다중 음원 음선 추적 기법을 이용한 개인화된 머리 전달 함수 시뮬레이션

Abstract

머리 전달 함수(HRTFs:Head Related Transfer Functions)는 공간 상의 한 점에서 사람의 양 귀까지 도달하는 전달 경로에 관한 주파수의 함수로 사람이 공간감을 느끼는 특성을 반영한다. 이러한 머리 전달 함수는 양 귀에 대한 단서(binaural cues)인 양 귀 시간 차이(ITDs : Interaural Time Differences),양 귀 크기 차이(ILDs : Interaural Level Differences)와 스펙트럼 단서(spectral cues)인 외이에 의한 주파수 영역의 노치(pinna spectral notch)에 대한 정보를 담고 있다. 여기서 스펙트럼 단서인 주파수 영역의 노치는 사람마다 다른 개인적인 특성이며 이를 고려하지 않은 채 공간감을 형성할 경우 앞/뒤 혼동(front/back confusion)이나 높낮이에 따른 부정확한 인지와 같은 문제들을 야기시킨다. 즉 정확한 3차원 음장을 형성하기 위해서는 올바른 스펙트럼 단서를 이용해야 하며이는 개인화된 머리 전달 함수의 필요성을 의미한다. 본 논문에서는 머리 전달 함수를 개인화하기 위한 시뮬레이션 방법으로 음선 추적 기법(Ray Tracing)을 사용하였다. 그러나 음선 추적 기법은 회절 효과를 구현할 수 없다는 한계를 갖는다. 때문에 이러한 단점을 해결하기 위하여 키르히호프-헬름홀츠 적분(Kirchhoff-Helmholtz integral)에 음선 추적 기법을 적용한 방법인 다중 음원 음선 추적 기법(Multiple Source Ray Tracing Method)을 제안하였다. 이 알고리즘을 통해 음파의 회절 효과(diffraction)를 반영하여 머리 전달 함수의 특징인 양 귀 시간 차이,양 귀 크기 차이,그리고 주파수상의 노치를 정확하게 얻고자 하였으며 그 결과를 실험을 통해 확인하였다.

Head Related Transfer Functions(HRTFs) which are impulse responses from source to humans each ear in frequency domain, reflect the spatial auditory by human. HRTFs contain information of binarual cues—interaural time differences(ITDs) and interaural level differences(ILDs), and spectral cues—frequencies of pinna spectral notch.Frequencies of pinna spectral notch, one of the spectral cues, is individualized property and differed from person by person. Localizing the sound using non-individualized HRTFs causes high elevation localization error and front/back confusion. So Individualizing HRTFs is the most essential for exact sound localization. In this paper, ray tracing techniques are chosen to simulate individualized HRTFs. But ray tracing techniques cant simulate diffraction of sound. To solve this problem, Kirchhoff-Helmholtz Integral is applied to ray tracing and this proposed method is called multiple source ray tracing. To verify this algorithm, binaural cues and spectral cues are used and simulation results is confirmed by experiments.