7. 스튜디오 음향 트리트먼트의 실제
by 이신렬 음향공학박사 글, 이무제 정리, 자료제공: A49, 소니캐스트
A49 연구실의 Dolby Atmos 청취룸. 잔향을 무조건 억제하지 않고 적당히 살려 최적의 스테레오 충실도를 실현했다.
일반적인 가정용 청취실, 녹음 컨트롤 룸 천이주파수(Transformation Frequency)가 200~300Hz 영역에 위치합니다. 이 경계선은 룸의 크기에 영향을 받습니다. 이 경계를 기준으로 룸 트리트먼트에 대해 완전히 다른 방식으로 접근해야만 합니다. 천이주파수 이하에서는 룸 모드 및 스피커 인접경계효과(SBIR)에 대처해야 하고, 그 이상에서는 스피커가 룸으로 소리를 방사하는 방식, 청취자에게 전달되는 과정에서 룸이 소리를 수정하는 방식, 청취자가 이러한 조합에 반응하는 방식에 대해 살펴볼 필요가 있습니다.
Dolby Atmos 9.1.6 권장배치도. 전면 LR 스피커가 여전히 스테레오 역할을 함에 주목하자.
Yamaha NS-10M Studio 스피커는 팬텀 센터 이미지의 왜곡을 보정하기 위해 1~2kHz 부근에서 의도적인 피크를 만들었고 그 특징은 수많은 사운드 엔지니어들을 본능적으로 만족시켰다.
1. 스테레오 팬텀센터 이미지 문제
초기 녹음 엔지니어들은 강한 직접 음장을 선호했습니다. 당시의 컨트롤 룸에는 전면의 초기 반사음을 모두 흡수하는 dead end 개념이 있었습니다. 이러한 컨트롤 룸 설계 관행은 당시의 고출력 모니터스피커 성능이 그다지 좋지 않아 비 축 응답이 너무 나빠 문제를 완화시키는 유일한 방법은 비 축 사운드를 흡수하는 것이기 때문이었습니다.
첫 번째 반사음은 청취자에게 전달되는 두 번째로 에너지가 큰 소리이기 때문에 매우 중요합니다. 청취자는 스테레오 음원으로 청취합니다. 대부분의 경우 센터이미지는 사운드 스테이지에서 가장 중요한 요소입니다.
스테레오 팬텀센터는 양쪽 스피커에서 나오는 소리가 서로 다른 시간에 양쪽 귀에 도달하기 때문에 2kHz 부근에서 스펙트럼이 크게 떨어지게 됩니다. 그 결과로 스테레오 녹음에서 팬텀센터 이미지 음질이 근본적으로 손상됩니다. 음 충실도가 필수적이라고 생각하는 사람들은 이 팬텀센터 이미지가 심각하게 손상되기 때문에 신중하게 생각해야 합니다. 간단한 실험으로 모노 핑크노이즈를 양쪽 스피커에 동일한 레벨로 전달시킬 경우 대칭적인 스위트 스팟에 앉으면 스피커 중간에 센터 이미지가 맺힙니다. 대칭 축의 왼쪽과 오른쪽으로 아주 약간 귀를 움직일 때 음색이 달라지게 되는데 음향적으로 잔향이 없는 룸에서는 한쪽 스피커에 가까울수록 더 분명하게 느낄 수 있습니다. 실제로 핑크노이즈가 가장 둔하게 들리는 위치를 찾는 것만으로도 정확한 스위트 스팟을 찾을 수 있습니다. 스위트 스팟에서 약간만 왼쪽이나 오른쪽으로 움직이면 소리가 눈에 띄게 밝아집니다. 실제로 센터 이미지를 정확히 중앙 위치에 찾는 것보다, 음색 변화를 들으면서 스윗 스팟을 찾는 것이 훨씬 더 정확할 정도입니다.
그림 1 (a)에서 청취자는 센터 스피커로부터 양쪽 귀에 하나씩 직접 음을 수신합니다. 그림 1 (b)는 팬텀 센터 이미지 상황으로, 귀 당 두 개의 소리가 들리는데 그 중 하나는 추가 이동거리로 인해 지연됩니다. 이 두 상황은 모두 대칭적인 상황이므로 양쪽 귀 소리는 동일합니다. 그림 1 (c)는 무향실에서 센터 스피커로 음을 전달했을 때와 스테레오 스피커 쌍으로 소리를 전달했을 때 한쪽 귀에서 측정된 주파수응답을 보여줍니다. 실선 곡선은 실제 센터 스피커 음원이 청취자 고막에 전달되는 것을 보여주는데, 머리전달함수(HRTF)로 인해 이상한 모양을 하고 있습니다. 점선 곡선은 ±30° 방향에서 청취자 고막에 함께 도달합니다. 이 상황은 소리가 나는 곳의 음색과 소리가 나는 것으로 인식되는 위치간 음색이 충돌하는 상황입니다. 이는 이상적이지 않습니다.
그림 1 (d)는 음향 간섭 결과를 보여주는 두 곡선 간 차이를 보여줍니다. 이는 간단한 계산을 통해 확인할 수 있습니다. 정면 축에서 30° 떨어진 음원에 대한 양 귀 시간차는 평균적인 머리의 경우 약 0.27ms입니다. 이 주기의 절반에 해당하는 1.85kHz에서 상쇄 간섭이 발생합니다. 이때 파장은 17.8cm가 조금 넘기 때문에 음원의 반대쪽 귀에서 상당한 머리음영효과(head-shadowing effect)가 발생합니다. 이 주파수 범위에서 귀간 음량 차이는 약 6dB 정도입니다. 그림 1 (d)의 점선은 이러한 콤 필터의 첫 번째 간섭 딥을 보여줍니다.
