Transcript MM배움터2.0_4장

멀티미디어 배움터2.0
4장 사운드 처리기술
4.1
4.2
4.3
4.4
4.5
4.6
사운드의 개요
사운드의 기본 개념
사운드의 저장과 고품질화
디지털 오디오 시스템
입체음향
미디(MIDI)
1
4.1 사운드의 개요


사운드의 종류
사운드의 제작 과정

사운드란?



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
4.1 사운드의 개요
사운드의 종류

일반적인 분류

음성(Voice)




음악(Music)



정보를 전달하는 주요한 수단 중 하나
텍스트보다 정보를 빠르고, 이해하기 쉽고, 설득력 있게 전달
디지털화(Digitized)된 음성과 합성(Synthesized)된 음성
단독으로 음악 감상, 또는 정보전달 시 부수적 효과 제공
주로 분위기, 장면전환, 감정 등 표현
음향효과(Sound Effect)



단독으로 사용되기보다는 정보를 전달할 때 강조하거나 보조수단으로
사용
배경효과로 사용되어 상황을 좀 더 현실감 있게 전달 (비올 때, 지하철)
자연적인(Natural) 것과 합성된(Synthesized) 음향효과
3
4.1 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
연주할 악기에 대한 제어가 가능하고, 좋은 음원 모듈(Sound module)을 갖
고 있는 경우에 이용함
4
4.1 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
4.2 사운드의 기본개념


사운드의 기본 요소
디지털 사운드로의 변환

소리가 전달 되는 과정



음원에서 물체가 진동하면 공기압에 변화가 생기고 사운드가 생성
이 변화는 파형(waveform)의 형태로 우리 귀에 전달
사운드를 처리하는 것은 이러한 파형을 가공, 편집하는 것을 의미
6
4.2 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
4.2 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
사람이 낼 수 있는 주파수 대는 약 100Hz~6KHz
각 악기별로 주파수 대역이 다름
[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
4.2 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
4.2 사운드의 기본개념

소리의 크기는 음압(단위: bar) 변화의 비율로 표현

사람의 귀는 소리의 크기의 변화보다 변화의 비율(logarithm)에 영향을
받음



(1->2), (2->4)은 동일한 소리 크기 변화를 느끼지만, (1->2), (2->3)은 같은 1만큼의 변
화이지만 (2->3)이 더 작은 변화인것으로 감지
소리의 크기를 표현 할 때에는 소리의 크기에 로그 값을 취한 벨(bel)
로 표현하고, 사용 시에는 bel 값을 10배 한 decibel(dB)을 사용
기준 음압을 P0 (0.0002 µbar), 현재 음압을 P라 하면,
음압 레벨 (dB) = 10 x 2 log (P/P0)
10
4.2 사운드의 기본개념
(3) 음색 (Tone Color)


음의 높이와 크기가 같아도 악기마다 고유한 특징 => 음색
고유한 파형 => 기본파 + 고조파 합성이 되어서 각 악기별 고유한 소리 생성
11
4.2 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
12
4.2 사운드의 기본개념
(1) 표본화(Sampling)


아날로그 파형을 디지털 형태로 변환하기 위해 표본을 취하는 것
표본화율(Sampling Rate)


1초 동안에 취한 표본 수 (디지털화하는 횟수) (단위: Hz)
표본화율이 높을수록 원음을 잘 표현할 수 있으나 데이터 양은 증가
(a)아날로그 파형 (b) 표본화된 파형
13
4.2 사운드의 기본개념

나이키스트 정리(Nyquist theorem)


표본화 시 원음을 그대로 반영하기 위해서는 원음이 가지는 최고 주파
수의 (최소) 2배 이상으로 표본화 해야 한다.
음악 CD인 경우 표본화 율이 44.1KHz이고 여기서 재생할 수 있는 최
고 주파수는 22.05KHz임(사람의 귀는 20KHz 이상의 사운드는 감지할
수 없음)
14
4.2 사운드의 기본개념
(2) 양자화 (Quantizing)

