KR101752288B1 - 스피커 어레이를 사용한 강력한 누화 제거 - Google Patents

스피커 어레이를 사용한 강력한 누화 제거 Download PDF

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Abstract

스피커 어레이를 사용해 누화 제거를 수행하는 오디오 리시버가 기술된다. 오디오 리시버는 룸 내의 청취자의 위치를 검출하고, 하나 이상의 빔 패턴 매트릭스를 이용해 스피커 어레이를 통해 출력될 한 편의 사운드 프로그램 콘텐츠를 처리한다. 빔 패턴 매트릭스들은 하나 이상의 제약에 따라 생성된다. 제약들은, 청취자의 오른쪽 귀에서 우측 채널을 증가시키고 좌측 채널을 감소시키는 것, 청취자의 왼쪽 귀에서 좌측 채널을 증가시키고 우측 채널을 감소시키는 것, 및 룸의 모든 다른 영역들에서 사운드를 감소시키는 것을 포함할 수 있다. 이러한 제약들은 오디오 리시버로 하여금 사운드를 청취자 쪽으로 주로 비추게 하고 룸의 다른 영역들에는 비추지 않게 하여, 누화 제거가 룸의 주파수 응답의 변화들로 인한 최소한의 영향을 가지면서 달성되게 한다. 다른 실시예들이 또한 기술된다.

Description

스피커 어레이를 사용한 강력한 누화 제거{ROBUST CROSSTALK CANCELLATION USING A SPEAKER ARRAY}
하나 이상의 제약을 달성함으로써 스피커 어레이를 사용한 누화 제거(crosstalk cancellation)를 수행하는 오디오 리시버가 기술된다. 다른 실시예들이 또한 기술된다.
관련 사항
본 출원은 2013년 3월 14일자로 출원된 미국 가특허 출원 제61/782,287호의 보다 앞선 출원일의 이익을 주장한다.
단일 라우드스피커는 청취자의 양쪽 귀에서 사운드를 생성할 수 있다. 예를 들어, 청취자의 좌측에 있는 라우드스피커는 청취자의 오른쪽 귀에서 여전히 약간의 사운드를 생성할 수 있다. 누화 제거기의 목적은 청취자의 귀 중 하나에서 사운드를 생성하는 것을 허용하면서 다른쪽 귀에서는 사운드를 생성하지 않도록 하는 것이다. 이 격리는 한쪽 귀에서 생성되는 임의의 사운드가 다른쪽 귀로 스며들지 않게 한다. 각각의 귀에서의 사운드를 독립적으로 제어하는 것은 사운드가 라우드스피커로부터 떨어진 위치에서 나오고 있다는 느낌을 생성하는 데 사용될 수 있다.
원칙적으로 누화 제거기는, 오직 2개의 스피커(즉, 2 자유도)가 두 귀에서 사운드를 별개로 제어할 것을 요구한다. 많은 누화 제거기들이 청취자의 머리 주위에서 분산되는 사운드에 의해 생성된 영향들을 보상함으로써 청취자의 귀에서의 사운드를 제어하며, 이는 통상적으로 머리 전달 함수(Head Related Transfer Function; HRTF)들로 알려져 있다. 우측 오디오 입력 채널 d R 및 좌측 오디오 입력 채널 d L 이 주어지면, 누화 제거기는 다음으로 나타낼 수 있다:
Figure 112015089041349-pct00001
이 식에서, 라우드스피커로부터 나오는 사운드로 인한 청취자 머리의 전달 함수 H는 전달 함수의 역 H -1에 의해 보상되어, 청취자의 오른쪽 및 왼쪽 귀에서 각각 우측 출력 채널 f R 및 좌측 출력 채널 f L 을 생성한다. 2개의 스피커만을 사용하는 많은 누화 제거기들은 몇몇 주파수에서 불량 조건(ill-conditioning)을 겪게 된다. 예를 들어, 이 시스템들에서의 라우드스피커들은 누화 제거를 달성하도록 큰 신호들로 구동될 필요가 있으며, 이상적인 것(ideal)으로부터의 변화들에 매우 민감하다. 다시 말하면, 라우드스피커들로부터 청취자의 귀들로의 사운드 전파를 나타내는 가상 전달 함수 H를 이용해 시스템이 설계되는 경우, H의 작은 변화들이 누화 제거기로 하여금 작동을 멈추게 할 수 있다. 이것의 일례는 전달함수 H가 무향 환경(anechoic environment)(즉, 음향 반사가 없는)에서 측정될 때이지만, 많은 반사들이 있는 실제의 룸(room)에서 구현된다.
본 발명의 실시예는 복수의 트랜스듀서를 갖는 스피커 어레이를 사용하여 누화 제거를 수행하는 오디오 리시버이다. 오디오 리시버는 룸 또는 청취 영역 내의 청취자의 위치를 검출하고, 이어서 청취자의 검출된 위치에 대응하는 하나 이상의 빔 패턴 매트릭스를 사용해 스피커 어레이를 통해 출력될 한 편의 사운드 프로그램 콘텐츠를 처리한다. 빔 패턴 매트릭스들 각각은 특정 오디오 주파수에 대응하고 하나 이상의 제약에 따라 생성되며, 오디오 리시버에서 미리 설정될 수 있다. 제약들은 (1) 청취자의 왼쪽 귀에서 한 편의 사운드 프로그램 콘텐츠의 좌측 채널을 최대화/증가시키고 그것의 우측 채널을 최소화/감소시키는 것, (2) 청취자의 오른쪽 귀에서 우측 채널을 최대화/증가시키고 좌측 채널을 최소화/감소시키는 것, 및 (3) 룸의 모든 다른 영역들에서 사운드를 최소화/감소시키는 것을 포함할 수 있다. 이 제약들은 오디오 리시버로 하여금 사운드를 주로 청취자 쪽으로 비추게(beam) 한다. 사운드를 청취자 쪽으로 비추고 룸의 다른 영역들에는 비추지 않음으로써, 누화 제거는, 룸의 주파수 응답의 변화들로 인한 최소한의 영향 또는 감소된 영향을 가지면서 달성된다.
상기의 개요는 본 발명의 모든 양태들을 총망라한 목록을 포함하는 것은 아니다. 본 발명이 상기에 요약된 다양한 양태들의 모든 적합한 조합들로부터 실시될 수 있는 모든 시스템들 및 방법들뿐만 아니라, 하기의 상세한 설명에 개시되고 본 출원과 함께 제출된 청구범위에서 특별히 지적된 것들을 포함한다는 것이 고려된다. 그러한 조합들은 상기의 개요에서 구체적으로 언급되지 않은 특정 이점들을 갖는다.
본 발명의 실시예들은 첨부 도면의 도면들에 제한으로서가 아니라 예로서 도시되며, 첨부 도면에서 유사한 도면 부호는 유사한 요소를 지시한다. 본 명세서에서 본 발명의 "일" 또는 "하나의" 실시예에 대한 언급들은 반드시 동일한 실시예에 대한 것은 아니며, 이들이 적어도 하나를 의미한다는 것에 유의해야 한다.
도 1a는 일 실시예에 따른 오디오 시스템을 갖는 룸 또는 청취 영역을 도시한다.
도 1b는 다른 실시예에 따른 오디오 시스템을 갖는 룸 또는 청취 영역을 도시한다.
도 2a는 일 실시예에 따른 단일 캐비넷에 수용된 라우드스피커 어레이를 도시한다.
도 2b는 다른 실시예에 따른 단일 캐비넷에 수용된 라우드스피커 어레이를 도시한다.
도 3은 일 실시예에 따른 오디오 리시버의 기능 유닛 블록도 및 일부 구성 하드웨어 컴포넌트들을 도시한다.
도 4a는 룸 내의 제1 위치에 있는 청취자를 도시한다.
도 4b는 룸 내의 제2 위치에 있는 청취자를 도시한다.
도 5a는 일 실시예에 따른 마이크로폰들의 세트를 사용해 단일 청취자에 대한 빔 패턴 매트릭스들을 생성하기 위한 시스템을 도시한다.
