맨위로가기

등청감 곡선

"오늘의AI위키"는 AI 기술로 일관성 있고 체계적인 최신 지식을 제공하는 혁신 플랫폼입니다.
"오늘의AI위키"의 AI를 통해 더욱 풍부하고 폭넓은 지식 경험을 누리세요.
목차

1. 개요

등청감 곡선은 1933년 플레처와 먼슨에 의해 처음 연구된, 동일한 크기로 인지되는 음압 레벨을 주파수별로 나타낸 곡선이다. 이후 로빈슨과 다드슨의 연구를 거쳐 국제 표준화 기구(ISO)에서 여러 차례 수정되었으며, 2003년에는 일본 도호쿠 대학의 연구를 바탕으로 ISO 226:2003 표준이 제정되었다. 등청감 곡선은 소음 측정, 음향 기기 설계, 음향 심리학 연구 등 다양한 분야에서 활용되며, A-가중치와 같은 소음 측정 방식의 기반이 된다.

더 읽어볼만한 페이지

  • 심리음향학 - 음향심리학
    음향심리학은 소리의 기계적 전달과 감각적, 지각적 과정을 연구하며, 청각 기관의 구조와 기능, 지각의 한계, 심리 음향 현상을 탐구하여 오디오 압축, 음향 기기 설계 등 다양한 분야에 응용된다.
  • 심리음향학 - 음높이
    음높이는 소리의 높낮이를 구별하는 청각적 특성으로, 음파의 주파수, 음압, 음색, 지속 시간과 청취자의 주관적인 경험에 영향을 받으며, 음악에서 음계 구성, 악기 조율, 화음 인지에 중요한 역할을 하고, 다양한 음계 시스템에 따라 관계가 달라지며, 확정/불확정 음높이로 구분되는 악기 소리의 특성을 이해하는 데 중요한 개념이다.
  • 소리 - 음악
    음악은 인간이 소리를 재료로 박자, 선율, 화성 등의 요소를 사용하여 감정과 사상을 표현하는 시간 예술로, 다양한 장르로 분류되며 작곡, 연주, 감상의 요소로 구성되어 예술, 오락, 종교 의식 등 다양한 목적으로 활용된다.
  • 소리 - 의성어
    의성어는 사람, 동물, 사물 등의 소리를 흉내 내어 표현하는 단어로, 문화권에 따라 다르게 표현되지만 시각적 효과나 기억술, 언어학적으로 소리와 의미의 관계를 보여주는 예시로 활용된다.
  • 음향학 - 신시사이저
    신시사이저는 전자 회로로 소리를 합성하는 전자 악기로, 1960년대 로버트 무그 등에 의해 현대적인 형태로 발전하여 다양한 음향 합성 방식을 사용하며 여러 장르의 음악과 영화 사운드트랙에 널리 활용된다.
  • 음향학 - 사인파
    사인파는 고조파가 없는 단일 주파수 파형으로, 삼각함수로 표현되며 진폭, 각진동수, 위상 등의 매개변수로 특징지어지고, 푸리에 분석을 통해 복잡한 파형으로 분해 및 합성이 가능하며, 전자공학, 음악, 물리학 등 다양한 분야에서 활용된다.
등청감 곡선
개요
정의동일한 크기로 인지되는 순음의 소리 크기와 주파수의 관계를 나타내는 곡선
사람이 듣는 모든 주파수에서 동일한 소리 크기로 인식되는 음압 레벨을 연결한 곡선
특징주파수에 따라 청각의 민감도가 다르다는 것을 보여줌
사람이 소리를 인지하는 데 있어 주파수 의존성을 나타냄
측정 단위
소리 크기 수준폰(phon)
소리 크기손(sone)
역사
초기 연구하비 플레처와 와일든 문슨의 1933년 연구 (Fletcher-Munson 곡선)
벨 연구소에서 진행
개선1956년 Robinson-Dadson 곡선
ISO 226 표준의 기반
최신 표준ISO 226:2003
곡선 형태
저주파 영역높은 음압 레벨 필요
청각 민감도가 낮음
중주파 영역 (1~5kHz)가장 낮은 음압 레벨에서도 잘 들림
청각 민감도가 높음
고주파 영역음압 레벨 증가 필요
청각 민감도 감소
응용 분야
음향 기기 설계오디오, 스피커, 헤드폰 설계 시 고려
소음 평가소음의 주관적인 크기 평가
청력 검사청력 손실 진단
음향 심리학 연구인간의 청각 인지 연구
관련 개념
등음량 곡선동일한 크기로 인지되는 모든 소리의 집합
청각 마스킹특정 소리가 다른 소리를 들리지 않게 하는 현상
최소 가청 한계인간이 들을 수 있는 가장 낮은 소리 크기
참고 자료
ISO 226-2003 등청감 곡선
ISO 226-2003 등청감 곡선

2. 역사

인간의 귀가 서로 다른 주파수의 소리를 같은 크기로 인지하는 정도를 나타내는 등청감 곡선에 대한 연구는 1930년대부터 시작되었다.

최초의 체계적인 연구는 1933년 미국의 플레처(Harvey Fletcher)와 먼슨(Wilden A. Munson)에 의해 헤드폰을 사용하여 이루어졌다. 이들은 여러 주파수의 순수한 음을 다양한 강도로 들려주고, 기준음(1000 Hz)과 같은 크기로 들릴 때까지 조절하는 방식으로 실험을 진행했다. 이 연구 결과는 플레처-먼슨 곡선으로 알려졌으며, 가장 낮은 곡선은 들을 수 있는 가장 작은 소리(가청 임계값)를, 가장 높은 곡선은 고통 역치를 나타낸다.

