KR20180012744A - 입체 음향 재생 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

일 실시예에 따른 입체 음향 재생 방법은 복수의 스피커들을 하나의 그룹으로 그룹화하는 단계, 음향 신호를 입력 받는 단계, 상기 그룹화 된 복수의 스피커들을 이용하여 상기 음향 신호의 하나 이상의 가상 음원을 소정의 위치에 정위시키는 단계, 및 상기 가상 음원을 상기 복수의 스피커들을 통해 재생하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

입체 음향 재생 방법 및 장치
입체 음향 재생 방법 및 장치에 관한 것으로, 구체적으로는 복수의 스피커를 활용하여 소정의 위치에 가상 음원을 정위시키는 방법 및 장치에 관한 것이다.
영상 및 음향 처리 기술의 발달에 힘입어 고화질 고음질의 콘텐츠가 다량 생산되고 있다. 고화질 고음질의 콘텐츠를 요구하던 청취자는 현실감 있는 영상 및 음향을 원하고 있으며, 이에 따라 입체 영상 및 입체 음향에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
입체 음향은 복수 개의 스피커를 수평면상의 다른 위치에 배치하고, 각각의 스피커에서 동일한 또는 상이한 음향 신호를 출력함으로써 청취자가 공간감을 느끼도록 하는 기술이다.
그러나 홈씨어터 스피커를 활용한 가상 고도각 생성 기술의 경우, 스윗 스팟은 홈씨어터 컨피규레이션의 정 중앙으로 한정될 수 있으며, 사운드바를 활용한 반사음 생성 기술의 경우 방의 특성에 많은 영향을 받는다는 한계가 있다. 따라서, 복수의 스피커를 활용하여 방의 특성에 영향을 받지 않고 상대적으로 스윗 스팟의 위치에 제약을 받지 않는 3차원 오디오 렌더링 방법이 필요하다.
청취자에게 입체감과 공간감을 제공하기 위한 입체 음향 재생 장치 및 방법이 제공될 수 있다.
또한, 상기 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체를 제공하는데 있다. 본 실시 예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제로 한정되지 않으며, 이하의 실시 예들로부터 또 다른 기술적 과제들이 유추될 수 있다.
도1은 일 실시예에 따른 청취자의 입체 음향 재생 환경을 나타낸다.
도2는 일 실시예에 따른 입체 음향 재생 장치를 나타낸다.
도3은 음장 합성 렌더링 방법(Wave Field Synthesis rendering)을 사용하는 입체 음향 재생 장치를 나타낸다.
도4a는 최소 오차 합산 방법을 사용하여 렌더링하는 입체 음향 재생 장치를 나타낸다.
도4b는 도1의 입체 음향 재생 환경에 가상 음원과 스윗 스팟내의 임의의 지점을 추가하여 나타낸 도면이다.
도5는 고도감 재현을 위한 렌더링을 수행하는 입체 음향 재생 장치를 나타낸다.
도 6a는 일 실시예에 따른 청취자의 머리 위치를 추적하는 입체 음향 재생 장치를 나타낸다.
도6b는 일 실시예에 따른 입체 음향 재생 환경의 스윗 스팟의 변경을 나타낸다.
도7은 일 실시예에 따른 입체 음향 재생 장치가 입체 음향을 재생하는 방법의 흐름도를 나타낸다.
도8은 입체 음향 재생 장치가 입체 음향을 재생하는 방법의 추가적 실시예의 흐름도를 나타낸다.
발명의 실시를 위한 최선의 형태
일 실시예에 따른 입체 음향 재생 방법은 복수의 스피커들을 하나의 그룹으로 그룹화하는 단계, 음향 신호를 입력 받는 단계, 상기 그룹화 된 복수의 스피커들을 이용하여 상기 음향 신호의 하나 이상의 가상 음원을 소정의 위치에 정위시키는 단계, 및 상기 가상 음원을 상기 복수의 스피커들을 통해 재생하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 복수의 스피커들을 하나의 그룹으로 그룹화하는 단계는, 하나의 홈씨어터 시스템을 구성하는 스피커 및 상기 홈씨어터 시스템을 구성하지 않는 별도의 라우드 스피커를 상기 하나의 그룹에 포함시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 홈씨어터 시스템은, 복수의 라우드 스피커를 선형으로 연결한 라우드 스피커 어레이(Loudspeaker Array)인 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 복수의 스피커들을 그룹화하는 단계는, 물리적으로 떨어져 있는 상기 복수의 스피커들을 무선 또는 유선 네트워크를 통해 연결하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 가상 음원을 소정의 위치에 정위시키는 단계는, 상기 입력 받은 음향 신호를 음장 합성 렌더링(Wave Field Synthesis)방식으로 가상 음상을 소정의 위치에 정위시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 가상 음원을 소정의 위치에 정위시키는 단계는, 상기 그룹에 포함된 스피커들로부터 발생하는 스윗 스팟 내에서의 제1음압과 상기 소정의 위치에 존재하는 가상 음원으로부터 발생하는 상기 스윗 스팟 내에서의 제2음압의 차이를 최소화 시킬 수 있는 상기 그룹에 포함된 스피커 별 음압 신호를 결정하는 단계, 및 상기 결정된 스피커 별 음압 신호에 기초하여 상기 입력 받은 음향 신호를 변조하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 그룹에 포함된 스피커 별 음압 신호를 계산하는 단계는, 상기 그룹에 포함된 스피커 별로 인가해야 하는 임펄스 응답을 결정하는 단계를 포함하고, 상기 입력 받은 음향 신호를 변조하는 단계는, 상기 그룹에 포함된 스피커 별로 입력되는 음향 신호에 상기 결정된 임펄스 응답을 컨볼루션하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 가상 음상을 소정의 위치에 정위시키는 단계는, 상기 입력 받은 음향 신호를 소정의 고도에 대응하는 필터에 통과시키는 단계, 상기 필터링된 음향 신호를 복제하여 복수 개의 음향 신호들을 생성하는 단계, 및 상기 복제된 음향 신호들이 출력될 스피커들 각각에 해당하는 이득 값 및 지연 값 중 적어도 하나에 기초하여 상기 복제된 음향 신호들 각각에 대한 증폭, 감쇄 및 지연 중 적어도 하나를 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 청취자의 머리 위치를 실시간으로 추적하는 단계를 더 포함하고, 상기 가상 음원을 소정의 위치에 정위시키는 단계는, 상기 추적된 청취자의 머리 위치에 기초하여 상기 그룹에 포함된 스피커들 중 적어도 하나의 스피커의 이득 및 위상 지연 값을 변경하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시예에 따른 입체 음향 재생 장치는 복수의 스피커들을 하나의 그룹으로 그룹화하는 그룹화부, 음향 신호를 입력 받는 수신부, 상기 그룹화 된 복수의 스피커들을 이용하여 상기 음향 신호의 하나 이상의 가상 음원을 소정의 위치에 정위시키는 렌더링부, 및 상기 가상 음원을 상기 복수의 스피커들을 통해 재생하는 재생부를 포함하는 입체 음향 재생 장치.
