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* 일전에 올린 글에 크나큰 오류-_-가 있어서 아예 다 갈아엎고 새로 썼습니다. 덕분에 다루는 내용은 좀 더 심플해진 면이 있군요.



0. Introduction


기본적으로 헤드폰(headphone)의 완전한 사운드 리프로덕션(sound reproduction, 사운드 재생)은 바이노럴 레코딩(binaural recording)을 통해 완성됩니다. 그러나 실제 음반 시장에서 바이노럴 레코딩은 그리 흔하게 접할 수 없으며, 헤드폰을 통해 재생되는 녹음들은 대개 기존 2채널 스테레오 레코딩(stereo recording)입니다.


헤드폰에서 스테레오 레코딩을 재생하기 위해서는 스피커와 동등한 환경이 건설되어야 합니다. 이를 위해서는 헤드폰은 기준 음장(reference sound field) 내의 음원이 만들어내는 응답과 동등한 응답을 가져야 합니다(MØller, 1995). 이를 위해 이뤄지는 이퀄라이제이션(equalization, 등화)을 본 글에서 헤드폰 이퀄라이제이션(headphone equalization)이라고 명명합니다.


헤드폰 이퀄라이제이션은 머리전달함수(head-related function, HRTF)를 고려하여 만들어집니다. HRTF는 소리가 음원로부터 귀에 이를 때 생기는 소리의 변화로서, 특히 3kHz 인근 15dB 가량의 증폭으로 특징지어 집니다. 라우드스피커(loudspeaker)의 재생에서는 HRTF가 자연스럽게 재현되므로 고려할 필요가 없지만, 헤드폰에서는 이런 현상이 발생하지 않으며, 헤드폰 자체에서 발생되어야 합니다. 따라서 헤드폰 이퀄라이제이션이라 함은, 헤드폰에서 재생되는 사운드가 기준 음장에서 발생되는 HRTF와 같아지는 것을 의미합니다(MØller, 1995). 


흔히 알려진 헤드폰 이퀄라이제이션은 자유음장 이퀄라이제이션(free-field equalization, FFE)와 확산음장 이퀄라이제이션(diffuse-field equalization)으로 현재 IEC 60268-7(과거 IEC 268-7) 권고에 명시되어 있습니다 (IEC 60268-7). 그러나 Günther Theile에 의하면, FFE가 이뤄진 헤드폰에서는 선형 왜곡(linear distortion)이 발생하고, 이러한 선형 왜곡이 발생하지 않기 위해서는 DFE가 요구됩니다(Theile, 1986). IEC보다는 좀 더 나중의 권고인 ITU-R BS. 708에서는 DFE만이 명시되어 있으며(ITU-R BS. 708), 실제 업계에서 표준적으로 요구되는 헤드폰 이퀄라이제이션(headphone equalization) 역시 DFE입니다.


[주: 자유음장은 실제로는 무향실(anechoic chamber)에서 만들어지며, 확산음장은 잔향실(reverberation room)에서 형성됩니다.]


그러나 헤드폰 재생에서 DFE가 선호되지 않는다는 논의가 있습니다. Gaëtan Lorho은 모노 음원을 통한 청취 테스트를 실시하였는는데, 이 때 DFE가 이뤄진 헤드폰은 그리 선호되지 않습니다. DFE 대신 가장 선호된 것은, DFE에서 발생하는 3kHz 인근의 15dB 증폭이 보다 줄어든 형태의 타겟(target)으로서(Lorho, 2009), 이는 과거 필자의 글에서 40도 청취각(listening angle)에서 생기는 모노 음원의 머리전달함수(hear-related transfer function, HRTF)와 유사한 규모라고 설명한 적이 있습니다(당근, 2012). 하지만 실제 청취되는 음원들은 모노가 아닌 스테레오 음원인 만큼 이러한 결과는 비판적으로 검토해보아야 합니다. 따라서 (Lorho, 2009)와 연관되는 헤드폰의 타겟 개발은 스테레오 음원에서의 추가적인 청취 테스트가 이뤄지기 전까지는 받아들이기 힘들다 여겨집니다. 


