KR102440913B1 - 스피커 시스템의 능동적 룸 보상 - Google Patents

스피커 시스템의 능동적 룸 보상 Download PDF

Info

Publication number
KR102440913B1
KR102440913B1 KR1020187009477A KR20187009477A KR102440913B1 KR 102440913 B1 KR102440913 B1 KR 102440913B1 KR 1020187009477 A KR1020187009477 A KR 1020187009477A KR 20187009477 A KR20187009477 A KR 20187009477A KR 102440913 B1 KR102440913 B1 KR 102440913B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
response
filter
mono
frequency
signal
Prior art date
Application number
KR1020187009477A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20180061215A (ko
Inventor
야콥 디레뷔
Original Assignee
방 앤드 오루프센 에이/에스
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 방 앤드 오루프센 에이/에스 filed Critical 방 앤드 오루프센 에이/에스
Priority to KR1020227030212A priority Critical patent/KR102557270B1/ko
Publication of KR20180061215A publication Critical patent/KR20180061215A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102440913B1 publication Critical patent/KR102440913B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04S—STEREOPHONIC SYSTEMS 
    • H04S7/00—Indicating arrangements; Control arrangements, e.g. balance control
    • H04S7/30—Control circuits for electronic adaptation of the sound field
    • H04S7/301—Automatic calibration of stereophonic sound system, e.g. with test microphone
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R3/00—Circuits for transducers, loudspeakers or microphones
    • H04R3/04—Circuits for transducers, loudspeakers or microphones for correcting frequency response
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R5/00—Stereophonic arrangements
    • H04R5/02—Spatial or constructional arrangements of loudspeakers
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R5/00—Stereophonic arrangements
    • H04R5/04—Circuit arrangements, e.g. for selective connection of amplifier inputs/outputs to loudspeakers, for loudspeaker detection, or for adaptation of settings to personal preferences or hearing impairments
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04S—STEREOPHONIC SYSTEMS 
    • H04S7/00—Indicating arrangements; Control arrangements, e.g. balance control
    • H04S7/30—Control circuits for electronic adaptation of the sound field
    • H04S7/302—Electronic adaptation of stereophonic sound system to listener position or orientation
    • H04S7/303—Tracking of listener position or orientation
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R3/00—Circuits for transducers, loudspeakers or microphones
    • H04R3/12—Circuits for transducers, loudspeakers or microphones for distributing signals to two or more loudspeakers

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Stereophonic System (AREA)
  • Circuit For Audible Band Transducer (AREA)
  • Fittings On The Vehicle Exterior For Carrying Loads, And Devices For Holding Or Mounting Articles (AREA)

Abstract

적어도 하나의 좌측 및 우측 스피커를 포함하는 오디오 시스템으로부터의 음향 출력에 대한 리스닝 룸의 음향 영향을 보상하는 방법으로, 이 방법은, 좌측 주파수 응답 및 우측 주파수 응답을 결정하는 단계, 좌측 보상 필터(FL)와 우측 보상 필터(FR)를 설계하는 단계, 그리고 재생하는 동안에, 좌우 채널 입력에 좌우 필터를 적용하는 단계를 포함한다. 본 발명에 따르면, 청취 위치에서 타깃 응답이 시뮬레이션되고, 좌우 보상 필터들은 시뮬레이션된 타깃 함수에 좌/우 주파수 응답의 역수를 곱한 것에 기초하여 필터 전달 함수를 갖도록 설계된다. 경험적인 접근법에 의존하는 대신에 시뮬레이션된 타깃에 의존함으로써, 룸의 일반적인 영향이 타깃 함수에 의해 보다 정확하게 포착될 수 있다.

