KR102071234B1 - 오디오 신호 처리 장치 및 사운드 방출 장치 - Google Patents

Abstract

본 개시는 입력 오디오 신호를 처리하기 위한 오디오 신호 처리 장치에 관한 것으로, 복수의 필터를 포함하는 필터 유닛 - 각각의 필터는 입력 오디오 신호를 필터링하도록 구성됨으로써, 복수의 필터링된 오디오 신호를 획득하고, 각각의 필터는 반 회전의 표면에 적용되는 확장 모드 정합 빔형성에 따라 설계되고, 표면은 라우드스피커 인클로저 형상을 부분적으로 특징지음 - 과, 복수의 스케일링 유닛 - 각각의 스케일링 유닛은 복수의 이득 계수를 사용하여 복수의 필터링된 오디오 신호를 스케일링하도록 구성됨으로써, 복수의 스케일링되고 필터링된 오디오 신호를 획득함 - 과, 복수의 가산기 - 각각의 가산기는 복수의 스케일링되고 필터링된 오디오 신호를 조합하도록 구성됨으로써, 복수의 이득 계수에 의해 정의된 빔 지향성 패턴을 갖는 음장을 생성하기 위한 출력 오디오 신호를 제공함 - 를 포함한다.

Description

오디오 신호 처리 장치 및 사운드 방출 장치

본 개시는 오디오 신호 처리 분야에 관한 것이다. 특히, 본 개시는 트랜스듀서 어레이를 포함하는 사운드 방출 장치 및 오디오 신호 처리 장치에 관한 것이다.

하나 이상의 오디오 신호를 출력하기 위한 트랜스듀서 또는 라우드스피커 어레이의 여러 구성 및 형태는 관련 기술로부터 알려졌다. 예를 들어, WO2011/144499 A1은 원통형 몸체에 장착된 원형 라우드스피커 어레이를 개시한다. 적절한 방식으로 오디오 신호를 처리함으로써, WO2011/144499 A1에 개시된 원형 라우드스피커 어레이의 지향성이 제어될 수 있다. 이러한 프로세스는 통상적으로 빔형성(beamforming)이라고 한다.

대부분의 경우, 원형 및 구형 라우드스피커 어레이의 빔형성은 소위 "모드 정합(mode-matching)" 접근법에 기초한다. 목표는 원통형 몸체에 장착된 원형 라우드스피커 어레이로 사운드 빔을 생성하는 것이다. 어레이는 동일한 높이의 견고한 (이상적으로 무한의) 원통의 표면에 매립 설치된(flush-mounted) L개 라우드스피커로 구성된다. 라우드스피커 사이의 각도 간격(angular spacing)은 일정하다고 가정한다. 방향(

)을 향해 조정된 사운드 빔을 생성하는 데 필요한 각도 좌표(

)에 있는 l-번째 라우드스피커를 구동하는 신호(

)는 (주파수 영역에서) 다음과 같은 표현으로 주어진다:

여기서

는 사운드 빔과 연관된 모노 오디오 입력 신호이고, N은 빔 폭을 제어하는 파라미터이고, i는 허수 단위이며

는 원통의 반경 및 라우드스피커의 특성에 의존하는 주파수 종속 함수이다. 계수(

)는 일반적으로 무한의 견고한 원통형 배플상의 직사각형 피스톤에 의해 방사되는 음장(sound field)의 해석적 표현으로부터 구해진다(M. Kolundzija, C. Faller 및 M. Vetterli의 "Design of a Compact Cylindrical Loudspeaker Array for Spatial Sound Reproduction(공간 사운드 재생을 위한 소형의 원통형 라우드스피커 어레이의 설계)", AES 130th 협의회, 2011년; M. Moller, M. Olsen, F. Agerkvist, J. Dyreby 및 G. Munch의"Circular loudspeaker array with controllable directivity(지향성을 제어할 수 있는 원형 라우드스피커 어레이), 2010년 오디오 공학 협의회(AudioEngineering Society Convention) 128"). 견고한 원통의 유한 높이에 대해서도 감안하는 진일보하되 유사한 표현이 도출되었다(H. Teutsch 및 W. Kellermann의 "Acoustic source detection and localization based on wavefield decomposition using circular microphone arrays (원형 마이크로폰 어레이를 이용한 파장 분해에 기초한 음향 소스 탐지 및 위치 파악)", 미국 음향 학술지(Journal of the Acoustical Society of America), 120 권, 페이지 2724-2736, 2006년 11월).

본 개시의 목적은 혁신적인 사운드 방출 장치에 적합한 혁신적인 오디오 신호 처리 장치를 제공하는 것이다.　

전술한 목적 및 다른 목적은 독립항의 청구 주제에 의해 달성된다. 추가의 구현 형태는 종속항, 상세한 설명 및 도면으로부터 명백해진다.

제 1 양태에 따르면, 입력 오디오 신호를 처리하기 위한 오디오 신호 처리 장치가 제공되며, 오디오 신호 처리 장치는 복수의 필터를 포함하는 필터 유닛 - 각각의 필터는 입력 오디오 신호를 필터링하도록 구성됨으로써, 복수의 필터링된 오디오 신호를 획득하고, 각각의 필터는 반 회전의 표면에 적용되는 확장 모드 정합 빔형성(extended mode matching beamforming)에 따라 설계되고, 이 표면은 라우드스피커 인클로저 형상을 부분적으로 특징지음 - 과, 복수의 스케일링 유닛 - 각각의 스케일링 유닛은 복수의 이득 계수를 사용하여 복수의 필터링된 오디오 신호를 스케일링함으로써, 복수의 스케일링되고 필터링된 오디오 신호를 획득함 - 과, 복수의 가산기 - 각각의 가산기는 복수의 스케일링되고 필터링된 오디오 신호를 조합하도록 구성됨으로써, 복수의 이득 계수에 의해 정의된 빔 지향성 패턴을 갖는 음장을 생성하기 위한 출력 오디오 신호를 제공함 - 를 포함한다. 반 회전의 표면은 모선(generatrix)의 평면에서 직선, 즉 축을 중심으로 모선을 180°회전시킴으로써 정의된다. 축에 평행하게 이어지는 직선 형태의 모선의 경우, 반 회전의 표면은 반 원통형의 외측 표면이다. 여기서, 확장 모드 정합 빔형성은 종래의 모드 정합 빔형성의 그러한 반 회전 표면으로의 연장으로서 정의된다.

따라서, 혁신적인 오디오 신호 처리 장치가 제공된다.

제 1 양태에 따른 오디오 신호 처리 장치의 제 1 가능한 구현 형태에서, 복수의 필터 중 제 n-번째 필터의 임펄스 응답은 다음의 수학식 또는 그로부터 도출된 수학식에 의해 정의된다:

여기서, F^-1은 역 푸리에 변환을 나타내고,

은 방사상 거리(radial distance)(r) 및 주파수(ω)의 함수로서, 반 회전의 표면을 포함하는 완전 회전 표면의 곡률과 일치하는 트랜스듀서 어레이의 방사 극 패턴을 기술하는 푸리에 급수의 n-차 계수를 특징짓고, n-차 계수는 라우드스피커 인클로저 형상에 종속하며,

는 시간의 함수로서 n-번째 필터의 임펄스 응답을 나타낸다.

제 1 구현 형태에 따른 오디오 신호 처리 장치의 제 2 가능한 구현 형태에서, n-번째 필터의 임펄스 응답은 다음의 수학식 또는 그로부터 도출된 수학식에 의해 정의되며:

여기서,

은 (일반적으로 주파수 종속적인) 정의 가능한 정규화 파라미터를 나타낸다.

본 개시의 제 1 양태의 제 1 또는 제 2 구현 형태에 따른 오디오 신호 처리 장치의 제 3 가능한 구현 형태에서,

은 다음의 수학식 또는 그로부터 도출된 수학식에 의해 정의되며:

여기서 함수

는 다음의 수학식 또는 그로부터 도출된 수학식에 의해 정의되고:

여기서,

는 곱(

)을 나타내고,

는 파의 개수를 나타내고,

은 반 회전의 표면의 반경을 나타내며,

은 n-차 항켈 함수(Hankel function)의 미분을 나타낸다.

본 개시의 제 1 양태의 제 1 내지 제 3 구현 형태 중 어느 하나에 따른 오디오 신호 처리 장치의 제 4 가능한 구현 형태에서, 트랜스듀서 어레이의 l-번째 트랜스듀서의 출력 오디오 신호는 다음의 수학식 또는 그로부터 도출된 수학식에 의해 정의되며:

여기서,

는 시간의 함수로서 출력 신호를 나타내고,

는 시간의 함수로서 입력 오디오 신호를 나타내고,

는 컨볼루션 연산자를 나타내며, 여기서 n은 0부터 N까지의 범위일 수 있고, N은 빔 지향성 패턴에 종속하며,

는 l-번째 트랜스듀서의 n-번째 이득 계수를 나타낸다. 　

제 1 양태의 제 4 구현 형태에 따른 오디오 신호 처리 장치의 제 5 가능한 구현 형태에서, 트랜스듀서 어레이의 l-번째 트랜스듀서의 n-번째 이득 계수는 다음의 수학 또는 그로부터 도출된 수학식에 의해 정의되며:

여기서,

은 n=0이면 1과 같고 그렇지 않으면 0과 같은 크로네커 델타(Kronecker delta)를 나타내고, L은 트랜스듀서 어레이의 트랜스듀서 개수를 나타내고,

는 트랜스듀서 어레이의 l-번째 트랜스듀서의 위치를 식별하는 각도 좌표를 나타내며,

은 방사상 각도의 함수로서 원하는 빔 지향성 패턴을 기술하는 푸리에 급수 또는 푸리에 코사인 급수의 n-번째 계수를 특징짓는다.

