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LUFS는 Loudness Meter에서 사용하는 단위이며, 청감적인 부분이 반영된 측정 방법이 사용됩니다

 

간단히 설명하면 청감적인 주파수응답을 반대로 반영한 Filter를 적용하고, RMS에서 제곱근(Root) 계산이 없는 Mean Square 계산이라고 할 수 있고, 여기에 채널에 따른 보정/합산 그리고 Gate가 더해집니다

 

LUFS 미터를 사용하면 Momentary(0.4초), Short-Term(3초), Integrated(전체 시간)로 표시하는데

흔히 LUFS를 말할 때 Integrated, 전체 시간을 말하고, 방송표준 등에서도 주로 Integrated를 기준으로 합니다.

 

 

LUFS 알고리즘은 ITU-R BS.1770에 나오는 라우드니스 측정 알고리즘입니다

ITU에서는 LKFS라는 이름을 사용하지만, EBU에서 LUFS라는 부르는 것을 제안하였고

LKFS와 LUFS는 동일합니다

여기서 ITU는 이 문서를 만든 국제전기통신연합(International Telecommunication Union)이고, R은 Radiocommunication Recommendation, BS는 Broadcasting service (sound)의 약자입니다. 즉, 방송 서비스 중 사운드에 관한 ITU의 권고이며, LUFS 알고리즘은 여기서 나오는 라우드니스 측정 알고리즘입니다

 

 

1. K-weighting filter

Lindos1_small.png

- 등청감 곡선(붉은선), ISO 226:2003 -

 

인간이 소리를 들을 때는 주파수마다 동일하지 않는 레벨로 인지하게 됩니다

이러한 것을 분석해 정리한 곡선을 플레쳐 먼슨 곡선, 라우드니스 곡선, 등청감 곡선이라고 부릅니다

 

LUFS를 측정할 때는 pre-filter(High Shelving Filter)와 RLB Filter(High Pass Filter) 필터를 사용해

등청감 곡선과 반대로 작용하게끔 만드는 K-weighting filter를 사용합니다

 

lufs_k_filter_2.jpg

- K-weighting filter, ITU-R BS.1770-4 -

 

 

2. Mean Square 계산 및 보정

RMS와 비슷하지만 Root(제곱근) 계산이 없는 제곱평균(Mean Square) 계산을 하고, 0.691이라는 상수를 곱합니다

여기서 0.691이라는 값은 -0dBFS 1kHz(997Hz)의 Sine파가 -3.01LUFS로 측정되도록 보정하는 값입니다

 

이후 채널별로 합산을 하는데 L/R/C는 그대로, Ls/Rs는 1.41배(약 +1.5dB)하는 추가 보정이 더해진 후, 합산이 됩니다

스테레오(L/R)의 경우 -0dBFS 1kHz(997Hz)의 Sine파가 -0 LUFS로 측정되는 것입니다

 

각기 다른 알고리즘으로 작동하는 디지털 미터(Peak, RMS[AES17], LUFS)들이 

스테레오 1kHz(997Hz)의 Sine파의 경우에 한해서 같은 수치로 표시하게 됩니다

 

1khz_sine.jpg

- 스테레오 1kHz(997Hz), Sine파에 대한 Peak, RMS, LUFS -

 

 

3. Momentary/Short-Term/Integrated(+Gate)

본래 ITU-R BS.1770은 프로그램 전체의 라우드니스를 측정하기 위한 알고리즘이며

EBU Tech Doc 3341-2016와 ITU-R BS.1771에서 Momentary/Short-Term/Integrated를 이렇게 정하고 있습니다

  • Momentary : 0.4초, not Gated
  • Short-Term : 3초, not Gated
  • Integrated : 프로그램 또는 Segment별, ITU-R BS.1770-4와 동일하게 Gate 사용

 

여기서 Gate는 400ms 블럭이 특정 조건일 때 Integrated계산에 포함시키지 않는 것으로

방송프로그램 중 작은 신호가 전체 레벨에 영향을 주지 않게 됩니다

  • 1단계 : 절대적으로 -70LUFS이하의 경우 Integrated에 미포함 (EBU Tech Doc 3343에 의하면 무음으로 판단)
  • 2단계 : 상대적인 Gate, 1단계를 적용해 측정한 레벨(LUFS)에서 -10의 Threshold로, Integrated에 미포함

 

lufs_gate_small.png

- EBU Tech Doc 3343-2016, Explanation of the relative gating measurement -

 

위 그림은 2단계 상대적인 Gate가 작동하는 방법을 보여주는 예제입니다

 

녹색선이 1단계 절대적인 -70LUFS 를 통과한 측정 값으로 -26 LUFS 정도로 측정하였고,

노란색선은 2단계 -26LUFS보다 상대적으로 -10인 -36LUFS의 Threshold를 둡니다

2분과 3분의 Gate Threshold 이하의 블록은 포함하지 않고, -25.2 LUFS로 측정하게 됩니다

 

 

4. 마치며..

lkfs_law.jpg

- 디지털 텔레비전 방송프로그램 음량 등에 관한 기준, 과학기술정보통신부 고시 제2018-39호, 제2장 제3조 -

 

 

앞서 살펴봤듯이 LUFS는 청감적인 주파수응답을 반대로 반영한 필터가 적용된 미터입니다

 

개별 트랙/채널에서 LUFS를 참조할 수도 있으나, 대부분의 하드웨어 장비나 플러그인들은 보통 라우드니스와 관련된 주파수 필터가 반영되어 작동하지 않기 때문에 이 부분에 대해서는 Peak, RMS레벨미터 등을 참조하는 것이 바람직하며, LUFS는 주로 최종적인 라우드니스를 결정하는데 사용하는 것이 용이 할 것입니다

 

국내 디지털 방송(-24 LKFS, 허용오차 ±2dB)을 포함한 세계방송표준이나, 각종 매체표준, 권고사항 등에서 일정 오차 내의 LUFS와 True Peak 제한을 두고 있습니다. 해외 스트리밍 서비스 등에서도 정확한 알고리즘을 공개하지 않았지만 여러 분석을 통해 -13~14LUFS주변, 그리고 -1dBTP 수준으로 노멀라이징을 하는 것으로 알려져 있습니다

 

 

여기에 덧붙여서 특정 LUFS의 기준을 0으로 표시하는 미터가 바로 LU미터(ITU-R BS.1771)이며, ITU-R BS.1864의 target인 -24LKFS가 0LU 입니다. EBU모드 역시 EBU의 -23LUFS의 기준을 0LU으로 표시하는 모드입니다

 

 

참고

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