One of the major problems of headphone listening is that sound is likely to be localized inside the head, making the stereo image unnaturally lateralized between the ears and generally narrow. There have been many researches about headphone sound externalization to make `out of head` localization by applying sound transfer characteristic, adding artificial reverberation. In recent researches, externalization systems for applying the change of sound with head motion (using dynamic cue) were suggested, but there is no quantitative analysis about externalization performance of those system. Using dynamic cue makes it especially hard to measure the distance to perceived sound position. In this research, we suggest a novel measure for performance instead of perceived distance to virtual source, and using that measure, we compare the influence of reverberation cue and dynamic cue. Also we evaluate the performance with various head motion. To apply the proper headphone sound change with head motion, we measure the direction of head using head tracking and convolve source signal by head related transfer function (HRTF) or binaural room impulse response (BRIR) in real time.
To evaluate the performance of system, we measure the similarity between output sound and real speaker sound (externalized sound). This measure may not directly indicate the externalization performance, but it can be used as a relative similarity between two extreme cases: perfectly internalized and perfectly externalized ones. In this research we call this measure headphone based sound rendering performance. From the subjective listening test result, we found that dynamic cue has larger influence than reverberation cue to externalization. Also, rotating head motion makes better performance than tipping motion, but head moving speed doesn’t make significant difference to the proposed measure.
For proposed system using interaural cue, reverberation cue, dynamic cue, the rendering performance is about midpoint between internalized sound and externalized sound.
헤드폰을 이용한 청취에서 발생하는 문제 중 하나는 음상이 머리 내부에 있는 것으로 인지되는 음상내재화 현상이다. 이는 청취자로 하여금 공간감과 현실감을 저하시키고 3D 입체 음향 재생에 방해가 된다. 내재화를 해결하고 음상이 머리 외부에 맺히도록 하는 기술을 음상 외재화라 하며, 헤드폰 청취에서 포함되지 않은 신체에 의한 전달 특성, 공간의 반사 및 잔향에 의한 특성, 머리 움직임에 따른 소리의 변화 등을 반영하는 것 등으로 이루어져 왔다. 특히 머리 움직임에 따른 소리 변화, 즉 동적 단서를 이용하는 방법은 아직 외재화 성능에 대한 정량적인 평가가 이루어지지 않았다. 이 방법을 이용할 경우 음원이 인지되는 위치를 정확히 파악하기 어렵다는 단점이 있다. 본 연구에서는 동적 단서를 이용하는 외재화 기법에 대한 새로운 성능 평가 방법을 제시하고 이를 이용해 다양한 머리 움직임 특성에 대해 성능을 평가하고, 잔향 단서, 동적 단서가 성능에 미치는 영향을 파악한다. 머리 움직임에 따른 소리의 변화를 적용하기 위해, 헤드 트랙커 장비를 이용해 실시간으로 머리 움직임을 측정하고 해당하는 방향의 음원의 특성을 적용하였다. 이를 위해 측정된 머리전달함수와 룸 임펄스 응답을 필터링해 주었다.
외재화 기법의 성능을 평가하는 수단으로써 실제 공간상에 존재하는 스피커 음원(외재화 음원)과의 유사도를 채택하였으며 이는 외재화 성능과 완벽히 일치하지는 않으나 그 경향을 유추할 수 있다. 이 평가 지표를 Headphone Based Sound Rendering Performance라 새롭게 정의 하였으며, 주관 청취 평가를 통해 각 외재화 기법 및 머리 움직임 특성에 대해 성능을 평가하였다. 그 결과, 동적 단서의 이용이 잔향 단서의 이용에 비해 렌더링 성능에 미치는 영향이 큰 것을 확인하였다. 머리 움직임 특성에 대해서는 수평각 방향의 rotating 움직임이 있을 경우, 고도각 방향의 tipping 움직임에 비해 높은 성능이 나왔으며, 머리 움직임 속도에는 대해서는 큰 차이가 없었다. 양이 단서, 잔향 단서, 동적 단서를 모두 이용한 외재화 기법에서의 렌더링 성능은 실제 외재화 음원에 비해 약 절반 정도로 나타났음을 확인하였다.
