* 청주대학교 전자공학과 접 수 일: 2016년 02월 11일 수정완료일: 2016년 05월 03일 게재확정일: 2016년 05월 06일
ž Received: Feb. 11, 2016, Revised: May 03, 2016, Accepted: May 06, 2016 ž 07-311, College of Science & Engineering, Cheongju University, 298
Daeseongro, Cheongwon-gu, Cheongju, Chungbuk, 28503, Rep. of Korea Tel.: +82-43-229-8446, Email: cheolsuhan@cju.ac.kr
보상필터를 이용한 트랜스오럴 시스템의 두 귀간 레벨 차이 보정 방법
한 철 수*
A Correction Method of Interaural Level Differences for Transaural Systems Using Compensation Filters
Cheolsu Han*
요 약
본 논문에서는 트랜스오럴 시스템의 임펄스응답 측정용 마이크로폰 특성 차이에 의해 발생하는 두 귀간 레 벨 차이 오차를 보정하기 위한 방법을 제안한다. 제안 방법에서는 임펄스응답 측정용 마이크로폰의 레벨 차이 를 보상하는 필터를 설계하여 트랜스오럴 시스템의 입력단에 삽입함으로써 두 귀간 레벨 차이 오차를 보정한 다. 제안 방법의 성능을 검증하기 위하여 임펄스응답의 실측 및 컴퓨터 시뮬레이션에 의한 성능평가 실험을 실시하였다. 실험 결과, 제안 방법을 이용할 경우, 청취자 및 주파수에 따른 재현신호의 두 귀간 레벨 차이의 절대평균오차가 기존 방법에 비해 모두 작았고, 통계적으로도 유의한 차이가 있음을 증명하였다.
Abstract
In this paper, we propose a new method to correct the errors in interaural level differences of transaural systems caused by differences in measurement microphone sensitivity. The proposed correction method considers not only the design of filters to compensate the level differences of the measurement microphones, it also applies designed filters to the input stage of a transaural system. To evaluate the performance of the proposed method, we measured a set of impulse responses and conducted a series of simulation experiments. Our results show that the proposed method results in smaller mean absolute errors than a conventional method when analyzing the system’s frequency responses corresponding to different listeners. Moreover, the differences in the results from both methods were found to be significant.
Keywords
transaural system, 3D audio system, interaural level difference, correction method, compensation filter
Ⅰ. 서 론
소리의 방향, 거리, 울림, 공간감 등과 같은 3차 원 음향공간의 정보를 느낄 수 있도록 소리를 재생 시켜주는 시스템을 3차원 입체음향 시스템(3D Audio System)이라고 한다[1][2]. 입체음향 시스템을 이용 하면 청취자가 직접 콘서트홀에 가지 않고도 마치 콘서트홀에서 듣고 있는 듯한 실감나는 청취가 가 능하다. 대표적인 입체음향 시스템에는 TV나 카오 디오, 홈시어터 등에 널리 이용되고 있는 스테레오 (Stereo)와 5.1채널 서라운드 사운드(Surround Sound) 가 있으며, 그 외에도 다양한 입체음향 시스템들이 활발히 연구 개발되고 있다[1][2].
트랜스오럴 시스템(Transaural System)은 스피커를 이용한 입체음향 시스템으로, 바이노럴 신호(Binaural Signal)라고 불리는 3차원 입체음향 신호를 청취자 의 두 귀 입구에서 정밀하게 재현시키는 것이 특징 이다[3][4]. 트랜스오럴 시스템은 청취자의 두 귀 입 구 부분의 음압(Sound Pressure)만을 제어하기 때문 에, 음장(Sound Field) 전체를 제어하는 방식에 비해 구현이 용이하고, 매우 작은 규모로 시스템을 구축 할 수 있다[5][6].
