하울링(Feedback)은 왜 잘 발생하는가? – 원인과 해결 방법

음향에서 하울링은 참 골치아픈 문제입니다. 이 하울링 때문에 더 볼륨을 올리지 못하고, 또 발생한 하울링 때문에 예배나 행사, 콘서트를 망치기도 합니다. 이 골치아픈 하울링이 왜 일어나는지 원인을 알고 대처 방법에 대해 알아보기로 합니다.

1. 하울링의 발생 원리

Feedback Image 2

그림과 같이 스피커에서 나온 소리가 마이크로 흡음이 되고, 그 소리가 다시 증폭 되어 스피커로 나오고, 다시 마이크로 흡음이 되는 순환 고리(Loop)가 만들어지면서 특정 주파수가 두드러지게 증폭되어 생기는 것이 하울링(Feedback)입니다.

증폭되는 주파수는 공간의 특성에 따라 그 공간에서 공명이 잘 되는 주파수가 하울링 주파수로 만들어지게 됩니다.

2. 하울링이 잘 만들어지는 환경과 구조

1) 공간 물리적 위치 : 일단 공간적으로 발생하기 쉬운 것으로는 잘 못된 마이크와 스피커의 위치입니다. 이는 스피커에서 나온 소리가 직접적으로 마이크를 향하면 쉽게 하울링이 만들어지기 때문입니다.

  • 스피커와 마이크의 거리가 가깝다.
  • 스피커의 직접적인 지향각도 안에 마이크가 위치한다. (모니터 스피커의 경우 마이크의 지향 특성에 따라 모니터 스피커의 위치도 조정되어야 합니다. Hyper Cardioid 마이크와 Cardioid 마이크의 경우 모니터 위치는 달라야 합니다.)
  • 스피커 위치 선상보다 마이크가 앞에 위치한다.

2) 벽면 재질이나 공간의 구조 때문이기도 합니다.

  • 소리의 반사가 잘되는 딱딱한 벽면(바닥/벽/천정/강대) 구조. – 인테리어를 바꾸고 나서 발생
  • 스피커의 출력이 강한데 뒷벽이 소리의 반사가 잘 되는 딱딱한 마감재. – 콘크리이트, 유리 벽
  • 새벽 기도회 등에서는 사람이 적어 사람으로 인한 흡음 효과가 적어지기 때문에 잘 울림.
반사
밀도 높은 마감재에서의 음의 반사와 흡음
흡음
밀도 낮은 흡음재에 의한 반사와 흡음
  • 중층의 발코니 벽에 소리가 반사가 되어 하울링이 잘 발생한다. – 플라잉된 스피커 높이가 중층 발코니와 같음
  • 강단이 박스형 구조이거나 오목렌즈 처럼 오목한 구조. – 소리가 내부로 반사되어 마이크로 들어가기 쉬운 구조
  • 공간 구조가 부채꼴이어서 뒷벽에 부닫힌 소리가 강당 쪽으로 촛점이 모이는 구조

concave-surface-satelite

3) 그 외에도 환경적인 요인이 있습니다.

  • 장마철 처럼 습도가 높으면 소리의 직진성이 나빠지고 앞쪽에 소리가 머무르게 되어 하울링이 잘 발생한다. – 온도와 습도에 따른 매질의 변화로 인한(공기내의 물분자 증가)소리의 전달성 변화, 스피커의 콘(펄프 재질)지가 습기를 머금어 무거워져 음압이 잘 나오지 않아 소리가 앞부분에 머무름.

4) 전기 음향적인 원인을 보면 다음과 같습니다.

