이진 탐색 트리를 이용한 개인화된 머리 전달 함수의 탐색

이기승,이석필,Lee, Ki-Seung,Lee, Seok-Pil 한국음향학회 2009 韓國音響學會誌 Vol.28 No.5

가상 음원의 공간화에 중요한 역할을 담당하는 머리전달 함수는 개인 별로 각기 다른 특성을 갖는다. 개인화된 머리 전달 함수를 얻기 위해서는 많은 시간과 특정한 장치를 필요로하며, 이에 따라 타인으로부터 얻어진 머리 전달 함수를 청취자의 특성에 맞도록 개인화 시키는 방법이 주로 사용된다. 본 논문에서는 머리 전달 함수의 개인화 방법으로 여러 개의 미리 측정된 머리 전달 함수 중에서 사용자에 가장 적합한 머리 전달 함수를 찾는 방법을 제안하였다. 제안된 방법은 청취자에게 적합한 머리 전달 함수를 빠르고 정확하게 찾기 위해 이진 탐색 트리를 이용한 분할 기법을 사용하였다. 분할 시 왜곡 척도는 사람이 귀에 방향감의 차이를 가장 잘 인지하는 왜곡 척도를 실험적으로 결정하였다. 캘리포니아 데이비스 대학에서 제공하는 CIPIC 머리 전달 함수 데이터 베이스를 이용하여 본 기법의 유용성을 평가하였다. 10명의 실험자가 참여한 청취 테스트에서 제안된 기법을 통해 탐색된 머리 전달 함수는 청취자 본래의 머리 전달 함수와 비교하여 가상 음원의 방향감에 있어서 매우 근접한 결과를 나타내었으며, 기존의 해부학적인 파라메터를 이용한 머리 전달 함수의 탐색 기법과 비교하여 우수한 성능을 나타내었다. The head-related transfer function (HRTF), which has an important role in virtual sound localization has different characteristics across the subjects. Measuring HRTF is very time-consuming and requires a set of specific apparatus. Accordingly, HRTF customization is often employed. In this paper, we propose a method to search an adequate HRTF from a set of the HRTFs. To achieve rapid and reliable customization of HRTF, all HRTFs in the database are partitioned, where a binary search tree was employed. The distortion measurement adopted in HRTF partitioning was determined in a heuristic way, which predicts the differences in perceived sound location well. The DC-Davis CIPIC HRTF database set was used to evaluate the effectiveness of the proposed method. In the listening test, where 10 subjects were participated, the stimuli filtered by the HRTF obtained by the proposed method were closer to those by the personalized HRTF in terms of sound localization. Moreover, performance of the proposed method was shown to be superior to the previous customization method, where the HRFT is selected by using anthropometric data.

N-제곱 함수를 기반으로 하는 비선형 전달함수 시스템의 출력 신호 해석

이상빈 한국전자음악협회 2022 에밀레 Vol.20 No.-

In this study, we will find out how to interpret the output result of an arbitrary audio signal input to a system having a nonlinear function as a transfer function. Most nonlinear functions can be explained by solving them in the form of a linear combination of N-squared functions by using Taylor expansions, especially Maclaurin series. In this case, if the input-output relationship of a system having an N-squared function as a transfer function can be explained, the output signal of any system having this as a transfer function will be able to be explained even if it is a fairly complex nonlinear function. First, after discussing the characteristics of a system having an N-square function as a transfer function, an example of output signal prediction is presented, and furthermore, a method of interpreting a system having a nonlinear transfer function is examined with the help of the Maclaurin series, and then this We will also present an example and create a new sound using the waveform shaping method based on the proposed transfer function. 본 연구에서는 비선형 함수를 전달함수로 가지는 시스템에 입력한 임의의 오디오 신호의 출력 결과를 해석하는 방법에 대해 알아볼 것이다. 대부분의 비선형 함수들은 테일러 전개, 그 중에서도 매클로린 급수를 이용하면 N-제곱 함수들의 선형적 결합의 형태로 풀어서 설명될 수 있다. 이 경우, N-제곱 함수를 전달함수로 가지는 시스템의 입출력 관계를 설명할 수 있다면 꽤 복잡한 비선형 함수라 해도 이를 전달함수로 가지는 임의의 시스템의 출력 신호를 설명할 수 있을 것이다. 먼저 N-제곱 함수를 전달함수로 가지는 시스템의 특성에 대해 논한 후, 출력 신호 예측의 사례를 제시하고 나아가 비선형 전달함수를 가지는 시스템을 해석하는 방법을 매클로린 급수의 도움을 받아 알아본 뒤, 이 역시 사례를 제시하고 제시된 전달함수를 바탕으로 파형성형법으로 새로운 소리를 만들어 볼 것이다.

