그래픽 이퀄라이저와 하울링 방지를 위한 룸 이퀄라이제이션

앞선 10강에서는 이퀄라이저의 종류와 이퀄라이저가 건드리는 대상인 주파수 스펙트럼에 대해 살펴보았다. 흔히 이퀄라이저(이하 EQ)는 음원의 톤을 보정하는 톤 콘트롤러 용도로만 사용한다고 알고 있는 경우가 많다. 물론 개별 음원의 음색을 다듬는 것도 중요한 용도지만, 음향 시스템 전체의 출력 특성을 조정하는 또 하나의 역할이 있다. 스피커를 통해 공간으로 방출되는 신호의 주파수 분포를 조정해 전체적인 톤을 잡고, 피드백이 먼저 발생하는 주파수 대역을 감쇠해 하울링이 시작되기 전까지 확보할 수 있는 이득의 여유를 늘리는 것이다.

공간과 음향 시스템의 주파수 응답을 측정하고 전체적인 출력 특성을 보정하는 작업을 룸 이퀄라이제이션(Room Equalization) 또는 룸 튜닝(Room Tuning)이라고 한다. 특정 주파수에서 발생하는 피드백을 제어하는 작업은 룸 이퀄라이제이션과 목적이 완전히 같지는 않지만, 두 작업 모두 시스템의 주파수 응답을 확인하고 문제가 되는 대역을 조정한다는 점에서 밀접한 관계가 있다. 본 글에서는 흔히 ‘하울링’이라고 알려진 음향 피드백의 발생 원리를 살펴보고, 룸 이퀄라이제이션과 피드백 주파수 제어를 그래픽 이퀄라이저(이하 GEQ)로 진행하는 방법을 설명한다.

하울링(Howling)의 원인

음향 엔지니어뿐만 아니라 출연자와 관객 모두에게 달갑지 않은 상황이 있다. 작게는 마이크에 대고 말할 때마다 기분 나쁜 ‘잉잉~’ 소리가 나거나, 때로는 갑자기 ‘우우우웅~~!’ 하며 커다란 굉음이 스피커에서 터져 나오는 현상이다. 이를 흔히 하울링(Howling)이라고 하며, 기술적으로는 음향 피드백(Acoustic Feedback) 또는 되먹임이라고 한다. 본래 하울링이란 단어는 늑대들이 다 함께 ‘아우우~~’ 하고 울어대는 소리를 의미한다.

되먹임 현상(Feedback)

하울링을 발생시키는 가장 핵심적인 개념은 음향 피드백(Acoustic Feedback — 되먹임)이라는 메커니즘이다. 가장 간단한 음향 시스템을 상상해 보자. 마이크 하나와 스피커 하나가 놓인 작은 교실이다.

사람이 마이크에 대고 말하면 마이크는 소리를 음향 신호로 바꾸고, 이 신호는 앰프에서 증폭된 뒤 스피커를 통해 다시 소리로 출력된다. 문제는 스피커와 마이크가 같은 공간에 있다는 것이다.

스피커에서 출력된 소리는 교실에 퍼지고 그 일부는 다시 마이크로 들어가게 된다. 마이크에 들어온 소리는 다시 증폭되어 스피커로 출력된다. 이렇게 스피커 → 공간 → 마이크 → 앰프 → 다시 스피커 → … 반복으로 이어지는 하나의 폐쇄 루프가 만들어진다.

앰프의 게인이 낮을 때는 마이크로 되돌아온 피드백 출력이 다시 출력되더라도 점차 작아져 사라진다. 하지만 앰프의 게인(gain)이 커지거나 강사의 목소리가 커져서 스피커의 출력이 커지면 그만큼 마이크로 되돌아가는 소리도 커지게 된다.

이런 식으로 증폭도가 점점 커지다 일정 수준을 넘기게 되면 그 순간부터 스피커를 통해 마이크로 들어가는 소리가 스스로 계속 커지게 된다. 이렇게 음향 시스템으로 다시 돌아온 (즉, 피드백된)소리가 스스로 증폭하며 마구마구 커지는 현상이 바로 하울링이다. 마이크를 스피커에다 갖다 대는 몰상식한 짓거리를 하거나, 시스템의 볼륨을 키우거나 하면 하울링이 생기는 이유가 바로 이것이다.

