KR20060019610A - 파동장 합성 장치 및 확성기 어레이를 구동하는 방법 - Google Patents

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KR20060019610A
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Abstract

구동 신호로 확성기의 어레이를 구동하는 파동장 합성 (WFS: wave field synthesis) 장치에서, 상기 확성기는 상이한 규정된 위치에 배치되고, 상기 확성기용 구동 신호는 상기 확성기의 규정된 위치와 상기 확성기 어레이에 대한 가상 위치(virtual position)를 갖는 가상 음원(virtual source)과 연관된 오디오 신호에 의거하고, 먼저, 상기 가상 음원의 위치, 소정의 청취자 위치 및 상기 확성기의 규정된 위치에 기초하여, 상기 가상 음원으로부터 상기 소정의 청취자 위치로의 방향과 반대 방향으로 이동하는 확성기 신호에 기인하는 아티팩트가 감소 되도록, 상기 확성기 중 관련 확성기가 결정된다. 다음으로, 상기 관련 확성기와 상기 가상 음원을 위한 상기 구동 신호 성분을 산출하는 수단(20)으로 진행하고, 상기 가상 음원을 위한 상기 관련 확성기용 구동 신호 성분을 상기 관련 확성기에 공급하는 수단(24)이 있고, 여기서 상기 관련 확성기에 속하지 않는 상기 확성기 어레이의 확성기에는 상기 가상 음원을 위한 구동 신호를 공급하지 않는다. 따라서, 발생 파동장에 기인하는 음향실 영역에서의 아티팩트가 억제되고, 따라서 이 영역에서는 유용한 파동장만이 아티팩트가 없는 자연스러운 방식으로 들리게 된다.
가상 음원, 파동장, 확성기 어레이, WFS 장치, 가상 위치

Description

파동장 합성 장치 및 확성기 어레이를 구동하는 방법{WAVE FIELD SYNTHESIS APPARATUS AND METHOD OF DRIVING AN ARRAY OF LOUDSPEAKERS}
본 발명은 파동장 합성(WFS: wave field synthesis) 시스템에 관한 것으로, 특히 제한된 수의 확성기(loudspeaker)를 구비한 확성기 어레이에 기인하는 아티팩트(artifacts)의 회피에 관한 것이다.
엔터테인먼트를 위한 전자 산업 영역에서 새로운 기술과 혁신적인 제품에 대한 요구가 증가하고 있다. 최적의 기능과 성능을 제공하는 것은 새로운 멀티미디어 시스템의 성공에 중요한 필수 요소가 된다. 이는 디지털 기술, 특히 컴퓨터 기술의 채용에 의해서 성취될 수 있다. 이에 대한 예로서 향상된 실제에 근접한 시청각적 감상을 제공하는 응용 제품이 있다. 기존의 오디오 시스템에서는, 실제와 같은 공간적 음향 재구성이나 가상 환경의 품질을 자연 그대로 재생하는데 많은 문제점이 있다.
오디오 신호의 다중 채널 확성기 재생의 방법이 잘 알려져 있고 수년 동안 표준화되어 왔다. 모든 기존의 기술은 확성기 장소와 청취자의 위치 둘 다가 전사(transfer) 포맷으로 이미 지정되어 있다는 단점이 있다. 청취자에 대한 확성기의 잘못된 배치로, 오디오 품질이 크게 악영향을 받는다. 재생 공간이 작은 영역, 소 위 스위트 스폿(sweet spot)에만 최적 사운드가 가능하다.
오디오 재생시 인클로저(enclosure) 또는 인벨로프(envelope)가 더 우수할 뿐만 아니라 더 자연스러운 공간적인 인식은 새로운 기술의 도움으로 성취될 수도 있다. 소위 WFS라는 이 기술은 TU Delft에서 연구되었으며, 80년대 후반(Berkout, A.J.; de Vries, D.; Vogel, P.: Acoustic control by Wave field synthesis. JASA 93, 993)에 처음 개시되었다.
이 방법은 막대한 컴퓨터 능력과 전송률이 요구되기 때문에, WFS는 지금까지는 실제로 거의 채용되지 못하였다. 마이크로프로세스 기술과 오디오 인코딩의 영역에서의 기술 발전만이 오늘날 구체적인 응용 제품에 이 기술이 채용될 수 있게 할 수 있다. 상기 전문 분야에서의 첫 제품이 수년 내에 기대되고 있다. 근년에, 일반 소비자용의 첫 WFS 장치가 시장에 나올 것으로 추정하고 있다.
WFS의 기본적인 아이디어는 파동 이론인 호이겐스의 원리의 적용에 기반을 두고 있다.
파동에 의해서 발생되는 각 포인트는 구형 또는 원 형식으로 전파되는 요소 파동(elementary wave)의 개시 포인트이다.
음향에 적용하면, 들어오는 파면의 모든 임의의 형상은 서로 인접하여 배치된 대량의 확성기에 의해서 복제될 수 있다. 가장 간단한 경우, 즉 단일 포인트 소스가 재생되고 확성기의 배열이 선형인 경우, 확성기 각각의 오디오 신호는, 개별 확성기의 방사 음장(radiating sound field)이 정확하게 겹치도록, 시간 지연(time delay) 및 진폭 스케일링(amplitude scaling)이 공급되어야 한다. 일부 음 원에, 각 음원에 대하여, 각 확성기에 대한 분담분이 개별적으로 산출되고, 그 결과 신호가 더해진다. 재생될 음원이 반사벽을 구비한 실내에 있는 경우, 또한 반사는 부가 음원으로서 확성기 어레이를 통해 재생되어야 한다. 따라서, 음원의 수, 기록실의 반사 특성 및 확성기의 수에 따라 계산량이 크게 좌우된다.
특히, 이 기술의 장점은 재생 공간이 큰 영역의 전역에 걸쳐 자연스러운 공간적인 음원 인식이 가능하다는 데 있다. 알려진 다른 기술과는 대조적으로, 음원의 방향 및 거리는 매우 정확한 방식으로 재생된다. 제한된 정도에 있어서, 가상 음원(virtual source)은 심지어 실제 확성기 어레이와 청취자 사이에 위치될 수도 있다.
비록, 그 특성이 잘 알려진 환경에 대해 WFS 기능이 유용하다 하더라도, 환경의 실제 특성에 맞지 않는 환경 특성에 기초하여 WFS가 실행되거나 또는 특성이 변하는 경우 불규칙성이 발생한다.
그러나 WFS의 기술은 대응하는 공간적인 오디오 인식에 의해서 시각적 인식을 보충하기 위해 채용하는 것이 바람직할 수 있다. 가상 스튜디오에서의 재생시, 가상 장면의 실제 시각적 인식의 전달이 전경(포그라운드)에서 이루어졌다. 화상과 정합하는 음향 인식은 통상적으로 소위 필름 촬영 후 편집에서 수작업에 의해서 오디오 신호에서 이루어지는데, 실제로 비용이 많이 들고 시간 집약적이어서 무시되고 있다. 그래서, 개개의 감각의 반전이 일어나고, 확실성 없이 디자인된 공간, 즉 디자인된 장면으로 느끼게 된다.
기술 공개 문헌" Subjective experiments on the effects of combining spatialized audio and 2D video projection in audio-visual systems, W. de Bruijn and M. Boone, AES convention paper 5582, May 10 to 13, 2003, Munich"에는, 시청각적 시스템에서 2차원 비디오 프로젝션과 공간적인 오디오를 결합함에 따른 효과에 대한 주관적인 경험이 설명되어 있다. 특히, 카메라에 대하여 상이한 거리에 위치하고 또한 서로 거의 뒤에 위치하고 있는 2개의 스피커는, 서로 뒤에 서있는 두 사람을 보고 있는 것처럼, WFS의 도움으로 상이한 가상 음원으로서 재생되어, 관람자에 의해서 더욱 잘 인식될 수 있는 것으로 생각된다. 이 경우, 주관적인 테스트에 의해서, 청취자는 서로 이격되어 동시에 말을 하고 있는 두 대화자를 더 잘 인식하여 구별할 수 있게 된다.
