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KR20120004909A - 입체 음향 재생 방법 및 장치 - Google Patents

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KR20120004909A
KR20120004909A KR1020100137232A KR20100137232A KR20120004909A KR 20120004909 A KR20120004909 A KR 20120004909A KR 1020100137232 A KR1020100137232 A KR 1020100137232A KR 20100137232 A KR20100137232 A KR 20100137232A KR 20120004909 A KR20120004909 A KR 20120004909A
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KR1020100137232A
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김선민
박영진
조현
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삼성전자주식회사
한국과학기술원
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Abstract

음향 신호를 제 1 고도에 대응하는 HRTF 필터에 통과시키고, 필터링된 음향 신호를 복제하여 복수 개의 음향 신호들을 생성한 후, 복제된 음향 신호들이 출력될 스피커들 각각에 해당하는 이득 값에 기초하여 복제된 음향 신호들 각각을 증폭 또는 감쇄한 후, 증폭 또는 감쇄된 음향 신호들을 대응하는 스피커를 통하여 출력하는 입체 음향 재생 방법 및 장치가 개시된다.

Description

입체 음향 재생 방법 및 장치{Method and apparatus for 3D sound reproducing}
본 발명은 입체 음향 재생 방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 소정의 고도에 가상 음원을 정위시키는 방법 및 장치에 관한 것이다.
영상 및 음향 처리 기술의 발달에 힘입어 고화질 고음질의 컨텐트가 다량 생산되고 있다. 고화질 고음질의 컨텐트를 요구하던 사용자는 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 사용자가 공간감을 느끼도록 하는 기술이다. 그러나, 실제 음향은 수평면상의 다양한 위치에서 발생할 뿐만 아니라 상이한 고도에서도 발생할 수 있다. 따라서, 상이한 고도에서 발생하는 음향 신호를 효과적으로 재생하는 기술이 필요하다.
상기의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 입체 음향 재생 방법 및 장치를 제공하는 것이며, 특히 소정의 고도에 가상 음원을 정위시키는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예가 갖는 하나의 특징은 음향 신호를 제 1 고도에 대응하는 HRTF 필터에 통과시키는 단계; 상기 필터링된 음향 신호를 복제하여 복수 개의 음향 신호들을 생성하는 단계; 상기 복제된 음향 신호들이 출력될 스피커들 각각에 해당하는 이득 값에 기초하여 상기 복제된 음향 신호들 각각을 증폭 또는 감쇄하는 단계; 및 상기 증폭 또는 감쇄된 음향 신호들을 대응하는 스피커를 통하여 출력하는 단계를 포함하는 것이다.
상기 HRTF 필터를 통과시키는 단계는, 제 2 고도의 좌측에서 발생하는 음향 신호를 나타내는 좌측탑채널신호 및 상기 제 2 고도의 우측에서 발생하는 음향 신호를 나타내는 우측탑채널신호 중 적어도 하나를 상기 HRTF 필터에 통과시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 방법은, 상기 음향 신호가 상기 좌측탑채널신호 및 상기 우측탑채널신호를 포함하지 않으면, 상기 음향 신호를 업믹싱하여 상기 좌측탑채널신호 및 상기 우측탑채널신호를 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 HRTF 필터를 통과시키는 단계는, 상기 음향 신호가 제 2 고도의 좌측에서 발생하는 음향 신호를 나타내는 좌측탑채널신호 및 상기 제 2 고도의 우측에서 발생하는 음향 신호를 나타내는 우측탑채널신호를 포함하지 않으면, 좌측 정면에서 발생하는 음향 신호를 나타내는 좌측정면채널신호 및 우측 정면에서 발생하는 음향 신호를 나타내는 우측정면채널신호 중 적어도 하나를 상기 HRTF 필터에 통과시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 HRTF는, 상기 제 1 고도에서 상기 사용자의 귀까지의 경로 정보를 포함하는 제 1 HRTF 필터를, 상기 음향 신호를 출력할 스피커의 위치로부터 사용자의 귀까지의 경로 정보를 포함하는 제 2 HRTF로 나누어 생성될 수 있다.
상기 출력하는 단계는, 상기 필터링된 좌측탑채널신호를 제 1 이득 값에 따라 증폭한 음향 신호와 상기 필터링된 우측탑채널신호를 제 2 이득값에 따라 증폭한 음향 신호를 믹싱하여 제 1 음향 신호를 생성하는 단계; 상기 필터링된 좌측탑채널신호를 상기 제 2 이득 값에 따라 증폭한 음향 신호와 상기 필터링된 우측탑채널신호를 상기 제 1 이득 값에 따라 증폭한 음향 신호를 믹싱하여 제 2 음향 신호를 생성하는 단계; 및 상기 제 1 음향 신호를 좌측에 배치된 스피커로 출력하고, 상기 제 2 음향 신호를 우측에 배치된 스피커로 출력할 수 있다.
