초록 ▼

본 과제를 통해 개발된 기술의 내용은 크게 공간 음향 모델링 기술, 음향 파라미터 추출/분석/가청화 기술, 공간형태/마감재/음원요소/음향장비 배치 기술, 분석결과 가시화/파일출력/편리한 사용자 인터페이스 제공으로 나눌 수 있다.
주요 모듈로서는 공간 형상을 입력하는 Space Geometry Modeler를 기본으로 각종 데이터 베이스와 연동하여 표면재질 속성, 음원 특성, 리시버 특성을 입력하는 기능으로 구성된 Input Module 부분, 표면 데이터베이스, 음원 데이터베이스, 리시버 데이터베이스 등 공간 및 음향 입력에

본 과제를 통해 개발된 기술의 내용은 크게 공간 음향 모델링 기술, 음향 파라미터 추출/분석/가청화 기술, 공간형태/마감재/음원요소/음향장비 배치 기술, 분석결과 가시화/파일출력/편리한 사용자 인터페이스 제공으로 나눌 수 있다.
주요 모듈로서는 공간 형상을 입력하는 Space Geometry Modeler를 기본으로 각종 데이터 베이스와 연동하여 표면재질 속성, 음원 특성, 리시버 특성을 입력하는 기능으로 구성된 Input Module 부분, 표면 데이터베이스, 음원 데이터베이스, 리시버 데이터베이스 등 공간 및 음향 입력에 관한 데이터베이스와 음향장비 배치에 대한 전문가 지식을 체계적으로 관리하는 음향 장비 배치 지식베이스로 구성된 Database 부분, 음향설계 결과에 대한 예측을 수행하는 Prediction Module 부분, 시뮬레이션 공간 가청화를 위한 Wavefile 생성과 예측 결과의 가시화 및 결과치의 통계 파일 출력을 담당하는 Post-Processing Module 부분 등 네 부분이다.
가. 입력 모듈(Input Module) 개발
입력 모듈은 공간 형상을 입력하는 Space Geometry Modeler를 기본으로 벽체의 재질 속성을 지정하는 기능으로 구성된다. 프로그램 자체에 내장된 모델러를 활용하여 시뮬레이션에 필요한 입력 파일 생성을 생성하고 이 파일에는 면, 꼭지점, 돌출면, 음원, 수음점등을 포함하도록 개발하였다.
(1) 음원 및 리시버 모델링 기능 구현
(2) 공간 형태 정보 입력 기능 구현
(3) 벽체별 마감재 정보 입력 기능 구현
(4) 자리 배치 상태 입력 기능 개발
(5) 음원특성 입력 기능(지향성, 음압, 주파수 특성 등) 구현
나. 데이터베이스 구축
표면마감재, 수음점 정보, 음원특성 등에 대한 데이터베이스를 구축하고 이를 음향 시뮬레이션 연산 작업에 활용하도록 개발한다.
(1) 공간 형태 정보 데이터베이스 구축
(2) 벽체별 마감재 정보 데이터베이스 구축
(3) 음원 특성 데이터베이스 구축
(4) 음향 장비 배치 지식베이스 구축
(5) 음향시설 배치방법 제시 기술
(6) 편리한 사용자 인터페이스 제공
다. 예측모듈(Prediction Module) 개발
Prediction Module은 ray tracing 및 ISM (image source method)를 이용한 음선 전파경로를 산출하는 Ray Path Calculator와 확산, 간섭, 회절현상의 고려방안을 검토하고 두 귀의 HRTF를 고려한 임펄스 응답을 산출하는 Impulse Response Calculator로 구성된다. 또한 전기음향에 의한 영향을 평가하기 위하여 multiple source를 사용한 경우의 응답특성을 산출한다. Room Acoustic Evaluator을 위하여ISO3382에 규정된 음향성능평가파라메타를 산출하고, T30, EDT, C50, C80, D50, SPL, G, STI, RASTI, Ts 등 단이평가파라메타, IACC1, IACC2, IACC3, 그리고 LF를 포함한 공간음향 평가파라메타를 산출하여 음향설계 결과에 대한 예측을 수행하는 모듈로 개발하였다.
(1) 음선 추적 기능
(2) 시간에 따른 음파의 전달 시뮬레이션 개발
(3) 주요 음향 파라미터 추출 기능
(가) 잔향(reververation), 반사(reflection), 회절(diffraction), 확산(diffusion), 흡음(absorption)
(4) 음향장비의 최적 배치방안 제시 기능
(가) 앰프 등 음의 발생 요소들에 대한 출력크기 또는 개수 제시
(나) 공간 내의 스피커의 배치방안 제시
라. 포스트프로세싱 모듈(Post-Processing Module) 개발
Post-Processing Module은 가청화(auralization)를 위한 모듈로써 HRTF (head related transfer function)를 적용한다. 헤드폰 평가를 위해 헤드폰의 특성을 고려한 equalization, IR (impulse response)을 추출하고, 무향음원과의 컨벌루션에 의한 청취평가용 wavefile 출력하는 모듈이다. IR (impulse response), 음전파 경로의 검색기능 및 계산결과를 그래픽 디스플레이와 각종 파일형태로써 가시화 하는 모듈을 개발할 것이다.
(1) 시뮬레이션 공간 가청화 기능
(가) 입력된 공간 정보와 음향요소들의 정보를 이용하여 3차원 공간의 위치별 음향 모델분석
(나) 분석된 음향 모델을 바탕으로 사용자 요구에 따른 최적화된 음향요소 배치방안 제시기능
(2) 분석 결과의 가시화 및 파일 출력