도 5b는 일 실시예에 따른 마이크로폰들의 세트를 사용해 다수의 청취자들에 대한 빔 패턴 매트릭스들을 생성하기 위한 시스템을 도시한다.
도 6은 일 실시예에 따른 도 5a 및 도 5b에 도시된 마이크로폰 구성을 사용해 빔 패턴 매트릭스들을 생성하기 위한 방법을 도시한다.
개시된 여러 실시예들이 이제 첨부 도면을 참조하여 설명된다. 많은 상세사항들이 기재되지만, 본 발명의 일부 실시예들이 이들 상세사항들 없이도 실시될 수 있다는 것이 이해된다. 다른 예들에서, 본 설명의 이해를 모호하게 하지 않도록, 잘 알려진 회로, 구조 및 기술들은 상세히 나타내지 않았다.
도 1a는 외부 오디오 소스(2), 오디오 리시버(3), 및 하나 이상의 라우드스피커 어레이(4)를 포함하는 오디오 시스템(1)을 도시한다. 오디오 시스템(1)은 의도된 청취자(6)가 위치되어 있는 룸 또는 청취 영역(7)으로 사운드 프로그램 콘텐츠를 출력한다. 청취자(6)는 전통적으로, 오디오 시스템(1)이 주로 향해지고 겨냥되는 목표 위치에 앉혀진다. 목표 위치는 통상적으로 룸(7)의 중앙에 있지만, 룸(7)의 임의의 지정된 영역에 있을 수 있다.
외부 오디오 소스(2)는 사운드 프로그램 콘텐츠를 나타내는 하나 이상의 오디오 스트림을 처리를 위해 오디오 리시버(3)로 전송할 수 있는 임의의 디바이스일 수 있다. 예를 들어, 도 1a의 시스템(1) 내의 외부 오디오 소스(2)는, 사운드 프로그램 콘텐츠를 나타내는 하나 이상의 오디오 스트림을 처리를 위해 오디오 리시버(3)로 유선 또는 무선 접속들을 통해 전송하는 랩톱 컴퓨터이다. 다른 실시예들에서, 외부 오디오 소스(2)는 대신에 데스크톱 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터, 모바일 디바이스(예컨대, 모바일 전화 또는 모바일 음악 재생기), 및 원격 미디어 서버(예컨대, 인터넷 스트리밍 음악 또는 영화 서비스) 중 하나 이상일 수 있다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 오디오 시스템(1)의 컴포넌트들은 분산되고 별개의 유닛들에 포함된다. 그에 반해서, 도 1b의 오디오 시스템(1)의 실시예에 도시된 바와 같이, 오디오 리시버(3)는 라우드스피커 어레이(4) 내에 통합되어 독립형 유닛을 제공한다. 이 실시예에서, 라우드스피커 어레이(4)는 사운드 프로그램 콘텐츠를 나타내는 하나 이상의 오디오 스트림을 유선 또는 무선 접속들을 통해 외부 오디오 소스(2)로부터 직접 수신한다.
오디오 스트림들을 외부 오디오 소스(2)로부터 수신하는 것으로 기술되지만, 오디오 리시버(3)는 저장 매체에 로컬로 저장된 오디오 스트림들에 액세스할 수 있다. 이 실시예에서, 오디오 리시버(3)는, 외부 오디오 소스(2)와의 상호작용 없이, 처리를 위해 오디오 스트림들을 로컬 저장 매체로부터 검색한다.
하기에 더 상세히 기술되는 바와 같이, 오디오 리시버(3)는 오디오 스트림들을 처리하고 하나 이상의 라우드스피커 어레이(4)를 구동시키기 위한 임의의 유형의 디바이스 또는 디바이스들의 세트일 수 있다. 예를 들어, 오디오 리시버(3)는 랩톱 컴퓨터, 데스크톱 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터, 모바일 디바이스, 또는 홈 씨어터 오디오 리시버일 수 있다.
이제 라우드스피커 어레이들(4)로 돌아가면, 도 2a는 다수의 트랜스듀서들(5)이 단일 캐비넷(6)에 수용된 하나의 스피커 어레이(4)를 도시한다. 이 예에서, 스피커 어레이(4)는 캐비넷(6) 내에 8개의 행 및 4개의 열로 균등하게 정렬된 32개의 개별 트랜스듀서들(5)을 갖는다. 다른 실시예들에서, 상이한 수의 트랜스듀서들(5)이 균일 또는 불균일한 간격으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 2b에 도시된 바와 같이, 10개의 트랜스듀서들(5)이 캐비넷(6) 내에 단일 행으로 정렬되어 사운드-바 형의(sound-bar style) 스피커 어레이(4)를 형성할 수 있다. 평평한 면 또는 직선으로 정렬된 것으로 도시되어 있지만, 트랜스듀서들(5)은 원호(arc)를 따라 곡선 형으로 정렬될 수 있다.
트랜스듀서들(5)은 전대역 드라이버들, 중간대역 드라이버들, 서브우퍼들, 우퍼들, 및 트위터(tweeter)들의 임의의 조합일 수 있다. 트랜스듀서들(5) 각각은, 와이어 코일(예컨대, 음성 코일)이 원통형 자기 갭을 통해 축방향으로 이동하는 것을 제한하는 가요성 현수부(suspension)를 통해, 강성의 바스켓(basket), 또는 프레임에 연결된, 경량의 진동판, 또는 콘(cone)을 사용할 수 있다. 전기적 오디오 신호가 음성 코일에 인가될 때, 자기장이 음성 코일 내의 전류에 의해 생성되어, 그것을 가변 전자석으로 만든다. 코일 및 트랜스듀서들(5)의 자기 시스템이 상호작용하여, 코일(및 그로 인해, 부착된 콘)로 하여금 앞뒤로 움직이게 함으로써, 소스(예컨대, 신호 프로세서, 컴퓨터, 및 오디오 리시버)로부터 나오는 인가된 전기적 오디오 신호의 제어 하에 사운드를 재생하게 하는 기계적인 힘을 생성한다. 단일 캐비넷(6)에 수용된 다수의 트랜스듀서들(5)을 갖는 것으로 본 명세서에 기술되지만, 다른 실시예들에서 스피커 어레이(4)는 캐비넷(6)에 수용된 단일 트랜스듀서(5)를 포함할 수 있다. 이 실시예들에서, 스피커 어레이(4)는 독립형 라우드스피커이다.
각각의 트랜스듀서(5)는 별개의 그리고 개별 오디오 신호들에 응답하여 사운드를 생성하도록 개별적으로 그리고 별개로 구동될 수 있다. 스피커 어레이(4) 내의 트랜스듀서들(5)이 상이한 파라미터들 및 설정들(지연들 및 에너지 레벨들을 포함함)에 따라 개별적으로 그리고 별개로 구동되게 함으로써, 스피커 어레이(4)는 청취자(6)에게 재생될 사운드 프로그램 콘텐츠의 개별 채널들을 시뮬레이션하거나 더 잘 나타내는 많은 지향 패턴(directivity pattern)들을 생성할 수 있다. 예를 들어, 상이한 폭들 및 지향들의 빔 패턴들은 스피커 어레이(4)에 의해 방출될 수 있다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 스피커 어레이들(4)은 오디오 리시버(3)에 접속하기 위한 배선들 또는 전선관을 포함할 수 있다. 예를 들어, 각각의 스피커 어레이(4)는 2개의 배선 지점들을 포함할 수 있고, 오디오 리시버(3)는 상보적 배선 지점들을 포함할 수 있다. 배선 지점들은 스피커 어레이들(4) 및 오디오 리시버(3)의 배면 상의 각각 바인딩 포스트(binding post)들 또는 스프링 클립(spring clip)들일 수 있다. 배선들은 각자의 배선 지점들 둘레에 별도로 감기거나 달리 연결되어, 스피커 어레이들(4)을 오디오 리시버(3)에 전기적으로 연결한다.
