KR20050013323A - 다수의 스피커를 이용한 밝고 어두운 소리 공간 형성시스템 및 그 방법 - Google Patents

다수의 스피커를 이용한 밝고 어두운 소리 공간 형성시스템 및 그 방법

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KR20050013323A
KR20050013323A KR1020030051941A KR20030051941A KR20050013323A KR 20050013323 A KR20050013323 A KR 20050013323A KR 1020030051941 A KR1020030051941 A KR 1020030051941A KR 20030051941 A KR20030051941 A KR 20030051941A KR 20050013323 A KR20050013323 A KR 20050013323A
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Abstract

본 발명은 각 스피커의 최적화된 음향 신호를 재생하여 밝고 어두운 소리 공간을 형성하는 시스템으로서, 임의의 위치에 위치하는 다수의 스피커와, 상기 다수의 스피커를 구동할 수 있는 파워 앰프와, 각각의 스피커에 동기화된 개별 입력 신호를 부여할 수 있는 다채널 신호 발생기와, 다수의 지점에서 상기 다수의 스피커에서 출력되는 음향 신호를 측정할 수 있는 마이크로폰 어레이 및, 상기 마이크로폰 어레이의 입력 신호와 상기 다채널 신호 발생기의 출력 신호를 동시에 계측하도록 연결되어 입력 신호와 출력 신호 사이의 전달 함수를 계측하고 최적해를 구해 각 스피커의 음원 신호를 제어하는 다채널 신호 분석기를 포함한다. 따라서, 본 발명은 사용자가 설정한 공간 별로 음압 레벨을 최대화 혹은 최소화함으로써, 청취자가 원하는 대로 조용하거나 시끄러운 공간을 하나의 방 안에 동시에 발생시킬 수 있고, 제한된 입력 파워로 최대의 음압 레벨을 청취자 위치에 발생시킬 수 있으므로, 공간 위치별로 선택적으로 음질을 개선하는 효과가 있다.

Description

다수의 스피커를 이용한 밝고 어두운 소리 공간 형성 시스템 및 그 방법{Multiple speaker system for generation of bright and dark sound zones and method thereof}
본 발명은 다수의 음원(스피커)을 사용하여 공간상에 선택된 특정 영역에서의 음압 레벨이 다른 영역에 비해 크거나, 혹은 다른 공간과의 음압 레벨 차이를 최대화 하도록 각 음원의 입력 신호를 제어하여 밝고 어두운 소리 공간(음압 레벨의 높낮이 차를 갖는 소리 공간)을 형성하는 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
다수의 스피커를 이용한 음향 제어는 종래의 몇 개의 지점에서의 음향 특성을 개선하는 것에서 벗어나, 청취자가 위치할 수 있는 특정 면적이나 체적을 지닌 공간에 대하여 음향 특성을 개선할 수 있는 장점이 있다. 종래의 다수의 스피커를 이용한 공간의 소리 제어 방법은 단순히 스피커 사이의 시간 지연과 그 입력 크기를 변화시키는 것에 그쳤으며, 제한된 형태의 스피커 배열을 사용하여 스피커의 방향성만을 변화시켰을 뿐, 가변적인 청취자의 위치 혹은 청취자가 위치할 수 있는 공간에 대한 고려를 하지 않았다. 또한, 종래의 방법은 대부분 자유 공간의 경우만을 고려하여, 반사나 흡음 등 방의 특성을 고려하지 못하는 문제점을 가지고 있었다.
