KR100928249B1 - 3차원 음향공간내의 가상위치에 하나 이상의 음원을존재하게 하는 모의 실험 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 3차원 음향공간내의 가상위치에 하나 이상의 음원을 위치하도록 하여 청자가 자각하지 못하는 위치에 확성기를 적절히 작동함으로서 청자로 하여금 실제적인 물리적 공간을 차지하고 있다는 자각 하에 모의 실험하는 방법 및 상기 방법의 실행을 위한 장치에 관한 것이다.

3차원, 음향공간, 확성기, 모의 실험, 가상 벽

Description

3차원 음향공간내의 가상위치에 하나 이상의 음원을 존재하게 하는 모의 실험 방법 및 장치{Device and method for simulation of the presence of one or more sound sources in virtual positions in three-dimensional acoustic space}

본 발명은 3차원 음향공간내의 가상위치에 하나 이상의 음원을 위치하도록 하여 청자가 자각하지 못하는 위치에 확성기를 적절히 작동함으로서 청자로 하여금 실제적인 물리적 공간을 차지하고 있다는 자각 하에 모의 실험하는 방법 및 상기 방법의 실행을 위한 장치에 관한 것이다.

상기 모의 실험은 청자가 가능한 한 하나 이상의 벽들로 경계되어지는 청자가 사실상 위치하고 있는 실제적인 물리공간과는 모양과 크기가 다른 공간에 위치하는 느낌을 일으킨다.

실제 공간은 자각되어서는 안되기 때문에, 상기 실제공간의 벽은(만약 있다면) 울림들을 일으켜서는 안된다. 제거될 수 없는 울림은 실제공간의 벽의 존재를 드러내기 때문에 실제 벽의 음흡수성이 향상될수록 모의 실험은 보다 더 정확해질 것이다.

음흡수 재질을 사용하여 실제벽의 존재의 효과를 제거함으로써 청자에게 도달되는 모든 음이 실제 공간 내에 존재하는 확성기로부터 생기는 직접적인 음이 될 것이다.

그러나, 청자는 가상공간내의 어떤 지점에 위치한 하나 이상의 가상음원으로부터 발생되지만, 일반적으로는 어떤 확성기와도 일치하지 않는 음을 감지하는 느낌을 받아야 하고, 상기 가상음원으로부터 비롯되는 직접적인 음과 가상 벽으로부터 반향되는 음 모두를 감지해야 한다.

따라서, 상기 음이 가상음원으로부터 발생되었다면 벡터합이 상기 청자에 이르는 음과 같은 값이 되는 음을 확성기는 내야 한다.

음이 모의 실험되는 가상 음원으로부터 다른 위치에 위치한 다수의 실제 확성기에 의해 실질적으로 생성되기 때문에, 상기 가상 음원의 입력신호는 상기 발명에 따른 장치에 의해 수정되고, 적절하게 수정된 신호들이 실제 확성기로 보내질 때 그와 같이 상기 신호의 새 보조변수를 계산할 것이다. 그리고, 실제 물리적 공간내에 존재하는 청자는 모의 실험용으로 만들어진 가상의 음원에 의해 만들어지는 음이라면 상기 실제 확성기에 의해 내는 소리를 감지할 것이다.

상기 발명에 따른 장치는 각 전송 지점으로 보내지는 신호의 양을 각각의 신호에 맞게 계산하여 상기 가상 음원의 입력신호를 적절히 수정한다.

음흡수 재질을 사용하여 실제 벽의 효과가 제거될 때, 상기 발명에 따른 장치는 모의 실험되는 가상음원(i) 및 청자(ii)의 위치와 관련하여 실제 청취환경 각각의 경우에 사용되는 가상환경의 기하학적이고 음향적인 자질들과 음전송 지점의 수와 위치를 고려하여 확성기로 보낼 신호를 결정할 것이다.

가상음원과 확성기의 위치가 결정되면, 청자의 정확한 위치를 위한 정확한 모의 실험이 달성될 수 있다.

보통 다수 청자들의 경우에는 청자 그룹 안에 있는 평균청자들에 관한 언급이 되어져야 할 것이다.

가령 컴퓨터와 같은 외부장치로부터 발생된 가상 음원의 위치에 대한 정보는 발명에 따라 장치에 시간에 따른 가상 음원의 위치에 대한 변화를 알려주고 모의 실험되는 청취 환경의 특징들을 단호하게 제공한다.

