KR101152224B1 - 청취 공간 기반의 지향성 음원 제어 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 각 음원의 음향 방사 효율을 최대화하면서 청취 공간과 비청취 공간 사이의 음향 에너지 차이를 최대화하여 청취 공간에서만 음향을 들을 수 있도록 한 것을 특징으로 한다. 따라서, 본 발명에 따르면, 타인에게 청각적 방해를 주지 않으면서도 청취자에게 현장감 있는 음향을 제공할 수 있으며, 최소의 제어만으로도 최대의 음향 효과를 얻을 수 있다.
스피커, 음향, 청취 공간, 청취 영역, 음향 에너지, 음압, 위상

Description

청취 공간 기반의 지향성 음원 제어 방법 및 장치{The method and apparatus for controlling directional acoustic sources based on listening area}
본 발명은 청취 공간 기반의 지향성 음원 제어 방법 및 장치에 관한 것으로, 더 자세하게는 각 음원의 음향 방사 효율을 최대화하면서 청취 공간과 비청취 공간 사이의 음향 에너지 차이를 최대화하여 청취 공간에서만 음향을 들을 수 있도록 하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
본 발명은 지식경제부 및 정보통신연구진흥원의 IT원천기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2006-S-006-03, 과제명: 유비쿼터스 단말용 부품 모듈].
음향 출력 시에 보통의 스피커를 이용하는 경우 음향의 자연 방사 특성상 불특정 다수에게 청각적 방해를 주게 된다. 이러한 이유로, 타인에게 미치는 청각적 방해를 최소화하고 개인의 사생활 보존을 위한 개인 음향 시스템으로 헤드폰과 이어폰이 일반적으로 사용되고 있지만, 감각적 폐쇄성이 해결되어야 할 문제로 제기 되고 있다. 따라서, 타인에게 미치는 청각적 방해를 최소화하면서도 감각적 폐쇄성의 문제를 해결할 수 있는 개인 음향 시스템이 요구되고 있다.
이러한 요구에 따라 라인 스피커 어레이의 지연 시간을 조절하여 음향 출력 방향을 제어하는 방법이 개시되어 있지만, 이러한 방법은 청취자의 다양한 위치 변화를 고려하고 있지 않기 때문에 방향성 제어에 한계가 있다는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 하나의 음향 공간 안에 청취자가 설정한 공간별로 음압 레벨을 다르게하여 조용하거나 시끄러운 공간을 동시에 발생시킬 수 있는 음향 제어 방법이 개시되어 있다.
상기 음향 제어 방법은 사용자가 위치한 공간에는 음향 에너지를 집중시켜 타 공간에 비하여 상대적으로 높은 에너지 밀도를 갖는 밝은 소리 공간을 형성하고, 그 외 영역은 상대적으로 낮은 위치 에너지를 갖는 정숙 공간 혹은 어두운 소리 공간으로 만드는 방법이다.
하지만, 상기 음향 제어 방법은 각 음원의 크기가 제한되어 있을 때 소정 영역의 음향 에너지를 최대한 음향학적으로 밝게 하면서 그 이외의 공간은 최대한 어둡게 만드는 방법으로, 엄밀히 말해 각 음원의 음향 방사 효율을 최대화하는 방법은 아니다.
