한국음향학회지제 38 권제 2 호 pp. 139~144 (2019) The Journal of the Acoustical Society of Korea Vol.38, No.2 (2019) https://doi.org/10.7776/ask.2019.38.2.139 pissn : 1225-4428 eissn : 2287-3775 청취자선호도를반영한콘서트홀음향설계 Room acoustic design of a concert hall with a reflection of listeners preference 김지현, 1 오양기 2 (Ji Hyun Kim 1 and Yang Ki Oh 2 ) 1 조선대학교음악교육과, 2 목포대학교건축학과 (Received Febrary 8, 2019; revised Febrary 25, 2019; accepted March 27, 2019) 초록 : 콘서트홀의소리품질을나타내는실내음향지표들이다수개발되어있으며, 청취자들이기대하는소리에관한경험적인연구의결과로각실내음향지표들의적정범위가제안되었다. 그러나세월의흐름에따라연주나청취환경의경향이변하고있고, 각지표의적정범위에대해연구자들의이견이존재하는등의문제가드러나고있다. 콘서트홀의음향환경에대해청취자들이어떠한선호개념을갖고있는지조사하고이를콘서트홀의음향설계에반영하여야한다. 이연구에서는음악의연주및청취에전문적인경험을갖고있는우리나라의청취자들을대상으로콘서트홀음향효과에대한선호도를조사하고평가하였다. 그리고그결과를반영하여청취조건을구현하는콘서트홀의음향설계프로세스를제안하였다. 핵심용어 : 청취시험, 청취선호도, 콘서트홀, 실내음향설계 ABSTRACT: Various room acoustic parameters and their optimal values were proposed and verified as proper interpretations to the listeners preference of concert hall sounds. However the listening environment has been changed since they were developed, and the listeners preference may not be the same among countries of different cultural backgrounds. Actual listeners preference should be applied to the design of a new concert hall. A survey on the listening preference was carried out for 22 music experts. A room acoustical design process was proposed which made the acoustical environment of a concert hall as close to the listeners preferences. Keywords: Listening test, Listener preference, Concert hall, Room acoustic design PACS numbers: 43.55.Fw, 43.55.Gx I. 서론 세빈 (W. C. Sabine) 에의해공간의크기와마감재료의흡음률을토대로잔향시간의개념이수립되었다. [1] 1962년베라네크는콘서트홀에필요한소리품질과물리적실내음향지표사이의관련에관한선구적연구를수행하였다. [2] 이후콘서트홀의소리품질을나타내는실내음향지표들이다수개발되었으며, 청취자들이기대하는소리에관한경험적인연구의결과로그적정범위가제안되었다. 많은콘서 Corresponding author: Yang Ki Oh (oh@mokpo.ac.kr) Department of Architecture, Mokpo National University, 1666 Yeongsanro Chungkye Muan Jeonnam 58554, Republic of Korea (Tel: 82-61-450-2723, Fax: 82-61-450-2723) 트홀의실내음향설계가이렇게추천된적정값을목표로하여수행되었다. 그러나세월의흐름에따른연주나음악감상의트랜드변화, 빈야드타입평면형콘서트홀의청취환경변화등에따라각지표의적정범위에대한연구자들의이견이존재하는등문제가드러나고있다. 또한청취환경이나문화적배경이미국이나유럽의청취자들과다른우리나라의청취자들이같고있는독자적선호개념을반영할필요도있다. 이러한배경에서이연구에서는콘서트홀의무대및객석음향환경에대한청취자들선호도를조사하고, 그결과를반영하여콘서트홀의음향설계를수행하였다. 139
