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정승환컬럼:calibration_of_monitor_speaker

모니터 스피커의 칼리브레이션

이 글에 나오는 모니터 스피커의 조정은 일반인들은 하실 필요가 없습니다. 전문 믹싱/마스터링 스튜디오에서의 모니터 스피커 사용에서 필요한 부분입니다.

이론적 배경

모니터 스피커칼리브레이션은, Dolby의 1970년대 중반의 음량에 관한 기준을 정한 것에 의해 시작되었습니다. 극장 뿐만 아니라, 공연장, 가정용 오디오 등에서 항상 같은 소리를 들을 수 있는 표준을 제시한 것입니다. 그 표준이 제시되기 이전에는 많은 음반들이 각기 다른 레벨로 시장에 출시되어 어떤 음반은 소리가 너무 크고, 어떤 음반은 소리가 너무 작아서, 음악을 듣는 사람들은 오디오 플레이어에서 볼륨을 수도 없이 조절해야만 했습니다. 이는 음악을 제작하는 스튜디오들이 전부 다른 소리 크기로 소리를 들으며 작업하고, 마찬가지로 음악을 듣는 대중들도 전부 다른 소리 크기로 소리를 듣고 있기 때문이었습니다. 그래서 누군가는1) 소리 크기에 관한 표준을 제시하여 모두 같은 기준을 가지도록 할 필요성이 있었습니다. 2)

0VU=85dBSPL

아날로그 믹싱 콘솔 등의 장비에서 레퍼런스 레벨은 바로 0VU입니다. 이 0VU 가 실제 음압으로 몇 dBSPL의 소리 크기 이어야 하는가? 를 정한 것입니다.

85dBSPL의 수치는 사실 왜 그것으로 정해졌는지 저는 잘 모르겠습니다. 하지만 많은 설이 있는데요, 이퀄 라우드니스 커브에 의해서, “그 음량이 사람의 귀가 인지하는 가장 플랫한 소리의 크기다.”라는 이야기가 많이 있습니다. “그때 당시 시장에 출시되었던 수많은 음반들의 표준적인 소리 크기에 맞춘 것이다.” 라는 말도 있구요

https://www.pro-tools-expert.com/home-page/2017/6/21/loudness-and-dynamics-in-cinema-sound

노란색으로 표시한 영역이 바로, 85dB와 85Phon사이의 오차입니다. 85dB 보다 낮은 레벨에서는 저음역대의 오차가 커지고, 85dB보다 높은 레벨에서는 중고역대의 오차가 커지는 것으로 보여집니다. 제 생각에는 Dolby의 연구진들은 이런 과학적 근거를 가지고 공식에 대입해보다가 대충 지들이 멋대로 정한 것 같습니다. 어떻게 정했는지 통 알려주지 않으니 모르겠네요.3)

어쨌든 이 85dBSPL 의 표준 음량은 좋은 소리를 내는 것에 매우 잘 통해서, 대부분의 기준을 지키는 하이파이/프로 오디오 스피커, 오디오 기기, 카오디오들은 최대한 여기에 맞춰져서 만들어지고 있는 것으로 알고 있습니다. 특히 카오디오에서는 내장된 앰프부터 스피커까지 모두 칼리브레이션이 정확하게 되어 완성되기 때문에, 많은 음악인들이 자동차에서의 믹스 체크, 마스터링 체크를 많이 합니다.

작동 원리

따라서 이 기준에 의해 칼리브레이션 된 음량으로 스튜디오에서 음악을 제작합니다.

이때 85dBSPL 로 조정된 스피커에서 생성된 밸런스 와 전체 소리 크기 → 0VU로 음원으로 기록,
다시 0VU로 기록된 음원 → 85dBSPL 로 조정된 스피커에서 재생.
결과적으로 같은 소리 크기, 같은 밸런스로 재생 가능

이렇게 하여 우리는 어느 곳에서 어떤 음악을 어떤 스피커로 듣던지 항상 같은 기준에서 만들어진 소리 크기로 들을 수 있게 된 것입니다. (하지만 이것은 CD 가 등장하고, 마스터링 과정에 리미터의 개념이 생기면서 “라우드니스 전쟁”에 의해 다시 무너지게 됩니다.)

