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sampling rate 관해서
HIFI게시판 > 상세보기 | 2012-10-12 16:59:19
추천수 3
조회수   1,274

제목

sampling rate 관해서

글쓴이

임상빈 [가입일자 : 1999-12-28]
내용
Related Link: http://board.wassada.com/iboard.asp

컴퓨터 공학과를 졸업하고
관련 대학원 까지 나왔습니다.

아날로그 회로, 디지털 회로 맨날 보고 살다가 지금은
프로그램으로 밥 먹고 살고 있습니다...

옛날에는 대학원 시험문제 풀이로 비디오 압축, 오디오 압축
접하다가 지금 사람들이 bit rate, sampling rate를 말하는 것을
보니 참 세상 많이 변했다고 느껴집니다....

댓글로 토론(???)하는 걸 별로 좋아하지 않아서 글은 가급적
안 올리려고 합니다만 이 글은 딱히 토론 거리도 아닐 것 같아 올려봅니다.

먼저
1. 자연계의 아날로그 소리를 디지털로 완벽하게 저장하는 게 가능하냐?
무한한 비트레이트,샘플링과 무한한 저장공간이 있으면 가능합니다.
그럼 한정된 비트와 샘플링으로는(16bit, 192khz등)???
불가능하다 입니다...

그럼 나이퀴스트의 정리는 틀렸네....

아닙니다... 나이퀴스트는 한정된 주파수 대역에 관해서는 완벽한 복원이
가능하다 입니다...

첨부한 그림을 보면 좌측이 자연계의 소리인데 최대치가 1, 최저치가 0입니다.
샘플링을 무한히 할 수 없어서 딱 세번 했는데 그것이 1,2,4번입니다.
자연계소리 처음은 1이었고 두번째가 0.7, 네번째가 0입니다.
샘플링을 한 이 구간은 정확하게 저장되었습니다.
문제는 샘플링을 하지 않은 2번 4번 사이의 3번인데 자연계는 소리가
완만히 떨어져서 0.7인데 디지털은 보간함수(인터폴레이션)을 써서 0.3이
나왔습니다.....

따라서 샘플링한 사이의 구간이 급격히 변한다면 디지털은 정확하게 그 값을
복원할 수 없습니다.

2. 아날로그를 아날로그로 저장하면 원본과 같은 재생이 가능한가?
안됩니다. 그런 매체가 없습니다.
예를 들어 사람을 필름으로 찍었다. 그럼 그 필림을 무한히 확대한다면
피부에 있는 세균까지 나올까요??? 안 보입니다...
마찬가지로 LP듣는 분들이 역시 LP의 감성을 디지털이 따라올 수 없어라고
말은 하지만 LP자체에 원본을 정확하게 저장할 수 없습니다.
이미 마이크의 성능 때문에 정확하게 원본이 다 들어오지 않았고
LP판의 홈을 0.00001,0.00005등 세밀한 움직임 만큼 세기지도 못 합니다.
더군다나 재생할 수 록 물리적으로 닳아 없어지기 때문에
원본과 멀어집니다...다만 감성만 남겠죠.....
차라리 디지털로 저장하고 듣는게 복원력에는 훨씬 더 좋습니다.

3. 정확하게 복원도 못 할거면 sampling을 192k나 384k하는게 의미 있는가??
있습니다....

왜냐... 여러분이 듣는 것은 숫자 자체를 듣는게 아니라
이미 아날로그로 바뀐 신호를 스피커나 헤드폰을 통해서 듣는 것입니다.
스피커는 신호가 100->0.1->2->300 으로 바뀐다고 그대로 전달하지
못합니다. 대충 작은 떨림은 큰 떨림에 묻혀서 완만한 곡선 형태로
울립니다.
즉, 디지털로 계단 처럼 저장됬지만 스피커라는 아날로그 매체를 통해
재생은 사인파 같은 부드러운 곡선으로 재생이 됩니다.
(이 부분 설명이 어렵네요...)

