음질 평가: ISO 532 라우드니스 및 ECMA-74 톤성 가이드 (무료 OpenTest)

OpenTest(무료 오픈 소스 소프트웨어)를 사용하여 라우드니스(ISO 532-1), 샤프니스, 톤성(ECMA-74)을 측정하는 방법을 알아보십시오. 자동차 NVH, 컨슈머 전자기기 및 가전제품 엔지니어를 위한 단계별 가이드입니다. 이 글은 음향 및 진동 시험을 수행하는 엔지니어를 위한 것입니다. 이 글은 OpenTest에서 ISO 532 라우드니스 표준과 ECMA-74 톤성 평가 방법에 기반하여 음질 측정을 수행하는 방법을 소개합니다. 세 가지 핵심 심리음향 지표를 측정하고 비교함으로써 - 라우드니스, 샤프니스 및 프로미넌스(톤성) - 컨슈머 전자기기, 자동차 NVH, 가전제품, IT 장비 분야의 팀은 "소리가 얼마나 좋거나 나쁜지"를 정량적인 엔지니어링 데이터로 전환하고, 데이터 취득부터 해석, 보고까지 단일 플랫폼에서 표준화된 음질 워크플로를 완성할 수 있습니다.

음질 측정이 중요한 이유

전통적인 소음 시험에서는 일반적으로 장치가 얼마나 "큰지"를 설명하기 위해 dB 값에 의존합니다. 그러나 점점 더 많은 연구와 실제 프로젝트들이 엔지니어에게 "라우드니스"는 전체 이야기의 한 부분일 뿐임을 상기시키고 있습니다. 자동차 NVH, 가전제품, IT 장비 및 컨슈머 전자기기 분야에서는, 제품 소리에 대한 사용자의 수용도가 단순한 전체 음압 레벨보다는 소리가 듣기에 즐거운지, 날카로운지, 피로감을 주는지, 거슬리는지에 훨씬 더 크게 좌우됩니다.

업계 설문조사에서도 대부분의 제조사가 이제 "소리가 얼마나 좋은지"를 "얼마나 조용한지"와 동등하게 중요한 요소로 취급하며, 설계 초기 단계부터 음질에 주목하기 시작한다는 점을 보여줍니다. 동일한 음압 레벨에서도 음질이 나쁘면 전체 제품 만족도가 크게 떨어질 수 있습니다.

이 때문에 바로 음질(Sound Quality)이라는 분야가 존재합니다. 라우드니스, 라우드니스, 샤프니스, 톤성/프로미넌스와 같은 일련의 심리음향 지표를 통해, "날카롭다", "붕붕거린다(boomy)", "거칠다", "부드럽다"와 같은 주관적 인상을 측정 가능하고, 비교 가능하며, 추적 가능한 데이터로 변환하여, 엔지니어링 팀이 단순한 소음 제어를 넘어 실제 청감 경험을 중심으로 제품 소리를 설계·최적화할 수 있도록 해 줍니다.

음질 측정의 핵심 지표

엔지니어링 실무에서 음질은 단일 수치가 아니라, 여러 심리음향량의 집합입니다. 일반적으로 사용되는 지표로는 라우드니스, 샤프니스, 러프니스, 변동 강도(Fluctuation Strength), 프로미넌스/톤성 등이 있습니다.

그림 1 - 음질 측정의 핵심 지표

라우드니스 (ISO 532-1)

라우드니스와 라우드니스 레벨은 dB로 표현되는 음압 레벨이 아니라, 사람이 귀로 느끼는 소리의 크기를 묘사합니다. 국제적으로는 ISO 532-1:2017에서 규정한 Zwicker 방법이 라우드니스 계산에 널리 사용됩니다. 이 방법은 정상 음뿐 아니라 시간에 따라 변하는 소리에도 적용 가능하며, 다양한 기술 소음 분야에서 주관적 지각과 잘 상관됩니다.

