KR20010033931A - 사운드 이미지 정위 처리 장치 - Google Patents

사운드 이미지 정위 처리 장치 Download PDF

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Abstract

서라운드 레프트 신호가 입력되고, 또한 제1 지연기(11) 및 제1 사운드 이미지 정위 필터(12)로 이루어지는 제1 처리 회로(10), 서라운드 라이트 신호가 입력되고, 또한 제2 지연기(21) 및 제2 사운드 이미지 정위 필터(22)로 이루어지는 제2 처리 회로(20), 서라운드 레프트 신호와 제2 처리 회로(20)의 출력 신호를 가산하여, 청취자의 전방에 설치되는 좌측 스피커에 대한 음성 신호로서 출력하는 가산기(1), 및 서라운드 라이트 신호와 제1 처리 회로(10)의 출력 신호를 가산하여, 청취자의 전방에 설치되는 우측 스피커에 대한 음성 신호로서 출력하는 가산기(2)를 포함하고 있다.

Description

사운드 이미지 정위 처리 장치{SOUND IMAGE LOCALIZING DEVICE}
도 6은 종래의 사운드 이미지 정위 처리 회로를 나타내고 있다.
입력 단자 P1에 입력된 서라운드 레프트 신호 SL은 제1 사운드 이미지 정위 필터(101) 및 제2 사운드 이미지 정위 필터(102)로 보내지고, 각 필터(101, 102)의 필터 계수에 따른 필터 처리가 행해진다.
입력 단자 P2에 입력된 서라운드 라이트 신호 SR은 제3 사운드 이미지 정위 필터(103) 및 제4 사운드 이미지 정위 필터(104)로 보내지고, 각 필터(103, 104)의 필터 계수에 따른 필터 처리가 행해진다. 제1 사운드 이미지 정위 필터(101)의 특성과 제4 사운드 이미지 정위 필터(104)의 특성과는 동일하며, 제2 사운드 이미지 정위 필터(102)의 특성과 제3 사운드 이미지 정위 필터(103)의 특성과는 동일하다.
제1 사운드 이미지 정위 필터(101)의 출력과 제3 사운드 이미지 정위 필터(103)의 출력은, 가산기(111)에서 가산된 후, LOUT로서 출력된다. 이 출력 LOUT는 청취자의 우측 전방에 설치된 좌측 스피커로 보내진다.
제2 사운드 이미지 정위 필터(102)의 출력과 제4 사운드 이미지 정위 필터(104)의 출력은 가산기(112)에서 가산된 후, ROUT로서 출력된다. 이 출력 ROUT는 청취자의 우측 전방에 설치된 우측 스피커로 보내진다.
각 사운드 이미지 정위 필터는 이하에 나타내는 머리부 전달 함수에 의해 구해진다. 각 사운드 이미지 정위 필터로서는, 통상 수백 탭의 FIR(Finite Impulse Response) 디지털 필터가 이용된다.
머리부 전달 함수를 이용한 사운드 이미지 정위 필터의 산출 방법에 대해 설명한다.
도 7에 도시한 바와 같이, 청취자(100)의 전방의 좌우에 배치한 실 스피커 L, R의 각각으로부터, 청취자(100)의 좌우의 각 귀까지의 전달 경로별의 전달 함수를 각각 HLL, HLR, HRL, HRR로 한다. 또한, 음을 정위시키고 싶은 가상 음원 위치 P로부터 청취자(100)의 좌우의 각 귀까지의 전달 함수를 WL, WR로 한다. 이들 전달 함수는 전부 주파수축 상에서의 기술(記述)이다.
실 스피커 L, R로부터 음성이 출력되고 있는데도 불구하고, 마치 가상 음원 위치로부터 음성이 출력되고 있는 것처럼 청취자에게 들리도록 하기 위해서는, 입력 신호를 X, 실 스피커 L, R로부터의 출력 신호를 LOUT, ROUT로 하면, 다음의 수학식 1이 성립될 필요가 있다.
