3차원 오디오 효과

"오늘의AI위키"는 AI 기술로 일관성 있고 체계적인 최신 지식을 제공하는 혁신 플랫폼입니다.
"오늘의AI위키"의 AI를 통해 더욱 풍부하고 폭넓은 지식 경험을 누리세요.

1. 개요
2. 기술
- 2.1. 구현 원리
3. 방식
4. 입체 음향 렌더링
- 4.1. 특징 예측 (Characteristic Prediction)
- 4.2. 음선법/기하 음향 모델링 (Ray Acoustic Modeling/Geometric Acoustic Modeling)
5. 3D 오디오 활용 사례
참조

1. 개요

3차원 오디오 효과는 소리의 공간적인 위치를 재현하는 기술로, 머리전달함수와 잔향을 사용하여 청취자의 뒤, 위, 아래에서 소리가 나는 것처럼 시뮬레이션한다. 1990년대 PC와 게임 콘솔에 등장했으며, 3D 스피커 재생 시 높이 레벨을 표현하기 위해 앰비소닉스 및 파동장 합성 원리가 사용된다. 입체 음향은 음량 차이, 시간 차이, 주파수 특성 변화, 위상 변화, 잔향 변화 등의 요소를 통해 재현되며, 스테레오 및 서라운드, 공간 음향, 바이노럴 방식 등 다양한 방식으로 구현된다. 3D 오디오는 놀이공원 어트랙션, 오디오북, 음악 공연 등 다양한 분야에서 활용되고 있으며, 특징 예측 방식과 레이 트레이싱 방식의 렌더링 기술이 사용된다.

더 읽어볼만한 페이지

착청 - 맥거크 효과
맥거크 효과는 시각 정보와 청각 정보의 불일치로 인해 뇌가 두 정보를 통합하여 실제와 다른 소리를 인지하는 착각 현상으로, 다중 감각 정보 처리 방식에 대한 통찰력을 제공하며 내적, 외적 요인 및 언어, 문화에 따라 강도가 달라질 수 있다.
착청 - 셰퍼드 음
셰퍼드 음은 옥타브 간격으로 배열된 사인파들을 중첩시켜 청각적 착각을 일으키는 음향 효과로, 셰퍼드 음계로 멜로디에 적용하여 지속적인 청각적 환영을 만들 수 있으며 음악, 영화, 비디오 게임 등에서 활용된다.
음향 효과 - 메아리
메아리는 소리가 반사되어 다시 들리는 현상을 의미하며, 음향학적으로 음파가 단단한 표면에 부딪혀 발생하고, 자연 현상, 음파 탐지, 의료 영상 등 다양한 분야에서 활용된다.
음향 효과 - 이퀄라이저
이퀄라이저는 음향 기기나 소프트웨어에서 특정 주파수 대역의 음량을 조절하여 음색을 보정하거나 변화시키는 장치로, 통신 시스템 왜곡 보정에 사용되던 것이 음악 감상, 음향 제작 등 다양한 분야에서 활용되며, 파라메트릭, 그래픽, 디지털 등 다양한 종류와 쉘빙형, 피킹형 등의 주파수 대역 형태를 가진다.

3차원 오디오 효과
3차원 오디오 효과 개요
3차원 오디오 효과는 헤드폰이나 스피커를 통해 3차원 공간에서 소리가 나는 환상을 만들어낸다.
주요 정보
유형	음향 효과 클래스
기술	바이노럴 녹음 헤드폰 스피커
목적	청취자에게 몰입감 있는 오디오 경험을 제공
역사 및 배경
최초 개발	벨 연구소
초기 사용	전화 통화 품질 개선
발전	가상 현실 비디오 게임 산업에서의 활용 증가 몰입형 경험 제공에 대한 관심 증가
기술적 측면
핵심 원리	머리 전달 함수 (HRTF) 사용 인간의 청각 시스템 모방 소리의 방향 및 거리감 생성
주요 기술 요소	바이노럴 녹음 (Binaural recording) 크로스토크 상쇄 (Crosstalk cancellation) 잔향 효과 (Reverberation)
구현 방법	헤드폰을 통한 구현 스피커를 통한 구현 (음향 투영)
응용 분야
주요 응용 분야	가상 현실 (VR) 비디오 게임 음악 제작 영화 통신
구체적인 예시	VR 게임에서의 몰입감 향상 영화관에서의 현실적인 음향 효과 음악 감상 시 공간감 부여
관련 기술 및 개념
관련 기술	서라운드 사운드 입체 음향 오디오 코딩
관련 개념	심리 음향학 청각인지
장점 및 단점
장점	몰입감 향상 현실감 증대 공간감 제공
단점	개인별 최적화 필요 장비 의존성 연산 복잡성

