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문제 정의
- 스피커에 대한 청음실험은 스피커의 음질을 파악하기 위한 스피커 제작의 최종 단계로서 오랫동안 지속되어 왔지만, 그 과정이 매우 복잡하고 소비되는 시간과 비용에 비해 신뢰성 및 재현성을 갖는 결과를 얻는 것이 쉽지 않았다. 따라서 본 연구에서는 청음실험을 수행하지 않고 도 스피커의 성능을 예측하기 위한 통계적으로 안정된 객관적인 평가 방법을 제안하고자 하였다. 이를 위해서, 신뢰성과 재현성이 인정된 청음실험을 통하여 얻은 주관적 평가 결과와 스피커의 성능을 객관적으로 평가한 물리적 인 측정 사이의 상관 관계를 찾기 위한 시도를 하였다.
- 스피커에 대한 청음실험은 스피커의 음질을 파악하기 위한 스피커 제작의 최종 단계로서 오랫동안 지속되어 왔지만, 그 과정이 매우 복잡하고 소비되는 시간과 비용에 비해 신뢰성 및 재현성을 갖는 결과를 얻는 것이 쉽지 않았다. 따라서 본 연구에서는 청음실험을 수행하지 않고 도 스피커의 성능을 예측하기 위한 통계적으로 안정된 객관적인 평가 방법을 제안하고자 하였다. 이를 위해서, 신뢰성과 재현성이 인정된 청음실험을 통하여 얻은 주관적 평가 결과와 스피커의 성능을 객관적으로 평가한 물리적 인 측정 사이의 상관 관계를 찾기 위한 시도를 하였다.
- 본 연구에서는 개발 단계 및 완성된 스피커의 음질을 분석하는 것을 목적으로 스피커 음질을 대한 주관적 평가 결과를 얻기 위하여 청음실험을 하고 스피커에 대한 물리적 특성을 얻기 위해서 재생음에 대한 객관적 측정을 수행하였다. 이 과정에서 청음실험을 통하여 얻어진 평가 결과에 대해서 분산분석법 (analysis of variance: ANOVA) 및 Tukey 기법을 이용한 통계처리 방법을 제안하고 적용 하여, 각 스피커의 음질에 대한 주관적인 평가 결과를 분석하였다.
- 본 연구에서는 개발 단계 및 완성된 스피커의 음질을 분석하는 것을 목적으로 스피커 음질을 대한 주관적 평가 결과를 얻기 위하여 청음실험을 하고 스피커에 대한 물리적 특성을 얻기 위해서 재생음에 대한 객관적 측정을 수행하였다. 이 과정에서 청음실험을 통하여 얻어진 평가 결과에 대해서 분산분석법 (analysis of variance: ANOVA) 및 Tukey 기법을 이용한 통계처리 방법을 제안하고 적용 하여, 각 스피커의 음질에 대한 주관적인 평가 결과를 분석하였다.
- 본 연구에서는 스피커 평가에 사용되는 지각인자 중 충실도 (fidelity)와 부드러움 (softness)에 대한 청음실험을 수행하였다. 충실도는 전체적인 음질을 평가하면서 재생된 음이 어느 정도 원음과 비슷한가를 평가하는 지각인자이고, 부드러움은 고음역의 재생 음질을 중심으로 저음역과의 조화를 평가하는 지각인자이다.
- 본 연구에서는 이와 같은 주관적 평가에 관련된 변수를 일관적으로 제어할 수 있는 환경을 검토하고, 관련된 변수들을 고려하며 재현성 있는 결과를. 얻기 위한 통계적 방법론을 제시한 후, 이를 객관적 측정 지수와 비교하고자 한다.
제안 방법
- 이런 문제를 제거하면서 보다 정확한 결론을 얻기 위한 방법은 실험이 추구하는 목적에 알맞은 통계처리 방법을 적용하는 것이나 아직까지 통계 처리 과정 은 거의 체계화 되지 않은 상태이다. 따라서 본 연구에서 는 복수비교방법에 대한 통계처리 방법을 분산분석법과 Tukey의 방법을 기본으로 재현성 및 신뢰성을 확보 할 수 있는 네 단계의 통계 처리 방법을 제안하고 적용한다.
- 이런 문제를 제거하면서 보다 정확한 결론을 얻기 위한 방법은 실험이 추구하는 목적에 알맞은 통계처리 방법을 적용하는 것이나 아직까지 통계 처리 과정 은 거의 체계화 되지 않은 상태이다. 따라서 본 연구에서 는 복수비교방법에 대한 통계처리 방법을 분산분석법과 Tukey의 방법을 기본으로 재현성 및 신뢰성을 확보 할 수 있는 네 단계의 통계 처리 방법을 제안하고 적용한다.
