소리의 방향성(Sound localization)에 대하여! 배틀그라운드(battle ground)라는 게임과 함께 알아볼까요?

위에 보시는 익숙한(!) 배경의 썸네일은 바로 배틀그라운드(이하 줄여서 ‘배그’)! 게임 좋아하시는 분들은 당연히(?) 잘 알고 계실 텐데요. 잘 모르시는 분들을 위해 잠깐 설명드리면 배그는 외딴 섬에서 총 100명의 플레이어가 참여해 다양한 무기를 직접 찾아 최후의 1인이 될 때까지 전투를 하는 서바이벌 슈팅게임입니다. 네. 그냥 총게임입니다ㅎ

하지만, 단순히 총게임이라고 하기엔 정말 긴장감이 넘치는데요. 이게 경기할 수 있는 구역이 점점 좁혀지기도 하고 중간중간에 떨어지는 보급품(좋은 무기들이 들어있어요)을 향해 갈 때의 설렘(?)이란! 또한 그무엇보다 배그를 할 때 긴장할 수 밖에 없는 큰 이유는 바로 게임 안의 소리에 집중해야하는 사운드 플레이(sound play) 때문이 아닐까하는데요?!

어디선가 비행기 소리가 들린다싶으면 그 소리가 나는 방향으로 전.력.질.주! 앞서 잠깐 언급했던 보급품이 비행기에서 air-drop! 비행기 소리 뿐만아니라 자동차나 오토바이 소리, 총소리가 들리는 방향도 소리로 정확히 파악해야지 살아남을 수 있는데요.

특히! 집 안에서 들리는 상대 플레이어의 작은 발소리마저 왼쪽에서 나는지 오른쪽에서 나는지 완전 집중해서 듣게 됩니다. 이처럼 소리의 방향을 구분해야 원활히 게임을 즐길 수 있기에 주로 좌우 소리가 확실히 구별되는 헤드폰이나 이어폰을 착용하고 게임을 많이 하시죠(헤드폰이나 이어폰 모두 장시간 착용하면 청력에 악영향을 주지만, 착용을 했을 때 귓속의 압력을 더 높이는 이어폰이 헤드폰보다 안좋아요. 실제로 저의 경우도 콘텐츠 제작을 위해 게임을 하면서 헤드폰일 경우는 못느꼈는데 이어폰일 경우는 외이도 안쪽이 욱신욱신).

이처럼 게임에서도 중요한 소리의 방향성! 그렇다면 우리는 어떤 원리로 소리의 방향성(sound lacalization)을 파악할 수 있을까요?

일단, 소리의 특성에 대해서 잠깐 알아보면 소리는 탄성(elasticity)과 관성(inertia)을 통해 음파(sound wave)를 형성하며, 음파는 압축상(compressional phase)과 희박상(rarefactional phase)의 교대적인 상을 가지며 고체, 액체, 기체 분자를 통해 전달됩니다. 이러한 매질에 따라서 소리의 속도가 달라지며 기체보다는 액체에서, 액체보다는 고체에서 속도가 빠릅니다.

또한, 소리의 속도(velocity)는 20℃ 의 공기 중에서 약 343m/sec! 즉 초속 343m 인데요. 소리의 속도는 주파수 및 강도에 따라 변하지 않지만 온도·습도가 높을수록 기체의 분자운동이 활발해지므로 소리의 속도가 상승하게됩니다. 따라서 고도가 높아질수록 진동입자의 간격이 멀어지므로 소리의 속도가 느려지게 되는데요. 소리가 발생하는 음원(sound source)이 멀어지면 들리는 소리의 힘·압력이 작아지며, 결국에는 소멸(decay)됩니다.

이같은 특성을 가진 소리의 방향성(sound localization)은 음원의 위치에 영향을 받는데요. 음원(sound source)이 정면에 있을 경우에는 소리가 양쪽 귀에 같은 강도로 동시에 도착하게 됩니다.

