04 소리의 크기 / dB에서 LUFS까지
dB에서 LUFS까지
dB에서 LUFS까지
소리의 크기
큰 소리, 작은 소리, 적당한 크기의 소리와 같이 소리의 크기를 구분하는 것은 너무나 자연스럽고 당연하게 느껴지지만, 사람이 소리의 크기를 구분하는 기준은 주관적이며 상대적인 감각이라는 것을 쉽게 알 수 있다. 어떤 소리에 대해 한 사람은 적당한 크기의 소리라고 생각하겠지만 다른 사람은 그 소리가 작거나 크다고 느낀다 말할 수 있으니 말이다. 하지만, 소리의 크기를 측정하거나 수치로 나타내기 위한 단위의 필요는 전화기 발명과 함께 나타났다. 객관적 기준을 근거로 한 수치, 특히 음향장비(전화신호의 크기)를 측정하기 위해 소리의 크기를 수치로 표시하는 단위인 데시벨 dB은 1920년경 벨 연구소의 연구자들에 의해 제시되었다. 이후 데시벨 dB은 여러 세부단위로 나누어졌고 디지털 시대가 되면서 dBfs로 그리고 LUFS라는 단위로 발전하게 되었다.
dB 데시벨의 유래
dB, dB SPL, dBu, dBv, dBV, dBW, dBm, dBfs,.... Lufs
데시벨에서 데시 deci는 1/10이라는 뜻이고 벨 B은 전화기를 발명한 Alexander Graham Bell의 이름을 딴 단위인 벨 Bel이 합하여 생긴 단위이다. 1847년경부터 통신에 필요한 전화선의 길이를 계산하기 위해 사용하던 Bel이라는 단위가 발전한 것이다. 벨 연구소에서 사용하던 '벨 B' 단위는 'B = log10(측정값/기준값)'이라는 공식을 사용했는데, 단위 '벨 B'로 소리 크기를 표현하면 소수를 많이 사용해야 했기 때문에 쉽게 정수를 사용할 수 있도록, 10등분(1/10)하는 방식인 'dB = 10 log10(측정값/기준값)'이라는 공식으로 바꾸어 데시벨 dB라는 단위로 사용하게 된 것이다. 로그함수를 이용하는 데시벨은 dB은 기준값에 비해 측정한 값이 얼마나 강한지를 나타내는 상대적인 수치이다.
특히, 소리는 어떤 물체가 진동하고 그 물체의 진동이 공기입자를 흔들어 공기압의 변화가 파동의 형태 즉 에너지의 형태로 퍼져 나간다. 강하게 진동하면 파동이 커지고 혹은 공기압의 변화가 아주 커지고 약하게 진동하면 공기압의 변화가 약하게 생긴다. 비율로 따지자면, 사람이 소리를 듣기 시작하는 지점의 공기 입자의 파동 에너지를 1로 보았을 때 고통을 느끼는 지점의 파동에너지(공기압)는 약 10,000,000,000,000배 정도가 된다. 약 10조 배의 에너지 차이가 난다는 말인데, 이 수치는 너무 커서 그 차이를 가늠하기도 어렵고 또한 일상적으로 사용하기는 무리가 있다.
소리를 1,000배 정도 올려주세요~
+.+?
큰 숫자들을 압축하여 작은 숫자의 형태로 사용하는 log함수는 소리 에너지를 가늠하기 쉽게 수치화하는데 효과적일 뿐 아니라 소리강도에 대한 사람이 인지감각 역시 log함수형태로 이루어져 있기 때문에 음향에서는 log를 사용하여 상대적 소리 크기를 데시벨 dB이라는 단위로 표시한다. 하지만, 데시벨 안에는 여러 세부 단위가 있고 사실 데시벨은 그 뒤에 붙는 단위가 있어야 정확히 어떤 소리의 크기를 이야기하는지 알 수 있게 된다.
dB의 단위는 공식처럼 외우려 할 필요는 없고 개념을 이해하고 자주 사용하다 보면 자연스럽게 외워진다. 그 말은 자주 사용하지 않으면 자연스럽게 잊혀진다는... 그러니 구분할 정도만 기억하면 된다. 자세하게 알아보기에 앞서 한번 쭉 읽어보자.