종래의 다수의 스피커를 사용한 음향 제어는 크게 두 가지로 살펴볼 수 있는데, 하나는 다수의 능동 음원(active source, 예를 들어 스피커)을 사용하여 공간의 소리 크기를 감소시키고자 하는 능동 소음 제어이며, 다른 하나는 특정 형상으로 배열한 스피커 사이의 간격을 변화시키거나[R. C. Jones, "On the theory of the directional patterns of continuous source distributions on a plane surface," J. Acoust. Soc. Am.16(3), 147-171(1945)], 각 스피커 간의 시간 지연과 크기를 변화시킴으로써 특정 각도로 방사되는 음향 파워를 증대시키는 방법[R. L. Prichard, "Maximum directivity index of a linear point array," J. Acoust. Soc. Am. 26, 1034-1039 (1954)]이다. 이러한 연구는 주로 능동 소나(active sonar)를 위하여 연구되었는데, 대표적으로는 Dolph[C. L. Dolph, "A current distribution for broadside arrays which optimizes the relationship between beamwidth and sidelobe level," Proc. IRE 34(6), 335-348 (1946)]에 의해 제안된 바와 같이, 음원으로부터 특정한 방향각 내로 방사되는 음향 파워 외의 성분, 즉 부엽(side lobe)의 영향을 받지 않도록 일정한 크기의 부엽을 발생시키는 음원 어레이의 가중치 함수를 갖는 수학적인 해(수식해)에 대해 연구되었다.
그러나, 이러한 특정 음원 어레이에 대한 수식해는 임의의 음원에 대해 적용하기 어려웠고, 그래서 임의의 음원 배열을 가정하여 특정 방향으로의 최대 방향성을 갖도록 하는 최적화 연구가 Streit[Roy L. Streit, "Optimization of discrete array of arbitrary geometry,"J. Acost. Soc. Am. 69(1), 199-212 (1981)]에 의해 수행되었다. 하지만, 이러한 연구 역시 음원 배열만을 임의로 가정하였을 뿐, 다양한 음원의 방사 형태 및 반사와 흡음을 갖는 일반적인 청취 공간에 적용하기는 적합하지 않은 방법이라 할 수 있다.
이와 같이 방사 패턴을 최적화 하는 연구와는 달리, 청취자가 위치하는 공간에 대해 음압 레벨을 제어하는 기술은 능동 소음 제어[P. Lueg 1936 Process of silencing sound oscillations. US Patent No. 2,043,416]에서 연구되었다. 능동 소음 제어 방법은 배경 소음원이 형성하는 음향 위치 에너지 혹은 음향 파워를 2차음원을 사용하여 능동적으로 소음을 제어하는 방법으로, 저 주파수 대역에서 청취자를 중심으로 혹은 전 공간에 대하여 정숙성을 획득하는 방법이다. 이 때, 소음이 성공적으로 제어되어 정숙성을 획득한 공간을 정숙 공간(quiet zone)이라 한다.
그리고, 미국특허 제5,802,190호(Linear speaker array)에는 청취자까지의 거리 혹은 반사를 무시하는 등의 제한된 가정을 사용하여 방향성과 같은 간접적인 특성을 제어하는 기술에 대해 공지되어 있다. 또한, 미국특허 제5,910,990호(Apparatus and method for automatic equalization of personal multi-channel audio system)에는 전달 함수를 사용하여 왜곡 없이 신호를 재생하는 방법에 대해 공지되어 있다.
