KR101708522B1 - 오디오 신호 처리 방법 및 장치, 오디오 재생 시스템 - Google Patents

오디오 신호 처리 방법 및 장치, 오디오 재생 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR101708522B1
KR101708522B1 KR1020120058611A KR20120058611A KR101708522B1 KR 101708522 B1 KR101708522 B1 KR 101708522B1 KR 1020120058611 A KR1020120058611 A KR 1020120058611A KR 20120058611 A KR20120058611 A KR 20120058611A KR 101708522 B1 KR101708522 B1 KR 101708522B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
horizontal plane
signal
loudspeaker array
beamforming
sound source
Prior art date
Application number
KR1020120058611A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20130134815A (ko
Inventor
유재현
최근우
서정일
강경옥
Original Assignee
한국전자통신연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국전자통신연구원 filed Critical 한국전자통신연구원
Priority to KR1020120058611A priority Critical patent/KR101708522B1/ko
Priority to US13/834,936 priority patent/US9154879B2/en
Publication of KR20130134815A publication Critical patent/KR20130134815A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101708522B1 publication Critical patent/KR101708522B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R5/00—Stereophonic arrangements
    • H04R5/04—Circuit arrangements, e.g. for selective connection of amplifier inputs/outputs to loudspeakers, for loudspeaker detection, or for adaptation of settings to personal preferences or hearing impairments
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R25/00—Deaf-aid sets, i.e. electro-acoustic or electro-mechanical hearing aids; Electric tinnitus maskers providing an auditory perception
    • H04R25/55—Deaf-aid sets, i.e. electro-acoustic or electro-mechanical hearing aids; Electric tinnitus maskers providing an auditory perception using an external connection, either wireless or wired
    • H04R25/552—Binaural
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R3/00—Circuits for transducers, loudspeakers or microphones
    • H04R3/12—Circuits for transducers, loudspeakers or microphones for distributing signals to two or more loudspeakers
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R5/00—Stereophonic arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R2201/00—Details of transducers, loudspeakers or microphones covered by H04R1/00 but not provided for in any of its subgroups
    • H04R2201/10—Details of earpieces, attachments therefor, earphones or monophonic headphones covered by H04R1/10 but not provided for in any of its subgroups
    • H04R2201/103—Combination of monophonic or stereophonic headphones with audio players, e.g. integrated in the headphone
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R2203/00—Details of circuits for transducers, loudspeakers or microphones covered by H04R3/00 but not provided for in any of its subgroups
    • H04R2203/12—Beamforming aspects for stereophonic sound reproduction with loudspeaker arrays

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Otolaryngology (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Neurosurgery (AREA)
  • Circuit For Audible Band Transducer (AREA)
  • Stereophonic System (AREA)

Abstract

3차원 공간 상에서 음원과 관련된 수평면에서의 빔포밍 신호를 생성하는 단계; 및 상기 음원에서 3차원 공간 상의 리스너에게 향하도록 상기 빔포밍 신호를 조절하는 단계를 포함하는 오디오 신호 처리 방법이 개시된다.

