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홈 시네마가 영화관과 같지 않은 이유: 소리와 영상의 과학

심심해❤️

8 1380 11 2024.05.21 17:31

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홈 시네마가 영화관과 같지 않은 이유: 소리와 영상의 과학

몰입감 넘치는 경험의 열쇠와 공감각의 효과

최고의 화질과 음질에 열광하는 우리 모두는 집에서도 좋은 영화관과 비슷한 경험을 홈 시네마에서 누릴 수 있기를 원합니다. 하지만 가정에서 상업용 영화관의 감각적 효과를 구현하는 것은 쉽지 않습니다. 일부 기능은 공간의 물리적 크기와 평방미터 때문에 구현이 불가능하기도 합니다.

"훌륭한 사운드 이미지"를 구현하려면 잘 알려지지는 않았지만 그다지 중요하지 않은 여러 요소를 고려해야 합니다. '사운드 이미지'라는 개념은 아름답고 원하는 시청각 경험을 완벽하게 결합합니다.

상업용 홀과 우리 집 사이의 가장 관련성이 높은 차별화 요소를 다음과 같은 목록으로 요약할 수 있습니다:

1. 실내 음향

2. 장비의 적절한 설계 및 설치

3. 구성 및 보정

4. 사운드 믹싱(영화관과 가정에서 다른 점)

5. 장비 전자 장치

이 글에서는 주로 처음 세 가지 요소에 초점을 맞출 것입니다.

여전히 많은 상업 영화관에서는 사운드 시스템의 물리적 크기가 화면에 비해 작기 때문에 사운드 경험이 영상 경험과 일치하지 않습니다. 이것은 순전히 물리적 문제이므로 자체 과학 법칙의 적용을 받습니다. 사운드 설치가 65인치 또는 77인치의 최첨단 QD-OLED 또는 100인치 이상의 홈 프로젝션을 방해하는 많은 홈 시네마에서도 마찬가지입니다.

다시 말해, 사용자가 좋아하는 음악, 영화 또는 시리즈를 77인치 QD-OLED를 통해 TV의 스피커나 영상 가격의 3%도 안 되는 스피커를 통해 듣는다면 해당 콘텐츠를 방해하는 것입니다. 원본 사운드 믹스의 30%? 아니면 35%? 이는 비대칭적이고 작으며 불균형적인 경험입니다.

사실 소형 라우드스피커 시스템은 역제곱 법칙(이 법칙에 대해서는 나중에 자세히 설명하겠습니다)에 따라 음파가 사라지고 잔류 음장에서 희석될 때까지 점원처럼 음파를 산란시킵니다. 반면 이미지는 화면의 전체 표면에서 방사되어 어느 위치에서 보더라도 선명하고 적절하게 유지됩니다.

영화관의 힘은 (무엇보다도) 스크린에서 볼 때 이미지가 벽에서 벽으로, 바닥에서 천장으로 거의 가득 차고 나머지는 어둡다는 사실에 기반합니다. 그렇다면 작은 저음질 사운드 시스템의 한계를 없애고 경험 측면에서 영상만큼 큰 사운드를 만들어 보는 것은 어떨까요?

언젠가 가까운 산이나 숲, 강이 있는 곳에서 하이킹이나 트레킹을 할 때 그 사운드 스케이프를 녹음해 보세요. 그 장면을 구성하는 모든 소리에 주의를 기울이면서 사운드 몰입의 폭과 높이에 걸쳐 미묘한 차이와 디테일을 구분해 보세요. 나중에 집에서 사운드 시스템에서 재생해 보세요.

대부분의 경우 기억을 통해서만 알아볼 수 있을 것입니다. 앰프의 볼륨을 높인다고 해서 더 실감나게 들리지는 않습니다. 작은 로파이 사운드 시스템의 한계를 없애고 실내 음향의 최적화, 장비의 올바른 설치, 최종 구성 및 캘리브레이션을 통해 실제와 같은 사운드를 구현할 수 있습니다.

비디오 및 오디오 거리의 제곱의 역법칙

지금쯤이면 독자의 일부가 포기했을 수도 있습니다. 이해할 수 있습니다. 그러나 파동 역학에서 역제곱 법칙은 소리나 빛과 같은 파동이 모든 방향으로 동일하게 전파되는 경우 파동의 강도는 파동이 시작된 중심으로부터의 거리의 제곱에 반비례한다고 말합니다.