청취자의 두 귀 입구에서 2채널의 입체음향 신호 를 정밀하게 재현시키기 위해서는 입체음향 신호의 L채널 신호가 청취자의 왼쪽 귀에서만 들리고, R채 널 신호가 오른쪽 귀에서만 들리도록 처리해 주어 야 한다. 이 처리는 크로스토크 캔슬러(Crosstalk Canceller)라고 불리는 역필터(Inverse Filter)에 의해 수행된다[7]. 역필터는 일반적으로 청취환경의 스피 커로부터 두 귀 입구까지의 음향전달함수 특성을 제거하도록 설계된다. 이를 위해 사람이나 더미헤드 (Dummy Head)의 두 귀 입구에 2채널의 소형 콘덴 서 마이크로폰을 각각 설치하여 음향전달함수를 미 리 측정하고 설계에 이용한다.
주파수응답 특성이 서로 다른 두 마이크로폰을 이용해 음향전달함수를 측정하고 역필터를 설계할 경우, 재생 시 마이크로폰의 특성 차이에 반대되는 음향 특성이 청취자의 두 귀 입구에서 재현되어 버 리는 문제가 발생한다[8]. 이것은 역필터가 두 마이 크로폰 사이의 특성 차이를 포함한 스피커로부터
마이크로폰까지의 전체 음향전달함수 특성을 모두 제거하도록 설계되었지만, 청취자의 청각특성에는 마이크로폰의 특성차이가 포함되어 있지 않기 때문 에 발생된다. 이처럼 마이크로폰의 특성 차이가 재 현 정밀도에 악영향을 끼칠 수 있지만, 동일 생산 공정을 거쳐 제작된 마이크로폰 사이에도 일반적으 로 미세한 감도의 차이는 존재한다.
실측 실험에 의하면 시판되고 있는 마이크로폰 사이에는 최대 약 3dB의 레벨 차이(Magnitude Level Difference)가 발생하였고, 위상 차이(Phase Difference) 는 거의 발생하지 않았다[8]. 이와 같은 마이크로폰 을 이용하여 재생환경의 주파수응답 특성을 측정하 고 트랜스오럴 시스템의 역필터를 설계할 경우, 청 취자의 두 귀에서 재현되는 소리에는 약 3dB의 두 귀간 레벨 차이(ILD, Interaural Level Difference) 오 차가 발생한다[9]. 약 3dB의 두 귀간 레벨 차이 오 차는 청취자의 정면에 위치하는 3kHz의 음원에 대 해서 약 20도의 음상 정위(Sound Image Localization) 오차를 야기한다[8]. 소리의 두 귀간 레벨 차이는 인간의 음향 공간 인지에 이용되는 매우 중요한 단 서(Cue)이다[1][2][9]. 따라서 정밀한 트랜스오럴 시 스템을 구축하기 위해서는 두 귀간 레벨 차이 오차 를 최소화시켜줄 대책을 강구할 필요가 있다.
마이크로폰의 특성 차이가 트랜스오럴 시스템에 끼치는 문제점을 해결하기 위해서는 스피커로부터 두 귀 입구까지의 음향전달함수 특성 중 마이크로 폰의 특성만을 제거하고 역필터를 설계하는 것이 이상적이다. 그러나 소형 콘덴서 마이크로폰의 특성 만을 정확히 측정하는 것은 매우 어렵고, 고가의 측 정 장비 및 기술이 요구된다. 따라서 본 논문에서는 콘덴서 마이크로폰만의 특성을 고가의 측정 장비를 이용해 측정하지 않고도 트랜스오럴 시스템의 두 귀간 레벨 차이 오차를 최소화시킬 수 있는 방법에 대하여 검토를 실시하였다. 또한, 임펄스응답 측정 용 마이크로폰의 레벨 차이를 보상함으로써 청취자 의 두 귀 입구에서 재현되는 바이노럴 신호의 두 귀간 레벨 차이를 보정하는 방법을 제안한다.
Ⅱ. 마이크로폰 특성 차이를 고려한
트랜스오럴 시스템
그림 1. 2채널 트랜스오럴 시스템 Fig. 1. Two-channel transaural system
2채널 트랜스오럴 시스템을 그림 1에 나타낸다.
이 시스템은 시간영역에서 다음과 같이 나타낼 수 있다[7][8].