- 청음 실험을 통해서 얻은 평가 결과를 분산분석법과 Tukey방법을 사용한 통계 처리 과정 에 적용하여, 청음실험에서 사용되는 음질에 대한 인지 요소 중 충실도 및 부드러움에 대해, 신뢰성과 재현성이 보장된 주관적인 평가 결과를 얻었다. 또, 과거에 수행된 바와 같이 음향 물리량을 직접 측정하는 방법들을 사용하는 것 보다는, 청감 특성을 표현하는 객관적인 음질 요소 중 가장 중요한 라우드니스를 사용한 객관적 지수 FR 및 SR을 제안하였다. 이 과정을 통하여 계산된 결과가 충실도와 부드러움에 대한 주관적 평가 결과와 매우 높은 상관관계가 있음을 확인하였다.
- 이 과정에서 청음실험을 통하여 얻어진 평가 결과에 대해서 분산분석법 (analysis of variance: ANOVA) 및 Tukey 기법을 이용한 통계처리 방법을 제안하고 적용 하여, 각 스피커의 음질에 대한 주관적인 평가 결과를 분석하였다. 또, 인간의 청각 기관에 대한 특성이 고려된 음질 해석 (sound quality analysis) 지표 중 하나인 라우드니스(loudness)를 이용하여 각 스피커의 객관적인 차이를 밝히도록 하였다. 결과적으로 전자의 주관적인 평가 결과와 후자의 객관적인 측정 결과간의 상호관계를 조사하여, 최종적으로는 사람이 직접 스피커를 통해서 재생되는 소리를 평가 하는 것과 동등하게 스피커의 음질을 파악하고 표현 할 수 있는 객관적 지수를 얻도록 하였다.
- 이 과정에서 청음실험을 통하여 얻어진 평가 결과에 대해서 분산분석법 (analysis of variance: ANOVA) 및 Tukey 기법을 이용한 통계처리 방법을 제안하고 적용 하여, 각 스피커의 음질에 대한 주관적인 평가 결과를 분석하였다. 또, 인간의 청각 기관에 대한 특성이 고려된 음질 해석 (sound quality analysis) 지표 중 하나인 라우드니스(loudness)를 이용하여 각 스피커의 객관적인 차이를 밝히도록 하였다. 결과적으로 전자의 주관적인 평가 결과와 후자의 객관적인 측정 결과간의 상호관계를 조사하여, 최종적으로는 사람이 직접 스피커를 통해서 재생되는 소리를 평가 하는 것과 동등하게 스피커의 음질을 파악하고 표현 할 수 있는 객관적 지수를 얻도록 하였다.
- 이러한 실험을 위해서 청음실험을 수행하는 청음자를 대상으로 실제 실험 과정과 같은 방법으로 사전 교육을 수행하였고, 재현성 및 신뢰도를 높이기 위해서 4회 이상 실험을 반복하였다. 또한 청음자의 귀의 피로도를 감안하여 각 실험에 걸리는 시간이 30분이 넘지 않도록 휴식 시간을 제공하였다.
- 이러한 실험을 위해서 청음실험을 수행하는 청음자를 대상으로 실제 실험 과정과 같은 방법으로 사전 교육을 수행하였고, 재현성 및 신뢰도를 높이기 위해서 4회 이상 실험을 반복하였다. 또한 청음자의 귀의 피로도를 감안하여 각 실험에 걸리는 시간이 30분이 넘지 않도록 휴식 시간을 제공하였다.
- 본 연구에서는Zwicker [9]에 의하여 제안된 라우드니스 계산 방법이 Stevens [9]에 의해 제안된 방법보다 복잡하긴 하지만 확산 음장 (diffuse sound field) 및 자유 음장 (free sound field)에 모두 적용 가능하고, 순음 성분이 있거나 불연속적인 형태의 주파수 특성을 갖는 음의 해석에 유용하기 때문에, 그림 4와 같은 방법으로 라우드니스를 계산하였다. 라우드니스 (N: 단위 sone)는 각 임계대역 (critical bandwidth)에 대한 비라우드니스 (specific loudness: 단위 sone/Bark) 를 모두 더한 값이 되는데, 라우드니스는 소리의 전체 크기를 나타내는 반면, 비라우드니스는 각 임계대역에 대한 크기를 나타내기 때문에 소리의 특성을 주파수 대역과 대응시켜 분석할 수 있는 장점이 있다.
- 본 연구에서는 스피커의 음질에 대한 객관적인 평가 수단으로 사용되어 온 기존의 측정 방법에 인간의 청감 특성이 고려된 신호처리 기법을 적용한 라우드니스라는 음질 평가 요소를 선택하여 적용한다.
