[ Voice ] PCM

아날로그 신호와 디지털 신호

💬  우리가 귀로 듣는 소리는 기본적으로 공기를 타고 전파되는 아날로그 파형이다. 아날로그 신호는 시간에 따라 변화하는 모양이 끈임없이 자연스럽게 이어지게 된다.

💬  이를 디지털 신호로 바꿀 때에는 매시간 변하는 신호의 모양을 순간적으로 포착해서 저장하게 된다. 디지털로 저장되는 동영상과 음성은 그렇게 찰나의 순간을 포착한 상태의 연속으로 이루어져 있다.

💬  이에 따라 디지털로 저장된 사운드를 그대로 재생하면 파형에 계단 현상이 생기게 된다. 그래서 적절한 필터를 거친 디지털 소스의 파형은 원래의 아날로그 신호처럼 매끈하다.

 

PCM이란?

💬  PCM = Pulse-code modulation = 펄스 부호 변조

💬  아날로그 음성 신호를 0과 1의 펄스 신호로 바꾸어 기록하는 방식 중 하나로써, 소리 신호의 순간적인 높이를 잘게 쪼개서 저장한다.

💬  PCM 방식에서 중요한 것은 높이를 얼마나 잘게 쪼개느냐, 그리고 시간을 얼마나 잘게 쪼개느냐이다. Sampling bit는 신호의 높이를 포착한 정밀도, Sampling rate는 1초 동안 몇 번 신호를 포착했는지를 의미한다.

  ◽  Sampling bit 수는 2진수로 표현되는 디지털 데이터의 자릿수이다. 따라서, 16bit는 16자리의 2진수로 이루어져 있어서 2의 16제곱인 65,536 단계로 신호의 높이를 잘게 쪼개서 포착할 수 있다.

  ◽  예를 들어, Sampling rate가 44.1kHz이면 신호를 1초 동안 44,100번 포착해서 기록했다는 의미이다. 

 

나이퀴스트 이론

💬  한 번의 진동은 원점으로부터 시작한 움직임이 최고점과 최저점을 각각 한 번 찍고 다시 원점으로 돌아온 상태까지를 의미한다.

💬  PCM 방식은 순간의 신호의 높이만을 기록할 뿐이므로, 최고점과 최저점을 동시에 기록할 수는 없다.

💬  따라서 1번의 진동 주기에 포함된 최고점과 최저점을 모두 기록하기 위해서는 신호를 최소 두 번은 포착해야 하고, 이런 개념을 정리한 것이 나이퀴스트 이론이다.

💬  CD가 44.1kHz의 Sampling rate를 갖는 이유는 이러한 나이퀴스트 이론에 의거해 사람의 가청 한계를 충분히 만족하면서도 제한된 용량 안에서 보다 긴 시간의 오디오를 기록하기 위함이다. 무조건 Sampling rate을 높이게 되면 데이터량이 순식간에 늘어나기 때문에 용량을 비효율적으로 쓸 수 있기 때문에 적당히 높이는 것이 중요하다.

 

모노와 스테레오

💬  모노와 스테레오는 음질과는 상관이 없는 개념이다.

💬  모노는 신호를 소리로 변환할 때 하나의 채널만 사용한다. 여러 대의 스피커가 있어도 같은 신호만 복사해서 여러 스피커로 출력하도록 한다.

💬  스테레오는 모노와는 다르게 신호를 소리로 변환할 때 하나 이상의 채널을 사용한다. 따라서 각 신호가 보내는 소리가 구분되어 이어폰의 왼쪽과 오른쪽에서 다른 소리가 들리는 현상이 이에 해당한다.