실제적인 칼리브레이션 방법

따라서 기본적으로 우리는 DAW
-18dBfs 출력4) = 0VU = DA 컨버터의 +4dBu = 스피커의 85dBSPL
모두 일치 하도록 “칼리브레이션” 하여 사용할 필요가 있습니다.

여기에 맞춰서 대부분의 니어필드 모니터 스피커들은 1m 앞에서 MaxSPL(Peak)이 103dBSPL5) 로 되도록 맞춰 설계되어 있다는 점입니다. (조금 더 여유 있게 105, 107dBSPL 등도 있습니다.) 우리가 니어필드 모니터 스피커를 1m 이내에서 소리를 듣도록 설계되어 있기 때문입니다.

여기에서 이제 SPL 미터의 측정을 C-weight로, 또한 RMS 측정을 위해서 Pink noise 의 사용을 하게 됩니다.
즉 -18dBFS RMS 의 레벨을 가진 Pink noise를 재생해서, 스피커로 나오는 소리가 85dBSPL 이 되게 끔, 조정을 하여 사용하면 되는 것입니다.6)

이에 대한 변형된 방식으로는 -20dBFS RMS Pink noise 를 재생해서 83dBSPL 이 되도록 조정하는 방식7)도 있고, SMPTE 기준에 의해 -20dBFS RMS Pink noise를 85dBSPL에 조정하는 케이스8)도 있습니다.

단 중요한 것은 우리가 지금 왜? 이걸 하고 있느냐? 그 오리지널이 무엇이냐를 아는 것이 중요하겠죠.

0VU = 85dBSPL

필자의 칼리브레이션

아래는, 고전적인 방법으로 0VU = 85dBSPL로 맞춰보는 과정입니다.

우선 아래 사진처럼 0VU의 레벨을 가진 Pink noise를 플레이 하여,

정확하게 조정된 SPL 미터를 사용하여, 85dBSPL의 레벨로 칼리브레이션 (필자는 2대의 스피커이므로 +3dB되어 88dBSPL 을 타겟팅했습니다. 원래는 한번에 스피커 하나 씩 85dBSPL이 되도록 해야 합니다.)

좀 더 정확한 SPL 미터를 사용하면 좋겠지만, 아이폰의 마이크로도 C-weight 측정엔 큰 무리는 없는 듯합니다.9)

SPL미터의 다이얼이 0VU=90dBSPL로 셋팅이 되어 있어서 바늘의 위치가 저렇게 나왔습니다. 만약 미세 조정이 되는 SPL 미터라면 다이얼을 돌려서 0VU=88dBSPL로 설정해 놓는다면, 바늘은 정확히 0VU 를 가르키고 있을 겁니다.10)

중요한 것은 0VU = 85dBSPL 이란 점입니다.

이제 이렇게 정확하게 조정된 모니터 스피커에서의 톤밸런스페이더 믹스에 의한 악기 별 밸런스는 세상 어느 장소에서 재생해도 똑같은 톤밸런스 및 악기 별 밸런스로 재생되게 될 확율이 매우 높아졌습니다.

질문 : 그러면 이렇게 조정된 상태로 꼭 작업을 해야 하나요? 이것은 소리가 너무 큰 것 같은데요?