Abstract ▼

Contents of technologies developed through this project can be classified as follows,
- Space sound modeling technology
- Sound parameter extraction, analysis and auralization technologies
- Space, shape, material, sound source element and sound equipment allocation technologies
- Conven

Contents of technologies developed through this project can be classified as follows,
- Space sound modeling technology
- Sound parameter extraction, analysis and auralization technologies
- Space, shape, material, sound source element and sound equipment allocation technologies
- Convenient user interface offering analysis functions integrated with visualization and file output

There are four important modules in this project.
- Input module: space geometry modeler, material assignment, sound source modeler, receiver modeler
- Prediction module: prediction, auralization
- Post-processing module: representation of analysis result
- Database: material database, sound source database, receiver database

1. Input Module
Input module is based on a space geometry modeler containing the function of assigning the material attributes, making objects/sound source/receiver and editing object.
(1) Implementation of sound source modeling function
(2) Implementation of space geometric modeling function
(3) Implementation of material assignment function
(4) Implementation of sound source allocation function
(5) Implementation of a sound source parametric function (directivity, sound pressure and frequency characteristic)

2. Prediction Module
Prediction module consists of Ray Path Calculator and Impulse Response Calculator. Ray Path Calculator is the function that calculates the path of sound wave using ray tracing and ISM (image source method). Impulse Response Calculator produces the impulse response considering HRTF and Spread, interferes and diffraction phenomenon.
(1) Ray tracing function
(2) Simulating time based sound wave distribution
(3) Extraction function of main sound parameters
- Reverberation, reflection, diffraction, diffusion and absorption
(4) An optimization of sound equipments allocation
- Indication of the amplifier volumn
- Speaker allocation in space

3. Post-Processing Module
Post-Processing Module is used presenting the result of an analysis and auralization using HRTF (head related transfer function). In order to evaluate the output by using a headphone, this module extracts equalization, IR (impulse response) and generate wavefile.
(1) A simulation space auralization function
- Sound model analysis with the situation of a three dimensional space
(2) A visualization of the printable analysis results and file output

4. Database
Our database is developed containing material, receiver 믕 sound source characteristics utilized with sound simulation algorithms.
(1) Space information database development
(2) Material database development
(3) Sound source characteristic database development
(4) Sound equipment allocation knowledge-base development
(5) Sound facilities allocation technology
(6) A convenient user interface

