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전자공학 했고 그걸로 먹고 사는 입장에서 몇자 적어봅니다.
- 대학에서 신호처리에서 Jitter에 대한 언급은 있지만 깊이 다루지는 않습니다.
- 디지털 오디오가 대단히 심오하지는 않아서 전문 교과가 있을 정도는 아닌 것 같습니다. 뭐 최근 기술까지 커버한 다면 AV 과목 정도 되지 않을까요?
digital audio 혹은 DAC에서 clock 문제에 대해 설명해 본다면 아래와 같습니다.
- 뭐 아시다시피 Sink가 Source에 종속 동기하고 Sink의 PLL이 충분히
좋다면 현실적인 의미에서는 Digital 전송 구간(SPDIF)에서는 error free 전송이
가능합니다. Source의 Clock이 미치지 않은 수준이라면요.
아 PLL의 성능이 Source를 따라간다는 가정입니다.
통신망의 종속동기 시스템은 이렇게 설계가 됩니다.
전화국 사이의 전송망은 이러한 방식으로 만들어집니다.
그러나 현실에서는 source와 sink 사이에 osc의 정밀도, jitterm wander 등에
기인한 미세한 주파수 차이가 존재하므로
장시간이 흐르면 데이터가 깨지게 됩니다. 이런 것을 슬립이 발생했다고 합니다.
- 오디오에서 보자면
3 가지의 문제가 있을 수 있는데
첫번째는
위에서 말한 슬립에 의한 자료 손실
두번째는
DAC에 공급되는 clock jitter에 의한 Digital-Analog 변환시 변조
세번째는
DAC의 비선형성에 기인하는 오차
입니다.
위에서 세번째 문제는 고성능의 DAC를 사용해서 해결합니다.
"r-2r ladder DAC이 좋다.", "1 Bit DAC이 좋다.", "크라운 마크 2개 찍힌 DAC이 비싸다." 등의 이야기가 이 때문에 나옵니다.
첫번째와 두번째 문제 때문에 나오는 것이 DAC의 clock 구현 문제 입니다.
첫번째 슬립 문제는 DAC 쪽에 좋은 PLL을 사용하면 해결가능합니다.
이때 Source의 clock이 좋아야 되는 것은 당연합니다.
두번째 문제의 해결은 첫번째 문제와도 관련이 있는데, 우선 source에 고정밀도의
clock을 사용하는 방법이 있습니다.
이게 예전에 많이 이야기하던 CDP의 OSC를 TCXO로 바꾸는 그런 방식입니다.
이 방법 외에는 soure와 sink의 clock 관계를 단절시키는 방법이 있습니다.
source의 clock이 미치는 영향을 DAC 입력되기 전에 차단하는 것인데
DAC 전에 FIFO를 두어 clock domain을 DAC과 source가 다르게 가져가는 것입니다.
이런 형태의 DAC이 판매되고 있습니다. 소위 말하는 Asynchronous DAC이 이것입니다.
보시다시피 디지털 전송에서 자료가 변형이 되네 안되네라고 단순히 논하기는 문제가 조금은 더 복잡합니다.
결론은 source의 clock 품질, DAC의 품질, DAC의 clock 체계 구현 방법 모두 중요합니다. 여기에 더하여 power의 품질도 중요합니다. power의 노이즈는 jitter를 만들고
DAC 변환 과정에 에러를 만들어 냅니다.
결국 비싼 기계가 좋다는 거죠. 그러나, 어떤 이유로 좋은지는 위의 사실들을
따져보고 이해 해야 되겠습니다.
그런데, 아날로그 오디오에는 지터가 없었느냐는 의문이 생깁니다.
답은 "있다." 입니다.
아무리 잘 만든 턴테이블도 회전수의 변동은 있기 마련입니다.
그런데, 사실 Jitter 라기 보다는 Wander라고 볼 수 있습니다.
턴테이블이나 테이프 플레이어는 그 동역학 특성이 느리기 때문에
회전수 변동도 느리게 나타난다고 볼 수 있겠죠.
따라서, 영향의 형태가 조금은 다릅니다.
아날로그는 Wander의 영향으로 연주가 좀 빠르거나 느리다든가 음의 피치가 약간 올라가거나 내려가는 형태가 되지만
디지털은 jitter에 의해 원음이 변조되고, 이 변조된 신호가 잡음으로 원신호에 겹쳐져서 나타나게 됩니다.
이렇게 보면 디지털 오디오가 아무래도 jitter에 취약할 수 밖에 없겠죠?
감사합니다.
이종남님께서 2011-05-13 11:00:33에 쓰신 내용입니다
: 컴퓨터공학이나 전자공학에서 디지털오디오를 얼마나 공부하는지 모르겠습니다..
: 학부나 대학원에 디지털오디오의 지터에 대한 강의가 있는지 우선 물어보고 싶습니다..
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: 전 가장 이해가 안가는 것이 왜 있는 사실을 부정하느냐 라는 것이지요..
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: 분명 디지털오디오는 컴퓨터의 연산과정과는 완전 다른 실시간개념이고 에러정정방법도 다르다고 말을 해도 거의 소용이 없더군요..
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: 지터는 일반적인 데이터전송에도 분명 있는 현상이고 또 디지털오디오에서도 있는 현상입니다. 그런데.. 대부분의 전공자분들은 과도한 지터로 인해서 데이터가 끊어지면 끊어지지 변성은 생길 수 없다고 합니다.. 물론 일반적인 데이터 전송에서는 맞습니다만.. PCM 데이터 처리에선 맞지 않습니다..
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: 과연 지터에 의해서 PCM신호가 변성이 될까요. 아님 끊어질까요.. 전혀 변하지 않을까요.. 여기서 PCM신호의 변성은 일반적인 데이터 뿐만 아니라 시간축왜곡도 분명 들어갑니다. 왜냐하면.. 실시간이기 때문입니다..
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: {그림1C}
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: 이 그림은 약 11Khz의 순수 정현파 디지털신호를 측정을 한 것입니다.. 아래의 녹색선이 지터를 먹이지 않은 노이즈플러어입니다.. 그럼 이 녹색의 디지털오디오신호에 약 1ns 크기의 랜덤지터를 먹이고 다시 측정을 해보니까.. 순수 11Khz의 신호는 변화가 없지만 노이즈플러어가 약 10dB 증가가 되지요???
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: 이것은 신호가 끊어진 것입니까? 아님 디지털신호가 변성이 된 것입니까???
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: {그림2C}
:
: 다음은 역시 마찬가지 디지털오디오신호에다가 랜덤지터가 아닌 일정주파수의 진동을 지터원을 사용을 했습니다... 그런데.. 노이즈플러어는 변화가 없는데 재생주파수가 3개가 되 버렸습니다. 오리지널신호는 분명 가운데 한개 뿐인데.. 3개가 되버린 것이죠..
:
: 이것은 변성입니까?? 아님 소리의 변화가 전혀 없던지 아님 소리가 끊어진 것입니까???
:
: 실제 계측이 되고 있는 사실을 부정해 버리면 어떤 대화를 할 수 있을까요..
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: 즉 디지털오디오는 외부환경에 의해서 신호자체가 변성이 됩니다. 증명이 이처럼 되고요.. 컴퓨터처럼 모 아니면 도가 아니라는 말이지요..
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: 조금은 사고의 전환이 필요한 시점이 아닐까요???
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