길도사와 함께하는 밝은사회

컴퓨터작살내기(<a href="http://cafe.daum.net/combreak/" target=nlink>http://cafe.daum.net/combreak/</a>) 게 시 판 : PC 강좌! 번 호 : 130 제 목 : [강좌] 컴퓨터에서의 사운드의 이해(3D사운드를 중점으로) - Part 1 글 쓴 이 : 주인장*^^* 조 회 수 : 11 날 짜 : 2002/09/07 10:21:59 내 용 : 안녕하세요 곰돌이 아빠입니다. 편의상 존칭은 생략합니다. * 들어가면서 필자가 처음으로 컴퓨터를 샀던 것은 서울올림픽이 한참이던 88년의 XT로 기억된다. 당시 그 컴퓨터에는 작은 스피커가 붙어 있었고 일부 게임에서는 그 스피커를 통해서 삑삑 거리는 소리를 들으며 게임을 진행하던 기억이 새롭다. 원래 IBM 호환기종이 사무용 컴퓨터를 염두에 두고 개발이 된 것이라서 초기에는 사운드의 지원이 매우 미약했던 것이 사실이다. 최근 들어 컴퓨터 사용의 가장 중요한 요소는 멀티미디어라는 한 단어로 어느 정도 정리가 가능한 상황이다. 얼마나 멀티미디어를 효율적으로 지원하는가하는 것이 컴퓨터 선택의 중요한 요소가 된지는 이미 어제 오늘의 일이 아니다. 이 글에서는 최근 들어 점점 중요성을 더해 가는 사운드에 대한 이야기를 하고자 한다. 그 중에서도 3D 사운드를 구현하는 방법중 양대 축인 EAX와 A3D에 관한 개념을 설명하고자 한다. 이 글의 순서는 다음과 같다. 1. 사운드 카드의 역사 2. 구조와 작동원리 3. 음원칩의 종류와 특징 4. 3차원 사운드 5. EAX와 A3D (아마 이 부분은 길이에 따라서 별도의 섹션으로 구성될 것이다.) 순서를 보시면 아시겠지만 가장 중요한 것은 마지막 5번이다. 나머지는 이것을 효과적으로 설명하기 위한 워밍업정도로 이해하시면 될 것이다. 물론 필자의 능력이이 모든 것을 완벽하게 정리할 수 있는 수준은 아니다. 같이 공부한다는 자세로 아는 범위 내에서 설명을 드리도록 하겠다. 미진한 부분은 보충해서 다음에 다시 새로운 기술과 함께 글을 올리겠으며 그 부분은 주로 스피커와 오디오 시스템에 관한 이야기가 될 것으로 예상하고 있다. 읽으시고 컴퓨터의 사운드를 이해하시는데 조금이나마 도움이 된다면 필자로서는 더 바랄것이 없겠다. 1. 사운드 카드의 역사 1) Adlib 처음에도 필자의 XT 컴퓨터의 스피커 이야기를 했지만 처음부터 지금처럼 훌륭한 사운드를 컴퓨터에서 들을 수 있었던 것은 물론 아니다. 최초의 사운드 카드는 캐나다의 애드립사에서 만들었으며 보통 애드립(Adlib)카드라고 한다. 물론 지금의 수준에서 보면 상당히 조악한 수준의 음질이였으나 당시에는 컴퓨터에서 사운드를 들을 수 있다는 이유 하나만으로도 상당한 인기를 모았던 것으로 기억한다. 이 카드의 특징을 정리하면 다음과 같다. 8비트 사운드 카드 동시 발음수 : 11 FM방식 이것은 카드의 램에 특정 파형을 입력시켜놓고 사운드를 출력할 때에는 기존의 파형을 이용해서 소리를 합성하는 방식이다. 그래서 원음과는 상당한 차이가 있으며 특히 비트박스에서는 아주 우스운(?) 소리를 들려주었다. 이 카드의 가장 결정적인 단점은 녹음이 불가능하다는 점과 떨어지는 음질이였다. 