답변 : 꼭 이 상태로 작업을 할 필요는 없습니다. 이것은 아래에서도 이야기 하지만 돌비 볼륨 박스의 최고 레벨인 Level 7 입니다. 가장 크게 내는 소리를 기준하고 있습니다. 항상 큰소리를 들을 필요는 없습니다. 작업하는 동안은 적당한 볼륨으로 작업하고, 가끔 확인하면 될 것으로 생각됩니다. “85dBc 돌비 스탠다드”는 스피커를 칼리브레이션 하는 방법이지, 항상 그 볼륨으로 사용하라는 것은 아닙니다.11) 단, 돌비에서 이 85dBc를 칼리브레이션의 기준으로 정한 이유는 가장 플랫한 밸런스가 나오기 때문입니다. 칼리브레이션할때는 플랫함이 가장 중요하기 때문이죠. 물론 믹싱/마스터링 시에도 플랫하게 나오면 유리합니다. 다만, 영화 작업 용도의 포스트 프로덕션에서는 영화관과 똑같은 환경으로 셋업하여 작업하는데 여기에 셋팅 된 돌비 시네마 프로세서(돌비 볼륨 박스)에서 최고 레벨인 Level 7로 셋팅하고 작업하는 경우가 많다고 하더군요. 자세한 이유는 모르겠지만, 아마도 플랫함 때문일 것 같습니다. 만약에 작업실의 룸 어커스틱의 한계가 있어서 소리를 Level 7로 셋팅하지 못한다면, 사실 레벨 5나 4.5로 놓고 작업해도 그렇게 나쁘진 않을 것 같습니다.

Bob katz 도 자신의 문서에서 85dB지점을 모니터 컨트롤러에서 표시 해두고, 그보다 작은 레벨로도 조정 가능하도록 표시하도록 말하고 있습니다.

자세한 이론적 배경 중 중요한 것들은 아래에 적어 놓았습니다. 또한 Bot katz 의 문서는 한번 쯤 확실하게 읽어볼 필요성이 있습니다.

Dolby standards

The 85 dB SPL/0 VU/-20 dBFS standard

음량(Level)에 대한 적당한 표준이 없었으나 1970년대에 Dolby사의 loan allen이라는 사람이 제시한 0VU 를 85dBSPL(청자 위치에서)로 스피커의 음량을 조절할 것으로 표준을 제시 하였고 그 후로 많은 스튜디오와 극장이 이 표준에 따르고 있습니다.

그 이후에 디지털 표준이 등장하게 되면서 큰 극장에서는 SMPTE 표준에 의해 -20dBFS를 85dBSPL(청자 위치에서)로 칼리브레이션 하는 것이 표준으로 제시 되었습니다.

사실 이 Dolby standard라는 것은 따로 정해진 것이 아니고 돌비사가 제작한 극장 용 레벨 프로세서들의 볼륨 노브의 Level 7 위치가 객석에서 85dBc로 플레이 되도록 스피커의 소리 크기를12) 조정하라는 메뉴얼 상의 내용입니다.

이 기준에 맞춰 칼리브레이션 하는 대에는 다음과 같은 방법이 사용됩니다.

This calibration must be measured with pink noise, with an averaging meter (not a Peak meter), playing one channel (loudSpeaker) at a time, and the SPL meter set to slow, C weighting.

최신형 돌비 볼륨 박스

재밌는 건 대부분의 극장에서 저 볼륨 노브를 7로 놓는 일은 사실 잘 없다고 합니다. (5.5 또는 5 에 많이 놓는다고 하네요.)

K-system

그 이후에 홈시어터용 돌비 표준은 Level 7에서 기존보다 -6dB 낮춘 79dBSPL 로 조정할 것을 제시함13) 에 따라, 마스터링 엔지니어인 Bot katz 는 다음과 같은 마스터링 방식을 제시 했습니다.

Since -20 dBFS = -6 VU = 79 dB SPL
then -14 dBFS = 0 VU = 85 dB SPL

Bob 은 이러한 -14dBFS 를 85dBSPL 로 표현하는 마스터링 과정 중에서 Dorrough 미터 사용을 하면서 모든 곡들의 Crest factor 를 관찰 했고 대부분 14dB 의 Crest factor 를 가지는 것에 주목했습니다.

