레퍼러스 레벨(Reference Levels)

안녕하세요. 방송실 희동이입니다.
오늘은 레퍼러스 레벨에 대해 포스팅하려고 합니다.
많은 관심과 사랑 부탁드립니다.

레퍼러스 레벨이란 쉽게 가정하면 우리가 한라산 높이를 1,950M라고 할 때 해발이라는 용어를 사용해서 그 높이의 기준이 바다수면의 높이를 기준으로 한 것임을 알 수 있게 합니다. 이와 같이 소리 신호 가운데에서 기준으로 정한 크기가 바로 표준 라인레벨이라는 기준 레벨입니다. 레퍼런스 레벨에 관하여 이야기하려면 우선 dB라는 용어를 좀 더 정확히 이해해야 합니다. dB는 출력에 관련되는 두 값 사이의 비율입니다. 즉 두 출력값 P1과 P2의 값(비율)은 dB=10 x Log(P1 / P2)입니다.

■ dBSPL

dBSPL은 자연계에서 소리의 세기를 표현하는 단위입니다. SPL(Sound Pressure Level : 음압레벨)은 단어의 뜻과도 같이 소리의 압력 값을 의미합니다. 위에서 dB는 비율이라고 했습니다. 비율은 어떤 하나의 기준이 필요합니다. 그래서 그 소리 신호 가운데는 전압이나 출력이 그 기준이 됩니다. 물리에서 압력은 dyne/cm 이라는 단위에 의해 표시합니다. 0.0002 dyne/cm라는 압력을 0dB SPL로 정했습니다.

dBSPL = 20 log (P1 / P2)

- P1, P2는 소리의 두가지 압력 값입니다.

■ dBm, dBu

dBm, dBu는 아날로그계에서 사용하는 단위입니다. 전기 출력 레벨을 표시할 때 사용하는 단위로 dBm이 있습니다. 이 값은 1mW(1/1000W)에 기준을 값으로 0dBm = 2mW로 정해져 있습니다.(m은 mW를 의미합니다.) 1mW는 600옴의 impedence를 갖는 회로에서 0.775V의 전압을 갖습니다. 출력과 입력 전압의 표시에 dBu가 사용됩니다. 사실 dBu는 dBm과 같습니다. 0.775V를 같은 0으로 사용합니다.

0dBu = 20 log(0.775V / 0.775V)

■ dBV, dBv

dBV, dBv는 dBu와 같이 아날로그계에서 사용하는 단위입니다. 직접적으로 전압에 관련되는 단위가 dBV와 dBv입니다. dBV는 1V의 전압을 0의 값으로 갖는 반면 dBv는 dBm과 같이 0.775V를 0의 값으로로 갖습니다.

0dBV = 20 log(1V / 1V), 0dBv = 20 log(0.775V / 0.775V)

■ dBFS(dB Full Scale)

Full Scale은 말 그대로 어떤 오디오 시스템이 클립핑(Clipping)이 발생하기 직전까지 사용할 수 있는 최대 신호의 크기를 의미합니다. 모든 오디오 시스템은 전기를 공급하여 동작하며 내부의 파워플라이 설계에 따라 취급할 수 있는 신호의 크기가 정해져 있습니다. 그 신호의 크기를 넘어가면 클립핑이 발생하는 것 입니다. dBFS는 디지털 오디오 신호에 특히 더 중요하게 사용되는 개념입니다. 디지털 오디오에서 신호는 숫자로 변환되고 다시 그 숫자가 실제의 아날로그 신호로 바뀝니다. 쉽게 생각해서 1부터 10까지 표현할 수 있는 디지털 오디오 시스템은 11보다 큰 크기의 아날로그 신호를 녹음할 수도 재생할 수도 없습니다. 자릿수를 넘어가면서 즉시 복구돌 수 없는 클립핑이 생기는 것 입니다. 이 시스템의 Full Scale은 10입니다. 반대로 100까지 표현할 수 있는 시스템에서 신호를 10만큼만 인가해서 녹음하면 나머지 90만큼의 자리수를 사용하지 않는 것이므로 100만큼의 충분한 다이나믹 레인지를 갖기 어렵습니다. 우리가 잘 아는 16비트 오디오 시스템과 24비트 오디오 시스템을 기준으로 Full Scale의 다이나믹 레인지를 보면 16비트 시스템과 24비트 시스템에서 표현할 수 있는 숫자의 개수는 다음과 같습니다.
  16
(2)    = 65536
   24
(2)    = 16777216

이 숫자들로 표현할 수 있는 이론적인 다이나믹 레인지는 어떻게 되는지 dB로 계산해보겠습니다.

20 log       65536
         10      1          = 96dB

20 log     16777216
         10      1          = 144dB

24비트 시스템은 이론적으로 144dB에 이르는 높은 다이나믹 레인지를 가질 수 있습니다. 단 24비트를 넘어서는 단 한 개의 비트도 녹음될 수 없으며 다시 복구될 수도 없습니다. 반대로 24비트 시스템에서 신호를 너무 작게 녹음해서 8비트만 쓴다고 가정하면 다이나믹레인지가 급격하게 떨어질 것입니다. 따라서 디지털 오디오 시스템에서는 dBFS를 충분히 사용해서 녹음하되 최대값을 넘으면 안됩니다. dBFS는 시스템이 가지는 가장 큰 신호(가장 큰 숫자)를 0dbFS로 합니다. 그러므로 입력되는 신호들은 모두 0dBFS보다 작아야하고 -10dBFS와 같이 음의 dB형태로 쓰입니다. dBFS는 또한 일반적으로 Sine Wave를 기준으로 최대치를 봅니다. 하지만 경우에 따라서 사각파(Squre Wave)를 기준으로 하기도 하며 이 경우 같은 시스템이라도 서로 다른 dBFS 값을 보여줍니다. dBFS에서 가장 중요한 점은 0dBFS를 넘어 클리핑이 걸리는 순간 그 음원은 다시 복구할 수 없는 음원이라는 것입니다. dBFS는 신호를 눈으로 확인하는 Peak Meter와도 밀접한 관계가 있으며 디지털 오디오 시스템 전반에 걸쳐서 중요한 개념입니다.

이상으로 레퍼러스 레벨(Reference Levels)에 대해서 간단하게 마치겠습니다.
감사합니다.