오디오 측정 그래프 익히기 완전판

음향 데이터 보기 교육자료.

-1. 왜 음향 측정 데이터를 공부해야 할까요?

1-1. 들어가며

여러분이 음향 측정 데이터를 쉽게 이해할 수 있는 교육자료를 작성하려고 합니다. 본격적인 정보 습득에 앞서서, 오디오 애호가가 왜 음향 데이터를 볼 줄 알아야 하는지, 또 왜 음향 지식이 필요한지 논의해 보려고 합니다.

음향 측정 데이터를 보면 어렵습니다. 이런 꼬부라진 그림들이 무엇을 의미하는 것인지 알쏭달쏭 합니다. 이것을 이해하기 위해서 어떤 배경지식들이 필요한지 감도 안 옵니다. 누가 알려주지도 않고, 아는 사람들끼리만 재밌게 놀면서 모르는 사람 보고 무시하기도 합니다.

그냥 소리 들어보고 좋으면 되는 거 아닐까요? 왜 음향 측정 데이터를 공부해야 할까요?

제가 가장 강조하고 싶은 우리 모두의 공통된 관심사는 다음과 같습니다.

‘오디오 콘텐츠를 즐겁게 감상한다’

오디오를 좋아하는 우리는 모두 이 관심사를 위해서 나름의 노력을 기울이고 있습니다.

‘오디오 콘텐츠를 즐겁게 감상한다’는 것은 사람마다 각각 다릅니다.

누군가에게는 등산 후 산 정상에서 미니 라디오로 듣는 노래가, 고급 하이파이보다 즐거울 수 있습니다.

하지만 오디오 품질을 제외한 다른 조건이 똑같다면 산 정상에서도 싸구려 라디오 보다, 고품질 라디오가 더욱 즐거울 것이란 사실은 높은 확률로 들어맞을 것입니다.

나만 즐거우면 저품질 오디오도 훌륭하다고 하시는 분도 있습니다.

하지만 실제로 비교해 보면 고품질과 저품질의 차이가 느껴지고, 그 때 우리는 오디오 기기의 매력에 빠져들게 되기도 합니다.

나쁜 음향 기기는 소리의 대역폭에 제한이 있을수 있습니다.

이는 고음이나 저음의 일부 성분을 재생하지 못하는 것으로 증상이 나타나는 경우가 많습니다.

이 경우의 예를 들면 음악의 고음 성분이나, 저음 성분이 재생되지 않습니다.

원래 음반에는 있었던 베이스 사운드가 나오지 않는다고 상상해 보세요!

이는 마치, 코스 요리를 주문했는데 중간에 중요한 요리가 빠져 있는 상황과 마찬가지 입니다.

있는 줄 몰랐을 때는 차려진 요리만 맛있게 먹었겠지만, 웨이터가 몇 가지 요리를 실수로 내오지 않았다면 누구나 섭섭할 것입니다.

또 간이 안 맞거나, 밥만 많고 반찬은 적은 경우를 생각해 볼 수도 있습니다.

방금전까지의 이야기는 두 줄로 요약해볼 수 있습니다.

  1. 오디오 애호가는 오디오 컨텐츠를 즐겁게 감상하기를 바란다
  2. 고품질 오디오는 저품질 오디오와 비교해서 좀 더 원래 음반에 담긴 정보가 충실하기 때문에 청취자가 더 즐거울 가능성이 높다.

여기서 우리가 음향 지식을 알고, 음향 측정 데이터를 볼 줄 알아야 하는 결정적인 이유를 알 수 있습니다.

‘고품질 오디오와 저품질 오디오를 어떻게 구분하지?’

겉으로 보기만 해도 좋은 스피커와 나쁜 스피커를 알아챌 수 있을까요? 혹은 듣기만 해도 알 수 있을까요?

아니면, 음향기기 측정 데이터를 본다면 이 오디오가 고품질인지 저품질인지 알아챌 수 있을까요?

오디오의 세계는 알쏭달쏭합니다.

저마다 느끼는 것이 다릅니다. 매체마다 사람마다 서로 다른 이야기를 하기도 합니다.

