[오디오] 지터에 의한 소리차이를 들을 수 있을까 - 디지털오디오
6
978
2023-06-09 22:33:41
이글루 서비스가 종료하여 거기에 썼던 글 중 오디오 관련글을 여기 DP로 옮기고자 합니다. 15년전글이니 예시 등에서 어색한 부분 있더라도 양해 부탁드립니다.
디지털 오디오기기의 음질과 관련된 글을 읽거나 토론을 하게 되면, 흔히 "지터"라는 말을 듣게 된다.
저가의 트랜스포트나 디지털케이블에서는 지터가 크게 발생하고, 그것이 디지털 오디오 기기의 소리차이를 구분할 수 있는 중요한 요인이라는 것이다.
여기서는 지터에 대한 일반적인 내용은 언급하지 않고, 얼마만큼의 지터가 있을때 우리가 지터를 들을 수 있는지에 대한 내용을 주로 다루고자 한다.
1990년대에 지속적으로 디지털 오디오 시스템에서 지터가 오디오 신호를 저하시킨다는 주장을 발표해 온 사람은 영국 캠브리지의 prism sound의 Julian Dunn이다. Dunn은 지터를 들을 수 있다고 주장하는 사람에게 이론적인 근거를 대라고 하면, 거의 빠짐없이 언급되는 가장 중요한 인물중 한 사람이다. Dunn이 오디오공학협회(AES)의 학회에서 지터의 청음가능성(audibility)에 대하여 언급한 대표적인 논문들로 아래와 같은 논문이 있다.
Dunn J. Jitter and Digital Audio Performance Measurements. AES UK 9th Conference. 1994, Print MBB-17.
저가의 트랜스포트나 디지털케이블에서는 지터가 크게 발생하고, 그것이 디지털 오디오 기기의 소리차이를 구분할 수 있는 중요한 요인이라는 것이다.
여기서는 지터에 대한 일반적인 내용은 언급하지 않고, 얼마만큼의 지터가 있을때 우리가 지터를 들을 수 있는지에 대한 내용을 주로 다루고자 한다.
1990년대에 지속적으로 디지털 오디오 시스템에서 지터가 오디오 신호를 저하시킨다는 주장을 발표해 온 사람은 영국 캠브리지의 prism sound의 Julian Dunn이다. Dunn은 지터를 들을 수 있다고 주장하는 사람에게 이론적인 근거를 대라고 하면, 거의 빠짐없이 언급되는 가장 중요한 인물중 한 사람이다. Dunn이 오디오공학협회(AES)의 학회에서 지터의 청음가능성(audibility)에 대하여 언급한 대표적인 논문들로 아래와 같은 논문이 있다.
Dunn J. Jitter and Digital Audio Performance Measurements. AES UK 9th Conference. 1994, Print MBB-17.
Dunn J. Jitter: Specification and Assessment in Digital Audio Equipment. AES 93th Convention, October 1992, Print 3361.
위 그림은 1994년 논문의 그림 1(위)과 1992년 논문의 그림9(아래)인데,
원신호의 소리를 120dB SPL 크기로 재생한다고 할때,
지터 주파수에 따라(가로축) 지터에 의한 왜곡이 청각의 절대역치 0dBSPL이상으로 재생될 수 있는 지터의 최대진폭(peak amplitude)를 표시한 것이다.
가장 지터의 영향을 많이 많은 고주파를 기준으로 말한다면..
소리를 120dBSPL로 재생을 한다면 그때 20khz에서 20ps의 지터가 있는 시스템에서 들을 수 있는 왜곡된 소리크기는 0dBSPL 이라는 것이다. 특정음을 120dB SPL 크기로 재생한다면, 0dB SPL의 지터(로 인한 왜곡과 노이즈)가 발생하며, 사람의 청각의 절대역치가 0dB SPL이므로, 사람이 들을 수 있다는 것이다.
Dunn의 주장은 간단히 말해 20khz에서 20ps의 최대진폭(Peak amplitude) 지터가 있으면 사람이 인지할 수 있다는 것이다.
원신호의 소리를 120dB SPL 크기로 재생한다고 할때,
지터 주파수에 따라(가로축) 지터에 의한 왜곡이 청각의 절대역치 0dBSPL이상으로 재생될 수 있는 지터의 최대진폭(peak amplitude)를 표시한 것이다.
