멀티미디어개론
사운드
개요 사운드의개념 - 음원이공기분자를진동시켜발생한공기의파동을사람이고막을통해인지하게되는것 - 사람의목소리, 자연의소리, 음악, 소음등우리주변에서듣는모든종류의소리를포함 - 아날로그신호인라디오, 전축, TV 등을통해발달 - 현대에는디지털기술을기반으로컴퓨터에서직접사운드를생성및편집 - 영화, TV 드라마, 광고등에서배경음악이나효과음으로사용되어관객들을집중 종류 - 음악 - 음성 - 음향효과
종류 : 음악 음악 - 소리로자신의생각이나감정을표현하는예술 음악의 3요소 - 리듬 : 음의길이와세기를나타내며보통박자또는템포 (Tempo) 등으로표현 - 멜로디 : 음높이의변화를의미하며리듬이나하모니보다쉽게기억할수있는요소 - 하모니 : 두개이상의음이동시에표현되는화음을의미 하모니가없는음악도있어서음악의절대적인요소는아님
종류 : 음성 음성 (= 목소리 ) - 사람이내는소리이며음파이기때문에크기와높이가있음 - 음색 : 동일한크기와높이로발성을하여도사람에따라느낌이다른소리로들림 음성메일 (Voice mail) - 사용자가부재중일때메시지를녹음하고수신자가요구할때그메시지를전달 음성인식 (Voice Recognition) - 사람의억양이나말하는습관에따른음의높낮이같은정보를인식하는기술 - 음성으로부터단어또는단어의집합을식별하고의미를추출 음성합성 (Voice Synthesis) - 문장을작성하면음성합성기가컴퓨터를사용하여기계적으로합성한뒤음성으로출력 - 알람, 시계, 무인응답기등과같이가정용과산업용에다양하게사용
종류 : 음향 음향 (Sound Effect) 효과 - 라디오, 드라마, 영화, 무대등에서극적인효과를높이기위해배경효과로사용 - 정보를전달할때강조하거나보조하는수단으로사용 - 분류 : 자연적인현실음, 합성한비현실음 - 다양한소리들을배경효과로사용하여특정장소나상황을좀더실감나게전달
사운드구성요소 사운드 - 음파 : 소리를만드는파동, 일정한진동수로반복하는파형 - 음파의모양, 속도, 폭, 길이등과같은특성에의해소리의성질이결정 - 사이클 : 파형이동일한모양으로나타나는것 - 주기 : 하나의사이클에서음파의압력변화가완전하게 1회를반복할때소요되는시간 - 주파수 : 1초당주기의개수 ( 단위 : 헤르츠 Hertz, Hz) 고음 큰소리
사운드구성요소 사운드구성요소 : 주파수, 진폭, 음색 주파수 ( 음고 ) - 소리의높낮이를결정 - 주파수가높을수록고음이고낮을수록저음 ( 도, 레, 미 음계로표현가능 ) - 가청주파수대역 : 사람이들을수있는사운드의주파수대역폭, 20Hz~20KHz 범위 진폭 ( 세기 ) - 소리의크기를결정 ( 진폭이클수록소리가크고, 진폭이작을수록소리의크기가작음 ) - 파형의기준선에게최고점까지의거리 - 소리의강도는데시벨 (db) 사용 음색 - 음의독특한색깔 - 음파의모양과관련 - 음의높낮이가같아도사람또는악기에따라음파의모양이독특한형태로나타남
사운드구성요소
사운드의특성 사운드의물리적특성에따른분류 - 직접파 : 음원으로부터귀에가장먼저전달되는음파 = 직접음 (Direct Sound) - 반사파 : 짧은시간에벽또는물체에서반사되어생성되는다수의음파 = 반향음 (Echo Sound) - 잔향 : 음원이정지된후에벽또는천정에서반사되고남은음파 반사파나잔향이적을수록소리가명확하지만건조한느낌, 잔향이많으면소리가풍성하지만명확성이떨어짐 백색소음 - 주파수범위에서일정한스펙트럼을가지고전달되는소음 - 시간이지나면익숙해지기때문에뇌에서는인식하지못함 - 파도소리, 빗소리, 시냇물소리, 비행기기내의바람소리, 심장박동소리, 컴퓨터의팬소리등 백색소음의형태
아날로그사운드 아날로그사운드 - 1877년에디슨이발명한축음기가시작 - 1948년 LP 레코드 (Long Playing Record) 개발 - 1984년 CD(Compact Disk) 가사용성, 편리성, 대용량성, 이동성, 무한복제성등의장점으로대중화 - 1995년 MP3(MPEG Audio Layer-3) 가등장하면서 CD는쇠락함 - 최근음악시장환경은스트리밍방식의음원파일이주도
디지털사운드 디지털사운드 - 음향기술의획기적인발전과보다향상된음질에대한연구결과로도입된기술 - 아날로그사운드를 A/D(analog-to-digital) 변환장치를사용하여디지털데이터로변환한소리 - 대표적인디지털사운드 : 음악 CD와 MP3 음원등 디지털사운드의장점 - 녹음과정에서발생하는기계음은저장되지않음 - 원음에편집, 믹싱, 복사, 저장등과같은작업을반복적으로수행해도소리의음질은원음과동일 - 아날로그사운드에비해고음질 - 음질의변형과정도간단하게처리가능 디지털사운드의단점 - 아날로그사운드를저장하고원음과유사하게재생하기위해서는많은기억공간을차지함 - 최근에슈퍼오디오 CD(SACD) 등과같은신기술이개발되어아날로그사운드와유사하게재생 SACD : 디지털이지만 LP와유사한느낌, CD보다좋은음질이지만실제연주회장소리재현
