교회음향영상시스템의 이해 -장 옥상 (성애전자 대표)
Ⅰ. 교회음향
1. 기초 음향 이론
소리의 개념
소리는 물리적으로 탄성물질에 의하여 전달되어지는 파동이 며 이를 음파(Sound wave)라고 한다. 이 음파의 자극에 따라 인간의 귀에 느껴지는 감각을 소리라고 한 다. 소리는 세 가지 요소를 가지고 있는데 소리의 크기, 소리의 높이, 그리고 음색으로 나눌 수 있 다. 소리의 크기란 음량(음량의 단위는 dB)을 말하며, 소리의 높이란 음악에서 음정(단위는 Hz)에 해당하는 것이고, 음색이라고 하는 것은 목소리나 악기의 소리의 특징을 말한다.
[ 음압레벨과 주파수 ]
소리의 파동 및 주파수
파동
소리는 매초에 약 340미터의 속도로 음원에서 전달되는 공기 의 압력 변화이다. 소리는 진공 속에서는 전달되지 않는데, 이것은 압력 변화의 압력파가 전달되기 위해서 는 어떤 물질 즉, 매체가 필요하기 때문이다. 예를 들어 물위에 돌을 던져보면 물이라고 하는 물질은 상하 로 진동만 하고 파문만 어떤 속도로 퍼져 나가고 있는데, 이것을 파동 현상이라고 한 다.
모든 물질은 압축 팽창이 일어나는 탄성체로서 압축 팽창이 일어나 지 않는 이상 물체를 강체라고 한다. 탄성체 즉 모든 물질 내에서 기본적으로 소리는 압축과 팽창 에 의한 밀도의 현상이 반복되면서 전달되어 간다. 보통 압축 팽창에 의한 물질 입자의 진동 속도 를 입자 속도라 하고 또한 여기에 의한 물질 내의 압력 변화를 음압이라고 한다.
우리가 알면서도 잊기 쉬운 것 중 하나가 파동의 전달인데 물체가 직 접 움직이는 것에 우리의 시각이 더 익숙하기 때문이다.
주파수
물질이 1초에 60번 진동하면 60Hz, 1초에 440번 진동하면 440Hz라고 한다. 이 1 초당의 진동수를 주파수라고 하는 데, 주파수가 높으면 소리의 음정도 높아지고 주 파수가 낮으면 음정이 낮아진다. 일반적으로 소리 중에 가느다란 소리는 그 소리가 비록 크든지 작든지 고 음이라고 칭하며 굵은 소리는 그 소리가 크든지 작든지 저음이라고 칭한다. 저음은 소리의 크기가 작은 소리이고 고음은 소리의 크기가 큰 소리로 표현하는 것은 혼동을 일으킬 수 있는 표현이 다.
소리의 세기
음파는 압축 팽창이라고 하는 현상을 전달하는 것과 동시에 진동이라 고 하는 에너지를 전달하는데 이 에너지의 단위 면적의 시간 비율, 즉 파워를 소리의 세기라고 표현한 다. 같은 주파수로 큰 소리를 만들려면 주파수는 일정해도 파형(또는 진동의 폭을)을 크게 하면 된 다.
사람의 귀는 대단히 넓은 범위의 소리의 세기를 들을 수 있 다. 사람의 경우 감지할 정도의 가장 작은 소리와 귀의 고통을 느낄 정도의 큰 소리의 비율은 약 900만 배이다. 그러나 이렇게 큰 비율의 숫자를 나타내기에는 매우 불편하므로 소리의 세 기를 보통 데시벨(dB)로 표기한다.
데시벨은 사람의 귀로 분간되는 소리의 가장 작은 변화를 대 수적으로 표시할 수 있는 편리한 단위이다. 이 표시는 큰 배율도 적은 수치로 표현할 수 있는 장점 이 있다. 예를들어 3dB의 차이는 소리로는 2배로 차이를 느낀다 . 참고로 교회에서 설교음향의 적당한 소 리 크기는 75-80dB 정도면 적당하다 소리가 크면 전달이 더 잘 될 것이라고 오해하는 경우가 많은데 사람 의 청각은 큰소리가 일정시간 이상 들리면 스스로 적당하게 조절하여 들으려는 기능이 있어서 의도대로 되 지 않을 뿐 아니라 청각 더 고통스럽게 한다.
[ 평균 음압 레벨 (SPL) ]
음파현상
음파는 관성과 탄성을 지닌 매질 속을 전해지는 것으로, 음파 가 전반하고 있는 공간을 음장이라고 부른다. 음원에서 음파가 방사되는 장소를 음역이라고 말한 다. 음원에 의한 작용과 장해물에 의한 영향에 대해서 설명하면 음 원 S에서 P방향으로 나가는 음파에 대해서는 A의 부분이 일종의 그늘이 된다. 그러나 소리는 A의 부분에 돌아서 그늘A에 있는 사람도 소리를 들을 수 있다. 이것을 파동 현상의 회절 작용이라 하는데, 파장이 길 수록 소리는 잘 들린다. 빛을 예를 들어 설명하면,빛의 경우는 파장이 극히 작으므로 항상 작도와 같이 반사하여, 다 시 밝은 그림자를 발생한다고 생각할 수 있다. 그러나 음은 그 파장이 비교적 크고, 가청 범위의 파장이 우리들의 환경에 있는 물체의 치수와 같은 정도로 길기 때문에 그 음장이 아주 복잡하다. 예배실내에 지름 이 약 40Cm 의 기둥이 있다면 음성 주파수대역에서는 이 기둥을 소리의 장애물로 여기지 않는다.
귀와 청각
사람의 귀로 소리를 들을 수 있는 경로를 보면 음파가 외이도 를 지나서 고막을 진동하여 소골군을 지닌 달팽이관으로 전달된다. 달팽이관에는 액체가 들어 있어 서, 이 액체의 진동에 반응된 말초 신경이 뇌로 정보를 전달된다.
