[논문]입체음향시스템을 위한 상호간접제거 기법의 유효청취범위 분석

이정혁; 정상효; 유승수; 송익호; 김선용

doi:10.7840/kics.2011.36c.5.309

입체음향시스템을 위한 상호간접제거 기법의 유효청취범위 분석
A Study on Sweet Spot of Crosstalk Cancellation Schemes for Sound Rendering Systems 원문보기

한국통신학회논문지. The Journal of Korea Information and Communications Society. 통신이론 및 시스템, v.36 no.5C, 2011년, pp.309 - 316

이정혁 (건국대학교 전자정보통신공학부) , 정상효 (건국대학교 전자정보통신공학부) , 유승수 (건국대학교 전자정보통신공학부) , 송익호 (한국과학기술원 전자전산학과) , 김선용 (건국대학교 전자정보통신공학부)

초록
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본 논문에서는 입체음향시스템을 위한 대표적인 상호간섭제거 기법인 머리전달함수만 (head related transfer function, HRTF) 이용한 기법과 두 귀에 도달하는 소리의 시간차와 세기차를 (interaural time/intensity difference, ITD와 IID) HRTF와 함께 이용한 기법의 상태지수와 ITD/IID 수준을 보이고, 이로부터 두 기법의 유효청취범위를 보인다. 입체음향시스템의 유효청취범위는 청취자가 의도된 음향의 입체감을 왜곡 없이 느낄 수 있는 공간으로 등역 (equalization zone) 또는 sweet spot으로도 부른다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, equalization zone of two crosstalk cancellation (CC) schemes, which are the one based on only head related transfer function (HRTF) and the other one based on interaural intensity/time difference (ITD/IID) as well as HRTF is studied. To do this, the condition numbers and ITD/IID level...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 CC 기법의 객관적 성능지표 가운데 하나인 상태지수와 청취자와 좌우 스피커사이의 IID 와 ITD를 보여 H-CC 및 HH-CC 기법의 효율적인 상호간섭 제거를 위한 유효청취범위를 보인다.

가설 설정

卢는 최적청취위치에서의 전파지연이다. 본 논문에서는 잡음은 고려하지 않는다. 식 (1)과 식 (2)에서 상호간섭은 砂(圈)%(—卢)와 喫缈么-T。) 이다.

제안 방법

상호간섭을 제거한다. HH-CC 기법의 청취자 위치추적기에서 얻어낸 청취자 위치정보는 추정-상관기를 (estimator-correlator) 통해 각각의 마이크에서 측정한 도달지연시간차를 (time difference of arrival) 바탕으로 추정하며 이를 바탕으로 청취자 위치에 맞는 HRTF를 얻고 이를 활용해 상호간섭을 제거한다. 본 논문에서 언급하는 CC 기법의 HRTF는 [9]의 UC Davis에서 측정한 HRTF를 사용했다.
본 논문에서는 H-CC 기법과 HII-CC 기법의 유효청취 범위, 즉, 등역으로 인지되는 범위, 분석을 위해 측위 정확도 실험과 CC 기법의 성능평가를 수행하였다. 실험은 박수소리를 자체발성음을 이용하였으며, 그림 3과 같은 실험환경을 구성하고 일반적인 2채널 스테레오 스피커 시스템 청취모형을 이용하였다.
본 논문에서는 HRTF를 이용하는 CC기법인 H-CC 기법과 HRTF 뿐만 아니라 IID/ITD를 고려한 CC 기법인 HU-CC 기법에 대한 유효청취범위를 분석하였으며 이는 CC의 객관적 성능평가 지표가운데 하나인 상태지수와 ITD, 皿를 이용하여 H-CC 기법과 HH-CC 기법의 유효청취범위를 분석하였다.
강인성이 낮다고 할 수 있다1'지. 본 논문에서는 유효청취 범위 분석을 위해 상태지수를 이용 하였으며 다양한 청취자 위치에서 모의실험을 진행하였다. 그림 4는 0 = 0 ° 일 때 0에 따른 HII-CC 기법의 상태지수이다.

이론/모형

HH-CC 기법의 청취자 위치추적기에서 얻어낸 청취자 위치정보는 추정-상관기를 (estimator-correlator) 통해 각각의 마이크에서 측정한 도달지연시간차를 (time difference of arrival) 바탕으로 추정하며 이를 바탕으로 청취자 위치에 맞는 HRTF를 얻고 이를 활용해 상호간섭을 제거한다. 본 논문에서 언급하는 CC 기법의 HRTF는 [9]의 UC Davis에서 측정한 HRTF를 사용했다.
실험은 박수소리를 자체발성음을 이용하였으며, 그림 3과 같은 실험환경을 구성하고 일반적인 2채널 스테레오 스피커 시스템 청취모형을 이용하였다. 본 논문에서 청취자 측위를 위한 시스템의 측위 정확도 결과는 청취자를 중심으로 하는 최적청취위치의반경인 0.
HII-CC 기법은 임의의 위치에서 발생하는 청취자의 자체발성음을 청취자 위치추적 시스템의 입력으로 받아 도달시간차를 추정한다. 이렇게 추정한도달시간차를 Gauss-Newton 기반 최소자승법으로 최종 위치 해를 구한다. HII-CC 기법은 획득한 청취자위치 정보를 (특히 兔과。亩 사용하여 사전부호화과정을 거쳐 식 (9)처럼 신호를 생성한다.