상기 그룹화부는, 하나의 홈씨어터 시스템을 구성하는 스피커 및 상기 홈씨어터 시스템을 구성하지 않는 별도의 라우드 스피커를 상기 하나의 그룹에 포함시키는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 홈씨어터 시스템은, 복수의 라우드 스피커를 선형으로 연결한 라우드 스피커 어레이(Loudspeaker Array)인 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 그룹화부는, 물리적으로 떨어져 있는 상기 복수의 스피커들을 무선 또는 유선 네트워크를 통해 연결하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 렌더링부는, 상기 입력 받은 음향 신호를 음장 합성 렌더링(Wave Field Synthesis)방식으로 가상 음상을 소정의 위치에 정위시키는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 렌더링부는, 상기 그룹에 포함된 스피커들로부터 발생하는 스윗 스팟 내에서의 제1음압과 상기 소정의 위치에 존재하는 가상 음원으로부터 발생하는 상기 스윗 스팟 내에서의 제2음압의 차이를 최소화 시킬 수 있는 상기 그룹에 포함된 스피커 별 음압 신호를 결정하고, 상기 결정된 스피커 별 음압 신호에 기초하여 상기 입력 받은 음향 신호를 변조하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 렌더링부는, 상기 그룹에 포함된 스피커 별로 인가해야 하는 임펄스 응답을 결정하고, 상기 그룹에 포함된 스피커 별로 입력되는 음향 신호에 상기 결정된 임펄스 응답을 컨볼루션하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 렌더링부는, 상기 입력 받은 음향 신호를 소정의 고도에 대응하는 필터에 통과시키는 필터링부, 상기 필터링된 음향 신호를 복제하여 복수 개의 음향 신호들을 생성하는 복제부, 및 상기 복제된 음향 신호들이 출력될 스피커들 각각에 해당하는 이득 값 및 지연 값 중 적어도 하나에 기초하여 상기 복제된 음향 신호들 각각에 대한 증폭, 감쇄 및 지연 중 적어도 하나를 수행하는 증폭부를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 청취자의 머리 위치를 실시간으로 추적하는 청취자 추적부를 더 포함하고, 상기 렌더링부는, 상기 추적된 청취자의 머리 위치에 기초하여 상기 그룹에 포함된 스피커들 중 적어도 하나의 스피커의 이득 및 위상 지연 값을 변경하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 입체 음향 재생 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체가 제공될 수 있다.
발명의 실시를 위한 형태
이하에서는 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 개시된 실시 예들은 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서에서 사용되는 용어는 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 명세서에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다. 이하에서는 도면을 참조하여 실시 예들을 상세히 설명한다. 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 일 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
또한, 명세서에서 사용되는 "부" 또는 “모듈”이라는 용어는 FPGA 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소 또는 회로를 의미한다.
도1은 일 실시예에 따른 청취자의 입체 음향 재생 환경을 나타낸다.
입체 음향 재생 환경(100)은 청취자(110)가 후술할 입체 음향 재생 장치(200)를 통해 입체 음향을 감상하는 환경의 일 예이다. 입체 음향 재생 환경(100)은 오디오 콘텐츠 단독 또는 비디오와 같은 다른 콘텐츠와 함께 오디오 콘텐츠의 재생을 위한 환경이며, 가정, 시네마, 극장, 강당, 스튜디오, 게임 콘솔 등에서 구체화될 수 있는 룸과 같은, 임의의 개방된, 부분적으로 밀폐된, 또는 완전히 밀폐된 영역을 의미할 수 있다.
청취자(110)는 텔레비전 또는 오디오와 같은 멀티미디어 재생 장치(140)를 통해 멀티미디어 콘텐츠를 감상할 수 있다. 설명의 편의를 위해 입체 음향 재생 환경(100)의 청취자(110)는 텔레비전에서 재생되는 콘텐츠에 대한 음향을 복수의 스피커(145, 160, 165)를 통해 감상한다고 가정한다.
통상적으로 텔레비전(140)은 스피커를 내장할 수 있으나 입체 음향 재생 환경(100)은 별도의 홈씨어터 시스템을 포함할 수 있다. 예를 들어, 텔레비전(140)의 바로 하단에는 별도의 사운드바(145)가 존재할 수 있다. 사운드 바(130)는 복수 개의 라우드 스피커를 포함하는 스피커 어레이 모듈일 수 있다.
일 실시예에 따른 사운드 바(145)는 입체 음향 재생 환경(100)하에서, 패닝(Panning), 파면음장 합성(Wave Field Synthesis), 빔포밍(Beam Forming), 초점음원(Focused Source), 머리전달함수(Head Related Transfer Function) 등과 같은 3차원 음장처리 기술을 이용하여 멀티채널 오디오 신호를 가상적으로 재현할 수 있다.
도1에는 사운드바(145)를 텔레비전 하단에 위치하는 단일 수평 선형 어레이로 도시하였으나 사운드바(145)는 고저감(elevation)을 제공하기 위해 텔레비전(140)의 상하단에 설치하는 이중 수평 선형 어레이, 텔레비전(140) 좌우에 위치하는 이중 수직 선형 어레이 및 텔레비전(140)을 둘러싸는 형태의 창형 어레이로 구성될 수도 있다. 또한, 사운드바(145)는 청취자(110)를 둘러싸는 형태나 청취자(110) 전후방에 위치하는 형태로 설치될 수 있다.
또한, 입체 음향 재생 환경(100)은 사운드바(145)가 아닌 다른 홈씨어터 시스템의 스피커(미도시)를 포함할 수 있으며, 사운드바(145)와 같은 홈씨어터 스피커를 반드시 포함하지 않아도 무방하다.
청취자(110)는 하나의 홈씨어터 시스템을 구성하는 스피커 및 상기 홈씨어터 시스템을 구성하지 않는 별도의 라우드 스피커를 하나의 그룹에 포함시켜 그룹에 포함된 복수의 스피커들을 통해 입체 음향을 감상할 수 있다. 예를 들어, 청취자(110)는 사운드바(145)로부터 물리적으로 떨어져 있는 별도의 라우드 스피커(160, 165)를 조합하여 텔레비전(140)에서 재생되는 콘텐츠를 감상할 수 있다. 또는, 청취자(110)는 텔레비전(140)에 내장되어 있는 스피커(미도시)와 물리적으로 떨어져 있는 별도의 라우드 스피커(160, 165)를 조합하여 텔레비전(140)에서 재생되는 콘텐츠를 감상할 수 있다.
즉, 청취자(110)는 기존의 텔레비전 내장 스피커 또는 사운드 바(145)에 별도의 라우드 스피커(160, 165)를 추가하여 하나의 그룹으로 묶고 입체음향을 감상할 수 있다.
일 실시예에 따른 입체 음향 재생 환경(100)은 텔레비전 내장 스피커(140), 사운드바(145), 좌측 라우드 스피커(160), 우측 라우드 스피커(165)를 하나의 그룹(180)으로 그룹화하여 입체 음향을 재생할 수 있다. 도1에는 청취자(110)의 좌측 라우드 스피커(160)와 우측 라우드 스피커(165)만을 도시하였으나 청취자(110)는 얼마든지 입체 음향을 감상하는 공간의 사이즈 또는 감상하는 콘텐츠의 스타일에 맞게 라우드 스피커의 개수 및 위치를 적응적으로 구성할 수 있다. 예를 들어, 입체 음향 재생 환경(110)은 좌측 후면 라우드 스피커(미도시) 및 우측 후면 라우드 스피커(미도시)를 더 포함할 수도 있다.
텔레비전(140) 또는 별도의 표시 장치(미도시)는 하나의 그룹(180)으로 구성된 스피커들의 목록을 청취자(110)에게 표시할 수 있으며 청취자(110)는 그룹을 구성하는 임의의 스피커를 추가하거나 제거할 수 있다.
입체 음향 재생 환경(100)은 최적의 입체 음향을 감상할 수 있는 공간적 범위인 스윗 스팟(120)를 포함할 수 있다. 입체 음향 재생 환경(100)은 청취자(110)의 가상적인 귀의 위치를 설정하여 귀의 위치와 인근한 스윗 스팟(120)에서 최적의 입체 음향이 출력되도록 할 수 있다.
입체 음향 재생 환경(100)은 그룹(180) 내 스피커들(145, 160, 165)를 사용하여 원하는 위치에 가상 음원을 정위시키는 렌더링을 수행할 수 있으며, 청취자(110)는 실제 스피커의 위치가 아닌 가상 음원의 위치로부터 음향이 들리는 것처럼 느끼게 된다.
도2는 일 실시예에 따른 입체 음향 재생 장치를 나타낸다.
입체 음향 재생 장치(200)는 도1을 참조하여 상술한 입체 음향 재생 환경(100)에서 입력 오디오 신호들을 소정의 위치에 가상 음원을 위치시키도록 하는 3차원 오디오 렌더링을 수행하여 청취자(110)에게 공간감과 입체감을 느끼게 할 수 있다.