2. 기술

3차원 입체 음향은 청취자의 공간 인지 능력을 활용하여 음향을 입체적으로 재현한다. 마치 녹음 현장에 있는 듯한 생생한 느낌을 전달하며, 몰입감을 극대화한다.

입체 음향은 여러 대의 마이크로 녹음한 것을 여러 대의 스피커로 소리를 내어 음장을 재현하거나, 인간의 귀에 들리는 것과 같은 음향을 재현하면서 녹음하는 방식으로 구현될 수 있다.

일부 놀이공원에서는 3차원 오디오의 원리를 기반으로 한 어트랙션을 만들기도 한다. 예를 들어 플로리다의 월트 디즈니 월드 리조트에 있는 디즈니 할리우드 스튜디오의 ''사운즈 데인저러스!(Sounds Dangerous!)''가 있다. 방문객들은 코미디언 드류 캐리가 출연하는 짧은 영화를 보면서 특수 이어폰을 착용한다. 영화의 한 장면에서 화면이 어두워지고 3차원 오디오 사운드트랙이 방문객들을 진행 중인 이야기에 몰입시킨다. 효과를 제대로 들을 수 있도록 이어폰 덮개에 색상 코드를 지정하여 착용 방법을 알려주는데, 이것은 생성된 효과가 아니라 바이노럴 레코딩을 이용한 것이다.

닉 케이브의 소설 ''버니 문로의 죽음''은 3D 오디오를 사용하여 오디오북 형식으로 녹음되었고, 영국 아티스트 이모젠 힙의 "Propeller Seeds"라는 곡도 3D 오디오를 사용하여 녹음되었다.

2016년 1월 23일 런던의 미니스트리 오브 사운드에서 열린 세계 최초의 돌비 애트모스 행사를 포함하여 3D 오디오를 DJ 공연에 사용하는 개발이 있었다. 이 행사는 Hospital Records의 소유주인 토니 콜먼, 일명 런던 일렉트리시티가 공연한 3D 오디오 DJ 세트를 선보였다.

다른 조사에는 3D 나이트클럽 세트를 위해 2015년 Native Instruments에서 제작하고 출시한 STEM 음악 컨테이너와 결합된 앰비소닉스를 사용하는 것을 연구하는 Jago 3D 사운드 프로젝트가 포함되었다.

2. 1. 구현 원리

3차원 입체 음향은 음량 차이, 시간 차이, 주파수 특성 변화, 위상 변화, 잔향 변화 등의 요소를 통해 구현된다. 이러한 요소들은 마이크 배치를 통해 물리적으로 수집·재현되거나, 디지털 신호 처리를 통해 인공적으로 재현될 수 있다.

음상 정위: 음원의 위치를 파악하는 것을 말하며, 음량 차이, 시간 차이, 주파수 특성 변화, 위상의 변화를 통해 재현한다.
임펄스 응답: 잔향 특성은 종종 임펄스 응답으로 측정된다.

3D 위치 오디오 효과는 1990년대 PC 및 게임 콘솔에서 등장했으며, 음악 및 비디오 게임 스타일의 뮤직 비디오 예술에도 통합되었다. 3D 스피커 재생 시 높이 레벨을 정확하게 표현하는 것은 앰비소닉스 및 파동장 합성(WFS) 원리에 의해 가능해졌다.

