24비트에서 -13dbfs는 db로 하면 어느정도인가요?
유튜브가 -13 dbfs로 노멀라이즈 되고 스피커를 편하게 이동해야해서 가벼운 2인치 스피커로 음악을 들으니 저음을 부스트 하려 하는데 클리핑이 안생길정도로 부스트 하려니 dbfs를 db로 환산하는법을 모르겠어서 질문해봅니다
그리고 해드룸은 좀 남겨두는게 좋을까요?
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잡담
2018.10.08 11:50
dbfs? db?
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오디오 볼륨을 표기하는 단위도 데시벨이며 흔히 덱 같은 곳에서는 -30.0dB 뭐 이런 식으로 표기하는 장비도 있고 그냥 0에서부터 시작하는 숫자로 표기해 주는 장비도 있죠.
여기서의 데시벨은 무슨 데시벨을 의미하죠? 그리고 이들 값은 어떻게 산출해서 데시벨을 나타내 주는거죠?
원글 작성자와 같은 오디오 인으로써 궁금합니다. -
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dB 뒤에 유닛이 안 붙어있으면 기준이 없는 겁니다. 상대적인 값으로 봐야죠.
예를 들어 -20.0 dB는 같은 기기에서의 -30.0 dB보다 10 dB 높은 출력이다.. 정도 의미밖에 없고 그것만 가지고는 절대적인 음량은 모르는 겁니다.
보통 최대 출력을 0 dB로 잡는 경우가 많습니다. 그 경우 dB 대신 dBFS라고 표기할 수 있으나.. 걍 dB라고 적는 데도 많습니다.
dB값은 뭐 10 log P/(P_ref) 로 구하는 거죠. power 기준이고, amplitude 기준인 경우 10대신 20을 곱해서 power로 변환합니다 (20 log V/V_ref). 이 power 나 amplitude가 어떻게 나오는지는 회로 설계한 사람이면 사용된 디지털 로직이나 amp단 이득을 알고 있으니 산출 가능하죠.
오디오쪽에서 데시벨을 좀 이상하게 쓰는 경우가 있어서 (상대적인 게 아닌 절대적 기준이 있는 음량인데 유닛을 안 적고 걍 dB라고만 적곤 하죠.. 이 부분에 대해서는 밑에 Koasing님이 잘 설명하고 계십니다.) 이걸 오해하시는 경우가 많은데, 원래는 dB는 상대적인 유닛으로 기준값이 없고 그냥 "몇 배 더 크다/작다" 의 정보만 가집니다. 그런데 오디오쪽에선 이런 상대값이 아닌 기준점이 있는 절대 음량을 그냥 데시벨이라고만 표기하는 데가 있고 안 그러고 본래 정의대로 쓰는 데도 있고 해서 혼란이 오는 거죠. -
오디오장비의 기준전압은 밑에서 써뒀으니 넘어가고.
레벨미터는 근처를 잘 찾아보면 0dB = +4dBu 식으로 unit 표기가 되어 있을 것입니다. 아니면 쌩으로 VU라고 되어 있을 수도 있는데, 0 VU = +4dBu입니다. 이건 그냥 관행적으로 그렇게 쓰니까 생각을 관두는게 편합니다. 그리고 요즘은 계산 편하라고 0dB = 0dBu 로 걸어두는 장비도 많습니다. -
bel은 상대적인 단위라서, 어느 값을 기준으로 두고 거기에 대해 몇 배인지를 10base 로그 단위로 표기하는 값입니다. bel에 10을 곱하면 SI 접두사 deci를 붙여서 deci-bel, 흔히 말하는 dB값이 나옵니다. 물론 전력비를 계산하는 경우 진폭비의 제곱이 되므로, 로그 계산에 따라 20을 곱하게 됩니다. 여튼, dB 단위만 놓고보면 아무 의미가 없습니다. 항상 기준값을 같이 명시해 줘야 합니다. dB가 기준값 없이 쓰이는 경우는 증폭비율(gain)을 기술할 때 뿐입니다. 예를들어 +3dB 증폭회로라 하면 입력신호를 두 배로 증폭하는 회로라는 뜻이며, 이 때 입력신호가 어떤 값인지는 관심이 없습니다. 0.3V가 들어오던 1.2V가 들어오건, 앰프가 허용하는 출력범위 내에서 그냥 2배로 증폭할 뿐입니다.
흔히 아날로그 오디오에서 말하는 dB는 프로장비 기준 dBu를 말합니다. dB unloaded는 600옴 저항에서 1mW를 소비할 때의 전압을 기준으로 둡니다. 원래는 dBv라고 썼어요. 근데 후술할 dBV와 혼란때문에 dBu로 바뀌었습니다. 여하튼. dBu의 기준전압은 0.775V 정도입니다만, 오디오 장비는 +4dBu를 기본 수준(nominal level) 으로 잡습니다. 이 값을 Vrms로 환산하면 1.228V이 됩니다. 그런데 RMS는 평균전압이므로, 순간적으로 +4dBu를 넘어서는 큰 전압이 인입될 수 있습니다. 또, 사람 하는 짓이 다 그렇듯 다른 장비에서 쏴 주는 신호가 +4dBu보다 높게 잡힐 수도 있습니다. 이런 상황에서 막바로 신호 왜곡이 생기면 좀 곤란하겠지요. 그래서 모든 오디오 장비는 +4dBu보다 일정수준 위의 전압을 받아도 문제가 없도록 넉넉하게 여유를 두고 설계합니다. 이렇게 여유를 둔 스펙을 머리위 빈공간이라 하여 헤드룸라고 합니다. 헤드룸은 장비 설계에 따라서 결정되어 나오는 스펙입니다. 예를 들어 어떤 장비가 +16dBu까지 왜곡없이 받아들일 수 있다면, 해당 장비의 헤드룸은 12dB가 되는 것입니다. 왜 4를 빼냐구요? 이 문단의 처음부터 다시 읽어보세요. 여하튼. 장비의 헤드룸을 넘어가는 전압이 들어오면 비로소 왜곡이 생길 겁니다.
