당신의 디지탈 음악 입문서

음악은 진동 형태로 표현되는 에너지입니다. 이 에너지를 최대한 충실히 재현하고 재생하는 것이 오디오 산업의 전부입니다. KEF의 유일한 미션은 소스로부터 스피커로 전송되는 에너지를 가능한 한 충실하고 정확하게 재현하는 것입니다. 스피커 자체보다 음악의 세계가 디지털로 진화했습니다. 

음악을 우리에게 쉽게 제공하는 기술은 복잡할 수 있지만, 최소한의 지식을 갖는 것은 어렵지 않습니다. 그런 의미에서 여기에 디지털 음악 입문서가 있습니다. 

인간의 목소리와 피아노, 기타, 드럼과 같은 자연 악기는 모두 아날로그 영역에 존재합니다. 1880년대 이후로 우리는 음악을 녹음하고 저장하기 위해 진동의 음악 에너지를 간편하게 다룰 수 있는 매체로 전송하는 기기를 사용해왔습니다. 이러한 매체에는 왁스 실린더, 아세테이트 레코드 앨범, 자기 기록 테이프 등이 포함됩니다.

현대 세상에서는 이러한 진동이 디지털로 캡처되어 우리가 원하는 양의 어떤 음악이든 어디로 가든 가져갈 수 있게 되었습니다. 음악 공연은 이제 디지털 비트의 연속으로 변환됩니다. 거기서부터는 디지털 1과 0으로 구성된 거대한 집합체로 남아 있게 되며, 다시 아날로그로 변환하여 듣기 위해 필요할 때까지 그대로 유지됩니다.

아날로그 공연을 녹음한 후, 녹음한 내용은 아날로그-디지털 변환기(ADC)라는 회로를 통해 전송됩니다. ADC를 통해 음악을 디지털 형식으로 변환한 후, 1과 0으로 이루어진 디지털 파일로 이동합니다. 다시 듣기 위해 준비할 때에는 디지털-아날로그 변환기(DAC)를 통해 이 과정을 역전시켜 디지털 형식을 원래의 아날로그 형태로 변환합니다. 이 아날로그 신호는 우리의 앰프를 통해 스피커로 전송됩니다.

ADC는 신호의 주파수(및 진폭)를 일정한 속도로 샘플링한 다음, 해당 샘플을 디지털 정보(이진 1과 0)로 변환하고 이를 디지털 파일로 저장합니다.

지금 생각하고 있는 어떤 노래를 선택하고, 그 노래에서 한 순간을 정지시킨다고 상상해보세요. 그것이 ADC(아날로그-디지털 변환기)가 하는 일입니다. 샘플링된 음악의 해상도는 이 단일한 순간을 어떻게 다루는지에 따라 결정됩니다. 

이 단일한 음악의 1초에 샘플을 취하는 횟수를 샘플링 속도라고 합니다. Red Book CD(음악 CD의 표준)의 경우, 1초에 44,100개의 샘플을 취하며, 이는 44.1kHz의 샘플링 속도를 의미합니다. 당연히 샘플링을 더 자주하면 더 많은 정보를 보존할 수 있으므로, 96kHz의 샘플링 속도는 44.1kHz보다더 좋은 품질의 소리를 제공할 것으로 생각됩니다. 그러나 192kHz만큼은 좋지는 않지만 여전히 고해상도의 하한선으로 간주됩니다.

아래의 사인파는 오디오 신호를 나타내는데, y축(위에서 아래로)은 진폭 또는 음량을, x축(왼쪽에서 오른쪽으로)은 주파수 또는 시간을 나타냅니다.

신호를 디지털로 변환하기 위해, y축의 미리 정해진 섹션에 디지털 숫자를 할당합니다. 이를 워드 사이즈라고 합니다. 오디오에서 흔히 사용되는 워드 사이즈는 16비트와 24비트입니다. 그런 다음, x축을 따라 신호의 샘플을 추출합니다. 우리가 샘플링하는 횟수를 샘플링 속도라고 하며, (더 많이 샘플링할수록 더 좋은 품질의 소리가 됩니다). 

