KR101903421B1 - Method and apparatus for representation of 3 dimension sound field - Google Patents

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Abstract

음향 입자의 속도 벡터를 사용하여 3차원 음장을 표현하는 장치 및 방법이 개시된다.
3차원 음장 표현 방법은 음향 입자의 속도 벡터와 음원 값을 사용하여 전달 함수를 생성하는 단계; 목표 속도 벡터와 표현된 속도 벡터를 사용하여 비용 함수(cost function)를 생성하는 단계; 및 전달 함수를 사용하여 비용 함수를 최소화하는 스피커 신호를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.An apparatus and a method for expressing a three-dimensional sound field using a velocity vector of acoustic particles are disclosed.
The three-dimensional sound field representation method includes: generating a transfer function using a velocity vector and sound source value of acoustic particles; Generating a cost function using the target velocity vector and the expressed velocity vector; And generating a speaker signal that minimizes the cost function using a transfer function.

Description

３차원 음장 표현 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR REPRESENTATION OF 3 DIMENSION SOUND FIELD}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a three-dimensional (3D) sound field representation method and apparatus,

본 발명은 3차원 음장 표현 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 음향 입자의 속도 벡터를 사용하여 3차원 음장을 표현하기 위한 스피커 신호를 생성함으로써, 스피커 신호가 음원의 개수나 음장의 입사 각도에 따라 과도한 출력 에너지 문제를 발생 시키는 것을 방지하는 3차원 음장 표현 장치 및 방법에 관한 것이다. More particularly, the present invention relates to a three-dimensional sound field expression apparatus and method, and more particularly, to a three-dimensional sound field expression apparatus and method for generating a three-dimensional sound field by using a velocity vector of acoustic particles, And more particularly, to a three-dimensional sound field expression device and method for preventing an excessive output energy problem from occurring according to the present invention.

최근 들어, 3DTV, UHDTV(Ultra-High Definition Television)이 개발됨에 따라, 3차원 음장(Sound Field)을 표현하는 기술에 대한 관심이 높아지고 있다.Recently, as 3DTV and UHDTV (Ultra-High Definition Television) have been developed, attention has been paid to a technique for expressing a 3D sound field.

일반적으로, 다중 라우드 스피커 어레이(Multiple Loudspeaker Array)이용하여 3차원 음장을 표현한다. 이처럼, 라우드 스피커 어레이를 이용하는 경우, 라우드 스피커 어레이 시스템이 연속 음원들(Continuous Sources)로 구성되거나, 또는 균일하게 분포된 비연속 음원들(Discrete Sources)로 구성되어야 한다.Generally, a three-dimensional sound field is represented using a multiple loudspeaker array. Thus, in the case of using a loudspeaker array, the loudspeaker array system must be composed of continuous sources, or consist of discrete sources that are evenly distributed.

특히, 기존의 5.1 채널, 7.1 채널 등의 2D 음장 표현 장치 및 10.2 채널, 12.2채널, 22.2 채널 등의 3D 음장 표현 장치는 불균일(un-uniform)하게 분포된 라우드 스피커 어레이를 이용한다.Particularly, 3D sound field representation devices such as the conventional 5.1 channel and 7.1 channel and 10.2 channel, 12.2 channel, and 22.2 channel use an ununiformly distributed loudspeaker array.

그러나, 라우드 스피커 어레이가 불균일하게 분포하는 경우, 종래의 음장 표현 방법은 3차원 음장을 표현하기 위한 스피커 신호인 음원 값(Sourth strengths)들이 과도한 출력을 발생시킬 가능성이 있었다.However, when the loudspeaker arrays are unevenly distributed, the conventional sound field representation method has a possibility that the sourth strengths, which are speaker signals for expressing a three-dimensional sound field, generate excessive output.

따라서, 스피커 신호가 과도한 출력을 발생 시키는 것을 방지할 수 있는 방법이 요청되고 있다.Therefore, there is a need for a method that can prevent the speaker signal from generating excessive output.

본 발명은 음장 표현을 위한 스피커 신호가 음원의 개수나 음장의 입사 각도에 따라 과도한 출력 문제를 발생 시키는 것을 방지하는 장치 및 방법을 제공한다. The present invention provides an apparatus and method for preventing a speaker signal for a sound field representation from causing an excessive output problem depending on the number of sound sources or the angle of incidence of a sound field.

본 발명의 일실시예에 따른 3차원 음장 표현 방법은 음향 입자의 속도 벡터와 음원 값을 사용하여 전달 함수를 생성하는 단계; 목표 속도 벡터와 표현된 속도 벡터를 사용하여 비용 함수(cost function)를 생성하는 단계; 및 전달 함수를 사용하여 비용 함수를 최소화하는 스피커 신호를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of representing a three-dimensional sound field, comprising: generating a transfer function using a velocity vector and a sound source value of acoustic particles; Generating a cost function using the target velocity vector and the expressed velocity vector; And generating a speaker signal that minimizes the cost function using a transfer function.

