KR20120021155A - 프론트 서라운드 음향 재생 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

음향 신호에 포함된 적어도 하나의 채널 신호 각각에 대하여, 적어도 하나의 채널 신호가 포커싱되는 영역인 강조 영역과 적어도 하나의 채널 신호의 전달이 차단되는 영역인 억제 영역간의 음압비에 기초하여, 적어도 하나의 빔포밍 필터셋의 계수를 결정하고, 적어도 하나의 채널 신호를 대응하는 빔포밍 필터셋에 통과시킨 후, 필터링된 적어도 하나의 채널 신호를 어레이스피커를 통하여 출력하는 프론트 서라운드 음향 재생 방법 및 장치가 개시된다.

Description

프론트 서라운드 음향 재생 방법 및 장치{Method and apparatus for reproducing of front surround sound}

본 발명은 프론트 서라운드 음향 재생 방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 다채널 음향 신호를 프론트 서라운드 음향 재생 장치를 이용하여 재생함으로써 입체 음향을 제공하는 프론트 서라운드 음향 재생 방법 및 장치에 관한 것이다.

음향 기술은 모노 사운드, 스테레오 사운드의 재생을 거쳐 입체 음향에까지 이르고 있다. 특히, 5.1채널의 스피커를 이용하여 입체 음향을 제공하거나, 2채널의 스피커와 HRTF를 이용하여 가상의 입체 음향을 제공하는 방법이 상용화되고 있다.

그러나, 가상 음원을 생성하는 방법은 저주파수 대역에서는 효과적이지만 고주파수 대역에서는 효율성이 떨어진다.

상기의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예의 목적은 프론트 서라운드 음향을 재생하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예가 갖는 하나의 특징은, 어레이스피커를 통하여 프론트 서라운드 음향을 재생하는 방법에 있어서, 음향 신호에 포함된 적어도 하나의 채널 신호 각각에 대하여, 상기 적어도 하나의 채널 신호가 포커싱되는 영역인 강조 영역과 상기 적어도 하나의 채널 신호의 전달이 차단되는 영역인 억제 영역간의 음압비에 기초하여, 적어도 하나의 빔포밍 필터셋의 계수를 결정하는 단계; 상기 적어도 하나의 채널 신호를 대응하는 빔포밍 필터셋에 통과시키는 단계; 및 상기 필터링된 적어도 하나의 채널 신호를 어레이스피커를 통하여 출력하는 단계를 포함하는 것이다.

상기 빔포밍 필터셋은, 상기 어레이스피커를 구성하는 복수 개의 스피커들 각각에 대응하는 복수 개의 필터들을 포함하고, 상기 출력하는 단계는, 상기 필터링된 적어도 하나의 채널 신호를 어레이스피커내의 대응하는 스피커를 통하여 출력하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 방법은, 상기 음향 신호로부터 임계 주파수 이상의 주파수 성분을 포함하는 고주파 음향 신호를 획득하는 단계를 더 포함하고, 상기 빔포밍필터셋에 통과시키는 단계는, 상기 고주파 음향 신호를 상기 빔포밍필터셋에 통과시키는 단계를 포함할 수 있다.

상기 빔포밍 필터셋에 통과시키는 단계는, 상기 음향 신호에 포함된 센터 채널 신호를 제외한 잔여 채널 신호들을 상기 잔여 채널 신호들 각각에 대응하는 빔포밍 필터셋에 통과시키는 단계를 포함하고, 상기 출력하는 단계는, 상기 빔포밍 필터셋을 통과한 잔여 채널 신호들과 상기 센터 채널 신호를 가산하여 상기 어레이스피커로 출력하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 계수를 결정하는 단계는, 상기 적어도 하나의 채널 신호 각각에 대하여, 상기 강조 영역과 상기 억제 영역간의 음압비 및 상기 강조 영역에서의 음압 효율에 기초하여 상기 빔포밍필터셋의 계수를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 계수를 결정하는 단계는, 상기 적어도 하나의 채널 신호 각각에 대하여 상기 강조 영역 및 상기 억제 영역을 설정하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 계수를 결정하는 단계는, 상기 빔포밍필터셋 내의 복수 개의 필터들에 동일한 입력 신호를 인가하여 획득된 출력 신호들의 위상차가 비선형적으로 변하도록 상기 계수를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

소정의 위치에 적어도 하나의 가상 음원을 정위시키기 위한 가상화 필터에 상기 음향 신호를 통과시키는 단계; 및 상기 가상화필터를 통과한 상기 음향 신호를, 우퍼 스피커를 통하여 출력하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 가상화필터에 상기 음향 신호를 통과시키는 단계는, 상기 소정의 위치에 정위된 적어도 하나의 가상 음원간의 크로스토크를 제거하는 단계; 및 상기 음향 신호와 상기 크로스토크가 제거된 가상 음원간의 신호 특성을 보정하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 크로스토크를 제거하는 단계는, 상기 소정의 위치에서 측정한 머리 전달 함수와 상기 음향 신호를 콘볼루션하여 적어도 하나의 가상 음원을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예가 갖는 하나의 특징은, 어레이스피커를 통하여 프론트 서라운드 음향을 재생하는 장치에 있어서, 음향 신호에 포함된 적어도 하나의 채널 신호 각각에 대하여, 상기 적어도 하나의 채널 신호가 포커싱되는 영역인 강조 영역과 상기 적어도 하나의 채널 신호의 전달이 차단되는 영역인 억제 영역간의 음압비에 기초하여, 적어도 하나의 빔포밍 필터셋의 계수를 결정하는 계수결정부; 상기 적어도 하나의 채널 신호를 대응하는 빔포밍 필터셋에 통과시키는 빔포밍필터링부; 및 상기 필터링된 적어도 하나의 채널 신호를 어레이스피커를 통하여 출력하는 출력부를 포함하는 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 프론트서라운드장치(100)에 관한 블록도를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 빔포밍부(110)에 관한 블록도를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 빔포밍필터링부(220)에 관한 블록도를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 고역통과필터(310)에 관한 블록도를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 FIR필터(320)에 관한 블록도를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 믹서(330)에 관한 블록도를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 빔포밍부(110)에서 음향 신호를 출력하는 일 예를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 계수결정부(210)에 관한 블록도를 나타낸다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 어레이 스피커의 반응 모델을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 음압제어부(212)에서 비용 함수를 위한 가중치를 결정하는 방법을 설명하기 위한 그래프이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 프론트 서라운드 음향 재생 장치에서 필터의 계수를 산출하는 과정을 나타내는 흐름도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 가상화부(120)에 관한 블록도를 나타낸다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 로컬라이징부(1210)에 관한 블록도를 나타낸다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 프론트 서라운드 재생 장치(1400)에 관한 블록도를 나타낸다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 프론트 서라운드 음향 재생 방법에 관한 흐름도를 나타낸다.

이하에서는 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 프론트서라운드장치(100)에 관한 블록도를 나타낸다.