엔지니어링 관점에서 라우드니스는 A-가중 음압 레벨(A-weighted SPL)에 비해 다음과 같은 분명한 장점이 있습니다.

• 사람의 귀가 주파수에 따라 민감도가 다른 점(인간의 청각은 중·고역 대역에 더 민감함)을 반영합니다.
• 같은 dB 레벨에서도, 라우드니스가 "실제로 크게 느껴지는지 아닌지"를 더 정확히 반영하는 경우가 많습니다.

샤프니스 (DIN 45692)

샤프니스는 소리가 날카롭거나 귀를 찌르는 듯하게 느껴지는 정도를 나타냅니다. 고주파 성분의 비중이 높을수록 사람들은 소리를 더 "날카롭다" 또는 "엣지가 있다"고 느끼는 경향이 있습니다.

샤프니스는 DIN 45692:2009에서 표준화되었으며, 일반적으로 라우드니스 모델에서 얻은 특정 라우드니스 분포를 기반으로 고 Bark 대역에 추가 가중을 적용하여 계산합니다. 결과는 acum 단위로 표현됩니다.

팬, 컴프레서, e-드라이브 와인(e-drive whine)과 같은 응용 분야에서는, 단순히 전체 dB 레벨을 낮추는 것보다 샤프니스를 줄이는 편이 주관적 쾌적성을 더 효과적으로 향상시키는 경우가 많습니다.

러프니스 (asper)

러프니스는 대략 15-300 Hz 범위의 빠른 진폭 변조에 대응하며, 특정 인버터 와인이나 기어 와인에서 소리가 "떨리는" 것처럼 느껴질 때와 같이 "거칠고, 진동하는" 인상을 줍니다.

• 단위: asper
• 고전적인 정의: 1 asper는 약 70 Hz, 변조도 100%로 진폭 변조된 1 kHz, 60 dB의 순음을 의미합니다.
• 변조가 깊을수록, 그리고 변조 주파수가 민감 영역(약 70 Hz)에 가까울수록, 지각되는 러프니스가 더 커집니다.

엔지니어링에서는 러프니스를 소리가 얼마나 "버징(buzzing)" 또는 "긁히는(scratching)" 느낌을 주는지를 나타내는 데 자주 사용하며, e-드라이브 시스템, 기어박스, 컴프레서 등의 기술 소음에 대한 주관적 평가에서 특히 중요합니다.

변동 강도 (Fluctuation Strength, vacil)

변동 강도(Fluctuation Strength)는 느린 진폭 변동- 대략 0.5-20 Hz 범위에서 진폭이 오르내리는 현상을 포착하며, 이는 "맥동(pulsing)" 또는 "숨 쉬는 듯한(breathing)" 소리로 지각되고, 약 4 Hz 부근에서 민감도가 가장 높습니다.

• 단위: vacil
• 1 vacil의 고전적 정의: 1 kHz, 60 dB의 순음에 4 Hz, 변조도 100%의 진폭 변조를 가한 경우
• 실내 공회전 시 발생하는 "숨 쉬는 듯한 소음(breathing noise)"이나, 레벨이 주기적으로 상승·하강하는 팬 소리 등에서는 변동 강도가 핵심적인 기술 지표입니다.

변동 강도와 러프니스는 하나의 "변조"라는 동전의 양면으로 생각할 수 있습니다.

• 변동 강도: 몇 Hz 수준의 느린 변조로, "숨 쉬는 듯한" 또는 "맥동하는" 소리로 지각됩니다.
• 러프니스: 수십 Hz 대역의 더 빠른 변조로, "진동하는, 거칠고, 입자가 느껴지는(grainy)" 소리로 지각됩니다.

프로미넌스 / 톤성 (ECMA-74)

많은 장치들은 전체적으로는 그다지 크지 않더라도, 하나 또는 두 개의 협대역 톤 성분 때문에 매우 거슬리는 소리가 될 수 있습니다. 이러한 "도드라지는 톤(sticking out tones)"은 일반적으로 톤성 / 프로미넌스로 정량화합니다.