회의 기고 문헌 "46th international scientific colloquium in Ilmenau from september 24 to 27, 2001, entitled 'Automatisierte Anpassung der Akustik an virtuelle Raume', U. Reiter, F. Melchior, and C. Seidel"에는, 자동 톤의 필름 촬영 후의 편집 처리(postproduction process)에 대한 방법이 개시되어 있다. 이를 달성하기 위해서, 룸 사이즈, 표면의 상태, 또는 카메라 위치, 및 배우의 위치 등과 같은 가시화에 필요한 필름의 파라미터가 이들의 음향 관련성을 위하여 체크되고, 이에 따라 대응하는 제어 데이터가 생성된다. 이는 자동 방식에서, 카메라에 대한 거리에 따른 스피커 볼륨의 조절 또는 룸 사이즈 및 벽 표면 상태에 무관한 반향 시간과 같은 필름 촬영 후의 편집 처리에 채용되는 편집 처리와 효율에 영향을 준다. 여기서, 상기 목적은 사실감을 높인 가상 장면의 시각적 인식을 향상시키는 데 있다.
장면을 보다 사실적으로 만들기 위해 "Hearing with the ear of the camera"가 인에이블 된다. 여기서, 화면에서의 사운드 이벤트 위치와 서라운드 필드에서의 듣기 이벤트 위치 사이에서 가능한 한 상관관계가 높은 것이 고려되어 진다. 이는 음원 위치가 항상 화면에 적응될 수 있다는 것을 의미한다. 줌과 같은 카메라 파라미터는 또한 두 개의 확성기(L 및 R)의 위치와 마찬가지로 톤 설계에 포함된다. 이를 달성하기 위해, 가상 스튜디오의 트래킹 데이터가 상기 시스템에 의해 포함되어 있는 시간 코드와 함께 파일에 기록된다. 동시에, 화면, 톤 및 시간 코드가 MAZ에 기록된다. 캠덤프(camdump) 파일이 컴퓨터에 전송되고, 이 컴퓨터는 오디오 워크 스테이션에 대한 제어 데이터를 생성하고 이를 MIDI 인터페이스를 통해 MAZ로부터 개시하는 화면에 동기적으로 출력한다. 서라운드 필드에서의 음원의 위치를 결정하는 것과 미리 반사 및 반향을 반영하는 것 등의 실제 오디오 처리가 오디오 워크 스테이션 내에서 이루어진다. 이 신호는 5.1 서라운드 확성기 시스템에 대하여 이루어진다.
캡처 세팅 시에 음원의 위치 등과 같은 카메라 트랙킹 파라미터는 실제 영화 세트에 기록될 수도 있다. 또한, 이러한 데이터는 가상 스튜디오에서 생성될 수도 있다.
가상 스튜디오에서, 배우 또는 연출자는 녹음실 내에서 혼자 서 있다. 특히, 이들은 또한 청색 박스 또는 청색 패널이라 하는 청색 벽의 앞에 서 있다. 청색 벽에는, 청색과 밝은 청색 스트립(strip)의 패턴이 인가된다. 이 패턴에 대하여 특징적인 것은 스트립의 폭이 서로 상이하며 다양한 스트립 조합이 이루어진다 는 것이다. 청색 벽에서의 독특한 스트립 조합에 기인하여, 청색 벽이 가상 백그라운드로 대체되는 경우, 카메라가 어느 방향을 주시하고 있는지 정확하게 결정할 수 있다. 이 정보의 도움으로, 컴퓨터는 현재 카메라 시야각에 맞는 백그라운드를 결정할 수도 있다. 게다가, 부가적인 카메라 파라미터를 감지하여 출력하는 카메라로부터의 센서가 평가된다. 센서에 의해서 감지된 카메라의 통상적인 파라미터는 카메라의 개구 각도에서의 정보와 의미가 동일한 3차원으로 번역 x, y, z, 3차원 회전, 롤, 틸트, 팬 및 포커스 길이 또는 줌, 등이다.
또한, 카메라의 정확한 위치는 또한 화상 인식 없이, 고비용의 센서 기술 없이 결정될 수 있도록, 카메라에 탑재되는 적외선 센서의 위치를 결정하는 수 개의 적외선 카메라를 포함하는 트래킹 시스템이 채용될 수도 있다. 따라서, 카메라의 위치도 결정된다. 센서 기술에 의해서 제공되는 카메라 파라미터와 화상 인식에 의해서 평가되는 스트립 정보를 가지고, 실시간 컴퓨터는 당장 현재 화면에 맞는 백그라운드를 산출할 수 있다. 따라서, 가상 백그라운드가 청색 백그라운드 대신에 플레이 되도록 청색 백그라운드가 가지고 있었던 청색 색조(hue)가 화면으로부터 제거된다.
대부분 경우에 있어서, 개념 구성은 다음과 같이 시각적으로 이미지화된 배경에서의 음향의 전체적인 인식을 얻는 데 있다. 이는 화상 디자인으로부터 기원하는 "풀 샷(full shot)"의 용어로 잘 기술되어 있다. 이 "풀 샷" 사운드 인식(sound impression)은, 비록 물체에서의 광학적인 시야각이 크게 변경된다 하더라도, 한 장면에서의 모든 샷에 대하여 거의 일정하게 남게 된다. 따라서, 광학적인 세부 묘사는 대응하는 샷에 의해서 하이라이트 되거나, 또는 백그라운드에 놓인다. 또한, 영화 다이얼로그 디자인에서 카운터 샷(counter shot)은 톤(tone)에 의해서 재현되지 않는다.
따라서, 시청각 장면에 관람자를 음향적으로 끼워 넣을 필요가 있다. 여기서, 스크린 또는 화상 영역은 관람자의 시야 방향과 시야각을 구성한다. 이는 항상 장면 화상을 정합시키는 형태로, 톤이 화상을 트랙하는 것을 의미한다. 특히, 이것은 예를 들면, 프리젠테이션의 톤과 프리젠터(presenter)가 있는 주위 환경 사이에는 통상적으로 상관 관계가 없기 때문에, 가상 스튜디오에 대해서는 매우 중요하다. 장면에서의 음향의 전체적인 인식을 얻기 위해서는, 랜더링된 화상을 정합시키는 공간적인 인식이 시뮬레이션 되어야 한다. 이 연결 관계에서의 이러한 사운드 컨셉의 다분히 주관적인 특성은, 예를 들면, 영화 스크린의 관람자가 인식하는 음원의 위치이다.
오디오 필드에서, WFS의 기술에 의해서, 넓은 청취자 영역에 대한 우수한 공간적인 사운드가 성취될 수 있다. 상술한 바와 같이, WFS는 호이겐스의 원리에 기초하고 있고, 이 원리에 따르면, 파면은 요소 파동의 중첩에 의해서 구성되어 이루어질 수 있다. 수학적으로 정학한 이론적인 설명에 따르면, 무한히 작은 거리에 있는 무수히 많은 음원이 요소 파동의 발생에 사용되어야 한다. 그러나 실제로, 유한한 수의 확성기가 서로 유한한 미소 거리에서 사용된다. 이들 각 확성기는 WFS의 원리에 따라 임의의 지연과 임의의 레벨을 갖는 가상 음원으로부터의 오디오 신호로 제어된다. 레벨과 지연은 통상적으로 모든 확성기에 대하여 상이하다.
상술한 바와 같이, WFS 시스템은 호이겐스의 원리에 기초하여 작동하고, 예를 들면, 복수의 개별 파동에 의해서 프리젠테이션 영역 또는 프리젠테이션 영역에 있는 청취자에 대하여 임의의 거리에 배치된 가상 음원의 주어진 파형을 재현한다. 따라서, WFS 알고리즘은 확성기 어레이로부터 개별 확성기의 실제 위치의 정보를 얻고, 그 다음 이 개별 확성기에 대하여, 이 개별 확성기가 최종적으로 방사해야할 성분 신호를 산출하여, 하나의 확성기로부터의 확성기 신호와 다른 하나의 활성 확성기의 확성기 신호를 중첩시킴으로써 재현이 수행되는데, 이때 청취자는, 이들이 다수의 개별적인 확성기에 의해서 "음(音)으로 방사되지" 않고, 단지 가상 음원의 위치에서의 단일 확성기에 의해서 음으로 방사되는 것으로 인식한다.
WFS 세팅시 수 개의 가상 음원에 대하여, 제 1 확성기에 대한 제 2 가상 음원의 각각의 확성기에 대한 각 가상 음원의 기여, 즉, 제 1 확성기에 대한 제 1 가상 음원의 성분 신호가 산출되고, 이 성분 신호를 더하여 최종적으로 실제 확성기 신호가 얻어진다. 예를 들면, 3개의 가상 음원의 경우에, 청취자 위치에서의 모든 활성 확성기의 확성기 신호가 중첩되어 청취자에게 들려지는데, 이 청취자는 그들이 확성기의 다수의 어레이로부터 사운드로 방사되는 것으로 인식하지 않고, 그들이 듣는 사운드는 단지 가상 음원에 필적하는 특정 위치에 배치된 3개의 음원으로부터 나오는 것으로만 인식한다.