요약하면
1. 자연계의 소리는 무한하기 때문에 이를 구간 구간 저장한 디지털은 허술해 보이나
2. 사실 우리는 저장된 값 그 자체를 눈으로 보고 귀로 재생하는게 아니라
3. 스피커등을 통해 아날로그로 구간 구간이 매끄럽게 연결된 소리를
듣기 때문에 결국 그 파형은 원본과 유사해 지기 때문에 지나치게
샘플링에 민감할 필요는 없다는 것입니다.
다만 44.1보다는 96, 96보다는 192가 원본에 대한 저장값은 더 유리합니다.
특히 샘플링 구간이 급격하게 변할 수 록 높은 샘플링이 저장값으로는 유리합니다.
그런데 스피커로 복원되는 순간.... 비~~~슷해집니다.
(거의 구별 못함 링크 참조)

따라서 샘플링을 작게하면 위 그림처럼 저장된 값은 원본과 다른 직선 형태의
파형이 저장되나 충분한 샘플링을 하고 복원을 하면 한정된 주파수는
복원이 가능함....

나이퀴스트의 정리보다 보간법(인터폴레이션)을 보는게 이해가 더 빠를 것임
결국 자연계의 소리도 사인파의 연속이고 사인파는 특정값으로 저장할 수 있음


가끔 하이파이를 즐겨하는 사람들은 결벽증 비슷하게 완벽하걸 원하는 분들이
있는데

나같은 경우는
1. 원음과 똑같은 소리를 저장할 마이크가 존재하지 않으며
2. 자연계의 소리는 몇 나노 세컨드 마다 급격하게 변하지 않으며
3. 몇 나노 세컨드 마다 급격하게 변하는 소리를 재생할 스피커도
존재하지 않으니 어차피 완벽한 원음재생이란 불가능하다...
똑똑한사람들이 저렴한 기계를 대량 생산했으니 난 그저 모양예쁘고
가격 저렴한 기계로 인생을 즐기자....
가 제 철학이 되겠습니다......


참고로 예전에 읽은 재미있는 실험글이 있어서 올립니다..
http://board.wassada.com/iboard.asp?code=hifi&mode=view&num=11495&page=2&view=n&qtype=subject&qtext=%EB%B8%94%EB%9D%BC%EC%9D%B8%EB%93%9C&part=av
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장명호 2012-10-12 17:14:30
답글

거의 맞게 쓰셨는데 몇 가지만 지적하고 싶습니다.<br />
<br />
- "따라서 샘플링한 사이의 구간이 급격히 변한다면 디지털은 정확하게 그 값을 복원할 수 없습니다."<br />
맞는 말인데, 급격하게 변한 원래의 신호는 샘플 레이트의 1/2 을 초과한 신호라고 보셔야 됩니다. 급격하게 변했단는 말 자체가 해당 신호는 고주파를 포함하고 있다는 뜻입니다.<br />
<br />
제가 바빠서 나중에 더 추가하겠습니다.

임상빈 2012-10-12 17:20:28
답글

일반인이 읽기에 급격하게 변했다고 하는 게 이해하기 더 쉽지 않나요??

이종남 2012-10-12 17:26:09
답글

"나이퀴스트는 한정된 주파수 대역에 관해서는 완벽한 복원이 가능하다 입니다... " <br />
<br />
이것도 보기 나름인데.. 수학적으로 가능한 것이지.. 실제상황에서는 잘 되질 않습니다.. <br />
즉 만약 40Khz의 샘플링레이트를 갖는다면 수학적으로는 분명 20Khz까지 완전 복원이 된다고 계산이 됩니다만.. 현실을 그렇지 않습니다.. <br />
<br />
그 이유는 수학계산 함수는 전체의 값만 맞으면 되지만...

장명호 2012-10-12 17:26:40
답글

일반인은 급격하게 변한 신호가 고주파를 포함하고 있다고 이해하지 못합니다.<br />
하긴 여기 있는 사람들이 일반인은 아닌거 같긴 합니다.

