KR100708196B1 - 모노 스피커를 이용한 확장된 사운드 재생 장치 및 방법 - Google Patents

모노 스피커를 이용한 확장된 사운드 재생 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

모노 스피커를 이용한 확장된 사운드 재생 장치 및 방법 및 그를 적용한 입체 사운드 생성 시스템이 개시되어 있다. 본 발명은 스테레오 또는 모노 입력 신호를 모노 스피커의 확장된 사운드로 재생하는 사운드 재생 방법에 있어서, 제1채널과 제2채널의 신호를 합산하여 음장 효과를 적용하는 음장 필터링 과정, 제1채널의 신호를 제1머리전달함수(HRTF)와 콘볼루션하는 제1콘볼루션 과정, 제2채널의 신호를 제2머리전달함수(HRTF)와 콘볼루션하는 제2콘볼루션 과정, 음장 필터 과정에서 출력되는 신호와 상기 제1,제2콘볼루션 과정에서 출력되는 신호를 합산하는 과정을 포함한다.

Description

모노 스피커를 이용한 확장된 사운드 재생 장치 및 방법{Apparatus and method for reproducing expanded sound using mono speaker}
도 1은 종래의 확장된 사운드 재생 장치를 도시한 것이다.
도 2a는 본 발명에 따른 모노 스피커를 이용한 확장된 사운드 재생 장치의 제1실시예이다.
도 2b는 본 발명에 따른 모노 스피커를 이용한 확장된 사운드 재생 장치의 제2실시예이다.
도 3은 본 발명에 따른 모노 스피커를 이용한 확장된 사운드 재생 장치의 제3실시예이다.
도 4는 본 발명에 따른 모노 스피커를 이용한 확장된 사운드 재생 장치의 제4실시예이다.
도 5는 본 발명에 따른 모노 스피커를 이용한 확장된 사운드 재생 장치의 제5실시예이다.
도 6은 본 발명에 따른 모노 스피커를 이용한 확장된 사운드 재생 장치의 제6실시예이다.
도 7은 본 발명에 따른 모노 스피커를 이용한 확장된 사운드 재생 장치의 제7실시예이다.
본 발명은 입체 사운드 생성 시스템에 관한 것이며, 특히 모노 스피커를 이용한 확장된 사운드 재생 장치 및 방법 및 그를 적용한 입체 사운드 생성 시스템에 관한 것이다.
통상적으로 스테레오 혹은 모노 사운드에 대해 모노 스피커를 이용하여 확장된 사운드로 재생하는 기술이 활용되고 있다.
이러한 모노 스피커의 사운드 재생 장치에 관련된 종래 기술이 JP 특개2004-104296(출원 일자 2002. 9. 6, 서라운드 재생 장치)에 개시되어 있다.
도 1의 종래 기술을 보면, 제1,제2버퍼(3, 4)는 2채널(L, R)의 신호의 레벨을 조절한다. 가산기(5)는 제1,제버퍼(3, 4)에서 출력되는 제1,제2채널의 신호를 차감한다. LPF(Low Pass Filter)(6)는 가산기(5)에서 출력되는 차 신호에 대해 저주파 대역만을 통과 시킨다. 제3버퍼(7)는 LPF(6)에서 출력되는 저주파 신호의 레벨을 조절한다. 가산기(8)는 제3버퍼(7)에서 출력되는 신호와 제1,제2채널의 신호를 가산한다. 제4버퍼(9)는 가산기(8)에서 출력되는 신호의 레벨을 조절한다.
따라서 도 1의 사운드 재생 장치는 두 채널간의 차 신호에 대해 저주파 대역 신호만을 추출하여 입력되는 두 채널의 신호와 합산한다.
그러나 도 1과 같은 종래의 장치는 주파수 대역만을 조절하기 때문에 사운드 확산감이 강하지 않고 더구나 모노 입력 신호에 대해서는 확산감이 현저히 떨어지 는 단점이 있다.
