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논문 상세정보

인간의 청각 특성을 이용한 입체음향의 방향감 개선

Improvement of 3D Sound Using Psychoacoustic Characteristics

초록

3차원 공간에서 음원으로부터 사람의 귀로 음향적인 전달 과정을 표현하는 머리전달함수는 사람이 음원의 위치를 판단할 수 있는 중요한 정보를 포함하고 있으며, 이를 이용하여 실질적으로는 존재하지 않는 음원을 근사적으로 생성할 수 있다. 그러나 각 청자에 특화되지 않는 머리전달함수를 사용함으로 인해 전후 방향이나 상하 방향의 혼동이 발생하게 되어 음상정위 성능이 저하된다. 이 논문에서는 머리전달함수를 통해 생성된 입체음향을 인간의 청각 특성을 사용하여 개선하는 알고리즘을 제안한다. 머리전달함수가 적용된 사운드 신호의 전역 마스킹 값을 계산한 후, 청자에게 크게 영향을 미치는 주파수 대역만을 추출하여 이를 강조함으로서 각 방향에 해당하는 인지 특성을 부각시키는 방법을 제안하였으며, 제안된 방법의 성능을 청감테스트를 통해 증명하였다.

Abstract

The Head Related Transfer Function (HRTF) means a process related to acoustic transmission from 3d space to the listener's ear. In other words, it contains the information that human can perceive locations of sound sources. So, we make virtual 3d sound using HRTF, despite it doesn't actually exist. But, it can deteriorate some three-dimensional effect by the confusion between front and back directions due to the non-individual HRTF depending on each listener. In this paper, we proposed the new algorithm to reduce the confusion of sound image localization using human's acoustic characteristics. The frequency spectrum and global masking threshold of 3d sounds using HRTF are used to calculate the psychoacoustical differences among each directions. And perceptible cues in each critical band are boosted to create effective 3d sound. As a result, we can make the improved 3d sound, and the performances are much better than conventional methods.

질의응답 

키워드에 따른 질의응답 제공
핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
임계대역
임계대역이란?
임의의 두 개의 순음 성분의 주파수 차이를 천천히 변화시킬 때 그러한 변화의 차를 청자가 지각하게 되는 순간의 주파수 차이 폭

일반적으로 내이의 기저막에서의 임의의 신호에 대한 주파수 분석은 기저막의 역학적인 특성에 영향을 받게되는데 일반적으로 임의의 두 개의 순음 성분의 주파수 차이를 천천히 변화시킬 때 그러한 변화의 차를 청자가 지각하게 되는 순간의 주파수 차이 폭을 임계대역 (Critical band)이라고 한다. 임계대역 내에서는 두 주파수 성분이 존재하더라도 두 주파수를 갖는 신호가 아닌 하나의 주파수를 갖는 신호의 에너지로 인지한다.

음질 테스트
본 연구에서 음질 테스트 실시에 사용한 평가방법은?
원 머리전달함수를 적용한 소리를 기준으로 삼아서 개선된 소리의 음질이 기준에 얼마나 충실한지를 비교하는 Degradation Category Rating Method를 사용

두 번째 테스트로는 제안된 알고리즘이 음질에 미치는 영향을 확인하기 위하여 음질 테스트를 실시하였다. 평가방법은 원 머리전달함수를 적용한 소리를 기준으로 삼아서 개선된 소리의 음질이 기준에 얼마나 충실한지를 비교하는 Degradation Category Rating Method를 사용하였다. 이 방법은 5가지 Degradation Category Scale를 적용하며 그 내용은 다음과 같다 [19].

사람의 귀
사람의 귀는 어떻게 나뉘며, 각각 어떤 역할을 하는가?
사람의 귀는 외이, 중이, 내이로 크게 세 부분으로 구분할 수 있다. 외이는 외부 소리 에너지를 수집하고, 소리의 정위 (sound location) 정보 해석에 유용하도록 미세한 지연을 발생시키며 고막에서 음압의 형태로 전달되어 지는 소리 에너지를 진동을 통해 역학적인 에너지로 변환하는 역할을 한다. 중이는 이소골 (Ossicles)로 구성되어져 있으며, 소리의 증폭과 과도한 소리 에너지로부터 귀를 보호하기 위한 자동 조절기의 역할을 수행한다. 내이의 경우 세반고리관 (Semicircular canals)은 몸이 평형감각을 제어하는 부분이며 난원창 (Oval window)에서는 이와 같이 이소골을 통해 전달되는 역학적인 에너지를 파동 에너지로 변환시켜주게 된다

