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* : 별도의 출처가 표기되지 않은
첫 번째로 소개할 항목은 현 웹사이트에 올라오는 주파수 응답의 측정방법입니다.
스피커 혹은 각종 음향기기에 관심이 있는 분이라면…
출처 : Microsoft
스피커 측정이라는 단어와 함께 아마 위와 같은 무향실을 먼저 떠올리실거예요.
실제로 몇몇 분들로부터
: “무향실도 아닌데 어떻게 스피커를 측정하죠?”
또는
: “측정을 실시한 공간이 무향실이 아닌데 어떻게 측정 데이터를 신뢰하나요?”
와 같은 질문을 받은적이 있습니다.
맞습니다.
일반적인 방법으로는 무향실이 아니면 스피커를 측정하는데 큰 어려움이 있는 것이 사실입니다.
방, 공간에는 소리를 반사시키는 벽이 존재하며 이들은 무수한 반사음과 함께 공간의 사이즈에 따라 자체적인 공진도 만들어내는데요,
이 모든것이 스피커 측정 데이터를 오염시키기 때문입니다.
이것은 반대로, 공간의 영향으로부터 자유로울 수 있다면 무향실에 준하는 높은 신뢰도의 측정 데이터를 얻어낼 수 있다는 이야기도 됩니다.
이 내용을 깊이있게 설명하기 위해서는 생각보다 많은 배경지식이 필요합니다.
따라서 그런 내용들은 이 가이드를 끝맺은 뒤 이후 별도의 칼럼을 통해 나눌 기회가 있다면 좋겠습니다.
무엇보다도 이 시리즈는 초심자들을 위한 것이기에, 측정 과정과 데이터를 이해하는 데 필요한 기초적인 항목만 설명하고 넘어가겠습니다.
우선 스피커 측정의 관점에서 고음과 저음은 서로 성질이 달라요.
따라서 고음과 저음에 대해 각각 다른 측정 방법을 실시하여 두 응답을 합치는 방식으로 온전한 주파수 응답 그래프를 얻어내야합니다.
위 예시 이미지처럼 고음(빨간색)과 저음(파란색)을 각각 얻어내어
서로 겹치는 대역을 중심으로 두 응답을 합산하면
이렇게 온전한 FR 응답 그래프를 얻어낼 수 있습니다.
+ 위 측정 방법에 대해 기술적인 정보가 필요하신 분은 아래 링크를 참고하세요. +
Klippel : Nearfield measurement
Klippel : Merging near and farfield measurements
그럼 이제 스피커 측정의 관점에서 고음과 저음의 성질이 어떻게 다르며
이를 어떻게 활용하고 극복하는지 설명하겠습니다.
아래는 고음과 저음의 차이점입니다.
고음 : 원거리에서는 공간의 영향으로부터 자유로울 수 있으나, 근거리 측정을 통한 시뮬레이션이 어렵다.
저음 : 원거리에서는 공간에 의해 지배적인 영향을 받으나, 근거리 측정을 통한 시뮬레이션이 간단하다.
먼저, 원거리 측정입니다.
고음은 공간의 영향으로부터 자유롭다고 설명드렸습니다.
이것은 다시 말하면 각종 벽으로부터 반사되어 온 반사음의 영향으로부터 자유롭다는 의미이며
순수한 직접음만을 측정하는 것이 가능하다는 뜻입니다.
이것이 어떻게 가능한지 알아봅시다.
초록색 박스는 스피커, 까만색은 측정용 마이크를 의미합니다.
그리고 양옆으로 움직이는 것이 스피커로부터 나온 측정신호인데요,
빨간색은 직접음 그리고 파란색은 반사음입니다.
스피커로부터 나온 소리가 제대로 측정이 되기 위해서는 한 파장(색상 막대의 길이)이 마이크를 온전히 지나가야합니다.
그리고 이것은 반사음 또한 마찬가지로 동일하게 적용됩니다.
위 이미지를 차분하게 다시 바라볼게요!
직접음이 마이크를 통과한 이후 반사음이되어 다시 마이크로 도달하기까지의 시간적 여유가 보이시나요?
이때 측정장비와 프로그램은 저 반사음이 마이크에 도달하기 전까지의 응답만 걸러낼 수 있습니다.
이제 저음 얘기를 해볼까요?
저음은 파장이 길어요.
소리는 1초에 약 340m를 이동합니다.
즉 초당 진동수가 1인 1Hz라는 주파수 파장은 그 길이가 340m나 되겠지요!
10Hz는요? 10번을 진동해야 1초가 되니, 10번을 진동해야 340m를 이동합니다.
저음이라고 말하기엔 좀 높을수도 있는 100Hz는 어떨까요?