상기 출력하는 단계는, 좌측 후방에서 발생하는 음향 신호를 나타내는 좌측 서라운드 신호를 제 3 이득 값에 따라 증폭한 음향 신호와 상기 제 1 음향 신호를 믹싱하여 제 3 음향 신호를 생성하는 단계; 우측 후방에서 발생하는 음향 신호를 나타내는 우측 서라운드 신호를 상기 제 3 이득 값에 따라 증폭한 음향 신호와 상기 제 2 음향 신호를 믹싱하여 제 4 음향 신호를 생성하는 단계; 및 상기 제 3 음향 신호를 좌측서라운드스피커로 출력하고, 상기 제 4 음향 신호를 우측서라운드스피커로 출력하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 출력하는 단계는, 가상 음원을 정위시키고자하는 상기 제 1 고도상의 위치에 따라 상기 제 1 음향 신호 및 상기 제 2 음향 신호 중 적어도 하나를 뮤팅하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예가 갖는 하나의 특징은, 음향 신호를 제 1 고도에 대응하는 HRTF 필터에 통과시키는 필터링부; 상기 필터링된 음향 신호를 복제하여 복수 개의 음향 신호들을 생성하는 음향복제부; 상기 복제된 음향 신호들이 출력될 스피커들 각각에 해당하는 이득 값에 기초하여 상기 복제된 음향 신호들 각각을 증폭 또는 감쇄하는 증폭부; 및 상기 증폭 또는 감쇄된 음향 신호들을 대응하는 스피커를 통하여 출력하는 출력부를 포함하는 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 입체 음향 재생 장치(100)에 관한 블록도를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 5채널 음향 신호를 이용하여 소정의 고도에 가상 음원을 정위시키는 입체 음향 재생 장치(100)에 관한 블록도를 나타낸다.
도 3는 본 발명의 다른 실시예에 따른 5채널 음향 신호를 이용하여 소정의 고도에 가상 음원을 정위시키는 입체 음향 재생 장치(100)에 관한 블록도를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 7채널 음향 신호를 7개의 스피커로 출력하여 소정 고도에 가상 음원을 정위시키는 입체 음향 재생 장치(100)에 관한 일 예이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 5채널 음향 신호를 7개의 스피커로 출력하여 소정 고도에 가상 음원을 정위시키는 입체 음향 재생 장치(100)에 관한 일 예이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 7채널 음향 신호를 5개의 스피커로 출력하여 소정 고도에 가상 음원을 정위시키는 입체 음향 재생 장치(100)에 관한 일 예이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 소정 고도에 가상 음원을 정위시키기 위한 스피커 시스템에 관한 일 예를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 입체 음향 재생 방법에 관한 흐름도를 나타낸다.
이하에서는 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 입체 음향 재생 장치(100)에 관한 블록도를 나타낸다.
본 발명의 일 실시예에 따른 입체 음향 재생 장치(100)는 필터링부(110), 복제부(120), 증폭부(130) 및 출력부(140)를 포함한다.
필터링부(110)는 음향 신호를 소정의 고도에 대응하는 HRTF(Head Related Transfer Filter) 필터에 통과시킨다. HRTF는 음원의 공간적인 위치로부터 사용자의 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(110)는 수평면상에 배치된 스피커들을 이용하여 실제 스피커들보다 높은 고도에서 발생하는 소리를 모델링하기 위해서 HRTF 필터를 사용한다. 다음의 수학식 1은 필터링부(110)에서 사용하는 HRTF 필터에 관한 일 예이다.
[수학식 1]
HRTF=HRTF2/HRTF1
HRTF2는 가상 음원의 위치로부터 사용자의 귀까지의 경로 정보를 나타내는 HRTF이며, HRTF1은 실제 스피커의 위치로부터 사용자의 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, 사용자마다 HRTF를 계산하여 적용하는 것이 바람직하지만 현실적으로 불가능하다. 따라서, 비슷한 특성(예를 들면, 나이, 키등과 같은 신체적 특성 또는 선호하는 주파수 대역, 선호하는 음악등과 같은 성향적 특성)을 갖는 사용자 집단내의 일부 사용자에 대하여 HRTF를 계산한 후 대푯값(예를 들면, 평균치)을 해당 집단내의 모든 사용자에게 적용할 HRTF로 결정할 수 있다.
[수학식 1]에서 정의한 HRTF를 이용하여 음향 신호를 필터링한 결과에 관한 일 예는 다음의 수학식 2와 같다.