일 실시예에 따른 입체 음향 재생 장치(200)는 수신부(210), 제어부(미도시), 및 재생부(240)를 포함할 수 있다. 제어부(미도시)는 렌더링부(220) 및 그룹화부(230)를 포함할 수 있다. 제어부(미도시)는 CPU(central processing unit), AP(application processor) 등과 같은 적어도 하나의 프로세서, ASIC(application specific integrated circuit), 임베디드 프로세서, 마이크로 프로세서, 하드웨어 제어 로직, 하드웨어 유한 상태 기계(FSM), 디지털 신호 프로세서(DSP) 또는 이들의 조합일 수 있다.
수신부(210)는 DVD(Digital versatile disc), BD(Bluray disc), MP3 플레이어 등과 같은 장치로부터 입력 오디오 신호(즉, 음향 신호)를 수신 받을 수 있다. 입력 오디오 신호는 스테레오 신호(2채널), 5,1채널, 7.1채널, 10.2채널 및 22.2채널과 같은 다채널 오디오 신호일 수 있다. 또한 입력 오디오 신호는 다수의 모노(Mono)입력 신호와 오브젝트들의 실시간 위치가 메타데이터의 형태로 전달되는 객체 기반 오디오 신호일 수 있다. 객체 기반 오디오 신호는 삼차원 공간에 배치된 각 오디오 오브젝트들의 위치를 소리와 함께 메타데이터로 압축된 형태를 말한다. 또한 입력 오디오 신호는 채널 오디오 신호와 객체 기반 오디오 신호가 혼합된 하이브리드 입력 오디오 신호일 수 있다.
그룹화부(230)는 입체 음향 재생 환경(100) 내에 존재하는 적어도 두 개의 스피커를 하나의 그룹으로 그룹화할 수 있다. 예를 들어, 그룹화부(230)는 텔레비전 내장 스피커와 별도의 라우드 스피커를 하나의 그룹으로 그룹화할 수 있다. 또한, 그룹화부(230)는 텔레비전 내장 스피커와 하나 이상의 사운드바 및 하나 이상의 라우드 스피커를 하나의 그룹으로 그룹화할 수 있다. 또한, 그룹화부(230)는 기존의 홈씨어터 스피커와 청취자(110)가 별도로 구매한 하나 이상의 라우드 스피커를 하나의 그룹으로 그룹화할 수도 있다. 하나의 그룹 안에 속한 스피커들은 서로 물리적으로 떨어져 있을 수 있다. 청취자(110)는 그룹화할 스피커들을 선택할 수 있으며, 이 때 청취자(110)가 위치한 공간의 크기 및 특성 또는 감상하고자 하는 콘텐츠의 성격에 기초하여 추가할 스피커들을 결정할 수 있다.
그룹화부(230)는 물리적으로 떨어져 있는 복수의 스피커들을 다양한 통신 경로를 통해 하나의 그룹으로 그룹화할 수 있다. 통신 경로는 다양한 네트워크와 네트워크 토폴로지를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 통신 경로는 무선 통신, 유선 통신, 광학, 초음파, 또는 이들의 조합을 포함 할 수 있다. 위성 통신, 이동 통신, 블루투스(Bluetooth), 적외선 데이터 협회 표준 (Infrared Data Association standard: lrDA), 와이파이(wirelessfidelity: WiFi), 및 와이맥스 (worldwide interoperability for microwave access: WiMAX)는 통신 경로에 포함될 수 있는 무선 통신의 예들이다. 이더넷(Ethernet), DSL(digital subscriber line), FTTH (fiber to the home), 그리고 POTS (plain old telephone service) 들은 통신 경로에 포함될 수 있는 유선 통신의 예이다. 또한, 통신 경로는 PAN (personal area network), LAN(local area network), MAN(metropolitan area network), WAN(wide area network) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
그룹화부(230)는 그룹 내에 존재하는 스피커들의 위치 및 이득(gain)을 저장할 수 있으며, 스피커들의 위치는 렌더링부(220)에 전달할 수 있다.
렌더링부(220)는 입력 오디오 신호들을 소정의 위치에 가상 음원을 정위시키도록 하는 3차원 오디오 렌더링을 수행할 수 있다.
예를 들어, 렌더링부(220)는 음장 합성 렌더링(Wave Field Synthesis rendering) 알고리즘으로 입력 오디오 신호를 처리하여 오디오 신호에 대응하는 적어도 하나의 스피커 신호를 생성할 수 있다.
또한, 렌더링부(220)는 머리전달함수 렌더링(Head Related Transfer Function rendering), 빔 포밍 렌더링(Beam-forming rendering) 또는 집중 음원 렌더링(Focused Source rendering) 알고리즘으로 입력 오디오 신호를 처리하여 오디오 신호에 대응하는 적어도 하나의 스피커 신호를 생성할 수도 있다.
또한, 렌더링부(220)는 최소 오차 합산에 기반하여 스피커 별 임펄스 응답을 계산하거나 또는 고도감 재현을 위한 렌더링을 수행할 수도 있다. 렌더링부(220)가 3차원 오디오 렌더링을 수행하는 상세한 과정은 후술한다.
재생부(240)는 렌더링부(220)에서 렌더링된 가상의 음원을 다채널 스피커를 통해 재생할 수 있다. 재생부(240)는 그룹(180) 내에 존재하는 스피커들을 포함할 수 있다.
도3은 음장 합성 렌더링 방법(Wave Field Synthesis rendering)을 사용하는 입체 음향 재생 장치를 나타낸다.
도3은 입체 음향 재생 장치(200)의 렌더링부(220)의 일 실시예를 도시한 것으로 이하 생략된 내용이라 하더라도 도2의 입체 음향 재생 장치(200)에 관하여 이상에서 기술된 내용은 도3의 실시 예에 따른 입체 음향 재생 장치(200)에도 적용된다.
렌더링부(220)는 오디오 신호 분석부(310) 및 음장 합성 렌더링부(320)를 포함할 수 있다. 렌더링부(220)는 근거리 음상(Near Field Focused Sound Source) 재현을 위해 음상의 전파 특성에 맞추어 음상의 위치에 맞는 스피커 별 이득(Gain) 및 위상 지연(Phase delay) 값을 결정할 수 있다.
즉, 렌더링부(220)는 청취자(110)와 음원 간의 거리(r)에 따라 음압의 크기가 1/r로 감소하는 특징을 이용하여, 그룹 내 스피커의 출력이 정위시키고자 하는 근거리 음상 위치에서 같은 음압이 되도록 그룹 내 스피커 간 이득을 변경할 수 있다. 또한, 렌더링부(220)는 가상 음원과 실제 스피커 간 음장의 전달 지연(Propagation delay)를 고려하여 그룹 내 모든 스피커의 출력이 원하는 근거리 음상 위치에서 지연 없이 수렴하도록 설정할 수 있다.
오디오 신호 분석부(310)는 그룹 내 스피커 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 입력 받는다. 그룹 내 스피커 정보는 사운드바에 대한 정보(예를 들면, 라우드 스피커 배열의 위치와 간격 등 배열에 대한 정보), 그룹 내 스피커들의 위치 정보, 스피커들 간의 간격 등을 포함할 수 있다.
오디오 신호 분석부(310)는 입력받은 다채널 오디오 신호의 음원 포맷을 분석하여 오디오 신호의 채널 수를 확인하고, 상기 입력 받은 다채널 오디오 신호로부터 상기 확인된 채널별로 각 채널 음원 신호를 추출할 수 있다.
음장 합성 렌더링부(320)는 오디오 신호 분석부(310)에서 확인된 오디오 채널 수에 맞게, 다채널 오디오 신호를 음장 합성 방식으로 렌더링한다. 즉, 음장 합성 렌더링부(320)는 확인된 오디오 채널 수에 맞게 가상 음원을 원하는 위치에 정위시킨다. 가상의 음상 개수는 오디오 신호 분석부(310)에서 확인된 오디오 채널 수에 따라 달라질 수 있다. 예를 들면, 음장 합성 렌더링부(320)는 다채널 오디오 신호의 음원이 2채널이면 정면 좌측 방향 및 정면 우측 방향 즉, 양쪽 방향의 가상 음원을 음장 합성 방식으로 렌더링할 수 있다.