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 3
• 요 약 문 ... 4
• SUMMARY ... 12
• CONTENTS ... 18
• 목 차 ... 22
• 목 차 (List of Table) ... 30
• 그 림 목 차 (List of Figure) ... 31
• 제 1 장 서 론 ... 38
• 제 1 절 기술개발의 배경 및 필요성 ... 38
• 제 2 절 기술개발의 목적 ... 39
• 1. 공연장이나 건축물 내부의 공간 음향 모델링 기술 개발 ... 39
• 2. 음향 파라미터 추출 기술 개발 ... 40
• 3. 공간의 구조에 따른 음향시설 배치방법 제시 기술 개발 ... 40
• 4. 편리한 사용자 인터페이스 기술 개발 ... 40
• 제 3 절 기술개발의 범위 및 내용 ... 41
• 1. 기술개발의 범위 ... 41
• 2. 기술개발의 내용 ... 41
• 제 2 장 국내외 기술현황 및 사례 검토 ... 42
• 제 1 절 건축음향 분석 시뮬레이션 프로그램 관련 현황 및 사례 검토 ... 42
• 1. 기존 음향시뮬레이션 프로그램의 특성별 현황 ... 43
• 가. 사용알고리즘 ... 43
• 나. 확산성 고려여부 ... 43
• 다. 예측 가능 실내음향 변수 ... 44
• 라. 음원 모델링 ... 44
• 마. 예측대상 주파수 범위 ... 44
• 바. 가청화 기능여부 ... 45
• 사. 공간 모델링 기능의 제공 여부 ... 45
• 2. 주요 음향 시뮬레이션 프로그램의 사례 및 특성 비교 ... 45
• 가. 프로그램의 개발 ... 45
• 나. 알고리즘 ... 46
• 다. 공간 모델러 ... 46
• 라. 확산성의 고려 ... 47
• 마. 평가지표의 객석 내 분포패턴 평가 ... 47
• 바. 반사음 분석 ... 47
• 사. 음향 성능 평가결과 ... 48
• 아. 반사판의 영향 분석 ... 48
• 자. Open GL을 이용한 내부전경 ... 48
• 차. 가청화 모듈 ... 48
• 카. 기타프로그램 중 특이사항 ... 49
• 3. 음향 시뮬레이션 프로그램들의 특성 비교표 ... 50
• 제 2 절 건축음향 분석 기술 현황 및 사례검토 ... 52
• 1. 건축음향 기술 개요 ... 52
• 가. 소음방지 설계 ... 54
• 나. 흡음 설계 ... 55
• 다. 잔향(殘響) 설계 ... 56
• 3. 건축음향 분석 기술 국내.외 현황 ... 57
• 가. 세계 기술현황 ... 57
• 나. 국내 기술현황 ... 58
• 다. 국내외 표준화 현황 ... 58
• 3. 건축음향 분석 기술 적용 사례 ... 60
• 제 3 절 공간 모델링 관련 기술 현황 및 사례 검토 ... 61
• 1. 공간 모델링 기술 ... 61
• 가. 공간 모델링 기술 개요 ... 61
• 나. 공간 모델링 요소 ... 62
• 2. 공간 모델링 국내.외 기술현황 ... 63
• 가. 국외 기술현황 ... 63
• 나. 국내 기술 현황 ... 70
• 제 4 절 3차원 그래픽 기술 현황 및 사례 검토 ... 75
• 1. VRML 기반 3차원 그래픽 툴 ... 75
• 가. Cosmo Player ... 76
• 나. Cortona VRML Client ... 76
• 다. Blaxxun Contact ... 76
• 라. Viewpoint Media Exporter ... 77
• 마. X3D ... 77
• 2. 일반 3차원 그래픽 소프트웨어 부분 ... 78
• 가. EON Studio ... 78
• 나. WTK ... 78
• 다. Vega ... 78
• 라. Superscape VRT ... 78
• 제 3 장 본 연구의 핵심 기술 내용 ... 80
• 제 1 절 비전문가를 위한 건축 음향 분석 시스템 ... 80
• 1. 비전문가를 위한 3D 모델러 ... 80
• 2. 비전문가를 위한 데이터베이스 및 인터페이스 ... 81
• 3. 비전문가를 위한 Post-Processing ... 81
• 제 2 절 건축음향 분석 기술 ... 81
• 1. 건축물 내 음향 현상 ... 81
• 가. 음의 확산(sound diffusion) ... 82
• 나. 음의 반사(sound reflection) ... 82
• 다. 반향(Echo) ... 82
• 라. 음의 회절(sound diffraction) ... 83
• 마. 공명(resonance) ... 83
• 바. 정재파(standing wave) ... 84