본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 공간상에 선택된 특정 영역에서 청취자와 음원 간의 전달 함수를 계측하고 이를 토대로 스피커의 입력 신호를 최적으로 제어함으로써, 선택한 공간에서 소리의 크기를 증대 또는 감소시키거나, 특정 공간을 시끄럽게 하면서 다른 공간을 조용하게 만들어 밝고 어두운 소리 공간(음압 레벨의 높낮이 차를 갖는 소리 공간)을 형성하는 시스템 및 그 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 개념을 도시한 개략도로서, 도 1a는 제어할 공간체적을 나타낸 선도이고, 도 1b는 음원 위치 및 측정 위치에 대한 전달 함수 관계를 나타낸 선도이며,
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 다수의 스피커를 이용한 밝고 어두운 소리 공간 형성 시스템의 구성도이고,
도 3은 본 발명의 시스템을 이용하여 최적해로 음원을 제어하는 과정을 나타낸 개념도이며,
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 적용예를 나타내는 전산기 모의실험의 사진이고,
도 5a 내지 도 5d는 도 4a 및 도 4b의 모의실험의 결과를 나타낸 그래프로서, 도 5a 및 도 5b는 한 지점에 대한 밝은 소리 공간을 나타낸 것이고, 도 5c 및 도 5d는 공간의 크기를 증가시킨 상태를 나타낸 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 각 스피커의 최적화된 음향 신호를 재생하여 밝고 어두운 소리 공간을 형성하는 시스템으로서, 임의의 위치에 위치하는 다수의 스피커와, 상기 다수의 스피커를 구동할 수 있는 파워 앰프와, 각각의스피커에 동기화된 개별 입력 신호를 부여할 수 있는 다채널 신호 발생기와, 다수의 지점에서 상기 다수의 스피커에서 출력되는 음향 신호를 측정할 수 있는 마이크로폰 어레이 및, 상기 마이크로폰 어레이의 입력 신호와 상기 다채널 신호 발생기의 출력 신호를 동시에 계측하도록 연결되어 입력 신호와 출력 신호 사이의 전달 함수를 계측하고 최적해를 구해 각 스피커의 음원 신호를 제어하는 다채널 신호 분석기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기와 같은 시스템을 이용하여 각 스피커의 최적화된 음향 신호를 재생하여 밝고 어두운 소리 공간을 형성하는 방법으로서, 상기 다채널 신호 분석기를 통해 상기 마이크로폰 어레이의 입력 신호와 상기 다채널 신호 발생기의 출력 신호 사이의 전달 함수를 계측하는 단계와, 상기 계측된 전달 함수를 사용하여 상기 다채널 신호 분석기를 통해 가격 함수를 구성하고 최적해를 결정하여 각 스피커의 음원 입력 신호를 결정하는 단계 및, 상기 음원 입력 신호를 상기 다채널 신호 발생기에서 출력하여 상기 다수의 스피커를 통해 최적화된 음향 신호를 재생하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 계측된 전달 함수를 사용하여 선택된 특정 영역에서의 음압 레벨이 다른 영역에 비해 크도록 상기 가격 함수를 구성하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 계측된 전달 함수를 사용하여 서로 다른 두 공간 사이의 음압 레벨의 차이가 최대가 되도록 상기 가격 함수를 구성하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 전달 함수 계측시에 각 스피커의 음원에 상관성이 없는 백색 잡음을 동시에 입력시켜 계측된 신호에서 각각의 음원의 기여도를 분리해 냄으로써 한 번의 측정으로 상기 마이크로폰 어레이의 입력 신호와 상기 다채널 신호 발생기의 출력 신호 사이의 전달 함수를 계측하는 것이 더욱 바람직하다.
아래에서, 본 발명에 따른 다수의 스피커를 이용한 밝고 어두운 소리 공간 형성 시스템 및 그 방법의 양호한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명하겠다.
본 발명은 높은 음압 레벨을 가지는 공간을 '밝은 소리 공간(acoustically bright zone)'으로 정의하고, 낮은 음압 레벨을 가지는 공간을 '정숙 공간(quiet zone) 혹은 어두운 소리 공간(acoustically dark zone)'으로 정의하여 설명하겠다.
본 발명은 특정 공간에 음향 위치 에너지를 집중시켜 타 공간에 비하여 상대적으로 높은 위치 에너지 밀도를 가지는 밝은 소리 공간을 형성하거나, 다른 영역을 상대적으로 낮은 위치 에너지를 가지는 정숙 공간 혹은 어두운 소리 공간으로 만듦으로써, 선택된 공간에 최적화된 음장을 제공하려는 것이다.
먼저, 본 발명의 밝고 어두운 소리 공간을 형성하는 바탕 이론에 대해 설명하겠다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 개념을 도시한 개략도로서, 도 1a는 제어할 공간체적을 나타낸 선도이고, 도 1b는 음원 위치 및 측정 위치에 대한 전달 함수 관계를 나타낸 선도이다. 도 1a 및 도 1b에 나타낸 바와 같이, 주파수 ω 의 소리를 방사하는 음원에 의해 공간상의 한 관측 지점위치에서 형성되는 음압의 복소 크기(complex magnitude)를라 하고, K 개의 음원이 각각위치(i =1...K)에서,의 입력 신호로 구동되는 경우,는 음원과 관측 지점 사이의 전달 함수를 사용하면 수학식 1과 같이 표현된다.