2. 1. 1. 음량 차이

거리에 따른 음량 감쇠와 양이 간 강도 차이를 이용하여 음원의 위치를 재현한다. 머리전달함수와 잔향을 사용하면 소스에서 청취자의 귀까지 소리가 전달되는 과정(벽과 바닥의 반사 포함)의 변화를 시뮬레이션할 수 있다. 이러한 효과에는 청취자의 뒤, 위, 아래에 있는 소스 위치 파악이 포함된다.

2. 1. 2. 시간 차이

머리전달함수와 잔향을 이용하면 소리가 음원에서 청취자의 귀까지 전달될 때, 벽과 바닥의 반사 등을 포함한 여러 변화를 흉내 낼 수 있다. 이러한 방식으로 청취자 뒤, 위, 아래에 있는 소리의 위치를 파악하는 효과를 낼 수 있다.

2. 1. 3. 주파수 특성 변화

머리전달함수와 잔향을 사용하면 소리가 청취자의 귀까지 전달되는 과정(벽과 바닥의 반사 포함)에서 변화를 시뮬레이션할 수 있다. 이러한 효과에는 청취자의 뒤, 위, 아래에 있는 소리의 위치를 파악하는 것이 포함된다.^[1]

일부 3D 기술은 양이 녹음을 스테레오 녹음으로 변환하기도 한다.^[2]

2. 1. 4. 잔향 변화

머리전달함수와 잔향을 사용하면 소리가 청취자의 귀까지 전달되는 과정(벽과 바닥의 반사 포함)의 변화를 시뮬레이션할 수 있다. 이러한 효과에는 청취자의 뒤, 위, 아래에 있는 소리의 위치를 파악하는 것이 포함된다.^[1]

3. 방식

3차원 입체 음향은 다양한 방식으로 구현될 수 있다.

'''스테레오''' 방식: 2개의 마이크, 2채널 녹음 재생 시스템, 2개의 스피커를 사용한다.
'''서라운드 사운드''' 방식: 돌비 디지털로 대표되며, 3개 이상의 스피커를 사용한다.
'''3D 위치 오디오''' (3-D positional audio): 모노럴 녹음된 소리에 디지털 신호 처리를 통해 방향감을 부여한다. 스피커 외부에서 소리가 들리는 효과를 낼 수 있다. 머리전달함수와 잔향을 사용하여 소리의 전달 과정(벽과 바닥의 반사 포함)을 시뮬레이션하며, 청취자 뒤, 위, 아래 소리 위치 파악을 포함한다. 일부 3D 기술은 양이 녹음을 스테레오 녹음으로 변환한다. 1990년대 PC 및 게임 콘솔에서 등장했으며, 음악 및 비디오 게임 스타일의 뮤직 비디오 예술에도 통합되었다. 3D 스피커 재생 시 높이 레벨을 정확하게 표현하는 것은 앰비소닉스 및 파동장 합성(WFS) 원리에 의해 가능해졌다.^[1]
'''공간 음향'''(Spatial Audio): 유튜브나 페이스북의 360도 동영상 및 VR 동영상(스테레오 360도 동영상)에서 360도 음향을 부호화하기 위해 사용된다.^[3]^[4] 페이스북은 Facebook 360 Spatial Workstation을, 구글은 Spatial Media Metadata Injector를 제공한다.
'''바이노럴''' 방식: 헤드폰을 사용하여 재생하는 방식이다. 더미 헤드라고 불리는 모의 인두의 귀 부분에 마이크를 매립하여 녹음하거나, 사용자의 귀에 작은 마이크를 이어폰처럼 고정하여 녹음한다. 스피커를 사용한 재생에서는 양쪽 귀에 소리가 도달(크로스토크)하기 때문에 의도한 효과를 얻을 수 없으므로, 크로스토크를 상쇄하는 트랜스오럴 처리가 수행된다.^[7]^[8]

3. 1. 스테레오 및 서라운드 방식

입체 음향의 간편하고 가장 오래된 방법으로 '''스테레오''' 방식이 있다. 스테레오 방식에서는 적어도 2개의 마이크, 2채널의 녹음 재생 시스템, 2개의 스피커를 사용하여 재생한다. 돌비 디지털로 대표되는 '''서라운드 사운드''' 방식에서는 3개 이상의 스피커를 사용한다.