[수학식 2]
Y2(f)=Y1(f)*HRTF
Y1(f)는 실제 스피커에 의하여 사용자에게 들리는 음향 신호를 주파수 영역으로 변환한 값이며, Y 2 (f)는 가상 스피커에 의하여 사용자에게 들리는 음향 신호를 주파수 영역으로 변환한 값이다.
필터링부(110)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(110)는 우측탑채널신호와 좌측탑채널신호를 필터링한다.이 후, 필터링된 우측탑채널신호와 좌측탑채널신호는 원하는 고도에서 발생하는 가상 음원을 모델링하는데 사용된다.
음향 신호에 우측탑채널신호와 좌측탑채널신호가 포함되지 않은 경우에, 필터링부(110)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(120)는 필터링된 채널 신호를 복수 개로 복제한다. 복제부(120)는 필터링된 채널 신호를 출력할 스피커의 개수만큼 복제한다. 예를 들어, 필터링된 음향 신호가 우측탑채널신호, 좌측탑채널신호, 우측후면채널신호, 좌측후면채널신호로 출력되면, 복제부(120)는 필터링된 채널 신호를 4개로 복제한다. 복제부(120)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(130)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.
종래에는 원하는 위치에 가상 음원을 생성하기 위하여 ITD 방법을 주로 사용하였다. ITD 방법은 복수 개의 스피커에서 시간차를 두고 동일한 음향 신호를 출력하여 원하는 위치에 가상 음원을 정위시키는 방법이다. ITD 방법은 실제 스피커와 동일한 평면상에 가상 음원을 정위시키는데 적합한 방법이다. 그러나, 본원 발명에서와 같이 실제 스피커의 고도보다 더 높은 고도에 가상 음원을 정위시키는데는 부적합하다.
본원 발명에서는 이러한 문제를 해결하기 위하여 복수 개의 스피커에서 동일한 음향 신호를 이득 값을 달리하여 출력한다. 본원 발명에서 제시하는 방법에 의할 경우 실제 스피커의 고도보다 더 높은 고도에 가상 음원을 용이하게 정위시킬 수 있다.
출력부(140)는 증폭된 하나 이상의 채널 신호를 대응하는 스피커로 출력한다. 출력부(140)는 믹싱부(미도시) 및 렌더링부(미도시)를 포함할 수 있다.
믹싱부(미도시)는 하나 이상의 채널 신호를 믹싱한다.
믹싱부(미도시)는 제 1 이득 값에 따라 증폭된 좌측탑채널신호와 제 2 이득 값에 따라 증폭된 우측탑채널신호를 믹싱하여 제 1 음향 성분을 생성하고, 제 2 이득 값에 따라 증폭된 좌측탑채널신호와 제 1 이득값에 따라 증폭된 우측탑채널신호를 믹싱하여 제 2 음향 성분을 생성한다.
또한, 믹싱부(미도시)는 제 3 이득 값에 따라 증폭된 좌측후면채널신호와 제 1 음향 성분을 믹싱하여 제 3 음향 성분을 생성하고, 제 3 이득 값에 따라 증폭된 우측후면채널신호와 제 2 음향 성분을 믹싱하여 제 4 음향 성분을 생성한다.
렌더링부(미도시)는 믹싱된 또는 믹싱되지 않은 음향 성분을 대응하는 스피커로 렌더링한다.
렌더링부(미도시)는 제 1 음향 성분을 좌측탑스피커로 출력하고, 제 2 음향 성분을 우측탑스피커로 출력한다. 좌측탑스피커 또는 우측탑스피커가 존재하지 않는 경우 렌더링부(미도시)는 제 1 음향 성분을 좌측정면스피커로 출력하고, 제 2 음향 성분을 우측정면스피커로 출력할 수 있다.
또한, 렌더링부(미도시)는 제 3 음향 성분을 좌측후면스피커로 출력하고, 제 4 음향 성분을 우측후면스피커로 출력한다.
음향 신호에 포함된 채널 신호의 개수와 스피커의 개수에 따라서 복제부(120), 증폭부(130) 및 출력부(140)의 동작이 달라질 수 있다. 채널 신호의 개수와 스피커의 개수에 따른 입체 음향 재생 장치의 동작 예는 도 4내지 도 6에서 후술한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 5채널 음향 신호를 이용하여 소정의 고도에 가상 음원을 정위시키는 입체 음향 재생 장치(100)에 관한 블록도를 나타낸다.
업믹서(210)는 5채널 음향 신호(201)를 업믹싱하여 좌측탑채널신호(202)와 우측탑채널신호(203)를 포함하는 7채널 음향 신호를 생성한다.
