측정 마이크에서 Free-Field와 Random-Incidence 보정(diffuse-field microphone, pressure response, diffraction, Microphone)

 

목차

 

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마이크 측정에서 Free-field와 Random Incidence 보정의 필요성

 

GRAS 마이크로폰 랜덤 인시던트 고주파 회절 보정, 팜테크

 

마이크로 음향 측정을 할 때, 우리는 이상적으로 마이크가 음장을 전혀 변화시키지 않고 소리를 그대로 받아들이는 장치라고 가정하고 싶지만, 실제로는 그렇지 않습니다. 마이크는 물체로서 공간에 존재하기 때문에 음파가 마이크 캡슐 주위에서 회절(diffraction) 현상을 일으킵니다.

 

이 회절은 특히 고주파에서 두드러지며, 마이크 앞쪽의 국소적인 음압이 실제 음원 음압보다 커지거나 작아지는 왜곡을 초래합니다. 이런 왜곡은 단순히 마이크가 가진 주파수 응답 특성뿐 아니라, 마이크가 음장을 물리적으로 변형했다는 사실을 반영하는 것입니다. 이 때문에 동일한 소리를 측정해도 마이크의 형상, 입사각 등에 따라 결과가 달라질 수 있고, 이를 교정하지 않은 상태로 해석하면 측정값이 실제 음장과 다르게 왜곡됩니다. 이를 보정하기 위해, 제조사들은 마이크가 특정 환경과 입사각에서 얼마나 음압을 과대평가 또는 과소평가하는지를 주파수별로 정리한 보정치를 제공합니다. 자유음장 조건에서 한 방향으로 오는 소리를 가정한 Free-field 보정치와, 모든 방향에서 무작위로 들어오는 소리를 가정한 Random incidence(또는 diffuse-field) 보정치는 측정 환경을 분류하는 두 가지 기준입니다. Free-field 보정치는 주로 특정 입사각에서의 왜곡량을 나타내며, Random incidence 보정치는 여러 방향에서의 평균적인 왜곡량을 의미합니다. 이 보정치들은 마이크가 음장을 교란한 영향을 보정해, 실제 측정 대상 음장에 더 가깝게 재구성할 수 있도록 돕습니다.

 

가로축은 주파수(Hz), 세로축은 250 Hz를 기준으로 한 음압 레벨(dB) 입니다.
그래프에는 두 개의 곡선이 있습니다.

• 위쪽 곡선 (Upper curve)
  → 이 마이크가 확산음장(Random incidence) 에 있을 때의 실제 음향 응답을 계산한 것입니다.
  즉, 소리가 모든 방향에서 들어오는 현실적인 공간에서 이 마이크가 “어떻게 듣는지”를 나타냅니다.
• 아래쪽 곡선 (Lower curve)
  → 같은 마이크를 pressure(압력) 측정 방식으로 보았을 때의 주파수 응답입니다.
  이는 마이크 앞에서 생기는 회절과 압력 증가(pressure build-up) 까지 포함한 값입니다.

 

 

 

보정치의 실제 활용과 적용 방법

GRAS 마이크로폰 40AE, free field, 각도에 따른 보정치, 팜테크

 

보정치는 측정 목적과 절차에 따라 서로 다른 방식으로 활용됩니다.

 

첫째는 압력 응답(pressure response)만 측정되어 있을 때, 이를 자유음장 또는 확산음장에서의 응답으로 계산하는 경우입니다. 예를 들어, 전기정전식(actuator) 방식으로 마이크의 압력 응답을 측정했다면, 여기에 Free-field 보정치나 Random incidence 보정치를 더해서 해당 환경에서의 주파수 응답을 추정할 수 있습니다. 이는 “이론적으로 그 환경에서 이 마이크가 어떻게 들었을지를 계산하는 과정”로 이해할 수 있습니다. 보정치는 측정된 응답에 값으로 더해져 원하는 응답 곡선을 만들어 줍니다.

 

둘째는 현장에서 pressure 마이크로 자유음장/확산음장을 실제로 측정했을 때, 마이크 자체의 회절로 인해 생긴 음압 부풀림을 제거하는 경우입니다. 이때는 측정값에서 보정치를 빼는 방식으로 적용합니다. 이렇게 하면 마이크가 실제 음장을 교란한 영향을 제거하고, 측정자가 의도한 “원래 음장”에 가까운 값을 얻을 수 있습니다. 따라서 보정치를 사용할 때에는 측정 환경이 자유음장인지 확산음장인지, 입사각이 무엇인지, 그리고 보정치가 더해지는지 빼는지를 명확히 구분하여 적용해야 합니다. Free-field 보정치는 입사각(예: 0°, 30°, 60° 등)에 따라 값이 다르게 제공되므로, 실제 측정 각도를 고려하여 적절한 보정치를 선택하는 것이 중요합니다. 이러한 체계적인 보정 절차를 통해, 단순한 “마이크 전압값”을 넘어서 정확한 음향 특성을 신뢰할 수 있게 되는 것입니다.

 

 

해당 내용과 관련해서 팜테크에서 시스템 솔루션을 제공하고 있습니다.  관심 있으시면 아래 홈페이지 또는 연락처를 통해 문의 주시면 됩니다. :)

 

https://famtech.co.kr/sub04/01_01.php

팜테크