4장 사운드의 이해 멀티미디어의 이해 임순범.

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1 4장 사운드의 이해 멀티미디어의 이해 임순범

2 4.1 사운드의 개요 사운드의 종류 사운드의 제작 과정 [O, X] Sound = Audio ? 사운드란?
귀로 들을 수 있는 모든 정보 음악, 음성, 음향 효과 : 단독 사용 또는 혼합 사용(멀티미디어 환경) 정보전달 시 사운드의 장점 미디어의 상승 효과 : 시각 + 청각 미디어로 정보전달 효과 상승 동기 유발 : 시각 + 청각 미디어를 혼합하여 피 전달자의 흥미 유발 [O, X] Sound = Audio ?

3 사운드의 종류 일반적인 분류 4.1 사운드의 개요 음성(Voice) 음악(Music) 음향효과(Sound Effect)
정보를 전달하는 주요한 수단 중 하나 텍스트보다 정보를 빠르고, 이해하기 쉽고, 설득력 있게 전달 디지털화(Digitized)된 음성과 합성(Synthesized)된 음성 음악(Music) 단독으로 음악 감상, 또는 정보전달 시 부수적 효과 제공 주로 분위기, 장면전환, 감정 등 표현 음향효과(Sound Effect) 배경효과로 사용되어 상황을 현실감 있게 전달 (비올 때, 지하철) 자연적인(Natural) 것과 합성된(Synthesized) 음향효과

4 컴퓨터에서 처리하는 방법에 따른 분류 4.1 사운드의 개요 디지털 오디오 (Digital Audio)
아날로그 형태의 사운드를 디지털화 시킨 것 원음에 충실하려면 많은 용량 필요 : 음악 CD 3분에 약 30MB 필요 사람의 목소리가 존재하거나, 디지털화된 파일을 처리 가능할 때 미디 (MIDI: Musical Instrument Digital Interface) 전자 악기와 다른 기계(컴퓨터)간에 정보를 전송하기 위한 통신 규약 실제 소리는 없이 연주 방법과 시기에 대한 정보를 가짐 3분 정도의 미디 음악을 듣기 위해서 약 8KB 필요 좋은 MIDI 사운드 음원(Sound module)을 갖고 있는 경우

5 4.2 사운드의 기본개념 사운드의 기본 요소 디지털 사운드로의 변환 물속에서는 소리가 . 들린다 / 안들린다
물속에서는 소리가 들린다 / 안들린다 이름(2명&1명)

6 사운드의 기본 요소 사운드 파형(waveform) 소리의 3요소 4.2 사운드의 기본개념 소리가 전달 되는 과정 파형의 구성
음원에서 물체 진동  공기압 변화  사운드 생성  파형의 형태로 우리 귀에 전달 사운드 처리 = 이러한 파형을 가공, 편집하는 것 파형의 구성 사이클(Cycle) : 일정 시간마다 반복되는 동일한 모양 주기(Period) : 한 사이클이 걸리는 시간 소리의 3요소 주파수 : 음의 높낮이, Hz 진폭 : 음의 세기, dB 파형(Waveform) : 음색

7 (1) 주파수 (Frequency) 초당 사운드 파형의 반복 횟수 소리의 높낮이를 결정 : 주파수가 높으면 고음, 낮으면 저음
가청주파수(오디오) 20Hz~20KHz, 청각은 1K~6KHz에 제일 민감 사람이 낼 수 있는 주파수 대는 약 100Hz~6KHz [참고] 주파수 대역 구분 (Hz) 3K ~ 30K 초장파 30K ~ 300K 장파 항해, 군사교신 300K ~ 3M 중파 AM 라디오 방송 (535~1605) KBS1 603 KHz, MBC 900 KHz 3M ~ 30M 단파 아마추어 무선, 운송 통신, 무선 호출 30M ~ 300M 초단파 TV (54~216M), FM 라디오 (88~108M) KBS 89.1 MHz, MBC 95.9 MHz TBS 95.1 MHz, EBS MHz 300M ~ 3G 극초단파 TV (채널 14 이상), 이동전화, 레이더 3G ~ 30G 마이크로파 위성통신, 레이더, 연구용 30G 이상 밀리미터파

8 (2) 진폭 (Amplitude) 4.2 사운드의 기본개념 사운드 파형의 기준선에서 최고점까지의 거리 음의 크기와 소리의 예
소리의 크기와 관련 : 진폭이 크면 큰소리, 작으면 작은 소리 인간이 가장 편하게 들을 수 있는 소리의 범위는 0db ~ 90db　 음의 크기와 소리의 예

9 (3) 음색 (Tone Color) 4.2 사운드의 기본개념 음의 높이와 크기가 같아도 악기마다 고유한 특징 => 음색
고유한 파형 => 기본파 + 고조파

