Dunn J. Jitter: Specification and Assessment in Digital Audio Equipment. AES 93th Convention, October 1992, Print 3361.

위 그림은 1994년 논문의 그림 1인데,
소리를 120dB SPL 크기로 재생한다고 할때,
마스킹을 고려할때 지터 주파수에 따라(가로축) 지터에 의한 왜곡이 청각의 절대역치 0dBSPL이상으로 재생될 수 있는 지터의 최대진폭(peak amplitude)를 표시한 것이다.

가장 지터의 영향을 많이 많은 고주파를 기준으로 말한다면.. 
소리를 120dBSPL로 재생을 한다면 그때 20khz에서 20ps의 지터가 있는 시스템에서 들을 수 있는 왜곡된 소리크기는 0dBSPL 이라는 것이다. 특정음을 120dB SPL 크기로 재생한다면, 0dB SPL의 지터가 발생하며, 사람의 청각의 절대역치가 0dB SPL이므로, 사람이 들을 수 있다는 것이다.

Dunn의 주장은 간단히 말해 20khz에서 20ps의 최대진폭(Peak amplitude) 지터가 있으면 사람이 인지할 수 있다는 것이다.

 

스테레오파일과 같은 잡지에서 디지털 소스기기의 지터를 측정한 것을 보면 수백ps의 peak to peak 지터(peak amplitude * 2)는 흔히 볼 수 있으니,
잘 모르는 사람이 본다면 디지털 오디오 기기에서 지터를 들을 수 있겠구나 하고 착각하기에 딱 좋다.

그러나, 위 연구결과를 음향학과 디지털 소스기기에서의 지터 측정수준에 대한 지식이 조금만 있는 사람이 본다면,
디지털 소스기기, 디지털 케이블에서의 지터는 음악들을때 아무런 문제가 되지 않겠구나 하는 것을 바로 알 수 있다.


1. 일반적으로 오디오애호가의 오디오시스템은 청취위치에서 120dB SPL의 소리를 재생하지 못한다.
요즘의 일반적인 북셀프 스피커의 감도는 90dB SPL/m/2.83V가 안된다. 톨보이나 플로어스탠딩형 스피커까지 모두 고려하여, 스피커의 감도를 90dB SPL/m/2.83V으로 고려하자. 이 스피커에서 1m 거리에서 120dB를 들으려면 얼마만큼의 출력이 필요한가?

간단히 말해 1m 거리에서 스피커 하나만 재생할때 120dB를 들으려면 1000W가 필요하다. 대부분 애호가에서 일반적인 청취거리는 1미터보다 훨씬 멀다. 1미터 거리에서 120dB를 재생할때도 1000W가 필요하니, 스피커가 2개이고, 음향공간의 반사음을 고려하더라도 거리가 2미터를 넘어가면 1000W 이상의 출력이 필요하다.

사용하는 앰프가 1000W이상이라고 하자. 그럼 내 스피커가 1000W소리를 낼 수 있는가?
간단히 말하면.. 대부분의 애호가의 스피커는 1000W를 감당하지 못한다.

블로그의 다른 글 "좋은 음질을 듣기 위해 대출력앰프가 필요한가" 에서도 언급했지만, 고가형 스피커들도 10W정도만 되어도 스피커의 왜곡이 급격히 증가한다. 가정용 스피커로 1000W를 넉넉히 핸들링할 수 있는 스피커는 거의 없다.

**1번에서 애호가의 스피커와 앰프가 청취위치에서 120dB SPL소리를 낸다고 가정하자. 스피커나 앰프의 왜곡도 전혀 없다고 하자. **

2. 그렇다고 해도 일상생활에서 애호가가 음악을 들을때 120dB SPL의 소리가 나도록 듣는 경우는 사실상 없다.

블로그의 다른 글 "내 앰프의 힘이 모자란다고 생각될때"을 참조해서 직접 테스트해보면 알게 되겠지만, 애호가들이 평소에 음악듣는 음량은 높아봐야 청취위치에서 100dB도 안된다. 아마 다른 애호가가 방문하거나, 다른 사람이 없을때 마음놓고 음량을 높일때의 최대음량이 100dB 정도이고, 일반적으로 음악들을때는 최대음량이 90dB도 안되는 경우도 많을 것이다.

