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山米舛

헤드폰과 이어폰의 공간감에 대하여

2008/08/26

보통 우리가 기기사이트에서 헤드폰이나

이어폰에 대한 사용기를 쭉 읽어보면-

청취자가 느끼는 음악 속의 공감각적인 느낌을

언급할 때 주로 ‘공간감’이라고 표현하지요.

하지만 그게 대체 음의 어떤 요소를 언급하고 있는 건지-

그리고 그 사용기에서 언급되는 ‘공간감’이란 용어가

스피커와 생음악을 들을 때 생기는 공간감과 같은 느낌을

언급할 때 쓰일 수는 있는 건지-

정말 애매모호하기 그지 없습니다.

그런고로 ‘헤드폰과 이어폰의 공간감’에 대해서

함 파헤쳐 보십시다.

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헤드폰과 이어폰의 공간감에 대하여
The Soundstage in Your Headroom

◎ 개요

① 방향을 느끼는 기준

② 거리와 깊이를 느끼는 기준

③ 헤드폰과 이어폰의 공간감

④ 문제점과 해결책

⑤ 결론은?

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※ 머리글

본문에 앞서서,

일단 Asurada님의 공간감에 대한 글을 읽으시고

대략적인 공간감에 대한 정의를 파악해 보시는 것이

본문의 내용을 이해 하시는데 있어서 큰 도움이 되리라 생각됩니다:
http://www.cdpkorea.com/zboard4/zboard.php?id=faq&no=5079

>>> 혼동하기 쉬운 ‘음상과 정위’의 정의:
(한글: Asurada님의 주석 / 영문: Wikipedia.org 에서 발췌)

음상(音像): 재생 계통이나 소스 차원에서 조절 가능한, 음악 속에서의 각각의 악기나 보컬들의 공간심리적 위치.
(Stereo imaging: Stereo Imaging, an aspect of sound recording and reproduction concerning spatial locations of the performers)

정위(定位): 청취자의 입장에서 음의 위치를 인지하는, 거리감이나 높낮이 등의 실제적인 느낌.
(Sound Localization: In acoustics, sound localization describes how our ears find the direction of a sound source)

>>> 참고로 공간감을 스테이징(staging)이라고 쓰는 표현은, Burn-In을 에이징(aging)이라 표현하는 것이나 이어폰과 헤드폰을 리시버라 부르는 것 같이 한국에서만 쓰인다고 보시면 됩니다. 정확한 명칭은 사운드스테이징(Soundstaging) 입니다.

>>> '리시버'라는 용어 또한 한국에서만 쓰이므로 이 글에서는 헤드폰, 혹은 이어폰이라고만 표현 하겠습니다.

>>> 이 글에서는 헤드폰과 머리 사이의 공간을 임의로 Headroom(헤드룸; n. 출입문·탈것 따위의 머리와 천장 사이의 거리[공간])으로 지칭 하겠습니다. 오해가 없으시길 바랍니다.

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◎ 개요

우선 헤드폰과 이어폰에서의 공간감,

즉 헤드룸의 공간감이 어떤 것인지 알아보기 이전에-

인간이 어떤 식으로 소리를 듣는가,

그리고 어떤 요소를 통해 어떤 방식으로

공간을 감지 하는가에 대해서부터

알아보는 것이 순서겠지요.

대전보건대학 음향기술연구소에 계시는

강성훈 박사님의 말씀을 잠시 빌려 오자면,

인간은 “약 20cm 정도 떨어져” 있는 두 귀를 이용해서

“머리와 귓바퀴 등에 의한 반사, 회절, 차폐, 공진”을

이용하여 소리를 듣는다고 합니다.
(Kang, "입체 음향 오디오와 재생 음향 환경" 1)

그리고 여기에는 방향 지각(방향감; Directional perception)과

거리 지각(거리감; Distance perception; Spatial Impression)이

음향적인 공간감을 지각하는 요소가 됩니다. (Shaw 135)

사람은 방향 지각을 인지할 때

양이兩耳 단서(Binaural cue)와

편이片耳[여과] 단서(Monaural (filtering) cue)를,

그리고 거리 지각을 인지할 때

음량감(Loudness perception),

확산감(Spectral perception),

그리고 잔향감(Reverberation perception)을 이용합니다.
(Schroeder 1)

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① 방향을 느끼는 기준

이중 이론(Duplex Theory)으로도 불려지는 [양이 단서]는,

청취자의 방위각(azimuth, 前後左右)에서의 정위를 인지하는 단서로써

두 귀 사이의 시간차(兩耳間時間差; Interaural Time Difference; ITD)와:

http://www.dcs.gla.ac.uk/research/gaag/dell/report.htm

두 귀 사이의 음압(파동)차(兩耳間强度差; interaural intensity difference; IID)로 구분되며:

http://www.dcs.gla.ac.uk/research/gaag/dell/report.htm

ITD는 중저역대 (100 Hz ~ 1.5 kHz; 100 Hz 이하는 무지향성),

그리고 IID는 고역대 (1.5 kHz~)에 영향을 끼칩니다.

“In general, a sound is perceived to be closer to the ear at which the first wavefront arrives, where a larger ITD translates to a larger lateral displacement. However, at frequencies above about 1500 Hz, the wavelength of sound becomes comparable to the diameter of the head, the head starts to shadow the ear farther away from the sound, and ITD cues can become ambiguous. At these higher frequencies, the IID generated by head shadowing becomes important to perceptual decoding of azimuth angle.” (Wakefield 58)
"통상- 음은, ITD가 클수록 더욱 커다란 측면 변위로 인식되어 음파가 먼저 도달하는 쪽의 귀에 더 가깝다고 느끼게 됩니다. 그러나, 1500 Hz 이상의 주파수에는 음의 파장이 머리의 직경과 대등해지고, 머리가 음원에서 보다 먼 쪽의 귀를 가리므로, 따라서 ITD 단서는 애매해 질 수 있습니다. 이러한 고역에서는, 머리의 여과 효과로 생긴 IID가 방위각의 인지에 있어서 중요한 요소가 됩니다."