본 개시의 제 1 양태의 제 5 구현 형태에 따른 오디오 신호 처리 장치의 제 6 가능한 구현 형태에서, 빔 지향성 패턴은 각도(

)에 의해 정의된 방향의 단일 빔이고, n-번째 지향성 계수(

)는 다음의 수학식 또는 그로부터 도출된 수학식에 의해 정의되며:

여기서,

는 다음의 수학식 또는 그로부터 도출된 수학식에 의해 주어진 각도 종속성 인자(angular dependent factor)이다.

본 개시의 제 1 양태의 제 4 내지 제 6 구현 형태 중 어느 하나에 따른 오디오 신호 처리 장치의 제 7 가능한 구현 형태에서, 빔 지향성 패턴은 각각의 각도(

)에 의해 정의된 각각의 방향의 다중 빔에 의해 정의되며, 트랜스듀서 어레이의 l-번째 트랜스듀서의 출력 오디오 신호(

)는 다음의 수학식 또는 그로부터 도출된 수학식에 의해 주어지며:

여기서, J는 빔 지향성 패턴의 빔의 총 개수를 나타내고,

는 j-번째 빔의 시간 지연을 나타내며,

는 j-번째 빔의 이득을 나타낸다.　

이와 같은 제 1 양태에 따른 또는 선행 구현 형태 중 임의의 하나에 따른 오디오 신호 처리 장치의 제 8 가능한 구현 형태에서, 필터 유닛, 복수의 스케일링 유닛 및 복수의 가산기는 적어도 두 개의 오디오 입력 오디오 신호를 처리하도록 구성되며, 그럼으로써 복수의 이득 계수에 의해 정의된 빔 지향성 패턴을 갖는 스테레오 음장을 생성하기 위한 스테레오 출력 오디오 신호를 제공한다.

이와 같은 제 1 양태에 따른 또는 선행 구현 형태 중 어느 하나에 따른 오디오 신호 처리 장치의 제 9 가능한 구현 형태에서, 필터 유닛, 복수의 스케일링 유닛 및 복수의 가산기는 복수의 이득 계수에 의해 정의된 추가의 빔 지향성 패턴을 갖는 추가의 음장을 반 축대칭 라우드스피커 어레이를 통해 생성하기 위한 추가의 출력 오디오 신호를 제공하도록 추가로 구성된다.　

이와 같은 제 1 양태에 따른 또는 선행 구현 형태 중 어느 하나에 따른 오디오 신호 처리 장치의 제 10 가능한 구현 형태에서, 오디오 신호 처리 장치는 저음역 강화 유닛을 더 포함하며, 저음역 강화 유닛은 필터 유닛, 복수의 스케일링 유닛 및 복수의 가산기 개개의 상류의 각각의 오디오 입력 신호를 처리하도록 구성된다.　

이와 같은 제 1 양태에 따른 또는 선행 구현 형태 중 임의의 하나에 따른 오디오 신호 처리 장치의 제 11 가능한 구현 형태에서, 오디오 신호 처리 장치는 입력 오디오 신호를 상이한 주파수 대역폭의 두 개 이상의 분할된 제 1 및 제 2 입력 오디오 신호로 분할함으로써 적어도 제 1 및 제 2 입력 오디오 신호를 제공하기 위한 필터 네트워크와, 제 2 입력 오디오 신호를 처리함으로써 복수의 이득 계수에 의해 정의된 빔 지향성 패턴을 갖는 음장을 생성하는 제 2 출력 오디오 신호를 제공하기 위한 추가의 필터 유닛, 추가의 복수의 스케일링 유닛 및 추가의 복수의 가산기를 더 포함한다.　

제 2 양태에 따르면, 사운드 방출 장치가 제공되며, 사운드 방출 장치는 사운드 방출 섹션 및 후방 섹션을 포함하는 라우드스피커 인클로저 - 사운드 방출 섹션은 후방 섹션에 결합되거나 후방 섹션과 일체로 구성되며 사운드 방출 섹션은 일반적으로 라우드스피커 인클로저의 길이를 따라 연장하는 축을 중심으로 반 회전의 표면을 정의함 - 와, 라우드스피커 인클로저의 사운드 방출 섹션 상에 장착된 적어도 하나의 트랜스듀서 어레이 - 트랜스듀서 어레이를 통과하는 평면은 축에 직교하고, 적어도 하나의 트랜스듀서 어레이는 적어도 하나의 트랜스듀서 어레이가 반 회전의 표면의 곡률과 일치하도록 굴곡됨 - 를 포함한다. 대안적으로, 사운드 방출 장치는 사운드 방출 섹션 및 후방 섹션을 포함하는 라우드스피커 인클로저 - 사운드 방출 섹션은 후방 섹션에 결합되거나 후방 섹션과 일체로 구성되며 사운드 방출 섹션은 일반적으로 라우드스피커 인클로저의 길이를 따라 연장하는 축을 중심으로 반 회전의 표면을 정의함 - 와, 라우드스피커 인클로저 내에 장착되고 라우드스피커 인클로저의 사운드 방출 섹션에서 사운드 방출 포트의 어레이를 정의하는 도파관의 어레이에 연결된 적어도 하나의 트랜스듀서 어레이를 포함하되, 사운드 방출 포트의 어레이를 통과하는 평면은 축에 직교하고, 사운드 방출 포트의 어레이는 사운드 방출 포트의 어레이가 반 회전의 표면의 곡률과 일치하도록 굴곡된다.

따라서, 혁신적인 사운드 방출 장치가 제공된다.

본 개시의 제 2 양태에 따른 사운드 방출 장치의 제 1 가능한 구현 형태에서, 적어도 하나의 트랜스듀서 어레이는 사운드 방출 섹션의 폭에 실질적으로 걸쳐 있다.

이와 같은 본 개시의 제 2 양태에 따른 또는 그의 제 1 구현 형태에 따른 사운드 방출 장치의 제 2 가능한 구현 형태에서, 사운드 방출 섹션은 적어도 하나의 트랜스듀서 어레이를 장착하기 위한 개구를 정의한다.

이와 같은 본 개시의 제 2 양태에 따른 또는 그의 제 1 또는 제 2 구현 형태에 따른 사운드 방출 장치의 제 3 가능한 구현 형태에서, 라우드스피커 인클로저는 일반적으로 반 축대칭 형상을 정의한다.

이와 같은　본 개시의 제 2 양태에 따른 또는 그의 제 1 내지 제 3 구형 형태 중 어느 하나에 따른 사운드 방출 장치의 제 4 가능한 구현 형태에서, 라우드스피커 인클로저는 일반적으로 반 원통 형상 또는 반 원추 형상 중 하나를 정의한다.

본 개시의 제 2 양태의 제 3 또는 제 4 구현 형태에 따른 사운드 방출 장치의 제 5 가능한 구현 형태에서, 사운드 방출 장치는 일반적으로 반 축대칭 형상을 정의하는 추가의 라우드스피커 인클로저 - 추가의 라우드스피커 인클로저는 사운드 방출 섹션 및 후방 섹션을 포함하고, 사운드 방출 섹션은 후방 섹션에 결합되거나 후방 섹션과 일체로 구성되며, 사운드 방출 섹션은 일반적으로 추가의 라우드스피커 인클로저의 길이를 따라 연장하는 추가의 축을 중심으로 반 회전의 추가의 표면을 정의함 - 과, 추가의 라우드스피커 인클로저의 사운드 방출 섹션상에 장착된 적어도 하나의 추가의 트랜스듀서 어레이 - 추가의 트랜스듀서 어레이를 통과하는 추가의 평면은 추가의 축에 직교하고, 적어도 하나의 추가의 트랜스듀서 어레이는 적어도 하나의 추가의 트랜스듀서 어레이가 반 회전의 추가의 표면의 곡률과 일치하도록 굴곡되며, 추가의 라우드스피커 인클로저의 후방 섹션은 라우드스피커 인클로저의 후방 섹션에 결합되도록 구성됨으로써 축 대칭 형상을 정의함 - 또는 추가의 라우드스피커 인클로저 내에 장착되고 추가의 라우드스피커 인클로저의 사운드 방출 섹션에서 사운드 방출 포트의 추가의 어레이를 정의하는 도파관의 추가의 어레이에 연결된 적어도 하나의 추가의 트랜스듀서 어레이 - 사운드 방출 포트의 추가의 어레이를 통과하는 추가의 평면은 추가의 축에 직교하고, 사운드 방출 포트의 추가의 어레이는 사운드 방출 포트의 추가의 어레이가 반 회전의 추가의 표면의 곡률과 일치하도록 굴곡됨 - 을 포함한다.　

이와 같은 제 2 양태에 따른 또는 그의 제 1 내지 제 5 구현 형태 중 임의의 하나에 따른 사운드 방출 장치의 제 6 가능한 구현 형태에서, 적어도 하나의 트랜스듀서 어레이는 제 1 트랜스듀서 어레이 및 제 2 트랜스듀서 어레이를 포함하며, 제 1 트랜스듀서 어레이를 통과하는 제 1 평면은 축에 직교하고, 상기 제 2 트랜스듀서 어레이를 통과하는 제 2 평면은 축에 직교하며, 제 1 및 제 2 평면은 서로 평행하다.

본 개시의 제 2 양태의 제 6 구현 형태에 따른 사운드 방출 장치의 제 7 가능한 구현 형태에서, 제 1 트랜스듀서 어레이의 트랜스듀서의 위치는 제 2 트랜스듀서 어레이의 트랜스듀서의 위치에 대해 각도 오프셋을 갖는다.

본 개시의 제 2 양태의 제 7 구현 형태에 따른 사운드 방출 장치의 제 8 가능한 구현 형태에서, 각도 오프셋은 제 1 트랜스듀서 어레이의 인접한 트랜스듀서 사이의 각도 간격의 약 절반이다.

