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사운드

사운드. 멀티미디어 정보에서 사운드의 역할. 사람의 오감 청각 시각 촉각 미각 후각. 멀티미디어 정보에서 사운드의 역할. 사람의 오감 청각 시각 촉각 미각 후각. 왜 사운드가 필요할까 ?. 미디어의 상승 효과 : 여러 미디어를 같이 사용할 수록 정보 전달 효과가 커짐 동기 유발 : 여러 미디어를 혼합함으로써 피 정보 전달자의 동기나 흥미 유발 20, 30, 50, 80. +. =. 사운드의 종류. 일반적인 분류. 컴퓨터에서 사운드 처리하는 방법에 따른 분류. 사운드 제작 과정.

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Presentation Transcript

  1. 사운드

  2. 멀티미디어 정보에서 사운드의 역할 • 사람의 오감 • 청각 • 시각 • 촉각 • 미각 • 후각

  3. 멀티미디어 정보에서 사운드의 역할 • 사람의 오감 • 청각 • 시각 • 촉각 • 미각 • 후각

  4. 왜 사운드가 필요할까? • 미디어의 상승 효과 : 여러 미디어를 같이 사용할 수록 정보 전달 효과가 커짐 • 동기 유발 : 여러 미디어를 혼합함으로써 피 정보 전달자의 동기나 흥미 유발 • 20, 30, 50, 80 + =

  5. 사운드의 종류 • 일반적인 분류

  6. 컴퓨터에서 사운드 처리하는 방법에 따른 분류

  7. 사운드 제작 과정

  8. 사운드 제작 과정 • 계획(plan) • 작업에 대한 계획을 세우고, 필요한 조건 검토 • 최종 결과에서 사용될 사운드에 대해 설계 • 녹음(record) • 현실 세계의 소리를 사운드 도구를 이용하여 녹음 • 변환(capture) • 녹음된 사운드(아날로그 형태)를 컴퓨터에서 처리가능한 디지털 형태로 변환 • 편집(edit) • 원하는 목적에 맞게 사운드 편집 프로그램을 이용하여 편집(edit) 또는 믹싱(mixing)

  9. 사운드 제작 과정 • 저장(store) • 편집이 끝난 중간 결과를 원하는 포맷으로 저장 • 통합(integrate) • 최종 결과를 만들기 위해 저장된 사운드를 다른 프로그램과 통합 • 연주(playback) • 최종결과를 재생하여 보완될 점을 수정

  10. 사운드의 물리적 의미 • 사운드는 음원에서 물체가 진동하여 공기라는 매체의 압력을 변화시킴으로써 생성되고 , 이 변화는 파형(waveform)의 형태로 우리 귀에 전달

  11. 사운드(파형)의 기본 요소

  12. 사운드(파형)의 기본 요소 • 사이클(cycle) : 일정한 시간 간격마다 반복되는 동일한 모양 • 주기(period) = 1/주파수(frequency): 한 사이클이 걸리는 시간 • 어느 정도의 주기를 갖고 있는 사운드가 그렇지 않은 사운드보다 음악적으로 들림 • 사운드를 구성하는 3 요소 • 주파수(frequency) : 음의 높낮이와 관련 • 진폭(amplitude) : 음의 크기와 관련 • 음색(tone color) : 음의 특성

  13. 주파수 • 소리의 높낮이를 결정 (주파수가 높으면 고음, 낮으면 저음) • 사람이 낼 수 있는 주파수 대는 약 100Hz ~ 6KHz • 사람의 청각은 1KHz ~ 6 KHz 에 가장 민감 • 사람의 가청 주파수 대는 약 20Hz ~ 20KHz • 오디오(Audio)

  14. 진폭 • 파형의 기준선에서 최고점까지의 거리를 의미하며 소리의 크기와 관련 • 소리의 크기는 음압 변화의 비율로 표현 • 사람의 귀는 소리의 크기의 변화보다 변화의 비율(logarithm)에 영향을 받음 • 소리의 크리를 표현 할 때에는 소리의 크기에 로그 값을 취한 bel로 표현하고, 사용 시에는 bel값을 10배 한 decibel을 사용 • 기준 음압을 P0음압을 P라하면 음압레벨 (db) = 10 x 2 log (P/P0) • 인간이 가장 편하게 들을 수 있는 소리의 범위는 0db ~ 90db

  15. 바이올린 클라리넷 플룻 음색(Tone Color) • 음의 높이와 크기가 같아도 사람, 악기마다 고유한 특징이 있는데 이를 음색이라고 함

  16. 사운드의 디지털화 • ADC (Analog-to-Digital Converter) • DAC (Digital-to-Analog Converter)

  17. 디지털 변환 과정 • 표본화 (Sampling) • 양자화 (Quantization) • 부호화 (Coding)

  18. 표본화 • 아날로그 파형을 디지털 형태로 변환하기 위해 표본을 취하는 것을 의미 • 표본화율(Sampling Rate) : 1초 동안에 취한 표본수(디지털화하는 횟수)를 말하며, 단위는 주파수와 같은 Hz를 사용

