KR101699457B1 - Apparatus for evaluating sound quality and method for the same - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시예에 따른 음질평가장치는 악기에 의해서 연주되는 음질을 평가하는 장치로서, 음향이 유입되는 음향 수신부, 상기 음향 수신부에 유입되는 시간영역에서의 음향정보를 주파수영역의 주파수분포정보로 변환하는 정보변환부, 상기 주파수분포정보를 이용하여 기음과 배음을 추출하는 주파수 추출부 및 상기 기음과 상기 배음을 이용하여 음질을 평가하는 음질 평가부를 포함한다.An apparatus for evaluating sound quality according to an embodiment of the present invention is an apparatus for evaluating sound quality to be played by a musical instrument, including an acoustic receiver for receiving sound, sound information in a time domain flowing into the sound receiver, A frequency extracting unit for extracting aspiration and harmonics using the frequency distribution information, and a sound quality evaluating unit for evaluating sound quality using the aspiration and the harmonics.
Description
본 발명은 음질평가장치 및 그 방법에 관한 발명으로서, 보다 상세하게는 기음과 배음구조를 갖는 소리에서 기음과 배음을 이용한 음질평가장치 및 그 방법에 관한 발명이다.The present invention relates to an apparatus and method for evaluating a sound quality, and more particularly, to an apparatus and method for evaluating a sound quality using aspiration and harmonics from a sound having an aspiration and a harmonic structure.
현대 과학기술의 발달은 문화, 예술영역을 넘나들며 그 필요성을 인정받고 있는 시대에 아날로그적인 시대의 산물이라 할 수 있는 악기의 연주를 현대과학기술과 접목시키고자 하는 시도들이 있어왔고 현재도 진행중이다.Attempts have been made to combine the performance of musical instruments, which are the product of the analogue era, with the modern science and technology in the age when the development of modern science and technology is recognized in the necessity of crossing the field of culture and art.
그 대표적인 예로 악기를 연주하는 로봇, 악기의 음향을 정확히 같은 음향으로 재생하는 장치 등이 등장하고 있으며, 또한 주변산업들이 동반하여 성장할 수 있는 계기가 마련되고 있다.Robots that play musical instruments and devices that reproduce the sound of musical instruments with exactly the same sound are emerging as typical examples. In addition, there are opportunities to grow together with neighboring industries.
로봇을 이용한 악기 연주나 악기를 조율하는 것은 더이상 인간의 경험적인 감각에 의존하지 않고, 정리된 데이터에 의해서 악기를 연주하거나 조율하기에 이르렀다.The use of robots to play musical instruments and to tune instruments no longer depends on the human emotional sense, but has come to play or coordinate instruments with organized data.
일반적으로 객관 음질 평가 척도는 크게 4가지로 나누어진다. 첫번째는 시간영역에서 야기된 편차를 측정하는 방법으로 신호대잡음비(SNR : Signal to Noise Ratio), 분절신호대잡음비(SegSNR : Segmental Signal to Noise Ratio) 등이 이에 해당하고, 두번째는 선형예측부호화법(LPC : Linear Predictive Coding)에 기초한 방법으로 선형예측부호화법, LPC-CD(Linear Predictive Coding-Cepstrum Distance), 대수선형예측부호화법(Log LPC) 등이 있으며, 세번째는 주파수 영역에서의 편차를 측정하는 방법으로 스펙트럼거리(SD : Spectral Distance), 주파수가중스펙트럼거리(FWSD : Frequency Weighted Spectral Distance), 에너지 가중스펙트럼거리(EWSD : Energy Weighted Spectral Distance) 등이 있으며, 네번째는 사람 귀의 청각 특성을 모델링하여 측정하는 방법으로서 바크스펙트럼거리(BSD : Bark Spectral Distance), 멜스펙트럼거리(MSD : Mel Spectral Distance) 및 최근 국제전기통신연합(ITU-T : International Telecommunication Union)의 보코더 성능평가를 위한 감지음성품질평가검사(PSQM : Perceptual Speech Quality Measure test) 등이 있다.In general, the objective sound quality evaluation scale is divided into 4 types. The first is the method of measuring the deviation caused in the time domain, and the signal-to-noise ratio (SNR) and the segmental signal to noise ratio (SegSNR) (Linear Predictive Coding), LPC-CD (Linear Predictive Coding-Cepstrum Distance), and logarithmic linear prediction coding (Log LPC). The third method is to measure the deviation in the frequency domain (SD), a frequency weighted spectral distance (FWSD), and an energy weighted spectral distance (EWSD). The fourth is a model for measuring the auditory characteristics of the human ear The Bark Spectral Distance (BSD), the Mel Spectral Distance (MSD) and the International Telecommunication Union (ITU-T) and Perceptual Speech Quality Measure Test (PSQM) for vocoder performance evaluation of the Telecommunication Union.
이러한 척도들은 응용되는 시스템에 따라 그 성능이 다르게 나타나지만 사람 귀의 청각 모델을 사용한 방법이 다른 방법보다 주관적 음질과의 상관도가 높다고 알려져 있다. Although these performances vary depending on the applied system, it is known that the method using the human ear auditory model has a higher correlation with the subjective sound quality than the other methods.
특히 위와 같은 음질평가를 위한 척도들은 전화통화음의 음질을 평가하는데 사용되는 기준들로 악기 특유의 음색, 음정의 선명도 등을 평가하기 위한 정확한 자료를 제공하지 못하고 있다.In particular, the above measures for evaluating the sound quality are used as criteria for evaluating the sound quality of a telephone call tone and fail to provide accurate data for evaluating the instrument-specific tone and sharpness of the pitch.
