KR102594086B1 - 다수의 청취자를 위한 사운드 재생 - Google Patents

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KR102594086B1
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하만 베커 오토모티브 시스템즈 게엠베하
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Abstract

사운드 재생은 맞춤화된 오디오 신호로부터, 사운드 필드 위치 제어 신호에 의존하는 위치에서 음향적으로 분리된 사운드 필드를 발생시키는 것, 청취자의 위치를 나타내는 청취 위치 신호 및 청취자의 아이덴티티를 나타내는 청취자 식별 신호를 제공하는 것, 및 청취 위치 신호, 청취자 식별 신호 및 오디오 신호를 프로세싱하는 것을 포함한다. 사운드 재생은 사운드 필드 위치 제어 신호를 통해 사운드 필드의 위치가 청취자의 위치에 있도록 청취 위치 신호에 의존하는 사운드 필드의 위치를 제어하는 것, 및 맞춤화된 오디오 신호를 제공하기 위해 청취자의 아이덴티티에 의존하는 오디오 설정에 따라 오디오 신호를 프로세싱하는 것을 추가로 포함한다.

Description

다수의 청취자를 위한 사운드 재생{SOUND REPRODUCTION FOR A MULTIPLICITY OF LISTENERS}
본 개시는 사운드 재생 시스템 및 방법에 관한 것이다.
청각 장애를 가진 사람은 종종, 예를 들면 그들이 프로그램 자료에서 다이얼로그를 이해할 수 없기 때문에 텔레비전 프로그램 또는 영화의 즐거움을 놓친다. 이들 장애는 보청기를 요구하기에 충분히 유의미할 수 있거나, 또는 그것들은 덜 심각할 수 있으며 단지 나이와 연관된 약간의 청각 손상 또는 청력 손실만을 수반할 수 있다. 청력 손실에 대한 이유에 관계없이, 다른 것과 시간을 공유하는 즐거움은 극적으로 영향을 받을 수 있다. 볼륨을 올리는 것은 동일한 영역에서의 다른 사람을 불편하게 만들 수 있다. 몇몇 개개인은 방에서 다른 사람보다 조용한 청취 경험을 선호할 수 있다. 단일의 개개인을 위해 볼륨을 낮추는 것은 영화를 보는 사람의 나머지에 수용 가능하지 않을 수 있다. 그러므로, 다수의 청취자를 위한 개인화된 사운드 재생이 바람직하다.
사운드 재생 시스템은 맞춤화된 오디오 신호로부터 사운드 필드 위치 제어 신호에 의존하는 위치에서 음향적으로 분리된 사운드 필드를 발생시키도록 구성된 라우드스피커 장치, 및 청취자의 위치를 나타내는 청취 위치 신호 및 상기 청취자의 아이덴티티를 나타내는 청취자 식별 신호를 제공하도록 구성된 청취자 평가 블록을 포함한다. 상기 시스템은 상기 청취 위치 신호, 상기 청취자 식별 신호 및 오디오 신호를 수신 및 프로세싱(처리)하도록 구성된 오디오 제어 블록을 추가로 포함하며; 상기 오디오 제어 블록은 또한 상기 사운드 필드 위치 제어 신호를 통해 상기 사운드 필드의 위치가 상기 청취자의 위치에 있도록 상기 청취 위치 신호에 의존하는 상기 사운드 필드의 위치를 제어하도록, 그리고 상기 맞춤화된 오디오 신호를 제공하기 위해 상기 청취자의 아이덴티티에 의존하는 오디오 설정에 따라 상기 오디오 신호를 프로세싱하도록 구성된다.
사운드 재생 방법은 맞춤화된 오디오 신호로부터 사운드 필드 위치 제어 신호에 의존하는 위치에서 음향적으로 분리된 사운드 필드를 발생시키는 단계, 청취자의 위치를 나타내는 청취 위치 신호 및 상기 청취자의 아이덴티티를 나타내는 청취자 식별 신호를 제공하는 단계, 및 상기 청취 위치 신호, 상기 청취자 식별 신호 및 오디오 신호를 프로세싱하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 상기 사운드 필드 위치 제어 신호를 통해 상기 사운드 필드의 위치가 상기 청취자의 위치에 있도록 상기 청취 위치 신호에 의존하는 상기 사운드 필드의 위치를 제어하는 단계, 및 상기 맞춤화된 오디오 신호를 제공하기 위해 상기 청취자의 아이덴티티에 의존하는 오디오 설정에 따라 상기 오디오 신호를 프로세싱하는 단계를 추가로 포함한다.
다른 시스템, 방법, 특징 및 이점은 다음의 도면 및 상세한 설명의 검사 시 이 기술분야의 숙련자에게 명백하거나 또는 명백하게 될 것이다. 모든 이러한 부가적인 시스템, 방법, 특징 및 이점은 이러한 설명 내에 포함되며 다음의 청구항에 의해 보호된다는 것이 의도된다.
시스템 및 방법은 다음의 도면 및 설명을 참조하여 보다 양호하게 이해될 수 있다. 도면에서의 구성요소는 반드시 일정한 비율로 그려지는 것은 아니며, 대신에 본 발명의 원리를 예시하는데 역점이 두어진다. 게다가, 도면에서, 유사한 참조 부호는 상이한 뷰 전체에 걸쳐 대응하는 부분을 지정한다.
도 1은 4개의 청취 위치 및 이들 위치에 위치된 청취자를 위한 개인화된 사운드 재생을 제공하는 사운드 재생 시스템을 가진 대표적인 청취 환경을 예시한 개략도이다.
도 2는 룸에서의 원하는 위치에 2-차원 음향 사운드 필드를 생성하기 위해 3개의 고차 라우드스피커 어셈블리에 기초한 대표적인 사운드바를 예시한 개략적인 상면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 사운드바를 예시한 개략적인 측면도이다.
도 4는 2개의 청취 위치 및 이들 위치에 위치된 청취자를 위한 개인화된 사운드 재생을 제공하는 사운드 재생 시스템을 가진 또 다른 대표적인 청취 환경을 예시한 개략도이다.
도 5는 매트릭스화를 위해 가중 매트릭스를 이용한 대표적인 모달 빔형성기를 예시한 신호 흐름도이다.
도 6은 매트릭스화를 위해 다중-입력 다중-출력 블록을 이용한 대표적인 모달 빔형성기를 예시한 신호 흐름도이다.
도 7은 제스처 평가 및 선택적 청취 위치 평가를 위한 대표적인 광 검출기를 예시한 개략도이다.
도 8은 다수의 청취자를 위한 개인화된 사운드 재생을 제공하는 대표적인 사운드 재생 방법을 예시한 다이어그램이다.
도 9는 도 1에 도시된 대표적인 청취 환경의 수정을 예시한 개략도이다.
도 10은 대표적인 원거리 음장 마이크로폰 시스템을 예시한 개략도이다.
도 1을 참조하면, 대표적인 사운드 재생 시스템(100)은 예를 들면, 4개의 청취 위치(101 내지 104)에 위치된 개개의 청취자를 위한 라우드니스를 조정하는 이퀄라이제이션 조정, 볼륨 조정, 동적 범위 압축 조정 등 중 하나 이상과 같은 개인화된 사운드 제어 기능을 수행하기 위해 개별적으로 맞춤화된 오디오 빔형성을 사용한다. 다음에서 또한 오디오 설정으로서 불리우는, 이들 조정은 다음에 시스템이 예로서, 룸에 동일한 청취자를 위치시키며, 그/그녀의 맞춤 사운드 필드, 예로서 개별적으로 조정된 오디오를 단지 그/그녀에게 전송하는 사운드 구역을 자동으로 이용할 수 있도록 미래 참조를 위해 "기억된다". 이것은 헤드폰 또는 이어버드의 사용 없이 달성된다. 도 1에 도시된 대표적인 시스템은 4개의 청취 위치(101 내지 104)에서 개개의 라우드니스 조정을 허용하며 맞춤화된 오디오 신호(106)로부터, 라우드스피커 장치(105)로부터 청취 위치(101, 103 및 104)로 향하여지는 사운드 빔일 수 있는, 3개의 음향적으로 분리된 사운드 필드, 예로서 각각 청취 위치(101, 103, 및 104)에서의 사운드 구역(107, 108 및 109), 및 적어도 청취 위치(102)를 포함하는 일반 사운드 구역(110)을 생성하는 라우드스피커 장치(105)를 포함한다. 사운드 구역의 위치(101 내지 104)는 사운드 구역 위치 제어 신호(111)에 의해 조종될 수 있다.