원형 머리 모델을 이용한 머리 전달 함수의 보간

이기승,이석필,Lee, Ki-Seung,Lee, Seok-Pil 한국음향학회 2008 韓國音響學會誌 Vol.27 No.7

본 논문에서는 머리 전달 함수에 대한 새로운 보간 기법을 제안하였다. 제안된 기법은 각 방위각에 대한 머리 전달 함수의 충격파 응답이 인접 방위각에 대한 시간 지연된 충격파 응답의 선형 보간으로 주어진다고 가정하였다. 각 방위각에 대한 충격파 응답의 시간 지연은 방위각, 머리의 물리적 형태, 음원과 머리의 거리 정보를 이용하여 추정될 수 있는 귀와 음원간의 전파시간과 최소 자승 오차를 갖도록 하는 교정값의 합으로 주어진다. 또한 제안된 모델에서는 보간 시 방위각의 간격을 고정 간격이 아닌 가변 간격으로 하였으며 본래 충격파 응답과 보간된 충격파 응답이 본래의 충격파 응답과 비교하여 청취 상으로 큰 차이가 느껴지지 않고, 보간에 필요한 충격파 응답의 재수가 최소화되는 조건을 만족하도록 결정하였다. 제안된 보간 모델의 유용성을 검증하기 위하여 더미 헤드 및 3명의 사람으로부터 측정된 머리 전달 함수에 대해 제안된 보간 모델을 적용하였다 머리 전달 함수는 0도의 고도각을 갖는 수평면을 5도 간격의 방위각으로 분할한 총 72개가 사용되었으며, 실험 결과 전체 머리 전달 함수 중 단지 $30\sim40%$ 만을 사용하고 나머지는 보간에 의해 얻어진 머리전달 함수를 사용하더라도 청취상의 음원의 위치가 변동되지 않음을 알 수 있었다. In this paper, a new interpolation model for the head related transfer function (HRTF) was proposed. In the method herein, we assume that the impulse response of the HRTF for each azimuth angle is given by linear interpolation of the time-delayed neighboring impulse responses of HRTFs. The time delay of the HRTF for each azimuth angle is given by sum of the sound wave propagation time from the ears to the sound source, which can be estimated by using azimuth angle, the physical shape of the underlying head and the distance between the head and sound source, and the refinement time yielding the minimum mean square error. Moreover, in the proposed model, the interpolation intervals were not fixed but varied, which were determined by minimizing the total number of HRTFs while the synthesized signals have no perceptual difference from the original signals in terms of sound location. To validate the usefulness of the proposed interpolation model, the proposed model was applied to the several HRTFs that were obtained from one dummy-head and three human heads. We used the HRTFs that have 5 degree azimuth angle resolution at 0 degree elevation (horizontal plane). The experimental results showed that using only $30\sim40%$ of the original HRTFs were sufficient for producing the signals that have no audible differences from the original ones in terms of sound location.

원격참조 (RR: Remote Reference) 기법과 신호잡음분리 (SNS: Signal Noise Separation) 기술을 이용한 용인 관측소의 지자기 전달함수 분석

양준모(Junmo Yang),이덕기(Duk-Kee Lee),권병두(Byung-Doo Kwon),류용규(Yong-Gyu Ryu),윤용훈() 대한자원환경지질학회 2005 자원환경지질 Vol.38 No.2

