KR101558097B1 - 최적의 스위트 스팟을 제공하기 위한 스피커 구동 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 청취자의 위치에 따라 최적의 스위트 스팟을 제공하기 위한 스피커 구동 시스템 및 방법에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은, 복수 개의 스피커 유닛들로 이루어진 적어도 하나의 스피커 클러스터; 상기 스피커 클러스터에 대한 청취자의 위치를 디텍트 하는 위치 트래킹 유닛; 및 상기 스피커 클러스터의 구동을 제어하는 컨트롤러를 포함하되, 상기 컨트롤러는, 상기 디텍트 된 청취자의 위치 정보에 기초하여 상기 스피커 클러스터 중 구동될 적어도 일부의 스피커 유닛을 결정하는 것을 특징으로 하는 스피커 구동 시스템, 이를 위한 컨트롤러, 및 이를 이용한 스피커 구동 방법을 제공한다.

Description

최적의 스위트 스팟을 제공하기 위한 스피커 구동 시스템 및 방법{A SPEAKER DRIVING SYSTEM AND A SPEAKER DRIVING METHOD FOR PROVIDING OPTIMAL SWEET SPOT}

본 발명은 최적의 스위트 스팟을 제공하기 위한 스피커 구동 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 청취자의 위치에 따라 최적의 스위트 스팟을 제공하기 위한 스피커 구동 시스템 및 방법에 관한 것이다.

최근 디지털 신호처리의 발전에 따라 고품질 음향에 대한 요구가 증가하고 있다. 실제와 비슷한 환경의 소리를 제공하기 위하여 3D Sound와 같은 기술들이 제공되고 있지만, 스피커를 이용한 오디오 시스템에서는 청취자가 최상의 소리를 듣기 위한 영역이 매우 제한적이다. 이처럼 최상의 소리를 들을 수 있는 제한적인 영역을 스위트 스팟(sweet spot)이라 하며, 최근에는 실제 청취자의 위치에 스위트 스팟을 제공하기 위한 기술들이 개발되고 있다.

하지만 오디오 신호를 복수 채널의 스피커를 통하여 출력하는 경우에는, 청취자의 양쪽 귀에 도달하기 전에 각 채널 신호들 간의 간섭이 일어날 수 있으며 이로 인해 특정 채널의 오디오 신호가 다른 채널에 섞이는 크로스토크(Cross-Talk, 누화)가 발생하게 된다. 크로스토크 발생시 오디오 신호를 그대로 청취할 경우에는 입체감을 지각하는데 상당한 장애가 발생하며 극단적으로는 입체감을 지각할 수 없게 된다.

이러한 문제를 해결하기 위해, 청취자에 대한 머리전달함수(Head-Related Transfer Function, HRTF)의 역행렬을 이용하여 크로스토크 제거(Cross-Talk Cancellation, CTC)를 수행할 수 있다. 예를 들어, 2 채널 스피커 환경에서의 청취자에 대한 HRTF 행렬 H는 아래 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.

이때, 상기 행렬 H에 대한 역행렬 C는 아래 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.

이와 같이 계산된 행렬 C를 오디오 신호에 적용함으로 오디오 신호의 크로스토크를 제거할 수 있다.

한편, 기준 위치로부터 구해진 행렬 C와, 청취자가 기준 위치 y, x에서 각각 Δy, Δx 만큼 움직인 환경에서의 HRTF 행렬 H를 곱한 행렬 G를 아래 수학식 3과 같이 정의할 수 있다.

이때, 크로스토크 제거의 성능을 나타낼 수 있는 지표인 채널 분리비(Channel Separation Ratio, CSR)는 각각 상기 행렬 G를 이용하여 다음 수학식 4와 같이 정의될 수 있다.

여기서, 적분 구간 B는 임의의 주파수 범위, 이를 테면 가청 주파수 범위 등이 될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 정의된 CSR이 기 설정된 임계값, 이를 테면 10dB 이상인 영역을 스위트 스팟으로 정의할 수 있다.

위와 같은 크로스토크 제거 방법에 따르면, 청취자가 기준 위치에 존재하는 경우에는 행렬 G가 단위행렬이 되어 CSR이 무한대 값을 가지게 되지만, 청취자의 위치가 변하여 행렬 H가 정확한 청취 환경을 제공하지 못할 경우에는 행렬 G가 단위행렬이 되지 않아 CSR 값이 감소하게 된다. 도 7은 2 채널 스피커 환경에서 청취자가 중앙으로부터 좌, 우로 이동할 경우 생성되는 스위트 스팟 면적에 대한 실험 결과를 나타내고 있다. 도시된 바와 같이, 청취자가 중앙을 기준으로 좌, 우로 이동할수록 스위트 스팟의 면적이 급격히 감소하는 것을 확인할 수 있다.

또한, 기존의 크로스토크 제거 방법에 따르면 행렬 H의 행렬식(determinant)이 특정 주파수에서 0에 근사하여 행렬 C의 크기가 증가하게 되고, 이로 인해 링잉(ringing) 현상이 발생하는 문제가 있었다.

본 발명은 다채널 스피커 시스템에서 스위트 스팟 제공 성능을 향상시키기 위한 목적을 가지고 있다.

또한, 본 발명은 청취자의 위치 변화에 대응하여 스위트 스팟의 면적을 고르게 유지할 수 있는 다채널 스피커 시스템을 제공하기 위한 목적을 가지고 있다.