사운드 재생 시스템(100)은 특정한 기능을 수행하기 위한 다양한 블록을 포함할 수 있으며, 여기에서 블록은 하드웨어, 소프트웨어 또는 그것의 조합일 수 있다. 예를 들면, 청취자 평가 블록(112, 113 및 114)은, 전용 사운드 조정을 갖고 청취자당 하나씩, 전용 사운드 조정을 갖고 각각의 청취자의 위치를 나타내는 청취 위치 신호 및 전용 사운드 조정을 위해 지정된 각각의 청취자를 식별하는 청취자 식별 신호를 포함하는 무선 신호(115)를 제공한다. 사운드 재생 시스템(100)은 특정한 청취자가, 예로서 룸 내에 앉아 있는 곳을 결정하는 것을 허용하는 정보를 요구한다. 이것은 룸의 일 측면에서 다른 측면으로 스위핑하는 톤 및 스위핑이 그것들을 지나칠 때를 식별하기 위해 개개의 청취자에 가까운 마이크로폰을 사용함으로써 행해질 수 있다. 이러한 마이크로폰은 무선으로 연결되거나 또는 유선으로 다른 시스템 구성요소에 연결되며 예를 들면, 청취자 상에 또는 그 부근에 배치된 유선 독립형 마이크로폰(도 1에 도시되지 않음), 또는 무선 와이파이(Wi-Fi) 또는 블루투스 연결을 갖고 스마트폰에 통합된 마이크로폰일 수 있다. 16kHz 초과의 주파수를 가진 들리지 않는 톤과 같은, 특정한 톤이 별개의 지향성 사운드 빔(116)을 사용하여 룸을 스위핑함에 따라, 적어도 하나의 마이크로폰은 최대 볼륨이 마이크로폰의 위치에서 획득될 때를 검출하며; 그 시점에서 특정한 청취자가 위치될 수 있다. 여러 청취자는 그들이 그 자신의 명확하게 인지 가능하며 할당 가능한 마이크로폰을 갖는 한 동시에 위치될 수 있다. 도 1에 도시된 대표적인 사운드 재생 시스템에서, 청취자 평가 블록(112, 113 및 114)은 내장된 마이크로폰으로부터 신호를 평가하고, 청취자 식별을 수행하며 무선 연결을 수립할 수 있는 소프트웨어 애플리케이션(앱)과 관련되어 내장된 마이크로폰을 가진 스마트폰에 의해 제공된다. 또 다른 옵션에서, 내장된 마이크로폰을 가진 원격 제어는 개개의 사운드 구역에서 오디오의 개개의 조정의 제어 및 청취자 식별을 제공할 수 있다.
그러나, 실내 위치결정 시스템(IPS)과 같은 임의의 다른 위치결정 시스템이 이용될 수 있다. 실내 위치결정 시스템은 라디오파, 자기장, 음향 신호, 또는 이동 디바이스에 의해 수집된 다른 감각 정보를 사용하여 건물 내에 오브젝트 또는 사람들을 위치시키는 시스템이다. 대표적인 기술은 카메라 기반 검출, 블루투스 위치 서비스, 또는 전역적 위치결정 시스템(GPS) 위치 서비스를 포함한다. 실내 위치결정 시스템은 인근의 앵커 노드(즉, 알려진 위치를 가진 노드, 예로서 와이파이 액세스 포인트)로의 거리 측정, 자기 위치결정, 또는 데드 레코닝(dead reckoning)을 포함한, 상이한 기술을 사용할 수 있다. 그것들은 능동적으로 이동 디바이스 및 태그를 위치시키거나 또는 감지될 디바이스에 대한 주변 위치 또는 환경 콘텍스트를 제공한다. 실내 위치결정 시스템은 광학적, 라디오, 또는 심지어 음향 기술을 포함한 다양한 기술을 이용할 수 있으며, 즉 물리적 애매성에 대처하기 위해 그리고 에러 보상을 가능하게 하기 위해 다른 시스템으로부터의 정보를 부가적으로 프로세싱할 수 있다.
일단 청취자 평가 블록(112, 113 및 114)에 의해 위치되면, 청취자는 그 후 그들의 특정한 선호에 대한 오디오 설정을 구성할 수 있다. 이러한 구성은 수동 제어, 또는 사운드 재생 시스템(100)을 위한 원격 제어를 갖고, 또는 스마트폰, 태블릿 또는 컴퓨터상에서의 애플리케이션을 갖고 행해질 수 있다. 청취자는 또한 그들이 자리잡은 영역을 커버하도록 사운드 빔의 폭을 구성할 수 있다. 구성은 그 후 사운드 재생 시스템(100)에 의해 "기억"되며 사용자의 이름 또는 몇몇 다른 유형의 식별과 연관될 수 있다. 도 1에 도시된 사운드 재생 시스템에서, 대표적인 오디오 제어 블록(117)은 무선 신호(115), 특히 그 안에 포함된 청취 위치 신호 및 청취자 식별 신호, 및 오디오 소스(119)로부터의 오디오 신호(118)를 수신 및 프로세싱하도록 설계된다. 오디오 제어 블록(117)은 그 후 사운드 필드의 위치가 청취자의 위치에 있도록, 그리고 맞춤화된 오디오 신호(106)를 제공하기 위해, 각각이 대응하는 청취자의 아이덴티티에 의존하는, 조정된 오디오 설정에 따라 오디오 신호(118)를 프로세싱하기 위해, 청취 위치 신호에 의존하는 사운드 필드의 위치를 사운드 필드 위치 제어 신호(111)를 통해 제어할 수 있다. 그러나, 청취자(들)를 추적하며 사운드 빔(들)을 재배치하는 대신에, 예로서, 고정 청취 위치에 관련된, 하나 이상의 고정 사운드 빔이 이용될 수 있다. 청취자의 아이덴티티는 청취 위치에 대응할 수 있으며 그로부터 도출될 수 있거나, 또는 임의의 다른 적절한 방식으로 결정될 수 있다.
개개의 오디오 설정에 따라 오디오 신호(118)를 프로세싱하는 것은 제어 가능한 이퀄라이저(120)를 갖고 오디오 신호의 스펙트럼 구성요소 사이에서의 균형을 조정하는 것, 제어 가능한 볼륨 제어(121)를 갖고 오디오 신호의 볼륨을 조정하는 것 및 제어 가능한 동적 범위 압축기(122)를 갖고 오디오 신호(118)의 다이나믹스를 조정하는 것 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이퀄라이제이션은 전자 신호 내에서 주파수 구성요소 사이에서의 균형을 조정하는 프로세스이다. 그러나, 용어("이퀄라이제이션"(EQ))는 종종 실제로 이퀄라이징되지 않은 순 응답을 야기하는, 현실적인 또는 심미적 이유들로 주파수 응답의 조정을 포함하게 된다. 볼륨 제어(VOL)는 사운드 레벨을 미리 결정된 레벨로 조정하기 위해 사용된다. 동적 범위 압축(DRC) 또는 간단히 압축은 오디오 신호의 동적 범위를 협소화하거나 또는 압축함으로써 큰 사운드의 볼륨을 감소시키고 그리고/또는 조용한 사운드를 증폭시키는 신호 프로세싱 동작이다. 예를 들면, 오디오 압축은 조용한 사운드를 영향을 받지 않게 두면서 특정한 임계치 이상인 큰 사운드를 감소시킬 수 있다. 각각 그에 따라 프로세싱된 오디오 신호(118)인, 맞춤화된 오디오 신호(106)는 결과적으로, 사운드 구역(107 내지 110)을 위한 빔 및 사운드 필드(116)인 스위핑 빔을 발생시키기 위해 빔형성된 신호(124)를 라우드스피커 장치(105)에 공급하는 빔형성(BF) 프로세서(123)에 공급된다.
대표적인 오디오 제어 블록(117)은 메모리(M)(126), 무선 트랜시버(WT)(127) 및 빔 스위핑 톤 발생기(BS)(128)에 연결되는 제어 블록(CU)(125)을 추가로 포함할 수 있다. 메모리(126)는 다수의 청취자의 아이덴티티 및 대응하는 오디오 설정을 나타내는 데이터 및 선택적으로, 빔 위치, 빔 폭 등과 같은 빔 설정을 저장한다. 제어 블록(125)은 청취자 식별 신호에 기초하여, 메모리(126)로부터, 오디오 신호(118)를 프로세싱하기 위한 대응하는 오디오 설정을 선택하며 청취 위치 신호에 기초하여, 대응하는 사운드 빔의 방향을 조종한다. 청취 위치 신호 및 청취자 식별 신호는 무선 트랜시버(127)에 의해 무선 신호(115)로부터 발생된다. 빔 스위핑 톤 발생기(128)는 스위핑 빔(116)을 위해 사용되는 신호를 빔형성 프로세서(123)에 제공하며, 또한 제어 블록(125)에 의해 제어된다.