IT 및 정보기술 장비 소음의 경우, ECMA-74에서는 톤 대 잡음비(Tone-to-Noise Ratio, TNR)와 프로미넌스 비(Prominence Ratio, PR)에 기반한 방법을 규정하여 톤성 프로미넌스를 평가하고, 스펙트럼 라인이 "뚜렷한 톤(prominent tone)"인지 여부를 판단하도록 합니다.

역사적으로 이러한 지표는 심리음향 연구에서 비롯되었으며, 현재는 자동차, 항공우주, 가전제품, IT 장비 분야에서 불쾌감(annoyance)을 예측·최적화하는 데 널리 사용되고 있습니다. 예를 들어, 라우드니스 수준을 일정하게 유지한 상태에서, 샤프니스, 톤성, 변동 강도가 헬리콥터 소음으로 인한 불쾌감을 예측하는 데 중요한 지표라는 연구 결과가 있습니다.

왜 단순히 "dB만 보는 것"보다 음질이 더 유용한가

많은 프로젝트에서 다음과 같은 질문들을 이미 접해 보았을 것입니다.

• 두 가지 팬 설계의 음향 출력 레벨은 비슷하지만, 하나는 "소리가 부드럽게" 느껴지고 다른 하나는 분명한 와인 소리가 납니다.
• 소음 저감 조치를 한 후 전체 SPL은 몇 dB 낮아졌지만, 사용자 피드백은 거의 개선되지 않았습니다.
• 생산 라인에서는 A-가중 SPL만을 유일한 기준으로 사용하기 때문에, "소리가 나쁜" 제품들이 여전히 통과하는 경우가 있습니다.

근본적으로 이는 다음과 같은 이유 때문입니다.

• 음압 레벨 / 음향 출력 = "에너지가 얼마나 있는가"
• 음질 지표 = "귀가 그것을 어떻게 느끼는가"

라우드니스, 샤프니스, 러프니스, 변동 강도, 프로미넌스와 같은 지표를 사용하면, "그냥 듣기 불편하다"와 같은 모호한 불만을 다음과 같이 분해할 수 있습니다.

• 어떤 주파수 영역에 에너지가 과도하게 분포하여(샤프니스가 높아지는지)
• 강한 진폭 변조가 존재하는지(러프니스나 변동 강도가 높아지는지)
• 주변 대비 뚜렷하게 튀어나온 톤 성분이 있는지(톤성 / 프로미넌스가 높은지)

엔지니어링 반복 과정에서 이러한 지표는 다음 항목으로 직접 연결될 수 있습니다.

• 구조 최적화(강성, 모드, 블레이드 형상 등)
• 제어 전략(예: PWM 주파수, 팬 속도 곡선 및 전이 구간)
• 재료 선택 및 소음 처리 / 차단 방식

이를 통해 "그냥 dB를 줄여라"보다 훨씬 더 명확하고 실행 가능한 방향성을 얻을 수 있습니다.

OpenTest에서의 음질 분석

음향 및 진동 시험 플랫폼으로서 OpenTest는 데이터 취득 → 분석 → 보고에 이르는 완전한 음질 워크플로를 지원합니다. 이 페이지 하단의 양식을 작성 ↓하여 저희에게 문의하시고 OpenTest 데모를 받아 보십시오.

예시 장치: 사무용 PC 팬 소음

절차를 구체적으로 설명하기 위해, 접근성이 높은 장치를 예시로 사용합니다. 바로 일반적인 사무용 PC입니다.

시험 목적: 다양한 동작 조건에서 팬 소음의 음질 지표를 평가하여, 다음을 수행하는 것입니다.

