KR20190064634A

KR20190064634A - 비대칭 트랜스오럴 오디오 재생을 위한 이득 위상 등화(gpeq) 필터 및 튜닝 방법

Info

Publication number: KR20190064634A
Application number: KR1020197013511A
Authority: KR
Inventors: 에드워드 스테인; 데이비드 코셀로; 구앙지 시
Original assignee: 디티에스, 인코포레이티드
Priority date: 2016-10-11
Filing date: 2017-10-10
Publication date: 2019-06-10
Also published as: JP2019531037A; EP3526981C0; US20180103319A1; CN110024419B; CN110024419A; WO2018071390A1; EP3526981B1; JP7064489B2; KR102391744B1; EP3526981A4; EP3526981A1; US10075789B2

Abstract

모바일 소비자 장치에서 비대칭 트랜스오럴 오디오를 재생하기 위한 GPEQ 필터 및 튜닝 방법. GPEQ 필터는 적어도 2개의 오디오 스피커의 크기 응답을 청취자 위치에서 재생되는 오디오 스피커의 저주파 크로스오버 이상의 타겟 응답으로 정규화하도록 구성된 비대칭 FIR 필터 뱅크와, 상기 적어도 2개의 오디오 스피커의 크기 응답을 상기 저주파 크로스오버(Fc) 위에서 고역 통과 필터링 및 등화하도록 구성된 대칭 IIR 필터 뱅크 구성 요소를 포함한다. 일부 실시예에서, FIR 필터 뱅크는 오디오 채널의 그룹 지연을 정규화하도록 구성되고, 일부 실시예에서, IIR 필터 뱅크는 적어도 2개의 오디오 스피커의 크기 응답 내의 임의의 잔류 비대칭을 보정하도록 구성된 비대칭 IIR 필터 뱅크 구성 요소를 포함한다. 위상 보존은 위상 밸런스 방식 또는 위상 보상 방식의 IIR 필터 섹션을 사용하여 이루어질 수 있다.

Description

비대칭 트랜스오럴 오디오 재생을 위한 이득 위상 등화(GPEQ) 필터 및 튜닝 방법

본 발명은 트랜스오럴(transaural) 오디오 재생에 관한 것이며, 특히, 랩탑, 태블릿, 및 다른 소형 또는 휴대용 오디오 장치, 스피커 시스템 상에서의 비대칭 트랜스오럴 오디오 재생 또는 헤드폰 상에서의 비대칭 바이노럴(binaural) 재생을 위한 이득 위상 등화(GPEQ : Gain Phase EQualization) 필터 및 튜닝 방법에 관한 것이다.

사운드 녹음 및 오디오 재생에서, 등화("EQ")는 선형 필터를 사용하여 개별 오디오 채널의 주파수 응답을 변경하여, 주파수 성분 간의 밸런스를 조정하는데 일반적으로 사용되는 프로세스이다. 선형 필터는 특정 주파수 대역의 에너지를 부스트(boost)하거나 컷팅한다. EQ는 스피커의 크로스오버 주파수(Fc) 아래의 저주파수 컨텐츠를 제거하여 스피커를 보호하고, 전체적인 음질을 컨트롤하는데 사용된다.

이퀄라이저는 EQ를 달성하기 위해 사용되는 장비의 일부분이다. 그래픽 이퀄라이저에 의해, 음향 엔지니어 또는 현장 애플리케이션 엔지니어는 각 대역의 수직 슬라이더를 사용하여 다수의 중심 주파수에서의 진폭을 부스트하거나 컷팅할 수 있다. 파라미터 이퀄라이저("PEQ")에 의해, 음향 엔지니어 또는 현장 애플리케이션 엔지니어는 각 대역의 진폭, 중심 주파수 및 대역폭을 제어할 수 있다. 파라미터 이퀄라이저는 그래픽 이퀄라이저보다 훨씬 정확한 사운드 조정이 가능하지만, 튜닝에 대한 보다 많은 전문 지식이 필요하다. 예시적인 설계에서, 각각의 PEQ 대역은 상이한 2차 IIR(무한 임펄스 응답) 필터 섹션에 대응한다. 사용자는 적용 가능한 경우에 각 대역에 있어서의 필터 유형, 진폭, 중심 주파수 및 대역폭을 수동으로 조정한 다음, 2차 IIR 필터 섹션에 대한 계수로 변환한다. 다양한 필터 유형의 다중 대역이 캐스케이딩(cascade)되어 총 EQ 응답을 형성할 수 있다. 이러한 필터 설계 방법의 일예는 Robert Bristow-Johnson의 Audio EQ Cookbook (www.musicdsp.org/files/Audio-EQ-Cookbook.txt)에 설명되어 있다.

스테레오 오디오는 다방향 가청 원근감의 환상을 창출하는 사운드 재생의 하나의 방법이다. 이는 2개의 독립적인 오디오 채널을 이용하여, 스피커 배치에 의해 경계지어진 여러 방향으로부터 들려오는 사운드의 느낌을 만들어 내는 방식으로 2개의 오디오 스피커를 구성함으로써 이루어진다. 멀티 채널 또는 "서라운드" 오디오는 청취자를 완전히 둘러싸도록 추가 채널 및 스피커를 추가하지만(사운드를 들을 수 있는 경계를 제거함), 이러한 시스템은 실용적이지 않거나 휴대성이 없다. 바이노럴 오디오는 청취자의 귀에서 재생되기 위해 특별히 설계된 2개의 채널을 사용하여 청취자에게 완전한 3D 서라운드 사운드 느낌을 주는 사운드 재생 방법이다. 바이노럴 오디오 및 스테레오 오디오는 종종 혼동된다. 스테레오 스피커 재생은 청취자의 정상적인 귀 간격이나 다른 생물학적 형태를 고려하지 않으며, 스테레오 스피커 크로스토크가 바이노럴 재생을 방해하기 때문에, 오디오 채널을 사전 조정하여, 이들 요인을 고려한 청취자 위치에서 오디오 스피커를 통해 재생하기 위한 트랜스오럴 오디오 신호를 생성하기 위해, 헤드폰이 필요하거나 크로스토크 제거(CTC) 필터가 필요하다. 그 프로세스는 여러 발명에 개시되고 개선되어 왔다. 초기의 이러한 예로서는 Atal와 Schroeder의 "Apparent Sound Source Translator", US 3,236,949가 있다. 이 특허 전반에 걸쳐 개시된 바와 같이, EQ 및 특히 PEQ는 스테레오, 바이노럴 및 트랜스오럴 오디오 신호에 적용될 수 있지만, 트랜스오럴 또는 바이노럴 오디오 신호에 의해 주어지는 청취자 요인 및 생물학적 형태와 상호 작용하지 않도록 몇가지 주의가 필요하다.

대다수의 오디오 시스템에서, 스피커 구성은 스피커의 크기 응답(magnitude response)(예를 들어, 모든 스피커가 동일함)과 그룹 지연 및 위상 응답(예를 들어, 모든 스피커가 청취자 위치에 대해 등거리에 위치됨) 둘 다에서, 청취자 위치에 대해서 대칭이거나 대칭이라고 가정한다. 이들 시스템에서, PEQ는 모든 채널에 대칭적으로 적용된다.

랩탑, 태블릿, 특정 헤드폰 및 기타 소형 또는 휴대용 오디오 장치 또는 스피커 시스템과 같은 특정 오디오 시스템에서, 스피커 구성은 크기 응답 및/또는 그룹 지연 및 위상 응답 중 하나에서 비대칭이다. 예를 들어, 랩탑 컴퓨터에서, 다른 패키징 제약을 극복하기 위해, 물리적으로 상이한 스피커를 다양한 위치에 배치할 수 있다. 이들 시스템에서는, EQ를 수행할 뿐만 아니라 크기의 비대칭을 보상하기 위해 EQ 또는 PEQ를 채널에 비대칭적으로 적용해야 한다. 그룹 지연 보상은 비대칭적인 위치 결정을 보상하는데 사용될 수 있다.

문제는 비대칭 PEQ에서 통상적으로 사용된 2차 IIR 필터 섹션이 오디오 신호의 상대적인 위상을 보존하지 않는다는 것이다. 종래의 스테레오 오디오에 있어서, 이는 "스테레오 이미징"에 영향을 줄 수 있지만, 저가의 비용으로 모바일 장치에서는 일반적으로 허용된다. 그러나, 바이노럴 및 특히 트랜스오럴 오디오 신호에 있어서, 위상 보존의 손실은 치명적이다. CTC 필터에 의해 감산되는 신호의 크기와 타이밍이 손실된다. 그 결과, 실제로 크로스토크를 증가시킬 수 있다.

표준 CTC 필터는 청취자 위치에서의 대칭 재생을 가정한다. 비대칭 보정을 CTC 필터 자체에 포함시키는 일부 접근법이 제안되었다. 예를 들어 US 8,050,433을 참조한다. 이 접근법의 단점은 비대칭 크기 응답을 처리하지 못한다는 것이며 공간적인 오디오 설계를 장치의 주관적 등화에 연결할 수 있다는 것이다(일반적으로 두 가지는 설계 프로세스의 상이한 횟수로 또한 다른 팀 또는 심지어 기업에 의해 독립적으로 처리된다). 이러한 연결이 허용된다고 해도, 비대칭 등화는 일반적인 크로스토크 제거 설계의 단순 지연으로 쉽게 보상되지 않는 주파수 종속의 위상 응답을 발생시킨다.

트랜스오럴 오디오에 대한 현재 상태의 기술이 선택되어야 한다. 종래의 PEQ가 적용되고 오디오의 3차원 공간적 특성이 상실되거나 EQ가 적용되지 않는다. 트랜스오럴 오디오가 비대칭 오디오 장치의 시장에 계속 침투함에 따라, 이것은 허용될 수 있는 조건이 아니다.

본 요약은 아래의 상세한 설명에서 추가로 설명되는 단순한 형태로 개념의 선택을 소개하기 위해 제공된다. 본 요약은 청구된 대상 발명의 주된 특징 또는 필수적인 특징을 확인하고자 하는 것이 아니며, 청구된 대상 발명의 범위를 제한하는데 사용하고자 하는 것이 아니다.

본 명세서에 기술된 GPEQ 필터의 실시예는, PEQ 기능을 보존하면서, 청취자 위치에서의 트랜스오럴 재생을 위한 오디오 스피커의 비대칭(크기 및/또는 그룹 지연/위상 응답)을 제거하기 위해, 필터를 튜닝하여 각각의 오디오 채널에 반송된 트랜스오럴 오디오 신호를 사전 조정하는 모듈러 솔루션(CTC 필터와 무관함) 및 방법을 제공한다. GPEQ 필터는 정확한 비대칭 크기 보정을 위한 필수적 고주파 감도를 제공한다. GPEQ 필터는 구현(예를 들어, 낮은 차수 또는 필터 탭의 수) 및 튜닝(예를 들어, 대부분 자동화된 프로세스)하기에 상대적으로 저렴하다.