Description

스피커 시스템의 능동적 룸 보상
본 발명은 청취 공간 또는 리스닝 룸이 한 쌍의 스피커(loudspeakers)에 의해 제공되는 음향 체험에 미치는 영향의 능동적 보상에 관한 것이다.
청취 공간의 음향적 거동(behavior)에 대해 보상하기 위해서, 주어진 청취 위치에 대한 전달 함수(LP)를 결정하여 신호 소스와 신호 처리 시스템(예를 들어, 증폭기) 사이의 신호 경로에 필터를 도입하는 것이 공지되어 있다. 간단한 예시에서, 필터는 단순히 1/LP이다. LP를 결정하기 위해서, 룸 내 청취 위치(또는 위치들)에서의 스피커의 거동을 측정하기 위해 마이크(또는 마이크들)이 사용된다. 어떤 면에서는 룸의 작용의 역수인, 필터 1/LP를 생성하기 위해, (시간 도메인 또는 주파수 도메인에서) 계산된 응답이 사용된다. 필터의 응답은 주파수 도메인 또는 시간 도메인에서 계산될 수 있고, 이는 평활화(smoothing)될 수도 있고 아닐 수도 있다. 현재, 다양한 기술들이 다양한 종류의 시스템에 사용되고 있다.
특허문헌 WO 2007/076863호는 이러한 룸 보상의 일 예시를 제공한다. WO 2007/076863호에서는, 청취 위치 전달 함수(LP)뿐만 아니라, 룸에서 퍼지는 3개의 지점에서의 측정값을 사용하여 글로벌 전달 함수(G)가 결정된다. 글로벌 전달 함수는 경험에 기인하여 추정되며, 룸의 일반적인 음향 트렌드를 나타내기 위한 것이다. WO 2007/076863호에 개시된 것과 같은 방법은 상당한 이점을 제공하지만, 기존의 룸 보상 방법을 더 개선할 필요가 있다.
개선된 룸 보상을 제공하는 것이 본 발명의 일반적인 목적이다. 이는 특히, 지향성 제어장치(directivity control)를 갖는 스피커 시스템에서의 구현에 유용하다. 하지만, 이에 국한된 것은 아니다.
본 발명의 제1 양태는 적어도 하나의 좌측 스피커와 우측 스피커를 포함하는 오디오 시스템으로부터의 음향 출력에 대한 리스닝 룸의 음향 영향을 보상하는 방법에 관한 것이며, 상기 방법은, 좌측 스피커에 인가되는 신호와 청취 위치에서의 결과적인 파워 평균 사이에서 좌측 주파수 응답(LPL)을 결정하는 단계, 우측 스피커에 인가되는 신호와 청취 위치에서의 결과적인 파워 평균 사이에서 우측 주파수 응답(LPR)을 결정하는 단계, 좌측 보상 필터(FL)를 설계하는 단계, 우측 보상 필터(FR)를 설계하는 단계, 그리고 재생하는 동안에, 좌측 채널 입력에 좌측 보상 필터를 적용하는 단계와, 우측 채널 입력에 우측 보상 필터를 적용하는 단계를 포함한다.
상기 방법은, 청취 위치에서 시뮬레이션된 타깃 응답을 나타내는, 시뮬레이션된 타깃 함수(HT)를 제공하는 단계, 좌측 응답의 역수가 곱해진 시뮬레이션된 타깃 함수(HT)에 기초하는 좌측 필터 전달 함수를 갖도록 좌측 보상 필터(FL)를 설계하는 단계, 우측 응답의 역수가 곱해진 시뮬레이션된 타깃 함수(HT)에 기초하는 우측 필터 전달 함수를 갖도록 우측 보상 필터(FR)를 설계하는 단계를 더 포함한다.
경험적 접근방법에 의존하는 대신에 시뮬레이션된 타깃에 의존함으로써, 타깃 함수에 의해 룸의 일반적인 영향(impact)이 보다 정확하게 포착될 수 있다. 따라서, 타깃은 순수하게 경험적 접근의 결과가 아니라, 종래 기술과 비교하여 보다 분석적으로 결정된다.
본 발명의 양태는 가장 넓은 형태의, 필터 함수들을 획득하기 위한 매우 간단한 접근법을 적용한다. 이하에서 설명되는 바와 같이, 레벨 정규화(level normalization)와 다양한 제한을 포함하는, 보다 복잡한 대안들이 적용될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 시뮬레이션된 타깃 함수는 3개의 직교하는 벽에 의해 정의되는 모서리에 있는 점 음원(point source)에 의해 상기 3개의 벽에 의해 제한되는 1/8 구(sphere) 내로 방출되는 파워를 시뮬레이션하여, 점 음원과 방출된 파워 사이의 전달 함수로서 시뮬레이션된 타깃 함수를 정의함으로써 획득된다. 시뮬레이션은 예를 들어, 임펄스 응답이거나 주파수 도메인에서 수행될 수 있다. 이러한 시뮬레이션 접근방법은 필터에 대해 유리한 타깃을 제공하는 것으로 밝혀졌다.
시뮬레이션되는 방출된 파워는 1/8 구에 분포되는 복수의 점, 바람직하게는 12개 보다 많은 점, 예를 들어 16개의 점에서의 시뮬레이션에 기초한 파워 평균일 수 있다. 1/8 구의 반지름은 리스닝 룸의 크기에 기초하며, 바람직하게는 2-8m 범위에 있으며, 예를 들어 3m일 수 있다.
시뮬레이션되는 파워 평균은 1/8 구에 분포되는 복수의 점, 바람직하게는 12개의 점, 예를 들어 16개의 점에서의 시뮬레이션에 기초할 수 있다. 1/8 구의 반지름은 리스닝 룸의 크기에 기초하며, 바람직하게는 2-8m 범위에 있으며, 예를 들어 3m일 수 있다.
좌우 응답을 결정하는 단계는, 청취 위치에서, 또는 청취 위치에 중심점을 갖는 직육면체의 반대 모서리에 위치하는, 두 개의 상호 보완적인 위치에서 음압을 측정하여 측정된 음압으로부터 평균 음압을 형성하는 것을 포함할 수 있으며, 상기 직육면체는 좌우 스피커 사이의 대칭 선과 정렬된다.
복수의 위치에서 음압을 측정하고, 파워 평균으로서 응답을 형성함으로써, 덜 무질서한 응답이 획득되며, 심한 변동이 방지된다. 스피커들의 대칭적인 배치를 가정하고, 대칭면과 정렬되는 직육면체의 반대 모서리에 위치를 배치함으로써, 측정값은 대칭면에 대한 모든 축(상하, 좌우)를 따른 변화들을 포착할 것이다.
일 실시예에 따르면, 방법은, 좌측 타깃 함수가 주어진 임계값만큼 좌측 응답을 초과하는, 좌측 롤-오프 주파수를 결정하는 단계, 좌측 타깃 함수가 주어진 임계값만큼 우측 응답을 초과하는 우측 롤-오프 주파수를 결정하는 단계, 좌우 롤-오프 주파수에 기초하여 평균 롤-오프 주파수를 계산하는 단계, 평균 롤-오프 주파수에 기초하여 컷-오프 주파수를 갖는 고역 통과 필터(high pass filter)로서 롤-오프 함수를 추정하는 단계, 좌우 필터를 설계하기 전에 좌우 응답을 롤-오프 함수로 나누는 단계를 추가적으로 포함한다.
본 발명의 이 양태는, 스피커 의존적인 저-주파수 거동을 결정 및 유지하는 효과적인 방법을 제공한다. 보상의 결과로서, 결과적인 필터 함수는 롤-오프 주파수 아래에서는 "평평하게(flat-lined)"되어야 한다.
고역 통과 필터는 베셀 필터, 예를 들어 6차 베셀 필터일 수 있다. 필터의 컷-오프 주파수는 필터의 종류와 임계 레벨에 따라 좌우된다. 예를 들어, 6차 베셀 필터가 선택된 경우, 10dB의 임계값에 대한 인수는 1이고, 20dB의 임계값에 대한 인수는 1.3이다.
일 실시예에 따르면, 이 방법은, LPL이 좌측 응답이고, LPR이 우측 응답이며, FL이 좌측 필터, FR이 우측 필터일 때, LPL FL + LPR FR에 따라 필터링된 모노 응답(LPM)을 결정하는 단계, LPL FL- LPR FR에 따라 필터링된 사이드 응답(LPS)을 결정하는 단계, 모노 응답의 역수가 곱해진 모노 타깃 함수에 기초하여 모노 필터 전달 함수(HT)를 갖는 모노 보상 필터(FM)를 설계하는 단계, 사이드 응답의 역수가 곱해진 사이드 타깃 함수에 기초하여 사이드 필터 전달 함수를 갖는 사이드 보상 필터(FS)를 설계하는 단계, 그리고 재생하는 동안에, 좌우 입력 신호에 기초한 모노 신호에 모노 보상 필터를 적용하는 단계와, 좌우 신호에 기초하는 사이드 신호에 사이드 보상 필터를 적용하는 단계를 추가적으로 포함한다.
이 실시예에 따르면, 좌우 필터와 함께 모노 채널 및 사이드 채널에 대해 필터들이 제공되어, 좌/우 필터링되고 모노/사이드 필터링된 좌우 출력 신호를 제공한다. 리스닝 룸의 특성 중 하나의 특정 요소는 룸의 크기(dimension)에 따라 좌우되는 모달 주파수(modal frequency)와 관련된다. 스피커 시스템의 종래의 룸 보상 방법은 이러한 모달 거동의 크기 응답(magnitude response)의 역수를 갖는 필터들을 사용한다. 다르게 말하면, 룸 모드가 (스탠딩 웨이브의 공명에 의해) 리스닝 룸 내 위치에서 신호를 증가시킬 때, 오디오 시스템은 동일한 양만큼 신호를 감소시키는 필터를 포함한다. 좌/우 필터와 특정한 모노/사이드 필터를 조합함으로써, 이러한 효과가 보상된다.
일 실시예에서, 모노 신호는 좌측 입력 신호와 우측 입력 신호의 합으로서 형성되고, 사이드 신호는 좌측 입력 신호와 우측 입력 신호 사이의 차이로서 형성되며, 좌측 필터 입력은 필터링된 모노 채널 입력과 필터링된 사이드 채널 입력의 합으로서 형성되고, 우측 필터 입력은 필터링된 모노 채널 입력과 필터링된 사이드 채널 입력 사이의 차이로서 형성된다.
따라서, 필터들은 교차-결합(cross-combined)되어, 좌/우 필터링되고 모노/사이드 필터링된 좌측 및 우측 출력 신호를 제공한다.
