02 소리 전달 과정
소리 인지 과정 / 신호의 흐름과 필요한 장비
마이크가 발명되기 이전부터 우리의 몸은 진동을 전기로 바꾸고 있었다.
소리 인지 과정
누가 트럼펫을 연주하면 우리는 트럼펫 소리를 듣는다.
앞서 언급한 바와 같이 소리는 듣는 과정은 그리 간단하지 않다. 어떤 물체가 소리를 내기 위해서는 어느 정도는 일정하게 진동해야 하는데, 사람은 어떤 물체가 1초에 20번에서 2만번까지 진동할때 이를 소리로 인지할 수 있다.
어떤 물체가 1초에 20번에 2만번 이내로 진동하면 이 진동이 공기의 입자를 흔들어 파동의 형태로 전파된다. 파동은 360도 전방향으로 진행하고 이때 사람이 파동의 진행 범위안에 있다면 파동은 귀와 고막과 같은 청각기관과 청각세포를 지나면서 전기신호로 변환되어 우리의 뇌가 이 전기 신호를 소리로 인지한다.
트럼펫 소리를 듣는다는 말은, 사람이 들을 수 있는 진동수 범위안에서 트럼펫이 진동, 증폭하여 공기 입자에 파동을 만들고 우리의 청각 기관에 전달되어 인지한다는 말이다. 이 과정을 살펴보면 다음과 같다.
1. 트럼펫이 일정한 주기로 진동하여 공기 입자를 밀어 (혹은 흔들어) 파동을 만든다.
2. 공기 입자의 파동이 사방으로 퍼지며 사람에게 도달한다.
3. 파동이 귀로 전달된다.
4. 파동은 귀바퀴에 모여 귀 안쪽으로 전달된다.
5. 파동은 귀 바깥쪽 통로인 외이로를 지난다.
6. 파동이 외이도 끝에 있는 고막을 진동한다. <고막의 크기 : 약 직경 9mm, 두께 0.1mm>
7. 이소골이라는 뼈가 고막에 붙어 있는데 이 뼈가 고막의 진동을 청신경으로 전달한다.
8. 추골, 침골, 등골로 구성되어 있는 이소골은 고막의 진동을 달팽이관에 전달하는 역할을 하며 소리를 크게 들리게 하고 너무 큰 소리가 날때면 등골 근육이 수축하여 청신경을 보호하기도 한다.
<이소골은 귀, 작은, 뼈의 한자이며 세 뼈를 다 합친 길이는 약 1.8cm로 인체에서 가장 작은 뼈이다.>
설명 참고 : https://m.blog.naver.com/kimjoy233/1402084982529. 달팽이관은 액체로 채워져 있는데 이소골의 진동이 액체에 파동을 만들고 달팽기관 내부의 유모세포가 움직이며 파동을 전기신호로 변환하여 뇌로 전달한다.
10. 유모세포가 움직이면 이온을 방출하며 신경전달물질을 자극하고 신경전달물질은 화학 작용을 일으키며 전기를 만든다. 이 전기신호는 청신경을 통해 뇌로 전달된다.
11. 청신경으로 통해 전달된 전기신호가 뇌를 자극한다.
12. 뇌는 이 전기신호를 소리로 인지한다. 소리가 들린다.
이 과정은 자연에서 일어나는 현상으로 소리를 인지하기 위해 별도의 장비가 필요하지 않으나 소리를 확성하거나 처리하기 위해서는 마이크, 믹서, 컴퓨터, 스피커 등과 같은 장비가 필요하다. 음향을 잘 다루기 위해서는 소리의 이해뿐 아니라 공간의 울림, 소리 인지 특성, 음향장비의 이해 등과 같은 여러가지 요소들을 잘 다룰 수 있어야 할 것이다.
다음 마이크와 스피커를 사용하는 확성과 처리가 필요한 상황에서 소리 전달 과정에 대해 알아보도록 하자.
소리 확성이나 조정이 필요한 상황에서 소리 전달 과정
소리의 확성이나 조정 혹은 처리가 필요한 상황(대부분의 경우)은 자연에서 소리를 인지하는 과정에 더하여 추가적인 장비와 과정이 필요하다. 이때 필요한 장비는 마이크, 마이크 프리앰프, 컨버터, 믹서(컴퓨터), DSP digital signal processor, DAW digital audio workstation, 헤드폰, 스피커등이 있다.
공기의 진동 혹은 파장 그 자체를 증폭하기 어렵기 때문에 마이크를 사용해 공기의 파장을 전기로 변환하고 마이크 프리앰프로 통해 충분히 증폭한 다음 디지털로 변환하여 조정하거나 처리한다. 디지털 오디오 신호의 조정을 마치면 다시 전기신호로 변환하여 충분히 강한 전기 신호로 증폭하여 스피커를 구동하고 스피커의 진동이 다시 공기 입자를 흔들어 파동의 형태로 사람에 전달하는 과정을 지나게 된다.
