영디비 측정 장비와 타겟 커브에 대하여 (2018년 11월 개정)

- 2018년 11월 1일 개정 - 

2. 측정 장비가 변경되었습니다. 
3. 측정 장비 변경으로 인한 측정값 변화 예가 추가 되었습니다.
    나머지 내용은 같습니다.

1. 측정 방법

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

2. 측정 장비

영디비는 이전에 차세대음향산업지원센터의 장비를 대여해서 사용했는데, 이번에 자체적으로 장비를 구축했습니다. 

먼저 메인 측정 장비는 Audio Precision사 APx525이고, 최신 블루투스 모듈이 설치되어 있습니다. 최신 블루투스 모듈은 SBC뿐만 아니라, aptX, aptX HD, aptX LL, AAC까지 지원합니다.

그리고 이어폰과 헤드폰 측정 센서는 GRAS사 45CA-10으로 변경되었습니다. 내부에 이어시뮬레이터는 신형 RA0402로 10kHz 이상까지 확인해 볼 수 있는 Hi-Resolution 이어 시뮬레이터입니다. 기존에 사용하던 RA0045와 고음 데이터가 약간 다릅니다.

커널형 이어폰도 커플러를 사용하지 않고, 현재 피나에 장착해서 바로 측정합니다. 

이전 이어 시뮬레이터에서 측정하는 모습입니다. (GRAS가 아닌 대역입니다. ㅋ)
이어 시뮬레이터의 문제점은 착용 깊이가 이어팁 사이즈에 따라 일정하지 않습니다. 작은 팁을 사용하면 깊게 들어가고, 큰 팁을 착용하면 얕게 들어갑니다. 그에 따른 데이터 편차가 커집니다. 

45CA를 사용하면 실제 귀의 형상으로 만들었기 때문에 모든 커널형 이어폰 삽입 깊이가 일정하게 됩니다. 물론 팁에 따라 미세한 차이는 있겠지만, 실제 귀를 모의하는데는 더욱 적합하다 판단됩니다. 

특히 에어팟같은 오픈형은 이도 입구가 넓어져서 더욱 효과적입니다. 

그럼!! 기존 GRAS 60318-4 규격 이어 시뮬레이터로 측정한 데이터와 호환이 가능할까요?

가장 궁금하실 내용이죠? 여러 제품을 측정해서 검토해봤습니다. 안타깝게도 데이터 변환으로 적용할만한 변화가 아닙니다. 제품별로 편차가 크기 때문에 변환해서 사용할 수 없고, 새로 측정해야 합니다. 

열심히 측정해서 기존 데이터도 최대한 바꿔놓도록 하겠습니다. 사무실에 있으니 예전보단 훨씬 빠를 겁니다. 측정하는 직원도 있거든요!! ㅎㅎ

3. 데이터 비교 예

커널형 예입니다. 9kHz 공진이 없어졌습니다. 실제 사람이 느끼지 못하는 공진인데, RA0045에서 발생하는 공진으로 인한 피크이고, 이 공진을 잡아 만든 것이 신형 RA0402 이어 시뮬레이터입니다.

오픈형 이어폰도 큰 변화가 있습니다. 기존 HATS의 경우 이도가 원통형이므로 노즐의 위치에 따라 측정값이 많이 바뀝니다. 하지만 45CA는 이도가 사람과 비슷하게 입구는 넓고, 고막으로 갈 수록 좁아지는 형태입니다. 실제 사람이 듣는 소리를 더욱 비슷하게 시뮬레이션하는 것으로 보입니다.

헤드폰도 커널형 이어폰과 비슷합니다. 9kHz 대역 피크가 사라졌습니다. 다른 곳의 변화는 제품에 따라 약간씩 차이가 나는 구간입니다.  
그래서 모든 데이터는 새로 측정해야 합니다.

4. 타겟 커브 설명

이번에 적용하는 타겟 커브은 2015년 10월 23일에 AES를 통해 Sean Olive와 Todd Welti 두 분이 발표한 "Factors That Influence Listeners Preferred Bass and Treble Levels in Headphones" 논문을 바탕으로 적용했습니다.

이전 헤드폰 보정 커브는 확산 음장 혹은 자유 음장에 근거하여 보정 커브를 적용하고 데이터를 분석하는 방법을 많이 진행했습니다. 하지만 2013년에 발표한 "Listener Preferences for In-Room Loudspeaker and Headphone Target Responses"를 통해서 잔향실도 아니고 무향실도 아닌 실제 사람이 음악을 듣는 공간 보정을 통해 보정 커브를 만들기 시작합니다. 보정 커브를 만들고 거기에 테스트를 통해 저음 음량과 고음 음량을 조절해서 타겟 커브를 만들었습니다. 이때의 연구는 청취자 표본 수가 11명으로 적다는 문제점이 지적되어, 2014년에 248명의 청취자를 통해 일종의 검증 작업을 한번 합니다. 자기네가 만든 타겟 선호도가 높다는 증명을 하죠. 그리고 2015년에 다시 타겟을 조정하는 작업을 249명의 청취자를 통해 진행하고, 이 "Factors That Influence Listeners Preferred Bass and Treble Levels in Headphones" 논문을 발표합니다.

