라우드니스(Loudness)란 정확히 무엇인가요?   Loudness란 인간 청각의 지각 정도에 의해 느끼는 소리의 크기를 뜻합니다. 내가 지금 듣고 있는 노래의 크기를 주변 사람에게 알려준다고 가정해 봅시다! 일단 소리가 크다면 Loudness가 크다고 할 수 있고, 소리가 작다면 Loudness가 작다고 할 수 있습니다. 하지만 주변 사람에게 소리의 크기를 알려준다고 했을 때, Loudness에 대한 인지 정도가 나와 같으리라는 보장은 없습니다. 주변 사람의 수가 많아질수록 그 보장성은 줄어들기까지 합니다. 이럴 때 가장 효율적인 방법은 숫자가 도입된 객관적인 지표(단위)를 통해 전달하는 것입니다. Loudness 단위에 관한 연구는 활발하게 이루어져 왔습니다. 그중에서도 방송, 스트리밍과 같은 시장에서 통용되고 실용성 높은 단위를 소개하고자 합니다.   소개하고자 하는 단위는 LKFS(Loudness K-Weighted relative to Full Scale)이며, LUFS(Loudness Unit relative to Full Scale)로도 불립니다. 이 단위와 관련된 파라미터들은 ITU-R(International Telecommunication Union – Radiocommunication), EBU-R(European Broadcasting Union)에 의해 고안되었습니다.       라우드니스를 측정할 때 주로 어떤 요소들을 보나요?   Loudness를 측정할 때는 몇 가지 핵심 파라미터가 공통으로 사용됩니다. 다양한 측정 도구나 DAW(디지털 오디오 워크스테이션)에서 제공하는 라우드니스 미터를 살펴보면, 대체로 Integrated, Short-Term, Momentary loudness, true peak 그리고 Loudness Range 등의 항목이 기본적으로 포함되어 있음을 알 수 있습니다. 이번 챕터에서는 각 파라미터가 의미하는 바에 대해서 살펴보도록 하겠습니다.   2-1. 핵심 키워드: LKFS, LU, Momentary, Loudness, Short-term Loudnessm, Integrated Loudness, LRA, True-peak   LKFS(Loudness K-Weighted relative to Full Scale) a.k.a. LUFS(Loudness Unit relative to Full Scale) Loudness의 단위 중 하나이며, 인간의 청각 특성에 부합하게 설계된 K-weighting filter를 거친 입력 신호에 대한 크기입니다. K-weighting filter는 인간이 비교적 잘 듣는 주파수 영역의 신호를 증가시키고, 비교적 잘 들리지 않는 주파수 영역의 신호를 감소시키는 필터로 이해하시면 됩니다. Loudness의 종류에는 측정하는 길이에 따라 Momentary, Short-term, Integrated Loudness로 나뉩니다. Momentary Loudness는 0.4초, Short-term Loudness는 3초, Integrated Loudness는 전체 구간에 대한 소리 크기입니다.   *LKFS와 LUFS는 무엇이며, 어떤 차이가 있을까요? Loudness의 단위를 최초 고안한 것은 ITU에서 하고 단위를 LKFS로 정의하였습니다. 이후 디스플레이 방식이나 Momentary, Short-term, Integrated Loudness, LRA 등의 용어와 디스플레이 방식 등을 정의한 것은 EBU에서 고안하면서 LUFS로 명칭을 변경하였지요. 따라서 북미권에서는 LKFS를 쓰고, 유럽권에서는 LUFS를 쓰는 경향을 보이네요.     LU(Loudness Unit) LKFS가 측정되는 자체의 값이라면 LU는 상대적인 측정량입니다. 즉, 기준 레벨 대비하여 얼마나 차이가 나는지, 혹은 Loudness의 범위를 의미할 때 쓰입니다. 예를 들어, 콘텐츠 A가 -12LKFS이고 콘텐츠 B가 -20LKFS이면 "A 콘텐츠는 B 콘텐츠보다 8 LU만큼 더 크게 들린다"로 표현할 수 있습니다.     Momentary Loudness K-weighting filter를 거친 신호의 0.4초 분량에 해당하는 소리크기이며, 75% 오버랩(0.1초)을 하여 측정합니다. 순간순간의 소리크기로 이해하면 됩니다.         위 그림과 같이 측정한 결과를 히스토그램화 하여 누적하면 아래 그림과 같습니다.         Momentary Loudness의 히스토그램은 추후 Integrated Loudness를 계산할 때 활용됩니다.       Short-term Loudness K-weighting filter를 거친 신호의 3초 분량에 해당하는 소리크기이며, EBU에서는 최소 0.1s 간격으로 갱신할 것을 권장하고 있습니다.           Short-term Loudness의 히스토그램은 추후 Loudness Range를 계산할 때 활용됩니다.       Integrated Loudness 전체 구간에서 들리는 소리 크기의 평균입니다. 콘텐츠 전반적인 소리 크기를 의미하고 구하는 방식은 다음과 같습니다. Step1) -70LKFS 이하의 momentary loudness 분포 값들을 제거한 후, 나머지 분포 값들의 평균을 구합니다.     