따라서, 음질을 비교적 정확히 측정할 수 있는 객관적인 척도(objective measure)에 의한 음질을 평가하는 방법의 개발이 요구되고 있다.Therefore, it is required to develop a method for evaluating the sound quality by an objective measure which can relatively accurately measure the sound quality.
본 발명의 목적은 악기의 음질을 평가하는 장치를 제공하는데 있다. 또한 본 발명의 목적은 악기의 종류에 관계없이 객관적인 음질평가자료를 생성하는 음질평가장치 및 그 방법을 제공하는데 있다.It is an object of the present invention to provide an apparatus for evaluating sound quality of a musical instrument. It is another object of the present invention to provide a sound quality evaluation apparatus and method for generating objective sound quality evaluation data regardless of the type of musical instrument.
본 발명의 실시예에 따른 음질평가장치는 악기에 의해서 연주되는 음질을 평가하는 장치로서, 음향이 유입되는 음향 수신부, 상기 음향 수신부에 유입되는 시간영역에서의 음향정보를 주파수영역의 주파수분포정보로 변환하는 정보변환부, 상기 주파수분포정보를 이용하여 기음과 배음을 추출하는 주파수 추출부 및 상기 기음과 상기 배음을 이용하여 음질을 평가하는 음질 평가부를 포함한다.An apparatus for evaluating sound quality according to an embodiment of the present invention is an apparatus for evaluating sound quality to be played by a musical instrument, including an acoustic receiver for receiving sound, sound information in a time domain flowing into the sound receiver, A frequency extracting unit for extracting aspiration and harmonics using the frequency distribution information, and a sound quality evaluating unit for evaluating sound quality using the aspiration and the harmonics.
여기서, 상기 정보변환부는 시간영역에서의 음향정보를 STFT(Short Time Fourier Transform)을 이용하여 시간에 따라 변하는 주파수 영역에서의 주파수분포정보로 변환할 수 있다.Here, the information converting unit may convert the sound information in the time domain into frequency domain information in a frequency domain that varies with time using STFT (Short Time Fourier Transform).
여기서, 상기 주파수 추출부는 상기 주파수 분포정보 중에서 진폭이 가장 큰 주파수를 갖는 음을 기음으로 추출하고, 기음을 제외한 나머지를 배음으로 추출할 수 있다.Here, the frequency extracting unit extracts a sound having a frequency with the largest amplitude among the frequency distribution information aspiration, and extracts the remainder excluding the aspiration by harmonic.
또한, 상기 음질평가부는 음색(timbre)을 평가하는 음색평가모듈 및 음정(pitch)의 선명도를 평가하는 음정평가모듈을 포함할 수 있다.The tone quality evaluation unit may include a tone color evaluation module for evaluating a timbre and a tone quality evaluation module for evaluating the sharpness of a pitch.
여기서, 상기 주파수 추출부는 상기 배음 중 진폭이 가장 큰 주파수를 유효배음으로 선택할 수 있다.Here, the frequency extracting unit may select a frequency having the largest amplitude among the harmonics as effective harmonics.
여기서, 상기 음색평가모듈은 기음주파수와 유효배음주파수를 이용하여 음질을 평가할 수 있다.Here, the tone color evaluation module may evaluate the sound quality using the aspiration frequency and the effective harmonic frequency.
또한, 상기 음색평가모듈은 수학식 1에 의해 음색평가지수를 연산하고, 상기 음색평가지수가 기 설정된 범위내에 있는지를 판정하며, 상기 수학식 1은, H-Factor(음색평가지수) = 유효배음주파수/기음주파수 일 수 있다.Further, the tone color evaluation module calculates a tone color evaluation index according to Equation (1) and determines whether the tone color evaluation index is within a predetermined range. In Equation (1), an H-factor (tone color evaluation index) Frequency / aspiration frequency.
또한, 상기 주파수 추출부는 상기 기음의 주파수와 인접한 주파수를 갖는 제1배음과 제2배음을 추출할 수 있다.The frequency extracting unit may extract a first harmonic and a second harmonic having a frequency adjacent to the frequency of the aspiration.
여기서, 상기 음정평가모듈은 상기 기음의 진폭 및 상기 기음의 주파수와 인접한 주파수를 갖는 제1배음의 진폭, 제2배음의 진폭을 이용하여 음정의 선명도를 평가할 수 있다.Here, the pitch estimation module may evaluate the sharpness of the pitch using the amplitude of the first harmonic and the amplitude of the second harmonic having a frequency adjacent to the amplitude of the aspiration and the frequency of the aspiration.
또한, 상기 음정평가모듈은 수학식 2에 의해 음정평가지수를 연산하고, 상기 음정평가지수가 기 설정된 임계값 이상인지를 판정하며, 상기 수학식 2는 VQ-Factor(음정평가지수)[dB] = (1/2)기음 진폭 - (1/4)(제1배음 진폭 + 제2배음 진폭) 일 수 있다.Also, the pitch estimation module calculates a pitch evaluation index according to Equation (2), and determines whether the pitch evaluation index is equal to or greater than a preset threshold value, and Equation (2) is a VQ- = (1/2) aspiration amplitude - (1/4) (first harmonic amplitude + second harmonic amplitude).