다른 실시예들에서, 도 1b에 도시된 바와 같이, 스피커 어레이(4)는 무선 프로토콜들을 사용해 오디오 리시버(3)에 연결되어, 어레이(4)와 오디오 리시버(3)가 물리적으로 결합되지 않지만 무선-주파수 접속을 유지하게 할 수 있다. 예를 들어, 스피커 어레이(4)는 오디오 리시버(3) 내의 대응하는 와이파이 송신기로부터 오디오 신호들을 수신하기 위한 와이파이 수신기를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 스피커 어레이(4)는 오디오 리시버(3)로부터 수신된 무선 오디오 신호들을 사용해 트랜스듀서들(5)을 구동시키기 위한 통합형 증폭기들을 포함할 수 있다. 앞서 언급한 바와 같이, 스피커 어레이(4)는 하기에 기술된 기술들에 따라, 신호 처리를 위한 그리고 각각의 트랜스듀서(5)를 구동시키기 위한 컴포넌트들을 포함하는 독립형 유닛일 수 있다.
2개의 스피커 어레이(4)를 포함하는 것으로 도 1a에 도시되어 있지만, 오디오 시스템(1)은 무선 또는 유선 접속들을 통해 오디오 리시버(3)에 연결되는 임의의 수의 스피커 어레이들(4)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 오디오 시스템(1)은 전방 좌측 채널, 전방 중앙 채널, 전방 우측 채널, 후방 우측 서라운드 채널, 후방 좌측 서라운드 채널, 및 저 주파수 채널(예컨대, 서브우퍼)를 나타내는 6개의 스피커 어레이들(4)을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 오디오 시스템(1)은 도 1b에 도시된 바와 같이 단일 스피커 어레이(4)를 포함할 수 있다. 이 단일 스피커 어레이(4)는 사운드 바 형의 스피커 어레이일 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 오디오 리시버(3)의 기능 유닛 블록도 및 일부 구성 하드웨어 컴포넌트들을 도시한다. 도 3에 도시된 컴포넌트들은 오디오 리시버(3)에 포함된 요소들을 나타내지만, 다른 컴포넌트들을 배제하는 것으로 여겨져서는 안된다. 도 3의 각 요소는 아래에서 예로서 설명될 것이다.
오디오 리시버(3)는 하나 이상의 외부 오디오 소스(2)로부터의 전기적, 무선, 또는 광학 신호들을 이용해 사운드 프로그램 콘텐츠의 하나 이상의 채널을 수신하기 위한 다수의 입력들(8)을 포함할 수 있다. 입력들(8)은 오디오 리시버(3)의 노출된 표면 상에 위치된 물리적 커넥터들의 세트를 포함하는 디지털 입력들(8A, 8B) 및 아날로그 입력들(8C, 8D)의 세트일 수 있다. 예를 들어, 입력들(8)은 HDMI(High-Definition Multimedia Interface), 광학 디지털 입력(TOSLINK), 동축 디지털 입력, 및 포노 입력(phono input)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 오디오 리시버(3)는 외부 오디오 소스(2)와의 무선 접속을 통해 오디오 신호들을 수신한다. 이 실시예에서, 입력들(8)은 무선 프로토콜들을 이용해 외부 오디오 소스(2)와 통신하기 위한 무선 어댑터를 포함한다. 예를 들어, 무선 어댑터는 블루투스, IEEE 802.11x, 셀룰러 GSM(Global System for Mobile Communications), 셀룰러 CDMA(Code division multiple access), 또는 LTE(Long Term Evolution)를 이용해 통신할 수 있다.
도 1a 및 도 1b에 도시되고 앞서 기술된 바와 같이, 외부 오디오 소스(2)는 무선 또는 유선 접속을 통해 사운드 프로그램 콘텐츠의 하나 이상의 채널을 오디오 리시버(3)로 전송할 수 있는 랩톱 컴퓨터 또는 임의의 디바이스일 수 있다. 일 실시예에서, 외부 오디오 소스(2) 및 오디오 리시버(3)는 하나의 분할할 수 없는 유닛에 통합된다. 이 실시예에서, 라우드스피커 어레이(4)는 또한 동일한 유닛 내로 통합될 수 있다. 예를 들어, 외부 오디오 소스(2) 및 오디오 리시버(3)는 트랜스듀서들(5)이 유닛의 좌측 및 우측 면들에 통합되어 있는 하나의 컴퓨팅 유닛 내에 있을 수 있다.
오디오 리시버(3)로 되돌아가면, 입력들(8)로부터의 일반적 신호 흐름이 이제 설명될 것이다. 먼저 디지털 입력들(8A, 8B)를 보면, 입력(8A 및/또는 8B)을 통해 디지털 오디오 신호를 수신 시, 오디오 리시버(3)는 디코더(9A 또는 9B)를 사용하여 전기적, 광학, 또는 무선 신호들을, 사운드 프로그램 콘텐츠를 나타내는 오디오 채널들의 세트로 디코딩한다. 예를 들어, 디코더(9A)는 6개의 오디오 채널들(예컨대, 5.1 신호)을 포함하는 단일 신호를 수신하고, 그 신호를 6개의 오디오 채널들로 디코딩할 수 있다. 디코더들(9)은, AAC(Advanced Audio Coding), MPEG Audio Layer II, MPEG Audio Layer III, 및 FLAC(Free Lossless Audio Codec)을 포함하는 임의의 코덱 또는 기술을 사용해 인코딩된 오디오 신호를 디코딩할 수 있다.
아날로그 입력들(8C, 8D)로 돌아가면, 아날로그 입력들(8C, 8D)에 의해 수신된 각각의 아날로그 신호는 사운드 프로그램 콘텐츠의 단일 오디오 채널을 나타낼 수 있다. 따라서, 다수의 아날로그 입력들(8C, 8D)은 한 편의 사운드 프로그램 콘텐츠의 각각의 채널을 수신하는 것을 필요로 할 수 있다. 오디오 채널들은 각자의 아날로그-디지털 변환기들(10A, 10B)에 의해 디지털화되어 디지털 오디오 채널들을 형성할 수 있다.
디코더들(9A, 9B) 및 아날로그-디지털 변환기들(10A, 10B) 각각으로부터의 디지털 오디오 채널들은 멀티플렉서(12)로 출력된다. 멀티플렉서(12)는 제어 신호(13)에 기초하여 오디오 채널들의 세트를 선택적으로 출력한다. 제어 신호(13)는 오디오 리시버(3) 내의 제어 회로 또는 프로세서로부터 또는 외부 디바이스로부터 수신될 수 있다. 예를 들어, 오디오 리시버(3)의 동작 모드를 제어하는 제어 회로는 디지털 오디오 채널들의 세트를 선택적으로 출력하기 위해 제어 신호(13)를 멀티플렉서(12)로 출력할 수 있다.
멀티플렉서(12)는 선택된 디지털 오디오 채널들을 어레이 프로세서(14)로 공급한다. 멀티플렉서(12)에 의해 출력된 채널들은 어레이 프로세서(14)에 의해 처리되어 처리된 오디오 채널들의 세트를 생성한다. 처리는 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform; FFT)와 같은 변환들을 이용해 시간 및 주파수 도메인들 둘 다에서 동작할 수 있다. 어레이 프로세서(14)는, 주문형 집적 회로(ASIC)와 같은 특수 목적 프로세서, 범용 마이크로프로세서, FPGA(field-programmable gate array), 디지털 신호 제어기, 또는 하드웨어 로직 구조들의 세트(예컨대, 필터, 산술 논리 유닛, 및 전용 상태 기계)일 수 있다. 어레이 프로세서(14)는 위치 추정기(15) 및/또는 누화 매트릭스 생성기(16)로부터의 입력들에 기초하여 스피커 어레이들(4) 내의 트랜스듀서들(5)을 구동시키기 위한 신호들의 세트를 생성한다.
