어디까지 들려? "고해상도 청력 테스트"를 만들었다. 40kHz 대응 마이크 검증도

어디까지 들려? "고해상도 청력 테스트"를 만들었다. 40kHz 대응 마이크 검증도

　얼마 전 SNS에서 흘러온 YouTube 동영상에 고주파를 듣고 청력 테스트를 수행하는 것이 있었다. 실제로 재생하기 전에 의견이 눈에 띄었는데 "12,000Hz를 넘는다고 들리지 않지만, 조와조와하는 느낌이 든다"라는 것이 몇 가지 "이것은 무슨 말인가? 가청 범위를 벗어난 소리의 인식과 관계가 있는가? "라고 코멘트 내용에 여기가 조와조와했다. 결론부터 말하면, 동영상 제작 측의 문제로 오디오 압축 관련 잡음이 들어간 뿐이었다 것 같다. 다만, 어디까지 소리가 들릴 것인가하는 것은 많은 사람들에게 관심있는 주제라고 생각한다. 이번에는 고해상도 사운드를 제공하면서 누구나 쉽게 할 수있는 청력 검사를하고 싶어요.

192kHz / 24bit 오디오 청력 테스트를 만들어 보았다

　건강 진단이나 건강 검진 등으로 가끔 경험하는 청력 검사. 125Hz 정도의 저음에서 8kHz 정도까지의 고음까지 소리를 바꾸어 들려 또는 테스트하는 것이지만, 사용하고 걱정되는 것이있다. 의료용 검사 기기이기 때문에 분명 대단한 비싼 것이라고는 생각하지만, 헤드폰 (수신기 등 쪽이 좋은 것인지?)이 상당히 품질이 낮은 것 같다는 것. 글쎄, 검사 할 뿐이므로, 지정 주파수가 나오면 큰 문제는없는 것이고, 이제 음악을 울릴 필요가 없기 때문에, 필요 충분한 성능일지도 모르지만, "가정의 기재로 검사하는 것이, 더 정확하게 할 수있을 것 ......」라고 생각된다. 가장 절대적인 음량 설정이 있기 때문에 특정 DAC와 헤드폰에서 조정해야 결과적으로 병원의 검사와 같은 일을 집에서 재현하기 어려운 것이지만, 그 수신기는구나 ......와 느낌 버린다.

　그런 가운데, YouTube 청력 테스트 동영상을보고, 여러가지 공격을 넣고 싶어졌다과 동시에 Digital Audio Laboratory으로 청력 테스트를 만들어 보자라고 생각했던 것이다. 첫머리에서도 쓴 YouTube 동영상에서는 사인파 8,000Hz, 9,000Hz, 10,000Hz ...... 20,000Hz로 점점 높은 소리로 가고,들을 수 있는지를 확인하는 것이다. 거기에 「〇〇 세 정도의 능력이다 "라는 자막이 나오므로 모두 사용해보고 싶어지는 재미있는 테스트가있다.

　다만, 그 사인파가 왜곡에 YouTube에 업로드 오디오 압축되어 있기 때문에, 칠레 칠레 노이즈가 꽤 들어가 버렸다. 따라서 보통들을 수없는 묘한 소리의 잡음이 나와 버리고있어 들려있는듯한 착각을하는 사람이 많다고 생각한다. 또한 일반적으로 생각 Dolby AC-3와 AAC 등의 오디오 코덱을 사용 YouTube이라고 일정 정도 더 높은 소리는 들어 가지 않는 것. 동영상으로 즐길 수 있지만, 테스트는 의미가 YouTube를 사용하는데는 한계가있을 것 같다.

　그래서 필자 나름대로 청력 테스트를 만들기위한 실험을 여러가지 행해 보았다. 그렇다고해도 생각 해낸 방법은 매우 간단. 압축하지 WAV 파일에서 같은 일을하면 좋을 것이다 단순히 것. 그렇다고는해도, 44.1kHz이고 가장 높아도 22.05kHz까지 밖에 취급 할 수 없기 때문에 좀 더 높은 소리까지 울리려면 96kHz의 샘플링 속도로 10kHz ~ 40kHz까지 30 초에 걸쳐 천천히 올라가 스위프 신호를 만들어 보았다. 여기에서는 마지막으로 사용한 SoundForge 12으로 만들어 보았지만 파형을 보면 96kHz의 샘플링 레이트이고, 10kHz에서도 꽤 일그러진 보인다. 그래서 좀 더 깨끗한 파형이되도록 및 192kHz / 24bit로 다시 만들어 보았다.