Etymotic Research의 Mead C. Killion은 다른 견지에서 적합 타겟을 논의하였습니다. Killion에 따르면 실제 스튜디오 환경에서는 고역이 롤오프되기 되기 때문에 DFE가 이뤄진 상태에 대해 10kHz에서 약 5dB 정도 롤 오프되는 타겟이 보통 스테레오 음원 청취에 더 적합하다고 합니다. 그에 적합하게 개발된 타겟은 ER-4S의 타겟으로 사용되었지요. 또한 이는 영화음향의 권고인 ISO 2969의 X Curve와도 유사한 규모입니다. 이 타겟은 시카고에서 열린 AES 미팅에서 청취 테스트를 통해 확인되었다고 합니다(Killion, 2012). 또한 많은 하이엔드 헤드폰들 역시 ER-4S와 유사한 규모의 고역 롤오프 특징을 보여주는 편입니다.


[주: 시기상의 혼란을 막기 위해 언급하자면, Etymotic Research ER-4S는 1991년에 출시되었고, 타겟은 그 이전에 개발되었습니다.]


Killion에 의해 개발된 타겟은 사운드 제작(sound production) 과정에서 수반되는 신호의 변화를 반영합니다. 당연하게도, 이러한 변화가 사운드 재생(sound reproduction) 과정에서 발생하지 않는 경우, 사운드 제작시에 의도했던 사운드는 정확하게 재생(reproduction)되지 못합니다. 그러나 통상적인 사운드 재생 시스템에서는 사운드 제작 과정에서 생기는 것과 유사한 규모의 신호 변화가 만들어지고, 따라서 사운드 재생의 충실도(fidelity)를 어느 정도 유지할 수 있습니다. 그러나 헤드폰에서는 그러한 신호 변화가 생기지 않으며, 따라서 이를 고려하지 않고 이퀄라이제이션된 헤드폰은 사운드 제작 과정에서 의도한 것과는 전혀 다른 결과를 얻을 수 밖에 없습니다.


얼마 전 골든이어스에서는 이에 대한 논의가 있었습니다(토미, 2011; 山米舛, 2011). 다만 이 논의는 헤드폰 이퀄라이제이션에 대한 논의라기보다, 헤드폰 측정과 측정 데이터의 명시에 관한 논의이므로 본 글에서 다루는 것과는 약간의 거리가 있지만, 결국 헤드폰의 스테레오 사운드 재생을 위해 어떠한 타겟이 요구되냐는 점에서 본 글의 논의와 겹치는 점이 있습니다. (토미, 2011)에서는 사운드 제작 과정에서 수반되는 신호의 변화를 반영해야만 한다고 주장했지만, 그러한 반영이 정당화되는 이론적 근거는 결여되어 있었습니다. 한편 (山米舛, 2011)에서는 측정 과정에서 재생과 관련된 사항은 배재되어야 하고 그래야만 국제권고(IEC, ITU) 등의 조건을 만족한다고 주장했지만, 이러한 주장은 헤드폰 이퀄라이제이션을 사운드 재생과 무관한 것으로 만들게 됩니다. 물론 山米舛의 주장대로, 국제권고에 근거한 헤드폰 이퀄라이제이션이 권장되어야 함은 분명하겠습니다만, 그렇다고 헤드폰 이퀄라이제이션을 사운드 재생과 무관한 것으로 만들 경우, 헤드폰의 객관적 특성과 주관적 품질 사이의 간극은 매우 커지게 됩니다. 따라서 이러한 주장은 재고될 필요가 있다 보여집니다.


결국 앞서 제시한 헤드폰 이퀄라이제이션에 대한 정의는 다음으로 확장될 필요가 있습니다.


헤드폰 이퀄라이제이션이란 보통의 스테레오 사운드 재생에 가장 적합하게끔 헤드폰을 이퀄라이제이션하는 것으로, 사운드 제작 과정에서 성립된 사운드에 대해 어떠한 선형 왜곡(linear distortion)도 발생하지 않는 것을 목표로 한다.


답은 명백합니다. 사운드 제작을 통해 만들어진 스테레오 녹음이 헤드폰을 통해 적합하게 재생되기 위해서는, (토미, 2011)대로 사운드 제작 과정에서 발생하는 신호의 변화가 고려되어야 합니다. 그러나 앞서 말한대로 (토미, 2011)에서는 이를 위한 근거가 결여되어 있었습니다. 따라서 본 글에서는 이를 위한 근거가 어떻게 달성될 수 있는지 알아봅니다.


그 근거를 찾아보기 위해 (Theile, 1986)이 여기서 리뷰됩니다. 또한 이를 위해 보통의 스테레오 사운드 제작 및 재생 환경에서 형성되는 음향 조건에 관해 살펴보고 이를 통해 헤드폰 사운드 재생에 요구되는 이퀄라이제이션 조건을 알아봅니다. 또한 이에는 리스닝 룸(listening room)의 음향에 대한 고찰이 필요합니다. 이에 대한 논의 역시 본 글에서 다루게 됩니다.



