55 장장 사운드사운드

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5 5 장 장 사운드 사운드

멀티미디어의 이해

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2

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

(3)

사운드의 종류



일반적인 분류



음성 (Voice)

 정보를 전달하는 주요한 수단 중 하나

 텍스트보다 정보를 빠르고 , 이해하기 쉽고 , 설득력 있게 전달

 디지털화된 (digitized) 음성과 합성 (synthesized) 음성



음악 (Music)

 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

5.1 사운드의 개요

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4



컴퓨터에서 처리하는 방법에 따른 분류



디지털 오디오 (Digital Audio)

 아날로그 형태의 사운드를 디지털화 시킨 것

 원음에 충실하려면 많은 용량 필요 : 음악 CD 3 분에 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

 3 분 정도의 미디 음악을 듣기 위해서 약 8KB 필요

 좋은 MIDI 사운드 음원 (sound module) 을 갖고 있는 경우

5.1 사운드의 개요

(5)

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

5.1 사운드의 개요

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6

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

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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 3 요소



주파수 : 음의 높낮이 , Hz



진폭 : 음의 세기 , Db



파형 (Waveform) : 음색

5.2 사운드의 기본개념

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(1) 주파수 (Frequency)



초당 사운드 파형의 반복 횟수



소리의 높낮이를 결정 : 주파수가 높으면 고음 , 낮으면 저음

 가청주파수 ( 오디오 ) 20Hz~20KHz, 청각은 1K~6KHz 에 제일 민감

 [ 참고 ] 주파수 대역 구분 (Hz)

5.2 사운드의 기본개념

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

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(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

5.2 사운드의 기본개념

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(3) 음색 (Tone Color)



음의 높이와 크기가 같아도 악기마다 고유한 특징 => 음색



고유한 파형 => 기본파 + 고조파

5.2 사운드의 기본개념

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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

5.2 사운드의 기본개념

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(1) 표본화 (Sampling)



아날로그 파형을 디지털 형태로 변환하기 위해 표본을 취하는 것



표본화율 (Sampling Rate)

 1 초 동안에 취한 표본수 ( 단위 : Hz)

 표본화율이 높을수록 원음을 잘 표현할 수 있으나 데이터 공간은 증가

5.2 사운드의 기본개념

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(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)

(a) 2 bit 양자화 (4 단계 ) (b) 3 bit 양자화 (8 단계 ) (c) 4 bit 양자화 ( 16 단계 )

아날로그 파형의 양자화

5.2 사운드의 기본개념

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

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 저 장

5.2 사운드의 기본개념

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

디지털 사운드 파일의 크기 및 음질의 비교

 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

표본화율 (KHz)

양자화

정밀도 (bit) 모드 데이터 크기

(1 분당 ) 음질 sample

(voice) sample (music)

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 FM Radio

44.1 16 mono 5.25 MB 　　　

44.1 16 stereo 10.5 MB CD

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16

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 )



1 분 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 650MB 이므로 그 안에는 약 10 곡에서 15 곡의 음악이 저장 가능



( 고품질 사운드의 획득 )

(17)

5.4 디지털 오디오 시스템



사운드 하드웨어



사운드 처리 소프트웨어



( 디지털 사운드의 압축방식 )



디지털 사운드의 파일 포맷

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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 PC 용 사운드 카드 : 1987 년 캐나다의 Adlib 사의 Adlib

 Yamaha 사의 YM-3812 음원 칩 사용

 Creative 사에서 SoundBlaster 카드 발표

 실질적인 사운드 카드의 표준

5.4 디지털 오디오 시스템

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

앰프와 스피커



사운드의 품질은 스피커의 영향이 제일 크다 .



앰프 : 스피커를 위해 양질의 사운드 파형으로 증폭



돌비 서라운드 (Dolby Surround) 5.1 채널

 스피커 4 개 + 저음부를 위한 우퍼 (Woofer)

5.4 디지털 오디오 시스템

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사운드 처리 소프트 웨어



사운드 편집 소프트웨어



기능 : 사운드의 캡쳐 및 편집 , 가공 , 트랙 편집 등



GoldWave



Cool Edit



SoundForge

5.4 디지털 오디오 시스템

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사운드 처리 소프트 웨어



재생 프로그램



오디오 CD, MP3 파일



Win amp



Sonique



거원 제트 오디오

5.4 디지털 오디오 시스템

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디지털 사운드 압축방식 ( 생략 )



ADPCM



A-law, µ-law



TrueSpeech



MP3 또는 MPEG Layer 3

5.4 디지털 오디오 시스템

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디지털 사운드의 파일포맷



Wav



Microsoft 와 IBM 이 PC 의 사운드 표준 형식으로 공동 개발



Windows 기반 PC 에서 주로 사용



Au



유닉스 환경에서 사용되는 가장 일반적인 포맷



Sun 이나 NeXT 에서 사운드 표준



MP2, MP3



ISO 국제 표준으로 압축효과가 뛰어나고 , 음질도 우수



인터넷 상에서 음악을 압축하는데 많이 사용



MPEG-1 의 오디오 Layer 2 및 Layer 3, 확장자는 .mp2 및 .mp3

5.4 디지털 오디오 시스템

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24



Real Audio (.ra, .rm)



