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디지털 오디오 레벨미터에 이어 레벨 캘리브레이션과 게인 스테이징을 알아봅니다

 

사실 디지털 환경에서는 아날로그 환경에 비해 기준 레벨의 의미가 적은 편이나

아날로그와 디지털이 만나는 시점인 AD/DA변환이 존재하기 때문에 이에 관련된 몇 가지 부분을 생각해봤으면 합니다

 

여기서 레벨 캘리브레이션과 게인 스테이징이라는 단어가 나오는데.. 다음과 같이 요약 할 수 있습니다

  • 레벨 캘리브레이션(Level Calibration) : 테스트 톤을 기준으로 서로 다른 기기들의 미터가 특정 값으로 측정되게 보정하는 작업
  • 게인 스테이징(Gain Staging) : 실제 오디오 신호가 기준 레벨이 되도록 감쇠 또는 증폭하는 작업

 

게인 스테이징을 하더라도 레벨 캘리브레이션을 한 다음에 게인 스테이징하는 것이 더 효과적이며

테스트 톤이 아닌 신호는 서로 다른 측정 알고리즘에 따라 측정값들의 연관성이 떨어질 수 있는 것을 고려해야 합니다

 

 

1. 아날로그 레벨 칼리브레이션 : 0VU의 의미

1_vu_meter.jpg

 

- VU Meter, 바늘이 0VU를 가리키고 있는 상황 -

 

0VU = 기준으로 하고있는 기준 레벨 (+4dBu 또는 -10dBV 등)

 

아날로그에서 주로 사용되는 기준 레벨로는 +4dBu(1.228V RMS) 또는 -10dBV(0.32V RMS)가 있고, +0dBu나 +6dBu를 사용하는 경우도 있습니다

지금은 +4dBu를 기준으로 설명하지만, 다른 레벨을 기준으로 했을 때는 해당 기준으로 대체하고 생각하시면 됩니다

 

만약 하드웨어에서 정하고 있는 캘리브레이션 방법을 따르는 것이 좋으며..

보통은 세팅을 초기값, 중립(레벨의 증감이 되지 않도록)으로 설정하고, +4dBu의 테스트톤[1KHz 또는 400Hz Sine파]을 보냈을 때

기기의 입력/출력 VU미터는 0VU가 되면서 기기 Output으로 나가는 신호는 +4dBu가 되도록 입력/출력/VU미터를 조정합니다

 

다시 이야기하면.. 테스트톤 +4dBu를 입력했을 때 0VU로 미터링되고 입력받은 레벨 그대로 +4dBu로 출력하는 상태가 됩니다

 

테스트톤 출력과 측정 장비의 정확함/정밀함에 따라 정도 차이가 있겠지만

레벨 캘리브레이션을 하는 것으로 같은 모델 하드웨어끼리의 레벨 편차가 줄어들고

시그널 체인을 바꿔서 어느 기기를 연결하더라도 기본 세팅에서는 레벨의 증감이 발생하지 않게 됩니다

또, 이상이 있는 기기를 발견하고 점검할 수도 있을 것입니다

 

 

2. 아날로그 게인 스테이징 : 0VU를 기준으로 지키기

 

2_signal_flow.jpg

- 시그널 플로우의 예, +4dBu -


위 이미지의 예에서는 아래와 같은 구간에서 0VU를 지키게 됩니다

  • 아주 작은 마이크 신호를 프리앰프에서 기준 레벨(0VU)로 증폭, 각 채널에서의 신호들은 0VU를 기준으로
  • 메인 출력이 0VU가 되는 것을 목표로 채널들이 모이는 믹싱 콘솔 페이더에서 레벨 조절
  • Inserts를 포함한 아웃보드들은 0VU로 받아 0VU로 보내기

 

테스트톤이 아닌 일반적인 신호로 운용하는 상황에서도 기준 레벨, 0VU를 기준으로 합니다

일반적으로 노이즈 플로어의 비율이 너무 높지도 않고, 클리핑, 디스토션이 발생하지 않는 레벨을 유지하며

비슷한 레벨로 비교하면서 사운드 차이만을 집중할 수 있게 되는 이점이 있습니다
 

다만 낮은 헤드룸을 가진 기기, 신호의 특징 등으로 클리핑 현상이 발생한다면 클리핑을 우선적으로 피하는 것이 좋으며

드럼처럼 Transient에 에너지가 집중된 빠른 사운드의 경우 VU미터보다 PPM미터를 사용하기도 합니다

 

그리고 녹음할 때 프리앰프 게인을 조절하면 캐릭터가 변할 수 있는 것에 주의할 필요가 있고

0VU를 맞추는 것에만 너무 과하게 집중한 나머지, 테이크마다(또는 실시간으로) 조절하는 것은 지양하는 것이 좋습니다

 

 