이와 관련되서 오디오 업계의 과학자들은 다양한 음향 기기의 데이터를 측정하여, 그것이 통계적인 대중의 선호도로 이어지는지 확인하고 연구하는 과정을 거쳤습니다.

다양한 측정 방법과 측정 요소가 제시되었고, 많은 과학자들과 유저 간의 교차 검증이 있었습니다.

그 결과 우리는 현재 “측정치가 이상향에 가까울수록 평균적인 선호도가 높을 것이다.”라는 결론에 도달할 수 있습니다.

1-2. 그냥 귀로 듣고 리뷰하면 안 되나요?

우리가 접할 수 있는 수많은 오디오 리뷰들 중 어떤 것은 오로지 오디오 경험에 대한 감각적인 글들로 이루어져 있습니다.

“황홀하고 깊으며 섬세한 소리” 등의 미사여구나 “옹졸하고 매마르며 실망스러운 소리” 등의 의견이죠

이러한 리뷰에는 항상 오해의 여지가 많습니다. 과연 섬세한 소리다 라는게 모두에게 같은 느낌일까요? 아마 아닐 것입니다. 저마다의 느낌이란 같을 수도 아닐 수도 있는 애매한 상황입니다.

우리는 ‘소리가 따스하다’라던가 ‘소리가 차갑다’ 등의 표현을 종종 사용합니다. 이러한 표현은 심지어 전문적인 음향 책에도 소개되어 있을 정도입니다.

그런데 이런 표현이 음향 책에 어떻게 소개되어 있는지 예시를 아래 적어 보겠습니다.

소리가 차갑다 : 6KHz 이상의 고음이 강조되거나, 200Hz 미만의 저음이 부족하다

이것은 더이상 감각적인 수치가 아니게 되었습니다. 좀더… 뭔가 음향 측정의 세계의 용어가 되는 기분입니다. 이렇게 해설을 하게 되는 이유는 오해의 여지를 없애기 위해서 입니다.

내가 느끼는 차가움과, 남이 느끼는 차가움은 언제나 차이가 있습니다. 그래서 차가운 소리란 대체로 어떤 것인가? 에 대한 해설이 별도로 필요합니다.

뿐만 아니라 청각은 몸 상태와 기분 상태의 영향을 크게 받습니다. 소리에 대한 인상은 시시각각 다르게 느껴 지기도 합니다.

하지만 ‘6KHz 이상의 고음이 강조되고, 200Hz 미만의 저음이 부족하다.’라는 표현은 좀 더 오해의 여지가 적습니다.

내가 느끼는 감각 보다는 현실에서의 사실 그 자체에 더욱 가깝기 때문입니다. 그래서 저는 음향기기 리뷰에서 이런 표현을 좋아합니다. 아래 예를 들어 보겠습니다.

“이 스피커는 다소 날카롭게 들리는데, 그 이유는 4KHz 부근이 강조되어 있기 때문입니다.”

이 문장에는 청자의 오디오에 대한 인상과, 그 사실적인 근거가 함께 표현되어 있습니다. 이는 오디오를 들으며 느꼈던 인상을 오해 없이 서로 공유하고 토론하도록 도와줍니다.

우리가 음향기기를 측정하여 들여다 보는 이유 중에서 아주 중요한 이유가 이것입니다.

음향 기기 측정 데이터는 모호한 청각 감상에 대한 표현을 명확한 측정 데이터로 표현해 줍니다.

1-2 문제가 있는 오디오의 음향 기기 측정 데이터를 보면, 오디오를 진단할 수 있다.

우리는 아프면 병원에 갑니다. 병원에 가서 우리가 기대하는 것은 의사의 전문적인 소견과, 병원의 진료 장비를 통해서 어디가 아픈지 확인하고, 어떻게 조치해야 하는지 알기 위함입니다.

“손목이 아픕니다” 라고 해서 병원에 가면 전문가 의사가 진찰을 합니다. 의사는 환자에게 증상을 물어보기도 하고, 촉진해보기도 하며, 엑스레이 사진도 찍어 보고, 사진을 분석하기도 합니다. 그리고 진단과 해결책을 제시합니다.

음향 기기의 문제 확인도 나름 비슷한 절차가 있습니다.