1. Theile에 대한 리뷰


Günther Theile은 (Theile, 1986)에서, 헤드폰 이퀄라이제이션 기준으로 DFE를 확립시킵니다. 이는 Theile의 연상 모델(association model)로부터 이뤄집니다. 해당 모델에 따르면 라우드스피커와 헤드폰은 서로 다른 정위(localisation) 특징을 가지게 되고, 따라서 그로부터 헤드폰의 이퀄라이제이션으로 DFE가 적합하다는 결론을 이끌어냅니다(Theile, 1986). 그러나 DFE가 이뤄진 헤드폰을 통해 실제 스테레오 사운드를 재생하게 되면, 결과적으로 고역이 강조된 결과를 얻게 되는데 이는 전적으로 보통의 스테레오 사운드 제작/재생 과정과 헤드폰의 사운드 재생 과정의 불일치에서 기인하는 것으로 보입니다. 결과적으로는 (Theile, 1986)의 목표였던 고품질의 헤드폰 사운드 재생은 DFE를 통해 달성되지 않습니다.


결국 헤드폰 이퀄라이제이션의 최종적인 목표는 가장 스테레오 사운드 재생에 적합한 결과를 얻는 것입니다. 따라서 이 절에서는 (Theile, 1986)에 제시된 헤드폰 이퀄라이제이션을 검토하고, 그로부터 라우드스피커(loudspeaker)를 통한 보통의 사운드 제작/재생 과정과 헤드폰의 사운드 재생에서 어떠한 불일치가 발생하는지에 관해 살펴봅니다.


1.1 Theile - 연상 모델(association model)


Günther Theile의 연상 모델(association model)은 심리학적으로 만들어진 모델로서 Theile의 박사 학위 논문(Theile, 1980)에서 처음으로 제안되었습니다. 이 모델의 가장 큰 성과는 헤드폰 이퀄라이제이션 기준으로 DFE를 성립시킨 것으로서, 기존의 FFE와는 달리 헤드폰에서 더 자연스러운 스테레오 사운드 청취를 가능하게 하였습니다(Theile, 1986). 본 절에서는 그러한 이론적 배경에 대해 살펴보고자합니다.


(Theile, 1986)에 제시된 연상 모델은 아래 Fig. 1에 나타낸대로 크게 4개의 단계(stage)로 구분됩니다.



association_model.png

Fig 1. 연상 모델(association model) (Thile, 1986)



음원(sound cource) 단계에서 신호가 생성되고 이는 외이(outer ear)를 통해 신호의 변화를 겪게 됩니다. 이렇게 생성된 음향 자극은 위치결정 단계(location-determining stage)와 게슈탈트결정 단계(Gestalt-determining stage)를 거쳐 처리되어 최종적으로 게슈탈트를 형성합니다. 위의 연상 모델 하에서, 청취된 자극이 자연스럽게 들리기 위해서는 다음 조건이 만족되어야만 합니다.



M*M^(-1) = 1 (1)



즉, 외이에서 생기는 신호 변화 M과 위치결정 단계에서 형성되는 역, M^(-1)가 정확하게 서로 상쇄될 때에만 소리는 어떠한 왜곡도 없이 자연스럽게 들리게 됩니다. 여기서 M은 음원의 공간 정보를 나타내는 것으로, 최근의 지식에 의하면 이는 머리전달함수(HRTF)와 일치합니다. HRTF는 음원의 방향에 따라서 달라지게 되는데, 정위(localization)에 중요한 역할을 하지요.


보통의 라우드스피커를 통한 청취 환경에서는 이 HRTF, M이 인지되므로 M과 M^(-1)는 정확하게 서로 상쇄되며, 당연히 어떠한 선형 왜곡도 발생하지 않습니다. 그러면 헤드폰에서는 어떠할까요?



association_model_for_headphone.png

Fig 2. 헤드폰에 대한 연상 모델 (Thile, 1986)



헤드폰에 대해 나타낸 연상 모델(Fig. 2)에서, 기존 외이에서 생기는 신호 변화 M은 헤드폰의 전달함수 K로 대체됩니다. 이 때도 역시 선형 괘곡 없는, 자연스러운 사운드를 위해서는



K*M^(-1) = 1  (2)



일 것이 요구됩니다. 그러나 헤드폰에서는 방향 정보 M이 인지되지 않으므로 전혀 다른 결과를 얻게 됩니다. 이로부터 Theile은 FFE가 스테레오 사운드 재생에는 적합하지 않다는 결론을 이끌어냅니다.


