KR20110026256A - 지향성 음향 생성 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

지향성 음향 생성 장치는 시변 특성을 갖는 빔 패턴을 이용하여 청취 공간에서 일정한 직접음을 발생시키고, 뒤따르는 후면 반사음을 시간에 따라 변화시키도록 하는 빔 패턴을 발생시킨다. 지향성 음향 생성 장치는 시간에 따라 변화하는 빔 패턴을 입력되는 음원 신호와 컨볼루션하고, 컨볼루션된 음향 신호를 멀티 채널 신호로 생성하고, 멀티 채널 신호를 증폭하여 출력한다.
시변 특성, 어레이 스피커, 청취 공간, 반사음, 빔 패턴

Description

지향성 음향 생성 장치 및 방법{Apparatus and method for generating directional sound}
어레이스피커 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 어레이 스피커를 통해 출력되는 소리가 특정 지역으로 집중되도록 음장을 조절하기 위한 지향성 음향 생성 장치 및 방법에 관한 것이다.
어레이스피커는 다수의 스피커들을 조합하여 재생하려는 음의 방향을 조절하거나, 특정 지역으로 음을 보내고자 할 때 사용된다. 이와 관련하여, 일반적으로 지향성(directivity)이라고 불리는 음의 전달 원리는 다수의 음원 신호들의 위상 차이를 이용하여 특정 방향으로 신호의 세기가 커지도록 신호를 중첩시킴으로써 신호를 특정 방향으로 전달하게 된다. 따라서, 다수의 스피커들을 특정 위치에 따라 배치하고 어레이를 구성하는 각각의 스피커들을 통해 출력되는 음원 신호를 조절함으로써 이러한 지향성을 구현하게 된다.
일반적인 어레이 시스템의 경우 목적하는 주파수 빔패턴을 얻기 위해서는 목적하는 빔패턴에 맞게 필터 값, 즉 이득 및 지연 값을 계산하여 사용한다. 따라서, 이러한 방법은 하나의 고정된 빔 패턴만을 사용가능하다.
최근 주변 타인에게 소음 공해를 유발하지 않고, 이어폰이나 헤드셋 없이 특정 청취자에게만 소리를 전달할 수 있는 퍼스널 사운드 존(personal sound zone) 기술에 대한 관심이 증대되고 있다. 퍼스널 사운드 존을 형성하기 위하여 다수의 음향 트랜스듀서를 구동하였을 때 발생하는 소리의 지향성을 이용하는 방법이 이용된다. 소리의 지향성을 생성하기 위하여 다수 개의 스피커의 입력 신호에 시간 지연이나 특정 필터를 부여하여 출력되는 사운드 빔을 생성함으로써, 특정 방향 및 특정 위치에 소리를 집중시킨다.
시간에 따라 변하는 빔 패턴을 이용하여 반사음에 의한 주파수 불균일성 특성을 억제함으로써 원하는 사운드 존에서 음향 청취 효율을 개선할 수 있는 지향성 음향 생성 장치 및 방법이 제공된다.
일 측면에 따른 지향성 음향 생성 장치는 빔 패턴 생성부, 연산부 및 스피커 어레이를 포함한다. 빔 패턴 생성부는 시간에 따라 변화하는 빔 패턴을 생성한다. 연산부는 생성된 빔 패턴을 음원 신호와 컨볼루션하고, 컨볼루션된 음향 신호를 멀티 채널 신호로 생성한다. 지향성 음향 생성 장치는 멀티 채널 신호를 출력한다.
빔 패턴 생성부는 시간에 따라 변화하는 빔 패턴으로 거리에 따라 서로 다른 감쇄율을 갖는 빔 패턴을 생성할 수 있다. 빔 패턴 생성부는 시간에 따라 변화하는 빔 패턴으로 미리 설정된 청취 위치에서 시간에 따른 직접 파의 크기의 변동이 없도록 동일한 크기의 음압을 가지는 빔 패턴을 생성할 수 있다.