GPEQ 필터의 실시예는 비대칭 FIR 필터 뱅크 및 IIR 필터 뱅크를 포함한다. 비대칭 FIR 필터 뱅크는 적어도 2개의 오디오 스피커의 크기 응답을 청취자 위치에서 재생되는 오디오 스피커의 저주파 크로스오버(Fc) 위의 타겟 응답으로 정규화하도록 구성된다. 타겟 응답은 적어도 2개의 오디오 스피커의 평균 크기 응답을 포함할 수 있다. 비대칭 FIR 필터 뱅크는 그룹 지연 및 청취자 위치에서의 적어도 2개의 오디오 스피커의 위상 응답을 정규화하기 위해, 아마도 비정수의 지연을 포함하도록 구성될 수 있다. IIR 필터 뱅크는, 저주파 크로스오버(Fc) 위로 고역 통과 필터링하고 적어도 2개의 오디오 스피커의 크기 응답을 등화하도록 구성된 대칭 IIR 필터 뱅크 구성 요소를 포함한다. IIR 필터 뱅크는, 적어도 2개의 트랜스오럴 오디오 신호의 상대적 위상을 보존하면서, 저주파 크로스오버(Fc) 부근에서의 적어도 2개의 오디오 스피커의 크기 응답의 잔류 비대칭을 보정(예를 들어, Fc에서의 크기 응답을 등화하는 것)하도록 구성된 비대칭 IIR 필터 뱅크 구성 요소를 더 포함할 수 있다. 위상 보존은 위상 밸런스 방식 또는 위상 보상 방식의 IIR 필터 섹션을 사용하여 이루어질 수 있다. FIR 및 IIR 필터는 선형의 시간 불변 필터이므로 구현 순서는 중요하지 않다.

GPEQ 필터의 실시예들은, M≤N개의 탭이 특정 오디오 장치에 대한 계수로 비대칭으로 구성된 N-탭 FIR 필터 뱅크와, Y개의 섹션이 오디오 장치에 대한 계수로 대칭적으로 구성되고 Z개의 섹션이 오디오 장치에 대한 계수로 비대칭적으로 구성되는 X개의 IIR 필터 섹션을 포함하는 IIR 필터 뱅크(단, Y + Z ≤ X)를 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, GPEQ 필터를 구현하는 아키텍처 및 하드웨어는 오디오 장치 클래스에 보편적이다. 변하는 모든 것은 특정 장치의 GPEQ 필터에 로딩되는 계수이다.

청취자 위치에서 렌더링하는 트랜스오럴 오디오에 대한 오디오 장치의 실시예는, 각각의 오디오 채널에서 복수의 바이노럴 오디오 신호를 생성하도록 구성된 공간 오디오 프로세서와, 음향 크로스토크를 없애고 각각의 오디오 채널에서 복수의 트랜스오럴 오디오 신호를 출력하기 위해 바이노럴 오디오 신호를 사전 조정하도록 구성된 CTC 필터와, 스피커 보호 및 PEQ를 수행하고 오디오 스피커로 인한 임의의 비대칭을 제거하기 위해 적어도 2개의 트랜스오럴 오디오 신호를 사전 조정하도록 구성된 이득 위상 등화(GPEQ) 필터와, 청취자 위치에서 복수의 트랜스오럴 오디오 신호를 렌더링하도록 구성된 복수의 오디오 스피커를 포함한다.

GPEQ 필터를 튜닝하는 방법의 실시예는, 오디오 스피커의 저주파 크로스오버(Fc)를 결정하는 단계, 적어도 2개의 오디오 스피커의 크기 응답을 저주파 크로스오버(Fc) 위의 타겟 응답으로 정규화하기 위해 비대칭 FIR 필터 뱅크를 튜닝하는 단계, 청취자 위치에서의 적어도 2개의 트랜스오럴 오디오 신호의 도달 시간(TOA) 또는 "그룹 지연"을 정규화하기 위해 지연을 구성하는 단계, 대칭 IIR 필터 뱅크 구성 요소가 저주파 크로스오버(Fc) 위에서 적어도 2개의 오디오 스피커의 크기 응답을 고역 통과 필터링하고 등화하도록 구성하기 위해 파라미터 등화(PEQ) 프로세스를 수동으로 수행하는 단계, 선택적으로, 비대칭 IIR 필터 뱅크 구성 요소가 상대적 위상을 보존하면서 Fc 부근에서의 잔류 비대칭을 보정하도록 구성하기 위해 비대칭 PEQ 프로세스를 수동으로 수행하는 단계, 및 비대칭 FIR 필터 뱅크 및 IIR 필터 뱅크 구성 요소에 대한 계수를 저장하는 단계를 포함한다.

대안적 실시예가 가능하고, 본 명세서에서 설명된 단계 및 구성 요소는 특정 실시예에 따라 변경, 추가 또는 제거될 수 있음에 유의해야 한다. 이들 대안적 실시예는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고, 사용될 수 있는 대안적 단계 및 대안적 구성 요소와 구조적인 변경을 포함한다.

이하, 동일한 참조 번호가 전체에 걸쳐 대응 부분을 나타내는 도면을 참조하면,
도 1a, 도 1b 및 도 1c는 대칭 오디오 장치, 비대칭 오디오 장치 및 이득 위상 등화를 갖는 비대칭 오디오 장치를 각각 도시하는 도면이다.
도 2는 스피커 비대칭을 제거하기 위해 각각의 오디오 채널에서의 트랜스오럴 오디오 신호를 사전 조정하기 위한 GPEQ 필터를 포함하는 비대칭 오디오 장치의 실시예의 블록도이다.
도 3a 및 도 3b는 청취자 위치에서의 음향 크로스토크 및 오디오 스피커의 대칭적인 크기 응답 및 위치를 가정한 경우의 청취자 위치에서의 트랜스오럴 재생을 위한 트랜스오럴 오디오 신호를 생성하기 위한 크로스토크 제거 프로세싱을 도시하는 도면이다.
도 4는 오디오 스피커의 저주파 크로스오버(Fc) 위의 비대칭을 제거하도록 구성된 비대칭 FIR 필터 뱅크 및 지연, 저주파 크로스오버(Fc) 부근의 잔류 비대칭을 제거하도록 구성된 옵션의 비대칭 IIR 필터 뱅크, 및 오디오 스피커의 크기 응답을 저주파 크로스오버(Fc) 위에서 고역 통과 필터링 및 EQ하도록 구성된 대칭 IIR 필터 뱅크를 포함하는 GPEQ 필터의 실시예의 블록도이다.
도 5a 내지 도 5h는 비대칭 FIR, 비대칭 IIR 및 대칭 IIR에 대한 원시 스피커 응답, 필터 응답 및 수정된 스피커 응답, 및 총 GPEQ 필터 응답을 도시하는 도면이다.
도 6 및 도 7은 비대칭 트랜스오럴 오디오 재생을 위한 GPEQ를 튜닝하는 방법의 실시예에 대한 블록도 및 흐름도이다.
도 8은 비대칭 FIR 필터 뱅크의 자동 튜닝을 위한 실시예의 흐름도이다.
도 9는 비대칭 FIR 필터 뱅크의 수동 튜닝을 위한 실시예의 흐름도이다.
도 10a 내지 도 10c는 위상 밸런스 방식의 비대칭 IIR 필터의 실시예를 도시한다.
도 11a 및 도 11b는 위상 보상 방식의 비대칭 IIR 필터의 실시예를 나타낸다.

비대칭 트랜스오럴 오디오 재생을 위한 GPEQ 필터 및 튜닝 방법의 실시예에 대한 다음의 설명에서는 첨부 도면을 참조한다. 이들 도면은 GPEQ 필터 및 튜닝 방법의 실시예가 어떻게 실행될 수 있는지에 대한 구체적인 예를 설명하기 위해 도시된다. 청구된 대상 발명을 벗어나지 않는 범위에서 다른 실시예들이 이용될 수 있고 구조적 변경이 이루어질 수 있음이 이해된다.

본 발명의 목적은 PEQ 기능을 보존하면서, 비대칭 (크기 및/또는 그룹 지연/위상 응답)을 제거하기 위해 필터를 튜닝하는 모듈러 솔루션(CTC 필터와는 독립적임) 및 방법을 제공하는 것이다. 필터는 정확한 비대칭 크기 보정을 위한 필수적 고주파 감도를 제공해야 한다. 모듈러 필터는 구현(예를 들어, 낮은 차수 또는 필터 탭 수)하기에 또한 튜닝(예를 들어, 대부분 자동화된 프로세스)하기에 상대적으로 저렴해야 한다.

2차 IIR 필터 섹션을 2차 위상 밸런스 방식의 IIR 필터로 대체하는 접근 방법(Peter Eastty, "밸런스 위상 등화; 독립된 주파수 응답 및 동일한 위상 응답을 갖는 IIR 필터" AES Convention, October 2012)이 있다. 이들 위상 밸런스 방식의 IIR 필터는 트랜스오럴 오디오 신호의 상대적 위상을 보존할 수 있으므로, 청취자 위치에서 트랜스오럴 오디오 신호를 정확하게 재생할 수 있다. 위치 비대칭을 제거하기 위해 그룹 지연 보상이 구현될 수 있다. 그러나, 비대칭 PEQ를 사용하여 크기 비대칭을 제거하는 것은 몇 가지 단점이 있다. EQ와는 달리, 비대칭을 정확하게 제거하기 위해 IIR 필터 섹션을 수동 튜닝하는 것은, 수 시간의 지루한 작업을 필요로 할 수 있다. IIR 필터는 복잡한 비대칭을 제거하기 위해 고주파 해상도를 쉽게 제공하지 못한다. 이러한 성능을 근사화하기 위해 고차(값 비싼) IIR 필터가 필요할 수 있다. 비대칭 위상 밸런스 방식의 IIR 필터를 구현 및 튜닝하는 데 드는 비용으로 인해 이러한 접근 방식은 적합하지 않다.

또 다른 방법은 스피커 보호 및 EQ를 모두 제공하고 크기 및 그룹 지연/위상 응답 비대칭을 모두 제거하기 위해 PEQ에서 사용되는 IIR 필터를 비대칭 FIR(무한 임펄스 응답) 필터 뱅크로 완전히 대체하는 것이다. FIR 필터 뱅크의 튜닝은 완전히 자동화될 수 있다. 그러나, 이들 기능 모두를 수행하는 데 필요한 FIR 필터의 길이(탭의 수)는 엄청나다. 이러한 FIR 필터의 구현은 랩탑, 태블릿, 휴대 전화 또는 헤드폰과 같은 소형 또는 모바일 장치에서는 너무 비쌀 수 있다. 또한, 음질 특징을 수동으로 제어할 수 있는 기능이 손실된다.

본 발명에 따르면, 상대적으로 구현 및 튜닝 비용이 저렴하고 비대칭성을 정확하게 제거할 수 있는 필수 기능을 제공하고 표준 PEQ를 보존하는 모듈러 솔루션은 GPEQ 필터로서 지칭되는 하이브리드 필터 아키텍쳐를 기반으로 한다. GPEQ 필터는 CTC 필터 다음에 위치하여, 오디오 스피커에서 비롯된 비대칭을 제거하기 위해 각 오디오 채널에서의 트랜스오럴 오디오 신호를 사전 조정한다.

GPEQ 필터는 비대칭 FIR 필터 뱅크와 IIR 필터 뱅크를 모두 포함한다. FIR 필터 뱅크는 적어도 2개의 오디오 스피커(예를 들어, L 및 R 또는 다중 채널)의 크기 응답을 청취자 위치에서 재생되는 오디오 스피커의 저주파 크로스오버(Fc) 위의 타겟 응답으로 정규화하도록 구성된다. 필요한 경우, 오디오 스피커의 그룹 지연은 이산 지연을 통해 정규화되거나 FIR 필터 뱅크에 통합된다. IIR 필터 뱅크는 적어도 2개의 오디오 스피커의 크기 응답을 저주파 크로스오버(Fc) 위에서 고역 통과 필터링하고 등화하도록 구성된 대칭 IIR 필터 뱅크 구성 요소를 포함한다. 이 구성 요소는 타겟 응답에 대해 PEQ를 수행한다. IIR 필터 뱅크는 또한 적어도 2개의 트랜스오럴 오디오 신호의 상대적 위상을 보존하면서, 저주파 크로스오버(Fc) 부근에서의 적어도 2개의 오디오 스피커의 크기 응답에서의 임의의 잔류 비대칭을 보정하도록 구성된 비대칭 IIR 필터 뱅크 구성 요소를 포함할 수 있다. 위상 보존은 위상 밸런스 방식 또는 위상 보상 방식의 IIR 필터 섹션을 사용하여 달성될 수 있다. FIR 및 IIR 필터는 선형의 시간 불변 필터이므로 구현 순서는 중요하지 않다. FIR 필터 뱅크는 자동으로 튜닝될 수 있지만, 대칭 및 비대칭 IIR 필터 섹션은 수동으로 튜닝된다. 필터는 FIR 필터, 비대칭 IIR, 대칭 IIR의 순서로 튜닝되어 PEQ를 수행한다.