2) Sound Blaster 사운드 카드의 한 시대를 풍미했고 지금도 사운드 카드의 표준으로 인정받는 사운드 블라스터 (이하 사블 또는 SB)를 만든 Creative사가 미국이 아닌 싱가포르에 본사를둔 다국적 기업임은 이제는 잘 알려진 사실이다. 최초의 본격적인 사운드 카드라고 할 수 있는 제품이다. 최초의 제품인 사블 1.0은 다음의 특징을 가지고 있다. 8비트 22Khz 음성녹음, 재생 가능 즉 게임을 할 때 드디어 제대로 된 효과음을 표현 할 수 있게 된 것이 무엇보다도 큰 특징이다. 사블에 대한 이야기는 차차 계속하기로 하자. 3) 옥소리 이 카드가 발표될 당시의 컴퓨터 환경은 도스환경이였고 특히 노래방 문화가 발달 하던 시기여서 한동안 옥소리카드는 일반인에게 노래방카드라는 애칭으로도 잘 알려졌다. 이 카드의 성능은 사블에 못지 않았으나 윈도우즈 환경으로의 전환에 실패한 아픈 기억이 있다. 특히 윈도우즈 95이상에서의 호환성이 좋지 못했다. 적어도 국내에서는 사블과 당당하게 대응을 했던 국산 사운드 카드의 대명사이다. 한솔전자로 인수되었다가 한솔이 사운드 카드 부분을 포기한 이후로는 다시 훈테크 에서 사운드 트랙 (이하 시트)라는 상표명으로 새롭게 태어난 카드이다. 사트의 음질은 사블에 못지 않고 오히려 비슷한 가격대에서는 더 좋다는 사용자들도 많다. 다만 번거로운 설정 때문에 고급 사용자들이 주로 이용하는 편이다. 2. 구조와 작동원리 1) 사운드 칩셋 (음원칩) 사운드 카드에서 가장 핵심적인 부분으로서 사운드를 직접 만들어내는 부분이라고 된다. 이 음원칩의 종류에 따라서 음질과 음색이 확연히 달라지므로 같은 음원칩을 사용한 카드는 제조회사나 모델의 차이에도 불구하고 기본적으로는 비슷한 소리를 낸다. 현재에는 야마하, ESS, 오리얼, 크리에이티브사에서 만든 몇몇 모델의 음원칩이 주로 사용된다. 2) 커넥터 / 잭 쉽게 말해서 연결단자가 여러 개로 나뉘어 있으면 커넥터라고 하고 (CDROM연결 커넥터) 하나의 구멍으로 연결이 가능하면 잭이라고 한다. 우리말로는 보통 단자 라는 표현을 쓴다. 주로 커넥터는 사운드 카드의 내부연결에 사용하고 잭은 외부 연결에 사용하는 것이 일반적이다. (1) 커넥터 사운드 카드마다 다르지만 일반적으로는 CDROM, AUX등의 3-4개의 내부 연결 커넥터를 가진다. 최근에는 디지털 입출력이 가능해지면서 별도의 디지털 커넥터를 가진 모델도 상당수 출시되고 있다. 또한 대부분의 사운드 카드는 미디와 조이스틱을 연결 할 수 있는 외부 커넥터를 가지고 있다. 이것은 주로 사운드 카드가 게임 및 음악작업에 사용되므로 별도의 추가비용을 들이지 않고 연결 포트를 가지기에 가장 유리한 기기이기 때문으로 생각된다. (2) 잭 역시 사운드 카드의 종류마다 차이가 나지만 사운드 카드의 뒷면을 보면 보통 3-5개 정도의 잭을 가지고 있다. 가장 기본은 라인 아웃 또는 스피커 아웃단자이다. 두 가지를 모두 가지고 있는 것도 있고 하나만 가지고 있는 제품도 있다. 원래의 의미로 근본적인 가장 큰 차이점은 증폭여부이다. 즉 스피커 아웃단자를 거치는 전기적 신호는 사운드 카드 자체의 앰프를 통해서 증폭되어 출력된다. 그러나 최근에 들어서는 거의 모든 사운드 카드가 자체에 이러한 증폭앰프를 가지고 있지 않다. 이것은 전기적 신호가 증폭이 되면서 음이 왜곡되는 현상이 발생하기 때문 으로 반대로 요즈음의 컴퓨터용 스피커에 이러한 증폭기능을 가지고 있다. 