8-1. 다중 서브우퍼를 이용한 최신 룸 튜닝법
by 이신렬 음향공학박사 글, 이무제 정리, 자료제공: A49, 소니캐스트
개별 서브우퍼는 방의 모든 지점에서 완전한 성능을 내는 것이 불가능하다. 하지만 다중 서브우퍼를 면밀하게 계산된 방식으로 적절하게 신호처리를 한다면 완벽에 가까운 저음 성능을 얻을 수 있다. 그림은 Multi-Sub Optimizer(MSO) 소프트웨어의 화면.
작은 청취 공간은 일반적으로 저음이 매우 나쁘게 재생됩니다. 지속적인 저음은 주파수에 따라 음량이 달라지고, 과도 응답은 부밍(booming)이 생기며 저음의 단단함이 부족해집니다. 이러한 모든 청각적 특성은 방을 돌아다니거나 다른 좌석에 앉을 때 나타났다가 사라집니다. 이러한 문제는 음악, 영화 사운드 제작에 사용되는 녹음 제어실과 스테레오 청취 및 홈 시어터와 같은 수많은 가정 공간에서 존재합니다. 음질에 대한 주관적 판단에 기여하는 요인을 평가할 때 약 30%가 저 주파수 성능과 관련 있습니다.
1. 실내 공명 및 정재파 발생
우퍼/서브 우퍼가 아무리 우수하더라도 우리가 듣는 모든 저음은 룸 공진에 의해 왜곡됩니다. 이것은 집과 자동차에서 음악을 들을 때 영향을 미칩니다. 룸 공진은 다음과 같은 특징이 있습니다.
■ 룸 공진은 음 전파와 관련이 있습니다.
■ 룸 공진은 라우드스피커에서 나가는 소리와 룸 반사에 의해서 들어오는 소리 사이의 간섭 결과로 존재하고, 정재파가 생성되어 룸 내 특정 주파수 음압레벨이 높거나 낮아지는 패턴이 나타납니다.
그림 1. 세 가지 종류 룸 모드:
(a) 마주보는 2면이 관여함(axial mode)
(b) 4면이 관여함(tangential mode)
(c) 6면이 관여함(oblique mode).
그림 1은 직사각형 방에 대해 (a) 세 가지 축 모드 방향, (b) 세 가지 접선 모드, (c) 경사 모드 중 하나를 보여줍니다. 경계면 상호작용으로 에너지가 손실되기 때문에 반사가 가장 적은 사이클를 완료하는 방의 모드가 가장 에너지가 큽니다. 따라서 축 모드가 가장 크고, 접선 모드와 경사 모드가 그 뒤를 잇습니다. 경사 모드가 실내에서 문제로 식별되는 경우는 매우 드뭅니다. 접선 모드는 룸 경계면 반사가 큰 방이거나, 여러 스피커가 배치된 경우에만 크게 영향을 미칩니다. 축 모드는 어디에서나 존재하며 작은 방에서 저음 문제의 일반적인 원인입니다. 이는 다행히도 쉽게 계산할 수 있습니다.
그림 2는 Harman에서 제작한 룸 모드 계산기에서 축 모드의 정상파 패턴을 보여줍니다. 이러한 모드가 발생하는 주파수를 알면 스피커 설치 시 문제의 룸 모드를 분석하는데 도움을 받을 수 있습니다. 룸 치수는 공진 주파수를 결정하고, 치수 비율은 해당 주파수 분포를 결정합니다.
그림 2 harman 룸 모드 계산기에서 직사각형 방의 길이, 너비, 높이에 따른 정상파 패턴.
1.1 이상적인 청취실 비율은 필요한가?
실내음향의 도시전설 중 하나는 1 : 1.5 : 2.5와 같은 청취실 치수 비율(높이-너비-길이)이 다른 것보다 우수하다는 것입니다. 이러한 룸 비율이 룸 공진주파수 분포를 결정하며, 공진주파수가 주파수 영역에서 균일하게 분포되도록 하는 것이 바람직하다고 주장합니다.
사실 길이와 너비 공진이 동일하거나, 매우 유사한 주파수에서 발생하는 것은 분명 좋지 않습니다. 수 년에 걸쳐 저명한 음향학자들은 다음과 같은 특정 비율을 제안했습니다. (Louden : 1 : 1.4 : 1.9; Sabine: 1:1.5:2.5; Knudsen, Olsen: 1:1.25:1.6; Bolkman: 1:1.6:2.5) 일반적인 방에서 이러한 비율은 저 주파수 대역에서 이점이 있습니다. Bolt(1946)는 "range of validity" 그래프에서 이것을 분명히 하고 있습니다.