GPEQ 필터는, CTC 필터와는 독립적이며 대칭 CTC 필터의 사용을 용이하게 하는 모듈러 솔루션을 제공한다. GPEQ 필터의 하이브리드 특성으로 인해 구현 및 튜닝 비용이 저렴하다. FIR 필터 뱅크는 저주파 크로스오버(Fc) 위의 오디오 컨텐츠를 처리하는 것으로 제한되기 때문에 비교적 적은 탭을 가지며, 특정 실시예에서는 크기 응답을 평균 응답으로 정규화한다. FIR 필터는 양호한 고주파수 비대칭 보정을 제공하며 자동으로 튜닝될 수 있다. IIR 필터 뱅크는, 표준 PEQ를 수행하고 Fc 부근의 잔류 비대칭(있는 경우에)만 제거하는 것으로 제한되기 때문에 낮은 차수이다. 이러한 유형의 수동 튜닝은 관리가 용이하다.

이제 도 1a를 참조하면, 모든 공간 오디오 기술(예를 들어, 스테레오, 바이럴, 트랜스오럴(L/R 또는 다중 채널))은 오디오 장치(100)가 청취자 위치(102)에 대한 배치와 오디오 스피커(104)의 크기 응답 모두의 대칭성을 나타내는 것을 요구한다. 이러한 요구들은 도 2a에 도시된 바와 같이, 청취자 위치(112)에 대해 비대칭으로 배치된 (상이한 크기 응답을 갖는) 상이한 오디오 스피커(108 및 110)를 갖는 소비자 모바일 장치(106)(예를 들어, 전화기, 태블릿, 랩탑, 휴대용 게임)에 의해서는 거의 달성되지 않는다. 앞서 논의된 바와 같이, 이러한 비대칭은, 종래의 비대칭 PEQ가 적용되면 청취자 위치에서 재생되는 트랜스오럴 오디오의 3차원 공간적 특성에 치명적인 영향을 미칠 수 있다. 도 1c에 도시된 바와 같이, CTC 필터의 다운스트림에 있는 GPEQ 필터를 사용하여, 비대칭 스피커(116 및 118)를 갖는 소비자 모바일 장치(114)의 각 오디오 채널에서 트랜스오럴 오디오 신호를 사전 조정하면, 외관상 대칭인 쌍의 스피커(120 및 118)를 생성하여 청취자 위치(122)에서 트랜스오럴 오디오를 재생하기 위해 크기 및 그룹 지연/위상 응답의 비대칭을 제거한다.

이제 도 2를 참조하면, 오디오 장치(200)의 실시예는 비대칭 크기 응답 및 예상 청취자 위치에 대한 비대칭 위치를 나타내는 적어도 2개의 오디오 스피커 (202)를 포함한다. 공간 오디오 프로세서(204)는 각 오디오 채널에서 바이노럴 오디오 신호(208)를 생성하기 위해 오디오(206)(저장/스트리밍 등)를 수신 및 처리하도록 구성된다. 크로스토크 제거(CTC) 필터(210)는 스피커의 크기 응답 및 위치가 대칭인 것으로 가정하여, 각 오디오 채널에서 적어도 2개의 트랜스오럴 오디오 신호(212)를 생성하기 위해 바이노럴 오디오 신호를 사전 조정하도록 구성된다. GPEQ 필터(214)는 비대칭 스피커에 대해 교정된 청취자 위치에서의 트랜스오럴 재생하기 위한 교정된 트랜스오럴 오디오 신호(216)를 생성하기 위해 트랜스오럴 오디오 신호(212)를 사전 조정하도록 구성된다. GPEQ 필터는 CTC가 각 채널에서 다른 채널로의 안티 크로스토크를 제공하기 때문에 CTC 다음에 있어야 한다. GPEQ가 CTC보다 앞선 경우, 등화의 비대칭 부분과 지연은 잘못된 신호에 부분적으로 삽입될 수 있다. 신호(216)는 오디오 스피커(202)를 구동하기 위해 디지털 신호를 아날로그 신호(220)로 변환하는 디지털 오디오 변환기/증폭기(218)에 공급된다.

본 기술의 양수인인 DTS, Inc.는 노트북, 태블릿 및 기타 소형 또는 휴대용 장치 상에 Headphone: X®와 같은 바이노럴/트랜스오럴 기술을 전개했다. GPEQ 필터는 이들 및 다른 바이노럴/트랜스오럴 기술과 통합될 수 있다.

이제 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 크로스토크 제거 프로세싱(300)은 음향 크로스토크(302)의 영향을 상쇄하여, 바이노럴 좌측 이어(left ear) 신호(304) 및 바이노럴 우측 이어(right ear) 신호(306)(전기)를 각각의 귀에서 (음향적으로) 복원하는데 사용된다. 바이노럴 좌측 이어 신호(S1)가 청취자의 좌측 귀(308)로의 원하는 경로와 청취자의 우측 귀(310)로의 크로스토크 경로를 모두 따라가고, 바이노럴 우측 이어 신호(S2)가 청취자의 우측 귀(310)로의 원하는 경로와 청취자의 좌측 귀(308)로의 크로스토크 경로를 모두 따라가면, 음향 크로스토크가 발생한다. CTC 필터(312)는 안티 크로스토크를 도입하는 이득/지연 가중 방식의 혼합 행렬(314)을 구현한다. 혼합 행렬(314)은 트랜스오럴 오디오 신호(S1 내지 SN)를 형성하기 위해 다양한 지연된 또는 필터링된 좌측 및 우측 이어 신호들의 가중 조합들을 형성함으로써 좌측 및 우측 이어 신호(304 및 306)를 사전 조정한다. 행렬은 음향 크로스토크 조건(302)을 통해 신호(S1 내지 SN)가 표시되면 좌측 이어 신호 및 우측 이어 신호가 각각의 귀에서 복원되도록 구성된다. 예를 들어, S1은 좌측 이어 신호(304)의 일부 양에서 우측 이어 신호(306)의 지연 량을 뺀 값으로 구성되고, S2는 우측 이어 신호(306)의 일부 양에서 좌측 이어 신호(304)의 지연 량을 뺀 값으로 구성된다. 이것이 소거를 발생시키는 것이다.

대칭 쌍의 오디오 스피커(316 및 318)가 청취자 위치에서 좌측 및 우측 귀(ear) 신호를 재생한다는 것을 가정하면, 가중된 혼합 행렬(314)이 전형적으로 구성된다. 스피커(316 및 318)는 동일한 크기 응답을 나타내고, 청취자의 좌측 및 우측 귀에서 등거리에 있다. 2채널 오디오의 경우, 대칭 스피커(316 및 318)의 단일 쌍이 있다. 멀티 채널 오디오의 경우, 대칭 스피커(316/318, 320/322) 등의 여러 쌍이 있다. 상이한 쌍은 상이한 스피커를 가지며 청취자 위치까지의 거리가 상이할 수 있지만, 쌍 내에서는 대칭이다.

대칭 제약의 조건은 GPEQ 솔루션을 위한 모듈식 솔루션을 규정한다. 이것은 여러 이유로 선호된다. 첫째, 대칭 조건은 혼합 행렬 및 CTC 필터를 단순화한다. 둘째, 트랜스오럴 신호는 다중 입력 채널을 혼합하여 형성되므로, 크로스토크 설계에 GPEQ의 비대칭(각 출력 채널의 트랜스오럴 시스템 응답에 의해서만 결정됨)을 통합하는 것이 불필요하게 복잡해질 수 있으며, 별도로 비용이 증가하는 다중 경로를 처리해야 한다. 따라서, 효율적으로 단순화된 CTC 설계를 구현하고, GPEQ를 사용함으로써, 효율적인 CTC가 그 가정된 대칭 조건을 경험하게 하는 것이 좋다.

이제 도 4를 참조하면, 좌우 스피커에서의 재생을 위한 2채널 트랜스오럴 오디오(402)를 사전 조정하기 위한 GPEQ 필터(400)의 실시예는 (모든 필터가 선형의 시간 불변 필터이므로 임의의 순서로) 비대칭 FIR 필터 뱅크(404) 및 IIR 필터 뱅크(406)를 포함한다.

비대칭 FIR 필터 뱅크(404)는 청취자 위치에서 재생되는 오디오 스피커의 저주파 크로스오버(Fc) 위의 타겟 응답에 좌우 오디오 스피커의 크기 응답을 정규화하도록 비대칭으로 각각 구성된 좌측 및 우측 FIR 필터(408 및 410)를 포함한다. 스피커의 크로스오버 주파수는 스피커의 주파수 응답 사양에 대한 통과 대역의 시작 또는 스피커 응답이 통과 대역 사양(예 : 기준 출력 레벨에서 +/- 3dB)을 벗어나는 포인트로 정의된다. GPEQ 설계에 의해 선택된 Fc는 예를 들어, 스피커의 최소 또는 평균 크로스오버 주파수일 수 있다. 타겟 응답은 적어도 2개의 오디오 스피커의 평균 크기 응답을 포함할 수 있다. 타겟 응답은 (고주파 레벨링 또는 평탄화와 같은) 일반적인 등화 세이핑(shaping)을 더 포함할 수 있지만, 이것은 선택된 Fc 위가 되도록 유사하게 제약되는 것이 바람직하다.

FIR 필터의 탭 수(길이)는 타겟 응답에 대한 보정된 크기 응답의 유사성에 대한 사양에 의해 적어도 초기에 결정된다. 오디오 장치의 하드웨어 기능에 따라서 탭 수를 줄일 수 있다. GPEQ 필터의 중요한 측면은 비대칭 FIR 필터 뱅크의 길이이다. 소비자 모바일 장치에서의 실시간 처리 및 오디오 재생을 지원하려면, 필터 길이는 가능한 한 짧아야 한다. 필터 길이는 여러 방법으로 감소된다. 첫째, FIR 필터의 기능은 비대칭을 제거하기만 하고, 스피커 보호 및 EQ를 수행하지 않도록 적절하게 제한된다. 둘째, FIR 필터만이 저주파 크로스오버(Fc) 위의 비대칭을 제거한다. 저주파 프로세싱은 FIR 필터의 길이에 불균형의 영향을 미친다. Fc 아래의 0 dB에서 FIR의 크기 응답을 클램프하면 필터 길이가 감소된다. 셋째로, 좌측 및 우측 스피커의 평균 크기 응답을 포함하는 (또한 지배되는) 타겟 반응으로 크기 응답을 구동하는 것이, 보다 전통적으로 "평평한" 타겟 응답으로 크기 응답을 구동하는 것보다 쉽다. 그 결과, 보다 짧은 FIR 필터가 유사한 사향을 만족시킬 수 있다.

