음향이론4.동적 범위 (다이내믹 레인지) 와 헤드룸 /피크레벨 과 노이즈 플로어

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음향이론1. 소리의정의 / 소리의 전달과정 / 소리의 빠르기(속도) / 위상 / 읍압과 음색 / 등청감곡선 (tistory.com)

음향이론2.소리의크기 DB (데시벨) 에 대해 알아보자. (tistory.com)

음향이론3.위상(phase) . 위상 차(Phase Difference) 에대해서 / 위상 간섭 / 위상 동조 (tistory.com)

 

음향이론3.위상(phase) . 위상 차(Phase Difference) 에대해서 / 위상 간섭 / 위상 동조

 

 

음향이론2.소리의크기 DB (데시벨) 에 대해 알아보자.

 

음향이론1. 소리의정의 / 소리의 전달과정 / 소리의 빠르기(속도) / 위상 / 읍압과 음색 / 등청감

 

 

다이나믹 레인지

 

다이내믹 레인지 (Dynamic Range)

 

 

다이내믹 레인지(Dynamic Range) : 동적범위  란 어떤 기기 혹은 공간에서 가장 크게 발생할 수 있는 소리와 가장 작게 발생할 수 있는 소리의 범위, 즉 그 소리가 움직일 수 있는 범위를 의미합니다. 최대 음악강도와 최소 음악강도의 차이를 말합니다.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Rock 콘서트 (Rock concert.)

 

 

예를 들어, 어떤 Rock 콘서트에서 무대 위 보컬 마이크의 다이내믹 레인지를 구한다면, 먼저 가장 시끄러운 크기로 표현될 피크 레벨(Peak Level)과 가장 조용한 크기의 노이즈 플로어를 구하면, 그 차이가 다이내믹 레인지가 됩니다. 노이즈 플로어(Noise Floor)는 필요한 소리 외의 잡음만이 들릴 때의 크기, 즉 이 경우에는 잡음, 관중의 소음, 차량 소리 등을 말하며, 잡음 레벨로도 부르기로 합니다.

 

다이나믹 레인지는 소리 신호의 특성을 분석하고, 피크 레벨과 잡음 레벨의 차이를 계산하여 구합니다. 이 값은 음향 기기 및 소리 조절에 매우 중요합니다. 예를 들어, 음악의 경우, 노래의 다이나믹 레인지는 감정과 분위기를 전달하는 데 중요한 역할을 합니다. 또한, 음향 기기의 경우, 다이나믹 레인지는 최대 출력 레벨과 최소 잡음 레벨을 결정하는 데 사용됩니다.

 

공연 밸런스를 맞추는 데에는 다이나믹 레인지의 개념이 매우 중요합니다. 이를 이용하여 음향 기기의 최대 출력 레벨과 최소 잡음 레벨을 결정하고, 각 악기 및 보컬의 소리 레벨을 맞추어 공연 전체의 균형을 맞출 수 있습니다. 이를 통해 청중들은 보다 명확하게 공연을 즐길 수 있습니다.

 

 

 

 

 

 

 

피크 레벨(Peak Level) 은 소리의 최대 크기를 나타내는 지표입니다. 예를 들어, 음악을 들을 때, 가장 큰 소리의 크기를 측정하면 피크 레벨이 됩니다. 다이내믹 레인지는 피크 레벨과 가장 조용한 크기의 노이즈 플로어 간의 차이를 말합니다.

 

노이즈 플로어(Noise Floor)는 필요한 소리 외의 잡음만이 들릴 때의 크기, 즉 이 경우에는 잡음, 관중의 소음, 차량 소리 등을 말합니다. 잡음 레벨로도 부르기로 합니다.

 

 

조금 더 정확한 의미를 찾으시려면, 이 잡음레벨 이하의 크기로 노래를 해보세요! 그렇게 된다면, 그 소리는 잡음 속에서 들리기 어려워질 것이기 때문에 잡음 레벨이라고 부릅니다. 공연은 자연 음향 상태이므로, 일반적으로 dB SPL로 표현됩니다. 피크 레벨은 110dB SPL, 잡음 레벨은 40dB SPL, 그리고 다이내믹 레인지는 70dB입니다.

 

다이나믹 레인지 = 피크 레벨 - 잡음 레벨

   = 110dB SPL - 40dB SPL = 70dB

소리신호의 경우도 이와 같이 계산됩니다.

 

 

 

헤드룸(Headroom)

 

 

헤드룸(Headroom)이란 용어는 피크 레벨과 표준 라인 레벨(+4dBm 또는 -10dBV 또는 자연 음향의 평균 레벨(*약 85dB SPL))의 차이를 의미합니다. 이해하시나요?

 

헤드룸은 그 기기가 감당할 수 있는 최대 크기 레벨을 나타내는 중요한 용어입니다. 일반적으로, 고정적인 잡음 레벨(앞에서 언급한 노이즈 플로어를 잡음 레벨이라고 부르겠습니다. 자연 음향에서는 대개 40dB SPL 정도이고 소리 신호에서는 약 -60dBm 이하입니다)에서, 헤드룸이 클수록 기기의 다이내믹 레인지는 더 커져서 더 좋은 성능을 내는 것입니다. 다시 말해, 헤드룸이 클수록 기기의 성능이 더 좋아진다는 것입니다.