본 발명의 일실시예에 따른 3차원 음장 표현 장치는 음향 입자의 속도 벡터와 음원 값을 사용하여 전달 함수를 생성하는 전달 함수 생성부; 목표 속도 벡터와 표현된 속도 벡터를 사용하여 비용 함수(cost function)를 생성하는 비용 함수 생성부; 및 전달 함수를 사용하여 비용 함수를 최소화하는 스피커 신호를 생성하는 스피커 신호 생성부를 포함할 수 있다.The three-dimensional sound field representation apparatus according to an embodiment of the present invention includes a transfer function generation unit that generates a transfer function using a velocity vector and a sound source value of acoustic particles; A cost function generator for generating a cost function using the target velocity vector and the expressed velocity vector; And a speaker signal generator for generating a speaker signal that minimizes the cost function using the transfer function.

본 발명의 일실시예에 의하면, 음향 입자의 속도 벡터를 사용하여 스피커 신호를 생성함으로써, 음장 표현을 위한 스피커 신호가 음원의 개수나 음장의 입사 각도에 따라 과도한 출력 에너지 문제를 발생 시키는 것을 방지할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a speaker signal is generated by using a velocity vector of acoustic particles to prevent a speaker signal for a sound field representation from causing an excessive output energy problem depending on the number of sound sources or the angle of incidence of the sound field .

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 음장 표현 장치를 도시한 블록 다이어그램이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 음장 표현 장치(100)가 사용하는 음향 파라미터의 일례이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 음장 표현 장치(100)가 음장을 표현하는 공간의 일례이다.
도 4는 제어 포인트에서 3차원 음장 표현 장치가 사용하는 속도 벡터와 음향 강도의 방향을 도시한 일례이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 음장 표현 장치와 종래의 3차원 음장 표현 장치가 표현한 음장의 일례이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 음장 표현 방법을 도시한 플로우차트이다.1 is a block diagram illustrating a 3D sound field representation apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is an example of acoustic parameters used by the 3D sound field expression device 100 according to an embodiment of the present invention.
3 is an example of a space in which the 3D sound field device 100 according to the embodiment of the present invention represents a sound field.
FIG. 4 shows an example of the direction of the velocity vector and the sound intensity used by the three-dimensional sound field expression device at the control point.
5 is an example of a sound field represented by a 3D sound field representation device and a conventional 3D sound field representation device according to an embodiment of the present invention.
6 is a flowchart illustrating a method of representing a 3D sound field according to an exemplary embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 음장 표현 방법은 3차원 음장 표현 장치에 의해 수행될 수 있다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The three-dimensional sound field representation method according to an embodiment of the present invention can be performed by a three-dimensional sound field representation apparatus.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 음장 표현 장치(100)를 도시한 블록 다이어그램이다. FIG. 1 is a block diagram illustrating a 3D sound field representation apparatus 100 according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.

도 1을 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 음장 표현 장치(100)는 전달 함수 생성부(110), 비용 함수 생성부(120), 및 스피커 신호 생성부(130)를 포함할 수 있다. 1, a three-dimensional sound field device 100 according to an exemplary embodiment of the present invention includes a transfer function generator 110, a cost function generator 120, and a speaker signal generator 130 .

전달 함수 생성부(110)는 음향 입자의 속도 벡터와 음원 값을 사용하여 전달 함수를 생성할 수 있다. 구체적으로, 전달 함수 생성부(110)는 음향 입자의 속도 벡터의 성분 중 반경(inner radial) 방향 성분과 음원 값을 사용하여 메트릭스 형태의 전달 함수를 생성할 수 있다. 이때, 음향 입자의 속도 벡터는 스피커와 같은 음원에서 송출한 음향 입자가 음향 공간의 경계면에 위치한 불연속 제어포인트에서 가지는 속도 벡터일 수 있다.The transfer function generation unit 110 may generate a transfer function using the velocity vector and the sound source value of the acoustic particle. Specifically, the transfer function generating unit 110 may generate a transfer function of a matrix form using the inner radial direction component and the sound source value of the velocity vector components of the acoustic particle. In this case, the velocity vector of the acoustic particle may be a velocity vector that acoustic particles emitted from a sound source such as a speaker have at a discontinuous control point located at an interface of the acoustic space.