비대칭 FIR 필터 뱅크는 그룹 지연 및 청취자 위치에서의 좌측 및 우측 오디오 스피커의 위상 응답을 정규화하기 위해 지연(412 및 414)을 포함하도록 구성될 수 있다. 지연은 기본 지연 + 최대 도달 시간(TOA) 지연(즉, 가장 먼 스피커까지의 TOA 지연) - 대응하는 스피커의 TOA 지연이다. 가장 먼 스피커의 지연이 곧 기본 지연이다. 가장 가까운 스피커의 지연은 기본 지연 + (가장 먼 스피커와 가장 가까운 스피커의 TOA의 차)이다. 지연은 FIR 필터로부터 분리되거나 FIR 필터에 통합된 이산 지연으로서 구현될 수 있다. 트랜스오럴 오디오 신호들은 샘플 주기에서 샘플링된 오디오 샘플들의 시퀀스로서 각각 표현된다. 지연은 비정수의 샘플 주기로서 구현될 수 있다.

IIR 필터 뱅크(406)는, 적어도 2개의 오디오 스피커의 크기 응답을 저주파 크로스오버(Fc) 위에서 고역 통과 필터링하고 등화하도록 구성된 대칭 IIR 필터 뱅크 구성 요소(416)를 포함한다. 필수적으로, 좌측 및 우측 채널이 모두 정규화된 타겟 응답에 대해 표준의 수동 PEQ 프로세스가 수행된다. 대칭 IIR 필터 뱅크 구성 요소는, 예를 들어, 상이한 스펙트럼 대역을 부스트 또는 컷팅하기 위해 각각 튜닝된 다수의 2차 IIR 파라미터 필터 섹션을 포함한다. GPEQ 필터의 중요한 측면은 IIR 필터 뱅크의 전체 순서이다. 이 구성 요소는 스피커 보호 및 EQ의 종래 기능만 수행하고 비대칭 보정을 수행하지 않는 것으로 제한되어 있으므로, 필터 섹션의 총 수와 전체 필터 순서가 제한되어, 소비자 모바일 장치에서 오디오를 실시간으로 처리하고 재생할 수 있다.

IIR 필터 뱅크(406)는 적어도 2개의 트랜스오럴 오디오 신호의 상대적인 위상을 보존하면서, 저주파 크로스오버(Fc) 부근의 좌측 및 우측 오디오 스피커의 크기 응답에서의 잔류 비대칭을 보정하도록 구성된 비대칭 IIR 필터 뱅크 구성 요소(418)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 비대칭 IIR 필터 뱅크는 좌측 및 우측 크기 응답을 Fc에서 강제적으로 동일하게 할 수 있으며, 이는 Fc 부근의 크기 응답에 영향을 미칠 수 있다. 대다수의 오디오 장치에서, 이 구성 요소는 필요하지 않을 수 있다. 필요로 하는 장치에서는, IIR 필터 섹션이 매우 적합한 Fc 부근의 크기 응답에서의 극소수의 "범프(bump)" 또는 "딥(dip)"을 보정하는 것으로만 용도가 제한된다. Fc 위의 모든 비대칭을 제거하는 것에 비해, 수 개의 "범프" 또는 "딥"을 수동으로 튜닝하는 것이 관리하기 쉽다.

청취자 위치에서의 트랜스오럴 오디오를 재생하기 위해서는 비대칭 IIR 필터의 위상 보존이 중요하다. 최대 몇 개의 섹션으로 비대칭 IIR 필터의 사용을 제한함으로써 또한 위상 밸런스 방식 또는 위상 보상 방식의 IIR 필터 섹션(후자가 도 4에 도시됨)을 사용함으로서 위상 보존이 부분적으로 보장된다.

위상 밸런스 방식의 IIR 필터는 Peter Eastty, "밸런스 위상 등화; 독립 주파수 응답 및 동일한 위상 응답을 갖는 IIR 필터" AES Convention, October 2012에 기술되어 있으며, 이는 본 명세서에 참고로 포함된다. 각 섹션은 제 1 및 제 2 EQ 필터 및 밸런싱 필터를 포함한다. 제 1 EQ 필터는 제 1 위상 응답을 생성하기 위해 크기 응답의 1/2을 갖는다. 제 2 EQ 필터는, 트랜스오럴 오디오 신호 중 하나를 등화하면서, 시스템 영점(system zero)으로 인한 제 1 위상 응답의 일부를 무효화하는 제 2 위상 응답을 생성하기 위해 단위 원 둘레로 왕복되는 영점을 갖는 크기 응답의 동일한 1/2을 갖는다. 밸런싱 필터는, 다른 트랜스오럴 오디오 신호 모두의 상대적 위상을 보존하기 위해 시스템 극점(pole)으로 인한 제 1 위상 응답의 일부를 무효화하는 제 1 및 제 2 위상 응답의 조합과 동일한 제 3 위상 응답을 갖는 전역 통과 크기 응답을 갖는다. Eastty의 위상 밸런스 방식의 IIR 필터는 완벽한 위상 보존을 제공하지만 섹션 당 3개의 개별 필터를 사용한다.

위상 보상 방식의 IIR 필터는 섹션 당 2개의 필터 사용으로 충분한 위상 보존을 제공하도록 개발되었다. 각각의 섹션은 트랜스오럴 오디오 신호 중 하나를 등화하기 위해 크기 응답 및 제 1 수정된 위상 응답을 갖는 EQ 필터(420) 및 다른 트랜스오럴 오디오 신호 모두를 위상 밸런싱하기 위해 전역 통과 크기 응답 및 위상 응답을 갖는 밸런싱 필터(422)만을 포함한다. EQ 필터와 밸런싱 필터는 동일한 순서이다. 제 1 수정된 위상 응답은 시스템 영점을 단위 원 외부로 왕복시켜 그 설계된 EQ의 비 최소값 위상을 생성함으로써 달성된다. 이론적으로는, 밸런싱 필터의 위상 응답은 수정된 위상 응답과 동일하다. 실제로는, 위상 응답은, 위상 보존에서의 임의의 에러가 트랜스오럴 위상 관계에 유해한 것으로 판단되는 임계치보다 낮을 정도로 충분히 근사해야 한다.

GPEQ 필터(400)의 실시예는, M≤N 개의 탭이 특정 오디오 장치에 대한 계수로 비대칭으로 구성된 N개 탭의 FIR 필터 뱅크(404)와, Y 섹션이 오디오 장치에 계수로 대칭적으로 구성되고, Z 섹션은 오디오 장치에 대한 계수로 비대칭으로 구성된 X개의 IIR 필터 섹션(단, Y + Z ≤ X)을 포함하는 IIR 필터 뱅크(406)를 포함 할 수 있다. 이러한 방식으로, GPEQ 필터를 구현하는 아키텍처 및 하드웨어는 오디오 장치의 클래스(들)에 보편적이다. 랩탑, 태블릿, 휴대 전화 또는 헤드폰은 모두 동일한 GPEQ 필터 하드웨어로 구현된다. 모든 변경 사항은 특정 장치에 대한 GPEQ 필터에 로딩되는 계수이다.

이제 도 5a 내지 도 5h를 참조하면, 비대칭 FIR, 비대칭 IIR 및 대칭 IIR에 있어서의 L 및 R 오디오 채널, 필터 응답 및 수정된 스피커 응답과 전체 GPEQ 필터 응답에 대한 원시 스피커 크기 응답이 예시적으로 도시되어 있다. 명확화를 위해, 필터 응답은 좌측 채널(S1)에 대해서만 도시된다. 도 5a는 좌측(S1) 및 우측(S2) 오디오 채널에 대한 비대칭 크기 응답(500 및 502) 및 평균 크기 응답(504)을 도시한다. 이 예에서 저주파 크로스오버(Fc)는 -3 dB 지점에서 정의된다.

도 5b는 S1에 대한 크기 응답(500)을 Fc 위의 평균 크기 응답(504)으로 정규화하도록 구성된 FIR 필터 응답(506)을 도시한다. Fc 아래에서, 필터 응답(506)은 0dB로 클램핑된다. S2에 대한 FIR 필터 응답은 그 크기 응답을 Fc 위의 평균으로 구동하고 Fc 아래의 0 dB로 클램핑되도록 상이한 "비대칭"일 수 있다. 실제로, FIR 필터는 Fc 아래의 오디오 컨텐츠를 처리하지 않는다. 도 5c는 Fc 위의 평균 크기 응답(504)으로 구동되고 Fc 아래에서 영향을 받지 않는 정규화된 S1 및 S2 크기 응답(508 및 510)을 각각 도시한다.

도 5d는 저주파 크로스오버(Fc) 부근에서의 S1에 대한 잔류 비대칭을 제거하도록 구성된 비대칭 IIR EQ(512)를 도시한다. 이 예에서, 비대칭 구성 요소는 잔류 비대칭을 제거하기 위해 Fc에서의 에너지를 "컷팅"하는 IIR 섹션(514) 및 Fc 위의 에너지를 "부스트"하는 IIR 섹션(516)을 포함한다. S2의 IIR 필터 섹션은 잔류 비대칭을 보정하고 S2를 평균으로 구동하기 위해 상이한 "비대칭"일 수 있다. 도 5e는 Fc 위의 평균 크기 응답(504)으로 구동되고 임의의 잔류 비대칭이 제거된 Fc 아래에서 영향을 받지 않는 정규화된 S1 및 S2 크기 응답(518 및 520)을 각각 도시한다.

도 5f는 Fc 위의 평균 크기 응답(타겟 응답)에 대해 Fc 위의 고역 통과 필터링에 의한 스피커 보호 및 EQ를 수행하는 S1(및 S2)에 대한 대칭 IIR EQ(522)를 도시한다. 도 5g는 Fc 위의 등화된 크기 응답(524 및 526) 및 Fc 아래의 고역 통과 필터링된 응답을 나타낸다.

도 5h는 GPEQ 필터에 대한 응답(528)을 도시한다. 응답은 대칭 IIR EQ로부터의 HPF 섹션(530), S1을 평균 강도 응답으로 정규화하는 Fc 위의 비대칭 섹션(532) 및 Fc 근처의 잔류 비대칭을 제거하는 "범프"(534) 및 "딥"(536)을 포함한다.

이제 도 6 및 도 7을 참조하면, 튜닝 시스템(600) 및 튜닝 방법(700)의 실시예는 트랜스오럴 오디오 신호를 사전 조정하여 스피커 비대칭을 제거하고 오디오 장치(602)에 대한 스피커 보호 및 EQ를 제공하기 위해 GPEQ 필터에 대한 계수를 생성한다. GPEQ 필터(604)는 오디오 채널마다 N개의 FIR 필터 탭 및 X개의 2차 IIR 필터 섹션을 갖는 범용 아키텍처를 적절하게 반영한다. 자동화된 필터 설계 모듈(컴퓨터 구현)(606)은, 마이크로폰(608)을 이용하여 비대칭 FIR 필터 뱅크를 튜닝하고 필터 계수(610)를 생성하는 자동 튜닝 모드 및 사람(612)을 이용하여 비대칭 FIR 필터 뱅크, 비대칭 IIR 필터 뱅크 또는 대칭 필터 뱅크를 튜닝하고 필터 계수(610)를 생성하는 수동 튜닝 모드에서 동작하여, 특정 오디오 장치에 대한 GPE 필터(604)의 인스턴스화(614)를 렌더링한다.

