LP가 CD보다 음질이 좋다?!

조회 수: 3359, 2013-08-22 01:32:15(2013-08-20)

LP가 CD보다 음질이 좋다 ?!

 

실제에서는 가능합니다.  그러나 기술적인 원리에 입각해서 LP를 자전거에 비유한다면 CD는 자동차에 비유할 수 있습니다.  LP는 원시적인 기술입니다.  LP는 아날로그 기술이고 CD는 디지탈 기술입니다.

 

일반 사람들은 아날로그 기술과 디지탈 기술이 어떻게 다른지 감이 없으면서도 새로운 것이면 무조건 디지탈이라고 합니다.  많은 경우 전혀 엉뚱한 것을 가지고 디지탈에 비유합니다.  특히 한국 정치인들 가운데 이런 작자들이 많은데 서구 정치인들에 비해 한국 정치인들은 과학기술에 대한 소양이 너무 부족하다는 것을 많이 느낍니다.  특히 좌경한 민주당 사람들 가운데 이런 자들이 많다는 것을 가끔 느끼곤 했습니다.

 

그건 그렇고…

아날로그 신호를 디지탈 신호로 바꾸어주는 디지타이즈 과정에 대해 약간의 설명을 하겠습니다. 디지타이즈를 하려면 먼저 아날로그 신호를 쌤플링을 합니다.  시간적으로 이산과정을 행하는 것이지요.  그러면 얼마나 자주 쌤풀링을 해야 할까?  이 질문은 나이퀴스트의 쌤풀링 이론으로 답이 나옵니다.  대역폭이 제한된 신호는 최대 대역폭의 2배의 주기로 한 쌤플로서 나타낼 수 있고 그 쌤플만으로 원 파형의 복원이 가능하다는 이론입니다.

 

초기 CD의 쌤플링 주파수는 여기에 근거해서 나온 것입니다.  음악 혹은 음성 신호들은 모두 20Hz 에서 20,000Hz 사이의 가청 주파수 대역폭에 제한되어 있다는 이론을 근거로 최대 가청주파수의 약2배를 택한 것 입니다.

 

이렇게 쌤플링한 쌤플들은 퀀타이징 과정으로 보내집니다.  퀀타이징은 쉽게 말하면 소숫점이 있는 숫자들을 정수로 바꾸어 주는 작업입니다.  가령 16비트의 숫자는 0 부터 2**16 –1 까지의 숫자밖에는 표현할 수 없습니다.  그러나 아날로그 신호의 쌤플 값은 무한개의 숫자가 있어야 표현이 가능합니다.  그래서 이 소숫점이 있어야 표현 가능한 수들을 그 값에 가장 근접한 정수로 치환합니다.  그래야 이 쌤플들을 16비트의 수로 나타낼 수 있습니다.  이로서 디지타이징 과정이 끝났습니다. 

 

그런데 이 과정에서 원 쌤플값과 퀀타이징해서 정수값으로 바꾸어진 쌤플 값과는 차이가 있습니다. 그 차이는 결국 노이즈가 되는데 이를 퀀타이징 노이즈 라고 합니다. 결국 아날로그 신호를 디지탈 신호로 바꾸는 과정에서 노이즈가 삽입된 셈인데 그렇다면 이런 노이즈를 삽입 시키면서 까지 수고한 이유가 무엇일까요?

 

그 이유는 신호 처리과정에서 여러가지 이득이 있기 때문입니다. 디지탈 기술에서는 신호들을 단위시간당 제한된 개수의, 최소치와 최대치가 제한된 개수의 정수로 표시되어 있기 때문에 소위 노이스 훌러가 제한되어 있고 그 이후의 신호처리 과정에서 더 이상의 노이스가 삽입될 가능성이 거의 없습니다. 반면 아날로그 신호는 처리과정을 거치면서 노이스가 누적되어 처리과정을 거치면 거칠수록 오차범위가 커집니다.  즉 노이스가 증가하는 것이지요.