Dunn의 연구의 가정과는 달리, 애호가가 자신의 음향공간에서 음악을 듣는 음량은 120dB는 고사하고 100dB도 안된다.
100dB SPL재생시, Dunn이 청취역치에 해당하는 지터는 -20dB SPL로 재생되고 있다. -20dB SPL은 인간이 들을 수 없는 소리다.

**스피커와 앰프가 청취위치에서 120dB SPL소리를 낼수 있고, 스피커나 앰프의 왜곡이나 노이즈도 전혀 없다고 하고, 애호가가 실제로 최대 120dB 소리크기로 재생해서 음악을 듣는다고 가정하자**

그럼 그때는 지터를 들을 수 있는가.
답 : 그렇지 않다.

1.청취최대음량을 120dB로 할때 음악들을때의 평균음량은 100dB근처이고, 120dB는 최대피크시 음량이다. 그러니 120dB로 음악들을때도 거의 대부분의 재생시간동안 지터는 절대청각역치 저 아래에 있다.

2. 120dB 피크치의 소리를 들을때에도 지터는 들리지 않는다.

그럴리는 없지만.. 20khz소리가 120dB가 나고 있다고 가정하자. 그때 20khz 재생시의 지터 성분들이 재생이 된다. 만약 20khz 사인파를 재생하고 있다면, 20khz 소리는 못들어도 지터성분의 소리를 들을 수도 있다.

하지만.. 음악을 들을때는 상황이 다르다.
지터성분이 재생하고 있는 0dB SPL 소리보다 훨씬 큰 재생음이 다른 주파수에서 나고 있다. 지터는 다른 재생음에 마스킹된다. 다른 주파수에서 재생되고 있는 음악소리에 묻혀서 지터로 발생하는 왜곡된 소리는 들을 수 없다.

3. Dunn의 연구에서 인간의 절대청각역치인 0dB SPL을 가지고 지터를 말하고 있다. 지터가 0dB SPL 소리가 나도 들을 수 있다고 가정하고 있다.

하지만.. 우리가 실제로 음악듣는 청취공간은 절대무음공간이 아니다. 도시의 소음원에서 벗어난 아주 조용한 곳에서도 20dB SPL근처의 기저소음이 있다. 도시에 사는 많은 분들의 경우 기저소음 30-40dB SPL정도는 가뿐하다.

30-40dB의 기저소음이 있는 곳에서 0dB의 지터를 들을 수 없다.

4. 다시 반복하지만 Dunn의 연구에서는 "인간의 절대청각역치인 0dB SPL"을 가지고 지터의 청취가능성을 말하고 있다. 이글을 읽고 있는 애호가 본인은 0dB SPL소리를 들을 수 있는가?

청력 테스트에서는 250-8khz대에서 25dB 미만의 청력손실이 있어도 정상범위에 있다고 간주한다. 인간의 절대청각역치 0dB SPL은 감각이 아주 예민한 10-20대 여성이나 어린이에서나 가능한 수치이다. 20-30대 남성만해도 0dB SPL 소리를 듣지 못하는 경우가 대부분이다.

이상에서 보듯이, Dunn의 조사결과만 잘 해석을 해도 Dunn이 주장하는 지터의 청취역치는 무척 과장되었다는 것을 알 수 있다.

한편 지터의 청음가능성에 대하여 이론적 시뮬레이션과 함께 실제 청취테스트를 진행한 연구가 있다.

Benjamin, Eric and Gannon, Benjamin ' Theoretical and Audible Effects of Jitter on Digital Audio Quality,' 105th AES Convention, 1998, Print 4826.