에너지가 다른 에너지로 변환되고 증폭되는 과정 그리고 이에 사용하는 장비와 장비의 적절한 사용은 음질에 큰 영향을 미친다. 이에 대해서는 앞으로 각 장으로 나누어 깊이 있게 알아보기로 하고 이번 장에서는 어떤 과정을 지나 소리가 확성되며 전달되는지 알아 보도록 하자.
1. 악기나 사람의 성대가 진동해 공기입자에 파장을 만든다.
2. 파장이 공간에 퍼져 전달된다.
https://kids.britannica.com/students/article/sound/277144/media?assemblyId=540083. 마이크가 공간에 전달된 소리를 전기로 바꾸어 준다.
https://mynewmicrophone.com/how-do-microphones-work-a-helpful-illustrated-guide/4. 마이크에서 출력된 약한 전기 신호를 마이크 프리앰프를 통해 충분히 강하게 증폭하여 다른 장치로 전달한다.
https://audiouniversityonline.com/microphone-preamps/5. 전기analog신호를 전자신호digital로 변환convert하여 (A/D 컨버터)
컴퓨터에 데이터로 저장한다.
https://www.soundonsound.com/techniques/digital-myth6. 컴퓨터에 저장된 데이터를 조정(처리)하여 소리를 변형한다.
Digital Signal Processing과 DAW digital audio workstation
7. 저장된 전자digital신호를 다시 전기analog신호로 변환convert하여 출력한다.
D/A 컨버터
8. 출력장치에 맞게 증폭한 전기신호는 헤드폰이나 스피커의 드라이버를 움직여 공기진동을 만든다.
9. 공기의 진동은 파장으로 공간에 전달되고 사람은 이 파동을 소리로 인지한다.
라이브 음향도 이와 비슷한데 5번. 디지털 신호를 컴퓨터에 저장하는 대신 실시간으로 신호를 처리하여 스피커로 출력하는 형태이다.
소리의 전달과정에서 좋은 소리를 만드는 핵심 요소
1. 소리를 만드는 악기 혹은 소리 그 자체
2. 울림이 만들어지는 공간
3. 공기의 파동을 전기로 변환transducer해주는 마이크
4. 마이크에서 출력된 약한 전기신호를 증폭amplify하는 마이크 프리앰프
5. 전기analog신호를 전자digital신호로 변환convert하는 컨버터
6. audio data의 저장record과 신호를 처리process하는 컴퓨터
7. 전자digital신호를 전기analog신호로 변환convert하는 컨버터
8. 파워앰프
9. 전기신호를 파동으로 변환transducer하는 헤드폰 혹은 스피커
10. 스피커가 재생되는 공간
11. 음향장비를 가동하는 전기
12. 음향장비를 다루는 사람
소리가 어떻게 만들어지고 전달 과정에서 어떻게 변화 혹은 변환되는지 알게되면 소리 전달 과정에 필요한 올바른 처리와 장비 사용이 가능하진다. 소리는 올바른 음향적 처리와 각 과정에 사용되는 장비가 얼마나 충실하게 혹은 멋지게 신호를 변환하느냐에 따라 그 질이 달라진다. ‘변환’은 마이크와 스피커같은 트렌서듀서transducer에 의해 비전기신호를 전기신호로 혹은 그 반대의 경우와 같이 하나의 에너지를 다른 에너지로 바꿀때도 이루어지고 컨버터 converter에 의해 전기신호를 전자신호로 혹은 그 반대의 경우와 같이 하나의 신호를 다른 형태의 신호로 바꿀때도 이루어진다.
당연한 말이겠지만, 변환과정과 장비만큼 중요한 것이 소리 그 자체이다. 녹음을 한다는 것은 공기의 진동인 소리를 ‘잡아’ ‘저장’하는 것이고 라이브 음향은 무대에서 나고 있는 작은 소리를 큰 소리로 만들며 실시간으로 처리하여 많은 사람이 같이 들을 수 있게 하는 것이라 말할 수 있다. 그러기에 소리의 물리적 특징과 우리의 뇌에서 소리를 어떻게 인지하는 지, 그리고 소리 전달과정과 과정에 필요한 장비를 이해하는 것은 음향 엔지니어의 기본적인 자질이라 말할 수 있다.
음향 문제를 해결하려면...
음향 문제를 해결하려면 다음 요소에 대한 이해가 필요하다.
공기의 파동을 만드는소리
파동이 전파되는 공간
공간에 전파되는 파동을 전기로 변환해 주는 마이크
마이크의 약한 전기신호를 증폭하는 마이크 프리앰프
외장형 하드웨어 사용을 위한 신호 흐름
전기신호를 디지털신호로 바꾸는 컨버터
신호를 처리하는 컴퓨터 프로그램 DAW Digital Audio Workstation
처리된 혹은 저장된 디지털 신호를 전기로 바꾸어 주는 컨버터
공기의 파동을 만드는 헤드폰이나 스피커
스피커가 재생되는 공간
음향장비를 가동하는 전기
그럼 먼저 그 자체에 대해 알아보도록 하자.