실제로, 다른 가상 음원으로부터 고려되는 확성기에 대한 다른 성분 신호를 더한 후에, 하나의 가상 음원이 존재하는 경우에만 즉시 확성기 신호를 나타내거나 또는 고려된 확성기에 대한 확성기 신호에 기여하는, 가상 음원의 지연 및/또는 스 케이링된 오디오 신호를 얻기 위해서, 성분 신호의 산출은 대부분, 가상 음원의 위치와 확성기의 위치에 따라, 임의의 시간 순간에서 지연 및 스케일링 팩터로 분리된 가상 음원과 연관되는 오디오 신호에 의해서 이루어진다.
전형적인 WFS 알고리즘은 확성기 어레이에 얼마나 많은 확성기가 존재하는지와 무관하게 작용한다. WFS 기반으로 한 이론은, 무한적으로 많은 수의 개별 확성기에 의해서 각각의 임의의 음장이 정확하게 재현될 수 있고, 이때 개별 확성기는 무한적으로 서로 근접하여 배치될 수 있다는 사실에서 이루어진 것이다. 그러나 실제로, 무한적으로 수를 많게 할 수 없고 무한적으로 근접하여 배치할 수 없다. 반대로, 확성기의 수가 한정되어 있고 더욱이 서로 임의의 주어진 거리에 배치되어 있다. 따라서, 실제 시스템에서는, 항상 가상 음원이 실질적으로 존재하는 경우, 즉, 실제 음원인 경우 발생하는 실제 파형에 대해서만 근사가 성취된다.
또한, 영화관을 고려한 경우, 확성기 어레이가 예를 들면 영화 스크린의 측면에만 배치된 여러 가지 시나리오가 있다. 이 경우에, WFS 모듈은 이들 확성기에 대한 확성기 신호를 생성하는데, 이들 확성기에 대한 확성기 신호는, 통상적으로 예를 들어 스크린이 배치된 영화관의 측면에 걸쳐서 제공되고, 음향실(청취자 방: 청취실: audience room을 포함하는 개념으로 사용한다)의 좌, 우 및 뒤에 배치된 확성기 어레이에서 대응하는 확성기를 위한 신호와 동일하다. 이 "360°" 확성기 어레이는 물론 예를 들어 관람자의 전방에만 있는 일측 어레이(one side array)보다 정확하게 실제 파동장(wave field)에 근접한 파동장을 제공한다. 그럼에도 불구 하고, 관람자의 전방에 있는 확성기에 대한 확성기 신호는 양쪽 모두의 경우 에 대하여 동일하다. 이는 WFS 모듈이 전형적으로 얼마나 많은 확성기가 존재하는지 또는 일측 또는 타측 또는 심지어 360°어레이인지 아닌지의 여부와 같은 피드백을 얻지 못하고 있다는 것을 의미한다. 다시 말하면, WFS는 다른 확성기가 존재하는지 또는 존재하지 않는지에 대한 사실에 관계없이 확성기의 위치에 기인하여 확성기에 대한 확성기 신호를 산출한다.
계속해서, 도 9에 의거하면, 도 9에 나타낸 실시 예에서, 시청실 둘레에 배치된 어레이 그룹(904a, 904b, 904c 및 904d)으로 이루어지는 확성기 어레이에 의해서 규정되는 시청실(902) 내에 가상 음원(900)이 있는 경우, 결과적으로 아티팩트 문제(artifact problem)가 발생한다.
도 9에 도시되지 않은 산출 수단(computing means)에 의해서, 구동 신호는 확성기 서브 어레이(904a, 904b, 904c 및 904d)(이중 하나는 예시적으로 904로서 지정됨)에 속하는 확성기에 대하여 생성된다. 도 9에 도시된 화면에서 스폿 형상 방식으로 방사하는 음원으로서 가정되는 가상 음원(900)의 재현을 위하여, 개별 확성기(904)에 대한 구동 신호가 공급되어, 확성기로부터 벗어난 사운드 신호 또는 파면이 가상 음원(900)의 가상 위치로 포커싱된다. 물론, 각각의 확성기(904)는 처음에 주 방사 방향, 즉, 전형적으로 확성기 멤브레인에 대하여 수직인 방향으로 사운드 신호를 내보낸다. 그러나 개별 확성기로부터 기원하는 파선(예를 들어, 910)에 의해서 나타낸 바와 같이, WFS의 법칙에 기초하는 구동 신호에 의해서 야기되는 개별 확성기의 사운드 신호의 상호 중첩에 기인하여, 가상 음원(900)의 가상 위치에 파면의 포커싱이 이루어진다. 파선(910)이 기원하는 확성기는, 다른 모든 확성기와 마찬가지로, 도 9에서 도면 번호 912로 나타낸 화살표를 가진 파선(910)에 직선이 속하는, 가상 음원의 유용한 신호를 나타내는 방식으로, 가상 음원으로 이동하는 확성기 신호를 생성한다.
상대적으로, 가상 음원(900)을 향해 이동하는 파면은, 화살표를 가진 직선(916)으로 나타낸 바와 같이, 가상 음원(900)의 유용한 신호(916) 쪽으로 안내하는 다른 점선(914)에 의해서 나타난다. 이는 원리적으로 2개의 파동장이 음향실에서 서로 중첩되는 것을 의미한다. 도 9에 나타난 실시 예에서, 하나의 파동장은 가상 음원(900)의 위치로의 확성기 신호의 포커싱을 나타낸 모든 점선이다. 한편, 도 9에서 화살표를 가진 직선(예를 들면, 912 및 916)으로 나타낸 "유용한" 파동장이 있다. 이들 2개의 파동장, 즉 한 편에서의 "발생 파동장"과 다른 한 편에서의 "유용한 파동장"의 중첩에 기인하여, 전체 음향실(902) 내에 아티팩트가 전개된다. 가상 음원(900)이 어레이 내에 위치되기 때문에, 그리고 스폿 빔 특성을 갖는 확성기가 가상 음원의 위치에 제공되지 않기 때문에, 이들 아티팩트가 시스템적으로 유도된다.
다시 말하면, 유용한 신호의 생성을 위해서, 확성기 어레이(904a)의 신호와 확성기 어레이(904b 및 904d)의 적어도 하부로부터의 확성기 신호는 도 9에서 직선(916)이 도시되는 가상 음원(900)의 옆에서 생성된다. 한편, 직선(912)이 나타내는 가상 음원의 측에 유용한 신호로서 가상 음원(900)의 신호를 생성하기 위해서, 전형적으로 가상 음원 위에 있는 확성기 어레이(904d 및 904b)의 적어도 부분으로부터 뿐만 아니라 확성기 서브 어레이(904c)로부터 파면이 생성된다. 따라서, 상 술한 바와 같이, 도 9에서 점선으로 외곽을 나타낸 발생 파동장과 직선으로 특징지워지는 유용한 파동장 둘 다를 청취자가 듣기 때문에, 전체 음향실(902) 내에서 아티팩트이 증가된다.
그러나 실제로는, 청취자는 유용한 파동장, 즉 화살표를 가진 직선에 의해서 나타낸 파동장만을 듣는 것을 좋아하고, 도 9에서 점선으로 나타낸 발생 파동장에는 물론 관심이 없다. 그러나 상술한 바와 같이, 청취자가 두 개의 파동장 모두를 듣기 때문에, 소망하지 않는 아티팩트가 결과적으로 나타난다.
본 발명의 목적은 적어도 아티팩트가 감소된 WFS 컨셉을 제공하는 데 있다.
상기 목적은 청구항 1의 WFS 장치, 청구항 15의 확성기 어레이를 구동하는 방법, 도는 청구항 16의 컴퓨터 프로그램에 의해서 성취된다.
