본 보고서는 트럭 운전자의 상황 인지력(SA: situational awareness) 증강을 위한 기술로서 차량 내 1차원 음성을 이용한 시험 및 개발에 목적을 둔 혁신 사업의 이행 결과를 포함
트럭 캡(truck cap)의 소리 전기장치는 소음, 진동, 그리고 충격정도의 저감을 위해 설계되어 트럭 캡 내에 제한된 곳에 연결된 것으로 트럭주변 운전자의 SA 점감에 기여
본 사업의 목적은 청각적 아이콘(icon)으로 대표되는 각기 다른 모의 교통 상황인 교통 신호 제공에 의해 운전자의 SA를 효과적으로 증가시킬 수 있는 3D 사운드 테스트에 있음.
트럭 운전자가 일반적인 교통 상황에서 마주칠 수 있는 4종류의 도로 사용자를 나타내는 아이콘(자동차, 자전거, 보행자, 이륜차)은 만일 3D 사운드 시스템이 도로 사용자 위치 및 운전자 위치에 상대적인 이동을 청취함에 의해 운전

자의 교통상황 인지력이 증가할 경우 결정되며 활성화 됨.
차량 내 3D 사운드 시스템의 시험, 최적화, 그리고 이행에 대한 조사는 2단계로 구분
1단계는 3D 청취 아이콘의 자연적 소리 테스트 및 창출 단계로 구성되며 2단계는 1단계 결과에 기초하여 소리 장치의 효과성 평가를 위해 트럽 캠 내부로 최적화된 3D 사운드를 통합하는 것으로 구성

SA는 시공간적 용량 내에서 가까운 미래에 그 상태의 전망 및 그 의미의 이해 등 환경 요소의 인지 정도로 정의 (Endsley, 1995)
SA는 운전자의 중요한 운전 성과(인지력, 이해력, 예측)을 망라하고 복잡한 상황에서 의사결정에 중요한 역할을 하는 것으로 나타남(그림 1 참조).
인지도(level 1 SA): SA 달성의 첫 번째 단계는 상태, 특성, 그리고 환경에서의 동적 관련 요소를 자각하는 데 있음.
이러한 단계는 다중 상황 요소를 인지하게 하는 모니터링, 신호감지, 그리고 단순한 자각 과정 등이 포함되며, 현 위치, 조건, 운송수단, 활동 등도 포함됨.
이해도(level 2 SA): 인지된 정보 수집을 통해 이해력은 개별적인 목표와 목적에 어떻게 영향을 미치는지 이해하기 위해 정보를 통합
전망 또는 예측(level 3 SA): 가장 높은 수준의 SA는 주어진 환경에서 여러 요소들의 미래 행동을 전망 예측하는 능력을 포함
3단계 수준 SA는 상태에 대한 지식 및 요소의 움직이는 상태와 상황 이해도(Level 1, level 2) 등에 대한 지식을 통해 달성되며 현 상황이 미래 상태에 어떻게 영향을 주는지 결정하기 위한 시간 전망으로 확대

자료출처: Endsley, 1995.

운전은 운전자 행동 이행 및 코스에 대한 의사결정 뿐 아니라 인지력, 이해력, 그리고 도로 환경에 대한 전망이 요구된느 복잡한 과제임.
본 사업의 핵심 문제는 3D 사운드가 운전 중 운전자의 SA를 증강시킬수 있는지에 대한 논의에 있음.

운전이 원천적으로 시각적 활동이지만 운전자는 또한 소리 신호를 활용함.
소리는 특히 시각적 기능이 제한되거나 또는 주의 산만으로 인해 과부하 상황이 발생시 차량 내에서 경보와 정보를 제공하는 효율적 수단으로 인지되어 옴.
그러나 일반적으로 차량 내 청각적 경보의 핵심 특성은 긴급상황에 맞는 적절한 수준을 전달하는 목표를 가진 비-지시적인(non-directional) 기능에 불과
본 연구의 목표는 차량내 시각적 검색에서 얻게되는 SA 증강을 위한 정보 제공 및 공간적 정보를 제공하는 3D 사운드를 결정하고자 함.
따라서 소리가 SA 증강을 위한 신호를 제공할 수 있는가에 대한 의문사항 제기 가능
선행 연구에서는 컴퓨터와 상호 연결된 네비게이션 과정에서 3D 사운드 아이콘 기능이 가이드 정보로 제공될 때 운전자들의 아이콘 선택의 정확도가 더 높음을 발견(Faller et al, 2005)
또한 트럭 주변의 취약한 도로 사용자에 대해 트럭 운전자에게 경보를 울리거나 정보를 제공하는 수단으로 3D 사운드가 모노 사운드보다 더 효율적임을 발견(Lasson et al, 2009)
따라서 음성 아이콘과 3D정보의 결합으로 특정 방향에서의 위험요소 감지의 빠르고 효과적인 전달이 가능

테스트는 참가자들을 대상으로 3개의 실험 클리닉(clinics)으로 구성: 신호인지, 신호 감지(location), 신호 전망(동적 이동)
실험 클리닉 결과는 다음과 같음.
 - 3D 청각 아이콘/이어콘(earcon), 자연적 사운드, 그리고 강화된 자연적 사운드(earcon) 인지의 정확도 분석 결과

직관력 수준 및 높은 관련성 지표가 목적에 부합하는 수준으로 나타나 매우 높은 정확도를 가지는 결과 도출
그러나 합성적 소리와 관련해서는 정확도가 눈에 띄게 떨어짐.
 - 소리 위치 감지 및 이동성 감지를 비교하면 공간적 이동성이 상황인지력 평가에 정확도를 높이는 경향이 나타남.