또한, 본 발명은 다채널 스피커 시스템에서의 크로스토크 제거 시 특정 주파수 대역에서 발생하는 링잉 현상을 감소시키기 위한 목적도 가지고 있다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 실시예에 따른 스피커 구동 시스템은, 복수 개의 스피커 유닛들로 이루어진 적어도 하나의 스피커 클러스터; 청취자의 위치를 디텍트 하는 위치 트래킹 유닛; 및 상기 스피커 클러스터의 구동을 제어하는 컨트롤러를 포함하되, 상기 컨트롤러는, 상기 스피커 클러스터에 대한 청취자의 상대적인 위치 정보에 기초하여 상기 스피커 클러스터 중 구동될 적어도 일부의 스피커 유닛을 결정하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 컨트롤러는, 복수 개의 스피커 유닛들로 이루어진 적어도 하나의 스피커 클러스터의 구동을 제어하는 컨트롤러로서, 상기 스피커 클러스터에 대한 청취자의 상대적인 위치 정보를 획득하고, 상기 획득된 청취자의 상대적인 위치 정보에 기초하여 상기 스피커 클러스터 중 구동될 적어도 일부의 스피커 유닛을 결정하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 스피커 구동 방법은 복수 개의 스피커 유닛들로 이루어진 적어도 하나의 스피커 클러스터에 대한 청취자의 위치를 디텍트 하는 단계; 및 상기 스피커 클러스터에 대한 청취자의 상대적인 위치 정보에 기초하여 상기 스피커 클러스터 중 구동될 적어도 일부의 스피커 유닛을 결정하는 단계; 를 포함하되, 상기 결정하는 단계는, 상기 스피커 클러스터 중 상기 청취자의 위치를 기준으로 대칭 위치에 있는 기준 스피커 유닛 쌍과 이를 경계로 한 기준 영역 내의 스피커 유닛의 조합을 상기 구동될 스피커 유닛으로 결정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 청취자의 위치 변화에 대응하여 구동될 스피커를 선택적으로 결정함으로 해당 청취자에 대한 최적의 스위트 스팟을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면 다채널 오디오 신호를 출력하기 위한 스피커 구동 시스템의 스위트 스팟 면적을 넓힘으로 향상된 청취 환경을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면 낮은 연산 과정을 통해 청취자의 위치 변화에 대응하여 실시간으로 스위트 스팟 영역을 조정할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 스피커 구동 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 도면.
도 2는 본 발명에 따른 따른 스피커 구동 방법의 일 실시예를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명에 따른 따른 스피커 구동 방법의 다른 실시예를 나타낸 도면.
도 4는 본 발명에 따른 따른 스피커 구동 방법의 또 다른 실시예를 나타낸 도면.
도 5는 복수의 청취자가 디텍트 될 경우의 스피커 구동 방법의 일 실시예를 나타낸 도면.
도 6은 복수의 청취자가 디텍트 될 경우의 스피커 구동 방법의 다른 실시예를 나타낸 도면.
도 7 내지 도 9는 종래 기술에 따른 스피커 구동 시스템 및 본 발명의 실시예에 따른 스피커 구동 시스템에서의 스위트 스팟의 면적을 각각 측정한 그래프.
도 10은 스피커 개수와 간격을 변화시키면서 조건수를 측정한 결과를 나타낸 그래프.

본 명세서에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도, 관례 또는 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한 특정 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 명세서에서 사용되는 용어는, 단순한 용어의 명칭이 아닌 그 용어가 가진 실질적인 의미와 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 해석되어야 함을 밝혀두고자 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 스피커 구동 시스템(1000)의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 스피커 구동 시스템(1000)은, 컨트롤러(100), 적어도 하나의 스피커 클러스터(200) 및 위치 트래킹 유닛(300)을 포함할 수 있다.

먼저, 스피커 클러스터(200)는 도 1에 도시된 바와 같이 복수개의 스피커 유닛들(SPK 1, SPK 2, SPK 3, SPK 4)으로 이루어진 스피커 시스템을 가리키는 것으로, 어레이(array) 스피커 등 다양한 형태의 복수의 스피커 유닛의 집합을 포함할 수 있다. 스피커 클러스터(200)의 각 스피커 유닛은 물리적으로 결합된 형태로 제공될 수 있으며, 각각 분리된 형태로 제공될 수도 있다. 일 실시예에 따르면, 동일한 스피커 클러스터(200)에 포함되는 각 스피커 유닛 간의 간격은 일정할 수 있으나, 본 발명은 이에 한정하지 않으며 서로 다른 간격으로 각 스피커 유닛이 배치될 수도 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 스피커 클러스터(200)의 각 스피커 유닛은 도 1에 도시된 바와 같이 1차원의 배열로 나란히 배치될 수 있으며, 2차원 이상의 평면 또는 곡면 상에 배치될 수도 있다. 복수의 스피커 유닛들이 1차원의 배열을 이룰 경우, 일 직선 형태의 배열뿐만 아니라 곡선 형태의 배열, 또는 임의의 축을 따라 소정의 범위 이내에 산발적으로 배치되는 형태 등의 다양한 배치가 가능하다. 또한, 본 발명의 실시예에 따르면 임의의 영역 내에 배치된 복수의 스피커 유닛들이 스피커 클러스터(200)를 이룰 수 있으며, 스피커 클러스터(200)의 각 스피커 유닛의 배치 형태는 다양하게 변형 가능하다.