그런데 하울링 소리를 잘 들어 보면 그 소리가 항상 같지는 않다는 것을 알 수 있다. 어느 때는 고음역에서 귀가 찢어지게 삐이익~!거리고, 어느 때는 저음이 건물을 무너뜨릴 것처럼 우우아아앙~~!거리며, 어떨 때는 애애앵~!!거린다. 이는 마이크와 스피커의 주파수 응답, 특히 마이크의 지향성과 두 장비의 위치와 방향, 공간의 반사와 공진이 주파수마다 다르게 작용하기 때문이다. 다시 말해 피드백이 과도하게 이루어지는 어느 특정한 주파수가 있다는 이야기다.

공간에서의 주파수 응답 변화

아래의 그림은 화이트 노이즈(White Noise, 백색 잡음)의 스펙트럼과 RTA 그래프이다. 여러 색의 빛이 고르게 섞이면 백색으로 보이는 것처럼, 화이트 노이즈는 일정한 주파수 폭마다 같은 양의 에너지를 가지는 신호다. 주파수 응답이 고른 장비에서 충분한 시간 동안 평균을 내어 분석하면 전반적으로 평탄한 에너지 분포를 확인할 수 있기 때문에, 음향 장비와 시스템을 시험하고 조정하는 기준 신호로 사용된다.

일직선이 아니고 오르락내리락하는데, 고르긴 뭐가 고르다는 소리여? 하시는 독자 제위 계실 것이다. 화이트 노이즈는 매 순간 불규칙하게 변하는 무작위 신호이므로, 짧은 순간만 분석하면 주파수별 레벨에 크고 작은 굴곡이 나타난다. FFT 해상도를 높이거나 누적 평균으로 보면 아래와 같이 직선에 가까운 모습을 확인할 수 있다.

스피커에서 방출된 소리는 공간에 전파되면서 변화가 발생한다. 벽, 천장, 바닥, 각종 구조물, 배치된 사물, 사람 등에 반사되면서 특정 주파수의 성분이 감쇠되거나 공진을 통해 증폭되기도 한다.

또한, 닫힌 공간 내에서 서로 다른 경로를 거쳐 소리가 겹치면 주파수별 위상 차이에 따라 레벨이 커지는 보강 간섭(Constructive Interference)과 작아지는 상쇄 간섭(Destructive Interference)이 발생한다. 아래의 그림은 같은 주파수의 파동이 위상 관계에 따라 서로 보강되거나 상쇄되는 모습을 단순화해 보여 준다.

결국 스피커에서 방출된 소리는 공간의 특성에 따라 주파수별로 서로 다르게 보강되거나 감쇠된다. 아래 그림은 어떤 공간에서 방출된 화이트 노이즈를 측정용 마이크로 분석한 상황을 가정한 예다.

즉, 이 공간에 화이트 노이즈를 틀어주면 화이트 노이즈를 녹음한 지점에서는 이러한 형태로 존재하게 된다는 것이다. 첫 번째 화이트 노이즈의 스펙트럼과 비교하면 약 1 kHz 대역은 강조(Boost)되고, 약 10 kHz 대역은 감쇠(Cut)된 것을 알 수 있다. 한마디로 이 공간에서 어떤 소리를 방출하면 이 그래프처럼 소리가 변하는 것이다.

룸 이퀄라이제이션(Room Equalization)과 그 방법

공간에는 고유한 음향 특성이 있다는 것을 알게 되었다. 특정 주파수 대역이 유독 강조(Boost)되는 환경이라면, 이득(Gain)을 조금만 올려도 피드백이 발생할 수 있다. 반대로 특정 대역의 소리가 유독 먹히는(감쇠되는) 환경도 있을 것이다. 이때 감쇠되는 대역의 음원을 보완하려고 게인을 무작정 올리다 보면 역시 피드백에 도달하게 된다. 이러한 상황은 시스템 전체의 헤드룸(Headroom, 출력의 여유)을 감소시킨다.