또한, 청취자의 청취 위치가 두 지점(예를 들어 쇼파와 책상) 사이에서 반복적으로 변화되는 경우, 밝은 공간과 나머지 공간의 밝기 비를 최대로 하기 위해 음향 에너지를 반복적으로 계산해야 하므로 계산량이 증가하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 각 음원의 음향 방사 효율을 최대화하면서 청취 공간과 비청취 공간 사이의 음향 에너지 차이를 최대화하여 청취 공간에서만 음향을 들을 수 있도록 하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 청취 공간 기반의 지향성 음원 제어 방법은, (a) 청취자의 청취 위치에 따라 청취 공간 및 비청취 공간을 설정한 후 음향 출력을 위해 사용할 음원의 개수와 위치를 선택하는 단계; (b) 상기 선택된 음원에 입력되는 음향 신호의 총 음향 에너지와 상기 청취 공간 및 비청취 공간의 음향 에너지를 계산하는 단계; (c) 상기 계산된 음향 에너지값들을 이용하여 상기 청취 공간과 상기 비청취 공간의 음향 에너지 차이가 최대가 되도록 하면서 상기 선택된 음원에 입력되는 음향 신호의 총 음향 에너지가 최소가 되도록 하는 최적의 음원 벡터를 계산하는 단계; 및 (d) 상기 최적의 음원 벡터에 따라 상기 선택된 음원의 음압과 위상을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 최적의 음원 벡터에 따라 상기 선택된 음원의 음압과 위상을 제어하면, 상기 청취 공간에서만 음향 출력이 이루어지게 되며, 특히, 상기 청취 공간을 청취자의 좌우 귀 영역으로 설정한 후 상기 최적의 음원 벡터에 따라 상기 선택된 음원 의 음압과 위상을 조절하면, 청취자의 좌우 귀 영역에서만 음향 출력이 이루어지게 된다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 청취 공간 기반의 지향성 음원 제어 장치는, 청취자의 청취 위치에 따라 청취 공간 및 비청취 공간을 설정하고 음향 출력을 위해 사용할 음원의 개수와 위치를 선택하는 청취/비청취 공간 설정부; 상기 선택된 음원에 입력되는 음향 신호의 총 음향 에너지와 상기 청취 공간 및 비청취 공간의 음향 에너지를 계산하는 음향 에너지 계산부; 상기 계산된 음향 에너지값들을 이용하여 상기 청취 공간과 상기 비청취 공간의 음향 에너지 차이가 최대가 되도록 하면서 상기 선택된 음원에 입력되는 음향 신호의 총 음향 에너지가 최소가 되도록 하는 최적의 음원 벡터를 계산하는 음원 벡터 계산부; 및 상기 최적의 음원 벡터에 따라 상기 선택된 음원의 음압과 위상을 제어하는 음압 및 위상 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 타인에게 청각적 방해를 주지 않으면서도 청취자에게 현장감 있는 음향을 제공할 수 있으며, 최소의 제어만으로도 최대의 음향 효과를 얻을 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 청취 공간 기반의 지향성 음원 제어 방법 및 장치에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 기본 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 음향 공간상에 다수의 음원이 존재하는 상태에서, 청취를 원하는 청취 공간(L)과 청취를 원하지 않는 비청취 공간(N)을 설정한 후, 음향 출력을 위해 사용할 음원의 개수와 위치를 선택한다.
그 다음, 선택된 음원의 음향 방사 효율이 최대가 되도록, 그리고 청취 공간(L)과 비청취 공간(N)의 음향 에너지 차이가 최대가 되도록, 각 음원에 입력되는 음향 신호의 음압과 위상을 적절히 제어하면, 청취 공간(L)에서만 음향이 들리고 비청취 공간(N)에서는 음향이 들리지 않게 된다.
즉, 본 발명은 각 음원의 음향 방사 효율을 최대화하면서 청취 공간(L)과 비청취 공간(N)의 음향 에너지 차이를 최대화하여 청취자가 청취 공간(L)에서만 음향을 들을 수 있도록 한 것에 특징이 있으며, 이에 대하여 더 자세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 청취 공간(L)과 비청취 공간(N)의 음향 에너지를 계산하는 방법에 대하여 설명한다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명에서 청취 공간(L) 및 비청취 공간(N)의 음향 에너지를 계산하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 청취 공간(L)과 비청취 공간(N) 모두 n개의 점으로 구성되는 공간이라 가정한다. 그리고, 전체 음향 공간상에 위치한 m개 의 음원에 각각 입력되는 음향 신호는 음원 벡터
Figure 112009019770603-pat00001
,
Figure 112009019770603-pat00002
, …,
Figure 112009019770603-pat00003
라고 정의하고, i번째 음원에서 j번째 청취 공간(L)상의 점까지의 전달 함수는
Figure 112009019770603-pat00004
라고 정의하며, i번째 음원에서 j번째 비청취 공간(N)상의 점까지의 전달 함수는
Figure 112009019770603-pat00005
라고 정의한다. 여기에서,
Figure 112009019770603-pat00006
와
Figure 112009019770603-pat00007
는 전달 특성의 측정 및 이론적 가정을 통해 얻을 수 있다.
여기에서, j번째 청취 공간(L)상의 점의 위치를
Figure 112009019770603-pat00008
라고 하면,
Figure 112009019770603-pat00009
지점에서 i번째 음원에 의해 생성되는 음압은
Figure 112009019770603-pat00010
로 표현된다. 이와 마찬가지로, j번째 비청취 공간(N)상의 점
Figure 112009019770603-pat00011
에서 i번째 음원에 의해 생성되는 음압은
Figure 112009019770603-pat00012
로 표현된다.
