Psychoacoustic Roughness 분석: 변조 주파수와 청감 거칠기의 관계(Noise Image, Asper)

 

목차

 

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Roughness란 무엇인가

Noise Image의 Psycho Acoustic, Roughness 설정 화면, 팜테크

 

Psycho Acoustic에서 Roughness(거칠기) 는 소리의 크기 자체보다는, 소리의 진폭이 빠르게 오르내릴 때 사람이 느끼는 “까끌까끌함” 또는 “부르르 떨리는 느낌” 을 수치로 나타낸 것입니다. 쉽게 말하면, 일정한 “삐——” 같은 매끈한 소리보다, 그 소리가 짧은 주기로 흔들리거나 떨리면 더 거칠게 느껴지는데, 그 감각을 정량화한 것이 Roughness입니다. 자료에서는 Roughness를 “a measurement of periodic changes in the amplitude of a noise”, 즉 소리 진폭의 주기적 변화 정도를 측정하는 값이라고 설명합니다.

 

사람 귀는 단순히 소리가 큰지 작은지만 듣는 것이 아니라, 그 소리가 시간에 따라 얼마나 빠르게 출렁이는지도 민감하게 느낍니다. 예를 들어 같은 1 kHz 톤이라도 소리 크기가 안정적으로 유지되면 비교적 부드럽게 들리지만, 짧은 주기로 강해졌다 약해졌다를 반복하면 귀에는 “지직거림”, “부르르함”, “거슬림”처럼 들릴 수 있습니다. Roughness는 바로 이런 빠른 진폭 변조(amplitude modulation) 에 대한 청감 반응을 반영하는 값입니다. 즉, Roughness는 “무슨 주파수의 소리냐”보다도, 그 소리가 얼마나 빠르게 흔들리느냐 와 더 깊게 관련됩니다.

 

Roughness가 커지는 대표적인 경우는 소리의 진폭이 초당 수십 번 정도로 반복적으로 흔들릴 때입니다. 자료에서는 Roughness 감각이 주로 20~300 Hz의 modulation frequency 범위에서 나타난다고 설명합니다. 즉, 소리의 중심 주파수가 1000 Hz이든 500 Hz이든, 그 소리의 크기가 1초에 20번에서 300번 정도 빠르게 출렁이면 사람은 그 소리를 거칠게 느끼기 쉽습니다. 반대로 변화가 너무 느리면 “거칠다”기보다 그냥 “울렁인다” 또는 “크기가 천천히 변한다”는 느낌이 강해집니다.

 

자주 헷갈리는 부분이 있는데, 느린 변조는 Roughness가 아니라 Fluctuation 쪽 감각에 가깝습니다. 자료에도 modulation frequency가 더 낮아지면 roughness보다는 fluctuating volume 영역으로 들어간다고 적혀 있습니다. 쉽게 말해, 소리가 “부르르” 떨리면 Roughness이고, “우웅… 우웅…” 하며 비교적 느리게 커졌다 작아졌다 하면 Fluctuation으로 보는 편이 맞습니다. 그래서 Roughness는 빠른 요동, Fluctuation은 느린 요동을 설명하는 청감 파라미터라고 이해하면 쉽습니다.

 

 

단위 Asper는 무엇을 뜻하는가

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Roughness의 단위는 Asper입니다. 자료에서는 1000 Hz, 60 dB의 순음이 70 Hz의 사인파로 100% 변조된 경우를 기준 Roughness로 정의합니다. 이 기준이 바로 1 Asper를 정하는 개념적 출발점입니다. 풀어서 말하면, “1 kHz의 일정한 소리”가 아니라 “1 kHz 소리의 크기가 70 Hz 속도로 완전히 흔들리는 소리”를 사람에게 들려주었을 때 느끼는 전형적인 거칠기를 기준으로 삼는다는 뜻입니다. 따라서 어떤 소리가 2 Asper라면, 기준 소리보다 더 강한 거칠기를 느끼게 만든다고 이해할 수 있습니다.

실제 소리로 비유하면 어떻게 들리는가

 

일상적인 비유를 쓰면, Roughness는 매끈한 선풍기 소리보다 떨리는 전동 공구 소리, 혹은 안정적인 모터음보다 약간 불규칙하게 떨리는 모터음에서 더 크게 느껴집니다. 자동차, 가전, 팬, 기계 구동음에서 “시끄럽다”와는 별개로 “귀에 거슬리고 부르르한 느낌”이 드는 경우가 많은데, 그때 유용한 지표가 Roughness입니다. 즉, dB가 크게 높지 않아도 Roughness가 크면 사용자는 그 소리를 더 불쾌하게 받아들일 수 있습니다. 이런 이유로 psychoacoustics에서는 단순 음압 레벨뿐 아니라 Roughness 같은 음질 지표를 함께 봅니다. 자료도 sound quality parameter 중 하나로 Roughness를 포함해 설명합니다.

 

NoiseImage에서의 Roughness

재단기 소음, 심리음향, Roughness 측정 결과, 팜테크

 

 

NoiseImage에서는 Roughness를 시간 신호로부터 계산한 값으로 볼 수도 있고, 설정에 따라 acoustic photo(2D 이미지) 로도 확인할 수 있습니다. 슬라이드에는 시간 신호에서 psychoacoustic parameter를 선택해 계산할 수 있고, 또 Photo 2D의 kernel option에서 psychoacoustic evaluation을 켜면 원하는 파라미터의 acoustic photo를 계산할 수 있다고 나와 있습니다. Roughness는 Tonality와 달리 이미지화가 가능한 파라미터에 속하므로, 단순히 “거칠기가 있다/없다”가 아니라 어느 위치의 음원이 거칠기를 유발하는지 공간적으로 추적하는 데도 쓸 수 있습니다.

 

이전에 공유된 세션 설명에 따르면 Roughness 같은 psychoacoustic image는 일반 음압 이미지보다 계산 시간이 더 걸릴 수 있습니다. 이유는 각 마이크 채널에 대해 psychoacoustic weighting을 적용한 뒤 beamforming을 수행해야 하기 때문입니다. 특히 Roughness는 단순 SPL이 아니라 시간 변조 특성을 반영한 값이라 계산이 더 무겁습니다. 또한 세션에서는 Roughness 이미지를 만들려면 최소 250 ms 정도의 시간 구간이 필요합니다. 즉, 너무 짧은 구간을 선택하면 Roughness의 정의상 충분한 변조 특성을 포착하지 못해 계산이 제대로 되지 않을 수 있습니다.

 

실무에서는 Roughness를 통해 “이 제품이 왜 사용자에게 거칠고 거슬리게 들리는가”를 해석합니다. 예를 들어 팬, 모터, 기어, 압축기, 전동 장치에서 특정 부품이 빠른 진폭 변조를 유발하면 Roughness가 커질 수 있습니다. 이때 단순 SPL만 보면 원인이 잘 안 드러날 수 있지만, Roughness를 보면 청감상 불쾌한 성질이 더 잘 드러납니다. 따라서 제품 개선에서는 단순히 dB를 낮추는 것뿐 아니라, 변조를 줄여 Roughness를 낮추는 방향이 중요해질 수 있습니다. 쉽게 말해 “조용하게 만드는 것”과 “부드럽게 들리게 만드는 것”은 완전히 같은 작업이 아니며, Roughness는 그 차이를 보여주는 지표입니다

 

 

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