소리가 처음 들어가는 외이도는 파이프 형상으로 되어 있으 며 외이도의 길이는 평균 2.5㎝, 용적은 1㏄ 정도이다. 외이도에서는 고막과의 사이에 정재파가 생 기는데 약 3000㎐ 부근이 가장 크게 잘 들린다. 고막은 큰 소리가 들어오면 평소의 막보다 당기고, 작은 소리에는 감도를 높이기 위해 막을 느슨하게 하는데, 이것은 하나의 자동 음량 조절 작용을 한 다.
교회에서 소리가 크면 더 잘 들릴 것이라고 음량을 높이는 경향이 있 는데, 나이가 들어 청력이 약해진 분들을 제외하고는 불과 몇 분만 지나면 대부분 스스로 음량을 귀가 조 절하기 때문에 큰 의미가 없으며 오히려 실내 잔향만 증가시키는 결과를 가져와서 명료도를 떨어뜨리므로 불필요한 음량의 증가를 경계하여야 한다.
음향 사람의 감각량은 청각뿐만 아니라 시각, 미각과 같이 자극량의 대수에 비례한다고 알려져있다 이 작용이 청각에 있어서 대수척도(dB)를 사용하는 이유이기도 하 다. 소리를 인식하는 시간은 사람의 말소리 에서는 1/8초, 음악에서는 1/10초가 필요하다. 또한 사 람의 귀는 양쪽에 붙어 있어서 앞쪽과 옆의 소리를 모아서 약 15도 각도의 범위 에서 그 소리의 출처를 분 간할 수 있지만 아래 위의 방향 위치를 잘 분간하지 못하는 경향이 있다.
스피커를 전면 천정에 위치시키는 것은 인간의 귀가 양쪽에 붙어 있 는 현상을 감안하여 상하의 위치판별의 둔함과 좌우판별이 예민한 사람의 청각특성을 감안하여 설계되는 경우이다.
소리의 가청범위
인간의 귀는 매우 넓은 범위의 소리 크기를 감지할 수 있다. 공기 속을 통해서 사람의 귀에 들리는 소리의 주파수를 가청 주파수라고 하는데, 이것은 20~20,000㎐ 정 도의 범위를 말한다. 이보다 낮거나 높은 주파수의 소리는 대단히 큰 레벨이 아니면 잘 들리지 않는 다. 20㎐ 아래의 소리는 초 저주파음이라고 하며 주로 공해 진동과 인체에 미치는 영향의 관점에서 연구하고 있다. 한편 가청 범위보다 높은 주파수의 소리는 초음파이며 공업 분야, 의학 분야 등에 서 여러 가지 응용하고 있다. 그러나 50㎑ 정도의 높은 주파수도 진동이 존재하는 고체와 액체에 접 촉하게 되면 강한 청각적 자극을 받을 수 있다고 한다.
청력손실
청력 손실은 나이가 많을수록 높은 주파 수 영역에서 주로 열화된다. 그리고 큰 소리를 오랫동안 듣고 있으면 소음성 난청이 되기 쉬운데 이 것은 4㎑ 부근의 청력이 먼저 약화된다. 교회에서도 성도 각각의 연령 등에 따라서 청력손실이 다르 기 때문에 어느 한 사람의 주관적인 견해로 주파수 특성을 조절하지 않고 최대한 표준적인 상 태로 세팅하는 것이 바람직하다.
양 귀의 효과
소리를 들을 때 양쪽 귀로 듣는 것과 한쪽 귀로만 듣는 차이 는 매우 다르다. 두 귀로 들을때 소리의 입체감, 방향감이 향상 되는데 이것을 양귀의 효과라고 한 다.
각 방향의 최소 판별 가능 각도는 주파수에 의해서 차이가 나며 또한 음원에 따라서 잡음, 복합 음, 순음의 순으로 정위감이 점점 약해진다.
주로 낮은 주파수의 소리는 정위감이 매우 낮아 소리의 방향을 판별 하기 힘들다. 그러므로 매우 낮은 주파수를 재생하는 서브우퍼는 눈에 거슬리지 않는 곳에 설치하여도 큰 지장이 없는 경우가 많다.
음원
음향 시스템의 목적은 사람에게 소리와 음악을 전하는 것에 있다. 예를 들어 가정에서의 스테레오 시스템의 경우에는 전하고 싶은 내용(음원, 소스)은 레 코드, 테이프처럼 녹음된 것이라든가, 라디오의 전파 등일 것이다. 그러나 PA(SR)시스템의 경우에서는 사 람의 음성이나 음악과 같은 생음이 주가 된다. 따라서 분류하면 음은 음성, 악기음, 현실음으로 분 리할 수 있으며, 다시 세분화하여 음성에는 대화소리, 노래 소리로 나누고, 악기음은 현악기음, 관악기 음, 타악기음, 그리고 전기 악기음으로 나누며, 직접 귀에 들리는 현실음은 자연음과 기계음으로 나눌 수 있다.
이러한 음원은 음의 크기, 음이 나오는 방향, 음역(주파 수대역)에 각각의 특징을 가지고 있으며, 전기악기(키보드, 신디사이저, 전자올겐 등)의 경우는 이것에 사 용하는 앰프나 스피커의 특성이 그 현실음에 상당한 영향을 준다.
음성
음성은 폐에서 나오는 공기가 성대, 성도, 구강, 비강 의 여러 기관에 의해 가락, 음색이 붙어서 음성으로 발성된다. 음압레벨은 입으로부터 1 m의 거리에서 보 통 65 dB 정도 된다. 여기서는 음성을 모음과 자음 그리고 명료도로 구분하여 살펴보고자 한 다.
모음
모음은 비교적 연속음에 가깝다. 허파에서 내쉬는 숨 이 목청을 통해서 나올 때 순하게 홀로 나는 소리로서 아, 야, 어, 여, 오, 요, 우, 유, 으, 이가 되며, 영어 에서는 a, i, u, e, o 이다.
또한 기본 주파수의 남자의 음성은 120~200㎐이며, 여자의 음성은 200~300㎐, 그 외의 고조파(배음)도 포함되어 있다.