미디사운드 미디사운드 (MIDI, Musical Instrument Digital Interface) - 전자악기들이공통의표준없이서로연결하여사용할수없는문제를해결하기위해개발 - 컴퓨터와다양한전자악기들을연결하여디지털신호를교환하기위한프로토콜 - 미디는파형정보를저장하지않으므로파일용량이적음 - 미디신호를재생하려면미디신호를연주할수있는전자악기가필요 - 미디파일은음표, 박자, 기악편성의내용을담고있어게임의사운드트랙등광범위하게사용 미디로인한제작환경변화 - 미디환경에서는하드웨어와소프트웨어를사용하여한사람이모든작업가능 - 제작비도낮아지고전문가가아니더라도쉽게작곡 - 악보를이해하지못해도편곡가능
사운드신호의분류 아날로그사운드 - 선형적인값을나타내는연속된물리량형태의신호 - 단점 : 잡음에의해신호가변화 디지털사운드 - 0, 1 과같이불연속적인값을나타내는이산적인형태의신호 - 대표적인디지털사운드 : CD, MP3, 컴퓨터소리신호등 사운드신호의처리 - 아날로그신호 디지털신호로변조 : ADC 변환장치를사용하여표본화 양자화 부호화 - 디지털신호 아날로그신호로변환 : DAC 변환장치를사용하여아날로그사운드로변환
사운드신호의분류 아날로그신호 디지털신호로변조 디지털신호 아날로그신호로변조
사운드신호의변환과정 : 표본화 (sampling) 신호의변조과정 - 표본화 (Sampling) 양자화 (Quantization) 부호화 (Encoding) 과정을수행 표본화 (Sampling) - 연속된파형신호를일정한시간간격으로세분화하는단계 - 표본 (Sample) : 변화된신호값 - 표본화비율 (Sampling Rate) : 1초동안변환된샘플의개수 ( 단위 : 헤르츠 Hz) - 표본화비율이증가할수록고음질의데이터를얻을수있음 44.1KHz = 1 초에 44,100 번세분화하여디지털값으로표현
사운드신호의변환과정 : 양자화 (quantization) 양자화 (Quantization) - 표본화를통해검출된주파수의위치에값을배정하는과정 - 양자화비트의수에따라신호의출력레벨간격이결정됨 - 비트의개수가증가하면단계가세밀해져서입력신호를충실하게디지털로표현할수있으나용량이증가 16 비트 44.1KHz = 1 초에 2 16 (65,536) 개단계, 44,100 번세분화하여디지털값으로표현
사운드신호의변환과정 : 양자화 (quantization) 양자화오차 (Quantization Error) - 양자화는연속적인신호를단계화하는과정 - 양자화과정에서어느정도의오차가발생하기때문에입력된신호와동일한디지털표현이불가능
사운드신호의변환과정 : 부호화 (Encoding) 부호화 (= 인코딩 Encoding) - 양자화를통해생성된신호들을디지털형태의정보로표현하는과정 - 아날로그신호를디지털신호로변환시키는최종단계 - 0과 1로 ( 디지털데이터 ) 소리를저장 - 부호화된디지털사운드는아날로그매체와는다르게보존능력이매우우수 - 사운드품질측면에서는아날로그매체가우수
디지털사운드의저장 웨이브형식 - 마이크로소프트사와 IBM사에서만든오디오파일의표준저장형식 - 개인용컴퓨터에서소리나음악같은오디오정보를녹음하고재생하기위해사용 - 확장자 : *.wav - 11KHz, 22KHz, 44KHz로표본화한후 8비트또는 16비트디지털데이터로부호화하여저장 - 무압축형식의표준포맷 - 아날로그사운드를데이터손실없이원본신호그대로디지털형태로변환하여음질이뛰어남
디지털사운드의저장 미디형식 - 악기의음표와연주시간등을표현하는형식 - 컴퓨터에악기및신디사이저등을연결하여만든디지털사운드 - 연주장치의정보만표현하기때문에파일크기가작음 - 재녹음의필요가없어반복하여다시작업하여도부담이없음 MIDI 접속과정
디지털사운드의압축방식 디지털사운드의압축방식 - 사운드파일은용량이크기때문에부호화하는과정에서압축하여저장 - PCM 방식 : 아날로그신호를디지털신호로변환하는대표적인디지털사운드변환기법 - DPCM과 ADCPM 방식 : PCM 방식은파일용량이크기때문에이두방식을주로사용 PCM 방식 - 연속적인아날로그파형의신호를표본화, 양자화, 부호화과정을거쳐디지털신호로저장 - 표본화비율이증가할수록음질이향상되나압축과정을수행하지않아기억용량은증가 - CD, DAT(Digital Audio Tape) 등에서사용