FFE는 자유음장 내에서, 정면에 음원이 있을 때와 헤드폰이 동등하도록 한 헤드폰 이퀄라이제이션입니다(IEC 60268-7; MØller, 1995). 따라서 FFE가 이뤄질 경우, 헤드폰은 음원이 자유음장 내에서 정면에 있을 때와 같은 응답을 가지게 됩니다. 그러나 이는 몇가지 문제점을 가지고 있는데, 첫째로 그러한 이퀄라이제이션이 헤드폰을 통해 정확하게 이뤄지지 않고, 둘째로 이는 모노 음원에 대해서만 성립하지 스테레오 음원에서는 성립하지 않는다는 점입니다. 결과적으로 헤드폰에서 in-head localization(머리 안에 음상이 갖히는 현상)이 발생합니다. 그로 인해 M^(-1) = 1이 되고, K와 M^(-1)은 정확하게 상쇄되지 않으며, FFE가 이뤄진 헤드폰에서는 선형 왜곡이 발생하게 됩니다.


따라서 K*M^(-1) = 1이기 위해서 K = 1이어야 합니다. 즉, 어떠한 선형 왜곡도 없는 헤드폰 이퀄라이제이션을 위해서



K = 1 (3)



일 것이 요구됩니다. 결국 이는 Fig. 1에서 M = 1인 상황을 찾아내는 것과 동등한데, Theile에 따르면 이를 위해서는 M은 방향에 상관없는 특징을 가져야 합니다. 이를 위해 요구되는 것이 방향에 따라 결정되는 M(i.e. HRTF)을 모든 방향에 걸쳐 평균내는 것으로, 이는 결국 확산음장에서 생기는 M과 동일해집니다. 이는 결국 헤드폰 이퀄라이제이션에서 DFE가 성립함을 의미하게 됩니다.


결국 헤드폰은 DFE가 이뤄졌을 때만 어떠한 선형왜곡도 없는, 스테레오 사운드 재생이 가능해집니다. 실제로 Theile은 (Theile, 1986)에서 청취 테스트를 통해 FFE와 DFE를 비교하는데, 실험 결과 DFE가 더 선호됨을 밝혀냅니다.



1.2 DFE는 정말 스테레오 사운드 재생에 적합한가?


하지만 실제로 DFE는 스테레오 사운드 재생에 가장 적합하지 않습니다. 이를 해결하기 위해서 Mead C. Killion은 기존 DFE에서 고역이 적당히 감소한 타겟을 개발하였지요(Killion, 2012). 대체 어떠한 이유에서 그러할까요?


(Killion, 2012)에 따르면 보통의 스테레오 레코딩은 미리 고역이 강조되어 있는데, 이는 스튜디오 환경에서 생기는 고역의 롤오프와 일치합니다. 이는 연상모델에서는 고려되지 않는데, 이는 위의 Fig. 2를 보면 명확해집니다. Theile은 Fig. 2에 드러난 연상 모델에서, 마이크로폰(microphone)을 통한 레코딩 이후의 믹싱(mixing) 및 마스터링(mastering) 과정을 고려하지 않았습니다. 마이크로폰에 의해 재생된 소리를 헤드폰을 통해 바로 재생할 경우, 당연히 어떠한 선형 왜곡도 발생하지 않습니다. 하지만 믹싱 및 마스터링을 거쳐 미리 고역이 강조된 사운드가 헤드폰을 통해 재생될 경우, 이 때는 당연히 사운드 제작 과정에서 의도하지 않은 선형 왜곡이 발생하게 됩니다.


그러나 이러한 선형 왜곡은 사실 DFE에 내재되어 있는 것은 아니며, 스테레오 사운드 제작 과정에 내재되어 있는 문제입니다. 이는 전적으로 사운드 제작 과정에서 스튜디오 모니터(studio monitor)로부터 리스닝 위치(listening postion)까지, 선형 왜곡이 없는, 플랫한 신호 전달(transmission)이 성취되지 못하는 것에서 생기는 문제이지요. 만약 플랫한 신호 전달이 가능하다면 DFE가 이뤄진 헤드폰은 어떠한 선형 왜곡도 없이, 고품질의 스테레오 사운드 재생이 가능합니다. 그러나 자유음장 조건, 즉 무향실 및 그와 동등한 공간에서의 재생이 아닌 이상 그러한 목표는 달성되지 못하며, 해당 환경에서의 사운드 재생은 고려할 필요가 없을 정도로 비실용적이고 불가능한 목표입니다. 결국 사운드 제작 과정에서, 스튜디오 모니터로부터 리스닝 위치까지 사운드가 전달될 때 생기는 왜곡은 피할 수 없는 일입니다.