최근의 추세는 사운드의 입체감이 점점 중요시여겨지면서 두 개의 전후방 분리 단자를 갖는 추세이다. 또한 마이크를 이용하기 위한 마이크 입력단자, 외부기기와의 연결을 위한 Line in단자들이 보통 있게 마련이고 디지털 출력이나 광출력을 위한 별도의 단자를 가진 고급형 제품들도 있다. 잡음 제거를 위한 노력으로 금이나 심지어는 백금으로 도금한 제품도 있다. 3) 작동원리 여러 가지 방식이 있었지만 최근에 사용되는 것은 다음의 3가지 방식이다. (1) PCM 방식 이 방식은 소리를 AD변환기(Analogue to Digital Converter)를 이용해서 디지털 신호로 바꾼 다음에 이 소리를 블록으로 나누어서 음의 고저를 표시해서 저장하는 방식이다. 비교적 간단하게 자연음에 가까운 소리를 구현한다는 장점이 있고 소리를 이렇게 블록으로 나누고 고저를 표시하기 때문에 저장용량이 크다는 단점이 있다. 윈도우즈상의 WAV파일이 바로 대표적인 PCM방식을 이용한 저장형태이다. 대표적인 지원 칩셋으로는 사블의 EMU-8000이나 사블 라이브 시리즈의 EMU10K1등의 칩셋이 있고, 야마하의 YM시리즈도 여기에 속한다. (2) FM 방식 주파수 변조방식이라고 표현되는 이 방식은 대용량의 파일로 저장되는 PCM방식을 보완한 것이다. 음의 파형을 이용해서 이것을 저장한 다음에 소리를 만들 때에는 이 주파수를 변조해서 자연음에 가까운 소리를 합성 재생하는 방식이다. 즉 주파수를 이용해서 지구상에 존재하거나 심지어는 존재하지 않는 거의 모든 소리를 합성해서 재생한다. 또한 저장용량도 매우 작다. 그러나 실제 존재하는 소리를 그대로 재생하는 것이 아니기 때문에 똑같은 음이 나오지 않는다는 단점이 있다. 대표적으로 초기의 애드립카드가 이 FM방식을 이용했으며, OPL2라고 불린 야마하의YM 3812칩과 OPL3라고 불린 YMF 262등의 칩셋이 있다. (3) Midi 방식 (Musical Instrument Digital Interface) 이 방식은 샘플링이라는 방식을 사용한다. 즉 샘플링을 통해 음을 저장하고 출력 할 때는 저장한 음을 그대로 사용하거나 약간의 변조를 통해서 거의 자연음과 같은 수준의 음을 재생하는 방식이다. 원래는 전자악기를 위한 표준이였고 지금도 그렇지만 최근에는 사운드카드에서도 중요한 요소로 자리잡았다. 이러한 미디 인터페이스의 표준이 영국의 롤렌드사에서 만든 MPU-401이라는 카드이다. 윈도우즈 3.1부터 사용해본 사용자들에게는 그리 낯설지 않은 이름일 것이다. 보통 웨이브 테이블이라는 방식을 사용하는데 이 방식은 소리를 하드디스크 등에 파일의 형태로 저장하고 재생시에는 사운드카드의 램으로 가져와서 소리를 재생 하는 방식이다. 그래서 미디를 지원하는 최근의 사운드 카드는 자체적으로도 약간의 메모리를 가지고 있고 때로는 시스템 메모리의 일부를 빌려 사용하기도 한다. 다른 방식으로는 주조 전자악기에서 사용하는 방식으로 샘플링한 소리를 롬에 저장 해두었다가 사용하는 방식이다. 전자의 경우보다 비교적 저렴한 방식인데 새로운 소리를 합성하기에는 적합하지 않다. 3. 음원칩의 종류와 특징 사운드 카드의 칩셋은 컴퓨터의 CPU보다도 사운드 카드에서는 중요한 의미를 갖게 된다. 이 칩셋에 따라서 음질과 음색 그리고 성능이 사실상 결정되기 때문이다. 