어떤 디지털 시스템의 AD/DA컨버터의 해상도가 16비트 이던 24비트이던 소리의 크기에 따라 비트의 양이 변하지는 않는다. (내부 DSP의 Floating point는 다름) 즉 볼륨이 0일때 1비트이고, 볼륨이 최고일때 24비트이고 식의 개념이 아니다. 소리가 크던 작던 16비트 장비는 언제나 16비트 데이터 양을 갖고, 24비트 장비는 언제나 24비트 데이터 양을 갖는다.
예를들어 디지털 메터에서는 입력신호가 없을때 모든 비트의 정보가 0이었다면 반대로 0dBfs까지 메터가 올라가면 모든 비트가 1이라는식의 데이터(정보)의 변환 개념이다. 즉 비트의 양이 늘거나 줄어드는것이 아니라, 비트의 정보가 0에서1로 1에서0으로 바뀔뿐이다.
사람의 머리는 십진법이다.
즉 0에서 9까지 세고 10으로 넘어간다.10을 단위로 다시 카운트되는것이 사람의 머리에서 일어나는 계산구조이다. 그러나 컴퓨터는 매우 단순하여 오직 2진법에 의한 0과1의 두가지 밖에 구분을 못한다.
이것도 사람이 이해하기 쉽게 하기위해 0과 1이라는 수치적 구분으로 표현을 할뿐, 실제 완전한 전기적 관점에서는 반도체 회로에 전기가 흘렀느냐, 흐르지 않았느냐의 구분일 뿐이다. 이때에 저장된 데이터를 유지하기 위해 전원을 계속 공급해(일종의 반복 재충전) 줘야하는 반도체가 DRAM (Dynamic RAM)이고, 재충전(Reflash)하지 않아도 저장데이터를 계속 유지하고있는 메모리가 SRAM (Static RAM)이다. 당연히 SRAM이 응답및 속도가 빠르다
1비트는 0과 1의 두가지를 구분한다.
2비트는 00, 10, 01, 11 의 네가지를 구분한다.
3비트는 000, 001, 010, 100, 011, 110, 101, 111 의 아홉가지의 경우의 수를 구분한다.
이러한 식으로 8비트는 256가지의 경우의 수를 구분하고, 16비트는 65,536의 경우의 수, 24비트는 16,777,216가지 겨우의 수를 구분한다. 바로 위의 경우의 수를 가지고 레벨의 변위를(디지털 영역에서)표현하는 것이다.
위의 이진법을 일일이 나열하여 표현하려면 01100010110....등등 무쟈게 길어질 것이다.
그래서 많은 컴퓨터언어에서는 다시 사람의이해에 쉽도록 16진법을 사용한다. 그래서 0에123456789ABCDEF까지 16단계의 16진법을 사용한다. 그래서 무슨 MAC주소나 컴퓨터 데이터, 매트릭스같은 영화화면을 보면 가끔나오는 2B, 3F, FF등등 어쩌구 하는게 다 위 이진법을 16진법으로 변환하여 길이를 줄여서 표현하는 것이다. 어째든 컴퓨터는 모든 표현을 내부적으로는 0과1의 이진법으로 인식하고 구분하며, 계산하고 표현한다.
(어셈블러, 즉 기계어를 공부해본 사람이라면 누구나 안다)
예:8비트의 00000000(2진법)=00(16진법)
11111111(2진법)=FF(16진법)
8비트는 256단계의 구분을 하며,이것을 16진법으로 표현하면, 16X16=256동일한 구분이 가능함
비트를 설명할때 다이나믹레인지 라는 말을 자주사용한다. 그러나 다니아믹 레인지는 소리의 크기를 표현하는 용어가 아니다. 가장낮은 노이즈레벨에서 가장 큰 레벨까지의 비율이다. 그 자체가 실제 보륨으로서의 SPL이나 Voltage를 대변하는 단위가 아니다.
디지털에서는 1비트마다 6디비의 다이나믹 레인지(S/N비)향상의 효과가 있다.
그래서 위와 같이 1비트가 증가할수록 시스템의 S/N비가 6디비씩 좋아진다. 즉 다이나믹 레인지가 높아진다.따라서 아래와 같다.
2bit = 4 (12dB)
4bit = 16 (24dB)
8bit = 256 (48dB)
16bit = 65,536 (96dB)
18bit = 262,144 (108dB)
20bit = 1,048,576 (120dB)
24bit = 16,777,216 (144dB)
근래 대다수의 디지털 장비가 24비트의 해상도를 갖는다. 그러면 위와 같이 이론상 144디비의 해상도를 갖겠지만 현실은 그렇지 못하다. 최종 출력단의 아나로그회로의 물리적 특성상 현실적으로는 120디비 정도의 레인지를 갖는다. 공교롭게도 이 수치는 실제 사람의 귀로 구분할수있는 가장 낮은레벨과 고통의 수준에 이르는가장 큰레벨의 차이, 즉 인간의 청각특성범위와 거의 일치한다고 한다.
