최근에 음반작업 끝내고 다음꺼 해야되는데...

밀려오는 귀차니즘에 일할 엄두를 못내고 3일째 놀고 있다 보니.. 예전에 화성학 강좌 연재글 쓰다 바쁨에 쫓겨 다 못한 기억이 나서

다시 쓸려다 요새 취미 붙인 음향 세계에 관련된 글이나 써볼까 해서요.. ㅎㅎㅎㅎ

이 글은 아마 음악하시는 분들 말고도 음향에 관심있는분들, 좋은 음질을 추구하시느라 리시버들에 관심 있는 분들에게도 약간이나마 도움 되지 않을까 싶네요..

일단 거창하게 질문 하나 던져 보겠습니다.

소리(Sound)란 무엇인가?!!!!!

사실 알고보면 별거 없습니다. 그냥 매질(공기든, 물이든 여튼)이 진동하는 파동의 일종입니다.

일반적으로 사람이 듣는 소리라고 정의하면

가청주파수 (20Hz~20,000Hz) 사이의 공기의 진동이라 볼수 있는데요.

인간 가청주파수는 20Hz~20,000Hz(그냥 20kHz라 표현할께요)입니다. 이 헤르쯔라는 단위는 1초당 진동횟수로서 20Hz는 1초당 20번 진동한다는 소리고 20kHz는 1초당 2만번 진동한다는 뜻 입니다.

일반적으로 20Hz 미만으로 떨어지게 되면 그건 소리보다는 진동으로 느끼게 되고, 20kHZ를 넘어서면 사람이 못듣는다고 보시면 됩니다.

근데 이게 사람에 따라 편차가 있어서 보통 30Hz미만을 듣지 못하는 사람도 꽤 많구요. 고음역은 더 심해서 나이가 들수록 이 고음역을 듣는 정도가 많이 떨어집니다. 10대 때는 20kHZ까지 다 듣는 경우도 많지만 나이가 들수록 차차 떨어져서 평균적으로 30대쯤 되면 17.5kHz근처가 되고 고령이 되면 더욱 많이 떨어져서 흔히 말하는 가는귀를 먹게되는 경우도 있습니다.

(이어폰 너무 크게 들으시면 더 빨리 떨어집니다 ㅠ)

여기서 음향장비 얘기를 잠깐 하자면 일반적으로 이어폰이나 헤드폰은 저음역의 소리들을 충실하게 재생하지 못합니다. 저음역을 재생해 낼려면 그만큼의 에너지와 큰 우퍼가 필요한데, 음악작업용으로 쓰이는 꽤나 고가의 모니터링 스피커들도 보통 45Hz 까지만 재생해 내고 그 이하는 우퍼가 아니라 덕트의 울림등으로 재생해 냅니다. 그렇기에 이어폰이나 헤드폰에서 저역이 충실하다고 하면 의도적으로 해당 장비의 저역대가 부스트 되도록 설계해서 초저역대의 상실을 그 위의 저역대의 증가로 커버해내는 경우가 많습니다. 또한 모든 음역을 제대로 재생해 낼려면 2Way 또는 3Way와 같이 우퍼와 트위터가 분리된 형태여야 하기에 그렇지 못한 이어폰이나 헤드폰들은 대역대 별로 재생해 내는 정도가 차이가 날 수 밖에 없습니다. 이어폰이나 헤드폰은 그런 한계를 어느정도 감안 하시고 지르시는 편이 정신건강에 좋습니다 ㅠㅠ

이 가청 주파수 내의 진동을 소리라고 인식하게 되는데, 여기서 소리의 여러가지 요소가 더 등장합니다.

음량(진폭), 음고(진동수), 위상 이라고 볼 수 있는데요.

음량(Amplitude)의 경우는 소리의 크기를 말하며 진폭이 클수록 이 음량이 증가하게 됩니다. 단위는 dB(데시벨)을 쓰는데 이건 상대적인 단위 이고 흔히 얘기하는 소음측정에서 쓰이는 dB은 dB SPL 과 같은 절대값으로 변환한 단위를 사용하는건데, 음악이나 음향에서 dB는 dBu, dBV, dB FS와 같은 상대적인 단위를 쓰게 됩니다.