1937년에는 처처(Churcher)와 킹(King)이 후속 연구를 발표했으나, 플레처-먼슨 곡선과 일부 차이를 보였다.[12]

이후 1956년 영국 국립 물리 연구소의 로빈슨(Robinson)과 닷슨(Dadson)은 스피커를 이용한 새로운 측정을 통해 로빈슨-닷슨 곡선을 발표했다. 이 결과는 기존 연구보다 더 정확하다고 여겨져, 1965년 국제 권장 규격(ISO R 226)을 거쳐 1987년 국제 표준(ISO 226)의 기초가 되었다. 이 때문에 오랫동안 등청감 곡선을 일반적으로 지칭할 때 '플레처-먼슨 곡선'이라는 용어가 널리 사용되기도 했으나, 현재는 '등청감 곡선'이라는 포괄적인 용어가 선호된다.[3]

그러나 1980년대 이후 로빈슨-닷슨 곡선 기반의 ISO 226 표준에 대해, 특히 1kHz 이하 저주파수 영역에서의 정확성에 대한 의문이 여러 연구자들에 의해 제기되었다.

이에 따라 국제 표준화 기구(ISO)는 전 세계 여러 연구 그룹의 최신 연구 결과를 종합하여 표준 개정 작업을 진행했다. 이 작업은 일본 도호쿠 대학의 스즈키 요이치(鈴木 陽一) 교수 등이 주도했으며, 독일, 덴마크, 미국, 일본의 국제 공동 연구 결과를 바탕으로 이루어졌다.[9] 특히 일본은 전체 데이터의 약 40%를 제공하고 산업기술종합연구소의 대형 무향실을 실험에 활용하는 등 연구에 크게 기여했다.

마침내 2003년, 이러한 최신 연구 결과를 반영한 새로운 국제 표준 ISO 226:2003이 제정되었다. 이 표준은 현재 '''표준 등청감 곡선'''()을 정의하는 기준으로 사용되고 있으며, 정식 명칭은 "[https://www.iso.org/standard/34222.html ISO 226:2003 Acoustics — Normal equal-loudness-level contours]"이다.[4]

2. 1. 플레처-먼슨 곡선 (1933)

1933년 플레처와 먼슨이 발표한 등청감 곡선


귀가 서로 다른 레벨에서 다른 주파수의 소리를 어떻게 인지하는지에 대한 최초의 연구는 1933년 미국의 물리학자 플레처(Harvey Fletcher)와 먼슨(Wilden A. Munson)에 의해 수행되었다. 이 연구 결과로 발표된 곡선을 플레처-먼슨 곡선이라고 부른다.

이후 1956년 로빈슨(Robinson)과 댁슨(Dadson)이 이를 개선하여 발표했고, 이는 ISO 226 표준의 기반이 되었다. 그럼에도 불구하고 오랫동안 등청감 곡선을 일반적으로 지칭할 때 '플레처-먼슨 곡선'이라는 용어가 널리 사용되었다.

하지만 현재는 '등청감 곡선'이라는 용어가 더 일반적으로 선호되며, 플레처-먼슨 곡선은 등청감 곡선의 한 종류, 즉 역사적인 초기 연구 결과로 간주된다.[3] 특히 ISO가 2003년에 여러 연구 결과를 종합하여 새로운 표준 곡선(ISO 226:2003)을 발표하면서 이러한 경향은 더욱 분명해졌다.[4]

2. 2. 로빈슨-다드슨 곡선 (1956)

1956년 영국 국립 물리 연구소의 로빈슨(Robinson)과 닷슨(Dadson)은 무향실에서 스피커를 사용하여 등청감 곡선을 측정하였다. 이 측정 결과는 로빈슨-다드슨 곡선으로 알려졌으며, 1965년 ISO의 국제 권장 규격인 ISO R 226으로 채택되었다. 이후 1987년에는 국제 표준인 ISO 226으로 제정되어, 표준 등청감 곡선의 초기 기반이 되었다.

2. 3. ISO 226:1987

1956년 영국 국립 물리 연구소의 로빈슨과 닷슨이 무향실에서 스피커를 사용하여 측정한 로빈슨-다드슨 곡선은 1965년에 ISO R 226이라는 국제 권장 규격으로 제정되었다. 이후 1987년에는 이를 기반으로 한 ISO 226이 국제 표준으로 공식 제정되었다. 이 표준은 '''표준 등청감 곡선'''(normal equal-loudness-level contourseng)을 정의하며 전 세계적으로 널리 사용되었다. 그러나 1980년대 이후 연구자들 사이에서 1kHz보다 낮은 주파수 영역에서의 정확성에 대한 의문이 제기되기 시작했다.

2. 4. ISO 226:2003



초기 결정들(예: 플레처-먼슨 곡선, 로빈슨-대드슨 곡선)과 최근 연구 결과 사이의 불일치가 인식되면서 국제 표준화 기구(ISO)는 기존의 등청감 곡선 표준이었던 ISO 226을 개정하게 되었다. 이 개정 작업은 일본 도호쿠 대학 전기통신연구소가 주도하고 조정한 연구 결과를 바탕으로 이루어졌다. 해당 연구는 일본, 독일, 덴마크, 영국, 미국의 연구자들이 참여한 여러 연구 결과를 종합하여 새로운 곡선을 만들었으며, 일본은 전체 데이터의 약 40%를 제공하며 가장 큰 기여를 했다. 일본 내 실험은 산업기술종합연구소의 대형 무향실에서 진행되었다.

