본 연구는 음향증폭시스템 중에서 청취자에게 가장 많은 영향을 미치는 스피커 시스템의 배치방식과 스피커 특성변화에 따른 청취자들의 주관적 반응을 명료도와 음향선호도 측면에서 측정하고 비교 분석함으로써 향후 대공간의 음향증폭시스템의 설계 시 활용할 수 있는 기초자료를 제공하고자 하였다. 연구 결과, 전체적으로 실의 흡음률이 결정적인 영향을 미치며, 천장의 흡음률이 높을수록 지각된 명료도는 높아지는 것으로 나타났다. 스피커가 낮게 설치된 경우에는 적용된 스피커의 개수가 많고 지향각이 좁은 스피커들이 사용된 경우의 명료도가 가장 높게 평가되었다. 그러나 전체적으로는 스피커가 천장 흡음면에 가까울수록, 그리고 60도 이하의 좁은 지향각을 갖는 스피커를 사용할 때 높은 명료도를 얻을 수 있으며, 본 연구의 검토범위에서는 8~10개 정도의 스피커가 적용되었을 때 주관적인 명료도 및 선호도가 가장 높게 평가되었다.
다채널 입체음향 시스템은 다수의 스피커를 사용하여 입체음향을 재현하므로 바이너럴 사운드 시스템에 비해 정확한 정위감과 넓은 sweet spot를 얻을 수 있다. 다채널 입체음향 시스템의 스피커 구동 기법은 각 스피커들 사이의 크기를 조절하는 amplitude panning 방법이 주로 사용된다. 그러나 이 방법은 각 스피커들 사이의 거리가 다르게 배치될 경우 성능이 저하되므로 본 논문에서는 각 스피커들의 위치가 다를 경우에도 손쉽게 설계가 가능한 스피커 구동방법을 제안한다.
본 논문에서는 멀티채널 오디오 재생시스템을 구성하는 라우드스피커들이 표준위치와 상이한 위치에 존재할 경우 입력된 멀티채널 오디오 신호가 표현하는 음장감을 최대한 유지하면서 주어진 라우드스피커 배치환경에 최적으로 가상음원과 멀티채널 오디오 신호를 재생하는 방법을 제안한다. 능동잡음제어 기술에 이용되는 LSM 기술을 활용하여 원음장과 스피커를 통해 재생되는 복원음장 사이의 오차를 최소화하는 음향공간필터를 설계하여 적용하였으며, 청취평가를 통하여 음장감이 유지됨을 확인하였다.
무선 사운드 스피커는 서로 다른 위치에 배치되어 송신기와의 채널 환경이 서로 다르게 되어 송신기와의 거리가 상대적으로 먼 후방 스피커의 경우 사람이나 구조물에 의해 채널 환경이 열악하게 되어 전방 스피커에 비해 데이터 오류 발생 확률이 높다. 본 논문은 Multi-band orthogonal frequency division multiplexing (MB-OFDM) 기반의 무선 오디오 전송 시스템에서 무선 채널 환경이 우수한 스피커에서 무선 채널 환경이 열악한 스피커로 데이터를 전달하는 스피커 릴레이 기법을 사용할 때, packet error ratio (PER) 성능을 향상시키며 전송 시간을 감소시킬 수 있는 효율적인 스피커 릴레이 기법을 제안한다.
본 논문에서는 다채널 스피커를 사용하는 음향 시스템에서의 가상 음원 생성 알고리즘을 제안하고 있다. 영상 신호의 표준은 보다 높은 해상도와 더 넓은 시야각을 제공하는 HD급이나 그 이상의 UHD급 등의 규격이 점차 상용화되고 있다. 그에 따라 음향 신호 또한 더 넓어진 음향 공간에서의 효과적인 음원 생성에 대한 필요성이 증가하고 있다. 기존의 스테레오 스피커 시스템으로는 원하는 사운드 효과를 재생하는데 한계를 가질 수밖에 없기 때문에, 여러 개의 스피커를 사용한 다양한 배치의 다채널 스피커 시스템이 제안되고 있다. 그러나 다수의 스피커를 사용한 시스템에서 기존의 사운드 패닝 알고리즘과 같은 가상 음원 생성 기술을 그대로 적용할 경우, 불연속적인 방향성 문제나 음색 열하 등의 또다른 문제가 발생할 수 있다. 이를 해결하기 위하여 임의의 배치의 다채널 스피커 시스템에서 적용 가능한 벡터 기반의 가상 음원 생성 알고리즘을 제안하였다. 제안된 알고리즘은 벡터 기반의 게인 조절 함수를 이용하여 음원의 방향감을 쉽고 효과적으로 생성할 수 있으며, 대칭 혹은 비대칭의 다채널 스피커 배치에 대해서 모두 적용 가능하다. 기존에 잘 알려진 VBAP와 MDAP의 레벨 패닝 방법과 의 청취 비교 실험을 통하여 보다 정확한 패닝 성능을 유지할 수 있는 것으로 확인되었다.