그림1: (a) 실제 센터 라우드스피커 한쪽 귀에서 측정한 무향 주파수응답. (b) 스테레오 쌍에서 도달하는 소리에 대해 한쪽 귀에서 측정한 무향 주파수응답. (c) 정면 스피커 주파수응답과 스테레오 스피커 주파수응답. (약 2kHz 부근 상당한 곡선 간의 차이) (d) 두 주파수응답 차이. 점선은 0.27ms(중심 좌우 30°의 스피커에 적합)의 귀 간 지연과 6dB 감쇠 음에 대해 계산된 첫 번째 간섭 딥. (e) 일반 반사 룸에서 초기 반사 음이 간섭 딥의 깊이를 감소시킴. Shirley 등(2007) 데이터 발췌.
팬텀센터 이미지에서 소리가 둔하게 들리는 원인은 상쇄 음향간섭입니다. 고 주파수에서는 머리음영효과로 인해 지연된 사운드 감쇠가 급격히 증가하기 때문에 보이지 않습니다. 1.85kHz 인근의 대역은 대부분의 음반에서 가수의 음색에 영향을 미치기 때문에 이러한 주파수 왜곡은 심각한 결함입니다. 이러한 주파수 왜곡은 청취자의 귀에 도달하는 소리가 스피커에서 나오는 직접 음에 지배적일 때에만 가능합니다. 이것이 바로 스테레오 청취의 한계를 극복하는 단서가 됩니다.
일반적으로 반사가 발생하는 공간에서는 다른 방향에서 다른 시간에 도착하는 반사 음으로 인해 이러한 음향간섭이 사라지기 때문에 스펙트럼 딥을 메우는데 도움이 됩니다. 따라서 잔향공간에서는 그림 1 (e)처럼 간섭 딥이 크게 완화됩니다.
일반적인 청취의 경우 대부분의 청취자가 가만히 앉아있지 않기때문에 음상의 위치와 음색이 변화하는 것에 신경쓰지 않을 수 있지만, 스테레오 음향청취를 선호하는 오디오 애호가와 녹음 엔지니어는 예외입니다. 이러한 콤 필터 효과는 직접 음과 반사 음이 마이크로폰에서 결합될 때 반사 음이 어디에서 나오는지에 따라 측정하는 것과 듣는 것 사이에는 청감상 큰 차이가 있습니다.
지난 수 십년 동안 스테레오에 익숙해진 인간의 적응과 녹음의 불일치로 인해 실제 센터채널 스피커가 팬텀 센터보다 열등하다고 느끼는 사람도 있습니다. 스위트 스팟에서 멀리 떨어져 음을 들으면 팬텀 이미지 음색 문제가 완화되지만, 사운드 스테이지가 무너지게 됩니다. 센터채널은 음색 문제를 방지하고 더 많은 청취자를 위해 사운드 스테이지를 안정화하며 룸 효과에 덜 민감합니다.
팬텀센터 이미지는 공간적, 시간적 결함이 있으며, 특히 직접 음이 지배적인 경우 음성명료도에 영향을 미칩니다. 팬텀 센터 문제 관점에서는 초기 반사음이 어느 정도 도움이 됩니다.
음원에 추가된 반사와 잔향도 팬텀 센터 문제에 도움이 됩니다. 그러나 청취 환경이 음향적으로 죽은 상태, 즉 잔향이 없을수록, 스피커에 더 가까이 앉을수록 직접 음이 더 우세해지고 문제가 더 명확하게 드러납니다. 컨트롤 룸에서 초기 반사를 제거하거나 니어필드 모니터스피커를 일반적으로 사용하는 것은 이 문제가 더 잘 들리는 상황을 만듭니다. 보컬 트랙에 지연된 사운드를 추가하여 스펙트럼 구멍을 채우고, 믹스를 달콤하게 하여 이러한 문제를 줄일 수 있습니다.
녹음 엔지니어가 2kHz 딥을 EQ로 증폭하여 사운드를 보정하기로 선택한 경우, 녹음에 스펙트럼 피크가 추가되어 스테레오 스위트 스팟에서 떨어진 곳에 앉아있는 모든 사람이 왜곡된 음을 들게 됩니다. 이렇게 EQ 처리된 2채널 신호를 업믹스하면 센터채널 스피커는 더욱 부자연스러워지게 됩니다.
어떤 종류의 음향 공간에서 어떤 종류의 스피커를 사용하더라도 기존의 2채널 스테레오로는 실제 센터 스피커에서 들리는 것과 동일한 센터 이미지를 생성할 수 없습니다. 이로 인해 녹음과 재생 과정에서 어느정도 혼란이 발생합니다. 많은 음향 엔지니어들이 불만이 없는 것으로 보아 인간이 기존 스테레오에 상당히 적응했다는 결론을 내릴 수 있습니다. 아마도 자신의 청취 경험 때문일 것입니다.
LCR 스피커 배치는 의외로 쉽게 많은 문제를 해결하지만 스테레오만큼 널리 쓰이지는 않는다.
2. 음향 처리
그림 2는 널리 사용되는 몇 가지 측면 반사 처리방법을 보여줍니다. 그림 2 (a) 반사는 단단하고 거대한 평평한 표면이 정 반사를 발생시키며 역제곱법칙에 따라 음압이 감쇠됩니다.
그림2: (a) 반사, (b) 흡수, (c) 엔지니어링 표면 (예: 슈뢰더형 디퓨저)에 의한 산란, (d) 기하학적 모양 (예: 반원형 실린더)에 의한 산란. (e) 스피커 지향성, 공간의 크기, 소리를 듣는 청취자의 기대치에 따라 음향처리 종류와 양이 달라지거나 처리가 필요하지 않을 수 있는 청취실 내 특징적인 구역을 보여줌. 1차 반사음만 고려한 것이고, 고차 반사음 또한 청취 경험에 영향을 미침. Toole 박사 제공.