좌측탑채널신호(202)는 제 1 HRTF(111)필터로 입력되고, 우측탑채널신호(203)는 제 2 HRTF(112)필터로 입력된다.
제 1 HRTF(111)필터는 좌측의 가상 음원으로부터 사용자의 귀까지의 경로 정보를 포함하며, 제 2 HRTF(112)필터는 우측의 가상 음원으로부터 사용자의 귀까지의 경로 정보를 포함한다. 제 1 HRTF(111)필터 및 제 2 HRTF(112)필터는 실제 스피커의 위치보다 높은 소정 고도에서의 가상 음원을 모델링하기 위한 필터이다.
제 1 HRTF(111)필터 및 제 2 HRTF(112)필터를 통과한 좌측탑채널신호와 우측탑채널신호를는 복제부(121, 122)로 입력된다.
복제부(121,122)는 필터를 통과한 좌측탑채널신호와 우측탑채널신호를 각각 두 개로 복제한다. 복제된 좌측탑채널신호와 우측탑채널신호는 증폭부(131,132,133)에 전송된다.
제 1 증폭부(131) 및 제 2 증폭부(132)는 출력될 스피커와 채널 신호의 종류에 따라 복제된 좌측탑채널신호와 우측탑채널신호를 증폭한다. 또한, 제 3 증폭부(133)는 5채널 음향 신호(201)내의 적어도 하나의 채널 신호를 증폭한다.
출력부(140)는 증폭된 좌측탑채널신호, 우측탑채널신호, 5채널 음향 신호(201)를 믹싱하여 7채널 음향 신호(205)로 출력한다. 7채널 음향 신호(205)는 각각의 스피커에 출력될 것이다.
본 발명의 다른 실시예에서 7채널 음향 신호가 입력되는 경우에는 업믹서(210)가 생략될 수 있다.
도 3는 본 발명의 다른 실시예에 따른 5채널 음향 신호를 이용하여 소정의 고도에 가상 음원을 정위시키는 입체 음향 재생 장치(100)에 관한 블록도를 나타낸다.
신호분배부(310)는 5채널 음향 신호에서 우측정면채널신호(302)와 좌측정면채널신호(303)를 추출하고, 제 1 HRTF(111) 및 제 2 HRTF(112)에 전달한다.
필터링부(111,112)복제부(121,122), 증폭부(131,132,133)에 인가되는 음향 성분이 우측정면채널신호(302)와 좌측정면채널신호(303)인 것을 제외하면 도 2와 동일하므로 이하 설명을 생략한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 7채널 음향 신호를 7개의 스피커로 출력하여 소정 고도에 가상 음원을 정위시키는 입체 음향 재생 장치(100)에 관한 일 예이다.
먼저, 입력되는 음향 신호를 기준으로 도 4를 설명한 후 스피커로 출력되는 음향 신호를 기준으로 도 4를 설명한다.
좌측정면신호, 좌측탑신호, 좌측후면신호, 센터신호, 우측후면신호, 우측탑신호, 우측정면신호가 포함된 음향 신호가 입력된다.
좌측정면신호는 B배로 감쇄된 센터 신호와 믹싱되어 좌측정면스피커로 전달된다.
좌측탑신호는 좌측탑스피커로부터 30도 높은 고도에 대응하는 HRTF를 통과한 후 네 개의 채널 신호로 복제된다.
두 개의 좌측탑신호는 A배로 증폭된 후 우측탑신호와 믹싱된다. 실시 예에 따라서는 A배로 증폭된 좌측탑신호와 우측탑신호를 믹싱한 후, 믹싱된 신호를 두 개로 복제할 수도 있다. 믹싱된 신호 중 하나는 D배로 증폭된 후 좌측후면신호와 믹싱되어 좌측후면스피커로 출력되고, 나머지 하나는 E배로 증폭된 후 좌측탑스피커로 출력된다.
두 개의 나머지 좌측탑신호는 A배로 증폭된 우측탑신호와 믹싱된다. 믹싱된 신호 중 하나는 D배로 증폭된 후 우측후면신호와 믹싱되어 우측후면스피커로 출력되고, 나머지하나는 E배로 증폭된 후 우측탑스피커로 출력된다.
좌측후면신호는 D배로 증폭된 우측탑신호, D*A배로 증폭된 좌측탑신호와 믹싱되어 좌측후면스피커로 출력된다.
센터신호는 세 개로 복제된다. 센터 신호 중 하나는 B배로 감쇄된 후 좌측정면신호와 믹싱되어 좌측정면스피커로 출력되고, 하나는 B배로 감쇄된 후 우측정면신호와 믹싱되어 우측정면스피커로 출력되며, 나머지 하나는 C배로 감쇄되어 센터스피커로 출력된다.