돌비디지털 등으로 잘 알려진 돌비랩의 연구진들이 진행한 지터의 청음가능성에 대한 연구에서

사인파로 측정시 20khz에서의 지터의 청취역치는 10ns rms였다. 일반적인 음악을 들을때는 몇몇 프로그램을 제외하면 지터를 계속 올려, DIR(Digital interface receiver)의 락이 해제될때까지(lose lock) 청취자가 음악 프로그램에서 지터를 듣지 못하였고, 지터를 들었다고 하는 일부 프로그램에서의 역치는 20-370ns RMS(전체 평균 136.3ns, 표준편차 95ns, 청취자 8명중 최고점수자 평균 65ns, 표준편차 65ns, 지터)였다. 위 수치는 지터를 인지하지 못한 경우는 뺀 것이다. 지터를 인지하지 못한 경우는 훨씬 높은 지터에도 구분하지 못했다는 것을 고려하면 실제의 지터 인지수준은 위 보다 더 떨어진다고 보아야 한다. 또 위의 테스트는 그나마 블라인드 청취시험이 아니므로, 블라인드로 테스트하면 더 높아질 가능성도 많다.

(지터의 rms에서 peak to peak으로 환산하는 방법은 지터의 종류에 따라 다르다. 예를 들어 많은 시스템에서 볼수 있는 Random jitter의 경우 bit error rate에 따라 peak to peak 은 RMS에 비해 수배에서 10배이상 차이가 나기도 한다)

스테레오파일이나, 여러 잡지에서 디지털 소스기기의 지터에 대한 측정치를 발표하고 있지만, 일반적인 DVDP나, CDP의 지터는 최악의 경우라고 해봐야 1-2ns(나노초) rms이다. 스테레오파일에서 보면 알지만 peak to peak 지터의 측정치가 대부분 수백 ps(피코초)를 넘지 않는다.

저가의 사운드카드나 HDTV리시버등을 포함할때도 최악의 경우라고 해봐야 지터는 10ns rms근처이다.

한편 케이블에 의한 지터의 경우 돌비랩 연구팀의 조사결과에서는 30미터 동축선에서 발생하는 지터는 재생하는 신호크기가 약할수록 커지며, -80dBFS의 신호를 재생할때 측정된 지터의 최고치가 900ps였다. 연구팀의 결과를 인용하면, 최악의 지터가 발생하는 20khz를 -80dBFS로 재생할때, 발생하는 지터는 -171dBFS가 된다.

간단히 요약하자면 30미터 동축선을 써도 선재에 의한 지터는 들을 수 없다는 이야기가 되겠다. 30미터에서도 못듣는데, 가정에서 쓰는 몇미터 짜리 선재의 지터를 듣기는.. 무척 어려울 것이다.

Dunn의 연구와 Benjamin등의 연구들을 보아도,
일반적으로 음악듣는 환경에서 지터는 아무런 문제가 아니다.

또 지터의 효과는 우리가 일반적으로 시행하는 노이즈나 왜곡도 분석, 스펙트럼 분석에서 측정이 된다.

위 벤자민 등의 연구에서도 특정 지터주파수에서 특정 rms 진폭의 지터를 추가할때 변하는 THD+N을 지터에 의한 DAC의 감수성이라고 표현을 했고, Dunn도 풀스케일 THD+N이 100dB일때 샘플링지터레벨이 1.6ns rms미만이라고 언급하고 있다.
(Sample clock jitter and real-time audio over the IEEE1394 high performance serial bus)

DAC로 표준신호를 입력하고 DAC의 아날로그 아웃의 THD+N과 같은 특성만을 측정해 보아도, DAC에 연결된 모든 시스템(트랜스포트, 케이블, 디지털 인터페이스, 입력단)의 지터의 효과가 이미 반영되어 있다고 보아도 될 것이다. 아날로그 아웃의 THD+N 중에서 얼마만큼이 지터로 인한것인지, 지터 중에서도 얼마만큼이 샘플링 지터인지, 어느 것이 케이블로 인한것인지는 구분하기 쉽지 않겠지만..

간단히 말해 디지털 소스기기의 아날로그 출력의 일반적인 노이즈나 왜곡도 분석, 스펙트럼 분석속에 지터의 효과가 상당부분이 이미 반영이 되어 있다는 것이다.

아래는 일본의 연구팀이 오디오 관련 전문가 23명을 대상으로 jitter로 인한 왜곡의 청각역치를 조사한 논문이다.

