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문제 정의
- 본 논문의 목표는 이렇게 재생된 음향의 음질에 대한 주관평가들을 다변량분산분석 법 (Johnson과 Wichern, 2002; Krzanowski, 2000)을 이용하여 분석한 후, 전체 음질 선호도에 유의한 영향을 미치는 음향특성을 찾아내는 것이다. 더불어 각각의 음질 선호도에 유의한 영향을 미치는 음향특성도 찾아내고자 한다. 이때, 음향특성들의 조합을 만들기 위한 과학적인 실험설계만큼 중요한 것이 평가자의 주관적 판단을 객관적으로 측정하는 방법이다.
- (박성현, 2003)을 이용하였다. 본 논문의 목표는 이렇게 재생된 음향의 음질에 대한 주관평가들을 다변량분산분석 법 (Johnson과 Wichern, 2002; Krzanowski, 2000)을 이용하여 분석한 후, 전체 음질 선호도에 유의한 영향을 미치는 음향특성을 찾아내는 것이다. 더불어 각각의 음질 선호도에 유의한 영향을 미치는 음향특성도 찾아내고자 한다.
- 이를 위하여 음향특성들의 수준의 수를 둘로 동일하게 제한하였는데, 구체적인 수준들을 정하기 위하여 예비실험을 실시하였다. 실제의 오디오를 생산하는 현장에서는 음향 음질 중한 요소를 평가하기 위하여, 담당 엔지니어가 최적이라고 짐작되는 값에 나머지 음향특성들을 고정시킨 후, 평가 대상이 되는 한 개의 음향특성을 이리저리 바꾸어가며 이 음향특성의 최적을 찾으려고 하였다. 이때, 담당 엔지니어는 자신이 만족할때까지 모든 음향특성 값들을 바꾸어가며 이 과정을 반복하였다.
- 그럼에도 불구하고, 이 과정이 적어도 좁은 범위 내에서는 재생된 음원에 대한 청취자 선호도의 국소적 최적점을 찾아줄 수 있을 것이라 판단되어서, 이를 실험에 사용될 음향특성 중 DB, B, T, S, A의 수준을 점추정하기 위한 실험 방법으로 채택하였다. 이 실험에서는 13명의 평가자가 재생된 음향의 음질에 만족할 때까지 이 과정을 다섯 변수에 대하여 반복하도록 하였다. 이렇게 얻어진 다섯 음향특성에 대한 국소적 최적선호도의 평균과 표준편차와 음향전문가의 전문지식에 근거하여 각 음향특성의 수준을 선택하였다.
제안 방법
- 그러나 이 과정에서는 주어진 음원에 대한 선호도를 숫자로 표현하기 어렵고, 단지 두 음원의 음질 중 어느 것이 더 좋은지만 알 수 있다는 점에서 일반적인 실험계획법들과 차이가 있다. 그럼에도 불구하고, 이 과정이 적어도 좁은 범위 내에서는 재생된 음원에 대한 청취자 선호도의 국소적 최적점을 찾아줄 수 있을 것이라 판단되어서, 이를 실험에 사용될 음향특성 중 DB, B, T, S, A의 수준을 점추정하기 위한 실험 방법으로 채택하였다. 이 실험에서는 13명의 평가자가 재생된 음향의 음질에 만족할 때까지 이 과정을 다섯 변수에 대하여 반복하도록 하였다.
- 하였다는데 큰 의의가 있다. 또한 실험계획법의 직교배열법을 이용함으로써 기존의 연구들이 서너 개 이상의 음향변수를 실험에 포함시키지 못한 한계를 극복하였으며, 단순한 선호도 평균 이상의 다변량 통계량을 적용하여 재생된 음향의 음질 선호도에 전체적으로 영향을 미치는 음향특성을 찾아내었다. 이는 이후의 오디오 제작현장에서 어떤 음향특성에 특히 기술개발을 집중하여야 할 것인지 방향을 제시하였음을 의미한다.
- 평가자의 청취력에 대한 신뢰도를 높이기 위하여, 평가자들이 어떤 음원을 평가할 때에는 기준음원을 0으로 두고 상대평가 하도록 하였다. 또한 음향에 대한 음질 평가를 일반화시키기 위하여 성별, 나이 대신 음악의 장르를 팝과 클래식으로 구분하여 음원을 제작하여, 다양한 환경에서 적용이 가능한 일반화된 선형모형을 찾아내려고 하였다.
