정상 청력을 가진 20대 성인 40명(남녀 각각 20명; 평균 연령: 23.1세, 표준편차: ± 2.37)을 대상으로 배경소음 수준에 따른 음향기기의 선호청취음량을 측정하였다. 연구 대상자는 과거 이과적 병력이 없고, 고막운동성검사에서는 A 유형을 나타냈다. 또한 0.5, 1, 2 kHz의 3분법 순음평균역치는 우측 6.8 dB HL, 좌측 7.3 dB HL이었으며, 기도-골도 차는 양측 모두 1.3 dB HL로 대상자 모두 20 dB HL 이하의 정상 청력 기준을 충족하였다. 실험에 참여하기 전 연구 대상자들은 연구의 목적과 방법에 대하여 자세한 설명을 듣고 이해한 후 참여 동의서에 서명을 하였다. 모든 연구에 대한 절차 및 내용은 한림대학교 생명윤리위원회로부터 승인 받았다(#HIRB-2016-083).

본 연구에서는 외이도 삽입 정도에 따라 이어커널(ear-canal; MS300BA, Phiaton, Seoul, Korea) (Figure 1A), 이어버드(earbud; MDR-E9LP/BC, Sony, Tokyo, Japan) (Figure 1B), 이어클립(ear-clip; C150H, Cresyn, Seoul, Korea) (Figure 1C), 헤드폰(headphone; C555H, Cresyn) (Figure 1D)을 사용하였다. 이어폰 종류에 따라 외이도에 삽입되는 거리를 실측하기 위하여 연구 대상자들의 이주(tragus)와 접하는 부분을 이어폰에 표시하여 그 거리를 측정하고 평균값을 계산하였다. 예를 들어, 성인의 평균 외이도 길이를 2.5~3 cm로 감안하여 계산하였을 때(Alvord & Farmer, 1997), 이어커널형의 삽입 정도는 1.7 cm, 이어버드는 1.2 cm였다. 이어클립과 헤드폰의 경우 삽입이 아닌 이주를 기준으로 외이도 외측에 위치하기 때문에 이주와 접하는 부분을 기준으로 출력 위치와의 거리를 측정하였다. 이어클립과 헤드폰 자체의 길이는 각각 0.6 cm, 1.3 cm였고, 평균 성인의 외이도 길이인 2.5 cm를 더하여 이어클립 3.1 cm, 헤드폰 3.8 cm로 계산되었다.

본 연구에서 사용한 이어폰들의 외이도 삽입 정도를 제외하고 주파수, 감도, 인피던스 등 음향적인 특성에서의 동질성을 확인하기 위해 실이측정장비(Verifit 2, Audioscan, Dorchester, ON, Canada)를 통하여 주파수 성능 분석을 실시하였다. 이어커널형은 0.3 kHz부터 하강하고 2 kHz부터는 완만한 곡선을 보였다(Figure 2A). 이어버드는 1 kHz 부분에서 높은 이득을 보였으며 그 이후로 하강하는 곡선을 보이다가 6~8 kHz에서 다시 상승세를 보였다(Figure 2B). 이어클립은 0.3 kHz 이후 하강을 하다가 1 kHz 부분에서 높은 이득을 보였고 2 kHz와 6 kHz 부분에서도 일정 부분 이득을 보였다(Figure 2C). 헤드폰의 경우, 앞선 이어클립과 비슷하게 특정 주파수 부분(예를 들어, 1, 3, 6 kHz)에서 이득을 보였다(Figure 2D). 세부적인 특징들은 조금씩 상이했으나, 고주파수에 비해 저주파수 대역에서의 큰 진폭을 갖는 패턴은 이어폰 간 매우 유사하였다.