dB : 소리의 크기를 표시하는 일반적인 단위
dB SPL : 공기압을 표시하는 단위, 즉 들리는 소리 크기의 단위
dBu : 전압을 표시하는 단위, 기준값 0 dBu는 rms 0.775v이다. 0.775v는 1v의 RMS 값이다.
dBv : dBu와 같은 단위이다.
dBV : 전압을 표시하는 단위, 기준값 0 dBV는 rms 1v이다.
dBm : 전력을 표시하는 단위, 기준값 0 dBm은 1 milliwatt(1/1,000 watt)이다. 1 milliwatt는 0.775v를 600옴의 저항을 가진 회로에 보내면 출력되는 값이다.
dBW : 전력을 표시하는 단위, 기준값 0 dBW는 1 watt이다.
소리의 크기에 앞서
소리의 크기를 이야기하기 위해서는 데시벨 dB이라는 단위를 사용해야 하는데 전기와 옴의 법칙 그리고 전력에 대한 약간의 배경 지식이 데시벨 dB의 이해하는데 도움이 될 것이라 생각한다. 하지만, 눈에 들어오지 않는다면 바로 '표준레벨의 시작'으로 넘어가도 괜찮다. 때가 되면 이 부분이 궁금해지는 날이 올 것이다.
전기와 옴의 법칙
옴의 법칙 : V = 전압, I = 전류, R = 저항- 전압 = 전류 x 저항
- 전류 = 전압 / 저항
- 저항 = 전압 / 전류
소리의 크기를 나타내는 단위가 데시벨 dB인 것을 음향을 조금이라도 공부한 사람들은 다 알고 있을 것이다. 데시벨은 전화기 전기 신호가 긴 전선을 타고 지나가면서 신호가 얼마나 약해지는지 측정하기 위해 만들어진 단위이다. 전기는 전기의 강도인 전압, 전기의 흐름을 나타내는 전류, 그리고 전기가 흐르는 것을 방해하는 힘인 저항을 토대로 측정할 수 있다.
음향에서는 일정시간에 사용되는 전기의 양인 전력을 비교하거나 전압의 변화를 비교하여 데시벨로 표시한다. 전력은 와트 W라는 단위를 사용하고 전력을 구하는 공식은 '전력 = (전압 x 전류) = (전압 x (전압/저항)) = (전압(2)/저항)'이다. 데시벨은 기준값(전력 혹은 전압)과 측정값을 비교하는 것으로 두 값의 차이를 상대적 수치로 나타내는 것이다.
두 전력을 비교하여 기준값과 측정값의 차이를 dB로 나타내면 dB뒤에 W가 붙어 dBW라는 단위가 되고, 약한 전력차이를 다룰 때는 와트를 1/1,000로 나눈 밀리와트 milliwatt를 사용하여 dB뒤에 m을 붙여 단위는 dBm이 된다.
전력 차이를 구하는 dBW 공식
dBW = 10 x log10(p1/p0) <p1=측정전력, p0=기준전력>
전력과 전압의 관계
무대음향 2, p86전력을 구하는 dB공식은 '10 x log10(p1/p0)'이지만 전압을 구하는 dB공식은 '20 x log10(E1/E0)'를 사용한다. 그 이유는 '전력 = (전압 x 전류) = (전압 x (전압/저항)) = (전압(2)/저항) 즉 전력 = 전압(2)/저항'이라고 결과 때문이다.
전력이 2배가 되면 두 전력의 차이는 3dB가 되지만, 전압이 2배가 되면 두 전압의 차이는 6dB이 된다.
표준레벨의 시작
A New Standard Volume Indicator and Reference Level (by H.A. Chinn, D.K. Gnnett and R.M. Moris)
dBm
dBm = 0.775v를 600Ω회로 입력하였을 때 출력되는 전력
0 dBm = 1 milliwatt
1940년, 600옴의 저항을 가진 전화선의 전력을 측정하는 방법으로 0.775 볼트 실효치rms 전압을 회로에 보내어 1 밀리와트 milliwatt가 출력되는 값을 기준으로 사용하는 방법이 창안되었고 방송과 음향에도 이 방법을 표준으로 사용하기 시작하였다. 이것이 표준전력측정방식인 dBm으로 조건은 앞서 설명한 바와 같이 0.775v rms 전압을 600옴 전기회로에 입력하였을 때 1 milliwatt 출력값을 0 dBm, 기준값으로 사용한다. dBm으로 표시하기 위해서는 반드시 0.775v rms, 600Ω이라는 조건이 필요하다.