따라서, 실 스피커 L, R로부터 출력되는 신호 LOUT, ROUT는 다음의 수학식 2와 같이 구해진다.
또한, 청취자로부터 보아 좌우 대칭으로 실 스피커 L, R이 설치되어 있다고 가정하면, 좌우 대칭의 전달 함수가 동일해지기 때문에, 다음의 수학식 3, 4가 성립된다. 이들 동일한 전달 함수를 HTHR, HCRS로 둔다.
따라서, 상기 수학식 2는 다음의 수학식 5와 같이 바꿔 쓸 수 있다.
수학식 5에 있어서의 H1H2를 시간 축으로 변환한 필터로서, 수백탭의 FIR 디지털 필터를 사용한다.
도 6에 있어서의 제1 사운드 이미지 정위 필터(101) 및 제4 사운드 이미지 정위 필터(104)의 주파수 특성이 수학식 5의 중의 H1에 있어서, 제2 사운드 이미지 정위 필터(102) 및 제3 사운드 이미지 정위 필터(103)의 주파수 특성이 수학식 5 중의 H2に해당한다.
FIR 디지털 필터는 일반적으로 DSP(Digital Signal Processor) 등의 디지털 처리 장치에서 실현한다. 예를 들면 이 처리에 DSP를 이용한 경우, 그것에 필요한 처리 스텝수는, FIR 디지털 필터의 탭수와 거의 동일하다. 따라서, 전체적인 처리량으로서는, FIR 디지털 필터가 4개 있기 때문에, FIR 디지털 필터의 탭수의 4배의 처리가 필요하게 된다.
즉, 디지털 신호 처리 장치에 1000 이상의 처리 스텝을 요구하게 된다. 또한, 이러한 산출법으로 구한 FIR 디지털 필터는, 통상 복잡한 주파수 특성을 갖고 있으며, 이 때문에, 당연히, FIR 디지털 필터 처리된 신호도 피크디프가 심한 특성이 되기 때문에 부자연스럽고 위화감이 있는 음으로 된다. 또, 일례로서, 사운드 이미지 정위에 이용하는 FIR 디지털 필터의 주파수 특성예를 도 8에 도시한다.
도 9는 상기 도 6에 도시한 사운드 이미지 정위 처리 기술을 이용하여, Dolby Digital이나 MPEG 등의 멀티 채널 오디오 신호를 2채널만으로 재생하는 회로를 나타내고 있다. 도 9에 있어서, 도 6과 동일한 것에는 동일 부호를 붙이고 있다.
센터 신호 C에 대하여 승산기(121)에서 -3㏈의 게인 조정을 한 신호에, 가산기(113)에 의해 레프트 신호 L을 가산함과 함께, 가산기(114)에 의해 라이트 신호 R을 가산한다.
가산기(113)의 출력과, 도 6에서 설명한 가산기(111)의 출력을, 가산기(115)에 의해 가산하여 좌측 스피커로의 출력 LOUT으로 한다. 또한, 가산기(114)의 출력과, 도 6에서 설명한 가산기(112)의 출력을 가산기(116)에 의해 가산하여 우측 스피커로의 출력 ROUT로 한다.
이러한 회로에 있어서도, 처리량의 대부분이 서라운드 신호의 사운드 이미지 정위용의 FIR 디지털 필터의 처리이며, DSP에 큰 부담을 주게 된다. 또한, 머리부 전달 함수에 의해 구한 FIR 디지털 필터를 이용하고 있기 때문에, 음색이 부자연스럽게 된다고 하는 문제가 있다.
본 발명은 처리량의 저감화를 도모할 수 있음과 함께, 보다 자연스러운 음색이 얻어지는 서라운드 신호에 대한 사운드 이미지 정위 처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 2채널 스테레오의 서라운드 신호를 서라운드 스피커를 사용하지 않고서, 청취자의 전방에 설치되는 2개의 스피커를 이용하여, 마치 서라운드 스피커로부터 출력된 것처럼 청취자에게 느끼게 하기 위한 사운드 이미지 정위 처리 장치에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예인 사운드 이미지 정위 처리 회로를 나타내는 회로도.