프론트서라운드장치(100)는 측면이나 후면 스피커를 사용하지 않고 전면의 스피커만으로 입체 음향을 재생하기 위한 장치이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 프론트서라운드장치(100)는 빔포밍부(110) 및 가상화부(120) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

빔포밍부(110)는 음향 신호로부터 임계치 이상의 고주파 성분만을 추출하고, 고주파 성분을 소정의 위치에 포커싱하여 반사 음향 신호를 유발한다. 반사 음향 신호가 청취자에게 도달하면 청취자는 소정의 위치(반사 음향이 생성된 위치)에서 음원이 발생한 것으로 인식하게 되어 입체 음향을 즐길 수 있다. 이와 같이, 빔포밍부(110)를 이용할 경우 전면에 배치된 스피커를 이용하여 청취자의 후면에서 발생하는 신호인 서라운드 채널 신호를 효과적으로 제공할 수 있다.

가상화부(120)는 음향 신호의 게인이나 위상을 변화시켜 소정의 위치에 가상 음원을 정위시킨다. 일 실시예에서는, 가상화부(120)가 음향 신호의 전대역 성분을 이용하여 가상 음원을 정위시키고, 다른 실시예에서는 가상화부(120)가 임계치 이하의 저주파 성분만을 이용하여 가상 음원을 정위시킨다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 빔포밍부(110)에 관한 블록도를 나타낸다.

본 발명의 일 실시예에 따른 빔포밍부(110)는 계수결정부(210), 빔포밍필터링부(220) 및 출력부(230)를 포함한다.

계수결정부(210)는 음향 신호에 포함된 적어도 하나의 채널 신호 각각에 대하여 빔포밍필터셋의 계수를 결정한다. 빔포밍필터는 음향 신호를 처리하여 소정의 위치에 포커싱시키는 필터이다. 빔포밍필터를 거친 음향 신호가 어레이스피커내의 대응하는 스피커들로 출력될 때, 신호의 중첩과 상쇄로 인하여 특정한 방향으로 음향 신호의 전달이 집중되게 된다. 본 명세서에서는, 음향 신호가 포커싱되는 영역(또는, 소리의 전달이 강조되는 영역)을 강조 영역 또는 명부로 지칭하고, 음향 신호가 전달되지 않은 영역(또는, 소리의 전달이 억제되는 영역)을 억제 영역 또는 음부로 지칭한다.

빔포밍필터셋은 어레이스피커내의 스피커들의 개수만큼의 빔포밍필터들을 포함할 수 있으며, 빔포밍필터셋내의 빔포밍필터들 각각은 어레이스피커내의 스피커들 각각에 대응한다. 따라서, 계수결정부(210)는 하나의 채널 신호에 대하여 어레이스피커내의 스피커들의 개수만큼의 빔포밍필터계수를 결정한다. 예를 들어, 음향 신호는 5.1채널 신호를 포함하고, 4개의 채널 신호가 빔포밍필터를 통과하며, 어레이스피커가 10개의 스피커로 구성된다고 가정해보자. 이 경우, 하나의 채널 신호는 10개의 빔포밍필터들을 통과하게 되므로, 계수결정부(210)는 4*10=40개의 빔포밍필터계수를 계산한다.

계수결정부(210)는 강조 영역에서의 음압과 억제 영역에서의 음압의 레벨 차이에 기초하여 빔포밍필터셋의 계수를 결정한다. 음압의 레벨 차이는 억제 영역에 대한 강조 영역의 음압의 비로 표현할 수 있으며, 음압비가 크다는 것은 억제 영역으로 전달되는 음향 에너지에 비하여 강조 영역으로 전달되는 음향 에너지가 상대적으로 크다는 것을 의미한다. 따라서, 억제 영역에 대한 강조 영역의 음압비가 클수록 음향 신호가 강조 영역으로 잘 포커싱되고 있는 것으로 판단할 수 있다.

계수결정부(210)는 강조 영역에서의 음압의 효율을 더 고려하여 빔포밍필터셋의 계수를 결정할 수 있다. 음압의 효율이란 입력 신호의 크기에 대한 출력 신호의 음압의 크기의 비로 표현될 수 있다. 출력 신호는 강조 영역에서 획득되는 신호를 의미할 수 있다. 음압 효율이 크다는 것은 입력 신호의 손실을 최소화하면서 입력 신호의 대부분이 강조 영역으로 전달되었다는 것을 의미하므로, 음압 효율이 클수록 음향 신호가 강조 영역으로 잘 포커싱되고 있는 것으로 판단할 수 있다.

계수결정부(210)가 음압비만을 고려하여 필터 계수를 결정할 경우 강조 영역에서의 절대적인 음압이 고려되지 않기 때문에, 강조 영역에서의 음압과 억제 영역에서의 음압의 비를 적절히 조절하여 음향 신호가 강조 영역으로 포커싱되었다고 하더라도, 강조 영역에서의 절대적인 음압이 작아서 사용자가 입체 음향을 청취하지 못할 수 있다. 또한, 계수결정부(210)가 음압비만을 고려하여 필터 계수를 결정할 경우 억제 영역으로 전달되는 음향 신호를 상쇄시키기 위하여 불필요한 제어 에너지를 사용하게 된다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제어에 사용되는 에너지에 비하여 강조 영역에 전달되는 에너지의 절대적인 음압을 증가시키는 방법을 사용할 수도 있다. 이 경우, 강조 영역 이외의 영역(억제 영역을 포함)에서의 음압 레벨이 높아질 수 있다. 이와 같이 높은 음압 레벨을 제어하기 위해서는 상당히 큰 파장을 갖는 어레이스피커를 사용하여야 하므로 바람직하지 않다.

따라서, 계수결정부(210)는 음압비와 음압 효율을 모두 고려하여 빔포밍필터들의 계수를 결정하는 것이 바람직할 수 있다.

계수결정부(210)는 음향 신호에 포함된 각각의 채널 신호에 대하여 강조 영역과 억제 영역을 설정한다. 단, 빔포밍필터를 통과시키지 않는 채널 신호에 대해서는 강조 영역과 억제 영역을 설정하지 않을 수 있다. 또한, 계수결정부(210)는 억제 영역은 설정하지 않고 강조 영역만을 설정하거나, 하나 이상의 강조 영역들 또는 억제 영역들을 설정할 수 있다.

강조 영역과 억제 영역은 사용자가 좌표를 입력하거나, 계수결정부(210) 또는 사용자가 미리 설정된 복수 개의 영역들 중 하나를 선택하거나, 계수결정부(210)가 음향 신호가 출력되는 공간의 구조를 파악한 후 직접 설정할 수도 있다. 일 예로, 계수결정부(210)는 음향 신호가 출력되는 공간에 하나 이상의 파일럿 신호를 출력하여 스피커가 배치된 공간의 구조를 파악할 수 있다.계수결정부(210)는 스피커가 배치된 공간의 구조와 청취자의 위치에 기초하여 각각의 채널 신호별로 강조 영역과 억제 영역을 직접 설정한다. 예를 들어, 좌측정면채널신호가 청취자의 좌측정면에서 발생되도록 하기 위하여, 계수결정부(210)는 청취자의 좌측에 위치한 벽면을 강조 영역으로 설정하고 강조 영역에 좌측정면채널신호를 포커싱한다.