이러한 국제 공동 연구 결과를 토대로 2003년에 새로운 표준인 ISO 226:2003이 승인되었다. 이 표준은 '표준 등청감 곡선'(normal equal-loudness-level contourseng)을 정의하며, 정식 규격 명칭은 "[https://www.iso.org/standard/34222.html ISO 226:2003 Acoustics — Normal equal-loudness-level contours]"이다.

새로운 표준(ISO 226:2003)은 이전의 로빈슨-대드슨 곡선 기반 표준과 비교했을 때 상당한 차이를 보였다. 특히 저주파수 영역에서는 설명되지 않은 이유로 로빈슨-대드슨 곡선이 최대 10~15 dB까지 차이가 나는 것으로 나타났으며, ISO 보고서는 이를 이례적인 결과(outlier)로 평가했다.[6] 반면, 1933년에 발표된 원래의 플레처-먼슨 곡선이 오히려 ISO 226:2003의 결과와 더 잘 일치하는 것으로 밝혀졌다.[6] 특히 A-가중 표준의 기반이 된 40-폰 플레처-먼슨 곡선은 현대의 측정 결과와 상당히 일치하는 것으로 확인되었다.[4]

ISO 보고서는 과거 연구(특히 로빈슨-대드슨 연구)에서 나타난 저주파수 영역의 큰 불일치에 대한 몇 가지 가능한 원인을 제시했다.[4]

  • 사용된 측정 장비가 제대로 보정되지 않았을 가능성.
  • 서로 다른 주파수에서 동일한 음량을 판단하는 데 사용된 기준이 달랐을 가능성.
  • 피험자들이 실험 전에 충분한 휴식을 취하지 않았거나, 이동 중에 큰 소음에 노출되어 저주파 소리에 대한 민감도에 영향을 미치는 고막긴장근tensor tympani musclelat이나 등자근stapedius musclelat이 긴장되었을 가능성.

3. 실험적 결정

사람의 귀는 약 20 Hz에서 20,000 Hz 사이의 주파수를 감지할 수 있으며, 나이가 들면서 들을 수 있는 최대 주파수는 점차 낮아진다. 특히 외이도의 공명과 이소골의 전달 특성 영향으로 2~5 kHz 범위에서 가장 민감하게 소리를 듣는다. 이러한 인간의 청각 특성을 바탕으로, 동일한 음량으로 인지되는 소리의 음압 레벨을 주파수별로 나타내는 등청감 곡선은 주로 실험을 통해 결정되어 왔다.

등청감 곡선은 1933년 플레처(Fletcher)와 먼슨(Munson)이 헤드폰을 이용하여 처음으로 측정하였다. 이들은 실험 참가자들에게 다양한 주파수와 강도의 순음을 들려주고, 1000 Hz의 기준음과 비교하여 동일한 크기로 느껴지는 지점을 찾도록 요청했다. 음량은 주관적인 심리적 양이므로, 여러 참가자의 측정 결과를 평균 내어 신뢰할 수 있는 곡선을 도출했다. 이 연구를 통해 사람이 들을 수 있는 가장 작은 소리인 '청취 절대 역치'와 소리가 고통스럽게 느껴지는 '고통 역치'에 해당하는 등청감 곡선이 처음으로 제시되었다.

1937년에는 처처(Churcher)와 킹(King)이 두 번째 측정을 시도했으나, 그 결과는 플레처와 먼슨의 결과와 일부 차이를 보였다.[5][12] 이후 1956년, 로빈슨(Robinson)과 다드슨(Dadson)이 당시 기술로 더 정확하다고 판단되는 새로운 실험 결과를 발표했다. 이 로빈슨-다드슨 곡선은 오랫동안 등청감 곡선의 표준(ISO 226)으로 인정받았다. 가장 최근에는 2003년에 ISO가 전 세계 여러 연구 그룹의 최신 평가 결과를 종합하여 이 표준을 개정했다.

3. 1. 측정 방법

플레처(Fletcher)와 먼슨(Munson)은 1933년 헤드폰을 사용하여 최초로 등청감 곡선을 측정했다. 이 연구에서 실험 대상자들은 다양한 주파수와 10 dB 간격의 여러 강도를 가진 순음을 들었다. 각 순음을 들을 때마다 대상자는 1000 Hz의 기준음도 함께 듣고, 기준음의 크기를 조절하여 시험 대상인 순음과 동일한 음량으로 느껴지도록 맞추었다. 음량은 주관적인 심리적 양이므로 측정하기 어렵기 때문에, 플레처와 먼슨은 여러 실험 대상자의 결과를 평균 내어 신뢰할 수 있는 평균값을 구했다. 이렇게 얻어진 가장 낮은 등청감 곡선은 사람이 들을 수 있는 가장 작은 소리, 즉 '청취 절대 역치'를 나타내며, 가장 높은 곡선은 '고통 역치'를 의미한다.