장명호 2012-10-12 17:26:57
답글

다음은 재생 과정에 대한 내용입니다. <br />
아날로그 시스템의 한계로 인해 완만한 곡선으로 저절로 필터가 걸리는 것처럼 묘사하셨는데, 그렇지 않습니다. <br />
<br />
오래된 문서지만 다음 문서를 참조하시면 좋겠네요. <br />
http://www.stereophile.com/reference/25/index.html <br />
<br />
각 샘플은 위의 sin(x)/x 필터를 적용받고, 이는 완전한 아날로그 신호

이종남 2012-10-12 17:30:29
답글

장명호님의 보여주신 문헌의 그림 4가 나이퀘스트의 공식에서는 인정이 되는데도..샘플링레이트를 올려야 하는 이론적인 그림입니다..<br />
<br />
보면 그래프의 0점 선에 걸린 작은 파형의 합계값이 0이 되어야 정확한 나이퀘스트가 성립이 되는 것이지요..<br />
물론 시간 제한 없이 전체를 다 따져서 합계값을 계산을 해보면.. 0에 수렴을 합니다. 그래서 수학적으로 나이퀘스트는 맞는 것이지만.. 순간순간의 합계값은 0이 안됩니다.

이종남 2012-10-12 17:37:27
답글

두번째... <br />
<br />
링크 문헌의 그림 4는 각각의 포물선 꼭지점의 간격이 정확하다는 전제입니다.... <br />
만약 그 꼭지점의 간격이 정확하지 않다면... 디지털 오디오 표현방식의 근간이 무너져 버립니다... <br />
완전 뒤죽박죽이 되 버리지요...<br />
<br />
그것이 바로 "지터"지요. 그래서 "지터"를 중요시 하는 것이고요..

임상빈 2012-10-12 17:39:07
답글

1. 현실은 복원이 안된다.<br />
2. 그런데 레코딩 회사는 샘플레이트를 올린다.<br />
3. 올리는 이유는 고주파 표현과 오차의 감소이다.<br />
<br />
---> 추론 4. 고주파 표현과 오차가 감소하면 원본과 같은 복원을 얻기 위함이다.<br />
1. 그런데 현실은 복원이 안 된다.<br />
<br />
따라서 현실에서는 복원도 안되는데 레코딩회사는 비트레이틀 올린다????

이종남 2012-10-12 17:42:01
답글

엄밀한 복원은 안되지요.. 무한대가 되지 않는한에는요.. <br />
하지만 샘플링을 올리면 올릴 수록.. 오차는 점점 작아집니다. <br />
그래서 올립니다... <br />
<br />
역시 두번째.. <br />
<br />
샘플링레이트를 올리면.. 지터에 대한 대책도 수월해집니다.. 줄을 빽빽하게 세우면 세울수록 줄 간의 간격오차는 작아질 수 밖에 없으니까요.........

임상빈 2012-10-12 17:53:13
답글

이종남님..... 엄밀한 복원(원본과 같은 복원이라고 할때)<br />
<br />
크기가 0에서 10까지 1초간 움직이는 자연의 소리가 있습니다.<br />
이 소리는 샘플링을 무한히 하지 않는 이상 완벽한 복원은 안된다.<br />
이 복원이 스피커 등을 통해 나오는 소리가 아니라 수치적 복원.....<br />
0.3초에 소리의 높이는 8 이런복원이라 할때..<br />
<br />
이종남님은 샘플레이트를 아무리 올리려도 완

이종남 2012-10-12 18:05:15
답글

임상빈님이 이야기하신 의미의 '엄밀한 복원'은 샘플링레이트가 무한대가 되지 않는 한 안되지요.. <br />
다시 이야기 하면 <br />
<br />
샘플링레이트가 무한대인 디지털오디오는 바로 아날로그신호와 같은 뜻입니다.. <br />
<br />
다시 두번째. <br />
<br />
샘플링레이트가 무한대가 되면.. 지터가 생겨날래야 생겨날 수도 없다.. 왜냐하면 샘플링레이트가 무한대라면 바로 그것은 줄 간격이 0에 수렴한다는