교회의 설교음향은 사람의 목소리영역이기 때문에 100Hz 이하는 오히려 잡음에 해당 한다 따라서 설교전용의 스피커에서는 100Hz에서 10KHz까지의 주파수만 확성 하면 된다.
최근의 서브우퍼스피커는 주로 80Hz 이하의 주파수를 전 담하여 재생하는 것으로 사람의 육성에는 전혀 영향을 미치지 않으므로 음악시스템에 필요한 것이지 설교 시스템과는 아무런 관련이 없다는 것을 염두해 두어야 한다.
자음
이것은 모음 이외의 음성을 말하는데, 모음과 같이 연속적이 아니고 계속 시간이 짧다. 주로 파열음과 마찰음이며, 소리 세기의 성분은 작고 고역의 주파수 성분 이 많다. 주파수 성분도 시간과 같이 변화된다. 자음에는 유성자음과 무성자음이 있는데 조음 의 위치와 양식에 의해서 분류된다.
조음의 양식에서는 폐쇄음, 마찰음, 파찰음, 비음, 측 음, 유음, 반모음으로 분류된다. 그리고 조음의 위치에 의해서는 순음과 치음으로 분류된 다.
명료도
명료도는 음성이 또렷하게 전달되는지의 여부를 표시하며 대 화의 품질을 정하는 것을 말한다. 이 표시는 사용하는 음성에 포함되어 있는 어떤 음성(단음, 음 절, 말, 문장)의 총수량 중에 바르게 들리는 음성의 비율을 백분율로 표시한 다.
소리의 명료도는 80% 이상이면 일반적으로 만족스럽다 고 한다. 실내에서는 명료도가 높아야 강의의 내용을 바르게 들을 수 있는데. 명료도는 실내 잔향이 많은 영향을 미치므로, 건축 내장재의 선택이 매우 중요하며, 스피커나 앰프 등 전기 음향적으로는 해결이 불가 능한 경우가 많다.
명료도에 미치는 영향을 분석하는 임펄스응답
말소리의 지향성
사람의 입에서 음이 발생할 때 각 방향으로의 음의 강도는 다르게 나 타나는데 이는, 머리가 있기 때문에 지향성을 가진다. 입의 전방에서 주파수를 취하여 모든 주파수대를 측 정해 보면 후방은 정면에 대하여 약 5 ㏈ 정도 적다. 그러나 말의 명확함에 중요한 주파수 범위인 2,000 ㎐ 이상에서는 -15 ㏈ 이상이 되어 머리의 앞과 뒤가 상당한 차이가 있다.
2. 실내음향
야외에서의 경우 음원에서 나온 음파는 장애물이 없는 한 멀리 퍼지며, 차차 감쇠하여 나가므로 음장의 성질은 단순하다. 그렇지만, 실내에서 음을 내었을 때는 벽, 천정, 바닥 등 주변으로부터의 반사음이 겹쳐서, 매우 복잡한 음장을 조성한다. 실내 음장의 특징은 첫째, 음원으로부터 떨어진 거리의 수음점에 있어서의 음의 강도는 자유공간에 비해 더 크고 거리가 멀어져도 별로 감쇠하지 않는다는 것과 둘째, 음원이 정지한 뒤에도 늦게 도달하는 반사음에 의해 잔향이 발생되는 것이다.이 두 가지가 야외와 다른 실내 음향의 가장 중요한 현상이다. 이것 이외에 실내의 형태나 내장 재료에 의해 반향현상 등 기타 다양한 특이현상에 따라 명료도에 곤란한 문제를 발생시키는 경우가 있다.
실내 건축설계 시, 실내의 형태나 내장 즉 실내 공간의 조건을 달리 하면, 이들 여러 현상을 보다 훌륭한 음향 상태로 제어할 수 있다. 실내에 어떻게 훌륭한 음향환경을 만들어 낼 수 있을 것인가를 연구하는 일이 실내 음향학이다.
교회당의 실내는 소리를 듣는 것이 주목적은 아니지만 예배실의 내부에서 진행되는 행사는 소리의 전달과 깊은 연관성이 있으므로 실내의 형태 및 마감 재료를 적절히 선택하여야 한다.
실내음향계획
실내 음향환경에서 요구되는 것은 소음이 없으며, 설교나 음성이 명료하게 들리도록 하는 것이다. 또한 음악은 아름답고 풍부하게 울려 퍼지며, 실내 전체에 음장의 분포가 고르게 되어야 하며 또한 에코나 명료도 등의 음향적 트러블이 없어야 한다. 이상의 조건이 모두 만족하게 이루어지는 것을 가장 좋다고 한다. 교회 역시 위의 조건과 다르지 않지만 설교와 성가대의 찬양은 서로 다른 적정 잔향시간을 요구하고 있기 때문에 교회실내음향에서 어려운 점이 되고 있다. 또한 소음이 완전히 처리되어야 하는데, 이를 차음이라고 한다. 차음은 주거지역내에 교회가 위치해 있을 경우 중요한 문제가 된다. 실내에서는 잔향과 반사음이 합성된 음으로 들리게 되며 반사음이 많을 경우 이를 음향기기의 보강으로 해결하려고 하지만 대부분이 실패할 경우가 많다. 그러므로 실내 내장 전에 반드시 전문가와 상의하여 시공하도록 해야 한다
방 형태의 설계
방의 형태는 그 실내음의 울려 퍼짐을 만들어 내는 가장 기본적인 요인이므로 음향을 중시하는 건축에서는 그 기본 계획의 단계에서 우수한 전문가의 조언을 얻어 충분한 검토가 필요하다. 음향특성은 방의 크기에 따라 작은 방은 파동음향적으로, 큰 방은 기하음향적으로 생각할 수 있다.
직방체 모양의 실내 치수비는 작은 방에서는 고유 주파수가 공명하지 않고 가능하면 균등하게 분포 되도록 방의 3 변의 비는 간단한 배수비를 피하는 것이 좋다.