HHHH
cccc
(1)c ⋯ T (2)
s ⋯ T (3)
h ⋯ T (4)
m ⋯ T (5)
h m∗ h∗ s (6)
H
⋮⋮ ⋮⋮ ⋱⋱⋱⋱⋮⋮
(7)
Y HCX (8)
여기에서 , 은 청취자의 두 귀 입구에서 재현 시키고자 하는 입력 바이노럴 신호이다. , 은 트랜스오럴 시스템에 의해 청취자의 두 귀 입구부 분에서 재현되는 바이노럴 신호이다. c( ,
)는 역필터의 FIR(Finite Impulse Response) 필터 계수이고, 그 길이는 이다. T는 전치를 나 타낸다. s는 각각의 스피커의 임펄스응답이고, 그 길이는 이다. h는 각각의 스피커로부터 좌우 두 귀 입구부분까지의 임펄스응답이고, 그 길이는
이다. m는 각각의 임펄스응답 측정용 마이크 로폰의 임펄스응답이고, 그 길이는 이다. h는 역필터의 설계를 위해 미리 측정하여 이용하는 임 펄스응답이고, 그 길이는 이다. ∗는 콘볼루션 연산을 나타낸다. H는 콘볼루션 연산을 위해 h
로 구성된 Toeplitz 행렬이다. 식 (8)은 이하의 설명 을 위해 식 (1)을 간략화한 것이다.
식 (8)에서 역필터 C의 역할은 스피커로부터 두 귀 입구까지의 임펄스응답 H를 제거함으로써, 입력 바이노럴 신호 X가 재현 바이노럴 신호 Y와 같아 지도록 만드는 것이다. 이 때, 안정된 역필터를 설 계하기 위해서는 시스템 지연을 고려해야 한다. 입 력 신호 X는 다음과 같이 시스템 지연 D를 갖고 청취자의 두 귀에서 재현된다.
Y DX (9)
D
dk dk
(10)dk ⋯⋯T (11)
⋯T (12)
여기에서 dk는 k샘플의 시스템 지연을 갖는 단위 임펄스 신호 k를, 은 영벡터를 나타내고, 두 벡터의 길이는 이다.
식 (8)에 식 (9)를 대입하여 정리하면, 다음 식이 얻어진다.
D HC (13)
이 때, 행렬 H가 정방행렬이 아니기 때문에, 역행 렬을 구할 수 없다. 따라서 다음과 같이 일반화 역 행렬을 계산하여 역필터 C를 산출한다[7][8].
C HTH HTD (14)
주파수응답 특성이 서로 다른 두 마이크로폰을 이용해 임펄스응답 h를 측정하고 역필터 C를 설 계할 경우, 재생 시 마이크로폰의 특성 차이에 반대 되는 음향 특성이 청취자의 두 귀 입구에서 재현되 어 버리는 문제가 발생한다[8]. 이것은 역필터 C가 두 마이크로폰 사이의 특성 차이를 포함한 스피커 로부터 마이크로폰까지의 전체 임펄스응답 h를 모두 제거하도록 설계되었지만, 청취자의 청각특성 에는 마이크로폰의 특성 m가 포함되어 있지 않기 때문이다. 따라서 청취자의 두 귀 입구에는 m ∗
k의 특성이 포함된 신호가 재현된다. 즉, 임 펄스응답 측정에 이용된 마이크로폰의 역특성이 지 연되어 재현 신호의 특성에 포함되어 버린다.
측정에 이용된 2채널 마이크로폰의 주파수특성이 전대역에 걸쳐서 평탄하고 같다면, 청취 시 이와 같 은 문제는 발생하지 않는다. 그러나 실측 실험에 의 하면 시판되고 있는 마이크로폰 사이에는 최대 약 3dB의 레벨 차이가 발생하였고, 위상 차이는 거의 발생하지 않았다[8]. 이와 같은 마이크로폰을 이용 할 경우, 청취자의 두 귀 입구부분에 재현되는 신호 에는 마이크로폰의 레벨 차이에 반비례하는 소리의 두 귀간 레벨 차이(ILD) 오차가 발생하게 된다. 따 라서 정밀한 트랜스오럴 시스템을 구축하기 위해서 는 마이크로폰의 레벨 차이에 의해 발생하는 재현 신호의 두 귀간 레벨 차이 오차를 최소화시켜줄 대 책을 강구할 필요가 있다.