빔 패턴 생성부는, 포커싱 거리가 다른 적어도 2 이상의 빔 패턴들을 저장하는 빔 패턴 저장부와, 시간에 따라 서로 다른 빔 패턴을 선택하여 출력하는 빔 패턴 선택부를 포함할 수 있다. 또는, 빔 패턴 생성부는, 포커싱 거리가 다른 적어도 2 이상의 빔 패턴을 저장하는 저장부와, 저장된 빔 패턴 중 적어도 2개의 빔 패턴을 선택하고, 선택된 빔 패턴에 시간에 따라 서로 다른 가중치를 적용하여 서로 다른 가중치가 적용된 빔 패턴들을 합성하고, 합성된 빔 패턴을 출력하는 빔 패턴 합성부를 포함할 수 있다. 선택된 빔 패턴들에 적용되는 가중치들의 합은 1이다.
다른 측면에 따른 지향성 음향 생성 방법은 시간에 따라 변화하는 빔 패턴을 생성하는 동작과, 생성된 빔 패턴을 음원 신호와 컨볼루션하고, 컨볼루션된 음향 신호를 멀티 채널 신호로 생성하는 동작과, 멀티 채널 신호를 출력하는 동작을 포함한다.
사운드 빔이 벽체로부터 반사되어 사운드 존의 성능을 저하시키는 반사음의 양을 저감하여, 벽면의 영향에 둔감하게 실내에서 원하는 사운드 존에 소리를 집중시킬 수 있다. 이로 인해, 어레이 스피커의 개수나 사이즈 증가 없이도 단일 어레이로 전 주파수 대역에서 실내에서 적용하기에 충분한 음압차를 확보할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 상세하게 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 지향성 음향 생성 장치의 구성의 일 예를 나타내는 블록도이다.
지향성 음향 생성 장치(100)는 빔 패턴 생성부(110), 연산부(120) 및 스피커 어레이(130)를 포함할 수 있다. 지향성 음향 생성 장치(100)는 디지털 텔레비전, 데스크탑 컴퓨터, DMB(Digital Multimedia Broadcasting) 기기, PMP(Portable Multimedia Player), 휴대 전화 등 다양한 형태로 구현될 수 있다.
실내에서 사운드 빔을 만들어 출력하게 되면, 스피커 어레이로부터 방사되는 직접음(direct wave) 뿐만 아니라 실내의 벽면으로부터 반사된 반사음(echo)이 생성된다. 이러한 반사음에 의해 직접음에 불규칙적인 간섭 패턴이 발생하게 되면, 그 주파수 응답은 다수의 피크와 골을 가지게 된다.
소리를 모아야 하는 원하는 사운드 존인 청취 공간(listening area)에서 음압이 높아야 하고, 소리가 들리지 않아야 하는 정숙 공간(quite area)에서는 청취 공간에 비하여 음압이 낮아야 청취 공간에서 원하는 음향을 청취할 수 있다. 이 경우, 청취 공간와 정숙 공간의 음압의 레벨 차이가 클수록 청취 공간에서의 음향 포커싱이 잘 이루어진다고 볼 수 있다. 그러나, 반사음에 의한 간섭으로 인하여 청취 공간에서 골이 발생하는 경우 소리의 크기가 작아지게 되어 정숙 공간에 비하여 음압차가 발생되지 않고, 반대로 정숙 공간에서 피크에 의해 음압이 증가하므로 청취 공간과 정숙 공간의 음압차가 저하되게 된다.
지향성 음향 생성 장치(100)는 전파 거리가 고정된 하나의 빔 패턴을 사용하지 않고, 시간에 따라 변하는 빔 패턴을 사용하여 주파수 응답의 피크와 골을 제거한다. 보다 구체적으로는, 지향성 음향 생성 장치(100)는 벽면에서 반사되는 반사파의 유입량이 시간에 따라 변화하도록 함으로써, 특정 주파수에서 반사파와 직접파의 간섭에 의해 발생하는 피크와 골을 억제할 수 있다. 반사파의 유입량을 조절하기 위해서는 포커싱 거리가 다른 여러 개의 빔을 사용할 수 있다. 여기에서, 포커싱 거리는 사운드 빔을 제어할 때 사운드 에너지가 집중되는 타겟 위치와 어레이(130)의 중심 사이의 거리로 나타낼수 있다.