본 연구에서는 클래식, 발라드, 댄스, 힙합의 총 4가지 장르를 적용하였고, 각 장르별 음악 선정을 위해 Mnet (www.mnet.com)에서 2016년 1~12월 기간 동안 가장 많이 누적 청취된 음악 순위 1위를 선택하였다. 클래식은 베토벤의 ‘Moon light’, 발라드는 한동근의 ‘이 소설의 끝을 다시 써보려 해’, 댄스곡은 트와이스의 ‘Cheer-up’, 마지막으로 힙합은 지코의 ‘boys and girls’를 선정하였다. 또한 음향 편집 프로그램(Cool Edit Pro, Ver. 2.1, Adobe System Co., San Jose, CA, USA)을 이용하여 각 노래의 1절만 추출하여 사용해, 선행논문들에서 반복되는 후렴구만 측정한 것과 달리 실질적인 선호청취음량을 측정하되 피검자가 오랜 검사 참여 시간에 따른 지루함으로 결과의 신뢰도가 낮아지는 것을 최소화하였다.

방음실에서 스피커와 마주본 상태로 1 m 거리의 의자에 앉아, 준비된 아이패드(I-pad, Apple, Cupertino, CA, USA)를 통하여 4가지의 이어폰 종류(이어커널, 이어버드, 이어클립, 헤드폰)와 3가지 배경소음 수준[조용한 상황, 가정의 평균 생활소음인 40 dBA의 다화자잡음(Shin et al., 2015), 혼잡한 거리소음인 70 dBA의 다화자잡음(Park et al., 2009)]에서 4가지 음악 장르(클래식, 발라드, 댄스, 힙합)를 각각 1곡씩 청취하였다. 모든 조건은 무작위(pseudo-randomized)로 진행되었으며, 각 조건에서 대상자는 본인이 듣기 선호하는 청취 볼륨으로 음악을 청취하며, 언제든지 음악의 볼륨을 자유롭게 조절할 수 있음을 설명하였다. 선호청취음량의 변화는 연구 대상자가 착용한 이어폰과 연결된 소음측정기(Sound Level Meter, Type 2250, Bru¨el & Kjær, Nærum, Denmark)를 통하여 측정하였다. 70 dBA 다화자잡음에서의 음악 청취 시, 귀에 무리가 가지 않기 위해 연구 대상자의 요청이 있을 시 여러 번의 휴식을 취하면서 진행하였다.

더불어, 각 연구 참여자들의 수용소음레벨을 결정하기 위하여, 기존에 제작된 한국어 수용소음레벨 음원(Shin & Lee, 2010) 중 남자 1명의 목표 이야기와 남, 여 각각 4 명씩으로 구성된 총 8명의 다화자잡음을 사용하여 수용소음레벨을 측정하였다. 음원은 방음실 내에서 CD플레이어(AH64-05043G, Samsung, Seoul, Korea)와 연결된 노트북(U45x, Hansung computer, Seoul, Korea)을 통해 청력검사기(GSI-61, Grason-Stadler, Eden prairie, MN, USA)에서 재생하여 제시된 목표 이야기를 듣고 대상자가 원하는 크기의 최고 쾌적 수준(most comfortable level, MCL)을 구하였다. 이때 연구 대상자는 오른손을 통하여 현재의 소리 크기보다 소리가 커지길 원한다면 오른손 검지를 위로 향하게 하였다. 반대로, 소리가 좀 더 작기를 원한다면 검지를 아래로 향하게 설명하였다. 그 다음 목표 이야기를 측정된 최고 쾌적 수준에서 들려주면서 동시에 동측 스피커에서 다화자잡음을 제시하여 연구 대상자 개개인이 최대로 수용 가능한 배경소음레벨(background noise level, BNL)을 측정하였다. 배경소음레벨 측정 시, 검사 설명은 ‘이야기 소리가 잘 들리면서, 배경소음은 시끄럽지만 참을 수 있는 소리 수준이 되면 손으로 “그만”을 표시하세요’로 통일하였다. 두 가지의 검사를 마친 뒤, 선행연구와 동일한 방식으로 각 검사의 수치의 차이(MCL - BNL = ANL)로 수용소음레벨을 산출하였다(Shin & Lee, 2010).