공간상에 다수의 관측 지점(j = 1...M) 이 존재할 경우, 전달 함수를 나타내는 행렬은 수학식 2와 같이 정의할 수 있다.
그리고, 각 음원의 입력 신호를 나타내는 행렬는 수학식 3과 같이 정의한다.
상기와 같이 정의된 행렬들을 사용하여 수학식 1을 표현하면 수학식 4와 같다.
그리고, 밝은 소리 공간 내부의 음압 레벨은 밝은 소리 공간 체적 Vb내의 평균 음향 위치 에너지 밀도에 비례하며, 이는 수학식 5와 같이 기술된다.
상기 수학식 5에서 ρ0은 공기의 밀도이고, c 는 공기 중의 음파의 전파 속도이다. 이 수학식 5에 수학식 4를 사용하면 수학식 6과 같이 기술할 수 있다.
상기 수학식 6에서 H는 Hermitian operator 를 나타낸다. 마찬가지로, 체적 Vt을 갖는 관심 있는 전체 공간 내부의 평균 위치 에너지 밀도를 Et로 정의하면, 수학식 7의 관계가 성립한다.
상기 수학식 6의 K x K 행렬는 단위 크기의 신호로 가진된 서로 다른 음원이 공간 체적 Vb에 형성하는 음장들의 상관 정도(correlation)를 나타낸다. 이 상관 행렬을 앞으로 수학식 8과 같이 표기하기로 한다.
마찬가지로, 수학식 7의는 전체 소리 공간 체적 내에서 갖는 상관 정도를 나타낸다.
따라서, 다수의 음원과 관심 공간 사이의 전달 함수를 계측함으로써 상관 행렬을 구할 수 있다면, 음향 위치 에너지 밀도를 최대로 하는 음원 입력 벡터를 결정할 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 바탕이론을 근거로 하여, 하나는 제한된 음원의 입력 크기로 설정한 영역을 최대한 음향학적으로 밝게 만드는 입력 신호 벡터를 결정하는, 즉 제한된 입력으로 공간의 위치 에너지를 최대로 하는 것이다. 그리고, 다른 하나는 설정한 공간을 최대한 밝게 하면서 그 이외의 공간은 최대한 어둡게 만드는, 즉 두 공간의 위치 에너지 비를 최대로 하는 것이다.
아래에서는 상기 두 가지 발명을 실현하기 위한 방법론을 설명하도록 하겠다.
1. 제한된 입력 크기로 밝기를 최대로 하는 입력 신호 결정
첫번째로, 입력의 크기가 제한되어 있을 때 설정한 공간을 밝은 소리 공간을 만드는 방법에 대하여 기술하겠다.
입력 신호 벡터의 내적값은 각 음원에 입력되는 입력 신호의 복소 크기의 절대치를 제곱하여 전체 합한 값으로서, 이는 제어 노력(control effort)의 총 크기를 나타낸다.가 제한되어 있을 때, 밝은 공간내의 위치 에너지를 최대로 하는 입력 신호 벡터를 결정하는 것은 수학식 9, 10과 같이 제한 조건 하에서의 최적화 문제로 생각할 수 있다.
또한, 이는 라그랑지안 승수(Lagrangian multiplier)를 도입하여 제한 조건이 없는 문제로 바꿀 수 있으므로, 수학식 11과 같이 문제를 정의할 수 있다.
여기서,는 제어 노력을 음향 위치 에너지 밀도의 차원(dimension)으로 변화시켜 주는 정규화 상수이다. 그리고, 함수 L 의 극점을 구하기 위하여,을 취하면, 수학식 12와 같은 고유치 문제를 얻는다.
밝은 소리 공간 내의 평균 위치 에너지 Eb와의 비는 수학식 13과 같다.