도 1을 참조하면, 빔 패턴 생성부(110)는 벽면에서 반사되는 반사파의 유입량을 시간에 따라 변화시키기 위하여 사전에 정의된 기본적인 빔 패턴 세트로부터 각 시각마다 다른 거리 감쇄를 갖는 빔 패턴을 생성한다. 이때, 발생되는 모든 빔 패턴은 청취 위치에서 동일한 크기의 직접파를 발생시키도록 정규화(normalization)된 것이어야 한다. 빔 패턴을 변경하는 시간 간격은 입력 신호의 샘플링 단위일 수 있고, 그보다 긴 시간 간격일 수 있으며, 특정 시간 간격에 제한되는 것은 아니다.
서로 다른 시각에 다른 모양의 빔 패턴을 발생시키기 위해서, 빔 패턴 생성부(110)는 사전에 계산되고 정규화된 빔 패턴을 자체 저장부(도시되지 않음)에 저장하고 있을 수 있으며, 시간별로 개별 빔 패턴을 저장부로부터 읽어들여 출력할 수 있다. 또는, 빔 패턴 생성부(110)는 여러 개의 빔 패턴을 저장하기 위해 소요 되는 저장장치의 공간을 절약하기 위하여, 대표적인 소수의 기본 빔 패턴만을 저장하여 놓고, 각 시각에 기본 빔 패턴들의 조합으로 새로운 빔 패턴을 생성할 수 있다. 단, 이 경우, 청취 위치에서 직접파 변동이 없도록 각 빔 패턴의 조합을 위해 사용되는 필터 가중치의 합은 1을 유지한다.
연산부(120)는 컨볼루션 엔진(122) 및 멀티 채널 증폭부(124)를 포함할 수 있다. 컨볼루션 엔진(122)는 빔 패턴 생성부(110)에서 매 시각 마다 업데이트된 빔 패턴을 받아 실시간으로 입력되는 음원 신호와 컨볼루션함으로써 최종 출력을 생성한다. 컨볼루션된 신호는 통상적인 스피커 어레이 구동부와 마찬가지로 멀티 채널 증폭부(124)를 통해 증폭되어 스피커 어레이(130)를 통해 출력된다.
스피커 어레이(130)는 증폭된 멀티 채널 신호를 사용하여 각 스피커 유닛을 구동하여 공간상에 사운드 웨이브(10)를 발생시킨다. 스피커 어레이(130)는 통상적인 선형 또는 평면 어레이 등이 사용될 수 있다.
사운드 빔이 벽체로부터 반사되어 사운드 존의 성능을 저하시키는 반사음의 양을 저감하여, 벽면의 영향에 둔감하게 실내에서 원하는 사운드 존에 소리를 집중시킬 수 있다. 이로 인해, 어레이 스피커의 개수나 사이즈 증가 없이도 단일 어레이로 전 주파수 대역에서 실내에서 적용하기에 충분한 음압차를 확보할 수 있다.
도 2는 청취 공간에서 포커싱 거리가 다른 빔 패턴들의 거리별 음압 감쇄량의 일 예를 나타내는 도면이다.
음압(sound pressure)은 음향 에너지가 미치는 힘을 압력의 물리량을 이용하여 표현한 것이다. 일반적인 단일 스피커에서 발생된 소리의 음압은 거리에 반비 례하여 감소하지만, 어레이 스피커로 생성한 사운드 빔의 경우에는 특정 거리까지는 천천히 감쇄하는 특성을 가지고 있다. 이러한 특정 거리를 레일리 거리(Rayleigh distance)라고도 한다. 사운드 빔을 생성하는데 있어, 어레이 스피커에 입력되는 각 신호의 지연 시간 및 이득을 조정하거나, 포커싱하고자 하는 거리에 맞추어 빔 패턴 최적화를 수행하면, 사운드 포커싱 거리를 바꾸어 빔을 생성할 수 있다.
도 2는 빔 패턴에 따라 전달되는 음향의 전파 거리(traveling distance)에 따른 음압 레벨(SPL: sound pressure level)을 나타낸다. 도 2에 도시된 바와 같이, 빔 패턴의 포커싱 거리 D를 바꾸어줌으로써, 소리가 천천히 감소하는 구간의 길이를 바꾸어줄 수 있다. 그러므로, 벽면으로부터의 반사에 의해 발생하는 반사음을 감소시키기 위해서는, 포커싱 거리가 짧은 사운드 빔을 사용하여 거리에 따른 감쇄가 빠르게 일어나도록 할 수 있을 것이다. 그러나, 일반적으로 포커싱 거리가 짧은 사운드 빔의 빔 패턴은 파 필드(far-field)에서는 도 3에 도시된 바와 같이 더 넓은 빔폭을 가지게 된다.