10 디지털 사운드로의 변환 컴퓨터 처리를 위해 아날로그/디지털 형태 간의 변환 디지털 변환 과정 4.2 사운드의 기본개념
ADC(Analog-to-Digital Converter) DAC(Digital-to-Analog Converter) 디지털 변환 과정 표본화, 양자화, 부호화 과정 필요 아날로그 신호와 디지털 신호 간의 변환 과정

11 (1) 표본화(Sampling) 4.2 사운드의 기본개념 아날로그 파형을 디지털 형태로 변환하기 위해 표본을 취하는 것
표본화율(Sampling Rate) 1초 동안에 취한 표본수 (단위: Hz) 표본화율이 높을수록 원음을 잘 표현하나 데이터 공간은 증가

12 (2) 양자화 (Quantizing) 4.2 사운드의 기본개념 어느 정도의 정밀도로 표현할 것인지 음의 해상도
표본화된 각 점에서 값을 표현하기 위해 사용되는 비트 수 음의 해상도 표본화하는 정밀도 (Sampling Resolution, Sampling Size) 8 bit로 양자화 하면 값을 256(28) 단계로 표현 가능 16bit로 양자화 하면 좀 더 세밀한 65,536(216) 단계로 값 표현 가능 (a) 2 bit 양자화 (4단계) (b) 3 bit 양자화 (8단계) (c) 4 bit 양자화 (16단계)

13 (3) 부호화 (Coding) 4.2 사운드의 기본개념 표본화 및 양자화 정도에 따른 비교
(a) 원래의 파형 (b) 낮은 표본화와 양자화 (c) 높은 표본화와 양자화 (3) 부호화 (Coding) 표본화와 양자화를 거친 디지털 정보를 표현하는 과정 사운드 파일은 크기 때문에 부호화 과정에서 압축하여 저장

14 4.3 사운드의 저장과 고품질화 디지털 사운드 파형의 저장 방식 (생략) 디지털 사운드 파일의 크기
고품질 사운드의 획득 (생략) 스테레오는 가 2개이다.

15 디지털 사운드 파일의 크기 및 음질의 비교 4.2 사운드의 기본개념
KHz × 8 bits × 1(mono) × 60 sec / 8 = 약 650 KBytes … 44.1 KHz × 16 bits × 2(stereo) × 60 sec / 8*1024 = 약 10.5 MBytes 표본화율 (KHz) 양자화 정밀도 (bit) 모드 데이터 크기 (1분당) 음질 sample (voice) sample (music) 11.025 8 mono 650 KB 전화           22.05 1.3 MB AM Radio 44.1 2.6 MB 16 stereo 5.25 MB FM Radio 10.5 MB CD 영화 <접속>의 주제가 A Lover's Concerto(사랑하는 연인의 협주곡) How gentle is the rain that falls softly on the meadow Birds high upon the trees Serenade the flowers with their melodies oh oh oh See there beyond the hill the bright colors of the rainbow Some magic from above made this day For us just to fall in love Now I belong to you From this day until forever Just love me tenderly And I'll give to you every part of me oh oh oh Don't ever make me cry through long lonely nights without love Be always true to me Keep it stay in your heart eternally Someday we shall return to this place upon the meadow We'll walk out in the rain Hear the birds above singing once again oh oh oh You'll hold me in your arms And say once again you love me And if your love is true Everything will be just as wonderful

16 파일의 크기 4.3 사운드의 저장과 고품질화 = 표본화율 x 해상도 x 모드(mono=1, stereo=2) x 시간(초)
1분 길이의 음악 CD = 44,100(Hz) x 16(bit) x 2(stereo) x 60(초) = 84,672,000bit = 10,584,000 byte ≒ 10.6 MB CD 한 장의 용량이 650MB이므로 그 안에는 약 10곡에서 15곡의 음악이 저장 가능 74min 680MB 베토벤 9번 교향곡 합창, 1824년

17 4.4 디지털 오디오 시스템 사운드처리 하드웨어 사운드처리 소프트웨어 디지털 사운드의 압축방식 (생략)
디지털 사운드의 파일 포맷 최고 품질의 디지털 사운드의 비트수?

