In the multimedia industry such as movie, broadcast, virtual reality and so on, virtual auditory dis-play (VAD) is being improved to offer more realistic experience to users. VAD is systems or technologies generating spatialized virtual sounds and conveying them to a listener. When we render VAD using head-phones or multiple speakers, the main key of this technology is the Head-related transfer function (HRTF) database. Therefore, many research groups have tried to develop a HRTF measurement system and to con-struct a HRTF database for their research. Even though there are various HRTF databases, they have some drawbacks such as detrimental effects caused by imperfect measuring environment, insufficient measure-ment points and a limited number of subjects not enough get any meaningful statistical results. In addition to those problems, there is no database with anthropometry in public domain aimed at Koreans even though it is know HRTFs vary based on physical shapes of subjects. If Koreans hear three dimensional sound rendered by HRTF database based on Caucasians, performance of three dimensional sound might be hindered. To verify this possibility and remedy the drawbacks, construction of new HRTF database aimed at Korean is needed. As the first step to establish HRTF database, new HRTF measuring system is designed.
In order to design new HRTF measurement system, various existing measurement systems were analyzed. Some existing HRTF measurement systems requires long measurement time. Inevitable posture change of a subject caused by long measurement time makes notable discontinuity of HRTF in space-frequency domain. Newly designed HRTF measurement device with rotating speaker frame and forty-nine speakers was proposed to reduce the measurement time significantly. In addition, to reduce measurement time further, measurement method using sine sweep signal was proposed and analyzed. By adopting the proposed HRTF measurement system using sine sweep signal with sweep duration of 100 ms, measure-ment time for a subject can be reduced to less than 10 minutes.
Newly designed HRTF measurement system with measurement time less than 10 minutes was con-structed. Overall effects caused by diffraction and reflection of the chair were analyzed experimentally. Since maximum value of Spectral Distortion (SD) which represents degree of distortion in directional per-ception of azimuth is about 6 dB, the chair doesn’t affect perception of azimuthal direction. Because pat-tern of peak and notch of magnitude spectra is also similar on median plane, the chair doesn’t affect per-ception of elevation, either. Therefore, construction of HRTF database using newly developed HRTF measurement system is acceptable.
The HRTFs of 12 Korean at 1469 points (49 elevations angle and 36 azimuths angle with the interval of 5 degree) were measured by using new HRTF measurement system and were analyzed for pattern of notch of spectra on median plane. The HRTFs of Koreans were compared with CIPIC HRTF database and analyzed about perception of direction. By comparing interaural time difference (ITD) and frequency of first pinna notch, the possibility of perceptional difference which is maximum 7 degree in point of azimuthal perception and maximum 35 degree in point of perception of elevation was identified. Therefore, for realizing virtual auditory display of Korean, HRTF database aimed at Korean should be used.
영화, 방송, 입체 영상 등의 멀티미디어 산업에서 더 높은 현실감을 제공하기 위해 가상입체 음향 기술이 발달되고 있다. 여기서 가상입체 음향 기술이란, 가상입체 음향을 생성하고 그것을 청취자에게 전달해주는 시스템 또는 기술을 의미한다. 헤드폰과 다채널 스피커를 사용하여 가상입체 음향의 구현하기 위해서는 머리전달함수 데이터베이스의 구축이 필수적이다. 이러한 이유로, 국내외 많은 연구실과 연구센터에서 머리전달함수 측정 시스템을 개발하고, 머리전달함수 데이터베이스를 구축하였다. 다양한 머리전달함수 데이터베이스가 구축되어 있음에도 불구하고, 몇몇 데이터베이스들은, 연속적인 머리전달함수의 표현이 어려운 공간분해능과 통계적으로 분석이 어려운 적은 피실험자 수로 구축되어 있다는 문제점을 가지고 있다. 또한, 머리전달함수가 피실험자의 신체적 형상에 따라 다양함에도 불구하고, 인체계측 정보를 공개하며, 한국인을 대상으로 하는 머리전달함수 데이터베이스가 없다. 이는, 서양인을 기반으로 구현된 가상입체 음향을 한국인에게 들려줬을 경우에, 성능이 서양인에 비해 떨어질 가능성이 존재하기 때문에 문제가 된다. 이러한 가능성을 확인하고 언급한 문제점들을 보완하기 위해서는, 한국인을 대상으로 하는 새로운 머리전달함수 데이터베이스의 구축이 필요하다. 머리전달함수 데이터베이스를 구축하기 위해, 먼저 새로운 머리전달함수 측정 시스템을 설계하였다.
새로운 머리전달함수 측정 시스템을 설계하기 위해, 기존의 측정시스템을 분석하였다. 기존의 머리전달함수 측정 시스템들은 긴 측정시간이 필요하다. 긴 측정시간으로 인해 피실험자의 자세가 변할 수 밖에 없기 때문에, 주파수 영역의 머리전달함수 크기 스펙트럼에서 불연속적인 구간이 발생하게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 새롭게 설계된 머리전달함수 측정 장치는 스피커 프레임을 회전하고 49개의 스피커를 사용하여 측정시간을 줄이도록 하였다. 또한, 측정시간을 더 줄이기 위해, 정현파 스윕 신호를 사용하는 측정 방법을 제안하고 분석하였다. 100 ms의 정현파 스윕 신호를 사용하는 제안된 머리전달함수 측정 시스템을 적용하면, 머리전달함수 측정시간을 10분 이내로 줄일 수 있다.
제안된 설계를 바탕으로 머리전달함수 측정시스템을 구축하였으며, 머리전달함수 측정 시 발생할 수 있는 의자의 회절과 반사에 의한 전체적인 영향을 실험적으로 분석하였다. 스펙트럼 왜곡의 최대값이 6dB 아래 값이기 때문에, 의자는 방위각의 인지에 영향을 미치지 않는다. 정중면에서 머리전달함수 크기 스펙트럼의 피크와 노치의 경향도 의자 유무에 상관없이 유사하기 때문에, 의자는 고도각의 인지에도 영향을 미치지 않는다. 이러한 이유로, 새롭게 개발된 머리전달함수 측정시스템으로 머리전달함수 데이터베이스의 구축이 가능하다.
구축된 머리전달함수 측정시스템으로 12명 한국인의 머리전달함수를 측정하였으며, 정중면에서 노치의 경향을 분석하였다. 측정된 한국인의 머리전달함수와 서양인을 기반으로 구축된 CIPIC 머리전달함수 데이터베이스를 방향 인지 관점에서 비교하였다. 양이간 시간차와 첫 번째 귓바퀴 노치가 발생하는 주파수를 비교하였으며, 이를 통해 방위각 인지 관점에서는 최대 약 7도, 고도각 인지 관점에서는 최대 약 35도 인지 차이가 발생할 수 있음을 확인하였다. 그러므로, 한국인을 대상으로 가상입체 음향을 구현하기 위해서는, 한국인의 머리전달함수 데이터베이스를 사용해야 한다.