이와 같은 본 개시의 제 2 양태에 따른 또는 그의 제 1 내지 제 8 구현 형태 중 어느 하나에 따른 사운드 방출 장치의 제 9 가능한 구현 형태에서, 사운드 방출 장치는 이러한 본 개시의 제 1 양태에 따른 또는 그의 제 1 내지 제 11 구현 형태 중 어느 하나에 따른 오디오 신호 처리 장치를 더 포함한다.

본 개시의 추가의 실시예는 이하의 도면을 참조하여 설명될 것이다.
도 1은 실시예에 따른 오디오 신호 처리 장치 및 실시예에 따른 사운드 방출 장치를 도시하는 개략도이다.　
도 2는 제 1 구성 및 제 2 구성의 실시예에 따른 사운드 방출 장치의 사시도이다.　
도 3은 제 2 구성의 실시예에 따른 사운드 방출 장치의 사시도이다.　
도 4는 제 1 구성의 실시예에 따른 사운드 방출 장치의 사시도이다.　
도 5는 제 1 구성의 실시예에 따른 사운드 방출 장치의 사시도이다.　
도 6은 제 1 구성의 실시예에 따른 사운드 방출 장치에 대한 구현 시나리오의 개략적인 평면도이다.
도 7은 제 2 구성의 실시예에 따른 사운드 방출 장치에 대한 구현 시나리오의 개략적인 평면도이다.
도 8은 제 2 구성의 실시예에 따른 사운드 방출 장치에 대한 구현 시나리오의 개략적인 평면도이다.
도 9는 제 1 구성 및 제 2 구성의 실시예에 따른 사운드 방출 장치의 개략적인 평면도이다.
도 10은 실시예에 따른 오디오 신호 처리 장치를 도시하는 개략도이다.　
도 11은 실시예에 따른 오디오 신호 처리 장치를 도시하는 개략도이다.　
도 12는 실시예에 따른 오디오 신호 처리 장치를 도시하는 개략도이다.
가능하면, 서로 다른 도면에서 동일하거나 적어도 기능적으로 동등한 특징에 대해 동일한 참조 부호가 사용되었다.

이하의 상세한 설명에서, 본 개시의 일부를 형성하고, 본 개시가 실시될 수 있는 특정 양태를 예로써 도시한 첨부 도면이 참조된다. 다른 양태가 이용될 수 있으며 본 개시의 범위를 벗어나지 않는 구조적 또는 논리적 변경이 이루어질 수 있다고 이해된다. 그러므로 본 개시의 범위는 첨부된 청구범위에 의해 정의되므로, 이하의 상세한 설명은 제한적인 의미로 받아들이지 않아야 한다. 예를 들어, 본 명세서에서 설명된 다양한 예시적인 양태의 특징은 특별하게 언급하지 않는 한, 서로 조합될 수 있다고 이해된다.

도 1은 실시예에 따른 오디오 신호 처리 장치(100)를 개략적으로 도시한다.

오디오 신호 처리 장치(100)는 입력 오디오 신호(101)를 처리하도록 구성된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 입력 오디오 신호(101)는 하나보다 많은 입력 오디오 신호 또는 채널, 예를 들어, 좌측 채널 및 우측 채널의 스테레오 입력 오디오 신호를 포함할 수 있다.

오디오 신호 처리 장치(100)는 복수의 필터(103a-u)를 갖는 필터 유닛(103)을 포함한다. 필터 유닛(103)의 필터(103a-u)는 입력 오디오 신호(101)를 필터링하여 복수의 필터링된 오디오 신호(105)를 획득하도록 구성되고 반 회전(half revolution)의 표면에 적용되는 확장 모드 정합 빔형성(extended mode matching beamforming)에 따라 설계되는데, 이 표면은 도 1에 도시된 라우드스피커 인클로저(121)와 같은 라우드스피커 인클로저의 형상을 부분적으로 특징짓는다. 반 회전의 표면은 모선(generatrix)의 평면 내의 직선, 즉 축을 중심으로 모선을 180°회전시킴으로서 정의된다. 모선이 축과 병행하는 직선 형태인 경우, 반 회전의 표면은 반 원통의 외측 표면이다. 여기서, 확장 모드 정합 빔형성은 그러한 반 회전의 표면으로의 전통적인 모드 정합 빔형성의 확장이라고 정의된다.

오디오 신호 처리 장치(100)는 복수의 스케일링 유닛(107a-v)을 추가로 포함하며, 각각의 스케일링 유닛(107a-v)은 복수의 이득 계수를 사용하여 (필터 유닛(103)에 의해 제공된) 복수의 필터링된 오디오 신호(105)를 스케일링하여 복수의 스케일링되고 필터링된 오디오 신호(108)를 획득하도록 구성된다.

오디오 신호 처리 장치(100)는 복수의 가산기(109a-w)를 추가로 포함하며, 각각의 가산기(109a-w)는 복수의 스케일링되고 필터링된 오디오 신호(108)를 조합하여, 복수의 이득 계수에 의해 정의된 빔 지향성 패턴을 갖는 음장을 생성하기 위한 출력 오디오 신호(111)를 제공하도록 구성된다. 도 1에서 표시된 바와 같이, 출력 오디오 신호(111)는 일반적으로 복수의 출력 오디오 신호를 포함할 수 있다. 실시예에서, 각각의 가산기(109a-w)는 복수의 스케일링되고 필터링된 오디오 신호(108)를 가산하도록 구성될 수 있다. 실시예에서, 각각의 가산기(109a-w)는 각각의 출력 신호(111)를 트랜스듀서 어레이, 예를 들어, 도 1에 도시된 트랜스듀서 어레이(123)의 각각의 트랜스듀서에 제공하기 위해 복수의 스케일링되고 필터링된 오디오 신호(108)를 조합하도록 구성될 수 있다. 일반적으로, 트랜스듀서의 개수는 가산기(109a-w)의 개수에 대응한다.

또한, 도 1은 오디오 신호 처리 장치(100)와 연통하는 사운드 방출 장치(120)를 개략적으로 도시한다. 도 1에서는 별개의 구성요소로서 도시되지만, 실시예에서, 오디오 신호 처리 장치(100)는 사운드 방출 장치(120)의 일부일 수 있다.

사운드 방출 장치(120)는 사운드 방출 섹션(121a) 및 후방 섹션(121b)을 갖는 라우드스피커 인클로저(121)를 포함하며, 사운드 방출 섹션(121a)은 후방 섹션(121b)에 결합되거나 후방 섹션과 일체로 구성된다. 일반적으로, 사운드 방출 섹션(121a)은 라우드스피커 인클로저(121)의 길이를 따라 연장하는 축을 중심으로 반 회전의 표면을 정의한다. 도 1의 개략도에서, 이러한 축은 도 1에 의해 정의된 평면에 수직한다.　

더욱이, 사운드 방출 장치(120)는 라우드스피커 인클로저(121)의 사운드 방출 섹션(121a) 상에 장착될 수 있는 복수의 트랜스듀서 또는 라우드스피커를 포함하는 적어도 하나의 트랜스듀서 어레이(123a)를 포함하며, 트랜스듀서 어레이(123a)를 통과하는 평면은 축에 직교한다. 도 1의 개략도에서, 트랜스듀서 어레이(123a)를 통과하는 평면은 도 1에 의해 정의된 평면과 일치한다. 도 1에 표시된 바와 같이, 트랜스듀서 어레이(123a)는 트랜스듀서 어레이(123a)가 반 회전의 표면의 곡률과 일치하도록 굴곡된다.

실시예에서, 트랜스듀서 어레이(123a)의 트랜스듀서는 라우드스피커 인클로저(121)의 사운드 방출 섹션(121a)의 표면 상에 매립 설치될 수 있다. 이를 위해, 실시예에서 라우드스피커 인클로저(121)의 사운드 방출 섹션(121a)에는 트랜스듀서 어레이(123a)를 수용하기 위한 하나 이상의 개구가 제공될 수 있다. 사운드 방출 장치(120)의 실시예에서, 라우드스피커 인클로저(121)에는, 예를 들어 어쿠스틱 벤트(acoustic vent)를 제공하는 추가의 개구가 제공될 수 있다.

실시예에서, 트랜스듀서 어레이(123a)의 트랜스듀서는 사운드 방출 장치(120)에 통합된 도파관과 조합될 수 있다. 이러한 실시예에서, 트랜스듀서 어레이(123a)의 각각의 트랜스듀서는 라우드스피커 인클로저(121)의 내부에 장착될 수 있고, 도파관은 각각의 트랜스듀서의 다이어프램을 사운드 방출 섹션(121a) 상의 사운드 방출 포트, 즉 사운드 방출 장치(120)의 외부와 연결할 수 있다.

이하에서, 오디오 신호 처리 장치(100) 및 사운드 방출 장치(120)의 추가의 구현 형태, 실시예 및 양태가 설명될 것이다.　

도 2는 제 1 구성 및 제 2 구성의 실시예에 따른 사운드 방출 장치(120)의 사시도를 도시한다. 도 1에 도시된 사운드 방출 장치(120)와 비교하여, 도 2에 도시된 사운드 방출 장치(120)는 라우드스피커 인클로저(121)에 부가하여, 추가의 트랜스듀서 어레이(223a)를 포함하는 추가의 라우드스피커 인클로저(221)를 포함한다.

