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디지털 오디오

Digital audio
이 글은 소리를 녹음하는 기술에 관한 것입니다.원래 "Digital Audio"(디지털 오디오)라는 이름의 사용되지 않는 매거진은 CD Review(CD 리뷰)를 참조하십시오.
"디지털 음악"은 여기로 리디렉션됩니다.디지털 또는 전자적 방법으로 작곡된 현대 음악에 대해서는 컴퓨터 음악 및 전자 음악을 참조하십시오.
디지털 오디오 레코더에 오디오 레벨 표시(Zoom H4n)

디지털 오디오는 디지털 형태로 녹음되거나 변환된 소리의 표현입니다.디지털 오디오에서, 오디오 신호의 음파는 일반적으로 연속적인 시퀀스로 숫자 샘플로서 인코딩됩니다.예를 들어, CD 오디오에서는 각각 16비트 샘플 깊이로 초당 44,100회 샘플이 추출됩니다.디지털 오디오는 디지털 형태로 부호화된 오디오 신호를 이용한 음향 녹음 및 재생 기술 전반에 대한 명칭이기도 합니다.1970년대와 1980년대에 디지털 오디오 기술의 중요한 발전에 따라, 그것은 1990년대와 2000년대에 오디오 공학, 음반 제작 및 통신의 많은 분야에서 점차 아날로그 오디오 기술을 대체했습니다.

디지털 오디오 시스템에서, 사운드를 나타내는 아날로그 전기 신호는 아날로그-디지털 변환기(ADC)를 통해 디지털 신호로 변환되며, 일반적으로 펄스-코드 변조(PCM)를 사용합니다.그런 다음 컴퓨터, 오디오 재생 기계 및 기타 디지털 도구를 사용하여 이 디지털 신호를 녹음, 편집, 수정 및 복사할 수 있습니다.재생을 위해 디지털-아날로그 변환기(DAC)는 역과정을 수행하여 디지털 신호를 아날로그 신호로 다시 변환하고 오디오 전력 증폭기를 통해 최종적으로 라우드스피커로 전송합니다.

디지털 오디오 시스템은 압축, 저장, 처리 및 전송 컴포넌트를 포함할 수 있습니다.디지털 형식으로 변환하면 오디오 신호를 편리하게 조작, 저장, 전송 및 검색할 수 있습니다.녹음 파일을 복사하면 생성 손실과 신호 품질 저하가 발생하는 아날로그 오디오와 달리 디지털 오디오는 신호 품질 저하 없이 무한정 복사할 수 있습니다.

개요

빨간색으로 표시된 음파는 디지털로, 파란색으로 표시됩니다(샘플링 및 4비트 양자화 후).

디지털 오디오 기술은 노래, 악기, 팟캐스트, 사운드 이펙트 및 기타 사운드의 녹음, 조작, 양산 및 배포에 사용됩니다.현대의 온라인 음악 배포는 디지털 녹음과 데이터 압축에 의존합니다.음악을 물리적 개체가 아닌 데이터 파일로 사용할 수 있게 됨에 따라 배포 비용이 크게 절감되었을 뿐만 아니라 복사본을 보다 쉽게 공유할 수 있게 되었습니다.[1]디지털 오디오 이전에 음악 산업은 음반과 카세트 테이프 형태의 실물 복사본을 판매함으로써 음악을 유통하고 판매했습니다.디지털 오디오와 iTunes와 같은 온라인 배포 시스템으로, 회사들은 소비자들에게 디지털 사운드 파일을 판매하고, 소비자들은 인터넷을 통해 그것을 받습니다.Apple Music, Spotify 또는 Youtube와 같은 인기 있는 스트리밍 서비스는 디지털 파일에 대한 일시적인 액세스를 제공하며, 이제 가장 일반적인 음악 소비[2] 형태가 되었습니다.

아날로그 오디오 시스템은 마이크와 같은 트랜스듀서를 사용하여 소리의 물리적 파형을 해당 파형의 전기적 표현으로 변환합니다.소리는 자기 테이프와 같은 아날로그 매체에 저장되거나 전화선이나 라디오와 같은 아날로그 매체를 통해 전송됩니다.재생을 위해 프로세스가 반대로 전환됩니다. 전기 오디오 신호는 증폭된 다음 라우드스피커를 통해 다시 물리적 파형으로 변환됩니다.아날로그 오디오는 저장, 변환, 복제 및 증폭을 통해 기본적인 파동 특성을 유지합니다.