Ⅲ. 보상필터를 이용한 두 귀간 레벨 차이 보정 방법
본 장에서는 트랜스오럴 시스템의 임펄스응답 측 정용 마이크로폰의 특성 차이를 보상함으로써 청취 자의 두 귀 입구에서 재현되는 바이노럴 신호의 두 귀간 레벨 차이를 보정하는 방법을 제안한다.
앞장에서 설명한 것과 같이, 청취자의 두 귀 입 구에는 임펄스응답 측정용으로 사용된 마이크로폰 의 역특성이 지연되어 재현된다. 즉, 입력 바이노럴 신호로써 단위 임펄스 신호를 입력했을 경우, 두 귀
입구에는 다음의 신호가 재현된다.
yy
m ∗ km ∗ k
(15)여기에서 y()는 두 귀 입구부분에서 재현 되는 바이노럴 신호를, m 는 마이크로폰의 역특 성을 나타낸다. k는 역필터를 설계할 시에 설정한 시스템지연 k만큼 지연된 단위 임펄스 신호 이다.
본 논문에서는 트랜스오럴 시스템의 두 귀간 레 벨 차이를 보정하기 위해 마이크로폰의 특성 차이 를 보상하는 필터를 시스템 입력단에 새롭게 추가 하는 것을 제안한다. 보상필터를 삽입한 트랜스오럴 시스템을 그림 2에 나타낸다. 이 경우, 입력 바이노 럴 신호로써 단위 임펄스 신호를 입력하게 되면, 두 귀 입구부분에서 재현되는 신호는 다음과 같다.
yy
m ∗ n∗ km ∗ n∗ k
(16)여기에서 n()는 두 귀간 레벨 차이를 보 정하기 위한 필터이고, 그 길이는 이다.
식 (16)에서 n가 m와 같다면, 마이크로폰 특 성 차이에 의한 두 귀간 레벨차이 오차가 발생하지 않는다. 그러나 서론에서도 언급했듯이 마이크로폰 의 특성 m만을 측정하여 이용하는 것은 매우 어 렵고, 고가의 측정 장비 및 기술이 요구된다. 따라 서 본 논문에서는 다음과 같이 보상필터를 설계하 여 이용하는 것을 제안한다.
그림 2. 두 귀간 레벨 차이의 보정을 위한 제안 시스템 Fig. 2. Proposed system to correct the errors in interaural
level differences
nn
lm∗m
(17)m m∗ h∗ s (18)
m m∗ h∗ s (19)
m MTM MT l (20)
M
⋮⋮ ⋮⋮ ⋱⋱⋱⋱⋮⋮
(21)여기에서 l 은 l만큼 지연된 단위 임펄스 신 호이다. m()는 참조 스피커를 이용해 측 정한 임펄스응답이고, 그 길이는 이다. 이것은 참조 스피커로부터 일정 거리 떨어진 위치에 임펄 스응답 측정용으로 사용할 2개의 마이크로폰을 위 치시켜두고 미리 측정할 수 있다. 식 (18), (19)의
m m∗ h∗ s()에는 참조 스피커 의 임펄스응답 s와 공기 중의 감쇄 특성의 임펄 스응답 h, 그리고 마이크로폰의 특성 m가 포함 된다. 이 때 m에 포함되는 s와 h는 동일하 지만, m는 서로 다르다. m 는 m의 역특성으 로, 식 (20)과 같이 일반화 역행렬을 산출하여 계산 된다. M은 콘볼루션 연산을 위해 m로 구성된 Toeplitz 행렬이다.
그림 2의 제안 시스템에서 식 (17)의 보상필터를 이용하고, 단위 임펄스 신호를 입력 바이노럴 신호 로써 입력하게 되면, 두 귀 입구에서 재현되는 신호 는 다음과 같다.
yy
m ∗ k lm ∗ k l
(22)즉, 재현되는 신호 yD()에는 m의 역특 성이 동일하게 포함되게 되고, 2채널 마이크로폰의
특성 차이에 의한 두 귀간 레벨 차이는 없어지게 된다. 또한 측정에 이용된 마이크로폰의 임펄스응답 m의 주파수응답 특성이 전대역에 걸쳐 평탄하다 면, 입력 바이노럴 신호는 k l 샘플의 지연을 갖 고 두 귀 입구에서 정밀하게 재현되게 된다.
