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CD와 MP3파일 모두 Digital신호로 구성되어 있습니다. 그리고 대부분의 mp3파일은 CD와 마찬가리로 44.1KHz의 Sampling주파수와 16bit의 bit rate 규격으로 되어 있습니다. 그런데 같은 노래의 경우 mp3의 크기는 CD의 크기에 비하여 대략 10배 정도 작습니다. (128Kbps의 경우)
압축을 해서 그렇다고는 하지만 일반적인 zip 파일 같은 경우 압축을 한 후에도 1/10로 용량이 줄어드는 경우는 거의 없습니다. 그러면 도대체 mp3는 왜 그렇게 용량이 작은 것일까요?

MP3파일의 압축 방식
MP3파일의 압축 방식은 "손실압축방식"입니다. 즉 소리를 MP3로 만든 후 다시 재생을 하면 원래의 소리가 100% 재생이 되는 것이 아닙니다. zip파일의 경우는 "무손실 압축방식"이므로 압축을 했다가 다시 풀어도 원신호의 100% 복구가 가능한데 비하여, mp3의 경우에는 없어지는 부분이 생기게 됩니다. 즉 손실이 생기게 됩니다.
이런 손실을 만들 때는 이런 소리는 없애도 되고, 저런 소리는 없애면 안되고 하는 기준 같은 것이 있어야 하는데, mp3에서 사용을 하는 이러한 기준은 "청각 심리학"(Psychoacoustic)"지각부호화"(Perceptual Coding)입니다.

청각 심리학(Psychoacoustic)

청각 심리학을 간단하게 설명 드리자면 "실제의 소리와 사람이 인식을 하는 소리와는 차이가 있다"는 점 입니다. 즉 들리는 소리 중 사람이 인식하지 못하는 소리가 있다는 것입니다.

최소 가청한계
전에 제가 작성을 한 "무소음 컴퓨터를 위한 소리의 기본지식" 편을 보신 분은 기억을 하시겠지만 아래와 같은 "등첨감 곡선"이 있습니다. 등첨감 곡선 중 제일 아래의 threshold 즉 임계치 곡선의 의미는, 사람의 인식이 가능한 최저의 읍압(SPL)으로 이러한 임계치 이하의 소리는 인식을 할 수 없습니다. 따라서 이런 임계치 이하의 소리(회색의 대각선으로 빗금 친 부분)는 생략을 하여도 사람이 느끼지 못하게 됩니다. 
 


그림1. 등청감 곡선
출처 : 위키 대백과 사전

그리고 사람이 들을 수 있는 주파수 대역 역시 임계치가 있습니다. 일반적인 가청주파수 대역은 20Hz ~ 20kHz까지를 말합니다만 대부분의 사람들은 15kHz이상의 소리를 잘 못 듣습니다. 따라서 15kHz이상의 소리를 생략해도 잘 구분을 못하게 됩니다.

마스킹 효과(Masking Effect)
마스킹 효과는 "특정한 소리를 인식할 때는 주위의 소리에 영향을 받는다."라는 것입니다. 예를 들면 기차역에서 친구와 대화를 잘 하고 있다가 기차가 지나가면 기차 소리가 너무 커서 대화가 불가능해집니다. 즉 "큰 소리(기차가 지나가는 소리)에 작은 소리(친구와의 대화소리)가 가려져서(Masking) 작은 소리가 들리지 않게 되는 효과"를 말합니다.
이러한 Masking효과는 무소음 컴퓨터를 꾸미려고 하셨던 분들은 아마 잘 아실 겁니다. 팬 소리가 시끄러워 조용한 팬으로 교체를 하면 이제는 하드 디스크 소리가 시끄러워 지고 그래서 하드 디스크 소리도 조용한 놈으로 교체를 하면 이번에는 전원공급장치의 팬 소리가 들리고... 전에는 큰 소리에 가려져서 안 들리던 소리가 단계별로 들리게 됩니다.

지각부호화(Perceptual Coding)
지각 부호화는 청각 심리학의 여러 가지 기준들에 의하여 생략이 되고 남은 신호만을 사용하여 신호화(Coding)를 하는 것을 말합니다. 즉 "인간이 지각할 수 있는 것만을 코드화하여 신호처리를 하는 것"을 말합니다. 이렇게 하면 정보의 양이 줄어들게 되어 CD의 크기보다 약 1/10의 적은 용량으로도 음질이 비슷한 MP3 파일을 만들 수 있게 됩니다.