오디오 제어 블록(117)은 카메라(130)에 연결되며 카메라(130)와 관련되어 청취자의 제스처를 인식하며 인식된 제스처에 따라, 오디오 신호(118)를 프로세싱하는 것 및 각각의 사운드 구역, 예로서 대응하는 사운드 빔의 형태 또는 폭을 구성하는 것 중 적어도 하나를 제어하는 것을 허용하는 비디오 프로세서(VP)(129)를 추가로 포함할 수 있다. 카메라(130)는 청취자의 위치, 즉 청취 위치(101 내지 104)를 포함할 수 있는 영역으로 향하여진다. 이러한 인터페이스로부터, 청취자는 사운드 빔을 넓히거나 또는 좁히기 위해 그리고/또는 사운드 빔을 좌측 또는 우측으로 이동시키기 위해 그리고/또는 개개의 구역에서 청취자의 움직임을 동적으로 추적하기 위해 제스처를 사용할 수 있다. 특정한 사운드 빔을 선택하는 것은 사용자가 상기 사운드 빔의 사운드 설정 파라미터를 조정하도록 허용할 것이다. 이러한 인터페이스는 또한 보다 많이 경험한 청취자가 시스템에 익숙하지 않은 또 다른 덜 경험한 청취자에 대한 사운드 빔 및 관련된 사운드 설정을 구성하도록 허용할 수 있다. 부가적으로, 청취자는 다른 주변 잡음을 완전히 가리기 위해 그/그녀의 "사운드 빔" 내에서 볼륨을 증가시키거나, 또는 그/그녀가 그/그녀의 옆에 앉은 누군가와 대화를 하고, 스마트폰 상에서 음성 메일을 청취하는 등을 할 수 있도록 그/그녀의 "사운드 빔"의 볼륨을 감소시킬 수 있을 것이다.
대표적인 사운드 재생 시스템은 룸(131)에 배치될 수 있다. 특정한 청취자가 룸(131)을 떠난다면, 시스템은 대응하는 전용 사운드 빔(예로서, 사운드 빔(107 내지 109) 중 하나)을 비활성화할 수 있으며 보통 사운드 필드(예로서, 사운드 빔(110)에 의해 제공된)는 상기 특정한 좌석을 점유한 다음 청취자가 룸(131)의 나머지 전체에 걸쳐 들리는 것을 듣도록 이러한 청취자의 빔형성 영역을 대신할 것이다. 보통 사운드 필드는 또한 어떤 사운드 구역도 요구되지 않을 때 사용될 수 있다. 특정한 청취자가 룸(131)에 다시 들어갈 때, 대응하는 전용 사운드 빔은 재활성화될 수 있다. 청취자는 프로그램을 즐기는 동안 구성 파라미터를 조정하며, 이들 파라미터를 폐기하거나 또는 그것들을 그것들의 새로운 개인적 디폴트로서 저장하기 위한 옵션을 가진다. 청취자의 구성 정보는 시스템에 의해 저장되며 예로서, 청취자의 사용자 이름 또는 카메라가 이용된다면 얼굴 인식 데이터에 의해 식별될 수 있다. 예를 들면, 이 청취자가 라우드스피커 장치(105)와 연관된 스크린(132) 상에서 영화를 본 다음에, 그/그녀는 그/그녀의 구성을 선택하며 연관된 맞춤화된 사운드 빔을 그/그녀의 현재 좌석 위치에서의 지금 포인트로 즉시 복구할 수 있다. 시스템은 예를 들면, 침입 방지 시스템(IPS) 및 스마트폰 근접성을 통해 그/그녀가 룸(131)에 들어갈 때 청취자를 식별하며, 맞춤화된 구성을 자동으로 로딩할 수 있다.
이미 언급된 바와 같이, 사운드 필드는 빔형성, 예로서 사운드 빔(107 내지 110 및 116)에 의해 발생될 수 있다. 빔형성 또는 공간 필터링은 지향성 신호 송신 또는 수신을 위해 라우드스피커 또는 마이크로폰 어레이에서 사용된 신호 프로세싱 기술이다. 이것은 특정한 각도에서의 신호가 다른 것이 상쇄 간섭을 경험하는 동안 보강 간섭을 경험하도록 하는 방식으로 위상 어레이에 요소를 조합함으로써 달성된다. 전방향 수신/송신과 비교한 개선은 요소의 지향성으로서 알려져 있다.
사운드 필드는 또한 고차 앰비소닉(Ambisonics)으로 불리우는 기술을 가진 사운드 필드 디스크립션을 사용하여 실현될 수 있다. 앰비소닉은 수평면 외에, 청취자 위 및 아래에 있는 사운드 소스를 커버할 수 있는 전-영역(full-sphere) 서라운드 사운드 기술이다. 다른 다채널 서라운드 포맷과 달리, 그것의 송신 채널은 라우드스피커 신호를 운반하지 않는다. 대신에, 그것들은 사운드 필드의 라우드스피커-독립 표현을 포함하며, 이것은 그 후 청취자의 라우드스피커 셋업으로 디코딩된다. 이것은 재생을 위해 사용된 라우드스피커의 레이아웃 및 수에 대해 상당한 정도의 유연성을 청취자에게 제공한다. 앰비소닉은, 높이 및 깊이에 대한 상이한 부가 채널을 부가하는, 미드/사이드(M/S) 스테레오의 3-차원 확장으로서 이해될 수 있다. 1차 앰비소닉에 대해, 결과적인 신호 세트는 B-포맷으로 불리운다. 1차 앰비소닉의 공간 분해능은 매우 낮다. 실제로, 이것은 약간 흐릿한 소스로, 그리고 또한 비교할 수 있게 작은 사용 가능한 청취 영역(또한 스윗 스팟(sweet spot) 또는 스윗 영역으로서 불림)으로 이전한다.
분해능은 증가되며 원하는 사운드 필드(또한 사운드 구역으로서 불림)는 보다 선택적 지향성 구성요소의 그룹을 B-포맷에 부가함으로써 확대될 수 있다. 2차 앰비소닉에 대해, 이것들은 더 이상 종래의 마이크로폰 폴라 패턴에 대응하지 않으며, 예로서 클로버 잎처럼 보인다. 결과적인 신호 세트는 그 후 2차, 3차, 또는 총괄하여 고차 앰비소닉(higher-order Ambisonics; HOA)으로 불리운다. 그러나, HOA 기술의 공통 애플리케이션은 2-차원(2D) 및 3-차원(3D) 사운드 필드가 프로세싱되는지에 의존하여, 특정 공간 구성을 요구하며 사운드 필드가 측정(인코딩/코딩)되거나 또는 재생(디코딩)되더라도: 2D 사운드 필드의 프로세싱은 원통형 구성을 요구하며 3D 사운드 필드의 프로세싱은 구형 구성을 요구하고, 각각은 특정한 차수를 실현하기 위해 필요한 센서의 수를 가능한 낮게 유지하기 위해, 마이크로폰 또는 라우드스피커의 규칙적 또는 유사-규칙적 분포를 갖는다.
도 2 및 도 3은 여기에서, 예를 들면, 수평 선형 어레이(여기에서 고차 사운드바로서 불림)에 배열된, 3개(또는, 적절하다면, 단지 두 개)의 가깝게 이격된 조종 가능한 (고차) 라우드스피커 어셈블리(201, 202, 203)를 포함하는 사운드 재생 시스템(200)을 예시한다. 전방향 지향성 특성, 쌍극자 지향성 특성 및/또는 임의의 고차 폴라 응답을 가진 라우드스피커 어셈블리는 여기에서 또한 고차 라우드스피커로서 불리운다. 각각의 고차 라우드스피커(201, 202, 203)는 이하에서 추가로 개괄된 바와 같이 조정 가능한, 제어 가능한 또는 조종 가능한 지향성 특성(폴라 응답)을 가진다. 각각의 고차 라우드스피커(201, 202, 203)는 하위-차수 라우드스피커(예로서, 전-방향 라우드스피커)의 수평 원형 어레이를 포함할 수 있다. 예를 들면, 원형 어레이는 각각, 예를 들면, 4개의 하위-차수 라우드스피커(211 내지 214, 221 내지 224, 231 내지 234)(공통 라우드스피커와 같은, 그리고 따라서 또한 라우드스피커로서 불림)를 포함할 수 있으며, 4개의 하위-차수 라우드스피커(211 내지 214, 221 내지 224, 231 내지 234) 각각은 이 예에서 방사 평면에서 4개의 수직 방향 중 하나로 향하여진다. 고차 라우드스피커(201, 202, 203)의 어레이는 선택적 베이스 판(204) 상에 배치될 수 있으며 (예로서, 평면 스크린 텔레비전 세트를 운반하기 위해) 최상부에 선택적 최상부 판(301)을 가질 수 있다. 대안적으로, 4개의 하위-차수 라우드스피커 대신에, 고차 라우드스피커 어셈블리마다 단지 3개의 하위-차수 라우드스피커만이 앰비소닉 기술을 사용하여 1차의 2-차원 고차 라우드스피커를 생성하기 위해 이용될 수 있다.