위치 추정기(15)는 룸(7) 내의 한 명 이상의 인간 청취자의 위치를 결정한다. 예를 들어, 위치 추정기(15)는 룸(7) 내의 청취자(6)의 물리적 좌표들, 또는 스피커 어레이(4)에 대한 청취자(6)의 위치(예컨대, 스피커 어레이(4)에 대한 거리 및 각도 또는 좌표들)를 결정할 수 있다. 도 4a는 스피커 어레이(4)에 대한 좌표 x A , y A 를 갖는 룸(7) 내의 위치에 있는 청취자(6)를 도시한다. 위치 추정기(15)는 청취자(6)가 룸(7) 주위를 이동함에 따라 사운드가 스피커 어레이(4)에 의해 방출되고 있는 동안 청취자(6)의 위치를 결정한다. 단일 청취자(6)에 관하여 기술되지만, 위치 추정기(15)는 룸(7) 내의 다수의 청취자들(6)의 위치를 결정할 수 있다. 본 명세서에서 기술된 위치 추정기(15)가 룸(7) 내의 청취자(6)의 위치를 적응적으로 결정하지만, 일 실시예에서 위치 추정기는 초기 위치 결정 이후에 청취자(6)의 위치가 고정된 것으로 가정한다.
위치 추정기(15)는 청취자(6)의 위치를 결정하기 위해 임의의 디바이스 또는 알고리즘을 사용할 수 있다. 일 실시예에서, 사용자 입력 디바이스(17)는 청취자(6)의 위치를 결정하는 것을 돕기 위해 위치 추정기(15)에 연결된다. 사용자 입력 디바이스(17)는 청취자(6)로 하여금 스피커 어레이(4) 또는 룸(7) 내의 다른 알려진 물체에 대한 청취자(6)의 위치를 주기적으로 입력하게 할 수 있다. 예를 들어, 영화를 보는 동안 청취자(6)는 처음에 도 4a에 도시된 바와 같이 스피커 어레이(4)에 대한 좌표 x A , y A 를 갖는 소파에 앉아 있을 수 있다. 청취자(6)는 사용자 입력 디바이스(17)을 이용해 이 위치를 위치 추정기(15)에 입력할 수 있다. 영화 도중에, 청취자(6)는 도 4b에 도시된 바와 같이 스피커 어레이(4)에 대한 x B , y B 에 위치된 테이블로 이동하기로 결심할 수 있다. 이 이동에 기초하여, 청취자(6)는 사용자 입력 디바이스(17)를 이용해 이 새로운 위치를 위치 추정기(15)에 입력할 수 있다. 사용자 입력 디바이스(17)는 유선 또는 무선 키보드, 모바일 디바이스, 또는 청취자(6)가 위치 추정기(15)에 위치를 입력하게 할 수 있는 임의의 다른 유사한 디바이스일 수 있다. 일 실시예에서, 입력된 값은 비수치 또는 상대적 값이다. 예를 들어, 청취자(6)는 그것들이 스피커 어레이(4)의 우측에 위치되어 있음을 나타낼 수 있다.
다른 실시예에서, 마이크로폰(18)은 청취자(6)의 위치를 결정하는 것을 돕기 위해 위치 추정기(15)에 연결될 수 있다. 이 실시예에서, 마이크로폰(18)은 청취자(6)와 함께 또는 청취자(6)에 근접하게 위치된다. 오디오 리시버(3)는 스피커 어레이(4)를 구동시켜 테스트 사운드들의 세트를 방출하게 하고, 이들은 마이크로폰(18)에 의해 감지되고 처리를 위해 위치 추정기(15)에 공급된다. 위치 추정기(15)는 감지된 사운드들에 기초하여, 테스트 사운드들이 스피커 어레이(4)로부터 마이크로폰(18)으로 이동함에 따른 그것들의 전파 지연을 결정한다. 이에 따라 전파 지연은 스피커 어레이(4)에 대한 청취자(6)의 위치를 결정하는 데 사용될 수 있다.
마이크로폰(18)은 유선 또는 무선 접속을 이용해 위치 추정기(15)에 연결될 수 있다. 일 실시예에서, 마이크로폰(18)은 모바일 디바이스(예컨대, 모바일 폰)에 통합되고, 감지된 사운드들은 하나 이상의 무선 프로토콜(예컨대, 블루투스 및 IEEE 802.11x)을 이용해 위치 추정기(15)로 전송된다. 마이크로폰(18)은 MEMS(MicroElectrical-Mechanical System) 마이크로폰, 압전 마이크로폰, 일렉트릿 콘덴서 마이크로폰, 또는 동적 마이크로폰을 포함하는, 임의의 유형의 음향-전기 트랜스듀서 또는 센서일 수 있다. 마이크로폰(18)은 카디오이드(cardioid), 전방향(omnidirectional), 및 8자형(figure-eight)과 같은 다양한 폴라 패턴(polar pattern)들을 제공할 수 있다. 일 실시예에서, 마이크로폰(18)의 폴라 패턴은 시간이 경과함에 따라 계속적으로 변화할 수 있다. 단일 마이크로폰(18)으로 도시되고 기술되지만, 일 실시예에서, 다수의 마이크로폰들 또는 마이크로폰 어레이들이 룸(7) 내의 사운드들을 검출하기 위해 사용될 수 있다.
다른 실시예에서, 카메라(19)가 청취자(6)의 위치를 결정하는 것을 돕기 위해 위치 추정기(15)에 연결될 수 있다. 카메라(19)는 스피커 어레이(4)와 동일한 방향으로 룸(7)으로 향해진 비디오 카메라 또는 정지-이미지 카메라일 수 있다. 카메라(19)는 스피커 어레이(4) 앞의 영역의 비디오 또는 정지 이미지들의 세트를 기록한다. 이 기록들에 기초하여, 카메라(19)는 단독으로 또는 위치 추정기(15)와 함께, 청취자(6)의 얼굴 또는 다른 신체 부분들을 추적한다. 위치 추정기(15)는 이러한 얼굴/신체 추적에 기초하여 청취자(6)의 위치를 결정할 수 있다. 일 실시예에서, 카메라(19)는 스피커 어레이(4)가 사운드 프로그램 콘텐츠를 출력하는 동안 주기적으로 청취자(6)의 특징부들을 추적함으로써, 청취자(6)의 위치가 업데이트되고 정확하게 유지되게 할 수 있다. 예를 들어, 카메라(19)는 노래가 스피커 어레이(4)를 통해 재생되고 있는 동안 계속해서 청취자(6)를 추적할 수 있다.
카메라(19)는 유선 또는 무선 접속을 이용해 위치 추정기(15)에 연결될 수 있다. 일 실시예에서, 카메라(19)는 모바일 디바이스(예컨대, 모바일 폰)에 통합되고, 기록된 비디오들 또는 정지 이미지들은 하나 이상의 무선 프로토콜(예컨대, 블루투스 및 IEEE 802.11x)을 이용해 위치 추정기(16)로 전송된다. 단일 카메라(19)로서 도시되고 기술되지만, 일 실시예에서, 다수의 카메라들이 얼굴/신체 추적을 위해 사용될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 하나 이상의 적외선(IR) 센서(20)가 위치 추적기(15)에 연결된다. IR 센서들(20)은 스피커 어레이(4) 앞의 영역에 있는 물체들로부터 방사하는 IR 광을 캡처한다. 이 감지된 IR 판독치들에 기초하여, 위치 추정기(15)는 청취자(6)의 위치를 결정할 수 있다. 일 실시예에서, IR 센서들(20)은 스피커 어레이(4)가 사운드를 출력하는 동안 주기적으로 동작함으로써, 청취자(6)의 위치가 업데이트되고 정확하게 유지되게 할 수 있다. 예를 들어, IR 센서들(20)은 노래가 스피커 어레이(4)를 통해 재생되고 있는 동안 계속해서 청취자(6)를 추적할 수 있다.
적외선 센서들(20)은 유선 또는 무선 접속을 이용해 위치 추정기(15)에 연결될 수 있다. 일 실시예에서, 적외선 센서들(20)은 모바일 디바이스(예컨대, 모바일 폰)에 통합되고, 감지된 적외선 광 판독치들은 하나 이상의 무선 프로토콜(예컨대, 블루투스 및 IEEE 802.11x)을 이용해 위치 추정기(15)로 전송된다.
단일 청취자(6)에 관하여 기술되지만, 일 실시예에서 위치 추정기(15)는 스피커 어레이(4)에 대한 다수의 청취자들(6)의 위치를 결정할 수 있다. 이 실시예에서, 청취자들(6)의 위치들 각각은 스피커 어레이(4)에 의해 방출되는 사운드를 조정하는 데 사용된다.