본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 입력되는 스테레오 사운드 신호 혹은 모노 사운드 신호를 한 개의 스피커로 재생 할 경우 상하 방향으로는 모노럴 HRTF를 사용하여 가상 스피커를 생성하고, 좌우 방향으로는 초기 잔향음을 생성하여 소스 폭(source width)을 확산시키는 모노 스피커를 이용한 확장된 사운드 재생 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 스테레오 또는 모노 입력 신호를 모노 스피커의 확장된 사운드로 재생하는 사운드 재생 방법에 있어서,
제1채널과 제2채널의 신호를 합산하여 음장 효과를 적용하는 음장 필터링 과정;
상기 제1채널의 신호를 제1머리전달함수(HRTF)와 콘볼루션하는 제1콘볼루션 과정;
상기 제2채널의 신호를 제2머리전달함수(HRTF)와 콘볼루션하는 제2콘볼루션 과정;
상기 음장 필터 과정에서 출력되는 신호와 상기 제1,제2콘볼루션 과정에서 출력되는 신호를 합산하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기의 다른 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 스테레오 또는 모노 입력 신호를 모노 스피커의 확장된 사운드로 재생하는 사운드 재생 방법에 있어서,
제1채널과 제2채널의 신호를 합산하여 음장 효과를 적용하는 음장 필터링 과 정;
상기 음장 필터 과정에서 출력되는 신호와 입력되는 제1,제2채널의 신호를 합산하는 과정;
상기 합산된 신호를 모노럴 머리전달함수(HRTF)와 콘볼루션하는 콘볼루션 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기의 또 다른 다른 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 스테레오 또는 모노 입력 신호를 모노 스피커의 확장된 사운드로 재생하는 사운드 재생 장치에 있어서,
제1채널과 제2채널의 신호를 합산하는 제1합산부
상기 제1합산부에서 합산된 신호에 대해 음장 효과를 적용하는 음장 필터부;
상기 제1채널의 신호를 제1모노럴 머리전달함수(HRTF)와 콘볼루션하는 제1콘볼루션부;
상기 제2채널의 신호를 제2모노럴 머리전달함수(HRTF)와 콘볼루션하는 제2콘볼루션부;
상기 음장 필터부에서 출력되는 신호와 상기 제1,제2콘볼루션부에서 출력되는 신호를 합산하는 제2합산부;
상기 제2합산부에서 합산된 신호에 대해 주파수 특성을 변경하는 스펙트럴 쉐이핑부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.
본 발명의 개요를 보면, HRTF(Head related transfer function)는 두 귀간의 시간차와 두 귀간의 레벨차, 귓바퀴의 형상(pinna)을 포함하여 소리가 전달되어온 공간의 특성을 나타내는 많은 정보가 담겨있다. 입력 신호가 특정 위치의 HRTF와 콘볼루션되면 청취자는 특정 위치에서 사운드를 듣게된다. 따라서 사운드 스테레오 혹은 모노 사운드 입력 신호에 대해 모노 스피커로 재생 할 경우, 두 채널의 입력 신호 각각에 대해 위쪽과 아래쪽의 고도각(elevation)에 해당하는 모노럴 HRTF를 사용하여 상하 방향으로 소스 폭(source width)을 확산시키고, 두 채널의 합산된 신호에 대해 초기 반사음과 잔향음같은 음장감을 재현하여 좌, 우 방향으로 소스 폭을 확산시킨다.
도 2a는 본 발명에 따른 모노 스피커를 이용한 확장된 사운드 재생 장치의 제1실시예이다.
도 2의 사운드 재생 장치는 제1합산부(210), 제1콘볼루션부(220), 제2콘볼로션부(230), 음장 필터부(240), 제2합산부(250), 모노 스피커(260)로 구성된다.
도 2를 참조하면, 제1합산부(210)는 좌 채널(L)과 우 채널(R)의 신호를 합산한다.
