아날로그 및 디지털 녹음 작동 방식

이 기사에서는 두 기술의 차이점을 완전히 이해할 수 있도록 아날로그 및 디지털 녹음을 검토합니다.

 

내용물

1. 처음: 에칭 주석
2. 아날로그 웨이브
3. 디지털 데이터
4. CD 저장 용량

Thomas Edison 은 1877년에 소리를 녹음하고 재생하는 최초의 장치를 만든 것으로 알려져 있습니다. 그의 접근 방식은 아날로그 웨이브를 기계적으로 저장하는 매우 간단한 메커니즘을 사용했습니다. 에디슨의 원래 축음기 에서는 다이어프램이 바늘을 직접 제어하고 바늘이 은박지 실린더에 아날로그 신호를 긁었습니다.

당신은 실린더를 회전시키면서 에디슨의 장치에 대고 말했고, 바늘은 당신이 말한 것을 주석에 "기록"했습니다. 즉, 다이어프램이 진동하면 바늘도 진동하고 그 진동이 주석에 영향을 줍니다. 소리를 재생하기 위해 녹음 중에 긁힌 홈 위로 바늘이 움직였습니다. 재생하는 동안 주석에 눌린 진동으로 인해 바늘이 진동하여 진동판이 진동하여 소리가 재생됩니다.

이 시스템은 1887년 Emil Berliner 가 축음기 를 만들기 위해 개선했으며 , 이 축음기 는 바늘과 진동판을 사용하는 순수한 기계 장치이기도 합니다. 축음기의 주요 개선 사항은 나선형 홈이 있는 평평한 레코드를 사용하여 레코드의 대량 생산을 쉽게 만든 것입니다. 현대의 축음기는 같은 방식으로 작동하지만 바늘로 읽는 신호는 기계적 진동판을 직접 진동시키는 대신 전자적으로 증폭됩니다.

에디슨 축음기의 바늘이 주석 실린더를 긁고 있는 것은 무엇입니까? 그것은이다 아날로그 파 음성에 의해 생성 된 진동을 나타내는. 예를 들어, 다음은 "hello"라는 단어로 생성된 아날로그 웨이브를 보여주는 그래프입니다.

이 파형은 은박지가 아닌 전자적으로 기록되었지만 원리는 동일합니다. 이 그래프가 보여주는 것은 본질적으로 시간( X축 ) 에 따른 마이크의 진동판( Y축 ) 의 위치입니다 . 진동은 매우 빠릅니다. 진동판은 초당 1,000번 정도 진동 합니다. 이것은 Edison의 장치에서 은박지에 긁힌 일종의 파도입니다. "hello"라는 단어의 파형은 상당히 복잡합니다. 순수한 톤은 다음 500헤르츠 파동(500헤르츠 = 초당 500회 진동)과 같이 특정 주파수에서 진동하는 사인파입니다.

아날로그 웨이브의 저장 및 재생이 매우 간단할 수 있음을 알 수 있습니다. 주석을 긁는 것은 확실히 직접적이고 직접적인 접근 방식입니다. 단순 접근 방식의 문제점은 충실도 가 그다지 좋지 않다는 것입니다. 예를 들어, 에디슨의 축음기를 사용할 때 의도한 신호와 함께 많은 스크래치 노이즈가 저장되고 신호가 여러 가지 방식으로 왜곡됩니다. 또한 축음기를 반복적으로 연주하면 결국 마모됩니다. 바늘이 홈을 통과하면 바늘이 약간 변경되고 결국 지워집니다.

A의 CD (및 다른 디지털 레코딩 기술), 목표는 매우로 녹화 만드는 것이다 고 충실도 (원래의 신호와 재생 신호의 매우 높은 유사성)와 완벽하게 재현 (녹음은 재생 같은 매번 소리 몇 번을 플레이해도 상관없습니다.)