이런 상황에서 공간의 음향 특성을 보정해 줄 수 있다면 매우 요긴할 것이다. 위의 1 kHz 영역처럼 혼자 툭 튀어나온 대역만 감쇠할 수 있다면 전체적인 헤드룸을 더 확보할 수 있다. 또한 실제 공간의 소리와 엔지니어가 듣는 소리의 차이도 줄일 수 있어, 엔지니어가 의도한 소리에 가까운 소리를 출력할 수 있게 된다. 이러한 공간의 음향 특성을 설계 단계에서 미리 예측하는 방법은 18강의 음향 시뮬레이션에서 살펴본다.

이처럼 공간의 전반적인 음향 특성에 대응해 음향 시스템의 출력 특성을 조정하는 것을 룸 이퀄라이제이션(Room Equalization) 또는 룸 튜닝(Room Tuning)이라 한다. 그리고 여기에 통상 사용하는 장비가 바로 GEQ로, 다음과 같은 튜닝 방법이 있다.

노이즈와 측정용 마이크, RTA

가장 정석적인 다시 말해 비싼 방법이다. 화이트 노이즈나 핑크 노이즈(Pink Noise)를 재생하고, 측정용 마이크와 RTA(Real Time Analyzer)를 이용해 스피커에서 출력되는 소리를 확인한다. RTA 화면을 보면서 과도하게 강조되거나 감쇠된 대역을 EQ로 보정하면 된다. 비싸다고 한 이유는 전용 측정 장비의 가격대가 만만치 않기 때문이다. 하지만 요즘에는 스마트폰에 어플리케이션을 설치해 사용하는 경우도 많다.

앞에서 화이트 노이즈는 동일한 주파수 폭마다 평균 에너지가 일정한 소리라고 설명했다. 하지만 화이트 노이즈는 옥타브 단위로 보면 고역으로 갈수록 포함되는 에너지가 많아지기 때문에, 사람이 듣기에는 저음역이 부족하고 고음역이 강하게 들린다. 이러한 특성을 보완하기 위해 옥타브당 에너지 분포를 동일하게 만든 핑크 노이즈(Pink Noise)를 사용하기도 한다. 핑크 노이즈는 사람의 귀에 화이트 노이즈보다 비교적 평탄하게 들린다.

그래픽 이퀄라이저의 사용법

GEQ는 믹서의 출력과 파워 앰프 사이에 위치하게 된다. 왜 그런지에 대해서는 위의 하울링과 룸 이퀄라이제이션 이야기를 통해 충분히 설명되었으리라 생각한다.

GEQ는 주파수 대역별로 레벨을 설정할 수 있는 슬라이더가 붙어 있는 형태를 지닌다. 슬라이더의 배열이 앞에서 본 주파수–레벨 그래프와 같은 형태를 지니고 있어 직관적으로 조정할 수 있다.

GEQ가 어떻게 생겼고 어떻게 사용하는 장비인지 dbx 2215를 가지고 한 번 알아보겠다. dbx 2215는 15밴드 2채널 EQ이다. 15밴드는 15개의 대역을 조정할 수 있다는 소리다. 이번에도 장비를 반으로 잘라 하나씩 살펴보겠다.

주파수 슬라이더

GEQ의 가장 핵심적인 부분이다. 각 슬라이더 위에는 해당 슬라이더가 조정하는 중심 주파수가 표시되어 있다. 슬라이더를 위로 올리거나 아래로 내려 해당 주파수 대역을 강조(Boost)하거나 감쇠(Cut)할 수 있다. dbx 2215는 ±6 dB 또는 ±15 dB 범위로 동작하며, 옆에 있는 RANGE 버튼으로 조정 범위를 선택할 수 있다.

