KR100739691B1

KR100739691B1 - 음장 효과 재생을 위한 사운드 초기 반사음 재생 장치 및방법

Info

Publication number: KR100739691B1
Application number: KR1020050011015A
Authority: KR
Inventors: 고병섭
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2005-02-05
Filing date: 2005-02-05
Publication date: 2007-07-13
Also published as: US20060177074A1; NL1030983A1; KR20060089552A; CN1815549A; NL1030983C2

Abstract

음장 효과 재생을 위한 초기 반사음 재생 장치 및 방법이 개시되어 있다. 본 발명은 공간에서 측정된 공간 임펄스 응답을 바탕으로 복수개의 초기 반사음들을 생성하는 과정, 생성된 복수개의 초기 반사음의 각 주요 반사음들에 잔여 반사음들을 생성하여 부가하는 과정을 포함한다. 본 발명에 의하면 FIR 필터링 후 잔여 반사음을 생성함으로써 기존의 방법과 거의 동일한 메모리와 연산량을 유지하면서 현장감 및 공간감을 증대시킬 수 있다.

Description

음장 효과 재생을 위한 사운드 초기 반사음 재생 장치 및 방법{Early reflection reproduction apparatus and method for sound field effect reproduction}

도 1은 본 발명에 따른 음장 효과 재생 시스템의 전체 블록도이다.

도 2는 도 1의 공간 임펄스 응답 측정부의 상세도이다.

도 3a는 도 1의 공간 임펄스 응답 측정부에서 데시메이션된 임펄스 응답 특성도이다.

도 3b는 도 1의 초기 반사음 생성부의 상세도이다.

도 4는 도 2의 임펄스 응답의 임펄스 계열 패턴화의 결과를 도시한 것이다.

도 5a 및 도 5b는 도 1의 잔여반사음생성부의 일실시 예이다.

본 발명은 TV 및 휴대용 미디어 플레이어등에 적용 가능한 음장 효과 재생 시스템에 관한 것이며, 특히 음장 효과 재생을 위한 초기 반사음 재생 장치 및 방법에 관한 것이다.

통상적으로 콘서트 홀등에 들리는 음은 직접음뿐만 아니라 주위의 벽등에서 복잡하게 반사된 간접음도 많이 포함되어 있다. 직접음에 연속하여 50ms(음악은 80ms) 이내에 도달하는 반사음은 직접음과 일체가 되어 들리므로 직접음을 보강하는 효과가 있다.

직접음이 충분하지 않을 경우에는 초기 반사음을 이용하여 부족한 직접음의 에너지를 높일 필요가 있다. 최근 옆 방향으로부터 도래하는 초기 반사음이 음장의 공간적 인상(Spatial Impression:음에 포위된 느낌)을 좌우하는 것으로 밝혀졌다.

이와 같은 초기 반사음은 좌우 귀에 입사하는 음향 신호 사이에 시간 차와 위상 차가 생기는 데에서 비롯된다.

따라서 스테레오 장치등에서 음악을 재생할 경우 초기 반사음을 인공적으로 생성하여, 이들을 원음에 부가해주면 콘서트 홀등과 같은 음을 재생할 수 있다.

종래의 초기 반사음 재생 장치는 소정의 디지털 필터를 사용하여 초기 반사음의 복잡한 반사 패턴을 단순히 하나 하나의 임펄스 성분으로 간주하여 재생한다. 그러나 종래의 초기 반사음 재생 장치는 높은 현장감 및 공간감을 위해서 초기 반사음에 해당하는 많은 양의 임펄스 계수를 필요로 하게 되어 연산량 및 메모리의 증가를 초래하는 문제점이 있었다.

본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 초기 반사음을 생성함에 있어서 FIR 필터링 후 잔여 반사음을 생성함으로써 메모리 및 연산량의 증가를 최대한 억제하면서 높은 현장감 및 공간감을 증대시키는 초기 반사음 재생 방법 및 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명이 이루고자하는 다른 기술적 과제는 상기 초기 반사음 재생 장치를 적용한 음장 효과 재생 시스템을 제공하는 데 있다.