이 두 가지 목표를 달성하기 위해 디지털 녹음은 아날로그 웨이브를 숫자의 스트림으로 변환하고 웨이브 대신 숫자를 기록합니다. 변환은 ADC( 아날로그-디지털 변환기) 라는 장치에 의해 수행됩니다 . 음악을 재생하기 위해 숫자 스트림은 DAC( 디지털-아날로그 변환기 )에 의해 아날로그 웨이브로 다시 변환됩니다 . DAC에서 생성된 아날로그 웨이브는 증폭 되어 스피커 로 공급되어 사운드를 생성합니다.

DAC에서 생성되는 아날로그 웨이브는 숫자가 손상되지 않는 한 항상 동일합니다. DAC에 의해 생성된 아날로그 웨이브는 아날로그-디지털 변환기가 높은 속도로 샘플링되어 정확한 수치를 생성한다면 원래의 아날로그 웨이브와 매우 유사할 것입니다.

아날로그에서 디지털로의 변환 과정을 더 잘 이해한다면 CD가 왜 그렇게 충실도가 높은지 이해할 수 있습니다. 음파가 있고 ADC로 샘플링하려고 한다고 가정해 보겠습니다. 다음은 일반적인 파동입니다(여기서 수평 축의 각 눈금이 1000분의 1초를 나타낸다고 가정).

아날로그-디지털 변환기로 웨이브를 샘플링하면 두 가지 변수를 제어할 수 있습니다.

다음 그림에서 샘플링 속도가 초당 1,000이고 정밀도가 10이라고 가정합니다.

녹색 사각형은 샘플을 나타냅니다. 1000분의 1초마다 ADC는 파형을 보고 0과 9 사이에서 가장 가까운 숫자를 선택합니다. 선택한 숫자는 그림 하단에 표시됩니다. 이 숫자는 원래 웨이브의 디지털 표현입니다. DAC가 이 숫자에서 웨이브를 다시 생성하면 다음 그림과 같이 파란색 선이 표시됩니다.

파란색 선이 원래 빨간색 선에서 볼 수 있었던 디테일을 상당히 잃은 것을 볼 수 있으며, 이는 재현된 웨이브의 충실도가 그다지 좋지 않음을 의미합니다. 이것은 샘플링 오류 입니다. 샘플링 속도와 정밀도를 모두 높여 샘플링 오류를 줄입니다. 다음 그림에서는 속도와 정밀도가 모두 2배 향상되었습니다(초당 2,000개 샘플의 속도로 20계조).

다음 그림에서는 속도와 정밀도가 다시 두 배가 되었습니다(초당 4,000개 샘플에서 40개 계조).

속도와 정밀도가 증가할수록 충실도(원래 웨이브와 DAC의 출력 간의 유사성)가 향상되는 것을 볼 수 있습니다. CD 사운드의 경우 충실도가 중요한 목표이므로 샘플링 속도는 초당 44,100샘플이고 계조 수는 65,536입니다. 이 수준에서 DAC의 출력은 원래 파형과 매우 밀접하게 일치하여 사운드가 본질적으로 대부분의 인간 귀에 "완벽"합니다 .

CD의 샘플링 속도와 정밀도에 대한 한 가지는 많은 데이터를 생성한다는 것입니다. CD에서 ADC에 의해 생성된 디지털 숫자는 바이트 로 저장되며 65,536계조를 나타내는 데 2바이트가 필요합니다. 두 개의 사운드 스트림이 녹음되고 있습니다(스테레오 시스템의 각 스피커에 대해 하나씩). CD는 최대 74분 분량의 음악을 저장할 수 있으므로 CD에 저장해야 하는 디지털 데이터의 총량은 다음과 같습니다.

44,100개 샘플/(채널*초) * 2바이트/샘플 * 2개 채널 * 74분 * 60초/분 = 783,216,000바이트

그것은 많은 바이트입니다! 대부분의 사람들이 CD를 넣는 남용을 견뎌낼 수 있을 만큼 충분히 튼튼한 값싼 플라스틱 조각에 많은 바이트를 저장하는 것은 쉬운 일이 아닙니다. 특히 첫 번째 CD가 1980년에 나왔다는 점을 고려하면 더욱 그렇습니다. 전체 CD의 작동 방식 읽기 이야기!

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