[논문]전방 스피커 어레이 재생 방식 기반 음향 재현 성능 평가

유재현; 장대영; 이태진

doi:10.5909/jbe.2015.20.5.667

초록
AI-Helper

고화질, 고품질 방송에 대한 관심이 크게 증가하면서 영상 신호 뿐만 아니라 음향 신호의 고품질화를 요구하는 목소리도 높아지고 있다. 음향 신호의 고품질화에 기여하는 요소 중 하나는 가령, 10.2채널, 22.2채널 등과 같은 재생 채널 수의 확장이지만 이는 많은 수의 스피커를 설치해야만 하는 문제점이 발생한다. 이와 같은 문제를 해결하기 위한 한 가지 방법으로 전방 스피커 어레이를 통한 입체 음향 재생 방식을 들 수 있는데 본 논문에서는 스피커 어레이 기반 음장 재생 방식인 음장합성 기술 (Wave Field Synthesis, WFS)에 대한 소개 및 이론적인 분석을 하고 이 기술로 구현한 전방 스피커 어레이 시스템의 입체 음향 재현 성능을 확인하기 위한 주관 청취 평가 결과를 제시한다. 결론적으로, WFS에 기반한 전방 스피커 어레이 재생 방식이 디스크리트 5.1채널 재생 방식과 비교하여 만족스러운 음장감을 제공한다는 것을 알 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

As the interest on the high-definition and high-quality broadcasting is increased, the request on the high quality sound signal is enlarged as well as on the video signal's quality. One factor contributing to the high-quality of audio signal is an expansion of reproduction channels like 10.2channel ...

As the interest on the high-definition and high-quality broadcasting is increased, the request on the high quality sound signal is enlarged as well as on the video signal's quality. One factor contributing to the high-quality of audio signal is an expansion of reproduction channels like 10.2channel and 22.2channel, but there is a problem of speaker installation issue of these many channels. One solution to solve this problem, we can use frontal loudspeaker array reproduction technique making virtual surround sound. So in this paper, we introduce theocratical analysis on the Wave Field Synthesis used for speaker array based sound reproduction and also present the result about the subjective listening test of reproduction performance based on this technique to check the perfoemance of this system. As a result, we showed WFS based frontal loudspeaker array reproduction method could provide sufficient performance compared to conventional discrete 5.1 channel reproduction method.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

본 논문에서는 디스크리트 멀티채널 재생 방식이 다수의 스피커를 설치해야 하는 현실적인 불편함으로 인하여 이를 대체하여 사용할 수 있는 전방 스피커 어레이 재생방식의 음향 재현 성능에 대해서 살펴보았다.
이에 본 논문에서는 전방 스피커 어레이 재생 방식을 분석, 기존의 멀티채널 콘텐츠인 5.1채널 콘텐츠를 재생할 때의 음상 정위 및 음장감에 대한 주관 평가를 실시한 결과를 소개하고자 한다.

제안 방법

본 논문의 구성은 다음과 같다. 2 장에서 어레이 재생 기술인 음장합성 기술 (Wave Field Synthesis, WFS)에 대한 이론적인 분석을 하고, 3 장에서 WFS에 기반한 음상 정위 실험 및 음장감 실험에 대해 기술하고, 4 장에서 본 논문에 대한 결론을 맺는다.
전방 스피커 어레이 재생 방식을 디스크리트 재생 방식과 비교하기 위하여 청취평가를 진행하였다. 평가 항목은 전방 음상 정위력과 5.

