전기 확성 장치의 안정적 확성 이득과 PAG, NAG, EAD

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전기음향 확산 조건

PAG는 스피커로 확성할 때 하울링이 발생하지 않는 거시적인 확성 이득 기준을 제공해 줍니다. 이를 계산하기 위해 EAD, NAG, NOM을 이용합니다.  

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EAD

우선 고려해야 할 내용은 음향 등가 거리(equivalent acoustic distance, EAD)입니다.  EAD는 소음환경에서 대화가 가능한 거리를 결정합니다. 아래 그림을 보면 소음 환경에 따라 음성의 음압레벨과 이를 같은 특성으로 청취하는 거리에 대한 표입니다. 

일반적으로 소음이 작고 편안한 음성으로 전송이 가능한 거리 EAD=0.7~1m 정도입니다. 상상해 보세요 사람 사이의 대화를 할 때 거리가 어느 정도 인지요, 소음이 많은 공간에서는 가깝게 앉아서 대화를 하려고 할 것입니다. 그렇다고 소음이 없는 공간에서 너무 멀리 떨어져 있다면 청취가 부자연스럽기 때문에 좀 더 다가와서 대화를 할 것입니다. EAD는 이와 같이 대화를 위한 적합한 거리 조건을 제공해 줍니다.  

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NAG, PAG

EAD와 NAG

EAD와 같은 특성으로 $D_0$위치의 청취자에게 음성을 얼마나 확성해야 하는지 필요 음향 이득(needed acousitc gain, NAG)이 제공해 줍니다. 예를 들어 소음 환경에서 EAD=1m로 하여 청취하는 특성을 결정하면 아래의 공식으로 계산하면 됩니다.  이때 NOM(Number of Microhpone)은 사용되는 마이크의 수입니다. 많은 수의 마이크를 사용할수록 불리해집니다. 

NAG의 공식을 보면 EAD를 고려한 음향이득 값으로, 가깝고 멀리 떨어져 있는 청취자 사이의 이득을 의미합니다.  

 

PAG

잠재적 음향 이득 (Potential acoutic gain, pag)은 하울링이 발생하지 않는 조건의 음향 이득입니다. 즉 위의 전기적 확성장치에서 발성자, 마이크, 스피커, 청취자의 위치 정보를 기반으로 하울링이 발생하지 않는 최대 이득 값을 제공해 줍니다. 

안정적인 확성 조건

안정적으로 확성하려면 $PAG> NAG$를 만족해야 합니다. 그러므로 스피커 위치와 마이크 위치를 결정할 때 PAG와 NAG가 정보를 제공합니다.

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PAG의 개선 

위의 PAG 식은 거시적인 정보를 제공하기 때문에 몇 가지 단점이 있습니다. 일단 실내 울림(잔향)에 대한 정보가 포함되어 있지 않아, 명료도에 대한 반영이 없습니다.(실내 잔향과 명료도의 관계를 고려하면 확성 가능한 거리를 계산할 수 있습니다.) 또 마이크와 스피커의 지향 특성, 주파수별 특성을 전혀 반영하지 않고 최악의 조건으로 계산을 합니다. 

이를 해결하기 위해 개선된 계산 방법이 있지만, 여전히 PAG는 확성 장치의 안전한 이득 계산에 잘 사용됩니다. 

이를 고려하면 PAG를 좀 개선해서 확성 이득을 늘리는 방법을 마련할 수 있습니다.

• 스피커가 지향성이 있는 경우에 스피커 위치보다 마이크를 스피커 뒤쪽으로 이동하여 설치합니다. 즉, 스피커 앞쪽에서 마이크를 사용하는 것은 매우 위험합니다.
• 마이크를 지향성이 있는 것을 사용해서 될 수 있으면 발성자의 소리만 수음합니다. 최근에는 마이크의 지향성을 조정하는 기술이 많이 발전해서 이를 활용하는 것도 좋습니다. 
• 마이크와 발성자의 입술 사이를 될 수 있으면 가깝게 합니다. 그렇다고 너무 가깝게 하면 마이크 수음 소리에 왜곡이 발생하므로 10~30cm가 적합한 것 같습니다. 테이블에 마이크를 설치하고 수음할 때 멀리 떨어진 상태로 소리를 내면 PAG에는 좋지 않습니다. 이를 해결한다고 초지향성 마이크를 사용한 경우가 있는데, 그러면 초지향성 마이크가 주변 소음을 오히려 더 많이 수음해서 더욱 좋지 않습니다. 초지향성 마이크는 레이저가 아니기 때문에 국소적인 수음을 하지 못합니다.
• 될 수 있으면 청취자를 가까운 위치로 모아야 합니다. 그래야 스피커의 확성 이득을 줄일 수 있습니다. 또한 스피커의 지향성을 청취자 위주로만 조정해서 불필요한 확성에 의한 반사음을 줄이는 것이 좋습니다. 
• 부가적으로, 명료한 음성 확성을 목적으로 한다면 울리는 공간(잔향이 많은 공간)을 좀 곤란합니다. 아무리 스피커의 지향성을 조정한다 해도 울리는 공간에서는 제공하는 한 명료도가 제한되기 때문입니다. 실내의 형상과 흡음 확산 환경은 확성 장치를 사용할 때 많은 제한 조건이 됩니다. 예를 들어 천장이 높은 공간은 당연히 울림이 크기 때문에 흡음을 많이 해야 합니다. 그렇지 않으면 스피커를 청취가 부근까지 근접하지 않으면 안 되는데 그러면 스피커의 지향 특성 때문에 좁은 범위에 청취자에게만 적합한 확성이 가능하게 되는 문제가 발생합니다. 이를 개선한다고 스피커를 많이 설치하는데 이는 PAG에는 안 좋은 영향을 줍니다. 또 큰 소리로 확성해서 해소하려 하는데 이 또한 좋은 방법이 아닙니다. 울림이 더 생길 뿐이기 때문입니다. 

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