실시예에서, 일반적으로 반 축대칭(half axisymmetric) 형상을 가질 수 있는 추가의 라우드스피커 인클로저(221)는 사운드 방출 섹션(221a) 및 후방 섹션(221b)을 포함한다. 실시예에서, 사운드 방출 섹션(221a)은 후방 섹션(221b)에 연결되거나 후방 섹션과 일체로 구성되며 일반적으로 추가의 라우드스피커 인클로저(221)의 길이를 따라 연장하는 추가의 축을 중심으로 반 회전의 추가의 표면을 정의한다. 실시예에서, 추가의 트랜스듀서 어레이(223a)는 추가의 라우드스피커 인클로저(221)의 사운드 방출 섹션(221a) 상에 장착되며, 추가의 트랜스듀서 어레이(223a)를 통과하는 추가의 평면은 추가의 축에 직교한다. 실시예에서, 추가의 트랜스듀서 어레이(223a)는 추가의 트랜스듀서 어레이(223a)가 반 회전의 추가의 표면의 곡률과 일치하도록 굴곡된다. 대안적인 실시예에서, 추가의 트랜스듀서 어레이는 추가의 라우드스피커 인클로저(221) 내에 장착될 수 있고 추가의 라우드스피커 인클로저(221)의 사운드 방출 섹션(221a)에서 사운드 방출 포트의 추가의 어레이를 정의하는 추가의 도파관 어레이에 연결될 수 있으며, 사운드 방출 포트의 추가의 어레이를 통과하는 평면은 추가의 축에 직교하고, 사운드 방출 포트의 추가의 어레이는 사운드 방출 포트의 추가의 어레이가 반 회전의 추가의 표면의 곡률과 일치하도록 굴곡된다.

실시예에서, 추가의 라우드스피커 인클로저(221)의 후방 섹션(221b)은 라우드스피커 인클로저(121)의 후방 섹션(121b)에 결합되도록 구성됨으로써, 일반적으로 축 대칭 형상을 정의한다. 이것은 도 2의 좌측에 도시되며, 추가의 라우드스피커 인클로저(221)의 후방 섹션(221b)은 라우드스피커 인클로저(121)의 후방 섹션(121b)에 결합됨으로써, 사운드 방출 장치(120)의 제 1 구성을 정의한다. 도 2의 우측에서, 트랜스듀서 어레이(123a)를 포함하는 라우드스피커 인클로저(121) 및 추가의 트랜스듀서 어레이(223a)를 포함하는 추가의 라우드스피커 인클로저(221)는 서로 분리됨으로써, 사운드 방출 장치(120)의 제 2 구성을 정의한다.　

도 2에 도시된 바와 같이, 실시예에서 트랜스듀서 어레이(123a)는 라우드스피커 인클로저(121)의 사운드 방출 섹션(121a)의 폭에 실질적으로 걸쳐 있고 추가의 트랜스듀서 어레이(223a)는 추가의 라우드스피커 인클로저(221)의 사운드 방출 섹션(221a)의 폭에 실질적으로 걸쳐 있다.　

도 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 라우드스피커 인클로저(121) 및 추가의 라우드스피커 인클로저(221)는 반 원통의 형상을 갖는다. 일반적으로, 라우드스피커 인클로저(121) 및 추가의 라우드스피커 인클로저(221)는 축 대칭 형상의 절반, 즉 회전 표면 또는 회전 입체의 절반, 예를 들어 원뿔의 절반을 형성할 수 있다.

실시예에서, 제 1 트랜스듀서 어레이(123a)는 라우드스피커 인클로저(121)의 사운드 방출 섹션(121a) 상에서 추가의 라우드스피커 인클로저(221)의 사운드 방출 섹션(221a) 상의 추가의 트랜스듀서 어레이(223a)와 동일한 높이로 배치될 수 있다. 실시예에서, 트랜스듀서 어레이(123a) 및 추가의 트랜스듀서 어레이(223a)의 인접한 트랜스듀서 사이의 각도 간격(

)은 일정할 수 있다. 이것은 트랜스듀서 어레이(123a) 및 추가의 트랜스듀서 어레이(223a)가 실시예에서 2L개의 트랜스듀서를 포함한다면, 이웃하는 트랜스듀서 사이의 각도 간격(

)은 다음의 수학식으로 주어진다는 것을 의미한다:

라우드스피커 인클로저(121)의 후방 섹션(121b)이 추가의 라우드스피커 인클로저(221)의 후방 섹션에 결합되는, 도 2의 좌측에 도시된 사운드 방출 장치(120)의 제 1 구성에서, l-번째 트랜스듀서의 위치를 식별하는 각도 좌표(

)는 다음과 같이 주어진다.

도 2의 우측에 도시된 사운드 방출 장치(120)의 제 2 구성에 대해, 특정 트랜스듀서 어레이의 l-번째 트랜스듀서의 각도 좌표는 다음과 같이 주어진다.　

도 3은 제 2 구성, 즉 트랜스듀서 어레이(123a)를 포함하는 라우드스피커 인클로저(121) 및 트랜스듀서 어레이(223a)를 포함하는 라우드스피커 인클로저(221)가 물리적으로 서로 분리되어 있는 구성의 실시예에 따른 사운드 방출 장치(120)의 사시도를 도시한다. 도 3에 도시된 예시적인 실시예에서, 트랜스듀서 어레이(123a)를 포함하는 라우드스피커 인클로저(121) 및 트랜스듀서 어레이(223a)를 포함하는 라우드스피커 인클로저(221)는 각자의 후방 섹션의 벽(340)상에 장착된다. 실시예에서, 사운드 방출 장치(120)는 도 3에 도시된 예시적인 실시예에서 트랜스듀서 어레이(123a)를 포함하는 라우드스피커 인클로저(121)와 트랜스듀서 어레이(223a)를 포함하는 라우드스피커 인클로저(221) 사이에 배치되는 디스플레이(330)와 함께 사용될 수 있다.

도 4는 제 1 구성, 즉 트랜스듀서 어레이(123a)를 포함하는 라우드스피커 인클로저(121) 및 트랜스듀서 어레이(223a)를 포함하는 라우드스피커 인클로저(221)가 각자의 후방 섹션에 의해 함께 결합되는 구성의 실시예에 따른 사운드 방출 장치(120)의 사시도를 도시한다. 도 4에 도시된 사운드 방출 장치(120)는 주로 두 가지 측면에서 도 2 및 도 3에 도시된 사운드 방출 장치(120)와 상이하다. 첫째, 도 4에 도시된 사운드 방출 장치(120)의 라우드스피커 인클로저(121) 및 라우드스피커 인클로저(221)는, 도 2에 도시된 실시예의 경우처럼, 함께 원통의 형상을 정의하지 않고, 축 대칭의 병 모양과 같은 형상을 정의한다. 둘째, 도 4에 도시된 사운드 방출 장치(120)의 라우드스피커 인클로저(121) 및 라우드스피커 인클로저(221)는 각각 서로 다른 높이의 두 개의 트랜스듀서 어레이, 즉 트랜스듀서 어레이(123a 및 123b)뿐만 아니라, 트랜스듀서 어레이(223a 및 223b)를 포함한다. 실시예에서, 제 1 트랜스듀서 어레이(123a, 223a)를 통과하는 제 1 평면은 사운드 방출 장치(120)의 대칭 축에 직교하며, 제 2 트랜스듀서 어레이(123b, 223b)를 통과하는 제 2 평면도 역시 대칭축에 직교하며, 따라서 제 1 평면과 제 2 평면은 서로 평행하다.

실시예에서, 트랜스듀서 어레이(123a, 223a) 및 트랜스듀서 어레이(123b, 223b)는 상이한 사운드 빔을 생성하기 위해 독립적으로 사용될 수 있거나, 동일한 빔(또는 빔들)을 생성하기 위해 조합되어 사용될 수 있다. 예를 들어, 생성될 사운드 빔(또는 빔들)의 스펙트럼 내용의 상이한 주파수 부분을 재생하기 위해 (상이한 트랜스듀서 특성 또는 배치를 가진) 상이한 트랜스듀서 어레이를 사용하는 것이 가능하다.

이상적인 구성은 무한 개수의 원형 트랜스듀서 어레이를 포함하여, 반경(r(ω))을 갖는 트랜스듀서 어레이의 각 조합이 단일 주파수(ω)를 사용하도록 하는 것이다. 반경은 곱(ωㆍr(ω))이 일정하게 유지되도록 선택된다. 이러한 이상적인 경우에, 필터의 임펄스 응답(R _n )은 일정한 것으로 나타날 수 있다. 그러나 이러한 이상적인 구성은 분명히 실용적이지 않으며 실제로는 일반적으로 유한 개수의 트랜스듀서 어레이가 선택되어야 한다. 예를 들어, 도 4에 도시된 실시예에서, 제 1 트랜스듀서 어레이(123a 및 223b)는 반경(r₁)을 갖는 제 1 원을 정의하며 제 2 트랜스듀서 어레이(123b 및 223b)는 더 큰 반경(r₂)을 갖는 제 2 원을 정의한다. 실시예에서, 사운드 방출 장치(120)는 대략 각 주파수(angular frequency)(ω₁) 부근의 제 1 주파수 범위를 갖는 제 1 대역 제한 오디오 신호를 제공하고, 대략 각 주파수(ω₂) 부근의 제 2 주파수 범위를 갖는 제 2 대역 제한 오디오 신호를 제공하도록 구성되며, 각 주파수(ω₁ 및 ω₂)는 다음과 같은 수학식 또는 그로부터 도출되는 수학식에 의해 주어진다:

여기서 인덱스(α)는 1 또는 2의 값을 가질 수 있고, c는 소리의 속도를 나타내며,

는 제 1 및 제 2 트랜스듀서 어레이의 트랜스듀서의 각거리(angular separation)를 나타낸다.