• 2. 건축음향 분석 기술 ... 84
• 가. 음압레벨(SPL: Sound Pressure Level) ... 86
• 나. 잔향시간(RT: Reverberation Time) ... 86
• 다. 초기감쇠시간(EDT: Early Decay Time) ... 86
• 라. 회화의 명료도(D50: Definition 50) ... 87
• 마. 음악의 명료도(C80: Clarity) ... 88
• 바. 음성전달지수(RASTI: Rapid Speech Transmission Index) ... 88
• 사. 자음 손실률(%ALCons: Articulation Loss Consonants) ... 89
• 3. 연구 개발 내용 ... 89
• 가. 건축음향 분석 모듈 ... 89
• 나. 음원배치 최적화 모듈 ... 90
• 다. 잔향시간 계산 모듈(Reverberation Module) ... 91
• 라. 전역 변수 계산 모듈(Global Estimation Module) ... 91
• 마. 가청화 모듈(Auralization Module) ... 92
• 4. 연구 개발 범위 ... 92
• 가. 건축음향 분석 모듈 ... 92
• 나. 음원배치 최적화 모듈 ... 94
• 다. 잔향시간 계산 모듈(Reverberation Module) ... 95
• 라. 전역 변수 계산 모듈(Global Estimation Module) ... 96
• 마. 가청화 모듈(Auralization Module) ... 99
• 제 3 절 공간 모델링 관련 기술 ... 99
• 1. State Machine ... 99
• 가. 이론 ... 99
• 나. 실제 구현 내용 ... 99
• 다. System Monitoring Function ... 100
• 2. Delaunay Triangulation ... 101
• 3. 2D Plot 퀵소스 ... 103
• 4. Sweep 알고리즘 ... 103
• 5. Design Pattern ... 104
• 가. Command 패턴의 사용 ... 104
• 나. Command 패턴의 목적 ... 104
• 다. CommandHolder 인터페이스 ... 105
• 6. Newell Method ... 106
• 가. Polygonal Meshes ... 106
• 나. Non-solid Objects ... 107
• 다. Polygonal Meshes는 무엇인가? ... 107
• 라. Vertex Normal ... 107
• 마. Defining Polygonal Mesh ... 108
• 바. Newell Method for Normal Vectors ... 108
• 7. 3D 엔진 기하학 ... 109
• 가. 선 ... 109
• 나. 꼬인 선의 최소거리 ... 109
• 다. 평면 ... 110
• 라. 선과 평면의 교차 ... 110
• 제 4 절 3차원 그래픽 기술 ... 111
• 1. OpenGL ... 111
• 가. 개요 ... 111
• 나. 구조 ... 112
• 다. 특징 ... 114
• 2. OpenSG ... 116
• 3. Open Inventor ... 116
• 5. OpenGL Performer ... 117
• 6. 공간 유형과 재질 ... 117
• 가. 공간 재질 유형의 개념 ... 118
• 나. 스타일을 이용한 공간 모델링 기법 ... 120
• 제 4 장 기술개발 결과물의 내용 ... 122
• 제 1 절 시스템 설계 부분 ... 122
• 1. 시스템의 구성 ... 122
• 가. Input module ... 122
• 나. Prediction module ... 123
• 다. Post-processing module ... 123
• 2. 프로그램 풀다운 메뉴의 구성 ... 124
• 가. 포스트프로세싱 관련 시스템의 디자인 ... 124
• 나. 연산 결과물의 가시화 방안 ... 125
• 다. 가청화 관련 인터페이스의 디자인 ... 126
• 제 2 절 데이터베이스 설계 부분 ... 126
• 1. 흡음률 데이터베이스 ... 126
• 가. 흡음률 데이터베이스의 구성 ... 126
• 나. 흡음률 데이터베이스 Manager 및 가시화 ... 127
• 다. 흡음률 데이터베이스의 특성 ... 127
• 2. 음원 데이터베이스 ... 128
• 가. 음원 데이터베이스의 구성 ... 128
• 나. 음원 데이터베이스 Manager 및 가시화 ... 128