음장 필터부(240)는 제1합산부(210)에서 합산된 신호에 대해 수평 확장(Horizontal Expansion) 효과를 주기하기 위해 초기 반사음 및 잔향음과 같은 음장 효과를 부가한다. 즉, 음장 필터부(240)는 초기 반사음 생성기(242)와 잔향음 생성기(248)로 구성된다. 초기 반사음 생성기(242)는 유한 임펄스 필터 계수들로 이루 어지며, 탭 딜레이 라인(Tapped delay line)과 같은 주지의 기술을 이용하여 초기 반사음(early reflection)을 생성한다. 잔향음 생성기(248)는 콤 필터(comb filter) 또는 전대역 필터(allpass filter)등과 같은 주지의 기술을 이용하여 잔향음(reverberation)을 생성한다.
제1,제2콘볼루션부(220, 230)는 입력되는 좌 채널(L) 및 우 채널(R)의 신호각각에 대해 수직 확장(Vertical Expansion) 효과를 주기 위해 각 채널의 신호와 모노럴 HRTF를 콘볼루션한다. 즉, 정중면(Median Plane)에 대한 HRTF는 두 귀에 동일하게 적용된다. 따라서 모노 스피커만으로 음상의 고도각(elevation) 위치를 변화시킬 수 있다. 이에 따라 좌 채널(L)의 신호에 대해서는 위쪽 각도에 해당하는 모노럴 HRTF를 적용하고, 우 채널(R)의 신호에 대해서는 아래쪽 각도에 해당하는 모노럴 HRTF를 적용하면 상하 방향으로 스피커의 소스 폭이 확산된다.
제2합산부(250)는 음장 필터부(240)에서 출력되는 신호와 제1,제2콘볼루션부에서 출력되는 신호를 합산하여 모노 스피커(260)로 출력한다.
따라서 최종으로 모노 스피커(260)는 수직 확장 및 수평 확장된 신호를 재생함으로써 시청자에게 확산된 사운드 효과를 느끼게 해준다.
도 2b는 본 발명에 따른 모노 스피커를 이용한 확장된 사운드 재생 장치의 제2실시예이다.
도 2b를 참조하면, 본 실시예에 따른 확장된 사운드 재생 장치는 모노럴 HRTF의 특성을 극대화시키기 위해 스피커 이퀄라이져부(270)를 더 포함한다는 점에서 전술한 실시예와 차이가 있다.
즉, 스피커 이퀄라이져부(270)는 제2합산부(250)에서 출력되는 신호의 모노 스피커의 주파수 특성을 평탄하게 만들어 준다. 예를 들면, 스피커 이퀄라이져부(270)는 저주파 대역 신호를 제거하는 하이패스필터 및 중고역 대역의 주파수 특성을 보상하는 밴드패스필터를 구비한다.
도 3은 본 발명에 따른 모노 스피커를 이용한 확장된 사운드 재생 장치의 제3실시예이다.
제1합산부(310)는 좌 채널(L)과 우 채널(R)의 신호를 합산한다.
음장 필터부(340)는 제1합산부(310)에서 합산된 신호에 대해 수평 확장(Horizontal Expansion) 효과를 주기하기 위해 초기 반사음(early reflection)을 부가한다.
제1콘볼루션부(320)는 입력되는 좌 채널의 신호를 제1모노럴 머리전달함수(HRTF)와 콘볼루션한다.
제2콘볼루션부(330)는 입력되는 우 채널의 신호를 제2모노럴 머리전달함수(HRTF)와 콘볼루션한다.
제2합산부(350)는 음장 필터부(340)에서 출력되는 신호와 제1,제2콘볼루션부(320, 330)에서 출력되는 신호를 합산하여 모노 스피커(360)로 출력한다.
도 4는 본 발명에 따른 모노 스피커를 이용한 확장된 사운드 재생 장치의 제4실시예이다.
제1합산부(410)는 좌 채널(L)과 우 채널(R)의 신호를 합산한다.
