샘플레이트 이해하기 (소나웍스 블로그 번역)

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Understanding Sample Rates - Sonarworks Blog

 

우리는 모두 두 가지 디지털 오디오 파일 디스크립터 샘플 스피드(속도) 와 비트 뎁스(심도)에 익숙하며 이러한 사양이 일상적인 것처럼 보이지만 주어진 프로젝트에 대한 최적의 설정에 대해 제작자와 엔지니어로부터 종종 질문을 받습니다. 이 문서에서는 샘플 스피드(속도) 설정에 대한 기본 및 모범 사례를 다룹니다. 다른 기사에서 비트 뎁스(심도)를 다룹니다 .

샘플 레이트 정의

샘플 레이트는 아날로그 오디오 신호가 디지털 신호로 변환될 때 샘플링하거나 측정하는 초당 횟수를 정의합니다. 샘플 속도는 오디오 녹음의 주파수 응답을 정의합니다. 특히 나이퀴스트 정리에 따르면 녹음할 수 있는 가장 높은 오디오 주파수는 샘플링 속도의 절반입니다. 이것은 44.1kHz의 샘플 레이트로 최대 22.05kHz의 오디오 신호를 녹음할 수 있음을 의미합니다. 마찬가지로 96kHz 샘플 속도는 48kHz의 오디오 대역폭을 허용합니다. 

샘플 속도의 절반(나이퀴스트 주파수라고도 함) 이상의 오디오 주파수를 녹음하려고 하면 앨리어싱이라는 가청 아티팩트가 발생할 수 있습니다. 오디오 주파수 앨리어싱은 비디오에서 볼 수 있는 수레바퀴 효과와 매우 유사합니다. 스포크가 있는 바퀴가 회전하기 시작하고 회전 속도가 증가하면 속도가 느려지는 것처럼 보이다가 뒤로 회전합니다. 이 효과는 휠의 속도가 비디오의 프레임 속도에 근접할 때 발생합니다. 오디오 별칭은 Nyquist 주파수 아래에 반사되어 이상한 비음악적 고조파처럼 들리는 주파수입니다.

A-D 컨버터(아날로그 - 디지털 변환기)는 샘플링 전에 로우패스(저역 통과) 필터를 적용하여 나이퀴스트 주파수 이상의 오디오가 A-D 컨버터에 들어가지 않도록 할 수 있습니다. 이 로우패스 필터를 앤티 앨리어싱 필터라고 합니다. 불행히도 로우패스 필터에는 몇 가지 부작용이 있습니다. 22kHz와 같이 위의 모든 것을 제거하기 위해 부드러운 로우패스 필터를 적용하면 22kHz 또는 11kHz 미만의 옥타브만큼 오디오 레벨도 약간 감소합니다. 이를 피하기 위해 매우 가파른 로우패스 필터를 사용할 수 있지만 가파른 필터는 위상 변이와 같은 가청 아티팩트를 생성합니다. 대부분의 최신 AD 컨버터는 실제로 매우 높은 샘플 속도로 샘플링한 다음 아날로그 로우패스 필터로 인해 발생하는 문제를 피하기 위해 선택한 샘플 속도로 다운샘플링합니다.

우리는 인간의 청력이 약 20Hz에서 20kHz 범위라는 것을 알고 있는데 왜 44.1kHz 이상의 샘플링 속도가 필요할까요? 한 가지 대답은 과학자를 포함한 많은 사람들이 인간이 골전도를 통해 50kHz의 높은 소리를 감지할 수 있다고 주장한다는 것입니다. 그 주장은 이론적으로 정확할 수 있지만 공기를 통해 인간은 최대 약 20kHz까지만 들을 수 있으므로 완벽한 세계에서 20kHz는 인간이 필요로 하는 모든 주파수 범위가 될 것입니다. 두 번째 이유는 보다 실용적인 것입니다. 인터페이스, AD 컨버터, 심지어 플러그인도 아키텍처와 앨리어싱을 처리하는 방법에 따라 샘플 레이트가 다를 때 다르게 들릴 수 있습니다. 

표준 샘플 속도

대부분의 상용 상위 40위 레코드는 44.1kHz 또는 48kHz에서 녹음, 믹싱 및 마스터링됩니다. 전문 스튜디오는 모든 샘플 레이트에서 뛰어난 사운드를 제공하는 고품질 컨버터(변환기)를 사용합니다. 44.1 또는 48kHz 샘플링을 고수하는 이유 중 하나는 단순히 CPU 전력을 절약하기 위해서입니다. 많은 팝송에는 수백 개의 오디오 트랙이 포함되어 있으며 높은 샘플 속도는 CPU 집약적인 플러그인의 인스턴스를 너무 많이 허용하지 않을 수 있습니다. CD로 배포되는 음악은 44.1kHz이고 비디오에 포함된 음악은 일반적으로 48kHz이므로 두 형식 모두 널리 사용되며 완전히 수용 가능합니다. 

높은 샘플링 비율

오디오 애호가 녹음 및 사운드 디자인 프로젝트의 경우 96kHz 샘플 속도를 권장합니다. 이 샘플 속도는 AD 변환 및 플러그인에서 발생하는 가청 고주파 앨리어싱 및 필터 유도 왜곡을 제거합니다. 96kHz 오디오 파일이 더 낮은 처리 대기 시간을 제공한다는 사실을 알게 되면 놀랄 수 있습니다. 플러그인 대기 시간은 샘플 레이트에 관계없이 특정 수의 샘플을 기반으로 하므로 샘플 레이트가 높을수록 주어진 샘플 수가 낮은 샘플 레이트에서보다 빠르게 진행됩니다. 이것이 라이브 사운드용 디지털 콘솔이 종종 96kHz에서 작동하는 이유입니다. 

