라우드니스에 대한 몇가지 사항

사운드 디자인

안녕하세요 여러분. 저는 중국 YooZoo Games의 오디오팀 멤버인 유장(Yu Zhang)이라고 합니다. 2006년에 ITU-R BS 1770 기준이 도입된 지 13년이 넘었습니다. 라우드니스에 대한 글이 많지만, 라우드니스에 대한 몇 가지 사항을 Q&A 형식으로 설명해야겠다고 생각했습니다. 이 게시물이 여러분의 앞으로의 작업에 유용하게 쓰이길 바랍니다.

라우드니스 및 라우드니스 레벨

"클라우드 레벨(LN)"이라는 개념은 동일한 라우드니스 등고선을 가진 퓨어 톤에 대한 인간의 민감도를 측정하는 솔루션으로 도입되었습니다. 라우드니스 레벨의 목적은 인식된 음량에 대한 표준 측정을 제공하는 것입니다. 라우드니스 레벨을 위한 측정 단위는 폰(phon)입니다. 폰(phon)은 비슷하게 인식된 1kHz 퓨어 톤의 데시벨의 음압 수준과 일치합니다. 폰(phon)은 음압에 대한 우리의 주관적인 인식을 반영하지만, 측정에는 편리하지 않습니다. 예를 들어, 라우드니스의 단위인 "sone"이 도입되었습니다. 1 손(sone)의 라우드니스는 40폰(phon)에서의 라우드니스 시그널과, 40dB SPL에서 1kHz 톤의 라우드니스 레벨에 해당합니다. 각 10개의 폰(phon)이 증가하면 손(sone)의 라우드니스가 거의 정확히 두 배로 증가합니다.

dB는 무엇을 의미합니까?

데시벨(dB)은 로그 단위입니다. 물리적 수량의 크기 또는 양을 직접 설명하는 데 사용할 수 없으며, 동일한 단위의 물리적 수량 두 개에 대한 비율만 사용할 수 있습니다. 어쿠스틱 레벨을 측정할 때 널리 사용됩니다. 일반적으로 두 가지 음향 신호 또는 전기 신호 간의 전력 또는 강도의 상대적인 차이를 나타냅니다. 전력 비율을 표시하는 동시에, 데시벨 수치는 상용로그를 기준으로 하기 때문에 10배를 의미합니다. "dB"에서 "d"는 데시벨, "B"는 벨(Bel)을 나타냅니다. 데시벨은 벨(Bel)의 10분의 1입니다. 1dB = 0.1B. 접미사는 일반적으로 비율이 계산되는 기준 값을 나타내기 위해 기본 dB 단위에 붙여집니다.

dBSPL은 무엇을 나타냅니까?

"SPL"은 "Sound Pressure Level"의 줄임말입니다. 본질적으로 소리는 일종의 에너지 파동입니다. 길이가 다른 파장은 다른 주파수를 가지고 있습니다. 강도가 서로 다른 경우, 마이크 다이아프램이나 사람의 귀 등에 작용하면 조용하거나 시끄러운 것으로 인식될 수 있습니다. 소리에 의해 발생하는 이런 종류의 압력은 이른바 "음압"입니다. 사운드 강도와 음압의 관계는 다음과 같습니다.

image001

"I"는 소리 강도(W/m2)이고; "p"는 음압(Pascal); "ρC"는 공기역학적 드래그 계수, ρC = 400 레이리(N·s/m3)입니다.

dBFS는 무엇을 의미합니까?

dBFS(풀 스케일 비례 데시벨)는 디지털 시스템의 진폭 레벨에 대한 측정 단위입니다. 0dBFS 레벨은 디지털 레벨에서 가능한 최대 레벨에 할당됩니다. "풀 스케일"은 컨버터가 디지털 과부하 임계값에 도달하기 전에 코딩할 수 있는 최대 아날로그 신호 레벨을 나타냅니다. 즉, dBFS는 클리핑이 발생하기 전에 장치가 처리할 수 있는 최대값과 비교한 신호의 진폭을 나타냅니다. 최대값보다 작은 모든 피크 측정값은 음수입니다.

