기계연, 화면 속 위치에 맞춰 소리 내는 디스플레이 개발

영상 속 음원의 위치에 맞춰 화면의 특정 구역에서 소리가 나도록 하는 디스플레이 기술이 개발됐다. 별도 스피커 대신 패널을 진동시켜 소리를 내고, 음원이 움직이면 소리의 발생 위치도 바꾸는 방식이다.



한국기계연구원은 AX융합연구센터 김동준 선임연구원 연구팀이 다수의 진동 액추에이터를 제어하는 ‘모듈형 그리드’ 기반 시·청각 융합 디스플레이 기술을 개발했다고 15일 밝혔다.

패널 진동 제어해 원하는 구역에서 소리 재생
연구팀은 투명 LED 디스플레이 필름과 알루미늄 패널을 결합해 약 100인치 규모의 시작품을 제작했다. 패널 뒷면에는 진동을 일으키는 보이스코일모터(VCM) 80개를 설치했다.

패널의 진동 응답을 분석한 뒤 원하는 구역에서 소리가 나도록 각 모터에 입력할 전압 신호를 계산한다. 연구팀은 역문제 기법을 적용해 액추에이터별 신호를 산출하고, 영상 속 음원의 이동에 맞춰 소리 재생 위치를 변경했다.



기계연에 따르면 성능시험에서 목표 화면 구역의 소리 재생 선택 정확도는 99.9%를 기록했다. 소리를 내도록 설정한 구역과 그렇지 않은 구역의 진동 크기 차이는 최대 35dB였다. 연구팀은 음향카메라 시험에서도 의도한 위치에서 소리가 발생하고 영상 속 음원과 함께 이동하는 것을 확인했다고 설명했다.

계산 안정화하고 AI로 음원 분리
연구팀은 진동 제어 과정에서 계산값이 불안정해지는 문제에 대응하기 위해 ‘선별적 가진 알고리즘’을 개발했다. 진동 전달 효과가 낮은 액추에이터를 연산에서 제외하는 방식이다. 연속된 음향 신호를 연결해 실시간 계산 중 발생할 수 있는 소리 끊김과 잡음도 줄였다.


AI 기반 음원 분리·위치 추정 기술도 결합했다. 영상 속 음원의 위치와 크기를 추정하고, 여러 소리가 섞인 음원에서 원하는 소리를 분리해 해당 화면 구역에서 재생하도록 구성했다.

모듈 결합으로 화면 크기 조정
모듈형 그리드는 화면 크기에 맞춰 모듈을 결합하거나 분리할 수 있는 구조다. 연구팀은 여러 모듈을 함께 진동시키면 대형 우퍼와 유사한 저음 재생 효과도 구현할 수 있다고 설명했다. 기계연은 전시용 디스플레이와 디지털 사이니지, 대형 전광판, 차량용 디스플레이 등을 활용 가능 분야로 제시했다.

김동준 선임연구원은 “앞으로 모듈형 LED 타일 디스플레이로 적용 범위를 확대하고, 다양한 디스플레이 분야에 활용할 수 있는 차세대 원천기술로 발전시켜 나가겠다”고 말했다.