Description

오디오 신호 처리 방법 및 장치, 오디오 재생 시스템{METHOD AND APPARATUS FOR PROCESSING THE AUDIO SIGNAL, AUDIO PLAYING SYSTEM}
아래의 설명은 오디오 신호를 처리하는 방법에 관한 것으로, 구체적으로 3차원 공간 상에서 빔포밍 기술을 이용하기 위한 오디오 신호 처리 방법에 관한 것이다.
빔포밍(Beam-forming) 기술은 재생하고자 하는 음향의 파장을 원하는 방향으로 향하도록 하기 위한 기술로, 여러 분야에 활용되고 있다. 또한, 사용자는 빔포밍 기술을 이용하여 원하는 방향으로부터의 소리를 선택적으로 녹음할 수도 있다. 여러 개의 라우드스피커로 구성된 라우드스피커 어레이(Loudspeaker Array)는 재생하는 음향을 제어하거나, 특정 위치에 음향을 출력하고자 할 때 이용된다.
사용자는 라우드스피커 어레이를 구성하는 각 라우드스피커의 출력 음향을 조절함으로써 오디오 신호의 지향성을 구현할 수 있다. 구체적으로, 오디오 신호의 지향성은 다수의 오디오 신호들의 위상 차이를 이용하여 특정 방향으로 오디오 신호의 세기가 커지도록 오디오 신호를 중첩시킴으로써 이루어질 수 있다.
빔포밍 기술을 이용한 음원 재생에 있어 종래의 관련 기술은, 2차원 평면에서의 환경을 배경으로 하고 있다. 따라서 3차원 공간상에서의 라우드스피커 어레이 배치를 가지는 경우에는 종래의 빔포밍 기술을 그대로 활용할 수 없다.
이에 따라, 빔포밍 신호를 3차원 공간상에 배치된 라우드스피커 어레이를 통해 출력하기 위한 새로운 오디오 신호 처리 방법이 요구된다.
음원과 관련된 수평면에서의 빔포밍 신호를 조절하여 3차원 공간상의 라우드스피커 어레이 환경에서도 오디오 신호의 빔포밍을 가능하게 하는 오디오 신호 처리 방법을 제공한다.
3차원으로 배치된 라우드스피커 어레이 환경에서 리스너의 위치에 빔포밍 신호를 출력할 수 있는 오디오 재생 시스템을 제공한다.
일실시예에 따른 오디오 신호 처리 방법은, 3차원 공간 상에서 음원과 관련된 수평면에서의 빔포밍 신호를 생성하는 단계; 및 상기 음원에서 3차원 공간 상의 리스너에게 향하도록 상기 빔포밍 신호를 조절하는 단계를 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 오디오 신호 처리 장치는, 3차원 공간 상에서 음원과 관련된 수평면에서의 빔포밍 신호를 생성하는 생성부; 및 상기 음원에서 3차원 공간 상의 리스너에게 향하도록 상기 빔포밍 신호를 조절하는 조절부를 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 오디오 재생 시스템은, 3차원 공간 상에서 음원과 관련된 수평면에서의 빔포밍 신호를 생성하고, 상기 음원에서 3차원 공간 상의 리스너에게 향하도록 상기 생성된 빔포밍 신호를 조절하는 오디오 신호 처리 장치; 및 상기 오디오 신호 처리 장치가 조절한 빔포밍 신호를 복수 개의 라우드스피커를 통해 출력하는 라우드스피커 어레이를 포함할 수 있다.
일실시예에 따르면, 입력된 오디오 신호를 수평면에서의 빔포밍 신호로 생성하고, 생성된 빔포밍 신호를 리스너의 위치에 기초하여 조절함으로써 3차원 공간상에 라우드스피커 어레이가 배치된 환경에서도 빔포밍 기술을 적용할 수 있다.
도 1은 일실시예에 따른 오디오 재생 시스템의 전체적인 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 일실시예에 따른 라우드스피커 어레이에 수평한 면에서 바라본 빔포밍 신호의 일례를 도시한 도면이다.
도 3a 및 도 3b는 일실시예에 따른 라우드스피커 어레이에 수직한 면에서 바라본 빔포밍 신호의 일례를 도시한 도면이다.
도 4는 일실시예에 따른 오디오 신호 처리 장치의 세부 구성을 도시한 도면이다.
도 5는 일실시예에 따른 라우드스피커 어레이에 수평한 면에서 빔포밍 신호를 생성하는 일례를 도시한 도면이다.
도 6은 일실시예에 따른 음원에서 라우드스피커 어레이에 수평한 면으로 출력되는 빔포밍 신호의 일례를 도시한 도면이다.
도 7은 일실예에 따른 라우드스피커 어레이에서 리스너의 위치로 출력되는 빔포밍 신호의 일례를 도시한 도면이다.
도 8은 일실시예에 따른 수평면에서의 빔포밍 신호를 조절하기 위한 일례를 도시한 도면이다.
도 9는 일실시예에 따른 빔포밍 신호를 출력하는 과정을 도시한 흐름도이다.
이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 일실시예에 따른 오디오 신호 처리 방법은 오디오 신호 처리 장치에 의해 수행될 수 있다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 일실시예에 따른 오디오 재생 시스템의 전체적인 구성을 도시한 도면이다.
도 1을 참고하면, 오디오 재생 시스템은 오디오 신호 처리 장치(100), 라우드스피커 어레이(110, 120)를 포함할 수 있다.