음파의 중요한 성질 중 하나는, 바로 자신의 파장보다 긴 길이의

물체에서는 멈춰지고, 짧은 길이의 물체엔 비켜 나아간다는 겁니다.

1500 Hz 언저리의 음파는 대략 머리의 직경(약 20 cm; 8 in)과

같은 파장을 가지고 있습니다. 파장이 머리의 직경보다 긴,

약 1500 Hz 이하의 저역에서는 음파는 머리 직경에 따른 음 여과 현상에

영향을 받지 않으므로 양 귀 사이의 위상차(Phase Difference)가 발생하여

양이 단서 인지의 주 역할을 하게 됩니다.

그러나 파장이 머리 직경보다 짧아지는 1500 Hz 이상에서는

위상차가 발생하지 않으므로 ITD의 단서가 모호해지며-

따라서 IID가 방위각의 인지를 대신하게 됩니다.

고음이 머리를 돌아 나아가지 못하고 멈춰지게 되어,

머리의 음 여과 현상(Head Shadow)에 의한

시간차가 점점 커지는 거지요.

IID는 0.8초 정도의 시간차에 가장 민감합니다.
f = c/λ (f:주파수 c:음속 λ:파장)

다만, IID는 ITD에 비해 정위감에 미치는 영향이 상대적으로 미미하기에,

양이 단서의 핵심 요소는 ITD라는 사실을 염두 해 두셨으면 합니다.

http://sdac.kaist.ac.kr/projects/index.php?mode=robotear

[편이 단서]는 청취자의 고도각(elevation, 上下)에서의

정위를 인지하는 단서로써, 귓바퀴, 머리, 어깨, 몸통 등

청취자의 신체 부위가 특정 음을 여과하는 현상; 머리전달함수를 이용합니다.
(頭部伝達関数; Head-related transfer function; HRTF)

상기 언급된 IID도 머리전달함수 중 일부에 해당하지요.

특히, 편이 단서의 가장 큰 영향을 끼치는 요소는-

6-8 kHz 와 12 kHz 언저리에서

음원의 고도각에 따라 다르게 반응하는 귓바퀴의

음 여과 효과(Pinna notch filtering)입니다. (Kendall 125)

이렇게 여과된 청각 정보는 外耳 - 中耳 - 內耳를 통하여

뇌의 청각 피질(Auditory cortex)에서 처리되게 됩니다.

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② 거리와 깊이를 느끼는 기준

[거리 지각]는 청취자와 음원 사이의 심도 인지로써,

양이 단서와 편이 단서에서의 정보가 모두 쓰인다고 합니다만,

여기서 가장 중요한 것은 음의 진폭(음량)으로써-

인간이 거리를 감지할 때의 가장 직접적인 단서가 됩니다.

역자승법칙(Inverse square law)에 의해서 거리가 늘어나면

늘어날수록 음량은 사그러들게 되니까 말이죠.

(Kang, "2채널 입체 음향 제어 시스템의 알고리듬" 411)

거리 지각은 음량감, 확산감, 그리고 잔향감으로 나뉘고,

음량감은 음의 높낮이로, 그리고 확산감과 잔향감은

실내 공간에서 반사되는 음의 양으로 심도를 결정하게 됩니다.

먼저 음량감. 음량감에 대해 알아보려면,

우선 인간이 음량에 가장 민감하게 반응하는

음대역에 대해 확실히 해둘 필요가 있습니다.

여기서 다시 한번 강성훈 교수님의 말씀을 인용하자면,

2.5~5 Khz 언저리는 "인간의 청각이 가장 예민"하고,

"음의 선명도나 음상의 정위등을 결정"하며

"보컬의 배음이 위치하는" 대역이라고 합니다.

SoundBlaster시리즈로 유명한

Creative社의 입체 음향 개발 계열사인

Sensaura社에서 내놓은 개발 백서,

An introduction to sound and hearing를 보시지요:

“The central cavity…is around 15mm in depth and so the quarter wavelength resonance associated with this is about 5.7 kHz. In practice, this resonance can amplify the sound pressure levels by 10 dB or more. The auditory canal is about 25mm in length and around 7mm in diameter, which gives rise to an additional λ/4 resonance at 3.4 kHz…providing a similar amplication of the signal of about 10 dB. In all, the outer ear boosts the sound signals by more than 20 dB at 3 kHz.” (Sibbald 6)
"이갑개부(耳甲介部, Concha)의 깊이는 대략 15 mm 이며, 따라서 이갑개부의 공명 대역은 5.7 kHz 언저리입니다. 실제로, 이 공명은 음압을 10 dB 이상 증폭시킬 수 있습니다. 그리고 이도(耳道)의 길이는 대략 25 mm이며 직경은 7 mm 정도인데 이는 추가적으로 3 kHz 언저리에서 음압을 10 dB 이상 증폭하는 결과를 가져오게 됩니다. 결과적으로, 외이(外耳)는 3~5 kHz 언저리에서 음압을 20 dB 정도 증폭 시킵니다."

또한 미국 데이비스 캘리포니아 주립대학(U.C. Davis)의

CIPIC 연구소에서는 특정 각도의 신호에 인간의 귀가

어떻게 반응하는 지에 대한 연구를 실시합니다.