어느 정도의 정밀도로 표현할 것인지


표본화된 각 점에서 값을 표현하기 위해 사용되는 비트 수
음의 해상도


표본화하는 정밀도 (Sampling Resolution, Sampling Size)
8 bit로 양자화를 하면 값을 256(28) 단계로 표현할 수 있지만, 음악
CD와 같이 16bit로 양자화를 하면 좀 더 세밀한 65,536(216) 단계로 값
을 표현할 수 있음
(a) 2 bit 양자화 (4단계)
(b) 3 bit 양자화 (8단계)
(c) 4 bit 양자화 (16단계)
15
4.2 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
16
4.2 사운드의 기본개념

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
17
4.3 사운드의 저장과 고품질화



디지털 사운드 파형의 저장 방식
디지털 사운드 파일의 크기
고품질 사운드의 획득
18
4.3 사운드의 저장과 고품질화
디지털 파형의 저장 방식

아날로그 사운드 부호화 방식


PCM 방식 → 파일의 크기가 큼
ADPCM 방식 주로 사용
(1) PCM 방법(Pulse Coded Modulation)



입력된 값 그대로를 기록하는 방법
압축을 하지 않기 때문에 용량이 큼
CD나 DAT(Digital Audio Tape) 등에서 사용
PCM 방식
ADPCM 방식
4.3 사운드의 저장과 고품질화
디지털 파형의 저장 방식
(2) ADPCM 방법(Adaptive Differential Pulse Coded Modulation)

IMA(International Multimedia Association)에서 제안

표본화 된 신호의 차이를 저장하는 방식


차이만 저장하는 방식은 DPCM(Differential Pulse Coded Modulation)이라고 함

DPCM은 인접한 값과의 차이가 크면 비효율적
ADPCM

DPCM에서 인접한 값과의 차이가 크면 진폭을 나누는 단계를 크게 하고, 차이
가 작으면 진폭을 나누는 단계를 작게하여 가변적으로 차이를 정밀하게 저장

기본적으로 PCM 방법으로 기록한 것과 내용이 같으나 데이터 압축에 의
한 값을 기록하므로 최대 4:1 까지 압축 가능

멀티미디어 협회에서 기본적인 알고리즘을 정의하였으나, 업체마다 다르
게 구현하여 상호 호환성이 없음
20
4.3 사운드의 저장과 고품질화
압축 알고리즘 (정리)

예측 코딩(Predictive Coding)



가정 : 정보의 흐름에 있어서, 다음에 나타날 정보는 바로 직전에
나타난 정보와 크게 다르지 않다
이전 정보와 차이 정보를 가지고 다음 정보를 생성
예측 코딩 기법의 예




차이 PCM(DPCM: Differential PCM)
적응적 차이 PCM(ADPCM: Adaptive DPCM)
델타 변조 방식(DM: Delta Modulation)
적응적 DM(ADM : Adaptive DM)
21
4.3 사운드의 저장과 고품질화
압축 알고리즘 (정리)

DPCM
 직전의 예측값을 이용하여 지금 인코딩하려는 정보를 예측
 실제 정보의 값과 예측값 사이의 차이 정보를 생성 및 출력
 데이터의 복원은 예측을 통해 이루어지며 예측에 의한 오류는
인코딩된 정보를 이용하여 보정됨
 기울기 과부화(slope overload) 문제 발생

예측한 값과 원래 신호의 값의 차이가 DPCM에서 생성하는 오류 정보의 최대치를 넘
어서는 경우 (예, -17 이하이거나, +16 이상인 경우), 오류 보정 정보의 부정확성때문
에 데이터의 정확한 복원이 불가능한 경우
인코딩하려는 정보
오류 보정 정보
실제 정보의 값과
(실제 정보의 값 – 예측값)
예측값을 비교
예측값
다음 정보의 값을 예측
(기존 예측값 + 오류 보정 정보)
DPCM을 이용한 인코딩
22
4.3 사운드의 저장과 고품질화
압축 알고리즘 (정리)