가장 지터의 영향을 많이 많은 고주파를 기준으로 말한다면..
소리를 120dBSPL로 재생을 한다면 그때 20khz에서 20ps의 지터가 있는 시스템에서 들을 수 있는 왜곡된 소리크기는 0dBSPL 이라는 것이다. 특정음을 120dB SPL 크기로 재생한다면, 0dB SPL의 지터(로 인한 왜곡과 노이즈)가 발생하며, 사람의 청각의 절대역치가 0dB SPL이므로, 사람이 들을 수 있다는 것이다.
Dunn의 주장은 간단히 말해 20khz에서 20ps의 최대진폭(Peak amplitude) 지터가 있으면 사람이 인지할 수 있다는 것이다.
스테레오파일과 같은 잡지에서 디지털 소스기기의 지터를 측정한 것을 보면 수백ps의 peak to peak 지터(peak amplitude * 2)는 흔히 볼 수 있으니,
잘 모르는 사람이 본다면 디지털 오디오 기기에서 지터를 들을 수 있겠구나 하고 착각하기에 딱 좋다.
그러나, 위 연구결과를 음향학과 디지털 소스기기에서의 지터 측정수준에 대한 지식이 조금만 있는 사람이 본다면,
디지털 소스기기, 디지털 케이블에서의 지터는 음악들을때 아무런 문제가 되지 않겠구나 하는 것을 바로 알 수 있다.
1. 일반적으로 오디오애호가의 오디오시스템은 청취위치에서 120dB SPL의 소리를 재생하지 못한다.
요즘의 일반적인 북셀프 스피커의 감도는 90dB SPL/m/2.83V가 안된다. 톨보이나 플로어스탠딩형 스피커까지 모두 고려하여, 스피커의 감도를 90dB SPL/m/2.83V으로 고려하자. 이 스피커에서 1m 거리에서 120dB SPL를 들으려면 얼마만큼의 출력이 필요한가?
간단히 말해 1m 거리에서 스피커 하나만 재생할때 120dB SPL를 들으려면 1000W가 필요하다. 대부분 애호가에서 일반적인 청취거리는 1미터보다 훨씬 멀다. 1미터 거리에서 120dB SPL를 재생할때도 1000W가 필요하니, 스피커가 2개이고, 음향공간의 반사음을 고려하더라도 거리가 2미터를 넘어가면 1000W 이상의 출력이 필요하다.
사용하는 앰프가 1000W이상이라고 하자. 그럼 내 스피커가 1000W소리를 낼 수 있는가?
간단히 말하면.. 대부분의 애호가의 스피커는 1000W를 감당하지 못한다.
블로그의 다른 글 "좋은 음질을 듣기 위해 대출력앰프가 필요한가" 에서도 언급했지만, 고가형 스피커들도 10W정도만 되어도 스피커의 왜곡이 급격히 증가한다. 가정용 스피커로 1000W를 넉넉히 핸들링할 수 있는 스피커는 거의 없다.
**1번에서 애호가의 스피커와 앰프가 청취위치에서 120dB SPL소리를 낸다고 가정하자. 스피커나 앰프의 왜곡도 전혀 없다고 하자. **
2. 그렇다고 해도 일상생활에서 애호가가 음악을 들을때 120dB SPL의 소리가 나도록 듣는 경우는 사실상 없다.
블로그의 다른 글 "내 앰프의 힘이 모자란다고 생각될때"을 참조해서 직접 테스트해보면 알게 되겠지만, 애호가들이 평소에 음악듣는 음량은 높아봐야 청취위치에서 100dB SPL도 안된다. 아마 다른 애호가가 방문하거나, 다른 사람이 없을때 마음놓고 음량을 높일때의 최대음량이 100dB SPL정도이고, 일반적으로 음악들을때는 최대음량이 90dB SPL도 안되는 경우도 많을 것이다.
Dunn의 연구의 가정과는 달리, 애호가가 자신의 음향공간에서 음악을 듣는 음량은 120dB SPL는 고사하고 100dB SPL도 안된다.
100dB SPL재생시, Dunn이 청취역치에 해당하는 지터로 인한 왜곡은 -20dB SPL로 재생되고 있다. -20dB SPL은 인간이 들을 수 없는 소리다.