그림 3.
(a) 작은 직사각형 공간에서 저 주파수에서 가장 부드러운 주파수 응답을 제공하는 공간 비율 사양인 볼트 "blob" 표시.
(b) 공간 비율이 유효한 주파수 범위.
Bolt(1946)에서 발췌. Bolt, R. H. "직사각형 방의 정상 주파수 통계에 대한 참고 사항", J. Acoust. Soc. Am., 18, 130-133쪽. 저작권 1946, 미국 음향학회.
이것은 85㎥ 방에서 최적 비율이 약 40Hz ~ 120Hz까지 유효하다는 것을 보여주고, 6개 또는 7개 축 공진을 포함한다는 것을 보여줍니다. 하지만 이 주파수 이상 영역에서는 가구, 개구부 및 벽면 돌출부 등에 의해 정상파 패턴 규칙성이 바뀌어 천이 주파수 이상 정상파에 대한 예측이 신뢰할 수 없다는 일반적인 경험과 일치합니다. 그럼에도 불구하고 최적 비율에 대한 수수께끼를 풀기 위한 노력은 계속되었고, Sepmeyer (1965), Rettinger (1968) 및 Louden (1971)은 모두 우수한 치수 비율을 제안했습니다. 명백하게 거부할 수 없는 주장의 논리에 힘입어 이러한 연구 결과는 청취실에 대한 국제표준으로 통합되었으며, 수많은 음향 컨설턴트가 청취실 설계의 중요한 출발점으로 인용되고 있습니다.
하지만 최근의 조사에서 Linkwitz (1998)는 룸 치수 비율을 최적화하는 과정이 매우 의심스럽다고 주장했습니다. Cox et al. (2004)은 약 125Hz 미만 스테레오 스피커 한 쌍의 모델링된 룸 주파수 응답과 실제 룸 주파수 응답 사이에 좋은 일치를 발견했지만, 성능 면에서 이러한 다양한 룸 치수 모델이 다른 모든 것을 크게 능가하는 마법의 차원이나 위치가 없다는 결론을 내렸습니다.
실제 실내에서는 룸 형상의 불규칙성과 표면 반사율 변화가 룸 모드의 상대적 강도와 주파수에 영향을 미치고, 스피커 및 청취자 위치 또한 중요한 요인입니다. 최적의 공간이라는 개념이 어떻게 청취실 음향 분야에서 그렇게 많은 관심을 끌었는지, 그리고 왜 지속되어 왔는지 이해하기 어렵습니다. 일반적인 청취 위치에 스피커와 청취자가 있으면 계산된 모든 모드가 동일하게 들리지 않으며, 모달 분포 예측은 대부분 실패합니다. 우리는 최소 2개의 라우드스피커를 통해 들어야 하므로, 이상적인 치수 기초가 되는 계산은 처음부터 무용지물이 됩니다. 결론적으로, 최적 룸 비율에 대한 아이디어가 틀리지 않았지만, 원래 생각했던 것처럼 사운드 재생 영역과는 크게 관련이 없다는 것입니다.
1.2 직사각형은 나쁜 청취실 형상인가?
방에 대한 또다른 환상은 평행 표면을 피하면 룸 모드가 존재할 수 없다는 것입니다. 이는 잘못된 생각입니다. Geddes는 방 모양은 주파수 특성의 공간적 변화에 큰 영향을 미치지 않는다는 것을 발견했습니다. 스피커 위치는 흡음재 분포와 마찬가지로 모드 동작에 영향을 미치는 요소입니다. 흡음 분포는 대칭적인 모양에서 훨씬 더 중요했으며, 직사각형이 아닌 모양은 모드 간 댐핑을 고르게 분배하는데에는 도움이 됩니다. 직사각형 방을 가장 효과적으로 수정할 수 있는 방법은 한쪽 벽 각도를 바꾸는 것입니다.
직사각형이 아닌 방에서 소리의 동작은 예측하기 어려우므로 축척 모델이나 강력한 컴퓨터 프로그램이 필요합니다. 그림 4는 직 사각형 및 비 직사각형 모드에 대한 2차원 압력 분포를 보여줍니다. 두 모양 모두 음압 레벨이 높은 영역과 음압 레벨이 낮은 영역 간 구분선을 나타내는 것이 분명합니다. 실제 차이점은 직사각형 방에서는 간단한 계산을 사용하여 패턴을 예측할 수 있다는 것입니다.
