[멀티미디어] 4장 사운드 처리기술 : 디지털 오디오 시스

 

사운드처리 하드웨어

 

사운드 카드 (오디오 인터페이스 카드)

•  주요기능
  ▪ 입력 : 아날로그 파장의 사운드를 디지털 형태로 변환 (ADC)
  ▪ 출력 : 디지털 형태의 데이터를 아날로그 파장으로 변환 (DAC)

        ▪ 음원칩 : 미디 지원
        ▪ DSP(Digital Signal Processing) 칩: 데이터의 가공, 편집

• 주요제품
  ▪ 최초의 PC용 사운드 카드 : 1987년 캐나다의 Adlib사의 Adlib
        ➢ Yamaha 사의 YM-3812 음원 칩 사용, FM 음원 사용
  ▪ Creative사에서 SoundBlaster카드 발표
        ➢ 실질적인 사운드 카드의 표준, PCM 방식

FM 방식 vs PCM 방식

• FM 방식
  ▪ 기본음을 합성하여 새로운 음을 생성
  ▪ 저장 효율이 좋음
  ▪ 실제 음과는 많은 차이가 있음
  ▪ Adlib카드에서 사용
• PCM 방식
  ▪ 음의 소리가 원음에 가까움
  ▪ 각 악기 음을 전부 저장하기 때문에 저장 효율이 떨어짐
  ▪ 필요시 음이 녹음되어 있는 메모리(음원) 추가 가능 (사운드 폰트, WaveTable Daughterboard)

앰프와 스피커

• 사운드의 품질은 스피커의 영향이 제일 크다.
• 앰프 : 스피커를 위해 양질의 사운드 파형으로 증폭
• 돌비 서라운드 (Dolby Surround) 5.1 채널
  ▪ 스피커 5개 + 저음부를 위한 우퍼(Woofer)

사운드처리 소프트 웨어

사운드 편집 소프트웨어

• 기능 : 사운드의 캡쳐 및 편집, 가공, 트랙 편집 등
   ex) Adacity, Adobe Audition(Cool Edit Pro)

재생 프로그램

• 오디오 CD, MP3 파일
  ex) Winamp32

❖ 소니 사운드 포지 ❖

- 사운드 소스 편집이나 마스터링 기능이 특히 뛰어난 사운드 편집 프로그램
- 음악제작 기능이 없으므로 비디오 편집 도구인 베가스(Vegas)를 함께 사용하여 음악 제작을 하면 효과적임

메뉴 표시 줄의 메뉴 구성

사운드 포지를 사용한 사운드의 제작 과정
    1) 사운드 입력

        사운드 카드에 연결된 마이크를 통해 사운드를 직접 녹음

        WAV, AIF, MP3, OGG, WMA 등의 오디오 파일과 AVI, MPG, MOV 등의 비디오 파일의 불러오기

 

    2) 편집

        사운드에서 선택한 부분의 삭제, 선택한 부분의 잘라내기, 복사 등의 기본적인 연산 수행

        사운드를 편집하는데 있어 가장 중요한 것 : 편집할 위치를 정확하게 선택하는 것

 

    3) 이펙트(Effects) 

        이펙트(Effects)는 EQ, 딜레이, 컴프레서 등의 하드웨어 장치를 소프트웨어로 구현한 것

        사운드에 공간감을 불어 넣어 입체감을 주고, 다이내믹과 EQ를 이용하여 음질 향상

        녹음한 사운드에서 녹음할 때 생긴 마이크 주변의 잡음을 없애기 위해 주변 잡음 레벨의 최대치를 구하여 이 레벨 이하의 사운드를 제거

        하는 주변 잡음 제거 기능도 있음
        ▪ Acoustic Mirror : 집에서 녹음한 사운드를 산이나 콘서트 홀 등 다양한 현장에서 녹음한 것 같은 효과를 연출
        ▪ 모듈레이션 : 사운드에 비브라토를 만드는 효과
        ▪ 코러스 : 여러 명이 동시에 노래하는 합창의 효과를 연출
        ▪ 에코 : 딜레이를 사용하여 에코 효과
        ▪ 디스토션(distortion) : 사운드의 일거러짐과 로봇 음성, 기계음의 연출
        ▪ 플랜저(flange) : 딜레이를 응용한 이펙터의 하나. 입력된 음을 약 1ms-10ms정도로 지연시켜 원음에 보태어 제트기의 상승 하강음과

