5장 사운드 멀티미디어의 이해 5.1 사운드의 개요   사운드의 종류 사운드의 제작 과정  사운드 란?    귀로 들을 수 있는 모든 정보 음악, 음성, 음향 효과 : 단독 사용.

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Transcript 5장 사운드 멀티미디어의 이해 5.1 사운드의 개요   사운드의 종류 사운드의 제작 과정  사운드 란?    귀로 들을 수 있는 모든 정보 음악, 음성, 음향 효과 : 단독 사용.

Slide 1

5장 사운드

멀티미디어의 이해

1

5.1 사운드의 개요



사운드의 종류
사운드의 제작 과정



사운드 란?





귀로 들을 수 있는 모든 정보
음악, 음성, 음향 효과 : 단독 사용 또는 혼합 사용(멀티미디어 환경)

정보 전달 시 사운드의 장점



미디어의 상승 효과 : 시각+청각 미디어로 정보전달 효과 상승
동기 유발 : 시각+청각 미디어를 혼합하여 피 전달자의 흥미 유발

2

5.1 사운드의 개요

사운드의 종류


일반적인 분류


음성(Voice)






음악(Music)





정보를 전달하는 주요한 수단 중 하나
텍스트보다 정보를 빠르고, 이해하기 쉽고, 설득력 있게 전달
디지털화된(digitized) 음성과 합성(synthesized) 음성

단독으로 음악 감상, 또는 정보전달시 부수효과 제공
주로 분위기, 장면전환, 감정 등 표현

음향효과(Sound Effect)



배경효과로 사용되어 상황을 좀더 현실감있게 전달 (비올때, 지하철)
자연적인(natural) 효과와 합성된(synthesized) 효과
3

5.1 사운드의 개요



컴퓨터에서 처리하는 방법에 따른 분류


디지털 오디오 (Digital Audio)






아날로그 형태의 사운드를 디지털화 시킨 것
원음에 충실하려면 많은 용량 필요 : 음악 CD 3분에 약 30MB 필요
사람의 목소리가 존재하거나, 디지털화된 파일을 처리 가능할 때

미디 (MIDI: Musical Instrument Digital Interface)



전자 악기와 다른 기계(컴퓨터)간에 정보를 전송하기 위한 통신 규약
실제 소리는 없이 연주 방법과 시기에 대한 정보를 가짐



3분 정도의 미디 음악을 듣기 위해서 약 8KB 필요
좋은 MIDI 사운드 음원(sound module)을 갖고 있는 경우

4

5.1 사운드의 개요

사운드의 제작과정


각 단계별 작업









계획(plan) : 필요한 조건 검토, 최종 결과에서 사용될 사운드 설계
녹음(record) : 사운드 도구로 녹음, 혹은 기존의 사운드 클립 이용
변환(capture) : (녹음된) 아날로그 사운드를 디지털 형태로 변환
편집(edit) : 사운드 편집 프로그램으로 편집(edit) 또는 믹싱 (mixing)
저장(store) : 편집이 끝난 중간 결과를 원하는 포맷으로 저장
통합(integrate) : 저장된 사운드를 다른 프로그램과 통합
재생(playback) : 최종결과를 재생하여 보완될 점을 수정

5

5.2 사운드의 기본개념



사운드의 기본 요소
디지털 사운드로의 변환



소리가 전달 되는 과정




음원에서 물체가 진동하면 공기의 압력을 변화하여 사운드가 생성
이 변화는 파형(waveform)의 형태로 우리 귀에 전달
사운드를 처리하는 것은 이러한 파형을 가공, 편집하는 것을 의미

6

5.2 사운드의 기본개념

사운드의 기본 요소


사운드 파형의 구성




사이클(cycle) : 일정 시간마다 반복되는 동일한 모양
주기(period) : 한 사이클이 걸리는 시간




어느 정도의 주기를 갖고 있는
사운드가 더 음악적으로 들림

소리의 3요소




주파수 : 음의 높낮이, Hz
진폭 : 음의 세기, Db
파형(Waveform) : 음색

7

5.2 사운드의 기본개념

(1) 주파수 (Frequency)




초당 사운드 파형의 반복 횟수
소리의 높낮이를 결정 : 주파수가 높으면 고음, 낮으면 저음



가청주파수(오디오) 20Hz~20KHz, 청각은 1K~6KHz에 제일 민감
[참고] 주파수 대역 구분 (Hz)
3K ~ 30K

초장파

30K ~ 300K

장파

항해, 군사교신

300K ~ 3M

중파

AM 라디오 방송 (535~1605)

3M ~ 30M

단파

아마추어 무선, 운송 통신, 무선 호출

30M ~ 300M

초단파

TV (54~216M), FM 라디오 (88~108M)

300M ~ 3G

극초단파

TV (채널 14 이상), 이동전화, 레이더

3G ~ 30G

마이크로파

위성통신, 레이더, 연구용

30G 이상

밀리미터파
8

5.2 사운드의 기본개념

(2) 진폭 (Amplitude)


사운드 파형의 기준선에서 최고점까지의 거리





소리의 크기와 관련 : 진폭이 크면 큰소리, 작으면 작은 소리
인간이 가장 편하게 들을 수 있는 소리의 범위는 0db ~ 90db

음의 크기와 소리의 예

9

5.2 사운드의 기본개념

(3) 음색 (Tone Color)




음의 높이와 크기가 같아도 악기마다 고유한 특징 => 음색
고유한 파형 => 기본파 + 고조파

10

5.2 사운드의 기본개념

디지털 사운드로의 변환


컴퓨터 처리를 위해 아날로그/디지털 형태 간의 변환






ADC(Analog-to-Digital Converter)
DAC(Digital-to-Analog Converter)

디지털 변환 과정


표본화, 양자화, 부호화 과정 필요

아날로그 신호와 디지털 신호 간의 변환 과정
11

5.2 사운드의 기본개념

(1) 표본화(Sampling)




아날로그 파형을 디지털 형태로 변환하기 위해 표본을 취하는 것
표본화율(Sampling Rate)



1초 동안에 취한 표본수 (단위: Hz)
표본화율이 높을수록 원음을 잘 표현할 수 있으나 데이터 공간은 증가

12

5.2 사운드의 기본개념

(2) 양자화 (Quantizing)


어느 정도의 정밀도로 표현할 것인지




표본화된 각 점에서 값을 표현하기 위해 사용되는 비트 수

음의 해상도


(a)

표본화하는 정밀도 (Sampling Resolution, Sampling Size)

2 bit 양자화 (4단계)

(b) 3 bit 양자화 (8단계)

(c) 4 bit 양자화 ( 16단계)

아날로그 파형의 양자화
13

5.2 사운드의 기본개념



표본화 및 양자화 정도에 따른 비교

(a) 원래의 파형

(b) 낮은 표본화와 양자화

(c) 높은 표본화와 양자화

(3) 부호화 (Coding)



표본화와 양자화를 거친 디지털 정보를 표현하는 과정
사운드 파일은 크기 때문에 일반적으로 부호화 과정에서 압축하여
저장
14



디지털 사운드 파일의 크기 및 음질의 비교
표본화율
(KHz)

양자화
정밀도
(bit)

모드

데이터 크기
(1분당)

음질

11.025

8

mono

650 KB

전화

22.05

8

mono

1.3 MB

AM Radio

44.1

8

mono

2.6 MB

22.05

16

stereo

5.25 MB

44.1

16

mono

5.25 MB

44.1

16

stereo

10.5 MB





sample
(voice)

sample
(music)

FM Radio
CD

11.025 KHz × 8 bits × 1(mono) × 60 sec / 8 = 약 650 KBytes

44.1 KHz × 16 bits × 2(stereo) × 60 sec / (8*1024) = 약 10.5 MBytes
15

5.3 사운드의 저장과 고품질화


(디지털 파형의 저장 방식)



디지털 사운드 파일의 크기








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

(고품질 사운드의 획득)
16

5.4 디지털 오디오 시스템





사운드 하드웨어
사운드 처리 소프트웨어
(디지털 사운드의 압축방식)
디지털 사운드의 파일 포맷

17

5.4 디지털 오디오 시스템

사운드 하드웨어


사운드 카드 (오디오 인터페이스 카드)


주요기능









입력: 아날로그 파장의 사운드를
디지털 형태로 변환 (ADC)
출력 : 디지털 형태의 데이터를
아날로그 파장으로 변환 (DAC)
음원칩 : 미디 지원
DSP(Digital Signal Processing) 칩: 데이터의 가공, 편집

주요제품


최초의 PC용 사운드 카드 : 1987년 캐나다의 Adlib사의 Adlib




Yamaha 사의 YM-3812 음원 칩 사용

Creative사에서 SoundBlaster카드 발표


실질적인 사운드 카드의 표준
18

5.4 디지털 오디오 시스템



앰프와 스피커





사운드의 품질은 스피커의 영향이 제일 크다.
앰프 : 스피커를 위해 양질의 사운드 파형으로 증폭
돌비 서라운드 (Dolby Surround) 5.1 채널


스피커 4개 + 저음부를 위한 우퍼(Woofer)

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5.4 디지털 오디오 시스템

사운드 처리 소프트 웨어


사운드 편집 소프트웨어






기능 : 사운드의 캡쳐 및 편집, 가공, 트랙 편집 등
GoldWave
Cool Edit
SoundForge

20

5.4 디지털 오디오 시스템

사운드 처리 소프트 웨어


재생 프로그램






오디오 CD, MP3 파일
Win amp
Sonique
거원 제트 오디오

21

5.4 디지털 오디오 시스템

디지털 사운드 압축방식 (생략)





ADPCM
A-law, µ-law
TrueSpeech
MP3 또는 MPEG Layer 3

22

5.4 디지털 오디오 시스템

디지털 사운드의 파일포맷


Wav






Au





Microsoft 와 IBM 이 PC의 사운드 표준 형식으로 공동 개발
Windows 기반 PC에서 주로 사용

유닉스 환경에서 사용되는 가장 일반적인 포맷
Sun이나 NeXT에서 사운드 표준

MP2, MP3




ISO 국제 표준으로 압축효과가 뛰어나고, 음질도 우수
인터넷 상에서 음악을 압축하는데 많이 사용
MPEG-1의 오디오 Layer 2 및 Layer 3, 확장자는 .mp2 및 .mp3
23

5.4 디지털 오디오 시스템



Real Audio (.ra, .rm)



RealNetworks 사에서 개발, 스트리밍 기술로 실시간 사운드 전송
SureStreaming이라는 기술로 항상 최적의 음질을 재생




ASF(Advanced Streaming Format)





접속시 대역폭이 동적으로 변함에 따라 음질도 동적으로 변화

인텔이 개발한 멀티미디어 파일 형식, 스트리밍 방식
통합 멀티미디어 파일: 오디오, 비디오, 이미지, 프로그램도 포함

WMA (Windows Media Audio)



마이크로소프트가 개발한 스트리밍 방식의 오디오 파일 형식
비디오 파일은 WMV
24

5.5 입체음향






개요
입체음향의 원리
(입체음향의 생성 방식)
(입체음향의 재생)
(발전동향)




모노 사운드에서 2D 스테레오를 벗어나 3D 사운드로 발전
컴퓨터 게임, 영화 및 컴퓨터 분야에서 활용

25

5.5 입체음향

개요


서라운드 (Surround)


돌비 서라운드(Dolby Surround)가 가장 대표적



사람이 있는 위치를 기준으로 사방에서 소리를 들려주는 방식


공간감, 입체감




3 채널, 4.1채널, 5.1채널 등이 있음




0.1은 서브우퍼(Subwoofer)를 의미

스테레오와 마찬가지로 청취자가
음의 중심점에 있어야 입체감을
적절하게 느낄 수 있음
Surround System (5.1채널)
26

5.5 입체음향



입체 음향(Interactive 3D Sound)




음원과 청취자 간에 상대적인 위치를 계산하여 사운드를 출력
청취자와 상호작용이 가능





사용자의 이동이나 반응, 또는 음원의 이동에 따라 소리가 입체적으로
상호작용이 필요한 가상 현실이나 게임에서 많이 사용

Creative사의 EAX, Aureal사의 A3D, 마이크로소프트사의 Direct
3D Sound에서 지원

27

5.5 입체음향

입체음향의 원리


입체음향(Interactive 3D Sound):




재생된 음향을 들었을 때 음향으로부터 공간적 단서(방향감, 거리
감, 공간감)를 지각할 수 있는 음향

소리의 전달 경로


공간 전달계(외부) :




머리 전달계(내부) :




실내의 벽이나 천장 등에서 전달
인간의 머리와 귓바퀴에서 전달

음원에 대한 공간적 단서


두 귀에 들어오는 두 신호간의 차이 때문
28

5.5 입체음향



공간적 단서


두 귀에 도달하는 소리의 시간차




두 귀에 도달하는 소리의 세기차




가까운 방향 쪽에 있는 귀가 먼저 그 소리를 들음
가까이에서 들리는 음의 크기가 더 큼

그 외 시각적 효과, 머리의 움직임, 소리의 종류에 따른 친숙도 등

29

5.6 미디(MIDI)






시스템의 구성
하드웨어 장비
(미디의 표준 모드)
미디의 소프트웨어
(미디 파일의 종류)
[시연]
제목

크기(KB)

시간

엘리제를 위하여

17

2분 38초

Dancing Queen

78

3분 57초

007 주제가

46

1분 52초

Starwars

32

3분 19초

Calvary's Love

40

3분 29초
30

5.6 미디

개요


미디(MIDI: Musical Instrument Digital interface)




1983년 세계 악기 제조업체들이 제정
전자 악기와 컴퓨터 간의 상호 정보교환을 위한 표준 규약






직접적인 음에 대한 정보가 있는 것이 아니라 음을 어떻게 연주 하라
는 정보를 표현함 : 음의 높이, 음표의 길이, 음의 강약 등
MIDI를 이용하여 전자 악기 간의 일관된 방식의 제어가 가능

음을 들으려면



신디사이저(Synthesizer) : 음을 발생시켜주는 기계
시퀀서(Sequencer) : 생성된 음의 수정

31

5.6 미디

시스템의 구성


미디 시스템의 구성


처리 과정







음의 입력 : 미디 장치에서 음을 발생 ⇒ 미디 인터페이스 카드 ⇒ 컴퓨
터로 전송
음의 처리 : 컴퓨터에서 미디 프로그램(시퀀서 등)으로 편집
음의 출력 : 컴퓨터 ⇒ 미디 인터페이스 카드 ⇒ 신디사이저 등의 미디
장치를 통해 스피커로 출력

미디 인터페이스


MIDI-IN 단자,
MIDI-OUT 단자,
MIDI-THRU 단자

32

5.6 미디

하드웨어 장비


신디사이저


전기적인 신호를 합성하여 음을 생성하는 장치





샘플러(Sampler)



신디사이저는 악기의 대표 음을, 샘플러는 악기의 모든 음을 보유
더 정교한 음 또는 음원에 없는 새로운 음을 만들고자 할 때 사용




음원부(음원모듈) : 소리를 발생시킴
건반부 (마스터 키보드) : 음원부를 이용하여 연주

실제 소리를 녹음하여 악기로 변환하거나 각종 효과음으로 활용

믹서(Mixer)


여러 개의 오디오 출력을 섞어서 하나의 출력으로 생성



각 출력의 균형 등을 맞추어 주는 이퀄라이저(Equalizer)가 장착
음악의 균형을 맞추어 녹음하고 연주하는데 많이 이용
33

5.6 미디



MIDI 인터페이스 카드




미디 전용 케이블




컴퓨터와 미디 모듈 간의
다른 신호 체계를 연결

동축 케이블 형태,
둥근모양 5핀

앰프와 스피커

34

5.6 미디

미디 소프트웨어


작곡용 프로그램(시퀀서,Sequencer)







음원 모듈에 “어떤 악기, 얼마의 강도, 얼마 동안” 소리내라고 명령
미디 신호를 입출력, 미디 파일 저장, 미디 데이터를 연주, 편집
CakeWalk : PC용, 널리 사용
Cubase : 미국 Steinberg 사
Logic : 독일 Emagic 사

35

5.6 미디



악보용 프로그램(Notation, Scoring 프로그램)






악보의 편집 및 출력
Coda사의 Finale, Passport Design사의 Encore 등

음색 편집용 프로그램(Voice Editor, Sound Editor)




소리의 편집 및 수정, 음원 모듈이나 각종 음색의 수정
OdysseySoft사의 Classic-B, KORG사의 X5DR 등

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Slide 2

5장 사운드

멀티미디어의 이해

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5.1 사운드의 개요



사운드의 종류
사운드의 제작 과정



사운드 란?





귀로 들을 수 있는 모든 정보
음악, 음성, 음향 효과 : 단독 사용 또는 혼합 사용(멀티미디어 환경)

정보 전달 시 사운드의 장점



미디어의 상승 효과 : 시각+청각 미디어로 정보전달 효과 상승
동기 유발 : 시각+청각 미디어를 혼합하여 피 전달자의 흥미 유발

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5.1 사운드의 개요

사운드의 종류


일반적인 분류


음성(Voice)






음악(Music)





정보를 전달하는 주요한 수단 중 하나
텍스트보다 정보를 빠르고, 이해하기 쉽고, 설득력 있게 전달
디지털화된(digitized) 음성과 합성(synthesized) 음성

단독으로 음악 감상, 또는 정보전달시 부수효과 제공
주로 분위기, 장면전환, 감정 등 표현

음향효과(Sound Effect)



배경효과로 사용되어 상황을 좀더 현실감있게 전달 (비올때, 지하철)
자연적인(natural) 효과와 합성된(synthesized) 효과
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5.1 사운드의 개요



컴퓨터에서 처리하는 방법에 따른 분류


디지털 오디오 (Digital Audio)






아날로그 형태의 사운드를 디지털화 시킨 것
원음에 충실하려면 많은 용량 필요 : 음악 CD 3분에 약 30MB 필요
사람의 목소리가 존재하거나, 디지털화된 파일을 처리 가능할 때

미디 (MIDI: Musical Instrument Digital Interface)



전자 악기와 다른 기계(컴퓨터)간에 정보를 전송하기 위한 통신 규약
실제 소리는 없이 연주 방법과 시기에 대한 정보를 가짐



3분 정도의 미디 음악을 듣기 위해서 약 8KB 필요
좋은 MIDI 사운드 음원(sound module)을 갖고 있는 경우

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5.1 사운드의 개요

사운드의 제작과정


각 단계별 작업









계획(plan) : 필요한 조건 검토, 최종 결과에서 사용될 사운드 설계
녹음(record) : 사운드 도구로 녹음, 혹은 기존의 사운드 클립 이용
변환(capture) : (녹음된) 아날로그 사운드를 디지털 형태로 변환
편집(edit) : 사운드 편집 프로그램으로 편집(edit) 또는 믹싱 (mixing)
저장(store) : 편집이 끝난 중간 결과를 원하는 포맷으로 저장
통합(integrate) : 저장된 사운드를 다른 프로그램과 통합
재생(playback) : 최종결과를 재생하여 보완될 점을 수정

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5.2 사운드의 기본개념



사운드의 기본 요소
디지털 사운드로의 변환



소리가 전달 되는 과정




음원에서 물체가 진동하면 공기의 압력을 변화하여 사운드가 생성
이 변화는 파형(waveform)의 형태로 우리 귀에 전달
사운드를 처리하는 것은 이러한 파형을 가공, 편집하는 것을 의미

6

5.2 사운드의 기본개념

사운드의 기본 요소


사운드 파형의 구성




사이클(cycle) : 일정 시간마다 반복되는 동일한 모양
주기(period) : 한 사이클이 걸리는 시간




어느 정도의 주기를 갖고 있는
사운드가 더 음악적으로 들림

소리의 3요소




주파수 : 음의 높낮이, Hz
진폭 : 음의 세기, Db
파형(Waveform) : 음색

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5.2 사운드의 기본개념

(1) 주파수 (Frequency)




초당 사운드 파형의 반복 횟수
소리의 높낮이를 결정 : 주파수가 높으면 고음, 낮으면 저음



가청주파수(오디오) 20Hz~20KHz, 청각은 1K~6KHz에 제일 민감
[참고] 주파수 대역 구분 (Hz)
3K ~ 30K

초장파

30K ~ 300K

장파

항해, 군사교신

300K ~ 3M

중파

AM 라디오 방송 (535~1605)

3M ~ 30M

단파

아마추어 무선, 운송 통신, 무선 호출

30M ~ 300M

초단파

TV (54~216M), FM 라디오 (88~108M)

300M ~ 3G

극초단파

TV (채널 14 이상), 이동전화, 레이더

3G ~ 30G

마이크로파

위성통신, 레이더, 연구용

30G 이상

밀리미터파
8

5.2 사운드의 기본개념

(2) 진폭 (Amplitude)


사운드 파형의 기준선에서 최고점까지의 거리





소리의 크기와 관련 : 진폭이 크면 큰소리, 작으면 작은 소리
인간이 가장 편하게 들을 수 있는 소리의 범위는 0db ~ 90db

음의 크기와 소리의 예

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5.2 사운드의 기본개념

(3) 음색 (Tone Color)




음의 높이와 크기가 같아도 악기마다 고유한 특징 => 음색
고유한 파형 => 기본파 + 고조파

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5.2 사운드의 기본개념

디지털 사운드로의 변환


컴퓨터 처리를 위해 아날로그/디지털 형태 간의 변환






ADC(Analog-to-Digital Converter)
DAC(Digital-to-Analog Converter)

디지털 변환 과정


표본화, 양자화, 부호화 과정 필요

아날로그 신호와 디지털 신호 간의 변환 과정
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5.2 사운드의 기본개념

(1) 표본화(Sampling)




아날로그 파형을 디지털 형태로 변환하기 위해 표본을 취하는 것
표본화율(Sampling Rate)



1초 동안에 취한 표본수 (단위: Hz)
표본화율이 높을수록 원음을 잘 표현할 수 있으나 데이터 공간은 증가

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5.2 사운드의 기본개념

(2) 양자화 (Quantizing)


어느 정도의 정밀도로 표현할 것인지




표본화된 각 점에서 값을 표현하기 위해 사용되는 비트 수

음의 해상도


(a)

표본화하는 정밀도 (Sampling Resolution, Sampling Size)

2 bit 양자화 (4단계)

(b) 3 bit 양자화 (8단계)

(c) 4 bit 양자화 ( 16단계)

아날로그 파형의 양자화
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5.2 사운드의 기본개념



표본화 및 양자화 정도에 따른 비교

(a) 원래의 파형

(b) 낮은 표본화와 양자화

(c) 높은 표본화와 양자화

(3) 부호화 (Coding)



표본화와 양자화를 거친 디지털 정보를 표현하는 과정
사운드 파일은 크기 때문에 일반적으로 부호화 과정에서 압축하여
저장
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디지털 사운드 파일의 크기 및 음질의 비교
표본화율
(KHz)

양자화
정밀도
(bit)

모드

데이터 크기
(1분당)

음질

11.025

8

mono

650 KB

전화

22.05

8

mono

1.3 MB

AM Radio

44.1

8

mono

2.6 MB

22.05

16

stereo

5.25 MB

44.1

16

mono

5.25 MB

44.1

16

stereo

10.5 MB





sample
(voice)

sample
(music)

FM Radio
CD

11.025 KHz × 8 bits × 1(mono) × 60 sec / 8 = 약 650 KBytes

44.1 KHz × 16 bits × 2(stereo) × 60 sec / (8*1024) = 약 10.5 MBytes
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5.3 사운드의 저장과 고품질화


(디지털 파형의 저장 방식)



디지털 사운드 파일의 크기








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

(고품질 사운드의 획득)
16

5.4 디지털 오디오 시스템





사운드 하드웨어
사운드 처리 소프트웨어
(디지털 사운드의 압축방식)
디지털 사운드의 파일 포맷

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5.4 디지털 오디오 시스템

사운드 하드웨어


사운드 카드 (오디오 인터페이스 카드)


주요기능









입력: 아날로그 파장의 사운드를
디지털 형태로 변환 (ADC)
출력 : 디지털 형태의 데이터를
아날로그 파장으로 변환 (DAC)
음원칩 : 미디 지원
DSP(Digital Signal Processing) 칩: 데이터의 가공, 편집

주요제품


최초의 PC용 사운드 카드 : 1987년 캐나다의 Adlib사의 Adlib




Yamaha 사의 YM-3812 음원 칩 사용

Creative사에서 SoundBlaster카드 발표


실질적인 사운드 카드의 표준
18

5.4 디지털 오디오 시스템



앰프와 스피커





사운드의 품질은 스피커의 영향이 제일 크다.
앰프 : 스피커를 위해 양질의 사운드 파형으로 증폭
돌비 서라운드 (Dolby Surround) 5.1 채널


스피커 4개 + 저음부를 위한 우퍼(Woofer)

19

5.4 디지털 오디오 시스템

사운드 처리 소프트 웨어


사운드 편집 소프트웨어






기능 : 사운드의 캡쳐 및 편집, 가공, 트랙 편집 등
GoldWave
Cool Edit
SoundForge

20

5.4 디지털 오디오 시스템

사운드 처리 소프트 웨어


재생 프로그램






오디오 CD, MP3 파일
Win amp
Sonique
거원 제트 오디오

21

5.4 디지털 오디오 시스템

디지털 사운드 압축방식 (생략)





ADPCM
A-law, µ-law
TrueSpeech
MP3 또는 MPEG Layer 3

22

5.4 디지털 오디오 시스템

디지털 사운드의 파일포맷


Wav






Au





Microsoft 와 IBM 이 PC의 사운드 표준 형식으로 공동 개발
Windows 기반 PC에서 주로 사용

유닉스 환경에서 사용되는 가장 일반적인 포맷
Sun이나 NeXT에서 사운드 표준

MP2, MP3




ISO 국제 표준으로 압축효과가 뛰어나고, 음질도 우수
인터넷 상에서 음악을 압축하는데 많이 사용
MPEG-1의 오디오 Layer 2 및 Layer 3, 확장자는 .mp2 및 .mp3
23

5.4 디지털 오디오 시스템



Real Audio (.ra, .rm)



RealNetworks 사에서 개발, 스트리밍 기술로 실시간 사운드 전송
SureStreaming이라는 기술로 항상 최적의 음질을 재생




ASF(Advanced Streaming Format)





접속시 대역폭이 동적으로 변함에 따라 음질도 동적으로 변화

인텔이 개발한 멀티미디어 파일 형식, 스트리밍 방식
통합 멀티미디어 파일: 오디오, 비디오, 이미지, 프로그램도 포함

WMA (Windows Media Audio)



마이크로소프트가 개발한 스트리밍 방식의 오디오 파일 형식
비디오 파일은 WMV
24

5.5 입체음향






개요
입체음향의 원리
(입체음향의 생성 방식)
(입체음향의 재생)
(발전동향)




모노 사운드에서 2D 스테레오를 벗어나 3D 사운드로 발전
컴퓨터 게임, 영화 및 컴퓨터 분야에서 활용

25

5.5 입체음향

개요


서라운드 (Surround)


돌비 서라운드(Dolby Surround)가 가장 대표적



사람이 있는 위치를 기준으로 사방에서 소리를 들려주는 방식


공간감, 입체감




3 채널, 4.1채널, 5.1채널 등이 있음




0.1은 서브우퍼(Subwoofer)를 의미

스테레오와 마찬가지로 청취자가
음의 중심점에 있어야 입체감을
적절하게 느낄 수 있음
Surround System (5.1채널)
26

5.5 입체음향



입체 음향(Interactive 3D Sound)




음원과 청취자 간에 상대적인 위치를 계산하여 사운드를 출력
청취자와 상호작용이 가능





사용자의 이동이나 반응, 또는 음원의 이동에 따라 소리가 입체적으로
상호작용이 필요한 가상 현실이나 게임에서 많이 사용

Creative사의 EAX, Aureal사의 A3D, 마이크로소프트사의 Direct
3D Sound에서 지원

27

5.5 입체음향

입체음향의 원리


입체음향(Interactive 3D Sound):




재생된 음향을 들었을 때 음향으로부터 공간적 단서(방향감, 거리
감, 공간감)를 지각할 수 있는 음향

소리의 전달 경로


공간 전달계(외부) :




머리 전달계(내부) :




실내의 벽이나 천장 등에서 전달
인간의 머리와 귓바퀴에서 전달

음원에 대한 공간적 단서


두 귀에 들어오는 두 신호간의 차이 때문
28

5.5 입체음향



공간적 단서


두 귀에 도달하는 소리의 시간차




두 귀에 도달하는 소리의 세기차




가까운 방향 쪽에 있는 귀가 먼저 그 소리를 들음
가까이에서 들리는 음의 크기가 더 큼

그 외 시각적 효과, 머리의 움직임, 소리의 종류에 따른 친숙도 등

29

5.6 미디(MIDI)






시스템의 구성
하드웨어 장비
(미디의 표준 모드)
미디의 소프트웨어
(미디 파일의 종류)
[시연]
제목

크기(KB)

시간

엘리제를 위하여

17

2분 38초

Dancing Queen

78

3분 57초

007 주제가

46

1분 52초

Starwars

32

3분 19초

Calvary's Love

40

3분 29초
30

5.6 미디

개요


미디(MIDI: Musical Instrument Digital interface)




1983년 세계 악기 제조업체들이 제정
전자 악기와 컴퓨터 간의 상호 정보교환을 위한 표준 규약






직접적인 음에 대한 정보가 있는 것이 아니라 음을 어떻게 연주 하라
는 정보를 표현함 : 음의 높이, 음표의 길이, 음의 강약 등
MIDI를 이용하여 전자 악기 간의 일관된 방식의 제어가 가능

음을 들으려면



신디사이저(Synthesizer) : 음을 발생시켜주는 기계
시퀀서(Sequencer) : 생성된 음의 수정

31

5.6 미디

시스템의 구성


미디 시스템의 구성


처리 과정







음의 입력 : 미디 장치에서 음을 발생 ⇒ 미디 인터페이스 카드 ⇒ 컴퓨
터로 전송
음의 처리 : 컴퓨터에서 미디 프로그램(시퀀서 등)으로 편집
음의 출력 : 컴퓨터 ⇒ 미디 인터페이스 카드 ⇒ 신디사이저 등의 미디
장치를 통해 스피커로 출력

미디 인터페이스


MIDI-IN 단자,
MIDI-OUT 단자,
MIDI-THRU 단자

32

5.6 미디

하드웨어 장비


신디사이저


전기적인 신호를 합성하여 음을 생성하는 장치





샘플러(Sampler)



신디사이저는 악기의 대표 음을, 샘플러는 악기의 모든 음을 보유
더 정교한 음 또는 음원에 없는 새로운 음을 만들고자 할 때 사용




음원부(음원모듈) : 소리를 발생시킴
건반부 (마스터 키보드) : 음원부를 이용하여 연주

실제 소리를 녹음하여 악기로 변환하거나 각종 효과음으로 활용

믹서(Mixer)


여러 개의 오디오 출력을 섞어서 하나의 출력으로 생성



각 출력의 균형 등을 맞추어 주는 이퀄라이저(Equalizer)가 장착
음악의 균형을 맞추어 녹음하고 연주하는데 많이 이용
33

5.6 미디



MIDI 인터페이스 카드




미디 전용 케이블




컴퓨터와 미디 모듈 간의
다른 신호 체계를 연결

동축 케이블 형태,
둥근모양 5핀

앰프와 스피커

34

5.6 미디

미디 소프트웨어


작곡용 프로그램(시퀀서,Sequencer)







음원 모듈에 “어떤 악기, 얼마의 강도, 얼마 동안” 소리내라고 명령
미디 신호를 입출력, 미디 파일 저장, 미디 데이터를 연주, 편집
CakeWalk : PC용, 널리 사용
Cubase : 미국 Steinberg 사
Logic : 독일 Emagic 사

35

5.6 미디



악보용 프로그램(Notation, Scoring 프로그램)






악보의 편집 및 출력
Coda사의 Finale, Passport Design사의 Encore 등

음색 편집용 프로그램(Voice Editor, Sound Editor)




소리의 편집 및 수정, 음원 모듈이나 각종 음색의 수정
OdysseySoft사의 Classic-B, KORG사의 X5DR 등

36


Slide 3

5장 사운드

멀티미디어의 이해

1

5.1 사운드의 개요



사운드의 종류
사운드의 제작 과정



사운드 란?





귀로 들을 수 있는 모든 정보
음악, 음성, 음향 효과 : 단독 사용 또는 혼합 사용(멀티미디어 환경)

정보 전달 시 사운드의 장점



미디어의 상승 효과 : 시각+청각 미디어로 정보전달 효과 상승
동기 유발 : 시각+청각 미디어를 혼합하여 피 전달자의 흥미 유발

2

5.1 사운드의 개요

사운드의 종류


일반적인 분류


음성(Voice)






음악(Music)





정보를 전달하는 주요한 수단 중 하나
텍스트보다 정보를 빠르고, 이해하기 쉽고, 설득력 있게 전달
디지털화된(digitized) 음성과 합성(synthesized) 음성

단독으로 음악 감상, 또는 정보전달시 부수효과 제공
주로 분위기, 장면전환, 감정 등 표현

음향효과(Sound Effect)



배경효과로 사용되어 상황을 좀더 현실감있게 전달 (비올때, 지하철)
자연적인(natural) 효과와 합성된(synthesized) 효과
3

5.1 사운드의 개요



컴퓨터에서 처리하는 방법에 따른 분류


디지털 오디오 (Digital Audio)






아날로그 형태의 사운드를 디지털화 시킨 것
원음에 충실하려면 많은 용량 필요 : 음악 CD 3분에 약 30MB 필요
사람의 목소리가 존재하거나, 디지털화된 파일을 처리 가능할 때

미디 (MIDI: Musical Instrument Digital Interface)



전자 악기와 다른 기계(컴퓨터)간에 정보를 전송하기 위한 통신 규약
실제 소리는 없이 연주 방법과 시기에 대한 정보를 가짐



3분 정도의 미디 음악을 듣기 위해서 약 8KB 필요
좋은 MIDI 사운드 음원(sound module)을 갖고 있는 경우

4

5.1 사운드의 개요

사운드의 제작과정


각 단계별 작업









계획(plan) : 필요한 조건 검토, 최종 결과에서 사용될 사운드 설계
녹음(record) : 사운드 도구로 녹음, 혹은 기존의 사운드 클립 이용
변환(capture) : (녹음된) 아날로그 사운드를 디지털 형태로 변환
편집(edit) : 사운드 편집 프로그램으로 편집(edit) 또는 믹싱 (mixing)
저장(store) : 편집이 끝난 중간 결과를 원하는 포맷으로 저장
통합(integrate) : 저장된 사운드를 다른 프로그램과 통합
재생(playback) : 최종결과를 재생하여 보완될 점을 수정

5

5.2 사운드의 기본개념



사운드의 기본 요소
디지털 사운드로의 변환



소리가 전달 되는 과정




음원에서 물체가 진동하면 공기의 압력을 변화하여 사운드가 생성
이 변화는 파형(waveform)의 형태로 우리 귀에 전달
사운드를 처리하는 것은 이러한 파형을 가공, 편집하는 것을 의미

6

5.2 사운드의 기본개념

사운드의 기본 요소


사운드 파형의 구성




사이클(cycle) : 일정 시간마다 반복되는 동일한 모양
주기(period) : 한 사이클이 걸리는 시간




어느 정도의 주기를 갖고 있는
사운드가 더 음악적으로 들림

소리의 3요소




주파수 : 음의 높낮이, Hz
진폭 : 음의 세기, Db
파형(Waveform) : 음색

7

5.2 사운드의 기본개념

(1) 주파수 (Frequency)




초당 사운드 파형의 반복 횟수
소리의 높낮이를 결정 : 주파수가 높으면 고음, 낮으면 저음



가청주파수(오디오) 20Hz~20KHz, 청각은 1K~6KHz에 제일 민감
[참고] 주파수 대역 구분 (Hz)
3K ~ 30K

초장파

30K ~ 300K

장파

항해, 군사교신

300K ~ 3M

중파

AM 라디오 방송 (535~1605)

3M ~ 30M

단파

아마추어 무선, 운송 통신, 무선 호출

30M ~ 300M

초단파

TV (54~216M), FM 라디오 (88~108M)

300M ~ 3G

극초단파

TV (채널 14 이상), 이동전화, 레이더

3G ~ 30G

마이크로파

위성통신, 레이더, 연구용

30G 이상

밀리미터파
8

5.2 사운드의 기본개념

(2) 진폭 (Amplitude)


사운드 파형의 기준선에서 최고점까지의 거리





소리의 크기와 관련 : 진폭이 크면 큰소리, 작으면 작은 소리
인간이 가장 편하게 들을 수 있는 소리의 범위는 0db ~ 90db

음의 크기와 소리의 예

9

5.2 사운드의 기본개념

(3) 음색 (Tone Color)




음의 높이와 크기가 같아도 악기마다 고유한 특징 => 음색
고유한 파형 => 기본파 + 고조파

10

5.2 사운드의 기본개념

디지털 사운드로의 변환


컴퓨터 처리를 위해 아날로그/디지털 형태 간의 변환






ADC(Analog-to-Digital Converter)
DAC(Digital-to-Analog Converter)

디지털 변환 과정


표본화, 양자화, 부호화 과정 필요

아날로그 신호와 디지털 신호 간의 변환 과정
11

5.2 사운드의 기본개념

(1) 표본화(Sampling)




아날로그 파형을 디지털 형태로 변환하기 위해 표본을 취하는 것
표본화율(Sampling Rate)



1초 동안에 취한 표본수 (단위: Hz)
표본화율이 높을수록 원음을 잘 표현할 수 있으나 데이터 공간은 증가

12

5.2 사운드의 기본개념

(2) 양자화 (Quantizing)


어느 정도의 정밀도로 표현할 것인지




표본화된 각 점에서 값을 표현하기 위해 사용되는 비트 수

음의 해상도


(a)

표본화하는 정밀도 (Sampling Resolution, Sampling Size)

2 bit 양자화 (4단계)

(b) 3 bit 양자화 (8단계)

(c) 4 bit 양자화 ( 16단계)

아날로그 파형의 양자화
13

5.2 사운드의 기본개념



표본화 및 양자화 정도에 따른 비교

(a) 원래의 파형

(b) 낮은 표본화와 양자화

(c) 높은 표본화와 양자화

(3) 부호화 (Coding)



표본화와 양자화를 거친 디지털 정보를 표현하는 과정
사운드 파일은 크기 때문에 일반적으로 부호화 과정에서 압축하여
저장
14



디지털 사운드 파일의 크기 및 음질의 비교
표본화율
(KHz)

양자화
정밀도
(bit)

모드

데이터 크기
(1분당)

음질

11.025

8

mono

650 KB

전화

22.05

8

mono

1.3 MB

AM Radio

44.1

8

mono

2.6 MB

22.05

16

stereo

5.25 MB

44.1

16

mono

5.25 MB

44.1

16

stereo

10.5 MB





sample
(voice)

sample
(music)

FM Radio
CD

11.025 KHz × 8 bits × 1(mono) × 60 sec / 8 = 약 650 KBytes

44.1 KHz × 16 bits × 2(stereo) × 60 sec / (8*1024) = 약 10.5 MBytes
15

5.3 사운드의 저장과 고품질화


(디지털 파형의 저장 방식)



디지털 사운드 파일의 크기








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

(고품질 사운드의 획득)
16

5.4 디지털 오디오 시스템





사운드 하드웨어
사운드 처리 소프트웨어
(디지털 사운드의 압축방식)
디지털 사운드의 파일 포맷

17

5.4 디지털 오디오 시스템

사운드 하드웨어


사운드 카드 (오디오 인터페이스 카드)


주요기능









입력: 아날로그 파장의 사운드를
디지털 형태로 변환 (ADC)
출력 : 디지털 형태의 데이터를
아날로그 파장으로 변환 (DAC)
음원칩 : 미디 지원
DSP(Digital Signal Processing) 칩: 데이터의 가공, 편집

주요제품


최초의 PC용 사운드 카드 : 1987년 캐나다의 Adlib사의 Adlib




Yamaha 사의 YM-3812 음원 칩 사용

Creative사에서 SoundBlaster카드 발표


실질적인 사운드 카드의 표준
18

5.4 디지털 오디오 시스템



앰프와 스피커





사운드의 품질은 스피커의 영향이 제일 크다.
앰프 : 스피커를 위해 양질의 사운드 파형으로 증폭
돌비 서라운드 (Dolby Surround) 5.1 채널


스피커 4개 + 저음부를 위한 우퍼(Woofer)

19

5.4 디지털 오디오 시스템

사운드 처리 소프트 웨어


사운드 편집 소프트웨어






기능 : 사운드의 캡쳐 및 편집, 가공, 트랙 편집 등
GoldWave
Cool Edit
SoundForge

20

5.4 디지털 오디오 시스템

사운드 처리 소프트 웨어


재생 프로그램






오디오 CD, MP3 파일
Win amp
Sonique
거원 제트 오디오

21

5.4 디지털 오디오 시스템

디지털 사운드 압축방식 (생략)





ADPCM
A-law, µ-law
TrueSpeech
MP3 또는 MPEG Layer 3

22

5.4 디지털 오디오 시스템

디지털 사운드의 파일포맷


Wav






Au





Microsoft 와 IBM 이 PC의 사운드 표준 형식으로 공동 개발
Windows 기반 PC에서 주로 사용

유닉스 환경에서 사용되는 가장 일반적인 포맷
Sun이나 NeXT에서 사운드 표준

MP2, MP3




ISO 국제 표준으로 압축효과가 뛰어나고, 음질도 우수
인터넷 상에서 음악을 압축하는데 많이 사용
MPEG-1의 오디오 Layer 2 및 Layer 3, 확장자는 .mp2 및 .mp3
23

5.4 디지털 오디오 시스템



Real Audio (.ra, .rm)



RealNetworks 사에서 개발, 스트리밍 기술로 실시간 사운드 전송
SureStreaming이라는 기술로 항상 최적의 음질을 재생




ASF(Advanced Streaming Format)





접속시 대역폭이 동적으로 변함에 따라 음질도 동적으로 변화

인텔이 개발한 멀티미디어 파일 형식, 스트리밍 방식
통합 멀티미디어 파일: 오디오, 비디오, 이미지, 프로그램도 포함

WMA (Windows Media Audio)



마이크로소프트가 개발한 스트리밍 방식의 오디오 파일 형식
비디오 파일은 WMV
24

5.5 입체음향






개요
입체음향의 원리
(입체음향의 생성 방식)
(입체음향의 재생)
(발전동향)




모노 사운드에서 2D 스테레오를 벗어나 3D 사운드로 발전
컴퓨터 게임, 영화 및 컴퓨터 분야에서 활용

25

5.5 입체음향

개요


서라운드 (Surround)


돌비 서라운드(Dolby Surround)가 가장 대표적



사람이 있는 위치를 기준으로 사방에서 소리를 들려주는 방식


공간감, 입체감




3 채널, 4.1채널, 5.1채널 등이 있음




0.1은 서브우퍼(Subwoofer)를 의미

스테레오와 마찬가지로 청취자가
음의 중심점에 있어야 입체감을
적절하게 느낄 수 있음
Surround System (5.1채널)
26

5.5 입체음향



입체 음향(Interactive 3D Sound)




음원과 청취자 간에 상대적인 위치를 계산하여 사운드를 출력
청취자와 상호작용이 가능





사용자의 이동이나 반응, 또는 음원의 이동에 따라 소리가 입체적으로
상호작용이 필요한 가상 현실이나 게임에서 많이 사용

Creative사의 EAX, Aureal사의 A3D, 마이크로소프트사의 Direct
3D Sound에서 지원

27

5.5 입체음향

입체음향의 원리


입체음향(Interactive 3D Sound):




재생된 음향을 들었을 때 음향으로부터 공간적 단서(방향감, 거리
감, 공간감)를 지각할 수 있는 음향

소리의 전달 경로


공간 전달계(외부) :




머리 전달계(내부) :




실내의 벽이나 천장 등에서 전달
인간의 머리와 귓바퀴에서 전달

음원에 대한 공간적 단서


두 귀에 들어오는 두 신호간의 차이 때문
28

5.5 입체음향



공간적 단서


두 귀에 도달하는 소리의 시간차




두 귀에 도달하는 소리의 세기차




가까운 방향 쪽에 있는 귀가 먼저 그 소리를 들음
가까이에서 들리는 음의 크기가 더 큼

그 외 시각적 효과, 머리의 움직임, 소리의 종류에 따른 친숙도 등

29

5.6 미디(MIDI)






시스템의 구성
하드웨어 장비
(미디의 표준 모드)
미디의 소프트웨어
(미디 파일의 종류)
[시연]
제목

크기(KB)

시간

엘리제를 위하여

17

2분 38초

Dancing Queen

78

3분 57초

007 주제가

46

1분 52초

Starwars

32

3분 19초

Calvary's Love

40

3분 29초
30

5.6 미디

개요


미디(MIDI: Musical Instrument Digital interface)




1983년 세계 악기 제조업체들이 제정
전자 악기와 컴퓨터 간의 상호 정보교환을 위한 표준 규약






직접적인 음에 대한 정보가 있는 것이 아니라 음을 어떻게 연주 하라
는 정보를 표현함 : 음의 높이, 음표의 길이, 음의 강약 등
MIDI를 이용하여 전자 악기 간의 일관된 방식의 제어가 가능

음을 들으려면



신디사이저(Synthesizer) : 음을 발생시켜주는 기계
시퀀서(Sequencer) : 생성된 음의 수정

31

5.6 미디

시스템의 구성


미디 시스템의 구성


처리 과정







음의 입력 : 미디 장치에서 음을 발생 ⇒ 미디 인터페이스 카드 ⇒ 컴퓨
터로 전송
음의 처리 : 컴퓨터에서 미디 프로그램(시퀀서 등)으로 편집
음의 출력 : 컴퓨터 ⇒ 미디 인터페이스 카드 ⇒ 신디사이저 등의 미디
장치를 통해 스피커로 출력

미디 인터페이스


MIDI-IN 단자,
MIDI-OUT 단자,
MIDI-THRU 단자

32

5.6 미디

하드웨어 장비


신디사이저


전기적인 신호를 합성하여 음을 생성하는 장치





샘플러(Sampler)



신디사이저는 악기의 대표 음을, 샘플러는 악기의 모든 음을 보유
더 정교한 음 또는 음원에 없는 새로운 음을 만들고자 할 때 사용




음원부(음원모듈) : 소리를 발생시킴
건반부 (마스터 키보드) : 음원부를 이용하여 연주

실제 소리를 녹음하여 악기로 변환하거나 각종 효과음으로 활용

믹서(Mixer)


여러 개의 오디오 출력을 섞어서 하나의 출력으로 생성



각 출력의 균형 등을 맞추어 주는 이퀄라이저(Equalizer)가 장착
음악의 균형을 맞추어 녹음하고 연주하는데 많이 이용
33

5.6 미디



MIDI 인터페이스 카드




미디 전용 케이블




컴퓨터와 미디 모듈 간의
다른 신호 체계를 연결

동축 케이블 형태,
둥근모양 5핀

앰프와 스피커

34

5.6 미디

미디 소프트웨어


작곡용 프로그램(시퀀서,Sequencer)







음원 모듈에 “어떤 악기, 얼마의 강도, 얼마 동안” 소리내라고 명령
미디 신호를 입출력, 미디 파일 저장, 미디 데이터를 연주, 편집
CakeWalk : PC용, 널리 사용
Cubase : 미국 Steinberg 사
Logic : 독일 Emagic 사

35

5.6 미디



악보용 프로그램(Notation, Scoring 프로그램)






악보의 편집 및 출력
Coda사의 Finale, Passport Design사의 Encore 등

음색 편집용 프로그램(Voice Editor, Sound Editor)




소리의 편집 및 수정, 음원 모듈이나 각종 음색의 수정
OdysseySoft사의 Classic-B, KORG사의 X5DR 등

36


Slide 4

5장 사운드

멀티미디어의 이해

1

5.1 사운드의 개요



사운드의 종류
사운드의 제작 과정



사운드 란?





귀로 들을 수 있는 모든 정보
음악, 음성, 음향 효과 : 단독 사용 또는 혼합 사용(멀티미디어 환경)

정보 전달 시 사운드의 장점



미디어의 상승 효과 : 시각+청각 미디어로 정보전달 효과 상승
동기 유발 : 시각+청각 미디어를 혼합하여 피 전달자의 흥미 유발

2

5.1 사운드의 개요

사운드의 종류


일반적인 분류


음성(Voice)






음악(Music)





정보를 전달하는 주요한 수단 중 하나
텍스트보다 정보를 빠르고, 이해하기 쉽고, 설득력 있게 전달
디지털화된(digitized) 음성과 합성(synthesized) 음성

단독으로 음악 감상, 또는 정보전달시 부수효과 제공
주로 분위기, 장면전환, 감정 등 표현

음향효과(Sound Effect)



배경효과로 사용되어 상황을 좀더 현실감있게 전달 (비올때, 지하철)
자연적인(natural) 효과와 합성된(synthesized) 효과
3

5.1 사운드의 개요



컴퓨터에서 처리하는 방법에 따른 분류


디지털 오디오 (Digital Audio)






아날로그 형태의 사운드를 디지털화 시킨 것
원음에 충실하려면 많은 용량 필요 : 음악 CD 3분에 약 30MB 필요
사람의 목소리가 존재하거나, 디지털화된 파일을 처리 가능할 때

미디 (MIDI: Musical Instrument Digital Interface)



전자 악기와 다른 기계(컴퓨터)간에 정보를 전송하기 위한 통신 규약
실제 소리는 없이 연주 방법과 시기에 대한 정보를 가짐



3분 정도의 미디 음악을 듣기 위해서 약 8KB 필요
좋은 MIDI 사운드 음원(sound module)을 갖고 있는 경우

4

5.1 사운드의 개요

사운드의 제작과정


각 단계별 작업









계획(plan) : 필요한 조건 검토, 최종 결과에서 사용될 사운드 설계
녹음(record) : 사운드 도구로 녹음, 혹은 기존의 사운드 클립 이용
변환(capture) : (녹음된) 아날로그 사운드를 디지털 형태로 변환
편집(edit) : 사운드 편집 프로그램으로 편집(edit) 또는 믹싱 (mixing)
저장(store) : 편집이 끝난 중간 결과를 원하는 포맷으로 저장
통합(integrate) : 저장된 사운드를 다른 프로그램과 통합
재생(playback) : 최종결과를 재생하여 보완될 점을 수정

5

5.2 사운드의 기본개념



사운드의 기본 요소
디지털 사운드로의 변환



소리가 전달 되는 과정




음원에서 물체가 진동하면 공기의 압력을 변화하여 사운드가 생성
이 변화는 파형(waveform)의 형태로 우리 귀에 전달
사운드를 처리하는 것은 이러한 파형을 가공, 편집하는 것을 의미

6

5.2 사운드의 기본개념

사운드의 기본 요소


사운드 파형의 구성




사이클(cycle) : 일정 시간마다 반복되는 동일한 모양
주기(period) : 한 사이클이 걸리는 시간




어느 정도의 주기를 갖고 있는
사운드가 더 음악적으로 들림

소리의 3요소




주파수 : 음의 높낮이, Hz
진폭 : 음의 세기, Db
파형(Waveform) : 음색

7

5.2 사운드의 기본개념

(1) 주파수 (Frequency)




초당 사운드 파형의 반복 횟수
소리의 높낮이를 결정 : 주파수가 높으면 고음, 낮으면 저음



가청주파수(오디오) 20Hz~20KHz, 청각은 1K~6KHz에 제일 민감
[참고] 주파수 대역 구분 (Hz)
3K ~ 30K

초장파

30K ~ 300K

장파

항해, 군사교신

300K ~ 3M

중파

AM 라디오 방송 (535~1605)

3M ~ 30M

단파

아마추어 무선, 운송 통신, 무선 호출

30M ~ 300M

초단파

TV (54~216M), FM 라디오 (88~108M)

300M ~ 3G

극초단파

TV (채널 14 이상), 이동전화, 레이더

3G ~ 30G

마이크로파

위성통신, 레이더, 연구용

30G 이상

밀리미터파
8

5.2 사운드의 기본개념

(2) 진폭 (Amplitude)


사운드 파형의 기준선에서 최고점까지의 거리





소리의 크기와 관련 : 진폭이 크면 큰소리, 작으면 작은 소리
인간이 가장 편하게 들을 수 있는 소리의 범위는 0db ~ 90db

음의 크기와 소리의 예

9

5.2 사운드의 기본개념

(3) 음색 (Tone Color)




음의 높이와 크기가 같아도 악기마다 고유한 특징 => 음색
고유한 파형 => 기본파 + 고조파

10

5.2 사운드의 기본개념

디지털 사운드로의 변환


컴퓨터 처리를 위해 아날로그/디지털 형태 간의 변환






ADC(Analog-to-Digital Converter)
DAC(Digital-to-Analog Converter)

디지털 변환 과정


표본화, 양자화, 부호화 과정 필요

아날로그 신호와 디지털 신호 간의 변환 과정
11

5.2 사운드의 기본개념

(1) 표본화(Sampling)




아날로그 파형을 디지털 형태로 변환하기 위해 표본을 취하는 것
표본화율(Sampling Rate)



1초 동안에 취한 표본수 (단위: Hz)
표본화율이 높을수록 원음을 잘 표현할 수 있으나 데이터 공간은 증가

12

5.2 사운드의 기본개념

(2) 양자화 (Quantizing)


어느 정도의 정밀도로 표현할 것인지




표본화된 각 점에서 값을 표현하기 위해 사용되는 비트 수

음의 해상도


(a)

표본화하는 정밀도 (Sampling Resolution, Sampling Size)

2 bit 양자화 (4단계)

(b) 3 bit 양자화 (8단계)

(c) 4 bit 양자화 ( 16단계)

아날로그 파형의 양자화
13

5.2 사운드의 기본개념



표본화 및 양자화 정도에 따른 비교

(a) 원래의 파형

(b) 낮은 표본화와 양자화

(c) 높은 표본화와 양자화

(3) 부호화 (Coding)



표본화와 양자화를 거친 디지털 정보를 표현하는 과정
사운드 파일은 크기 때문에 일반적으로 부호화 과정에서 압축하여
저장
14



디지털 사운드 파일의 크기 및 음질의 비교
표본화율
(KHz)

양자화
정밀도
(bit)

모드

데이터 크기
(1분당)

음질

11.025

8

mono

650 KB

전화

22.05

8

mono

1.3 MB

AM Radio

44.1

8

mono

2.6 MB

22.05

16

stereo

5.25 MB

44.1

16

mono

5.25 MB

44.1

16

stereo

10.5 MB





sample
(voice)

sample
(music)

FM Radio
CD

11.025 KHz × 8 bits × 1(mono) × 60 sec / 8 = 약 650 KBytes

44.1 KHz × 16 bits × 2(stereo) × 60 sec / (8*1024) = 약 10.5 MBytes
15

5.3 사운드의 저장과 고품질화


(디지털 파형의 저장 방식)



디지털 사운드 파일의 크기








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

(고품질 사운드의 획득)
16

5.4 디지털 오디오 시스템





사운드 하드웨어
사운드 처리 소프트웨어
(디지털 사운드의 압축방식)
디지털 사운드의 파일 포맷

17

5.4 디지털 오디오 시스템

사운드 하드웨어


사운드 카드 (오디오 인터페이스 카드)


주요기능









입력: 아날로그 파장의 사운드를
디지털 형태로 변환 (ADC)
출력 : 디지털 형태의 데이터를
아날로그 파장으로 변환 (DAC)
음원칩 : 미디 지원
DSP(Digital Signal Processing) 칩: 데이터의 가공, 편집

주요제품


최초의 PC용 사운드 카드 : 1987년 캐나다의 Adlib사의 Adlib




Yamaha 사의 YM-3812 음원 칩 사용

Creative사에서 SoundBlaster카드 발표


실질적인 사운드 카드의 표준
18

5.4 디지털 오디오 시스템



앰프와 스피커





사운드의 품질은 스피커의 영향이 제일 크다.
앰프 : 스피커를 위해 양질의 사운드 파형으로 증폭
돌비 서라운드 (Dolby Surround) 5.1 채널


스피커 4개 + 저음부를 위한 우퍼(Woofer)

19

5.4 디지털 오디오 시스템

사운드 처리 소프트 웨어


사운드 편집 소프트웨어






기능 : 사운드의 캡쳐 및 편집, 가공, 트랙 편집 등
GoldWave
Cool Edit
SoundForge

20

5.4 디지털 오디오 시스템

사운드 처리 소프트 웨어


재생 프로그램






오디오 CD, MP3 파일
Win amp
Sonique
거원 제트 오디오

21

5.4 디지털 오디오 시스템

디지털 사운드 압축방식 (생략)





ADPCM
A-law, µ-law
TrueSpeech
MP3 또는 MPEG Layer 3

22

5.4 디지털 오디오 시스템

디지털 사운드의 파일포맷


Wav






Au





Microsoft 와 IBM 이 PC의 사운드 표준 형식으로 공동 개발
Windows 기반 PC에서 주로 사용

유닉스 환경에서 사용되는 가장 일반적인 포맷
Sun이나 NeXT에서 사운드 표준

MP2, MP3




ISO 국제 표준으로 압축효과가 뛰어나고, 음질도 우수
인터넷 상에서 음악을 압축하는데 많이 사용
MPEG-1의 오디오 Layer 2 및 Layer 3, 확장자는 .mp2 및 .mp3
23

5.4 디지털 오디오 시스템



Real Audio (.ra, .rm)



RealNetworks 사에서 개발, 스트리밍 기술로 실시간 사운드 전송
SureStreaming이라는 기술로 항상 최적의 음질을 재생




ASF(Advanced Streaming Format)





접속시 대역폭이 동적으로 변함에 따라 음질도 동적으로 변화

인텔이 개발한 멀티미디어 파일 형식, 스트리밍 방식
통합 멀티미디어 파일: 오디오, 비디오, 이미지, 프로그램도 포함

WMA (Windows Media Audio)



마이크로소프트가 개발한 스트리밍 방식의 오디오 파일 형식
비디오 파일은 WMV
24

5.5 입체음향






개요
입체음향의 원리
(입체음향의 생성 방식)
(입체음향의 재생)
(발전동향)




모노 사운드에서 2D 스테레오를 벗어나 3D 사운드로 발전
컴퓨터 게임, 영화 및 컴퓨터 분야에서 활용

25

5.5 입체음향

개요


서라운드 (Surround)


돌비 서라운드(Dolby Surround)가 가장 대표적



사람이 있는 위치를 기준으로 사방에서 소리를 들려주는 방식


공간감, 입체감




3 채널, 4.1채널, 5.1채널 등이 있음




0.1은 서브우퍼(Subwoofer)를 의미

스테레오와 마찬가지로 청취자가
음의 중심점에 있어야 입체감을
적절하게 느낄 수 있음
Surround System (5.1채널)
26

5.5 입체음향



입체 음향(Interactive 3D Sound)




음원과 청취자 간에 상대적인 위치를 계산하여 사운드를 출력
청취자와 상호작용이 가능





사용자의 이동이나 반응, 또는 음원의 이동에 따라 소리가 입체적으로
상호작용이 필요한 가상 현실이나 게임에서 많이 사용

Creative사의 EAX, Aureal사의 A3D, 마이크로소프트사의 Direct
3D Sound에서 지원

27

5.5 입체음향

입체음향의 원리


입체음향(Interactive 3D Sound):




재생된 음향을 들었을 때 음향으로부터 공간적 단서(방향감, 거리
감, 공간감)를 지각할 수 있는 음향

소리의 전달 경로


공간 전달계(외부) :




머리 전달계(내부) :




실내의 벽이나 천장 등에서 전달
인간의 머리와 귓바퀴에서 전달

음원에 대한 공간적 단서


두 귀에 들어오는 두 신호간의 차이 때문
28

5.5 입체음향



공간적 단서


두 귀에 도달하는 소리의 시간차




두 귀에 도달하는 소리의 세기차




가까운 방향 쪽에 있는 귀가 먼저 그 소리를 들음
가까이에서 들리는 음의 크기가 더 큼

그 외 시각적 효과, 머리의 움직임, 소리의 종류에 따른 친숙도 등

29

5.6 미디(MIDI)






시스템의 구성
하드웨어 장비
(미디의 표준 모드)
미디의 소프트웨어
(미디 파일의 종류)
[시연]
제목

크기(KB)

시간

엘리제를 위하여

17

2분 38초

Dancing Queen

78

3분 57초

007 주제가

46

1분 52초

Starwars

32

3분 19초

Calvary's Love

40

3분 29초
30

5.6 미디

개요


미디(MIDI: Musical Instrument Digital interface)




1983년 세계 악기 제조업체들이 제정
전자 악기와 컴퓨터 간의 상호 정보교환을 위한 표준 규약






직접적인 음에 대한 정보가 있는 것이 아니라 음을 어떻게 연주 하라
는 정보를 표현함 : 음의 높이, 음표의 길이, 음의 강약 등
MIDI를 이용하여 전자 악기 간의 일관된 방식의 제어가 가능

음을 들으려면



신디사이저(Synthesizer) : 음을 발생시켜주는 기계
시퀀서(Sequencer) : 생성된 음의 수정

31

5.6 미디

시스템의 구성


미디 시스템의 구성


처리 과정







음의 입력 : 미디 장치에서 음을 발생 ⇒ 미디 인터페이스 카드 ⇒ 컴퓨
터로 전송
음의 처리 : 컴퓨터에서 미디 프로그램(시퀀서 등)으로 편집
음의 출력 : 컴퓨터 ⇒ 미디 인터페이스 카드 ⇒ 신디사이저 등의 미디
장치를 통해 스피커로 출력

미디 인터페이스


MIDI-IN 단자,
MIDI-OUT 단자,
MIDI-THRU 단자

32

5.6 미디

하드웨어 장비


신디사이저


전기적인 신호를 합성하여 음을 생성하는 장치





샘플러(Sampler)



신디사이저는 악기의 대표 음을, 샘플러는 악기의 모든 음을 보유
더 정교한 음 또는 음원에 없는 새로운 음을 만들고자 할 때 사용




음원부(음원모듈) : 소리를 발생시킴
건반부 (마스터 키보드) : 음원부를 이용하여 연주

실제 소리를 녹음하여 악기로 변환하거나 각종 효과음으로 활용

믹서(Mixer)


여러 개의 오디오 출력을 섞어서 하나의 출력으로 생성



각 출력의 균형 등을 맞추어 주는 이퀄라이저(Equalizer)가 장착
음악의 균형을 맞추어 녹음하고 연주하는데 많이 이용
33

5.6 미디



MIDI 인터페이스 카드




미디 전용 케이블




컴퓨터와 미디 모듈 간의
다른 신호 체계를 연결

동축 케이블 형태,
둥근모양 5핀

앰프와 스피커

34

5.6 미디

미디 소프트웨어


작곡용 프로그램(시퀀서,Sequencer)







음원 모듈에 “어떤 악기, 얼마의 강도, 얼마 동안” 소리내라고 명령
미디 신호를 입출력, 미디 파일 저장, 미디 데이터를 연주, 편집
CakeWalk : PC용, 널리 사용
Cubase : 미국 Steinberg 사
Logic : 독일 Emagic 사

35

5.6 미디



악보용 프로그램(Notation, Scoring 프로그램)






악보의 편집 및 출력
Coda사의 Finale, Passport Design사의 Encore 등

음색 편집용 프로그램(Voice Editor, Sound Editor)




소리의 편집 및 수정, 음원 모듈이나 각종 음색의 수정
OdysseySoft사의 Classic-B, KORG사의 X5DR 등

36


Slide 5

5장 사운드

멀티미디어의 이해

1

5.1 사운드의 개요



사운드의 종류
사운드의 제작 과정



사운드 란?





