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2015-May
초급 주변 소음이 측정 데이터에 미치는 영향작성자: 걸레기 알파 조회 수: 6014
주변 소음이 측정 데이터에 미치는 영향
1. 서론
골든이어스社의 측정 환경은 사무실 환풍기가 계속 돌아가고 있어서 껐을때의 노이즈 플로어보다 약 저음 10dB 정도가 부스팅되어 있다는 것은 관리자님이 증명해 주셨습니다. ( http://goldenears.net/board/5651753 ) 또한 관리자님은 이 정도 노이즈는 삽입형 이어폰의 경우 데이터의 산출에는 지장이 없다는 것도 확인해 주셨습니다.
다만 '측정의 표준'을 설명하신 글이라고 하셨음에도 불구하고 오픈형 이어폰 제품은 언급을 하지 않은것이 개인적으로 상당히 아쉬웠습니다. occluded ear simulator에 완벽히 밀폐되어 측정이 진행되는 IEM은 상식적으로도 다른 형태의 제품보다 노이즈의 영향이 적을 수 밖에 없습니다. 그러나 오픈형 제품의 경우 이정도의 노이즈는 충분히 주파수 응답상의 선형 왜곡을 일으킬 수 있는 요인을 제공한다고 개인적으로 보았고, 이 점을 확인해보고 싶었습니다.
스피커를 제외한 모든 음향 측정을 모두 골든이어스 사무실 내에서 진행하는 만큼, 저는 이 환풍기의 노이즈가 저역의 반응이 크게 떨어지는 오픈형 이어폰에 끼치는 영향에 대해 알아보고자 간단한 실험을 해 보았습니다.
2. 실험의 방법
골든이어스 측이 제시한 측정 데이터의 환풍기 노이즈를 재현하기 위해 창문을 열어 노이즈 플로어를 높이고, Periodic Pink Noise를 저역만 나오도록 등화한 뒤 서브우퍼에 이 음원을 재생 한 뒤 최대한 골든이어스 측이 제시한 노이즈 데이터에 가깝게 음량을 조절하였습니다. 그래프스 스케일은 골든이어스 측에서 제시한 음압과 동일하게 맞추었습니다.
데이터 맨 위 눈금(-20dB = 74dB SPL @ 1kHz, -70dB = 24dB SPL)
이 마이크로폰에 수음되는 기음원의 음압을 기준으로 음압을 보정하는 캘리브레이션 과정의 경우, 골든이어스 회원님이신 당근님이 말하신 바와 같이 수시로 해야 하고 ( http://goldenears.net/board/5648046 ), 차세대음향산업지원센터 ( http://nssc.re.kr )에 계신 이신렬 음향학 박사님의 견해로는 측정을 할때마다 캘리브레이션 과정을 진행하는게 제일 좋다고 하셨습니다. 아무튼 이 과정은 골든이어스 측이 정기적으로 수행했을 거라는 전제 하에 이 실험은 진행되었습니다.
제가 골든이어스 사무실에 방문했을 때에는 occluded ear simulator의 캘리브레이션 과정이 없었지만, 이 과정은 음향 측정을 전문으로 사업을 하는 회사인 만큼 아침에 출근한 뒤 해 놓았을 거라고 믿고 있겠습니다.
3. 노이즈 측정의 타겟 보정 조건
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ㄴ 골든이어스社의 보정 그래프
골든이어스 측이 제시한 노이즈의 그래프는 골든이어스社가 자작한 이어폰 타겟으로 보정된 상태로 측정한 데이터이므로, 저 역시 이 타겟의 역반응으로 보정하여 노이즈 플로어를 측정하였습니다. raw에는 해당되지 않습니다.
4. 측정 장비
이 데이터의 산출에 사용된 측정 장비는 IEC 60318-4, ITU-T Recommendation P.57를 만족하는 Occluded ear simulator 이고, 1kHz에 94dB SPL을 재생하는 Sound calibrator로 보정되었습니다. 모의귀는 IEC 60268-7 Annex. A에 제시된 Small pinna, 35 shore-OO 의 Pinna simulator가 사용되었습니다.
5. 주변 노이즈 측정
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ㄴ 측정 노이즈를 최대한 골든이어스 사무실과 같게 맞춘 데이터:
- 골든이어스의 이어폰 타겟, 1/3 octave smoothed, ARTA의 RTA 기능, 반복측정 1회
창문을 열어 노이즈 플로어를 높이고, Periodic Pink Noise를 저역만 나오도록 등화한 뒤 서브우퍼에 이 음원을 재생 한 뒤 최대한 골든이어스 측이 제시한 노이즈 데이터에 가깝게 음량을 조절한 결과 위 사진처럼 측정 환경이 재현되었습니다.
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ㄴ 같은 환경으로 반복측정 뒤 평균을 100번 낸 데이터:
- 골든이어스의 이어폰 타겟, 1/3 octave smoothed, ARTA의 RTA 기능, 반복측정 100회
위의 1회측정과 같은 환경으로 반복측정 뒤 평균을 100번 낸 데이터는 위와 같습니다. 다만 골든이어스社의 측정 프로그램은 오류가 있어서 반복측정이 불가능하다고 관리자님이 말하셨기 때문에 반복측정에 대해서는 여기서 다루지 않도록 하겠습니다.
6. 비교 REFERENCE 데이터
레퍼런스 데이터의 측정 음원의 조건은 다음과 같습니다.
- 32k Sweep 반복측정 횟수 20회
레퍼런스 데이터의 경우 소음을 내지 않고 20회 반복 측정 뒤 평균을 내었고, 총 12번을 각각 측정 하였습니다.
레퍼런스 데이터의 결과는 다음과 같습니다.
12개의 라인은 모두 같은 경향성을 지니며 한 라인에 모두 수렴합니다.
7. 실험 기음원 조건
- 64k Sweep 반복측정 횟수 1회
측정 음원의 경우 골든이어스 사무실에서 사용하는 조건을 그대로 사용했습니다.
8. 본격적인 측정
오픈형 이어폰을 위의 조건의 장비와 위 조건의 노이즈 환경에서 12번을 각각 측정했습니다. 12번의 측정은 모두 위치를 바꾸지 않았고, 각각의 측정은 모두 평균을 내지 않은 1회의 측정 결과이며, 이는 골든이어스社의 측정 방식과 동일합니다.
그래프의 눈금은 골든이어스 측에서 밝힌 음압 ( http://goldenears.net/board/5642645 ) 과 동일하게 94dB SPL @ 1kHz 에 맞추었습니다.
골든이어스 사무실의 노이즈과 같은 환경에서 측정된 오픈형 이어폰의 음압이 떨어지는 저역의 경우, 위치를 바꾸지 않고 연달아 측정했음에도 불구하고 12개의 라인이 모두 큰 편차를 보이며 제각각 측정되었습니다. 이는 골든이어스 측이 주장한 것과는 상반되는 결과로서 ( http://goldenears.net/board/5651753 의 댓글) 상대적으로 저역이 떨어지는 오픈형 이어폰의 경우 노이즈 플로어의 영향을 크게 받아 이런식으로 실제와는 다른 왜곡된 주파수응답이 측정되고 있습니다.
이런 노이즈 플로어의 영향으로 인한 주파수 응답상의 비정상적인 왜곡은 모 자칭 박사가 주장하시는 사이트 별의 응답상의 일관적 차이 ( http://ko.goldenears.net/board/5021543 ) 에는 전혀 해당되지 않는 점이고, 이 점은 이어폰의 성능 평가는 물론, 같은 사이트의 제품간 상대평가 조차 영향을 줄 수 있는 문제임은 반박 할 수 없는 사실입니다.
이전에도 인용했던 山米舛님의 말처럼, "헤드폰의 전기 음향 분석은 정확도를 저해하는 수많은 외부적 변수를 동반하며, 아무리 고가의 측정 기구가 있어도 올바른 과정을 따르지 않으면 공학적으로 유의미한 결과의 도출이 어렵습니다."
9. 의견
물론 이런 환경이 골든이어스社의 측정 데이터에 영향이 크지 않을 수 있다고 생각하시는 분들은, 골든이어스社의 오픈형 제품 측정 빈도는 상당히 낮다는 반론을 하실 수도 있지만, 그렇게 오픈형 제품의 주파수응답이 가끔 올라온다고 해서 이 데이터의 중요성이 낮다거나 신뢰성이 떨어져도 된다는 생각은, 객관성을 지향하는 측정 사이트인 만큼, 개인적으로 이게 옳다고 보진 않습니다.
특히 이런 열악한 측정환경으로 인해 측정 오류가 발생한다면, 잘못된 측정 데이터를 소비자들이 잘못 이해하는 결과가 발생 할 수 있고, 이게 나아가 소비자의 이익과 밀접히 연결되어 소비자들의 제품 선택에 영향을 줄 수 있는 요인으로 작용 할 수 있다는 점에서 이건 시급히 수정되어야 할 골든이어스 사무실의 측정 조건이라고 봅니다.
+ Etymotic Research MK5의 골든이어스 측정 데이터 오류에 대한 공지가 은근슬쩍 사라졌던데, 왜 삭제하신겁니까?
공지를 올려놓겠다고 관리자님이 이 링크 ( http://goldenears.net/board/5629125 )에서 직접 명시하신 바와 같이, 골든이어스 측정 데이터의 오류에 대한 공지는 다시 복구해 주시면 좋겠습니다. 약 250명이 잘못된 측정데이터의 제품에 아부성 댓글을 달았고, 20000명이 넘는 조회수를 기록한 이어폰의 측정치 오류인 만큼 이렇게 쉬쉬하지 마시고, 뒷처리는 확실히 하셔야 한다고 생각합니다.