본 발명은 다음과 같은 발견 즉, 도 9를 참조하여 설명한 바와 같은, "발생 파동장(generation wave field)"에 기인하는 아티팩트의 감소 또는 제거가 구동 신호 성분이 공급되는 확성기 어레이의 확성기 모두에 의해서가 아니라, 가상 음원의 위치에 기초하여 확성기 어레이 중 관련 확성기를 처음에 결정하여 가상 음원의 파동장의 부분적인 재현만을 수행함으로써 성취되고, 그 후, 관련된 것으로 결정된 확성기에 대한 구동 신호 성분이 가상 음원에 대한 오디오 신호에 기초하여 산출되고, 그 관련 확성기만 상기 산출된 구동 신호 성분으로 동작 되고, 관련되지 않은 확성기는 가상 음원과 관련된 오디오 신호에 의거한 구동 신호 성분으로 동작 되지 않도록 하는 것에 의하여 실현된다는 발견에 기초하고 있다.
따라서, 가상 음원의 유용한 파동장 중 일부만 재현되며, 여기서 재현될 부분적인 파동장은 임의로 결정될 수 있다. 특히, 본 발명에 따르면, 임의의 청취자 위치에 따라, 청취자 위치와 가상 음원에 관련하여 청취자 위치가 가상 음원과 확성기 사이에 있도록 배치된 확성기의 사운드 방사가 억제된다.
이 경우, 청취자 위치와 관련하여 관련되지 않은 확성기는 음향실 내에서 발생 파동장을 억제하도록 제어되지 아니하여, 청취자가 청취자 위치에서 가상 음원의 유용한 파동장만을 인식하여 아티팩트 없이 자연스러운 음을 듣는 즐거움을 누리도록 한다.
그러나 이는 가상 음원의 반대 측, 즉 관련 확성기가 있는 가상 음원의 측면에 발생 파동장이 존재하고 유용한 파동장은 활성화되지 않는다는 사실을 알 수 있다. 따라서, 측면에서는 발생 파동장만이 존재하고 가상 음원에 관련한 유용한 파동장은 존재하지 않기 때문에 이러한 면에서 청취하는 청취자는 듣는 즐거움이 분명하게 감소 된다.
그러나 전형적인 수 개의 가상 음원이 수 개의 위치에 있기 때문에, 그리고 가상 위치가 음향실의 중간에 없고 주변에 있는 경우가 종종 있기 때문에, 음향실의 "불량" 사이드 즉 가상 음원에 관련하여 관련성 결정에 사용되는 규정된 청취자 위치의 반대 측에 있는 음향실의 영역에서의 청취 인식은 그렇게 심각하지 않아, 이 정도의 품질 저하는 전체 음향실 또는 대다수 청취자에 대한 전체 이득과 관련해서는 받아들여질 수 있다.
다시 말하면, 가상 음원의 위치와 확성기의 규정된 위치에 기초하여, 확성기 어레이 중 관련 확성기를 결정하는 수단은, 가상 음원으로부터 규정된 청취자 위치로의 향하는 방향과 반대되는 방향으로 향하는 "발생 파동장"을 발생하는 확성기 신호를 아티팩트를 감소시키도록 제어한다.
본 발명의 바람직한 실시 예에서, 음향실의 밖에 있는 음원에 대하여, 확성기의 주 방사 방향과 가상 음원으로부터 이 확성기를 통과하는 방향 사이의 각도가 90도를 넘는 모든 확성기는 가상 음원에 대하여 비관련(non-relevant)으로 결정된다. 이는 가상 음원으로부터 확성기로의 벡터는 확성기의 주 방사 방향에 평행한 방향 성분을 가지고 있지 않다는 것을 의미한다. 만일, 이 경우라면, 이 확성기는 가상 음원으로부터 청취자 위치로 뻗어 연장되고 그 역으로는 연장되지 않도록 하는 파동장의 재현에 기여할 수 없기 때문에, 확성기는 관련하지 않은 확성기로 결정된다.
이 점에서, 그 주 방사 방향에 있는, 즉, 확성기의 전방에 있는 확성기의 약간의 반원 방사장(semicircular radiation field)이 고려되어야 함을 알 수 있다. 후방으로 있을 수 있는 추가 방사는 고려 대상을 하지 않는다. "후방으로"의 이러한 추가적인 방사가 방향 성분을 가지는 경우, 확성기의 결정시는 중요하지 않기 때문에 추가 방사는 무시된다.
본 발명의 바람직한 실시 예에서는, "the doctoral thesis entitled 'Sound Reproduction by Wave Field Synthesis', Edwin N. G. Verheijen, 1998"에서 기술한 바와 같이, 라인 어레이가 확성기 어레이로서 사용되고, 음향실 내의 소위 수신 라인이 생성될 수 있는데 이 라인은 원리적으로 임의의 형태를 취할 수 있고, 상기 음향실은 파동장 재현이 최적인 수신 라인에 기초하여 두 개의 반쪽 음향실(half room)로 분할된다. 수신 라인에 평행하면서 가상 위치를 통과하는 라인이 제 1 반쪽 음향실과 제 2 반쪽 음향실로 분할한다. 청취자 위치가 있는 반쪽 음향실에서는, 모든 확성기가 비관련 확성기로 결정되어, 우수한 오디오 인식이 추정되는 이 반쪽 음향실에서의 가상 음원에 기인하여, 발생 파동장이 비활성화된다. 그러나 다른 반쪽 음향실에서는, 모든 확성기는 관련된 것으로 결정되어, 청취자 위치가 있는 반쪽 음향실에서의 우수한 오디오 인식에 대하여 필요한 가상 음원의 유용한 파동장이 생성된다.
위와 같은 고려는 음향실 내에 가상 위치를 가진 가상 음원에 따른 것이다. 그러나, 가상 음원이 음향실 밖의 가상 위치에서 있는 경우, 수신 라인 너머에 있는 모든 확성기를 비관련 확성기로 결정하는 것이 바람직하다. 이와 동시에, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 확성기 축, 즉 주 방사 방향과, 한 편으로는 가상 음원과 다른 한 편으로는 고려된 확성기를 통과하는 라인과의 사이의 각도가 90도 이하인 확성기는, 관련하지 않은 것으로 결정되어, 음향실로부터 멀리 대면하는 음향실 밖의 가상 음원의 성분에 대한 발생 파동장을 재차 소거되기 때문에, 가상 음원의 유용한 파동장만이 음향실 내에 나타난다. 다시 말하면, 재차 가상 음원으로부터 청취자 위치로의 방향에 대하여 반대 방향을 갖는 확성기 신호를 방사하는 확성기가 비활성화 된다.
도 1은 본 발명에 따른 WFS 장치의 블록 회로도.
도 2는 WFS 환경의 원리 회로도.
도 3은 도 2에 나타낸 WFS 환경을 더욱 상세하게 설명한 도면.
도 4는 가상 음원에 관련 확성기와 비관련 확성기의 특성화를 위해 음향실 밖에 가상 음원이 있는 상태를 나타낸 도면.
도 5는 가상 음원과 확성기 축 사이의 각도 관계를 나타낸 도면.
도 6은 음향실 내의 가상 음원의 상태를 나타낸 도면.
도 7은 음향실 내의 가상 음원의 상태를 더 상세하게 나타낸 도면.
도 8은 프리젠테이션 영역 내에 WFS 모듈과 확성기 어레이를 구비한 WFS 시스템의 원리 블록 회로도.
도 9는 스폿 형상 방식으로 방사하는 가상 음원의 파동장의 복원을 설명하기 위한 원리 설명도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 WFS 장치의 블록 회로도를 나타낸다. WFS 장치는 구동 신호로 확성기의 어레이를 구동하는 역할을 한다. 확성기는, 도 8에 기초하여 설명하겠지만, WFS 분야에서 알려진 바와 같이, 음향실의 상이한 규정된 위치에 배치되어 있다. 확성기용 구동 신호는, 한 편으로 확성기 어레이에 에 대한 가상 위치를 갖는 가상 음원과 연관된 오디오 신호에 기초하고, 그리고 다른 한편으로는 상기 확성기용 구동 신호가 입력되는 확성기의 규정된 위치에 기초한다.
이 점에서, WFS 설정시 전형적으로 각종 가상 위치에 배치된 수 개의 가상 음원이 존재하는 것을 알 수 있다. 이 경우 WFS 장치는 각 가상 음원용 확성기에 대해 구동 신호 성분을 산출하도록 구성되고, 각종 가상 음원에 기인하여 산출된 고려 대상인 확성기용 구동 신호 성분들이 합해져서 최종적으로 확성기용 구동 신호가 얻어지고, 따라서, 수개의 가상 음원과 수 개의 가상 음원과 연관된 오디오 신호가 그 확성기에 입력된다.