상기의 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 초기 반사음 재생 방법에 있어서,

(a) 공간에서 측정된 공간 임펄스 응답을 바탕으로 복수개의 초기 반사음들을 생성하는 과정;

(b) 상기 (a)과정에서 생성된 복수개의 초기 반사음의 각 주요 반사음들에 잔여 반사음들을 생성하여 부가하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기의 기술적 과제를 해결하기 위하여, 음장 효과 재생 시스템에 있어서,

입력 신호에 대한 고역 성분을 감쇄하는 저역 필터 수단;

임의의 공간 임펄스 응답 특성 계수들을 바탕으로 상기 저역 필터 수단에서 필터링된 입력 신호에 대한 초기 반사음들을 생성하는 초기 반사음 생성 수단;

상기 초기 반사음 생성 수단에서 생성된 복수개의 초기 반사음들의 각 주요 반사음들에 대해 연속적으로 잔여 반사음들을 생성하는 잔여 반사음 생성 수단;

상기 잔여 반사음 생성 수단에서 생성된 초기 반사음에 상기 입력 신호를 가산하는 합산부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참조로하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.

도 1의 음장 효과 재생 시스템은 저역 필터부(120), 공간 임펄스 응답 측정부(130, 초기 반사음 생성부(140), 잔여반사음생성부(150), 합산부(180), 입력레벨 조정부(110), 출력레벨 조정부(160, 170)로 구성된다.

공간 임펄스 응답 측정부(130)는 콘서트 홀과 같은 공간에서 직접 측정한 임펄스 응답 특성을 바탕으로 FIR 필터 계수값들(c₁....c_n) 및 FIR 필터 지연값들(d₁....d_n)을 생성한다.

입력 레벨 조정부(110)는 입력 신호(x)를 조정 이득(g_m)만큼 감소시킨다.

저역 필터부(120)는 입력 레벨 조정부(110)에서 감소된 신호에 대한 고역 성분을 감쇄하기 위해 저역 필터링을 수행한다.

초기 반사음 생성부(140)는 공간 임펄스 응답 측정부(130)에서 측정된 FIR 필터 계수값들(c₁....c_n) 및 FIR 필터 지연값들(d₁....d_n)을 적용하여 초기 반사음을 생성하는 FIR 필터를 구비하여, 저역 필터부(120)에서 저역 필터링된 입력 신호에 초기 반사음들을 생성하여 부가한다.

잔여 반사음 생성부(150)는 초기 반사음 생성부(140)에서 생성된 초기 반사음의 각 주요 반사음 성분에 대해 잔여 반사음을 생성하여 부가한다. 잔여 반사음 생성부(150)는 일실시예로서 지연 회로와 가산기 및 승산기를 조합한 전 대역 필터(all-pass filter)를 이용한다.

제1출력 레벨 조정부(160)는 잔여 반사음 생성부(150)에서 출력되는 신호 레 벨을 조정 이득(g_e)으로 조정한다.

제2출력 레벨 조정부(170)는 입력 신호의 레벨을 조정 이득(g_d)으로 조정한다.

합산부(180)는 제1출력 레벨 조정부(160)에서 출력되는 초기 반사음 신호와 제2출력 레벨 조정부(170)에서 출력되는 원래 신호를 합산한다.

도 2는 도 1의 공간 임펄스 응답 측정부(130)의 상세도이다.

먼저, 콘서트 홀과 같은 공간에서 (a)에 도시된바와 같은 임펄스 응답(h(t))을 직접 측정한다.

이어서, 측정된 임펄스 응답을 (b)에 도시된 바와 같이 임펄스 계열 형태(h(n))로 패턴화 한다.

이어서, 임펄스 패턴은 (c)에 도시된 바와 같이 연산의 단순화를 위해 데시메이션(decimation)(h(n))한다. 이때 데시메이션하여 주요 인자만 추출된 임펄스 응답특성으로부터 초기 반사음 생성을 위해 각 임펄스들의 승산 계수값들(c)과 임펄스들간의 지연값들(d)을 추출한다.

도 3a는 도 1의 공간 임펄스 응답 측정부(130)의 데시메이션된 임펄스 응답 특성도이다.

도 3a을 참조하면, 공간 임펄스 응답 측정부(130)는 데시메이션된 임펄스 응답 특성으로부터 초기 반사음 생성을 위해 FIR 필터 계수값 및 지연값에 해당하는 각 임펄스들의 승산계수값들(c₁ - c₅)과 임펄스들간의 지연값들(d₁ - d ₅)을 추출한 다.