라우드니스를 얘기하면서 우리가 정말로 언급하고 있는 것은 무엇일까요?

조용함에서 큰 소리(즉, 소리의 강도)까지 확장되는 데에 어떤 소리가 주문될 수 있는지에 관한 주관적인 인식입니다.

소리 강도에 영향을 미치는 객관적인 특성은 무엇입니까?

신호 레벨, 주파수 응답, 지속 시간, 사운드 필드입니다.

소리 강도에 대한 우리의 인식에 영향을 미치는 주관적인 특성은 무엇입니까?

생리적 특이성, 심리적 특성, 청음 환경, 문화적 배경, 성격 차이 등이 있습니다.

라우드니스 외에 심리 음향 변수란 무엇입니까?

선명도(Sharpness) : 선명도(Sharpness)는 소리의 고주파 함량을 측정하는 척도입니다. 높은 주파수의 비율이 클수록 소리를 '선명(sharper)'합니다. 선명도(Sharpness)에 대한 측정 단위는 acum입니다. 1 acum은 1 kHz의 중심 주파수에서 대역폭이 160 Hz인 60 dB의 좁은 밴드 노이즈에 의해 발생하는 선명도로 정의됩니다.

변동 강도(Fluctuation Strength): 변동 강도(Fluctuation Strength)는 소리의 느린(최대 20Hz) 진폭 변조에 대한 주관적 인식을 정량화합니다. 변동 강도(Fluctuation Strength)에 대한 측정 단위는 vacil입니다. 1 acil은 4Hz에서 100% 진폭 변조된 60dB의 1kHz 톤에 의해 발생하는 변동 강도(Fluctuation Strength)로 정의됩니다.

거칠기(Roughness): 거칠기(Roughness)는 소리의 빠른(15-300Hz) 진폭 변조에 대한 주관적 인식을 정량화합니다. 거칠기의 측정 단위는 asper입니다. 1 asper는 70 Hz에서 100% 진폭 변조된 60 dB의 1 kHz 톤에 의해 생성된 거칠기(Roughness)로 정의됩니다.

Psychoacoustic Annoyance(PA): PA는 소음과 위의 세 가지 구성요소를 포함합니다. 그것은 소리에 대한 우리의 전반적인 인식을 수치화합니다. 차원이 없는 값인데, 값이 클수록 소리가 거슬립니다.

심리 음향 매개변수는 소리에 대한 우리의 주관적인 인식을 묘사하기 위해 사용되는 물리적인 양입니다. 그들은 우리의 청각적 감각의 차이를 정량화하고 개별적인 특징의 영향을 제거합니다. 라우드니스 성능은 심리 음향학에 큰 영향을 미치지만, 소리에 대한 주관적인 평가에서는 다른 세 가지 파라미터와 함께 고려되어야 합니다.

청음 경험에 있어서 주관적이고 객관적인 것이란 무엇입니까?

일반적으로 말하면 신호 레벨은 객관적이고, 라우드니스는 주관적입니다.

소리를 평가할 때 주관적 객관(subject-object) 관계는 무엇입니까?

소리는 객관적인 존재입니다. 소리에 대한 우리의 인식은 주관적인 평가입니다.

라우드니스 측정 기술은 어떻게 개발되었습니까?


20세기 후반부터 컴퓨터 기술은 비약적인 발전을 이루었습니다. FFT(Fast Fourier Transform Algorithm)를 실제로 광범위하게 사용하였으며, 특히 DSP 기술에서 이 알고리즘은 라우드니스 측정을 개발할 수 있는 기술적 근거를 제공하였습니다. 이 기간 동안 Leq(Revised Low-frequency B-curve weighting), TC LARM, TC HEIMDAL과 같은 뛰어난 라우드니스 알고리즘이 도입되었습니다. Leq(RLB) 알고리즘은 ITU가 1770년 사례의 기술 기반 중 하나로 채택되었습니다.

ITU는 무슨 일을 하나요?