또한 주벽의 형태와 음의 반사는 음이 반사될 때 파장보다 충분히 큰 치수면이고, 거울에 대한 광선과 같이 취급한다. 교회강단의 모양이 오목하게 설계되어 있을 경우 강단의 전면에서 음의 초점이 생기게 되어 음향특성이 왜곡되어 들리는 것을 간혹 경험하게 된다.특히 측벽이 원형으로 설계된 교회는 아래 그림A와 같이 강한 플로터 에코를 발생시키기 때문에 B처럼 주 파장보다 긴 볼록면을 배치하여 음을 분산시키도록 한다.
(a)원형으로 된 실내의 반사(b)음의 방향을 분산하는 형태구석으로부터의 반사
실내에 한정되지 않으나 모퉁이 부분에서 평면이 직교하고 있으면 어디서 온 음파라도 그 방향으로 반사하여 에코의 위험이 있다. 따라서 모퉁이 부분의 흡음을 필히 고려할 필요가 있으며 평행으로 마주보는 벽면을 피하도록 설계하면 플로터에코를 방지하는데 도움이 된다.
각 부의 형태 (자연확성)
- 바닥
바닥은 좌석이 늘어섬에 따라 큰 흡음력을 지니고, 직접음은 그 흡음력에 따라서 크게 감쇠한다. 실내에서는 공석시와 만석시의 차이가 많이 나게 되는데 이를 최소화 하려면 카펫을 깐다든지 좌석에 직물을 붙이든지 하면 좋다. 또한 흡음이 너무 강한 공간에서는 전기음향의 도움(가변잔향시스템)을 받는 경우도 있다.
- 평면 및 측벽
평면의 형태는 천정과 같이 되도록 음원 가까운 벽에서 유망한 반사음을 얻을 수 있게 한다. 음원으로부터 떨어짐에 따라 확산성 또는 흡음성으로 마무리 한다. 특히 타원과 원형의 평면은 트러블을 발생하므로 고려해야 할 부분들이 있다. 그리고 후면의 흡음 처리는 더욱 중요하다.
측벽은 객석 배치상으로는 부채꼴이 바람직하다. 그러나 각 좌석에 반사음이 고르게 전달되도록 확산 또는 흡음을 충분히 고려할 필요가 있다.
일반적으로 부정형과 비대칭의 평면은 교회의 사정으로 계획이 어렵지만 음향확산을 위해서는 바람직하다고 할 수 있다.
- 천정
천정은 1차 반사음을 얻기에 좋다. 그러나 교회의 특성상 천정이 높은 실내에서는 반향으로 느껴지기 때문에 강단에서 멀어질수록 흡음하는 것이 좋다. 천정은 교회의 미관에 주는 영향이 크기 때문에 미관을 위주로 하여 설계되는 경우가 많은데 전문가의 도움을 얻는다면 음향흡음 성능이 떨어지지 않으면서도 목적을 달성할 수 있게 되는 경우가 많다.
[플러터에코가 생기기 쉬운 형태][플러터에코가 생기지 않는 형태]
음향 현상
잔향
실 내의 음원에서 음을 내고 있다가 급히 음을 끊었을 때 음이 뚝 그치지 않고 차츰 감쇠해가는 현상을 잔향이라고 하며 직접음의 피크치로부터 60dB감쇠되는 시간을 잔향시간(RT60)이라고 한다.
잔 향시간은 일반적으로 방의 체적이 클수록 길어지며 벽, 천정의 커튼, 카페트 등과 의자, 사람 등에 의한 흡음도 잔향시간에 영향을 주게 된다. 강연, 대화 등의 경우 잔향시간이 지나치게 길면 명료도가 떨어지고 지나치게 짧아도 부자연스러워지지만, 비교적 짧은 편이 명료도에 좋다. 음악의 경우는 잔향시간이 짧으면 음의 풍부함이 상실되고, 특히 파이프오르간 등의 경우는 저음에서 긴 잔향 시간이 필요하다. 이처럼 방의 사용목적에 의해서 잔향시간의 최적치가 다르다.
전 기음향을 이용하는 경우는 잔향시간이 짧은 쪽이 좋다. 레코드나 효과음의 재생의 경우는 녹음되어 있는 신호에 잔향이 포함되어 있으며, 스테이지의 음을 확성하는 경우는, 하울링을 억제하기 위해서이다. 적어도 마이크 주변과 메인스피커의 맞은편이 되는 면의 흡음성을 높이는 것이 좋다. 교회에서는 설교, 성가대의 찬양, 파이프오르간 등 최적 잔향시간이 서로 다른 음원이 예배에 동원되므로 적정한 잔향시간을 결정하기란 매우 힘들다. 그런데 개신교의 대부분이 설교시의 명료도 향상과 다목적활용을 기하기 위해 최근에는 잔향시간을 짧게 하는 경향이 있으며 또한 교회가 전기음향을 주로 이용하는 상황이 잔향시간을 비교적 짧게 되도록 건축음향을 설계하는 이유이기도 하다.
반향
직 접음이 들린 뒤 반사음이 분리되어 들리는 현상을 반향이라고 하며 잔향과 구별한다. 언어는 짧은 음의 연속된 반복이므로 에코가 있으면 명료도가 현저하게 떨어지고, 음악에서도 리듬을 깨뜨리고, 설교나 연주를 방해하는 요소이므로 반향은 실내음향의 장해 중 최악의 것이다. 반사음의 지체시간이 짧은 경우(10ms 이내) 직접음보다 10㏈ 정도 강하여도 분리 되서 들리지 않고 직접음을 보강하는 효과가 있으므로 오히려 바람직한 것이지만 일반적으로 반사음이 직접음보다 30~50㎳ 이상 늦으면 에코를 느낀다.
플로터 에코
천 정과 바닥, 양쪽 벽 등이 서로 평행한 강벽인 경우 박수, 발자국소리 등이 평면 사이를 다중 반사하여 특수한 음색을 지니고 들려오는 경우가 있다. 이와 같이 반복이 많은 반향을 플러터에코라고 부르며 양 측벽이 평행이면서 벽돌로 된 교회에서나 천정의 중심부가 올라간 오각형의 교회에서도 자주 발생한다.