도 2는 사운드 이미지 정위 필터로서, 2차 IIR 디지털 필터를 2개 직렬로 연결한 구성의 것을 이용한 경우에 있어서, 2차 IIR 디지털 필터의 특성의 예를 나타내는 그래프.
도 3은 도 1에 도시한 사운드 이미지 정위 처리 기술을 이용하여, Dolby Digital이나 MPEG 등의 멀티 채널 오디오 신호를 2채널만으로 재생하는 회로를 나타내는 회로도.
도 4는 본 발명의 제2 실시예인 사운드 이미지 정위 처리 회로를 나타내는 회로도.
도 5는 도 4에 도시한 사운드 이미지 정위 처리 기술을 이용하여, Dolby Digital이나 MPEG 등의 멀티 채널 오디오 신호를 2채널만으로 재생하는 회로를 나타내는 회로도.
도 6은 종래의 사운드 이미지 정위 처리 회로를 나타내는 회로도.
도 7은 머리부 전달 함수를 이용한 사운드 이미지 정위 필터의 산출 방법을 설명하기 위한 모식도.
도 8은 도 6의 사운드 이미지 정위 처리 회로에 이용되는 FIR 디지털 필터의 주파수 특성예를 나타내는 그래프.
도 9는 도 6에 도시한 사운드 이미지 정위 처리 기술을 이용하여, Dolby Digita1나 MPEG 등의 멀티 채널 오디오 신호를 2채널만으로 재생하는 회로를 나타내는 회로도.
본 발명에 따른 제1 사운드 이미지 정위 처리 장치는, 2채널 스테레오의 서라운드 신호를 서라운드 스피커를 사용하지 않고서, 청취자의 전방에 설치되는 좌우 2개의 스피커를 이용하여, 마치 서라운드 스피커로부터 출력된 것처럼 청취자에게 느끼게 하기 위한 사운드 이미지 정위 처리 장치에 있어서, 서라운드 레프트 신호가 입력되고, 또한 제1 지연기 및 제1 사운드 이미지 정위 필터로 이루어지는 제1 처리 회로, 서라운드 라이트 신호가 입력되고, 또한 제2 지연기 및 제2 사운드 이미지 정위 필터로 이루어지는 제2 처리 회로, 서라운드 레프트 신호와 제2 처리 회로의 출력 신호를 가산하여, 청취자의 전방에 설치되는 좌측 스피커에 대한 음성 신호로서 출력하는 가산기, 및 서라운드 라이트 신호와 제1 처리 회로의 출력 신호를 가산하여, 청취자의 전방에 설치되는 우측 스피커에 대한 음성 신호로서 출력하는 가산기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 제2 사운드 이미지 정위 처리 장치는, 2채널 스테레오의 서라운드 신호를 서라운드 스피커를 사용하지 않고서, 청취자의 전방에 설치되는 좌우 2개의 스피커를 이용하여, 마치 서라운드 스피커로부터 출력된 것처럼 청취자에게 느끼게 하기 위한 사운드 이미지 정위 처리 장치에 있어서, 서라운드 레프트 신호가 입력되는 제1 저역 통과 필터, 서라운드 라이트 신호가 입력되는 제2 저역 통과 필터, 제1 저역 통과 필터의 출력 신호가 입력되고, 또한 제1 지연기 및 제1 사운드 이미지 정위 필터로 이루어지는 제1 처리 회로, 제2 저역 통과 필터의 출력 신호가 입력되고, 또한 제2 지연기 및 제2 사운드 이미지 정위 필터로 이루어지는 제2 처리 회로, 제1 저역 통과 필터의 출력 신호와 제2 처리 회로의 출력 신호를 가산하여, 청취자의 전방에 설치되는 좌측 스피커에 대한 음성 신호로서 출력하는 가산기, 및 제2 저역 통과 필터의 출력 신호와 제1 처리 회로의 출력 신호를 가산하여, 청취자의 전방에 설치되는 우측 스피커에 대한 음성 신호로서 출력하는 가산기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
각 지연기로서 디지털 지연기를 이용하고, 각 사운드 이미지 정위 필터로서 여러개의 IIR 디지털 필터로 구성되어 있는 것을 이용하여도 좋다. 각 지연기로서 아날로그 지연기를 이용하고, 각 사운드 이미지 정위 필터로서 여러개의 IIR 디지털 필터로 구성되어 있는 것을 이용하여도 좋다.