음장 필터부(440)는 제1합산부(410)에서 합산된 신호에 대해 수평 확장 (Horizontal Expansion) 효과를 주기하기 위해 잔향음을 부가한다.
제1콘볼루션부(420)는 입력되는 좌 채널의 신호를 제1모노럴 머리전달함수(HRTF)와 콘볼루션한다.
제2콘볼루션부(430)는 입력되는 우 채널의 신호를 제2모노럴 머리전달함수(HRTF)와 콘볼루션한다.
제2합산부(450)는 음장 필터부(440)에서 출력되는 신호와 제1,제2콘볼루션부(420, 430)에서 출력되는 신호를 합산하여 모노 스피커(360)로 출력한다.
도 5는 본 발명에 따른 모노 스피커를 이용한 확장된 사운드 재생 장치의 제5실시예이다.
제1합산부(510)는 좌 채널(L)과 우 채널(R)의 신호를 합산한다.
음장 필터부(520)는 제1합산부(510)에서 합산된 신호에 대해 수평 확장(Horizontal Expansion) 효과를 주기하기 위해 초기 반사음을 부가한다.
제2합산부(530)는 음장 필터부(520)에서 출력되는 신호와 입력되는 좌 채널(L)과 우 채널(R)의 신호를 합산한다.
콘볼루션부(540)는 제2합산부(530)에서 합산된 신호를 모노럴 머리전달함수(HRTF)와 콘볼루션하여 모노 스피커(550)로 출력한다.
도 6은 본 발명에 따른 모노 스피커를 이용한 확장된 사운드 재생 장치의 제6실시예이다.
제1합산부(610)는 좌 채널(L)과 우 채널(R)의 신호를 합산한다.
음장 필터부(620)는 제1합산부(610)에서 합산된 신호에 대해 수평 확장 (Horizontal Expansion) 효과를 주기하기 위해 잔향음을 부가한다.
제2합산부(630)는 음장 필터부(620)에서 출력되는 신호와 입력되는 좌 채널(L)과 우 채널(R)의 신호를 합산한다.
콘볼루션부(640)는 제2합산부(630)에서 합산된 신호를 모노럴 머리전달함수(HRTF)와 콘볼루션하여 모노 스피커(650)로 출력한다.
도 7은 본 발명에 따른 모노 스피커를 이용한 확장된 사운드 재생 장치의 제7실시예이다.
제1합산부(710)는 좌 채널(L)과 우 채널(R)의 신호를 합산한다.
음장 필터부(720)는 제1합산부(710)에서 합산된 신호에 대해 수평 확장(Horizontal Expansion) 효과를 주기하기 위해 초기 반사음(722) 및 잔향음(724)을 부가한다.
제2합산부(740)는 음장 필터부(720)에서 출력되는 신호와 입력되는 좌 채널(L)과 우 채널(R)의 신호를 합산한다.
스펙트럴 쉐이핑(spectral shaping)부(750)는 제2합산부(740)에서 합산된 신호의 주파수 특성을 변경한다. 즉, 스펙트럴 쉐이핑(spectral shaping)부(750)는 모노럴 HRTF와 스피커 이퀄라이져를 구비하여, 합산된 신호를 모노럴 머리전달함수(HRTF)와 콘볼루션하고 스피커의 주파수 특성을 보정한다.
본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상내에서 당업자에 의한 변형이 가능함은 물론이다. 즉, 본 발명의 전 실시예에서 입력 신호가 모노 채널일 경우 두 채널의 입력에 동일한 모노 채널의 신호가 대입된다.