 

디지탈 신호 처리에서 노이스가 누적될 가능성이 매우 작은 이유는 제한된 숫자에 대한 구별 능력만 필요하기 때문입니다.  많은 경우 쌤플링 값은 2진법 숫자로 표현되고  2진법으로 계산됩니다.  2진법은 0과 1만 구별하면 됩니다.  그래서 오류 발생 확율이 매우 작습니다.  반면 아날로그 신호는취할 수 있는 신호 값이 무한대입니다.  이 무한대의 가능성을 구별해 내야 하니 항상 오류가 발생한다해도 무리가 아닙니다.

 

자, 이런 과정을 이해하고 나면 왜 아날로그 기술을 사용한 LP가 디지탈 기술을 채용한 CD에 비해, 적어도 기술적 원리에 의하면, 좋을 수가 없다는 사실이 자명해 집니다.

 

LP의 가장 큰 취약점은 소위 다이나믹 레인지 입니다.  다이나믹 레인지는 쉽게 말하면 약한 신호와 가장 강한 신호의 크기 차이 입니다.  LP는 음악신호를 그 크기에 따라 그르브 골짜기에 새겨 넣은것입니다.  V자 모양의 그르브 한쪽에는 오른쪽 챤넬 다른 쪽에는 왼쪽 챤넬을 새겨 넣고, 바늘 한개로 양쪽 챤넬의 진동을 전달하도록 고안된 것입니다.

 

그런데 음악신호는 다이니믹 레인지가 비교적 큽니다.  음악신호의 평균에너지와 음 신호 크기 차의의 비를 크레스트 레이쇼 라고 하는데 이것이 매우 큽니다. 보통의 싸인 웨이브는 RMS와 최대치의 비가  1.4142… 인데 음악 신호의 경우는 이것이 10이 넘는다고 합니다.

 

이렇게 다이나믹 레인지가 큰 신호들을 제한된 크기의 그르브에 새겨넣는 것은 실제적으로는 불가능합니다.  그래서 이 문제를 해결하기 위해 도입된 것이 프리엠파시스 기술입니다.  LP용 프리암프에 있는 이퀄라이져가 바로 이 과정의 일부입니다.

 

대부분의 음악신호에서 진폭이 큰 신호들은 저역에 있고 고역 신호들은 진폭이 작습니다.  이 특성을 이용하여 저역신호들은 고의적으로 진폭을 줄여주고 고역신호들은 상대적으로 키워주어 신호의 크레스트 레시오를 줄여서 그르브에 녹음합니다.  따라서 그르브에 녹음된 신호들은 원음과 다릅니다.  이것을 재생할 때 원상복귀시켜 주는 데 이기능을 수행하는 것을 이퀄라이져라 합니다. 

 

이런 과정에서는 항상 오차가 발생합니다.  그래서 실제적으로 구현 가능한 LP의 다이나믹 레인지는 대략 최대 65dB정도라고 합니다.  한편 L챤넬과 R챤넬의 세파레이션도 30dB를 넘기기 힘들다고합니다.  반면 16비트 CD의 다이나믹 레인지는 90dB이고 챤넬 세파레에션은 완벽합니다.  원음과의 오차도 퀀타이징 노이스로 제한되어 귀로는 식별이 안될 정도입니다.  퀀타이징 레벨을 16비트에서 24비트로 올리면 퀀타이징 노이스는 더욱 줄어듭니다.  그리고 다이나믹 레인지는 더욱 커집니다.  쎔플링 주파수는 대역폭과 관계가 있고 그래서 DA과정에 수반되는 휠터링과 관계가 있습니다.  CD풀레이어에 음질차이가 난다면 이 휠터에서 기인한 경우가 많을 것입니다.

 

이런 기술적 측면에 약간의 이해가 있으면 LP가 음질이 좋다는 주장은, 예외적인 경우가 아니라면, 일반적으로는 하기가 힘들 것입니다.

 

그렇지만 이는 어디까지나 원리적인 것이고 구현상에서 차이가 있을 수 있기 때문에 간혹 소리가좋은 LP도 있을 수 있고 음질이 형편없는 CD도 있을 수 있습니다.  음질이 나쁜 CD의 경우 문제는 녹음과정에 있는 경우가 많다고 합니다.  한편 CD중에는 LP음반을 음원으로하여 제조된 것들이 있는데 이런것들은 당연히 LP보다 좋을 수가 없습니다.