음원 헤르츠(Hz) 알아보기

• 진동하는 주기의 Hz와 아날로그 시그널의 hz, 디지털시그널의 Hz는 다르다
• 소리는 공기등의 매체가 진동함으로서 나게 되는것이고 그 진동의 주기를 Hz로 표현한다
  즉 기압이 올라갔다 내려갔다가 1초동안 100번 반복된다면 100Hz가 되는것이고 4000번 반복된다면 4KHz가 되는것이다.
  여기서 기압의 변화폭은 음압(소리의 크기)와 관련이 있고 진동주기는 음의 높이와 관련이 있다.
  Hz가 낮을수록(진동의 속도가 느릴수록) 저음이 되고 Hz가 높을수록 고음이 되는것이다. 이것이 물리적인 현실에서의 Hz의 개념이다.
• 전기음향에 있어서 소리는 전기라는 눈에 보이지 않고 들리지 않는 신호로 변환된다.
  소리의 실체라고 할수 있는 기압의 변화는 전기신호에서 전압의 변화로 대체된다. (전위의 변화라고 하는것이 더 정확할지 모르겠다)
• 설명하기 쉬운 다이나믹 마이크를 예로 들면 마이크에 다이어프레임이라는 막이 있고 그것은 코일과 연결되어 있다. 그리고 그 코일을 영구자석이 감싸고 있는 형태이다.
  소리는 다이어프레임을 진동시키고 다이어프레임과 연결되어있는 코일은 앞뒤로 움직이게 된다. 이때 손가락 세개를 서로 다른 방향으로 해서 배우는 플라밍인가 하는법칙대로 코일의 움직임, 자석이 코일에 주는힘에 따라 전류가 발생하게 되고 전압의 변화를 Hz로 표시하게 된다.
• 시간에 따른 기압의 변화인 소리가 시간에 따른 전압의 변화인 전기적 신호로 바뀌게 된다. 이 전기적인 아날로그 시그널은 물리적인 진동과 마찬가지로 전압이 올라갔다 내려가는 주기를 Hz로 표현하게 된다. 여기서 물리적 진동의 Hz와 아날로그 시그널의 Hz의 차이가 나타나게 되는데
• 말하자면... 음향에 대하여 모르는 일반인은 이렇게 생각할 수있다. 사람의 가청주파수 대역은 20~20KHz인데 콘센트에서 흐르는 전기는 220V에 60Hz의 주파수를 가지고 있으므로 전기가 흐르는 소리도 들려야 되는거고 엔지니어가 되려면 귀를 단련시켜야 된다 이런 얘기였다.
• 그런데 생각해보면 인간이 귀로 소리라고 느끼는것은 진동.. 즉 기압의 변화를 통해서다. 일반적인 가정에 들어오는 전기는 220볼트의 전압을 갖는데 교류이기 때문에 전압은 60Hz의 속도로 변하게 되고 얼핏 보면 가청주파수 대역 안이기 때문에 들릴것도 같지만 이것은 전기의 전압이 변화하는 것이지 이 전기가 기압을 바꾸지는 않기 때문에 소리가 들릴리 없다. 말하자면 물리적인 진동의 Hz와 아날로그 시그널의 Hz를 혼동한 것이라고 할수 있겠다.
• 만약 벽콘센트에서 흐르는 전기소리를 들을수 있다면 믹서에 흐르고있는 소리들도 각각 특정한 주파수를 가지고 있기 때문에 다 들을수 있을것이다. 아니 그 이전에 지금부터 설명할 스피커의 필요성도 없어질 것이다.
• 진동이 전기적인 신호로 바뀐 아날로그 시그널은 그 자체로만 있어서는 의미가 없으며 다시 물리적인 진동으로 바뀌어야만 소리로 인식될수 있다. 이 작업을 해주는 장비가 바로 스피커이다.
  앞서 말한 마이크는 진동을 전기로 바꿔주는 장치라면, 스피커는 전기를 진동으로 바꿔주는 장치인 만큼 마이크와 스피커의 구조는 닮은 구석이 많다.
