업샘플링

업샘플링   

96kHz 샘플된 디지털 오디오의 소리가 44.1kHz 샘플된 오디오보다 더 좋다는 데에는 이견이 없습니다. 그러나 샘플링 이론에 따르면, 44.1kHz 샘플링은 인간이 들을 수 있는 것보다 높은 22.05kHz의 오디오 대역폭을 제공합니다. 그렇다면, 왜 48kHz의 오디오 대역폭을 가진 96kHz 디지털 오디오가 22kHz 대역폭을 가진 44.1kHz 샘플된 디지털 오디오보다 소리가 나을까요?

한 가지 이유는 확장된 대역폭과는 관련이 없고, 디지털 오디오 재생에 필수 불가결한 디지털 필터링과 관련이 있다는 것입니다. CD 플레이어나 디지털 프로세서 내의 디지털 필터는 샘플링 비율의 배수를 발생시키는 신호의 가상적인 이미지를 제거합니다. 안타깝게도, 디지털 필터들은 과도 응답을 무디게 함으로써 시간 영역에 왜곡을 유입시킵니다. 매우 급작스럽게 시작했다 멈추는 스네어 드럼을 생각해 보십시오. 디지털 필터는 순간적인 에너지의 일부를 취하고 그것을 시간에 따라 분산시킵니다. 기묘하게도, 이렇게 시간을 불분명하게 하는 일은 순간적인 음악 신호 후가 아니라 그 이전에도 발생합니다. 그러한 왜곡은 음악 신호가 필터를 벨처럼 울리기 때문에 "링잉(ringing)"으로도 부릅니다. 그 결과는 정확도, 디테일, 그리고 과도 응답을 잃고, 그와 함께 공간감이 붕괴되는 것입니다.

필터의 롤오프가 더 급할(빠를)수록, 링잉과 시간의 손상도 더 커집니다. 44.1kHz 오디오 디코딩에 사용되는 디지털 필터는 실제로 가파릅니다; 이들은 20kHz까지 전체 오디오 대역을 통과시키고, 그 다음에는 22.05kHz(샘플링 주파수의 절반)에서 무려 100dB로 신호를 감소시킵니다. 비교해보면, 스피커 크로스오버에 사용된 아날로그 필터는 훨씬 더 점진적인 것으로, 전체 옥타브에서 신호를 대략 12dB 감소시킵니다.

44.1kHz 대신에 96kHz에서 샘플된 디지털 신호를 필터하기 원한다고 가정해 보겠습니다. 이 필터는 훨씬 더 부드러울(훨씬 덜 급격한 롤오프) 수 있고, 우리가 보존하기를 원하는 가장 높은 오디오 주파수로부터 충분히 멀리 떨어질 수 있습니다. 그런 필터는 컴팩트 디스크의 진보 이후 우리가 들어온 필터들보다 시간적인 문제를 훨씬 덜 유입시킵니다. 샘플링 주파수가 높을수록, 필터도 더욱 부드럽고 덜 해롭게 됩니다. 192kHz 샘플된 데이터에서 작동하는 필터는 음악에 훨씬 덜 해를 끼치며, 이론적으로 이상적인 아날로그 필터에 접근합니다.

우리는 이런 상황을 조사하여 CD 음질을 한 차원 발전시킬 수 있습니다. 만일 우리가 일반적인 CD 트랜스포트에서 일반적인 CD를 재생한다면, 샘플링 주파수를 증가(88.2kHz, 96kHz, 또는 192kHz)시키는 장치에 44.1kHz의 데이터를 입력하고, 다음에는 높게 샘플된 데이터를 시간적인 문제가 적은 부드러운 필터로 디코드하여, 모든 CD의 사운드를 개선할 수 있습니다. 44.1kHz 재생을 위해 설계된 필터를 제거함으로써, 이제 기존 CD는 투명도, 공간감, 고역의 매끄러움, 해상도, 그리고 화성적인 정확도가 극적으로 증가되었습니다. 업샘플링(upsampling)을 통해 음악적인 정보가 창조되는 것이 아니라는 사실에 주목하십시오; 그 음질에서의 장점은 더욱 온화한 디지털 필터를 사용함으로써만 부여되는 것입니다.

너무 동떨어진 이야기로 들립니까? 필자도 직접 들어보지 않았다면 믿을 수 없었을 것입니다. 최근의 하이파이쇼에서, 캐노러스(Canorus www.canorus.com)라는 이름의 회사는 데이터 컨버전 시스템(Data Conversion System, DCS)의 모델 972 프로페셔널 업샘플링 장치를 시연했는데, 이 장치는 CD 소리에서 큰 향상을 보여주었습니다. 필자는 192kHz에서 샘플된 마스터 테입, 44.1kHz CD에서의 동일한 음악, 또는 44.1kHz CD를 96kHz와 192kHz로 업샘플한 것을 듣는 것을 선택할 수 있었습니다. 디지털 프로세서는 dCS 엘가(Elgar)였습니다. 놀랍게도, 업샘플된 CD 소리는 필자가 가능하리라고 생각했던 것보다 192kHz에서 샘플된 마스터 테이프에 훨씬 더 가까운 것이었습니다. 일반적인 CD는 비교했을 때 우스울 만큼 소리가 나빴습니다. 96kHz와 192kHz 사이에는 근본적인 향상이 있었습니다. 필자는 dCS 박스에 의해 업샘플링된 다른 CD들을 들어보았으며, 그 결과는 동일했습니다; 일반적인 CD 재생에서의 불투명함과 베일로 덮이는 현상이 현저히 감소하고, 공간, 고역의 선명함, 그리고 해상도가 훨씬 많아졌습니다.

이것은 즉, 음악 라이브러리에 앉아있는 우리 모두가 - 우리 기존의 CD 컬렉션 - 우리가 실감했던 것보다 훨씬 더 나은 음질을 갖고 있을 것이라는 사실을 의미합니다. 이제까지 우리는 44.1kHz로 설계된 디지털 필터만으로 CD를 들어왔습니다. 그러나 와디아 디지털에서 제조된 제품들에서 발견되는 커스텀 디지털 필터들은 이러한 시간 왜곡의 문제를 겪지 않지만, 20kHz에서 3dB의 롤오프가 일어난다는 사실에 주목할 필요가 있습니다. 마이트너 IDAT(Meitner IDAT)는 주파수-응답에서의 롤오프 없이 시간 왜곡을 없애기 위해 영리한 듀얼 필터 테크닉을 사용하였습니다.

비록 dCS972 업샘플링 박스는 $5750이나 하는 프로페셔널 제품으로 구할 수 있지만, 필자는 결국에는 이러한 기술이 훨씬 더 낮은 가격에 이용될 것으로 기대하고 있습니다. 이 기술은 CD 플레이어나 D/A 컨버터에 통합되는 부분이 될 수도 있을 것입니다. DSP 가격이 점차 하락함에 따라, 업샘플링 컨버터는 하이엔드 음악 재생 시스템에서 흔해빠진 이야기가 될 지도 모릅니다.