디지털 오디오가 아날로그를 능가할 수 있을까요?

컴팩트 디스크의 출현과 디지털 오디오에 대한 광범위한 소비자 액세스 이후로 사람들은 디지털 오디오가 이전 아날로그 아날로그를 적절하게 대체할 수 있는지 여부에 대해 논쟁을 벌였습니다.

다운로드 및 스트리밍 디지털 형식이 널리 보급되고 복잡해짐에 따라 토론은 증폭되었습니다. 많은 완고한 아날로그 "순수주의자"는 현대 디지털 오디오 형식에서 특히 놓치고 있는 음악적 영혼의 상실을 비난하고 있습니다.

그러나 나는 순수주의자들을 반대하거나 옹호하기 위해 여기에 있는 것이 아닙니다. 대신, 디지털 사운드가 아날로그 사운드와 같거나 심지어 능가할 수 있는 시나리오의 요구 사항을 살펴보겠습니다. 그리고 "디지털 오디오가 아날로그를 능가할 수 있을까?"라는 질문에 대한 답입니다. 실제로 두 부분이 있습니다.

우리는 수학과 과학의 세계에 본격적으로 뛰어들려고 합니다. 그러니 모자를 꼭 잡으세요!

연속 신호 대 이산 신호

먼저 아날로그와 디지털 사운드의 차이점을 정확히 이해하는 것이 중요합니다.

아날로그 사운드 는 지속적으로 변화하는 오디오 신호를 사용합니다. 이는 신호에서 스피커에 공급되는 압력 변동이 (적어도 이상적으로는) 매 순간 원래 사운드의 정확한 재생이라는 것을 의미합니다.

반면에 디지털 사운드 는 오디오 신호 의 일련의 개별 단계 로 구성되어 있으며, 이 단계는 스피커에 공급될 때 신호가 연속적인 것처럼 보일 정도로 빠르게 변경됩니다. 이것은 부드러운 모션의 환상을 주기에 충분히 빠르게 순환하는 일련의 정지 이미지로 비디오를 만드는 방식과 매우 유사합니다(따라서 원래 문구 "동영상").

따라서 사실상 디지털 사운드는 아날로그 사운드의 연속 신호에 근접하려고 시도합니다. 디지털 사운드의 개별 단계가 충분히 자주 변경되고 단계 자체가 레벨에서 충분히 근접할 수 있다면 결과 근사값은 우리의 귀와 뇌를 속일 수 있는 연속 아날로그 신호에 충분히 가깝습니다.

신호 분해능

디지털 사운드 신호에서 개별 단계의 순환 속도를 샘플 레이트라고 합니다. 각 단계 간의 레벨 차이는 비트 깊이로 알려진 잠재적 단계의 총 수에 의해 결정됩니다.

예를 들어, CD 오디오 파일의 샘플 속도는 44,100Hz(Hz는 Hertz를 나타내며 이벤트가 초당 몇 번 반복되는지 설명하는 측정 단위입니다. 즉, 초당 44,100개의 새로운 오디오 신호 단계를 생성함) 16비트의 깊이(각 비트는 이진수이므로 16비트 디지털 신호는 총 2의 16승 또는 최소값과 최대값 사이의 가능한 숫자 값 65,536개를 갖습니다).

CD 오디오에 대한 이러한 값 선택은 우연이 아닙니다. 나이퀴스트 정리(Nyquist Theorem)로 알려진 공식에 따르면 44,100Hz의 이 샘플 속도는 일반적인 인간 청각의 전체 범위를 포괄하는 톤으로 소리를 생성하는 데 필요한 최소값입니다. 그리고 16비트의 비트 전송률은 쉽게 사용할 수 있고 표준 CD에 적당한 양의 사운드 자료에 들어갈 수 있는 가장 큰 것이었습니다.

디지털 이산 신호는 실제 소리의 근사치일 뿐이므로 아무리 좋아도 실제 연속 아날로그 신호와 완전히 일치하지 않을 수 있으므로 논쟁의 끝이 되어야 합니다. 그러나 인간의 두뇌가 특히 고해상도 디지털 오디오에서 실제로 그 차이를 구별할 수 있는지 여부에 대한 질문은 남아 있습니다.

이것은 신경과학자들을 위한 질문이므로, 우리의 목적을 위해 그 논의를 완전히 피하고 대신 다음과 같이 질문합니다. "아날로그 미디어 소스가 실제로 처음부터 진정한 연속 오디오 신호를 생성합니까?"