Ⅳ. 성능평가 실험 4.1 실험 조건
본 논문에서 제안하는 방법의 성능을 검증하기 위하여 컴퓨터 시뮬레이션에 의한 성능평가 실험을 실시하였다. 성능평가 실험을 위한 시스템 블록도를 그림 3에 나타낸다. 여기에서 , 은 시스템의 입력 바이노럴 신호이고, , 은 출력 바이노럴 신호이다. h( , )는 스피커로부터 두 귀 입구부분에 설치한 마이크로폰까지의 임펄스 응답으로, 식 (6)과 같이 스피커의 특성 s와 스피 커 위치로부터 두 귀 입구부분까지의 임펄스응답인 머리전달함수 h, 그리고 마이크로폰의 특성 m
를 포함한다. c( , )는 식 (14)와 같 이 h를 이용해 설계한 역필터이다. 앞장에서 설 명한 것과 같이 인간의 청각계에는 측정에 이용된 마이크로폰의 특성이 포함되어져 있지 않기 때문에, 청취자의 두 귀에서 재현되는 출력 바이노럴 신호
, 에는 측정에 이용된 마이크로폰의 역특성 m 가 포함되게 된다. 여기서 m의 특성만을 측 정하는 것은 매우 어렵기 때문에, 본 시뮬레이션에 서는 참조 스피커를 이용해 측정한 식 (18), (19)의
m를 m의 값으로 이용하고 m 을 계산하였다.
그림 3. 시뮬레이션을 위한 시스템 블록도 Fig. 3. Block diagram of the simulation procedure
이렇게 하면 h∗ s의 역특성이 양쪽 출력신호 에 모두 포함되어 버리지만, 본 평가 실험에서는 재 현신호의 두 귀간 레벨 차이를 분석하고 있으므로 분석 결과에는 영향을 주지 않는다. n()는 두 귀간 레벨차이 보정을 위해 전 장에서 제안한 보상필터이다.
성능평가 실험을 위해서 소형 콘덴서 마이크로폰 (Panasonic WM-64C)을 10개 준비하고, 청취자 5명 에 대한 h를 무향실에서 실측하였다[10]. 이때 샘 플링 주파수는 kHz로 설정하였다. 역필터 c는 식 (14)와 같이 시간영역 최소자승법을 이용하여 설 계하였다. 여기에서 h의 길이 는 512로, c
의 길이 는 1,024로 설정하였고, 역필터의 시스 템 지연 k는 400 샘플로 설정하였다. m 의 길이
은 512로, 보상필터 n의 길이 은 1,023으로 설정하였고, 보상필터의 시스템 지연 l은 300 샘플 로 설정하였다.
성능평가 실험에서는 10개의 마이크로폰으로 2개 씩 5세트를 구성하고, 청취자 5명의 임펄스응답의 측정 및 성능평가 실험을 실시하였다. 5명의 청취자 에 대해서 각각 수평면상의 머리전달함수를 미리 측정하고, 그 신호를 입력 바이노럴신호 , 로 이용하여 두 귀에서 재현되는 신호 , 을 계산 하였다. 2채널 스피커는 청취자 정면으로부터 좌우 30° 벌려진 곳에 위치하고, 스피커로부터 청취자의 머리 중심까지의 거리는 1.4m이다.
본 시뮬레이션에서는 두 귀간 레벨 차이 보정을 위해 제안한 보상필터 n를 이용했을 경우와 그렇 지 않은 경우에 두 귀 입구부분에서 재현되는 바이 노럴 신호의 두 귀간 레벨 차이를 비교 분석하였다.
보상필터 n를 이용하지 않는 경우를 시뮬레이션 하기 위하여 n와 길이가 같고 동일한 시간 지연 을 갖는 단위 임펄스신호 l 을 n로서 두 채 널에서 동일하게 이용하였다.