본 발명의 또 다른 양태에 따른 음질평가방법은 음질평가장치에 의해서 수행되는 음질을 평가하는 방법으로서, 음향을 수신하는 단계, 수신된 음향을 주파수 영역의 주파수 분포정보로 변환하는 단계, 상기 주파수 분포정보에서 기음과 배음을 추출하는 단계, 추출된 상기 배음 중 가장 큰 진폭을 갖는 유효 배음을 선택하는 단계, 상기 기음과 인접한 제1배음 및 제2배음을 선택하는 단계, 상기 기음의 주파수와 상기 유효배음의 주파수를 이용하여 음색을 평가하는 단계 및 상기 기음의 진폭, 상기 제1배음의 진폭 및 상기 제2배음의 진폭을 이용하여 음정의 선명도를 평가하는 단계를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method for evaluating sound quality performed by a sound quality evaluating apparatus, comprising the steps of: receiving sound; converting received sound into frequency domain frequency distribution information; Extracting aspiration and harmonics from the information; selecting an effective harmonic having the largest amplitude of the extracted harmonics; selecting a first harmonic and a second harmonic adjacent to the aspiration; Evaluating the tone color using the frequency of the harmonic, and evaluating the sharpness of the pitch using the amplitude of the aspiration, the amplitude of the first harmonic, and the amplitude of the second harmonic.
여기서, 상기 주파수 분포정보로 변환하는 단계는 상기 음향을 STFT(Short Time Fourier Transform)를 이용하여 변환하는 단계를 포함할 수 있다.Here, the step of converting into the frequency distribution information may include a step of converting the sound using STFT (Short Time Fourier Transform).
또한, 상기 음색을 평가하는 단계는 수학식 1에 의해 음색평가지수를 연산하고, 상기 음색평가지수가 기 설정된 범위내에 있는지를 판정하며, 상기 수학식 1은, H-Factor(음색평가지수) = 유효배음주파수/기음주파수일 수 있다.Further, the step of evaluating the tone color may include calculating a tone color evaluation index according to Equation (1) and determining whether the tone color evaluation index is within a predetermined range, wherein the equation (1) It may be an effective harmonic frequency / aspiration frequency.
또한, 상기 음정이 선명도를 평가하는 단계는 수학식 2에 의해 음정평가지수를 연산하고, 상기 음정평가지수가 기 설정된 임계값 이상인지를 판정하며, 상기 수학식 2는 VQ-Factor(음정평가지수)[dB] = (1/2)기음 진폭 - (1/4)(제1배음 진폭 + 제2배음 진폭)일 수 있다.In the step of evaluating the sharpness of the pitch, the pitch evaluation index is calculated according to Equation (2), and it is determined whether the pitch evaluation index is equal to or greater than a preset threshold value. The Equation (2) ) [dB] = (1/2) aspiration amplitude - (1/4) (first harmonic amplitude + second harmonic amplitude).
본 발명의 실시예에 따른 음질평가장치 및 방법에 의하면 악기에서 연주되는 음에 대한 음색 및 소리의 선명도를 객관적으로 평가할 수 있다. 또한, 비교적 간단한 과정을 통해서 음색 및 소리 선명도의 평가가 가능하다.According to the sound quality evaluating apparatus and method according to the embodiment of the present invention, it is possible to objectively evaluate the sharpness of a tone and a sound with respect to a sound played in a musical instrument. Also, it is possible to evaluate the tone and sound clarity through a relatively simple process.
도1은 본 발명의 실시예에 따른 음질평가장치의 기능블럭도이다.
도2는 본 발명의 실시예에 따른 정보 변환부의 기능을 설명하기 위한 개념도이다.
도3은 기음과 배음을 설명하기 위한 음향의 주파수 분포 그래프이다.
도4는 본 발명의 실시예에 따른 음질평가부의 상세 기능블럭도이다.
도5는 바이올린의 개방 G현을 연주하여 생성된 주파수 분포정보 그래프이다.
도6은 본 발명의 실시예에 따른 음질평가방법의 순서도이다.1 is a functional block diagram of a sound quality evaluation apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a conceptual diagram for explaining the function of the information converting unit according to the embodiment of the present invention.
3 is a graph of the frequency distribution of sound to explain aspiration and harmonic.
4 is a detailed functional block diagram of a sound quality evaluation unit according to an embodiment of the present invention.
5 is a graph of frequency distribution information generated by playing an open G string of a violin.
6 is a flowchart of a method for evaluating sound quality according to an embodiment of the present invention.
본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태들로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시 예들에 한정되지 않는다.It is to be understood that the specific structural or functional description of embodiments of the present invention disclosed herein is for illustrative purposes only and is not intended to limit the scope of the inventive concept But may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments set forth herein.
본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 특정한 개시 형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.The embodiments according to the concept of the present invention can make various changes and can take various forms, so that the embodiments are illustrated in the drawings and described in detail herein. It should be understood, however, that it is not intended to limit the embodiments according to the concepts of the present invention to the particular forms disclosed, but includes all modifications, equivalents, or alternatives falling within the spirit and scope of the invention.
제1 또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 벗어나지 않은 채, 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고 유사하게 제2 구성 요소는 제1 구성 요소로도 명명될 수 있다.The terms first, second, etc. may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The terms may be named for the purpose of distinguishing one element from another, for example, without departing from the scope of the right according to the concept of the present invention, the first element may be referred to as a second element, The component may also be referred to as a first component.
어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성 요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.It is to be understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, . On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between. Other expressions that describe the relationship between components, such as "between" and "between" or "neighboring to" and "directly adjacent to" should be interpreted as well.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 본 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, the terms "comprises" or "having" and the like are used to specify that there are features, numbers, steps, operations, elements, parts or combinations thereof described herein, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
각 블록 또는 각 단계는 특정된 논리적 기능(들)을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또, 몇 가지 대체 실시예들에서는 블록들 또는 단계들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들 또는 단계들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 또는 그 블록들 또는 단계들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.Each block or step may represent a portion of a module, segment, or code that includes one or more executable instructions for executing the specified logical function (s). It should also be noted that in some alternative embodiments, the functions mentioned in the blocks or steps may occur out of order. For example, two blocks or steps shown in succession may in fact be performed substantially concurrently, or the blocks or steps may sometimes be performed in reverse order according to the corresponding function.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the meaning of the context in the relevant art and, unless explicitly defined herein, are to be interpreted as ideal or overly formal Do not.
