KR20090054802A - 음장 합성을 이용한 입체 음장 재생 장치 및 그 방법 - Google Patents

음장 합성을 이용한 입체 음장 재생 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 음장 합성을 이용한 입체 음장 재생 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 협소 공간(예 : 차량 공간 등)에 설치된 라우드스피커 어레이를 통해 다채널 오디오 신호를 재생할 때, 특히 음장 합성(WFS: Wave Field Synthesis) 렌더링을 이용하여 다채널 오디오 신호를 협소 공간 밖의 가상의 음상에 정위시켜 입체 음장 재생을 함으로써, 사용자에게 위치(예 : 차량 승차 위치 등)에 관계없이 일정한 음상을 제공할 수 있으며 한정된 공간에서도 넓은 청취 공간을 제공할 수 있게 하는, 음장 합성을 이용한 입체 음장 재생 장치 및 그 방법을 제공하고자 한다.
이를 위하여, 본 발명은, 입체 음장 재생 장치에 있어서, 입력받은 다채널 오디오 신호를 분석하여 오디오 신호의 채널 수를 확인하고 상기 다채널 오디오 신호로부터 상기 확인된 채널별 음원 신호를 추출하기 위한 오디오 신호 분석 수단; 상기 확인된 오디오 신호의 채널 수에 맞게, 상기 추출된 채널별 음원 신호를 음장 합성 방식으로 협소 공간 외부의 가상 음상에 정위시키기 위한 음장 합성 렌더링 수단; 및 상기 정위된 가상 음원 신호를 재생하기 위한 오디오 재생 수단을 포함한다.
다채널 라우드스피커, 라우드스피커 어레이, 음잡 합성, 입체 음장 재생, 협소 공간, 음장 합성 렌더링, 가상의 음상

Description

음장 합성을 이용한 입체 음장 재생 장치 및 그 방법{APPARATUS AND METHOD FOR REPRODUCING SURROUND WAVE FIELD USING WAVE FIELD SYNTHESIS}
본 발명은 음장 합성을 이용한 입체 음장 재생 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 협소 공간(예 : 차량 공간 등)에 설치된 라우드스피커 어레이를 통해 다채널 오디오 신호를 재생할 때, 특히 음장 합성(WFS: Wave Field Synthesis) 렌더링을 이용하여 다채널 오디오 신호를 협소 공간 밖의 가상의 음상에 정위시켜 입체 음장 재생을 함으로써, 사용자에게 위치(예 : 차량 승차 위치 등)에 관계없이 일정한 음상을 제공할 수 있으며 한정된 공간에서도 넓은 청취 공간을 제공할 수 있게 하는, 음장 합성을 이용한 입체 음장 재생 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
이하의 일실시예에서는 협소 공간의 일예로 차량 공간을 예로 들어 설명하나, 본 발명이 이에 한정되는 것이 아님을 미리 밝혀둔다.
본 발명은 정보통신부 및 정보통신연구진흥원의 IT성장동력기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2007-S-004-01, 과제명: 무안경 개인형 3D 방송기술개발].
종래의 스테레오 방식에서부터 최근의 다채널 오디오 포맷에 이르기까지, 차량 내에서의 음상 정위 기능을 향상시키기 위한 오디오 재생 방법들이 다양한 방식으로 연구되어 왔다.
이러한 다양한 방식에서도 차량이라는 한정된 공간으로 인해 청취자마다 불균형이 발생하게 된다. 차량 내에서 어느 청취자는 특정 라우드스피커(Loudspeaker)와 가깝게 위치해 있고 어느 타 청취자는 멀리 위치해 있기 때문에, 오디오 신호의 음압이 각 청취자의 위치에 따라 다르게 전달될 수 있으며 거리에 따른 시간 지연이 발생하게 된다. 즉, 차량 내 청취자들의 위치에 따라 서로 다른 음압이나 시간 지연으로 인한 불균형이 발생하게 된다. 이러한 불균형을 해소하기 위하여, 음압의 좌우 균형을 조절하는 방법이 있는데, 이는 차량 내의 승차자 중 어느 한 명에게만 효과가 있으며, 시간 지연으로 인한 불균형은 해소하지 못한다는 문제점이 있다.
최근에, DVD 플레이어(Player) 등이 차량에 탑재되면서 재생 신호가 CD와 같은 스테레오 2채널 신호에서 다채널 신호로 변화해가고 있다. 이에 따라, 차량 내에 다수의 라우드스피커를 장착하려는 시도가 점차 늘어나고 있다.
특히, 센터 채널 라우드스피커를 장착하는 경우가 제일 일반적이다. 이때, 센터페시아나 룸미러(rearview mirror) 등의 위치에 설치된 라우드스피커는 중앙채널 오디오 이미지를 청취자에게 형성해주는 기능을 수행한다. 또한, 차량 뒷문에도 라우드스피커를 설치하여 뒷좌석에 앉은 청취자에게 보다 나은 음상을 제공해주는 경우도 점차 늘어나고 있다.