또한, 음향 공간의 경계면과 직각이며 음향 공간 내부로 향하는 반경 방향 단위 벡터(radial unit vector)r을 정의하면, 전달 함수 생성부(110)는 속도 벡터

Figure 112012053772157-pat00001
의 반경(inner radial) 방향 성분인
Figure 112012053772157-pat00002
을 수학식 1로 정의할 수 있다.In addition, if a radial unit vector r perpendicular to the interface of the acoustic space and directed to the inside of the acoustic space is defined, the transfer function generator 110 generates a transfer function
Figure 112012053772157-pat00001
The inner radial direction component "
Figure 112012053772157-pat00002
Can be defined by Equation (1).

Figure 112012053772157-pat00003
Figure 112012053772157-pat00003

이때,

Figure 112012053772157-pat00004
의 성분인 q(yn)은 yn에 위치한 스피커의 음원 신호 (source strength)이고, Fr(xm|yn)은 yn에 위치한 스피커와 xm에 위치한 제어 포인트에서의 반경 방향 입자 속도 사이의 전달 함수일 수 있다. At this time,
Figure 112012053772157-pat00004
The q (y n) are sound signals (source strength) of a speaker located in the y n components of an, F r (x m | y n) is radially particles in the control point is located on the speaker and x m in the y n Speed transfer function.

이때, yn에 위치한 음원에 의하여 xm에 위치한 제어 포인트에서의 음향 입자 속도와 관련된 전달 함수 F(xm|yn)를 기초로 전달 함수인 Fr(xm|yn)를 생성할 수 있다.At this time, x m transmission related to the acoustic particle velocity at the control point function F is located in by the sound source located in the y n to generate | | (y n x m) F r of (x m y n) for transmission on the basis of the function .

이때, 전달 함수 F(xm|yn)와 전달 함수 Fr(xm|yn)는 각각 수학식 2와 수학식 3으로 정의할 수 있다.In this case, the transfer function F (x m | y n) and the transfer function F r (x m | y n ) can be defined in each of equations (2) and equation (3).

Figure 112012053772157-pat00005
Figure 112012053772157-pat00005

Figure 112012053772157-pat00006
Figure 112012053772157-pat00006

이때, k는 wave number (k = ω/c), e는 exponential function,

Figure 112012053772157-pat00007
, r은 |xm - yn|이고, 단위 벡터인 am ,n은 수학식 4로 정의될 수 있다.In this case, k is the wave number (k = ω / c), e is the exponential function,
Figure 112012053772157-pat00007
, r is | x m - y n |, and a unit vector a m , n can be defined by Equation (4).

Figure 112012053772157-pat00008
Figure 112012053772157-pat00008

또한, 수학식 1은 수학식 5로 변환될 수 있다.Also, Equation (1) can be transformed into Equation (5).

Figure 112012053772157-pat00009
Figure 112012053772157-pat00009

이때,

Figure 112012053772157-pat00010
는 재현될 속도 벡터의 반경(inner radial) 방향 성분이고, q는 음원 값일 수 있다. 위의 수학식 5는 스피커 신호 생성부(130)가 생성한 신호를 스피커에서 표현할 경우, 결과적으로 생성되는 제어 포인트에서의 반경 방향 속도 벡터를 나타낸 것이다. 또한, 음향 입자의 속도 벡터의 성분 중 반경(inner radial) 방향 성분과 음원 값과의 관계인 Fr 는 수학식 6과 같이 매트릭스 형태로 표현될 수 있다. At this time,
Figure 112012053772157-pat00010
Is the inner radial direction component of the velocity vector to be reproduced, and q can be a sound source value. Equation (5) represents the radial velocity vector at the resulting control point when the speaker signal generator 130 expresses the signal generated by the speaker. In addition, F r, which is a relation between the component in the inner radial direction of the velocity vector of the acoustic particle and the sound source value, can be expressed in a matrix form as shown in Equation (6).

Figure 112012053772157-pat00011
Figure 112012053772157-pat00011

이때, M은 제어 포인트의 개수이고, N은 음원의 개수일 수 있다.In this case, M is the number of control points and N is the number of sound sources.

비용 함수 생성부(120)는 목표 속도 벡터와 표현된 속도 벡터를 사용하여 수학식 7과 같은 비용 함수(cost function)를 생성할 수 있다. The cost function generation unit 120 may generate a cost function expressed by Equation (7) using the target velocity vector and the expressed velocity vector.

Figure 112012053772157-pat00012
Figure 112012053772157-pat00012

이때, ur은 목표 속도 벡터의 반경(inner radial) 방향 성분이고, βF는 규칙화 파라미터(regularization parameter)일 수 있다. 이때, 목표 속도 벡터는 제어 포인트에서의 이상적인 속도 벡터로 정의한다. Where u r is an inner radial direction component of the target velocity vector, and? F may be a regularization parameter. At this time, the target velocity vector is defined as an ideal velocity vector at the control point.