도 3은 포커싱 거리가 서로 다른 2개의 사운드 빔 패턴의 파 필드 빔 패턴의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 3에서 도면부호 310은 포커싱 거리가 1m인 사운드 빔의 파 필드 빔 패턴을 나타내고, 도면부호 320은 포커싱 거리가 10m인 사운드 빔의 파 필드 빔 패턴을 나타낸다. 도 3에 도시된 바와 같이, 가까운 거리에 포커싱을 수행하면, 거리 감쇄는 더 빠르게 발생하지만 빔이 더 넓게 퍼지게 되어 정숙을 요하는 공간에서는 결과적으로 성능 향상을 기대하기 어렵거나 더 증가된 음압을 얻을 수 있으므로, 포커싱 거리를 줄이는 것에 의하여 반사음을 감소시키는 방법에는 한계가 있다.
도 1을 참조하여 설명한 바와 같이, 지향성 음향 생성 장치(100)는 전파 거리가 고정된 하나의 빔 패턴을 사용하지 않고, 시간에 따라 변하는 빔 패턴을 사용하여 주파수 응답의 피크와 골을 제거한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 포커싱 거리가 서로 다른 빔들을 청취 위치에서 같은 음압이 되도록 정규화하면, 사운드 빔의 직접음들은 청취 위치에서 모두 같은 크기로 들린다. 반면에, 벽면으로부터 사운드 빔이 반사되어 들리는 반사음(echo)은 사운드 빔이 충분한 거리를 전파한 후에 유입되는 것이므로, 서로 다른 사운드 빔의 반사음은 서로 다른 음압을 갖게 된다.
즉, 청취 공간에서 직접음의 크기는 동일하지만, 그 반사음은 서로 다른 크기를 갖는 응답을 얻을 수 있다. 한편, 음향을 청취하지 않는 것이 바람직한 정숙 공간에서는 사운드 빔의 중심부에서 벗어난 위치에 청취자가 존재하는 것과 같으므로, 앞서 시간에 따라 변하는 빔 패턴을 사용하게 되면 청취 공간의 경우와는 달리 청취자는 직접파도 그 크기가 서로 다른 소리를 청취하게 된다. 즉, 정숙 공간에서는 직접파와 반사파 모두 빔 패턴의 포커싱 거리에 따라 그 음압이 변화하게 된다.
이하에서는, 도 4a 내지 도 4c를 참조하여, 시간에 따라 변화하는 빔 패턴이 응답의 피크와 골을 억제할 수 있는 원리를 설명한다. 도 4a는 2개의 입력 펄스를 나타내고, 도 4b는 2개의 입력 펄스에 시불변 빔 패턴의 적용한 응답 패턴의 일 예 를 나타내고, 도 4c는 2개의 입력 펄스에 시변 특성을 가지는 빔 패턴을 적용한 응답 패턴의 일 예를 나타내는 도면이다.
먼저, 재생하고자 하는 음원 신호를 s(t)라 하고, 특정 빔 패턴의 청취 위치에서의 룸 임펄스 응답(room impulse response)을 h(t)라고 하면, h(t)는 수학식 1로 나타낼 수 있다.
h(t) = hd(t) + hr(t)
여기에서, hd(t)는 임펄스 응답의 직접음 부분을 나타내고, hr(t)는 반사음 부분을 나타낸다.
음원 신호를 스피커 어레이를 통해 재생하였을 때 청취 위치에서 발생하는 음압은 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.
p(t) = (hd(t) + hr(t))* s(t)
여기에서, *는 컨볼루션 연산을 나타낸다.