터보
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작성하신 글을 읽다가 몇 가지 의문이 생겨서 질문 드립니다.
1. 노이즈 재현 관련
'5. 주변 노이즈 측정'에서 그림2. '측정 노이즈를 최대한 골든이어스 사무실과 같게 맞춘 데이터'와 그림 3. '같은 환경에서 반복측정 뒤 평균을 100번 낸 데이터'를 보면
- 그림 2. 는 저주파에서 고주파로 갈수록 에너지의 decay가 나타나는데, 그림 3. 은 이러한 패턴이 나타나지 않은 이유는 무었인가요?.
- 팬 소음으로 판단되는 60Hz 노이즈는 반복 측정을 하더라도 동일 주파수에서 동일한 특성이 나타나야 할 것 같은데 그렇지 않은 이유가 무었인가요?
2. '본격적인 측정'에 대해서
- 그림 7. 12개의 측정 데이터를 평균하지 않음으로서 데이터의 오류를 크게 보이게 조작한 이유는 무엇인가요?
- 아래와 같이 최근 2년간의 측정 제품을 볼 때도 50Hz 이하의 노이즈 증가가 나타나지 않습니다.
(골든이어스 사무실 이전 시점을 정확히 몰라서 대충 최근 2년간 오픈형 이어폰 측정 결과만 찾아 봤습니다. 스크롤 하면서 눈으로 사진을 확인한 것이라 빠진 제품이 있을 수도 있습니다.)
(2015-04-27) ATH-CM7ti http://ko.goldenears.net/board/5623352
(2014-09-24) Friends ELLA http://ko.goldenears.net/board/5164352
(2013-11-20) Sennheiser MX470 http://ko.goldenears.net/board/3929083
(2013-06-07) SONY MDR-E9LP http://ko.goldenears.net/board/3303147
3. 의견
- 기술적인 이의 제기는 구경만 하더라도 늘 즐겁습니다.
- 다만 측정의 오류를 논의하고 싶으면 기술적인 사항들만 논의하면 됩니다.
- 다 회 측정을 통한 평균을 통해 FR의 측정 오차가 크지 않은 정도는 알고 계셨을 텐데,
작성하신 문구 중에 ‘왜곡된 주파수응답이 측정’, ‘반박할 수 없는 사실’, ‘오류가 발생한다면’, ‘소비자들이 잘못 이해’, 산미천님 글귀 인용 같은 쓸데없는 훈장질 등으로 인해 자칫 명예훼손 시비가 우려되니 앞으로는 삼가시는 편이 좋을 것 같다는 조언을 드립니다.

