머리전달함수의 그룹화를 이용한 가상 스피커의 정위감 개선

서보국(Bo-Kug Seo),차형태(Hyung-Tai Cha) 한국지능시스템학회 2006 한국지능시스템학회논문지 Vol.16 No.6

일반적으로 가상 스피커 구현을 위한 음상정위 방법으로 HRTF(Head Related Transfer Function) DB를 원음에 convolution하는 기법을 사용하게 된다. 그러나 비개인화된 HRTF는 가상 스피커 구현에 있어 사용자에 따라 상/하 또는 앞/뒤 방향에 대해서 혼돈을 가져올 수 있어 정위감을 저하시킬 수 있다. 본 논문에서는 상/하, 앞/뒤 정위감을 개선하기 위해 가상 스피커 주변의 HRTF를 그룹화하여 만들어진 새로운 HRTF를 사용한 가상 스피커에 대하여 연구한다. 효과적인 HRTF 그룹화를 위해 필요한 HRTF 개수, 위치 등을 실험을 통해 결정하며, 청감 평가를 수행한다. 생성된 HRTF를 사용한 가상 스피커의 성능 평가 결과, 상/하, 앞/뒤 정위감이 개선됨을 실험을 통해 확인하였다. A convolution with HRTF DB and the original sound is generally used to make the method of sound image localization for virtual speaker realization. But it can decline localization by the confusion between up and down or front and back directions due to the non-individual HRTF depending on each listener. In this paper, we study a virtual speaker using a new HRTF, which is grouping the HRTF around the virtual speaker to improve localization between up and down or front and back directions. To effective HRTF grouping, we decide the location and number of HRTF using informal listening test. A performance test result of virtual speaker using the grouped HRTF shows that the proposed method improves the front-back and up-down sound localization characteristics much better than the conventional methods.

HRTF를 이용한 헤드폰 기반의 다채널 입체음향 생성

김시호,김경훈,배건성,최송인,박만호,Kim Siho,Kim Kyunghoon,Bae Keunsung,Choi Songin,Park Manho 대한전자공학회 2005 電子工學會論文誌-SP (Signal processing) Vol.42 No.1

본 논문에서는 5.1채널 입체음향 오디오 신호를 2채널의 헤드폰으로 재생하기 위한 HRTF (Head Related Transfer Function) 기반의 입체음향 생성 시스템에 대하여 다룬다. 각 채널의 모노 입력신호는 HRTF를 이용한 바이노럴(binaural) 필터링을 통해 가상적으로 음상정위되며, 입체감과 공간감을 증가시키기 위해 잔향효과가 추가된다. 연산량 감소를 위해 음상정위 성능을 저하시키지 않는 범위에서 HRTF의 임펄스 응답 탭 수를 줄였으며, 잔향효과를 위한 음장제어부에서는 초기반사열중 주요한 성분만을 지연기로 모델링하였다. 또한 비개인화된 HRTF DB에 의란 앞/뒤 혼돈 문제를 줄이기 위하여 앞/뒤 스펙트럼의 차를 가중치로 하여 HRTF 스펙트럼을 강조하는 방법을 적용하였다. 구현한 시스템의 성능 평가 결과, 단순한 스테레오 방법이나 2채널 Down Mixing 방식에 비해 현실감 있고 방향성 있는 입체음향을 느낄 수가 있었다. In this paper we implement a headphone-based 5.1 channel 3-dimensional (3D) sound generation system using HRTF (Head Related Transfer Function). Each mono sound source in the 5.1 channel signal is localized on its virtual location by binaural filtering with corresponding HRTFs, and reverberation effect is added for spatialization. To reduce the computational burden, we reduce the number of taps in the HRTF impulse response and model the early reverberation effect with several tens of impulses extracted from the whole impulse sequences. We modified the spectrum of HRTF by weighing the difference of front-back spec01m to reduce the front-back confusion caused by non-individualized HRTF DB. In informal listening test we can confirm that the implemented 3D sound system generates live and rich 3D sound compared with simple stereo or 2 channel down mixing.