140 김지현, 오양기 II. 청취감각과음향지표 2.1 청취감각과선호도콘서트홀음향효과의보편적가치가어떠한소리값으로표현될수있는지에대해서는실로다양한의견이가능하다. 대체로는소리의크기와객석영역에의분포, 울림, 선명함, 포근함, 공간적인인상등이중요한요소로간주되고있다. [3] 이러한청취감각의각요인들에대해그값이어느정도의범위에있어야적절한것인지에대한논의는또다른차원이며, 여기에는전통적으로여러연구자들에의해주장되어온범위가있다. 2.2 음향지표물리적인값으로측정가능한음향지표는주관적인청취감각과의관련성을전제로제안된것들이다. 잔향시간 (Reverberation Time, T), 저음비 (Bass Ratio, BR), 소리크기 (Strength, G), 측면반사음비율 (Lateral Fraction, LF), 음악명료도 (Clarity, C 80 ), 및무대서포트 (Stage Support, ST early ) 등이울림과포근함등 2.1절에서언급된청취감각을정량화하기위해제안된실내음향지표들이다. [4] 소리의크기와분포에관해서는소리크기지표로표시하며, 어느객석위치에서무대위의음원이같은음원의무향실 10 m 거리에서의측정값에비해얼마나더큰값인지로나타낸다. [5] 소리의울림은잔향시간과초기감쇠시간 (Early Decay Time, EDT) 으로표시한다. 잔향시간과달리초기감쇠시간은측정지점이무대에서가깝거나강한초기반사음이있는경우더짧아질수있다. [6] 측면반사음비율은특정객석위치에도달하는전체음에너지중수평방향성분의비율로공간적인인상을정량화하는지표이다. [7] III. 청취시험 3.1 청취시험개요콘서트홀은음악을즐기는일반청취자들을대상으로하지만그음질평가나음향설계는해당분야전문가들이더욱세밀하게수행할수있다. 따라서 음향전문가들의시점으로디자인된청취시험의절차와과정에따라서, 음악을연주하고평가하는전문가들이듣고음질을평가하는청취시험이계획되었다. 우리나라한지역의새로운전용콘서트홀을가정하여일반적으로권장되는음향환경으로설계한후컴퓨터시뮬레이션에의해충격응답을추출하였다. 이기준설계값의적절한변경을통해잔향시간이다소길고짧은, 혹은측면반사음비율이다소크고작은것등의다양한충격응답을추가로제작하여가청화 (auralization) 를통해해당지역의전문가들을대상으로청취시험을수행하였다. 3.2 시험용음원제작무향음원으로써의조건과다양성에관한필요성을감안하여데논사의오케스트라음악무향녹음 (Denon, Anechoic Orchestral Music Recording) CD 를사용하였다 ( 이하데논 CD). 이를위해 2,000석규모의빈야드형 (vinyard terrace type) 콘서트홀을설계하고컴퓨터시뮬레이션으로다양한조건의충격응답을도출하였다. Table 1에서 CATT- Acoustic V.9의분석조건을나타냈다. Table 2에서는이설계의초기에기준값 (reference value) 으로설정된건축음향성능을표시하였다. 이기준값과더불어이수치가현재시점에서우리나라청취자들의선호도와일치하는지청취자선호도조사를통해확인하기위하여이기준값주변의수치로비교값 (comparative values 을설정하였다. 데논 CD 의내용중음향지표항목의평가에적합한무향음원을선별하여이충격응답과컨볼루션하여 Table 3에서나타낸것과같은청취시험용음원을제작하였다. 청취자들의사전청취를위해미리배포한음원은음악적맥락의이해를돕기위해 3 분으로다소길게제작하였으나, 실제청취시험상황에서는대체로각음원의초반 30 s 이내에서답변이이루어지게된다. 3.3 청취시험과정시향수석급의전업연주자와지휘자, 연주전공의음악과교수, 그리고공연기획자및평론가등으로구성된 22명청취평가자의음악적배경을 Table 4에 한국음향학회지제 38 권제 2 호 (2019)