따라서, 각 음원과 청취 공간(L) 사이의 전달 함수(H) 및 각 음원과 비청취 공간(N) 사이의 전달 함수(G)는 다음의 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112009019770603-pat00013
그리고, m개의 음원에 각각 입력되는 음향 신호의 위상과 음압은 다음의 수학식 2와 같이 음원 벡터(
Figure 112009019770603-pat00014
)로 나타낼 수 있다.
Figure 112009019770603-pat00015
상기 수학식 1 및 수학식 2를 이용하여, 청취 공간(L)상의 임의의 한 점
Figure 112009019770603-pat00016
에서 각 음원에 의해 발생되는 음압(
Figure 112009019770603-pat00017
)은 다음의 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112009019770603-pat00018
이와 마찬가지로, 비청취 공간(N)상의 임의의 한 점
Figure 112009019770603-pat00019
에서 각 음원에 의해 발생되는 음압(
Figure 112009019770603-pat00020
)은 다음의 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112009019770603-pat00021
한편, 체적 V를 갖는 소정 음향 공간의 음향 에너지(E)는 다음의 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112009019770603-pat00022
여기에서,
Figure 112009019770603-pat00023
는 소리 전파가 일어나는 매질의 밀도, c는 소리의 전파 속도, V는 음향 공간의 체적,
Figure 112009019770603-pat00024
는 음원에 의해 발생되는 음압, H는 에르미트 연산자(Hermitian operator)를 각각 나타낸다.
상기 수학식 5를 이용하여, 청취 공간(L)의 체적을
Figure 112009019770603-pat00025
이라 하고, 비청취 공간(N)의 체적을
Figure 112009019770603-pat00026
이라 하면, 청취 공간(L) 내부의 음향 에너지(
Figure 112009019770603-pat00027
)와 비청취 공간(N) 내부의 음향 에너지(
Figure 112009019770603-pat00028
)는 다음의 수학식 6과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112009019770603-pat00029
여기에서,
Figure 112009019770603-pat00030
는 소리 전파가 일어나는 매질의 밀도, c는 소리의 전파 속도, H는 에르미트 연산자(Hermitian operator),
Figure 112009019770603-pat00031
은 청취 공간의 체적,
Figure 112009019770603-pat00032
은 비청취 공간의 체적,
Figure 112009019770603-pat00033
는 음원과 청취 공간 사이의 전달 함수,
Figure 112009019770603-pat00034
은 음원과 비청취 공간 사이의 전달 함수,
Figure 112009019770603-pat00035
는 음원 벡터,
Figure 112009019770603-pat00036
은 서로 다른 음원이 청취 공간의 체적(
Figure 112009019770603-pat00037
)에 형성하는 음압들의 상관 정도,
Figure 112009019770603-pat00038
은 서로 다른 음원이 비청취 공간의 체적(
Figure 112009019770603-pat00039
)에 형성하는 음압들의 상관 정도를 각각 나타낸다.
상기 수학식 6에 의하면 청취 공간(L)과 비청취 공간(N)의 음향 에너지 차이(
Figure 112009019770603-pat00040
-
Figure 112009019770603-pat00041
)가 최대가 되도록 하는 음원 벡터(
Figure 112009019770603-pat00042
)를 얻을 수 있다. 하지만, 이는 각 음원의 음향 방사 효율은 고려하지 않은 결과값이다.
따라서, 본 발명에서는 청취 공간(L)과 비청취 공간(N)의 음향 에너지 차이(
Figure 112009019770603-pat00043
-
Figure 112009019770603-pat00044
)가 최대가 되도록 하면서 각 음원의 음향 방사 효율도 최대가 되도록 하기 위해서, 다음의 수학식 7과 같이 음원 벡터의 음향 에너지(
Figure 112009019770603-pat00045
)에 대한 청취 공간(L)과 비청취 공간(N)의 음향 에너지 차이(
Figure 112009019770603-pat00046
-
Figure 112009019770603-pat00047
)를 목표 함수(
Figure 112009019770603-pat00048
)로 정의한다.