도 1 은 종래의 차량에 설치된 다채널 라우드스피커의 예시도이다.
종래의 차량에 설치된 다채널 라우드스피커는 차량 내의 오디오 재생 시스템에 포함되어 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 차량에 설치된 차량 내의 오디오 재생 시스템은 전방 좌측(Front Left) 라우드스피커(101), 전방 우측(Front Right) 라우드스피커(102), 후방 좌측(Rear Left) 라우드스피커(103), 후방 우측(Rear Right) 라우드스피커(104), 및 서브 우퍼(Sub Woofer) 라우드스피커(105) 등과 같이 전체 5개 위치의 라우드스피커를 이용하여 오디오를 재생한다. 이때, 5개의 라우드스피커 중에서 서브 우퍼(Sub Woofer) 라우드스피커(105)는 무지향성으로 오디오 재생 공간에 포위감을 형성시켜 주는 기능을 수행한다. 그러므로 음장 재생과는 무관하다.
반면에, 차량 내의 오디오 재생 시스템에 포함된 4개의 라우드스피커(101 내지 104)는 전방 좌측(Front Left), 전방 우측(Front Right), 후방 좌측(Rear Left), 및 후방 우측(Rear Right)에 설치되어 있으며, 4개의 위치에 물리적인 음상의 위치가 고정되어 있다.
따라서 차량에 설치된 다수의 라우드스피커에 3차원 오디오 재생 기술을 적용하여 다채널 오디오 신호를 재생할 수 있다. 종래의 3차원 오디오 재생 기술인 5.1 채널 서라운드나 7.1 채널 서라운드 등 현재까지 발표된 다채널 오디오 재생 기술은 종래의 스테레오 재생 기술에 비해 더욱 나은 음상을 제공한다.
하지만, 종래의 다채널 오디오 재생 기술은 차량 내에 라우드스피커가 배치된 동심원의 정중앙에 청취자가 앉아 있어야만 보다 나은 음상이 제공된다. 즉, 이러한 종래의 다채널 오디오 재생 기술은 차량 내의 동심원의 정중앙에 청취자가 위치하지 않으면 최적의 음상을 제공하지 못한다는 문제점이 있다. 한편, 전방에 라우드스피커 어레이를 구성하여 음향을 보강해주는 방식도 있지만, 이는 3차원 음장 재생과는 거리가 멀다.
다시 말하면, 종래의 다채널 오디오 재생 기술은 차량 내의 라우드스피커를 통한 단순한 오디오 재생 기술로, 차량이라고 하는 좁은 청취 공간 및 라우드스피커의 위치 등으로 인하여 청취자의 승차 위치에 따라 청취자에게 서로 다른 음상을 느끼게 하여 오디오 재생의 불균형을 초래하거나 더욱 나은 음상을 제공해주지 못하고 있다는 문제점이 있다. 그러므로 종래의 다채널 오디오 재생 기술은 청취자에게 차량의 청취 공간이 협소하다는 제약을 극복하기가 곤란하다는 문제점이 있다.
즉, 상기와 같은 종래 기술은 차량 내의 청취자의 위치에 따라 서로 다른 음압 및 시간 지연으로 인한 음상의 불균형 및 좁은 청취 공간을 극복하지 못한다는 문제점이 있으며, 이러한 문제점을 해결하고자 하는 것이 본 발명의 과제이다.
따라서 본 발명은 협소 공간(예 : 차량 공간 등)에 설치된 라우드스피커 어레이를 통해 다채널 오디오 신호를 재생할 때, 특히 음장 합성(WFS: Wave Field Synthesis) 렌더링을 이용하여 다채널 오디오 신호를 협소 공간 밖의 가상의 음상에 정위시켜 입체 음장 재생을 함으로써, 사용자에게 위치(예 : 차량 승차 위치 등)에 관계없이 일정한 음상을 제공할 수 있으며 한정된 공간에서도 넓은 청취 공간을 제공할 수 있게 하는, 음장 합성을 이용한 입체 음장 재생 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 협소 공간(예 : 차량 공간 등)에 설치된 라우드스피커 어레이를 통해 다채널 오디오 신호를 재생할 때, 특히 음장 합성(WFS: Wave Field Synthesis) 렌더링을 이용하여 다채널 오디오 신호를 협소 공간 밖의 가상의 음상에 정위시켜 입체 음장 재생을 하는 것을 특징으로 한다.