초기 연구처럼 헤드폰을 이용한 측정은 몇 가지 장단점을 가진다. 잘 밀착된 고품질 헤드폰은 높은 강도에서도 왜곡이 적고, 특히 약 500 Hz 이하의 낮은 주파수에서는 귀에 평탄한 압력 응답을 제공하여 정확한 측정이 가능하다. 낮은 주파수에서 귀는 압력 변화에 민감하게 반응하며, 헤드폰과 귀 사이의 작은 공간은 공명을 일으키기 어렵기 때문이다. 하지만 헤드폰 착용 시 귀가 막히면서 평소에는 잘 인지하지 못하는 몸 내부의 소리(예: 혈류 소리)에 더 민감해질 수 있다는 점은 실제 청력 역치 측정의 정확성에 영향을 줄 수 있다는 의견도 있다. 또한, 높은 주파수에서는 헤드폰 측정이 신뢰성을 잃기 쉬운데, 이는 귓바퀴(바깥 귀)와 외이도의 복잡한 공명 현상이 헤드폰과 귀 사이의 밀폐된 공간 때문에 크게 달라지기 때문이다.

반면, 스피커를 이용한 측정은 다른 특성을 보인다. 현대의 고품질 스피커는 축 방향에서 20 kHz까지 평탄한 고주파수 응답을 비교적 쉽게 얻을 수 있다. 그러나 낮은 주파수에서는 평탄한 응답을 얻기가 매우 어렵다. 지면에서 떨어진 넓은 공간이나 소리 반사가 없는 매우 큰 무향실 같은 특수한 환경이 필요하기 때문이다. 또한, 낮은 주파수(특히 100 Hz 이하)에서 높은 음압 레벨을 만들 때 고조파 왜곡이 발생하기 쉽다는 문제점도 있다. 등청감 곡선에서 나타나듯 낮은 주파수로 갈수록 음량이 급격히 증가해야 하는데(옥타브당 최대 24 dB까지 증가), 스피커가 이를 제대로 재생하지 못하고 원하지 않는 고조파 성분을 만들어낼 수 있다. 따라서 실험자는 피험자가 원래의 기본 주파수 소리를 듣고 있는지, 아니면 왜곡된 고조파 소리를 듣고 있는지를 주의 깊게 확인해야 한다. 이러한 각 측정 방식의 장단점 때문에, 등청감 곡선 연구 결과를 비교할 때는 어떤 방식으로 측정되었는지를 고려하는 것이 중요하다.

1937년 처처(Churcher)와 킹(King)이 두 번째 측정을 수행했지만 플레처와 먼슨의 결과와 일부 차이를 보였다.[5] 이후 1956년 로빈슨(Robinson)과 다드슨(Dadson)이 더 정확하다고 여겨지는 새로운 측정을 제시했고, 이는 오랫동안 표준(ISO 226)의 기초가 되었다. 2003년에는 ISO가 전 세계 연구 그룹의 최신 평가를 바탕으로 표준을 개정했다.

3. 2. 고려 사항

등청감 곡선을 해석하고 비교할 때는 측정 방법과 조건의 차이를 이해하는 것이 중요하다. 주요 고려 사항은 다음과 같다.
측면 제시 대 정면 제시음원의 위치는 등청감 곡선 측정 결과에 영향을 미친다. 실제 환경에서 비교적 멀리 떨어진 음원의 소리는 평면파로 귀에 도달한다. 음원이 청취자 정면에 있다면 양쪽 귀는 동일한 강도의 소리를 듣게 되지만, 약 1 kHz 이상의 고주파수 대역에서는 머리 그림자 효과로 인해 소리가 부분적으로 감쇠하고, 귓바퀴(외이)에서의 반사 또한 소리 인식에 큰 영향을 미친다. 만약 음원이 중심에서 벗어나 있다면, 한쪽 귀에서는 머리 그림자 효과가 더 커지고 양쪽 귀에서 귓바퀴 반사 효과가 미묘하게 달라진다. 이러한 머리 그림자와 귓바퀴 반사의 복합적인 효과는 머리전달함수(Head-Related Transfer Function, HRTF)로 정량화된다.

반면, 헤드폰을 이용한 청취는 일반적으로 HRTF가 관여하지 않는 '측면 제시'(side presentation) 상황에 해당한다. 따라서 헤드폰으로 측정한 등청감 곡선은 우리가 일상적으로 소리를 듣는 방식과는 다른, 특수한 조건에서의 결과이다. 현대의 등청감 곡선 표준(ISO 226)은 실제 청취 환경과 더 유사한 정면 제시(frontal presentation)를 기준으로 삼고 있다.
헤드폰 대 스피커 측정측정에 사용되는 음향 장치(헤드폰 또는 스피커)에 따라 결과가 달라질 수 있다.

  • 헤드폰: 잘 밀착된 고품질 헤드폰은 귀에 평탄한 저주파 압력 응답을 제공하며 고강도에서도 왜곡이 적다. 약 500 Hz 이하의 저주파수 대역에서는 귀가 순수하게 음압에 민감하게 반응하므로 헤드폰 측정이 유리할 수 있다. 그러나 귀를 막으면 평소에는 인지하지 못하는 혈류 소리 등에 민감해질 수 있어, 실제 청력 역치 측정의 타당성에 대한 의문이 제기되기도 한다. 또한, 고주파수 대역에서는 헤드폰과 귀 사이의 작은 공간이 귓바퀴 및 외이도의 공명 특성에 영향을 미쳐 측정의 신뢰도가 떨어진다. 초기 플레처-먼슨 곡선은 헤드폰을 사용하여 측정되었다.[5]
  • 스피커: 스피커 측정은 실제 청취 환경과 유사한 자유 음장(free-field) 또는 확산 음장(diffuse-field) 조건을 재현하려는 시도이다. 최신 스피커는 축 방향에서 20 kHz까지 비교적 평탄한 고주파수 응답을 얻기 쉽다. 하지만 저주파수 대역에서는 평탄한 응답을 얻기 어렵다. 반사가 없는 매우 큰 무향실과 같은 특수한 환경이 필요하며, 특히 높은 음압 레벨에서는 전고조파 왜곡이 발생하기 쉽다. 저주파수에서 청각 민감도가 급격히 변하기 때문에(옥타브당 최대 24 dB 증가), 피험자가 원음이 아닌 고조파 성분을 듣지 않도록 주의 깊은 실험 설계가 필요하다. 로빈슨-다드슨 곡선은 스피커를 사용하여 측정되었으며, 이것이 플레처-먼슨 곡선과의 차이를 설명하는 한 요인으로 오랫동안 간주되었다.[12]