우측후면신호는 D배로 증폭된 좌측탑신호, D*A배로 증폭된 우측탑신호와 믹싱되어 우측후면스피커로 출력된다.
우측탑신호는 우측탑스피커로부터 30도 높은 고도에 대응하는 HRTF를 통과한 후 네 개로 복제된다.
두 개의 우측탑신호는 A배로 증폭된 좌측탑신호와 믹싱된다. 믹싱된 신호 중 하나는 D배로 증폭된 후 좌측후면신호와 믹싱되어 좌측후면스피커로 출력되고, 나머지 하나는 E배로 증폭된 후 좌측탑스피커로 출력된다.
복재된 두 개의 좌측탑신호는 A배로 증폭되어 우측탑신호와 믹싱된다. 믹싱된 신호 중 하나는 D배로 증폭된 후 우측후면신호와 믹싱되어 우측후면스피커로 출력되고, 나머지하나는 E배로 증폭된 후 우측탑스피커로 출력된다.
우측정면신호는 B배로 감쇄된 센터 신호와 믹싱되어 우측정면스피커로 전달된다.
다음으로, 상기의 과정을 거쳐 최종적으로 스피커로 출력되는 음향 신호를 스피커를 기준으로 설명한다.
좌측정면스피커에는 (좌측정면신호 + 센터 신호 * B)가 출력된다.
좌측후면스피커에는 (좌측후면신호 + D*(좌측탑신호*A + 우측탑신호))가 출력된다.
좌측탑스피커에는 (E*(좌측탑신호*A + 우측탑신호))가 출력된다.
센터스피커에는 (C*센터신호)가 출력된다.
우측탑스피커에는 (E*(우측탑신호*A + 좌측탑신호))가 출력된다.
우측후면스피커에는 (우측후면신호 + D*(우측탑신호*A + 좌측탑신호))가 출력된다.
우측정면스피커에는 (우측정면신호 + 센터 신호 * B)가 출력된다.
도 4에서 채널 신호를 증폭 또는 감쇄하는데 사용된 이득 값은 일 예에 불과한 것이며, 좌측 스피커와 우측 스피커에 상응되는 채널 신호가 출력될 수 있는 다양한 형태의 이득 값을 사용할 수 있다. 또한, 실시 예에 따라서는 좌측 스피커와 우측 스피커에 상응하지 않은 채널 신호를 출력시키는 게인 값도 사용될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 5채널 음향 신호를 7개의 스피커로 출력하여 소정 고도에 가상 음원을 정위시키는 입체 음향 재생 장치(100)에 관한 일 예이다.
도 5에서는 HRTF 필터로 입력되는 음향 성분이 좌측정면신호 및 우측정면신호인 것을 제외하면 도 4와 동일하다. 따라서, 이하에서는 스피커를 기준으로 스피커로 출력되는 음향 신호들의 형식만을 설명하고자 한다.
좌측정면스피커에는 (좌측정면신호 + 센터 신호 * B)가 출력된다.
좌측후면스피커에는 (좌측후면신호 + D*(좌측정면신호*A + 우측정면신호))가 출력된다.
좌측탑스피커에는 (E*(좌측정면신호*A + 우측정면신호))가 출력된다.
센터스피커에는 (C*센터신호)가 출력된다.
우측탑스피커에는 (E*(우측정면신호*A + 좌측정면신호))가 출력된다.
우측후면스피커에는 (우측후면신호 + D*(우측정면신호*A + 좌측정면신호))가 출력된다.
우측정면스피커에는 (우측정면신호 + 센터 신호 * B)가 출력된다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 7채널 음향 신호를 5개의 스피커로 출력하여 소정 고도에 가상 음원을 정위시키는 입체 음향 재생 장치(100)에 관한 일 예이다.
도 6에서는 좌측탑스피커 및 우측탑스피커로 출력되는 음향 신호가 좌측정면스피커 및 우측정면스피커로 출력되는 것을 제외하면 도 4와 동일하다. 따라서, 이하에서는 스피커를 기준으로 스피커로 출력되는 음향 신호들의 형식만을 설명하고자 한다.
좌측정면스피커에는 (좌측정면신호 + (센터 신호 * B) + E*(좌측정면신호*A + 우측정면신호))가 출력된다.
좌측후면스피커에는 (좌측후면신호 + D*(좌측정면신호*A + 우측정면신호))가 출력된다.
센터스피커에는 (C*센터신호)가 출력된다.
우측탑스피커에는 (E*(우측정면신호*A + 좌측정면신호))가 출력된다.