룸 내에 있는 두 개의 상호 연관된 소스(모노 응답)는 저주파수에서는 위상이, 고주파수에서는 파워가 합쳐진다. 따라서, 일 실시예에 따르면, 모노 타깃 함수는 중심 주파수가 대략 100Hz이고 게인(gain)이 대략 1dB인 쉘빙 필터(shelving filter)로 곱해진 시뮬레이션된 타깃 함수로서 결정된다.
사이드 보상 필터는 모노 보상 필터와 동일한 경향성을 갖도록 선택될 수 있다. 따라서, 일 실시예에 따르면, 사이드 타깃 함수는 평활화되고 필터링된 모노 응답과 평활화되고 필터링된 사이드 응답 사이의 차이만큼 뺀 모노 타깃 함수로서 결정된다.
좌우 필터 전달 함수는 룸 부근의 경계면(boundary)의 영향이 고주파수(예를 들어, 300Hz보다 높은 주파수)에 대해 제한된다는 사실을 설명하기 위해, 500Hz보다 높은 주파수에서 유니티 게인(unity gain)과 동일하게 설정되는 것이 바람직하다.
이러한 게인 제한은, 적절한 주파수 범위(예를 들어 200Hz 내지 500Hz)에 걸쳐 전달 함수를 유니티 게인으로 크로스-페이딩함으로써 이루어질 수 있다.
모노 응답 및 사이드 응답의 피크는, 청취 위치에서 모노 응답을 측정하고, 측정된 모노 응답에 모노 보상 필터를 적용하여 필터링된 모노 응답을 형성하고, 필터링된 모노 응답과 모노 타깃 사이의 차를 형성하여, 상기 차가 0보다 작은 부분으로서 피크 제거 요소를 형성하고, 모노 보상 필터와 사이드 보상 필터로부터 피크 제거 요소를 빼서(subtraction) 피크 상쇄(canceling) 모노 보상 필터와 피크 상쇄 사이드 보상 필터를 형성함으로써, 제거될 수 있다.
실제 측정값에 기초하여 응답에서 피크를 제거 또는 상쇄하기 위해 필터를 조정함으로써, 그 성능이 더욱 향상된다. 이러한 피크 상쇄는 전술된 방법에 제한되는 것은 아니며, 별도의 발명 양태로서 고려될 수 있음에 주의한다.
본 발명의 또 다른 양태는, 스피커에 인가되는 신호와 리스닝 룸에서의 결과적인 파워 평균 사이의 주파수 도메인에서의 함수로서 정의되는 응답을 평활화하는 방법에 관한 것으로, 이 방법은, 응답에서 옥타브당 피크의 수를 결정하는 단계, 응답의 부분 중에서 옥타브당 피크 수가 제1 임계값 미만인 부분에 대해서 제1 스무딩 폭(smoothing width)으로 응답을 평활화하는 단계, 응답의 부분 중에서 옥타브당 피크 수가 제2 임계값보다 큰 부분에 대해서 제2 스무딩 폭으로 응답을 평활화하는 단계, 응답의 부분 중에서 옥타브당 피크 수가 제1 임계값과 제2 임계값 사이인 부분에 대해서 중간 스무딩 폭으로 응답을 평활화하는 단계를 포함한다.
옥타브당 피크의 수에 따라 스무딩 폭을 조절함으로써, 최적화된 평활화를 달성할 수 있으며, 이는 오디오 응답을 평활화하는 데에 매우 유용하다는 것이 판명되었다. 평활화를 최적화함으로써, 최소한의 계산 능력(computational power)으로 향상된 오디오 성능을 달성할 수 있다.
중간 스무딩 폭은 주파수 의존적이며, 제1 스무딩 폭과 제2 스무딩 폭의 보간(interpolation)일 수 있다.
예를 들어, 좁은 제1 스무딩 폭은 1/4 옥타브 미만일 수 있고, 바람직하게는 1/6 옥타브 내지 1/12 옥타브이며, 넓은 제2 스무딩 폭은 적어도 1 옥타브일 수 있다.
추가적인 예시로서, 더 작은 제1 임계값은 옥타브당 피크가 8개 미만일 수 있고, 바람직하게는 옥타브당 피크가 5개이며, 더 큰 제2 임계값은 옥타브당 피크가 8개보다 많고, 바람직하게는 옥타브당 피크가 10개일 수 있다.
평활화 방법은, 기준(reference) 스무딩 폭이 넓은 제2 스무딩 폭보다 넓을 때, 기준 스무딩 폭으로 응답을 평활화함으로써 기준을 제공하는 단계, 평활화된 응답과 기준을 비교하는 단계, 그리고 각각의 주파수에 대하여, 평활화된 응답과 기준의 최대값을 딥이 제거된 응답으로서 선택하는 단계를 더 포함할 수 있다.
응답에서 딥을 제거함으로써, 결과적인 필터에서 피크의 도입이 방지될 수 있다. 일 예시로서, 기준 스무딩 폭은 적어도 2 옥타브일 수 있다.
본 명세서에 개시된 다양한 발명 양태들은 서로 결합될 수 있다.
이들 또는 다른 발명의 양태들은 현재의 바람직한 실시예들을 나타내는 첨부된 도면들을 참조하여 보다 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 리스닝 룸 내 스피커 시스템의 개략적인 평면도이다.
도 2a 및 도 2b는 청취 위치에서의 좌우 응답을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 시뮬레이션된 타깃 응답을 나타낸다.
도 4는 타깃의 롤-오프 조정을 나타낸다.
도 5a 및 도 5b는 롤-오프 조정 및 평활화된 양측 스피커에 대한 응답을 나타낸다.
도 6a 및 도 6b는 주파수 제한된 좌우 필터 타깃을 나타낸다.
도 7a 및 도 7b는 청취 위치에서의 모노 응답과 사이드 응답을 나타낸다.
도 8a는 도 7a의 모노 응답에 대한 옥타브당 피크/딥의 수를 나타낸다.
도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따라 결정되는 가변 스무딩 폭을 나타낸다.
도 9a는 도 8b의 가변 스무딩 폭으로 평활화된 도 7a의 모노 파워 응답을 나타낸다.
도 9b는 본 발명의 일 실시예에 따라 결정된, 딥이 없도록 조합된 응답을 나타낸다.
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 일 실시예에 따라 결정된, 모노 타깃 및 사이드 타깃을 나타낸다.
도 11a 및 도 11b는 주파수 제한된 모노 필터 타깃 및 사이드 필터 타깃을 나타낸다.
도 12는 청취 위치에서의 등화되고 평활화된 모노 응답을 나타낸다.
도 13a 및 도 13b는 딥을 도입하기 전후의 모노 필터 타깃 및 사이드 필터 타깃을 나타낸다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른, 필터 함수의 구현의 블록 다이어그램이다.
도 15a 및 도 15b는 본 발명의 일 실시예에 따라 필터링되는 순수한 좌측 신호를 나타낸다.
도 16a 및 도 16b는 본 발명의 일 실시예에 따라 필터링되는 순수한 우측 신호를 나타낸다.
도 17a 및 도 17b는 본 발명의 일 실시예에 따라 필터링되는 순수한 모노 신호를 나타낸다.
도 18a 및 도 18b는 본 발명의 일 실시예에 따라 필터링되는 순수한 사이드 신호를 나타낸다.
도 1은 본 발명을 구현하기 위한 시스템의 일 예시를 나타낸다. 시스템은, 두 개의 스피커(2, 3)에 연결되는 신호 처리 시스템(1)을 포함한다. 본 발명의 실시예들은, 예컨대 방 앤드 오루프센사(社)의 Beolab90 ® 스피커와 같은 제어된 지향성을 갖는 스피커 시스템에서 유리하게 구현될 수 있다. WO 2015/117616호에 제어된 지향성을 갖는 스피커가 개시되어 있으며, 이는 본 명세서에 참고로서 포함된다. 이 국제 공보의 도 9는, 3개의 상이한 주파수 범위(고 주파수, 중 주파수, 저 주파수)를 갖는 복수의 트랜스듀서와, 각각의 트랜스듀서의 주파수 의존적 복소 게인(complex gain)을 제어하는 제어기를 포함하는, 하나의 스피커에 대한 레이아웃을 개략적으로 도시한다.
신호 처리기(1)는 좌측 채널 신호(L)와 우측 채널 신호(R)를 수신하여, 처리된(예를 들어, 증폭된) 신호를 스피커에 제공한다. 청취 공간 또는 룸이 결과적인 음향 체험에 미치는 영향을 보상하기 위해, 룸 보상 필터 기능(4)이 구현된다. 통상적으로, 이러한 필터 기능은 좌우 각각의 채널에 대해 분리된 필터를 포함한다. 이하의 내용은 몇 가지 진보적인 개념을 갖는 실시예들에 따라, 이러한 필터 기능에 몇 가지 개선점을 제공한다.
신호 처리 시스템(1)은 하나 또는 여러 개의 마이크를 사용하여 주파수 응답을 결정하고 필터 기능(4)에 의해 적용되는 필터를 설계하는 기능이 구현되는 하드웨어 및 소프트웨어를 포함한다. 이하의 설명은 이러한 필터의 설계 및 적용에 초점을 맞출 것이다. 통상의 기술자는 이하의 설명에 기초하여 하드웨어 및 소프트웨어의 기능을 구현할 수 있을 것이다.
응답 측정
청취 위치에서의 각 스피커로부터의 응답은 청취 위치 부근의 서로 다른 3개의 마이크 위치에 있는 마이크들을 사용하여 측정을 수행함으로써 결정된다. 도시된 예시에서, 제1 위치(P1)는 청취 위치에 있고, 제2 위치(P2)는 청취 위치를 중심으로 하는 직육면체의 모서리에 있으며, 제3 위치(P3)는 그 직육면체의 반대 모서리에 있다. 이때, 마이크는 베링거 ECM8000 마이크다.
양쪽 스피커(2, 3)으로부터 각각의 마이크 위치(P1, P2, P3)으로의 음압이 측정되므로, 총 6개의 측정이 수행된다. 각각의 측정에 대해서, 인가된 신호와 측정된 음압에 사이의 전달 함수가 결정된다. 그 다음, 각 스피커에 대한 응답이, 그 스피커에 대한 3개의 음압 전달 함수의 파워 평균으로서 결정된다. 도 2a는 좌측 응답(PL)을 나타내고, 도 2b는 우측 응답(PR)을 나타낸다.
이하에 설명되는 바와 같이, 스피커와 청취자 간의 거리는 응답과 필터에 영향을 미칠 것이다. 도시된 예시에서는, 약 2미터의 거리가 설정되었다.