dBu
dBu는 대부분의 음향장비에서 전압을 측정하는 단위로 실효치 0.775v(rms)를 기본값으로 하고 있고 0.775v(rms) = 0 dBu이다. 입력 전압이나 출력 전압을 측정할 때 사용하고 dBm과는 다르게 600옴이라는 조건을 전제로 하고 있지 않다. dBu에서 'u'는 unloaded로 '부하가 걸리지 않은' 혹은 '임피던스를 고려하지 않은'이라는 뜻으로 입력단의 임피던스와 상관없이 상대적 전압차를 나타낼 때 사용하며 dBv와 같은 수치이다. 전문가용 장비에서 주로 사용하며 비전문가용(가정용) 음향장비의 전압 단위인 dBV에 2.2를 더하면 같은 값은 dBu를 알 수 있다. 예를 들어 -10 dBV를 dBu로 환산한다면 -10 + 2.2 = -7.8 dBu가 되는데, 비전문가용 장비를 전문가용 장비에 연결하면 약 2.2dB 작은 소리가 입력된다는 이야기이다.
dBV
1v(rms) = 0 dBV를 기준으로 하며 dBu라는 단위가 나오기 이전부터 저항과 관련 없는 경우에 사용하던 상대적 전압 측정 단위이다. 주로 가정용 음향장비에서 사용하며 또한 마이크 출력을 나타내는 단위로 사용되기도 한다.
dBW
dBm과 마친가지로 전력을 나타내는 단위이지만, 기준값을 1 watt를 0 dBW로 사용하여 파워 앰프의 출력을 나타내는 단위로 주로 사용한다.
소리의 크기
dB SPL (Sound Pressure Level)
dB SPL = 20⋅log10(SPL1/SPLref)
SPL1 = 측정한 공기 압력
SPLref = 기준 공기 압력 <20μPa마이크로파스칼 혹은 0.02 mPa밀리파스칼=사람이 소리를 인지하기 직전의 공기압, 파스칼=공기압의 단위>
소리의 크기를 이야기할 때 일반적으로 사용하는 dB는 아마 dB SPL일 확률이 아주 높다. 전압과 같이 '20 log'를 사용하는데 그 이유는 공기압의 파동이 고막을 통해 전달되는 과정이 마치 전기의 전자가 저항을 통과할 때와 흡사하기 때문이다(yamaha book). 전압과 같이 '20 log'를 사용하며 SPL Sound Pressure Level이 기준값보다 2배 커지게 되면 6dB의 차이가 나고 SPL이 10배 커지게 되면 20dB의 차이가 난다.
역자승의 법칙 Inverse square law6dB의 차이는 거리 비례하여 나타나는데, 기준 지점에서 2배 위치에서의 음압은 (20 log1/2 = 20 xlog1/2 = 20 x -0.3 = -6dB SPL) 기준위치의 음압보다 -6dB 작은 소리가 되고 기준 지점에서 1/2의 위치에서의 음압은 (20 log2/1 = 20 xlog2 = 20 x 0.3 = 6dB SPL) 기준위치의 음압보다 6dB 큰 소리가 된다. 물론 이 차이는 잔향이나 반사음을 고려하지 않은 경우로 거리에 따른 대략적인 음압의 변화를 추정할 때 사용하면 될 것이다. dB SPL의 차이는 개인마다 약간씩 다르게 느낄 수 있겠지만, 일반적으로 1dB는 무향실 같은 아주 조용한 공간에서 그 차이를 느낄 수 있고 현실에서는 3dB 정도가 되어야 그 차이를 인지할 수 있게 된다. 5dB의 차이는 누구나 확실히 느낄 수 있고 10dB는 2배 큰소리 혹은 2배로 작은 소리로 인지한다. 하지만, 사람은 모든 주파수에 대해 공기압의 변화를 소리 크기로 동일하게 느끼는 것은 아니다.
