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변형된 머리전달 함수 및 음향 시뮬레이션 기법을 이용한 음상 외재화 알고리즘
Sound Source Externalization Algorithm Using Modified HRTFs and an Acoustic Simulation Method 원문보기

한국음향학회지= The journal of the acoustical society of Korea, v.28 no.8, 2009년, pp.714 - 722  

이용주 (한국전자통신연구원 방통융합미디어연구부) ,  장대영 (한국전자통신연구원 방통융합미디어연구부) ,  장인선 (한국전자통신연구원 방통융합미디어연구부) ,  강경옥 (한국전자통신연구원 방통융합미디어연구부)

초록
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본 논문에서는 헤드폰 또는 이어폰을 이용하여 오디오 신호를 청취할 때 공간감 및 현실감을 높일 수 있는 음상 외재화 알고리즘을 제안한다. 제안한 방법은 음상 정위를 위해 변형된 머리전달 함수를 사용하였고, 음향 시뮬레이션 기법을 통해 생성한 임펄스 응답을 공간감을 위한 반사음으로 사용하였다. 변형된 머리전달 함수는 기존의 머리전달 함수와 음상 정위 효과는 유지하면서, 음색의 변화를 최소화하는 방법으로 개발이 되었으며, 음향 시뮬레이션 기법은 자연스러운 반사음을 획득하기 위해 사용되었다. 제안한 알고리즘의 검증을 위해 청취평가를 수행하였다. 청취 평가를 통해 제안한 알고리즘이 음상 외재화 효과가 있음을 알 수 있었는데, 전방과 후방지역에 음상이 위치하는 경우보다는 좌측과 우측에 음상이 위치한 경우에 음상 외재화 효과가 잘 나타난다는 것을 알 수 있었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper presents a new sound source externalization algorithm for increasing spaciousness and presence on earphone or headphone environments. To do this, we used modified head related transfer functions (M-HRTFs) and room impulse responses acquired by an acoustic simulation method. M-HRTFs develo...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서도 이와 같은 부분에 대해 많은 고민을 하였으나, 역시 객관적인 방법을 제시하지는 못하였다. 그러나, 가능한 실험 조건 등을 일반화하여 그 성능을 평가할 수 있는 방법을 사용하고자 하였다.
  • 이러한 음상 내재화 요인들 중 가장 많은 영향을 미치면서도 직관적으로 제어가 가능한 요소들로는 머리 및 귀바퀴에 의한 음의 전달 특성 변화와 벽, 천정, 바닥 등 에 의한 반사음이라 할 수 있다. 본 논문에서는 건축 음향 설계를 위해 사용되는 음향 시뮬레이션 방법을 이용하여 반사음 및 잔향신호를 생성하고, 머리 및 귀바퀴 등에 의한 음의 전달 특성 변화를 보상하기 위해서는 음상 정위를 위해 사용되는 HRTF를 적용하는 방법을 통해 음상 외재화 알고리즘을 개발하였다. 본 연구에서는 기존의 HRTF를 그대로 사용하지 않고, 음색의 변화가 적은 HRTF를 활용하여 음색 변화를 가급적 줄이도록 하였다.
  • 이러한 음상 내재화 요인들 중 가장 많은 영향을 미치면서도 직관적으로 제어가 가능한 요소들로는 머리 및 귀바퀴에 의한 음의 전달 특성 변화와 벽, 천정, 바닥 등 에 의한 반사음이라 할 수 있다. 본 논문에서는 건축 음향 설계를 위해 사용되는 음향 시뮬레이션 방법을 이용하여 반사음 및 잔향신호를 생성하고, 머리 및 귀바퀴 등에 의한 음의 전달 특성 변화를 보상하기 위해서는 음상 정위를 위해 사용되는 HRTF를 적용하는 방법을 통해 음상 외재화 알고리즘을 개발하였다. 본 연구에서는 기존의 HRTF를 그대로 사용하지 않고, 음색의 변화가 적은 HRTF를 활용하여 음색 변화를 가급적 줄이도록 하였다.
  • 일반적으로 전방 또는 후방에 음상이 정위되는 신호가 측면에 음상이 정위되는 신호에 비해 음상 외재화가 잘 되지 않는 것으로 알려져 있다. 본 실험에서는 0도, 30도, 90도에 대해 실험을 수행하여 전방과 측방에서의 음상 외재화 성능에 대해 비교할 수 있도록 하였다.
  • 본 연구는 방송통신위원회, 지식경제부 및 한국산업기술평가관리원의 IT 원천기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다 [과제관리번호 2008-F-011, 과제명: 차세대 DTV 핵심기술 개발].
  • 본 논문에서는 건축 음향 설계를 위해 사용되는 음향 시뮬레이션 방법을 이용하여 반사음 및 잔향신호를 생성하고, 머리 및 귀바퀴 등에 의한 음의 전달 특성 변화를 보상하기 위해서는 음상 정위를 위해 사용되는 HRTF를 적용하는 방법을 통해 음상 외재화 알고리즘을 개발하였다. 본 연구에서는 기존의 HRTF를 그대로 사용하지 않고, 음색의 변화가 적은 HRTF를 활용하여 음색 변화를 가급적 줄이도록 하였다.
  • 본 연구에서는 다양한 방향에 대한 룸 임펄스 응답을 얻기 위하여, 청취자를 기준으로 반경 2m에 해당하는 곳에 5도 단위로 음원을 위치시키고 그에 해당하는 룸 임펄스 응답을 획득하였다. 그림 8은 그림 7의 가상의 룸에서 획득한 응답 신호의 예를 나타낸 것이다.
  • 본 연구에서는 위에서 알려진 여러 가지 내재화 요소들 중 인체의 특성에 의한 음향 특성 변화 요인과 공간의 반사 및 잔향에 의한 공간 음향 특성 미반영 요소를 해소하는 방법을 통해 음상 외재화 알고리즘을 개발하였다. 인체의 특성에 의한 음향 특성 변화 요인 제거를 위해서는 인체 특성에 의한 음향 특성 변화를 반영하도록 만들어진 머리전달 함수 (HRTF)를 사용하였고, 음향 시뮬레이션 툴을 이용하여 공간 음향을 반영하는 방법을 사용 하였다.
  • 본 연구에서는 위에서 알려진 여러 가지 내재화 요소들 중 인체의 특성에 의한 음향 특성 변화 요인과 공간의 반사 및 잔향에 의한 공간 음향 특성 미반영 요소를 해소하는 방법을 통해 음상 외재화 알고리즘을 개발하였다. 인체의 특성에 의한 음향 특성 변화 요인 제거를 위해서는 인체 특성에 의한 음향 특성 변화를 반영하도록 만들어진 머리전달 함수 (HRTF)를 사용하였고, 음향 시뮬레이션 툴을 이용하여 공간 음향을 반영하는 방법을 사용 하였다.
  • 본 연구에서는 이러한 현상을 해소하여 이어폰 또는 헤드폰 환경에서의 오디오 신호 청취 시에 공간감을 증대할 수 있는 음상 외재화 기술을 제안하였다. 기존의 음상 외재화 기술의 경우 반사음의 생성을 위한 룸 임펄스 응답을 획득하고 이를 HRTF와 컨벌루션 하는 방법을 사용하고 있는데, 본 연구에서는 실제 환경에서와 같이 각 반사음이 청취자에게 도착하는 각도를 고려하여, 반사음마다 HRTF를 적용하는 방법을 사용하여 음상 외재화 효과를 더욱 높이는 방법을 사용하였다.
  • 본 연구에서는 이러한 현상을 해소하여 이어폰 또는 헤드폰 환경에서의 오디오 신호 청취 시에 공간감을 증대할 수 있는 음상 외재화 기술을 제안하였다. 기존의 음상 외재화 기술의 경우 반사음의 생성을 위한 룸 임펄스 응답을 획득하고 이를 HRTF와 컨벌루션 하는 방법을 사용하고 있는데, 본 연구에서는 실제 환경에서와 같이 각 반사음이 청취자에게 도착하는 각도를 고려하여, 반사음마다 HRTF를 적용하는 방법을 사용하여 음상 외재화 효과를 더욱 높이는 방법을 사용하였다.