우측후면스피커에는 (우측후면신호 + D*(우측정면신호*A + 좌측정면신호))가 출력된다.
우측정면스피커에는 (우측정면신호 + (센터 신호 * B) + E*(우측정면신호*A + 좌측정면신호))가 출력된다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 소정 고도에 가상 음원을 정위시키기 위한 스피커 시스템에 관한 일 예를 나타낸다.
도 7의 스피커 시스템은 센터스피커(710), 좌측정면스피커(721), 우측정면스피커(722), 좌측후면스피커(731), 우측후면스피커(732)로 구성된다.
도 4내지 도 6에서 상술한 바와 같이 소정의 고도에 가상 음원(741,742)을 정위시키기 위하여 필터를 통과시킨 좌측탑신호와 우측탑신호는 스피커마다 상이한 이득 값으로 증폭 또는 감쇄 되어 좌측정면스피커(721), 우측정면스피커(722), 좌측후면스피커(731), 우측후면스피커(732)로 입력된다.
도 7에는 도시되지 않았으나, 좌측탑스피커(미도시)와 우측탑스피커(미도시)가 좌측정면스피커(721) 및 우측정면스피커(722)의 위에 배치될 수 있으며, 이 경우 필터를 통과시킨 좌측탑신호와 우측탑신호가 스피커마다 상이한 이득 값으로 증폭되어 좌측탑스피커(미도시), 우측탑스피커(미도시), 좌측후면스피커(731), 우측후면스피커(732)로 입력될 수 있다.
사용자는 스피커 시스템내의 하나 이상의 스피커를 통하여 필터링된 좌측탑신호와 우측탑신호를 출력함으로써 소정의 고도에 가상 음원이 정위된 것으로 인식하게 된다. 이 때, 하나 이상의 스피커내에서 필터링된 좌측탑 신호 또는 우측탑신호를 뮤팅시킴으로써 가상 음원의 좌우 위치를 조정할 수 있다.
가상 음원을 소정의 고도의 정중앙에 위치시키고자 하는 경우에는 좌측정면스피커(721), 우측정면스피커(722), 좌측후면스피커(731), 우측후면스피커(732) 모두에서 필터링된 좌측탑신호와 우측탑신호를 출력하거나, 좌측후면스피커(731), 우측후면스피커(732)에서만 필터링된 좌측탑신호와 우측탑신호를 출력할 수 있다. 실시 예에 따라서는 센터스피커(710)에도 필터링된 좌측탑신호 및 우측탑신호 중 적어도 하나가 출력될 수 있다. 그러나, 센터스피커(710)는 가상 음원의 좌우 위치를 조정하는 것에는 기여하지 못한다.
가상 음원을 소정의 고도의 우측에 위치시키고자 하는 경우에는 우측정면스피커(722), 좌측후면스피커(731), 우측후면스피커(732) 에서만 필터링된 탑신호를 출력할 수 있다.
가상 음원을 소정의 고도의 좌측에 위치시키고자 하는 경우에는 좌측정면스피커(721), 좌측후면스피커(731), 우측후면스피커(732) 에서만 필터링된 탑신호를 출력할 수 있다.
가상 음원을 소정의 고도의 우측 또는 좌측에 위치시키고자 하는 경우에도 좌측후면스피커(731) 및 우측후면스피커(732)로 출력되는 필터링된 탑신호는 뮤팅하지 않는 것이 바람직할 수 있다.
실시 예에 따라서는 하나 이상의 스피커로 출력되는 필터링된 탑신호를 뮤팅시키지 않고, 탑신호를 증폭 또는 감쇄시키기 위한 이득 값을 조정함으로써 가상 음원의 좌우 위치를 조정할 수도 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 입체 음향 재생 방법에 관한 흐름도를 나타낸다.
단계 s810에서는, 음향 신호를 소정의 고도에 대응하는 HRTF 필터에 통과시킨다.
단계 s820에서는, 필터링된 음향 신호를 복제하여 하나 이상의 복제된 음향 신호를 생성한다.
단계 s830에서는, 하나 이상의 복제된 음향 신호 각각이 출력될 스피커에 대응하는 이득 값에 따라 상기 하나 이상의 복제된 음향 신호 각각을 증폭한다.
단계 s840에서는, 증폭된 하나 이상의 음향 신호 각각을 대응하는 스피커를 통하여 출력한다.
종래에는 소정의 고도에서 발생한 신호를 출력하기 위해서는 탑스피커를 원하는 고도에 고정시켜야하는데 천정에 탑스피커를 설치하는 것은 현실적으로 쉽지 않은 일이다. 이러한 불편함을 해소하기 위하여 정면스피커위에 탑 스피커를 올려놓는 것이 일반적이지만 이 경우 원하는 고도감을 재현할 수 없다.
