Formant

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정의

Acoustic

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Resonance (공진) 현상에 의해 Vocal Tract 내부에서 특정

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Frequency - Hz (주파수) 대역 에너지가 집중적으로 증폭되어 형성되는 Acoustic Spectrum 상의 에너지 봉우리다.

설명

1890년대 생리학자 Ludimar Hermann이 모음의 음색을 결정하는 주파수 피크 현상을 관찰하며 처음 명명한 Acoustic 개념이다. 발성 기관인 성대에서 발생한

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Fundamental Frequency - F0 (기본 주파수)가 목구멍과 구강 그리고 비강으로 이어지는 공명 공간을 통과하면서 고유의 모양에 따라 증폭되거나 깎여나간다. 인간의 뇌는 첫 번째와 두 번째 증폭 대역인 F1과 F2의 물리적 위치와 간격을 해독하여 구체적인 모음을 정확하게 식별한다. 현업 Audio Pipeline에서는 Vocal

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Mixing 시

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Equalizer를 이용해 이 대역을 깎거나 부스트하여 가수의 고유한 음색을 왜곡 없이 선명하게 만들거나

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Synthesizer로 사람의 목소리를 모방하는 핵심 제어 지표로 삼는다.

원리

Vocal Tract Resonance Filter

성대에서 발생한 Source Signal이 성도라는 물리적인

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Filter를 통과하면서 구강의 열림 정도와 혀의 위치에 따라 특정 Frequency 대역이 증폭되는 구조를 가진다.

F1 및 F2 주파수 매핑

턱을 벌려 구강 공간이 넓어질수록 첫 번째 공명 대역인 F1 주파수가 상승하고 혀를 앞으로 내밀어 혀끝 공간이 좁아질수록 두 번째 공명 대역인 F2 주파수가 급격히 상승한다.

Fundamental Frequency 독립성

성대의 진동수가 변하여 목소리의 절대적인

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Pitch가 높아지거나 낮아져도 성도의 물리적 형태가 그대로 유지된다면 공명 에너지 봉우리의 위치는 변하지 않고 수학적으로 고정된다.

Source Filter Theory

배음 에너지를 생성하는 발성 기관과 이를 주파수별로 깎아내고 증폭시키는 공명 기관이 물리적으로 완전히 독립되어 작동한다는 음향학적 인과관계를 수학적으로 증명한다.

구조

공명 주파수 봉우리 산출 수학 구조식

F_n = \frac{(2n - 1) c}{4L}

예시

Vocal Mixing Spectrum Equalization

Vocalist의 목소리가 믹스 내부에서 다른 악기들에 묻힐 때 무작정 Volume을 올리는 대신 스펙트로그램을 띄워 고유의 공명 대역을 시각적으로 찾는다. F2 혹은 F3 대역 주변의 Frequency에 Equalizer를 미세하게 부스트하여 목소리의 명료도와 딕션을 살려내고 믹스 뚫고 나오는 존재감을 획득하는 필수 파이프라인이다.

Synthesizer Vowel Sound Design

Analog Synthesizer 환경에서 사람의 목소리와 유사한 질감을 합성하기 위해 원본 파형에 여러 개의

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Band-pass Filter를 병렬로 라우팅한다. 각 Filter의 Center Frequency를 실제 인간의 모음 공명 대역과 일치하도록 수학적으로 고정하고 Bandwidth를 좁게 조절하여 기계적인 전자음에 생물학적인 보컬 캐릭터를 부여한다.

Pitch Shifting 변조 방어

Audio Workstation에서 보컬 트랙의 Pitch를 인위적으로 올리거나 내릴 때 공명 대역까지 함께 이동하면 목소리가 어린아이나 괴물처럼 변조되는 왜곡 현상이 발생한다. 현업 Engineer는 Pitch Shifting Algorithm 내부의 Formant 보존 기능을 활성화하여 성도의 물리적 길이를 소프트웨어적으로 고정함으로써 자연스러운 원본 음색을 완벽히 유지한다.

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