음, 요새 FL 가이드 6의 '나이퀴스트의 정리' 를 보고 공부를 하면서..  

멬사운드 님의 'PC음악을 하는데 필요한 기초상식 시리즈 4'  강좌 중 표본화, 양자화, 부호화.. 쪽 강좌를 보게 되었는데..

 

이것들을 통해.. 디지털 오디오에 관심이 생겨서, 좀 더 찾아보던차.. 궁금한점이 생겨서 이렇게 질문글을 남기게 되었습니다..

 

 

우선, 디지털 오디오에서 있는 아날로그 투 디지털.. 즉 샘플링 (표본화) 및 퀀타이제이션 (양자화) 에 관해서 세부적인 내용들에 궁금한점이 생겼는데요..

 

앨리어싱과, 안티 앨리어싱에 관한 내용을 중점으로 궁금하고.. 

 

디더링, 그리고 퀀타이제이션 노이즈 (양자화 잡음), 다이나믹 레인지, 퀀타이제이션 에러, 44.1Khz 에서 0.1 의 오류정정 주파수의 여유...에 대해서

 

추가적으로 보충설명을 받고 싶어서.... 이렇게 질문글을 올립니다..

 

 

 

앨리어싱은 제가 가진 서적인 컴퓨터 음악 (최영준지음) 에서 디지털 오디오쪽에 살펴보면..

 

'녹음하려는 소리보다 샘플링 주파수가 낮을 경우 원래의 파형을 전부 샘플링하지 못하게 된다. 이러한 완전치 못한 데이터로 아날로그 신호를 재구성할 경우

 

음높지 (Pitch) 가 달라지고 잡음이 생기게 된다, 이런 현상을 Foldover 혹은 Aliasing 이라고 한다' 라고 되있고..

 

저말을 제가 나름 해석해본다면.. 녹음하려는 본 아날로그 음성 데이터의 샘플레이트보다, 녹음한 디지털 음성데이터의 샘플레이트가 낮을 경우

 

앨리어싱이 일어난다고... 해석할 수 있겠는데요..

 

 

제가 딴데서 앨리어싱 현상을 찾아보니...

 

 

 

Nyquist Limit와 Aliasing
양자화 잡음이 샘플 비트와 연관된 것이라면 나이퀴스트 프리퀀시(Nyquist Frequency)와 알리아싱(Aliasing)은 샘플 비율과 관련이 있다. 샘플 주파수의 한 주기 안에는 반드시 두 개 이상의 샘플 포인트가 존재해야한다.

<두개 이상의 샘플 포인트가 있어야한다.>

만일 두 개 미만인 경우에는 소위 알리아싱(Aliasing)이라고 일컫는 소리의 왜곡이 발생한다. 그리고 이 주파수의 한계를 나이퀴스트 한계(Nyquist Limit)라고 한다. 디지털 샘플링 작업에서 주파수의 한 사이클당 두 번 이상의 샘플이 이루어지지 않으면 각 샘플 포인트를 이은 결과가 원음의 파형 형태를 충분히 재현하기에 모자라므로 음질이 왜곡되는 것이다. 
 

 

 

 

위에를 보면..

일단 샘플비율.. 즉 비트레이트와 관련한것에는 '나이퀴스트 프리퀀시' 그리고 '알리어싱' 이 관련되있다고 하는데요,

 

샘플 주파수의 한 주기안에는 반드시 2개 이상의 샘플 포인트가 존재해야하며, 만일 두개 미만일경우 '알리어싱'이 일어난다고 하고,

 

이 주파수의 한계를 '나이퀴스트 한계' 라고 한다고 하네요...

즉, 각 샘플 포인트를 이은 결과가 원음의 파형 형태를 충분히 재현하기에 모자라므로 음질이 왜곡되는것이다.. 라고 나와있는데요..

 

 

여기서 의문인게.. 책에서는, 샘플레이트 비율이 녹음한 디지털 데이터가 원본 샘플레이트 보다 낮을때 발생된다고 하고..

저기 강좌에서는, 샘플 주파수 한 주기안에 2개의 샘플 포인트가 존재하는데, 이거 2개 미만일경우 알리어싱이 일어난다고 하며..

추가적으로 이 주파수의 한계를 '나이퀴스트 한계' 라고 말하는데...

 

이렇게 따져보면, '앨리어싱' 이 '일어나게되는 이유' 는 저위에 설명한.. 둘 다 포함한것을 얘기하는건가요???

 

 

그리고.. 안티 앨러이성에 관한 내용을 보면..