4.2 실험 결과 및 고찰
총 5명의 청취자에 대해서 머리 중심 위치로부터 1.4m 떨어진 가상 음원(Virtual Sound Source)의 방
향을 바꾸어가면서 청취자의 두 귀에서 재현되는 신호의 두 귀간 레벨 차이(ILD)를 다음과 같이 산 출하였다.
log
(23)여기에서 , 은 각각 출력 바이노럴 신호 ,
의 푸리에 변환 결과이다. 는 바이노럴 신호의 음원 위치를 가리키는 수평면 방위각(Azimuth)을, 는 주파수를 나타낸다.
한 청취자의 음원의 수평면 위치에 따른 재현신 호의 두 귀간 레벨 차이를 그림 4에 나타낸다. 여기 에서 음원의 주파수 는 3kHz이다. 가로축은 바이 노럴 신호의 음원 위치를 가리키는 수평면 방위각
이고, 세로축은 두 귀간 레벨 차이(ILD)이다. 그림 에서 파선(Ideal)은 머리전달함수로부터 얻어진 청취 자 고유의 ILD를, 일점쇄선(Conventional)은 기존 방 법에 의해 재현된 ILD를, 실선(Proposed)은 제안 방 법에 의해 재현된 ILD를 각각 나타낸다. 방위각은 청취자의 정면을 0도, 왼쪽을 90도, 뒤를 180도, 오 른쪽을 270도로써 표시하고, 시계반대방향으로 증가 한다. 그림 4에서 음원의 위치가 정면(0도)이나 뒤 (180도)인 경우 ILD가 대략 0으로서 거의 발생하지 않는 것을 알 수 있다. 한편, 음원의 위치가 왼쪽
그림 4. 음원의 수평면 위치에 따른 재현신호의 두 귀간 레벨 차이(=3kHz)
Fig. 4. Interaural level differences in the reproduced signals for different sound source directions(=3kHz)
(90도) 부근에 위치할 경우, 왼쪽 귀에 입력되는 소 리의 레벨이 오른쪽 귀에 입력되는 소리의 레벨보 다 더 크기 때문에 ILD가 커지게 된다. 그림 4로부 터 제안 방법에 의해 재현된 ILD가 아무런 처리를 하지 않은 기존 방법에 의해 재현된 ILD보다 청취 자 고유의 ILD를 보다 정밀하게 재현하고 있는 것 을 알 수 있다.
재현 신호의 두 귀간 레벨 차이(ILD) 절대오차를 다음과 같이 산출하였다.
(24)
여기에서 는 청취자 고유의 ILD를 나타 내고, 는 재현된 신호의 ILD를 나타낸다.
는 ILD 절대오차이다.
식 (24)로부터 얻어진 ILD 절대오차를 음원의 수 평면 위치와 주파수에 대해 평균값을 계산하여 절 대평균오차(MAE, Mean Absolute Error)를 산출하였 다. 본 실험에서는 음원 위치를 가리키는 수평면 방 위각을 0도에서 360도까지 5도 간격으로, 주파수는 0Hz에서 24kHz 까지 약 0.37Hz 간격으로 설정하였 다. 청취자에 따른 재현신호의 두 귀간 레벨 차이의 절대평균오차를 그림 5에 나타낸다. 여기에서 가로 축은 청취자를, 세로축은 재현신호의 두 귀간 레벨 차이의 절대평균오차이다. 흰색 막대(Proposed)는 본 논문에서 제안한 방법을 이용한 재현신호의 두 귀 간 레벨 차이의 절대평균오차를, 검은색 막대 (Conventional)는 기존 방법을 이용한 재현신호의 두 귀간 레벨 차이의 절대평균오차를 각각 나타낸다.
오차 범위는 표준 오차를 나타낸다. 그림 5에서 모 든 청취자에 대해서 제안한 방법을 이용하였을 경 우, 아무런 처리를 하지 않은 기존 방법보다 두 귀 간 레벨 차이의 절대평균오차가 모두 작은 값을 갖 는 것을 알 수 있다.