이하, 본 명세서에 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings attached hereto.
도1은 본 발명의 실시예에 따른 음질평가장치의 기능블럭도이다.1 is a functional block diagram of a sound quality evaluation apparatus according to an embodiment of the present invention.
도1에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 음질평가장치는 악기에 의해서 연주되는 음질을 평가하는 장치로서, 음향이 유입되는 음향 수신부(100), 상기 음향 수신부(100)에 유입되는 시간영역에서의 음향정보를 주파수영역의 주파수분포정보로 변환하는 정보변환부(200), 상기 주파수분포정보를 이용하여 기음과 배음을 추출하는 주파수 추출부(300) 및 상기 기음과 상기 배음을 이용하여 음질을 평가하는 음질 평가부(400)를 포함한다. As shown in FIG. 1, the apparatus for evaluating sound quality according to an embodiment of the present invention is an apparatus for evaluating sound quality to be played by a musical instrument. The apparatus includes an
음향 수신부(100)는 악기에서 연주되는 소리를 수신하는 장치로, 마이크와 같은 별도의 장치를 통해서 유입되는 아날로그 소리신호를 수신한다. 음향 수신부(100)는 보통 사람의 귀가 소리로 느낄 수 있는 음파의 주파수 영역인 16Hz ~ 20kHz의 주파수 대역의 음파를 수신한다. 음향수신부(100)에는 외부잡음에 의한 노이즈를 걸러내기 위한 밴드패스필터(미도시)를 더 포함할 수 있다.The
정보 변환부(200)는 음향 수신부(100)에 유입되는 시간영역에서의 음향정보를 주파수 영역의 주파수분포정보로 변환한다. The
도2는 본 발명의 실시예에 따른 정보 변환부의 기능을 설명하기 위한 개념도이다.2 is a conceptual diagram for explaining the function of the information converting unit according to the embodiment of the present invention.
도2에 도시된 바와 같이 정보 변환부(200)는 시간영역에서의 음향정보를 STFT(Short Time Fourier Transform)을 이용하여 시간에 따라 변하는 주파수 영역에서의 주파수분포정보로 변환한다. As shown in FIG. 2, the
푸리에 변환(Fourier Transform)은 함수의 근사값을 계산하는 알고리즘으로서, 시간과 더불어 변동하는 양이 있다고 가정하면 그 속에는 여러가지 진동수(주파수) 성분이 포함되어 있으므로 이러한 성분을 추출, 정리하여 각 주파수에 대한 성분 강도의 분포로 재배열하는 변환방법이다. Fourier Transform is an algorithm to calculate an approximate value of a function. Assuming that there is a fluctuating amount with time, various frequency (frequency) components are included therein. It is a transformation method that rearranges to distribution of intensity.
본 발명의 실시예에서 채용하고 있는 STFT(국소 푸리에 변환)는 푸리에 변환의 한 방법으로서, STFT(국소 푸리에 변환)는 기존의 푸리에 변환이 해당 신호가 주파수 영역으로 보았을때, 어떤 주파수의 성분을 얼마만큼 가지고 있는지 매우 가시적으로 잘 표현해주나 시간의 흐름에 따라 신호의 주파수가 변했을 경우에 어느 시간대에 주파수가 어떻게 변했는지 알 수 없다는 점 때문에 시간에 따른 주파수의 변화를 함께 표현하는 푸리에 변환의 한 방식이다.The STFT (Local Fourier Transform) employed in the embodiment of the present invention is a method of Fourier transform. The STFT (Local Fourier Transform) is a method in which an existing Fourier transform converts a frequency component of a certain frequency , It is a method of Fourier transform which expresses the change of the frequency with time because it can not know how the frequency changed at a certain time when the frequency of the signal changes according to the flow of time .
본 발명의 실시예에 따른 정보변환부(200)는 STFT를 이용하면 주파수와 시간에 따른 주파수변화, 진폭에 대한 정보를 3차원 그래프로 도식화 할 수 있으나 이하 설명의 편의상 시간단위를 1초영역으로 국한시켜 음향의 주파수분포정보를 이용한 음질평가장치에 대해서 설명한다.The
정보 변환부(200)는 도2를 통해 아날로그 음향신호를 음향수신부(100)로부터 수신하여 주파수 영역의 신호인 주파수 분포정보로 변환하는 기능을 함을 알 수 있다.The
주파수 추출부(300)는 주파수 분포정보 중에서 진폭이 가장 큰 주파수를 기음으로 추출하고 나머지 배음으로 추출한다. 기음은 기본 주파수가 되는 음, 하나의 음이 울렸을때 가장 진폭이 큰 음, 가장 뚜렷한 음을 의미한다. 기음은 소리의 음고(음정)을 결정한다.The
배음은 기본 주파수의 정수배가 되는 주파수를 가진 음으로서, 여러 진폭의 소리(배음)들이 함께 울리면서 소리의 음색을 결정한다. A harmonic is a tone with a frequency that is an integer multiple of the fundamental frequency, and the sounds of multiple amplitudes (harmonics) ring together to determine the tone of the sound.
도3은 기음과 배음을 설명하기 위한 음향의 주파수 분포 그래프이다.3 is a graph of the frequency distribution of sound to explain aspiration and harmonic.
도3은 현악기인 바이올린의 개방 G현을 연주하여 정보변환부(200)를 거쳐 생성된 주파수 영역에서의 주파수분포정보를 표현한 그래프이다.3 is a graph showing frequency distribution information in a frequency domain generated through the
개방 G현의 음정에 맞는 주파수인 197Hz에서 기음이 관찰되었고, 그 이외에는 배음이 관찰되었다. Asymmetry was observed at the frequency of 197Hz, which corresponds to the pitch of the opening G string, and other harmonics were observed.