귀로 들을 수 있는 모든 정보
음악, 음성, 음향 효과 : 단독 사용 또는 혼합 사용(멀티미디어 환경)

정보 전달 시 사운드의 장점



미디어의 상승 효과 : 시각+청각 미디어로 정보전달 효과 상승
동기 유발 : 시각+청각 미디어를 혼합하여 피 전달자의 흥미 유발

2

5.1 사운드의 개요

사운드의 종류


일반적인 분류


음성(Voice)






음악(Music)





정보를 전달하는 주요한 수단 중 하나
텍스트보다 정보를 빠르고, 이해하기 쉽고, 설득력 있게 전달
디지털화된(digitized) 음성과 합성(synthesized) 음성

단독으로 음악 감상, 또는 정보전달시 부수효과 제공
주로 분위기, 장면전환, 감정 등 표현

음향효과(Sound Effect)



배경효과로 사용되어 상황을 좀더 현실감있게 전달 (비올때, 지하철)
자연적인(natural) 효과와 합성된(synthesized) 효과
3

5.1 사운드의 개요



컴퓨터에서 처리하는 방법에 따른 분류


디지털 오디오 (Digital Audio)






아날로그 형태의 사운드를 디지털화 시킨 것
원음에 충실하려면 많은 용량 필요 : 음악 CD 3분에 약 30MB 필요
사람의 목소리가 존재하거나, 디지털화된 파일을 처리 가능할 때

미디 (MIDI: Musical Instrument Digital Interface)



전자 악기와 다른 기계(컴퓨터)간에 정보를 전송하기 위한 통신 규약
실제 소리는 없이 연주 방법과 시기에 대한 정보를 가짐



3분 정도의 미디 음악을 듣기 위해서 약 8KB 필요
좋은 MIDI 사운드 음원(sound module)을 갖고 있는 경우

4

5.1 사운드의 개요

사운드의 제작과정


각 단계별 작업









계획(plan) : 필요한 조건 검토, 최종 결과에서 사용될 사운드 설계
녹음(record) : 사운드 도구로 녹음, 혹은 기존의 사운드 클립 이용
변환(capture) : (녹음된) 아날로그 사운드를 디지털 형태로 변환
편집(edit) : 사운드 편집 프로그램으로 편집(edit) 또는 믹싱 (mixing)
저장(store) : 편집이 끝난 중간 결과를 원하는 포맷으로 저장
통합(integrate) : 저장된 사운드를 다른 프로그램과 통합
재생(playback) : 최종결과를 재생하여 보완될 점을 수정

5

5.2 사운드의 기본개념



사운드의 기본 요소
디지털 사운드로의 변환



소리가 전달 되는 과정




음원에서 물체가 진동하면 공기의 압력을 변화하여 사운드가 생성
이 변화는 파형(waveform)의 형태로 우리 귀에 전달
사운드를 처리하는 것은 이러한 파형을 가공, 편집하는 것을 의미

6

5.2 사운드의 기본개념

사운드의 기본 요소


사운드 파형의 구성




사이클(cycle) : 일정 시간마다 반복되는 동일한 모양
주기(period) : 한 사이클이 걸리는 시간




어느 정도의 주기를 갖고 있는
사운드가 더 음악적으로 들림

소리의 3요소




주파수 : 음의 높낮이, Hz
진폭 : 음의 세기, Db
파형(Waveform) : 음색

7

5.2 사운드의 기본개념

(1) 주파수 (Frequency)




초당 사운드 파형의 반복 횟수
소리의 높낮이를 결정 : 주파수가 높으면 고음, 낮으면 저음



가청주파수(오디오) 20Hz~20KHz, 청각은 1K~6KHz에 제일 민감
[참고] 주파수 대역 구분 (Hz)
3K ~ 30K

초장파

30K ~ 300K

장파

항해, 군사교신

300K ~ 3M

중파

AM 라디오 방송 (535~1605)

3M ~ 30M

단파

아마추어 무선, 운송 통신, 무선 호출

30M ~ 300M

초단파

TV (54~216M), FM 라디오 (88~108M)

300M ~ 3G

극초단파

TV (채널 14 이상), 이동전화, 레이더

3G ~ 30G

마이크로파

위성통신, 레이더, 연구용

30G 이상

밀리미터파
8

5.2 사운드의 기본개념

(2) 진폭 (Amplitude)


사운드 파형의 기준선에서 최고점까지의 거리





소리의 크기와 관련 : 진폭이 크면 큰소리, 작으면 작은 소리
인간이 가장 편하게 들을 수 있는 소리의 범위는 0db ~ 90db

음의 크기와 소리의 예

9

5.2 사운드의 기본개념

(3) 음색 (Tone Color)




음의 높이와 크기가 같아도 악기마다 고유한 특징 => 음색
고유한 파형 => 기본파 + 고조파

10

5.2 사운드의 기본개념

디지털 사운드로의 변환


컴퓨터 처리를 위해 아날로그/디지털 형태 간의 변환






ADC(Analog-to-Digital Converter)
DAC(Digital-to-Analog Converter)

디지털 변환 과정


표본화, 양자화, 부호화 과정 필요

아날로그 신호와 디지털 신호 간의 변환 과정
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5.2 사운드의 기본개념

(1) 표본화(Sampling)




아날로그 파형을 디지털 형태로 변환하기 위해 표본을 취하는 것
표본화율(Sampling Rate)



1초 동안에 취한 표본수 (단위: Hz)
표본화율이 높을수록 원음을 잘 표현할 수 있으나 데이터 공간은 증가

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5.2 사운드의 기본개념

(2) 양자화 (Quantizing)


어느 정도의 정밀도로 표현할 것인지




표본화된 각 점에서 값을 표현하기 위해 사용되는 비트 수

음의 해상도


(a)

표본화하는 정밀도 (Sampling Resolution, Sampling Size)

2 bit 양자화 (4단계)

(b) 3 bit 양자화 (8단계)

(c) 4 bit 양자화 ( 16단계)

아날로그 파형의 양자화
13

5.2 사운드의 기본개념



표본화 및 양자화 정도에 따른 비교

(a) 원래의 파형

(b) 낮은 표본화와 양자화

(c) 높은 표본화와 양자화

(3) 부호화 (Coding)



표본화와 양자화를 거친 디지털 정보를 표현하는 과정
사운드 파일은 크기 때문에 일반적으로 부호화 과정에서 압축하여
저장
14



디지털 사운드 파일의 크기 및 음질의 비교
표본화율
(KHz)

양자화
정밀도
(bit)

모드

데이터 크기
(1분당)

음질

11.025

8

mono

650 KB

전화

22.05

8

mono

1.3 MB

AM Radio

44.1

8

mono

2.6 MB

22.05

16

stereo

5.25 MB

44.1

16

mono

5.25 MB

44.1

16

stereo

10.5 MB





sample
(voice)

sample
(music)

FM Radio
CD

11.025 KHz × 8 bits × 1(mono) × 60 sec / 8 = 약 650 KBytes

44.1 KHz × 16 bits × 2(stereo) × 60 sec / (8*1024) = 약 10.5 MBytes
15

5.3 사운드의 저장과 고품질화


(디지털 파형의 저장 방식)



디지털 사운드 파일의 크기








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

(고품질 사운드의 획득)
16

5.4 디지털 오디오 시스템





사운드 하드웨어
사운드 처리 소프트웨어
(디지털 사운드의 압축방식)
디지털 사운드의 파일 포맷

17

5.4 디지털 오디오 시스템

사운드 하드웨어


사운드 카드 (오디오 인터페이스 카드)


주요기능









입력: 아날로그 파장의 사운드를
디지털 형태로 변환 (ADC)
출력 : 디지털 형태의 데이터를
아날로그 파장으로 변환 (DAC)
음원칩 : 미디 지원
DSP(Digital Signal Processing) 칩: 데이터의 가공, 편집

주요제품


최초의 PC용 사운드 카드 : 1987년 캐나다의 Adlib사의 Adlib




Yamaha 사의 YM-3812 음원 칩 사용

Creative사에서 SoundBlaster카드 발표


실질적인 사운드 카드의 표준
18

5.4 디지털 오디오 시스템



앰프와 스피커





사운드의 품질은 스피커의 영향이 제일 크다.
앰프 : 스피커를 위해 양질의 사운드 파형으로 증폭
돌비 서라운드 (Dolby Surround) 5.1 채널


스피커 4개 + 저음부를 위한 우퍼(Woofer)

19

5.4 디지털 오디오 시스템

사운드 처리 소프트 웨어


사운드 편집 소프트웨어






기능 : 사운드의 캡쳐 및 편집, 가공, 트랙 편집 등
GoldWave
Cool Edit
SoundForge

20

5.4 디지털 오디오 시스템

사운드 처리 소프트 웨어


재생 프로그램






오디오 CD, MP3 파일
Win amp
Sonique
거원 제트 오디오

21

5.4 디지털 오디오 시스템

디지털 사운드 압축방식 (생략)





ADPCM
A-law, µ-law
TrueSpeech
MP3 또는 MPEG Layer 3

22

5.4 디지털 오디오 시스템

디지털 사운드의 파일포맷


Wav






Au





Microsoft 와 IBM 이 PC의 사운드 표준 형식으로 공동 개발
Windows 기반 PC에서 주로 사용

유닉스 환경에서 사용되는 가장 일반적인 포맷
Sun이나 NeXT에서 사운드 표준

MP2, MP3




ISO 국제 표준으로 압축효과가 뛰어나고, 음질도 우수
인터넷 상에서 음악을 압축하는데 많이 사용
MPEG-1의 오디오 Layer 2 및 Layer 3, 확장자는 .mp2 및 .mp3
23

5.4 디지털 오디오 시스템



Real Audio (.ra, .rm)



RealNetworks 사에서 개발, 스트리밍 기술로 실시간 사운드 전송
SureStreaming이라는 기술로 항상 최적의 음질을 재생




ASF(Advanced Streaming Format)





접속시 대역폭이 동적으로 변함에 따라 음질도 동적으로 변화

인텔이 개발한 멀티미디어 파일 형식, 스트리밍 방식
통합 멀티미디어 파일: 오디오, 비디오, 이미지, 프로그램도 포함

WMA (Windows Media Audio)



마이크로소프트가 개발한 스트리밍 방식의 오디오 파일 형식
비디오 파일은 WMV
24

5.5 입체음향






개요
입체음향의 원리
(입체음향의 생성 방식)
(입체음향의 재생)
(발전동향)




모노 사운드에서 2D 스테레오를 벗어나 3D 사운드로 발전
컴퓨터 게임, 영화 및 컴퓨터 분야에서 활용

25

5.5 입체음향

개요


서라운드 (Surround)


돌비 서라운드(Dolby Surround)가 가장 대표적



사람이 있는 위치를 기준으로 사방에서 소리를 들려주는 방식


공간감, 입체감




3 채널, 4.1채널, 5.1채널 등이 있음




0.1은 서브우퍼(Subwoofer)를 의미

스테레오와 마찬가지로 청취자가
음의 중심점에 있어야 입체감을
적절하게 느낄 수 있음
Surround System (5.1채널)
26

5.5 입체음향



입체 음향(Interactive 3D Sound)




음원과 청취자 간에 상대적인 위치를 계산하여 사운드를 출력
청취자와 상호작용이 가능





사용자의 이동이나 반응, 또는 음원의 이동에 따라 소리가 입체적으로
상호작용이 필요한 가상 현실이나 게임에서 많이 사용

Creative사의 EAX, Aureal사의 A3D, 마이크로소프트사의 Direct
3D Sound에서 지원

27

5.5 입체음향

입체음향의 원리


입체음향(Interactive 3D Sound):




재생된 음향을 들었을 때 음향으로부터 공간적 단서(방향감, 거리
감, 공간감)를 지각할 수 있는 음향

소리의 전달 경로


공간 전달계(외부) :




머리 전달계(내부) :




실내의 벽이나 천장 등에서 전달
인간의 머리와 귓바퀴에서 전달

음원에 대한 공간적 단서


두 귀에 들어오는 두 신호간의 차이 때문
28

5.5 입체음향



공간적 단서


두 귀에 도달하는 소리의 시간차




두 귀에 도달하는 소리의 세기차




가까운 방향 쪽에 있는 귀가 먼저 그 소리를 들음
가까이에서 들리는 음의 크기가 더 큼

그 외 시각적 효과, 머리의 움직임, 소리의 종류에 따른 친숙도 등

29

5.6 미디(MIDI)






시스템의 구성
하드웨어 장비
(미디의 표준 모드)
미디의 소프트웨어
(미디 파일의 종류)
[시연]
제목

크기(KB)

시간

엘리제를 위하여

17

2분 38초

Dancing Queen

78

3분 57초

007 주제가

46

1분 52초

Starwars

32

3분 19초

Calvary's Love

40

3분 29초
30

5.6 미디

개요


미디(MIDI: Musical Instrument Digital interface)




1983년 세계 악기 제조업체들이 제정
전자 악기와 컴퓨터 간의 상호 정보교환을 위한 표준 규약






직접적인 음에 대한 정보가 있는 것이 아니라 음을 어떻게 연주 하라
는 정보를 표현함 : 음의 높이, 음표의 길이, 음의 강약 등
MIDI를 이용하여 전자 악기 간의 일관된 방식의 제어가 가능

음을 들으려면



신디사이저(Synthesizer) : 음을 발생시켜주는 기계
시퀀서(Sequencer) : 생성된 음의 수정

31

5.6 미디

시스템의 구성


미디 시스템의 구성


처리 과정







음의 입력 : 미디 장치에서 음을 발생 ⇒ 미디 인터페이스 카드 ⇒ 컴퓨
터로 전송
음의 처리 : 컴퓨터에서 미디 프로그램(시퀀서 등)으로 편집
음의 출력 : 컴퓨터 ⇒ 미디 인터페이스 카드 ⇒ 신디사이저 등의 미디
장치를 통해 스피커로 출력

미디 인터페이스


MIDI-IN 단자,
MIDI-OUT 단자,
MIDI-THRU 단자

32

5.6 미디

하드웨어 장비


신디사이저


전기적인 신호를 합성하여 음을 생성하는 장치





샘플러(Sampler)



신디사이저는 악기의 대표 음을, 샘플러는 악기의 모든 음을 보유
더 정교한 음 또는 음원에 없는 새로운 음을 만들고자 할 때 사용




음원부(음원모듈) : 소리를 발생시킴
건반부 (마스터 키보드) : 음원부를 이용하여 연주

실제 소리를 녹음하여 악기로 변환하거나 각종 효과음으로 활용

믹서(Mixer)


여러 개의 오디오 출력을 섞어서 하나의 출력으로 생성



각 출력의 균형 등을 맞추어 주는 이퀄라이저(Equalizer)가 장착
음악의 균형을 맞추어 녹음하고 연주하는데 많이 이용
33

5.6 미디



MIDI 인터페이스 카드




미디 전용 케이블




컴퓨터와 미디 모듈 간의
다른 신호 체계를 연결

동축 케이블 형태,
둥근모양 5핀

앰프와 스피커

34

5.6 미디

미디 소프트웨어


작곡용 프로그램(시퀀서,Sequencer)







음원 모듈에 “어떤 악기, 얼마의 강도, 얼마 동안” 소리내라고 명령
미디 신호를 입출력, 미디 파일 저장, 미디 데이터를 연주, 편집
CakeWalk : PC용, 널리 사용
Cubase : 미국 Steinberg 사
Logic : 독일 Emagic 사

35

5.6 미디



악보용 프로그램(Notation, Scoring 프로그램)






악보의 편집 및 출력
Coda사의 Finale, Passport Design사의 Encore 등

음색 편집용 프로그램(Voice Editor, Sound Editor)




소리의 편집 및 수정, 음원 모듈이나 각종 음색의 수정
OdysseySoft사의 Classic-B, KORG사의 X5DR 등

36


Slide 6

5장 사운드

멀티미디어의 이해

1

5.1 사운드의 개요



사운드의 종류
사운드의 제작 과정



사운드 란?





귀로 들을 수 있는 모든 정보
음악, 음성, 음향 효과 : 단독 사용 또는 혼합 사용(멀티미디어 환경)

정보 전달 시 사운드의 장점



미디어의 상승 효과 : 시각+청각 미디어로 정보전달 효과 상승
동기 유발 : 시각+청각 미디어를 혼합하여 피 전달자의 흥미 유발

2

5.1 사운드의 개요

사운드의 종류


일반적인 분류


음성(Voice)






음악(Music)





정보를 전달하는 주요한 수단 중 하나
텍스트보다 정보를 빠르고, 이해하기 쉽고, 설득력 있게 전달
디지털화된(digitized) 음성과 합성(synthesized) 음성

단독으로 음악 감상, 또는 정보전달시 부수효과 제공
주로 분위기, 장면전환, 감정 등 표현

음향효과(Sound Effect)



배경효과로 사용되어 상황을 좀더 현실감있게 전달 (비올때, 지하철)
자연적인(natural) 효과와 합성된(synthesized) 효과
3

5.1 사운드의 개요



컴퓨터에서 처리하는 방법에 따른 분류


디지털 오디오 (Digital Audio)






아날로그 형태의 사운드를 디지털화 시킨 것
원음에 충실하려면 많은 용량 필요 : 음악 CD 3분에 약 30MB 필요
사람의 목소리가 존재하거나, 디지털화된 파일을 처리 가능할 때

미디 (MIDI: Musical Instrument Digital Interface)



전자 악기와 다른 기계(컴퓨터)간에 정보를 전송하기 위한 통신 규약
실제 소리는 없이 연주 방법과 시기에 대한 정보를 가짐



3분 정도의 미디 음악을 듣기 위해서 약 8KB 필요
좋은 MIDI 사운드 음원(sound module)을 갖고 있는 경우

4

5.1 사운드의 개요

사운드의 제작과정


각 단계별 작업









계획(plan) : 필요한 조건 검토, 최종 결과에서 사용될 사운드 설계
녹음(record) : 사운드 도구로 녹음, 혹은 기존의 사운드 클립 이용
변환(capture) : (녹음된) 아날로그 사운드를 디지털 형태로 변환
편집(edit) : 사운드 편집 프로그램으로 편집(edit) 또는 믹싱 (mixing)
저장(store) : 편집이 끝난 중간 결과를 원하는 포맷으로 저장
통합(integrate) : 저장된 사운드를 다른 프로그램과 통합
재생(playback) : 최종결과를 재생하여 보완될 점을 수정

5

5.2 사운드의 기본개념



사운드의 기본 요소
디지털 사운드로의 변환



소리가 전달 되는 과정




음원에서 물체가 진동하면 공기의 압력을 변화하여 사운드가 생성
이 변화는 파형(waveform)의 형태로 우리 귀에 전달
사운드를 처리하는 것은 이러한 파형을 가공, 편집하는 것을 의미

6

5.2 사운드의 기본개념

사운드의 기본 요소


사운드 파형의 구성




사이클(cycle) : 일정 시간마다 반복되는 동일한 모양
주기(period) : 한 사이클이 걸리는 시간




어느 정도의 주기를 갖고 있는
사운드가 더 음악적으로 들림

소리의 3요소




주파수 : 음의 높낮이, Hz
진폭 : 음의 세기, Db
파형(Waveform) : 음색

7

5.2 사운드의 기본개념

(1) 주파수 (Frequency)




초당 사운드 파형의 반복 횟수
소리의 높낮이를 결정 : 주파수가 높으면 고음, 낮으면 저음



가청주파수(오디오) 20Hz~20KHz, 청각은 1K~6KHz에 제일 민감
[참고] 주파수 대역 구분 (Hz)
3K ~ 30K

초장파

30K ~ 300K

장파

항해, 군사교신

300K ~ 3M

중파

AM 라디오 방송 (535~1605)

3M ~ 30M

단파

아마추어 무선, 운송 통신, 무선 호출

30M ~ 300M

초단파

TV (54~216M), FM 라디오 (88~108M)

300M ~ 3G

극초단파

TV (채널 14 이상), 이동전화, 레이더

3G ~ 30G

마이크로파

위성통신, 레이더, 연구용

30G 이상

밀리미터파
8

5.2 사운드의 기본개념

(2) 진폭 (Amplitude)


사운드 파형의 기준선에서 최고점까지의 거리





소리의 크기와 관련 : 진폭이 크면 큰소리, 작으면 작은 소리
인간이 가장 편하게 들을 수 있는 소리의 범위는 0db ~ 90db

음의 크기와 소리의 예

9

5.2 사운드의 기본개념

(3) 음색 (Tone Color)




음의 높이와 크기가 같아도 악기마다 고유한 특징 => 음색
고유한 파형 => 기본파 + 고조파

10

5.2 사운드의 기본개념

디지털 사운드로의 변환


컴퓨터 처리를 위해 아날로그/디지털 형태 간의 변환






ADC(Analog-to-Digital Converter)
DAC(Digital-to-Analog Converter)

디지털 변환 과정


표본화, 양자화, 부호화 과정 필요

아날로그 신호와 디지털 신호 간의 변환 과정
11

5.2 사운드의 기본개념

(1) 표본화(Sampling)




아날로그 파형을 디지털 형태로 변환하기 위해 표본을 취하는 것
표본화율(Sampling Rate)



1초 동안에 취한 표본수 (단위: Hz)
표본화율이 높을수록 원음을 잘 표현할 수 있으나 데이터 공간은 증가

12

5.2 사운드의 기본개념

(2) 양자화 (Quantizing)


어느 정도의 정밀도로 표현할 것인지




표본화된 각 점에서 값을 표현하기 위해 사용되는 비트 수

음의 해상도


(a)

표본화하는 정밀도 (Sampling Resolution, Sampling Size)

2 bit 양자화 (4단계)

(b) 3 bit 양자화 (8단계)

(c) 4 bit 양자화 ( 16단계)

아날로그 파형의 양자화
13

5.2 사운드의 기본개념



표본화 및 양자화 정도에 따른 비교

(a) 원래의 파형

(b) 낮은 표본화와 양자화

(c) 높은 표본화와 양자화

(3) 부호화 (Coding)



표본화와 양자화를 거친 디지털 정보를 표현하는 과정
사운드 파일은 크기 때문에 일반적으로 부호화 과정에서 압축하여
저장
14



디지털 사운드 파일의 크기 및 음질의 비교
표본화율
(KHz)

양자화
정밀도
(bit)

모드

데이터 크기
(1분당)

음질

11.025

8

mono

650 KB

전화

22.05

8

mono

1.3 MB

AM Radio

44.1

8

mono

2.6 MB

22.05

16

stereo

5.25 MB

44.1

16

mono

5.25 MB

44.1

16

stereo

10.5 MB





sample
(voice)

sample
(music)

FM Radio
CD

11.025 KHz × 8 bits × 1(mono) × 60 sec / 8 = 약 650 KBytes

44.1 KHz × 16 bits × 2(stereo) × 60 sec / (8*1024) = 약 10.5 MBytes
15

5.3 사운드의 저장과 고품질화


(디지털 파형의 저장 방식)



디지털 사운드 파일의 크기








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

(고품질 사운드의 획득)
16

5.4 디지털 오디오 시스템





사운드 하드웨어
사운드 처리 소프트웨어
(디지털 사운드의 압축방식)
디지털 사운드의 파일 포맷

17

5.4 디지털 오디오 시스템

사운드 하드웨어


사운드 카드 (오디오 인터페이스 카드)


주요기능









입력: 아날로그 파장의 사운드를
디지털 형태로 변환 (ADC)
출력 : 디지털 형태의 데이터를
아날로그 파장으로 변환 (DAC)
음원칩 : 미디 지원
DSP(Digital Signal Processing) 칩: 데이터의 가공, 편집

주요제품


최초의 PC용 사운드 카드 : 1987년 캐나다의 Adlib사의 Adlib




Yamaha 사의 YM-3812 음원 칩 사용

Creative사에서 SoundBlaster카드 발표


실질적인 사운드 카드의 표준
18

5.4 디지털 오디오 시스템



앰프와 스피커





사운드의 품질은 스피커의 영향이 제일 크다.
앰프 : 스피커를 위해 양질의 사운드 파형으로 증폭
돌비 서라운드 (Dolby Surround) 5.1 채널


스피커 4개 + 저음부를 위한 우퍼(Woofer)

19

5.4 디지털 오디오 시스템

사운드 처리 소프트 웨어


사운드 편집 소프트웨어






기능 : 사운드의 캡쳐 및 편집, 가공, 트랙 편집 등
GoldWave
Cool Edit
SoundForge

20

5.4 디지털 오디오 시스템

사운드 처리 소프트 웨어


재생 프로그램






오디오 CD, MP3 파일
Win amp
Sonique
거원 제트 오디오

21

5.4 디지털 오디오 시스템

디지털 사운드 압축방식 (생략)





ADPCM
A-law, µ-law
TrueSpeech
MP3 또는 MPEG Layer 3

22

5.4 디지털 오디오 시스템

디지털 사운드의 파일포맷


Wav






Au





Microsoft 와 IBM 이 PC의 사운드 표준 형식으로 공동 개발
Windows 기반 PC에서 주로 사용

유닉스 환경에서 사용되는 가장 일반적인 포맷
Sun이나 NeXT에서 사운드 표준

MP2, MP3




ISO 국제 표준으로 압축효과가 뛰어나고, 음질도 우수
인터넷 상에서 음악을 압축하는데 많이 사용
MPEG-1의 오디오 Layer 2 및 Layer 3, 확장자는 .mp2 및 .mp3
23

5.4 디지털 오디오 시스템



Real Audio (.ra, .rm)



RealNetworks 사에서 개발, 스트리밍 기술로 실시간 사운드 전송
SureStreaming이라는 기술로 항상 최적의 음질을 재생




ASF(Advanced Streaming Format)





접속시 대역폭이 동적으로 변함에 따라 음질도 동적으로 변화

인텔이 개발한 멀티미디어 파일 형식, 스트리밍 방식
통합 멀티미디어 파일: 오디오, 비디오, 이미지, 프로그램도 포함

WMA (Windows Media Audio)



마이크로소프트가 개발한 스트리밍 방식의 오디오 파일 형식
비디오 파일은 WMV
24

5.5 입체음향






개요
입체음향의 원리
(입체음향의 생성 방식)
(입체음향의 재생)
(발전동향)




모노 사운드에서 2D 스테레오를 벗어나 3D 사운드로 발전
컴퓨터 게임, 영화 및 컴퓨터 분야에서 활용

25

5.5 입체음향

개요


서라운드 (Surround)


돌비 서라운드(Dolby Surround)가 가장 대표적



사람이 있는 위치를 기준으로 사방에서 소리를 들려주는 방식


공간감, 입체감




3 채널, 4.1채널, 5.1채널 등이 있음




0.1은 서브우퍼(Subwoofer)를 의미

스테레오와 마찬가지로 청취자가
음의 중심점에 있어야 입체감을
적절하게 느낄 수 있음
Surround System (5.1채널)
26

5.5 입체음향



입체 음향(Interactive 3D Sound)




음원과 청취자 간에 상대적인 위치를 계산하여 사운드를 출력
청취자와 상호작용이 가능





사용자의 이동이나 반응, 또는 음원의 이동에 따라 소리가 입체적으로
상호작용이 필요한 가상 현실이나 게임에서 많이 사용

Creative사의 EAX, Aureal사의 A3D, 마이크로소프트사의 Direct
3D Sound에서 지원

27

5.5 입체음향

입체음향의 원리


입체음향(Interactive 3D Sound):




재생된 음향을 들었을 때 음향으로부터 공간적 단서(방향감, 거리
감, 공간감)를 지각할 수 있는 음향

소리의 전달 경로


공간 전달계(외부) :




머리 전달계(내부) :




실내의 벽이나 천장 등에서 전달
인간의 머리와 귓바퀴에서 전달

음원에 대한 공간적 단서


두 귀에 들어오는 두 신호간의 차이 때문
28

5.5 입체음향



공간적 단서


두 귀에 도달하는 소리의 시간차




두 귀에 도달하는 소리의 세기차




가까운 방향 쪽에 있는 귀가 먼저 그 소리를 들음
가까이에서 들리는 음의 크기가 더 큼

그 외 시각적 효과, 머리의 움직임, 소리의 종류에 따른 친숙도 등

29

5.6 미디(MIDI)






시스템의 구성
하드웨어 장비
(미디의 표준 모드)
미디의 소프트웨어
(미디 파일의 종류)
[시연]
제목

크기(KB)

시간

엘리제를 위하여

17

2분 38초

Dancing Queen

78

3분 57초

007 주제가

46

1분 52초

Starwars

32

3분 19초

Calvary's Love

40

3분 29초
30

5.6 미디

개요


미디(MIDI: Musical Instrument Digital interface)




1983년 세계 악기 제조업체들이 제정
전자 악기와 컴퓨터 간의 상호 정보교환을 위한 표준 규약






직접적인 음에 대한 정보가 있는 것이 아니라 음을 어떻게 연주 하라
는 정보를 표현함 : 음의 높이, 음표의 길이, 음의 강약 등
MIDI를 이용하여 전자 악기 간의 일관된 방식의 제어가 가능

음을 들으려면



신디사이저(Synthesizer) : 음을 발생시켜주는 기계
시퀀서(Sequencer) : 생성된 음의 수정

31

5.6 미디

시스템의 구성


미디 시스템의 구성


처리 과정







음의 입력 : 미디 장치에서 음을 발생 ⇒ 미디 인터페이스 카드 ⇒ 컴퓨
터로 전송
음의 처리 : 컴퓨터에서 미디 프로그램(시퀀서 등)으로 편집
음의 출력 : 컴퓨터 ⇒ 미디 인터페이스 카드 ⇒ 신디사이저 등의 미디
장치를 통해 스피커로 출력

미디 인터페이스


MIDI-IN 단자,
MIDI-OUT 단자,
MIDI-THRU 단자

32

5.6 미디

하드웨어 장비


신디사이저


전기적인 신호를 합성하여 음을 생성하는 장치





샘플러(Sampler)



신디사이저는 악기의 대표 음을, 샘플러는 악기의 모든 음을 보유
더 정교한 음 또는 음원에 없는 새로운 음을 만들고자 할 때 사용




음원부(음원모듈) : 소리를 발생시킴
건반부 (마스터 키보드) : 음원부를 이용하여 연주

실제 소리를 녹음하여 악기로 변환하거나 각종 효과음으로 활용

믹서(Mixer)


여러 개의 오디오 출력을 섞어서 하나의 출력으로 생성



각 출력의 균형 등을 맞추어 주는 이퀄라이저(Equalizer)가 장착
음악의 균형을 맞추어 녹음하고 연주하는데 많이 이용
33

5.6 미디



MIDI 인터페이스 카드




미디 전용 케이블




컴퓨터와 미디 모듈 간의
다른 신호 체계를 연결

동축 케이블 형태,
둥근모양 5핀

앰프와 스피커

34

5.6 미디

미디 소프트웨어


작곡용 프로그램(시퀀서,Sequencer)







음원 모듈에 “어떤 악기, 얼마의 강도, 얼마 동안” 소리내라고 명령
미디 신호를 입출력, 미디 파일 저장, 미디 데이터를 연주, 편집
CakeWalk : PC용, 널리 사용
Cubase : 미국 Steinberg 사
Logic : 독일 Emagic 사

35

5.6 미디



악보용 프로그램(Notation, Scoring 프로그램)






악보의 편집 및 출력
Coda사의 Finale, Passport Design사의 Encore 등

음색 편집용 프로그램(Voice Editor, Sound Editor)




소리의 편집 및 수정, 음원 모듈이나 각종 음색의 수정
OdysseySoft사의 Classic-B, KORG사의 X5DR 등

36


Slide 7

5장 사운드

멀티미디어의 이해

1

5.1 사운드의 개요



사운드의 종류
사운드의 제작 과정



사운드 란?





귀로 들을 수 있는 모든 정보
음악, 음성, 음향 효과 : 단독 사용 또는 혼합 사용(멀티미디어 환경)

정보 전달 시 사운드의 장점



미디어의 상승 효과 : 시각+청각 미디어로 정보전달 효과 상승
동기 유발 : 시각+청각 미디어를 혼합하여 피 전달자의 흥미 유발

2

5.1 사운드의 개요

사운드의 종류


일반적인 분류


음성(Voice)






음악(Music)





정보를 전달하는 주요한 수단 중 하나
텍스트보다 정보를 빠르고, 이해하기 쉽고, 설득력 있게 전달
디지털화된(digitized) 음성과 합성(synthesized) 음성

단독으로 음악 감상, 또는 정보전달시 부수효과 제공
주로 분위기, 장면전환, 감정 등 표현

음향효과(Sound Effect)



배경효과로 사용되어 상황을 좀더 현실감있게 전달 (비올때, 지하철)
자연적인(natural) 효과와 합성된(synthesized) 효과
3

5.1 사운드의 개요



컴퓨터에서 처리하는 방법에 따른 분류


디지털 오디오 (Digital Audio)






아날로그 형태의 사운드를 디지털화 시킨 것
원음에 충실하려면 많은 용량 필요 : 음악 CD 3분에 약 30MB 필요
사람의 목소리가 존재하거나, 디지털화된 파일을 처리 가능할 때

미디 (MIDI: Musical Instrument Digital Interface)



전자 악기와 다른 기계(컴퓨터)간에 정보를 전송하기 위한 통신 규약
실제 소리는 없이 연주 방법과 시기에 대한 정보를 가짐



3분 정도의 미디 음악을 듣기 위해서 약 8KB 필요
좋은 MIDI 사운드 음원(sound module)을 갖고 있는 경우

4

5.1 사운드의 개요

사운드의 제작과정


각 단계별 작업









계획(plan) : 필요한 조건 검토, 최종 결과에서 사용될 사운드 설계
녹음(record) : 사운드 도구로 녹음, 혹은 기존의 사운드 클립 이용
변환(capture) : (녹음된) 아날로그 사운드를 디지털 형태로 변환
편집(edit) : 사운드 편집 프로그램으로 편집(edit) 또는 믹싱 (mixing)
저장(store) : 편집이 끝난 중간 결과를 원하는 포맷으로 저장
통합(integrate) : 저장된 사운드를 다른 프로그램과 통합
재생(playback) : 최종결과를 재생하여 보완될 점을 수정

5

5.2 사운드의 기본개념



사운드의 기본 요소
디지털 사운드로의 변환



소리가 전달 되는 과정




음원에서 물체가 진동하면 공기의 압력을 변화하여 사운드가 생성
이 변화는 파형(waveform)의 형태로 우리 귀에 전달
사운드를 처리하는 것은 이러한 파형을 가공, 편집하는 것을 의미

6

5.2 사운드의 기본개념

사운드의 기본 요소


사운드 파형의 구성




사이클(cycle) : 일정 시간마다 반복되는 동일한 모양
주기(period) : 한 사이클이 걸리는 시간




어느 정도의 주기를 갖고 있는
사운드가 더 음악적으로 들림

소리의 3요소




주파수 : 음의 높낮이, Hz
진폭 : 음의 세기, Db
파형(Waveform) : 음색

7

5.2 사운드의 기본개념

(1) 주파수 (Frequency)




초당 사운드 파형의 반복 횟수
소리의 높낮이를 결정 : 주파수가 높으면 고음, 낮으면 저음



가청주파수(오디오) 20Hz~20KHz, 청각은 1K~6KHz에 제일 민감
[참고] 주파수 대역 구분 (Hz)
3K ~ 30K

초장파

30K ~ 300K

장파

항해, 군사교신

300K ~ 3M

중파

AM 라디오 방송 (535~1605)

3M ~ 30M

단파

아마추어 무선, 운송 통신, 무선 호출

30M ~ 300M

초단파

TV (54~216M), FM 라디오 (88~108M)

300M ~ 3G

극초단파

TV (채널 14 이상), 이동전화, 레이더

3G ~ 30G

마이크로파

위성통신, 레이더, 연구용

30G 이상

밀리미터파
8

5.2 사운드의 기본개념

(2) 진폭 (Amplitude)


사운드 파형의 기준선에서 최고점까지의 거리





소리의 크기와 관련 : 진폭이 크면 큰소리, 작으면 작은 소리
인간이 가장 편하게 들을 수 있는 소리의 범위는 0db ~ 90db

음의 크기와 소리의 예

9

5.2 사운드의 기본개념

(3) 음색 (Tone Color)




음의 높이와 크기가 같아도 악기마다 고유한 특징 => 음색
고유한 파형 => 기본파 + 고조파

10

5.2 사운드의 기본개념

디지털 사운드로의 변환


컴퓨터 처리를 위해 아날로그/디지털 형태 간의 변환






ADC(Analog-to-Digital Converter)
DAC(Digital-to-Analog Converter)

디지털 변환 과정


표본화, 양자화, 부호화 과정 필요

아날로그 신호와 디지털 신호 간의 변환 과정
11

5.2 사운드의 기본개념

(1) 표본화(Sampling)




아날로그 파형을 디지털 형태로 변환하기 위해 표본을 취하는 것
표본화율(Sampling Rate)



1초 동안에 취한 표본수 (단위: Hz)
표본화율이 높을수록 원음을 잘 표현할 수 있으나 데이터 공간은 증가

12

5.2 사운드의 기본개념

(2) 양자화 (Quantizing)


어느 정도의 정밀도로 표현할 것인지




표본화된 각 점에서 값을 표현하기 위해 사용되는 비트 수

음의 해상도


(a)

표본화하는 정밀도 (Sampling Resolution, Sampling Size)

2 bit 양자화 (4단계)

(b) 3 bit 양자화 (8단계)

(c) 4 bit 양자화 ( 16단계)

아날로그 파형의 양자화
13

5.2 사운드의 기본개념



표본화 및 양자화 정도에 따른 비교

(a) 원래의 파형

(b) 낮은 표본화와 양자화

(c) 높은 표본화와 양자화

(3) 부호화 (Coding)



표본화와 양자화를 거친 디지털 정보를 표현하는 과정
사운드 파일은 크기 때문에 일반적으로 부호화 과정에서 압축하여
저장
14



디지털 사운드 파일의 크기 및 음질의 비교
표본화율
(KHz)

양자화
정밀도
(bit)

모드

데이터 크기
(1분당)

음질

11.025

8

mono

650 KB

전화

22.05

8

mono

1.3 MB

AM Radio

44.1

8

mono

2.6 MB

22.05

16

stereo

5.25 MB

44.1

16

mono

5.25 MB

44.1

16

stereo

10.5 MB





sample
(voice)

sample
(music)

FM Radio
CD

11.025 KHz × 8 bits × 1(mono) × 60 sec / 8 = 약 650 KBytes

44.1 KHz × 16 bits × 2(stereo) × 60 sec / (8*1024) = 약 10.5 MBytes
15

5.3 사운드의 저장과 고품질화


(디지털 파형의 저장 방식)



디지털 사운드 파일의 크기








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

(고품질 사운드의 획득)
16

5.4 디지털 오디오 시스템





사운드 하드웨어
사운드 처리 소프트웨어
(디지털 사운드의 압축방식)
디지털 사운드의 파일 포맷

17

5.4 디지털 오디오 시스템

사운드 하드웨어


사운드 카드 (오디오 인터페이스 카드)


주요기능









입력: 아날로그 파장의 사운드를
디지털 형태로 변환 (ADC)
출력 : 디지털 형태의 데이터를
아날로그 파장으로 변환 (DAC)
음원칩 : 미디 지원
DSP(Digital Signal Processing) 칩: 데이터의 가공, 편집

주요제품


최초의 PC용 사운드 카드 : 1987년 캐나다의 Adlib사의 Adlib




Yamaha 사의 YM-3812 음원 칩 사용

Creative사에서 SoundBlaster카드 발표


실질적인 사운드 카드의 표준
18

5.4 디지털 오디오 시스템



앰프와 스피커





사운드의 품질은 스피커의 영향이 제일 크다.
앰프 : 스피커를 위해 양질의 사운드 파형으로 증폭
돌비 서라운드 (Dolby Surround) 5.1 채널


스피커 4개 + 저음부를 위한 우퍼(Woofer)

19

5.4 디지털 오디오 시스템

사운드 처리 소프트 웨어


사운드 편집 소프트웨어






기능 : 사운드의 캡쳐 및 편집, 가공, 트랙 편집 등
GoldWave
Cool Edit
SoundForge

20

5.4 디지털 오디오 시스템

사운드 처리 소프트 웨어


재생 프로그램






오디오 CD, MP3 파일
Win amp
Sonique
거원 제트 오디오

21

5.4 디지털 오디오 시스템

디지털 사운드 압축방식 (생략)





ADPCM
A-law, µ-law
TrueSpeech
MP3 또는 MPEG Layer 3

22

5.4 디지털 오디오 시스템

디지털 사운드의 파일포맷


Wav






Au





Microsoft 와 IBM 이 PC의 사운드 표준 형식으로 공동 개발
Windows 기반 PC에서 주로 사용

유닉스 환경에서 사용되는 가장 일반적인 포맷
Sun이나 NeXT에서 사운드 표준

MP2, MP3




ISO 국제 표준으로 압축효과가 뛰어나고, 음질도 우수
인터넷 상에서 음악을 압축하는데 많이 사용
MPEG-1의 오디오 Layer 2 및 Layer 3, 확장자는 .mp2 및 .mp3
23

5.4 디지털 오디오 시스템



Real Audio (.ra, .rm)



RealNetworks 사에서 개발, 스트리밍 기술로 실시간 사운드 전송
SureStreaming이라는 기술로 항상 최적의 음질을 재생




ASF(Advanced Streaming Format)





접속시 대역폭이 동적으로 변함에 따라 음질도 동적으로 변화

인텔이 개발한 멀티미디어 파일 형식, 스트리밍 방식
통합 멀티미디어 파일: 오디오, 비디오, 이미지, 프로그램도 포함

WMA (Windows Media Audio)



마이크로소프트가 개발한 스트리밍 방식의 오디오 파일 형식
비디오 파일은 WMV
24

5.5 입체음향






개요
입체음향의 원리
(입체음향의 생성 방식)
(입체음향의 재생)
(발전동향)




모노 사운드에서 2D 스테레오를 벗어나 3D 사운드로 발전
컴퓨터 게임, 영화 및 컴퓨터 분야에서 활용

25

5.5 입체음향

개요


서라운드 (Surround)


돌비 서라운드(Dolby Surround)가 가장 대표적



사람이 있는 위치를 기준으로 사방에서 소리를 들려주는 방식


공간감, 입체감




3 채널, 4.1채널, 5.1채널 등이 있음




0.1은 서브우퍼(Subwoofer)를 의미

스테레오와 마찬가지로 청취자가
음의 중심점에 있어야 입체감을
적절하게 느낄 수 있음
Surround System (5.1채널)
26

5.5 입체음향



입체 음향(Interactive 3D Sound)




음원과 청취자 간에 상대적인 위치를 계산하여 사운드를 출력
청취자와 상호작용이 가능





사용자의 이동이나 반응, 또는 음원의 이동에 따라 소리가 입체적으로
상호작용이 필요한 가상 현실이나 게임에서 많이 사용

Creative사의 EAX, Aureal사의 A3D, 마이크로소프트사의 Direct
3D Sound에서 지원

27

5.5 입체음향

입체음향의 원리


입체음향(Interactive 3D Sound):




재생된 음향을 들었을 때 음향으로부터 공간적 단서(방향감, 거리
감, 공간감)를 지각할 수 있는 음향

소리의 전달 경로


공간 전달계(외부) :




머리 전달계(내부) :




실내의 벽이나 천장 등에서 전달
인간의 머리와 귓바퀴에서 전달

음원에 대한 공간적 단서


두 귀에 들어오는 두 신호간의 차이 때문
28

5.5 입체음향



공간적 단서


두 귀에 도달하는 소리의 시간차




두 귀에 도달하는 소리의 세기차




가까운 방향 쪽에 있는 귀가 먼저 그 소리를 들음
가까이에서 들리는 음의 크기가 더 큼

그 외 시각적 효과, 머리의 움직임, 소리의 종류에 따른 친숙도 등

29

5.6 미디(MIDI)






시스템의 구성
하드웨어 장비
(미디의 표준 모드)
미디의 소프트웨어
(미디 파일의 종류)
[시연]
제목

크기(KB)

시간

엘리제를 위하여

17

2분 38초

Dancing Queen

78

3분 57초

007 주제가

46

1분 52초

Starwars

32

3분 19초

Calvary's Love

40

3분 29초
30

5.6 미디

개요


미디(MIDI: Musical Instrument Digital interface)




1983년 세계 악기 제조업체들이 제정
전자 악기와 컴퓨터 간의 상호 정보교환을 위한 표준 규약






직접적인 음에 대한 정보가 있는 것이 아니라 음을 어떻게 연주 하라
는 정보를 표현함 : 음의 높이, 음표의 길이, 음의 강약 등
MIDI를 이용하여 전자 악기 간의 일관된 방식의 제어가 가능

음을 들으려면



신디사이저(Synthesizer) : 음을 발생시켜주는 기계
시퀀서(Sequencer) : 생성된 음의 수정

31

5.6 미디

시스템의 구성


미디 시스템의 구성


처리 과정







음의 입력 : 미디 장치에서 음을 발생 ⇒ 미디 인터페이스 카드 ⇒ 컴퓨
터로 전송
음의 처리 : 컴퓨터에서 미디 프로그램(시퀀서 등)으로 편집
음의 출력 : 컴퓨터 ⇒ 미디 인터페이스 카드 ⇒ 신디사이저 등의 미디
장치를 통해 스피커로 출력

미디 인터페이스


MIDI-IN 단자,
MIDI-OUT 단자,
MIDI-THRU 단자

32

5.6 미디

하드웨어 장비


신디사이저


전기적인 신호를 합성하여 음을 생성하는 장치





샘플러(Sampler)



신디사이저는 악기의 대표 음을, 샘플러는 악기의 모든 음을 보유
더 정교한 음 또는 음원에 없는 새로운 음을 만들고자 할 때 사용




음원부(음원모듈) : 소리를 발생시킴
건반부 (마스터 키보드) : 음원부를 이용하여 연주

실제 소리를 녹음하여 악기로 변환하거나 각종 효과음으로 활용

믹서(Mixer)


여러 개의 오디오 출력을 섞어서 하나의 출력으로 생성



각 출력의 균형 등을 맞추어 주는 이퀄라이저(Equalizer)가 장착
음악의 균형을 맞추어 녹음하고 연주하는데 많이 이용
33

5.6 미디



MIDI 인터페이스 카드




미디 전용 케이블




컴퓨터와 미디 모듈 간의
다른 신호 체계를 연결

동축 케이블 형태,
둥근모양 5핀

앰프와 스피커

34

5.6 미디

미디 소프트웨어


작곡용 프로그램(시퀀서,Sequencer)







음원 모듈에 “어떤 악기, 얼마의 강도, 얼마 동안” 소리내라고 명령
미디 신호를 입출력, 미디 파일 저장, 미디 데이터를 연주, 편집
CakeWalk : PC용, 널리 사용
Cubase : 미국 Steinberg 사
Logic : 독일 Emagic 사

35

5.6 미디



악보용 프로그램(Notation, Scoring 프로그램)






악보의 편집 및 출력
Coda사의 Finale, Passport Design사의 Encore 등

음색 편집용 프로그램(Voice Editor, Sound Editor)




소리의 편집 및 수정, 음원 모듈이나 각종 음색의 수정
OdysseySoft사의 Classic-B, KORG사의 X5DR 등

36


Slide 8

5장 사운드

멀티미디어의 이해

1

5.1 사운드의 개요



사운드의 종류
사운드의 제작 과정



사운드 란?





귀로 들을 수 있는 모든 정보
음악, 음성, 음향 효과 : 단독 사용 또는 혼합 사용(멀티미디어 환경)

정보 전달 시 사운드의 장점



미디어의 상승 효과 : 시각+청각 미디어로 정보전달 효과 상승
동기 유발 : 시각+청각 미디어를 혼합하여 피 전달자의 흥미 유발

2

5.1 사운드의 개요

사운드의 종류


일반적인 분류


음성(Voice)






음악(Music)





정보를 전달하는 주요한 수단 중 하나
텍스트보다 정보를 빠르고, 이해하기 쉽고, 설득력 있게 전달
디지털화된(digitized) 음성과 합성(synthesized) 음성

단독으로 음악 감상, 또는 정보전달시 부수효과 제공
주로 분위기, 장면전환, 감정 등 표현

음향효과(Sound Effect)



배경효과로 사용되어 상황을 좀더 현실감있게 전달 (비올때, 지하철)
자연적인(natural) 효과와 합성된(synthesized) 효과
3

5.1 사운드의 개요



컴퓨터에서 처리하는 방법에 따른 분류


디지털 오디오 (Digital Audio)






아날로그 형태의 사운드를 디지털화 시킨 것
원음에 충실하려면 많은 용량 필요 : 음악 CD 3분에 약 30MB 필요
사람의 목소리가 존재하거나, 디지털화된 파일을 처리 가능할 때

미디 (MIDI: Musical Instrument Digital Interface)



전자 악기와 다른 기계(컴퓨터)간에 정보를 전송하기 위한 통신 규약
실제 소리는 없이 연주 방법과 시기에 대한 정보를 가짐



3분 정도의 미디 음악을 듣기 위해서 약 8KB 필요
좋은 MIDI 사운드 음원(sound module)을 갖고 있는 경우

4

5.1 사운드의 개요

사운드의 제작과정


각 단계별 작업









계획(plan) : 필요한 조건 검토, 최종 결과에서 사용될 사운드 설계
녹음(record) : 사운드 도구로 녹음, 혹은 기존의 사운드 클립 이용
변환(capture) : (녹음된) 아날로그 사운드를 디지털 형태로 변환
편집(edit) : 사운드 편집 프로그램으로 편집(edit) 또는 믹싱 (mixing)
저장(store) : 편집이 끝난 중간 결과를 원하는 포맷으로 저장
통합(integrate) : 저장된 사운드를 다른 프로그램과 통합
재생(playback) : 최종결과를 재생하여 보완될 점을 수정

5

5.2 사운드의 기본개념



사운드의 기본 요소
디지털 사운드로의 변환



소리가 전달 되는 과정




음원에서 물체가 진동하면 공기의 압력을 변화하여 사운드가 생성
이 변화는 파형(waveform)의 형태로 우리 귀에 전달
사운드를 처리하는 것은 이러한 파형을 가공, 편집하는 것을 의미

6

5.2 사운드의 기본개념

사운드의 기본 요소


사운드 파형의 구성




사이클(cycle) : 일정 시간마다 반복되는 동일한 모양
주기(period) : 한 사이클이 걸리는 시간




어느 정도의 주기를 갖고 있는
사운드가 더 음악적으로 들림

소리의 3요소




주파수 : 음의 높낮이, Hz
진폭 : 음의 세기, Db
파형(Waveform) : 음색

7

5.2 사운드의 기본개념

(1) 주파수 (Frequency)




초당 사운드 파형의 반복 횟수
소리의 높낮이를 결정 : 주파수가 높으면 고음, 낮으면 저음



가청주파수(오디오) 20Hz~20KHz, 청각은 1K~6KHz에 제일 민감
[참고] 주파수 대역 구분 (Hz)
3K ~ 30K

초장파

30K ~ 300K

장파

항해, 군사교신

300K ~ 3M

중파

AM 라디오 방송 (535~1605)

3M ~ 30M

단파

아마추어 무선, 운송 통신, 무선 호출

30M ~ 300M

초단파

TV (54~216M), FM 라디오 (88~108M)

300M ~ 3G

극초단파

TV (채널 14 이상), 이동전화, 레이더

3G ~ 30G

마이크로파

위성통신, 레이더, 연구용

30G 이상

밀리미터파
8

5.2 사운드의 기본개념

(2) 진폭 (Amplitude)


사운드 파형의 기준선에서 최고점까지의 거리





소리의 크기와 관련 : 진폭이 크면 큰소리, 작으면 작은 소리
인간이 가장 편하게 들을 수 있는 소리의 범위는 0db ~ 90db

음의 크기와 소리의 예

9

5.2 사운드의 기본개념

(3) 음색 (Tone Color)




음의 높이와 크기가 같아도 악기마다 고유한 특징 => 음색
고유한 파형 => 기본파 + 고조파

10

5.2 사운드의 기본개념

디지털 사운드로의 변환


컴퓨터 처리를 위해 아날로그/디지털 형태 간의 변환






ADC(Analog-to-Digital Converter)
DAC(Digital-to-Analog Converter)

디지털 변환 과정


표본화, 양자화, 부호화 과정 필요

아날로그 신호와 디지털 신호 간의 변환 과정
11

5.2 사운드의 기본개념

(1) 표본화(Sampling)




아날로그 파형을 디지털 형태로 변환하기 위해 표본을 취하는 것
표본화율(Sampling Rate)



1초 동안에 취한 표본수 (단위: Hz)
표본화율이 높을수록 원음을 잘 표현할 수 있으나 데이터 공간은 증가

12

5.2 사운드의 기본개념

(2) 양자화 (Quantizing)


어느 정도의 정밀도로 표현할 것인지




표본화된 각 점에서 값을 표현하기 위해 사용되는 비트 수

음의 해상도


(a)

표본화하는 정밀도 (Sampling Resolution, Sampling Size)

2 bit 양자화 (4단계)

(b) 3 bit 양자화 (8단계)

(c) 4 bit 양자화 ( 16단계)

아날로그 파형의 양자화
13

5.2 사운드의 기본개념



표본화 및 양자화 정도에 따른 비교

(a) 원래의 파형

(b) 낮은 표본화와 양자화

(c) 높은 표본화와 양자화

(3) 부호화 (Coding)



표본화와 양자화를 거친 디지털 정보를 표현하는 과정
사운드 파일은 크기 때문에 일반적으로 부호화 과정에서 압축하여
저장
14



디지털 사운드 파일의 크기 및 음질의 비교
표본화율
(KHz)

양자화
정밀도
(bit)

모드

데이터 크기
(1분당)

음질

11.025

8

mono

650 KB

전화

22.05

8

mono

1.3 MB

AM Radio

44.1

8

mono

2.6 MB

22.05

16

stereo

5.25 MB

44.1

16

mono

5.25 MB

44.1

16

stereo

10.5 MB





sample
(voice)

sample
(music)

FM Radio
CD

11.025 KHz × 8 bits × 1(mono) × 60 sec / 8 = 약 650 KBytes

44.1 KHz × 16 bits × 2(stereo) × 60 sec / (8*1024) = 약 10.5 MBytes
15

5.3 사운드의 저장과 고품질화


(디지털 파형의 저장 방식)



디지털 사운드 파일의 크기








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

(고품질 사운드의 획득)
16

5.4 디지털 오디오 시스템





사운드 하드웨어
사운드 처리 소프트웨어
(디지털 사운드의 압축방식)
디지털 사운드의 파일 포맷

17

5.4 디지털 오디오 시스템

사운드 하드웨어


사운드 카드 (오디오 인터페이스 카드)


주요기능









입력: 아날로그 파장의 사운드를
디지털 형태로 변환 (ADC)
출력 : 디지털 형태의 데이터를
아날로그 파장으로 변환 (DAC)
음원칩 : 미디 지원
DSP(Digital Signal Processing) 칩: 데이터의 가공, 편집

주요제품


최초의 PC용 사운드 카드 : 1987년 캐나다의 Adlib사의 Adlib




Yamaha 사의 YM-3812 음원 칩 사용

Creative사에서 SoundBlaster카드 발표


실질적인 사운드 카드의 표준
18

5.4 디지털 오디오 시스템



앰프와 스피커





사운드의 품질은 스피커의 영향이 제일 크다.
앰프 : 스피커를 위해 양질의 사운드 파형으로 증폭
돌비 서라운드 (Dolby Surround) 5.1 채널


스피커 4개 + 저음부를 위한 우퍼(Woofer)

19

5.4 디지털 오디오 시스템

사운드 처리 소프트 웨어


사운드 편집 소프트웨어






기능 : 사운드의 캡쳐 및 편집, 가공, 트랙 편집 등
GoldWave
Cool Edit
SoundForge

20

5.4 디지털 오디오 시스템

사운드 처리 소프트 웨어


재생 프로그램






오디오 CD, MP3 파일
Win amp
Sonique
거원 제트 오디오

21

5.4 디지털 오디오 시스템

디지털 사운드 압축방식 (생략)





ADPCM
A-law, µ-law
TrueSpeech
MP3 또는 MPEG Layer 3

22

5.4 디지털 오디오 시스템

디지털 사운드의 파일포맷


Wav






Au





Microsoft 와 IBM 이 PC의 사운드 표준 형식으로 공동 개발
Windows 기반 PC에서 주로 사용

유닉스 환경에서 사용되는 가장 일반적인 포맷
Sun이나 NeXT에서 사운드 표준

MP2, MP3




ISO 국제 표준으로 압축효과가 뛰어나고, 음질도 우수
인터넷 상에서 음악을 압축하는데 많이 사용
MPEG-1의 오디오 Layer 2 및 Layer 3, 확장자는 .mp2 및 .mp3
23

5.4 디지털 오디오 시스템



Real Audio (.ra, .rm)



RealNetworks 사에서 개발, 스트리밍 기술로 실시간 사운드 전송
SureStreaming이라는 기술로 항상 최적의 음질을 재생




ASF(Advanced Streaming Format)





접속시 대역폭이 동적으로 변함에 따라 음질도 동적으로 변화

인텔이 개발한 멀티미디어 파일 형식, 스트리밍 방식
통합 멀티미디어 파일: 오디오, 비디오, 이미지, 프로그램도 포함

WMA (Windows Media Audio)



마이크로소프트가 개발한 스트리밍 방식의 오디오 파일 형식
비디오 파일은 WMV
24

5.5 입체음향






개요
입체음향의 원리
(입체음향의 생성 방식)
(입체음향의 재생)
(발전동향)




모노 사운드에서 2D 스테레오를 벗어나 3D 사운드로 발전
컴퓨터 게임, 영화 및 컴퓨터 분야에서 활용

25

5.5 입체음향

개요


서라운드 (Surround)


돌비 서라운드(Dolby Surround)가 가장 대표적



사람이 있는 위치를 기준으로 사방에서 소리를 들려주는 방식


공간감, 입체감




3 채널, 4.1채널, 5.1채널 등이 있음




0.1은 서브우퍼(Subwoofer)를 의미

스테레오와 마찬가지로 청취자가
음의 중심점에 있어야 입체감을
적절하게 느낄 수 있음
Surround System (5.1채널)
26

5.5 입체음향



입체 음향(Interactive 3D Sound)




음원과 청취자 간에 상대적인 위치를 계산하여 사운드를 출력
청취자와 상호작용이 가능





사용자의 이동이나 반응, 또는 음원의 이동에 따라 소리가 입체적으로
상호작용이 필요한 가상 현실이나 게임에서 많이 사용

Creative사의 EAX, Aureal사의 A3D, 마이크로소프트사의 Direct
3D Sound에서 지원

27

5.5 입체음향

입체음향의 원리


입체음향(Interactive 3D Sound):




재생된 음향을 들었을 때 음향으로부터 공간적 단서(방향감, 거리
감, 공간감)를 지각할 수 있는 음향

소리의 전달 경로


공간 전달계(외부) :




머리 전달계(내부) :




실내의 벽이나 천장 등에서 전달
인간의 머리와 귓바퀴에서 전달

음원에 대한 공간적 단서


두 귀에 들어오는 두 신호간의 차이 때문
28

5.5 입체음향



공간적 단서


두 귀에 도달하는 소리의 시간차




두 귀에 도달하는 소리의 세기차




가까운 방향 쪽에 있는 귀가 먼저 그 소리를 들음
가까이에서 들리는 음의 크기가 더 큼

그 외 시각적 효과, 머리의 움직임, 소리의 종류에 따른 친숙도 등

29

5.6 미디(MIDI)






시스템의 구성
하드웨어 장비
(미디의 표준 모드)
미디의 소프트웨어
(미디 파일의 종류)
[시연]
제목

크기(KB)

시간

엘리제를 위하여

17

2분 38초

Dancing Queen

78

3분 57초

007 주제가

46

1분 52초

Starwars

32

3분 19초

Calvary's Love

40

3분 29초
30

5.6 미디

개요


미디(MIDI: Musical Instrument Digital interface)




1983년 세계 악기 제조업체들이 제정
전자 악기와 컴퓨터 간의 상호 정보교환을 위한 표준 규약






직접적인 음에 대한 정보가 있는 것이 아니라 음을 어떻게 연주 하라
는 정보를 표현함 : 음의 높이, 음표의 길이, 음의 강약 등
MIDI를 이용하여 전자 악기 간의 일관된 방식의 제어가 가능

음을 들으려면



신디사이저(Synthesizer) : 음을 발생시켜주는 기계
시퀀서(Sequencer) : 생성된 음의 수정

31

5.6 미디

시스템의 구성


미디 시스템의 구성


처리 과정







음의 입력 : 미디 장치에서 음을 발생 ⇒ 미디 인터페이스 카드 ⇒ 컴퓨
터로 전송
음의 처리 : 컴퓨터에서 미디 프로그램(시퀀서 등)으로 편집
음의 출력 : 컴퓨터 ⇒ 미디 인터페이스 카드 ⇒ 신디사이저 등의 미디
장치를 통해 스피커로 출력

미디 인터페이스


MIDI-IN 단자,
MIDI-OUT 단자,
MIDI-THRU 단자

32

5.6 미디

하드웨어 장비


신디사이저


전기적인 신호를 합성하여 음을 생성하는 장치





샘플러(Sampler)



신디사이저는 악기의 대표 음을, 샘플러는 악기의 모든 음을 보유
더 정교한 음 또는 음원에 없는 새로운 음을 만들고자 할 때 사용




음원부(음원모듈) : 소리를 발생시킴
건반부 (마스터 키보드) : 음원부를 이용하여 연주

실제 소리를 녹음하여 악기로 변환하거나 각종 효과음으로 활용

믹서(Mixer)


여러 개의 오디오 출력을 섞어서 하나의 출력으로 생성



각 출력의 균형 등을 맞추어 주는 이퀄라이저(Equalizer)가 장착
음악의 균형을 맞추어 녹음하고 연주하는데 많이 이용
33

5.6 미디



MIDI 인터페이스 카드




미디 전용 케이블




컴퓨터와 미디 모듈 간의
다른 신호 체계를 연결

동축 케이블 형태,
둥근모양 5핀

앰프와 스피커

34

5.6 미디

미디 소프트웨어


작곡용 프로그램(시퀀서,Sequencer)







음원 모듈에 “어떤 악기, 얼마의 강도, 얼마 동안” 소리내라고 명령
미디 신호를 입출력, 미디 파일 저장, 미디 데이터를 연주, 편집
CakeWalk : PC용, 널리 사용
Cubase : 미국 Steinberg 사
Logic : 독일 Emagic 사

35

5.6 미디



악보용 프로그램(Notation, Scoring 프로그램)






악보의 편집 및 출력
Coda사의 Finale, Passport Design사의 Encore 등

음색 편집용 프로그램(Voice Editor, Sound Editor)




소리의 편집 및 수정, 음원 모듈이나 각종 음색의 수정
OdysseySoft사의 Classic-B, KORG사의 X5DR 등

36


Slide 9

5장 사운드

멀티미디어의 이해

1

5.1 사운드의 개요



사운드의 종류
사운드의 제작 과정



사운드 란?





귀로 들을 수 있는 모든 정보
음악, 음성, 음향 효과 : 단독 사용 또는 혼합 사용(멀티미디어 환경)

정보 전달 시 사운드의 장점



미디어의 상승 효과 : 시각+청각 미디어로 정보전달 효과 상승
동기 유발 : 시각+청각 미디어를 혼합하여 피 전달자의 흥미 유발

2

5.1 사운드의 개요

사운드의 종류


일반적인 분류


음성(Voice)






음악(Music)





정보를 전달하는 주요한 수단 중 하나
텍스트보다 정보를 빠르고, 이해하기 쉽고, 설득력 있게 전달
디지털화된(digitized) 음성과 합성(synthesized) 음성

단독으로 음악 감상, 또는 정보전달시 부수효과 제공
주로 분위기, 장면전환, 감정 등 표현

음향효과(Sound Effect)



배경효과로 사용되어 상황을 좀더 현실감있게 전달 (비올때, 지하철)
자연적인(natural) 효과와 합성된(synthesized) 효과
3

5.1 사운드의 개요



컴퓨터에서 처리하는 방법에 따른 분류


디지털 오디오 (Digital Audio)






아날로그 형태의 사운드를 디지털화 시킨 것
원음에 충실하려면 많은 용량 필요 : 음악 CD 3분에 약 30MB 필요
사람의 목소리가 존재하거나, 디지털화된 파일을 처리 가능할 때

미디 (MIDI: Musical Instrument Digital Interface)



전자 악기와 다른 기계(컴퓨터)간에 정보를 전송하기 위한 통신 규약
실제 소리는 없이 연주 방법과 시기에 대한 정보를 가짐



3분 정도의 미디 음악을 듣기 위해서 약 8KB 필요
좋은 MIDI 사운드 음원(sound module)을 갖고 있는 경우

4

5.1 사운드의 개요

사운드의 제작과정


각 단계별 작업









계획(plan) : 필요한 조건 검토, 최종 결과에서 사용될 사운드 설계
녹음(record) : 사운드 도구로 녹음, 혹은 기존의 사운드 클립 이용
변환(capture) : (녹음된) 아날로그 사운드를 디지털 형태로 변환
편집(edit) : 사운드 편집 프로그램으로 편집(edit) 또는 믹싱 (mixing)
저장(store) : 편집이 끝난 중간 결과를 원하는 포맷으로 저장
통합(integrate) : 저장된 사운드를 다른 프로그램과 통합
재생(playback) : 최종결과를 재생하여 보완될 점을 수정

5

5.2 사운드의 기본개념



사운드의 기본 요소
디지털 사운드로의 변환



소리가 전달 되는 과정




음원에서 물체가 진동하면 공기의 압력을 변화하여 사운드가 생성
이 변화는 파형(waveform)의 형태로 우리 귀에 전달
사운드를 처리하는 것은 이러한 파형을 가공, 편집하는 것을 의미

6

5.2 사운드의 기본개념

사운드의 기본 요소


사운드 파형의 구성




사이클(cycle) : 일정 시간마다 반복되는 동일한 모양
주기(period) : 한 사이클이 걸리는 시간




어느 정도의 주기를 갖고 있는
사운드가 더 음악적으로 들림

소리의 3요소




주파수 : 음의 높낮이, Hz
진폭 : 음의 세기, Db
파형(Waveform) : 음색

7

5.2 사운드의 기본개념

(1) 주파수 (Frequency)




초당 사운드 파형의 반복 횟수
소리의 높낮이를 결정 : 주파수가 높으면 고음, 낮으면 저음



가청주파수(오디오) 20Hz~20KHz, 청각은 1K~6KHz에 제일 민감
[참고] 주파수 대역 구분 (Hz)
3K ~ 30K

초장파

30K ~ 300K

장파

항해, 군사교신

300K ~ 3M

중파

AM 라디오 방송 (535~1605)

3M ~ 30M

단파

아마추어 무선, 운송 통신, 무선 호출

30M ~ 300M

초단파

TV (54~216M), FM 라디오 (88~108M)

300M ~ 3G

극초단파

TV (채널 14 이상), 이동전화, 레이더

3G ~ 30G

마이크로파

위성통신, 레이더, 연구용

30G 이상

밀리미터파
8

5.2 사운드의 기본개념

(2) 진폭 (Amplitude)


사운드 파형의 기준선에서 최고점까지의 거리





소리의 크기와 관련 : 진폭이 크면 큰소리, 작으면 작은 소리
인간이 가장 편하게 들을 수 있는 소리의 범위는 0db ~ 90db

음의 크기와 소리의 예

9

5.2 사운드의 기본개념

(3) 음색 (Tone Color)




음의 높이와 크기가 같아도 악기마다 고유한 특징 => 음색
고유한 파형 => 기본파 + 고조파

10

5.2 사운드의 기본개념

디지털 사운드로의 변환


컴퓨터 처리를 위해 아날로그/디지털 형태 간의 변환






ADC(Analog-to-Digital Converter)
DAC(Digital-to-Analog Converter)

디지털 변환 과정


표본화, 양자화, 부호화 과정 필요

아날로그 신호와 디지털 신호 간의 변환 과정
11

5.2 사운드의 기본개념

(1) 표본화(Sampling)




아날로그 파형을 디지털 형태로 변환하기 위해 표본을 취하는 것
표본화율(Sampling Rate)



1초 동안에 취한 표본수 (단위: Hz)
표본화율이 높을수록 원음을 잘 표현할 수 있으나 데이터 공간은 증가

12

5.2 사운드의 기본개념

(2) 양자화 (Quantizing)


어느 정도의 정밀도로 표현할 것인지




표본화된 각 점에서 값을 표현하기 위해 사용되는 비트 수

음의 해상도


(a)

표본화하는 정밀도 (Sampling Resolution, Sampling Size)

2 bit 양자화 (4단계)

(b) 3 bit 양자화 (8단계)

(c) 4 bit 양자화 ( 16단계)

아날로그 파형의 양자화
13

5.2 사운드의 기본개념



표본화 및 양자화 정도에 따른 비교

(a) 원래의 파형

(b) 낮은 표본화와 양자화

(c) 높은 표본화와 양자화

(3) 부호화 (Coding)



표본화와 양자화를 거친 디지털 정보를 표현하는 과정
사운드 파일은 크기 때문에 일반적으로 부호화 과정에서 압축하여
저장
14



디지털 사운드 파일의 크기 및 음질의 비교
표본화율
(KHz)

양자화
정밀도
(bit)

모드

데이터 크기
(1분당)

음질

11.025

8

mono

650 KB

전화

22.05

8

mono

1.3 MB

AM Radio

44.1

8

mono

2.6 MB

22.05

16

stereo

5.25 MB

44.1

16

mono

5.25 MB

44.1

16

stereo

10.5 MB





sample
(voice)

sample
(music)

FM Radio
CD

11.025 KHz × 8 bits × 1(mono) × 60 sec / 8 = 약 650 KBytes

44.1 KHz × 16 bits × 2(stereo) × 60 sec / (8*1024) = 약 10.5 MBytes
15

5.3 사운드의 저장과 고품질화


(디지털 파형의 저장 방식)



디지털 사운드 파일의 크기








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

(고품질 사운드의 획득)
16

5.4 디지털 오디오 시스템





사운드 하드웨어
사운드 처리 소프트웨어
(디지털 사운드의 압축방식)
디지털 사운드의 파일 포맷

17

5.4 디지털 오디오 시스템

사운드 하드웨어


사운드 카드 (오디오 인터페이스 카드)


주요기능









입력: 아날로그 파장의 사운드를
디지털 형태로 변환 (ADC)
출력 : 디지털 형태의 데이터를
아날로그 파장으로 변환 (DAC)
음원칩 : 미디 지원
DSP(Digital Signal Processing) 칩: 데이터의 가공, 편집

주요제품


최초의 PC용 사운드 카드 : 1987년 캐나다의 Adlib사의 Adlib




Yamaha 사의 YM-3812 음원 칩 사용

Creative사에서 SoundBlaster카드 발표


실질적인 사운드 카드의 표준
18

5.4 디지털 오디오 시스템



앰프와 스피커





사운드의 품질은 스피커의 영향이 제일 크다.
앰프 : 스피커를 위해 양질의 사운드 파형으로 증폭
돌비 서라운드 (Dolby Surround) 5.1 채널


스피커 4개 + 저음부를 위한 우퍼(Woofer)

19

5.4 디지털 오디오 시스템

사운드 처리 소프트 웨어


사운드 편집 소프트웨어






기능 : 사운드의 캡쳐 및 편집, 가공, 트랙 편집 등
GoldWave
Cool Edit
SoundForge

20

5.4 디지털 오디오 시스템

사운드 처리 소프트 웨어


재생 프로그램






오디오 CD, MP3 파일
Win amp
Sonique
거원 제트 오디오

21

5.4 디지털 오디오 시스템

디지털 사운드 압축방식 (생략)





ADPCM
A-law, µ-law
TrueSpeech
MP3 또는 MPEG Layer 3

22

5.4 디지털 오디오 시스템

디지털 사운드의 파일포맷


Wav






Au





Microsoft 와 IBM 이 PC의 사운드 표준 형식으로 공동 개발
Windows 기반 PC에서 주로 사용

유닉스 환경에서 사용되는 가장 일반적인 포맷
Sun이나 NeXT에서 사운드 표준

MP2, MP3




ISO 국제 표준으로 압축효과가 뛰어나고, 음질도 우수
인터넷 상에서 음악을 압축하는데 많이 사용
MPEG-1의 오디오 Layer 2 및 Layer 3, 확장자는 .mp2 및 .mp3
23

5.4 디지털 오디오 시스템



Real Audio (.ra, .rm)



RealNetworks 사에서 개발, 스트리밍 기술로 실시간 사운드 전송
SureStreaming이라는 기술로 항상 최적의 음질을 재생




ASF(Advanced Streaming Format)





접속시 대역폭이 동적으로 변함에 따라 음질도 동적으로 변화

인텔이 개발한 멀티미디어 파일 형식, 스트리밍 방식
통합 멀티미디어 파일: 오디오, 비디오, 이미지, 프로그램도 포함

WMA (Windows Media Audio)



마이크로소프트가 개발한 스트리밍 방식의 오디오 파일 형식
비디오 파일은 WMV
24

5.5 입체음향






개요
입체음향의 원리
(입체음향의 생성 방식)
(입체음향의 재생)
(발전동향)




모노 사운드에서 2D 스테레오를 벗어나 3D 사운드로 발전
컴퓨터 게임, 영화 및 컴퓨터 분야에서 활용

25

5.5 입체음향

개요


서라운드 (Surround)


돌비 서라운드(Dolby Surround)가 가장 대표적



사람이 있는 위치를 기준으로 사방에서 소리를 들려주는 방식


공간감, 입체감




3 채널, 4.1채널, 5.1채널 등이 있음




0.1은 서브우퍼(Subwoofer)를 의미

스테레오와 마찬가지로 청취자가
음의 중심점에 있어야 입체감을
적절하게 느낄 수 있음
Surround System (5.1채널)
26

5.5 입체음향



입체 음향(Interactive 3D Sound)




음원과 청취자 간에 상대적인 위치를 계산하여 사운드를 출력
청취자와 상호작용이 가능





사용자의 이동이나 반응, 또는 음원의 이동에 따라 소리가 입체적으로
상호작용이 필요한 가상 현실이나 게임에서 많이 사용

Creative사의 EAX, Aureal사의 A3D, 마이크로소프트사의 Direct
3D Sound에서 지원

27

5.5 입체음향

입체음향의 원리


입체음향(Interactive 3D Sound):




재생된 음향을 들었을 때 음향으로부터 공간적 단서(방향감, 거리
감, 공간감)를 지각할 수 있는 음향

소리의 전달 경로


공간 전달계(외부) :




머리 전달계(내부) :




실내의 벽이나 천장 등에서 전달
인간의 머리와 귓바퀴에서 전달

음원에 대한 공간적 단서


두 귀에 들어오는 두 신호간의 차이 때문
28

5.5 입체음향



공간적 단서


두 귀에 도달하는 소리의 시간차




두 귀에 도달하는 소리의 세기차




가까운 방향 쪽에 있는 귀가 먼저 그 소리를 들음
가까이에서 들리는 음의 크기가 더 큼

그 외 시각적 효과, 머리의 움직임, 소리의 종류에 따른 친숙도 등

29

5.6 미디(MIDI)






시스템의 구성
하드웨어 장비
(미디의 표준 모드)
미디의 소프트웨어
(미디 파일의 종류)
[시연]
제목

크기(KB)

시간

엘리제를 위하여

17

2분 38초

Dancing Queen

78

3분 57초

007 주제가

46

1분 52초

Starwars

32

3분 19초

Calvary's Love

40

3분 29초
30

5.6 미디

개요


미디(MIDI: Musical Instrument Digital interface)




1983년 세계 악기 제조업체들이 제정
전자 악기와 컴퓨터 간의 상호 정보교환을 위한 표준 규약






직접적인 음에 대한 정보가 있는 것이 아니라 음을 어떻게 연주 하라
는 정보를 표현함 : 음의 높이, 음표의 길이, 음의 강약 등
MIDI를 이용하여 전자 악기 간의 일관된 방식의 제어가 가능

음을 들으려면



신디사이저(Synthesizer) : 음을 발생시켜주는 기계
시퀀서(Sequencer) : 생성된 음의 수정

31

5.6 미디

시스템의 구성


미디 시스템의 구성


처리 과정







음의 입력 : 미디 장치에서 음을 발생 ⇒ 미디 인터페이스 카드 ⇒ 컴퓨
터로 전송
음의 처리 : 컴퓨터에서 미디 프로그램(시퀀서 등)으로 편집
음의 출력 : 컴퓨터 ⇒ 미디 인터페이스 카드 ⇒ 신디사이저 등의 미디
장치를 통해 스피커로 출력

미디 인터페이스


MIDI-IN 단자,
MIDI-OUT 단자,
MIDI-THRU 단자

32

5.6 미디

하드웨어 장비


신디사이저


전기적인 신호를 합성하여 음을 생성하는 장치





샘플러(Sampler)



신디사이저는 악기의 대표 음을, 샘플러는 악기의 모든 음을 보유
더 정교한 음 또는 음원에 없는 새로운 음을 만들고자 할 때 사용




음원부(음원모듈) : 소리를 발생시킴
건반부 (마스터 키보드) : 음원부를 이용하여 연주

실제 소리를 녹음하여 악기로 변환하거나 각종 효과음으로 활용

믹서(Mixer)


여러 개의 오디오 출력을 섞어서 하나의 출력으로 생성



각 출력의 균형 등을 맞추어 주는 이퀄라이저(Equalizer)가 장착
음악의 균형을 맞추어 녹음하고 연주하는데 많이 이용
33

5.6 미디



MIDI 인터페이스 카드




미디 전용 케이블




컴퓨터와 미디 모듈 간의
다른 신호 체계를 연결

동축 케이블 형태,
둥근모양 5핀

앰프와 스피커

34

5.6 미디

미디 소프트웨어


작곡용 프로그램(시퀀서,Sequencer)







음원 모듈에 “어떤 악기, 얼마의 강도, 얼마 동안” 소리내라고 명령
미디 신호를 입출력, 미디 파일 저장, 미디 데이터를 연주, 편집
CakeWalk : PC용, 널리 사용
Cubase : 미국 Steinberg 사
Logic : 독일 Emagic 사

35

5.6 미디



악보용 프로그램(Notation, Scoring 프로그램)






악보의 편집 및 출력
Coda사의 Finale, Passport Design사의 Encore 등

음색 편집용 프로그램(Voice Editor, Sound Editor)




소리의 편집 및 수정, 음원 모듈이나 각종 음색의 수정
OdysseySoft사의 Classic-B, KORG사의 X5DR 등

36


Slide 10

5장 사운드

멀티미디어의 이해

1

5.1 사운드의 개요



사운드의 종류
사운드의 제작 과정



사운드 란?