그림 4. 직사각형 및 직사각형이 아닌 방에서 계산된 압력 분포 그래프. 압력 최소값은 굵은 선으로, 압력 최대 압력 값은 밝은 색으로 나타냄.
2. 대표적인 청취실 룸 모드 제거 방법
인터넷 포럼에서는 오래 전에 해결된 문제들에 대한 논쟁이 계속되고 있고, 음향 재료는 룸 모드를 제거하기 위한 중요한 솔루션이지만, 이제는 다양한 더 효과적인 옵션들이 있습니다. 수십 년 동안 작은 방에서 베이스 음을 개선하는 유일한 방법은 저주파수 흡음 장치 또는 베이스 트랩을 사용하여 공명을 약화시키는 것이었습니다. 이들은 크기가 커서 전문 녹음 스튜디오나 제어실, 전용 청취실에서는 문제가 되지 않을 수 있습니다. 그러나 일반 생활 공간에서도 고 품질 재생 사운드가 필요합니다. 현재까지 널리 사용되는 대표적인 룸 모드 문제를 해결하기 위한 방법들이 있습니다.
1. 룸 모드에 에너지를 전달하고, 흡음재로 그 중 에너지 일부를 소멸시킴.
2. 룸 모드에 에너지를 전달하고, 청취 위치를 최적화하여 청취자와 음향 에너지 결합을 줄임.
3. 서브 우퍼 위치를 최적화하여 성가신 모드로 전달되는 음향 에너지를 줄임.
4. 이퀄라이제이션을 사용하여 성가신 모드로 전달되는 음향 에너지를 줄임. (룸 이퀄라이제이션)
5. 룸 모드 상쇄를 위해 여러개 서브 우퍼를 전략적으로 배치시킴. (다중 서브우퍼)
6. 룸 모드 상쇄를 위해 서브 우퍼 신호처리를 포함하는 여러개 서브우퍼 사용. (다중 서브우퍼 + MSO)
이것을 차례대로 살펴보겠습니다.
코너에 위치시키는 베이스 트랩.
2.1 룸 모드에 에너지를 전달하고, 그 에너지 일부를 흡음재로 소멸. (베이스 트랩)
이것은 오래된 방법이며 녹음 스튜디오에서 일반적으로 사용되는 요구사항입니다. 제어실과 전용 홈 리스닝 룸에서 자주 사용되지만, 일반 생활공간에서는 미적인 문제가 발생할 수 있습니다. 최대 효과를 발휘하려면 종종 베이스 트랩이라고 하는 대형 저 주파수 흡음장치가 성가신 모드 정상파 고압영역에 위치해야 하므로 숨기기 어렵습니다. 흡음재에 갇힌 에너지는 열로 소실됩니다.
저음 에너지 총량은 더 나은 품질의 저음을 얻기 위해 감소됩니다. 벽, 바닥 또는 멤브레인 흡음재가 진동하면서 파동 에너지를 제거합니다. 유익한 저음 주파수는 살리고 특정 성가신 모드만을 처리하려면 해당 주파수에 맞게 조정된 멤브레인 흡음재 및 특정 위치에 배치된 흡음재가 필요합니다. 많은 가정에서 건식 벽체 단일 층은 일반적으로 저주파수에서 적당히 효과적인 흡음재입니다.
액티브 흡음재는 파워드 서브우퍼와 비슷하지만 마이크로폰과 제어 전자장치가 있어 저음 발생기가 아닌 저음 흡음기로 전환됩니다. 수동이든 능동이든, 모든 흡음재는 특히 최적 위치에 있는 경우에만 작동합니다.
스튜디오 환경은 청취 위치 최적화와 스피커 위치 최적화를 통해 좋은 결과를 낼 수 있다. 청취 위치가 정해져 있기 때문이다.
2.2 청취위치 최적화를 통해 룸 모드에 에너지를 전달하고, 청취자와 에너지 결합을 줄임. (위치 이퀄라이제이션)
룸 모드 정상파 발생 시 널 위치에 가까워지면 음압이 감소합니다. 이 방법은 혼자 듣는 사람을 위한 솔루션이거나 경우에 따라 올바른 위치에 있는 소수의 청취자를 위한 솔루션입니다. 이를 위치 이퀄라이제이션(positional equalization)이라고 부르고, 문제가 되는 정상파에 강하게 결합되지 않은 좌석 위치를 찾습니다. 불규칙한 방 모양은 강한 룸 모드 발생을 억제하기 위한 것이고, 룸 모드 간에 댐핑이 더 잘 분산되도록 합니다.