그 외에 컨슈머 장비(이어폰이나 휴대용 오디오 장비류)는 1V를 기준전압으로 잡기도 합니다. 이 경우 dBV를 씁니다. 컨슈머 장비는 -10dBV를 기준 레벨로 잡으며, 이를 Vrms 환산시 0.316V 입니다. 프로장비 대비 -11.78dB 차이납니다. 보통 12dB로 퉁치죠. 계산기 두드려서 -11.78을 만들어 낼 수 있다면 dB 계산에는 통달한 것입니다.
아날로그와 달리 디지털 오디오는 그냥 숫자이므로, 24비트 오디오는 [-2^23, 2^23) 범위내에서 모든게 결정되어야 합니다. 2^23 이 풀스케일 값이 되므로, 0dBFS = 2^23이 됩니다. 풀스케일 값에서 단 1이라도 넘어가면 무조건 클리핑이 생기며, 따라서 디지털 오디오에서는 헤드룸이라는 개념이 없습니다. 믹싱 프로그램에서 게인 잘못 만지고 저장하면 대참사가 벌어지는 것입니다. 이런 사태를 방지하기 위해 일부러 기준 레벨을 낮추어 가상으로 헤드룸을 확보하는 것입니다. -6dBFS를 기준 레벨로 잡으면 6dB만큼의 가상 헤드룸을 확보하는 것이며, -13dBFS로 잡으면 13dB만큼 가상 헤드룸을 확보하는 것입니다. 다만 이렇게 하면 전체 스케일을 쓸 수 없으니, 해상도에서 손실이 생깁니다. 10로그의 특성상 3dB=1비트씩 까지므로, 24비트 LinearPCM 오디오에서 12dB 헤드룸을 확보하면 실제로는 20비트만 쓰는 것입니다. DAC의 해상도가 20비트 수준이라면 이렇게 하더라도 별 문제되지 않겠지요.
디지털 신호는 DAC를 거쳐서 아날로그 전기신호로 전환되고, 이것은 다시 이퀄라이저와 파워앰프를 거친 뒤 스피커를 통하여 공기의 떨림 즉 음파로 전환됩니다. 이 때 스피커가 전기신호를 얼마나 효율적으로 음파로 전환하는지 명시하는 스펙이 음압입니다. dB SPL / W / m 단위를 사용하며, 이를 풀어서 설명하면 1미터 떨어져서 1W 출력을 걸어주었을 때 dB SPL 값을 측정하여 스피커의 효율을 측정한 것입니다. 즉, 똑같은 앰프에서 똑같은 전압을 걸어줘도 스피커 스펙에 따라서 소리의 크기가 달라지는 것입니다. SPL은 Sound Pressure Level의 약자고, 역시나 dB단위를 사용하여 음파의 세기를 측정하는 단위입니다. 이 또한 dB 단위이니 기준값이있어야 하겠지요. 보통 사람의 귀로 들을 수 있는 가장 작은 소리를 0dB SPL이라고 설명합니다.
그럼 dB(A)는 뭐냐. 사람의 귀는 또 주파수에 따라 민감도가 달라집니다. 3000~4000Hz에서 가장 민감하고, 그 바깥으로 갈 수록 덜 민감합니다. 이런 특성을 반영하여 주파수 대역에 따라 가중치를 두어서 SPL을 보정한 것이 dB(A)입니다. 보정 패턴에 따라서 A, B, C 세 종류가 있고, 보정 안한건 L (Linear)로 둡니다.
여하튼 dBFS를 어떻게 dB로 환산하냐는건 의미가 없는 질문입니다. 그 자체가 dB니까요. -13dBFS로 정규화된 오디오라면, 이상적인 조건에서 +13dB를 해 주면 디지털 신호의 클리핑 없이 디지털 오디오의 최대 크기로 증폭될 것입니다. 그리고 컴퓨터의 사운드카드는 이상적인 조건에서 0dBFS를 +4dBu로 라인아웃 출력할 수 있을 것입니다. 이후 클리핑이 안 생기게 이퀄라이저와 스피커를 세팅하는 방법은 장비의 스펙과 경험 그리고 감각적으로 세팅해야 하겠지요. -
구 기글처럼 기글 위키가 있었다면 바로 등재되었을 법한 정보네요. 좋은 댓글 감사드립니다.
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배신앙앙 | 2023.03.18 | 409 |
dB = unitless decibel = 상대적인 데시벨 값으로, 기준점이 없기 때문에 그것만 가지곤 별 의미가 없습니다.
dBA = decibel A-weighting = 오디오 출력을 표현할 때 쓰는 데시벨값입니다. dBFS에서 dBA로 변환하려면 스피커와 DAC의 실제 출력 특성을 알아야 합니다. 근데 이론상으로나 그렇고 실제론 그렇게 측정하는 건 어려우니까 오디오 계측기로 재야죠.