증상을 물어본다 : 감상 공유

촉진해본다 : 평가자가 음향 시스템을 직접 청취

엑스레이 사진을 찍어 본다 : 음향 기기 측정

엑스레이 사진을 분석한다 : 음향 기기 측정 데이터 해석

오디오를 분석하는것이 쉽지는 않지만 사람을 분석하는 의사에 비하면 훨씬 쉽습니다. 오디오를 전문가 수준으로 분석할 수 있는 동호인 분들도 많습니다.

중요한 것은 오디오를 정확히 진단하고 개선 방향을 잡는 데 음향 기기 측정은 거의 필수적이라는 것입니다.

음향 기기 측정은, 보다 정확한 에러 확인을 하고 오디오 개선 방안을 선명하게 알려 줍니다.

1-3. 첫 포스팅을 마치며

다시 한번 음향 기기 측정 데이터를 보면 좋은 이유를 정리해 보겠습니다.

  1. 청각의 부정확함을 극복하기 위함
  2. 청각 데이터를 시각화 하기 위함
  3. 각기 다른 청각 인상을 서로 소통하기 위함
  4. 보다 정확한 에러 확인
  5. 오디오 시스템 구축 및 개선 방안 수립

어떠신가요? 이왕 오디오에 입문해서 취미를 즐겁게 즐기려면 꼭 필요한 능력이라는 생각이 들지 않으시나요?

음향 기기 측정 데이터를 처음 보면 어렵습니다. 소리에 대한 느낌을 말로 하면 쉬운데, 그래프와 숫자가 무슨 말을 하는지 이해하기 어렵습니다. 하지만 이번 포스팅 시리즈를 차근히 따라 가면, 누구나 쉽게 이해할 수 있도록 기획하였습니다.

한 번 이해하고 나면, 그 다음은 재미의 영역이 될 것입니다. 내 오디오 시스템도 측정해 보고 싶고, 더 많이 알고 싶은 욕심도 생길 것입니다. 다음 포스트를 기대해 주세요.

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이런 설명글 너무 좋아요!!

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안녕하세요. 지난 시간에는 소리의 중요한 요소인 주파수에 대해서 간단하게 알아 보았습니다.

이번 시간에는 소리의 또다른 중요한 요소인 음압에 대해서 알아 보려고 합니다.

앞선 내용을 복습하면 소리는 공기의 압력이 주기적으로 변화(진동)하는 것입니다. 먼저 장에서는 소리의 진동하는 빈도(주기)를 주파수로 나타냄을 알아보았습니다. 이번 내용에서는 압력의 세기에 대해서 알아보겠습니다.

(이미지 출처 : Sound Waves - Labster)

우리가 소리에 대해서 생각할 때, 소리는 주로 공기를 통해서 전파되므로 공기압에 대해서 먼저 생각해보아야 합니다. 우리 주변에는 항상 공기가 있고, 공기는 대기권까지 쌓여 있습니다.

물속 깊은 곳에 수압이 발생하는 것 처럼 우리는 공기압에 쌓여 있습니다. 이 공기압을 표현하는 단위는 [기압]이나 [Pa]단위를 주로 사용합니다. 1기압은 해수면 근처 의 공기압을 잰 단위이고 이를 Pa로 표현하면 101325Pa 가 됩니다. 기상 뉴스에 많이 나오는 헥토 파스칼 단위는 Pa의 100배로 1013.25hPa = 1기압 이 됩니다.

(이미지 출처 : https://www.edunet.net/nedu/contsvc/viewWkstContPost.do?contents_id=3eac2d17-fdd8-43d8-b5e4-3857e48068e5&head_div=) ( 푸른 선이 대기압을 표시함, 단위는 HPa)

기상 뉴스를 보면 어떤 날은 고기압, 어떤 날은 저기압 상태가 됩니다. 우리 주변을 둘러 싼 기본적인 기압 상태 위에서 생기는 미세한 압력 변화가 소리가 됩니다.

그럼 소리의 압력은 기압과 비교하면 얼마나 작을까요? 공기압의 변화 중 사람이 인지할 수 있으리라 여겨지는 가장 작은 기압 변화는 20마이크로파스칼[μPa] =0.000020 Pa 입니다.