국제전기통신연합(ITU)은 정보통신기술과 관련된 이슈를 담당하는 유엔의 전문기관입니다. PS: 라디오와 전자 음향학을 전공한 많은 사람들이 최고 수준의 사운드 디자이너가 되었습니다. 왜냐하면 그들은 물리학의 "파(wave)" 개념에 대해 누구보다 많이 알고 있기 때문입니다. LKFS(풀 스케일 대비 큰 K-가중치)는 ITU-R BS.1770 기준으로 표준화되었습니다.

EBU는 무슨 일을 합니까?

유럽 방송 연합(EBU)은 1950년 2월 12일 설립된 공공 미디어 조직의 연합체입니다. China Radio 및 Television Department가 사용한 초기 기술 지표 중 일부는 이러한 유럽 표준을 광범위하게 참조했습니다. LUFS(최대 규모 대비 큰 소리 단위)는 EBU R128 표준에 도입된 LKFS의 동의어입니다. LKFS와 LUFS는 둘 다 절대값 스케일로 측정되고 둘 다 1 데시벨(dB)과 동일하다는 점에서 동일합니다.

ITU가 ITU-R BS 1770 표준을 도입한 이유는 무엇입니까?

1. 오디오 레벨과 소리 강도에 대한 인간의 인식 사이의 관계는 그다지 선형적이지 않습니다.

2. VU, PPM 및 RMS 미터뿐만 아니라 기존의 피크 미터도 주관적인 라우드니스(subjective loudness)를 반영하지 않습니다.

3. VU, PPM 및 RMS 미터뿐만 아니라 기존의 다른 피크 미터도 실제 피크 레벨을 정확하게 측정할 수 없습니다.

4. 다른 TV 프로그램의 라우드니스 균형을 맞추기 위해서는 공통의 표준이 필요합니다.

5. 디지털 신호의 피크 레벨이 샘플링된 신호보다 클 수 있으므로, 글로벌 모니터링을 구현하려면 좀 더 과학적인 솔루션이 필요합니다.

6. ITU-R BS 1770 기준 외에도,ITU는 ITU-R BS.1864 기준 "디지털 텔레비전 프로그램의 국제 교환 시 라우드니스를 위한 작업 관행"을 실용적 보완책으로 도입하여 TV 프로그램의 대상 라우드니스 향상에 대한 추가 조언을 제공하였습니다.

VU 미터가 사운드 디자인을 위한 지침 모니터로 적합하지 않은 이유는 무엇입니까?

1939년 VU 미터가 개발된 지 80년이 넘었습니다. 이 기술은 더 이상 현재의 요구를 충족시킬 수 없습니다. 일체형 시간 응답으로 인해 VU 미터기는 실제 신호 피크보다 낮은 판독값을 생성할 수 있습니다. 바늘의 질량은 상대적으로 느린 반응을 유발하며, 복잡한 오디오 신호의 순간적인 신호 피크를 결코 반영할 수 없습니다. VU 미터를 사용하여 소리를 모니터링하는 동안 신호 피크 레벨은 일반적으로 표시된 값보다 6~12dB 높습니다.

RMS 미터가 사운드 디자인을 위한 메인 모니터로 적합하지 않은 이유는 무엇입니까?

RMS 미터는 주기가 고정되어 있고 뚜렷한 모양 변화가 없는 파장에 더 적합합니다. 이 값은 신호 전압의 척도일 뿐, 소리에 대한 우리의 주관적인 인식을 반영하지 못합니다. 간단히 말해서, RMS 피드백은 너무 객관적입니다. 소리에 대한 인간의 민감성은 다양한 주파수에서 가변적입니다. 두 신호가 동일한 RMS 값을 가질 수 있겠지만, 심리 음향적으로 라우드니스가 서로 다른 것으로 인식될 수 있습니다.

ITU-R BS 1770 표준에 도입된 기술 매개변수는 무엇입니까?


1. 라우드니스 유닛(LU): 라우드니스 유닛은 라우드니스 미터의 스케일 단위입니다. 라우드니스 유닛에서의 프로그램 값은 프로그램을 0 LU로 가져오는 데 필요한 손실 또는 이득(dB)을 나타냅니다. 예를 들어 -20 LU는 프로그램을 0 LU로 판독하는 데 20 dB의 게인을 필요로 합니다.