다음으로, 위치 트래킹 유닛(300)은 다양한 방법을 이용하여 청취자(50)의 위치를 디텍트 한다. 일 실시예에 따르면, 위치 트래킹 유닛(300)은 카메라 유닛을 포함할 수 있으며, 상기 카메라 유닛을 통해 수집된 이미지를 이용하여 청취자(50)의 위치를 디텍트 할 수 있다. 이때, 카메라 유닛으로는 일반적인 카메라뿐만 아니라 적외선 카메라, 뎁스 카메라 등을 포함할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 위치 트래킹 유닛(300)은 레이저 스캐너를 포함할 수 있으며, 이를 이용하여 빠른 속도로 청취자(50)의 위치를 디텍트 할 수 있다. 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 위치 트래킹 유닛(300)은 복수의 마이크 유닛을 포함할 수 있으며, 복수의 마이크 유닛을 통해 수신된 청취자(50)의 음성 신호를 이용하여 청취자(50)의 위치를 디텍트 할 수 있다. 이와 같은 다양한 방법을 이용하여, 위치 트래킹 유닛(300)은 청취자(50)의 위치를 디텍트 할 수 있으며, 디텍트 된 청취자의 위치 정보를 컨트롤러(100)로 전달한다.

다음으로, 컨트롤러(100)는 스피커 구동 시스템(1000)의 각 유닛들을 제어한다. 컨트롤러(100)는 위치 트래킹 유닛(300)으로부터 청취자(50)의 위치 정보를 수신한다. 컨트롤러(100)는 수신된 청취자(50)의 위치 정보를 이용하여 스피커 클러스터(200)에 대한 해당 청취자(50)의 상대적인 위치 정보를 획득한다. 이를 위해, 컨트롤러(100)는 스피커 클러스터(200)의 각 스피커 유닛의 배치 정보를 미리 획득할 수 있다. 또한, 컨트롤러(100)는 후술하는 다양한 실시예에 따라, 스피커 클러스터(200)의 복수의 스피커 유닛들 중 구동될 스피커 유닛을 결정 한다. 또한, 컨트롤러(100)는 구동될 스피커 유닛의 공간적 배치에 기초하여 크로스토크 제거 행렬 C를 산출할 수 있으며, 상기 행렬 C를 다채널 오디오 신호에 적용하여 각 스피커 유닛에 대한 채널 신호를 결정하여 할당할 수 있다. 이와 같이 할당된 채널 신호는 해당 스피커 유닛을 통해 출력된다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 컨트롤러(100), 스피커 클러스터(200) 및 위치 트래킹 유닛은 각각 별도의 장치로 구비될 수도 있으며, 하나의 장치에 결합되어 구비될 수도 있다. 상기 각 구성이 하나의 장치로 구비될 경우, 스마트 폰, 스마트 패드, 스마트 TV, 및 기타 다양한 디지털 디바이스 등을 통해 스피커 구동 시스템(1000)이 구현될 수 있다. 또한, 스피커 구동 시스템(1000)의 각 구성 요소는 무선 또는 유선으로 결합되어 각종 데이터를 송/수신할 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 따른 스피커 구동 방법의 일 실시예를 나타내고 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 컨트롤러(미도시)는 스피커 클러스터(200)에 대한 청취자(50)의 상대적인 위치 정보에 기초하여 스피커 클러스터(200)의 복수 개의 스피커 유닛들 중 적어도 일부를 선택적으로 구동시킬 수 있다. 도 2를 참조하면, 컨트롤러는 스피커 클러스터(200)의 복수의 스피커 유닛들(SPK 1 ~ SPK 6) 중 청취자(50)의 위치를 기준으로 대칭 위치에 있는 스피커 유닛 쌍을 선별할 수 있다. 도 2의 실시예에서는, SPK 1 및 SPK 4, SPK 2 및 SPK 3가 각각 청취자(50)의 위치를 기준으로 대칭 위치에 있는 스피커 유닛 쌍에 해당한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 컨트롤러(100)는 대칭 위치에 있는 스피커 유닛 쌍 중 상호 간의 간격이 가장 먼 스피커 유닛 쌍을 기준 스피커 유닛 쌍으로 선택하고, 선택 된 기준 유닛 쌍을 경계로 한 기준 영역(35) 내에 위치한 스피커 유닛의 조합을 구동될 스피커 유닛으로 결정할 수 있다. 도 2의 실시예에서는 SPK 1 및 SPK 4가 기준 스피커 유닛 쌍으로 선택될 수 있으며, 해당 스피커 유닛 쌍을 경계로 한 기준 영역(35) 내에 있는 SPK 1, SPK 2, SPK 3 및 SPK 4가 구동될 스피커 유닛으로 결정될 수 있다.

컨트롤러(100)는 기준 영역(35) 내에 있는 모든 스피커 유닛 또는 이들의 조합을 이용하여 오디오 신호를 출력한다. 한편, 구동될 스피커 유닛으로 선택되지 않은 나머지 스피커 유닛 즉, SPK 5 및 SPK 6는 청취자(50)의 위치 이동이 있지 않는 한 구동되지 않는다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 컨트롤러는 상기 구동될 스피커 유닛의 공간적 배치에 기초하여 해당 스피커 유닛에 다채널 오디오 신호의 각 채널 신호를 할당한다. 예를 들어, 2 채널 스테레오 오디오 신호를 재생할 경우, 컨트롤러는 4 X 2 크기의 크로스토크 제거 행렬 C를 상기 스테레오 오디오 신호에 적용하여 4개의 스피커 유닛 각각에 대한 채널 신호를 결정할 수 있으며, 결정된 채널 신호를 해당 스피커 유닛으로 출력할 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 스피커 구동 방법의 다른 실시예를 나타내고 있다. 도 3의 실시예에 따르면, 본 발명의 스피커 구동 시스템은 2차원 평면 상에 복수의 스피커 유닛들이 배치 된 스피커 클러스터(200)를 포함할 수 있다. 도 3의 실시예에서 도 2의 실시예와 동일하거나 상응하는 부분은 중복적인 설명을 생략하도록 한다.