그러나 음원이 측면에 있을 경우에는 소리가 먼저 도달하는 쪽(사진에서는 왼쪽 귀, L) 강도가 큰데요. 이러한 현상을 ILD(Inter-aural Level Difference)라고 합니다. 즉, 음원의 위치에 따른 두 귀까지의 경로에 의한 감쇄량의 차이에 의해 발생하는 귀 사이 음의 레벨차를 의미하는데요. 두 귀간의 레벨차인 ILD는 1500Hz 이상 고주파 영역의 음에 영향을 받습니다.

그리고 음원이 측면에 있을 경우에는 음원과 가까운 쪽에 비해 먼 쪽의 귀(사진에서는 오른쪽, R)에서 소리가 지연(delay)돼서 들어오는데요. 이 현상을 ITD(Inter-aural Time Difference)라고 합니다. 음원의 위치에 따른 두 귀까지의 경로 차이에 의한 시간차를 나타내는데요. 두 귀간의 시간차인 ITD는 1500Hz 이하 저주파 영역의 음에 영향을 받습니다.

이러한 현상(특히, ILD)은 한쪽 귀로 들어온 소리가 반대쪽으로 전달될 때 그 에너지가 감소하는 현상인 두영효과(head shadow effect)와 관련되어 있습니다. 이런 두영효과는 모든 주파수의 음에서 동일하게 적용되지는 않는데요. 측면에서 들리는 소리가 머리의 반대쪽으로 넘어갈 때, 발자국 소리[저벅쩌벅]와 같은 저주파수 보다는 총소리[타타탕]와 같은 고주파수에서 더 많은 손실이 발생합니다.

이 말은 즉! 머리의 반대쪽으로 소리가 넘어가면서 많은 에너지 손실이 있는 고주파음 일수록 방향구분이 잘된다는 의미인데요. 소방차 등의 사이렌 소리가 고주파 영역인 이유도 이런 소리의 특성과 관련이 있습니다. 이러한 소리의 특성들과 함께 각 귀에 도달하는 소리의 아주 미세한 차이를 분석할 수 있는 양측 신경세포(뉴런, neurons)의 역할로 인해 우리가 소리의 방향을 파악할 수 있는 것입니다.

여기까지 왼쪽, 오른쪽 소리를 구분하며 사운드 플레이를 해야 더욱 재밌는 게임인 ‘배그’와 함께 소리의 방향성(sound localization)에 대해서 알아봤는데요. 소리의 방향성에 대한 내용은 앞서 설명드린 것보다 훨씬 많은 내용이 있지만 쉽고 재밌게 설명드리기 위해서 많이 간추렸다는 점 알려드립니다. 이 시간에 저희 대구보청기 청능재활센터 대명에서 설명드린 소리의 방향성에 대한 이야기는 난청이 있는 분에게도 중요한 내용인데요. 난청으로 인해 보청기를 착용하실 분들이 많이 궁금해하시는 내용 중 하나가 보청기를 한쪽에만 착용하느냐, 양쪽에 착용하느냐 입니다.

앞서 설명드린 소리의 방향성에 관한 내용을 참고하시면 양쪽 귀에 난청이 있는 경우에 한쪽 귀에만 보청기를 착용하면 소리의 방향을 파악하는데 어려움이 있다는 것을 알 수 있습니다. 뿐만아니라 두영효과(head shadow effect)는 순음(pure tone)의 경우 1500Hz 이상에서 10-20dB 정도 감소하며 어음(speech)의 경우 평균 6dB 의 손실이 발생¹하는데요. 한쪽에만 보청기를 착용할 경우에는 보청기를 착용하지 않은 귀 쪽에서 들리는 소리의 에너지가 자체가 줄어들어 보청기로 전달되므로 원활한 청취가 이뤄지기 어렵겠죠? 또한, 두영효과와 같은 특성으로 인해 ‘한쪽 귀가 보청기를 착용해도 효과가 없는 심도 혹은 농(deaf) 상태의 난청일 경우’에 착용하는 크로스(CROS, contralateral routing of signal) 보청기²도 있다는 것 참고하세요. <明>


¹ 이정학∙이경원(2011). 보청기 평가
² 듣지 못하는 귀에 착용하여 반대편 보청기로 소리를 전달하여 들을 수 있게 해줌