흡음재는 소리를 흡수하는게 주 목적이지만 전 대역을 흡수할 수 있는 것은 아니다.
2.1 흡음재
그림 2 (b) 흡음은 흡음 계수가 특정 입사각에 대해 명시되어 있지 않기 때문에 복잡합니다. 그림 3 (a)는 유리섬유 판 무작위 흡음 계수를 보여줍니다. 이 수치는 해당 소재가 기본적으로 약 100Hz 이하에서는 흡음이 전혀 없으며, 약 500Hz 이상에서 완벽한 흡음을 한다는 것을 보여줍니다. 이 사양은 고도로 확산된 무작위 입사 음장이 있는 잔향실에서 측정해야 합니다. 흡음 계수는 종종 1을 초과하며 측정은 정밀하지 않습니다. 흡음 계수 기원은 라이브 공연을 위해 다소 난반사가 심한 강당에서 잔향을 제어하기 위한 역사에서 비롯되었습니다. 청음실, 녹음실 및 영화관에 이르기까지 사운드 재생에 사용되는 공간에서는 음장 확산이 거의 없습니다.
패브릭 커버는 대부분의 주파수 범위에서 음향적으로 매우 투명하지만, 고 주파수에서는 그렇지 않습니다. 음향패널 무작위 흡음 계수는 일반적으로 고 주파수 한계가 6kHz인 4kHz 옥타브대역에서 측정이 중단되기 때문에 이 위에서 나타나는 반사 음을 보여주지 못합니다.
두꺼운 소재는 더 낮은 주파수 범위에서 소리를 흡수합니다. 두께가 75cm 이상인 섬유질 흡음 패널은 천이주파수까지 유용하게 감쇠시킵니다. 흡음패널이 얇으면 고 주파수만 단순히 줄어들고 반사가 제거되지 않으므로 스피커 비축 성능이 저하되어 음질 왜곡을 초래할 수 있습니다. 반사 음이 직접 음과 최대한 유사한 스펙트럼을 가져야 제대로된 음상 정위가 가능합니다.
그림 3. 유리섬유 흡음 계수
확산재는 흡음재와는 달리 단단한 표면을 가지며 되도록 다양한 방향으로 소리를 분산하는게 목표다.
2.2 확산재
수 이론 및 기타 영리한 개념을 사용하여 깊게 조각된 면을 가진 확산재는 수평면 또는 수직 평면까지 소리를 산란시킬 수 있는 장치입니다. 확산재도 일부 소리를 흡수하고, 설치자가 시각적으로 인테리어와 더 잘 어울리게 하기 위해 디퓨저를 천으로 덮는다면 흡음이 크게 증가하고, 주파수 특성이 크게 왜곡됩니다.
확산재는 대형 공연장 음장 특성을 더하는 데 유용하지만, 작은 음향 재생공간에서 특정 반사 음을 처리하는데는 적합하지 않을 수 있습니다. 문제는 확산재가 들어오는 소리를 사방으로 흩어지도록 한다는 것입니다. 확산재는 소리의 분산 소스가 되어 청취 위치에 많은 작은 반사음들을 전달하고, 나머지 소리는 실내의 다른 부분으로 흩어지게 합니다. 확산음장을 원하지 않을 경우 확산재를 첫 번째 반사지점에 배치하면 반사 음 에너지를 줄이게 됩니다. 개선된 에너지시간곡선(ETC)이 그 증거로 사용됩니다. 확산 가능한 주파수를 천이 주파수까지 내리려면 확산판 두께는 20cm 이상이어야 합니다.
컨트롤 룸에서 스피커 배치 공간은 음향적으로 데드하게 처리하고, 반대쪽 공간은 값비싼 목재 1D 확산재로 덮을 경우, 모노 핑크노이즈로 음을 재생하면 스테레오 좌석에서 소리가 스피커 사이로 퍼져 중앙 이미지가 흐려지게 됩니다. 이는 청취자 뒤에서 소리들이 너무 많이 들어와 스피커에서 나오는 직접 음 정보를 뒤섞어 버리기 때문입니다.
천이주파수까지 확산을 시키기 위해 확산재는 파장과 유사한 크기여야 합니다. 초기에 널리 사용되던 형태 중 하나는 단일 반 원통형 혹은 약간 납작한 다중 원통형 흡음재/디퓨저였습니다. 반 원통은 여러 방향에서 들어오는 소리를 균일하게 산란시키는데 적합합니다. 납작한 반 원통과 다른 형태도 가능하지만 그다지 효과적이지 않습니다. 천이주파수까지 주파수범위를 커버하려면 약 30cm 깊이가 필요합니다.
그림 4는 반경이 30cm인 단일 반 원통과 여러개 반 원통에 대한 정규화된 확산 계수를 보여줍니다. 이 장치는 서로 분리되거나 임의의 간격으로 배치할 때 잘 작동하며, 이 두께에서는 매우 낮은 주파수까지 효과적입니다. 그러나 연속적으로 배치하면 저 주파수 확산이 손실되며, 주기적인 확산 계수 분포를 볼 수 있습니다.
그림 4. 단일 및 여러개 반 원통 확산 계수 (a) 임의 간격으로 배치된 반 원통 정규화된 확산 계수 (b) 연속적으로 배치된 반 원통 확산 계수. (Peter D'Antonio 데이터 제공)
2.3 바닥면 반사
바닥면 반사는 대부분 피할 수 없고 정상상태 정축 주파수 응답에서 피크과 딥으로 보이는데, 음악 청취에서 반드시 들을 수 있는 것은 아닙니다. 청취자 주변에 바닥 흡음재를 설치해 이를 제거하면 음이 부자연스럽게 들립니다. 정상적인 방에는 흡음재 바닥이 없기 때문에, 인간의 뇌는 이에 익숙해져 있지 않습니다.
