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서라운드 오디오 칼럼 6 - 저주파수 이야기

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홈 띠어터 시장의 급성장은 5.1 포맷이 대중속으로 자리잡게 하는데 크게 공헌하였습니다.

ITU R BS775-1 표준에 따르면 5개의 풀레인지 스피커를 사용하여 멀티 채널 스테레오를 재생하는 것을 기본으로 하고 LFE (Low Frequency Extend) 신호에 대해서 선택적으로 제한된 대역폭으로 하나의 서브 우퍼로 사용하게끔 되어있습니다.

그러나 홈 띠어터의 시장과 DVD 미디어의 홍수속에서 ITU 표준을 따라서 재생 환경을 구축하는 것은 현실과 거리가 멀어지게 되었습니다.

첫째로 센터 채널의 위치가 문제가 되었습니다. 이상적으로는 모든 스피커들의 트위터와 청취자의 귀가 동일한 높이에 위치하는 것이 바람직하나 청취자 정면에 오는 TV스크린은 이와 같은 이상적인 센터 스피커의 위치를 방해합니다. 이것은 후면의 소위 서라운드 스피커에서도 마찬가지였죠.
여기에 홈 띠어터 시스템의 저가화 경쟁까지 가세하여 5개의 스피커의 사이즈를 최소화하고 하나의 우퍼를 필수적으로 사용하는 것으로 '사용자'의 표준이 정해진 것 같습니다.

그리고 DVD 등의 미디어에 담긴 정보도 일정 주파수 이하는 다 잘라서 하나의 우퍼로 보내는 시스템을 홈 띠어터 내부에서 가능하게 하였습니다.

가격대비 성능 면에서 이러한 환경은 어느정도까지는 잘 동작하는 것 같습니다.

이러한 경향의 배경이 되는 것은 심리음향적인 요소로, 일정한 주파수 이하에 대해서는 음원의 정위가 정해지지 않는다는 주장 때문입니다.

실제로 60Hz 이하의 음원이 어디서 오는지를 구분해내는 것은 그리 쉬운 일이 아닙니다.

그러나 모노 저주파수 재생은 많은 문제점을 가지고 있습니다.

특별히 하나의 서브 우퍼를 통한 모노 저주파수 재생은 청취 공간에서 정현파(standing wave)를 만들어내기 때문에 홈 띠어터 환경에서 청취자의 베스트 청취 지점, 흔히 sweet spot이라 불리우는,을 작은 공간으로 제한합니다.
이런 정현파로 인해 생기는 문제들은 청취자 측면 +,- 90도에 위치한 두개의 서브 우퍼를 통해서줄일 수 있습니다. 즉 모노 신호를 두개의 서브 우퍼 드라이버를 통해 재생할 때 정현파로 인한 문제를 개선할 수 있습니다. (하나의 서브 우퍼인 경우 위치를 바꾸어 줌으로서 사용자의 청취지점에 맞게끔 조정할 수는 있겠습니다만 좁은 sweet spot의 문제는 해결이 되지 않습니다)

THX에서 10.2 시스템을 그리고 NHK에서 22.2 시스템을 제안하는 것도 두개의 주파수 성분을 통해 보다 나은 음향을 구현하고자 하는 노력이라고 생각 됩니다.

하지만 무엇보다도 공간감을 인식하는 데에 있어 저주파수 대역이 많은 역할을 하고 있고 또한 음악에서의 저주파수는 경우에 따라 정위가 가능한 사실이 AES등을 통한 연구 결과로 나타나고 있습니다.

특별히 두개의 동일하지 않은 저주파수, 즉 스테레오 주파수 재생은
첫째, 정위의 개선을 가져옵니다.
둘째, 음원의 넓이와 깊이감의 개선을 가져옵니다.
그리고 세째로는, 음원의 Listener EnVelopment (LEV)를 개선합니다.

그렇다면 클래식 음악의 녹음 / 믹싱 및 현장감을 구현하는 것이 요구되는 방송과 같은 환경에 있어서 이 저주파수와 멀티 채널 오디오와는 어떤 관계가 있는 것일까요?