등청감곡선 Flecher-Munson curves / Equal Loudness Contours
1930년대 벨 연구소의 Fisher Stevens, Harvey Fletcher, Wiley Munson은 사람이 소리 크기를 어떻게 인지하는지에 대한 실험을 진행하였다. 연구자들은 사람들에게 다양한 주파수를 다양한 강도로 들려주고 사람들이 느끼는 소리 크기에 대해 기록하였다. 이 기록을 토대로 만들어진 것이 Flecher-Munson curves 등청감곡선이다. 등청감곡선等聽感曲線을 풀어보면 '등等' 동등한, '청감聽感'청각적인 감각, '곡선曲線'이다. 다시 말하자면, 동등한 소리 크기로 느끼는 청감각 곡선으로 1kHz를 기준으로 실험하였다.
예를 들어 1kHz를 10dB SPL로 재생한 후, 60Hz를 이와 비슷한 소리 크기로 인지하기 위해서 60Hz를 몇 dB SPL로 재생해야 하는지 실험한 것이다. 이 경우 1kHz 10dB SPL과 비슷한 청감을 얻기 위해서는 60Hz를 40dB SPL로 재생하여야 두 소리의 크기가 비슷하다 느낀 것이다. 특히 2,000~5,000Hz 대역인 4,000Hz 부근은 사람이 가장 민감하게 반응하는 주파수 대역이다. 1kHz의 dB SPL을 기준으로 청감상 동일한 크기의 dB SPL을 연결하여 만든 'phon'이라는 곡선을 이용해 전체 주파수의 소리크기를 나타낸다. 일반적으로 사용하는 dB SPL은 40 phon 즉 1kHz, 40 dB SPL을 기준으로 한 것으로, 'dB(A)'라는 단위를 사용하고 'dB SPL, A-가중치로 보정한 값'이라는 뜻이다.
dB(A) A-weight
dB(A) = dBA = dB(A wtd) = dB SPL(A weighted)
- 40 phon을 기준으로 가청 주파수 대역의 dB SPL의 값을 보정하는 단위
- 사람의 청각 인지 특성을 고려하여 소리 크기를 사람이 듣는 것과 가능한 비슷하게 나타내는 단위
등청감곡선을 통해 사람의 청감각이 모든 주파수에 대해 균일하게 반응하지 않고 특정 주파수에 대해 민감하게 반응한다는 것을 알 수 있다. 하지만, 우리가 듣는 소리는 한 주파수만 가진 사인파와 같지 않고 거의 모든 주파수 대역이 섞여 있는 복합적인 소리이다. 만약 'phon'의 기준이 되는 1kHz의 dB SPL을 기준으로 하면 저역대와 고역대 소리 크기를 제대로 나타내지 못할 것이다.
A-weight / dBA / 보정 가중치 값사람의 이런 특징적인 청감각을 토대로 dB SPL의 소리의 크기를 나타내는 것이 웨이트 weight라는 보정방법이다. 가청주파수를 10개의 옥타브로 나누어 각 주파수 대역의 dB SPL 수치를 보정하는 방법으로 가청 주파수 소리 크기를 보정하여 나타낸다. 만약 어떤 사운드 시스템이 100dB 출력한다고 한다면, 이때 사용한 dB는 dB SPL을 말하는 것이고, 더 구체적으로 말한다면, 가청 주파수 10개 옥타브 대역의 소리 크기를 A-weight를 사용하여 보정한 dBA라고 생각하면 될 것이다.