예를 들어, 음장 합성 렌더링부(320)는 그룹 내의 스피커의 위치에 기초하여, 정면 좌측 방향, 정면 우측 방향, 중앙 방향, 후면 좌측 방향, 및 후면 우측 방향 등 총 5개 방향의 가상 음원을 음장 합성 방식으로 렌더링할 수 있다. 음장 합성 렌더링부(320)는 그룹 내의 스피커의 개수 및 위치에 따라 그룹 내의 각 스피커의 위상 지연 값 및 이득 값을 변경할 수 있다.
후술하는 바와 같이 청취자(110)의 위치가 실시간으로 추적된다면, 입체 음향 재생 장치(200)는 그룹 내의 스피커들의 위상 지연 값 및 이득 값을 실시간으로 변화시킬 수 있다. 예를 들어, 청취자(110)가 좌측으로 이동한다면, 그룹 내의 스피커들의 이득 값이나 프리 딜레이(Pre delay)값을 좌측으로 이동한 청취자(110)의 위치에 최적화된 값으로 변경할 수 있다.
도4a는 최소 오차 합산 방법을 사용하여 렌더링하는 입체 음향 재생 장치를 나타낸다.
도4a은 입체 음향 재생 장치(200)의 렌더링부(220)의 일 실시예를 도시한 것으로 이하 생략된 내용이라 하더라도 도2의 입체 음향 재생 장치(200)에 관하여 이상에서 기술된 내용은 도4a의 실시 예에 따른 입체 음향 재생 장치(200)에도 적용된다.
렌더링부(220)는 오디오 신호 분석부(310) 및 최소 오차 합산부(420)를 포함할 수 있다. 오디오 신호 분석부(310)는 도3을 참조하여 상술한 바와 같으므로 설명을 생략한다.
이하, 최소 오차 합산부(420)의 동작을 도4b를 참조하여 설명한다. 도4b는 도1의 입체 음향 재생 환경(100)에 가상 음원(460)과 스윗 스팟(120)내의 임의의 지점(470, 480)을 추가하여 도시한 도면이다.
최소 오차 합산부(420)는 설정된 스윗 스팟(120) 내에서 청취자(110)에게 최적의 입체 음향을 감상할 수 있도록 하기 위해 적용할 수 있는 방법이다.
최소 오차 합산부(420)는 가상 음원(460)으로 인한 스윗 스팟(120) 내에서의 음압(pTarget)을 설정할 수 있다. 가상 음원(460)은 음향 신호를 정위시키고자 하는 위치에 실제 음원이 있다고 가정한 것을 말한다.
최소 오차 합산부(420)는 그룹 내의 스피커(145, 160, 165)로부터 발생 하는 스윗 스팟(120) 내에서의 실제 음압(pReproduce)을 설정한 후, 두 음압(pReproduce, pTarget)의 차이(J)가 최소가 되는 각 스피커(145, 160, 165)의 음압 신호를 결정할 수 있다. 최소 오차 합산부(420)는 결정된 음압 신호에 기초하여 수신부(210)가 입력 받은 음향 신호를 변조할 수 있다.
도4b의 실선으로 도시된 화살표는 스윗 스팟(120)내의 임의의 지점에 대한pReprodece 를 나타내고 점선으로 도시된 화살표는 pTarget을 나타낸다.
예를 들어, 최소 오차 합산부(420)는 스윗 스팟(120) 내의 임의의 지점(470, 480)의 pTarget 과 pReproduce를 계산할 수 있다. 최소 오차 합산부(420)는 스윗 스팟(120) 내의 모든 지점의 pTarget 과 pReprodece를 계산하기 위해 스윗 스팟(120) 전체 크기에 대해 적분을 수행하여 J를 계산할 수 있다.
J는 [수학식 1]과 같이 계산될 수 있다.
Figure pct00001
v는 스윗 스팟(120)의 크기를 나타내며, r은 실제 스피커(145, 160, 165)의 위치와 스윗 스팟(120) 내의 특정 지점(470, 480)과의 거리 또는 가상 음원(460)의 위치와 스윗 스팟 내의 특정 지점(470, 480)과의 거리를 나타내며, t는 시간을 나타낸다. w는 r에 따라 임의로 설정할 수 있는 가중치 값(weighting function)이다.
[수학식1]과 같이 두 음압의 차이를 최소화 하는 문제는, [수학식 2]와 같이 rt위치에 존재하는 가상 음원에 대한 음향학적 전달함수(htarget)와 N개의 rsi위치에 존재하는 개별 스피커들로부터 생성된 음향학적 전달함수(hreproduced)의 차이(J’)를 최소화하는 문제로 치환 가능하다.
Figure pct00002
[수학식 2]에서 i는 그룹 내 스피커 별 인덱스를 의미하며 N은 공간에 존재하는 스피커의 전체 개수이다. 또한, ki 값은 각 스피커별로 인가 해야할 필터계수(즉, 임펄스 응답)를 의미하여 J’를 최소화하는 과정을 통해 ki값이 결정될 수 있다. 즉, 최소 오차 합산부(420)는 그룹 내 스피커 별 필터(즉, 임펄스 응답)을 결정할 수 있다.
최소 오차 합산부(420)는 [수학식2]로부터 각 스피커(145, 160, 165)들이 방사해야하는 음압 신호를 스피커(145, 160, 165) 별 임펄스 응답의 형태로 결정하고, 결정된 각 스피커의 임펄스 응답을 스피커(145, 160, 165) 별로 입력 받은 음향 신호에 컨볼루션(convolution)할 수 있다. 또는, 최소 오차 합산부(420)는 스피커(145, 160, 165) 별로 결정된 필터 값으로부터 이득 및 위상 값을 추산하여 스피커(145, 160, 165)별 입력 음향 신호를 변조할 수 있다. 일 실시예에 따른 최소 오차 합산부(420)는 청취자(110)의 측방에 위치한 스피커들은 가상 음원을 정위시키는 효과가 미미함을 고려하여, 청취자(110) 전방에 위치한 스피커 어레이(145)의 임펄스 응답만을 결정할 수도 있다.
일 실시예에 따른 최소 오차 합산부(420)는 스윗 스팟(120)을 충분히 크게 설정하여 스윗 스팟(120)에 전달되는 음장(또는 음압)의 최소 오차를 합산하고 스피커 (145, 160, 165) 별 필터를 계산할 수 있다. 스윗 스팟(120)이 충분히 크므로 청취자(110)는 이동에 크게 구애 받지 않고 일정 수준 이상의 입체 음향을 감상할 수 있다는 장점이 있다. 만약, 청취자가 둘 이상인 경우 최소 오차 합산부(420)는 스윗 스팟(120)를 둘 이상의 청취자를 포함하도록 충분히 크게 설정할 수 있다.
일 실시예에 따른 최소 오차 합산부(420)는 스윗 스팟(120)을 적게 설정하여 스윗 스팟(120)에 전달되는 음장(또는 음압)의 최소 오차를 계산하고 스피커(145, 160, 165) 별 필터를 계산할 수 있다. 이 경우, 스윗 스팟(120)은 매우 작으므로 청취자(110)가 조금만 이동해도 스윗 스팟(120)을 벗어나게 되어 입체 음향을 감상하는데 불편을 느낄 수 있다. 그러나 스윗 스팟(120)이 작으므로 최적화된 스피커 별(145, 160, 165) 임펄스 응답을 계산할 수 있으므로 청취자는 정해진 스윗 스팟(120) 내에서는 고품질의 입체 음향을 감상할 수 있게 된다. 만약, 청취자가 둘 이상인 경우 최소 오차 합산부(420)는 각 청취자에게 최적의 입체 음향을 제공하기 위한 복수 개의 스윗 스팟(120)을 설정할 수 있다.