Xtraordinary
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본문을 작성하신 분은... 터보님의 날카로운 궁금증에 대한 보다 상세한 부연 설명이 필요하다고 판단됩니다.
그리고 본인의 글 속에 자꾸만 특정 싸이트나 특정 인물에 대한 적대감을 노골적으로 표현하고 있는데 올바른 문제제기 또는 기술적 토론의 방향이 아닙니다. 터보님의 3번 의견에 매우 동의합니다.

걸레기 알파
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1. 저주파에서 고주파로의 디케이가 사라졌단 말인가요? 제가보기엔 패턴은 그대로인거 같습니다만.. 그리고 이게 한 순간의 화면 캡쳐 화면이라서 그런건데 실제로 RTA를 보면 +-10dB 정도로 계속 출렁댑니다. 이것을 그대로 순간포착 할 순 없어서 그냥 한 화면을 캡쳐한겁니다. 사실 100번 avg한게 실제 패턴이라고 보시면 됩니다.
2. 레퍼런스 데이터, 재현 데이터 둘다 각각의 데이터끼리 평균은 전혀 내지 않았습니다.
이 재현 데이터 측정방식는 골든이어스 방식과 동일합니다. 뭔가 잘못 알고 계신거 같은데, 이게 조작이라면 골든이어스가 측정한 모든 데이터가 다 조작이라고 주장하고 계시는 셈입니다.
3. 네 조언은 받아드리겠습니다. 근데 제가 이렇게라도 요구를 안하면 골든이어스가 뭐 들은척이라도 하겠나요. 암튼 다음부터 이런 첨언은 그럼 자제하도록 하겠습니다