귀로 들을 수 있는 모든 정보
음악, 음성, 음향 효과 : 단독 사용 또는 혼합 사용(멀티미디어 환경)

정보 전달 시 사운드의 장점



미디어의 상승 효과 : 시각+청각 미디어로 정보전달 효과 상승
동기 유발 : 시각+청각 미디어를 혼합하여 피 전달자의 흥미 유발

2

5.1 사운드의 개요

사운드의 종류


일반적인 분류


음성(Voice)






음악(Music)





정보를 전달하는 주요한 수단 중 하나
텍스트보다 정보를 빠르고, 이해하기 쉽고, 설득력 있게 전달
디지털화된(digitized) 음성과 합성(synthesized) 음성

단독으로 음악 감상, 또는 정보전달시 부수효과 제공
주로 분위기, 장면전환, 감정 등 표현

음향효과(Sound Effect)



배경효과로 사용되어 상황을 좀더 현실감있게 전달 (비올때, 지하철)
자연적인(natural) 효과와 합성된(synthesized) 효과
3

5.1 사운드의 개요



컴퓨터에서 처리하는 방법에 따른 분류


디지털 오디오 (Digital Audio)






아날로그 형태의 사운드를 디지털화 시킨 것
원음에 충실하려면 많은 용량 필요 : 음악 CD 3분에 약 30MB 필요
사람의 목소리가 존재하거나, 디지털화된 파일을 처리 가능할 때

미디 (MIDI: Musical Instrument Digital Interface)



전자 악기와 다른 기계(컴퓨터)간에 정보를 전송하기 위한 통신 규약
실제 소리는 없이 연주 방법과 시기에 대한 정보를 가짐



3분 정도의 미디 음악을 듣기 위해서 약 8KB 필요
좋은 MIDI 사운드 음원(sound module)을 갖고 있는 경우

4

5.1 사운드의 개요

사운드의 제작과정


각 단계별 작업









계획(plan) : 필요한 조건 검토, 최종 결과에서 사용될 사운드 설계
녹음(record) : 사운드 도구로 녹음, 혹은 기존의 사운드 클립 이용
변환(capture) : (녹음된) 아날로그 사운드를 디지털 형태로 변환
편집(edit) : 사운드 편집 프로그램으로 편집(edit) 또는 믹싱 (mixing)
저장(store) : 편집이 끝난 중간 결과를 원하는 포맷으로 저장
통합(integrate) : 저장된 사운드를 다른 프로그램과 통합
재생(playback) : 최종결과를 재생하여 보완될 점을 수정

5

5.2 사운드의 기본개념



사운드의 기본 요소
디지털 사운드로의 변환



소리가 전달 되는 과정




음원에서 물체가 진동하면 공기의 압력을 변화하여 사운드가 생성
이 변화는 파형(waveform)의 형태로 우리 귀에 전달
사운드를 처리하는 것은 이러한 파형을 가공, 편집하는 것을 의미

6

5.2 사운드의 기본개념

사운드의 기본 요소


사운드 파형의 구성




사이클(cycle) : 일정 시간마다 반복되는 동일한 모양
주기(period) : 한 사이클이 걸리는 시간




어느 정도의 주기를 갖고 있는
사운드가 더 음악적으로 들림

소리의 3요소




주파수 : 음의 높낮이, Hz
진폭 : 음의 세기, Db
파형(Waveform) : 음색

7

5.2 사운드의 기본개념

(1) 주파수 (Frequency)




초당 사운드 파형의 반복 횟수
소리의 높낮이를 결정 : 주파수가 높으면 고음, 낮으면 저음



가청주파수(오디오) 20Hz~20KHz, 청각은 1K~6KHz에 제일 민감
[참고] 주파수 대역 구분 (Hz)
3K ~ 30K

초장파

30K ~ 300K

장파

항해, 군사교신

300K ~ 3M

중파

AM 라디오 방송 (535~1605)

3M ~ 30M

단파

아마추어 무선, 운송 통신, 무선 호출

30M ~ 300M

초단파

TV (54~216M), FM 라디오 (88~108M)

300M ~ 3G

극초단파

TV (채널 14 이상), 이동전화, 레이더

3G ~ 30G

마이크로파

위성통신, 레이더, 연구용

30G 이상

밀리미터파
8

5.2 사운드의 기본개념

(2) 진폭 (Amplitude)


사운드 파형의 기준선에서 최고점까지의 거리





소리의 크기와 관련 : 진폭이 크면 큰소리, 작으면 작은 소리
인간이 가장 편하게 들을 수 있는 소리의 범위는 0db ~ 90db

음의 크기와 소리의 예

9

5.2 사운드의 기본개념

(3) 음색 (Tone Color)




음의 높이와 크기가 같아도 악기마다 고유한 특징 => 음색
고유한 파형 => 기본파 + 고조파

10

5.2 사운드의 기본개념

디지털 사운드로의 변환


컴퓨터 처리를 위해 아날로그/디지털 형태 간의 변환






ADC(Analog-to-Digital Converter)
DAC(Digital-to-Analog Converter)

디지털 변환 과정


표본화, 양자화, 부호화 과정 필요

아날로그 신호와 디지털 신호 간의 변환 과정
11

5.2 사운드의 기본개념

(1) 표본화(Sampling)




아날로그 파형을 디지털 형태로 변환하기 위해 표본을 취하는 것
표본화율(Sampling Rate)



1초 동안에 취한 표본수 (단위: Hz)
표본화율이 높을수록 원음을 잘 표현할 수 있으나 데이터 공간은 증가

12

5.2 사운드의 기본개념

(2) 양자화 (Quantizing)


어느 정도의 정밀도로 표현할 것인지




표본화된 각 점에서 값을 표현하기 위해 사용되는 비트 수

음의 해상도


(a)

표본화하는 정밀도 (Sampling Resolution, Sampling Size)

2 bit 양자화 (4단계)

(b) 3 bit 양자화 (8단계)

(c) 4 bit 양자화 ( 16단계)

아날로그 파형의 양자화
13

5.2 사운드의 기본개념



표본화 및 양자화 정도에 따른 비교

(a) 원래의 파형

(b) 낮은 표본화와 양자화

(c) 높은 표본화와 양자화

(3) 부호화 (Coding)



표본화와 양자화를 거친 디지털 정보를 표현하는 과정
사운드 파일은 크기 때문에 일반적으로 부호화 과정에서 압축하여
저장
14



디지털 사운드 파일의 크기 및 음질의 비교
표본화율
(KHz)

양자화
정밀도
(bit)

모드

데이터 크기
(1분당)

음질

11.025

8

mono

650 KB

전화

22.05

8

mono

1.3 MB

AM Radio

44.1

8

mono

2.6 MB

22.05

16

stereo

5.25 MB

44.1

16

mono

5.25 MB

44.1

16

stereo

10.5 MB





sample
(voice)

sample
(music)

FM Radio
CD

11.025 KHz × 8 bits × 1(mono) × 60 sec / 8 = 약 650 KBytes

44.1 KHz × 16 bits × 2(stereo) × 60 sec / (8*1024) = 약 10.5 MBytes
15

5.3 사운드의 저장과 고품질화


(디지털 파형의 저장 방식)



디지털 사운드 파일의 크기








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

(고품질 사운드의 획득)
16

5.4 디지털 오디오 시스템





사운드 하드웨어
사운드 처리 소프트웨어
(디지털 사운드의 압축방식)
디지털 사운드의 파일 포맷

17

5.4 디지털 오디오 시스템

사운드 하드웨어


사운드 카드 (오디오 인터페이스 카드)


주요기능









입력: 아날로그 파장의 사운드를
디지털 형태로 변환 (ADC)
출력 : 디지털 형태의 데이터를
아날로그 파장으로 변환 (DAC)
음원칩 : 미디 지원
DSP(Digital Signal Processing) 칩: 데이터의 가공, 편집

주요제품


최초의 PC용 사운드 카드 : 1987년 캐나다의 Adlib사의 Adlib




Yamaha 사의 YM-3812 음원 칩 사용

Creative사에서 SoundBlaster카드 발표


실질적인 사운드 카드의 표준
18

5.4 디지털 오디오 시스템



앰프와 스피커





사운드의 품질은 스피커의 영향이 제일 크다.
앰프 : 스피커를 위해 양질의 사운드 파형으로 증폭
돌비 서라운드 (Dolby Surround) 5.1 채널


스피커 4개 + 저음부를 위한 우퍼(Woofer)

19

5.4 디지털 오디오 시스템

사운드 처리 소프트 웨어


사운드 편집 소프트웨어






기능 : 사운드의 캡쳐 및 편집, 가공, 트랙 편집 등
GoldWave
Cool Edit
SoundForge

20

5.4 디지털 오디오 시스템

사운드 처리 소프트 웨어


재생 프로그램






오디오 CD, MP3 파일
Win amp
Sonique
거원 제트 오디오

21

5.4 디지털 오디오 시스템

디지털 사운드 압축방식 (생략)





ADPCM
A-law, µ-law
TrueSpeech
MP3 또는 MPEG Layer 3

22

5.4 디지털 오디오 시스템

디지털 사운드의 파일포맷


Wav






Au





Microsoft 와 IBM 이 PC의 사운드 표준 형식으로 공동 개발
Windows 기반 PC에서 주로 사용

유닉스 환경에서 사용되는 가장 일반적인 포맷
Sun이나 NeXT에서 사운드 표준

MP2, MP3




ISO 국제 표준으로 압축효과가 뛰어나고, 음질도 우수
인터넷 상에서 음악을 압축하는데 많이 사용
MPEG-1의 오디오 Layer 2 및 Layer 3, 확장자는 .mp2 및 .mp3
23

5.4 디지털 오디오 시스템



Real Audio (.ra, .rm)



RealNetworks 사에서 개발, 스트리밍 기술로 실시간 사운드 전송
SureStreaming이라는 기술로 항상 최적의 음질을 재생




ASF(Advanced Streaming Format)





접속시 대역폭이 동적으로 변함에 따라 음질도 동적으로 변화

인텔이 개발한 멀티미디어 파일 형식, 스트리밍 방식
통합 멀티미디어 파일: 오디오, 비디오, 이미지, 프로그램도 포함

WMA (Windows Media Audio)



마이크로소프트가 개발한 스트리밍 방식의 오디오 파일 형식
비디오 파일은 WMV
24

5.5 입체음향






개요
입체음향의 원리
(입체음향의 생성 방식)
(입체음향의 재생)
(발전동향)




모노 사운드에서 2D 스테레오를 벗어나 3D 사운드로 발전
컴퓨터 게임, 영화 및 컴퓨터 분야에서 활용

25

5.5 입체음향

개요


서라운드 (Surround)


돌비 서라운드(Dolby Surround)가 가장 대표적



사람이 있는 위치를 기준으로 사방에서 소리를 들려주는 방식


공간감, 입체감




3 채널, 4.1채널, 5.1채널 등이 있음




0.1은 서브우퍼(Subwoofer)를 의미

스테레오와 마찬가지로 청취자가
음의 중심점에 있어야 입체감을
적절하게 느낄 수 있음
Surround System (5.1채널)
26

5.5 입체음향



입체 음향(Interactive 3D Sound)




음원과 청취자 간에 상대적인 위치를 계산하여 사운드를 출력
청취자와 상호작용이 가능





사용자의 이동이나 반응, 또는 음원의 이동에 따라 소리가 입체적으로
상호작용이 필요한 가상 현실이나 게임에서 많이 사용

Creative사의 EAX, Aureal사의 A3D, 마이크로소프트사의 Direct
3D Sound에서 지원

27

5.5 입체음향

입체음향의 원리


입체음향(Interactive 3D Sound):




재생된 음향을 들었을 때 음향으로부터 공간적 단서(방향감, 거리
감, 공간감)를 지각할 수 있는 음향

소리의 전달 경로


공간 전달계(외부) :




머리 전달계(내부) :




실내의 벽이나 천장 등에서 전달
인간의 머리와 귓바퀴에서 전달

음원에 대한 공간적 단서


두 귀에 들어오는 두 신호간의 차이 때문
28

5.5 입체음향



공간적 단서


두 귀에 도달하는 소리의 시간차




두 귀에 도달하는 소리의 세기차




가까운 방향 쪽에 있는 귀가 먼저 그 소리를 들음
가까이에서 들리는 음의 크기가 더 큼

그 외 시각적 효과, 머리의 움직임, 소리의 종류에 따른 친숙도 등

29

5.6 미디(MIDI)






시스템의 구성
하드웨어 장비
(미디의 표준 모드)
미디의 소프트웨어
(미디 파일의 종류)
[시연]
제목

크기(KB)

시간

엘리제를 위하여

17

2분 38초

Dancing Queen

78

3분 57초

007 주제가

46

1분 52초

Starwars

32

3분 19초

Calvary's Love

40

3분 29초
30

5.6 미디

개요


미디(MIDI: Musical Instrument Digital interface)




1983년 세계 악기 제조업체들이 제정
전자 악기와 컴퓨터 간의 상호 정보교환을 위한 표준 규약






직접적인 음에 대한 정보가 있는 것이 아니라 음을 어떻게 연주 하라
는 정보를 표현함 : 음의 높이, 음표의 길이, 음의 강약 등
MIDI를 이용하여 전자 악기 간의 일관된 방식의 제어가 가능

음을 들으려면



신디사이저(Synthesizer) : 음을 발생시켜주는 기계
시퀀서(Sequencer) : 생성된 음의 수정

31

5.6 미디

시스템의 구성


미디 시스템의 구성


처리 과정







음의 입력 : 미디 장치에서 음을 발생 ⇒ 미디 인터페이스 카드 ⇒ 컴퓨
터로 전송
음의 처리 : 컴퓨터에서 미디 프로그램(시퀀서 등)으로 편집
음의 출력 : 컴퓨터 ⇒ 미디 인터페이스 카드 ⇒ 신디사이저 등의 미디
장치를 통해 스피커로 출력

미디 인터페이스


MIDI-IN 단자,
MIDI-OUT 단자,
MIDI-THRU 단자

32

5.6 미디

하드웨어 장비


신디사이저


전기적인 신호를 합성하여 음을 생성하는 장치





샘플러(Sampler)



신디사이저는 악기의 대표 음을, 샘플러는 악기의 모든 음을 보유
더 정교한 음 또는 음원에 없는 새로운 음을 만들고자 할 때 사용




음원부(음원모듈) : 소리를 발생시킴
건반부 (마스터 키보드) : 음원부를 이용하여 연주

실제 소리를 녹음하여 악기로 변환하거나 각종 효과음으로 활용

믹서(Mixer)


여러 개의 오디오 출력을 섞어서 하나의 출력으로 생성



각 출력의 균형 등을 맞추어 주는 이퀄라이저(Equalizer)가 장착
음악의 균형을 맞추어 녹음하고 연주하는데 많이 이용
33

5.6 미디



MIDI 인터페이스 카드




미디 전용 케이블




컴퓨터와 미디 모듈 간의
다른 신호 체계를 연결

동축 케이블 형태,
둥근모양 5핀

앰프와 스피커

34

5.6 미디

미디 소프트웨어


작곡용 프로그램(시퀀서,Sequencer)







음원 모듈에 “어떤 악기, 얼마의 강도, 얼마 동안” 소리내라고 명령
미디 신호를 입출력, 미디 파일 저장, 미디 데이터를 연주, 편집
CakeWalk : PC용, 널리 사용
Cubase : 미국 Steinberg 사
Logic : 독일 Emagic 사

35

5.6 미디



악보용 프로그램(Notation, Scoring 프로그램)






악보의 편집 및 출력
Coda사의 Finale, Passport Design사의 Encore 등

음색 편집용 프로그램(Voice Editor, Sound Editor)




소리의 편집 및 수정, 음원 모듈이나 각종 음색의 수정
OdysseySoft사의 Classic-B, KORG사의 X5DR 등

36


Slide 11

5장 사운드

멀티미디어의 이해

1

5.1 사운드의 개요



사운드의 종류
사운드의 제작 과정



사운드 란?





귀로 들을 수 있는 모든 정보
음악, 음성, 음향 효과 : 단독 사용 또는 혼합 사용(멀티미디어 환경)

정보 전달 시 사운드의 장점



미디어의 상승 효과 : 시각+청각 미디어로 정보전달 효과 상승
동기 유발 : 시각+청각 미디어를 혼합하여 피 전달자의 흥미 유발

2

5.1 사운드의 개요

사운드의 종류


일반적인 분류


음성(Voice)






음악(Music)





정보를 전달하는 주요한 수단 중 하나
텍스트보다 정보를 빠르고, 이해하기 쉽고, 설득력 있게 전달
디지털화된(digitized) 음성과 합성(synthesized) 음성

단독으로 음악 감상, 또는 정보전달시 부수효과 제공
주로 분위기, 장면전환, 감정 등 표현

음향효과(Sound Effect)



배경효과로 사용되어 상황을 좀더 현실감있게 전달 (비올때, 지하철)
자연적인(natural) 효과와 합성된(synthesized) 효과
3

5.1 사운드의 개요



컴퓨터에서 처리하는 방법에 따른 분류


디지털 오디오 (Digital Audio)






아날로그 형태의 사운드를 디지털화 시킨 것
원음에 충실하려면 많은 용량 필요 : 음악 CD 3분에 약 30MB 필요
사람의 목소리가 존재하거나, 디지털화된 파일을 처리 가능할 때

미디 (MIDI: Musical Instrument Digital Interface)



전자 악기와 다른 기계(컴퓨터)간에 정보를 전송하기 위한 통신 규약
실제 소리는 없이 연주 방법과 시기에 대한 정보를 가짐



3분 정도의 미디 음악을 듣기 위해서 약 8KB 필요
좋은 MIDI 사운드 음원(sound module)을 갖고 있는 경우

4

5.1 사운드의 개요

사운드의 제작과정


각 단계별 작업









계획(plan) : 필요한 조건 검토, 최종 결과에서 사용될 사운드 설계
녹음(record) : 사운드 도구로 녹음, 혹은 기존의 사운드 클립 이용
변환(capture) : (녹음된) 아날로그 사운드를 디지털 형태로 변환
편집(edit) : 사운드 편집 프로그램으로 편집(edit) 또는 믹싱 (mixing)
저장(store) : 편집이 끝난 중간 결과를 원하는 포맷으로 저장
통합(integrate) : 저장된 사운드를 다른 프로그램과 통합
재생(playback) : 최종결과를 재생하여 보완될 점을 수정

5

5.2 사운드의 기본개념



사운드의 기본 요소
디지털 사운드로의 변환



소리가 전달 되는 과정




음원에서 물체가 진동하면 공기의 압력을 변화하여 사운드가 생성
이 변화는 파형(waveform)의 형태로 우리 귀에 전달
사운드를 처리하는 것은 이러한 파형을 가공, 편집하는 것을 의미

6

5.2 사운드의 기본개념

사운드의 기본 요소


사운드 파형의 구성




사이클(cycle) : 일정 시간마다 반복되는 동일한 모양
주기(period) : 한 사이클이 걸리는 시간




어느 정도의 주기를 갖고 있는
사운드가 더 음악적으로 들림

소리의 3요소




주파수 : 음의 높낮이, Hz
진폭 : 음의 세기, Db
파형(Waveform) : 음색

7

5.2 사운드의 기본개념

(1) 주파수 (Frequency)




초당 사운드 파형의 반복 횟수
소리의 높낮이를 결정 : 주파수가 높으면 고음, 낮으면 저음



가청주파수(오디오) 20Hz~20KHz, 청각은 1K~6KHz에 제일 민감
[참고] 주파수 대역 구분 (Hz)
3K ~ 30K

초장파

30K ~ 300K

장파

항해, 군사교신

300K ~ 3M

중파

AM 라디오 방송 (535~1605)

3M ~ 30M

단파

아마추어 무선, 운송 통신, 무선 호출

30M ~ 300M

초단파

TV (54~216M), FM 라디오 (88~108M)

300M ~ 3G

극초단파

TV (채널 14 이상), 이동전화, 레이더

3G ~ 30G

마이크로파

위성통신, 레이더, 연구용

30G 이상

밀리미터파
8

5.2 사운드의 기본개념

(2) 진폭 (Amplitude)


사운드 파형의 기준선에서 최고점까지의 거리





소리의 크기와 관련 : 진폭이 크면 큰소리, 작으면 작은 소리
인간이 가장 편하게 들을 수 있는 소리의 범위는 0db ~ 90db

음의 크기와 소리의 예

9

5.2 사운드의 기본개념

(3) 음색 (Tone Color)




음의 높이와 크기가 같아도 악기마다 고유한 특징 => 음색
고유한 파형 => 기본파 + 고조파

10

5.2 사운드의 기본개념

디지털 사운드로의 변환


컴퓨터 처리를 위해 아날로그/디지털 형태 간의 변환






ADC(Analog-to-Digital Converter)
DAC(Digital-to-Analog Converter)

디지털 변환 과정


표본화, 양자화, 부호화 과정 필요

아날로그 신호와 디지털 신호 간의 변환 과정
11

5.2 사운드의 기본개념

(1) 표본화(Sampling)




아날로그 파형을 디지털 형태로 변환하기 위해 표본을 취하는 것
표본화율(Sampling Rate)



1초 동안에 취한 표본수 (단위: Hz)
표본화율이 높을수록 원음을 잘 표현할 수 있으나 데이터 공간은 증가

12

5.2 사운드의 기본개념

(2) 양자화 (Quantizing)


어느 정도의 정밀도로 표현할 것인지




표본화된 각 점에서 값을 표현하기 위해 사용되는 비트 수

음의 해상도


(a)

표본화하는 정밀도 (Sampling Resolution, Sampling Size)

2 bit 양자화 (4단계)

(b) 3 bit 양자화 (8단계)

(c) 4 bit 양자화 ( 16단계)

아날로그 파형의 양자화
13

5.2 사운드의 기본개념



표본화 및 양자화 정도에 따른 비교

(a) 원래의 파형

(b) 낮은 표본화와 양자화

(c) 높은 표본화와 양자화

(3) 부호화 (Coding)



표본화와 양자화를 거친 디지털 정보를 표현하는 과정
사운드 파일은 크기 때문에 일반적으로 부호화 과정에서 압축하여
저장
14



디지털 사운드 파일의 크기 및 음질의 비교
표본화율
(KHz)

양자화
정밀도
(bit)

모드

데이터 크기
(1분당)

음질

11.025

8

mono

650 KB

전화

22.05

8

mono

1.3 MB

AM Radio

44.1

8

mono

2.6 MB

22.05

16

stereo

5.25 MB

44.1

16

mono

5.25 MB

44.1

16

stereo

10.5 MB





sample
(voice)

sample
(music)

FM Radio
CD

11.025 KHz × 8 bits × 1(mono) × 60 sec / 8 = 약 650 KBytes

44.1 KHz × 16 bits × 2(stereo) × 60 sec / (8*1024) = 약 10.5 MBytes
15

5.3 사운드의 저장과 고품질화


(디지털 파형의 저장 방식)



디지털 사운드 파일의 크기








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

(고품질 사운드의 획득)
16

5.4 디지털 오디오 시스템





사운드 하드웨어
사운드 처리 소프트웨어
(디지털 사운드의 압축방식)
디지털 사운드의 파일 포맷

17

5.4 디지털 오디오 시스템

사운드 하드웨어


사운드 카드 (오디오 인터페이스 카드)


주요기능









입력: 아날로그 파장의 사운드를
디지털 형태로 변환 (ADC)
출력 : 디지털 형태의 데이터를
아날로그 파장으로 변환 (DAC)
음원칩 : 미디 지원
DSP(Digital Signal Processing) 칩: 데이터의 가공, 편집

주요제품


최초의 PC용 사운드 카드 : 1987년 캐나다의 Adlib사의 Adlib




Yamaha 사의 YM-3812 음원 칩 사용

Creative사에서 SoundBlaster카드 발표


실질적인 사운드 카드의 표준
18

5.4 디지털 오디오 시스템



앰프와 스피커





사운드의 품질은 스피커의 영향이 제일 크다.
앰프 : 스피커를 위해 양질의 사운드 파형으로 증폭
돌비 서라운드 (Dolby Surround) 5.1 채널


스피커 4개 + 저음부를 위한 우퍼(Woofer)

19

5.4 디지털 오디오 시스템

사운드 처리 소프트 웨어


사운드 편집 소프트웨어






기능 : 사운드의 캡쳐 및 편집, 가공, 트랙 편집 등
GoldWave
Cool Edit
SoundForge

20

5.4 디지털 오디오 시스템

사운드 처리 소프트 웨어


재생 프로그램






오디오 CD, MP3 파일
Win amp
Sonique
거원 제트 오디오

21

5.4 디지털 오디오 시스템

디지털 사운드 압축방식 (생략)





ADPCM
A-law, µ-law
TrueSpeech
MP3 또는 MPEG Layer 3

22

5.4 디지털 오디오 시스템

디지털 사운드의 파일포맷


Wav






Au





Microsoft 와 IBM 이 PC의 사운드 표준 형식으로 공동 개발
Windows 기반 PC에서 주로 사용

유닉스 환경에서 사용되는 가장 일반적인 포맷
Sun이나 NeXT에서 사운드 표준

MP2, MP3




ISO 국제 표준으로 압축효과가 뛰어나고, 음질도 우수
인터넷 상에서 음악을 압축하는데 많이 사용
MPEG-1의 오디오 Layer 2 및 Layer 3, 확장자는 .mp2 및 .mp3
23

5.4 디지털 오디오 시스템



Real Audio (.ra, .rm)



RealNetworks 사에서 개발, 스트리밍 기술로 실시간 사운드 전송
SureStreaming이라는 기술로 항상 최적의 음질을 재생




ASF(Advanced Streaming Format)





접속시 대역폭이 동적으로 변함에 따라 음질도 동적으로 변화

인텔이 개발한 멀티미디어 파일 형식, 스트리밍 방식
통합 멀티미디어 파일: 오디오, 비디오, 이미지, 프로그램도 포함

WMA (Windows Media Audio)



마이크로소프트가 개발한 스트리밍 방식의 오디오 파일 형식
비디오 파일은 WMV
24

5.5 입체음향






개요
입체음향의 원리
(입체음향의 생성 방식)
(입체음향의 재생)
(발전동향)




모노 사운드에서 2D 스테레오를 벗어나 3D 사운드로 발전
컴퓨터 게임, 영화 및 컴퓨터 분야에서 활용

25

5.5 입체음향

개요


서라운드 (Surround)


돌비 서라운드(Dolby Surround)가 가장 대표적



사람이 있는 위치를 기준으로 사방에서 소리를 들려주는 방식


공간감, 입체감




3 채널, 4.1채널, 5.1채널 등이 있음




0.1은 서브우퍼(Subwoofer)를 의미

스테레오와 마찬가지로 청취자가
음의 중심점에 있어야 입체감을
적절하게 느낄 수 있음
Surround System (5.1채널)
26

5.5 입체음향



입체 음향(Interactive 3D Sound)




음원과 청취자 간에 상대적인 위치를 계산하여 사운드를 출력
청취자와 상호작용이 가능





사용자의 이동이나 반응, 또는 음원의 이동에 따라 소리가 입체적으로
상호작용이 필요한 가상 현실이나 게임에서 많이 사용

Creative사의 EAX, Aureal사의 A3D, 마이크로소프트사의 Direct
3D Sound에서 지원

27

5.5 입체음향

입체음향의 원리


입체음향(Interactive 3D Sound):




재생된 음향을 들었을 때 음향으로부터 공간적 단서(방향감, 거리
감, 공간감)를 지각할 수 있는 음향

소리의 전달 경로


공간 전달계(외부) :




머리 전달계(내부) :




실내의 벽이나 천장 등에서 전달
인간의 머리와 귓바퀴에서 전달

음원에 대한 공간적 단서


두 귀에 들어오는 두 신호간의 차이 때문
28

5.5 입체음향



공간적 단서


두 귀에 도달하는 소리의 시간차




두 귀에 도달하는 소리의 세기차




가까운 방향 쪽에 있는 귀가 먼저 그 소리를 들음
가까이에서 들리는 음의 크기가 더 큼

그 외 시각적 효과, 머리의 움직임, 소리의 종류에 따른 친숙도 등

29

5.6 미디(MIDI)






시스템의 구성
하드웨어 장비
(미디의 표준 모드)
미디의 소프트웨어
(미디 파일의 종류)
[시연]
제목

크기(KB)

시간

엘리제를 위하여

17

2분 38초

Dancing Queen

78

3분 57초

007 주제가

46

1분 52초

Starwars

32

3분 19초

Calvary's Love

40

3분 29초
30

5.6 미디

개요


미디(MIDI: Musical Instrument Digital interface)




1983년 세계 악기 제조업체들이 제정
전자 악기와 컴퓨터 간의 상호 정보교환을 위한 표준 규약






직접적인 음에 대한 정보가 있는 것이 아니라 음을 어떻게 연주 하라
는 정보를 표현함 : 음의 높이, 음표의 길이, 음의 강약 등
MIDI를 이용하여 전자 악기 간의 일관된 방식의 제어가 가능

음을 들으려면



신디사이저(Synthesizer) : 음을 발생시켜주는 기계
시퀀서(Sequencer) : 생성된 음의 수정

31

5.6 미디

시스템의 구성


미디 시스템의 구성


처리 과정







음의 입력 : 미디 장치에서 음을 발생 ⇒ 미디 인터페이스 카드 ⇒ 컴퓨
터로 전송
음의 처리 : 컴퓨터에서 미디 프로그램(시퀀서 등)으로 편집
음의 출력 : 컴퓨터 ⇒ 미디 인터페이스 카드 ⇒ 신디사이저 등의 미디
장치를 통해 스피커로 출력

미디 인터페이스


MIDI-IN 단자,
MIDI-OUT 단자,
MIDI-THRU 단자

32

5.6 미디

하드웨어 장비


신디사이저


전기적인 신호를 합성하여 음을 생성하는 장치





샘플러(Sampler)



신디사이저는 악기의 대표 음을, 샘플러는 악기의 모든 음을 보유
더 정교한 음 또는 음원에 없는 새로운 음을 만들고자 할 때 사용




음원부(음원모듈) : 소리를 발생시킴
건반부 (마스터 키보드) : 음원부를 이용하여 연주

실제 소리를 녹음하여 악기로 변환하거나 각종 효과음으로 활용

믹서(Mixer)


여러 개의 오디오 출력을 섞어서 하나의 출력으로 생성



각 출력의 균형 등을 맞추어 주는 이퀄라이저(Equalizer)가 장착
음악의 균형을 맞추어 녹음하고 연주하는데 많이 이용
33

5.6 미디



MIDI 인터페이스 카드




미디 전용 케이블




컴퓨터와 미디 모듈 간의
다른 신호 체계를 연결

동축 케이블 형태,
둥근모양 5핀

앰프와 스피커

34

5.6 미디

미디 소프트웨어


작곡용 프로그램(시퀀서,Sequencer)







음원 모듈에 “어떤 악기, 얼마의 강도, 얼마 동안” 소리내라고 명령
미디 신호를 입출력, 미디 파일 저장, 미디 데이터를 연주, 편집
CakeWalk : PC용, 널리 사용
Cubase : 미국 Steinberg 사
Logic : 독일 Emagic 사

35

5.6 미디



악보용 프로그램(Notation, Scoring 프로그램)






악보의 편집 및 출력
Coda사의 Finale, Passport Design사의 Encore 등

음색 편집용 프로그램(Voice Editor, Sound Editor)




소리의 편집 및 수정, 음원 모듈이나 각종 음색의 수정
OdysseySoft사의 Classic-B, KORG사의 X5DR 등

36


Slide 12

5장 사운드

멀티미디어의 이해

1

5.1 사운드의 개요



사운드의 종류
사운드의 제작 과정



사운드 란?





귀로 들을 수 있는 모든 정보
음악, 음성, 음향 효과 : 단독 사용 또는 혼합 사용(멀티미디어 환경)

정보 전달 시 사운드의 장점



미디어의 상승 효과 : 시각+청각 미디어로 정보전달 효과 상승
동기 유발 : 시각+청각 미디어를 혼합하여 피 전달자의 흥미 유발

2

5.1 사운드의 개요

사운드의 종류


일반적인 분류


음성(Voice)






음악(Music)





정보를 전달하는 주요한 수단 중 하나
텍스트보다 정보를 빠르고, 이해하기 쉽고, 설득력 있게 전달
디지털화된(digitized) 음성과 합성(synthesized) 음성

단독으로 음악 감상, 또는 정보전달시 부수효과 제공
주로 분위기, 장면전환, 감정 등 표현

음향효과(Sound Effect)



배경효과로 사용되어 상황을 좀더 현실감있게 전달 (비올때, 지하철)
자연적인(natural) 효과와 합성된(synthesized) 효과
3

5.1 사운드의 개요



컴퓨터에서 처리하는 방법에 따른 분류


디지털 오디오 (Digital Audio)






아날로그 형태의 사운드를 디지털화 시킨 것
원음에 충실하려면 많은 용량 필요 : 음악 CD 3분에 약 30MB 필요
사람의 목소리가 존재하거나, 디지털화된 파일을 처리 가능할 때

미디 (MIDI: Musical Instrument Digital Interface)



전자 악기와 다른 기계(컴퓨터)간에 정보를 전송하기 위한 통신 규약
실제 소리는 없이 연주 방법과 시기에 대한 정보를 가짐



3분 정도의 미디 음악을 듣기 위해서 약 8KB 필요
좋은 MIDI 사운드 음원(sound module)을 갖고 있는 경우

4

5.1 사운드의 개요

사운드의 제작과정


각 단계별 작업









계획(plan) : 필요한 조건 검토, 최종 결과에서 사용될 사운드 설계
녹음(record) : 사운드 도구로 녹음, 혹은 기존의 사운드 클립 이용
변환(capture) : (녹음된) 아날로그 사운드를 디지털 형태로 변환
편집(edit) : 사운드 편집 프로그램으로 편집(edit) 또는 믹싱 (mixing)
저장(store) : 편집이 끝난 중간 결과를 원하는 포맷으로 저장
통합(integrate) : 저장된 사운드를 다른 프로그램과 통합
재생(playback) : 최종결과를 재생하여 보완될 점을 수정

5

5.2 사운드의 기본개념



사운드의 기본 요소
디지털 사운드로의 변환



소리가 전달 되는 과정




음원에서 물체가 진동하면 공기의 압력을 변화하여 사운드가 생성
이 변화는 파형(waveform)의 형태로 우리 귀에 전달
사운드를 처리하는 것은 이러한 파형을 가공, 편집하는 것을 의미

6

5.2 사운드의 기본개념

사운드의 기본 요소


사운드 파형의 구성




사이클(cycle) : 일정 시간마다 반복되는 동일한 모양
주기(period) : 한 사이클이 걸리는 시간




어느 정도의 주기를 갖고 있는
사운드가 더 음악적으로 들림

소리의 3요소




주파수 : 음의 높낮이, Hz
진폭 : 음의 세기, Db
파형(Waveform) : 음색

7

5.2 사운드의 기본개념

(1) 주파수 (Frequency)




초당 사운드 파형의 반복 횟수
소리의 높낮이를 결정 : 주파수가 높으면 고음, 낮으면 저음



가청주파수(오디오) 20Hz~20KHz, 청각은 1K~6KHz에 제일 민감
[참고] 주파수 대역 구분 (Hz)
3K ~ 30K

초장파

30K ~ 300K

장파

항해, 군사교신

300K ~ 3M

중파

AM 라디오 방송 (535~1605)

3M ~ 30M

단파

아마추어 무선, 운송 통신, 무선 호출

30M ~ 300M

초단파

TV (54~216M), FM 라디오 (88~108M)

300M ~ 3G

극초단파

TV (채널 14 이상), 이동전화, 레이더

3G ~ 30G

마이크로파

위성통신, 레이더, 연구용

30G 이상

밀리미터파
8

5.2 사운드의 기본개념

(2) 진폭 (Amplitude)


사운드 파형의 기준선에서 최고점까지의 거리





소리의 크기와 관련 : 진폭이 크면 큰소리, 작으면 작은 소리
인간이 가장 편하게 들을 수 있는 소리의 범위는 0db ~ 90db

음의 크기와 소리의 예

9

5.2 사운드의 기본개념

(3) 음색 (Tone Color)




음의 높이와 크기가 같아도 악기마다 고유한 특징 => 음색
고유한 파형 => 기본파 + 고조파

10

5.2 사운드의 기본개념

디지털 사운드로의 변환


컴퓨터 처리를 위해 아날로그/디지털 형태 간의 변환






ADC(Analog-to-Digital Converter)
DAC(Digital-to-Analog Converter)

디지털 변환 과정


표본화, 양자화, 부호화 과정 필요

아날로그 신호와 디지털 신호 간의 변환 과정
11

5.2 사운드의 기본개념

(1) 표본화(Sampling)




아날로그 파형을 디지털 형태로 변환하기 위해 표본을 취하는 것
표본화율(Sampling Rate)



1초 동안에 취한 표본수 (단위: Hz)
표본화율이 높을수록 원음을 잘 표현할 수 있으나 데이터 공간은 증가

12

5.2 사운드의 기본개념

(2) 양자화 (Quantizing)


어느 정도의 정밀도로 표현할 것인지




표본화된 각 점에서 값을 표현하기 위해 사용되는 비트 수

음의 해상도


(a)

표본화하는 정밀도 (Sampling Resolution, Sampling Size)

2 bit 양자화 (4단계)

(b) 3 bit 양자화 (8단계)

(c) 4 bit 양자화 ( 16단계)

아날로그 파형의 양자화
13

5.2 사운드의 기본개념



표본화 및 양자화 정도에 따른 비교

(a) 원래의 파형

(b) 낮은 표본화와 양자화

(c) 높은 표본화와 양자화

(3) 부호화 (Coding)



표본화와 양자화를 거친 디지털 정보를 표현하는 과정
사운드 파일은 크기 때문에 일반적으로 부호화 과정에서 압축하여
저장
14



디지털 사운드 파일의 크기 및 음질의 비교
표본화율
(KHz)

양자화
정밀도
(bit)

모드

데이터 크기
(1분당)

음질

11.025

8

mono

650 KB

전화

22.05

8

mono

1.3 MB

AM Radio

44.1

8

mono

2.6 MB

22.05

16

stereo

5.25 MB

44.1

16

mono

5.25 MB

44.1

16

stereo

10.5 MB





sample
(voice)

sample
(music)

FM Radio
CD

11.025 KHz × 8 bits × 1(mono) × 60 sec / 8 = 약 650 KBytes

44.1 KHz × 16 bits × 2(stereo) × 60 sec / (8*1024) = 약 10.5 MBytes
15

5.3 사운드의 저장과 고품질화


(디지털 파형의 저장 방식)



디지털 사운드 파일의 크기








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

(고품질 사운드의 획득)
16

5.4 디지털 오디오 시스템





사운드 하드웨어
사운드 처리 소프트웨어
(디지털 사운드의 압축방식)
디지털 사운드의 파일 포맷

17

5.4 디지털 오디오 시스템

사운드 하드웨어


사운드 카드 (오디오 인터페이스 카드)


주요기능









입력: 아날로그 파장의 사운드를
디지털 형태로 변환 (ADC)
출력 : 디지털 형태의 데이터를
아날로그 파장으로 변환 (DAC)
음원칩 : 미디 지원
DSP(Digital Signal Processing) 칩: 데이터의 가공, 편집

주요제품


최초의 PC용 사운드 카드 : 1987년 캐나다의 Adlib사의 Adlib




Yamaha 사의 YM-3812 음원 칩 사용

Creative사에서 SoundBlaster카드 발표


실질적인 사운드 카드의 표준
18

5.4 디지털 오디오 시스템



앰프와 스피커





사운드의 품질은 스피커의 영향이 제일 크다.
앰프 : 스피커를 위해 양질의 사운드 파형으로 증폭
돌비 서라운드 (Dolby Surround) 5.1 채널


스피커 4개 + 저음부를 위한 우퍼(Woofer)

19

5.4 디지털 오디오 시스템

사운드 처리 소프트 웨어


사운드 편집 소프트웨어






기능 : 사운드의 캡쳐 및 편집, 가공, 트랙 편집 등
GoldWave
Cool Edit
SoundForge

20

5.4 디지털 오디오 시스템

사운드 처리 소프트 웨어


재생 프로그램






오디오 CD, MP3 파일
Win amp
Sonique
거원 제트 오디오

21

5.4 디지털 오디오 시스템

디지털 사운드 압축방식 (생략)





ADPCM
A-law, µ-law
TrueSpeech
MP3 또는 MPEG Layer 3

22

5.4 디지털 오디오 시스템

디지털 사운드의 파일포맷


Wav






Au





Microsoft 와 IBM 이 PC의 사운드 표준 형식으로 공동 개발
Windows 기반 PC에서 주로 사용

유닉스 환경에서 사용되는 가장 일반적인 포맷
Sun이나 NeXT에서 사운드 표준

MP2, MP3




ISO 국제 표준으로 압축효과가 뛰어나고, 음질도 우수
인터넷 상에서 음악을 압축하는데 많이 사용
MPEG-1의 오디오 Layer 2 및 Layer 3, 확장자는 .mp2 및 .mp3
23

5.4 디지털 오디오 시스템



Real Audio (.ra, .rm)



RealNetworks 사에서 개발, 스트리밍 기술로 실시간 사운드 전송
SureStreaming이라는 기술로 항상 최적의 음질을 재생




ASF(Advanced Streaming Format)





접속시 대역폭이 동적으로 변함에 따라 음질도 동적으로 변화

인텔이 개발한 멀티미디어 파일 형식, 스트리밍 방식
통합 멀티미디어 파일: 오디오, 비디오, 이미지, 프로그램도 포함

WMA (Windows Media Audio)



마이크로소프트가 개발한 스트리밍 방식의 오디오 파일 형식
비디오 파일은 WMV
24

5.5 입체음향






개요
입체음향의 원리
(입체음향의 생성 방식)
(입체음향의 재생)
(발전동향)




모노 사운드에서 2D 스테레오를 벗어나 3D 사운드로 발전
컴퓨터 게임, 영화 및 컴퓨터 분야에서 활용

25

5.5 입체음향

개요


서라운드 (Surround)


돌비 서라운드(Dolby Surround)가 가장 대표적



사람이 있는 위치를 기준으로 사방에서 소리를 들려주는 방식


공간감, 입체감




3 채널, 4.1채널, 5.1채널 등이 있음




0.1은 서브우퍼(Subwoofer)를 의미

스테레오와 마찬가지로 청취자가
음의 중심점에 있어야 입체감을
적절하게 느낄 수 있음
Surround System (5.1채널)
26

5.5 입체음향



입체 음향(Interactive 3D Sound)




음원과 청취자 간에 상대적인 위치를 계산하여 사운드를 출력
청취자와 상호작용이 가능





사용자의 이동이나 반응, 또는 음원의 이동에 따라 소리가 입체적으로
상호작용이 필요한 가상 현실이나 게임에서 많이 사용

Creative사의 EAX, Aureal사의 A3D, 마이크로소프트사의 Direct
3D Sound에서 지원

27

5.5 입체음향

입체음향의 원리


입체음향(Interactive 3D Sound):




재생된 음향을 들었을 때 음향으로부터 공간적 단서(방향감, 거리
감, 공간감)를 지각할 수 있는 음향

소리의 전달 경로


공간 전달계(외부) :




머리 전달계(내부) :




실내의 벽이나 천장 등에서 전달
인간의 머리와 귓바퀴에서 전달

음원에 대한 공간적 단서


두 귀에 들어오는 두 신호간의 차이 때문
28

5.5 입체음향



공간적 단서


두 귀에 도달하는 소리의 시간차




두 귀에 도달하는 소리의 세기차




가까운 방향 쪽에 있는 귀가 먼저 그 소리를 들음
가까이에서 들리는 음의 크기가 더 큼

그 외 시각적 효과, 머리의 움직임, 소리의 종류에 따른 친숙도 등

29

5.6 미디(MIDI)






시스템의 구성
하드웨어 장비
(미디의 표준 모드)
미디의 소프트웨어
(미디 파일의 종류)
[시연]
제목

크기(KB)

시간

엘리제를 위하여

17

2분 38초

Dancing Queen

78

3분 57초

007 주제가

46

1분 52초

Starwars

32

3분 19초

Calvary's Love

40

3분 29초
30

5.6 미디

개요


미디(MIDI: Musical Instrument Digital interface)




1983년 세계 악기 제조업체들이 제정
전자 악기와 컴퓨터 간의 상호 정보교환을 위한 표준 규약






직접적인 음에 대한 정보가 있는 것이 아니라 음을 어떻게 연주 하라
는 정보를 표현함 : 음의 높이, 음표의 길이, 음의 강약 등
MIDI를 이용하여 전자 악기 간의 일관된 방식의 제어가 가능

음을 들으려면



신디사이저(Synthesizer) : 음을 발생시켜주는 기계
시퀀서(Sequencer) : 생성된 음의 수정

31

5.6 미디

시스템의 구성


미디 시스템의 구성


처리 과정







음의 입력 : 미디 장치에서 음을 발생 ⇒ 미디 인터페이스 카드 ⇒ 컴퓨
터로 전송
음의 처리 : 컴퓨터에서 미디 프로그램(시퀀서 등)으로 편집
음의 출력 : 컴퓨터 ⇒ 미디 인터페이스 카드 ⇒ 신디사이저 등의 미디
장치를 통해 스피커로 출력

미디 인터페이스


MIDI-IN 단자,
MIDI-OUT 단자,
MIDI-THRU 단자

32

5.6 미디

하드웨어 장비


신디사이저


전기적인 신호를 합성하여 음을 생성하는 장치





샘플러(Sampler)



신디사이저는 악기의 대표 음을, 샘플러는 악기의 모든 음을 보유
더 정교한 음 또는 음원에 없는 새로운 음을 만들고자 할 때 사용




음원부(음원모듈) : 소리를 발생시킴
건반부 (마스터 키보드) : 음원부를 이용하여 연주

실제 소리를 녹음하여 악기로 변환하거나 각종 효과음으로 활용

믹서(Mixer)


여러 개의 오디오 출력을 섞어서 하나의 출력으로 생성



각 출력의 균형 등을 맞추어 주는 이퀄라이저(Equalizer)가 장착
음악의 균형을 맞추어 녹음하고 연주하는데 많이 이용
33

5.6 미디



MIDI 인터페이스 카드




미디 전용 케이블




컴퓨터와 미디 모듈 간의
다른 신호 체계를 연결

동축 케이블 형태,
둥근모양 5핀

앰프와 스피커

34

5.6 미디

미디 소프트웨어


작곡용 프로그램(시퀀서,Sequencer)







음원 모듈에 “어떤 악기, 얼마의 강도, 얼마 동안” 소리내라고 명령
미디 신호를 입출력, 미디 파일 저장, 미디 데이터를 연주, 편집
CakeWalk : PC용, 널리 사용
Cubase : 미국 Steinberg 사
Logic : 독일 Emagic 사

35

5.6 미디



악보용 프로그램(Notation, Scoring 프로그램)






악보의 편집 및 출력
Coda사의 Finale, Passport Design사의 Encore 등

음색 편집용 프로그램(Voice Editor, Sound Editor)




소리의 편집 및 수정, 음원 모듈이나 각종 음색의 수정
OdysseySoft사의 Classic-B, KORG사의 X5DR 등

36


Slide 13

5장 사운드

멀티미디어의 이해

1

5.1 사운드의 개요



사운드의 종류
사운드의 제작 과정



사운드 란?





귀로 들을 수 있는 모든 정보
음악, 음성, 음향 효과 : 단독 사용 또는 혼합 사용(멀티미디어 환경)

정보 전달 시 사운드의 장점



미디어의 상승 효과 : 시각+청각 미디어로 정보전달 효과 상승
동기 유발 : 시각+청각 미디어를 혼합하여 피 전달자의 흥미 유발

2

5.1 사운드의 개요

사운드의 종류


일반적인 분류


음성(Voice)






음악(Music)





정보를 전달하는 주요한 수단 중 하나
텍스트보다 정보를 빠르고, 이해하기 쉽고, 설득력 있게 전달
디지털화된(digitized) 음성과 합성(synthesized) 음성

단독으로 음악 감상, 또는 정보전달시 부수효과 제공
주로 분위기, 장면전환, 감정 등 표현

음향효과(Sound Effect)



배경효과로 사용되어 상황을 좀더 현실감있게 전달 (비올때, 지하철)
자연적인(natural) 효과와 합성된(synthesized) 효과
3

5.1 사운드의 개요



컴퓨터에서 처리하는 방법에 따른 분류


디지털 오디오 (Digital Audio)






아날로그 형태의 사운드를 디지털화 시킨 것
원음에 충실하려면 많은 용량 필요 : 음악 CD 3분에 약 30MB 필요
사람의 목소리가 존재하거나, 디지털화된 파일을 처리 가능할 때

미디 (MIDI: Musical Instrument Digital Interface)



전자 악기와 다른 기계(컴퓨터)간에 정보를 전송하기 위한 통신 규약
실제 소리는 없이 연주 방법과 시기에 대한 정보를 가짐



3분 정도의 미디 음악을 듣기 위해서 약 8KB 필요
좋은 MIDI 사운드 음원(sound module)을 갖고 있는 경우

4

5.1 사운드의 개요

사운드의 제작과정


각 단계별 작업









계획(plan) : 필요한 조건 검토, 최종 결과에서 사용될 사운드 설계
녹음(record) : 사운드 도구로 녹음, 혹은 기존의 사운드 클립 이용
변환(capture) : (녹음된) 아날로그 사운드를 디지털 형태로 변환
편집(edit) : 사운드 편집 프로그램으로 편집(edit) 또는 믹싱 (mixing)
저장(store) : 편집이 끝난 중간 결과를 원하는 포맷으로 저장
통합(integrate) : 저장된 사운드를 다른 프로그램과 통합
재생(playback) : 최종결과를 재생하여 보완될 점을 수정

5

5.2 사운드의 기본개념



사운드의 기본 요소
디지털 사운드로의 변환



소리가 전달 되는 과정




음원에서 물체가 진동하면 공기의 압력을 변화하여 사운드가 생성
이 변화는 파형(waveform)의 형태로 우리 귀에 전달
사운드를 처리하는 것은 이러한 파형을 가공, 편집하는 것을 의미

6

5.2 사운드의 기본개념

사운드의 기본 요소


사운드 파형의 구성




사이클(cycle) : 일정 시간마다 반복되는 동일한 모양
주기(period) : 한 사이클이 걸리는 시간




어느 정도의 주기를 갖고 있는
사운드가 더 음악적으로 들림

소리의 3요소




주파수 : 음의 높낮이, Hz
진폭 : 음의 세기, Db
파형(Waveform) : 음색

7

5.2 사운드의 기본개념

(1) 주파수 (Frequency)




초당 사운드 파형의 반복 횟수
소리의 높낮이를 결정 : 주파수가 높으면 고음, 낮으면 저음



가청주파수(오디오) 20Hz~20KHz, 청각은 1K~6KHz에 제일 민감
[참고] 주파수 대역 구분 (Hz)
3K ~ 30K

초장파

30K ~ 300K

장파

항해, 군사교신

300K ~ 3M

중파

AM 라디오 방송 (535~1605)

3M ~ 30M

단파

아마추어 무선, 운송 통신, 무선 호출

30M ~ 300M

초단파

TV (54~216M), FM 라디오 (88~108M)

300M ~ 3G

극초단파

TV (채널 14 이상), 이동전화, 레이더

3G ~ 30G

마이크로파

위성통신, 레이더, 연구용

30G 이상

밀리미터파
8

5.2 사운드의 기본개념

(2) 진폭 (Amplitude)


사운드 파형의 기준선에서 최고점까지의 거리





소리의 크기와 관련 : 진폭이 크면 큰소리, 작으면 작은 소리
인간이 가장 편하게 들을 수 있는 소리의 범위는 0db ~ 90db

음의 크기와 소리의 예

9

5.2 사운드의 기본개념

(3) 음색 (Tone Color)




음의 높이와 크기가 같아도 악기마다 고유한 특징 => 음색
고유한 파형 => 기본파 + 고조파

10

5.2 사운드의 기본개념

디지털 사운드로의 변환


컴퓨터 처리를 위해 아날로그/디지털 형태 간의 변환






ADC(Analog-to-Digital Converter)
DAC(Digital-to-Analog Converter)

디지털 변환 과정


표본화, 양자화, 부호화 과정 필요

아날로그 신호와 디지털 신호 간의 변환 과정
11

5.2 사운드의 기본개념

(1) 표본화(Sampling)




아날로그 파형을 디지털 형태로 변환하기 위해 표본을 취하는 것
표본화율(Sampling Rate)



1초 동안에 취한 표본수 (단위: Hz)
표본화율이 높을수록 원음을 잘 표현할 수 있으나 데이터 공간은 증가

12

5.2 사운드의 기본개념

(2) 양자화 (Quantizing)


어느 정도의 정밀도로 표현할 것인지




표본화된 각 점에서 값을 표현하기 위해 사용되는 비트 수

음의 해상도


(a)

표본화하는 정밀도 (Sampling Resolution, Sampling Size)

2 bit 양자화 (4단계)

(b) 3 bit 양자화 (8단계)

(c) 4 bit 양자화 ( 16단계)

아날로그 파형의 양자화
13

5.2 사운드의 기본개념



표본화 및 양자화 정도에 따른 비교

(a) 원래의 파형

(b) 낮은 표본화와 양자화

(c) 높은 표본화와 양자화

(3) 부호화 (Coding)



표본화와 양자화를 거친 디지털 정보를 표현하는 과정
사운드 파일은 크기 때문에 일반적으로 부호화 과정에서 압축하여
저장
14



디지털 사운드 파일의 크기 및 음질의 비교
표본화율
(KHz)

양자화
정밀도
(bit)

모드

데이터 크기
(1분당)

음질

11.025

8

mono

650 KB

전화

22.05

8

mono

1.3 MB

AM Radio

44.1

8

mono

2.6 MB

22.05

16

stereo

5.25 MB

44.1

16

mono

5.25 MB

44.1

16

stereo

10.5 MB





sample
(voice)

sample
(music)

FM Radio
CD

11.025 KHz × 8 bits × 1(mono) × 60 sec / 8 = 약 650 KBytes

44.1 KHz × 16 bits × 2(stereo) × 60 sec / (8*1024) = 약 10.5 MBytes
15

5.3 사운드의 저장과 고품질화


(디지털 파형의 저장 방식)



디지털 사운드 파일의 크기








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

(고품질 사운드의 획득)
16

5.4 디지털 오디오 시스템





사운드 하드웨어
사운드 처리 소프트웨어
(디지털 사운드의 압축방식)
디지털 사운드의 파일 포맷

17

5.4 디지털 오디오 시스템

사운드 하드웨어


사운드 카드 (오디오 인터페이스 카드)


주요기능









입력: 아날로그 파장의 사운드를
디지털 형태로 변환 (ADC)
출력 : 디지털 형태의 데이터를
아날로그 파장으로 변환 (DAC)
음원칩 : 미디 지원
DSP(Digital Signal Processing) 칩: 데이터의 가공, 편집

주요제품


최초의 PC용 사운드 카드 : 1987년 캐나다의 Adlib사의 Adlib




Yamaha 사의 YM-3812 음원 칩 사용

Creative사에서 SoundBlaster카드 발표


실질적인 사운드 카드의 표준
18

5.4 디지털 오디오 시스템



앰프와 스피커





사운드의 품질은 스피커의 영향이 제일 크다.
앰프 : 스피커를 위해 양질의 사운드 파형으로 증폭
돌비 서라운드 (Dolby Surround) 5.1 채널


스피커 4개 + 저음부를 위한 우퍼(Woofer)

19

5.4 디지털 오디오 시스템

사운드 처리 소프트 웨어


사운드 편집 소프트웨어






기능 : 사운드의 캡쳐 및 편집, 가공, 트랙 편집 등
GoldWave
Cool Edit
SoundForge

20

5.4 디지털 오디오 시스템

사운드 처리 소프트 웨어


재생 프로그램






오디오 CD, MP3 파일
Win amp
Sonique
거원 제트 오디오

21

5.4 디지털 오디오 시스템

디지털 사운드 압축방식 (생략)





ADPCM
A-law, µ-law
TrueSpeech
MP3 또는 MPEG Layer 3

22

5.4 디지털 오디오 시스템

디지털 사운드의 파일포맷


Wav






Au





Microsoft 와 IBM 이 PC의 사운드 표준 형식으로 공동 개발
Windows 기반 PC에서 주로 사용

유닉스 환경에서 사용되는 가장 일반적인 포맷
Sun이나 NeXT에서 사운드 표준

MP2, MP3




ISO 국제 표준으로 압축효과가 뛰어나고, 음질도 우수
인터넷 상에서 음악을 압축하는데 많이 사용
MPEG-1의 오디오 Layer 2 및 Layer 3, 확장자는 .mp2 및 .mp3
23

5.4 디지털 오디오 시스템



Real Audio (.ra, .rm)



RealNetworks 사에서 개발, 스트리밍 기술로 실시간 사운드 전송
SureStreaming이라는 기술로 항상 최적의 음질을 재생




ASF(Advanced Streaming Format)





접속시 대역폭이 동적으로 변함에 따라 음질도 동적으로 변화

인텔이 개발한 멀티미디어 파일 형식, 스트리밍 방식
통합 멀티미디어 파일: 오디오, 비디오, 이미지, 프로그램도 포함

WMA (Windows Media Audio)



마이크로소프트가 개발한 스트리밍 방식의 오디오 파일 형식
비디오 파일은 WMV
24

5.5 입체음향






개요
입체음향의 원리
(입체음향의 생성 방식)
(입체음향의 재생)
(발전동향)




모노 사운드에서 2D 스테레오를 벗어나 3D 사운드로 발전
컴퓨터 게임, 영화 및 컴퓨터 분야에서 활용

25

5.5 입체음향

개요


서라운드 (Surround)


돌비 서라운드(Dolby Surround)가 가장 대표적



사람이 있는 위치를 기준으로 사방에서 소리를 들려주는 방식


공간감, 입체감




3 채널, 4.1채널, 5.1채널 등이 있음




0.1은 서브우퍼(Subwoofer)를 의미

스테레오와 마찬가지로 청취자가
음의 중심점에 있어야 입체감을
적절하게 느낄 수 있음
Surround System (5.1채널)
26

5.5 입체음향



입체 음향(Interactive 3D Sound)




음원과 청취자 간에 상대적인 위치를 계산하여 사운드를 출력
청취자와 상호작용이 가능





사용자의 이동이나 반응, 또는 음원의 이동에 따라 소리가 입체적으로
상호작용이 필요한 가상 현실이나 게임에서 많이 사용

Creative사의 EAX, Aureal사의 A3D, 마이크로소프트사의 Direct
3D Sound에서 지원

27

5.5 입체음향

입체음향의 원리


입체음향(Interactive 3D Sound):




재생된 음향을 들었을 때 음향으로부터 공간적 단서(방향감, 거리
감, 공간감)를 지각할 수 있는 음향

소리의 전달 경로


공간 전달계(외부) :




머리 전달계(내부) :




실내의 벽이나 천장 등에서 전달
인간의 머리와 귓바퀴에서 전달

음원에 대한 공간적 단서


두 귀에 들어오는 두 신호간의 차이 때문
28

5.5 입체음향



공간적 단서


두 귀에 도달하는 소리의 시간차




두 귀에 도달하는 소리의 세기차




가까운 방향 쪽에 있는 귀가 먼저 그 소리를 들음
가까이에서 들리는 음의 크기가 더 큼

그 외 시각적 효과, 머리의 움직임, 소리의 종류에 따른 친숙도 등

29

5.6 미디(MIDI)






시스템의 구성
하드웨어 장비
(미디의 표준 모드)
미디의 소프트웨어
(미디 파일의 종류)
[시연]
제목

크기(KB)

시간

엘리제를 위하여

17

2분 38초

Dancing Queen

78

3분 57초

007 주제가

46

1분 52초

Starwars

32

3분 19초

Calvary's Love

40

3분 29초
30

5.6 미디

개요


미디(MIDI: Musical Instrument Digital interface)




1983년 세계 악기 제조업체들이 제정
전자 악기와 컴퓨터 간의 상호 정보교환을 위한 표준 규약






직접적인 음에 대한 정보가 있는 것이 아니라 음을 어떻게 연주 하라
는 정보를 표현함 : 음의 높이, 음표의 길이, 음의 강약 등
MIDI를 이용하여 전자 악기 간의 일관된 방식의 제어가 가능

음을 들으려면



신디사이저(Synthesizer) : 음을 발생시켜주는 기계
시퀀서(Sequencer) : 생성된 음의 수정

31

5.6 미디

시스템의 구성


미디 시스템의 구성


처리 과정







음의 입력 : 미디 장치에서 음을 발생 ⇒ 미디 인터페이스 카드 ⇒ 컴퓨
터로 전송
음의 처리 : 컴퓨터에서 미디 프로그램(시퀀서 등)으로 편집
음의 출력 : 컴퓨터 ⇒ 미디 인터페이스 카드 ⇒ 신디사이저 등의 미디
장치를 통해 스피커로 출력

미디 인터페이스


MIDI-IN 단자,
MIDI-OUT 단자,
MIDI-THRU 단자

32

5.6 미디

하드웨어 장비


신디사이저


전기적인 신호를 합성하여 음을 생성하는 장치





샘플러(Sampler)



신디사이저는 악기의 대표 음을, 샘플러는 악기의 모든 음을 보유
더 정교한 음 또는 음원에 없는 새로운 음을 만들고자 할 때 사용




음원부(음원모듈) : 소리를 발생시킴
건반부 (마스터 키보드) : 음원부를 이용하여 연주

실제 소리를 녹음하여 악기로 변환하거나 각종 효과음으로 활용

믹서(Mixer)


여러 개의 오디오 출력을 섞어서 하나의 출력으로 생성



각 출력의 균형 등을 맞추어 주는 이퀄라이저(Equalizer)가 장착
음악의 균형을 맞추어 녹음하고 연주하는데 많이 이용
33

5.6 미디



MIDI 인터페이스 카드




미디 전용 케이블




컴퓨터와 미디 모듈 간의
다른 신호 체계를 연결

동축 케이블 형태,
둥근모양 5핀

앰프와 스피커

34

5.6 미디

미디 소프트웨어


작곡용 프로그램(시퀀서,Sequencer)







음원 모듈에 “어떤 악기, 얼마의 강도, 얼마 동안” 소리내라고 명령
미디 신호를 입출력, 미디 파일 저장, 미디 데이터를 연주, 편집
CakeWalk : PC용, 널리 사용
Cubase : 미국 Steinberg 사
Logic : 독일 Emagic 사

35

5.6 미디



악보용 프로그램(Notation, Scoring 프로그램)






악보의 편집 및 출력
Coda사의 Finale, Passport Design사의 Encore 등

음색 편집용 프로그램(Voice Editor, Sound Editor)




소리의 편집 및 수정, 음원 모듈이나 각종 음색의 수정
OdysseySoft사의 Classic-B, KORG사의 X5DR 등

36


Slide 14

5장 사운드

멀티미디어의 이해

1

5.1 사운드의 개요



사운드의 종류
사운드의 제작 과정



사운드 란?