LOW CUT

초저역을 감쇠하는 하이패스 필터(High-Pass Filter, HPF)다. dbx 2215의 LOW CUT은 40 Hz를 기준으로 옥타브당 18 dB씩 감쇠시킨다. 음성 중심의 시스템이나 초저역 재생이 필요하지 않은 환경에서 저주파 공진, 진동과 불필요한 럼블을 줄이는 데 사용할 수 있다. 악기의 구성과 스피커의 재생 범위, 공간의 상황에 맞게 선택하면 되겠다.

EQ BYPASS

이 스위치를 누르면 슬라이더 조정을 무시한다. dbx 2215에서 EQ BYPASS를 켜면 슬라이더의 부스트와 컷은 적용되지 않지만, INPUT GAIN과 LOW CUT 기능은 계속 적용된다. 이 기능을 이용하면 이퀄라이저를 적용하기 전과 후의 소리를 비교할 수 있다.

INPUT GAIN

믹서의 게인과 마찬가지로 이퀄라이저에 입력되는 신호의 레벨을 조정하는 놉이다. dbx 2215에서는 입력 게인을 −12 dB부터 +12 dB까지 조정할 수 있다.

PeakPlus Threshold

이건 dbx EQ의 고유 기능인 PeakPlus 리미터의 동작 레벨을 설정하는 놉이다. 출력 레벨이 설정한 드레솔드를 넘으면, 리미터가 더 이상 출력이 과도하게 증가하지 않도록 신호를 제한한다. GAIN REDUCTION LED를 통해 리미터의 동작 여부와 감쇠량을 확인할 수 있다.

Boost보다는 Cut

아마 많은 독자 제위께서 기대하셨을 EQ에 대한 이야기는 이런 것이 아니었을 것이다. 그럼에도 이 이야기를 꺼낸 이유는 EQ의 본래 역할이 원래의 소리와 같게 만드는 것이라는 점과, 왜 Boost 위주의 운용을 자제해야 하는지를 먼저 이야기하고 싶었기 때문이다.

음향 장비를 조작하면서 저지르는 흔한 실수는 어떤 소리가 잘 들리지 않으면 그 소리를 키우는 것이다. 이게 반복되다 보면 결국 시끄럽기만 한 소음이 만들어진다는 것을 기억해야 할 것이다. 음향 장비를 조작할 때, 그중에서도 EQ의 조작은 기본적으로 Boost가 아닌 Cut이다. 잘 들리지 않는 소리가 있다면 이미 레벨은 충분하다는 전제하에 전체 레벨을 먼저 줄이고, 필요한 대역만 살짝 조정해 주는 것이 바른 방향이다.

Boost 위주의 조작은 결국 전체 시스템의 출력 레벨을 높이고, 다이나믹 레인지의 여유를 줄이며, 피드백 가능성을 높인다. EQ는 없는 소리를 새로 만들어 내는 장비가 아니라, 과도한 주파수 대역을 덜어 내고 전체적인 균형을 되찾는 장비라는 것을 기억해야 한다. 독자 제위께서 기대하셨을 톤 콘트롤러로서의 EQ 사용법은 다음 장에서 다루기로 한다.

FAQ

룸 이퀄라이제이션(룸 튜닝)이란 무엇인가?

룸 이퀄라이제이션은 공간의 음향 특성을 확인하고, 과도하게 강조되는 대역을 조정해 전체적인 출력 특성을 균형 있게 만드는 작업이다. 이를 통해 시스템의 톤을 정리하고 특정 주파수에서 하울링이 먼저 발생하는 것을 억제해 피드백 마진을 확보할 수 있다.

좋은 리퍼런스 음원의 조건은 무엇인가?

좋은 리퍼런스 음원은 엔지니어가 매우 익숙하게 알고 있으며, 저음부터 고음까지의 밸런스와 댐핑 및 보이스 명료도 등을 고르게 확인할 수 있어야 한다. 현장에서 부담 없이 재생할 수 있는 보편적인 음원인지도 중요하며, 종교 시설을 주로 담당한다면 해당 공간에서 자주 사용하는 종교 관련 음원을 포함하는 것도 좋다.

하울링이란 무엇이며 어떻게 방지할 수 있는가?