주요 메이커는 크리에이티브사와 야마하, ESS, 그리고 Aureal 등이 있다. 예전에는 여기에 엔소닉과 옵티 등이 있었으나 현재에는 모두 크리에이티브사가 인수한 상태이다. 소프트웨어에서 MS 대 반 MS 그리고 CPU부분에서 인텔 대 반 인텔처럼 사운드 칩셋 부분에서도 크리에이티브사 대 반 크리에이티브사의 대결 구도이다. 보통 저가형은 야마하와 ESS가 크리에이티브사와 경쟁하고 있고 고급형 시장에서는 Aureal사가 그 위치를 대신하고 있다. 1) Yamaha 컴퓨터 사용자들보다는 오토바이 폭주족들(?)에게는 더욱더 친숙할 이름인 야마하는 사실상 사운드 칩셋의 원조라고도 할 수 있는 회사이다. 초기의 칩셋중 가장 유명한 것이 바로 야마하의 YM 3812 칩셋이다. 이 이름보다는 보통 OPL2라는 이름으로 더 유명했다. 이 OPL이라는 이름자체가 야마하사의 음원 칩셋 분류 명칭인데 그것이 그대로 통용될 정도였다. 여기에는 OPL, OPM, OPN등이 있고 각각에는 OPL2, OPL3, OPL4 등의 레벨이 존재한다. OPL3에는 YMF 262라는 칩셋이 유명했다.OPL2, 3은 모두 FM방식이고 OPL4방식의 칩셋 중에는 YMF 278이 있으며 웨이브 테이블 미디를 지원한다.최근의 야마하 칩셋은 보통 XG라는 상표명이 붙어있고 전통적으로 야마하의 칩셋은 미디 부분에 강점을 가진다. YMF 724 / 725 / 727등이 있으며 다이렉트 사운드 3D (DS3D)를 지원하는 칩셋 중에서는 가격도 저렴하고 성능도 매우 우수한 칩셋으로 평가된다. 2) ESS 최근에 출시되는 컴퓨터의 저가형 사운드 칩셋시장을 거의 석권하는 칩셋이다. 아직도 사용빈도가 있는 ISA방식을 지원하기도 하고 모델은 ESS 1868 / 1869 등 매우 다양한 편이다. 가격이 저렴하고 사운드 카드가 가져야할 대부분의 요소를 지원하지만 3D사운드에는 취약한 편이다. 같은 회사의 마에스트로라는 칩셋도 있으며 다이얼패드가 보편화되면서 소비자들이 중요한 사운드카드 선택기준이 된 풀 듀플렉스도 지원한다. 이 풀 듀플렉스를 지원해야만 다이얼 패드 같은 서비스의 원활한 이용이 가능하다. 3) Creative사 이제야 나왔다고 실망할 필요는 없다. 크리에이티브사는 몰라도 컴퓨터의 사용자들이라면 모두 사운드 블라스터는 알 것이고 혹시나 사운드 블라스터라는 몰라도 사블이라는 이름은 컴퓨터를 사용해보았다면 한번은 들어보았을 것이다. 지금은 윈도우즈 시대가 되면서 윈도우즈 호환성이 중시되었지만 도스시대만 해도 표준처럼 여겨지는 이 카드의 호환성 여부가 사운드 카드 선택에 중요한 요소일 정도였다. 사실 사블의 역사가 곧 사운드 카드의 역사일 정도로 사블은 사운드 카드 에서는 절대로 간과 할 수 없는 이름이다. 사실 이 부분만을 다루어도 상당한 분량이 될 것이므로 이 글에서는 간단히 지금 사용되는 칩셋에 대해서만 살펴보기로 한다. 사운드 카드 역사상 최고의 명품으로 일컬어지는 사블16의 후속작인 사블AWE32에 사용된 EMU 800도 앞에서 설명한 웨이브 테이블 미디를 지원하는 칩셋이다. 자체적 으로 512KB의 메모리를 가지고 있는 이 칩셋은 원래는 프로미디어라는 카드에 사용 된 다른 회사의 칩셋이였으나 나중에 크리에이티브사에 합병되었다. 이 칩셋의 최 근작이 사블 라이브에 사용되는 EMU10K1칩셋이다. 