더욱 구체적으로, 본 발명은, 입체 음장 재생 장치에 있어서, 입력받은 다채널 오디오 신호를 분석하여 오디오 신호의 채널 수를 확인하고 상기 다채널 오디오 신호로부터 상기 확인된 채널별 음원 신호를 추출하기 위한 오디오 신호 분석 수 단; 상기 확인된 오디오 신호의 채널 수에 맞게, 상기 추출된 채널별 음원 신호를 음장 합성 방식으로 협소 공간 외부의 가상 음상에 정위시키기 위한 음장 합성 렌더링 수단; 및 상기 정위된 가상 음원 신호를 재생하기 위한 오디오 재생 수단을 포함한다.
또한, 본 발명은, 입체 음장 재생 방법에 있어서, 입력된 다채널 오디오 신호를 분석하여 오디오 신호의 채널 수를 확인하고 상기 다채널 오디오 신호로부터 상기 확인된 채널별 음원 신호를 추출하는 오디오 신호 분석 단계; 상기 확인된 오디오 신호의 채널 수에 맞게, 상기 추출된 채널별 음원 신호를 음장 합성 방식으로 협소 공간 외부의 가상 음상에 정위시키는 음장 합성 렌더링 단계; 및 상기 정위된 가상 음원 신호를 재생하는 오디오 재생 단계를 포함한다.
상기와 같은 본 발명은, 협소 공간(예 : 차량 공간 등)에 설치된 라우드스피커 어레이를 통해 다채널 오디오 신호를 재생할 때, 특히 음장 합성(WFS: Wave Field Synthesis) 렌더링을 이용하여 다채널 오디오 신호를 협소 공간 밖의 가상의 음상에 정위시켜 입체 음장 재생을 함으로써, 사용자에게 위치(예 : 차량 승차 위치 등)에 관계없이 일정한 음상을 제공할 수 있으며 한정된 공간에서도 넓은 청취 공간을 제공할 수 있게 하는 효과가 있다.
즉, 본 발명은, 차량 내에서 오디오 신호를 재생할 때 다채널 라우드스피커 어레이를 통해 음장 합성 방식으로 입체 음장 재생을 하게 되면, 사용자에게 보다 정확하고 안정적인 음상을 제공할 수 있으며, 청취 공간 역시 협소한 차량 안이 아니라 가정의 거실 또는 콘서트홀과 같은 더욱 넓은 공간으로 인지하게 해줄 수 있어 사용자가 편안하게 오디오를 감상할 수 있게 해줄 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 라우드스피커 어레이를 통한 음장 합성(WFS: Wave Field Synthesis) 재생 방식의 경우, 평면파 음장을 재현해낼 수 있어 청취자의 위치와 관계없이 청취 공간 내 어느 위치에나 일정한 가상 음상을 정위시킬 수 있는 효과가 있다. 이때, 청취자는 물리적으로 라우드스피커가 존재하는 위치 밖에서부터 소리가 들려오는 것으로 인지하기 때문에 청취 공간이 보다 더 넓게 느껴지는 특징이 있다.
먼저, 본 발명의 내용을 전반적으로 설명하면, 다음과 같다.
본 발명은, 차량에 라우드스피커 어레이를 장착하고 음원 재생에 WFS 렌더링 방식을 적용하여 오디오 신호를 재생한다. 이때, 음장 합성을 이용하여 차량 내 승차자에게 보다 넓은 청취 공간 이미지를 제공하기 위하여, 재생하고자 하는 모든 음원을 점음원으로 간주하여 라우드스피커 어레이를 통해 평면파를 재생함으로써, 물리적인 라우드스피커 위치보다 먼 곳으로 가상 음상을 정위할 수 있다. 따라서 청취자는 차량이라고 하는 좁은 청취 공간 내에서도 가정의 거실이나 콘서트홀 등과 같은 넓은 청취 공간을 느낄 수가 있으며, 어느 자리에 앉더라도 일정한 음상을 경험할 수 있기 때문에 보다 안정적인 청취가 가능해진다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되어 있는 상세한 설명을 통하여 보다 명확해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 2 는 본 발명에 따른 음장 합성을 이용한 차량용 입체 음장 재생 장치의 일실시예 구성도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 차량용 입체 음장 재생 장치(200)는 오디오 신호 분석부(210), 음장 합성 렌더링부(220), 및 재생부(130)를 포함한다.
본 발명에 따른 차량용 입체 음장 재생 장치(200)는 차량 내부에 설치되어 있는 다채널 라우드스피커 어레이를 통해 재생되는데, 음장 합성을 이용하여 다채널 오디오 신호를 차량 외부 공간에 위치한 가상의 음상에 정위시켜 입체 음장 재생을 한다. 이때, 차량용 입체 음장 재생 장치(200)는 스테레오 신호(2채널), 5.1채널 신호, 7.1채널 신호 등의 다양한 다채널 오디오 신호가 입력된다.