타깃의 정의
3개의 무한한 경계면(즉, 측벽, 뒷벽 및 바닥을 나타냄)에 의해 주어지는 무한의 모서리에 있는 점 음원의 파워 응답을 시뮬레이션함으로써 타깃(즉, 일반적인 룸에 대한 주파수 및 게인 사이의 희망하는 함수)가 결정된다. 결과적인 타깃에서 빗형 필터(comb filter)의 뾰족한 특성(sharp characteristic)을 피하기 위해, 하나 이상의 점 음원을 사용하는 것이 유리할 수 있다. 일 예시에서는, 4 x 4의 점 음원(총 64개의 점 음원)이 모서리에 분포된다. 뒷벽까지의 거리는 0.2m 간격으로 0.5m 내지 1.1m이고, 측벽까지의 거리는 0.2m 간격으로 1.1m 내지 1.7m, 그리고 바닥까지의 거리는 0.1m 간격으로 0.5m 내지 0.8m이다.
파워 응답은, 3개의 벽에 의해 제한되고 그 중심이 무한의 모서리에 있는 1/8 구에 분포되는 복수의 점들(예를 들어, 16개의 점)에 대한 임펄스 응답의 파워 평균으로서 계산된다. 이 구의 반지름은 예상되는 룸의 크기에 기초하여 선택된다. 반경이 클수록, 직접 음과 벽들로부터 반사되는 반사 음 사이의 레벨 차가 작아진다. 도시된 예시에서, 3m의 반경이 선택되었고, 이는 통상의 리빙룸에 대응한다. 응답은, 7개의 미러 소스의 기여도에 추가되는 포인트 소스로부터의 기여도로 구성된다. 저 주파수에서는 파장이 너무 길어서 동 위상(in phase)에 있고, 모든 소스가 직접 응답에 비해 총 18dB이 증가한다. 고 주파수에서는, 소스들의 총 합계가 랜덤이고, 직접 응답에 비해 총 9dB 증가한다. 시뮬레이션된 응답은 고 주파수에서 0dB로 레벨이 조정되고, 너무 미세한 디테일을 제거하기 위해 1과 1/2 옥타브의 스무딩 폭을 사용하여 최종적으로 평활화된다. 결과적인, 시뮬레이션된 타깃 함수(HT)가 도 3에 도시되어 있다. 스테레오 청취에 권장되는 대칭적인 룸이라고 가정할 때, 좌측 타깃(HTL) 및 우측 타깃(HTR)은 동일할 것이다(HT와도 동일함).
롤-오프 검출
실제 방에서 스피커의 (스피커 의존적인) 롤오프를 유지하기 위해서는, 시뮬레이션된 타깃이, 파워 평균보다 소리가 큰 주어진 임계값(예를 들어, 20dB)인 주파수를 찾는 것이 중요하다. 먼저, 파워 평균은 200Hz 내지 2000Hz의 주파수 범위에 있는 타깃과 정렬된다. (좌측) 정렬 게인(alignment gain)은 다음과 같이 구할 수 있다.
Figure 112018033228225-pct00001
파워 평균(PL)은 1 옥타브의 스무딩 폭으로 dB 단위에서 평활화되고 정렬 게인(LL)으로 곱해진다. 그러면 -20dB의 주파수는 그 곱한 값이 HTL -20보다 큰, 최저 주파수로서 구해진다.
평균 롤-오프 주파수(fRO)가 좌우 롤오프 주파수의 로그 평균으로서 계산되어, 롤-오프 조정된 타깃이 형성된다. 주어진 예시에서, 롤-오프 조정된 타깃은, 평균 롤-오프 주파수의 1.32배인 컷오프 주파수를 갖는 6차 고역 통과 베셀 필터의 응답을 계산하고 그 응답에 타깃을 곱함으로써 형성된다.
도 4는 평활화되고 레벨 정렬된 응답(실선), 타깃(점선), 및 롤-오프 조정된 타깃(점쇄선)을 도시한다. 계산된 평균 롤-오프 주파수(fRO)도 표시되어 있다.
좌우 응답의 계산
좌우 필터는 주변 경계면의 영향을 보상하기 위한 것이다. 따라서, 이러한 필터는 모드 및 일반적인 방 간섭(coloration)을 보상해서는 안된다. 이러한 거동을 획득하기 위해서, 좌우 파워 평균은 2 옥타브의 스무딩 폭으로 평활화된다. 평활화가 롤오프에 영향을 미치는 것을 방지하기 위해, 파워 평균은 평활화되기 전에 검출된 롤오프로 나눠진다. 예를 들어, 전술된 베셀 필터가 사용될 수 있다. 도 5a 및 도 5b는 롤오프로 나눈 좌우 파워 평균(점선) 및 평활화된 버전(실선)을 나타낸다.
이제, 좌측 스피커의 필터 응답 타깃(HFL)은 아래와 같이 계산될 수 있다.
Figure 112018033228225-pct00002
이때, HTL은 좌측 타깃, LL은 정렬 게인(위 참조), 그리고 PLsm은 평활화된 좌측 응답이다. 정렬 게인을 포함함으로써, 필터 응답 타깃이 유니티 게인에 집중된다. 우측 필터 타깃도 동일한 방식으로 계산된다.
스피커 근처에서의 경계면의 영향은 300Hz이상으로 제한된다. 고 주파수의 경우, 음장감(staging)을 유지하기 위해 좌우 응답이 동일해야 한다. 이를 달성하기 위해서는, 유니티 게인으로 크로스-페이딩함으로써, 좌우 필터 타깃이 크기 도메인에서 200Hz 내지 500Hz의 주파수 범위에 제한될 수 있다.
도 6a는 좌측 스피커에 대한 주파수 대역을 제한한 후의 레벨-정렬되고 평활화된 파워 평균(LL·PLsm)(점선), 타깃 응답(HTL)(점쇄선), 그리고 필터 타깃(HFL)(실선)을 나타낸다. 도 6b는 우측 스피커에 대한 대응하는 곡선들을 나타낸다.
필터들은, 예를 들어 Matlab®에서 구현되는, 예컨대 Steiglitz-McBride 선형 모델 계산 방법을 사용하여, 최소 위상 IIR 필터로서 계산될 수 있다. 필터 타깃은 계산된 롤오프 주파수까지 낮춰서(down to) 사용된다. 저 주파수의 경우, 필터는 컷-오프 주파수에서의 값과 동일하도록 설정된다. 이는 도 6a 및 도 6b에 점선으로 표시되어 있다.
모노 필터 및 사이드 필터의 계산
모노 신호 및 사이드 신호에 대해 다른 필터들을 사용하는 이유는, 두 스피커가 동일한 극성(polarity)으로 신호를 재생하는지, 반대의 극성으로 신호를 재생하는지에 따라 룸이 다르게 흥분될(excited) 것이기 때문이다. i번째 마이크에 대한 복소 응답(complex response)은 아래와 같이 모노 입력(HMi) 및 사이드 입력(HSi)에 대해 계산된다.
HMi=HLi HFL + HRi HRF
HSi=HLi HFL - HRi HRF
이때, HLi 및 HRi는 제i 마이크에 대한 좌우 응답이고, 위에서 정의된 것과 같이, HLF 및 HRF는 좌우 필터이다. 이들 계산된 모노 응답 및 사이드 응답은 좌우 필터에 의해 필터링된 좌우 응답에 기초하는 것이므로, 필터링된 모노 응답 및 사이드 응답으로도 지칭될 수 있다. 도 7a 및 도 7b는 세 가지 측정값에 기초하는 파워 평균(PM, PS)을 나타낸다.
1000Hz보다 큰 주파수에서, 모노 입력과 사이드 입력의 공통 파워 평균이 계산되어 양 입력에 대해 사용된다. 따라서, 1000Hz보다 큰 주파수에서 룸 보상 모노 필터 및 사이드 필터는 동일할 것이다.
가변 평활화(variable smoothing)
필터의 복잡성과 시간 응답에 대한 잠재적인 영향을 최소화하기 위해, 측정된 출력 응답의 디테일을 잃지 않으면서 가능한 한 많이 평활화를 적용하는 것이 중요하다. 그러기 위해서는, 가변적인 스무딩 폭으로 평활화하는 것이 제안된다. 이러한 평활화는, 응답의 평활화뿐만 아니라 주파수 도메인에서의 다른 신호들에도 적용될 수 있는 별도의 진보적인 개념을 형성하는 것으로서 고려됨을 이해해야 한다.
좁은 평활화를 사용하는 것이 유리한 주파수를 찾기 위해, 국부적인 피크(peak)와 딥(dip)에 대해 신호가 분석되고, 옥타브당 피크/딥의 수에 대한 함수로서 스무딩 폭이 선택된다.
노이즈에 대한 민감도를 감소시키기 위해서는, 피크와 딥이 주어진 임계값(예를 들어, 1dB)보다 더 떨어져 있을 때에만 피크와 딥을 검출하는 것이 유리할 수 있다. 신호의 골짜기들에서 다수의 피크 및 딥을 검출하는 것을 방지하기 위해, 평활화 되지 않은 신호를 평활화된 버전(예를 들어, 2옥타브의 스무딩 폭으로 평활화된 버전)과 비교하는 것이 더 유용할 수 있다. 골짜기가 없는 신호를 형성하기 위해, 주파수 별로 더 큰 값이 선택된다. 그러면, 단순하게 두 피크 사이의 지점으로 딥이 형성된다.
도 8a는 전술된 바와 같이 계산되고 평활화된, 도 7a의 모노 응답에 대한 주파수의 함수로 옥타브당 피크/딥의 수를 나타낸다.
이제, 스무딩 폭은 옥타브당 피크/딥 수의 함수로 선택될 수 있다. 예를 들어, 피크/딥의 수가 주어진 임계값보다 작을 때에는 더 좁은 스무딩 폭이 선택될 수 있고, 피크의 수가 주어진 임계값보다 클 때에는 더 넓은 스무딩 폭이 선택될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 옥타브당 피크 및 딥의 수가 5 미만일 때에는 1/12 옥타브의 스무딩 폭이 사용될 수 있고, 옥타브당 피크 및 딥의 수가 10을 초과할 때에는 1 옥타브의 스무딩 폭이 사용될 수 있다. 피크 수가 5와 10 사이일 때에는, 로그 보간법(logarithmic interpolation)에 의해 1/12 옥타브 내지 1 옥타브 사이에서 구해질 수 있다. 도 8b는 도 8a의 피크/딥 변수 대한 주파수의 함수로 결과적인 가변 스무딩 폭을 나타낸다.
모노 응답의 평활화
도 9a는 도 8a의 가변 스무딩 폭으로 평활화된 도 7a의 모노 출력 응답(실선)을 나타낸다. 모달 분포(modal distribution)가 비교적 드문, 저 주파수에서 평활화된 곡선은 도 7a의 출력 응답을 따른다는 것에 주목한다. 고 주파수에서는, 평활화이 더 넓어져 출력 응답의 디테일을 따르지 않는다.