귀로 들을 수 있는 모든 정보
음악, 음성, 음향 효과 : 단독 사용 또는 혼합 사용(멀티미디어 환경)

정보 전달 시 사운드의 장점



미디어의 상승 효과 : 시각+청각 미디어로 정보전달 효과 상승
동기 유발 : 시각+청각 미디어를 혼합하여 피 전달자의 흥미 유발

2

5.1 사운드의 개요

사운드의 종류


일반적인 분류


음성(Voice)






음악(Music)





정보를 전달하는 주요한 수단 중 하나
텍스트보다 정보를 빠르고, 이해하기 쉽고, 설득력 있게 전달
디지털화된(digitized) 음성과 합성(synthesized) 음성

단독으로 음악 감상, 또는 정보전달시 부수효과 제공
주로 분위기, 장면전환, 감정 등 표현

음향효과(Sound Effect)



배경효과로 사용되어 상황을 좀더 현실감있게 전달 (비올때, 지하철)
자연적인(natural) 효과와 합성된(synthesized) 효과
3

5.1 사운드의 개요



컴퓨터에서 처리하는 방법에 따른 분류


디지털 오디오 (Digital Audio)






아날로그 형태의 사운드를 디지털화 시킨 것
원음에 충실하려면 많은 용량 필요 : 음악 CD 3분에 약 30MB 필요
사람의 목소리가 존재하거나, 디지털화된 파일을 처리 가능할 때

미디 (MIDI: Musical Instrument Digital Interface)



전자 악기와 다른 기계(컴퓨터)간에 정보를 전송하기 위한 통신 규약
실제 소리는 없이 연주 방법과 시기에 대한 정보를 가짐



3분 정도의 미디 음악을 듣기 위해서 약 8KB 필요
좋은 MIDI 사운드 음원(sound module)을 갖고 있는 경우

4

5.1 사운드의 개요

사운드의 제작과정


각 단계별 작업









계획(plan) : 필요한 조건 검토, 최종 결과에서 사용될 사운드 설계
녹음(record) : 사운드 도구로 녹음, 혹은 기존의 사운드 클립 이용
변환(capture) : (녹음된) 아날로그 사운드를 디지털 형태로 변환
편집(edit) : 사운드 편집 프로그램으로 편집(edit) 또는 믹싱 (mixing)
저장(store) : 편집이 끝난 중간 결과를 원하는 포맷으로 저장
통합(integrate) : 저장된 사운드를 다른 프로그램과 통합
재생(playback) : 최종결과를 재생하여 보완될 점을 수정

5

5.2 사운드의 기본개념



사운드의 기본 요소
디지털 사운드로의 변환



소리가 전달 되는 과정




음원에서 물체가 진동하면 공기의 압력을 변화하여 사운드가 생성
이 변화는 파형(waveform)의 형태로 우리 귀에 전달
사운드를 처리하는 것은 이러한 파형을 가공, 편집하는 것을 의미

6

5.2 사운드의 기본개념

사운드의 기본 요소


사운드 파형의 구성




사이클(cycle) : 일정 시간마다 반복되는 동일한 모양
주기(period) : 한 사이클이 걸리는 시간




어느 정도의 주기를 갖고 있는
사운드가 더 음악적으로 들림

소리의 3요소




주파수 : 음의 높낮이, Hz
진폭 : 음의 세기, Db
파형(Waveform) : 음색

7

5.2 사운드의 기본개념

(1) 주파수 (Frequency)




초당 사운드 파형의 반복 횟수
소리의 높낮이를 결정 : 주파수가 높으면 고음, 낮으면 저음



가청주파수(오디오) 20Hz~20KHz, 청각은 1K~6KHz에 제일 민감
[참고] 주파수 대역 구분 (Hz)
3K ~ 30K

초장파

30K ~ 300K

장파

항해, 군사교신

300K ~ 3M

중파

AM 라디오 방송 (535~1605)

3M ~ 30M

단파

아마추어 무선, 운송 통신, 무선 호출

30M ~ 300M

초단파

TV (54~216M), FM 라디오 (88~108M)

300M ~ 3G

극초단파

TV (채널 14 이상), 이동전화, 레이더

3G ~ 30G

마이크로파

위성통신, 레이더, 연구용

30G 이상

밀리미터파
8

5.2 사운드의 기본개념

(2) 진폭 (Amplitude)


사운드 파형의 기준선에서 최고점까지의 거리





소리의 크기와 관련 : 진폭이 크면 큰소리, 작으면 작은 소리
인간이 가장 편하게 들을 수 있는 소리의 범위는 0db ~ 90db

음의 크기와 소리의 예

9

5.2 사운드의 기본개념

(3) 음색 (Tone Color)




음의 높이와 크기가 같아도 악기마다 고유한 특징 => 음색
고유한 파형 => 기본파 + 고조파

10

5.2 사운드의 기본개념

디지털 사운드로의 변환


컴퓨터 처리를 위해 아날로그/디지털 형태 간의 변환






ADC(Analog-to-Digital Converter)
DAC(Digital-to-Analog Converter)

디지털 변환 과정


표본화, 양자화, 부호화 과정 필요

아날로그 신호와 디지털 신호 간의 변환 과정
11

5.2 사운드의 기본개념

(1) 표본화(Sampling)




아날로그 파형을 디지털 형태로 변환하기 위해 표본을 취하는 것
표본화율(Sampling Rate)



1초 동안에 취한 표본수 (단위: Hz)
표본화율이 높을수록 원음을 잘 표현할 수 있으나 데이터 공간은 증가

12

5.2 사운드의 기본개념

(2) 양자화 (Quantizing)


어느 정도의 정밀도로 표현할 것인지




표본화된 각 점에서 값을 표현하기 위해 사용되는 비트 수

음의 해상도


(a)

표본화하는 정밀도 (Sampling Resolution, Sampling Size)

2 bit 양자화 (4단계)

(b) 3 bit 양자화 (8단계)

(c) 4 bit 양자화 ( 16단계)

아날로그 파형의 양자화
13

5.2 사운드의 기본개념



표본화 및 양자화 정도에 따른 비교

(a) 원래의 파형

(b) 낮은 표본화와 양자화

(c) 높은 표본화와 양자화

(3) 부호화 (Coding)



표본화와 양자화를 거친 디지털 정보를 표현하는 과정
사운드 파일은 크기 때문에 일반적으로 부호화 과정에서 압축하여
저장
14



디지털 사운드 파일의 크기 및 음질의 비교
표본화율
(KHz)

양자화
정밀도
(bit)

모드

데이터 크기
(1분당)

음질

11.025

8

mono

650 KB

전화

22.05

8

mono

1.3 MB

AM Radio

44.1

8

mono

2.6 MB

22.05

16

stereo

5.25 MB

44.1

16

mono

5.25 MB

44.1

16

stereo

10.5 MB





sample
(voice)

sample
(music)

FM Radio
CD

11.025 KHz × 8 bits × 1(mono) × 60 sec / 8 = 약 650 KBytes

44.1 KHz × 16 bits × 2(stereo) × 60 sec / (8*1024) = 약 10.5 MBytes
15

5.3 사운드의 저장과 고품질화


(디지털 파형의 저장 방식)



디지털 사운드 파일의 크기








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

(고품질 사운드의 획득)
16

5.4 디지털 오디오 시스템





사운드 하드웨어
사운드 처리 소프트웨어
(디지털 사운드의 압축방식)
디지털 사운드의 파일 포맷

17

5.4 디지털 오디오 시스템

사운드 하드웨어


사운드 카드 (오디오 인터페이스 카드)


주요기능









입력: 아날로그 파장의 사운드를
디지털 형태로 변환 (ADC)
출력 : 디지털 형태의 데이터를
아날로그 파장으로 변환 (DAC)
음원칩 : 미디 지원
DSP(Digital Signal Processing) 칩: 데이터의 가공, 편집

주요제품


최초의 PC용 사운드 카드 : 1987년 캐나다의 Adlib사의 Adlib




Yamaha 사의 YM-3812 음원 칩 사용

Creative사에서 SoundBlaster카드 발표


실질적인 사운드 카드의 표준
18

5.4 디지털 오디오 시스템



앰프와 스피커





사운드의 품질은 스피커의 영향이 제일 크다.
앰프 : 스피커를 위해 양질의 사운드 파형으로 증폭
돌비 서라운드 (Dolby Surround) 5.1 채널


스피커 4개 + 저음부를 위한 우퍼(Woofer)

19

5.4 디지털 오디오 시스템

사운드 처리 소프트 웨어


사운드 편집 소프트웨어






기능 : 사운드의 캡쳐 및 편집, 가공, 트랙 편집 등
GoldWave
Cool Edit
SoundForge

20

5.4 디지털 오디오 시스템

사운드 처리 소프트 웨어


재생 프로그램






오디오 CD, MP3 파일
Win amp
Sonique
거원 제트 오디오

21

5.4 디지털 오디오 시스템

디지털 사운드 압축방식 (생략)





ADPCM
A-law, µ-law
TrueSpeech
MP3 또는 MPEG Layer 3

22

5.4 디지털 오디오 시스템

디지털 사운드의 파일포맷


Wav






Au





Microsoft 와 IBM 이 PC의 사운드 표준 형식으로 공동 개발
Windows 기반 PC에서 주로 사용

유닉스 환경에서 사용되는 가장 일반적인 포맷
Sun이나 NeXT에서 사운드 표준

MP2, MP3




ISO 국제 표준으로 압축효과가 뛰어나고, 음질도 우수
인터넷 상에서 음악을 압축하는데 많이 사용
MPEG-1의 오디오 Layer 2 및 Layer 3, 확장자는 .mp2 및 .mp3
23

5.4 디지털 오디오 시스템



Real Audio (.ra, .rm)



RealNetworks 사에서 개발, 스트리밍 기술로 실시간 사운드 전송
SureStreaming이라는 기술로 항상 최적의 음질을 재생




ASF(Advanced Streaming Format)





접속시 대역폭이 동적으로 변함에 따라 음질도 동적으로 변화

인텔이 개발한 멀티미디어 파일 형식, 스트리밍 방식
통합 멀티미디어 파일: 오디오, 비디오, 이미지, 프로그램도 포함

WMA (Windows Media Audio)



마이크로소프트가 개발한 스트리밍 방식의 오디오 파일 형식
비디오 파일은 WMV
24

5.5 입체음향






개요
입체음향의 원리
(입체음향의 생성 방식)
(입체음향의 재생)
(발전동향)




모노 사운드에서 2D 스테레오를 벗어나 3D 사운드로 발전
컴퓨터 게임, 영화 및 컴퓨터 분야에서 활용

25

5.5 입체음향

개요


서라운드 (Surround)


돌비 서라운드(Dolby Surround)가 가장 대표적



사람이 있는 위치를 기준으로 사방에서 소리를 들려주는 방식


공간감, 입체감




3 채널, 4.1채널, 5.1채널 등이 있음




0.1은 서브우퍼(Subwoofer)를 의미

스테레오와 마찬가지로 청취자가
음의 중심점에 있어야 입체감을
적절하게 느낄 수 있음
Surround System (5.1채널)
26

5.5 입체음향



입체 음향(Interactive 3D Sound)




음원과 청취자 간에 상대적인 위치를 계산하여 사운드를 출력
청취자와 상호작용이 가능





사용자의 이동이나 반응, 또는 음원의 이동에 따라 소리가 입체적으로
상호작용이 필요한 가상 현실이나 게임에서 많이 사용

Creative사의 EAX, Aureal사의 A3D, 마이크로소프트사의 Direct
3D Sound에서 지원

27

5.5 입체음향

입체음향의 원리


입체음향(Interactive 3D Sound):




재생된 음향을 들었을 때 음향으로부터 공간적 단서(방향감, 거리
감, 공간감)를 지각할 수 있는 음향

소리의 전달 경로


공간 전달계(외부) :




머리 전달계(내부) :




실내의 벽이나 천장 등에서 전달
인간의 머리와 귓바퀴에서 전달

음원에 대한 공간적 단서


두 귀에 들어오는 두 신호간의 차이 때문
28

5.5 입체음향



공간적 단서


두 귀에 도달하는 소리의 시간차




두 귀에 도달하는 소리의 세기차




가까운 방향 쪽에 있는 귀가 먼저 그 소리를 들음
가까이에서 들리는 음의 크기가 더 큼

그 외 시각적 효과, 머리의 움직임, 소리의 종류에 따른 친숙도 등

29

5.6 미디(MIDI)






시스템의 구성
하드웨어 장비
(미디의 표준 모드)
미디의 소프트웨어
(미디 파일의 종류)
[시연]
제목

크기(KB)

시간

엘리제를 위하여

17

2분 38초

Dancing Queen

78

3분 57초

007 주제가

46

1분 52초

Starwars

32

3분 19초

Calvary's Love

40

3분 29초
30

5.6 미디

개요


미디(MIDI: Musical Instrument Digital interface)




1983년 세계 악기 제조업체들이 제정
전자 악기와 컴퓨터 간의 상호 정보교환을 위한 표준 규약






직접적인 음에 대한 정보가 있는 것이 아니라 음을 어떻게 연주 하라
는 정보를 표현함 : 음의 높이, 음표의 길이, 음의 강약 등
MIDI를 이용하여 전자 악기 간의 일관된 방식의 제어가 가능

음을 들으려면



신디사이저(Synthesizer) : 음을 발생시켜주는 기계
시퀀서(Sequencer) : 생성된 음의 수정

31

5.6 미디

시스템의 구성


미디 시스템의 구성


처리 과정







음의 입력 : 미디 장치에서 음을 발생 ⇒ 미디 인터페이스 카드 ⇒ 컴퓨
터로 전송
음의 처리 : 컴퓨터에서 미디 프로그램(시퀀서 등)으로 편집
음의 출력 : 컴퓨터 ⇒ 미디 인터페이스 카드 ⇒ 신디사이저 등의 미디
장치를 통해 스피커로 출력

미디 인터페이스


MIDI-IN 단자,
MIDI-OUT 단자,
MIDI-THRU 단자

32

5.6 미디

하드웨어 장비


신디사이저


전기적인 신호를 합성하여 음을 생성하는 장치





샘플러(Sampler)



신디사이저는 악기의 대표 음을, 샘플러는 악기의 모든 음을 보유
더 정교한 음 또는 음원에 없는 새로운 음을 만들고자 할 때 사용




음원부(음원모듈) : 소리를 발생시킴
건반부 (마스터 키보드) : 음원부를 이용하여 연주

실제 소리를 녹음하여 악기로 변환하거나 각종 효과음으로 활용

믹서(Mixer)


여러 개의 오디오 출력을 섞어서 하나의 출력으로 생성



각 출력의 균형 등을 맞추어 주는 이퀄라이저(Equalizer)가 장착
음악의 균형을 맞추어 녹음하고 연주하는데 많이 이용
33

5.6 미디



MIDI 인터페이스 카드




미디 전용 케이블




컴퓨터와 미디 모듈 간의
다른 신호 체계를 연결

동축 케이블 형태,
둥근모양 5핀

앰프와 스피커

34

5.6 미디

미디 소프트웨어


작곡용 프로그램(시퀀서,Sequencer)







음원 모듈에 “어떤 악기, 얼마의 강도, 얼마 동안” 소리내라고 명령
미디 신호를 입출력, 미디 파일 저장, 미디 데이터를 연주, 편집
CakeWalk : PC용, 널리 사용
Cubase : 미국 Steinberg 사
Logic : 독일 Emagic 사

35

5.6 미디



악보용 프로그램(Notation, Scoring 프로그램)






악보의 편집 및 출력
Coda사의 Finale, Passport Design사의 Encore 등

음색 편집용 프로그램(Voice Editor, Sound Editor)




소리의 편집 및 수정, 음원 모듈이나 각종 음색의 수정
OdysseySoft사의 Classic-B, KORG사의 X5DR 등

36


Slide 15

5장 사운드

멀티미디어의 이해

1

5.1 사운드의 개요



사운드의 종류
사운드의 제작 과정



사운드 란?





귀로 들을 수 있는 모든 정보
음악, 음성, 음향 효과 : 단독 사용 또는 혼합 사용(멀티미디어 환경)

정보 전달 시 사운드의 장점



미디어의 상승 효과 : 시각+청각 미디어로 정보전달 효과 상승
동기 유발 : 시각+청각 미디어를 혼합하여 피 전달자의 흥미 유발

2

5.1 사운드의 개요

사운드의 종류


일반적인 분류


음성(Voice)






음악(Music)





정보를 전달하는 주요한 수단 중 하나
텍스트보다 정보를 빠르고, 이해하기 쉽고, 설득력 있게 전달
디지털화된(digitized) 음성과 합성(synthesized) 음성

단독으로 음악 감상, 또는 정보전달시 부수효과 제공
주로 분위기, 장면전환, 감정 등 표현

음향효과(Sound Effect)



배경효과로 사용되어 상황을 좀더 현실감있게 전달 (비올때, 지하철)
자연적인(natural) 효과와 합성된(synthesized) 효과
3

5.1 사운드의 개요



컴퓨터에서 처리하는 방법에 따른 분류


디지털 오디오 (Digital Audio)






아날로그 형태의 사운드를 디지털화 시킨 것
원음에 충실하려면 많은 용량 필요 : 음악 CD 3분에 약 30MB 필요
사람의 목소리가 존재하거나, 디지털화된 파일을 처리 가능할 때

미디 (MIDI: Musical Instrument Digital Interface)



전자 악기와 다른 기계(컴퓨터)간에 정보를 전송하기 위한 통신 규약
실제 소리는 없이 연주 방법과 시기에 대한 정보를 가짐



3분 정도의 미디 음악을 듣기 위해서 약 8KB 필요
좋은 MIDI 사운드 음원(sound module)을 갖고 있는 경우

4

5.1 사운드의 개요

사운드의 제작과정


각 단계별 작업









계획(plan) : 필요한 조건 검토, 최종 결과에서 사용될 사운드 설계
녹음(record) : 사운드 도구로 녹음, 혹은 기존의 사운드 클립 이용
변환(capture) : (녹음된) 아날로그 사운드를 디지털 형태로 변환
편집(edit) : 사운드 편집 프로그램으로 편집(edit) 또는 믹싱 (mixing)
저장(store) : 편집이 끝난 중간 결과를 원하는 포맷으로 저장
통합(integrate) : 저장된 사운드를 다른 프로그램과 통합
재생(playback) : 최종결과를 재생하여 보완될 점을 수정

5

5.2 사운드의 기본개념



사운드의 기본 요소
디지털 사운드로의 변환



소리가 전달 되는 과정




음원에서 물체가 진동하면 공기의 압력을 변화하여 사운드가 생성
이 변화는 파형(waveform)의 형태로 우리 귀에 전달
사운드를 처리하는 것은 이러한 파형을 가공, 편집하는 것을 의미

6

5.2 사운드의 기본개념

사운드의 기본 요소


사운드 파형의 구성




사이클(cycle) : 일정 시간마다 반복되는 동일한 모양
주기(period) : 한 사이클이 걸리는 시간




어느 정도의 주기를 갖고 있는
사운드가 더 음악적으로 들림

소리의 3요소




주파수 : 음의 높낮이, Hz
진폭 : 음의 세기, Db
파형(Waveform) : 음색

7

5.2 사운드의 기본개념

(1) 주파수 (Frequency)




초당 사운드 파형의 반복 횟수
소리의 높낮이를 결정 : 주파수가 높으면 고음, 낮으면 저음



가청주파수(오디오) 20Hz~20KHz, 청각은 1K~6KHz에 제일 민감
[참고] 주파수 대역 구분 (Hz)
3K ~ 30K

초장파

30K ~ 300K

장파

항해, 군사교신

300K ~ 3M

중파

AM 라디오 방송 (535~1605)

3M ~ 30M

단파

아마추어 무선, 운송 통신, 무선 호출

30M ~ 300M

초단파

TV (54~216M), FM 라디오 (88~108M)

300M ~ 3G

극초단파

TV (채널 14 이상), 이동전화, 레이더

3G ~ 30G

마이크로파

위성통신, 레이더, 연구용

30G 이상

밀리미터파
8

5.2 사운드의 기본개념

(2) 진폭 (Amplitude)


사운드 파형의 기준선에서 최고점까지의 거리





소리의 크기와 관련 : 진폭이 크면 큰소리, 작으면 작은 소리
인간이 가장 편하게 들을 수 있는 소리의 범위는 0db ~ 90db

음의 크기와 소리의 예

9

5.2 사운드의 기본개념

(3) 음색 (Tone Color)




음의 높이와 크기가 같아도 악기마다 고유한 특징 => 음색
고유한 파형 => 기본파 + 고조파

10

5.2 사운드의 기본개념

디지털 사운드로의 변환


컴퓨터 처리를 위해 아날로그/디지털 형태 간의 변환






ADC(Analog-to-Digital Converter)
DAC(Digital-to-Analog Converter)

디지털 변환 과정


표본화, 양자화, 부호화 과정 필요

아날로그 신호와 디지털 신호 간의 변환 과정
11

5.2 사운드의 기본개념

(1) 표본화(Sampling)




아날로그 파형을 디지털 형태로 변환하기 위해 표본을 취하는 것
표본화율(Sampling Rate)



1초 동안에 취한 표본수 (단위: Hz)
표본화율이 높을수록 원음을 잘 표현할 수 있으나 데이터 공간은 증가

12

5.2 사운드의 기본개념

(2) 양자화 (Quantizing)


어느 정도의 정밀도로 표현할 것인지




표본화된 각 점에서 값을 표현하기 위해 사용되는 비트 수

음의 해상도


(a)

표본화하는 정밀도 (Sampling Resolution, Sampling Size)

2 bit 양자화 (4단계)

(b) 3 bit 양자화 (8단계)

(c) 4 bit 양자화 ( 16단계)

아날로그 파형의 양자화
13

5.2 사운드의 기본개념



표본화 및 양자화 정도에 따른 비교

(a) 원래의 파형

(b) 낮은 표본화와 양자화

(c) 높은 표본화와 양자화

(3) 부호화 (Coding)



표본화와 양자화를 거친 디지털 정보를 표현하는 과정
사운드 파일은 크기 때문에 일반적으로 부호화 과정에서 압축하여
저장
14



디지털 사운드 파일의 크기 및 음질의 비교
표본화율
(KHz)

양자화
정밀도
(bit)

모드

데이터 크기
(1분당)

음질

11.025

8

mono

650 KB

전화

22.05

8

mono

1.3 MB

AM Radio

44.1

8

mono

2.6 MB

22.05

16

stereo

5.25 MB

44.1

16

mono

5.25 MB

44.1

16

stereo

10.5 MB





sample
(voice)

sample
(music)

FM Radio
CD

11.025 KHz × 8 bits × 1(mono) × 60 sec / 8 = 약 650 KBytes

44.1 KHz × 16 bits × 2(stereo) × 60 sec / (8*1024) = 약 10.5 MBytes
15

5.3 사운드의 저장과 고품질화


(디지털 파형의 저장 방식)



디지털 사운드 파일의 크기








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

(고품질 사운드의 획득)
16

5.4 디지털 오디오 시스템





사운드 하드웨어
사운드 처리 소프트웨어
(디지털 사운드의 압축방식)
디지털 사운드의 파일 포맷

17

5.4 디지털 오디오 시스템

사운드 하드웨어


사운드 카드 (오디오 인터페이스 카드)


주요기능









입력: 아날로그 파장의 사운드를
디지털 형태로 변환 (ADC)
출력 : 디지털 형태의 데이터를
아날로그 파장으로 변환 (DAC)
음원칩 : 미디 지원
DSP(Digital Signal Processing) 칩: 데이터의 가공, 편집

주요제품


최초의 PC용 사운드 카드 : 1987년 캐나다의 Adlib사의 Adlib




Yamaha 사의 YM-3812 음원 칩 사용

Creative사에서 SoundBlaster카드 발표


실질적인 사운드 카드의 표준
18

5.4 디지털 오디오 시스템



앰프와 스피커





사운드의 품질은 스피커의 영향이 제일 크다.
앰프 : 스피커를 위해 양질의 사운드 파형으로 증폭
돌비 서라운드 (Dolby Surround) 5.1 채널


스피커 4개 + 저음부를 위한 우퍼(Woofer)

19

5.4 디지털 오디오 시스템

사운드 처리 소프트 웨어


사운드 편집 소프트웨어






기능 : 사운드의 캡쳐 및 편집, 가공, 트랙 편집 등
GoldWave
Cool Edit
SoundForge

20

5.4 디지털 오디오 시스템

사운드 처리 소프트 웨어


재생 프로그램






오디오 CD, MP3 파일
Win amp
Sonique
거원 제트 오디오

21

5.4 디지털 오디오 시스템

디지털 사운드 압축방식 (생략)





ADPCM
A-law, µ-law
TrueSpeech
MP3 또는 MPEG Layer 3

22

5.4 디지털 오디오 시스템

디지털 사운드의 파일포맷


Wav






Au





Microsoft 와 IBM 이 PC의 사운드 표준 형식으로 공동 개발
Windows 기반 PC에서 주로 사용

유닉스 환경에서 사용되는 가장 일반적인 포맷
Sun이나 NeXT에서 사운드 표준

MP2, MP3




ISO 국제 표준으로 압축효과가 뛰어나고, 음질도 우수
인터넷 상에서 음악을 압축하는데 많이 사용
MPEG-1의 오디오 Layer 2 및 Layer 3, 확장자는 .mp2 및 .mp3
23

5.4 디지털 오디오 시스템



Real Audio (.ra, .rm)



RealNetworks 사에서 개발, 스트리밍 기술로 실시간 사운드 전송
SureStreaming이라는 기술로 항상 최적의 음질을 재생




ASF(Advanced Streaming Format)





접속시 대역폭이 동적으로 변함에 따라 음질도 동적으로 변화

인텔이 개발한 멀티미디어 파일 형식, 스트리밍 방식
통합 멀티미디어 파일: 오디오, 비디오, 이미지, 프로그램도 포함

WMA (Windows Media Audio)



마이크로소프트가 개발한 스트리밍 방식의 오디오 파일 형식
비디오 파일은 WMV
24

5.5 입체음향






개요
입체음향의 원리
(입체음향의 생성 방식)
(입체음향의 재생)
(발전동향)




모노 사운드에서 2D 스테레오를 벗어나 3D 사운드로 발전
컴퓨터 게임, 영화 및 컴퓨터 분야에서 활용

25

5.5 입체음향

개요


서라운드 (Surround)


돌비 서라운드(Dolby Surround)가 가장 대표적



사람이 있는 위치를 기준으로 사방에서 소리를 들려주는 방식


공간감, 입체감




3 채널, 4.1채널, 5.1채널 등이 있음




0.1은 서브우퍼(Subwoofer)를 의미

스테레오와 마찬가지로 청취자가
음의 중심점에 있어야 입체감을
적절하게 느낄 수 있음
Surround System (5.1채널)
26

5.5 입체음향



입체 음향(Interactive 3D Sound)




음원과 청취자 간에 상대적인 위치를 계산하여 사운드를 출력
청취자와 상호작용이 가능





사용자의 이동이나 반응, 또는 음원의 이동에 따라 소리가 입체적으로
상호작용이 필요한 가상 현실이나 게임에서 많이 사용

Creative사의 EAX, Aureal사의 A3D, 마이크로소프트사의 Direct
3D Sound에서 지원

27

5.5 입체음향

입체음향의 원리


입체음향(Interactive 3D Sound):




재생된 음향을 들었을 때 음향으로부터 공간적 단서(방향감, 거리
감, 공간감)를 지각할 수 있는 음향

소리의 전달 경로


공간 전달계(외부) :




머리 전달계(내부) :




실내의 벽이나 천장 등에서 전달
인간의 머리와 귓바퀴에서 전달

음원에 대한 공간적 단서


두 귀에 들어오는 두 신호간의 차이 때문
28

5.5 입체음향



공간적 단서


두 귀에 도달하는 소리의 시간차




두 귀에 도달하는 소리의 세기차




가까운 방향 쪽에 있는 귀가 먼저 그 소리를 들음
가까이에서 들리는 음의 크기가 더 큼

그 외 시각적 효과, 머리의 움직임, 소리의 종류에 따른 친숙도 등

29

5.6 미디(MIDI)






시스템의 구성
하드웨어 장비
(미디의 표준 모드)
미디의 소프트웨어
(미디 파일의 종류)
[시연]
제목

크기(KB)

시간

엘리제를 위하여

17

2분 38초

Dancing Queen

78

3분 57초

007 주제가

46

1분 52초

Starwars

32

3분 19초

Calvary's Love

40

3분 29초
30

5.6 미디

개요


미디(MIDI: Musical Instrument Digital interface)




1983년 세계 악기 제조업체들이 제정
전자 악기와 컴퓨터 간의 상호 정보교환을 위한 표준 규약






직접적인 음에 대한 정보가 있는 것이 아니라 음을 어떻게 연주 하라
는 정보를 표현함 : 음의 높이, 음표의 길이, 음의 강약 등
MIDI를 이용하여 전자 악기 간의 일관된 방식의 제어가 가능

음을 들으려면



신디사이저(Synthesizer) : 음을 발생시켜주는 기계
시퀀서(Sequencer) : 생성된 음의 수정

31

5.6 미디

시스템의 구성


미디 시스템의 구성


처리 과정







음의 입력 : 미디 장치에서 음을 발생 ⇒ 미디 인터페이스 카드 ⇒ 컴퓨
터로 전송
음의 처리 : 컴퓨터에서 미디 프로그램(시퀀서 등)으로 편집
음의 출력 : 컴퓨터 ⇒ 미디 인터페이스 카드 ⇒ 신디사이저 등의 미디
장치를 통해 스피커로 출력

미디 인터페이스


MIDI-IN 단자,
MIDI-OUT 단자,
MIDI-THRU 단자

32

5.6 미디

하드웨어 장비


신디사이저


전기적인 신호를 합성하여 음을 생성하는 장치





샘플러(Sampler)



신디사이저는 악기의 대표 음을, 샘플러는 악기의 모든 음을 보유
더 정교한 음 또는 음원에 없는 새로운 음을 만들고자 할 때 사용




음원부(음원모듈) : 소리를 발생시킴
건반부 (마스터 키보드) : 음원부를 이용하여 연주

실제 소리를 녹음하여 악기로 변환하거나 각종 효과음으로 활용

믹서(Mixer)


여러 개의 오디오 출력을 섞어서 하나의 출력으로 생성



각 출력의 균형 등을 맞추어 주는 이퀄라이저(Equalizer)가 장착
음악의 균형을 맞추어 녹음하고 연주하는데 많이 이용
33

5.6 미디



MIDI 인터페이스 카드




미디 전용 케이블




컴퓨터와 미디 모듈 간의
다른 신호 체계를 연결

동축 케이블 형태,
둥근모양 5핀

앰프와 스피커

34

5.6 미디

미디 소프트웨어


작곡용 프로그램(시퀀서,Sequencer)







음원 모듈에 “어떤 악기, 얼마의 강도, 얼마 동안” 소리내라고 명령
미디 신호를 입출력, 미디 파일 저장, 미디 데이터를 연주, 편집
CakeWalk : PC용, 널리 사용
Cubase : 미국 Steinberg 사
Logic : 독일 Emagic 사

35

5.6 미디



악보용 프로그램(Notation, Scoring 프로그램)






악보의 편집 및 출력
Coda사의 Finale, Passport Design사의 Encore 등

음색 편집용 프로그램(Voice Editor, Sound Editor)




소리의 편집 및 수정, 음원 모듈이나 각종 음색의 수정
OdysseySoft사의 Classic-B, KORG사의 X5DR 등

36


Slide 16

5장 사운드

멀티미디어의 이해

1

5.1 사운드의 개요



사운드의 종류
사운드의 제작 과정



사운드 란?





귀로 들을 수 있는 모든 정보
음악, 음성, 음향 효과 : 단독 사용 또는 혼합 사용(멀티미디어 환경)

정보 전달 시 사운드의 장점



미디어의 상승 효과 : 시각+청각 미디어로 정보전달 효과 상승
동기 유발 : 시각+청각 미디어를 혼합하여 피 전달자의 흥미 유발

2

5.1 사운드의 개요

사운드의 종류


일반적인 분류


음성(Voice)






음악(Music)





정보를 전달하는 주요한 수단 중 하나
텍스트보다 정보를 빠르고, 이해하기 쉽고, 설득력 있게 전달
디지털화된(digitized) 음성과 합성(synthesized) 음성

단독으로 음악 감상, 또는 정보전달시 부수효과 제공
주로 분위기, 장면전환, 감정 등 표현

음향효과(Sound Effect)



배경효과로 사용되어 상황을 좀더 현실감있게 전달 (비올때, 지하철)
자연적인(natural) 효과와 합성된(synthesized) 효과
3

5.1 사운드의 개요



컴퓨터에서 처리하는 방법에 따른 분류


디지털 오디오 (Digital Audio)






아날로그 형태의 사운드를 디지털화 시킨 것
원음에 충실하려면 많은 용량 필요 : 음악 CD 3분에 약 30MB 필요
사람의 목소리가 존재하거나, 디지털화된 파일을 처리 가능할 때

미디 (MIDI: Musical Instrument Digital Interface)



전자 악기와 다른 기계(컴퓨터)간에 정보를 전송하기 위한 통신 규약
실제 소리는 없이 연주 방법과 시기에 대한 정보를 가짐



3분 정도의 미디 음악을 듣기 위해서 약 8KB 필요
좋은 MIDI 사운드 음원(sound module)을 갖고 있는 경우

4

5.1 사운드의 개요

사운드의 제작과정


각 단계별 작업









계획(plan) : 필요한 조건 검토, 최종 결과에서 사용될 사운드 설계
녹음(record) : 사운드 도구로 녹음, 혹은 기존의 사운드 클립 이용
변환(capture) : (녹음된) 아날로그 사운드를 디지털 형태로 변환
편집(edit) : 사운드 편집 프로그램으로 편집(edit) 또는 믹싱 (mixing)
저장(store) : 편집이 끝난 중간 결과를 원하는 포맷으로 저장
통합(integrate) : 저장된 사운드를 다른 프로그램과 통합
재생(playback) : 최종결과를 재생하여 보완될 점을 수정

5

5.2 사운드의 기본개념



사운드의 기본 요소
디지털 사운드로의 변환



소리가 전달 되는 과정




음원에서 물체가 진동하면 공기의 압력을 변화하여 사운드가 생성
이 변화는 파형(waveform)의 형태로 우리 귀에 전달
사운드를 처리하는 것은 이러한 파형을 가공, 편집하는 것을 의미

6

5.2 사운드의 기본개념

사운드의 기본 요소


사운드 파형의 구성




사이클(cycle) : 일정 시간마다 반복되는 동일한 모양
주기(period) : 한 사이클이 걸리는 시간




어느 정도의 주기를 갖고 있는
사운드가 더 음악적으로 들림

소리의 3요소




주파수 : 음의 높낮이, Hz
진폭 : 음의 세기, Db
파형(Waveform) : 음색

7

5.2 사운드의 기본개념

(1) 주파수 (Frequency)




초당 사운드 파형의 반복 횟수
소리의 높낮이를 결정 : 주파수가 높으면 고음, 낮으면 저음



가청주파수(오디오) 20Hz~20KHz, 청각은 1K~6KHz에 제일 민감
[참고] 주파수 대역 구분 (Hz)
3K ~ 30K

초장파

30K ~ 300K

장파

항해, 군사교신

300K ~ 3M

중파

AM 라디오 방송 (535~1605)

3M ~ 30M

단파

아마추어 무선, 운송 통신, 무선 호출

30M ~ 300M

초단파

TV (54~216M), FM 라디오 (88~108M)

300M ~ 3G

극초단파

TV (채널 14 이상), 이동전화, 레이더

3G ~ 30G

마이크로파

위성통신, 레이더, 연구용

30G 이상

밀리미터파
8

5.2 사운드의 기본개념

(2) 진폭 (Amplitude)


사운드 파형의 기준선에서 최고점까지의 거리





소리의 크기와 관련 : 진폭이 크면 큰소리, 작으면 작은 소리
인간이 가장 편하게 들을 수 있는 소리의 범위는 0db ~ 90db

음의 크기와 소리의 예

9

5.2 사운드의 기본개념

(3) 음색 (Tone Color)




음의 높이와 크기가 같아도 악기마다 고유한 특징 => 음색
고유한 파형 => 기본파 + 고조파

10

5.2 사운드의 기본개념

디지털 사운드로의 변환


컴퓨터 처리를 위해 아날로그/디지털 형태 간의 변환






ADC(Analog-to-Digital Converter)
DAC(Digital-to-Analog Converter)

디지털 변환 과정


표본화, 양자화, 부호화 과정 필요

아날로그 신호와 디지털 신호 간의 변환 과정
11

5.2 사운드의 기본개념

(1) 표본화(Sampling)




아날로그 파형을 디지털 형태로 변환하기 위해 표본을 취하는 것
표본화율(Sampling Rate)



1초 동안에 취한 표본수 (단위: Hz)
표본화율이 높을수록 원음을 잘 표현할 수 있으나 데이터 공간은 증가

12

5.2 사운드의 기본개념

(2) 양자화 (Quantizing)


어느 정도의 정밀도로 표현할 것인지




표본화된 각 점에서 값을 표현하기 위해 사용되는 비트 수

음의 해상도


(a)

표본화하는 정밀도 (Sampling Resolution, Sampling Size)

2 bit 양자화 (4단계)

(b) 3 bit 양자화 (8단계)

(c) 4 bit 양자화 ( 16단계)

아날로그 파형의 양자화
13

5.2 사운드의 기본개념



표본화 및 양자화 정도에 따른 비교

(a) 원래의 파형

(b) 낮은 표본화와 양자화

(c) 높은 표본화와 양자화

(3) 부호화 (Coding)



표본화와 양자화를 거친 디지털 정보를 표현하는 과정
사운드 파일은 크기 때문에 일반적으로 부호화 과정에서 압축하여
저장
14



디지털 사운드 파일의 크기 및 음질의 비교
표본화율
(KHz)

양자화
정밀도
(bit)

모드

데이터 크기
(1분당)

음질

11.025

8

mono

650 KB

전화

22.05

8

mono

1.3 MB

AM Radio

44.1

8

mono

2.6 MB

22.05

16

stereo

5.25 MB

44.1

16

mono

5.25 MB

44.1

16

stereo

10.5 MB





sample
(voice)

sample
(music)

FM Radio
CD

11.025 KHz × 8 bits × 1(mono) × 60 sec / 8 = 약 650 KBytes

44.1 KHz × 16 bits × 2(stereo) × 60 sec / (8*1024) = 약 10.5 MBytes
15

5.3 사운드의 저장과 고품질화


(디지털 파형의 저장 방식)



디지털 사운드 파일의 크기








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

(고품질 사운드의 획득)
16

5.4 디지털 오디오 시스템





사운드 하드웨어
사운드 처리 소프트웨어
(디지털 사운드의 압축방식)
디지털 사운드의 파일 포맷

17

5.4 디지털 오디오 시스템

사운드 하드웨어


사운드 카드 (오디오 인터페이스 카드)


주요기능









입력: 아날로그 파장의 사운드를
디지털 형태로 변환 (ADC)
출력 : 디지털 형태의 데이터를
아날로그 파장으로 변환 (DAC)
음원칩 : 미디 지원
DSP(Digital Signal Processing) 칩: 데이터의 가공, 편집

주요제품


최초의 PC용 사운드 카드 : 1987년 캐나다의 Adlib사의 Adlib




Yamaha 사의 YM-3812 음원 칩 사용

Creative사에서 SoundBlaster카드 발표


실질적인 사운드 카드의 표준
18

5.4 디지털 오디오 시스템



앰프와 스피커





사운드의 품질은 스피커의 영향이 제일 크다.
앰프 : 스피커를 위해 양질의 사운드 파형으로 증폭
돌비 서라운드 (Dolby Surround) 5.1 채널


스피커 4개 + 저음부를 위한 우퍼(Woofer)

19

5.4 디지털 오디오 시스템

사운드 처리 소프트 웨어


사운드 편집 소프트웨어






기능 : 사운드의 캡쳐 및 편집, 가공, 트랙 편집 등
GoldWave
Cool Edit
SoundForge

20

5.4 디지털 오디오 시스템

사운드 처리 소프트 웨어


재생 프로그램






오디오 CD, MP3 파일
Win amp
Sonique
거원 제트 오디오

21

5.4 디지털 오디오 시스템

디지털 사운드 압축방식 (생략)





ADPCM
A-law, µ-law
TrueSpeech
MP3 또는 MPEG Layer 3

22

5.4 디지털 오디오 시스템

디지털 사운드의 파일포맷


Wav






Au





Microsoft 와 IBM 이 PC의 사운드 표준 형식으로 공동 개발
Windows 기반 PC에서 주로 사용

유닉스 환경에서 사용되는 가장 일반적인 포맷
Sun이나 NeXT에서 사운드 표준

MP2, MP3




ISO 국제 표준으로 압축효과가 뛰어나고, 음질도 우수
인터넷 상에서 음악을 압축하는데 많이 사용
MPEG-1의 오디오 Layer 2 및 Layer 3, 확장자는 .mp2 및 .mp3
23

5.4 디지털 오디오 시스템



Real Audio (.ra, .rm)



RealNetworks 사에서 개발, 스트리밍 기술로 실시간 사운드 전송
SureStreaming이라는 기술로 항상 최적의 음질을 재생




ASF(Advanced Streaming Format)





접속시 대역폭이 동적으로 변함에 따라 음질도 동적으로 변화

인텔이 개발한 멀티미디어 파일 형식, 스트리밍 방식
통합 멀티미디어 파일: 오디오, 비디오, 이미지, 프로그램도 포함

WMA (Windows Media Audio)



마이크로소프트가 개발한 스트리밍 방식의 오디오 파일 형식
비디오 파일은 WMV
24

5.5 입체음향






개요
입체음향의 원리
(입체음향의 생성 방식)
(입체음향의 재생)
(발전동향)




모노 사운드에서 2D 스테레오를 벗어나 3D 사운드로 발전
컴퓨터 게임, 영화 및 컴퓨터 분야에서 활용

25

5.5 입체음향

개요


서라운드 (Surround)


돌비 서라운드(Dolby Surround)가 가장 대표적



사람이 있는 위치를 기준으로 사방에서 소리를 들려주는 방식


공간감, 입체감




3 채널, 4.1채널, 5.1채널 등이 있음




0.1은 서브우퍼(Subwoofer)를 의미

스테레오와 마찬가지로 청취자가
음의 중심점에 있어야 입체감을
적절하게 느낄 수 있음
Surround System (5.1채널)
26

5.5 입체음향



입체 음향(Interactive 3D Sound)




음원과 청취자 간에 상대적인 위치를 계산하여 사운드를 출력
청취자와 상호작용이 가능





사용자의 이동이나 반응, 또는 음원의 이동에 따라 소리가 입체적으로
상호작용이 필요한 가상 현실이나 게임에서 많이 사용

Creative사의 EAX, Aureal사의 A3D, 마이크로소프트사의 Direct
3D Sound에서 지원

27

5.5 입체음향

입체음향의 원리


입체음향(Interactive 3D Sound):




재생된 음향을 들었을 때 음향으로부터 공간적 단서(방향감, 거리
감, 공간감)를 지각할 수 있는 음향

소리의 전달 경로


공간 전달계(외부) :




머리 전달계(내부) :




실내의 벽이나 천장 등에서 전달
인간의 머리와 귓바퀴에서 전달

음원에 대한 공간적 단서


두 귀에 들어오는 두 신호간의 차이 때문
28

5.5 입체음향



공간적 단서


두 귀에 도달하는 소리의 시간차




두 귀에 도달하는 소리의 세기차




가까운 방향 쪽에 있는 귀가 먼저 그 소리를 들음
가까이에서 들리는 음의 크기가 더 큼

그 외 시각적 효과, 머리의 움직임, 소리의 종류에 따른 친숙도 등

29

5.6 미디(MIDI)






시스템의 구성
하드웨어 장비
(미디의 표준 모드)
미디의 소프트웨어
(미디 파일의 종류)
[시연]
제목

크기(KB)

시간

엘리제를 위하여

17

2분 38초

Dancing Queen

78

3분 57초

007 주제가

46

1분 52초

Starwars

32

3분 19초

Calvary's Love

40

3분 29초
30

5.6 미디

개요


미디(MIDI: Musical Instrument Digital interface)




1983년 세계 악기 제조업체들이 제정
전자 악기와 컴퓨터 간의 상호 정보교환을 위한 표준 규약






직접적인 음에 대한 정보가 있는 것이 아니라 음을 어떻게 연주 하라
는 정보를 표현함 : 음의 높이, 음표의 길이, 음의 강약 등
MIDI를 이용하여 전자 악기 간의 일관된 방식의 제어가 가능

음을 들으려면



신디사이저(Synthesizer) : 음을 발생시켜주는 기계
시퀀서(Sequencer) : 생성된 음의 수정

31

5.6 미디

시스템의 구성


미디 시스템의 구성


처리 과정







음의 입력 : 미디 장치에서 음을 발생 ⇒ 미디 인터페이스 카드 ⇒ 컴퓨
터로 전송
음의 처리 : 컴퓨터에서 미디 프로그램(시퀀서 등)으로 편집
음의 출력 : 컴퓨터 ⇒ 미디 인터페이스 카드 ⇒ 신디사이저 등의 미디
장치를 통해 스피커로 출력

미디 인터페이스


MIDI-IN 단자,
MIDI-OUT 단자,
MIDI-THRU 단자

32

5.6 미디

하드웨어 장비


신디사이저


전기적인 신호를 합성하여 음을 생성하는 장치





샘플러(Sampler)



신디사이저는 악기의 대표 음을, 샘플러는 악기의 모든 음을 보유
더 정교한 음 또는 음원에 없는 새로운 음을 만들고자 할 때 사용




음원부(음원모듈) : 소리를 발생시킴
건반부 (마스터 키보드) : 음원부를 이용하여 연주

실제 소리를 녹음하여 악기로 변환하거나 각종 효과음으로 활용

믹서(Mixer)


여러 개의 오디오 출력을 섞어서 하나의 출력으로 생성



각 출력의 균형 등을 맞추어 주는 이퀄라이저(Equalizer)가 장착
음악의 균형을 맞추어 녹음하고 연주하는데 많이 이용
33

5.6 미디



MIDI 인터페이스 카드




미디 전용 케이블




컴퓨터와 미디 모듈 간의
다른 신호 체계를 연결

동축 케이블 형태,
둥근모양 5핀

앰프와 스피커

34

5.6 미디

미디 소프트웨어


작곡용 프로그램(시퀀서,Sequencer)







음원 모듈에 “어떤 악기, 얼마의 강도, 얼마 동안” 소리내라고 명령
미디 신호를 입출력, 미디 파일 저장, 미디 데이터를 연주, 편집
CakeWalk : PC용, 널리 사용
Cubase : 미국 Steinberg 사
Logic : 독일 Emagic 사

35

5.6 미디



악보용 프로그램(Notation, Scoring 프로그램)






악보의 편집 및 출력
Coda사의 Finale, Passport Design사의 Encore 등

음색 편집용 프로그램(Voice Editor, Sound Editor)




소리의 편집 및 수정, 음원 모듈이나 각종 음색의 수정
OdysseySoft사의 Classic-B, KORG사의 X5DR 등

36


Slide 17

5장 사운드

멀티미디어의 이해

1

5.1 사운드의 개요



사운드의 종류
사운드의 제작 과정



사운드 란?





귀로 들을 수 있는 모든 정보
음악, 음성, 음향 효과 : 단독 사용 또는 혼합 사용(멀티미디어 환경)

정보 전달 시 사운드의 장점



미디어의 상승 효과 : 시각+청각 미디어로 정보전달 효과 상승
동기 유발 : 시각+청각 미디어를 혼합하여 피 전달자의 흥미 유발

2

5.1 사운드의 개요

사운드의 종류


일반적인 분류


음성(Voice)






음악(Music)





정보를 전달하는 주요한 수단 중 하나
텍스트보다 정보를 빠르고, 이해하기 쉽고, 설득력 있게 전달
디지털화된(digitized) 음성과 합성(synthesized) 음성

단독으로 음악 감상, 또는 정보전달시 부수효과 제공
주로 분위기, 장면전환, 감정 등 표현

음향효과(Sound Effect)



배경효과로 사용되어 상황을 좀더 현실감있게 전달 (비올때, 지하철)
자연적인(natural) 효과와 합성된(synthesized) 효과
3

5.1 사운드의 개요



컴퓨터에서 처리하는 방법에 따른 분류


디지털 오디오 (Digital Audio)






아날로그 형태의 사운드를 디지털화 시킨 것
원음에 충실하려면 많은 용량 필요 : 음악 CD 3분에 약 30MB 필요
사람의 목소리가 존재하거나, 디지털화된 파일을 처리 가능할 때

미디 (MIDI: Musical Instrument Digital Interface)



전자 악기와 다른 기계(컴퓨터)간에 정보를 전송하기 위한 통신 규약
실제 소리는 없이 연주 방법과 시기에 대한 정보를 가짐



3분 정도의 미디 음악을 듣기 위해서 약 8KB 필요
좋은 MIDI 사운드 음원(sound module)을 갖고 있는 경우

4

5.1 사운드의 개요

사운드의 제작과정


각 단계별 작업









계획(plan) : 필요한 조건 검토, 최종 결과에서 사용될 사운드 설계
녹음(record) : 사운드 도구로 녹음, 혹은 기존의 사운드 클립 이용
변환(capture) : (녹음된) 아날로그 사운드를 디지털 형태로 변환
편집(edit) : 사운드 편집 프로그램으로 편집(edit) 또는 믹싱 (mixing)
저장(store) : 편집이 끝난 중간 결과를 원하는 포맷으로 저장
통합(integrate) : 저장된 사운드를 다른 프로그램과 통합
재생(playback) : 최종결과를 재생하여 보완될 점을 수정

5

5.2 사운드의 기본개념



사운드의 기본 요소
디지털 사운드로의 변환



소리가 전달 되는 과정




음원에서 물체가 진동하면 공기의 압력을 변화하여 사운드가 생성
이 변화는 파형(waveform)의 형태로 우리 귀에 전달
사운드를 처리하는 것은 이러한 파형을 가공, 편집하는 것을 의미

6

5.2 사운드의 기본개념

사운드의 기본 요소


사운드 파형의 구성




사이클(cycle) : 일정 시간마다 반복되는 동일한 모양
주기(period) : 한 사이클이 걸리는 시간




어느 정도의 주기를 갖고 있는
사운드가 더 음악적으로 들림

소리의 3요소




주파수 : 음의 높낮이, Hz
진폭 : 음의 세기, Db
파형(Waveform) : 음색

7

5.2 사운드의 기본개념

(1) 주파수 (Frequency)




초당 사운드 파형의 반복 횟수
소리의 높낮이를 결정 : 주파수가 높으면 고음, 낮으면 저음



가청주파수(오디오) 20Hz~20KHz, 청각은 1K~6KHz에 제일 민감
[참고] 주파수 대역 구분 (Hz)
3K ~ 30K

초장파

30K ~ 300K

장파

항해, 군사교신

300K ~ 3M

중파

AM 라디오 방송 (535~1605)

3M ~ 30M

단파

아마추어 무선, 운송 통신, 무선 호출

30M ~ 300M

초단파

TV (54~216M), FM 라디오 (88~108M)

300M ~ 3G

극초단파

TV (채널 14 이상), 이동전화, 레이더

3G ~ 30G

마이크로파

위성통신, 레이더, 연구용

30G 이상

밀리미터파
8

5.2 사운드의 기본개념

(2) 진폭 (Amplitude)


사운드 파형의 기준선에서 최고점까지의 거리





소리의 크기와 관련 : 진폭이 크면 큰소리, 작으면 작은 소리
인간이 가장 편하게 들을 수 있는 소리의 범위는 0db ~ 90db

음의 크기와 소리의 예

9

5.2 사운드의 기본개념

(3) 음색 (Tone Color)




음의 높이와 크기가 같아도 악기마다 고유한 특징 => 음색
고유한 파형 => 기본파 + 고조파

10

5.2 사운드의 기본개념

디지털 사운드로의 변환


컴퓨터 처리를 위해 아날로그/디지털 형태 간의 변환






ADC(Analog-to-Digital Converter)
DAC(Digital-to-Analog Converter)

디지털 변환 과정


표본화, 양자화, 부호화 과정 필요

아날로그 신호와 디지털 신호 간의 변환 과정
11

5.2 사운드의 기본개념

(1) 표본화(Sampling)




아날로그 파형을 디지털 형태로 변환하기 위해 표본을 취하는 것
표본화율(Sampling Rate)



1초 동안에 취한 표본수 (단위: Hz)
표본화율이 높을수록 원음을 잘 표현할 수 있으나 데이터 공간은 증가

12

5.2 사운드의 기본개념

(2) 양자화 (Quantizing)


어느 정도의 정밀도로 표현할 것인지




표본화된 각 점에서 값을 표현하기 위해 사용되는 비트 수

음의 해상도


(a)

표본화하는 정밀도 (Sampling Resolution, Sampling Size)

2 bit 양자화 (4단계)

(b) 3 bit 양자화 (8단계)

(c) 4 bit 양자화 ( 16단계)

아날로그 파형의 양자화
13

5.2 사운드의 기본개념



표본화 및 양자화 정도에 따른 비교

(a) 원래의 파형

(b) 낮은 표본화와 양자화

(c) 높은 표본화와 양자화

(3) 부호화 (Coding)



표본화와 양자화를 거친 디지털 정보를 표현하는 과정
사운드 파일은 크기 때문에 일반적으로 부호화 과정에서 압축하여
저장
14



디지털 사운드 파일의 크기 및 음질의 비교
표본화율
(KHz)

양자화
정밀도
(bit)

모드

데이터 크기
(1분당)

음질

11.025

8

mono

650 KB

전화

22.05

8

mono

1.3 MB

AM Radio

44.1

8

mono

2.6 MB

22.05

16

stereo

5.25 MB

44.1

16

mono

5.25 MB

44.1

16

stereo

10.5 MB





sample
(voice)

sample
(music)

FM Radio
CD

11.025 KHz × 8 bits × 1(mono) × 60 sec / 8 = 약 650 KBytes

44.1 KHz × 16 bits × 2(stereo) × 60 sec / (8*1024) = 약 10.5 MBytes
15

5.3 사운드의 저장과 고품질화


(디지털 파형의 저장 방식)



디지털 사운드 파일의 크기








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

(고품질 사운드의 획득)
16

5.4 디지털 오디오 시스템





사운드 하드웨어
사운드 처리 소프트웨어
(디지털 사운드의 압축방식)
디지털 사운드의 파일 포맷

17

5.4 디지털 오디오 시스템

사운드 하드웨어


사운드 카드 (오디오 인터페이스 카드)


주요기능









입력: 아날로그 파장의 사운드를
디지털 형태로 변환 (ADC)
출력 : 디지털 형태의 데이터를
아날로그 파장으로 변환 (DAC)
음원칩 : 미디 지원
DSP(Digital Signal Processing) 칩: 데이터의 가공, 편집

주요제품


최초의 PC용 사운드 카드 : 1987년 캐나다의 Adlib사의 Adlib




Yamaha 사의 YM-3812 음원 칩 사용

Creative사에서 SoundBlaster카드 발표


실질적인 사운드 카드의 표준
18

5.4 디지털 오디오 시스템



앰프와 스피커





사운드의 품질은 스피커의 영향이 제일 크다.
앰프 : 스피커를 위해 양질의 사운드 파형으로 증폭
돌비 서라운드 (Dolby Surround) 5.1 채널


스피커 4개 + 저음부를 위한 우퍼(Woofer)

19

5.4 디지털 오디오 시스템

사운드 처리 소프트 웨어


사운드 편집 소프트웨어






기능 : 사운드의 캡쳐 및 편집, 가공, 트랙 편집 등
GoldWave
Cool Edit
SoundForge

20

5.4 디지털 오디오 시스템

사운드 처리 소프트 웨어


재생 프로그램






오디오 CD, MP3 파일
Win amp
Sonique
거원 제트 오디오

21

5.4 디지털 오디오 시스템

디지털 사운드 압축방식 (생략)





ADPCM
A-law, µ-law
TrueSpeech
MP3 또는 MPEG Layer 3

22

5.4 디지털 오디오 시스템

디지털 사운드의 파일포맷


Wav






Au





Microsoft 와 IBM 이 PC의 사운드 표준 형식으로 공동 개발
Windows 기반 PC에서 주로 사용

유닉스 환경에서 사용되는 가장 일반적인 포맷
Sun이나 NeXT에서 사운드 표준

MP2, MP3




ISO 국제 표준으로 압축효과가 뛰어나고, 음질도 우수
인터넷 상에서 음악을 압축하는데 많이 사용
MPEG-1의 오디오 Layer 2 및 Layer 3, 확장자는 .mp2 및 .mp3
23

5.4 디지털 오디오 시스템



Real Audio (.ra, .rm)



RealNetworks 사에서 개발, 스트리밍 기술로 실시간 사운드 전송
SureStreaming이라는 기술로 항상 최적의 음질을 재생




ASF(Advanced Streaming Format)





접속시 대역폭이 동적으로 변함에 따라 음질도 동적으로 변화

인텔이 개발한 멀티미디어 파일 형식, 스트리밍 방식
통합 멀티미디어 파일: 오디오, 비디오, 이미지, 프로그램도 포함

WMA (Windows Media Audio)



마이크로소프트가 개발한 스트리밍 방식의 오디오 파일 형식
비디오 파일은 WMV
24

5.5 입체음향






개요
입체음향의 원리
(입체음향의 생성 방식)
(입체음향의 재생)
(발전동향)




모노 사운드에서 2D 스테레오를 벗어나 3D 사운드로 발전
컴퓨터 게임, 영화 및 컴퓨터 분야에서 활용

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5.5 입체음향

개요


서라운드 (Surround)


돌비 서라운드(Dolby Surround)가 가장 대표적



사람이 있는 위치를 기준으로 사방에서 소리를 들려주는 방식


공간감, 입체감




3 채널, 4.1채널, 5.1채널 등이 있음




0.1은 서브우퍼(Subwoofer)를 의미

스테레오와 마찬가지로 청취자가
음의 중심점에 있어야 입체감을
적절하게 느낄 수 있음
Surround System (5.1채널)
26

5.5 입체음향



입체 음향(Interactive 3D Sound)




음원과 청취자 간에 상대적인 위치를 계산하여 사운드를 출력
청취자와 상호작용이 가능





사용자의 이동이나 반응, 또는 음원의 이동에 따라 소리가 입체적으로
상호작용이 필요한 가상 현실이나 게임에서 많이 사용

Creative사의 EAX, Aureal사의 A3D, 마이크로소프트사의 Direct
3D Sound에서 지원

27

5.5 입체음향

입체음향의 원리


입체음향(Interactive 3D Sound):




재생된 음향을 들었을 때 음향으로부터 공간적 단서(방향감, 거리
감, 공간감)를 지각할 수 있는 음향

소리의 전달 경로


공간 전달계(외부) :




머리 전달계(내부) :




실내의 벽이나 천장 등에서 전달
인간의 머리와 귓바퀴에서 전달

음원에 대한 공간적 단서


두 귀에 들어오는 두 신호간의 차이 때문
28

5.5 입체음향



공간적 단서


두 귀에 도달하는 소리의 시간차




두 귀에 도달하는 소리의 세기차




가까운 방향 쪽에 있는 귀가 먼저 그 소리를 들음
가까이에서 들리는 음의 크기가 더 큼

그 외 시각적 효과, 머리의 움직임, 소리의 종류에 따른 친숙도 등

29

5.6 미디(MIDI)






시스템의 구성
하드웨어 장비
(미디의 표준 모드)
미디의 소프트웨어
(미디 파일의 종류)
[시연]
제목

크기(KB)

시간

엘리제를 위하여

17

2분 38초

Dancing Queen

78

3분 57초

007 주제가

46

1분 52초

Starwars

32

3분 19초

Calvary's Love

40

3분 29초
30

5.6 미디

개요


미디(MIDI: Musical Instrument Digital interface)




1983년 세계 악기 제조업체들이 제정
전자 악기와 컴퓨터 간의 상호 정보교환을 위한 표준 규약






직접적인 음에 대한 정보가 있는 것이 아니라 음을 어떻게 연주 하라
는 정보를 표현함 : 음의 높이, 음표의 길이, 음의 강약 등
MIDI를 이용하여 전자 악기 간의 일관된 방식의 제어가 가능

음을 들으려면



신디사이저(Synthesizer) : 음을 발생시켜주는 기계
시퀀서(Sequencer) : 생성된 음의 수정

31

5.6 미디

시스템의 구성


미디 시스템의 구성


처리 과정







음의 입력 : 미디 장치에서 음을 발생 ⇒ 미디 인터페이스 카드 ⇒ 컴퓨
터로 전송
음의 처리 : 컴퓨터에서 미디 프로그램(시퀀서 등)으로 편집
음의 출력 : 컴퓨터 ⇒ 미디 인터페이스 카드 ⇒ 신디사이저 등의 미디
장치를 통해 스피커로 출력

미디 인터페이스


MIDI-IN 단자,
MIDI-OUT 단자,
MIDI-THRU 단자

32

5.6 미디

하드웨어 장비


신디사이저


전기적인 신호를 합성하여 음을 생성하는 장치





샘플러(Sampler)



신디사이저는 악기의 대표 음을, 샘플러는 악기의 모든 음을 보유
더 정교한 음 또는 음원에 없는 새로운 음을 만들고자 할 때 사용




음원부(음원모듈) : 소리를 발생시킴
건반부 (마스터 키보드) : 음원부를 이용하여 연주

실제 소리를 녹음하여 악기로 변환하거나 각종 효과음으로 활용

믹서(Mixer)


여러 개의 오디오 출력을 섞어서 하나의 출력으로 생성



각 출력의 균형 등을 맞추어 주는 이퀄라이저(Equalizer)가 장착
음악의 균형을 맞추어 녹음하고 연주하는데 많이 이용
33

5.6 미디



MIDI 인터페이스 카드




미디 전용 케이블




컴퓨터와 미디 모듈 간의
다른 신호 체계를 연결

동축 케이블 형태,
둥근모양 5핀

앰프와 스피커

34

5.6 미디

미디 소프트웨어


작곡용 프로그램(시퀀서,Sequencer)







음원 모듈에 “어떤 악기, 얼마의 강도, 얼마 동안” 소리내라고 명령
미디 신호를 입출력, 미디 파일 저장, 미디 데이터를 연주, 편집
CakeWalk : PC용, 널리 사용
Cubase : 미국 Steinberg 사
Logic : 독일 Emagic 사

35

5.6 미디



악보용 프로그램(Notation, Scoring 프로그램)






악보의 편집 및 출력
Coda사의 Finale, Passport Design사의 Encore 등

음색 편집용 프로그램(Voice Editor, Sound Editor)




소리의 편집 및 수정, 음원 모듈이나 각종 음색의 수정
OdysseySoft사의 Classic-B, KORG사의 X5DR 등

36


Slide 18

5장 사운드

멀티미디어의 이해

1

5.1 사운드의 개요



사운드의 종류
사운드의 제작 과정



사운드 란?





귀로 들을 수 있는 모든 정보
음악, 음성, 음향 효과 : 단독 사용 또는 혼합 사용(멀티미디어 환경)

정보 전달 시 사운드의 장점



미디어의 상승 효과 : 시각+청각 미디어로 정보전달 효과 상승
동기 유발 : 시각+청각 미디어를 혼합하여 피 전달자의 흥미 유발

2

5.1 사운드의 개요

사운드의 종류


일반적인 분류


음성(Voice)






음악(Music)





정보를 전달하는 주요한 수단 중 하나
텍스트보다 정보를 빠르고, 이해하기 쉽고, 설득력 있게 전달
디지털화된(digitized) 음성과 합성(synthesized) 음성

단독으로 음악 감상, 또는 정보전달시 부수효과 제공
주로 분위기, 장면전환, 감정 등 표현

음향효과(Sound Effect)



배경효과로 사용되어 상황을 좀더 현실감있게 전달 (비올때, 지하철)
자연적인(natural) 효과와 합성된(synthesized) 효과
3

5.1 사운드의 개요



컴퓨터에서 처리하는 방법에 따른 분류


디지털 오디오 (Digital Audio)






아날로그 형태의 사운드를 디지털화 시킨 것
원음에 충실하려면 많은 용량 필요 : 음악 CD 3분에 약 30MB 필요
사람의 목소리가 존재하거나, 디지털화된 파일을 처리 가능할 때

미디 (MIDI: Musical Instrument Digital Interface)



전자 악기와 다른 기계(컴퓨터)간에 정보를 전송하기 위한 통신 규약
실제 소리는 없이 연주 방법과 시기에 대한 정보를 가짐



3분 정도의 미디 음악을 듣기 위해서 약 8KB 필요
좋은 MIDI 사운드 음원(sound module)을 갖고 있는 경우

4

5.1 사운드의 개요

사운드의 제작과정


각 단계별 작업









계획(plan) : 필요한 조건 검토, 최종 결과에서 사용될 사운드 설계
녹음(record) : 사운드 도구로 녹음, 혹은 기존의 사운드 클립 이용
변환(capture) : (녹음된) 아날로그 사운드를 디지털 형태로 변환
편집(edit) : 사운드 편집 프로그램으로 편집(edit) 또는 믹싱 (mixing)
저장(store) : 편집이 끝난 중간 결과를 원하는 포맷으로 저장
통합(integrate) : 저장된 사운드를 다른 프로그램과 통합
재생(playback) : 최종결과를 재생하여 보완될 점을 수정

5

5.2 사운드의 기본개념



사운드의 기본 요소
디지털 사운드로의 변환



소리가 전달 되는 과정




음원에서 물체가 진동하면 공기의 압력을 변화하여 사운드가 생성
이 변화는 파형(waveform)의 형태로 우리 귀에 전달
사운드를 처리하는 것은 이러한 파형을 가공, 편집하는 것을 의미

6

5.2 사운드의 기본개념

사운드의 기본 요소


사운드 파형의 구성




사이클(cycle) : 일정 시간마다 반복되는 동일한 모양
주기(period) : 한 사이클이 걸리는 시간




어느 정도의 주기를 갖고 있는
사운드가 더 음악적으로 들림

소리의 3요소




주파수 : 음의 높낮이, Hz
진폭 : 음의 세기, Db
파형(Waveform) : 음색

7

5.2 사운드의 기본개념

(1) 주파수 (Frequency)




초당 사운드 파형의 반복 횟수
소리의 높낮이를 결정 : 주파수가 높으면 고음, 낮으면 저음



가청주파수(오디오) 20Hz~20KHz, 청각은 1K~6KHz에 제일 민감
[참고] 주파수 대역 구분 (Hz)
3K ~ 30K

초장파

30K ~ 300K

장파

항해, 군사교신

300K ~ 3M

중파

AM 라디오 방송 (535~1605)

3M ~ 30M

단파

아마추어 무선, 운송 통신, 무선 호출

30M ~ 300M

초단파

TV (54~216M), FM 라디오 (88~108M)

300M ~ 3G

극초단파

TV (채널 14 이상), 이동전화, 레이더

3G ~ 30G

마이크로파

위성통신, 레이더, 연구용

30G 이상

밀리미터파
8

5.2 사운드의 기본개념

(2) 진폭 (Amplitude)


사운드 파형의 기준선에서 최고점까지의 거리





소리의 크기와 관련 : 진폭이 크면 큰소리, 작으면 작은 소리
인간이 가장 편하게 들을 수 있는 소리의 범위는 0db ~ 90db

음의 크기와 소리의 예

9

5.2 사운드의 기본개념

(3) 음색 (Tone Color)




음의 높이와 크기가 같아도 악기마다 고유한 특징 => 음색
고유한 파형 => 기본파 + 고조파

10

5.2 사운드의 기본개념

디지털 사운드로의 변환


컴퓨터 처리를 위해 아날로그/디지털 형태 간의 변환






ADC(Analog-to-Digital Converter)
DAC(Digital-to-Analog Converter)

디지털 변환 과정


표본화, 양자화, 부호화 과정 필요

아날로그 신호와 디지털 신호 간의 변환 과정
11

5.2 사운드의 기본개념

(1) 표본화(Sampling)




아날로그 파형을 디지털 형태로 변환하기 위해 표본을 취하는 것
표본화율(Sampling Rate)



1초 동안에 취한 표본수 (단위: Hz)
표본화율이 높을수록 원음을 잘 표현할 수 있으나 데이터 공간은 증가

12

5.2 사운드의 기본개념

(2) 양자화 (Quantizing)


어느 정도의 정밀도로 표현할 것인지




표본화된 각 점에서 값을 표현하기 위해 사용되는 비트 수

음의 해상도


(a)

표본화하는 정밀도 (Sampling Resolution, Sampling Size)

2 bit 양자화 (4단계)

(b) 3 bit 양자화 (8단계)

(c) 4 bit 양자화 ( 16단계)

아날로그 파형의 양자화
13

5.2 사운드의 기본개념



표본화 및 양자화 정도에 따른 비교

(a) 원래의 파형

(b) 낮은 표본화와 양자화

(c) 높은 표본화와 양자화

(3) 부호화 (Coding)



표본화와 양자화를 거친 디지털 정보를 표현하는 과정
사운드 파일은 크기 때문에 일반적으로 부호화 과정에서 압축하여
저장
14



디지털 사운드 파일의 크기 및 음질의 비교
표본화율
(KHz)

양자화
정밀도
(bit)

모드

데이터 크기
(1분당)

음질

11.025

8

mono

650 KB

전화

22.05

8

mono

1.3 MB

AM Radio

44.1

8

mono

2.6 MB

22.05

16

stereo

5.25 MB

44.1

16

mono

5.25 MB

44.1

16

stereo

10.5 MB





sample
(voice)

sample
(music)

FM Radio
CD

11.025 KHz × 8 bits × 1(mono) × 60 sec / 8 = 약 650 KBytes

44.1 KHz × 16 bits × 2(stereo) × 60 sec / (8*1024) = 약 10.5 MBytes
15

5.3 사운드의 저장과 고품질화


(디지털 파형의 저장 방식)



디지털 사운드 파일의 크기








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

(고품질 사운드의 획득)
16

5.4 디지털 오디오 시스템





사운드 하드웨어
사운드 처리 소프트웨어
(디지털 사운드의 압축방식)
디지털 사운드의 파일 포맷

17

5.4 디지털 오디오 시스템

사운드 하드웨어


사운드 카드 (오디오 인터페이스 카드)


주요기능









입력: 아날로그 파장의 사운드를
디지털 형태로 변환 (ADC)
출력 : 디지털 형태의 데이터를
아날로그 파장으로 변환 (DAC)
음원칩 : 미디 지원
DSP(Digital Signal Processing) 칩: 데이터의 가공, 편집

주요제품


최초의 PC용 사운드 카드 : 1987년 캐나다의 Adlib사의 Adlib




Yamaha 사의 YM-3812 음원 칩 사용

Creative사에서 SoundBlaster카드 발표


실질적인 사운드 카드의 표준
18

5.4 디지털 오디오 시스템



앰프와 스피커





사운드의 품질은 스피커의 영향이 제일 크다.
앰프 : 스피커를 위해 양질의 사운드 파형으로 증폭
돌비 서라운드 (Dolby Surround) 5.1 채널


스피커 4개 + 저음부를 위한 우퍼(Woofer)

19

5.4 디지털 오디오 시스템

사운드 처리 소프트 웨어


사운드 편집 소프트웨어






기능 : 사운드의 캡쳐 및 편집, 가공, 트랙 편집 등
GoldWave
Cool Edit
SoundForge

20

5.4 디지털 오디오 시스템

사운드 처리 소프트 웨어


재생 프로그램






오디오 CD, MP3 파일
Win amp
Sonique
거원 제트 오디오

21

5.4 디지털 오디오 시스템

디지털 사운드 압축방식 (생략)





ADPCM
A-law, µ-law
TrueSpeech
MP3 또는 MPEG Layer 3

22

5.4 디지털 오디오 시스템

디지털 사운드의 파일포맷


Wav






Au





Microsoft 와 IBM 이 PC의 사운드 표준 형식으로 공동 개발
Windows 기반 PC에서 주로 사용

유닉스 환경에서 사용되는 가장 일반적인 포맷
Sun이나 NeXT에서 사운드 표준

MP2, MP3




ISO 국제 표준으로 압축효과가 뛰어나고, 음질도 우수
인터넷 상에서 음악을 압축하는데 많이 사용
MPEG-1의 오디오 Layer 2 및 Layer 3, 확장자는 .mp2 및 .mp3
23

5.4 디지털 오디오 시스템



Real Audio (.ra, .rm)



RealNetworks 사에서 개발, 스트리밍 기술로 실시간 사운드 전송
SureStreaming이라는 기술로 항상 최적의 음질을 재생




ASF(Advanced Streaming Format)





접속시 대역폭이 동적으로 변함에 따라 음질도 동적으로 변화

인텔이 개발한 멀티미디어 파일 형식, 스트리밍 방식
통합 멀티미디어 파일: 오디오, 비디오, 이미지, 프로그램도 포함

WMA (Windows Media Audio)



마이크로소프트가 개발한 스트리밍 방식의 오디오 파일 형식
비디오 파일은 WMV
24

5.5 입체음향






개요
입체음향의 원리
(입체음향의 생성 방식)
(입체음향의 재생)
(발전동향)




모노 사운드에서 2D 스테레오를 벗어나 3D 사운드로 발전
컴퓨터 게임, 영화 및 컴퓨터 분야에서 활용

25

5.5 입체음향

개요


서라운드 (Surround)


돌비 서라운드(Dolby Surround)가 가장 대표적



사람이 있는 위치를 기준으로 사방에서 소리를 들려주는 방식


공간감, 입체감




3 채널, 4.1채널, 5.1채널 등이 있음




0.1은 서브우퍼(Subwoofer)를 의미

스테레오와 마찬가지로 청취자가
음의 중심점에 있어야 입체감을
적절하게 느낄 수 있음
Surround System (5.1채널)
26

5.5 입체음향



입체 음향(Interactive 3D Sound)




음원과 청취자 간에 상대적인 위치를 계산하여 사운드를 출력
청취자와 상호작용이 가능





사용자의 이동이나 반응, 또는 음원의 이동에 따라 소리가 입체적으로
상호작용이 필요한 가상 현실이나 게임에서 많이 사용

Creative사의 EAX, Aureal사의 A3D, 마이크로소프트사의 Direct
3D Sound에서 지원

27

5.5 입체음향

입체음향의 원리


입체음향(Interactive 3D Sound):




재생된 음향을 들었을 때 음향으로부터 공간적 단서(방향감, 거리
감, 공간감)를 지각할 수 있는 음향

소리의 전달 경로


공간 전달계(외부) :




머리 전달계(내부) :




실내의 벽이나 천장 등에서 전달
인간의 머리와 귓바퀴에서 전달

음원에 대한 공간적 단서


두 귀에 들어오는 두 신호간의 차이 때문
28

5.5 입체음향



공간적 단서


두 귀에 도달하는 소리의 시간차




두 귀에 도달하는 소리의 세기차




가까운 방향 쪽에 있는 귀가 먼저 그 소리를 들음
가까이에서 들리는 음의 크기가 더 큼

그 외 시각적 효과, 머리의 움직임, 소리의 종류에 따른 친숙도 등

29

5.6 미디(MIDI)






시스템의 구성
하드웨어 장비
(미디의 표준 모드)
미디의 소프트웨어
(미디 파일의 종류)
[시연]
제목

크기(KB)

시간

엘리제를 위하여

17

2분 38초

Dancing Queen

78

3분 57초

007 주제가

46

1분 52초

Starwars

32

3분 19초

Calvary's Love

40

3분 29초
30

5.6 미디

개요


미디(MIDI: Musical Instrument Digital interface)




1983년 세계 악기 제조업체들이 제정
전자 악기와 컴퓨터 간의 상호 정보교환을 위한 표준 규약






직접적인 음에 대한 정보가 있는 것이 아니라 음을 어떻게 연주 하라
는 정보를 표현함 : 음의 높이, 음표의 길이, 음의 강약 등
MIDI를 이용하여 전자 악기 간의 일관된 방식의 제어가 가능

음을 들으려면



신디사이저(Synthesizer) : 음을 발생시켜주는 기계
시퀀서(Sequencer) : 생성된 음의 수정

31

5.6 미디

시스템의 구성


미디 시스템의 구성


처리 과정







음의 입력 : 미디 장치에서 음을 발생 ⇒ 미디 인터페이스 카드 ⇒ 컴퓨
터로 전송
음의 처리 : 컴퓨터에서 미디 프로그램(시퀀서 등)으로 편집
음의 출력 : 컴퓨터 ⇒ 미디 인터페이스 카드 ⇒ 신디사이저 등의 미디
장치를 통해 스피커로 출력

미디 인터페이스


MIDI-IN 단자,
MIDI-OUT 단자,
MIDI-THRU 단자

32

5.6 미디

하드웨어 장비


신디사이저


전기적인 신호를 합성하여 음을 생성하는 장치





샘플러(Sampler)



신디사이저는 악기의 대표 음을, 샘플러는 악기의 모든 음을 보유
더 정교한 음 또는 음원에 없는 새로운 음을 만들고자 할 때 사용




음원부(음원모듈) : 소리를 발생시킴
건반부 (마스터 키보드) : 음원부를 이용하여 연주

실제 소리를 녹음하여 악기로 변환하거나 각종 효과음으로 활용

믹서(Mixer)


여러 개의 오디오 출력을 섞어서 하나의 출력으로 생성



각 출력의 균형 등을 맞추어 주는 이퀄라이저(Equalizer)가 장착
음악의 균형을 맞추어 녹음하고 연주하는데 많이 이용
33

5.6 미디



MIDI 인터페이스 카드




미디 전용 케이블




컴퓨터와 미디 모듈 간의
다른 신호 체계를 연결

동축 케이블 형태,
둥근모양 5핀

앰프와 스피커

34

5.6 미디

미디 소프트웨어


작곡용 프로그램(시퀀서,Sequencer)







음원 모듈에 “어떤 악기, 얼마의 강도, 얼마 동안” 소리내라고 명령
미디 신호를 입출력, 미디 파일 저장, 미디 데이터를 연주, 편집
CakeWalk : PC용, 널리 사용
Cubase : 미국 Steinberg 사
Logic : 독일 Emagic 사

35

5.6 미디



악보용 프로그램(Notation, Scoring 프로그램)






악보의 편집 및 출력
Coda사의 Finale, Passport Design사의 Encore 등

음색 편집용 프로그램(Voice Editor, Sound Editor)




소리의 편집 및 수정, 음원 모듈이나 각종 음색의 수정
OdysseySoft사의 Classic-B, KORG사의 X5DR 등

36


Slide 19

5장 사운드

멀티미디어의 이해

1

5.1 사운드의 개요



사운드의 종류
사운드의 제작 과정



사운드 란?