(팝음악과 같은 장르에서는 믹싱 엔지니어의 창의성이 정해진 법칙을 우선하기 때문에 특별한 법칙이나 상관관계가 적은 것 같습니다. 물론 기본적으로 음향을 인식하고 또 좋은 사운드를 구현해나간다는 기본적인 원칙에는 같겠지만 '컨서트 홀 현장의 음을 가능한 그대로 재현해내는 것'을 목표로 하는 클래식 혹은 재즈와 같은 장르에서는 보다 조금더 많은 제약들이 있는 것 같습니다. 비록 현재 유행하는 크로스오버 장르들이 서라운드 오디오를 통해 실험적인 음향을 구현하고자 하고 있기는 하지만요...)

이것은 아마도 위에서 논한 스테레오 저주파수 재생의 장점이 활용되어야 한다는 것으로 간단하게 요약될 수 있을 것 같습니다.
즉, 컨서트홀 음향의 변수중 하나인 Interaural 교차상관계수(Cross Correlation Coefficient)는 공간에서 재생된 음원이 사람이 느끼는 LEV가 어떠한가를 알려주는 좋은 물리적인 데이타입니다.
이러한 IACC값을 음악의 저주파수 성분에 대해서 측정하면
리버브가 적은 공간뿐 아니라 리버브가 많은 공간에서도
LEV를 조절해주는 값으로 나타납니다. (44Hz 피아노 톤(F1)의 경우 0.5의 IACC값을 가집니다) 즉 피아노가 아르페지오 혹은 스케일링을 하고 있다고 가정해보겠습니다. 만약 하나의 서브 우퍼를 사용하고 Low Frequency Management를 사용하여 120Hz를 cutoff frequency로 잡는다고 한다면, 피아노가 아래 영역으로 내려오게 되면 음이 청취자를 둘러싸고 있는 느낌을 나타내주는 LEV는 사라지고 서브우퍼가 있는 쪽 혹은 머리가 있는 지점에서 소리가 나오는 듯 한 소위 In-head localization이 생기게 됩니다. 이러한 경우 만약 두개의 스피커를 통해서 저주파수 음원이 재생될 경우 보다 자연스러운 음원의 재생이 있게됩니다.

이것은 스테레오 마이크 기법에서도 적용이 되는 부분입니다. 저주파수 대역으로 갈수록 파장이 길어집니다. 스테레오 마이킹 기법에서 기본적으로 채택하고 있는 마이크간의 거리(10-100cm - 스페이스드 페어)는 100Hz의 파장인 약 3.4m 보다도 작은 거리가 됩니다. 즉 100Hz이하에서는 스페이스드 페어로는 신호의 상관계수가 점점 커지게 됩니다. (점점 동일한 신호가 되어갑니다) 즉 저주파수로 갈 수록 음원이 가운데로 모이는 것과 같은 현상이 일어나게 됩니다.

물론 이것은 운영의 묘를 살려야 할 부분이며 또한 논란의 여지가 있는 점이긴 합니다. 왜냐하면 저주파수의 LEV가 커진다고 반드시 좋은 소리인가 하면 그것은 꼭 그런 것은 아니기 때문입니다. 하지만 사용자가 컨트롤 할 수 있는 여지가 많아지는 것은 틀림없는 사실입니다. 그러한 개선된 컨트롤을 어떻게 활용하여 어떤 소리를 만들어낼 수 있는 가하는 점은 각각의 엔지니어의 역할이 되겠죠.

결론적으로 말하자면 서라운드 음악 재생 혹은 현장감이 요구되는 방송, 심지어 영화에 있어서도 보다나은 현장감의 재생을 위해서는 2개 이상의 서브 우퍼가 요구되며 5채널 모두 풀레인지 스피커를 이용할 때 이상적인 효과를 가져온다고 말할 수 있겠습니다.

다음 칼럼에서 부터는 '모니터링 환경'에 대해서 써보고자 합니다.
이 칼럼을 읽으셨다면 아마도 눈치채셨겠지만 ITU의 표준을 중심으로 클래식 음악 녹음 및 믹싱, 그리고 실감 방송을 위한 오디오 환경을 바탕으로 써갈려고 합니다.

그럼...

sungyoungk@hotmail.com

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