아이패드(I-pad)와 연결된 이어폰을 통해 재생되는 노래의 음압 강도를 측정하기 위하여 소음측정기(Sound Level Meter, Type 2250)와 1/2인치 마이크로폰(Type 4192, Bru¨el & Kjær)을 사용하였다. 이어폰을 통해 나오는 음압 강도는 소음측정기를 인공 귀(Type 4153, Bru¨el & Kjær)와 2-cc 커플러(Type 4946, Bru¨el & Kjær)에 이어폰을 연결하여 사용하였다. 소음측정기(Sound Level Meter, Type 2250)로 측정된 선호청취음량을 전문 분석 프로그램인 Bz-5503 (Bru¨el & Kjær)을 이용하여 등가소음도(equivalent levels in A-weighted)로 분석하였다.

네 가지의 이어폰 종류와 세 가지의 소음 수준에 따른 네 가지 음악 장르의 선호청취음량 수준을 표준화된 통계 프로그램(SPSS, ver. 23.0, IBM Corp., Armonk, NY, USA)을 이용하여 삼원분산분석(three-way Analysis of Variance)을 실시하였다(p ＜ 0.05). 통계적 유의성을 확인한 후, Bonferroni 사후검정(post-hoc comparison)을 사용하여 이어폰 삽입 정도, 배경소음 정도, 음악 장르 간의 유의했던 부분을 확인하였다. 또한, 수용소음레벨과 선호 음량 수준의 상관관계를 Pearson Correlation을 통하여 분석하였다.

3가지의 서로 다른 배경소음 정도에 따라, 조용한 상황이 72.29 dBA, 40 dB 다화자잡음에서 76.95 dBA, 70 dB 다화자잡음에서 87.02 dBA 순으로 배경소음 정도가 증가함에 따라, 선호청취음량도 유의미하게 증가하였다[F(1.471, 55,896) = 210.741, p = 0.000]. 사후 분석 결과, 조용한 상황, 40 dB 다화자잡음, 70 dB 다화자잡음 간 모두 유의미한 차이를 보여(p = 0.000), 배경소음 정도가 커질수록 선호청취음량은 커지는 현상을 보였다.

서로 다른 4가지의 음악 장르별 선호청취음량을 분석하였다. 클래식이 71.10 dBA로 가장 낮은 선호청취음량을 보였으며, 힙합이 80.47 dBA, 댄스가 81.62 dBA로 점차 증가하였다. 발라드는 81.83 dBA로 음악 장르 중 가장 높은 선호청취음량을 나타내었다. 각 장르별 선호청취음량을 비교 결과[F(1.222, 46.438) = 108.789, p = 0.000] 통계적으로 유의미한 차이를 보였다. 사후 분석 결과, 클래식-발라드, 클래식-댄스, 클래식-힙합, 발라드-힙합(p = 0.000), 댄스-힙합(p = 0.002)에서는 통계적으로 유의미한 차이를 보였으나, 발라드-댄스의 경우는 유의미하지 않았다(p = 1.000).

삽입 정도가 서로 다른 4가지 이어폰을 적용하여, 청취선호음량을 분석하였다. 이어커널의 평균 선호청취음량은 73.86 dBA, 이어버드는 77.68 dBA, 이어클립은 85.26 dBA, 헤드폰은 78.22 dBA이었다. 연구 대상자는 고막과의 거리가 가장 가까운 이어커널을 사용할 때 가장 작은 선호청취음량을 보였으며, 고막과의 거리가 가장 먼 이어클립 사용 시 가장 큰 선호청취음량을 보였다. 즉, 외이도 내 이어폰 삽입 정도가 멀어질수록 유의미하게 선호청취음량이 높아졌다[F(2.118, 80.485) = 190.351, p = 0.000]. 사후 분석 결과, 이어커널-이어버드, 이어커널-이어클립, 이어커널-헤드폰, 이어버드-이어클립, 이어클립-헤드폰 모든 상황에서 통계적으로 유의미한 차이를 보였으나 (p = 0.000), 이어버드-헤드폰 간은 유의미하지 않았다(p = 1.000).

