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작성일 2011-04-13 조회수 3890
제목 [하이파이] 아날로그와 디지털 : 디지털에 관한 개념 - 2부 양자화 비트수와 다이내믹 레인지
안녕하십니까? AVPLAZA 입니다.


* 양자화 비트수와 다이내믹 레인지
 

양자화비트수 또는 비트스는 최대 다이나믹 레인지를 결정하는 요소인 동시에 디지털화에 따른 노이즈양을 좌우하는 대단히 중요한 요소입니다. 

다이나믹 레인지란 최소출력신호와 최대출력신호의 비율로 작은 레벨의 배경 노이즈부터 피크 레벨의 포르테시모 사운드까지, 오리지널의 아날로그 신호에 포함되어 있는 모든 신호(이것들을 유효신호라고 부릅니다.)는 이 레인지 안에 들어가 있습니다. 


참고로 디지털의 경우의 배경노이즈는 아날로그의 무단계 레벨신호가 디지털의 단계적인 수치로 양자화되었을 때의 오차에 의해 발생하는 것이므로 양자화에러 라고도 부릅니다. 


디지털 오디오의 세계에서 사용되고 있는 양자화 비트수도 컴퓨터의 세계와 마찬가지로 비트라고 하는 단위에 의해 표현됩니다. 

컴퓨터의 세계에서는 8비트가 1바이트, 그리고 2바이트가 1워드라는 것이 상식입니다. 
그 때문에 그들이 사용하는 워드는 항상 2바이트라는 의미이며,  16비트가 되는것입니다. 

하지만 여기서 알아두어야 할 것이 한 가지 있습니다. 

컴퓨터의 세계와 달리 디지털 오디오의 세계에서 사용하는 워드는, 반드시 2바이트라는 의미는 아닙니다. 

디지털 오디오의 세계에서는 하나의 샘플링 포인트에서 레벨을 양자화하기 위해 사용되는 비트수를 샘플 워드라고 부르고 있습니다.

디지털 오디오의 경우, 1회의 양자화에 사용되는 비트수는 일반적으로 8~24비트라는 차이가 있지만, 

디지털 오디오의 세계에서는 이것을 한꺼번에 샘플 워드로 만들고 있습니다. 

왜냐하면 1회의 양자화에 사용되는 비트수를 샘플 워드라고 하면, 양자화에 사용되는 비트수가 달라도 샘플링 레이트의 기준에 통합해서 사용할 수 있어, 합리적이기 때문입니다. 

여기서 아까부터 등장하고 있는 양자화라는 단어를 설명하자면, 

양자화란 연속된 무한의 점을 가진 아날로그 신호를 유한의 점만을 가진 단계적인 디지털수치로 바꾸는 것을 말합니다. 

다시 한번 디지털변환이란 무엇인가 떠올려보면, 디지털변환이란 아날로그 신호에 포함된 모든 전압신호를 시간대로 나누어 단계적인 수치로 바꾸는 것입니다. 


샘플링 레이트가 시간을 나누는 간격을 정하는 것이라면, 양자화비트수는 단계적인 수치의 증감폭 또는 단계수를 결정하는 것입니다. 


양자화에 사용되는 비트수가 늘어나면 늘어날수록 수치의 증감폭은 세밀해져(다른 표현으로 말하면 기록할 수 있는 단계수가 많아져),레벨의 변화는 세밀하게 기록되는 것입니다. 


레벨 변화가 세밀하게 기록이 되니까 당연히 아날로그 음에 가까워지면서 음질이 좋아지는 것입니다.

, 원래의 아날로그 신호를 더욱 충실하게 디지털화할 수 있는 것입니다. 

A/D
컨버터에서는 1비트로 약 6㏈의 다이나믹 레인지를 표현하고 있습니다. 
디지털변화에 사용되는 양자화비트수를 늘리면 늘릴수록 다이내믹 레인지는 넓어져, 오디오신호를 더욱 충실하게 디지털화 할 수 있게 됩니다. 

참고로 음량이 6㏈증가하면 인간은 음이 2배의 크기로 되었다고 느낍니다. 

같은 것이 양자화 비트수에도 적용되며, 비트수는 1비트가 증가하면 레인지표현을 위한 디지털수치가 2배 많이 사용되기 때문입니다. 

가장 많이 사용되는 양자화 비트수는 오디오CD 규격의 16비트이며, 이것은 다이나믹 레인지로 환산하면 6X16=96㏈가 됩니다. 


, 현재 가장 많이 보급된 디지털 오디오의 표준이라고 할 수 있는 오디오CD의 규격은 96㏈의 다이나믹 레인지와 44.1㎑의 샘플링 레이트를 가지고 있는 것입니다. 


더욱 쉽게 말하면 오디오CD는 음악의 가장 음량이 큰 부분을 음악의 가장 음량이 작은 부분(완전한 무음상태)보다 최대 96㏈ 크게 할 수 있는 것입니다. 

다만 96㏈이라는 피크수치는 어디까지나 이론치이며, 이 다이나믹 레인지를 실제로 달성한 오디오CD는 아직까지는 없습니다. 

여러가지 이유에 의해서 오디오신호가 사용할 수 있는 사실상의 다이나믹 레인지는 일반적으로 그보다 6~20㏈ 낮다고 생각하면 됩니다.

사실 디지털 이론에 관해서 이해를 한다는게 쉽지는 않습니다.

자료를 올리기 위해 몇번을 다시 읽어 보아도 헷갈리는게 전공자가 아닌 일반인으로서 당연지사인데요... 그래도 읽어 보시면 개념이라도 이해가 되실겁니다.

앞으로도 더 좋은 자료들 많이 올리도록 노력하겠습니다.

감사합니다. - AVPLAZA -