따라서, 본 개시에 의해, 상이한 주파수 범위에 최적화된 상이한 트랜스듀서 어레이를 설계하는 것이 가능하다. 이 경우, 특정 빔에 대한 입력 신호는 (예를 들어, 다중 대역 크로스오버 네트워크를 사용하여) 다수의 주파수 대역으로 분리될 수 있는데, 각각의 주파수 대역은 특정 조합의 트랜스듀서 어레이로의 입력 신호에 대응한다. 따라서, 오디오 신호 처리 장치(100)의 실시예에서, 오디오 신호 처리 장치(100)는 입력 오디오 신호(101)를 상이한 주파수 대역폭의 두 개 이상의 분할된 입력 오디오 신호로 분할하여, 적어도 제 1 및 제 2 입력 오디오 신호를 제공하기 위한 필터 네트워크, 및 제 2 입력 오디오 신호를 처리하여, 복수의 이득 계수에 의해 정의되는 빔 지향성 패턴을 갖는 음장을 생성하는 제 2 출력 오디오 신호를 제공하기 위한 추가의 필터 유닛, 추가의 복수의 스케일링 유닛 및 추가의 복수의 가산기를 추가로 포함한다.

도 5는 제 1 구성, 즉 트랜스듀서 어레이(123a)를 포함하는 라우드스피커 인클로저(121) 및 트랜스듀서 어레이(223a)를 포함하는 라우드스피커 인클로저(221)가 각자의 후방 섹션에 의해 함께 결합된 구성의 실시예에 따른 사운드 방출 장치(120)의 사시도를 도시한다. 도 5에 도시된 사운드 방출 장치(120)는 무엇보다도 제 1 트랜스듀서 어레이(123a, 223a)가 도 5의 실시예에서 제 1 트랜스듀서 어레이(123a, 223a)의 바로 아래에 배치된 제 2 트랜스듀서 어레이(123b, 223b)에 대해 각도 오프셋(angular offset)을 갖는다는 점에서 이전의 도면에 도시된 사운드 방출 장치와 상이하다. 다시 말해서, 제 1 트랜스듀서 어레이(123a, 223a)의 트랜스듀서의 위치는 제 2 트랜스듀서 어레이(123b, 223b)의 트랜스듀서의 위치에 대해 각도 오프셋을 가질 수 있다. 사운드 방출 장치(120)의 실시예에서, 각도 오프셋은 제 1 트랜스듀서 어레이(123a 및 223a)의 인접한 트랜스듀서 사이의 각도 간격의 약 절반일 수 있다. 이러한 접근법은 빔 지향성 패턴이 공간 앨리어싱(spatial aliasing)에 의해 손상되는 주파수 한계를 증가시킴으로써 사운드 방출 장치(120)의 동작 주파수 범위를 증가하게 한다.　

실시예에서, 오디오 신호 처리 장치(100) 및 이하에 설명되는 추가의 실시예는 사운드 방출 장치(120)의 트랜스듀서 어레이(들)(123a,b, 223a,b)의 트랜스듀서에 필요한 입력 신호를 생성하기 위해 하나 이상의 지향된 사운드 빔을 발생하기 위한 신호 처리 전략을 구현한다. 도 6 내지 도 8은 이하에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 오디오 신호 처리 장치(100)에서 구현되는 상이한 신호 처리 전략에 의해 달성될 수 있는 사운드 방출 장치(120)의 예시적인 구현 시나리오를 도시한다.

도 6은 제 1 구성의 사운드 방출 장치(120)의 실시예를 도시하는 것으로, 제 1 구성에서, 오디오 신호 처리 장치(100)는 사운드 방출 장치(120)가 제 1 청취자에 의해 정의된 제 1 방향으로 제 1 사운드 빔을 방출하고 제 2 청취자에 의해 정의된 제 2 방향으로 제2 사운드 빔을 방출하도록 구성된다.　

도 7은 제 2 구성의 사운드 방출 장치(120)의 실시예를 도시하는 것으로, 제 2 구성에서, 오디오 신호 처리 장치(100)는 사운드 방출 장치(120)의 하나의 트랜스듀서 어레이가 제 1 방향으로 좌측 채널 사운드 빔을 방출하고 사운드 방출 장치(120)의 다른 트랜스듀서 어레이가 제 2 방향으로 우측 채널 사운드 빔을 방출하도록 구성되며, 여기서 제 1 및 제 2 방향은 청취자의 위치에 의해 정의된다.　

도 8은 제 2 구성의 사운드 방출 장치(120)의 실시예를 도시하는 것으로, 제 2 구성에서, 오디오 신호 처리 장치(100)는 사운드 방출 장치(120)의 하나의 트랜스듀서 어레이가 제 1 방향으로 제 1 좌측 채널 사운드 빔을 그리고 제 2 방향으로 제 2 좌측 채널 사운드 빔을 방출하고 사운드 방출 장치(120)의 다른 트랜스듀서 어레이가 제 1 방향으로 제 1 우측 채널 사운드 빔을 그리고 제 2 방향으로 제 2 우측 채널 사운드 빔을 방출하도록 구성된다. 이것은 예를 들어, 다중 포트 스테레오를 제공하는 데 사용할 수 있다.

이하에서, 오디오 신호 처리 장치(100)의 실시예는 전술한 사운드 방출 장치(120)의 실시예의 트랜스듀서 어레이(123a,b, 223a,b)의 트랜스듀서에 필요한 입력 신호를 생성하도록 구성될 수 있음을 이해하는 전제하에 트랜스듀서 어레이(123a)가 주로 참조될 것이다.

전형적으로, 사운드 빔은 특정 반경(r)의 원의 둘레에 사운드 방출 장치(120)의 트랜스듀서 어레이(123a)에 의해 생성된 음향 음압(acoustic sound pressure)을 정의하는 특정 지향성 패턴(

)에 의해 특징 지워지는데, 그 반경의 중심은 트랜스듀서 어레이(123a)의 중심과 일치할 수 있고 적도 평면상에 놓여 있을 수 있다. 방사 패턴은 (둘레상의 특정 점을 식별하는) 각도(

)의 함수이고 재생될 사운드의 주파수(ω)의 함수이다. 또한, 트랜스듀서 어레이(123a)의 각각의 트랜스듀서 - 여기서 l-번째 트랜스듀서는 각도 위치(

)에 위치함 - 는 사운드 빔의 지향성 패턴과 동일한 방식으로 정의되는 특정 지향성 패턴(

)과 연관된다.

각 사운드 빔은 이하 특정 빔의 "입력 신호"라고 지칭하는 특정의 단일 채널 오디오 신호(

)와 연관된다. 각각의 빔은 그 빔과 연관된 방사 패턴의 절대 값의 최대치에 대응하는 각도 좌표를 식별하는 "조향 각도(steering angle)" (또는 빔 방향) (

)와 연관된다.

다음과 같은 수학적 도출을 위해, 도 9의 우측에 도시된 바와 같이, 라우드스피커 인클로저(121) 및 트랜스듀서 어레이(123a)는 평평한(그리고 이상적으로는 무한한) 음향적으로 반사하는 벽(340) 상에 배치된다고 가정한다.

에 위치한 l-번째 트랜스듀서의 지향성 패턴은 다음의 수학식을 사용하여 표현될 수 있다:

여기서,

는 n = 0이면 1과 같고 그렇지 않으면 0과 같은 크로네커 델타(Kronecker delta)를 나타내며, 계수(

)는 주로 트랜스듀서 어레이(123a)의 기하학적 구조에 따라 달라진다. 계수(

)에 대한 분석적 표현은 견고한 반 원통으로서 구성된 사운드 방출 섹션(121a)의 표면상에 매립 설치되는 트랜스듀서 어레이(123a)의 트랜스듀서의 사례에 대하여 아래의 수학 부록에서 도출된다.

사운드 빔의 지향성 패턴(빔 지향성 패턴이라고도 함)은 다음의 수학식을 사용하여 표현될 수 있다:

전형적으로, 지향성 계수(

)는 빔의 조향 방향 및 특성에 종속한다. 실시예에서, 지향성 계수(

)는 주파수(ω)에 독립적일 수 있다. 실시예에서, 지향성 계수(

)는 주파수 종속적이도록 선택될 수 있다.

오디오 신호 처리 장치(100)의 실시예에서, 빔 지향성 패턴은 각도(

)(조향 각도라고도 지칭함)에 의해 정의되는 방향의 단일의 빔이며, 여기서 n-번째 지향성 계수(

)는 다음의 수학식 또는 그로부터 도출된 수학식에 의해 정의된다:

여기서,

는 다음의 수학식 또는 그로부터 도출된 수학식에 의해 주어진 각도 종속 인자이다.

각도 종속 인자(

)는 조향 방향의 압력 레벨이 조향 각도(

)의 함수로서 변하지 않는 것을 유리하게 보장한다. 파라미터(N)은 빔의 폭을 제어한다(N이 클수록 빔 지향성이 더 높아진다). 지향성 계수(

)에 대한 수학식(8) 이외의 다른 선택이 가능하다.

위의 수학식(7) 및 (8)은 대칭적인 지향성 패턴의 푸리에 급수 표현이다. 실제로, 견고한 벽상에 장착된 사운드 방출 장치(120)에 의해 방사된 사운드는 완전한 축 대칭 어레이에 의해 방사된 사운드로서 해석될 수 있으며, 여기서

및

에 각기 위치한 트랜스듀서의 각 쌍은 동일한 입력 신호로 구동된다(이런 이유로 지향성 패턴이 견고한 벽에 대해 대칭임).

지향성 패턴이 (사운드 방출 장치의 제 1 구성의 둘레와는 대조적으로) 반 둘레 위에서 정의되기 때문에, 위의 모든 수학식에서 각도 좌표(

)는 0부터

라디안 사이에서 변한다는 것을 주목하여야 한다. 또한, 트랜스듀서 어레이(123a)의 트랜스듀서는 반 둘레 상에 배치된다. 이것은 원형 어레이에 대한 기존의 빔형성 방법이 이 경우에는 적용될 수 없다는 것을 의미한다. 　

본 개시에 의해 제안된 새로운 접근법의 수학적 도출은 아래의 수학 부록에서 상세히 설명되며 트랜스듀서의 반 원형 배치에 대해 구체적으로 도출된 모드 정합 접근법을 재공식화한 것으로 간주될 수 있다. 이하에서 명확해지는 바와 같이, 이러한 도출은 더 이상 수학식(1)에서와 같은 푸리에 급수를 포함하지 않지만, 수학식(A. 23)에서 정의된 바와 같은 이산 코사인 변환을 포함한다.

