디지털 오디오
[ digital audio ]
- 요약
디지털 음원 데이터와 이를 처리하는 과정을 통틀어 의미한다. 이는 컨버터를 통한 아날로그 신호의 디지털화와 디지털 신호의 아날로그화 과정을 모두 포함하며, 아날로그 오디오에 비해 고음질 재생과 신호대비 잡음비(SNR, Signal to Noise Ratio) 및 음향 출력 범위인 다이나믹레인지(dynamic range)가 뛰어난 장점이 있다.
디지털 오디오의 신호는 아날로그 신호를 표본화 주파수만큼 샘플링하여 디지털 필터링 기술을 통해 0, 1 데이터 값으로 처리하는 오디오 신호를 의미한다. 대부분의 오디오 신호는 펄스부호변조(PCM) 데이터로 사용되며, 비트레이트(Bit Rate)와 샘플레이트(Sample Rate)에 따라 디지털 오디오의 성능이 결정된다.
디지털 오디오는 디지털 데이터 재생이 기본이 되며, 이를 위해 마이크를 통해 녹음한 아날로그 시그널을 아날로그-디지털 컨버터(ADC)를 통해 디지털 데이터로 바꾼 후 다양한 디지털 포맷으로 변환이 가능하다.
<디지털 오디오 신호 처리 경로>
디지털 오디오 신호를 증폭하여 소리를 듣기 위해서는 두 가지 처리 방법이 있다.
첫 번째는 디지털-아날로그 컨버터(DAC)를 이용하여 디지털 신호를 아날로그로 변환하여 사용하는 것이다. 이를 위해 모든 디지털 오디오 기기들은 DAC 솔루션을 내장하고 있다. 반대로 아날로그 오디오 신호를 디지털 신호로 변환하기 위해서는 아날로그-디지털 컨버터를 사용해야 하며, 디지털 음원 녹음을 위해서는 반드시 이 과정을 거쳐야 한다. 또한, 디지털 신호는 디지털 시그널 프로세서(DSP), 디지털 오디오 플레이어(DAP) 프로세스를 통해 디지털 필터, 이펙트, 음장감 등 다양한 기능을 추가할 수 있으며, 샘플레이트 컨버터(SRC)를 통해 디지털과 아날로그 간 변환시의 음질 열화를 방지하는 오버샘플링(Over Sampling) 기술도 사용할 수 있다.
두 번째로 디지털 오디오 전용 리시버와 앰프의 경우는 전달받은 디지털 신호를 펄스폭변조기(PWM, Pulse Width Modulation)로 프로세스 한 뒤 디지털 집적회로(IC)로 전달하여 간단한 디지털 필터만으로 처리하여 증폭하는 것이다.
디지털 신호의 전송에는 광출력(S/PDIF), I2S 등이 사용되며, 디지털 오디오 기기들은 이를 위해 AES/EBU, 옵티컬(Optical), 코액셜(Coaxial), USB 단자 등을 설치하여 디지털 신호를 받을 수 있다. 디지털 오디오의 볼륨 처리는 디지털 시그널 프로세서, 마이크로 프로세서 등을 통해 정교하고 정확한 스텝으로 처리된다.
펄스부호변조(PCM) 데이터의 경우는 디지털 비트레이트가 높을수록 정교하여 아날로그 신호에 근접하게 처리되기 때문에, DVD의 기본 포맷인 16비트 48kHz 샘플레이트를 넘어 24비트, 32비트의 처리 기술과 48kHz, 96kHz, 192kHz, 384kHz까지 확장된 고음질 오디오용 신호 처리로 확대되고 있다. 또한, 슈퍼오디오CD(SACD) 보급 이후 1비트 방식의 다이렉트 스트림 디지털(DSD) 데이터가 일반화 되면서 CD 포맷(16비트, 44.1kHz)의 64배인 2.8MHz과 128배인 5.6MHz의 고음질 디지털 오디오 데이터의 처리도 가능해졌다.
<디지털 오디오의 디지털 음원 재생 경로>
디지털 신호의 포맷은 디지털 음원을 의미하며, MP3, AAC, FLAC, WAVE, ALAC 등이 사용된다. 오디오 데이터는 펄스부호변조(PCM) 또는 데이터 용량을 줄인적응차등펄스부호변조(ADPCM, Adaptive Differential PCM)의 압축 방법이 사용된다. 디지털 음원 보급이 활성화 되면서 PC, 네트워크 플레이어, 미디어 플레이어를 통해 음원을 직접 재생할 수 있게 되었으며, 최종 아날로그 출력을 위해서는 디지털-아날로그 컨버터를 통해 아날로그 신호로 최종 증폭을 하게 된다.
디지털 오디오 데이터의 보관은 고음질 디지털 음원들이 발전하면서 데이터 용량이 커져, 과거의 CD, DVD 등에서 하드 디스크, 네트워크 서버 등으로 확대되었으며, 이를 통한 스트리밍 오디오가 발전하고 있다.