앰비소닉 기술 대신에 다중-입력 다중-출력 기술의 대안적인 사용은 단지 두 개의 하위-차수 라우드스피커를 갖고서도 1차의 2-차원 고차 라우드스피커를 생성하는 것을 허용한다. 다른 옵션은 앰비소닉 기술을 사용하여 구형(예로서, 총 5개의, 플라토닉 몸체를 처음 나타내는, 4면의 4개의 면들의 중심에 장착됨) 상에 규칙적으로 분포되는 4개의 하위-차수 라우드스피커를 갖고 그리고 다중-입력 다중-출력 기술을 사용하여 구형 상에 규칙적으로 분포되는 4개의 하위-차수 라우드스피커를 갖고 3-차원 고차 라우드스피커의 생성을 포함한다. 더욱이, 고차 라우드스피커 어셈블리는 직선에서가 아닌, 예로서 서로로부터 대수적으로 변화하는 거리에서 임의의 곡선상에 또는 룸에서 완전히 임의의, 3-차원 배열로 배열될 수 있다.
4개의 하위-차수 라우드스피커(211 내지 214, 221 내지 224, 231 내지 234)는 실질적으로 동일한 크기이며 주변 전방 표면, 및 중공의, 원통형 몸체 및 단부 폐쇄를 가진 엔클로저를 가질 수 있다. 원통형 몸체 및 단부 폐쇄는 공기에 영향을 받지 않는 재료로 이루어질 수 있다. 원통형 몸체는 그 안에 개구를 포함할 수 있다. 개구는 하위-차수 라우드스피커(211 내지 214, 221 내지 224, 231 내지 234)의 주변 전방 표면과 부합하며, 중심 축을 갖도록 사이징되고 성형될 수 있다. 개구의 중심 축은 하나의 방사 평면에 포함될 수 있으며, 인접한 축 사이에서의 각도는 동일할 수 있다. 하위-차수 라우드스피커(211 내지 214, 221 내지 224, 231 내지 234)는 개구에 배치될 수 있으며 원통형 몸체에 밀봉하여 고정될 수 있다. 그러나, 부가적인 라우드스피커는 하나 이상의 이러한 방사 평면에, 예로서 상기 설명된 방사 평면 위 및/또는 아래에 있는 하나 이상의 부가적인 평면에 배치될 수 있다. 선택적으로, 하위-차수 라우드스피커(211 내지 214, 221 내지 224, 231 내지 234)는 각각 특정한 고차 라우드스피커 어셈블리의 하위-차수 라우드스피커 사이에서 임의의 음향 상호작용을 감소시키거나 또는 심지어 방지하기 위해 별개의, 음향적으로 폐쇄된 볼륨(215 내지 218, 225 내지 228, 235 내지 238)에서 동작될 수 있다. 뿐만 아니라, 하위-차수 라우드스피커(211 내지 214, 221 내지 224, 231 내지 234)는 각각 덴트, 구멍, 리세스 등에 배열될 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 이에 제한되지 않지만 혼(horn), 역 혹, 음향 렌즈 등과 같은 도파로 구조가 하위-차수 라우드스피커(211 내지 214, 221 내지 224, 231 내지 234)의 앞에 배열될 수 있다.
제어 블록(240)은 조종 정보(247)에 따라 앰비소닉 신호(244, 245, 246)를 프로세싱하기 위해, 그리고 적어도 하나의 음향 사운드 필드가 적어도 조종 정보에 의존하는 하나의 위치에서 발생되도록 앰비소닉 신호(244, 245, 246)에 기초하여 고차 라우드스피커(201, 202, 203)를 구동하며 조종하기 위해 예로서, 3개의 앰비소닉 신호(244, 245, 246)를 수신한다. 제어 블록(240)은 하위-차수 라우드스피커(211 내지 214, 221 내지 224, 231 내지 234)를 구동하는 빔형성기 블록(241, 242, 243)을 포함한다. 빔형성기 블록의 예는 이하에서 추가로 설명된다.
도 4는 홈 엔터테인먼트에서 가상 사운드 소스를 실현하기 위해 고차 라우드스피커의 수평 선형 어레이(또한 수평 고차 사운드바 또는 단지 고차 사운드바로서 불림)를 사용하는 방법에 대한 가능성을 묘사한다. 예를 들면, 이러한 선형 어레이는 예로서, 홈 시네마에서 흔히 사용된 레이아웃, 5.1 서라운드 사운드의 전방 채널을 재생하기 위해 텔레비전(TV) 세트 하에 배치될 수 있다. 5.1 사운드 시스템의 전방 채널은 전방 좌측(Lf) 채널, 전방 우측(Rf) 채널 및 중심(C) 채널을 포함한다. 수평 고차 사운드바 대신에 TV 세트 밑에 단일 고차 라우드스피커를 배열하는 것은 C 채널이 TV 세트의 전방으로 그리고 Lf 및 Rf 채널이 그것의 측면으로 향하게 될 수 있으며, 따라서 Lf 및 Rf 채널이 TV 세트의 앞에 앉아 있는 (스윗 스팟 또는 스윗 영역에) 청취자로 직접뿐만 아니라 측면 벽을 통해 간접적으로 전달되어, 다수의 알려지지 않은 파라미터에 의존하는 전달 경로를 구성하며, 따라서 거의 제어될 없음을 의미할 것이다. 그러므로, 재생될 적어도 두 개의 채널을 가진 다-채널 시스템에서, 수평 라인으로 배열되는 (적어도) 두 개의 고차 라우드스피커를 가진 고차 사운드바는 스윗 영역, 즉 청취자가 있어야 하는 영역으로 직접, 전방 채널, 예로서 Lf 및 Rf 채널을 직접 전달하는 것을 허용한다.
더욱이, 중심 채널, 예로서 C 채널은 2개의 고차 라우드스피커에 의해 스윗 영역에서 재생될 수 있다. 대안적으로, 두 개의 고차 라우드스피커 사이에 배치된, 제3 고차 라우드스피커는 개별적으로 Lf 및 Rf 채널 및 C 채널을 스윗 영역으로 향하게 하기 위해 사용될 수 있다. 3개의 고차 라우드스피커를 갖고 각각의 채널이 별개의 블록에 의해 재생되므로, 스윗 영역에서 청취자의 공간 사운드 인상이 추가로 개선될 수 있다. 더욱이, 고차 사운드바에 부가된 각각의 부가적인 고차 라우드스피커를 갖고, 보다 많은 확산 사운드 인상이 실현될 수 있으며 예로서 효과 채널과 같은 추가 채널이 고차 사운드바의 후방 측면으로부터 방사될 수 있으며, 이것은 본 예에서 TV 세트의 후방 측면에서 예로서 효과 채널에 의해 제공된 사운드가 확산되는 후방 벽으로 간다.
하위-차수 라우드스피커가 일렬로 배열되는 공통 사운드바와 대조적으로, 고차 사운드바는 예로서, 측면 및 후방 상에서, 지향성 사운드 소스의 위치 결정을 위한 보다 많은 옵션을 제공하며, 따라서 거실과 같은 공통 청취 환경에서, 공간 방향으로부터 거의 독립되는 지향성 특성이 고차 사운드바를 갖고 달성될 수 있다. 예를 들면, 70cm의 거리에 걸쳐 일렬로 같은 거리에 분포된 14개의 하위-차수 라우드스피커를 가진 공통 사이드 바는 단지 전방 방향으로부터 최대±90°(도)의 영역에서 가상 사운드 소스를 생성할 수 있는 반면, 고차 사운드바는 ±180°의 영역에서 가상 사운드 소스를 허용한다.
도 4는 3개의 고차 라우드스피커(410, 411, 422)를 포함한 고차 사운드바를 가진 대표적인 셋-업을 예시한다. 하나 이상의 오디오 신호(402)를 수신하며 도 2에 도시된 제어 블록(240)과 같은 제어 블록을 포함하는 오디오 제어 블록(401)은 타겟 룸(413), 예로서 공통 거실에서 3개의 고차 라우드스피커(410, 411, 422)를 구동한다. 스윗 스팟(414)에서 마이크로폰 어레이에 의해 표현된 청취 위치(스윗 스팟, 스윗 영역)에서, 적어도 하나의 원하는 가상 소스의 사운드 필드가 그 후 생성될 수 있다. 타겟 룸(413)에서, 추가 고차 라우드스피커, 예로서 좌측 서라운드(Ls) 채널을 위한 고차 라우드스피커(424), 저 주파수 효과(Sub) 채널을 위한 하위-차수 서브-우퍼(423), 및 우측 서라운드(Rs) 채널을 위한 고차 라우드스피커(412)가 배열된다. 타겟 룸(413)은 그것이 불균형한 구성에서 좌측 벽에 창문(417) 및 프랑스식 도어(418)를 그리고 우측 벽에 도어(419)를 포함하기 때문에 음향적으로 매우 불리하다. 더욱이, 소파(421)는 우측 벽에 배치되며 대략 타겟 룸(413)의 중심으로 연장되고 테이블(420)은 소파(421)의 앞에 배열된다.