본 발명의 실시예에 따른 주파수 추출부(300)는 정보변환부(200)로부터 도3과 같은 주파수 분포정보를 수신하여 기음주파수와 배음주파수를 추출하는 기능을 한다.The
주파수 추출부(300)는 또한 배음 중 진폭이 가능 큰 음을 유효배음으로 선택한다. 유효배음은 하기할 음질평가부에서 음색을 평가하는데 사용된다.The
음질평가부(400)는 기음과 배음을 이용하여 음질을 평가한다. The sound
도4는 본 발명의 실시예에 따른 음질평가부의 상세 기능블럭도이다.4 is a detailed functional block diagram of a sound quality evaluation unit according to an embodiment of the present invention.
도4에 도시된 바와 같이 음질평가부(400)는 음색(timbre)을 평가하는 음색평가모듈(410)과 음정(pitch)의 선명도를 평가하는 음정평가모듈(420)을 포함한다.As shown in FIG. 4, the tone
음색평가모듈(410)은 앞서 주파수 추출부(300)에서 추출한 기음의 주파수와 유효배음의 주파수를 이용하여 음색을 평가하고, 음색을 평가하기 위해서 음색평가모듈(410)은 음색평가지수를 연산한다. The tone
음색평가지수를 H-Factor라 하면, If the tone evaluation index is an H-factor,
"H-Factor = 유효배음의 주파수 ÷ 기음의 주파수" 라 정의할 수 있다."H-Factor = effective harmonic frequency ÷ aspiration frequency".
일반적으로 연주되는 모든 소리는 기음과 배음 주파수를 갖는다. 특히 바이올린과 같은 현악기는 기음주파수의 짝수배인 배음주파수를 갖고, 트럼펫과 같은 관악기는 기음주파수의 홀수배인 배음주파수를 갖는다. In general, all sounds played have aspiration and harmonic frequencies. In particular, strings such as violins have a harmonic frequency which is an even multiple of the aspiration frequency, and wind instruments such as a trumpet have an harmonic frequency which is an odd multiple of the aspiration frequency.
만일 바이올린과 같은 현악기의 음질을 평가하기 위해서 음색평가지수를 계산하는 경우에 기음주파수의 짝수배가 배음주파수이므로 H-Factor는 2에 가까울 것으로 예상된다. 이와 달리 트렘펫과 같은 관악기의 음질을 평가하기 위해서 음색평가지수를 계산하는 경우에는 H-Factor가 3에 가까울 것으로 예상된다.If the tone evaluation index is calculated to evaluate the sound quality of a string instrument such as a violin, the H-factor is expected to be close to 2 since an even number of aspiration frequencies are the harmonic frequencies. In contrast, when the tone evaluation index is calculated to evaluate the sound quality of a wind instrument such as a trampette, the H-factor is expected to be close to 3.
즉 본 발명의 실시예에 따른 음색평가모듈(410)은 이와 같은 기음주파수와 배음주파수의 특성을 이용하여 음색을 결정하는 배음의 정확도를 H-Factor에 의해서 판정하게 된다.That is, the tone
연산된 H-Factor에 의해서 고퀄리티의 음색을 판정하는 기준은 악기의 종류에 따라 달라질 수 있으며, 바이올린과 같은 현악기의 음색을 판정하기 위한 기준은 사용자에 의해서 정해질 수 있고 일반적으로 1.9≤H-Factor≤2.1인 경우 고퀄리티의 음색으로 판정할 수 있다.The criterion for determining a high-quality tone by the calculated H-factor may vary depending on the type of the instrument, and the criteria for determining the tone of a string instrument such as a violin can be determined by the user, In the case of Factor ≤ 2.1, it is possible to judge a tone of high quality.
마찬가지로 트럼펫과 같은 관악기는 2.9≤H-Factor≤3.1인 경우 고퀄리티의 음색으로 판정할 수 있다.Similarly, a wind instrument such as a trumpet can be judged as a high-quality tone when 2.9? H-Factor? 3.1.
음정평가모듈(420)은 음정(pitch)의 선명도를 평가한다. 음정의 선명도는 본 발명의 실시예에 따라 도입된 VQ-Factor에 의해서 판정한다.The
음정의 선명도는 음정을 나타내는 기음주파수의 주변에 있는 제1배음과 제2배음의 진폭에 의해서 결정되며, 이를 결정하기 위한 음정평가지수인 VQ-Factor는 The sharpness of the pitch is determined by the amplitudes of the first harmonic and the second harmonic around the aspiration frequency, and the VQ-Factor
"VQ-Factor(음정평가지수) = (1/2)기음의 진폭 - (1/4)(제1배음의 진폭 + 제2배음의 진폭)"으로 나타낼 수 있다.(VQ-Factor) = (1/2) amplitude of aspiration - (1/4) (amplitude of first harmonic + amplitude of second harmonic) ".
즉 기음의 주파수와 인접한 주파수를 갖는 배음들을 제1배음, 제2배음으로 나타내며, 기음의 진폭은 제1배음 및 제2배음의 진폭과 VQ-Factor연산을 통해서 음정평가지수를 얻는다.That is, the harmonics having the frequency adjacent to the aspiration frequency are represented by the first harmonic and the second harmonic, and the amplitude of the aspiration is obtained by the amplitude of the first harmonic and the second harmonic and the VQ factor calculation.