Figure 112009019770603-pat00049
여기에서, 음원 벡터의 음향 에너지(
Figure 112009019770603-pat00050
)는 각 음원에 입력되는 음향 신호의 복소 크기의 절대치를 제곱하여 전체 합한 값으로서, 이는 음향 출력을 위해 사용되는 음원의 총 음향 에너지를 나타내며, 이 값이 작을수록 각 음원의 음향 방사 효율이 높은 것을 의미한다.
따라서, 상기 목표 함수(
Figure 112009019770603-pat00051
)가 최대값을 갖도록 하는 음원 벡터를 최적의 음원 벡터(
Figure 112009019770603-pat00052
)로 설정하여 상기 최적의 음원 벡터(
Figure 112009019770603-pat00053
)에 따라 각 음원의 음압과 위상을 제어하면, 최소의 음향 에너지로 청취 공간(L)과 비청취 공간(N)의 음향 에너지 차이(
Figure 112009019770603-pat00054
-
Figure 112009019770603-pat00055
)가 최대가 되도록 할 수 있으며, 이에 따라 각 음원의 음향 방사 효율은 최대가 되면서 청취 공간(L)에서만 음향을 들을 수 있다.
한편, 상기 수학식 7에서는 청취 공간(L)과 비청취 공간(N)의 음향 에너지가 동일한 비중으로 고려되었지만, 다음의 수학식 8과 같이 튜닝 파라미터(
Figure 112009019770603-pat00056
)를 이용하여 청취 공간(L)에 대한 비청취 공간(N)의 음향 에너지 비중을 조절하는 것도 가능하다.
Figure 112009019770603-pat00057
상기 수학식 8을 살펴보면, 튜닝 파라미터(
Figure 112009019770603-pat00058
)를 이용하여 청취 공간(L)에 대한 비청취 공간(N)의 음향 에너지 비중을 조절함으로써, 두 공간 사이의 에너지 차이를 고려하는 정도와 음향 방사 효율을 고려하는 정도를 적절히 조절할 수 있음을 알 수 있다. 즉, 상기 튜닝 파라미터(
Figure 112009019770603-pat00059
)는 최적의 음원 벡터(
Figure 112009019770603-pat00060
)를 계산할 때 유연성을 제공한다.
한편, 상기 최적의 음원 벡터(
Figure 112009019770603-pat00061
)는 다양한 최적화 기법(예를 들면, 행렬 고유 벡터 계산법 또는 최적화 기법)을 통해 목표 함수(
Figure 112009019770603-pat00062
)를 최적화하여 얻어지는 데, 상기 수학식 8에 나타난 바와 같이 상기 최적의 음원 벡터(
Figure 112009019770603-pat00063
)를 계산할 때 역행렬 계산이 필요하지 않게 되므로 계산량을 감소시킬 수 있으며, 아울러 음향 전달 함수를 대입하는 경우에 계산의 정확도가 향상되는 잇점이 있다.
상기와 같은 과정을 거쳐 얻어진 최적의 음원 벡터(
Figure 112009019770603-pat00064
)는 각 음원의 음압과 위상을 제어하는데 사용되며, 이에 대하여 더 자세히 설명하면 다음과 같다.
도 3 및 도 4는 최적의 음원 벡터를 이용하여 주파수 영역 및 시간 영역에서 각 음원의 음압과 위상을 제어하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 먼저 주파수 변환기를 통해 주파수 영역으로 변환된 광대역 음원 신호는 주파수 대역 분리기로 각각 입력되어 여러 주파수 대역으로 나뉘게 된다. 이어서, 각 주파수 대역의 음원 신호는 주파수 영역의 음압 및 위상 제어기를 각각 거치면서 최적의 음원 벡터에 따라 음압과 위상이 조절된다. 그 다음, 음압과 위상이 조절된 각 음원 신호는 시간 영역 변환기를 통해 시간 영역으로 변환된 후 하나의 신호로 합쳐져 트랜스듀서를 통해 출력된다.
도 4를 참조하면, 협대역 통과 필터를 통해 여러 주파수 대역으로 나뉜 광대역 음원 신호는 시간 영역의 음압 및 위상 제어기를 거치면서 내부의 지연 소자와 음량 조절기를 통해 음압과 위상이 조절된다. 이 때, 상기 지연 소자와 음량 조절기를 통해 조절되는 음압과 위상은 최적의 음원 벡터에 따라 결정된다. 이어서, 음압과 위상이 조절된 각 음원 신호는 하나의 신호로 합쳐져 트랜스듀서를 통해 출력된다.