오디오 재생 시스템은 오디오 신호를 수신하여 이를 오디오 신호 처리 장치(100)를 통해 빔포밍 신호로 생성하며, 라우드스피커 어레이(110, 120)를 통해 생성된 빔포밍 신호를 출력할 수 있다.
오디오 신호 처리 장치(100)는 3차원 공간 상에서 음원과 관련된 수평면에서의 빔포밍 신호를 생성하고, 빔포밍 신호가 음원에서 3차원 공간 상의 리스너(Listener)에게 향하도록 생성된 빔포밍 신호를 조절할 수 있다.
오디오 신호 처리 장치(100)는 라우드스피커 어레이(110, 120)를 구성하는 각 라우드스피커(130)에서 오디오 신호를 미리 설정된 시간만큼 지연하여 출력하게 함으로써 음원과 관련된 수평면에서의 빔포밍 신호를 생성할 수 있다. 여기서, 미리 설정된 시간은 라우드스피커 어레이(110, 120)를 구성하는 라우드스피커(130) 간의 간격과 음원과 관련된 수평면에서의 지향각을 이용하여 설정될 수 있다.
지연 시간을 가지고 출력된 오디오 신호들은 서로의 파동이 중첩되어 출력됨으로써, 일정한 지향각을 가질 수 있다. 즉, 특정 방향에 음압이 집중된 형태로 오디오 신호가 출력될 수 있다. 오디오 신호 처리 장치(100)는 각 라우드스피커의 출력에 관한 지연 시간을 조절함으로써 출력되는 오디오 신호의 지향각을 결정할 수 있다.
오디오 신호 처리 장치(100)는 3차원 공간상에서 음원과 관련된 수평면에서의 빔포밍 신호 및 음원에서 리스너로의 지향각을 이용하여 빔포밍 신호를 조절할 수 있다. 또한, 오디오 신호 처리 장치(100)는 수평면에서의 빔포밍 신호와 리스너로의 지향각에 기초한 차이값을 적용하여 빔포밍 신호를 조절할 수도 있다.
즉, 오디오 신호 처리 장치(100)는 음원과 관련된 수평면에서의 빔포밍 신호에 리스너의 위치로 인한 차이값만큼을 보상함으로써 3차원 공간상에서의 라우드스피커 어레이(110, 120) 배치 환경에서도 빔포밍 신호를 생성할 수 있다.
라우드스피커 어레이(110, 120)는 복수 개의 라우드스피커(130)가 조합된 장치로서, 다수의 라우드스피커(130)를 통해 재생하려는 음향의 방향을 조절하거나 특정 위치에 포커싱되도록 음향을 출력할 수 있다. 도 1에는 라우드스피커(130)가 라인(Line) 형태로 구성된 라우드스피커 어레이(110, 120)가 도시되어 있지만, 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 라우드스피커 어레이는 다양한 형태의 라우드스피커 배열로 구성될 수도 있다.
라우드스피커 어레이(110, 120)는 3차원 공간상에서 복수 개가 배치될 수 있다. 도 1에는 상단 라우드스피커 어레이(110)와 하단 라우드스피커 어레이(120)가 배치되어 있지만, 라우드스피커 어레이의 배치가 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 라우드스피커 어레이는 도 1과 다르게 수평면에 수직하게 배치될 수 있고, 일정한 각도를 가지고 3차원 공간상에 배치될 수도 있다.
이하 설명에서는 라우드스피커 어레이가 라우드스피커 어레이(110, 120)에 수직한 면에서 h (미터, meter)의 거리만큼 떨어진 상단 라우드스피커 어레이(110)와 하단 라우드스피커 어레이(120)로 배치되어 있고, 하나의 라우드스피커 어레이(110, 120)에 포함된 라우드스피커(130)는 d (미터)의 간격만큼 떨어져 있다고 가정한다.
라우드스피커 어레이(110, 120)는 오디오 신호 처리 장치(100)가 리스너의 위치에 향하도록 조절한 빔포밍 신호를 복수 개의 라우드스피커(130)를 통해 출력할 수 있다. 출력된 빔포밍 신호는 오디오 신호의 파동이 중첩되어 리스너의 위치에 포커싱(Focusing)될 수 있다.
도 2는 일실시예에 따른 라우드스피커 어레이에 수평한 면에서 바라본 빔포밍 신호의 일례를 도시한 도면이다.
도 2를 참고하면, 오디오 신호 처리 장치는 라우드스피커 어레이(110)를 포함하는 수평면(x-y평면)에서는 빔포밍 이론을 이용하여 원하는 위치(210)에 음향을 포커싱할 수 있다. 도 2에서는 상단의 라우드스피커 어레이(110)가 존재하는 평면상에서 출력되는 빔포밍 신호가 도시되어 있다. 라우드스피커 어레이(110)에 포함된 각각의 라우드스피커(130)는 오디오 신호를 미리 설정된 시간만큼 지연하여 출력함으로써 라우드스피커 어레이(110)를 포함하는 수평면(x-y평면)에 빔포밍 신호를 생성할 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 일실시예에 따른 라우드스피커 어레이에 수직한 면에서 바라본 빔포밍 신호의 일례를 도시한 도면이다.