인간이 무언가 위에 서서 진화했기 때문에 우리가 듣는 소리의 대부분은 발 아래에서 반사되는 소리를 포함합니다. 우리가 어디에 있든 발 밑에 있는 물체의 반사는 거리를 측정하는데 유용하게 사용되어 왔습니다. 바닥 반사는 교향악 공연, 재즈 클럽 공연, 집이나 길거리에서 나누는 대화에서 흔히 들을 수 있는 소리입니다.
다량의 스피커들을 전면에 배치한 Frontal-Immersive 시스템은 소리가 전면에서만 나지만 팬텀 이미지가 아닌, 스피커의 직접음만으로도 정확하고 넓은 음장 표현이 가능하다. 사진은 Belgian 콘서트홀에서의 L-Acoustics L-ISA 시스템의 배치다.
3. 음향 처리에 따른 청감 차이
대부분의 컨트롤 룸에 들어가면 적절한 각도의 확산 표면이나 흡음재 또는 둘 다에 의해 초기 측면 반사음을 제거하거나 감쇠시킨 것을 볼 수 있습니다. 초기 스튜디오 녹음 엔지니어들은 주로 직접 음장을 원했고, 반사 음은 믹싱 및 레코딩에서 용납할 수 없는 것으로 생각했습니다. 이로 인해 무 반사구역(RFZ) 개념, 라이브 엔드-데드 엔드(LEDE) 개념, 그리고 모든 반사를 극단적으로 줄인 비 환경 룸 개념을 포함한 수많은 변형이 등장하게 되었습니다. 수십 년 동안 유행과 근거없는 신화가 중요한 역할을 하고 있습니다. 이 중 일부는 심리음향학에 대한 잘못된 해석 때문이었습니다.
초기 반사 음과 관련한 최적의 청취 및 작업 조건을 정리하면, 여가용 청취에서는 약간의 측면 반사가 유리하지만 오디오 제품을 테스트할 때는 측면 반사음을 감쇠시키는 것이 더 좋다는 의견을 제시했습니다. 전문 음향 엔지니어들은 목소리를 잘 재생하려면 좁은 분산 스피커가 필요하고, 댄스 및 대중음악도 지향성이 높은 스피커가 바람직하다고 생각합니다. 그러나 이들 대다수도 가정에서 교향곡을 재생할 때에는 넓게 분산되는 라우드스피커를 선호했습니다.
컨트롤 룸에서 전문 음향 엔지니어 절반 정도만이 넓은 분산 라우드스피커로 녹음할 수 있다고 생각했습니다. 즉, 대부분의 전문가들은 여가용 청취를 위해 실내 반사를 좋아했고, 절반 정도만이 넓은 확산 스피커와 그로 발생하는 측면 반사음에 대응하여 믹싱할 수 있다고 생각했습니다. 이는 분명히 개인차가 있습니다.
일반적으로 믹싱 엔지니어는 반사가 적은 선명함을 선호하는 반면, 마스터링 엔지니어는 잔향이 많은 환경을 선호하는 것으로 나타났습니다. 이는 마스터링 엔지니어가 고객이 듣는 방식에 더 가깝기 때문입니다. 전문 음향 엔지니어에게 스피커와 표면 음향처리에 대한 조언을 구하는 경우, 휴식을 취할 때 선호하는 음악을 제외하고는 의견이 모두 일치하지 않는다는 것을 알 수 있습니다.
4. 결론
전문 음향 엔지니어와 오디오 애호가들이 스피커와 룸의 최적 조합에 대해 서로 다른 의견을 가지고 있습니다. 지연된 사운드가 음질, 이미징, 사운드 스테이지, 선명도, 음성 명료도 등을 저하시킨다는 주장이 존재합니다. 어떤 사람들에게는 사실이지만 다른 사람들에게는 그렇지 않습니다. 일부 전문가들은 다양한 음향 환경에서 믹스할 수 있다는 증거가 존재하며, 이는 청취자가 적응이 가능하다는 것을 나타냅니다.
지배적인 직접 음장은 팬텀센터 이미지에서 음향 크로스토크 딥이 가장 잘 들리는 곳입니다. 일부 컨트롤 룸에서는 믹스 위치 뒤쪽 벽에 디퓨저를 설치하여 상관 관계가 없는 사운드를 추가하여 문제를 다소 완화하기도 합니다. 후면 디퓨저를 과도하게 사용해 센터 이미지가 저하되는 극단적인 상황까지 가서는 안 됩니다. 그러나 녹음 엔지니어가 간섭 딥이 들리는 상황에 처한 경우, 스테레오 믹스 자체에 상관 관계가 적은 지연된 사운드를 추가시켜 이러한 문제를 완화할 수 있습니다.
일부 음향 자재 판매자들은 많은 사운드 엔지니어들이 특정 방식으로 청취하기 때문에 모든 청취시설, 심지어 가정용 청취 룸도 전문가들의 방식을 따라야 한다고 주장합니다. 그러나 실제로는 즐거움을 위해 듣는 사람들, 심지어 프로페셔널 사운드 엔지니어들도 어느정도 룸 반사 음을 선호하는 것으로 나타났습니다. 초기 반사음 처리는 고객이 선호하는 대로 반사, 확산 또는 흡음 중 선택이 가능합니다. 측벽 반사를 흡수하는 것이 팝/록 음악을 더 돋보이게 하는 반면, 측벽 반사를 그대로 두는 것이 클래식과 재즈를 더욱 돋보이게 합니다. 여기서 내릴 수 있는 결론은 다음고 같습니다. 한 가지 사이즈가 모든 사람에게 맞지는 않습니다. 개인 취향, 음악, 청취 목적이 모두 중요한 변수입니다.