도 3b는 도 1의 초기 반사음 생성부(140)의 상세도이다.

도 3b의 초기 반사음 생성부(140)는 각각 지연 시간(d1 - d5)로 이루어지는 5개의 지연 회로(311 - 315)를 종속 접속하고, 이 종속 접속한 5개의 지연회로(311 - 315)의 각 지연 출력을 소정의 승산 계수(c₁ - c₅)를 갖는 승산기(321 - 325)를 통과한 후, 가산기(330)로 보내지도록 구성된다. 이들 지연회로(311 - 315), 승산기(321 - 325) 및 가산기(330)로 이루어지는 회로는 FIR(Finite Impulse Response) 필터를 구성하고 있다.

도 3b를 참조하면, 공간에서 측정된 승산 계수값들(c1 - c5)과 지연값들(d1 - d5)을 바탕으로 초기 반산음 생성용 FIR 필터를 구현한다. 즉, FIR 필터를 구성하는 지연 회로들(311 -315) 및 승산기들(c1 - c5)에는 공간에서 측정된 각 임펄스 의 승산값들(c1 - c5)과 지연값들(d1 - d5)이 적용된다.

따라서 주파수 보정된 입력 신호(x)는 지연 회로들(311- 315)의 각 탭들을 통해 지연된다. 이어서 지연된 신호는 초기 반사음을 생성하기 위해 각 초기 반사음의 임펄스 계열의 패턴을 계수를 갖는 승산기들(321 - 325)의 승산 계수값들과 승산된다. 이어서, 승산기들(321 - 325)에서 승산된 각각의 신호들은 가산기(330)를 통해 하나의 신호로 합산된다.

도 4를 참조하면, 공간에서 측정된 임펄스 응답은 임펄스 계열로 패턴화할 경우 주 반사음(principal reflection)에 연속적으로 존재하는 잔여 반사음(residue reflection(410)성분이 제거된다. 따라서 임펄스 계열로 패턴화된 임펄스 응답은 잔여 반사음들이 생략된 주 반사음만 존재하는 단일 임펄스 형태로 변하게 된다. 결국, 임펄스 패턴을 적용한 초기 반사음 재생 장치는 잔여 반사음들이 존재하지 않는 단일 임펄스 성분들을 생성하기 때문에 현장감 및 공간감이 저하된다.

도 5a 및 도 5b는 도 1의 잔여반사음생성부의 일실시 예이다.

도 5a의 잔여반사음생성는 지연시간(M)으로 이루어지는 지연회로(520)의 입출력단에 가산기들(510,530)을 접속하고, 입력신호(x)를 감쇄 계수(-g)로 이루어지는 승산기(550)을 통해 가산기(530)로 피드 포워드(feed-forward)하는 것과 함께 가산기(530)의 가산 출력을 감쇄 계수(g)로 이루어지는 승산기(540)를 통해 가산기(510)로 피드백(feed-back)하는 것으로 구성된다.

이들 지연회로(520), 가산기들(510, 530) 및 승산기들(540, 550)로 이루어지는 회로는 전 대역 필터(all-pass filter)를 구성하고 있으며, 그 출력 특성은 도 5b와 같이 임펄스 응답으로서 나타낼 수 있다. 즉, 도 5b는 설명을 이해하기 쉽게 하기 위해 M의 시간 간격을 확대해서 표시하였다. 도 5b와 같이 지연시간(M)을 갖는 전 대역의 임펄스 응답 신호들이 초기 반사음의 각 주요 반사음(principal reflection)들에 잔여 반사음 성분으로서 부가된다.

결국, 초기 반사음들의 각 주요 반사음들에는 전 대역 필터를 통해 임펄스 패턴화로 제거된 잔여 반사음이 다시 생성되어 부가된다.

본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상내에서 당업자 에 의한 변형이 가능함은 물론이다. 즉, 본 발명은 TV 및 휴대용 미디어 플레이어등에 음장 효과 재생 알고리듬으로 적용 가능하다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 기존의 방법과 거의 동일한 메모리와 연산량을 유지하면서 현장감 및 공간감을 증대시킬 수 있다. 따라서 저 사양의 시스템에 음장 효과 장치를 도입할 경우 메모리 및 연산량의 제약에 의해 그 효과가 저하될 수 있는 문제를 본 발명에 의해 거의 동일한 사양에서 음장 효과를 유지할 수 있다.