대상 데이터

실험 장치는 16채널의 어레이 시스템을 좌/우 측면과 후면에 반사판이 설치되어 있는 ETRI 음향 청취 실험실에 설치하였고 스피커 유닛의 사이즈는 5cm로 유닛 중심 간의 거리는 5.5cm이다. 청취자는 정중앙 청취점에 자리한다.
음상 정위 테스트를 위한 음원은 0.5초의 재생 시간을 가지는 핑크 노이즈를 0.5초의 무음 구간과 번갈아 총 13번 재생되는 핑크 노이즈 신호를 사용하였다. 음장감 테스트를 위해 각각 34초, 26초, 27초, 26초, 40초의 재생 시간을 가지는 자동차 음원(CAR)과 헬리콥터 음원(AIR), 숲속 음원(Nature), 빗소리 음원(Rain), 재즈음악(MUSIC) 음원을 사용하였으며 훈련된 오디오 전문가 9명이 실험에 참여하였다.
음원은 5.1채널의 저주파 재생 채널인 LFE(Low Frequency Effect) 0.1채널을 제외한 5개 채널이 재생되는 환경을 기본으로 하였다. 5.
5초의 무음 구간과 번갈아 총 13번 재생되는 핑크 노이즈 신호를 사용하였다. 음장감 테스트를 위해 각각 34초, 26초, 27초, 26초, 40초의 재생 시간을 가지는 자동차 음원(CAR)과 헬리콥터 음원(AIR), 숲속 음원(Nature), 빗소리 음원(Rain), 재즈음악(MUSIC) 음원을 사용하였으며 훈련된 오디오 전문가 9명이 실험에 참여하였다.
전면 음상 재생 위치는 스피커 어레이 유닛 위치 기준으로 아래와 같이 16개 채널의 정중앙 부근과 한쪽 끝 및 1/4 지점 부근으로 음원의 위치 총 3군데를 선정하였다.
총 3개의 음원은 유닛 하나로 재생되는 경우와 WFS로 렌더링된 경우, 2가지로 재생되어 청취 평가에 활용된다. 전술한 테스트 음원인, 핑크 노이즈 신호를 이용하여 얻은 총 3x2개의 음원은 Nuendo 멀티트랙 상에서 무작위로 재생, 청취자는 제시되는 음원을 듣고 표 4음상 정위 위치를 답지에 기입하도록 하였다. 실험결과의 객관성을 확보하기 위하여 각 음원은 방식별로 총 2번 재생하였다.

데이터처리

1채널 비교군 재생을 위하여, 전방 3개 채널은 전방 스피커 어레이 내 가운데 유닛과 양 끝 유닛을 통해 L, C, R채널을 재생하며 청취 공간 내에 ±110˚ 위치에 LS, RS 스피커 유닛을 배치하였다. 5.1채널은 이런 환경에서 재생되는 경우와 전방 스피커 어레이만으로 입력 5.1채널에 대해 L, C, R 채널에 대한 WFS 렌더링 및 LS, RS 채널에 대한 집중 음원 렌더링으로 측후면 반사판에 반사되어 재생되는 경우를 블라인드로 청취 평가, 결과를 비교하게 된다.

성능/효과

1채널 재생 방식과 WFS 어레이 재생 방식이 거의 유사한 결과를 보여주었다. 다시 말해, WFS를 사용하는 스피커 어레이 기반 재생 방식이 디스크리트 5.1채널 재생 방식과 비교하여 만족스러운 음장감을 제공한다는 것을 알 수 있었다. 이를 통하여, 전방 스피커 어레이만으로도 디스크리트 재생 방식만큼의 멀티채널 음향 재생이 가능하다는 점을 확인할 수 있었다.
상기 표와 그래프로 나타낸 바와 같이 전체적인 음장감 재현에 있어서 개별 유닛을 사용한 5.1채널 재생 방식과 WFS 재생 방식이 거의 유사한 결과를 보여주었다. 음상의 이동이 발생하는 콘텐츠의 경우 개별 유닛이 존재하여 측후방 쪽에 좀 더 선명한 음상을 만들어줌으로써 5.
1채널 재생 방식과 WFS 재생 방식이 거의 유사한 결과를 보여주었다. 음상의 이동이 발생하는 콘텐츠의 경우 개별 유닛이 존재하여 측후방 쪽에 좀 더 선명한 음상을 만들어줌으로써 5.1채널 재생 방식이 WFS 재생 방식보다 평균 응답값이 높았으나 95% 신뢰구간에서 겹치는 결과를 보여주었고, 음상 이동이 없는 콘텐츠의 경우 WFS 재생 방식이 보다 풍부한 음장감을 형성하여 5.1채널 재생 방식보다 평균 응답값이 높다는 것을 알 수 있었다. 전체적인 평균에서는 두 종류의 콘텐츠에서 거의 동일한 결과를 얻음으로써 WFS를 사용하는 스피커 어레이 기반 재생 방식이 디스크리트 5.
1채널 재생 방식과 비교하여 만족스러운 음장감을 제공한다는 것을 알 수 있었다. 이를 통하여, 전방 스피커 어레이만으로도 디스크리트 재생 방식만큼의 멀티채널 음향 재생이 가능하다는 점을 확인할 수 있었다.
전술한 실험 및 결과를 통하여 알 수 있듯이, 전방 스피커 어레이의 전면 음상 정위력은 5.1채널 재생 방식과 같이 유닛 하나로 재생하는 경우와 어레이 상에 WFS로 렌더링된 경우의 차이가 거의 발생하지 않았고, 측후방 음원을 포함한 전체적인 음장감 재현에 있어서 개별 유닛을 사용한 5.1채널 재생 방식과 WFS 어레이 재생 방식이 거의 유사한 결과를 보여주었다. 다시 말해, WFS를 사용하는 스피커 어레이 기반 재생 방식이 디스크리트 5.
1채널 재생 방식보다 평균 응답값이 높다는 것을 알 수 있었다. 전체적인 평균에서는 두 종류의 콘텐츠에서 거의 동일한 결과를 얻음으로써 WFS를 사용하는 스피커 어레이 기반 재생 방식이 디스크리트 5.1채널 재생방식과 비교하여 만족스러운 음장감을 제공한다는 것을 알 수 있었다.