- 이때 다양한 음향특성들을 한꺼번에 고려하여 음원을 재작하는 것은 쉽지 않은데, 본 논문에서는 실험계획법의 직교배열법을 사용하여 균형 잡히고 객관화된 재생된 음원을 재작할 수 있었다. 또한 청취자의 감성적 판단에 근거하는 음질 선호도를 객관화시키기 위하여 재생된 음향의 음질에 대하여 평가자가 느끼는 선호도를 7점 척도의 설문을 통하여 측정하였다. 재생된 음향의 음질에 대한 여러 평가자들의 주관적 선호도를 다변량분산분석법으로 분석하여, 일반적으로 전체 음질의 선호도를 결정짓는 음향특성을 찾아냈으며 각각의 음질 선호도에 유의한 영향을 미치는 개별 음향특성을 찾아내었다.
- 또한 Farina와 Ugolotti (1997a, 1997b)가 사용한 질문들은 음향의 음질에 대한선호도를 묻기보다는 평가자가음향의 기계적인 변화를 알아차리는지를 묻는 청취력 검사에 더 가까운 질문이었다. 본 논문에서는 음질특성을 음향특성과 일대일 대응이 되도록 설정한 후, 재생된 음향의 음질에 대한 평가자의 감성적 선호도를 언어로 된 설문문항을 사용하여 측정하였다. 이때 음향의 음질에 대한 주관평가에서 평가자의 청취력은 실험의 신뢰 도를 크게 좌우한다.
- 본 논문에서는 음향특성을 나타내는 요인들 중 실험설계가 가능한 요인들을 설명 변수로 두었고, 설명변수들의 조합에 따라 재생된 음원의 음질에 대한 평가자들의 선호도 점수를 반응변수로 정하였다. 기존의 연구들 (Gabrielsson과 Hagerman, 1990; Freeman과 Lessiter, 2001; Farina와 Ugolotti, 1997a, 1997b)에서는 실험에 포함시킨 요인의 수가 네 개 이하이며, 각 요인이 둘 또는 셋의 수준을 갖도록 정하였으나 균형 잡힌 다양한 조합을 고려하지는 못하였다.
- 1). 본 연구에서는 최종적으로 어떤 음향변수 (xi,i = 1,...,8)가 전체 음질의 선호도에 유의한 영향을 미치는지 알아보며, 또한 어떤 음향변수가 각각의 개별음질 선호도에 유의한 영향을 미치는지 살펴보기 위하여 다변량분산분석 (박성현, 2003; Johnson과 Wichern, 2002; Krzanowski, 2000)을 실시 한다.
- (Johnson과 Wichern, 2002; Krzanowski, 2000)을 실시하였다. 여기서 평가자를 선형모형에 블록요인으로 포함시킬 수도 있었으나, 자료가 정규성을 갖는지 구체적으로 알아보기 위하여, 얻어진 자료로부터 평가자 평균을 제거한 후 선형모형을 세웠다. 예를 들어 yij,i = 1,.
- 실험설계에 포함되는 음향특성의 수와 함께 특성 값이 많아질수록 조합의 수가 엄청나게 커지므로 실험계획법의 직교배열법을 적용하는 것이 필수적이다 (임도형, 1999). 여기서는 음향전문가들이 중요하다고 판단한 8가지 음향특성의 수준 수를 동일하게 잡은 후, 직교배열법을 적용하여 균형 잡히고 일반화된 음향 환경을 구현해주려 하였다.
- 재생된 음향의 음질에 대한 여러 평가자들의 주관적 선호도를 다변량분산분석법으로 분석하여, 일반적으로 전체 음질의 선호도를 결정짓는 음향특성을 찾아냈으며 각각의 음질 선호도에 유의한 영향을 미치는 개별 음향특성을 찾아내었다. 우선 음향을 결정 짓는 중요한 특성들로 Deep Bass(DB)와 Bass(B), Treble(T), Sum of Absolute Deviation(SAD), Dynamic(D), Stage(S), Ambience(A), Clarity(C)를 선택하였으며, 각각에 대한 2개의 수준을 사전실험과 전문가의 전문지식을 이용하여 결정하였다. 평가자의 청취력에 대한 신뢰도를 높이기 위하여, 평가자들이 어떤 음원을 평가할 때에는 기준음원을 0으로 두고 상대평가 하도록 하였다.