이 칩셋은 1,000MIPS와 200만개 트랜지스터 집적도를 자랑하며, 131 오디오 채널을 이용해서 DS3D와 하드웨어 가속, EAX 등을 지원한다. 물론 이중 가장 중요한 개념은 EAX이고 이것은 이 글의 후반부 에서 중점적으로 다룰 것이다. 현재 크리에이티브사의 메인 칩셋이라고 할 수 있다. 최근에 크리에이티브사는 이 칩셋이 아닌 다른 칩셋을 이용한 고급형 사운드 카드를 올 상반기 중으로 선보이겠다는 발표를 했다. 사실 지금의 라이브 시리즈에는 신제품의 출시가 늦어지면서 너무 많은 변종이 생기고 말았다. 자세한 스팩은 공개되지 않았지만 사블의 이름만으로도 상당히 기대되는 부분이다. 4) Aureal 다른 칩셋이 ISA방식부터 지원했던 것과는 달리 이 회사는 PCI방식부터 지원을 했다. 당시로서는 상당히 획기적인 일 이였는데 이로 인해 잃은 것도 많았지만 음질과 기술에서는 한 단계 진보한 카드라는 평을 들었다. 최초의 칩셋은 AU 8820 Vortex이다. 가장 큰 특징은 뭐니 해도 DS3D의 하드웨어 가속 지원, A3D의 하드 웨어 가속 지원, AC'97 Codec지원 등 이다. 최근의 추세를 그대로 대변하는 칩셋이다. 물론 여기에서 가장 중요한 것은 A3D라는 API이다. 물론 이것도 앞에서의 EAX와 함께 글의 후반부에서 집중적으로 살펴볼 것이다. 후속모델은 600MIPS, 64 동시발음, 256 PCI 웨이브 테이블, 320음 미디, 최고 8개까지의 다중 스피커, DVD 디코딩, Dolby AC-3 디코딩을 지원하거나 지원할 예정이고 물론 무엇보다 가장 중요한 것은 독자적인 사운드 API인 A3D 2.0이다. 4. 3차원 사운드 필자가 처음 가졌던 개인용 음향기기는 그 유명한 소니의 워크맨이 아니었고 트랜지스터라는 잘못된 이름으로 불리던 소형 라디오였다. 이 제품은 스피커가 달린 것이 아니라 잭을 이용해서 외부의 이어폰으로 소리를 전달했다. 문제는 이 잭이 모노사운드만을 지원했기 때문에 양쪽 이어폰을 끼우더라도 왼쪽에서만 소리가 났다는 점이었다. 그래서 당시에 상점에서는 이 단자에 꼽으면 양쪽 이어폰 모두에서 소리가 나도록 하는 작은 단자를 팔았고 그 당시 필자를 비롯한 친구들은 그것을 스테레오 잭이라는 전혀 엉뚱한 이름으로 불렀던 기억이 새롭다. 당시에는 양쪽에서 소리가 나면 무조건 스테레오라고 이해했던 시절이었고 스테레오의 정확한 의미를 아는데는 좀더 시간이 필요했다. 최근의 사운드는 이러한 스테레오를 넘어서 실제 현장에 있는 현장감을 중시하는 방향으로 진행되고 있다. 보통 서라운드 시스템이라는 말을 많이들 들어보았을 것이다. 이러한 3D 사운드를 구현하는 방식에는 그 동안 여러 가지 기술이 사용되고 지금도 연구 개발되고 있다. 처음에는 전통적인 2개의 스피커를 이용한 2way 180의 서라운드 기법이 많이 사용되었고 최근에는 4way 360 3D 사운드 기법이 일반화되고 있는 추세이다. 이러한 3D 사운드 기술에도 여러 가지 방법이 있는데 그 중에서 유명한 것을 살펴보면 SRS(Sound Retrieval‎ System), Dolby Digital AC3, Dolby Pro Logic, Aureal의 A3D, Creative사의 Q Sound등이 있다. 1) SRS 초기의 3D로 이해되는 이 방식은 가장 대표적이고 유명한 방식의 하나이다. 