이 멋진 그래프에서 볼 수 있듯이, 점 소스에서 나오는 플럭스를 나타내는 선에는 두 가지 이벤트가 발생합니다. 첫째, 위에서 언급한 법칙에 따라 에너지의 강도가 감소하고 둘째, 거리가 증가함에 따라 플럭스 선의 밀도가 감소합니다.

출처: 드 보브, CC BY-SA 3.0 선은 점 소스에서 나오는 플럭스를 나타냅니다. 플럭스 선의 밀도는 거리가 증가함에 따라 감소합니다.

시공간 축이 완벽한 유클리드 필드에 있지 않으면 직선이 아니라 곡선으로 나타나기 때문에 이것은 가장 간단한 부분이지만 복잡해집니다. 하지만 아인슈타인(과 뉴턴)에 대해 더 자세히 알고 싶다면 '오펜하이머' 또는 크리스토퍼 놀란의 '인터스텔라'를 시청하는 것이 좋습니다.

문제의 핵심으로 돌아가서 역제곱 법칙은 점 광원에 의해 방사되는 에너지를 말합니다. 이제 빛에 대해서만 집중적으로 설명해 보겠습니다. 반사된 빛(이미지)이 스크린에서 방사될 때 역제곱 법칙은 스크린이 아니라 프로젝터, 일반적으로 영화관 뒤쪽(또는 리어 프로젝션인 경우 스크린 뒤쪽의 한 지점에서 같은 거리)에서 시작됩니다.

예를 들어 이를 '번역'해 보겠습니다. 3,000니트를 방출하는 TV가 있고 스크린에서 1미터 떨어진 곳에 앉아있고 뒤에 있는 사람이 2미터 떨어진 곳에 앉아 있다고 가정해 보겠습니다. 역제곱 법칙은 다음 공식으로 계산됩니다:  강도= 1 / 거리².  따라서 이 공식을 적용하면 첫 번째 시청자는 1/1² 또는 해당 니트의 100%의 강도를 받지만 두 번째 사람은 1/4과 동일한 1/2², 즉 25% 또는 750니트를 받게 됩니다. 3미터 떨어진 곳에 세 번째 시청자가 있는 경우 1/3²를 계산하면 11% 또는 330니트와 동일합니다.

출처: blogdelfotografo.com

비디오 및 오디오 애호가가 이러한 물리 법칙을 고려하지 않으면 완전한 시청각 경험을 홈 시네마로 전송하기 어려울 것입니다.

영화관의 이미지

우리는 너무 당연해서 주의를 기울이지 않는 또 다른 사실을 계속 이어갑니다. 영화관의 어느 곳에 앉든 스크린의 투사 된 이미지는 항상 크게 보입니다. 스크린에서 몇 줄 더 떨어져 있을 수도 있고 더 가까이 있을 수도 있지만 15미터의 대형 스크린은 항상 크게 느껴집니다. 55인치 TV에서 10미터 떨어진 곳에 서 있으면 무슨 일이 있어도 작은 화면이 보입니다. 이것이 홈 시네마가 대형 극장에 가는 것과 같은 경험을 만들 수 없는 또 다른 이유입니다.

77인치 OLED TV를 상업용 영화관에 설치한다고 상상해 보세요. 밝기를 3,000니트까지 올리면 화면이 더 커 보일까요? 소리도 마찬가지입니다. 볼륨이 커지고 데시벨이 높아진다고 해서 소리가 더 좋아지는 것은 아닙니다. 하지만 많은 사람들이 오디오 시스템에 대해 잘못 알고 있는 것이 바로 이 점입니다.

작은 홈시어터 사운드 시스템을 스크린 뒤에 놓고 단순히 볼륨을 높인다고 해서 대형 영화관 사운드 시스템처럼 들리지 않습니다. 볼륨을 높여야만 작은 사운드 시스템처럼 들릴 뿐입니다. 이제부터는 전파 방향과 음파의 방사 영역에 대해 이야기해야 합니다. 그리고 무엇보다도 이를 음량이나 인지된 볼륨과 혼동하지 말아야 합니다. 우리는 좋은 사운드 이미지를 얻는 방법을 이해하는 데 점점 더 많은 진전을 이루고 있습니다.