도 1에 도시된 본 발명에 따른 WFS 장치는 확성기 어레이 중 관련 확성기를 결정하는 수단(10)을 포함한다. 이 수단(10)은 제 1 입력(12)을 통해 공급되는 가상 음원의 가상 위치에 기초하여 결정을 수행하도록 구성되어 있다. 또한, 이 결정 수단(10)은 도 1에 도시된 원리 블록 회로도에서 또 다른 입력(14)을 통해서 상기 수단에 공급되는 현재 고려 대상인 확성기의 위치에 기초하여 동작한다. 이 확성기 어레이에서 확성기의 위치는 전형적으로 고정적으로 부여되어 있고, 예를 들면, 테이블의 형태로 수단(10) 내에 저장되며, 다시 말하면, 그 자신의 입력(14)을 통해 반드시 공급될 필요는 없다는 것을 알 수 있다. 마지막으로, 관련 확성기를 결정하는 수단(10)은 다른 입력(16)을 통해 공급될 수도 있는 고려 대상인 청취자 위치에 기초하여 작동한다. 이 점에서, 바람직한 실시예에서는, 아티팩트가 없는 자연스러운 방식(artifact free manner)으로 제공될 청취자 위치 또는 청취자 위치의 반쪽 룸(half room)은 매시간 마다 변경되지는 않지만 고정되어 조절될 수도 있다는 것을 알 수 있다. 이 실시예에 따르면, 결국 발생 파동장이 비활성화된 장소에 있는 청취자 위치 또는 일부 청취자 위치는 자주 변경될 수 있거나 또는 고정되어 주어질 수도 있다.
후술하는 바와 같이, 확성기 어레이 중 관련 확성기를 결정하는데 청취자 위치 입력(16)이 사용될 수 있도록, 바람직하게는 음향실의 중앙을 통과하는 수신 라인에 기초하여, 한 편으로는 가상 음원 각각에 대하여 규정된 청취자 위치와 다른 한편으로는 가상 음원 각각의 각 위치를 결정하는 것이 바람직하다.
수단(10)은 가상 음원으로부터 청취자 위치로의 방향과 반대 방향으로 이동하는 확성기 신호를 출력하는 확성기에 기인하는 아티팩트(artifacts)을 감소시키거나 또는 소멸시키도록 구성된다. 이 점에서, 본 발명의 실시예에서, 가상 음원으로부터 청취자 위치로의 방향에 반대로 방사하는 확성기뿐만 아니라, 방사 방향이 가상 음원으로부터 청취자 위치로의 방향에 반대인 성분을 가지거나 또는 가상 음원으로부터 청취자 위치로의 방향에 수직인 하나의 성분만을 가지는 확성기는 비관련확성기로 결정되는 것을 알 수 있다.
수단(10)은 관련 확성기를 식별하고, 이 정보를 관련 확성기용 구동 신호 성분을 산출하는 수단(20)과 출력(18)을 통해 통신하도록 구성된다. 수단(20)은 WFS 기술에 기초하여 확성기용 구동 신호 성분을 산출하는 유용한 WFS 모듈로서 구성되며, 이때, 확성기용 구동 신호 성분은 지연(delay)과 스케일링(scaling), 즉 감쇄/증폭에 있어서 서로 상이하지만, 한 편으로는 지연과는 별도로, 다른 한 편으로는 스케일링과 별도로 구동 신호 성분에서의 결과적인 샘플은 가상 음원에 대하여 주어진 것과 동일해진다. 다시 말하면, 가상 음원과 연관된 오디오 신호(가상음원에서 발생되는 오디오 신호)와 동일해진다.
이 산출하는 수단(20)은 출력(22)에서 관련 확성기용 구동 신호 성분을 출력 하고 이를 수단(24)에 공급하도록 구성된다. 공급 수단(24)은 관련 확성기에 가상 음원용 구동 신호 성분을 공급하고, 비관련 확성기에는 가상 음원용 구동 신호 성분을 보내지 않는다. 이에 의해 규정된 청취자 위치가 있는 음향실의 영역에서, 도 9에 기초하여 설명하는 "발생 파동장(generation wave field)"이 억제된다.
계속해서, 도 2 및 3을 참조하여, WFS 모듈의 일반적인 기능성 또는 확성기용 구동 신호의 산출, 즉, 구동 신호 성분 또는 성분 신호에 기초한 확성기 신호의 산출을 설명한다. 그러나 이에 앞서, 도 8에 기초하여 유용한 WFS 전체 환경에 대하여 설명한다.
본 발명에 대해 보다 상세하게 설명하기 전에, WFS 시스템의 원리 구성을 도 8에 기초하여 설명한다. WFS 시스템은 프리젠테이션 영역(802)에 대하여 위치된 확성기 어레이(800)를 갖는다. 특히, 360°어레이인 도 8에 도시된 확성기 어레이는 4개의 어레이 측(사이드: sides)(800a, 800b, 800c, 800d)을 포함한다. 프리젠테이션 영역(802)이 예를 들어 영화관인 경우, 종래 전후 또는 좌우에 대하여, 부분 어레이(800c)가 배치된 프리젠테이션 영역(802)과 동일한 측에, 영화 스크린이 있는 것으로 가정한다. 이 경우에, 프리젠테이션 영역(802)에서의 소위 최적 포인트(P)에 앉아있는 관람자는 전방, 즉 스크린을 응시하게 된다. 관람자의 후방에는, 부분 어레이(800a)가 있고, 부분 어레이(800d)는 관람자의 좌측에, 부분 어레이(800b)는 관람자의 우측에 있다. 각 확성기 어레이는 도 8에만 개략적으로 도시된 데이터 버스(812)를 통해 WFS 모듈(810)로부터 제공되는 그들 자신의 확성기 신호로 각각 제어되는 각종 개별 확성기(808)의 복수개로 구성된다. WFS 모듈은, 예 를 들면, 프리젠테이션 영역(802)에 대한 확성기의 타입 또는 위치의 정보, 즉 확성기 정보와 다른 입력들을 사용하여, 필요하다면, 가상 음원용 오디오 트랙으로부터 각각 분기되고 위치 정보가 또한 연관된 개별 확성기(808)용 확성기 신호를, 알려진 WFS 알고리즘에 따라 산출하도록 구성되어 있다. WFS 모듈은 또한 프리젠테이션 영역의 실내 음향 정보 등과 같은 다른 입력이 있을 수도 있다.
다음으로, 본 발명에 있어서, 프리젠테이션 영역에서의 모든 포인트(P)에 대하여 원리적으로 설명한다. 따라서, 최적 포인트는 프리젠테이션 영역(802)에서 어떤 임의의 위치가 될 수 있다. 예를 들어, 최적 라인에 수 개의 최적 포인트가 있을 수 있다. 그러나 프리젠테이션 영역(802)에서 가능한 한 많은 포인트에 대하여 가능한 한 양호한 상태가 얻어질 수 있게 하기 위해서는, 확성기 부분 어레이(800a 800b, 800c, 800d)에 의해서 규정되는 WFS 시스템의 무게의 중간 또는 중심에서의 최적 포인트 또는 최적 라인을 가정하는 것이 바람직하다.
이하, 도 2의 WFS 모듈(200) 또는 도 3에 상세하게 나타난 구성에 대하여, 도 2 및 3을 기초하여 WFS 모듈(800)에 대하여 더 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명이 구현될 수 있는 WFS 환경을 나타낸다. WFS 환경의 중심에는 각종 입력(202, 204, 206 및 208)뿐만 아니라 각종 출력(210, 212, 214, 216)을 포함하는 WFS 모듈(200)이 있다. 입력(202 내지 204)을 통해, 가상 음원용 각종 출력 신호가 WFS 모듈에 공급된다. 이때, 입력(202)은 예를 들면 가상 음원의 오디오 신호뿐만 아니라 상기 가상 음원의 관련 위치 정보를 수신한다. 예를 들면, 영화관 세팅시에, 제1오디오신호는 예를 들면, 스크린의 좌측으로부터 스크린의 우 측으로 이동하는 배우의 목소리 및 (가능하게 추가적으로) 관람객으로부터 멀어지거나 또는 관람객에게 다가오는 배우의 목소리이다. 제1오디오 신호는 위치 정보가 시간 함수로서 어떤 시간의 순간에 현재, 캡처 세팅(capture setting)에서의 첫 번째 배우의 위치를 나타내는 경우 배우의 실제 목소리이다. 한편, 제 n 오디오 신호는 예를 들면 첫 번째 배우와 동일한 길로 또는 다른 길로 이동하는 다른 배우의 목소리이다. 제n오디오 신호가 연관된 다른 배우의 현재 위치는 제n오디오 신호에 동기된 위치 정보에 의해서 WFS 모듈(200)에 보고된다. 특히, 각종 가상 음원은 캡처 세팅에 따라 존재하는데, 이때 각 가상 음원의 오디오 신호는 그 자신의 오디오 트랙으로서 WFS 모듈(200)에 공급된다.