본 발명에 따른 장치는 첨부 도면에 따라 아래에 설명되어 있다.

도 1은 본 발명에 따른 장치의 블록도이다.

도 2는 가상음원에 의해 평균청자들에게 전달되는 직접음의 분석도이다.

도 3은 가상음원에 의해 평균청자들에게 전달되는 반사음이 분석도이다.

도 4는 가상음원이 평균청자들과 관련하여 올려지는 경우를 보여준다.

한정된 범위에 의하지 않고 예시에 따라 묘사되는 실시예에서, 가령, 영화관과 같은 실제 환경이 대개는 단단한 벽으로 경계되어지고 보다 큰 가상환경에 포함되는 전형적인 출원에 관하여 언급되어질 것이다. 상기 가상환경은 가상의 벽으로 경계되어질 수도 아닐 수도 있다. 상기 첫 번째 경우, 본 발명에 따른 장치는 가상음원에 의해 발생되는 음의 반사를 상기 가상 벽에서 떨어져서 모의 실험해야 한다. 한편 두 번째 경우, 가상의 벽이 없기 때문에, 모의 실험해야 하는 가상의 반사음은 분명히 존재하지 않을 것이다.

다음에 기재되다시피, 상기 환경이 벽들에 의해 경계되어지는 경우에 대해서도 언급되어질 것이다. 상기 가상환경이 경계되어 있지 않다면, 본 발명에 따른 장치는 하나 이상의 가상음원으로부터 청자에게 도달되는 직접음들만을 생성할 것이다.

도 1에서와 같이, 본 발명에 따른 장치는 한정적이지 않고 예시되는 숫자상으로 6개인 복수개의 확성기(2)들을 포함한 울림이 없는 챔버(1)로 이루어져 있다. 상기 확성기로 전달된 신호는 일명, 가상의 음원에서 생성되는 원음생성기(4), 상기 생성기(4)에 의한 신호출력을 처리하는 컴퓨터(5)로 이루어진다. 상기 컴퓨터(5)는 상기 확성기(2)들에 배선(6)으로 연결된다.

상기 챔버(1)는 더 큰 가상환경(7)안에 위치한다.

본 발명에 따른 장치는 상기 가상환경(7)이 내부에 위치하지만 상기 챔버(1) 외부에 위치한 음원(8)(도 2)의 존재를 모의 실험하기 위해 설계된 것이다. 이와 같은 경우에 있어, 평균 청자(9)는 챔버(1)내에 위치하고 있는 확성기(2)로부터 생성된 음을 감지해야 한다. 그리고, 상기 음이 가상환경(7)의 내부에 위치하고 실제 챔버(1)의 외부에 위치한 상기 가상음원(8)로부터 유래했다는 느낌을 만들 수 있다.

모의 실험이 정확하기 위해서는, 화살표(10)에 의해 표현된 직접음과 가상환경(7)의 가상 벽에 반사된 음이 상기 청자(9)에게 도달해야 한다.

도 3의 화살표(11)는 가상벽에 반사된 후 음이 평균청자(9)에 도달되는 경로를 보여준다. 상기 반사음의 수는 모의 실험될 가상환경의 벽의 수와 고려대상인 상기 가상벽에 반사횟수에 달려있다.

도 3은 간략하게 단일 반사(11)를 나타낸다. 하지만, 그 음은 다수의 벽에 반사된 후 다수의 경로를 통해 청자에게 도달될 수 있다.

평균청자(9)에게 도달되는 모든 음은 챔버(1)내에 위치한 확성기(2)에 의해 발생되는 직접음들이 될 것이다. 따라서, 상기 확성기는 상기 가상음원의 다른 공간적인 위치를 정확히 모의 실험하기 위해서 가상음원(8)에 의해 발생되는 음과는 다른 음들을 발생해야 한다.

본 발명에 따른 방법은 직접음(10)과 각 반사음(11)에 관한 상기 음(10,11)을 모의 실험할 수 있는 한 조의 확성기를 식별하는 것을 포함한다.

확성기 한 조(2')는 직접음(10)(도 2)으로 간주되는 음(12)을 각기 발생할 것이다. 한 조(2')내의 확성기에 의해 발생되는 상기 음(12)의 벡터합은 평균청자(9)가 위치한 지점에서의 직접음(10)과 같은 값이어야 된다.

