3. 오디오 신호 처리

목차

 

 

 

  오디오 신호 처리는 현대의 오디오 조정 장치에 널리 사용되고 있 다. 오디오 신호 처리라는 이름은 아마도 전자 데이타 처리 시스템에 서 빌어온 것으로 실제로 상당수의 관련 시스템과 장비를 사용하고 있다. 이 글에서는 오디오 처리 정비와 기술을, 원치않는 오디오 스 펙트럼 부분을 제거하기 위해 잡음• 왜곡을 제거하고, 일부러든 아 니든 특정한 스펙트럼 부분을 증가 • 증폭시키기 위한 전자적 장치의 사용으로 폭넓게 정의하고자 한다. 우리는 통상 '전환과 제거(alter and remove)'라는 용어를 사용하지만, 오디오 처리과정에서는 이득 (gain) 이외에 어떤 용어도 같이 사용되지 않는다는 것을 주목해야 한다. 여기에서 말하는 오디오 스펙트럼은 통상 20Hz에서 20,000 Hz(20KHz)까지이다.
중폭기(amplifier)의 출력 강도와 왜곡의 정도 사이에는 상관 관 계가 있다. 그것은 증폭기가 얼마나 많은 일을 할 수 있는 가와 얼마 나 깨끗하게 그 일을 할 수 있는가 하는 관계이다.

아날로그 오디오 신호 처리에 사용되는 장비중에는 오디오 이퀄라 이저(equalizers: EQs), 저주파수 확장기, 압신기 (compander: 억 제기 compressor와 확장기 expeander의 결합체), 잡음 감소 시스템 (dbx, Dolby), 잡음 게이트(noise gate) 회로, 그리고 시간 지연 (time delay)장치가 있다. 디지틀 처리 장치 중에는 야마하 제품인 다중효과 처리기가 있다.

 

효과와 보조 시스템

처리 장치의 일부는 콘솔 내부에 있고, 또 일부는 외부 독립장치로 되어있다. 외부 장치들은 주로 조정실의 선반에 놓여지는데, 콘솔 오디오 신호를 수신하는 통로와 처리된 오디오를 콘솔의 신호 경로로 되돌려 주는, 통로가 필요하다. 처리는 오디오 상에 효과를 주기 때문 에 통상 이펙트라고 불리우고, 보조 장치(보조 입력, 보조 버스, 보 조 출력 장치)는 처리되지 않은 오디오를 보내고 처리된 오디오를 다시 돌려 받는 시스템이다.

초기의 방송과 녹음에서 이퀄라이저(equalizer)는 대부분 독립 장 치로 사용되었고, 기존 오디오 조정 장치에 임시로 접속되어 신호 왜 곡이나 잡음 주파수를 제거하기 위해서만 사용되었다. 원치않는 잡 음이나 왜곡은 오디오 신호 회로에서 끼어들거나 생성되어 왔다. 오 디오 이퀄라이저는 또한 프로그램이 실연되는 스튜디오나 음악당의 반향된 음향(acoustics)을 변경시키는 데 사용되기도 하는데, 이제 는 이러한 목적 이외에도 프로그램원의 기본 음을 변경하는 프로그 래밍 도구가 되고 있다. 스테레오 음악 녹음에 이은 믹스 다운(mix down) 과정의 오디오 이퀄라이저는 녹음 감독이나 제작자가 지적하 는 음악적 결점들을 수정하기 위해 쓰여왔다. 스위트닝(sweeten-ing)이라고 부르는 이 처리과정으로 인해 감독은(그리고 감독의 손 이라고 할 수 있는 컨트롤 운영자) 관찰자- 전달자-녹음기술자에 서 프로그램의 음이 어떤가에 영향을 미치는 사람으로 바뀌었다.

말할 필요도 없이, 이러한 발전은 기계적 조작이 녹음된 음악의 처 리과정에 어느만큼 관여해야 하는 지에 대해 크게 의견이 다른 두 집 단을 낳게 되었다. 록음악이 전통적인 음악기기의 산물이기보다 상 당 부분(그 이상은 아니라도) 전기 장치의 산물이라는 데는 이견의 여지가 없다.

대부분의 현대적인 컨트롤 콘솔들은 실제로 모든 입력 채널에 스 위치를 넣고 끌 수 있는 이퀄라이저를 내장하고 있다. 이것으로 콘솔 조작자는 프로그램 믹스에 투입되는 음의 질과 음악성을 폭넓게 변 화시키며 통제할 수 있게 되었다. 콘트롤 장치가 비록 원하는 다양한 기능을 모두 갖추고 있다해도 복잡한 믹스를 수행하고 음의 처리과 정없이 모든 입력의 오디오 이득을 독자적으로 통제하기는 어려운 일이다.