상술한 바와 같이, WFS 모듈은 출력(210 내지 216)을 통해 개별 확성기로 확성기 신호를 출력함으로써 다수의 확성기(LS1, LS2, LS3, LSn)를 제어한다. 영화관과 같은 재생 세팅시 개별 확성기의 위치는 입력(206)을 통해 WFS 모듈(200)에 보고된다. 영화관에는, 영화 관람자 주변에 그룹을 이루는 많은 개별 확성기가 바람직하게는 어레이로 배치되되, 관람객의 앞, 즉 예를 들어 스크린의 뒤 그리고 관람자의 뒤뿐만 아니라 관람자의 우측 및 좌측에 확성기가 배치되어 있다. 또한, 영화관에서 캡처 세팅 동안 현재 실제 실내 음향을 시뮬레이션하기 위해서, 실내 음향 정보 등과 같은 다른 입력이 WFS 모듈(200)에 보고될 수도 있다.
일반적으로, 예를 들어, 출력(210)을 통해 확성기(LS1)로 공급되는 확성기 신호는 가상 음원의 성분 신호와 합성되는 것인데, 이때 확성기(LS1)용 확성기 신호는 제1가상음원으로 돌려지는 제1성분, 제2가상 음원으로 되돌려지는 제2성분, 제n가상음원으로 되돌려지는 제n성분들을 포함한다. 실제 세팅에서 사람들에 의해서 인식 가능한 음원의 선형 합성(linear superimposition)을 듣는 청취자의 귀에서 선형 합성을 재현하기 위해서, 개별 성분 신호가 선형적으로 합성되고, 다시 말하면 이들이 산출된 후 더해진다.
계속해서, 도 3을 참조하여, WFS 모듈(200)의 실시예를 더 상세하게 설명한다. WFS 모듈(200)은 엄격한 병렬 구조를 가지며, 이 병렬 구조에서는, 각 가상 음원용 오디오 신호로부터 개시하고, 상기 대응하는 가상 음원용 위치 정보로부터 개시하여, 먼저 고려된 확성기, 예를 들어 차수 j인 확성기, 즉 LSj의 위치 정보와 그 위치에 따라, 제1지연 정보(Vi)뿐만 아니라 스케일 팩터(SF1)가 산출된다. 가상 음원의 위치 정보와 고려된 확성기 j의 위치에 기인하여 지연 정보(Vi)뿐만 아니라 스케일링 팩터(SFi)의 산출은 수단(300, 302, 304, 306)에 구현된 알려진 알고리즘에 의해서 이루어진다. 개별 가상 음원과 연관된 지연 정보 Vi(t)에 기초할 뿐만 아니라 오디오 신호 ASi(t)에 기초하여 최종적으로 얻을 확성기 성분 신호 Kij용 이산값 AWi(tA)이 현재 시간 순간(time instants) tA에 산출된다. 이는, 이들이 도 3에 개략적으로 나타나 있는 바와 같이, 결정과 스케일링 수단(310, 312, 314, 316)에 의해서 이루어진다. 도 3은 또한 개별 성분 신호용 시간 순간 tA에 "플래시 샷 (flash shot)"의 일부를 나타낸다. 그 다음, 개별 성분 신호는 합산기(320)에 의해서 합산되어, 출력(예를 들면, 확성기(j)가 확성기(LS3)인 경우의 출력(214))용 확성기로 공급될 수 있는, 확성기(j)용 확성기 신호의 현재 시간 순간tA 동안 이산값(discrete value)이 결정된다.
도 3으로부터 알 수 있는 바와 같이, 각 가상 음원에 대하여, 먼저 현재 시간 순간에서 스케일링 팩터와 함께 지연과 스케일링에 기인하는 정확한 값이 개별적으로 산출되고, 그 후 각종 가상 음원에 따라 확성기용 성분 신호 모두가 합산된다.
예를 들어, 하나의 가상 음원만이 존재하는 경우, 상기 합산은 생략되고, 도 3에서의 합산기의 출력에 나타나는 신호는, 예를 들면, 제1 가상 음원이 유일한 가상 음원인 경우, 수단(310)으로부터 출력된 신호에 대응한다.
이 점에서, 도 3의 출력(322)에서, 확성기 신호의 출력이 얻어지고, 이 출력은 각종 가상 음원(1, 2, 3, …, n)에 따라 이 확성기용 성분 신호들을 합성한 것임을 알 수 있다. 항상 2, 4 또는 8 인접 확성기가 동일한 확성기 신호로 제어되지 않는 한, WFS 모듈(810)에서의 각 확성기(808)에 대하여 원칙적으로 도 3에 나타나 있는 바와 같은 구성이 채용된다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 가상 음원이 음향실 내에 있는지 또는 가상 음원이 음향실 밖에 있는지가 구별된다. 음향실 밖의 가상 음원의 상태를 도 4에 기초하여 설명하고, 음향실 내의 가상 음원의 상태를 도 6에 기초하여 설명한다.
도 4에는, 음향실(902)이 나타나 있지만, 가상 음원(900)은 음향실 밖에 있다. 또한, 도 4에는, 최적 파동 합성이 일어날 수 있도록 디자인된 수신 라인(400)이 나타나 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 각 가상 음원에 대하여 개 별적으로 산출되는 수신 라인(400)은, 한 편으로는 음향실의 중앙(402)을 통해 통과하고, 다른 한 편으로는 가상 음원(900)으로부터 음향실의 중앙(402)으로 뻗은 라인(404)에 수직하도록 규정된다. 수신 라인(400)은 가상 음원(900)과 대면하는 수신 라인(400) 쪽에 있는 관련 확성기와, 수신 라인의 다른 쪽에 있는 관련하지 않은 확성기 사이의 경계를 구성한다. 수신 라인(400) 위에 있는 확성기를 관련 확성기(음향실 밖에 있는 가상 음원에 대하여 90°기준인 것이 바람직함)를 관련 확성기로 결정하는 것은, 확성기 서브 어레이(904a)에 있는 확성기는 라인(404)에 평행한 즉 가상 음원(900)으로부터 응향실의 중앙으로의 방향과 일치하는 방향으로 방사출력을 내보고, 라인(404)에 평행하지만 가상 음원(900)으로부터 응향실의 중앙으로 향하는 방향에 반대되는 방향으로 향하는 성분을 방사하는 확성기에는 확성기 신호를 제공하지 아니하도록 하려는 것이다. 가상 음원이 도 4에 도시된 위치에 있기 때문에, 예를 들어 수신 라인에 배치되거나, 특히, 규정된 청취자의 위치와 같은 음향실의 중앙에 배치된 청취자는, 규정된 청취자의 위치(402)에 있는 청취자가 가상 음원(900)의 방향에서 보고 있는 경우, 소리가 가상 음원(900)의 방향으로부터 들리고 "뒤로부터" 들리지 않는다는 것을 느낄 때, 아티팩트가 감소하거나 또는 아티팩트가 없는(자연스러운) 재생이 성취된다. 따라서, 청취자가 그들의 전방에 있는 가상 음원을 보고 있을 때 그들의 후방으로부터 전방측으로의 향하는 소리를 아티팩트로 인식하게 된다.
또한, 수신 라인(400)을 넘어서 있는 모든 확성기에 대해, 즉, 가상 음원(900)으로부터 멀리 대면하는 수신 라인(400) 쪽에 있는 확성기에 대해, 스케일링 의 산출에 유용한 WFS 형태를 적용하는 것이 곤란하다는 것을 알 수 있다.
또한, 음향실 밖에 있는 가상 음원에 대해서, 가상 음원(900)으로부터 확성기로의 라인과 확성기 축(500) 사이의 각도가 90도(제한각도) 이하인 확성기만 관련 확성기로 결정하는 것이 바람직한데, 그렇지 않으면 이 확성기가 도 5에 기초하여 나타낸 바와 같이 가상 음원(900)에 대하여 아티팩트가 없는 자연스러운 구성을 제공할 수 없기 때문이다. 도 5에 도시된 바와 같이 각도 α가 90도 이하인 확성기만 관련 확성기로 결정하는 것이 바람직하다.