후술하는 바와 같이, 청취자(110)의 위치를 추적할 수 있다면 스윗 스팟(120) 역시 청취자(110)의 이동 경로에 따라 움직이게 되므로 스윗 스팟(120)의 크기를 작게 설정하여도 청취자(110)의 이동에 구애 받지 않고 최적의 입체 음향 재생이 가능할 수 있다.
도5는 고도감 재현을 위한 렌더링을 수행하는 입체 음향 재생 장치를 나타낸다.
도5는 입체 음향 재생 장치(200)의 렌더링부(220)의 일 실시예를 도시한 것으로 이하 생략된 내용이라 하더라도 도2의 입체 음향 재생 장치(200)에 관하여 이상에서 기술된 내용은 도5의 실시 예에 따른 입체 음향 재생 장치(200)에도 적용된다.
일 실시예에 따른 렌더링부(220)는 필터링부(520), 복제부(530), 및 증폭부(540) 를 포함할 수 있다.
필터링부(520)는 음향 신호를 소정의 고도에 대응하는 소정 필터에 통과시킨다. 또한, 필터링부(520)는 음향 신호를 소정 고도에 대응하는 HRTF(Head Related Transfer Filter) 필터에 통과시킬 수 있다. HRTF는 음원의 공간적인 위치로부터 청취자(110)의 양 귀까지의 경로 정보, 즉 주파수 전달 특성을 포함한다. HRTF는 두 귀간의 레벨 차이(ILD,Inter-aural Level Difference) 및 두 귀 간에서 음향 시간이 도달하는 시간 차이(ITD, Inter-aural Time Difference)등의 단순한 경로 차이뿐만 아니라, 머리 표면에서의 회절, 귓바퀴에 의한 반사등 복잡한 경로상의 특성이 음의 도래 방향에 따라 변화하는 현상에 의하여 입체 음향을 인식할 수 있도록 한다. 공간상의 각 방향에서 HRTF는 유일한 특성을 갖기 때문에 이를 이용하면 입체 음향을 생성할 수 있다.
필터링부(520)는 수평면상에 배치된 스피커들을 이용하여 실제 스피커들보다 높은 고도에서 발생하는 소리를 모델링하기 위해서 HRTF 필터를 사용한다. 다음의 [수학식 3]은 필터링부(520)에서 사용하는 HRTF 필터에 관한 일 예이다.
Figure pct00003
HRTF2는 가상 음원의 위치로부터 청취자(110)의 귀까지의 경로 정보를 나타내는 HRTF이며, HRTF1은 실제 스피커의 위치로부터 청취자(110)의 귀까지의 경로 정보를 나타내는 HRTF이다. 음향 신호는 실제 스피커를 통해서 출력되므로, 가상의 스피커에서 음향 신호가 출력되는 것으로 인식시키기 위해서는, 소정의 고도에 대응하는 HRTF2를 수평면(또는 실제 스피커의 고도)에 대응하는 HRTF1으로 나눈다.
소정의 고도에 대응하는 최적의 HRTF 필터는 지문과 같이 사람마다 상이하다. 따라서, 청취자(110)마다 HRTF를 계산하여 적용하는 것이 바람직하지만 이는 현실적으로 불가능하다. 따라서, 비슷한 특성(예를 들면, 나이, 키등과 같은 신체적 특성 또는 선호하는 주파수 대역, 선호하는 음악등과 같은 성향적 특성)을 갖는 청취자(110) 집단내의 일부 청취자(110)에 대하여 HRTF를 계산한 후 대표값(예를 들면, 평균치)을 해당 집단내의 모든 청취자(110)에게 적용할 HRTF로 결정할 수 있다.
[수학식 3]에서 정의한 HRTF를 이용하여 음향 신호를 필터링한 결과에 관한 일 예는 다음의 [수학식 4]와 같다.
Figure pct00004
Y1(f)는 실제 스피커에 의하여 청취자(110)에게 들리는 음향 신호를 주파수 영역으로 변환한 값이며, Y2(f)는 가상 스피커에 의하여 청취자(110)에게 들리는 음향 신호를 주파수 영역으로 변환한 값이다.
필터링부(520)는 음향 신호내에 포함된 복수 개의 채널 신호들 중 일부만을 필터링할 수 있다.
음향 신호에는 복수 개의 채널에 해당하는 음향 신호가 포함될 수 있다. 이하에서는, 설명의 편의를 위하여 7개의 채널 신호를 정의한다. 그러나 후술하는 채널 신호는 일 예에 불과하며, 음향 신호에는 후술하는 7개의 방향외의 다른 방향에서 발생하는 음향 신호를 나타내는 채널 신호가 포함될 수 있다.
센터채널신호는 정면의 중앙에서 발생한 음향 신호를 나타내며, 센터 스피커로 출력된다.
우측정면채널신호는 정면의 우측에서 발생한 음향 신호를 나타내며, 우측정면스피커로 출력된다.
좌측정면채널신호는 정면의 좌측에서 발생한 음향 신호를 나타내며, 좌측정면스피커로 출력된다.
우측후면채널신호는 후면의 우측에서 발생한 음향 신호를 나타내며, 우측후면스피커로 출력된다.
좌측후면채널신호는 후면의 좌측에서 발생한 음향 신호를 나타내며, 좌측후면스피커로 출력된다.
우측탑채널신호는 우측 상방에서 발생한 음향 신호를 나타내며, 우측탑스피커로 출력된다.
좌측탑채널신호는 좌측 상방에서 발생한 음향 신호를 나타내며, 좌측탑스피커로 출력된다.
음향 신호에 우측탑채널신호와 좌측탑채널신호가 포함된 경우에 필터링부(520)는 우측탑채널신호와 좌측탑채널신호를 필터링한다. 이 후, 필터링된 우측탑채널신호와 좌측탑채널신호는 원하는 고도에서 발생하는 가상 음원을 모델링하는데 사용된다.
음향 신호에 우측탑채널신호와 좌측탑채널신호가 포함되지 않은 경우에, 필터링부(520)는 우측정면채널신호와 좌측정면채널신호를 필터링한다. 이 후, 필터링된 우측정면채널신호와 좌측정면채널신호는 원하는 고도에서 발생하는 가상 음원을 모델링하는데 사용된다.
실시 예에 따라서는 우측탑채널신호와 좌측탑채널신호를 포함하지 않는 음향 신호(예를 들면, 2.1채널 또는 5.1채널 신호)를 업믹싱하여 우측탑채널신호와 좌측탑채널신호를 생성한 후 믹싱된 우측탑채널신호와 좌측탑채널신호를 필터링할 수도 있다.
복제부(530)는 필터링된 채널 신호를 복수 개로 복제한다. 복제부(530)는 필터링된 채널 신호를 출력할 그룹 내 스피커의 개수만큼 복제한다. 예를 들어, 필터링된 음향 신호가 우측탑채널신호, 좌측탑채널신호, 우측후면채널신호, 좌측후면채널신호로 출력되면, 복제부(530)는 필터링된 채널 신호를 4개로 복제한다. 복제부(530)가 필터링된 채널 신호를 몇 개로 복제할 것인지는 실시예에 따라서 다양할 수 있으나 필터링된 채널 신호가 적어도 우측후면채널신호 및 좌측후면채널신호에는 출력될 수 있도록 둘 이상으로 복제하는 것이 바람직할 수 있다.
우측탑채널신호 및 좌측탑채널신호가 재생될 스피커는 수평면에 배치된다. 일 예로, 우측정면채널신호를 재생할 정면스피커의 바로 위에 부착될 수 있다.
증폭부(540)는 필터링된 음향 신호를 소정의 이득 값에 따라 증폭(또는 감쇄)한다. 필터링된 음향 신호의 종류와 필터링된 음향 신호의 종류에 따라 이득 값을 달리 설정한다.
예를 들어, 우측탑스피커로 출력될 우측탑채널신호는 제 1 이득 값에 따라 증폭하고, 좌측탑스피커로 출력될 우측탑채널신호는 제 2 이득 값에 따라 증폭한다. 이 때, 제 1 이득 값이 제 2 이득 값보다 클 수 있다. 또한, 우측탑스피커로 출력될 좌측탑채널신호는 제 2 이득값에 따라 증폭하고, 좌측탑스피커로 출력될 좌측탑채널신호는 제 1 이득값에 따라 증폭함으로써 좌우측 스피커에서 대응하는 채널 신호가 출력되도록 한다.