음정평가지수가 기 설정된 임계값 이상인지 여부를 판정하여 음정의 선명도를 평가할 수 있으며, 기 설정된 임계값은 사용자에 의해서 설정이 가능한 값으로 본 발명의 실시예에 따른 음정평가모듈(420)은 20[dB]이상인 경우 고퀄리티 음정인 것으로 판정한다.The
즉 VQ-Factor(음정평가지수)≥20[dB]인 경우 고퀄리티 음정이다.In other words, the VQ-Factor (pitch evaluation index) ≥ 20 [dB] is a high-quality pitch.
이상 본 발명의 실시예에 따른 음질평가장치의 각 구성요소에 대해서 살펴보았다. 이하 본 발명의 실시예에 따른 음질평가장치의 동작상태에 대해서 도5를 참고하여 설명한다.The components of the sound quality evaluation apparatus according to the embodiments of the present invention have been described above. Hereinafter, an operation state of the sound quality evaluation apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
도5는 바이올린의 개방 G현을 연주하여 생성된 주파수 분포정보 그래프이다.5 is a graph of frequency distribution information generated by playing an open G string of a violin.
바이올린의 개방 G현을 연주하면, 생성되는 음향을 음향수신부(100)에서 수신하고, 정보변환부(200)에서 도5와 같은 주파수 분포정보로 변환한다. 주파수 추출부(300)에서는 도5에 표시된 것과 같이 기음과 배음을 추출하고, 유효배음, 제1배음 및 제2배음을 추출한다.When the open G string of the violin is played, the generated sound is received by the
음질평가부(400)의 음색평가모듈(410)과 음정평가모듈(420)은 주파수 추출부(300)에서 추출된 기음, 유효배음, 제1배음 및 제2배음을 이용하여 음색을 평가하는 H-Factor, 음정의 선명도를 평가하는 VQ-Factor를 연산하고, 연산된 값이 기 설정된 값의 범위내에 있는지를 판정하여 음색과 음정의 선명도에 대해서 평가한다.The tone
이상 설명한 음질평가장치는 악기의 음을 조율하는 악기조율시스템이나 음악을 연주하는 극장, 연주홀 등에서 청음을 테스트 하는 장치로 사용이 가능하다.The above-described sound quality evaluation apparatus can be used as an instrument tuning system for tuning a sound of a musical instrument, a device for testing sound in a theater or a performance hall for playing music.
이하 도6을 통해 본 발명의 또 다른 양태인 음질평가방법에 대해서 살펴본다. 앞선 실시예와 중복되는 구성에 대한 설명은 생략한다.Hereinafter, a sound quality evaluation method according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Description of configurations overlapping with those of the previous embodiment will be omitted.
도6은 본 발명의 실시예에 따른 음질평가방법의 순서도이다.6 is a flowchart of a method for evaluating sound quality according to an embodiment of the present invention.
도6에 도시된 바와 같이 본 발명의 또 다른 양태에 따른 음질평가방법은 음질평가장치에 의해서 수행되는 음질을 평가하는 방법으로서, 음향을 수신하는 단계(S100), 수신된 음향을 주파수 영역의 주파수 분포정보로 변환하는 단계(S200), 상기 주파수 분포정보에서 기음과 배음을 추출하는 단계(S300), 추출된 상기 배음 중 가장 큰 진폭을 갖는 유효 배음을 선택하는 단계(S400), 상기 기음과 인접한 제1배음 및 제2배음을 선택하는 단계(S500), 상기 기음의 주파수와 상기 유효배음의 주파수를 이용하여 음색을 평가하는 단계(S600) 및 상기 기음의 진폭, 상기 제1배음의 진폭 및 상기 제2배음의 진폭을 이용하여 음정의 선명도를 평가하는 단계(S700)를 포함한다.As shown in FIG. 6, the method for evaluating sound quality according to another embodiment of the present invention is a method for evaluating sound quality performed by a sound quality evaluating apparatus, comprising the steps of receiving sound (S100) (S300) of extracting aspiration and harmonus from the frequency distribution information (S300), selecting an effective harmonic having the largest amplitude among the extracted harmonics (S400) (S500) selecting a first harmonic and a second harmonic, evaluating a tone color using the aspiration frequency and the frequency of the effective harmonic (S600), and comparing the amplitude of the aspiration, the amplitude of the first harmonic, And evaluating the sharpness of the pitch using the amplitude of the second harmonic (S700).
음향을 수신하는 단계(S100)는 유무선 마이크 등과 같은 음향 수신장치를 이용하여 음향을 수신한다. 수신된 음향은 아날로그 신호이며, 주파수 분포정보로 변환하는 단계(S200)는 수신된 음향을 STFT(Short Time Fourier Transform)를 이용하여 주파수 분포정보로 변환한다. The step S100 of receiving the sound receives the sound using the sound receiving apparatus such as a wired / wireless microphone or the like. The received sound is an analog signal. In step S200, the received sound is converted into frequency distribution information using STFT (Short Time Fourier Transform).
기음과 배음을 추출하는 단계(S300)는 특히 주파수 분포정보에서 음정을 결정하는 기음의 주파수와 음색을 결정하는 배음의 주파수를 추출한다. The extracting step S300 of extracting the aspiration and the harmonics extracts the frequency of the aspiration and the frequency of the harmonic to determine the tone, in particular, the frequency distribution information.
또한 유효 배음을 선택하는 단계(S400)는 아래 설명할 음색평가지수를 결정하기 위해 앞서 추출된 배음 중에서 가장 진폭이 큰 음을 선택하는 단계이다. The step S400 of selecting an effective harmonic is a step of selecting a tone having the largest amplitude among the harmonics extracted in order to determine a tone color evaluation index to be described below.