Ashihara K, Kiryu S, Koizumi N. et al. Detection threshold for distortions due to jitter on digital audio. Acoustical Science and Technology Vol. 26 (2005) , No. 1 pp.50-54

더블블라인드 ABX 테스트로 random jitter의 청각역치를 조사한 연구에서 오디오엔지니어, 오디오 평론가, 사운드 엔지니어, 음악가 23명이 참여하였다.

이 연구에서는 대상자들이 자신이 선호하고 있는 DAC, 스피커, 헤드폰 등 각종 기구를 직접 가져왔고, 자신이 직접 음량을 조정하였으며, 대상자들은 원하는데로 원신호와 지터로 왜곡된 신호를 직접 선택하면서 비교할 수 있었다.

그럼에도 오디오 관련 전문가라고 할 수 있는 대상자 23명 모두 250ns rms의 random jitter가 있는 소리를 원신호와 구분하지 못하였다. 1us(microsecond)의 지터를 구분한 사람도 절반이 안되었고(11명), 500ns의 지터를 구분한 사람도 6명이 되지 않았다.


연구진은 벤자민의 연구를 언급하면서, 지터의 청취역치가 자신들의 연구에서 훨씬 높게 나온 이유를 더블블라인드 테스트(자신들의 연구)와 그렇지 못한 테스트(벤자민의 연구)의 차이로 언급하고 있다.

동일연구자들이 이 연구에 앞서 훈련되지 않은 일반대상자 14명으로 먼저 연구를 하였는데, 이때 14명의 일반대상자들은 576ns의 지터도 아무도 구분하지 못했다.

다시 말하지만 글쓴이가 디지털 소스기기의 지터분석결과를 본 한도에서 말한다면 디지털 오디오 체인에서 최악의 지터라고 해야 기껏해야 10-20ns(peak amplitude 기준)밖에 되지 않는다. 일반적인 CDP나 DVDP는 최악이라고 해봐야 최대 1-2ns(peak amplitude 기준)의 지터를 보인다. 그런데.. 오디오 전문가 그룹의 지터 청취역치가 250ns인 결과가 나온 것이다.

이 연구의 결과도 위 벤자민 등의 연구결과와 동일하다. 음악 프로그램을 들으면서는 디지털 오디오 체인의 지터를 듣지 못한다.


지터의 청취가능성에 대한 지금까지의 연구결과를 요약하자면,

1. 정상동작하는 디지털 소스기기로 음악을 들을때 지터로 인한 왜곡은 사람이 들을 수 없다.
2. 디지털 기기에서의 지터의 효과는 일반적인 노이즈나 왜곡도 분석, 스펙트럼 분석속에 이미 반영이 되어 있다.
3. 수십미터의 디지털 케이블을 써도 지터를 들을 수 없다.

앞으로 새로운 연구성과가 나오고, 지터의 청각역치에 관한 새로운 측정방법이 개발될 수도 있다. 하지만 그러한 경우라도, 디지털 소스기기의 지터는 일반적인 청취환경에서는 거의 문제가 되지 않을 것이다.

디지털 케이블이나 디지털 소스기기에서 지터가 어떻고 하는 경우.. 듣기는 잘 들어주고, 그냥 빙긋이 웃어주면 된다.

효율 5%의 스피커(96dB SPL/m/2.83V)로 재생시 2000입방피트(약 7.5평 내외 음향공간)에서 재생시 평균 0.25W(최대 5W), 6000-10000입방피트(약 22-38평 음향공간)에서 재생시 평균 0.4W(최대 8W)이다.

이 결과를 바탕으로 저자는 10W 앰프면 거의 대부분의 애호가에서 충분하다고 결론짓고 있다(Stanley, 1959).
(An accurately rated 10-watt amplifier would serve most music listening Power Estimates requirements)

현대적인 북셀프 스피커들의 효율은 1950-60년대의 스피커보다 훨씬 낮은 1%내외(89dB SPL/m/2.83V)이다. 이를 고려한다면, 대부분의 애호가에서 50W 앰프면 앰프의 출력은 충분하다고 하겠다.

Somerville, T., & Brownless, S.F. (1949). Listeners' Sound- Level
Preferences. B.B.C. Quarterly, (Jan), 245-250.