전술된 기술들의 임의의 조합을 이용해, 위치 추정기(15)는 청취자(6)의 위치를 계산하여 처리를 위해 누화 매트릭스 생성기(16)로 공급한다. 누화 매트릭스 생성기(16)는 청취자(6)의 검출된 위치에 기초하여 빔 패턴 매트릭스를 검색한다. 검색된 빔 패턴 매트릭스들은 스피커 어레이(4)를 통해 사운드를 방출하기 위한 하나 이상의 미리 정의된 제약을 달성한다. 일 실시예에서, 제약들은 (1) 청취자(6)의 왼쪽 귀에서 한 편의 사운드 프로그램 콘텐츠의 좌측 채널을 최대화/증가시키고 그것의 우측 채널을 최소화/감소시키는 것, (2) 청취자(6)의 오른쪽 귀에서 우측 채널을 최대화/증가시키고 좌측 채널을 최소화/감소시키는 것, 및 (3) 룸(7)의 모든 다른 영역들에서 사운드를 최소화/감소시키는 것을 포함한다. 빔 패턴 매트릭스들을 생성하기 위한 방법이 하기에 더욱 상세히 기술될 것이다.
일 실시예에서, 한쪽 귀에서 제1 채널을 최대화/증가시키는 반면 제2 채널을 최소화하는 것은, 그 귀에서 제1 채널의 인지된 사운드를 증가시키면서 그 귀에서 제2 채널을 감소시키거나 제거하는 것을 포함할 수 있다. 이러한 인지는 제1 채널의 파워가 제2 채널의 파워보다 상당히 더 큰 것으로 정의될 수 있다.
우측 오디오 입력 채널 d R 및 좌측 오디오 입력 채널 d L 이 주어지면, 빔 패턴 매트릭스들은 각각 청취자의 오른쪽 및 왼쪽 귀에서 우측 출력 채널 f R 및 좌측 출력 채널 f L 을 생성한다. 이는 다음 식에 의해 나타낼 수 있으며, 여기서 G는 빔 패턴 매트릭스이다:
Figure 112015089041349-pct00002
이 식에서, 청취자의 오른쪽 및 왼쪽 귀에서 각각 생성된 우측 출력 채널 f R 및 좌측 출력 채널 f L 은, 각각 우측 오디오 입력 채널 d R 및 좌측 오디오 입력 채널 d L 과 실질적으로 유사하거나 동일하다.
일 실시예에서, 오디오 리시버(3)는 스피커 어레이(4)에 대한 룸(7) 내의 한 명 이상의 청취자(6)의 상이한 위치들에 대응하는 복수의 빔 패턴 매트릭스를 저장한다. 예를 들어, 오디오 리시버(3)는 각각의 좌표 쌍 x, y에 대한 별개의 빔 패턴 매트릭스를 저장할 수 있으며, 이는 스피커 어레이(4)에 대한 룸(7) 내의 청취자(6)의 위치를 나타낸다. 앞서 언급한 바와 같이, 빔 패턴 매트릭스들은 룸(7) 내의 다수의 청취자들(6)의 위치들과 연관될 수 있다.
일 실시예에서, 빔 패턴 매트릭스들은 오디오 리시버(3) 내의 로컬 매체에 저장될 수 있다. 예를 들어, 빔 패턴 매트릭스들은 오디오 리시버(3) 내에 통합된 마이크로전자, 휘발성 또는 비휘발성 매체에 저장될 수 있다. 다른 실시예에서, 빔 패턴 매트릭스들은 원격 서버 또는 시스템 상에 위치되어 있고, 유선 또는 무선 네트워크 접속을 이용해 오디오 리시버(3)에 의해 액세스 가능하다. 예를 들어, 오디오 리시버(3)는 IEEE 802.11x, IEEE 802.3, 셀룰러 GSM(Global System for Mobile Communications), 셀룰러 CDMA(Code division multiple access), 및 LTE(Long Term Evolution) 중 하나 이상을 이용해 빔 패턴 매트릭스들에 액세스할 수 있다.
앞서 언급한 바와 같이, 빔 패턴 매트릭스들은 청취자(6)의 위치에 기초하여 청취자(6)의 오른쪽 및 왼쪽 귀에 대해 의도된 사운드를 최대화하는 반면, 룸(7)의 모든 다른 영역들에서의 사운드는 최소화할 수 있다. 일 실시예에서, 빔 패턴 매트릭스들 각각은, 좌측 및 우측 오디오 채널들을 생성하도록 스피커 어레이(4) 내의 대응하는 트랜스듀서들(5)을 구동시키기 위한 특정 주파수에 대한 필터들을 기술하는 복소 값(complex value)들의 세트(예컨대, 크기들 및 위상들)로 구성된다. 예를 들어, 빔 패턴 매트릭스는 다음으로 나타낼 수 있다:
Figure 112015089041349-pct00003
위의 샘플 빔 패턴 매트릭스에서, 각각의 r은 특정 주파수에 대한 좌측 및 우측 오디오 채널들을 위한 스피커 어레이(4) 내의 t개 트랜스듀서들(5) 각각에 적용된 크기들 및 위상들을 기술하는 복소 필터 값(complex filter value)들에 대응한다. 전술된 바와 같이, 누화 제거기(16)는 청취자(6)의 검출된 위치에 대응하는 하나 이상의 원하는 주파수 각각에 대한 빔 패턴 매트릭스를 검색한다. 검색된 빔 패턴 매트릭스들은 한 편의 사운드 프로그램 콘텐츠를 나타내는 하나 이상의 오디오 채널을 처리하기 위해 어레이 프로세서(14)에 공급된다. 본 명세서에서 사용된 식들이 주파수 도메인에서 기술되지만, 빔 패턴 매트릭스들 내의 필터 값들은 시간 또는 주파수 도메인에서 구현될 수 있다.
복소 필터 값들은 하나 이상의 미리 정의된 제약을 달성하기 위한 트랜스듀서들(5) 각각에 의해 방출될 사운드의 크기들 및 위상들을 기술하며, 이는 초기에 빔 패턴 매트릭스들을 계산하는 데 사용되었다. 앞서 언급한 바와 같이, 제약들은 (1) 청취자(6)의 왼쪽 귀에서 한 편의 사운드 프로그램 콘텐츠의 좌측 채널을 최대화/증가시키고 그것의 우측 채널을 최소화/감소시키는 것, (2) 청취자(6)의 오른쪽 귀에서 우측 채널을 최대화/증가시키고 좌측 채널을 최소화/감소시키는 것, 및 (3) 룸(7)의 모든 다른 영역들에서 사운드를 최소화/감소시키는 것을 포함할 수 있다. 이 제약들은 오디오 리시버(3)로 하여금 사운드를 청취자(6) 쪽으로 비추게 한다. 사운드를 청취자(6) 쪽으로 비추고 룸(7)의 다른 영역들에는 비추지 않음으로써, 누화 제거는, 룸(7)의 주파수 응답의 변화들로 인한 최소한의 영향을 가지면서 달성된다.
청취자(6)의 현재 위치에 대응하는 주파수들의 세트에 대한 하나 이상의 빔 패턴 매트릭스를 검색 시, 누화 제거기(16)는 빔 패턴 매트릭스를 어레이 프로세서(14)에 공급한다. 어레이 프로세서(14)는 빔 패턴 매트릭스들에 따라 멀티플렉서(12)로부터 수신된 한 편의 사운드 프로그램 콘텐츠의 오디오 채널들 각각을 처리한다. 예를 들어, 어레어 프로세서(14)는 빔 패턴 매트릭스들 내의 각각의 복소 필터 값을, 스피커 어레이 내의 트랜스듀서들(5)에 공급되는 대응하는 오디오 신호들에 대한 가중 및 위상 값들로서 사용할 수 있다. 어레이 프로세서(14)는 트랜스듀서들(5)로 하여금 빔 패턴 매트릭스들 내의 필터 값들에 기초하여 사운드를 출력하게 하여, 제약들 각각이 달성되게 한다(예컨대, (1) 청취자(6)의 왼쪽 귀에서 한 편의 사운드 프로그램 콘텐츠의 좌측 채널을 최대화하고 그것의 우측 채널을 최소화하는 것, (2) 청취자(6)의 오른쪽 귀에서 우측 채널을 최대화하고 좌측 채널을 최소화하는 것, 및 (3) 룸(7)의 모든 다른 영역들에서 사운드를 최소화하는 것).