상대적으로 높은 저음임에도 불구하고 파장이 3.4m나 됩니다.
다시 측정 이야기를 해보죠!
파장이 긴 저음의 경우 직접음이 온전히 마이크를 지나기도 전에 반사음에 의해 측정 신호가 오염되기 쉽습니다.
따라서 고음은 측정 공간이 무향실이 아님에도 불구하고 온전한 데이터를 얻을 수 있지만
(측정 방법만 올바르다면 무향실보다 정확합니다.)
저음은 이 방법으로는 불가능합니다.
이번에는 근거리 측정입니다.
주변이 시끄러울 때, 또는 목욕탕처럼 많이 울리는 공간에서 대화할 때는 목소리가 잘 전달되지 않는 경우가 많습니다.
이럴 때 우리는 어떻게 하나요?
상대방에게 가까이 다가가서 내용을 전달합니다.
그리고 더 가까이 다가가 귀에 대고 얘기한다면,
속삭이는 정도의 작은 소리만으로도 말을 전달하는게 가능하죠?
스피커 측정도 마찬가지입니다.
마이크를 스피커에 충분히 가깝게 근접하면 각종 반사음 및 소음에 비해 직접음의 비율이 비약적으로 높아지게 되어
직접음만을 측정하는 것이 가능합니다.
그러면 이렇게 쉬운 방법이 있는데, 제조사들은 대체 왜 천문학적인 돈을 들여서 무향실을 짓고..
또 수억원을 들여 전문 계측 장비를 사용하는걸까요?
이것은 엄밀히 따지면 이것이 저음을 측정할 때만 가능하기 때문에 우리가 두 가지 이상의 측정 방법을 병행해야 하는 것입니다.
이제 그 이유를 알아봅시다.
이제 여기까지 온 여러분은 아시겠지만, 스피커는 소리를 정면으로만 내보내지 않습니다.
그것은 스피커와 공간의 관계뿐만 아니라 스피커를 구성하고 있는 모든 요소들에 해당되는데요
다시 말하면, “우리는 이미 스피커 구조물에 반사되어 합산된 소리를 듣고 있다”는 말입니다.
그리고 많은 스피커 제조사들이 이 합산된 소리를 기준으로 스피커를 튜닝합니다.
즉, 스피커에 지나치게 가깝게 근접해서 측정하면 이러한 모든 요소가 합산된 소리가 아니라, 스피커 유닛만의 소리를 측정하게 되고
이는 설계상 의도된 소리와 전혀 다른 값을 보여주게 됩니다.
하지만 앞서 말씀드렸다시피 저음은 근접 측정을 통해 온전한 응답을 얻어내는 것이 가능한데요,
저음은 파장이 길기 때문에, 스피커 박스와 각종 구조물에 의해 복잡하게 간섭되려면 스피커의 사이즈가 엄청나게 커져야하고
(100Hz의 길이는 약 3.4m)
이 저음 입장에선 우리가 보편적으로 사용하는 실내용 스피커 정도의 사이즈는 아주 가볍게 무시할 정도이기 때문에
근접측정을 통해서 간단히 예측한 값과, 반사음의 간섭이 없는 야외에서 실제로 측정한 값이 크게 다르지 않습니다.
실제로 80~100Hz 아래의 저음은 무향실에서 조차 측정이 불가능해요.
그래서 많은 제조사들이 이러한 근접 측정법, Ground plane 측정법 등을 이용해 저음 응답을 측정하고 튜닝합니다.
즉.
저음은 근접 측정과 응답 예측을 통해
고음은 원거리 측정 및 직접음 필터링(Window gating)을 통해 측정하는 것이 합리적이라는 것을 알 수 있습니다.
그리고 이렇게 해서 얻어낸 저음과 고음에 대한 측정 데이터를
앞서 소개한 것처럼 이렇게 서로 응답이 겹치는 주파수 대역에서 합산해서
이렇게 온전한 그래프를 얻어내는 거예요.
재미있는 사실은, 앞서 소개한 두 가지 측정 방법 모두 무향실 측정보다 신뢰도가 높다는 것입니다.
저음은 닫혀있는 공간에서 측정하는 이상, 제 아무리 무향실이라고 해도 온전한 응답을 얻을 수 없으며,
고음은 무향실에서 반사음을 극도로 제어했다고 해도, 반사음을 근본적으로 걷어낸 측정결과 보다 정확할 수 없기 때문이예요.
그러면 왜 그 비싼 비용을 들여 무향실에서 측정할까요?
무향실의 진가는 따로 있으니, 이것은 다른 챕터에서 소개하도록 하겠습니다 🙂
목차