ADPCM


출력되는 오류 보정 정보(차이 정보)의 크기가 출력
표현 한계를 넘어 서는 경우, 출력 정보의 스케일
(scale)이 적응적으로 변화함
DPCM의 기울기 과부하문제를 해결
23
4.3 사운드의 저장과 고품질화
압축 알고리즘 (정리)

DPCM과 ADPCM의 예
 8비트 데이터를 5비트 오류 보정 정보로 생성하는 경우
16
40
89
75
24
32
66
19
원래 데이터
+15
+15
+15
+15
-16
-12
+15
-16
15
30
45
60
44
32
47
31
DPCM으로 인코딩하고
디코딩한 데이터
+15
+12
+15
+1
-12
+2
+8
-11
15
39
69
73
25
33
65
21
x2
x2
x4
x4
x4
x4
ADPCM으로 인코딩하고
디코딩한 데이터
x 4 : 스케일 변화 정보 (ADPCM)
ADPCM 코딩을 이용한 기울기 과부하의 해결
24
4.3 사운드의 저장과 고품질화

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
25
4.3 사운드의 저장과 고품질화
고품질 사운드의 획득
1. 사운드를 어디에 사용할 것인지를 고려하여 표본화율과 해상도를 결정
2. 아날로그 신호가 들어오면, 먼저 표본화율(Sampling Rate)보다 높은 고
주파 성분을 제거
 전처리 필터(Prefilter: Low-pass filter)를 통해 표본화율의 1/2보다
높은 고주파 성분을 제거
3. ADC(Analog-Digital-Converter)에 의해 표본화, 양자화 과정을 거쳐 디
지털 신호로 변환, 부호화
4. 부호화된 디지털(bit stream) 정보를 DSP(Digital Signal Processor)에서
원하는 목적에 맞게 편집, 가공, 저장
26
4.3 사운드의 저장과 고품질화
5. 출력시에 DAC(Digital-Analog-Converter)를 거쳐서 아날로그 파형으로 변환.
이 때 가청 주파수보다 높은 고주파 성분 발생
6. 고주파 성분을 제거 시키기 위해 후처리 필터(Postfilter: Low-pass filter)를
통과시켜 최종적인 아날로그 신호로 변환
아날로그 파형의 디지털 과정
27
4.4 디지털 오디오 시스템




사운드처리 하드웨어
사운드처리 소프트웨어
디지털 사운드의 압축방식
디지털 사운드의 파일 포맷
28
4.4 디지털 오디오 시스템
사운드처리 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, FM 음원 사용
Creative사에서 SoundBlaster카드 발표

실질적인 사운드 카드의 표준, PCM 방식
29
4.4 디지털 오디오 시스템
사운드처리 하드웨어

FM 음원칩 vs PCM 음원칩

FM 방식





기본음을 합성하여 새로운 음을 생성
저장 효율이 좋음
실제 음과는 많은 차이가 있음
Adlib카드, 야마하 사운드칩(YM3812) 에서 사용
PCM 방식



음의 소리가 원음에 가까움
각 악기 음을 전부 저장하기 때문에 저장 효율이 떨어짐
필요시 음이 녹음되어 있는 메모리(음원) 추가 가능
30
4.4 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 5개 + 저음부를 위한 우퍼(Woofer)
31
4.4 디지털 오디오 시스템
사운드처리 소프트 웨어

사운드 편집 소프트웨어


기능 : 사운드의 캡쳐 및 편집, 가공, 트랙 편집 등
GoldWave




거의 모든 사운드포맷 지원
MP3, Unix용 사운드포맷 등
Audition(Cool Edit Pro)
재생 프로그램


오디오 CD, MP3 파일
Winamp

Nullsoft 사에서 만든 현재 가장 많이 사용되는 재생 프로그램
32
4.4 디지털 오디오 시스템
디지털 사운드의 압축방식

ADPCM





이론적으로는 표준화되어 있지만, 여러가지 알고리즘이 실제로 사용되어
각자 방식간 호환성이 없음
ITU-T에서 ADPCM 방식으로 32Kbps에서 음성을 전송하기 위한 방식으
로 G.721을 제정
G.721은 각 표본화 값의 차이를 4bit로 표현, 표본화율은 8KHz
개량 방식인 G.722는 48, 56, 64 Kbps에서 전송, 16KHz의 표본화율
A-law, µ-law