청취자(6)에 향해진 사운드를 최대화함으로써, 사운드가 룸(7)의 대부분의 영역들에서 최소화되므로 룸(7)은 청취자(6)에게 거의 영향을 미치지 않는다. 또한, 조정에 사용될 수 있는 제어의 더욱 많은 정도(degree)들(즉, 스피커 어레이(4) 내의 많은 트랜스듀서들(5))이 있기 때문에, 누화 제거는 불량 조건의 경우들(예컨대, 트랜스듀서(5) 민감도 변화들 및 룸(7) 영향들)에 의해 영향을 받을 가능성이 더 적다.
어레이 프로세서(14)는 고속 푸리에 변환(FFT)과 같은 변환들을 이용해 시간 및 주파수 도메인들 둘 다에서 동작할 수 있다. 어레이 프로세서(14)는, 주문형 집적 회로(ASIC)와 같은 특수 목적 프로세서, 범용 마이크로프로세서, FPGA(field-programmable gate array), 디지털 신호 제어기, 또는 하드웨어 로직 구조들의 세트(예컨대, 필터, 산술 논리 유닛, 및 전용 상태 기계)일 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 사운드 프로그램 콘텐츠의 처리된 세그먼트는 어레이 프로세서(14)로부터 하나 이상의 디지털-아날로그 변환기(21)로 전달되어, 하나 이상의 개별 아날로그 신호를 생성한다. 디지털-아날로그 변환기들(21)에 의해 생성된 아날로그 신호들은 라우드스피커 어레이(4)의 선택된 트랜스듀서들(5)을 구동시키기 위해 파워 증폭기들(22)에 공급된다.
오디오 리시버(3)는 위치 추정기(15)에 의해 검출된 청취자(6)의 이동에 기초하여 스피커 어레이(4)의 출력을 계속적으로 조정할 수 있다. 예를 들어, 청취자(6)가 이동했음을 검출할 시, 누화 제거기는 빔 패턴 매트릭스들의 업데이트된 세트를 처리를 위해 어레이 프로세서(14)로 공급한다.
이제 도 5a 및 도 5b를 참조하면, 빔 패턴 매트릭스들을 생성하기 위한 시스템이 설명될 것이다. 빔 패턴 매트릭스들은 오디오 시스템(1)의 초기 구성 동안에 오디오 리시버(3)에 의해, 또는 제조 또는 연구 시설 내의 별개의 유닛에 의해 생성될 수 있다. 하기의 설명에서, 빔 패턴 매트릭스들의 생성은 오디오 리시버(3)에 관하여 설명될 것이다. 그러나, 다른 실시예들에서, 별개의 디바이스가 이 매트릭스들을 계산하고 하나 이상의 오디오 리시버로 제공하는 데 사용될 수 있다.
누화 제거기(16)는 룸(7) 내의 청취자(6)의 위치에 기초하여 주파수들의 세트에 대한 하나 이상의 빔 패턴 매트릭스를 생성한다. 일 실시예에서, 오디오 리시버(3)는 빔 패턴 매트릭스들을 생성하는 것을 돕기 위한 하나 이상의 마이크로폰(22)을 포함한다. 마이크로폰들(22)은 청취자(6)의 위치를 결정하는 데 사용되는 마이크로폰(18)을 포함할 수 있거나, 마이크로폰들(22)은 마이크로폰(18)과 별개일 수 있다. 마이크로폰들(22)은 초기에, 오디오 리시버(3) 및 룸(6) 내의 라우드스피커 어레이들(4)을 교정하는 데 사용된다. 빔 패턴 매트릭스들이 생성되면, 마이크로폰들(22)은 제거/저장될 수 있다.
도 5a에 도시된 바와 같이, 마이크로폰(22A)은 청취자(6)의 오른쪽 귀를 나타내도록 위치설정되고, 마이크로폰(22B)은 청취자(6)의 왼쪽 귀를 나타내도록 위치설정되며, 마이크로폰들(22C)은 룸(7)의 다른 영역들에 마이크로폰들(22A, 22B)과 분리되어 위치설정된다. 도 5b에 도시된 다른 실시예에서, 마이크로폰들은 다수의 청취자들(6)을 나타내도록 위치설정될 수 있다. 예를 들어, 마이크로폰들(22A1, 22B1)은 제1 청취자(6)의 오른쪽 및 왼쪽 귀를 나타내도록 위치설정되고, 마이크로폰들(22A2, 22B2)은 제2 청취자의 오른쪽 및 왼쪽 귀를 나타내도록 위치설정되며, 마이크로폰들(22C)은 룸(7)의 다른 영역들에 마이크로폰들(22A1, 22B1, 22A2, 22B2)과 분리되어 위치설정된다. 단일 청취자(6)와 관련하여 하기에 기술되지만, 누화 매트릭스 생성기(16)는 유사한 방식으로 다수의 청취자들(6)과 동작할 수 있다.
마이크로폰들(22)은 유선 또는 무선 접속을 이용해 누화 제거기(16)에 연결될 수 있다. 일 실시예에서, 마이크로폰들(22)은 모바일 디바이스(예컨대, 모바일 폰)에 통합되고, 감지된 사운드들은 하나 이상의 무선 프로토콜(예컨대, 블루투스 및 IEEE 802.11x)을 이용해 누화 제거기(16)로 전송된다. 마이크로폰들(22)은 MEMS(MicroElectrical-Mechanical System) 마이크로폰, 압전 마이크로폰, 일렉트릿 콘덴서 마이크로폰, 또는 동적 마이크로폰을 포함하는, 임의의 유형의 음향-전기 트랜스듀서 또는 센서일 수 있다. 마이크로폰들(22)은 카디오이드, 전방향, 및 8자형과 같은 다양한 폴라 패턴들을 제공할 수 있다. 일 실시예에서, 마이크로폰들(22)의 폴라 패턴들은 시간이 경과함에 따라 계속적으로 변화할 수 있다.
일 실시예에서, 오디오 리시버(3)는 스피커 어레이(4) 내의 트랜스듀서들(5)을 구동시키는 데 사용되는 일련의 테스트 사운드들을 생성한다. 테스트 사운드들은 지속기간, 주파수, 및 파워가 가변적일 수 있고, 청취자(6)의 왼쪽 및 오른쪽 귀에 대응하는 우측 채널 및 좌측 채널로 분할될 수 있다. 도 5a에 도시된 마이크로폰 배치를 사용해, 누화 매트릭스 생성기(16)는 주파수들의 세트 내의 각 주파수에 대한 빔 패턴 매트릭스를 계산한다. 생성된 빔 패턴 매트릭스들은 하나 이상의 제약에 기초하여 스피커 어레이(4) 내의 트랜스듀서들(5) 각각을 구동시킨다. 일 실시예에서, 제약들은 (1) 마이크로폰(22A)에서 한 편의 사운드 프로그램 콘텐츠의 좌측 채널을 최대화/증가시키고 그것의 우측 채널을 최소화/감소시키는 것, (2) 마이크로폰(22B)에서 우측 채널을 최대화/증가시키고 좌측 채널을 최소화/감소시키는 것, 및 (3) 마이크로폰들(22C)에서 사운드를 생성하지 않거나 매우 낮은 레벨들의 사운드를 생성하는 것을 포함한다. 예를 들어, 우측 채널 테스트 사운드 z L 및 좌측 채널 테스트 사운드 z R 에 대해, 전술된 제약들은 각각 우측 채널 테스트 사운드 z R 및 좌측 채널 테스트 사운드 z L 와 동일한 마이크로폰들(22A, 22B)에 대한 감지된 사운드들을 야기하는 한편, 마이크로폰들(22C)은 거의 사운드를 감지하지 않을 것이다. 상기 제약들을 사용해, 누화 생성기(16)는, 대향하는 채널들로부터의 사운드가 왼쪽 및 오른쪽 귀로 번지지 않게 하면서, 청취자(6)의 왼쪽 및 오른쪽 귀에서 각각 우측 채널 및 좌측 채널을 정확하게 생성하는 빔 패턴 매트릭스들을 계산할 수 있다.