2.3 라우드스피커/서브우퍼 위치 최적화를 통해 불필요한 룸 모드에 전달되는 에너지를 줄임.
스피커를 룸 모드 널 위치에 가깝게 이동하면 문제가 있는 룸 모드로의 에너지 전달이 줄어듭니다. 이는 룸 모드 감쇠가 실내의 모든 곳에서 발생합니다. 이 최적화는 한 명의 청취자 또는 소수의 청취자에게는 효과적일 수 있지만, 다른 청취자에게는 좌석마다 차이가 있을 수 있습니다.
Sonarworks가 제공하는 자동 룸 이퀄라이제이션 기능.
2.4 이퀄라이제이션을 사용하여 불필요한 룸 모드에 전달되는 에너지를 줄임. (룸 이퀄라이제이션)
물리적 음향 현상을 전기적으로 조작하는 기술로 이는 저 주파수 룸 공진이 최소위상시스템으로 동작하기 때문에 시간영역 링잉을 감소시키면 주파수응답 피크가 평탄화됩니다. 이것은 이퀄라이징된 오디오 신호가 재생될 때에만 룸 공진이 제거되고, 라이브로 어쿠스틱 음악을 들으면 룸 공진이 다시 살아납니다. 이것은 한 청취자 또는 단순 축 모드 기준 청취자의 행 또는 열에 있는 몇 명에게만 적합합니다.
룸 이퀄라이제이션을 사용할 경우 어떤 종류의 이퀄라이저를 사용하는지가 매우 중요합니다. 마이크로폰 측정 해상도가 부족하고, 이퀄라이저 해상도가 부족할 때 제대로된 룸 공진 제거가 어렵습니다. 효과적인 룸 공진 제거를 위해서는 1/20 옥타브밴드 이상 고 분해능 측정이 필요하고, 공진 Q를 파라메트릭 이퀄라이저와 정확하게 일치시키는 것이 시간 영역 링잉 감소에 큰 영향을 미칩니다. 하지만 룸 곡선을 과도하게 평탄화하면 공진의 긍정적인 특성이 모두 가려지게 되고, 답답한 소리로 들릴 수 있습니다.
2.5 간단한 룸 모드 조작 기술을 사용하여 불필요한 룸 모드에 전달되는 에너지 줄이기.
■ 서브 우퍼 또는 청취자를 정상파 패턴에 재배치시킴.
■ 음향 상쇄 간섭을 위해 여러개 서브 우퍼를 사용함.
그림 5는 스피커를 사용하여 저 주파수 룸 모드에 대한 저음 에너지 공급을 조작하는 방법을 보여줍니다.
그림5. 스피커를 통한 룸 모드 조작.
(a) 서브우퍼 위치는 룸 모드에 공급되는 에너지양을 제어.
(b) 두 개 서브우퍼를 사용하여 룸 모드 상쇄량을 조절할 수 있음.
(c) 첫 번째 및 세 번째 모드는 감쇠되고, 두 번째 모드는 증폭.
(d) 25% 위치 스피커 배치 효과를 나타냄.
(Sound Reproduction, Floyd E. Toole 박사 제공)
일반적인 스테레오 라우드스피커 배치의 경우 스테레오 녹음 대부분의 저음이 본질적으로 모노이기 때문에 1차 폭 모드는 자연스럽게 상쇄됩니다. 더 나아가 라우드스피커를 25% 위치에 배치할 경우 청취자는 세 가지 폭 모드가 크게 감쇠됨을 발견할 수 있습니다. 따라서 스테레오 스피커 배치 시 청취실 폭에 의해 발생하는 룸 모드를 제거하기 위해 벽 폭의 25% 인근 위치에 배치할 것을 권장합니다.
마지막으로 다음 달에 이어 소개할 방법은 다중 서브우퍼를 개별 채널 앰프 및 개별 채널 DSP를 사용하여 룸 모드를 궁극적으로 없애고 스윗-스팟을 가장 넓게 하여 청취 위치 편향을 극적으로 개선시키는 방법입니다. 모든 면에서 장점이지만 여러 개의 스피커와 다중 채널 앰프/DSP가 필요하다는 단점이 있습니다. 하지만 기술적으로 현 시점 기준으로 가장 완벽에 가깝고, 실제 결과가 극적이기 때문에 음향 애호가 및 프로페셔널 사운드 엔지니어라면 반드시 알아두어야 하는 방식입니다.