계속해서, 도 6에 기초하여, 가상 음원(900)이 음향실 내에 있는 상태를 설명한다. 이와 관련하여, 도 6에서의 상태는 도 9에 나타낸 일반적인 문제가 있다. 도 9와 마찬가지로, 도 6에서도 또한 "발생 파동장"이 파선으로 나타나 있지만, "유용한 파동장(useful wave field)"은 화살촉이 있는 직선으로 나타나 있다. 또한, 도 6에서, 또한 음향실의 중앙(402)은 규정된 청취자의 위치에 대한 예로서 나타나 있다. 또한, 하부 확성기 서브 어레이(904a)의 확성기는 인위적으로 생성한 확성기로서 나타나 있다. 특히, 도 6에 나타낸 예에서, 음향실은, 분할선(600)에 의해서, 관련 확성기의 본 발명의 결정에 따른 유용한 파동장만 있는 아티팩트 없는 영역(600a)과, 가상 음원에 대한 유용한 파동장이 없고 유용한 파동장에 반대 방향의 발생 파동장이 있는 영역(600b)으로 분할된다.
도 5에 관련하여 나타난 90도 경계는 도 6에 나타난 시나리오(가상 음원(900)이 음향실(902) 내에 있음)에 존재하지 않으며, 그 이유는 원리적으로 모든 확성기가 기여(contribution)를 제공할 수 있기 때문이다.
그러나 본 발명에 따르면, 청취자는 확성기와 가상 음원 사이에 위치하지 않게 되는데, 가상 음원 방향으로 전파하는 파동장에 기인하여 발생하는 아티팩트를 즉 "발생 파동장"을 들을 수 없도록 하기 위하여, 도 7에 기초하여 후술하는 바와 같이, 수신 라인(400)이 비관련 확성기와 관련확성기를 구별하는데 사용된다. 특히, 가상 음원(900)용 수신 라인은, 또한 도 4를 기초하여 상술한 바와 같이, 음향실 또는 WFS 확성기 어레이의 중앙(402)을 통과하도록 위치되는 것이 바람직하다. 또한, 예를 들어, 규정된 청취자의 위치인, 가상 음원(900)으로부터 중앙(402)으로의 라인(404)은, 도 7에 기초하여 나타낸 바와 같이, 수신 라인(400)에 평행하지만 가상 음원(900)의 가상 위치를 통과하는 분할선(600)을 구성하도록 구성되어 있다. 이와 함께, 또한 음향실은 아티팩트 없는 영역(600a)과 아티팩트가 많은 영역(600b)로 분할되고, 여기서, 아티팩트 없는 영역(600a)은 규정된 청취자의 위치가 있는 분할선(600)에 대한 음향실의 영역이고, 아티팩트가 많은 영역(600b)은 규정된 청취자가 없는 음향실의 영역이다.
따라서, 분할선(600)의 규정에 의하여 한편에는 관련 확성기가 되고 다른 한편에는 비관련확성기가 되는데, 도 7에 나타낸 실시예에서, 파동장 합성에 대한 수신라인은 비교적 자유롭게 설정하는 것이 가능하다. 상술한 바와 같이, 진폭 에러가 없는 라인이 수신 라인이지만, 확성기 어레이가 완전한 3차원이 아니라는 사실에 기인하여 수신 라인의 전방 및 후방에 약간의 시스템적 원인에 대한 에러가 존재한다.
또한, 도 7에 나타낸 실시예에서는, 특히 수신 라인이 통과하더라도 적어도 음향실의 중간에 진폭 에러가 없기 때문에, 어레이의 중앙은 청취자 위치로서 선택된다. 또한, 수신 라인은 상술한 바와 같이 임의의 형태가 가능하다 하더라도, 수신 라인을 직선으로 구현하는 것이 바람직하다.
또한, WFS에 대한 산출 확률이 간략화된 기하학적 조건에 기인하여 보다 더 정확하기 때문에, 가상 음원으로부터 중앙(402)으로의 직선(404)에 수직하게 분할선(600)을 구현하는 것이 바람직하다.
또한, 관련 확성기에 대한 제한으로서 어레이 중앙을 통과하는 대신에 수신 라인에 평행하지만 가상 음원을 통과하여 뻗은 라인을 선택하는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이, 음향실의 가장 큰 영역에 적어도 최적의 아티팩트 감소 상태를 성취하기 위해서, 가상 음원의 새로운 위치 각각에 대하여 확성기의 상태를 결정하는 것이, 즉, 관련 확성기와 비관련 확성기 사이의 결정을 수행하는 것이 바람직하다. 그러나 이는 가상 음원의 이동시, 관련 확성기와 관련하지 않은 확성기 사이의 경계의 변경에 기인하여 확성기가 스위치 온 또는 오프된다는 사실에 이르게 한다. 음향실에서, 사인 곡선의 오디오 신호에서 특히 가상 음원으로부터 이동시 약간의 크랙킹 잡음이 발생할 확률이 적어지기 때문에, 확성기가 이전 시간 순간에서 아직 관련 확성기가 아니었지만 가상 음원의 이동에 기인하여 관련 확성기로 된 경우, 이 "새로운" 관련 확성기를 "원활하게" 스위치 온 시키는 것이 바람직하다.
다시 말하면, 관련된 것으로서 새롭게 인식된 확성기의 레벨은 천천히 그의 정상 레벨로 되어간다. 여기서 정상 레벨이란 구동 신호 성분을 산출하는 수단이 유용한 WFS 법칙에 기인하여 결정한 레벨 또는 스케일링이다. 이에 따라, 특히, 예를 들면, 음향실 내에 있는 가상 음원에서, 위치가 크게 변경되어 확성기가 이전 시간 순간에서 아직 발생하지 않았던 가상 음원에 기인하여 일 시간 순간으로부터 다음 시간 순간으로 확성기가 갑작스럽게 강한 신호 성분을 가지게 되는 경우에도 레벨 점프가 발생하지 않게 된다는 것이 확실하게 된다.
이 실시에 따르면, 예를 들면, 시간 순간 10개의 시간 주기, 즉 오디오 신호의 10개 일시적 샘플 내에서, WFS 산출에 기인한 결과 확성기의 스위치 온의 시간 순간에서의, 즉 확성기가 관련된 것으로 결정된 시간 순간에서의 제로 레벨로부터 정상 레벨로 되어가는 "소프트" 스위치 온이 발생될 수 있다.
"스위치 온 시간 기간"의 구체적 선택, 즉 상술한 바와 같이 10 시간 순간이 될지, 또는 2 시간 순간만 될지, 또는 심지어 20 시간 순간이 될지는, 특히 구체적인 실시에 의존하게 되는데, 그 이유는 WFS의 다른 요구들, 즉, 가상 음원의 전체 레벨이 옳게 되어 있음에도 불구 하고, 가상 음원에 기인하여 구동 신호 성분의 레벨에 강하게 작용하는 경우, 가상 음원의 국소화 능력을 잃지 않아야 하는 것도 고려되어야 하기 때문이다. 이 시간 순간의 수는 2보다 크고 40보다 작은 것이 좋다.
이와 관련하여, 본 발명의 실시에 따르면, 상술한 바와 같이, 확성기에 제공되지 않지만 WFS 수단에 의해서 산출될 수도 있는, 비관련확성기용 구동 신호 성분은, 가상 음원으로부터의 오디오 신호의 전체적인 인식 레벨의 감소가 이루어지는 사실에 의존하게 된다는 것을 알 수 있다. 이 문제는 청취자의 "귀"에서 가상 음원의 임의의 타깃 레벨을 전체적으로 성취하도록 관련 확성기용 구동 신호 성분이 일어나게 하는 것이 대안이 될 수 있다. 이와 관련하여, 한편으로는 레벨 변동이 없지만, 다른 한 편으로는 "소프트(soft)" 스위치 온이 이루어지도록 가상 음원의 레벨이 확실하게 인지되도록, 스위치 온의 처리에 있는 즉, 예를 들어, 10 연속 시간 순간 동안, 아직 비관련확성기용 구동 신호 성분을 레벨 발생 등으로부터 제외시키는 것이 바람직하다.
상기 소프트한 스위치 온에 대하여, 현재 스위치 온의 처리 중에 있는 확성기용 구동 신호 성분의 진폭은, 현재의 계산 자원과 실시 소망에 따라, 계단 형상, 선형, 사인 곡선 또는 시간 순간의 소정 수에 대하여 변화없이 임의의 다른 방식으로 이루어질 수 있음을 알 수 있다.