스피커 신호 생성부(130)는 전달 함수 생성부(110)가 생성한 전달 함수를 사용하여 비용 함수 생성부(120)가 생성한 비용 함수를 최소화하는 스피커 신호를 생성할 수 있다.The speaker signal generating unit 130 may generate a speaker signal that minimizes the cost function generated by the cost function generating unit 120 using the transfer function generated by the transfer function generating unit 110. [

이때, 스피커 신호 생성부(130)는 음원이 되는 스피커에서 출력할 스피커 신호 qopt를 수학식 8을 사용하여 생성할 수 있다. At this time, the speaker signal generating unit 130 may generate the speaker signal q opt to be output from the speaker serving as a sound source using Equation (8).

Figure 112012053772157-pat00013
Figure 112012053772157-pat00013

이때, I는

Figure 112012053772157-pat00014
의 아이덴티티 (identity) 행렬이고, Fr H는 Fr의 허미션 트랜스포즈 행렬(Hermitian Transpose Matrix)일 수 있다.At this time, I
Figure 112012053772157-pat00014
And F r H may be a Hermitian Transpose Matrix of F r .

본 발명에 따른 3차원 음장 표현 장치(100)는 음향 입자의 속도 벡터를 사용하여 스피커 신호를 생성함으로써, 스피커 신호가 과도한 출력 에너지 문제를 발생 시키는 것을 방지할 수 있다.The three-dimensional sound field representation device 100 according to the present invention can generate the speaker signal using the velocity vector of acoustic particles, thereby preventing the speaker signal from causing an excessive output energy problem.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 음장 표현 장치(100)가 사용하는 음향 파라미터의 일례이다.2 is an example of acoustic parameters used by the 3D sound field expression device 100 according to an embodiment of the present invention.

3차원 음장 표현 장치(100)가 사용하는 음향 입자의 속도 벡터는 yn에 위치한 음원에서 송출한 음향 입자가 음향 공간의 경계면에 위치한 불연속 제어 포인트(210)인 xm에서 가지는 속도 벡터일 수 있다. 이때, 음향 공간은 복수의 제어 포인트(210)들로 구성된 제어 서클(200)의 내부 공간일 수 있다.Three-dimensional sound field expression unit 100, the speed vector of the acoustic particle used may be a sound particles sent out from the sound source located in the y n is the velocity vector having in the x m discontinuous control point 210 is located on the boundary of the sound space . At this time, the acoustic space may be the inner space of the control circle 200 composed of a plurality of control points 210.

이때, 불연속 제어 포인트(210)인 xm에서의 속도 벡터인

Figure 112012053772157-pat00015
는 x 방향 성분인
Figure 112012053772157-pat00016
, y 방향 성분인
Figure 112012053772157-pat00017
및 반경(inner radial) 방향 성분인
Figure 112012053772157-pat00018
(220)를 포함할 수 있다. 또한, xm에서 음향 공간의 경계면인 제어 서클(200)과 직각이며 음향 공간 내부로 향하는 반경 방향 단위 벡터 (radial unit vector)인 r(xm)를 정의할 수 있다. 그리고, 제어 서클(200)의 반지름은 주파수에 따라 변경될 수 있으며, 본 발명에서는 도 2에 도시된 바와 같이 모든 주파수에서 음향 파장인 λ의 1/8을 제어 서클(200)의 반지름 R로 사용할 수 있다.At this time, the discontinuous control point 210, which is a velocity vector at x m
Figure 112012053772157-pat00015
Is an x-direction component
Figure 112012053772157-pat00016
, the y-direction component
Figure 112012053772157-pat00017
And the inner radial direction component
Figure 112012053772157-pat00018
(Not shown). In addition, it is possible to define r (x m ), which is a radial unit vector orthogonal to the control circle 200, which is the interface of the acoustic space at x m , and which is directed to the inside of the acoustic space. The radius of the control circle 200 can be changed according to the frequency. In the present invention, as shown in FIG. 2, 1/8 of λ, which is the acoustic wavelength at all frequencies, is used as the radius R of the control circle 200 .

3차원 음장 표현 장치(100)는 음향 입자의 속도 벡터의 성분 중 반경(inner radial) 방향 성분인

Figure 112012053772157-pat00019
(220)와 음원 값 q(yn)을 사용하여 메트릭스 형태의 전달 함수 Fr(xm|yn)를 생성할 수 있다. 이때, 3차원 음장 표현 장치(100)는 yn에 위치한 음원에 의하여 xm(210)에 위치한 제어 포인트에서의 음향 입자 속도와 관련된 전달 함수인 F(xm|yn)를 기초로 전달 함수인 Fr(xm|yn)(230)를 생성할 수 있다.The three-dimensional sound field representation device 100 is a component in the inner radial direction of the components of the velocity vector of acoustic particles
Figure 112012053772157-pat00019
A transfer function F r (x m | y n ) in the form of a matrix can be generated using the sound source value 220 and the sound source value q (y n ). At this time, the three-dimensional sound field representation device 100 is a transfer function of F related to the acoustic particle velocity at the control points located in the x m (210) by the source located in the y n | transmission on the basis of (x m y n) function may generate | (y n x m) ( 230) a F r.