7. 스튜디오 음향 트리트먼트의 실제
by 이신렬 음향공학박사 글, 이무제 정리, 자료제공: A49, 소니캐스트
A49 연구실의 Dolby Atmos 청취룸. 잔향을 무조건 억제하지 않고 적당히 살려 최적의 스테레오 충실도를 실현했다.
일반적인 가정용 청취실, 녹음 컨트롤 룸 천이주파수(Transformation Frequency)가 200~300Hz 영역에 위치합니다. 이 경계선은 룸의 크기에 영향을 받습니다. 이 경계를 기준으로 룸 트리트먼트에 대해 완전히 다른 방식으로 접근해야만 합니다. 천이주파수 이하에서는 룸 모드 및 스피커 인접경계효과(SBIR)에 대처해야 하고, 그 이상에서는 스피커가 룸으로 소리를 방사하는 방식, 청취자에게 전달되는 과정에서 룸이 소리를 수정하는 방식, 청취자가 이러한 조합에 반응하는 방식에 대해 살펴볼 필요가 있습니다.
Dolby Atmos 9.1.6 권장배치도. 전면 LR 스피커가 여전히 스테레오 역할을 함에 주목하자.
Yamaha NS-10M Studio 스피커는 팬텀 센터 이미지의 왜곡을 보정하기 위해 1~2kHz 부근에서 의도적인 피크를 만들었고 그 특징은 수많은 사운드 엔지니어들을 본능적으로 만족시켰다.
1. 스테레오 팬텀센터 이미지 문제
초기 녹음 엔지니어들은 강한 직접 음장을 선호했습니다. 당시의 컨트롤 룸에는 전면의 초기 반사음을 모두 흡수하는 dead end 개념이 있었습니다. 이러한 컨트롤 룸 설계 관행은 당시의 고출력 모니터스피커 성능이 그다지 좋지 않아 비 축 응답이 너무 나빠 문제를 완화시키는 유일한 방법은 비 축 사운드를 흡수하는 것이기 때문이었습니다.
첫 번째 반사음은 청취자에게 전달되는 두 번째로 에너지가 큰 소리이기 때문에 매우 중요합니다. 청취자는 스테레오 음원으로 청취합니다. 대부분의 경우 센터이미지는 사운드 스테이지에서 가장 중요한 요소입니다.
스테레오 팬텀센터는 양쪽 스피커에서 나오는 소리가 서로 다른 시간에 양쪽 귀에 도달하기 때문에 2kHz 부근에서 스펙트럼이 크게 떨어지게 됩니다. 그 결과로 스테레오 녹음에서 팬텀센터 이미지 음질이 근본적으로 손상됩니다. 음 충실도가 필수적이라고 생각하는 사람들은 이 팬텀센터 이미지가 심각하게 손상되기 때문에 신중하게 생각해야 합니다. 간단한 실험으로 모노 핑크노이즈를 양쪽 스피커에 동일한 레벨로 전달시킬 경우 대칭적인 스위트 스팟에 앉으면 스피커 중간에 센터 이미지가 맺힙니다. 대칭 축의 왼쪽과 오른쪽으로 아주 약간 귀를 움직일 때 음색이 달라지게 되는데 음향적으로 잔향이 없는 룸에서는 한쪽 스피커에 가까울수록 더 분명하게 느낄 수 있습니다. 실제로 핑크노이즈가 가장 둔하게 들리는 위치를 찾는 것만으로도 정확한 스위트 스팟을 찾을 수 있습니다. 스위트 스팟에서 약간만 왼쪽이나 오른쪽으로 움직이면 소리가 눈에 띄게 밝아집니다. 실제로 센터 이미지를 정확히 중앙 위치에 찾는 것보다, 음색 변화를 들으면서 스윗 스팟을 찾는 것이 훨씬 더 정확할 정도입니다.
그림 1 (a)에서 청취자는 센터 스피커로부터 양쪽 귀에 하나씩 직접 음을 수신합니다. 그림 1 (b)는 팬텀 센터 이미지 상황으로, 귀 당 두 개의 소리가 들리는데 그 중 하나는 추가 이동거리로 인해 지연됩니다. 이 두 상황은 모두 대칭적인 상황이므로 양쪽 귀 소리는 동일합니다. 그림 1 (c)는 무향실에서 센터 스피커로 음을 전달했을 때와 스테레오 스피커 쌍으로 소리를 전달했을 때 한쪽 귀에서 측정된 주파수응답을 보여줍니다. 실선 곡선은 실제 센터 스피커 음원이 청취자 고막에 전달되는 것을 보여주는데, 머리전달함수(HRTF)로 인해 이상한 모양을 하고 있습니다. 점선 곡선은 ±30° 방향에서 청취자 고막에 함께 도달합니다. 이 상황은 소리가 나는 곳의 음색과 소리가 나는 것으로 인식되는 위치간 음색이 충돌하는 상황입니다. 이는 이상적이지 않습니다.
그림 1 (d)는 음향 간섭 결과를 보여주는 두 곡선 간 차이를 보여줍니다. 이는 간단한 계산을 통해 확인할 수 있습니다. 정면 축에서 30° 떨어진 음원에 대한 양 귀 시간차는 평균적인 머리의 경우 약 0.27ms입니다. 이 주기의 절반에 해당하는 1.85kHz에서 상쇄 간섭이 발생합니다. 이때 파장은 17.8cm가 조금 넘기 때문에 음원의 반대쪽 귀에서 상당한 머리음영효과(head-shadowing effect)가 발생합니다. 이 주파수 범위에서 귀간 음량 차이는 약 6dB 정도입니다. 그림 1 (d)의 점선은 이러한 콤 필터의 첫 번째 간섭 딥을 보여줍니다.