청취자선호도를반영한콘서트홀음향설계 141 서나타내었다. 규격 [9] 에의해제작된청취평가실에서음원을재생하여청취자들이직접듣고평가하는청취평가방법이좀더의미있는결과를도출할수는있으나, 정해진장소와시간에다수의전문가들을불러모아야하는거의불가능한업무를수행하 Table 1. Settings of simulation software. Item Settings 1 Number of rays 100,000 rays 2 Impulse Response Length 3,500 ms 3 Max. number of reflections 2,000 4 Power level 90 db 5 Number of sound sources 1 6 Number of receiver points Audience seats 9 Stage 3 7 Number of 3D surfaces 4913 Table 2. Settings of simulation software. Acoustic parameters Reverberation Time (T) Unit Reference values Comparative values Subjective feeling s 2.0 2.0/2.4/2.8 Magnificience Bass Ratio (BR) 1.2 1.1/1.2/1.3 Warmth Strength (G) db 3 1/3/5 Loudness Early to late energy ratio 0-2/0/2 Clarity (C 80 ) Lateral Energy Fraction (LEF) 0.2 0.1/0.2/0.3 Space sense Stage support (ST early ) db -14 Monitoring Table 3. Acoustic parameters and listening samples. Acoustic parameters Reverberation Time (T) Bass Ratio (BR) Strength (G) Early to late energy ratio (C 80 ) Lateral Energy Fraction (LEF) Stage support (ST early ) Listening materials Mendelssohn: 4 th mov., Symphony No.3 Handel: Water Music Suite No.6 Mendelssohn: 4 th mov., Symphony No.3 Beethoven: 4 th mov., Symphony No.9 Biget: L Arlesienne Suite No.2 Johann & Josef Strauss: Pizzicate-Polka Glinka: Overture Ruslan and Lyudmila Mozart: Overture Le Nozze di Figaro Glinka: Overture Ruslan and Lyudmila Verdi:Prelude to Act 1, La Traviatta Brahms: 1 st mov, Symphony No.4 Bruckner: 1 st mov., Symphony No.4 Old Gavott 여야한다. 귀를막아소리의방향성정보를전혀얻을수없을뿐더러왜곡된골전도효과를파생시키는밀착형헤드셋을사용하는것도청취평가의취지에어울리지않는다. 따라서조용한실내에서개방형헤드폰을사용하는방식으로청취평가를진행하였다. 물론이개방형헤드셋도청취평가용기기의성능에관한규격 [10] 을만족하는것이어야한다. 청취시험용개방형헤드셋으로귀위치에서일정거리떨어뜨려착용하도록설계된이어스피커 AKG K-1000 을선택하였다. 청취평가의관점에서는낮은효율에도불구하고음원방향성의제공과낮은음원왜곡의장점이있다. Fig. 1에서이어스피커와청취평가에사용된기기를볼수있다. 청취자의수가많지않고한번에한사람씩음원이제공되어야하므로청취평가는인터뷰방식으로진행하였다. 청취자들은음악을전공한인터뷰어에의해각문항을잘이해할수있도록설명을듣고음향지표의해당음원에대해대답한다. 청취평가는 2018년 3월 8일부터 3월 16일사이에소음으로부터차단된부산문화회관의분장실공간에서이루어졌다. 각청취자마다청취평가에걸린시간은약 1시간정도이다. Table 4. Musical background of the 22 subjects. 1 2 3 Item Professional performer (Busan Symphony Orchestra etc.) Professor, Dept. of music (Donga University etc.) Director, Music management company (Busan Cultural Center etc.) Settings 4 Professional conductor (Busan Symphony Orchestra etc.) 3 5 Musical commentator etc. 3 Fig. 1. AKG K-1000, Aune X1s and Aune X7s. 9 5 2 The Journal of the Acoustical Society of Korea Vol.38, No.2 (2019)
