가청 주파수 분석과 설계

인간은 20Hz에서 20kHz 사이의 범위에서 소리를 들을 수 있으며, 이 범위를 가청 주파수(audible frequency)라 합니다. 가청 주파수의 일반적인 단위는 헤르츠 (Hertz)로, 음높이와 직접적으로 관련된 표준 국제 측정 단위입니다. 예를 들어, 440 Hz의 소리는 $A$와 $C$ 사이에 위치합니다.

주파수 분포 이해하기

주파수 분포 (frequency dynamic/distribution)는 소리가 다양한 주파수 대역에 걸쳐 어떻게 분포되어 있는지를 나타냅니다. 이것은 음향의 특성을 이해하고 믹싱, 마스터링 과정에서 중요한 역할을 합니다.

• ⭐ 핑크 노이즈 분포 (pink noise distribution): 주파수가 높아질수록 에너지가 감소하는 분포로, 옥타브당 3 dB씩 감소합니다. 인간이 가장 자연스럽게 느끼는 분포입니다.

• 선형 분포 (linear distribution): 모든 주파수가 동일한 에너지를 가지는 분포로, 화이트 노이즈가 대표적인 예입니다.

프리퀀스 파티셔닝

특정 주파수 구간이 고유한 특성을 가질 때, 이를 범위 (range)라 합니다. 이러한 범위에 각각 고유한 명칭을 부여하는 방식을 프리퀀시 파티셔닝(frequency partitioning)이라 합니다. 이 단락에서는 서브 베이스, 베이스, 미드레인지 등과 같은 범위에 대한 일반적인 정의를 살펴봅니다.

서브 베이스 (sub-bass) 20 ~ 60Hz는 인간이 들을 수 있는 가장 낮은 주파수 범위입니다. 음의 높낮이에 대한 인식이 둔해지며, "듣는다" 보다는 "느낀다"고 표현됩니다. 이 주파수는 소리에 깊이와 균형을 더해주며, 일반적으로 더 높은 저음인 베이스와 함께 사용됩니다.

• 서브 베이스는 상당한 헤드룸을 소비하고 피킹이 쉽게 발생합니다. 이는 컴프레서의 효과적인 사용을 방해합니다. 따라서 이 범위의 음량을 줄이거나 필터링하는 개별적인 해결책이 필요합니다.

• 오늘날에도 대부분의 사운드 시스템은 서브 베이스를 효과적으로 재생하는 데 어려움을 겪습니다—일반적으로 30 Hz 이하의 주파수는 재생할 수 없습니다. 이 범위에 너무 많은 강조를 두면 여러 시스템에서 오디오 사운드가 크게 다르게 들릴 수 있습니다.

베이스 (bass) 60 ~ 250Hz는 리듬을 구조화하고 노래의 토대를 제공합니다. 이 주파수 범위의 소리는 명확한 음높이를 가지며, 특히 근음 (root note)을 형성하는 화음적으로 핵심적인 범위입니다. 해당 범위의 불균형을 "두께감 (thickness), 무거움 (heaviness), 탁함 (muddiness)"이라고 합니다. ⭐ 베이스와 킥 뿐만 아니라 모든 악기가 이 범위까지 공명을 가지며 프리퀀시 마스킹이 빌드업되기 쉽습니다.

• ⭐ 킥과 베이스 간의 프리퀀시 마스킹 해결하기: 킥은 60 ~ 80Hz에 위치하고 80 ~ 150Hz를 커팅합니다. 베이스는 80 ~ 150Hz에 위치시키고 60 ~ 80Hz를 커팅합니다.

• 대부분의 사운드 시스템은 스테레오 베이스를 효과적으로 재생하기 어려우므로, 130Hz 이하의 주파수는 모노로 처리해야 합니다. 성능이 더 좋은 시스템에서는 이 120 Hz까지 재생 가능합니다.

로우 미드 (low mid) 250 ~ 500Hz 는 믹스의 필수적인 요소로, 소리에 따뜻함, 풍부함, 그리고 밀도를 제공합니다. 신디사이저에서 따뜻함 (warmth) 파라미터는 바로 이 영역을 증강시키는 기능을 합니다. 거의 모든 악기가 이 영역에서 공명을 가집니다. 따라서 프리퀀시 마스킹이 빌드업되기 쉽습니다.

• 뿐만 아니라 인간의 템포랄 마스킹이 가장 예민한 구간으로 조정되지 않으면 믹스에서 불안함을 가져옵니다.