시간에 따라 변화하는 빔 패턴의 간단한 예로, 도 4a에 도시된 바와 같이, A와 B 두 가지 빔 패턴을 시간 지연 Δt를 갖는 2개의 펄스로 발생시키는 경우를 고려하면, 입력 신호 s(t)는 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.
s(t) = δ(t) + δ(t-Δt)
2개의 펄스에 대해 동일한 빔 패턴을 사용하지 않고, 거리 감쇄비가 다른 빔 패턴을 적용하는 방법을 사용하면, 2개의 빔 패턴의 직접음은 동일한 임펄스 응답 hd(t)을 가지지만, 반사음은 2개의 빔 패턴의 거리 감쇄량 차이에 따라 각각 hrA(t)와 hrB(t)로 표현될 수 있다. 거리가 감쇄비가 다른 2개의 빔 패턴을 수학식 2에 적용하면, 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.
p(t) = (hd(t) + hrA(t))* δ(t) + (hd(t) + hrB(t))* δ(t-Δt)
= hd(t)*(δ(t) + δ(t-Δt)) + (hrA(t)*δ(t) + hrB(t)δ(t-Δt))
즉, 도 4c에 도시된 바와 같이, 직접음 부분에서는 2개의 펄스가 변화없이 재현되지만, 반사파 부분에서는 2개의 펄스의 크기가 시간에 따라 변화하는 형태가 된다. 간단한 경우로, 빔 패턴 A와 B의 반사음 성분이 서로 C만큼 크기가 다르다면 hrB(t)는 hrB(t) = chrA(t)의 관계로 표현될 수 있다.
이 경우, 수학식 4에 표현된 응답 p(t)는 수학식 5와 같이 표현될 수 있다.
p(t)= hd(t)*[δ(t) + δ(t-Δt)] + hrA(t)*[δ(t) + cδ(t-Δt)]
= hd(t)*[δ(t) + δ(t-Δt)] + hrA(t)* α(t)[δ(t) + δ(t-Δt)]
여기에서, 델타 함수 δ(t) 의 특성상 δ(t)δ(t-Δt)=0이므로, α(t)는 α(t) = δ(t) + cδ(t-Δt)로 주어지며, 시간에 따른 빔 패턴의 감쇄량 변화를 나타낸다.
수학식 5를 보다 일반적으로 시간에 따라 기준 빔 패턴으로부터 α(t)로 변동되는 빔 패턴에 일반적인 음원 s(t)를 입력하는 경우에 대하여 기술하면 수학식 6과 같이 나타낼 수 있다.
p(t) = hd(t)* s(t) + hr(t)* (α(t)s(t))
즉, 직접파는 입력 신호가 그대로 재현되지만, 반사파의 경우 입력 신호가 α(t)만큼 진폭 변조(amplitude modulation)된 형태로 출력된다.
입력 신호 s(t)가 α(t)에 의해 진폭 변조되면, 그 주파수 응답 S(f)와 A(f)는 수학식 7에 나타나는 바와 같이 서로 컨볼루션된다.
F[s(t)α(t)] = (S(f) * A(f))
이와 같이, 주파수 응답 S(f)와 A(f)이 컨볼루션되면, 주파수 응답이 평균화되는 효과가 있으므로, 반사파 부분이 평균되는 효과가 생긴다. 도 4a에 도시된 입력 신호에 시불변(constant) 빔 패턴을 적용하면 도 4b에 도시된 바와 같은 응답이 생성된다. 도 4c를 참조하면, 시불변 빔 패턴이 적용된 경우에 비하여 시변 빔 패턴을 적용하면 반사음 부분이 α(t)만큼 진폭 변조(amplitude modulation)된 형태로 출력됨을 알 수 있다. 반사음 부분이 α(t)만큼 진폭 변조되면, 주파수 영역에서 반사음 부분이 스무딩(smoothing)된다.
도 5a 및 도 5b는 청취 공간에서 입력 신호에 시변 빔 패턴 및 시불변 빔 패턴을 각각 적용하여 얻은 주파수 응답의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 5a 및 도 5b에서 가로축은 주파수를 나타내고, 세로축은 SPL(sound pressure level)을 나타낸다. 도 5b에 도시된 바와 같이, 시불변 빔 패턴 적용시 주파수 응답의 골에 해당하는 입력 신호라 하더라도, 도 5a에 도시된 바와 같이, 시변 빔 패턴 적용시에는 진폭 변조에 의해 다른 주파수 응답이 컨볼루션 되는 효과로 골이 발생되지 않게 된다. 따라서, 입력 신호에 시변 빔 패턴을 적용함으로써 청취 공간에서 음압이 급격하게 감소하는 현상을 막을 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 정숙 공간에서 입력 신호에 시변 빔 패턴 및 시불변 빔 패턴을 각각 적용하여 얻은 주파수 응답의 일 예를 나타내는 도면이다.