귀로 들을 수 있는 모든 정보
음악, 음성, 음향 효과 : 단독 사용 또는 혼합 사용(멀티미디어 환경)

정보 전달 시 사운드의 장점



미디어의 상승 효과 : 시각+청각 미디어로 정보전달 효과 상승
동기 유발 : 시각+청각 미디어를 혼합하여 피 전달자의 흥미 유발

2

5.1 사운드의 개요

사운드의 종류


일반적인 분류


음성(Voice)






음악(Music)





정보를 전달하는 주요한 수단 중 하나
텍스트보다 정보를 빠르고, 이해하기 쉽고, 설득력 있게 전달
디지털화된(digitized) 음성과 합성(synthesized) 음성

단독으로 음악 감상, 또는 정보전달시 부수효과 제공
주로 분위기, 장면전환, 감정 등 표현

음향효과(Sound Effect)



배경효과로 사용되어 상황을 좀더 현실감있게 전달 (비올때, 지하철)
자연적인(natural) 효과와 합성된(synthesized) 효과
3

5.1 사운드의 개요



컴퓨터에서 처리하는 방법에 따른 분류


디지털 오디오 (Digital Audio)






아날로그 형태의 사운드를 디지털화 시킨 것
원음에 충실하려면 많은 용량 필요 : 음악 CD 3분에 약 30MB 필요
사람의 목소리가 존재하거나, 디지털화된 파일을 처리 가능할 때

미디 (MIDI: Musical Instrument Digital Interface)



전자 악기와 다른 기계(컴퓨터)간에 정보를 전송하기 위한 통신 규약
실제 소리는 없이 연주 방법과 시기에 대한 정보를 가짐



3분 정도의 미디 음악을 듣기 위해서 약 8KB 필요
좋은 MIDI 사운드 음원(sound module)을 갖고 있는 경우

4

5.1 사운드의 개요

사운드의 제작과정


각 단계별 작업









계획(plan) : 필요한 조건 검토, 최종 결과에서 사용될 사운드 설계
녹음(record) : 사운드 도구로 녹음, 혹은 기존의 사운드 클립 이용
변환(capture) : (녹음된) 아날로그 사운드를 디지털 형태로 변환
편집(edit) : 사운드 편집 프로그램으로 편집(edit) 또는 믹싱 (mixing)
저장(store) : 편집이 끝난 중간 결과를 원하는 포맷으로 저장
통합(integrate) : 저장된 사운드를 다른 프로그램과 통합
재생(playback) : 최종결과를 재생하여 보완될 점을 수정

5

5.2 사운드의 기본개념



사운드의 기본 요소
디지털 사운드로의 변환



소리가 전달 되는 과정




음원에서 물체가 진동하면 공기의 압력을 변화하여 사운드가 생성
이 변화는 파형(waveform)의 형태로 우리 귀에 전달
사운드를 처리하는 것은 이러한 파형을 가공, 편집하는 것을 의미

6

5.2 사운드의 기본개념

사운드의 기본 요소


사운드 파형의 구성




사이클(cycle) : 일정 시간마다 반복되는 동일한 모양
주기(period) : 한 사이클이 걸리는 시간




어느 정도의 주기를 갖고 있는
사운드가 더 음악적으로 들림

소리의 3요소




주파수 : 음의 높낮이, Hz
진폭 : 음의 세기, Db
파형(Waveform) : 음색

7

5.2 사운드의 기본개념

(1) 주파수 (Frequency)




초당 사운드 파형의 반복 횟수
소리의 높낮이를 결정 : 주파수가 높으면 고음, 낮으면 저음



가청주파수(오디오) 20Hz~20KHz, 청각은 1K~6KHz에 제일 민감
[참고] 주파수 대역 구분 (Hz)
3K ~ 30K

초장파

30K ~ 300K

장파

항해, 군사교신

300K ~ 3M

중파

AM 라디오 방송 (535~1605)

3M ~ 30M

단파

아마추어 무선, 운송 통신, 무선 호출

30M ~ 300M

초단파

TV (54~216M), FM 라디오 (88~108M)

300M ~ 3G

극초단파

TV (채널 14 이상), 이동전화, 레이더

3G ~ 30G

마이크로파

위성통신, 레이더, 연구용

30G 이상

밀리미터파
8

5.2 사운드의 기본개념

(2) 진폭 (Amplitude)


사운드 파형의 기준선에서 최고점까지의 거리





소리의 크기와 관련 : 진폭이 크면 큰소리, 작으면 작은 소리
인간이 가장 편하게 들을 수 있는 소리의 범위는 0db ~ 90db

음의 크기와 소리의 예

9

5.2 사운드의 기본개념

(3) 음색 (Tone Color)




음의 높이와 크기가 같아도 악기마다 고유한 특징 => 음색
고유한 파형 => 기본파 + 고조파

10

5.2 사운드의 기본개념

디지털 사운드로의 변환


컴퓨터 처리를 위해 아날로그/디지털 형태 간의 변환






ADC(Analog-to-Digital Converter)
DAC(Digital-to-Analog Converter)

디지털 변환 과정


표본화, 양자화, 부호화 과정 필요

아날로그 신호와 디지털 신호 간의 변환 과정
11

5.2 사운드의 기본개념

(1) 표본화(Sampling)




아날로그 파형을 디지털 형태로 변환하기 위해 표본을 취하는 것
표본화율(Sampling Rate)



1초 동안에 취한 표본수 (단위: Hz)
표본화율이 높을수록 원음을 잘 표현할 수 있으나 데이터 공간은 증가

12

5.2 사운드의 기본개념

(2) 양자화 (Quantizing)


어느 정도의 정밀도로 표현할 것인지




표본화된 각 점에서 값을 표현하기 위해 사용되는 비트 수

음의 해상도


(a)

표본화하는 정밀도 (Sampling Resolution, Sampling Size)

2 bit 양자화 (4단계)

(b) 3 bit 양자화 (8단계)

(c) 4 bit 양자화 ( 16단계)

아날로그 파형의 양자화
13

5.2 사운드의 기본개념



표본화 및 양자화 정도에 따른 비교

(a) 원래의 파형

(b) 낮은 표본화와 양자화

(c) 높은 표본화와 양자화

(3) 부호화 (Coding)



표본화와 양자화를 거친 디지털 정보를 표현하는 과정
사운드 파일은 크기 때문에 일반적으로 부호화 과정에서 압축하여
저장
14



디지털 사운드 파일의 크기 및 음질의 비교
표본화율
(KHz)

양자화
정밀도
(bit)

모드

데이터 크기
(1분당)

음질

11.025

8

mono

650 KB

전화

22.05

8

mono

1.3 MB

AM Radio

44.1

8

mono

2.6 MB

22.05

16

stereo

5.25 MB

44.1

16

mono

5.25 MB

44.1

16

stereo

10.5 MB





sample
(voice)

sample
(music)

FM Radio
CD

11.025 KHz × 8 bits × 1(mono) × 60 sec / 8 = 약 650 KBytes

44.1 KHz × 16 bits × 2(stereo) × 60 sec / (8*1024) = 약 10.5 MBytes
15

5.3 사운드의 저장과 고품질화


(디지털 파형의 저장 방식)



디지털 사운드 파일의 크기








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

(고품질 사운드의 획득)
16

5.4 디지털 오디오 시스템





사운드 하드웨어
사운드 처리 소프트웨어
(디지털 사운드의 압축방식)
디지털 사운드의 파일 포맷

17

5.4 디지털 오디오 시스템

사운드 하드웨어


사운드 카드 (오디오 인터페이스 카드)


주요기능









입력: 아날로그 파장의 사운드를
디지털 형태로 변환 (ADC)
출력 : 디지털 형태의 데이터를
아날로그 파장으로 변환 (DAC)
음원칩 : 미디 지원
DSP(Digital Signal Processing) 칩: 데이터의 가공, 편집

주요제품


최초의 PC용 사운드 카드 : 1987년 캐나다의 Adlib사의 Adlib




Yamaha 사의 YM-3812 음원 칩 사용

Creative사에서 SoundBlaster카드 발표


실질적인 사운드 카드의 표준
18

5.4 디지털 오디오 시스템



앰프와 스피커





사운드의 품질은 스피커의 영향이 제일 크다.
앰프 : 스피커를 위해 양질의 사운드 파형으로 증폭
돌비 서라운드 (Dolby Surround) 5.1 채널


스피커 4개 + 저음부를 위한 우퍼(Woofer)

19

5.4 디지털 오디오 시스템

사운드 처리 소프트 웨어


사운드 편집 소프트웨어






기능 : 사운드의 캡쳐 및 편집, 가공, 트랙 편집 등
GoldWave
Cool Edit
SoundForge

20

5.4 디지털 오디오 시스템

사운드 처리 소프트 웨어


재생 프로그램






오디오 CD, MP3 파일
Win amp
Sonique
거원 제트 오디오

21

5.4 디지털 오디오 시스템

디지털 사운드 압축방식 (생략)





ADPCM
A-law, µ-law
TrueSpeech
MP3 또는 MPEG Layer 3

22

5.4 디지털 오디오 시스템

디지털 사운드의 파일포맷


Wav






Au





Microsoft 와 IBM 이 PC의 사운드 표준 형식으로 공동 개발
Windows 기반 PC에서 주로 사용

유닉스 환경에서 사용되는 가장 일반적인 포맷
Sun이나 NeXT에서 사운드 표준

MP2, MP3




ISO 국제 표준으로 압축효과가 뛰어나고, 음질도 우수
인터넷 상에서 음악을 압축하는데 많이 사용
MPEG-1의 오디오 Layer 2 및 Layer 3, 확장자는 .mp2 및 .mp3
23

5.4 디지털 오디오 시스템



Real Audio (.ra, .rm)



RealNetworks 사에서 개발, 스트리밍 기술로 실시간 사운드 전송
SureStreaming이라는 기술로 항상 최적의 음질을 재생




ASF(Advanced Streaming Format)





접속시 대역폭이 동적으로 변함에 따라 음질도 동적으로 변화

인텔이 개발한 멀티미디어 파일 형식, 스트리밍 방식
통합 멀티미디어 파일: 오디오, 비디오, 이미지, 프로그램도 포함

WMA (Windows Media Audio)



마이크로소프트가 개발한 스트리밍 방식의 오디오 파일 형식
비디오 파일은 WMV
24

5.5 입체음향






개요
입체음향의 원리
(입체음향의 생성 방식)
(입체음향의 재생)
(발전동향)




모노 사운드에서 2D 스테레오를 벗어나 3D 사운드로 발전
컴퓨터 게임, 영화 및 컴퓨터 분야에서 활용

25

5.5 입체음향

개요


서라운드 (Surround)


돌비 서라운드(Dolby Surround)가 가장 대표적



사람이 있는 위치를 기준으로 사방에서 소리를 들려주는 방식


공간감, 입체감




3 채널, 4.1채널, 5.1채널 등이 있음




0.1은 서브우퍼(Subwoofer)를 의미

스테레오와 마찬가지로 청취자가
음의 중심점에 있어야 입체감을
적절하게 느낄 수 있음
Surround System (5.1채널)
26

5.5 입체음향



입체 음향(Interactive 3D Sound)




음원과 청취자 간에 상대적인 위치를 계산하여 사운드를 출력
청취자와 상호작용이 가능





사용자의 이동이나 반응, 또는 음원의 이동에 따라 소리가 입체적으로
상호작용이 필요한 가상 현실이나 게임에서 많이 사용

Creative사의 EAX, Aureal사의 A3D, 마이크로소프트사의 Direct
3D Sound에서 지원

27

5.5 입체음향

입체음향의 원리


입체음향(Interactive 3D Sound):




재생된 음향을 들었을 때 음향으로부터 공간적 단서(방향감, 거리
감, 공간감)를 지각할 수 있는 음향

소리의 전달 경로


공간 전달계(외부) :




머리 전달계(내부) :




실내의 벽이나 천장 등에서 전달
인간의 머리와 귓바퀴에서 전달

음원에 대한 공간적 단서


두 귀에 들어오는 두 신호간의 차이 때문
28

5.5 입체음향



공간적 단서


두 귀에 도달하는 소리의 시간차




두 귀에 도달하는 소리의 세기차




가까운 방향 쪽에 있는 귀가 먼저 그 소리를 들음
가까이에서 들리는 음의 크기가 더 큼

그 외 시각적 효과, 머리의 움직임, 소리의 종류에 따른 친숙도 등

29

5.6 미디(MIDI)






시스템의 구성
하드웨어 장비
(미디의 표준 모드)
미디의 소프트웨어
(미디 파일의 종류)
[시연]
제목

크기(KB)

시간

엘리제를 위하여

17

2분 38초

Dancing Queen

78

3분 57초

007 주제가

46

1분 52초

Starwars

32

3분 19초

Calvary's Love

40

3분 29초
30

5.6 미디

개요


미디(MIDI: Musical Instrument Digital interface)




1983년 세계 악기 제조업체들이 제정
전자 악기와 컴퓨터 간의 상호 정보교환을 위한 표준 규약






직접적인 음에 대한 정보가 있는 것이 아니라 음을 어떻게 연주 하라
는 정보를 표현함 : 음의 높이, 음표의 길이, 음의 강약 등
MIDI를 이용하여 전자 악기 간의 일관된 방식의 제어가 가능

음을 들으려면



신디사이저(Synthesizer) : 음을 발생시켜주는 기계
시퀀서(Sequencer) : 생성된 음의 수정

31

5.6 미디

시스템의 구성


미디 시스템의 구성


처리 과정







음의 입력 : 미디 장치에서 음을 발생 ⇒ 미디 인터페이스 카드 ⇒ 컴퓨
터로 전송
음의 처리 : 컴퓨터에서 미디 프로그램(시퀀서 등)으로 편집
음의 출력 : 컴퓨터 ⇒ 미디 인터페이스 카드 ⇒ 신디사이저 등의 미디
장치를 통해 스피커로 출력

미디 인터페이스


MIDI-IN 단자,
MIDI-OUT 단자,
MIDI-THRU 단자

32

5.6 미디

하드웨어 장비


신디사이저


전기적인 신호를 합성하여 음을 생성하는 장치





샘플러(Sampler)



신디사이저는 악기의 대표 음을, 샘플러는 악기의 모든 음을 보유
더 정교한 음 또는 음원에 없는 새로운 음을 만들고자 할 때 사용




음원부(음원모듈) : 소리를 발생시킴
건반부 (마스터 키보드) : 음원부를 이용하여 연주

실제 소리를 녹음하여 악기로 변환하거나 각종 효과음으로 활용

믹서(Mixer)


여러 개의 오디오 출력을 섞어서 하나의 출력으로 생성



각 출력의 균형 등을 맞추어 주는 이퀄라이저(Equalizer)가 장착
음악의 균형을 맞추어 녹음하고 연주하는데 많이 이용
33

5.6 미디



MIDI 인터페이스 카드




미디 전용 케이블




컴퓨터와 미디 모듈 간의
다른 신호 체계를 연결

동축 케이블 형태,
둥근모양 5핀

앰프와 스피커

34

5.6 미디

미디 소프트웨어


작곡용 프로그램(시퀀서,Sequencer)







음원 모듈에 “어떤 악기, 얼마의 강도, 얼마 동안” 소리내라고 명령
미디 신호를 입출력, 미디 파일 저장, 미디 데이터를 연주, 편집
CakeWalk : PC용, 널리 사용
Cubase : 미국 Steinberg 사
Logic : 독일 Emagic 사

35

5.6 미디



악보용 프로그램(Notation, Scoring 프로그램)






악보의 편집 및 출력
Coda사의 Finale, Passport Design사의 Encore 등

음색 편집용 프로그램(Voice Editor, Sound Editor)




소리의 편집 및 수정, 음원 모듈이나 각종 음색의 수정
OdysseySoft사의 Classic-B, KORG사의 X5DR 등

36


Slide 20

5장 사운드

멀티미디어의 이해

1

5.1 사운드의 개요



사운드의 종류
사운드의 제작 과정



사운드 란?





귀로 들을 수 있는 모든 정보
음악, 음성, 음향 효과 : 단독 사용 또는 혼합 사용(멀티미디어 환경)

정보 전달 시 사운드의 장점



미디어의 상승 효과 : 시각+청각 미디어로 정보전달 효과 상승
동기 유발 : 시각+청각 미디어를 혼합하여 피 전달자의 흥미 유발

2

5.1 사운드의 개요

사운드의 종류


일반적인 분류


음성(Voice)






음악(Music)





정보를 전달하는 주요한 수단 중 하나
텍스트보다 정보를 빠르고, 이해하기 쉽고, 설득력 있게 전달
디지털화된(digitized) 음성과 합성(synthesized) 음성

단독으로 음악 감상, 또는 정보전달시 부수효과 제공
주로 분위기, 장면전환, 감정 등 표현

음향효과(Sound Effect)



배경효과로 사용되어 상황을 좀더 현실감있게 전달 (비올때, 지하철)
자연적인(natural) 효과와 합성된(synthesized) 효과
3

5.1 사운드의 개요



컴퓨터에서 처리하는 방법에 따른 분류


디지털 오디오 (Digital Audio)






아날로그 형태의 사운드를 디지털화 시킨 것
원음에 충실하려면 많은 용량 필요 : 음악 CD 3분에 약 30MB 필요
사람의 목소리가 존재하거나, 디지털화된 파일을 처리 가능할 때

미디 (MIDI: Musical Instrument Digital Interface)



전자 악기와 다른 기계(컴퓨터)간에 정보를 전송하기 위한 통신 규약
실제 소리는 없이 연주 방법과 시기에 대한 정보를 가짐



3분 정도의 미디 음악을 듣기 위해서 약 8KB 필요
좋은 MIDI 사운드 음원(sound module)을 갖고 있는 경우

4

5.1 사운드의 개요

사운드의 제작과정


각 단계별 작업









계획(plan) : 필요한 조건 검토, 최종 결과에서 사용될 사운드 설계
녹음(record) : 사운드 도구로 녹음, 혹은 기존의 사운드 클립 이용
변환(capture) : (녹음된) 아날로그 사운드를 디지털 형태로 변환
편집(edit) : 사운드 편집 프로그램으로 편집(edit) 또는 믹싱 (mixing)
저장(store) : 편집이 끝난 중간 결과를 원하는 포맷으로 저장
통합(integrate) : 저장된 사운드를 다른 프로그램과 통합
재생(playback) : 최종결과를 재생하여 보완될 점을 수정

5

5.2 사운드의 기본개념



사운드의 기본 요소
디지털 사운드로의 변환



소리가 전달 되는 과정




음원에서 물체가 진동하면 공기의 압력을 변화하여 사운드가 생성
이 변화는 파형(waveform)의 형태로 우리 귀에 전달
사운드를 처리하는 것은 이러한 파형을 가공, 편집하는 것을 의미

6

5.2 사운드의 기본개념

사운드의 기본 요소


사운드 파형의 구성




사이클(cycle) : 일정 시간마다 반복되는 동일한 모양
주기(period) : 한 사이클이 걸리는 시간




어느 정도의 주기를 갖고 있는
사운드가 더 음악적으로 들림

소리의 3요소




주파수 : 음의 높낮이, Hz
진폭 : 음의 세기, Db
파형(Waveform) : 음색

7

5.2 사운드의 기본개념

(1) 주파수 (Frequency)




초당 사운드 파형의 반복 횟수
소리의 높낮이를 결정 : 주파수가 높으면 고음, 낮으면 저음



가청주파수(오디오) 20Hz~20KHz, 청각은 1K~6KHz에 제일 민감
[참고] 주파수 대역 구분 (Hz)
3K ~ 30K

초장파

30K ~ 300K

장파

항해, 군사교신

300K ~ 3M

중파

AM 라디오 방송 (535~1605)

3M ~ 30M

단파

아마추어 무선, 운송 통신, 무선 호출

30M ~ 300M

초단파

TV (54~216M), FM 라디오 (88~108M)

300M ~ 3G

극초단파

TV (채널 14 이상), 이동전화, 레이더

3G ~ 30G

마이크로파

위성통신, 레이더, 연구용

30G 이상

밀리미터파
8

5.2 사운드의 기본개념

(2) 진폭 (Amplitude)


사운드 파형의 기준선에서 최고점까지의 거리





소리의 크기와 관련 : 진폭이 크면 큰소리, 작으면 작은 소리
인간이 가장 편하게 들을 수 있는 소리의 범위는 0db ~ 90db

음의 크기와 소리의 예

9

5.2 사운드의 기본개념

(3) 음색 (Tone Color)




음의 높이와 크기가 같아도 악기마다 고유한 특징 => 음색
고유한 파형 => 기본파 + 고조파

10

5.2 사운드의 기본개념

디지털 사운드로의 변환


컴퓨터 처리를 위해 아날로그/디지털 형태 간의 변환






ADC(Analog-to-Digital Converter)
DAC(Digital-to-Analog Converter)

디지털 변환 과정


표본화, 양자화, 부호화 과정 필요

아날로그 신호와 디지털 신호 간의 변환 과정
11

5.2 사운드의 기본개념

(1) 표본화(Sampling)




아날로그 파형을 디지털 형태로 변환하기 위해 표본을 취하는 것
표본화율(Sampling Rate)



1초 동안에 취한 표본수 (단위: Hz)
표본화율이 높을수록 원음을 잘 표현할 수 있으나 데이터 공간은 증가

12

5.2 사운드의 기본개념

(2) 양자화 (Quantizing)


어느 정도의 정밀도로 표현할 것인지




표본화된 각 점에서 값을 표현하기 위해 사용되는 비트 수

음의 해상도


(a)

표본화하는 정밀도 (Sampling Resolution, Sampling Size)

2 bit 양자화 (4단계)

(b) 3 bit 양자화 (8단계)

(c) 4 bit 양자화 ( 16단계)

아날로그 파형의 양자화
13

5.2 사운드의 기본개념



표본화 및 양자화 정도에 따른 비교

(a) 원래의 파형

(b) 낮은 표본화와 양자화

(c) 높은 표본화와 양자화

(3) 부호화 (Coding)



표본화와 양자화를 거친 디지털 정보를 표현하는 과정
사운드 파일은 크기 때문에 일반적으로 부호화 과정에서 압축하여
저장
14



디지털 사운드 파일의 크기 및 음질의 비교
표본화율
(KHz)

양자화
정밀도
(bit)

모드

데이터 크기
(1분당)

음질

11.025

8

mono

650 KB

전화

22.05

8

mono

1.3 MB

AM Radio

44.1

8

mono

2.6 MB

22.05

16

stereo

5.25 MB

44.1

16

mono

5.25 MB

44.1

16

stereo

10.5 MB





sample
(voice)

sample
(music)

FM Radio
CD

11.025 KHz × 8 bits × 1(mono) × 60 sec / 8 = 약 650 KBytes

44.1 KHz × 16 bits × 2(stereo) × 60 sec / (8*1024) = 약 10.5 MBytes
15

5.3 사운드의 저장과 고품질화


(디지털 파형의 저장 방식)



디지털 사운드 파일의 크기








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

(고품질 사운드의 획득)
16

5.4 디지털 오디오 시스템





사운드 하드웨어
사운드 처리 소프트웨어
(디지털 사운드의 압축방식)
디지털 사운드의 파일 포맷

17

5.4 디지털 오디오 시스템

사운드 하드웨어


사운드 카드 (오디오 인터페이스 카드)


주요기능









입력: 아날로그 파장의 사운드를
디지털 형태로 변환 (ADC)
출력 : 디지털 형태의 데이터를
아날로그 파장으로 변환 (DAC)
음원칩 : 미디 지원
DSP(Digital Signal Processing) 칩: 데이터의 가공, 편집

주요제품


최초의 PC용 사운드 카드 : 1987년 캐나다의 Adlib사의 Adlib




Yamaha 사의 YM-3812 음원 칩 사용

Creative사에서 SoundBlaster카드 발표


실질적인 사운드 카드의 표준
18

5.4 디지털 오디오 시스템



앰프와 스피커





사운드의 품질은 스피커의 영향이 제일 크다.
앰프 : 스피커를 위해 양질의 사운드 파형으로 증폭
돌비 서라운드 (Dolby Surround) 5.1 채널


스피커 4개 + 저음부를 위한 우퍼(Woofer)

19

5.4 디지털 오디오 시스템

사운드 처리 소프트 웨어


사운드 편집 소프트웨어






기능 : 사운드의 캡쳐 및 편집, 가공, 트랙 편집 등
GoldWave
Cool Edit
SoundForge

20

5.4 디지털 오디오 시스템

사운드 처리 소프트 웨어


재생 프로그램






오디오 CD, MP3 파일
Win amp
Sonique
거원 제트 오디오

21

5.4 디지털 오디오 시스템

디지털 사운드 압축방식 (생략)





ADPCM
A-law, µ-law
TrueSpeech
MP3 또는 MPEG Layer 3

22

5.4 디지털 오디오 시스템

디지털 사운드의 파일포맷


Wav






Au





Microsoft 와 IBM 이 PC의 사운드 표준 형식으로 공동 개발
Windows 기반 PC에서 주로 사용

유닉스 환경에서 사용되는 가장 일반적인 포맷
Sun이나 NeXT에서 사운드 표준

MP2, MP3




ISO 국제 표준으로 압축효과가 뛰어나고, 음질도 우수
인터넷 상에서 음악을 압축하는데 많이 사용
MPEG-1의 오디오 Layer 2 및 Layer 3, 확장자는 .mp2 및 .mp3
23

5.4 디지털 오디오 시스템



Real Audio (.ra, .rm)



RealNetworks 사에서 개발, 스트리밍 기술로 실시간 사운드 전송
SureStreaming이라는 기술로 항상 최적의 음질을 재생




ASF(Advanced Streaming Format)





접속시 대역폭이 동적으로 변함에 따라 음질도 동적으로 변화

인텔이 개발한 멀티미디어 파일 형식, 스트리밍 방식
통합 멀티미디어 파일: 오디오, 비디오, 이미지, 프로그램도 포함

WMA (Windows Media Audio)



마이크로소프트가 개발한 스트리밍 방식의 오디오 파일 형식
비디오 파일은 WMV
24

5.5 입체음향






개요
입체음향의 원리
(입체음향의 생성 방식)
(입체음향의 재생)
(발전동향)




모노 사운드에서 2D 스테레오를 벗어나 3D 사운드로 발전
컴퓨터 게임, 영화 및 컴퓨터 분야에서 활용

25

5.5 입체음향

개요


서라운드 (Surround)


돌비 서라운드(Dolby Surround)가 가장 대표적



사람이 있는 위치를 기준으로 사방에서 소리를 들려주는 방식


공간감, 입체감




3 채널, 4.1채널, 5.1채널 등이 있음




0.1은 서브우퍼(Subwoofer)를 의미

스테레오와 마찬가지로 청취자가
음의 중심점에 있어야 입체감을
적절하게 느낄 수 있음
Surround System (5.1채널)
26

5.5 입체음향



입체 음향(Interactive 3D Sound)




음원과 청취자 간에 상대적인 위치를 계산하여 사운드를 출력
청취자와 상호작용이 가능





사용자의 이동이나 반응, 또는 음원의 이동에 따라 소리가 입체적으로
상호작용이 필요한 가상 현실이나 게임에서 많이 사용

Creative사의 EAX, Aureal사의 A3D, 마이크로소프트사의 Direct
3D Sound에서 지원

27

5.5 입체음향

입체음향의 원리


입체음향(Interactive 3D Sound):




재생된 음향을 들었을 때 음향으로부터 공간적 단서(방향감, 거리
감, 공간감)를 지각할 수 있는 음향

소리의 전달 경로


공간 전달계(외부) :




머리 전달계(내부) :




실내의 벽이나 천장 등에서 전달
인간의 머리와 귓바퀴에서 전달

음원에 대한 공간적 단서


두 귀에 들어오는 두 신호간의 차이 때문
28

5.5 입체음향



공간적 단서


두 귀에 도달하는 소리의 시간차




두 귀에 도달하는 소리의 세기차




가까운 방향 쪽에 있는 귀가 먼저 그 소리를 들음
가까이에서 들리는 음의 크기가 더 큼

그 외 시각적 효과, 머리의 움직임, 소리의 종류에 따른 친숙도 등

29

5.6 미디(MIDI)






시스템의 구성
하드웨어 장비
(미디의 표준 모드)
미디의 소프트웨어
(미디 파일의 종류)
[시연]
제목

크기(KB)

시간

엘리제를 위하여

17

2분 38초

Dancing Queen

78

3분 57초

007 주제가

46

1분 52초

Starwars

32

3분 19초

Calvary's Love

40

3분 29초
30

5.6 미디

개요


미디(MIDI: Musical Instrument Digital interface)




1983년 세계 악기 제조업체들이 제정
전자 악기와 컴퓨터 간의 상호 정보교환을 위한 표준 규약






직접적인 음에 대한 정보가 있는 것이 아니라 음을 어떻게 연주 하라
는 정보를 표현함 : 음의 높이, 음표의 길이, 음의 강약 등
MIDI를 이용하여 전자 악기 간의 일관된 방식의 제어가 가능

음을 들으려면



신디사이저(Synthesizer) : 음을 발생시켜주는 기계
시퀀서(Sequencer) : 생성된 음의 수정

31

5.6 미디

시스템의 구성


미디 시스템의 구성


처리 과정







음의 입력 : 미디 장치에서 음을 발생 ⇒ 미디 인터페이스 카드 ⇒ 컴퓨
터로 전송
음의 처리 : 컴퓨터에서 미디 프로그램(시퀀서 등)으로 편집
음의 출력 : 컴퓨터 ⇒ 미디 인터페이스 카드 ⇒ 신디사이저 등의 미디
장치를 통해 스피커로 출력

미디 인터페이스


MIDI-IN 단자,
MIDI-OUT 단자,
MIDI-THRU 단자

32

5.6 미디

하드웨어 장비


신디사이저


전기적인 신호를 합성하여 음을 생성하는 장치





샘플러(Sampler)



신디사이저는 악기의 대표 음을, 샘플러는 악기의 모든 음을 보유
더 정교한 음 또는 음원에 없는 새로운 음을 만들고자 할 때 사용




음원부(음원모듈) : 소리를 발생시킴
건반부 (마스터 키보드) : 음원부를 이용하여 연주

실제 소리를 녹음하여 악기로 변환하거나 각종 효과음으로 활용

믹서(Mixer)


여러 개의 오디오 출력을 섞어서 하나의 출력으로 생성



각 출력의 균형 등을 맞추어 주는 이퀄라이저(Equalizer)가 장착
음악의 균형을 맞추어 녹음하고 연주하는데 많이 이용
33

5.6 미디



MIDI 인터페이스 카드




미디 전용 케이블




컴퓨터와 미디 모듈 간의
다른 신호 체계를 연결

동축 케이블 형태,
둥근모양 5핀

앰프와 스피커

34

5.6 미디

미디 소프트웨어


작곡용 프로그램(시퀀서,Sequencer)







음원 모듈에 “어떤 악기, 얼마의 강도, 얼마 동안” 소리내라고 명령
미디 신호를 입출력, 미디 파일 저장, 미디 데이터를 연주, 편집
CakeWalk : PC용, 널리 사용
Cubase : 미국 Steinberg 사
Logic : 독일 Emagic 사

35

5.6 미디



악보용 프로그램(Notation, Scoring 프로그램)






악보의 편집 및 출력
Coda사의 Finale, Passport Design사의 Encore 등

음색 편집용 프로그램(Voice Editor, Sound Editor)




소리의 편집 및 수정, 음원 모듈이나 각종 음색의 수정
OdysseySoft사의 Classic-B, KORG사의 X5DR 등

36


Slide 21

5장 사운드

멀티미디어의 이해

1

5.1 사운드의 개요



사운드의 종류
사운드의 제작 과정



사운드 란?





귀로 들을 수 있는 모든 정보
음악, 음성, 음향 효과 : 단독 사용 또는 혼합 사용(멀티미디어 환경)

정보 전달 시 사운드의 장점



미디어의 상승 효과 : 시각+청각 미디어로 정보전달 효과 상승
동기 유발 : 시각+청각 미디어를 혼합하여 피 전달자의 흥미 유발

2

5.1 사운드의 개요

사운드의 종류


일반적인 분류


음성(Voice)






음악(Music)





정보를 전달하는 주요한 수단 중 하나
텍스트보다 정보를 빠르고, 이해하기 쉽고, 설득력 있게 전달
디지털화된(digitized) 음성과 합성(synthesized) 음성

단독으로 음악 감상, 또는 정보전달시 부수효과 제공
주로 분위기, 장면전환, 감정 등 표현

음향효과(Sound Effect)



배경효과로 사용되어 상황을 좀더 현실감있게 전달 (비올때, 지하철)
자연적인(natural) 효과와 합성된(synthesized) 효과
3

5.1 사운드의 개요



컴퓨터에서 처리하는 방법에 따른 분류


디지털 오디오 (Digital Audio)






아날로그 형태의 사운드를 디지털화 시킨 것
원음에 충실하려면 많은 용량 필요 : 음악 CD 3분에 약 30MB 필요
사람의 목소리가 존재하거나, 디지털화된 파일을 처리 가능할 때

미디 (MIDI: Musical Instrument Digital Interface)



전자 악기와 다른 기계(컴퓨터)간에 정보를 전송하기 위한 통신 규약
실제 소리는 없이 연주 방법과 시기에 대한 정보를 가짐



3분 정도의 미디 음악을 듣기 위해서 약 8KB 필요
좋은 MIDI 사운드 음원(sound module)을 갖고 있는 경우

4

5.1 사운드의 개요

사운드의 제작과정


각 단계별 작업









계획(plan) : 필요한 조건 검토, 최종 결과에서 사용될 사운드 설계
녹음(record) : 사운드 도구로 녹음, 혹은 기존의 사운드 클립 이용
변환(capture) : (녹음된) 아날로그 사운드를 디지털 형태로 변환
편집(edit) : 사운드 편집 프로그램으로 편집(edit) 또는 믹싱 (mixing)
저장(store) : 편집이 끝난 중간 결과를 원하는 포맷으로 저장
통합(integrate) : 저장된 사운드를 다른 프로그램과 통합
재생(playback) : 최종결과를 재생하여 보완될 점을 수정

5

5.2 사운드의 기본개념



사운드의 기본 요소
디지털 사운드로의 변환



소리가 전달 되는 과정




음원에서 물체가 진동하면 공기의 압력을 변화하여 사운드가 생성
이 변화는 파형(waveform)의 형태로 우리 귀에 전달
사운드를 처리하는 것은 이러한 파형을 가공, 편집하는 것을 의미

6

5.2 사운드의 기본개념

사운드의 기본 요소


사운드 파형의 구성




사이클(cycle) : 일정 시간마다 반복되는 동일한 모양
주기(period) : 한 사이클이 걸리는 시간




어느 정도의 주기를 갖고 있는
사운드가 더 음악적으로 들림

소리의 3요소




주파수 : 음의 높낮이, Hz
진폭 : 음의 세기, Db
파형(Waveform) : 음색

7

5.2 사운드의 기본개념

(1) 주파수 (Frequency)




초당 사운드 파형의 반복 횟수
소리의 높낮이를 결정 : 주파수가 높으면 고음, 낮으면 저음



가청주파수(오디오) 20Hz~20KHz, 청각은 1K~6KHz에 제일 민감
[참고] 주파수 대역 구분 (Hz)
3K ~ 30K

초장파

30K ~ 300K

장파

항해, 군사교신

300K ~ 3M

중파

AM 라디오 방송 (535~1605)

3M ~ 30M

단파

아마추어 무선, 운송 통신, 무선 호출

30M ~ 300M

초단파

TV (54~216M), FM 라디오 (88~108M)

300M ~ 3G

극초단파

TV (채널 14 이상), 이동전화, 레이더

3G ~ 30G

마이크로파

위성통신, 레이더, 연구용

30G 이상

밀리미터파
8

5.2 사운드의 기본개념

(2) 진폭 (Amplitude)


사운드 파형의 기준선에서 최고점까지의 거리





소리의 크기와 관련 : 진폭이 크면 큰소리, 작으면 작은 소리
인간이 가장 편하게 들을 수 있는 소리의 범위는 0db ~ 90db

음의 크기와 소리의 예

9

5.2 사운드의 기본개념

(3) 음색 (Tone Color)




음의 높이와 크기가 같아도 악기마다 고유한 특징 => 음색
고유한 파형 => 기본파 + 고조파

10

5.2 사운드의 기본개념

디지털 사운드로의 변환


컴퓨터 처리를 위해 아날로그/디지털 형태 간의 변환






ADC(Analog-to-Digital Converter)
DAC(Digital-to-Analog Converter)

디지털 변환 과정


표본화, 양자화, 부호화 과정 필요

아날로그 신호와 디지털 신호 간의 변환 과정
11

5.2 사운드의 기본개념

(1) 표본화(Sampling)




아날로그 파형을 디지털 형태로 변환하기 위해 표본을 취하는 것
표본화율(Sampling Rate)



1초 동안에 취한 표본수 (단위: Hz)
표본화율이 높을수록 원음을 잘 표현할 수 있으나 데이터 공간은 증가

12

5.2 사운드의 기본개념

(2) 양자화 (Quantizing)


어느 정도의 정밀도로 표현할 것인지




표본화된 각 점에서 값을 표현하기 위해 사용되는 비트 수

음의 해상도


(a)

표본화하는 정밀도 (Sampling Resolution, Sampling Size)

2 bit 양자화 (4단계)

(b) 3 bit 양자화 (8단계)

(c) 4 bit 양자화 ( 16단계)

아날로그 파형의 양자화
13

5.2 사운드의 기본개념



표본화 및 양자화 정도에 따른 비교

(a) 원래의 파형

(b) 낮은 표본화와 양자화

(c) 높은 표본화와 양자화

(3) 부호화 (Coding)



표본화와 양자화를 거친 디지털 정보를 표현하는 과정
사운드 파일은 크기 때문에 일반적으로 부호화 과정에서 압축하여
저장
14



디지털 사운드 파일의 크기 및 음질의 비교
표본화율
(KHz)

양자화
정밀도
(bit)

모드

데이터 크기
(1분당)

음질

11.025

8

mono

650 KB

전화

22.05

8

mono

1.3 MB

AM Radio

44.1

8

mono

2.6 MB

22.05

16

stereo

5.25 MB

44.1

16

mono

5.25 MB

44.1

16

stereo

10.5 MB





sample
(voice)

sample
(music)

FM Radio
CD

11.025 KHz × 8 bits × 1(mono) × 60 sec / 8 = 약 650 KBytes

44.1 KHz × 16 bits × 2(stereo) × 60 sec / (8*1024) = 약 10.5 MBytes
15

5.3 사운드의 저장과 고품질화


(디지털 파형의 저장 방식)



디지털 사운드 파일의 크기








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

(고품질 사운드의 획득)
16

5.4 디지털 오디오 시스템





사운드 하드웨어
사운드 처리 소프트웨어
(디지털 사운드의 압축방식)
디지털 사운드의 파일 포맷

17

5.4 디지털 오디오 시스템

사운드 하드웨어


사운드 카드 (오디오 인터페이스 카드)


주요기능









입력: 아날로그 파장의 사운드를
디지털 형태로 변환 (ADC)
출력 : 디지털 형태의 데이터를
아날로그 파장으로 변환 (DAC)
음원칩 : 미디 지원
DSP(Digital Signal Processing) 칩: 데이터의 가공, 편집

주요제품


최초의 PC용 사운드 카드 : 1987년 캐나다의 Adlib사의 Adlib




Yamaha 사의 YM-3812 음원 칩 사용

Creative사에서 SoundBlaster카드 발표


실질적인 사운드 카드의 표준
18

5.4 디지털 오디오 시스템



앰프와 스피커





사운드의 품질은 스피커의 영향이 제일 크다.
앰프 : 스피커를 위해 양질의 사운드 파형으로 증폭
돌비 서라운드 (Dolby Surround) 5.1 채널


스피커 4개 + 저음부를 위한 우퍼(Woofer)

19

5.4 디지털 오디오 시스템

사운드 처리 소프트 웨어


사운드 편집 소프트웨어






기능 : 사운드의 캡쳐 및 편집, 가공, 트랙 편집 등
GoldWave
Cool Edit
SoundForge

20

5.4 디지털 오디오 시스템

사운드 처리 소프트 웨어


재생 프로그램






오디오 CD, MP3 파일
Win amp
Sonique
거원 제트 오디오

21

5.4 디지털 오디오 시스템

디지털 사운드 압축방식 (생략)





ADPCM
A-law, µ-law
TrueSpeech
MP3 또는 MPEG Layer 3

22

5.4 디지털 오디오 시스템

디지털 사운드의 파일포맷


Wav






Au





Microsoft 와 IBM 이 PC의 사운드 표준 형식으로 공동 개발
Windows 기반 PC에서 주로 사용

유닉스 환경에서 사용되는 가장 일반적인 포맷
Sun이나 NeXT에서 사운드 표준

MP2, MP3




ISO 국제 표준으로 압축효과가 뛰어나고, 음질도 우수
인터넷 상에서 음악을 압축하는데 많이 사용
MPEG-1의 오디오 Layer 2 및 Layer 3, 확장자는 .mp2 및 .mp3
23

5.4 디지털 오디오 시스템



Real Audio (.ra, .rm)



RealNetworks 사에서 개발, 스트리밍 기술로 실시간 사운드 전송
SureStreaming이라는 기술로 항상 최적의 음질을 재생




ASF(Advanced Streaming Format)





접속시 대역폭이 동적으로 변함에 따라 음질도 동적으로 변화

인텔이 개발한 멀티미디어 파일 형식, 스트리밍 방식
통합 멀티미디어 파일: 오디오, 비디오, 이미지, 프로그램도 포함

WMA (Windows Media Audio)



마이크로소프트가 개발한 스트리밍 방식의 오디오 파일 형식
비디오 파일은 WMV
24

5.5 입체음향






개요
입체음향의 원리
(입체음향의 생성 방식)
(입체음향의 재생)
(발전동향)




모노 사운드에서 2D 스테레오를 벗어나 3D 사운드로 발전
컴퓨터 게임, 영화 및 컴퓨터 분야에서 활용

25

5.5 입체음향

개요


서라운드 (Surround)


돌비 서라운드(Dolby Surround)가 가장 대표적



사람이 있는 위치를 기준으로 사방에서 소리를 들려주는 방식


공간감, 입체감




3 채널, 4.1채널, 5.1채널 등이 있음




0.1은 서브우퍼(Subwoofer)를 의미

스테레오와 마찬가지로 청취자가
음의 중심점에 있어야 입체감을
적절하게 느낄 수 있음
Surround System (5.1채널)
26

5.5 입체음향



입체 음향(Interactive 3D Sound)




음원과 청취자 간에 상대적인 위치를 계산하여 사운드를 출력
청취자와 상호작용이 가능





사용자의 이동이나 반응, 또는 음원의 이동에 따라 소리가 입체적으로
상호작용이 필요한 가상 현실이나 게임에서 많이 사용

Creative사의 EAX, Aureal사의 A3D, 마이크로소프트사의 Direct
3D Sound에서 지원

27

5.5 입체음향

입체음향의 원리


입체음향(Interactive 3D Sound):




재생된 음향을 들었을 때 음향으로부터 공간적 단서(방향감, 거리
감, 공간감)를 지각할 수 있는 음향

소리의 전달 경로


공간 전달계(외부) :




머리 전달계(내부) :




실내의 벽이나 천장 등에서 전달
인간의 머리와 귓바퀴에서 전달

음원에 대한 공간적 단서


두 귀에 들어오는 두 신호간의 차이 때문
28

5.5 입체음향



공간적 단서


두 귀에 도달하는 소리의 시간차




두 귀에 도달하는 소리의 세기차




가까운 방향 쪽에 있는 귀가 먼저 그 소리를 들음
가까이에서 들리는 음의 크기가 더 큼

그 외 시각적 효과, 머리의 움직임, 소리의 종류에 따른 친숙도 등

29

5.6 미디(MIDI)






시스템의 구성
하드웨어 장비
(미디의 표준 모드)
미디의 소프트웨어
(미디 파일의 종류)
[시연]
제목

크기(KB)

시간

엘리제를 위하여

17

2분 38초

Dancing Queen

78

3분 57초

007 주제가

46

1분 52초

Starwars

32

3분 19초

Calvary's Love

40

3분 29초
30

5.6 미디

개요


미디(MIDI: Musical Instrument Digital interface)




1983년 세계 악기 제조업체들이 제정
전자 악기와 컴퓨터 간의 상호 정보교환을 위한 표준 규약






직접적인 음에 대한 정보가 있는 것이 아니라 음을 어떻게 연주 하라
는 정보를 표현함 : 음의 높이, 음표의 길이, 음의 강약 등
MIDI를 이용하여 전자 악기 간의 일관된 방식의 제어가 가능

음을 들으려면



신디사이저(Synthesizer) : 음을 발생시켜주는 기계
시퀀서(Sequencer) : 생성된 음의 수정

31

5.6 미디

시스템의 구성


미디 시스템의 구성


처리 과정







음의 입력 : 미디 장치에서 음을 발생 ⇒ 미디 인터페이스 카드 ⇒ 컴퓨
터로 전송
음의 처리 : 컴퓨터에서 미디 프로그램(시퀀서 등)으로 편집
음의 출력 : 컴퓨터 ⇒ 미디 인터페이스 카드 ⇒ 신디사이저 등의 미디
장치를 통해 스피커로 출력

미디 인터페이스


MIDI-IN 단자,
MIDI-OUT 단자,
MIDI-THRU 단자

32

5.6 미디

하드웨어 장비


신디사이저


전기적인 신호를 합성하여 음을 생성하는 장치





샘플러(Sampler)



신디사이저는 악기의 대표 음을, 샘플러는 악기의 모든 음을 보유
더 정교한 음 또는 음원에 없는 새로운 음을 만들고자 할 때 사용




음원부(음원모듈) : 소리를 발생시킴
건반부 (마스터 키보드) : 음원부를 이용하여 연주

실제 소리를 녹음하여 악기로 변환하거나 각종 효과음으로 활용

믹서(Mixer)


여러 개의 오디오 출력을 섞어서 하나의 출력으로 생성



각 출력의 균형 등을 맞추어 주는 이퀄라이저(Equalizer)가 장착
음악의 균형을 맞추어 녹음하고 연주하는데 많이 이용
33

5.6 미디



MIDI 인터페이스 카드




미디 전용 케이블




컴퓨터와 미디 모듈 간의
다른 신호 체계를 연결

동축 케이블 형태,
둥근모양 5핀

앰프와 스피커

34

5.6 미디

미디 소프트웨어


작곡용 프로그램(시퀀서,Sequencer)







음원 모듈에 “어떤 악기, 얼마의 강도, 얼마 동안” 소리내라고 명령
미디 신호를 입출력, 미디 파일 저장, 미디 데이터를 연주, 편집
CakeWalk : PC용, 널리 사용
Cubase : 미국 Steinberg 사
Logic : 독일 Emagic 사

35

5.6 미디



악보용 프로그램(Notation, Scoring 프로그램)






악보의 편집 및 출력
Coda사의 Finale, Passport Design사의 Encore 등

음색 편집용 프로그램(Voice Editor, Sound Editor)




소리의 편집 및 수정, 음원 모듈이나 각종 음색의 수정
OdysseySoft사의 Classic-B, KORG사의 X5DR 등

36


Slide 22

5장 사운드

멀티미디어의 이해

1

5.1 사운드의 개요



사운드의 종류
사운드의 제작 과정



사운드 란?





귀로 들을 수 있는 모든 정보
음악, 음성, 음향 효과 : 단독 사용 또는 혼합 사용(멀티미디어 환경)

정보 전달 시 사운드의 장점



미디어의 상승 효과 : 시각+청각 미디어로 정보전달 효과 상승
동기 유발 : 시각+청각 미디어를 혼합하여 피 전달자의 흥미 유발

2

5.1 사운드의 개요

사운드의 종류


일반적인 분류


음성(Voice)






음악(Music)





정보를 전달하는 주요한 수단 중 하나
텍스트보다 정보를 빠르고, 이해하기 쉽고, 설득력 있게 전달
디지털화된(digitized) 음성과 합성(synthesized) 음성

단독으로 음악 감상, 또는 정보전달시 부수효과 제공
주로 분위기, 장면전환, 감정 등 표현

음향효과(Sound Effect)



배경효과로 사용되어 상황을 좀더 현실감있게 전달 (비올때, 지하철)
자연적인(natural) 효과와 합성된(synthesized) 효과
3

5.1 사운드의 개요



컴퓨터에서 처리하는 방법에 따른 분류


디지털 오디오 (Digital Audio)






아날로그 형태의 사운드를 디지털화 시킨 것
원음에 충실하려면 많은 용량 필요 : 음악 CD 3분에 약 30MB 필요
사람의 목소리가 존재하거나, 디지털화된 파일을 처리 가능할 때

미디 (MIDI: Musical Instrument Digital Interface)



전자 악기와 다른 기계(컴퓨터)간에 정보를 전송하기 위한 통신 규약
실제 소리는 없이 연주 방법과 시기에 대한 정보를 가짐



3분 정도의 미디 음악을 듣기 위해서 약 8KB 필요
좋은 MIDI 사운드 음원(sound module)을 갖고 있는 경우

4

5.1 사운드의 개요

사운드의 제작과정


각 단계별 작업









계획(plan) : 필요한 조건 검토, 최종 결과에서 사용될 사운드 설계
녹음(record) : 사운드 도구로 녹음, 혹은 기존의 사운드 클립 이용
변환(capture) : (녹음된) 아날로그 사운드를 디지털 형태로 변환
편집(edit) : 사운드 편집 프로그램으로 편집(edit) 또는 믹싱 (mixing)
저장(store) : 편집이 끝난 중간 결과를 원하는 포맷으로 저장
통합(integrate) : 저장된 사운드를 다른 프로그램과 통합
재생(playback) : 최종결과를 재생하여 보완될 점을 수정

5

5.2 사운드의 기본개념



사운드의 기본 요소
디지털 사운드로의 변환



소리가 전달 되는 과정




음원에서 물체가 진동하면 공기의 압력을 변화하여 사운드가 생성
이 변화는 파형(waveform)의 형태로 우리 귀에 전달
사운드를 처리하는 것은 이러한 파형을 가공, 편집하는 것을 의미

6

5.2 사운드의 기본개념

사운드의 기본 요소


사운드 파형의 구성




사이클(cycle) : 일정 시간마다 반복되는 동일한 모양
주기(period) : 한 사이클이 걸리는 시간




어느 정도의 주기를 갖고 있는
사운드가 더 음악적으로 들림

소리의 3요소




주파수 : 음의 높낮이, Hz
진폭 : 음의 세기, Db
파형(Waveform) : 음색

7

5.2 사운드의 기본개념

(1) 주파수 (Frequency)




초당 사운드 파형의 반복 횟수
소리의 높낮이를 결정 : 주파수가 높으면 고음, 낮으면 저음



가청주파수(오디오) 20Hz~20KHz, 청각은 1K~6KHz에 제일 민감
[참고] 주파수 대역 구분 (Hz)
3K ~ 30K

초장파

30K ~ 300K

장파

항해, 군사교신

300K ~ 3M

중파

AM 라디오 방송 (535~1605)

3M ~ 30M

단파

아마추어 무선, 운송 통신, 무선 호출

30M ~ 300M

초단파

TV (54~216M), FM 라디오 (88~108M)

300M ~ 3G

극초단파

TV (채널 14 이상), 이동전화, 레이더

3G ~ 30G

마이크로파

위성통신, 레이더, 연구용

30G 이상

밀리미터파
8

5.2 사운드의 기본개념

(2) 진폭 (Amplitude)


사운드 파형의 기준선에서 최고점까지의 거리





소리의 크기와 관련 : 진폭이 크면 큰소리, 작으면 작은 소리
인간이 가장 편하게 들을 수 있는 소리의 범위는 0db ~ 90db

음의 크기와 소리의 예

9

5.2 사운드의 기본개념

(3) 음색 (Tone Color)




음의 높이와 크기가 같아도 악기마다 고유한 특징 => 음색
고유한 파형 => 기본파 + 고조파

10

5.2 사운드의 기본개념

디지털 사운드로의 변환


컴퓨터 처리를 위해 아날로그/디지털 형태 간의 변환






ADC(Analog-to-Digital Converter)
DAC(Digital-to-Analog Converter)

디지털 변환 과정


표본화, 양자화, 부호화 과정 필요

아날로그 신호와 디지털 신호 간의 변환 과정
11

5.2 사운드의 기본개념

(1) 표본화(Sampling)




아날로그 파형을 디지털 형태로 변환하기 위해 표본을 취하는 것
표본화율(Sampling Rate)



1초 동안에 취한 표본수 (단위: Hz)
표본화율이 높을수록 원음을 잘 표현할 수 있으나 데이터 공간은 증가

12

5.2 사운드의 기본개념

(2) 양자화 (Quantizing)


어느 정도의 정밀도로 표현할 것인지




표본화된 각 점에서 값을 표현하기 위해 사용되는 비트 수

음의 해상도


(a)

표본화하는 정밀도 (Sampling Resolution, Sampling Size)

2 bit 양자화 (4단계)

(b) 3 bit 양자화 (8단계)

(c) 4 bit 양자화 ( 16단계)

아날로그 파형의 양자화
13

5.2 사운드의 기본개념



표본화 및 양자화 정도에 따른 비교

(a) 원래의 파형

(b) 낮은 표본화와 양자화

(c) 높은 표본화와 양자화

(3) 부호화 (Coding)



표본화와 양자화를 거친 디지털 정보를 표현하는 과정
사운드 파일은 크기 때문에 일반적으로 부호화 과정에서 압축하여
저장
14



디지털 사운드 파일의 크기 및 음질의 비교
표본화율
(KHz)

양자화
정밀도
(bit)

모드

데이터 크기
(1분당)

음질

11.025

8

mono

650 KB

전화

22.05

8

mono

1.3 MB

AM Radio

44.1

8

mono

2.6 MB

22.05

16

stereo

5.25 MB

44.1

16

mono

5.25 MB

44.1

16

stereo

10.5 MB





sample
(voice)

sample
(music)

FM Radio
CD

11.025 KHz × 8 bits × 1(mono) × 60 sec / 8 = 약 650 KBytes

44.1 KHz × 16 bits × 2(stereo) × 60 sec / (8*1024) = 약 10.5 MBytes
15

5.3 사운드의 저장과 고품질화


(디지털 파형의 저장 방식)



디지털 사운드 파일의 크기








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

(고품질 사운드의 획득)
16

5.4 디지털 오디오 시스템





사운드 하드웨어
사운드 처리 소프트웨어
(디지털 사운드의 압축방식)
디지털 사운드의 파일 포맷

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5.4 디지털 오디오 시스템

사운드 하드웨어


사운드 카드 (오디오 인터페이스 카드)


주요기능









입력: 아날로그 파장의 사운드를
디지털 형태로 변환 (ADC)
출력 : 디지털 형태의 데이터를
아날로그 파장으로 변환 (DAC)
음원칩 : 미디 지원
DSP(Digital Signal Processing) 칩: 데이터의 가공, 편집

주요제품


최초의 PC용 사운드 카드 : 1987년 캐나다의 Adlib사의 Adlib




Yamaha 사의 YM-3812 음원 칩 사용

Creative사에서 SoundBlaster카드 발표


실질적인 사운드 카드의 표준
18

5.4 디지털 오디오 시스템



앰프와 스피커





사운드의 품질은 스피커의 영향이 제일 크다.
앰프 : 스피커를 위해 양질의 사운드 파형으로 증폭
돌비 서라운드 (Dolby Surround) 5.1 채널


스피커 4개 + 저음부를 위한 우퍼(Woofer)

19

5.4 디지털 오디오 시스템

사운드 처리 소프트 웨어


사운드 편집 소프트웨어






기능 : 사운드의 캡쳐 및 편집, 가공, 트랙 편집 등
GoldWave
Cool Edit
SoundForge

20

5.4 디지털 오디오 시스템

사운드 처리 소프트 웨어


재생 프로그램






오디오 CD, MP3 파일
Win amp
Sonique
거원 제트 오디오

21

5.4 디지털 오디오 시스템

디지털 사운드 압축방식 (생략)





ADPCM
A-law, µ-law
TrueSpeech
MP3 또는 MPEG Layer 3

22

5.4 디지털 오디오 시스템

디지털 사운드의 파일포맷


Wav






Au





Microsoft 와 IBM 이 PC의 사운드 표준 형식으로 공동 개발
Windows 기반 PC에서 주로 사용

유닉스 환경에서 사용되는 가장 일반적인 포맷
Sun이나 NeXT에서 사운드 표준

MP2, MP3




ISO 국제 표준으로 압축효과가 뛰어나고, 음질도 우수
인터넷 상에서 음악을 압축하는데 많이 사용
MPEG-1의 오디오 Layer 2 및 Layer 3, 확장자는 .mp2 및 .mp3
23

5.4 디지털 오디오 시스템



Real Audio (.ra, .rm)



RealNetworks 사에서 개발, 스트리밍 기술로 실시간 사운드 전송
SureStreaming이라는 기술로 항상 최적의 음질을 재생




ASF(Advanced Streaming Format)





접속시 대역폭이 동적으로 변함에 따라 음질도 동적으로 변화

인텔이 개발한 멀티미디어 파일 형식, 스트리밍 방식
통합 멀티미디어 파일: 오디오, 비디오, 이미지, 프로그램도 포함

WMA (Windows Media Audio)



마이크로소프트가 개발한 스트리밍 방식의 오디오 파일 형식
비디오 파일은 WMV
24

5.5 입체음향






개요
입체음향의 원리
(입체음향의 생성 방식)
(입체음향의 재생)
(발전동향)




모노 사운드에서 2D 스테레오를 벗어나 3D 사운드로 발전
컴퓨터 게임, 영화 및 컴퓨터 분야에서 활용

25

5.5 입체음향

개요


서라운드 (Surround)


돌비 서라운드(Dolby Surround)가 가장 대표적



사람이 있는 위치를 기준으로 사방에서 소리를 들려주는 방식


공간감, 입체감




3 채널, 4.1채널, 5.1채널 등이 있음




0.1은 서브우퍼(Subwoofer)를 의미

스테레오와 마찬가지로 청취자가
음의 중심점에 있어야 입체감을
적절하게 느낄 수 있음
Surround System (5.1채널)
26

5.5 입체음향



입체 음향(Interactive 3D Sound)




음원과 청취자 간에 상대적인 위치를 계산하여 사운드를 출력
청취자와 상호작용이 가능





사용자의 이동이나 반응, 또는 음원의 이동에 따라 소리가 입체적으로
상호작용이 필요한 가상 현실이나 게임에서 많이 사용

Creative사의 EAX, Aureal사의 A3D, 마이크로소프트사의 Direct
3D Sound에서 지원

27

5.5 입체음향

입체음향의 원리


입체음향(Interactive 3D Sound):




재생된 음향을 들었을 때 음향으로부터 공간적 단서(방향감, 거리
감, 공간감)를 지각할 수 있는 음향

소리의 전달 경로


공간 전달계(외부) :




머리 전달계(내부) :




실내의 벽이나 천장 등에서 전달
인간의 머리와 귓바퀴에서 전달

음원에 대한 공간적 단서


두 귀에 들어오는 두 신호간의 차이 때문
28

5.5 입체음향



공간적 단서


두 귀에 도달하는 소리의 시간차




두 귀에 도달하는 소리의 세기차




가까운 방향 쪽에 있는 귀가 먼저 그 소리를 들음
가까이에서 들리는 음의 크기가 더 큼

그 외 시각적 효과, 머리의 움직임, 소리의 종류에 따른 친숙도 등

29

5.6 미디(MIDI)






시스템의 구성
하드웨어 장비
(미디의 표준 모드)
미디의 소프트웨어
(미디 파일의 종류)
[시연]
제목

크기(KB)

시간

엘리제를 위하여

17

2분 38초

Dancing Queen

78

3분 57초

007 주제가

46

1분 52초

Starwars

32

3분 19초

Calvary's Love

40

3분 29초
30

5.6 미디

개요


미디(MIDI: Musical Instrument Digital interface)




1983년 세계 악기 제조업체들이 제정
전자 악기와 컴퓨터 간의 상호 정보교환을 위한 표준 규약






직접적인 음에 대한 정보가 있는 것이 아니라 음을 어떻게 연주 하라
는 정보를 표현함 : 음의 높이, 음표의 길이, 음의 강약 등
MIDI를 이용하여 전자 악기 간의 일관된 방식의 제어가 가능

음을 들으려면



신디사이저(Synthesizer) : 음을 발생시켜주는 기계
시퀀서(Sequencer) : 생성된 음의 수정

31

5.6 미디

시스템의 구성


미디 시스템의 구성


처리 과정







음의 입력 : 미디 장치에서 음을 발생 ⇒ 미디 인터페이스 카드 ⇒ 컴퓨
터로 전송
음의 처리 : 컴퓨터에서 미디 프로그램(시퀀서 등)으로 편집
음의 출력 : 컴퓨터 ⇒ 미디 인터페이스 카드 ⇒ 신디사이저 등의 미디
장치를 통해 스피커로 출력

미디 인터페이스


MIDI-IN 단자,
MIDI-OUT 단자,
MIDI-THRU 단자

32

5.6 미디

하드웨어 장비


신디사이저


전기적인 신호를 합성하여 음을 생성하는 장치





샘플러(Sampler)



신디사이저는 악기의 대표 음을, 샘플러는 악기의 모든 음을 보유
더 정교한 음 또는 음원에 없는 새로운 음을 만들고자 할 때 사용




음원부(음원모듈) : 소리를 발생시킴
건반부 (마스터 키보드) : 음원부를 이용하여 연주

실제 소리를 녹음하여 악기로 변환하거나 각종 효과음으로 활용

믹서(Mixer)


여러 개의 오디오 출력을 섞어서 하나의 출력으로 생성



각 출력의 균형 등을 맞추어 주는 이퀄라이저(Equalizer)가 장착
음악의 균형을 맞추어 녹음하고 연주하는데 많이 이용
33

5.6 미디



MIDI 인터페이스 카드




미디 전용 케이블




컴퓨터와 미디 모듈 간의
다른 신호 체계를 연결

동축 케이블 형태,
둥근모양 5핀

앰프와 스피커

34

5.6 미디

미디 소프트웨어


작곡용 프로그램(시퀀서,Sequencer)







음원 모듈에 “어떤 악기, 얼마의 강도, 얼마 동안” 소리내라고 명령
미디 신호를 입출력, 미디 파일 저장, 미디 데이터를 연주, 편집
CakeWalk : PC용, 널리 사용
Cubase : 미국 Steinberg 사
Logic : 독일 Emagic 사

35

5.6 미디



악보용 프로그램(Notation, Scoring 프로그램)






악보의 편집 및 출력
Coda사의 Finale, Passport Design사의 Encore 등

음색 편집용 프로그램(Voice Editor, Sound Editor)




소리의 편집 및 수정, 음원 모듈이나 각종 음색의 수정
OdysseySoft사의 Classic-B, KORG사의 X5DR 등

36


Slide 23

5장 사운드

멀티미디어의 이해

1

5.1 사운드의 개요



사운드의 종류
사운드의 제작 과정



사운드 란?