상기 수학식 13을 가격 함수로 설정하면, 그 최대값은 수학식 12의 고유치의 최대값와 일치한다. 이러한 가격 함수를 제 1종 가격 함수로 정의하며, 이를 최대로 하는는 상관 행렬의 최대 고유치에 따르는 고유 벡터가 된다. 따라서, 주어진 시스템에 대한 음원의 전달 함수를 알고 있거나 Vb내에서 측정하여, 밝은 소리 공간내의 상관 행렬을 계산하고, 수학식 12의 고유치 문제를 풀어냄으로써 최적해를 찾을 수 있다.
2. 밝은 공간과 나머지 공간의 밝기 비를 최대로 하는 입력 신호 결정
두번째로, 밝은 소리 공간과 그 이외의 공간의 밝기 대비를 가장 크게 하는 음원의 입력 신호를 알아보도록 하겠다.
이 경우, 전체 공간의 위치 에너지 밀도에 대한 밝은 소리 공간내의 위치 에너지 밀도 비가 최대가 되도록 음원의 입력 신호 벡터를 결정해야 한다.
따라서, 다음과 같은 가격 함수를 제 2종 가격 함수 β 로 정의하면 수학식 14와 같다.
밝은 소리 공간을 구성하는 문제는 위의 레일레이 몫(Reyleigh quotient) β 를 최대로 하는를 찾는 문제로 정식화할 수 있다. 이 레일레이 몫(Reyleigh quotient)의 최대치는 수학식 15의 일반화된 고유치 문제의 최대 고유치와 동일하다.
즉, β 를 최대로 하는 최적해와 그 최대치 βmax는 위 고유치 문제의 최대 고유치와 그에 따르는 고유 벡터와 일치한다.
따라서, 본 발명은 종래의 방법들이 청취자와 음원 사이의 관계를 제한적인 형태로 반영하였던 것에 비해, 전달 함수를 모두 파악함으로써 최적의 음원 제어 신호를 얻어내는 방법을 사용한 것이다. 그로 인해, 본 발명은 음압 레벨을 줄이기만 하는 능동 소음 제어와 달리, 공간별로 음압 레벨의 상대적인 차이를 증대시키는 것이 가능해진다. 즉, 음향학적인 밝기에 해당하는 음압 레벨의 크기 뿐만 아니라 서로 다른 두 공간 사이의 음향학적 대비(contrast)를 증대시키는 제어를 수행할 수 있다.
아래에서는 상기와 같은 바탕이론을 이용하는 본 발명의 시스템 및 그 방법에 대해 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명하겠다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 다수의 스피커를 이용한 밝고 어두운 소리 공간 형성 시스템의 구성도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 시스템은 크게 출력부와 입력부로 구성된다. 출력부는 임의의 위치에 위치하며 다수의 음원에 해당하는 다수의 스피커와, 이러한 다수의 스피커를 구동할 수 있는 파워 앰프 및, 각각의 스피커에 동기화 된 개별 입력 신호를 부여할 수 있는 다채널 신호 발생기로 구성된다. 그리고, 입력부는 다수의 지점에서 다수의 스피커에서 출력되는 음향 신호를 측정할 수 있는 마이크로폰 어레이와, 상기와 같은 전달 함수를 계측하여 최적해를 구한 후 각 스피커의 음원신호를 제어하는 다채널 신호 분석기로 구성된다.
상기 다채널 신호 분석기는 마이크로폰 어레이의 입력 신호와 신호 발생기의 출력 신호를 동시에 계측하도록 연결되어 입력 신호와 출력 신호 사이의 전달 함수를 계측하여 최적해를 구한 후 각 스피커의 음원신호를 제어하는 역할을 한다. 즉, 본 발명의 다채널 신호 분석기에는 상술한 바탕이론에 기술된 바와 같은 과정으로 전달 함수를 계측하여 최적해를 구한 후 각 스피커의 음원신호를 제어하는 프로그램이 내장되어 있다.
아래에서는 상기와 같이 구성된 본 발명의 시스템을 통해 음원을 제어하는 과정에 대해 설명하겠다.