  스피커에도 코일이 있고 자석이 코일을 감싸고 있으며 다이어프레임 대신 콘지라는것이 코일에 연결되어있다. 마이크에서 진동이 전기로 바뀌는 과정의 정반대라고 생각하면 이해하기 쉬운데 자석의 힘을 받고있는 코일에 전기가 흐르게 되면 플라밍의 법칙에 의해 코일이 움직이게 되고 코일과 연결되어있는 콘지가 움직여서 공기를 진동시키는 것이다.
  만약에 벽 전기를 스피커에 연결한다면(220v의 전압을 견딜수 있는 스피커가 있다면) 스피커는 충실히 60Hz의 소리가 무엇인지 들려줄 것이다.
• 여기까지 이해가 됐다면 디지털 시그널에 있어서의 Hz에 대해 살펴보자.
  디지털 장비로 녹음을 하다보면 44.1Khz라던지 48Khz라던지 96Khz라는 것을 많이 보게될것이다.
  사람의 가청주파수대역이 20KHz라면 이것들은 도대체 무엇인가... CD가 기본 44.1KHz에 16bit라는것을 들어본 사람이 있을것이다.
  앞에서 말한 hz는 샘플레이트의 단위이며 bit는 비트레인지의 단위이다. 이 두가지는 아날로그 시그널이 디지털시그널로 바뀌는 포맷같은 것이다.
• AD컨버터라 함은...
  아날라고신호를 디지털신호로 바꿔주는 장치이다. 디지털 레코딩을 할 시에 필수로 장착이 되어있어야 할 장치입니다. 그래서 디지털믹서나 디지털레코더에는 모두 장착이 되어있습니다.
• 우선 소리가 데이터가 되는 과정을 보자면...
  우리가 마이크에 대고 소리를 내면 다이나믹마이크는 코일이 영구자석사이를 왔다갔다..콘덴서마이크는 다이어프레임이 왔다갔다....뭐 그런 일련의 작업들을 통해서 소리를 전기적인 신호로 바꿔줍니다. 이 소리가 전기적인 신호로 바뀐것을 '시그널'이라고 하겠습니다.
• 아날로그 장비들은 이 아날로그시그널을 가지고 여러가지 작업을 하지만 디지털 장비는  아날로그시그널을 가지고 작업할수 없습니다. 이것을 데이터화 해야하는거죠!! 바로 오늘 우리가 알아볼 AD컨버터가 아날로그시그널을 데이터화 해주는 장치죠~
  아날로그 레코더를 사용했을 시절에는 릴테잎에 시그널을 기록했습니다. 산화철을 입힌 테잎에 녹음헤드를 통해 전류를 흘려줘서 기록을 했습니다.
  이 아날로그 레코딩 방식의 음질이라 한다면, 트랙의 폭과 테잎이 돌아가는 속도였습니다. 녹음되어지는 트랙의 폭이 클수록, 테잎 돌아가는 속도가 빠를수록 음질이 좋다고 볼수 있었죠 !! 녹음되어지는 부분의 면적이 넓어질수록 음질이 좋은것입니다.
  사진으로 바교한다면 크게찍은 사진과 작게찍은 사진을 똑같은 해상도로 확대한다면, 크게 찍은것이 더 화질이 좋은것과 비슷하다고 볼수 있죠~~
• 그렇다면 디지털에서 음질은 어떤것에 관련이 있을까요~~~???
  바로 샘플링레이트와 비트레인지입니다.
  아날로그와 비교하자면 샘플링레이트는 테잎의 재생속도, 비트레인지는 테잎의 폭이라고 생각할수 있습니다. CD가 44.1Khz, 16Bit라는건 많이 들어보셨을겁니다~~44.1Khz라는것이 샘플링레이트고 16Bit가 비트레인지죠~
• 어떻게 아날로그시그널이 데이터화 되길래 테잎의 속도와 폭이 샘플링레이트, 비트레인지와 비교되는것일까~?