 

 

 

수영장 (pool)

 

 

헤드룸이란, 입력되는 오디오 신호의 최대 크기와 출력되는 신호의 최대 크기 사이의 여유 공간을 의미합니다. 이 여유 공간이 충분하지 않으면, 입력되는 신호의 일부가 잘리게 되고 이는 왜곡을 유발합니다.

 

헤드룸을 이해하기 위한 비유로는, 수영장에 물을 따르는 것이 좋은 예입니다. 수영장에 물을 따를 때, 물이 오버플로우 하지 않도록 따르는 양을 적절하게 조절해야 합니다. 만약 따르는 양이 너무 많으면 물이 오버플로우하고 바닥이 넘쳐버리게 됩니다. 반면에 따르는 양이 너무 적으면 수영장에 물이 충분하지 않아 물놀이를 즐길 수 없게 됩니다.

 

이와 마찬가지로, 헤드룸도 오버플로우를 막는 것과 같은 역할을 합니다. 헤드룸이 충분히 크면, 입력되는 신호의 크기가 증가하더라도 출력되는 신호의 왜곡이 적어지며, 더욱 깨끗하고 자연스러운 소리를 들을 수 있습니다.

 

따라서 사운드 엔지니어는 헤드룸을 적절하게 조절하여, 왜곡 없는 최상의 음질을 만들어내기 위해 노력합니다.

 

 

 

 

 

위 그림 A는 다이내믹 레인지가 22dB + 58dB = 80dB이고, 헤드룸은 22dBm - 4dBm = 18dB가 됩니다. 참고로 다이내믹 레인지와 헤드룸은 고정된 단위인 dBm과 같은 단위와는 표현이 다릅니다. 이것은 마치 사람의 키를 이야기할 때, 해발이라는 말을 사용하지 않는 것과 같습니다.

 

 

서로 다른 기기의 연결이나, 같은 기기 내에서의 신호 처리에 사용되는 크기인 표준 라인 레벨을 살펴보았습니다. 80dB의 다이내믹 레인지를 가진 장비라 하더라도, 헤드룸은 다를 수 있습니다. 그림을 보시면, 18dB(22dBm 차이)와 12dB(16dBm과 4dBm의 차이)의 헤드룸 차이가 있음에도 불구하고, 이 장비의 성능에서는 분명한 차이가 있습니다.

 

이 표준 라인 레벨을 통해 장비 간 레벨 호환성이 보장됩니다. 즉, +4dBm을 표준 라인 레벨로 설정하고 연결된 두 기기 A와 B의 접속에서, A 기기의 +17dBm 출력 신호는 A 기기에서는 좋은 신호지만, B 기기에서는 피크 레벨 이상으로 신호가 찌그러집니다.

 

 

사람의 귀가 인식할 수 있는 최대 다이내믹 레인지는 대략 140dB입니다. 이것은 잡음 레벨이 0dB SPL인 경우입니다. 실제로는 고막이 감지하는 것이 아니라 뇌에서 판단하는 것이므로, 이 140dB의 다이내믹 레인지는 고막이 손상되지 않은 상태에서 인식할 수 있는 범위입니다. 다시 말해, 더 큰 소리도 인식할 수 있습니다.

 

 

 

 

 

 

 

요약설명

 

다이나믹 레인지

다이내믹 레인지	소리의 최대 크기인 피크 레벨과 가장 조용한 크기의 노이즈 플로어 간의 차이
피크 레벨	소리의 최대 크기
노이즈 플로어(잡음 레벨)	필요한 소리 외의 잡음만이 들릴 때의 크기

 

단위 크기

피크 레벨	dB SPL	110
잡음 레벨	dB SPL	40
다이나믹 레인지	dB	70

 

 

 

 

헤드룸

 

표준 라인 레벨(Standard line level) : 스탠더드 라인 레벌 은

일반적으로 사용되는 신호 강도를 나타내는데, 보통 +4dBm 또는 -10dBV로 정의됩니다.

 

 

헤드룸 (Headroom) 설명

디지털
Full Scale (0dBFS)	디지털 시스템에서 가장 높은 레벨. 0dBFS를 초과하면 클리핑이 발생하며, 신호 왜곡의 원인이 될 수 있습니다.
적정 레벨 (optimum level)	디지털 시스템에서 가장 이상적인 레벨. 이상적인 레벨은 다른 다수의 디지털 시스템들과 호환되는 레벨로, Full Scale보다 약간 낮은 값입니다. 일반적으로 -6dBFS 정도로 사용합니다.
아날로그
헤드룸 (Headroom)	아날로그 시스템에서는 클리핑을 방지하기 위해 충분한 여유 공간을 확보해야합니다. 이 여유 공간을 헤드룸이라고 합니다.
적정 레벨 (optimum level)	아날로그 시스템에서는 Full Scale이 없기 때문에 이상적인 레벨을 설정하기 위해서는 다양한 요인을 고려해야합니다. 대표적으로 노이즈와 왜곡의 관계, 시스템의 노이즈 수준, 사용하는 기기의 헤드룸 등을 고려합니다.

 

 

 

 

 

출처: 서적 (장호준의 음향핸드북 )

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