오디오 신호(7)-선형 스케일과 로그스케일 그리고 핑크 노이즈

 

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스케일 

공학에서는 신호의 변화를 그래프로 표시하는 방법을 사용합니다. 세밀한 값의 변화보다 그래프에서 어떻게 값이 변화하는지 관찰하는 것이 더 편하기 때문입니다.

오디오에서는 주로 수직 축(y축)은 값의 크기를 표시하는데 선형 또는 데시벨 값으로 표시됩니다. 수평 축은 시간 축 또는 주파 수축을 주로 사용합니다. 

수평축은 시간의 변화 간격이 일정하게 표시됩니다. 즉 수평축의 표시 간격에 시간 변화가 같다는 의미입니다. 이런 축의 표시 방법을 선형 스케일이라고 합니다. 그런데 주파수는 로그 스케일을 사용합니다. 로그 스케일은 간격 간에 변화 값이 지수로 변화합니다. 

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선형 스케일과 로그스케일의 차이

다음 그림의 위는 선형 스케일이고 아래는 로그 스케일입니다. 선영 스케일에서 등간격으로 쪼갠 부분은 로그 스케일에서는 주파수가 높아질수록 좁은 간격으로 표시됩니다. 즉, 낮은 주파수 성분은 세밀하게 높은 주파수 부분은 대충 표기하게 됩니다. 

선형 스케일에서 100~200Hz와 1000~2000Hz의 간격 크기는 다릅니다. 이를 로그 스케일로 바꾸면 그림과 같이 등간격으로 보이게 됩니다. 이는 두 스케일 간의 변화는 에너지의 변화 상태로 표시됨을 의미합니다. 

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화이트 노이즈와 스케일

화이트 노이즈는 선형 스케일로 보면 모든 주파수에서 같은 높이의 신호를 나타냅니다(아래 좌측). 그러나 이를 로그 스케일로 보면 증가하는 형태로 보입니다(아래 우측). 

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핑크 노이즈와 스케일

반면 핑크 노이즈는 주파수에 따라 감소하는 신호입니다(아래 우측). 그런데 이를 로그 스케일로 바꾸면 다음과 같이 직선으로 보입니다(아래 우측). 

화이트 노이즈는 높은 주파수에 핑크 노이즈보다 에너지가 높이 때문에 오디오 특히 스피커에 사용하는데 무리가 있습니다. 이에 반해 핑크 노이즈는 높은 주파수에서 에너지가 작아서 사용하기 안전하고 로그 스케일에서 직선 형태로 보이기 때문에 오디오의 특성을 이해하는데 편리합니다.  

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