2. 모멘터리 라우드니스(Momentary Loudness): 모멘터리 라우드니스는 400ms의 시간 정수를 가진 1차 순서 IIR(무한 충동 응답) 저역 통과 필터를 통과할 때 신호음이 없는 라우드니스로 정의됩니다.

3. 숏 텀 라우드니스(Short-term Loudness): 숏 텀 라우드니스는 3초간 통합될 때 게이트 되지 않은 라우드니스로 정의됩니다("gated"은 특정 기술 매개변수가 충족되지 않는 한 작동하지 않음을 의미합니다).

4. 프로그램 라우드니스(Programme Loudness): Programme loudness는 프로그램의 지속시간에 걸쳐 통합된 라우드니스입니다. 이 값은 400ms의 적분 시간, 연속적인 게이트 블록 간 75% 중복, -70 LKFS 절대 게이트 임계값 및 -10 LU 상대적 게이트 임계값을 사용하여 측정해야 합니다.

5. 라우드니스 레인지(LRA): 라우드니스 레인지는 시간 변동 음량 측정의 변화를 정량화합니다. LRA는 분포의 10번째 백분위와 95번째 백분위수의 추정치 사이의 차이로 정의됩니다. 10%의 낮은 백분위수는, 예를 들어 음악 트랙의 페이드아웃이 라우드니스 레인지를 지배하지 못하도록 할 수 있습니다. 95%의 상위 백분위수는 영화의 총성과 같은 비정상적으로 큰 소리 하나만으로 라우드니스 레인지를 반영할 수 없음을 보장합니다.

6. 트루 피크(True Peak) (in dBTP) : 트루 피크는 연속 시간 영역에서 샘플 피크 레벨에 상대적인 신호의 최대 피크 레벨입니다. 시스템에 시간 창이 있기 때문에 두 창 사이의 간격 동안  트루 피크가 발생할 수 있습니다. 일반적으로 0.5dB의 과소평가 가능성을 방지하려면 48kHz 샘플링 레이트 및 4x 오버샘플링 측정값의 라우드니스 미터에서 1dB의 헤드룸이 필요합니다. GY/T 282-2014 표준 "디지털 텔레비전 프로그램의 평균 라우드니스 및 실제 피크 오디오 레벨에 대한 기술 요건"은 2014년 12월에 중국에 도입되었습니다. 프로그램 기간 동안 최대 트루 피크 오디오 레벨은 -2dBTP를 초과하면 안 됩니다.

7. 인테그레이티드 라우드니스(Integrated Loudness) : 인테그레이티드 라우드니스는 시작점에서 끝점까지의 평균 라우드니스입니다. 이는 프로그램의 라우드니스와 거의 동일합니다.

ITU-R BS 1770 기준의 K 가중치 및 RLB 필터는 어떻게 작동합니까?

1. K 가중 필터 : K 가중 필터는 우리의 머리와 귓바퀴 주위의 분산을 시뮬레이션하는 데 사용됩니다. 게인은 1~3kHz 주파수 범위에서 4dB로 점차 증가하며 3kHz 이상에서는 변경되지 않습니다.

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2. RLB 필터 : RLB(Revised Low-frequency B-curve weighting) 필터는 본질적으로 하이 패스 필터입니다. 주로 저주파 영역에 대한 인간의 귀의 불감증을 반영하기 위해 사용됩니다.

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시그널 분석을 수행하는 동안 ITU-R BS 1770 기준에서 두 개의 임계값을 설정하는 이유는 무엇입니까?

효과적인 소리 레벨을 계산하기 위해 2단계 프로세스를 사용하여 게이트 측정을 수행합니다. 처음에는 절대 임계값(absolute threshold)으로, 다음에는 상대 임계값(relative threshold)을 사용합니다. 이를 통해 개별적인 가중치를 부여하면서 각 채널의 메인 라우드니스 성분을 계산할 수 있습니다. 절대 임계값은 -70 LKFS로 설정됩니다(LKFS 단위는 신호 레벨이 1dB 증가하면 라우드니스 판독값이 1LKFS 증가한다는 점에서 데시벨과 동등합니다). 이것은 라우드니스 계산에서 임계값보다 낮은 내용을 제거하는 데 사용됩니다. 상대 임계값은 -10 LKFS로 설정됩니다. 절대 임계값 계산을 기준으로 현재 음량보다 10 LKFS 낮은 내용을 제거하는 데 사용됩니다. 이렇게 하면 소리에서 무음 부분과 백그라운드 노이즈를 제거할 수 있습니다. 임계값을 설정하면 라우드니스 계산과 관련된 모든 내용이 유효함을 보장하게 해줍니다.