- 음향의 특성 이외에도 음악의 장르와 성별, 나이 등이 음질의 선호도에 영향을 미칠 수 있으나 음악의 장르에 따른 음질 선호도가 더 중요하다는 전문가들의 판단에 따라, 본 연구에서는 음원을 팝과 클래식으로 구분하여 주관평가를 실시하였다.
- 이용하여 측정한다. 이때 다양한 음향특성들을 한꺼번에 고려하여 음원을 재작하는 것은 쉽지 않은데, 본 논문에서는 실험계획법의 직교배열법을 사용하여 균형 잡히고 객관화된 재생된 음원을 재작할 수 있었다. 또한 청취자의 감성적 판단에 근거하는 음질 선호도를 객관화시키기 위하여 재생된 음향의 음질에 대하여 평가자가 느끼는 선호도를 7점 척도의 설문을 통하여 측정하였다.
- 이 실험에서는 13명의 평가자가 재생된 음향의 음질에 만족할 때까지 이 과정을 다섯 변수에 대하여 반복하도록 하였다. 이렇게 얻어진 다섯 음향특성에 대한 국소적 최적선호도의 평균과 표준편차와 음향전문가의 전문지식에 근거하여 각 음향특성의 수준을 선택하였다.
- 이를 위하여 음향특성들의 수준의 수를 둘로 동일하게 제한하였는데, 구체적인 수준들을 정하기 위하여 예비실험을 실시하였다. 실제의 오디오를 생산하는 현장에서는 음향 음질 중한 요소를 평가하기 위하여, 담당 엔지니어가 최적이라고 짐작되는 값에 나머지 음향특성들을 고정시킨 후, 평가 대상이 되는 한 개의 음향특성을 이리저리 바꾸어가며 이 음향특성의 최적을 찾으려고 하였다.
- 또한 청취자의 감성적 판단에 근거하는 음질 선호도를 객관화시키기 위하여 재생된 음향의 음질에 대하여 평가자가 느끼는 선호도를 7점 척도의 설문을 통하여 측정하였다. 재생된 음향의 음질에 대한 여러 평가자들의 주관적 선호도를 다변량분산분석법으로 분석하여, 일반적으로 전체 음질의 선호도를 결정짓는 음향특성을 찾아냈으며 각각의 음질 선호도에 유의한 영향을 미치는 개별 음향특성을 찾아내었다. 우선 음향을 결정 짓는 중요한 특성들로 Deep Bass(DB)와 Bass(B), Treble(T), Sum of Absolute Deviation(SAD), Dynamic(D), Stage(S), Ambience(A), Clarity(C)를 선택하였으며, 각각에 대한 2개의 수준을 사전실험과 전문가의 전문지식을 이용하여 결정하였다.
- 결정짓는 직교배열에 대하여 알아본다. 지금까지 이 분야의 연구는 얻어진 자료의 평균을 구하는 수준에 머물렀는데, 본 연구의 4절에서 얻어진 자료를 다변량분산분석을 적용한 후, 어떤 음향특성이 어떤 음질 특성에 통계적으로 유의한 영향을 미치는지 분석하여본다. 5절에서는 이 실험에서 나타난 문제점과 향후 연구에 대하여 토의한다.
- 본 연구에서는 자동차 오디오를 취미로 삼아 매주 정기적인 청취 모임을 갖는 동호회 회원들을 평가자로 선택하였는데, 이들은 2430대 남자였다. 청취자들의 문화적인 배경이나 성별이 재생되는 음향의 음질에 대한 선호도에 영향을 미칠 수도 있다는 가능성을 배재할 수 없었으나 여성 평가자를 찾기 어려웠으므로 이 두 요인들 대신 조정하여 사용할 수 있는 음악의 장르를 새로운 요인으로 선택하였다. 즉, 성별이나 문화적인 배경과 무관하게 재생되는 음원에 사용되는 음악의 장르가 무엇이냐에 따라서 같은 음향특성에 대하여도 평가자가 느끼는 선호도는 달라질 수 있다고 판단하였다.