텔레비전 세트(416)는 전방 벽에(예로서, 고차 사운드바 위에) 그리고 소파(421)의 가시선에 배열된다. 전방 좌측(Lf) 채널 고차 라우드스피커(410) 및 전방 우측(Rf) 채널 고차 라우드스피커(411)는 텔레비전 세트(416)의 좌측 및 우측 코너 아래에 배열되며 중심(C) 고차 라우드스피커(422)는 텔레비전 세트(416)의 중간 아래에 배열된다. 저 주파수 효과(Sub) 채널 라우드스피커(423)는 전방 벽 및 우측 벽 사이에서의 코너에 배치된다. 좌측 서라운드(Ls) 채널 고차 라우드스피커(424) 및 우측 서라운드(Rs) 채널 고차 라우드스피커(412)를 포함한, 후방 벽 상에서의 라우드스피커 배열은 전방 좌측(Lf) 채널 라우드스피커(410), 전방 우측(Rs) 채널 라우드스피커(411), 및 저 주파수 효과(Sub) 채널 라우드스피커(423)를 포함한 전방 벽 상에서의 라우드스피커 배열과 동일한 중심 라인을 공유하지 않는다. 대표적인 스윗 영역(414)은 앞에 테이블(420) 및 텔레비전 세트(416)를 갖고 소파(421) 상에 있을 수 있다. 보여질 수 있는 바와 같이, 도 4에 도시된 라우드스피커 셋업은 원통형 또는 구형 베이스 구성에 기초하지 않으며 어떤 규칙적인 분포도 이용하지 않는다. 도 4에 도시된 대표적인 셋업에서, 스윗 영역(414 및 425)은 이들 스윗 영역(414 및 425)에서 사전 설정된 개개의 음향 인상을 허용하기 위해 사운드바로부터 직접 사운드 빔을 수신할 수 있다.
추가 (고차) 라우드스피커가 예로서, 스윗 영역 뒤에서 그리고 후방 벽 앞에서, 또는 사운드바의 레벨 위의 어딘가(도시되지 않음)에서, 서라운드 채널(Ls 및 Rs)을 위해 사용된다면, 서라운드 인상은 추가로 강화될 수 있다. 더욱이, (하위-차수) 라우드스피커의 수가 상당히 감소될 수 있다는 것이 발견되었다. 예를 들면, 스윗 영역을 둘러싼 4차의 5개의 가상 소스를 갖고, 사운드 필드는 스윗 영역을 둘러싼 45개의 하위-차수 라우드스피커를 갖고 달성된 것들과 유사하게 근사될 수 있거나, 또는 도 4에 도시된 대표적인 환경에서, 총 12개의 하위-차수 라우드스피커로부터 구축되는, 3개의 고차 라우드스피커를 가진 고차 사운드바는 2개의 사운드바의 비교 가능한 치수에서 일렬로 14개의 하위-차수 라우드스피커를 가진 공통 사운드바를 갖는 것보다 더 양호한 공간 사운드 인상을 보인다.
사운드바의 고차 라우드스피커(및 다른 고차 라우드스피커)의 각각에 대해, 도 5 또는 도 6에 묘사된 바와 같은 빔형성기 블록(500 또는 600)(예로서, 도 2 및 도 3에서의 빔형성기(241, 242, 243)로서 적용 가능한)이 이용될 수 있다. 도 5에 도시된 빔형성 블록(500)은 또한 입력 신호(x(n)) 또는 앰비소닉 신호(
Figure 112016129481680-pat00001
)로서 불리우는, N(앰비소닉) 입력 신호(502)에 의존하는 Q개의 라우드스피커(501)(또는 각각이 트위터, 중간-주파수 범위 라우드스피커 및/또는 우퍼와 같은 다수의 라우드스피커를 가진 Q개의 라우드스피커의 그룹)를 가진 라우드스피커 어셈블리를 제어하며, 여기에서 2차원에 대해, N은 N2D = (2M+1)이며, 3차원에 대해, N3D = (M+1)2이다. 빔형성 블록(500)은 모달 가중 서브-블록(503), 동적 파-필드 조작 서브-블록(505), 규칙화 서브-블록(509) 및 매트릭스화 서브-블록(507)을 추가로 포함할 수 있다. 모달 가중 서브-블록(503)은, 또한
Figure 112016129481680-pat00002
로서 불리우는, N개의 가중 앰비소닉 신호(504)를 전달하기 위해 N개의 구형 고조파(
Figure 112016129481680-pat00003
)에 기초하여, 원하는 빔 패턴, 즉 방사 패턴(
Figure 112016129481680-pat00004
)을 제공하기 위해 모달 가중 계수, 즉 모달 가중 서브-블록(503)에서의 필터 계수(C0(ω), C1(ω) ... CN(ω))를 갖고 가중되는 입력 신호(502)([x(n)])를 공급받는다. 가중된 앰비소닉 신호(504)는 예로서, 원하는 빔 패턴(
Figure 112016129481680-pat00005
)을 원하는 위치(
Figure 112016129481680-pat00006
)로 회전시키기 위해, N×1 가중 계수를 사용하여 동적 파-필드 조작 서브-블록(505)에 의해 변환된다. 따라서 또한
Figure 112016129481680-pat00007
로서 불리우는, N개의 수정된(예로서, 회전된, 포커싱된 그리고/또는 줌된) 및 가중된 앰비소닉 신호(506)는 동적 파-필드 조작 서브-블록(505)에 의해 출력된다.
N개의 수정된 그리고 가중된 앰비소닉 신호(506)는 그 후 규칙화 서브-블록(509)으로 입력되며, 이것은 예로서, 주어진 백색-잡음-이득(WNG) 임계치가 언더컷되는 것을 방지하는 재생 디바이스 고차-라우드스피커(HOL)의 민감성을 고려하기 위해 규칙화된 방사 이퀄라이징 필터(
Figure 112016129481680-pat00008
)를 포함한다. 규칙화 서브-블록(509)의 출력 신호(510)(
Figure 112016129481680-pat00009
)은 그 후, 예로서, Q개의 하위-차수 라우드스피커가 규칙적인 방식으로 고차 라우드스피커의 몸체에서 배열된다면
Figure 112016129481680-pat00010
로 간소화하는, 유사-역원 Y+ = (YTY)- 1YT에 의해, 도 5에 도시된 바와 같이 N×Q 가중 매트릭스를 사용하여 매트릭스화 서브-블록(507)에 의해 Q개의 라우드스피커 신호(508)([y1(n),..., yQ(n)])로 변환된다. 대안적으로, Q개의 라우드스피커 신호(508)는 도 6에 도시된 바와 같이 N×Q 필터 매트릭스를 사용하여 다중-입력 다중-출력 서브-블록(601)에 의해 N개의 규칙화되고, 수정되며 가중된 앰비소닉 신호(510)로부터 발생될 수 있다. 도 5 및 도 6에 도시된 시스템은 고차 앰비소닉과 같은 사운드 필드 디스크립션을 사용하여 2-차원 또는 3-차원 오디오를 실현하기 위해 이용될 수 있다.
간단한 앰비소닉 패너(panner)(또는 디코더)의 예는 입력 신호, 예로서 소스 신호(S) 및 두 개의 파라미터, 수평각(θ) 및 앙각(φ)을 취한다. 그것은 대응하는 앰비소닉 신호(
Figure 112016129481680-pat00011
)에 대한 상이한 이득을 갖고 앰비소닉 구성요소에 걸쳐 신호를 분배함으로써 원하는 각도에서 소스를 위치시킨다:
Figure 112016129481680-pat00012
Figure 112016129481680-pat00013
Figure 112016129481680-pat00014
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전방향이면, W 채널은, 청취 각도에 관계없이, 항상 동일한 신호를 전달한다. 그것이 다른 채널과 거의 동일한 평균 에너지를 가질 수 있도록, W는 w만큼, 즉, 약 3 dB만큼(정확하게, 2의 제곱근으로 나눈) 감소된다. X, Y, Z에 대한 용어는 8자 모양의 폴라 패턴을 생성할 수 있다. 각도(θ 및 φ(x,y,z))에서 그것들의 원하는 가중 값들을 취하며, 대응하는 앰비소닉 신호(X, Y, Z)와 결과를 곱하면, 출력 합계는, 가중 값(x, y 및 z)의 계산 시 이용된, 방위각(θ) 및 앙각(φ)에 의해 제공된 원하는 방향을 이제 나타내며, w만큼 가중된, W 구성요소에 대처할 수 있는 에너지 함량을 가진 8자 모양 방사 패턴으로 끝난다. B-포맷 구성요소는 임의의 1차 폴라 패턴(전방향, 카디오이드, 하이퍼카디오이드, 8자 모양 또는 그 사이에서의 어떤 것)에 대처하며 임의의 3-차원 방향으로 가리킬 수 있는 가상 방사 패턴을 도출하기 위해 조합될 수 있다. 상이한 파라미터를 가진 여러 개의 이러한 빔 패턴은 일치하는 스테레오 쌍 또는 서라운드 어레이를 생성하기 위해 동시에 도출될 수 있다. 도 5 및 도 6에 도시된 것과 같은 빔형성기 블록을 포함하여, 도 2 내지 도 4와 관련되어 상기 설명된 것들과 같은 고차 라우드스피커 또는 라우드스피커 어셈블리는, 기본 기능을 중첩시킴으로써 임의의 원하는 지향성 특성, 즉 구형 고조파를 근사하는 것을 허용한다.