아날로그 오디오 신호는 전자 회로 및 관련 장치의 고유 특성으로 인해 노이즈 및 왜곡에 취약합니다.디지털 시스템의 장애는 심벌이 너무 커서 다른 심벌로 잘못 해석되거나 심벌의 순서를 방해하지 않는 한 오류를 초래하지 않습니다.따라서 일반적으로 디지털 형식으로 변환하는 것과 아날로그로 다시 변환하는 것 사이에 잡음이나 왜곡이 발생하지 않는 완전히 오류가 없는 디지털 오디오 시스템을 갖는 것이 가능합니다.[a]

디지털 오디오 신호는 신호의 저장 또는 전송에서 발생할 수 있는 오류를 수정하기 위해 인코딩될 수 있습니다.채널 코딩(channel coding)으로 알려진 이 기술은 방송 또는 녹화된 디지털 시스템이 비트 정확도를 유지하는 데 필수적입니다.8-14 변조는 오디오 콤팩트 디스크(CD)에 사용되는 채널 코드입니다.

전환과정

Analog to Digital to Analog conversion
소스에서 ADC, 디지털 처리, DAC를 거쳐 마지막으로 다시 소리로 소리가 나는 라이프사이클입니다.

오디오 신호가 아날로그인 경우 디지털 오디오 시스템은 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 ADC로 시작합니다.[b]ADC는 지정된 샘플링 속도로 실행되며 알려진 비트 해상도로 변환됩니다.예를 들어 CD 오디오의 샘플링 속도는 44.1 kHz(초당 44,100 샘플)이며 각 스테레오 채널에 대해 16비트 해상도를 가집니다.Nyquist 주파수(샘플링 레이트의 절반)보다 높은 주파수를 가진 오디오 신호로 인해 발생하는 앨리어싱 왜곡을 방지하기 위해 대역 제한되지 않은 아날로그 신호는 변환 전에 안티 앨리어싱 필터를 통과해야 합니다.

디지털 오디오 신호는 저장되거나 전송될 수 있습니다.디지털 오디오는 CD, 디지털 오디오 플레이어, 하드 드라이브, USB 플래시 드라이브 또는 기타 디지털 데이터 저장 장치에 저장할 수 있습니다.디지털 신호는 디지털 신호 처리를 통해 변경될 수 있으며, 여기서 필터링되거나 효과가 적용될 수 있습니다.업샘플링 및 다운샘플링을 포함하는 샘플율 변환은 처리 전에 다른 샘플링율로 인코딩된 신호를 공통 샘플링율로 변경하는 데 사용될 수 있습니다.파일 크기를 줄이기 위해 MP3, Advanced Audio Coding, Ogg Vorbis 또는 FLAC와 같은 오디오 데이터 압축 방법이 일반적으로 사용됩니다.디지털 오디오는 AES3 또는 MADI와 같은 디지털 오디오 인터페이스를 통해 전송될 수 있습니다. 디지털 오디오는 이더넷을 통한 오디오, IP를 통한 오디오 또는 기타 스트리밍 미디어 표준 및 시스템을 사용하여 네트워크를 통해 전송될 수 있습니다.

재생하려면 디지털 오디오를 DAC가 있는 아날로그 신호로 다시 변환해야 합니다.나이퀴스트-셰넌 샘플링 정리에 따르면, 몇 가지 현실적이고 이론적인 제약이 있는 경우, 원래 아날로그 신호의 대역 제한 버전을 디지털 신호로부터 정확하게 재구성할 수 있습니다.

변환 중에는 디지털 워터마크로 오디오 데이터를 삽입하여 불법 복제 및 무단 사용을 방지할 수 있습니다.워터마킹은 DSSS(direct-sequence spread-spectrum) 방법을 사용하여 수행됩니다.그런 다음 PN(pseudo-noise) 시퀀스에 의해 오디오 정보가 변조된 다음 주파수 영역 내에서 모양을 만들고 원래 신호에 다시 넣습니다.내장 강도에 따라 오디오 데이터의 워터마크 강도가 결정됩니다.[4]

역사

코딩

주요 기사:오디오 코딩 포맷 및 오디오 데이터 압축

펄스코드 변조(PCM)는 1937년 영국 과학자 알렉 리브스에 의해 발명되었습니다.[5]1950년 C. 벨 연구소의 채핀 커틀러는 데이터 압축 알고리즘인 DPCM(Differential [6]Pulse-Code Modulation)에 관한 특허를 출원했습니다.적응형 DPCM(Adaptive DPCM)은 P에 의해 도입되었습니다.커미스키, 니킬 S. 자얀트, 제임스 L. 1973년 벨 연구소의 플래너건.[7][8]

