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▲ 기계연 김동준 선임연구원이 모듈형 그리드 기반 시·청각 융합 디스플레이 기술에 대해 설명하고 있다.

한국기계연구원(KIMM)이 화면 속 인물이나 사물의 위치와 실제 소리가 들리는 방향을 일치시키는 시·청각 융합 디스플레이 기술을 확보, 별도 스피커 없이 디스플레이 패널 자체의 진동으로 특정 화면 구역에서 소리를 재생하고, 모듈 결합을 통해 가정용 TV부터 대형 전광판까지 확장할 수 있어 차세대 몰입형 미디어 기술로 활용이 기대된다.

한국기계연구원(원장 류석현)은 AX융합연구센터 김동준 선임연구원 연구팀이 디스플레이 후면에 부착한 진동 액추에이터를 정밀 제어해 원하는 화면 위치에서 소리를 발생시키는 ‘모듈형 그리드’ 기반 시·청각 융합 디스플레이 기술을 개발했다고 15일 밝혔다.

이번 기술은 디스플레이 패널 자체를 스피커처럼 활용하면서 화면 내 소리 발생 위치를 선택적으로 제어하는 것이 핵심이다. 기존 대형 디스플레이는 스피커가 화면과 무관한 위치에 설치돼 영상 속 음원의 위치와 실제 소리가 들리는 방향이 일치하지 않는 한계가 있었다. 기존 패널 진동형 스피커 역시 소리 발생 위치와 패널 크기가 고정돼 활용 범위에 제약이 있었다.

연구팀은 패널 후면에 설치한 80개의 보이스코일모터(VCM)를 이용해 패널 표면의 진동 분포인 ‘진동장’을 제어하는 방식으로 이러한 한계를 극복했다. 패널의 진동 응답 특성을 분석한 뒤 역문제(inverse problem) 기법으로 각 액추에이터에 입력할 전압 신호를 계산해 원하는 구역만 선택적으로 진동시킨다. 이를 통해 영상 속 음원이 움직이면 소리가 발생하는 위치도 실시간으로 바뀌도록 구현했다.

성능시험에서는 목표 화면 구역에서 소리를 재생하는 선택 정확도 99.9%를 달성했다. 소리를 재생하도록 설정한 구역과 그렇지 않은 구역 간 진동 크기 차이는 최대 35dB로 나타나 특정 화면 영역에 진동과 소리를 집중할 수 있음을 확인했다.

연구팀은 진동장 제어 과정에서 계산값이 불안정해지는 문제를 해결하기 위해 진동 전달 효과가 낮은 액추에이터를 연산에서 제외하는 ‘선별적 가진 알고리즘’을 개발했다. 또한 연속된 음향 신호를 자연스럽게 연결하는 기법을 적용해 실시간 계산 과정에서 발생할 수 있는 음원 끊김과 잡음을 줄였다.

인공지능(AI) 기반 음원 분리 및 위치 추정 기술도 결합했다. AI가 영상 속 음원의 위치와 크기를 자동으로 파악하고, 여러 소리가 섞인 음원에서 원하는 소리를 분리해 해당 화면 구역에서 재생함으로써 영상과 소리의 위치를 자동으로 일치시킬 수 있다.

연구팀은 투명 LED 디스플레이 필름과 알루미늄 패널을 결합한 약 100인치 규모의 시작품을 제작하고, 패널 후면에 80개의 VCM을 설치했다. 음향카메라를 활용한 성능시험을 통해 의도한 화면 위치에서 소리가 발생하고 영상 속 음원이 이동함에 따라 소리 발생 위치도 함께 이동하는 것을 확인했다.

모듈형 구조를 적용한 만큼 디스플레이 크기와 용도에 맞춰 모듈을 결합하거나 분리할 수 있는 것도 특징이다. 가정용 TV를 비롯해 전시용 디스플레이, 디지털 사이니지, 대형 전광판 등으로 확장할 수 있으며, 여러 모듈을 함께 진동시키면 대형 우퍼와 유사한 저음 재생 효과도 구현할 수 있다.

이번 기술은 미디어아트와 공연·전시 콘텐츠, 디지털 사이니지, 대형 전광판, 차량용 디스플레이 등에서 시각과 청각이 결합된 몰입형 콘텐츠 구현에 활용될 전망이다. 연구팀은 향후 모듈형 LED 타일 디스플레이로 적용 범위를 확대하고 다양한 디스플레이 분야에 활용할 수 있는 차세대 원천기술로 발전시킬 계획이다.

김동준 한국기계연구원 AX융합연구센터 선임연구원은 “모듈형 그리드 기술은 화면 속 음원의 위치와 실제 소리가 들리는 방향을 일치시켜 기존 디스플레이가 제공하기 어려웠던 시·청각 융합 몰입 경험을 구현한 기술”이라며 “앞으로 모듈형 LED 타일 디스플레이로 적용 범위를 확대하고, 다양한 디스플레이 분야에 활용할 수 있는 차세대 원천기술로 발전시켜 나가겠다”고 말했다.

출처 : 신소재경제(https://www.amenews.kr/)