다음으로 목표 속도 벡터와 표현된 속도 벡터를 사용하여 수학식 7과 같은 비용 함수(cost function)를 생성하고, 전달 함수인 Fr(xm|yn)(230)을 사용하여 비용 함수를 최소화하며, yn에서 출력할 스피커 신호를 생성할 수 있다.Next, a cost function as shown in Equation (7) is generated using the target velocity vector and the expressed velocity vector, and the cost function is minimized using the transfer function F r (x m | y n ) And generates a speaker signal to be output from y n .

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 음장 표현 장치(100)가 음장을 표현하는 공간의 일례이다.3 is an example of a space in which the 3D sound field device 100 according to the embodiment of the present invention represents a sound field.

본 발명의 일실시예에 따른 3차원 음장 표현 장치(100)는 복수의 스피커로 구성된 2차원 스피커 어레이 음장 재현 시스템을 이용하여 음장을 표현할 수 있다.The three-dimensional sound field expression device 100 according to an embodiment of the present invention can express a sound field using a two-dimensional speaker array sound field reproduction system composed of a plurality of speakers.

2차원 스피커 어레이 음장 재현 시스템은 도 3에 도시된 바와 같이 사용자의 120° 방향에 위치한 LS (Left Side)스피커(310), 사용자의 30° 방향에 위치한 L (Left)스피커(320), 사용자의 전방 0° 방향에 위치한 C(Center) 스피커(330), 사용자의 330° 방향에 위치한 R(Right) 스피커(340), 및 사용자의 240° 방향에 위치한 RS(Right Side) 스피커(350)를 포함할 수 있다.As shown in FIG. 3, the two-dimensional speaker array sound field reproducing system includes an LS (Left Side) speaker 310 located in a direction of 120 ° of a user, an L (Left) speaker 320 located in a direction of 30 ° of a user, (Center) speaker 330 positioned in the forward 0 ° direction, an R (Right) speaker 340 positioned in the 330 ° direction of the user, and an RS (Right Side) speaker 350 located in the direction of the user's 240 ° can do.

이때, 2차원 스피커 어레이 음장 재현 시스템은 사용자(300)을 기준으로 복수의 제어 포인트(210)를 사용하여 제어 서클(200)을 형성할 수 있다. 이때, 제어 서클(200)의 반지름은 주파수에 따라 변경될 수 있다.At this time, the two-dimensional speaker array sound field reproducing system can form the control circle 200 using the plurality of control points 210 based on the user 300. At this time, the radius of the control circle 200 can be changed according to the frequency.

본 발명의 일실시예에 따른 3차원 음장 표현 장치(100)는 제어 서클(200)에 포함된 각 제어 포인트(210)에서의 음향 입자의 속도 벡터의 성분 중 반경(inner radial) 방향 성분과 음원 값 q(yn)을 사용하여 전달 함수를 생성하고, 목표 속도 벡터와 표현된 속도 벡터를 사용하여 비용 함수(cost function)를 생성하며, 전달 함수를 사용하여 비용 함수를 최소화하며, yn에서 출력할 스피커 신호를 생성할 수 있다. 이때, yn은 LS (Left Side)스피커(310), L (Left)스피커(320), C(Center) 스피커(330), R(Right) 스피커(340), 및 RS(Right Side) 스피커(350) 중 하나이다.The three-dimensional sound field representation device 100 according to an embodiment of the present invention includes an inner radial direction component of a velocity vector component of acoustic particles at each control point 210 included in the control circle 200, generating a transfer function using the value q (y n), generating a cost function (cost function) using a velocity vector representing the target speed vector, and to minimize the cost function by using the transfer function, at y n It is possible to generate a speaker signal to be output. At this time, y n is a left side speaker 310, a left speaker 320, a center speaker 330, a right speaker 340, and a right side speaker (RS) 350).

도 4는 제어 포인트에서 3차원 음장 표현 장치가 사용하는 속도 벡터와 음향 강도의 방향을 도시한 일례이다.FIG. 4 shows an example of the direction of the velocity vector and the sound intensity used by the three-dimensional sound field expression device at the control point.

도 4는 1000Hz의 단일 주파수를 갖는 평면파를 목표 음장(410)으로 설정하고, 목표 음장(410)을 2차원 스피커 어레이 음장 재현 시스템의 후방에서 제공한 경우, 제어 포인트들에서의 음향 입자의 속도 벡터의 성분 중 반경(inner radial) 방향 성분(440)과 음향 강도(intensity)(450)를 도시한 도면이다.4 shows a case where a plane wave having a single frequency of 1000 Hz is set as the target sound field 410 and the target sound field 410 is provided behind the two-dimensional speaker array sound field reproduction system, The inner radial direction component 440 and the acoustic intensity 450 of the components of FIG.