8-1. 다중 서브우퍼를 이용한 최신 룸 튜닝법
by 이신렬 음향공학박사 글, 이무제 정리, 자료제공: A49, 소니캐스트
개별 서브우퍼는 방의 모든 지점에서 완전한 성능을 내는 것이 불가능하다. 하지만 다중 서브우퍼를 면밀하게 계산된 방식으로 적절하게 신호처리를 한다면 완벽에 가까운 저음 성능을 얻을 수 있다. 그림은 Multi-Sub Optimizer(MSO) 소프트웨어의 화면.
작은 청취 공간은 일반적으로 저음이 매우 나쁘게 재생됩니다. 지속적인 저음은 주파수에 따라 음량이 달라지고, 과도 응답은 부밍(booming)이 생기며 저음의 단단함이 부족해집니다. 이러한 모든 청각적 특성은 방을 돌아다니거나 다른 좌석에 앉을 때 나타났다가 사라집니다. 이러한 문제는 음악, 영화 사운드 제작에 사용되는 녹음 제어실과 스테레오 청취 및 홈 시어터와 같은 수많은 가정 공간에서 존재합니다. 음질에 대한 주관적 판단에 기여하는 요인을 평가할 때 약 30%가 저 주파수 성능과 관련 있습니다.
1. 실내 공명 및 정재파 발생
우퍼/서브 우퍼가 아무리 우수하더라도 우리가 듣는 모든 저음은 룸 공진에 의해 왜곡됩니다. 이것은 집과 자동차에서 음악을 들을 때 영향을 미칩니다. 룸 공진은 다음과 같은 특징이 있습니다.
■ 룸 공진은 음 전파와 관련이 있습니다.
■ 룸 공진은 라우드스피커에서 나가는 소리와 룸 반사에 의해서 들어오는 소리 사이의 간섭 결과로 존재하고, 정재파가 생성되어 룸 내 특정 주파수 음압레벨이 높거나 낮아지는 패턴이 나타납니다.
그림 1. 세 가지 종류 룸 모드:
(a) 마주보는 2면이 관여함(axial mode)
(b) 4면이 관여함(tangential mode)
(c) 6면이 관여함(oblique mode).
그림 1은 직사각형 방에 대해 (a) 세 가지 축 모드 방향, (b) 세 가지 접선 모드, (c) 경사 모드 중 하나를 보여줍니다. 경계면 상호작용으로 에너지가 손실되기 때문에 반사가 가장 적은 사이클를 완료하는 방의 모드가 가장 에너지가 큽니다. 따라서 축 모드가 가장 크고, 접선 모드와 경사 모드가 그 뒤를 잇습니다. 경사 모드가 실내에서 문제로 식별되는 경우는 매우 드뭅니다. 접선 모드는 룸 경계면 반사가 큰 방이거나, 여러 스피커가 배치된 경우에만 크게 영향을 미칩니다. 축 모드는 어디에서나 존재하며 작은 방에서 저음 문제의 일반적인 원인입니다. 이는 다행히도 쉽게 계산할 수 있습니다.
그림 2는 Harman에서 제작한 룸 모드 계산기에서 축 모드의 정상파 패턴을 보여줍니다. 이러한 모드가 발생하는 주파수를 알면 스피커 설치 시 문제의 룸 모드를 분석하는데 도움을 받을 수 있습니다. 룸 치수는 공진 주파수를 결정하고, 치수 비율은 해당 주파수 분포를 결정합니다.
그림 2 harman 룸 모드 계산기에서 직사각형 방의 길이, 너비, 높이에 따른 정상파 패턴.
1.1 이상적인 청취실 비율은 필요한가?
실내음향의 도시전설 중 하나는 1 : 1.5 : 2.5와 같은 청취실 치수 비율(높이-너비-길이)이 다른 것보다 우수하다는 것입니다. 이러한 룸 비율이 룸 공진주파수 분포를 결정하며, 공진주파수가 주파수 영역에서 균일하게 분포되도록 하는 것이 바람직하다고 주장합니다.
사실 길이와 너비 공진이 동일하거나, 매우 유사한 주파수에서 발생하는 것은 분명 좋지 않습니다. 수 년에 걸쳐 저명한 음향학자들은 다음과 같은 특정 비율을 제안했습니다. (Louden : 1 : 1.4 : 1.9; Sabine: 1:1.5:2.5; Knudsen, Olsen: 1:1.25:1.6; Bolkman: 1:1.6:2.5) 일반적인 방에서 이러한 비율은 저 주파수 대역에서 이점이 있습니다. Bolt(1946)는 "range of validity" 그래프에서 이것을 분명히 하고 있습니다.