사운드 디자이너의 경우 96kHz를 사용하면 오디오를 한 옥타브 아래로 피치 시프트하면서도 일부 고주파수 콘텐츠를 유지할 수 있습니다. 단, 마이크와 녹음 체인이 최대 40kHz까지 캡처할 수 있다면 말입니다. 비디오 게임이나 영화를 위해 칼싸움을 녹화하고 과장된 충격을 위해 금속성 사운드를 낮은 주파수로 피치 시프팅한다고 상상해 보십시오. 22kHz 오디오(44.1kHz 샘플 속도)로 제한되고 녹음을 옥타브 아래로 이동하면 약 10kHz 이상의 오디오가 없을 것입니다.

DAW 세션의 샘플 속도에 관계없이 옵션을 제공하는 플러그인에서도 오버샘플링을 수행해야 합니다. 오버샘플링을 사용하면 플러그인이 세션보다 높은 샘플 레이트(2x, 4x, 8x 또는 그 이상)로 내부적으로 작동할 수 있습니다. 이렇게 하면 플러그인 자체가 Nyquist 주파수보다 높은 주파수를 생성할 때 발생할 수 있는 가청 앨리어싱이 줄어듭니다. 오버샘플링은 본질적으로 고조파 왜곡(하모닉 디스토션)을 생성하는 컴프레서, 리미터, 새츄레이터 및 익사이터와 같은 플러그인에 특히 중요합니다.

샘플 레이트에 대한 모범 사례

96kHz 이상의 샘플 레이트로 녹음해야 하는 경우 컨버터, DAW 및 플러그인을 테스트하여 목적에 맞는 워크플로우를 찾는 데 상당한 시간을 소비해야 합니다. 96kHz 이상의 샘플 속도는 CPU에 부담을 주고 트랙 수를 줄이며 더 적은 수의 플러그인 선택을 제공합니다. 높은 샘플링 속도의 장단점을 진정으로 연구하지 않는 한 일반적으로 176kHz 또는 192kHz에서 작업하지 않는 것이 좋습니다. 참고로, 그래미 레코딩 아카데미의 하이 레졸루션 음악 제작 권장 사항 문서는 하이 레졸루션 오디오 제작 및 전달을 위한 최소 샘플 레이트 48kHz와 선호 샘플 레이트 96kHz를 제안합니다.

샘플 레이트 변환

때로는 샘플 레이트 변환이 불가피하고 많은 소프트웨어 유틸리티가 우수한 샘플 레이트 변환을 제공합니다. 마스터링 엔지니어를 대상으로 한 최근 설문조사에서 다음은 몇 가지 권장되는 샘플 속도 변환 프로그램입니다. Voxengo r8brain , Weiss Saracon , Pro Tools SRC(TweakHead 설정 사용), Izotope Resample 및 SoX . 다른 많은 프로그램이 우수한 결과를 제공하며 DAW는 SRC 알고리즘을 지속적으로 개선하고 있습니다.

이러한 문제를 염두에 두고 프로젝트에 가장 적합한 샘플 속도를 선택하는 것이 그리 어렵지 않아야 합니다. 

 

다음은 모든 것을 정리하는 데 도움이 되는 치트 시트입니다.

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샘플 레이트 치트 시트

다양한 상황에 대한 권장 샘플 레이트

녹음: 팝 음악의 경우 48kHz로 고정하지만 44.1kHz 로 해도 괜찮습니다. 오디오 애호가의 음악이나 사운드 디자인의 경우 96kHz를 선호할 수 있습니다. 176kHz 이상은 최소한의 믹싱 또는 처리가 필요한 녹음을 위해 준비되어져야만 합니다.

믹싱: 믹스 세션은 녹음시의 샘플 레이트로 유지되어야 합니다. 세션을 더 높은 샘플 레이트 세션으로 업-샘플링한다고 해도 프로젝트의 사운드를 개선할 수 없습니다. 만약 아날로그 콘솔에서 믹싱하는 경우, 믹스를 96kHz로 프린트하고 마스터링 엔지니어가 적절한 샘플 레이트로 최종 마스터를 생성하도록 하십시오.


마스터링: 여러 곡을 동일한 샘플 레이트에 일치시키는 경우가 아니면 파일을 업샘플링하지 마십시오. 그리고 꼭 해야만 하는 경우  고품질 샘플 레이트 컨버터를 사용해서 진행하십시오. 기본 마스터링의 경우 전달된 프로젝트와 동일한 샘플 레이트로 마스터하십시오. 아날로그 콘솔에서 진행하는 마스터링의 경우, 디지털 파일을 기본 샘플 레이트로 재생하고 아날로그 프로세서를 통해 처리하고 믹스를 96kHz로 프린트하십시오. 그리고 마스터링 엔지니어에게 적절한 샘플 레이트의 파이널 마스터를 생성하도록 요청하십시오.

디지털 배포: 비디오 제작자는 일반적으로 48kHz 파일을 필요로 하는 반면 디지털 음악 배포자는 최소 44.1kHz의 샘플 레이트를 요구합니다. 불가피한 경우가 아니면 최종 마스터본의 샘플 레이트를 변경하지 마십시오.