40명의 연구 대상자들에게 측정된 수용소음레벨의 평균은 -0.28 dB이었고, 표준편차는 ±3이었다. 이를 바탕으로 배경소음, 음악 장르, 이어폰 종류에 따라 각각 측정된 선호청취음량과 수용소음레벨과의 상관관계를 분석하였다. Table 1의 분석결과를 보면, 클래식 음악의 경우를 제외하고는 발라드, 댄스, 힙합의 음악 장르에서 대부분의 이어폰 종류와 배경소음 정도와 수용소음레벨 간 상관성을 보였다. 특히 70 dB의 다화자소음에서, 댄스를 이어커널형으로 듣거나, 힙합을 이어커널 혹은 헤드폰으로 들을 때를 제외하고는 연구 대상자의 수용소음레벨과 선호청취음량과는 유의미한 상관성을 나타냈다.

이어폰의 종류에 따라 선호청취음량이 변화되었다. 구체적으로, 이어폰의 삽입 정도에 따른 선호청취음량을 분석한 결과, 삽입 정도가 가장 깊은(고막과의 거리가 가장 가까운) 이어커널이 모든 상황에서 가장 낮은 선호청취음량을 보였으며, 삽입 정도가 얕아질수록(고막으로부터 멀어질수록) 더 큰 선호청취음량을 보였다.Kim et al.(2011)에서 이어폰의 고무마개가 외이도를 완전히 막아 외부 소음의 유입을 차단한다는 주장이 본 연구의 결과인 삽입 정도가 깊어질수록 필요 음량이 줄어든다는 것을 뒷받침하고 있다. 또한 Filgor & Cox(2004)의 연구를 살펴보면, 외이도만 막는 이어클립형은 귀 전체를 감싸는 헤드폰에 비해 출력이 약 7~9 dB 높아지기 때문에 본 연구 결과에서처럼 이어커널-이어버드-이어클립은 순차적으로 음량이 높아지다가 헤드폰에서는 더 낮은 선호청취음량을 나타낸다고 추정된다.

또한 배경소음이 더해지면, 40 dB 다화자잡음 상황에서 이어커널은 약 72 dBA, 이어버드 약 75 dBA, 이어클립 약 84 dBA, 헤드폰 76 dBA로 이어폰 삽입 정도가 깊어질수록 더 작은 선호청취음량으로 측정되었고, 헤드폰은 조용한 상황과 동일하게 이어버드와 비슷한 수준으로 측정되었다. 조용한 상황에 비해, 선호청취음량이 이어커널은 8 dBA, 이어버드는 4 dBA, 이어클립은 6 dBA, 헤드폰은 4 dBA 정도 높아졌다. 예상한 대로, 배경소음이 커지면서 선호청취음량이 증가한 것은 연구 대상자가 일정 정도 선호하는 신호대잡음비가 있기 때문으로 추정된다(Kim et al., 2011). 즉, 다화자잡음은 여러 사람의 육성이기 때문에 음악을 명료하게 들리지 않게 한다. 따라서 노래가사와 노랫소리를 명료하게 듣기 위해서는 신호(선호청취음량)를 더 높인 것이라고 추정된다(Nabelek et al., 2004).