그리고 2001년, 그 연구의 결과를 토대로,

머리전달함수에 대한 논문을 발표합니다:
"The strong response…around 5 kHz corresponds to the quarter-wavelength depth resonance...In the frequency-domain, most HRTFs exhibit the prominent depth resonance around 3 to 4 kHz…" (Algazi 101)
"5 kHz 부근의 강한 응답은 이도의 공명 현상과 상응하며...주파수 영역에서 대부분의 머리전달함수는 3~4 kHz에서 현저한 공명 현상을 보입니다..."

상기된 Sensaura社의 개발 백서와

CIPIC 연구소의 논문에 따르면,

사람의 귀는 3~5 kHz 사이의 영역에서

음압의 증폭 현상을 보인다고 합니다.

그렇다면 이론적으로 이도와

이갑개부의 공명 주파수를 산출 해 보겠습니다.

일반적으로 약 2.5 cm 깊이를 가진 이도와

1.5 cm 깊이를 가진 이갑개부의

공진 주파수를 구하는 공식은:
(한쪽이 뚫린 관; 一端開口管)

λ= c/(4L) (quarter wave)
λ= 음의 파장 (Hz)
L = 관의 길이; 2.5 cm
c= 음파의 속도; 34,421㎝/s at a normal room temp (21˚C)
*공진주파수는 여러가지 외부적 변수(온도,귀 크기 등)로
인하여 충분히 그 영역이 변할 수 있습니다.

따라서,

이도의 공진 주파수:
= 34,421/(4*2.5)
= 3,442.14 Hz

이갑개부의 공진 주파수:
= 34,421/(4*1.5)
= 5,736.83 Hz

로써 정확하게 맞아 떨어집니다:

* 등청감곡선; Equal-Loudness Curve에 대하여:
http://www.cdpkorea.com/zboard4/zboard.php?id=review&no=9543

이러한 귀의 공진성으로 인해 생기는 민감한 대역은

음량이 절대적인 영향을 미치는 음량감을 좌우하게 되는거지요.

“These resonant properties are vitally important in spatial hearing, for they modify differently the spectral properties of the sound energy passing into the auditory canal for sound originating in different directions." (Sibbald, 6)
"귀의 공진성은, 각 방향에서 이도로 들어가는 소리의 파형의 성질을 별도로 변화시키기에, 공간감의 인지에 있어 매우 중요한 역할을 하게 됩니다."

그리고 거리 지각의 또다른 요소인 확산감과 잔향감.

확산감과 잔향감을 조성하는 반사음(Reflected sound)은

주로 공연장, 녹음실 같은 폐쇄된 공간에서

음원에서 바로 발생하는 직접음(Direct sound)으로

인해 생기게 되는데, 이와 같이 분류 됩니다:

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/acoustic/reverb.html#c1

가장 먼저 청취자에 도달하는 직접음은 음상을 정위하게 되고,

직접음을 따라 공간에 반사되어 직접음 이후

20~50ms (음악은 20~80ms) 안에 도달하는

초기 반사음(Early Reflected Sound)이

뒤따르며 해상도의 향상과 더불은 확산감을 만들어내고,

그리고 그 이후에 모든 방향에서 지속되는 반사음의 집합체인

잔향음(Reverberation)이 잔향감을 이끌어 내게 됩니다.

이와는 별개로, 직접음과 시간차가 90ms 를 넘은 반사음은

자연스러운 현장감에 악영향을 끼치는 메아리(Echo) 현상으로 인지됩니다.
http://www.diracdelta.co.uk/science/source/r/e/reflected%20sound/source.html

"실내에서 음을 방사시키면...직접음 이외에 다수의 반사음이 겹쳐진다. 이들 반사음은 반사면의 성질에 따라 진폭이나 위상이 변화되고, 동시에 직접음에 비해 시간적으로 늦게 도달하는 성질이 있다. 실내에서 박수 소리와 같이 지속 시간이 짧은 음을 내면, 그 반사음 그룹의 울림을 들을 수가 있다. 이것이 殘響(reverberation)이며, 반사음이 분리되어 들릴 경우에는 에코(echo)라고 한다...(Kang, "2채널 입체 음향 제어 시스템의 알고리듬" 410)

직접음과 최초 반사음 사이에 시간차가 크면 클 수록,

청취자는 공연에서 소외된 느낌을 받게 됩니다.

이는 곧 "현장감"과 "친밀감"의 결여로 이어지게 되지요.

수치적 연구에 따르면, 최초 반사음은 직접음이 발생한

30ms 안에 도달하여야 합니다. 그리고 그 시간차가

50ms 를 넘기 시작하면 청취자는 소외감을 느끼게 되는거지요.
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/acoustic/arcaco.html#c6
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/acoustic/refdel.html#c1

초기 반사음과 달리 잔향음은 음원의 해상도를 저하 시킵니다만,

또 자연스러운 공간감을 위해 없어서는 안될 필수 요소이기도 합니다:

"공간적 효과(Spatial Impression)에는 여러 방향으로부터의 반사음을 재생함으로써 마치 콘서트 홀에 있는 것과 같은 느낌을 주는 방법과 잔향음을 이용하여 소리의 확산 효과를 제공함으로써 실제로 존재하는 공간과 같은 곳에서 음을 듣는 듯한 느낌을 주는 방법이 있다. 전자는 초기 반사음(Early Reflections)에 의해, 그리고 후자는 지연 시간이 긴 잔향음(Reverberation)에 의해 효과를 얻을 수 있다." (Kang, "오디오의 심리음향" 49)

또한 모든 반사음은 指數(Exponential)적으로 소멸되며:

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/acoustic/reverb.html#c3

그 음량이 -60 dB로 될 때까지 걸리는 시간을

잔향 시간(Reverberation Time)이라고 하는데,

음의 반사가 많은 공간에서는 이 잔향 시간이 길어지고

그와 반대되는 공간(무향실)에서는 잔향 시간이

극히 짧아지거나 아예 없어집니다.