강조 영역과 억제 영역에 대한 위치 정보는 특정 좌표값을 이용하여 표현되거나, 어레이스피커로부터의 거리 및 방향 정보로써 표현될 수도 있다.

빔포밍필터링부(220)는 적어도 하나의 채널 신호를 대응하는 빔포밍필터셋에 통과시킨다. 빔포밍필터셋은 어레이스피커를 구성하는 스피커들의 개수만큼의 빔포밍필터를 포함할 수 있음은 상술한바이다. 일 실시예에서는, 빔포밍필터링부(220)가 적어도 하나의 채널 신호에서 고주파 성분만을 추출하여 빔포밍필터셋에 통과시킬 수 있다.

빔포밍필터링부(220)는 빔포밍필터를 통과한 채널 신호들 중 동일한 스피커로 출력될 신호들을 믹싱한다. 예를 들어, 스피커어레이가 10개의 스피커로 구성되며, 음향 신호에 포함된 5개의 채널 신호들 중 센터 신호를 제외한 4개의 채널 신호가 빔포밍필터를 통과하였다고 가정하자. 포빔밍필터링부(220)는 4개의 채널 신호를 빔포밍필터에 통과시킨 후 동일한 스피커로 출력될 신호들을 믹싱하여 해당 스피커로 출력한다. 일 실시예에서, 빔포밍필터링부(220)는 빔포밍필터를 통과한 채널 신호에 센터 신호(또는 소정의 이득값으로 증폭 또는 감쇄한 센터 신호)를 믹싱한 후 대응하는 스피커로 출력할 수 있다.

출력부(230)는 필터링된 적어도 하나의 채널 신호를 어레이스피커를 구성하는 대응하는 스피커들을 통하여 출력한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 빔포밍필터링부(220)에 관한 블록도를 나타낸다.

본 발명의 일 실시예에 따른 빔포밍필터링부(220)는 고역통과필터(310), FIR필터(320), 믹서(330)를 포함할 수 있다.

고역통과필터(310)는 음향 신호에 포함된 적어도 하나의 채널 신호로부터 고주파수 성분을 추출하기 위한 필터이다. 고역통과필터(310)는 적어도 하나의 채널 신호 각각에 적용될 임계 주파수를 상이하게 설정할 수도 있으나, 설계의 편의를 위하여 적어도 하나의 채널 신호 각각에 적용될 임계 주파수를 동일하게 설정할 수도 있다.

FIR필터(320)의 계수를 적절히 조절함으로써 FIR필터(320)를 통과한 적어도 하나의 채널 신호 각각을 원하는 방향에 포커싱 시킬 수 있다. FIR필터(320)의 계수는 음압 효율 및 음압비에 기초하여 결정된다. FIR필터(320)는 단순이 입력 신호의 위상이나 게인을 변화시키는 것이 아니라 음압 효율 및 음압비에 기초하여 필터의 계수를 결정하므로, FIR필터(320)를 통과하여 인접하는 스피커로 출력될 두 개의 필터링된 채널 신호의 위상 차가 비선형적이다.

믹서(330)는 FIR필터(320)를 통과한 채널 신호들 중 동일한 스피커로 출력될 채널 신호들을 믹싱한다. 일 실시예에서는 음향 신호에 포함된 채널 신호들 중 일부가 FIR필터(320)를 통과하지 않을 수 있으며, 이 경우 믹서(330)는 FIR필터(320)를 통과한 채널 신호들 중 동일한 스피커로 출력될 채널 신호들과 FIR필터(320)를 통과하지 않은 채널 신호를 믹싱할 수 있다. 믹서(330)는 믹싱되는 복수 개의 채널 신호들의 믹싱 비율을 조절하기 위하여, 믹싱되는 복수 개의 채널 신호들을 상이한 게인 값으로 증폭 또는 감쇄할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 고역통과필터(310)에 관한 블록도를 나타낸다.

음향 신호에는 좌측정면채널신호(Lf)(401),우측정면채널신호(Rf)(402),센터채널신호(Ct)(403),좌측후면채널신호(Ls)(404),우측후면채널신호(Rs)(405)가 포함된다. 도 4에서는 음향 신호가 5.1채널 음향 신호를 포함하는 것으로 가정하였으나 실시예에 따라서는 6.1, 7.1채널 음향 신호를 포함할 수 있다.

HPF(411,412,413,414,415)는 채널 신호들(401,402,403,404,405)로부터 임계 주파수 이상의 성분(421,422,423,424,425)들만을 추출한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 FIR필터(320)에 관한 블록도를 나타낸다.

도 5에서는 HPF(411,412,413,414,415)를 통과하여 획득된 고주파 성분들(421,422,423,424,425)들 중 센터 신호에 대한 고주파 성분(423)을 제외한 나머지 채널에 대한 고주파 성분(421,422,424,425)들이 FIR필터(320)를 통과하는 것으로 가정한다.

FIR필터(320)는 네 개의 FIR필터셋들로 구성되며, 하나의 FIR필터셋이 하나의 채널 신호에 대응한다.

도 5a는 좌측정면채널신호(401)에 대한 고주파 성분(421)을 필터링하는 FIR필터셋(510)을 나타내고, 도 4b는 우측정면채널신호(402)에 대한 고주파 성분(422)을 필터링하는 FIR필터셋(520)을 나타내고, 도 4c는 좌측후면채널신호(404)에 대한 고주파 성분(424)을 필터링하는 FIR필터셋(540)을 나타내며, 도 4d는 좌측후면채널신호(405)에 대한 고주파 성분(425)을 필터링하는 FIR필터셋(550)을 나타낸다.

FIR필터셋(510,520,530,540)은 어레이스피커를 구성하는 스피커들의 개수만큼의 FIR필터들을 포함한다. 도 5에서는 어레이스피커가 N개의 스피커들로 구성되는 것으로 가정하자.

도 5a를 참고하면, 좌측정면채널신호(401)에 대한 고주파 성분(421)은 N개로 복제된 후, FIR필터셋(510)을 구성하는 N개의 FIR필터(510-1,510-2, ... , 510-N)들로 입력된다. FIR필터셋(510)은 N개의 필터링된 좌측정면채널신호(511-1, 511-2, ...511-N)를 출력한다. FIR필터(510-1,510-2, ... , 510-N)들은 단순히 입력 신호의 게인과 위상만을 변경하는 것이 아니라 음압비와 음압 효율을 고려하여 필터 계수를 설계하는 것이므로, 인접하는 출력 신호들간의 위상 차이가 선형적으로 변하지 않는다. 즉, Lf_FIR1(511-1)과 Lf_FIR2(511-2)간의 위상차와, Lf_FIR2(511-2)과 Lf_FIR3(511-3)간의 위상차, Lf_FIR3(511-3)과 Lf_FIR4(511-4)간의 위상차가 비선형적으로 변한다.

도 5b 내지 도 5d는 입력 신호가 상이한 것을 제외하면 도 5a와 동일하므로 이하 설명을 생략한다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 믹서(330)에 관한 블록도를 나타낸다.

믹서(330)는 빔포밍필터(220)를 통과한 채널 신호들 중에서 동일한 스피커로 출력될 채널 신호들을 믹싱한다.