도 3a를 참고하면, 상단 라우드스피커 어레이(110)와 하단 라우드스피커 어레이(120)가 배치된 환경에서, 각각의 라우드스피커 어레이(110, 120)에 수평한 면(x-y평면)에서 출력되는 빔포밍 신호가 도시되어 있다. 오디오 신호 처리 장치는 각 라우드스피커 어레이(110, 120)에 수평한 면(x-y평면)에 위치한 음원(310)을 빔포밍 신호로 출력하기 위해 각 라우드스피커의 출력 시간을 지연시킴으로써 원하는 방향으로 오디오 신호를 출력할 수 있다.
도 3a에서는, 리스너의 위치(320)가 상단 라우드스피커 어레이(110)와 하단 라우드스피커 어레이(120)의 사이에 위치하고 있지만, 음향은 각 음원(310)을 포함하는 수평면(x-y평면) 방향으로 출력되고 있다. 즉, 리스너가 라우드스피커 어레이(110, 120)를 포함하는 수평면(x-y평면)에 위치하고 있다면, 오디오 신호 처리 장치는 라우드스피커의 출력 시간을 지연시킴으로써 리스너의 위치에 빔포밍 신호를 출력할 수 있다.
하지만, 도 3a에서 처럼 리스너(320)가 두 라우드스피커 어레이(110, 120) 사이에 위치하는 경우, 오디오 신호 처리 장치는 출력 시간의 지연을 통해서는 리스너(320)의 위치에 오디오 신호를 포커싱할 수 없다.
도 3b를 참고하면, 라우드스피커 어레이(110, 120) 사이에 음원(310)과 리스너(320)가 위치하고 있다. 오디오 신호 처리 장치가 라우드스피커 어레이(110, 120) 사이에 위치하는 음원(310)을 리스너(320)의 위치에 빔포밍 신호로 출력하기 위해서는 라우드스피커 어레이(110, 120)에 수평한 면(x-y평면)에서의 빔포밍 신호를 3차원 공간상의 리스너(320)의 위치로 향하도록 해야 한다.
이를 위해 오디오 신호 처리 장치는 라우드스피커 어레이(110,120)에 수평한 면(x-y평면)에서의 빔포밍 신호를 조절할 수 있고, 빔포밍 신호에 리스너(320)까지의 지향각으로 인한 차이값만큼을 보상할 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 도 8에서 후술한다.
도 4는 일실시예에 따른 오디오 신호 처리 장치의 세부 구성을 도시한 도면이다.
도 4를 참고하면, 오디오 신호 처리 장치(410)는 생성부(420), 조절부(430)를 포함할 수 있다.
생성부(420)는 3차원 공간 상에서 음원과 관련된 수평면에서의 빔포밍 신호를 생성할 수 있다. 즉, 생성부(420)는 빔포밍 이론을 이용하여 음원을 포함하는 수평한 면에서의 빔포밍 신호를 생성할 수 있다. 여기서 음원은 적어도 하나의 라우드스피커 어레이에 기초하여 생성될 수 있다.
생성부(420)는 라우드스피커 어레이를 구성하는 각 라우드스피커에서 오디오 신호를 미리 설정된 시간만큼 지연하여 출력함으로써 빔포밍 신호를 생성할 수 있다. 여기서 미리 설정된 시간은, 라우드스피커 어레이를 구성하는 라우드스피커 간의 간격과 음원과 관련된 수평면에서의 지향각을 이용하여 설정될 수 있다.
생성부(420)는 각 라우드스피커에서 출력되는 오디오 신호가 중첩되도록 오디오 신호가 출력되는 시간을 조절할 수 있고, 이를 통해 음원과 관련된 수평면에서 빔포밍 신호를 생성할 수 있다.
조절부(430)는 음원에서 3차원 공간 상의 리스너에게 향하도록 생성부(420)에서 생성한 빔포밍 신호를 조절할 수 있다. 구체적으로, 조절부(430)는 수평면에서의 빔포밍 신호 및 음원에서 리스너로의 지향각을 이용하여 빔포밍 신호를 조절할 수 있다. 즉, 조절부(430)는 음원과 관련된 수평면에서의 빔포밍 신호와 리스너로의 지향각에 기초한 차이값을 적용하여 빔포밍 신호를 조절할 수 있다. 여기서 차이값은 음원과 관련된 수평면에서 리스너까지의 최단 거리와 음원과 관련된 수평면에서의 빔포밍 신호에 의해 결정될 수 있다.
조절부(430)는 생성부(420)가 생성한 빔포밍 신호에 리스너의 위치로 인한 차이값만큼을 보상함으로써, 리스너의 위치에 빔포밍 신호를 출력할 수 있다. 그 후, 조절부(430)는 원하는 음원의 위치 비율에 따라 오디오 신호의 레벨을 보정하여 라우드스피커 어레이의 배치에 따라 빔포밍 신호를 조절할 수 있다.
도 5는 일실시예에 따른 라우드스피커 어레이에 수평한 면에서 빔포밍 신호를 생성하는 일례를 도시한 도면이다.
도 5에는 생성부가 라우드스피커 어레이에 수평한 면에서 빔포밍 신호를 생성하는 과정이 도시되어 있다. 라우드스피커 어레이에는 복수 개의 라우드스피커(510, 520, 530)가 포함될 수 있고, 각각의 라우드스피커(510, 520, 530)는 일정한 간격을 가지고 배치될 수 있다.
이하 설명에서는, 라우드스피커 어레이에 수평한 면에서 포커싱하려는 위치가 라우드스피커 어레이에 수직한 면에서
Figure 112012043816144-pat00001
(도)(540)의 각도를 이루고 있고, 라우드스피커(510, 520, 530)는 d(미터)의 간격을 가지고 배치되어 있다고 가정한다. 하나의 라우드스피커 어레이에서 라우드스피커 어레이에 수평한 면의
