지난 시간
- The Nature of Sound
- Waveforms
이어 이번 시간에는
- Digitization
- Jitter
- Dither
- Data Size
- Clipping
- Sound Editing
- Sound Processing
- Sound Effects
- Compression
- MIDI
에 대해 알아보자.
Digitization
Sampling
의미
우리가 평소에 자연에 의해 듣는 소리를 아날로그 신호라고 한다. 이런 아날로그 형식의 데이터를 컴퓨터나 디지털 장비에서 사용하기 위해 0,1로 된 디지털 신호로 변환하는 과정을 샘플링이라고 한다.
사람은 보통 20kHz까지 들을 수 있다. 그에 2배인 40kHz rate로 샘플링하면 자연스럽게 들을 수 있다고 한다.
샘플링 레이트
샘플링 레이트는 샘플링시 얼마만큼 정교하게 샘플링하는지에 대한 주파수(Frequency)를 말한다. 1초 동안 몇 번 샘플링하는지를 계산하여 나타낸다. 음질과 밀접한 관계에 있으며 그 비율에 따라 11KHz, 22KHz, 44KHz 등으로 분류된다.
예를 들어, 22Khz는 입력되는 아날로그 데이터를 1초에 2만 2천번으로 세분하여 샘플링한 것을 의미한다. 샘플링레이트가 클수록 아날로그와 가까운 음질을 갖지만 용량이 커진다는 단점이 있습니다.
- CD : 44.1kHz
- DAT파일 : 48kHz
- 핸드폰 : 8kHz
샘플링 크기(Sampling Bit)
8 또는 16 비트로 표현.
샘플당 몇 비트로 나타낼 것인지에 대한 것이다. 8bit는 256가지의 소리를 표현할 수 있다는 말이되고 16bit는 65,536가지의 소리를 표현할 수 있다.
채널(Channel).
- mono 1개
- stereo 2개
- quad 4개
Jitter
샘플링은 정교한 clock purses에 의존한다.
sampling 속도를 다르게 했을 때 피치 역시 달라진다. 정보의 왜곡이 생기는데 이를 jitter effect라고 한다.
Quantization
Sampling이 주기에 따라 순간적인 값을 구한 것이면 Quantization(양자화)은 진폭 값을 디지털화한 것이다.
Dithering
Sampling하기 이전에 랜덤한 작은 노이즈를 끼워 넣는 것.
이 과정을 통해 가파른 변화가 있는 음파를 자연스럽게 샘플링하는 것이 가능하게 한다.
Data Size
Sampling rate
r을 초당 기록한 샘플 수
Sample size (bits)
s를 bit크기
이 둘을 곱한 rs가 데이터의 크기이고, bytes로 나타낸다면 rs/8 bytes가 되겠다.
Clipping
만약 레코딩 레벨이 너무 높거나 너무 낮을 때 증폭의 크기를 제한할 수 있다. 이를 clipping이라고 한다. 왜곡이 조금 있지만 그렇게 심한 편은 아니다.
Sound editing
- Timeline divided into tracks
- Sound on each track displayed as a waveform
- 'Scrub' over part of a track e.g. to find pauses
- Cut and paste, drag and drop
- May combine many tracks from different recordings (mix-down)
Sound Processing
Noidse gate
원하지 않는 noise를 제거하는 것
- 일반적으로 임계값을 설정하여 그 이하의 소리는 기록하지 않음.
- 실제로 기록한 값을 표현할 때 임계값 이하의 소리가 들어올 때는 증폭을 0으로 표현.
- 이 방법으로 데이터를 줄일 수 있지만 잘 안쓰임. 갑자기 조용하면 사람이 듣기에 이질감이 있음.
- 데이터를 최소화하고 싶을 때 유용.
푸리에 변환
쉽게 말해 아날로그 소리를 정현파(sin, cos)들의 합으로 나타낼 때 각 정형파의 계수를 구하는 공식이다.
Low pass filter
저음 통과 필터. 옷깃 스치는 소리, 바스락 거리는 소리와 같은 높은 음을 걸러주는 필터.
ex) hiss
High pass filter
고음 통과 필터. 코 고는 것 중 드르렁 거리는 소리와 같은 낮은 음을 걸러주는 필터.
ex) rumble
Notch filter
하나의 작은 주파수단위를 제거
ex) removing hum(50~60Hz)
De-esser
치찰음(sibilance)을 제거. 마이크에 너무 가까이에서 말할 때 들리는 이상음을 제거.
남자는 4500Hz, 여자는 6780Hz
Click repairer
손상되거나 더러운 비닐 레코드에서 가져온 녹음에서 클릭 제거.
Sound Effects
Reverb
공간 음향을 표현한 것. 원본을 시간차를 두고 반복해서 표현. 작은 방에 있지만 콘서트 홀에 온 것 같은 느낌을 준다.
Graphic equalizer
원하는 정현파의 계수를 크게한 것
Envelope Shaping
Faders, tremolo
Time Stretching
피치 변화 없이 늘려서 템포를 늦추거나 빠르게 하는 것.
Pitch alternation
Compression
압축
일반적으로, 오디오 데이터의 복잡하고 예상할 수 없는 특징 때문에 lossy, 손실이 있다.
Companding
- non-linear quantization
- 입력값의 전범위를 표현할 때 적은 bits가 필요하다.
- Higher quantization levels spaced further apart than lower ones. 조용한 소리를 더 세밀하게 표현한다.
DPCM (Differential Pulse Code Modulation)
증감값을 가지고 quantization size를 줄일 수 있다.
dynamic range
급변하는 소리보다 완만하게 변하는 소리에 사용하는 것이 유리.
Perceptually based compression
masking
MIDI
정리
학교 수업에서 배운 내용을 토대로 작성했는데 정확한 원리에 대해 배운다기보다는 그냥 이런 개념들이 있다 정도의 나열식 수업이라 양은 많지만 깊은 이해를 하기에 부족했다. 수업을 들으면서 더 궁금한 내용은 직접 찾아보고 작성해서 조금 정리가 안된 부분이 많다. 이후 수업이 진행됨에 따라 추가적인 이해가 필요한 부분에 대해 좀 더 조사해보고 내용을 보충할 것이다.