또한 원형 어레이의 경우와는 대조적으로, 사운드 빔 지향성 패턴은 순환에 있어서 불변적이 아니라는 것이 강조되어야 할 수도 있다. 이것은 지향성 패턴의 형상이 조향 각도(

)에 종속적이라는 것을 의미한다. 이것은 반사 벽(340)의 존재로 인해 야기된다. 이러한 이유 때문에, 확실하게

에서 지향성 패턴의 값을 일원화하기 위해, 인자(

)를 포함시키는 것이 유리하다.　

신호 처리 방식은 (이미 지향성 패턴이라고 위에서 언급한) 그린 함수(Green function)(

)에 대한 사전 지식에 기초한다. 실시예에서, 그린 함수(

)는 수치적 방법 또는 측정에 의해 계산될 수 있다. 분석적 도출을 위해 무한하고 견고한 반 원통의 표면 형상을 갖는 것으로 가정한 사운드 방출 섹션(121a)의 표면상에 트랜스듀서 어레이(123a)의 트랜스듀서가 매립 설치되고, 그리고 장치(120) 자체가 무한의 견고한 벽 상에 장착된 실시예에 대해 그린 함수(

)의 분석적 표현은 아래의 수학 부록에서 설명된다.

단일 빔을 생성하기 위한 단일 트랜스듀서 어레이를 갖는 오디오 신호 처리 장치(100)의 실시예에서 구현되는 신호 처리 방식의 개략도가 도 10에 도시된다. 실시예에서, 사운드 빔은 수학식(8)에 의해 주어진 지향성 패턴을 갖는다. 신호(x(t))는 N개 필터의 필터 유닛 또는 필터 뱅크(103)에 입력된다. 명료함을 위해, N개의 필터 중 단지 두 개만이 도 10에서 참조 부호, 즉 필터(103a) 및 필터(103u)로 식별된다.

오디오 신호 처리 장치(100)의 실시예에서, 필터 유닛(103)의 필터 중 n-번째 필터의 임펄스 응답은 다음의 수학식 또는 그로부터 도출된 수학식에 의해 정의된다:

여기서, F^-1은 역 푸리에 변환을 나타내고,

는 방사상 거리(radial distance)(r) 및 주파수(ω)의 함수로서, 반 회전의 표면을 포함하는 완전 회전의 곡률에 일치하는 트랜스듀서 어레이(123a)의 방사 극 패턴을 기술하는 푸리에 급수의 n-차 계수로 특징 지워지고, n-차 계수는 라우드스피커 인클로저(121)의 사운드 방출 영역(121a)의 형상에 종속적이며,

은 시간의 함수로서 필터 유닛(103)의 n-번째 필터의 임펄스 응답을 나타낸다. 본 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 인식하는 바와 같이, 수학식(10)은 다음의 수학식의 간략화된 버전이다:

여기서 *는 복소 공액(complex conjugate)을 나타낸다.

다른 실시예에서, 필터 유닛(103)의 필터 중 n-번째 필터의 임펄스 응답은 (일반적으로 주파수 종속적인) 정의 가능한 정규화 파라미터(

)를 포함할 수 있다. 따라서, 오디오 신호 처리 장치(100)의 실시예에서, 필터 유닛(103)의 n-번째 필터의 임펄스 응답은 다음의 수학식 또는 그로부터 도출된 수학식에 의해 정의된다:

이하의 수학 부록에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 오디오 신호 처리 장치(100)의 실시예에서,

은 다음의 수학식 또는 그로부터 도출된 수학식에 의해 정의된다:

여기서 함수(

)는 다음의 수학식 또는 그로부터 도출된 수학식에 의해 정의된다:

여기서,

는 곱(

)을 나타내고,

는 파의 개수를 나타내고,

은 반 회전의 표면의 반경을 나타내며,

은 n-차 항켈 함수(Hankel function)의 미분을 나타낸다.

필터링된 오디오 신호(y _n (t))는 임펄스 응답(R _n (t))을 가진 필터의 출력으로서 정의된다. 신호(y _n (t), n=0, 1,..., N)는 이득 또는 스케일링 유닛의 L 개 뱅크(서브 어레이의 각 소스마다의 하나의 이득 뱅크)에 입력된다. 명료함을 위해서, 단지 두 개의 스케일링 유닛 또는 이득이 도 10에서 참조 부호, 즉 스케일링 유닛(107a) 및 스케일링 유닛(107v)으로 식별된다. 스케일링 유닛의 각 뱅크는 N개의 스케일링 유닛을 포함하고, 각각의 스케일링 유닛은 이득 계수를 대응하는 신호의 필터링된 오디오 신호(y _n (t))에 적용한다.

실시예에서, 트랜스듀서 어레이(123a)의 l-번째 트랜스듀서의 n-번째 이득 계수, 즉 n-번째 스케일링 유닛에 의해 제공된 이득 계수는 다음의 수학식 또는 그로부터 도출된 수학식에 의해 정의된다:

여기서,

은 n = 0이면 1과 같고 그렇지 않으면 0과 같은 크로네커 델타를 나타내고, L은 트랜스듀서 어레이(123a)의 트랜스듀서 개수를 나타내며,

은 방사 각도의 함수로서 원하는 빔 지향성 패턴을 기술하는 푸리에 급수 또는 푸리에 코사인 급수의 n-번째 계수를 특징짓는다. 본 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 인식하는 바와 같이, 이득 계수는 원하는 빔 지향성 패턴의 파라미터에, 인덱스(n)에 그리고 특정 트랜스듀서의 각도 좌표에 종속한다. 스케일링 유닛의 단일 뱅크의 출력 신호는 가산기, 예를 들어, 도 10에서 식별되는 가산기(109a 및 109w)에 의해 합산되어, 트랜스듀서 어레이(123a)의 l-번째 트랜스듀서에 입력되는 출력 오디오 신호(

)를 생성한다.

따라서, 오디오 신호 처리 장치(100)의 실시예에서, 트랜스듀서 어레이(123a)의 l-번째 트랜스듀서의 출력 오디오 신호(

)는 다음의 수학식 또는 그로부터 도출된 수학식에 의해 정의된다:

여기서,

는 시간의 함수로서 출력 신호를 나타내고,

는 시간의 함수로서 입력 오디오 신호를 나타내고,

는 컨볼루션 연산자를 나타내는 것으로, 여기서 n은 0부터 N까지의 범위일 수 있고 N은 빔 지향성 패턴에 종속하며,

는 트랜스듀서 어레이(123a)의 l-번째 트랜스듀서에 대한 n-번째 이득 계수를 나타낸다.

실시예에서, 오디오 신호 처리 장치(100)를 포함하는 사운드 방출 장치(120)는 단일의 트랜스듀서 어레이, 예를 들어 트랜스듀서 어레이(123a)만을 사용하여 다수의 사운드 빔을 생성할 수도 있다. 이를 위해, 실시예에서, 선형 중첩 원리가 적용될 수 있다. 빔의 개수와 동일한 개수의 입력 신호가 제공되어야 한다. 이들 각각의 신호는 도 10의 맥락에서 설명된 신호 처리 전략을 사용하여 처리되고, 신호(

)는 합산된 다음에 트랜스듀서에 공급된다. 실시예에서, 동일한 입력 신호(x(t))와 연관되지만 상이한 방향으로 조정되는 (또는 더 일반적으로는 상이한 특성을 갖는) 다수의 빔을 생성하는 것이 가능하다. 이 경우, 도 11에 도시된 필터(103a) 및 필터(103u)와 같이 임펄스 응답(R _n (t))을 갖는 복수의 필터를 포함하는 단 하나의 필터 유닛(103)이면 충분하다.

따라서, 오디오 신호 처리 장치(100)의 실시예에서, 빔 지향성 패턴은 각각의 각도(

)에 의해 정의된 각각의 방향의 다수의 빔에 의해 정의되며, 트랜스듀서 어레이(123a)의 l-번째 트랜스듀서의 출력 오디오 신호(

)는 다음의 수학식 또는 그로부터 도출된 수학식에 의해 주어지며:

여기서, J는 빔 지향성 패턴의 총 빔 개수를 나타내고,

는 j-번째 빔의 시간 지연을 나타내며,

는 j-번째 빔의 이득을 나타낸다.

도 12는 두 개의 트랜스듀서 어레이, 예를 들어 트랜스듀서 어레이(123a) 및 트랜스듀서 어레이(223a)가 사용되는 경우의 실시예를 도시한다. 실시예에서, 각각의 트랜스듀서 어레이(123a, 223a)는 임의의 개수의 빔을 생성할 수 있으며, 각각의 빔은 특정 목표 위치, 예를 들어, 도 8에 도시된 바와 같이 청취자에 의해 점유된 공간의 영역으로 지향될 수 있다. 앞에서 이미 설명한 바와 같이, 도 7은 두 개의 빔이 단일 청취자를 향하는 경우를 나타내며 각각의 빔은 하나의 트랜스듀서 어레이(123a, 223a)에 의해 생성된다. 두 개의 빔의 입력 신호는, 예를 들어 스테레오 신호의 좌측 및 우측 채널일 수 있다. 도 12에 도시된 두 개의 트랜스듀서 어레이(123a, 223a)가 동일한 입력 신호에 의해 빔을 생성한다면, 도 12에서 식별된 필터(103a 및 103u)와 같은 복수의 필터를 포함하는 하나의 필터 유닛(103)을 갖는 것으로 충분하다. 　