**스피커와 앰프가 청취위치에서 120dB SPL소리를 낼수 있고, 스피커나 앰프의 왜곡이나 노이즈도 전혀 없다고 하고, 애호가가 실제로 최대 120dB SPL소리크기로 재생해서 음악을 듣는다고 가정하자**
그럼 그때는 지터(로 인한 왜곡과 노이즈)를 들을 수 있는가.
답 : 그렇지 않다.
1.청취최대음량을 120dB SPL로 할때 음악들을때의 평균음량은 100dB SPL근처이고, 120dB SPL는 최대피크시 음량이다. 그러니 120dB SPL로 음악들을때도 거의 대부분의 재생시간동안 지터는 절대청각역치 저 아래에 있다.
2. 120dB SPL피크치의 소리를 들을때에도 지터는 들리지 않는다.
그럴리는 없지만.. 20khz소리가 120dB가 SPL나고 있다고 가정하자. 그때 20khz 재생시의 지터 성분들이 재생이 된다. 만약 20khz 사인파를 재생하고 있다면, 20khz 소리는 못들어도 지터성분의 소리를 들을 수도 있다.
하지만.. 음악을 들을때는 상황이 다르다.
지터성분이 재생하고 있는 0dB SPL 소리보다 훨씬 큰 재생음이 다른 주파수에서 나고 있다. 지터는 다른 재생음에 마스킹된다. 다른 주파수에서 재생되고 있는 음악소리에 묻혀서 지터로 발생하는 왜곡된 소리는 들을 수 없다.
3. Dunn의 연구에서 인간의 절대청각역치인 0dB SPL을 가지고 지터를 말하고 있다. 지터가 0dB SPL 소리가 나도 들을 수 있다고 가정하고 있다.
하지만.. 우리가 실제로 음악듣는 청취공간은 절대무음공간이 아니다. 도시의 소음원에서 벗어난 아주 조용한 곳에서도 20dB SPL근처의 기저소음이 있다. 도시에 사는 많은 분들의 경우 기저소음 30-40dB SPL정도는 가뿐하다.
30-40dB SPL의 기저소음이 있는 곳에서 0dB SPL의 지터를 들을 수 없다.
4. 다시 반복하지만 Dunn의 연구에서는 "인간의 절대청각역치인 0dB SPL"을 가지고 지터의 청취가능성을 말하고 있다. 이글을 읽고 있는 애호가 본인은 0dB SPL소리를 들을 수 있는가?
청력 테스트에서는 250-8khz대에서 25dB 미만의 청력손실이 있어도 정상범위에 있다고 간주한다. 인간의 절대청각역치 0dB SPL은 감각이 아주 예민한 10-20대 여성이나 어린이에서나 가능한 수치이다. 20-30대 남성만해도 0dB SPL 소리를 듣지 못하는 경우가 대부분이다.(4khz같은 주파수대역은 절대청각역치가 -10dB SPL 근처이기는 하다)
이상에서 보듯이, Dunn의 조사결과만 잘 해석을 해도 Dunn이 주장하는 지터의 청취역치는 무척 과장되었다는 것을 알 수 있다.
한편 지터의 청음가능성에 대하여 이론적 시뮬레이션과 함께 실제 청취테스트를 진행한 연구가 있다.
Benjamin, Eric and Gannon, Benjamin ' Theoretical and Audible Effects of Jitter on Digital Audio Quality,' 105th AES Convention, 1998, Print 4826.
돌비디지털 등으로 잘 알려진 돌비랩의 연구진들이 진행한 지터의 청음가능성에 대한 연구에서
사인파로 측정시 20khz에서의 지터의 청취역치는 10ns rms였다. 일반적인 음악을 들을때는 몇몇 프로그램을 제외하면 지터를 계속 올려, DIR(Digital interface receiver)의 락이 해제될때까지(lose lock) 청취자가 음악 프로그램에서 지터를 듣지 못하였고, 지터를 들었다고 하는 일부 프로그램에서의 역치는 20-370ns RMS(전체 평균 136.3ns, 표준편차 95ns, 청취자 8명중 최고점수자 평균 65ns, 표준편차 65ns, 지터)였다. 위 수치는 지터를 인지하지 못한 경우는 뺀 것이다. 지터를 인지하지 못한 경우는 훨씬 높은 지터에도 구분하지 못했다는 것을 고려하면 실제의 지터 인지수준은 위 보다 더 떨어진다고 보아야 한다. 또 위의 테스트는 그나마 블라인드 청취시험이 아니므로, 블라인드로 테스트하면 더 높아질 가능성도 많다.