3. 디지털 : AD/DA에서 0VU로 정렬하기와 방송표준

디지털 자체는 특정 dBFS와 아날로그 신호 레벨간 변환할 수 있는 절대적인 개념은 없고

헤드룸을 건드리지 않는 한 신호가 가장 클 때 데이터를 가장 많이 사용해 표현할 수 있어 유리할 수 있지만

아날로그 신호와 디지털 신호 간의 변환이 있는 AD/DA 변환과정에서 아날로그와의 접점이 있을 수밖에 없습니다

 

 

3_ebu_r68.jpg

- EBU R68 : https://tech.ebu.ch/docs/r/r068.pdf / Alignment Level(AL) = 0VU = -18dBFS -

- 각 16/18/20/24 Bit Depth에서 최대 표현이 0dBFS(좌)일 때, Audio Alignment Level은 -18dBFS(우) -

 

이러한 부분에 대해 완전히 통일된 변환 기준이 있는 것은 아니지만,

헤드룸과 노이즈 플로어가 적절한 레벨의 범위 안에서 0VU(+4dBu 등)가 특정 dBFS가 되도록

EBU R68, SMPTE RP155를 비롯한 여러 방송 표준 등의 가이드라인에서 제시하고 있습니다

 

방송표준 등의 가이드라인 : 아날로그 기준 레벨(+4dBu 등) = 0VU = 특정 dBFS

 

 

4_output.png

- 오디오 인터페이스 DA 사양의 예 -

- 이를 무시하고 보정 없이 -20dBFS로 운용한다면..? 약 -1dBu = 0VU = -20dBFS로 운용하는 것과 마찬가지 -

 

 

아주 작은 시스템, 마이크와 오디오인터페이스를 가지고 녹음을 하는 상황에서도

마이크의 신호가 프리앰프로 증폭되고 AD 변환되기 전까지는 보통 아날로그의 영역으로 볼 수 있는데..

문제는 오디오 인터페이스 AD/DA들의 기준 레벨을 조절하지 못하고 방송 표준과 맞지 않는 경우입니다

 

디지털에서도 방송 표준등에서 정한 방법으로 정렬하고, 게인 스테이징을 하는 것이 더 효과적인 것은 마찬가지인데..

아무런 보정 없이 특정 dBFS RMS에 맞추는 것은 애초에 아날로그 레벨부분은 지키지 않는 방법이라 권장하기 어렵고

디지털에서 보정한다면.. 불필요한 손실과 다이나믹 레인지의 축소가 될 수 있습니다

(서로 다른 기준을 사용하는 작업환경 간에 주고받을 때도 전혀 안 맞을게 아니라 보정을 해주면 됩니다)

 

특정 방송표준을 반드시 지켜야할 의무가 없다면,

차라리 AD/DA 제품사양에 맞는 기준으로 기록하고 운용하는 것도 한 방법이 될 수 있습니다

(테스트톤으로 측정을 하면 기기의 실제 상황을 더 잘 알 수 있습니다)

 

만약 VU미터/PPM미터를 활용한 것과 비슷하게 디지털 RMS/Peak미터를 활용한다면..
디지털 RMS 레벨미터가 AES-17(+3dB 보정) 표준으로 작동하지 않을 경우 3dB 낮게 표시되는 것에 주의 바랍니다

 

 

4. 마치며...

디지털 작업 중에 있어서 AD/DA변환 외에도

아날로그 모델링 플러그인마다 서로 다른 헤드룸이 존재하거나 조절할 수 있는 경우도 있는데.. (AD/DA와 무관함)

보통 플러그인에서는 노이즈 플로어 없이 작동하므로 좀 더 자유로운 편이라고 생각할 수 있습니다

 

추가로 스피커를 통해 나오는 레벨에 대해서도

테스트톤[1kHz Sine파 또는 핑크노이즈]이 (특정 dBFS =) 0VU = 특정 dBSPL가 되도록 하는

K-System나 Dolby의 기술문서, 스피커 매뉴얼에서의 권장 등이 있는데 주로 80~50 dBSPL(C-Weight) 정도입니다

 

 

마지막으로.. 이렇게 레벨 캘리브레이션과 게인 스테이징에 대해 알아봤는데..

단순히 따라가기보다는 아래 위주로 생각하였으면 좋겠습니다

  • 아날로그 하드웨어와 아날로그 모델링 플러그인의 헤드룸을 고려하는 것
    • 신호가 너무 커서 헤드룸을 넘어 클리핑 현상을 발생시키지 않는 것 (주로 Peak 레벨미터로 확인)
    • 신호가 너무 작아서 신호에 비해 노이즈 플로어의 비율이 너무 높지 않게 하는 것
  • 사운드를 비교할 때 비슷한 레벨로 두어서, 사운드의 차이와 음량의 차이를 혼동하지 않는 것
  • AD/DA의 사양을 고려하면서 일정한 기준을 가지고 아날로그 하드웨어와 디지털 소프트웨어 사이를 쉽게 전환하는 것

 

참고

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