터보
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1. 풍압에 의한 소음에서 높은 주파수는 소산이 빠르고, 낮은 주파수의 소산은 높은 주파수로의 에너지를 공급하면서 일정한 기울기 패턴을 보이게 됩니다.
물론 1회 측정에서는 이런 패턴이 잘 나타나지 않을 수 있으나, 다 회수 평균하는 경우에는 이런 패턴이 잘 보이게 됩니다.
그림 2는 전형적인 소산 패턴에 특정 수파수 소음이 더해진 결과인데, 그림 3은 특히 200Hz 이하에서 이러한 전형적인 패턴이 보이지 않습니다. 잘 측정하셨겠지만 다시 한 번 확인 부탁드립니다.
2.
본문에는
- ‘레퍼런스 데이터는 20회 반복 측정 뒤 평균을 내고, 총 12번을 각각 측정‘
- ‘본격적인 측정은 12번을 각각 측정... , 각각의 측정은 모두 평균을 내지 않은 1회 측정 결과’ 라고 되어 있습니다.
댓글에는
- ‘레퍼런스 데이터, 재현 데이터 둘 다 각각의 데이터끼리 평균을 전혀 내지 않았습니다.’
라고 되어 있어서 혼란스러웠습니다. 어쨌거나 둘 다 같은 방식으로 측정되었다는 의미로 이해하겠습니다.
3. 양쪽 측정 환경/방법의 차이는 알 수 없으나, 골든이어스에서 최근 2년간 측정한 4개 제품의 데이터에서를 보면 50Hz 이하에서 지적하신 문제점이 전혀 보이지 않습니다. 골든이어스의 측정 결과에서 문제점이 나타나지 않는 이유는 무었이라고 생각하십니까?
참고로 몇 년 전인지 정확히 기억나지는 않지만, 예전 골든이어스의 범계역 사무실을 방문 했을 때는 굉장히 조용한 사무실이었습니다.

걸레기 알파
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2. 레퍼런스는 20회 자동평균 뒤 12개를 내열했고 재현데이터는 말 그대로 골든이어스 방식과 동일하게 재현했습니다. 레퍼런스와 재현데이터는 모두 각각의 데이터끼리의 평균은 내지 않았습니다.
3. 2014년 후반기에 골든이어스 사무실은 이전했고, 그 영향도 있겠고 골든이어스 측정데이터 상에 저역이 심하게 빠지지 않는 오픈형만을 측정해서 일수도 있습니다. 그리고 사실 노이즈가 없는 원본이 있어야 제대로된 1:1 비교를 할 수 있을거라고 봅니다. 또한 골든이어스는 평균을 전혀 내지 않고 제일 정상적이어 보이는 데이터만을 육안으로 골라서 올리는 방식을 사용하므로, 단순히 올라온 데이터만으로는 알 수 없습니다.

터보
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1. 단순히 데이터의 문제가 아닌 부분에 대해 말씀드린겁니다. 소음의 소산에 대해서 모두 설명 드릴 수 가 없으니, 나중에 시간 나실 때 천천히 찾아서 보시기 바랍니다.
2. 알겠습니다.
3. 2014년 후반기에 이전했다면 제가 찾은 데이터 중에서 1~2 밖에 해당이 안되겠군요.
만약 10월 이후라면 ATH-CM7ti 1개 밖에 남지 않는군요.
4. 오픈형 이어폰에서 문제가 나타나지 않은 이유를 방금 추론해 봤습니다.
- 말씀하신대로 저역이 심하게 빠지지 않았다. - 그럴 수도 있을 것 같습니다.
- 지난번 토미님 답글 (http://ko.goldenears.net/board/5642645#comment_5642936)을 보면 표준측정음압 대비 약 40dB 이상 작게 소음이 발생한다고 되어 있습니다.
측정데이터를 보면 1kHz 기준 음압 대비 -30dB 까지 밖에 표시가 되지 않습니다. 따라서 -40dB의 소음은 이미 그래프 밖에 존재하는게 아닐까 싶습니다.
- 제 추론이 맞다면, 그래프 바깥에 존재 할 수는 있지만, 그래프에는 영향을 미칠 수 없는 미미한 존재가 되겠겠군요.
저도 제 할일이 있어서 제 토론은 이정도에서 정리하도록 하겠습니다.
처음 댓글에서도 말씀 드렸지만, 앞의 답글에서 마지막 3줄과 같은 글은 사실 관계를 명확하게 파악하고 쓰시는게 좋을겁니다. 님의 주장이 사실이라고 하더라도 법적인 문제로 들어가면 처벌을 피하기 어렵습니다.

