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윤세욱 칼럼(Who's Phillip Yoon?), 조용훈 칼럼, [PC-Fi 가이드]

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참조: DSD 음질에 관하여   

 


 

소니-필립스가 만든 SACD (Super Audio CD)에는
DSD (Direct-Stream Digital)라는 방식으로 오디오 신호가 기록되어 있습니다.
이 DSD 방식은 통상적인 16bit니 24bit니 하는 PCM 방식이 아니라
over-sampling된 1bit 신호로 기록하는 방식입니다.
정확히는 44.1kHz의 64배 속도의 1bit 신호이지요.

기록되는 Data 양으로 보자면
88.2.kHz, 24bit 신호를 기록할 수 있는 수준입니다.

소니-필립스의 주장을 빌리자면
DSD로 기록을 하면 88.2.kHz, 24bit 신호로 기록하는 것보다
오디오 대역 내에서는 20bit 이상의 해상도를 유지하면서
더 높은 대역의 신호도 표현할 수 있기 때문에
더욱 자연스러운 음을 재생할 수 있다고 합니다.
특히 impulse 같은 급작스럽게 변화하는 신호를
정확하게 표현할 수 있다는 요지인데요
정말 그럴까요?

아래의 그림은 DSD 신호의 Noise 특성을 나타낸 그래프입니다.
아래에서 붉은 선으로 표시된 noise 성분은
DSD 방식에서는 음악 신호와 관계 없이 항상 존재하는 noise 성분입니다.
검은색 실선은 비교를 위해 20bit PCM 신호의 noise level을 표시한 것입니다.


82e63d750835789b29a89f099aa824e5.jpg

             <그림 출처 : http://www.thewelltemperedcomputer.com/KB/DSD.htm>


20kHz까지는 대략 -140dB 선을 유지하고 있다가
20kHz를 지나자마자 noise가 치솟기 시작하여
40kHz에서는 -100dB, 80kHz에서는 -70dB 선까지 높아지고
최고 -40dB선까지 높아집니다.

10kHz까지의 대역만 본다면
대략 20bit 정도의 분해능이 표현 가능하고
20kHz까지로 대역을 확장하면
대략 19bit 정도의 표현이 가능한 수준입니다.
40kHz로 확장하면 12bit,

80kHz로 확장하면 7bit 수준의 신호만 표현 가능해집니다.

대역이 넓은 것은 맞습니다만 별 쓸모가 없다는 이야기입니다.

사실 정상적인 신호 처리 차원에서는
위와 같은 특성을 가진 신호의 복원을 위해서는
20kHz 이상의 noise 성분은 반드시 제거하여야 합니다.

Firebird에 적용할 DSD 재생용 digital filter를 실험하면서 확인한 바로도
20kHz 이상의 noise가 제대로 제거되지 않고 남아 있을 경우
저음이 약해지면서 이상한 형태의 잔향감이 늘어나더라는 것입니다.
바로 delta-sigma형 DAC에서 나타나는 전형적인 음의 경향입니다.
반대로 20kHz 이상의 noise를 제대로 제거하면
저음도 제대로 재생되어 음이 탄탄해지고
배경도 깨끗해지면 공간감이나 정위감도 좋아지더라는 것입니다.

impulse 응답 특성을 좋게 하겠다고 대역을 늘려봐야
noise로 인한 단점들만 더 부각되더라는 이야기입니다.

이론적으로 보나 실제 청음 결과로 보나
DSD 신호에서 20kHz 이상의 noise는 제대로 제거되어야 하는데
이걸 어떻게 제거할 수 있느냐 하는 문제가 남습니다.