디지털사운드의압축방식 DPCM 방식 - 사운드파형에서인접한시간의표본을비교하면파형이크게변하지않는점을이용 - 이전의인접한표본값과의편차값만저장 ( 기억용량감소 )
디지털사운드의압축방식 ADPCM 방식 - 편차값이클경우효율이떨어지는 DPCM 방식을해결하기위한방식 - 인접값과의차이가크면진폭을나누는단계를크게하고, 작으면작게하여차이를정밀하게표현 - 원본데이터의최대 ¼까지압축이가능
무손실압축방식 무손실압축방식 - 용량은감소시키면서음질은보전하는포맷방식 - 대표적인코덱은 AAC, FLAC, ALAC 등이있음 MP3 : 사람귀에안들리는가청주파수를벗어나는소리제거 (CD 용량의 1/10, 약간음질떨어짐 ) AAC 코덱 (Advanced Audio Coding) - MPEG-4 표준에서채택한새로운오디오코덱 - MP3보다효율적이고음질은 CD와비슷 - 애플의아이튠즈에서사용하면서보편화 FLAC/ALAC 코덱 (Free Lossless Audio Codec/Apple Lossless Audio Codec) - CD보다용량이작으면서 CD의음원을고스란히저장하는무손실압축방식의코덱 - 24비트레벨의 192KHz 표본화주파수를사용하여인코딩하기때문에 CD 이상의음질을구현 - FLAC/ALAC 코덱의등장으로아날로그소리의특성을얼마나정확하게표현할수있는지에초점
무손실압축방식
디지털사운드의채널 디지털사운드의채널 - 사운드채널 (Sound Channel) 은두개이상의음향신호를전송하기위한통로를의미 - 구분 : 모노사운드 (Mono Sound), 스테레오사운드 (Stereo Sound) - 모노사운드 : 양쪽의스피커에서재생되는소리가동일 - 스테레오사운드 > 표본화과정에서양쪽채널에다른음원신호를저장하여양쪽스피커에서출력되는소리가다름 > 음질이모노사운드에비해뛰어남 - 모노와스테레오사운드를기반으로 4채널, 5채널, 5.1채널, 6.1채널, 7.1채널사운드등이개발 모노 스테레오
디지털사운드의파일용량 디지털사운드의파일용량 - 표본화비율, 양자화비트의크기, 사운드채널의개수, 압축의형태에따라결정 초당전송량과파일용량계산 Ex) 44.1KHz 표본화, 16 비트양자화, PCM 형태로저장했을때초당전송량 (Bit/Second) 초당전송량 = ( 표본화비율 양자화비트크기 모드 ) / 8 * 모드 ( 모노 =1, 스테레오 =2), 1byte=8bit 초당전송량 = (44.100 16 2) / 8 =176.4KB 노 = 1, 스테레오 = 2) Ex) 30 초동안녹음했을때파일용량 파일용량 = ( 표본화비율 양자화비트크기 모드 재생시간 ) / 8 * 모드 ( 모노 = 1, 스테레오 = 2), 1byte=8bit 파일용량 = (44,100 16 2 30) / 8 = 5,292KB
입체음향 입체음향기술의개요 - 2개이상의스피커를사용하여원음의음색, 방향, 거리까지실제상황처럼느낄수있게재생 - 스테레오라는용어로도사용 - 일반적인스테레오사운드, 4채널스테레오사운드, 멀티채널스테레오사운드등으로분류 - 국내영화관은 5.1 채널방식또는 7.1 채널방식을사용 - HD TV 에서도 5.1 채널을사용하지만자연그대로의소리를전달하는데에는한계 입체음향의원리 - 양이효과 ( 음원에따라음의세기와도달시간의차이가발생 ) 로음원의방향을식별 - 스피커로재생하면음원의위치가식별되면서입체감을느낌
모바일서라운드입체음향 모바일서라운드입체음향 - 음향기술업체 DTS(Digital Theater Systems) 사의 헤드폰X - 일반헤드셋이나이어폰에서 11.1 채널의입체음향을실현시키는기술 - 콘텐츠제작사들은사운드배포가용이하고소비자는적은비용으로실감나는오디오를즐길수있음
참고 - 스마트시대의멀티미디어 ( 한빛미디어 ) - https://www.youtube.com/watch?v=dsxdzwk8wmc - https://www.youtube.com/watch?v=qnf9nzvnd1k - https://www.youtube.com/watch?v=upr9ilem03c&x-yt-ts=1422503916&x-yt-cl=85027636 - https://www.youtube.com/watch?v=ubc16jfsfpq - https://www.youtube.com/watch?v=lougcvchg00 - https://www.youtube.com/watch?v=omkzgd932sm