컬러레이션
반 사음이 직접음으로 부터의 지체시간이 짧을 경우 위상간섭 등으로 음색이 변하는 경우를 말한다. 두 개의 마이크에 위상차로 인하여 발생하기도 하며 스피커의 위치에 따른 위상차이나 반사음의 영향으로 발생하기도 한다.
속삭임의 회랑
소 리가 면에 따라 미끄러지듯 몇 번이고 반사하여, 속삭이는 소리가 매우 멀리까지 또렷하게 들리는 현상을 말한다. 벽면이 긴 원형으로 굴절된 공간에서 주로 발생하며 원의 직경이나 재질도 영향을 미친다.
음의 초점과 데드포인트
빛 에 대한 반사와 같이, 음의 경우도 파장보다 큰 곡면에서는 반사되며, 어떤 곳에 집중하여 음압이 비정상으로 상승하는 경향이 있다.
이 것을 음의 초점이라고 하며, 실내의 음장분포를 매우 악화시킨다. 또 그 때 다른 곳에서는 음의 약한 곳이 생기고, 데드 스포트를 발생시킬 염려가 있다.이 상과 같은 특이현상은 음향장해로서 적극적으로 피해야한다(특히 곡면 벽). 또한 음향 설계 시 실내음장이 확산되어 있지 않음도 나타내고 있어 확산음장의 가정으로 인도된 잔향 공식과 음장분포의 계산식이 적용 불능이 되므로 실내음향 설계상 방 형태의 설계 및 흡음처리 등에 충분한 검토가 있어야 한다.
실내흡음과 흡음장치
흡읍재료에는 많은 종류가 있으나 흡음기구의 기본원리는 소리의 에너지가 다른 형태의 에너지로 변하는 점에서는 공통이다. 그런데 음에서 열에너지로의 변환에 관계하는 요소가 재료의 종류에 따라 달라지고 이로써 재료의 흡음률이나 주파수 특성에 관계하고 있다.
흡음재료 및 구조
각종 흡음 재료나 구조는 다공질형 흡음, 판자 진동형 흡음, 공명기형 흡음으로 구분할 수 있다.
다공질형 흡음의 종류는 록크울, 글라스울, 연질우레탄류와 직유질재료 합성고분자물질(발포수지), 목면시멘트류, 커텐 등이 있다.
이 흡음재료는 소리가 입사할 때 벽과의 마찰이나 점성저항 및 재료의 작은 소섬유의 진동에 의해 소리에너지의 일부가 열에너지로 소모됨으로서 흡음이 된다. 이 재료의 흡음 특성은 중·고음역에서 흡음율이 높으며 재료가 두꺼워질수록 저음역에서 흡입이 잘된다. 또한 동일한 두께의 재료에서는 배후 공기층을 증가시키면 저음역의 흡음이 증가한다.
판자 진동형 흡음은 얇은 합판, 석고보드, 석면시멘트 등과 같이 통기성이 아주 적거나 강성을 가진 다공질 재료에 페인트를 도장한 것과 같은 재료 등이 있다. 이들은 음에 대한 공기의 진동이 재료의 내부공기까지 직접 이르지 못하고 그 대신 재료의 특성에 의하여 재료가 진동하는 표면층 또는 내부에서의 마찰손실이 원인이 되어 음의 에너지가 감쇠한다. 이 재료의 흡음특성은 공명주파수에서 최대치를 갖지만 흡음률은 일반적으로 크지 않다. 또한 재료의 두께가 얇을수록 중·고음역에서 최대치의 흡음율을 얻을 수 있고 배후 공기층을 증가시키면 저음역에서 최대치를 구할 수 있다. 흔히 석고보드 등은 말소리에 해당하는 주파수 대역에서의 흡음이 거의 되지 않기 때문에 석고보드위에 페인트 칠 하는 것은 거의 흡음이 되지 않는다.
공명기형 흡음은 판면에 적당한 크기의 구멍을 일정한 간격으로 뚫은 천공판으로 합판, 석고판, 석면시멘트판, 규산칼리슘판, 하드보드판 등이 있다. 원판들은 본질적으로 흡음 특성에 영향이 없으나 저음역에 공기층을 두면 어떠한 주파수영역을 중심으로 산형의 흡음특성을 나타낸다. 이와 같이 천공판 흡음재는 많이 사용되므로 이론적인 이해가 필요하다.
흡 음은 음향에서 매우 중요한 부분이다. 잔향이 짧을 경우, 잔향기를 부가하면 어느 정도의 효과가 있지만 잔향이 길 경우는 전기음향으로서의 대책이 거의 없다. 단지 명료도를 높이려는 목적에 치우치게 되어서 음악적인 아름다운 잔향과는 거리가 멀어지는 경우가 많다.
시판재료와 시공에 관한주의
흡 음재료의 성능이 높은 효율을 갖게 하려면, 그 흡음기구와 흡음 특성을 바르게 이해하고, 목적에 따라 정확한 설계를 하는 동시에 그 설계를 충실히 시공할 필요가 있으므로 현장에 있어서의 관리가 특히 중요하다.
흡 음 재료의 선택 시 실제로 이용하는 흡음재료의 데이터는 잔향 흡음률이지만 그 시공의 방법 여하에 따라 크게 흡음율이 변하므로 그 상세한 구조를 나타낸 실측치가 아니면 그 데이터는 사용 불가능하다는 것에 주의하여 시판품을 선택하고 시공해야 한다.
면 적효과의 이용은 넓은 면적에 집중하지 않고 작은 면적으로 분할하여 배치하는 편이 총흡음력의 증가와 함께 반사음의 확산에 매우 유효하다. 흡음하는 부위의 선택은 같은 재료라도, 음압이 큰 곳에 놓을수록 흡음력이 커지므로 방의 모퉁이 부분, 천정의 주변 등을 흡음재로 마무리 하는 것이 좋다.