DSD 신호는 20kHz를 지나자마자 noise가 상당히 가파르게 증가하고 있기 때문에
Analog Filter로는 제거가 쉽지 않습니다.
(octave당 40dB의 기울기이므로 최소 6차 이상의 filter가 필요하고
roll-off 특성도 sharp해야 하기 때문에 구현도 쉽지가 않지만
설령 구현한다고 하더라도 위상 특성이 또 문제가 됩니다)

결국 완벽한 재생을 위해서는 digital filter의 개입이 필요해집니다.
그런데 digital filter의 개입은 multi-bit 신호, 즉 PCM 신호로의 변환을 의미합니다.
(digital filter란 filter 계수와 원 신호의 곱셈에 의한 합으로 구현되는데
filter 계수가 multi-bit 신호이기 때문에 최종 결과도 multi-bit일 수 밖에 없습니다)

그나마 이러한 digitla filter라도 간단히 구현할 수 있었으면 좋겠습니다만
좋은 음질을 얻을 수 있을 만큼 구현하려면
굉장히 연산량이 많은 복잡한 filter가 필요하다는 것이 또 문제입니다.

제가 이번에 확인한 바로는
Foobar2000이나 J River Media Center의 DSD to PCM 변환 품질은 모두 엉망으로
실시간 재생 program 중 DSD를 PCM으로 제대로 변환할 수 있는 program이
아직은 없는 것 같습니다.

일전에 제가 foober2000을 통해 DSD를 PCM으로 변환하여 들어보고서는
DSD 음질이 형편 없다고 논한 것은 분명히 문제가 있었습니다.
이렇게 들으면 진짜 DSD의 음질이 CD보다도 한참은 못 하게 들립니다.
(저음이 재생 안 되는 문제 외에도 해상도도 별로 좋지 못 합니다)

하지만 DSD를 제대로 재생해서 들어보니
확실히 CD보다는 높은 해상도의 음을 들려줍니다.
일본식의 약간 선이 가는 듯한 인상은 여전히 지울 수가 없습니다만
여타 96kHz나 192kHz 음원들의 인상도 이와 비슷하므로
DSD만의 문제로 싸잡아 욕할 것은 아닌 듯 합니다.

사실 이제까지 DSD는 제 관심 사항 밖이었기 때문에
어떠한 DAC가 제대로 된 DSD 음질을 들려주는 지는 아직 잘 모르겠습니다.
다만 Firebird에 DSD 재생 기능을 지원하도록 작업하면서 경험한 바로는
그런 DAC가 그리 많지는 않을 것 같다는 느낌입니다.

저 또한 만족할만한 음질을 뽑아주도록
DSD filter를 꾸며 넣느라 몹시 고생했고
그 filter의 연산량이 생각 외로 엄청났다는 점 때문입니다.

공식적인 DSD 지원이 늦어진 점은 몹시 죄송스럽게 생각합니다만
그래도 Firebird DAC에서 뽑아주는 DSD 음질이
상당히 들을만해졌다는 점은 기쁘게 생각합니다.

그렇더라도 DSD로 들려줄 수 있는 이론적인 품질이
Sampling Rate는 CD와 같은 44.1kHz에

해상도가 조금 개선된 20bit 수준 정도라는 점은 잊지 마십시오.

그리고 모든 SACD 음반의 소리가 다 좋을 것이라고도 생각지 마십시오.
SACD 음반을 발매하는 음반사들이 대부분 minor 음반사라
녹음이 훌륭한 DSD 음원이 정말로 흔치 않습니다.



보너스로 HDTracks에서 발매하는

96kHz, 24bit HD Sampler 음반 중

어떤 곡의 도입부 무음의 주파수 특성을 보여드립니다.


7b41453e3bceaa66853a299ba3394ed0.gif


제가 굳이 설명을 드리지 않아도 무슨 일이 있었는지 짐작이 가실 것입니다.

HDTracks에서 판매하는 HD 음원의 절반 정도는
이런 식으로 SACD를 Ripping하여
20kHz 이상의 noise는 전혀 제거하지도 않고
Sampling Rate까지 96kHz로 변환한 것들입니다.
이러면 음질은 기대하지 않는 것이 좋습니다.
사이비가 너무 많은 세상입니다. ㅠ.ㅠ

Comment '9'
  • profile
    Dr.Spark 2013.12.30 10:53

    잘 모르던 부분인데, 상세한 설명 감사합니다.^^

    언제 FireBird를 들고 반 오디오에 가서 업그레이드 시술을 받고 와야할 듯합니다.