또한 본 발명은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 하드디스크, 플로피디스크, 플래쉬 메모리, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 저장되고 실행될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 스테레오 사운드 신호 혹은 모노 사운드 신호를 모노 스피커로 재생 할 경우, 상하 방향으로는 HRTF를 사용하여 가상 스피커를 생성하고, 좌우 방향으로는 초기 잔향음을 생성함으로써 작은 모노 스피커에 대해서도 확산된 사운드를 즐길 수 있다. 또한 모노 스피커가 채용된 제품(예를 들면, PDA, PMP, DMB, 셀룰러 폰등)을 이용하여 스테레오 혹은 모노 입력을 재생할 경우 스테레오 사운드 스테이지를 넓혀주므로 청취자에게 향상된 스테레오 효과를 느끼게 해준다.

Claims (19)

  1. 스테레오 또는 모노 입력 신호를 모노 스피커의 확장된 사운드로 재생하는 사운드 재생 방법에 있어서,
    제1채널 신호와 제2채널의 신호를 합산하고 그 합산된 신호에 음장 효과를 적용하여 수평 방향으로 소스를 확산시키는 음장 필터링 과정;
    상기 제1채널의 신호를 상위 각도의 모노럴 머리전달함수(HRTF)와 콘볼루션하고, 상기 제2채널의 신호를 하위 각도의 모노럴 머리전달함수(HRTF)와 콘볼루션하여 수직 방향으로 소스를 확장시키는 콘볼루션 과정;
    상기 음장 필터 과정에서 출력되는 신호와 상기 제1,제2콘볼루션 과정에서 출력되는 신호를 합산하여 상하좌우로 확장된 사운드를 재생하는 과정을 포함하는 모노 스피커의 확장된 사운드 재생 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 최종 합산된 신호에 대해 스피커의 주파수 특성을 보정하는 과정을 더 포함하는 특징으로 하는 모노 스피커의 확장된 사운드 재생 방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 음장 필터링 과정은
    상기 합산된 신호에 대해 초기 반사음을 생성하는 과정;
    상기 초기 반사음에 대해 잔향음을 생성하는 과정을 구비하는 것을 특징으로 하는 모노 스피커의 확장된 사운드 재생 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 초기 반사음 생성 과정은 유한 임펄스 필터 계수들로 이루어짐을 특징으로 하는 모노 스피커의 확장된 사운드 재생 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 음장 필터링 과정은
    상기 합산된 신호에 대해 초기 반사음을 생성하는 과정을 구비하는 것을 특징으로 하는 모노 스피커의 확장된 사운드 재생 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 음장 필터링 과정은
    상기 합산된 신호에 대해 잔향음을 생성하는 과정을 구비하는 것을 특징으로 하는 모노 스피커의 확장된 사운드 재생 방법.
  9. 제1항에 있어서, 입력 신호가 모노 신호일 경우 상기 제1,제2채널에 동일한 모노 입력 신호를 대입하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모노 스피커의 확장된 사운드 재생 방법.
  10. 스테레오 또는 모노 입력 신호를 모노 스피커의 확장된 사운드로 재생하는 사운드 재생 방법에 있어서,
    제1채널 신호와 제2채널의 신호를 합산하고 그 합산된 신호에 음장 효과를 적용하여 수평 방향으로 소스를 확산시키는 음장 필터링 과정;
    상기 제1채널의 신호를 상위 각도의 모노럴 머리전달함수(HRTF)와 콘볼루션하고, 상기 제2채널의 신호를 하위 각도의 모노럴 머리전달함수(HRTF)와 콘볼루션하여 수직 방향으로 소스를 확장시키는 콘볼루션 과정;
    상기 음장 필터 과정에서 출력되는 신호와 상기 제1,제2콘볼루션 과정에서 출력되는 신호를 합산하는 과정;
    상기 합산된 신호의 주파수 특성을 변경하는 스펙트럴 변형 과정을 포함하는 모노 스피커의 확장된 사운드 재생 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 주파수 스펙트롤 변형 과정은 저역 특성을 제거하고 중고대역 특성을 보상하는 과정임을 특징으로 하는 모노 스피커의 확장된 사운드 재생 방법.