공기압은 101325 pa인데 사람이 들을 수 있는 가장 작은 소리는 0.000020 Pa라고 하니 무려 5,066,250,000배 약 50억분의 1만큼의 압력 변화를 알아챈다고 합니다.

반면 사람이 들을 수 있는 가장 큰 소리는 어느 정도일까요? 약 20Pa라고 합니다.

제법 큰 압력인 것처럼 느껴 지는군요. 이 수치치는 최소 가청 음압의 약 1000000배로 우리의 귀는 대략 백만배 정도의 범위 안에서 작은 음압과 큰 음압을 들을 수 있습니다.

(출처:How to read a log scale: The chart that can’t start at zero)( 로그의 한 칸과 일반 물리량의 한 칸을 비교해볼 수 있습니다)

이 타이밍에 우리는 dB 에 대해서 배울 필요가 있습니다. 왜 dB를 사용하는지, 또 dB란 무엇일까요? 먼저 dB단위를 왜 사용하는지 알아 보겠습니다.

첫번째로 0.000020~20 의 큰 범위를 일일이 표현하자면 상당히 번거로울 것 같습니다.

두번째로 사람의 청각 인지체계가 음량을 로그 스케일로 인지하기 때문입니다. 로그 스케일로 음량을 인지한다는 의미는 다음과 같습니다. 쉽게 설명해서 아이폰에서 음량을 1 올릴때마다 증가하는 Pa값이 기하급수적으로 증가한다는 의미입니다.

기하급수적 증가라는 말은 2-4-8-16-32……처럼 각 단계별로 단계 사이의 격차가 점점 커지는 것을 뜻합니다.

위 두가지 사실을 고려했을 때, dB 단위는 아주 알맞는 단위입니다. 그리고 dB단위는 로그 스케일 단위라고 말할수 있씁니다.

dB단위는 무언가를 로그로 표현하기로 했다 라는 의미와 같으므로 이 “무언가”에 무엇이 오는지 잘 보아야 합니다. 음향에서 자주 쓰는 dB단위를 몇 개 나열해 보겠습니다.

dB SPL : SPL은 사운드 프레셔 레벨의 약어로, 소리 크기에 대한 dB단위 표현입니다.

dBV : 전압에 대한 dB단위 표현입니다.

dBu : 마찬가지로 전압에 대한 표현입니다.

이렇게 어떤 “무언가”를 dB로 표현하기로 했는지에 따라서 표현과 의미가 조금씩 달라 집니다.

dB에 대해서 또 하나 알아야할 점이 있습니다. 무언가 기준이 있고, 거기에 대해서 비교한다는 의미가 있습니다.

(출처: Understanding dB and dBSPL in Audio Systems)(사람이 들을 수 있는 소리의 크기를 대략적으로 표현한 표)

예를 들어 0dBSPL = 0.000020Pa로 앞서 언급한 가장 작은 소리의 압력을 의미합니다. 그리고 우리가 일상적으로 대화하는 소리는 60-70dBSPL 정도입니다. 20Pa는 우리가 들을 수 있는 가장 큰 공기압력입니다. 이를 dBSPL로 표현하면 120dBSPL 이 됩니다.

사람은 약 10dBSPL 마다 소리 크기를 2배 커졌다 라고 생각한다고 합니다.

반면 Pa압력값으로는 약 6dBSPL 마다 물리적인 공기압이 2배 증가합니다.

오늘 알아본 내용을 복습하면 다음과 같습니다.

  1. 음압은 공기압력의 변화입니다. 우리가 인지하는 압력변화는 대기압과 비교해 매우 작은 변화입니다.
  2. 그럼에도 우리가 들을 수 있는 가장 작은 음압과 가장 큰 음압이 차이가 커서, 음압에 dB단위를 쓰기로 했습니다.
  3. 실제 압력으로는 6dB마다 두배 커지고, 사람의 감각으로는 10dB마다 음압이 두배 큰 것으로 느낍니다.

이제 우리는 주파수와 음압에 대해서 모두 알게 되었습니다. 다음 시간에는 주파수 응답 그래프를 알아 볼 것입니다.

주파수 응답 그래프는 주파수와 음압으로 이루어진 간결하면서 가장 대표적인 그래프로 여러분은 이 그래프를 이해할 준비가 되었습니다:)

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안녕하세요.