  19. 표본화율의 차이

  20. 표본화율과 주파수 • 표본화를 많이 할 수록 원음을 잘 표현할 수 있으나 데이터 저장을 위한 공간 증가 • 주파수에서의 Hz는 1초에 주기가 몇 번 있는 가를 의미하고, 표본화에서의 Hz는 1초에 몇 번 표본화 되는가를 의미 • 나이키스트 정리(Nyquist theorem) • 표본화 시 원음을 그대로 반영하기 위해서는 원음이 가지는 최고 주파수의 2배 이상으로 표본화 해야 한다. • 음악 CD의 표본화 율이 44.1KHz

  21. 양자화 • 디지털 형태로 표현할 때 어느 정도의 정밀도를 가지고 표현할 것인지를 의미. • 표본화된 각 점에서 값을 표현하기 위해 사용되는 비트 수 • 음의 해상도 : 값을 표현하는 정밀도 (Sampling Resolution, Sampling Size)

  22. 음악 CD?

  23. 양자화시 고려해야 할 점 • 잡음( Noise) • S/N(Signal to Noise) • 진폭 • 진폭의 최고점과 최저점 사이의 범위(Dynamic Range)

  24. 부호화(Coding) • 표본화와 양자화를 거친 디지털 정보를 표현하는 과정 • 부호화는 압축 과정을 포함할 수 있음

  25. 부호화 • PCM 방법(Pulse Coded Modulation) • 입력된 값 그대로를 기록하는 방법 • 압축을 하지 않기 때문에 용량이 큼 • CD,DAT (Digital Audio Tape)

  26. 표본화 -> 양자화 -> 부호화

  27. DPCM (Differential Pulse Coded Modulation) • 차이만을 저장 • 인접한 값의 차이가 크면 부정확함

  28. ADPCM (Adaptive Differential Pulse Coded Modulation)

  29. DPCM vs. ADPCM

  30. ADPCM • 국제 멀티미디어 협회(IMA; International Multimedia Association)에서 제안한 방식 • ADPCM • DPCM에서 인접한 값과의 차이가 크면 진폭을 나누는 단계를 크게 하고, 차이가 작으면 진폭을 나누는 단계를 작게 하여 가변적으로 차이를 정밀하게 저장 • 업체마다 다르게 구현하여 상호 호환성이 없음

  31. 디지털 사운드 파일의 크기 및 음질

  32. 파일 크기 계산식 • 파일의 크기 = 표본화율 x 해상도 x 모드(mono=1, stereo=2) x 시간(초) • 1분 길이의 음악 CD = 44100 (Hz) x 16 (bit) x 2 (stereo) x 60 (초) = 84,672,000 bit = 10,584,000 byte = 10.6 MB • CD 한 장의 용량이 650MB이므로 그 안에는 약 10곡에서 15곡의 음악이 저장 가능

  33. 사운드 처리 과정 • 사운드를 어디에 사용할 것인지를 고려하여 표본화율과 해상도를 결정 • 아날로그 신호가 들어오면 먼저 표본화율(Sampling Rate)보다 높은 고주파 성분을 제거 • 전처리 필터(Prefilter: Low-pass filter)를 통하여 표본화율의 1/2보다 높은 고주파 성분을 제거 • ADC (Analog-Digital-Converter)에 의해 표본화, 양자화 과정을 거쳐 디지털 신호로 변환, 부호화 • 부호화된 디지털(bit stream) 정보를 DSP (Digital Signal Processor)에서 원하는 목적에 맞게 편집, 가공, 저장

  34. 사운드 처리 과정 • 출력시에 DAC (Digital-Analog-Converter)를 거쳐서 아날로그 파형으로 변환. 이 때 가청 주파수보다 높은 고주파 성분 발생 • 고주파 성분을 제거 시키기 위해 후처리 필터(Postfilter: Low-pass filter)를 통과시켜 최종적인 아날로그 신호로 변환

  35. 사운드 입출력시의 잡음 • 주위의 여러 소리의 잡음이 입력시 영향 • 주변장치(전원장치, 하드디스크 )의 잡음이 출력시 영향 • 입력 잡음의 최소화: 윈드스크린 • 강한 바람에 의한 입력을 막아줌 • 습기와 먼지로 부터 보호 • 출력 잡음의 최소화: 디지털 앰프,스피커 이용

  36. 사운드 처리 과정에서 잡음 • 표본화 • 앨리어싱(Aliasing) • 표본화할 때 표본화 주파수의 ½보다 큰 주파수가 있을 경우에 그대로 디지털화 하면 표본화 주파수의 ½보다 큰 주파수가 표본화 되는 주파수 영역으로 들어온 잡음 • 사운드에 원래 고주파 성분이었던 울림이 없어지고 저주파수의 방해음이 발생 • 극복 방법: 앤티앨리어싱(Antialiasing) • 전처리 필터에서 ½주파수 이상을 필터링 • 후처리 필터에서 가청주파수 이상을 필터링 • 절환 오차 • 전처리필터에서 발생하는 오차 • 극복 방법: 과표본화 (Oversampling)