- 이상적인 스피커, 즉 원음을 그대로 재생하는 경우에 임계 대역에 따른 비라우드니스의 비는 서로 같은 값이 되지만 실제 스피커의 경우 이런 경향을 얻는 것은 스피커 구성을 위한 여러가지 원인에 의해서 거의 불가능 하다. 비라우드니스의 비를 비교한 후, 스피커가 사용되는 용도를 고려하기 위해서 전체 비라우드니스 곡선을 세 부분으로 나눈다. 의사 소통을 위한 인간의 일반적인 음성 주파수 대인 600Hz 를 기준으로 그 이하를 저주파 대역(1Bark~7Bark)으로 하고, 인간의 귀가 가장 민감하게 반응하는 2kHz~4kHz까지의 영역이 포함되는 부분을 고주파 대역(14Bark~)으로 구분한 후, 두 대역 사이 7Bark~14Bark를 중주파수 대역으로 정의하였다 [8].
- 만약 임계 대역을 겹치지 않고 순차적으로 배열하면, 가청 주파수 대역에서 24개의 임계 대역을 구성할 수 있다. 소리의 절대적인 크기는 라우드니스 값 자체로서 의미를 가지지만, 두 소리의 상대적인 차이를 분석할 때는 각 소리의 라우드니스 비를 비교하도록 한다. 즉, 10sone 에서의 1sone 차이는 2sone에서의 Isone 차이보다 작다.
- 스피커 음질을 객관적으로 평가하기 위해서 이루어진 주파수 응답곡선과 지향^(directivity pattern), 고조파 왜곡 (harmonic distortion), 충격응답 (impulse response), 음색 변조 (difference tone distortion)등을 기본으로 한 기존의 연구들을.되돌아 보면, 인간의 청각 기관에 대한 특성, 즉 인간의 귀는 단순히 주파수를 인식하지 않고 피치를 지각하고, 음의 레벨을 인지하지 않고 라우드니스 (loudness) 지각하며, 스펙트럼의 모양, 변조 깊이, 변조 주파수를 지각하기 보다는, 날카로운 느낌 (샤프니스: sharpness), 거친 느낌 (러프니스: roughness), 변동감 (변동 강도: fluctuation strength) 등을 지각한다 [8], 따라서 스피커 음질 평가 시 인간 청감의 실제 특성을 고려하지 않고, 단순히 기계적인 측정 결과에만 의존하였다는 점에 문제가 있어 왔다.
- 스피커의 객관적 음질 평가를 위해서 스피커에 영향을 줄 수 있는 주위 요소의 영향을 배제하고 스피커 자체의 성능을 파악하기 위하여, 63Hz의 차단주파수를 갖는 무향실에서 pink noise 입력에 따른 각 스피커의 재생음을 측정하였다. 재생음은 스피커 정축 lm 앞에서 측정되었고, 44.
- 본 연구에서는 이와 같은 주관적 평가에 관련된 변수를 일관적으로 제어할 수 있는 환경을 검토하고, 관련된 변수들을 고려하며 재현성 있는 결과를. 얻기 위한 통계적 방법론을 제시한 후, 이를 객관적 측정 지수와 비교하고자 한다. 이를 위해서 실험 대상이 되는 스피커는 6.
- 의사 소통을 위한 인간의 일반적인 음성 주파수 대인 600Hz를 기준으로 그 이하를 저주파 대역(IBark~7Bark)으로 하고, 인간의 귀가 가장 민감하게 반응하는 2자lz~4사Iz까지의 영역이 포함되는 부분을 고주파 대역(14Bark~)으로 구분한 후, 두 대역 사이 7Bark~14Bark를 중주파수 대역으로 정의하였다 [8].
- 상대적인 차이라는 단점을 보완하기 위해서 모니터 스피커 JBL Model 4425를 기준스피커 (anchor speaker)로 사용하였다. 이러한 실험을 위해서 청음실험을 수행하는 청음자를 대상으로 실제 실험 과정과 같은 방법으로 사전 교육을 수행하였고, 재현성 및 신뢰도를 높이기 위해서 4회 이상 실험을 반복하였다. 또한 청음자의 귀의 피로도를 감안하여 각 실험에 걸리는 시간이 30분이 넘지 않도록 휴식 시간을 제공하였다.
- 청음 능력은 나이가 들어감에 따라, 또는 각종 질병에 따라 나타나는 생리학적인 청력 손실과 소리에 대한 인지 경험에 따른 청감에 의존한다. 이를 고려하기 위하여 각 청음자에 대한 청력 검사를 수행한 후, 최저가청영역 (MAF: minimum audible field) [5]을 기본으로 각 나이에 따른 청음 역치 (hearing threshold level) [6]에 대해서 10EB 이상의 청력 손실을 갖지 않은 청음자들만을 평가에 참여하도록 하였다. 청음 역치에 대해서 15dB 이상의 청력 손실이 나타나는 평가자의 평가는 정상적인 청음 능력을 소유한 평가자의 평가와 거의 관계가 없음이 보고 된 바 있다 [3].