1.3 헤드폰 사운드 재생을 위한 요구 조건


Theile의 기존 연상 모델을 수정하여 사운드 제작 및 재생에 관련된 사항을 덧붙이면 Fig. 3과 같이 나타낼 수 있습니다. 폰트 상의 문제로 인해 기존 Fig. 1과 Fig. 2의 M^(-1)은 M'으로 나타내었습니다.


association_model_for_sound_reproduction.png

Fig 3. 사운드 제작 및 재생을 위한 연상 모델



위의 Fig. 3에서 볼 수 있듯이, 사운드 제작 환경에서 만들어진 스테레오 사운드 H는 스튜디오 모니터와 리스닝 룸을 통한 신호 전달 과정에서 생기는 왜곡 H' 하에서 제작자의 의도대로 컨트롤됩니다. 이 경우 H와 H'은 완전히 상쇄되어 1이 되는 상황으로 나타내어질 수 있지요. 당연히 이는 라우드스피커를 통해 이뤄지므로 청각 시스템(auditory system, Fig. 1 참고)에서는 어떠한 선형 왜곡도 발생하지 않습니다. 즉 사운드 제작과정에서 나타나는 이러한 상황이 가장 선형 왜곡이 없는 환경이라고 할 수 있습니다.


한편 라우드스피커를 통해 스테레오 사운드 H를 재생하게 되는 경우, 이 때 사운드 전달 과정에서 생기는 왜곡 H''은 사운드 제작 과정에서 생기는 왜곡 H'와 완벽하게 일치하지 않습니다. 그러나 이는 기준이 되는 리스닝 환경에서 유사한 규모를 가질 것이라 예상할 수 있으므로, H와 H''은 완벽하지는 못해도 어느 정도 적합하게 상쇄될 수 있습니다. 이러한 상황이 H*H'' ≒ 1로 나타내어질 수 있지요. 이 때 생기는 선형 왜곡은 상당히 작은 수준입니다.


그러나 헤드폰을 통해 스테레오 사운드 H를 재생하는 경우, 사운드 전달 과정에서 생기는 왜곡은 존재하지 않으며, H만이 헤드폰으로 입력됩니다. 이 때 헤드폰으로부터 게슈탈트결정 단계까지에서는 어떠한 선형왜곡도 발생하지 않으며(K*M' = 1) 따라서 결과적으로 사운드 재생에서 H로 인한 선형 왜곡이 발생하게 됩니다. 즉, DFE된 헤드폰은 현재 스테레오 사운드 재생에서 불가피하게 선형 왜곡이 발생하게 됩니다.


이를 해결하기 위해서는 헤드폰 이퀄라이제이션에서 DFE와 더불어 라우드스피커를 통한 스테레오 사운드 제작/재생 과정에서 발생하는 H'을 고려해주어야 합니다. 이를 다음 Fig. 4에 나타내었습니다.


association_model_for_sound_reproduction_via_hp_ideal.png

Fig. 4 헤드폰을 통한 이상적인 스테레오 사운드 재생을 위한 연상 모델



헤드폰을 통한 사운드 재생이 위의 Fig. 4처럼 이루어진다면, 헤드폰을 통한 스테레오 사운드 재생은 사운드 제작으로부터 어떠한 선형 왜곡도 발생시키지 않고 플랫을 달성할 수 있습니다. 따라서 스테레오 사운드 재생을 위한 헤드폰의 요구 조건은 H'과 DFE된 헤드폰의 K를 곱한 것으로 얻어질 수 있습니다. 이 때 H'은 사운드 제작에 사용된 시스템에서의 전달함수에 해당하고, K는 DFE의 타겟에 해당합니다. 각각을 라우드스피커/룸 전달함수(loudspeaker/room transfer function) LRTF, 그리고 DFE라고 한다면 헤드폰의 전달함수(headphone transfer function) PTF는



PTF = LRTF * DFE (4)



혹은 로그 스케일로



[PTF] = [LRTF] + [DFE] (4)'



가 되어야 합니다. 바로 이것이 헤드폰 스테레오 사운드 재생의 요구 조건입니다.