귀로 들을 수 있는 모든 정보
음악, 음성, 음향 효과 : 단독 사용 또는 혼합 사용(멀티미디어 환경)

정보 전달 시 사운드의 장점



미디어의 상승 효과 : 시각+청각 미디어로 정보전달 효과 상승
동기 유발 : 시각+청각 미디어를 혼합하여 피 전달자의 흥미 유발

2

5.1 사운드의 개요

사운드의 종류


일반적인 분류


음성(Voice)






음악(Music)





정보를 전달하는 주요한 수단 중 하나
텍스트보다 정보를 빠르고, 이해하기 쉽고, 설득력 있게 전달
디지털화된(digitized) 음성과 합성(synthesized) 음성

단독으로 음악 감상, 또는 정보전달시 부수효과 제공
주로 분위기, 장면전환, 감정 등 표현

음향효과(Sound Effect)



배경효과로 사용되어 상황을 좀더 현실감있게 전달 (비올때, 지하철)
자연적인(natural) 효과와 합성된(synthesized) 효과
3

5.1 사운드의 개요



컴퓨터에서 처리하는 방법에 따른 분류


디지털 오디오 (Digital Audio)






아날로그 형태의 사운드를 디지털화 시킨 것
원음에 충실하려면 많은 용량 필요 : 음악 CD 3분에 약 30MB 필요
사람의 목소리가 존재하거나, 디지털화된 파일을 처리 가능할 때

미디 (MIDI: Musical Instrument Digital Interface)



전자 악기와 다른 기계(컴퓨터)간에 정보를 전송하기 위한 통신 규약
실제 소리는 없이 연주 방법과 시기에 대한 정보를 가짐



3분 정도의 미디 음악을 듣기 위해서 약 8KB 필요
좋은 MIDI 사운드 음원(sound module)을 갖고 있는 경우

4

5.1 사운드의 개요

사운드의 제작과정


각 단계별 작업









계획(plan) : 필요한 조건 검토, 최종 결과에서 사용될 사운드 설계
녹음(record) : 사운드 도구로 녹음, 혹은 기존의 사운드 클립 이용
변환(capture) : (녹음된) 아날로그 사운드를 디지털 형태로 변환
편집(edit) : 사운드 편집 프로그램으로 편집(edit) 또는 믹싱 (mixing)
저장(store) : 편집이 끝난 중간 결과를 원하는 포맷으로 저장
통합(integrate) : 저장된 사운드를 다른 프로그램과 통합
재생(playback) : 최종결과를 재생하여 보완될 점을 수정

5

5.2 사운드의 기본개념



사운드의 기본 요소
디지털 사운드로의 변환



소리가 전달 되는 과정




음원에서 물체가 진동하면 공기의 압력을 변화하여 사운드가 생성
이 변화는 파형(waveform)의 형태로 우리 귀에 전달
사운드를 처리하는 것은 이러한 파형을 가공, 편집하는 것을 의미

6

5.2 사운드의 기본개념

사운드의 기본 요소


사운드 파형의 구성




사이클(cycle) : 일정 시간마다 반복되는 동일한 모양
주기(period) : 한 사이클이 걸리는 시간




어느 정도의 주기를 갖고 있는
사운드가 더 음악적으로 들림

소리의 3요소




주파수 : 음의 높낮이, Hz
진폭 : 음의 세기, Db
파형(Waveform) : 음색

7

5.2 사운드의 기본개념

(1) 주파수 (Frequency)




초당 사운드 파형의 반복 횟수
소리의 높낮이를 결정 : 주파수가 높으면 고음, 낮으면 저음



가청주파수(오디오) 20Hz~20KHz, 청각은 1K~6KHz에 제일 민감
[참고] 주파수 대역 구분 (Hz)
3K ~ 30K

초장파

30K ~ 300K

장파

항해, 군사교신

300K ~ 3M

중파

AM 라디오 방송 (535~1605)

3M ~ 30M

단파

아마추어 무선, 운송 통신, 무선 호출

30M ~ 300M

초단파

TV (54~216M), FM 라디오 (88~108M)

300M ~ 3G

극초단파

TV (채널 14 이상), 이동전화, 레이더

3G ~ 30G

마이크로파

위성통신, 레이더, 연구용

30G 이상

밀리미터파
8

5.2 사운드의 기본개념

(2) 진폭 (Amplitude)


사운드 파형의 기준선에서 최고점까지의 거리





소리의 크기와 관련 : 진폭이 크면 큰소리, 작으면 작은 소리
인간이 가장 편하게 들을 수 있는 소리의 범위는 0db ~ 90db

음의 크기와 소리의 예

9

5.2 사운드의 기본개념

(3) 음색 (Tone Color)




음의 높이와 크기가 같아도 악기마다 고유한 특징 => 음색
고유한 파형 => 기본파 + 고조파

10

5.2 사운드의 기본개념

디지털 사운드로의 변환


컴퓨터 처리를 위해 아날로그/디지털 형태 간의 변환






ADC(Analog-to-Digital Converter)
DAC(Digital-to-Analog Converter)

디지털 변환 과정


표본화, 양자화, 부호화 과정 필요

아날로그 신호와 디지털 신호 간의 변환 과정
11

5.2 사운드의 기본개념

(1) 표본화(Sampling)




아날로그 파형을 디지털 형태로 변환하기 위해 표본을 취하는 것
표본화율(Sampling Rate)



1초 동안에 취한 표본수 (단위: Hz)
표본화율이 높을수록 원음을 잘 표현할 수 있으나 데이터 공간은 증가

12

5.2 사운드의 기본개념

(2) 양자화 (Quantizing)


어느 정도의 정밀도로 표현할 것인지




표본화된 각 점에서 값을 표현하기 위해 사용되는 비트 수

음의 해상도


(a)

표본화하는 정밀도 (Sampling Resolution, Sampling Size)

2 bit 양자화 (4단계)

(b) 3 bit 양자화 (8단계)

(c) 4 bit 양자화 ( 16단계)

아날로그 파형의 양자화
13

5.2 사운드의 기본개념



표본화 및 양자화 정도에 따른 비교

(a) 원래의 파형

(b) 낮은 표본화와 양자화

(c) 높은 표본화와 양자화

(3) 부호화 (Coding)



표본화와 양자화를 거친 디지털 정보를 표현하는 과정
사운드 파일은 크기 때문에 일반적으로 부호화 과정에서 압축하여
저장
14



디지털 사운드 파일의 크기 및 음질의 비교
표본화율
(KHz)

양자화
정밀도
(bit)

모드

데이터 크기
(1분당)

음질

11.025

8

mono

650 KB

전화

22.05

8

mono

1.3 MB

AM Radio

44.1

8

mono

2.6 MB

22.05

16

stereo

5.25 MB

44.1

16

mono

5.25 MB

44.1

16

stereo

10.5 MB





sample
(voice)

sample
(music)

FM Radio
CD

11.025 KHz × 8 bits × 1(mono) × 60 sec / 8 = 약 650 KBytes

44.1 KHz × 16 bits × 2(stereo) × 60 sec / (8*1024) = 약 10.5 MBytes
15

5.3 사운드의 저장과 고품질화


(디지털 파형의 저장 방식)



디지털 사운드 파일의 크기








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

(고품질 사운드의 획득)
16

5.4 디지털 오디오 시스템





사운드 하드웨어
사운드 처리 소프트웨어
(디지털 사운드의 압축방식)
디지털 사운드의 파일 포맷

17

5.4 디지털 오디오 시스템

사운드 하드웨어


사운드 카드 (오디오 인터페이스 카드)


주요기능









입력: 아날로그 파장의 사운드를
디지털 형태로 변환 (ADC)
출력 : 디지털 형태의 데이터를
아날로그 파장으로 변환 (DAC)
음원칩 : 미디 지원
DSP(Digital Signal Processing) 칩: 데이터의 가공, 편집

주요제품


최초의 PC용 사운드 카드 : 1987년 캐나다의 Adlib사의 Adlib




Yamaha 사의 YM-3812 음원 칩 사용

Creative사에서 SoundBlaster카드 발표


실질적인 사운드 카드의 표준
18

5.4 디지털 오디오 시스템



앰프와 스피커





사운드의 품질은 스피커의 영향이 제일 크다.
앰프 : 스피커를 위해 양질의 사운드 파형으로 증폭
돌비 서라운드 (Dolby Surround) 5.1 채널


스피커 4개 + 저음부를 위한 우퍼(Woofer)

19

5.4 디지털 오디오 시스템

사운드 처리 소프트 웨어


사운드 편집 소프트웨어






기능 : 사운드의 캡쳐 및 편집, 가공, 트랙 편집 등
GoldWave
Cool Edit
SoundForge

20

5.4 디지털 오디오 시스템

사운드 처리 소프트 웨어


재생 프로그램






오디오 CD, MP3 파일
Win amp
Sonique
거원 제트 오디오

21

5.4 디지털 오디오 시스템

디지털 사운드 압축방식 (생략)





ADPCM
A-law, µ-law
TrueSpeech
MP3 또는 MPEG Layer 3

22

5.4 디지털 오디오 시스템

디지털 사운드의 파일포맷


Wav






Au





Microsoft 와 IBM 이 PC의 사운드 표준 형식으로 공동 개발
Windows 기반 PC에서 주로 사용

유닉스 환경에서 사용되는 가장 일반적인 포맷
Sun이나 NeXT에서 사운드 표준

MP2, MP3




ISO 국제 표준으로 압축효과가 뛰어나고, 음질도 우수
인터넷 상에서 음악을 압축하는데 많이 사용
MPEG-1의 오디오 Layer 2 및 Layer 3, 확장자는 .mp2 및 .mp3
23

5.4 디지털 오디오 시스템



Real Audio (.ra, .rm)



RealNetworks 사에서 개발, 스트리밍 기술로 실시간 사운드 전송
SureStreaming이라는 기술로 항상 최적의 음질을 재생




ASF(Advanced Streaming Format)





접속시 대역폭이 동적으로 변함에 따라 음질도 동적으로 변화

인텔이 개발한 멀티미디어 파일 형식, 스트리밍 방식
통합 멀티미디어 파일: 오디오, 비디오, 이미지, 프로그램도 포함

WMA (Windows Media Audio)



마이크로소프트가 개발한 스트리밍 방식의 오디오 파일 형식
비디오 파일은 WMV
24

5.5 입체음향






개요
입체음향의 원리
(입체음향의 생성 방식)
(입체음향의 재생)
(발전동향)




모노 사운드에서 2D 스테레오를 벗어나 3D 사운드로 발전
컴퓨터 게임, 영화 및 컴퓨터 분야에서 활용

25

5.5 입체음향

개요


서라운드 (Surround)


돌비 서라운드(Dolby Surround)가 가장 대표적



사람이 있는 위치를 기준으로 사방에서 소리를 들려주는 방식


공간감, 입체감




3 채널, 4.1채널, 5.1채널 등이 있음




0.1은 서브우퍼(Subwoofer)를 의미

스테레오와 마찬가지로 청취자가
음의 중심점에 있어야 입체감을
적절하게 느낄 수 있음
Surround System (5.1채널)
26

5.5 입체음향



입체 음향(Interactive 3D Sound)




음원과 청취자 간에 상대적인 위치를 계산하여 사운드를 출력
청취자와 상호작용이 가능





사용자의 이동이나 반응, 또는 음원의 이동에 따라 소리가 입체적으로
상호작용이 필요한 가상 현실이나 게임에서 많이 사용

Creative사의 EAX, Aureal사의 A3D, 마이크로소프트사의 Direct
3D Sound에서 지원

27

5.5 입체음향

입체음향의 원리


입체음향(Interactive 3D Sound):




재생된 음향을 들었을 때 음향으로부터 공간적 단서(방향감, 거리
감, 공간감)를 지각할 수 있는 음향

소리의 전달 경로


공간 전달계(외부) :




머리 전달계(내부) :




실내의 벽이나 천장 등에서 전달
인간의 머리와 귓바퀴에서 전달

음원에 대한 공간적 단서


두 귀에 들어오는 두 신호간의 차이 때문
28

5.5 입체음향



공간적 단서


두 귀에 도달하는 소리의 시간차




두 귀에 도달하는 소리의 세기차




가까운 방향 쪽에 있는 귀가 먼저 그 소리를 들음
가까이에서 들리는 음의 크기가 더 큼

그 외 시각적 효과, 머리의 움직임, 소리의 종류에 따른 친숙도 등

29

5.6 미디(MIDI)






시스템의 구성
하드웨어 장비
(미디의 표준 모드)
미디의 소프트웨어
(미디 파일의 종류)
[시연]
제목

크기(KB)

시간

엘리제를 위하여

17

2분 38초

Dancing Queen

78

3분 57초

007 주제가

46

1분 52초

Starwars

32

3분 19초

Calvary's Love

40

3분 29초
30

5.6 미디

개요


미디(MIDI: Musical Instrument Digital interface)




1983년 세계 악기 제조업체들이 제정
전자 악기와 컴퓨터 간의 상호 정보교환을 위한 표준 규약






직접적인 음에 대한 정보가 있는 것이 아니라 음을 어떻게 연주 하라
는 정보를 표현함 : 음의 높이, 음표의 길이, 음의 강약 등
MIDI를 이용하여 전자 악기 간의 일관된 방식의 제어가 가능

음을 들으려면



신디사이저(Synthesizer) : 음을 발생시켜주는 기계
시퀀서(Sequencer) : 생성된 음의 수정

31

5.6 미디

시스템의 구성


미디 시스템의 구성


처리 과정







음의 입력 : 미디 장치에서 음을 발생 ⇒ 미디 인터페이스 카드 ⇒ 컴퓨
터로 전송
음의 처리 : 컴퓨터에서 미디 프로그램(시퀀서 등)으로 편집
음의 출력 : 컴퓨터 ⇒ 미디 인터페이스 카드 ⇒ 신디사이저 등의 미디
장치를 통해 스피커로 출력

미디 인터페이스


MIDI-IN 단자,
MIDI-OUT 단자,
MIDI-THRU 단자

32

5.6 미디

하드웨어 장비


신디사이저


전기적인 신호를 합성하여 음을 생성하는 장치





샘플러(Sampler)



신디사이저는 악기의 대표 음을, 샘플러는 악기의 모든 음을 보유
더 정교한 음 또는 음원에 없는 새로운 음을 만들고자 할 때 사용




음원부(음원모듈) : 소리를 발생시킴
건반부 (마스터 키보드) : 음원부를 이용하여 연주

실제 소리를 녹음하여 악기로 변환하거나 각종 효과음으로 활용

믹서(Mixer)


여러 개의 오디오 출력을 섞어서 하나의 출력으로 생성



각 출력의 균형 등을 맞추어 주는 이퀄라이저(Equalizer)가 장착
음악의 균형을 맞추어 녹음하고 연주하는데 많이 이용
33

5.6 미디



MIDI 인터페이스 카드




미디 전용 케이블




컴퓨터와 미디 모듈 간의
다른 신호 체계를 연결

동축 케이블 형태,
둥근모양 5핀

앰프와 스피커

34

5.6 미디

미디 소프트웨어


작곡용 프로그램(시퀀서,Sequencer)







음원 모듈에 “어떤 악기, 얼마의 강도, 얼마 동안” 소리내라고 명령
미디 신호를 입출력, 미디 파일 저장, 미디 데이터를 연주, 편집
CakeWalk : PC용, 널리 사용
Cubase : 미국 Steinberg 사
Logic : 독일 Emagic 사

35

5.6 미디



악보용 프로그램(Notation, Scoring 프로그램)






악보의 편집 및 출력
Coda사의 Finale, Passport Design사의 Encore 등

음색 편집용 프로그램(Voice Editor, Sound Editor)




소리의 편집 및 수정, 음원 모듈이나 각종 음색의 수정
OdysseySoft사의 Classic-B, KORG사의 X5DR 등

36


Slide 24

5장 사운드

멀티미디어의 이해

1

5.1 사운드의 개요



사운드의 종류
사운드의 제작 과정



사운드 란?





귀로 들을 수 있는 모든 정보
음악, 음성, 음향 효과 : 단독 사용 또는 혼합 사용(멀티미디어 환경)

정보 전달 시 사운드의 장점



미디어의 상승 효과 : 시각+청각 미디어로 정보전달 효과 상승
동기 유발 : 시각+청각 미디어를 혼합하여 피 전달자의 흥미 유발

2

5.1 사운드의 개요

사운드의 종류


일반적인 분류


음성(Voice)






음악(Music)





정보를 전달하는 주요한 수단 중 하나
텍스트보다 정보를 빠르고, 이해하기 쉽고, 설득력 있게 전달
디지털화된(digitized) 음성과 합성(synthesized) 음성

단독으로 음악 감상, 또는 정보전달시 부수효과 제공
주로 분위기, 장면전환, 감정 등 표현

음향효과(Sound Effect)



배경효과로 사용되어 상황을 좀더 현실감있게 전달 (비올때, 지하철)
자연적인(natural) 효과와 합성된(synthesized) 효과
3

5.1 사운드의 개요



컴퓨터에서 처리하는 방법에 따른 분류


디지털 오디오 (Digital Audio)






아날로그 형태의 사운드를 디지털화 시킨 것
원음에 충실하려면 많은 용량 필요 : 음악 CD 3분에 약 30MB 필요
사람의 목소리가 존재하거나, 디지털화된 파일을 처리 가능할 때

미디 (MIDI: Musical Instrument Digital Interface)



전자 악기와 다른 기계(컴퓨터)간에 정보를 전송하기 위한 통신 규약
실제 소리는 없이 연주 방법과 시기에 대한 정보를 가짐



3분 정도의 미디 음악을 듣기 위해서 약 8KB 필요
좋은 MIDI 사운드 음원(sound module)을 갖고 있는 경우

4

5.1 사운드의 개요

사운드의 제작과정


각 단계별 작업









계획(plan) : 필요한 조건 검토, 최종 결과에서 사용될 사운드 설계
녹음(record) : 사운드 도구로 녹음, 혹은 기존의 사운드 클립 이용
변환(capture) : (녹음된) 아날로그 사운드를 디지털 형태로 변환
편집(edit) : 사운드 편집 프로그램으로 편집(edit) 또는 믹싱 (mixing)
저장(store) : 편집이 끝난 중간 결과를 원하는 포맷으로 저장
통합(integrate) : 저장된 사운드를 다른 프로그램과 통합
재생(playback) : 최종결과를 재생하여 보완될 점을 수정

5

5.2 사운드의 기본개념



사운드의 기본 요소
디지털 사운드로의 변환



소리가 전달 되는 과정




음원에서 물체가 진동하면 공기의 압력을 변화하여 사운드가 생성
이 변화는 파형(waveform)의 형태로 우리 귀에 전달
사운드를 처리하는 것은 이러한 파형을 가공, 편집하는 것을 의미

6

5.2 사운드의 기본개념

사운드의 기본 요소


사운드 파형의 구성




사이클(cycle) : 일정 시간마다 반복되는 동일한 모양
주기(period) : 한 사이클이 걸리는 시간




어느 정도의 주기를 갖고 있는
사운드가 더 음악적으로 들림

소리의 3요소




주파수 : 음의 높낮이, Hz
진폭 : 음의 세기, Db
파형(Waveform) : 음색

7

5.2 사운드의 기본개념

(1) 주파수 (Frequency)




초당 사운드 파형의 반복 횟수
소리의 높낮이를 결정 : 주파수가 높으면 고음, 낮으면 저음



가청주파수(오디오) 20Hz~20KHz, 청각은 1K~6KHz에 제일 민감
[참고] 주파수 대역 구분 (Hz)
3K ~ 30K

초장파

30K ~ 300K

장파

항해, 군사교신

300K ~ 3M

중파

AM 라디오 방송 (535~1605)

3M ~ 30M

단파

아마추어 무선, 운송 통신, 무선 호출

30M ~ 300M

초단파

TV (54~216M), FM 라디오 (88~108M)

300M ~ 3G

극초단파

TV (채널 14 이상), 이동전화, 레이더

3G ~ 30G

마이크로파

위성통신, 레이더, 연구용

30G 이상

밀리미터파
8

5.2 사운드의 기본개념

(2) 진폭 (Amplitude)


사운드 파형의 기준선에서 최고점까지의 거리





소리의 크기와 관련 : 진폭이 크면 큰소리, 작으면 작은 소리
인간이 가장 편하게 들을 수 있는 소리의 범위는 0db ~ 90db

음의 크기와 소리의 예

9

5.2 사운드의 기본개념

(3) 음색 (Tone Color)




음의 높이와 크기가 같아도 악기마다 고유한 특징 => 음색
고유한 파형 => 기본파 + 고조파

10

5.2 사운드의 기본개념

디지털 사운드로의 변환


컴퓨터 처리를 위해 아날로그/디지털 형태 간의 변환






ADC(Analog-to-Digital Converter)
DAC(Digital-to-Analog Converter)

디지털 변환 과정


표본화, 양자화, 부호화 과정 필요

아날로그 신호와 디지털 신호 간의 변환 과정
11

5.2 사운드의 기본개념

(1) 표본화(Sampling)




아날로그 파형을 디지털 형태로 변환하기 위해 표본을 취하는 것
표본화율(Sampling Rate)



1초 동안에 취한 표본수 (단위: Hz)
표본화율이 높을수록 원음을 잘 표현할 수 있으나 데이터 공간은 증가

12

5.2 사운드의 기본개념

(2) 양자화 (Quantizing)


어느 정도의 정밀도로 표현할 것인지




표본화된 각 점에서 값을 표현하기 위해 사용되는 비트 수

음의 해상도


(a)

표본화하는 정밀도 (Sampling Resolution, Sampling Size)

2 bit 양자화 (4단계)

(b) 3 bit 양자화 (8단계)

(c) 4 bit 양자화 ( 16단계)

아날로그 파형의 양자화
13

5.2 사운드의 기본개념



표본화 및 양자화 정도에 따른 비교

(a) 원래의 파형

(b) 낮은 표본화와 양자화

(c) 높은 표본화와 양자화

(3) 부호화 (Coding)



표본화와 양자화를 거친 디지털 정보를 표현하는 과정
사운드 파일은 크기 때문에 일반적으로 부호화 과정에서 압축하여
저장
14



디지털 사운드 파일의 크기 및 음질의 비교
표본화율
(KHz)

양자화
정밀도
(bit)

모드

데이터 크기
(1분당)

음질

11.025

8

mono

650 KB

전화

22.05

8

mono

1.3 MB

AM Radio

44.1

8

mono

2.6 MB

22.05

16

stereo

5.25 MB

44.1

16

mono

5.25 MB

44.1

16

stereo

10.5 MB





sample
(voice)

sample
(music)

FM Radio
CD

11.025 KHz × 8 bits × 1(mono) × 60 sec / 8 = 약 650 KBytes

44.1 KHz × 16 bits × 2(stereo) × 60 sec / (8*1024) = 약 10.5 MBytes
15

5.3 사운드의 저장과 고품질화


(디지털 파형의 저장 방식)



디지털 사운드 파일의 크기








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

(고품질 사운드의 획득)
16

5.4 디지털 오디오 시스템





사운드 하드웨어
사운드 처리 소프트웨어
(디지털 사운드의 압축방식)
디지털 사운드의 파일 포맷

17

5.4 디지털 오디오 시스템

사운드 하드웨어


사운드 카드 (오디오 인터페이스 카드)


주요기능









입력: 아날로그 파장의 사운드를
디지털 형태로 변환 (ADC)
출력 : 디지털 형태의 데이터를
아날로그 파장으로 변환 (DAC)
음원칩 : 미디 지원
DSP(Digital Signal Processing) 칩: 데이터의 가공, 편집

주요제품


최초의 PC용 사운드 카드 : 1987년 캐나다의 Adlib사의 Adlib




Yamaha 사의 YM-3812 음원 칩 사용

Creative사에서 SoundBlaster카드 발표


실질적인 사운드 카드의 표준
18

5.4 디지털 오디오 시스템



앰프와 스피커





사운드의 품질은 스피커의 영향이 제일 크다.
앰프 : 스피커를 위해 양질의 사운드 파형으로 증폭
돌비 서라운드 (Dolby Surround) 5.1 채널


스피커 4개 + 저음부를 위한 우퍼(Woofer)

19

5.4 디지털 오디오 시스템

사운드 처리 소프트 웨어


사운드 편집 소프트웨어






기능 : 사운드의 캡쳐 및 편집, 가공, 트랙 편집 등
GoldWave
Cool Edit
SoundForge

20

5.4 디지털 오디오 시스템

사운드 처리 소프트 웨어


재생 프로그램






오디오 CD, MP3 파일
Win amp
Sonique
거원 제트 오디오

21

5.4 디지털 오디오 시스템

디지털 사운드 압축방식 (생략)





ADPCM
A-law, µ-law
TrueSpeech
MP3 또는 MPEG Layer 3

22

5.4 디지털 오디오 시스템

디지털 사운드의 파일포맷


Wav






Au





Microsoft 와 IBM 이 PC의 사운드 표준 형식으로 공동 개발
Windows 기반 PC에서 주로 사용

유닉스 환경에서 사용되는 가장 일반적인 포맷
Sun이나 NeXT에서 사운드 표준

MP2, MP3




ISO 국제 표준으로 압축효과가 뛰어나고, 음질도 우수
인터넷 상에서 음악을 압축하는데 많이 사용
MPEG-1의 오디오 Layer 2 및 Layer 3, 확장자는 .mp2 및 .mp3
23

5.4 디지털 오디오 시스템



Real Audio (.ra, .rm)



RealNetworks 사에서 개발, 스트리밍 기술로 실시간 사운드 전송
SureStreaming이라는 기술로 항상 최적의 음질을 재생




ASF(Advanced Streaming Format)





접속시 대역폭이 동적으로 변함에 따라 음질도 동적으로 변화

인텔이 개발한 멀티미디어 파일 형식, 스트리밍 방식
통합 멀티미디어 파일: 오디오, 비디오, 이미지, 프로그램도 포함

WMA (Windows Media Audio)



마이크로소프트가 개발한 스트리밍 방식의 오디오 파일 형식
비디오 파일은 WMV
24

5.5 입체음향






개요
입체음향의 원리
(입체음향의 생성 방식)
(입체음향의 재생)
(발전동향)




모노 사운드에서 2D 스테레오를 벗어나 3D 사운드로 발전
컴퓨터 게임, 영화 및 컴퓨터 분야에서 활용

25

5.5 입체음향

개요


서라운드 (Surround)


돌비 서라운드(Dolby Surround)가 가장 대표적



사람이 있는 위치를 기준으로 사방에서 소리를 들려주는 방식


공간감, 입체감




3 채널, 4.1채널, 5.1채널 등이 있음




0.1은 서브우퍼(Subwoofer)를 의미

스테레오와 마찬가지로 청취자가
음의 중심점에 있어야 입체감을
적절하게 느낄 수 있음
Surround System (5.1채널)
26

5.5 입체음향



입체 음향(Interactive 3D Sound)




음원과 청취자 간에 상대적인 위치를 계산하여 사운드를 출력
청취자와 상호작용이 가능





사용자의 이동이나 반응, 또는 음원의 이동에 따라 소리가 입체적으로
상호작용이 필요한 가상 현실이나 게임에서 많이 사용

Creative사의 EAX, Aureal사의 A3D, 마이크로소프트사의 Direct
3D Sound에서 지원

27

5.5 입체음향

입체음향의 원리


입체음향(Interactive 3D Sound):




재생된 음향을 들었을 때 음향으로부터 공간적 단서(방향감, 거리
감, 공간감)를 지각할 수 있는 음향

소리의 전달 경로


공간 전달계(외부) :




머리 전달계(내부) :




실내의 벽이나 천장 등에서 전달
인간의 머리와 귓바퀴에서 전달

음원에 대한 공간적 단서


두 귀에 들어오는 두 신호간의 차이 때문
28

5.5 입체음향



공간적 단서


두 귀에 도달하는 소리의 시간차




두 귀에 도달하는 소리의 세기차




가까운 방향 쪽에 있는 귀가 먼저 그 소리를 들음
가까이에서 들리는 음의 크기가 더 큼

그 외 시각적 효과, 머리의 움직임, 소리의 종류에 따른 친숙도 등

29

5.6 미디(MIDI)






시스템의 구성
하드웨어 장비
(미디의 표준 모드)
미디의 소프트웨어
(미디 파일의 종류)
[시연]
제목

크기(KB)

시간

엘리제를 위하여

17

2분 38초

Dancing Queen

78

3분 57초

007 주제가

46

1분 52초

Starwars

32

3분 19초

Calvary's Love

40

3분 29초
30

5.6 미디

개요


미디(MIDI: Musical Instrument Digital interface)




1983년 세계 악기 제조업체들이 제정
전자 악기와 컴퓨터 간의 상호 정보교환을 위한 표준 규약






직접적인 음에 대한 정보가 있는 것이 아니라 음을 어떻게 연주 하라
는 정보를 표현함 : 음의 높이, 음표의 길이, 음의 강약 등
MIDI를 이용하여 전자 악기 간의 일관된 방식의 제어가 가능

음을 들으려면



신디사이저(Synthesizer) : 음을 발생시켜주는 기계
시퀀서(Sequencer) : 생성된 음의 수정

31

5.6 미디

시스템의 구성


미디 시스템의 구성


처리 과정







음의 입력 : 미디 장치에서 음을 발생 ⇒ 미디 인터페이스 카드 ⇒ 컴퓨
터로 전송
음의 처리 : 컴퓨터에서 미디 프로그램(시퀀서 등)으로 편집
음의 출력 : 컴퓨터 ⇒ 미디 인터페이스 카드 ⇒ 신디사이저 등의 미디
장치를 통해 스피커로 출력

미디 인터페이스


MIDI-IN 단자,
MIDI-OUT 단자,
MIDI-THRU 단자

32

5.6 미디

하드웨어 장비


신디사이저


전기적인 신호를 합성하여 음을 생성하는 장치





샘플러(Sampler)



신디사이저는 악기의 대표 음을, 샘플러는 악기의 모든 음을 보유
더 정교한 음 또는 음원에 없는 새로운 음을 만들고자 할 때 사용




음원부(음원모듈) : 소리를 발생시킴
건반부 (마스터 키보드) : 음원부를 이용하여 연주

실제 소리를 녹음하여 악기로 변환하거나 각종 효과음으로 활용

믹서(Mixer)


여러 개의 오디오 출력을 섞어서 하나의 출력으로 생성



각 출력의 균형 등을 맞추어 주는 이퀄라이저(Equalizer)가 장착
음악의 균형을 맞추어 녹음하고 연주하는데 많이 이용
33

5.6 미디



MIDI 인터페이스 카드




미디 전용 케이블




컴퓨터와 미디 모듈 간의
다른 신호 체계를 연결

동축 케이블 형태,
둥근모양 5핀

앰프와 스피커

34

5.6 미디

미디 소프트웨어


작곡용 프로그램(시퀀서,Sequencer)







음원 모듈에 “어떤 악기, 얼마의 강도, 얼마 동안” 소리내라고 명령
미디 신호를 입출력, 미디 파일 저장, 미디 데이터를 연주, 편집
CakeWalk : PC용, 널리 사용
Cubase : 미국 Steinberg 사
Logic : 독일 Emagic 사

35

5.6 미디



악보용 프로그램(Notation, Scoring 프로그램)






악보의 편집 및 출력
Coda사의 Finale, Passport Design사의 Encore 등

음색 편집용 프로그램(Voice Editor, Sound Editor)




소리의 편집 및 수정, 음원 모듈이나 각종 음색의 수정
OdysseySoft사의 Classic-B, KORG사의 X5DR 등

36


Slide 25

5장 사운드

멀티미디어의 이해

1

5.1 사운드의 개요



사운드의 종류
사운드의 제작 과정



사운드 란?





귀로 들을 수 있는 모든 정보
음악, 음성, 음향 효과 : 단독 사용 또는 혼합 사용(멀티미디어 환경)

정보 전달 시 사운드의 장점



미디어의 상승 효과 : 시각+청각 미디어로 정보전달 효과 상승
동기 유발 : 시각+청각 미디어를 혼합하여 피 전달자의 흥미 유발

2

5.1 사운드의 개요

사운드의 종류


일반적인 분류


음성(Voice)






음악(Music)





정보를 전달하는 주요한 수단 중 하나
텍스트보다 정보를 빠르고, 이해하기 쉽고, 설득력 있게 전달
디지털화된(digitized) 음성과 합성(synthesized) 음성

단독으로 음악 감상, 또는 정보전달시 부수효과 제공
주로 분위기, 장면전환, 감정 등 표현

음향효과(Sound Effect)



배경효과로 사용되어 상황을 좀더 현실감있게 전달 (비올때, 지하철)
자연적인(natural) 효과와 합성된(synthesized) 효과
3

5.1 사운드의 개요



컴퓨터에서 처리하는 방법에 따른 분류


디지털 오디오 (Digital Audio)






아날로그 형태의 사운드를 디지털화 시킨 것
원음에 충실하려면 많은 용량 필요 : 음악 CD 3분에 약 30MB 필요
사람의 목소리가 존재하거나, 디지털화된 파일을 처리 가능할 때

미디 (MIDI: Musical Instrument Digital Interface)



전자 악기와 다른 기계(컴퓨터)간에 정보를 전송하기 위한 통신 규약
실제 소리는 없이 연주 방법과 시기에 대한 정보를 가짐



3분 정도의 미디 음악을 듣기 위해서 약 8KB 필요
좋은 MIDI 사운드 음원(sound module)을 갖고 있는 경우

4

5.1 사운드의 개요

사운드의 제작과정


각 단계별 작업









계획(plan) : 필요한 조건 검토, 최종 결과에서 사용될 사운드 설계
녹음(record) : 사운드 도구로 녹음, 혹은 기존의 사운드 클립 이용
변환(capture) : (녹음된) 아날로그 사운드를 디지털 형태로 변환
편집(edit) : 사운드 편집 프로그램으로 편집(edit) 또는 믹싱 (mixing)
저장(store) : 편집이 끝난 중간 결과를 원하는 포맷으로 저장
통합(integrate) : 저장된 사운드를 다른 프로그램과 통합
재생(playback) : 최종결과를 재생하여 보완될 점을 수정

5

5.2 사운드의 기본개념



사운드의 기본 요소
디지털 사운드로의 변환



소리가 전달 되는 과정




음원에서 물체가 진동하면 공기의 압력을 변화하여 사운드가 생성
이 변화는 파형(waveform)의 형태로 우리 귀에 전달
사운드를 처리하는 것은 이러한 파형을 가공, 편집하는 것을 의미

6

5.2 사운드의 기본개념

사운드의 기본 요소


사운드 파형의 구성




사이클(cycle) : 일정 시간마다 반복되는 동일한 모양
주기(period) : 한 사이클이 걸리는 시간




어느 정도의 주기를 갖고 있는
사운드가 더 음악적으로 들림

소리의 3요소




주파수 : 음의 높낮이, Hz
진폭 : 음의 세기, Db
파형(Waveform) : 음색

7

5.2 사운드의 기본개념

(1) 주파수 (Frequency)




초당 사운드 파형의 반복 횟수
소리의 높낮이를 결정 : 주파수가 높으면 고음, 낮으면 저음



가청주파수(오디오) 20Hz~20KHz, 청각은 1K~6KHz에 제일 민감
[참고] 주파수 대역 구분 (Hz)
3K ~ 30K

초장파

30K ~ 300K

장파

항해, 군사교신

300K ~ 3M

중파

AM 라디오 방송 (535~1605)

3M ~ 30M

단파

아마추어 무선, 운송 통신, 무선 호출

30M ~ 300M

초단파

TV (54~216M), FM 라디오 (88~108M)

300M ~ 3G

극초단파

TV (채널 14 이상), 이동전화, 레이더

3G ~ 30G

마이크로파

위성통신, 레이더, 연구용

30G 이상

밀리미터파
8

5.2 사운드의 기본개념

(2) 진폭 (Amplitude)


사운드 파형의 기준선에서 최고점까지의 거리





소리의 크기와 관련 : 진폭이 크면 큰소리, 작으면 작은 소리
인간이 가장 편하게 들을 수 있는 소리의 범위는 0db ~ 90db

음의 크기와 소리의 예

9

5.2 사운드의 기본개념

(3) 음색 (Tone Color)




음의 높이와 크기가 같아도 악기마다 고유한 특징 => 음색
고유한 파형 => 기본파 + 고조파

10

5.2 사운드의 기본개념

디지털 사운드로의 변환


컴퓨터 처리를 위해 아날로그/디지털 형태 간의 변환






ADC(Analog-to-Digital Converter)
DAC(Digital-to-Analog Converter)

디지털 변환 과정


표본화, 양자화, 부호화 과정 필요

아날로그 신호와 디지털 신호 간의 변환 과정
11

5.2 사운드의 기본개념

(1) 표본화(Sampling)




아날로그 파형을 디지털 형태로 변환하기 위해 표본을 취하는 것
표본화율(Sampling Rate)



1초 동안에 취한 표본수 (단위: Hz)
표본화율이 높을수록 원음을 잘 표현할 수 있으나 데이터 공간은 증가

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5.2 사운드의 기본개념

(2) 양자화 (Quantizing)


어느 정도의 정밀도로 표현할 것인지




표본화된 각 점에서 값을 표현하기 위해 사용되는 비트 수

음의 해상도


(a)

표본화하는 정밀도 (Sampling Resolution, Sampling Size)

2 bit 양자화 (4단계)

(b) 3 bit 양자화 (8단계)

(c) 4 bit 양자화 ( 16단계)

아날로그 파형의 양자화
13

5.2 사운드의 기본개념



표본화 및 양자화 정도에 따른 비교

(a) 원래의 파형

(b) 낮은 표본화와 양자화

(c) 높은 표본화와 양자화

(3) 부호화 (Coding)



표본화와 양자화를 거친 디지털 정보를 표현하는 과정
사운드 파일은 크기 때문에 일반적으로 부호화 과정에서 압축하여
저장
14



디지털 사운드 파일의 크기 및 음질의 비교
표본화율
(KHz)

양자화
정밀도
(bit)

모드

데이터 크기
(1분당)

음질

11.025

8

mono

650 KB

전화

22.05

8

mono

1.3 MB

AM Radio

44.1

8

mono

2.6 MB

22.05

16

stereo

5.25 MB

44.1

16

mono

5.25 MB

44.1

16

stereo

10.5 MB





sample
(voice)

sample
(music)

FM Radio
CD

11.025 KHz × 8 bits × 1(mono) × 60 sec / 8 = 약 650 KBytes

44.1 KHz × 16 bits × 2(stereo) × 60 sec / (8*1024) = 약 10.5 MBytes
15

5.3 사운드의 저장과 고품질화


(디지털 파형의 저장 방식)



디지털 사운드 파일의 크기








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

(고품질 사운드의 획득)
16

5.4 디지털 오디오 시스템





사운드 하드웨어
사운드 처리 소프트웨어
(디지털 사운드의 압축방식)
디지털 사운드의 파일 포맷

17

5.4 디지털 오디오 시스템

사운드 하드웨어


사운드 카드 (오디오 인터페이스 카드)


주요기능









입력: 아날로그 파장의 사운드를
디지털 형태로 변환 (ADC)
출력 : 디지털 형태의 데이터를
아날로그 파장으로 변환 (DAC)
음원칩 : 미디 지원
DSP(Digital Signal Processing) 칩: 데이터의 가공, 편집

주요제품


최초의 PC용 사운드 카드 : 1987년 캐나다의 Adlib사의 Adlib




Yamaha 사의 YM-3812 음원 칩 사용

Creative사에서 SoundBlaster카드 발표


실질적인 사운드 카드의 표준
18

5.4 디지털 오디오 시스템



앰프와 스피커





사운드의 품질은 스피커의 영향이 제일 크다.
앰프 : 스피커를 위해 양질의 사운드 파형으로 증폭
돌비 서라운드 (Dolby Surround) 5.1 채널


스피커 4개 + 저음부를 위한 우퍼(Woofer)

19

5.4 디지털 오디오 시스템

사운드 처리 소프트 웨어


사운드 편집 소프트웨어






기능 : 사운드의 캡쳐 및 편집, 가공, 트랙 편집 등
GoldWave
Cool Edit
SoundForge

20

5.4 디지털 오디오 시스템

사운드 처리 소프트 웨어


재생 프로그램






오디오 CD, MP3 파일
Win amp
Sonique
거원 제트 오디오

21

5.4 디지털 오디오 시스템

디지털 사운드 압축방식 (생략)





ADPCM
A-law, µ-law
TrueSpeech
MP3 또는 MPEG Layer 3

22

5.4 디지털 오디오 시스템

디지털 사운드의 파일포맷


Wav






Au





Microsoft 와 IBM 이 PC의 사운드 표준 형식으로 공동 개발
Windows 기반 PC에서 주로 사용

유닉스 환경에서 사용되는 가장 일반적인 포맷
Sun이나 NeXT에서 사운드 표준

MP2, MP3




ISO 국제 표준으로 압축효과가 뛰어나고, 음질도 우수
인터넷 상에서 음악을 압축하는데 많이 사용
MPEG-1의 오디오 Layer 2 및 Layer 3, 확장자는 .mp2 및 .mp3
23

5.4 디지털 오디오 시스템



Real Audio (.ra, .rm)



RealNetworks 사에서 개발, 스트리밍 기술로 실시간 사운드 전송
SureStreaming이라는 기술로 항상 최적의 음질을 재생




ASF(Advanced Streaming Format)





접속시 대역폭이 동적으로 변함에 따라 음질도 동적으로 변화

인텔이 개발한 멀티미디어 파일 형식, 스트리밍 방식
통합 멀티미디어 파일: 오디오, 비디오, 이미지, 프로그램도 포함

WMA (Windows Media Audio)



마이크로소프트가 개발한 스트리밍 방식의 오디오 파일 형식
비디오 파일은 WMV
24

5.5 입체음향






개요
입체음향의 원리
(입체음향의 생성 방식)
(입체음향의 재생)
(발전동향)




모노 사운드에서 2D 스테레오를 벗어나 3D 사운드로 발전
컴퓨터 게임, 영화 및 컴퓨터 분야에서 활용

25

5.5 입체음향

개요


서라운드 (Surround)


돌비 서라운드(Dolby Surround)가 가장 대표적



사람이 있는 위치를 기준으로 사방에서 소리를 들려주는 방식


공간감, 입체감




3 채널, 4.1채널, 5.1채널 등이 있음




0.1은 서브우퍼(Subwoofer)를 의미

스테레오와 마찬가지로 청취자가
음의 중심점에 있어야 입체감을
적절하게 느낄 수 있음
Surround System (5.1채널)
26

5.5 입체음향



입체 음향(Interactive 3D Sound)




음원과 청취자 간에 상대적인 위치를 계산하여 사운드를 출력
청취자와 상호작용이 가능





사용자의 이동이나 반응, 또는 음원의 이동에 따라 소리가 입체적으로
상호작용이 필요한 가상 현실이나 게임에서 많이 사용

Creative사의 EAX, Aureal사의 A3D, 마이크로소프트사의 Direct
3D Sound에서 지원

27

5.5 입체음향

입체음향의 원리


입체음향(Interactive 3D Sound):




재생된 음향을 들었을 때 음향으로부터 공간적 단서(방향감, 거리
감, 공간감)를 지각할 수 있는 음향

소리의 전달 경로


공간 전달계(외부) :




머리 전달계(내부) :




실내의 벽이나 천장 등에서 전달
인간의 머리와 귓바퀴에서 전달

음원에 대한 공간적 단서


두 귀에 들어오는 두 신호간의 차이 때문
28

5.5 입체음향



공간적 단서


두 귀에 도달하는 소리의 시간차




두 귀에 도달하는 소리의 세기차




가까운 방향 쪽에 있는 귀가 먼저 그 소리를 들음
가까이에서 들리는 음의 크기가 더 큼

그 외 시각적 효과, 머리의 움직임, 소리의 종류에 따른 친숙도 등

29

5.6 미디(MIDI)






시스템의 구성
하드웨어 장비
(미디의 표준 모드)
미디의 소프트웨어
(미디 파일의 종류)
[시연]
제목

크기(KB)

시간

엘리제를 위하여

17

2분 38초

Dancing Queen

78

3분 57초

007 주제가

46

1분 52초

Starwars

32

3분 19초

Calvary's Love

40

3분 29초
30

5.6 미디

개요


미디(MIDI: Musical Instrument Digital interface)




1983년 세계 악기 제조업체들이 제정
전자 악기와 컴퓨터 간의 상호 정보교환을 위한 표준 규약






직접적인 음에 대한 정보가 있는 것이 아니라 음을 어떻게 연주 하라
는 정보를 표현함 : 음의 높이, 음표의 길이, 음의 강약 등
MIDI를 이용하여 전자 악기 간의 일관된 방식의 제어가 가능

음을 들으려면



신디사이저(Synthesizer) : 음을 발생시켜주는 기계
시퀀서(Sequencer) : 생성된 음의 수정

31

5.6 미디

시스템의 구성


미디 시스템의 구성


처리 과정







음의 입력 : 미디 장치에서 음을 발생 ⇒ 미디 인터페이스 카드 ⇒ 컴퓨
터로 전송
음의 처리 : 컴퓨터에서 미디 프로그램(시퀀서 등)으로 편집
음의 출력 : 컴퓨터 ⇒ 미디 인터페이스 카드 ⇒ 신디사이저 등의 미디
장치를 통해 스피커로 출력

미디 인터페이스


MIDI-IN 단자,
MIDI-OUT 단자,
MIDI-THRU 단자

32

5.6 미디

하드웨어 장비


신디사이저


전기적인 신호를 합성하여 음을 생성하는 장치





샘플러(Sampler)



신디사이저는 악기의 대표 음을, 샘플러는 악기의 모든 음을 보유
더 정교한 음 또는 음원에 없는 새로운 음을 만들고자 할 때 사용




음원부(음원모듈) : 소리를 발생시킴
건반부 (마스터 키보드) : 음원부를 이용하여 연주

실제 소리를 녹음하여 악기로 변환하거나 각종 효과음으로 활용

믹서(Mixer)


여러 개의 오디오 출력을 섞어서 하나의 출력으로 생성



각 출력의 균형 등을 맞추어 주는 이퀄라이저(Equalizer)가 장착
음악의 균형을 맞추어 녹음하고 연주하는데 많이 이용
33

5.6 미디



MIDI 인터페이스 카드




미디 전용 케이블




컴퓨터와 미디 모듈 간의
다른 신호 체계를 연결

동축 케이블 형태,
둥근모양 5핀

앰프와 스피커

34

5.6 미디

미디 소프트웨어


작곡용 프로그램(시퀀서,Sequencer)







음원 모듈에 “어떤 악기, 얼마의 강도, 얼마 동안” 소리내라고 명령
미디 신호를 입출력, 미디 파일 저장, 미디 데이터를 연주, 편집
CakeWalk : PC용, 널리 사용
Cubase : 미국 Steinberg 사
Logic : 독일 Emagic 사

35

5.6 미디



악보용 프로그램(Notation, Scoring 프로그램)






악보의 편집 및 출력
Coda사의 Finale, Passport Design사의 Encore 등

음색 편집용 프로그램(Voice Editor, Sound Editor)




소리의 편집 및 수정, 음원 모듈이나 각종 음색의 수정
OdysseySoft사의 Classic-B, KORG사의 X5DR 등

36


Slide 26

5장 사운드

멀티미디어의 이해

1

5.1 사운드의 개요



사운드의 종류
사운드의 제작 과정



사운드 란?





귀로 들을 수 있는 모든 정보
음악, 음성, 음향 효과 : 단독 사용 또는 혼합 사용(멀티미디어 환경)

정보 전달 시 사운드의 장점



미디어의 상승 효과 : 시각+청각 미디어로 정보전달 효과 상승
동기 유발 : 시각+청각 미디어를 혼합하여 피 전달자의 흥미 유발

2

5.1 사운드의 개요

사운드의 종류


일반적인 분류


음성(Voice)






음악(Music)





정보를 전달하는 주요한 수단 중 하나
텍스트보다 정보를 빠르고, 이해하기 쉽고, 설득력 있게 전달
디지털화된(digitized) 음성과 합성(synthesized) 음성

단독으로 음악 감상, 또는 정보전달시 부수효과 제공
주로 분위기, 장면전환, 감정 등 표현

음향효과(Sound Effect)



배경효과로 사용되어 상황을 좀더 현실감있게 전달 (비올때, 지하철)
자연적인(natural) 효과와 합성된(synthesized) 효과
3

5.1 사운드의 개요



컴퓨터에서 처리하는 방법에 따른 분류


디지털 오디오 (Digital Audio)






아날로그 형태의 사운드를 디지털화 시킨 것
원음에 충실하려면 많은 용량 필요 : 음악 CD 3분에 약 30MB 필요
사람의 목소리가 존재하거나, 디지털화된 파일을 처리 가능할 때

미디 (MIDI: Musical Instrument Digital Interface)



전자 악기와 다른 기계(컴퓨터)간에 정보를 전송하기 위한 통신 규약
실제 소리는 없이 연주 방법과 시기에 대한 정보를 가짐



3분 정도의 미디 음악을 듣기 위해서 약 8KB 필요
좋은 MIDI 사운드 음원(sound module)을 갖고 있는 경우

4

5.1 사운드의 개요

사운드의 제작과정


각 단계별 작업









계획(plan) : 필요한 조건 검토, 최종 결과에서 사용될 사운드 설계
녹음(record) : 사운드 도구로 녹음, 혹은 기존의 사운드 클립 이용
변환(capture) : (녹음된) 아날로그 사운드를 디지털 형태로 변환
편집(edit) : 사운드 편집 프로그램으로 편집(edit) 또는 믹싱 (mixing)
저장(store) : 편집이 끝난 중간 결과를 원하는 포맷으로 저장
통합(integrate) : 저장된 사운드를 다른 프로그램과 통합
재생(playback) : 최종결과를 재생하여 보완될 점을 수정

5

5.2 사운드의 기본개념



사운드의 기본 요소
디지털 사운드로의 변환



소리가 전달 되는 과정




음원에서 물체가 진동하면 공기의 압력을 변화하여 사운드가 생성
이 변화는 파형(waveform)의 형태로 우리 귀에 전달
사운드를 처리하는 것은 이러한 파형을 가공, 편집하는 것을 의미

6

5.2 사운드의 기본개념

사운드의 기본 요소


사운드 파형의 구성




사이클(cycle) : 일정 시간마다 반복되는 동일한 모양
주기(period) : 한 사이클이 걸리는 시간




어느 정도의 주기를 갖고 있는
사운드가 더 음악적으로 들림

소리의 3요소




주파수 : 음의 높낮이, Hz
진폭 : 음의 세기, Db
파형(Waveform) : 음색

7

5.2 사운드의 기본개념

(1) 주파수 (Frequency)




초당 사운드 파형의 반복 횟수
소리의 높낮이를 결정 : 주파수가 높으면 고음, 낮으면 저음



가청주파수(오디오) 20Hz~20KHz, 청각은 1K~6KHz에 제일 민감
[참고] 주파수 대역 구분 (Hz)
3K ~ 30K

초장파

30K ~ 300K

장파

항해, 군사교신

300K ~ 3M

중파

AM 라디오 방송 (535~1605)

3M ~ 30M

단파

아마추어 무선, 운송 통신, 무선 호출

30M ~ 300M

초단파

TV (54~216M), FM 라디오 (88~108M)

300M ~ 3G

극초단파

TV (채널 14 이상), 이동전화, 레이더

3G ~ 30G

마이크로파

위성통신, 레이더, 연구용

30G 이상

밀리미터파
8

5.2 사운드의 기본개념

(2) 진폭 (Amplitude)


사운드 파형의 기준선에서 최고점까지의 거리





소리의 크기와 관련 : 진폭이 크면 큰소리, 작으면 작은 소리
인간이 가장 편하게 들을 수 있는 소리의 범위는 0db ~ 90db

음의 크기와 소리의 예

9

5.2 사운드의 기본개념

(3) 음색 (Tone Color)




음의 높이와 크기가 같아도 악기마다 고유한 특징 => 음색
고유한 파형 => 기본파 + 고조파

10

5.2 사운드의 기본개념

디지털 사운드로의 변환


컴퓨터 처리를 위해 아날로그/디지털 형태 간의 변환






ADC(Analog-to-Digital Converter)
DAC(Digital-to-Analog Converter)

디지털 변환 과정


표본화, 양자화, 부호화 과정 필요

아날로그 신호와 디지털 신호 간의 변환 과정
11

5.2 사운드의 기본개념

(1) 표본화(Sampling)




아날로그 파형을 디지털 형태로 변환하기 위해 표본을 취하는 것
표본화율(Sampling Rate)



1초 동안에 취한 표본수 (단위: Hz)
표본화율이 높을수록 원음을 잘 표현할 수 있으나 데이터 공간은 증가

12

5.2 사운드의 기본개념

(2) 양자화 (Quantizing)


어느 정도의 정밀도로 표현할 것인지




표본화된 각 점에서 값을 표현하기 위해 사용되는 비트 수

음의 해상도


(a)

표본화하는 정밀도 (Sampling Resolution, Sampling Size)

2 bit 양자화 (4단계)

(b) 3 bit 양자화 (8단계)

(c) 4 bit 양자화 ( 16단계)

아날로그 파형의 양자화
13

5.2 사운드의 기본개념



표본화 및 양자화 정도에 따른 비교

(a) 원래의 파형

(b) 낮은 표본화와 양자화

(c) 높은 표본화와 양자화

(3) 부호화 (Coding)



표본화와 양자화를 거친 디지털 정보를 표현하는 과정
사운드 파일은 크기 때문에 일반적으로 부호화 과정에서 압축하여
저장
14



디지털 사운드 파일의 크기 및 음질의 비교
표본화율
(KHz)

양자화
정밀도
(bit)

모드

데이터 크기
(1분당)

음질

11.025

8

mono

650 KB

전화

22.05

8

mono

1.3 MB

AM Radio

44.1

8

mono

2.6 MB

22.05

16

stereo

5.25 MB

44.1

16

mono

5.25 MB

44.1

16

stereo

10.5 MB





sample
(voice)

sample
(music)

FM Radio
CD

11.025 KHz × 8 bits × 1(mono) × 60 sec / 8 = 약 650 KBytes

44.1 KHz × 16 bits × 2(stereo) × 60 sec / (8*1024) = 약 10.5 MBytes
15

5.3 사운드의 저장과 고품질화


(디지털 파형의 저장 방식)



디지털 사운드 파일의 크기








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

(고품질 사운드의 획득)
16

5.4 디지털 오디오 시스템





사운드 하드웨어
사운드 처리 소프트웨어
(디지털 사운드의 압축방식)
디지털 사운드의 파일 포맷

17

5.4 디지털 오디오 시스템

사운드 하드웨어


사운드 카드 (오디오 인터페이스 카드)


주요기능









입력: 아날로그 파장의 사운드를
디지털 형태로 변환 (ADC)
출력 : 디지털 형태의 데이터를
아날로그 파장으로 변환 (DAC)
음원칩 : 미디 지원
DSP(Digital Signal Processing) 칩: 데이터의 가공, 편집

주요제품


최초의 PC용 사운드 카드 : 1987년 캐나다의 Adlib사의 Adlib




Yamaha 사의 YM-3812 음원 칩 사용

Creative사에서 SoundBlaster카드 발표


실질적인 사운드 카드의 표준
18

5.4 디지털 오디오 시스템



앰프와 스피커





사운드의 품질은 스피커의 영향이 제일 크다.
앰프 : 스피커를 위해 양질의 사운드 파형으로 증폭
돌비 서라운드 (Dolby Surround) 5.1 채널


스피커 4개 + 저음부를 위한 우퍼(Woofer)

19

5.4 디지털 오디오 시스템

사운드 처리 소프트 웨어


사운드 편집 소프트웨어






기능 : 사운드의 캡쳐 및 편집, 가공, 트랙 편집 등
GoldWave
Cool Edit
SoundForge

20

5.4 디지털 오디오 시스템

사운드 처리 소프트 웨어


재생 프로그램






오디오 CD, MP3 파일
Win amp
Sonique
거원 제트 오디오

21

5.4 디지털 오디오 시스템

디지털 사운드 압축방식 (생략)





ADPCM
A-law, µ-law
TrueSpeech
MP3 또는 MPEG Layer 3

22

5.4 디지털 오디오 시스템

디지털 사운드의 파일포맷


Wav






Au





Microsoft 와 IBM 이 PC의 사운드 표준 형식으로 공동 개발
Windows 기반 PC에서 주로 사용

유닉스 환경에서 사용되는 가장 일반적인 포맷
Sun이나 NeXT에서 사운드 표준

MP2, MP3




ISO 국제 표준으로 압축효과가 뛰어나고, 음질도 우수
인터넷 상에서 음악을 압축하는데 많이 사용
MPEG-1의 오디오 Layer 2 및 Layer 3, 확장자는 .mp2 및 .mp3
23

5.4 디지털 오디오 시스템



Real Audio (.ra, .rm)



RealNetworks 사에서 개발, 스트리밍 기술로 실시간 사운드 전송
SureStreaming이라는 기술로 항상 최적의 음질을 재생




ASF(Advanced Streaming Format)





접속시 대역폭이 동적으로 변함에 따라 음질도 동적으로 변화

인텔이 개발한 멀티미디어 파일 형식, 스트리밍 방식
통합 멀티미디어 파일: 오디오, 비디오, 이미지, 프로그램도 포함

WMA (Windows Media Audio)



마이크로소프트가 개발한 스트리밍 방식의 오디오 파일 형식
비디오 파일은 WMV
24

5.5 입체음향






개요
입체음향의 원리
(입체음향의 생성 방식)
(입체음향의 재생)
(발전동향)




모노 사운드에서 2D 스테레오를 벗어나 3D 사운드로 발전
컴퓨터 게임, 영화 및 컴퓨터 분야에서 활용

25

5.5 입체음향

개요


서라운드 (Surround)


돌비 서라운드(Dolby Surround)가 가장 대표적



사람이 있는 위치를 기준으로 사방에서 소리를 들려주는 방식


공간감, 입체감




3 채널, 4.1채널, 5.1채널 등이 있음




0.1은 서브우퍼(Subwoofer)를 의미

스테레오와 마찬가지로 청취자가
음의 중심점에 있어야 입체감을
적절하게 느낄 수 있음
Surround System (5.1채널)
26

5.5 입체음향



입체 음향(Interactive 3D Sound)




음원과 청취자 간에 상대적인 위치를 계산하여 사운드를 출력
청취자와 상호작용이 가능





사용자의 이동이나 반응, 또는 음원의 이동에 따라 소리가 입체적으로
상호작용이 필요한 가상 현실이나 게임에서 많이 사용

Creative사의 EAX, Aureal사의 A3D, 마이크로소프트사의 Direct
3D Sound에서 지원

27

5.5 입체음향

입체음향의 원리


입체음향(Interactive 3D Sound):




재생된 음향을 들었을 때 음향으로부터 공간적 단서(방향감, 거리
감, 공간감)를 지각할 수 있는 음향

소리의 전달 경로


공간 전달계(외부) :




머리 전달계(내부) :




실내의 벽이나 천장 등에서 전달
인간의 머리와 귓바퀴에서 전달

음원에 대한 공간적 단서


두 귀에 들어오는 두 신호간의 차이 때문
28

5.5 입체음향



공간적 단서


두 귀에 도달하는 소리의 시간차




두 귀에 도달하는 소리의 세기차




가까운 방향 쪽에 있는 귀가 먼저 그 소리를 들음
가까이에서 들리는 음의 크기가 더 큼

그 외 시각적 효과, 머리의 움직임, 소리의 종류에 따른 친숙도 등

29

5.6 미디(MIDI)






시스템의 구성
하드웨어 장비
(미디의 표준 모드)
미디의 소프트웨어
(미디 파일의 종류)
[시연]
제목

크기(KB)

시간

엘리제를 위하여

17

2분 38초

Dancing Queen

78

3분 57초

007 주제가

46

1분 52초

Starwars

32

3분 19초

Calvary's Love

40

3분 29초
30

5.6 미디

개요


미디(MIDI: Musical Instrument Digital interface)




1983년 세계 악기 제조업체들이 제정
전자 악기와 컴퓨터 간의 상호 정보교환을 위한 표준 규약






직접적인 음에 대한 정보가 있는 것이 아니라 음을 어떻게 연주 하라
는 정보를 표현함 : 음의 높이, 음표의 길이, 음의 강약 등
MIDI를 이용하여 전자 악기 간의 일관된 방식의 제어가 가능

음을 들으려면



신디사이저(Synthesizer) : 음을 발생시켜주는 기계
시퀀서(Sequencer) : 생성된 음의 수정

31

5.6 미디

시스템의 구성


미디 시스템의 구성


처리 과정







음의 입력 : 미디 장치에서 음을 발생 ⇒ 미디 인터페이스 카드 ⇒ 컴퓨
터로 전송
음의 처리 : 컴퓨터에서 미디 프로그램(시퀀서 등)으로 편집
음의 출력 : 컴퓨터 ⇒ 미디 인터페이스 카드 ⇒ 신디사이저 등의 미디
장치를 통해 스피커로 출력

미디 인터페이스


MIDI-IN 단자,
MIDI-OUT 단자,
MIDI-THRU 단자

32

5.6 미디

하드웨어 장비


신디사이저


전기적인 신호를 합성하여 음을 생성하는 장치





샘플러(Sampler)



신디사이저는 악기의 대표 음을, 샘플러는 악기의 모든 음을 보유
더 정교한 음 또는 음원에 없는 새로운 음을 만들고자 할 때 사용




음원부(음원모듈) : 소리를 발생시킴
건반부 (마스터 키보드) : 음원부를 이용하여 연주

실제 소리를 녹음하여 악기로 변환하거나 각종 효과음으로 활용

믹서(Mixer)


여러 개의 오디오 출력을 섞어서 하나의 출력으로 생성



각 출력의 균형 등을 맞추어 주는 이퀄라이저(Equalizer)가 장착
음악의 균형을 맞추어 녹음하고 연주하는데 많이 이용
33

5.6 미디



MIDI 인터페이스 카드




미디 전용 케이블




컴퓨터와 미디 모듈 간의
다른 신호 체계를 연결

동축 케이블 형태,
둥근모양 5핀

앰프와 스피커

34

5.6 미디

미디 소프트웨어


작곡용 프로그램(시퀀서,Sequencer)







음원 모듈에 “어떤 악기, 얼마의 강도, 얼마 동안” 소리내라고 명령
미디 신호를 입출력, 미디 파일 저장, 미디 데이터를 연주, 편집
CakeWalk : PC용, 널리 사용
Cubase : 미국 Steinberg 사
Logic : 독일 Emagic 사

35

5.6 미디



악보용 프로그램(Notation, Scoring 프로그램)






악보의 편집 및 출력
Coda사의 Finale, Passport Design사의 Encore 등

음색 편집용 프로그램(Voice Editor, Sound Editor)




소리의 편집 및 수정, 음원 모듈이나 각종 음색의 수정
OdysseySoft사의 Classic-B, KORG사의 X5DR 등

36


Slide 27

5장 사운드

멀티미디어의 이해

1

5.1 사운드의 개요



사운드의 종류
사운드의 제작 과정



사운드 란?





귀로 들을 수 있는 모든 정보
음악, 음성, 음향 효과 : 단독 사용 또는 혼합 사용(멀티미디어 환경)

정보 전달 시 사운드의 장점



미디어의 상승 효과 : 시각+청각 미디어로 정보전달 효과 상승
동기 유발 : 시각+청각 미디어를 혼합하여 피 전달자의 흥미 유발

2

5.1 사운드의 개요

사운드의 종류


일반적인 분류


음성(Voice)






음악(Music)





정보를 전달하는 주요한 수단 중 하나
텍스트보다 정보를 빠르고, 이해하기 쉽고, 설득력 있게 전달
디지털화된(digitized) 음성과 합성(synthesized) 음성

단독으로 음악 감상, 또는 정보전달시 부수효과 제공
주로 분위기, 장면전환, 감정 등 표현

음향효과(Sound Effect)



배경효과로 사용되어 상황을 좀더 현실감있게 전달 (비올때, 지하철)
자연적인(natural) 효과와 합성된(synthesized) 효과
3

5.1 사운드의 개요



컴퓨터에서 처리하는 방법에 따른 분류


디지털 오디오 (Digital Audio)






아날로그 형태의 사운드를 디지털화 시킨 것
원음에 충실하려면 많은 용량 필요 : 음악 CD 3분에 약 30MB 필요
사람의 목소리가 존재하거나, 디지털화된 파일을 처리 가능할 때

미디 (MIDI: Musical Instrument Digital Interface)



전자 악기와 다른 기계(컴퓨터)간에 정보를 전송하기 위한 통신 규약
실제 소리는 없이 연주 방법과 시기에 대한 정보를 가짐



3분 정도의 미디 음악을 듣기 위해서 약 8KB 필요
좋은 MIDI 사운드 음원(sound module)을 갖고 있는 경우

4

5.1 사운드의 개요

사운드의 제작과정


각 단계별 작업









계획(plan) : 필요한 조건 검토, 최종 결과에서 사용될 사운드 설계
녹음(record) : 사운드 도구로 녹음, 혹은 기존의 사운드 클립 이용
변환(capture) : (녹음된) 아날로그 사운드를 디지털 형태로 변환
편집(edit) : 사운드 편집 프로그램으로 편집(edit) 또는 믹싱 (mixing)
저장(store) : 편집이 끝난 중간 결과를 원하는 포맷으로 저장
통합(integrate) : 저장된 사운드를 다른 프로그램과 통합
재생(playback) : 최종결과를 재생하여 보완될 점을 수정

5

5.2 사운드의 기본개념



사운드의 기본 요소
디지털 사운드로의 변환



소리가 전달 되는 과정




음원에서 물체가 진동하면 공기의 압력을 변화하여 사운드가 생성
이 변화는 파형(waveform)의 형태로 우리 귀에 전달
사운드를 처리하는 것은 이러한 파형을 가공, 편집하는 것을 의미

6

5.2 사운드의 기본개념

사운드의 기본 요소


사운드 파형의 구성




사이클(cycle) : 일정 시간마다 반복되는 동일한 모양
주기(period) : 한 사이클이 걸리는 시간




어느 정도의 주기를 갖고 있는
사운드가 더 음악적으로 들림

소리의 3요소




주파수 : 음의 높낮이, Hz
진폭 : 음의 세기, Db
파형(Waveform) : 음색

7

5.2 사운드의 기본개념

(1) 주파수 (Frequency)




초당 사운드 파형의 반복 횟수
소리의 높낮이를 결정 : 주파수가 높으면 고음, 낮으면 저음



가청주파수(오디오) 20Hz~20KHz, 청각은 1K~6KHz에 제일 민감
[참고] 주파수 대역 구분 (Hz)
3K ~ 30K

초장파

30K ~ 300K

장파

항해, 군사교신

300K ~ 3M

중파

AM 라디오 방송 (535~1605)

3M ~ 30M

단파

아마추어 무선, 운송 통신, 무선 호출

30M ~ 300M

초단파

TV (54~216M), FM 라디오 (88~108M)

300M ~ 3G

극초단파

TV (채널 14 이상), 이동전화, 레이더

3G ~ 30G

마이크로파

위성통신, 레이더, 연구용

30G 이상

밀리미터파
8

5.2 사운드의 기본개념

(2) 진폭 (Amplitude)


사운드 파형의 기준선에서 최고점까지의 거리





소리의 크기와 관련 : 진폭이 크면 큰소리, 작으면 작은 소리
인간이 가장 편하게 들을 수 있는 소리의 범위는 0db ~ 90db

음의 크기와 소리의 예

9

5.2 사운드의 기본개념

(3) 음색 (Tone Color)




음의 높이와 크기가 같아도 악기마다 고유한 특징 => 음색
고유한 파형 => 기본파 + 고조파

10

5.2 사운드의 기본개념

디지털 사운드로의 변환


컴퓨터 처리를 위해 아날로그/디지털 형태 간의 변환






ADC(Analog-to-Digital Converter)
DAC(Digital-to-Analog Converter)

디지털 변환 과정


표본화, 양자화, 부호화 과정 필요

아날로그 신호와 디지털 신호 간의 변환 과정
11

5.2 사운드의 기본개념

(1) 표본화(Sampling)




아날로그 파형을 디지털 형태로 변환하기 위해 표본을 취하는 것
표본화율(Sampling Rate)



1초 동안에 취한 표본수 (단위: Hz)
표본화율이 높을수록 원음을 잘 표현할 수 있으나 데이터 공간은 증가

12

5.2 사운드의 기본개념

(2) 양자화 (Quantizing)


어느 정도의 정밀도로 표현할 것인지




표본화된 각 점에서 값을 표현하기 위해 사용되는 비트 수

음의 해상도


(a)

표본화하는 정밀도 (Sampling Resolution, Sampling Size)

2 bit 양자화 (4단계)

(b) 3 bit 양자화 (8단계)

(c) 4 bit 양자화 ( 16단계)

아날로그 파형의 양자화
13

5.2 사운드의 기본개념



표본화 및 양자화 정도에 따른 비교

(a) 원래의 파형

(b) 낮은 표본화와 양자화

(c) 높은 표본화와 양자화

(3) 부호화 (Coding)



표본화와 양자화를 거친 디지털 정보를 표현하는 과정
사운드 파일은 크기 때문에 일반적으로 부호화 과정에서 압축하여
저장
14



디지털 사운드 파일의 크기 및 음질의 비교
표본화율
(KHz)

양자화
정밀도
(bit)

모드

데이터 크기
(1분당)

음질

11.025

8

mono

650 KB

전화

22.05

8

mono

1.3 MB

AM Radio

44.1

8

mono

2.6 MB

22.05

16

stereo

5.25 MB

44.1

16

mono

5.25 MB

44.1

16

stereo

10.5 MB





sample
(voice)

sample
(music)

FM Radio
CD

11.025 KHz × 8 bits × 1(mono) × 60 sec / 8 = 약 650 KBytes

44.1 KHz × 16 bits × 2(stereo) × 60 sec / (8*1024) = 약 10.5 MBytes
15

5.3 사운드의 저장과 고품질화


(디지털 파형의 저장 방식)



디지털 사운드 파일의 크기








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

(고품질 사운드의 획득)
16

5.4 디지털 오디오 시스템





사운드 하드웨어
사운드 처리 소프트웨어
(디지털 사운드의 압축방식)
디지털 사운드의 파일 포맷

17

5.4 디지털 오디오 시스템

사운드 하드웨어


사운드 카드 (오디오 인터페이스 카드)


주요기능









입력: 아날로그 파장의 사운드를
디지털 형태로 변환 (ADC)
출력 : 디지털 형태의 데이터를
아날로그 파장으로 변환 (DAC)
음원칩 : 미디 지원
DSP(Digital Signal Processing) 칩: 데이터의 가공, 편집

주요제품


최초의 PC용 사운드 카드 : 1987년 캐나다의 Adlib사의 Adlib




Yamaha 사의 YM-3812 음원 칩 사용

Creative사에서 SoundBlaster카드 발표


실질적인 사운드 카드의 표준
18

5.4 디지털 오디오 시스템



앰프와 스피커





사운드의 품질은 스피커의 영향이 제일 크다.
앰프 : 스피커를 위해 양질의 사운드 파형으로 증폭
돌비 서라운드 (Dolby Surround) 5.1 채널


스피커 4개 + 저음부를 위한 우퍼(Woofer)

19

5.4 디지털 오디오 시스템

사운드 처리 소프트 웨어


사운드 편집 소프트웨어






기능 : 사운드의 캡쳐 및 편집, 가공, 트랙 편집 등
GoldWave
Cool Edit
SoundForge

20

5.4 디지털 오디오 시스템

사운드 처리 소프트 웨어


재생 프로그램






오디오 CD, MP3 파일
Win amp
Sonique
거원 제트 오디오

21

5.4 디지털 오디오 시스템

디지털 사운드 압축방식 (생략)





ADPCM
A-law, µ-law
TrueSpeech
MP3 또는 MPEG Layer 3

22

5.4 디지털 오디오 시스템

디지털 사운드의 파일포맷


Wav






Au





Microsoft 와 IBM 이 PC의 사운드 표준 형식으로 공동 개발
Windows 기반 PC에서 주로 사용

유닉스 환경에서 사용되는 가장 일반적인 포맷
Sun이나 NeXT에서 사운드 표준

MP2, MP3




ISO 국제 표준으로 압축효과가 뛰어나고, 음질도 우수
인터넷 상에서 음악을 압축하는데 많이 사용
MPEG-1의 오디오 Layer 2 및 Layer 3, 확장자는 .mp2 및 .mp3
23

5.4 디지털 오디오 시스템



Real Audio (.ra, .rm)



RealNetworks 사에서 개발, 스트리밍 기술로 실시간 사운드 전송
SureStreaming이라는 기술로 항상 최적의 음질을 재생




ASF(Advanced Streaming Format)





접속시 대역폭이 동적으로 변함에 따라 음질도 동적으로 변화

인텔이 개발한 멀티미디어 파일 형식, 스트리밍 방식
통합 멀티미디어 파일: 오디오, 비디오, 이미지, 프로그램도 포함

WMA (Windows Media Audio)



마이크로소프트가 개발한 스트리밍 방식의 오디오 파일 형식
비디오 파일은 WMV
24

5.5 입체음향






개요
입체음향의 원리
(입체음향의 생성 방식)
(입체음향의 재생)
(발전동향)




모노 사운드에서 2D 스테레오를 벗어나 3D 사운드로 발전
컴퓨터 게임, 영화 및 컴퓨터 분야에서 활용

25

5.5 입체음향

개요


서라운드 (Surround)


돌비 서라운드(Dolby Surround)가 가장 대표적



사람이 있는 위치를 기준으로 사방에서 소리를 들려주는 방식


공간감, 입체감




3 채널, 4.1채널, 5.1채널 등이 있음




0.1은 서브우퍼(Subwoofer)를 의미

스테레오와 마찬가지로 청취자가
음의 중심점에 있어야 입체감을
적절하게 느낄 수 있음
Surround System (5.1채널)
26

5.5 입체음향



입체 음향(Interactive 3D Sound)




음원과 청취자 간에 상대적인 위치를 계산하여 사운드를 출력
청취자와 상호작용이 가능





사용자의 이동이나 반응, 또는 음원의 이동에 따라 소리가 입체적으로
상호작용이 필요한 가상 현실이나 게임에서 많이 사용

Creative사의 EAX, Aureal사의 A3D, 마이크로소프트사의 Direct
3D Sound에서 지원

27

5.5 입체음향

입체음향의 원리


입체음향(Interactive 3D Sound):




재생된 음향을 들었을 때 음향으로부터 공간적 단서(방향감, 거리
감, 공간감)를 지각할 수 있는 음향

소리의 전달 경로


공간 전달계(외부) :




머리 전달계(내부) :




실내의 벽이나 천장 등에서 전달
인간의 머리와 귓바퀴에서 전달

음원에 대한 공간적 단서


두 귀에 들어오는 두 신호간의 차이 때문
28

5.5 입체음향



공간적 단서


두 귀에 도달하는 소리의 시간차




두 귀에 도달하는 소리의 세기차




가까운 방향 쪽에 있는 귀가 먼저 그 소리를 들음
가까이에서 들리는 음의 크기가 더 큼

그 외 시각적 효과, 머리의 움직임, 소리의 종류에 따른 친숙도 등

29

5.6 미디(MIDI)






시스템의 구성
하드웨어 장비
(미디의 표준 모드)
미디의 소프트웨어
(미디 파일의 종류)
[시연]
제목

크기(KB)

시간

엘리제를 위하여

17

2분 38초

Dancing Queen

78

3분 57초

007 주제가

46

1분 52초

Starwars

32

3분 19초

Calvary's Love

40

3분 29초
30

5.6 미디

개요


미디(MIDI: Musical Instrument Digital interface)




1983년 세계 악기 제조업체들이 제정
전자 악기와 컴퓨터 간의 상호 정보교환을 위한 표준 규약






직접적인 음에 대한 정보가 있는 것이 아니라 음을 어떻게 연주 하라
는 정보를 표현함 : 음의 높이, 음표의 길이, 음의 강약 등
MIDI를 이용하여 전자 악기 간의 일관된 방식의 제어가 가능

음을 들으려면



신디사이저(Synthesizer) : 음을 발생시켜주는 기계
시퀀서(Sequencer) : 생성된 음의 수정

31

5.6 미디

시스템의 구성


미디 시스템의 구성


처리 과정







음의 입력 : 미디 장치에서 음을 발생 ⇒ 미디 인터페이스 카드 ⇒ 컴퓨
터로 전송
음의 처리 : 컴퓨터에서 미디 프로그램(시퀀서 등)으로 편집
음의 출력 : 컴퓨터 ⇒ 미디 인터페이스 카드 ⇒ 신디사이저 등의 미디
장치를 통해 스피커로 출력

미디 인터페이스


MIDI-IN 단자,
MIDI-OUT 단자,
MIDI-THRU 단자

32

5.6 미디

하드웨어 장비


신디사이저


전기적인 신호를 합성하여 음을 생성하는 장치





샘플러(Sampler)



신디사이저는 악기의 대표 음을, 샘플러는 악기의 모든 음을 보유
더 정교한 음 또는 음원에 없는 새로운 음을 만들고자 할 때 사용




음원부(음원모듈) : 소리를 발생시킴
건반부 (마스터 키보드) : 음원부를 이용하여 연주

실제 소리를 녹음하여 악기로 변환하거나 각종 효과음으로 활용

믹서(Mixer)


여러 개의 오디오 출력을 섞어서 하나의 출력으로 생성



각 출력의 균형 등을 맞추어 주는 이퀄라이저(Equalizer)가 장착
음악의 균형을 맞추어 녹음하고 연주하는데 많이 이용
33

5.6 미디



MIDI 인터페이스 카드




미디 전용 케이블




컴퓨터와 미디 모듈 간의
다른 신호 체계를 연결

동축 케이블 형태,
둥근모양 5핀

앰프와 스피커

34

5.6 미디

미디 소프트웨어


작곡용 프로그램(시퀀서,Sequencer)







음원 모듈에 “어떤 악기, 얼마의 강도, 얼마 동안” 소리내라고 명령
미디 신호를 입출력, 미디 파일 저장, 미디 데이터를 연주, 편집
CakeWalk : PC용, 널리 사용
Cubase : 미국 Steinberg 사
Logic : 독일 Emagic 사

35

5.6 미디



악보용 프로그램(Notation, Scoring 프로그램)






악보의 편집 및 출력
Coda사의 Finale, Passport Design사의 Encore 등

음색 편집용 프로그램(Voice Editor, Sound Editor)




소리의 편집 및 수정, 음원 모듈이나 각종 음색의 수정
OdysseySoft사의 Classic-B, KORG사의 X5DR 등

36


Slide 28

5장 사운드

멀티미디어의 이해

1

5.1 사운드의 개요



사운드의 종류
사운드의 제작 과정



사운드 란?





