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3D 사운드 시스템
3D 사운드 시스템은 공간감을 살림 입체적인 소리를 낼 수 있는 시스템이나 기술을 말한다. 축음기처럼 소리가 하나의 채널에서 나는 '모노', 소리를 좌우 두개의 채널로 분리한 '스트레오(2D)'를 잇는 차세대 음향기술이다. 입체음향에 관한 연구는 1950년대의ㅣ 모노, 1960년대의 스테레오를 거쳐 1970년대부터 계속 진행되어왔다. '서라운드 사운드'라는 포맷이 스테레오와 3D 사운드의 중간단계에 등장하기도 했다.
스테레오는 소리가 청취자의 앞에서만 흘러나왔다면, 서라운드 사운드는 4, 5개 이상의 채널을 활용, 청취자에게 앞·뒤·옆이 소리로 둘러싸이는(surround) 듯한 청취 경험을 제공한다. 그래도 아직은 2차원 음향이다. 여전히 우리가 실제로 듣는 소리와는 차이가 있다. 실제 콘서트홀에서 관객은 무대 위에서 나오는 피아노 소리와 피아노 소리가 콘서트홀의 벽과 천장을 반사해서 오는 소리를 복합적으로 듣게 된다. '합창' 교향곡이라면 합창석에서 들려오는 소리와 무대 위 오케스트라 소리의 거리감도 다르게 느껴진다. 입체음향은 이것을 최대한 왜곡 없이 담아내려는 시도다.
3D 사운드의 입체감은 채널을 천장, 즉 위에도 배치해 X축뿐만 아니라 Y축에 음향 정보를 추가함으로써 생성된다. 머리 위 공간을 포함한 3차원 공간에 움직임에 따라 소리를 배치할 수도 있다. 청취자에게 다른 공간에서 소리를 듣는 것 같은 느낌을 준다고 하여 공간음향(spatial sound), 더 높은 몰입감을 선사한다고 하여 이머시브 사운드(immersive sound)라고도 부른다.
개요[편집]
3D 사운드 시스템은 음원이 발생하는 공간이 아닌 공간에 위치한 청취자가 음원이 발생한 공간 같은 방향감, 거리감 및 공간감을 지각할 수 있게 해주는 기술이다. 모노에서 시작된 음향 기술은 이제 단순한 스테레오(2D)에서 벗어나 실제 현장에서 듣는 듯한 입체음향(3D) 기술로 발전하고 있다.
입체음향은 활용 분야가 매우 넓다. 대표적인 분야가 영화 산업이 아닐까 한다. 서라운드 입체음향 효과는 영화의 흥미를 배가시키고, 게임과 가상현실 및 멀티미디어 콘텐츠 분야의 입체음향 효과는 사용자의 몰입감을 증대시킨다. 자동차의 오디오 및 홈시어터의 입체음향은 작은 공간에서도 청취자에게 만족할 만한 음향을 제공할 수 있다. 초고속통신망을 이용한 원격 회의, 실감 음향통신, 원격 교육 및 방송 등 음향이 필요한 모든 분야에서 입체음향 기술은 현실감 및 몰입감을 증대하는 매우 중요한 요소 기술이다.
입체음향 기술도 세부적으로 보면 다양하게 나뉜다. 음원의 위치를 원하는 가상의 위치에 정위시키는 음상 정위(Sound Image Localization) 기술, 콘서트홀과 같은 가상의 음원 공간을 생성하는 음장 제어(Sound Field Control) 기술, 메아리나 코러스 같은 효과음(Effect Sound) 생성 기술, 스피커 환경에서 입체음향을 재현하기 위한 간섭(Crosstalk) 제거 기술, 헤드폰 환경에서 음상을 머리 밖에 위치시키기 위한 외재화(Externalization) 기술, 2채널의 스피커 환경에서 5.1채널 등 멀티채널 음향 효과를 재생할 수 있는 가상 서라운드(Virtual Surround) 기술 등이 있다. 또한 재현 방식에 따라 멀티채널을 이용한 서라운드 방식과 바이노럴(Binaural)1)을 이용한 2채널 스테레오 방식으로 나눌 수 있다.
음향의 전달 경로는 실내 벽이나 천정 등에 반사 · 회절 · 산란되는 공간 전달계와, 인간의 머리와 귓바퀴에 의한 반사 · 회절 · 공진 등의 현상을 유발하는 머리 전달계로 구분할 수 있다. 인간의 두 귀는 전달된 독립적인 음향 신호에 의해 3차원 공간에서 대략적인 소리 분포와 음원들의 위치를 알아낼 수 있다. 인간의 청각 시스템은 고주파수 영역의 강도 차이와 저주파수 성분의 시간 차이에 따라 방향을 인지한다는 이중 이론(duplex theory)에 따라 전달되는 음파 간의 시간 차이(ITD : Interaural Time Difference)와 머리 모양에 의한 그림자 효과 때문에 발생하는 음압의 세기 차이(ILD : Interaural Level Difference)를 음원 위치 인식의 중요한 요소들로 이용한다.