• 이 영역에서 빛을 발하는 대표적인 플러그인이 Oaksound Soothe입니다.

• 해당 영역에서 스테레오를 설계할 때, 미드 신호에만 컴프레션, 이퀄라이제이션을 적용하고 사이드 신호를 건드리지 않으면 스테레오 느낌을 유지하면서 중앙을 깔끔하게 정리할 수 있습니다.

미드레인지 (midrange) 500 ~ 5KHz는 여러 악기의 명료성이 위치하는 곳입니다. 인간의 청각이 가장 예민하게 작동하는 범위로, 여러 음이 동시에 연주되며 만드는 복잡한 관계—즉 화성—이 돋보는 구간입니다. 뿐만 아니라 인간의 음운이 주요하게 위치해 가사 즉 음운 등이 위치하기도 합니다.

• 미드 (mid) 500 ~ 1 kHz는 비음이나 “빵빵 (honky sound)”가 위치합니다 (관악기의 주성분을 생각하면 쉬움). 적으면 옹졸함이 너무 크면 빵빵대는 느낌이 납니다.

• 업퍼 미드 (upper mid) 1 ~ 2 kHz는 “명료성 (clarity), 타격감 (attack)”이 위치하는 영역입니다. ⭐ 인간의 귀가 극도로 민감한 구간으로, 과도하면 청취 피로를 유발하지만 적절히 구성하면 감정적 서사를 만들어낼 수 있습니다—모든 악기가 이 영역에서 소리를 내게끔 잘 처리하면 노래에 조화로운 복잡성을 더할 수 있습니다.

• 프리센스 (presence) 2 ~ 3 kHz는 “바이트 (bite), 타격감”이 위치합니다. 목소리에서 시옷 발음, 피아노, 드럼 등을 떠올릴 수 있습니다.

결국, 화성학, 보컬 등을 강조하는 팝 음악에선 해당 영역이 *“균일 (dense)”*하고 적당히 앞으로 튀어나와 있어야 합니다. ⭐ 다시말해 DAW 환경에서 송라이팅을 할 때, 필수적입니다.

하이 (high) 3 ~ 10 kHz는 가청 주파수 중 제일 높은 영역으로 다음의 세 가지로 분류되곤 합니다.

• 시빌런스 (sibilance) 3 ~ 6 kHz는 'ㅅ', 'ㅆ', 'ㅌ' 등의 자음이 돋보이는 구간입니다. 쇠 질감, 심벌, 하이햇도 이 영역에 위치합니다. 소리에 디테일과 하이파이 느낌을 부여하지만, 과하면 믹스가 붕뜹니다.

• 브릴리언스 (brilliance) 6 ~ 10 kHz는 심벌과 하이햇이 위치하는 구간입니다. 터지는 느낌을 담당하며, 공간감에도 깊이 관여합니다 (리버브의 고주파 성분이 주로 이 영역에 위치). 부족하면 꽉 막힌 느낌이 들고, 과하면 지나치게 산만하고 넓은 느낌이 듭니다.

• 에어 (air) 10+ kHz는 가청 주파수에서 가장 높은 영역입니다. 음정이 거의 느껴지지 않아 화성과는 무관하지만, 사실성과 공간감을 제공합니다 (ASMR을 생각하면 쉬움). 이 영역을 부스트하면 극사실주의적인 느낌, 열린 음장, 고급스러운 질감을 만들 수 있습니다.

이러한 분할을 통해 각 세부 구간을 설정하고, 각 구간의 특성을 고려한 정밀한 쉐이핑 (shaping)을 할 수 있습니다.

한 음에 대한 한 옥타브 위는 그 주파수의 두 배로 계산됩니다. 예를 들어 $C0$ 16.35 Hz의 한 옥타부 위인 $C1$은 32.70 Hz입니다.

주파수가 높아질수록 더 넓은 파티셔닝을 사용합니다. 이는 인간의 인지 체계와 옥타브와 헤르츠 간의 관계에서 비롯됩니다. 인간의 귀는 소리를 로그 함수 형태로 인지합니다. 우리는 소리를 절대적 수치가 아닌 비율로 이해하기 때문에, 같은 헤르츠 차이라도 높은 음역일수록 그 차이를 구분하기 어렵습니다.

가청 주파수 설계

앞선 단원에서 우리는 가청 주파수를 분석했습니다. 이제부터 앞선 분석적 지식을 바탕으로 이를 설계 및 관련 음향 장비를 사용하는 법에 대해 탐구합니다.