디지털 영역에서는 정보를 CD, 하드 드라이브 또는 클라우드(실제로는 다른 사람이 소유한 하드 드라이브)에 저장할 수 있습니다. 자석 테이프와 비닐 레코드는 그저 아날로그 저장 장치에 불과합니다.

아래의 그림은 상대적인 기준점을 사용하여 변환 과정을 단순화한 것으로, 아날로그-디지털 변환의 정확하고 수학적인 묘사를 위한 것은 아닙니다.

수직으로 그어진 빨간색 선은 샘플링 레이트를 나타냅니다.

A 지점의 선은 매우 낮은 샘플링 레이트를 나타내며, 이는 오디오 신호의 많은 부분을 누락시킵니다. 예를 들어, 전화기나 휴대용 라디오와 같은 장치에서는 매우 제한된 주파수 범위(인간의 음성)만 샘플링 되므로 낮은 샘플 레이트가 사용됩니다.

B는 중간 샘플링 레이트를 나타냅니다. 이 시연을 위해 44.1kHz의 샘플링 레이트로 가정할 수 있고, C는 전문적인 응용 분야에서 사용되는 매우 높은 샘플링 레이트를 나타냅니다. CD와 상업용 오디오의 샘플링 표준은 44.1kHz에서 시작되었지만, 현재는 48kHz가 표준 최소 샘플링 레이트로 간주됩니다.

하지만 샘플링 레이트만 신경 써야 하는 것은 아닙니다. 워드 길이가 사실상 더 중요합니다. 
기본적으로, 모든 멋진 아날로그 음악을 1과 0으로 변환하고 있기 때문에, 우리가 가지는 1과 0의 개수가 많을수록 더 많은 세부 정보를 포착하게되며, 결과적으로 우리가 듣을 때 더 높은 음질을 얻을 수 있습니다. 우리가 샘플을 취하는 횟수만큼이 아니라, 그 정보를 저장하는 양이 디지털화된 곡의 음질을 결정하는 데 중요합니다. 이것이 비트 깊이가 나오는 이유입니다 - 비트 깊이가 깊을수록 (데이터 워드가 크면) 해상도가 더 높아집니다.

Red Book CD는 16비트의 비트 깊이를 사용합니다. 오디오 방송 비디오 표준 및 고해상도 파일들은 24비트입니다. 비트 깊이는 다이내믹 범위에특히 영향을 미치며, 추가적인 8비트의 데이터를 더함으로써 음악 구간의 다이내믹을 크게 향상시킬 수 있습니다.

그림 오른쪽의 1s과 0s은 샘플된 진폭의 디지털 기록을 나타냅니다. 특정 시간에 샘플을 취하고, 그 시간에 신호의 진폭을 데이터로 저장합니다. D는 4비트로 이루어진 작은 워드를 나타냅니다. 4비트의 데이터로는 샘플을 몇 번을 해도 많은 진폭 데이터를 포착할 수 없음을 알 수 있습니다. 4비트로는 단지 16개의 서로 다른 데이터 포인트만을 포착할 수 있습니다.

E 열의 숫자들은 6비트 워드를 나타냅니다. 6비트로는 64개의 데이터 포인트를 캡처할 수 있기 때문에, 단순히 두 개의 비트를 추가함으로써 정보를 네 배로 캡처할수 있습니다. 워드가 더 크면 우리의 샘플 저장은 더욱 자세해지고, 샘플 레이트가 더 높을수록 더 많은 오디오 신호를 캡처할 수 있습니다. 실제로, 16비트 워드는65,536개의 개별 데이터 포인트를 캡처할 수 있지만, 단순히 8개의 비트를 추가함으로써 24비트 워드는 이제 16,777,216개의 데이터 포인트를 샘플링할 수 있습니다 - 즉, 16비트로 캡처한 데이터의 256배입니다.