또 어떤 기준이 있습니까?


라우드니스 기준

인테그레이티드 라우드니스
(LKFS/LUFS)

톨러런스
(+/-LU)
맥스 트루 피크
(dBTP)

기준 설정 주체

기준 제목
ITU-R BS1770
-24
2
-2
ITU
오디오 프로그램 라우드니스 및 실제 피크 오디오 수준을 측정하는 알고리즘
EBU-R128
-23
0.5
-1
EU
라우드니스 노멀라이제이션 및 허용된 최대 오디오 신호 레벨
ATSC A/85
-24
2
-2
USA
디지털 TV용 오디오 라우드니스 설정 및 유지
AGCOM
-24
0.5
-2
Italy
 
OP-59
-24
1
-2
Australia
 
ARIB TR-B32
-24
2
-1
Japan
ARIB TR-B32: 디지털 텔레비전 프로그램의 라우드니스를 위한 작동 지침
GY/T282-2014
-24
2
-2
China

디지털 텔레비전 프로그램의 평균 라우드니스 및 실제 피크 오디오 레벨에 대한 기술적인 요건

중국의 라우드니스 기준에 대하여


중국에는 시끄러운 기준이 없다고 말하는 것은 옳지 않습니다. 정확하게 말하자면, 게임 오디오 개발에서는, 구체적이고, 입증되고, 강제적인 라우드니스 기준이 없습니다. 우리는 연구 대신에 개발에 대부분의 시간을 소비합니다. 우리는 토론보다 연습을 더 많이 합니다. 실제 업무에서는 누구나 자기 길을 갑니다. 정량적인 기준은 말할 것도 없고 연구 샘플도 별로 없습니다. 이 단계에서는 경험을 쌓고 교훈을 요약하면서 다른 사람의 기준을 참고하는 것이 합리적인 방법입니다.

연구자료

1. CCTV(중국중앙TV)의 연구 결과에 따르면 역사 프로그램의 평균 음량은 -27.4 LKFS(TV 채널만 해당)입니다.

2. 단위 변환 : GY/T192-2003 기준이 정의한 것에 따르면, 0 dBFS는 24 dBu에 해당합니다(dBu는 0.775V(r.m)에 상대적인 신호의 r.m.s 전압을 기술하는 데 사용됩니다).

3. CCTV의 2013년 TV 프로그램 측정값을 기준으로 하면, 실제 최대 피크 수준은 평균 -5.7dBTP입니다. -5dBTP의 헤드룸은 부족할 수 있습니다. 그리고 다이내믹 레인지는 -2dBTP에서 영향을 받습니다.

4. 최대 음량 오프셋은 최대 숏 텀 라우드니스(3초 간격 이상)와 프로그램 음량의 차이로 정의되며, 그 평균은 3.5 LKFS입니다. 스누커 게임의 경우 7.1 LKFS, 선전 영화의 경우 1.1 LKFS입니다.

5. 2013년 10월 CCTV의 조사에 따르면, CCTV 1 채널의 322개 프로그램 중 123개의 평균 음량은 -24 LKFS ± 2 LU이며, 322개 프로그램 중 305개의 최대 트루 피크 레벨(95%)은 -2dBTP 이하입니다.

현재의 라우드니스 기준에 따른 사운드 프로세싱에 관한 고찰

1. 고정된 볼륨에서 모니터링하는 것은 일관된 음량을 보장하기 위한 기본입니다. 특정 볼륨에서 듣는 것에 익숙할 때에는, 너무 시끄러운지 조용한지를 평가하기 위해 라우드니스 미터를 거의 필요로 하지 않습니다. 따라서 사운드 디자인을 하는 도중보다는 모니터링 볼륨을 먼저 보정하는 것이 좋습니다.

