KR20000039747A - 입체 음향 재생 시스템을 위한 크로스톡 제거 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 입체 음향 재생 시스템을 위한 크로스톡 제거 방법에 관한 것이다.

본 발명은 머리 전달 함수 데이터베이스로부터 표준 반경에 있는 각 스피커 위치에서 청자까지의 머리 전달 함수를 이용하여 단순화된 단일 입출력 역지연 함수를 구성하는 단계와, 상기 단일 입출력 역지연 함수로부터 다중 입출력 역지연 함수를 구성하여 여러 스피커 위치 조합에 대해 역지연 함수 데이터베이스를 구성하는 단계와, 스피커, 청자 위치 입력기로부터 스피커-청자간 각도 정보와 거리 정보를 분리하는 단계와, 상기 분리된 각도 정보로부터 역지연 함수를 불러오고, 상기 거리 정보로부터 거리 정보 행렬을 구성한 후 이의 역행렬을 구하는 단계와, 상기 역지연 함수와 거리 정보 행렬의 역행렬을 이용하여 크로스톡 제거기를 구성하는 단계와, 상기 크로스톡 제거기로 입력된 입체 음향 또는 스테레오 음향을 다중의 스피커 시스템과 스피커-청자 전달계를 통해 청자에게 전달하는 단계를 포함하여 이루어진다.

본 발명에 의하면 청취자에게 보다 현장감 및 몰입감을 증대시킬 수 있다.

Description

입체 음향 재생 시스템을 위한 크로스톡 제거 방법

본 발명은 스피커를 이용한 음향 재생 방법에 관한 것으로, 특히 HRTF를 기반으로 하여 스피커가 청취자로부터 표준 반경에 위치하였을 때 크로스톡(cross talk) 제거기를 데이터베이스화 하여 일반적인 거리에 위치하였을 경우에도 실시간으로 적용할 수 있는 입체 음향 재생 시스템을 위한 크로스톡 제거 방법에 관한 것이다.

헤드폰을 위해 만들어진 입체 음향 또는 스테레오 음향은 두 개 또는 그 이상의 스피커를 통해서 재생되면 스피커들과 청취자의 위치에 따라서, 또한 스피커들과 청취자가 처한 음장의 특성에 따라서 청취자가 두 귀를 통해 듣게 되는 소리는 원음과 매우 달라질 수 있다. 그것은 2개의 스피커 재생 예에서 오른쪽 스피커에서 나온 소리가 오른쪽 귀로만 전달되지 않고 왼쪽으로도 전달되며, 마찬가지로 왼쪽 스피커에서 나온 소리가 왼쪽 귀로만 전달되지 않고 오른쪽 귀로도 전달되기 때문이다. 이러한 크로스톡(cross talk) 현상은 원래의 입체 음향 또는 스테레오음을 스피커로 내보내기 전에 적당히 처리함으로써 약화시키거나 제거할 수 있다.

종래의 크로스톡 제거기 구성 방법은 단순한 게인 조정을 통한 스테레오 강화 기법이거나, 단순한 지연 및 이득 보상기에 머무르는 경우도 있었으며, 디지털 신호 처리를 이용하는 최근의 방법들도 스피커 위치와 청자의 위치가 정해지면 거기에 알맞은 크로스톡 제거기를 구성하지만, 조금이라도 스피커나 청자의 위치가 변하면 다시 갱신해주어야 하였다. 또한 문제는 적응 필터 기법을 이용하여도 제거기 구성에 상당한 계산 시간이 걸리게 된다는 것이다.