음성통신을 목적으로 정한 압축방식으로 미국, 캐나다, 일본에서 사용되
는 µ-law 방식과 유럽 및 그 외의 나라에서 A-law 방식
사람이 대화시 큰 소리의 변화보다는 작은 소리의 변화를 잘 감지
=> 작은 소리에 많은 양자화 비트를 할당하는 비균일코딩(Non-uniform
Coding)
33
4.4 디지털 오디오 시스템

MP3 또는 MPEG Layer 3




동화상 압축 표준인 MPEG(Moving Picture Expert Group)에서 오디오 부분
의 압축을 의미
PCM 관련의 압축 방식과 다른 손실 압축(Lossy Compression)
 MPEG-1의 오디오 부분의 Layer 3를 MP3라는 이름으로 사용
 MPEG-2의 오디오 부분은 AAC(Advanced Audio Coding)라고 하여 사용
MP3 압축방법은 20Hz ~20KHz 사이의 가청주파수 영역을 32개의
Subband로 나누고, 각 서브밴드를 다시 18개의 서브밴드로 구분하면 총
576 개의 밴드 생성
음성 심리학적인 방법인 마스킹(Masking) 효과를 이용
 해당 밴드별 가장 큰 음을 대표음으로 선택하고, 대표음의 마스킹으로
인하여 가려지는 음은 삭제하는 방식으로 데이터 압축
34
4.4 디지털 오디오 시스템
디지털 사운드의 파일포맷


앞에서 설명한 압축방식을 이용하여 실제 파일포맷으로 저장
3가지 파일포맷으로 분류



Uncompressed audio format; PCM 방식
WAV(Windows), AIFF(Mac OS), Au
Lossless compression: 평균 2:1 정도의 압축율
FLAC(Free Lossless Audio Codec), WMA(Windows), TTA(Apple)
Lossy compression
MP3, Lossy WMA, AAC
35
4.4 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, AAC




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
MPEG-2의 오디오 부분 압축 형식인 AAC는 높은 압축율과 우수한 음질
지원
36
4.4 디지털 오디오 시스템

Real Audio (.ra, .rm)



ASF(Advanced Streaming Format)



RealNetworks 사에서 개발, 인터넷에서 스트리밍 기술로 실시간 사운드
전송
SureStreaming이라는 기술로 항상 최적의 음질을 재생
 접속시 대역폭이 동적으로 변함에 따라 음질도 동적으로 변화
INTEL사가 개발한 멀티미디어 파일 형식, 스트리밍 방식
통합 멀티미디어 파일: 오디오, 비디오, 이미지, 프로그램도 포함
WMA (Windows Media Audio)


Microsoft사가 개발한 스트리밍 방식의 오디오 파일 형식
비디오 파일은 WMV
37
4.5 입체음향



입체음향 기술
입체음향의 원리
입체음향의 생성 방식


모노 사운드에서 2D 스테레오를 벗어나 3D 사운드로 발전
컴퓨터 게임, 영화 및 컴퓨터 분야에서 활용
38
4.5 입체음향
입체음향 기술

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 중저음을 보강하는 서브우퍼
(Subwoofer)를 의미

스테레오와 마찬가지로 청취자가
음의 중심점에 있어야 입체감을
적절하게 느낄 수 있음
Surround System (5.1채널)
39
4.5 입체음향

3D 입체 음향(Interactive 3D Sound)
[음향세계 혁명]
http://tvpot.daum.net/clip/ClipView.do?cateId=20&clipid=56515447