1.4 LRTF에 관한 논의


헤드폰에서 적합한 스테레오 사운드 재생을 위해서, 위의 방정식 (4)가 달성되어야 함은 분명해보입니다. 그러나 이에는 LRTF에 대한 논의가 결여되어 있습니다. 즉, 실제 리스닝 룸에서 어떠한 신호 변화가 발생하고, 그 변화를 만들어내기 위해 LRTF가 가져야 할 타겟은 어떠해야 하는지, 또한 방정식 (4)로부터 설계된 헤드폰이 과연 DFE가 이뤄진 헤드폰보다 더욱 선호되는지 실제로 확인해볼 필요가 있습니다. 이를 다루기 위해서는 보통의 프로페셔널 스튜디오 및 리스닝 룸의 음향 조건에 대한 고려가 필요합니다.


한편 골든이어스에서는 실제로 이러한 LRTF를 만들어 이를 헤드폰 이퀄라제이션에 반영하고 있습니다. 골든이어스에서 사용되는 LRTF는 크게 두가지의 보정량으로 구성되어 있습니다.


  • Room 특성에 따른 고음 특성
  • 저음의 잔향시간에 의한 저음 특성


첫번째 'Room 특성에 따른 고음 특성'은, 현재 ISO 2969 권고에 포함되어 있는, 영화 음향 표준 X-Curve(B-chain)을 사용합니다. 두번째 '잔향시간에 의한 저음 특성'은 골든이어스의 자체 실험에 의해 개발되어, 20Hz에서 헤드폰은 6dB, 이어폰은 9dB 가량 증폭하는 형태의 타겟을 사용합니다. (여기서 이어폰이란 IEC 60268-7에서 circum-aural 및 supra-aural 헤드폰을 제외한 것을 의미합니다.) 그러나 이 두 보정량은 비판의 여지가 있습니다.


첫째, 'Room 특성에 따른 고음 특성'에 대한 보정량으로 쓰이는 X-Curve(B-chain)는 실제 스테레오 사운드 제작 과정에서 생기는 LRTF와는 직접적으로 연결되지 않는 보정량입니다. 이는 극장에서 B-chain(영화 사운드트랙의 특정 재생 과정을 의미) 재생의 표준을 위해 만들어진 주파수 응답의 타겟으로서, 그에 관한 자세한 역사는 (Allen, 2006)에서 살펴볼 수 있습니다. (Allen, 2006)에 따르면 현재 X-Curve는 스튜디오의 니어필드 모니터(near-field monitor)와 일치하는 주파수 응답을 가지도록 만들어졌지만, 그렇다고 스테레오 사운드를 제작하는 스튜디오의 모니터링 환경과 동등한 주파수 응답을 가질 것이라 생각할 수는 없습니다. 다만 (Killion, 2012)에 따르면 Killion이 얻어낸 고역의 보정량과 현재 X-Curve의 보정량은 매우 유사합니다. 물론 잠정적 기준으로는 사용될 수 있을지 모르겠습니다만, 사실 X-Curve가 최적의 타겟인지는 알 수 없습니다. 특히 X-Curve가 (IEC 60268-13)이나 (ITU-R BS.1116-1)등의 리스닝 공간에서 생기는 왜곡과 어느 정도의 차이를 보이는지도 알 수 없습니다.


둘째, '잔향시간에 의한 저음 특성'은 가장 문제가 되는 부분입니다. 골든이어스는 자체 청취 실험을 하여 그 보정량을 결정하였는데(토미, 2012), 그 실험의 객관성 및 신뢰성이 가장 의심됩니다. 그래도 그 실험 결과를 인정하고 나서 살펴보자면, 음압 응답에 차이가 없어도 잔향시간에 따른 음량 차이로 인해, 그 음량을 음압으로 보상하겠다는 취지입니다만 역시 문제에 직면합니다.