오디오 신호 분석부(210)는 라우드스피커 배열 정보(예를 들면, 라우드스피커 배열의 위치와 간격 등 배열에 대한 정보), 음원 위치 정보(예를 들면, 청취 위치에 대한 가상 음원의 각도와 같은 위치에 대한 정보), 및 다채널 오디오 신호(정 위시키고자 하는 음원 신호)를 입력받는다. 그리고 오디오 신호 분석부(210)는 입력받은 다채널 오디오 신호의 음원 포맷을 분석하여 오디오 신호의 채널 수를 확인하고, 상기 입력받은 다채널 오디오 신호로부터 상기 확인된 채널별로 각 채널 음원 신호를 추출한다.
그리고 음장 합성 렌더링부(220)는 오디오 신호 분석부(210)에서 확인된 오디오 채널 수에 맞게, 다채널 오디오 신호를 음장 합성 방식으로 렌더링한다. 즉, 음장 합성 렌더링부(220)는 확인된 오디오 채널 수에 맞게 가상 음원을 차량 외부의 가상 음상에 정위시킨다. 가상의 음상 개수는 오디오 신호 분석부(210)에서 확인된 오디오 채널 수에 따라 달라진다. 예를 들면, 음장 합성 렌더링부(220)는 다채널 오디오 신호의 음원이 2채널이면 정면 좌측 방향 및 정면 우측 방향 즉, 양쪽 방향의 가상 음원을 음장 합성 방식으로 렌더링해준다. 또한, 음장 합성 렌더링부(220)는 5.1 채널이면 정면 좌측 방향, 정면 우측 방향, 중앙 방향, 후면 좌측 방향, 및 후면 우측 방향 등 총 5개 방향의 가상 음원을 음장 합성 방식으로 렌더링한다. 이때, 음장 합성 렌더링부(220)는 라우드스피커와 청취자의 위치를 비교하여 라우드스피커의 높이를 보정해 줄 수 있다.
그리고 재생부(130)는 음장 합성 렌더링부(220)에서 렌더링된 가상 음원을 차량 내의 다채널 라우드스피커를 통해서 재생한다.
도 3 은 본 발명에 적용되는 음장 합성 방식으로 렌더링하는 방법에 대한 일실시예 흐름도이다.
먼저, 음장 합성 렌더링부(220)는 차량에 설치된 라우드스피커 배열 정보와, 음원 위치 정보(재생하고자 하는 가상 음원의 위치 정보)로부터 각 라우드스피커와 음원 위치 간의 거리 및 각도를 구한다(302).
이후, 음장 합성 렌더링부(220)는 각 라우드스피커와 음원 위치 간의 거리 및 각도를 라우드스피커 구동 함수에 적용하여 임펄스 응답 형태의 음압 신호를 구한다(304). 즉, 음장 합성 렌더링부(220)는 각 라우드스피커와 음원 위치 간의 거리를 하기의 [수학식 1] 즉, 라우드스피커 구동 함수에 적용하여 각 라우드스피커가 방사해야 하는 음압 신호(소리)를 계산한다. 그리고 음장 합성 렌더링부(220)는 지연과 이득을 고려하여 각 라우드스피커가 방사해야 하는 음압 신호를 라우드스피커별 임펄스 응답의 형태로 구한다.
Figure 112007085444972-PAT00001
여기서,
Figure 112007085444972-PAT00002
은 어레이를 구성하는 라우드스피커 중 n 번째 라우드스피커가 방사하는 오디오 신호 구동 함수,
Figure 112007085444972-PAT00003
는 가상 음원,
Figure 112007085444972-PAT00004
는 크기에 대한 가중치,
Figure 112007085444972-PAT00005
는 라우드스피커의 지향성으로 음압에 웨이팅(weighting)을 주는 성분,
Figure 112007085444972-PAT00006
는 수직거리에 대한 가상음원과 n 번째 라우드스피커 사이의 거 리의 비율,
Figure 112007085444972-PAT00007
는 고주파 증폭 이퀄라이징,
Figure 112007085444972-PAT00008
는 가상음원과 n 번째 라우드스피커 사이의 거리에 의해 발생하는 전달 시간을 나타낸다. 또한, 라우드스피커가 선배열을 이루고 있으므로 가상음원은 선음원으로 가정했을 때,
Figure 112007085444972-PAT00009
는 하나의 원통파(cylindrical wave)의 확산을 나타낸다.
상기의 [수학식 1]은 호이겐스 이론(Huygenss principle)과 키르히호프-헬름홀츠 방정식(Kirchhoff-Helmholtz integral)에 기반한 음장 합성을 이용한 음원 렌더링 이론에 관한 것이다. 음장 합성을 이용한 음원 렌더링 이론은 레일레이 정리(The Ralyleighs representation theorem)를 통해 가상 음원이 재생되는 음원 영역과 n개의 물리적인 라우드스피커 어레이가 소리를 방사하는 청취 영역을 구분하여 각 라우드스피커가 방사하는 소리를 구할 수 있는 스피커 구동 함수에 관한 것이다.