 

Stanley H. How Much Audio Power? JAES Volume 7 Issue 2 pp. 62-64; April 1959


높은 다이내믹 레인지(대출력 앰프)가 필요한가 - 선호하는 소리크기의 관점에서

이미 언급한대로
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앰프에서 기저 노이즈레벨이 동일한 경우, 두 앰프의 다이내믹레인지는 두 앰프의 정격출력에 의해 좌우된다.
정격출력이 50W인 앰프에 비해 정격출력이 500W인 대출력앰프의 다이내믹레인지가 더 높다.
50W 앰프에 비해 500W의 다이내믹레인지가 10dB 더 높다.
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(대출력앰프에서 기저 노이즈레벨이 증가하여 전체적인 다이내믹레인지 차이가 줄어드는 경우도 많으나 여기서는 일단 논외로 한다)

하지만 대부분의 애호가들이 음악을 듣는 음량은 50W 앰프로도 넘친다. 즉 더 이상의 다이내믹레인지가 필요하지 않는 것이다.

애호가 중에서는 다른 사람이 들으면 모두 시끄럽다고 불평하는 큰 음량으로 듣는 것을 좋아하는 경우도 있다.
물론 애호가가 녹음실이나 오디오 엔지니어 처럼 큰 음량으로 듣기를 바란다면, 당연히 다이내믹레인지가 높은 대출력앰프가 도움이 될 것이다.

하지만, 적당한 음량으로 듣는 애호가, 그리고 조용한 환경에서 음악을 듣는 애호가들은 대출력앰프는 전혀 의미가 없다고 하겠다.


높은 다이내믹 레인지(대출력 앰프)가 필요한가 - 사용하는 음향환경의 관점에서

작은 청취공간에서 더 작은 출력이면 충분하다는 것은 이미 언급하였다.

그 다음으로 언급할 부분은.. 많은 애호가들이 살고 있는 공간이 공동주택(아파트)이라는 것이다.

층간소음 및 옆집으로 전파되는 소음문제는 심각한 문제 중 하나이다.

애호가가 녹음실이나 오디오 엔지니어 처럼 큰 음량으로 듣기를 바란다고 해도, 공동주택에서는 소음문제때문에 큰 음량으로 틀수가 없다.

공동주택 생활을 하는 입장이라면 89 dB SPL/m/2.83V 스피커로 "대낮에" 최대 10W 소리로 듣는 것도 상당히 용기를 필요로 하는 일이다. 한밤중에 10W로 오디오를 튼다는 것은 엄청난 배짱과 철면 신공이 없다면 시도하기 힘들다.

음향공간에 철저한 방음과 차음공사를 한 상태가 아니면, 공동주택에서 생활하는 애호가라면 일상적인 청취수준은 웬만해서는 최대 10W를 넘기기가 쉽지 않을 것이다.


높은 다이내믹 레인지(대출력 앰프)가 필요한가 - 다른 오디오기기의 성능의 관점에서

많은 오디오애호가의 입장에서 오디오 기기에서 큰 소리를 재생하는데, 가장 문제가 되는 기기는 스피커이다. 한마디로 스피커는 디지털 소스기기를 사용하는 오디오 시스템에서 가장 성능이 떨어지는 기기라고 할 수 있다.

스피커에서는 높은 출력의 소리를 낼때 그 재생한계에 와서 급격하게 왜곡이 증가하거나, 어떤 경우는 스피커의 유닛이 고출력을 감당하지 못하고 고장이 나기도 한다.

특히 소위 북셀프 스피커에서는 큰 소리를 내는데 많은 제약이 있다.

예를 들어 무향실에서 90dB SPL/2m(96dB SPL/m) 소리를 낼때 스피커에서 발생하는 왜곡을 한번 살펴보도록 하자.

두 그림을 가까이서 자세히 보면, 위의 그림이 더 해상도가 높다는 것을 알수 있다.

위 두 그림의 원본그림인 더 큰 그림을 보면 그 차이를 더 쉽게 알 수 있다.
http://noriter.ipop.co.kr/cgi-bin/showOrgImage.cgi?mid=6147465&nid=5462023

위의 그림이 아래 그림보다 일반 모니터에서 해상도가 더 높기는 하지만, 상황에 따라서 해상도는 달라진다.