142 김지현, 오양기 3.4 청취시험결과 청취시험의결과는음악전공의인터뷰어에의해정리 / 기록된것으로청취평가자가 1, 2, 3위의순서로선호도를표현한이유를잘설명하고있다. Table 5 Table 5. Numerical result of the listening test. Acoustic parameters (Unit) Value Reverberation time (s) Bass ratio Strength (db) Early to late energy ratio (db) Lateral energy fraction Stage support [11] (Height of ensemble reflector, m) Marked preference nbr.(1/2/3) Average 2.0 2/5/15 2.59 2.4 14/5/2 1.43 2.8 6/6/9 2.11 2.0 3/4/12 2.43 2.4 5/11/3 1.88 2.8 11/1/8 1.85 1.1 1/4/14 2.68 1.2 7/8/4 1.84 1.3 11/3/5 1.68 1.1 4/1/15 2.55 1.2 7/9/3 1.78 1.3 8/5/6 1.88 1 3/5/13 2.48 3 12/5/4 1.62 5 7/5/9 2.1 1 1/5/15 2.67 3 14/5/2 1.43 5 6/6/9 2.14-2 2/1/18 2.76 0 13/6/1 1.40 2 6/6/7 2.02-2 1/1/19 2.86 0 12/6/2 1.50 2 8/7/5 1.83 0.1 4/0/18 2.64 0.2 5/10/6 2.02 0.3 12/2/7 1.75 0.1 2/0/20 2.82 0.2 5/12/5 2 0.3 15/3/4 1.5 8 3/2/15 2.60 12 10/3/6 1.78 16 6/4/9 2.13 8 6/1/11 2.2 12 5/8/4 1.88 16 6/3/10 2.18 8 9/1/7 1.86 12 5/6/6 2.03 16 3/5/10 2.39 Musical passages Handel Beethoven Biget Strauss Glinka Mozart Glinka Verdi Brahms Bruckner Mendelssohn Mendelssohn Old- Gavott 에서의선호도선택수 (marked preference number) 는각항목에대해 1순위 ( 가장선호 ) 와 2순위 3순위로선택한청취자들의숫자를표시한것이다. IV. 음향설계및청취환경 4.1 청취자선호도분석과목표설정 인터뷰과정에서의정성적의견과인터뷰결과수치로드러난정량적결과를콘서트홀설계에반영하기위해청취자선호도분석을수행하고설계목표를설정하였다 (Table 6). 이설계목표는전체좌석의평균값을의미하는것이다. 울림에대해서멘델스존음원의경우 뭉개지는느낌 등의반응과함께 2.4 s의잔향시간에대한선호가현저하게드러났다. 반면금관악기의웅장한화음이드러나는헨델수상음악에대해서는 2.8 s의다소긴잔향시간도별부담을느끼지않는것으로보인다. 두곡모두에서 2.0 s에대해서는 2.59 및 2.43 의평균값으로청취자들이가장선호하지않는것으로응답하였다. 저음비는대체로높은쪽을선호하는것으로보인다. 0.1(10 %) 의저음비는 2.68 과 2.55 로멘델스존과베토벤음원모두에서가장낮은선호도롤보였다. 소리의크기에대해서는다소의외이지만 5 db의높은 G값에비해 3 db정도의보편적인값에대한선호도가일방적으로높게나타났다. 측면음에너지비율에대해서는 0.3에가까운높은값을가장선호하고있다. 측면의폭이넓은빈야드콘서트홀에서달성하기는쉽지않지만가능한많은수 Table 6. Listener preference and the design target. Acoustic parameters Unit Reference values Reverberation time (T) Listener preferences Design target s 2.0 2.4 2.4 Bass ratio (BR) 1.2 1.2-1.3 1.2 Strength (G) db 3 3 3.5 Early to late energy ratio (C 80 ) db 0 0 0 Lateral energy fraction (LEF) 0.2 0.3 0.25 Stage support (Height of the ensemble reflector) m 10 8 (solo) 12 (symphony) 8-12 variable height 한국음향학회지제 38 권제 2 호 (2019)