 

믹스에 덧붙여서, 각각의 입력에서 여러가지로 조합된 이퀄라이즈 로 인한 혼란때문에 오퍼레이터는 이퀄라이즈된 근접 마이크 음을 놓치는 수가 있다. 이를 간단히 해결하는 방법은 다음과 같다. 빠르 게 움직이고 변하는 오디오 신(scene)을 처리하고 있는 오퍼레이터 는 콘솔 컨트롤을 빠르게 판단할 수 있게하는 그만큼의 정보만을 기 억할 수 있다. 만약 그가 오디오학적으로 같은 수의 악기나 오케스트 라 섹션수에 꼭맞게 짝지은 수많은 마이크를 통제하려고 한다면, 올 바른 음을 얻기 위해선 각각의 마이크가 충분히 이퀄라이즈되어야 한다. 그러나 그 음이 그가 원한 음과 많이 다르다는 감독의 지시가 있을 경우 조작자는 재빨리 자문해 보아야 한다. "감독은 어떤 음을 좋아하지? 어떻게 내가 그 음을 복제하지?" 인간의 귀는 기억능력이 없기 때문에, 그 대답은 어려울 것이다. 이 딜레마는 마이크로프로세 서가 장착된 기억장치를 가진 콘솔로 해결될 수 있다. 30 혹은 그 이 상의 입력단자를 갖는 대형 콘솔은 대개 마이크로프로세서가 내장되 어 있다. 그 외의 콘솔들은 컴퓨터와 접속할 수 있도록 설계된다.

음악녹음에 사용된 과정을 이해하기 위해 독자들은 음악 녹음이 음악적 혹은 조작적인 처리과정일뿐 아니라 사업 과정이라는 것을 이해해야 한다.

오퍼레이터 -녹음기술자가 녹음되는 연주마다 완벽한 마이크 픽 업으로 한번에 끝내는 모노 음악 녹음의 경우를 보자. 사실은 낮은 소절을 연주하는 동안의 사소한 음악적 실수나 청취자의 기침소리 등과 같은 잡음을 녹음물이 일반에 배포되기 전에 편집할 수 있도록 동일한 조건하에서 연주는 두번 녹음된다. 오케스트라의 균형있는 배치, 마이크 위치, 그리고 마이크 레벨은 공개연주 후에는 아무 것 도 변경될 수 없기 때문에 매번마다 완벽해야 한다. 스튜디오 녹음실 에서 연주를 할 때, 마이크 위치나 콘솔, 오케스트라의 배치 등을 변경할 경우 많은 비용이 뒤따른다.

다중트랙 스테레오 녹음에 드는 시간과 비용을 절감하기 위해 완 전히 새로운 방법이 고안되었다. 4파트의 소규모 재즈 악단이거나 완벽한 교향악단 그룹을 마이크 작업을 위해 별개의 파트로 분할하 는 것이다. 어떤 때는 개개의 악기별로, 어떤 때는 악기 섹션별 혹은 그룹별로 분할되어 각각의 파트는 별개의 마이크에 의해 픽업되고 나서 다중트랙 테이프 녹음기의 한 트랙으로 공급된다. 이 녹음기의 모든 트랙은 같은 오디오 레벨로 녹음된다. 관현악단이 24개의 파트 로 나누어진다면, 24개의 테이프 트랙을 피드업하기 위해 24개의 마 이크가 사용된다. 오퍼레이터 -녹음기술자가 녹음이나 연주에서 얻 는 것은 대부분 완성된 제품이 아니라 나중에 '믹스다운'이라고 부르 는 과정을 통해 믹스다운되고, 이퀄라이즈되고, 밸런스되고, 조정될 녹음원의 24트랙 녹음물이다. 24녹음트랙 믹스다운은 컨트롤 콘솔을 통해 이루어진다. 그 작업의 오퍼레이터 혹은 감독이 완성시킨 한벌 의 녹음된 음악은 오케스트라가 연주한 것과 유사할 수도 있고 혹은 유사하지 않을 수도 있다.

24트랙 테이프에 담긴 음악은 24개의 개별적인 콘솔 입력단자에 공급되고, 이때 - 아마도 동시에 -12개의 테이프 녹음트랙을 공급하 는 12개의 콘솔 프로그램 채널에 믹스다운된다. 그런 다음 12개의 트 랙은 6개의 트랙이 되고, 최종적으로 2개 트랙의 스테레오 음악으로 나타나게 된다. 처음에 더 많은 트랙을 사용할수록, 믹스다운에서 더 많은 융통성을 얻을 수 있고, 더 많은 음악적 결정을 내릴 수 있다.