도 5 내지 도 8은 본 발명의 지향성 음원 제어 방법에 따라 1차원 직선 어레 이 타입의 음원, 1차원 곡선 어레이 타입의 음원, 2차원 어레이 타입의 음원, 3차원 어레이 타입의 음원을 각각 제어하는 것을 나타낸 도면이며, 도 9는 3차원 어레이 타입의 음원을 이용하여 개인 음향 시스템을 구현한 일례를 나타낸 도면이다.
도 5 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 음원의 타입과는 상관없이 목표 함수(
Figure 112009019770603-pat00065
)가 최대값을 갖도록 하는 최적의 음원 벡터에 따라 각 음원의 음압과 위상을 제어하면, 청취자가 위치한 청취 공간(L)에서만 음향 출력이 이루어지게 되며, 이에 따라 타인에게 미치는 청각적 방해를 최소화하면서 개인만을 위한 개인 음향 시스템을 구현할 수 있다.
특히, 도 9에 도시된 바와 같이, 청취자의 좌우 귀 영역만을 청취 공간(L)으로 설정하고 나머지 영역은 비청취 공간(N)으로 설정한 후, 목표 함수(
Figure 112009019770603-pat00066
)가 최대값을 갖도록 두 3차원 어레이 타입 음원의 음압과 위상을 조절하면, 청취자의 좌우 귀 영역에서만 음향 출력이 이루어지게 된다. 따라서, 청취자에게 3차원 음향을 제공할 수 있을 뿐만 아니라 이어폰과 같은 개인 음향 시스템을 구현할 수 있다.
도 10은 본 발명에 따른 지향성 음원 제어 장치(100)를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 10을 참조하면, 본 발명에 따른 지향성 음원 제어 장치(100)는, 청취/비청취 공간 설정부(110)와, 음향 에너지 계산부(130)와, 음원 벡터 계산부(150)와, 음압 및 위상 제어부(170)를 포함한다.
우선, 청취자의 청취 위치가 결정되면, 상기 청취/비청취 공간 설정부(110) 는 청취자의 청취 위치에 따라 청취 공간(L)과 비청취 공간(N)을 설정한다. 이 때, 음향 출력을 위해 사용할 음원의 개수와 위치도 선택한다.
그 다음, 상기 음향 에너지 계산부(130)는 상기 청취 공간(L)과 비청취 공간(N)의 음향 에너지를 각각 계산하고, 선택된 음원의 총 음향 에너지를 계산하여 출력한다.
다음으로, 상기 음원 벡터 계산부(150)는 상기 음향 에너지 계산부(130)에서 계산된 음향 에너지값들을 이용하여 목표 함수(
Figure 112009019770603-pat00067
)가 최대값을 갖도록 하는 최적의 음원 벡터(
Figure 112009019770603-pat00068
)를 계산하여 출력한다. 여기에서, 상기 최적의 음원 벡터(
Figure 112009019770603-pat00069
)의 계산은 도 2a 및 도 2b와 관련된 설명에서 자세히 설명하였으므로 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
그 다음, 상기 음압 및 위상 제어부(170)는 상기 최적의 음원 벡터(
Figure 112009019770603-pat00070
)에 따라 각 음원의 음압과 위상을 제어한다.
이와 같이 청취자의 청취 영역을 청취 공간(L)으로 설정하고 그 외의 영역을 비청취 공간(N)으로 설정한 후, 최적의 음원 벡터(
Figure 112009019770603-pat00071
)에 따라 각 음원의 음압과 위상을 제어하면, 청취 공간(L)에서만 음향이 들리고 비청취 공간(N)에서는 음향이 들리지 않게 되므로, 개인만을 위한 개인 음향 제어 서비스를 제공할 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 설명하였다. 그러나, 본 발명의 실시예는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것으로, 본 발명의 범위가 상기의 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 여러 가지 다른 형태로 변형이 가능함은 물론이다.
도 1은 본 발명의 기본 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명에서 청취 공간 및 비청취 공간의 음향 에너지를 계산하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3 및 도 4는 최적의 음원 벡터를 이용하여 주파수 영역 및 시간 영역에서 각 음원의 음압과 위상을 제어하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5 내지 도 8은 본 발명의 지향성 음원 제어 방법에 따라 1차원 직선 어레이 타입의 음원, 1차원 곡선 어레이 타입의 음원, 2차원 어레이 타입의 음원, 3차원 어레이 타입의 음원을 각각 제어하는 것을 나타낸 도면이다.