오디오 장치(602)에 대한 튜닝 방법(700)의 일 실시예는 오디오 장치가 청취자 위치에 대한 비대칭 스피커 크기 응답 또는 스피커 위치를 나타내는지를 판단하는 단계(702)를 포함하며, 이는 일반적으로 각각의 스피커 및 둘다의 스피커와 관련된 기계적인 설계, 또는 가장 기초적인 주파수 응답 측정 및 청취 테스트로부터 분명해진다. 다만, 범용 GPEQ 필터 및 튜닝 방법은 대칭 또는 비대칭에 관계없이 모든 오디오 장치에 사용할 수 있다. 오디오 장치가 대칭이면, 수동 파라미터 EQ(PEQ) 튜닝 프로세스가 수행되고(단계 704), 자동 필터 설계 모듈은 GPEQ 필터를 렌더링하기 위해 하나 이상의 대칭 IIR 필터 섹션에 대한 계수를 생성한다(단계 706). 수동 파라미터 EQ 프로세스는 사운드 디자이너/엔지니어가 장치 상에서 일반적인 오디오 컨텐츠 또는 테스트 신호를 재생하고 장치에 적합한 객관적인 표준 또는 주관적인 취향에 맞게 전체 주파수 응답을 조정하는 것과 관련되어 있다. 대안으로, 주파수 응답을 타겟 곡선으로 "평탄화"하기 위해 자동 또는 반자동으로 수행될 수 있다. 핵심은 모든 측면이 대칭이고 동일한 등화 필터가 모든 채널에 적용된다는 것이다.

오디오 장치가 비대칭이면, 장치의 오디오 스피커의 저주파 크로스오버(Fc)가 결정된다(단계 708). 오디오 스피커의 사양, 제어된 테스트 또는 청취자 인식에 근거해서 결정될 수 있다. GPEQ 설계에 사용되는 모든 채널의 Fc를 나타내는 총 Fc가 선택된다. Fc는 2 이상의 스피커의 최소 또는 평균일 수 있다. Fc는 일반적으로 응답이 약하거나 왜곡되기 쉬운 것으로 생각되는 스피커에 대한 대역폭의 유효 로우 엔드(low-end)로 정의된다. Fc는 평활화된(smoothed) 응답의 명백한 통과 대역 또는 평균 레벨로부터의 dB 단위의 상대적 롤오프(roll-off)를 조사함으로써 또는 알고리즘적으로 결정될 수 있다.

다음 단계는 적어도 2개의 오디오 스피커의 크기 응답을 저주파 크로스오버(Fc) 위의 타겟 응답으로 정규화하기 위해 비대칭 FIR 필터 뱅크를 자동적으로튜닝(단계 710) 및/또는 수동으로 튜닝(단계 712)하는 것이다. 자동 솔루션은 측정된 응답의 타켓 응답으로의 직접 변환과 관련되어 있다. 수동 동작은 숙련된 운영자 또는 사운드 설계자가 시스템을 비대칭으로 등화하는 것과 관련되어 있다. 일부의 경우에, 자동 결과의 위에서 수동 조정이 이루어지는 것이 바람직할 수 있다. 여기서 논의되는 모든 경우에 있어서, 최종 비대칭 등화 응답은 대칭 위상을 갖는 비대칭 FIR 필터 뱅크로 감소된다. 이것은 일반적으로 응답을 동일한 차수의 선형 위상 등화 필터 또는 그룹 지연으로 변환하여 수행된다. 타겟 응답은 오디오 스피커의 평균 크기 응답을 포함할 수 있다(또한, 지배될 수도 있다). 어느 하나의 스피커에 대한 총 응답의 일반적인 EQ에 앞서, 양쪽 오디오 채널을 타겟 응답으로 구동하기 위해 비대칭 FIR 필터 뱅크의 튜닝을 수행하는 것이 중요하다. 자동 필터 설계 모듈은 각 채널에 대한 FIR 필터의 탭 수와 계수를 생성한다.

다음 단계는 장치의 오디오 스피커가 청취자 위치에 대해 비대칭으로 위치되는지를 판정하는 것이다(단계 714). YES인 경우, 프로세스는 청취자 위치에서의 적어도 2개의 트랜스오럴 오디오 신호의 도달 시간(TOA) 또는 "그룹 지연"을 정규화하기 위해 보상 지연을 도입한다(단계 716). 지연은 선형 위상 FIR 필터의 대칭 그룹 지연에 상대적 지연 시프트를 추가함으로써, 이산 구성 요소로서 구현되거나 FIR 필터의 일부로서 통합될 수 있다. 예를 들어, 기본 선형 위상 필터가 N개 샘플의 지연을 가지며 하나의 채널이 M개 샘플의 지연을 필요로 하는 경우에, 그 측면 상의 선형 위상 필터는 N + M 개의 샘플을 갖고 다른 하나는 N개만을 갖도록 설계될 수 있다. 필터는 각각의 FIR 필터에 대해 동일한 수의 탭을 보유하도록 적절하게 윈도우(windowing)될 수 있다.

다음 단계는 추가적인 보정(718)을 필요로 하고 수동 FIR 튜닝(712)에 의해 보정되지 않은 크로스오버(Fc) 근처에서의 스피커의 보정된 크기 응답에 잔류하는 잔류 비대칭이 있는지를 판단하는 것이다. 이 판단은 "범프" 또는 "딥"과 해당 주파수 대역을 확인하기 위해, 수정된 진폭 응답을 평균 진폭 응답과 비교함으로써 수동으로 또는 컴퓨터를 통해 이루어질 수 있다. YES인 경우, 수동 위상 보존 파라미터 EQ(PEQ) 튜닝 프로세스가 수행되고(단계 720), 자동 필터 설계 모듈은 잔류 비대칭을 제거하기 위해 각 채널에 있어서의 하나 이상의 비대칭 IIR 필터 섹션에 대한 계수를 생성한다. 모든 FIR 계수 및 IIR 계수는 특정 오디오 장치에 대한 GPEQ 필터를 렌더링하기 위해 단계(706)에서 출력된다.

이제 도 8을 참조하면, 비대칭 FIR 필터 뱅크의 자동 튜닝(800)에 대한 실시 예는, 각 스피커에 대한 응답을 측정하는 단계(단계 802), 청취자 위치에 대한 오디오 스피커의 크기 응답 및 상대적 지연을 결정하는 단계(단계 804), 및 측정된 크기 응답으로부터 평균 크기 응답을 계산하는 단계(단계 806)를 포함한다. 자동화된 필터 설계 모듈은, 각 크기 응답을 저주파 크로스오버(Fc) 위의 평균 크기 응답(타겟 응답)으로 변환하고 또한 그 크기 응답을 저주파 크로스오버(Fc) 아래의 0dB로 클램핑하는 최소 위상 FIR 필터 응답을 계산한다(단계 808). 모듈은 임펄스 응답을 윈도우하고, 기본 지연 + 최대 도달 시간(TOA) - 스피커에 의해 재생되는 트랜스오럴 오디오 신호의 실제 TOA 지연과 동일한 등가 크기 및 지연을 갖는 선형 위상 FIR 필터로 각 최소 위상 필터 응답을 변환한다(단계 810). 기본 지연은 선형 위상으로 변환하기 전에 모든 최소 위상 필터를 동일한 길이 "L"로 제로 패딩함으로써 결정된다. 이것은 임의의 채널에 대한 변환 기준에 근거하여 또는 필요한 길이의 일부 절충안에 의해 가장 큰 필요한 길이로서 선택될 수 있다. 선형 위상 필터는 모두 미니페이즈(minphase) 필터를 기반으로 한 대칭 임펄스 응답이기 때문에, 최종 길이 "N"도 동일하며 동일한 기본 지연

을 갖는다.

단계(802)의 주파수 응답 측정치는 고조파 왜곡으로부터 다이렉트 응답을 분리하는 임펄스 응답의 로그 스위프 싱(log-swept-sin) 측정(LSS)을 통해 수집될 수 있다. 스피커 트랜듀서 및 인클로저만의 의사 무반응 응답을 얻기 위해 반사치가 윈도우될 수 있다. 선택적으로, 측정치는 특정 샘플 유닛 또는 청취 위치에 덜 결합된 집합 응답을 확인하거나 평균화하기 위해 동일한 모델의 복수의 물리적 위치 및/또는 복수의 유닛으로부터 수집될 수 있다.

단계(806)의 평균 크기 응답은 각각의 측정치로부터의 주파수 응답의 크기로 구성될 수 있다. 주파수 도메인/임계 대역 평활화는 높은 "Q" 인자를 갖는 특징 또는 청취자 경험을 나타내지 않는 특징에 대한 반응성을 감소시키는데 이용될 수 있다. 선택적으로, 평균 크기 응답은 상이한 위치 또는 하드웨어 샘플의 측정치의 합성으로부터 생성될 수 있다.

이제 도 9를 참조하면, 비대칭 FIR 필터 뱅크의 수동 튜닝(900)에 대한 실시예는 각 스피커 크기 응답을 등화하기 위해 비대칭 IIR 필터를 수동으로 튜닝하는 단계(단계 902)를 포함하며, 필수적으로 비대칭 PEQ를 수행하며, 여기서, 사운드 설계자/튜닝 엔지니어는 주로 그들의 평가에 의해 결정된 컷 오프 주파수(Fc) 이상으로 스피커의 유사성을 증가시키려고 시도한다. 자동 필터 설계 모듈은 사용된 모든 대역의 결합 임펄스 응답을 조사하여 각 오디오 채널에 대한 집합 임펄스 응답을 계산하고(단계 904), 각 오디오 채널에 대한 단일 최소 위상 FIR 필터를 생성하기 위해 이 집합 펄스 응답을 윈도우하고(단계 906), 각 FIR 필터를, 기본 지연 + 최대 TOA 지연 - 스피커에 의해 재생된 트랜스오럴 오디오 신호의 TOA 지연과 동일한 지연을 갖는 선형 위상 FIR 필터로 변환한다(단계 908). 수동 튜닝의 경우, 이들 지연은 직접 측정되거나, 스피커의 원하는 시간 정렬을 이루기 위해 사운드 설계자/튜닝 엔지니어에 의해 직접 추정 또는 조정될 수 있다.

이제 도 10a 내지 10c를 참조하면, 위상 보존 비대칭 IIR 필터 섹션(1000)의 수동 튜닝을 위한 실시예는, 튜닝될 (부스트 또는 컷팅될) 스펙트럼 대역(IIR 필터 섹션) 및 각 섹션의 크기 및 위상 응답을 확인하기 위해 비대칭 PEQ를 수행하는 단계와, 지정된 부스트 또는 컷팅을 구현하기 위해 각 스펙트럼 대역에 대한 위상 밸런스 방식의 IIR 섹션을 설계하는 단계를 포함한다. 위상 밸런스 방식의 IIR 필터의 각 섹션은 제 1 위상 응답(Peq1)(1006)을 생성하기 위해 크기 응답(Meqi)(1004)의 절반(Meq=2*Meqi)을 갖는 제 1 EQ 필터(1002)와, 트랜스오럴 오디오 신호 중 하나를 등화하면서 시스템 영점으로 인한 제 1 위상 응답의 일부를 무효화하는 제 2 위상 응답(Peq1)(1012)을 생성하기 위해, 단위 원 주위에서 왕복하는 영점을 갖는 크기 응답(Meqi)(1010)의 동일한 1/2를 갖는 제 2 EQ 필터(1008)와, 다른 트랜스오럴 오디오 신호 모두에 대한 상대적 위상을 보존하기 위해 시스템 극점으로 인한 제 1 위상 응답의 일부를 무효화하는 제 1 및 제 2 위상 응답의 조합인 제 3 위상 응답(Pap=Peqi+Peq2)(1018)을 갖는 전역 통과 크기 응답(Map)(1016)을 갖는 밸런싱 필터(1014)를 포함한다. 위상 밸런스 방식의 IIR 필터의 장점은 완벽한 위상 보존을 제공하지만 오디오 채널 당 3 개의 필터를 사용한다는 점입니다.

이제 도 11a 및 11b를 참조하면, 위상 보존의 비대칭 IIR 필터 섹션(1100)의 수동 튜닝을 위한 실시예는, 튜닝될 스펙트럼 대역(IIR 필터 섹션) 및 각 섹션의 크기 및 위상 응답을 확인하기 위해 비대칭 PEQ를 수행하는 단계와, 지정된 부스트 또는 컷팅을 구현하기 위해 각 스펙트럼 대역에 대한 보상된 위상 IIR 섹션을 설계하는 단계를 포함한다.