한편, 70 dB 다화자잡음 상황에서도 이어커널은 약 82 dBA로 가장 작은 선호청취음량을 나타내었으며, 이어버드는 약 86 dBA, 이어클립 약 89 dBA, 헤드폰은 약 88 dBA로 측정되었다. 앞선 조용한 환경, 40 dB 다화자잡음 상황과 동일하게 외이도 삽입 정도가 깊어질수록 더 작은 선호청취음량을 나타내었으며, 70 dB 다화자잡음 상황에서는 이어폰 간의 차이는 줄어들었다. 배경소음의 양이 증가할수록 더 높은 선호청취음량(이득)을 선택하고, 음의 포화(saturation)가 일어나 이어폰 간의 차이가 줄어들었다고 해석할 수 있다(Rigrod, 1965).Kim et al. (2011)의 연구에서도 70 dB 대화소음에서 이어커널은 67.9 dBA, 이어버드는 72.5 dBA, 이어클립은 77.5 dBA로 측정되었다. 이는 본 연구의 결과와 동일하게 삽입 정도에 따라 선호청취음량이 줄어들었다. 그러나 본 연구보다 더 작은 선호청취음량을 나타낸 이유로는Kim et al.(2011)에 사용된 70 dB 대화소음은 기차가 들어오지 않는 시점에 약 100여 명의 사람이 무작위로 서로 대화하는 소음을 녹음한 것을 연구 시 측정되었던 크기로 재생시킨 반면, 본 연구는 남·여 4명씩(총 8명)이 음성분석 프로그램(Computerized Speech Lab, Hoya Co., Tokyo, Japan)을 이용하여 녹음을 해 Cool edit 프로그램(Ver. 2.1)을 사용하여 정격 출력(root mean square) 작업을 진행하였기 때문에 선호청취음량에 차이가 나타났을 것으로 추정된다(Shin & Lee, 2010). 한편,Henry & Foots(2012) 연구에서는 80 dBA 백색잡음 상황에서 이어커널은 73.8 dBA, 이어버드 81.9 dBA로 이어커널이 더 작은 선호청취음량을 나타냈다. 배경소음 상황이 달라 직접적인 비교는 어렵지만, 삽입 정도가 더 깊은 이어커널이 이어버드보다 더 작은 선호청취음량을 보이는 것은 본 연구와 유사했다.Hodgetts et al.(2007)의 연구에서 70 dB 다화자잡음에서 이어버드는 86.7 dBA, 헤드폰은 82.9 dBA로 조용한 상황과 동일하게 헤드폰의 선호청취음량이 더 낮게 측정되었다. 본 연구에서 이어버드 86 dBA, 헤드폰 88 dBA의 결과와 이어버드 값은 동일하지만 헤드폰의 경우 약 5 dB의 차이가 난다. 앞서 언급한 것과 같이 본 연구와의 연구 시기 차이로 인한 사용 이어폰의 스펙의 차이라고 추정된다.

음악 장르에 따라 선호청취음량이 유의미하게 상이하였다. 조용한 상황에서 클래식의 선호청취음량은 약 63 dBA로 가장 낮았으며, 힙합은 약 75 dBA, 댄스 약 76 dBA, 발라드 약 76 dBA의 선호청취음량을 보였다.Airo et al.(1996) 연구에서는 클래식이 67.7 dBA, 팝송은 63.2 dBA, 메탈은 71.8 dBA, 로큰롤은 73.2 dBA의 선호청취음량을 나타내었다. 연구가 진행되었던 나라의 사용 언어와 장르가 달라서 직접적인 비교는 어렵지만, 추후 연구에서 다양한 특색을 가진 노래를 장르로 나누어 진행하게 된다면, 선호청취음량의 장르별 대표성을 나타낼 수 있을 것이다. 조용한 상황에서 음악 간의 차이를 보이는 이유는 음악 자체가 지닌 음악 특성, 음악을 통해 느끼는 개인적인 감성과 선호도에 따른 차이 때문이다(Shim et al., 2018). 40 dB 다화자잡음에서 클래식이 약 69 dBA로 가장 낮은 선호청취음량을 보였으며, 힙합이 약 79 dBA, 댄스가 약 80 dBA, 발라드가 약 80 dBA의 선호청취음량을 보였으며, 70 dB 다화자잡음에도 클래식이 약 81 dBA로 가장 낮은 청취 음량을 나타내었고, 힙합이 약 88 dBA, 댄스가 약 89 dBA, 발라드가 약 90 dBA의 선호청취음량을 보였다. 배경소음이 커졌을 때 음악 간의 차이가 줄어드는 이유로는 대부분의 현대음악은 구조, 길이 및 역동 범위가 매우 유사하기 때문으로 분석된다(Ka¨ha¨ri et al., 2011).