매트릭스화 블록(601)은 방사 패턴이 원하는 구형 고조파에 가능한 가깝게 근사되도록 고차 라우드스피커의 출력 신호에 대한 조정을 제공하는 다중-입력 다중-출력 시스템으로서 구현될 수 있다. 여러 개의 고차 라우드스피커를 이용한 룸에서의 특정한 위치 또는 영역에서 원하는 사운드 필드를 발생시키기 위해, 그것은 적응화 프로세스에서 이용된 개개의 고차 라우드스피커의 모달 가중들(
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)만을 적응시키기 위해, 즉 파 도메인에서 직접 적응화를 실행하기 위해 충분할 수 있다. 사운드 필드(파 필드) 도메인에서의 이러한 적응화 때문에, 이러한 프로세스는 파-도메인 적응형 필터링(WDAF)으로 불리운다. WDAF는 또한 알려진 주파수-도메인 적응형 필터링(FDAF)의 알려진 효율적인 시공적 일반화이다. 사운드 필드의 수학적 토대의 통합을 통해, WDAF는 고도로 교차-상관된 광대역 입력 신호를 가진 수동형 다중-입력 다중-출력 시스템에서도 적합하다. 파 도메인 적응형 필터링을 갖고, 고차 라우드스피커의 지향성 특성은 스윗 영역(들)에서의 개개의 사운드 빔의 중첩이 원하는 사운드 필드를 근사시키도록 적응적으로 결정된다.
고차 사운드바 및 가능하게는, 다른 (고차) 라우드스피커를 포함하는, 라우드스피커 셋-업의 스윗 영역의 특정 룸 조건 및 특정 요건에 사운드바에 의해 재생된 사운드를 조정하거나 또는 (유일하게 또는 영구적으로) 적응시키기 위해, 사운드 필드는 측정되며 수량화될 필요가 있다. 이것은 예로서, 3차원에서 사운드 필드를 결정하기 위해 고차 앰비소닉 시스템을 형성하거나, 또는 보다 적은 마이크로폰을 요구하는, 2차원에서, 많은 경우에 충분할 수 있는, 주어진 사운드 필드를 디코딩할 수 있는 신호 프로세싱 블록 및 마이크로폰의 어레이(마이크로폰 어레이)에 의해 성취될 수 있다. 2-차원 사운드 필드의 측정을 위해, S개의 마이크로폰이 M차까지 사운드 필드를 측정하기 위해 요구되며, 여기에서 S ≥ 2M+1. 반대로, 3-차원 사운드 필드에 대해, S ≥ (2M+1)2개의 마이크로폰이 요구된다. 더욱이, 많은 경우에, 그것은 원형 라인 상에 (같은 거리에) 마이크로폰을 배치하기에 충분하다. 마이크로폰은 단단한 또는 개방 구형 또는 원통형 상에 배치될 수 있으며, 요구된다면 앰비소닉 디코더와 관련되어 동작될 수 있다. 대안적인 예에서, 스윗 스팟(414)에서의 마이크로폰 어레이는 고차 라우드스피커(도시되지 않음) 중 하나에 통합될 수 있다. 스윗 스팟(414)에서의 마이크로폰 어레이와 유사한 마이크로폰 어레이는 스윗 스팟(425)에서 배치될 수 있다. 스윗 스팟(414 및 425)에서의 마이크로폰 또는 마이크로폰 어레이는 스윗 스팟(414 및 425)에 청취자를 위치시키기 위해 사용될 수 있다.
도 1에 도시된 카메라(130)와 같은 카메라는 청취자의 제스처를 인식할 뿐만 아니라 청취자의 위치를 검출하며 고차 라우드스피커의 방향을 조종함으로써 사운드 구역을 재배치하도록 작용할 수 있다. 대표적인 광 검출기가 도 7에 도시된다. 도시된 바와 같이, 렌즈(702)를 가진 카메라(701)는 반구체(703)의 곡선의, 미러링된 표면을 나타내는 렌즈(702)를 가진 미러링된 반구체(703) 위에서(또는 아래에서) 적절한 거리에 배치될 수 있으며, 수평면에서 360°뷰(704)를 제공할 수 있다. 예를 들면, 이러한 검출기가, 예로서 룸의 천장에, 장착될 때, 청취자의 위치는 룸에서의 어딘가에서 발견될 수 있다. 대안적으로, 미러링된 반구체(703)가 생략될 수 있도록 수평면에서 360°뷰를 또한 제공하는 (렌즈(702)로서) 소위 어안 렌즈가 사용될 수 있다.
도 8은 음향적으로 분리된 사운드 필드가 사운드 필드 위치 제어 신호에 의존하는 위치에서 맞춤화된 오디오 신호로부터 발생되는 대표적인 사운드 재생 방법을 묘사한다(절차 801). 청취자의 위치를 나타내는 청취 위치 신호 및 청취자의 아이덴티티를 나타내는 청취자 식별 신호가 제공된다(절차 802). 청취 위치 신호, 청취 식별 신호 및 오디오 신호는 사운드 필드의 위치가 청취자의 위치에 있도록 사운드 필드 위치 제어 신호를 통해 청취 위치 신호에 의존하는 사운드 필드의 위치를 제어하기 위해(절차 804), 그리고 맞춤화된 오디오 신호를 제공하기 위해 청취자의 아이덴티티에 의존하는 오디오 설정에 따라 오디오 신호를 프로세싱하기 위해(절차 805) 맞춤화된 오디오 신호를 제공하도록 프로세싱된다(절차 803).
상기 설명된 기술은 예로서, 개개의 청취자에 대한 특정한 주파수의 라우드니스를 조정하는 (기본) 사운드 설정 기능을 수행하기 위해 개별적으로 맞춤화된 오디오 빔형성을 사용한다. 이들 조정은 개개인이 앉은 다음에 시스템이 룸에 상기 사람을 위치시키며 조정된 오디오를 단지 상기 청취자에게 전송하는 그것들의 맞춤화된 "사운드 빔"을 자동으로 이용하도록 미래 참조를 위해 "기억"될 것이다. 이것은 모두 헤드폰 또는 이어버드의 사용 없이 달성될 수 있다.
예로서, 그 각각이 다용도 지향성을 갖는, 고차 라우드스피커의 어레이(예로서, 고차 사운드바의 형태로)를 사용함으로써, 임의의 사운드 필드가, 홈 오디오 시스템이 통상적으로 설치되는 거실과 같은 반사 장소에서도, 근사될 수 있다. 이것은 고차 라우드스피커의 사용 덕분에, 다용도 지향성이 생성될 수 있기 때문에 가능하며, 어떤 반사 표면도 존재하지 않는 방향에서만 사운드를 방사하거나, 또는 이것들이 근사될 원하는, 포위 사운드 필드의 생성에 긍정적으로 기여하는 것으로 나타난다면 특정한 반사를 의도적으로 이용한다. 따라서, 타겟 룸(예로서, 거실에서의 카우치에서의 특정한 영역) 내에서의 원하는 위치에서 원하는 사운드 필드의 근사는, 예로서, 또한 시간 또는 스펙트럼 도메인에서뿐만 아니라, 소위 파-도메인에서도 동작할 수 있는, 다중-FXLMS 필터링된 입력 최소 평균 제곱(다중-FXLMS) 알고리즘에 의해 제공된, 적응적 다중-입력 다중-출력(MIMO) 시스템과 같은, 적응적 방법을 사용함으로써 달성될 수 있다.
