입체음향의 원리와 생성 방식에 대해서
입체음향의 원리와 생성 방식에 대해서 살펴보도록 하겠습니다. 입체음향은 음원이 존재하는 공간에 직접 위치하지 않은 청취자가 재생된 음향을 들었을 때 음향으로부터 공간적 단서를 지각할 수 있는 음향을 의미합니다. 일반적으로 영화나 TV, 오디오 같은 분야에서는 서라운드라는 방식으로 제공되고 있으며, 컴퓨터 분야에서는 상호작용을 지원하는 입체음향을 사용하고 있습니다. 이러한 입체음향의 원리는 먼저 소리의 전달 경로가 있습니다. 또한 사람의 외부에서의 전달 경로와 내부에서의 전달 경로로 나눌 수 있습니다. 사람이 음원에 대한 공간적 단서를 지각할 수 있는 것은 머리 전달계의 고유한 특성에 의해 두 귀에 들어오는 두 신호 간의 차이 때문입니다. 그리고 공간적 단서가 있습니다. 사람이 공간적 단서를 인지할 수 있는 요인은 다음과 같습니다. 먼저 두 귀에 도달하는 소리의 시간 차입니다. 사람이 음원의 위치에 대한 방향성을 인지할 수 있는 이유는 두 귀에 들어오는 소리의 시간 차가 있기 때문입니다. 즉, 가까운 방향 쪽에 있는 귀가 먼저 그 소리를 들을 것입니다. 이에 따라 음원의 방향을 알 수 있습니다. 그리고 두 귀에 도달하는 소리의 세기 차입이다. 사람이 음원의 위치를 느낄 수 있는 또 하나의 단서는 소리 크기에 기인합니다. 즉, 가까운 곳에서 들리는 음의 크기가 더 클 것입니다. 또한 두 귀에 들리는 소리의 크기 차로 위치감과 거리감을 느낄 수 있게 됩니다. 그 외에 사람이 음원의 위치나 거리를 인지하는 공간적 단서에 영향을 주는 것으로는 시각적 효과, 머리의 움직임, 소리의 종류에 따른 친숙도 등이 있습니다. 이러한 입체음향은 어떻게 생성될까요? 입체음향의 생성 방식은 음을 녹음하는 방법과 입체 음향을 생성하는 방법으로 나눌 수 있습니다. 또한 청취자와 음원 간의 위치 정보를 이용하여 생성할 수 있습니다. 이러한 음원과 청취자에 대한 위치의 변화에 따른 소리를 생성하기 위해서는 먼저 청취자와 음원 간의 위치를 반영한 소리가 필요합니다. 이러한 음원과 청취자의 위치에 따른 소리를 녹음하는 방법으로는 주로 더미 헤드를 이용하는 방법이 주로 사용되고 있습니다. 또한 녹음된 소리로부터 머리 전달함수를 이용하여 입체음향을 생성할 수 있습니다. 그리고 특정 장소에 따른 입체음향을 생성하기 위해서는 장소에 따른 머리 전달함수와 공간 전달함수를 이용하여 생성할 수 있습니다. 더욱 자세하게 설명하자면 앞서 말씀드린 더미 헤드에 마이크로폰을 설치하고 음원을 이동시키면서 소리를 녹음합니다. 하지만 이 방법에는 단점이 존재합니다. 사람의 머리 전달계는 각 개인의 특성에 따라 다르기 때문에, 동일 음원에 대하여 두 귀를 사용하는 바이오럴 신호를 녹음할 때는 각 개인의 머리 모양에 따라 여러 형태의 신호가 생길 수 있습니다. 가장 이상적인 입체음향의 구현은 청취자 자신의 두 귀에 장착한 마이크로폰으로 녹음된 신호를 이용하는 것이지만, 모든 사람이 자신의 바이오럴 신호를 녹음한다는 것은 불가능합니다. 따라서 주로 청각 능력이 뛰어난 음악가나 표준치의 머리 모형인 더미 헤드를 장착한 마이크로폰을 통하여 바이오럴 신호를 녹음하는 방식을 이용합니다. 이때 머리 전달함수란 무반향실 내에서 더미 헤드를 이용하여 여러 각도에 배치한 스피커에서 나오는 음들을 녹음하여 푸리에 변환한 것을 의미합니다. 머리 전달함수는 소리가 들어오는 각도에 따라 달라지기 때문에 여러 위치에서 나오는 음들에 대해 머리 전달함수를 측정하고 이를 데이터베이스로 구축합니다. 이 데이터베이스로부터 원하는 위치에 해당하는 머리 전달함수를 선택하여 단순음과 컨볼루션을 수행하면 해당 위치에서의 위치음을 생성시킬 수 있고, 이동음도 생성시킬 수 있습니다. 그리고 머리 전달함수에 없는 불연속점에서의 소리는 보간법을 이용하여 구할 수 있습니다. 그리고 공간 전달함수는 특정 장소에 따른 공간의 크기, 구조, 벽 또는 천장 재질 등에 의해 음원에 대한 직접음, 초기 반사음, 잔향 패턴 및 잔향 시간 등이 달라지게 됩니다. 이러한 차이는 장소의 특징에 따라 달라지며 이러한 차이로 인해 청취자는 어떤 장소인지를 알게 됩니다. 이러한 특정 장소의 효과를 생성하기 위해서는 무반향실이 아닌 특정한 실내에서 머리 전달함수를 측정해야 합니다. 이렇게 특정한 장소에서 측정한 머리 전달함수를 공간 전달함수라고 하는 것입니다. 이를 이용하면 특정한 장소에 대한 가상의 음장을 생성할 수 있습니다. 이러한 기술을 차폐 기술, 앰비언스 리버브 기술이라고 부릅니다. 특히 게임이나 가상공간 등에서 보다 입체감 있고 실감 나는 사운드를 재현할 수 있습니다. 실제로 소스 음원이 벽에 의해서 완전히 차단되는 경우나 소스 음원에 직접적으로 노출되어 있지는 않지만 벽에 의해 반사가 존재하는 경우, 소스 음원에 노출되나 반사가 존재하지 않는 경우에 따라 함수 적용이 다릅니다. 각각의 경우 공간 전달 함수 기법을 이용하여 다양한 경우에 대한 가상의 음장을 생성할 수 있습니다. 예전에는 단순히 리듬만을 연주했던 컴퓨터 음악에서 마치 원음에 가까울 정도로 발전한 입체음향은 현재도 주목받고 있지만 앞으로 멀티미디어의 주축이 될 가상현실에서 필수적인 요소라고 볼 수 있습니다. 최첨단 기술의 입체음향이 있어야 사용자는 입체적이고 복합적인 사운드를 제공받을 수 있으므로 현실이라고 이용자가 느낄 수 있기 때문입니다. 여기까지 입체음향의 원리와 생성 방식에 대해서 살펴봤습니다.