외이도의 삽입 정도에 따른 선호청취음량과 수용소음레벨에서 가장 두드러진 반비례적 상관성을 보이는 이어폰은 이어버드였다. 즉, 이어버드는 12가지(3가지 배경소음 × 4가지 음악 장르)에서 가장 많은 11가지의 상황에서 유의미한 상관성을 보였고, 이어클립이 7가지 상황, 헤드폰이 7가지 상황, 이어커널이 6가지 상황에서 유의미한 상관성을 보였다. 이어버드가 수용소음레벨과 가장 두드러진 상관성을 보인 이유는 두 가지로 분석해 볼 수 있겠다. 첫째, 이어버드 이어폰의 경우 실이측정 결과에서 다른 이어폰 유형들보다 중저음대역에서는 높고 고음역에서는 낮은 특징을 보였다. 둘째, 사용된 4가지의 이어폰 유형들 중 가장 오래되고 저가형 모델이었다. 즉, 오래되고 저가형 모델들은 주로 선형의 형태로 제작이 되었기에 이어버드가 이러한 선형의 모습을 특색 있게 나타냈다고 사료된다.

기존 연구들을 살펴보면, 아직 수용소음레벨과 소음 속 어음인지검사 간 유의미한 관련성이 밝혀지지는 않았다(Nabelek et al., 2004). 사실상 소음 속 어음인지검사는 소음 속에 언어 프로세스가 있는 문장을 이해한 뒤 따라서 말하거나 문제에 답을 구하는 방식이다. 반면, 수용소음레벨은 이야기의 단어를 듣는 동안 언어 프로세스가 없는 배경소음을 허용하려는 과정에서 불편하지만 소리가 잘 들리는지 측정하기 때문에 그 상관성을 밝히기가 쉽지 않다(Nabelek et al., 2004). 본 연구 결과에서는 언어 프로세스가 있는 댄스가 12가지 상황 중 11가지 상황에서 수용소음레벨과의 유의미한 상관성을 가장 많이 보였다. 오히려, 언어 프로세스가 없는 클래식에서 12가지 상황중 2가지 상황에서만 수용소음레벨과의 유의미한 상관성을 보였다. 해당 댄스의 경우 반복되는 코러스 부분이 다른 장르 노래에 비해 확연히 많았다. 본 연구에서 새롭게 시도한 음악 청취 시 요구되는 선호 음량과 수용소음레벨은 어느 정도의 상관성을 보여주었다. 따라서 본 연구의 의미 있는 결과는 추후 보다 심도 있는 실험 설계의 후속 연구를 통하여 둘 간의 명확한 상관성을 밝히는 데 도움이 될 것으로 생각된다.

본 연구는 다음과 같은 제한점을 가지고 있었다. 첫째, 개인 음향기기의 사용 빈도에 상관없이 20대의 정상 청력을 지닌 연구 대상자의 자발적인 참여로 실험이 진행되었다. Ka¨ha¨ri et al. (2011)의 연구에서는 개인 음향기기를 통하여 자주 음악을 청취하는 연구 대상자는 자주 청취하지 않는 대상자보다 높은 음량을 선호할 가능성이 약 4배 더 높았다고 보고하였다. 따라서 추후 연구에서는 청취 습관을 설문 조사를 통하여 개인의 성향차로 인해 영향을 주는 요인들에 대해 좀 더 자세히 분석할 필요가 있다. 즉, 자주 음악을 청취하는 그룹(예를 들어, 노래를 오래 듣는 그룹)과 자주 음악을 청취하지 않는 그룹(노래를 오래 듣지 않는 그룹)으로 조건화된 실험을 진행한다면, 본 연구의 결과와는 다른 선호청취음량을 나타낼 것으로 기대한다. 둘째, 이어클립을 제외한 헤드폰, 이어커널, 이어버드는 각각의 차이는 존재하나 모두 외이도를 막아 압력이 발생한다. 착용 시 발생할 수 있는 압력의 정도를 측정하여 이어폰 삽입 정도에 따라 추가적으로 발생되는 이득(낮은 선호청취음량)을 고려해야 하겠다. 이를 위해 40명으로 진행된 본 연구의 참여 대상자 수를 충분히 늘려서 일반화된 결과를 도출해야 할 필요성이 있다.