도 3은 본 발명의 시스템을 이용하여 최적해로 음원을 제어하는 과정을 나타낸 개념도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 다채널 신호 분석기를 통해 마이크로폰 어레이의 입력 신호와 다채널 신호 발생기의 출력 신호 사이의 전달 함수를 계측한다. 이렇게 다채널 신호 분석기를 통해 마이크로폰 어레이의 입력 신호와 다채널 신호 발생기의 출력 신호 사이의 전달 함수를 계측함에 있어, 측정 지점과 스피커의 수에 따라 많은 양의 측정을 필요로 하므로, 통상적으로 많이 사용되는 다음과 같은 방법으로 그 편의성을 도모할 수 있다. 먼저, 관심 공간을 계측할 수 있는 마이크로폰 어레이와 다수의 스피커가 있을 때, 다수의 스피커의 음원에 각각 상관성이 없는 백색 잡음을 동시에 입력시킨다. 그런 다음, 계측된 신호에서 각각의음원의 기여도를 분리해 냄으로써 한 번의 측정으로 마이크로폰 어레이의 입력 신호와 다채널 신호 발생기의 출력 신호 사이의 전달 함수를 계측하면 된다.
그런 다음, 측정된 전달 함수를 사용하여 가격 함수를 구성한다. 즉, 수학식 13 및 수학식 14 로 주어지는 음향학적 밝기 및 대비를 최대화 하는 가격 함수를 구성하여 최적해를 결정하고, 이를 최대로 하는 신호 발생기의 출력, 즉 음원의 입력 신호를 결정한다. 이렇게 다수의 음원에 대한 입력 신호를 구성하면, 이를 사용하여 원래 재생하고자 하는 음악 신호를 변조하여 신호 발생기에서 출력함으로써 최적화된 음향 신호를 재생하게 된다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 적용예를 나타내는 전산기 모의실험의 사진이고, 도 5a 내지 도 5d는 도 4a 및 도 4b의 모의실험의 결과를 나타낸 그래프로서, 도 5a 및 도 5b는 한 지점에 대한 밝은 소리 공간을 나타낸 것이고, 도 5c 및 도 5d는 공간의 크기를 증가시킨 상태를 나타낸 것이다.
도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 6개의 스피커 유닛을 일자 형태로 균일하게 배열하되, 파장에 비해 마이크로폰 어레이로부터 먼 거리에 위치하도록 배열하여 실험하였다. 즉, 삼미 10W 스피커 유닛을 무향실내에서 0.2m 간격으로 배치하여 음원 어레이의 구경 크기 1m 를 확보하고, 주파수 500Hz 로 가진하였다. 그리고, 1.6m 떨어진 거리에 마이크로폰 어레이를 설치하였으며, 16개의 마이크로폰을 0.1m 간격으로 설치하여 실험 주파수에서 충분히 공간상을 샘플링하도록 하였다.
측정을 위해서는 HP 3566A 32channel 신호 분석기를 사용하였으며, 신호 발생기로는 dSpace사의 Autobox 8ch DAC module 을 사용하여 단일 주파수의 sine 신호를 발생시켰다. 또한, 3조의 인켈 인티그레이티드 앰프를 사용하여 발생된 신호를 증폭하고 6개의 스피커 어레이에서 발생된 신호를 B&K type 4935 array microphone 을 사용하여 측정하였다. 이와 같은 과정으로 계측된 전달 함수를 사용하여, 수학식 13과 수학식 14의 가격 함수를 구성하고 최적해를 결정하여 제어를 수행하였으며, 그 결과로 발생된 음장의 공간별 음압 분포를 도 5a 내지 도 5d에 나타내었다.
도 5a 내지 도 5d는 공간의 중심 지점에 최적화를 수행한 예로서, 좌표축은 각각 공간상의 x방향과 z방향의 위치를 지시하며, 색상의 명도는 음압 레벨을 나타낸다. 각 도면에 표시된 사각형 경계는 설정한 밝은 소리 공간을 나타낸 것이다.