도 12에 도시된 실시예에 대한 사용 사례, 다시 말해서 좌측 트랜스듀서 어레이(123a)가 두 개(또는 그 이상)의 상이한 스테레오 신호 중의 좌측 채널과 연관되고 두 명의(또는 그 이상)의 청취자를 향해 조정된 두 개의(또는 그 이상의) 빔을 생성하고, 우측 트랜스듀서 어레이(223a)가 스테레오 신호 중의 우측 채널에 대해서라는 것 이외에는 동일하게 수행하는 사례가 도 7에 도시된다. 도 12에 도시되고, 도 8에서도 도시된 실시예에 대한 다른 사용 사례는 두 개의 상이한 위치에 위치한 두 명의 청취자에게 동일한 스테레오 또는 입체 신호가 전달되는 것으로 제시된다. 이 경우에, 각각의 트랜스듀서 어레이(123a, 223a)는 동일한 신호(스테레오 신호의 좌측 또는 우측 채널)와 연관되지만 상이한 방향을 향해 조정된 두 개의 빔을 생성한다.

저주파에서 사운드 빔의 지향성은 일반적으로 트랜스듀서 어레이의 물리적 크기에 의해 제한된다. 예를 들어, 작은 트랜스듀서 어레이로 고도로 지향적인 저주파 빔을 생성하려면 트랜스듀서가 매우 큰 진폭을 갖는 신호에 의해 구동되는 것이 필요한데, 이것은 사운드 방출 장치(120)가 이상적인 조건을 벗어날 때 사운드 방출 장치(120)의 성능을 저하시킬 수 있다. 따라서, 오디오 신호 처리 장치(100)의 실시예에서, 오디오 신호 처리 장치(100)는 저음역 강화 유닛(bass enhancement unit)을 추가로 포함하며, 저음역 강화 유닛은 필터 유닛(103), 복수의 스케줄링 유닛(107a-v) 및 복수의 가산기(109a-w)의 개개의 상류의 각각의 오디오 입력 신호(101)를 처리하도록 구성된다. 전술한 신호 처리 전략과 조합한 음향 심리학적 저음역 강화 유닛은 사운드 방출 장치(100)가 물리적으로 신호 스펙트럼의 더 낮은 부분을 재생하지 않으면서도 (또는 그 주파수 범위에 속하는 에너지를 거의 생성하지 않으면서도), 청취자가 특정 오디오 신호의 저주파 성분을 인식할 수 있게 한다. 이러한 접근법에 따르면, 트랜스듀서는 대역이 제한되지만 (즉, 저주파가 없지만) 방향성이 높은 빔을 생성할 수 있지만, 사운드 빔을 청취하기에 가장 효율적인 장소에 있는 청취자는 전 범위의 오디오 신호를 (이상적으로) 인지할 것이다. 실시예에서, 저음 강화 유닛에 의한 처리는 각각의 입력 신호에 개별적으로 적용된다.

이하의 수학 부록에서는 위에서 사용된 수학식 중 일부를 더 자세하게 도출 및/또는 설명할 것이다. 먼저, 도 9의 우측에 도시된 바와 같이, 견고한 무한의 벽상에 배치된 무한의 견고한 반 원통의 표면에 매립 설치된 이상적인 전방향성 트랜스듀서 또는 라우드스피커(이상적인 모노폴)의 방사 패턴에 대한 분석적 표현이 도출된다. 이를 위해, 동등한 산란 접근법(scattering approach)이 사용된다. 보다 구체적으로, 반 원통 상의 위치(

)에 있는 견고한 반 원통 상의 점원(point source)에 의해 발생된 음장의 방향(

,

)의 원거리 음장 근사치(far-field approximation)는, 방향(

,

)에서 충돌하는 평면 파에 의해 발생되고, 반 원통에 의해 그리고 단단한 벽에 의해 산란되고, 위치(

)에 있는 반 원통의 표면에서 측정된 음장과 동일하다.

관심 대상의 음장은

인 반 공간에서 정의되고 xz-평면상의 견고한 벽에 의해 경계 지워진다고 가정한다. 이것은 음장에 대해 다음과 같은 노이만 경계 조건(Neumann boundary condition)을 부과한다.

각도(

,

)에서 충돌하여 위치(

)(이것은 평면 y=0 상의 벽에 대응함)에 위치한 견고한 벽에 의해 반사되는 평면 파로 인한 음장이 평가된다. 이것은

에 의해 정의된 반 공간에서 각기

,

및

,

로부터의 두 개의 평면 파의 선형 합에 의해 주어진다. 극좌표에서 z = 0의 경우, 이것은 다음과 같이 주어지며:　

여기서

는 차수(n)의 베셀 함수(Bessel function)이며,예를 들어, D.L. Colton 및 R. Kress의 "Inverse Acoustic and Electromagnetic Scattering Theory(역 음향 및 전자기 산란 이론)", 1992년 베를린 소재의 스프링거사의 Applied Mathematical Sciences(응용 수리학)에 개시된 바와 같은, 야코비-앵거 확장(Jacobi-Anger expansion)이 사용되었다. 베셀 함수 관계(

)를 고려하면, 이것은 다음과 같다:

이것은 음장이 벽에 의해 정의된 평면에 대해 대칭적임을 의미한다. 따라서 수학식(A.2)의 푸리에 급수는 다음과 같은 코사인 급수로 대체할 수 있고:

여기서

보다 일반적으로, 견고한 평면(y=0)에서 방향(

)에서 충돌하는 (그리고 반 공간(y>0)에서 동종의 헬름홀츠 수학식(Helmholtz equation)을 만족하는) 파에 의한 임의의 음장 및 대응하는 산란된 음장과 총 음장은 다음과 같이 표현될 수 있다:

여기서

,

에서 충돌하는 평면 파에 대해, 이것은 다음의 수학식에 의해 주어진다:

이제, 방향(

)에서 충돌하는 파로 인한 음장의 산란 문제는 도 9에서와 같이 견고한 벽상에 놓여 있는 견고한 무한 원통에 대해 검토된다. 이를 위해, 수정된 그린 함수가 사용된다. 노이만 경계 조건(A.1)을 만족하는 헬름홀츠 수학식의 그린 함수는 자유 음장 그린 함수(free field Green function)와 이미지 소스에 의해 주어지는데, 즉:

여기서

는 반사율(α는 흡수 계수임)이며, 이후에는 일원화되는 것(완전히 반사하는 벽)으로 가정하며, 그리고

경계(S)를 갖는 산란자의 존재하에서, 산란된 음장은 변형된 단일 층 전위(layer potential)에 의해 표현될 수 있다:

이때

고려 중인 사례의 경우, 견고한 반 원통의 표면

이다. 이 경우, 산란된 음장은 평면(y=0)에 대해 대칭적인 진동 패턴을 방사하는 원통에 의해 생성된 음장으로 간주될 수 있으며, 따라서 다음과 같은 코사인 및 항켈 함수의 급수에 의해 표현될 수 있다:

견고한 반 원통의 표면에 노이만 경계 조건을 적용하면 다음의 수학식을 구할 수 있고:

그 결과는 다음과 같다.

음장이 r=R인 산란자의 경계에서 평가되면, 론스키안 관계(Wronskian relation)(

)가 사용될 수 있고, 이에 따라 총(입사 + 산란) 음장에 대해 다음의 수학식을 얻을 수 있다:

함수(

)는 다음과 같이 정의된다:

,

에서 충돌하는 평면 파에 대해, 위의 결과를 수학식(A.10)과 조합하면 다음과 같은 최종 결과가 구해진다:　

이것은 위치(R, Φ, z)에 있는 견고한 반 원통 상에 위치한 트랜스듀서의 방사 패턴이다. 이 결과를 z=0(예를 들어,

)에 대해 평가하고 수학식(7)과 비교하면, 다음의 수학식이 구해진다.　

둘째, 수학식(8)에 의해 주어진 바와 같이, 균일하게 이격된 L개의 트랜스듀서의 서브-어레이로 원거리 방사 패턴(

)을 합성하기 위한 신호 처리 블록을 정의하는 수학 공식이 도출된다.

목표로 하는 방사 패턴의 공간 스펙트럼은 주파수 독립적이고 차수(N=L-1)로 제한되도록 선택된다.

임을 상기하면, 다음의 수학식이 구해진다:

여기서

는 주파수 영역에서 단일 입력 신호, 즉

에 대해 표현된 l-번째 트랜스듀서의 신호이고,

는 이산 코사인 변환의 계수이다. 다음과 같은 두 개의 관계가 성립한다:

수학식(A.22)의 양변에

를 곱하고 0과 π 사이에서 적분하면, 다음과 같은 수학식이 구해지며:

그 결과는 다음과 같다:

및

이러한 접근법은 수학식(7)에서 차수(

)의 기여분을 무시할 수 있는 경우에만 정확한 결과를 제공한다. 그렇지 않으면, 재생된 방사 패턴은 공간 앨리어싱에 의해 영향을 받을 것이다. 수학식(A.26)의 정규화된 버전은 수학식(15)를 사용하여 계산되며 다음과 같이 주어진다:

이 결과에 역 푸리에 변환을 적용하고

로 컨볼빙하면 수학식(16)이 산출된다. 방사 패턴에 대해 가능한 선택은 수학식(8) 및 (9)에 의해 주어진다. 이러한 패턴은 차수 단절(order-truncated) 공간 디렉 델타 함수(spatial Dirac delta function)에 대응한다. 상수(

)는

이도록 선택될 수 있고 따라서 수학식(10)에 의해 주어진다. 위의 모든 결과를 조합하면, 다음의 수학식을 구할 수 있으며:

이 수학식의 역 푸리에 변환 및

로 컨볼루션하면, 다음과 같이 재작성될 수 있다:

이것은 도 10 내지 도 12에 도시된 신호 처리 방식의 수학적 표현이다.