확성기 한 조(2'')는 반사음(11)으로 간주되는 음(13)을 각기 발생할 것이다. 한 조(2'')내의 확성기에 의해 발생되는 상기 음(13)의 벡터합은 평균청자(9)가 위치한 지점에서의 반사음(11)과 같은 값이어야 된다.(도 3)

적절한 확성기 한 조는 모의 실험될 각각의 반사음과 분명히 관계될 것이다.

따라서, 상기 한 조 내의 각 확성기는 상기 확성기 한 조에 의해 발생되는 음의 벡터합이 평균청자(9)가 위치한 지점에서 모의 실험될 반사음과 같은 값이 될 수 있도록 음을 발생할 것이다.

도 4에서, "α"는 지면으로부터 "h" 높이에 위치한 평균청자와 관련하여 가 상 음원(8)의 높이 각도를 나타낸다.

평균청자와 관련하여 가상음원의 높이는 컴퓨터(5)에 의해 모방된 디지털 필터의 사용을 포함하는 알려진 기술에 의해 같은 컴퓨터(5)에 의해 모의 실험된다.

컴퓨터(5)는 생성기(4)로부터 발생된 가상음원(8)을 작동시키는 신호를 수정하고, 상기 확성기(2)의 적절한 한 조들 (2')와 (2'')에 수정된 신호를 보내서, 상기 확성기(2)의 적절한 한 조들 (2')와 (2'')이 각각 (i)벡터의 합이 상기 음원(8)로부터 생성되는 직접음과 같은값이 되도록 음(12)을 발생시키고, (ii)벡터의 합이 상기음원(8)으로부터 생성되는 반사음들과 같은 값이 되도록 음(13)을 발생시키도록 한다.

만약, 하나 이상의 가상 음원이 있다면, 아래에 기술된 절차는 상기 각각의 가상 음원에 대해 반복될 것이다.

본 발명에 따른 방법은 각각 직접음과 반사음의 작용을 재구성함을 포함한다. 그 절차는 다음과 같은 단계에서 수행된다. ;

- 가상음원(8)과 평균청자(9)의 위치사이의 거리가 계산된다;

- 음원을 평균청자들과 연결하는 라인의 방향이 계산된다;

- 음원을 평균청자들과 연결하는 라인의 방향을 사용하면서 직접음(10)과 관련하여 음(12)을 전송하게 될 확성기 한 조(2')가 선택된다.

- 상기 선택된 확성기들에서 발생되는 음(12)의 벡터의 합이 가상음원(8)으로부터 생성되는 직접음(10)과 같은 값이 되도록 하는 방식의 알려진 기술을 이용하여 선택된 확성기들의 발산과 관련된 진폭요인들이 계산된다.

- 평균청자와 관련된 음원의 높이각도가 알려진 기술로 계산되고, 직접음(10)의 높이의 효과를 생성하도록 의도된 컴퓨터로 모방된 디지털 필터의 수치가 정해진다.

가상환경에 반사된 음의 경로는 다음 단계로 표시된다. :

- 가상공간 및 평균청자간에 미리 정해진 반사경로의 수는 알려진 기하학적인 과정으로 계산된다;

- 반사음(11)에 의해 이동된 거리는 각각의 상기 경로에 대해 계산된다;

- 각 반사음(11)과 관련된 음(13)을 내는 데 사용될 확성기 한 조(2'')는 평균청자와 반사가 발생하는 가상 벽 위의 지점을 연결하는 라인의 방향을 이용하는 알려진 기술에 의해 선택된다.

- 각 반사음(1)이 직접음(10)과 비교하여 평균청자에 도달하는 것이 얼마나 지연되는지가 알려진 기술로 계산된다;

- 선택된 확성기의 발산과 관련된 진폭요인들이 상기 선택된 확성기로부터 나오는 음(13)의 벡터합이 가상음원(8)에 의해 나오는 반사음(11)과 같은 값을 갖도록 하는 방식으로 알려진 기술로 계산된다.

- 반사음으로부터 평균청자를 향한 방향과 관련된 높이 각도는 알려진 기술로 계산되고, 반사음(11)의 높이의 효과를 생성하도록 의도된 컴퓨터로 모방된 디지털 필터의 수치가 정해진다.

기술된 절차는 모의 실험될 각 가상음원에 대해 반복되고, 모의 실험되도록 결정된 각 음원에서 반사된 음에서도 반복된다.