  • 입력부 또는 출력부의 레벨이 높을 경우 – 과도한 증폭
  • 이퀄라이저가 없거나 이퀄라이저에서 특정 주파수 대역이 강화되었을 경우 – 음향 측정과 튜닝을 하지 않은 잘못된 이퀄라이저 세팅
  • 또는 튜닝을 했는데 이후 이퀄러아저의 Bypass 버튼을 눌러 놓았거나
  • 감도가 높은 컨덴서 마이크를 사용했을 경우 – 공간에 비해 예민한(흡음력이 강한) 마이크 선정 – 보통 이럴 경우는 강단 쪽에 음을 잘 반사하는 마감재 문제도 동시에 있는 경우가 많습니다.
  • 과도한 모니터 스피커 사용 또는 부적절한 사양의 모니터 스피커

3. 문제 원인별 해결 방법

가장 간단 한 것은 레벨을 줄이는 것입니다. 그러나 소리가 작아져 잘 안들리게 된다는 문제가 있습니다. 그래서 다음과 같은 방법으로 하울링을 제거합니다.

전기 음향에 앞서 공간 구조적인 접근을 먼저 해야 합니다. 전기 음향은 공간 음향을 뛰어 넘을 수 없습니다. 그래서 가장 우선 검토하는 것이 공간 구조의 잘 못을 개선하는 방법입니다.

1) 위치 개선

  • 스피커의 위치를 설교자나 찬양팀의 마이크를 사용하는 선 상 보다 앞으로 이동합니다
  • 제품 설명서에서 마이크의 지향 패턴 그래프를 보고 모니터 스피커가 마이크의 자향 패턴을 벗어나게 위치를 합니다.

2) 공간 구조 개선

  • 음의 반사가 잘 되는 마감재를 흡음이 잘 되는 마감재로 바꿔줍니다. 이런 것이 어려울 경우 부착형의 흠음재를 설치합니다.(최근 흡음재로 뱍면을 도배하지 않더라도 흡음 효과가 뛰어난 제품이 나왔습니다. – 부착형 흠음재 상담 받습니다.)
  • 강단( Stage) 바탁에 흡음이 잘 되는 카펫을 깝니다.
  • 중층의 발코니 벽에 흡음재를 부착하거나 설계 시에는 난반사형 구조로 만든다.
  • 스피커를 플라잉 했을 경우애 중층 발코니 벽의 반사를 피하는 높이와 각도로 설치합니다.
  • 건축 설계에서 오목 거울형 구조를 피하고, 강대 구조도 안쪽으로 들어가는 박스형 구조도 피한다.

3) 환경 개선

  • 장마철에 높은 습도로 하울링이 잘 발생하기 때문에 미리(한시간 정도) 제습기와 에어컨을 작동시켜 습도를 낮춘다.

4) 전기 음향 조정

  • 31밴드 그래픽 이퀄라이저를 설치하고(디지털 믹서라면 내부 GEQ를 설정하고), 전문가의 튜닝을 통해 현재 공간의 음향 왜곡 특성을 측정하고  Hall Equalization을 진행해 왜곡된 주파수를 보정해 피드백을 제거한다.
  • 모니터 스피커를 사용할 때는 적절한 사양의 모니터 스피커와 설치 위치를 분석하고 설치하며 음향 측정을 통해 하울링 주파수를 제거해야 합니다. 이를 통해 과도한 모니터 스피커 음량과 수량이 되지 않도록 합니다.

4. 공진(공명, resonance)

하울링은 아닌데, 설교 또는 강연 시 말이 끝나는 뒤에 소리의 울림이 생기는 경우가 있습니다. 자연스런 홀의 잔향이라기 보다는 듣기 껄끄러운 짧은 울림으로 들리는 경우는 공진이 일어나서 입니다. 이 경우 설교자(강연자)는 말을 할 때 마다 울리는 소리에 상당한 피곤함을 느끼게 됩니다. 어떤 경우는 강단에서만 그런 현상이 일어나고 회중석에서는 이런 현상이 없어서 설교자(강연자)의 고충을 이해하지 못해 개선 요청을 해도 당회나 운영측에서 전혀 개선을 해 주지 않는 경우가 있습니다.

이런 울림은 현재의 공간이 마치 기타의 공명통(몸체) 처럼 작은 소리의 일부를 크게 진동하게 해 증폭 시키기 때문에 발생합니다.