그림1: (a) 실제 센터 라우드스피커 한쪽 귀에서 측정한 무향 주파수응답. (b) 스테레오 쌍에서 도달하는 소리에 대해 한쪽 귀에서 측정한 무향 주파수응답. (c) 정면 스피커 주파수응답과 스테레오 스피커 주파수응답. (약 2kHz 부근 상당한 곡선 간의 차이) (d) 두 주파수응답 차이. 점선은 0.27ms(중심 좌우 30°의 스피커에 적합)의 귀 간 지연과 6dB 감쇠 음에 대해 계산된 첫 번째 간섭 딥. (e) 일반 반사 룸에서 초기 반사 음이 간섭 딥의 깊이를 감소시킴. Shirley 등(2007) 데이터 발췌.
팬텀센터 이미지에서 소리가 둔하게 들리는 원인은 상쇄 음향간섭입니다. 고 주파수에서는 머리음영효과로 인해 지연된 사운드 감쇠가 급격히 증가하기 때문에 보이지 않습니다. 1.85kHz 인근의 대역은 대부분의 음반에서 가수의 음색에 영향을 미치기 때문에 이러한 주파수 왜곡은 심각한 결함입니다. 이러한 주파수 왜곡은 청취자의 귀에 도달하는 소리가 스피커에서 나오는 직접 음에 지배적일 때에만 가능합니다. 이것이 바로 스테레오 청취의 한계를 극복하는 단서가 됩니다.
일반적으로 반사가 발생하는 공간에서는 다른 방향에서 다른 시간에 도착하는 반사 음으로 인해 이러한 음향간섭이 사라지기 때문에 스펙트럼 딥을 메우는데 도움이 됩니다. 따라서 잔향공간에서는 그림 1 (e)처럼 간섭 딥이 크게 완화됩니다.
일반적인 청취의 경우 대부분의 청취자가 가만히 앉아있지 않기때문에 음상의 위치와 음색이 변화하는 것에 신경쓰지 않을 수 있지만, 스테레오 음향청취를 선호하는 오디오 애호가와 녹음 엔지니어는 예외입니다. 이러한 콤 필터 효과는 직접 음과 반사 음이 마이크로폰에서 결합될 때 반사 음이 어디에서 나오는지에 따라 측정하는 것과 듣는 것 사이에는 청감상 큰 차이가 있습니다.
지난 수 십년 동안 스테레오에 익숙해진 인간의 적응과 녹음의 불일치로 인해 실제 센터채널 스피커가 팬텀 센터보다 열등하다고 느끼는 사람도 있습니다. 스위트 스팟에서 멀리 떨어져 음을 들으면 팬텀 이미지 음색 문제가 완화되지만, 사운드 스테이지가 무너지게 됩니다. 센터채널은 음색 문제를 방지하고 더 많은 청취자를 위해 사운드 스테이지를 안정화하며 룸 효과에 덜 민감합니다.
팬텀센터 이미지는 공간적, 시간적 결함이 있으며, 특히 직접 음이 지배적인 경우 음성명료도에 영향을 미칩니다. 팬텀 센터 문제 관점에서는 초기 반사음이 어느 정도 도움이 됩니다.
음원에 추가된 반사와 잔향도 팬텀 센터 문제에 도움이 됩니다. 그러나 청취 환경이 음향적으로 죽은 상태, 즉 잔향이 없을수록, 스피커에 더 가까이 앉을수록 직접 음이 더 우세해지고 문제가 더 명확하게 드러납니다. 컨트롤 룸에서 초기 반사를 제거하거나 니어필드 모니터스피커를 일반적으로 사용하는 것은 이 문제가 더 잘 들리는 상황을 만듭니다. 보컬 트랙에 지연된 사운드를 추가하여 스펙트럼 구멍을 채우고, 믹스를 달콤하게 하여 이러한 문제를 줄일 수 있습니다.
녹음 엔지니어가 2kHz 딥을 EQ로 증폭하여 사운드를 보정하기로 선택한 경우, 녹음에 스펙트럼 피크가 추가되어 스테레오 스위트 스팟에서 떨어진 곳에 앉아있는 모든 사람이 왜곡된 음을 들게 됩니다. 이렇게 EQ 처리된 2채널 신호를 업믹스하면 센터채널 스피커는 더욱 부자연스러워지게 됩니다.
어떤 종류의 음향 공간에서 어떤 종류의 스피커를 사용하더라도 기존의 2채널 스테레오로는 실제 센터 스피커에서 들리는 것과 동일한 센터 이미지를 생성할 수 없습니다. 이로 인해 녹음과 재생 과정에서 어느정도 혼란이 발생합니다. 많은 음향 엔지니어들이 불만이 없는 것으로 보아 인간이 기존 스테레오에 상당히 적응했다는 결론을 내릴 수 있습니다. 아마도 자신의 청취 경험 때문일 것입니다.
LCR 스피커 배치는 의외로 쉽게 많은 문제를 해결하지만 스테레오만큼 널리 쓰이지는 않는다.
2. 음향 처리
그림 2는 널리 사용되는 몇 가지 측면 반사 처리방법을 보여줍니다. 그림 2 (a) 반사는 단단하고 거대한 평평한 표면이 정 반사를 발생시키며 역제곱법칙에 따라 음압이 감쇠됩니다.
그림2: (a) 반사, (b) 흡수, (c) 엔지니어링 표면 (예: 슈뢰더형 디퓨저)에 의한 산란, (d) 기하학적 모양 (예: 반원형 실린더)에 의한 산란. (e) 스피커 지향성, 공간의 크기, 소리를 듣는 청취자의 기대치에 따라 음향처리 종류와 양이 달라지거나 처리가 필요하지 않을 수 있는 청취실 내 특징적인 구역을 보여줌. 1차 반사음만 고려한 것이고, 고차 반사음 또한 청취 경험에 영향을 미침. Toole 박사 제공.