이 방식은 사람의 착각을 이용한 방식이다. 실제로 3D의 소리를 정확히 구현하는 것이 아니라 사람의 귀가 가진 착각을 이용해서 3D로 들리게 하는 방식으로 기술구현이 비교적 쉽고 비용이 저렴하나 실제로 정확한 3D가 아니라는 단점이 있다. 기술적으로는 확장 스테레오 방식이라고 한다. 2개의 스피커로 스테레오 사운드의 좌우 넓이를 강조하고 스피커의 설치된 위치 바깥쪽에도 소리가 들리는 것처럼 착각을 유도한다. 2) Dolby Sound 아마 오디오에서 특히 Tape의 녹음버튼 옆에서 보았을 친숙한 이 이름은 3D 사운드를 구현하는 방식 중에서 비교적 고가라는 단점이 있다. 그리고 여러 장비가 필요하기 때문에 극장 등의 대형시설에서 주로 이용된다. 돌비사운드는 여러 가지 세부항목이 있고 그중 DVD를 채택하고 있는 Dolby Digital AC3이 3D 사운드의 표준으로 인식되고 있다. 이 방식은 모두 6개의 스피커가 필요한 단점이 있어서 두 개의 스피커로도 비슷한 효과를 얻을 수 있는 True Sound기술 개발이 이루어 지고 있다. 이 방식은 보조 스피커 방식 또는 다중 스피커 방식이라고도 한다. 즉 기본인 2개의 스피커 이외에 여러 개의 보조 스피커를 두는 방식이다. 이 방식은 스피커를 두는 위치나 수에 따라서 세부적으로 분류를 한다. 가장 일반적인 방식은 2-2방식이다. 이것은 전면의 좌우에 2개, 후면의 좌우에 두 개의 스피커를 두는 방식이다. 3-1방식은 주로 영화관에서 사용하는데 전면에 3개의 스피커를 두고 뒷면에는 1개 의 스피커를 둔다.최근에 DVD의 보급과 함께 인기를 끌고있는 5.1방식은 이것을 확장한 것이다. 즉 전면에는 센터 스피커를 중심으로 2개의 좌우 스피커가 추가되고 후면에는 좌우에 2개의 스피커, 그리고 베이스를 담당하는 서브우퍼가 추가되는 방식이다. 아직까지는 가장 진보하고 대중적인 3D 사운드 구현 방식이지만 비교적 고가라는 단점도 있다. 바로 전 단계인 4.1방식은 여기에서 센터 스피커가 제외된 방식이다. 3) Positional 3D 일반적으로 컴퓨터에서 가장 많이 사용하는 방식으로서 스피커를 2개 사용하여 사람의 착각을 이용하거나 실제로 4개의 스피커를 이용하는 방식이다. 이 방식은 음원이 되는 대상물을 이동시키고 이의 이동에 따라 음을 이동시키는 방식을 이용 한다. 음원의 위치에 따라서 음의 위치를 계속 변화시키는 방식으로서 가장 효과적인 이용 대상은 역시 게임이다.예를 들면 레인보우6등에서는 적이 앞면에서도나타날 수 있고 뒷면에서도 나타날 수 있다. 그때마다 그 위치를 계산해서 소리를 발생시키는 방식이다. 이것은 미리 녹음한 것을 재생하는 것이 아니라 사용자의 요구에 맞추어서 그때마다 실제로 소리를 계산해서 발생시키므로 인터랙티브 3D 사운드라고도 하며 소리의 계산을 위해서 비교적 고성능의 컴퓨터 시스템이 요구 된다. - 계속 - 곰돌이 아빠 김영로 (<a href="http://go.daum.net/bin/go.cgi?relative=1&url=/Mail-bin/login_f.cgi%3Ferror%3Dlogin%26lu%3D/Mail-bin/send_mail.form.cgi%3FTO%3Dbear0601@chollian.net">bear0601@chollian.net</a>) ** 자료출처 : 천리안 하드웨어동호회(CHC) **