영디비 측정 장비와 타겟 커브에 대하여 (11월 17일 개정)

- 2016년 11월 17일 개정 - 

1. 측정 방법과 측정 장비

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.

영디비는 현재 측정 장비를 보유하고 있지 않고, 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 최적화되어 있어 앰프나 DAC 측정에 적합하다고 생각했습니다. 하지만 최신 버전의 소프트웨어를 사용해보니 음향 측정을 강화하여 상당히 편리하고, Bluetooth 모듈이 있어 블루투스 제품 측정 데이터와 호환을 위해 선택하였습니다.

젠하이저 HD600 Frequency Response RAW data
 

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

이전까지 영디비 데이터는 확산 음장(Diffused Field)에 기반을 두어 고역과 저역을 수정하는 형태의 보정 커브를 사용했습니다.

이전 측정과 보정 커브 확인

2. 새롭게 적용하는 타겟 커브

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.

  2.1 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.

  2.2 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.

3. 이전 타겟 커브와 비교

이전 타겟과 현재 타겟의 비교 데이터입니다. 100Hz 이하 저음이 살짝 증가하였고, 3~7kHz가 조금 증가하였습니다. 10kHz이상 구간에서 많이 감소한 그래프가 눈에 들어옵니다. 타겟에서 감소가 되면 실제 데이터에서는 증가하는 것으로 나타나기 때문에 10kHz이상 구간에서 특성 증가가 예상됩니다.

이전 타겟과 새로운 올리브 웰티 타겟을 직접 비교한 그래프입니다.

4. 실제 헤드폰 데이터 적용 검토

이전에 적용 예시로 보여 드렸던 젠하이저 HD600의 데이터를 가지고 비교해 봤습니다.

100Hz ~ 20kHz까지 평탄하던 데이터가 약간은 바뀌었네요. 특히 약 17kHz 피크가 많이 발생합니다. 하지만 이 부분은 데이터 신뢰구간이 아니므로, 주관적인 청음과는 다를 수도 있습니다. 저역의 차이는 크게 느끼지 못할 정도로 보입니다. 약간의 변화가 생겼네요.

왼쪽과 오른쪽 모두 올리브 웰티 타겟을 적용한 HD600 데이터 입니다. 기존 데이터도 보정된 데이터로 변경을 할 예정입니다. 그리고 앞으로는 이런 형태의 데이터를 보게될 것입니다. 

단, 논문에서 사용된 GRAS 이어 시뮬레이터와 영디비가 사용하는 B&K HATS의 특성 차이는 존재할 것입니다. 영디비는 다음에 여력이 될 때, GRAS 이어 시뮬레이터의 구매를 목적으로 하고 있으므로 현재부터 동일하게 타겟 커브를 적용합니다. 특성 차이는 다음에 검증하도록 하겠습니다.

원문을 보고 싶으신 분은 다음 링크에서 확인해 보시기 바랍니다. 원문에는 추가적인 내용도 많이 있습니다.

http://seanolive.blogspot.kr/2015/11/factors-that-influence-listeners.html