피험자 특성사람의 청각 능력은 개인마다 다르며, 특히 나이에 따라 크게 변한다. 일반적으로 청력 상한선은 나이가 들면서 점차 감소한다. ISO 226:2003과 같은 표준 등청감 곡선은 특정 연령대(예: 18세~25세)의 건강한 청력을 가진 사람들의 측정 결과를 통계적으로 평균낸 값이다. 따라서 이 곡선은 일반적인 경향을 보여주지만, 개개인의 실제 등청감 곡선은 표준 곡선처럼 매끄럽지 않고 특정 주파수에서 민감도가 급격히 변하는 등 심한 굴곡을 보일 수 있다. 이는 마치 "한국인의 평균 얼굴"에 개개인의 주름이나 점이 나타나지 않는 것과 같이, 평균화 과정에서 개인적인 특성이 사라지기 때문이다.

4. ISO 226:2003 표준

ISO 226은 '''표준 등청감 곡선'''을 정의하는 국제 표준이다. 정식 명칭은 "[https://www.iso.org/standard/34222.html ISO 226:2003 Acoustics — Normal equal-loudness-level contours]"이다.

이전 표준은 1956년 영국 국립 물리 연구소의 로빈슨(Robinson)과 다드슨(Dadson)이 측정한 로빈슨-다드슨 곡선을 기반으로 1965년 ISO R 226(국제 권장 규격), 1987년 ISO 226(국제 표준)으로 제정되었으나, 1980년대 이후 연구자들 사이에서 저주파수 영역의 정확성에 대한 의문이 제기되었다.

이에 국제 표준화 기구(ISO)는 일본 도호쿠 대학의 스즈키 요이치(鈴木 陽一) 교수 등이 주도한 국제 공동 연구 결과를 바탕으로 2003년 표준을 개정하여 '''ISO 226:2003'''을 제정했다.[9] 이 개정된 표준은 현재 널리 사용되는 등청감 곡선 표준으로, 이전 표준보다 더 정확한 것으로 평가받는다.

4. 1. 주요 특징



등청감 곡선은 동일한 음량으로 들리는 주파수별 순음의 음압 레벨을 연결한 곡선이다. 사람의 청각 시스템은 약 20 Hz에서 최대 약 20,000 Hz 범위의 소리를 들을 수 있으며, 나이가 들면서 고주파수 청취 능력은 감소하는 경향이 있다. 이 범위 내에서 사람의 귀는 구조적 특성(귓속의 공명과 이소골의 전달 함수)으로 인해 2~5 kHz 사이의 주파수에 가장 민감하다.[3]

최초의 등청감 곡선 연구는 1933년 플레처(Fletcher)와 먼슨(Munson)에 의해 헤드폰을 사용하여 이루어졌다. 이후 여러 연구가 진행되었으며, 1956년 로빈슨(Robinson)과 다드슨(Dadson)의 연구 결과는 오랫동안 국제 표준(ISO 226)의 기반이 되었다. 과거에는 이러한 곡선을 통칭하여 '플레처-먼슨 곡선'이라고 부르는 경우가 많았으나, 현재는 '등청감 곡선'이라는 용어가 더 일반적으로 사용되며, 플레처-먼슨 곡선은 초기 연구 결과 중 하나로 간주된다.[3]

기존 연구 결과들 간의 불일치, 특히 로빈슨-다드슨 곡선과 다른 연구 결과 사이의 차이가 지적되면서 국제 표준화 기구(ISO)는 표준 개정 작업에 착수했다. 일본 도호쿠 대학 전기통신연구소가 주도하고 독일, 덴마크, 영국, 미국 연구자들이 참여한 국제 공동 연구 결과를 바탕으로 2003년 새로운 표준인 '''ISO 226:2003'''이 제정되었다. 이 연구에서 일본은 전체 데이터의 약 40%를 제공하며 중요한 역할을 했다.[13][9]

새로운 표준(ISO 226:2003)은 이전 표준(로빈슨-다드슨 기반)과 비교할 때, 특히 저주파수 영역에서 최대 10~15 dB까지 상당한 차이를 보인다. ISO 보고서에 따르면 초기 연구인 플레처-먼슨 곡선이 로빈슨-다드슨 곡선보다 오히려 최신 표준 곡선에 더 가깝다고 평가되었다. 로빈슨-다드슨 곡선이 왜 다른 결과들과 큰 차이를 보였는지에 대한 명확한 이유는 밝혀지지 않았다.[13][6] 또한, 보고서는 A-가중 표준의 기반이 된 40-폰 플레처-먼슨 곡선이 현대적 측정 결과와 잘 일치한다는 점을 언급했다.[14][4]

ISO 226:2003 표준은 정면 방향에서 제시되는 순음에 대한 등청감 곡선을 정의하며, 일반적으로 20 Hz에서 12.5 kHz 범위의 주파수를 다룬다. 가장 낮은 등청감 곡선은 사람이 들을 수 있는 가장 작은 소리, 즉 '청취 절대 역치'를 나타내며, 가장 높은 곡선은 소리가 고통스럽게 느껴지기 시작하는 '고통 역치'에 해당한다.