논문 링크 = http://www.aes.org/e-lib/browse.cfm?elib=17940

위 논문의 내용에 관해서 설명을 해드리고, 논문에서 발표된 타겟 커브가 어떻게 적용되는지 설명을 해드리겠습니다.

  4.1 룸 타겟 보정 커브 도출 방법

     룸 타겟에 맞춰 보정 커브를 만드는 방법입니다.

      (1) 특성이 플랫한 스피커 선정
      (2) 레퍼런스 청취실에서 스피커 이퀄라이징
      (3) 스피커를 이어 시뮬레이터로 측정
 

      (1) 특성이 플랫한 스피커 선정

연구에 사용한 스피커는 레벨 퍼포마 F208로 1개의 트위터와 1개의 미드레인지 2개의 베이스 드라이버를 사용한 톨보이형 스피커입니다. 이 스피커는 리스닝 윈도우(Listening Window)에서는 플랫한 특성을 지니고, 청취 위치에 따라 지향 각이 발생할 때 저역에서 고역으로 감소하는 패턴이 일정하게 나오기 때문에 선정이 되었습니다.

      (2) 레퍼런스 청취실에서 스피커 이퀄라이징

하만의 레퍼런스 청음실에 위 스피커를 스테레오로 셋팅해 놓고 위 그림에 보이는 것처럼 9개의 포인트에서 마이크를 설치하여 공간 평균을 낸 다음 스피커를 이퀄라이징하여 청음실 내에서 완벽하게 플랫한 응답이 되도록 셋팅합니다.

9개의 포인트에서 측정한 데이터를 평균하면 위의 그래프로 응답 특성이 나오는데, EQ를 적용하여 완전히 플랫한 응답이 되도록 셋팅합니다.

      (3) 스피커를 이어 시뮬레이터로 측정

위의 작업으로 평탄해진 스피커를 사용하고, 더미 헤드에 장착된 GRAS 사의 이어 시뮬레이터를 사용하여 센터 위치에서 스피커의 주파수 응답 특성을 측정합니다. 그리고 양옆까지 3개 포인트에서 측정된 응답 특성 데이터를 평균화합니다.

왼쪽이 그라스 45CA 이어 시뮬레이터입니다. 오른쪽 검은색 커브는 이퀄라이징한 스피커를 이어 시뮬레이터로 측정했을 때 나온 주파수 응답 특성 데이터입니다. 이 데이터가 룸 보정 커브입니다. 기존 확산 음장이나 자유 음장이 아닌 실제 청음실 환경에서 측정한 보정 커브로 사용하는 것입니다.

  4.2 최적의 헤드폰 타겟 검출

위에 측정된 룸 보정 커브를 기반으로 헤드폰을 이퀄라이징 해서 녹색 커브와 같이 헤드폰을 룸 타겟에 맞게끔 셋팅합니다. 그리고 청취자는 룸 타겟으로 보정된 헤드폰으로 음악을 들으면서 저음의 레벨과 고음의 레벨을 변경하면서 자신이 선호하는 레벨 값을 선택합니다. 이번 논문에서는 249명의 청취자가 시험해서 결과를 얻었습니다.

249명의 청취자 실험을 통해서 저음은 기준음 대비 6.44dB 높은 것을 선호하였고, 고음은 1.41dB 낮은 것을 선호했습니다.

그리하여 이번 논문을 통해 만들어진 그래프가 하늘색 커브입니다. 녹색 커브는 룸 타겟으로 플랫한 스피커를 사용하여 룸에서 이어시뮬레이터를 사용해 측정한 데이터이고 이 데이터에 위에서 도출한 결괏값을 적용한 것이 파란색 커브입니다. 기존 타겟인 검정 커브보다 저음과 고음이 조금씩 증가한 것을 확인했습니다.

위에 Olive & Welti Headphone Target Curve라고 이름을 명시하였으니, 영디비에서도 이름 변경없이 올리브 웰티 타겟이라고 부르도록 하겠습니다. 이전에 그래프에 표시할 때는 Diffuse Field with  Olive-Welti Target이라고 하였으니 그냥 Olive-Welti Target이라고 되어 있으면 변경된 타겟이라고 보시면 됩니다.