HTRF 필터를 통하여 가상 음원을 원하는 위치에 정위시키는 경우 수평면상의 좌,우 위치에 대해서는 가상 음원을 효과적으로 정위시킬 수 있으나, 실제 스피커보다 높은 고도 또는 낮은 고도에 가상 음원을 정위시키는데는 적합하지 않다.
반면, 본원 발명에서는 HRTF 필터를 통과한 하나 이상의 채널 신호들을 스피커에 따라 다른 이득 값으로 증폭하여 출력함으로써 수평면에 배치된 스피커를 이용하여 소정 고도에 가상 음원을 효율적으로 정위시킬 수 있다.
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 (17)

  1. 음향 신호를 제 1 고도에 대응하는 HRTF 필터에 통과시키는 단계;
    상기 필터링된 음향 신호를 복제하여 복수 개의 음향 신호들을 생성하는 단계;
    상기 복제된 음향 신호들이 출력될 스피커들 각각에 해당하는 이득 값에 기초하여 상기 복제된 음향 신호들 각각을 증폭 또는 감쇄하는 단계; 및
    상기 증폭 또는 감쇄된 음향 신호들을 대응하는 스피커를 통하여 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 입체 음향 재생 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 HRTF 필터를 통과시키는 단계는,
    제 2 고도의 좌측에서 발생하는 음향 신호를 나타내는 좌측탑채널신호 및 상기 제 2 고도의 우측에서 발생하는 음향 신호를 나타내는 우측탑채널신호 중 적어도 하나를 상기 HRTF 필터에 통과시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 입체 음향 재생 방법.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 방법은,
    상기 음향 신호가 상기 좌측탑채널신호 및 상기 우측탑채널신호를 포함하지 않으면, 상기 음향 신호를 업믹싱하여 상기 좌측탑채널신호 및 상기 우측탑채널신호를 생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 입체 음향 재생 방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 HRTF 필터를 통과시키는 단계는,
    상기 음향 신호가 제 2 고도의 좌측에서 발생하는 음향 신호를 나타내는 좌측탑채널신호 및 상기 제 2 고도의 우측에서 발생하는 음향 신호를 나타내는 우측탑채널신호를 포함하지 않으면, 좌측 정면에서 발생하는 음향 신호를 나타내는 좌측정면채널신호 및 우측 정면에서 발생하는 음향 신호를 나타내는 우측정면채널신호 중 적어도 하나를 상기 HRTF 필터에 통과시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 입체 음향 재생 방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 HRTF는,
    상기 제 1 고도에서 상기 사용자의 귀까지의 경로 정보를 포함하는 제 1 HRTF 필터를, 상기 음향 신호를 출력할 스피커의 위치로부터 사용자의 귀까지의 경로 정보를 포함하는 제 2 HRTF로 나누어 생성된 것을 특징으로 하는 입체 음향 재생 방법.
  6. 제 2항에 있어서, 상기 출력하는 단계는,
    상기 필터링된 좌측탑채널신호를 제 1 이득 값에 따라 증폭한 음향 신호와 상기 필터링된 우측탑채널신호를 제 2 이득값에 따라 증폭한 음향 신호를 믹싱하여 제 1 음향 신호를 생성하는 단계;
    상기 필터링된 좌측탑채널신호를 상기 제 2 이득 값에 따라 증폭한 음향 신호와 상기 필터링된 우측탑채널신호를 상기 제 1 이득 값에 따라 증폭한 음향 신호를 믹싱하여 제 2 음향 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 제 1 음향 신호를 좌측에 배치된 스피커로 출력하고, 상기 제 2 음향 신호를 우측에 배치된 스피커로 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 입체 음향 재생 방법.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 출력하는 단계는,
    좌측 후방에서 발생하는 음향 신호를 나타내는 좌측 서라운드 신호를 제 3 이득 값에 따라 증폭한 음향 신호와 상기 제 1 음향 신호를 믹싱하여 제 3 음향 신호를 생성하는 단계;
    우측 후방에서 발생하는 음향 신호를 나타내는 우측 서라운드 신호를 상기 제 3 이득 값에 따라 증폭한 음향 신호와 상기 제 2 음향 신호를 믹싱하여 제 4 음향 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 제 3 음향 신호를 좌측서라운드스피커로 출력하고, 상기 제 4 음향 신호를 우측서라운드스피커로 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 입체 음향 재생 방법.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 출력하는 단계는,
    가상 음원을 정위시키고자하는 상기 제 1 고도상의 위치에 따라 상기 제 1 음향 신호 및 상기 제 2 음향 신호 중 적어도 하나를 뮤팅하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 입체 음향 재생 방법.
