헤드폰에서 구현되는 서라운드 사운드시스템의 원리

Apple의 AirPods Max'에서 이용할 수 있는 '공간 오디오'와 PlayStation 5에 탑재된 'Tempest 3D 오디오' 등 헤드폰으로 입체적인 서라운드 사운드를 체험할 수 있는 기술이 많이 등장하고 있습니다. 그런 서라운드 사운드시스템의 역사와 구조에 대해 오디오 기기 리뷰사이트 SoundGuys가 설명합니다.

Everything you need to know about surround sound in headphones - SoundGuys
https://www.soundguys.com/surround-sound-headphones-guide-49389/

Everything you need to know about surround sound in headphones

◆ 극장에서의 서라운드 사운드시스템

극장에서의 서라운드 시스템의 역사는 디즈니가 1940년에 발표한 'Fantasound'로 시작합니다. Fantasound는 54개의 스피커를 극장의 적절한 위치에 배치하여 전후 좌우에서 소리를 재생하는 시스템이었습니다. 그러나 시스템이 고가인데다 너무 복잡해서 단 2곳의 극장만이 채용했습니다. 그 후 1960년대까지 서라운드 사운드시스템은 시장에서 사라져 있었다고 SoundGuys는 설명합니다.

1976년에는 음향업체 Dolby에서 극장용 서라운드 사운드시스템 'Dolby Stereo'를 선보였습니다. Dolby Stereo는 1977년에 공개된 스타워즈의 히트의 영향으로 많은 극장에 보급되었다고 합니다. 그 후에도 서라운드 사운드시스템의 개발은 이어져 2012년에는 천장에 스피커를 배치하는 극장용 시스템 'Dolby Atmos가 등장. 홈시어터용으로도 머리 위에 4개의 스피커를 갖춘 '7.1.4 Dolby Atmos system이 등장했습니다.

◆ 헤드폰에서의 서라운드 사운드시스템

헤드폰에서 서라운드 사운드시스템을 실현하는 방법으로 이전에는 귀 양쪽에 여러 개의 스피커를 배치하는 방법이 이용되어 왔습니다. 이 기술은 극장이나 홈시어터와 같은 구조로 서라운드 시스템을 구현할 수 있는 여러 개의 스피커를 탑재하였으나 헤드폰 본체의 부피와 무게가 커진다는 문제가 존재하고 있었습니다. 그래서 소리가 들리는 방향을 가상으로 재현하여 2개의 스피커로 서라운드 재생을 실현하는 '가상 서라운드'라는 기술이 등장했습니다.

소리는 고막에 도달하기 전에 어깨와 머리, 귀 등과 충돌하고, 동물은 충돌에 의한 소리의 변화를 인식하여 소리가 들리는 방향을 파악합니다. 이 소리가 충돌할 때 나타나는 영향을 두부전달함수(HRTF)라고 부르며, 가상 서라운드 기술은 'HRTF의 영향이 더해진 소리를 녹음'하거나 '소프트웨어 처리로 음성데이터에 HRTF를 적용'하는 수법으로 2개의 스피커에서도 소리의 방향이 느껴지는 사운드 환경을 실현하고 있습니다.

HRTF의 영향이 가해진 상태의 소리는 귀나 더미헤드에 작은 마이크를 넣어 녹음할 수 있습니다. 이러한 기술은 ASMR 콘텐츠 등에서 많이 이용되고 있습니다.

소프트웨어 처리로 음성데이터에 HRTF를 적용하는 방법은 높은 처리능력이 요구되지만, 최근 기술개발을 통해 고성능 저전력 소형칩이 등장했습니다. 또한 가상 서라운드 사운드시스템과 모션 추적을 결합하여 머리의 방향을 바꾸어도 음원의 위치가 변하지 않는 리얼한 서라운드 시스템의 구축이 가능합니다. 이러한 이유로 최근에는 가상 서라운드 사운드시스템의 표준이 기업마다 속속 등장하고 있습니다.

◆ 주요 가상 서라운드 사운드시스템 표준

Dolby가 제공하는 'Dolby Atmos for Headphones'는 수백 개의 채널을 가상으로 처리할 수 있는 가상 서라운드 시스템으로 PC · Xbox One · Xbox Series X · Xbox Series S · 스마트폰에 구현되어 있습니다. SoundGuys는 Dolby Atmos for Headphones를 "업계의 리더"라고 평가합니다. 또한 오디오 기술개발 기업 DTS가 개발한 가상 서라운드 사운드시스템인 'DTS Headphone : X'도 Dolby Atmos for Headphones와 동일한 기능을 가지고 있다고 합니다.

Sony가 개발한 'Sony 360 Reality Audio'나 사운드카드로 유명한 Creative가 개발하는 'Creative Super X-Fi'에서는 귀를 촬영하여 형상을 측정하는 방식이어서 사용자마다 다른 귀 모양에 대응한 자연스러운 서라운드 사운드를 경험할 수 있습니다. 또한 PlayStation 5에 채택된 'Tempest 3D 오디오 기술'에서는 5가지의 프로파일에서 사용자의 귀에 맞는 프로파일을 선택할 수 있습니다.

Apple이 제공하는 '공간 오디오'는 AirPods Pro와 AirPods Max에 최적화되어 있으며, 기기마다 최적의 서라운드 사운드를 경험할 수 있습니다. 머리의 움직임을 추적하는 데에도 대응하고 있어서 머리를 움직여도 자연스러운 소리를 즐길 수 있다는 것. SoundGuys는 '공간 오디오 추적시스템은 현재 사용 가능한 시스템 중 가장 진보적"이라고 호평합니다. 또한 음악 관련 소프트웨어 업체인 Media Integration이 제공하는 가상 서라운드 사운드시스템 'Waves Nx'에서도 머리의 움직임을 추적한 자연스러운 음향 경험을 얻을 수 있다고 SoundGuys는 말합니다.

Windows 10에는 무료 가상 서라운드 시스템 'Windows Sonic for Headphones'가 준비되어 있으며, 이 기능에 대한 지원을 명시하지 않은 콘텐츠에서도 입체적인 음향을 즐길 수 있습니다.

마지막으로, SoundGuys는 "여러 가상 서라운드 사운드시스템을 동시에 작동시키면 제대로 작동하지 않을 수 있다"며 하나씩 시도할 것을 권합니다.