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Nikkei X-TECH_2023.2.6

극장이나 콘서트홀의 소리를 설계 단계에서 유사 체험
다케나카공무점, VR과 음향 재현 동기화

컴퓨터 모니터 속의 설계 중인 콘서트홀의 이미지 영상을 3차원 VR(가상현실) 공간에서 정확하게 재현하고 그 영상을 헤드마운트디스플레이(HMD)를 착용해 시청할 수 있다. 동시에 고성능 헤드폰을 이용해 콘서트홀 안에서 들리는 소리의 울림을 유사 체험할 수 있다.

이번 '디지털 활용'에서는 HMD와 헤드폰을 조합한 건물 내 소리 환경의 가상 체험에 대해 소개한다. 최근 대형 복합시설에 극장이나 홀을 건설하는 경우가 많다. 전용 극장뿐만 아니라 크고 작은 다양한 콘서트홀의 건설 수요가 늘고 있다. 그 설계 단계에서 가장 중시되는 소리 울림에 대한 검증에 초점을 맞춰 살펴보자.

극장이나 홀을 지을 때 내부 음향이 예상한 그대로 인지 여부를 어떻게 확인하면 좋을까? 시설이 완공된 이후에는 공간이나 내장 등, 소리 반사에 영향을 주는 요소를 변경하는 것은 어렵다. 그래도 변경해야 한다면 큰 폭의 비용 인상을 각오해야 한다.

따라서 높은 품질의 소리 환경을 원하는 발주자의 입장에선 공사에 들어가기 전인 설계 단계에서 음향을 확인하고 싶을 것이다.

이러한 고객의 요구에 대응하기 위해 다케나카공무점(竹中工務店)은 이전부터 극장이나 홀의 음향을 설계 단계에서 유사 체험할 수 있는 실내 음장(音場) 시뮬레이터 ‘STRADIA’를 제공해온 실적이 있다.

STRADIA는 다케나카공무점이 개발한 독자적 시스템으로, 지바(千葉) 현 인사이(印西) 시에 위치한 다케나카기술연구소의 44개의 스피커로 둘러싸인 전용 룸에서 체험할 수 있다.

전용 룸 앞쪽의 3면에는 커다란 스크린이 있다. 설계 중인 건물의 완공 후 내부 공간 이미지를 비춰 HMD 없이 체험할 수 있도록 했다. 이렇게 하면 설계 단계에서 내부 공간의 이미지와 소리 환경을 동시에 확인할 수 있다.

40년 가까운 역사를 가진 STRADIA는 개선을 거듭해 현재에 이른 것으로, 다케나카기술연구소가 자랑하는 시스템이다. 소리의 재현도가 높아 클라이언트로부터 좋은 평가를 받고 있다고 한다.

하지만 STRADIA는 개발 초기부터 큰 과제를 안고 있었다. 극장이나 홀의 소리 환경을 재현하기 위해서는 대규모 기자재가 필요해 전용 룸을 갖춘 연구소에서만 체험이 가능하다는 것이었다.

클라이언트는 나리타(成田)공항 근처에 있는 인사이 시의 연구소까지 방문해야 하는 번거로움이 있었다.

이를 해결하기 위해 다케나카공무점은 HMD와 헤드폰을 조합해 고객처까지 운반할 수 있는 ‘가반형 음장 시뮬레이터’를 2022년 12월에 새롭게 개발했다. 기자는 2022년 말에 이것도 체험해보았다.

가반형 음장 시뮬레이터는 STRADIA를 통해 발전시켜온 소리 재생 기능과 HMD로 보는 VR 영상을 동기화시켜 마치 완성된 극장이나 콘서트 홀 안에서 무대를 보며 소리를 듣는 듯한 환경을 조성할 수 있다. 영상 속 객석에 관객은 없지만 내부 마감의 표현력은 상당히 높다.

기자가 체험한 것은 실재하는 극장 내부 공간을 재현한 VR 영상 속 무대에서 오케스트라가 연주하는 클래식 음악을 감상하는 것을 상정한 것이었다. 극장의 거의 중앙에 있는 자신의 좌석 위치에서 소리가 어떻게 들리는지 체험해보았다.

우리가 실제 공연장에서 듣는 음악의 음색은 무대(음원)에서 자신의 귀에 직접 닿는 소리(직접음)뿐만 아니라, 벽이나 바닥, 천장 등에 부딪혀 반사된 소리(반사음)를 포함한 집합체로서의 소리이다. 극장이나 홀의 설계에서는 벽이나 바닥, 천장 등의 높이와 형상, 소재를 면밀하게 검증함으로써 반사음이 어떻게 변하는지 비교할 필요가 있다.