Figure 112012043816144-pat00002
점으로
Figure 112012043816144-pat00003
(도)(540) 만큼의 각도를 가지게 빔포밍 신호를 출력하고 싶다면,
Figure 112012043816144-pat00004
의 식을 이용하여, 지연 시간을 계산할 수 있다. 즉, 오디오 신호 처리 장치는 수학식 1을 통해 각 라우드스피커(510, 520, 530)가 얼마만큼의 지연 시간(
Figure 112012043816144-pat00005
, 초)을 가지고 오디오 신호를 출력해야 하는지 계산할 수 있다. 여기서, d(미터)는 라우드스피커 어레이에 포함된 라우드스피커(510, 520, 530) 간의 간격을 나타내고, c는 소리의 속도(343 미터/초)를 나타낸다.
예를 들어, 빔포밍 신호가 라우드스피커 어레이에 수평한 면에서
Figure 112012043816144-pat00006
(도)(540)의 각도를 가지고 출력되기 위한 지연 시간
Figure 112012043816144-pat00007
가 0.1초 라면, 오디오 신호 처리 장치는 라우드스피커(520)에서 라우드스피커(510)보다 오디오 신호를 0.1초 늦게 출력하고, 라우드스피커(530)에서는 라우드스피커(520)보다 0.1초 늦게 출력하면 된다. 즉, 각 라우드스피커는 이전 라우드스피커보다 0.1초씩 늦게 오디오 신호를 출력하면 된다.
도 6은 일실시예에 따른 음원에서 라우드스피커 어레이에 수평한 면으로 출력되는 빔포밍 신호의 일례를 도시한 도면이다.
도 6에서는 음원이 라우드스피커 어레이에 수평한 면(x-y평면)에 배치되어 있고 음원을 원점(610)으로 가정하는 경우, 원점(610)에서 라우드스피커 어레이에 수평한 면(x-y평면)의 한 점(620)에 출력되는 빔포밍 신호가 도시되어 있다. 해당 라우드스피커 어레이는 라우드스피커 어레이에 수직한 면(y-z평면)에서
Figure 112012043816144-pat00008
(도) 만큼의 각도를 가지는 빔포밍 신호를 출력하고 있다.
이 때, 라우드스피커 어레이에서
Figure 112012043816144-pat00009
(도) 만큼의 각도를 가지고 출력되는 빔포밍 신호는
Figure 112012043816144-pat00010
의 값을 가질 수 있다. 여기서 B는 지향각
Figure 112012043816144-pat00011
(도)가 0도인 경우에 라우드스피커 어레이에서 출력되는 오디오 신호를 의미할 수 있다. 즉, B는 특정 방향으로의 지향성을 가지지 않고 출력되는 오디오 신호를 의미할 수 있다.
도 7은 일실예에 따른 라우드스피커 어레이에서 리스너의 위치로 출력되는 빔포밍 신호의 일례를 도시한 도면이다.
도 7에서는 리스너의 위치(710)가 h (미터)의 간격을 가지는 상단 라우드스피커 어레이와 하단 라우드스피커 어레이의 중간점에 위치하고, 상단 라우드스피커 어레이에서 리스너의 위치로 빔포밍 신호를 출력하는 상황을 가정하고 있다. 또한, 도 7은 도 6에서의 빔포밍 신호를 리스너가 위치한 방향(710)으로 출력하기 위한 구성을 도시하고 있다.
도 6에서와 같이 음원인 원점(610)의 위치에서 라우드스피커 어레이에 수평한 면(x-y평면)에서의 한 점(620)으로 출력되는 빔포밍 신호가
Figure 112012043816144-pat00012
의 값을 갖는다면, 오디오 신호 처리 장치는 빔포밍 신호를 조절하여 리스너의 위치(710)에 빔포밍 신호가 출력되도록 할 수 있다.
이 경우, 오디오 신호 처리 장치는 음원인 원점(610)에서 리스너로의 지향각
Figure 112012043816144-pat00013
(도)(720)를 이용하여 빔포밍 신호를 조절할 수 있다. 즉, 오디오 신호 처리 장치는 음원(610)과 관련된 수평면(x-y평면)에서의 빔포밍 신호와 음원인 원점(610)에서 리스너로의 지향각
Figure 112012043816144-pat00014
(도)(720)에 기초한 차이값을 적용하여 빔포밍 신호를 조절할 수 있다.
도 8은 일실시예에 따른 수평면에서의 빔포밍 신호를 조절하기 위한 일례를 도시한 도면이다.
도 8에서는 도 7에서의 z 평면에서 바라본 음원인 원점(610)과 리스너의 위치(710)가
Figure 112012043816144-pat00015
(도)(720)의 지향각을 가지고 도시되어 있다. 또한, 도 8에서는 리스너의 위치(710)는 상단 라우드스피커 어레이와 하단 라우드스피커 어레이의 중간점에 위치하고 있다고 가정한다. 여기서, 음원과 관련된 수평면에서 리스너까지의 최단 거리는 h/2가 될 수 있다.
도 8에서,
Figure 112012043816144-pat00016
의 값을 D라고 하면,
Figure 112012043816144-pat00017
가 되어, S는,
Figure 112012043816144-pat00018
라는 값을 가질 수 있다. 수학식 3을 다시