그림 3.
(a) 작은 직사각형 공간에서 저 주파수에서 가장 부드러운 주파수 응답을 제공하는 공간 비율 사양인 볼트 "blob" 표시.
(b) 공간 비율이 유효한 주파수 범위.
Bolt(1946)에서 발췌. Bolt, R. H. "직사각형 방의 정상 주파수 통계에 대한 참고 사항", J. Acoust. Soc. Am., 18, 130-133쪽. 저작권 1946, 미국 음향학회.
이것은 85㎥ 방에서 최적 비율이 약 40Hz ~ 120Hz까지 유효하다는 것을 보여주고, 6개 또는 7개 축 공진을 포함한다는 것을 보여줍니다. 하지만 이 주파수 이상 영역에서는 가구, 개구부 및 벽면 돌출부 등에 의해 정상파 패턴 규칙성이 바뀌어 천이 주파수 이상 정상파에 대한 예측이 신뢰할 수 없다는 일반적인 경험과 일치합니다. 그럼에도 불구하고 최적 비율에 대한 수수께끼를 풀기 위한 노력은 계속되었고, Sepmeyer (1965), Rettinger (1968) 및 Louden (1971)은 모두 우수한 치수 비율을 제안했습니다. 명백하게 거부할 수 없는 주장의 논리에 힘입어 이러한 연구 결과는 청취실에 대한 국제표준으로 통합되었으며, 수많은 음향 컨설턴트가 청취실 설계의 중요한 출발점으로 인용되고 있습니다.
하지만 최근의 조사에서 Linkwitz (1998)는 룸 치수 비율을 최적화하는 과정이 매우 의심스럽다고 주장했습니다. Cox et al. (2004)은 약 125Hz 미만 스테레오 스피커 한 쌍의 모델링된 룸 주파수 응답과 실제 룸 주파수 응답 사이에 좋은 일치를 발견했지만, 성능 면에서 이러한 다양한 룸 치수 모델이 다른 모든 것을 크게 능가하는 마법의 차원이나 위치가 없다는 결론을 내렸습니다.
실제 실내에서는 룸 형상의 불규칙성과 표면 반사율 변화가 룸 모드의 상대적 강도와 주파수에 영향을 미치고, 스피커 및 청취자 위치 또한 중요한 요인입니다. 최적의 공간이라는 개념이 어떻게 청취실 음향 분야에서 그렇게 많은 관심을 끌었는지, 그리고 왜 지속되어 왔는지 이해하기 어렵습니다. 일반적인 청취 위치에 스피커와 청취자가 있으면 계산된 모든 모드가 동일하게 들리지 않으며, 모달 분포 예측은 대부분 실패합니다. 우리는 최소 2개의 라우드스피커를 통해 들어야 하므로, 이상적인 치수 기초가 되는 계산은 처음부터 무용지물이 됩니다. 결론적으로, 최적 룸 비율에 대한 아이디어가 틀리지 않았지만, 원래 생각했던 것처럼 사운드 재생 영역과는 크게 관련이 없다는 것입니다.
1.2 직사각형은 나쁜 청취실 형상인가?
방에 대한 또다른 환상은 평행 표면을 피하면 룸 모드가 존재할 수 없다는 것입니다. 이는 잘못된 생각입니다. Geddes는 방 모양은 주파수 특성의 공간적 변화에 큰 영향을 미치지 않는다는 것을 발견했습니다. 스피커 위치는 흡음재 분포와 마찬가지로 모드 동작에 영향을 미치는 요소입니다. 흡음 분포는 대칭적인 모양에서 훨씬 더 중요했으며, 직사각형이 아닌 모양은 모드 간 댐핑을 고르게 분배하는데에는 도움이 됩니다. 직사각형 방을 가장 효과적으로 수정할 수 있는 방법은 한쪽 벽 각도를 바꾸는 것입니다.
직사각형이 아닌 방에서 소리의 동작은 예측하기 어려우므로 축척 모델이나 강력한 컴퓨터 프로그램이 필요합니다. 그림 4는 직 사각형 및 비 직사각형 모드에 대한 2차원 압력 분포를 보여줍니다. 두 모양 모두 음압 레벨이 높은 영역과 음압 레벨이 낮은 영역 간 구분선을 나타내는 것이 분명합니다. 실제 차이점은 직사각형 방에서는 간단한 계산을 사용하여 패턴을 예측할 수 있다는 것입니다.