컴퓨터 시뮬레이션
컴 퓨터 시뮬레이션은 실내형태의 검토를 기하학적인 수치계산에 의하여 3차원으로 행하는 것이다. 음원점에서 같은 입체각 간격으로 다수의 음선을 내어 반사 전반경로를 추적 계산하는 음선법과 주벽 각 면에 의한 음원의 경상을 기하학적으로 구하여, 수음점과 다수의 경상을 연결하는 각 음선의 각도와 그 길이로부터 시계열의 임펄스 응답을 근사적으로 구하는 경상법으로 크게 나눌 수 있다. 시뮬레이션은 기하학적 작도에 의한 것이므로 파장의 이동으로 전달되는 실제의 음선과는 차이가 있다. 그러나 시각적으로 보여 지는 데이터를 참조하여 기본적인 설계에 참조할 수 있으므로 도움이 되며 다만, 시뮬레이션의 결과를 참고로 할 뿐이지, 시뮬레이션의 결과가 음향 시스템에 대한 결과를 보증하지 않는다는 점을 간과 하지 말아야 한다.
음향기기
1. 마이크
사람은 귀로 소리를 듣고 있으나 소리는 시간 함수이므로 듣고 있는 순간에 소멸하고 만다. 또한 소리는 시간이 정지하면 세상에서 존재하지 않는다. 소리를 가장 효과 있게 이용하게 된 것은 소리의 신호를 전기 신호로 바꾸는 마이크로폰의 개발 이후이며 점차 증폭기(앰프)와 스피커를 개발해 나가고 녹음기를 발명하면서 음향 산업은 발전해 왔다.
마이크는 소리가 전기 음향으로 바뀐 전기 신호 처리의 가장 첫 단계이며 소리의 입구이다. 복잡한 음향 처리 중에서도 입구가 되는 마이크에 따라 음질은 크게 좌우된다. 그러므로 믹싱 기술과 확성 기술에서 가장 중요하고 어려운 부분이라고 할 수 있다.
1.1. 마이크의 원리 및 종류
1.1.1. 마이크의 구조
마이크란 간단히 말하자면 소리(Sound)를 전기적인 소리신호(Audio Signal)로 바꿔 주는 일종의 변환장치이다. 따라서 마이크로폰의 성능은 단순히 음파의 신호를 전기 신호로 변환 시키는 기구로 그치는 것이 아니라 증폭과정을 거쳐서 스피커에 의해 음을 재생할 때 원음과 같이 들리게 하는 고성능의 것을 선택하는 것이 바람직하다.
요즈음은 마이크로폰은 비교적 대역폭도 넓고 특성이 좋은 것을 만들기 쉬워서 사람 귀의 감각 대역 이상의 주파수 특성을 가진 것도 제작되고 있는데 비교적 닮은 주파수 특성이라도 그 음색과 느낌이 다른 것이 많다. 그러므로 마이크는 주파수 특성만으로 결정하지 말고 반드시 음색을 중요한 요소로 생각해야 한다.
참고로, 흔히 말하는 흡음력과 좋은 음질이라는 것은 별개의 문제로써 흡음력이 좋다고 하는 것은 감도의 문제이고 음질은 소리를 전기로 바꾸는 과정의 품질이기 때문에 전혀 성격이 다른 것이다.
1.1.2. 마이크의종류
마이크의 종류는 카본형, 크리스탈형, 다이나믹형, 콘덴서형 그리고 일렉트릭 콘덴서형 등이 있다. 지금은 다이나믹형과 콘덴서형을 주로 많이 사용하기 때문에 카본형과 크리스탈형은 사라진지 오래되었다. 리본 마이크로폰은 지금도 방송 분야에서 사용하고 있지만 극소수에 지나지 않으며 앞으로 도태될 전망이다.
① 다이나믹형
다이나믹형 마이크는 진동판과 결합된 코일이 자석의 가운데서 움직이게 함으로써 발생하는 기전력을 이용하여 전기적인 변화를 검지한다. 이때 진동판과 도체의 연결 방식에 의해서 각기 다른 성격을 가지고 있는 것을 분류하여 리본형 마이크로폰, 무빙 코일 형 마이크로폰, 플랫코일형 마이크로폰이라 부른다.
마이크가 동작하는 원리는 음압에 의해 진동판이 진동하면 그 진동이 자석의 표면을 감은 음성코일을 왕복운동 하게 하여 자석의 자기장 가운데서의 코일은 전류를 만들게 되고 이 전류의 변화가 소리신호가 된다.
이 다이나믹형 마이크의 특징은 구조적으로 튼튼하며 내진성이 강하고 큰 음압에 잘 견디며 다이나믹 레인지도 좋을 뿐 아니라 값이 저렴하다. 프로용으로서는 스피치, 공개 방송의 보이스, 악기용으로 많이 사용하며 특히 PA분야의 운용 시 하울링 마진면에서도 우수하므로 가장 많이 애용하고 있다.
② 콘덴서형 마이크
콘덴서형 마이크의 원리는 일정한 거리를 둔 두 극 사이에 +, - 전원을 연결하면, 그 두 극 사이에 전류가 저장된다. 그 후, 그 두 극 중 한쪽을 고정하고, 다른 한쪽을 진동판에 연결하면 진동판의 진동에 의해서 두 극 사이의 거리가 변하면 저장된 전압에 변화가 생기게 된다. 이 변화가 곧 소리 신호의 변화이며 이때 변화되는 전압의 변화를 검지하는 방식의 마이크이다. 콘덴서형 마이크는 다른 종류의 마이크에 비해서 주파수 특성이 우수하므로 원음에 대한 추종성이 뛰어나고 다이나믹 레인지도 가장 넓다. 저음역은 거의 0 ㎐까지 받아들이며 고음역은 진동판의 공진 주파수까지 평탄할 정도이다. 그러므로 음악 녹음, 강연, 설교용으로 많이 사용하고 있다. 그리고 특수한 마이크는 효과음 수음, 원거리 수음, 영화, TV드라마의 로케이션용 등 다양하게 사용하고 있다. 그러나 장점이 많은 한편 사용상의 단점도 있다. 콘덴서 마이크는 진동판이 얇기 때문에 충격에 약하고 습도가 높은 장소 즉, 습도가 80% 이상 되면 내부 잡음이 발생하기 쉽고 직류 전압전원이 꼭 필요하다는 번거로운 점이 약점이라고 할 수 있다.