                                     같은 울림을 만들어 냄
        ▪ pitch shift : 사운드의 음정을 최대 한 옥타브로 올리거나 내리는 역할을 하는 효과를 연출
        ▪ Resonant filter : 저음역만을 재생하는 Low Pass, 가운데 영역만을 재생하는 Band Pass, 고음역만 재생하는 High Pass가 있다.
        ▪ 리버브 : 잔향을 만들어 인위적으로 울림 효과를 만드는 이펙트
        ▪ 비브라토 : 음정이 떨리는 효과

 

    4) 프로세스(Process)

        샘플 포맷 변경, 음색 보정, 템포 변경 등 사운드를 가공하는 역할의 22가지 프로세스(Process) 기능 제공
        사운드 작업을 필요로 하는 음악, 애니메이션, 비디오 등의 전문가를 비롯해 인터넷 방송, 음질 보정, 어학 학습 등 생활 속에서 활용이

        가능한 다양한 분야에 응용

    5) 사운드 저장

        WAV, MP3, AIF, WMA 등 대부분의 미디어 파일을 제작
        사운드 포지를 이용하여 오디오 CD 제작

 

디지털 사운드의 압축방식

ADPCM

- ITU-T에서 ADPCM 방식으로 32Kbps에서 음성을 전송하기 위한 방식으로 G.721을 제정

- G.721은 각 표본화 값의 차이를 4bit로 표현, 표본화율은 8KHz
- 개량 방식인 G.722는 48, 56, 64 Kbps에서 전송, 16KHz의 표본화율

 

A-law, µ-law

- 음성통신을 목적으로 정한 압축방식으로 미국, 캐나다, 일본에서 사용되는 µ-law 방식과 유럽 및 그 외의 나라에서 A-law 방식
- 사람이 대화 시 큰 소리의 변화보다는 작은 소리의 변화를 잘 감지
   => 작은 소리에 많은 양자화 비트를 할당하는 비균일코딩 (Non-uniform Coding)

 

MP3 또는 MPEG Layer 3

- 동화상 압축 표준인 MPEG(Moving Picture Expert Group)에서 오디오 부분의 압축을 의미
- PCM 관련의 압축 방식과 다른 손실 압축(Lossy Compression)

    ▪ MPEG-1의 오디오 부분의 Layer 3를 MP3라는 이름으로 사용
    ▪ MPEG-2의 오디오 부분은 AAC(Advanced Audio Coding)라고 하여 사용

- 음성 심리학적인 방법인 마스킹(Masking) 효과를 이용

 

초고음질 오디오(‘MQS’, ‘UHQ’, ‘HRA’)

- MP3와 비교하여 정보량은 약 20~30배 큼

- MP3는 인간이 잘 들을 수 없는 초저음과 초고음 영역은 삭제, 초고음질 오디오는 그대로 살림
- 섬세하고 입체감 있는 음을 재현, 악기 간 구별이 잘 되는 특성
- MQS 방식은 초당 192kHz 샘플링하고 음을 24비트로 나타냄

 

디지털 사운드의 파일포맷

앞에서 설명한 압축방식을 이용하여 실제 파일포맷으로 저장

3가지 파일포맷으로 분류

•  Uncompressed audio format; PCM 방식
  WAV(Windows), AIFF(Mac OS), Au
• Lossless compression: 평균 2:1 정도의 압축율
  FLAC, WMA(Windows), TTA(Apple) 
• Lossy compression
  MP3, Lossy WMA, AAC41

Wav

• Microsoft 와 IBM 이 PC의 사운드 표준 형식으로 공동 개발
• Windows 기반 PC에서 주로 사용

Au

• 유닉스 환경에서 사용되는 가장 일반적인 포맷
• Sun이나 NeXT에서 사운드 표준

MP2, MP3, AAC

• ISO 국제 표준으로 압축효과가 뛰어나고, 음질도 우수
• 인터넷 상에서 음악을 압축하는데 많이 사용
• MPEG-1의 오디오 Layer 2 및 Layer 3, 확장자는 .mp2 및 .mp3
• MPEG-2의 오디오 부분 압축, AAC42

Real Audio (.ra, .rm)

• RealNetworks 사에서 개발, 스트리밍 기술로 실시간 사운드 전송
• SureStreaming이라는 기술로 항상 최적의 음질을 재생
  ▪ 접속시 대역폭이 동적으로 변함에 따라 음질도 동적으로 변화

ASF(Advanced Systems Format, Advanced Streaming Format) 

• INTEL사가 개발한 멀티미디어 파일 형식, 스트리밍 방식
• 통합 멀티미디어 파일: 오디오, 비디오, 이미지, 프로그램도 포함

WMA (Windows Media Audio)

• Microsoft사가 개발한 스트리밍 방식의 오디오 파일 형식
• 비디오 파일은 WMV