By now, I've mastered over 100 CDs at the 79 dB calibration, with very satisfied clients. In 1994 I installed a pair of Dorrough meters, in order to view the simultaneous average and Peak level on the same scale. These meters use a scale with 0 average (Dorrough's version of VU) at 14 dB below full digital scale. Full scale is marked as +14 dB. This scale is useful for music mastering engineers, since a conservatively-recorded stereo 1/2“ 30 IPS analog tape rarely has a crest factor greater than 14 dB. For most individuals with normal hearing working in a small room, 79 dB calibration (at -20 dBFS) results in a 14 dB crest factor, or perhaps you may choose to look at it the other way (a 14 dB crest factor will naturally lead to a 79 dB calibration). They're both sides of the same coin.

이러한 수많은 마스터링을 프로그램 별로 분류를 하면서 20dB의 Crest factor, 14dB 의 Crest factor 12dB의 Crest factor들이 각각 프로그램에 따라 다르게 제시하여 아래와 같은 마스터링 표준을 제시합니다.

K-system 에는 그 밖에도 각각의 Crest factor 즉 K-20, K-14, K-12 에 따라 마스터링 된 음원의 청취 레벨에 대한 내용도 담고 있습니다.

Cubase Pro 버전에는 내장된 K-meter가 있습니다. 재미삼아 써보시면 재밌을 듯 합니다. 물론 조금 쓰시다가 LUFS 미터를 주로 쓰시게 되겠지만요.

사실 여기에 쓰여져 있는 말이 많은 것 같지만 쓰지 않은 말도 참 많은 것 같습니다. 왜냐면 저도 먹고 살아야 하니까요………14)

참조 : An Integrated Approach to Metering, Monitoring, and Levelling Practices by Bob Katz, Digital Domain, Inc.

Bob katz-An Integrated Approach to Metering, Monitoring, and Levelling Practices

Bob katz-An Integrated Approach to Metering, Monitoring, and Levelling Practices

retronica 2022/01/04 09:40

1)
Dolby
2)
사실 이것은 TV 채널마다 음량 레벨이 모두 다르고, TV 프로그램마다 소리 크기가 너무 달라서 LUFS 표준이 등장하게 된 것과 너무도 유사한 이야기 같습니다.
3)
큰소리에 대한 인간의 청력 손상에 대한 것도 고려가 된 것으로 보입니다.
4)
AES/EBU 기준
5)
SMPTE 기준으로 만들어진 스피커는 105dBSPL
6)
하지만 보통 스피커의 MAX SPL 스펙은 A-weight 기준으로 표기 합니다.
7)
-18dBFS를 85dBSPL로 하는 것과 사실상 같음
8)
이것은 SMPTE 기준에서 -20dBFS=0VU 이기 때문입니다.
9)
사실 실제 SPL 미터와 별 차이 없는 정확도를 보여줍니다. 왜냐면, 음질을 따지는 것이 아니고 음량을 따지는 것이기 때문에, 측정 마이크의 품질에는 크게 관련이 없기 때문입니다.
\\
10)

게인 스트럭쳐가 잘된 스튜디오 라면, 마이크 앞에서 85dBSPL 의 핑크 노이즈를 재생하고, 0VU 입력으로 Gain 스테이징을 했을 경우, 최종적으로 마스터 VU 미터0VU 로 동일하고, 마지막으로 이렇게 SPL 미터에서도 0VU로 동일한 결과가 나오는 최고의 게인 스트럭쳐를 달성할 수도 있을 겁니다. 필자가 운영하는 리버사이드 재즈 스튜디오의 모든 게인스트럭쳐를 이렇게 해놓았습니다.
11)
당연히 볼륨을 항상 최고 레벨인 level 7로 사용하면 이상하겠죠?
12)
정확히는 스피커에 연결된 앰프
13)
아무래도 극장이 아닌 가정집에서는 85dBc 는 너무 자비 없이 큰소리 였습니다. 근데 6dB 줄여도 너무 크지 않나요?
14)
전문가 분들께서는 여기 제가 적지 않은 것이 무엇인지 아마 잘 아실 것 같습니다.
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정승환컬럼/calibration_of_monitor_speaker.txt · 마지막으로 수정됨: 2022/07/29 저자 merefox