잔향시간을 포함하는, 시간 응답의 차이로 인해 헤드폰과 라우드스피커 간에 음량 차이가 발생한다는 것은 (Völk, 2011)에서 입증되었습니다. Florian Völk는 음장 내의 라우드스피커와 동일한 시간 응답(원문에서는 time function)을 가지게될 경우, 기존에 6 dB 상실(missing 6 dB)이라 불리던 라우드스피커/헤드폰 간의 음량 차이는 생기지 않는다고 밝혔지요. 즉 스피커와 헤드폰에서 동등한 청각 사건이 발생한다면 그 음량 차이는 발생하지 않습니다(Völk, 2011). 하지만 동등하지 않은 청각 사건이 발생했을 때, 그 음량 차이를 음압으로 보상이 가능하다는 것은 어디에서도 논의된 바가 없습니다. 적어도 보상이 가능하다면 사람이 인지하는 음량의 특징을 정교하게 모델링할 수 있어야 합니다만, 골든이어스 측에서는 이러한 근거는 제시하지 못하였습니다.


이 문제에 관련하여, 실제 공간에서 스피커가 만들어내는 사운드는 매우 복잡하다는 점을 인지해야 합니다. 단순히 기준 음장 내에서 라우드스피커가 형성하는 음압 응답만을 헤드폰의 이퀄라이제이션 기준으로 잡은 것도 이와 무관하지 않습니다.


헤드폰이 공간 내에 설치된 라우드스피커와 동일한 시간 응답을 가질 수 없음은 분명합니다. 따라서 헤드폰에 대해서는 주파수 웨이팅으로 그 요구 사항이 축소됩니다. 다시 말해, 헤드폰은 공간 내에 설치된 라우드스피커와 같은 "음색(timbre)"의 사운드를 재생해야만 합니다. 이 요구 사항에 대한 해석이란, 주파수 응답의 크기(i.e. 음압)가 헤드폰에서 재생하는 것과 라우드스피커가 재생하는 것이 서로 같아야 함을 의미합니다. 이 해석은 헤드폰의 일반적인 설계 기준을 구성합니다(MØller, 1995)


따라서 현재 골든이어스에서 사용되는 LRTF 타겟은 기각되어야 옳습니다.


다음 절에서는 실제 스테레오 사운드 재생에 적합한 LRTF 타겟을 음압 응답에 기초하여 살펴봅니다. LRTF 타겟이 성립될 수 있다면, 해당 LRTF 타겟과 DFE 타겟으로서 헤드폰 이퀄라이제이션은 완료되며, 스테레오 사운드 재생에 가장 적합한 헤드폰을 정할 수 있게 됩니다.



* 참고 문헌


당근, <이어폰/헤드폰의 타겟 곡선에 관하여 - Lorho 박사의 연구 다시보기>, 2012

http://goldenears.net/board/2194057


토미, <골든이어스 그래프 표기방법 (헤드폰/이어폰)>, 2011

http://goldenears.net/board/1557658


토미, <주파수 응답특성 그래프 (측정데이터와 인지특성의 연관성)>, 2012

http://goldenears.net/board/2056288


山米舛Headphone Equalization, 2010

http://rinchoi.blogspot.kr/2010/05/headphone-equalization.html


山米舛, 골든이어즈의 고역 보정은 왜 옳지 못한가?, 2011

http://goldenears.net/board/1564198


Florian Völk and Hugo Fastl, Locating the Missing 6 dB by Loudness Calibration of Binaural Synthesis, AES 131st Convention, New York, USA, October 2011


Gaëtan Lorho, Subjective Evaluation of Headphone Target Frequency Response, AES 126th Convention, Munich, Germany, May 2009


Günther Theile, On The Standardization of the Frequency Response of High-Quality Studio Headphones, JAES Vol. 34, No. 12, December 1986


Günther Theile, On The Localisation in the Superimposed Soundfield, Technische Universität Berlin, Dr.-Ing. Thesis, 1980


Henrik MØller, Clemen Boje Jensen, Dorte HammershØi, and Michael Friis SØrensen, Design Criteria for Headphones, JAES Vol. 43, No. 4, April 1995


IEC 60268-7, Sound System Equipment - Part 7: Headphones and Earphones, International Electrotechnical Commission, 2010


IEC 60268-13, Sound System Equipment - Part 13: Listening Tests on Loudspeakers, 1998 


Ioan Allen, The X-Curve: Its Origins and History, SMPTE Motion Imaging Journal, July/August 2006

http://www.dolby.com/uploadedFiles/zz-_Shared_Assets/English_PDFs/Professional/Dolby_The%20X-Curve__SMPTE%20Journal.pdf


ITU-R BS.708, Determination of the Electro-Acoustical Properties of Studio Monitor Headphones, 1990


ITU-R BS.1116-1, Methods for the Subjective Assessment of Small Impairments in Audio System Including Multichannel Sound Systems, 1997