빔의 중심부에서 벗어난 정숙 공간의 응답의 경우에는, 2개의 빔 패턴의 직접파와 반사파 모두 청취 공간에서 정규화되어 있지 않으므로, 2개의 빔 패턴의 직접파와 반사파는 모두 진폭 변조되어 평균되는 효과를 갖는다. 따라서, 입력 신호에 시불변 빔 패턴이 적용된 경우에 비하여, 입력 신호에 시변 빔 패턴을 적용하면, 불균일한 주파수 응답이 스무딩되는 효과를 얻을 수 있다. 특히, 음압의 피크에 의하여 정숙 공간에서 음압이 커지는 현상을 막을 수 있다.
도 7은 도 1의 지향성 음향 생성 장치의 빔 패턴 생성부(110)의 구성의 일 예를 나타내는 블록도이다.
빔 패턴 생성부(110)는 빔 패턴 저장부(710) 및 빔 패턴 선택부(720)를 포함할 수 있다.
빔 패턴 저장부(710)는 포커싱 거리가 다른 적어도 2 이상의 빔 패턴들을 저장한다. 여기에서, 적어도 2 이상의 빔 패턴들은 청취 위치에서 같은 크기의 직접파을 발생시키도록 정규화되어 있다. 도 7에는 제1 빔 패턴(211), 제2 빔 패턴(712) 및 제3 빔 패턴(713)이 도시되어 있으나, 빔 패턴의 개수 및 형태에 제한되지 않는다. 빔 패턴 선택부(720)는 시간마다 다른 빔 패턴을 선택하여 출력한다. 빔 패턴 선택부(720)는 입력 신호의 샘플링 단위 또는 그 이상의 소정의 간격으로 빔 패턴 저장부(710)에서 하나의 빔 패턴을 선택하여 연산부(120)로 출력할 수 있다.
도 8은 도 1의 지향성 음향 생성 장치의 빔 패턴 생성부(110)의 구성의 다른 예를 나타내는 블록도이다.
빔 패턴 생성부(110)는 빔 패턴 저장부(810) 및 빔 패턴 합성부(820)를 포함할 수 있다.
빔 패턴 저장부(810)는 포커싱 거리가 다른 적어도 2 이상의 빔 패턴을 저장한다. 도 8에는 제1 빔 패턴(811) 및 제2 빔 패턴(812)이 도시되어 있으나, 빔 패턴의 개수 및 형태에 제한되지 않는다.
빔 패턴 합성부(820)는 제1 가중치 생성부(821), 제1 가중치 적용부(822), 제2 가중치 생성부(823), 제2 가중치 적용부(824) 및 합성부(825)를 포함할 수 있다.
제1 가중치 생성부(821)은 저장된 빔 패턴 중 제1 빔 패턴(811)에 적용될 제1 가중치를 생성한다. 제2 가중치 생성부(823)는 저장된 빔 패턴 중 제2 빔 패 턴(812)에 적용될 제2 가중치를 생성한다. 여기에서, 제1 가중치 및 제2 가중치는 시간에 따라 변경되어 각각 제1 빔 패턴(811) 및 제2 빔 패턴(812)에 적용된다. 또한, 제1 가중치 및 제2 가중치의 합은 1로 설정된다.
제1 가중치 적용부(822)는 제1 가중치를 제1 빔 패턴(811)에 곱하여 제1 가중치를 제1 빔 패턴에 적용한다. 제2 가중치 적용부(824)는 제2 가중치를 제2 빔 패턴(812)에 곱하여 제2 가중치를 제2 빔 패턴에 적용한다.