음고(Pitch,Frequency)는 음악적인 부분으로 보자면 절대값인 음정(Pitch)으로 볼수 있지만 물리적 현상으로는 주파수, 진동수(Frequency)로 볼 수 있는데요. 진동수가 많아 질 수록 고음이 되며 적어질수록 저음이 됩니다.(단위는 Hz)

위상(Phase)은 파형의 한 주기의 상을 뜻하는데 이게 0도에서 +180도 -180도 로 생각하시면 되는데 음향학이나 녹음을 하시는 분들이 아니면 크게 신경쓰실 필요는 없습니다.

소리는 이런식으로 구성이 되어 있는데요. 이제 음향으로써 소리를 다룰려면 대부분의 경우 음악과 관련되어서 이기에 이제 본격적으로 음악적인 소리에 대해 이야기 해보겠습니다.

세상의 모든 소리는 복합적인 주파수를 가지고 있습니다. 순음(Pure tone)이라 불리는 1개의 주파수만 가진 사인파(Sine Wave)는 자연계에 존재하질 않습니다.(그래서 인위적으로 만들죠 ㅎ 이 순음은 옛날 방송정파시간에 들리던 삐~ 하는 소리나 전화기 들면 번호 누르기 전에 나오는 뚜~ 하는 소리들 입니다.) 쉽게 말해 하나의 소리안에 굉장히 많은 주파수들이 들어 있습니다.

(이게 사인파의 파형(Wave form)입니다)

이 중에서 음악적은 소리란 규칙적인 주파수 배열을 가진 소리들을 의미하는데요(타악기의 경우는 조금 다릅니다.) 이런 규칙성 없는 주파수들을 가진 소리들은 흔히 소음으로 구분되어 음정(Pitch)를 가진다고 보기 힘듭니다.(그래서 옛날에 영재 나오는 티비 프로그램에서 절대음감 능력자라면서 책상 두드리는 소리, 문닫는 소리 들려주고 음정 맞추고선 이게 맞다! 라고 하는거 좀 말이 안되는 겁니다.. ㅠ)

그렇다면 어떤 규칙을 가지고 주파수가 배열되어 있길래 음악적인 소리들을 굳이 분류하고 음정이 있다고 말하는가. 그건 생각보다 간단합니다. 인간이 기준으로 정한 주파수의 정수배의 주파수 배열을 가진 소리들은 음악적인 소리라고 하며 우리가 음정을 인식할 수 있습니다.

보통 국제 기준으로 440Hz를 A3(라음)로 정해 놨는데요. 이게 뭐 옛날에는 433, 435, 437 이런식으로 나라마다 기준이 조금씩 달랐던걸 국제기준으로 통합했답니다.

음악에 쓰이는 음정이 있는 악기들에서 A3음을 쳤을때 440Hz만 울리는게 아니라 이 440Hz의 2배가 되는 880Hz 3배가 되는 1320Hz, 4배가 되는 1760Hz, 5배, 6배 7배....... 이런 소리들이 동시에 울리게 됩니다. 여기서 440Hz는 기음이라고 해서 해당 음의 음정으로 인간이 인식하게 되고 2배음은 880Hz는 사실 한옥타브 위의 음, 1320Hz는 완전 5도 위의 음(라 음 기준으로 미), 5배음인 2200Hz는 장3도위 음(라음 기준으로 장3도 위의 음 도#) 이런 소리들이 동시에 울리게 되는데 나머지 음들은 배음이라고 하며 인간의 뇌의 착각효과 때문에 이것들은 음정으로 인식이 안되고 그저 음색(Sound Color)에 변화를 주는 요소로 인식하게 됩니다.

보통 악기에선 기음이 음량이 가장 크며 높은 배음으로 갈수록 음량이 줄어듭니다.(시간차도 약간씩 있고요. 인간이 느끼지 못할정도로) 이런 배음의 원리들을 과학자들이 발견한게 아니라, 먼 옛날 피타고라스 시절 수학자들이 음악이야 말로 숫자, 우주의 진리다! 이러면서 지들이 찾아서 수학적으로 다 계산해 놓은것들이라고 하더라구요. 이 원리를 기초로 해서 화성학도 탄생했구요.