각 섹션은 트랜스오럴 오디오 신호 중 하나를 등화하기 위해 크기 응답(Meq)(1104) 및 제 1 수정된 위상 응답(Peq)(1106)을 갖는 EQ 필터(1102)와, 다른 트랜스오럴 오디오 신호 모두를 위상 밸런싱하기 위해 전역 통과 크기 응답(Map)(1110) 및 위상 응답(Paps Peq)(1102)을 갖는 밸런싱 필터(1108)만을 포함한다. EQ 필터와 밸런싱 필터는 동일한 순서이다. 제 1 수정된 위상 응답(Peq)(1106)은 시스템 영점을 단위 원 외부로 왕복시켜 그 설계된 EQ의 비최소 위상 등가물을 생성함으로써 달성된다. 이상적으로는, 위상 응답(1102)은 제 1 수정된 위상 응답(1106)과 동일하지만, 실제로는, 사운드 설계자 또는 튜닝 엔지니어에 의해 트랜스오럴 위상 관계에 유해한 것으로 결정된 임계치보다 오류가 적도록 근사시킬 필요가 있다. 보상된 위상 IIR은 영점으로 구동된 위상을 고려하지 않으므로, 완벽하게 밸런싱되지 않는다. 그러나, 이들 종류의 등화 작업에 공통인 레벨 및 설정치를 갖는 PEQ, High 및 Low Shelf를 포함하는 등화 필터의 경우, 개시된 방법은 유사하게 정렬된 전역 통과 필터에 의해 쉽게 밸런싱될 수 없는 처리되지 않은 (밸런싱 없는) PEQ 섹션 또는 수정되지 않은 PEQ 섹션보다 훨씬 우수한 위상 매칭을 달성한다. 이 접근법의 장점은 채널 당 2 개의 필터만 갖는다는 것이다.

다음은 PEQ 필터에 대해 보상된 위상 IIR 섹션을 설계하는 방법이다. 당업자는 쉘빙 필터 등과 같이 다른 EQ 형상에 대해 상기 방법이 어떻게 반복될 수 있는지를 알 수 있다. 우선, 표준 방법을 사용하여 PEQ 필터(전형적으로 중심 주파수(Fc), 샘플 레이트(Fs), 이득(G) 및 품질 또는 대역폭(Q)으로 기술됨)가 설계된다. 이 필터는 일반적으로 최소 위상 응답을 나타내는 2차 섹션 또는 "바이쿼드(biquad)"일 수 있다. 이 위상 응답은 중심 주파수 주변의 복잡한 형상이며, 유사하게 정렬된 전역 통과 필터와의 밸런스가 어렵다. 초과 위상 등가물은, 정규화된 분자 계수의 근을 풀고, 단위 원 주위를 왕복하고, 동일한 이득이지만 초과 위상을 나타내는 새로운 분자 계수 집합으로 재구성하는 것에 의해 생성된다. 이 수정된 필터는 EQ1(1102)이다. 다음으로, 보상 전역 통과(allpass)를 위해 프로토 타입(prototype) 필터가 생성된다. EQ1과 유사한 위상을 갖는 전역 통과 필터를 찾는 방법은 여러 가지가 있지만, 하나의 예시적인 방법은 OdB의 이득에 대해 EQ1과 동일한 PEQ 설계 방법을 단순 사용하는 것이다. PEQ와 동일하게 다른 모든 파라미터와 임계 주파수를 가지므로, EQ1과 동일한 극점 위치를 갖는 최소 위상 전역 통과 필터가 된다. 동일한 프로세스가 사용되어 영점이 단위 원 외부에서 왕복되어, 결국 최종 보상 전역 통과 필터(1108)가 된다. 2개 필터의 위상 응답은 트랜스오럴 오디오 신호를 방해하지 않을 정도로 유사하다. 그러나, 최종 위상 응답은 원하는 심리적 음향 효과가 관찰될 때까지 단위 원에 대해 극점과 영점의 반경을 조작하여 추가로 수동 다이얼할 수 있다.

이러한 필터를 적용하는 경우, 수정된 PEQ가 등화될 원래의 채널에 적용되고, 전역 통과 필터가 등화된 채널과의 위상 정렬을 필요로 하는 다른 모든 채널에 적용된다.

본 명세서에 기재된 것 이외의 많은 다른 변형이 본 명세서로부터 자명해질 것이다. 예를 들어, 실시예에 따르면, 본 명세서에 개시된 방법 및 알고리즘 중 어느 것의 특정 동작, 이벤트 또는 기능들은 상이한 순서로 수행될 수 있고, (개시되는 모든 동작 또는 이벤트가 방법과 알고리즘의 실행에 필수적이지 않도록) 추가, 병합, 또는 생략될 수 있다. 또한, 특정 실시예에서, 동작 또는 이벤트는 멀티스레드 처리, 인터럽트 처리, 또는 다중 프로세서 또는 프로세서 코어와 같이 동시에 수행될 수 있거나, 순차적인 것보다는 다른 병렬 구조로 수행될 수 있다. 또한, 상이한 작업 또는 프로세스는 함께 작동할 수 있는 상이한 기계 및 컴퓨팅 시스템에서 수행될 수 있다.

본 명세서에 개시된 실시예와 관련하여 설명된 다양한 예시적인 논리 블록, 모듈, 방법 및 알고리즘 프로세스 및 시퀀스는 전자 하드웨어, 컴퓨터 소프트웨어, 또는 이들의 조합으로서 구현될 수 있다. 하드웨어 및 소프트웨어의 이러한 상호 변경 가능성을 명확하게 설명하기 위해, 다양한 예시적인 구성 요소, 블록, 모듈 및 프로세스 동작이 일반적으로 그들의 기능적 관점에서 설명되었다. 이러한 기능이 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되는지 여부는 전체 시스템에 적용된 특정 애플리케이션 및 설계 제약 사항에 따라 달라진다. 개시된 기능은 각각의 특정 애플리케이션에 대해 다양한 방법으로 구현될 수 있지만, 이러한 구현 결정은 본 발명의 범위를 벗어나는 것으로 해석되지 않아야 한다.

본 명세서에 개시된 실시예와 관련하여 설명된 다양한 예시적인 논리 블록 및 모듈은, 범용 프로세서, 처리 장치, 하나 이상의 처리 장치를 갖는 컴퓨팅 장치, 디지털 신호 프로세서(DSP), 주문형 집적 회로(ASIC), 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA) 또는 다른 프로그래머블 로직 디바이스, 이산 게이트 또는 트랜지스터 로직, 이산 하드웨어 구성 요소, 또는 본 명세서에 개시된 기능을 수행하도록 설계된 이들의 임의의 조합과 같은 머신에 의해 구현 또는 수행될 수 있다. 범용 프로세서 및 처리 장치는 마이크로 프로세서일 수 있지만, 대안으로, 프로세서는 컨트롤러, 마이크로 컨트롤러 또는 상태 머신, 이들의 조합 등일 수 있다. 프로세서는 또한 DSP와 마이크로 프로세서의 조합, 복수의 마이크로 프로세서, DSP 코어와 결합된 하나 이상의 마이크로 프로세서 또는 임의의 다른 이러한 구성과 같은 컴퓨팅 장치의 조합으로서 구현될 수 있다.

본 명세서에 개시된 GPEQ 필터 및 튜닝 방법의 실시예는 다양한 유형의 범용 또는 특수 목적 컴퓨팅 시스템 환경 또는 구성 내에서 동작한다. 일반적으로, 컴퓨팅 환경은, 몇가지 예를 들면, 하나 이상의 마이크로 프로세서에 기초한 컴퓨터 시스템, 메인 프레임 컴퓨터, 디지털 신호 프로세서, 휴대용 컴퓨팅 장치, 개인용 전자 수첩, 디바이스 컨트롤러, 가전 기기 내의 연산 엔진, 휴대 전화, 테스크탑 컴퓨터, 모바일 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터, 스마트 폰, 및 임베디드 컴퓨터를 갖는 가전 기기 중 하나 이상을 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는 임의 유형의 컴퓨터 시스템을 포함할 수 있다.

이러한 컴퓨팅 장치는 일반적으로 퍼스널 컴퓨터, 서버 컴퓨터, 휴대용 컴퓨팅 장치, 랩탑 또는 모바일 컴퓨터, 셀 폰 및 PDA와 같은 통신 장치, 멀티프로세서 시스템, 마이크로프로세서 기반 시스템, 셋톱 박스, 프로그램 가능한 가전 제품, 네트워크 PC, 미니 컴퓨터, 메인 프레임 컴퓨터, 오디오 또는 비디오 미디어 플레이어 등을 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는 적어도 최소한의 계산 능력을 갖는 장치에서 찾을 수 있다. 일부 실시예에서, 컴퓨팅 장치는 하나 이상의 프로세서를 포함할 수 있다. 각각의 프로세서는 DSP, VLIW 또는 다른 마이크로 컨트롤러와 같은 특수 마이크로 프로세서일 수 있으며, 또는 멀티 코어 CPU 내의 특수 그래픽 처리 장치(GPU) 기반 코어를 포함한, 하나 이상의 프로세싱 코어를 갖는 종래의 중앙 처리 장치(CPU)일 수 있다.

본 명세서에 개시된 실시예와 관련하여 설명된 방법, 프로세스 또는 알고리즘의 프로세스 동작은 하드웨어, 프로세서에 의해 실행되는 소프트웨어 모듈, 또는 이들의 임의의 조합으로 직접 구현될 수 있다. 소프트웨어 모듈은 컴퓨팅 장치에 의해 액세스될 수 있는 컴퓨터 판독 가능 매체에 포함될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 착탈식, 고정식 또는 이들의 조합일 수 있는 휘발성 및 비휘발성 매체를 모두 포함한다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터 판독 가능 또는 컴퓨터 실행 가능 명령, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 다른 데이터와 같은 정보를 저장하는데 사용된다. 예를 들어, 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터 저장 매체 및 통신 매체를 포함할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.

컴퓨터 저장 매체는 블루레이 디스크(BD), DVD, CD, 플로피 디스크, 테이프 드라이브, 하드 드라이브, 광학 디스크, 고체 상태 메모리 디바이스, RAM 메모리, ROM 메모리, EPROM 메모리, EEPROM 메모리, 플래시 메모리 또는 다른 메모리 기술, 자기 카세트, 자기 테이프, 자기 디스크 저장 장치, 또는 다른 자기 저장 장치, 또는 원하는 정보를 저장하는데 사용될 수 있고 하나 이상의 컴퓨팅 장치에 의해 액세스될 수 있는 임의의 다른 장치 등과 같은 컴퓨터 또는 기계 판독 가능 매체 또는 저장 장치를 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

소프트웨어 모듈은 RAM 메모리, 플래시 메모리, ROM 메모리, EPROM 메모리, EEPROM 메모리, 레지스터, 하드 디스크, 이동식 디스크, CD-ROM, 또는 임의의 다른 형태의 일시적이지 않은 컴퓨터 판독 가능 저장 매체, 미디어, 또는 당업계에 공지된 물리적 컴퓨터 저장 장치 내에 내장될 수 있다. 예시적인 저장 매체는 프로세서가 저장 매체로부터 정보를 판독하고 저장 매체에 정보를 기록할 수 있도록 프로세서에 연결될 수 있다. 대안으로, 저장 매체는 프로세서에 통합될 수 있다. 프로세서 및 저장 매체는 주문형 집적 회로(ASIC)에 내장될 수 있다. ASIC은 사용자 단말기 내에 내장될 수 있다. 대안으로, 프로세서 및 저장 매체는 사용자 단말기에 개별 구성 요소로서 내장될 수 있다.