파 도메인 적응형 필터(WDAF)를 이용하는 것은, 이것이 원하는 사운드 필드의 근사에서 매우 양호한 결과를 약속하므로, 특히 관심 있다. WDAF는 레코딩 디바이스가 특정한 요건을 이행한다면 사용될 수 있다. 예를 들면, 표면에서 규칙적으로 또는 준-규칙적으로 분포된 마이크로폰을 구비한, 원형(2D에 대해) 또는 구형 마이크로폰 어레이(3D)는 사운드 필드가 재생되어야 하는 원하는 순서에 의존하여, 그에 따라 선택되어야 하는 각각 재생된 최소 수의 마이크로폰을 가진, 사운드 필드를 레코딩하기 위해 사용될 수 있다. 그러나, 빔형성 필터가 예로서, MIMO 시스템을 사용하여 산출된다면, 상이한 형태 및 마이크로폰 분포를 가진 임의의 마이크로폰 어레이는 사운드 필드를 측정하기 위해 또한 사용될 수 있어서, 레코딩 디바이스에 높은 유연성을 이끈다. 레코딩 디바이스는 완전한 새로운 음향 시스템의 메인 블록에 통합될 수 있다. 따라서, 그것은 이미 언급된 레코딩 태스크를 위해서 뿐만 아니라, 예로서 음향 시스템의 스피치 제어가 볼륨, 타이틀의 스위칭 등을 구두로 제어할 수 있게 하는 것과 같은, 다른 요구된 목적을 위해 사용될 수 있다. 더욱이, 마이크로폰 어레이가 부착되는 메인 블록은 또한 독립형 디바이스로서, 예로서 디바이스에 대한 청취자의 상대적 위치에 의존하여 음향을 조정하기 위한 능력을 가진 휴대용 음악 디바이스로서 또는 원격 회의 허브로서 사용될 수 있으며, 이것은 단지 비디오 카메라가 또한 메인 블록에 통합된다면 가능하다.
조정 가능한, 제어 가능한 또는 조종 가능한 지향성 특성을 가진 라우드스피커 장치는 적어도 두 개의 동일한 또는 유사한 라우드스피커를 포함하며, 이것은 하나, 둘 이상의 라우드스피커 어셈블리, 예로서 두 개의 라우드스피커를 가진 하나의 라우드스피커 어셈블리 또는 각각 하나의 라우드스피커를 가진 두 개의 라우드스피커 어셈블리에 배열될 수 있다. 라우드스피커 어셈블리는 예로서, 룸에서, 디스플레이(들) 주위에서의 어딘가에 분포될 수 있다. 고차 라우드스피커의 어레이의 도움으로, 동일한 품질이지만, 보통의 라우드스피커와 비교하여 보다 적은 디바이스를 사용하여 사운드 필드를 생성하는 것이 가능하다. 고차 라우드스피커의 어레이는 실제, 예로서 반사 환경에서 임의의 사운드 필드를 생성하기 위해 사용될 수 있다.
도 9를 참조하면, 도 1에 도시된 시스템은 카메라(130)에 대한 대안으로서(또는 그 외에), 예로서, 라우드스피커 장치(105)에 위치되며 음향 도착-방향(DOA)을 검출할 수 있는 마이크로폰 어레이(901)를 사용하기 위해 변경될 수 있다. 라우드스피커 장치(105)는 다수의 지향성 마이크로폰을 가질 수 있으며 그리고/또는 (마이크로폰) 빔형성 기능을 포함할 수 있다. 스마트폰(112, 113 및 114)은 마이크로폰 어레이(901)에 의해 픽업되는 들을 수 없는 톤(902, 903 및 904)을 전송할 수 있는 라우드스피커를 가질 수 있다. 마이크로폰 어레이(901)는 원거리 음장 마이크로폰 시스템의 부분일 수 있으며 도 1에 도시된 무선 트랜시버(127)를 대신하는, DOA 프로세싱 블록(905)과 관련되어, 톤이 발생하는 방향을 식별한다. 톤은 특정한 스마트폰과 연관된 청취자를 식별하는 것을 허용하는 정보를 추가로 포함할 수 있다. 예를 들면, 톤의 상이한 주파수는 상이한 청취자와 연관될 수 있다. 스마트폰 대신에, 그에 따라 적응된 원격 제어 블록이 또한 사용될 수 있다. 더욱이, 톤은 또한 대응하는 사운드 설정을 변경하기 위한 지시 또는 연관된 청취자의 특정 사운드 설정에 대한 정보를 포함할 수 있다. 스피치 인식 블록(906)과 결합된다면, 마이크로폰 어레이(901)는 청취자가 청취 위치 중 하나에 말한다면 개개의 청취자 또는 청취 위치를 검출하는 것을 허용한다. 그에 의해, 상이한 키워드, 예로서 사용자의 이름을 이용한다면, 개별적으로 조정된 오디오가 룸(131) 내에서의 임의의 사운드 구역에서 이용 가능하다. 스피치 인식은 대응하는 사운드 설정을 변경하기 위해 추가로 이용될 수 있다.
도 10을 참조하면, 도 9에 도시된 시스템에서 적용 가능한 대표적인 원거리 음장 마이크로폰 시스템에서, 대응하는 신호가 원거리 음장 마이크로폰 시스템의 M개의 마이크로폰(1011)에 의해 픽업되기 전에, 원하는 사운드 소스(1007)로부터의 사운드는 하나의 라우드스피커 또는 복수의 라우드스피커를 통해 방사되고, 룸을 통해 이동하며, 여기에서 그것은 대응하는 룸 임펄스 응답(RIR들)(1001)을 갖고 필터링되며 결국 잡음에 의해 변질될 수 있다. 도 10에 도시된 원거리 음장 마이크로폰 시스템은 음향 에코 소거(AEC) 블록(1002), 후속 고정 빔형성기(FB) 블록(1003), 후속 빔 조종 블록(1004), 후속 적응형 차단 필터(ABF) 블록(1005), 후속 적응형 간섭 소거기 블록(1006), 및 후속 적응형 포스트 필터 블록(1010)을 추가로 포함한다. 도 10으로부터 보여질 수 있는 바와 같이, RIR(h1, ..., hM)에 의해 필터링되며, 결국 잡음에 의해 오버레이된, N개의 소스 신호는 AEC 블록(1002)으로의 입력으로서 작용한다. 고정 DS 빔형성기 블록(1003)의 출력 신호는 빔 조종(BS) 블록(1004)으로의 입력(bi(n))으로서 작용하며, 여기에서 i = 1, 2, ... B. 고정 빔형성기 블록(1003)으로부터의 각각의 신호는 상이한 룸 방향으로부터 취해지며 상이한 SNR 레벨을 가질 수 있다.
BS 블록(1004)은 포지티브 빔으로서 불리우는, 최상/최고 전류 SNR 값을 가진 룸 방향을 가리키는 고정 빔형성기 블록(1003)의 신호를 나타내는 출력 신호(b(n)), 및 네거티브 빔으로서 불리우는, 최악/최저 SNR 값을 가진 고정 빔형성기 블록(1003)의 현재 신호를 나타내는 신호(bn(n))를 전달한다. 이들 두 개의 신호(b(n) 및 bn(n))에 기초하여, 적응형 차단 필터(ABF) 블록(1005)은 이상적으로 단지 전류 잡음 신호만을 포함하지만, 더 이상 유용한 신호 부분을 포함하지 않는 출력 신호(e(n))를 산출한다. 표현("적응형 차단 필터")은 적응적 방식으로, 네거티브 빔(bn(n))의 신호에 여전히 포함된 유용한 신호 부분을 차단하기 위한 그것의 목적에서 온다. 출력 신호(e(n))는 선택적으로, 지연(D) 라인(1008)에 의해, 포지티브 빔을 나타내는 지연 신호(b(n-γ))와 함께, 구조적 관점으로부터, 또한 감산기 블록(1009)을 포함한, AIC 블록(1006)에 들어간다. 이들 두 개의 입력 신호(e(n) 및 b(n-γ))에 기초하여, AIC 블록(1006)은 한편으로, 연속 적응형 포스트 필터(PF) 블록(1010)으로의 입력 신호로서 동작하며 다른 한편으로 또한 AIC 블록(1006)으로 다시 공급되는 출력 신호를 발생시켜서, 그에 의해 또한 AIC 블록(1006)을 이용하는, 적응화 프로세스를 위한 에러 신호로서 동작한다. 이러한 적응화 프로세스의 목적은 지연된, 포지티브 빔 신호로부터 감산된다면, 그로부터, 주로 고조파 잡음 신호를 감소시키는 신호를 발생시키는 것이다. 또한, AIC 블록(1006)은 또한 감산기 블록(1009)의 출력 신호로부터 주로 통계적 잡음 구성요소를 제거하기 위해 설계되는 적응형 PF 블록(1010)에 대한 시변 필터 계수를 또한 발생시키며 결국 총 출력 신호(y(n))를 발생시킨다.