m@are
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1. 말씀하신대로 커널형 이어폰에선 문제가 없다고 봐도 무방합니다.
http://ko.goldenears.net/board/index.php?mid=ST_KB_byGE&document_srl=5651753
http://ko.goldenears.net/board/index.php?mid=CT_Gossip&document_srl=5649220
2. 오픈형 이어폰에서는 일부 문제가 있을 수 있지만 제시하신 그래프를 봐도 해석에 문제가 될 정도는 아닙니다.
오히려 비신뢰구간을 벗어나면 차음성이 거의 없는 오픈형 이어폰임에도 불구하고 소음이 있던 없던 문제없이 측정되고 있으며 본문 글에 측정된 이어폰은 이미 100hz에서 -10db가량 롤 오프가 되고 있네요. 초저역에서 약간 노이즈가 있던 말던 해석에 문제되는 부분이 아닙니다. 특히 골귀는 1/3 스무딩을 사용하니까 더 그렇구요. THD관련하여 지적이라면 더 맞는 말씀이겠지만 골귀는 그런 자료를 제공하지 않습니다.
물론, 그렇긴 해도 걸레기 알파님의 의견에 동의하는게 골귀라는 사이트는 좀 더 정확한 정보력이 중요하겠고 환풍기를 끄는게 불가능한게 아니면 굳이 켜고 할 이유는 없다고 봅니다. 이 부분에 대해서는 주인장님이 커널형에 대해 글을 올려주신 것처럼 오픈형에 대해서도 사무실에서 환풍기를 켜고/끄고 측정한 값을 바탕으로 글을 올린다면 깔끔하게 해결 될 부분으로 보입니다. 타당하신 문제제기라고 생각하구요.
좀 더 관심있으신 분들은 http://www.sclibrary.net/user_sound_tip/34368 를 읽어보시면 노이즈에 대해서 잘 나와있습니다. (컨트롤 F로 찾기 하시고 "그림 10"으로 검색해서 거기부터 읽어보세요)
이번 일에 대해 간단하게 정리하면
커널형 이어폰에서는 어느정도 소음이 있더라도 사실상 FR에 영향이 없다. O
오픈형 이어폰에서는 어느정도 소음이 있으면 초저역 FR에 영향이 있지만, 오픈형 특성상 해석에는 무리가 없다 O
그럼에도 불구하고 조금이라도 더 신뢰성있고 정확한 데이터를 위해서는 소음이나 음압 관리를 해야하는것 또한 맞다 O
정도로 생각합니다.

걸레기 알파
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저게 문제가 없어보이나요? 그럼 그냥 1/1 oct.로 스무딩 하도록 하죠. 골든이어스는 전문가용 사이트가 아니고 데이터 각각의 해석이 곁들여 지지 않아서 이 데이터들은 누구나 열람할 수 있고 누구나 지멋대로 데이터를 해석할 수 있는 여지가 있습니다.
그리고 1번의 링크의 경우 제가 본문에 제시한 바와 같이, 어떤 장비로 측정하였으며 몇 Hz에서 dB SPL에서 측정되었고 어떤 프로그램의 어떤 프로그램 기능을 사용했는지 어떤 기음원 방식과 음원 길이, 어떤 보정 타겟인지 등을 서술해 주셔야만 공학적 의미가 있습니다.

토미™
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음....
지난번에 보여드린 실제 측정 데이터만으로도 사실 데이터에 대한 이해를 충분히 하셨다면 문제가 없다는 것의 확인이 가능한데요, 아직 궁금한 점이 있으신 것 같네요.
그래서 퀴즈 하나 내겠습니다.!!!
질문.
- 저희 사무실에서 공조기를 켜고 끔에 따라 노이즈 레벨이 달라지는데요, 최악의 경우 기준음압 대비 -30dB이고 대부분은 -40dB아래로 떨어집니다. (지난번 제가 올린 게시글 참조 하세요.) 이를 전압으로 환산을 하면 몇배의 차이가 발생할까요?
아마도 제가 물어보는 문제를 풀어 보시면, 이러한 실험 결과에 대한 답을 미리(실험을 하지 않고도) 아실 수 있으실 겁니다.
참고로 decibel은 log단위로 계산이 되고요 편의상 기준음압을 1V라고 하고 -30dB의 경우 몇 볼트인지를 계산 해 보시면 답이 나옵니다.