본 명세서에서는, 믹서(330)가 첫 번째 스피커(610-1)로 출력되는 출력 신호를 생성하는 과정만을 설명한다.

믹서(330)는 빔포밍필터(220)를 통과한 Lf_FIR1(511-1), RF_FIR1(521-1), Ls_FIR(541-1), Rs_FIR(551-1)와 빔포밍필터(220)를 통과하지 않은 Ct_HPF(423)를 믹싱한다. 일 실시예에서, 믹서(330)는 Ct_HPF(423)을 소정의 게인 값으로 증폭 또는 감쇄한 후 믹싱할 수 있다.

이와 같은 방법으로 믹서(330)에서 믹싱된 N 번째 스피커(610-N)로 출력되는 출력 신호는 다음의 수학식 1에 기초하여 계산될 수 있다.

[수학식 1]

출력 신호= LF_FIRN(511-N) + RF_FIRN(521-N) + Ls_FIRN(541-N) + Rs_FIRN(551-N) + Ct_HPF(423)*A

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 빔포밍부(110)에서 음향 신호를 출력하는 일 예를 나타낸다.

빔포밍부(110)는 음향 신호를 빔포밍필터를 이용하여 필터링한 후 복수 개의 스피커들로 구성된 어레이스피커를 통하여 출력한다. 빔포밍부(110)는 청취자가 측면이나 후면에서 음향 신호가 발생한 것으로 인식하도록, 각각의 채널별 강조 영역(710)을 결정하고, 강조 영역(710)으로 음향 신호를 포커싱시키고, 억제 영역(721,722)로는 음향 신호가 전달되지 않도록 빔포밍필터의 계수를 조정한다. 빔포밍필터를 통과한 음향 신호는 채널별로 각각의 강조 영역(710)에 포커싱되어 반사 신호를 생성하게 되며, 청취자는 반사 신호를 통하여 입체 음향을 즐길 수 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 계수결정부(210)에 관한 블록도를 나타낸다.

본 발명의 일 실시예에 따른 계수결정부(210)는 음압제어부(212) 및 보정부(214)를 포함할 수 있다.

음압제어부(212)는 제어 영역 정보(강조 영역 및 억제 영역을 포함한다.)를 입력받아, 어레이스피커와 제어 영역들간의 반응 모델로부터 산출된 음압비와 음압 효율을 조합하여 음압을 제어하는 필터의 계수를 결정한다. 즉, 앞서 설명한 포커싱 여부를 판단하는 기준들인 음압비와 음압 효율은 본 실시예에서 필터의 계수를 결정하는 기준이 된다. 여기서, 반응 모델이란 특정 입력으로부터 출력까지의 관계를 발견하여 전달 함수와 같은 규격화된 표현으로 모델링한 것을 의미하며, 본 실시예에서 어레이 스피커로부터 출력되는 음향 신호는 입력에, 어레이 스피커로부터 임의의 거리만큼 떨어진 위치(이하에서, 필드 포인트(field point)라는 용어로서 사용된다.)에서의 음향 신호는 출력에 해당할 것이다. 즉, 반응 모델은 어레이 스피커로부터 출력되는 음향 신호가 어레이 스피커로부터 특정 거리만큼 떨어진 필드 포인트에서 얼마만큼의 음압을 갖는가에 대한 상관 관계를 양 위치 간의 물리적 변수를 통해 함수로 표현한 것이다.

어레이 스피커를 통해 방사되는 음향 신호에 대한 반응 모델을 구하기 위해서는 이론적인 방법, 실험적인 방법 및 해석적인 방법 등을 사용할 수 있다. 각각의 방법들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 파악할 수 있는 것으로서, 이하에서는 대표적인 방법인 이론적인 방법과 실험적인 방법에 대해 간단히 그 개요만을 소개한다.

첫째, 이론적인 방법에서는 우선 어레이 스피커로부터 임의의 거리만큼 떨어진 위치 간의 음향 전파(sound propagation) 관계식을 이용하여 음향 모델을 구성한다. 어레이 스피커를 구성하는 하나의 음원으로부터 특정 거리만큼 떨어진 하나의 필드 포인트에서의 음압이 정의되면, 정의된 음압을 어레이 스피커의 크기에 대해서 적분함으로써 다수의 음원, 즉 어레이 스피커를 통해 형성되는 음압을 구할 수 있다.

둘째, 실험적인 방법에서는 우선, 어레이 스피커를 구성하는 개별 스피커 중 하나에 특정 음원 신호를 인가하고, 해당 스피커를 통해 출력한다. 여기서, 특정 음원 신호란 방사된 음원 신호를 측정하기 위해 사용되는 테스트 음원을 의미하며, 이러한 특정 음원 신호로는 임펄스 신호(impulse signal)나 모든 주파수 성분이 균일하게 포함된 백색 잡음(white noise) 등이 사용될 수 있다. 어레이 스피커로부터 임의의 거리만큼 떨어진 필드 포인트에서는 하나의 스피커를 통해 출력된 특정 음원 신호를 마이크로폰 어레이(microphone array) 등의 측정기를 사용하여 측정한다. 이어서, 이상의 측정 과정을 어레이 스피커를 구성하는 다수의 스피커들에서 반복하여 수행함으로써 측정된 신호들에 기초하여 전체 어레이 스피커의 음압에 관한 반응 모델을 정의할 수 있다.

음압 제어부(212)는 이렇게 얻어진 반응 모델에 기초하여 음장을 제어하는 필터의 계수를 산출한다. 여기서, 음장을 제어하는 필터는 어레이 스피커의 출력 채널의 개수에 대응하는 다채널 필터이므로, 필터의 계수를 산출한다 함은 복수 개의 채널 계수를 산출한다는 것을 의미한다. 다채널 필터의 계수들을 산출하는 과정을 도 9 내지 도 11을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 어레이 스피커의 반응 모델을 설명하기 위한 도면으로서, 다채널의 어레이 스피커 시스템을 주파수 영역에서 개념적으로 도시한 것이다. 도 9에서 빔포밍필터(910)를 통해 여과된 신호들은 어레이 스피커를 구성하는 복수 개의 스피커들(931, 932 및 933)에 인가된다. 빔포밍필터(910)는 복수개의 FIR 필터들로 구성되며, 각각의 FIR 필터들은 어레이 스피커를 구성하는 개별 스피커들(931, 932 및 933)에 대응된다.

복수 개의 스피커들(931, 932 및 933)에 인가된 신호들이 방사되면, 이들 신호들은 어레이 스피커의 반응 모델에 따라 임의의 필드 포인트(950)에서 음압으로 표현될 수 있다. 복수 개의 스피커들(931, 932 및 933)을 통해 음향을 출력하였을 때, 어레이 스피커의 중심을 나타내는 원점(940)으로부터

만큼 떨어진 임의의 필드 포인트(950)에서의 음압은 어레이 스피커의 반응 모델에 필터 의 계수가 승산(multiplication)된 형태로 표현될 수 있으며, 어레이 스피커를 구성하는 개별 스피커들의 음 압의 합은 다음의 수학식 2과 같이 정의될 수 있다.