"잔향은 음원이 정지된 후에 60 dB 감쇠할 때까지의 시간을 잔향 시간이라 하지만, 실제로는 잔향감은 반드시 잔향 시 간에 비례하지 않는다." (Kang, "2채널 입체 음향 제어 시스템의 알고리듬" 410)

* 밀폐된 공간에서의 최적 잔향 시간은 통상 1.5~2 초라고 합니다:
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/acoustic/revtim.html#c3

강성훈 교수님의 말씀에 따르면,

이 잔향 시간은 공간의 크기에 비례하고

실내 표면적/흡음률에 반비례 한다고 합니다.

따라서 공간감은 반사음 밀도(공간의 크기)와

직접적인 관계가 있으며

잔향감은 실내 흡음률과 관계가 있습니다.

만일 흡음률이 일정하면 실내의 크기가 변해도

같은 정도의 현장감을 느끼게 됩니다.
(Kang, "2채널 입체 음향 제어 시스템의 알고리듬" 412)

이쪽으로 가시면 잔향 시간을 직접 계산해 보실 수 있습니다:
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/acoustic/revtim.html#c4

또한 반사음은 선행 효과(Precedence effect)와도 연관이 되는데,

이는 국내 음향기업인 3S Technology의

'음향의 이해'쪽을 보시겠습니다:

"만약 직접음과 반사음이 청취자에게 도달되는 시간 차이가 35ms이내일 경우 우리는 직접음과 반사음의 차이를 느낄 수 없다. 만약 두가지 비슷한 소리가 35ms 이내의 시간 차이로 들릴 경우 그 소리의 위치는 먼저 도착된 음의 방향으로 인식이 된다. 이 현상을 선행 효과 또는 하스 효과(Hass effect)라고 한다"

http://www.3stech.co.kr/sub_05/mu_09.html

참고로 헤드폰이나 이어폰은 올바른 정위를 위해 음원의 위치를

조절할 필요가 없으므로, 스피커의 약점이라 할 수 있는-

선행 효과로 인한 불안정한 방향성(Directional Unstability)에서 자유롭습니다.
(Kang, "오디오의 심리음향" 49)

메아리(Echo) 현상은 주로 통상의 잔향음보다

비정상적으로 크게 들리는 반사음을 일컫습니다:

이러한 메아리 현상 및 불필요한 공진 현상을

방지하기 위해 헤드폰 제조사들은

하우징(Enclosure)의 재질과 구조를 변형하고

하우징 내부에 흡음재를 삽입하게 됩니다.

마지막으로,

반사음이 존재하지 않는 개방 공간에서는

확산감/잔향감 대신 고역의 음색(Timbre) 변화를 이용합니다.

저음은 파장이 고음보다 길기 때문에

더욱 먼 거리를 나아가는 성질을 가지고 있는데,

따라서 멀리 떨어진 음원으로부터 오는 신호는

고역이 어느정도 감소되어 들리게 됩니다.

보통, 공연장을 설계할때는 이러한 음의 특성을 염두하고

효율적인 반사음의 적용을 통해 음색 변화를 막습니다.
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/acoustic/baslos.html#c1

이렇게 우리는 방향 지각과 거리 지각을 통하여

소리의 3차원적인 요소를 인지합니다.

생음악이나 스피커를 들을 때도 물론 같은 이치지요.

그럼 헤드폰이나 이어폰이 가지는 특유의

공간을 감지할 때는 과연 어떨까요?

우리는 헤드룸에서 이러한 단서를

모두 이용하여 공간을 인지 할 수 있는 걸까요?

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③ 헤드폰과 이어폰의 공간감

그럼 여기서 잠깐 Foobar2k의 헤드룸을 위한 Crossfeed DSP인

Bauer stereophonic-to-binaural DSP를 만드신

Boris Mikhaylov氏의 말씀을 보시겠습니다:

"What’s missing in headphones is the sound going from each channel to the opposite ear, arriving a short time later for the extra distance traveled, and with a bit of high frequency roll-off for the shadowing effect of the head. And the time delay to the far ear is somewhat longer at low frequencies than at high frequencies." “헤드폰에 없는 것- 그것은, 각 채널에서부터 그 채널의 반대쪽 귀로 추가적인 거리를 타고 와서 조금 늦게 도착하는 음(주: 양 귀간 시간차; ITD)과, 청취자의 頭部에 의해 생기는 약간의 고역의 감쇄효과(주: HRTF) 입니다. 그리고 반대편 귀 쪽으로의 시간차는 저음이 고음보다 더 길지요.” http://bs2b.sourceforge.net/

Mikhaylov씨의 말씀대로,

헤드룸에서는 생음악이나 스피커를 듣는 것과 달리-

방위각의 정위를 인지하는 시간차(ITD)와

고도각의 정위를 인지하는 신체여과 효과(HRTF)가

발생하지 않으므로 양이 단서와 편이 단서가 모두 사라집니다.

따라서 자연스러운 방향 지각이 생길 수 없는 거지요.