이퀄라이저 이해하기

이퀄라이저 (equalizer)는 특정 주파수 범위를 필터링, 부스팅 또는 커팅하여 소리의 주파수 특성을 균형 있게 조절하는 프로세서입니다.

이퀄라이저의 효과적인 사용을 위해 이해해야 하는 주요 파라미터들은 다음과 같습니다:

• 주파수 (frequency): 조절하려는 주파수 대역입니다.

• 게인 (gain): 선택한 주파수 대역을 얼마나 부스트, 커트할지 데시벨 (deciBel) 단위로 결정합니다 (일반적으로 ±6 dB 이내로 조절하는 것이 권장됩니다).

• Q (Q factor): 조절되는 주파수 대역의 폭, 너비를 결정합니다. 높은 Q 값은 좁은 대역을, 낮은 Q 값은 넓은 대역을 의미합니다.

• 필터 타입 (filter/notch type): 다양한 필터 타입이 있으며, 가장 일반적인 것들은 다음과 같습니다:

  • Low Pass Filter (LPF): 지정된 주파수 이하의 신호만 통과시키고 그 이상은 차단합니다.

  • High Pass Filter (HPF): 지정된 주파수 이상의 신호만 통과시키고 그 이하는 차단합니다.

  • Band Pass Filter (BPF): 지정된 주파수 대역만 통과시키고 나머지는 차단합니다.

  • Notch/Band Reject Filter: 지정된 주파수 대역만 차단하고 나머지는 통과시킵니다.

  • Shelf Filter: 지정된 주파수 이상 (high shelf) 또는 이하 (low shelf)의 모든 주파수를 균일하게 부스트하거나 커트합니다.

  • Bell/Peak Filter: 지정된 주파수를 중심으로 종 모양의 커브를 형성하여 해당 대역을 부스트하거나 커트합니다.

• 슬로프 (slope): 필터가 적용되는 경계의 기울기입니다. 수치가 높을수록 더 급격한 전환을 의미합니다.

특정 주파수 범위를 부스트 (boost)나 커트 (cut)하는 이유는 크게 두 가지입니다: 이유 1, 특정 주파수들은 인간의 청각에 특별한 심리적, 음향적 인상을 만들어냅니다. 이유 2, 샘플이나 악기가 특정 음역에서 과도한 공명을 만들 때 이를 제어하기 위해 사용합니다.

이퀄라이저를 제대로 사용하기

• 드라이 신호 (dry signal)를 주의 깊게 듣고 부족하거나 과도한 영역을 파악합니다.

• 거슬리는 범위를 찾을 때, 8 ~ 10 Q에 높은 게인을 설정하고 헤르츠를 스윕하여 문제가 되는 영역을 식별하면 편합니다.

• 부스트보단 커트를 먼저합니다.

• 커트는 좁은 Q 값을, 부스트는 넓은 Q 값을 사용하세요 (2 Q를 기준으로 함).

• 문제가 되는 주파수를 정확히 제거할 때는 높은 Q 값을, 전체적인 음색을 조절할 때는 낮은 Q 값을 사용합니다.

  • 감산 이퀄라이제이션 (subtractive equalization)은 불필요한 요소를 제거하기 만들기 위해 특정 주파수 범위를 선택적 (아주 좁은 Q 값을 줌)으로 제거하는 기법입니다.

• 스테레오에 영향을 주지 않으려면 미드/사이드 이퀄라이징을 고려하세요.

⭐ 마스터 버스의 주파수 분포 밸런싱

트랙들이 마스터 버스에서 합쳐질 때, 총 소리의 주파수 분포는 표준에 맞게 균형을 이루어야 합니다. 각 주파수 대역이 적절한 비율로 존재해야 소리가 자연스럽고 전문적으로 들립니다. 적잘한 비율의 기준이 되는 몇 가지 업계 통용의 모델이 있습니다.

• 핑크 노이즈 모델: 균형 잡힌 주파수 스펙트럼을 얻기 위해 각 트랙을 핑크 노이즈에 맞춰 레벨링하는 방법입니다.

• 레퍼런스 트랙 모델: 각 요소의 상대적 음량과 음색 밸런스를 조정하기 위해 참조 트랙을 가이드로 사용하는 방법입니다.

