• 한국음향학회지
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• 제20권1호
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• pp.3-12
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• 2001

뜯는 현악기의 물리적 모델에서는 선형 시스템에 의해 현을 따라 이동하는 파동이 모델링 된다. 현재 양질의 악기 음 합성을 위해 사용되는 물리적 모델링 방법은 J.O. Smith가 제안한 디지털 도파관[1] 이론을 기초로 한다. J.O. Smith는 디지털 도파관 모델을 유도하기 위해 파동 방정식의 해를 이용했으며, 시간 변수를 기준으로 한 모델을 유도했다. 본 논문에서는 기존의 이론에 파동 방정식의 공간 변수도 고려해 악기를 모델링 함으로써 기존의 디지털 도파관 모델을 변형한 새로운 모델을 제시하였다. 새로운 악기 모델에서는 파동의 속도에 관계없이 공간 변수의 샘플링 간격을 일정하게 유지한 상태에서 시간 변수의 변화에 따른 파동의 이동을 묘사할 수 있도록 하였다. 이렇게 함으로써 새로운 악기 모델은 악기의 물리적인 움직임을 더 정확히 묘사할 수 있으며, 결과적으로 더 좋은 음질의 뜯는 현악기 음을 합성할 수 있다.

• 한국음향학회지
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• 제32권4호
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• pp.361-368
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• 2013

진동하는 현의 성질을 나타내는 방법으로 반대 방향으로 진행하는 파가 현과 전송선로에 존재한다는 사실에 기초하여 현은 전송선로에 비유되어왔다. 이러한 비유에서 현의 강역(rigid end)과 변위는 각각 전송선로의 개방회로와 전류로 나타내어졌다. 그러나, 본 연구에서 강역과 변위는 각각 단락회로와 전압에 해당됨이 전송선로의 이론으로부터 밝혀졌고 이를 회로시뮬레이션으로 확인하였다. 이러한 발견에 기초하여 전송선로, 구분적 선형 전류원, 스위치들로 구성된 전송선로 기반 탄현 모델을 제안하였다. 임의로 선택된 지점에서의 전압과 전송선로 끝 극소 부분 양단에서 계산된 전압이 현의 성질을 지배하는 파동방정식의 차분형식(difference form)으로 구한 해당 지점에서 변위와 강역에서의 힘과 일치함을 보임으로서 제안한 모델이 정당함을 증명하였다. 또한, 제안된 모델의 현악기 및 관악기 모델링의 적용성을 제시하였다.

• 한국음향학회지
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• 제30권2호
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• pp.107-113
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• 2011

본 논문에서는 발현악기 물리적 모델링에서의 개선된 루프필터 설계 방법을 제안한다. V$\"{a}$lim$\"{a}$ki가 제안한 기존의 루프필터 설계 방법은 악기의 음이 오래 지속되는 경우에는 타당하지만, 그렇지 못한 경우에는 악기 음의 주파수 의존 감쇠를 표현하지 못하는 문제점이 있다. 이를 해결하기 위해 녹음된 악기의 단위음에 대해 감쇠구간을 선택, 배음의 개수를 최소 5개부터 20개까지 변경하며 루프필터의 파라미터를 추정하고 이를 이용한 합성음과 원 신호 간 주파수 영역에서의 신호 대 잡음비가 가장 좋은 파라미터를 선택한다. 제안한 방법의 성능 검증을 위해 몸통의 구조와 현의 재질이 각각 다른 기타, 가야금, 거문고를 대상악기로 선정하였다. 제안한 방법은 배음의 지속시간에 상관없이 악기 음의 주파수 의존 감쇠를 잘 표현하는 루프필터 파라미터를 추정해 낼 수 있었다.