• 서로 다른 냉각 및 팬 제어 전략의 주관적 소음 성능을 비교합니다.
• NVH 리뷰를 위한 정량적 입력을 제공합니다(예: 라우드니스가 목표치를 초과하는지, 샤프니스가 너무 높은지 등).
• 추가 음질 최적화(예: 와인 주파수 억제, 속도 전이 구간을 부드럽게 만들기)를 위한 기반을 구축합니다.

시험 환경은 다음과 같을 수 있습니다.

• 반무향실 / 저소음 실험실(권장) 또는
• 초기 단계의 비교 평가를 위한 조용한 사무실 환경

측정 시스템: SonoDAQ + OpenTest 음질 모듈

하드웨어 측면에서는, CRYSOUND SonoDAQ 다채널 데이터 수집 시스템(보다 상세한 모델 정보는 문의해 주십시오)과 하나 이상의 측정 마이크로폰을 사용하며, 시험 요구 사항에 따라 PC 팬 근처나 청취 위치에 배치합니다.

그림 2 - SonoDAQ Pro 다채널 데이터 수집 시스템

물론 OpenTest는 openDAQ, ASIO, WASAPI 등 주요 오디오 인터페이스를 통한 연결도 지원하므로, 적절한 경우 기존 DAQ 장치나 오디오 인터페이스를 측정에 재사용할 수 있습니다.

소프트웨어 측면에서는, OpenTest의 음질(Sound Quality) 모듈이 측정 모듈 중 하나입니다. 이를 FFT 분석, 옥타브 분석, 음압 레벨 분석과 결합하면, 대부분의 표준 오디오 및 진동 시험 요구를 충족할 수 있습니다.

측정 파라미터 구성

OpenTest에서 새 프로젝트를 생성한 후, 다음과 같이 진행합니다.

1. 채널 설정 및 교정

• 채널 설정(Channel Setup)에서 사용할 마이크로폰 채널을 선택하고, 필요에 따라 감도, 샘플링 주파수, 주파수 가중치를 설정합니다.
• 음향 교정기(예: 1 kHz, 94 dB SPL)를 사용하여 측정 마이크로폰을 교정함으로써, 라우드니스 및 관련 지표가 신뢰할 수 있는 절대 기준을 갖도록 합니다.

2. "Measure > Sound Quality" 모듈로 전환

• 계산할 지표로 라우드니스, 샤프니스, 프로미넌스를 선택합니다.
• 해석 대역폭, 주파수 분해능, 시간 평균 모드를 설정합니다.
• 선택적으로 시험 지속 시간과 서로 다른 동작 조건에 대한 라벨을 설정합니다.

본질적으로 이 단계는 ISO 532, DIN 45692, ECMA-74에 정의된 "계산 정의"를 재사용 가능한 OpenTest 음질 시나리오 템플릿으로 전환하는 과정입니다.

서로 다른 동작 조건에서의 음향 데이터 취득

시험 환경을 설정하고 파라미터 구성이 완료되면, Start를 클릭하여 다양한 동작 조건에서 음질 데이터를 측정합니다. 각 시험 기록은 이후 해석을 위해 자동으로 저장됩니다.

음질은 실제 사용 중에 어떻게 들리는지에 초점을 두므로, 예를 들어 다음과 같은 대표 조건들을 기록하는 것이 좋습니다.

• 유휴 / 대기(팬이 꺼져 있거나 저속 회전)
• 일반 사무 작업 부하(문서 작업, 다중 탭 브라우징 등)
• 고부하 / 스트레스 테스트(CPU/GPU 풀로드)

이와 같이 조건을 나누어 두면, 엔지니어는 어떤 음질 결과가 어떤 동작 조건에 대응하는지를 명확히 관리할 수 있습니다.

그림 3 - OpenTest에서 여러 음질 시험 기록을 오버레이한 화면

여러 번의 측정을 하나의 음질 보고서로 통합하기

여러 동작 조건(예: 유휴, 일반 사무 작업, 풀로드 스트레스 테스트)에 대해 측정을 완료한 후, OpenTest에서 다음 작업을 수행할 수 있습니다.

