클리핑(신호 처리)

Clipping (signal processing)
앰프 클리핑의 오실로스코프 화면. 앰프는 상단과 하단이 둥근 깨끗한 사인파를 출력해야 하지만, 대신 평평하게 잘리거나 잘린다.

클리핑(clipping)은 일단 신호가 임계값을 초과하면 이를 제한하는 왜곡의 일종이다. 클리핑은 측정할 수 있는 데이터 범위에 제약이 있는 센서에 의해 신호가 기록될 때 발생할 수 있고, 신호가 디지털화될 때 발생할 수 있으며, 특히 게인이나 오버슈트 및 언더슈트가 있을 때 아날로그 또는 디지털 신호가 변환될 때 발생할 수 있다.

클리핑은 신호가 임계값에서 엄격히 제한되어 플랫 컷오프를 생성하는 경우 하드로 설명하거나, 클리핑된 신호가 감소된 이득으로 원본을 계속 따라오는 경우 부드러운 것으로 설명할 수 있다. 하드 클리핑은 많은 고주파 고조파를 초래한다; 소프트 클리핑은 고차 고조파 및 상호변조 왜곡 구성요소를 감소시킨다.

오디오

이 PCM 파형이 빨간색 선 사이에 잘림
주요 기사: 클리핑(오디오)

주파수 영역에서 클리핑은 고주파 범위에서 강한 고조파를 생성한다(클립된 파형이 사각파에 가까워짐에 따라). 신호의 추가 고주파 가중치는 신호가 잘리지 않는 경우보다 트위터를 더 손상시킬 수 있다.

많은 전기 기타 연주자들은 원하는 소리를 얻기 위해 일부러 앰프를 과도하게 구동(또는 "퍼즈 박스"를 삽입)하여 클리핑을 유발한다(기타 왜곡 참조).

일반적으로 클리핑과 관련된 왜곡은 원치 않으며, 소리가 들리지 않더라도 오실로스코프에서 볼 수 있다.[1]

이미지들

주요기사 : 클램핑(그래픽)
축소된 하이라이트를 보여주는 예 이미지. 상단: 원본 이미지, 하단: 빨간색 표시된 블로우아웃 영역

이미지 도메인에서 클리핑은 모든 색상 구성요소가 클리핑되면 순수한 흰색으로 변하는 불포화(세척) 밝은 영역으로 간주된다.

원인들

아날로그 회로

회로 설계자는 신호를 원하는 범위 내에 유지하기 위해 의도적으로 클리퍼 또는 클램퍼를 사용할 수 있다.

앰프를 밀어서 지지할 수 있는 것보다 더 많은 전력을 가진 신호를 만들면 최대 용량까지만 신호를 증폭시키고, 이때 신호는 더 이상 증폭되지 않는다.

  • 집적 회로 또는 이산 고체 상태 증폭기는 구동되는 전압보다 큰 출력 전압을 제공할 수 없다(일반적으로 라인 레벨 장비에 사용되는 작동 증폭기의 경우 24 또는 30볼트 스프레드).
  • 진공관은 크기, 온도, 금속 등에 따라 제한된 수의 전자를 일정 시간 동안만 움직일 수 있다.
  • 변압기(관 장비의 단계 사이에 가장 일반적으로 사용됨)는 강자성 코어가 전자석 포화 상태가 되면 클리핑된다.

디지털 처리

추가 정보: 포화 산술

디지털 신호 처리에서, 신호가 선택된 표현 범위에 의해 제한될 때 클리핑이 발생한다. 예를 들어 16비트 부호 정수를 사용하는 시스템에서 32767은 나타낼 수 있는 가장 큰 양의 값이며, 신호의 진폭을 두 배로 하는 경우 32000의 샘플 값은 64000이 되어야 하지만 그 대신 최대값인 32767로 잘린다. 클리핑은 디지털 하드웨어가 "과다 흐름"을 허용하고 크기 중 가장 중요한 비트를 무시하며 때로는 샘플 값의 부호까지 무시하여 신호의 총체적인 왜곡을 초래하는 디지털 시스템(포장)의 대안보다 바람직하다.

정수가 아닌 부동 소수점 숫자를 사용하여 클리핑 발생률을 크게 줄일 수 있다. 그러나 부동 소수점 번호는 대개 사용 효율성이 떨어지며, 때로는 정밀도를 상실하기도 하며, 숫자가 매우 크거나 작을 경우 여전히 잘릴 수 있다.

클리핑 방지

클리핑은 신호(예를 들어 오실로스코프에서)를 보고 파장의 상단과 하단이 더 이상 매끄럽지 않음을 관찰함으로써 감지할 수 있다. 이미지로 작업할 때 일부 도구는 순수한 흰색인 모든 픽셀을 강조 표시하여 사용자가 더 큰 흰색 픽셀 그룹을 식별하고 너무 많은 클리핑이 발생했는지 여부를 결정할 수 있다.

클리핑을 피하기 위해 리미터(Limiter)를 사용해 신호를 동적으로 줄일 수 있다. 주의 깊게 하지 않으면 바람직하지 않은 왜곡을 야기할 수 있지만, 데이터가 완전히 손실되는 것을 방지한다.

잘린 신호 수리

클리핑이 발생하면 원래 신호의 일부가 손실돼 완벽한 복원이 불가능하다. 따라서, 애초에 클리핑을 피하는 것이 훨씬 더 바람직하다. 단, 수리가 유일한 옵션일 경우, 신호의 잘린 부분에 대해 그럴듯하게 대체하는 것이 목표다.

참고 항목

참조

  1. ^ Zottola, Tino (1996). Vacuum Tube and Guitar and Bass Amplifier Servicing. Bold Strummer. p. 6. ISBN 0-933224-97-4.