결국 음악적인 소리, 악기들의 소리는 이런 기음과 배음들의 구조에 맞게 울리는 소리라고 보시면 되고 이 배음렬을 따르는 소리를 인간이 음정이 있는 소리로 인식하게 됩니다.

(피아노에서 라(A3)음을 쳤을때 배음 구조)

어떤 악기든 간에 음정이 존재하면 이런 배음렬을 따라 배음들이 나게 되구요. 이 배음들의 구성 성분, 몇번째 배음이 더 크고 몇번째 배음이 더 적고 하는 이런 성분에 따라 각 악기들의 음색이 결정됩니다. 이건 사람 목소리도 마찬가지라서 사람에 따라 음색이 다른것도 이런 배음 구조가 다르게 나기 때문입니다.

위에 그래프에 보면 정수배가 아닌 지점에도 소리들이 있는데, 이건 실제 악기들에 포함된 배음(Harmonics) 외의 Overtone 이라 보면 되고 일종의 노이즈들과 비슷한 건데, 각각의 악기들은 이런 노이즈 들이 해당 악기의 특이한 음색을 만들기도 합니다. 이런게 있다고 나쁜게 아니에요 ㅋ 이런 노이즈가 없는 악기는 오직 인간이 의도적으로 배음렬에 따라 소리를 만들어내도록 만든 신디사이저 밖엔 없습니다.(사실 신디사이저도 각 부품들 사이에서 발생하는 노이즈 같은게 있어서 아주 약간씩은 있습니다.)

그래서 믹싱을 할때 EQ(이퀄라이저)를 만진다고 하면 이런 배음들을 조정해서 해당 악기의 음색을 변형시킨다거나 하는 작업을 하게 됩니다.

이런식으로 소리들이 구성되어 있는데 소리는 결국 시간적인 울림인 지라 소리가 나타나서 사라질때 까지의 단계들이 있습니다.

이걸 Ampltude Envelope 라고 하고(신디사이저 다뤄보신 분들은 들어봤을꺼에요 ㅋ) 흔히 ADSR의 4단계로 구분하는데 신디사이저 적인 구분법이고 모든 소리들은 더 추가적인 단계들도 있다고 보시면 됩니다.

A: Attack Time이라고 해서 소리가 등장해서 최고 레벨에 도달하는 걸리는 시간의 단계를 말합니다.

D: Decay Time 이라고 해서 최고지점에 도달한 소리가 일반적인 울림(Sustain Level)정도로 떨어지는데 걸리는 시간의 단계입니다.

S: Sustain Level 이라고 해서 그 소리의 지속적인 울림의 음량을 말합니다.

R: Release Time 이라고 해서 Sustain 단계이후 소리가 완전히 사라질 때까지 걸리는 시간을 말합니다.

각각의 악기별로 이 단계들의 시간이나 정도는 꽤나 달라서 위의 그림은 피아노의 경우이고, 드럼의 경우 어택타임이 훨씬 짧고 서스테인도 엄청 짧습니다. 바이올린 같은 악기들은 연주법이 따라 어택타임의 길이가 다르고 대부분 어택이 느리고 서스테인도 큰 그런 소리들 입니다.

일반적으로 거의 대부분의 소리들은 이런 단계들을 거쳐 나타났다 사라집니다. 이런 단계들의 시간과 크기에 따라 다이나믹(소리가 크고 작인것의 차이)이 결정되는데 음향에선 이런것들을 컴프레서라는 것을 사용해서 조절합니다.

이제 최근 음악의 트렌드인 디지털 음원을 이야기 하려면 디지털 오디오 세계에 대해 설명해야 하는데 이건 일단 머리 아프니 잠시 패스 하구요 ㅎㅎ

그 전에 이제 모노와 스테레오라는 음악이나 소리 데이터(아날로그든, 디지털이든)에 대해 짚고 넘어가겠습니다.

이제 스테레오 2Ch 이라고 하면 좌우가 서로 다른 정보를 갖고 있는 2개의 트랙을 말하는데 이게 동시에 재생되어 인간이 스테레오 감을 느끼게 됩니다.