귀로 들을 수 있는 모든 정보
음악, 음성, 음향 효과 : 단독 사용 또는 혼합 사용(멀티미디어 환경)

정보 전달 시 사운드의 장점



미디어의 상승 효과 : 시각+청각 미디어로 정보전달 효과 상승
동기 유발 : 시각+청각 미디어를 혼합하여 피 전달자의 흥미 유발

2

5.1 사운드의 개요

사운드의 종류


일반적인 분류


음성(Voice)






음악(Music)





정보를 전달하는 주요한 수단 중 하나
텍스트보다 정보를 빠르고, 이해하기 쉽고, 설득력 있게 전달
디지털화된(digitized) 음성과 합성(synthesized) 음성

단독으로 음악 감상, 또는 정보전달시 부수효과 제공
주로 분위기, 장면전환, 감정 등 표현

음향효과(Sound Effect)



배경효과로 사용되어 상황을 좀더 현실감있게 전달 (비올때, 지하철)
자연적인(natural) 효과와 합성된(synthesized) 효과
3

5.1 사운드의 개요



컴퓨터에서 처리하는 방법에 따른 분류


디지털 오디오 (Digital Audio)






아날로그 형태의 사운드를 디지털화 시킨 것
원음에 충실하려면 많은 용량 필요 : 음악 CD 3분에 약 30MB 필요
사람의 목소리가 존재하거나, 디지털화된 파일을 처리 가능할 때

미디 (MIDI: Musical Instrument Digital Interface)



전자 악기와 다른 기계(컴퓨터)간에 정보를 전송하기 위한 통신 규약
실제 소리는 없이 연주 방법과 시기에 대한 정보를 가짐



3분 정도의 미디 음악을 듣기 위해서 약 8KB 필요
좋은 MIDI 사운드 음원(sound module)을 갖고 있는 경우

4

5.1 사운드의 개요

사운드의 제작과정


각 단계별 작업









계획(plan) : 필요한 조건 검토, 최종 결과에서 사용될 사운드 설계
녹음(record) : 사운드 도구로 녹음, 혹은 기존의 사운드 클립 이용
변환(capture) : (녹음된) 아날로그 사운드를 디지털 형태로 변환
편집(edit) : 사운드 편집 프로그램으로 편집(edit) 또는 믹싱 (mixing)
저장(store) : 편집이 끝난 중간 결과를 원하는 포맷으로 저장
통합(integrate) : 저장된 사운드를 다른 프로그램과 통합
재생(playback) : 최종결과를 재생하여 보완될 점을 수정

5

5.2 사운드의 기본개념



사운드의 기본 요소
디지털 사운드로의 변환



소리가 전달 되는 과정




음원에서 물체가 진동하면 공기의 압력을 변화하여 사운드가 생성
이 변화는 파형(waveform)의 형태로 우리 귀에 전달
사운드를 처리하는 것은 이러한 파형을 가공, 편집하는 것을 의미

6

5.2 사운드의 기본개념

사운드의 기본 요소


사운드 파형의 구성




사이클(cycle) : 일정 시간마다 반복되는 동일한 모양
주기(period) : 한 사이클이 걸리는 시간




어느 정도의 주기를 갖고 있는
사운드가 더 음악적으로 들림

소리의 3요소




주파수 : 음의 높낮이, Hz
진폭 : 음의 세기, Db
파형(Waveform) : 음색

7

5.2 사운드의 기본개념

(1) 주파수 (Frequency)




초당 사운드 파형의 반복 횟수
소리의 높낮이를 결정 : 주파수가 높으면 고음, 낮으면 저음



가청주파수(오디오) 20Hz~20KHz, 청각은 1K~6KHz에 제일 민감
[참고] 주파수 대역 구분 (Hz)
3K ~ 30K

초장파

30K ~ 300K

장파

항해, 군사교신

300K ~ 3M

중파

AM 라디오 방송 (535~1605)

3M ~ 30M

단파

아마추어 무선, 운송 통신, 무선 호출

30M ~ 300M

초단파

TV (54~216M), FM 라디오 (88~108M)

300M ~ 3G

극초단파

TV (채널 14 이상), 이동전화, 레이더

3G ~ 30G

마이크로파

위성통신, 레이더, 연구용

30G 이상

밀리미터파
8

5.2 사운드의 기본개념

(2) 진폭 (Amplitude)


사운드 파형의 기준선에서 최고점까지의 거리





소리의 크기와 관련 : 진폭이 크면 큰소리, 작으면 작은 소리
인간이 가장 편하게 들을 수 있는 소리의 범위는 0db ~ 90db

음의 크기와 소리의 예

9

5.2 사운드의 기본개념

(3) 음색 (Tone Color)




음의 높이와 크기가 같아도 악기마다 고유한 특징 => 음색
고유한 파형 => 기본파 + 고조파

10

5.2 사운드의 기본개념

디지털 사운드로의 변환


컴퓨터 처리를 위해 아날로그/디지털 형태 간의 변환






ADC(Analog-to-Digital Converter)
DAC(Digital-to-Analog Converter)

디지털 변환 과정


표본화, 양자화, 부호화 과정 필요

아날로그 신호와 디지털 신호 간의 변환 과정
11

5.2 사운드의 기본개념

(1) 표본화(Sampling)




아날로그 파형을 디지털 형태로 변환하기 위해 표본을 취하는 것
표본화율(Sampling Rate)



1초 동안에 취한 표본수 (단위: Hz)
표본화율이 높을수록 원음을 잘 표현할 수 있으나 데이터 공간은 증가

12

5.2 사운드의 기본개념

(2) 양자화 (Quantizing)


어느 정도의 정밀도로 표현할 것인지




표본화된 각 점에서 값을 표현하기 위해 사용되는 비트 수

음의 해상도


(a)

표본화하는 정밀도 (Sampling Resolution, Sampling Size)

2 bit 양자화 (4단계)

(b) 3 bit 양자화 (8단계)

(c) 4 bit 양자화 ( 16단계)

아날로그 파형의 양자화
13

5.2 사운드의 기본개념



표본화 및 양자화 정도에 따른 비교

(a) 원래의 파형

(b) 낮은 표본화와 양자화

(c) 높은 표본화와 양자화

(3) 부호화 (Coding)



표본화와 양자화를 거친 디지털 정보를 표현하는 과정
사운드 파일은 크기 때문에 일반적으로 부호화 과정에서 압축하여
저장
14



디지털 사운드 파일의 크기 및 음질의 비교
표본화율
(KHz)

양자화
정밀도
(bit)

모드

데이터 크기
(1분당)

음질

11.025

8

mono

650 KB

전화

22.05

8

mono

1.3 MB

AM Radio

44.1

8

mono

2.6 MB

22.05

16

stereo

5.25 MB

44.1

16

mono

5.25 MB

44.1

16

stereo

10.5 MB





sample
(voice)

sample
(music)

FM Radio
CD

11.025 KHz × 8 bits × 1(mono) × 60 sec / 8 = 약 650 KBytes

44.1 KHz × 16 bits × 2(stereo) × 60 sec / (8*1024) = 약 10.5 MBytes
15

5.3 사운드의 저장과 고품질화


(디지털 파형의 저장 방식)



디지털 사운드 파일의 크기








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

(고품질 사운드의 획득)
16

5.4 디지털 오디오 시스템





사운드 하드웨어
사운드 처리 소프트웨어
(디지털 사운드의 압축방식)
디지털 사운드의 파일 포맷

17

5.4 디지털 오디오 시스템

사운드 하드웨어


사운드 카드 (오디오 인터페이스 카드)


주요기능









입력: 아날로그 파장의 사운드를
디지털 형태로 변환 (ADC)
출력 : 디지털 형태의 데이터를
아날로그 파장으로 변환 (DAC)
음원칩 : 미디 지원
DSP(Digital Signal Processing) 칩: 데이터의 가공, 편집

주요제품


최초의 PC용 사운드 카드 : 1987년 캐나다의 Adlib사의 Adlib




Yamaha 사의 YM-3812 음원 칩 사용

Creative사에서 SoundBlaster카드 발표


실질적인 사운드 카드의 표준
18

5.4 디지털 오디오 시스템



앰프와 스피커





사운드의 품질은 스피커의 영향이 제일 크다.
앰프 : 스피커를 위해 양질의 사운드 파형으로 증폭
돌비 서라운드 (Dolby Surround) 5.1 채널


스피커 4개 + 저음부를 위한 우퍼(Woofer)

19

5.4 디지털 오디오 시스템

사운드 처리 소프트 웨어


사운드 편집 소프트웨어






기능 : 사운드의 캡쳐 및 편집, 가공, 트랙 편집 등
GoldWave
Cool Edit
SoundForge

20

5.4 디지털 오디오 시스템

사운드 처리 소프트 웨어


재생 프로그램






오디오 CD, MP3 파일
Win amp
Sonique
거원 제트 오디오

21

5.4 디지털 오디오 시스템

디지털 사운드 압축방식 (생략)





ADPCM
A-law, µ-law
TrueSpeech
MP3 또는 MPEG Layer 3

22

5.4 디지털 오디오 시스템

디지털 사운드의 파일포맷


Wav






Au





Microsoft 와 IBM 이 PC의 사운드 표준 형식으로 공동 개발
Windows 기반 PC에서 주로 사용

유닉스 환경에서 사용되는 가장 일반적인 포맷
Sun이나 NeXT에서 사운드 표준

MP2, MP3




ISO 국제 표준으로 압축효과가 뛰어나고, 음질도 우수
인터넷 상에서 음악을 압축하는데 많이 사용
MPEG-1의 오디오 Layer 2 및 Layer 3, 확장자는 .mp2 및 .mp3
23

5.4 디지털 오디오 시스템



Real Audio (.ra, .rm)



RealNetworks 사에서 개발, 스트리밍 기술로 실시간 사운드 전송
SureStreaming이라는 기술로 항상 최적의 음질을 재생




ASF(Advanced Streaming Format)





접속시 대역폭이 동적으로 변함에 따라 음질도 동적으로 변화

인텔이 개발한 멀티미디어 파일 형식, 스트리밍 방식
통합 멀티미디어 파일: 오디오, 비디오, 이미지, 프로그램도 포함

WMA (Windows Media Audio)



마이크로소프트가 개발한 스트리밍 방식의 오디오 파일 형식
비디오 파일은 WMV
24

5.5 입체음향






개요
입체음향의 원리
(입체음향의 생성 방식)
(입체음향의 재생)
(발전동향)




모노 사운드에서 2D 스테레오를 벗어나 3D 사운드로 발전
컴퓨터 게임, 영화 및 컴퓨터 분야에서 활용

25

5.5 입체음향

개요


서라운드 (Surround)


돌비 서라운드(Dolby Surround)가 가장 대표적



사람이 있는 위치를 기준으로 사방에서 소리를 들려주는 방식


공간감, 입체감




3 채널, 4.1채널, 5.1채널 등이 있음




0.1은 서브우퍼(Subwoofer)를 의미

스테레오와 마찬가지로 청취자가
음의 중심점에 있어야 입체감을
적절하게 느낄 수 있음
Surround System (5.1채널)
26

5.5 입체음향



입체 음향(Interactive 3D Sound)




음원과 청취자 간에 상대적인 위치를 계산하여 사운드를 출력
청취자와 상호작용이 가능





사용자의 이동이나 반응, 또는 음원의 이동에 따라 소리가 입체적으로
상호작용이 필요한 가상 현실이나 게임에서 많이 사용

Creative사의 EAX, Aureal사의 A3D, 마이크로소프트사의 Direct
3D Sound에서 지원

27

5.5 입체음향

입체음향의 원리


입체음향(Interactive 3D Sound):




재생된 음향을 들었을 때 음향으로부터 공간적 단서(방향감, 거리
감, 공간감)를 지각할 수 있는 음향

소리의 전달 경로


공간 전달계(외부) :




머리 전달계(내부) :




실내의 벽이나 천장 등에서 전달
인간의 머리와 귓바퀴에서 전달

음원에 대한 공간적 단서


두 귀에 들어오는 두 신호간의 차이 때문
28

5.5 입체음향



공간적 단서


두 귀에 도달하는 소리의 시간차




두 귀에 도달하는 소리의 세기차




가까운 방향 쪽에 있는 귀가 먼저 그 소리를 들음
가까이에서 들리는 음의 크기가 더 큼

그 외 시각적 효과, 머리의 움직임, 소리의 종류에 따른 친숙도 등

29

5.6 미디(MIDI)






시스템의 구성
하드웨어 장비
(미디의 표준 모드)
미디의 소프트웨어
(미디 파일의 종류)
[시연]
제목

크기(KB)

시간

엘리제를 위하여

17

2분 38초

Dancing Queen

78

3분 57초

007 주제가

46

1분 52초

Starwars

32

3분 19초

Calvary's Love

40

3분 29초
30

5.6 미디

개요


미디(MIDI: Musical Instrument Digital interface)




1983년 세계 악기 제조업체들이 제정
전자 악기와 컴퓨터 간의 상호 정보교환을 위한 표준 규약






직접적인 음에 대한 정보가 있는 것이 아니라 음을 어떻게 연주 하라
는 정보를 표현함 : 음의 높이, 음표의 길이, 음의 강약 등
MIDI를 이용하여 전자 악기 간의 일관된 방식의 제어가 가능

음을 들으려면



신디사이저(Synthesizer) : 음을 발생시켜주는 기계
시퀀서(Sequencer) : 생성된 음의 수정

31

5.6 미디

시스템의 구성


미디 시스템의 구성


처리 과정







음의 입력 : 미디 장치에서 음을 발생 ⇒ 미디 인터페이스 카드 ⇒ 컴퓨
터로 전송
음의 처리 : 컴퓨터에서 미디 프로그램(시퀀서 등)으로 편집
음의 출력 : 컴퓨터 ⇒ 미디 인터페이스 카드 ⇒ 신디사이저 등의 미디
장치를 통해 스피커로 출력

미디 인터페이스


MIDI-IN 단자,
MIDI-OUT 단자,
MIDI-THRU 단자

32

5.6 미디

하드웨어 장비


신디사이저


전기적인 신호를 합성하여 음을 생성하는 장치





샘플러(Sampler)



신디사이저는 악기의 대표 음을, 샘플러는 악기의 모든 음을 보유
더 정교한 음 또는 음원에 없는 새로운 음을 만들고자 할 때 사용




음원부(음원모듈) : 소리를 발생시킴
건반부 (마스터 키보드) : 음원부를 이용하여 연주

실제 소리를 녹음하여 악기로 변환하거나 각종 효과음으로 활용

믹서(Mixer)


여러 개의 오디오 출력을 섞어서 하나의 출력으로 생성



각 출력의 균형 등을 맞추어 주는 이퀄라이저(Equalizer)가 장착
음악의 균형을 맞추어 녹음하고 연주하는데 많이 이용
33

5.6 미디



MIDI 인터페이스 카드




미디 전용 케이블




컴퓨터와 미디 모듈 간의
다른 신호 체계를 연결

동축 케이블 형태,
둥근모양 5핀

앰프와 스피커

34

5.6 미디

미디 소프트웨어


작곡용 프로그램(시퀀서,Sequencer)







음원 모듈에 “어떤 악기, 얼마의 강도, 얼마 동안” 소리내라고 명령
미디 신호를 입출력, 미디 파일 저장, 미디 데이터를 연주, 편집
CakeWalk : PC용, 널리 사용
Cubase : 미국 Steinberg 사
Logic : 독일 Emagic 사

35

5.6 미디



악보용 프로그램(Notation, Scoring 프로그램)






악보의 편집 및 출력
Coda사의 Finale, Passport Design사의 Encore 등

음색 편집용 프로그램(Voice Editor, Sound Editor)




소리의 편집 및 수정, 음원 모듈이나 각종 음색의 수정
OdysseySoft사의 Classic-B, KORG사의 X5DR 등

36


Slide 29

5장 사운드

멀티미디어의 이해

1

5.1 사운드의 개요



사운드의 종류
사운드의 제작 과정



사운드 란?





귀로 들을 수 있는 모든 정보
음악, 음성, 음향 효과 : 단독 사용 또는 혼합 사용(멀티미디어 환경)

정보 전달 시 사운드의 장점



미디어의 상승 효과 : 시각+청각 미디어로 정보전달 효과 상승
동기 유발 : 시각+청각 미디어를 혼합하여 피 전달자의 흥미 유발

2

5.1 사운드의 개요

사운드의 종류


일반적인 분류


음성(Voice)






음악(Music)





정보를 전달하는 주요한 수단 중 하나
텍스트보다 정보를 빠르고, 이해하기 쉽고, 설득력 있게 전달
디지털화된(digitized) 음성과 합성(synthesized) 음성

단독으로 음악 감상, 또는 정보전달시 부수효과 제공
주로 분위기, 장면전환, 감정 등 표현

음향효과(Sound Effect)



배경효과로 사용되어 상황을 좀더 현실감있게 전달 (비올때, 지하철)
자연적인(natural) 효과와 합성된(synthesized) 효과
3

5.1 사운드의 개요



컴퓨터에서 처리하는 방법에 따른 분류


디지털 오디오 (Digital Audio)






아날로그 형태의 사운드를 디지털화 시킨 것
원음에 충실하려면 많은 용량 필요 : 음악 CD 3분에 약 30MB 필요
사람의 목소리가 존재하거나, 디지털화된 파일을 처리 가능할 때

미디 (MIDI: Musical Instrument Digital Interface)



전자 악기와 다른 기계(컴퓨터)간에 정보를 전송하기 위한 통신 규약
실제 소리는 없이 연주 방법과 시기에 대한 정보를 가짐



3분 정도의 미디 음악을 듣기 위해서 약 8KB 필요
좋은 MIDI 사운드 음원(sound module)을 갖고 있는 경우

4

5.1 사운드의 개요

사운드의 제작과정


각 단계별 작업









계획(plan) : 필요한 조건 검토, 최종 결과에서 사용될 사운드 설계
녹음(record) : 사운드 도구로 녹음, 혹은 기존의 사운드 클립 이용
변환(capture) : (녹음된) 아날로그 사운드를 디지털 형태로 변환
편집(edit) : 사운드 편집 프로그램으로 편집(edit) 또는 믹싱 (mixing)
저장(store) : 편집이 끝난 중간 결과를 원하는 포맷으로 저장
통합(integrate) : 저장된 사운드를 다른 프로그램과 통합
재생(playback) : 최종결과를 재생하여 보완될 점을 수정

5

5.2 사운드의 기본개념



사운드의 기본 요소
디지털 사운드로의 변환



소리가 전달 되는 과정




음원에서 물체가 진동하면 공기의 압력을 변화하여 사운드가 생성
이 변화는 파형(waveform)의 형태로 우리 귀에 전달
사운드를 처리하는 것은 이러한 파형을 가공, 편집하는 것을 의미

6

5.2 사운드의 기본개념

사운드의 기본 요소


사운드 파형의 구성




사이클(cycle) : 일정 시간마다 반복되는 동일한 모양
주기(period) : 한 사이클이 걸리는 시간




어느 정도의 주기를 갖고 있는
사운드가 더 음악적으로 들림

소리의 3요소




주파수 : 음의 높낮이, Hz
진폭 : 음의 세기, Db
파형(Waveform) : 음색

7

5.2 사운드의 기본개념

(1) 주파수 (Frequency)




초당 사운드 파형의 반복 횟수
소리의 높낮이를 결정 : 주파수가 높으면 고음, 낮으면 저음



가청주파수(오디오) 20Hz~20KHz, 청각은 1K~6KHz에 제일 민감
[참고] 주파수 대역 구분 (Hz)
3K ~ 30K

초장파

30K ~ 300K

장파

항해, 군사교신

300K ~ 3M

중파

AM 라디오 방송 (535~1605)

3M ~ 30M

단파

아마추어 무선, 운송 통신, 무선 호출

30M ~ 300M

초단파

TV (54~216M), FM 라디오 (88~108M)

300M ~ 3G

극초단파

TV (채널 14 이상), 이동전화, 레이더

3G ~ 30G

마이크로파

위성통신, 레이더, 연구용

30G 이상

밀리미터파
8

5.2 사운드의 기본개념

(2) 진폭 (Amplitude)


사운드 파형의 기준선에서 최고점까지의 거리





소리의 크기와 관련 : 진폭이 크면 큰소리, 작으면 작은 소리
인간이 가장 편하게 들을 수 있는 소리의 범위는 0db ~ 90db

음의 크기와 소리의 예

9

5.2 사운드의 기본개념

(3) 음색 (Tone Color)




음의 높이와 크기가 같아도 악기마다 고유한 특징 => 음색
고유한 파형 => 기본파 + 고조파

10

5.2 사운드의 기본개념

디지털 사운드로의 변환


컴퓨터 처리를 위해 아날로그/디지털 형태 간의 변환






ADC(Analog-to-Digital Converter)
DAC(Digital-to-Analog Converter)

디지털 변환 과정


표본화, 양자화, 부호화 과정 필요

아날로그 신호와 디지털 신호 간의 변환 과정
11

5.2 사운드의 기본개념

(1) 표본화(Sampling)




아날로그 파형을 디지털 형태로 변환하기 위해 표본을 취하는 것
표본화율(Sampling Rate)



1초 동안에 취한 표본수 (단위: Hz)
표본화율이 높을수록 원음을 잘 표현할 수 있으나 데이터 공간은 증가

12

5.2 사운드의 기본개념

(2) 양자화 (Quantizing)


어느 정도의 정밀도로 표현할 것인지




표본화된 각 점에서 값을 표현하기 위해 사용되는 비트 수

음의 해상도


(a)

표본화하는 정밀도 (Sampling Resolution, Sampling Size)

2 bit 양자화 (4단계)

(b) 3 bit 양자화 (8단계)

(c) 4 bit 양자화 ( 16단계)

아날로그 파형의 양자화
13

5.2 사운드의 기본개념



표본화 및 양자화 정도에 따른 비교

(a) 원래의 파형

(b) 낮은 표본화와 양자화

(c) 높은 표본화와 양자화

(3) 부호화 (Coding)



표본화와 양자화를 거친 디지털 정보를 표현하는 과정
사운드 파일은 크기 때문에 일반적으로 부호화 과정에서 압축하여
저장
14



디지털 사운드 파일의 크기 및 음질의 비교
표본화율
(KHz)

양자화
정밀도
(bit)

모드

데이터 크기
(1분당)

음질

11.025

8

mono

650 KB

전화

22.05

8

mono

1.3 MB

AM Radio

44.1

8

mono

2.6 MB

22.05

16

stereo

5.25 MB

44.1

16

mono

5.25 MB

44.1

16

stereo

10.5 MB





sample
(voice)

sample
(music)

FM Radio
CD

11.025 KHz × 8 bits × 1(mono) × 60 sec / 8 = 약 650 KBytes

44.1 KHz × 16 bits × 2(stereo) × 60 sec / (8*1024) = 약 10.5 MBytes
15

5.3 사운드의 저장과 고품질화


(디지털 파형의 저장 방식)



디지털 사운드 파일의 크기








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

(고품질 사운드의 획득)
16

5.4 디지털 오디오 시스템





사운드 하드웨어
사운드 처리 소프트웨어
(디지털 사운드의 압축방식)
디지털 사운드의 파일 포맷

17

5.4 디지털 오디오 시스템

사운드 하드웨어


사운드 카드 (오디오 인터페이스 카드)


주요기능









입력: 아날로그 파장의 사운드를
디지털 형태로 변환 (ADC)
출력 : 디지털 형태의 데이터를
아날로그 파장으로 변환 (DAC)
음원칩 : 미디 지원
DSP(Digital Signal Processing) 칩: 데이터의 가공, 편집

주요제품


최초의 PC용 사운드 카드 : 1987년 캐나다의 Adlib사의 Adlib




Yamaha 사의 YM-3812 음원 칩 사용

Creative사에서 SoundBlaster카드 발표


실질적인 사운드 카드의 표준
18

5.4 디지털 오디오 시스템



앰프와 스피커





사운드의 품질은 스피커의 영향이 제일 크다.
앰프 : 스피커를 위해 양질의 사운드 파형으로 증폭
돌비 서라운드 (Dolby Surround) 5.1 채널


스피커 4개 + 저음부를 위한 우퍼(Woofer)

19

5.4 디지털 오디오 시스템

사운드 처리 소프트 웨어


사운드 편집 소프트웨어






기능 : 사운드의 캡쳐 및 편집, 가공, 트랙 편집 등
GoldWave
Cool Edit
SoundForge

20

5.4 디지털 오디오 시스템

사운드 처리 소프트 웨어


재생 프로그램






오디오 CD, MP3 파일
Win amp
Sonique
거원 제트 오디오

21

5.4 디지털 오디오 시스템

디지털 사운드 압축방식 (생략)





ADPCM
A-law, µ-law
TrueSpeech
MP3 또는 MPEG Layer 3

22

5.4 디지털 오디오 시스템

디지털 사운드의 파일포맷


Wav






Au





Microsoft 와 IBM 이 PC의 사운드 표준 형식으로 공동 개발
Windows 기반 PC에서 주로 사용

유닉스 환경에서 사용되는 가장 일반적인 포맷
Sun이나 NeXT에서 사운드 표준

MP2, MP3




ISO 국제 표준으로 압축효과가 뛰어나고, 음질도 우수
인터넷 상에서 음악을 압축하는데 많이 사용
MPEG-1의 오디오 Layer 2 및 Layer 3, 확장자는 .mp2 및 .mp3
23

5.4 디지털 오디오 시스템



Real Audio (.ra, .rm)



RealNetworks 사에서 개발, 스트리밍 기술로 실시간 사운드 전송
SureStreaming이라는 기술로 항상 최적의 음질을 재생




ASF(Advanced Streaming Format)





접속시 대역폭이 동적으로 변함에 따라 음질도 동적으로 변화

인텔이 개발한 멀티미디어 파일 형식, 스트리밍 방식
통합 멀티미디어 파일: 오디오, 비디오, 이미지, 프로그램도 포함

WMA (Windows Media Audio)



마이크로소프트가 개발한 스트리밍 방식의 오디오 파일 형식
비디오 파일은 WMV
24

5.5 입체음향






개요
입체음향의 원리
(입체음향의 생성 방식)
(입체음향의 재생)
(발전동향)




모노 사운드에서 2D 스테레오를 벗어나 3D 사운드로 발전
컴퓨터 게임, 영화 및 컴퓨터 분야에서 활용

25

5.5 입체음향

개요


서라운드 (Surround)


돌비 서라운드(Dolby Surround)가 가장 대표적



사람이 있는 위치를 기준으로 사방에서 소리를 들려주는 방식


공간감, 입체감




3 채널, 4.1채널, 5.1채널 등이 있음




0.1은 서브우퍼(Subwoofer)를 의미

스테레오와 마찬가지로 청취자가
음의 중심점에 있어야 입체감을
적절하게 느낄 수 있음
Surround System (5.1채널)
26

5.5 입체음향



입체 음향(Interactive 3D Sound)




음원과 청취자 간에 상대적인 위치를 계산하여 사운드를 출력
청취자와 상호작용이 가능





사용자의 이동이나 반응, 또는 음원의 이동에 따라 소리가 입체적으로
상호작용이 필요한 가상 현실이나 게임에서 많이 사용

Creative사의 EAX, Aureal사의 A3D, 마이크로소프트사의 Direct
3D Sound에서 지원

27

5.5 입체음향

입체음향의 원리


입체음향(Interactive 3D Sound):




재생된 음향을 들었을 때 음향으로부터 공간적 단서(방향감, 거리
감, 공간감)를 지각할 수 있는 음향

소리의 전달 경로


공간 전달계(외부) :




머리 전달계(내부) :




실내의 벽이나 천장 등에서 전달
인간의 머리와 귓바퀴에서 전달

음원에 대한 공간적 단서


두 귀에 들어오는 두 신호간의 차이 때문
28

5.5 입체음향



공간적 단서


두 귀에 도달하는 소리의 시간차




두 귀에 도달하는 소리의 세기차




가까운 방향 쪽에 있는 귀가 먼저 그 소리를 들음
가까이에서 들리는 음의 크기가 더 큼

그 외 시각적 효과, 머리의 움직임, 소리의 종류에 따른 친숙도 등

29

5.6 미디(MIDI)






시스템의 구성
하드웨어 장비
(미디의 표준 모드)
미디의 소프트웨어
(미디 파일의 종류)
[시연]
제목

크기(KB)

시간

엘리제를 위하여

17

2분 38초

Dancing Queen

78

3분 57초

007 주제가

46

1분 52초

Starwars

32

3분 19초

Calvary's Love

40

3분 29초
30

5.6 미디

개요


미디(MIDI: Musical Instrument Digital interface)




1983년 세계 악기 제조업체들이 제정
전자 악기와 컴퓨터 간의 상호 정보교환을 위한 표준 규약






직접적인 음에 대한 정보가 있는 것이 아니라 음을 어떻게 연주 하라
는 정보를 표현함 : 음의 높이, 음표의 길이, 음의 강약 등
MIDI를 이용하여 전자 악기 간의 일관된 방식의 제어가 가능

음을 들으려면



신디사이저(Synthesizer) : 음을 발생시켜주는 기계
시퀀서(Sequencer) : 생성된 음의 수정

31

5.6 미디

시스템의 구성


미디 시스템의 구성


처리 과정







음의 입력 : 미디 장치에서 음을 발생 ⇒ 미디 인터페이스 카드 ⇒ 컴퓨
터로 전송
음의 처리 : 컴퓨터에서 미디 프로그램(시퀀서 등)으로 편집
음의 출력 : 컴퓨터 ⇒ 미디 인터페이스 카드 ⇒ 신디사이저 등의 미디
장치를 통해 스피커로 출력

미디 인터페이스


MIDI-IN 단자,
MIDI-OUT 단자,
MIDI-THRU 단자

32

5.6 미디

하드웨어 장비


신디사이저


전기적인 신호를 합성하여 음을 생성하는 장치





샘플러(Sampler)



신디사이저는 악기의 대표 음을, 샘플러는 악기의 모든 음을 보유
더 정교한 음 또는 음원에 없는 새로운 음을 만들고자 할 때 사용




음원부(음원모듈) : 소리를 발생시킴
건반부 (마스터 키보드) : 음원부를 이용하여 연주

실제 소리를 녹음하여 악기로 변환하거나 각종 효과음으로 활용

믹서(Mixer)


여러 개의 오디오 출력을 섞어서 하나의 출력으로 생성



각 출력의 균형 등을 맞추어 주는 이퀄라이저(Equalizer)가 장착
음악의 균형을 맞추어 녹음하고 연주하는데 많이 이용
33

5.6 미디



MIDI 인터페이스 카드




미디 전용 케이블




컴퓨터와 미디 모듈 간의
다른 신호 체계를 연결

동축 케이블 형태,
둥근모양 5핀

앰프와 스피커

34

5.6 미디

미디 소프트웨어


작곡용 프로그램(시퀀서,Sequencer)







음원 모듈에 “어떤 악기, 얼마의 강도, 얼마 동안” 소리내라고 명령
미디 신호를 입출력, 미디 파일 저장, 미디 데이터를 연주, 편집
CakeWalk : PC용, 널리 사용
Cubase : 미국 Steinberg 사
Logic : 독일 Emagic 사

35

5.6 미디



악보용 프로그램(Notation, Scoring 프로그램)






악보의 편집 및 출력
Coda사의 Finale, Passport Design사의 Encore 등

음색 편집용 프로그램(Voice Editor, Sound Editor)




소리의 편집 및 수정, 음원 모듈이나 각종 음색의 수정
OdysseySoft사의 Classic-B, KORG사의 X5DR 등

36


Slide 30

5장 사운드

멀티미디어의 이해

1

5.1 사운드의 개요



사운드의 종류
사운드의 제작 과정



사운드 란?





귀로 들을 수 있는 모든 정보
음악, 음성, 음향 효과 : 단독 사용 또는 혼합 사용(멀티미디어 환경)

정보 전달 시 사운드의 장점



미디어의 상승 효과 : 시각+청각 미디어로 정보전달 효과 상승
동기 유발 : 시각+청각 미디어를 혼합하여 피 전달자의 흥미 유발

2

5.1 사운드의 개요

사운드의 종류


일반적인 분류


음성(Voice)






음악(Music)





정보를 전달하는 주요한 수단 중 하나
텍스트보다 정보를 빠르고, 이해하기 쉽고, 설득력 있게 전달
디지털화된(digitized) 음성과 합성(synthesized) 음성

단독으로 음악 감상, 또는 정보전달시 부수효과 제공
주로 분위기, 장면전환, 감정 등 표현

음향효과(Sound Effect)



배경효과로 사용되어 상황을 좀더 현실감있게 전달 (비올때, 지하철)
자연적인(natural) 효과와 합성된(synthesized) 효과
3

5.1 사운드의 개요



컴퓨터에서 처리하는 방법에 따른 분류


디지털 오디오 (Digital Audio)






아날로그 형태의 사운드를 디지털화 시킨 것
원음에 충실하려면 많은 용량 필요 : 음악 CD 3분에 약 30MB 필요
사람의 목소리가 존재하거나, 디지털화된 파일을 처리 가능할 때

미디 (MIDI: Musical Instrument Digital Interface)



전자 악기와 다른 기계(컴퓨터)간에 정보를 전송하기 위한 통신 규약
실제 소리는 없이 연주 방법과 시기에 대한 정보를 가짐



3분 정도의 미디 음악을 듣기 위해서 약 8KB 필요
좋은 MIDI 사운드 음원(sound module)을 갖고 있는 경우

4

5.1 사운드의 개요

사운드의 제작과정


각 단계별 작업









계획(plan) : 필요한 조건 검토, 최종 결과에서 사용될 사운드 설계
녹음(record) : 사운드 도구로 녹음, 혹은 기존의 사운드 클립 이용
변환(capture) : (녹음된) 아날로그 사운드를 디지털 형태로 변환
편집(edit) : 사운드 편집 프로그램으로 편집(edit) 또는 믹싱 (mixing)
저장(store) : 편집이 끝난 중간 결과를 원하는 포맷으로 저장
통합(integrate) : 저장된 사운드를 다른 프로그램과 통합
재생(playback) : 최종결과를 재생하여 보완될 점을 수정

5

5.2 사운드의 기본개념



사운드의 기본 요소
디지털 사운드로의 변환



소리가 전달 되는 과정




음원에서 물체가 진동하면 공기의 압력을 변화하여 사운드가 생성
이 변화는 파형(waveform)의 형태로 우리 귀에 전달
사운드를 처리하는 것은 이러한 파형을 가공, 편집하는 것을 의미

6

5.2 사운드의 기본개념

사운드의 기본 요소


사운드 파형의 구성




사이클(cycle) : 일정 시간마다 반복되는 동일한 모양
주기(period) : 한 사이클이 걸리는 시간




어느 정도의 주기를 갖고 있는
사운드가 더 음악적으로 들림

소리의 3요소




주파수 : 음의 높낮이, Hz
진폭 : 음의 세기, Db
파형(Waveform) : 음색

7

5.2 사운드의 기본개념

(1) 주파수 (Frequency)




초당 사운드 파형의 반복 횟수
소리의 높낮이를 결정 : 주파수가 높으면 고음, 낮으면 저음



가청주파수(오디오) 20Hz~20KHz, 청각은 1K~6KHz에 제일 민감
[참고] 주파수 대역 구분 (Hz)
3K ~ 30K

초장파

30K ~ 300K

장파

항해, 군사교신

300K ~ 3M

중파

AM 라디오 방송 (535~1605)

3M ~ 30M

단파

아마추어 무선, 운송 통신, 무선 호출

30M ~ 300M

초단파

TV (54~216M), FM 라디오 (88~108M)

300M ~ 3G

극초단파

TV (채널 14 이상), 이동전화, 레이더

3G ~ 30G

마이크로파

위성통신, 레이더, 연구용

30G 이상

밀리미터파
8

5.2 사운드의 기본개념

(2) 진폭 (Amplitude)


사운드 파형의 기준선에서 최고점까지의 거리





소리의 크기와 관련 : 진폭이 크면 큰소리, 작으면 작은 소리
인간이 가장 편하게 들을 수 있는 소리의 범위는 0db ~ 90db

음의 크기와 소리의 예

9

5.2 사운드의 기본개념

(3) 음색 (Tone Color)




음의 높이와 크기가 같아도 악기마다 고유한 특징 => 음색
고유한 파형 => 기본파 + 고조파

10

5.2 사운드의 기본개념

디지털 사운드로의 변환


컴퓨터 처리를 위해 아날로그/디지털 형태 간의 변환






ADC(Analog-to-Digital Converter)
DAC(Digital-to-Analog Converter)

디지털 변환 과정


표본화, 양자화, 부호화 과정 필요

아날로그 신호와 디지털 신호 간의 변환 과정
11

5.2 사운드의 기본개념

(1) 표본화(Sampling)




아날로그 파형을 디지털 형태로 변환하기 위해 표본을 취하는 것
표본화율(Sampling Rate)



1초 동안에 취한 표본수 (단위: Hz)
표본화율이 높을수록 원음을 잘 표현할 수 있으나 데이터 공간은 증가

12

5.2 사운드의 기본개념

(2) 양자화 (Quantizing)


어느 정도의 정밀도로 표현할 것인지




표본화된 각 점에서 값을 표현하기 위해 사용되는 비트 수

음의 해상도


(a)

표본화하는 정밀도 (Sampling Resolution, Sampling Size)

2 bit 양자화 (4단계)

(b) 3 bit 양자화 (8단계)

(c) 4 bit 양자화 ( 16단계)

아날로그 파형의 양자화
13

5.2 사운드의 기본개념



표본화 및 양자화 정도에 따른 비교

(a) 원래의 파형

(b) 낮은 표본화와 양자화

(c) 높은 표본화와 양자화

(3) 부호화 (Coding)



표본화와 양자화를 거친 디지털 정보를 표현하는 과정
사운드 파일은 크기 때문에 일반적으로 부호화 과정에서 압축하여
저장
14



디지털 사운드 파일의 크기 및 음질의 비교
표본화율
(KHz)

양자화
정밀도
(bit)

모드

데이터 크기
(1분당)

음질

11.025

8

mono

650 KB

전화

22.05

8

mono

1.3 MB

AM Radio

44.1

8

mono

2.6 MB

22.05

16

stereo

5.25 MB

44.1

16

mono

5.25 MB

44.1

16

stereo

10.5 MB





sample
(voice)

sample
(music)

FM Radio
CD

11.025 KHz × 8 bits × 1(mono) × 60 sec / 8 = 약 650 KBytes

44.1 KHz × 16 bits × 2(stereo) × 60 sec / (8*1024) = 약 10.5 MBytes
15

5.3 사운드의 저장과 고품질화


(디지털 파형의 저장 방식)



디지털 사운드 파일의 크기








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

(고품질 사운드의 획득)
16

5.4 디지털 오디오 시스템





사운드 하드웨어
사운드 처리 소프트웨어
(디지털 사운드의 압축방식)
디지털 사운드의 파일 포맷

17

5.4 디지털 오디오 시스템

사운드 하드웨어


사운드 카드 (오디오 인터페이스 카드)


주요기능









입력: 아날로그 파장의 사운드를
디지털 형태로 변환 (ADC)
출력 : 디지털 형태의 데이터를
아날로그 파장으로 변환 (DAC)
음원칩 : 미디 지원
DSP(Digital Signal Processing) 칩: 데이터의 가공, 편집

주요제품


최초의 PC용 사운드 카드 : 1987년 캐나다의 Adlib사의 Adlib




Yamaha 사의 YM-3812 음원 칩 사용

Creative사에서 SoundBlaster카드 발표


실질적인 사운드 카드의 표준
18

5.4 디지털 오디오 시스템



앰프와 스피커





사운드의 품질은 스피커의 영향이 제일 크다.
앰프 : 스피커를 위해 양질의 사운드 파형으로 증폭
돌비 서라운드 (Dolby Surround) 5.1 채널


스피커 4개 + 저음부를 위한 우퍼(Woofer)

19

5.4 디지털 오디오 시스템

사운드 처리 소프트 웨어


사운드 편집 소프트웨어






기능 : 사운드의 캡쳐 및 편집, 가공, 트랙 편집 등
GoldWave
Cool Edit
SoundForge

20

5.4 디지털 오디오 시스템

사운드 처리 소프트 웨어


재생 프로그램






오디오 CD, MP3 파일
Win amp
Sonique
거원 제트 오디오

21

5.4 디지털 오디오 시스템

디지털 사운드 압축방식 (생략)





ADPCM
A-law, µ-law
TrueSpeech
MP3 또는 MPEG Layer 3

22

5.4 디지털 오디오 시스템

디지털 사운드의 파일포맷


Wav






Au





Microsoft 와 IBM 이 PC의 사운드 표준 형식으로 공동 개발
Windows 기반 PC에서 주로 사용

유닉스 환경에서 사용되는 가장 일반적인 포맷
Sun이나 NeXT에서 사운드 표준

MP2, MP3




ISO 국제 표준으로 압축효과가 뛰어나고, 음질도 우수
인터넷 상에서 음악을 압축하는데 많이 사용
MPEG-1의 오디오 Layer 2 및 Layer 3, 확장자는 .mp2 및 .mp3
23

5.4 디지털 오디오 시스템



Real Audio (.ra, .rm)



RealNetworks 사에서 개발, 스트리밍 기술로 실시간 사운드 전송
SureStreaming이라는 기술로 항상 최적의 음질을 재생




ASF(Advanced Streaming Format)





접속시 대역폭이 동적으로 변함에 따라 음질도 동적으로 변화

인텔이 개발한 멀티미디어 파일 형식, 스트리밍 방식
통합 멀티미디어 파일: 오디오, 비디오, 이미지, 프로그램도 포함

WMA (Windows Media Audio)



마이크로소프트가 개발한 스트리밍 방식의 오디오 파일 형식
비디오 파일은 WMV
24

5.5 입체음향






개요
입체음향의 원리
(입체음향의 생성 방식)
(입체음향의 재생)
(발전동향)




모노 사운드에서 2D 스테레오를 벗어나 3D 사운드로 발전
컴퓨터 게임, 영화 및 컴퓨터 분야에서 활용

25

5.5 입체음향

개요


서라운드 (Surround)


돌비 서라운드(Dolby Surround)가 가장 대표적



사람이 있는 위치를 기준으로 사방에서 소리를 들려주는 방식


공간감, 입체감




3 채널, 4.1채널, 5.1채널 등이 있음




0.1은 서브우퍼(Subwoofer)를 의미

스테레오와 마찬가지로 청취자가
음의 중심점에 있어야 입체감을
적절하게 느낄 수 있음
Surround System (5.1채널)
26

5.5 입체음향



입체 음향(Interactive 3D Sound)




음원과 청취자 간에 상대적인 위치를 계산하여 사운드를 출력
청취자와 상호작용이 가능





사용자의 이동이나 반응, 또는 음원의 이동에 따라 소리가 입체적으로
상호작용이 필요한 가상 현실이나 게임에서 많이 사용

Creative사의 EAX, Aureal사의 A3D, 마이크로소프트사의 Direct
3D Sound에서 지원

27

5.5 입체음향

입체음향의 원리


입체음향(Interactive 3D Sound):




재생된 음향을 들었을 때 음향으로부터 공간적 단서(방향감, 거리
감, 공간감)를 지각할 수 있는 음향

소리의 전달 경로


공간 전달계(외부) :




머리 전달계(내부) :




실내의 벽이나 천장 등에서 전달
인간의 머리와 귓바퀴에서 전달

음원에 대한 공간적 단서


두 귀에 들어오는 두 신호간의 차이 때문
28

5.5 입체음향



공간적 단서


두 귀에 도달하는 소리의 시간차




두 귀에 도달하는 소리의 세기차




가까운 방향 쪽에 있는 귀가 먼저 그 소리를 들음
가까이에서 들리는 음의 크기가 더 큼

그 외 시각적 효과, 머리의 움직임, 소리의 종류에 따른 친숙도 등

29

5.6 미디(MIDI)






시스템의 구성
하드웨어 장비
(미디의 표준 모드)
미디의 소프트웨어
(미디 파일의 종류)
[시연]
제목

크기(KB)

시간

엘리제를 위하여

17

2분 38초

Dancing Queen

78

3분 57초

007 주제가

46

1분 52초

Starwars

32

3분 19초

Calvary's Love

40

3분 29초
30

5.6 미디

개요


미디(MIDI: Musical Instrument Digital interface)




1983년 세계 악기 제조업체들이 제정
전자 악기와 컴퓨터 간의 상호 정보교환을 위한 표준 규약






직접적인 음에 대한 정보가 있는 것이 아니라 음을 어떻게 연주 하라
는 정보를 표현함 : 음의 높이, 음표의 길이, 음의 강약 등
MIDI를 이용하여 전자 악기 간의 일관된 방식의 제어가 가능

음을 들으려면



신디사이저(Synthesizer) : 음을 발생시켜주는 기계
시퀀서(Sequencer) : 생성된 음의 수정

31

5.6 미디

시스템의 구성


미디 시스템의 구성


처리 과정







음의 입력 : 미디 장치에서 음을 발생 ⇒ 미디 인터페이스 카드 ⇒ 컴퓨
터로 전송
음의 처리 : 컴퓨터에서 미디 프로그램(시퀀서 등)으로 편집
음의 출력 : 컴퓨터 ⇒ 미디 인터페이스 카드 ⇒ 신디사이저 등의 미디
장치를 통해 스피커로 출력

미디 인터페이스


MIDI-IN 단자,
MIDI-OUT 단자,
MIDI-THRU 단자

32

5.6 미디

하드웨어 장비


신디사이저


전기적인 신호를 합성하여 음을 생성하는 장치





샘플러(Sampler)



신디사이저는 악기의 대표 음을, 샘플러는 악기의 모든 음을 보유
더 정교한 음 또는 음원에 없는 새로운 음을 만들고자 할 때 사용




음원부(음원모듈) : 소리를 발생시킴
건반부 (마스터 키보드) : 음원부를 이용하여 연주

실제 소리를 녹음하여 악기로 변환하거나 각종 효과음으로 활용

믹서(Mixer)


여러 개의 오디오 출력을 섞어서 하나의 출력으로 생성



각 출력의 균형 등을 맞추어 주는 이퀄라이저(Equalizer)가 장착
음악의 균형을 맞추어 녹음하고 연주하는데 많이 이용
33

5.6 미디



MIDI 인터페이스 카드




미디 전용 케이블




컴퓨터와 미디 모듈 간의
다른 신호 체계를 연결

동축 케이블 형태,
둥근모양 5핀

앰프와 스피커

34

5.6 미디

미디 소프트웨어


작곡용 프로그램(시퀀서,Sequencer)







음원 모듈에 “어떤 악기, 얼마의 강도, 얼마 동안” 소리내라고 명령
미디 신호를 입출력, 미디 파일 저장, 미디 데이터를 연주, 편집
CakeWalk : PC용, 널리 사용
Cubase : 미국 Steinberg 사
Logic : 독일 Emagic 사

35

5.6 미디



악보용 프로그램(Notation, Scoring 프로그램)






악보의 편집 및 출력
Coda사의 Finale, Passport Design사의 Encore 등

음색 편집용 프로그램(Voice Editor, Sound Editor)




소리의 편집 및 수정, 음원 모듈이나 각종 음색의 수정
OdysseySoft사의 Classic-B, KORG사의 X5DR 등

36


Slide 31

5장 사운드

멀티미디어의 이해

1

5.1 사운드의 개요



사운드의 종류
사운드의 제작 과정



사운드 란?





귀로 들을 수 있는 모든 정보
음악, 음성, 음향 효과 : 단독 사용 또는 혼합 사용(멀티미디어 환경)

정보 전달 시 사운드의 장점



미디어의 상승 효과 : 시각+청각 미디어로 정보전달 효과 상승
동기 유발 : 시각+청각 미디어를 혼합하여 피 전달자의 흥미 유발

2

5.1 사운드의 개요

사운드의 종류


일반적인 분류


음성(Voice)






음악(Music)





정보를 전달하는 주요한 수단 중 하나
텍스트보다 정보를 빠르고, 이해하기 쉽고, 설득력 있게 전달
디지털화된(digitized) 음성과 합성(synthesized) 음성

단독으로 음악 감상, 또는 정보전달시 부수효과 제공
주로 분위기, 장면전환, 감정 등 표현

음향효과(Sound Effect)



배경효과로 사용되어 상황을 좀더 현실감있게 전달 (비올때, 지하철)
자연적인(natural) 효과와 합성된(synthesized) 효과
3

5.1 사운드의 개요



컴퓨터에서 처리하는 방법에 따른 분류


디지털 오디오 (Digital Audio)






아날로그 형태의 사운드를 디지털화 시킨 것
원음에 충실하려면 많은 용량 필요 : 음악 CD 3분에 약 30MB 필요
사람의 목소리가 존재하거나, 디지털화된 파일을 처리 가능할 때

미디 (MIDI: Musical Instrument Digital Interface)



전자 악기와 다른 기계(컴퓨터)간에 정보를 전송하기 위한 통신 규약
실제 소리는 없이 연주 방법과 시기에 대한 정보를 가짐



3분 정도의 미디 음악을 듣기 위해서 약 8KB 필요
좋은 MIDI 사운드 음원(sound module)을 갖고 있는 경우

4

5.1 사운드의 개요

사운드의 제작과정


각 단계별 작업









계획(plan) : 필요한 조건 검토, 최종 결과에서 사용될 사운드 설계
녹음(record) : 사운드 도구로 녹음, 혹은 기존의 사운드 클립 이용
변환(capture) : (녹음된) 아날로그 사운드를 디지털 형태로 변환
편집(edit) : 사운드 편집 프로그램으로 편집(edit) 또는 믹싱 (mixing)
저장(store) : 편집이 끝난 중간 결과를 원하는 포맷으로 저장
통합(integrate) : 저장된 사운드를 다른 프로그램과 통합
재생(playback) : 최종결과를 재생하여 보완될 점을 수정

5

5.2 사운드의 기본개념



사운드의 기본 요소
디지털 사운드로의 변환



소리가 전달 되는 과정




음원에서 물체가 진동하면 공기의 압력을 변화하여 사운드가 생성
이 변화는 파형(waveform)의 형태로 우리 귀에 전달
사운드를 처리하는 것은 이러한 파형을 가공, 편집하는 것을 의미

6

5.2 사운드의 기본개념

사운드의 기본 요소


사운드 파형의 구성




사이클(cycle) : 일정 시간마다 반복되는 동일한 모양
주기(period) : 한 사이클이 걸리는 시간




어느 정도의 주기를 갖고 있는
사운드가 더 음악적으로 들림

소리의 3요소




주파수 : 음의 높낮이, Hz
진폭 : 음의 세기, Db
파형(Waveform) : 음색

7

5.2 사운드의 기본개념

(1) 주파수 (Frequency)




초당 사운드 파형의 반복 횟수
소리의 높낮이를 결정 : 주파수가 높으면 고음, 낮으면 저음



가청주파수(오디오) 20Hz~20KHz, 청각은 1K~6KHz에 제일 민감
[참고] 주파수 대역 구분 (Hz)
3K ~ 30K

초장파

30K ~ 300K

장파

항해, 군사교신

300K ~ 3M

중파

AM 라디오 방송 (535~1605)

3M ~ 30M

단파

아마추어 무선, 운송 통신, 무선 호출

30M ~ 300M

초단파

TV (54~216M), FM 라디오 (88~108M)

300M ~ 3G

극초단파

TV (채널 14 이상), 이동전화, 레이더

3G ~ 30G

마이크로파

위성통신, 레이더, 연구용

30G 이상

밀리미터파
8

5.2 사운드의 기본개념

(2) 진폭 (Amplitude)


사운드 파형의 기준선에서 최고점까지의 거리





소리의 크기와 관련 : 진폭이 크면 큰소리, 작으면 작은 소리
인간이 가장 편하게 들을 수 있는 소리의 범위는 0db ~ 90db

음의 크기와 소리의 예

9

5.2 사운드의 기본개념

(3) 음색 (Tone Color)




음의 높이와 크기가 같아도 악기마다 고유한 특징 => 음색
고유한 파형 => 기본파 + 고조파

10

5.2 사운드의 기본개념

디지털 사운드로의 변환


컴퓨터 처리를 위해 아날로그/디지털 형태 간의 변환






ADC(Analog-to-Digital Converter)
DAC(Digital-to-Analog Converter)

디지털 변환 과정


표본화, 양자화, 부호화 과정 필요

아날로그 신호와 디지털 신호 간의 변환 과정
11

5.2 사운드의 기본개념

(1) 표본화(Sampling)




아날로그 파형을 디지털 형태로 변환하기 위해 표본을 취하는 것
표본화율(Sampling Rate)



1초 동안에 취한 표본수 (단위: Hz)
표본화율이 높을수록 원음을 잘 표현할 수 있으나 데이터 공간은 증가

12

5.2 사운드의 기본개념

(2) 양자화 (Quantizing)


어느 정도의 정밀도로 표현할 것인지




표본화된 각 점에서 값을 표현하기 위해 사용되는 비트 수

음의 해상도


(a)

표본화하는 정밀도 (Sampling Resolution, Sampling Size)

2 bit 양자화 (4단계)

(b) 3 bit 양자화 (8단계)

(c) 4 bit 양자화 ( 16단계)

아날로그 파형의 양자화
13

5.2 사운드의 기본개념



표본화 및 양자화 정도에 따른 비교

(a) 원래의 파형

(b) 낮은 표본화와 양자화

(c) 높은 표본화와 양자화

(3) 부호화 (Coding)



표본화와 양자화를 거친 디지털 정보를 표현하는 과정
사운드 파일은 크기 때문에 일반적으로 부호화 과정에서 압축하여
저장
14



디지털 사운드 파일의 크기 및 음질의 비교
표본화율
(KHz)

양자화
정밀도
(bit)

모드

데이터 크기
(1분당)

음질

11.025

8

mono

650 KB

전화

22.05

8

mono

1.3 MB

AM Radio

44.1

8

mono

2.6 MB

22.05

16

stereo

5.25 MB

44.1

16

mono

5.25 MB

44.1

16

stereo

10.5 MB





sample
(voice)

sample
(music)

FM Radio
CD

11.025 KHz × 8 bits × 1(mono) × 60 sec / 8 = 약 650 KBytes

44.1 KHz × 16 bits × 2(stereo) × 60 sec / (8*1024) = 약 10.5 MBytes
15

5.3 사운드의 저장과 고품질화


(디지털 파형의 저장 방식)



디지털 사운드 파일의 크기








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

(고품질 사운드의 획득)
16

5.4 디지털 오디오 시스템





사운드 하드웨어
사운드 처리 소프트웨어
(디지털 사운드의 압축방식)
디지털 사운드의 파일 포맷

17

5.4 디지털 오디오 시스템

사운드 하드웨어


사운드 카드 (오디오 인터페이스 카드)


주요기능









입력: 아날로그 파장의 사운드를
디지털 형태로 변환 (ADC)
출력 : 디지털 형태의 데이터를
아날로그 파장으로 변환 (DAC)
음원칩 : 미디 지원
DSP(Digital Signal Processing) 칩: 데이터의 가공, 편집

주요제품


최초의 PC용 사운드 카드 : 1987년 캐나다의 Adlib사의 Adlib




Yamaha 사의 YM-3812 음원 칩 사용

Creative사에서 SoundBlaster카드 발표


실질적인 사운드 카드의 표준
18

5.4 디지털 오디오 시스템



앰프와 스피커





사운드의 품질은 스피커의 영향이 제일 크다.
앰프 : 스피커를 위해 양질의 사운드 파형으로 증폭
돌비 서라운드 (Dolby Surround) 5.1 채널


스피커 4개 + 저음부를 위한 우퍼(Woofer)

19

5.4 디지털 오디오 시스템

사운드 처리 소프트 웨어


사운드 편집 소프트웨어






기능 : 사운드의 캡쳐 및 편집, 가공, 트랙 편집 등
GoldWave
Cool Edit
SoundForge

20

5.4 디지털 오디오 시스템

사운드 처리 소프트 웨어


재생 프로그램






오디오 CD, MP3 파일
Win amp
Sonique
거원 제트 오디오

21

5.4 디지털 오디오 시스템

디지털 사운드 압축방식 (생략)





ADPCM
A-law, µ-law
TrueSpeech
MP3 또는 MPEG Layer 3

22

5.4 디지털 오디오 시스템

디지털 사운드의 파일포맷


Wav






Au





Microsoft 와 IBM 이 PC의 사운드 표준 형식으로 공동 개발
Windows 기반 PC에서 주로 사용

유닉스 환경에서 사용되는 가장 일반적인 포맷
Sun이나 NeXT에서 사운드 표준

MP2, MP3




ISO 국제 표준으로 압축효과가 뛰어나고, 음질도 우수
인터넷 상에서 음악을 압축하는데 많이 사용
MPEG-1의 오디오 Layer 2 및 Layer 3, 확장자는 .mp2 및 .mp3
23

5.4 디지털 오디오 시스템



Real Audio (.ra, .rm)



RealNetworks 사에서 개발, 스트리밍 기술로 실시간 사운드 전송
SureStreaming이라는 기술로 항상 최적의 음질을 재생




ASF(Advanced Streaming Format)





접속시 대역폭이 동적으로 변함에 따라 음질도 동적으로 변화

인텔이 개발한 멀티미디어 파일 형식, 스트리밍 방식
통합 멀티미디어 파일: 오디오, 비디오, 이미지, 프로그램도 포함

WMA (Windows Media Audio)



마이크로소프트가 개발한 스트리밍 방식의 오디오 파일 형식
비디오 파일은 WMV
24

5.5 입체음향






개요
입체음향의 원리
(입체음향의 생성 방식)
(입체음향의 재생)
(발전동향)




모노 사운드에서 2D 스테레오를 벗어나 3D 사운드로 발전
컴퓨터 게임, 영화 및 컴퓨터 분야에서 활용

25

5.5 입체음향

개요


서라운드 (Surround)


돌비 서라운드(Dolby Surround)가 가장 대표적



사람이 있는 위치를 기준으로 사방에서 소리를 들려주는 방식


공간감, 입체감




3 채널, 4.1채널, 5.1채널 등이 있음




0.1은 서브우퍼(Subwoofer)를 의미

스테레오와 마찬가지로 청취자가
음의 중심점에 있어야 입체감을
적절하게 느낄 수 있음
Surround System (5.1채널)
26

5.5 입체음향



입체 음향(Interactive 3D Sound)




음원과 청취자 간에 상대적인 위치를 계산하여 사운드를 출력
청취자와 상호작용이 가능





사용자의 이동이나 반응, 또는 음원의 이동에 따라 소리가 입체적으로
상호작용이 필요한 가상 현실이나 게임에서 많이 사용

Creative사의 EAX, Aureal사의 A3D, 마이크로소프트사의 Direct
3D Sound에서 지원

27

5.5 입체음향

입체음향의 원리


입체음향(Interactive 3D Sound):




재생된 음향을 들었을 때 음향으로부터 공간적 단서(방향감, 거리
감, 공간감)를 지각할 수 있는 음향

소리의 전달 경로


공간 전달계(외부) :




머리 전달계(내부) :




실내의 벽이나 천장 등에서 전달
인간의 머리와 귓바퀴에서 전달

음원에 대한 공간적 단서


두 귀에 들어오는 두 신호간의 차이 때문
28

5.5 입체음향



공간적 단서


두 귀에 도달하는 소리의 시간차




두 귀에 도달하는 소리의 세기차




가까운 방향 쪽에 있는 귀가 먼저 그 소리를 들음
가까이에서 들리는 음의 크기가 더 큼

그 외 시각적 효과, 머리의 움직임, 소리의 종류에 따른 친숙도 등

29

5.6 미디(MIDI)






시스템의 구성
하드웨어 장비
(미디의 표준 모드)
미디의 소프트웨어
(미디 파일의 종류)
[시연]
제목

크기(KB)

시간

엘리제를 위하여

17

2분 38초

Dancing Queen

78

3분 57초

007 주제가

46

1분 52초

Starwars

32

3분 19초

Calvary's Love

40

3분 29초
30

5.6 미디

개요


미디(MIDI: Musical Instrument Digital interface)




1983년 세계 악기 제조업체들이 제정
전자 악기와 컴퓨터 간의 상호 정보교환을 위한 표준 규약






직접적인 음에 대한 정보가 있는 것이 아니라 음을 어떻게 연주 하라
는 정보를 표현함 : 음의 높이, 음표의 길이, 음의 강약 등
MIDI를 이용하여 전자 악기 간의 일관된 방식의 제어가 가능

음을 들으려면



신디사이저(Synthesizer) : 음을 발생시켜주는 기계
시퀀서(Sequencer) : 생성된 음의 수정

31

5.6 미디

시스템의 구성


미디 시스템의 구성


처리 과정







음의 입력 : 미디 장치에서 음을 발생 ⇒ 미디 인터페이스 카드 ⇒ 컴퓨
터로 전송
음의 처리 : 컴퓨터에서 미디 프로그램(시퀀서 등)으로 편집
음의 출력 : 컴퓨터 ⇒ 미디 인터페이스 카드 ⇒ 신디사이저 등의 미디
장치를 통해 스피커로 출력

미디 인터페이스


MIDI-IN 단자,
MIDI-OUT 단자,
MIDI-THRU 단자

32

5.6 미디

하드웨어 장비


신디사이저


전기적인 신호를 합성하여 음을 생성하는 장치





샘플러(Sampler)



신디사이저는 악기의 대표 음을, 샘플러는 악기의 모든 음을 보유
더 정교한 음 또는 음원에 없는 새로운 음을 만들고자 할 때 사용




음원부(음원모듈) : 소리를 발생시킴
건반부 (마스터 키보드) : 음원부를 이용하여 연주

실제 소리를 녹음하여 악기로 변환하거나 각종 효과음으로 활용

믹서(Mixer)


여러 개의 오디오 출력을 섞어서 하나의 출력으로 생성



각 출력의 균형 등을 맞추어 주는 이퀄라이저(Equalizer)가 장착
음악의 균형을 맞추어 녹음하고 연주하는데 많이 이용
33

5.6 미디



MIDI 인터페이스 카드




미디 전용 케이블




컴퓨터와 미디 모듈 간의
다른 신호 체계를 연결

동축 케이블 형태,
둥근모양 5핀

앰프와 스피커

34

5.6 미디

미디 소프트웨어


작곡용 프로그램(시퀀서,Sequencer)







음원 모듈에 “어떤 악기, 얼마의 강도, 얼마 동안” 소리내라고 명령
미디 신호를 입출력, 미디 파일 저장, 미디 데이터를 연주, 편집
CakeWalk : PC용, 널리 사용
Cubase : 미국 Steinberg 사
Logic : 독일 Emagic 사

35

5.6 미디



악보용 프로그램(Notation, Scoring 프로그램)






악보의 편집 및 출력
Coda사의 Finale, Passport Design사의 Encore 등

음색 편집용 프로그램(Voice Editor, Sound Editor)




소리의 편집 및 수정, 음원 모듈이나 각종 음색의 수정
OdysseySoft사의 Classic-B, KORG사의 X5DR 등

36


Slide 32

5장 사운드

멀티미디어의 이해

1

5.1 사운드의 개요



사운드의 종류
사운드의 제작 과정



사운드 란?