"상황에 따라서 해상도는 달라진다"

앉은 자리에서 일어서서 1미터 뒷쪽으로 물러선다. 위의 그림이 더 해상도가 높게 보이는가?
이번에는 앉은 자리에서 일어서서 3미터 뒷쪽으로 물러선다. 위의 그림이 더 해상도가 높게 보이는가?

시력이 나쁜 사람은 안경을 벗고 모니터에서 50cm이상 떨어진 곳에서 두 그림을 비교해 보자.
위 그림의 해상도가 더 높게 보이는가? 해상도의 차이가 쉽게 인지되는가?

FHD와 일반적인 HD의 차이도 마찬가지이다. 단순히 픽셀의 해상도만으로 볼때 FHD와 일반적인 HD에 차이가 있기는 있지만, 화면으로부터 얼마나 떨어지는지에 따라 픽셀에 따른 해상도를 인식할 수 있는 거리가 있다. 시력이 좋으면 좋을수록 픽셀에 따른 해상도를 구분할 수 있는 거리가 더 멀어지고, 시력이 나쁘면 해상도를 구분할 수 있는 거리가 짧아진다.

시력 1.0을 기준으로 40인치 TV에서 1920*1080의 FHD 해상도 TV와 1280*720의 HD 해상도 TV를 구분할 수 있는 한계거리는 TV에서의 시청거리가 2.4미터 이내인 경우이다. 즉 시청거리가 2.4미터 정도면 간신히 해상도를 구분할까 말까한 거리이고, 더 가까이 갈수록 픽셀 해상도 차이를 더 쉽게 구분할 수 있다. 시청거리가 2.4미터를 넘어서면 단순히 픽셀 해상도의 차이만이 있을 경우 해상도 차이는 구분되지 않는다.

TV에서의 해상도는 기기마다 비디오신호처리능력이 다르기 때문에 단순히 픽셀해상도만으로 모든것이 결정되는 것은 아니지만, TV 화면의 크기에 비해 TV에서 시청거리가 멀 경우는 다른 조건이 같다면 굳이 값비싼 FHD의 픽셀해상도에 연연할 필요는 줄어든다.

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만약 40인치 TV를 사는데, 시청거리를 아무리 가까이해도 5미터로 밖에 할 수 없는 상황이라면
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소비자는 최소한 화질면에서 픽셀 해상도는 연연할 필요가 전혀 없다.
이 거리라면 시력 2.0도 FHD와 일반적인 HD를 구분할 수 없을 것이기 때문이다.

픽셀 해상도와 그에 따른 인식거리에 대한 좀더 자세한 논의는 아래 글을 참고하기 바란다.
http://dvdprime.dreamwiz.com/bbs/view.asp?major=MD&minor=D1&master_id=26&bbslist_id=910334

 

유명한 AV시연장에서 "주라기 공원" 상연을 보고 왔다. 멀리서 티라노 사우루스가 다가오면서, 티라노의 발자국의 진동음이 온 몸에 느껴진다. 집에 와서 같은 타이틀을 보지만, 아무리해도 같은 느낌이 들지 않는다. 서브우퍼의 볼륨을 높여보지만, 저음부의 부밍만 더 심해질뿐 청취공간을 울리던 발자국 소리는 들리지 않는다.

 

북셀프에서 들리지 않던 오르간의 저음이 대형스피커로 교체한후 들리기 시작한다. AV공연장에서 청취공간을 올리던 진동음을 집에서는 느낄 수 없다고 하는 것은, 오디오 시스템의 저음 재생 능력과 관계가 있다. 깊은 저음을 재생할 수 있는 스피커와 깊은 저음을 재생할 수 없는 스피커가 있다. 깊은 저음이 잘 녹음된 음반을 들으면, 북셀프 스피커나 구경이 작고 인클로저 용적이 작은 서브우퍼는 깊은 저음을 재생할 수 있는 능력이 떨어지기 때문에, 깊은 저음을 제대로 재생하지 못하고 왜곡된 소리를 낸다.

 

 

저음의 해상도가 높은 스피커들은 깊은 저음의 악기 소리를 왜곡없이 다른 저음과 구분해서 잘 들려준다.