실시예의 설명은 예시 및 설명의 목적을 위해 제공되었다. 실시예에 대한 적절한 수정 및 변형은 상기 설명을 고려하여 수행될 수 있다. 설명된 어셈블리, 시스템 및 방법은 사실상 대표적이며, 부가적인 요소 또는 단계를 포함하고 그리고/또는 요소 또는 단계를 생략할 수 있다. 본 출원에서 사용된 바와 같이, 단수형으로 나열되며 단수로 계속된 요소 또는 단계는 이러한 제외가 서술되지 않는다면, 복수의 상기 요소 또는 단계를 제외하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 더욱이, 본 개시의 "일 실시예" 또는 "일례"에 대한 참조는 또한 나열된 특징을 통합하는 부가적인 실시예의 존재를 제외하는 것으로 해석되도록 의도되지 않는다. 용어 "제1, 제2" 및 제3" 등은 단지 라벨로서 사용되며, 그것들의 대상체 상에 수치 요건 또는 특정한 위치 순서를 부여하도록 의도되지 않는다. 신호 흐름도는 시스템, 방법 또는 예로서, 하드웨어, 소프트웨어 또는 그것의 조합으로서, 실현의 유형에 의존하는 방법을 구현하는 소프트웨어를 설명할 수 있다. 블록은 하드웨어, 소프트웨어 또는 그것의 조합으로서 구현될 수 있다.

Claims (15)

  1. 사운드 재생 시스템에 있어서, 상기 사운드 재생 시스템은,
    사운드 필드 위치 제어 신호에 의존하는 위치에서, 맞춤화된 오디오 신호(customized audio signal)로부터 음향 분리된(acoustically isolated) 사운드 필드를 발생시키도록 구성된 라우드스피커 장치;
    청취자의 위치를 나타내는 청취 위치 신호 및 상기 청취자의 아이덴티티를 나타내는 청취자 식별 신호를 제공하도록 구성된 청취자 평가 블록; 및
    상기 청취 위치 신호, 상기 청취자 식별 신호 및 오디오 신호를 수신 및 처리하도록 구성된 오디오 제어 블록으로서, 상기 오디오 제어 블록은 또한 상기 사운드 필드 위치 제어 신호를 통해, 상기 사운드 필드의 위치가 상기 청취자의 위치에 있도록 상기 청취 위치 신호에 의존하는 상기 사운드 필드의 위치를 제어하며, 상기 맞춤화된 오디오 신호를 제공하기 위해 상기 청취자의 아이덴티티에 의존하는 오디오 설정에 따라 상기 오디오 신호를 처리하여 상기 맞춤화된 오디오 신호를 제공하도록 구성된, 오디오 제어 블록; 및
    상기 청취자의 위치에 배치된 마이크로폰 장치를 포함하고,
    상기 라우드스피커 장치는 상기 청취자의 위치를 포함한 영역을 스위핑하는 사운드 빔을 발생시키도록 구성되고;
    상기 청취자 평가 블록은 상기 마이크로폰 장치에 무선으로 연결되거나 또는 유선으로 연결되며;
    상기 마이크로폰 장치는 상기 청취자의 위치를 스위핑할 때 상기 사운드 빔을 픽업하며 대응하는 마이크로폰 신호를 제공하도록 구성되고;
    상기 청취자 평가 블록은 또한 상기 청취 위치 신호를 제공하기 위해 상기 마이크로폰 신호 및 대응하는 빔 위치를 평가하도록 구성되는, 사운드 재생 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 오디오 설정에 따라 상기 오디오 신호를 처리하는 것은 상기 오디오 신호의 스펙트럼 구성요소 사이에서의 균형(balance)을 조정하는 것, 상기 오디오 신호의 볼륨을 조정하는 것 및 상기 오디오 신호의 다이나믹스를 조정하는 것 중 적어도 하나를 포함하는, 사운드 재생 시스템.
  3. 삭제
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 마이크로폰 장치는 또한 특정 청취자의 아이덴티티에 대응하는 마이크로폰 식별 신호를 제공하고;
    상기 청취자 평가 블록은 또한 상기 마이크로폰 식별 신호로부터 상기 특정 청취자를 식별하며 상기 대응하는 청취자 식별 신호를 발생시키도록 구성되는, 사운드 재생 시스템.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 다수의 청취자의 아이덴티티 및 대응하는 오디오 설정을 나타내는 데이터를 저장하도록 구성된 메모리를 더 포함하며, 상기 오디오 제어 블록은 또한 상기 청취자 식별 신호에 기초하여, 상기 오디오 신호를 처리하기 위한 상기 대응하는 오디오 설정을 선택하도록 구성되는, 사운드 재생 시스템.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 어떤 알려진 청취자도 식별되지 않는다면 이용되는 디폴트 오디오 설정 및 디폴트 사운드 구역을 더 포함하는, 사운드 재생 시스템.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 오디오 제어 블록에 연결되며 상기 청취자의 위치를 포함한 영역으로 향해진 카메라를 더 포함하되, 상기 오디오 제어 블록은 상기 카메라를 통해 상기 청취자의 제스처를 인식하며 상기 인식된 제스처에 따라 상기 오디오 신호를 처리하는 것 및 사운드 구역을 구성하는 것 중 적어도 하나를 제어하도록 구성되는, 사운드 재생 시스템.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 다수의 마이크로폰을 가진 마이크로폰 어레이를 더 포함하고,
    상기 마이크로폰 어레이는 상기 청취자의 위치로부터 사운드를 픽업하며 대응하는 마이크로폰 신호를 제공하도록 구성되고;
    상기 청취자 평가 블록은 상기 마이크로폰 어레이에 연결되며, 상기 청취자 평가 블록은 상기 청취 위치의 방향을 평가하기 위해 상기 마이크로폰 신호를 평가하도록 구성되는, 사운드 재생 시스템.
  9. 사운드 재생 방법으로서,
    맞춤화된 오디오 신호로부터, 사운드 필드 위치 제어 신호에 의존하는 위치에서, 음향 분리된 사운드 필드를 발생시키고;
    청취자의 위치를 나타내는 청취 위치 신호 및 상기 청취자의 아이덴티티를 나타내는 청취자 식별 신호를 제공하고;
    상기 청취 위치 신호, 상기 청취자 식별 신호 및 오디오 신호를 처리하고;
    상기 사운드 필드 위치 제어 신호를 통해, 상기 사운드 필드의 위치가 상기 청취자의 위치에 있도록 상기 청취 위치 신호에 의존하는 상기 사운드 필드의 위치를 제어하고,
    상기 맞춤화된 오디오 신호를 제공하기 위해, 상기 청취자의 아이덴티티에 의존하는 오디오 설정에 따라 상기 오디오 신호를 처리하여 상기 맞춤화된 오디오 신호를 제공하고,
    상기 청취자의 위치를 포함한 영역을 스위핑하는 사운드 빔을 발생시키고,
    상기 청취자의 위치를 스위핑할 때 상기 사운드 빔을 픽업하여 대응하는 마이크로폰 신호를 신호를 제공하고,
    상기 청취 위치 신호를 제공하기 위해 상기 마이크로폰 신호 및 대응하는 빔 위치를 평가하는 것을 특징으로 하는, 사운드 재생 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 오디오 설정에 따라 상기 오디오 신호를 처리하는 것은, 상기 오디오 신호의 스펙트럼 구성요소 사이에서의 균형을 조정하는 것, 상기 오디오 신호의 볼륨을 조정하는 것 및 상기 오디오 신호의 다이나믹스를 조정하는 것 중 적어도 하나를 포함하는, 사운드 재생 방법.
  11. 삭제
  12. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    특정 청취자의 아이덴티티에 대응하는 마이크로폰 식별 신호를 상기 마이크로 신호와 함께 제공하고,
    상기 마이크로폰 식별 신호로부터 상기 특정 청취자를 식별하며,
    상기 대응하는 청취자 식별 신호를 발생시키는 것을 더 포함하는, 사운드 재생 방법.
  13. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    다수의 청취자의 아이덴티티 및 대응하는 오디오 설정을 나타내는 데이터를 저장하고,
    상기 청취자 식별 신호에 기초하여, 상기 오디오 신호를 처리하기 위한 상기 대응하는 오디오 설정을 선택하는 것을 더 포함하는, 사운드 재생 방법.
  14. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    상기 청취자의 위치로부터 사운드를 픽업하고 대응하는 마이크로폰 신호를 제공하며,
    상기 청취 위치의 방향을 평가하기 위해 상기 마이크로폰 신호를 평가하는 것을 더 포함하는, 사운드 재생 방법.
  15. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    상기 청취자의 위치를 포함한 영역으로 향해진 카메라로 상기 청취자의 제스처를 인식하고,
    상기 인식된 제스처에 따라, 상기 오디오 신호를 처리하는 것 및 상기 사운드 필드를 구성하는 것 중 적어도 하나를 제어하는 것을 더 포함하는, 사운드 재생 방법.
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