Loudness - LU

정의

설명

원리

1. 주파수 의존성(Frequency Weighting)
인간은 2 - 5 kHz 영역에 특히 민감하고 저주파, 초고주파에는 둔감하다.
따라서 같은 SPL도 주파수에 따라 지각 Loudness가 크게 변한다.
이 원리를 기반으로 A-Weighting, K-Weighting 등의 필터가 만들어졌다.

2. 시간적 통합(Time Integration)
짧은 임펄스는 SPL이 높아도 Loudness가 낮게 느껴질 수 있다.
일정 시간(약 400 ms 이상) 지속될 때 Loudness가 안정적으로 지각된다.

3. 스펙트럼, 음색 영향(Timbre Influence)
배음 구조와 노이즈 성분은 동일한 전력이라도 Loudness 인지에 차이를 만든다.

4. 심리음향 등가 곡선(Equal Loudness Contour)
특정 SPL이 같은 크기로 들린다고 판단되는 조건을 측정하여
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phon 단위 곡선으로 모델링한다.

5. 현대 Loudness 측정 방식(K-Weighting + 통합 측정)
ITU-R BS.1770은 K-Weighting 필터를 통해 인간 청각 민감도를 반영하고, 시간 축을 따라 평균을 구하여 LUFS/LKFS 값을 계산한다.
이는 방송, 음악, 스트리밍에서 표준 Loudness 기준으로 쓰인다.

구조

등청감도 기반 phon 단위

L_phon(f) = dB SPL + EQ(f)

sone 변환

L_sone = 2^((L_phon − 40) / 10)

ITU-R BS.1770 K-weighting 필터

Y(f) = X(f) · H_K(f)

Momentary / Short-Term Loudness

L_M = 10 · log10( (1/T) · ∑ w(n) · x²(n) )

Integrated Loudness (LUFS)

L_I = −0.691 + 10 · log10( (1/N) · ∑ G · x²(n) )

예시

음악, 마스터링

• 동일한 Peak 레벨이라도 스펙트럼이 밝고 중음역이 많으면 Loudness는 더 높게 느껴진다.

• 마스터링에서 LUFS를 기준으로 곡마다 Loudness 일관성을 맞추는 것이 필수다.

• 과도한 압축으로 DR이 줄면 Loudness는 증가하지만, 피로감이 커질 수 있다.

방송, 스트리밍 규격

• 방송사는 -23 LKFS(EBU R128), 스트리밍 플랫폼은 -14 ~ -16 LUFS를 권장한다.

• Loudness 표준을 맞추지 않으면 플랫폼에섯 자동 보정되어 의도치 않은 볼륨 변화가 발생한다.

영화, OTT 콘텐츠

• 영화 믹스는 넓은 다이나믹 레인지를 유지하므로 평균 Loudness가 낮고, 홈 시청 환경에서는 별도의 Loudness 관리가 필요하다.

• OTT 규격은 음량 차이를 줄이기 위해 Integrated Loudness를 기준으로 콘텐츠 간 균일한 볼륨을 유지한다.

오디오 기기

• 스마트폰 스피커처럼 저음 재생 능력이 떨어지는 장치는 동일한 SPL에서도 Loudness가 낮게 느껴진다.

• 헤드폰, 스피커 튜닝에서 Loudness인지 모델은 필수적이다.

음성처리

• TTS, 음성 합성, 통신 시스템에서 Loudness 균일화를 적용해 발화 간 음량 차이를 줄인다.

• 자동 게인 컨트롤(AGC)은 Loudness 변동을 최소화하기 위한 알고리즘이다.