RR (Remote Reference) 과 SNS (Signal Noise Separation) 기법을 도입하여 용인과 이천에서 측정된 지자기 전달함수를 분석하였다. RR 기법은 측정 사이트와 동시에 기록되는 원격참조 자료를 사용하여 자기장의 비상관 잡음 (un-correlated noise) 을 제거하는 기법으로서 전달함수의 편향을 최소화한다. 한편 SNS 기법은 원격참조 자료가 잡음이 거의 없다는 가정을 바탕으로 신호에 의한 전달함수와 상관잡음(correlated noise) 에 의한 전달함수를 분리하는 기법으로서, 측정 사이트에 상관잡음이 지배적인 경우에도 신호에 의해 전달함수를 성공적으로 추정할 수 있다. 본 연구에서는 자료의 질이 양호하다고 판단되는 이천을 원격참조 자료로 사용하여, 용인에서의 전달함수를 분석하였다. RR 기법을 적용한 결과, 단일 로버스트 추정(Single robust estimation) 에서 나타났던 편향이 감소되었고, 주파수에 따른 전달함수의 연결성도 향상되었다. 잡음원에 대한 보다 정량적인 분석을 위해 SNS 기법을 적용한 결과, 주기 100 초이하에서 용인의 서쪽에 존재하는 잡음원의 존재를 확인하였다. 이러한 잡음원은 용인의 서쪽을 지나가는 국철, 고속 철도 등의 철도 시스템에 의한 것으로 생각된다. For an unbiased TF (Tansfer Function) estimations we investigate geomagnetic TF derived from ICHEON and YONGIN sites, employing RR (Remote Reference) and SNS (Signal Noise Separation) techniques. The RR technique, which requires synchronized field variations recorded at a clean remote site, is a reliable method to minimize the bias of TF by uncorrelated noises in magnetic channels. Meanwhile, SNS technique based on the assumption of noise-free remote data can improve the signal-noise level by separating signal TF and noise TF, which is successfully applied to the environments with strong correlated noises. In this study, TF at YONGIN is analyzed using geomagnetic data from ICHEON site as a remote reference, which seem to have somewhat better data quality. The application of RR technique reduces the bias of TF, which appears in single site robust estimation, and makes curves in the amplitude and phase of TF more smooth as frequency. Futhermore, in order to investigate noise source quantitatively, SNS technique is applied. The results of SNS suggest that dominant noise source seems to be located at western region of YONGIN. This noise source is considered to originate from railway system such as KTX and national subway, which passes through the west regions of YONGIN.

전달함수를 이용한 저파수 영역에서의 센서 유입 소음 특성 연구

박지혜,이종길,신구균,조치영 대한공업교육학회 2009 대한공업교육학회지 Vol.34 No.1

The noise itself that affects the sensor array is defined as the noise which happens in the place where the system is installed and the circumference noise which comes from the ocean. The array structure for detecting acoustic signal in the underwater effected turbulent layer flow noise. In this paper to design the conformal array spectral density function was introduced and several cases of flow induced noise which affect transfer function were simulated. Modified Corcos wall pressure model was used as turbulent boundary layer flow noise. The effect of noise has been reduced as integrated sum of transfer function has been reduced by decreasing elastomer thickness and density when kx is in low wave number area. Also the characteristics of transfer function by Corcos wall pressure displayed the product of frequency density function. This simulation results can be applied to the conformal array design in unmmaned underwater vehicle in the near future. 배열센서에 영향을 주는 자체소음은 그 시스템이 설치된 곳에서 발생하는 소음과 해양으로부터 들어오는 주변소음을 포함한 소음으로 정의된다. 수중에서의 탐지를 위한 배열 구조는 표면을 따라 발생되는 유체 유기소음에 많은 영향을 받는다. 본 논문에서는 곡면배열 음향 센서를 설계하기 위하여 유동유기 소음의 영향으로 인한 주파수 밀도 함수의 적분식의 주요 구성요소인 전달함수(transfer function)를 저파수 영역에서 수치해석 하였다. 난류 경계층에서 발생하는 유입 소음은 수정된 Corcos 모델을 이용하였다. 저파수 영역에서의 전달함수의 특성은 고정판의 두께와 밀도가 작아질수록 함수의 적분값은 적어지므로 소음의 영향은 줄어드는 것으로 나타났다. 또한 Corcos 벽면 압력과 전달함수의 곱에 따른 특성과 주파수 밀도 함수의 곱의 변화를 보였다. 향후 이러한 연구는 무인 잠수정에 탑재할 수 있는 곡면배열 센서의 설계에 응용이 가능하리라 판단된다.

