본 논문에서는 가중치를 고려한 L2-norm 최소화 기법으로 역 MFCC 알고리듬을 이용하여 고래 사운드 재생 시스템을 구현하였다. 고래소리 콘텐츠와 3D 프린팅을 결합하여 제작된 본 연구의 결과물은 고래관광 산업 및 멀티미디어 콘텐츠 산업에 기여를 하게 될 것이다. 먼저 다양한 고래 소리를 재생하는 소프트웨어를 개발하고 개발된 소프트웨어를 3D 프린팅된 고래의 내부에 있는 라즈베리 파이 하드웨어에 업로드한다. 이 시스템을 개발하는데 사용된 프로그래밍 언어는 고래소리분류를 위한 C++, 고래 소리 재생 알고리즘을 위한 MATLAB 및 Python, 고래 모형의 3D 프린팅을 위한 Rhino 6 등이다.
수중에서의 일시적인 신호는 복잡하고, 변화가 심하며, 비선형적이므로 신호의 패턴을 정확히 모델링하기 어렵다. 본 논문에서는 수중 신호 중 하나인 고래 소리를 선택하여 음성분석 기법에 많이 사용하는 Cepstral 분석에 의한 MFCC 추출법을 이용하여 분석하였고, MFCC와 $L_2$-norm 최소화 기법을 이용하여 고래소리를 재생하였다 실험 분석에 사용된 고래의 종류는 혹등고래(Humpback whale), 참고래(Right whale), 대왕고래(Blue whale), 귀신고래(Gray whale), 밍크고래(Minke whale) 등 5종으로서 과거 한반도 동해안에 출몰한 적이 있는 고래들이다. 원본 고래소리에서 MATLAB프로그래밍을 이용하여 20차 MFCC계수들을 추출한 후 이를 가중 $L_2$-norm 최소화를 이용한 MFCC역변환을 통해 재생한다. 최종적으로 가중치가 3~4의 값에서 고래소리 재생이 가장 적합함을 알 수 있었다.
본 논문에서는 실제 현실에서 표현되는 소리의 특징인 파동(Sound wave)과 흐름(Sound flow) 그리고 회절(Diffraction of sound)을 가상환경에서 실시간으로 표현할 수 있는 방법을 제안한다. 우리의 접근 방식은 소리가 재생되는 위치로부터 장애물 여부를 판단하고, 장애물이 존재할 시, 장애물로 인해 반사와 회절된 새로운 소리 위치를 계산한다. 이 과정에서 레이트레이싱 기반으로 장애물과의 충돌 여부를 판단하고, 충돌에 의해 굴절된 벡터를 이용하여 장애물 너머에서 들리는 소리의 크기를 계산하며, 충돌된 레이의 개수에 따라 소리의 크기를 감쇠시킨다. 본 논문에서 제안하는 방법을 이용한 소리의 회절은 물리 기반 접근법에서 나타나는 회절 형태를 실시간으로 표현했으며, 장애물에 따라서 회절 패턴이 변경되고, 이에 따라 소리의 크기가 자연스럽게 조절되는 결과를 보여준다. 이 같은 실험은 실제 현실에서 나타나는 소리의 퍼짐과 같은 특징을 거의 유사하게 복원해냈다.
스마트 기기의 보급률 향상에 따라 다양한 분야의 스마트 기기 애플리케이션 혹은 앱이 개발되어 활용되고 있으며, 동물 소리, 자연의 소리 등의 효과음을 선택 및 재생할 수 있는 앱이 개발되고 있다. 이러한 대부분의 앱들은 제공되는 효과음 중 특정 효과음만을 선택하여 1회 단순 재생할 수 있도록 하는 사용자 인터페이스를 채택하고 있다. 본 논문에서는 여러 개의 효과음들을 미리 선택하여 등록하였다가 재생할 수 있는 인터페이스를 채택한 효과음 재생 앱을 설계 및 개발하였다. 개발된 앱은 업무 특성 상 사전에 필요한 효과음들을 특정 시나리오에 따라 순차적으로 미리 선택 및 등록하여 재생이 필요한 환경에서 유용하게 사용될 수 있다.
스테레오로 생성된 음향을 헤드폰을 사용하면 좌,우의 소리는 각각 좌,우의 귀로 상호 혼선 없이 전달된다. 그러나 2개의 스피커를 사용한다면 좌,우의 소리가 혼합되어 들린다. 이러한. 혼합현상을 크로스톡이라 하며, 이 경우 본래의 소리는 변질되어 들린다. 이러한 현상을 방지차기 위해 스피커로 재생하기 전 신호를 크로스톡 제거기를 통해 한번 더 처리하는 방법을 사용한다. 여기에 사용되는 크로스톡 제거기는 2개의 스피커와 청취자간의 상대 위치, 그리고 스피커와 청취자가 있는 방의 음향특성에 의해서 적절히 변화되어야 한다. 본 연구에서는 방의 음향특성이 무향실과 같다고 가정하고 2개의 스피커와 청취자간의 상대적인 위치가 주어졌을 때 효과적으로 크로스톡 제거기률 생성해주는 알고리듬을 제시하였다. 제안된 방법은 머리전달함수를 기반으로 하여 스피커가 청취자로부터 표준반경에 위치하였을 때의 크로스톡 제거기률 데이터 베이스화 하여 일반적인 거리에 위치하였을 경우에도 실시간으로 확장 적용할 수 있다.