그 대가는 파일 크기입니다. 파일 해상도를 16비트에서 24비트로 높이면 파일 크기도 32배 증가합니다. 저장 공간이 비싸고 제한적인 상황에서는사용 가능한 양의 음악을 저장하기 위해 낮은 해상도가 필요했습니다. 그러나 휴대폰을 제외한 대부분의 저장 매체는 저렴하고 매우 넓은 용량을가지고 있어 이전보다 훨씬 더 많은 품질 좋은 음악을 저장할 수 있게 되었습니다.

그래서 디지털 압축이 등장합니다. 가능한 한 작은 공간에 최대한 많은 음악을 저장하기 위해 우리는 디지털 파일을 압축하는 방법을 익혔습니다. 이는 곡의 일관성에 절대적으로 필요하지 않은 데이터를 제거함으로써 이루어집니다. 기본적인 음표와 소리는 그대로 남아 있지만 생동감과 다이내믹스는 사라집니다. 이어폰이나 컴퓨터 스피커를 통해 들을 때는 빠진 부분을 거의 눈치채지 못할 수도 있지만, 품질이 더 좋은 시스템에서 들을때는 분명히 빠진 부분을 느낄 수 있습니다.

이 모든 것은 비트 레이트와는 아무런 상관이 없습니다. 비트 레이트는 정보를 디지털로 전송하는 속도를 의미합니다. 비트 레이트는 디지털 전송시스템의 데이터 전송 용량을 나타냅니다. 비트 레이트가 높을수록 스트리밍하는 동안 음악이나 비디오가 보다 일관성 있게 전달됩니다. 이 디지털 전송 시스템은 CD를 추출하는 데 사용하는 소프트웨어, 음악을 스트리밍할 때의 로컬 네트워크 속도, 디지털 음악 스트림에서 이루어지는 여러 디지털 전송 중 하나일 수 있습니다.

예를 들어, Spotify는 Android, iOS, 데스크톱 장치 및 앱에 대해 다른 비트레이트를 제공하며, 프리미엄 사용자를 위해 320kbps로 제공됩니다. 그러나 Chromecast 사용자의 경우 비트레이트가 256kbps로 낮아집니다. 이러한 차이로 인해 음질에 차이가 있을까요? 그렇습니다. 이 차이(약70kbps)가 눈에 띌 정도인가요? 아마도 그렇지 않을 수 있습니다.

Bluetooth APTx는 잠재적인 비트 레이트가 325kbps입니다(소스에 따라 다릅니다). Apple AirPlay는 사용하는 AAC 형식의 비트 레이트가250kbps로 제한됩니다. 고음질 시스템에서는 차이가 눈에 띄고 듣기 불편할 수 있지만, 중간 수준 이하의 시스템으로 갈수록 그 차이는 더욱 구별하기 어려워집니다. 그러나 디지털 음악의 품질을 논할 때 고려해야 할 여러 가지 요소가 여전히 있습니다.

요약하면, 숫자가 높을수록 청취 경험이 더욱 우수해집니다. 96kHz의 샘플 레이트는 48.1kHz의 샘플 레이트보다 우수하지만 192kHz만큼은 아닙니다. 24비트의 워드 길이는 16비트의 워드 길이에 비해 훨씬 우수합니다(품질이 급격하게 향상됩니다). 250kbps의 비트 레이트는 일반적으로320kbps의 비트 레이트만큼 좋지 않습니다.

이 모든 것을 한 가지로 결론 짓는다면 - 만약 그 소리가 좋으면 괜찮습니다, 하지만 스스로에게 익숙하거나 편안한 것에 제한을 두지 마십시오. 과학은 우리에게 단 한 번의 마우스 클릭으로 놀라운 음질의 음악을 제공하는 놀라운 선물을 주었습니다. 그 모든 걸 즐길 수 있습니다.

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