스테레오마이크테크닉에따른룸앰비언스 소리의특징연구 박상범, 김 준 요약 특정공간에서녹음시공간의잔향을얻기위해근접마이킹외엠비언스마이킹혹은디스턴스마이킹이일반적으로사용된다. 이를위해마이크 2-3 개를사용하여스테레오마이킹기법이사용되는데각기법에따라스테레오이미지의특성이다르게나타난다. 본논문은각기다른스테레오마이크테크닉을이용하여수음되는소리의음색과공간잔향의특징이어떻게달라지는지에초점을맞추었다. 이를위해스튜디오부스에서미리녹음된악기소리를스피커로출력하고근접마이킹과스테레오마이크테크닉을이용하여이를수음한뒤녹음된소리를시간영역과주파수영역에서분석했다. 이를통해각기다른스테레오마이크테크닉에따라수음되는앰비언스소리의길이와음색이달라짐을알수있었다. The Stereo Microphone technique for recording with room ambience Sangbum Park, Jun Kim 교신저자 : 박상범, 주소 : 서울시중구필동로 1 길 30 동국대학교영상대학원멀티미디어학과, Tel : 02-2260-3264, E-mail : bmajor78@dongguk.edu 접수일 : 2012 년 5 월 30 일, 심사일 : 2012 년 7 월 15 일, 완료일 : 2012 년 7 월 30 일 동국대학교영상대학원멀티미이어학과 (bmajor78@dongguk.edu), 동국대학교영상대학원멀티미이어학과 ((music@dongguk.edu)
48 > 한국공학 예술학회논문지제4권제1호 (2012) Abstract Besides close is normally used to get space reverberation when recording sounds. In order to get the reverberation, stereo microphone technique is used together with 2-3 microphones and its technique determines the characteristics of the stereo image. This paper is focused on how the tone-color of the recorded sounds and the characteristics of the space reverberation differ from each other by using several stereo microphone techniques. For this purpose, the sounds of musical instruments recorded in a studio booth were output from a speaker, collected using the close miking and stereo microphone technique and then analysed in the time and frequency range. It was concluded that the characteristics of the collected sounds depend on each stereo microphone technique. Key words : stereo microphone technique( 스테레오마이크테크닉 ), room ambience( 공간잔향 ), sound analysis( 소리분석 ) I. 서론 1. 연구동기 스테레오마이크테크닉은클래식앙상블혹은팝음악녹음시흔히사용되는기법이다. 근접마이킹 (closed-microphone technique) 의경우소리가너무밝거나가까이느껴지기때문에스테레오마이킹을통해자연스러운공간의앰비언스를얻는방법이일반적으로사용된다. 스테레오마이킹의가장주요한목적은각소리들의위치표현이다. 스테레오마이크테크닉은보통 2-3 개의마이크를사용하여특정공간의소리를수음하는데, 이를스테레오스피커를통해재생하면스피커사이에각악기혹은소리가아래와같이스테레오이미지로표현된다. 소리의좌- 우위치 각악기간의거리혹은깊이 청자와소리요소와의거리 공간의음향적특성 - 앰비언스혹은공간잔향의특징 악기혹은소리의음색 스테레오마이킹을사용하여얻어진스테레오이미지는스피커간의좌 - 우뿐만이아니라공간의 깊이, 악기들간의거리와공간의음향적특성을재현해낼수있다. 1)
스테레오마이크테크닉에따른룸앰비언스소리의특징연구 < 49 이번연구는각기다른스테레오마이크테크닉에의해수음되는방법이소리의음색과공간의음향적특성재현에어떤영향을미치는지에대해알아보고자녹음실부스에서근접마이킹과 4가지스테레오마이크테크닉을이용하여소리를녹음한뒤이를시간영역, 주파수영역에서분석하고그특징을살펴보았다. 2. 실험조건 실험은다음과같이진행됐다. 스튜디오부스에스피커를설치하고미리녹음한짧은충격파와같은드럼스틱을친소리와긴여음을가진기타소리를스피커로출력한뒤스피커근처에근접마이킹을, 약 3m의거리를두고스테레오마이크를설치하여이를수음했다. 실험을위해사용된스테레오마이킹기법은 Spaced pair, ORTF, Mid-Side, XY pair 이다. 그림 1은실험이진행된녹음실에설치된마이크의모습을보여준다. [ 그림 1] Spaced pair(a), ORTF(b), Mid-Side(c), XY technique(d) 연구의통일성을위해모든소리는동일한스피커에서동일한음량으로출력되어동일한마이크와 1) Bruce Bartlett, Stereo Microphone Techniques, pantherfile.uwm,edu