후속연구

추후에는 선형 WFS 렌더링 방식에 최적화된 산술식에 기반하여 어레이를 구성하는 스피커 유닛의 개수를 다양하게 하고 청취 위치도 다양하게 하여 보다 정확한 전방 스피커 어레이 기반 재생 방식의 robust한 성능을 확인할 계획이다.

참고문헌 (7)

A.J. Berkhout, D. de Vries and P. Vogel, “Acoustic Control by Wave Field Synthesis,” J. Acoust. Soc. Am., vol. 93, no. 5, pp. 2764-2778, 1993

상세보기
E. Verheijen, "Sound Reproduction by Wave Field Synthesis," PhD Thesis, TU Delft, 1998.
G. Theile, “Wave Field Synthesis – A Promising Spatial Audio Rendering Concept,” Proc. 7th Int. Conf. Digital Audio Effects, pp. 125-132, Oct. 2004
H. J. Chung, “Sound Reproduction Method by Front Loudspeaker Array for Home Theater Applications,” IEEE Transactions on Consumer Electronics, vol. 58, no. 2, May 2012

상세보기
E.G. Williams. Fourier Acoustics: Sound Radiation and Nearfield Acoustical Holography. Academic Press, 1999.
Sascha Spors, Rudolf Rabenstein and Jens Ahrens, “The Theory of Wave Field Synthesis,” Deutsche Telekom Laboratories, Germany, AES 124th Convention, 2008, May 17-20
M. Geier, “Perceptual Evaluation of Focused Sources in Wave Field Synthesis,” Deutsche Telekom Laboratories, Germany, AES 128th Convention, 2010, May 22-25

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

LOADING...

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

전방 스피커 어레이 재생 방식 기반 음향 재현 성능 평가
Subjective Listening Test based on Frontal Loudspeaker Array Reproduction System 원문보기

초록
AI-Helper

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

데이터처리

성능/효과

후속연구

참고문헌 (7)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

연구과제 타임라인

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

전방 스피커 어레이 재생 방식 기반 음향 재현 성능 평가 Subjective Listening Test based on Frontal Loudspeaker Array Reproduction System 원문보기

초록 용어보기논문에서 용어와 풀이말을 자동 추출한 결과로, 시범 서비스 중입니다. AI-Helper

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

데이터처리

성능/효과

후속연구

참고문헌 (7)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

유재현 (7) 장대영 (17) 이태진 (20)

연구과제 타임라인

전체(0) 논문(0) 특허(0) 보고서(0)

전체(0) 논문(0) 특허(0) 보고서(0)

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

전방 스피커 어레이 재생 방식 기반 음향 재현 성능 평가
Subjective Listening Test based on Frontal Loudspeaker Array Reproduction System 원문보기

초록
AI-Helper

AI 본문요약
AI-Helper