헤드폰 기반의 입체음향 생성에서 앞/뒤 음상정위 특성 개선

김경훈,김시호,배건성,최송인,박만호 한국통신학회 2004 韓國通信學會論文誌 Vol.29 No.8C

일반적으로 2채널의 헤드폰에서 입체음향을 생성하기 위해서는 HRTF(Head Related Transfer Function) DB를 이용한 바이노럴(binaural) 합성기법을 사용하게 된다(1). 그러나 비 개인화 된 HRTF DB를 이용하여 생성된 2채널 입체음향은 사용자에 따라 앞/ 뒤 또는 상/하 방향에 대해서 혼돈을 가져와 입체감을 저하시킬 수 있다. 본 논문에서는 앞/뒤 음상정위의 혼돈을 개선하기 위해 스펙트럼 단서를 부각시키는 기존의 알고리즘을 분석하고 이를 토대로 혼돈 방향의 HRTF의 차이 성분을 이용하여 스펙트럼 특성을 강조하는 방법을 제안하였다. 또한, 제안한 방식이 기존의 방법에 비해 앞/뒤 방향감이 개선됨을 청감평가 실험을 통해 확인하였다. A binaural filtering method using HRTF DB is generally used to make the headphone-based 3D sound. But it can make some confusion between front and back directions or between up and down directions due to the non-individual HRTF depending on each listener. To reduce the confusion of sound image localization, we propose a new method to boost the spectral cue by modifying HRTF spectra with spectrum difference between front and back directions. Informal listening tests show that the proposed method improves the front-back sound localization characteristics much better than the conventional methods

Analysis of Individual Differences in Head-Related Transfer Functions by Spectral Distortion

Hyun Jo,Youngjin Park,Youn-sik Park 제어로봇시스템학회 2009 제어로봇시스템학회 국제학술대회 논문집 Vol.2009 No.8

The inter-subject variability of Head-Related Transfer Function (HRTF) needs to be good considered for elevation perception of the sound image. This work investigates the variability of HRTF based on spectral distortion. As the representative of human subjects, CIPIC HRTF database was used for calculating spectral distortions between subjects. In the frequency range from 0Hz to 14 kHz, a small spectral distortion was obtained at high elevation angles. At front and rear source positions, spectral distortion is larger than the case of high elevation source positions. Some 1/3 octave bands, the similar results were obtained under 11.3kHz band when the same analysis is performed on 1/3 octave band frequency scale. To give a high-fidelity virtual impression without HRTF customization, Multi-channel speakers are needed at front and rear source positions because of large variations of HRTF. Moreover, when dimension reduction technique (for example, principal component analysis) is applied for HRTF database, the analysis should be focused on the region of high spectral distortion.

경계요소법을 이용한 한국인 머리관련 전달함수의 특성 해석

이두호(Dooho Lee),안태수(Tae-Soo Ahn),기동환(Donghwan Ki) 대한기계학회 2010 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2010 No.3

머리관련 전달함수는 음원으로부터 이도의 입구까지 소리의 전달함수로 인간이 소리의 위치를 판단하는 데 중요한 역할을 하는 함수이다. HRTF는 개인간의 편차가 크게 나는 것으로 알려져 있다. 본 논문에서는 한국인의 평균두형에 관해서 HRTF를 해석하는 경계요소해석 모델을 개발하고 해석 결과와 실험결과와의 비교를 통해서 모델을 검증하였다. 또한 특정 성인에 대하여 CT 촬영을 통하여 두형, 귓바퀴 및 이도의 형상을 획득하여 이를 바탕으로 이도 내의 음향응답을 전 가청주파수에서 해석할 수 있는 모델을 개발하고 실험과의 비교를 통하여 모델을 검증하였다. 개발된 모델을 이용, 경계요소 해석을 수행하고 한국인 HRTF의 특성에 영향을 미치는 인자를 살펴보았다. Head-related transfer function(HRTF) is an acoustic transfer function from a sound source to ear entrance position, and is very important to construct virtual sound field in many areas. HRTFs of a human vary individually. In this study, characteristics of HRTF with averaged Korean head shape are investigated numerically by comparing with a standard KEMAR dummy model. A boundary element (BE) model for an adult Korean is developed from CT data in order to explore individual variation of HRTFs. Comparing numerical results with those of experiment, the BE model is validated. The numerical model shows that individual accurate HRTFs can be calculated efficiently over full audible frequency range.