- 청음 능력은 나이가 들어감에 따라, 또는 각종 질병에 따라 나타나는 생리학적인 청력 손실과 소리에 대한 인지 경험에 따른 청감에 의존한다. 이를 고려하기 위하여 각 청음자에 대한 청력 검사를 수행한 후, 최저가청영역 (MAF: minimum audible field) [5]을 기본으로 각 나이에 따른 청음 역치 (hearing threshold level) [6]에 대해서 10EB 이상의 청력 손실을 갖지 않은 청음자들만을 평가에 참여하도록 하였다. 청음 역치에 대해서 15dB 이상의 청력 손실이 나타나는 평가자의 평가는 정상적인 청음 능력을 소유한 평가자의 평가와 거의 관계가 없음이 보고 된 바 있다 [3].
- 따라서 본 연구에서는 청음실험을 수행하지 않고 도 스피커의 성능을 예측하기 위한 통계적으로 안정된 객관적인 평가 방법을 제안하고자 하였다. 이를 위해서, 신뢰성과 재현성이 인정된 청음실험을 통하여 얻은 주관적 평가 결과와 스피커의 성능을 객관적으로 평가한 물리적 인 측정 사이의 상관 관계를 찾기 위한 시도를 하였다. 정확한 청음실험 결과를 얻기 위해서, 청음실험 결과에 영향을 줄 수 있는 기여변수를 ISO, IEC의 규격에 따라 제어하고, 7개의 스피커에 4개의 프로그램을 사용하여 청음실험을 수행 하였다.
- 따라서 본 연구에서는 청음실험을 수행하지 않고 도 스피커의 성능을 예측하기 위한 통계적으로 안정된 객관적인 평가 방법을 제안하고자 하였다. 이를 위해서, 신뢰성과 재현성이 인정된 청음실험을 통하여 얻은 주관적 평가 결과와 스피커의 성능을 객관적으로 평가한 물리적 인 측정 사이의 상관 관계를 찾기 위한 시도를 하였다. 정확한 청음실험 결과를 얻기 위해서, 청음실험 결과에 영향을 줄 수 있는 기여변수를 ISO, IEC의 규격에 따라 제어하고, 7개의 스피커에 4개의 프로그램을 사용하여 청음실험을 수행 하였다.
- 이를 위해서, 신뢰성과 재현성이 인정된 청음실험을 통하여 얻은 주관적 평가 결과와 스피커의 성능을 객관적으로 평가한 물리적 인 측정 사이의 상관 관계를 찾기 위한 시도를 하였다. 정확한 청음실험 결과를 얻기 위해서, 청음실험 결과에 영향을 줄 수 있는 기여변수를 ISO, IEC의 규격에 따라 제어하고, 7개의 스피커에 4개의 프로그램을 사용하여 청음실험을 수행 하였다. 청음 실험을 통해서 얻은 평가 결과를 분산분석법과 Tukey방법을 사용한 통계 처리 과정 에 적용하여, 청음실험에서 사용되는 음질에 대한 인지 요소 중 충실도 및 부드러움에 대해, 신뢰성과 재현성이 보장된 주관적인 평가 결과를 얻었다.
- 주관적 평가를 위한 지각인자 중, 부드러움은 스피커의 고음역 재생을 평가하기 위한 부분적인 평가 요소로서, 이를 위한 객관적 지수를 얻기 위하여 라우드니스 분석 결과를 이용한 그림 7과 같은 SR (softness rating) 계산 방법을 제안한다. SR은 사람의 청각 기관을 고려 해 볼 때 특정 부분, 특히 높은 고주파수를 갖는 소리가 지속될 경우 짜증을 느낄 수 있고 이 때문에 고 음역에서의 일정 부분이 크게 재생 될 경우에는 소리가 날카롭게 인지되어 부드러움에 대해서 낮은 평가를 받게 되는 점을 고려 하였다.
- 주관적 평가를 위한 지각 인자 중, 충실도는 스피커를 통해서 재생되는 음이 원음과 어느 정도 비슷한가를 판단하는 것으로, 이에 대한 객관적 지수를 얻기 위하여, 라우드니스 분석 결과를 이용한 그림 6과 같은 FR ((fidelity rating) 계산 방법을 제시한다.
- 주관적 평가를 위한 지각인자 중, 부드러움은 스피커의 고음역 재생을 평가하기 위한 부분적인 평가 요소로서, 이를 위한 객관적 지수를 얻기 위하여 라우드니스 분석 결과를 이용한 그림 7과 같은 SR (softness rating) 계산 방법을 제안한다. SR은 사람의 청각 기관을 고려 해 볼 때 특정 부분, 특히 높은 고주파수를 갖는 소리가 지속될 경우 짜증을 느낄 수 있고 이 때문에 고 음역에서의 일정 부분이 크게 재생 될 경우에는 소리가 날카롭게 인지되어 부드러움에 대해서 낮은 평가를 받게 되는 점을 고려 하였다.