방향감 없이 오직 원 소스에 기록된,
(무향실에서 녹음된 자유 음장; Free field과 잔향실에서 녹음된 확산 음장; Diffusion field)

음의 진폭에서 나오는 음량감과

반사음에서 비롯된 확산감, 잔향감에 의해 생기는

거리 지각의 왜곡된 음상(Distorted sound image)만이

헤드룸이 가지는 공간감(Soundstage)의

한계라고 할 수 있겠군요. 방향감이 없으니 소리는 머릿 속,

혹은 귀의 가까운 주변에 갇히게 되고, 선행 효과로 인해

음상은 자연스레 이마 윗 쪽으로 몰리게 됩니다.
(Sound lateralization)

또한, 이렇게 불완전한 공간감으로는,

원 소스에서(혹은 엔지니어/음악가) 의도하는

대로의 음상이 정위될 수 없으므로,

엄밀한 의미에서의 ‘하이파이’적인 음감은

결코 할 수 없다고 보는 것이 타당하겠습니다:

“High fidelity or hi-fi reproduction is a term used by home stereo listeners and home audio enthusiasts (audiophiles) to refer to high-quality reproduction of sound or images that is very faithful to the original master recording.” “고음질, 혹은 하이-파이 재생은, ‘원 마스터 녹음에 매우 충실한 음이나 음상의 고품질 재현’을 일컫기 위해 가정 스테레오 청취자와 가정 오디오狂(오디오 애호가)들에 의해 쓰여지는 용어입니다.” http://en.wikipedia.org/wiki/Hi-fi/

이런 헤드룸의 불완전한 음상을 보완하기 위해,

헤드폰 제조 업체에서는 보통-

없는 방향감 대신 유닛 자체에서의 특정 음역대를 증폭하거나

감쇄하여 음량감의 자연스러운 확장을 도모합니다.

또한 어떤 제품들은, 하우징의 공진 특성을 최대한

이용하여 확산감과 잔향감을 임의로 생성하기도 하지요.

몇몇 헤드폰이나 이어폰에 확산 음장이 적용된 이유도 같은 맥락입니다:

http://www.headwize.com/articles/judging_art.htm

또한 오픈형 헤드폰의 하우징이 개방된 이유도 마찬가지라고 할 수 있겠습니다.

(다만 AKG社의 K-1000의 경우에는 예외인데, 양 유닛의 각도를 조절하게 되면 바이노럴 소스를 들을 수 있는 훌륭한 Earspeaker로 변합니다)

간혹 이도의 공진을 차단하는 커널형 이어폰(In-Ear Monitor) 중에

3~5 kHz 영역이 증폭되지 않은 제품들이 있습니다만,

그런 제품은 헤드룸의 불완전한 공간감에

부자연스러운 음량감이 더해지는 무서운 결과를 초래하여

매우 이질적이고 인위적인 공간감을 가지게 됩니다.

이와 같이

헤드룸에서는 방향감을 전혀 느낄 수 없기에

기존 ‘공간감’의 정의가 적용되지 않습니다.

따라서 헤드룸의 공간감의 깊이는 거의 대부분

‘음원에 기록된 공간 정보’에 의존한다고 봐야 맞겠지요.

하면- 헤드룸에서의 불완전한 공간감을 좀

시원하게 상쇄할 수 있는 방법은 과연 없는 걸까요?

그 해결책에 대해서는 4장에서 언급하도록 하겠습니다.

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④ 문제점과 해결책

헤드룸이 가진 고질적인 문제점을 고칠 수 있는

여러 가지 방법이 있긴 합니다만,

그 중 헤드룸의 단점을 가장 잘 상쇄시킬 수 있는 방법은,

바로 머리전달함수(Head-Related-Transfer-Function)를

이용하여 헤드폰이나 이어폰이 가지고 있지 않은 방향감을

임의로 만들어 내는 겁니다.

HRTF는, 채널의 반대쪽 귀에 닿는 음에 사실적인 딜레이(ITD)와,

신체부위가 가로막는 음역의 감쇄(HRTF)를 모두 시뮬레이트하여-

실감있는 양이 단서와 편이 단서를 만들어 냅니다.

그리하여 음상이 헤드룸 바깥으로 빠져 나오도록 유도하는 거지요.

따라서 음상은 스피커의 그것과 마찬가지로 청취자의 전면에

자연스럽게 형성됩니다. 이렇게 되면 사운드 엔지니어가

의도한 대로의 음상 정위가 가능해 지겠지요?

여기서 중요한 점은, HRTF를 완벽하게 응용하려면

반드시 헤드폰이나 이어폰의 응답성이 평탄해야 한다는 점입니다.
(Etymotic社의 ER-4S 등이 이에 해당합니다)

>>> HRTF의 실기에 대하여:

- http://www.cdpkorea.com/zboard4/zboard.php?id=faq&page=1&sn1=&divpage=1&sn=off&ss=on&sc=off&keyword=hrtf&select_arrange=headnum&desc=asc&no=5255

또 한가지로 헤드룸이 가진 공간감의 단점을 상쇄할 수 있는 방법은,

Dolby社나 SRS社 등의 가상 입체음향 전문 회사의 DSP를 써서

정위를 청취자의 사방에 퍼뜨리는 겁니다.

물론 입체 음향이 차세대 음향 기술로써,

영상의 시공간적 정위감의 향상 및 3차원적인 음상의 형성에

크게 기여를 한다는 사실은 뭐 틀림이 없습니다만-

현재의 가상 입체 음향 기술로는,

스테레오라는 2채널 소스의 한계를 가지고

음원에서의 각 악기를 최적화된 위치
(= 음악가/음반제작자가 의도한 위치)

에 정위할 수 없습니다. 언제까지나 입체 음향은

다중 채널에 최적화된 다중 채널 소스와

결합해야 비로소 그 진가가 발휘되는 것이죠.