아래의 그림과 설명은 작년 모협회의 디지털 오디오관련 강의때 사용한 자료의 일부이다.
자세한 설명을 일일히 블로그에 글로 표현하는것이 귀찮아서 그동안 공개를 안하고 개인적미팅에서만 간혹 사용해왔는데 부득이 오늘 또 장문을 써야하는 상황이 도래하여....
아래 그림은 아나로그 오디오 신호를 디지털로 4비트 양자화, 즉 16단계의 데이터로 구분을 하는 개념을 형상화한 그림이다. 그림의 빨간색 선과 같이 무한의 변화를 의미하는 아나로그의 레벨의 구분은, 디지털로 변환이 되면서 유한의 경계를 갖을수밖에 없다. 사실 이 과정에서 디더링 이라는 또다른 문제가 발생하는데, 이것까지 설명하자면 내용이 엄청나게 길어진다.
파일을 들어보면 구분할수 있다시피, 레벨 변위의 상대적 편차를 구분하는 단위가(비트) 조밀할수록 더욱 섬세한 표현이 가능해지는것이다. 비트는 비트일뿐이며 디지털 내부의 영역안에서 상대적인 크기의 해상도를 의미할 뿐이다. 이것은 실제 아나로그 볼륨과는 다른 의미이다.
즉 위의 사실에서 중요한건 풀스케일의 개념이다. 소리의 크기를 나타내는 상하진폭의 최대레벨폭은 디지털과 아나로그가 별개의 개념이다. 위의 그림은 디지털의 영역에서 설명한 레벨의 크기, 즉 비트의 해상도에 따른 구분의 단계를 설명하는 것으로서 디지털믹서의 메터, 즉 풀스케일메터를 의미한다.
그리고 실제 소리의 크기(전기적 출력의 레벨로서 볼테이지)는 결국 위의 디지털데이터가 최종출력단이 갖고있는 아나로그 회로의 스팩만큼의 제한을 받는다는 사실이다.
이론적으로 dBfs메터상 완전히 동일한 데이터를 갖는 레벨일지라도, 두 장비의 최종 출력단의 아나로그 스팩이 다르면 결국 그 차이의 비율만큼 출력 레벨이 다르다는 사실이다. 현대의 모든 장비는(아나로그 or 디지털) 대부분 18dBu, 22dBu, 24dBu, 28dBu의 최대허용 입출력 레벨을 갖고있다.
예를들어 동일하게 24비트의 해상도를 갖고, 각각 최대 허용입출력 레벨이 18dBu와 22dBu인 두 디지털 장비가 있다고 가정을 하자. 한 장비의 입력단의 최대허용입력이 18dBu이고 이론상 피크가 없는 그 최대레벨로 신호가 입력되었다면 이 장비는 18dBu의 입력레벨을 24비트의(즉 16.777,216단계) 해상도를 갖는 데이터로 구분을 하여 디지털 변환을 하고, 또 다른 장비의 최대 허용입력 스팩이 22dBu이고 그 최대레벨로 입력이 들어왔다면 이 장비 역시 동일하게 24비트의 해상도로 구분을 하는것이다.
즉 위 두가지 장비가 실제 들어온 아나로그 레벨은(즉 인간이 느끼는 볼륨의 크기) 서로 다른것임에도 불구하고 디지털 영역에서는 동일하게 24비트의 해상도와 레벨을 표현하는 동일한 데이터를 갖고 있다는 사실이다.
역시 반대로 출력단의 관점에서 바라보면.....
같은 24비트 해상도 안에서 피크가 없는 이상적인 최대레벨의 데이터를 갖고있다고 가정을 하면, 지금까지 우리가 레벨을 표현한다고 흐릿하게 알고있는 이 비트라는 정보가 장비의 최종 츨력단에서 DA컨버터를 거쳐 아나로그로 출력이 될때에는 결국 위에 설명한 두 장비의 스팩의 차이, 즉 18dBu와 22dBu의 레벨로 출력이 되는 것이다.
디지털 영역에서는 동일한 레벨(dBfs), 즉 동일한 비트의 정보가 실제 아나로그의 세계에서는 서로 다른 레벨일수 있다는것이다. 그것은 어디까지나 AD/DA컨버터, 즉 아나로그 스팩에 제한을 받는것이다. 요점은 귀로느끼는 아나로그 레벨이 다른것이 중요한것이 아니고 디지털 풀스케일의 개념을 이해하는것이다.
비트는 비트일뿐이며 데이터일 뿐이다. 즉 디지털 도메인안에서 AD컨버터를 거쳐 소리의 크기를(볼륨이 아님) 디지털의 영역에서 구분하기위한 스케일 데이터이다.
바로 이 의미가 Full Scale이며,우리가 매일같이 보고있는 디지털 메터이다.
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