4. 2. 한계

ISO 226:2003 표준으로 정의된 등청감 곡선은 여러 연구 결과를 종합하여 도출된 통계적인 평균값이다.[9] 따라서 실제 개개인의 청각 특성과는 차이가 있을 수 있다. 개인의 등청감 곡선은 표준 곡선처럼 매끄럽지 않고 주파수에 따라 민감도가 크게 변동하는, 즉 심한 고저를 보이는 경우가 많다. 이는 마치 여러 사람의 얼굴 사진을 합성하여 만든 '일본인의 평균 얼굴'에는 실제 개인의 주름이나 점과 같은 특징이 나타나지 않는 것과 유사하다.

또한, 이 표준 곡선은 주로 젊은 성인을 대상으로 한 측정 결과를 기반으로 한다. 예를 들어, 2003년 개정에 큰 영향을 미친 일본에서의 실험은 18세부터 25세까지의 피험자를 대상으로 진행되었다. 이는 10세 아동이나 노인 등 다른 연령대의 청각 특성을 대표하지 못한다. 특히, 나이가 들면서 자연스럽게 발생하는 청력 감퇴(주로 고주파수 영역에서 나타남) 현상은 이 곡선에 충분히 반영되지 못하는 한계가 있다.

5. 등청감 곡선의 활용

등청감 곡선은 인간이 주파수별로 소리의 크기를 다르게 인지하는 특성을 수치적으로 나타낸 것으로, 소리와 관련된 다양한 분야에서 중요하게 활용된다. 주요 활용 분야로는 소음 측정, 음향 기기 설계, 음향 심리학 연구 등이 있다.

특히 소음 측정 분야에서는 인간의 청각 특성을 고려하여 소음의 영향을 평가하기 위해 등청감 곡선 개념이 적용된다. 널리 사용되는 A-가중치는 초기 등청감 곡선 연구(40-폰 플레처-먼슨 곡선)를 기반으로 하지만, 특정 조건이나 복합적인 소음에 대한 인간의 실제 청감과는 차이가 있다는 연구 결과가 있다.[7] 이러한 한계를 보완하고 실제 청감에 더 가까운 측정을 위해, BBC 등의 연구를 통해 ITU-R 468 노이즈 가중치와 같은 새로운 가중치 곡선들이 개발되었다. 이 가중치 곡선들은 특히 방송 및 전문 오디오 분야에서 장비의 소음을 주관적인 청감에 맞춰 평가하고 비교하는 데 유용하게 사용된다.[8] 등청감 곡선에 대한 이해는 음향 기기의 성능을 개선하고, 작업 환경이나 생활 환경의 소음 문제를 해결하며, 소리가 인간에게 미치는 심리적 영향을 연구하는 데 기초적인 정보를 제공한다.

5. 1. 소음 측정

소음 측정에 널리 사용되는 A-가중치 곡선은 40-폰 플레처-먼슨 곡선을 기반으로 한 것으로 알려져 있다. 그러나 1960년대의 연구에 따르면, 순수한 음을 사용하여 결정한 등청감 곡선은 소음에 대한 인간의 지각과 직접적인 관련이 없다.[7] 이는 귀 안의 달팽이관이 소리의 스펙트럼 내용을 분석하기 때문인데, 각 '털 세포'는 임계 대역이라고 하는 좁은 주파수 대역에 반응한다. 고주파 대역은 저주파 대역보다 절대적으로 넓으며, 따라서 소음원으로부터 비례적으로 더 많은 에너지를 "수집"한다. 그러나 둘 이상의 임계 대역이 자극되면, 뇌로 전달되는 신호는 다양한 대역의 정보를 합산하여 소리에 대한 인상을 만들어낸다. 이러한 이유로 소음 대역을 사용하여 도출된 등청감 곡선은 순수한 음을 사용하여 도출된 곡선과 비교했을 때, 1 kHz 이상에서는 위로 기울어지고 1 kHz 미만에서는 아래로 기울어지는 경향을 보인다.

다양한 가중치 곡선이 1960년대에 개발되었다. 특히 오디오 품질 측정을 위한 DIN 4550 표준의 일부로 사용된 곡선은 A-가중치 곡선과 다르며, 약 6 kHz 부근에서 더 높은 피크를 보였다. 이는 오디오 장비, 특히 고주파가 지배적인 소음 스펙트럼을 특징으로 하는 새로 발명된 컴팩트 카세트 테이프 레코더와 돌비 노이즈 감소 장치에서 소음을 주관적으로 더 의미 있게 측정할 수 있도록 했다.

BBC 연구 부서는 방송 장비의 소음 측정 시 가장 적합한 가중치 곡선과 정류기 조합을 찾기 위해 청취 실험을 수행했다. 이 연구는 순수음이 아닌 소음의 맥락에서 다양한 새로운 가중치 곡선을 검토했으며, 소음의 주관적인 크기를 측정할 때 A-가중치보다 훨씬 타당하다는 것을 확인했다. 또한 짧은 펄스 특성 때문에 귀와 뇌가 충분히 반응할 시간을 갖지 못하는 톤 버스트(tone burst), 클릭(click), 핑크 노이즈 및 다양한 다른 소리에 대한 인간 청각의 반응도 조사했다. 그 결과는 BBC 연구 보고서 EL-17 1968/8에서 '오디오 주파수 회로의 소음 평가'라는 제목으로 보고되었다.