그림 4. 직사각형 및 직사각형이 아닌 방에서 계산된 압력 분포 그래프. 압력 최소값은 굵은 선으로, 압력 최대 압력 값은 밝은 색으로 나타냄.
2. 대표적인 청취실 룸 모드 제거 방법
인터넷 포럼에서는 오래 전에 해결된 문제들에 대한 논쟁이 계속되고 있고, 음향 재료는 룸 모드를 제거하기 위한 중요한 솔루션이지만, 이제는 다양한 더 효과적인 옵션들이 있습니다. 수십 년 동안 작은 방에서 베이스 음을 개선하는 유일한 방법은 저주파수 흡음 장치 또는 베이스 트랩을 사용하여 공명을 약화시키는 것이었습니다. 이들은 크기가 커서 전문 녹음 스튜디오나 제어실, 전용 청취실에서는 문제가 되지 않을 수 있습니다. 그러나 일반 생활 공간에서도 고 품질 재생 사운드가 필요합니다. 현재까지 널리 사용되는 대표적인 룸 모드 문제를 해결하기 위한 방법들이 있습니다.
1. 룸 모드에 에너지를 전달하고, 흡음재로 그 중 에너지 일부를 소멸시킴.
2. 룸 모드에 에너지를 전달하고, 청취 위치를 최적화하여 청취자와 음향 에너지 결합을 줄임.
3. 서브 우퍼 위치를 최적화하여 성가신 모드로 전달되는 음향 에너지를 줄임.
4. 이퀄라이제이션을 사용하여 성가신 모드로 전달되는 음향 에너지를 줄임. (룸 이퀄라이제이션)
5. 룸 모드 상쇄를 위해 여러개 서브 우퍼를 전략적으로 배치시킴. (다중 서브우퍼)
6. 룸 모드 상쇄를 위해 서브 우퍼 신호처리를 포함하는 여러개 서브우퍼 사용. (다중 서브우퍼 + MSO)
이것을 차례대로 살펴보겠습니다.
코너에 위치시키는 베이스 트랩.
2.1 룸 모드에 에너지를 전달하고, 그 에너지 일부를 흡음재로 소멸. (베이스 트랩)
이것은 오래된 방법이며 녹음 스튜디오에서 일반적으로 사용되는 요구사항입니다. 제어실과 전용 홈 리스닝 룸에서 자주 사용되지만, 일반 생활공간에서는 미적인 문제가 발생할 수 있습니다. 최대 효과를 발휘하려면 종종 베이스 트랩이라고 하는 대형 저 주파수 흡음장치가 성가신 모드 정상파 고압영역에 위치해야 하므로 숨기기 어렵습니다. 흡음재에 갇힌 에너지는 열로 소실됩니다.
저음 에너지 총량은 더 나은 품질의 저음을 얻기 위해 감소됩니다. 벽, 바닥 또는 멤브레인 흡음재가 진동하면서 파동 에너지를 제거합니다. 유익한 저음 주파수는 살리고 특정 성가신 모드만을 처리하려면 해당 주파수에 맞게 조정된 멤브레인 흡음재 및 특정 위치에 배치된 흡음재가 필요합니다. 많은 가정에서 건식 벽체 단일 층은 일반적으로 저주파수에서 적당히 효과적인 흡음재입니다.
액티브 흡음재는 파워드 서브우퍼와 비슷하지만 마이크로폰과 제어 전자장치가 있어 저음 발생기가 아닌 저음 흡음기로 전환됩니다. 수동이든 능동이든, 모든 흡음재는 특히 최적 위치에 있는 경우에만 작동합니다.
스튜디오 환경은 청취 위치 최적화와 스피커 위치 최적화를 통해 좋은 결과를 낼 수 있다. 청취 위치가 정해져 있기 때문이다.
2.2 청취위치 최적화를 통해 룸 모드에 에너지를 전달하고, 청취자와 에너지 결합을 줄임. (위치 이퀄라이제이션)
룸 모드 정상파 발생 시 널 위치에 가까워지면 음압이 감소합니다. 이 방법은 혼자 듣는 사람을 위한 솔루션이거나 경우에 따라 올바른 위치에 있는 소수의 청취자를 위한 솔루션입니다. 이를 위치 이퀄라이제이션(positional equalization)이라고 부르고, 문제가 되는 정상파에 강하게 결합되지 않은 좌석 위치를 찾습니다. 불규칙한 방 모양은 강한 룸 모드 발생을 억제하기 위한 것이고, 룸 모드 간에 댐핑이 더 잘 분산되도록 합니다.
