미니어처 무지향 스피커 및 HATS를 활용한 무대음향 평가 연구

Abstract

콘서트홀의 무대에서 음원은 오케스트라 편성에 따라 분산 배치되어 있기 때문에, 바람직한 무대음향 설계를 위해서는 객석 음향과는 달리 여러 지점에 음원이 위치하는 음장에 대한 연구가 선행되어야 한다. 그러나 무대 위 연주자는 수음원이면서 음원인 특수한 상황에 처하게 되어 근접음장요소 평가에 따른 직접음압의 상대적 크기가 커지게 되기 때문에 물리적 측정이나 주관적 평가가 매우 어렵다. 무대음향에 대해 지난 70년대 이후부터 많은 연구자들에 의한 연구가 진행되어 왔지만, 무대 주변 구조를 설계하는데 유용한 음향적 평가지표를 조사하는 연구는 아직도 부족한 실정이다. 현재 활용되는 무대음향 지표인 ST1은 명쾌한 정의와 간단한 측정방법으로 인해 많이 사용되고 있으나, 하나의 무대에서 ST1값이 측정 지점에 따라 큰 측정편차를 보이고 있으며, 연주자의 개별적인 선호도는 반영하지 못하는 제한을 가지고 있다. 따라서 무대 위 연주자의 위치에서 실제적으로 듣게 되는 다른 연주음에 대한 측정 및 평가요소에 대한 연구가 필요하다. 본 연구에서는 축소모형을 활용한 무대음향 평가를 위하여, 미니어처 측정장비를 제작 및 그 활용성을 검증하였고, 1/10 콘서트홀 축소모형의 무대 위 지휘자 위치에서 물리적 지표에 대한 측정을 실시하였으며, 측정된 binaural 임펄스리스펀스를 이용한 주관적 평가 실험을 통해 무대음향 평가를 위한 회귀식을 도출하였다. 본 논문은 제 1장의 서 론, 제 2장의 이론적 고찰, 제 3장 ∼ 제 4장의 본론, 제 5장의 결론으로 구성되어 있으며, 각 장의 개요는 다음과 같다. 제 1장에서는 연구의 배경 및 목적과 연구의 범위 및 방법에 대하여 기술하였다. 제 2장에서는 본 연구의 이론적 배경으로서 음원의 지향성, 머리전달함수, 스케일 모델에 의한 공연장의 음장 측정과 무대음향에 대한 선행 연구를 인용하여 기술하였다. 음원의 지향성에서는 ISO140-3에서 제시하는 지향성 측정 및 평가 방법에 대해 기술하였고, 머리전달함수에서는 머리전달함수의 개념과 머리전달함수 측정 방법에 대하여 기술하였다. 또한 기존 연구의 고찰을 통해 스케일 모델에 의한 공연장의 음장 측정 및 가청화 방법에 대하여 이론적으로 기술하였다. 무대음향에서는 연구 동향과 이전 연구에서 시행되었던 물리적·주관적 평가방법에 대하여 기술하였다. 제 3장에서는 선행 연구에서 축소모형의 측정에 이용되었던 무지향 음원 및 리시버에 대한 조사를 통해, 1/10 축소모형의 음향 측정에 적합한 미니어처 무지향 스피커 및 HATS를 제작하였다. 제작된 무지향 스피커와 HATS는 그 적합성 검증을 위해 스피커의 지향성 및 HATS의 머리전달함수를 측정·평가하였다. 제 4장에서는 무대음향 평가를 위한 이전 연구을 통해, 1/10 콘서트홀 축소모형 무대의 지휘자 위치에서 무대음향에 대한 측정을 실시하였고, 주관적 평가 실험 결과에서 도출된 회귀식을 통해 무대음향 평가를 위한 물리적 지표를 제안하였다. 제 5장에서는 본 논문의 결론에 대하여 기술하였다. 본 연구에서 도출된 결론을 요약하면 다음과 같다. 1) 축소모형의 음장 측정을 위한 미니어처 무지향 스피커를 제작하였고, 스피커의 무지향성을 실험을 통해 검증하였다. 직경이 13 mm, 17 mm, 23 mm인 스피커 유닛을 이용하여 스피커의 직경이 각각 28 mm, 37 mm, 56 mm인 3가지 크기의 12면체 무지향 스피커를 제작하였고, ISO 140에 제시된 스피커의 지향지수 측정 및 무지향성 평가법에 의해 지향지수를 측정한 결과, 무지향성을 만족하는 지향지수의 최대 편차보다 작은 편차를 가져 무지향성을 만족하는 것으로 나타났다. 2) 1/10 축소모형의 음장 측정을 위한 미니어처 HATS를 제작하였고, HRTF 측정을 통해 그 활용성을 검증하였다. 한국인 표준 체형과 단순 인체 모형의 두가지 타입의 HATS를 제작하였고, 제작된 HATS의 HRTF를 측정하여 실제 HATS 및 이전 연구에 활용되었던 HATS의 HRTF와 비교한 결과 한국인 표준 체형 HATS는 작은 외이도의 직경으로 인해 1 kHz 이상의 중고주파 대역에서 낮은 Gain을 가졌으며, 단순 인체 모형 HATS는 600 Hz 이상의 대역에서 실제 HATS와 매우 유사한 특성을 갖는 것으로 나타났다. 3) 1/10 콘서트홀 축소모형의 무대 위 3지점에 음원을 위치시키고, 지휘자 위치에 수음점을 위치시켜 무대 음장을 측정하였고, 측정된 임펄스리스펀스의 가청화를 통해 주관적 평가 실험을 실시하였다. 주관적 평가실험 결과를 통해 도출된 회귀식에서 음에너지레벨, 초기반사음비율, EDT5 및 잔향시간이 지휘자 위치에서의 음장평가에 있어 주요한 물리적 파라미터인 것으로 나타났다.