본 개시의 특정한 특징 또는 양태가 몇몇 구현 예 또는 실시예 중 단 하나에만 관련하여 개시되었을 수도 있지만, 그러한 특징 또는 양태는 임의의 주어진 또는 특정 응용에 사용하기를 원하고 그 응용에 유리할 수 있는 다른 구현예 또는 실시예의 하나 이상의 다른 특징 또는 양태와 조합될 수 있다. 뿐만아니라, 상세한 설명 또는 청구 범위에서 "포함한다", "갖고 있다", "갖는"이라는 용어 또는 그 용어의 다른 변형이 사용되는 범위까지, 그러한 용어는 "구비한다"라는 용어와 유사한 방식으로 포괄적인 것으로 의도된다. 또한, "예시적인", "예를 들면" 및 "예를 들어"라는 용어는 최선 또는 최적이라기보다는 그저 예시로서 의미될 뿐이다. 연결된" 및 "접속된"이라는 용어는 그의 파생 용어와 함께 사용될 수 있다. 이들 용어는 두 개의 요소가 직접 물리적 또는 전기적 접촉을 하든지 또는 서로 직접 접촉하지 않든지 간에 협동하거나 상호 작용한다는 것을 나타내기 위해 사용될 수 있음을 이해하여야 한다.

본 명세서에서 특정 양태가 도시되고 설명되었지만, 본 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 다양한 대안적인 및/또는 동등한 구현예가 본 개시의 범위를 벗어나지 않고 도시되고 설명된 특정 양태에 대체될 수 있음을 인식할 것이다. 이러한 적용은 본 명세서에서 논의된 특정 양태의 모든 적응 또는 변형을 포함하는 것으로 의도된다.

다음과 같은 청구범위에 있는 요소는 특정 시퀀스에서 대응하는 표시로 열거되지만, 청구범위에서 열거된 것이 이와 달리 그러한 요소의 일부 또는 전부를 구현하기 위한 특정 시퀀스를 암시하지 않는 한, 이들 요소가 반드시 그러한 특정 시퀀스에서 구현되는 것으로 제한되게 하려는 것은 아니다.

전술한 가르침에 비추어 본 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 많은 대안, 수정 및 변형이 명백할 것이다. 물론, 본 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 개시에 설명된 것 이상으로 본 개시의 수많은 응용이 있음을 인식한다. 본 개시가 하나 이상의 특정 실시예를 참조하여 설명되었지만, 본 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 개시의 범위를 벗어나지 않고 본 개시에 대해 많은 변경이 이루어질 수 있다는 것을 인식한다. 그러므로 첨부된 청구범위 및 그 등가물의 범위 내에서, 본 개시는 본 명세서에서 구체적으로 설명된 것과 다르게 실시될 수 있다는 것을 이해할 것이다.

Claims (22)

1. 입력 오디오 신호를 처리하기 위한 오디오 신호 처리 장치로서,　
   복수의 필터를 포함하는 필터 유닛 - 각각의 필터는 상기 입력 오디오 신호를 필터링하여 복수의 필터링된 입력 오디오 신호를 획득하도록 구성되고, 각각의 필터는 반 회전(half revolution)의 표면에 적용되는 확장 모드 정합 빔형성(extended mode matching beamforming)에 따라 설계되며, 상기 표면은 부분적으로 라우드스피커 인클로저 형상을 특징지음 - 과,
   복수의 스케일링 유닛 - 각각의 스케일링 유닛은 복수의 이득 계수를 사용하여 상기 복수의 필터링된 오디오 신호를 스케일링하도록 구성됨으로써, 복수의 스케일링되고 필터링된 오디오 신호를 획득함 - 과,　
   복수의 가산기 - 각각의 가산기는 상기 복수의 스케일링되고 필터링된 오디오 신호를 조합하도록 구성됨으로써, 상기 복수의 이득 계수에 의해 정의되는 빔 지향성 패턴을 갖는 음장을 생성하기 위한 출력 오디오 신호를 제공함 - 를 포함하는
   오디오 신호 처리 장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 복수의 필터 중 n-번째 필터의 임펄스 응답은 다음의 수학식에 의해 획득되며:
   

   

   ,
   여기서, F^-1은 역 푸리에 변환을 나타내고,

   

   은 방사상 거리(radial distance)(r) 및 주파수(ω)의 함수로서, 상기 반 회전의 표면을 포함하는 완전 회전의 표면의 곡률과 일치하는 트랜스듀서 어레이의 방사 극 패턴을 기술하는 푸리에 급수의 n-차 계수를 특징 짓고, 상기 n-차 계수는 상기 라우드스피커 인클로저 형상에 종속하며,

   

   는 시간의 함수로서 상기 n-번째 필터의 임펄스 응답을 나타내는
   오디오 신호 처리 장치.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 n-번째 필터의 임펄스 응답은 다음의 수학식에 의해 획득되며:
   

   

   
   여기서,

   

   은 정의 가능한 정규화 파라미터를 나타내는
   오디오 신호 처리 장치.
   
4. 제 2 항에 있어서,
   

   

   는 다음의 수학식에 의해 획득되며:
   

   

   
   여기서 상기 함수(

   

   )는 다음의 수학식에 의해 획득되고:
   

   

   
   여기서,

   

   는 곱(

   

   )을 나타내고,

   

   는 파의 개수를 나타내고,

   

   은 상기 반 회전의 표면의 반경을 나타내며,

   

   은 n-차 항켈 함수(Hankel function)의 미분을 나타내는
   오디오 신호 처리 장치.
   
5. 제 2 항에 있어서,
   상기 트랜스듀서 어레이의 l-번째 트랜스듀서의 상기 출력 오디오 신호는 다음의 수학식에 의해 획득되며:
   

   

   
   여기서,

   

   는 시간의 함수로서 상기 출력 오디오 신호를 나타내고,

   

   는 시간의 함수로서 상기 입력 오디오 신호를 나타내고,

   

   는 컨볼루션 연산자를 나타내며, 여기서 n은 0부터 N까지의 범위일 수 있고, N은 상기 빔 지향성 패턴에 종속하며,

   

   는 l-번째 트랜스듀서의 n-번째 이득 계수를 나타내는
   오디오 신호 처리 장치.
   
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 트랜스듀서 어레이의 l-번째 트랜스듀서의 n-번째 이득 계수는 다음의 수학식에 의해 획득되며:
   

   

   
   여기서,

   

   은 n=0이면 1과 같고 그렇지 않으면 0과 같은 크로네커 델타(Kronecker delta)를 나타내고, L은 트랜스듀서 어레이의 트랜스듀서 개수를 나타내고,

   

   는 트랜스듀서 어레이의 l-번째 트랜스듀서의 위치를 식별하는 각도 좌표를 나타내며,

   

   은 방사 각도의 함수로서 원하는 빔 지향성 패턴을 기술하는 푸리에 급수 또는 푸리에 코사인 급수의 n-번째 계수를 특징짓는
   오디오 신호 처리 장치.
   
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 빔 지향성 패턴은 각도(

   

   )에 의해 정의된 방향의 단일 빔이고, n-번째 지향성 계수(

   

   )는 다음의 수학식에 의해 획득되며:
   

   

   
   여기서,

   

   는 다음의 수학식
   

   

   에 의해 획득된 각도 종속성 인자(angular dependent factor)인
   오디오 신호 처리 장치.
   
8. 제 5 항에 있어서,
   상기 빔 지향성 패턴은 각각의 각도(

   

   )에 의해 정의된 각각의 방향의 다중 빔에 의해 정의되고, 상기 트랜스듀서 어레이의 l-번째 트랜스듀서의 상기 출력 오디오 신호는 다음의 수학식에 의해 획득되며:
   

   

   
   여기서, J는 상기 빔 지향성 패턴의 빔의 총 개수를 나타내고,

   

   는 j-번째 빔의 시간 지연을 나타내며,

   

   는 j-번째 빔의 이득을 나타내는
   오디오 신호 처리 장치.
   
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 필터 유닛, 상기 복수의 스케일링 유닛 및 상기 복수의 가산기는 적어도 두 개의 오디오 입력 오디오 신호를 처리하며, 그럼으로써 상기 복수의 이득 계수에 의해 정의된 상기 빔 지향성 패턴을 갖는 스테레오 음장을 생성하기 위한 스테레오 출력 오디오 신호를 제공하도록 구성되는
   오디오 신호 처리 장치.
   
10. 제 1 항에 있어서,
    상기 필터 유닛, 상기 복수의 스케일링 유닛 및 상기 복수의 가산기는 상기 복수의 이득 계수에 의해 정의된 추가의 빔 지향성 패턴을 갖는 추가의 음장을 반 축대칭 라우드스피커 어레이를 통해 생성하기 위한 추가의 출력 오디오 신호를 제공하도록 추가로 구성되는
    오디오 신호 처리 장치.
    
11. 제 1 항에 있어서,
    상기 오디오 신호 처리 장치는 저음역 강화 유닛을 더 포함하며, 상기 저음역 강화 유닛은 상기 필터 유닛, 상기 복수의 스케일링 유닛 및 상기 복수의 가산기 개개의 상류(upstream)의 각각의 오디오 입력 신호를 처리하도록 구성되는
    오디오 신호 처리 장치.
    
12. 제 1 항에 있어서,
    상기 입력 오디오 신호를 상이한 주파수 대역폭의 두 개 이상의 분할된 입력 오디오 신호로 분할하여, 적어도 제 1 및 제 2 입력 오디오 신호를 제공하기 위한 필터 네트워크와,
    상기 제 2 입력 오디오 신호를 처리함으로써 상기 복수의 이득 계수에 의해 정의된 상기 빔 지향성 패턴을 갖는 상기 음장을 생성하는 제 2 출력 오디오 신호를 제공하기 위한 추가의 필터 유닛, 추가의 복수의 스케일링 유닛 및 추가의 복수의 가산기를 더 포함하는
    오디오 신호 처리 장치.
    
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