도 3의 실시예에서 스피커 클러스터(200)는 X축과 Y축으로 이루어진 평면 상에 배열된 복수 개의 스피커 유닛들을 포함한다. 스피커 클러스터(200)의 각 스피커 유닛은 3 개의 행과 4 개의 열로 이루어진 배치 구조를 갖는다. 스피커 클러스터(200)의 각 행의 스피커 유닛들은 X축을 따라 배열되어 있으며, 각 열의 스피커 유닛들은 Y축을 따라 배열되어 있다. 도 3에서는 서로 직교 하는 X축과 Y축으로 이루어진 평면 상에 복수 개의 스피커 유닛들이 배치된 실시예를 도시하였으나, 본 발명은 이에 한정하지 않으며 스피커 클러스터(200)의 복수 개의 스피커 유닛들은 방향이 서로 다른 임의의 2 개의 축으로 이루어진 평면 상에 배치될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 컨트롤러는 각 축(X축, Y축)에 대한 기준 영역(35a, 35b)에 공통으로 포함되는 영역 내의 스피커 유닛의 조합을 본 발명의 구동될 스피커 유닛으로 결정할 수 있다. 도 3을 참조하면, 스피커 클러스터(200)의 평면을 이루는 X축 및 Y축 각각에 대하여 본 발명의 기준 영역(35a, 35b)이 설정될 수 있다.

먼저, X축을 기준으로 배열된 스피커 유닛들 중 위에서부터 차례 대로 첫 번째 행에서는 SPK 1 및 SPK 3가, 두 번째 행에서는 SPK 5 및 SPK 7이, 세 번째 행에서는 SPK 9 및 SPK 11이 각각 기준 스피커 유닛 쌍이 된다. 따라서, 해당 기준 스피커 유닛 쌍들을 경계로 한 기준 영역 35a 내에 포함되는 스피커 유닛은 SPK 1 ~ SPK 3, SPK 5 ~ SPK 7 및 SPK 9 ~ SPK 11 임을 알 수 있다.

또한, Y축을 기준으로 배열된 스피커 유닛들 중 좌측으로부터 차례 대로 첫 번째 열에서는 SPK 5 및 SPK 9가, 두 번째 열에서는 SPK 6 및 SPK 10이, 세 번째 열에서는 SPK 7 및 SPK 11이, 그리고 네 번째 열에서는 SPK 8 및 SPK 12가 각각 기준 스피커 유닛 쌍이 된다. 따라서, 해당 기준 스피커 유닛 쌍들을 경계로 한 기준 영역 35b 내에 포함되는 스피커 유닛은 SPK 5 ~ SPK 7 및 SPK 9 ~ SPK 11 임을 알 수 있다.

본 발명의 컨트롤러는 X축 및 Y축 각각에 대한 기준 영역 35a, 35b에 공통으로 포함되는 영역(오버랩 영역)에 위치한 SPK 5, SPK 6, SPK 7, SPK 9, SPK 10 및 SPK 11을 구동될 스피커 유닛으로 결정한다. 컨트롤러는 구동될 스피커 유닛을 이용하여 다채널 오디오 신호를 출력할 수 있다. 전술한 바와 같이, 컨트롤러는 선택된 스피커 유닛의 공간적 배치에 기초하여, 다채널 오디오 신호의 각 채널 신호를 할당한다.

도 3에서는 스피커 클러스터(200)의 복수의 스피커 유닛들이 2차원 평면상에 배열된 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 2차원 평면뿐만 아니라 곡면, 3차원 공간 등에 스피커 유닛들이 배치된 스피커 클러스터에도 동일하게 적용될 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 스피커 구동 방법의 다른 실시예를 나타내고 있다. 도 4의 실시예에 따르면, 스피커 구동 시스템은 복수의 스피커 클러스터(200a, 200b, 200c)를 포함할 수 있다. 본 발명의 컨트롤러는 각 스피커 클러스터(200a, 200b, 200c)에 대하여, 해당 스피커 클러스터에 포함된 복수 개의 스피커 유닛들 중 구동될 스피커 유닛을 결정할 수 있다. 도 4의 실시예에서 도 2 내지 도 3의 실시예와 동일하거나 상응하는 부분은 중복적인 설명을 생략하도록 한다.