도 5a 및 도 5b는 공간상의 한 지점에 밝은 공간을 형성한 결과를 나타낸 것이다. 도 5a와 같이 제 1종 가격 함수를 사용하여 최적화 한 경우, 공간상의 한 지점에 음압 레벨이 상승함을 알 수 있다. 또한, 도 5b와 같이 제 2종 가격 함수를 사용하여 최적화 한 경우에도 도 5a와 비슷한 결과를 보여주지만, 이 경우 밝은 공간의 음압 레벨은 도 5a 보다 낮지만 어두운 공간의 음압 레벨이 더욱 감소하였음을 알 수 있다. 이러한 현상은 두 공간 사이의 음압 레벨 차이를 더욱 증대시키는 데 초점을 맞추어 제어가 이루어졌음을 뜻하는 것이다.
도 5c 및 도 5d는 제어 공간의 크기를 증대시켰을 때의 결과를 도시한 것이다. 이 경우 전체적으로 음압 레벨은 감소하지만 각각 밝은 소리 공간에서의 음압 레벨 증가와 두 공간의 밝기 대비가 선명하게 나타남을 알 수 있다.
앞서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 사용자가 설정한 공간 별로 음압 레벨을 최대화 혹은 최소화함으로써, 청취자가 원하는 대로 조용하거나 시끄러운 공간을 하나의 방 안에 동시에 발생시킬 수 있고, 제한된 입력 파워로 최대의 음압 레벨을 청취자 위치에 발생시킬 수 있으므로, 공간 위치별로 선택적으로 음질을 개선하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 청취자 위치로의 전달함수를 직접 계측하고 최적화함으로, 방의 조건 및 청취자의 위치에 대한 보다 체계적인 음장의 제어가 가능하다.
또한, 본 발명은 다른 음향 특성을 제어하는데 있어서도 보다 객관적인 제어가 가능하도록 기여하는 효과가 있다.
이상에서 본 발명의 다수의 스피커를 이용한 밝고 어두운 소리 공간 형성 시스템 및 그 방법에 대한 기술사항을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않고 첨부한 특허청구의 범위내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

Claims (5)

  1. 각 스피커의 최적화된 음향 신호를 재생하여 밝고 어두운 소리 공간을 형성하는 시스템으로서,
    임의의 위치에 위치하는 다수의 스피커와, 상기 다수의 스피커를 구동할 수 있는 파워 앰프와, 각각의 스피커에 동기화된 개별 입력 신호를 부여할 수 있는 다채널 신호 발생기와, 다수의 지점에서 상기 다수의 스피커에서 출력되는 음향 신호를 측정할 수 있는 마이크로폰 어레이 및, 상기 마이크로폰 어레이의 입력 신호와 상기 다채널 신호 발생기의 출력 신호를 동시에 계측하도록 연결되어 입력 신호와 출력 신호 사이의 전달 함수를 계측하고 최적해를 구해 각 스피커의 음원 신호를 제어하는 다채널 신호 분석기를 포함하는 것을 특징으로 하는 다수의 스피커를 이용한 밝고 어두운 소리 공간 형성 시스템.
  2. 제1항에 기재된 소리 공간 형성 시스템을 이용하여 각 스피커의 최적화된 음향 신호를 재생하여 밝고 어두운 소리 공간을 형성하는 방법으로서,
    상기 다채널 신호 분석기를 통해 상기 마이크로폰 어레이의 입력 신호와 상기 다채널 신호 발생기의 출력 신호 사이의 전달 함수를 계측하는 단계와,
    상기 계측된 전달 함수를 사용하여 상기 다채널 신호 분석기를 통해 가격 함수를 구성하고 최적해를 결정하여 각 스피커의 음원 입력 신호를 결정하는 단계 및,
    상기 음원 입력 신호를 상기 다채널 신호 발생기에서 출력하여 상기 다수의 스피커를 통해 최적화된 음향 신호를 재생하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다수의 스피커를 이용한 밝고 어두운 소리 공간 형성방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 계측된 전달 함수를 사용하여 선택된 특정 영역에서의 음압 레벨이 다른 영역에 비해 크도록 상기 가격 함수를 구성하는 것을 특징으로 하는 다수의 스피커를 이용한 밝고 어두운 소리 공간 형성방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 계측된 전달 함수를 사용하여 서로 다른 두 공간 사이의 음압 레벨의 차이가 최대가 되도록 상기 가격 함수를 구성하는 것을 특징으로 하는 다수의 스피커를 이용한 밝고 어두운 소리 공간 형성방법.