이와 같이 처리된 신호는 관련된 모든 확성기에 동시에 보내지고, 모의 실험된 가상공간에서 평균청자들이 몰입할 수 있는 효과를 만들기 위해서 상기에 기술된 절차의 애플리케이션으로부터 나오는 모든 음의 합을 나타낸다.

상기 모의 실험은 청자가 가능한 한 하나 이상의 벽들로 경계되어지는 청자가 사실상 위치하고 있는 실제적인 물리공간과는 모양과 크기가 다른 공간에 위치하는 느낌을 일으킨다.

Claims (6)

1. 청자가 위치한 환경에 놓여있는 다수의 확성기 및 나머지 확성기들과 독립적으로 운전되도록 설계된 수단을 포함하여 이루어지는 시스템을 이용하여 음향 공간 내 가상위치에 하나 이상의 음원의 존재를 모의 실험하는 방법에 있어서, 청자가 위치한 지역 밖에 위치하는 가상 환경에서 직접음과 반사음의 작용이 별도로 재구성되는 것을 특징으로 하고,

   - 가상음원과 청자의 위치사이의 거리가 계산되고,

   - 음원과 청자를 연결하는 라인의 방향이 계산되고,

   - 청자와 음원을 연결하는 라인의 방향 또는 반사가 일어나는 가상 벽의 지역을 이용하여 직접음과 반사음의 조합을 전송하는 것에 이용될 확성기 한 조가 선택되고,

   - 상기 확성기들에 의해 발생된 음의 벡터의 합이 상기 가상음원에 의해 발생된 직접음 또는 가상음원에 의해 발생된 반사음과 같은 값이 되도록 하는 방식으로 선택된 확성기들의 발산과 관련된 진폭요인들이 계산되는 것을 특징으로 하는 음향 공간 내 가상위치에 하나 이상의 음원의 존재를 모의 실험하는 방법.
2. 제 1항에 있어서,

   청자와 관련 있는 음원의 높이 각도가 계산되고, 직접음의 높이의 효과를 생성하도록 설계된 컴퓨터에 의해 모방된 디지털 필터의 값들이 정해지는 것을 특징 으로 하는 음향 공간 내 가상위치에 하나 이상의 음원의 존재를 모의 실험하는 방법.
3. 제 1항에 있어서,

   평균 청자를 향해 반사된 음의 방향에 의해 정해지는 높이 각도가 계산되고, 반사음의 높이의 효과를 생성하도록 설계된 컴퓨터에 의해 모방된 디지털 필터의 값들이 정해지는 것을 특징으로 하는 음향 공간 내 가상위치에 하나 이상의 음원의 존재를 모의 실험하는 방법.
4. 제 1항에 있어서,

   직접음과 반사음의 작용이 독립적으로 재구성되는 것을 특징으로 하는 음향 공간 내 가상위치에 하나 이상의 음원의 존재를 모의 실험하는 방법.
5. 음향 공간내의 가상 위치내의 음의 모의 실험장치에 있어서,

   - 청자가 위치한 지역에 배치되는 다수의 확성기;

   - 상기 확성기들이 다른 것과는 독립적으로 운전되고 조정되도록 설계된 수단;

   - 청자의 위치와, 음원의 위치 또는 음의 가상 반사 지역 간의 거리를 계산하도록 설계된 수단;

   - 청자와 음원 또는 음의 반사 지역을 연결하는 라인의 방향을 결정하도록 설계된 수단;

   - 직접음을 구성하는 음들이 발생되도록 확성기 한 조를 선택하고 운전하도록 설계된 수단;

   - 반사음을 구성하는 음들이 발생되도록 확성기 한 조를 선택하도록 설계된 수단;

   - 상기 선택된 확성기들에 의해 발생된 음의 벡터의 합이 가상음원에 의해 발생된 직접 또는 반사음과 같은 값이 되도록 하는 방식으로 선택된 확성기들의 발산과 관련된 진폭요인들이 계산되도록 설계된 수단;

   을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 음향공간내의 가상위치내의 음의 모의 실험장치.
6. 제 5항에 있어서,

   청자와 관련된 음원의 높이각도를 계산하도록 설계되고, 음의 높이의 효과를 생성하도록 설계된 디지털 필터의 값이 정해지도록 설계되는 수단을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 음향공간내의 가상위치내의 음의 모의 실험장치.

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