도 4의 실시예에서 스피커 구동 시스템은 X축을 기준으로 복수 개의 스피커 유닛들이 배열된 스피커 클러스터 200a와, Y축을 기준으로 복수 개의 스피커 유닛들이 각각 배열된 스피커 클러스터 200b, 200c를 포함한다. 도 4에서는 서로 직교하는 2 개의 X축과 Y축을 기준으로 스피커 유닛들이 각각 배열된 복수의 스피커 클러스터를 도시하였으나, 본 발명은 이에 한정하지 않으며 서로 다른 2개 이상의 축을 기준으로 스피커 유닛들이 각각 배열된 복수의 스피커 클러스터에 적용될 수 있다. 또한, 복수의 스피커 클러스터의 각 스피커 유닛들은 1차원 배열뿐만 아니라 도 3의 실시예에서 설명한 바와 같이 2차원 이상의 평면, 곡면, 공간상에 배치될 수도 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 컨트롤러는 복수의 스피커 클러스터(200a, 200b, 200c)의 각 기준 축에 대한 청취자(50)의 위치 정보에 기초하여, 해당 스피커 클러스터(200a, 200b, 200c) 중 구동될 적어도 일부의 스피커 유닛을 결정할 수 있다. 즉, 스피커 구동 시스템에 포함된 복수의 스피커 클러스터(200a, 200b, 200c)에는 각각 독립적으로 본 발명의 기준 영역(35a, 35b, 35c)이 설정될 수 있으며, 해당 기준 영역(35a, 35b, 35c) 내에 위치한 스피커 유닛의 조합을 이용하여 다채널 오디오 신호를 출력할 수 있다.

도 4를 참조하면, 컨트롤러는 스피커 클러스터 200a에 대한 청취자(50)의 상대적인 위치 정보에 기초하여 SPK 1, SPK 2, SPK 3, SPK 4를 구동될 스피커 유닛으로, 스피커 클러스터 200b에 대한 청취자(50)의 상대적인 위치 정보에 기초하여 SPK 9, SPK 10을 구동될 스피커 유닛으로, 스피커 클러스터 200c에 대한 청취자(50)의 상대적인 위치 정보에 기초하여 SPK 13, 14를 구동될 스피커 유닛으로 각각 선택할 수 있다. 이와 같이 컨트롤러는 개별 스피커 클러스터의 기준 축 및 해당 스피커 클러스터에 대한 청취자(50)의 상대적인 위치 정보에 기초하여 해당 스피커 클러스터에서 구동될 적어도 일부의 스피커 유닛을 결정할 수 있다.

컨트롤러는 구동될 스피커 유닛을 이용하여 다채널 오디오 신호를 출력할 수 있다. 전술한 바와 같이, 컨트롤러는 선택된 스피커 유닛의 공간적 배치에 기초하여, 다채널 오디오 신호의 각 채널 신호를 할당할 수 있다.

도 5는 복수의 청취자가 디텍트 될 경우의 스피커 구동 방법의 일 실시예를 나타낸 도면이다.

본 발명의 실시예에 따르면, 스피커 구동 시스템 내에는 복수의 청취자(50a, 50b, 50c)가 존재할 수 있다. 이와 같이 복수의 청취자(50a, 50b, 50c)가 스피커 구동 시스템을 동시에 이용할 경우에는, 각 청취자(50a, 50b, 50c)에게 다채널 오디오 신호를 균일한 수준의 퀄리티로 제공하는 것이 중요하다. 특히, 다채널 오디오 신호를 듣는 각 청취자(50a, 50b, 50c) 모두에게 일정 수준 이상의 크로스토크 제거 성능을 제공하는 것이 중요하다.

이를 위해, 본 발명의 실시예에 따르면 복수의 청취자(50a, 50b, 50c)들의 위치 정보의 평균 값을 이용하여 다채널 오디오 신호를 제공할 수 있다. 스피커 구동 시스템의 위치 트래킹 유닛(미도시)은 복수의 청취자들(50a, 50b, 50c) 각각의 위치를 디텍트하고, 컨트롤러는 디텍트 된 복수의 청취자들(50a, 50b, 50c)의 위치 정보의 평균 값을 이용하여 가상 청취자(50_M)의 위치 정보를 획득한다. 컨트롤러는 획득된 가상 청취자(50_M)의 위치 정보에 기초하여 전술한 방법에 따라 스피커 클러스터(200)의 기준 영역(35)을 설정하고, 해당 기준 영역(35) 내의 스피커 유닛의 조합을 구동될 스피커 유닛으로 결정한다.

상기 가상 청취자(50_M)의 위치 정보를 획득할 때, 프로세서는 복수의 청취자들(50a, 50b, 50c)의 3차원 공간상의 각 축에 대한 좌표 평균 값을 이용할 수도 있으나, 실시예에 따라서는 스피커 클러스터(200)의 복수 개의 스피커 유닛들이 배열된 기준 축에 대한 좌표 평균 값 만을 이용할 수도 있다. 예를 들어, 도 5의 실시예와 같이 스피커 클러스터(200)의 복수 개의 스피커 유닛들이 X축을 따라 배열되어 있을 경우, 컨트롤러는 각 청취자들(50a, 50b, 50c)의 X축에 대한 좌표의 평균 값만을 이용하여 가상 청취자(50_M)의 X축 상의 좌표를 산출할 수 있다. 컨트롤러는 가상 청취자(50_M)의 X축 상의 좌표값에 기초하여 기준 스피커 유닛 쌍 및 기준 영역을 설정하고, 구동될 스피커 유닛을 선택할 수 있다.

도 6은 복수의 청취자가 디텍트 될 경우의 스피커 구동 방법의 다른 실시예를 나타낸 도면이다. 도 6의 실시예에서 도 5의 실시예와 중복되는 설명은 생략하도록 한다.

도 6에 도시된 바와 같이 스피커 구동 시스템을 이용하는 복수의 청취자들(50a, 50b, 50c, 50d)의 위치가 분산되어 있을 경우, 모든 청취자들(50a, 50b, 50c, 50d)의 위치 정보를 기준으로 하여 구동될 스피커 유닛을 선택하는 것은 청취자들(50a, 50b, 50c, 50d)의 전체적인 청취 품질을 떨어트릴 수 있다.