하울링은 스피커에서 출력된 소리가 마이크로 다시 들어오고, 앰프에서 증폭되어 다시 스피커로 출력되는 폐쇄 루프에서 발생하는 음향 피드백이다. 특정 주파수가 피드백 드레솔드에 도달하면 처음에는 짧은 울림이 나타나고, 이를 넘어서면 소리가 스스로 증폭되며 지속적인 굉음으로 발전한다. 마이크와 스피커의 위치·방향을 조정하고, 적절한 게인 구조를 유지하며, 문제가 되는 주파수를 이퀄라이저로 깎아주면 하울링을 예방하거나 줄일 수 있다.

피드백을 줄이기 위해 가장 먼저 해야 할 일은 무엇인가?

룸 이퀄라이제이션은 피드백을 줄이는 기반이지만, 가장 중요한 것은 마이크의 설치 위치와 사용 방법이다. 마이크는 음원에 가깝게 설치하거나 입 가까이에서 바르게 잡아 필요한 소리를 충분히 입력받도록 해야 한다. 지향성 마이크는 수음이 가장 약한 방향이 모니터 스피커를 향하게 하고, 사용자가 마이크 헤드를 손으로 감싸거나 스피커 쪽으로 향하지 않도록 교육해야 한다.

화이트 노이즈와 핑크 노이즈의 차이는 무엇인가?

화이트 노이즈는 단위 주파수 폭당 평균 에너지가 일정한 신호다. 따라서 옥타브 단위로 분석하면 고역으로 갈수록 한 옥타브에 포함되는 에너지가 증가한다. 반면 핑크 노이즈는 옥타브당 평균 에너지가 거의 일정해 사람에게 화이트 노이즈보다 상대적으로 균형 있게 들리며, 스피커와 공간의 주파수 응답을 측정하고 조정하는 데 널리 사용된다.

사람과 마이크를 이용해 룸 튜닝하는 이유는 무엇인가?

실제 운용 환경에서 피드백은 대부분 마이크를 포함한 폐쇄 루프를 통해 발생하므로, 하울링이 발생하기 쉬운 조건을 직접 시험할 수 있다. 특히 무대의 보컬 마이크 주변에는 모니터 스피커가 놓이는 경우가 많고, 말을 할 때 출력 레벨도 순간적으로 상승한다. 이 상태에서 게인을 서서히 올리면 먼저 울리기 시작하는 주파수를 귀로 찾고 GEQ에서 감쇠할 수 있다. 다만 시스템과 청력을 보호하기 위해 게인을 세심하게 조정해야 한다.

공간의 음향 특성에 영향을 주는 요소에는 무엇이 있는가?

공간의 크기와 형태뿐만 아니라 바닥·벽·천장의 마감재, 좌석과 커튼, 무대 구조물 및 공간에 놓인 사물 모두가 음향 특성에 영향을 준다. 관객의 수와 입고 있는 옷, 온도와 습도, 계절에 따라서도 특성이 달라질 수 있다.

그래픽 이퀄라이저는 왜 Boost보다 Cut을 우선해야 하는가?

특정 대역을 Boost하면 전체 출력과 해당 주파수의 루프 이득이 증가해 헤드룸과 피드백 마진이 줄어들 수 있기 때문이다. 반대로 과도하게 강조된 대역을 Cut하면 전체 레벨을 불필요하게 높이지 않고 주파수 균형과 피드백 마진을 함께 개선할 수 있다.

RTA와 측정용 마이크만 있으면 룸 튜닝을 완성할 수 있는가?

아니다. RTA와 측정용 마이크는 공간에 도달한 소리의 주파수 분포를 객관적으로 확인하는 도구지만, 한 지점의 측정 결과만으로 공간 전체의 소리를 대표할 수는 없다. 주요 청음 지점을 여러 곳에서 측정하고, 튜닝 후에는 익숙한 리퍼런스 음원을 재생해 밸런스·명료도·공간감과 잔향을 사람의 귀로 확인해야 한다. 측정 결과가 평탄하더라도 실제 청감이 부자연스럽다면 설정을 다시 조정해야 한다.