입체 음향 재생 장치(200)는 그룹 내 스피커에서 동일한 음향 신호를 이득 값을 달리하여 출력할 수 있다. 실제 스피커의 고도보다 더 높은 고도에 가상 음원을 용이하게 정위시키거나 실제 스피커의 고도와 상관없는 특정 고도로 가상 음원을 정위시킬 수 있다.
입력 음향 신호에 포함된 채널 신호의 개수와 그룹 내 스피커의 개수에 따라서 복제부(530), 증폭부(540)의 동작이 달라질 수 있음은 자명하다.
입체 음향 재생 장치(200)가 가상의 음원을 소정의 위치에 정위시키는 방법을 각각 도3 내지 5를 참조하여 설명하였으나, 하나의 입체 음향 재생 장치(200)는 도3내지 5를 참조하여 설명한 방법을 모두 또는 선택적으로 사용할 수 있음은 자명하다. 또한, 입체 음향 재생 장치(200)가 소정의 위치에 가상 음원을 정위시키는 방법은 상술한 예에 한정되지 않으며 입체 음향 재생 장치(200)는 그룹 내의 스피커들의 위치 및 개수에 기초하여 다른 어떠한 방법을 사용하여 가상 음원을 소정의 위치에 정위시킬 수 있다.
도 6a는 일 실시예에 따른 청취자의 머리 위치를 추적하는 입체 음향 재생 장치를 나타낸다.
일 실시예에 따른 입체 음향 재생 장치(200)는 통신부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 통신부(미도시)는 입체 음향 재생 장치(200)와 주변 기기 간의 통신을 하게 하는 하나 이상의 하드웨어 구성요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 통신부(미도시)는 근거리 통신, 이동 통신을 포함할 수 있다.
근거리 통신(short-range wireless communication)는, 블루투스 통신, BLE(Bluetooth Low Energy) 통신, 근거리 무선 통신 (Near Field Communication), WLAN(와이파이) 통신, 지그비(Zigbee) 통신, 적외선(IrDA, infrared Data Association) 통신, WFD(Wi-Fi Direct) 통신, UWB(ultra wideband) 통신, Ant+ 통신 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
이동 통신은, 이동 통신망 상에서 기지국, 외부의 단말, 서버 중 적어도 하나와 무선 신호를 송수신할 수 있다. 여기에서, 무선 신호는, 음성 신호, 영상 신호 신호 또는 문자/멀티미디어 메시지 송수신에 따른 다양한 형태의 신호를 포함할 수 있다.
통신부(미도시)는 청취자 추적부(610)를 포함할 수 있다.
도5a는 일 실시예에 따른 입체 음향 재생 장치(200)의 다른 예를 도시한 블록도이다. 따라서, 이하 생략된 내용이라 하더라도 도2의 입체 음향 재생 장치(200)에 관하여 이상에서 기술된 내용은 도5의 실시 예에 따른 입체 음향 재생 장치(200)에도 적용된다.
청취자 추적부(610)는 청취자(110)가 이동하는 위치를 추적할 수 있다. 상술한 바와 같이, 최적의 입체 음향을 감상할 수 있는 위치인 스윗 스팟(120)는 스피커(145, 160, 165)들의 위치에 기초하여 수동적으로 결정되는 것이 보통이다.
예를 들어, 청취자(110) 주위에 좌측 스피커와 우측스피커가 존재하고 좌측 스피커와 우측 스피커 사이의 거리가 3미터라 할 때, 좌측 스피커와 우측 스피커 사이의 선의 양 끝에서 60도씩 꺽어 가상의 선을 그어 두 개의 가상의 선이 만나는 지점을 중심으로 스윗 스팟(120)을 결정할 수 있다.
따라서, 청취자(110)가 두 개의 가상의 선이 만나는 지점에서 좌측으로 이동한 경우 프리-에코(Pre-echo) 현상이 발생할 수 있다. 프리 에코 현상이란 예를 들어, 청취자(110)의 위치가 중앙에서 좌측으로 이동하면, 이득이 크고 프리 딜레이가 상대적으로 빠른 좌측 스피커의 영향이 지배적이게 되어 청감상 음상의 위치가 포커스된 위치를 벗어나 좌측 스피커의 위치로 인식하여 청취되는 현상을 말한다.
청취자 추적부(610)가 청취자(110)의 머리가 이동하는 위치를 실시간으로 추적한다면 스윗 스팟(120)은 고정된 위치에 존재하지 않고 청취자(110)의 머리 위치에 따라 이동할 수 있다. 일 실시예에 따른 입체 음향 재생 장치(200)는 청취자 추적부(610)로부터 획득한 청취자의 머리 위치에 따라 실시간으로 또는 일정한 시간 간격으로 스윗 스팟(120)을 갱신할 수 있다.
청취자 추적부(610)는 청취자(110)의 머리 위치 정보를 실시간으로 획득할 수 있다. 예를 들어, 청취자 추적부(610)는 청취자(110)가 소지한 휴대 전화기, 리모컨에 부착된 동작인식센서 또는 위치센서에 기초하여 청취자(110)의 머리 위치 정보를 획득할 수 있다. 또는, 청취자 추적부(610)는 오브젝트 트래킹(object tracking)과 같은 영상 처리 알고리즘 또는 청취자(110)가 착용한 악세서리 또는 구글 글래스와 같은 웨어러블 글래스를 이용하여 청취자(110)의 머리 위치 정보를 획득할 수도 있다. 청취자 추적부(610)가 청취자(110)의 머리 위치를 추적하는 방법은 상술한 예에 제한되지 않으며 다른 어떠한 방법도 사용될 수 있음은 자명하다.
청취자 추적부(610)는 복수의 청취자(110)의 머리 위치 정보를 실시간으로 획득할 수도 있다. 입체 음향 재생 장치(200)는 획득된 복수의 청취자(110)의 머리 위치 정보에 기초하여, 복수의 청취자(110)를 포함하는 하나의 스윗 스팟(120)을 설정하거나 획득된 각 청취자(110) 위치에 기초하여 복수의 스윗 스팟(120)을 설정할 수도 있다.
도6b는 일 실시예에 따른 입체 음향 청취 환경의 스윗 스팟의 변경을 나타낸다.
청취자(110)가 기존의 스윗 스팟(120)에서 좌측으로 이동하면 입체 음향 재생 장치(200)는 이동한 청취자(110)의 위치에 기초하여 스윗 스팟(120)을 재설정할 수 있다.
렌더링부(220)는 이동된 스윗 스팟(120)에 적합하게 그룹 내의 스피커들의 이득 및 지연 값을 변경할 수 있다.
예를 들어, 렌더링부(220)가 도3을 참조하여 상술한 WFS 방법을 사용하여 가상 음원을 정위시키는 경우에는 그룹 내 스피커(145, 160, 165) 별 이득 값을 실시간으로 변화시킴으로서 프리 에코 현상을 감소시킬 수 있다.
렌더링부(220)가 도4를 참조하여 상술한 최소 오차 계산 방법을 사용하여 가상 음원을 정위시키는 경우에는 추적된 청취자(110) 머리의 위치 근방에 스윗 스팟(120)을 설정하고 최적화된 스피커(145, 160, 165) 별 임펄스 응답을 계산할 수 있다.
또한, 렌더링부(220)가 도5를 참조하여 상술한 고도감 재현 방법을 사용하여 가상 음원을 소정의 고도에 정위시키는 경우에는 그룹 내 각 스피커(145, 160, 165)에 인가할 이득 값 및 위상 지연 값을 변경하여 고도각의 위치를 일정하게 유지시킬 수 있다.
도시되지는 않았으나, 청취자 추적부(610)는 복수의 청취자(110)의 머리 위치를 추적할 수 있으며, 청취자들의 머리 위치에 기초하여 복수의 스윗 스팟을 설정할 수 있다. 렌더링부(220)는 복수의 스윗 스팟의 위치 및 크기에 기초하여 그룹 내 스피커들의 이득 및 지연 값을 변경할 수 있다.