2. 게임에는 UI 소리나 프롬프트와 같은 짧은 소리가 많습니다. 피크 지속 시간이 짧고 다이내믹 변동도 뚜렷합니다. 이 오디오 파일들을 위해서는, 우리는 그들의 즉각적인 라우드니스에 주의를 기울여야 합니다. 음량과 시간의 관계에 따르면 주관적인 라우드니스는 종종 특정 시간 범위 내에서 인간의 귀에 의한 음의 신호에 대한 전체적인 인식을 의미하는데, 이는 최소 200 ms이어야 합니다. 그러나 샘플링 지점에서도 특정 시점의 피크 수준은 실제로 해당 시간 영역의 음량을 반영하지 않습니다. 피크 레벨이 더 높게 나타나는 신호가 반드시 더 크게 인식되는 것은 아닙니다. 반면, 피크 진폭에서 작은 레벨의 요동을 갖는 덜 다이내믹한 신호는 더 크게 인식될 수 있습니다. 즉, 라우드니스는 피크 레벨이 아니라 일정 기간 동안 신호의 평균 레벨을 반영합니다. 제 경험에 따르면, 여러분은 200 ms - 3 s의 지속 시간을 가진 소리의 순간적인 큰 소리에 특히 주의를 기울여야 합니다.

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비교적 조용하지만, 더 다이내믹합니다.

image007


상대적으로 덜 다이내믹하지만, 더 소리가 큽니다.

3. 매우 복잡한 프로젝트를 만들었을 때, 인테그레이티드 라우드니스(Integrated Loudness)는 높은 지점으로 즉시 점프하는 피크 레벨에 의해 영향을 받을 수 있으며, 신호의 음량 증가는 오디오 시스템이 수신할 수 있는 최대 피크 레벨에 의해 제한될 수 있으며, 더 많은 다이내믹 오디오 신호는 더 높은 과도 피크 레벨로 인해 전체 평균 레벨에 영향을 미칩니다. 이러한 문제에 대해서는 분산된 통제와 글로벌 제한으로 균형을 맞출 수 있습니다. 아래 그림과 같이 오토메이션을 사용하여 일부 신호의 진동 시작 시간을 제어하여 점프가 더 느리고 더 빨리 진행되도록 할 수 있습니다. 글로벌 레벨에서 프로세스 체인에 컴프레서/리미터 이펙트를 추가할 수 있습니다. 이를 통해 제대로 제어되지 않는 과도 과부하를 낮추고, 다이내믹을 압축하고, 음량을 높이고, 무결성을 개선할 수 있습니다. 컴프레서/리미터를 선택하는 동안 아래 그림 2와 같이 사운드 처리 시 라우드니스 모드와 일치하는 효과를 사용할 수 있습니다.

image008

피크 로드에서 유지 시간이 너무 긴 새 파형 점프를 생성하지 못하도록 파형 점프를 제어합니다.

2


4. 주파수 프로세싱은 가능한 한 빨리 하고, 주파수 밸런싱은 버스 처리 전에 실시해야 합니다. 버스에 멀티 밴드 컴프레스를 적용하면 주파수를 조정하는 데 도움이 될 수 있지만, 전체적으로 전체 주파수 비율이 재구성되어 초기 단계에서 지정된 스펙트럼 내용이 크게 변경됩니다. 당신은 이것을 피하고 싶을 수도 있습니다.

 

 

유장 (YU ZHANG)

유장 (YU ZHANG)

안녕하세요 여러분. 저는 중국 YooZoo Games의 오디오팀 멤버인 유장(Yu Zhang)이라고 합니다. 2006년에 ITU-R BS 1770 기준이 도입된 지 13년이 넘었습니다. 라우드니스에 대한 글이 많지만, 라우드니스에 대한 몇 가지 사항을 Q&A 형식으로 설명해야겠다고 생각했습니다. 이 게시물이 여러분의 앞으로의 작업에 유용하게 쓰이길 바랍니다.

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