조작자나 감독은 이 과정에서 음악가의 도움을 받아야 한다.
이런 녹음과정에서, 콘솔로 입력되는 모든 입력단자는 각각의 테 이프에 담긴 원음악물의 입력 트랙이 조정되거나 제어될 수 있도록 분리된 이퀄라이저를 갖고 있다.

믹스다운을 할 때 오퍼레이터는 콘솔을 통해 초기 24트랙 플랫 레 벨 녹음을 하여, 먼저 명백히 밸런스된 움직임(moves)을 먼저 만들 고나서(예를 들면 바이올린은 드럼보다 소리가 크지 않다), 섹션과 섹션을 밸런스하고 감독의 지시에 따라 이퀄라이즈 정도를 추가한  다. 그리고 동시에 믹스를 재녹음한다. 만약 중간 부분에서 감독이 녹음 믹스에 만족하지 않는다면, 믹스는 다시 밸런스되고 재녹음된 다. 자기 다른 레벨과 이퀄라이저 세팅으로 이러한 과정이 수차례 반 복됨에 따라, 그리고 다른 레벨과 이퀄라이저 세팅에서 이전의 세팅 으로 돌아가도록 오퍼레이터가 요청받을 때 컴퓨터의 도움이 필요하 게 된다.

컴퓨터 지원 콘솔은 오퍼레이터가 레벨과 이퀄라이저 컨트롤을 조 정할 때마다 컴퓨터가 기억장치에 세팅을 저장하고 서보(servo) 컨 트롤 포트에 따라 세팅을 복제할 수 있도록 설계된다.
아날로그 다중트랙 녹음은 몇가지 명백한 단점이 있다는 것을 주 목해야 한다. 먼저, 잡음 감소 방식을 사용하였더라도 트랙과 테이프 당 3dB의 잡음이 증가된다. 따라서 24트랙 테이프는 단일 트랙에 비 해 72dB의 잡음을 더 갖는다. 6개 트랙에 믹스다운할 때 18dB의 잡 음이 신호에 더 추가되는 것이다. 이 말은 녹음설비가 16트랙 녹음기 를 갖고 있다고 해서, 16트랙 모두를 사용할 필요가 없다는 뜻이다.

또 다른 단점은 다중트랙 녹음기에 스테레오 마이크 음악을 녹음 할 때 제대로 배선되지 않은 스튜디오, 마이크 픽업의 자연적 위상, 제대로 조정되지 않은 테이프 녹음기 때문에 자주 페이징 에러 (phasing error)가 스테레오 그룹에 끼어든다는 것이다. 신중한 음 악 녹음가라면 콘솔 입력장치에 위상반전 스위치와 콘솔에 믹스-마 이너스 설비를 요청하고, 스테레오 프로그램의 모노 믹스에 귀를 기 울여야 한다. 또한 두 채널 간의 좌+우(합계)와 좌- 우(차이)에 특별히 관심을 두어야 한다. 합이란 스테레오 트랙들의 모노 버전을 나타내는 것으로 모노 AM라디오나 텔레비전 시청취자가 듣게 되는 것이다. 두 채널의 합을 들을 때, 들리는 것은 왼쪽과 오른쪽 채널에 공통되는 모든 소리인 것이다. 의도적으로 모노용으로 믹스되었다 면, 좌와 우의 합의 증폭기 모니터 사이에는 아무런 차이가 없어야 하며 좌와 우의 모니터로부터 똑같이 들려야 한다. 차이 모니터는 두 채널에 공통되지 않은 모든 오디오까지를 포함한다. 의도적인 모노 믹스에서, 이 증폭기는 움직이지 않아야 한다. 이 모니터에서 그 이상의 잔여 오디오가 들린다면 이는 위상오차를 나타낸다. 스테레오 믹스에서 이 차이 모니터는 반향(reverberation)과 독주 프로그램 (왼쪽 혹은 오른쪽 채널에서만의 음원)을 포함할 것이지만 모노 믹 스에서는 이들이 다 포함되지는 않는다.

 

오디오 이퀄라이즈와 필터링

오디오 이퀄라이저는 하나의 독립장치 혹은 콘솔의 한 모듈에 있 는 오디오 필터들의 조합이다. 증폭기를 포함하지 않는, 삽입회로에 dBm 손실만을 주는 수동적인 이퀄라이저일 수도 있고 증폭을 포함 한다는 의미에서 능동적인 이퀄라이저일수도 있다. 추가된 증폭은 이퀄라이즈 과정에서 이득 손실을 보정하기에만 충분한 단위 증가일 수도 있고, 버스트(boost)하기 원하는 주파수를 특별히 제공하는 통 합된 추가 이득일 수도 있다.