다만 부분적으로 HRTF의 효과를 시뮬레이트한

몇몇 입체음향 DSP들은 그래도 제법 들어줄 만 하다는 게 통설이긴 합니다.
(Panasonic社의 Personal Surround 등)

마지막 방법으로는, foobar2k의 DSP체인이나 여러 기성 앰프에도

내장되어 있는, Benjamin Bauer, Siegfried Linkwitz, Chu Moy, Jan Meier,

John Conover, 그리고 Headroom社 등 여러 엔지니어들이 개발한

Crossfeed 필터를 이용하는 겁니다:

어떤 헤드폰이나 이어폰에도 적용 가능한

이 Crossfeed 필터는, 불완전한 헤드룸의 공간감에

양 채널의 2 kHz 이하의 대역을

300 µs 정도 시간차를 두고 서로 교차하여

가상의 양이 단서를 만들어 냅니다만-

문제는 이 Crossfeed 필터를 통과한 공간감이라는 것이

HRTF에 비해서 자연스럽지 못하다는 데에 있습니다.

(Chu Moy氏는 원 Crossfeed 필터의 감쇠비를 1:6에서 1:3으로 낮춤으로써 전체적인 음량을 3dB 가량 끌어올려 고역 감쇠를 억제하게 됩니다. 또한 Meier-Audio의 창시자 Jan Meier氏는 Chu Moy氏의 Crossfeed 필터가 700 Hz 이하의 저역을 지나치게 증폭한다는 사실을 발견하고, 단점을 상쇄하면서도 구현이 손쉬운 필터를 설계 했습니다.)

이 글에서 언급되고 있는 통상의

스테레오 재생과는 개념이 조금 다르긴 합니만-

사실 이론상으로는,

사람 머리 모양과 같은 마네킹의 양 귀에 마이크를 넣고
(더미헤드 녹음; Dummy head Recording)

연주자 앞에서 녹음한 순수한 바이노럴(Binaural) 소스를,

아무런 음적 후처리(Equalization 등)도 거치지 않고

바이노럴 재생에 최적화된 헤드폰 혹은

이어폰으로 재생하는 것이 자연스러운 공간감을

얻을 수 있는 최상의 방법이긴 합니다.

그러나 문제는 바이노럴 음반을 접하기가 매우 어렵고,

또한 바이노럴 음원에 최적화된 이어폰/헤드폰은

현재로써 Etymotic社의 ER-4B 밖에 없다는데 있습니다.
(바이노럴용으로 가변 가능한 AKG K-1000은 이미 단종)

그리고 몇몇 바이노럴 음반들은

통상의 헤드폰이나 이어폰으로 재생하여도

적당한 공간감이 나도록 음역을 교정하기도 합니다만,

그렇게 되면 그건 엄밀한 의미의

바이노럴(兩耳) 재생이라고 할 수 없을 것입니다.

어쨌거나 개념이 다르니만큼, 그리 깊게 다루지는 않기로 하겠습니다.

바이노럴에 대해 더 자세히 알고 싶으신 분들은 이쪽으로:
http://j2k.naver.com/j2k.php/korean/ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%90%E3%82%A4%E3%83%8E%E3%83%BC%E3%83%A9%E3%83%AB%E9%8C%B2%E9%9F%B3

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⑤ 결론은?

그렇다면, 방향감 없는 공간감을 나쁘다고 할 수 있는가-

하이파이 관점에서 보자면, 물론입니다.

원 마스터 레코딩이 만들어 질 때 의도한 대로의

청취가 전혀 불가능하기 때문에-

지독하게 공간감이 나쁘다고 밖에 볼 수 없습니다.

하지만 실상은? 조금 다릅니다-

통상 헤드폰과 이어폰의 쓰임은 대개 가벼운 휴대용에 국한되기에,

막상 사용자들은 보통 그렇게 하이파이라는 개념에 연연하지 않습니다.

(헤드폰 애호가[Headphile]들은 물론 다르지요) 또한 개인적인 취향이라는

면에서 볼 때도, 음악이 앞쪽에서 나오는 걸 즐기는 사람이 있으면,

음악이 정신 없이 귀 바로 옆에서 뱅뱅 돌며 신나게 울리는 걸 좋아하는 사람도 있고-

사람 취향이라는 것이 세상에 있는 사람 수만큼이나 가지 각색이라,

꼭 헤드룸의 공간감을 하이파이적인 관점으로 나쁘다고만 할 수도 없는 노릇이지요.

결론은, 헤드폰이나 이어폰에서 느껴지지 않는

하이파이적인 방향감이 아쉬운 분이라면 당연히

HRTF를 쓰셔야 마땅한 것이겠고, 그렇지 않고

하이파이엔 상관없이 특화된 2차원적인 헤드룸의

공간감을 즐기시는 분이라면, 그 분들 나름대로의

입맛에 맞는 공간감을 가진 제품

및 가상 입체음향 DSP를 고르시는 것이-

즐거운 음악 감상을 위한 현명한 선택이라고 하겠습니다.

그럼 다들 즐거운 음악 생활이 되시길.. ;)

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바닥글
Footer

>>> 글 작성, 자료 수집 및 감수에 큰 도움을 주신 Asurada님과
        낙동강굴다리님께 진심으로 깊은 감사의 말씀을 드립니다.
        덕분에 거의 6개월간 묵혀 두었던 글이 다시 빛을 보네요. ㅎㅅㅎ)a

>>> 실수로 인용 형식을 MLA으로 해 버렸습니다만 ㅡㅡ;;
       담엔 AMA로 하도록 하겠습니다. (고칠려니 귀차니즘이..)

>>> 제 기술 정보글이 팁게시판에 적합하지 않다고 생각하시는 분들은
       왜 적합하지 않은지에 대한 합당한 논리를 제시해 주시기 바랍니다.