Figure 112012043816144-pat00019
로 정리하면,
Figure 112012043816144-pat00020
이 되고, 따라서
Figure 112012043816144-pat00021
는,
Figure 112012043816144-pat00022
의 값을 가질 수 있다. 수학식 5의
Figure 112012043816144-pat00023
값을 수학식 3에 대입하면 S는,
Figure 112012043816144-pat00024
라는 값을 가질 수 있다.
오디오 신호 처리 장치는 수학식 6을 통해 라우드스피커 어레이에 수평한 면에서의 빔포밍 신호에 리스너의 지향각으로 인한 차이값만큼을 보상하여 라우드스피커 어레이에서 리스너의 방향으로 빔포밍 신호를 출력할 수 있다. 수학식 6을 보면, 리스너의 지향각으로 인한 차이값은
Figure 112012043816144-pat00025
,
Figure 112012043816144-pat00026
,
Figure 112012043816144-pat00027
가 될 수 있다. 이와 같이, 차이값은 음원과 관련된 수평면에서 리스너까지의 최단 거리인 h/2와 음원과 관련된 수평면에서의 빔포밍 신호인
Figure 112012043816144-pat00028
에 의해 결정될 수 있다.
3차원 공간상에 상단 라우드스피커 어레이와 하단 라우드스피커 어레이가 배치되어 있는 경우에는, 상, 하 2군데에서 빔포밍이 발생할 수 있으므로 오디오 신호 처리 장치는 음원의 위치 비율에 따라 오디오 신호의 레벨을 보정할 수 있다. 예를 들어, 상단 라우드스피커 어레이와 하단 라우드스피커 어레이 사이의 중간점에 음원이 위치하는 경우, 오디오 신호 처리 장치는 라우드스피커 어레이에 수평한 면에서 생성된 빔포밍 신호에
Figure 112012043816144-pat00029
만큼씩을 보정해줌으로써, 3차원 공간상에 빔포밍 신호를 출력할 수 있다.
수학식 6의 결과는, 한 점으로부터 포인트 음원이 진행하는 경우, 수평면에서의 파형을 수직면으로의 진행 입장에서 보면, 시간적인 차이와 그 시간 동안 이동한 거리로 인한 진폭 차이로 이어진다는 점과도 일치할 수 있다.
도 9는 일실시예에 따른 빔포밍 신호를 출력하는 과정을 도시한 흐름도이다.
단계(S910)에서, 오디오 신호 처리 장치는 3차원 공간 상에서 음원과 관련된 수평면에서의 빔포밍 신호를 생성할 수 있다. 음원은 적어도 하나의 라우드스피커 어레이에 기초하여 생성될 수 있다.
오디오 신호 처리 장치는 라우드스피커 어레이를 구성하는 각 라우드스피커에서 오디오 신호를 미리 설정된 시간만큼 지연하여 출력함으로써 빔포밍 신호를 생성할 수 있다. 여기서 미리 설정된 시간은, 라우드스피커 어레이를 구성하는 라우드스피커 간의 간격과 음원과 관련된 수평면에서의 지향각을 이용하여 설정될 수 있다.
단계(S920)에서, 오디오 신호 처리 장치는 음원에서 3차원 공간 상의 리스너에게 향하도록 빔포밍 신호를 조절할 수 있다. 오디오 신호 처리 장치는 수평면에서의 빔포밍 신호 및 음원에서 리스너로의 지향각을 이용하여 빔포밍 신호를 조절할 수 있다. 또한, 오디오 신호 처리 장치는 음원과 관련된 수평면에서의 빔포밍 신호와 지향각에 기초한 차이값을 적용할 수도 있다. 여기서 차이값은 음원과 관련된 수평면에서 리스너까지의 최단 거리와 음원과 관련된 수평면에서의 빔포밍 신호에 의해 결정될 수 있다.
오디오 신호 처리 장치는 음원과 관련된 수평면에서의 빔포밍 신호에 리스너의 위치로 인한 차이값만큼을 보상함으로써 3차원 공간상에서의 라우드스피커 어레이 배치 환경에서도 빔포밍 신호를 생성할 수 있다. 또한 오디오 신호 처리 장치는 원하는 음원의 위치 비율에 따라 오디오 신호의 레벨을 보정하여 라우드스피커 어레이의 배치에 맞게 빔포밍 신호를 조절할 수 있다.
단계(S930)에서, 오디오 신호 처리 장치는 조절된 빔포밍 신호를 라우드스피커 어레이를 통해 출력할 수 있다. 출력된 빔포밍 신호는 라우드스피커 어레이가 3차원으로 배치된 환경 속에서도 리스너의 위치에 포커싱될 수 있다.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서와 같은, 다른 처리 구성도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램코드, 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소, 물리적 장치, 가상 장치, 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크와 같은 자기-광 매체, 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
100: 오디오 신호 처리 장치
110: 상단 라우드스피커 어레이
120: 하단 라우드스피커 어레이
130: 라우드스피커