오디오 그래프 배우기 그 두번째 시간입니다.

우리가 오디오 그래프를 읽기 위해서 필수적으로 알아야 할 배경 지식에 대해서 차근히 설명해 보려고 합니다.

오늘은 그 중 주파수에 대해서 알아볼 것입니다.

먼저, 소리는 무엇일까요?

국어사전에서는 다음과 같이 설명하고 있습니다.

“물체의 진동에 의하여 생긴 음파가 귀청을 울리어 귀에 들리는 것.”

물체의 진동은 음파의 원인 입니다. 목소리라면 성대, 현악기라면 현, 스피커라면 진동판을 의미합니다.

여기서 진동이란 흔들려 움직임을 의미합니다.

그럼, 물체가 흔들려 움직이면 음파가 생기는 것이군요.

그런데 우리가 평소에 볼펜이나 손을 흔들어도 소리가 나질 않는걸요? 어떻게 흔들리면 음파가 생기는 것일까요?

손부채질에서는 아무리 애써도 소리가 나지 않지만, 스피커에서는 아주 쉽게 소리가 납니다.

귀에 들릴만한 음파가 생기는 어떤 조건이라도 있는걸까요?

(사진출처 : https://www.quora.com/Can-a-difference-in-air-pressure-change-the-amplitude-of-sound)

음파는 “압력”의 전달 입니다. 단순한 공기의 흐름이 아닙니다.

공기압이 “압축”되어야 하고 그것이 파동으로 퍼져 나가야 합니다.

‘물체가 진동해서 공기의 압력 변화를 만들면 음파가 생긴다! ‘

음파가 생기면 음파는 공기를 통해 전달되어 우리 귀에 도달하고 우리는 그것을 소리로 인식하는 것입니다.

여기서 우리는 좀 더 나아가서 생각해볼 수 있습니다. 진동은 빠르거나 느릴 수 있고, 조금 흔들리거나 많이 흔들릴 수 있습니다.

얼마나 빠르게 진동하는가 = 주파수, 소리의 음높이

얼마나 세게 진동하는가 = 진폭, 소리의 세기, 음압

드디어 오늘 알아보고자 하는 주제에 도달 했습니다.

주파수! 오늘은 주파수가 무엇인지 알아보고자 했습니다.

주파수는 진동하는 물체가 얼마나 빠르게 진동하는지와 깊은 관련이 있습니다!

우리 귀는 빠르게 진동하는 소리와 느리게 진동하는 소리를 아주 잘 구분하도록 발달하였습니다.

코끼리 발 구르는 소리와 참새가 지저귀는 소리를 구분할 수 있는 이유도, 우리가 서로 다른 다양한 주파수를 서로 다르게 느끼기 때문입니다.

물체가 빠르게 진동할수록 주파수도 높아집니다. 물체가 천천히 진동하면 주파수는 낮아집니다.

감각적으로 주파수는 높아질수록 높은 소리로 인식됩니다.

코끼리 발 구르는 소리는 비교적 천천히 진동하고 저음으로 인식됩니다.

반면 참새가 지저귀는 소리는 비교적 빠르게 진동하고 고음으로 인식됩니다.

우리 귀가 무한히 빠르게 움직이는 진동도 들을 수 있을까요? 그렇지 않습니다.

우리 귀는 매우 빠른 진동은 들을 수 없습니다. 마치 눈이 자외선을 볼 수 없는 것과 같습니다.

이를 우리는 초음파 라고 합니다.

반면 매우 느린 진동도 들을 수 없습니다. 이는 눈이 적외선을 볼 수 없는 것과 같으며, 초저주파, 인프라사운드 라고 합니다.

오… 주파수가 뭔지 대충 알겠습니다.

그럼 주파수는 어떻게 표현할까요?

우리가 자동차 경주를 할 때, 서로 빠른지 느린지 경쟁합니다.

이때, 우리는 기준을 세워 두고 어느 한 쪽을 비교할 수 있습니다.

예를 들면 우리는 거리 기준을 세워 두고 차의 빠르기를 비교할 수 있습니다.