③ 와이어레스(무선)
와이어레스 마이크는 보통 마이크처럼 음성신호를 마이크선으로 전송하는 방법이 아니라 VHF나 UHF의 전파에 실어서 송출하고 그것을 수신하여 음성 출력을 사용하는 것이다. 마이크 코드를 길게 늘이지 않고 자유로이 움직일 수 있는 편리함과 화면상에서 마이크를 의식 시키지 않고 수음할 수 있는 장점 때문에 넓게 이용되고 있다. 최근에는 주변에 다른 마이크의 주파수와 혼신하지 않도록 주파수를 쉽게 가변할 수 있는 무선마이크가 생산되고 있다.
④ 기타
초소형 콘덴서 마이크로폰(흔히 핀 마이크, 또는 타이 마이크라고도 함)은 초소형, 초경량의 장착 형식 마이크이며 주요 용도는 토크용으로 의복에 사용할 수 있다. 눈에 잘 띄지 않으므로 많이 사용하고 있다. 마이크의 음질은 명료도가 높은 음색이므로 너무 올려 달면 고음이 부족한 음색이 되고 또한 너무 내리면 마이크와 의복이 접촉하여 잡음이 발생하므로 주의해야 한다.
마이크의 지향특성
지향성이란, 진동판(마이크의 머리부분)의 전면을 0°로 하여 전/후/좌/우 상하 360° 각 방향의 감도 변화를 말하는데 무지향성, 단일지향성, 양지향성, 그리고 헤미스페리칼과 같은 특수 지향성 등이 있다.
무지향성 마이크로폰
무지향성은 말 그대로 지향성이 없다는 것을 말한다. 즉, 마이크의 방향과 상관없이 어떠한 방향에서 나는 소리도 모두 받아들일 수 있다는 것을 의미한다. 물론 거리에 따라서 그 감도는 틀리게 되며 주로 공간성을 표현하기위한 녹음용으로 많이 사용된다.
단일 지향성 마이크로폰
단일 지향성은 대부분의 마이크에서 볼 수 있는 보편적인 특성으로 진동판에 대해 직각인 0°방향의 감도가 가장 좋으며, 반대로 180°방향에서는 흡입력이 없기 때문에 공연 시 많이 사용한다. 왜냐하면 피드백에 의한 하울링을 최소화 할 수 있기 때문이다.
또한, 수퍼 카디오이드, 하이퍼 카디오이드, 울트라 카디오이드와 같이 특수한 목적을 위해 사용되는 단일 지향성 마이크도 있다. 이러한 마이크는 거의 0°방향의 소리만 흡입하는 고감도 마이크이다.
양 지향성 마이크로폰
양지향성은 0°와 180° 두 방향으로 향한 하나의 양면 진동판, 또는 두 개의 단면 진동판을 사용하여 양 방향의 소리를 흡입 할 수 있는 마이크이다. 하나의 마이크로 두 방향의 소리를 받아들일 수 있기 때문에 피아노 같은 악기나, 듀엣, 그리고 소규모 코러스의 수음에 많이 쓰인다.
헤미스페리칼
헤미스페리칼은 흔히 PZM (Presure Zone Mic) 라고도 불리 우는 사각의 판처럼 생긴 마이크가 가진 지향성이다 사각의 판 위에 조그마한 컨덴서 마이크를 약간의 거리를 두고 설치하여 판에 반사된 소리를 흡입하는 독특한 마이크이다. 주로 책상 위, 바닥, 특히 앰비언스를 위해 유리창에 붙여 쓰기도 한다.
마이크의 전기적 특성
마이크의 전기적 특성은 임피던스와 감도, 마이크로폰의 잡음, 마이크로폰의 다이나믹 레인지로 세 가지로 구분할 수 있다. 임피던스와 감도에서 마이크의 감도란 마이크에 일정한 소리를 가했을 때 마이크 출력 단자에 생기는 전압을 가리킨다. 음향 엔지니어는 마이크의 출력 전압을 읽을 수 있는 능력을 갖는 것이 중요하며 유념해 둘 점은 각 마이크에 있어서 상대적으로 다른 회사의 데이터를 참고하여야 한다. 마이크로폰의 잡음은 잡음이 접속되는 프리앰프에 의해 변화한다. 콘덴서형 마이크는 이미 프리앰프 회로를 내장하고 있기 때문에 잡음은 그 회로 전체의 고유 잡음에 의해서 결정된다. 그 외 핸드잡음이 있는데, 이는 회로자체의 잡음이 아니라 손으로 마이크를 잡았을 때 나는 소리를 말한다.
픽업 패턴 (Pickup Pattern)
마이크의 픽업패턴은 고역의 방향 특성과 저역에서의 근접 효과로 구분할 수 있다. 마이크로폰의 축상 특성과 전방향에서의 입사 특성과의 차에 의해서 고역의 특성이 복잡하게 변한다. 일반적으로 축상에서 평탄한 픽업패턴이 되도록 설계한 마이크는 전방향 입사 특성은 좋지 않게 나타내며, 또한 축상이 아닌 전방향에서 입사하는 특성을 플랫하게 설계한 타입은 고역에서 피크를 가진 특성이 된다. 또한 이 픽업 패턴을 잘 고려하여 스피커를 배치하는 것도 중요하다.
저 역에서의 근접 효과란 음원에 근접해서 픽업하면 모든 마이크로폰은 “저역 근접 효과”라고 부르는 특이한 현상이 생기는 것을 말한다. 이것은 저역의 특성이 그 음원과의 거리에 반비례해서 상승되어 가는 현상이다. 단일 지향성 마이크는 양지향성에 비해서 그 현상이 덜하다. 제작 회사에 따라서 핸드 마이크를 입에 근접한 경우에 플랫한 특성이 되도록 저역을 롤 오프하는 모델도 있다.