50 > 한국공학 예술학회논문지제4권제1호 (2012) 프리앰프를거쳐 44100Hz 의 sampling rate 와 16bit 의 resolution 으로녹음하고이를 normalize 한후에분석했다. 분석은소리분석에널리사용되는 Pratt 을사용했으며첫번째 time domain 에서각기다른스테레오마이크테크닉을통해녹음된소리변화를분석하고, 두번째 frequency domain 에서고속푸리에변환 (Fast Fourier Transform, FFT) 2) 을이용한스펙트럼의차이를분석하였다. 소리의스펙트럼분석시 Hanning 윈도우타입을사용하였고, window size 는 1024 이다. II. 실험결과 1. 드럼스틱소리의실험 1.1 시간영역에서소리변화 근접마이크와 4 가지스테레오마이크테크닉에따른드럼스틱소리의지속시간을시간영역에 서살펴보았다. 지속시간은원래소리의 -60dB 을기준으로삼았다. 그결과는표 1 과같다. [ 표 1] 드럼스틱소리의지속시간 마이크테크닉 지속시간 (second) closed miking spaced pair ORTF Mid-Side XY 0.175 0.217 0.210 0.191 0.197 근접마이킹의경우 0.175 초의지속시간을가졌고스테레오마이킹은 spaced pair 는 0.217 초, ORTF 0.21 초, Mid-Side 0.191 초, XY 는 0.197 초로 spaced pair, ORTF, XY, Mid-Side 순으로긴지속 시간을나타냈다. 1.2 주파수영역에서소리변화근접마이킹과 4가지스테레오마이크테크닉에따른드럼스틱소리의음색을살펴보기위해 FFT 분석을하였다. 그림 2는근접마이킹으로녹음한드럼스틱소리의스펙트럼이다. 그림의수평축은주파수를수직축은음량을나타낸다. 2) 시간도메인과주파수도메인간의변환을가능하도록해주는푸리에분석에서필요한신호만을골라계산시간을 줄인변환법
스테레오마이크테크닉에따른룸앰비언스소리의특징연구 < 51 [ 그림 2] 근접마이킹으로녹음한소리의펙트럼 근접마이킹으로녹음한소리의스펙트럼의경우그림 2와같이고음의배음성분이완만한형태로감소하는것을볼수있다. 이에비해스테레오마이킹으로녹음한앰비언스사운드는근접마이킹으로녹음한소리에비해고음의배음성분이급격히감소되는특징을보였다. 그림 3은각기법에따른고음의배음성분의감소형태를보여준다. [ 그림 3] 스테레오마이크테크닉을이용하여녹음한스틱소리의스펙트럼 스테레오마이크를비교적짧은거리에설치하였음에도불구하고근접마이크로받은소리에비해 고음의배음성분이더욱필터링되어사라지고있는것을볼수있다. 스펙트럼을분석한결과 11000Hz 이상의주파수대역의성분에차이를보였다. 소리의 8000Hz 이상의주파수대역은인간이소
52 > 한국공학 예술학회논문지제4권제1호 (2012) 리의밝기를인지하는데영향을미치는영역 3) 으로각기법에따라음색이달라지는것을볼수있다. ORTF( 그림 3-b) 와 Mid-Side( 그림 3-c) 테크닉과같은경우높은배음성분이비교적풍부한것을 볼수있고 Spaced pair( 그림 3-a) 와 XY( 그림 3-d) 의경우더욱급격히감쇠하는것을볼수있다. 2. 어쿠스틱스틸기타사운드의실험 2.1 시간영역에서소리변화 근접마이킹과 4 가지스테레오마이크테크닉에따른어쿠스틱스틸기타소리 (1 번줄개방현 ) 의 지속시간을시간영역에서살펴보았다. 그결과는표 2 와같다. [ 표 2] 스테레오마이크테크닉에의한어쿠스틱스틸기타소리의지속시간 마이크테크닉 지속시간 (second) closed miking spaced pair ORTF Mid-Side XY 4.58 4.98 4.91 4.71 4.73 근접마이킹의경우 4.58 초의지속시간을가졌고스테레오마이크테크닉중 spaced pair 는 4.98 초, ORTF 4.91 초, Mid-Side 4.71 초, XY 4.79 초로드럼스틱소리와같이 spaced pair, ORTF, XY, Mid-side 순으로긴지속시간을나타냈다. 2.2 주파수영역에서소리변화 2.2.1 어택소리의변화기타의소리는손가락이줄을튕길때생기는어택소리와줄자체의진동에의한지속음으로나누어분석했다. 그림 4는기타소리의어택부분을근접마이킹으로녹음한스펙트럼을보여준다. [ 그림 4] 근접마이킹으로녹음한기타어택소리의스펙트럼 3) Bobby Owsinski, "The Mixing Engineer's Handbook," Mix Books, p.34, 1999
스테레오마이크테크닉에따른룸앰비언스소리의특징연구 < 53 근접마이킹으로녹음한기타어택부분의스펙트럼을살펴보면 11000Hz 전까지배음성분이계단 형태로감소하는것을볼수있으며, 약 15000Hz 부근을기준으로봉우리모양으로변화하는것을볼 수있다. 그림 5 는스테레오마이크테크닉으로녹음한소리의스펙트럼을보여준다. [ 그림 5] 스테레오마이크테크닉을이용하여녹음한기타어택소리의스펙트럼 그림 5와같이스테레오마이킹을이용하여앰비언스를녹음한소리의배음구조에서차이를나타내는것을볼수있다. Spaced pair( 그림 5-a) 와 XY( 그림 5-d) 로녹음한소리와같은경우약 11000Hz 이하의배음성분은근접마이킹으로녹음한소리와유사한스펙트럼을특징으로갖는것을볼수있다. 이에비해 spaced pair 는약 11000Hz 이상의배음성분은완만한경사를이루며사라지는것을볼수있으며 XY는근접마이킹으로녹음한소리의스펙트럼과유사함을볼수있다. ORTF ( 그림 5-c) 로녹음한소리의경우근접마이킹으로녹음한소리에비해약 2000-4000Hz 부근의주파수영역이움푹패인것을볼수있다. 이는 Mid-Side( 그림 5-d) 기법으로녹음한소리의스펙트럼도유사한형태를나타냈는데, 이기법으로녹음한소리는약 5500Hz 에서더욱필터링되는것을볼수있다. 또한약 11000Hz 이상에서 ORTF, Mid-Side 모두근접마이킹으로녹음한소리와유사한스펙트럼형태를보여줬지만근접마이킹으로녹음한소리에비해고음의배음성분이더욱필터링되는것을볼수있다. 2.2.2 여음부분소리의변화그림 6은근접마이킹으로녹음한기타여음부분의스펙트럼을나타낸다.