여기서,

는 음 압을 나타내고,

는 원점(940)으로부터 필드 포인트(950)까지의 벡터를 나타내고, ω는 주파수를 나타내며,

는 어레이 스피커의 반응 모델을 나타낸다.

는 다채널 필터의 계수로서, 어레이 스피커를 구성하는 복수 개의 개별 스피커들 중 n 번째의 스피커에 대응된다. 즉, 수학식 2은 어레이 스피커를 통해 출력되는 음향 신호의 음압을 의미한다.

수학식 2의 음압을 벡터의 형태로 표현하면 다음의 수학식 3와 같다.

이하에서는 수학식 3와 같이 벡터의 형태로 표현된 음압을 이용하여 앞서 설명한 필터의 계수를 결정하는 기준인 음압비와 음압 효율을 산출하겠다. 이를 위해, 우선 제어 영역에서의 음압을 음향 에너지의 평균을 통해 표현하도록 하겠다. 여기서, 평균은 앞서 설정된 제어 영역에 대한 필드 포인트를 이용하여 산술적인 평균을 산출함으로써 얻어진다.

강조 영역에서의 음향 에너지의 평균은 다음의 수학식 4과 같이 표현될 수 있다.

여기서,

는

의 에르미트 전치 행렬(Hermitian transpose)을 나타내고,

는 공간 상관성(spatial correlation)을 나타낸다. Vb는 강조 영역을 나타내는 것으로, 수학식 4는 강조 영역의 음압으로부터 산출된 음향 에너지의 평균을 의미한다.

이제, 수학식 4를 이용하여 앞서 기술한 바와 같이 본 발명의 실시예들이 이용할 필터의 계수를 결정하는 기준 중 두 번째 기준인 음압 효율을 표현하면 다음의 수학식 5와 같이 정의된다. 수학식 5의 음압 효율은 입력 신호의 에너지(음압을 의미한다.) 크기에 대한 강조 영역에서의 에너지 크기의 비로 정의된다.

여기서, α는 음압 효율을 나타내고, eb max는 입력 신호로부터 강조 영역에 발생시킬 수 있는 최대 음향 에너지를 나타내며,

는 단위 입력 파워(power)로부터 발생 가능한 음향 에너지를 나타내는 것으로, 분자와 분모의 물리량을 에너지(energy)로 일치시키기 위해 도입된 변수이다.

다음으로, 필터의 계수를 결정하는 기준 중 첫 번째 기준인 음압비를 수학식 4을 이용하여 표현하면 다음의 수학식 6와 같이 정의된다. 수학식 6의 음압비는 억제 영역에서의 에너지(음압을 의미한다.) 크기에 대한 강조 영역에서의 에너지 크기의 비로 정의된다.

여기서, β는 음압비를 나 타내고, ed와 eb는 각각 억제 영역 및 강조 영역에서의 에너지를 나타낸다.

이상의 수학식 5의 음압 효율과 수학식 6의 음압비 각각은 독립적으로 이용될 경우 앞서 설명한 바와 같은 문제점들을 갖고 있다. 즉, 수학식 5의 음압 효율을 기준으로 할 경우, 강조 영역 이외의 영 역에서도 높은 음압 레벨이 나타날 수 있으며, 수학식 6의 음압비를 기준으로 할 경우, 분모인 ed 가 0에 가까울수록 eb가 매우 작은 값이어도 충분히 큰 음압비가 산출된다는 문제점들이 있다 .

따라서, 일 실시예에서는 양자를 조합하여 필터의 계수를 결정함으로써 양자의 장점을 모두 취하는 비용 함수(cost function)를 계산할 수 있다. 비용 함수란 필터의 계수를 결정하는 두 개의 기준들 각각에 가중치를 부여하고, 가중치가 부여된 기준들을 조합함으로써 얻어진다. 이러한 비용 함수를 예시하면 다음의 수학식 7과 같다.

여기서,

는 비용 함수를 나타내며, 비용 함수의 분모는 음압비의 분모인 억제 영역에서의 에너지 ed와 음압 효율의 분모인 입력 신호로부터 강조 영역에 발생시킬 수 있는 최대 음향 에너지 ebmax의 조합으로 구성되어 있음을 알 수 있다. 양자는 가중치 계수

를 중심으로 서로 배타적으로 결합되도록 예시되어 있으나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 이러한 비용 함수를 다양하게 설계할 수 있을 것이다.

수학식 6에서 비용 함수

는 가중치 계수

에 따라 조절되며, 가중치 계수 k를 조절하여 억제 영역의 에너지 ed가 0에 가까운 작은 값이 될 경우, 비용 함수

는 수학식 5와 유사해지므로, 에너지 효율이 높은 필터의 계수를 결정할 수 있을 것이다. 동시에, 비용 함수

의 분모에 존재하는 억제 영역의 에너지 ed로 인해 억제 영역에서 높은 음압 레벨이 나타나는 문제점을 억제할 수 있다.

수학식 7으로부터 다음의 수학식 8과 같은 관계를 유도할 수 있다.

수학식 8의 관계로부터

는 행렬식

의 최대 고유치를 의미하며, 고유치 해석 방법을 통하여 각 주파수 ω에 대한 필터의 계수

를 결정할 수 있다. 수학식 8에서 행렬의 고유치(eigen value)와 고유 벡터(eigen vector)를 산출하는 방법은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 파악할 수 있는 것이다. (P. Lancaster and M. Tismenetsky, The theory of mat rices, 2nd edition (Academic Press, Sandiego, 1985), pp. 282-294)

이상에서, 음장을 제어하는 필터의 계수를 결정하기 위한 비용 함수에 관하여 설명하였다. 이하에서는 이러한 비용 함수에서 가중치 계수

의 변화에 따라 음장 제어 장치의 특성이 어떻게 변화하는지를 설명하겠다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 음압제어부(212)에서 비용 함수를 위한 가중치를 결정하는 방법을 설명하기 위한 그래프로서, 가로축은 필터의 계수를 결정하는 기준인 음압 효율을 나타내고, 세로축은 필터의 계수를 결정하는 또 다른 기준인 음압비를 나타내며, 도시된 그래프는 비용 함수를 따라 나타나는 음압 효율과 음압비의 관계를 나타낸다.

앞서 수학식 7을 통해 예시한 비용 함수에 따르면, 음압 효율과 음압비는 가중치 계수

에 의해 경쟁하는 관계, 즉 배타적인 관계를 갖는다. 따라서, 도 10의 그래프에서 가중치 계수

가 증가할 경우 음압 효율은 증가하는 반면 음압비는 감소하고, 가중치 계수

가 감소할 경우 음압 효율을 감소하는 반면 음압비는 증가하는 특성을 나타낸다. 도 8의 음압 제어부(212)는 비용 함수의 가중치 계수

를 조절함으로써 음장 제어 장치가 구현되는 환경과 실시예에 따라 적절한 필터의 계수를 결정하게 된다.