흡음재는 소리를 흡수하는게 주 목적이지만 전 대역을 흡수할 수 있는 것은 아니다.
2.1 흡음재
그림 2 (b) 흡음은 흡음 계수가 특정 입사각에 대해 명시되어 있지 않기 때문에 복잡합니다. 그림 3 (a)는 유리섬유 판 무작위 흡음 계수를 보여줍니다. 이 수치는 해당 소재가 기본적으로 약 100Hz 이하에서는 흡음이 전혀 없으며, 약 500Hz 이상에서 완벽한 흡음을 한다는 것을 보여줍니다. 이 사양은 고도로 확산된 무작위 입사 음장이 있는 잔향실에서 측정해야 합니다. 흡음 계수는 종종 1을 초과하며 측정은 정밀하지 않습니다. 흡음 계수 기원은 라이브 공연을 위해 다소 난반사가 심한 강당에서 잔향을 제어하기 위한 역사에서 비롯되었습니다. 청음실, 녹음실 및 영화관에 이르기까지 사운드 재생에 사용되는 공간에서는 음장 확산이 거의 없습니다.
패브릭 커버는 대부분의 주파수 범위에서 음향적으로 매우 투명하지만, 고 주파수에서는 그렇지 않습니다. 음향패널 무작위 흡음 계수는 일반적으로 고 주파수 한계가 6kHz인 4kHz 옥타브대역에서 측정이 중단되기 때문에 이 위에서 나타나는 반사 음을 보여주지 못합니다.
두꺼운 소재는 더 낮은 주파수 범위에서 소리를 흡수합니다. 두께가 75cm 이상인 섬유질 흡음 패널은 천이주파수까지 유용하게 감쇠시킵니다. 흡음패널이 얇으면 고 주파수만 단순히 줄어들고 반사가 제거되지 않으므로 스피커 비축 성능이 저하되어 음질 왜곡을 초래할 수 있습니다. 반사 음이 직접 음과 최대한 유사한 스펙트럼을 가져야 제대로된 음상 정위가 가능합니다.
그림 3. 유리섬유 흡음 계수
확산재는 흡음재와는 달리 단단한 표면을 가지며 되도록 다양한 방향으로 소리를 분산하는게 목표다.
2.2 확산재
수 이론 및 기타 영리한 개념을 사용하여 깊게 조각된 면을 가진 확산재는 수평면 또는 수직 평면까지 소리를 산란시킬 수 있는 장치입니다. 확산재도 일부 소리를 흡수하고, 설치자가 시각적으로 인테리어와 더 잘 어울리게 하기 위해 디퓨저를 천으로 덮는다면 흡음이 크게 증가하고, 주파수 특성이 크게 왜곡됩니다.
확산재는 대형 공연장 음장 특성을 더하는 데 유용하지만, 작은 음향 재생공간에서 특정 반사 음을 처리하는데는 적합하지 않을 수 있습니다. 문제는 확산재가 들어오는 소리를 사방으로 흩어지도록 한다는 것입니다. 확산재는 소리의 분산 소스가 되어 청취 위치에 많은 작은 반사음들을 전달하고, 나머지 소리는 실내의 다른 부분으로 흩어지게 합니다. 확산음장을 원하지 않을 경우 확산재를 첫 번째 반사지점에 배치하면 반사 음 에너지를 줄이게 됩니다. 개선된 에너지시간곡선(ETC)이 그 증거로 사용됩니다. 확산 가능한 주파수를 천이 주파수까지 내리려면 확산판 두께는 20cm 이상이어야 합니다.
컨트롤 룸에서 스피커 배치 공간은 음향적으로 데드하게 처리하고, 반대쪽 공간은 값비싼 목재 1D 확산재로 덮을 경우, 모노 핑크노이즈로 음을 재생하면 스테레오 좌석에서 소리가 스피커 사이로 퍼져 중앙 이미지가 흐려지게 됩니다. 이는 청취자 뒤에서 소리들이 너무 많이 들어와 스피커에서 나오는 직접 음 정보를 뒤섞어 버리기 때문입니다.
천이주파수까지 확산을 시키기 위해 확산재는 파장과 유사한 크기여야 합니다. 초기에 널리 사용되던 형태 중 하나는 단일 반 원통형 혹은 약간 납작한 다중 원통형 흡음재/디퓨저였습니다. 반 원통은 여러 방향에서 들어오는 소리를 균일하게 산란시키는데 적합합니다. 납작한 반 원통과 다른 형태도 가능하지만 그다지 효과적이지 않습니다. 천이주파수까지 주파수범위를 커버하려면 약 30cm 깊이가 필요합니다.
그림 4는 반경이 30cm인 단일 반 원통과 여러개 반 원통에 대한 정규화된 확산 계수를 보여줍니다. 이 장치는 서로 분리되거나 임의의 간격으로 배치할 때 잘 작동하며, 이 두께에서는 매우 낮은 주파수까지 효과적입니다. 그러나 연속적으로 배치하면 저 주파수 확산이 손실되며, 주기적인 확산 계수 분포를 볼 수 있습니다.
그림 4. 단일 및 여러개 반 원통 확산 계수 (a) 임의 간격으로 배치된 반 원통 정규화된 확산 계수 (b) 연속적으로 배치된 반 원통 확산 계수. (Peter D'Antonio 데이터 제공)
2.3 바닥면 반사
바닥면 반사는 대부분 피할 수 없고 정상상태 정축 주파수 응답에서 피크과 딥으로 보이는데, 음악 청취에서 반드시 들을 수 있는 것은 아닙니다. 청취자 주변에 바닥 흡음재를 설치해 이를 제거하면 음이 부자연스럽게 들립니다. 정상적인 방에는 흡음재 바닥이 없기 때문에, 인간의 뇌는 이에 익숙해져 있지 않습니다.