dBA / dBB / dBC 가중치 보정 시스템
- dBA : 40 phon을 기준으로 가청주파수 소리크기를 보정한 단위, 일반적으로 사용하는 소리 크기, 많은 국가, 국제기관에서 소음 규제와 표준으로 사용
- dBB : 70 phon을 기준으로 소리 크기를 보정한 단위, 거의 사용되지 않음
- dBC : 100 phon을 기준으로 소 크리를 보정한 단위, dBA와 함께 사용되기도 했으나 지금은 거의 사용하지 않음
가청한계음압
사람이 고통을 느끼는 음압은 약 130 dB정도이지만, 미국 질병관리국에 의하면 70dB 정도의 소음에 오랜 시간 지속적으로 노출되면 청각이 손상되고 120dB 이상의 음압에 노출되면 즉각적으로 청각이 손상되기 시작한다고 한다. 일반적으로 녹음실에서 듣는 음압이 90~120dB 정도이니 음향 엔지니어는 극한의 환경에 지속적으로 노출되어 있다고 보면 된다. 그러니 녹음 중간중간에, 그리고 믹스 중간중간에 귀를 쉬게 하는 시간을 가지는 것은 장기적인 활동을 위해 너무나 중요한 부분이다. 오랫동안 활동하는 대부분의 음향 엔지니어들이 생각보다 소리를 크게 듣지 않는 이유가 바로 여기에 있다. 청각은 한번 손상되면 거의 회복이 되지 않고 피해가 영구적인 경우가 많으니 좋은 청각을 가졌을 때 보호하는 것이 현명할 것이다. 또한 같은 음악을 계속해서 반복적으로 듣다 보면 소리에 대한 객관적인 평가를 하기 어려워진다. 그럼 소리를 더 크게 할 것이 아니라 잠시 휴식을 가지고 새롭고 객관적인 마음과 귀를 가지고 다시 시작하게 되면 훨씬 더 좋은 결과물을 만들게 된다.
무료로 배포하는 소음 측정 어플을 스마트폰에 설치하여 자신이 작업하는 환경의 소리 크기를 체크해 보자.
https://www.cdc.gov/niosh/topics/noise/app.html
디지털 시대로
dBfs
dB full scale의 약자로 디지털에서 소리의 크기를 나타낼 때 사용하고 Pro Tools, Logic Pro X, Cubase 등 DAW Digital Audio Workstation의 미터 그리고 디지털 믹싱 콘솔의 미터에서 사용하는 단위이다. dBfs는 실제 사람이 듣는 소리의 크기가 아니라 DAW 프로그램 혹은 디지털 믹싱 콘솔에서 입력 혹은 출력할 수 있는 가장 큰 소리를 0dB 하는데 페이더에서 0이 아니라 미터에서 0이 0 dBfs이다.
bit depth
디지털 오디오의 비트뎁스 bit depth에 따라 다룰 수 있는 음압폭 즉 다이나믹 레인지 dynamic range가 달라지기 때문에 최대 입출력 치를 0dB로 하고 그보다 작은 소리는 마이너스값으로 표시한다. 프로 오디오에서 사용하는 비트뎁스는 16, 24, 32 비트 bit를 사용하고 1비트당 표현할 수 있는 음압폭은 약 6dB이므로 16비트의 경우, 16 x 6 = 약 96dB 정도의 다이나믹 레인지(음압폭)가 되므로 16비트에서 표현할 수 있는 가장 작은 소리는 -96dB이 된다. 24 비트의 경우, 24 x 6 = 약 144dB의 음압차를 표현할 수 있으므로 24비트를 사용하면 인간의 가청한계음압폭보다 넓은 다이나믹 레인지를 표현할 수 있다. 24비트의 경우 가장 작게 표현할 수 있는 음압은 -144dB이며 가장 크게 표현할 수 있는 음압은 0dB가 된다. 디지털에서는 0 dBfs 보다 큰 소리가 입력되거나 출력되면 신호가 잘려 clip 져서 신호가 깨지고 왜곡이 생긴다. 그러니 신호가 깨지지 않게 즉 0 dBfs에 닿지 않게 약간의 여유 음압폭을 확보해야 하는데 이 여유음압폭을 헤드룸 headroom이라고 한다.
다이나믹 레인지 Dynamic Range와 헤드룸 headroom
다이나믹 레이지와 헤드룸의 활용은 아날로그 장비 사용에서도 중요하지만, 특히 디지털 오디오에서 신호를 왜곡되지 않게 녹음하거나 믹싱에서 음원의 선명도를 유지하기 위해 중요한 점이다.
녹음의 경우, 녹음하는 소스는 노이즈 플로어에서 최대한 멀어져야 노이즈가 없는 깨끗한 소리가 되지만 헤드룸을 충분히 확보하지 않으면 클립이 생겨 소리가 영구적으로 손상되고 만다. 그러니 노이즈 플로어로부터 최대한 멀지만 갑자기 소리가 커져도 클립이 생기지 않는 구간을 찾아야 하고 특히 노이즈 플로어가 높은 홈레코딩 환경에서 이 구간을 찾는 것은 아주 중요하다.