제1배음 및 제2배음을 선택하는 단계(S500)는 기음주파수와 인접하는 주파수를 갖는 제1배음과 제2배음을 선택하는 단계를 의미하고 이를 통해서 음정의 선명도를 평가하는 아래 설명할 음정평가지수를 결정한다.The selecting step S500 of selecting the first and second harmonics means selecting the first and second harmonics having frequencies adjacent to the aspiration frequency, Determine the exponent.
음색을 평가하는 단계(S600)는 유효배음의 주파수와 기음의 주파수를 이용하여 음색평가지수(H-Factor)를 연산하고, 여기서, 음색평가지수가 기 설정된 범위내에 있는지를 판정하며, H-Factor(음색평가지수) = 유효배음의 주파수/기음의 주파수 로 계산된다.In step S600, the tone color evaluation index (H-Factor) is calculated using the frequency of the effective harmonic and the aspiration frequency, and it is determined whether the tone color evaluation index is within a predetermined range. (Tone evaluation index) = frequency of effective harmonic / aspiration frequency.
음색평가지수가 사용자에 의해서 설정된 범위 내에 있는지를 확인하고 음색이 고퀄리티의 음색인지를 판정한다. It is confirmed whether or not the tone color evaluation index is within the range set by the user, and it is determined whether the tone color is a high quality tone color.
음정의 선명도를 평가하는 단계(S700)는 기음의 진폭과 제1배음의 진폭, 제2배음의 진폭을 이용하여 음정평가지수(VQ-Factor)를 연산하고, 여기서 음정평가지수가 기 설정된 범위를 넘는지를 판정하여 음정의 선명도가 좋은지 나쁜지를 판정한다. The step of evaluating the sharpness of the pitch (S700) calculates a pitch evaluation index (VQ-Factor) using the amplitude of the aspiration, the amplitude of the first harmonic, and the amplitude of the second harmonic, And judges whether the sharpness of the pitch is good or bad.
100 음향수신부 200 정보변환부
300 주파수 추출부 400 음질평가부
410 음색평가모듈 420 음정평가모듈 100
300
410
Claims (15)
음향이 유입되는 음향 수신부;
상기 음향 수신부에 유입되는 시간영역에서의 음향정보를 주파수영역의 주파수분포정보로 변환하는 정보변환부;
상기 주파수분포정보를 이용하여 기음과 배음을 추출하는 주파수 추출부; 및
상기 기음과 상기 배음을 이용하여 음질을 평가하는 음질 평가부를 포함하고,
상기 주파수 추출부는 현악기의 경우 기음주파수의 짝수배 주파수를 배음으로 추출하고, 관악기의 경우 기음주파수의 홀수배 주파수를 배음으로 추출하며,
상기 음질평가부는 음색(timbre)을 평가하는 음색평가모듈과 음정(pitch)의 선명도를 평가하는 음정평가모듈을 포함하고, 상기 음색평가모듈은 수학식 1에 의해 음색평가지수를 연산하고, 상기 음색평가지수가 기 설정된 범위내에 있는지를 판정하며, 상기 수학식 1은 H-Factor(음색평가지수)=유효배음주파수/기음주파수이고,
현악기의 경우 H-Factor가 1.9 내지 2.1인 경우, 관악기의 경우 2.9 내지 3.1인 경우 고퀄리티 음색으로 평가하는 것을 특징으로 하는 음질평가장치.An apparatus for evaluating sound quality to be played by a musical instrument,
An acoustic receiver for receiving sound;
An information converting unit for converting the sound information in the time domain introduced into the sound receiving unit into frequency domain information in the frequency domain;
A frequency extracting unit for extracting aspiration and harmonics using the frequency distribution information; And
And a sound quality evaluation unit for evaluating sound quality using the aspiration sound and the harmonic sound,
The frequency extracting unit extracts an even-numbered frequency of the aspiration frequency by a harmonic in the case of a stringed instrument, extracts an odd-numbered frequency of the aspiration frequency by a harmonic in the case of a wind instrument,
Wherein the tone quality evaluation unit includes a tone color evaluation module for evaluating a timbre and a tone quality evaluation module for evaluating a sharpness of a pitch, the tone color evaluation module calculates a tone color evaluation index according to Equation (1) (1) is an H-factor (tone color evaluation index) = effective harmonic frequency / aspiration frequency,
Wherein the high-quality tone color is evaluated when the H-factor of the strings is 1.9 to 2.1, and in the case of the wind instrument is 2.9 to 3.1.
상기 정보변환부는 시간영역에서의 음향정보를 STFT(Short Time Fourier Transform)을 이용하여 시간에 따라 변하는 주파수 영역에서의 주파수분포정보로 변환하는 것을 특징으로 하는 음질평가장치.The method according to claim 1,
Wherein the information converting unit converts the sound information in the time domain into frequency distribution information in a frequency domain which varies with time using STFT (Short Time Fourier Transform).
상기 주파수 추출부는 상기 주파수 분포정보 중에서 진폭이 가장 큰 주파수를 갖는 음을 기음으로 추출하고, 기음을 제외한 나머지를 배음으로 추출하는 것을 특징으로 하는 음질평가장치.The method according to claim 1,
Wherein the frequency extracting unit extracts a sound having a frequency with the largest amplitude among the frequency distribution information as a sound and extracts the remainder excluding aspiration by harmonics.
상기 주파수 추출부는 상기 배음 중 진폭이 가장 큰 주파수를 유효배음으로 선택하는 것을 특징으로 하는 음질평가장치.The method according to claim 1,
Wherein the frequency extracting unit selects a frequency having the largest amplitude among the harmonics as effective harmonics.
상기 음색평가모듈은 기음주파수와 유효배음주파수를 이용하여 음질을 평가하는 것을 특징으로 하는 음질평가장치.6. The method of claim 5,
Wherein the tone color evaluation module evaluates sound quality using an aspiration frequency and an effective inhalation frequency.