18 사운드처리 하드웨어 사운드 카드 (오디오 인터페이스 카드) 4.4 디지털 오디오 시스템 주요기능 주요제품
입력: 아날로그 파장의 사운드를 디지털 형태로 변환 (ADC) 출력 : 디지털 형태의 데이터를 아날로그 파장으로 변환 (DAC) 음원칩 : 미디 지원 DSP(Digital Signal Processing) 칩: 데이터의 가공, 편집 주요제품 최초의 PC용 사운드 카드 : 1987년 캐나다의 Adlib사의 Adlib Yamaha 사의 YM-3812 음원 칩 사용, FM 음원 사용 Creative사에서 SoundBlaster카드 발표 실질적인 사운드 카드의 표준, PCM 방식

19 앰프와 스피커 4.4 디지털 오디오 시스템 사운드의 품질은 스피커의 영향이 제일 크다.
앰프 : 스피커를 위해 양질의 사운드 파형으로 증폭 돌비 서라운드 (Dolby Surround) 5.1 채널 스피커 5개 + 저음부를 위한 우퍼(Woofer)

20 사운드처리 소프트 웨어 사운드 편집 소프트웨어 재생 프로그램 4.4 디지털 오디오 시스템
기능 : 사운드의 캡쳐 및 편집, 가공, 트랙 편집 등 GoldWave Audition(Cool Edit Pro) 재생 프로그램 오디오 CD, MP3 파일 Winamp

21 디지털 사운드의 파일포맷 4.4 디지털 오디오 시스템 Wav Au MP2, MP3, AAC
Microsoft 와 IBM 이 PC의 사운드 표준 형식으로 공동 개발 Windows 기반 PC에서 주로 사용 Au 유닉스 환경에서 사용되는 가장 일반적인 포맷 Sun이나 NeXT에서 사운드 표준 MP2, MP3, AAC ISO 국제 표준으로 압축효과가 뛰어나고, 음질도 우수 인터넷 상에서 음악을 압축하는데 많이 사용 MPEG-1의 오디오 Layer 2 및 Layer 3, 확장자는 .mp2 및 .mp3 MPEG-2의 오디오 부분 압축, AAC

22 ASF(Advanced Streaming Format)
4.4 디지털 오디오 시스템 Real Audio (.ra, .rm) RealNetworks 사에서 개발, 스트리밍 기술로 실시간 사운드 전송 SureStreaming이라는 기술로 항상 최적의 음질을 재생 접속시 대역폭이 동적으로 변함에 따라 음질도 동적으로 변화 ASF(Advanced Streaming Format) INTEL사가 개발한 멀티미디어 파일 형식, 스트리밍 방식 통합 멀티미디어 파일: 오디오, 비디오, 이미지, 프로그램도 포함 WMA (Windows Media Audio) Microsoft사가 개발한 스트리밍 방식의 오디오 파일 형식 비디오 파일은 WMV

23 4.5 입체음향 입체음향 기술 입체음향의 원리 입체음향의 생성 방식 (생략) 돌비는 이다.
모노 사운드에서 2D 스테레오를 벗어나 3D 사운드로 발전 컴퓨터 게임, 영화 및 컴퓨터 분야에서 활용 돌비는 이다.

24 입체음향 기술 서라운드 (Surround) 4.5 입체음향 돌비 서라운드(Dolby Surround)가 가장 대표적
사람이 있는 위치를 기준으로 사방에서 소리를 들려주는 방식 공간감, 입체감 3 채널, 4.1채널, 5.1채널 등이 있음 0.1은 서브우퍼(Subwoofer)를 의미 스테레오와 마찬가지로 청취자가 음의 중심점에 있어야 입체감을 적절하게 느낄 수 있음 Surround System (5.1채널)

25 입체 음향(Interactive 3D Sound)
4.5 입체음향 입체 음향(Interactive 3D Sound) 음원과 청취자 간에 상대적인 위치를 계산하여 사운드를 출력 청취자와 상호작용이 가능 사용자 이동이나 반응, 또는 음원 이동에 따라 소리가 입체적으로 상호작용이 필요한 가상 현실이나 게임에서 많이 사용 Creative사의 EAX, Aureal사의 A3D, 마이크로소프트사의 Direct 3D Sound에서 지원

26 입체음향의 원리 입체음향(Interactive 3D Sound): 소리의 전달 경로 음원에 대한 공간적 단서 4.5 입체음향
재생된 음향을 들었을 때 음향으로부터 공간적 단서(방향감, 거리감, 공간감)를 지각할 수 있는 음향 소리의 전달 경로 공간 전달계(외부) : 실내의 벽이나 천장 등에서 전달 머리 전달계(내부) : 인간의 머리와 귓바퀴에서 전달 음원에 대한 공간적 단서 두 귀에 들어오는 두 신호간의 차이 때문

27 공간적 단서 4.5 입체음향 두 귀에 도달하는 소리의 시간차(IDA: Interaural Time Difference)
가까운 방향 쪽에 있는 귀가 먼저 그 소리를 들음 두 귀에 도달하는 소리의 세기차(IID: Interaural Intensity Difference) 가까이에서 들리는 음의 크기가 더 큼 그 외 시각적 효과, 머리의 움직임, 소리의 종류에 따른 친숙도 등 소리의 시간차 소리의 세기차