Step2) step1에서 구한 평균보다 10LU만큼 작은 게 relative threshold입니다.     step3) relative threshold보다 높은 분포 값들의 평균이 integrated loudness입니다.       LRA(Loudness Range) 한 콘텐츠 내에서 시간에 따른 라우드니스의 변화량을 나타내는 척도입니다. 소리크기가 어느 정도로 분포하고 있는지 알 수 있는 지표이며, 구하는 방식은 다음과 같습니다. Step1)  -70LKFS 이하의 short-term loudness 분포 값들을 제거한 후, 나머지 분포 값들의 평균보다 20LU 작은 값(relative threshold)을 구합니다.     Step2) relative threshold 이상의 분포 값 중 상위 5% 값과 하위 10%의 차이값이 Loudness Range입니다.        *IL 계산과정과 LRA 계산과정에서 모두 Relative Threshold 라는 개념을 사용하는데, 이 둘은 정의가 다릅니다. IL 계산 과정에서는 momentary loudness를 이용하고 absolute threshold 이상에 대한 평균값 - 10 LU 로 relative threshold가 정의되고, LRA 계산 과정에서는 short-term loudness를 이용하고 absolute threshold 이상에 대한 평균값 - 20 LU로 relative threshold가 정의됩니다.     True-peak 192kHz 샘플링 주파수로 변환하였을 때의 피크 값이며 단위는 dBTP입니다. 재생환경 중에서 충분히 높은 샘플링 주파수(192kHz)일 때 열화를 방지하기 위한 값으로 이해하면 됩니다. 일반적으로 소비되는 음원의 샘플링 주파수는 44.1, 48kHz이기 때문에 업샘플링을 하는 게 일반적인데, 이때 기존의 sample peak 값보다 커질 수 있습니다. 업샘플링에 대한 예시입니다.     중축이 되는 업샘플링 기법 외에도 표현 범위를 넘어가는 걸 방지하기 위한 attenuation, upsampling 이후에 유효한 신호들만 남기기 위한 필터링, 데시벨 단위로 환산하기 위한 로그화 등이 진행됩니다. 아래 block diagram은 샘플링 주파수가 48kHz일 때 true-peak을 구하는 일련의 과정입니다.         2-2. 라우드니스 감 익히기         기존의 RMS 대신 LKFS(LUFS)를 사용하는 이유가 무엇인가요?   기존에는 RMS(Root-mean-square)를 활용하여 Loudness를 측정했지만 실제 인간의 청각 능력과는 매칭이 잘 안됐습니다. 이후 ITU, EBU에서 K-weighting 필터를 활용하여 인간의 청각 능력을 반영하고, 크기를 구하는 과정에서 보았듯이 소리크기를 느끼는 데 있어 영향력이 없는 부분에 대한 열외 처리를 하는 등 보다 정교한 방법으로 Loudness를 계산합니다. 다른 단위보다 정교하기 때문에 대세로 자리 잡지 않았나 싶네요!         '음량 전쟁(Loudness War)'은 무엇이며, 왜 문제가 되나요?   Loudness와 관련된 이슈를 하나 말씀드리려 합니다. 다들 아실 수도 있는 ‘Loudness War’입니다. 제 마음대로 요약하면 콘텐츠 제작자가 “다른 창작물보다 내 창작물의 소리를 더 크게 함으로써 청취자들로부터 하여금 더 주목받을 것이다. 보너스로 음질이 더 좋아진 것처럼 청취자의 착각을 불러일으킬 것이다.“와 같은 마음으로 콘텐츠를 생산하는 것입니다. 혹은 “다른 창작물보다 나의 창작물의 소리를 더 키우진 않겠지만 차이가 크게 나지 않도록 만들 것이다.“와 같은 마음도 될 수 있겠네요. 소리가 커지면 음질이 개선된다고 생각이 될지 모르겠지만, 실제로는 Dynamic이 좁아 표현력도 떨어지고, 클리핑 발생의 빈도가 높아져 음질 열화 확률은 더 높아집니다. 소리를 과하게 키우면 음원의 질 자체는 오히려 떨어진다는 것을 많은 소비자가 인지하여 소비의 패턴이 바뀌기를 희망합니다.       스트리밍 플랫폼들의 라우드니스 규제 및 권장 현황 (masteringthemix 발췌)       라우드니스에 대한 궁금증이 해소되셨기를 바랍니다!   이 포스트는 2019년 공개되었던 '라우드니스 101'을 보완하여 새롭게 정리한 글입니다.   혹시 더 깊이 있는 정보나 전문적인 내용을 원하신다면, 라우드니스 측정 및 규제에 대한 상세한 기술적 내용을 담고 있는 아래 국제 표준 문서를 참고하시는 것을 적극 추천해 드립니다:) ITU-R BS.1770-4: 라우드니스 측정 알고리즘의 기준 제시 EBU-R Tech 3341, 3342: 방송 환경에서의 라우드니스 규제 및 측정 방법에 대한 상세한 지침 제공   이 외에 추가로 라우드니스와 가우디오랩의 음량 관련 기술에 대해 궁금한 점이 있다면 언제든 편하게 문의해 주세요!         Loudness에 대해 더 자세히 알고 싶으신가요? 스트리밍 시대의 음량 문제 미디어 스트리밍을 위한 라우드니스 정규화 시스템 구축방법