상기 주파수 추출부는 상기 기음의 주파수와 인접한 주파수를 갖는 제1배음과 제2배음을 추출하는 것을 특징으로 하는 음질평가장치.The method according to claim 1,
Wherein the frequency extracting unit extracts a first harmonic and a second harmonic having a frequency adjacent to the frequency of the aspiration.
상기 음정평가모듈은 상기 기음의 진폭 및 상기 기음의 주파수와 인접한 주파수를 갖는 제1배음의 진폭, 제2배음의 진폭을 이용하여 음정의 선명도를 평가하는 것을 특징으로 하는 음질평가장치.9. The method of claim 8,
Wherein the pitch estimation module evaluates the sharpness of the pitch using the amplitude of the first harmonic and the amplitude of the second harmonic having a frequency adjacent to the amplitude of the aspiration and the frequency of the aspiration.
상기 음정평가모듈은 수학식 2에 의해 음정평가지수를 연산하고, 상기 음정평가지수가 기 설정된 임계값 이상인지를 판정하며,
상기 수학식 2는
VQ-Factor(음정평가지수)[dB] = (1/2)기음 진폭 - (1/4)(제1배음 진폭 + 제2배음 진폭)
인 것을 특징으로 하는 음질평가장치.10. The method of claim 9,
The pitch estimation module calculates a pitch evaluation index according to Equation (2), determines whether the pitch evaluation index is equal to or greater than a predetermined threshold value,
Equation (2)
VQ-Factor [dB] = (1/2) Aspiration amplitude - (1/4) (1st harmonic amplitude + 2nd harmonic amplitude)
And a sound quality evaluating device.
음향을 수신하는 단계;
수신된 음향을 주파수 영역의 주파수 분포정보로 변환하는 단계;
상기 주파수 분포정보에서 기음과 배음을 추출하는 단계;
추출된 상기 배음 중 가장 큰 진폭을 갖는 유효 배음을 선택하는 단계;
상기 기음과 인접한 제1배음 및 제2배음을 선택하는 단계;
상기 기음의 주파수와 상기 유효배음의 주파수를 이용하여 음색을 평가하는 단계; 및
상기 기음의 진폭, 상기 제1배음의 진폭 및 상기 제2배음의 진폭을 이용하여 음정의 선명도를 평가하는 단계를 포함하고,
상기 주파수 분포정보에서 기음과 배음을 추출하는 단계는 현악기의 경우 기음주파수의 짝수배 주파수를 배음으로 추출하고, 관악기의 경우 기음주파수의 홀수배 주파수를 배음으로 추출하며,
상기 음색을 평가하는 단계는 수학식 1에 의해 음색평가지수를 연산하고, 상기 음색평가지수가 기 설정된 범위내에 있는지를 판정하며,
상기 수학식 1은,
H-Factor(음색평가지수) = 유효배음주파수/기음주파수이며,
현악기의 경우 H-Factor가 1.9 내지 2.1인 경우, 관악기의 경우 2.9 내지 3.1인 경우 고퀄리티 음색으로 평가하는 것을 특징으로 하는 음질평가방법.A method for evaluating sound quality performed by a sound quality evaluation apparatus,
Receiving sound;
Converting received sound into frequency domain frequency distribution information;
Extracting aspiration and harmonics from the frequency distribution information;
Selecting an effective harmonic having the largest amplitude of the extracted harmonics;
Selecting a first harmonic and a second harmonic adjacent to the aspiration;
Evaluating a tone color using the aspiration frequency and the frequency of the effective harmonic; And
Evaluating the sharpness of the pitch using the amplitude of the aspiration, the amplitude of the first harmonic, and the amplitude of the second harmonic,
In the step of extracting the aspiration sound and the harmonic sound from the frequency distribution information, an even-numbered frequency of the aspiration frequency is extracted by the harmonic sound in the case of a stringed instrument, and an odd-
The step of evaluating the tone color may include calculating a tone color evaluation index according to Equation (1), determining whether the tone color evaluation index is within a predetermined range,
In Equation (1)
H-Factor = effective harmonic frequency / aspiration frequency,
Wherein the high-quality tone color is evaluated when the H-factor of the strings is 1.9 to 2.1, and when the string is 2.9 to 3.1 in the wind instrument.
상기 주파수 분포정보로 변환하는 단계는 상기 음향을 STFT(Short Time Fourier Transform)를 이용하여 변환하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 음질평가방법.13. The method of claim 12,
Wherein the step of converting into the frequency distribution information includes a step of converting the sound using STFT (Short Time Fourier Transform).
상기 음정이 선명도를 평가하는 단계는 수학식 2에 의해 음정평가지수를 연산하고, 상기 음정평가지수가 기 설정된 임계값 이상인지를 판정하며,
상기 수학식 2는
VQ-Factor(음정평가지수)[dB] = (1/2)기음 진폭 - (1/4)(제1배음 진폭 + 제2배음 진폭)
인 것을 특징으로 하는 음질평가방법.13. The method of claim 12,
Wherein the step of evaluating the sharpness of the pitch comprises the steps of: calculating a pitch evaluation index according to Equation (2), determining whether the pitch evaluation index is equal to or greater than a preset threshold value,
Equation (2)
VQ-Factor [dB] = (1/2) Aspiration amplitude - (1/4) (1st harmonic amplitude + 2nd harmonic amplitude)
And evaluating the quality of the sound.
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|---|---|
| KR (1) | KR101699457B1 (en) |
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 조원서, Auditory Feedback을 이용한 바이올린 로봇시스템 개발, 경희대학교 대학원 전자공학과, 석사학위논문, 2015년 2월.* |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20160118431A (en) | 2016-10-12 |
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