그전에 모노라고 하면 좌우 구분 없는 동일한 정보의 한개의 트랙이라 보시면 되구요.

이 스테레오라는건 왜 하느냐 하면. 인간의 귀가 2개잖아요? 좌, 우 그렇기 때문에 인간은 두 귀에 도달하는 소리의 시간차이, 음량 차이 등으로 해당 소리가 어느방향에서 나는가, 얼마만큼 떨어져 있는가 등을 구분합니다.

이 원리를 통해서 모노트랙을 왼쪽과 오른쪽에서 서로 다른 음량이나, 서로 다른 시간에 재생을 하게 되면, 예를 들어 왼쪽이 오른쪽보다 더 크게 그리고 빠르게 재생하게 되면 인간은 해당 소리가 왼쪽에 있다고 생각하게 됩니다.(단순히 음량 차이만 둬도 됩니다 ㅎ)

음악에서는 각각의 악기들을 이런식으로 트랙마다 왼쪽 오른쪽의 음량 차이를 두는 방식을 통해 좌 우 2개의 스테레오 정보 만으로 인간이 어떤 가상의 공간에서 음악이 펼쳐지고 있는듯한 느낌이 들게 만듭니다.(딜레이를 사용하기도 하고 음정을 약간씩 뒤트는 방식을 사용하기도 합니다)

예를 들자면 드럼은 가운데 어쿠스틱 기타는 왼쪽, 일렉 기타는 오른쪽, 바이올린은 왼쪽 첼로는 오른쪽 이런식으로 인위적으로 배치를 해서 듣는 사람으로 하도록 어떤 공간안에서 연주가 펼쳐지는 듯한 느낌이 들도록 만드는데 이걸 Pan 이라는 정보를 바꾸는 방법으로 만들어 냅니다.(그래서 엄밀히 말하면 이어폰 한쪽씩 나눠서 들으면 음악을 제대로 들을수가 없어요 ㅋ 하지만 맘에드는 이성이 있다면 나눠 들어도 좋겠죠? ㅋㅋ 음악은 어디까지나 듣는사람의 마음상태에 달려 있습니다 ㅋㅋㅋ 하지만 난 나눠 들을 사람이 없으니 ASKY.... ㅠㅠ)

요즘 음악은 이렇게 대부분 스테레오 입니다. 다만 금전적 여유가 있는 분들이 꾸리시는 5.1 Ch 시스템은 트랙이 5개가 있어서 가운데, 좌, 우 왼쪽 후면 오른쪽 후면 이런식으로 5개의 트랙이 있고 이 트랙에 맞춰 소리들을 배치하기 때문에 더 확실한 공간감을 느낄수 있지만.. 이 시스템에서 들을 기회라곤.. 영화관 밖에 없네요 ㅎㅎ

아직 디지털 오디오에 대해선 다루지 않을테니, 전통적인 아날로그 음향방식에 대해서 설명을 조금만 더 할께요.

일단 디지털이라는 용어와 아날로그라는 용어를 확실히 정의해야 편하실 텐데요.

디지털은 불연속적인 데이터 입니다. 0과 1로 표시되는 데이터 들을 말하는데요 그림파일에서 픽셀을 생각하시면 편할텐데 사진을 엄청 확대하면 생기는 픽셀처럼 아주 작은 점들로서 그림을 표현하듯 음악의 디지털도 저장방식에서 소리의 시간의 흐름에 따라 아주 작은 불연속 적인 단계로 나누고 음량의 단계도 아주작은 불연속 적인 단계, 0과 1로써 나눠서 저장하는 방식입니다.

아날로그는 연속적인 데이터입니다. 자연계에 존재하는 거의 모든 것들, 빛, 전기, 소리 같은것들 모두 아날로그 입니다. 이걸 그 방식 그대로 저장하는것을 아날로그 저장방식이구요 음악에선 테잎이나 LP 같은게 있습니다.

이걸 굳이 얘기한건 지금부터 이야기할 앰프나 스피커 마이크 같은것들 때문인데요.

현재 디지털 방식의 음악생산, 청취가 보편화된 현재도 그 어떤 제품이든 앰프나 스피커 마이크는 아날로그 입니다.