  37. 양자화 오차 • 아날로그 파형을 양자화하면서 발생하는 값의 차이 • 양자화 비트 수를 늘려주거나, • 디더링(Dithering)으로 제거 • 아날로그 파장을 디지털 형태로 바꾸는 과정에서 미소한 잡음(White Noise 또는 Dither Noise) 성분을 인위적으로 첨가하여 양자화 잡음과 음의 왜곡을 줄이는 방법

  38. 기타 오차 • 클리핑(Clipping) • 원음의 진폭이 기계가 수용하는 진폭보다 크거나, 양자화 하여 나타낼 수 있는 진폭보다 큰 경우에 발생 • 지터(Jitter) • 디지털 신호의 전달 과정에서 일어나는 시간 축상의 오차, 즉 신호가 지연되어 전달되거나 기기 간의 저항(impedance)이 제대로 매칭(matching)되지 못해 발생하는 신호의 왜곡 • '찌직‘,'따닥 따닥' 클리핑 정규화

  39. 디지털 오디오 시스템

  40. 사운드 카드 • Adlib • 1987년 캐나다의 Adlib사에서 제작 • 일본의 Yamaha사의 YM-3812 칩을 사용하여 11중 화음의 연주가 가능 • FM 음원을 사용하여 음이 자연스럽지 못하고 음성처리 불가능 • SoundBlaster • Creative 사 • PCM방식의 사운드 카드 • 실질적인 사운드 카드의 표준

  41. 음원 방식

  42. 현재의 사운드 카드 • 메인보드 일체형 • 16 bit 이상의 음질 • 디지털 입출력 단자(S/PDIF) • 3차원 입체 음향을 효과적으로 제공하는 방향으로 발전 • 5.1, 6.1, 7.1 채널지원

  43. 앰프와 스피커 • 음질 결정의 주요 요소 • 5.1 ,6.1, 7.1 채널 • 우퍼(Woofer) • 디지털 앰프

  44. 사운드 처리 소프트웨어 • 디지털 형태의 사운드를 편집하는 소프트웨어들의 기본 기능은 유사함 • 사운드를 캡쳐, 편집, 가공하는 기능, 여러 트랙에 대한 편집 기능 등은 대부분 소프트웨어에서 지원 • 그 외의 특수 효과의 지원 정도와 기능의 확장성(plug-in 등)에서 약간의 차이 있음 • EX) SoundForge, Cool Edit, GoldWave, Adobe Audition • 재생전용 소프트웨어 • Winamp, 곰오디오, Window Media player

  45. 디지털 사운드의 압축방식 • ADPCM • A-law, μ-law • 음성 통신을 목적으로 정한 압축 방식 • 양자화 과정에서 오차를 줄이기 위해 고안 • 비균등 코딩(Non-uniform Coding) • TrueSpeech • DSP(Digital Speech Products) 사에서 음성의 실시간 전송을 위해 만든 방식으로 3.7Kbps에서 8.5Kbps까지 전송 가능 • 사람과 사람이 대화할 때 대화 사이의 공백은 디지털 데이터로 전송할 필요가 없다는 사실을 이용하여 최대 40:1까지 압축 가능

  46. 디지털 사운드의 압축방식 • MP3 또는 MPEG Layer 3 • MPEG-1의 오디오 부분의 Layer 3를 MP3라는 이름으로 사용 • Layer 1(압축률 1:4) • Layer 2(압축률 1:6 - 1:8) • Layer 3(압축률 1:10 - 1:12) • Cf) AAC(Advanced Audio Coding) • 손실 압축(Lossy Compression) • 마스킹(Masking) 효과를 이용: 큰소리와 작은 소리가 동시에 발생하면 작은 소리는 들리지 않게 되는 것처럼 어떤 소리에 의해 다른 소리가 가리워지는 현상을 의미

  47. 디지털 사운드의 압축방식 • RealAudio • RealNetwork사에서 실시간으로 음성을 보내기 위해 만든 압축 방식 • 스트리밍 기술을 이용,실시간에 사운드를 전송 받으며 재생할 수 있는 사운드 형식 • 네트워크 속도에 따라 선택적으로 전송 가능

  48. 사운드 파일 포맷 • WAV • Microsoft와 IBM이 PC상의 사운드 표준 형식으로 공동 개발 • Windows기반 PC에서 주로 사용 • 머리(Header)와 몸체(Body)로 구성 • 머리 : 압축방식, 표본화율 등의 정보를 설정 • 몸체 : 사운드 데이터 • 같은 wav확장을 가져도 구체적인 압축 방식은 상이할 수 있음 • 일반적으로 ADPCM방식이 많이 사용되고, 그 외에 Truespeech, u-Law등도 많이 사용

  49. 사운드 파일 포맷 • AU • μ-law 방식으로 압축된 형식으로 유닉스 환경에서 사용 • Sun이나 NeXT가 표준으로 채택 • MP2, MP3 • 압축효과가 뛰어나고, 음질도 우수 • 인터넷 상에서 음악을 압축하는데 많이 사용 • MP2: Layer 2 • MP3: Layer 3

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