종합적 결과를 분석해 보면 결론적으로 최적화된 3D 사운드 시스템에서 도로 사용자를 대변하는 빠른 시간에 가장 정확히 인지되는 소리 주제(sound theme) 사용을 결정(표 1 참조)

1단계 시험 결과는 통행 신호 제공을 통해 운전자의 상황인지력 증가이 가능한 3D 사운드의 효과적 사용 잠재력을 평가
3D 청각적 아이콘 평가(표 1) 결과는 운전 상황의 인지, 이해, 그리고 전망을 위한 능력에서 정확도 증가를 야기하는 직관력 제공 능력을 암시
2단계 시험의 목적은 1단계 결과에 기초해 최적화된 3D사운드 시스템을 트럭 내 장착하고 실제 운전 시나리오 별 청각적 아이콘의 효과성을 안전하게 평가하는데 있음.
시험을 위해 트럭 캡 내로 3D 사운드 장치 통합을 위한 스피커 재편 체계는 그림 2와 같으며, 실험을 위해 운전자 좌석 뒤로 이동

자료출처: IDEA, TRB(2013), Increasing Truck Driver's Awareness: Use of In-Vehicle 3D Sounds, p. 20.

실험 상황 수립을 위해 먼저 실험 코스는 그림 3과 같이 중심 거리의 각 측면에 대한 두 개의 민간 도로가 있는 교외지역에서 모의로 구성
C1, C2, C3는 각각 중앙 구간을 나타내며 L1, L2는 왼쪽의 진입도로, R1, R2는 오른쪽 진입도로임.
실험 참가자들은 조수석 뒤에 위치한 시험 네비게이터 및 시험 자료 수집기가 설치된 차량을 운전
노트북 PC는 트럭 캠 내의 소리 장치와 연결되어 소리 아리콘 형성에 사용
참가자들은 운행 코스에서 예정된 운전 조정 이해을 위해 네비게이터의 방향지시에 따름(그림 4).

자료출처: IDEA, TRB(2013), Increasing Truck Driver's Awareness: Use of In-Vehicle 3D Sounds, p. 22.

운전자는 표 2와 같이 1단계 실험의 결과에 기초하여 소리 아이콘 및 네비게이터의 방향 지시에 따라 사전에 계획된 위치에서 실험 이행
본 실험에서 소리의 방향에 대한 지시는 4가지(오른쪽 앞 뒤, 왼쪽 앞 뒤)로 단순화 하여 설치되며 한번 소리가 작동되면 운전자는 마치 실체 상황에서 운전하는 것 처럼 작동을 지시 받음.
모든 운전이 완료 되면 운전자는 운전 환경에서 상황 인지력 증가를 위한 3D 사운드의 효과성에 대해 그들의 의견을 제기하도록 요청받음.

자료출처: IDEA, TRB(2013), Increasing Truck Driver's Awareness: Use of In-Vehicle 3D Sounds, p. 23.

3D 청각적 아이콘 인지의 성능 평가를 위해 자료 수집 및 분석과정이 이행
동 분석은 각각의 실험 시도에서 올바른 아이콘 선택의 %(hit ratio) 및 응답시간에 중점을 두고자 하였으며, 성과 목표는 낮은 응답 시간과 높은 정확도 구현임.
최적화된 오디오 아이콘 인지 정확도 분석 결과 가장 정확한 비율은 이륜차(bike, motorbike) 및 보행자와 연관된 것으로 나타남(표 3)
자동차는 가장 낮은 hit-ratio 및 가장 긴 평균 응답 시간을 보임(표 3).
최적화된 청각 아이콘/이어콘 사운드의 지시, 방향, 그리고 위치 정확도 분석 결과는 전방(front)에 설치된 사운드에 대한 지시, 인지 등이 훨씬 정확하고 가장 낮은 응답 시간을 보인 것으로 나타남(표 4).

운전자 클리닉 시험 결과는 다음과 같은 결과를 도출

 - 가장 정확도 높은 사항은 이륜차 및 보행자와 관련, 실험 결과와 관련하여 트럭의 엔진 소리가 차량 내 3D 사운드를 구별하기 어렵게 한다는 점이 지적되어 보다 구별된 소리 구현을 위해 차량 내 3D 사운드의 스펙트럼 분석 필요성 제기
 - 전방의 소리 장치로부터의 지시 정확도 및 느린 응답시간 결과는 후방-왼쪽(rear-left)로부터의 소음 능력이 운전석 뒤쪽의 저장 장치로 인한 청취 간섭이 발생할 수 있음을 설명
이러한 결과는 현재의 스피터 배열이 충분하지 못하며 다른 스피커 배열 또는 배치가 필요할 수 있음을 의미

본 사업은 3D 사운드가 운전자의 상황 인지력 향상에 기여함을 시험하기 위해 이루어졌으며, 그 잠재성을 확인
그러나 여전히 소리 장치 설치의 기술적 진보와 조사가 필요하며, 이를 통해 차량 내의 3D 사운드 통합 노력의 필요성이 제기됨.