본 논문에서는 초고선명 디지털 TV 를 위한 차세대 멀티채널 사운드 시스템의 최적의 라우드스피커 레이아웃을 도출하기 위해 다양한 라우드스피커 배치 환경에서 인지 관점의 오디오 음질 주관평가를 실시하였다. NHK 22.2 채널 시스템, ITU-R BS.775-2 표준의 7.1 채널 시스템과, 실감 음향에 가장 중요한 역할을 하는 Top Layer 라우드스피커에 중점을 두고 다양한 신규 레이아웃 구성들을 비교하였으며, 스튜디오에서 믹싱된 컨텐츠와 B-format 레코딩을 멀티채널로 생성한 컨텐츠를 이용하여 주관 평가를 실시하였다. 주관 평가 결과, Top Layer 에 3 개의 라우드스피커를 가지는 10.2 채널 라우드스피커 레이아웃이 평가에서 사용된 전체적인 오디오 음질의 등급에서 NHK 22.2 채널 시스템과 차이를 인지하기 어렵다는 결과를 도출하였다.
본 연구에서는 최적 빔포머 (optimal beamformer)를 이용하여, 높은 지향특성을 갖는 라우드스피커 어레이를 구성하였다. 센서 어레이 시스템에 널리 적용되는 빔포밍 방법은 상반성 (reciprocity)의 원리에 의하여 라우드스피커 시스템에도 적용이 가능하다. 음원의 개수 및 배치 간격과 같은 최적 빔포머의 설계 변수와 지향성과의 관계를 살펴보고, 잡음 증폭을 억제하기 위해 적용되는 안정화 계수 (stability factor)도 유용한 설계 변수로 활용하였다. 또한 라우드스피커 자체가 갖는 지향성과 반사와 산란 등을 고려하여 빔포머를 최적화하는 방법을 제안하였고, 이 방법을 통해 예측치와 실제 시스템과의 차이를 줄였다. 실행 예제로 실제 어레이 시스템을 구성하고, 모의 실험과 실제 측정을 수행하여 성능을 확인하였다.
얇은 패널에서 음향 정보를 전달하기 위해서 단일 지점을 가진하는 방법은 패널 자체의 진동 특성의 영향으로 방사되는 음장에 영향을 끼치게 된다. 기존의 패널 자체를 방사체로 활용 하고자 하는 스피커 시스템은 단일 또는 스테레오 사운드 제공 목적으로 음원이 되도록 하는 패널 특정 위치에 부착된 가진기를 이용하게 된다. 이렇게 방사하는 음향은 판이 갖는 모달 특성으로 인해 쉽게 왜곡될 수 있어 충분한 음향 파워를 갖거나 높은 방사효율을 기대하기 어렵다. 또한, 몰입감 높은 음장을 구현하기 위해서 한정된 가진기를 이용하는데 한계가 있다. 본 논문에서는 얇은 패널에 고정적으로 부착된 가진기를 이용하여, 패널 임의의 위치에서 음향이 방사되도록 진동-음향 역문제적 기법을 이용하여 진동장을 제어하도록 스피커 영역을 렌더링하여 제어하는 기법에 대해 다루었다. 국소화된 스피커 영역을 패널에서 생성하여 음원의 위치를 변화 시킬 수 있도록 하고, 가지기의 배치와 구현 가능한 스피커 영역의 위치 간 관계를 모사실험을 통해 제어 결과를 비교 및 검토하였다.
본 논문에서는 공간에 위치한 음원으로부터 양 귀에 들리는 음향을 스피커를 이용하여 재현 하는 기술에 대한 문제점과 이를 효과적으로 구현할 수 있는 방법에 대해 소개한다. 좌우 대칭 위치의 스피커를 이용하여, 음상 정위를 실현할 때 직면한 문제점인 Cross-talk 제거와 스피커와 청취자 양 귀사이의 음향전달 모델 선정에 대한 문제점들을 본 논문에서 고찰한다. 이러한 고찰을 통하여 Transaural 필터의 모델 제시와 본 모델의 음향학적 특성을 소개한다. 인간 청각기관의 공간 감응 인자인 lID(Interaural Intensity Difference)와 ITD(Interaural Time Difference)의 개념을 이용한 Transaural 필터의 구현 방법을 제시한다. 제시한 구현방법과 영국 ISVR의 "Stereo Dipole"과의 비교와, 끝으로, 주파수에 따른 적합한 스피커간의 배치 문제에 관한 것도 언급한다.
복층이 있는 공간의 음향 특성을 계산식, 시뮬레이션 및 실측을 통해 비교해 보았다. 언더발코니 스피커의 바로 뒤 지역은 메인스피커와 딜레이 차이가 생기며, 중/저음 부분에서 충분한 음압저하가 이뤄지지 않아 컴필터링(Comb-Filtering) 현상이 크게 발생하게 된다. 또한 언더발코니 스피커의 바로 하부 지역은 스피커와 거리가 2~3m 내외로 언더발코니 스피커의 음압이 메인 스피커보다 커져 강대상과 음상일치가 깨지게 된다. 언더발코니 스피커에서 5~6m 이상 벗어나는 지역은 음의 역자승법칙에 따라 언더발코니 스피커 하부 지역보다 10dB이상 차이가 발생하며, 메인스피커에서도 중/고역 주파수(Mid/High Frequency) 음이 유입되지 않아 주파수별 음압 편차가 크게 발생하여 집중도가 떨어지게 된다. 이러한 음향 문제를 최소화하기 위해서 메인스피커의 위치 및 출력에 따른 언더발코니 스피커의 적절한 배치와 출력이 요청된다. 발코니 하부 지역을 더 쾌적한 음향 환경으로 개선하기 위해서는 언더발코니 스피커에 대한 적절한 음향설계 방향이 제시되어야 한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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