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3차원 라우드스피커 어레이를 이용한 음장재현기술
Sound Field Reconstruction Technology Using a Three Dimensional Loudspeaker Array 원문보기

한국음향학회지= The journal of the acoustical society of Korea, v.28 no.8, 2009년, pp.723 - 731  

Seo, Jeong-Il () ,  Kang, Kyeong-Ok () ,  Fazi, Filippo M. (ISVR, Southampton University) ,  Nelson, Philip A. (ISVR, Southampton University)

초록
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본 논문에서는 3차원 라우드스피커 어레이를 이용하여 다수의 청취자에게 동일하게 실감 있는 음장을 제공하기 위한 음장 재현 알고리즘을 제안한다. 제안된 알고리즘은 제어하고자 하는 3차원 공간 영역을 정의하고, 정의된 영역에서 원음장과 라우드스피커 어레이를 이용하여 재현되는 음장간의 자승오차가 최소가 되도록 라우드스피커 구동신호를 제어하는데 기초한다. 제안된 알고리즘의 성능을 검증하기 위하여 40개의 라우드스피커를 이용한 구형 3차원 어레이를 구성하였으며, 이를 이용한 실험결과와 고찰결과를 제시한다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, we propose a novel sound field reconstruction algorithm using a three dimensional loudspeaker array for providing realistic sound field to multiple listeners. The proposed algorithm is based on minimization of the squared error between the original sound field and the reconstructed so...

주제어

#3차원 음장   #음장 재현   #라우드스피커 어레이   #최소자승오차 방법  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 20세기를 대표하던 스테레오 음향재생 시스템은 DVD (Digital Versatile Disc)와 HDTV (High Definition Television) 의 등장으로 인하여 지난 10여 년간 5.1채널 서라운드 음향재생 시스템으로 진화되어 갔다 [1], 5.1 채널 서라운드 음향재생 시스템은 좌우 스테레오 라우드스피커를 기본으로 하여, 중앙 라우드스피커는 배우나 가수의 목소리를 화면과 동일한 위치에 놓이도록 하고 좌후후방 라우드스피커를 이용하여 배경음을 충실히 재현하는데 목적을 두고 있다. 그러나 궁극의 현장감을 제공하기 위한 3DTV와 LHDTV (Ultra High Definition Television)의 등장으로 인하여 5.
  • 20세기를 대표하던 스테레오 음향재생 시스템은 DVD (Digital Versatile Disc)와 HDTV (High Definition Television) 의 등장으로 인하여 지난 10여 년간 5.1채널 서라운드 음향재생 시스템으로 진화되어 갔다 [1], 5.1 채널 서라운드 음향재생 시스템은 좌우 스테레오 라우드스피커를 기본으로 하여, 중앙 라우드스피커는 배우나 가수의 목소리를 화면과 동일한 위치에 놓이도록 하고 좌후후방 라우드스피커를 이용하여 배경음을 충실히 재현하는데 목적을 두고 있다. 그러나 궁극의 현장감을 제공하기 위한 3DTV와 LHDTV (Ultra High Definition Television)의 등장으로 인하여 5.
  • 따라서 dA 위에 존재하는 이차음원들에 대한 연속분포 (continuous distribution) 7|- 이산분포 (discrete distribution)로 변경되고 모노폴 음원을 전방향 점음원 (omnidirectional point source)으로 변경하면, 2장에서 도출한 이론을 복잡한 지향성을 가지는 라우드스피커 어레이의 경우로 확장하는 것이 이론적으로 가능한 것 인지를 이장에서 논의하고자 한다.
  • 본 논문에서는 3차원 라우드스피커 어레이를 이용하여 음장을 재현하는 새로운 알고리즘을 제안한다. 제안되는 알고리즘은 먼저 라우드스피커 어레이가 2차음원 (secondary sound source) 으로 3차원 공간상에 연속적으로 채적을 이루는 경계면에 분포된다고 가정한다.
  • 본 논문에서는 두 명이상의 다중 청취자에게 최적의 음장을 제공하기 위한 다채널 라우드스피커 어레이를 이용하는 음장재현 알고리즘과 실제 구현 결과를 제시하였다. 실제 40채널 라우드스피커 어레이를 이용한 실험 결과 제안된 알고리즘은 1 khz 이하의 저주파수 대역에서는 만족할만한 성능을 보였으나 주파수가 증가할수록 그 성능이 열화 됨을 확인하였다.
  • 이러한 2차음원의 크기는 Kirchhoff Helmholtz 적분식으로 잘 알려진 적분식의 해를 구하는 과정으로 계산될 수 있다. 이러한 배경 논리는 본 논문의 저자들에 의해 처음 제안되었으며 [9-10], 본 논문에서는 실제 구현을 통해 제안된 알고리즘의 유효성을 검증하는데 그 목적이 있다. 본 논문은 다음과 같이 구성된다.