ITU-R 468 잡음 가중치 곡선은 이 연구를 기반으로 하며, 원래 CCIR 권고 468에서 제안되었지만 나중에 여러 표준 기관(IEC, BSI, JIS, ITU)에서 채택되었다. 이 곡선은 짧은 버스트(burst)나 클릭(click) 소리에 대한 인간의 민감도 감소를 고려하여 특별한 준 피크 검출기를 통합했다.[8] 방송인과 오디오 전문가들은 방송 경로와 오디오 장비의 소음을 측정할 때 이 가중치를 널리 사용하며, 이를 통해 서로 다른 소음 스펙트럼과 특성을 가진 장비 유형을 주관적으로 비교할 수 있다.

5. 2. 음향 기기 설계

음향 기기의 소음 성능을 평가하고 개선하는 과정에서 인간의 청각 특성을 고려하는 것은 중요하다. 소음 측정에 널리 사용되는 A-가중치 곡선은 초기 등청감 곡선 연구(40-폰 플레처-먼슨 곡선)를 기반으로 만들어졌다고 알려져 있다. 하지만 1960년대 연구에 따르면, 순수음을 사용하여 얻은 등청감 결정은 실제 다양한 주파수 성분을 가진 소음(noise)에 대한 우리의 인식과 직접적인 관련이 적을 수 있다.[7] 이는 우리 귀 안의 달팽이관이 소리를 주파수 대역별로 분석하며, 각 청각 세포는 특정 주파수 범위(임계 대역)에 반응하기 때문이다. 고주파 대역은 저주파 대역보다 넓어서 소음원으로부터 더 많은 에너지를 받아들이지만, 여러 임계 대역이 동시에 자극받으면 뇌는 이 신호들을 종합하여 소리의 크기를 인식한다. 따라서 소음을 이용해 측정한 등청감 곡선은 순수음으로 측정한 곡선과 비교했을 때, 1 kHz 이상에서는 위로, 1 kHz 미만에서는 아래로 기울어지는 경향을 보인다.

이러한 점을 고려하여 1960년대에는 다양한 가중치 곡선들이 새롭게 개발되었다. 예를 들어, 오디오 품질 측정을 위한 DIN 4550 표준의 일부로 제시된 가중치 곡선은 A-가중치와 다르며, 약 6 kHz 부근에서 더 높은 민감도를 보였다. 이는 당시 새로 등장한 컴팩트 카세트 테이프 레코더나 돌비 노이즈 감소 기술처럼 고주파수 대역의 소음이 두드러지는 오디오 장비의 소음을 실제 사람이 느끼는 것과 더 가깝게 측정하기 위한 시도였다.

영국의 BBC는 방송 장비의 소음 측정에 가장 적합한 가중치 곡선과 검출기 조합을 찾기 위해 청취 실험을 진행했다. 이 연구는 톤 버스트, 클릭, 핑크 노이즈 등 짧은 시간 동안 지속되는 소리에 대해서는 귀와 뇌가 충분히 반응할 시간이 부족한 특성을 포함하여 다양한 종류의 소음에 대한 인간 청각의 반응을 조사했다. 연구 결과, A-가중치보다 소음의 주관적인 크기를 더 정확하게 측정할 수 있는 새로운 가중치 곡선들이 제시되었다 (BBC 연구 보고서 EL-17 1968/8, "오디오 주파수 회로의 소음 평가").

이 BBC 연구 결과를 바탕으로 제안된 것이 ITU-R 468 노이즈 가중치 곡선이다. 원래 CCIR 권고 468로 제안되었으나, 이후 IEC, BSI, JIS, ITU 등 여러 표준 기관에서 채택되었다. 이 곡선은 특히 순간적인 잡음(burst, click)에 대한 인간의 민감도를 고려하기 위해 특별한 준 피크 검출기(quasi-peak detector)를 함께 사용하도록 규정하고 있다.[8] ITU-R 468 가중치는 방송 엔지니어와 오디오 전문가들이 방송 시스템이나 오디오 장비의 소음을 측정하고, 소음 스펙트럼과 특성이 다른 장비들을 주관적인 청감에 맞춰 비교 평가하는 데 널리 사용된다. 이러한 객관적인 소음 측정 기준은 음향 기기의 성능을 평가하고 개선하는 설계 과정에 중요한 정보를 제공한다.

5. 3. 음향 심리학 연구

등청감 곡선은 소리 레벨 및 소음 측정과 관련이 있다. 소음 측정에 널리 사용되는 A-가중치 곡선은 초기에 40-폰 플레처-먼슨 곡선을 기반으로 한 것으로 알려졌다. 그러나 1960년대 연구에 따르면, 순수한 톤(tone, 단일 주파수의 소리)을 사용하여 얻은 등청감 결정은 실제 소음에 대한 우리의 인식과 직접적인 관련이 없다는 점이 밝혀졌다.[7] 이는 내이의 달팽이관이 소리를 주파수 스펙트럼 내용에 따라 분석하기 때문인데, 각 "털 세포"는 임계 대역(critical band)이라고 하는 좁은 주파수 대역에 반응한다. 고주파 대역은 저주파 대역보다 절대적으로 더 넓어서, 소음원으로부터 비례적으로 더 많은 에너지를 모으게 된다. 하지만 둘 이상의 임계 대역이 동시에 자극받으면, 뇌는 여러 대역에서 오는 신호를 합쳐서 소리에 대한 전체적인 인상을 만들어낸다. 이러한 이유로 소음 대역을 사용하여 도출된 등청감 곡선은 순수한 음을 사용한 곡선과 비교했을 때, 1 kHz 이상의 주파수에서는 위쪽으로 기울어지고 1 kHz 미만에서는 아래쪽으로 기울어지는 경향을 보인다.