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Works Cited

Algazi, V. R., R. O. Duda, D. M. Thompson and C. Avendano. "The CIPIC HRTF Database." Proc. 2001 IEEE Workshop on Applications of Signal Processing to Audio and Electroacoustics Mohonk Mountain House  (2001): 99-102

Hyperphysics. Nave, C.R. 2006. Georgia State University. 24 Aug. 2008. <. target=_blank>http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/HFrame.html>.

Kang, Sung-Hoon. "오디오의 심리음향." 방송공학회지 3.1 (1998): 45-53.

Kang, Sung-Hoon. "입체 음향 오디오와 재생 음향 환경." MBC 입체음향방송연구회 강연.

Kang, Sung-Hoon, and Kang Kyung-Ok. 입체음향. Seoul: Gijeon, 1997.

Kang, Sung-Hoon, and Lee Dong-Woo. "2채널 입체 음향 제어 시스템의 알고리듬." Telecommunications Review 8.3 (1998) 410-425.

Kendall, G.S., and W.L. Martens. "Simulating the cues of spatial hearing in natural environments."  ICMC `84 Proceedings (1984): 111-125.

Moore, B. C. J. An Introduction to the Psychology of Hearing. 3rd ed. Academic Press, 1989.

Rossing, T. D. The Science of Sound. 2nd ed. Addison-Wesley, 1990.

Schroeder, M.R. "Natural Sounding Artificial Reverberation." J. Audio Engineering Society, 10.3 (1962).

Shaw, S. J. "Directional perception in the human auditory system." Harvard University Journal of Undergraduate Sciences 3.3 (1996): 135–140.

Sibbald, Alastair. “An introduction to sound and hearing.” White papers, © Sensaura. Ltd, 2001.

Wakefield, G.H., and C.I. Cheng. "Moving sound source synthesis for binaural electroacoustic music using interpolated head-related transfer functions." Computer Music Journal 25.4 (2001): 57-80.

화접풍설

읽다가 중간에 그냥 내린 1人

2008-08-26
14:39:32

코원굿

개요부터 머리가 아파옴을 느끼고 결론만 읽은 1人

2008-08-26
15:09:06

katorennyu

좀 읽읍시다. ;ㅅ;

2008-08-26
15:11:01

쿵짝작

덧글만 제대로 이해하고 읽은 1人

2008-08-26
15:23:40

헤이갤

다 읽었지만 결론적으로 HRTF를 사용하지 않아도 되겠다는 생각이 든 1人 :)
전 헤드파이를 원하지 하이파이를 원하는게 아니니까요.

2008-08-26
16:31:50

조촐한헤드파일

이 글 읽고 hrtf에 환상은 가지지 않아도 됩니다.

제가 한때 hrtf적용해서 많이 들었는데...

적용한것과 안한것..일장 일단이 있네요.

적용하면 전면에서 소리가 나지만 머리 전체를 휘감는 공간감은 안나오죠.

어느것이 더 낫다고 말할 수 없는 듯 하네요.

2008-08-26
17:11:51

13차원소년

봐도 모르겠다 으흐 (ㅡ_ㅜ)

2008-08-26
17:37:03

막귀는안되겠니

이거 다 읽고 이해한다면 어느정도의 내공이 오르는걸까요.....

2008-08-26
17:40:18

박성삼

다 필요 없고 하이파이가 최고다~ ㅋㅋ
헤드폰과 이어폰은 태생적으로 하이파이 오디오들과는 비교 불가라는것은 누구나 알것이다. 모두들 하이파이의 세계로 오세요 ㄲㄲ
p.s 돌맞을려나;

2008-08-26
18:03:48

흠냐ㅋ

열심히 읽었는데 아직도 이해 안되는.....1人

2008-08-26
18:36:22

생활의달인

ㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋ 몰르겠고 저는 이어폰 ----------넘사벽----------헤드폰

2008-08-26
18:40:12

warrior Cyndi

우~왕~ 멋진글 .....
굉장히 고수급의 향취가 묻어나는 듯 .......... ㄷㄷ
단, 제가 내공이 부족하여 절반도 이해하기 어렵다는 거 ㅠㅠ

2008-08-26
19:10:40

★Best★™

물리학과에 다니는 친구 보여줬더니 끄덕하는걸 본 1人

2008-08-26
19:40:29

白夜行

일단 스크랩.........^^;;

2008-08-26
20:14:18

Clocks

개요 보고 쭉내린..

2008-08-26
20:14:56

LikeNoOther

이번떡밥 만드느라고 그동안 린사마는 버로우를 타셨근여 ㄲㄲ
무튼 전 개강해서 떡 피곤하니 앞으로 구경이나 하겠다능 ㅠㅠ

2008-08-26
21:06:43

XYZ

몇줄보다 내렸습니다. -_-;;; 머리에 안들어오네요 ㅋㅋㅋㅋ

다 읽으신분 한줄로 결론좀 내주세요!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

2008-08-26
21:26:27

팬더발바닥

물포자 라서 무슨말인지 전혀 모르곘다능 ㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋ

2008-08-27
00:02:10

Baroque

헤드폰과 이어폰에서 느낀다는 공간감이라는 것은 신체구조나 기기구조상 어쩔수 없이 태생적 한계를 지는 것이어서 인위적으로 만들어진 것이다.

그마저도 일반이 일상에서 누리기에는 어려운 여건이다.

따라서 자신이 즐길 수 있는, 자기 나름대로 비이론적이라도 공간감이라고 느끼는 것이라면,

아무 헤드폰이나 이어폰이나 괜찮다.....

전 이런 의미로 대충 읽었습니다....

