5. 디지털 오디오: 샘플 레이트 (Sample Rate)

샘플링이라는 것은 연속적으로 나오는 아날로그 신호를 데이터 포인트로 분절하여 디지털화 시키고, 원래의 상태인 아날로그 신호로 정보의 손실 없이 다시 이어 붙이는 것이다. 쉽게 말하면, 아날로그 신호를 디지털화 한 후에, 다시 우리가 들을 수 있게 아날로그화 시키는 것. 샘플러를 생각해보자. 악기의 소리를 녹음한 뒤, 그 녹음 파일을 샘플러에 넣으면, 디지털화 된다. 디지털화가 이루어진 후에야 우리가 마음대로 피치 조정도 하고, 좌우 페이드인 페이드아웃도 해주고, 등등 이리저리 요리할 수 있는 것이다. 변형된 소리는 아날로그 신호로 스피커를 통해 우리 귀에 들어온다.

 

 

 

디지털 체계에서, 파형이나 신호의 진폭을 캡쳐링하는 것을 샘플링이라 부른다.

 

 

 

초당 뽑아내는 샘플의 양을 Sample rate 라고 부른다. (1초에 얼마나 많이 뽑아내느냐에 따라 샘플레이트가 달라진다)

 

옛날 영화 필름을 떠올리면 이해하기 쉽다. 필름 영화는 1초에 30개의 그림을 플립북처럼 넘기는 방식의 상영 기법을 사용했는데, 오디오에서는 30개의 그림이 아니라, 30개의 수직으로 구분된 신호를 부드럽게 재생시키는 것이다.

 

지금은 기술이 발전하면서 1초에 더 많은 신호를 재생시켜 더욱 생생한, 손실이 거의 없는 음질을 들을 수 있게 되었다.

 

 

 

여기에 샘플레이트에 대한 Nyquist 이론이 있는데, 이 이론에 따르면 "샘플레이트는 우리가 재현하려는 가장 높은 주파수의 두 배가 되어야 한다."고 한다. 즉, 디지털로 담으려는 소리의 주파수의 2배의 주파수로 샘플링을 해야한다.

 

사람의 가청범위에서 가장 높은 20kHz의 사인파를 상상해보자. 이 상황에서 20 kHz의 샘플레이트를 사용해서 20 kHz 소리를 샘플한다. 이때 우리는 한 사이클에 1 샘플만 얻게 된다. 잘게 잘린 샘플 신호로부터 끊임없이 이어지는 신호를 재현하기 위해서는, 사이클에서 +와 -에 해당하는 부분이 모두 필요하다. 그러므로 샘플레이트는 우리가 샘플하려는, 재현하려는 주파수의 +부분에서, -부분에서 최소 각각 하나의 샘플을 뽑아내기 위해서 두 배 정도 되는 주파수를 사용해야만 하는 것이다.

 

Aliasing

 

 

Aliasing은 샘플로부터 재현되는 신호가 원래의 신호와 다를 때 생기는 왜곡을 말한다.

 

 

 

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일반적으로 우리는 샘플 레이트를 44,100Hz 또는 44.1kHz로 설정한다. 이렇게 우리는 사람의 귀가 인지할 수 있는 모든 주파수 범위를 재현해낸다. 44,100 Hz를 사용하는 또 다른 이유에는 역사적 이유가 있다. 44,100 Hz는 유럽의 PAL과 미국의 NTSC의 표준 비디오 포멧이었기 때문에, 오디오에서도 이 관례를 따른 것이다.

 

CD가 나올 당시에는 기술의 부족으로 CD에 많은 샘플 레이트를 넣을 수 없었는데, 소리의 손실 없이 최소한의 샘플 레이트를 사용한 것이 44,100 Hz다. 메모리의 발전으로 방송계에서는 48,000Hz가 스탠다드로 올라갔다. (고음역 표현이 더 좋기 때문)