2.3 라우드스피커/서브우퍼 위치 최적화를 통해 불필요한 룸 모드에 전달되는 에너지를 줄임.
스피커를 룸 모드 널 위치에 가깝게 이동하면 문제가 있는 룸 모드로의 에너지 전달이 줄어듭니다. 이는 룸 모드 감쇠가 실내의 모든 곳에서 발생합니다. 이 최적화는 한 명의 청취자 또는 소수의 청취자에게는 효과적일 수 있지만, 다른 청취자에게는 좌석마다 차이가 있을 수 있습니다.
Sonarworks가 제공하는 자동 룸 이퀄라이제이션 기능.
2.4 이퀄라이제이션을 사용하여 불필요한 룸 모드에 전달되는 에너지를 줄임. (룸 이퀄라이제이션)
물리적 음향 현상을 전기적으로 조작하는 기술로 이는 저 주파수 룸 공진이 최소위상시스템으로 동작하기 때문에 시간영역 링잉을 감소시키면 주파수응답 피크가 평탄화됩니다. 이것은 이퀄라이징된 오디오 신호가 재생될 때에만 룸 공진이 제거되고, 라이브로 어쿠스틱 음악을 들으면 룸 공진이 다시 살아납니다. 이것은 한 청취자 또는 단순 축 모드 기준 청취자의 행 또는 열에 있는 몇 명에게만 적합합니다.
룸 이퀄라이제이션을 사용할 경우 어떤 종류의 이퀄라이저를 사용하는지가 매우 중요합니다. 마이크로폰 측정 해상도가 부족하고, 이퀄라이저 해상도가 부족할 때 제대로된 룸 공진 제거가 어렵습니다. 효과적인 룸 공진 제거를 위해서는 1/20 옥타브밴드 이상 고 분해능 측정이 필요하고, 공진 Q를 파라메트릭 이퀄라이저와 정확하게 일치시키는 것이 시간 영역 링잉 감소에 큰 영향을 미칩니다. 하지만 룸 곡선을 과도하게 평탄화하면 공진의 긍정적인 특성이 모두 가려지게 되고, 답답한 소리로 들릴 수 있습니다.
2.5 간단한 룸 모드 조작 기술을 사용하여 불필요한 룸 모드에 전달되는 에너지 줄이기.
■ 서브 우퍼 또는 청취자를 정상파 패턴에 재배치시킴.
■ 음향 상쇄 간섭을 위해 여러개 서브 우퍼를 사용함.
그림 5는 스피커를 사용하여 저 주파수 룸 모드에 대한 저음 에너지 공급을 조작하는 방법을 보여줍니다.
그림5. 스피커를 통한 룸 모드 조작.
(a) 서브우퍼 위치는 룸 모드에 공급되는 에너지양을 제어.
(b) 두 개 서브우퍼를 사용하여 룸 모드 상쇄량을 조절할 수 있음.
(c) 첫 번째 및 세 번째 모드는 감쇠되고, 두 번째 모드는 증폭.
(d) 25% 위치 스피커 배치 효과를 나타냄.
(Sound Reproduction, Floyd E. Toole 박사 제공)
일반적인 스테레오 라우드스피커 배치의 경우 스테레오 녹음 대부분의 저음이 본질적으로 모노이기 때문에 1차 폭 모드는 자연스럽게 상쇄됩니다. 더 나아가 라우드스피커를 25% 위치에 배치할 경우 청취자는 세 가지 폭 모드가 크게 감쇠됨을 발견할 수 있습니다. 따라서 스테레오 스피커 배치 시 청취실 폭에 의해 발생하는 룸 모드를 제거하기 위해 벽 폭의 25% 인근 위치에 배치할 것을 권장합니다.
마지막으로 다음 달에 이어 소개할 방법은 다중 서브우퍼를 개별 채널 앰프 및 개별 채널 DSP를 사용하여 룸 모드를 궁극적으로 없애고 스윗-스팟을 가장 넓게 하여 청취 위치 편향을 극적으로 개선시키는 방법입니다. 모든 면에서 장점이지만 여러 개의 스피커와 다중 채널 앰프/DSP가 필요하다는 단점이 있습니다. 하지만 기술적으로 현 시점 기준으로 가장 완벽에 가깝고, 실제 결과가 극적이기 때문에 음향 애호가 및 프로페셔널 사운드 엔지니어라면 반드시 알아두어야 하는 방식입니다.