  • ?
    홍진표 2013.12.30 11:48

    조용훈 소장님이 Firebird DAC에 DSD 지원 기능을 넣기 전에 Bann Music Center에서 필요한 DSD를 PCM으로 변환하는 프로그램도 만들어 본 적이 있습니다. 이 프로그램으로 변환한 음원을 여타 다른 변환 소프트웨어와 비교해 보았지만 그때 느낀 점은 DSD를 PCM으로 변환하는 프로그램이 제대로 된 것이 별로 없다는 것이었습니다. 


    그러던 와중에 소장님이 Firebird에 DSD 지원 기능을 넣으신 것을 들어보니 훨씬 낳다고 생각했습니다. 그래도 소리가 완전하지 않기에 이게 한계인가 라는 생각을 가지고 있었는데, 금번에 DSD 알고리즘이 최종 확정되면서 들을만한 소리가 되었습니다. 여러모로 신경을 많이 쓰신 조용훈 소장님께 감사드립니다. 


    그리고 DSD 재생은 USB 연결로만 가능함을 알려드립니다. 다른 디지털 연결로는 재생되지 않습니다.

  • ?
    끄음 2013.12.31 03:45

    마지막에 보너스로 올리신 HDTracks 음원의 주파수 특성이 저렇게 나올지는 정말..

    그저 실망이란 말 밖에는 ㅠㅠ

  • ?
    크리슈난 2013.12.31 13:37

    조용훈 소장님의 친절하고 상세한 설명에 감사드립니다. ^^

    저도 SACD 음반이 나올때부터 사서 모으기 시작한게 대략 70 장 정도 되는데

    이게 분명 괜찮은 SACD플레이어로 들어보면 음의 샤프니스가 선명해서 좋기는 한데

    한 방 때려줘야 하는 저역에서는 매가리가 없는게 고질적인 문제라고 생각했었습니다.

    그러다가 마이텍에서 나온 DAC을 잠시 빌려서 DSD 음원을 재생해 볼 기회가 있었는데

    이 놈은 많이 다르더군요. 제 생각엔 DAC 자체에서 저음을 팽창시킨다고 해야 되나?

    부스팅을 시킨다고 해야 되나...  아무튼 나름대로 만족할 만한 음질이었습니다. 

    마이텍은 프로 엔지니어용 장비를 만드는 업체라 그런지 DSD 음원의 문제점을 제대로 인식하고 

    자신들의 DAC 내부에다 저역을 부스팅 시키는 회로를 추가시켰다고 추정되는데요.

    말하자면 아날로그 음악을 고수하는 매니아들이 턴테이블로 LP를 들을때 LP의 잘려나간 저역을 

    보강해주는 고가의 포노앰프를 앰프 사이에 추가로 붙이는 것과 같은 이치라고 추측했습니다.

    ( 어디까지나 저의 추측일 뿐이니 귀담아 듣지는 마시기 바랍니다.. ^^;;) 

    그건 그렇고  HD Tracks 에서 판매하는 24비트 음원에까지 저런 짝퉁들이 넘쳐 날줄은 몰랐네요.

    상당히 충격적인 소식입니다. 이제는 고음질 음원을  구입했을때 들어보기 전에

    일일히 기계로다가 주파수 특성을 체크하고 들어야 되는거 아닌가 모르겠습니다.  ㅠ.ㅠ

     

  • ?
    조용훈 2013.12.31 15:07
    마이텍 같이 프로 장비로 잔뼈가 굵은 회사에서
    DAC 출력에 저음을 부스팅한다거나 하는 일을 하지는 않았을 겁니다.
    DSD에 관하여 경험이 많은 회사이므로
    제가 한 것처럼 20kHz 이상을 잘 Filtering하여
    좋은 저음을 얻지 않았을까 추측됩니다.