10km 트랙을 도는데 시간이 얼마나 걸렸는지 비교하는 것이죠,

반면 시간을 기준 삼아 서로 비교할 수 있습니다.

1시간에 얼마나 멀리 갔는지 비교하는 것이죠.

우리가 주파수를 비교할 때는 시간을 기준 삼아서 단위를 만들었습니다.

(출처 : Hertz - Simple English Wikipedia, the free encyclopedia 1HZ부터 5Hz까지 점점 높아지는 주파수)

그 시간의 기준은 1초 입니다.

1초에 몇 번 진동했는지 표현한 것이 주파수의 단위입니다.

단위는 Hz를 사용합니다. 읽는 것은 헤르츠 라고 읽습니다.

예를 들어 50Hz는 1초에 50번 진동한다는 뜻입니다.

그리고 1000Hz는 줄여서 1KHz 라고도 합니다. 숫자 천 단위는 K로 축약하는 일이 많습니다.

그럼 아까 위에 언급한 초음파와 초저음파의 Hz는 얼마일까요?

연구 결과에 따라 다소 차이는 있지만, 가장 대중적으로는 20Hz-20000Hz범위의 소리를 듣습니다. 이는 상당히 넓은 범위라고 합니다.

또 통상적으로 300Hz이하는 저음이야 6KHz이상은 고음이야 라고 이야기 하기도 합니다만, 특정 주파수 숫자와 고음이라고 하는 단어가 정의상 연결된 것은 아닙니다.

또 우리가 Hz를 많이 사용하는 곳이 있습니다. 여러분의 모니터나 TV에 많이 사용되는데요. 화면의 새로 고침 빈도를 Hz로 표현하기도 합니다. 60Hz나 144Hz같은 표현을 종종 보셨을 것 같습니다.

어떤가요? 오늘은 주파수에 대해서 차근히 알아보는 시간을 가졌습니다. 이제 주파수와 관련된 이야기가 나오면 쉽게 이해하실 수 있으시리라 생각합니다.

다음 포스트를 기대해 주세요!

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감사합니다!

이번 시간에는 XY그래프, 이른바 2차원 그래프를 이해하는 법에 대해서 알아보겠습니다.

2차원 그래프는 각종 물리현상에 대한 측정 결과를 이해하는 데 매우 중요한 그래프이므로 이 글을 읽으셨다면, 오디오 측정 그래프 뿐만 아니라 다른 여러 현상에 대해서 이해할 수 있는 좋은 능력을 얻으신 것입니다.

2차원 그래프는 어떤 두 값에 대한 표를 시각화 한 것을 의미합니다.

x=y 라는 아주 간단한 식을 생각해 볼까요? x와 y는 둘다 임의의 아무 숫자이고 , x와 y는 서로 같음을 의미합니다. 만약에 x=1이면 y=1인 셈이죠. x=2 이면 y=2이구요.

이것을 2차원 그래프에 표현해 보면 어떻게 될까요?

(출처:https://www.gcse.com/maths/graphs3.html)

가로 방향으로는 x가 점점 커지고 세로 방향으로는 y 가 점점 커집니다.

그리고 x=y인 지점을 따라서 빨간 선이 그어져 있는 것을 볼 수 있습니다.

각 점선들이 만나는 지점들을 확인해보면 1과 1이 만나고, 2과 2가 만나고, 3과 ,3이 만나고…

만약 x=y 라고 하는 식 없이, 그래프만 본다고 해 보겠습니다. 그럼 우리는 어떤 정보를 얻을 수 있을까요?

“0~5 범위 안에서 x=y 입니다.” 라고 할 수 있을 것입니다. 또 x와 y는 서로 비례한다는 것도 알 수 있고, x와 y는 선형적이라는 것도 알 수 있습니다.

이렇게 두 값이 만나는 점들을 이어 보면 시각적으로 두 값이 갖는 관계에 대해서 다양하게 알아볼 수 있습니다.

이번에는 수식으로 표현할 수 없지만, 서로 관계를 갖는 무언가를 2차원 그래프로 표현해 보겠습니다.

이하는 순전히 예로 든 가상의 케이스입니다.

어떤 지역에서 핸드폰을 구입하고나서 얼마나 사용한 뒤에 고장났는지 고장건을 조사해 보았다고 하겠습니다.