 

심벌즈나 트라이앵글들의 금속성 타악기가 울릴때 나는 짜랑짜랑한 소리, 쨍하는 소리가 있다. 심벌즈의 쨍하는 소리를 오디오 하이파이 스피커에서 듣다가, 그것을 다른 애호가의 집에가서 유닛이 하나인 소위 평판형 풀레인지 스피커로 들었더니, 그 소리가 들리지 않는다.

 

내 집에 있는 음반을 지금 자동차에서 재생하지만, 집에서 듣던 짤랑짤랑하고, 쨍하는 소리는 들리지 않고, 뭔가 둔하고 멍청한 느낌이 난다.

 

이는 풀레인지 스피커나 자동차의 스피커의 고음재생능력이 떨어지기 때문에 나타나는 문제이다.

 

 

바이올린과 첼로, 오보에를 같은 음.. 예를들어 라음(A음 440hz)을 낸다고 하자. 바이올린과 첼로, 오보에는 A음을 낸다고 해도 각각 악기는 소리가 서로 다르다. 악기의 소리는 기본음(The fundamental)와 그 기본음 주파수의 배수에 해당하는 배음(Harmonics)에 따라 독특한 음색을 가진다.

 

다시말해 기본음이 440Hz라도 기본음의 2배수, 3배수, 4배수, 5배수 등(880Hz, 1320Hz, 1760Hz, 2200Hz 2640Hz 등)의 배음들의 분포에 따라 악기마다 독특한 음색을 갖는 것이다.

A4violin.wav  A4음 바이올린

 

A4.B_Flute_.wav A4음 플루트

위 바이올린과 플루트의 A4음의 주파수 분석결과는 아래 그림과 같다. 두 그림중 위의 것은 플루트이고, 아래 것은 바이올린이다.


                                     플루트 A4음의 주파수 분석결과

                                     바이올린 A4음(왼쪽채널)의 주파수 분석결과

같은 기본음(440Hz)을 재생하고 있는데, 바이올린과 플루트에서 기본음에 비해 배음의 소리크기가 배음에 따라 다르다. 예를 들어 위 바이올린 소리에서는 제 5 배음(2200Hz)이 기본음에 가까울정도로 소리가 큰데 비해, 플루트에서는 제 5 배음이 기본음에 비해 12dB이상 낮다.

오디오의 스펙중 비선형 왜곡(총배음왜곡, 상호변조 왜곡 등)이 없다고 가정할때..
바이올린 소리를 바이올린 소리답게, 플루트 소리를 플루트 소리 답게 해 주는 특성이 바로 "주파수특성"이며, 주파수 특성이 평탄할수록 소스에 녹음된 원음에 가까운 소리가 나는 것이다. 주파수특성이 평탄하지 않다는 것은 악기소리에서 원음과 배음의 소리의 분포에 변화가 생긴다는 뜻이다. 

위 플루트소리에서 기본음과 2,3,4,5 배음의 소리크기의 비가 10:10:6:2:2 정도라고 볼 수 있는데, 주파수특성이 안좋은 기기(주로 스피커)를 통하면서 주파수 특성이 크게 바뀐다. 예를 들어 A 스피커에서는 이 비가 10:9.7:5.9:2:2 로 되고, B 스피커에서는 10:15:8:3:3이 된다면, A 스피커가 원래 소스에 담긴 소리에 더 가까운, 더 해상도가 높은 기기라고 할 수 있다.

(하지만, 중요한 것은.. 우리는 지금은 "원본"의 소리를 알면서 그것과 스피커를 통해 나온 결과를 비교한다고 가정하지만, 우리가 일반적으로 음악을 들을때는, 애호가는 원본의 소리가 어떤 것인지 잘 알지 못한다. 그래서 애호가가 음악을 들으면서는 원본에 더 가까운 소리인 해상도가 더 높은 고충실도(High fidelity)의 소리인 A스피커 소리보다, 원본과 차이가 있는 변화된 소리인, 저해상도의 저충실도의 소리인 B 스피커 소리를 더 좋아할 수도 있다.)