또한, '''3D 위치 오디오''' (3-D positional audio)라고 불리는 방식에서는 모노럴 녹음된 소리를 사용하여 디지털 신호 처리를 통해 방향감 등을 부여한다. 일반적인 스테레오 방식에서는 재생에 사용하는 2개의 스피커 사이에서만 소리가 들리지만, 3D 위치 오디오 기술을 조합하여 스피커 외부에서 소리가 들리도록 할 수 있다.

머리전달함수와 잔향을 사용하면 소스에서 청취자의 귀까지 소리가 전달되는 과정(벽과 바닥의 반사 포함)의 변화를 시뮬레이션할 수 있다. 이러한 효과에는 청취자의 뒤, 위, 아래에 있는 소스 위치 파악이 포함된다. 일부 3D 기술은 양이 녹음을 스테레오 녹음으로 변환하기도 한다. 3D 위치 오디오 효과는 1990년대 PC 및 게임 콘솔에서 등장했다. 3D 오디오 기술은 음악 및 비디오 게임 스타일의 뮤직 비디오 예술에도 통합되었다. 3D 스피커 재생 시 높이 레벨을 정확하게 표현하는 것은 앰비소닉스 및 파동장 합성(WFS) 원리에 의해 가능해졌다.^[1]

3. 2. 공간 음향 (Spatial Audio)

유튜브나 페이스북의 360도 동영상 및 VR 동영상(스테레오 360도 동영상)에서는 360도 음향을 부호화하기 위해 공간 음향(Spatial Audio)을 사용하고 있다.^[3]^[4] 페이스북은 Facebook 360 Spatial Workstation을, 구글은 Spatial Media Metadata Injector를 공간 음향을 위해 제공하고 있다.

3. 2. 1. 지원 장비

1차 앰비소닉스 마이크(마이크 4개 탑재)는 다음과 같다.

젠하이저 AMBEO VR Mic
ZOOM F8n, F8, F4, H2n^[5], H3-VR^[6]
RØDE NT-SF1

2차 앰비소닉스 마이크(마이크 5개 이상 탑재)는 다음과 같다.

ZYLIA ZM-1 (마이크 19개 탑재)

3. 3. 바이노럴 방식

'''바이노럴''' 방식은 헤드폰을 사용하여 재생하는 방식으로, 스테레오 방식에서 청취자 전방에 스피커를 설치하는 것과는 다르다. 바이노럴 방식에서의 녹음은 통상 더미 헤드라고 불리는 모의 인두(人頭)의 귀 부분에 마이크를 매립하여 녹음한다. 또한 사용자의 귀에 작은 마이크를 이어폰처럼 고정하는 (전원은 레코더나 비디오 카메라의 플러그인 파워 방식으로 공급한다) 타입의 바이노럴 마이크도 여러 모델이 존재한다. 착용자의 호흡 소리나 침을 삼키는 소리 등도 함께 녹음된다는 특징도 있지만, 부피가 큰 더미 헤드에 비해 간편하게 이용할 수 있다.

바이노럴 음성은 스테레오 스피커로 직접 재생하면, 각 스피커로부터의 소리가 양쪽 귀에 도달(크로스토크)하기 때문에 의도한 효과를 얻을 수 없다. 따라서 스피커를 사용한 재생에서는 크로스토크를 상쇄하는 트랜스오럴 처리가 수행된다.^[7]^[8]

서라운드 방식의 입체 음향을 머리전달함수(HRTF)에 의해 바이노럴 방식의 입체 음향으로 변환하는 툴도 존재한다.

4. 입체 음향 렌더링

3D CG 소프트웨어에서는 시네마 4D, Shade, 블렌더 등이 입체 음향 렌더링을 지원한다. 입체 음향 렌더링 방식에는 특징 예측 방식과 음선법/기하 음향 모델링(레이 트레이싱 방식)이 있다.

4. 1. 특징 예측 (Characteristic Prediction)

음원과 마이크의 위치, 방향, 움직임 등을 통해 감쇠, 음상 정위, 도플러 효과 등을 계산하여 재현하는 방식이다. OpenAL, 많은 게임 엔진, 블렌더 등이 이 방식을 구현하고 있다.