  AD컨버터는 아날로그 시그널을 특정한 방법으로 특정한 수치로 측정하게됩니다. 지정된 속도로 시그널의 전압을 측정하는거죠~ 그 지정된 속도라는것이 샘플링레이트고 전압이 기록되는 범위가 비트레인지입니다~
  X,Y의 그래프를 생각해봅시다~ X축은 샘플링레이트, Y축은 비트레인지, 가로축은 시간, 세로축은 소리의 크기입니다. 44.1Khz라는 것은 1초에 44100번 전압을 측정한다는거구요~ 16비트라는것은 2의 16승, 65536개의 값중에 하나로 측정된다는 소리입니다~ 머릿속에 X,Y축을 가르는 모눈종이가 그려지나요?? X축은 1초에 44100번으로 나눠지고 Y축은 65536개의 칸으로 나눠져서 빽빽한 모눈종이가 되는거죠~~ 아날로그 시그널은 이 모눈종이중에 점으로 찍히게 되는겁니다~~
  마치 연속되는 사진 여러장이 빠른속도로 넘겨진다면 영상이 되는것처럼 이런 점들이 모여서 아날로그 시그널의 파형과 거의 흡사한 모양으로 데이터화 되는겁니다~당연히 샘플링레이트가 높아져서 1초에 48000번이나  96000번 전압을 측정하고 2의 24승만큼의 값중에 하나로 측정된다면 그래프는 더 정밀해지겠죠~~음질이 좋아진다는 말입니다~~
• 이제 시그널이 데이터화 하는 과정을 거쳐서 '샘플'이 되는 과정을 아셨을꺼에요~~
  그럼 마지막으로 AD컨버터가 이러한 과정을 진행하는 방법을 좀더 알아보겠습니다~~
• 아까 CD가 44.1Khz라는건 말씀을 드렸는데요~ 왜? 44.1인가 하니~~아날로그 시그널을 디지털화 하기 위해서는 시그널 주파수의 두배 이상의 샘플링레이트가 필요하다는 나이키스트이론에 의해서인데요~~사람의 가청주파수가 20hz에서 20Khz정도이기 때문에 20Khz를 변환하기 위해서는 40Khz이상의 샘플링 레이트가 필요한 것이죠~ 40Khz에서 약간의 여유를 둔 44.1Khz가 바로 CD의 샘플링 레이트가 된것입니다~~
• 이 과정에서 한가지 문제점이 생길수가 있는데요~바로 20Khz 이상의 소리가 들어온다면, AD컨버터는 오류를 일으킬수 있다는것입니다. 샘플링레이트를 벗어나기 때문이죠~~그렇기 때문에 AD컨버터는 우선 20Khz이상의 소리가 들어오지 못하도록 걸러내는 작업을 합니다~ 로우패스 필터를 걸어주는거죠~~안티알리에이싱(Anti-Aliasing)이라고 합니다~두번째는 위에서 말씀드린 시그널의 전압을 측정하는 과정을 수행하게 되고 마지막으로 퀀타이징(Quantizing)을 하게 됩니다~
• 미디를 하시는분들이니 뭔지 감이 잡히신 분들이 많을꺼에요~~아날로그라는것이 어떤 한 수치로 정확하게 딱 떨어지지 않는거죠~3755번째 값과 3756번째 값의 사이다~ 뭐 이런 경우인거죠~이럴때 AD컨버터는 퀀타이징을 통해서 가장 근접한 값으로 보정을 하게 됩니다~~
• 각각의 상황에 대한 Hz의 차이에 대해 설명하려다가 AD컨버터에 대한 얘기까지 하게 되었지만, 여하튼 디지털 시그널에 있어서의 Hz는 샘플레이트에 대해서 말한것이고 물리적인것이나 아날로그시그널의 Hz와는 전혀 다른 개념이라는걸 알게되었으리라 믿는다.
  (참고로 전기의 간섭에 의한 노이즈나 기타 특정한 상황에서 공명작용으로 인해 들리는 경우는 있을수 있다)