룸 보상 필터에서 피크가 발생하는 것을 방지하기 위해서는, 응답에서 딥을 최소화하는 것이 중요하다. 따라서, 각 주파수에 대해서, 도 9a의 가변 평활화 및 2옥타브dB 스무딩(도 9a에 점선으로 도시됨)의 최대값을 선택함으로써, 합동 응답(combined response)이 형성된다. 도 9b는 결과적인 합동 응답을 나타낸다. 합동 응답에서는 딥이 제거되면서 응답의 피크가 유지되는 것이 명백하다.
모노 타깃 및 사이드 타깃
룸에서의 두 상관된 소스의 출력 응답(모노 응답)은 저 주파수에서는 위상이, 그리고 고주파수에서는 출력이 합쳐진다. 따라서, 적절한 모노 타깃을 형성하기 위해 좌/우 타깃이 조절되어야 한다. 일 실시예에 따르면, 중심 주파수가 115Hz이고, 게인이 3dB, 그리고 Q가 0.6인 로우 쉘빙 필터(low shelving filter)가 좌/우 타깃에 곱해져서 모노 타깃을 형성한다. 도 10a는 평활화 되지 않은 좌/우 타깃(점선)과 모노 타깃 응답(HTM)(실선)을 나타낸다.
룸에서의 두 역-상관된 소스의 출력 응답(사이드 응답)은 마이크의 실제 위치에 따라 크게 달라진다. 마이크가 대칭 선상에 배치되는, 완벽한 대칭 설정의 경우를 고려해보자. 이 경우, 무지향성 마이크(omnidirectional microphone)에 대한 좌우 스피커로부터의 응답이 동일할 것이므로, 사이드 응답은 무한히 낮을 것이다.
사이드 보상 필터는 모노 보상 필터와 동일한 경향성을 갖도록 선택될 수 있다. 그렇게 하기 위해서, 사이드 타깃을 형성하기 위해 도 10a의 모노 타깃이 평활화 및 필터링된 사이드 응답과 평활화 및 필터링된 모노 응답 사이의 차에 의해 수정된다. 도 10b는 평활화된 모노 응답 및 사이드 응답(dB 단위에서 2 옥타브의 스무딩 폭을 사용함) 간의 차(점선), 도 10a에 도시된 것과 같은 모노 타깃(점쇄선), 및 결과적인 사이드 타깃 응답(HTS)(실선)을 나타낸다.
모노 필터 타깃 및 사이드 필터 타깃
응답의 레벨을 정렬하기 위해서, 정렬 게인(LMS)이 다음과 같이 계산된다.
Figure 112018033228225-pct00003
이러한 정렬 게인이 평활화된 타깃 응답(사이드 및 모노)에 곱해져서, 필터 응답 타깃이 유니티 게인에 중심되도록 보장한다. 이제, 모노 필터 응답 타깃(HFM)이 다음과 같이 계산될 수 있다.
Figure 112018033228225-pct00004
이때, HTM은 모노 타깃, PMsm은 평활화된 모노 출력 응답, 그리고 LMS는 정렬 게인이다.
도 11a는 레벨-정렬된, 평활화된 모노 파워 평균(점쇄선), 모노 타깃 응답(실선), 및 모노 필터 응답 타깃(점선)을 나타낸다.
도 11b는 사이드 채널에 대한 대응하는 곡선들을 나타낸다.
모노 응답 및 사이드 응답의 피크 등화(peak equalization)
이하에서는, 필터링된 모노 응답 및 사이드 응답에서 원치 않은 피크를 제거하는 과정이 설명될 것이다.
먼저, 전술된 것과 같이 결정된 모노 필터 타깃이 청취 위치(P1)에서 측정되는 모노 응답에 곱해지고, 그 결과물은 전술된 것과 같은 옥타브당 극값의 수에 기초한 가변 스무딩 폭을 사용하여 평활화된다. 일 예시로서, 옥타브당 피크와 딥의 수가 10 미만일 때에는, 1/12 옥타브의 스무딩 폭이 사용될 수 있고, 옥타브당 피크와 딥의 수가 20을 초과할 때에는, 1옥타브의 스무딩 폭이 사용될 수 있다. 옥타브당 극값이 10 내지 20 사이일 때에는, 로그 보간법에 의해 1/12 옥타브와 1 옥타브 사이의 스무딩 폭이 구해질 수 있다.
이제, 타깃과 가변적으로 평활화된, 측정된 응답 사이의 차로서 피크 제거 요소가 결정될 수 있다. 추가적인 필터의 게인은 0dB로 제한되어, 이 필터가 딥(특정 주파수의 감쇠)만을 포함하도록 한다. 이로 인해, 추가적인 필터는 단지, 응답에서 피크를 제거하도록 설계될 것이다.
도 12는, 청취 위치에서의 마이크의 등화 및 평활화된 모노 응답(실선)과 함께 모노 타깃 응답(점선)을 나타낸다. 실선이 점선을 초과하는 곳에서 필터 딥이 도입되며, 이는 200Hz보다 높은 주파수에 대해서 주로 발생한다. 이 주파수는 스피커와 청취 위치 사이의 거리에 따라 좌우되며, 더 먼 거리를 사용하는 경우 이 주파수는 더 낮아진다. 도 13a는 제1 마이크 모노 응답에 기초하여 계산된 딥의 도입 전(점선), 후(실선)의 모노 필터 타깃을 나타낸다.
유사한 방식으로 사이드 필터가 조절될 수 있으며, 도 13b는 제1 마이크 사이드 응답에 기초하여 계산된 딥의 도입 전, 후의 사이드 필터 타깃을 나타낸다.
좌우 필터와 마찬가지로, 모노 필터 및 사이드 필터는, 예를 들어 Matlab®에서 구현되는, 예컨대 Steiglitz-McBride 선형 모델 계산 방법을 사용하여, 최소 위상 IIR 필터로서 계산될 수 있다. 전술된 좌우 필터와 유사하게, 필터 타깃은 계산된 롤오프 주파수까지 사용된다. 더 낮은 주파수의 경우, 필터는 컷-오프 주파수에서의 값과 동일하도록 설정된다.
모노 필터와 사이드 필터의 옵션적 제한
고주파수에서의 보상을 방지하기 위해, 모노 필터 타깃 응답 및 사이드 필터 타깃 응답은 1kHz에서 2kHz까지 유니티 게인으로 크로스 페이딩될 수 있다.
또한, 필터 게인은 10dB의 게인과 0.5의 Q를 갖는 로우 쉘빙 필터의 80Hz에서의 응답으로 제한될 수 있다. 예를 들어, 게인은 출력 도메인에서 1 옥타브의 폭으로 dB단위의 평활화를 사용하여 제한될 수 있다. 그 다음, 좌우 필터 응답의 주파수별 최대 게인이 게인의 계산에 추가될 수 있다.
또한, 필터에서 날카로운 피크 발생을 방지하기 위해, 모노 필터 타깃 및 사이드 필터 타깃에서 피크들이 평활화될 수 있다. 이는, 피크를 찾아서, 피크 주변에서 1/4 옥타브의 밴드로 국부적 평활화를 도입함으로써 수행될 수 있다. 이러한 방법을 사용하면, 촘촘한 간격으로 배치되는 딥들은 영향을 받지 않고 유지될 것이다.
결과적인 응답
전술된 필터들은 도 1의 신호 처리 시스템의 필터 기능(4)에서 구현될 수 있다. 도 14는 좌우 필터, 모노 필터 및 사이드 필터가 각각 좌우 채널에 적용될 수 있도록, 이러한 필터 기능(4)이 어떻게 변경될 수 있는지에 대한 일 예시를 제공한다.
도시된 예시에서, 먼저 좌우 입력 신호(Lin, Rin)가 교차 결합되어 사이드 신호(S)와 모노 신호(M)가 형성되고, 모노 필터(11) 및 사이드 필터(12)가 적용된다. 그 다음, 필터링된 모노 신호 및 사이드 신호(S*, M*)가 교차 결합되어 수정된 좌우 입력 신호(Lin *, Rin *)를 형성하는데, 이는 좌우 필터 입력으로도 지칭된다. 이들 신호에 좌우 필터(13, 14)가 적용되어, 좌우 출력 신호(Lout, Rout)가 형성된다.
이하에서는, 전술된 실시예들에 따라 스테레오 룸 보상을 적용할 때의 파워 평균화된 응답에 대해 설명된다. 좌우 보상은, 모노 및 사이드 보상에 의해 핸들링되는 모드들에는 영향을 미치지 않는다는 것에 유의해야 한다. 또한, 피크는 감소되고, 딥은 그대로 유지되어 있음에 유의해야 한다.
도 15a는 좌측 타깃(실선)과 함께, 순수 좌측 신호에 좌측 필터를 적용하였을 때의 결과적인 응답(점선)을 나타낸다. 도 15b는 좌측 타깃(실선)과 함께, 순수 좌측 신호에 좌측 필터, 모노 필터 및 사이드 필터를 적용하였을 때의 결과적인 응답(점선)을 나타낸다.
도 16a는 우측 타깃(실선)과 함께, 순수 우측 신호에 우측 필터를 적용하였을 때의 결과적인 응답(점선)을 나타낸다. 도 16b는 우측 타깃(실선)과 함께, 순수 우측 신호에 우측 필터, 모노 필터 및 사이드 필터를 적용하였을 때의 결과적인 응답(점선)을 나타낸다.
도 17a는 사이드 타깃(실선)과 함께, 순수 사이드 신호에 좌우 필터를 적용하였을 때의 결과적인 응답(점선)을 나타낸다. 도 17b는 사이드 타깃(실선)과 함께, 순수 사이드 신호에 좌우 필터 및 사이드 필터를 적용하였을 때의 결과적인 응답(점선)을 나타낸다.
도 18a는 모노 타깃(실선)과 함께, 순수 모노 신호에 좌우 필터를 적용하였을 때의 결과적인 응답(점선)을 나타낸다. 도 18b는 모노 사이드 타깃 (실선)과 함께, 순수 모노 신호에 좌우 필터 및 모노 필터를 적용하였을 때의 결과적인 응답(점선)을 나타낸다.
통상의 기술자는 본 발명은 결코 전술된 바람직한 실시예들에 제한되지 않는다는 것을 이해한다. 반면에, 첨부된 청구범위의 범위 내에서 수많은 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 스피커와 청취 위치 간의 거리를 다르게 선택하는 것은 예시들에서의 디테일에 영향을 미칠 것임을 유의해야 한다. 스피커의 비대칭 배치 또한 고려될 수 있으며, 이러한 경우 좌우 타깃은 더 이상 동일하지 않을 것이다. 또한, 위에서 제안된 것과 다른 또는 추가적인 필터 프로세스가 사용될 수 있다.