- 주관적 평가를 위한 지각인자 중, 충실도는 스피커를 통해서 재생되는 음이 원음과 어느 정도 비슷한가를 판단하는 것으로, 이에 대한 객관적 지수를 얻기 위하여, 라우드니스 분석 결과를 이용한 그림 6과 같은 FR (fidelity rating) 계산 방법을 제시한다.
대상 데이터
- 평가자들은 음악에 관련된 분야에 종사하거나, 음악 교육을 받고 있는 사람 들, 또는 적어도 한가지의 악기를. 다룰 수 있는 사람들을 대상으로 하였다. 표 2는 청음실험에 참가한 평가자들의 구성을 나타낸다.
- 이 방법은 각 스피커의 상대적인 차이를 평가하고, 청음실험에 대한 경험이 부족한 사람과 평가 대상이 되는 스피커의 음질의 차이가 크지 않을 경우에 용이하게 사용되는 방법이다. 상대적인 차이라는 단점을 보완하기 위해서 모니터 스피커 JBL Model 4425를 기준스피커 (anchor speaker)로 사용하였다. 이러한 실험을 위해서 청음실험을 수행하는 청음자를 대상으로 실제 실험 과정과 같은 방법으로 사전 교육을 수행하였고, 재현성 및 신뢰도를 높이기 위해서 4회 이상 실험을 반복하였다.
- 이 방법은 각 스피커의 상대적인 차이를 평가하고, 청음실험에 대한 경험이 부족한 사람과 평가 대상이 되는 스피커의 음질의 차이가 크지 않을 경우에 용이하게 사용되는 방법이다. 상대적인 차이라는 단점을 보완하기 위해서 모니터 스피커 JBL Model 4425를 기준스피커 (anchor speaker)로 사용하였다. 이러한 실험을 위해서 청음실험을 수행하는 청음자를 대상으로 실제 실험 과정과 같은 방법으로 사전 교육을 수행하였고, 재현성 및 신뢰도를 높이기 위해서 4회 이상 실험을 반복하였다.
- 첫째, 물리적인 환경과 관련된 기여변수에 대한 제어가 필요하다. 이 부분에서 가장 중요한 청음실의 크기에 있어서, 본 연구에서는 길이(L) 10.5m, 너비(W) 8.9m, 높이(H) 3.7m인 공간을 선택하였다. 이는 IEC [2]에서 추천 하고 있는 크기, 7.
- 얻기 위한 통계적 방법론을 제시한 후, 이를 객관적 측정 지수와 비교하고자 한다. 이를 위해서 실험 대상이 되는 스피커는 6.2인치 스피커와 3인치 스피커로 구성된 투웨이 시스템 (two-way system)의 스피커 7개를 사용하였고, 스피커를 제외한 다른 구성 부품은 모두 동일하였다.
- 이를 위해서 실험 대상이 되는 스피커는 6.2인치 스피커와 3인치 스피커로투 웨이된 투웨이 시스템(two-way system) 의 스피커 7개를 사용하였고, 스피커를 제외한 다른 구성 부품은 모두 동일하였다.
데이터처리
- 이원배치법의 처리 과정에서 두 번째 단계의 정규화 과정을 거쳤기 때문에 청음자에 의한 차이는 절대적으로 무시할 수 있다. 각 스피커에 대한 청음자의 평가치는, 일원배치법에서 사용한 청음자에 따른 각 스피커 평가치의 평균 값을 사용한다. 이원배치법의 가설검증에 사용한 유의수 준은 0.
- 이원배치법의 처리 과정에서 두 번째 단계의 정규화 과정을 거쳤기 때문에 청음자에 의한 차이는 절대적으로 무시할 수 있다. 각 스피커에 대한 청음자의 평가치는, 일원배치법에서 사용한 청음자에 따른 각 스피커 평가치의 평균 값을 사용한다. 이원배치법의 가설검증에 사용한 유의수 준은 0.
- 본 연구에서는 개발 단계 및 완성된 스피커의 음질을 분석하는 것을 목적으로 스피커 음질을 대한 주관적 평가 결과를 얻기 위하여 청음실험을 하고 스피커에 대한 물리적 특성을 얻기 위해서 재생음에 대한 객관적 측정을 수행하였다. 이 과정에서 청음실험을 통하여 얻어진 평가 결과에 대해서 분산분석법 (analysis of variance: ANOVA) 및 Tukey 기법을 이용한 통계처리 방법을 제안하고 적용 하여, 각 스피커의 음질에 대한 주관적인 평가 결과를 분석하였다. 또, 인간의 청각 기관에 대한 특성이 고려된 음질 해석 (sound quality analysis) 지표 중 하나인 라우드니스(loudness)를 이용하여 각 스피커의 객관적인 차이를 밝히도록 하였다.