이때, 제어 포인트들 중에서 사용자를 기준으로 후방(420)에 위치한 제어 포인트들은 도 4에 도시된 바와 같이 음향 입자의 속도 벡터의 성분 중 반경(inner radial) 방향 성분(440)과 음향 강도(intensity)(450)의 방향이 제어 서클의 중앙을 향할 수 있다. 또한, 음향 입자의 속도 벡터의 성분 중 반경(inner radial) 방향 성분(440)은 음향 강도(intensity)(450)보다 적을 수 있다.At this time, among the control points, the control points located at the rear 420 based on the user are divided into the inner radial direction component 440 and the acoustic intensity component of the velocity vector of the acoustic particle as shown in FIG. The direction of the control rod 450 can be directed to the center of the control circle. In addition, the inner radial direction component 440 of the velocity vector of the acoustic particle may be less than the intensity 450.

반면, 제어 포인트들 중에서 사용자를 기준으로 전방(430)에 위치한 제어 포인트들은 도 4에 도시된 바와 같이 음향 입자의 속도 벡터의 성분 중 반경(inner radial) 방향 성분(440)과 음향 강도(intensity)(450)의 방향이 제어 서클의 중앙에서 반대 방향을 향할 수 있다. 또한, 음향 입자의 속도 벡터의 성분 중 반경(inner radial) 방향 성분(440)은 음향 강도(intensity)(450)과 거의 동일할 수 있다.On the other hand, among the control points, the control points located on the front side 430 based on the user refer to the inner radial direction component 440 and the acoustic intensity component of the velocity vector of the acoustic particle, The direction of the control ring 450 may be opposite to the center of the control circle. In addition, the inner radial direction component 440 of the velocity vector of the acoustic particle may be approximately equal to the acoustic intensity 450.

도 5는 제어 포인트에서 3차원 음장 표현 장치가 사용하는 속도 벡터와 음향 강도의 방향을 도시한 일례이다.5 shows an example of the direction of the velocity vector and the sound intensity used by the three-dimensional sound field expression device at the control point.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 음장 표현 장치와 종래의 3차원 음장 표현 장치가 표현한 음장의 일례이다.5 is an example of a sound field represented by a 3D sound field representation device and a conventional 3D sound field representation device according to an embodiment of the present invention.

도 5는 도 4의 환경에서 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 음장 표현 장치와 종래의 3차원 음장 표현 장치가 표현한 음장의 일례이다. 이때, 종래의 3차원 음장 표현 장치가 표현한 음장(510)은 규칙화 파라미터(regularization parameter)인

Figure 112012053772157-pat00020
가 7.3×10-5인 경우, 음압을 사용하여 생성한 스피커 신호로 표현한 음장일 수 있다. 이때, 음압을 사용하여 생성한 스피커 신호는 수학식 9를 사용하여 생성될 수 있다.5 is an example of a sound field represented by a 3D sound field expression device and a conventional 3D sound field expression device according to an embodiment of the present invention in the environment of FIG. At this time, the sound field 510 expressed by the conventional three-dimensional sound field expression device is a regularization parameter
Figure 112012053772157-pat00020
Is 7.3 x 10 < -5 >, it may be a sound field expressed by a speaker signal generated using sound pressure. At this time, the speaker signal generated using the negative pressure can be generated using Equation (9).

Figure 112012053772157-pat00021
Figure 112012053772157-pat00021

Figure 112012053772157-pat00022
Figure 112012053772157-pat00022

이때,

Figure 112012053772157-pat00023
는 xm에 위치한 제어 포인트에서의 음압과 yn에 위치한 음원 값 사이의 전달 함수이며, 수학식 11로 정의될 수 있다.At this time,
Figure 112012053772157-pat00023
Is a transfer function between the sound pressure at the control point located at x m and the sound source value located at y n , and can be defined by equation (11).

Figure 112012053772157-pat00024
Figure 112012053772157-pat00024

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 음장 표현 장치가 표현한 음장(520)은 규칙화 파라미터(regularization parameter)인

Figure 112012053772157-pat00025
가 1.0×10-7인 경우 음향 입자의 속도 벡터를 사용하여 생성한 스피커 신호로 표현한 음장일 수 있다.In addition, the sound field 520 represented by the three-dimensional sound field expression device according to an embodiment of the present invention is a regularization parameter
Figure 112012053772157-pat00025
Is 1.0 x 10 < -7 >, it may be a sound field expressed by a speaker signal generated using a velocity vector of acoustic particles.