Claims (29)

  1. 적어도 좌측 스피커와 우측 스피커를 포함하는 오디오 시스템으로부터의 음향 출력에 대해 리스닝 룸이 미치는 음향 영향을 보상하는 방법으로,
    좌측 스피커에 인가되는 신호와 청취 위치에서의 결과적인 파워 평균(power average) 사이의 좌측 주파수 응답(LPL)을 결정하는 단계,
    우측 스피커에 인가되는 신호와 청취 위치에서의 결과적인 파워 평균 사이의 우측 주파수 응답(LPR)을 결정하는 단계,
    좌측 보상 필터(FL)를 설계하는 단계,
    우측 보상 필터(FR)를 설계하는 단계,
    재생(playback)하는 동안, 좌측 입력 신호에 좌측 보상 필터를 적용하는 단계와, 우측 입력 신호에 우측 보상 필터를 적용하는 단계를 포함하는, 음향 영향 보상 방법에 있어서,
    상기 방법은,
    청취 위치에서 시뮬레이션된 타깃 응답을 나타내는, 시뮬레이션된 타깃 함수(HT)를 제공하는 단계,
    좌측 주파수 응답의 역수가 곱해진 시뮬레이션된 타깃 응답(HT)에 기초하여 좌측 필터 전달 함수를 갖도록 좌측 보상 필터(FL)를 설계하는 단계, 그리고
    우측 주파수 응답의 역수가 곱해진 시뮬레이션된 타깃 응답(HT)에 기초하여 우측 필터 전달 함수를 갖도록 우측 보상 필터(FR)를 설계하는 단계를 포함하고,
    3개의 직교하는 벽에 의해 정의되는 모서리에 있는 점 음원(point source)에 의해, 상기 3개의 벽에 의해 제한되는 1/8 구(sphere)로 방출되는 파워를 시뮬레이션하여, 점 음원과 방출된 파워 사이의 전달 함수로서 시뮬레이션된 타깃 함수를 정의함으로써, 시뮬레이션된 타깃 함수가 획득되는 것을 특징으로 하는, 음향 영향 보상 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    시뮬레이션된 방출 파워는 1/8 구 상에 분포되는 복수의 지점에서의 시뮬레이션에 기초하는 파워 평균인 것을 특징으로 하는, 음향 영향 보상 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    1/8 구의 반지름은 리스닝 룸의 크기에 기초하는 것을 특징으로 하는, 음향 영향 보상 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    좌우 주파수 응답들을 결정하는 단계는, 청취 위치에서 그리고 청취 위치에 중심점을 갖는 직육면체의 반대되는 모서리들에 위치하는 두 상호 보완적 위치에서 음압을 측정하는 것과 측정된 음압으로부터 평균 음압을 형성하는 것을 포함하고, 상기 직육면체는 좌우 스피커 사이의 대칭 선과 정렬하는 직육면체인 것을 특징으로 하는, 음향 영향 보상 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    좌측 타깃 함수가 주어진 임계값만큼 좌측 응답을 초과하는, 좌측 롤-오프 주파수를 결정하는 단계,
    우측 타깃 함수가 주어진 임계값만큼 우측 응답을 초과하는, 우측 롤-오프 주파수를 결정하는 단계,
    좌우 롤-오프 주파수들에 기초하여 평균 롤-오프 주파수를 계산하는 단계,
    평균 롤-오프 주파수에 기초하여 컷-오프 주파수를 갖는 고역 통과 필터(high pass filter)로서 롤-오프 함수를 추정하는 단계, 및
    좌우 필터들을 설계하기 전에, 좌우 주파수 응답들을 롤-오프 함수로 나누는 단계를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는, 음향 영향 보상 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    고역 통과 필터가 베셀 필터(Bessel filter)인 것을 특징으로 하는, 음향 영향 보상 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    컷-오프 주파수는 롤-오프 주파수에 인수를 곱한 것과 같으며, 상기 인수는 1.2 내지 1.5 범위에 있는 것을 특징으로 하는, 음향 영향 보상 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    주어진 임계값은 10dB 내지 30dB 범위에 있는 것을 특징으로 하는, 음향 영향 보상 방법.
  10. 제6항에 있어서,
    좌측 롤-오프 주파수 미만의 좌측 필터 전달 함수를, 좌측 롤-오프 주파수에서의 좌측 필터 전달 함수와 동일하게 설정하는 단계, 및
    우측 롤-오프 주파수 미만의 우측 필터 전달 함수를, 우측 롤-오프 주파수에서의 우측 필터 전달 함수와 동일하게 설정하는 단계를 추가적으로 포함하는, 음향 영향 보상 방법.
  11. 제6항에 있어서,
    좌우 필터 전달 함수들은 500Hz보다 큰 주파수에서 유니티 게인(unity gain)과 같도록 설정되는 것을 특징으로 하는, 음향 영향 보상 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    200Hz 내지 500Hz 주파수 범위에 걸쳐, 전달 함수를 유니티 게인으로 크로스-페이딩(cross-fading)하는 단계를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는, 음향 영향 보상 방법.
  13. 제1항에 있어서,
    LPL이 좌측 응답, LPR이 우측 응답이고, FL이 좌측 필터, FR이 우측 필터일 때,
    LPL FL + LPR FR에 따라서, 필터링된 모노 주파수 응답(LPM)을 결정하는 단계,
    LPL FL - LPR FR에 따라서, 필터링된 사이드 주파수 응답(LPS)을 결정하는 단계,
    시뮬레이션된 타깃 함수(HT)에 기초하여 모노 타깃 함수를 결정하는 단계,
    시뮬레이션된 타깃 함수(HT)에 기초하여 사이드 타깃 함수를 결정하는 단계,
    모노 타깃 함수에 모노 응답의 역수를 곱한 것에 기초하여 모노 필터 전달 함수를 갖는 모노 보상 필터(FM)를 설계하는 단계,
    사이드 타깃 함수에 사이드 응답의 역수를 곱한 것에 기초하여 사이드 필터 전달 함수를 갖는 사이드 보상 필터(FS)를 설계하는 단계, 그리고
    재생하는 동안에, 좌우 신호 입력들에 기초하여 모노 신호에 모노 보상 필터를 적용하는 단계와, 좌우 입력 신호들에 기초하여 사이드 신호에 사이드 보상 필터를 적용하는 단계를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는, 음향 영향 보상 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    모노 신호는 좌측 입력 신호와 우측 입력 신호의 합으로서 형성되고,
    사이드 신호는 좌측 입력 신호와 우측 입력 신호의 차이로서 형성되며,
    좌측 필터 입력은 필터링된 모노 채널 입력과 필터링된 사이드 채널 입력의 합으로서 형성되고,
    우측 필터 입력은 필터링된 모노 채널 입력과 필터링된 사이드 채널 입력의 차이로서 형성되는 것을 특징으로 하는, 음향 영향 보상 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    모노 타깃 함수는, 시뮬레이션된 타깃 함수에, 중심 주파수가 100Hz이고 게인이 1dB인 쉘빙 필터(shelving filter)로 곱해진 것으로서 결정되는 것을 특징으로 하는, 음향 영향 보상 방법.
  16. 제13항에 있어서,
    사이드 타깃 함수는, 모노 타깃 함수에서 평활화(smoothing)되고 필터링된 모노 응답과 평활화되고 필터링된 사이드 응답 사이의 차이만큼 감소된 것으로서 결정되는 것을 특징으로 하는, 음향 영향 보상 방법.
  17. 제13항에 있어서,
    청취 위치에서 모노 주파수 응답을 측정하는 단계,
    측정된 모노 응답에 모노 보상 필터를 적용하여 필터링된 모노 응답을 형성하는 단계,
    필터링된 모노 주파수 응답과 모노 타깃 사이의 차이를 형성하는 단계,
    피크 제거 요소를 상기 차이가 0보다 작은 부분들로서 형성하는 단계,
    모노 보상 필터와 사이드 보상 필터에서 피크 제거 요소를 빼서(subtracting) 피크 상쇄(canceling) 모노 보상 필터 및 피크 상쇄 사이드 보상 필터를 형성하는 단계를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는, 음향 영향 보상 방법.
  18. 제1항에 있어서,
    적어도 하나의 응답에서 딥을 제거하는 단계로,
    기준 스무딩 폭(reference smoothing width)으로 응답을 평활화함으로써 기준을 제공하고,
    응답과 기준을 비교하여,
    각각의 주파수에서, 응답과 기준의 최대값을, 딥 제거된 응답으로서 선택함으로써 딥을 제거하는 단계를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는, 음향 영향 보상 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    기준 스무딩 폭은 적어도 2 옥타브인 것을 특징으로 하는, 음향 영향 보상 방법.
  20. 제18항 또는 제19항에 있어서,
    상기 비교하는 단계 이전에, 응답이 기준 스무딩 폭보다 좁은 스무딩 폭을 사용하여 평활화되는 것을 특징으로 하는, 음향 영향 보상 방법.
  21. 삭제
  22. 삭제
  23. 삭제
  24. 삭제
  25. 삭제
  26. 삭제
  27. 삭제
  28. 리스닝 룸에 배치되는 적어도 하나의 좌측 스피커와 우측 스피커(2, 3),
    청취 위치에 배치되는 적어도 하나의 마이크,
    스피커들로부터의 음향 출력에 대해 리스닝 룸이 미치는 음향 영향을 보상하는 신호 처리 시스템(1)으로,
    좌측 스피커에 테스트 신호를 인가하고, 마이크에서 측정되는 신호에 기초하여 파워 평균을 결정하여, 테스트 신호와 파워 평균 사이의 좌측 주파수 응답(LPL)을 결정하고,
    우측 스피커에 테스트 신호를 인가하고, 마이크에서 측정되는 신호에 기초하여 파워 평균을 결정하여, 테스트 신호와 파워 평균 사이의 우측 주파수 응답(LPR)을 결정하며,
    좌측 보상 필터(FL)를 설계하고,
    우측 보상 필터(FR)를 설계하도록 구성되는 신호 처리 시스템(1), 및
    재생하는 동안에, 좌측 채널 입력에 좌측 보상 필터를 적용하고, 우측 채널 입력에 우측 보상 필터를 적용하도록 구성되는 필터링 시스템(4)을 포함하는 오디오 시스템에 있어서,
    신호 처리 시스템(1)에는 청취 위치에서의 시뮬레이션된 타깃 응답을 나타내는 시뮬레이션된 타깃 함수(HT)가 제공되고, 신호 처리 시스템은, 시뮬레이션된 타깃 함수(HT)에 좌측 주파수 응답의 역수를 곱한 것에 기초하여 좌측 필터 전달 함수를 갖도록 좌측 보상 필터(FL)를 설계하고, 시뮬레이션된 타깃 함수(HT)에 우측 주파수 응답의 역수를 곱한 것에 기초하여 우측 필터 전달 함수를 갖도록 우측 보상 필터(FR)를 설계하도록 구성되고,
    3개의 직교하는 벽에 의해 정의되는 모서리에 있는 점 음원(point source)에 의해, 상기 3개의 벽에 의해 제한되는 1/8 구(sphere)로 방출되는 파워를 시뮬레이션하여, 점 음원과 방출된 파워 사이의 전달 함수로서 시뮬레이션된 타깃 함수를 정의함으로써, 시뮬레이션된 타깃 함수가 획득되는 것을 특징으로 하는, 오디오 시스템.
  29. 제28항에 있어서,
    스피커는 지향성 제어형 스피커인 것을 특징으로 하는, 오디오 시스템.
KR1020187009477A 2015-10-08 2015-12-16 스피커 시스템의 능동적 룸 보상 KR102440913B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020227030212A KR102557270B1 (ko) 2015-10-08 2015-12-16 스피커 시스템의 능동적 룸 보상