필터는 오디오 주파수 스펙트럼 영역에서 고주파수 통과(high-pass), 저주파수 통과(low-pass), 저주파수 차단(low-cut), 고주파 수 차단(high-cut)기능을 수행하도록 설계되어있는 감응저항(reac-tance) 네트워크들로 이루어져 있다. 유도성(inductive)이거나 용 량성(capacitive)인 감응저항은 교류회로가 임피던스를 만들도록 저항을 결합한다. 통과(pass)라는 용어는 문제되는 주파수 대역이 필터 통과를 허용받았다는 의미이다. 반대로 차단(cut)이라는 용어 는 문제되는 주파수가 필터 통과를 허용받지 못했다는 의미이다. 기 능적으로 설명하면, 필터는 옥타브당 데시벨로 표시되는 경감 곡선 의 특정한 비율이나 경사면에서 보통 3데시벨마다 특정한 음의 주파 수 이득을 약화시키거나 버스트한다. 경사는 필터(제1차수, 제2차 수)의 차수에 의해 결정된다. 즉, 얼마나 많은 용량성 혹은 유도성 감응저항이 필터를 구성하는가를 말한다. 필터의 차수가 높을수록, 곡선의 경사가 깊어지고 곡선의 감쇠와 버스트가 더 복잡해진다.

필터가 다른 대역은 차단하고 특정 주파수 대역을 통과하도록 설계되어 있으면 이를 대역통과 필터(bandpass filter)라고 부르고, 그 주파수 대역은 통과대역이라 부른다. 통과대역의 폭 혹은 통과되 는 오디오 스펙트럼 영역은 필터의 Q수에 의해 결정된다. Q는 대역 의 협소성 정도를 나타내는 용어라고 할 수 있다. Q수가 높을수록 통과대역은 좁아진다.
대역통과 필터의 반대는 노치(notch) 필터이다. 노치 필터는 한 특정 주파수만으로 이루어진 매우 좁은 통과대역만을 제외하고 모든 주파수를 통과시킨다. 대략 60Hz 혹은 120Hz- 미국의 전형적인 전 선 잡음 범위이며, 오디오희로 안으로 유입되는 경향이 있다 -에 대 한 노치 필터가 가장 일반적이다.

독립된 오디오 이퀄라이저는 한 유니트 안에 모여있는 수많은 필 터들로 이루어진 장치이다. 이 유니트의 전면 패널 레이아웃은 오퍼 레이터가 이득이나 오디오 스펙트럼 전 범위에 걸치는 필터들의 연 속적인 경사를 조정할 수 있도록 설계되어 있다. 컨트롤이 중심위치 로부터 그래픽으로 배열되어 있는 슬라이더 포트가 13옥타브 단계 로 배열되어 있으면, 이를 그래픽 이퀄라이저(graphic equalizer) 라 고 한다. 이 유형의 장치는 동시에 많은 수의 주파수 범위(클라크-테크닉에서는 27)를 이퀄라이즈할 수 있다.

두개의 서로 다른 이퀄라이즈 유형이 셸빙(shelving)과 피크-딥 (peak-dip)이다. 셸빙 이퀄라이즈 곡선은 특정 주파수에 다다를 때 까지 레벨안에서 변화하며, 평평해지면 다시 변화하지 않는다. 선반 처럼 보이는 평평한 부분으로 인해 셸빙이라는 이름이 생겼다. 피크- 딥 이퀄라이즈 곡선은 산이나 계곡처럼 보인다. 이 곡선은 0에서 시작해서 주파수 이득을 버스트함에 따라 정상에 올랐다가 차단에 따라 급경사 계곡으로 떨어진다. 그래픽 이퀄라이저는 대개 컨트롤 이 특정 주파수와 고정 Q에서 이득을 변화시키는 피크-딥이다.

그래픽 이퀄라이저의 중앙 위치는 국제표준화기구(International Standard Organizaion)에서 정한 기준을 따른다. 13옥타브 이퀄 라이저에서 그 중앙 위치는 16, 20, 25, 31. 5, 40, 50, 63, 80, 100.125, 160, 200, 250, 315, 400, 500, 630, 800, 1000, 1250, 16002000, 2500, 3150, 4000, 5000, 6300, 8000, 10,000, 12,500, 그리고 16,000Hz이다.