도 6은 일 실시예에 따른 도 5a 및 도 5b에 도시된 마이크로폰 구성을 이용해 빔 패턴 매트릭스들을 생성하기 위한 방법(23)을 도시한다. 방법(23)은 동작(24)에서, 룸(7) 내의 청취자(6)의 위치를 결정하는 것으로 시작한다. 이 동작에서의 청취자(6)는 실제 청취자(6)가 아닐 수 있지만, 대신에 청취자(6)의 귀들을 나타내는 마이크로폰들(22A, 22B)의 위치일 수 있다. 일 실시예에서, 위치 추정기(15)는 사용자 입력 디바이스(17), 마이크로폰(18), 카메라(19), 및 IR 센서들(20) 중 하나 이상을 이용해 청취자(6)의 위치를 결정할 수 있다. 청취자(6)의 위치는 스피커 어레이(4) 또는 룸(7) 내의 임의의 다른 알려진 고정부(fixture)에 대한 좌표로 나타낼 수 있다.
청취자(6)의 위치를 결정할 시, 동작(25)에서, 복수의 테스트 사운드는 오디오 리시버(3)에 의해 룸(7)으로 방출된다. 테스트 사운드들은 각각 청취자(6)의 오른쪽 및 왼쪽 귀에 대응하는 우측 채널 z R 및 좌측 채널 z L 로 분할된다. 테스트 사운드들은 각각의 채널 z R , z L 에 대해 지속기간, 주파수, 및 파워가 가변적일 수 있다.
동작(26)에서, 마이크로폰들(22)은 테스트 사운드들이 룸(7)을 통해 스며듦에 따라 그것들을 감지하고, 감지된 사운드들은 누화 제거기로 전송된다. 전술되고 도 5a에 도시된 바와 같이, 마이크로폰(22A)은 청취자(6)의 오른쪽 귀를 나타내도록 위치설정되고, 마이크로폰(22B)은 청취자(6)의 왼쪽 귀를 나타내도록 위치설정되며, 마이크로폰들(22C)은 룸(7)의 다른 영역들에 마이크로폰들(22A, 22B)과 분리되어 위치설정된다. 감지된 사운드들은 유선 또는 무선 접속을 이용해 누화 제거기로 전송될 수 있다.
동작(27)에서, 마이크로폰들(22) 각각으로부터의 감지된 사운드들은 누화 매트릭스 생성기(16)에 공급되어, 청취자(6)의 위치에 대응하는 빔 패턴 매트릭스를 생성한다. 누화 매트릭스 생성기(16)는 미리 정의된 제약들의 세트를 달성하도록 추구하는 빔 패턴 매트릭스들을 계산한다. 빔 패턴 매트릭스들은 하나 이상의 제약을 달성하기 위해 스피커 어레이(4) 내의 각각의 트랜스듀서(5)에 인가된 오디오 신호들에 적용될 크기들/가중치들 및 위상들을 기술하는 복소 필터 값들의 세트를 포함한다. 일 실시예에서, 제약들은 (1) 마이크로폰(22A)에서 한 편의 사운드 프로그램 콘텐츠의 좌측 채널을 최대화하고 그것의 우측 채널을 최소화하는 것, (2) 마이크로폰(22B)에서 우측 채널을 최대화하고 좌측 채널을 최소화하는 것, 및 (3) 마이크로폰들(22C)에서 사운드를 생성하지 않거나 매우 낮은 레벨들의 사운드를 생성하는 것을 포함한다. 이러한 제약들을 달성하기 위해, 문제는 최소 제곱 문제로서 공식화되며, 이때 마이크로폰(22A, 22B)에서 우측 및 좌측 채널들을 각각 최대화 및 최소화하는 것과 관련된 빔 패턴 매트릭스의 부분에 큰 가중치가 적용되는 반면(예컨대, 누화 제거), 마이크로폰들(22C)에서 사운드를 최소화하는 것과 관련된 빔 패턴 매트릭스의 부분에는 비교적 더 작은 가중치가 적용된다. 전체적인 효과는, 방법(23)이 청취자(6)로부터 떨어진 사운드는 최소화하면서 누화 제거를 달성한다는 것이다.
일 실시예에서, 청취자(6)의 위치에 대응하는 룸(7)에 대한 전달 함수가 결정된다. 결정된 전달 함수는 빔 패턴 매트릭스들의 생성 동안에 사용되어, 룸(7)을 통해 전파하는 테스트 사운드들에 의해 야기된 영향들/방해들을 보상한다.
동작(28)에서, 계산된 빔 패턴 매트릭스들은 다양한 룸들 및 환경들에서 전술된 바와 같은 누화 제거를 수행하기 위해 하나 이상의 오디오 리시버(3)로 저장 및/또는 전송될 수 있다. 전송은 유선 또는 무선 접속을 통해 수행될 수 있다. 일 실시예에서, 계산된 빔 패턴 매트릭스들은 제조 시설에서 그것들의 생산 동안에 다른 오디오 리시버들(3) 상에 저장된다.
방법(23)은 청취자(6)의 다수의 가능한 위치들에 대해 계속적으로 수행되어, 대응하는 빔 패턴 매트릭스들이 주파수들의 세트에 대해 생성될 수 있다. 각각의 대응하는 위치에 대한 빔 패턴 매트릭스들 각각은 하나 이상의 제약을 이용해 전술된 바와 같은 누화 제거를 수행하기 위해 하나 이상의 오디오 리시버(3)로 전송될 수 있다. 전술된 제약들을 사용해, 누화 생성기(16)는, 대향하는 채널들로부터의 사운드가 청취자(6)의 왼쪽 및 오른쪽 귀로 번지지 않게 하면서, 청취자(6)의 왼쪽 및 오른쪽 귀에서 각각 우측 채널 및 좌측 채널을 정확하게 생성하는 빔 패턴 매트릭스들을 계산할 수 있다.
위에서 설명된 바와 같이, 본 발명의 실시예는, (마이크로전자 메모리와 같은) 기계 판독 가능 매체가 명령어들을 저장한 제조 물품일 수 있으며, 이 명령어들은 전술된 동작들을 수행하도록 하나 이상의 데이터 처리 컴포넌트들(여기서 총칭적으로 "프로세서"로 지칭됨)을 프로그래밍한다. 다른 실시예들에서, 이러한 동작들 중 일부는 하드웨어 내장 로직(hardwired logic)을 포함하는 특정 하드웨어 컴포넌트들(예컨대, 전용 디지털 필터 블록들 및 상태 기계들)에 의하여 수행될 수 있다. 그러한 동작들은 대안적으로, 프로그래밍된 데이터 처리 컴포넌트들 및 고정된 하드웨어 내장 회로 컴포넌트들의 임의의 조합에 의해 수행될 수 있다.
소정 실시예들이 설명되고 첨부 도면에 도시되었지만, 그러한 실시예들은 광범위한 발명에 대한 제한이 아닌 단지 그의 예시이며, 다양한 다른 수정들을 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 떠올릴 수 있기 때문에 본 발명은 도시되고 설명된 특정 구성들 및 배열들로 제한되지 않음이 이해되어야 한다. 따라서, 본 설명은 제한 대신에 예시적인 것으로 간주되어야 한다.