본 명세서에서 사용된 "일시적이지 않은" 이라는 문구는 "오래가는 것"을 의미한다. "비 일시적 컴퓨터 판독 가능 매체"라는 문구는 일시적 전파 신호를 유일하게 제외하고 임의의 또한 모든 컴퓨터 판독 가능 매체를 포함한다. 여기에는 예를 들어, 레지스터 메모리, 프로세서 캐시 및 RAM과 같은 비 일시적 컴퓨터 판독 가능 매체가 포함되며, 이에 한정되는 것은 아니다.

"오디오 신호"라는 문구는 물리적인 소리를 나타내는 신호이다.

컴퓨터 판독 가능 또는 컴퓨터 실행 가능 명령, 데이터 구조, 프로그램 모듈 등과 같은 정보의 보유는, 또한 다양한 통신 매체를 사용하여 하나 이상의 변조된 데이터 신호, 전자기파(예컨대, 반송파), 또는 다른 전송 메커니즘 또는 통신 프로토콜에 의해 달성될 수 있으며, 임의의 유선 또는 무선 정보 전달 메커니즘을 포함할 수 있다. 일반적으로, 이들 통신 매체는 신호 내의 정보 또는 명령을 인코딩하는 방식으로 하나 이상의 특성이 설정되거나 변경된 신호를 지칭한다. 예를 들어, 통신 매체는 하나 이상의 변조된 데이터 신호를 운반하는 유선 네트워크 또는 직접 유선 접속과 같은 유선 매체와, 음향, 무선 주파수(RF), 적외선, 레이저 및 다른 무선 매체와 같은 무선 매체, 하나 이상의 변조된 데이터 신호 또는 전자기파를 송신, 수신, 또는 송수신하기 위한 다른 유선 매체를 포함한다. 상기 중 어느 것의 조합도 통신 매체의 범위 내에서 포함되어야 한다.

또한, 본 명세서에 개시된 비대칭 트랜스오럴 오디오 재생을 위한 GPEQ 필터 및 튜닝 방법의 일부 또는 전부를 구현하는 소프트웨어, 프로그램, 컴퓨터 프로그램 제품 중 하나 또는 임의의 조합, 또는 그 일부는 컴퓨터 또는 기계 판독 가능 매체 또는 저장 장치 및 통신 매체의 임의의 원하는 조합으로부터 컴퓨터 판독 가능한 명령 또는 다른 데이터 구조의 형태로 저장, 수신, 송신, 또는 판독될 수 있다.

본 명세서에 개시된 비대칭 트랜스오럴 오디오 재생을 위한 GPEQ 필터 및 튜닝 방법의 실시예는 컴퓨팅 장치에 의해 실행되는 프로그램 모듈과 같은 컴퓨터 실행 가능 명령의 일반적인 측면에서 더 설명될 수 있다. 일반적으로 프로그램 모듈은 특정 작업을 수행하거나 특정 추상적 데이터 유형을 구현하는 루틴, 프로그램, 객체, 구성 요소, 데이터 구조 등을 포함한다. 본 명세서에 기술된 실시예는 하나 이상의 원격 처리 장치에 의해 또는 하나 이상의 통신 네트워크를 통해 링크된 하나 이상의 장치의 클라우드 내에서 작업이 수행되는 분산 컴퓨팅 환경에서도 실시될 수 있다. 분산 컴퓨팅 환경에서, 프로그램 모듈은 매체 저장 장치를 포함하는 로컬 및 원격 컴퓨터 저장 매체 모두에 위치할 수 있다. 또한, 상술한 명령은 프로세서를 포함하거나 포함하지 않을 수 있는 하드웨어 논리 회로로서 부분적으로 또는 전체적으로 구현될 수 있다.

달리 명시하지 않는 한, 또는 사용된 문맥 내에서 달리 이해되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 조건 언어, 예컨대 "할 수 있는", "할 수도 있는", "할 수도있다", "예" 등은 일반적으로 특정 실시예는 어떤 특징, 요소 및/또는 상태를 포함하지 않지만 다른 실시예는 포함하지 않는다는 것을 일반적으로 전달하고자 한다. 따라서, 이러한 조건 언어는 일반적으로 하나 이상의 실시예에 대해 특징, 요소 및/또는 상태가 어떤 방식으로든 요구된다는 것 또는 하나 이상의 실시예가 필자의 입력 또는 프롬프트를 갖거나 갖지 않고, 이러한 특징, 요소 및/또는 상태가 임의의 특정 실시예에 포함되는지 수행되어야 하는지를 결정하기 위한 논리를 반드시 포함한다는 것을 암시하는 것을 의도하지 않는다. "구성하는", "포함하는", "갖는" 등의 용어는 동의어이며 제한없는 방식으로 포괄적으로 사용되며, 추가 요소, 특징, 동작, 동작 등을 배제하지 않는다. 또한, "또는"이라는 용어는 포괄적 인 의미로 사용되며, 배타적인 의미로 사용되지 않으며, 그 결과, 예를 들어, 요소의 리스트를 연결하는 데 사용될 때, "또는"이라는 용어는 리스트 내의 요소 중 하나, 일부 또는 전부를 의미한다.

상기 상세한 설명은 다양한 실시예에 적용되는 새로운 특징들을 도시하고, 설명하고, 지적하였지만, 예시된 장치들 또는 알고리즘들의 형태 및 세부 사항에서의 다양한 생략, 대체 및 변경이 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 이루어질 수 있음을 이해할 수 있다. 알 수 있는 바와 같이, 본 명세서에 기술된 본 발명의 특정 실시예는 일부 특징이 다른 것들과 별도로 사용될 수 있거나 실행될 수 있기 때문에, 본 명세서에 개시된 모든 특징 및 이점을 제공하지 않는 형태 내에서 구현될 수 있다.

또한, 대상 발명이 구조적 특징 및 방법론적 행위에 특정된 언어로 기술되었지만, 첨부된 청구 범위에서 규정된 대상 발명은 반드시 상술한 특정 특징 또는 동작에 제한되는 것은 아니라는 것을 이해해야 한다. 오히려, 상술한 특정 특징 및 동작은 청구 범위를 구현하는 예시적인 형태로서 개시된다.