임상빈 2012-10-12 18:32:00
답글

되는데요...... <br />
<br />
아마 안된다고 한 이유는 0.00001초와 0.00002초..... 시간을 무한이 자를 수 있기 때문에 <br />
일일이 그 값을 저장할 수 없어서 원신호를 복원 못한다고 한 것 같습니다. <br />
<br />
그런데 소리는 공기의 진동입니다. 소리가 한 사이클 위로 올라갔다 아래로 내려간 것이 <br />
1Hz 주파수 입니다. 만약 이 진동이 1초 수십메가헤르쯔로 발생한다면 더 이

이종남 2012-10-12 18:33:37
답글

임상빈님//<br />
<br />
그냥 이론적인 이야기니까. 너무 맘에 두지 말고요...<br />
<br />
또 실제.. 지금의 디지털오디오의 문제 현실적인 문제는 나이퀘스트이론이 실제에서도.. 만들어지느냐 안만들어지느냐는 별로 중요하게 생각하지도 않습니다... 지가 오차 만들어봐야. 얼마나 만들겠습니까???<br />
<br />
그것보다는 오히려 지터가 더 문제입니다.. 디지털오디오의 근간을 흔드는 놈이라.. 지금은 지터를

조영호 2012-10-12 19:25:32
답글

이종남님..<br />
샘플링레이트를 높인다고 지터특성이 더 좋아진다는 근거가 무엇인지요? <br />
지난번에도 토의했던 주제이고 그 때 제가 지적했던 내용을 어느정도 이해 수용하신것 같기는 한데요.. <br />
댓글중에서 합계가 0이 되어야 한다는건 여전히 오류이고 잘못 이해 하고 계시군요.. <br />
<br />
임상빈님.. <br />
본문에서 깍두기가 스피커에서 사라지는것 처럼 설명을 하셨는데요... <br />
스피

조영호 2012-10-12 19:26:32
답글

아이패드로 작성하고 있는데요.. 이놈이 단어를 지 멋대로 추천하네요...

강창균 2012-10-12 20:01:28
답글

원신호를 복원하기 위해서는 유한한 sampling으로 가능하단... 설명이 명쾌하네요. <br />
<br />

이상욱 2012-10-12 20:16:35
답글

자연계의 아날로그 소리를 디지털로 완벽하게 저장하는 게 가능하냐? <br />
무한한 비트레이트,샘플링과 무한한 저장공간이 있으면 가능합니다.<br />
------------------------------------<br />
엄밀히 말하면 자연계에 무한한 것은 아무것도 없습니다.<br />
그리고 양자역학적 관점을 받아들인다면, <br />
소리 정보를 100% 정확히 기록하고 재생하는것은 그 어떤 방법으로도 불가능합니다.<br

이종남 2012-10-12 21:00:21
답글

조영호님//<br />
<br />
조영호님은 현상을 본인이 A라는 방법으로 이해를 하고 있으면 남이 똑같은 현상을 B로 설명을 하면 B가 틀렸다고 말을 하는 경향이 종종 보입니다.. 같은 현상을 설명하는 방법은 여러가지입니다..<br />
<br />
"스피커 이전에 DAC출력단에 reconstruction filter에서 깍두기는 걸러집니다. 설명에 오해가를 할 수 있는 부분이 있어 첨단 했습니다. "<br />
<br />

임상빈 2012-10-13 00:00:58
답글

왜 내가 글만 썼다하면 댓글들이 많이 달리는지 신기합니다...<br />
<br />
스피커등을 통해 아날로그로 구간 구간이 매끄럽게 연결된 소리를 <br />
듣기 때문에 결국 그 파형은 원본과 유사해 지기 때문에 <br />
*******************************************************************<br />
스피커가 아니라, DAC에서 매끄럽게 연결된 소리를 만듭니다. <br />