파장 전파

다양한 색상의 빛의 파장 차이는 약 1/2 마이크로미터인 1옥타브 미만입니다. 화면의 모든 빛은 조사 면적(화면 크기)에 비해 매우 작은 비슷한 파장으로 방사된다고 가정할 수 있습니다. 따라서 이미지는 화면 크기 및 관찰 거리와 관련하여 일관성을 유지합니다.

그러나 소리는 그렇지 않습니다. 소리는 초당 약 344미터의 매우 낮은 속도의 운동 에너지(공기의 진동)입니다. 10Hz 단파장의 파장은 34미터, 100Hz 파장의 파장은 3.4미터, 10kHz 고음의 파장은 3.4센티미터입니다. 이는 100대 1 또는 거의 10옥타브에 달하는 큰 비율의 차이입니다(사람이 볼 수 있는 빛의 진폭이 1옥타브인 것과는 대조적임).

사운드 이미지(분산 및 전파)가 전체 주파수 및 동적 범위에서 일관성을 유지하려면 음향 방사 직경이 파장과 거의 같아야 하며, 옥타브가 감소할 때마다 직경이 2배씩 증가해야 합니다. '미션 임파서블: 레썰 센텐스' 4K 블루레이의 인상적인 LFE 채널에서 보았듯이 라우드스피커는 20Hz에서 17미터에 해당하는 파장을 가진 화면만큼 커야 하기 때문에 이 상상의 이상은 불가능합니다.

홈 시어터 스피커의 평균 크기는 4~8인치(10~20cm)입니다. 가장 낮은 주파수의 파장은 스피커 직경보다 약 10~100배 더 큽니다. 10미터 콘이 달린 라우드스피커로 기본 100Hz를 재생할 수 있는 스피커가 있나요? 더 높은 주파수(고음)의 파장은 스피커 콘의 직경보다 약 1/10~1/2 정도 작습니다.

따라서 사운드 이미지는 주파수 스펙트럼 전체에 걸쳐 일관성이 없으며 저음과 고음 사이의 스펙트럼 균형이 출력에 따라 달라집니다. 즉, 실내 분산이 좋지 않습니다.

콘, 혼 및 라우드스피커

이 시점에서 압축 드라이버가 장착된 혼과 전면 콘을 구분할 필요가 있습니다. 후자는 전통적인 라우드 스피커이므로 소개가 필요하지 않습니다. 혼은 또 다른 음향 기술입니다. 콘이나 돔을 사용하여 실내의 음압 변화를 만드는 대신 모터 또는 드라이버를 사용하여 압축 챔버와 작고 가벼운 다이어프램을 갖춘 특수한 유형의 전기 역학 라우드 스피커입니다.

일종의 지수형 혼에 고정하도록 설계된 구조로 제작됩니다. 지수형 혼과 연결된 압축 드라이버는 기존 트랜스듀서보다 훨씬 높은 효율을 제공하므로 주어진 입력에 대해 높은 출력 레벨을 허용합니다. 품질과 디자인이 좋지 않으면 신호의 다이나믹 레인지가 줄어들고 사운드의 색이 변하는 경향이 있습니다.

유럽의 평균적인 상업용 영화관 사운드 시스템은 일반적으로 15인치 콘이 두 개 있는 라우드스피커로 구성됩니다. 이는 저음 파장에 비해 크기가 작은 반면, 고주파 콘 또는 혼은 고주파에 맞춰져 있으며 전면에 장착된 15인치 라우드스피커와는 다른 동작을 합니다. 기존(전면) 콘 스피커의 저주파 에너지는 출력이 높아져도 뒤처지고 악화됩니다.

이론적으로 혼 입구의 음파는 전면 로드형 콘 스피커에서 나오는 음파만큼 곡선을 그리지 않습니다. 혼에서 나오는 음파는 화면과 비슷하지만 규모는 작지만 더 큰 표면에서 방사되는 것처럼 약간 더 직선적으로 보입니다. 그렇기 때문에 고주파 혼은 전면 로드형 콘 스피커에 비해 전방으로 투사되는 사운드 이미지가 더 선명하고 선명하게 보입니다.

