Section 2. Frequency response

1. Frequency Response ?

Black Box : 주파수 응답을 알아내고자 하는 장비

 

[그림2-1]

주파수 응답을 구하는 과정을 설명함. 

사인파를 입력했을 때 그 사인파 주파수의 변화에 따라서 출력의 크기가 어떻게 변화하는지를 보여주는데 이것이 주파수 응답이다.

 

[그림 2-2]

주파수 응답을 그래프로 표현한 것이다.

그래프에서 X축과 Y축을 중요하게 봐야한다. X축은 Frequency를 나타내는데 그 간격이 일정하지 않다.

그 이유는 가로축이 Linear(선형적) Scale이 아니라 Log Scale이기 때문이다. 주파수 값에 로그를 취해서 그 값으로 X축에 눈금을 표시한 것이다. 

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2. 음향에서 로그가 필요한 이유

역치의 법칙 / 베버의 법칙

: 자극 변화의 절대적 크기가 아니라 상대적 크기, 비율이 자극 인지의 강도가 결정된다.

예를 들어 '1'이라는 자극이 왔을 때와 '2'라는 자극이 왔을 때 인간은 자극이 강해졌다라고 느낀다. 그런데 '2'라는 자극을 준 후 '3'이라는 자극을 주면 산술적으로는 앞의 경우와 똑같은 값이 늘어난 것이지만 인간의 감각에서 '2'에서 '3'만큼 늘어난 것은 '1'에서 '2'로 변화했을 때의 강도 변화 만큼을 느끼지 못한다는 것이다. '1'에서 '2'로 변화한 만큼과 같게 느끼려면 '2'에서 '4'로 변해야 같은 강도로 변했다고 느낀다. 

 

이러한 인지에 대한 법칙이 우리가 주파수를 느낄 때에도 같이 발생한다.

100Hz음과 200Hz음은 우리가 한 옥타브 차이가 난다고 느끼지만 200Hz에서 100Hz만큼 커져 300Hz가 되었다고 해서 우리는 그 변화를 한 옥타브로 느끼지 않고, 대략 완전 5도 정도 높아진 것으로 느낀다. 200Hz에서 한 옥타브 올라갔다고 느끼려면 400Hz의 음이여야만 한 옥타브로 느낀다. 이러한 비율의 변화를 일정크기로 표기하기 위해서 로그라는 개념이 도입되었다. dB 데시벨을 로그를 사용해서 표현하는 것 또한 음의 세기를 사람이 인지하는 정도로 표기하기 위해서다. 

 

역치 = Threshold 임계값, 문턱값

Absoulte Threshold 절대역

Difference Threshold 차이역

JND(Just Noticeable Difference, 최소식별차이)

 

K = JND/S

(K:베버상수, S:표준 자극)

 

밑이 10인 상용로그를 사용하는 이유

음향에서 상용로그를 사용하는 이유는 10진법을 사용하기 때문이다. 

 

 

[그림2-10] 악기와 사람 목소리의 음역

그림에서 각 악기의 주파수 표시는 악기가 내는 전체 주파수 대역이 아니라 피치라고 부르는 근음(기본음)을 표시한 것이다. 악기나 사람의 소리는 Pure Tone 순음을 내는 것이 아니라 배음이 있는 소리를 낸다.

이 그림을 알아야 하는 것은 레코딩이나 공연 음향에서 각 악기의 최저음이 어느대역인지 파악하고 있어야 한다. 특히, 저역의 잡음을 제거하기 위해 로우컷 필터를 사용해야 하는 경우 그 악기나 그 노래의 최저음을 알아두는 것은 꼭 필요한 일이다.