음압을 사용하여 생성한 스피커 신호로 표현한 음장(510)는 목표 음장의 입사 각도에 따라 도 5에 도시된 바와 같이 과도한 출력이 발생할 수 있다. The sound field 510 represented by the speaker signal generated using the sound pressure may generate an excessive output as shown in FIG. 5 depending on the incident angle of the target sound field.

구체적으로, 음압을 사용하여 스피커 신호를 생성하는 3차원 음장 표현 장치는 목표 음장의 입사 각도가 다른 각도에 비해서 음원의 개수가 상대적으로 적은 각도인 30°- 120°, 120°- 240°그리고 240°- 330°일 때마다 스피커 신호가 과도 출력 에너지를 가질 가능성이 있다. 또한, 목표 음장의 입사 각도가 다른 각도에 비해서 음원이 상대적으로 조밀하게 배치되어 있는 각도인 -30°- 30°, 또는 음원이 존재하는 120°- 240°주변 각도인 경우는 안정적인 출력으로 적절한 음장을 표현할 수 있다. 즉, 음압을 사용하여 스피커 신호를 생성하는 종래의 3차원 음장 표현 장치는 음원의 개수와 음장의 입사 각도에 따라 스피커 신호가 과도한 출력을 가지는 값으로 생성될 수 있다.Specifically, a three-dimensional sound field expression device for generating a speaker signal using sound pressure has an angle of incidence of 30 to 120 degrees, 120 to 240 degrees and 240 There is a possibility that the speaker signal will have a transient output energy at every - ° - 330 °. In addition, when the angle of incidence of the target sound field is -30 ° to 30 °, where the sound sources are relatively densely arranged relative to other angles, or when the sound source is in the vicinity of 120 ° to 240 °, Can be expressed. That is, in a conventional three-dimensional sound field expression device that generates a speaker signal by using a negative pressure, a speaker signal may be generated with a value having an excessive output depending on the number of sound sources and the angle of incidence of the sound field.

반면, 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 음장 표현 장치는 음향 입자의 속도 벡터에 따라 스피커 신호를 생성하므로, 입사 각도가 다르더라도, 입사 각도에 최적화된 스피커 신호를 생성할 수 있다. On the other hand, the three-dimensional sound field expression device according to an embodiment of the present invention generates a speaker signal according to a velocity vector of acoustic particles, so that a speaker signal optimized for an incident angle can be generated even if an incident angle is different.

따라서, 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 음장 표현 장치가 음향 입자의 속도 벡터를 사용하여 생성한 스피커 신호로 표현한 음장(520)은 도 5에 도시된 바와 같이 음장(510)보다 적은 출력으로 각각의 스피커에서 입사 각도에 최적화된 스피커 신호를 출력하여 음장을 재현할 수 있다.Therefore, the sound field 520 expressed by the speaker signal generated by the three-dimensional sound field expression device according to the embodiment of the present invention using the velocity vector of the acoustic particles has an output less than that of the sound field 510 It is possible to reproduce the sound field by outputting a speaker signal optimized for the angle of incidence from each speaker.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 음장 표현 방법을 도시한 플로우차트이다.6 is a flowchart illustrating a method of representing a 3D sound field according to an exemplary embodiment of the present invention.

단계(S610)에서 전달 함수 생성부(110)는 음향 입자의 속도 벡터와 음원 값을 사용하여 전달 함수를 생성할 수 있다. 구체적으로, 전달 함수 생성부(110)는 음향 입자의 속도 벡터의 성분 중 반경(inner radial) 방향 성분과 음원 값을 사용하여 메트릭스 형태의 전달 함수를 생성할 수 있다. In step S610, the transfer function generation unit 110 may generate a transfer function using the velocity vector and the sound source value of the acoustic particle. Specifically, the transfer function generating unit 110 may generate a transfer function of a matrix form using the inner radial direction component and the sound source value of the velocity vector components of the acoustic particle.

단계(S620)에서 비용 함수 생성부(120)는 목표 속도 벡터와 표현된 속도 벡터를 사용하여 수학식 7과 같은 비용 함수(cost function)를 생성할 수 있다. In step S620, the cost function generation unit 120 may generate a cost function expressed by Equation (7) using the target velocity vector and the expressed velocity vector.

단계(S630)에서 스피커 신호 생성부(130)는 단계(S610)에서 생성한 전달 함수를 사용하여 단계(S620)에서 생성한 비용 함수를 최소화하는 스피커 신호를 생성할 수 있다.In step S630, the speaker signal generating unit 130 may generate a speaker signal that minimizes the cost function generated in step S620 using the transfer function generated in step S610.