합성부(825)는 제1 가중치가 적용된 제1 빔 패턴과 제2 가중치가 적용된 제2 빔 패턴을 합성하여 출력한다. 제1 가중치 및 제2 가중치는 시간에 따라 변경되어 각각 제1 빔 패턴(811) 및 제2 빔 패턴(812)에 적용되므로, 합성부(825)를 통하여 시간에 따라 변하는 빔 패턴이 출력될 수 있다. 도 8에서는 2개의 빔 패턴이 합성되기 위한 빔 패턴 생성부(110)의 구성을 나타내고 있으나, 3 이상의 빔 패턴이 합성될 수도 있으며, 이 경우에도, 각 빔 패턴에 부여되는 가중치들의 합은 1로 설정된다.
도 9는 지향성 음향 생성 방법의 일 예를 나타내는 도면이다.
지향성 음향 생성 장치(100)는 입력 신호를 수신하고(910), 지향성 음향 생성 장치(100)는 시간에 따라 변화하는 빔 패턴을 생성한다(920). 동작 910 및 동작 920이 순차적으로 수행되는 것을 나타내는 것은 아니다. 예를 들어, 시간에 따라 입력 신호가 디지털 음향 샘플링 단위로 입력되는 것과 동기하여 적어도 하나의 음향 샘플링 단위로 서로 다른 빔 패턴이 생성될 수 있다. 시간에 따라 변화하는 빔 패턴은 거리에 따라 서로 다른 감쇄율을 갖는 빔 패턴일 수 있으며, 또한, 미리 설정된 청취 위치에서 시간에 따른 직접 파의 크기의 변동이 없도록 동일한 크기의 음압을 가지는 빔 패턴일 수 있다.
시간에 따라 변화하는 빔 패턴은 미리 저장된 포커싱 거리가 다른 적어도 2 이상의 빔 패턴들 중에서 시간마다 서로 다른 빔 패턴을 선택하는 방법으로 생성될 수 있다. 또는, 시간에 따라 변화하는 빔 패턴은 미리 저장된 빔 패턴 중 적어도 2개의 빔 패턴을 선택하고, 선택된 빔 패턴에 시간에 따라 서로 다른 가중치를 적용하여 서로 다른 가중치가 적용된 빔 패턴들을 합성하는 방법으로 생성될 수 있다. 여기에서, 선택된 빔 패턴들에 적용되는 가중치들의 합은 1이다.
지향성 음향 생성 장치(100)는 생성된 빔 패턴을 음원 신호와 컨볼루션하고, 컨볼루션된 음향 신호를 멀티 채널 신호로 생성한다(930).
지향성 음향 생성 장치(100)는 멀티 채널 신호를 출력한다(940).
이와 같은 방법으로, 지향성 음향 생성 장치(100)는 청취 공간에서 일정한 직접음을 발생시키고, 뒤따르는 후면 반사음을 시간에 따라 변화시키도록 하는 빔 패턴을 발생시킬 수 있다. 시간에 따라 변화하는 빔 패턴을 이용하여 지향성 음향 생성 장치(100)는 청취 공간에서 응답 저하를 방지하고, 정숙 공간에서 피크 응답을 억제하여, 자연스러운 음향을 발생시키면서도 청취 공간의 음향 성능을 개선할 수 있다.
본 발명의 일 양상은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현될 수 있다. 상기의 프로그램을 구현하는 코드들 및 코드 세그먼트들은 당해 분야의 컴퓨터 프로그래머에 의하여 용이하게 추론될 수 있다. 컴 퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 디스크 등을 포함한다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로 저장되고 실행될 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 일 실시예에 불과할 뿐, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 전술한 실시예에 한정되지 않고 특허 청구범위에 기재된 내용과 동등한 범위 내에 있는 다양한 실시 형태가 포함되도록 해석되어야 할 것이다.
도 1은 지향성 음향 생성 장치의 구성의 일 예를 나타내는 블록도이다.
도 2는 청취 공간에서 포커싱 거리가 다른 빔 패턴들의 거리별 음압 감쇄량의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 3은 포커싱 거리가 서로 다른 2개의 사운드 빔 패턴의 파 필드 빔 패턴의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 4a는 2개의 입력 펄스를 나타내고, 도 4b는 2개의 입력 펄스에 시불변 빔 패턴의 적용한 응답 패턴의 일 예를 나타내고, 도 4c는 2개의 입력 펄스에 시변 특성을 가지는 빔 패턴을 적용한 응답 패턴의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 청취 공간에서 입력 신호에 시변 빔 패턴 및 시불변 빔 패턴을 각각 적용하여 얻은 주파수 응답의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 6a 및 도 6b는 정숙 공간에서 입력 신호에 시변 빔 패턴 및 시불변 빔 패턴을 각각 적용하여 얻은 주파수 응답의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 7은 도 1의 지향성 음향 생성 장치의 빔 패턴 생성부(110)의 구성의 일 예를 나타내는 블록도이다.