(지터의 rms에서 peak to peak으로 환산하는 방법은 지터의 종류에 따라 다르다. 예를 들어 많은 시스템에서 볼수 있는 Random jitter의 경우 bit error rate에 따라 peak to peak 은 RMS에 비해 수배에서 10배이상 차이가 나기도 한다)
스테레오파일이나, 여러 잡지에서 디지털 소스기기의 지터에 대한 측정치를 발표하고 있지만, 일반적인 DVDP나, CDP의 지터는 최악의 경우라고 해봐야 1-2ns(나노초) rms이다. 스테레오파일에서 보면 알지만 peak to peak 지터의 측정치가 대부분 수백 ps(피코초)를 넘지 않는다.
저가의 사운드카드나 HDTV리시버등을 포함할때도 최악의 경우라고 해봐야 지터는 10ns rms근처이다.
한편 케이블에 의한 지터의 경우 돌비랩 연구팀의 조사결과에서는 30미터 동축선에서 발생하는 지터는 재생하는 신호크기가 약할수록 커지며, -80dBFS의 신호를 재생할때 측정된 지터의 최고치가 900ps였다. 연구팀의 결과를 인용하면, 최악의 지터가 발생하는 20khz를 -80dBFS로 재생할때, 발생하는 지터는 -171dBFS가 된다.
간단히 요약하자면 30미터 동축선을 써도 선재에 의한 지터는 들을 수 없다는 이야기가 되겠다. 30미터에서도 못듣는데, 가정에서 쓰는 몇미터 짜리 선재의 지터를 듣기는.. 무척 어려울 것이다.
Dunn의 연구와 Benjamin등의 연구들을 보아도,
일반적으로 음악듣는 환경에서 지터는 아무런 문제가 아니다.
또 지터의 효과는 우리가 일반적으로 시행하는 노이즈나 왜곡도 분석, 스펙트럼 분석에서 측정이 된다.
위 벤자민 등의 연구에서도 특정 지터주파수에서 특정 rms 진폭의 지터를 추가할때 변하는 THD+N을 지터에 의한 DAC의 감수성이라고 표현을 했고, Dunn도 풀스케일 THD+N이 100dB일때 샘플링지터레벨이 1.6ns rms미만이라고 언급하고 있다.
(Sample clock jitter and real-time audio over the IEEE1394 high performance serial bus)
DAC로 표준신호를 입력하고 DAC의 아날로그 아웃의 THD+N과 같은 특성만을 측정해 보아도, DAC에 연결된 모든 시스템(트랜스포트, 케이블, 디지털 인터페이스, 입력단)의 지터의 효과가 이미 반영되어 있다고 보아도 될 것이다. 아날로그 아웃의 THD+N 중에서 얼마만큼이 지터로 인한것인지, 지터 중에서도 얼마만큼이 샘플링 지터인지, 어느 것이 케이블로 인한것인지는 구분하기 쉽지 않겠지만..
간단히 말해 디지털 소스기기의 아날로그 출력의 일반적인 노이즈나 왜곡도 분석, 스펙트럼 분석속에 지터의 효과가 상당부분이 이미 반영이 되어 있다는 것이다.
아래는 일본의 연구팀이 오디오 관련 전문가 23명을 대상으로 jitter로 인한 왜곡의 청각역치를 조사한 논문이다.
Ashihara K, Kiryu S, Koizumi N. et al. Detection threshold for distortions due to jitter on digital audio. Acoustical Science and Technology Vol. 26 (2005) , No. 1 pp.50-54
더블블라인드 ABX 테스트로 random jitter의 청각역치를 조사한 연구에서 오디오엔지니어, 오디오 평론가, 사운드 엔지니어, 음악가 23명이 참여하였다.