각 지연기로서 디지털 지연기를 이용하고, 각 사운드 이미지 정위 필터로서 여러개의 아날로그 필터로 구성되어 있는 것을 이용하여도 좋다. 각 지연기로서 아날로그 지연기를 이용하고, 각 사운드 이미지 정위 필터로서 여러개의 아날로그 필터로 구성되어 있는 것을 이용하여도 좋다.
또한, 저역 통과 필터로서는, 디지털 저역 통과 필터를 이용하여도 좋고, 아날로그 저역 통과 필터를 이용하여도 좋다.
이하, 도 1 내지 도 5를 참조하여, 본 발명의 실시예에 대해 설명한다.
〔1〕 제1 실시예의 설명
도 1은 사운드 이미지 정위 처리 회로의 구성을 나타내고 있다.
입력 단자 P1에 입력된 서라운드 레프트 신호 SL은 제1 가산기(1)로 보내짐과 함께, 지연기(11)와 사운드 이미지 정위 필터(12)로 이루어지는 제1 처리 회로(10)로 보내진다.
입력 단자 P2에 입력된 서라운드 라이트 신호 SR은 제2 가산기(2)로 보내짐 과 함께, 지연기(21)와 사운드 이미지 정위 필터(22)로 이루어지는 제2 처리 회로(20)로 보내진다.
제1 가산기(1)에서는, 서라운드 레프트 신호 SL과, 제2 처리 회로(20)의 출력 신호가 가산된다. 제1 가산기(1)의 출력 신호 LOUT은 청취자의 좌측 전방에 설치된 좌측 스피커로 보내진다.
제2 가산기(2)에서는, 서라운드 라이트 신호 SR과, 제1 처리 회로(10)의 출력 신호가 가산된다. 제2 가산기(2)의 출력 신호 ROUT는 청취자의 우측 전방에 설치된 우측 스피커로 보내진다.
지연기(11, 21)로서는, 디지털 지연기, 아날로그 지연기 중 어느 하나를 이용하여도 좋다. 사운드 이미지 정위 필터(12)와, 사운드 이미지 정위 필터(22)와는 동일 특성의 것이 이용된다. 이들 사운드 이미지 정위 필터(12, 22)로서는, 저차의 IIR(Infinite Impulse Response) 디지털 필터를 1∼5개 조합한 것, 혹은 상기 IIR 디지털 필터와 동일 특성을 갖는 아날로그 필터를 1∼5개 조합한 것을 이용하여도 좋다.
이 실시예에서는, 지연기(11, 21)로서 디지털 지연기를 이용하였다. 그 지연량은, 시청 실험에 의해, 3∼15 샘플링 시간이 바람직한 것이 판명되었다. 이 3∼15 샘플링 시간은, 개개의 특성 및 청취 위치를 고려하여 선택하였다.
또한, 이 실시예에서는, 각 사운드 이미지 정위 필터(12, 22)로서, 2차 IIR 디지털 필터를 2개 직렬로 연결한 구성의 것을 이용하였다. 이들 2차 IIR 디지털 필터의 합성 주파수 특성의 예를 도 2에 나타낸다.
이 결과, 서라운드 신호가, 마치 서라운드 스피커로부터 출력된 것처럼 느낄 수 있었다. 또한, 종래에 비해 보다 자연스러운 음색이 얻어졌다.
또, 각 사운드 이미지 정위 필터(12, 22)로서, IIR 디지털 필터 또는 IIR 디지털 필터의 조합을 이용하는 경우, IIR 디지털 필터의 특성, 갯수, 차수 및 그 접속 방법(병렬, 직렬)은 임의로 선택할 수가 있다.