이러한 가중치 계수

는 시스템이 최대 음압 효율을 낼 수 있고, 동시에 시스템에서 실현 가능한 최대 음압비를 갖는 값으로 결정될 수 있다. 도 10에서는 그래프의 특정 지점(1000)에 해당하는 가중치 계수

가 결정되었음을 예시하고 있다. 가중치 계수

가 결정되면, 이를 수학식 7의 비용 함수에 입력하고, 앞서 설명한 고유치 해석 방법을 통해 필터의 계수를 산출한다.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 프론트 서라운드 음향 재생 장치에서 필터의 계수를 산출하는 과정을 상세하게 도시한 흐름도로서, 이상의 과정을 주파수 영역(frequency domain)에서 입력 신호의 여러 대역별 주파수에 대해서 적용하는 과정을 기술하고 있다. 입력 신호가 일반적으로 광대역 신호라는 가정 하에서 각각의 주파수 별로 필터의 계수를 산출함으로써 광대역 신호에 대한 공간 필터를 구성할 수 있다.

단계 s1110에서 우선 음원 신호의 다양한 주파수 중에서 필터의 계수를 산출하고자 하는 신호의 주파수를 선택한다. 선택된 주파수 신호에 대해 음장을 제어하는 필터의 계수를 산출하는 각각의 과정을 수행한다. 이하에서 각각의 과정을 설 명한다.

단계 s1120 단계에서 제어 영역(강조 영역 및 억제 영역 중 일부를 포함한다.)에 대한 정보에 기초하여 어레이 스피커로부터 어레이 스피커 주위의 특정 필드 포인트로의 음향 전달 함수인 반응 모델을 구성한다.

단계 s1130에서 강조 및 억제 영역에서의 음향 에너지를 산출한다. 음향 에너지는 앞서 도 9를 통해 예시한 바와 같이 음압으로부터 유도된 음향 에너지의 산술적인 평균을 이용하여 산출할 수 있다.

단계 s1140에서 단계 s1130을 통해 산출된 음향 에너지를 이용하여 음압비와 음압 효율을 산출한다. 음압비와 음압 효율은 이상의 수학식 6 및 수학식 5를 이용하여 산출할 수 있다.

이어서, 단계 s1150에서 산출된 음압비와 음압 효율 각각에 부여할 가중치를 결정한다. 이는 도 10의 그래프에 따라 시스템이 최대 음압 효율을 낼 수 있고, 동시에 시스템에서 실현 가능한 최대 음압비를 갖는 값으로 가중치를 결정함으로써 수행될 수 있다.

단계 s1160에서 결정된 가중치에 따라 음압비와 음압 효율을 조합한 비용 함수를 산출한다.

마지막으로, 단계 s1170에서 산출된 비용 함수로부터 고유치 해석 방법을 이용하여 단계 s1110에서 선택한 주파수에 해당하는 신호를 제어하는 필터의 계수를 산출한다.

이상에서, 도 8의 음압 제어부(212)에서 음압을 제어하기 위한 필터의 계수를 산출하는 과정을 설명하였다. 이하에서는, 계수결정부(210)의 나머지 구성인 보정부(214)를 설명한다.

보정부(214)는 어레이 스피커를 통해 출력하려는 출력 신호가 왜곡되지 않도록 음압 제어부(212)를 통해 결정된 필터의 계수를 보정한다. 앞서 음압 제어부(212)는 주파수 영역에서 필터의 계수를 산출하였다. 어레이 스피커를 통 해 출력하려는 출력 신호는 아날로그 신호가 되어야 하므로, 입력 신호를 주파수 영역에서 시간 영역으로 변환하게 되는데, 어레이 스피커에 인가될 시간 영역의 출력 신호는 왜곡이나 음질 열화가 발생할 우려가 있다. 따라서, 보정부(214)는 이러한 문제점을 막기 위한 신호 처리를 수행한다.

보정부(214)에서 출력 신호의 왜곡을 보정하는 과정은 출력 신호가 입력 신호와 최대한 동일한 파형을 갖는 신호를 생성함으로써 이루어진다. 예를 들어, 임력 신호가 임펄스 형태의 신호일 경우, 보정부(214)는 출력 신호 역시 임펄스 형태의 신호가 되도록 보정한다.

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 가상화부(120)에 관한 블록도를 나타낸다.

본 발명의 일 실시예에 따른 가상화부(120)는 로컬라이징부(1210), 와이드닝부(1220) 및 믹서(1230)를 포함한다.

로컬라이징부(1210)는 좌측 후면 채널 신호와 우측 후면 채널 신호를 처리하여 청취자의 좌,우측 후면에 가상 음원을 정위시킨다.

로컬라이징부(1210)는 가상 음원과 가상 청취자 사이의 머리 전달 함수 행렬로 구현된 바이노럴 합성(binaural synthesis) 필터와 가상 청취자와 스피커 사이의 머리 잔달 함수 행렬의 역행렬로 구현된 크로스토크 제거 필터를 포함한다.

이하에서는 도 13을 참고하여 로컬라이징부(1210)를 상세히 설명하도록 한다. 도 13에서, B11(1311)은 좌측 후면에 정위될 가상 음원으로부터 좌측 귀 까지의 머리 전달 함수를 나타내고, B12(1312)는 좌측 후면에 정위될 가상 음원으로부터 우측 귀 까지의 머리 전달 함수를 나타낸다. 또한, B21(1313)은 좌측 후면에 정위될 가상 음원으로부터 좌측 귀 까지의 머리 전달 함수를 나타내고, B22(1314)는 좌측 후면에 정위될 가상 음원으로부터 우측 귀 까지의 머리 전달 함수를 나타낸다.

머리 전달 함수는 두 귀간의 시간차와 두 귀간의 레벨차, 귓바퀴의 형상(pinna)을 포함하여 소리가 전달되어온 공간의 특성을 나타내는 많은 정보가 담겨 있다. 특히 위와 아래의 음상 정위에 결정적인 영향을 미치는 귓바퀴에 대한 정보가 담겨 있는데, 형상이 복잡한 귓바퀴는 모델링이 쉽지 않은 이유로, 머리 전달 함수는 주로 더미 헤드를 이용한 측정을 통해 얻게 된다. 따라서 가상 음원을 정위시키고자 하는 위치에서 머리 전달 함수를 측정한다.

바이노럴 합성 필터부의 출력 신호를 헤드폰을 통해 듣게 되면 청취자는 원하는 위치에서 음원이 발생하는 것으로 인식하게 된다. 즉, 바이노럴 합성 기술은 헤드폰으로 재생했을 때 가장 좋은 성능을 나타낸다. 그러나, 두 개의 스피커를 통해서 재생을 하게 되면 두 개의 스피커와 두 귀 사이에서 크로스토크 현상이 발생하여 정위감 성능이 저하된다. 이는, 좌측 후면 채널에 해당하는 가상 음원은 왼쪽 귀에서만 들리고, 우측 후면 채널에 해당하는 가상 음원은 오른쪽 귀에서만 들려야 하지만, 이들 가상 음원간에 크로스토크 현상이 발생하여, 좌측 후면 채널에 해당하는 가상 음원이 오른쪽 귀에도 들리고, 우측 후면 채널에 해당하는 가상 음원이 왼쪽 귀에도 들리기 때문이다.