주파수특성은 20-20000Hz +-0.5dB와 같이 표시하는데, 일반적으로 같은 방법으로 측정하였다고 할때 +-0.5dB 라고 되어 있는 부분의 숫자가 작을수록 좋다. 일반적으로 40-15000Hz +-0.2dB, 20-20000Hz 에서 +-0.5dB이내에 있다면 비교적 주파수특성이 우수하다고 할 수 있다.

1. 이것이 오디오에서의 해상도의 한 측면인.. 재생주파수 전체를 모두 동일한 음량으로 재생할 수 있는 능력이다.

이상에서 오디오에서의 해상도의 몇몇 측면을 살펴보았는데..
이것을 소리의 물리적 특성을 생각해본다면 간단히 정리해 볼 수 있다.

 

소리는 공기를 매질로 퍼져나가는 파동이다.

 

파동을 이루는 가장 중요한 특징은 파동의 높이(진폭)와 파동과 파동간의 거리(파장)이다.
오디오기기(소리 재생기)의 해상도가 높다는 것은 바로 여러 소리 파동을 잘 구분할 수 있도록 정확한 파동을 만든다는 것이다. 다시 말하면, 원래의 소리신호의 진폭을 그대로 재현하고, 파동과 파동간의 거리를 원래 신호 그대로 재현한다는 것이다. 서로 다른 악기는 서로 다른 파동이므로, 원래 소리 파동을 그대로 재현하는 오디오가 더 해상도가 높다.

 

여기서 파동의 높이가 나타내는 것은 "소리의 크기"라는 영역이다.

 

오디오에서 해상도(Resolution)란 무엇인가 (1)에서 오디오의 해상도라는 것은  작은 소리를 잘 재생하고, 큰 소리를 잘 재생하는 능력이라고 설명한바 있다. 이것은.. 소리파동의 원래의 진폭을 그대로 재현하는 능력인 것이다.

 

다음으로 소리에서 파동과 파동간의 거리(파장)은 소리의 속도/소리의 주파수가 된다. 따라서 파동과 파동가의 거리(파장)이 나타내는 것은 "주파수"라는 영역이다.

파동과 파동간의 거리를 그대로 잘 재현한다는 것은 다른말로 바꾸면 주파수를 원래 신호 그대로 재현한다는 것이다. 소스에 20Hz가 녹음되어 있으면, 20Hz를, 20000Hz가 녹음되어 있으면 20000Hz를 그대로 재현하는 것이다.

 

소리의 소스(CD, DVD, LP, 사운드 파일 등..)에 20Hz소리크기가 100, 200Hz가 10, 2000hz가 1, 4000Hz가 0.01로 로 녹음되어 있으면, 

오디오에서 앰프와 스피커를 거쳐서 나오는 소리가 10배 증폭되어 20Hz 소리를 소리크기 1000으로 나오게 한다면, 200Hz는 100, 2000Hz는 소리크기 10, 4000hz는 0.1로 나오게 하는것(평탄한 주파수 특성),

그리고 소스에 없는 왜곡인 40Hz, 60Hz, 80Hz, 4000Hz, 6000Hz와 같은 배음이 나오지 않도록 하고(총배음왜곡율이 낮을것),

상호변조음인 180hz, 220Hz,1800hz, 2200hz, 1980hz, 2020hz 같은 소리가 나오지 않게 하며(상호변조왜곡율이 낮을 것),

2000Hz에서 0.1의 작은 소리를 재생할때 잡음에 묻히지 않도록 하고(높은 신호대 잡음, 낮은 기저잡음),

왼쪽채널에서 날 소리는 왼쪽에서, 오른쪽 채널 소리는 오른쪽에서 나도록 하고(높은 스테레오분리도),

20Hz에서 1000이라고 하는 큰 소리를 잘 재생할 수 있도록 한다(높은 다이내믹레인지)

즉 오디오기기의 주파수특성, 노이즈레벨, 신호대잡음비, 다이내믹레인지, 총배음왜곡율, 상호변조왜곡율, 스테레오분리도와 같은 부분에서 "제대로"계측한 측정치를 보면

그 오디오 기기의 해상도를 살펴볼 수 있다.