- 평가자의 청취 피로도를 줄여 재생된 음향의 음질에 대한 선호도 평가가 최대한 객관성을 유지 할 수 있도록 하기 위하여 8개 음향특성의 수준조합의 수를 최 소로 하여 야 한다. 이를 위하여 음향특성들의 수준의 수를 둘로 동일하게 제한하였는데, 구체적인 수준들을 정하기 위하여 예비실험을 실시하였다.
- 우선 음향을 결정 짓는 중요한 특성들로 Deep Bass(DB)와 Bass(B), Treble(T), Sum of Absolute Deviation(SAD), Dynamic(D), Stage(S), Ambience(A), Clarity(C)를 선택하였으며, 각각에 대한 2개의 수준을 사전실험과 전문가의 전문지식을 이용하여 결정하였다. 평가자의 청취력에 대한 신뢰도를 높이기 위하여, 평가자들이 어떤 음원을 평가할 때에는 기준음원을 0으로 두고 상대평가 하도록 하였다. 또한 음향에 대한 음질 평가를 일반화시키기 위하여 성별, 나이 대신 음악의 장르를 팝과 클래식으로 구분하여 음원을 제작하여, 다양한 환경에서 적용이 가능한 일반화된 선형모형을 찾아내려고 하였다.
대상 데이터
- 이외에도 피실험자의 연령대와 성별, 음악의 종류 등이 중요한 요인이 될 수 있다. 본 연구에서는 자동차 오디오를 취미로 삼아 매주 정기적인 청취 모임을 갖는 동호회 회원들을 평가자로 선택하였는데, 이들은 2430대 남자였다. 청취자들의 문화적인 배경이나 성별이 재생되는 음향의 음질에 대한 선호도에 영향을 미칠 수도 있다는 가능성을 배재할 수 없었으나 여성 평가자를 찾기 어려웠으므로 이 두 요인들 대신 조정하여 사용할 수 있는 음악의 장르를 새로운 요인으로 선택하였다.
- 음질 선호도에 영향을 미치는 음향특성을 찾아내기 위하여 실시된 실험에서는 여덟 개의 음향 변수들이 사용되 었는데, 이들은 DB, B, T, SAD, D, S, A, C이다. 이들의 주효과 및 DB와 B, T와 SAD의 교호작용을 검정할 수 있는 실험계획법으로 L16(215)형 직교배열표가 사용되 었다.
- 평가자들에게 기준음원에 대한 감성적 선호도를 0으로 하여 제시된 음원에 대한 상대 선호도를 -3, —2, —1, 0, 1, 2, 3의 7점 척도의 SD 척도법 (Osgood, 1968; Mendenhall 등, 1993)으로 나타내도록 하였다. 이 실험에는 총 9명의 평가자들이 참가하였는데, 이들은 자동차 오디오를 취미로 하는 20대 또는 30대 남성들이 었다.
데이터처리
- 같은 결과를 다른 음질특성에서도 얻을 수 있었다. 따라서 얻어진 자료가 정규분포의 가정을 만족시킨다고 보고 다변량분산분석 (Johnson과 Wichern, 2002; Krzanowski, 2000)을 실시하여 팝과 클래식에 대하여 표 4.1과 표 4.2의 분산분석표를 얻었다.
- 나머지 음질 특성의 조정된 선호도에서도 같은 결과를 볼 수 있었다. 또한 각각의 조정된 선호도를 종속변수로 두고, 8개의 음향변수를 독립변수로 하는 중회귀분석을 실시하여 잔차분석을 하였다. 그림 4.
이론/모형
- 05에서 DB와 B, T와 SAD 사이의 교호작용이 유의함을 알 수 있었다. 따라서 8가지 음향 특성과 DB와 Bass, T와 SAD 사이의 교호작용을 배치하기 위하여 실험계획법의 L16(215)형직교배열표 (박성현, 2003)를 사용하였다. 한 평가자는 16번의 기준음원 평가와 16가지의 음향특성 조합으로 재생된 음원의 음질에 대한 주관평가를 하게 된다.
- 본 연구에서는 최소한의 실험회수로 다양한 음향특성 조합을 만들어내기 위하여 직교 배열법 (박성현, 2003)을 이용하였다. 본 논문의 목표는 이렇게 재생된 음향의 음질에 대한 주관평가들을 다변량분산분석 법 (Johnson과 Wichern, 2002; Krzanowski, 2000)을 이용하여 분석한 후, 전체 음질 선호도에 유의한 영향을 미치는 음향특성을 찾아내는 것이다.
