영디비 측정 장비와 방법에 대하여

측정방법과 타겟은 2016년 11월 17일자로 개정되었습니다. 다음의 링크를 확인하시기 바랍니다.

http://www.0db.co.kr/xe/BOARD_0DB/7441

기본적으로 헤드폰과 이어폰의 측정정 조건과 방법은 IEC 60268-7을 기반으로 합니다. 참고로, 이 규격을 한국어로 번역하고 한국 표준 규격으로 정한것이 KS C IEC 60268-7이고 이 두가지는 언어만 다를뿐 동일한 규격서입니다. 영디비에서 보유한 것도 KS C IEC 60268-7입니다.

1. 측정 장비

영디비는 현재 측정 장비를 보유하고 있지않고, 차세대음향산업지원센터의 지원을 받아 장비를 사용하고 있습니다. (장비만 사용할 뿐 측정 방법이나 데이터 처리에 관여하지 않고 모두 영디비에서 처리합니다.)
메인 측정 장비는 APx585, 헤드폰 측정을 위한 HATS는 B&K 4128C, 이어폰 측정을 위한 Ear Simulator는 GRAS 43AC입니다.  
APx585는 Audio Precision사에서 개발한 전기음향 전문 측정 장비입니다. 전기 음향에 최적화 되어 있어 앰프나 DAC측정에 적합하다고 생각했습니다. 하지만 최신 버전의 소프트웨어를 사용해보니 음향 측정을 강화하여 상당히 편리하고, Bluetooth모듈이 있어 블루투스 제품 측정 데이터와 호환을 위해 선택하였습니다.

젠하이저 HD600 Frequendy Response RAW data
 

이렇게 측정한 데이터는 위의 그래프와 같이 3kHz 대역이 솓아있는 형태입니다. 이런 그래프를 보면 플랫한 특성을 가진 스피커와 비교를 했을때 고역이 증폭된 형태로 인식할 수 있습니다. 

다음에서 3kHz 대역이 증폭되어 보여지는 이유와 보정 방법에 대해 설명해 드리겠습니다.

2. 스피커 측정과 환경

스피커를 측정할 때 무향실 또는 잔향실을 이용합니다. 무향실은 6면을 흡음 처리하여 2차 반사음이 생기지 않도록 만든 곳이고, 잔향실은 반사음이 잘 생기도록 마주보는 벽이 직각이 아닌 임의각으로 만든 곳입니다. 그래서 잔향실의 벽은 주로 5개로 만듭니다. 여기서 기억해야 할 포인트가 무향실은 자유음장 또는 영어로 Free Field라고 하고 잔향실은 확산음장 또는 영어로 Diffuse Field라고 합니다. 

이때 스피커를 측정하는 센서는 마이크를 사용합니다. 그리고 헤드폰과 이어폰은 사람이 착용했을때를 가정해볼 수 있도록 만든 HATS(Head and Torso Simulator)나 Ear Simulator를 사용합니다. HATS는 머리 모양과 귀의 모양 그리고 이도가 있고 그 안에 마이크를 배치해놨기 때문에 마이크에서 측정된 값과는 다르게 나옵니다. 

3. Diffuse Field

마이크와 HATS의 측정 데이터가 다르다면, 기존에 스피커 측정 데이터로 익숙해진 사용자들이 보기에 익숙하지 않기 때문에 이를 보정하는 작업을 합니다. 무향실과 잔향실에서 보정 작업이 동일하기 때문에 많이 사용하는 잔향실 기준으로 설명드립니다.

1. 잔향실에서 스피커를 마이크로 측정하고, 측정된 데이터를 0dB이 되도록 설정합니다.
2. HATS로 다시 측정하여 그 차이를 기록합니다.
3. 기록된 데이터는 Diffuse Field 보정값이고, 무향실에서 측정하면 Free Field 보정값이 됩니다.

이렇게 실험하여 얻은 결과 값이 아래 그래프와 같이 3kHz에서 증폭된 형태로 보입니다. 

B&K 4128C의 보정 곡선

HATS나 Ear Silmulator를 사용하여 헤드폰 혹은 이어폰을 측정하였다면, 이도를 통해 소리가 전달될 때 3kHz를 중심으로 증폭이 됩니다. 이렇게 나온 측정 데이터에 보정값을 역으로 빼주면 스피커 측정과 같은 플랫한 그래프를 볼 수 있습니다. 잔향실 보정값을 적용하였다면 디퓨즈 필드(Diffuse Field)를 적용했다고 합니다.

프리필드 보다는 디퓨드필드가 현실적이라는 연구를 통해 예전부터 디퓨즈필드를 적용해서 헤드폰을 개발하거나 측정하는 경우가 많았습니다. 그리고 대부분의 측정 사이트에서 디퓨즈필드를 적용한 데이터를 보여줍니다.

참고로 영디비에서는 B&K가 아닌 GRAS에서 받은 디퓨즈필드 데이터를 적용합니다. 

4. 최신 연구 논문

많은 사람들이 Diffuse Field를 사용할 때, 잔향실 측정 조건도 일반적인 환경에서 듣는 것과 차이가 있다고 가정하여 그 간격을 줄이기 위한 노력을 한 사람이 있습니다. Sean E. Olive, Todd Welti, and Elisabeth McMullin. 마지막 분은 거의 언급이 되진 않지만 여기서라도 알려 드려야 겠습니다 ^^ 이 분들이 발표한 "Listener Preferences for In-Room Loudspeaker and Headphone Target Responses" 의 논문을 참고하면, 연구 결과가 하만의 리스닝 룸에서의 스피커 응답(in-room loudspeaker response)에 기반한 새로운 타겟이 가장 선호되었다고 합니다. 새로운 타겟은 다음 빨간 점선 그래프 입니다.

이 그래프가 많은 분들이 알고 계시는 Olive-Welti 타겟입니다. 영디비는 확산 음장과 올리브-웰티를 합하여 보정한 그래프를 보여드립니다.

5. 영디비가 사용하는 타겟 커브

영디비가 사용하는 타겟 커브는 Diffuse Field와 Olive-Welti 타겟이 결합된 데이터입니다.

이 타겟 커브를 위에 보여드린 젠하이저 HD600측정 데이터에 적용해 보았습니다.

100Hz~20kHz까지 거의 평탄한 특성의 그래프를 볼 수 있습니다. 이 그래프를 기반으로 주관적인 평가를 더해서 리뷰를 작성합니다. 

영디비에서 준비한 서비스로 측정된 데이터를 비교해 볼 수 있도록 만들었습니다. 한 제품의 데이터만 가지고 특성을 평가하기 보다 다른 제품과 비교를 통해서 알고자 하는 제품의 특성을 보면 더욱 쉽게 그래프를 해석할 수 있습니다.

마지막으로 새로운 논문이나 관련 연구가 있다면 언제든지 검토해 보고 변경이 가능합니다. 변경 시점에서는 다시 공지해 드릴 예정입니다.