• 다. 음원 데이터베이스의 특성 ... 129
• 제 3 절 건축음향 분석 기술 부분 ... 129
• 1. 건축 음향 분석 모듈 ... 129
• 가. 음선 추적 모듈(Ray Trace Module) ... 129
• 나. 반사음 다이아그램 모듈(Echogram Module) ... 130
• 다. 반사음 영역 모듈(Reflect Coverage Module) ... 131
• 2. 음원배치 최적화 모듈 ... 131
• 가. 음원배치 설정 모듈(Selective Optimization Module) ... 131
• 나. 음원 배치에 따른 음향 변수 계산 ... 131
• 3. 잔향시간 계산 모듈(Reverberation Module) ... 132
• 가. 에너지 커브 계산(Energy Curve Calculation) ... 132
• 나. 잔향시간 계산(Reverberation Time Calculation) ... 132
• 다. 자유 행로 분포 계산(Free Path Distribution Calculation) ... 132
• 라. 임펄스 반응 계산 모듈(Impulse Response Calculation Module) ... 133
• 4. 전역 변수 계산 모듈(Global Estimation Module) ... 133
• 가. 객석 맵핑 모듈(Audience Mapping Module) ... 133
• 나. 음향 변수 계산 모듈(Acoustical Parameter Calculation Module) ... 133
• 5. 가청화 모듈(Auralization Module) ... 133
• 가. 가청화 음 생성 모듈(Auralization Sound Creation Module) ... 133
• 제 4 절 공간 모델링 기술 개발 부분 ... 134
• 1. 시스템 개요 ... 134
• 가. 개발의 주안점 ... 134
• 나. 시스템 구동 환경 ... 136
• 2. 시스템 체계 및 구성 ... 137
• 가. 시스템 구성도 ... 137
• 3. 시스템 설계 ... 142
• 가. 클래스 설계 ... 142
• 4. 시스템 기능 설명 ... 148
• 가. 사용자 인터페이스 ... 148
• 나. 주요 기능 설명 ... 150
• 다. 오브젝트 모델링 ... 162
• 제 5 절 인터페이스 및 포스트 프로세싱 부분 ... 166
• 1. 개요 ... 166
• 가. 개발의 주안점 ... 166
• 나. 시스템 구동 환경 ... 167
• 다. 프로그램 및 DLL 리스트 ... 167
• 2. 시스템 체계 및 구성 ... 168
• 가. 시스템 구성도 ... 168
• 3. 시스템 설계 ... 168
• 가. 클래스 설계 ... 169
• 4. 시스템 기능 설명 ... 171
• 가. 주요기능 설명 ... 171
• 제 5 장 기술개발 결과물의 상용화 전략 및 시장분석 ... 175
• 제 1 절 개발 결과물의 상용화 전략 ... 175
• 1. 대형 오디트리움 음향설계 시장성 ... 175
• 2. 가정용 리스닝룸의 음향설계 시장성 ... 176
• 제 2 절 개발된 기술의 상용화 시장 분석 ... 177
• 1. 학교 ... 178
• 가. 추세 및 동향 ... 178
• 나. 시장 전망 ... 178
• 2. 관공서 건물 ... 179
• 가. 추세 및 동향 ... 179
• 나. 시장 전망 ... 180
• 3. 종교 건물 ... 180
• 가. 추세 및 동향 ... 180
• 나. 시장 전망 ... 181
• 4. 전시 시설 ... 181
• 가. 추세 및 동향 ... 182
• 나. 시장 전망 ... 182
• 5. 운동장(경기장) ... 183
• 가. 추세 및 동향 ... 183
• 나. 시장 전망 ... 183
• 6. 공연, 집회장 ... 184
• 가. 추세 및 동향 ... 184
• 나. 시장 전망 ... 184
• 제 6 장 기술개발 결과물의 활용분야 분석 ... 185
• 제 1 절 관련요소기술의 활용분야 ... 186
• 1. 모델러 관련기술 ... 186
• 2. 연산알고리즘 관련기술 ... 186
• 3. 후처리 관련기술 ... 186
• 제 2 절 개발소프트웨어의 활용분야 ... 186
• 1. 연구 분야 ... 187
• 2. 건축음향계획 및 설계 ... 187
• 3. 교육 ... 187
• 제 7 장 결론 ... 188
• 참고문헌 ... 191
• 기술개발결과 요약표 ... 193