  12. 스테레오 또는 모노 입력 신호를 모노 스피커의 확장된 사운드로 재생하는 사운드 재생 방법에 있어서,
    제1채널 신호와 제2채널의 신호를 합산하고 그 합산된 신호에 대해 초기 반사음 및 잔향음을 생성하여 수평 방향으로 소스를 확산시키는 음장 필터링 과정;
    상기 음장 필터 과정에서 출력되는 신호와 입력되는 제1,제2채널의 신호를 합산하는 과정;
    상기 합산된 신호를 모노럴 머리전달함수(HRTF)와 콘볼루션하여 수직 방향으로 소스를 확장시키는 콘볼루션 과정을 포함하는 모노 스피커의 확장된 사운드 재생 방법.
  13. 삭제
  14. 제12항에 있어서, 상기 음장 필터링 과정은
    상기 합산된 신호에 대해 잔향음을 생성하는 과정을 구비하는 것을 특징으로 하는 모노 스피커의 확장된 사운드 재생 방법.
  15. 스테레오 또는 모노 입력 신호를 모노 스피커의 확장된 사운드로 재생하는 사운드 재생 방법에 있어서,
    제1채널 신호와 제2채널의 신호를 합산하고 그 합산된 신호에 음장 효과를 적용하여 수평 방향으로 소스를 확산시키는 음장 필터링 과정;
    상기 음장 필터 과정에서 출력되는 신호와 입력되는 제1,제2채널의 신호를 합산하는 과정;
    상기 합산된 신호의 주파수 특성을 변경하는 스펙트럴 쉐이핑 과정을 포함하는 모노 스피커의 확장된 사운드 재생 방법.
  16. 스테레오 또는 모노 입력 신호를 모노 스피커의 확장된 사운드로 재생하는 사운드 재생 장치에 있어서,
    제1채널과 제2채널의 신호를 합산하는 제1합산부
    상기 제1합산부에서 합산된 신호에 대해 초기 반사음과 잔향음을 생성하는 음장 필터부;
    상기 제1채널의 신호를 하위 각도의 모노럴 머리전달함수(HRTF)와 콘볼루션하는 제1콘볼루션부;
    상기 제2채널의 신호를 상위 각도의 모노럴 머리전달함수(HRTF)와 콘볼루션하는 제2콘볼루션부;
    상기 음장 필터부에서 출력되는 신호와 상기 제1,제2콘볼루션부에서 출력되는 신호를 합산하는 제2합산부;
    상기 제2합산부에서 합산된 신호에 대해 주파수 특성을 변경하는 스펙트럴 쉐이핑부를 포함하는 모노 스피커의 확장된 사운드 재생 장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 스펙트럴 쉐이핑부는
    상기 합산된 신호를 모노럴 HRTF와 콘볼루션하는 콘볼루션부;
    상기 콘볼루션된 신호에 대해 스피커의 주파수 특성을 보상하는 스피커 이퀄라이져를 구비하는 것임을 특징으로 하는 모노 스피커의 확장된 사운드 재생 장치.
  18. 제16항에 있어서, 상기 스피커 이퀄라이져는 저주파 대역 신호를 제거하는 하이패스필터; 및
    중고역 대역의 주파수 특성을 보상하는 밴드패스필터를 구비하는 것을 특징으로 하는 모노 스피커의 확장된 사운드 재생 장치.
  19. 스테레오 또는 모노 입력 신호를 모노 스피커의 확장된 사운드로 재생하는 입체 사운드 재생 장치에 있어서,
    입력 신호에 대해 위쪽과 아래쪽의 각도에 해당하는 모노럴 HRTF를 바탕으로 상하 방향으로 소스 폭을 확산시키고 초기 반사음 및 잔향음을 발생시켜 좌, 우 방향으로 소스 폭을 확산시키는 확장 사운드 재생 장치;
    상기 확장 사운드 재생 장치에서 확장된 신호에 대해 스피커의 주파수 특성을 보정하는 스피커 이퀄라이져를 구비하는 것을 특징으로 하는 입체 사운드 재생 시스템.
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