아날로그 미디어

비닐 레코드인 가장 일반적인 아날로그 미디어 형식을 살펴보겠습니다. 비닐 레코드는 작동 방식, 기능 및 제한 사항을 결정하는 특정 재료 속성을 가지고 있습니다. 또한 턴테이블(레코드 플레이어)에도 고유한 재료 속성, 기능 및 제한 사항이 있습니다.

비닐 레코드는 일반적으로 PVC 또는 폴리염화비닐의 반강체 형태로 만들어집니다. 아날로그 신호는 레코드의 홈에 직접 새겨져 신호에 대한 응답으로 PVC 소재를 변형시킵니다. 레코드 플레이어에서 바늘을 사용하여 이러한 미세한 변형을 "읽고" 이를 생성한 원래 신호를 재생합니다.

비닐 재료인 PVC는 분자 및 결정 구조와 관련된 최소 크기를 가지며, 이는 사실상 레코드 그루브 내의 재료 변형이 물리적 특성이 허용하는 것보다 더 미세한 규모로 변경될 수 없음을 의미합니다. 따라서 본질적으로 완벽하게 연속적인 신호를 생성할 수는 없지만 오히려 비닐 재료 자체의 특성에 의해 제한된 신호의 근사값을 생성할 수 있습니다.

레코드의 홈 내에서 PVC 재료의 최소 분자 크기(단일 염화비닐 단량체(클로로에텐 분자라고도 함))의 크기보다 작게 절단할 수 없습니다.

비닐 레코드의 신호 해상도

비닐 레코드를 만드는 데 사용되는 PVC의 밀도는 입방 센티미터당 약 1.3g입니다. 그리고 단일 염화비닐 단량체(클로로에텐 1분자)의 질량은 약 1.07x10 ^-22g 입니다. 이는 비닐 LP의 PVC 1입방센티미터 공간 내에 12.1x10 ^21개의 개별 클로로에텐 분자와 같은 것이 있음을 의미합니다. 이 물질의 한 면을 잘라낼 수 있는 가장 작은 조각은 1분자 두께이며, 이제 약 4.4x10 ^-8cm 의 두께를 갖는 것으로 추정할 수 있습니다.

비닐 레코드의 홈은 최대 약 0.008cm 너비까지 조각할 수 있으며 홈의 절반은 왼쪽 채널과 연결되고 나머지 절반은 오른쪽 채널과 연결됩니다. 이는 바늘이 채널당 최대 0.004cm의 위치 변화를 느낄 수 있음을 의미합니다.

따라서 각 채널의 최대 홈 크기 변화를 형성하기 위해 깎을 수 있는 분자 조각의 최대 수는 약 91,000개에 불과합니다. 이는 디지털 오디오 신호의 비트 심도와 동일한 원리를 따릅니다.

또한 턴테이블에서 레코드가 회전하는 속도, 레코드의 지름, 레코드에 절단된 개별 홈의 너비로 인해 조각할 수 있는 총 홈 길이가 약 45,000cm임을 알 수 있습니다. 전체가 채워진 경우 올바른 재생 속도로 약 1400초 동안 재생되는 신호로(레코드의 각 면에서).

따라서 LP의 한 면을 완전히 재생하는 동안 바늘이 초당 평균 약 7억 3천만 개의 개별 클로로에텐 분자를 통과하는 것으로 추정할 수 있습니다. 이는 디지털 오디오 신호의 샘플 속도와 동일한 원리를 따릅니다. 원본 오디오 신호의 시간 경과에 따른 변화를 근사적으로 재현할 수 있는 가장 작은 단계를 알려줍니다.

신호 분해능 비교

따라서 일부 추정 방법(과도하게 단순화되었지만 야구장 의미에서 유효)을 사용하면 비닐 레코드가 연속 오디오 사운드 신호에 대해 최소 16비트의 비트 깊이와 샘플을 가진 디지털 신호와 동일한 개별 근사치를 생성한다는 것을 알 수 있습니다. 730MHz의 속도.

그러나 아직 모두 흥분하지 마십시오. 디지털 WAV 및 MP3 파일을 모두 가져와서 17비트, 730MHz 오디오 파일로 변환하고 모든 사람에게 이 파일이 바이닐만큼 훌륭하다고 말할 수는 없습니다. 아날로그 수단이든 디지털 수단이든 간에 진정한 연속 오디오 신호에 대한 근사치는 해당 표준을 충족한다고 말할 수 있도록 전체 프로세스 동안 최대 해상도로 유지되어야 합니다.

대부분의 아날로그 장비는 이 작업을 수행하지만 대부분의 디지털 장비는 그렇지 않습니다. LP와 일치하는 최소 표준보다 낮은 디지털 방법을 사용하는 즉시 근사의 정확도가 낮아집니다. 나중에 더 높은 해상도로 상향 변환하면 생산 프로세스 중에 적용된 가장 정확하지 않은 근사값을 더 잘 재현할 수 있습니다.