그리고 음장 합성 렌더링부(220)는 상기 [수학식 1]을 통해 구한 임펄스 응답 형태의 음압 신호를 푸리에 변환(Fourier Transform)한다(306).
그리고 음장 합성 렌더링부(220)는 오디오 신호 분석부(210)에서 추출된 각 채널 음원 신호와 푸리에 변환된 임펄스 응답 형태의 음압 신호를 컨벌루션하여 라우드스피커 수만큼 음장 합성 방식으로 렌더링된 음원 신호 즉, 각 라우드스피커의 구동 신호를 산출한다(308). 이는 하나의 채널 음원 신호를 음원 영역 내에 가상 음원으로 정위시키기 위하여 n개의 라우드스피커가 방사해야 하는 구동 신호를 모 두 구하기 위함이다.
도 4 는 승차자의 정면 방향으로 가상 정위시킨 가상 음원에 대한 일실시예 설명도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 조수석 승차자(400)가 탑승하고 있는 차량 영역을 살펴보면, 라우드스피커 어레이(40)를 기준으로 아래쪽은 청취 영역(410)이고 위쪽은 음원 영역(420)이다. 청취 영역(410)은 물리적으로 라우드스피커 어레이(40)를 통해 재생 가능한 영역이고, 음원 영역(420)은 라우드스피커 어레이(40)를 통해 가상 음원이 정위되는 영역이다. 입체 음장 재생 장치(200)는 조수석 승차자(400)에게 넓은 범위의 음장을 제공하기 위하여, 음원 영역(420)에 가상 음원을 정위시킨다. 여기서, rn은 n번째 라우드스피커의 좌표, rm은 가상 음원의 좌표, θn은 가상 음원과 n번째 라우드스피커 간의 각도를 나타낸다.
만약, 조수석 승차자(400)가 라우드스피커 어레이(40)를 음원 영역(420)에 있는 가상 음원의 위치(401)에서 오디오 신호를 재생하고자 한다면, 음장 합성 렌더링부(220)는 가상 음원의 위치(401)와 n번째 라우드스피커의 위치(405)로부터 n번째 라우드스피커와 가상 음원 간의 거리(403) 및 가상 음원에 관한 각도를 구한다. 음장 합성 렌더링부(220)는 구한 n번째 라우드스피커와 가상 음원 간의 거리(403) 및 가상 음원에 관한 각도를 상기 [수학식 1]에 적용하여 n번째 라우드스피커의 구동 신호를 산출한다.
도 5 및 도 6 은 본 발명에 따른 차량 내의 라우드스피커 어레이의 일실시예 예시도이다.
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 차량 내 라우드스피커 어레이는 전방 어레이(Front Array)(501), 좌측 어레이(Left Array)(502), 우측 어레이(Right Array)(503), 후방 어레이(Rear Array)(504), 및 서브 우퍼(Sub Woofer)(505)를 포함하고 있다. 차량 내 라우드스피커 어레이는 차량 내부 4면을 모두 둘러싸는 구조로 되어 있으며, 청취자 주위 360도 어느 방향에도 가상 음원을 재생시킬 수 있다.
만약, 차량 구조 특성상 4면에 모두 라우드스피커 어레이를 구성할 수 없는 경우에, 본 발명에 따른 차량 내의 라우드스피커 어레이는 필요에 따라 전방 어레이(Front Array)(501), 후방 어레이(Rear Array)(504), 또는 기타 다른 조합을 활용하여 구현될 수 있다. 또한, 좌측 어레이(Left Array)(502), 및 우측 어레이(Right Array)(503)의 위치도 차량 내부 구조에 따라 변화될 수 있다.
도 7 및 도 8 은 본 발명에 따른 차량 내의 라우드스피커 어레이의 다른 실시예 예시도이다.
도 7 및 도 8에 도시된 바와 같아, 본 발명에 따른 차량 내의 라우드스피커 어레이는 차량 내부 측면 상위 프레임에 설치될 수도 있다.
도 5에 도시된 라우드스피커 어레이에 비해, 도 7에 도시된 라우드스피커 어레이(701 내지 703)는 청취 높이보다 높게 위치해 있다. 따라서 이러한 높이를 차량 승차자의 귀 높이에 가깝도록 낮추어 주는 것이 바람직하다.