제안 방법의 통계적 유의성을 검증하기 위해서, 그림 5의 제안 방법과 기존 방법을 이용하였을 경 우의 두 귀간 레벨 차이의 절대평균오차에 대해서 일원배치법의 분산분석을 실시하였다. 그 결과, 그 림 5의 모든 청취자에 대해서 통계적으로 유의한 차이가 있었다( ).
주파수에 따른 재현신호의 두 귀간 레벨 차이의 절대평균오차를 그림 6에 나타낸다. 여기에서 가로 축은 가청주파수인 20kHz 이하 범위의 1kHz 간격 의 주파수를 나타내고, 세로축은 두 귀간 레벨 차이 의 절대평균오차를 나타낸다. 흰색 막대(Proposed)는 제안 방법을 이용한 재현신호의 두 귀간 레벨 차이 의 절대평균오차를, 검은색 막대(Conventional)는 기 존 방법을 이용한 재현신호의 두 귀간 레벨 차이의 절대평균오차를 각각 나타낸다. 오차 범위는 표준 오차를 나타낸다. 그림 6의 모든 주파수에서 제안한 방법을 이용하였을 경우에 아무런 처리를 하지 않 은 기존 방법보다 두 귀간 레벨 차이의 절대평균오 차가 모두 작은 값을 갖는 것을 알 수 있다.
그림 5. 청취자에 따른 재현신호의 두 귀간 레벨 차이의 절대평균오차
Fig. 5. Mean absolute errors in interaural level differences of the reproduced signals when considering different
listeners
그림 6. 주파수에 따른 재현신호의 두 귀간 레벨 차이의 절대평균오차
Fig. 6. Mean absolute errors in interaural level differences of the reproduced signals at different frequencies
그림 6의 제안 방법과 기존 방법을 이용하였을 경우의 주파수에 따른 재현신호의 두 귀간 레벨 차 이의 절대평균오차에 대해서 일원배치법의 분산분 석을 실시하였다. 그 결과, 모든 주파수에 대해서 통계적으로 유의한 차이가 있었다( ).
그림 5의 청취자에 따른 재현신호의 두 귀간 레 벨 차이 오차의 비교 결과 및 그림 6의 주파수에 따른 재현신호의 두 귀간 레벨 차이 오차의 비교 결과로부터, 제안한 방법을 이용할 경우에 기존 방 법보다 임펄스응답 측정용 마이크로폰 특성 차이에 의해 발생하는 두 귀간 레벨 차이의 오차를 보정할 수 있는 것을 알 수 있다.
Ⅴ. 결 론
본 논문에서는 트랜스오럴 시스템의 임펄스응답 측정용 마이크로폰 특성 차이에 의해 발생하는 두 귀간 레벨 차이 오차를 보정하기 위한 방법을 제안 하였다. 제안 방법에서는 임펄스응답 측정용 마이크 로폰의 레벨 차이를 보상하는 필터를 트랜스오럴 시스템의 입력단에 삽입함으로써 두 귀간 레벨 차 이 오차를 보정한다. 제안 방법의 성능을 검증하기 위하여 임펄스응답의 실측 및 컴퓨터 시뮬레이션에 의한 성능평가 실험을 실시하였다. 실험 결과, 제안 방법을 이용할 경우, 기존 방법에 비해 청취자 및 주파수에 따른 재현신호의 두 귀간 레벨 차이의 절 대평균오차가 모두 작았고, 통계적으로도 유의한 차 이가 있었다. 차후에는 역필터 및 보상 필터를 따로 설계하지 않고 하나의 필터로 설계함으로써 설계 오차를 줄이고 시스템 성능을 향상시키는 것을 향 후 과제로 한다.
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저자소개
한 철 수 (Cheolsu Han)
2006년 2월 : 청주대학교 전자공학과(공학사) 2008년 2월 : 청주대학교
전자공학과(공학석사) 2013년 9월 : 일본 동북대학교
정보과학연구과(공학박사) 2013년 9월 ~ 2015년 8월 : 청주대학교, 한국교통대학교 시간강사
2015년 9월 ~ 현재 : 청주대학교 전자공학과 교육전담 조교수
관심분야 : 음향, 오디오, 신호처리