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DKPA201500619 2015-10-08
DKPA201500619 2015-10-08
PCT/EP2015/079991 WO2017059934A1 (en) 2015-10-08 2015-12-16 Active room compensation in loudspeaker system

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020227030212A Division KR102557270B1 (ko) 2015-10-08 2015-12-16 스피커 시스템의 능동적 룸 보상

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180061215A KR20180061215A (ko) 2018-06-07
KR102440913B1 true KR102440913B1 (ko) 2022-09-06

Family

ID=54979670

Family Applications (3)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020187009476A KR102486346B1 (ko) 2015-10-08 2015-12-16 스피커 시스템의 능동적 룸 보상
KR1020227030212A KR102557270B1 (ko) 2015-10-08 2015-12-16 스피커 시스템의 능동적 룸 보상
KR1020187009477A KR102440913B1 (ko) 2015-10-08 2015-12-16 스피커 시스템의 능동적 룸 보상

Family Applications Before (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020187009476A KR102486346B1 (ko) 2015-10-08 2015-12-16 스피커 시스템의 능동적 룸 보상
KR1020227030212A KR102557270B1 (ko) 2015-10-08 2015-12-16 스피커 시스템의 능동적 룸 보상

Country Status (6)

Country Link
US (3) US10448187B2 (ko)
EP (4) EP3360345B1 (ko)
KR (3) KR102486346B1 (ko)
CN (4) CN111818442B (ko)
DK (2) DK3678386T3 (ko)
WO (2) WO2017059934A1 (ko)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10448187B2 (en) 2015-10-08 2019-10-15 Bang & Olufsen A/S Active room compensation in loudspeaker system
US11051123B1 (en) * 2018-05-28 2021-06-29 B. G. Negev Technologies & Applications Ltd., At Ben-Gurion University Perceptually-transparent estimation of two-channel room transfer function for sound calibration
FI20195726A1 (en) 2019-09-02 2021-03-03 Genelec Oy A system and method for producing complementary sound
CN111479197B (zh) * 2020-04-30 2021-10-01 北京猎户星空科技有限公司 一种音频播放方法、装置、系统、设备及介质
WO2022231338A1 (en) * 2021-04-28 2022-11-03 Samsung Electronics Co., Ltd. A portable receiving device of calibrating device configurations using room geometry and a system including the same

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007076863A1 (en) * 2006-01-03 2007-07-12 Slh Audio A/S Method and system for equalizing a loudspeaker in a room
US20120113224A1 (en) * 2010-11-09 2012-05-10 Andy Nguyen Determining Loudspeaker Layout Using Visual Markers