공간의 크기, 구조, 벽면의 반사 정도 등에 의해 특정 주파수 대역이 더 많이 울림이 생깁니다. 잔향은 자연스럽고 좀 길게 울림이 나타나지만, 공진은 울림이 짧지만 부자연스러워서 설교나 강연을 듣는데 불편합니다.

특히 요즘은 인테넷 강의나 예배 중계를 많이 하게 되는데, 저음 공명 때문에 영상에서의 소리가 많이 불편하게 들리는 경우가 있습니다.(그 이유를 알고 싶으시다면 아래 링크의 글을 참조하십시오.)

유튜브(인터넷) 중계 사운드는 왜 나쁜가?

공진은 공간 구조와 공간의 마감재 구조에 따라 생깁니다. 그래서 이런 공진을 제거하는데는 아래 글 중 2)번을 참조하시고 필요하실 경우 저희 연구소로 연락을 주시면 됩니다.

또 다른 공진의 경우는 스피커에서 나오는 직접음과 반사음들이 겹치는 위치에 따라 주파수의 위상차가 생겨 주파수별로 소리가 커지기도 작아지기도 합니다. 홀이나 예배당에 음악을 틀어 놓고 전후좌우로 음직여 보면 반사가 잘 되는 벽면의 공간일 수록 소리가 물결치는 느낌을 많이 받게 됩니다. 위치에 따라 위상차로 인한 소리의 변형이 많이 일어난다는 것입니다. 이를 콤 필터 왜곡(Comb Filtering Distortion)이라고 합니다.

5. 전문적인 상담과 시공이 필요한 경우

아마 많은 경우에는 앞에서 말씀 드린 발생원인 중 두 세 가지는 같이 가지고 있을 것입니다. 그래서 지금 말씀드린 원인과 해결 방법을 잘 기억하시고 종합적으로 파악하시고 개선을 하셔야 합니다.

스피커의 위치를 앞으로 간단히 옮겨서 해결하는 것 처럼 간단하게 해결하거나, 음향을 측정하고 보정을 할 수 있는 장비와 엔지니어가 있는 경우를 제외하고는 전문적인 상당과 시공이 필요할 수 있습니다.

다음의 경우라면 전문적인 상담과 시공이 필요합니다.

1) 공간 물리적 위치

  • 스피커가 스탠드에 세워져 있지 않고, 벽에 마운트가 되었거나, 천정에 플라잉으로 설치되었을 경우 – 현재의 잘 못된 위치 때문에 하울링이 잘 나는 경우에 전체 음질이 나빠지지 않고 전기 음향적으로 보정이 되면 위치를 바꾸는 공사가 필요가 없으나, 그렇지 못하다고 판단되면 위치를 바꾸는 공사를 해야 합니다.
  • 스피커를 천정에서 늘여뜨리는 플라잉 시공이 되어있는 교회에서, 중층 발코니에서 소리가 반사가 잘 되는 위치라면 몇 가지 고려 사항이 발생합니다. 포인트 어레이로 설비 되어있는지, 라인 어레이로 설비되어 있는지, 스피커의 지향각과 높이, 예배당의 높이와 거리, 스피커와 발코니 벽의 거리, 중층의 깊이와 좌석 배치의 각도 등등 상당히 검토해야하는 변수들이 많습니다. 상황에 따라서 스피커의 높이와 각도를 조정을 해서 되는 경우도 있지만, 아예 중층이나 발코니 아래에 보조 스피커를 따로 달아야 하는 경우도 있습니다. 또 발코니 벽에 흡음재를 설치하거나, 발코니 벽면 구조 자체를 바꿔야 하는 수도 있습니다. 처음 시공 시에 종합적이고 면밀한 설계가 반영이 되었다면(건축 설계 시 부터) 이렇게 복잡하게 되지 않을 것입니다. 교회 건축을 고려하신다면 이런 부분 부터 잘 상담하시면 좋겠습니다.