Claims

비대칭 크기 응답을 나타내는 유사한 수(like number)의 오디오 스피커를 갖는 오디오 장치에 의해 청취자 위치에서의 트랜스오럴(transaural) 재생을 위해 각각의 오디오 채널에서 반송되는 적어도 2개의 트랜스오럴 오디오 신호를 사전 조정하기(pre-conditioning) 위한 이득 위상 등화(GPEQ : gain phase equalization) 필터로서,
적어도 2개의 오디오 스피커의 크기 응답(magnitude response)을 상기 청취자 위치에서 재생되는 상기 오디오 스피커의 저주파 크로스오버(Fc) 위의 타겟 응답으로 정규화하도록 구성된 비대칭 FIR 필터 뱅크; 및
상기 트랜스오럴 오디오 신호의 상대적인 위상 관계를 유지하면서, 상기 적어도 2개의 오디오 스피커의 크기 응답을, 상기 저주파 크로스오버(Fc) 위에서 고역 통과 필터링 및 등화하도록 구성된 대칭 IIR 필터 뱅크 구성 요소를 포함하는 IIR 필터 뱅크
를 포함하는, GPEQ 필터.
제 1 항에 있어서,
상기 타겟 응답은 상기 적어도 2개의 오디오 스피커의 평균 크기 응답을 포함하는 것인, GPEQ 필터.
제 1 항에 있어서,
상기 유사한 수의 오디오 스피커는 비대칭 위상 응답을 나타내기 위해 상기 청취자 위치에 대해 비대칭으로 위치되고, 상기 비대칭 FIR 필터 뱅크는 상기 청취자 위치에서의 상기 적어도 2개의 오디오 스피커의 그룹 지연 및 위상 응답을 정규화하기 위해 지연을 포함하도록 구성되는 것인, GPEQ 필터.
제 3 항에 있어서,
상기 트랜스오럴 오디오 신호는 샘플 주기로 샘플링된 일련의 오디오 샘플로서 각각 표현되며, 상기 지연은 비정수(non-integer number)의 샘플 주기인 것인, GPEQ 필터.
제 3 항에 있어서,
상기 비대칭 FIR 필터는 적어도 2개의 오디오 스피커의 크기 응답 및 그룹 지연만을 정규화하도록 구성되며, 상기 대칭 IIR 필터 뱅크 구성 요소는 적어도 2개의 오디오 스피커의 크기 응답을 고역 통과 필터링 및 등화만을 하도록 구성되는 것인, GPEQ 필터.
제 1 항에 있어서,
상기 유사한 수의 오디오 스피커는 상기 청취자 위치에 대해 비대칭으로 위치되고, 상기 청취자 위치에서의 상기 적어도 2개의 오디오 스피커의 그룹 지연 및 위상 응답을 정규화하기 위해 전역 통과 크기 응답을 갖는 지연 전용 요소(delay-only element)를 더 포함하는, GPEQ 필터.
제 1 항에 있어서,
상기 IIR 필터 뱅크는, 적어도 2개의 트랜스오럴 오디오 신호의 상대적 위상을 보존하면서, 저주파 크로스오버(Fc) 부근에서의 상기 적어도 2개의 오디오 스피커의 크기 응답에서의 잔류 비대칭을 보정하도록 구성된 비대칭 IIR 필터 뱅크 구성 요소를 더 포함하는 것인, GPEQ 필터.
제 7 항에 있어서,
상기 비대칭 IIR 필터 뱅크 구성 요소는 저주파 크로스오버(Fc)에서의 상기 적어도 2개의 오디오 스피커의 크기 응답을 등화하도록 구성되는 것인, GPEQ 필터.
제 7 항에 있어서,
상기 비대칭 IIR 필터 뱅크 구성 요소는 위상 밸런스 방식의 IIR 필터를 포함하며,
상기 위상 밸런스 방식의 IIR 필터의 각 섹션은,
제 1 위상 응답을 생성하기 위해 상기 크기 응답의 1/2을 갖는 제 1 EQ 필터와, 상기 트랜스오럴 오디오 신호 중 하나를 등화시키면서, 시스템 영점(system zero)으로 인한 상기 제 1 위상 응답의 일부분을 무효화하는(negate) 제 2 위상 응답을 생성하기 위해 상기 단위 원 주위를 왕복하는 영점을 갖는 상기 크기 응답의 동일한 1/2을 갖는 제 2 EQ 필터; 및
상기 다른 트랜스오럴 오디오 신호 모두에 대한 상대적 위상을 보존하기 위해, 시스템 극점(system pole)으로 인한 상기 제 1 위상 응답의 일부분을 무효화하는 상기 제 1 및 제 2 위상 응답의 조합과 동일한 제 3 위상 응답을 갖는 전역 통과 크기 응답을 갖는 밸런싱 필터
를 포함하는 것인, GPEQ 필터.
제 7 항에 있어서,
상기 비대칭 IIR 필터 뱅크 구성 요소는, 각각의 섹션이 오직, 상기 트랜스오럴 오디오 신호 중 하나를 등화하기 위해 상기 크기 응답 및 제 1 수정된 위상 응답을 갖는 EQ 필터 및 상기 다른 트랜스오럴 오디오 신호 모두를 위상 밸런싱하기 위해 전역 통과 크기 응답 및 제 2 수정된 위상 응답을 갖는 밸런싱 필터를 포함하는, 위상 보상 방식의 IIR 필터를 포함하며, 상기 EQ 필터 및 상기 밸런싱 필터의 상기 제 1 및 제 2 수정된 위상 응답은 각각, 설계되는 상기 EQ의 초과 위상 등가물 및 설계되지만 OdB 이득을 사용하는 상기 EQ의 초과 위상 등가물인 것인, GPEQ 필터.
제 10 항에 있어서,
상기 EQ 필터 및 상기 밸런싱 필터는 동일한 필터 순서를 갖는 것인, GPEQ 필터.
제 7 항에 있어서,
M≤N 개의 탭이 상기 오디오 장치에 대한 계수로 비대칭으로 구성된 N개 탭 FIR 필터 뱅크; 및
Y개의 섹션은 상기 오디오 장치에 대한 계수로 대칭적으로 구성되고, Z개의 섹션은 상기 오디오 장치에 대한 계수로 비대칭적으로 구성되는 X개의 IIR 필터 섹션을 포함하는 IIR 필터 뱅크(단, Y + Z ≤ X)
를 포함하는, GPEQ 필터.
제 1 항에 있어서,
상기 비대칭 FIR 필터 뱅크는 선형 위상의 FIR 필터 뱅크인 것인, GPEQ 필터.
비대칭 크기 응답 및 청취자 위치로의 비대칭 도달 시간(time-of-arrival; TOA)을 나타내는 좌측 및 우측 오디오 스피커를 갖는 오디오 장치에 의해 청취자 위치에서의 트랜스오럴 재생을 위해 각각의 오디오 채널로 반송되는 좌측 및 우측 트랜스오럴 오디오 신호를 사전 조정하기 위한 이득 위상 등화(GPEQ) 필터로서,
적어도 2개의 오디오 스피커의 크기 응답을 오직, 상기 오디오 스피커의 저주파 크로스오버(Fc) 위의 상기 좌측 및 우측 스피커의 평균 크기 응답을 포함하는 타겟 응답에 정규화하고, 상기 청취자 위치에의 상기 좌측 및 우측 트랜스오럴 오디오 신호의 도달 시간(TOA)을 정규화하도록 구성되는 비대칭 FIR 필터 뱅크; 및
상기 좌측 및 우측 오디오 스피커의 크기 응답을 상기 저주파 크로스오버(Fc) 위에서 고역 통과 필터링 및 등화하도록 구성된 대칭 IIR 필터 뱅크 구성 요소와, 상기 좌측 및 우측 트랜스오럴 오디오 신호의 상대적인 위상을 보존하면서, 상기 저주파 크로스오버(Fc) 부근의 상기 좌측 및 우측 오디오 스피커의 크기 응답에서의 잔류 비대칭을 보정하도록 구성된 비대칭 IIR 필터 뱅크 구성 요소를 포함하는 IIR 필터 뱅크
를 포함하는, GPEQ 필터.
제 14 항에 있어서,
상기 비대칭 IIR 필터 뱅크 구성 요소는, 각각의 섹션이 오직, 트랜스오럴 오디오 신호 중 하나를 등화하기 위해 상기 크기 응답 및 제 1 수정된 위상 응답을 갖는 EQ 필터 및 상기 다른 트랜스오럴 오디오 신호 모두를 위상 밸런싱하기 위해 전역 통과 크기 응답 및 위상 응답을 갖는 밸런싱 필터를 포함하는, 위상 보상 방식의 IIR 필터를 포함하는 것인, GPEQ 필터.
청취자 위치에서의 트랜스오럴 오디오 렌더링을 위한 오디오 장치로서,
각각의 오디오 채널에서 복수의 바이노럴 오디오 신호를 생성하도록 구성된 프로세서;
상기 바이노럴 오디오 신호를 처리하고 상기 각각의 오디오 채널에서 복수의 트랜스오럴 오디오 신호를 출력하도록 구성된 크로스토크 제거 필터;
상기 청취자 위치에서의 상기 복수의 트랜스오럴 오디오 신호를 렌더링하도록 구성되고, 저주파 크로스오버(Fc) 및 비대칭 크기 응답을 나타내는, 복수의 오디오 스피커; 및
적어도 2개의 트랜스오럴 오디오 신호를 사전 조정하기 위한 이득 위상 등화(GPEQ) 필터
를 포함하며,
상기 GPEQ 필터는,
상기 저주파 크로스오버(Fc) 위의 적어도 2개의 오디오 스피커의 크기 응답을, 상기 청취자 위치에서 재생되는 상기 적어도 2개의 오디오 스피커의 평균 크기 응답을 포함하는 타겟 응답으로 정규화하도록 구성된 비대칭 FIR 필터 뱅크; 및
상기 트랜스오럴 오디오 신호의 상대적인 위상 관계를 유지하면서, 상기 적어도 2개의 오디오 스피커의 크기 응답을 상기 저주파 크로스오버(Fc) 위에서 고역 통과 필터링 및 등화하도록 구성된 대칭 IIR 필터 뱅크 구성 요소를 포함하는 IIR 필터 뱅크
를 포함하는 것인, 오디오 장치.
제 16 항에 있어서,
상기 복수의 오디오 스피커는 상기 청취자 위치에 대해 비대칭으로 위치되고, 상기 비대칭 FIR 필터 뱅크는 상기 청취자 위치에의 상기 적어도 2개의 트랜스오럴 오디오 신호의 도달 시간(TOA)을 정규화하기 위해 지연을 포함하도록 구성되는 것인, 오디오 장치.
제 16 항에 있어서,
상기 IIR 필터 뱅크는, 상기 적어도 2개의 트랜스오럴 오디오 신호의 상대적 위상을 보존하면서 상기 저주파 크로스오버(Fc) 부근의 적어도 2개의 오디오 스피커의 크기 응답에서의 잔류 비대칭을 보정하도록 구성된 비대칭 IIR 필터 뱅크 구성 요소를 더 포함하는 것인, 오디오 장치.
비대칭 크기 응답 또는 비대칭 도달 시간(TOA)을 나타내는 유사한 수의 오디오 스피커를 갖는 오디오 장치에 의해 청취자 위치에서의 트랜스오럴 재생을 위해 각각의 오디오 채널에서 반송되는 적어도 2개의 트랜스오럴 오디오 신호를 사전 조정하기 위한 이득 위상 등화(GPEQ) 필터를 튜닝(tuning)하는 방법으로서,
상기 오디오 스피커의 저주파 크로스오버(Fc)를 결정하는 단계;
상기 적어도 2개의 오디오 스피커의 크기 응답을 상기 저주파 크로스오버(Fc) 위의 타겟 응답으로 정규화하기 위해 비대칭 FIR 필터 뱅크를 튜닝하는 단계;
상기 청취자 위치에의 상기 적어도 2개의 트랜스오럴 오디오 신호의 TOA를 정규화하기 위해 지연을 구성하는 단계;
상기 적어도 2개의 오디오 스피커의 크기 응답을 상기 저주파 크로스오버(Fc) 위에서 고역 통과 필터링 및 등화하도록 대칭 IIR 필터 뱅크 구성 요소를 구성하기 위해, 파라미터 등화 프로세스를 수동으로 수행하는 단계; 및
상기 비대칭 FIR 필터 뱅크 및 상기 대칭 IIR 필터 뱅크 구성 요소에 대한 계수를 저장하는 단계
를 포함하는, GPEQ 필터의 튜닝 방법.
제 19 항에 있어서,
상기 비대칭 FIR 필터 뱅크를 튜닝하는 단계는,
각 스피커에 대한 응답을 측정하는 단계;
상기 청취자 위치에 대한 상기 오디오 스피커의 크기 응답 및 상대적 지연을 결정하는 단계;
상기 측정된 크기 응답으로부터 평균 크기 응답을 계산하는 단계;
각각의 크기 응답을 상기 저주파 크로스오버(Fc) 위의 평균 크기 응답으로 변환하는 FIR 필터를 계산하고, 상기 크기 응답을 상기 저주파 크로스오버(Fc) 아래의 OdB로 클램핑하는 단계; 및
각 FIR 필터의 필터 응답을, 기본 지연 + 최대 TOA 지연 - 상기 스피커에 의해 재생되는 상기 트랜스오럴 오디오 신호의 TOA 지연과 동일한 지연을 갖는 선형 위상의 FIR 필터로 윈도우하고(windowing) 변환하는 단계
를 포함하는 것인, GPEQ 필터의 튜닝 방법.
제 19 항에 있어서,
상기 비대칭 FIR 필터 뱅크를 튜닝하는 단계는,
각 스피커 크기 응답을 등화하기 위해 비대칭 IIR 필터를 수동으로 튜닝하는 단계;
각각의 스피커 크기 응답을 등화하기 위한 모든 필터의 집합 임펄스 응답을 계산하는 단계;
각 스피커에 대한 FIR 필터를 생성하기 위해 상기 집합 임펄스 응답을 윈도우하는 단계; 및
각 스피커의 FIR 필터를, 기본 지연 + 최대 TOA 지연 - 상기 스피커에 의해 재생되는 상기 트랜스오럴 오디오 신호의 TOA 지연과 동일한 지연을 갖는 선형 위상 필터로 변환하는 단계
를 포함하는 것인, GPEQ 필터의 튜닝 방법.
제 19 항에 있어서,
상기 적어도 2개의 트랜스오럴 오디오 신호의 상대적 위상을 보존하면서, 상기 저주파 크로스오버(Fc) 부근의 상기 적어도 2개의 트랜스오럴 오디오 신호의 크기 응답에서의 잔류 비대칭을 보정하도록 비대칭 IIR 필터 뱅크 구성 요소를 구성하기 위해 상기 크기 응답을 수동으로 조정하는 단계를 더 포함하는, GPEQ 필터의 튜닝 방법.
제 22 항에 있어서,
상기 비대칭 IIR 필터 뱅크 구성 요소는, 각각의 섹션이 오직, 상기 트랜스오럴 오디오 신호 중 하나를 등화시키기 위해 상기 크기 응답 및 제 1 수정된 위상 응답을 갖는 EQ 필터 및 상기 다른 트랜스오럴 오디오 신호 모두를 위상 밸런싱하기 위해 전역 통과 크기 응답 및 위상 응답을 갖는 밸런싱 필터를 포함하는 위상 보상 방식의 IIR 필터를 포함하고, 상기 EQ 필터와 상기 밸런싱 필터는 동일 오더(same order)인 것인, GPEQ 필터의 튜닝 방법.
제 23 항에 있어서,
상기 EQ 필터의 수정된 위상 응답은, 시스템 영점을 단위 원 외부로 왕복시켜서 상기 EQ 필터의 비 최소 위상 등가물(non-minimum phase equivalent)을 생성함으로써 획득되는 것인, GPEQ 필터의 튜닝 방법.
제 23 항에 있어서,
상기 밸런싱 필터는, 극점이 제 1 EQ 필터의 극점과 정렬하도록 OdB 이득을 갖지만 EQ 필터와 동일한 중심 주파수를 갖는 PEQ 필터를 설계함으로써, 그리고 상기 EQ 필터와 상기 밸런싱 필터가 무시할 수 있는 차를 갖는 상대적 위상 응답을 갖도록 시스템 영점을 단위 원의 외부에서 왕복하게 함으로써, 생성되는 것인, GPEQ 필터의 튜닝 방법.
제 22 항에 있어서,
M≤N 개의 탭이 상기 오디오 장치에 대한 계수로 비대칭으로 구성된 N개 탭 FIR 필터 뱅크를 제공하는 단계; 및
Y개의 섹션은 상기 오디오 장치에 대한 계수로 대칭적으로 구성되고, Z개의 섹션은 상기 오디오 장치에 대한 계수로 비대칭적으로 구성되는 X개의 IIR 필터 섹션을 포함하는 IIR 필터 뱅크(단, Y + Z ≤ X)를 제공하는 단계
를 더 포함하는, GPEQ 필터의 튜닝 방법.