이 연구에서는 대상자들이 자신이 선호하고 있는 DAC, 스피커, 헤드폰 등 각종 기구를 직접 가져왔고, 자신이 직접 음량을 조정하였으며, 대상자들은 원하는데로 원신호와 지터로 왜곡된 신호를 직접 선택하면서 비교할 수 있었다.
그럼에도 오디오 관련 전문가라고 할 수 있는 대상자 23명 모두 250ns rms의 random jitter가 있는 소리를 원신호와 구분하지 못하였다. 1us(microsecond)의 지터를 구분한 사람도 절반이 안되었고(11명), 500ns의 지터를 구분한 사람도 6명이 되지 않았다.
연구진은 벤자민의 연구를 언급하면서, 지터의 청취역치가 자신들의 연구에서 훨씬 높게 나온 이유를 더블블라인드 테스트(자신들의 연구)와 그렇지 못한 테스트(벤자민의 연구)의 차이로 언급하고 있다.
동일연구자들이 이 연구에 앞서 훈련되지 않은 일반대상자 14명으로 먼저 연구를 하였는데, 이때 14명의 일반대상자들은 576ns의 지터도 아무도 구분하지 못했다.
다시 말하지만 글쓴이가 디지털 소스기기의 지터분석결과를 본 한도에서 말한다면 디지털 오디오 체인에서 최악의 지터라고 해야 기껏해야 10-20ns(peak amplitude 기준)밖에 되지 않는다. 일반적인 CDP나 DVDP는 최악이라고 해봐야 최대 1-2ns(peak amplitude 기준)의 지터를 보인다. 그런데.. 오디오 전문가 그룹의 지터 청취역치가 250ns인 결과가 나온 것이다.
이 연구의 결과도 위 벤자민 등의 연구결과와 동일하다. 음악 프로그램을 들으면서는 디지털 오디오 체인의 지터를 듣지 못한다.
지터의 청취가능성에 대한 지금까지의 연구결과를 요약하자면,
1. 정상동작하는 디지털 소스기기로 음악을 들을때 지터로 인한 왜곡은 사람이 들을 수 없다.
2. 디지털 기기에서의 지터의 효과는 일반적인 노이즈나 왜곡도 분석, 스펙트럼 분석속에 이미 반영이 되어 있다.
3. 수십미터의 디지털 케이블을 써도 지터를 들을 수 없다.
앞으로 새로운 연구성과가 나오고, 지터의 청각역치에 관한 새로운 측정방법이 개발될 수도 있다. 하지만 그러한 경우라도, 디지털 소스기기의 지터는 일반적인 청취환경에서는 거의 문제가 되지 않을 것이다.
잘 모르는 사람이 본다면 디지털 오디오 기기에서 지터를 들을 수 있겠구나 하고 착각하기에 딱 좋다.
그러나, 위 연구결과를 음향학과 디지털 소스기기에서의 지터 측정수준에 대한 지식이 조금만 있는 사람이 본다면,
디지털 소스기기, 디지털 케이블에서의 지터는 음악들을때 아무런 문제가 되지 않겠구나 하는 것을 바로 알 수 있다.
1. 일반적으로 오디오애호가의 오디오시스템은 청취위치에서 120dB SPL의 소리를 재생하지 못한다.
요즘의 일반적인 북셀프 스피커의 감도는 90dB SPL/m/2.83V가 안된다. 톨보이나 플로어스탠딩형 스피커까지 모두 고려하여, 스피커의 감도를 90dB SPL/m/2.83V으로 고려하자. 이 스피커에서 1m 거리에서 120dB SPL를 들으려면 얼마만큼의 출력이 필요한가?
간단히 말해 1m 거리에서 스피커 하나만 재생할때 120dB SPL를 들으려면 1000W가 필요하다. 대부분 애호가에서 일반적인 청취거리는 1미터보다 훨씬 멀다. 1미터 거리에서 120dB SPL를 재생할때도 1000W가 필요하니, 스피커가 2개이고, 음향공간의 반사음을 고려하더라도 거리가 2미터를 넘어가면 1000W 이상의 출력이 필요하다.
사용하는 앰프가 1000W이상이라고 하자. 그럼 내 스피커가 1000W소리를 낼 수 있는가?
간단히 말하면.. 대부분의 애호가의 스피커는 1000W를 감당하지 못한다.