믹싱의 경우, 스피커(혹은 헤드폰이나 이어폰)로 들리는 모니터링 레벨을 잘 조정하여야 DAW상의 출력에서 충분한 헤드룸을 확보가 가능해져 소리의 왜곡이 생기지 않게 될 것이다. 믹스에서 충분한 헤드룸의 확보는 소리의 선명도와 믹스 이후 마스터링 프로세싱을 용이하게 하여 좋은 결과물을 만들 수 있게 할 것이다.
32bit floating point
컴퓨터가 발전하여 디지털 오디오의 32비트 연산(쉽게 말하자면, 계산)이 가능해지면서 실수實數(실제 존재하는 수)를 표현하는 방식으로 소수점의 위치를 고정하지 않고 가변적으로 사용하여 정밀도와 표현 범위를 높이는 방식인 부동소수점을 사용하였다. 부동소수점浮動小數點은 움직이지 않는 소수점이 아니라, 플로팅 floating '가라앉지 않고 떠다니는'의 의미와 같이, 부浮 '떠다니는' 동動 '움직이는' 즉 떠다니며 움직이는 소수점小數點을 사용하는 방식이라는 뜻이다.
Sign 부호 / Exponent 지수 / Mantissa 가수
디지털 오디오 비트 뎁스가 표현할 수 있는 다이나믹 레인지32 비트 플로트 방식을 사용하면서 표현 가능한 다이나믹 레인지는 상상을 초월하게 되었다. 로켓 발사 근처의 소리크기가 약 180dB SPL 정도로 사람이 들을 수 있는 가청한계음압을 넘어서지만, 32비트 플로트 방식으로 녹음 가능한 디지털 녹음 장치를 사용한다면 왜곡 없이 녹음할 수 있고 (누가 감히 시도할지는 모르겠지만) 로켓 발사 소리를 왜곡 없이 재생할 수도 있다는 뜻이다. (로켓 발사 소리의 녹음과 재생이라면 이점이 있기는 하지만) 32비트 플로트 방식의 최대 이점은 24비트의 음압범위인 144dB의 음압폭을 원하는 위치에 둘 수 있다는 것이다.
아직까지 거의 대부분의 오디오 인터페이스는 32비트 녹음을 지원하고 있지 않지만 대부분의 DAW의 오디오 엔진은 32비트 이상으로 프로세싱을 하고 있기 때문에 녹음은 24비트로 믹싱, 마스터링은 32비트로 작업하는 것이 가장 효율적일 것이다.
VU Volume Unit
사람은 순간적인 음압의 변화를 인지하지 못하고 어느 정도 소리가 지속되어야 소리의 크기를 인지할 수 있다. 다른 말로 하자면, 순간 최대치인 peak level이 아니라 실효치인 rms level과 비슷하게 소리의 크기를 인지한다는 뜻이다. VU 미터는 사람이 듣는 것과 비슷하게 보여주기 위해 약 300ms에서 500ms동안의 rms level의 평균값을 나타낸다. VU 레벨과 dBfs는 조정하기 나름이라, 일반적으로 0vu를 -18 dBfs ~ -24 dBfs정도로 세팅하여 사용한다. 그런 이유로 VU미터는 들리는 소리의 크기를 나타내는 것이 아니라 장비의 입출력 레벨을 세부조정 calibrate 하기 위해 주로 사용한다.
LUFS Loudness Units Full Scale
일반적으로 큰 소리가 더 풍성하고 좋게 들리기 때문에 음반의 소리를 가능한 크게 만드는 '음압전쟁 Loudness war'은 LP를 재생해서 방송하던 라디오 방송 초기시절부터 시작되었지만, 음압으로 인한 문제는 음반단위 음악 감상방식에서 스트리밍 서비스로 음악을 감상하기 시작하면서 본격적으로 만들어졌다. 각 음반 혹은 음원의 음압차로 인해 스트리밍 서비스 사용자가 수시로 볼륨을 조절해야 하는 문제로 인한 불만이 제기되기 시작하였고 또한 영상 플랫폼에서는 광고나 영상 그리고 음악 콘텐츠 간의 음압이 어느 정도 일관성을 유지하여야 하는 필요가 대두되었다.