두 귀의 음압 세기 차이를 ILD라 한다. 음원의 위치에 따른 두 귀까지 경로 차이와 이 경로 차이에 의한 감쇠량의 차이로 발생한다. 그러나 ILD에 의한 입체음향 지각은 주기가 머리의 지름보다 작은 고주파 영역에 한해 가능하다. 좀더 낮은 주파수 영역에서는 그 변별력이 떨어진다. 또한 머리가 대략 구체 형상이라 경로 차가 유사해지는 수직 방향에 대해서는 변별력이 매우 떨어져 주로 수평 방향의 음원 차이를 지각하는 데 기여한다고 본다.
두 귀 사이 음의 시간차를 ITD라 한다. ILD처럼 원의 위치에 따른 두 귀까지의 경로 차이로 나타난다. 하지만 ITD는 ILD와 반대로 주기가 머리의 지름보다 큰 저주파 영역에 한해 음향을 지각할 수 있다. 좀더 높은 주파수 영역에서는 변별력이 없어진다. 또한 ILD와 마찬가지로 수평 방향 음원의 위치를 지각하는 데 주로 기여한다고 할 수 있다.
한편 ITD와 ILD로 방향을 구별하기 어려워지는 기하학적 위치가 있다. 특히 난신호 원뿔 구역(Cone of Confusion)은 청취자의 귀를 가로지르는 선을 중심으로 만들어진 ITD와 ILD가 같은 뿔 모양의 기하학적 위치를 말한다.
이 위치에서는 앞쪽과 뒤쪽의 음원 방향을 구별하지 못하는 현상이 발생한다. 이 경우에는 ITD와 ILD에 영향을 미치는 ‘헤드 로테이션(head rotation, 머리 움직임)’ 같은 다른 단서를 사용해 방향을 구별한다.
머리와 귀의 모양에 따라 귀에서 받는 음향 신호의 특성을 머리 전달함수(HRTF : Head Related Transfer Function)라 한다. ILD나 ITD의 단순한 경로 차이보다 머리 표면에서의 회절, 귓바퀴의 굴곡들에 의한 반사 등 복잡한 경로상의 특성이 음의 도래 방향에 따라 변하는 현상을 바탕으로 입체음향을 지각할 수 있다. 각 방향의 머리 전달함수가 유일한 특성을 가지고, 이를 이용하면 입체음향을 만들어 낼 수 있다.
이러한 음원의 방향 지각 단서 외에도 음원의 거리를 지각할 수 있는 단서들이 몇 가지 있다. 거리감의 가장 기본적인 단서는 음향이다. 음은 청취자에게서 멀어질 때보다 가까울 때 음량이 더 커진다. 그러나 이 요인은 대개 청취자가 본래 음원의 음량이 얼마였는지 모르기 때문에 명확하게 알 수 없다.
거리감의 또다른 중요한 요인은 잔향(실내에서 소리가 울리다가 그친 다음에도 남아서 들리는 소리)의 상대적인 수준이다. 청취자까지의 거리가 멀어질수록 진폭은 감소한다. 거리가 2배 될 때마다 역자승의 법칙(Inverse Square Law)에 따라 직접음의 진폭은 반, 곧 6dB 단위로 감소한다.
한편 잔향의 진폭은 거리가 멀어지더라도 그리 많이 감소되지 않는다. 직접음과 잔향의 진폭 비는 거리가 먼 객체에서보다 가까운 객체에서 크다. 그러므로 멀리 있는 객체의 음은 가까이 있는 객체보다 잔향이 더 많다. 직접음은 거리가 2배로 멀어질 때마다 진폭의 절반 경사, 곧 3dB만큼 떨어진다. 잔향이 매우 많은 공간에서는 실제로 거리가 증가함에 따라 그렇게 빨리 감소하지 않는다.
앞에서 살펴본 것처럼 입체음향은 이미 우리가 늘 접해 온 자연스러운 음이다. 그렇다면 이러한 입체음향을 오디오 장비를 이용하여 사람들에게 전달해 줄 수는 없을까?
의외로 원리는 간단하다. 두 귀의 외이도 입구에서 음을 녹음하고, 다시 두 귀의 외이도 입구에서 재생하면 된다. 하지만 이 방법은 마이크를 두 귀에 직접 설치한 후 청취자가 듣고자 하는 최적의 위치에서 직접 녹음하고, 청취하기 위해서는 다시 이어폰 같은 장치를 이용해야만 한다.