96kHz의 스위프 신호

192kHz / 24bit에서 만든

[청력 테스트 음성 파일] 192kHz / 24bit 
10khz_40khz.wav (35.16MB) 
※ 편집자 참고 사항 : 192kHz / 24bit의 파일을 게재하고 있습니다. 
필자와 편집부가 청력을 보증하는 것은 아닙니다. 
편집부에서는 파일 재생의 보증은하기 어렵습니다 양해 해 주시기 바랍니다

　이 WAV 파일을 재생하여 들어 보면 자신이 무엇 kHz까지 듣는 능력을 가지고 있는지를 확인할 수있는 것이다. 앞서 언급했듯이 시작은 10kHz에서 30 초에 걸쳐 40kHz까지 올려가는 그래서 그냥 1 초마다 1kHz 씩 올라간다. 따라서 시계의 초침을 보면서 10kHz, 11kHz, 12kHz로 계산 가면 좋은 셈이다. 머리에 2 초간의 공백이 있기 때문에, 플레이어의 경과 초수를 볼 경우에는 2 초 당겨 보면 좋을 것. 대부분의 사람들은 10 초 이내에 들리지 않을 생각하고 5 초 이내에 급격히 음량이 작아 져가는 느낌 생각하지만, 그것이 인간의 귀 성능이라는 것이다. 역시 여기에는 나이 차이가 꽤 크기 때문에 자녀가있는 분은 들려 보면 자신의 귀는 청력이 크게 다르다는 것을 실감 할 수있을 것이다.

　물론 40kHz까지 정확하게 재생하기 위해서는 몇 가지 조건이있다. 우선 PC가이 192kHz / 24bit의 WAV 파일을 재생할 수있는 것이 전제가되지만, 당연히 DAC 또는 오디오 인터페이스가 192kHz의 샘플링 레이트에 대응하고있을 필요도있다. 음, 현재 PC라면 내장 사운드 기능도 192kHz의 데이터의 재생은 가능하지만, 아날로그 성능은 상당히 이상하기 때문에 가능하면 외부 DAC와 오디오 인터페이스를 사용하고 싶은 곳이다.

　또한 또 다른 중요하게되는 것이 재생하는 헤드폰이나 스피커가 40kHz의 소리에 대응하고있는 것. 이것이 20kHz 정도까지라고 정확한 검사 할 수 없다는 것이다. 다만 40 대 이상의 사람이라고 16kHz 근처까지가 한계 테니 헤드폰이 20kHz까지 대응 일거라고, 50kHz까지 대응 일거라고별로 관계 없을지도 모른다.

　솔직히 필자도 16kHz 근처가 한계. 그런 의미에서 YouTube의 압축도 문제없는 것이되어 버리지 만, 여러가지 연구를 보면 "가청 밖의 고주파 귀 이외로 인식 가능하다"고되어 있기 때문에, 특히 스피커에서 울리는 경우 들리지 않는 소리도 나와 달라는 생각은있다.

들리지 않았던 소리는 잘 나오고 있었어? 40kHz 대응 마이크 녹음 검증

　그런데, 여기서 궁금한 것은 그 들리지 않는 높은 소리는 정말 나와 있었는지하는 점. 방금 전의 YouTube의 경우도, 16kHz 이상이 나오지 않는다는 것에 대해서는 구조를 모르면 모르는 사실이다. 필자가 SoundForge로 만든 WAV 파일로해도 어딘가에 병목 현상이 있고, 제대로 재생하지 못하는 가능성도있다. 그래서 실제로 들리지 않는 소리가 정말 나와 있었는지의 실증 실험을 해 보았다. 그것은 스피커를 이용하여 앞의 WAV 파일을 재생하고, 그 소리를 마이크에서 주워 주파수 분석 해 보면,라는 방법이다.

　이번 재생 측의 환경은 Windows 10 컴퓨터에 오디오 인터페이스로 Steinberg의 UR22 mkII를 사용합니다. 그 아날로그 출력을 야마하 모니터 스피커, MSP5 Studio에서 출력 한 것이다. UR22mkII는 192kHz의 샘플링 속도를 지원하고, ASIO 드라이버를 사용할 수 있으므로, 여기까지는 문제 없음. 한편, MSP5 Studio의 재생 주파수 대역을 선택하면 "50Hz-40kHz (-10dB)"고 있으므로 빠듯 괜찮을 것 같다.

　한편 문제가되는 것은 마이크 편이다. 들리지 않는 소리가 정말 나와 있었는지를 확인하기 위해 마이크도 40kHz에 대응하고 있지 않으면 안 것이지만, 많은 마이크는 20kHz 근처가 한계. 최근이 연재에서도 개발자 인터뷰를 가졌다 소니의 「C-100」은 50kHz까지 녹음 가능한 고해상도 대응 마이크. 이것을 사용하여 시도하기로 한 것이다. 마이크 연결도 위의 UR22mkII을 사용하면 샘플링으로도 괜찮을.

소니의 고해상도 대응 마이크 'C-100'

　것으로, 스피커 눈앞에 마이크를 설치하여 나온 소리를 그대로 녹음 해 보았다. 재생하면서 동시에 녹음 할 SoundForge는 할 수 없기 때문에, 여기에서는 DAW 인 Studio One 4를 이용하여 실험 해 보았다.

　그러자 이상한 현상이 일어난다. 10kHz에서 적당한 볼륨으로 녹음 할 수 있도록 조정 한 후에 시도하면 Studio One에서 볼 파형이 첫 번째 부분에서 상당히 날뛰는 것이다. 스위프하고 있다고는해도, 단순한 사인파이기 때문에 본래는 일정한 음량으로 기록 될 곳인데 것이다.