음원과 청취자 간에 상대적인 위치를 계산하여 사운드를 출력
청취자와 상호작용이 가능
 사용자의 이동이나 반응, 또는 음원의 이동에 따라 소리를 입체적으로
청취
 상호작용이 필요한 가상 현실이나 게임에서 많이 사용
Creative사의 EAX(Environment Audio Extension), Aureal사의 A3D,
MS사의 Direct 3D Sound에서 지원
 기능적인 측면에서는 A3D가 약간 우세, 지원되는 SW와 사용자 측면
에서는 EAX가 우세
40
4.5 입체음향
입체음향의 원리

입체음향(Interactive 3D Sound):


소리의 전달 경로



재생된 음향을 들었을 때 음향으로부터 공간적 단서(방향감, 거리감, 공간
감)를 지각할 수 있는 음향
공간 전달계(외부) :
 실내의 벽이나 천장 등에서 전달
머리 전달계(내부) :
 인간의 머리와 귓바퀴에서 전달
음원에 대한 공간적 단서

두 귀에 들어오는 두 신호간의 차이
(공간 전달계로 인해 발생된) 때문
41
4.5 입체음향

공간적 단서



두 귀에 도달하는 소리의 시간차(IDA: Interaural Time Difference)
 가까운 방향 쪽에 있는 귀가 먼저 그 소리를 들음
두 귀에 도달하는 소리의 세기차(IID: Interaural Intensity Difference)
 가까이에서 들리는 음의 크기가 더 큼
그 외 시각적 효과, 머리의 움직임, 소리의 종류에 따른 친숙도 등
소리의 시간차
소리의 세기차
42
4.5 입체음향
입체음향의 생성 방식


입체 음향은 청취자와 음원 간의 위치 정보를 이용하여 생성할 수 있
음
음원과 청취자에 대한 위치의 변화에 따른 소리를 생성하기 위해서는
먼저 청취자와 음원 간의 위치를 반영한 소리를 녹음



이러한 음원과 청취자의 위치에 따른 소리를 녹음하는 방법으로 주로 가짜 머리
(Dummy Head) 이용 방법 사용
녹음된 소리로부터 머리 전달함수(HRTF)를 이용하여 입체 음향을 생
성
특정 장소에 따른 입체 음향을 생성하기 위해서는 장소에 따른 머리
전달함수(HRTF)와 공간 전달함수(RTF)를 이용
43
4.5 입체음향
(1) 음을 녹음하는 방법

가짜 머리(Dummy head) 양쪽 귀에 마이크로폰을 설치하고 음원을 이동
시키면서 소리를 녹음하는 방식
 주로 청각능력이 뛰어난 음악가나 표준치의 머리모형인 가짜머리에
장착한 마이크로폰을 통하여 바이오럴(Biaural) 신호를 녹음하는 방식
이용
실제 사용되는 가짜머리
입체음향의 개념도
44
4.5 입체음향
입체음향의 생성 방식
(2) 입체음을 생성하는 방법

머리 전달함수(HRTF: Head-Related Transfer Function)

무반향실 내에서 가짜 머리를 이용하여 여러 각도에서 배치한 스피커에
서 나오는 음들을 녹음하여 푸리에(Fourier) 변환한 것

머리 전달 함수는 소리가 들어오는 각도에 따라 달라지기 때문에 여러 위
치에서 나오는 음들에 대해 머리 전달 함수를 측정하고 이를 DB로 구축
45
4.5 입체음향

공간 전달함수(RTF: Room Transfer Function)





특정 장소에 따른 공간의 크기, 구조, 벽 또는 천정 재질 등에 의해 음원에
대한 직접음, 초기 반사음, 잔향 패턴 및 잔향 시간 등이 달라짐
특정 장소의 효과를 생성하기 위해서는 무반향실이 아닌 특정 실내에서
머리 전달 함수를 측정해야 함
특정한 장소에서 측정한 머리 전달함수를 공간 전달 함수라고 함
이를 이용하여 특정한 장소에 대한 가상의 음장(음원을 둘러싸고 있는 공
간)을 생성할 수 있음
실제로 원하는 입체음을 생성하기 위해서는 단순음을 머리 전달함수와
공간 전달함수를 이용하여 변형시킴
46
4.6 미디(MIDI)