상술한 크로스토크 현상을 제거하기 위해서는 청취자와 실제 스피커 사이의 HRTF를 측정해야 한다. 청취자의 좌측에 위치한 스피커로부터 청취자의 왼쪽 귀까지에 해당하는 머리 전달 함수를 H11, 청취자의 좌측에 위치한 스피커로부터 청취자의 우측 귀까지에 해당하는 머리 전달 함수를 H12, 청취자의 우측에 위치한 스피커로부터 청취자의 왼쪽 귀까지에 해당하는 머리 전달 함수를 H21, 청취자의 우측에 위치한 스피커로부터 청취자의 오른쪽 귀까지에 해당하는 머리 전달 함수를 H22로 가정하자. 이 경우, 크로스토크 소거 필터 행렬 (C(z))는 수학식 9과 같이 머리 전달 함수 행렬(H11,H12,H21,H22)의 역행렬로 설계된다.

결과적으로, 로컬라이징부(1110)의 전체 행렬 K(z)은 다음의 수학식 10과 같이 바이노럴 합성 필터의 행렬 B(z)와 크로스토크 소거 필터의 행렬(C(z))을 곱하여 계산한다.

와이드닝부(1220)은 좌측 정면 채널 신호와 우측 정면 채널 신호를 이용하여 와이드닝 스테레오 신호를 생성한다. 와이드닝부(1220)는 좌/우 바이노럴 합성(Binaural Synthesis)과 크로스토크 캔설러를 콘볼루션한 와이드닝 필터와, 와이드닝 필터와 좌/우 다이렉트 필터를 콘볼루션한 파노라마 필터로 구성된다.

와이드닝 필터는 좌, 우 채널의 신호(L, R)에 대해 소정의 위치에서 측정한 머리 전달 함수(HRTF)를 이용하여 임의의 위치에 가상 음원을 정위시키고, 머리 전달 함수를 반영한 필터 계수에 근거하여 가상 음원의 크로스토크를 캔설링한다.

좌, 우다이렉트 필터는 실제 음원과 크로스토크 캔설링된 가상 음원 사이의 게인 및 딜레이와 같은 신호 특성을 조정한다.

일 실시예에서는 가상화부(120)는 신호보정부(미도시)를 더 포함할 수 있다.

신호보정부(미도시)는 센터 채널 신호 및 저음역 효과 채널 신호를 처리한다. 로컬라이징부(1210) 및 와이드닝부(1220)를 통하여 출력된 좌,우후면채널신호(Ls, Rs)와 좌,우정면채널신호(L, R)는 최초의 음향 신호와 게인이 상이하고, 시간 지연이 발생하게 된다. 신호보정부(미도시)는 로컬라이징부(1210) 및 와이드닝부(1220)를 통하여 출력된 출력 신호의 게인 변화와 시간 지연에 부합하도록 센터 채널 신호(C), 저음역 효과 채널 신호(LFE)들의 게인과 시간 지연을 조절한다.

믹서(1230)는 로컬라이징부(1210), 신호보정부(미도시), 와이드닝부(1220)로부터 출력되는 좌측 채널 신호를 가산하여 좌측 스피커로 출력하고, 로컬라이징부(1210), 신호보정부(미도시), 와이드닝부(1220)로부터 출력되는 우측 채널 신호를 가산하여 우측 스피커로 출력한다.

도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 프론트 서라운드 재생 장치(1400)에 관한 블록도를 나타낸다.

프론트 서라운드 재생 시스템(1400)은 빔포밍부(1410) 및 가상화부(1420)를 포함한다.

빔포밍부(1410)는 고역통과필터(1411), FIR필터(1412) 및 믹서(1413)를 포함한다.

고역통과필터(1411)는 음향 신호로부터 임계치 이상의 고주파수 성분만을 추출한다. 고역통과필터(1411)를 통과한 음향 신호는 FIR필터(1412)로 전달된다.

FIR필터(1412)는 각각의 채널 신호들이 포커싱될 영역인 강조 영역을 결정하고, 각각의 채널 신호들이 강조 영역으로 포커싱되도록 대응하는 FIR필터(1412)의 계수를 결정한다. FIR필터(1412)를 통과한 음향 신호는 믹서(1413)에 전달된다.

믹서(1413)는 FIR필터(1412)를 통과한 음향 신호들 중에서 동일한 스피커로 출력될 음향 신호들끼리 믹싱한다. 믹서(1413)는 믹싱된 음향 신호를 어레이스피커내의 대응하는 스피커들로 각각 출력한다.

가상화부(1420)는 좌,우측 정면 채널 신호를 스피커의 위치보다 좌,우로 벌어진 위치에 가상 음원을 정위시키고, 청취자의 좌,우측 후면의 소정의 위치에 가상 음원을 정위시키기 위하여 음향 신호를 처리한다. 가상화부(1420)는 음향 신호내의 저대역 성분을 이용하여 가상 음원을 생성할 수도 있으나, 음향 신호내의 전대역 성분을 이용할 수도 있다. 가상화부(1420)는 처리된 음향 신호를 미드-우퍼 스피커를 통하여 출력한다.

도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 프론트 서라운드 음향 재생 방법에 관한 흐름도를 나타낸다.

단계 s1510에서는, 빔포밍필터셋의 계수를 결정한다. 빔포밍필터셋은 음향 신호에 포함된 적어도 하나의 채널 신호 각각에 대응하며, 적어도 하나의 채널 신호가 포커싱되는 영역인 강조 영역과 적어도 하나의 채널 신호의 전달이 차단되는 영역인 억제 영역간의 음압비에 기초하여 필터셋에 포함된 필터들의 계수가 결정된다.

단계 s1520에서는, 적어도 하나의 채널 신호를 대응하는 빔포밍 필터셋에 통과시킨다.

단계 s1530에서는, 필터링된 적어도 하나의 채널 신호를 어레이스피커를 통하여 출력한다.

한편, 상술한 본 발명의 실시예들은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다.

상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등) 및 캐리어 웨이브(예를 들면, 인터넷을 통한 전송)와 같은 저장매체를 포함한다.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (21)