• ⭐ 플러그인을 통한 밸런싱: 밸런스 자체를 모니터하기 위한 플러그인이 많습니다. 이를 통해 더 직관적이고 정확하게 내 트랙을 분석할 수 있습니다.

마스터 버스의 볼륨과 주파수 분포는 밀접하게 연관되어 있습니다. 이는 마스터 버스의 목표 음량이 LUFS로 측정됨에서 옵니다—이는 인간의 청각 특성을 고려한 음량 측정 단위로, 주파수 범위에 따라 가중치를 다르게 적용합니다.

매치 이퀄라이저

매치 이퀄라이저 (matching equalizer)는 참조의 주파수 스펙트럼을 분석하고 이를 내 소리에 적용하는 이퀄라이저의 변형입니다. 이를 통해 유사한 음조 밸런스를 얻거나 대조할 수 있어 믹싱과 마스터링이 더 효율적으로 이루어집니다. 주요한 기능은 다음과 같습니다:

• 분석 (analysis): 참조 또는 대상을 분석하여 그 주파수 응답을 분석합니다.

• 비교 (comparison): 생성된 프로파일을 원본 트랙과 비교합니다.

• 조정 (adjustment): 참조의 음조 밸런스와 일치하도록 트랙을 수정하는 이퀄라이징 곡선을 생성합니다.

원하는 장르에서 전문적으로 믹스/마스터링된 곡 또는 샘플을 선택해 참조로 매치 이퀄라이저를 사용하면 됩니다. 하지만 남용은 금물입니다. 모든 믹스나 트랙은 자신만의 고유한 다이나믹을 가져야 합니다. 따라서 매치 이퀄라이저는 최종 해결 아닌 시작점 또는 분석용으로만 활용하세요.

⭐ 프리퀀시 슬로팅

프리퀀시 슬로팅 (frequency slotting) 또는 보상적 이퀄라제이션 (complementary equalization)은 악기들을 겹치지 않는 주파수 범위에 배치 또는 상정해 각 요소들이 같은 음향 공간에서 경쟁하지 않고 각자 돋보이게 (이를 투명성이 높다고 표현함) 하는 설계 철학입니다.

• 각 악기를 그에 맞는 적절한 옥타브에 배치합니다(즉, 레지스터링을 적절히 수행합니다).

• 베이스 관해서 로우패스 필터를 미드는 하이패스 필터를 사용함으로써 요소 간의 경쟁을 피할 수 있습니다—이는 믹싱에서 기초입니다.

• ⭐ 각 요소가 서로 경쟁하지 않는다면 서로 돋보이게 하기 위해 심장-거울 (heart-mirror)에 대해 생각해볼 수 있습니다—심장은 한 요소의 핵심 및 그 영역의 부스트를 거울은다른 요소의 심장에 대한 보상적 커트입니다.

• 그 외에도 MASTERING THE MIX FUSION, Side-chained EQ, Dynamic Band 등의 VSTs를 활용해 더 높은 투명성을 확보할 수 있습니다.

각 악기에 따른 심장은 다음과 같이 정의될 수 있습니다:

피아노나 패드 같은 악기 두 개 이상이 같은 옥타브를 연주하면 음역대가 완전히 겹쳐 큰 충돌이 발생할 수 있습니다—이를 페이즈 캔슬레이션 (phase cancellation)이라 합니다. 이러한 겹침은 파형을 왜곡시키고 인간의 음정 인지를 방해합니다. 결과적으로 화성적 특성이 사라지고 잡음처럼 들립니다.

⭐ 스파이크 길들이기

분석 1. 스파이크 (spike)는 특정 주파수 지점에서 음량이 갑자기 증가하는 현상을 말합니다. 이는 마스터 볼륨밍과 게인스테이징에 큰 악영향을 미칩니다. 따라서 어떤 악기를 사용하든 스파이크가 눈에 띈다면 "(이를거칠다 (harsh)"라 표현함) 반드시 제거해야 합니다(이를 "길들인다(tame)"라 표현함). ⭐ 스파이크는 정확한 게인스테이징을 방해합니다. 또한 마스터 볼륨 측정에 영향을 주어, 같은 볼륨 측정치라도 실제로는 밀도가 낮게 들리게 만듭니다.

설계 1. 소프트 클리핑 (soft clipping)은 아날로그 앰프가 신호를 처리할 때 발생하는 부수적인 효과입니다. 스파이크를 완화하고 음량을 더 밀도 있게 만듭니다. ⭐ 이 효과를 적극 활용한 테이프 계열 이펙터가 존재합니다. 스펙트럴 익스팬더나 컴프레서를 통해서도 스파이크를 길들일 수 있습니다.