미디시스템의 구성
미디 하드웨어 장치
미디의 표준모드
미디 소프트웨어
[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
47
4.6 미디(MIDI)
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 연주하라는
정보를 표현함: 음의 높이, 음표의 길이, 음의 강약 등
 MIDI를 이용하여 전자 악기 간의 일관된 방식의 제어가 가능
MIDI 시스템은 HW인 미디장치와 HW간의 통신을 정의하는 미디 메시지
로 구성




미디 메시지를 생성시켜 미디장치의 제어를 쉽게 하기 위해서, 일반적으로 미
디프로그램을 사용함
음을 들으려면,


신디사이저(Synthesizer) : 음을 발생시켜주는 기계
시퀀서(Sequencer) : 생성된 음의 편집 및 수정
48
4.6 미디(MIDI)
미디시스템의 구성

처리 과정




음의 입력 : 미디 장치에서 음을 발생 ⇒ 미디 인터페이스 카드
⇒ 컴퓨터로 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
49
4.6 미디(MIDI)
미디 하드웨어 장치

신디사이저(Synthesizer)


샘플러(Sampler)



전기적인 신호를 합성하여 음을 생성하는 장치
 음원부(음원모듈) : 소리를 발생시킴
 건반부 (마스터 키보드) : 음원부를 이용하여 연주
신디사이저는 악기의 대표 음을, 샘플러는 악기의 모든 음을 보유
더 정교한 음 또는 음원에 없는 새로운 음을 만들고자 할 때 사용
 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
50
4.6 미디(MIDI)

MIDI 인터페이스 카드


미디 전용 케이블


시퀀서 프로그램이 실행되는
컴퓨터와 미디 모듈 간의
다른 신호 체계를 연결(번역)하며 16/32/64/128채널 등
동축 케이블 형태,
둥근모양 5핀
앰프와 스피커

음의 출력장치
51
4.6 미디(MIDI)
미디의 표준모드

미디에는 최소한의 규정만 있을 뿐 악기 번호에 대한 것과 이펙터(음
을 연주할 때 특수한 효과를 주는 것)를 조정하는 방식 등에 관한 규
정이 없음





예를 들어 A라는 사람은 악기번호 1번에 바이올린을 할당하여 곡을 만들
었는데 그 곡을 B라는 사람이 듣는데 B라는 사람의 환경은 악기번호 1번
에 피아노가 할당되어 있다면 이상한 소리가 연주 됨
MIDI 악기 제조업체들의 모임인 JMSC와 MMA에서 채널벌로 악기를
할당하는 방식을 규정  GM(General MIDI)
Roland사에서 GM을 좀 더 확장
: GS (General Synthesizer, General Standards)
Yamaha사에서 GS에 대항하기 위해 발표
: XG (eXtended General, eXtension of General MIDI)
미디파일(*.mid)은 단지 외부 기기에 대한 제어신호만을 포함하고, 실
제 연주되는 소리는 신디사이저에 의해 생성됨
52
4.6 미디(MIDI)
미디 소프트웨어

작곡용 프로그램(시퀀서,Sequencer)



악보용 프로그램(Notation, Scoring 프로그램)



미디 신호를 입출력, 미디 파일 저장, 미디 데이터를 연주, 편집
CakeWalk : PC용, 널리 사용
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
53
과제 #2

음악이 포함된 자기 소개 사운드(2분 이내)를 마이크를 사용하여 캡
쳐한 .wav 파일을 기준으로 하여




적절한 코덱을 사용하여 mp3, ogg, mp4, AVI 등 파일로 상호변환
각 변환된 형식별로 file size, audio quality, 압축비율 등을 상호비교
변환 코덱 및 과정을 설명하면 더 좋을 듯 ~
자기 얼굴이 포함된 사진을 기준으로 JPEG, GIF, BMP 파일호 상호
변환한후

각 변환된 형식별로 file size, video quality, 압축비율 등을 상호비교
54