이하 일 실시예에 따른 입체 음향 재생 장치(200)가 복수의 스피커들을 사용하여 청취자에게 입체 음향을 제공하는 방법이 도7 및8의 흐름도를 참조하여 후술된다. 도7내지 8는 도1내지6에서 도시된 입체 음향 재생 장치(200)에서 수행되는 입체 음향 재생 방법을 설명하기 위한 도면이다. 따라서, 이하 생략된 내용이라 하더라도 도1내지6에서 입체 음향 재생 장치(200)에 관하여 이상에서 기술된 내용은 도7내지 8의 일 실시 예에 따른 입체 음향 재생 방법에도 적용된다.
도7은 일 실시예에 따른 입체 음향 재생 장치가 입체 음향을 재생하는 방법의 흐름도를 나타낸다.
단계 710에서, 입체 음향 재생 장치(200)는 복수의 스피커들을 그룹화할 수 있다.
입체 음향 재생 장치(200)는 물리적으로 떨어진 적어도 두 개의 스피커를 하나의 그룹으로 그룹화할 수 있다. 예를 들어, 입체 음향 재생 장치(200)는 텔레비전 내장 스피커와 별도의 라우드 스피커를 하나의 그룹으로 그룹화할 수 있다. 또한, 입체 음향 재생 장치(200)는 텔레비전 내장 스피커와 하나 이상의 사운드바 및 하나 이상의 라우드 스피커를 하나의 그룹으로 그룹화할 수 있다. 또한, 입체 음향 재생 장치(200)는 기존의 홈씨어터 스피커와 청취자가 별도로 구매한 하나 이상의 라우드 스피커를 하나의 그룹으로 그룹화할 수도 있다. 하나의 그룹 안에 속한 스피커들은 서로 물리적으로 떨어져 있을 수 있다. 청취자는 그룹화할 스피커들을 선택할 수 있으며, 이 때 청취자가 위치한 공간의 크기 및 특성 또는 감상하고자 하는 콘텐츠의 성격에 기초하여 추가할 스피커들을 결정할 수 있다. 입체 음향 재생 장치(200)는 물리적으로 떨어져 있는 복수의 스피커들을 다양한 통신 경로를 통해 하나의 그룹으로 그룹화할 수 있다. 통신 경로는 다양한 네트워크와 네트워크 토폴로지를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 통신 경로는 무선 통신, 유선 통신, 광학, 초음파, 또는 이들의 조합을 포함 할 수 있다.
단계 720 에서, 입체 음향 재생 장치(200)는 음향 신호를 입력받을 수 있다. 입체 음향 재생 장치(200)는 DVD, BD, MP3 플레이어 등과 같은 장치로부터 입력 오디오 신호를 수신 받을 수 있다. 입력 오디오 신호는 스테레오 신호(2채널), 5,1채널, 7.1채널, 10.2채널 및 22.2채널과 같은 다채널 오디오 신호일 수 있다. 또한 입력 오디오 신호는 다수의 모노(Mono)입력 신호와 오브젝트들의 실시간 위치가 메타데이터의 형태로 전달되는 객체 기반 오디오 신호를 입력 받을 수 있다. 객체 기반 오디오 신호는 삼차원 공간에 배치된 각 오디오 오브젝트들의 위치를 소리와 함께 메타데이터로 압축된 형태를 말한다. 또한 입력 오디오 신호는 채널 오디오 신호와 객체 기반 오디오 신호가 혼합된 하이브리드 입력 오디오 신호일 수 있다.
단계730에서, 입체 음향 재생 장치(200)는 가상 음원을 소정의 위치에 정위시키는 3차원 오디오 렌더링을 수행할 수 있다.
예를 들어, 입체 음향 재생 장치(200)는 음장 합성 렌더링(Wave Field Synthesis rendering) 알고리즘으로 입력 오디오 신호를 처리하여 오디오 신호에 대응하는 적어도 하나의 스피커 신호를 생성할 수 있다. 또한, 입체 음향 재생 장치(200)는 머리전달함수 렌더링(Head Related Transfer Function rendering), 빔 포밍 렌더링(Beam-forming rendering) 또는 집중 음원 렌더링(Focused Source rendering) 알고리즘으로 입력 오디오 신호를 처리하여 오디오 신호에 대응하는 적어도 하나의 스피커 신호를 생성할 수도 있다. 또한, 입체 음향 재생 장치(200)는 최소 오차 합산에 기반하여 스피커 별 임펄스 응답을 계산하거나 또는 고도감 재현을 위한 렌더링을 수행할 수도 있다.
단계740에서, 입체 음향 재생 장치(200)는 렌더링된 가상의 음원을 다채널 스피커를 통해 재생할 수 있다.
도8은 입체 음향 재생 장치가 입체 음향을 재생하는 방법의 추가적 실시예의 흐름도를 나타낸다.
단계 710, 720, 740 은 도7을 참조하여 설명한 바와 동일하므로 설명을 생략한다.
단계 810에서, 입체 음향 재생 장치(200)는 청취자의 머리 위치를 추적할 수 있다. 입체 음향 재생 장치(200)가 청취자의 머리가 이동하는 위치를 실시간으로 추적한다면 스윗 스팟은 고정된 위치에 존재하지 않고 청취자의 위치에 따라 이동할 수 있다. 일 실시예에 따른 입체 음향 재생 장치(200)는 획득한 청취자의 머리 위치에 따라 실시간으로 또는 정기적으로 스윗 스팟을 갱신할 수 있다.
입체 음향 재생 장치(200)는 청취자의 머리 위치 정보를 실시간으로 획득할 수 있다. 예를 들어, 입체 음향 재생 장치(200)는 청취자가 소지한 휴대 전화기, 리모콘에 부착된 동작인식센서 또는 위치센서에 기초하여 청취자의 머리 위치 정보를 획득할 수 있다. 또는, 입체 음향 재생 장치(200)는 오브젝트 트래킹(object tracking)과 같은 영상 처리 알고리즘 또는 청취자가 착용한 악세서리 또는 구글 글래스와 같은 웨어러블 글래스를 이용하여 청취자의 머리 위치 정보를 획득할 수도 있다. 입체 음향 재생 장치(200) 가 청취자의 머리 위치를 추적하는 방법은 상술한 예에 제한되지 않으며 다른 어떠한 방법도 사용될 수 있음은 자명하다.
단계 820에서, 입체 음향 재생 장치(200)는 청취자의 머리 위치 정보에 기초하여 가상 음원을 소정의 위치에 정위시킬 수 있다.
예를 들어, 입체 음향 재생 장치(200)는 이동한 청취자 머리 위치에 기초하여 WFS 방법을 사용하여 그룹 내 스피커들 중 적어도 하나의 스피커의 이득 값 및 위상 지연 값을 변화시킬 수 있다.
또한, 입체 음향 재생 장치(200)는 추적된 청취자의 머리 위치 근방에 스윗 스팟을 재설정하고 상술한 최소 오차 계산 방법을 사용하여 그룹 내 스피커 들 중 적어도 하나의 임펄스 응답을 재계산할 수 있다.
또한, 입체 음향 재생 장치(200)는 고도감 재현 방법을 사용하여 가상 음원을 소정의 고도에 정위시키는 경우에는 그룹 내 스피커들 중 적어도 하나의 스피커에 인가할 이득 값 및 위상 지연 값을 변경하여 고도각의 위치를 일정하게 유지시킬 수 있다.
한편, 입체 음향 재생 방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM. CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 인터넷을 통한 전송 등과 같은 캐리어 웨이브의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 프로세서가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
본 발명에 의한 방법, 프로세스, 장치, 제품 및/또는 시스템은 간단하고, 비용적으로 효과적이며, 복잡하지 않으면서 매우 다양하고 정확하다. 또한 본 발명에 의한, 프로세스, 장치, 제품 및 시스템에 알려진 구성 요소를 적용함으로써 즉시 이용할 수 있으면서 효율적이고 경제적인 제조, 응용 및 활용을 구현할 수 있다. 본 발명의 또 다른 중요한 측면은 비용 감소, 시스템 단순화, 성능 증가를 요구하는 현 추세에 부합한다는 것이다. 이러한 본 발명의 실시 예에서 볼 수 있는 유용한 양상은 결과적으로 적어도 현 기술의 수준을 높일 수 있을 것이다.