예를 들어, 바닥이 콘크리트인지, 목판인지에 따라 소리의 반사는 전혀 다르다. 바닥에 융단을 깔면 흡음재 역할을 해 반사음이 줄어든다. 즉, 소리 환경 설계는 인테리어 마감에 크게 영향을 미치기 때문에 극장의 분위기 조성과 소리가 들리는 방식은 동시에 검증해야 한다.

VR을 보는 동안 극장 안을 둘러보듯 고개를 돌리자 소리가 들리는 방식도 변화했다. 동작 검출 센서가 부착되어 있어서 머리의 움직임을 감지해 귀에 닿는 소리의 변화를 반영하여 재현한 것이다.

다케나카공무점은 이러한 소리 생성과 사람의 움직임을 추종할 수 있는 재현 기능을 총칭해 ‘고임장감 가청화(高臨場感 可聴化) 시스템’이라고 부르고 있다. 가반형 음장 시뮬레이터로 체험할 수 있는 것 중 하나가 이 기능이다.

설계 단계에서 극장이나 홀의 소리가 들리는 방식을 검증할 수 있다는 것은 클라이언트에게 고마운 일이다. 공연 전에 어떤 반사음이 이상적인가를 유사 체험으로 확인할 수 있기 때문이다. 가반형 음장 시뮬레이터가 개발되어 시청도 간편해졌다.

소리 시뮬레이션을 통해 ‘조금 더 천장을 높게 하고 대신 실내 폭을 좁힌 상태의 반향음도 확인할 수 있을까?' 등의 요청을 다케나카공무점에 제시하는 것도 설계 단계라면 가능하다. 설계의 고안으로 대규모 재작업이 발생되지 않는다.

공간의 형상이 바뀌면 좌석 수와 배치도 달라질 수 있다. 준비해야 할 좌석 수 등 홀에 요구되는 여건 속에서 이상(理想)에 가까운 소리 환경을 추구하기 쉬워진다.

-- 건물 내부를 이동 시 소리가 들리는 방식은 어떻게 변화할까? --
가반형 음장 시뮬레이터에는 또 다른 기능이 구비되어 있다. 다케나카공무점이 '동적(動的) 가청화 시스템'이라고 부르는 기능이다. 설계하고 있는 건물 내부를 이동할 때, 사람의 말소리나 스피커 등의 소리가 어떻게 들려오는지를 검증하는 것이다.

건물을 재현한 VR 영상을 PC로 보면서 공간 내부를 컨트롤러를 사용해 이동하며 소리가 들리는 방식의 변화를 확인할 수 있다. 오피스나 상업시설 등의 설계에 유효하다.

사무실의 경우, 개인의 책상부터 공유 공간, 휴게소, 복도, 회의실, 식당 등에 가상 음원을 설정. 사람의 이동 속도에 맞춰 소리가 들리는 방식이 변화하는 것을 체험할 수 있다.

정숙함이 요구되는 장소에서는 소리가 잘 울리지 않는 소재로 벽이나 바닥을 구성하거나, 칸막이를 설치하는 등, 설계 단계부터 대책을 검토. 경우에 따라서는 설계를 변경해야 한다.

기자는 가반형 음장 시뮬레이터를 통해 다케나카기술연구소를 통째로 VR로 재현한 디지털트윈 공간을 ‘산책’해보았다. 멀리서 들려오는 말소리가 걷다 보면 점점 커지곤 했다. 대화 내용을 알아들을 수 있을 만큼 음량이 크다고 느껴질 경우, 대화 내용에 따라서는 대화 장소를 바꾸거나, 칸막이를 설치하는 등의 대책을 검토해야 할지도 모른다는 생각이 들었다.

연구소 내에 설치된 대형 디스플레이에서 흘러나오는 비디오 영상의 소리가 어디까지 들리는지도 확인할 수 있었다. 시끄럽다면 음량을 낮출 필요가 있다.

요즘 사무실은 오픈 공간이 늘어나면서 소리가 주변으로 새어나오기 쉬워지고 있다. 그것을 어디까지 허용할지 동적 가청화 시스템을 사용하면 설계 단계부터 대략적으로 파악할 수 있어 편리할 것이다. ‘개인 룸’을 마련해야 할지 여부를 검토할 때에도 도움이 된다.

향후 응용 사례로 기존 빌딩에서의 소음 대책을 생각할 수 있다. 환경 변화로 주변 소음이 심해진 사무실 등에 흡음재를 설치하는 것을 검토하는 경우. 어느 정도까지 소음을 낮출 수 있는지를 설치 전에 시뮬레이션으로 검증할 수 있다.

-- 끝 --

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