Family Cites Families (44)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5247579A (en) 1990-12-05 1993-09-21 Digital Voice Systems, Inc. Methods for speech transmission
US6760451B1 (en) * 1993-08-03 2004-07-06 Peter Graham Craven Compensating filters
US5850453A (en) * 1995-07-28 1998-12-15 Srs Labs, Inc. Acoustic correction apparatus
CN1659927A (zh) * 2002-06-12 2005-08-24 伊科泰克公司 房间内扬声器声音的数字均衡方法及其使用
ATE428274T1 (de) 2003-05-06 2009-04-15 Harman Becker Automotive Sys Verarbeitungssystem fur stereo audiosignale
SE527062C2 (sv) 2003-07-21 2005-12-13 Embracing Sound Experience Ab Stereoljudbehandlingsmetod, -anordning och -system
KR20050053139A (ko) * 2003-12-02 2005-06-08 삼성전자주식회사 피크 및 딥 성분을 이용한 음장 보정 방법 및 그 장치
US9008331B2 (en) * 2004-12-30 2015-04-14 Harman International Industries, Incorporated Equalization system to improve the quality of bass sounds within a listening area
EP1696702B1 (en) * 2005-02-28 2015-08-26 Sony Ericsson Mobile Communications AB Portable device with enhanced stereo image
US20090296959A1 (en) 2006-02-07 2009-12-03 Bongiovi Acoustics, Llc Mismatched speaker systems and methods
US8121312B2 (en) * 2006-03-14 2012-02-21 Harman International Industries, Incorporated Wide-band equalization system
US8619998B2 (en) 2006-08-07 2013-12-31 Creative Technology Ltd Spatial audio enhancement processing method and apparatus
WO2008111023A2 (en) * 2007-03-15 2008-09-18 Bang & Olufsen A/S Timbral correction of audio reproduction systems based on measured decay time or reverberation time
US8194874B2 (en) * 2007-05-22 2012-06-05 Polk Audio, Inc. In-room acoustic magnitude response smoothing via summation of correction signals
US7805286B2 (en) 2007-11-30 2010-09-28 Bose Corporation System and method for sound system simulation
EP2899994B1 (en) * 2008-04-21 2019-02-20 Caavo, Inc. An electrical system for a speaker and its control
WO2010054360A1 (en) * 2008-11-10 2010-05-14 Rensselaer Polytechnic Institute Spatially enveloping reverberation in sound fixing, processing, and room-acoustic simulations using coded sequences
JP2010164859A (ja) * 2009-01-16 2010-07-29 Sony Corp オーディオ再生装置、情報再生システム、オーディオ再生方法、およびプログラム
CN102197662B (zh) * 2009-05-18 2014-04-23 哈曼国际工业有限公司 效率优化的音频系统
CA2941646C (en) * 2009-10-05 2019-09-10 Harman International Industries, Incorporated Multichannel audio system having audio channel compensation
JP5606234B2 (ja) 2010-09-13 2014-10-15 キヤノン株式会社 音響装置
US9031268B2 (en) * 2011-05-09 2015-05-12 Dts, Inc. Room characterization and correction for multi-channel audio
DK2563045T3 (da) * 2011-08-23 2014-10-27 Oticon As Fremgangsmåde og et binauralt lyttesystem for at maksimere en bedre øreeffekt
EP2759057A2 (en) * 2011-09-22 2014-07-30 Earsoft Limited Dynamic range control
EP2575378A1 (en) * 2011-09-27 2013-04-03 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Apparatus and method for listening room equalization using a scalable filtering structure in the wave domain
US8811630B2 (en) * 2011-12-21 2014-08-19 Sonos, Inc. Systems, methods, and apparatus to filter audio
US9210525B2 (en) * 2011-12-27 2015-12-08 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Sound field control apparatus and sound field control method
SG11201403493XA (en) * 2012-03-22 2014-07-30 Dirac Res Ab Audio precompensation controller design using a variable set of support loudspeakers
WO2014036085A1 (en) 2012-08-31 2014-03-06 Dolby Laboratories Licensing Corporation Reflected sound rendering for object-based audio
US9826328B2 (en) 2012-08-31 2017-11-21 Dolby Laboratories Licensing Corporation System for rendering and playback of object based audio in various listening environments
US9292476B2 (en) 2012-10-10 2016-03-22 Intel Corporation Fourier transform computation for distributed processing environments
US9036825B2 (en) * 2012-12-11 2015-05-19 Amx Llc Audio signal correction and calibration for a room environment
US9319790B2 (en) 2012-12-26 2016-04-19 Dts Llc Systems and methods of frequency response correction for consumer electronic devices
CN103118323A (zh) * 2012-12-28 2013-05-22 中国科学院声学研究所 基于平面波分解的wfs系统主动房间补偿方法和系统
EP3081014A4 (en) * 2013-12-13 2017-08-09 Ambidio, Inc. Apparatus and method for sound stage enhancement
EP2899997A1 (en) * 2014-01-22 2015-07-29 Thomson Licensing Sound system calibration
CN106031195B (zh) 2014-02-06 2020-04-17 邦&奥夫森公司 用于方向性控制的声音转换器系统、扬声器及其使用方法
US9674633B2 (en) * 2014-05-13 2017-06-06 Crutchfield Corporation Virtual simulation of spatial audio characteristics
US9438195B2 (en) * 2014-05-23 2016-09-06 Apple Inc. Variable equalization
CN104219604B (zh) * 2014-09-28 2017-02-15 三星电子（中国）研发中心 一种扬声器阵列的立体声回放方法
WO2016054098A1 (en) * 2014-09-30 2016-04-07 Nunntawi Dynamics Llc Method for creating a virtual acoustic stereo system with an undistorted acoustic center
WO2016069809A1 (en) * 2014-10-30 2016-05-06 Dolby Laboratories Licensing Corporation Impedance matching filters and equalization for headphone surround rendering
US10448187B2 (en) 2015-10-08 2019-10-15 Bang & Olufsen A/S Active room compensation in loudspeaker system
US10299039B2 (en) * 2017-06-02 2019-05-21 Apple Inc. Audio adaptation to room

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007076863A1 (en) * 2006-01-03 2007-07-12 Slh Audio A/S Method and system for equalizing a loudspeaker in a room
US20120113224A1 (en) * 2010-11-09 2012-05-10 Andy Nguyen Determining Loudspeaker Layout Using Visual Markers

Also Published As

Publication number Publication date
EP3360345A1 (en) 2018-08-15
KR102557270B1 (ko) 2023-07-19
EP3360345B1 (en) 2020-07-08
EP3739903A2 (en) 2020-11-18
US20180343533A1 (en) 2018-11-29
DK3678386T3 (da) 2022-01-10
EP3678386A1 (en) 2020-07-08
WO2017059934A1 (en) 2017-04-13
EP3678386B1 (en) 2021-10-06
DK3360344T3 (da) 2020-08-03
KR102486346B1 (ko) 2023-01-09
KR20220126792A (ko) 2022-09-16
US10448187B2 (en) 2019-10-15
EP3360344B1 (en) 2020-06-03
CN111988727A (zh) 2020-11-24
WO2017059933A1 (en) 2017-04-13
US11190894B2 (en) 2021-11-30
EP3739903A3 (en) 2021-03-03
US10349198B2 (en) 2019-07-09
US20200029163A1 (en) 2020-01-23
CN108432271A (zh) 2018-08-21
CN108432270B (zh) 2021-03-16
CN108432271B (zh) 2021-03-16
CN111818442B (zh) 2022-02-15
KR20180061214A (ko) 2018-06-07
CN111818442A (zh) 2020-10-23
EP3360344A1 (en) 2018-08-15
CN108432270A (zh) 2018-08-21
US20180249272A1 (en) 2018-08-30
KR20180061215A (ko) 2018-06-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11190894B2 (en) Active room compensation in loudspeaker system
JP5617133B2 (ja) 指向性出力信号の生成システムおよび方法
KR101702330B1 (ko) 근거리 및 원거리 음장 동시제어 장치 및 방법
JP6301453B2 (ja) 空間的に選択的なオーディオ再生装置及び方法
GB2519676A (en) Method for optimizing the performance of a loudspeaker to compensate for low frequency room modes
CN108886650B (zh) 用于音频再现的子带空间和串扰消除
CN111971975B (zh) 主动降噪的方法、系统、电子设备和芯片
US10560782B2 (en) Signal processor
JP2023027133A (ja) 相補的に音響出力するシステム及び方法
Celestinos et al. Controlled acoustic bass system (CABS) A method to achieve uniform sound field distribution at low frequencies in rectangular rooms
JP2013543151A (ja) マイクロフォン装置から受信した信号において不要な音を減少させるシステムおよび方法
JP2010217268A (ja) 音源方向知覚が可能な両耳信号を生成する低遅延信号処理装置
CN117119358B (zh) 一种声像偏侧的补偿方法、装置、电子设备及存储设备
Garner et al. A multi-stage filter for separating speech from background noise
Celestinos et al. Applications of a plane wave based room correction system for low frequencies using multiple loudspeakers

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
A107 Divisional application of patent
GRNT Written decision to grant