Claims (20)

  1. 3차원 공간 상에서 음원과 관련된 수평면에서의 빔포밍 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 음원에서 3차원 공간 상의 리스너(listener)에게 향하도록 상기 빔포밍 신호를 조절하는 단계
    를 포함하고,
    상기 빔포밍 신호를 조절하는 단계는,
    상기 수평면에서의 빔포밍 신호 및 상기 음원에서 리스너로의 지향각을 이용하여 상기 빔포밍 신호를 조절하고,
    상기 수평면에서의 빔포밍 신호와 상기 지향각에 기초한 차이값을 적용하는 것을 특징으로 하는 오디오 신호 처리 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 차이값은,
    상기 수평면에서 상기 리스너까지의 최단 거리와 상기 수평면에서의 빔포밍 신호에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 오디오 신호 처리 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 음원은,
    적어도 하나의 라우드스피커 어레이(array)에 기초하여 생성되는 것을 특징으로 하는 오디오 신호 처리 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 빔포밍 신호를 생성하는 단계는,
    라우드스피커 어레이를 구성하는 각 라우드스피커에서 오디오 신호를 미리 설정된 시간만큼 지연하여 출력함으로써 빔포밍 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 오디오 신호 처리 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 미리 설정된 시간은,
    라우드스피커 어레이를 구성하는 라우드스피커 간의 간격과 상기 수평면에서의 지향각을 이용하여 설정된 시간인 것을 특징으로 하는 오디오 신호 처리 방법.
  8. 제1항, 및 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항의 방법을 실행하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터에서 판독 가능한 기록 매체.
  9. 3차원 공간 상에서 음원과 관련된 수평면에서의 빔포밍 신호를 생성하는 생성부; 및
    상기 음원에서 3차원 공간 상의 리스너에게 향하도록 상기 빔포밍 신호를 조절하는 조절부
    를 포함하고,
    상기 조절부는,
    상기 수평면에서의 빔포밍 신호 및 상기 음원에서 리스너로의 지향각을 이용하여 상기 빔포밍 신호를 조절하고,
    상기 수평면에서의 빔포밍 신호와 상기 지향각에 기초한 차이값을 적용하는 것을 특징으로 하는 오디오 신호 처리 장치.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제9항에 있어서,
    상기 차이값은,
    상기 수평면에서 상기 리스너까지의 최단 거리와 상기 수평면에서의 빔포밍 신호에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 오디오 신호 처리 장치.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 음원은,
    적어도 하나의 라우드스피커 어레이에 기초하여 생성되는 것을 특징으로 하는 오디오 신호 처리 장치.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 생성부는,
    라우드스피커 어레이를 구성하는 각 라우드스피커에서 오디오 신호를 미리 설정된 시간만큼 지연하여 출력함으로써 빔포밍 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 오디오 신호 처리 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 미리 설정된 시간은,
    라우드스피커 어레이를 구성하는 라우드스피커 간의 간격과 상기 수평면에서의 지향각을 이용하여 설정된 시간인 것을 특징으로 하는 오디오 신호 처리 장치.
  16. 3차원 공간 상에서 음원과 관련된 수평면에서의 빔포밍 신호를 생성하고, 상기 음원에서 3차원 공간 상의 리스너에게 향하도록 상기 생성된 빔포밍 신호를 조절하는 오디오 신호 처리 장치; 및
    상기 오디오 신호 처리 장치가 조절한 빔포밍 신호를 복수 개의 라우드스피커를 통해 출력하는 라우드스피커 어레이
    를 포함하고,
    상기 오디오 신호 처리 장치는,
    상기 수평면에서의 빔포밍 신호 및 상기 음원에서 리스너로의 지향각을 이용하여 상기 빔포밍 신호를 조절하고,
    상기 수평면에서의 빔포밍 신호와 상기 지향각에 기초한 차이값을 적용하는 것을 특징으로 하는 오디오 재생 시스템.
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 제16항에 있어서,
    상기 오디오 신호 처리 장치는,
    라우드스피커 어레이를 구성하는 각 라우드스피커에서 오디오 신호를 미리 설정된 시간만큼 지연하여 출력함으로써 빔포밍 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 오디오 재생 시스템.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 미리 설정된 시간은,
    라우드스피커 어레이를 구성하는 라우드스피커 간의 간격과 상기 수평면에서의 지향각을 이용하여 설정된 시간인 것을 특징으로 하는 오디오 재생 시스템.
KR1020120058611A 2012-05-31 2012-05-31 오디오 신호 처리 방법 및 장치, 오디오 재생 시스템 KR101708522B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120058611A KR101708522B1 (ko) 2012-05-31 2012-05-31 오디오 신호 처리 방법 및 장치, 오디오 재생 시스템
US13/834,936 US9154879B2 (en) 2012-05-31 2013-03-15 Method and apparatus for processing audio signal and audio playback system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120058611A KR101708522B1 (ko) 2012-05-31 2012-05-31 오디오 신호 처리 방법 및 장치, 오디오 재생 시스템