1. 프론트 서라운드 음향을 재생하는 방법에 있어서,
   음향 신호에 포함된 적어도 하나의 채널 신호 각각에 대하여, 상기 적어도 하나의 채널 신호가 포커싱되는 영역인 강조 영역과 상기 적어도 하나의 채널 신호의 전달이 차단되는 영역인 억제 영역간의 음압비에 기초하여, 적어도 하나의 빔포밍 필터셋의 계수를 결정하는 단계;
   상기 적어도 하나의 채널 신호를 대응하는 빔포밍 필터셋에 통과시키는 단계; 및
   상기 필터링된 적어도 하나의 채널 신호를 어레이스피커를 통하여 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 프론트 서라운드 음향 재생 방법.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 빔포밍 필터셋은, 상기 어레이스피커를 구성하는 복수 개의 스피커들 각각에 대응하는 복수 개의 필터들을 포함하고,
   상기 출력하는 단계는, 상기 필터링된 적어도 하나의 채널 신호를 상기 어레이스피커내의 대응하는 스피커를 통하여 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 프론트 서라운드 음향 재생 방법.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 방법은, 상기 음향 신호로부터 임계 주파수 이상의 주파수 성분을 포함하는 고주파 음향 신호를 획득하는 단계를 더 포함하고,
   상기 빔포밍필터셋에 통과시키는 단계는, 상기 고주파 음향 신호를 상기 빔포밍필터셋에 통과시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 프론트 서라운드 음향 재생 방법.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 빔포밍 필터셋에 통과시키는 단계는, 상기 음향 신호에 포함된 센터 채널 신호를 제외한 잔여 채널 신호들을 상기 잔여 채널 신호들 각각에 대응하는 빔포밍 필터셋에 통과시키는 단계를 포함하고,
   상기 출력하는 단계는, 상기 빔포밍 필터셋을 통과한 잔여 채널 신호들과 상기 센터 채널 신호를 가산하여 상기 어레이스피커로 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 프론트 서라운드 음향 재생 방법.
5. 제 1항에 있어서, 상기 계수를 결정하는 단계는,
   상기 적어도 하나의 채널 신호 각각에 대하여, 상기 강조 영역과 상기 억제 영역간의 음압비 및 상기 강조 영역에서의 음압 효율에 기초하여 상기 빔포밍필터셋의 계수를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 프론트 서라운드 음향 재생 방법.
6. 제 5항에서, 상기 계수를 결정하는 단계는,
   상기 적어도 하나의 채널 신호 각각에 대하여 상기 강조 영역 및 상기 억제 영역을 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 프론트 서라운드 음향 재생 방법.
7. 제 5항에서, 상기 계수를 결정하는 단계는,
   상기 빔포밍필터셋 내의 복수 개의 필터들에 동일한 입력 신호를 인가하여 획득되는 출력 신호들의 위상차가 비선형적으로 변하도록 상기 계수를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 프론트 서라운드 음향 재생 방법.
8. 제 1항에 있어서,
   상기 음향 신호를 소정의 위치에 가상 음원을 정위시키기 위한 가상화 필터에 통과시키는 단계; 및
   상기 가상화필터를 통과한 음향 신호를, 우퍼 스피커를 통하여 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 프론트 서라운드 음향 재생 방법.
9. 제 8항에 있어서, 상기 가상화필터에 상기 음향 신호를 통과시키는 단계는,
   상기 소정의 위치에 정위된 적어도 하나의 가상 음원간의 크로스토크를 제거하는 단계; 및
   상기 음향 신호와 상기 크로스토크가 제거된 가상 음원간의 신호 특성을 보정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 프론트 서라운드 음향 재생 방법.
10. 제 9항에 있어서, 상기 크로스토크를 제거하는 단계는,
    상기 소정의 위치에서 측정한 머리 전달 함수와 상기 음향 신호를 콘볼루션하여 상기 적어도 하나의 가상 음원을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 프론트 서라운드 음향 재생 방법.
11. 프론트 서라운드 음향을 재생하는 장치에 있어서,
    음향 신호에 포함된 적어도 하나의 채널 신호 각각에 대하여, 상기 적어도 하나의 채널 신호가 포커싱되는 영역인 강조 영역과 상기 적어도 하나의 채널 신호의 전달이 차단되는 영역인 억제 영역간의 음압비에 기초하여, 적어도 하나의 빔포밍 필터셋의 계수를 결정하는 계수결정부;
    상기 적어도 하나의 채널 신호를 대응하는 빔포밍 필터셋에 통과시키는 빔포밍필터링부; 및
    상기 필터링된 적어도 하나의 채널 신호를 어레이스피커로 출력하는 출력부를 포함하는 것을 특징으로 하는 프론트 서라운드 음향 재생 장치.
12. 제 11항에 있어서,
    상기 빔포밍 필터셋은, 상기 어레이스피커를 구성하는 복수 개의 스피커들 각각에 대응하는 복수 개의 필터들을 포함하고,
    상기 출력부는, 상기 필터링된 적어도 하나의 채널 신호를 상기 어레이스피커내의 대응하는 스피커를 통하여 출력하는 것을 특징으로 하는 프론트 서라운드 음향 재생 장치.
13. 제 11항에 있어서,
    상기 장치는, 상기 음향 신호로부터 임계 주파수 이상의 주파수 성분을 포함하는 고주파 음향 신호를 획득하는 고대역통과필터링부를 더 포함하고,
    상기 빔포밍필터링부는, 상기 고주파 음향 신호를 상기 빔포밍필터셋을 이용하여 필터링하는 것을 특징으로 하는 프론트 서라운드 음향 재생 장치.
14. 제 11항에 있어서,
    상기 빔포밍필터링부는, 상기 음향 신호에 포함된 센터 채널 신호를 제외한 잔여 채널 신호들을 상기 잔여 채널 신호들 각각에 대응하는 빔포밍 필터셋을 이용하여 필터링하고,
    상기 출력부는, 상기 필터링된 잔여 채널 신호들과 상기 센터 채널 신호를 가산하여 상기 어레이스피커로 출력하는 것을 특징으로 하는 프론트 서라운드 음향 재생 장치.
15. 제 11항에 있어서, 상기 계수결정부는,
    상기 적어도 하나의 채널 신호 각각에 대하여, 상기 강조 영역과 상기 억제 영역간의 음압비 및 상기 강조 영역에서의 음압 효율에 기초하여 상기 빔포밍필터셋의 계수를 결정하는 것을 특징으로 하는 프론트 서라운드 음향 재생 장치.
16. 제 15항에서, 상기 계수결정부는,
    상기 적어도 하나의 채널 신호 각각에 대하여 상기 강조 영역 및 상기 억제 영역을 설정하는 것을 특징으로 하는 프론트 서라운드 음향 재생 장치.
17. 제 15항에서, 상기 계수결정부는,
    상기 빔포밍필터셋 내의 복수 개의 필터들에 동일한 입력 신호를 인가하여 획득된 출력 신호들의 위상차가 비선형적으로 변하도록 상기 계수를 결정하는 것을 특징으로 하는 프론트 서라운드 음향 재생 장치.
18. 제 11항에 있어서,
    상기 장치는, 소정의 위치에 적어도 하나의 가상 음원을 정위시키기 위한 가상화필터링부를 더 포함하고,
    상기 출력부는, 상기 가상화필터를 통과한 음향 신호를 우퍼 스피커를 통하여 출력하는 것을 특징으로 하는 프론트 서라운드 음향 재생 장치.
19. 제 18항에 있어서, 상기 가상화필터링부는,
    상기 소정의 위치에 정위된 적어도 하나의 가상 음원간의 크로스토크를 제거하는 크로스토크제거부; 및
    상기 음향 신호와 상기 크로스토크가 제거된 가상 음원간의 신호 특성을 보정하는 보정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 프론트 서라운드 음향 재생 장치.
20. 제 19항에 있어서, 상기 크로스토크제거부는,
    상기 소정의 위치에서 측정한 머리 전달 함수와 상기 음향 신호를 콘볼루션하여 상기 적어도 하나의 가상 음원을 생성하는 것을 특징으로 하는 프론트 서라운드 음향 재생 장치.
21. 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항의 방법을 구현하기 위한 프로그램이 기록됨 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체.

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