- 본 연구에서는 개발 단계 및 완성된 스피커의 음질을 분석하는 것을 목적으로 스피커 음질을 대한 주관적 평가 결과를 얻기 위하여 청음실험을 하고 스피커에 대한 물리적 특성을 얻기 위해서 재생음에 대한 객관적 측정을 수행하였다. 이 과정에서 청음실험을 통하여 얻어진 평가 결과에 대해서 분산분석법 (analysis of variance: ANOVA) 및 Tukey 기법을 이용한 통계처리 방법을 제안하고 적용 하여, 각 스피커의 음질에 대한 주관적인 평가 결과를 분석하였다. 또, 인간의 청각 기관에 대한 특성이 고려된 음질 해석 (sound quality analysis) 지표 중 하나인 라우드니스(loudness)를 이용하여 각 스피커의 객관적인 차이를 밝히도록 하였다.
- 첫 단계는 복수비교방법에 평가 대상이 되는 각 스피커의 음질을 청음자가 구분했는지를 파악하기 위하여 일원배치법 (one-way ANOVA)을 적용한다. 이 때 일원배치법의 인자는 스피커가 되며, 귀무가설은 스피커 음질을 나타내는 대표값 사이의 차이가 없다이다.
- 첫 단계는 복수비교방법에 평가 대상이 되는 각 스피커의 음질을 청음자가 구분했는지를 파악하기 위하여 일원배치법 (one-way ANOVA)을 적용한다. 이 때 일원배치법의 인자는 스피커가 되며, 귀무가설은 스피커 음질을 나타내는 대표값 사이의 차이가 없다이다.
- 정확한 청음실험 결과를 얻기 위해서, 청음실험 결과에 영향을 줄 수 있는 기여변수를 ISO, IEC의 규격에 따라 제어하고, 7개의 스피커에 4개의 프로그램을 사용하여 청음실험을 수행 하였다. 청음 실험을 통해서 얻은 평가 결과를 분산분석법과 Tukey방법을 사용한 통계 처리 과정 에 적용하여, 청음실험에서 사용되는 음질에 대한 인지 요소 중 충실도 및 부드러움에 대해, 신뢰성과 재현성이 보장된 주관적인 평가 결과를 얻었다. 또, 과거에 수행된 바와 같이 음향 물리량을 직접 측정하는 방법들을 사용하는 것 보다는, 청감 특성을 표현하는 객관적인 음질 요소 중 가장 중요한 라우드니스를 사용한 객관적 지수 FR 및 SR을 제안하였다.
- 정확한 청음실험 결과를 얻기 위해서, 청음실험 결과에 영향을 줄 수 있는 기여변수를 ISO, IEC의 규격에 따라 제어하고, 7개의 스피커에 4개의 프로그램을 사용하여 청음실험을 수행 하였다. 청음 실험을 통해서 얻은 평가 결과를 분산분석법과 Tukey방법을 사용한 통계 처리 과정 에 적용하여, 청음실험에서 사용되는 음질에 대한 인지 요소 중 충실도 및 부드러움에 대해, 신뢰성과 재현성이 보장된 주관적인 평가 결과를 얻었다. 또, 과거에 수행된 바와 같이 음향 물리량을 직접 측정하는 방법들을 사용하는 것 보다는, 청감 특성을 표현하는 객관적인 음질 요소 중 가장 중요한 라우드니스를 사용한 객관적 지수 FR 및 SR을 제안하였다.
이론/모형
- 청음 실험을 위한 실험 방법은 재생 음의 비교 방법, 음 재생 방법에 따라서 구분 할 수 있다. 본 연구에서 재생 음의 비교 방법은 SDM (semantic difference method)를 기본으로 여러 소리를 차례로 듣고 평가하는 복수비교 방법 (multiple comparison rating method)을 이용하여 재생 음을 비교하였다. 이 방법은 각 스피커의 상대적인 차이를 평가하고, 청음실험에 대한 경험이 부족한 사람과 평가 대상이 되는 스피커의 음질의 차이가 크지 않을 경우에 용이하게 사용되는 방법이다.
- 본 연구에서는Zwicker [9]에 의하여 제안된 라우드니스 계산 방법이 Stevens [9]에 의해 제안된 방법보다 복잡하긴 하지만 확산 음장 (diffuse sound field) 및 자유 음장 (free sound field)에 모두 적용 가능하고, 순음 성분이 있거나 불연속적인 형태의 주파수 특성을 갖는 음의 해석에 유용하기 때문에, 그림 4와 같은 방법으로 라우드니스를 계산하였다. 라우드니스 (N: 단위 sone)는 각 임계대역 (critical bandwidth)에 대한 비라우드니스 (specific loudness: 단위 sone/Bark) 를 모두 더한 값이 되는데, 라우드니스는 소리의 전체 크기를 나타내는 반면, 비라우드니스는 각 임계대역에 대한 크기를 나타내기 때문에 소리의 특성을 주파수 대역과 대응시켜 분석할 수 있는 장점이 있다.