RealNetworks 사에서 개발 , 스트리밍 기술로 실시간 사운드 전송



SureStreaming 이라는 기술로 항상 최적의 음질을 재생

 접속시 대역폭이 동적으로 변함에 따라 음질도 동적으로 변화



ASF(Advanced Streaming Format)



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

5.4 디지털 오디오 시스템

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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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26

개요



서라운드 (Surround)



돌비 서라운드 (Dolby Surround) 가 가장 대표적



사람이 있는 위치를 기준으로 사방에서 소리를 들려주는 방식

 공간감 , 입체감

•



3 채널 , 4.1 채널 , 5.1 채널 등이 있음

 0.1 은 서브우퍼 (Subwoofer) 를 의미



스테레오와 마찬가지로 청취자가 음의 중심점에 있어야 입체감을 적절하게 느낄 수 있음

Surround System (5.1 채널 )

5.5 입체음향

(27)



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



Creative 사의 EAX, Aureal 사의 A3D, 마이크로소프트사의 Direct 3D Sound 에서 지원

5.5 입체음향

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28

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 ) :

 실내의 벽이나 천장 등에서 전달



머리 전달계 ( 내부 ) :

 인간의 머리와 귓바퀴에서 전달



음원에 대한 공간적 단서



두 귀에 들어오는 두 신호간의 차이 때문

5.5 입체음향

(29)



공간적 단서



두 귀에 도달하는 소리의 시간차

 가까운 방향 쪽에 있는 귀가 먼저 그 소리를 들음



두 귀에 도달하는 소리의 세기차

 가까이에서 들리는 음의 크기가 더 큼



그 외 시각적 효과 , 머리의 움직임 , 소리의 종류에 따른 친숙도 등

5.5 입체음향

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30

5.6 미디 (MIDI)



시스템의 구성



하드웨어 장비



( 미디의 표준 모드 )



미디의 소프트웨어



( 미디 파일의 종류 )

제 목 크기 (KB) 시 간

엘리제를 위하여 17 2분 38

초 Dancing Queen 78 3분 57

초

007 주제가 46 1분 52

초

Starwars 32 3분 19

초 Calvary's Love 40 3분 29

초

[ 시연]

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개요



미디 (MIDI: Musical Instrument Digital interface)



1983 년 세계 악기 제조업체들이 제정



전자 악기와 컴퓨터 간의 상호 정보교환을 위한 표준 규약

 직접적인 음에 대한 정보가 있는 것이 아니라 음을 어떻게 연주 하라는 정 보를 표현함 : 음의 높이 , 음표의 길이 , 음의 강약 등

 MIDI 를 이용하여 전자 악기 간의 일관된 방식의 제어가 가능



음을 들으려면

 신디사이저 (Synthesizer) : 음을 발생시켜주는 기계

 시퀀서 (Sequencer) : 생성된 음의 수정

5.6 미디

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32

시스템의 구성



미디 시스템의 구성



처리 과정

 음의 입력 : 미디 장치에서 음을 발생 ⇒ 미디 인터페이스 카드 ⇒ 컴퓨터 로 전송

 음의 처리 : 컴퓨터에서 미디 프로그램 ( 시퀀서 등 ) 으로 편집

 음의 출력 : 컴퓨터 ⇒ 미디 인터페이스 카드 ⇒ 신디사이저 등의 미디 장 치를 통해 스피커로 출력



미디 인터페이스

 MIDI-IN 단자 , MIDI-OUT 단자 , MIDI-THRU 단자

5.6 미디

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하드웨어 장비



신디사이저



전기적인 신호를 합성하여 음을 생성하는 장치

 음원부 ( 음원모듈 ) : 소리를 발생시킴

 건반부 ( 마스터 키보드 ) : 음원부를 이용하여 연주



샘플러 (Sampler)



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

5.6 미디

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

MIDI 인터페이스 카드



컴퓨터와 미디 모듈 간의 다른 신호 체계를 연결



미디 전용 케이블



동축 케이블 형태 , 둥근모양 5 핀



앰프와 스피커

5.6 미디

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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 : PC 용 , 널리 사용



Cubase : 미국 Steinberg 사



Logic : 독일 Emagic 사

5.6 미디

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

악보용 프로그램 (Notation, Scoring 프로그램 )



악보의 편집 및 출력



Coda 사의 Finale, Passport Design 사의 Encore 등



음색 편집용 프로그램 (Voice Editor, Sound Editor)



소리의 편집 및 수정 , 음원 모듈이나 각종 음색의 수정