Mead C. Killion, Adapting Villchur's Loudspeaker-Copying-Loudspeaker Demonstrations to Earphones, ALMA Internataional 2012 Winter Symposium, Las Vegas, January 2012

http://almin.memberclicks.net/assets/Documents/WinterSymposia/InvitedPapersWS2012/adapting%20villchurs%20loudspeaker%20copying%20demos%20to%20earphones-alma%20ws%202012.pdf



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timijoo

2012.08.08 10:26
갑자기 글이 사라져서 당황했는데 업그레이드 중이었군요. 좋은 글 감사합니다.
.... 헤드폰 별로 잔향 특성을 죄다 측정해서 아쿠디오로 보정해 버리고 싶군요 ㅜ
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timijoo

2012.08.08 10:29
그렇다면 LRTF + DFE를 헤드폰으로 완벽하게 실현하면 스피커로 듣는 것과 와ㄴ벽하게 같은 음색을 들을 수 있나요? HTRF를 고려하지 않았으니 공간감은 없겠지만요.
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당근

2012.08.08 10:44
넵 적어도 토널리티면에서 아무런 문제가 업씁니다.
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[_H__]밑힌자™

2012.08.08 10:50

저도 그 글이 어디 갔나 했습니다 ㅎㅎ

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당근

2012.08.19 00:50

아무래도 2부를 마무리하려면 좀 방대하게 공부를 해야 할 것 같습니다. 룸 어쿠스틱도 많이 봐야 하고, 심리음향 쪽도 봐야 뭔가 제대로된 글을 쓸 수 있을 것 같군요. 올해가 지나도 마무리가 안 될지 모르겠슴다. ㅠㅠ

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발짐

2012.08.19 01:09

제가 무식해서 그런지 모르겠지만 이 정도 논문이면 박사학위도 받을 수 있을 것 같아보입니다.;;

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당근

2012.08.19 01:13

에이 이 정도로는 못 받아요. :-) 학사 논문 수준도 앙댐.

기본적으로 아마추어가 쓰는 거라 보강해야 할 게 한둘이 아닐 검다.

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duncan

2012.08.25 14:28

재미 있는 글 대단히 감사합니다. 이런글 보면 놀라울 따름입니다.

 

"결국 헤드폰 이퀄라이제이션의 최종적인 목표는 가장 스테레오 사운드 재생에 적합한 결과를 얻는 것입니다."

 

이 말이 가장 저에게는 다가 오는 것 같습니다.....조건에...선형이라는 것이 있어서 어느정도..이해하고 있습니다.

그럼 비성형이 들어가게 되면.....위의 글은 결국 의미없는 것이 되어 버리는 걸까 하고 생각하게 되기도 하네요..

 

예를 들어 .이퀄라이제이션을 잘 한놈을 여기 사이트에서 측정하여 올려 놓았길래..그걸..샀는데...

내가 가진 스테레오 사운드 재생에 적합하지 않은 헤드폰이 첨음시에 더 스테레오 사운드 재생에 접합하게

판단된다?/.....뭐 이럴때 말입니다..ㅎㅎ... 하지만 연구와 학문을 이런씩의 예로 넘어가 버릴 순 없겠죠..

더군다나 요즘 같이 해드폰이의 시장이 커지고 있는 시점에서 말입니다...시장이 커지면..무순한 학문과

인력이 유입되는 효과를 볼수 있는데 말이죠..

 

옛 논문들을 검색해 가며 공부하시는 걸 보면 이쪽의 발달이 거의 없는 한국에서 조금의 빛은

보이는 것 같습니다.. 옛부터 해드폰 평가에 참여하여..시장의 해드폰의 점수를 매기는

(왠지 지나다니는 여자 점수 매기는 것처럼 들리기는 하는데.,절대 그런거 아닙니다...) 행위 하는

 분들은 꽤 있었는데..여기에 가끔 들르면 마치 하나의 lab를 보는것 같기도 합니다.

 

언젠간 저희 나라에서도 글로벌 한 좋은 headphone 회사가 하나 나오지 않을까요?

(크레신도 피아톤으로...국내가 아닌 미국 일본에서 열심히 노력하는 회사중에 하나이긴 하죠)

논의 토의를 거친 headphone 말입니다.

이론에 의해, 논의를 거친..headphone..말입니다...

거짓으로 말만 앞선 이론이 아닌...순수 headphone을 위한 이론과..논의를 거친..headphone...이 되는 거죠..

 

2탄을 기대 하겠습니다.

감사합니다..

 

 

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