팝핑(Poping)과 시빌런스(Sibilance)란, 발음 가운데 ‘ㅍ’ 나 ‘ㅌ’ 같은 소리를 발음할 때 다이어프램이 크게 떨려서 마이크로 픽업되는 소리가 찌그러지게 되는 것을 팝핑 노이즈라 하고 윈드 스크린이나 스폰지 같은 것으로 줄여 줄 수 있다. 또한 ‘ㅅ’ ‘ㅆ’ 소리는 5kHz 에서 10kHz대역에 강한 소리로 발음되어 마이크에 픽업되는 소리가 ‘쉿’하고 찌그러지는 것을 시빌런스 노이즈라 한다. 이 같은 잡음은 필터나 ‘디-에서’ 라는 기기를 사용하여 줄여줄 수 있다.
설교용 마이크의 이상적인 위치는 사용자의 입을 향하도록 해 약 4~10인치 정도 떨어진 것이 적당하다.
이렇게 설치함으로써, 원활한 픽업이 가능하고 원치 않는 음을 배제시킬 수 있다. 마이크는 입 아래 쪽에 설치하되 중앙 쪽에서 약간 벗어나도록 배치해 입의 정면에서 발생하는 팝노이즈를 현저히 줄일 수 있도록 한다. 이렇게 해도 음성신호가 마이크로 전달되는 데는 지장이 없다.
2. 믹싱콘솔
믹싱콘솔은 기본적으로 여러 개의 아주 작은 마이크 출력이나 녹음기의 출력을 적정한 레벨까지 증폭하고 믹스하여 스피커를 직접 구동하는 파워앰프에 음향신호를 보내는 역할을 한다.
최근에는 음량 밸런스의 문제에서 더 깊이 나아가 서 음색 형성과 특수 효과 등을 덧붙이는 “음향 가공 기술과 소리 만들기‘의 기능을 갖고 있다. 그러므로 최근의 믹싱 콘솔은 이 “소리 만들기’의 기능을 중요시하여 다기능으로 복잡한 믹싱 콘솔이 증가하고 있으며, 최첨단 컴퓨터로 운용되는 디지털 믹싱 콘솔까지 개발되어 사용 단계에 들어와 있으며 현재에는 라이브 음향 등에도 다목적으로 사용되고 있 다.
일반적인 믹싱 콘솔
일반적으로 사용되는 믹싱 콘솔 은 모노럴 입력의 채널 입력 모듈을 사용하고 있으며 복수의 모노 입력으로 출력이 2채널 스테레오 및 그룹출력의 형태를 많이 사용하고 있다. 입력 채널의 수는 4, 6, 8, 12, 16, 24, 32, 48 등 여러 가지 있으나 4 또는 8채널을 기본 단위로 해서 구성되어 있는 것이 대부분이다.
입력 모듈의 기능
① 입력부
입력부는 마이크 입력과 라인 입 력과의 셀렉트 기능, 팬텀 마이크의 전원 공급용 스위치, 극성 반전 스위치 등을 배치하고 있다. 마이크 입력 레벨 컨트롤은 레벨 조정이 가능하므로 적정하게 조정한다. 대부분은 Sensitivity나 Trim 이라 표기되어있다.
② 보조 센드부
리버브와 지연 등의 효과에 소리 를 보내기도 하며 모니터용의 스피커와 리시버에 소리를 보내는 부이다. 페이터의 전단에서의 소리와 후단에서의 소리를 용도에 따라서 선택 사용한다. (AUX, EFX 등으로 표시되어 있다)
③ 프리/포스트 (PRE/POST)
보조 출력으로 나갈 신호를 볼륨 페이더 앞단에서 출력할 것인지, 페이더 뒷단에서 출력할 것인지를 선택하는 스위치이 다.
④ 필터와 이퀄라이저부
보통 12㏈에서 18㏈의 감쇠 특성 을 가진 하이 패스 필터와 로 패스필터와 3~ 4밴드의 파라매트릭 이퀄라이저를 지닌 것이 많다. 이것은 필터, 이퀄라이저와 같이 연속해서 주파수가 가변이 되며 필터는 고역과 저역 주파수의 불필요부분을 커트하기 위해 사용한다. 음색에 윤기를 붙이고 부드러움을 강조하며 “소리 만들기”를 위해서 대단히 중요한 부분이다. (HF, MF, LF, MID 등으로 표시되어 있다)
⑤ 팬 포트(PAN)
스테레오 방식으로 사용할 때 각 모듈에 들어가는 소리를 2개의 스피커 사이의 알맞은 위치에 정위시킬 때 사용한다.
⑥ 솔로(SOLO) 스위치
여러 개 세팅된 페이더 중에서 임 의로 페이더만의 소리를 빼내어 모니터하기 위한 스위치이다.
⑦ 채널 페이터 (FADER)
미리 설정한 레벨에서 엔지니어 가 음악, 음성 등 입력의 음량 변화에 적응해서 소리크기를 조정하는 것이 페이터이다.
⑧ 인서트 포인트 (INSERT)
효과기용의 입출력 잭이 설치되어 있어 필요에 따라서 소리를 빼내어 음색을 가공 한 후 채널에 돌려보낼 수 있다. 용도에 따라서 이퀼라이저 섹션의 전단에서 사용 할 것인지 후단에서 사용할 것인지를 스위치로 선택이 가능한 타입도 있다.
⑨ 프리페이더 리슨(PFL)
모니터 스피커로 각 채널의 개별 소리를 듣고 싶을 때 페이더의 위치와 관계없이 페이더 전단의 소리를 듣기 위한 스위치가 PFL이다.
⑩ 출력 선택 스위치
모니터 스피커로 각 채널의 개별 소리를 듣고 싶을 때 페이더의 위치와 관계없이 페이더 전단의 소리를 듣기 위한 스위치가 PFL이다.
⑩ 출력 선택 스위치
출력 선택 스위치는 채널 입력 모듈의 출력을 어느 그룹 페이터, 또는 어느 마스터 페이더에 넣을 것인가를 선택하기 위한 스위치다.
⑪ 출력부 (MASTER)
각 입력 채널에서 선택된 출력을 전체적으로 조정하며 대개 그룹아웃, 스테레오 아웃 및 모니터 아웃, 헤드폰 아웃 페이더 등이 있다.