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20130134815A KR20130134815A (ko) 2013-12-10
KR101708522B1 true KR101708522B1 (ko) 2017-02-20

Family

ID=49670285

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120058611A KR101708522B1 (ko) 2012-05-31 2012-05-31 오디오 신호 처리 방법 및 장치, 오디오 재생 시스템

Country Status (2)

Country Link
US (1) US9154879B2 (ko)
KR (1) KR101708522B1 (ko)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9347900B2 (en) 2011-10-14 2016-05-24 Pacific Biosciences Of California, Inc. Real-time redox sequencing
US9942659B2 (en) 2014-02-06 2018-04-10 Bang & Olufsen A/S Loudspeaker transducer arrangement for directivity control
US9774976B1 (en) 2014-05-16 2017-09-26 Apple Inc. Encoding and rendering a piece of sound program content with beamforming data
JP6543957B2 (ja) * 2015-02-26 2019-07-17 ヤマハ株式会社 スピーカアレイ装置
US10109288B2 (en) 2015-05-27 2018-10-23 Apple Inc. Dynamic range and peak control in audio using nonlinear filters
US9955260B2 (en) * 2016-05-25 2018-04-24 Harman International Industries, Incorporated Asymmetrical passive group delay beamforming
US10205906B2 (en) 2016-07-26 2019-02-12 The Directv Group, Inc. Method and apparatus to present multiple audio content
US11309983B2 (en) * 2018-12-21 2022-04-19 Qualcomm Incorporated Media exchange between devices
US11341952B2 (en) 2019-08-06 2022-05-24 Insoundz, Ltd. System and method for generating audio featuring spatial representations of sound sources
US10820129B1 (en) * 2019-08-15 2020-10-27 Harman International Industries, Incorporated System and method for performing automatic sweet spot calibration for beamforming loudspeakers
KR102670204B1 (ko) 2019-11-06 2024-05-30 삼성전자주식회사 라우드 스피커 및 이를 포함하는 음향 출력 장치

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120020480A1 (en) * 2010-07-26 2012-01-26 Qualcomm Incorporated Systems, methods, and apparatus for enhanced acoustic imaging

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4127156B2 (ja) 2003-08-08 2008-07-30 ヤマハ株式会社 オーディオ再生装置、ラインアレイスピーカユニットおよびオーディオ再生方法
JP4501559B2 (ja) 2004-07-07 2010-07-14 ヤマハ株式会社 スピーカ装置の指向性制御方法およびオーディオ再生装置
US7804972B2 (en) 2006-05-12 2010-09-28 Cirrus Logic, Inc. Method and apparatus for calibrating a sound beam-forming system
EP1986464A1 (en) * 2007-04-27 2008-10-29 Technische Universiteit Delft Highly directive endfire loudspeaker array

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120020480A1 (en) * 2010-07-26 2012-01-26 Qualcomm Incorporated Systems, methods, and apparatus for enhanced acoustic imaging

Also Published As

Publication number Publication date
KR20130134815A (ko) 2013-12-10
US9154879B2 (en) 2015-10-06
US20130322666A1 (en) 2013-12-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101708522B1 (ko) 오디오 신호 처리 방법 및 장치, 오디오 재생 시스템
US10812925B2 (en) Audio processing device and method therefor
JP5890523B2 (ja) オーディオ信号処理装置及びオーディオ信号処理方法
JP2006270409A (ja) 音響再生装置、音響再生方法および音響再生プログラム
US9998845B2 (en) Information processing device and method, and program
JP2010252220A (ja) ３次元音響パンニング装置およびそのプログラム
Choi et al. Integral approach for reproduction of virtual sound source surrounded by loudspeaker array
KR102149046B1 (ko) 2차원 및 3차원 공간 상에서의 가상 음상 정위 방법
CN109314832A (zh) 音频信号处理方法和设备
US8538048B2 (en) Method and apparatus for compensating for near-field effect in speaker array system
US8125851B2 (en) Apparatus and method for controlling acoustic radiation pattern output through array of speakers
JP4886242B2 (ja) ダウンミックス装置およびダウンミックスプログラム
JP5010148B2 (ja) ３次元パンニング装置
JP2014143480A (ja) 超指向性スピーカ
JP6329679B1 (ja) オーディオコントローラ、超音波スピーカ、オーディオシステム、及びプログラム
JP6970366B2 (ja) 音像再現装置、音像再現方法及び音像再現プログラム
JP2007124023A (ja) 音場再現方法、音声信号処理方法、音声信号処理装置
KR101825462B1 (ko) 개인 음향 공간 생성 방법 및 장치
JP4962047B2 (ja) 音響再生装置
WO2016121519A1 (ja) 音響信号処理装置、音響信号処理方法、及び、プログラム
Shabtai et al. Generation of a reference radiation pattern of string instruments using automatic excitation and acoustic centering
US20120321102A1 (en) Method and apparatus creating a personal sound zone
WO2018211984A1 (ja) スピーカアレイ、および信号処理装置
JP6670259B2 (ja) 音響再生装置
JP2019068395A (ja) オーディオコントローラ、及び、超音波スピーカ

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right