• 데이터 세트 목록(data set list)에서 비교 및 오버레이할 기록을 선택합니다.
  • 서로 다른 조건에서의 라우드니스 곡선을 비교합니다.
  • 가속 또는 속도 전이 구간에서 샤프니스가 스파이크를 보이는지 확인합니다.
  • 뚜렷한 협대역 톤(프로미넌스가 높은)이 나타나는 조건을 식별합니다.
• Data Selector에서 관련 파형 및 해석 결과를 저장합니다.
  • 이후 청취 시험이나 주관적 평가를 위해 .wav 파일로 내보냅니다.
  • 추가 통계 분석이나 모델링을 위해 .csv / Excel 형식으로 내보냅니다.
• 툴바에서 Report 버튼을 클릭합니다.
  • 프로젝트, DUT(시험 대상 장치), 동작 조건 정보를 입력합니다.
  • 포함할 음질 지표 및 플롯(예: 시간에 따른 라우드니스, 샤프니스 막대 그래프, 톤성 프로미넌스가 표시된 스펙트럼)을 선택합니다.
  • 원클릭으로 음질 보고서를 생성하여 내부 검토나 고객 제출에 활용할 수 있습니다.

그림 4 - OpenTest에서 생성된 음질 보고서 예시

생성된 보고서에는 다음 내용이 포함됩니다. 측정 조건 및 동작 모드, 주요 음질 지표 라우드니스, 샤프니스, 프로미넌스와 같은 지표 및 기존 음향 지표(음압 레벨, 1/3옥타브 스펙트럼, 음향 출력 등)와의 비교가 포함되어, 프로젝트 팀이 객관적이면서도 지각되는 소리와 밀접하게 연관된 공통 지표를 바탕으로 논의하기 쉽게 만들어 줍니다..

대표적인 적용 시나리오

OpenTest에서는 비즈니스 유형에 따라 서로 다른 음질 시험 시나리오를 구성할 수 있습니다. 예를 들면 다음과 같습니다.

• 컨슈머 전자기기 / IT 장비(노트북, 라우터, 팬 등)
  • 서로 다른 열 관리 / 팬 전략의 "주관적 쾌적성"을 평가하기 위해 라우드니스 + 샤프니스 + (해당되는 경우) 러프니스를 사용합니다.
  • 서로 다른 속도 곡선이나 PWM 방식 간의 음질을 비교합니다.
• 자동차 NVH / e-드라이브 시스템
  • 다채널 취득을 사용해 실내 소음과 속도 신호를 동기식으로 기록합니다.
  • 오더 분석을 음질 지표와 결합하여, e-드라이브 와인이 얼마나 "날카롭게" 느껴지는지, 그리고 변조가 뚜렷하여 러프니스를 유발하는지 확인합니다.
• 가전제품 및 산업용 장비
  • 음향 출력이 이미 규격을 충족하더라도, 단순히 dB만 보지 말고 음질 지표를 이용해 추가로 "거슬리는 소음"을 선별합니다.

음질 시험 역량을 구축하거나 업그레이드하는 과정이라면, ISO 532와 ECMA-74를 골격으로 삼고, OpenTest가 시험 환경, 데이터 취득, 해석, 보고를 하나의 반복 가능한 체인으로 연결하도록 할 수 있습니다. 이렇게 하면 각 음질 시험을 명확히 추적할 수 있으며, 단발성 실험이 아니라 장기적인 엔지니어링 자산으로 발전시킬 가능성이 훨씬 커집니다.

아래 ↓ 양식을 작성하여 저희에게 문의하시고, OpenTest 음질 모듈의 데모 및 체험을 예약해 보십시오. 또한 www.opentest.com의 OpenTest 웹사이트를 방문하여 기능 및 적용 사례에 대해 더 알아보실 수 있습니다.