우리는 1편에서 아날로그 필터와 A/D 컨버팅에 대해서 살짝 알아보았습니다.
하지만 아날로그 필터는 필터의 기울기가 급격하게 됨에 따라서 수많은 위상 변화와 노이즈 문제점 을 수반하게 되어 있습니다.
그러면 Lineat phase 필터를 쓰면 되지 않느냐? 하지만 아날로그 상황에서의 리니어 패이즈 필터는 없는걸로 알고 있습니다. 디지털 도메인에서만 가능합니다.
그래서 과학자들은 머리를 쥐어짜내어서 오버 샘플링 이란 기술을 만들어 냈습니다.
우리는 전에 알리에스 에러가 어느정도의 Amplitude 로 존재 하는지에 대한 그래프를 본적이 있습니다.
아래와 같습니다.
만약에 Fs=40kHz 이라고 한다면 0.5fs =20kHz 가 되겠구요, 아무런 아날로그 필터(안티 앨리어스 필터)를 사용하지 않았을경우, 20-40kHz 사이의 쓸데 없는 성분이 만들어내는 앨리어스 선분은 가장 왼쪽의 부분이 될것입니다. (검정색 선으로 표기)
그렇다면 만약 오버샘플링을 아주 높게 해서 128배 정도의 오버 샘플링을 한다면 어떻게 될까요?
그렇다면 Fs=40kHz x 128 = 5120kHz 약 5MHz 라는 높은 주파수가 되겠죠 그렇다면 위의 앨리어스 패턴은 다음과 같이 변합니다. (그림판으로 그림을 그려서 죄송합니다…누가 그림좀 그려주시면 merefox@naver.com 으로…좀…)
이렇게 128배 오버 샘플링을 하면, 앨리어스 에러의 AMplitude 가 이런 그래프가 되구요,
이 그래프로는 0-20kHz 사이의 앨리어스 에러는 아주 눈꼽만큼으로 변합니다.
그리고 실제로 이 앨리어스 에러는 “Noise” 로써 들리게 됩니다.
사실 기기 자체의 노이즈 플로어에 뭍힐수도 있습니다. 제가 정확하게 기기 제작자가 아니라서 거기까지는 추측일 뿐입니다.
오버샘플링 배율을 높힐수록 우리가 얻을수 있는 이득은, 노이즈 플로어가 점점 내려가겠죠? 낮은 배율에 비해서? 그래서 다이내믹레인지가 증가하고 노이즈가 적어집니다.
하지만, 기본적으로 눈꼽만큼의 엘리어스 에러를 안고 가는것이기 떄문에, 기본적인 다이내믹 레인지의 하향이 있습니다.
우리가 사용하고 있는 24비트 비트댑쓰의 이론적인 다이내믹 레인지가 144dB 나 되는데도 불구하고 실제적인 아날로그 A/D 컨버터들의 다이내믹 레인지가 거기에 크게 못미치는것은 이런것들의 작용도 포함되기 때문이죠. (기계의 실제적인 노이즈 플로어+앨리어스 노이즈 =노이즈의 증가)
여튼,
오버샘플링된 이후에는 디지털로 변환된 신호이기 떄문에 “디지털 리니어 패이즈 +아주 높은 기울기의 필터” 가 사용이 가능해입니다.
그래서 이 이후에 컨버터칩에 내장된 디지털 필터 기술을 이용해서 가청주파수 이상의 부분을 전부 잘라내 버리게 됩니다. 아래 그리처럼 말이죠. 0-20kHz 까지만 사용해버리는거죠, 그 이상의 데이터는 아예 삭제 ^^
이것도 이론적으로는 완벽해 보입니다.
하지만 문제점 몇가지가 있는데요
1. 클럭이 완벽해야 합니다. 하지만 클럭은 그렇게 완벽하지 않습니다. 5MHZ 클럭은 정확하지 않습니다…
일부 외부 하이엔드 클럭을 써서 음질이 좋아졌다고 하는부분은 이것을 개선하는 부분이죠..
내장 클럭 회로에 쓸대없이 고비용이 들어가게 되고, 전원이 흔들려서 클럭이 흔들리게 되면 음질에 끼치는 영향을 무시할 수가 없습니다.
2. 필연적인 노이즈 플로어의 증가 및 다이내믹 레인지의 하강
가만보면 음질이 꺠끗하고 좋은데 다이내믹 레인지가 좀 낮은 컨버터들이 있습니다. 이런 오버샘플링 기술을 적절히 채용하고 있단 뜻이죠..하지만 다이내믹 레인지가 너무 낮아집니다.
3. 이모든것은 A/D 컨터버 칩 내부에서 전부 해결하는 기술입니다.따라서 최신식 A/D 컨버터 칩을 쓰느냐 마느냐에 따라 성능이 전부 결정되버립니다.
따라서 결론적으로, 오버샘플링 기술+리니어 페이즈 디지털 필터 만으로도 사실상 부족한 점은 있기 떄문에,
하이엔드 컨버터 업체들은 아날로그 안티앨리어싱 필터+ 최고사양의 컨버터칩(오버샘플링+디지털 필터) 를 조합해서 설계하고 있는것입니다.
만약 오버샘플링 기술만 너무 믿고 컨버터를 설계 하면 기기의 다이내믹 레인지가 너무 낮아지고 클럭에 따른 영향을 너무 많이 받아버리게 됩니다. 클럭이 만약 흔들린다면 음질도 흔들리게 되겠죠.
따라서 아날로그 필터가 낮은 기울기을 가져야 페이즈 왜곡이 덜하기 떄문에 낮은 기울기의 노이즈 적고 꺠끗한 필터를 쓰면서 192khz 사양의 컨버팅을 통해 당연히 “적은 비용” 으로 “높은 음질” 을 얻을 수 있는 분야가
바로 192khz 분야입니다.