예를 들어, 피크레벨 Peak level이 같은 두 음원이라도 실제 음압은 전혀 다르게 들리수 있기 때문에 피크레벨을 바탕으로 음량을 측정하던 기존의 방식은 이 문제를 해결할 수 없었다. 2010년 EBU European Broadcasting Union에 의해 발표된 LUFS방식은 음원의 평균 음압을 측정하기 때문에 피크레벨보다 월등하게 나은 방식으로 음원의 음량을 사람이 듣는 것과 비슷하게 측정할 수 있게 해 주었다.
오디오 레벨의 측정과 표준화를 위해 사용하고 있는 LUFS는 거의 모든 음원 서비스 플랫폼에서 사용하고 있으며 각 플랫폼마다 표준(기준)으로 하는 LUFS level과 Peak level이 있다. 플랫폼은 각 음원의 LUFS를 계산하여 표준 LUFS보다 음압이 높은 음원의 LUFS는 낮추고, 표준 LUFS보다 음압이 낮은 음원의 LUFS는 높이는 방식으로 모든 음원의 소리를 (나름) 일정한 크기로 들리게 한다. 하지만, 거의 대부분 플랫폼에서 표준 LUFS보다 음압이 높은 음원은 낮추지만, 모든 플랫폼이 표준 LUFS보다 낮은 음압을 가진 음원의 음압을 높이지는 않기 때문에 적정한 LUFS (일반적으로 -14 LUFS)로 음압을 맞추는 것은 아주 중요하다.
LUFS 측정 방식과 세부단위
LUFS 미터에서 레벨을 표시하는 방식은 100Hz 이하의 주파수는 완만하게 깎아내고 약 2Khz 대역은 강조하는 측정방식인 'K-보정방식, K-weighting'을 사용한다.
Integrated LUFS : K-weight가 적용된 음원 전체의 RMS레벨
Short-term LUFS : K-weight가 적용된 400ms(0.4초간)의 RMS레벨
Momentary LUFS : K-weight가 적용된 3초간의 RMS레벨
True Peak : 일반적인 피크가 아닌 디지털에서 아날로그로 변환하는 과정에서 오버샘플링을 적용하였을 때 나타날 수 있는 피크 레벨을 표시하여 클립핑 clipping을 방지함.
LRA (Loudness RAnge) : 어떤 시간(구간) 동안의 다이나믹 레인지를 표시, 음악 장르에 따라 다르게 나타남.
PSR (Peak to Short-term loudness Ratio) : Short-term(3초) LUFS와 트루피크 간의 비율을 표시, 예를 들어 Short-term LUFS -12dB, True Peak -2dB의 PSR은 Short-term에서 True Peak를 뺀 값인 10이 된다.
PLR (Peak to integrated Loudness Ratio) : Integrated(음원전체) LUFS와 트루피크 간의 비율을 표시, 예를 들어 Integrated LUFS -14dB, True Peak -2dB의 PSR은 Integrated에서 True Peak를 뺀 값인 12가 된다.
LUFS 활용
방송을 포함한 대부분 스트리밍 플랫폼에서 일관된 음압을 송출하기 위해 소리를 일정하게 만드는 노멀라이징 normalizing의 과정을 거친다. 노멀라이즈는 소리를 일정하게 만드는 과정으로 컴프레셔 compressor나 리미터 limiter를 사용하기도 하고 peak나 rms 수치를 계산해서 처리할 수도 있다. 전문가들은 수치 계산을 통한 처리보다는 컴프레셔나 리미터를 사용하여 음악적 다이나믹을 최대한 유지하는 방향으로 음압을 일정하게 한다.
하지만, 아무리 음악적 다이나믹을 유지하려 하여도 과도한 컴프레싱과 리미팅은 어쩔 수 없이 음악의 다이나믹 레인지를 줄여 음악의 생기를 없애는 결과를 가져온다. 문제는 플랫폼에서 각 회사의 기준에 따라 노멀라이징 과정을 거칠 때 다이나믹 레인지가 낮으면 낮을수록 더 많은 음압 페널티를 받게 된다는 것이다. 그 결과 플랫폼에서 재생되는 음원의 소리가 다른 음원에 비해 오히려 작게 들리고 음악적으로 생기가 없이 재생될 가능성이 상당히 높아진다.
https://productionadvice.co.uk/?s=online+loudness*특이사항 : 사운드 클라우드는 노멀라이징을 하지 않기 때문에 음압전쟁이 여전히 진행 중이다.
