[전자 음악 용어 사전] Aliasing & Oversampling (에일리어싱과 오버샘플링)

오버샘플링(Oversampling)은 안티-에일리어싱(Anti-Aliasing)을 위한 기법 중 하나로,

보다 깔끔하고 예측 가능한 소리를 얻기 위한 방법이다.

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[ Nyquist – Shannon Sampling Theorem (표본화 정리) ]

 표본화 정리는 본래의 신호 x_c (t)를 일정 주기마다 반복적으로 n회 샘플링하여 만든 연속적인 신호를 x[n]이라 할 때, 특정 조건에서는 x[n]으로부터 본래의 신호 x_c (t)를 손실 없이 복원할 수 있다는 이론이다.

 

이를 신디사이저 측면으로 적용해보자.

 

Serum 등의 OSC는 아주 작은 단위의 샘플(Wavetable)을 연속적으로 붙여(샘플링) 완성된 소리를 만들어내며,

 

만약 완성된 소리가

 

1. Band limited signal (대역제한 신호)이고,

2. 초당 샘플링 된 횟수가 완성된 소리에서 가장 높은 주파수의 2배 이상이면,

 

우리는 완성된 신호로부터 원래의 웨이브테이블을 손실 없이 구할 수 있다.

 

여기서 대역제한 신호는 신호가 0부터 특정 수준 이내에서만 존재할 수 있도록 조정된 신호로,

헤드룸을 넘어가 클립핑이 발생하여 소리가 왜곡되지 않아야함을 의미한다.

 

 “초당 샘플링 된 횟수”는 말 그대로 웨이브테이블이 초 당 몇 번 샘플링되어 반복되는지를 의미하고,

그 결과로 만들어진 소리의 가장 높은 주파수를 Nyquist Frequency라고 한다.

 여기서, 위의 2번 조건을 만족하는 최소 초당 샘플링 횟수는 2 * Nyquist Frequency이며, 이를 Nyquist Rate라고 한다.

 

 즉, 어떤 소리의 최고 주파수가 8,000Hz일 때, 이 소리의 최소 단위를 손실 없이 뽑아내고 싶다면,

적어도 그 웨이브 테이블이 초당 1.6만회 이상 반복되어야 한다는 뜻이다.

 

그러나 이 이론은 반대로 생각해보면, 어떤 웨이브 테이블의 초당 샘플링 횟수가 많아질 경우

그 웨이브 테이블의 정보가 손상되지 않은 깔끔한 소리를 만들어낼 수 있음을 의미하기도 한다.

(물론, 중간에 소리가 왜곡되지 않았음을 전제로 한다)

 

[ 에일리어싱과 오버샘플링 ]

에일리어싱은 웨이브 테이블이 Nyquist Rate보다 느리게 샘플링 될 때 발생한다.

이 경우, 왼쪽 위 사진처럼 잡음이 생기거나 쓸데없는 주파수가 발생하게 된다.

 

그렇다면, 샘플링 속도를 빠르게 증가시키면 에일리어싱을 방지할 수 있을 것이다.

하지만 이는 필연적으로 CPU의 부하를 초래하므로, 일반적인 VSTi에서는 실시간 오버 샘플링을 제한하는 경우가 많다.

단, 렌더링 시에는 손실 없는 고퀄리티의 소리를 위해 오버 샘플링의 제한이 풀려있으며,많은 경우 사용자가 실시간 오버 샘플링 인자(factor)를 조절할 수 있도록 하고 있다.

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