상기 실시예에서는, 2개의 처리 회로(10, 20)는, 각각, 3∼15 샘플링 시간분의 지연기와, 저차의 IIR 디지털 필터가 1∼5개 조합된 사운드 이미지 정위 필터로 구성되어 있으므로, FIR 디지털 필터를 이용한 종래예에 비해 처리량이 훨씬 저감된다. 또한, 저차의 IIR 디지털 필터에서는, FIR 디지털 필터보다도 원활한 주파수 특성이 얻어지기 때문에, 보다 자연스러운 음색이 얻어진다.
도 3은 상기 도 1에 도시한 사운드 이미지 정위 처리 기술을 이용하여, Dolby Digita1나 MPEG 등의 멀티 채널 오디오 신호를 2채널만으로 재생하는 회로를 나타내고 있다. 도 3에 있어서, 도 1과 동일한 것에는 동일 부호를 붙이고 있다.
센터 신호 C에 대하여 승산기(7)에서 -3㏈의 게인 조정을 한 신호에, 제3 가산기(3)에 의해 레프트 신호 L을 가산함과 함께, 제4 가산기(4)에 의해 라이트 신호 R을 가산한다.
제3가산기(3)의 출력과, 도 1에서 설명한 제1 가산기(1)의 출력을, 제5 가산기(5)에 의해 가산하여 좌측 스피커에의 출력 LOUT로 한다. 또한, 제4 가산기(4)의 출력과, 도 1에서 설명한 제2 가산기(2)의 출력을, 제6 가산기(6)에 의해 가산하여 우측 스피커로의 출력 ROUT로 한다.
이러한 회로에서도, 도 1의 회로와 마찬가지로, 처리량이 저감됨과 함께, 보다 자연스러운 음색이 얻어진다.
〔2〕제2 실시예의 설명
도 4는 사운드 이미지 정위 처리 회로의 구성을 나타내고 있다. 도 4에 있어서 도 1과 동일한 것에는, 동일 부호를 붙여 그 설명을 생략한다.
이 회로에서는, 입력 단자 P1에 입력된 서라운드 레프트 신호 SL은 제1 저역 통과 필터(30)를 통해, 제1 가산기(1)로 보내짐과 함께, 지연기(11)와 사운드 이미지 정위 필터(12)로 이루어지는 제1 처리 회로(10)로 보내지고 있다.
마찬가지로, 입력 단자 P2에 입력된 서라운드 라이트 신호 SR은, 제2 저역 통과 필터(40)를 통해, 제2 가산기(2)로 보내짐과 함께, 지연기(21)와 사운드 이미지 정위 필터(22)로 이루어지는 제2 처리 회로(20)로 보내지고 있다.
즉, 고역의 위화감을 완화하기 위한 저역 통과 필터(30, 40)가 설치되어 있는 점이, 도 1의 회로와 다르다. 저역 통과 필터(30, 40)로서는, 디지털 저역 통과 필터를 이용하여도 좋고, 아날로그 저역 통과 필터를 이용하여도 좋다.
제1 저역 통과 필터(30)는, 이 예에서는, 입력 신호 SL에 -6㏈의 게인 조정을 행하는 승산기(31)와, 승산기(31)의 출력 신호를 1샘플링 시간만큼 지연시키기위한 지연기(32)와, 승산기(31)의 출력 신호와 지연기(32)의 출력 신호를 가산하는 가산기(33)로 구성되어 있다.
제2 저역 통과 필터(40)는, 이 예에서는, 입력 신호 SR에 -6㏈의 게인 조정을 행하는 승산기(41)와, 승산기(41)의 출력 신호를 1샘플링 시간만큼 지연시키기위한 지연기(42)와, 승산기(41)의 출력 신호와 지연기(42)의 출력 신호를 가산하는 가산기(43)로 구성되어 있다.
도 5는 상기 도 4에 도시한 사운드 이미지 정위 처리 기술을 이용하여, Dolby Digita1나 MPEG 등의 멀티 채널 오디오 신호를 2채널만으로 재생하는 회로를 나타내고 있다. 도 5에 있어서, 도 4와 동일한 것에는 동일 부호를 붙이고 있다.