블로그의 다른 글 "좋은 음질을 듣기 위해 대출력앰프가 필요한가" 에서도 언급했지만, 고가형 스피커들도 10W정도만 되어도 스피커의 왜곡이 급격히 증가한다. 가정용 스피커로 1000W를 넉넉히 핸들링할 수 있는 스피커는 거의 없다.
**1번에서 애호가의 스피커와 앰프가 청취위치에서 120dB SPL소리를 낸다고 가정하자. 스피커나 앰프의 왜곡도 전혀 없다고 하자. **
2. 그렇다고 해도 일상생활에서 애호가가 음악을 들을때 120dB SPL의 소리가 나도록 듣는 경우는 사실상 없다.
블로그의 다른 글 "내 앰프의 힘이 모자란다고 생각될때"을 참조해서 직접 테스트해보면 알게 되겠지만, 애호가들이 평소에 음악듣는 음량은 높아봐야 청취위치에서 100dB SPL도 안된다. 아마 다른 애호가가 방문하거나, 다른 사람이 없을때 마음놓고 음량을 높일때의 최대음량이 100dB SPL정도이고, 일반적으로 음악들을때는 최대음량이 90dB SPL도 안되는 경우도 많을 것이다.
Dunn의 연구의 가정과는 달리, 애호가가 자신의 음향공간에서 음악을 듣는 음량은 120dB SPL는 고사하고 100dB SPL도 안된다.
100dB SPL재생시, Dunn이 청취역치에 해당하는 지터로 인한 왜곡은 -20dB SPL로 재생되고 있다. -20dB SPL은 인간이 들을 수 없는 소리다.
**스피커와 앰프가 청취위치에서 120dB SPL소리를 낼수 있고, 스피커나 앰프의 왜곡이나 노이즈도 전혀 없다고 하고, 애호가가 실제로 최대 120dB SPL소리크기로 재생해서 음악을 듣는다고 가정하자**
그럼 그때는 지터(로 인한 왜곡과 노이즈)를 들을 수 있는가.
답 : 그렇지 않다.
1.청취최대음량을 120dB SPL로 할때 음악들을때의 평균음량은 100dB SPL근처이고, 120dB SPL는 최대피크시 음량이다. 그러니 120dB SPL로 음악들을때도 거의 대부분의 재생시간동안 지터는 절대청각역치 저 아래에 있다.
2. 120dB SPL피크치의 소리를 들을때에도 지터는 들리지 않는다.
그럴리는 없지만.. 20khz소리가 120dB가 SPL나고 있다고 가정하자. 그때 20khz 재생시의 지터 성분들이 재생이 된다. 만약 20khz 사인파를 재생하고 있다면, 20khz 소리는 못들어도 지터성분의 소리를 들을 수도 있다.
하지만.. 음악을 들을때는 상황이 다르다.
지터성분이 재생하고 있는 0dB SPL 소리보다 훨씬 큰 재생음이 다른 주파수에서 나고 있다. 지터는 다른 재생음에 마스킹된다. 다른 주파수에서 재생되고 있는 음악소리에 묻혀서 지터로 발생하는 왜곡된 소리는 들을 수 없다.
3. Dunn의 연구에서 인간의 절대청각역치인 0dB SPL을 가지고 지터를 말하고 있다. 지터가 0dB SPL 소리가 나도 들을 수 있다고 가정하고 있다.
하지만.. 우리가 실제로 음악듣는 청취공간은 절대무음공간이 아니다. 도시의 소음원에서 벗어난 아주 조용한 곳에서도 20dB SPL근처의 기저소음이 있다. 도시에 사는 많은 분들의 경우 기저소음 30-40dB SPL정도는 가뿐하다.
30-40dB SPL의 기저소음이 있는 곳에서 0dB SPL의 지터를 들을 수 없다.
4. 다시 반복하지만 Dunn의 연구에서는 "인간의 절대청각역치인 0dB SPL"을 가지고 지터의 청취가능성을 말하고 있다. 이글을 읽고 있는 애호가 본인은 0dB SPL소리를 들을 수 있는가?