왜냐면? 이것들은 전기신호를 이용한 방식이거든요. 전기신호=디지털이 아닙니다. 혼동하시기가 쉬운데 전기는 연속적인 아날로그 신호이고 이 전기 신호의 전압변화, 전류변화 등을 통해 음악을 재생하는게 스피커,이어폰,헤드폰 이 변화를 통해 소리신호를 전기신호로 바꾸는게 마이크, 이 전기신호들을 각각의 장비들이 쓸수 있을만큼 증폭시켜 주는게 앰프입니다.

디지털은 이 전기신호를 차단(0), 흐름(1)으로 기록하는 방식을 뜻하구요.

그렇기 때문에 이런 모든 음향 장비들은 전기신호의 전압의 세기나 전류의 정도에 따라 구동 되는데 앰프의 작동방식이나 구조 등에 따라 이 전류,전압의 증폭 방식이 달라 그걸 통해 재생되는 소리들이 장비마다 특색을 가지게 되고 이런 특색이 음향적으로 보면 좀더 따뜻한 느낌이 들게 한다거나, 좀더 차가운 느낌이 들게 만든다거나, 날카롭게, 부드럽게 이런식의 느낌을 주게 만듭니다.

따라서 앰프를 기준으로 봤을때 소리를 '좋게' 만들어 주는 앰프가 존재한다기 보다는 소리를 자신의 '취향'에 맞게 만들어주는 앰프들이 존재한다고 보시면 됩니다.

각각의 아날로그 방식은 나중에 올릴 편에서 소개 할께요. ㅎㅎ

스피커나 이어폰, 헤드폰을 보자면 위에도 간략하게는 설명 했지만 스피커의 경우 우퍼의 크기(인치수)에 따라 중저음역의 재생 정도가 결정됩니다. 우퍼가 크면 클수록 더욱 선명하고 더욱 넓은 범위의 중저역이 재생가능 합니다. 우퍼와 트위터간에 재생하는 주파수 대역이 다르기 때문에 이부분이 크로스 오버 되는 부분을 우퍼와 트위터의 위치배치와 재생 정도등을 결정해서 깔끔하게 재생할 수 있게 만드는게 스피커 회사들의 기술력이구요. 그 외에도 우퍼의 재질이라든지 울림통의 소재등에 따라서도 재생되는 소리의 성향이 바뀝니다.

그래서 싼 스피커 들은 플라스틱 소재들의 울림통이나 합판과 같은 울림통을 쓰는 경우도 많구요.

진짜 비싼 스피커는 초고역-중고역-중저역의 3Way 방식을 쓰기도 하는데 이것들의 가격은 ㅎㄷㄷ 입니다.. 아무나 못사요 ㅠㅠ(B&W 같은.....)

스피커도 마찬가지로 전기신호들로 재생되기 때문에 앰프가 필요한데 크게 패시브 스피커와, 액티브 스피커로 나눠집니다. 액티브는 스피거 안에 앰프가 내장되어 있기때문에 따로 앰프가 필요하지 않고 저가형부터 중고가형까지 대부분 액티브 스피커 입니다. 패시브 스피커는 스피커 자체에 앰프가 없기 때문에 따로 앰프가 필요하고 하이엔드 스피커들에 많습니다. (반드시 그렇지만도 않아요. 중고가 정도되는 것들에도 패시브 꽤 있습니다. ㅎ)

패시브 스피커들은 앰프가 무엇이냐에 따라 소리의 느낌이 제법 많이 달라집니다.

마지막으로 마이크는 소리가 감지되면 다이어프레임(진동판)을 통해 그 진동을 감지해 내고 그것을 전기 신호로 바꿔서 전달하는 역할을 합니다. 이때 생성되는 마이크의 전기신호는 굉장히 미약한데요. 이것을 마이크레벨이라고 합니다.(일렉 기타에 사용되는 인스트루먼트 레벨 같은것도 굉장히 작습니다.) 이것들을 마이크 프리앰프라 부르는 곳에서 1차적으로 증폭을 해야만 라인 레벨이라 부르는 오디오 장비들 간에 사용되는 표준 레벨로 만들수 있습니다.(컨덴서 마이크는 팬텀 파워를 공급해서 마이크 안에서 1차적으로 증폭해야 마이크레벨만큼 나옵니다;; ㅎ) 

왠만한 저렴한 마이크들은 다이나믹 마이크라 생각하시면 되고 이것들을 연결하는 컴퓨터의 사운드 카드 같은것의 마이크 입력단에도 싸구려일지언정 마이크 프리앰프가 들어 있습니다. 전문 오디오 쪽으로 가면 외장 마이크 프리를 쓰기도 하구요.