• 융합신호처리학회논문지
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• 제7권3호
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• pp.102-107
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• 2006

본 논문에서는 가야금의 안족과 몸통의 임펄스 응답을 이용하여 가야금의 사운드를 합성하였다. 디지털 도파관을 이용한 물리적 모델링에서 가야금의 소리를 제어하는 부분은 현과 몸통, 안족의 세 가지 시스템으로 구성되며, 이 시스템은 직렬 선형적으로 결합된다. 가야금 현의 모델은 지연라인만으로 구현되었고, 몸통과 안족은 각각의 임펄스 응답으로부터 추정하였다. 몸통의 임펄스 응답으로부터 3 개의 공명 주파수를 찾아 이를 공명기로 구현하여 몸통으로 대체하고, 안족은 기본 주파수 대역에 대하여 고역통과필터 특성을 갖는 시스템으로 구현하였다. 합성된 가야금 사운드의 오차(RMSE)는 주로 0.01-0.03 의 아주 작은 값의 분포를 보였다.

• 한국음향학회지
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• 제30권5호
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• pp.281-294
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• 2011

물리적 모델링 기반 음 합성 알고리즘은 음 합성 시 많은 연산량을 요구하며 이는 실시간 음 합성을 저해한다. 이러한 문제를 해결하기 위해 본 논문에서는 물리적 모델링 기반 현악기 사운드 엔진을 멀티코어 프로세서에 구현하고, 사운드 엔진을 위한 최적의 멀티코어 프로세서 구조를 제안한다. 대상 현악기의 단위음을 합성하기 위해 각 프로세싱 엘리먼트 (processing element, PE)당 합성하는 샘플 (sample-per-processing element, SPE) 수를 변화시키는 실험을 통해 시스템의 성능 (system performance), 시스템 면적 효율 (area efficiency), 에너지 효율 (energy efficiency)을 각각 측정하고, 측정된 결과를 바탕으로 최적의 멀티코어 프로세서 구조를 선택하였다. 모의실험 결과, 어쿠스틱 기타는 SPE가 5,513과 2,756일 때 가장 높은 시스템 면적 효율과 에너지 효율을 보였으며, 클래식 기타는 SPE가 22,050과 5,513일 때 시스템 면적 효율과 에너지 효율이 가장 높았다. 또한 이를 이용하여 44.1 kHz의 샘플링율을 갖도록 대상 악기의 단위음을 합성한 결과 원음과 스펙트럼에서 매우 유사함을 확인할 수 있었고, 울산대학교 대학원생 및 교수 10명을 대상으로 실시한 MUSHRA 주관 청취 테스트에서도 좋은 결과를 얻었다.

• 한국음향학회지
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• 제29권3호
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• pp.191-199
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• 2010

물리적 모델링은 실제 악기음과 유사한 고음질의 음을 합성하는 방법이다. 그러나 물리적 모델링은 악기의 소리를 합성할 때 필요한 수많은 파라미터들을 동시에 계산해야 하기 때문에 동시 발음수가 높은 악기의 경우 실시간 처리에 문제가 발생할 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 본 논문에서는 기타의 음 합성 알고리즘을 실시간으로 처리 가능한 단일 명령어 다중 데이터 (Single Instruction Multiple Data, SIMD)처리 방식의 병렬 프로세서를 제안한다. 대표적인 현악기인 기타의 6개 현을 제어하기 위해 6개의 프로세싱 엘리먼트 (Processing Element, PE)로 구성된 SIMD기반 병렬 프로세서를 사용하였다. 각각의 프로세싱 엘리먼트는 해당되는 기타 현을 모델링하며, 각 현의 여기신호와 파라미터를 합성 병렬 알고리즘의 입력으로 받아 동시에 6개 현의 합성된 음을 실시간으로 생성할 수 있다. 표본화 비율을 44.1 kHz로 설정하고 16비트 양자화 데이터의 음을 합성한 모의 실험 결과, 제안한 SIMD기반 병렬 프로세서를 이용한 합성음은 원음과 매우 유사하였으며, 상용 프로세서인 TI사의 TMS320C6416보다 실행 시간에서 8.9배, 에너지 효율에서 39.8배의 성능 향상을 보였다.