따라서 본 발명의 실시예에 따르면, 복수의 청취자들(50a, 50b, 50c, 50d) 중 위치 편차가 큰 청취자의 위치 정보는 가상 청취자(50_M)의 위치 정보 산출 시 제외시킬 수 있다. 이를 위해, 컨트롤러는 디텍트 된 복수의 청취자들(50a, 50b, 50c, 50d)의 위치 정보에 기초하여 각 청취자들(50a, 50b, 50c, 50d) 간의 거리를 산출하고, 각 청취자들(50a, 50b, 50c, 50d)에 대해 이웃 청취자와의 최소 거리 값을 획득한다. 상기 획득된 이웃 청취자와의 최소 거리가 기 설정된 값 보다 큰 지점에 있는 청취자가 있을 경우, 해당 청취자의 위치 정보는 가상 청취자(50_M)의 위치 정보 획득에 사용되지 않는다. 도 6의 실시예를 참조하면, 청취자 50d의 이웃 청취자와의 최소 거리는 d인데, 상기 최소 거리 d가 기 설정된 값 보다 클 경우 컨트롤러는 청취자 50d를 제외한 청취자 50a, 50b 및 50c의 위치 정보만을 이용하여 가상 청취자(50_M)의 위치 정보를 획득할 수 있다.

도 7 내지 도 9는 종래 기술에 따른 스피커 구동 시스템 및 본 발명의 실시예에 따른 스피커 구동 시스템에서의 스위트 스팟의 면적을 각각 측정한 그래프이다.

먼저, 도 7은 0.5m 간격을 가지는 2 채널 스피커 환경에서 청취자가 중앙으로부터 좌, 우로 이동할 경우 생성되는 스위트 스팟 면적에 대한 실험 결과를 나타내고 있다. 도시된 바와 같이, 청취자가 중앙을 기준으로 좌, 우로 이동할수록 스위트 스팟의 면적이 급격히 감소하는 것을 확인할 수 있다.

다음으로, 도 8은 청취자가 좌, 우로 이동하는 상황에서 구동되는 스피커 유닛을 각각 다르게 선택할 때의 스위트 스팟 면적을 측정한 실험 결과를 나타내고 있다. 해당 실험에서는 각각 0.5m 간격을 가지는 총 4개의 스피커 유닛을 구비한 스피커 클러스터가 사용되었으며, 각 채널(ch1, ch2, ch3, ch4)은 개별 스피커 유닛에 대응된다. 각각의 그래프는 ch1, ch2, ch3 스피커가 구동될 때, ch2, ch3, ch4 스피커가 구동될 때, 그리고 ch1, ch2, ch3, ch4 스피커가 구동 될 때에 대한 각각의 실험결과를 비교하여 나타내고 있다. 그래프에 도시된 같이, 청취자의 위치에 따라 구동되는 스피커 유닛의 조합을 변경하여, 구동되는 스피커들의 중앙 부근에 청취자가 위치하도록 할 때 스위트 스팟의 면적이 넓어지는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예와 같이 청취자의 위치에 대하여 대칭 구조를 가지는 스피커 유닛 쌍을 구동하는 것이 스위트 스팟의 확장을 위해 필요함을 알 수 있다.

도 9는 도 1에 도시된 바와 같이 총 4개의 스피커 유닛을 구비한 스피커 클러스터에 대하여, 본 발명의 실시예에 따른 스피커 구동 방법과 종래 기술에 따른 스피커 구동 방법을 비교하고 있다. 도 9의 그래프에서 실선은 본 발명의 실시예에 따라 스피커 유닛을 선택적으로 구동할 경우의 스위트 스팟 면적을, 점선은 기존 방식처럼 4개의 스피커 유닛을 모두 구동시킬 때의 스위트 스팟 면적을 측정한 결과를 나타낸다. 도 9의 실선 그래프에서 청취자의 위치에 따른 구동 스피커는 다음과 같다.

청취자 위치 (m)	선택된 스피커 유닛
-0.750 ~ -0.375	SPK 1, SPK 2
-0.375 ~ -0.125	SPK 1, SPK 2, SPK 3
-0.125 ~ 0.125	SPK 1, SPK 2, SPK 3, SPK 4
0.125 ~ 0.375	SPK 2, SPK 3, SPK 4
0.375 ~ 0.750	SPK 3, SPK 4

도시된 바와 같이, 기존의 방법을 이용할 경우 청취자가 스피커 클러스터의 중심에서 멀어지면 스위트 스팟의 면적이 줄어들지만, 본 발명의 실시예와 같이 청취자의 위치에 따라 선택적으로 스피커를 구동하면 청취자가 스피커 클러스터의 중심에서 멀어지더라도 스위트 스팟의 면적이 일정 수준으로 유지되고 있음을 알 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예에 따르면 전술한 바와 같이 선택된 구동 스피커 유닛에 대한 정보를 이용하여 크로스토크 제거를 수행할 수 있다. 본 발명의 컨트롤러는 스피커 클러스터 중 구동될 스피커 유닛의 정보를 획득하고, 해당 스피커 유닛의 정보를 이용하여 크로스토크 제거 행렬을 산출한다. 일반적으로 크로스토크 제거는 2개의 스피커를 이용한 재생 환경에서 계산되지만, 크로스토크 제거의 주된 계산은 HRTF 행렬에 대한 역행렬을 구하는 것이기 때문에 N개의 스피커를 이용한 재생 환경으로 확장될 수 있다.