대부분의 시네마 사운드 시스템은 15인치 전면 장착 스피커를 사용하는 2웨이 패시브 방식이므로 고주파 혼에서 가능한 한 많은 사운드 스펙트럼을 얻고 높은 지향성을 활용하는 것이 가장 좋습니다. 대부분의 2인치 압축 드라이버 제조업체는 지정된 출력에서 800Hz 이상의 크로스오버 주파수를 권장합니다.

크로스오버 주파수가 500Hz인 라우드스피커

2웨이 라우드스피커 시스템 설계자가 혼 압축 드라이버의 출력을 지정된 출력의 절반 이하로 제한하려는 경우 드라이버 진동판이 손상될 위험이 있기 전에 크로스오버를 500Hz로 낮출 수 있습니다. 이를 위해서는 혼의 길이와 입구가 일반 혼보다 커야 하며, 장투사 또는 일정한 지향성 혼이라고도 합니다.

따라서 가까운 거리에서 들을 수 있도록 짧은 분산 또는 단거리 혼을 사용하고, 매끄러운 표면에서 반사되는 소리의 영향을 완화하기 위해 실내를 음향적으로 처리하는 것이 권장되는 이유입니다. 더 큰 공간과 더 큰 입방미터의 공간에는 장거리 스피커를 사용해야 합니다.

과거의 많은 훌륭한 사운드 시스템(저는 광화학 프로젝션 및 아날로그 사운드 시대, 즉 1992년 이전을 말합니다)은 양방향 패시브 방식이었으며 15인치 저주파 스피커에 대형 혼 배플이 있었습니다. 이는 상단의 고주파 혼과 비슷한 지향성과 효율성을 달성하는 데 도움이 되었습니다. 초기 튜브 앰프의 정격 출력은 약 30~60와트였기 때문에 엔지니어들은 가능한 한 가장 효율적인 라우드스피커 시스템을 설계해야 했습니다.

당시에는 오늘날의 대부분의 소형 영화관 사운드 시스템에 비해 전반적인 음질이 주파수 범위 전반에 걸쳐 더 균일해 보였습니다. 즉, 사운드 스테이지가 스크린의 이미지와 동일한 것으로 인식되었습니다.

최고의 영화관 및 홈 시네마 사운드 시스템

이제 21세기에는 이미지의 차원과 사운드의 차원을 동일하게 만드는 목표를 향해 노력해야 합니다. 이것이 바로 서로 다른 두 감각을 함께 인식하는 공감각의 효과입니다. 공감각은 영화관과 홈 시네마에서 최고의 감각을 경험하는 데 중요한 역할을 합니다. 좀 더 구체적으로 말하자면, 사운드가 이미지와 일치하여 어느 공간에서든 두 가지가 같은 비율로 나타나도록 하는 것이 목표입니다.

레나드 4K 사운드 시스템: 스피커 시스템이 매우 크고 화면 크기의 70%를 차지합니다.

존 버넷과 로드 엘리엇의 놀랍도록 깊고 상세한 연구에 따르면 이 구성은 사운드 스펙트럼을 4개의 섹션으로 나누어야 한다고 가정합니다. 라우드스피커는 각 섹션에서 사운드 스펙트럼의 다양한 파장을 처리해야 합니다.

700Hz 이상에서는 압축 드라이버와 혼이 더 높은 주파수의 작은 파장에 이상적입니다. 700Hz 이하에서는 300석 이상의 대형 극장에서 15인치 라우드스피커를 혼 모양의 인클로저에 배치하여 고주파 혼과 일치하도록 유효 방사 면적과 지향성을 높여야 합니다. 100Hz 이하에서는 파장이 너무 길기 때문에 바닥과 벽이 혼 라우드스피커 인클로저의 연장선 역할을 하여 지향성을 유지할 수 있습니다.

그 결과 화면 영역의 약 70%를 4-섹션/웨이 스피커로 커버하는 레나드 4k 사운드 시스템이 탄생하여 위의 모든 사항을 달성할 수 있게 되었습니다:

- 사운드의 차원이 화면의 차원과 일치합니다.

- 모든 주파수에서 왜곡 최소화

- 시청자의 청각적 피로 최소화

- 사운드 장면의 3D 현실감

- 공간 전체에 걸쳐 모든 주파수에서 균일한 분산

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