청력 테스트에서는 250-8khz대에서 25dB 미만의 청력손실이 있어도 정상범위에 있다고 간주한다. 인간의 절대청각역치 0dB SPL은 감각이 아주 예민한 10-20대 여성이나 어린이에서나 가능한 수치이다. 20-30대 남성만해도 0dB SPL 소리를 듣지 못하는 경우가 대부분이다.(4khz같은 주파수대역은 절대청각역치가 -10dB SPL 근처이기는 하다)
이상에서 보듯이, Dunn의 조사결과만 잘 해석을 해도 Dunn이 주장하는 지터의 청취역치는 무척 과장되었다는 것을 알 수 있다.
한편 지터의 청음가능성에 대하여 이론적 시뮬레이션과 함께 실제 청취테스트를 진행한 연구가 있다.
Benjamin, Eric and Gannon, Benjamin ' Theoretical and Audible Effects of Jitter on Digital Audio Quality,' 105th AES Convention, 1998, Print 4826.
돌비디지털 등으로 잘 알려진 돌비랩의 연구진들이 진행한 지터의 청음가능성에 대한 연구에서
사인파로 측정시 20khz에서의 지터의 청취역치는 10ns rms였다. 일반적인 음악을 들을때는 몇몇 프로그램을 제외하면 지터를 계속 올려, DIR(Digital interface receiver)의 락이 해제될때까지(lose lock) 청취자가 음악 프로그램에서 지터를 듣지 못하였고, 지터를 들었다고 하는 일부 프로그램에서의 역치는 20-370ns RMS(전체 평균 136.3ns, 표준편차 95ns, 청취자 8명중 최고점수자 평균 65ns, 표준편차 65ns, 지터)였다. 위 수치는 지터를 인지하지 못한 경우는 뺀 것이다. 지터를 인지하지 못한 경우는 훨씬 높은 지터에도 구분하지 못했다는 것을 고려하면 실제의 지터 인지수준은 위 보다 더 떨어진다고 보아야 한다. 또 위의 테스트는 그나마 블라인드 청취시험이 아니므로, 블라인드로 테스트하면 더 높아질 가능성도 많다.
(지터의 rms에서 peak to peak으로 환산하는 방법은 지터의 종류에 따라 다르다. 예를 들어 많은 시스템에서 볼수 있는 Random jitter의 경우 bit error rate에 따라 peak to peak 은 RMS에 비해 수배에서 10배이상 차이가 나기도 한다)
스테레오파일이나, 여러 잡지에서 디지털 소스기기의 지터에 대한 측정치를 발표하고 있지만, 일반적인 DVDP나, CDP의 지터는 최악의 경우라고 해봐야 1-2ns(나노초) rms이다. 스테레오파일에서 보면 알지만 peak to peak 지터의 측정치가 대부분 수백 ps(피코초)를 넘지 않는다.
저가의 사운드카드나 HDTV리시버등을 포함할때도 최악의 경우라고 해봐야 지터는 10ns rms근처이다.
한편 케이블에 의한 지터의 경우 돌비랩 연구팀의 조사결과에서는 30미터 동축선에서 발생하는 지터는 재생하는 신호크기가 약할수록 커지며, -80dBFS의 신호를 재생할때 측정된 지터의 최고치가 900ps였다. 연구팀의 결과를 인용하면, 최악의 지터가 발생하는 20khz를 -80dBFS로 재생할때, 발생하는 지터는 -171dBFS가 된다.
간단히 요약하자면 30미터 동축선을 써도 선재에 의한 지터는 들을 수 없다는 이야기가 되겠다. 30미터에서도 못듣는데, 가정에서 쓰는 몇미터 짜리 선재의 지터를 듣기는.. 무척 어려울 것이다.
Dunn의 연구와 Benjamin등의 연구들을 보아도,
일반적으로 음악듣는 환경에서 지터는 아무런 문제가 아니다.
또 지터의 효과는 우리가 일반적으로 시행하는 노이즈나 왜곡도 분석, 스펙트럼 분석에서 측정이 된다.
위 벤자민 등의 연구에서도 특정 지터주파수에서 특정 rms 진폭의 지터를 추가할때 변하는 THD+N을 지터에 의한 DAC의 감수성이라고 표현을 했고, Dunn도 풀스케일 THD+N이 100dB일때 샘플링지터레벨이 1.6ns rms미만이라고 언급하고 있다.