도 9는 3차원 어레이 타입의 음원을 이용하여 개인 음향 시스템을 구현한 일례를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명에 따른 지향성 음원 제어 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
L : 청취 공간
N : 비청취 공간
Figure 112009019770603-pat00112
,
Figure 112009019770603-pat00113
, …,
Figure 112009019770603-pat00114
: 음원에 각각 입력되는 음향 신호
Figure 112009019770603-pat00115
: i번째 음원에서 j번째 청취 공간상의 점까지의 전달 함수
Figure 112009019770603-pat00116
: i번째 음원에서 j번째 비청취 공간상의 점까지의 전달 함수
100 : 본 발명의 지향성 음원 제어 장치
110 : 청취/비청취 공간 설정부
130 : 음향 에너지 계산부
150 : 음원 벡터 계산부
170 : 음압 및 위상 제어부

Claims (10)

  1. (a) 청취자의 청취 위치에 따라 청취 공간 및 비청취 공간을 설정한 후 음향 출력을 위해 사용할 음원의 개수와 위치를 선택하는 단계;
    (b) 상기 선택된 음원에 입력되는 음향 신호의 총 음향 에너지와 상기 청취 공간 및 비청취 공간의 음향 에너지를 계산하는 단계;
    (c) 상기 계산된 음향 에너지값들을 이용하여 상기 청취 공간과 상기 비청취 공간의 음향 에너지 차이가 최대가 되도록 하면서 상기 선택된 음원에 입력되는 음향 신호의 총 음향 에너지가 최소가 되도록 하는 최적의 음원 벡터를 계산하는 단계; 및
    (d) 상기 최적의 음원 벡터에 따라 상기 선택된 음원의 음압과 위상을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 청취 공간 기반의 지향성 음원 제어 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 (b) 단계에서,
    상기 청취 공간의 음향 에너지(
    Figure 112009019770603-pat00072
    )와 상기 비청취 공간의 음향 에너지(
    Figure 112009019770603-pat00073
    )는,
    Figure 112009019770603-pat00074
    (여기에서,
    Figure 112009019770603-pat00075
    는 소리 전파가 일어나는 매질의 밀도, c는 소리의 전파 속도, H는 에르미트 연산자(Hermitian operator),
    Figure 112009019770603-pat00076
    은 청취 공간의 체적,
    Figure 112009019770603-pat00077
    은 비청취 공간의 체적,
    Figure 112009019770603-pat00078
    는 음원과 청취 공간 사이의 전달 함수,
    Figure 112009019770603-pat00079
    은 음원과 비청취 공간 사이의 전달 함수,
    Figure 112009019770603-pat00080
    는 음원 벡터,
    Figure 112009019770603-pat00081
    은 서로 다른 음원이 청취 공간의 체적(
    Figure 112009019770603-pat00082
    )에 형성하는 음압들의 상관 정도,
    Figure 112009019770603-pat00083
    은 서로 다른 음원이 비청취 공간의 체적(
    Figure 112009019770603-pat00084
    )에 형성하는 음압들의 상관 정도를 각각 나타냄)
    에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 청취 공간 기반의 지향성 음원 제어 방법.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 (b) 단계에서,
    상기 선택된 음원에 입력되는 음향 신호의 총 음향 에너지는,
    Figure 112009019770603-pat00085
    (여기에서,
    Figure 112009019770603-pat00086
    는 음원 벡터, H는 에르미트 연산자(Hermitian operator)를 각각 나타냄)
    에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 청취 공간 기반의 지향성 음원 제어 방법.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 (c) 단계에서,
    상기 최적의 음원 벡터는 다음과 같이 정의된 목표 함수(
    Figure 112009019770603-pat00087
    )가,
    Figure 112009019770603-pat00088
    (여기에서,
    Figure 112009019770603-pat00089
    는 음원 벡터, H는 에르미트 연산자(Hermitian operator),
    Figure 112009019770603-pat00090
    은 서로 다른 음원이 청취 공간의 체적에 형성하는 음압들의 상관 정도,
    Figure 112009019770603-pat00091
    은 서로 다른 음원이 비청취 공간의 체적에 형성하는 음압들의 상관 정도,
    Figure 112009019770603-pat00092
    는 청취 공간에 대한 비청취 공간의 음향 에너지 비중을 조절하기 위한 튜닝 파라미터를 각각 나타냄)
    최대값을 갖도록 하는 음원 벡터인 것을 특징으로 하는 청취 공간 기반의 지향성 음원 제어 방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 목표 함수가 최대값을 갖도록 하는 최적의 음원 벡터에 따라 상기 선택 된 음원의 음압과 위상을 제어하면, 상기 청취 공간에서만 음향 출력이 이루어지는 것을 특징으로 하는 청취 공간 기반의 지향성 음원 제어 방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 음원은 1차원 직선/곡선 어레이 타입의 음원, 2차원 어레이 타입의 음원, 3차원 어레이 타입의 음원 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 청취 공간 기반의 지향성 음원 제어 방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 청취 공간을 청취자의 좌우 귀 영역으로 설정한 후 상기 최적의 음원 벡터에 따라 상기 선택된 음원의 음압과 위상을 조절하면, 청취자의 좌우 귀 영역에서만 음향 출력이 이루어지는 것을 특징으로 하는 청취 공간 기반의 지향성 음원 제어 방법.