이렇게 라우드스피커 어레가 청취자의 높이와 다른 곳에 설치된 경우에, 본 발명에 따른 도 2의 음장 합성 렌더링부(220)는 하기의 [수학식 2]와 같이 머리 전달 함수(HRTF: Head Related Transfer Function)를 이용하여 귀 높이와 라우스피커 어레이의 높이 차를 보상할 수 있다.
Figure 112007085444972-PAT00010
여기서,
Figure 112007085444972-PAT00011
는 최종적으로 원하는 높이가 보정된 신호,
Figure 112007085444972-PAT00012
는 재생하고자 하는 오디오 신호,
Figure 112007085444972-PAT00013
는 보정하고자 하는 높이, 즉 귀 높이(0도에 해당) 각도에 해당하는 HRTF 데이터,
Figure 112007085444972-PAT00014
는 보정해야 하는 높이, 즉 귀 높이에 대해 물리적으로 라우드스피커 어레이가 설치된 각도값에 해당하는 HRTF 데이터를 나타낸다.
이처럼, 상기의 [수학식 2]는 머리 전달 함수를 이용한 높이 보상 방식을 나타내고 있다. 음장 합성 렌더링부(220)는 상기의 [수학식 2]를 이용하여 물리적인 높이 성분을 없애고 귀 위치의 높이 성분을 컨벌루션한다. 그러면, 음장 합성 렌더링부(220)는 머리 전달 함수(HRTF: Head Related Transfer Function)을 이용하여 최종적으로 원하는 높이가 보정된 신호를 구할 수 있다. 이는 승차자가 인지적으로 라우드스피커가 귀 높이에 있는 것으로 느끼게 해주기 위함이다.
도 9 는 본 발명에 따른 차량 내에 설치된 다채널 라우드스피커 어레이를 통해 다채널 오디오 신호를 음장 합성 방식으로 렌더링하는 방법에 대한 일실시예 설명도이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 다채널 라우드스피커 어레이는 전방 어레이(901), 좌측 어레이(902), 우측 어레이(903), 후방 어레이(904), 및 서브 우퍼(905)를 포함한다.
오디오 신호 분석부(210)는 입력된 다채널 오디오 신호의 음원 포맷을 분석하여 오디오 신호의 채널 수를 확인하고, 상기 입력된 다채널 오디오 신호로부터 상기 확인된 채널별로 각 채널 음원 신호를 추출한다.
오디오 신호 분석부(210)에서 확인된 2채널 오디오를 재생하고자 하면, 음장 합성 렌더링부(220)는 청취자 정면 방향의 전방 좌측 음상 위치(912)와 전방 우측 음상 위치(913)에 상기 추출된 각 채널 음원 신호를 각각 정위시킨다. 음장 합성 렌더링부(220)는 2채널 오디오 신호 중 좌측 채널 음원 신호를 정위시키기 위하여 전방 어레이(901)와 좌측 어레이(902)를 이용하며, 우측 채널 음원 신호를 정위시키기 위하여 전방 어레이(901)와 우측 어레이(903)를 이용한다.
한편, 오디오 신호 분석부(210)에서 확인된 5.1 채널 오디오를 재생하고자 하면, 음장 합성 렌더링부(220)는 청취자 정면 방향의 중앙 음상 위치(911), 전방 좌측 음상 위치(912), 전방 우측 음상 위치(913), 좌측 입체 음상 위치(914), 및 우측 입체 음상 위치(915) 등 총 다섯 개의 음상 위치(911 내지 915)에 상기 추출된 각 채널별 음원 신호를 각각 정위시킨다. 이때, 음장 합성 렌더링부(220)는 각 채널에 해당하는 라우드스피커 어레이를 이용하여 가상 음원을 해당 음상 위치에 정위시킨다. 예를 들면, 음장 합성 렌더링부(220)는 후방 어레이(904)와 좌측 어레이(902)를 이용하여 좌측 입체 음상 위치(914)에 좌측 입체 채널에 대한 음원 신호를 정위시키고, 후방 어레이(904)와 우측 어레이(903)를 이용하여 우측 입체 음상 위치(915)에 우측 입체 채널에 대한 음원 신호를 정위시킨다.
여기서, 5.1 채널인 경우에, 해당하는 가상 음원의 위치는 전방의 각도를 0도로 설정하고 라우드스피커 어레이(901 내지 904)의 중심(900)을 기준으로 30도와 110도에 있는 위치를 말한다. 즉, 양측 음상의 각도는 라우드스피커 어레이(901 내지 904)로 만들어지는 평면 사각형 내의 중앙(900)에 중심을 두고 이를 기준으로 정해지게 된다. 이때, 음상의 거리는 차량 내 오디오 재생 시스템에서 조절할 수 있도록 유연성을 제공해 줄 수도 있다. 이러한 경우, 입체 음장 재생 장치(200)는 물리적인 라우드스피커 어레이(901 내지 904)의 위치보다 가상 음원의 위치를 원거리에 있는 가상 음원 영역에 정위시키도록 하여 승차자에게 차량 청취 공간을 더욱 넓은 공간으로 인지하도록 해준다.