- 음 재생 방법으로는 방의 구조나 배치, 주위 음원에 의한 영향이 작으면서, 청음실험에서 상대적으로 좋은 재현성을 갖는 모노 재생 (monophonic reproduction)을 사용하였다. 모노 재생 방법은 스피커의 잡음을 포함한 기계적인 문제, 그리고 음색 변화를 스테레오 재생에 비해 정확히 표현하는 장점을 갖는다[1].
- 청음 실험 결과에 대한 통계 처리 과정의 마지막 단계는 분산분석법에서 다루지 못한 각 스피커 사이의 등급을 판단하기 위한 Tukey 방법의 적용이다. Tukey 방법은 분산분석법의 에러에 대한 평균 제곱 (MSE: mean squares of error)과 통계 분포의 하나인 Studentized Range Distribution ( Qa, M, N)[7]을 이용하여, 평가 대상이 되는 스피커 평균값 차이를 구분할 수 있는 유효범위를 구한다.
성능/효과
- FR과 같이 SR도 계산치가 작을수록 부드럽게 재생됨을 의미하는 반면, 주관적 평가에서는 값이 클수록 부드럽게 재생되고 있음을 의미하기 때문에, 상관계수는 음수로 나타난다. 각 프로그램에 대한 상관 계수가 모두 0.65이상이므로 주관적인 부드러움을 나타내기 위해서 제안된 객관적 지수 SR이 적합한 지수임을 보인다.
- 또, 인간의 청각 기관에 대한 특성이 고려된 음질 해석 (sound quality analysis) 지표 중 하나인 라우드니스(loudness)를 이용하여 각 스피커의 객관적인 차이를 밝히도록 하였다. 결과적으로 전자의 주관적인 평가 결과와 후자의 객관적인 측정 결과간의 상호관계를 조사하여, 최종적으로는 사람이 직접 스피커를 통해서 재생되는 소리를 평가 하는 것과 동등하게 스피커의 음질을 파악하고 표현 할 수 있는 객관적 지수를 얻도록 하였다.
- 또, 인간의 청각 기관에 대한 특성이 고려된 음질 해석 (sound quality analysis) 지표 중 하나인 라우드니스(loudness)를 이용하여 각 스피커의 객관적인 차이를 밝히도록 하였다. 결과적으로 전자의 주관적인 평가 결과와 후자의 객관적인 측정 결과간의 상호관계를 조사하여, 최종적으로는 사람이 직접 스피커를 통해서 재생되는 소리를 평가 하는 것과 동등하게 스피커의 음질을 파악하고 표현 할 수 있는 객관적 지수를 얻도록 하였다.
- 또, 과거에 수행된 바와 같이 음향 물리량을 직접 측정하는 방법들을 사용하는 것 보다는, 청감 특성을 표현하는 객관적인 음질 요소 중 가장 중요한 라우드니스를 사용한 객관적 지수 FR 및 SR을 제안하였다. 이 과정을 통하여 계산된 결과가 충실도와 부드러움에 대한 주관적 평가 결과와 매우 높은 상관관계가 있음을 확인하였다.
- 주관적으로 평가된 부드러움 면에서, 프로그램 1에서는 스피커 4 / 1 이 좋은 성능을, 스피커 7이 나쁜 성능을 나타내고 프로그램 2에서는 스피커 1 / 4 / 2가 높은 등급을 얻고 있으며, 스피커 5 / 7이 낮은 등급을 가지고 있다. 이와 함께 프로그램 3 / 4의 결과를 모두 종합해 보면, 부드러움 면에서 스피커 1 / 2가 스피커 5 /7 보다 현저히 좋은 성능을 가지고 있다고 판단할 수 있다.
- 주관적으로 평가된 부드러움 면에서, 프로그램 1에서는 스피커 4 / 1 이 좋은 성능을, 스피커 7이 나쁜 성능을 나타내고 프로그램 2에서는 스피커 1 / 4 / 2가 높은 등급을 얻고 있으며, 스피커 5 / 7이 낮은 등급을 가지고 있다. 이와 함께 프로그램 3 / 4의 결과를 모두 종합해 보면, 부드러움 면에서 스피커 1 / 2가 스피커 5 /7 보다 현저히 좋은 성능을 가지고 있다고 판단할 수 있다.
- 프로그램 2와 프로그램 3에서도 비슷한 결과를 얻을 수 있지만 프로그램 4에서는 중복된 등급의 스피커가 많아 확실한 구분이 불가능 하였다. 전체적으로 보면 주관적으로 평가된 충실도 면에서 스피커 1이 가장 좋은 성능을 가지고 있고, 스피커 7이 가장 나쁜 성능을 갖는 것으로 나타났다.