가설 설정

  • 따라서, 반사음을 획득할 수 있는 가장 좋은 공간이라는 것은 객관적으로 정의하기가 매우 힘들다고 할 수 있다. 이러한 이유로 본 연구에서는 가로세로 6m에 해당하는 가상의 공간을 가정하여, 그 곳에서의 룸 임펄스 응답을 획득하였다.
  • 따라서, 반사음을 획득할 수 있는 가장 좋은 공간이라는 것은 객관적으로 정의하기가 매우 힘들다고 할 수 있다. 이러한 이유로 본 연구에서는 가로세로 6m에 해당하는 가상의 공간을 가정하여, 그 곳에서의 룸 임펄스 응답을 획득하였다.
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참고문헌 (10)

  1. Iwanaga, N., Kobayashi, W., Furuya, K., Onoye, T., and Shirakawa, I., "Embedded implementation of acoustic field enhancement for stereo sound sources," IEEE Transactions on Consumer Electronics, vol. 49, no. 3, pp. 737-741, 2003 

  2. Yukio Iwaya, "Individualization of head-related transfer functions with tournament-style listening test: Listening with othre's ears," The $2^{nd}$ 3D Virtual Sound Workshop, pp. 340-343, Feb. 2007 

  3. Minnaar, Pauli, Pedersen, and Jan Abildgaard, "Evaluation of 3D-Audio System with Head Tracking," AES $120^{th}$ Convention, paper no, 6654, May 2006 

  4. Y. lwaya, Y. suzuki and S. Takane, "Effect of listener's head movement on the accuracy of sound localization in virtual environment," Proc. ICA 2004, pp. 997-1004, April 4-9, 2004 

  5. Jens Blauert, Spatial Hearing, MIT, Massachusetts, 1997 

  6. The MIT media Lab., http://sound.media.mit.edu/resources/KEMAR.html, 2009 

  7. 강성훈, 강경옥, 입체 음향, 기전연구사, 서울, 1997 

  8. CATT company's homepage, http://www.catt.se, 2009 

  9. Odeon company's homepage, http://www.odeon.dk, 2009 

  10. JBL professional technical library, http://www.jblpro.com/pub/technote/an_v1n02.pdf, 2009 

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