귀로 들을 수 있는 모든 정보
음악, 음성, 음향 효과 : 단독 사용 또는 혼합 사용(멀티미디어 환경)

정보 전달 시 사운드의 장점



미디어의 상승 효과 : 시각+청각 미디어로 정보전달 효과 상승
동기 유발 : 시각+청각 미디어를 혼합하여 피 전달자의 흥미 유발

2

5.1 사운드의 개요

사운드의 종류


일반적인 분류


음성(Voice)






음악(Music)





정보를 전달하는 주요한 수단 중 하나
텍스트보다 정보를 빠르고, 이해하기 쉽고, 설득력 있게 전달
디지털화된(digitized) 음성과 합성(synthesized) 음성

단독으로 음악 감상, 또는 정보전달시 부수효과 제공
주로 분위기, 장면전환, 감정 등 표현

음향효과(Sound Effect)



배경효과로 사용되어 상황을 좀더 현실감있게 전달 (비올때, 지하철)
자연적인(natural) 효과와 합성된(synthesized) 효과
3

5.1 사운드의 개요



컴퓨터에서 처리하는 방법에 따른 분류


디지털 오디오 (Digital Audio)






아날로그 형태의 사운드를 디지털화 시킨 것
원음에 충실하려면 많은 용량 필요 : 음악 CD 3분에 약 30MB 필요
사람의 목소리가 존재하거나, 디지털화된 파일을 처리 가능할 때

미디 (MIDI: Musical Instrument Digital Interface)



전자 악기와 다른 기계(컴퓨터)간에 정보를 전송하기 위한 통신 규약
실제 소리는 없이 연주 방법과 시기에 대한 정보를 가짐



3분 정도의 미디 음악을 듣기 위해서 약 8KB 필요
좋은 MIDI 사운드 음원(sound module)을 갖고 있는 경우

4

5.1 사운드의 개요

사운드의 제작과정


각 단계별 작업









계획(plan) : 필요한 조건 검토, 최종 결과에서 사용될 사운드 설계
녹음(record) : 사운드 도구로 녹음, 혹은 기존의 사운드 클립 이용
변환(capture) : (녹음된) 아날로그 사운드를 디지털 형태로 변환
편집(edit) : 사운드 편집 프로그램으로 편집(edit) 또는 믹싱 (mixing)
저장(store) : 편집이 끝난 중간 결과를 원하는 포맷으로 저장
통합(integrate) : 저장된 사운드를 다른 프로그램과 통합
재생(playback) : 최종결과를 재생하여 보완될 점을 수정

5

5.2 사운드의 기본개념



사운드의 기본 요소
디지털 사운드로의 변환



소리가 전달 되는 과정




음원에서 물체가 진동하면 공기의 압력을 변화하여 사운드가 생성
이 변화는 파형(waveform)의 형태로 우리 귀에 전달
사운드를 처리하는 것은 이러한 파형을 가공, 편집하는 것을 의미

6

5.2 사운드의 기본개념

사운드의 기본 요소


사운드 파형의 구성




사이클(cycle) : 일정 시간마다 반복되는 동일한 모양
주기(period) : 한 사이클이 걸리는 시간




어느 정도의 주기를 갖고 있는
사운드가 더 음악적으로 들림

소리의 3요소




주파수 : 음의 높낮이, Hz
진폭 : 음의 세기, Db
파형(Waveform) : 음색

7

5.2 사운드의 기본개념

(1) 주파수 (Frequency)




초당 사운드 파형의 반복 횟수
소리의 높낮이를 결정 : 주파수가 높으면 고음, 낮으면 저음



가청주파수(오디오) 20Hz~20KHz, 청각은 1K~6KHz에 제일 민감
[참고] 주파수 대역 구분 (Hz)
3K ~ 30K

초장파

30K ~ 300K

장파

항해, 군사교신

300K ~ 3M

중파

AM 라디오 방송 (535~1605)

3M ~ 30M

단파

아마추어 무선, 운송 통신, 무선 호출

30M ~ 300M

초단파

TV (54~216M), FM 라디오 (88~108M)

300M ~ 3G

극초단파

TV (채널 14 이상), 이동전화, 레이더

3G ~ 30G

마이크로파

위성통신, 레이더, 연구용

30G 이상

밀리미터파
8

5.2 사운드의 기본개념

(2) 진폭 (Amplitude)


사운드 파형의 기준선에서 최고점까지의 거리





소리의 크기와 관련 : 진폭이 크면 큰소리, 작으면 작은 소리
인간이 가장 편하게 들을 수 있는 소리의 범위는 0db ~ 90db

음의 크기와 소리의 예

9

5.2 사운드의 기본개념

(3) 음색 (Tone Color)




음의 높이와 크기가 같아도 악기마다 고유한 특징 => 음색
고유한 파형 => 기본파 + 고조파

10

5.2 사운드의 기본개념

디지털 사운드로의 변환


컴퓨터 처리를 위해 아날로그/디지털 형태 간의 변환






ADC(Analog-to-Digital Converter)
DAC(Digital-to-Analog Converter)

디지털 변환 과정


표본화, 양자화, 부호화 과정 필요

아날로그 신호와 디지털 신호 간의 변환 과정
11

5.2 사운드의 기본개념

(1) 표본화(Sampling)




아날로그 파형을 디지털 형태로 변환하기 위해 표본을 취하는 것
표본화율(Sampling Rate)



1초 동안에 취한 표본수 (단위: Hz)
표본화율이 높을수록 원음을 잘 표현할 수 있으나 데이터 공간은 증가

12

5.2 사운드의 기본개념

(2) 양자화 (Quantizing)


어느 정도의 정밀도로 표현할 것인지




표본화된 각 점에서 값을 표현하기 위해 사용되는 비트 수

음의 해상도


(a)

표본화하는 정밀도 (Sampling Resolution, Sampling Size)

2 bit 양자화 (4단계)

(b) 3 bit 양자화 (8단계)

(c) 4 bit 양자화 ( 16단계)

아날로그 파형의 양자화
13

5.2 사운드의 기본개념



표본화 및 양자화 정도에 따른 비교

(a) 원래의 파형

(b) 낮은 표본화와 양자화

(c) 높은 표본화와 양자화

(3) 부호화 (Coding)



표본화와 양자화를 거친 디지털 정보를 표현하는 과정
사운드 파일은 크기 때문에 일반적으로 부호화 과정에서 압축하여
저장
14



디지털 사운드 파일의 크기 및 음질의 비교
표본화율
(KHz)

양자화
정밀도
(bit)

모드

데이터 크기
(1분당)

음질

11.025

8

mono

650 KB

전화

22.05

8

mono

1.3 MB

AM Radio

44.1

8

mono

2.6 MB

22.05

16

stereo

5.25 MB

44.1

16

mono

5.25 MB

44.1

16

stereo

10.5 MB





sample
(voice)

sample
(music)

FM Radio
CD

11.025 KHz × 8 bits × 1(mono) × 60 sec / 8 = 약 650 KBytes

44.1 KHz × 16 bits × 2(stereo) × 60 sec / (8*1024) = 약 10.5 MBytes
15

5.3 사운드의 저장과 고품질화


(디지털 파형의 저장 방식)



디지털 사운드 파일의 크기








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

(고품질 사운드의 획득)
16

5.4 디지털 오디오 시스템





사운드 하드웨어
사운드 처리 소프트웨어
(디지털 사운드의 압축방식)
디지털 사운드의 파일 포맷

17

5.4 디지털 오디오 시스템

사운드 하드웨어


사운드 카드 (오디오 인터페이스 카드)


주요기능









입력: 아날로그 파장의 사운드를
디지털 형태로 변환 (ADC)
출력 : 디지털 형태의 데이터를
아날로그 파장으로 변환 (DAC)
음원칩 : 미디 지원
DSP(Digital Signal Processing) 칩: 데이터의 가공, 편집

주요제품


최초의 PC용 사운드 카드 : 1987년 캐나다의 Adlib사의 Adlib




Yamaha 사의 YM-3812 음원 칩 사용

Creative사에서 SoundBlaster카드 발표


실질적인 사운드 카드의 표준
18

5.4 디지털 오디오 시스템



앰프와 스피커





사운드의 품질은 스피커의 영향이 제일 크다.
앰프 : 스피커를 위해 양질의 사운드 파형으로 증폭
돌비 서라운드 (Dolby Surround) 5.1 채널


스피커 4개 + 저음부를 위한 우퍼(Woofer)

19

5.4 디지털 오디오 시스템

사운드 처리 소프트 웨어


사운드 편집 소프트웨어






기능 : 사운드의 캡쳐 및 편집, 가공, 트랙 편집 등
GoldWave
Cool Edit
SoundForge

20

5.4 디지털 오디오 시스템

사운드 처리 소프트 웨어


재생 프로그램






오디오 CD, MP3 파일
Win amp
Sonique
거원 제트 오디오

21

5.4 디지털 오디오 시스템

디지털 사운드 압축방식 (생략)





ADPCM
A-law, µ-law
TrueSpeech
MP3 또는 MPEG Layer 3

22

5.4 디지털 오디오 시스템

디지털 사운드의 파일포맷


Wav






Au





Microsoft 와 IBM 이 PC의 사운드 표준 형식으로 공동 개발
Windows 기반 PC에서 주로 사용

유닉스 환경에서 사용되는 가장 일반적인 포맷
Sun이나 NeXT에서 사운드 표준

MP2, MP3




ISO 국제 표준으로 압축효과가 뛰어나고, 음질도 우수
인터넷 상에서 음악을 압축하는데 많이 사용
MPEG-1의 오디오 Layer 2 및 Layer 3, 확장자는 .mp2 및 .mp3
23

5.4 디지털 오디오 시스템



Real Audio (.ra, .rm)



RealNetworks 사에서 개발, 스트리밍 기술로 실시간 사운드 전송
SureStreaming이라는 기술로 항상 최적의 음질을 재생




ASF(Advanced Streaming Format)





접속시 대역폭이 동적으로 변함에 따라 음질도 동적으로 변화

인텔이 개발한 멀티미디어 파일 형식, 스트리밍 방식
통합 멀티미디어 파일: 오디오, 비디오, 이미지, 프로그램도 포함

WMA (Windows Media Audio)



마이크로소프트가 개발한 스트리밍 방식의 오디오 파일 형식
비디오 파일은 WMV
24

5.5 입체음향






개요
입체음향의 원리
(입체음향의 생성 방식)
(입체음향의 재생)
(발전동향)




모노 사운드에서 2D 스테레오를 벗어나 3D 사운드로 발전
컴퓨터 게임, 영화 및 컴퓨터 분야에서 활용

25

5.5 입체음향

개요


서라운드 (Surround)


돌비 서라운드(Dolby Surround)가 가장 대표적



사람이 있는 위치를 기준으로 사방에서 소리를 들려주는 방식


공간감, 입체감




3 채널, 4.1채널, 5.1채널 등이 있음




0.1은 서브우퍼(Subwoofer)를 의미

스테레오와 마찬가지로 청취자가
음의 중심점에 있어야 입체감을
적절하게 느낄 수 있음
Surround System (5.1채널)
26

5.5 입체음향



입체 음향(Interactive 3D Sound)




음원과 청취자 간에 상대적인 위치를 계산하여 사운드를 출력
청취자와 상호작용이 가능





사용자의 이동이나 반응, 또는 음원의 이동에 따라 소리가 입체적으로
상호작용이 필요한 가상 현실이나 게임에서 많이 사용

Creative사의 EAX, Aureal사의 A3D, 마이크로소프트사의 Direct
3D Sound에서 지원

27

5.5 입체음향

입체음향의 원리


입체음향(Interactive 3D Sound):




재생된 음향을 들었을 때 음향으로부터 공간적 단서(방향감, 거리
감, 공간감)를 지각할 수 있는 음향

소리의 전달 경로


공간 전달계(외부) :




머리 전달계(내부) :




실내의 벽이나 천장 등에서 전달
인간의 머리와 귓바퀴에서 전달

음원에 대한 공간적 단서


두 귀에 들어오는 두 신호간의 차이 때문
28

5.5 입체음향



공간적 단서


두 귀에 도달하는 소리의 시간차




두 귀에 도달하는 소리의 세기차




가까운 방향 쪽에 있는 귀가 먼저 그 소리를 들음
가까이에서 들리는 음의 크기가 더 큼

그 외 시각적 효과, 머리의 움직임, 소리의 종류에 따른 친숙도 등

29

5.6 미디(MIDI)






시스템의 구성
하드웨어 장비
(미디의 표준 모드)
미디의 소프트웨어
(미디 파일의 종류)
[시연]
제목

크기(KB)

시간

엘리제를 위하여

17

2분 38초

Dancing Queen

78

3분 57초

007 주제가

46

1분 52초

Starwars

32

3분 19초

Calvary's Love

40

3분 29초
30

5.6 미디

개요


미디(MIDI: Musical Instrument Digital interface)




1983년 세계 악기 제조업체들이 제정
전자 악기와 컴퓨터 간의 상호 정보교환을 위한 표준 규약






직접적인 음에 대한 정보가 있는 것이 아니라 음을 어떻게 연주 하라
는 정보를 표현함 : 음의 높이, 음표의 길이, 음의 강약 등
MIDI를 이용하여 전자 악기 간의 일관된 방식의 제어가 가능

음을 들으려면



신디사이저(Synthesizer) : 음을 발생시켜주는 기계
시퀀서(Sequencer) : 생성된 음의 수정

31

5.6 미디

시스템의 구성


미디 시스템의 구성


처리 과정







음의 입력 : 미디 장치에서 음을 발생 ⇒ 미디 인터페이스 카드 ⇒ 컴퓨
터로 전송
음의 처리 : 컴퓨터에서 미디 프로그램(시퀀서 등)으로 편집
음의 출력 : 컴퓨터 ⇒ 미디 인터페이스 카드 ⇒ 신디사이저 등의 미디
장치를 통해 스피커로 출력

미디 인터페이스


MIDI-IN 단자,
MIDI-OUT 단자,
MIDI-THRU 단자

32

5.6 미디

하드웨어 장비


신디사이저


전기적인 신호를 합성하여 음을 생성하는 장치





샘플러(Sampler)



신디사이저는 악기의 대표 음을, 샘플러는 악기의 모든 음을 보유
더 정교한 음 또는 음원에 없는 새로운 음을 만들고자 할 때 사용




음원부(음원모듈) : 소리를 발생시킴
건반부 (마스터 키보드) : 음원부를 이용하여 연주

실제 소리를 녹음하여 악기로 변환하거나 각종 효과음으로 활용

믹서(Mixer)


여러 개의 오디오 출력을 섞어서 하나의 출력으로 생성



각 출력의 균형 등을 맞추어 주는 이퀄라이저(Equalizer)가 장착
음악의 균형을 맞추어 녹음하고 연주하는데 많이 이용
33

5.6 미디



MIDI 인터페이스 카드




미디 전용 케이블




컴퓨터와 미디 모듈 간의
다른 신호 체계를 연결

동축 케이블 형태,
둥근모양 5핀

앰프와 스피커

34

5.6 미디

미디 소프트웨어


작곡용 프로그램(시퀀서,Sequencer)







음원 모듈에 “어떤 악기, 얼마의 강도, 얼마 동안” 소리내라고 명령
미디 신호를 입출력, 미디 파일 저장, 미디 데이터를 연주, 편집
CakeWalk : PC용, 널리 사용
Cubase : 미국 Steinberg 사
Logic : 독일 Emagic 사

35

5.6 미디



악보용 프로그램(Notation, Scoring 프로그램)






악보의 편집 및 출력
Coda사의 Finale, Passport Design사의 Encore 등

음색 편집용 프로그램(Voice Editor, Sound Editor)




소리의 편집 및 수정, 음원 모듈이나 각종 음색의 수정
OdysseySoft사의 Classic-B, KORG사의 X5DR 등

36


Slide 33

5장 사운드

멀티미디어의 이해

1

5.1 사운드의 개요



사운드의 종류
사운드의 제작 과정



사운드 란?





귀로 들을 수 있는 모든 정보
음악, 음성, 음향 효과 : 단독 사용 또는 혼합 사용(멀티미디어 환경)

정보 전달 시 사운드의 장점



미디어의 상승 효과 : 시각+청각 미디어로 정보전달 효과 상승
동기 유발 : 시각+청각 미디어를 혼합하여 피 전달자의 흥미 유발

2

5.1 사운드의 개요

사운드의 종류


일반적인 분류


음성(Voice)






음악(Music)





정보를 전달하는 주요한 수단 중 하나
텍스트보다 정보를 빠르고, 이해하기 쉽고, 설득력 있게 전달
디지털화된(digitized) 음성과 합성(synthesized) 음성

단독으로 음악 감상, 또는 정보전달시 부수효과 제공
주로 분위기, 장면전환, 감정 등 표현

음향효과(Sound Effect)



배경효과로 사용되어 상황을 좀더 현실감있게 전달 (비올때, 지하철)
자연적인(natural) 효과와 합성된(synthesized) 효과
3

5.1 사운드의 개요



컴퓨터에서 처리하는 방법에 따른 분류


디지털 오디오 (Digital Audio)






아날로그 형태의 사운드를 디지털화 시킨 것
원음에 충실하려면 많은 용량 필요 : 음악 CD 3분에 약 30MB 필요
사람의 목소리가 존재하거나, 디지털화된 파일을 처리 가능할 때

미디 (MIDI: Musical Instrument Digital Interface)



전자 악기와 다른 기계(컴퓨터)간에 정보를 전송하기 위한 통신 규약
실제 소리는 없이 연주 방법과 시기에 대한 정보를 가짐



3분 정도의 미디 음악을 듣기 위해서 약 8KB 필요
좋은 MIDI 사운드 음원(sound module)을 갖고 있는 경우

4

5.1 사운드의 개요

사운드의 제작과정


각 단계별 작업









계획(plan) : 필요한 조건 검토, 최종 결과에서 사용될 사운드 설계
녹음(record) : 사운드 도구로 녹음, 혹은 기존의 사운드 클립 이용
변환(capture) : (녹음된) 아날로그 사운드를 디지털 형태로 변환
편집(edit) : 사운드 편집 프로그램으로 편집(edit) 또는 믹싱 (mixing)
저장(store) : 편집이 끝난 중간 결과를 원하는 포맷으로 저장
통합(integrate) : 저장된 사운드를 다른 프로그램과 통합
재생(playback) : 최종결과를 재생하여 보완될 점을 수정

5

5.2 사운드의 기본개념



사운드의 기본 요소
디지털 사운드로의 변환



소리가 전달 되는 과정




음원에서 물체가 진동하면 공기의 압력을 변화하여 사운드가 생성
이 변화는 파형(waveform)의 형태로 우리 귀에 전달
사운드를 처리하는 것은 이러한 파형을 가공, 편집하는 것을 의미

6

5.2 사운드의 기본개념

사운드의 기본 요소


사운드 파형의 구성




사이클(cycle) : 일정 시간마다 반복되는 동일한 모양
주기(period) : 한 사이클이 걸리는 시간




어느 정도의 주기를 갖고 있는
사운드가 더 음악적으로 들림

소리의 3요소




주파수 : 음의 높낮이, Hz
진폭 : 음의 세기, Db
파형(Waveform) : 음색

7

5.2 사운드의 기본개념

(1) 주파수 (Frequency)




초당 사운드 파형의 반복 횟수
소리의 높낮이를 결정 : 주파수가 높으면 고음, 낮으면 저음



가청주파수(오디오) 20Hz~20KHz, 청각은 1K~6KHz에 제일 민감
[참고] 주파수 대역 구분 (Hz)
3K ~ 30K

초장파

30K ~ 300K

장파

항해, 군사교신

300K ~ 3M

중파

AM 라디오 방송 (535~1605)

3M ~ 30M

단파

아마추어 무선, 운송 통신, 무선 호출

30M ~ 300M

초단파

TV (54~216M), FM 라디오 (88~108M)

300M ~ 3G

극초단파

TV (채널 14 이상), 이동전화, 레이더

3G ~ 30G

마이크로파

위성통신, 레이더, 연구용

30G 이상

밀리미터파
8

5.2 사운드의 기본개념

(2) 진폭 (Amplitude)


사운드 파형의 기준선에서 최고점까지의 거리





소리의 크기와 관련 : 진폭이 크면 큰소리, 작으면 작은 소리
인간이 가장 편하게 들을 수 있는 소리의 범위는 0db ~ 90db

음의 크기와 소리의 예

9

5.2 사운드의 기본개념

(3) 음색 (Tone Color)




음의 높이와 크기가 같아도 악기마다 고유한 특징 => 음색
고유한 파형 => 기본파 + 고조파

10

5.2 사운드의 기본개념

디지털 사운드로의 변환


컴퓨터 처리를 위해 아날로그/디지털 형태 간의 변환






ADC(Analog-to-Digital Converter)
DAC(Digital-to-Analog Converter)

디지털 변환 과정


표본화, 양자화, 부호화 과정 필요

아날로그 신호와 디지털 신호 간의 변환 과정
11

5.2 사운드의 기본개념

(1) 표본화(Sampling)




아날로그 파형을 디지털 형태로 변환하기 위해 표본을 취하는 것
표본화율(Sampling Rate)



1초 동안에 취한 표본수 (단위: Hz)
표본화율이 높을수록 원음을 잘 표현할 수 있으나 데이터 공간은 증가

12

5.2 사운드의 기본개념

(2) 양자화 (Quantizing)


어느 정도의 정밀도로 표현할 것인지




표본화된 각 점에서 값을 표현하기 위해 사용되는 비트 수

음의 해상도


(a)

표본화하는 정밀도 (Sampling Resolution, Sampling Size)

2 bit 양자화 (4단계)

(b) 3 bit 양자화 (8단계)

(c) 4 bit 양자화 ( 16단계)

아날로그 파형의 양자화
13

5.2 사운드의 기본개념



표본화 및 양자화 정도에 따른 비교

(a) 원래의 파형

(b) 낮은 표본화와 양자화

(c) 높은 표본화와 양자화

(3) 부호화 (Coding)



표본화와 양자화를 거친 디지털 정보를 표현하는 과정
사운드 파일은 크기 때문에 일반적으로 부호화 과정에서 압축하여
저장
14



디지털 사운드 파일의 크기 및 음질의 비교
표본화율
(KHz)

양자화
정밀도
(bit)

모드

데이터 크기
(1분당)

음질

11.025

8

mono

650 KB

전화

22.05

8

mono

1.3 MB

AM Radio

44.1

8

mono

2.6 MB

22.05

16

stereo

5.25 MB

44.1

16

mono

5.25 MB

44.1

16

stereo

10.5 MB





sample
(voice)

sample
(music)

FM Radio
CD

11.025 KHz × 8 bits × 1(mono) × 60 sec / 8 = 약 650 KBytes

44.1 KHz × 16 bits × 2(stereo) × 60 sec / (8*1024) = 약 10.5 MBytes
15

5.3 사운드의 저장과 고품질화


(디지털 파형의 저장 방식)



디지털 사운드 파일의 크기








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

(고품질 사운드의 획득)
16

5.4 디지털 오디오 시스템





사운드 하드웨어
사운드 처리 소프트웨어
(디지털 사운드의 압축방식)
디지털 사운드의 파일 포맷

17

5.4 디지털 오디오 시스템

사운드 하드웨어


사운드 카드 (오디오 인터페이스 카드)


주요기능









입력: 아날로그 파장의 사운드를
디지털 형태로 변환 (ADC)
출력 : 디지털 형태의 데이터를
아날로그 파장으로 변환 (DAC)
음원칩 : 미디 지원
DSP(Digital Signal Processing) 칩: 데이터의 가공, 편집

주요제품


최초의 PC용 사운드 카드 : 1987년 캐나다의 Adlib사의 Adlib




Yamaha 사의 YM-3812 음원 칩 사용

Creative사에서 SoundBlaster카드 발표


실질적인 사운드 카드의 표준
18

5.4 디지털 오디오 시스템



앰프와 스피커





사운드의 품질은 스피커의 영향이 제일 크다.
앰프 : 스피커를 위해 양질의 사운드 파형으로 증폭
돌비 서라운드 (Dolby Surround) 5.1 채널


스피커 4개 + 저음부를 위한 우퍼(Woofer)

19

5.4 디지털 오디오 시스템

사운드 처리 소프트 웨어


사운드 편집 소프트웨어






기능 : 사운드의 캡쳐 및 편집, 가공, 트랙 편집 등
GoldWave
Cool Edit
SoundForge

20

5.4 디지털 오디오 시스템

사운드 처리 소프트 웨어


재생 프로그램






오디오 CD, MP3 파일
Win amp
Sonique
거원 제트 오디오

21

5.4 디지털 오디오 시스템

디지털 사운드 압축방식 (생략)





ADPCM
A-law, µ-law
TrueSpeech
MP3 또는 MPEG Layer 3

22

5.4 디지털 오디오 시스템

디지털 사운드의 파일포맷


Wav






Au





Microsoft 와 IBM 이 PC의 사운드 표준 형식으로 공동 개발
Windows 기반 PC에서 주로 사용

유닉스 환경에서 사용되는 가장 일반적인 포맷
Sun이나 NeXT에서 사운드 표준

MP2, MP3




ISO 국제 표준으로 압축효과가 뛰어나고, 음질도 우수
인터넷 상에서 음악을 압축하는데 많이 사용
MPEG-1의 오디오 Layer 2 및 Layer 3, 확장자는 .mp2 및 .mp3
23

5.4 디지털 오디오 시스템



Real Audio (.ra, .rm)



RealNetworks 사에서 개발, 스트리밍 기술로 실시간 사운드 전송
SureStreaming이라는 기술로 항상 최적의 음질을 재생




ASF(Advanced Streaming Format)





접속시 대역폭이 동적으로 변함에 따라 음질도 동적으로 변화

인텔이 개발한 멀티미디어 파일 형식, 스트리밍 방식
통합 멀티미디어 파일: 오디오, 비디오, 이미지, 프로그램도 포함

WMA (Windows Media Audio)



마이크로소프트가 개발한 스트리밍 방식의 오디오 파일 형식
비디오 파일은 WMV
24

5.5 입체음향






개요
입체음향의 원리
(입체음향의 생성 방식)
(입체음향의 재생)
(발전동향)




모노 사운드에서 2D 스테레오를 벗어나 3D 사운드로 발전
컴퓨터 게임, 영화 및 컴퓨터 분야에서 활용

25

5.5 입체음향

개요


서라운드 (Surround)


돌비 서라운드(Dolby Surround)가 가장 대표적



사람이 있는 위치를 기준으로 사방에서 소리를 들려주는 방식


공간감, 입체감




3 채널, 4.1채널, 5.1채널 등이 있음




0.1은 서브우퍼(Subwoofer)를 의미

스테레오와 마찬가지로 청취자가
음의 중심점에 있어야 입체감을
적절하게 느낄 수 있음
Surround System (5.1채널)
26

5.5 입체음향



입체 음향(Interactive 3D Sound)




음원과 청취자 간에 상대적인 위치를 계산하여 사운드를 출력
청취자와 상호작용이 가능





사용자의 이동이나 반응, 또는 음원의 이동에 따라 소리가 입체적으로
상호작용이 필요한 가상 현실이나 게임에서 많이 사용

Creative사의 EAX, Aureal사의 A3D, 마이크로소프트사의 Direct
3D Sound에서 지원

27

5.5 입체음향

입체음향의 원리


입체음향(Interactive 3D Sound):




재생된 음향을 들었을 때 음향으로부터 공간적 단서(방향감, 거리
감, 공간감)를 지각할 수 있는 음향

소리의 전달 경로


공간 전달계(외부) :




머리 전달계(내부) :




실내의 벽이나 천장 등에서 전달
인간의 머리와 귓바퀴에서 전달

음원에 대한 공간적 단서


두 귀에 들어오는 두 신호간의 차이 때문
28

5.5 입체음향



공간적 단서


두 귀에 도달하는 소리의 시간차




두 귀에 도달하는 소리의 세기차




가까운 방향 쪽에 있는 귀가 먼저 그 소리를 들음
가까이에서 들리는 음의 크기가 더 큼

그 외 시각적 효과, 머리의 움직임, 소리의 종류에 따른 친숙도 등

29

5.6 미디(MIDI)






시스템의 구성
하드웨어 장비
(미디의 표준 모드)
미디의 소프트웨어
(미디 파일의 종류)
[시연]
제목

크기(KB)

시간

엘리제를 위하여

17

2분 38초

Dancing Queen

78

3분 57초

007 주제가

46

1분 52초

Starwars

32

3분 19초

Calvary's Love

40

3분 29초
30

5.6 미디

개요


미디(MIDI: Musical Instrument Digital interface)




1983년 세계 악기 제조업체들이 제정
전자 악기와 컴퓨터 간의 상호 정보교환을 위한 표준 규약






직접적인 음에 대한 정보가 있는 것이 아니라 음을 어떻게 연주 하라
는 정보를 표현함 : 음의 높이, 음표의 길이, 음의 강약 등
MIDI를 이용하여 전자 악기 간의 일관된 방식의 제어가 가능

음을 들으려면



신디사이저(Synthesizer) : 음을 발생시켜주는 기계
시퀀서(Sequencer) : 생성된 음의 수정

31

5.6 미디

시스템의 구성


미디 시스템의 구성


처리 과정







음의 입력 : 미디 장치에서 음을 발생 ⇒ 미디 인터페이스 카드 ⇒ 컴퓨
터로 전송
음의 처리 : 컴퓨터에서 미디 프로그램(시퀀서 등)으로 편집
음의 출력 : 컴퓨터 ⇒ 미디 인터페이스 카드 ⇒ 신디사이저 등의 미디
장치를 통해 스피커로 출력

미디 인터페이스


MIDI-IN 단자,
MIDI-OUT 단자,
MIDI-THRU 단자

32

5.6 미디

하드웨어 장비


신디사이저


전기적인 신호를 합성하여 음을 생성하는 장치





샘플러(Sampler)



신디사이저는 악기의 대표 음을, 샘플러는 악기의 모든 음을 보유
더 정교한 음 또는 음원에 없는 새로운 음을 만들고자 할 때 사용




음원부(음원모듈) : 소리를 발생시킴
건반부 (마스터 키보드) : 음원부를 이용하여 연주

실제 소리를 녹음하여 악기로 변환하거나 각종 효과음으로 활용

믹서(Mixer)


여러 개의 오디오 출력을 섞어서 하나의 출력으로 생성



각 출력의 균형 등을 맞추어 주는 이퀄라이저(Equalizer)가 장착
음악의 균형을 맞추어 녹음하고 연주하는데 많이 이용
33

5.6 미디



MIDI 인터페이스 카드




미디 전용 케이블




컴퓨터와 미디 모듈 간의
다른 신호 체계를 연결

동축 케이블 형태,
둥근모양 5핀

앰프와 스피커

34

5.6 미디

미디 소프트웨어


작곡용 프로그램(시퀀서,Sequencer)







음원 모듈에 “어떤 악기, 얼마의 강도, 얼마 동안” 소리내라고 명령
미디 신호를 입출력, 미디 파일 저장, 미디 데이터를 연주, 편집
CakeWalk : PC용, 널리 사용
Cubase : 미국 Steinberg 사
Logic : 독일 Emagic 사

35

5.6 미디



악보용 프로그램(Notation, Scoring 프로그램)






악보의 편집 및 출력
Coda사의 Finale, Passport Design사의 Encore 등

음색 편집용 프로그램(Voice Editor, Sound Editor)




소리의 편집 및 수정, 음원 모듈이나 각종 음색의 수정
OdysseySoft사의 Classic-B, KORG사의 X5DR 등

36


Slide 34

5장 사운드

멀티미디어의 이해

1

5.1 사운드의 개요



사운드의 종류
사운드의 제작 과정



사운드 란?





귀로 들을 수 있는 모든 정보
음악, 음성, 음향 효과 : 단독 사용 또는 혼합 사용(멀티미디어 환경)

정보 전달 시 사운드의 장점



미디어의 상승 효과 : 시각+청각 미디어로 정보전달 효과 상승
동기 유발 : 시각+청각 미디어를 혼합하여 피 전달자의 흥미 유발

2

5.1 사운드의 개요

사운드의 종류


일반적인 분류


음성(Voice)






음악(Music)





정보를 전달하는 주요한 수단 중 하나
텍스트보다 정보를 빠르고, 이해하기 쉽고, 설득력 있게 전달
디지털화된(digitized) 음성과 합성(synthesized) 음성

단독으로 음악 감상, 또는 정보전달시 부수효과 제공
주로 분위기, 장면전환, 감정 등 표현

음향효과(Sound Effect)



배경효과로 사용되어 상황을 좀더 현실감있게 전달 (비올때, 지하철)
자연적인(natural) 효과와 합성된(synthesized) 효과
3

5.1 사운드의 개요



컴퓨터에서 처리하는 방법에 따른 분류


디지털 오디오 (Digital Audio)






아날로그 형태의 사운드를 디지털화 시킨 것
원음에 충실하려면 많은 용량 필요 : 음악 CD 3분에 약 30MB 필요
사람의 목소리가 존재하거나, 디지털화된 파일을 처리 가능할 때

미디 (MIDI: Musical Instrument Digital Interface)



전자 악기와 다른 기계(컴퓨터)간에 정보를 전송하기 위한 통신 규약
실제 소리는 없이 연주 방법과 시기에 대한 정보를 가짐



3분 정도의 미디 음악을 듣기 위해서 약 8KB 필요
좋은 MIDI 사운드 음원(sound module)을 갖고 있는 경우

4

5.1 사운드의 개요

사운드의 제작과정


각 단계별 작업









계획(plan) : 필요한 조건 검토, 최종 결과에서 사용될 사운드 설계
녹음(record) : 사운드 도구로 녹음, 혹은 기존의 사운드 클립 이용
변환(capture) : (녹음된) 아날로그 사운드를 디지털 형태로 변환
편집(edit) : 사운드 편집 프로그램으로 편집(edit) 또는 믹싱 (mixing)
저장(store) : 편집이 끝난 중간 결과를 원하는 포맷으로 저장
통합(integrate) : 저장된 사운드를 다른 프로그램과 통합
재생(playback) : 최종결과를 재생하여 보완될 점을 수정

5

5.2 사운드의 기본개념



사운드의 기본 요소
디지털 사운드로의 변환



소리가 전달 되는 과정




음원에서 물체가 진동하면 공기의 압력을 변화하여 사운드가 생성
이 변화는 파형(waveform)의 형태로 우리 귀에 전달
사운드를 처리하는 것은 이러한 파형을 가공, 편집하는 것을 의미

6

5.2 사운드의 기본개념

사운드의 기본 요소


사운드 파형의 구성




사이클(cycle) : 일정 시간마다 반복되는 동일한 모양
주기(period) : 한 사이클이 걸리는 시간




어느 정도의 주기를 갖고 있는
사운드가 더 음악적으로 들림

소리의 3요소




주파수 : 음의 높낮이, Hz
진폭 : 음의 세기, Db
파형(Waveform) : 음색

7

5.2 사운드의 기본개념

(1) 주파수 (Frequency)




초당 사운드 파형의 반복 횟수
소리의 높낮이를 결정 : 주파수가 높으면 고음, 낮으면 저음



가청주파수(오디오) 20Hz~20KHz, 청각은 1K~6KHz에 제일 민감
[참고] 주파수 대역 구분 (Hz)
3K ~ 30K

초장파

30K ~ 300K

장파

항해, 군사교신

300K ~ 3M

중파

AM 라디오 방송 (535~1605)

3M ~ 30M

단파

아마추어 무선, 운송 통신, 무선 호출

30M ~ 300M

초단파

TV (54~216M), FM 라디오 (88~108M)

300M ~ 3G

극초단파

TV (채널 14 이상), 이동전화, 레이더

3G ~ 30G

마이크로파

위성통신, 레이더, 연구용

30G 이상

밀리미터파
8

5.2 사운드의 기본개념

(2) 진폭 (Amplitude)


사운드 파형의 기준선에서 최고점까지의 거리





소리의 크기와 관련 : 진폭이 크면 큰소리, 작으면 작은 소리
인간이 가장 편하게 들을 수 있는 소리의 범위는 0db ~ 90db

음의 크기와 소리의 예

9

5.2 사운드의 기본개념

(3) 음색 (Tone Color)




음의 높이와 크기가 같아도 악기마다 고유한 특징 => 음색
고유한 파형 => 기본파 + 고조파

10

5.2 사운드의 기본개념

디지털 사운드로의 변환


컴퓨터 처리를 위해 아날로그/디지털 형태 간의 변환






ADC(Analog-to-Digital Converter)
DAC(Digital-to-Analog Converter)

디지털 변환 과정


표본화, 양자화, 부호화 과정 필요

아날로그 신호와 디지털 신호 간의 변환 과정
11

5.2 사운드의 기본개념

(1) 표본화(Sampling)




아날로그 파형을 디지털 형태로 변환하기 위해 표본을 취하는 것
표본화율(Sampling Rate)



1초 동안에 취한 표본수 (단위: Hz)
표본화율이 높을수록 원음을 잘 표현할 수 있으나 데이터 공간은 증가

12

5.2 사운드의 기본개념

(2) 양자화 (Quantizing)


어느 정도의 정밀도로 표현할 것인지




표본화된 각 점에서 값을 표현하기 위해 사용되는 비트 수

음의 해상도


(a)

표본화하는 정밀도 (Sampling Resolution, Sampling Size)

2 bit 양자화 (4단계)

(b) 3 bit 양자화 (8단계)

(c) 4 bit 양자화 ( 16단계)

아날로그 파형의 양자화
13

5.2 사운드의 기본개념



표본화 및 양자화 정도에 따른 비교

(a) 원래의 파형

(b) 낮은 표본화와 양자화

(c) 높은 표본화와 양자화

(3) 부호화 (Coding)



표본화와 양자화를 거친 디지털 정보를 표현하는 과정
사운드 파일은 크기 때문에 일반적으로 부호화 과정에서 압축하여
저장
14



디지털 사운드 파일의 크기 및 음질의 비교
표본화율
(KHz)

양자화
정밀도
(bit)

모드

데이터 크기
(1분당)

음질

11.025

8

mono

650 KB

전화

22.05

8

mono

1.3 MB

AM Radio

44.1

8

mono

2.6 MB

22.05

16

stereo

5.25 MB

44.1

16

mono

5.25 MB

44.1

16

stereo

10.5 MB





sample
(voice)

sample
(music)

FM Radio
CD

11.025 KHz × 8 bits × 1(mono) × 60 sec / 8 = 약 650 KBytes

44.1 KHz × 16 bits × 2(stereo) × 60 sec / (8*1024) = 약 10.5 MBytes
15

5.3 사운드의 저장과 고품질화


(디지털 파형의 저장 방식)



디지털 사운드 파일의 크기








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

(고품질 사운드의 획득)
16

5.4 디지털 오디오 시스템





사운드 하드웨어
사운드 처리 소프트웨어
(디지털 사운드의 압축방식)
디지털 사운드의 파일 포맷

17

5.4 디지털 오디오 시스템

사운드 하드웨어


사운드 카드 (오디오 인터페이스 카드)


주요기능









입력: 아날로그 파장의 사운드를
디지털 형태로 변환 (ADC)
출력 : 디지털 형태의 데이터를
아날로그 파장으로 변환 (DAC)
음원칩 : 미디 지원
DSP(Digital Signal Processing) 칩: 데이터의 가공, 편집

주요제품


최초의 PC용 사운드 카드 : 1987년 캐나다의 Adlib사의 Adlib




Yamaha 사의 YM-3812 음원 칩 사용

Creative사에서 SoundBlaster카드 발표


실질적인 사운드 카드의 표준
18

5.4 디지털 오디오 시스템



앰프와 스피커





사운드의 품질은 스피커의 영향이 제일 크다.
앰프 : 스피커를 위해 양질의 사운드 파형으로 증폭
돌비 서라운드 (Dolby Surround) 5.1 채널


스피커 4개 + 저음부를 위한 우퍼(Woofer)

19

5.4 디지털 오디오 시스템

사운드 처리 소프트 웨어


사운드 편집 소프트웨어






기능 : 사운드의 캡쳐 및 편집, 가공, 트랙 편집 등
GoldWave
Cool Edit
SoundForge

20

5.4 디지털 오디오 시스템

사운드 처리 소프트 웨어


재생 프로그램






오디오 CD, MP3 파일
Win amp
Sonique
거원 제트 오디오

21

5.4 디지털 오디오 시스템

디지털 사운드 압축방식 (생략)





ADPCM
A-law, µ-law
TrueSpeech
MP3 또는 MPEG Layer 3

22

5.4 디지털 오디오 시스템

디지털 사운드의 파일포맷


Wav






Au





Microsoft 와 IBM 이 PC의 사운드 표준 형식으로 공동 개발
Windows 기반 PC에서 주로 사용

유닉스 환경에서 사용되는 가장 일반적인 포맷
Sun이나 NeXT에서 사운드 표준

MP2, MP3




ISO 국제 표준으로 압축효과가 뛰어나고, 음질도 우수
인터넷 상에서 음악을 압축하는데 많이 사용
MPEG-1의 오디오 Layer 2 및 Layer 3, 확장자는 .mp2 및 .mp3
23

5.4 디지털 오디오 시스템



Real Audio (.ra, .rm)



RealNetworks 사에서 개발, 스트리밍 기술로 실시간 사운드 전송
SureStreaming이라는 기술로 항상 최적의 음질을 재생




ASF(Advanced Streaming Format)





접속시 대역폭이 동적으로 변함에 따라 음질도 동적으로 변화

인텔이 개발한 멀티미디어 파일 형식, 스트리밍 방식
통합 멀티미디어 파일: 오디오, 비디오, 이미지, 프로그램도 포함

WMA (Windows Media Audio)



마이크로소프트가 개발한 스트리밍 방식의 오디오 파일 형식
비디오 파일은 WMV
24

5.5 입체음향






개요
입체음향의 원리
(입체음향의 생성 방식)
(입체음향의 재생)
(발전동향)




모노 사운드에서 2D 스테레오를 벗어나 3D 사운드로 발전
컴퓨터 게임, 영화 및 컴퓨터 분야에서 활용

25

5.5 입체음향

개요


서라운드 (Surround)


돌비 서라운드(Dolby Surround)가 가장 대표적



사람이 있는 위치를 기준으로 사방에서 소리를 들려주는 방식


공간감, 입체감




3 채널, 4.1채널, 5.1채널 등이 있음




0.1은 서브우퍼(Subwoofer)를 의미

스테레오와 마찬가지로 청취자가
음의 중심점에 있어야 입체감을
적절하게 느낄 수 있음
Surround System (5.1채널)
26

5.5 입체음향



입체 음향(Interactive 3D Sound)




음원과 청취자 간에 상대적인 위치를 계산하여 사운드를 출력
청취자와 상호작용이 가능





사용자의 이동이나 반응, 또는 음원의 이동에 따라 소리가 입체적으로
상호작용이 필요한 가상 현실이나 게임에서 많이 사용

Creative사의 EAX, Aureal사의 A3D, 마이크로소프트사의 Direct
3D Sound에서 지원

27

5.5 입체음향

입체음향의 원리


입체음향(Interactive 3D Sound):




재생된 음향을 들었을 때 음향으로부터 공간적 단서(방향감, 거리
감, 공간감)를 지각할 수 있는 음향

소리의 전달 경로


공간 전달계(외부) :




머리 전달계(내부) :




실내의 벽이나 천장 등에서 전달
인간의 머리와 귓바퀴에서 전달

음원에 대한 공간적 단서


두 귀에 들어오는 두 신호간의 차이 때문
28

5.5 입체음향



공간적 단서


두 귀에 도달하는 소리의 시간차




두 귀에 도달하는 소리의 세기차




가까운 방향 쪽에 있는 귀가 먼저 그 소리를 들음
가까이에서 들리는 음의 크기가 더 큼

그 외 시각적 효과, 머리의 움직임, 소리의 종류에 따른 친숙도 등

29

5.6 미디(MIDI)






시스템의 구성
하드웨어 장비
(미디의 표준 모드)
미디의 소프트웨어
(미디 파일의 종류)
[시연]
제목

크기(KB)

시간

엘리제를 위하여

17

2분 38초

Dancing Queen

78

3분 57초

007 주제가

46

1분 52초

Starwars

32

3분 19초

Calvary's Love

40

3분 29초
30

5.6 미디

개요


미디(MIDI: Musical Instrument Digital interface)




1983년 세계 악기 제조업체들이 제정
전자 악기와 컴퓨터 간의 상호 정보교환을 위한 표준 규약






직접적인 음에 대한 정보가 있는 것이 아니라 음을 어떻게 연주 하라
는 정보를 표현함 : 음의 높이, 음표의 길이, 음의 강약 등
MIDI를 이용하여 전자 악기 간의 일관된 방식의 제어가 가능

음을 들으려면



신디사이저(Synthesizer) : 음을 발생시켜주는 기계
시퀀서(Sequencer) : 생성된 음의 수정

31

5.6 미디

시스템의 구성


미디 시스템의 구성


처리 과정







음의 입력 : 미디 장치에서 음을 발생 ⇒ 미디 인터페이스 카드 ⇒ 컴퓨
터로 전송
음의 처리 : 컴퓨터에서 미디 프로그램(시퀀서 등)으로 편집
음의 출력 : 컴퓨터 ⇒ 미디 인터페이스 카드 ⇒ 신디사이저 등의 미디
장치를 통해 스피커로 출력

미디 인터페이스


MIDI-IN 단자,
MIDI-OUT 단자,
MIDI-THRU 단자

32

5.6 미디

하드웨어 장비


신디사이저


전기적인 신호를 합성하여 음을 생성하는 장치





샘플러(Sampler)



신디사이저는 악기의 대표 음을, 샘플러는 악기의 모든 음을 보유
더 정교한 음 또는 음원에 없는 새로운 음을 만들고자 할 때 사용




음원부(음원모듈) : 소리를 발생시킴
건반부 (마스터 키보드) : 음원부를 이용하여 연주

실제 소리를 녹음하여 악기로 변환하거나 각종 효과음으로 활용

믹서(Mixer)


여러 개의 오디오 출력을 섞어서 하나의 출력으로 생성



각 출력의 균형 등을 맞추어 주는 이퀄라이저(Equalizer)가 장착
음악의 균형을 맞추어 녹음하고 연주하는데 많이 이용
33

5.6 미디



MIDI 인터페이스 카드




미디 전용 케이블




컴퓨터와 미디 모듈 간의
다른 신호 체계를 연결

동축 케이블 형태,
둥근모양 5핀

앰프와 스피커

34

5.6 미디

미디 소프트웨어


작곡용 프로그램(시퀀서,Sequencer)







음원 모듈에 “어떤 악기, 얼마의 강도, 얼마 동안” 소리내라고 명령
미디 신호를 입출력, 미디 파일 저장, 미디 데이터를 연주, 편집
CakeWalk : PC용, 널리 사용
Cubase : 미국 Steinberg 사
Logic : 독일 Emagic 사

35

5.6 미디



악보용 프로그램(Notation, Scoring 프로그램)






악보의 편집 및 출력
Coda사의 Finale, Passport Design사의 Encore 등

음색 편집용 프로그램(Voice Editor, Sound Editor)




소리의 편집 및 수정, 음원 모듈이나 각종 음색의 수정
OdysseySoft사의 Classic-B, KORG사의 X5DR 등

36


Slide 35

5장 사운드

멀티미디어의 이해

1

5.1 사운드의 개요



사운드의 종류
사운드의 제작 과정



사운드 란?





귀로 들을 수 있는 모든 정보
음악, 음성, 음향 효과 : 단독 사용 또는 혼합 사용(멀티미디어 환경)

정보 전달 시 사운드의 장점



미디어의 상승 효과 : 시각+청각 미디어로 정보전달 효과 상승
동기 유발 : 시각+청각 미디어를 혼합하여 피 전달자의 흥미 유발

2

5.1 사운드의 개요

사운드의 종류


일반적인 분류


음성(Voice)






음악(Music)





정보를 전달하는 주요한 수단 중 하나
텍스트보다 정보를 빠르고, 이해하기 쉽고, 설득력 있게 전달
디지털화된(digitized) 음성과 합성(synthesized) 음성

단독으로 음악 감상, 또는 정보전달시 부수효과 제공
주로 분위기, 장면전환, 감정 등 표현

음향효과(Sound Effect)



배경효과로 사용되어 상황을 좀더 현실감있게 전달 (비올때, 지하철)
자연적인(natural) 효과와 합성된(synthesized) 효과
3

5.1 사운드의 개요



컴퓨터에서 처리하는 방법에 따른 분류


디지털 오디오 (Digital Audio)






아날로그 형태의 사운드를 디지털화 시킨 것
원음에 충실하려면 많은 용량 필요 : 음악 CD 3분에 약 30MB 필요
사람의 목소리가 존재하거나, 디지털화된 파일을 처리 가능할 때

미디 (MIDI: Musical Instrument Digital Interface)



전자 악기와 다른 기계(컴퓨터)간에 정보를 전송하기 위한 통신 규약
실제 소리는 없이 연주 방법과 시기에 대한 정보를 가짐



3분 정도의 미디 음악을 듣기 위해서 약 8KB 필요
좋은 MIDI 사운드 음원(sound module)을 갖고 있는 경우

4

5.1 사운드의 개요

사운드의 제작과정


각 단계별 작업









계획(plan) : 필요한 조건 검토, 최종 결과에서 사용될 사운드 설계
녹음(record) : 사운드 도구로 녹음, 혹은 기존의 사운드 클립 이용
변환(capture) : (녹음된) 아날로그 사운드를 디지털 형태로 변환
편집(edit) : 사운드 편집 프로그램으로 편집(edit) 또는 믹싱 (mixing)
저장(store) : 편집이 끝난 중간 결과를 원하는 포맷으로 저장
통합(integrate) : 저장된 사운드를 다른 프로그램과 통합
재생(playback) : 최종결과를 재생하여 보완될 점을 수정

5

5.2 사운드의 기본개념



사운드의 기본 요소
디지털 사운드로의 변환



소리가 전달 되는 과정




음원에서 물체가 진동하면 공기의 압력을 변화하여 사운드가 생성
이 변화는 파형(waveform)의 형태로 우리 귀에 전달
사운드를 처리하는 것은 이러한 파형을 가공, 편집하는 것을 의미

6

5.2 사운드의 기본개념

사운드의 기본 요소


사운드 파형의 구성




사이클(cycle) : 일정 시간마다 반복되는 동일한 모양
주기(period) : 한 사이클이 걸리는 시간




어느 정도의 주기를 갖고 있는
사운드가 더 음악적으로 들림

소리의 3요소




주파수 : 음의 높낮이, Hz
진폭 : 음의 세기, Db
파형(Waveform) : 음색

7

5.2 사운드의 기본개념

(1) 주파수 (Frequency)




초당 사운드 파형의 반복 횟수
소리의 높낮이를 결정 : 주파수가 높으면 고음, 낮으면 저음



가청주파수(오디오) 20Hz~20KHz, 청각은 1K~6KHz에 제일 민감
[참고] 주파수 대역 구분 (Hz)
3K ~ 30K

초장파

30K ~ 300K

장파

항해, 군사교신

300K ~ 3M

중파

AM 라디오 방송 (535~1605)

3M ~ 30M

단파

아마추어 무선, 운송 통신, 무선 호출

30M ~ 300M

초단파

TV (54~216M), FM 라디오 (88~108M)

300M ~ 3G

극초단파

TV (채널 14 이상), 이동전화, 레이더

3G ~ 30G

마이크로파

위성통신, 레이더, 연구용

30G 이상

밀리미터파
8

5.2 사운드의 기본개념

(2) 진폭 (Amplitude)


사운드 파형의 기준선에서 최고점까지의 거리





소리의 크기와 관련 : 진폭이 크면 큰소리, 작으면 작은 소리
인간이 가장 편하게 들을 수 있는 소리의 범위는 0db ~ 90db

음의 크기와 소리의 예

9

5.2 사운드의 기본개념

(3) 음색 (Tone Color)




음의 높이와 크기가 같아도 악기마다 고유한 특징 => 음색
고유한 파형 => 기본파 + 고조파

10

5.2 사운드의 기본개념

디지털 사운드로의 변환


컴퓨터 처리를 위해 아날로그/디지털 형태 간의 변환






ADC(Analog-to-Digital Converter)
DAC(Digital-to-Analog Converter)

디지털 변환 과정


표본화, 양자화, 부호화 과정 필요

아날로그 신호와 디지털 신호 간의 변환 과정
11

5.2 사운드의 기본개념

(1) 표본화(Sampling)




아날로그 파형을 디지털 형태로 변환하기 위해 표본을 취하는 것
표본화율(Sampling Rate)



1초 동안에 취한 표본수 (단위: Hz)
표본화율이 높을수록 원음을 잘 표현할 수 있으나 데이터 공간은 증가

12

5.2 사운드의 기본개념

(2) 양자화 (Quantizing)


어느 정도의 정밀도로 표현할 것인지




표본화된 각 점에서 값을 표현하기 위해 사용되는 비트 수

음의 해상도


(a)

표본화하는 정밀도 (Sampling Resolution, Sampling Size)

2 bit 양자화 (4단계)

(b) 3 bit 양자화 (8단계)

(c) 4 bit 양자화 ( 16단계)

아날로그 파형의 양자화
13

5.2 사운드의 기본개념



표본화 및 양자화 정도에 따른 비교

(a) 원래의 파형

(b) 낮은 표본화와 양자화

(c) 높은 표본화와 양자화

(3) 부호화 (Coding)



표본화와 양자화를 거친 디지털 정보를 표현하는 과정
사운드 파일은 크기 때문에 일반적으로 부호화 과정에서 압축하여
저장
14



디지털 사운드 파일의 크기 및 음질의 비교
표본화율
(KHz)

양자화
정밀도
(bit)

모드

데이터 크기
(1분당)

음질

11.025

8

mono

650 KB

전화

22.05

8

mono

1.3 MB

AM Radio

44.1

8

mono

2.6 MB

22.05

16

stereo

5.25 MB

44.1

16

mono

5.25 MB

44.1

16

stereo

10.5 MB





sample
(voice)

sample
(music)

FM Radio
CD

11.025 KHz × 8 bits × 1(mono) × 60 sec / 8 = 약 650 KBytes

44.1 KHz × 16 bits × 2(stereo) × 60 sec / (8*1024) = 약 10.5 MBytes
15

5.3 사운드의 저장과 고품질화


(디지털 파형의 저장 방식)



디지털 사운드 파일의 크기








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

(고품질 사운드의 획득)
16

5.4 디지털 오디오 시스템





사운드 하드웨어
사운드 처리 소프트웨어
(디지털 사운드의 압축방식)
디지털 사운드의 파일 포맷

17

5.4 디지털 오디오 시스템

사운드 하드웨어


사운드 카드 (오디오 인터페이스 카드)


주요기능









입력: 아날로그 파장의 사운드를
디지털 형태로 변환 (ADC)
출력 : 디지털 형태의 데이터를
아날로그 파장으로 변환 (DAC)
음원칩 : 미디 지원
DSP(Digital Signal Processing) 칩: 데이터의 가공, 편집

주요제품


최초의 PC용 사운드 카드 : 1987년 캐나다의 Adlib사의 Adlib




Yamaha 사의 YM-3812 음원 칩 사용

Creative사에서 SoundBlaster카드 발표


실질적인 사운드 카드의 표준
18

5.4 디지털 오디오 시스템



앰프와 스피커





사운드의 품질은 스피커의 영향이 제일 크다.
앰프 : 스피커를 위해 양질의 사운드 파형으로 증폭
돌비 서라운드 (Dolby Surround) 5.1 채널


스피커 4개 + 저음부를 위한 우퍼(Woofer)

19

5.4 디지털 오디오 시스템

사운드 처리 소프트 웨어


사운드 편집 소프트웨어






기능 : 사운드의 캡쳐 및 편집, 가공, 트랙 편집 등
GoldWave
Cool Edit
SoundForge

20

5.4 디지털 오디오 시스템

사운드 처리 소프트 웨어


재생 프로그램






오디오 CD, MP3 파일
Win amp
Sonique
거원 제트 오디오

21

5.4 디지털 오디오 시스템

디지털 사운드 압축방식 (생략)





ADPCM
A-law, µ-law
TrueSpeech
MP3 또는 MPEG Layer 3

22

5.4 디지털 오디오 시스템

디지털 사운드의 파일포맷


Wav






Au





Microsoft 와 IBM 이 PC의 사운드 표준 형식으로 공동 개발
Windows 기반 PC에서 주로 사용

유닉스 환경에서 사용되는 가장 일반적인 포맷
Sun이나 NeXT에서 사운드 표준

MP2, MP3




ISO 국제 표준으로 압축효과가 뛰어나고, 음질도 우수
인터넷 상에서 음악을 압축하는데 많이 사용
MPEG-1의 오디오 Layer 2 및 Layer 3, 확장자는 .mp2 및 .mp3
23

5.4 디지털 오디오 시스템



Real Audio (.ra, .rm)



RealNetworks 사에서 개발, 스트리밍 기술로 실시간 사운드 전송
SureStreaming이라는 기술로 항상 최적의 음질을 재생




ASF(Advanced Streaming Format)





접속시 대역폭이 동적으로 변함에 따라 음질도 동적으로 변화

인텔이 개발한 멀티미디어 파일 형식, 스트리밍 방식
통합 멀티미디어 파일: 오디오, 비디오, 이미지, 프로그램도 포함

WMA (Windows Media Audio)



마이크로소프트가 개발한 스트리밍 방식의 오디오 파일 형식
비디오 파일은 WMV
24

5.5 입체음향






개요
입체음향의 원리
(입체음향의 생성 방식)
(입체음향의 재생)
(발전동향)




모노 사운드에서 2D 스테레오를 벗어나 3D 사운드로 발전
컴퓨터 게임, 영화 및 컴퓨터 분야에서 활용

25

5.5 입체음향

개요


서라운드 (Surround)


돌비 서라운드(Dolby Surround)가 가장 대표적



사람이 있는 위치를 기준으로 사방에서 소리를 들려주는 방식


공간감, 입체감




3 채널, 4.1채널, 5.1채널 등이 있음




0.1은 서브우퍼(Subwoofer)를 의미

스테레오와 마찬가지로 청취자가
음의 중심점에 있어야 입체감을
적절하게 느낄 수 있음
Surround System (5.1채널)
26

5.5 입체음향



입체 음향(Interactive 3D Sound)




음원과 청취자 간에 상대적인 위치를 계산하여 사운드를 출력
청취자와 상호작용이 가능





사용자의 이동이나 반응, 또는 음원의 이동에 따라 소리가 입체적으로
상호작용이 필요한 가상 현실이나 게임에서 많이 사용

Creative사의 EAX, Aureal사의 A3D, 마이크로소프트사의 Direct
3D Sound에서 지원

27

5.5 입체음향

입체음향의 원리


입체음향(Interactive 3D Sound):




재생된 음향을 들었을 때 음향으로부터 공간적 단서(방향감, 거리
감, 공간감)를 지각할 수 있는 음향

소리의 전달 경로


공간 전달계(외부) :




머리 전달계(내부) :




실내의 벽이나 천장 등에서 전달
인간의 머리와 귓바퀴에서 전달

음원에 대한 공간적 단서


두 귀에 들어오는 두 신호간의 차이 때문
28

5.5 입체음향



공간적 단서


두 귀에 도달하는 소리의 시간차




두 귀에 도달하는 소리의 세기차




가까운 방향 쪽에 있는 귀가 먼저 그 소리를 들음
가까이에서 들리는 음의 크기가 더 큼

그 외 시각적 효과, 머리의 움직임, 소리의 종류에 따른 친숙도 등

29

5.6 미디(MIDI)






시스템의 구성
하드웨어 장비
(미디의 표준 모드)
미디의 소프트웨어
(미디 파일의 종류)
[시연]
제목

크기(KB)

시간

엘리제를 위하여

17

2분 38초

Dancing Queen

78

3분 57초

007 주제가

46

1분 52초

Starwars

32

3분 19초

Calvary's Love

40

3분 29초
30

5.6 미디

개요


미디(MIDI: Musical Instrument Digital interface)




1983년 세계 악기 제조업체들이 제정
전자 악기와 컴퓨터 간의 상호 정보교환을 위한 표준 규약






직접적인 음에 대한 정보가 있는 것이 아니라 음을 어떻게 연주 하라
는 정보를 표현함 : 음의 높이, 음표의 길이, 음의 강약 등
MIDI를 이용하여 전자 악기 간의 일관된 방식의 제어가 가능

음을 들으려면



신디사이저(Synthesizer) : 음을 발생시켜주는 기계
시퀀서(Sequencer) : 생성된 음의 수정

31

5.6 미디

시스템의 구성


미디 시스템의 구성


처리 과정







음의 입력 : 미디 장치에서 음을 발생 ⇒ 미디 인터페이스 카드 ⇒ 컴퓨
터로 전송
음의 처리 : 컴퓨터에서 미디 프로그램(시퀀서 등)으로 편집
음의 출력 : 컴퓨터 ⇒ 미디 인터페이스 카드 ⇒ 신디사이저 등의 미디
장치를 통해 스피커로 출력

미디 인터페이스


MIDI-IN 단자,
MIDI-OUT 단자,
MIDI-THRU 단자

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5.6 미디

하드웨어 장비


신디사이저


전기적인 신호를 합성하여 음을 생성하는 장치





샘플러(Sampler)



신디사이저는 악기의 대표 음을, 샘플러는 악기의 모든 음을 보유
더 정교한 음 또는 음원에 없는 새로운 음을 만들고자 할 때 사용




음원부(음원모듈) : 소리를 발생시킴
건반부 (마스터 키보드) : 음원부를 이용하여 연주

실제 소리를 녹음하여 악기로 변환하거나 각종 효과음으로 활용

믹서(Mixer)


여러 개의 오디오 출력을 섞어서 하나의 출력으로 생성



각 출력의 균형 등을 맞추어 주는 이퀄라이저(Equalizer)가 장착
음악의 균형을 맞추어 녹음하고 연주하는데 많이 이용
33

5.6 미디



MIDI 인터페이스 카드




미디 전용 케이블




컴퓨터와 미디 모듈 간의
다른 신호 체계를 연결

동축 케이블 형태,
둥근모양 5핀

앰프와 스피커

34

5.6 미디

미디 소프트웨어


작곡용 프로그램(시퀀서,Sequencer)







음원 모듈에 “어떤 악기, 얼마의 강도, 얼마 동안” 소리내라고 명령
미디 신호를 입출력, 미디 파일 저장, 미디 데이터를 연주, 편집
CakeWalk : PC용, 널리 사용
Cubase : 미국 Steinberg 사
Logic : 독일 Emagic 사

35

5.6 미디



악보용 프로그램(Notation, Scoring 프로그램)






악보의 편집 및 출력
Coda사의 Finale, Passport Design사의 Encore 등

음색 편집용 프로그램(Voice Editor, Sound Editor)




소리의 편집 및 수정, 음원 모듈이나 각종 음색의 수정
OdysseySoft사의 Classic-B, KORG사의 X5DR 등

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Slide 36

5장 사운드

멀티미디어의 이해

1

5.1 사운드의 개요



사운드의 종류
사운드의 제작 과정



사운드 란?





귀로 들을 수 있는 모든 정보
음악, 음성, 음향 효과 : 단독 사용 또는 혼합 사용(멀티미디어 환경)

정보 전달 시 사운드의 장점



미디어의 상승 효과 : 시각+청각 미디어로 정보전달 효과 상승
동기 유발 : 시각+청각 미디어를 혼합하여 피 전달자의 흥미 유발

2

5.1 사운드의 개요

사운드의 종류


일반적인 분류


음성(Voice)






음악(Music)





정보를 전달하는 주요한 수단 중 하나
텍스트보다 정보를 빠르고, 이해하기 쉽고, 설득력 있게 전달
디지털화된(digitized) 음성과 합성(synthesized) 음성

단독으로 음악 감상, 또는 정보전달시 부수효과 제공
주로 분위기, 장면전환, 감정 등 표현

음향효과(Sound Effect)



배경효과로 사용되어 상황을 좀더 현실감있게 전달 (비올때, 지하철)
자연적인(natural) 효과와 합성된(synthesized) 효과
3

5.1 사운드의 개요



컴퓨터에서 처리하는 방법에 따른 분류


디지털 오디오 (Digital Audio)






아날로그 형태의 사운드를 디지털화 시킨 것
원음에 충실하려면 많은 용량 필요 : 음악 CD 3분에 약 30MB 필요
사람의 목소리가 존재하거나, 디지털화된 파일을 처리 가능할 때

미디 (MIDI: Musical Instrument Digital Interface)



전자 악기와 다른 기계(컴퓨터)간에 정보를 전송하기 위한 통신 규약
실제 소리는 없이 연주 방법과 시기에 대한 정보를 가짐



3분 정도의 미디 음악을 듣기 위해서 약 8KB 필요
좋은 MIDI 사운드 음원(sound module)을 갖고 있는 경우

4

5.1 사운드의 개요

사운드의 제작과정


각 단계별 작업









계획(plan) : 필요한 조건 검토, 최종 결과에서 사용될 사운드 설계
녹음(record) : 사운드 도구로 녹음, 혹은 기존의 사운드 클립 이용
변환(capture) : (녹음된) 아날로그 사운드를 디지털 형태로 변환
편집(edit) : 사운드 편집 프로그램으로 편집(edit) 또는 믹싱 (mixing)
저장(store) : 편집이 끝난 중간 결과를 원하는 포맷으로 저장
통합(integrate) : 저장된 사운드를 다른 프로그램과 통합
재생(playback) : 최종결과를 재생하여 보완될 점을 수정

5

5.2 사운드의 기본개념



사운드의 기본 요소
디지털 사운드로의 변환



소리가 전달 되는 과정




음원에서 물체가 진동하면 공기의 압력을 변화하여 사운드가 생성
이 변화는 파형(waveform)의 형태로 우리 귀에 전달
사운드를 처리하는 것은 이러한 파형을 가공, 편집하는 것을 의미

6

5.2 사운드의 기본개념

사운드의 기본 요소


사운드 파형의 구성




사이클(cycle) : 일정 시간마다 반복되는 동일한 모양
주기(period) : 한 사이클이 걸리는 시간




어느 정도의 주기를 갖고 있는
사운드가 더 음악적으로 들림

소리의 3요소




주파수 : 음의 높낮이, Hz
진폭 : 음의 세기, Db
파형(Waveform) : 음색

7

5.2 사운드의 기본개념

(1) 주파수 (Frequency)




초당 사운드 파형의 반복 횟수
소리의 높낮이를 결정 : 주파수가 높으면 고음, 낮으면 저음



가청주파수(오디오) 20Hz~20KHz, 청각은 1K~6KHz에 제일 민감
[참고] 주파수 대역 구분 (Hz)
3K ~ 30K

초장파

30K ~ 300K

장파

항해, 군사교신

300K ~ 3M

중파

AM 라디오 방송 (535~1605)

3M ~ 30M

단파

아마추어 무선, 운송 통신, 무선 호출

30M ~ 300M

초단파

TV (54~216M), FM 라디오 (88~108M)

300M ~ 3G

극초단파

TV (채널 14 이상), 이동전화, 레이더

3G ~ 30G

마이크로파

위성통신, 레이더, 연구용

30G 이상

밀리미터파
8

5.2 사운드의 기본개념

(2) 진폭 (Amplitude)


사운드 파형의 기준선에서 최고점까지의 거리





소리의 크기와 관련 : 진폭이 크면 큰소리, 작으면 작은 소리
인간이 가장 편하게 들을 수 있는 소리의 범위는 0db ~ 90db

음의 크기와 소리의 예

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5.2 사운드의 기본개념

(3) 음색 (Tone Color)




음의 높이와 크기가 같아도 악기마다 고유한 특징 => 음색
고유한 파형 => 기본파 + 고조파

10

5.2 사운드의 기본개념

디지털 사운드로의 변환


컴퓨터 처리를 위해 아날로그/디지털 형태 간의 변환






ADC(Analog-to-Digital Converter)
DAC(Digital-to-Analog Converter)

디지털 변환 과정


표본화, 양자화, 부호화 과정 필요

아날로그 신호와 디지털 신호 간의 변환 과정
11

5.2 사운드의 기본개념

(1) 표본화(Sampling)




아날로그 파형을 디지털 형태로 변환하기 위해 표본을 취하는 것
표본화율(Sampling Rate)



1초 동안에 취한 표본수 (단위: Hz)
표본화율이 높을수록 원음을 잘 표현할 수 있으나 데이터 공간은 증가

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5.2 사운드의 기본개념

(2) 양자화 (Quantizing)


어느 정도의 정밀도로 표현할 것인지




표본화된 각 점에서 값을 표현하기 위해 사용되는 비트 수

음의 해상도


(a)

표본화하는 정밀도 (Sampling Resolution, Sampling Size)

2 bit 양자화 (4단계)

(b) 3 bit 양자화 (8단계)

(c) 4 bit 양자화 ( 16단계)

아날로그 파형의 양자화
13

5.2 사운드의 기본개념



표본화 및 양자화 정도에 따른 비교

(a) 원래의 파형

(b) 낮은 표본화와 양자화

(c) 높은 표본화와 양자화

(3) 부호화 (Coding)



표본화와 양자화를 거친 디지털 정보를 표현하는 과정
사운드 파일은 크기 때문에 일반적으로 부호화 과정에서 압축하여
저장
14



디지털 사운드 파일의 크기 및 음질의 비교
표본화율
(KHz)

양자화
정밀도
(bit)

모드

데이터 크기
(1분당)

음질

11.025

8

mono

650 KB

전화

22.05

8

mono

1.3 MB

AM Radio

44.1

8

mono

2.6 MB

22.05

16

stereo

5.25 MB

44.1

16

mono

5.25 MB

44.1

16

stereo

10.5 MB





sample
(voice)

sample
(music)

FM Radio
CD

11.025 KHz × 8 bits × 1(mono) × 60 sec / 8 = 약 650 KBytes

44.1 KHz × 16 bits × 2(stereo) × 60 sec / (8*1024) = 약 10.5 MBytes
15

5.3 사운드의 저장과 고품질화


(디지털 파형의 저장 방식)



디지털 사운드 파일의 크기








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

(고품질 사운드의 획득)
16

5.4 디지털 오디오 시스템





사운드 하드웨어
사운드 처리 소프트웨어
(디지털 사운드의 압축방식)
디지털 사운드의 파일 포맷

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5.4 디지털 오디오 시스템

사운드 하드웨어


사운드 카드 (오디오 인터페이스 카드)


주요기능









입력: 아날로그 파장의 사운드를
디지털 형태로 변환 (ADC)
출력 : 디지털 형태의 데이터를
아날로그 파장으로 변환 (DAC)
음원칩 : 미디 지원
DSP(Digital Signal Processing) 칩: 데이터의 가공, 편집

주요제품


최초의 PC용 사운드 카드 : 1987년 캐나다의 Adlib사의 Adlib




Yamaha 사의 YM-3812 음원 칩 사용

Creative사에서 SoundBlaster카드 발표


실질적인 사운드 카드의 표준
18

5.4 디지털 오디오 시스템



앰프와 스피커





사운드의 품질은 스피커의 영향이 제일 크다.
앰프 : 스피커를 위해 양질의 사운드 파형으로 증폭
돌비 서라운드 (Dolby Surround) 5.1 채널


스피커 4개 + 저음부를 위한 우퍼(Woofer)

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5.4 디지털 오디오 시스템

사운드 처리 소프트 웨어


사운드 편집 소프트웨어






기능 : 사운드의 캡쳐 및 편집, 가공, 트랙 편집 등
GoldWave
Cool Edit
SoundForge

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5.4 디지털 오디오 시스템

사운드 처리 소프트 웨어


재생 프로그램






오디오 CD, MP3 파일
Win amp
Sonique
거원 제트 오디오

21

5.4 디지털 오디오 시스템

디지털 사운드 압축방식 (생략)





ADPCM
A-law, µ-law
TrueSpeech
MP3 또는 MPEG Layer 3

22

5.4 디지털 오디오 시스템

디지털 사운드의 파일포맷


Wav






Au





Microsoft 와 IBM 이 PC의 사운드 표준 형식으로 공동 개발
Windows 기반 PC에서 주로 사용

유닉스 환경에서 사용되는 가장 일반적인 포맷
Sun이나 NeXT에서 사운드 표준

MP2, MP3




ISO 국제 표준으로 압축효과가 뛰어나고, 음질도 우수
인터넷 상에서 음악을 압축하는데 많이 사용
MPEG-1의 오디오 Layer 2 및 Layer 3, 확장자는 .mp2 및 .mp3
23

5.4 디지털 오디오 시스템



Real Audio (.ra, .rm)



RealNetworks 사에서 개발, 스트리밍 기술로 실시간 사운드 전송
SureStreaming이라는 기술로 항상 최적의 음질을 재생




ASF(Advanced Streaming Format)





접속시 대역폭이 동적으로 변함에 따라 음질도 동적으로 변화

인텔이 개발한 멀티미디어 파일 형식, 스트리밍 방식
통합 멀티미디어 파일: 오디오, 비디오, 이미지, 프로그램도 포함

WMA (Windows Media Audio)



마이크로소프트가 개발한 스트리밍 방식의 오디오 파일 형식
비디오 파일은 WMV
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5.5 입체음향






개요
입체음향의 원리
(입체음향의 생성 방식)
(입체음향의 재생)
(발전동향)




모노 사운드에서 2D 스테레오를 벗어나 3D 사운드로 발전
컴퓨터 게임, 영화 및 컴퓨터 분야에서 활용

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5.5 입체음향

개요


서라운드 (Surround)


돌비 서라운드(Dolby Surround)가 가장 대표적



사람이 있는 위치를 기준으로 사방에서 소리를 들려주는 방식


공간감, 입체감




3 채널, 4.1채널, 5.1채널 등이 있음




0.1은 서브우퍼(Subwoofer)를 의미

스테레오와 마찬가지로 청취자가
음의 중심점에 있어야 입체감을
적절하게 느낄 수 있음
Surround System (5.1채널)
26

5.5 입체음향



입체 음향(Interactive 3D Sound)




음원과 청취자 간에 상대적인 위치를 계산하여 사운드를 출력
청취자와 상호작용이 가능





사용자의 이동이나 반응, 또는 음원의 이동에 따라 소리가 입체적으로
상호작용이 필요한 가상 현실이나 게임에서 많이 사용

Creative사의 EAX, Aureal사의 A3D, 마이크로소프트사의 Direct
3D Sound에서 지원

27

5.5 입체음향

입체음향의 원리


입체음향(Interactive 3D Sound):




재생된 음향을 들었을 때 음향으로부터 공간적 단서(방향감, 거리
감, 공간감)를 지각할 수 있는 음향

소리의 전달 경로


공간 전달계(외부) :




머리 전달계(내부) :




실내의 벽이나 천장 등에서 전달
인간의 머리와 귓바퀴에서 전달

음원에 대한 공간적 단서


두 귀에 들어오는 두 신호간의 차이 때문
28

5.5 입체음향



공간적 단서


두 귀에 도달하는 소리의 시간차




두 귀에 도달하는 소리의 세기차




가까운 방향 쪽에 있는 귀가 먼저 그 소리를 들음
가까이에서 들리는 음의 크기가 더 큼

그 외 시각적 효과, 머리의 움직임, 소리의 종류에 따른 친숙도 등

29

5.6 미디(MIDI)






시스템의 구성
하드웨어 장비
(미디의 표준 모드)
미디의 소프트웨어
(미디 파일의 종류)
[시연]
제목

크기(KB)

시간

엘리제를 위하여

17

2분 38초

Dancing Queen

78

3분 57초

007 주제가

46

1분 52초

Starwars

32

3분 19초

Calvary's Love

40

3분 29초
30

5.6 미디

개요


미디(MIDI: Musical Instrument Digital interface)




1983년 세계 악기 제조업체들이 제정
전자 악기와 컴퓨터 간의 상호 정보교환을 위한 표준 규약






직접적인 음에 대한 정보가 있는 것이 아니라 음을 어떻게 연주 하라
는 정보를 표현함 : 음의 높이, 음표의 길이, 음의 강약 등
MIDI를 이용하여 전자 악기 간의 일관된 방식의 제어가 가능

음을 들으려면



신디사이저(Synthesizer) : 음을 발생시켜주는 기계
시퀀서(Sequencer) : 생성된 음의 수정

31

5.6 미디

시스템의 구성


미디 시스템의 구성


처리 과정







음의 입력 : 미디 장치에서 음을 발생 ⇒ 미디 인터페이스 카드 ⇒ 컴퓨
터로 전송
음의 처리 : 컴퓨터에서 미디 프로그램(시퀀서 등)으로 편집
음의 출력 : 컴퓨터 ⇒ 미디 인터페이스 카드 ⇒ 신디사이저 등의 미디
장치를 통해 스피커로 출력

미디 인터페이스


MIDI-IN 단자,
MIDI-OUT 단자,
MIDI-THRU 단자

32

5.6 미디

하드웨어 장비


신디사이저


전기적인 신호를 합성하여 음을 생성하는 장치





샘플러(Sampler)



신디사이저는 악기의 대표 음을, 샘플러는 악기의 모든 음을 보유
더 정교한 음 또는 음원에 없는 새로운 음을 만들고자 할 때 사용




음원부(음원모듈) : 소리를 발생시킴
건반부 (마스터 키보드) : 음원부를 이용하여 연주

실제 소리를 녹음하여 악기로 변환하거나 각종 효과음으로 활용

믹서(Mixer)


여러 개의 오디오 출력을 섞어서 하나의 출력으로 생성



각 출력의 균형 등을 맞추어 주는 이퀄라이저(Equalizer)가 장착
음악의 균형을 맞추어 녹음하고 연주하는데 많이 이용
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5.6 미디



MIDI 인터페이스 카드




미디 전용 케이블




컴퓨터와 미디 모듈 간의
다른 신호 체계를 연결

동축 케이블 형태,
둥근모양 5핀

앰프와 스피커

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5.6 미디

미디 소프트웨어


작곡용 프로그램(시퀀서,Sequencer)







음원 모듈에 “어떤 악기, 얼마의 강도, 얼마 동안” 소리내라고 명령
미디 신호를 입출력, 미디 파일 저장, 미디 데이터를 연주, 편집
CakeWalk : PC용, 널리 사용
Cubase : 미국 Steinberg 사
Logic : 독일 Emagic 사

35

5.6 미디



악보용 프로그램(Notation, Scoring 프로그램)






악보의 편집 및 출력
Coda사의 Finale, Passport Design사의 Encore 등

음색 편집용 프로그램(Voice Editor, Sound Editor)




소리의 편집 및 수정, 음원 모듈이나 각종 음색의 수정
OdysseySoft사의 Classic-B, KORG사의 X5DR 등

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