임상빈 2012-10-13 00:09:39
답글

마치 여기 댓글들을 보면 달을 가리키고 있는데<br />
달은 안 보고 손가락만 보는 것 같습니다.<br />
<br />
<br />
사실 내가 하고 싶은 말은 이겁니다.(이게 달입니다.)<br />
********************************************************<br />
가끔 하이파이를 즐겨하는 사람들은 결벽증 비슷하게 완벽하걸 원하는 분들이 <br />
있는데 <br />
<br />

임상빈 2012-10-13 00:28:35
답글

그리고 이건 정말 궁금한건데<br />
다른 글은 댓글이 몇 개 이거나 아에 없는데 왜 내글은 댓글이 많을까요??<br />
<br />
내 글이 비논리적이고 많이 이상한가요??<br />
<br />
논문도 아니고.... 대충 대충 쓴 거기는 하지만 왜 내글에만 답글이 많아지는지.......

임상빈 2012-10-13 00:30:04
답글

임성빈님께서 말씀하닌 것은 어떻게든 아날로그(원음) 신호에 근접하기 위한 그동안의 노력이 다 똥이라는 말씀이죠, <br />
<br />
논리 점프이십니다.... 만약 그랬다면<br />
정확하게 복원도 못 할거면 sampling을 192k나 384k하는게 의미 있는가?? <br />
있습니다.... <br />
라고 한게 모순이죠.....

임상빈 2012-10-13 00:37:05
답글

1. 완벽한 원음 재생은 불가능할 것이다.(맞음 : 마이크, 스피커의 한계로 일반인이 생각하는 복원은 불가)<br />
2. 아날로그(원음) 신호에 근접하기 위한 그동안의 노력이 다 똥이라는 말씀이죠(틀림 : 샘플링 레이트는 의미가 있다고 스스로 묻고 답했는데 이는 원음과 관련있음)<br />
3. 원음을 위해 비싼 장비를 써야 한다.(틀림)<br />
4. 값싸고 예쁜 장비로 오디오 생활을 즐기자(맞음)

임상빈 2012-10-13 00:41:10
답글

임성빈님께서 말씀하닌 것은 어떻게든 아날로그(원음) 신호에 근접하기 위한 그동안의 노력이 다 똥이라는 말씀이죠<br />
*********************************************************************************************<br />
<br />
어떻게 이 글을 읽으면 이런 결론이 도출되는지 신기함...

임상빈 2012-10-13 00:43:54
답글

음반과 24 bit 96, 192 384 kHz에 이르는 마스터링 음원 혹은 SACD, DSD와 비청시는 결과가 또 어떻게 다를지 궁금하지 않으시냐는 답변을 기다려 봅니다. <br />
<br />
답변 : 궁금함..... 주로 듣는 건 푸바로 96k 샘플링 파일을 주로 듣고 있음.... 그 이상은 내가 가진<br />
DAC의 한계로 다운샘플링해서 듣고 있음

임상빈 2012-10-13 00:47:43
답글

홍지성님.....<br />
<br />
1. 레코딩 기술이 쓰래기니까 16 bit 44.1 kHz 1411 ~ 의 규격에 해당하는 일반 CD 조차도 감지덕지 하라는 말씀인가요?<br />
<br />
도대체 이글을 어떻게 읽으면 이런 추론이 가능합니까?

임상빈 2012-10-13 00:51:57
답글

예... 그러세요...

노훈정 2012-10-13 12:39:28
답글

좋은 글 감사합니다.<br />
너무 "완벽"에 얽매이지 말고, 본인이 타협이 되는 적당한 선에서 음악을 즐기자.<br />
로 이해했는데, 맞나모르겠군요. <br />
"밑장을 빼면 소리가 달라." <br />
다행입니다. 다른걸 모르니, 쩜100도 재밌어요.....

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