멀티 채널 오디오 시스템 및 입체음향 기술이 대중화 되면서 오디오 데이터의 저장 및 재생 방법에 있어서 실감 현장 음향을 고려하는 것이 일반화되었다. 이 논문에서는 구조화 오디오 데이터 형식 [1]을 이용해 불필요한 데이터 공간을 제거하고, 거기에 입체 음향 기술을 적용시켜 효과적인 오디오 데이터 처리 방법을 제시하고자 한다. 우리는 구조화 오디오 데이터 형식을 개념적으로 명백히 하기 위해 재사용 가능한 "소리 객체"를 사용하였다. 소리 객체는 오디오 데이터를 처리하기위한 녹음된 소리 샘플의 기본 단위로서 소리객체에 3D 위치 속성이나, 필터 속성을 지정해 소리를 변화 시킬 수 있다.
본 논문에서는 헤드폰과 스테레오 스피커를 통하여 가상의 음상을 임의의 위치에 정위시키는 음상정위 시스템을 구현하고, 주관 평가를 통하여 음상정위 성능을 고찰하였다. 음상정위 시스템은 크게 방향감을 제어하는 컨벌루션 처리부와 공간감과 거리감을 처리하는 잔향 처리부, 그리고 스테레오 스피커를 통해 소리를 재생할 때 발생하는 크로스 토크(corsstalk)를 제거하기 위한 트랜스오럴(transaural) 필터부로 나누어진다. 구현된 시스템의 음상정위 성능은 리스링 룸에서 녹음된 음성과 메트로놈 소리를 이용하여 수평각/고도각, 정지음/이동음, 거리감 등을 헤드폰과 스피커를 통하여 각각 실험한 결과 수평각 지각은 스피커 재생보다 헤드폰 재생이 우수했으며, 정지음보다 이동음의 지각 결과가, 고도각 지각은 전.후(0$^{\circ}$~360$^{\circ}$) 방향보다 좌.우(90$^{\circ}$~270$^{\circ}$) 방향의 결과가 우수하게 나왔다.
산란체가 있을 때에 음장은 입사파와 산란파로 구분될 수 있다. 입사파는 산란체에 영향을 받지 않는다. 바꿔 말하면 음원으로부터 나온 소리는 청취자와 주위 환경에 무관하다. 이 논문에 제시된 입사음장 재생시스템은 주어진 공간내에서 입사음장을 재생하여 청취자에 독립적인 가상음장을 만드는 시스템이다. 입사음장 재생은 경계표면제어원칙에 기반하였다.
소리에 방향성을 부여하여 특정 영역에서만 소리를 들을 수 있도록 활용되는 초음파 스피커는 일반 스피커와 비교하여 음질 및 비용적인 이슈에서 다양한 개선 연구가 지속적으로 이루어지고 있다. 본 논문에서는 초음파 스피커의 센서 특성상 500 Hz 미만 저음 구현이 어려운 점을 감안하여 500 Hz 대의 소리를 보완할 수 있도록 일반 스피커와 동시 사용이 가능한 DSP 기반의 하이브리드형 초음파 스피커를 제안한다. 일반 스피커와 초음파 스피커의 단순 연결로 각각의 분리 처리 및 송출하는 시스템은 초음파 재생성 처리 시간 차에 따른 음질저하뿐만 아니라 일반 음원과 초음파 음원이 2개의 앰프로 구동되어 높은 비용 이슈가 있으며 제반 제어적인 측면에서도 어려움이 있다. 이러한 점을 개선하고자 제안한 DSP 기반의 앰프에서 Dynamic Range Control(DRC) 및 Equalizer(EQ)의 기존 코덱 기능은 물론, 초음파 음원으로의 재생성, 일반/초음파 음원을 동기화함으로써 동시 재생이 가능한 하이브리드형 초음파 스피커를 개발하였다.
전기자동차는 엔진 소음을 발생시키지 않는다. 엔진 소리가 없으면 보행자의 안전과 운전자의 주행 상태 인지에 문제를 가져온다. 이러한 문제를 피하기 위해 전기자동차 제조업체는 보통 샘플링 방식으로 엔진 소리를 녹음하여 재생하는 방식으로 엔진소리를 만들어 만든다. 그러나 샘플링 방식의 엔진 소리는 자연적인 엔진 소리를 만드는 것에 몇 가지 제한을 가진다. 이 문제를 극복하기 위해 우리는 소프트웨어 신디사이저를 이용하는 두 가지 방법을 연구했다. 그 둘은 감산형(subtractive)신디사이징과 웨이브테이블(wavetable) 신디사이징 방식으로 실제 엔진, 샘플링 방식, 감산형 방식과 비교한 결과 웨이브테이블 신디사이징 방식이 실제 엔진소리와 가장 유사함을 발견했다. 또한 데이터 사용과 제작비용에서 샘플링방식과 감산형 신디사이징 방식에 비해 유리함을 확인했다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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