그러나 구동되는 스피커의 수가 청취자의 수의 2 배가 아닐 경우에는 HRTF 행렬이 정방 행렬이 아니므로, 의사 역행렬(pseudo inverse)을 사용하여 역행렬을 구할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따라 스피커 구동 시스템에서 4개의 스피커 유닛이 구동될 경우의 HRTF 행렬 H는 다음 수학식 5와 같다.

여기에서 행렬 H의 각 성분들은 구동되는 스피커 유닛과 청취자의 양쪽 귀의 위치 관계에 기초한 HRTF 함수가 된다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따라 구동되는 스피커 유닛의 객체, 총 개수 등이 변화할 경우 이에 대응하는 행렬 H의 각 성분 값, 성분 개수 등이 바뀌게 된다. 본 발명의 컨트롤러는 상기 HRTF 행렬 H의 역행렬을 구함으로 크로스토크 제거 행렬 C를 산출할 수 있다.

한편, 크로스토크 제거를 수행할 경우에는 특정 주파수 영역에서 행렬 C의 크기가 급격히 증가하여 피크가 발생하는 링잉(ringing) 현상이 발생한다. 이 현상은 이상적인 환경에서는 청취자에게 영향이 없지만, 실제 환경에서는 영향을 미치기 때문에 행렬 C의 성분 크기를 제한해야 한다. 본 발명의 실시예에 따르면, 행렬 C와 유사한 크기 응답을 갖는 조건수(condition number)를 이용하여 링잉 현상이 발생하는 주파수 구간을 확인할 수 있다.

도 10은 스피커 개수와 간격을 변화시키면서 조건수를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다. 도 10(a)를 참조하면, 스피커 간의 간격이 좁을수록 피크 값은 증가하지만, 피크 사이의 주파수 간격이 넓어지면서 피크가 존재하는 주파수 영역이 감소하는 것을 확인할 수 있다. 또한 도 10(b)를 참조하면, 스피커 개수가 증가할수록 피크 값이 감소하는 것을 확인할 수 있다. 즉, 링잉 현상이 발생하는 주파수 영역을 감소시키기 위해서는 구동되는 스피커의 개수를 증가시키고, 해당 스피커들 간의 간격을 좁게 설정해야 함을 알 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예에 따르면, 전술한 바와 같이 청취자에 대하여 대칭 구조를 갖는 스피커 쌍 중 상호 간의 간격이 가장 먼 스피커 쌍과 해당 스피커 쌍 사이에 있는 모든 스피커를 구동 스피커로 선택함으로 링잉 현상을 억제할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 링잉 현상을 발생시키는 크로스토크 제거 행렬 C의 피크의 크기를 제한하기 위하여 행렬 C의 성분 값을 다음과 같이 조정할 수 있다.

여기서,

,

수학식 6에서 C_mn(f)은 행렬 C의 각 성분 값을 나타내며, |C_mn(f)|은 해당 성분 값의 크기를 나타낸다. 또한, Γ는 기 설정된 값이다.

즉, 본 발명의 실시예에 따르면, 컨트롤러는 HRTF 행렬 H의 역행렬을 구하여 크로스토크 제거 행렬 C를 산출하되, 행렬 C의 각 성분 값(C_mn(f))이 기 설정된 값(Γ) 보다 큰지 여부를 판별하고, 기 설정된 값(Γ) 보다 클 경우 해당 성분 값(C_mn(f))을 상기 기 설정된 값(Γ)이 되도록 조정할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 기 설정된 값(Γ)은 |C_mn(f)|의 최소값의 4배가 될 수 있다. 본 발명의 컨트롤러는 이와 같이 수정된 크로스토크 제거 행렬을 다채널 오디오 신호에 적용하여 크로스토크 제거를 수행할 수 있다.

이상에서는 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 설명하였으나, 당업자라면 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않고 수정, 변경을 할 수 있다. 따라서 본 발명의 상세한 설명 및 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술분야에 속한 사람이 용이하게 유추할 수 있는 것은 본 발명의 권리범위에 속하는 것으로 해석된다.

35: 기준 영역 50: 청취자
100: 컨트롤러 200: 스피커 클러스터
300: 위치 트래킹 유닛 1000: 스피커 구동 시스템

Claims (14)

1. 복수 개의 스피커 유닛들로 이루어진 적어도 하나의 스피커 클러스터;
   청취자의 위치를 디텍트 하는 위치 트래킹 유닛; 및
   상기 스피커 클러스터의 구동을 제어하는 컨트롤러를 포함하되,
   상기 컨트롤러는,
   상기 스피커 클러스터에 대한 청취자의 상대적인 위치 정보에 기초하여 상기 스피커 클러스터 중 구동될 적어도 일부의 스피커 유닛을 결정하되, 상기 스피커 클러스터 중 상기 청취자의 위치를 기준으로 대칭 위치에 있는 기준 스피커 유닛 쌍과 이를 경계로 한 기준 영역 내의 스피커 유닛의 조합을 상기 구동될 스피커 유닛으로 결정하는 것을 특징으로 하는 스피커 구동 시스템.
   
2. 삭제
3. 제1 항에 있어서,
   상기 기준 스피커 유닛 쌍은 상기 대칭 위치에 있는 스피커 유닛 쌍 중 상호 간의 간격이 가장 먼 스피커 유닛 쌍인 것을 특징으로 하는 스피커 구동 시스템.
   