본 발명은 스테레오음 또는 입체 음향을 한 조의 스피커를 통해 재생할 때 좌우의 스피커 소리가 혼합되어 청자에게 들림으로써 일어나는 크로스톡 문제를 효과적으로 제거하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 머리 전달 함수 데이터베이스로부터 단순화된 단일 입출력 역지연 함수를 구성하는 단계와, 상기 단일 입출력 역지연 함수로부터 다중 입출력 역지연 함수를 구성하여 여러 스피커 위치 조합에 대해 역지연 함수 데이터베이스를 구성하는 단계와, 스피커, 청자 위치 입력기로부터 스피커-청자간 각도 정보와 거리 정보를 분리하는 단계와, 상기 분리된 각도 정보로부터 역지연 함수를 불러오고, 상기 거리 정보로부터 거리 정보 행렬을 구성한 후 이의 역행렬을 구하는 단계와, 상기 역지연 함수와 거리 정보 행렬의 역행렬을 이용하여 크로스톡 제거기를 구성하는 단계와, 상기 크로스톡 제거기로 입력된 입체 음향 또는 스테레오 음향을 다중의 스피커 시스템과 스피커-청자 전달계를 통해 청자에게 전달하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 입체 음향 재생 시스템을 위한 크로스톡 제거 방법의 일 실시 예를 설명하기 위한 블록도.

도 2는 입체 음향 재생 시스템을 위한 크로스톡 제거 방법중에서 2입력 2출력 시스템의 일 실시 예를 설명하기 위한 구성도.

도 3은 크로스톡 제거기가 성공적으로 작동하였을 경우 도 2의 스테레오음-청자간 전달 함수가 스피커를 통과한 지연이 되는 것을 보여주는 도면.

도 4 및 도 5는 재생 시스템의 물리적인 전달 경로를 도시한 도면.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

11 : 입체 음향/스테레오 음향 12 : 역지연 함수 구성

13 : 크로스톡 제거기 구성 14 : 다중 스피커 출력 시스템

15 : 청자 16 : 스피커, 청자 위치 정보 입력기

17 : 역지연 함수 DB 18 : 머리 전달 함수 DB

19 : 크로스톡 제거기 20 : 스피커-청자 전달 함수

본 발명에서는 두 개 이상의 스피커와 청취자간의 상대적인 위치가 주어졌을 때 효과적으로 크로스톡 제거기를 생성해주는 방법을 제시한다. 제시된 방법은 HRTF를 기반으로 스피커가 청취자로부터 표준 반경에 위치하였을 때의 크로스톡 제거기를 데이터베이스화하여 일반적인 거리에 위치하였을 경우에도 실시간으로 확장 적용할 수 있게 하였다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 입체 음향 재생 시스템을 위한 크로스톡 제거 방법의 일 실시 예를 설명하기 위한 블록도이다.

머리 전달 함수 데이터베이스(18)로부터 표준 반경에 있는 각 스피커 위치에서 청자(15)까지의 머리 전달 함수를 이용하여 단순화된 단일 입출력 역지연 함수 Q₀(z)를 구성한 후 다중 입출력 역지연 함수 C(z)를 구성(12)하여 여러 스피커 위치 조합에 대해 역지연 함수 데이터베이스(17)를 구성한다. 이러한 방법을 통한 데이터베이스의 구축은 실시간 또는 비실시간적으로 행해진다. 역지연 함수 데이터베이스(17)를 이용하여 일반 반경에서의 스피커 위치에 대한 실시간 크로스톡 제거기(19)의 구성 방법은 다음과 같다. 스피커, 청자 위치 입력기(16)로부터 스피커-청자간 각도 정보와 거리 정보를 분리하여 각도 정보로부터는 역지연 함수(17)를 불러오고, 거리 정보로부터는 거리 정보 행렬 M(z)를 구성, 이의 역행렬을 구한다. 불러온 역지연 함수와 M(z)의 역행렬을 이용하여 크로스톡 제거기 Q(z)(19)를 구성한다. 이러한 크로스톡 제거기는 기 생성된 입체 음향 또는 스테레오 음향(11)을 입력으로 하여 다중의 스피커 시스템(14)과 스피커-청자 전달계(20)를 거쳐 청자(15)에게 전달하게 하므로써 원 입체 음향 또는 스테레오음의 변질을 최소화하여 청자에게 전달한다.

도 2는 입체 음향 시스템을 위한 크로스톡 제거 방법 기술중에서 2입력 2출력 시스템의 일 실시 예를 설명하기 위한 구성도이다.