지각 코딩은 선형 예측 코딩(LPC)과 함께 스피치 코딩 압축을 위해 최초로 사용되었습니다.[9]LPC의 초기 개념은 1966년 나고야 대학의 이타쿠라 후미타다와 사이토 슈조의 작품으로 거슬러 올라갑니다.[10]1970년대에 비슈누 S. 아탈과 만프레드 R. Bell Labs의 Schroeder는 인간 귀의 마스킹 특성을 이용한 지각 코딩 알고리즘인 적응형 예측 코딩(APC)이라고 불리는 LPC의 한 형태를 개발했으며, 1980년대 초 코드 들뜬 선형 예측(CELP) 알고리즘을 사용했습니다.[9]

1972년 Nasir Ahmed에 의해 처음 제안된 손실 압축 방법인 이산 코사인 변환(DCT)[11][12] 코딩은 1987년 J. P. Princen, A. W. Johnson 및 A. B. Bradley에 의해 개발된 변형 이산 코사인 변환(MDCT)의 기초를 제공했습니다.[13]MDCT는 돌비 디지털(AC-3),[14] MP3(MPEG 계층 III),[15][9] 어드밴스드 오디오 코딩(AAC), 윈도우 미디어 오디오(WMA) 및 Vorbis(Ogg)와 같은 대부분의 오디오 코딩 표준의 기초입니다.[14]

녹음

주요 기사:디지털 레코딩

PCM은 상업 방송 및 녹화에 처음 사용되기 훨씬 전부터 통신 응용 분야에서 사용되었습니다.상업용 디지털 레코딩은 1960년대 NHK와 니혼 컬럼비아 그리고 데논 브랜드에 의해 일본에서 개척되었습니다.최초의 상업용 디지털 녹음은 1971년에 출시되었습니다.[16]

BBC는 또한 1960년대에 디지털 오디오로 실험하기 시작했습니다.1970년대 초반에는 2채널 레코더를 개발했고 1972년에는 방송센터와 원격 송신기를 연결하는 디지털 오디오 전송 시스템을 구축했습니다.[16]

릴투릴 테이프 레코더

미국 최초의 16비트 PCM 레코딩은 1976년 산타페 오페라에서 토마스 스탁햄(Thomas Stockham)이 사운드스트림 레코더로 만들었습니다.사운드스트림 시스템의 개선된 버전은 1978년 Telarc에 의해 몇몇 클래식 음반을 제작하는 데 사용되었습니다.당시 개발 중이던 3M 디지털 멀티트랙 레코더는 BBC 기술을 기반으로 했습니다.이 기계에서 녹음된 최초의 올 디지털 앨범은 1979년의 Ry Cooder의 Boptil You Drop이었습니다.영국 음반사인 데카(Decca)는 1978년 2트랙 디지털 오디오 레코더 개발을 시작해 1979년 유럽 최초의 디지털 레코딩을 발표했습니다.[16]

1980년대 초 소니/스터더(DASH)와 미쓰비시(ProDigi)가 생산한 인기 있는 전문 디지털 멀티트랙 레코더는 주요 레코드 회사들이 디지털 레코딩을 수용하는 데 도움을 주었습니다.이러한 포맷의 기계들은 릴-투-릴 테이프를 1/4, 1/2, 또는 1"폭으로 사용하여 자체적인 운송 수단도 내장되어 있었으며, 오디오 데이터는 다중 트랙 고정식 테이프 헤드를 사용하여 테이프에 녹음되었습니다.PCM 어댑터는 기존의 NTCS 또는 PAL 비디오 테이프 레코더에서 스테레오 디지털 오디오 레코딩이 가능합니다.

1982년 CD의 출시는 소비자들에게 디지털 오디오를 대중화시켰습니다.[16]

ADAT는 1990년대 초에 사용할 수 있게 되었고, S-VHS 카세트에 44.1 또는 48kHz의 8트랙 녹음을 허용했고, DTRS는 Hi8 테이프와 비슷한 기능을 수행했습니다.

ProDigi 및 DASH와 같은 형식은 헬리컬 스캔 방식의 녹음 과정 때문에 RDAT(Rotating-head Digital Audio Tape) 형식으로 불리던 PCM 어댑터 기반 시스템 및 DAT와 같은 형식이 아닌 SDAT(Stationary-head Digital Audio Tape) 형식으로 불리었습니다.