28 4.6 미디(MIDI) 미디시스템의 구성 미디 하드웨어 장치 미디의 표준모드 미디 소프트웨어 [시연] 제 목 크기(KB)
시 간 엘리제를 위하여 17 2분 38초 Dancing Queen 78 3분 57초 007 주제가 46 1분 52초 Starwars 32 3분 19초 Calvary's Love 40 3분 29초

29 개요 미디(MIDI: Musical Instrument Digital interface) 4.6 미디(MIDI)
1983년 세계 악기 제조업체들이 제정 전자악기와 컴퓨터 간 상호 정보교환을 위한 표준 규약 직접적인 음에 대한 정보가 아니라 음을 어떻게 연주하라는 정보를 표현 음의 높이, 음표의 길이, 음의 강약 등 전자 악기 간의 일관된 방식의 제어가 가능 음을 들으려면, 신디사이저(Synthesizer) : 음을 발생시켜주는 기계 시퀀서(Sequencer) : 생성된 음의 편집 및 수정

30 미디시스템의 구성 4.6 미디(MIDI) 처리 과정 미디 인터페이스
음의 입력 : 미디 장치에서 음을 발생 ⇒ 미디 인터페이스 카드 ⇒ 컴퓨터로 전송 음의 처리 : 컴퓨터에서 미디 프로그램(시퀀서 등)으로 편집 음의 출력 : 컴퓨터 ⇒ 미디 인터페이스 카드 ⇒ 신디사이저 등의 미디 장치를 통해 스피커로 출력 미디 인터페이스 MIDI-IN, MIDI-OUT, MIDI-THRU 단자

31 미디 하드웨어 장치 신디사이저(Synthesizer) 샘플러(Sampler) 4.6 미디(MIDI)
전기적인 신호를 합성하여 음을 생성하는 장치 음원부(음원모듈) : 소리를 발생시킴 건반부 (마스터 키보드) : 음원부를 이용하여 연주 샘플러(Sampler) 신디사이저는 악기의 대표 음, 샘플러는 악기의 모든 음을 보유 더 정교한 음 또는 음원에 없는 새로운 음을 만들고자 할 때 사용 실제 소리를 녹음하여 악기로 변환하거나 각종 효과음으로 활용

32 믹서(Mixer) MIDI 인터페이스 카드 미디 전용 케이블 앰프와 스피커 4.6 미디(MIDI)
여러 개의 오디오 출력을 섞어서 하나의 출력으로 생성 각 출력의 균형 등을 맞추어 주는 이퀄라이저(Equalizer)가 장착 음악의 균형을 맞추어 녹음하고 연주하는데 많이 이용 MIDI 인터페이스 카드 컴퓨터와 미디 모듈 간의 다른 신호 체계를 연결 미디 전용 케이블 동축 케이블 형태, 둥근모양 5핀 앰프와 스피커

33 미디 소프트웨어 작곡용 프로그램(시퀀서,Sequencer) 악보용 프로그램(Notation, Scoring 프로그램)
4.6 미디(MIDI) 미디 소프트웨어 작곡용 프로그램(시퀀서,Sequencer) 미디 신호를 입출력, 미디 파일 저장, 미디 데이터를 연주, 편집 CakeWalk : PC용, 널리 사용 악보용 프로그램(Notation, Scoring 프로그램) 악보의 편집 및 출력 Coda사의 Finale, Passport Design사의 Encore 등 음색 편집용 프로그램(Voice Editor, Sound Editor) 소리의 편집 및 수정, 음원 모듈이나 각종 음색의 수정

34 멀티미디어과학과 교과목 알고리즘 - 컴파일러입문 - 영상미디어 콘텐츠 6 모바일멀티 미디어콘텐츠 8 졸업 프로젝트 인터넷방송
학기 시스템 및 기본 과목 멀티미디어 요소기술 활용환경 콘텐츠 4 학년 2 1 3 학년 2 학년 1 학년 알고리즘 - 컴파일러입문 - 영상미디어 콘텐츠 6 모바일멀티 미디어콘텐츠 8 졸업 프로젝트 인터넷방송 응용 6 지능형 멀티미디어 - 게임기획및 프로그래밍 10 멀티미디어 네트워크 2 소프트웨어공학 영상처리및 응용 3 가상현실응용 9 콘텐츠기획 및개발 10 데이터베이스 설계 2 컴푸터구조 2, 프로그래밍언어론 컴퓨터그래픽 프로그래밍 3 사운드 프로그래밍 4 사용자 인터 페이스 설계 11 멀티미디어 시스템개론 2 그래픽기초 3 모바일 프로그래밍 8 XML 프로그래밍 7 객체지향 프로그래밍 데이터구조 웹프로그래밍 7 디지털디자인 기초 11 프로그래밍 기초Ⅱ 프로그래밍 기초Ⅰ 멀티미디어의이해 전공필수 전공선택