일반인이 설명해드리는 디지털 음원 스펙 이해 기초

 

 

 

 

이글 핵심 단어 3가지

kHz로 표현되는 샘플레이트 (예 : 44.1kHz, 48kHz)

bit로 표현되는 비트뎁스(예 : 16bit, 24bit)

Kbps로 표현되는 비트레이트(예 : 128 Kbps, 320 Kbps)

 

소리 전문가가 아닌 일반인의 입장에서 최대한 어려운 개념은 덜어내었고

간혹 100% 맞는 비유가 아닌 경우도 있겠으나 좀 더 쉬운 이해를 돕기 위해 한 점 미리 양해를 구합니다

혹시나 틀린 내용이 있을 경우 댓글로 남겨주시면 본문에 수정 반영 하겠습니다

 

 

소리는 진동입니다

우리가 소리를 듣기 위해선

공기라는 매질의 진동을 통해 전파되는 파동임을 가장 먼저 이해해야 합니다

음원이 아날로그든 디지털이든 간에 관계없습니다

인간은 기계가 아니므로 0과 1로 이루어진 디지털데이터만 가지고서는 소리를 들을 수 없으니까요

 

 

소리가 발생하면 공기의 밀도가 커졌다가 작아지는 진동을 하면서 퍼져나갑니다
이때 주파수는 1초 동안 주기가 반복되는 횟수, 즉 진동의 속도를 의미합니다
단위는 Hz를 쓰며, 1초당 진동 횟수를 표시합니다

 

위 그림에서도 알 수 있듯 주파수가 올라갈수록 주기가 촘촘해집니다

고주파수일수록 고음역대이며 반대로 저주파수일수록 저음역대입니다

 

소리를 디지털 신호로 전환하여 데이터화할 때

샘플레이트의 의미는 X축을 얼마나 촘촘히 채워 넣고 있느냐입니다

44100Hz라는 건 초당 44100개의 샘플이 기록되어 있는 것입니다

샘플레이트 값이 커질수록 주기가 매우 짧아지는 고주파수 고음역대의 해상도가 좋아집니다

 

Y축은 진폭을 뜻하며 진폭이 클수록 소리의 크기가 커집니다

비트뎁스는 이 Y축을 몇 단계로 나누어져 있는지를 나타낸다고 이해하시면 좋을 것 같습니다

만약 16bit라면 10진법으로는 2의 16승이며 65,536입니다 이 수만큼 Y축을 세밀하게 나누어 놓았다고 보면 될 것입니다

한 번 더 후술 하겠지만 최근에는 24bit 음원이 많이 나왔으며 24bit는 2의 24승으로 16,777,216입니다

단순 수치만 보아도 1600만 대 6만은 비교가 안될 차이입니다 그만큼 더 정확한 표현이 가능해집니다

 

비트레이트의 kbps = kilo bit per second의 약자로 즉 1초의 음향을 어느 정도의 용량에 담았는가라는 뜻입니다

일반적으로 MP3 음악파일이 128 Kbps 라면 1초의 음향을 표현하는데 16 KByte(8bit=1Byte)의 용량이 사용되었다는 의미입니다

240초(4분) 길이의 곡이면 240초 X 16 KByte  =  3.75 MByte입니다

 

MP3는 손실 압축 규격으로 인지할 수 없는 정보들을 삭제하고 압축하여 용량을 줄인 방식입니다

CD의 경우 16bit, 44.1kHz이며 비트레이트는

가장 음질이 좋은 MP3(320 Kbps)보다 4배 정도 높습니다(약 1,400 Kbps)

모든 전자 장비가 개발되면 자사의 제품이 전 세계 표준이 되길 원하고 그만큼 경쟁도 당연히 치열합니다

CD가 처음 개발 되던 당시 소니와 필립스의 경쟁구도였으며 최종적으론 소니의 표준 규격인 16bit, 44.1kHz가 채택되었습니다

 

우리가 소리의 크기(음압)를 나타낼 때는 데시벨 dB를 사용합니다

1bit는 6.02dB이며 이때 16bit는 약 96dB 값이 나옵니다

일반적으로 인간의 귀는 90dB 이상의 소리를 장시간 들을 경우 청력에 손상을 가져다준다고 합니다

 

주파수의 경우 인간의 가청 주파수는 20kHz까지입니다

여기서 "나이퀴스트의 이론" 개념까지는

(가장 높은 진동수의 2배에 해당하는 빈도로 일정한 간격으로 샘플링하면 원래의 신호로 복원할 수 있다는 샘플링 이론)