DAT 카세트와 마찬가지로 ProDigi 및 DASH 기계도 필수 44.1 kHz 샘플링 속도뿐만 아니라 모든 기계에서 48 kHz 샘플링 속도를 수용했으며 결국 96 kHz 샘플링 속도를 수용했습니다.테이프 속도가 향상되고, 금속 제형 테이프와 결합하여 사용하는 헤드 갭이 줄어들고, 여러 개의 병렬 트랙에 걸쳐 데이터가 분산됨으로써 일반적인 아날로그 레코더가 디지털 레코딩의 대역폭(주파수 범위) 요구를 충족할 수 없게 되는 문제를 극복했습니다.

아날로그 시스템과 달리 현대의 디지털 오디오 워크스테이션과 오디오 인터페이스는 컴퓨터가 한 번에 효과적으로 실행할 수 있는 수만큼의 다양한 샘플링 속도의 채널을 허용합니다.Avid Audio와 Steinberg는 1989년 최초의 디지털 오디오 워크스테이션 소프트웨어 프로그램을 출시했습니다.[17]디지털 오디오 워크스테이션은 아날로그 장비로 어려운 대형 프로젝트의 멀티트랙 녹음과 믹싱을 훨씬 쉽게 해줍니다.

텔레포니

주요 기사:디지털 전화

1970년대 초에 개발된 MOS(Metal-Oxide-Semiconductor) 스위치드 캐패시터(SC) 회로 기술은 PCM 디지털 전화의 급속한 발전과 광범위한 채택을 가능하게 했습니다.[18]이것은 1970년대 후반 PCM 코덱-필터 칩의 개발로 이어졌습니다.[18][19]데이비드 A가 개발한 실리콘 게이트 CMOS(Complementary MOS) PCM 코덱-필터 칩. 호지스와 W.C.1980년 블랙은 디지털 전화의 업계 표준이 되었습니다.[18][18][19]1990년대까지 공중 교환 전화 네트워크(PSTN)와 같은 전기 통신 네트워크는 전화 교환, 사용자-엔드 모뎀 및 통합 서비스와 같은 다양한 디지털 전송 응용 프로그램에 널리 사용되는 VLSI(매우 대규모 통합) CMOS PCM 코덱-필터로 대부분 디지털화되었습니다.ces digital network (ISDN),[19] 무선 전화 및 휴대폰.

소니 프로페셔널 디지털 오디오 테이프(DAT) 레코더 PCM-7030

테크놀러지스

디지털 오디오는 오디오 방송에 사용됩니다.표준 기술로는 DAB(Digital Audio Broadcasting), DRM(Digital Radio Mondiale), HD 라디오 및 IBOC(In-band on-channel)가 있습니다.

녹음 애플리케이션의 디지털 오디오는 CD, DAT(Digital Audio Tape), DCC(Digital Compact Cassette) 및 MiniDisc(Digital Compact Cassette)를 비롯한 오디오 전용 기술에 저장됩니다.디지털 오디오는 표준 오디오 파일 형식으로 저장하고 하드 디스크 레코더, 블루레이 또는 DVD-오디오에 저장할 수 있습니다.스마트폰, 컴퓨터 또는 MP3 플레이어에서 파일을 재생할 수 있습니다.디지털 오디오 해상도는 샘플 깊이로 측정됩니다.대부분의 디지털 오디오 형식은 16비트, 24비트 및 32비트의 샘플 깊이를 사용합니다.

디지털 오디오 워크스테이션

인터페이스


개인용 컴퓨터의 경우 USB와 IEEE 1394에 실시간 디지털 오디오를 제공할 수 있는 규정이 있습니다.USB 인터페이스는 작은 크기와 사용 편의성 때문에 독립적인 오디오 엔지니어와 제작자들 사이에서 점점 더 인기를 얻고 있습니다.전문 아키텍처나 설치 애플리케이션에서는 이더넷을 통한 수많은 오디오 프로토콜과 인터페이스가 존재합니다.방송에서는 보다 일반적인 오디오 over IP 네트워크 기술이 선호됩니다.전화 통화에서 Voice over IP는 음성 통신을 위한 디지털 오디오를 위한 네트워크 인터페이스로 사용됩니다.