- 크다. 실험의 크기를 줄이기 위하여, 음향전문가가 교호작용이 존재할 수 있다고 지적한 요인들 DB, B, T, SAD을 선택하여 24 요인배치법 (박성현, 2003)에 따라 사전실험을 실시하였다. 사전실험에서는 총 11명의 평가자를 모집하여 요인분석을 실시하였고, 그 결과 유의수준 0.
- 음향특성 8개가 음질특성 대한 선호도 8개에 미치는 영향을 분석하기 위하여 다변량분산분석법 (Johnson과 Wichern, 2002; Krzanowski, 2000)을 실시하였다. 여기서 평가자를 선형모형에 블록요인으로 포함시킬 수도 있었으나, 자료가 정규성을 갖는지 구체적으로 알아보기 위하여, 얻어진 자료로부터 평가자 평균을 제거한 후 선형모형을 세웠다.
- 이들의 주효과 및 DB와 B, T와 SAD의 교호작용을 검정할 수 있는 실험계획법으로 L16(215)형 직교배열표가 사용되 었다. 평가자들에게 기준음원에 대한 감성적 선호도를 0으로 하여 제시된 음원에 대한 상대 선호도를 -3, —2, —1, 0, 1, 2, 3의 7점 척도의 SD 척도법 (Osgood, 1968; Mendenhall 등, 1993)으로 나타내도록 하였다. 이 실험에는 총 9명의 평가자들이 참가하였는데, 이들은 자동차 오디오를 취미로 하는 20대 또는 30대 남성들이 었다.
성능/효과
- 또한 음향특성 D는 DB와 B에 대한 음질 선호도에 유의한 영향을 미치고 있었다. 그러나 개체 간 효과검정에서 음향특성 B가 DB와 C의 음질 선호도에, 음향특성 SAD가 D와 C의 음질 선호도에, 음향특성 A가 C의 음질 선호도에, 음향특성 T와 SAD의 교호작용이 DB와 C의 음질 선호도에 각각 영향을 미치는 것처럼 보이지만, 모두 전체 음질 선호도에 영 향을 미 칠 만큼 유의 하지 못하다.
- 다변량분산분석 결과에 따르면, 재생된 팝의 음질에 대한 전체 선호도에 영향을 미치는 음향특성들은 유의수준 0.05에서 B와 T, SAD, S*S, A, TD 이었다. 특히 음향특성 중 T가 바뀔 때 평가자들이 가장 예민하게 반응하였는데, T를 조정하면 재생된 음원의 모든 음질 영역에 대한 선호도가 유의하게 달라졌다.
- 실험의 크기를 줄이기 위하여, 음향전문가가 교호작용이 존재할 수 있다고 지적한 요인들 DB, B, T, SAD을 선택하여 24 요인배치법 (박성현, 2003)에 따라 사전실험을 실시하였다. 사전실험에서는 총 11명의 평가자를 모집하여 요인분석을 실시하였고, 그 결과 유의수준 0.05에서 DB와 B, T와 SAD 사이의 교호작용이 유의함을 알 수 있었다. 따라서 8가지 음향 특성과 DB와 Bass, T와 SAD 사이의 교호작용을 배치하기 위하여 실험계획법의 L16(215)형직교배열표 (박성현, 2003)를 사용하였다.
- 05에서 B와 T, SAD, S*S, A, TD 이었다. 특히 음향특성 중 T가 바뀔 때 평가자들이 가장 예민하게 반응하였는데, T를 조정하면 재생된 음원의 모든 음질 영역에 대한 선호도가 유의하게 달라졌다. 팝에서와는 달리 클래식에서는 음질에 대한 전체 선호도가 유의수준 0.
후속연구
- 하지만 아직 음질의 선호도에 영향을 미치는 음향특성을 찾아내는 문제가 완전히 해결된 것은 아니다. 본 논문에서는 잡음과 음의 왜곡을 실험설계단계에서 제외하였는데, 이후의 연구에서는 이들을 포함하는 실험설계를 하여야할 것이다. 또한 팝뿐만 아니라 클래식에 대하여도 청취력이 뛰어난 평가자를 확보해야 하는데, 이는 평가자에 대한 실험 전 청취교육으로 극복될 수도 있다.
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