성능/효과

H-CC기법과 HII-CC 기법의 IID는 죄/우 스피커를 잇는 직선의 중점을 지나는 법선을 대칭으로 하는 쌍곡선 형태를 보이며, HII-CC 기법은 H-CC 기법에 비해 약 2배정도 넓은 등 역을 갖는다. 따라서 HII-CC 기법은 H-CC 기법에 비해 약 2배정도 넓은 영역에서 상호간섭제거가 가능하다 또한 HILCC 기법의 ITD는 IID와 비슷한 개형을 보인다 HII-CC 기법의 ITD는 H-CC 기법에 비해 더 넓은 등역을 보이며 이는 그림 8과 같다 HII-CC 기법의 ITD는 H-CC 기법에 비해 약 3배정도 넓은 등 역을 갖는다.
하지만 HII-CC 기법은 청취자 위치추적기를 이용하여 사용자의 위치를 추정하고 이를 바탕으로 사용자의 위치에 상관없이 IID 및 ITD를 조정하여 H-CC 기법에 비해 더 넓은 영역에서 상호간섭제거가 가능하다. 또한 HD와 HD를 기반으로 유효청취위치를 분석했을 때, HH-CC 기법이 H-CC 기법에 비해 약 2배정도 더 넓은 영역에서 유효함을 볼 수 있었으며 HD와 ITD를 기반으로 도출되는 H-CC 기법과 HII-CC 기법의 유효청취범위는 그림 9와 같으며 HH-CC 기법의 유효청취범위가 H-CC 기법의 유효청취범위에 비해 약 3배정도 넓은 영역에서 효율적인 상호간섭제거가 가능하다.
또한, HH-CC기법의 유효청취범위는 H-CC 기법에 비해 약 3배정도 더 넓은 영역에서 효과적인 상호간섭제거가 가능함을 볼 수 있었다.
또한, 청취자 위치에 따른 HII-CC 기법의 상태지수를 그림 5처럼 분석하였으며 죄/우 스피커를 잇는 직선의 중점과 청취자 사이의 거리 p를 3d로 가정했을 때, 청취자가 좌/우 스피커를 잇는 직선의 중점을 지나는 법선에서 멀어지는 경우, 물리적 강인성이 낮아지는 것을 확인할 수 있었다.
본 논문에서 언급한 CC 기법은 0 ~ 5 kHz 주파수대역에서 비교적 물리적 강인성이 높게 나타났으며 이는 본 논문에서 청취자 측위를 위해 자체 발성음으로 이용한 박수소리의 주파수 대역에 따라 이와 같은 결과가 발생한 것을 알 수 있었다.
실험은 박수소리를 자체발성음을 이용하였으며, 그림 3과 같은 실험환경을 구성하고 일반적인 2채널 스테레오 스피커 시스템 청취모형을 이용하였다. 본 논문에서 청취자 측위를 위한 시스템의 측위 정확도 결과는 청취자를 중심으로 하는 최적청취위치의반경인 0.25m이내의 측위오차가 발생할 확률이 약 75% ~85%로 나타났다.
이에 본 논문에서는 그림 7과 그림 8처럼 H-CC 기법과 HII-CC 기법의 IID와 ITD를 보였다. H-CC4 HII-CC 기법의 IID는 그림 7과 같다.

후속연구

본 논문에서는 성능평가 지표를 기반으로 분석한 HU-CC 기법의 유효청취범위는 H-CC 기법에 비해 약 3배 정도 늘어난 것을 볼 수 있었으며, 유효청취 범위는 좨우 스피커를 잇는 직선의 중점을 지나는 법선에 대칭인 형태로 나타난다 추후에는 HII-CC 기법의 청취자 주관적 평가를 통해 제안한 청취범위 및 HII-CC 기법의 타당성을 검증하는 연구를 진행할 예정이다.

참고문헌 (14)

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김영문, 유승수, 이기승, 김선용, "자체발성음을 이용한 실내공간정보 획득 및 공간뒤틀림/상호 간섭 제거기법", 한국통신학회논문지, 제 35권, 제 2호, 246-253쪽, 2010년 2월.
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원문보기 상세보기
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