본 발명은 특정한 최상의 실시 예와 관련하여 설명되었지만, 이외에 본 발명에 대체, 변형 및 수정이 적용된 발명들은 전술한 설명에 비추어 당업자에게 명백할 것이다. 즉, 청구범위는 이러한 모든 대체, 변형 및 수정된 발명을 포함하도록 해석한다. 그러므로 이 명세서 및 도면에서 설명한 모든 내용은 예시적이고 비제한적인 의미로 해석해야 한다.

Claims (19)

  1. 복수의 스피커들을 하나의 그룹으로 그룹화하는 단계;
    음향 신호를 입력 받는 단계;
    상기 그룹화 된 복수의 스피커들을 이용하여 상기 음향 신호의 하나 이상의 가상 음원을 소정의 위치에 정위시키는 단계; 및
    상기 가상 음원을 상기 복수의 스피커들을 통해 재생하는 단계를 포함하는 입체 음향 재생 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 복수의 스피커들을 하나의 그룹으로 그룹화하는 단계는,
    하나의 홈씨어터 시스템을 구성하는 스피커 및 상기 홈씨어터 시스템을 구성하지 않는 별도의 라우드 스피커를 상기 하나의 그룹에 포함시키는 단계를 포함하는 입체 음향 재생 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 홈씨어터 시스템은,
    복수의 라우드 스피커를 선형으로 연결한 라우드 스피커 어레이(Loudspeaker Array)인 것을 특징으로 하는 입체 음향 재생 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 복수의 스피커들을 그룹화하는 단계는,
    물리적으로 떨어져 있는 상기 복수의 스피커들을 무선 또는 유선 네트워크를 통해 연결하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 입체 음향 재생 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 가상 음원을 소정의 위치에 정위시키는 단계는,
    상기 입력 받은 음향 신호를 음장 합성 렌더링(Wave Field Synthesis)방식으로 가상 음상을 소정의 위치에 정위시키는 단계를 포함하는 입체 음향 재생 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 가상 음원을 소정의 위치에 정위시키는 단계는,
    상기 그룹에 포함된 스피커들로부터 발생하는 스윗 스팟 내에서의 제1음압과 상기 소정의 위치에 존재하는 가상 음원으로부터 발생하는 상기 스윗 스팟 내에서의 제2음압의 차이를 최소화 시킬 수 있는 상기 그룹에 포함된 스피커 별 음압 신호를 결정하는 단계; 및
    상기 결정된 스피커 별 음압 신호에 기초하여 상기 입력 받은 음향 신호를 변조하는 단계를 포함하는 입체 음향 재생 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 그룹에 포함된 스피커 별 음압 신호를 계산하는 단계는, 상기 그룹에 포함된 스피커 별로 인가해야 하는 임펄스 응답을 결정하는 단계를 포함하고,
    상기 입력 받은 음향 신호를 변조하는 단계는, 상기 그룹에 포함된 스피커 별로 입력되는 음향 신호에 상기 결정된 임펄스 응답을 컨볼루션하는 단계를 포함하는 입체 음향 재생 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 가상 음상을 소정의 위치에 정위시키는 단계는,
    상기 입력 받은 음향 신호를 소정의 고도에 대응하는 필터에 통과시키는 단계;
    상기 필터링된 음향 신호를 복제하여 복수 개의 음향 신호들을 생성하는 단계; 및
    상기 복제된 음향 신호들이 출력될 스피커들 각각에 해당하는 이득 값 및 지연 값 중 적어도 하나에 기초하여 상기 복제된 음향 신호들 각각에 대한 증폭, 감쇄 및 지연 중 적어도 하나를 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 입체 음향 재생 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 청취자의 머리 위치를 실시간으로 추적하는 단계를 더 포함하고,
    상기 가상 음원을 소정의 위치에 정위시키는 단계는, 상기 추적된 청취자의 머리 위치에 기초하여 상기 그룹에 포함된 스피커들 중 적어도 하나의 스피커의 이득 및 위상 지연 값을 변경하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 입체 음향 재생 방법.
  10. 복수의 스피커들을 하나의 그룹으로 그룹화하는 그룹화부;
    음향 신호를 입력 받는 수신부;
    상기 그룹화 된 복수의 스피커들을 이용하여 상기 음향 신호의 하나 이상의 가상 음원을 소정의 위치에 정위시키는 렌더링부; 및
    상기 가상 음원을 상기 복수의 스피커들을 통해 재생하는 재생부를 포함하는 입체 음향 재생 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 그룹화부는,
    하나의 홈씨어터 시스템을 구성하는 스피커 및 상기 홈씨어터 시스템을 구성하지 않는 별도의 라우드 스피커를 상기 하나의 그룹에 포함시키는 것을 특징으로 하는 입체 음향 재생 장치.
  12. 제10항에 있어서, 상기 홈씨어터 시스템은,
    복수의 라우드 스피커를 선형으로 연결한 라우드 스피커 어레이(Loudspeaker Array)인 것을 특징으로 하는 입체 음향 재생 장치.
  13. 제10항에 있어서, 상기 그룹화부는,
    물리적으로 떨어져 있는 상기 복수의 스피커들을 무선 또는 유선 네트워크를 통해 연결하는 것을 특징으로 하는 입체 음향 재생 장치.
  14. 제10항에 있어서, 상기 렌더링부는,
    상기 입력 받은 음향 신호를 음장 합성 렌더링(Wave Field Synthesis)방식으로 가상 음상을 소정의 위치에 정위시키는 것을 특징으로 하는 입체 음향 재생 장치.
  15. 제10항에 있어서, 상기 렌더링부는,
    상기 그룹에 포함된 스피커들로부터 발생하는 스윗 스팟 내에서의 제1음압과 상기 소정의 위치에 존재하는 가상 음원으로부터 발생하는 상기 스윗 스팟 내에서의 제2음압의 차이를 최소화 시킬 수 있는 상기 그룹에 포함된 스피커 별 음압 신호를 결정하고, 상기 결정된 스피커 별 음압 신호에 기초하여 상기 입력 받은 음향 신호를 변조하는 것을 특징으로 하는 입체 음향 재생 장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 렌더링부는,
    상기 그룹에 포함된 스피커 별로 인가해야 하는 임펄스 응답을 결정하고, 상기 그룹에 포함된 스피커 별로 입력되는 음향 신호에 상기 결정된 임펄스 응답을 컨볼루션하는 것을 특징으로 하는 입체 음향 재생 장치.
  17. 제10항에 있어서, 상기 렌더링부는,
    상기 입력 받은 음향 신호를 소정의 고도에 대응하는 필터에 통과시키는 필터링부;
    상기 필터링된 음향 신호를 복제하여 복수 개의 음향 신호들을 생성하는 복제부; 및
    상기 복제된 음향 신호들이 출력될 스피커들 각각에 해당하는 이득 값 및 지연 값 중 적어도 하나에 기초하여 상기 복제된 음향 신호들 각각에 대한 증폭, 감쇄 및 지연 중 적어도 하나를 수행하는 증폭부를 포함하는 것을 특징으로 하는 입체 음향 재생 장치.
  18. 제10항에 있어서,
    상기 청취자의 머리 위치를 실시간으로 추적하는 청취자 추적부를 더 포함하고,
    상기 렌더링부는, 상기 추적된 청취자의 머리 위치에 기초하여 상기 그룹에 포함된 스피커들 중 적어도 하나의 스피커의 이득 및 위상 지연 값을 변경하는 것을 특징으로 하는 입체 음향 재생 장치.
  19. 제 1항 내지 9항 중 어느 한 항에서 수행되는 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
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