⭐ 감산적 정렬

앞서 우리는 프리퀀시 슬로팅과 마스터 버스 밸런싱에 대해 배웠습니다. 이제, 이러한 개념을 활용하여 곡을 세련되게 완성하는 표준적 방법론인 감산적 정렬을 살펴보겠습니다.

감산적 정렬 (subtractive arrangement)은 밀도 높은 완성된 음악 루프를 먼저 만든 다음, 선택적으로 요소들을 제거하거나 음소거하여 다양한 섹션과 다이내믹을 만드는 음악 제작 기법입니다. 이 방식은 시간이 지남에 따라 새로운 요소들을 추가하면서 기초부터 곡을 구성해나가는 더 전통적인 가산적 접근법과 대조됩니다. 이 방법은 완곡을 시작해보지 않은 초심자가 프로듀싱의 큰 그림을 체득시키는데 매우 유용합니다.

1. 슈퍼루프 (super loop) 만들기: 최종 트랙에 포함하고 싶은 모든 악기와 파트를 담은 밀도 높고 짧은 (예: 4 ~ 16 마디) 루프를 작곡합니다. ⭐ 이때, 핑크 노이즈, 레퍼런스 트렉 등을 모델링 해 주피수 균형이 꽉 찬 루프를 만들면 됩니다.

2. 복사 및 붙여넣기: 이 슈퍼루프를 원하는 곡 길이만큼 복제합니다.

3. 조각하기: 타임라인을 따라가며 각 트랙을 음소거하거나 제거하는 방식으로 복제된 루프를 깎아내기 시작합니다.

   • 예를 들어, 인트로에서는 드럼과 베이스를 제거한 뒤 점진적으로 다시 넣을 수 있습니다. 슈퍼루프는 마지막 코러스나 드롭과 같이 노래의 절정이나 최고 에너지 지점으로 사용할 수 있습니다.

   • 슈퍼루프를 만들 때, 적절한 프리퀀시 슬롯팅을 했다면, 깍을 때 (트랙을 끄고 킬 때), 구간 간의 대조가 더 체계적이고 극적이게 됩니니다.

4. 세부 사항과 전환 추가하기: 뺄셈을 통해 주요 구조가 완성되면, 라이저, 필터, 옥타브 변화, 일회성 효과 같은 특정 전환 요소를 추가하고, 큰 구조 안에서 더 자세하게 다듬을 수 있습니다.

마스터 버스에서 각 범위는 어떻게 들려야 하는가?

마스터 버스에서 각 주파수 범위는 고유한 매크로 다이나믹(성분별 음량 특성)을 가져야 합니다. 이를 범위별 목표로 설정하고 믹스와 마스터 과정에서 지속적으로 고려합니다.

• 서브 베이스는 트랙 박자의 근간입니다. 과도하게 다이나믹하면 믹스가 불안정해지고 재생 환경에 취약해집니다. 따라서 규칙적이고 미니멀한 움직임을 유지하는 것이 좋습니다.

• 베이스와 로우 미드는 "뭉친 (glued)" 느낌을 추구합니다. 지나치게 조정된 느낌보다는 약간 느슨하게 합쳐져 뭉뚱그려져 기반을 만든다 생각하면 됩니다.

• 미드레인지는 화성, 멜로디, 보컬이 위치하며 인간의 귀가 매우 예민한 구간입니다. 따라서 밀집성과 지속성을 추구해야 합니다. 이상적으로는 이 영역이 가장 시끄럽지는 않지만, 지속적으로 복잡하고 균형 잡힌 느낌을 유지해야 합니다.

  • 다시말해 이 영역 안에서 각 악기 간의 경쟁을 조화롭게 구성해야 합니다.

• 프리센스는 규칙적이면서도 큰 다이나믹을 가져야 합니다. 조정하기 가장 까다롭고 놓치기 쉬운 구간이지만, 잘 설계하면 지속적인 청취 경험을 만들어냅니다.

• 브릴리언스와 에어는 가장 큰 다이나믹을 가져야 합니다. 수많은 트랜지언트가 지속적으로 등장해야 하며, 이 부분이 과도하게 조정되면 경직된 느낌과 청취 피로를 유발합니다.

  • 컴프레션을 사용하지 않거나 최소한으로 적용하는 것이 좋습니다.