4. 2. 음선법/기하 음향 모델링 (Ray Acoustic Modeling/Geometric Acoustic Modeling)

벽, 바닥, 장애물 등의 반향을 재현하기 위해 레이 트레이싱을 사용하는 방식이다. 저주파는 확산 반사하기 쉽고, 고주파는 경면 반사하기 쉽기 때문에 파장을 구분한 레이 트레이싱도 사용된다. NVIDIA VRWorks Audio, GSound, 블렌더 애드온 E.A.R 등이 이 방식을 구현하고 있다.

5. 3D 오디오 활용 사례

일부 놀이공원에서는 3차원 오디오의 원리를 기반으로 한 어트랙션을 만들었다. 한 예로 플로리다의 월트 디즈니 월드 리조트에 있는 디즈니 할리우드 스튜디오의 ''사운즈 데인저러스!(Sounds Dangerous!)''가 있다. 방문객들은 코미디언 드류 캐리가 출연하는 짧은 영화를 보면서 특수 이어폰을 착용한다. 영화의 한 장면에서 화면이 어두워지고 3차원 오디오 사운드트랙이 방문객들을 진행 중인 이야기에 몰입시킨다. 효과를 제대로 들을 수 있도록 이어폰 덮개에 색상 코드를 지정하여 착용 방법을 알려준다. 이것은 생성된 효과가 아니라 바이노럴 레코딩이다.^[1]

닉 케이브의 소설 ''버니 문로의 죽음''은 3D 오디오를 사용하여 오디오북 형식으로 녹음되었다.^[2]

영국 아티스트 이모젠 힙의 "Propeller Seeds"라는 곡은 3D 오디오를 사용하여 녹음되었다.^[3]

2016년 1월 23일 런던의 미니스트리 오브 사운드에서 열린 세계 최초의 돌비 애트모스 행사를 포함하여 3D 오디오를 DJ 공연에 사용하는 개발이 있었다. 이 행사는 Hospital Records의 소유주인 토니 콜먼(런던 일렉트리시티)이 공연한 3D 오디오 DJ 세트를 선보였다.^[4]

다른 조사에는 3D 나이트클럽 세트를 위해 2015년 Native Instruments에서 제작하고 출시한 STEM 음악 컨테이너와 결합된 앰비소닉스를 사용하는 것을 연구하는 Jago 3D 사운드 프로젝트가 포함되었다.^[5]

참조

_[1] 웹사이트 PERCEPTION OF SOUND SOURCE DIRECTION https://sites.google[...]
_[2] 문서 いわゆる「重低音」は、大音量では皮膚の感覚などを通しても感じられる。
_[3] Youtube Use spatial audio in 360-degree and VR videos https://support.goog[...] Google
_[4] Facebook Introducing Spatial Audio for 360 Videos on Facebook https://www.facebook[...] Facebook
_[5] 문서 H2n内蔵のマイクのみ対応
_[6] 문서 同社は、H2n以外ではAmbisonics（アンビソニックス）と表記している
_[7] 웹사이트 バーチャルサラウンド https://www.jas-audi[...] 日本オーディオ協会 2020-02-10
_[8] 간행물 知識ベース「知識の森」 http://www.ieice-hbk[...] 電子情報通信学会 2012
_[9] 웹인용 PERCEPTION OF SOUND SOURCE DIRECTION https://sites.google[...]

본 사이트는 AI가 위키백과와 뉴스 기사,정부 간행물,학술 논문등을 바탕으로 정보를 가공하여 제공하는 백과사전형 서비스입니다.
모든 문서는 AI에 의해 자동 생성되며, CC BY-SA 4.0 라이선스에 따라 이용할 수 있습니다.
하지만, 위키백과나 뉴스 기사 자체에 오류, 부정확한 정보, 또는 가짜 뉴스가 포함될 수 있으며, AI는 이러한 내용을 완벽하게 걸러내지 못할 수 있습니다.
따라서 제공되는 정보에 일부 오류나 편향이 있을 수 있으므로, 중요한 정보는 반드시 다른 출처를 통해 교차 검증하시기 바랍니다.

문의하기 : help@durumis.com