크로스톡 제거기 Q(z)는 디지털 신호화된 원 스테레오 음향 신호와 스피커 구동 신호 사이에 위치하게 되며, 2입력 2출력 시스템이 된다. 크로스톡 제거기를 통과한 두 신호는 역시 2입력 2출력 시스템인 스피커-청자간 전달 함수 H(z)를 통해서 청자의 양쪽 귀까지 도달하게 된다. 결국 크로스톡 제거기가 목표하는 것은 제거기 Q(z)와 재생계 H(z)의 곱이 항등함수 I가 되게 하는 것으로 볼 수 있다. 그러나 이 경우 Q(z)가 실시간 구현이 불가능한 형태로 나타나므로 H(z)Q(z)가 적당한 지연시스템 z^-dI가 되도록 Q(z)를 만든다. 즉, 크로스톡 제거기 Q(z)의 형태는 H(z)의 역지연(Delayed-inverse)이 된다.

도 3은 크로스톡 제거기가 성공적으로 작동하였을 경우 도 2의 스테레오음-청자간 전달 함수가 스피커를 통과하여 지연되는 것을 보여주고 있다.

도 4 및 도 5는 재생 시스템의 물리적인 전달 경로를 도시하고 있다.

도 4과 같이 표준 반경 r₀위에 두 스피커가 청자의 정면 방향으로부터 θ₁과 θ₂의 각도로 놓여있다고 가정하면 다음과 같이 4개의 스피커-청자간 전달함수를 정의할 수 있다.

H_L(θ₁, z) : 스피커 1과 좌측 귀 사이의 HRTF

H_R(θ₁, z) : 스피커 1과 우측 귀 사이의 HRTF

H_L(θ₂, z) : 스피커 2와 좌측 귀 사이의 HRTF

H_R(θ₂, z) : 스피커 2와 우측 귀 사이의 HRTF

그러면 도 5에서와 같이 일반 위치 r₁, r₂거리에 있는 스피커와 청자간 전달함수는 머리 전달 함수로만 표현된 부분과 r₀에 대한 거리 변화를 표현하는 부분의 곱으로 표현된다. 거리에 관련된 함수는 역함수를 구하기 쉬운 형태이므로 머리 전달 함수로 표현된 부분의 역지연 함수를 구한다. 이러한 역지연 함수를 여러 경우의 스피커 위치 조합에 대하여 구하고 데이터베이스화한다.

사용자가 스피커의 위치와 청자의 위치를 주면 표준 반경의 스피커 위치에 대한 데이터베이스와 이득 및 거리 보정 행렬을 이용하여 크로스톡 제거기를 즉각 구성한다. 이때 이득 및 거리 보정 행렬은 거리 관련 함수의 역행렬이 된다.

이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정하고 있는 것은 아니다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 스피커를 통한 스테레오음 또는 입체 음향 재생시 크로스톡 제거기를 효과적으로 구성할 수 있도록 함으로써 청취자에게 보다 현장감 및 몰입감을 증대시킬 수 있다.

Claims (2)

1. 머리 전달 함수 데이터베이스로부터 단순화된 단일 입출력 역지연 함수를 구성하는 단계와,

   상기 단일 입출력 역지연 함수로부터 다중 입출력 역지연 함수를 구성하여 여러 스피커 위치 조합에 대해 역지연 함수 데이터베이스를 구성하는 단계와,

   스피커, 청자 위치 입력기로부터 스피커-청자간 각도 정보와 거리 정보를 분리하는 단계와,

   상기 분리된 각도 정보로부터 역지연 함수를 불러오고, 상기 거리 정보로부터 거리 정보 행렬을 구성한 후 이의 역행렬을 구하는 단계와,

   상기 역지연 함수와 거리 정보 행렬의 역행렬을 이용하여 크로스톡 제거기를 구성하는 단계와,

   상기 크로스톡 제거기로 입력된 입체 음향 또는 스테레오 음향을 다중의 스피커 시스템과 스피커-청자 전달계를 통해 청자에게 전달하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 입체 음향 재생 시스템을 위한 크로스톡 제거 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 단일 입출력 역지연 함수는 표준 반경에 있는 각 스피커 위치에서 청자까지의 머리 전달 함수를 이용하여 구성하는 것을 특징으로 하는 입체 음향 재생 시스템을 위한 크로스톡 제거 방법.