 

 

<샘플비율이 낮을 때: 파형이 부정확하게 녹음된다.> <샘플비율이 높을 때: 파형이 더 정확하게 녹음된다.>
나이퀴스트 한계는 샘플 비율의 절반값이다. 따라서 높은 샘플 비율의 데이터를 낮은 주파수로 변환할 때 나이퀴스트 한계 위에 있는 주파수들은 제대로 변환되지 못한다. 따라서 그 주파수들을 제거해줘야 한다. 예를 들어서 44KHz를 22KHz로 변환하려면 11KHz 이상의 주파수를 제거해야만 한다. 그래서 사운드 카드에는 이러한 작업을 위한 장치로서 로우 패스 필터를 가지고 있다. 이것을 다른 말로 안티 알리아싱 필터(Anti-aliasing Filter)라고도 부른다. 

 

라고 되있는데.........

 

즉 따지고 보면.. 안티 얼라이싱이란, 책에서 설명한 얼라이싱이 일어나는 과정에서 생기는 것들을 안티 얼라이싱 필터를 이용하여 얼라이싱 현상을 없애주는것.

이라고 정리를 하면 될까요??

 

 

그리고 양자화 과정에서 나타나는.. 양자화 잡음.. 즉 퀀타이제이션 노이즈... 와 퀀타이제이션 에러는 같은 의미를 말하는건가요??

 

그리고 이 경우에 쓰일수 있는 '디더링' 의 경우는, 일단 상대적으로 높은 비트레이트에서 낮은 비트레이트로 낮춰줄때, 퀀타이제이션 노이즈를

잡아주기 위해, 극도로 낮은 레벨의 (규칙성이 없는) 노이즈를 시그널에 더해줘서 깎여나간 비트를 보상해주는것.,. 그리고 이것 디더링은

꼭 제일 마지막에 한번 하는 작업.... 이라고 하는데요..

 

그렇다면, 그 반대의 경우인... 낮으 비트레이트에서 높은 비트레이트로 양자화 시켜줄경우에는..

디더링은 필요없고 그 대신 '컨버팅' 이라는 개념이 필요하다는데..

 

이 컨버팅이라는 개념은 무엇이며... 멬사님 기초상식 시리즈 4 강좌에 있는, '인코딩' 하고는 무엇이 다른지..

그리고 왜 이 경우에는 디더링이 필요없는지.. 그것이 알고 싶습니다..

 

그리고, 다이내믹 레인지란..  제가 나름 추측해본 결과... (?)

 

'디지털 오디오에서 얼마나 (dB단위) 표현 가능한지의 범위를 말한다' 라고 결론을 내렸는데요..

 

이때, 다이내믹 레인지 최고점을 넘어선 것들은 클리핑 현상이 일어난다고 되있는데...

 

샘플링 작업시.. 너무 낮은 녹음레벨일 경우에는 '퀀타이제이션 노이즈' 가 증가한다고 되있는데요....

 

너무 높은 녹음 레벨이 다이내믹 레인지가 수용을 못해서, 클리핑 현상이 일어난다... 라는건 이해가 가겠는데...

너무 낮은 녹음레벨일 경우에 퀀타이제이션 잡음이 증가한다... 라는건 제가 도저히 이해가 안가네요;;

   

퀀타이제이션 잡음이란.. 상대적으로 높은 비트레이트에서 너무 낮은 비트레이트로 양자화 시킬때, 각 비트 사이에  큰공간이 생김으로써, 이러한

데이터를 재생하기 위해, 다시 아날로그 신호로 변환할때에 잡음이 발생한다고 하는데.. 즉 그러니까..

 

비트레이트 에 관련해서 생기는게 퀀타이제이션 잡음이지... 너무 낮은 녹음레벨을 설정한다고 해서 퀀타이제이션 잡음이 증가한다는것은..

이해가 안가는데.. 이건 어찌된 일일까요 ㄱ-.....................

 

 

음.. 그리고 나이퀴스트 리미트의 경우는.... 녹음하려는 데이터를 녹음했을경우, 녹음한 데이터의 샘플레이트의 반을 의미하는것인가요??

 

 

그리고.... 44.1Khz 16비트 ... 가 표준인데...

 

가청주파수 대역 20Hz~20Khz 를 기준으로.. 20Khz에서 나이퀴스트 이론에 의해, 가청주파수 대역 최고점의 2배...

하면.. 40Khz가 되야 되지 않나요>?>>?

 

왜, 일단 44Khz 에... 0.1Khz 의 샘플링시 일어나는 오류 정정 주파수의 여유...를 두는건지.. 그게 궁금하네요..

 

그리고 제가 찾아본 결과.,. 오류 정정 주파수의 여유는, '앨리어싱 을 방지하기위해 여유분을 둔다' 라고 생각이 되는데..

 

이것이 맞는 말일까요?

 

 

음... 뒤죽박죽이라 정신없지만., 요약하자면..

 

 

여러 강좌들 봐가면서.. 이제 뭔가 알듯 말듯 한데..

확실히 딱! 잡히기보다는.. 뭔가 여러 설명들을 보면서 헷갈려져서 이렇게 질문을 올리게 되었습니다..

 

긴 질문 봐주셔서 감사드리고.. 답변 기다리겠습니다.. ㅠ