청취자선호도를반영한콘서트홀음향설계 143 평반사음을확보하여측면에너지비율을높게설계하는시도가필요하다. 무대서포트에서는음원에따른선호도경향의변화가보인다. 브람스나부르크너의교향악음원에서는 12 m 높이의무대반사판응답평균이각각 1.78 과 1.88 로가장선호되었다. 그러나바이얼린솔로로녹음된 Old gavott에대해서는 8 m 높이의가장낮은무대반사판을가장선호하는것으로나타났다. 무대반사판의적절높이에관한다양한의견에도불구하고 [12] 연주규모에따라연주자들의선호무대음향환경이달라질수있음을의미하는결과이다. 4.2 실내음향청취환경의구현이콘서트홀은확성되지않은원음의전달성능을극대화하기위해모든벽면과천장면은확산반사혹은지향반사마감으로설계하였다. 2,000 석규모의빈야드타입콘서트홀의용적을 24,000 m 3 ~ 25,000 m 3 으로변화시켜가면서만석시잔향시간의중간대역평균값을 2.32 s ~ 2.44 s 범위로좁혀나가는음향설계프로세스를진행하였다. Fig. 2와 Table 7에서용적 24,000 m 3 및 25,000 m 3 경우에예상되는잔향시간을나타냈다. 1.2 이상의저음비구현이힘든이유는비중이높은마감재및마감구조를사용하지않기때문이다. 한두장합판이나석고보드로는저음공진을피할수없고이는 125 Hz나 250 Hz 대역음의흡음을파생시킨다. 특히반사음이중요한무대반사판이나측벽을포함하여비중 50 Kg/m 2 이상의마감면적을늘려나감으로써저음흡음률을최소화하여공석시 1.17 정도의양호한저음비를구현하였다. 빈야드콘서트홀에서적절한소리크기를확보하는일은쉽지않다. 공간의규모가크고마감벽이나천장이멀리있기때문에반사음이적을수밖에없다. 특히무대주변의테라스좌석은시선및음선의확보가힘들기때문에전체좌석의평균소리크기를떨어뜨리는주된요인이다. 테라스좌석의소리크기를보강하기위해무대주변상부벽에 1차반사음을테라스부위로지향할수있는마샬반사체 (Marshall reflectors) 를설계하였다 (Fig. 2). 이를통해전체좌석에서의평균소리크기 3.5 db 수준을확보하였다. 소리의방향성에관한지표인측면음에너지비율은평행하고좁은측벽을특징으로하는슈박스형 (Shoebox type) 에비하여폭이넓고높이가낮은테라스전면벽으로구성된빈야드형콘서트홀에서가장취약한부분이다. 몇개의슈박스홀을제외한모든빈야드홀에서 0.2에훨씬못미치는측면반사음비율을보이고있다. [11] 각마샬반사체는각각특정한테라스좌석부위에측면반사음을제공할수있도록그위치와크기및형태를설계하였다. 또한무대정면의좌석부위에대해서는그영역을세분하여슈박스홀의측벽역할을대신할수있는나눔벽을추가하였다. Fig. 2에서마샬반사체와 1층좌석나눔벽의측면반사음효과를표현하였다. 이러한측면반사음보강설계의결과로이설계안의측면음에너지비율예측수준은 0.241( 만석기준 ) 및 0.254( 공석기준 ) 에이르게되었다. 아울러이마샬반사체와테라스전면벽, 그리고 1 층좌석나눔벽의적극적인초기반사음확보계획으로만석시 0.2 db 수준의초기음에너지비율을구현하였다. 소규모연주와대규모연주에서의무대음의모니터링환경에대한청취자들의의견을반영하여무대반사판의기본높이는 12 m로설정하되일부는 8m 높이로조절가능하게설계하였다. Fig. 2. Marshall reflector design and the 1 st reflections. Table 7. Predicted reverberation times. Volume (m 3 ) Reverberation time (s) 125 Hz 250 Hz 500 Hz 1000 Hz 2000 Hz 4000 Hz 25,000 2.79 2.58 2.37 2.51 2.33 1.86 24,000 2.74 2.54 2.26 2.37 2.23 1.83 The Journal of the Acoustical Society of Korea Vol.38, No.2 (2019)