요즈음 해석학에선 수용미학의 시대이지요. 원저자의 의도보다 받아들이는 사람의 해석이 더 중요한.....ㅋㅋ

전문적인 지식으로 좋은 글 쓰신 분께 결례가 되었다면 죄송~

2008-08-27
00:44:04

닉넴

읽다가 너무 어려워 결론만 읽은 ㅠㅠ 해석좀 해주실분........

2008-08-27
01:32:23

nalsse

좋은글 잘보고 갑니다

2008-08-27
10:04:42

innocent

ㅋㅋ 강성훈 박사님 음향공학계에서 상당히 유명하시죠...

저도 강성훈 박사님의 '음향공학 개론' 재미있게 읽었더라는...

아무튼 관심분야의 글을 읽게 되니 반갑네요.

2008-08-27
11:36:49

모르쵸

잘 몰라도 정독은 했습니다..ㅋㅅㅋ
뭔가그레도 시원~하네요

2008-08-27
14:30:24

EoI

제목보고 헤드폰과 이어폰의 공간감에서의 차이에 대한글인줄 알고 들어왔다가 왠지 낚인기분-_-

2008-08-27
17:19:53

emotion

직접음 초기반사음 잔향음 외에 한가지 음이 더 있는데
뭐라고 해야될까요...? 소리와 소리가 만나서 뭔가 만들어내는데;;

2008-08-27
19:13:47

서산

그런데 문제는.. 정작 대부분의 유저들에게는 도움이 안될 듯.

2008-08-27
20:07:34

외로운영일만

공대생정도라면...
일단 흥미있을 듯 하네요~
강의자료 본다는 생각으로~

2008-08-28
00:49:23

jazzfree

논문 쓰셨네요... ^^

2008-08-28
01:01:49

저기까지

진정 논문!! 못 읽겠음

2008-08-28
02:47:58

sunny★★

아..어렵다..ㅜㅜ

2008-08-28
10:28:52

reeefdss
[이용정지]

스테레오 기술이 공간감을 만들어줍니다 한마디로 새로운 스테레오 기술 나오면 해결됩니다

2008-08-29
00:45:03

김인원

그나저나 글쓰신분

어떤 미니기기랑 리시버 쓰시는지 궁금하네요?

2008-08-29
14:25:30

JudasPriest

켁;;;;복잡해서 귀그림있는데 까지만 읽고 포기;,,;;

2008-08-31
09:32:21

바뜨

이런것도 읽는것도 나쁘지는 않네요. ㅎㅎ 그래도 시디피코리아인데.. 눈팅만으로는 부족할수도 있죠머 ㅋㅋ 배우자 ㅋㅋㅋ

2008-09-01
10:23:05

엔짜장

아........오늘은 낙오했네요ㅜㅜ 죄송합니다. 이게 다~!저의 내공부족!

2008-09-01
23:24:24

타락한천사

넘길어서 반만읽고 ;; ㄷㄷ

2008-09-02
20:19:31

ear-s

글쓰신분에게 이해가 좀 안가는 부분이 있는데요

공간감에대한 이론적인 부분은 물론 다 맞는 말씀이시겠죠.

허나.. 한가지 문득 드는생각이 있는데...

우리는 녹음되고듣기좋게 완성된 음원을 청취한다는 겁니다.

우리는 생연주되는 라이브 현장에 위치해 있는게 아니라는 말이죠

제말의 요지는 엔지니어가 모든 악기들의 위치와 공간감을 이미 제조해서 다 만들어논거란 말이죠.

우리는 일정 공간에서 전체적인 룸사운드를 듣는게 아닙니다.

비단 하이엔드 스피커에 룸셋팅을 하긴 합니다만... 거기서 얘기되는 룸셋팅은 스피커에서 출력되는 원음을 외곡시키지 않기위한 룸셋팅입니다.

곧 제말의 요지는.. 스피커로 들어도 스피커에서 나오는 그소리그대로 별도의 룸 공간감을 제거하기위해 노력한다는 얘기죠

아 얘기하자니꼬이는데..

믹싱 마스터링 엔지니어가 이미 공간감을 다 가공해놓은 제품을 우리가 듣는거지.. 생음악을 룸에서 룸공간계 먹으면서 듣는게 아니라는거죠

미니기기는 그걸 그대로 출력만 해주면 되는거같은데요
미니기기가 거기에 또 공간감을 입히려 든다면 이건 오바라는 생각이드네요.
미니기기가 주제넘은거죠

2008-09-05
16:30:50

ear-s

우리는 뮤지션과 엔지니어가 음악안에 셋팅해놓은 공간감만 들으면 되는겁니다. 이미 음악안에 제조되어있는.. 소스

음상이나 정위역시 엔지니어가 다 셋팅해놓았습니다. 우리가 듣는 음악은 전부 셋팅되어있는 완제품입니다.

완벽히 요리가 되어있는 상태란 말이죠.

어떤 임의의 외부적인 공간감이 더해지면 그 자체가 이미 셋팅이 틀린거란 얘기죠.

우리는 홀에서 라이브를 듣고있는게 아니기 때문이죠.

2008-09-05
16:33:22

ear-s

기기가 궁극적으로 발전해야 하는 방향은

원래 소스를 더 정확하게.. 더 분리감 있게.. 더 완벽한 밸런스로.. 출력해주는 것이지..

어떤 음악에 어떻게 어울릴지도 모르는 별도의 공간감을 입혀서?
이런 명제는 안어울리는것 같네요

드라이한 음악은 드라이하게... 눅눅한 음악은 눅눅하게.. 표현해주는게 미니기기의 숙명이라 생각합니다.

스테레오감 셋팅은 이미 기술자가 노래안에 다 녹여서 완성해 놓았습니다.

2008-09-05
16:43:31