  8. 청취자의 청취 위치에 따라 청취 공간 및 비청취 공간을 설정하고 음향 출력을 위해 사용할 음원의 개수와 위치를 선택하는 청취/비청취 공간 설정부;
    상기 선택된 음원에 입력되는 음향 신호의 총 음향 에너지와 상기 청취 공간 및 비청취 공간의 음향 에너지를 계산하는 음향 에너지 계산부;
    상기 계산된 음향 에너지값들을 이용하여 상기 청취 공간과 상기 비청취 공간의 음향 에너지 차이가 최대가 되도록 하면서 상기 선택된 음원에 입력되는 음향 신호의 총 음향 에너지가 최소가 되도록 하는 최적의 음원 벡터를 계산하는 음원 벡터 계산부; 및
    상기 최적의 음원 벡터에 따라 상기 선택된 음원의 음압과 위상을 제어하는 음압 및 위상 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 청취 공간 기반의 지향성 음원 제어 장치.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 음향 에너지 계산부는,
    Figure 112009019770603-pat00093
    (여기에서,
    Figure 112009019770603-pat00094
    는 소리 전파가 일어나는 매질의 밀도, c는 소리의 전파 속도, H는 에르미트 연산자(Hermitian operator),
    Figure 112009019770603-pat00095
    은 청취 공간의 체적,
    Figure 112009019770603-pat00096
    은 비청취 공간의 체적,
    Figure 112009019770603-pat00097
    는 음원과 청취 공간 사이의 전달 함수,
    Figure 112009019770603-pat00098
    은 음원과 비청취 공간 사이의 전달 함수,
    Figure 112009019770603-pat00099
    는 음원 벡터,
    Figure 112009019770603-pat00100
    은 서로 다른 음원이 청취 공간의 체적(
    Figure 112009019770603-pat00101
    ) 에 형성하는 음압들의 상관 정도,
    Figure 112009019770603-pat00102
    은 서로 다른 음원이 비청취 공간의 체적(
    Figure 112009019770603-pat00103
    )에 형성하는 음압들의 상관 정도를 각각 나타냄)
    에 의해 상기 청취 공간의 음향 에너지(
    Figure 112009019770603-pat00104
    )와 상기 비청취 공간의 음향 에너지(
    Figure 112009019770603-pat00105
    )를 계산하고,
    Figure 112009019770603-pat00106
    에 의해 상기 선택된 음원에 입력되는 음향 신호의 총 음향 에너지를 계산하는 것을 특징으로 하는 청취 공간 기반의 지향성 음원 제어 장치.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 음원 벡터 계산부는,
    다음과 같이 정의된 목표 함수(
    Figure 112009019770603-pat00107
    )가,
    Figure 112009019770603-pat00108
    (여기에서,
    Figure 112009019770603-pat00109
    는 음원 벡터, H는 에르미트 연산자(Hermitian operator),
    Figure 112009019770603-pat00110
    은 서로 다른 음원이 청취 공간의 체적에 형성하는 음압들의 상관 정도,
    Figure 112009019770603-pat00111
    은 서로 다른 음원이 비청취 공간의 체적에 형성하는 음압들의 상관 정도를 각각 나타냄)
    최대값을 갖도록 하는 최적의 음원 벡터를 계산하는 것을 특징으로 하는 청취 공간 기반의 지향성 음원 제어 장치.
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