자세히 설명하진 않겠습니다만 최소한 가청주파수의 20kHz의 2배가 되는 40kHz로 샘플레이트 해야만 하는 것입니다

이는 당시 디지털기술로  인간이 가청 할 수 있는 영역 내에서 최소한의 용량을 위한 규격이라 할 수 있습니다 

더불어 마그네틱 테이프를 사용하는 TV영상분야 기술과의 호환성까지 고려하여 도달한 것이 44.1kHz 규격인 것입니다

 

참고로 CD에서 1초의 음향을 표현하기 위한 용량을 계산해 보면

 

44100                  X               2               X            2            =  176400(Byte) 

(1초당 샘플링수)        (스테레오 2 채널)         (16bit=2Byte)

 

4분 길이 노래 한 곡으로는 약 40 MByte 정도 됩니다

 

MP3는 가청 주파수 외 나머지를 걸러내고 압축하기 좋은 상태로 가공 후 최종압축을 합니다. mp3에서 인코딩시 설정가능한 부분은 샘플레이트와 채널 비트레이트 혹은 압축방법(cbr/vbr)입니다 데이터량은 압축률과 압축방법에 의해 결정이 됩니다

적당한 음질을 유지하며 용량을 효율적으로 낮추었을 뿐만 아니라 범용성까지 갖추어 대중적으로 그동안 많이 쓰였으나

깎이고 압축된 음질보단 소위 무손실 고음질 디지털음원을 원하는 목소리도 꾸준히 증가하여 현재에 이르고 있습니다

 

앞서 설명드린 과정을 거치며 16bit 44.1kHz CD규격이 오래도록 이어져왔으나

최근 몇 년간 고음질의 스트리밍 서비스가 등장하여 많은 관심과 사랑을 받기 시작하였습니다

또한 디지털 기술도 많이 발전하였기에 이제는 일반 가정용 스피커뿐만 아니라

학생들도 고음질을 밖에서도 들을 수 있을 만큼의 고성능 이어폰/헤드폰이 많이 보급되며

24bit 48kHz가 새로운 규격으로 자리 잡았고 더 나아가 96kHz까지 서비스를 제공하는 곳도 등장하였습니다

 

무선이어폰의 등장은 선을 없애주며 많은 편리함을 제공해 주었지만 블루투스 무선 전송이라는 태생적 한계 때문에 음질에 있어선 기존 유선 제품이 아직은 상대적으로 우위를 점하고 있습니다

아무리 무손실 고음질 음원이라 해도 기기에서 이어폰으로 블루투스 무선 전송하기 위해선 음원을 압축하여 전송하는 과정이 필요합니다 16bit 44.1kHz / 24bit 48kHz의 디지털 신호를 그대로 전송하기에는 블루투스의 속도로는 어렵기 때문에 압축을 하는 것입니다 이때 블루투스 오디오코덱이 사용됩니다 

음악을 듣는 분들이 많이 선호하는 무손실압축포맷인 FLAC 디지털음원이라 하여도 블루투스를 통해 듣는다면 결국 무손실 음원이라는 것이 무색해지는 것입니다

우리가 PC에서 많이 사용하는 MP3도 대표적인 손실압축포맷입니다  FLAC 음원을 MP3로 변환하여 듣는 것과 다를 바가 없습니다

물론 무손실 고음질을 위한 전송 방식의 개발 노력도 이어지고 있습니다

애플은 AAC 코덱을 사용하며 안드로이드 사용자는 소니에서 개발한 고음질 코덱 LDAC를 사용할 수 있지만 문제는 고음질인 만큼 많은 양의 데이터를 전송해야 하기 때문에 사람이 많은 장소에 있거나 전파간섭이 발생하는 곳에 있다면 끊김 현상이 많이 발생하게 됩니다

 

전용 케이스를 통해 항시 배터리를 충전해주어야 하는 무선이어폰의 불편함과 높은 가격치곤 아쉬운 퍼포먼스 때문에 같은 가격이면 훨씬 상급의 유선이어폰을 마련하거나 또는 더 저렴하면서도 무선보다 좋은 성능을 가진 유선이어폰을 선택하는 것이 아직은 유효합니다

이러한 이유로 유선이어폰이 여전히 경쟁력이 있으며 최근 이러한 이유로 유선이어폰 시장이 조금씩 다시 살아나는 모습을 보이기도 합니다