HDMI 및 DisplayPort를 포함하여 디지털 비디오 및 오디오를 함께 전송할 수 있도록 설계된 여러 인터페이스가 있습니다.일부 인터페이스는 XLR 및 TRS 아날로그 포트뿐만 아니라 MIDI 지원도 제공합니다.

Focusrite USB 인터페이스

디지털 오디오 전용 인터페이스는 다음과 같습니다.

참고 항목

메모들

  1. ^ 안티 앨리어 필터링 및 옵션 디지털 신호 처리는 통과 대역 리플, 비선형 위상 이동, 숫자 정밀 양자화 노이즈 또는 과도의 시간 왜곡을 통해 오디오 신호를 저하시킬 수 있습니다.그러나 이러한 잠재적인 성능 저하는 신중한 디지털 설계에 의해 제한될 수 있습니다.[3]
  2. ^ 디지털 합성에 의해 생성된 것과 같은 일부 오디오 신호는 전적으로 디지털 영역에서 발생하며, 이 경우 아날로그-디지털 변환이 일어나지 않습니다.

참고문헌

  1. ^ Janssens, Jelle; Stijn Vandaele; Tom Vander Beken (2009). "The Music Industry on (the) Line? Surviving Music Piracy in a Digital Era". European Journal of Crime, Criminal Law and Criminal Justice. 77 (96): 77–96. doi:10.1163/157181709X429105. hdl:1854/LU-608677.
  2. ^ Liikkanen, Lassi A.; Åman, Pirkka (May 2016). "Shuffling Services: Current Trends in Interacting with Digital Music". Interacting with Computers. 28 (3): 352–371. doi:10.1093/iwc/iwv004. ISSN 0953-5438.
  3. ^ Story, Mike (September 1997). "A Suggested Explanation For (Some Of) The Audible Differences Between High Sample Rate And Conventional Sample Rate Audio Material" (PDF). dCS Ltd. Archived (PDF) from the original on 28 November 2009.
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  5. ^ Genius Unrecognised, BBC, 2011-03-27, retrieved 2011-03-30
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  7. ^ P. 커미스키, Nikil S. Jayant, J. L. Flanagan, "음성의 미분 PCM 코딩에서의 적응 양자화", Bell Syst. Tech. J., vol. 52, pp. 1105-1118, 1973년 9월
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  10. ^ Gray, Robert M. (2010). "A History of Realtime Digital Speech on Packet Networks: Part II of Linear Predictive Coding and the Internet Protocol" (PDF). Found. Trends Signal Process. 3 (4): 203–303. doi:10.1561/2000000036. ISSN 1932-8346.
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  12. ^ Nasir Ahmed; T. Natarajan; Kamisetty Ramamohan Rao (January 1974). "Discrete Cosine Transform" (PDF). IEEE Transactions on Computers. C-23 (1): 90–93. doi:10.1109/T-C.1974.223784. S2CID 149806273.
  13. ^ J. P. Princen, A. W. Johnson und A. B. Bradley: 시간 도메인 앨리어싱 취소에 기반한 필터 뱅크 설계를 사용한 서브밴드/변환 코딩, IEEE Proc.국제 음향, 음성 및 신호 처리 회의(ICASSP), 2161-2164, 1987
  14. ^ a b Luo, Fa-Long (2008). Mobile Multimedia Broadcasting Standards: Technology and Practice. Springer Science & Business Media. p. 590. ISBN 9780387782638.
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  16. ^ a b c d Fine, Thomas (2008). Barry R. Ashpole (ed.). "The Dawn of Commercial Digital Recording" (PDF). ARSC Journal. Retrieved 2010-05-02.
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추가열람

  • Borwick, John, Ed., 1994: 사운드 레코딩 실습(Oxford:옥스퍼드 대학교 출판부)
  • Bosi, Marina, and Goldberg, Richard E., 2003: 디지털 오디오 코딩 및 표준 소개 (Springer)
  • Ifacher, Emmanuel C., and Jervis, Barrie W., 2002: Digital Signal Processing: A Practical Approach (Harlow, England: Pearson Education Limited)
  • 라비너, 로렌스 R. 그리고 골드, 버나드, 1975:디지털 신호처리의 이론과 적용 (Englewood Cliffes, 뉴저지: Prentice-Hall, Inc.)
  • 왓킨슨, 존, 1994:디지털 오디오의 기술(옥스퍼드:포커스 프레스)

외부 링크

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이 오디오 파일은 2016년 3월 12일자(2016-03-12) 본 문서의 개정판에서 작성되었으며 이후의 편집 내용은 반영되지 않습니다.
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