회로망 기반의 시간응답 해석에 따른 고전제어와 현대제어의 비교 연구

민용기(Yong-Ki Min) 한국전자통신학회 2017 한국전자통신학회 논문지 Vol.12 No.4

제어시스템의 시간응답을 해석하기 위해 전기회로망을 제안한다. 전달함수와 상태방정식을 이용해 시스템의 시간응답을 계산함으로써 고전제어와 현대제어의 연계성을 분석한다. 상태천이방정식의 복잡한 적분과정을 생략하고, 상태천이행렬과 전달함수의 조합만으로도 시간응답의 해석이 가능함을 제시한다. 단위계단함수와 정현파입력에 따른 전압전류의 출력응답을 표현하기 위해 프로그램을 코딩하였다. 단위계단입력에서는 과도응답을 해석하였으며, 정현파입력에서는 전압과 전류의 위상차를 해석하였다. 제안된 내용을 과도응답이나 상태공간에 기술함으로써 제어공학의 이해도와 설계능력을 높인다. It is suggested the circuit network to analyze the time response of control system. And it is analyzed the interrelation for classical control and modern control by the transfer function and the state equation. Without complicated integration of state transition equation, it is suggested to possible time response by combining the state transition matrix and the transfer function. A source program is coded to display the time response according to the unit-step and the sinusoidal input. Transient response is analyzed in the unit-step input and phase difference between current and voltage is analyzed in sinusoidal input. As writing the suggested contents in transient response or state-space analysis, it is improved the understanding for control engineering and ability for system design.

대형 LNG 선박의 롤 선체운동 추정에 관한 연구

송재영,이춘기,임정빈 한국항해항만학회 2020 한국항해항만학회지 Vol.44 No.3

The ship motion of large LNG ships affects ships’ safety. The purpose of this study was to estimate the transfer function of roll motion among the hull motion of 153,000 m3 class LNG vessels. The ship motion transfer function was modeled using a Linear Time-Invarient system with single input, single output, and transfer function. The transfer function of the ship motion was estimated by the system identification method using single ocean wave as input of the model, and using the roll motion of the LNG ship obtained through ANSYS as the output of the model. The usefulness of the experimental results was evaluated using the precision and estimation rate of the model for cases wherein the different transfer function dimensions. Results of the experiment showed a precision at 99% and 98%, with estimation rate at 78% and 50%. From these results, we found the proposed method of estimating the transfer function of ship motion in this study reasonable. In the future, data of ship motion in actual sea conditions will be acquired and it will be applied to make the construction of models with multiple inputs and multiple outputs for practical use. 대형 LNG 선박의 선체 운동은 선박의 안전에 영향을 미친다. 본 연구의 목적은 153,000 m3 급 대형 LNG 선박의 선체 운동 중에서 롤 운동에 대한 전달함수를 추정하기 위한 것이다. 단일-입력과 단일-출력 그리고 시스템 전달함수를 갖는 선형 시 불변(Linear Time-Invarient) 시스템을 이용하여 선체 운동 전달함수를 모델링 하였다. 모델의 입력으로 단일 해양파를 이용하고, 모델의 출력으로는 ANSYS를 통해서 획득한 LNG 선박의 롤 운동을 이용하여 시스템 식별법을 기반으로 선체 운동의 전달함수를 추정하였다. 실험 결과의 유용성은 전달함수 차원이 서로 다른 경우에 대한 모델의 안정도와 추정률을 이용하여 평가하였다. 실험 결과 안정도는 99%와 98%로 나타나고, 추정률은 78%와 50%로 나타났다. 이러한 결과로부터, 본 연구에서 제안한 선체 운동 전달함수 추정 방법이 타당함을 알았다. 향후, 실제 해상에서 운항 중인 선박의 선체 운동 데이터를 획득하여 다중-입력 그리고 다중-출력을 갖는 모델 구축에 적용하여 실용화를 추진할 예정이다.

가스터빈 연소기에서 연료 조성이 화염전달함수 특성에 미치는 영향

김진아(Jinah Kim),이정원(Jeongwon Lee),김대식(Daesik Kim) 한국추진공학회 2014 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2014 No.12