아 라인 레벨 이야기가 나온김에. 흔히들 마이크는 잘 안쓰시겠지만 PC-Fi 정도는 갖추시려는 분들이 있으니 이 레벨에 관련해서 이야기를 조금만더 할께요 ㅋㅋ

오디오 장비들간에 전기신호를 주고 받기위해 표준레벨이 존재하는데 그걸 라인레벨 이라 합니다.

대부분 +4dBu 또는 -10dBV를 기준으로 잡는데

이게 +4dBu의 경우 프로페셔널 오디오 장비의 기준으로 많이 사용되고 -10dBv의 경우 아마추어 오디오 장비의 기준으로 많이 사용됩니다.

음향장비간에 입 출력이 이 두개의 라인 레벨중 하나로 결정되는데

자신이 가지고 있는 오디오 장비 예를들어 DAC를 하나 가지고 있다 하면 이것의 출력을 설정하는 칸이 분명히 있습니다.

이것이 자신이 가지고 있는 스피커의 입력과 맞아 떨어지게, 예를들어 +4dBu 입력의 스피커를 가지고 있다면 DAC의 출력도 +4dBu에 맞추는 식으로 해야지만 각 장비들간의 정확한 신호 전송이 이루어 지게 되고 이런걸 칼리브레이션이라고 합니다.

라인에도 언발란스와 발란스 입출력 방식이 있는데 흔히 말하는 캐논잭(XLR잭) 방식은 모두 발란스 방식이고

흔히 말하는 55잭은 TS와 TRS 두가지로 나눠 지는데 TS는 언발란스 입출력으로 잭 끝에 보면 검은줄이 하나 있습니다.

TRS는 발란스 입출력 방식으로 검은줄이 두개 있습니다.(RCA는 모두 언발란스)

장비간에 연결할때도 발란스는 발란스 끼리 언발란스는 언발란스 끼리 연결하시면 되는데 발란스와 언발란스 신호간에 음질차이는 없습니다. 다만 어떤 신호가 노이즈에 더 강하냐 인데 발란스 신호가 노이즈 검사용 신호가 하나 더 있어서 노이즈에 더 강합니다 ㅎ

쨌든 자신이 사용하는 앰프나 DAC의 출력이 언발란스만 제공한다면 스피커에도 언발란스 입력에 연결하셔야 되고 캐논 잭만을 사용해서 연결할 경우는 별 문제 없지만 (RCA끼리 연결할때도 크게 문제는 없어요 ㅎ) 이제 55잭으로 연결할때는 이게 케이블이 자세히 안보면 언발란스 케이블인지 발란스 케이블인지도 안보이고 이 장비 출력이 언발란스인지, 발란스 인지도 안보입니다.

그래서 자기 장비의 설명서나 스펙란에 있는 입출력을 꼭 확인하시고 언발란스, 발란스에 맞는 라인으로 연결하셔야 장비가 전달해 주는 정확한 소리를 들으실 수 있습니다.

일단 음향에 관련된 가장 기초적인 이야기나 장비에 관련된 가장 기초적인 이야기는 대충 한거 같네요 ㅋㅋ

다음번엔 디지털 오디오.

Sample rate, Bit depth

PCM방식의 음원들(Wave, Aiff, MP3, OGG, ACC 등)에 대해서 알아보고 이것들과 아날로그와의 관계, 그리고 현재 서비스 되는 음원들에 대해 이야기 해 볼께요 ㅎㅎ

아마도 다음번 슬럼프 쯤엔 글을 쓰지 않을까..... 싶네요 ㅠㅠ ㅋㅋ(아마 곧 올겁니다 그 슬럼프... ㅋ)