Studio One에서 본 파형

　게다가 파형 시작 6 초 후, 즉 16kHz 당에서 파형이 상당히 작아지고, 그 앞도 점점 작아 져 간다. 그냥 귀에는 아무것도 들리지 않지만, 30 초 후에 재생이 끝난 시점에서 파형이 갑자기 제로가되기 때문에, 적지 마이크는 어떤 소리를 포착했다는 것처럼 보인다.

16kHz 당에서 파형이 작아 져 간다

들리지 않게 된 후에도 마이크는 소리를 파악하고 있던 것 같다

　그래서이 녹음 한 파일을 꺼내 프리 파형 분석 소프트, efu 씨의 WaveSpectra에서 어떻게되어 있는지를 확인하여 보았다. 그러면 Studio One의 파형은 극단적으로 작아지고 있었지만, 실제로는 깨끗하게 녹음 된 것으로 나타났다. 화면은 15 초 미만 경과 한 바와 순간을 포착 한 것이지만, 머리에 2 초간의 공백이있는 것을 생각하면, 10kHz + 13kHz = 23kHz로되어있는 것이 분명하게 알 수있다.

WebSpectra에서 본 파형

　고조파 고조파도 나오고있는 것 같고, 46kHz의 소리도 파악하고있다. 그 후에도 30kHz를 초과하는 고조파는 없어지지 만, 그래도 제대로 소리가 나오고있다. 그 30 초 재생의 피크를 포착 한 것이 아래의 그래프이다.

30kHz를 초과하는 고조파는 없게되지만 소리가 나오고있다

30 초 동안 재생에서 피크를 잡은 그래프

　이상적인 평면 그래프라고하는 것은 아니지만, 10kHz에서 40kHz까지 제대로 소리가 나오고 있었던 것이 입증 된 셈이다.

　또 덤 실험으로이 WAV 파일을 YouTube에 업로드하면 어떻게 될까도 시도했다. 여기에서는 앞의 192kHz / 24bit의 WAV 파일과 함께 영상에 주파수를 표시하도록 보았다.

영상에 주파수를 표시

　이를 SoundForge 같은 MAGIX 비디오 편집 소프트웨어, MovieStudio Platinum 12 (최신 버전이 아닌 Sony Creative Software 시대 버전)을 사용하여 만든 미리 AVCHD에서 내 보낸 YouTube에 업로드 해 본 것이 아래의 동영상 이다.

청력 테스트 동영상을 YouTube에 업로드

　실험을하기 전부터 알고 있었던 일이긴하지만, YouTube에서 캡처 된 데이터를 보면 5.7 초 후, 즉 15.7kHz에서 소리가 멈추고, 그 위의 주파수는 나와 있지 않다. 한편 지난 5 초 정도에 "큔"라는 고역에서 저역에 떨어지는 소리가 들리는 이는 명백한 별칭 노이즈 또는 샘플링 속도보다 높은 소리를 녹음 한 경우에 발생하는 것으로, 패스 처리가되어 있지 않다는 것을 의미한다.

15.7kHz보다 높은 주파수는 나와 있지 않았다

　사실 이것은 AVCHD로 내보낼 때 그렇게되어 있었지만, 원래 AVCHD의 샘플링 레이트가 48kHz이며, 오디오 코덱은 Dolby Digital AC-3 Studio에서 192kbps로 내보내 있으니까 어쩔 수없는 곳. 이 캡처 된 오디오 데이터를 굳이 192kHz로 업 샘플링 한 후 앞서와 마찬가지로 주파수 분석 해 보면 아래 그림과 같이 16kHz가 나지 않는 것을 알 수있다.

Dolby Digital AC-3 Studio에서 192kbps로 내보내기 있었다

16kHz가 나지 않았다

　이상, 사소한 착상에서 몇 가지 실험을 해 보았다. 자신의 청력의 한계와 함께 YouTube의 한계라는 것을 알아야하여 음악 작품이나 오디오에 대하는 방식이 조금 달라질지도 모른다.

후지모토 켄

　리크루트에 15 년 근무한 후 2004 년에 유한 회사 프랙탈 디자인을 설립. 리크루트 재적 시대부터 MIDI, 오디오, 레코딩 관련 기사를 중심으로 집필하고있다. 이전에는 시퀀스 소프트웨어의 개발이나 MIDI 인터페이스, PC 용 음원의 개발에 종사 한 적도 있기 때문에 현재에도 시스템 주위의 지식은 깊다. 저서로는 「컴플리트 DTM 가이드 북」(릿토 뮤직 크) "수 하츠네 미쿠 & 카가미 네 린 · 렌」(임프레스 재팬), 「MASTER OF SONAR"(BNN 신사) 등이있다. 또한 블로그 형 뉴스 사이트 DTM 스테이션 을 운영하는 한편, All About에서는 DTM · 디지털 레코딩 담당 가이드도 맡고있다. Twitter는 @kenfujimoto .

https://av.watch.impress.co.jp/docs/series/dal/1129263.html