사용기란에 스피커 자작을 하면서 측정 그래프를 종종 올리곤 하는데, 주파수 응답 측정은 스피커 자작 뿐만 아니라 룸튜닝을 할 때에도 접하게 됩니다. 클량에서 이런 주제에 흥미를 가진 분이 있을지는 모르겠지만(댓글이 하나라도 달릴 지 모르겠습니다. ^^)  룸튜닝이든 스피커 자작이든 참고할 만한 얘기 하나 올려 봅니다. 제목에 쓴 것처럼 "주파수 특성과 극좌표 다이어그램을 출력할 때 비율과 크기(Scales and sizes for plotting frequency characteristics and polar diagrams)"에 대한 표준입니다.

제목만 보면 금방 와 닿지 않는데, 쉽게 설명하면 주파수 응답 그래프를 이미지로 그릴 때 Y축 스케일을 어떻게 가져갈 것이냐, 더 쉽게 얘기하면 얼마나 상하로 납작한 이미지를 그릴 것인가 하는 얘깁니다.

사실 이 주제는 룸튜닝에 관심 있는 분들은 대부분 인지하고 있는 내용인데요. 주파수 응답 그래프를 볼 때 가장 먼저 보는 것이 얼마나 평탄한지, 피크와 딥이 어느 정도인지를 시각적으로 인지하는 것인데,  종횡비가 다르게 출력된 그래프는 그 느낌이 아주 다릅니다.

 

위 두 그래프는 얼마 전 완성한 스캔스픽 유닛을 사용한 3웨이 자작 스피커(https://www.clien.net/service/board/park/16821603CLIEN) 의 측정치인데요(1/12 스무딩 적용, 게이팅 적용하지 않음).

동일한 측정치이지만 시각적인 느낌은 매우 다릅니다. 위 그래프는 꽤 평탄한 특성으로 보이지만 아래 그래프는 피크와 딥이 심한 그래프로 보이죠. 물론 종횡비 외에도 스무딩을 어떻게 하느냐도 중요한 요소지만 대부분 스무딩 정도는 명시적으로 표기하고, 눈으로 봐도 충분히 그 차이를 고려하며 판단할 수 있기 때문에 착각할 경우가 적죠.

암튼 주파수 응답 이미지의 종횡비가 특성파악에 중요하다는 것은 누구나 알고 있지만 실제 업체나 개인이 측정해서 제시하는 그래프를 살펴보면 그 정도가 들쭉날쭉, 출력하는 사람 마음대로인 경우가 대부분입니다. 그런데 놀랍게도 이 종횡비에 관련해서도 표준안이 있습니다(뭐 이런 것까지 표준을..?). 바로 위에서 언급한 제목이 해당 표준안으로 IEC 60263:2020 입니다. 

다만 종횡비가 하나의 표준으로 고정된게 아니라서 그때그때 상황에 맞게 달리 출력할 수 있는 여지는 있습니다만 원칙적으로 어떤 종횡비로 출력됐는지 표준을 함께 표기하면 시각적 판단을 좀 더 객관적으로 할 수 있죠.

구체적으로 해당표준은 아래와 같이 명시되어 있습니다.

"For graphs in which the y-axis depicts a level (in decibels) plotted versus logarithmic frequency on the x-axis, the aspect ratio shall be 10 dB/decade, 20 dB/decade, 25 dB/decade or 50 dB/decade."

y축이 음압(dB), x축이 주파수(log 스케일)인 그래프(우리가 흔히 보는 스피커 주파수 응답 그래프죠)의 종횡비는 10 dB/decade, 20 dB/decade, 25 dB/decade 또는 50 dB/decade가 되어야 한다는 얘기입니다.

여기서 db/decade라는 단위가 생소한데, decade의 의미는 어떤 지점에서 10배가 되는 지점까지를 말합니다. 즉 x축에서 주파수가 10Hz~100Hz 구간이나 1k~10k의 구간, 또는 200~2k 구간일 수도 있죠. 로그 스케일에서 위 구간의 길이는 모두 동일합니다. 따라서 25dB/decade 라는 말은 x축의 어떤 지점에서 그 10배 주파수가 되는 지점까지의 거리가 y축의 25dB 만큼 거리와 동일하다는 의미가 됩니다.

말로 설명하니까 어려운데.. 아래 50db/decade로 출력한 그림을 보면 바로 이해가 됩니다.

위에 x축 화살표로 그린 decade는 100Hz~1kHz까지의 거리를 표시했지만 그 비율이 10배인 구간은 어디든 동일합니다.  임의로 아무렇게나 20~200, 300~3k, 1k~10k 구간 등을 찍어서 눈대중으로 비교해 봐도 모두 동일한 길이임을 알 수 있습니다 (원래 로그 스케일이 그렇게 그려진 것이니 당연하죠 ^^)

다시 처음 올린 두 그래프를 보면 처음 것은 50dB/decade로 출력한 것이고 두번째는 25dB/decade로 출력한 것입니다. 만일 이것을 10이나 20db/decade로 출력하면 더 울퉁불퉁한 그래프가 그려지겠죠.

그럼 표준도 이렇게 여러가지인데 어떤 값이 맞다는 건가 의문이 드는데, 아쉽게도 이에 대해 강제한 표준은 없습니다. 다만 예시로 몇가지가 나와 있는데 마이크 입력감도 측정처럼 그 변동치가 크지 않은 경우는 10db/decade를 사용하고, 변동치가 큰 보청기는 50dB/decade로 측정합니다. 일반적인 스피커는 그 중간에 해당하는 25db/decade를 사용하고요. 물론 이는 강제는 아니고 측정하는 주파수의 변동폭에 따라 임의로 결정해야 합니다.

여기까지 읽다 보면 측정자가 맘대로 정할 수 있으니 의미가 없는거 아닌가 싶겠지만, 그래프와 함께 플로팅 기준을 정확히 명시하면 시각적 착각을 줄일 수 있고, 50dB/decade보다 훨씬 납짝한 (예를 들면 100db/decade 정도) 그래프로 마치 응답이 평탄하게 보이도록 조작(?)한 그래프를 쉽게 판별할 수도 있죠. 아래는 802D를 스테레오파일지에서 플로팅한 그래프인데 20dB/decade 정도 됩니다 (정확히는 이보다 조금 높은데 무시할만한 정도로 보시죠 ^^;;) 스테레오파일의 그래프는 대체적으로 이 종횡비를 일관되게 유지하는데 간혹 아닌 것도 있긴 합니다.;;

마지막으로 룸 튜닝하면서 측정에 많이들 사용하시는 REW(Room EQ Wizard)에서 그래프를 이미지로 저장할 때 이 종횡비를 지정할 수 있는 옵션이 있습니다. 표준 중 20dB/decade는 없지만 나머지 값들은 선택 가능합니다.

사실 표준이라는게 어떤 부분은 놀랍도록 디테일하고 상세하게 규정된 반면, 어떤 부분은 상당히 적용할 때 느슨하게 규정된 것들이 많습니다. 너무 디테일하게 모든 것을 규정해 버리면 실제 적용이 어렵거나 의미 없는 표준이 되버리는 것을 막기 위한 것인데, 적용하는 입장에서는 사실 모든 걸 정해줬으면 좋겠다 싶기도 하죠 ^^