플랫폼 타겟 LUFS직접 마스터링을 할 때를 대비해서, 자신이 작업하고 있는 음원이 가능한 많은 플랫폼에서 일관된 음압과 음악적 다이나믹을 유지하기 위해 LUFS 미터 보는 것에 익숙해져야 할 것이다. 거의 모든 플랫폼에서는 -12 LUFS (Integrated) 보다 높은 음원의 음압을 낮추어 버리기 때문에, 플랫폼에서 요구하는 적절한 LUFS인 약 -14 LUFS정도의 음압과 다이나믹 레인지를 12 PLR에 맞추게 되면 일반적으로 좋은 결과를 얻을 수 있을 것이다. 숙련된 마스터링 기술이 필요한 부분이니 많은 시도와 다양한 경험을 통해 장르에 적합한 숙련된 마스터링 기술을 습득할 수 있을 것이다.
체크 리스트
1. 소리의 크기?
2. dB란 무엇인가?
3. dB의 세부 단위 구분
1) dB
2) dB SPL
3) dBv, dBu
4) dBV
5) dBm
6) dBW
4. 역자승의 법칙
5. 등청감곡선
6. A-weight
7. dBfs
1) bit depth
2) Dynamic range와 headroom
3) 32 bit floating point
8. VU
9. LUFS
전기부분 적다 곁길로 빠져서 적었던 부분입니다.
마이크, 마이크 프리, D.I.box 부분으로 옮길 예정입니다.
임피던스 매칭 Impeadance matching
소리와 같은 교류신호를 다루는 장비에서 회로에 걸리는 저항을 임피던스라고 하는데 여러 장비를 연결해서 사용할 때 출력장비와 입력장비의 임피던스를 맞출 필요가 있다. 여기서 맞춘다는 의미는 임피던스 값을 같게 하는 의미가 아니라 출력 장비의 출력 전압이 입력 장비의 입력단에 손실(혹은 저하) 없이 전달하기 위해 출력장비의 임피던스보다 입력장비의 임피던스를 적어도 10배 이상으로 맞춘다는 뜻이다. 다른 말로 하자면, 출력단의 임피던스는 낮아야 하고 입력단의 임피던스는 높아야 하는데 적어도 10배 이상되는 것이 좋다는 것이다.
임피던스 미스매칭 Impeadance mis-matching
출력장비의 저항(임피던스)과 입력장비의 저항(임피던스)이 맞지 않게 되면, 출력장비에서 입력장비로 들어오는 전압이 입력장비로 제대로 흘러오지 못하는 경우가 발생하는데 이를 '임피던스 미스매칭'이라고 한다. 임피던스 미스매칭이 생기면 신호가 약해지거나, 신호의 주파수 반응이 왜곡되거나, 소리가 중복되거나, 심한 경우 장비가 손상될 수도 있다. 음향에서는 아주 심각한 문제가 된다는 뜻이다.
예를 들어 마이크에서 출력되는 전압을 1v, 마이크의 임피던스를 300옴이라고 가정하고 마이크 신호를 증폭하는 프리앰프의 임피던스를 같은 값이 마이크와 같은 300옴이라고 가정한다면 마이크 프리앰프에 입력되는 전압이 얼마나 되느냐 하는 이야기이다.
위의 입력 전압을 구하는 방법으로 계산해 보면 '입력전압 = (마이크 프리앰프 임피던스 / 마이크 임피던스 + 마이크 프리앰프 임피던스) x 마이크 출력 전압'이 되니 '입력전압 = 300Ω / 300Ω + 300Ω) x 1v = (300Ω / 600Ω) x 1v = 1/2 x 1v = 0.5v'로 마이크 프리앰프로 입력되는 전압이 반으로 줄어든다는 이야기이다.
마이크 프리앰프의 임피던스를 10배로 올려 3000Ω이 되게 하면 '입력전압 = 3000Ω / 300Ω + 3000Ω) x 1v = (3000Ω / 3300Ω) x 1v = 약 0.9 x 1v = 0.9v'로 마이크 프리앰프로 입력되는 전압 중 10%의 손실을 가진다는 이야기이다.
