청각 마스킹: 소리를 사용하여 소리 제어

우리 주변의 수많은 소음들이 우리 귀에 들리기 위해 경쟁하고 있습니다. 하지만 다행히도 우리가 들을 수 있는 모든 소리는 우리에게 실제로 들리는 소리가 아닙니다. 현대 사회에서 흔히 볼 수 있는 기계적, 환경 및 사회적 소음의 대부분은 청각 마스킹이라는 현상의 다른 소음에 의해 차단됩니다. 한 소리가 다른 소리를 차단하는 이러한 소리의 교차는 자연적으로 발생(예: 꾸준히 비가 내리는 동안의 내리치는 천둥)하거나 설계에 의해 발생(예: 치과 진료실의 주변 소음)할 수 있습니다.

청각 마스킹이란?

청각 마스킹은 다른 음향으로 인해 특정 음향에 대한 지각이 감소하는 것입니다. 예를 들어, 높은 수준의 개인 정보가 필요한 의료 사무실이나 법률 사무소에서 사운드 마스킹은 의도하지 않은 청취자가 기밀 대화를 듣지 못하도록 백색 잡음을 만들 수 있습니다. 전기 자동차에 액티브 음향을 추가하면 전기 모터의 고주파 톤이나 섀시의 시끄러운 소음이 포함될 수 있습니다. 사운드 마스킹은 원치 않는 소리(신호)를 다른 소리(마스커) 아래에 숨겨 지각되지 못하도록 합니다.

청각 마스킹은 소음 감소가 어렵거나 적합하지 않은 상황에서 특히 유용합니다. 소리를 제거하기 위해 설계를 변경하면 무게가 추가되거나 시스템 작동 방식에 영향을 미쳐 느려지거나 효율성이 떨어질 수 있습니다. 소리를 제거하는 대신 마스킹함으로써 엔지니어는 기능적으로 이상적이면서 소음이 높은 설계를 포기할 필요가 없습니다.

마스킹 유형

소리 지각에 영향을 미치는 청각 마스킹에는 동시 마스킹과 시간 마스킹의 두 가지 유형이 있습니다.

동시 마스킹

동시 마스킹(또는 스펙트럼 마스킹 또는 주파수 마스킹)은 신호가 마스커와 동시에 발생할 때 서로 다른 주파수 사이에서 발생하는 것을 의미합니다. 

생리학적 이유로 일부 주파수의 지각이 다른 주파수의 지각을 방해할 수 있습니다. 간단한 예를 들어 보겠습니다. 400Hz의 순음과 200~600Hz의 핑크 소음이 혼합되면 순음을 더 이상 지각할 수 없습니다. 

순음: 단일 주파수로 구성된 소리

핑크 소음: 옥타브 대역당 에너지가 동일한 주파수를 포함하는 소리

동시 마스킹은 달팽이관에서 기저막의 동적 거동과 관련이 있습니다. 일반적으로 조용한 환경에서 감지되는 소리로 생성된 막의 진동이 다른 소리에 의해 생성된 진동에 의해 "차단될" 때 발생합니다.이때 다른 소리는 충분히 크고 주파수가 첫 번째 소리에 충분히 근접해야 합니다. 

그림 3에서는 1100~1300Hz의 광대역 소음이 20, 40, 60 및 100dB SPL(파란색 및 빨간색 곡선)의 다양한 수준에 추가되는 임계값과 관련하여 마스커(녹색 곡선)가 없을 때 순음의 청각 임계값을 보여줍니다.

예를 들어, 마스킹 소음 없이 3dB SPL 수준에서 지각되는 1000Hz의 순음은 60dB SPL 광대역 마스킹 소음이 존재할 때 43dB SPL의 강도를 갖는 경우에만 지각됩니다. 마스커 음량이 클수록 마스킹 효과가 커지고 주파수 범위가 넓어집니다. 또한 저주파수는 역주파수보다 더 쉽게 고주파수를 가리는 경향이 있습니다.

순시 마스킹

시간적 해상도라고도 하는 순시 마스킹은 연속적인 소리 사이에서 발생합니다. 여기서 마스커 소리는 신호 소리 앞(전방향 마스킹)에 있거나 그 뒤(역방향 마스킹)에 있습니다.

전방향 마스킹은 마스커가 신호보다 먼저 들리는 것입니다. 두 소리 사이의 시간 간격 값이 최대 200ms일 때까지 전방향 마스킹이 발생할 수 있습니다. 전방향 마스킹은 신경 활동의 지속성 때문에 신호 감지를 손상시킬 수 있습니다.

역방향 마스킹은 신호 후에 마스커가 들리는 것입니다. 시간 간격 값이 20ms 미만인 경우에만 역방향 마스킹이 발생합니다. 따라서 역방향 마스킹은 전방향 마스킹보다 효율성이 떨어집니다. 역방향 마스킹은 청취자가 마스커의 시작으로 신호를 잘못 해석하여 발생할 수 있습니다. 

순시 마스킹은 소리 지각에 영향을 미칩니다. 소리가 발생할 때 청각 체계가 이미 다른 소리를 처리하고 있기 때문일 수 있습니다. 실제로 소리가 동시에 발생하지 않았음에도 소리 간의 중첩이 지각된 것입니다. 

동시 마스킹과 순시 마스킹은 소리 지각 지표를 계산할 때 모두 고려됩니다. 동시 마스킹은 고정 신호에 대한 대부분의 톤 표시기 및 소리 강도 모델에서 고려되는 반면, 시간 마스킹은 비고정 소리와 임펄스 소리에 대한 소리 강도 모델뿐만 아니라 변동 강도의 계산에서도 고려됩니다.

청각 마스킹 응용 분야

청각 마스킹은 산만하거나 불쾌한 소음으로 인해 소리 지각에 부정적인 영향을 줄 수 있는 모든 분야에서 필수적입니다. 이러한 현상을 이해하고 정량화하면 커뮤니케이션, 생산성 및 안전성을 높이는 데 도움이 됩니다.

• 개인 정보 보호: 기밀성과 신중함이 필요한 공간에서는 청각 마스킹으로 음성 지각률을 낮출 수 있으므로 의도하지 않은 청취자가 사적인 대화를 엿들을 수 없습니다.
• 음성 향상: 보청기와 같은 커뮤니케이션 기기의 경우, 마스킹이 주파수 요소를 선택적으로 증폭하거나 억제함으로써 언어 이해력을 향상시킬 수 있습니다.
• 오디오 압축: 저장 공간을 절약하기 위해 MP3 및 ATRAC(Adaptive Transform Acoustic Coding)는 마스킹된 소리를 생략하여 소리 품질에서 지각할 수 없는 변화를 일으키면서 파일 크기를 압축합니다.

Ansys Sound와 같은 엔지니어링 소프트웨어를 사용하면 산업 및 응용 분야 전반의 엔지니어가 지각되는 마스킹 효과를 고려하면서 소리 소스를 듣고 분석하고 설계할 수 있습니다.

사고의 전환

직관적으로 쉽게 이해되지는 않지만 사실입니다. 바람직하지 않은 소음을 제거하려면 소음을 더 추가하는 것이 가장 좋습니다. 적절한 주파수의 다른 소리 위에 특정 소리를 전략적으로 적절한 시기에 배치함으로써 청각 마스킹은 소리를 지각하는 방식을 완전히 바꿀 수 있으며, 일부 소리는 사라지고 다른 소리는 더 선명해지고 균형을 이룹니다.

청력의 심리학과 생리학에 대해 더 자세히 알아보려면 "심리음향학: 듣는 경험 이해”를 읽어보십시오.