이러한 연구 결과를 바탕으로 1960년대에는 다양한 가중치 곡선들이 개발되었다. 특히 오디오 품질 측정을 위한 DIN 4550 표준의 일부로 제안된 곡선들은 A-가중치 곡선과 다르며, 약 6 kHz 부근에서 더 두드러진 피크를 보였다. 이는 당시 새로 등장한 컴팩트 카세트 테이프 레코더나 돌비 노이즈 감소 장치처럼 고주파 소음이 두드러지는 오디오 장비의 소음을 주관적인 청감에 더 가깝게 측정하는 데 도움을 주었다.

영국의 BBC는 방송 장비의 소음 측정에 가장 적합한 가중치 곡선과 정류기 조합을 찾기 위해 청취 실험을 포함한 연구를 수행했다. 이 연구는 다양한 새로운 가중치 곡선들을 검토했으며, 이들이 A-가중치보다 실제 소음의 주관적인 크기를 측정하는 데 훨씬 더 타당하다는 결론을 내렸다. 또한 이 연구는 짧은 펄스(pulse) 형태로 인해 귀와 뇌가 충분히 반응할 시간을 갖지 못하는 톤 버스트(tone burst), 클릭(click) 소리, 핑크 노이즈 등 다양한 종류의 소리에 대한 인간의 청각 반응도 조사했다. 연구 결과는 BBC 연구 보고서 EL-17 1968/8 "The Assessment of Noise in Audio Frequency Circuits|오디오 주파수 회로의 소음 평가영어"라는 제목으로 발표되었다.

이 BBC 연구 결과를 바탕으로 ITU-R 468 노이즈 가중치 곡선이 개발되었다. 이 곡선은 원래 CCIR 권고 468에서 제안되었으나, 이후 IEC, BSI, JIS, ITU 등 여러 표준 기관에서 채택되었다. 특히 이 곡선은 짧은 버스트나 클릭 소리에 대한 인간의 민감도가 감소하는 현상을 고려하기 위해 특별한 준 피크 검출기(quasi-peak detector)를 사용하도록 규정하고 있다.[8] 이 가중치 곡선은 방송 관계자들과 오디오 전문가들이 방송 경로 및 오디오 장비의 소음을 측정할 때 널리 사용되며, 서로 다른 소음 스펙트럼과 특성을 가진 장비들을 주관적인 청감에 맞춰 비교하는 데 유용하다.

6. 한국의 등청감 곡선 연구 및 활용

한국에서는 국제 표준인 ISO 226:2003을 기준으로 등청감 곡선을 활용하고 있다. 이 곡선은 소음 수준 측정 및 평가, 음향 기기의 설계 및 성능 평가, 청각 관련 연구 등 다양한 분야에서 중요한 기초 자료로 사용된다. 최근에는 한국인의 청각 특성을 보다 정밀하게 반영하는 독자적인 등청감 곡선을 개발하기 위한 연구도 진행되고 있다.

참조

[1] 간행물 Equal-loudness-level contours for pure tones 2004
[2] 문서 Loudness, its definition, measurement and calculation 1933
[3] 웹사이트 Fletcher Munson Curve: The Equal Loudness Contour of Human Hearing https://ledgernote.c[...] 2017-11-16
[4] 간행물 ISO 226:2003 http://www.nedo.go.j[...]
[5] 문서 A re-determination of the equal-loudness relations for pure tones http://www.iop.org/E[...] 1956
[6] 웹사이트 Precise and Full-range Determination of Two-dimensional Equal Loudness Contours http://www.nedo.go.j[...]
[7] 간행물 Researches in loudness measurement https://ieeexplore.i[...] 1966-09
[8] 간행물 A measurement of equal-loudness level contours for tone burst https://www.jstage.j[...] 2001
[9] 간행물 Equal-loudness-level contours for pure tones 2004
[10] 저널 Equal-loudness-level contours for pure tones https://pubmed.ncbi.[...] 2004
[11] 문서 Loudness, its definition, measurement and calculation 1933
[12] 문서 A re-determination of the equal-loudness relations for pure tones http://www.iop.org/E[...] 1956
[13] 웹사이트 Precise and Full-range Determination of Two-dimensional Equal Loudness Contours http://www.nedo.go.j[...]
[14] 인용 보관된 사본 http://www.nedo.go.j[...] 2022-04-14


본 사이트는 AI가 위키백과와 뉴스 기사,정부 간행물,학술 논문등을 바탕으로 정보를 가공하여 제공하는 백과사전형 서비스입니다.
모든 문서는 AI에 의해 자동 생성되며, CC BY-SA 4.0 라이선스에 따라 이용할 수 있습니다.
하지만, 위키백과나 뉴스 기사 자체에 오류, 부정확한 정보, 또는 가짜 뉴스가 포함될 수 있으며, AI는 이러한 내용을 완벽하게 걸러내지 못할 수 있습니다.
따라서 제공되는 정보에 일부 오류나 편향이 있을 수 있으므로, 중요한 정보는 반드시 다른 출처를 통해 교차 검증하시기 바랍니다.

문의하기 : help@durumis.com