54 > 한국공학 예술학회논문지제4권제1호 (2012) [ 그림 6] 근접마이킹으로녹음한기타여음부분의스펙트럼 스테레오마이킹으로녹음한소리의스펙트럼을보면근접마이킹으로녹음한기타여음부의어택 부분과달리 11000Hz 이상의고음의배음성분이거의없음을볼수있다. 그림 7 은스테레오마이킹 으로녹음한기타여음부분의스펙트럼을보여준다. [ 그림 7] 스테레오마이크테크닉으로얻어진기타여음부분의스펙트럼 ORTF( 그림 7-b) 와 Mid side( 그림 7-c) 로녹음한소리의경우근접마이킹으로녹음한소리의스 펙트럼과거의유사한형태임을볼수있다. XY( 그림 7-d) 의경우근접마이킹으로녹음한소리의 스펙트럼과유사하지만 4000-5000Hz 부근의배음성분이더욱필터링되는것을볼수있다. Spaced
스테레오마이크테크닉에따른룸앰비언스소리의특징연구 < 55 pair( 그림 7-a) 의경우완만한계단형태로감쇠되는것을볼수있다. Ⅲ. 결론및향후방안 스테레오마이크테크닉을이용하는것은소리의이미지를어떻게재현하느냐를결정하는주요한요소중하나이다. 특히소리의이미지는공간음향특성에큰영향을받으며각스테레오기법에따라소리의위치뿐아니라잔향의특성과음색등에영향을미치는데이번실험을통해다음과같은결론을얻을수있었다. 첫째, 같은공간에서각기다른스테레오마이크테크닉을통해앰비언스를수음할때얻어지는잔향의지속시간이달랐다. 동일한공간에서동일한마이크를사용했음에도불구하고각기마이크테크닉에따라얻어지는잔향의지속시간이다른것은각테크닉이공간의잔향재현에영향을미치는것을확인할수있다. 둘째, 각기다른스테레오마이크테크닉에따라얻어지는소리의배음구조가다르다. 이를통해스테레오마이크테크닉이공간의음향특성을나타내는데영향을미치는것을알수있다. 본실험은특정공간에서얻어진실험결과이므로좀더다양한공간에서실험을진행한후보편적인특징을산출해야할것이다. 하지만본실험을통해얻어진결과는각기다른스테레오마이크테크닉에따라얻어지는공간음향의특징추출에기초적인자료가될것으로기대된다. 참고문헌 [1] Bruce Bartlett, Michaael Billingsley, "An Improved Stereo Microphone Array Using Boundary Technology: Theoretical Aspects," AES, 1990 [2] Bruce Bartlett, Michaael Billingsley, "Practical Field Recording Applications: An Improved Stereo Microphone Array Using Boundary Technology," AES, 1990 [3] Ron Streicher, Wes Dooley, "Basic Stereo Microphone Perspectives-A Review," AES, 1985 [4] Ron Streicher, "M-S Stereo: A Powerful Technique for Working in Stereo," AES, 1982. [5] Stanley R. Alten, "Audio in media," Cengage Learning, 2010. [6] Bobby Owsinski, "The Mixing Engineer's Handbook," Mix Books, 1999 [7] Bob Katz, Robert A. Katz, "Mastering Audio: The Art and the Science," Elsevier, 2007. [8] David Miles Huber, Robert E. Runstein, "Modern Recording Techniques," Focal Press, 2009. [9] Cutris Roads, "The Computer Music Tutorial," The MIT Press, 1996.
56 > 한국공학 예술학회논문지제4권제1호 (2012) [10] 조희영, 김준, 장력에따른장구의소리변화연구, 한국예술 공학학회논문지, 2009.