센터 신호 C에 대하여 승산기(7)에서 -3㏈의 게인 조정을 한 신호에, 제3 가산기(3)에 의해 레프트 신호 L을 가산함과 함께, 제4 가산기(4)에 의해 라이트 신호 R을 가산한다.
제3 가산기(3)의 출력과, 제1 가산기(1)의 출력을, 제5 가산기(5)에 의해 가산하여 좌측 스피커에의 출력 LOUT로 한다. 또한, 제4 가산기(4)의 출력과, 제2 가산기(2)의 출력을, 제6 가산기(6)에 의해 가산하여 우측 스피커로의 출력 ROUT로 한다.

Claims (6)

  1. 2채널 스테레오의 서라운드 신호를 서라운드 스피커를 사용하지 않고서, 청취자의 전방에 설치되는 좌우 2개의 스피커를 이용하여, 마치 서라운드 스피커로부터 출력된 것처럼 청취자에게 느끼게 하기 위한 사운드 이미지 정위 처리 장치에 있어서,
    서라운드 레프트 신호가 입력되고, 또한 제1 지연기 및 제1 사운드 이미지 정위 필터로 이루어지는 제1 처리 회로;
    서라운드 라이트 신호가 입력되고, 또한 제2 지연기 및 제2 사운드 이미지 정위 필터로 이루어지는 제2 처리 회로; 및
    서라운드 레프트 신호와 제2 처리 회로의 출력 신호를 가산하여, 청취자의 전방에 설치되는 좌측스피커에 대한 음성 신호로서 출력하는 가산기, 및 서라운드 라이트 신호와 제1 처리 회로의 출력 신호를 가산하여, 청취자의 전방에 설치되는 우측 스피커에 대한 음성 신호로서 출력하는 가산기
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 사운드 이미지 정위 처리 장치.
  2. 2채널 스테레오의 서라운드 신호를 서라운드 스피커를 사용하지 않고서, 청취자의 전방에 설치되는 좌우 2개의 스피커를 이용하여, 마치 서라운드 스피커로부터 출력된 것처럼 청취자에게 느끼게 하기 위한 사운드 이미지 정위 처리 장치에 있어서,
    서라운드 레프트 신호가 입력되는 제1 저역 통과 필터;
    서라운드 라이트 신호가 입력되는 제2 저역 통과 필터;
    제1 저역 통과 필터의 출력 신호가 입력되고, 또한 제1 지연기 및 제1 사운드 이미지 정위 필터로 이루어지는 제1 처리 회로;
    제2 저역 통과 필터의 출력 신호가 입력되고, 또한 제2 지연기 및 제2 사운드 이미지 정위 필터로 이루어지는 제2 처리 회로;
    제1 저역 통과 필터의 출력 신호와 제2 처리 회로의 출력 신호를 가산하여, 청취자의 전방에 설치되는 좌측 스피커에 대한 음성 신호로서 출력하는 가산기; 및
    제2 저역 통과 필터의 출력 신호와 제1 처리 회로의 출력 신호를 가산하여, 청취자의 전방에 설치되는 우측 스피커에 대한 음성 신호로서 출력하는 가산기
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 사운드 이미지 정위 처리 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    각 지연기는 디지털 지연기이며, 각 사운드 이미지 정위 필터는 여러개의 IIR 디지털 필터로 구성되어 있는 사운드 이미지 정위 처리 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    각 지연기는 아날로그 지연기이며, 각 사운드 이미지 정위 필터는 여러개의 IIR 디지털 필터로 구성되어 있는 사운드 이미지 정위 처리 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    각 지연기는 디지털 지연기이며, 각 사운드 이미지 정위 필터는 여러개의 아날로그 필터로 구성되어 있는 사운드 이미지 정위 처리 장치.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    각 지연기는 아날로그 지연기이며, 각 사운드 이미지 정위 필터는 여러개의 아날로그 필터로 구성되어 있는 사운드 이미지 정위 처리 장치.
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