도 8은 도 1의 지향성 음향 생성 장치의 빔 패턴 생성부(110)의 구성의 다른 예를 나타내는 블록도이다.
도 9는 지향성 음향 생성 방법의 일 예를 나타내는 도면이다.

Claims (12)

  1. 시간에 따라 변화하는 빔 패턴을 생성하는 빔 패턴 생성부;
    상기 생성된 빔 패턴을 입력되는 음원 신호와 컨볼루션하고, 컨볼루션되어 생성된 음향 신호를 멀티 채널 신호로 생성하는 연산부; 및
    상기 멀티 채널 신호를 출력하는 스피커 어레이를 포함하는 지향성 음향 생성 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 빔 패턴 생성부는 상기 시간에 따라 변화하는 빔 패턴으로 거리에 따라 서로 다른 감쇄율을 갖는 빔 패턴을 생성하는 지향성 음향 생성 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 빔 패턴 생성부는 상기 시간에 따라 변화하는 빔 패턴으로 미리 설정된 청취 위치에서 시간에 따른 직접 파의 크기의 변동이 없도록 동일한 크기의 음압을 가지는 빔 패턴을 생성하는 지향성 음향 생성 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 빔 패턴 생성부는,
    포커싱 거리가 다른 적어도 2 이상의 빔 패턴들을 저장하는 빔 패턴 저장부; 및
    시간에 따라 서로 다른 빔 패턴을 선택하여 출력하는 빔 패턴 선택부를 포함하는 지향성 음향 생성 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 빔 패턴 생성부는,
    포커싱 거리가 다른 적어도 2 이상의 빔 패턴을 저장하는 저장부; 및
    상기 저장된 빔 패턴 중 적어도 2개의 빔 패턴을 선택하고, 선택된 빔 패턴에 시간에 따라 서로 다른 가중치를 적용하여 서로 다른 가중치가 적용된 빔 패턴들을 합성하고, 합성된 빔 패턴을 출력하는 빔 패턴 합성부를 포함하는 지향성 음향 생성 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 선택된 빔 패턴들에 적용되는 가중치들의 합은 1인 지향성 음향 생성 장치.
  7. 시간에 따라 변화하는 빔 패턴을 생성하는 단계;
    상기 생성된 빔 패턴을 음원 신호와 컨볼루션하고, 컨볼루션되어 생성된 음향 신호를 멀티 채널 신호로 생성하는 단계; 및
    상기 멀티 채널 신호를 출력하는 단계를 포함하는 지향성 음향 생성 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 빔 패턴을 생성하는 단계에서, 상기 시간에 따라 변화하는 빔 패턴으로 거리에 따라 서로 다른 감쇄율을 갖는 빔 패턴을 생성하는 지향성 음향 생성 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 빔 패턴을 생성하는 단계에서, 상기 시간에 따라 변화하는 빔 패턴으로 미리 설정된 청취 위치에서 시간에 따른 직접 파의 크기의 변동이 없도록 동일한 크기의 음압을 가지는 빔 패턴을 생성하는 지향성 음향 생성 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 빔 패턴을 생성하는 단계는,
    미리 저장된 포커싱 거리가 다른 적어도 2 이상의 빔 패턴들 중에서 시간에 따라 서로 다른 빔 패턴을 선택하여 출력하는 단계를 포함하는 지향성 음향 생성 방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 빔 패턴을 생성하는 단계는,
    미리 저장된 빔 패턴 중 적어도 2개의 빔 패턴을 선택하는 단계; 및
    상기 선택된 빔 패턴에 시간에 따라 서로 다른 가중치를 적용하여 서로 다른 가중치가 적용된 빔 패턴들을 합성하는 단계를 포함하는 지향성 음향 생성 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 선택된 빔 패턴들에 적용되는 가중치들의 합은 1인 지향성 음향 생성 방법.
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