  9. 음향 신호를 제 1 고도에 대응하는 HRTF 필터에 통과시키는 필터링부;
    상기 필터링된 음향 신호를 복제하여 복수 개의 음향 신호들을 생성하는 음향복제부;
    상기 복제된 음향 신호들이 출력될 스피커들 각각에 해당하는 이득 값에 기초하여 상기 복제된 음향 신호들 각각을 증폭 또는 감쇄하는 증폭부; 및
    상기 증폭 또는 감쇄된 음향 신호들을 대응하는 스피커를 통하여 출력하는 출력부를 포함하는 것을 특징으로 하는 입체 음향 재생 장치.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 필터링부는,
    제 2 고도의 좌측에서 발생하는 음향 신호를 나타내는 좌측탑채널신호 및 상기 제 2 고도의 우측에서 발생하는 음향 신호를 나타내는 우측탑채널신호 중 적어도 하나를 상기 HRTF 필터에 통과시키는 것을 특징으로 하는 입체 음향 재생 장치.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 장치는,
    상기 음향 신호가 상기 좌측탑채널신호 및 상기 우측탑채널신호를 포함하지 않으면, 상기 음향 신호를 업믹싱하여 상기 좌측탑채널신호 및 상기 우측탑채널신호를 생성하는 업믹싱부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 입체 음향 재생 장치.
  12. 제 9항에 있어서, 상기 필터링부는,
    상기 음향 신호가 제 2 고도의 좌측에서 발생하는 음향 신호를 나타내는 좌측탑채널신호 및 상기 제 2 고도의 우측에서 발생하는 음향 신호를 나타내는 우측탑채널신호를 포함하지 않으면, 좌측 정면에서 발생하는 음향 신호를 나타내는 좌측정면채널신호 및 우측 정면에서 발생하는 음향 신호를 나타내는 우측정면채널신호 중 적어도 하나를 상기 HRTF 필터에 통과시키는 것을 특징으로 하는 입체 음향 재생 장치.
  13. 제 9항에 있어서, 상기 HRTF 필터는,
    상기 제 1 고도에서 상기 사용자의 귀까지의 경로 정보를 포함하는 제 1 HRTF 필터를, 상기 음향 신호를 출력할 스피커의 위치로부터 사용자의 귀까지의 경로 정보를 포함하는 제 2 HRTF로 나누어 생성된 것을 특징으로 하는 입체 음향 재생 장치.
  14. 제 10항에 있어서, 상기 출력부는,
    상기 필터링된 좌측탑채널신호를 제 1 이득 값에 따라 증폭한 음향 신호와 상기 필터링된 우측탑채널신호를 제 2 이득값에 따라 증폭한 음향 신호를 믹싱하여 제 1 음향 신호를 생성하는 제 1 믹싱부;
    상기 필터링된 좌측탑채널신호를 상기 제 2 이득 값에 따라 증폭한 음향 신호와 상기 필터링된 우측탑채널신호를 상기 제 1 이득 값에 따라 증폭한 음향 신호를 믹싱하여 제 2 음향 신호를 생성하는 제 2 믹싱부; 및
    상기 제 1 음향 신호를 좌측에 배치된 스피커로 출력하고, 상기 제 2 음향 신호를 우측에 배치된 스피커로 출력하는 렌더링부를 포함하는 것을 특징으로 하는 입체 음향 재생 장치.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 출력부는,
    좌측 후방에서 발생하는 음향 신호를 나타내는 좌측 서라운드 신호를 제 3 이득 값에 따라 증폭한 음향 신호와 상기 제 1 음향 신호를 믹싱하여 제 3 음향 신호를 생성하는 제 3 믹싱부;
    우측 후방에서 발생하는 음향 신호를 나타내는 우측 서라운드 신호를 상기 제 3 이득 값에 따라 증폭한 음향 신호와 상기 제 2 음향 신호를 믹싱하여 제 4 음향 신호를 생성하는 제 4 믹싱부를 더 포함하고,
    상기 렌더링부는,
    상기 제 3 음향 신호를 좌측서라운드스피커로 출력하고, 상기 제 4 음향 신호를 우측서라운드스피커로 출력하는 것을 특징으로 하는 입체 음향 재생 장치.
  16. 제 15항에 있어서, 상기 렌더링부는,
    가상 음원을 정위시키고자하는 상기 제 1 고도상의 위치에 따라 상기 제 1 음향 신호 및 상기 제 2 음향 신호 중 적어도 하나를 뮤팅되도록 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 입체 음향 재생 장치.
  17. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항의 방법을 구현하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체.
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