도 10 은 본 발명에 따른 음장 합성을 이용한 차량용 입체 음장 재생 방법에 대한 일실시예 흐름도이다.
먼저, 오디오 신호 분석부(210)는 라우드스피커 배열 정보(예를 들면, 라우드스피커 배열의 위치와 간격 등 배열에 대한 정보), 음원 위치 정보(예를 들면, 청취 위치에 대한 가상 음원의 각도와 같은 위치에 대한 정보), 및 다채널 오디오 신호(정위시키고자 하는 음원 신호)를 입력받는다(1002).
그리고 오디오 신호 분석부(210)는 상기 입력받은 다채널 오디오 신호의 음원 포맷을 분석하여 오디오 신호의 채널 수를 확인하고, 상기 입력받은 다채널 오디오 신호로부터 상기 확인된 채널별로 각 채널 음원 신호를 추출한다(1004).
그리고 음장 합성 렌더링부(220)는 오디오 신호 분석부(210)에서 확인된 오디오 채널 수에 맞게, 다채널 오디오 신호를 음장 합성 방식으로 렌더링한다. 즉, 음장 합성 렌더링부(220)는 확인된 오디오 채널 수에 맞게 추출된 각 채널 음원 신호 즉, 가상 음원을 정위시킨다(1006). 이때, 음장 합성 렌더링부(220)는 라우드스피커와 청취자의 위치를 비교하여 라우드스피커의 높이를 보정해 줄 수 있다.
그리고 재생부(130)는 음장 합성 렌더링부(220)에서 렌더링된 가상 음원을 차량 내의 다채널 라우드스피커를 통해서 재생한다(1008).
한편, 전술한 바와 같은 본 발명의 방법은 컴퓨터 프로그램으로 작성이 가능하다. 그리고 상기 프로그램을 구성하는 코드 및 코드 세그먼트는 당해 분야의 컴퓨터 프로그래머에 의하여 용이하게 추론될 수 있다.　또한, 상기 작성된 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체(정보저장매체)에 저장되고, 컴퓨터에 의하여 판독되고 실행됨으로써 본 발명의 방법을 구현한다. 그리고 상기 기록매체는 컴퓨터가 판독할 수 있는 모든 형태의 기록매체를 포함한다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
도 1 은 종래의 차량에 설치된 다채널 라우드스피커의 예시도,
도 2 는 본 발명에 따른 음장 합성을 이용한 차량용 입체 음장 재생 장치의 일실시예 구성도,
도 3 은 본 발명에 적용되는 음장 합성 방식으로 렌더링하는 방법에 대한 일실시예 흐름도,
도 4 는 승차자의 정면 방향으로 가상 정위시킨 가상 음원에 대한 일실시예 설명도,
도 5 및 도 6 은 본 발명에 따른 차량 내의 라우드스피커 어레이의 일실시예 예시도,
도 7 및 도 8 은 본 발명에 따른 차량 내의 라우드스피커 어레이의 다른 실시예 예시도,
도 9 는 본 발명에 따른 차량 내에 설치된 다채널 라우드스피커 어레이를 통해 다채널 오디오 신호를 음장 합성 방식으로 렌더링하는 방법에 대한 일실시예 설명도,
도 10 은 본 발명에 따른 음장 합성을 이용한 차량용 입체 음장 재생 방법에 대한 일실시예 흐름도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
200: 입체 음장 재생 장치 210: 오디오 신호 분석부
220: 음장 합성 렌더링부 230: 재생부

Claims (15)

  1. 입체 음장 재생 장치에 있어서,
    입력받은 다채널 오디오 신호를 분석하여 오디오 신호의 채널 수를 확인하고 상기 다채널 오디오 신호로부터 상기 확인된 채널별 음원 신호를 추출하기 위한 오디오 신호 분석 수단;
    상기 확인된 오디오 신호의 채널 수에 맞게, 상기 추출된 채널별 음원 신호를 음장 합성 방식으로 협소 공간 외부의 가상 음상에 정위시키기 위한 음장 합성 렌더링 수단; 및
    상기 정위된 가상 음원 신호를 재생하기 위한 오디오 재생 수단
    을 포함하는 음장 합성을 이용한 입체 음장 재생 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 오디오 신호 분석 수단은,
    상기 확인된 오디오 신호의 채널 수에 따라 서로 다른 채널별 음원 신호를 추출하는 것을 특징으로 하는 음장 합성을 이용한 입체 음장 재생 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 음장 합성 렌더링 수단은,
    라우드스피커 어레이의 설치 높이와 사용자의 귀 높이 간의 높이 차이를 머리 전달 함수를 이용하여 보정하는 것을 특징으로 하는 음장 합성을 이용한 입체 음장 재생 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 음장 합성 렌더링 수단은,
    상기 라우드스피커 어레이의 중앙 위치를 기준으로 정위시키고자 하는 가상 음원의 각도를 산출하는 것을 특징으로 하는 음장 합성을 이용한 입체 음장 재생 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 음장 합성 렌더링 수단은,
    상기 오디오 신호 분석 수단에서 확인된 오디오 신호의 채널 정보를 기초로 하여 2채널 오디오 신호이면, 전방 좌측 및 전방 우측에 해당 음원 신호를 정위시키는 것을 특징으로 하는 음장 합성을 이용한 입체 음장 재생 장치.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 음장 합성 렌더링 수단은,
    상기 오디오 신호 분석 수단에서 확인된 오디오 신호의 채널 정보를 기초로 하여 5.1채널 오디오 신호이면, 중앙, 전방 좌측, 전방 우측, 후방 좌측, 및 후방 우측에 해당 음원 신호를 정위시키는 것을 특징으로 하는 음장 합성을 이용한 입체 음장 재생 장치.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 오디오 신호 분석 수단은,
    라우드스피커 배열 정보, 음원 위치 정보, 및 상기 다채널 오디오 신호를 입력받는 것을 특징으로 하는 음장 합성을 이용한 입체 음장 재생 장치.