1개월 : 1건

2개월 : 3건

3개월 : 7건

4개월 : 14건
5개월 : 30건

6개월 : 54건

그리고 이 것을 2차원 그래프로 표현해 보겠습니다.

그래프에서는 임의로 각 값들을 선으로 이었습니다. 세로 축으로는 고장 건수, 가로축으로는 핸드폰을 사용한 시간(개월)이 표시되어 있습니다. 우리는 이 그래프에서 자연스럽게 몇 가지 사실을 알 수 있습니다.

“시간이 지나면서 고장 건수가 점점 증가하는구나”

“1개월이 지날때마다 고장 건수가 증가하는 폭이 커지는구나”

“7개월때는 고장 건수가 훨씬 더 많아지리라 추측할 수 있겠군”
“이 핸드폰은 수명이 짧은 것이 틀림없어!”

추가 조사를 통해서 서로 다른 핸드폰과 비교할 수도 있습니다.

이제 누가 봐도 a 핸드폰에 문제가 틀림없다는 사실을 알 수 있겠군요.

드디어 오늘의 본격적인 주제인 주파수 응답 그래프를 보겠습니다.

여러분이 익힌 주파수와 음압 개념과 2차원 그래프에 대한 지식을 총 동원하여 보겠습니다.

드디어 궁금했던 그 그래프가 등장했습니다.

먼저 세로축 부터 살펴볼까요? 세로축은 SPL 이라고 적혀있군요
그럼 가로축은 무엇일까요? 그림에 잘 안보이지만 오른쪽 끝을 보니 Hz라고 적혀 있으리라 유추할 수 있습니다.

아하! 이 그래프는 어떤 주파수에서 어떤 크기의 소리가 났는지 정보를 수집한 후 선으로 이어 둔 것이겠군요!

여기서 정보를 수집한다는 것은 흔히 ‘음향 측정’이라고 합니다. 그러니까 이 주파수 응답 그래프는 음향 측정한 것에 대한 데이터입니다.

이제 이 그래프에서 1khz에서 음압이 500hz보다 작게 측정되었구나 를 알 수 있겠습니다.

다음 시간에는 주파수 응답 그래프의 보다 정확한 의미를 알고, 다른 음향 측정 그래프들도 잘 이해할 수 있는 배경 지식인, 음향 측정 방법에 대해서 알아 보겠습니다.

그래프 읽기 5편. 무엇을 측정하나요?

앞선 시간에서 우리는 주파수 응답 그래프의 기본을 알게 되었습니다. 그런데 그게 어떤 의미를 갖는 것일까요? 왜 주파수 응답이 평탄하면 좋다고 하는 것인지 그 이유를 알아보려고 합니다.

그 이유를 알기 위해서는 먼저 오디오의 음향 측정에 대해서 간단하게 알고 있어야 합니다. 우리가 오디오 장비를 측정할 때는 일종의 기준 신호를 입력합니다. 그리고 출력 신호를 기준 신호와 비교해 보는 작업을 하게 된다고 생각하시면 이해가 쉽습니다. 입력 신호와 출력 신호는 다를 수밖에 없습니다. 왜냐하면 음향 장비가 완벽할 수는 없기 때문입니다. 정도가 하거나 심하지 않거나, 입력 신호와 출력 신호는 차이를 보입니다.

(모든 대역에 균일한 전력을 입력했을 때, 얻을 수 있는 스피커 출력의 훌륭한 예시- 8351B)

우리는 여기서 이 차이점에 주목합니다. 이런 입출력 간의 괴리가 큰지 작은지, 용인할 만 한지, 납득불가능한지 세밀하게 살핍니다. 이런 차이점에 주목하는 이유는 다양합니다.

첫째로 우리는 본질적으로 음향 기기가 우리를 속이지 않기를 기대하기 때문입니다. 하이파이, 투명한 모니터링, 중립적인 오디오 등등의 다양한 용어들이 음향 기기가 원래 신호를 왜곡하거나 감추어 듣는 이로 하여금 입력된 신호와 다른 것을 듣지 않기를 바라는 것에서 온 용어들입니다.