- 통계적으로 상관계수는 그 절대값이 0.8 이상일 경우 아주 강한 상관 괌계가 있고, 0.6-0.8 사이의 값은 비교적 좋은 상관관계, 0.5 이하의 값은 갖는 경우는 거의 상관관계를 가지지 않는다는 것을 의미한다.
- 일반적으로 평가 척도에 대한 1 / 3 / 5 / 7 / 9점의 매우 추상적인 정의만을 청음자에게 제공하기 때문에, 각 청음자의 음에 대한 경험이나 기준에 따라서 평가에 사용한 범위가 다를 수 있다. 평가상에 사용된 범위가 달라지면 통계 처리의 최종적인 결론은 스피커의 음질 차이에 의한 구분보다는 각 청음자들 사이의 차이에 의해서 더 큰 영향을 받는다. 이런 결과는 모수인자 (fixed factor)를 스피커로 하고 변량인자 (random factor)를 청음자로 한 이원배치법의 평가 결과를 통해서 쉽게 증명할 수 있다.
- 일반적으로 평가 척도에 대한 1 / 3 / 5 / 7 / 9점의 매우 추상적인 정의만을 청음자에게 제공하기 때문에, 각 청음자의 음에 대한 경험이나 기준에 따라서 평가에 사용한 범위가 다를 수 있다. 평가상에 사용된 범위가 달라지면 통계 처리의 최종적인 결론은 스피커의 음질 차이에 의한 구분보다는 각 청음자들 사이의 차이에 의해서 더 큰 영향을 받는다. 이런 결과는 모수인자 (fixed factor)를 스피커로 하고 변량인자 (random factor)를 청음자로 한 이원배치법의 평가 결과를 통해서 쉽게 증명할 수 있다.
- A~D는 Tukey방법에 의한 각 스피커의 등급을 구분한 것이고, 충실도가 뛰어난 스피커 순으로 정리하였다. 프로그램 1에 대해서 보면 스피커 1이 가장 좋은 충실도를 나타내고, 스피커 2 / 4, 스피커 6 / 3이 중간 단계,스피커 5 / 7이 비교적 좋지 못한 충실도를 가지고 있음을 알 수 있다. 프로그램 2와 프로그램 3에서도 비슷한 결과를 얻을 수 있지만 프로그램 4에서는 중복된 등급의 스피커가 많아 확실한 구분이 불가능 하였다.
- A~D는 Tukey방법에 의한 각 스피커의 등급을 구분한 것이고, 충실도가 뛰어난 스피커 순으로 정리하였다. 프로그램 1에 대해서 보면 스피커 1이 가장 좋은 충실도를 나타내고, 스피커 2 / 4, 스피커 6 / 3이 중간 단계,스피커 5 / 7이 비교적 좋지 못한 충실도를 가지고 있음을 알 수 있다. 프로그램 2와 프로그램 3에서도 비슷한 결과를 얻을 수 있지만 프로그램 4에서는 중복된 등급의 스피커가 많아 확실한 구분이 불가능 하였다.
후속연구
- 또한 충실도와 부드러움을 객관화하기 위한 지수 FR 및, SR 계산에 사용된 가중치에 대한 연구가 필요한데, 이에는 앞으로 인간의 청각 기관과 스피커의 재생 목적을 충분히 고려하는 것이 필요할 것이다.
- 본 연구 수행에 있어서 객관적인 결과를 얻기 위하여 사용한 신호가 실제 청음실험에서 사용한 음악과 그 성질 자체가 다르다는 문제점과, 스피커 자체의 음 재생 능력에 중점을 두고 연구를 진행하는 과정에서 청음실의 환경에 의한 영향을 배제 했다는 것, 청음실험 시 선택한 프로그램의 음향 특성이 실험 결과에 어떤 영향을 주었는가에 대한 해석이 부족하다는 점, 또 양쪽 귀에서의 청감 특성이(binaural characteristics) 고려되지 못한 점 등이 아직 해결되지 못한 과제로 남아 있다. 또한 충실도와 부드러움을 객관화하기 위한 지수 FR 및，SR 계산에 사용된 가중치에 대한 연구가 필요한데, 이에는 앞으로 인간의 청각 기관과 스피커의 재생 목적을 충분히 고려하는 것이 필요할 것이다.
- 실제 사람들 대부분의 성향이 비슷하다는 것은 기대할 수 없지만, 과학적으로 제어되는 청음실험을 통해서 얻은 결과를 통계적으로 신뢰할 수 있다면, 사람이 인지하는 단계에서 소리에 대해 공통적으로 호감을 느끼게 하는 인자들을 찾을 수 있을 것이다. 또한 이 인자들에 영향을 미치는 기술적, 물리적인 면이 스피커의 주관적인 선호도에 어떤 영향을 미치는 가를 평가할 수 있는 단계까지 발전할 수 있다.
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