가설 설정

  • (x) 데이터에 연속적으로 의존되지 않는 해로 존재할 가능성이 있다.
  • 이루어지는 경계 /!가, 를 완전히 둘러싼다고 가정한다. μ의 경계에서의 음장 鸟(挤는 그린함수 (green function)로 표현할 수 있으며, 따라서 아래 수식과 같은 비균질 (inhomogeneous) Helmholtz 방정식으로 표현된다.
  • 라우드스피커가 배치되는 이차음원 (monopole 음원)들로 이루어지는 경계 #가 V를 완전히 둘러싼다고 가정한다.
  • 만약 음장복원에 기초하는 서라운드 시스템을 실현하기 위해서는 이러한 가정들 몇몇은 제거되어야 한다. 먼저 경계면 9A 위에 모노 폴로 이루어지는 이차음원들이 연속적으로 분포한다는 가정은 라우드스피커 어레이로 변경되어야 한다. 이는 이차음원이 더 이상 모노폴 음원으로 가정할 수 없음을 의미한다.
  • 제안되는 알고리즘은 먼저 라우드스피커 어레이가 2차음원 (secondary sound source) 으로 3차원 공간상에 연속적으로 채적을 이루는 경계면에 분포된다고 가정한다. 이러한 2차음원의 크기는 Kirchhoff Helmholtz 적분식으로 잘 알려진 적분식의 해를 구하는 과정으로 계산될 수 있다.
  • 제안되는 알고리즘은 먼저 라우드스피커 어레이가 2차음원 (secondary sound source) 으로 3차원 공간상에 연속적으로 채적을 이루는 경계면에 분포된다고 가정한다. 이러한 2차음원의 크기는 Kirchhoff Helmholtz 적분식으로 잘 알려진 적분식의 해를 구하는 과정으로 계산될 수 있다.
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참고문헌 (10)

  1. 1. F. Okano, et al., "Ultrahigh-Definition Television System with 4000 Scanning Lines", 2004 NAB BEC Proceedings, April 2004 

  2. A. J. Berkhout, "A holographic approach to acoustic control," Journal of the Audio Engineering Society, vol. 36, pp. 977-995, 1988 

  3. D. de Vries, E. W. Start, V. G. Valstar, "The wave field synthesis concept applied to sound reinforcement: restrictions and solutions," The 96th Convention of the Audio Engineering Society, 1994 

  4. M. A. Gerzon, "Periphony: with-height sound reproduction," Journal of the Audio Engineering Society, vol. 21, no. 1, pp. 2-10, 1973 

  5. J. Daniel, R. Nicol, S. Moureau, "Further investigation of high-order ambisonics ad wavefield synthesis for holophonic sound maging," The 114th Convention of the Audio Engineering Society, 2003 

  6. M. Poletti, “Three dimensional surround system based on spherical harmonics,” Journal of the Audio Engineering Society, vol. 53, no. 11, 2005 

  7. O. Kirkeby and P. A. Nelson, "Reproduction of plane wave sound fields," Journal of the Acoustical Society of America 94 2992-3000, 1993 

    상세보기 crossref

  8. V. Pulkki, "Virtual sound source positioning using vector base amplitude panning," Journal of the Audio Engineering Society, vol. 45, no. 6, pp. 456-466, 1997 

    상세보기

  9. F. M. Fazi and P. A. Nelson, "Application of functional analysis to the sound field reconstruction," Proceedings of the Institute of Acoustics, the 23rd conference on reproduction sound, 2007 

  10. F. M. Fazi, P. A. Nelson, Jens E. N. Christensen and J. Seo, "Surround system based on three dimensional sound field reconstruction," The 125th Convention of the Audio Engineering Society, 2008 

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