Claims

음장 효과 재생을 위한 초기 반사음 재생 방법에 있어서,

(a) 입력되는 신호에 미리 측정된 공간 임펄스 응답 특성으로부터 추출된 복수개의 지연값과 필터 계수값을 부여하여 잔여 반사음 성분이 제거되고 주반사음 성분만 존재하는 초기 반사음들을 생성하는 과정;

(b) 상기 (a)과정에서 생성된 초기 반사음들을 전대역 필터링하여 상기 초기 반사음들의 각 주 반사음 성분들에 잔여 반사음 성분들을 부가하는 과정을 포함하는 음장 효과 재생을 위한 초기 반사음 재생 방법.
제1항에 있어서, 상기 초기 반사음 생성 과정은

입력 신호를 지연 소자들의 각 탭들을 통해 지연시키고, 지연된 신호를 각 초기 반사음의 임펄스 패턴을 계수로하는 승산 계수값들과 승산하고, 승산된 각각의 신호들은 하나의 신호로 합산하는 것임을 특징으로 하는 음장 효과 재생을 위한 초기 반사음 재생 방법.
제1항에 있어서, 상기 잔여 반사음 생성 과정은 상기 복수개의 초기 반사음에 소정의 지연시간을 갖는 피드백 형태의 전 대역 필터를 적용하여 각 주요 반사음 성분들에 잔여 반사음 성분들이 생성되어 부가되는 것임을 특징으로 하는 음장 효과 재생을 위한 초기 반사음 재생 방법.
음장 효과 재생을 위한 초기 반사음 재생 장치에 있어서,

입력되는 신호에 미리 측정된 공간 임펄스 응답 특성으로부터 추출한 복수개의 지연과 필터 계수값들을 부여하여 잔여 반사음 성분이 제거되고 주반사음 성분만 존재하는 초기 반사음들을 생성하는 초기 반사음 생성 수단;

상기 초기 반사음 생성 수단에서 생성된 복수개의 초기 반사음들을 전대역 필터링하여 상기 초기 반사음들의 각 주 반사음 성분들에 대해 잔여 반사음 성분들을 부가하는 잔여 반사음 생성 수단을 포함하는 음장 효과 재생을 위한 초기 반사음 재생 장치.
제4항에 있어서, 상기 초기 반사음 생성 수단은

각각 지연 시간을 갖는 복수개의 지연기들을 종속 접속한 지연회로부;

상기 종속 접속한 복수개의 지연회로의 각 지연 출력을 임펄스 계열의 승산 계수들로 승산하는 승산부;

승산된 신호들을 가산하는 가산부를 구비하는 것을 특징으로 하는 음장 효과 재생을 위한 초기 반사음 재생 장치.
제4항에 있어서, 상기 초기 반사음 생성 수단은 FIR 필터임을 특징으로 하는 음장 효과 재생을 위한 초기 반사음 재생 장치.
제4항에 있어서, 상기 잔여 반사음 생성 수단은 소정의 지연시간을 갖는 피드백 형태의 전 대역 필터임을 특징으로 하는 음장 효과 재생을 위한 초기 반사음 재생 장치.
음장 효과 재생 시스템에 있어서,

입력 신호에 대한 고역 성분을 감쇄하는 저역 필터 수단;

상기 저역 필터 수단에서 고역 성분 감쇄된 입력 신호에 미리 측정된 공간 임펄스 응답 특성으로부터 추출된 복수개의 지연값들을 부여하여 잔여 반사음 성분이 제거되고 주반사음 성분만 존재하는 초기 반사음들을 생성하는 초기 반사음 생성 수단;

상기 초기 반사음 생성 수단에서 생성된 초기 반사음들을 전대역 필터링하여 상기 초기 반사음들의 각 주 반사음 성분들에 잔여 반사음 성분들을 부가하는 잔여 반사음 생성 수단;

상기 잔여 반사음 생성 수단에서 생성되는 잔여 반사음 성분들이 부가된 초기 반사음들과 상기 입력 신호를 합산하는 합산부를 포함하는 음장 효과 재생 장치.