인간이 무언가 위에 서서 진화했기 때문에 우리가 듣는 소리의 대부분은 발 아래에서 반사되는 소리를 포함합니다. 우리가 어디에 있든 발 밑에 있는 물체의 반사는 거리를 측정하는데 유용하게 사용되어 왔습니다. 바닥 반사는 교향악 공연, 재즈 클럽 공연, 집이나 길거리에서 나누는 대화에서 흔히 들을 수 있는 소리입니다.
다량의 스피커들을 전면에 배치한 Frontal-Immersive 시스템은 소리가 전면에서만 나지만 팬텀 이미지가 아닌, 스피커의 직접음만으로도 정확하고 넓은 음장 표현이 가능하다. 사진은 Belgian 콘서트홀에서의 L-Acoustics L-ISA 시스템의 배치다.
3. 음향 처리에 따른 청감 차이
대부분의 컨트롤 룸에 들어가면 적절한 각도의 확산 표면이나 흡음재 또는 둘 다에 의해 초기 측면 반사음을 제거하거나 감쇠시킨 것을 볼 수 있습니다. 초기 스튜디오 녹음 엔지니어들은 주로 직접 음장을 원했고, 반사 음은 믹싱 및 레코딩에서 용납할 수 없는 것으로 생각했습니다. 이로 인해 무 반사구역(RFZ) 개념, 라이브 엔드-데드 엔드(LEDE) 개념, 그리고 모든 반사를 극단적으로 줄인 비 환경 룸 개념을 포함한 수많은 변형이 등장하게 되었습니다. 수십 년 동안 유행과 근거없는 신화가 중요한 역할을 하고 있습니다. 이 중 일부는 심리음향학에 대한 잘못된 해석 때문이었습니다.
초기 반사 음과 관련한 최적의 청취 및 작업 조건을 정리하면, 여가용 청취에서는 약간의 측면 반사가 유리하지만 오디오 제품을 테스트할 때는 측면 반사음을 감쇠시키는 것이 더 좋다는 의견을 제시했습니다. 전문 음향 엔지니어들은 목소리를 잘 재생하려면 좁은 분산 스피커가 필요하고, 댄스 및 대중음악도 지향성이 높은 스피커가 바람직하다고 생각합니다. 그러나 이들 대다수도 가정에서 교향곡을 재생할 때에는 넓게 분산되는 라우드스피커를 선호했습니다.
컨트롤 룸에서 전문 음향 엔지니어 절반 정도만이 넓은 분산 라우드스피커로 녹음할 수 있다고 생각했습니다. 즉, 대부분의 전문가들은 여가용 청취를 위해 실내 반사를 좋아했고, 절반 정도만이 넓은 확산 스피커와 그로 발생하는 측면 반사음에 대응하여 믹싱할 수 있다고 생각했습니다. 이는 분명히 개인차가 있습니다.
일반적으로 믹싱 엔지니어는 반사가 적은 선명함을 선호하는 반면, 마스터링 엔지니어는 잔향이 많은 환경을 선호하는 것으로 나타났습니다. 이는 마스터링 엔지니어가 고객이 듣는 방식에 더 가깝기 때문입니다. 전문 음향 엔지니어에게 스피커와 표면 음향처리에 대한 조언을 구하는 경우, 휴식을 취할 때 선호하는 음악을 제외하고는 의견이 모두 일치하지 않는다는 것을 알 수 있습니다.
4. 결론
전문 음향 엔지니어와 오디오 애호가들이 스피커와 룸의 최적 조합에 대해 서로 다른 의견을 가지고 있습니다. 지연된 사운드가 음질, 이미징, 사운드 스테이지, 선명도, 음성 명료도 등을 저하시킨다는 주장이 존재합니다. 어떤 사람들에게는 사실이지만 다른 사람들에게는 그렇지 않습니다. 일부 전문가들은 다양한 음향 환경에서 믹스할 수 있다는 증거가 존재하며, 이는 청취자가 적응이 가능하다는 것을 나타냅니다.
지배적인 직접 음장은 팬텀센터 이미지에서 음향 크로스토크 딥이 가장 잘 들리는 곳입니다. 일부 컨트롤 룸에서는 믹스 위치 뒤쪽 벽에 디퓨저를 설치하여 상관 관계가 없는 사운드를 추가하여 문제를 다소 완화하기도 합니다. 후면 디퓨저를 과도하게 사용해 센터 이미지가 저하되는 극단적인 상황까지 가서는 안 됩니다. 그러나 녹음 엔지니어가 간섭 딥이 들리는 상황에 처한 경우, 스테레오 믹스 자체에 상관 관계가 적은 지연된 사운드를 추가시켜 이러한 문제를 완화할 수 있습니다.
일부 음향 자재 판매자들은 많은 사운드 엔지니어들이 특정 방식으로 청취하기 때문에 모든 청취시설, 심지어 가정용 청취 룸도 전문가들의 방식을 따라야 한다고 주장합니다. 그러나 실제로는 즐거움을 위해 듣는 사람들, 심지어 프로페셔널 사운드 엔지니어들도 어느정도 룸 반사 음을 선호하는 것으로 나타났습니다. 초기 반사음 처리는 고객이 선호하는 대로 반사, 확산 또는 흡음 중 선택이 가능합니다. 측벽 반사를 흡수하는 것이 팝/록 음악을 더 돋보이게 하는 반면, 측벽 반사를 그대로 두는 것이 클래식과 재즈를 더욱 돋보이게 합니다. 여기서 내릴 수 있는 결론은 다음고 같습니다. 한 가지 사이즈가 모든 사람에게 맞지는 않습니다. 개인 취향, 음악, 청취 목적이 모두 중요한 변수입니다.