Claims (23)

  1. 누화 제거(crosstalk cancellation)를 수행하는 방법으로서,
    룸(room) 내의 청취자의 위치를 식별하는 단계;
    복수의 빔 패턴 매트릭스를 포함하는 스토리지로부터 상기 청취자의 식별된 위치에 대응하는 빔 패턴 매트릭스들의 미리 저장된 세트를 검색하는 단계; 및
    상기 검색된 빔 패턴 매트릭스들에 기초하여 빔 패턴들의 세트를 생성하도록 스피커 어레이를 구동시키는 단계
    를 포함하며,
    상기 검색된 빔 패턴 매트릭스들은 상기 빔 패턴들이 (1) 상기 청취자의 왼쪽 귀에서 한 편의 사운드 프로그램 콘텐츠의 좌측 채널을 증가시키고 그것의 우측 채널을 감소시키며, (2) 상기 청취자의 오른쪽 귀에서 상기 우측 채널을 증가시키고 상기 좌측 채널을 감소시키며, (3) 상기 룸의 모든 다른 영역들에서 사운드 파워를 감소시키도록 야기하고,
    상기 복수의 빔 패턴 매트릭스의 각각은 특정 오디오 주파수에 대응하고, 상기 복수의 빔 패턴 매트릭스의 각각은 상기 룸에 대한 전달 함수를 이용하여, 상기 복수의 빔 패턴 매트릭스의 생성 동안에 상기 룸을 통해 전파하는 테스트 신호들에 의해 야기된 영향들을 보상하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 룸 내의 상기 청취자의 위치를 식별하는 단계는 얼굴 검출 및 추적을 수행하는 단계를 포함하는, 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 한 편의 사운드 프로그램 콘텐츠가 계속해서 재생되는 동안 상기 룸 내의 상기 청취자의 위치를 반복해서 식별하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 반복된 식별에 기초하여 상기 청취자가 상기 룸 내의 상이한 위치로 이동했다고 결정 시, 상기 청취자의 상기 상이한 위치에 대응하는 빔 패턴 매트릭스들의 새로운 세트를 검색하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    빔 패턴 매트릭스들의 상기 검색된 새로운 세트에 기초하여 빔 패턴들의 세트를 생성하도록 상기 스피커 어레이를 구동시키는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  6. 제1항에 있어서, 각각의 빔 패턴 매트릭스는 상기 스피커 어레이 내의 각각의 트랜스듀서를 구동시키기 위한 주파수에 대응하는 필터 값들의 세트인, 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 스토리지 내의 상기 복수의 빔 패턴 매트릭스 각각은 상기 스피커 어레이에 대한 상기 룸 내의 개별 위치들 및 오디오 주파수에 대응하는, 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 복수의 빔 패턴 매트릭스는 상기 스피커 어레이의 제조 동안에 미리 설정되는, 방법.
  9. 누화 매트릭스를 생성하기 위한 방법으로서,
    룸 내에서 제1 세트의 마이크로폰들을 위치설정하는 단계 - 상기 제1 세트의 마이크로폰들은 청취자의 왼쪽 귀의 위치를 시뮬레이션하도록 위치설정됨 -;
    상기 룸 내에서 제2 세트의 마이크로폰들을 위치설정하는 단계 - 상기 제2 세트의 마이크로폰들은 상기 청취자의 오른쪽 귀의 위치를 시뮬레이션하도록 위치설정됨 -;
    상기 룸 내에서 제3 세트의 마이크로폰들을 상기 제1 및 제2 세트의 마이크로폰들과 분리하여 위치설정하는 단계;
    좌측 오디오 채널 및 우측 오디오 채널로 스피커 어레이를 구동시키는 단계;
    (1) 상기 제1 세트의 마이크로폰들에서 상기 좌측 오디오 채널을 최대화하고 상기 우측 오디오 채널을 최소화하며, (2) 상기 제2 세트의 마이크로폰들에서 상기 우측 오디오 채널을 최대화하고 상기 좌측 오디오 채널을 최소화하며, (3) 상기 제3 세트의 마이크로폰들에 의해 감지되는 사운드를 최소화하는 빔 패턴들의 세트를 결정하는 단계;
    상기 룸에 대한 전달 함수를 결정하는 단계; 및
    특정 주파수에 대해 상기 스피커 어레이를 구동시키기 위한 실가(real value)들의 세트로서 상기 빔 패턴들을 나타내는 상기 누화 매트릭스를 생성하고, 상기 누화 매트릭스의 생성 동안에 상기 전달 함수를 이용하여, 상기 룸을 통해 전파하는 상기 우측 오디오 채널 및 상기 좌측 오디오 채널에 의해 야기된 영향들을 보상하는 단계를 포함하는, 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 룸 내의 상기 청취자의 새로운 위치를 시뮬레이션하도록 상기 제1, 제2, 및 제3 세트의 마이크로폰들을 재위치설정하는 단계;
    (1) 상기 제1 세트의 마이크로폰들에서 상기 좌측 오디오 채널을 증가시키고 상기 우측 오디오 채널을 감소시키며, (2) 상기 제2 세트의 마이크로폰들에서 상기 우측 오디오 채널을 증가시키고 상기 좌측 오디오 채널을 감소시키며, (3) 상기 제3 세트의 마이크로폰들에 의해 감지되는 사운드를 감소시키는 빔 패턴들의 새로운 세트를 결정하는 단계; 및
    특정 주파수에 대해 상기 스피커 어레이를 구동시키기 위한 실가들의 세트로서 상기 빔 패턴들의 새로운 세트를 나타내는 새로운 누화 매트릭스를 생성하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상이한 룸에서 사용하기 위한 오디오 디바이스로 상기 누화 매트릭스를 제공하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  12. 제9항에 있어서, 상기 빔 패턴들의 세트는 최소 제곱 알고리즘을 사용해 결정되며, 상기 제1 및 제2 세트의 마이크로폰들에서 상기 좌측 및 우측 오디오 채널들을 각각 최대화 및 최소화하는 것에 큰 가중치가 적용되고, 상기 제3 세트의 마이크로폰들에는 더 작은 가중치가 적용되는, 방법.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 룸에 대한 전달 함수는 상기 청취자의 위치에 대응하여 결정되는, 방법.
  14. 누화 매트릭스를 생성하기 위한 시스템으로서,
    청취자의 왼쪽 귀를 나타내는 제1 세트의 마이크로폰들 - 상기 청취자는 룸 내에 위치되어 있음 -;
    상기 청취자의 오른쪽 귀를 나타내는 제2 세트의 마이크로폰들;
    상기 청취자가 위치되어 있는 룸의 다른 영역들을 나타내는 제3 세트의 마이크로폰들; 및
    상기 제1 세트의 마이크로폰들에서 좌측 오디오 채널을 생성하고 상기 제2 세트의 마이크로폰들에서 우측 오디오 채널을 생성하는 반면 상기 제3 세트의 마이크로폰들에 의해 감지되는 사운드를 최소화하는, 스피커 어레이에 대한 빔 패턴들의 세트를 결정하기 위한 오디오 프로세서
    를 포함하며,
    상기 오디오 프로세서는 상기 룸에 대한 전달 함수를 결정하고, 상기 스피커 어레이를 구동시키기 위한 실가들의 세트로서 상기 빔 패턴들을 나타내는 상기 누화 매트릭스를 생성하고, 상기 누화 매트릭스의 생성 동안에 상기 전달 함수를 이용하여, 상기 룸을 통해 전파하는 상기 우측 오디오 채널 및 상기 좌측 오디오 채널에 의해 야기된 영향들을 보상하는, 시스템.
  15. 제14항에 있어서, 상기 빔 패턴들의 세트는 최소 제곱 알고리즘을 사용해 상기 오디오 프로세서에 의해 결정되며, 상기 제1 세트의 마이크로폰들에서 상기 좌측 오디오 채널을 생성하고 상기 제2 세트의 마이크로폰들에서 상기 우측 오디오 채널을 생성하는 것에 큰 가중치가 적용되는 반면 상기 제3 세트의 마이크로폰들에는 더 작은 가중치가 적용되는, 시스템.
  16. 제15항에 있어서,
    상이한 룸에서 사용하기 위한 외부 디바이스로 상기 누화 매트릭스를 전송하기 위한 전송 유닛을 추가로 포함하는, 시스템.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 오디오 프로세서는 상기 청취자의 위치에 대응하는 상기 룸에 대한 전달 함수를 결정하는, 시스템.
  18. 데이터 처리 시스템에 의해 실행될 때, 상기 시스템으로 하여금 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항의 방법을 수행하게 하는 명령어들을 저장한, 기계 판독 가능 저장 매체.
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