이러한 불편 때문에 사람의 형상을 한 더미헤드(dumy head, 귀 부분에 마이크를 설치한 사람 머리 모양의 녹음 장치)라는 마이크로폰을 이용하고 있다. 더미헤드로 녹음한 신호 역시 헤드폰으로 들어야 입체감을 얻을 수 있다. 스피커를 통해 들을 때는 왼쪽 스피커의 소리가 오른쪽 귀로, 오른쪽 스피커의 소리가 왼쪽 귀로 전달되는 크로스토크 현상이 발생한다. 따라서 이를 제거해 주는 필터를 설계하여 왼쪽 스피커 신호는 왼쪽 귀에만, 오른쪽 스피커 신호는 오른쪽 귀에만 들리도록 해주어야 한다.
뱅앤올룹슨 프리미어 3D 사운드 시스템[편집]
제네시스 G90에 적용된 뱅앤올룹슨 프리미어 3D 사운드 시스템(Bang & Olufsen Premier Sound System with Real 3D Sound)은 제네시스 최고급 세단에 걸맞은 최첨단 음향 기술의 집약체로 탑클래스 카오디오 음향 경험을 제공하며 고객들의 호응을 얻고 있다.
뱅앤올룹슨 프리미어 3D 사운드 시스템은 총 23개의 스피커를 통해 타협 없는 최고 수준의 사운드 청취 경험을 제공한다.
각 좌석에 배치된 3웨이(트위터, 미드레인지, 우퍼) 스피커들은 모든 영역의 사운드를 고르게 블렌딩하여 섬세하면서도 다이내믹한 사운드를 전달하고 전방 대쉬보드에 위치한 ALT 트위터 스피커 및 도어 상단에 위치한 미드레인지 스피커는 전방으로부터 사운드를 안정적으로 잡아 주어 사운드 스테이지를 한층 살려준다. 운전석 헤드레스트 스피커는 주행 시 필요한 내비게이션 안내음과 경고음을 운전자에게 제공하여 안전성을 제공하고 뒷좌석 승객에게는 불필요한 소리를 최소화하여 정숙성을 높여준다.
차량 천장에 위치한 3개의 헤드라이너 스피커와 리어덱에 위치한 서라운드 스피커는 퀀텀로직 이멀젼 3D 서라운드 사운드 효과를 높여 몰입감 있는 독보적인 청취 경험을 가능하게 한다.
뱅앤올룹슨 프리미어 3D 사운드 시스템에 채택된 버추얼 베뉴 라이브(Virtual Venues Live)는 전 세계 음악 공연장 가운데 최고로 손꼽히는 '보스턴 심포니 홀' 과 뱅앤올룹슨 레퍼런스 사운드 청취 공간을 가상으로 재현한 '뱅앤올룹슨 홈'을 통해 음악 감상에 최적화된 공간의 음장 특성을 재현한다.
버추얼 베뉴는 유명 공연장/장소의 음장 특성을 섬세하고 정확하게 측정하여 알고리즘을 통해 차량 내에서 재현하는 기술로 G90에 적용된 버추얼 베뉴 라이브는 실내에 마이크를 적용하여 실시간으로 차량 내 음향 신호를 분석하고 버추얼 베뉴 알고리즘을 통해 음악뿐 아니라 탑승자들의 목소리와 박수 소리도 실제 공연장/장소에서 듣는 것과 같은 최적의 음장 효과를 적용한 사운드를 구현한다.
하만의 독자적인 기술인 퀀텀로직 이멀젼 3D 서라운드(QuantumLogic Immersion 3D Surround)는 음향 신호 및 리버브를 추출하여 재구성하는 알고리즘을 통해 사운드의 높이와 공간감을 극대화한다. 특히 차량 천장에 위치한 헤드라이너 스피커를 통해 탁월한 공간감을 느낄 수 있을 뿐만 아니라, 서라운드 사운드 효과를 10단계로 조절할 수 있어 각 단계별 맞춤 서라운드 사운드 설정을 가능하게 해준다.
참고자료[편집]
- 〈감동을 더하는 3D 입체 오디오〉, 《훤히 보이는 3D 기술》
- 〈3차원 음향〉, 《두산백과》
- 객석, 〈3D 사운드의 세기, 당신은 보는 것 만큼 듣고 있습니까?〉, 《네이버 포스트》, 2021-07-12
- 정영창 기자, 〈제네시스 G90 뱅앤올룹슨 프리미어 3D 사운드 시스템, 탑클래스 카오디오 음향 호평〉, 《오토모닝》, 2022-02-08
- 오토트리분, 〈자동차 오디오 시장, 고급화 바람이 분다〉, 《티스토리》, 2016-09-19
- 안혜원 기자, 〈Car&Joy 명차는 소리가 다르다〉, 《한경닷컴》, 2016-12-12
- 곽준혁 기자, 〈차 안에서 누리는 감성, 23채널 스피커 탑재된 아우디 Q7의 '3D 사운드'〉, 《보드나라》, 2014-12-19
같이 보기[편집]