머리 전달 함수장 재현을 통한 광대역 입체 음향 구현

최정우(Choi, Joung-Woo) 한국소음진동공학회 2008 한국소음진동공학회 논문집 Vol.18 No.2

A hybrid technique that combines the advantages of binaural reproduction and sound field reproduction technique is proposed. The concept of HRTF-field, which is defined as the set of HRTFs corresponding to the various head dislocations, enables us to realize virtual source imaging over a wide area. Conventional binaural($2{\times}2$) reproduction system is redefined as a MIMO system composed of multiple control sources and multiple head locations, and HRTF variations corresponding to various head movement are quantified. Through the direct control of HRTF-field, reproduction error induced by head dislocation can be minimized in least-square-error sense, and consequential disturbances on the virtual source image can be reduced within a selected area. Simple lateralization examples are investigated, and the reproduction error of the proposed technique is compared to that of higher-order Ambisonics.

머리전달함수(HRTF)의 유니버설디자인 응용 가능성 연구

권오성(Kweon O-Seong),천인기(Chun In-ky) 한국디자인학회 2009 한국디자인학회 학술발표대회 논문집 Vol.2009 No.5

머리전달함수의 심리음향적 특성을 이용한 전/후 음상정위 특성 개선

구교식(Kyo-Sik Koo),차형태(Hyung-Tai Cha) 한국방송·미디어공학회 2006 방송공학회논문지 Vol.11 No.4

점자유도블럭 보행 안내에 관한 연구

홍성민(Sung-Min Hong),한상일(Sang-Il Hahn),노미권(Mi-Kwon Noh),차형태(Hyung-Tai Cha) 한국지능시스템학회 2008 한국지능시스템학회 학술발표 논문집 Vol.18 No.2

시각장애인들이 생활에서 가장 불편하게 느끼는 것은 이동할 때 일 것이다. 일반적으로 시각장애인들이 인도를 걸을 땐 보통 점자유도블럭을 보조기기를 통해 인도의 방향 등의 정보를 얻게 된다. 시각 장애인들이 보조기기로 사용하고 있는 것으로 흰지팡이나 맹도견을 들을 수가 있는데, 흰지팡이는 그 기능이 너무 제한적이고 맹도견은 훈련시키는데 많은 비용이 드는 문제점이 있어 이를 대체할 수 있는 시스템개발이 필요한 실정이다. 따라서, 본 논문에서는 인도에 설치 된 점자유도블럭의 위치를 YCrCb, Canny Edge, Hough Transform 등을 이용한 검출결과를 HRTF를 이용한 방향감 있는 소리를 재생함으로서 시각장애인이 인도의 위치 및 방향을 정확히 알 수 있는데 목표를 둔다.

스마트폰을 이용한 시각 장애인 안내 시스템에 관한 연구

한상일(Sang-Il Hahn),김종수(Jong-Su Kim),안진우(Jin-Woo Ahn),차형태(Hyung-Tai Cha) 한국지능시스템학회 2010 한국지능시스템학회 학술발표 논문집 Vol.20 No.1

시각 장애인의 이동시 보조수단으로서 흰지팡이 및 안내견 등이 이용되고 있으나 제한적인 활용에 그치고 있어 이를 대체할 수 있는 시스템의 개발이 필요하다. 따라서 본 논문에서는 영상과 소리 그리고 시각 장애인의 보행에 이용되는 점자유도블록을 이용하여 보행 가능한 방법을 제안하고자 한다. 제안하는 방법은 스마트폰으로부터 촬영되어진 영상을 전처리 작업을 통해 점자유도블록의 위치 및 상태를 분석하고 분석한 정보를 가지고 HRTF를 이용한 입체음향으로 소리를 전달하여 시각 장애인이 보다 안전한 보행을 할 수 있도록 하였다.