가스 터빈 연소기에서 유동 섭동과 열 발생률 섭동과의 관계를 정량적으로 표현하기 위하여 화염 전달 함수가 널리 사용되고 있다. 화염 전달 함수는 다양한 유동 조건과 더불어 화염의 형상에 크게 의존하는 것으로 알려져 있다. 그러나, 실제 가스터빈 연소기 운영 환경에서 다양한 연료 및 유동 조건에 대하여 화염 전달 함수를 구하는 것은 시간 및 비용 측면에서 매우 제한적이다. 본 연구에서는 CFD 상용 코드를 이용하여 화염 전달 함수 해석 결과를 제시하고자 한다. 해석으로부터 정상상태의 화염형상을 실험을 통해 계측된 결과와 해석 결과를 비교하였을 때, 복사와 벽면 열전달 조건이 고려될 경우 화염의 형상이 실제와 매우 유사해짐을 확인하였다. 또한, 비정상 해석을 통하여 화염 전달 함수를 구한 결과, 이득값과 위상차 모두 실험값을 근접하게 예측하는 것으로 드러났다. Flame transfer function is generally used to represent quantitatively relationship between flow fluctuation and heat release perturbation in a lean premixed gas turbine combustor. The characteristics of flame transfer function are known to be greatly dependent on flame geometries as well as other various flow conditions. However, it is not easy to experimentally measure the flame transfer function under various actual combustor operating conditions in terms of time and cost. The current research tries to model the flame transfer function using CFD(Computational Fluid Dynamics). From the results, it is found that the calculated steady flame geometry can be exactly captured when considering the wall heat transfer and radiations. Also, unsteady modeling results show the close flame transfer function to the measured one in both gain and phase.

합성 스테레오 방식 3차원 입체음향의 실시간 구현을 위한 머리전달 함수의 IIR 필터 설계

김현태,박장식 한국콘텐츠학회 2005 한국콘텐츠학회논문지 Vol.5 No.6

In this paper, we proposed an algorithm for the approximation of high order FIR filters by low order IIR filters to efficient implementing two channel 3-D surround sound systems using Head-related transfer functions(HRTFs). The algorithm is based on a concept of the balanced model reduction. The binaural sounds using the approximated HRTFs are reproduced by headphone, and serves as a cue of sound image localization. HRTFs of dummy-head are approximated from 512-order FIR filters by 32-order IIR filters and compare with each other. .Experiment of sound image are carried out for 10 participants. We perform the experiment based on computer simulation and hardware experiment with TMS320C32. The results of the experiments show that the localization using the approximated HRTFs is the same accuracy as the case of FIR filters that simulate the HRTFs. 본 논문에서는 2 채널 입체음향 시스템을 효율적으로 구현하기 위하여 고차의 FIR 필터로 구현된 머리 전달함수를 저차의 IIR 필터로 근사시키는 알고리즘을 제안한다. 제안하는 알고리즘은 균형화모델감소법의 개념을 바탕으로 한다. 근사화된 머리전달함수를 헤드폰을 통해 바이노럴 사운드로 재생하면 입체음향이 구현된다. 더미 헤더의 머리전달함수를 512차 FIR 필터에서 32차 IIR 필터로 근사화하여 기존의 머리전달함수와 성능을 비교한다. 이를 위해 10명을 대상으로 음상 정위에 대한 실험을 한다. 실험은 컴퓨터 시뮬레이션과 TMS320C32를 이용한 하드웨어 실험을 병행한다. 실험을 통해 기존의 FIR 필터를 사용한 경우와 같이 IIR 필터로 근사화된 머리전달함수를 사용한 경우도 동일하게 인지되는 것을 확인할 수 있다.

CFD를 이용한 희박 예혼합 연소기에서의 연소 응답 모델링

김대식(Daesik Kim),이정원(Jeongwon Lee) 대한기계학회 2014 大韓機械學會論文集B Vol.38 No.9

가스터빈 희박 예혼합 연소기에서 발생하는 연소 불안정 현상을 모델링하기 위해서는 화염의 동특성에 대한 정량적, 정성적 분석이 필수적이다. 이를 위하여 화염전달함수가 전산유체역학을 통하여 모델링되었다. 기존 화염전달함수의 연구 결과로부터, 화염전달함수의 결과는 화염의 구조에 크게 의존하는 것으로 알려졌다. 본 연구에서는 실제 계측된 화염의 구조와 유사한 형상을 갖도록 열전달 조건을 최적화한 후, 동일 조건에서 화염전달함수가 모델링되었다. 화염의 형상을 정확하게 예측할 수 있다면, 이로부터 전달함수의 이득값과 위상차의 모델링 결과 역시 실험값과 유사한 거동을 확인할 수 있었다. A qualitative and quantitative analysis on flame dynamics is required to model combustion instability characteristics in gas turbine lean premixed combustors. The current paper shows the flame transfer function modeling results using CFD(Computational Fluid Dynamics) techniques for the flame dynamics study. It is generally known that flame shapes determine the basic characteristics of the flame transfer function. The comparisons of the modeled flame shapes with the measured ones were made using the optimized heat transfer conditions. Modeling results of the flame transfer function show the close behaviors to the measured data with a reasonable accuracy if the flame geometry can be exactly captured.