144 김지현, 오양기 Table 8. Listener preference and the design target. Acoustic parameters Unit Vacant Fully occupied Reverberation time (T) s 2.68 2.40 Bass Ratio (BR) 1.17 1.12 Strength (G) db 4.3 3.6 Early to late energy ratio (C 80 ) db -0.5 0.2 Lateral Energy Fraction (LEF) 0.254 0.241 4.3 결과의예측 청취시험에의한청취자선호도분석과이를통하여음향환경의목표를설정하고설계한결과를요약하면 Table 8과같다. V. 결론 of halls for music, J. Acoust. Soc. Am. 129, 3020-3026 (2011). 6. M. Barron, Interpretation of early decay times in concert auditoria, Acta Acoustica, 81, 320-331 (1995). 7. M. Barron and A. H. Marshall, Spatial impression due to early lateral reflections in concert halls; the derivation of a physical measure, J. Sound. 77, 211-232 (1981). 8. ITU-R BS.1116-3, Recommendation, Methods for the Subjective Assessment of Small Impairments in Audio Systems, 2015. 9. ITU-R BS.708, Recommendation, Determi-Nation of the Elector-Acoustical Properties of Studio Monitor Headphones, 1990. 10. M. A. Kim and Y. K. Oh, A study on the design of ensemble reflector in a concert hall (in Korean), J. Acoust. Soc. Kr. 37, 356-362 (2018). 11. L. L. Beranek, Concert and opera halls: how they sound, J. Acoust. Soc. Am. 99, 2637 (1996). 이연구에서는음악의연주및청취에전문적인경험을갖고있는우리나라의청취자들을대상으로콘서트홀음향효과에대한선호도를조사하고평가하였다. 다소긴잔향시간과크지않은소리크기, 넓은음폭, 높은무대반사판등의일반적인개념과약간의차이를보이고있다. 이결과를반영하여청취조건을구현하는콘서트홀의음향설계프로세스를제안하였으며, 이프로세스로새로운빈야드콘서트홀을설계하였다. 앞으로이러한실증적프로세스를확대연구하여실내악, 오페라, 뮤지컬등의다른장르음악이나교실, 컨벤션홀등의다른목적공간의설계에도적용하는것이필요하다. References 저자약력 김지현 (Ji Hyun Kim) 오양기 (Yang Ki Oh) 1988 년 2 월 : 한양대학교음악학사 ( 작곡 ) 1992 년 2 월 : 경희대학교교육학석사 ( 음악교육 ) 2009 년 8 월 : 경희대학교교육학박사 ( 음악교육공학 ) 2008 년 9 월 ~ 현재 : 조선대학교사범대학음악교육과부교수 1984 년 2 월 : 서울대학교건축학과공학사 1986 년 2 월 : 서울대학교대학원건축학과공학석사 1990 년 2 월 : 서울대학교대학원건축학과공학박사 1991 년 3 월 ~ 현재 : 목포대학교건축학과교수 1. W. C. Sabine, Collected Papers on Acoustics (Harvard University Press, 1921). 2. L. L. Beranek, Music, Acoustics and Architecture (John Wiley and Sons, 1962), 3. Y. K. Oh, acoustical assessment of a concert hall, (Master Dissertation, Graduate School of Seoul National University, 1984). 4. ISO 3382-1:2009, Acoustics-Measurement of Room Acoustic Parameters- Part 1: Performance Spaces, International Standardization Organization, 2009. 5. L. L. Beranek, The sound strength parameter G and its importance in evaluating and planning the acoustics 한국음향학회지제 38 권제 2 호 (2019)