  8. 입체 음장 재생 방법에 있어서,
    입력된 다채널 오디오 신호를 분석하여 오디오 신호의 채널 수를 확인하고 상기 다채널 오디오 신호로부터 상기 확인된 채널별 음원 신호를 추출하는 오디오 신호 분석 단계;
    상기 확인된 오디오 신호의 채널 수에 맞게, 상기 추출된 채널별 음원 신호를 음장 합성 방식으로 협소 공간 외부의 가상 음상에 정위시키는 음장 합성 렌더 링 단계; 및
    상기 정위된 가상 음원 신호를 재생하는 오디오 재생 단계
    을 포함하는 음장 합성을 이용한 입체 음장 재생 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 오디오 신호 분석 단계는,
    상기 확인된 오디오 신호의 채널 수에 따라 서로 다른 채널별 음원 신호를 추출하는 것을 특징으로 하는 음장 합성을 이용한 입체 음장 재생 방법.
  10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 음장 합성 렌더링 단계는,
    라우드스피커 어레이의 설치 높이와 사용자의 귀 높이 간의 높이 차이를 머리 전달 함수를 이용하여 보정하는 것을 특징으로 하는 음장 합성을 이용한 입체 음장 재생 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 음장 합성 렌더링 단계는,
    상기 라우드스피커 어레이의 중앙 위치를 기준으로 정위시키고자 하는 가상 음원의 각도를 산출하는 것을 특징으로 하는 음장 합성을 이용한 입체 음장 재생 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 음장 합성 렌더링 단계는,
    상기 오디오 신호 분석 단계에서 확인된 오디오 신호의 채널 정보를 기초로 하여 2채널 오디오 신호이면, 전방 좌측 및 전방 우측에 해당 음원 신호를 정위시키는 것을 특징으로 하는 음장 합성을 이용한 입체 음장 재생 방법.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 음장 합성 렌더링 단계는,
    상기 오디오 신호 분석 단계에서 확인된 오디오 신호의 채널 정보를 기초로 하여 5.1채널 오디오 신호이면, 중앙, 전방 좌측, 전방 우측, 후방 좌측, 및 후방 우측에 해당 음원 신호를 정위시키는 것을 특징으로 하는 음장 합성을 이용한 입체 음장 재생 방법.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 오디오 신호 분석 단계는,
    라우드스피커 배열 정보, 음원 위치 정보, 및 상기 다채널 오디오 신호를 입력받는 것을 특징으로 하는 음장 합성을 이용한 입체 음장 재생 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 음장 합성 렌더링 단계는,
    상기 라우드스피커 배열 정보와 음원 위치 정보로부터 각 라우드스피커와 음원 위치 간의 거리 및 각도를 구하는 단계;
    상기 구한 각 라우드스피커와 음원 위치 간의 거리 및 각도를 라우드스피커 구동 함수에 적용하여 임펄스 응답 형태의 음압 신호를 구하는 단계;
    상기 구한 임펄스 응답 형태의 음압 신호를 푸리에 변환(Fourier Transform)하는 단계; 및
    상기 추출된 채널별 음원 신호와 상기 푸리에 변환된 임펄스 응답 형태의 음압 신호를 컨벌루션하여 상기 각 라우드스피커의 구동 신호를 산출하는 단계
    를 포함하는 음장 합성을 이용한 입체 음장 재생 방법.
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