    HD Tracks의 88.2kHz, 24bit나 176.4kHz, 24bit 음원은 거의 100% SACD ripping 파일이라 보시면 됩니다.
    그런 파일들도 20kHz 이상을 Filtering하여 잘라내고 들어보면 조금 낫게 들립니다.
  • ?
    크리슈난 2013.12.31 21:12
    아.... 그렇군요. 조용훈 소장님의 친절한 설명 감사합니다.
    죄송합니다. 전문가 앞에서 괜히 아는척 했다가 무식이 들통나버렸네요. ^^;;
  • ?
    이봉우 2014.01.03 15:37

    불새 DSD 업그레이드 받아 들어보고 싶은데 움직일 수가 없으니 게다가 HTPC마저 트러블을 일으켜서 그나마 듣던 콩 FM1 마저도 못듣고 있는 처지입니다.   오늘 USB허브와 영국서 수입한 USB cabl이 도착했다는데 아직 풀어보지도 못하고...  

     

    비발디파크에서 5일 아토믹대회 12일 살로몬대회가 있어 요새 밤새도록 매니아들 스키 에지튜닝과 부츠 열성형으로 잠시도 짬이 나질 않아서 잠시 들렀다가 몇 자 적습니다. 

     

    조 소장님 좋은 소리 나도록 애써주셔서 감사드리고 이곳 방문하시는 분들께 새해 인사와 함께 소식 잠시 전합니다. ^^

  • ?
    오디오가이 2017.01.13 13:24
    오래된들에 답글을 다느라 생소한 곳에 회원가입하여 로그인 하였네요.

    제가 만든 음원들 HD tracks 에서 유통중인데 모두 오리지널 고해상도 녹음입니다.

    Sacd 에서 리핑하는 것이 아니라. 오리지널 dsd 녹음후 마스터에서 24/96 등으로 만든것이고.

    최근 dsd 녹음회사들은 dsd64 로 하는경우는 거의 없고 모두 dsd128/256 녹음후 완성된 마스터에서 24/96 등으로 변환합니다.

    Sacd 는 정상적으로 리핑이 되지도 않을뿐더러. 원본 마스터를 두고 리핑해서 고해상도 음원 사이트에 올려 판매하는 경우는 거의 없습니다.
  • ?
    조용훈 2017.07.03 01:41
    최 선생님의 댓글을 오늘에야 보았습니다.
    좋은 말씀 감사합니다.
    최 선생님 덕분에 이렇게 또 하나를 배우게 됩니다.

    DSD가 대세이던 시절이 있었으니
    오리지널 DSD 녹음이 많을 것 같네요.
    DSD로 된 스튜디오 장비를 바꾸는 것은 쉽지 않으니
    지금도 DSD 녹음은 많을 듯 하구요.
    위의 글을 쓸 당시에는 거기까지는 생각을 못 했습니다.
    제가 워낙 DSD를 싫어하다 보니... ^^

    다만 DSD64 마스터에서 24/88.2나 24/96으로 변환 시에는
    20kHz 이상의 대역은 확실히 제거해야한다는 제 생각에는 변함이 없습니다.
    그 이상의 대역은 사실 Noise이거든요.
    그렇게만 한다면 DSD도 HD source로서의 장점은 분명히 있습니다.

    사실 이제 거의 모든 Analog-to-Digital Converter는 Delta-Sigma이기 때문에
    그 녹음이 PCM이건 DSD이건 상관 없이
    해당 AD Converter의 대역 이상은 필터링한 후 녹음하게 됩니다.
    (대부분 AD Converter에 이 필터링도 포함되어 있습니다)
    DSD도 동일하게 생각하면
    대역인 20kHz 이상은 필터링하는 것이 지극히 당연한데
    Sony 혼자 열심히 아니라고 주장하고
    심지어는 Sony에서 만든 구형 장비도 자기들 주장을 정당화 하느라 이상한 짓을 하는 바람에
    DSD 녹음이 더 나쁘게 평가받는 것이 아닌가 하는 생각을 하게 됩니다.

    최 선생님께 바라옵건데
    DSD64 마스터를 PCM으로 변환할 경우에는
    꼭 20kHz 이상은 Filtering한 후 변환해주십시오.
    분명히 저음이 개선될 것입니다.

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