사람의 귀는 외이, 중이, 내이로 크게 세 부분으로 구분할 수 있다. 외이는 외부 소리 에너지를 수집하고, 소리의 정위 (sound location) 정보 해석에 유용하도록 미세한 지연을 발생시키며 고막에서 음압의 형태로 전달되어 지는 소리 에너지를 진동을 통해 역학적인 에너지로 변환하는 역할을 한다. 중이는 이소골 (Ossicles)로 구성되어져 있으며, 소리의 증폭과 과도한 소리 에너지로부터 귀를 보호하기 위한 자동 조절기의 역할을 수행한다. 내이의 경우 세반고리관 (Semicircular canals)은 몸이 평형감각을 제어하는 부분이며 난원창 (Oval window)에서는 이와 같이 이소골을 통해 전달되는 역학적인 에너지를 파동 에너지로 변환시켜주게 된다 [4]. 기저막 (basilar membrane)에서는 이렇게 전달되어진 음압 파동을 적절한 해석을 통해 전기적인 자극으로 변환하여 청신경 계에 전달하는 역할을 수행한다.

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저자의 다른 논문

참고문헌 (19)

  1. 1. 차혁근, "지각적 특성을 이용한 저비트오율 압축 오디오 음질 개선," 숭실대학교, 2004. 
  2. 2. 구교식, 차형태, "개선된 머리전달함수를 이용한 3차원 입체음향 성능 개선 연구," 한국음향학회지, 28권, 6호, 557-565쪽, 2009. 
  3. 3. ISO/IEC, JTC1/SC29/WG11 MPEG, Information technology-coding of moving pictures and associated audio for digital storage media at up to about 1.5 Mbits/s-Part 3: Audio, IS11172-3 (MPEG-1), 1992. 
  4. 4. E. Zwicker and H. Fastil,, Psychoacoustics, Facts and Models, Springer 2nd Edition, 1999. 
  5. 5. C. J. Moore, Hearing, Academic Press, 1995. 
  6. 6. ISO/IEC, JTC1/SC29/WG11 MPEG, Information Technology - Generic Coding of Moving Pictures and Associated Audio - Part 3 : Audio, IS13818-3 (MPEG-2), 1994. 
  7. 7. ISO/IEC, JTC1/SC29/WG11 MPEG, MPEG-2 Advanced Audio Coding, AAC International Standard, IS13818-7, 1997. 
  8. 8. Chong-Jin Tan, Woon-Seng Gan, "User-defined spectral manipulation of HRTF for improved localisation in 3D sound systems," Electronics letters, vol. 34, no. 25, pp. 2387-2389, Nov. 1998. 
  9. 9. Navarun Gupta, Armando Barreto and Carlos Ordonez, "Spectral Modification of head-related transfer functions for improved virtual sound specialization," IEEE International Conference on Acoustics, Speech and Signal Processing, pp. 1953-1956, May, 2002. 
  10. 10. Sangjin Cho, Ovcharenko A. and Uipil Chong, "Front-Back Confusion Resolution in 3D Sound Localization with HRTF Databases," The 1st International Forum on Strategic Technology, pp. 239-243, Oct. 2006. 
  11. 11. 김경훈, 김시호, 배건성, 최송인, 박만호, "헤드폰 기반의 입체음향생성에서 앞/뒤 음상정위 특성 개선," 한국통신학회논문지, 29권, 8c호, 1142-1148쪽, 2004. 
  12. 12. Zotkin, D.Y.N., Hwang, J., Duraiswaini, R. and Davis, L.S., "HRTF personalization using anthropometric measurements," IEEE Workshop on Applications of Signal Processing to Audio and Acoustics, pp. 157-160, Oct. 2003. 
  13. 13. Pec, M., Bujacz, M., Strumillo, P. and Materka, A., "Individual HRTF measurements for accurate obstacle sonification in an electronic travel aid for the blind," International Conference on Signals and Electronic Systems, pp. 235-238, Sep. 2008. 
  14. 14. 이윤재, 박영진, 박윤식, "머리전달함수 측정 시스템의 개발과 분석," 제어로봇시스템학회논문지, 16권, 2호, 202-205쪽, 2010. 
  15. 15. 강성훈, 강경옥, 입체음향, 기전연구사, 1997. 
  16. 16. http://interface.cipic.ucdavis.edu/sound/hrtf.html 
  17. 17. J. B. Allen and D. A. Berkley, "Image method for efficiently simulating small-room acoustics," J. Acoust. Soc. Am., vol. 65, no. 4, Apr. 1979. 
  18. 18. 김용국, 전찬준, 김홍국, 이용주, 장대영, 강경옥, "헤드폰 청취환경에서의 실감 오디오 재현을 위한 음상 외재화 기법," 대한전자공학회논문지, 47권, SP편, 5호, 1-8쪽, 2010. 
  19. 19. ITU-T P.800, Methods for subjective determination of transmission quality. 

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