또한 24비트 및 32비트 디지털 녹음이 오늘날에는 쉽게 구할 수 있어 비닐의 유효 비트 깊이를 훨씬 능가하지만 오늘날 대부분의 사람들이 사용할 수 있는 최고의 디지털 녹음 장비라도 최대 샘플 속도가 192kHz입니다. 비닐의 효과적인 샘플 속도를 따라잡는 데 필요한 것보다 거의 4,000배 느립니다.

따라서 아날로그와 디지털 사운드의 기술적 비교를 다루는 질문의 첫 번째 부분에 대한 대답은 다음과 같습니다. 예, 이론적으로 디지털 사운드 는 아날로그 사운드보다 성능이 뛰어날 수 있습니다. 현대 디지털 사운드의 기술적 잠재력은 비트 깊이 측면에서 아날로그 사운드를 능가하지만 샘플 레이트(현재) 측면에서는 아날로그에 크게 미치지 못합니다.

생산 체인의 아날로그 풍미

질문의 두 번째 부분은 최종 제품이 실제로 어떻게 들리는지에 관한 것입니다. 다시 말해, 미래의 어느 시점에서 이 기술을 통해 디지털 오디오가 비닐의 유효 샘플 속도와 일치하는 데 필요한 730MHz 이상의 샘플 속도를 달성할 수 있다고 가정해 보겠습니다. 그 당시에 디지털 오디오가 아날로그 오디오의 기술적 잠재력을 충족하거나 초과할 수 있는 기술적 잠재력을 가지고 있는 상황에서 디지털 사운드가 아날로그보다 좋습니까? 아니면 더 좋습니까?

이에 대한 답을 얻으려면 사람들이 비닐에서 나오는 소리를 좋아하는 이유가 녹음 및 믹싱에 사용되는 아날로그 제작 장비와 특유의 음향적 풍미 때문이라는 사실을 깨닫는 것이 중요합니다.

디지털 모델링은 최근 몇 년 동안 매우 우수해졌으며 사람들이 선호하는 많은 클래식 아날로그 사운드와 일치할 수 있습니다. 물론 이 기술은 전체 프로세스에서도 동일한 최대 사운드 해상도를 유지할 수 있어야 합니다.

그러나 디지털 오디오가 궁극적으로 현재의 아날로그 방식과 동일한 사운드 재생 기술 잠재력을 달성하고 전체 생산 프로세스에서 해당 해상도를 유지하고 아날로그 장비 또는 아날로그 장비의 디지털 모델링이 사용된다고 가정하면 예라고 말하는 것이 안전해 보입니다. 선호하는 사운드 풍미를 위한 과정에서 디지털 오디오는 기술적 품질과 사운드 선호도 모두에서 아날로그 사운드의 성능을 충족하거나 능가할 수 있어야 합니다.

실용적인 사항

토론 끝? 마지막으로 한 가지 고려 사항을 살펴보겠습니다.

전체 프로세스가 아날로그와 일치하고 해당 표준에서 아날로그 모델링 효과를 사용하는 기술 표준 이상에서 디지털 형식으로 수행되었다고 가정해 보겠습니다. 3분 녹음의 완전한 품질의 원시 WAV 오디오 파일을 생성하면 해당 수준의 디지털 파일 크기는 동일한 길이의 CD 오디오 품질 WAV 파일의 거의 18,000배가 됩니다. 하나의 짧은 노래에 대해 500Gb 이상의 크기.

이 엄청난 파일 크기 문제와 현재의 디지털 샘플링 속도가 아날로그 사운드의 표준을 충족하기 위한 요구 사항에 훨씬 미치지 못한다는 사실을 고려할 때 바이닐이 여전히 좋은 선택인 것은 분명해 보입니다.

그러나 디지털 재생 시스템의 편재, 디지털 사운드 기술의 지속적인 발전, 재생을 위해 대형 비닐 레코드 및 특수 장비를 저장할 필요가 없는 완전히 가상 환경에서 미디어를 유지 관리할 수 있는 옵션으로 인해 디지털 사운드가 마침내 아날로그 사운드를 분명히 능가할 때까지 시간 문제입니다.

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Erik Veach는 2001년부터 믹싱, 마스터링 및 사운드 편집 서비스를 제공하는 Crazy Daisy Productions의 소유주이자 수석 오디오 엔지니어입니다. 그는 자동화된 지능형 마스터링 시스템의 선구자로서 2003년 전문 음악 제작에 사용하기 위해 도입했습니다.