당연히 왜곡이 클수록 정확도는 떨어집니다. 우리는 음향 측정 데이터를 통해서 기기에 어떤 음향 왜곡이 있는지 파악해볼 수 있습니다.

예를 들어 100Hz에 1W 전력을 넣고 1kHz 주파수에 1W 전력을 입력한 경우가 있다고 가정하겠습니다. 만약 100Hz에서 스피커가 90dB SPL을 출력했다면 우리는 1kHz에서도 90dB SPL을 출력할 것으로 기대할 수 있습니다.

만약 소리가 더 작거나 크면, 우리는 이 스피커가 입력과 출력에 대해서 하는 일이 주파수별로 일관적이지 않다고 여길 수 있습니다.

이 개념을 우리가 들을 수 있는 가청 주파수 범위로 확대해 보겠습니다. 가청 주파수는 사람이 들을 수 있는 가장 낮은 주파수에서 가장 높은 주파수까지의 범위입니다.

이제 우리는 일반적으로 스피커가 모든 주파수에 대해서 일관성을 갖기를 원한다는 것을 알 수 있습니다. 어느 특정 대역이 더 크게 재생되거나 작게 재생되는 것은 무언가 왜곡이 있다는 의미입니다.

(주파수 응답의 예시 : 룸튜닝 전후 주파수 응답- 주황색 그래프보다 빨간색 그래프가 좀 더 적은 편차를 보입니다)

다행히 사람들은 이러한 왜곡에 기계적인 정도로 민감하지 않습니다. 어느 정도 좁은 편차 사이에서 우리는 그것이 충분히 투명하다고 느낄 수 있으며, 많은 훌륭한 오디오들이 그 범위 안에 들어갑니다.

(귀의 주파수별 민감도를 표현한 그림 : 그래프가 아래로 내려갈수록 민감함, 빨간 선은 사람이 같은 크기로 느끼는 선을 연결한 것)

또 다른 이야깃거리로 우리 귀의 주파수별 민감도를 이야기할 수 있습니다. 사실 귀는 다양한 주파수에 대해서 같은 물리량을 같은 크기로 인지하지 않습니다. 이 때문에 소리 크기에 따라 소리의 주파수 밸런스가 다르게 들립니다. 이를 스피커로 보정하느냐 마느냐는 선택의 문제이고, 주로 이를 위한 기능을 흔히 ‘라우드니스 보정’이라고 합니다. 또 ‘권장 청취 레벨’ 또한 이를 위한 개념이라고 할 수 있습니다. 또 다른 자연 현상으로 실내 공간에서 많이 나타나는 저음 증폭 현상이나, 고음 감쇠 현상 또한 일정 부분 자연스러운 응답으로 보기도 합니다.

주파수 응답 그래프는 기본적으로 모든 주파수에 동일한 입력에 대한 출력 레벨을 보여줍니다. 이를 통해 특정 주파수 대역이 과도하게 증폭되거나 감소되는지 확인할 수 있으며, 스피커의 음향 특성을 이해하고, 필요한 경우 보정할 수 있습니다.

(입력한 값: 보라색)

(출력을 측정한 값 : 빨간색)

(왜곡 : 색칠한 범위)

또한, 주파수 응답 그래프는 오디오 장비를 비교할 때 유용한 도구입니다. 예를 들어, 두 개의 스피커가 동일한 입력 신호에 대해 각각 다른 주파수 응답을 보인다면, 그 차이를 분석함으로써 어느 스피커가 더 정확한 소리를 재생하는지 판단할 수 있습니다.

이제 우리는 주파수 응답 그래프의 중요성과 그 활용 방법에 대해 이해했습니다. 음향 기기의 특성을 파악하고, 필요에 따라 조정함으로써 더 나은 청취 경험을 제공할 수 있습니다. 다음 시간에는 다른 음향 측정 방법들에 대해 알아보도록 하겠습니다. 이를 통해 더욱 포괄적으로 오디오 장비의 성능을 평가하고 개선할 수 있을 것입니다.

이제 우리는 주파수 응답이 평탄하다는 것이 무슨 뜻이며, 왜 좋은지 알 수 있습니다. 다음 장에서는 좀 더 나아가, 다양한 주파수 응답 그래프의 종류를 간단히 알아보겠습니다.

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