4. 제1 항에 있어서,
   상기 스피커 클러스터는 적어도 2 개의 축으로 이루어진 공간 상에 배열된 복수 개의 스피커 유닛들을 포함하며,
   상기 컨트롤러는 상기 각 축에 대한 기준 영역에 공통으로 포함되는 영역 내의 스피커 유닛의 조합을 상기 구동될 스피커 유닛으로 결정하는 것을 특징으로 하는 스피커 구동 시스템.
   
5. 제1 항에 있어서,
   제1 축을 기준으로 복수 개의 스피커 유닛들이 배열된 제1 스피커 클러스터; 및
   상기 제1 축과 다른 제2 축을 기준으로 복수 개의 스피커 유닛들이 배열된 제2 스피커 클러스터를 포함하며,
   상기 컨트롤러는 상기 제1 축에 대한 상기 청취자의 위치 정보에 기초하여 상기 제1 스피커 클러스터 중 구동될 적어도 일부의 스피커 유닛을 결정하며, 상기 제2 축에 대한 상기 청취자의 위치 정보에 기초하여 상기 제2 스피커 클러스터 중 구동될 적어도 일부의 스피커 유닛을 결정하는 것을 특징으로 하는 스피커 구동 시스템.
   
6. 제1 항에 있어서,
   상기 컨트롤러는 상기 구동될 스피커 유닛의 공간적 배치에 기초하여 해당 스피커 유닛에 다채널 오디오 신호의 각 채널 신호를 할당하는 것을 특징으로 하는 스피커 구동 시스템.
   
7. 제1 항에 있어서,
   상기 위치 트래킹 유닛은 복수의 청취자들의 위치를 디텍트하고,
   상기 컨트롤러는 디텍트 된 복수의 청취자들의 위치 정보의 평균 값을 이용하여 가상 청취자의 위치 정보를 획득하고, 획득된 가상 청취자의 위치 정보에 기초하여 상기 구동될 적어도 일부의 스피커 유닛을 결정하는 것을 특징으로 하는 스피커 구동 시스템.
   
8. 제7 항에 있어서,
   상기 컨트롤러는 상기 디텍트 된 복수의 청취자들 간의 거리를 산출하고, 이웃 청취자와의 최소 거리가 기 설정된 값 보다 큰 지점에 있는 청취자의 위치 정보는 상기 가상 청취자의 위치 정보 획득에 사용하지 않는 것을 특징으로 하는 스피커 구동 시스템.
   
9. 제1 항에 있어서,
   상기 컨트롤러는,
   상기 스피커 클러스터의 크로스토크 제거 행렬을 산출하고, 상기 크로스토크 제거 행렬의 각 성분 값이 기 설정된 값 보다 큰지 여부를 판별하고, 상기 기 설정된 값 보다 큰 성분 값에 대하여 상기 기 설정된 값으로 상기 크로스토크 제거 행렬을 수정하며, 수정된 크로스토크 제거 행렬을 이용하여 오디오 신호에 대한 크로스토크 제거를 수행하는 것을 특징으로 하는 스피커 구동 시스템.
   
10. 제9 항에 있어서,
    상기 크로스토크 제거 행렬은 상기 구동될 스피커 유닛에 대한 정보에 기초하여 산출되는 것을 특징으로 하는 스피커 구동 시스템.
    
11. 복수 개의 스피커 유닛들로 이루어진 적어도 하나의 스피커 클러스터의 구동을 제어하는 컨트롤러로서,
    상기 스피커 클러스터에 대한 청취자의 상대적인 위치 정보를 획득하고,
    상기 획득된 청취자의 상대적인 위치 정보에 기초하여 상기 스피커 클러스터 중 구동될 적어도 일부의 스피커 유닛을 결정하되, 상기 스피커 클러스터 중 상기 청취자의 위치를 기준으로 대칭 위치에 있는 기준 스피커 유닛 쌍과 이를 경계로 한 기준 영역 내의 스피커 유닛의 조합을 상기 구동될 스피커 유닛으로 결정하는 것을 특징으로 하는 컨트롤러.
    
12. 삭제
13. 복수 개의 스피커 유닛들로 이루어진 적어도 하나의 스피커 클러스터에 대한 청취자의 위치를 디텍트 하는 단계; 및
    상기 스피커 클러스터에 대한 청취자의 상대적인 위치 정보에 기초하여 상기 스피커 클러스터 중 구동될 적어도 일부의 스피커 유닛을 결정하는 단계; 를 포함하되,
    상기 결정하는 단계는, 상기 스피커 클러스터 중 상기 청취자의 위치를 기준으로 대칭 위치에 있는 기준 스피커 유닛 쌍과 이를 경계로 한 기준 영역 내의 스피커 유닛의 조합을 상기 구동될 스피커 유닛으로 결정하는 것을 특징으로 하는 스피커 구동 방법.
    
14. 제13 항에 있어서,
    상기 스피커 클러스터의 크로스토크 제거 행렬을 산출하는 단계;
    상기 크로스토크 제거 행렬의 각 성분 값이 기 설정된 값 보다 큰지 여부를 판별하는 단계;
    상기 기 설정된 값 보다 큰 성분 값에 대하여 상기 기 설정된 값으로 상기 크로스토크 제거 행렬을 수정하는 단계; 및
    수정된 크로스토크 제거 행렬을 이용하여 오디오 신호에 대한 크로스토크 제거를 수행하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스피커 구동 방법.

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