(Sample clock jitter and real-time audio over the IEEE1394 high performance serial bus)
DAC로 표준신호를 입력하고 DAC의 아날로그 아웃의 THD+N과 같은 특성만을 측정해 보아도, DAC에 연결된 모든 시스템(트랜스포트, 케이블, 디지털 인터페이스, 입력단)의 지터의 효과가 이미 반영되어 있다고 보아도 될 것이다. 아날로그 아웃의 THD+N 중에서 얼마만큼이 지터로 인한것인지, 지터 중에서도 얼마만큼이 샘플링 지터인지, 어느 것이 케이블로 인한것인지는 구분하기 쉽지 않겠지만..
간단히 말해 디지털 소스기기의 아날로그 출력의 일반적인 노이즈나 왜곡도 분석, 스펙트럼 분석속에 지터의 효과가 상당부분이 이미 반영이 되어 있다는 것이다.
아래는 일본의 연구팀이 오디오 관련 전문가 23명을 대상으로 jitter로 인한 왜곡의 청각역치를 조사한 논문이다.
Ashihara K, Kiryu S, Koizumi N. et al. Detection threshold for distortions due to jitter on digital audio. Acoustical Science and Technology Vol. 26 (2005) , No. 1 pp.50-54
더블블라인드 ABX 테스트로 random jitter의 청각역치를 조사한 연구에서 오디오엔지니어, 오디오 평론가, 사운드 엔지니어, 음악가 23명이 참여하였다.
이 연구에서는 대상자들이 자신이 선호하고 있는 DAC, 스피커, 헤드폰 등 각종 기구를 직접 가져왔고, 자신이 직접 음량을 조정하였으며, 대상자들은 원하는데로 원신호와 지터로 왜곡된 신호를 직접 선택하면서 비교할 수 있었다.
그럼에도 오디오 관련 전문가라고 할 수 있는 대상자 23명 모두 250ns rms의 random jitter가 있는 소리를 원신호와 구분하지 못하였다. 1us(microsecond)의 지터를 구분한 사람도 절반이 안되었고(11명), 500ns의 지터를 구분한 사람도 6명이 되지 않았다.
연구진은 벤자민의 연구를 언급하면서, 지터의 청취역치가 자신들의 연구에서 훨씬 높게 나온 이유를 더블블라인드 테스트(자신들의 연구)와 그렇지 못한 테스트(벤자민의 연구)의 차이로 언급하고 있다.
동일연구자들이 이 연구에 앞서 훈련되지 않은 일반대상자 14명으로 먼저 연구를 하였는데, 이때 14명의 일반대상자들은 576ns의 지터도 아무도 구분하지 못했다.
다시 말하지만 글쓴이가 디지털 소스기기의 지터분석결과를 본 한도에서 말한다면 디지털 오디오 체인에서 최악의 지터라고 해야 기껏해야 10-20ns(peak amplitude 기준)밖에 되지 않는다. 일반적인 CDP나 DVDP는 최악이라고 해봐야 최대 1-2ns(peak amplitude 기준)의 지터를 보인다. 그런데.. 오디오 전문가 그룹의 지터 청취역치가 250ns인 결과가 나온 것이다.
이 연구의 결과도 위 벤자민 등의 연구결과와 동일하다. 음악 프로그램을 들으면서는 디지털 오디오 체인의 지터를 듣지 못한다.
지터의 청취가능성에 대한 지금까지의 연구결과를 요약하자면,
1. 정상동작하는 디지털 소스기기로 음악을 들을때 지터로 인한 왜곡은 사람이 들을 수 없다.
2. 디지털 기기에서의 지터의 효과는 일반적인 노이즈나 왜곡도 분석, 스펙트럼 분석속에 이미 반영이 되어 있다.
3. 수십미터의 디지털 케이블을 써도 지터를 들을 수 없다.
앞으로 새로운 연구성과가 나오고, 지터의 청각역치에 관한 새로운 측정방법이 개발될 수도 있다. 하지만 그러한 경우라도, 디지털 소스기기의 지터는 일반적인 청취환경에서는 거의 문제가 되지 않을 것이다.
님의 서명
서울하늘에서 은하수를 볼날을 꿈꾸는
7
Comments
| 글쓰기 |
정성글은 추천이죵.