2) 벽면 재질이나 공간의 구조

  • 반사나 공진되는 주파수와 위치에 따라 흡음재 선정과 설치 위치가 정해집니다. 특히 저음 공진, 특정한 위치에서의 공진, 예배당 전체에서의 과도한 잔향, 심한 하울링 등은 전문가의 점검과 컨설팅이 필요합니다.
  • 부채꼴 예배당이나 강단의 박스형 구조에서는 흡음재 외에 확산재가 필요합니다. 역시 전문가의 점검과 컨설팅이 필요합니다. 교회 건축을 고려할 때 이런 구조를 피하도록 설계해야합니다.
  • 여기서 벽면 반사의 문제를 해결하려고 인테리어 업체를 불러 해결하려 한다면 적절한 흡음에 실패할 확률이 높습니다. 전체를 흡음재로 과도하게 도배를 해 소리를 먹먹하게 만들어 설교나 찬양시에 성대를 상하게 하는 경우도 발생합니다. 또 정확히 어느 주파수 대역의 소리가 많이 공명이 되는지 측정해서 그 주파수 대역에 적합한 흡음재와 시공 공법과 구조체로 시공을 해야 하는데, 이에 대한 측정 기술이나 분석과 적절한 흡음재 선정에 대한 지식은 전무하기 때문입니다. 그 때문에 흡음을 안 해도 되는 주파수 대역이 죽어 버리고, 흡음을 해야 하는 주파수 대역은 여전히 공명이 계속되는 결과가 옵니다.
  • 흡음에 대한 정확한 컨설팅과 해결을 원하시면 저희 연구소에 연락을 주십시오.
  • 저희가 제시하는 흡음 솔루션이 도배를 하는 것 보다 인테리어 적으로나 비용적으로나 적절합니다. 그러나 이 견적 마저도 비싸다고 생각해 흡음재를 빼거나 다른 제품으로 하게 되면 컨설팅으로 만들 수 있는 효과에 못미치게 되므로 적절한 재정을 준비하는 것이 중요합니다. 

3) 환경 개선

  • 보통은 공조기(에어컨, 제습기)의 빠른 가동으로 문제를 해결할 수 있습니다. 성능이 많이 달리다면 공조기 회사와 협의해 적절한 제품으로 바꾸거나, 공조 덕트 문제라면 청소나, 구조 개선, 덕트의 추가 공사가 필요합니다. 그 외에 교회 벽면에 방수 공사가 필요하기도 합니다. 구조적인 방수 공사가 아니라 방수제(주로 녹색으로 두껍게 바르는)로 방수 공사를 할 경우 아무리 완벽하게 하더라도 3년 정도가 수명입니다.(구조적인 방수 공사가 필요하다면 좋은 업체를 소개해 드릴 수 있습니다. – 서울, 경기, 충청)

4) 전기 음향 조정

  • 많은 작은 교회에서 31밴드 그래픽 이퀄라이저가 없어서 하울링에 대한 전기음향적인 조치를 취할 수 없습니다. 저희 연구소와 상담하셔서 31밴드 이퀄라이저 설치와 함께 측정과 보정 작업을 하시면 개선될 수 있습니다. 공간 위치나 물리적인 문제가 있더라도 어느 정도는(한계가 있습니다만) 전기 음향적인 보정으로 하울링을 제거할 수 있습니다. 교회에 따라 전기 음향적으로 해결하는 것이 비용을 적게 들이고도 해결하는 방법이 되기도 합니다.
  • 스피커를 많이 사용하는 교회에서는 단순히 이퀄라이저 조정만으로는 개선되기 힘듭니다. 좀 더 전문적인 튜닝이 필요합니다.
  • 음향 원리상 공진이나 하울링이 잘 생기지 않는 스피커 시스템을 추천드릴수 있습니다. 정확한 상황과 개선은 상담을 통해 추천드릴 수 있으니 필요하신 교회는 튜닝과 컨설팅 의뢰를 해 주시면 감사하겠습니다.

© 하이테크 예배 신학 연구소 소장 우한별 목사

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