  5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전달 함수 계측시에 각 스피커의 음원에 상관성이 없는 백색 잡음을 동시에 입력시켜 계측된 신호에서 각각의 음원의 기여도를 분리해 냄으로써 한 번의 측정으로 상기 마이크로폰 어레이의 입력 신호와 상기 다채널 신호 발생기의 출력 신호 사이의 전달 함수를 계측하는 것을 특징으로 하는 다수의 스피커를 이용한 밝고 어두운 소리 공간 형성방법.
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100895430B1 (ko) * 2007-03-30 2009-05-07 중앙대학교 산학협력단 소리의 세기차를 이용한 음원추적 방법 및 그 장치
WO2009096657A1 (en) * 2008-01-29 2009-08-06 Korea Advanced Institute Of Science And Technology Sound system, sound reproducing apparatus, sound reproducing method, monitor with speakers, mobile phone with speakers
KR100916497B1 (ko) * 2007-03-30 2009-09-08 중앙대학교 산학협력단 음원추적 방법 및 이를 이용한 홈네트워크 시스템
KR100930834B1 (ko) * 2008-01-29 2009-12-10 한국과학기술원 음향 재생 장치
US8295500B2 (en) 2008-12-03 2012-10-23 Electronics And Telecommunications Research Institute Method and apparatus for controlling directional sound sources based on listening area
US8483395B2 (en) 2007-05-04 2013-07-09 Electronics And Telecommunications Research Institute Sound field reproduction apparatus and method for reproducing reflections
US9219974B2 (en) 2010-07-13 2015-12-22 Samsung Electronics Co., Ltd. Method and apparatus for simultaneously controlling near sound field and far sound field

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0670392A (ja) * 1992-08-19 1994-03-11 Mitsubishi Electric Corp スピーカーシステム調整装置
KR0185021B1 (ko) * 1996-11-20 1999-04-15 한국전기통신공사 다채널 음향시스템의 자동 조절장치 및 그 방법
JP2000354300A (ja) * 1999-06-11 2000-12-19 Accuphase Laboratory Inc マルチチャンネルオーディオ再生装置
JP2002101500A (ja) * 2000-09-22 2002-04-05 Matsushita Electric Ind Co Ltd 音場測定装置

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100895430B1 (ko) * 2007-03-30 2009-05-07 중앙대학교 산학협력단 소리의 세기차를 이용한 음원추적 방법 및 그 장치
KR100916497B1 (ko) * 2007-03-30 2009-09-08 중앙대학교 산학협력단 음원추적 방법 및 이를 이용한 홈네트워크 시스템
US8483395B2 (en) 2007-05-04 2013-07-09 Electronics And Telecommunications Research Institute Sound field reproduction apparatus and method for reproducing reflections
WO2009096657A1 (en) * 2008-01-29 2009-08-06 Korea Advanced Institute Of Science And Technology Sound system, sound reproducing apparatus, sound reproducing method, monitor with speakers, mobile phone with speakers
KR100930834B1 (ko) * 2008-01-29 2009-12-10 한국과학기술원 음향 재생 장치
KR100930835B1 (ko) * 2008-01-29 2009-12-10 한국과학기술원 음향 재생 장치
US8369536B2 (en) 2008-01-29 2013-02-05 Korea Advanced Institute Of Science And Technology Sound system, sound reproducing apparatus, sound reproducing method, monitor with speakers, mobile phone with speakers
US8295500B2 (en) 2008-12-03 2012-10-23 Electronics And Telecommunications Research Institute Method and apparatus for controlling directional sound sources based on listening area
US9219974B2 (en) 2010-07-13 2015-12-22 Samsung Electronics Co., Ltd. Method and apparatus for simultaneously controlling near sound field and far sound field

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