본 발명은 음향 입자의 속도 벡터를 사용하여 스피커 신호를 생성함으로써, 음장 표현을 위한 스피커 신호가 음원의 개수나 음장의 입사 각도에 따라 과도한 출력 에너지 문제를 발생 시키는 것을 방지할 수 있다.The present invention generates a speaker signal using the velocity vector of acoustic particles, thereby preventing the speaker signal for the sound field representation from causing an excessive output energy problem depending on the number of sound sources or the angle of incidence of the sound field.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.While the invention has been shown and described with reference to certain preferred embodiments thereof, it will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. This is possible.

그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined by the equivalents of the claims, as well as the claims.

100: 3차원 음장 표현 장치
110: 전달 함수 생성부
120: 비용 함수 생성부
130: 스피커 신호 생성부100: 3D sound field representation device
110: transfer function generating unit
120: cost function generating unit
130: speaker signal generating unit

Claims (6)

음향 입자의 속도 벡터와 음원 값을 사용하여 전달 함수를 생성하는 단계;
목표 속도 벡터와 상기 음향 입자의 속도 벡터 및 음원 값을 사용하여 비용 함수(cost function)를 생성하는 단계; 및
전달 함수를 사용하여 상기 비용 함수가 최소화되는 스피커 신호를 생성하는 단계
를 포함하고,
상기 음향 입자의 속도 벡터는,
음향 공간의 외부에 위치한 음원에서 송출한 음향 입자가 상기 음향 공간의 경계면에 위치한 제어포인트에서 가지는 속도 벡터이고,
상기 전달 함수를 생성하는 단계는,
상기 음향 입자의 속도 벡터의 성분 중 상기 음향 공간의 경계면인 제어 서클과 직각이며 상기 음향 공간의 내부로 향하는 반경(inner radial) 방향 성분과 상기 음원 값을 사용하여 메트릭스 형태의 전달 함수를 생성하며,
상기 음원 값은 상기 음원이 되는 스피커에서 출력할 상기 스피커 신호에 대응하는 3차원 음장 표현 방법.Generating a transfer function using a velocity vector of acoustic particles and a sound source value;
Generating a cost function using a target velocity vector and a velocity vector of the acoustic particle and a sound source value; And
Generating a speaker signal using the transfer function to minimize the cost function
Lt; / RTI >
The velocity vector of the acoustic particle may be expressed as:
Wherein acoustic particles emitted from a sound source located outside the acoustic space are velocity vectors that the acoustic particles have at a control point located at an interface of the acoustic space,
Wherein the step of generating the transfer function comprises:
Generating a transfer function of a matrix form by using a sound source value and an inner radial direction component orthogonal to a control circle which is a boundary surface of the acoustic space among the components of the velocity vector of the acoustic particle,
Wherein the sound source value corresponds to the speaker signal to be output from the speaker as the sound source. 삭제delete 삭제delete 음향 입자의 속도 벡터와 음원 값을 사용하여 전달 함수를 생성하는 전달 함수 생성부;
목표 속도 벡터와 상기 음향 입자의 속도 벡터 및 상기 음원값을 사용하여 비용 함수(cost function)를 생성하는 비용 함수 생성부; 및
전달 함수를 사용하여 비용 함수를 최소화하는 스피커 신호를 생성하는 스피커 신호 생성부
를 포함하고,
상기 음향 입자의 속도 벡터는,
음향 공간의 외부에 위치한 음원에서 송출한 음향 입자가 상기 음향 공간의 경계면에 위치한 제어포인트에서 가지는 속도 벡터이고,
상기 전달 함수 생성부는,
상기 음향 입자의 속도 벡터의 성분 중 상기 음향 공간의 경계면인 제어 서클과 직각이며 상기 음향 공간의 내부로 향하는 반경(inner radial) 방향 성분과 상기 음원 값을 사용하여 메트릭스 형태의 전달 함수를 생성하며,
상기 음원 값은 상기 음원이 되는 스피커에서 출력할 상기 스피커 신호에 대응하는 3차원 음장 표현 장치.

A transfer function generator for generating a transfer function using the velocity vector of the acoustic particle and the sound source value;
A cost function generator for generating a cost function using a target velocity vector, a velocity vector of the acoustic particle, and the sound source value; And
A speaker signal generating unit for generating a speaker signal that minimizes a cost function using a transfer function;
Lt; / RTI >
The velocity vector of the acoustic particle may be expressed as:
Wherein acoustic particles emitted from a sound source located outside the acoustic space are velocity vectors that the acoustic particles have at a control point located at an interface of the acoustic space,
The transfer function generator may include:
Generating a transfer function of a matrix form by using a sound source value and an inner radial direction component orthogonal to a control circle which is a boundary surface of the acoustic space among the components of the velocity vector of the acoustic particle,
Wherein the sound source value corresponds to the speaker signal to be output from the speaker as the sound source.

삭제delete 삭제delete
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