전체적인 조건에 따라, 구동 신호로 확성기의 어레이를 구동시키는 본 발명의 방법은 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현될 수 있다. 상기 구현은, 상기 방법이 실행되도록 프로그램 가능한 컴퓨터 시스템과 연동할 수 있는 전기적으로 판독가능한 제어 신호를 구비한 디지털 저장 매체, 특히, 플라피 디스크 또는 CD에서 이루어질 수 있다. 일반적으로, 본 발명은 또한 컴퓨터 프로그램 제품이 컴퓨터에서 실행될 때, 본 발명의 방법을 수행하는 기계 판독 가능 캐리어에 저장된 프로그램 코드를 구비한 컴퓨터 프로그램 제품을 구성한다. 다시 말하면, 본 발명은 또한 컴퓨터 프로그램이 컴퓨터에서 실행될 때, 확성기의 어레이를 구동하는 방법을 수행하는 프로그램 코드를 구비한 컴퓨터 프로그램으로 실현될 수도 있다.
본 발명은 사실감을 높인 가상 장면의 시각적 인식을 향상시킬 수 있고, 적어도 아티팩트가 감소된 WFS를 제공할 수 있는 효과가 있다.

Claims (16)

  1. 확성기들이 상이한 규정된 위치에 어레이로 배치되고, 확성기의 규정된 위치와 확성기 어레이에 대한 가상위치를 가지는 가상음원(900)에 연관된 오디오 신호에 기초하는 확성기용 구동 신호로 확성기 어레이(904a, 904b, 904c, 904d)를 구동하는 파동장 합성(WFS)장치로서,
    상기 가상 음원의 위치, 미리 규정된 청취자 위치, 및 상기 확성기의 규정된 위치에 기초하여, 상기 가상 음원으로부터 상기 미리 규정된 청취자 위치로 향하는 방향과 반대 방향으로 이동하는 확성기 신호에 기인하는 아티팩트가 감소 되도록, 상기 확성기 어레이 중에서 관련확성기를 결정하는 결정수단(10);
    상기 관련확성기와 상기 가상음원을 위한 상기 구동 신호 성분을 산출하는 산출수단(20); 및
    상기 관련확성기에 속하지 않는 상기 확성기 어레이의 확성기에는 상기 가상 음원을 위한 구동 신호가 공급되지 않고, 상기 관련확성기에는 상기 가상 음원을 위한 상기 관련확성기용 구동 신호 성분을 공급하는 공급수단(24)을 포함하는 WFS 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 공급수단(24)은 상기 가상 음원에 대하여 수신 라인(400)을 규정하도록 구성되고, 상기 결정수단은 상기 수신 라인(400)에 배치된 상기 청취자 위치에 대 하여, 상기 가상 음원을 위한 구동신호성분에 응답하여 상기 가상음원으로부터 상기 수신 라인 방향으로 향하는 방향에 평행한 적어도 하나의 방향 성분을 포함하는 확성기 신호를 방사하는 확성기를 관련확성기로 결정하도록 구성되는 WFS 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 결정수단(10)은 상기 확성기의 어레이와 관련한 상기 청취자 위치에 대하여, 공급된 상기 가상 음원을 위한 구동 신호 성분에 응답하여, 상기 가상 음원의 가상 위치로부터 각 확성기로의 벡터에 평행한 적어도 한 부분을 갖는 이동 방향으로 확성기 신호를 방사하는 확성기를 관련된 것으로서 결정하도록 구성되는 WFS 장치.
  4. 선행하는 청구항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 결정수단(10)은 상기 가상 위치가 상기 확성기 어레이에 의해서 규정된 음향실(902)의 밖에 있는지를 검출하도록 구성되고,
    검출 결과가 그렇다면 가상 음원(900)의 가상 위치와 수신 라인(400) 사이에 있는 확성기가 관련확성기로 결정되는 WFS 장치.
  5. 선행하는 청구항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 결정수단(10)은 가상 음원(900)과 상기 확성기 사이의 선과 확성기 주 방사 방향(500) 사이의 각도(α)를 결정하고, 상기 각도가 90도 근방 소정의 영역 에서의 제한 각도 미만인 확성기만을 관련된 것으로서 결정하는 WFS 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 소정의 영역은 +/- 20도를 포함하는 WFS 장치.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 결정수단(10)은 상기 가상 음원(900)의 상기 가상 위치가 상기 확성기 어레이에 의해 규정된 음향실(902) 내에 있는지를 검출하도록 구성되고,
    검출 결과가 그렇다면, 상기 수신 라인(400)과 관련한 상기 가상 음원(900)의 상기 가상 위치를 통과하고 수신 라인(400)에 평행한 기준선(600)으로부터 멀리 있는 영역에 놓인 확성기를 관련된 것으로서 결정하는 WFS 장치.
  8. 선행하는 청구항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 확성기 어레이는 라인 어레이이고,
    상기 가상 음원을 위한 상기 구동 신호 성분을 산출하는 수단(20)은 상기 확성기 및 상기 가상 음원을 위한 상기 구동 신호 성분을 산출하도록 구성되어, 수신 라인(400)이 결과적으로 에러가 없는 파동 합성이 상기 수신 라인에서의 청취자 위치에 대하여 발생될 수 있게 하는 WFS 장치.
  9. 선행하는 청구항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    수신 라인(400)은 상기 음향실(902)의 중앙(402)을 통과하여 연장되어 있는 WFS 장치.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 산출수단(20)은 상기 확성기 어레이의 확성기와 가상 음원을 위한 상기 구동 신호 성분을 산출하도록 구성되어, 직선 라인이 결과적으로 수신 라인(400)이 되게 하는 WFS 장치.
  11. 선행하는 청구항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 가상 음원(900)의 상기 가상 위치는 시간 변수이고,
    상기 산출수단(20)은 상기 가상 음원(900)과 확성기를 위한 상기 구동 신호 성분을 산출하도록 구성되어, 이전 시간 순간에서는 관련확성기가 아닌 것이 현재 시간 순간에서는 관련확성기로 되는 확성기용 구동신호성분을 정상 레벨에 대하여 소정의 감쇄 비율로 감쇄되게 하는 WFS 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 산출수단(20)은 최대 감쇄로부터 제로 감쇄까지 시간 순간의 소정 수 내에서 단계적으로 상기 감쇄 비율을 감소하도록 구성되는 WFS 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 시간 순간의 소정 수는 2보다 크고 40보다 작은 WFS 장치.
  14. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    타깃 레벨이 상기 가상 음원과 연관되어 있고,
    이전 시간 순간에서 그리고 현재 시간 순간에서 관련 확성기가 되는 확성기를 위한 상기 가상 음원용 구동 신호 성분은, 상기 가상 음원의 레벨에 관련한 소정의 감쇄 측정값에 기인한 감쇄를 보상하기 위해, 레벨이 증폭되는 WFS 장치.
  15. 구동 신호로 확성기(904)의 어레이(904a, 904b, 904c, 904d)를 구동하는 방법으로서, 상기 확성기는 상이한 규정된 위치에 배치되고, 상기 확성기용 구동 신호는 상기 확성기의 규정된 위치와 상기 확성기 어레이에 대한 가상 위치를 갖는 가상 음원(900)과 연관된 오디오 신호에 기초하게 되고,
    상기 가상 음원의 위치, 미리 규정된 청취자 위치 및 상기 확성기의 규정된 위치에 기초하여, 상기 가상 음원으로부터 상기 미리 규정된 청취자 위치로의 방향과 반대 방향으로 이동하는 확성기 신호에 기인하는 아티팩트가 감소 되도록, 상기 확성기 어레이 중 관련확성기를 결정하는 단계(10);
    상기 관련확성기와 상기 가상음원을 위한 상기 구동 신호 성분을 산출하는 단계(20); 및
    상기 가상 음원을 위한 상기 관련 확성기용 구동 신호 성분을 상기 관련 확성기에 공급하는 단계(24), 여기서 상기 관련 확성기에 속하지 않는 상기 확성기 어레이의 확성기에는 상기 가상 음원을 위한 구동 신호가 공급되지 않도록 하는 공급단계(24)를 포함하는 WFS 장치.
  16. 컴퓨터에서 실행될 때 제15항의 방법을 수행하는 프로그램 코드를 포함하는 컴퓨터 프로그램.
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