개인의 청각 특성

사람은 개인마다 고유의 특성이 있습니다. 예를 들면 사람의 혀에는 설유듀라는 것이 있는데 이  설유듀를 통하여 맛을 느낍니다. 와인 감별사나 요리사와 같은 특수한 직업을 가진 분들은 그러한 설유듀가 상당히 발달을 하여 보통 사람들보다 훨씬 민감하게 맛을 느낄 수 있다고 합니다. 이러한 개인의 특성은 사람마다 좋아하는 음식이 다른 이유중의 하나이기도 합니다.
청각 역시 미각과 마찬가지로 사람마다 개인의 특성이 다 다릅니다. 주파수(Frequency)의 경우 대부분의 사람은 15kHz까지만 들을 수 있는 반면에 어떤 사람은 23kHz까지의 소리도 들을 수 있다고 합니다. 음압 (SPL) 역시 개인의 특성에 따라서 최소 음압의 임계치는 사람마다 다릅니다.
그런데 mp3파일은 청각 심리학의 이론을 바탕으로 "지각이 가능한" 소리만을 신호화 하여 처리를 하는 방식입니다. 바로 여기에 문제점이 있습니다. 기준선 즉 "지각이 가능한" 이라는 기준선이 사람마다 모두 다르다는 점 입니다. 따라서 그 기준선을 낮추면 (인코딩 시 전송율을 낮추면) 많은 사람들이 음질에 불만을 가지게 되고 그 기준선을 높이면(인코딩 시 전송율을 높이면) 많은 사람들이 음질에 만족을 하게 됩니다.
하지만 아무리 기준선을 높여도 손실압축 즉 신호의 손실이 발생한다는 점에서 모든 사람을 만족시키지는 못합니다. CD의 소리에도 만족을 하지 못하여 SACD나 DVD-Audio등이 나오고 있는 상황에서 보면 어쩌면 당연한 결과이기도 합니다.

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이네스

2008.07.27 14:30
감사합니다!
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귀찮어

2008.10.31 22:18

감사합니다. 한가지 질문을 좀 더 하자면 왜 인코딩을 하면(Flag나 ape도 마찬가지) 음이 좀 구려지죠? 고음이 좀 째지는 거 같고 보컬 소리도 좀 많이 묻히는거 같고... 근데 웃긴건 인코딩한 파일을 다시 CD로 구우면 괜찮아진다는거.. 왜그러지?? 사운드 카드가 내장이라 그런가??

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쪼금 아는 사람

2008.11.28 17:27
소스 보다는 플레이어의 문제인 거 같습니다.
Flac이나 APE 같은 경우는 무손실 음원이라고 해서, 주파수 변환을 하지 않기 때문에 말 그대로 음원에 손실은 전혀 없습니다.
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토미™

2008.11.28 17:52
MP3, OGG와 같은 손실압축 파일들은 인코딩을 하면 정보가 없어지기 때문에 음질이 나빠집니다. 특히 bit rate설정을 내리면 고음부가 많이 나빠집니다. 때문에 고음이 째진다거나 보컬소리가 묻힌다고 느끼시는겁니다.
하지만 FLAC, APE같은 무손실 압축파일들은 인코딩을 한다고 해서 음질이 떨어지지 않습니다. 말 그대로 손실이 없는 압축방식이기 때문입니다.

손실압축파일로 한번 나빠진 MP3파일등을 다시 CD로 구운다고 해서 소리가 좋아지지는 않습니다. 아마도 재생하는 기기가 달라져서 그렇게 생각을 하시는 것 같습니다.
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박카스

2009.02.13 10:39
좋은정보 잘 보았습니다..^^ 감사합니다
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낮해밤달

2009.09.21 01:56
예전에 192k이상은 구분 못한다'는 말을 듣고 모든 CD를 192k로만 추출해서 들었었습니다.

실상. . 이번에 산 4G짜리 DAP말고는 2주전까지도 256mb, 128mb짜리 DAP만 써온지라
어쩔 수 없는 선택이긴 했었지만요.

헌데, 128k과 192k는 너무나 명백히 구분이 가더군요. 동생이란 실험스러운 장난을 해본적이 있습니다.
 한명이 같은 음악을 128k, 192k로 추출한것을 눈감고 랜덤으로 곡넘김해서 틀고 
다른 한명이 듣고 나서 이게 128k인지 192k인지 이야기하면 처음사람이 눈떠서 보고 확인하는 식으로요
(이건 뭐 맹검이라고 이름붙힐만큼도 안되는 허술한 장난격 이중맹검?이었긴 하지만요)

근데 각자 15번정도 해서 13번정도는 정확하게 맞춘듯합니다. 
그전까지 손실압축이 안좋다고 하는 분들의 표현중에 '건조하다'라는 말을 들을 때 그게 꽤 은유적인 말일것이라 생각했는데,
이 표현은 그야말로 '직유'더군요. semi-open hihat의 그 건조함이란. . (저와 동생이 둘다 드럼을 취미로하다보니 더 ;;)
동시에 많은 '음'들이 터져나올 때의 차이가 너무도 컸었죠.

128과 192사이에서 압도적인 차이를 느낀 그 장난 이후로 192k로 들어야겠다 생각하면서도
처음의 말한 저 이야기(192k이상은 구분 못한다)에는 의심을 안하고 그 이상은 무의미할 것이라 여겨 192k로만 들었는데
그게 아닐 수도 있는거겠네요.

192k이상이 절대적으로 무의미한게 아니라면
제 개인적인 한계치를 찾아보고 거기에 맞춰서 듣는게 아무래도 정신건강에 좋을듯...;

좋은 정보 감사합니다. (_ _)
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낮해밤달

2009.09.21 02:58
또 한가지. . 여기 리뷰를 보다보니 많은 DAP들이 mp3보다 WMA의 재생능력이 좋을때가 많던데
WMA 인코딩도 MP3랑 비슷한 원리인가요? (물론 이건 DAP재생능력과는 별개의 이야기이긴 합니다만)
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토미™

2009.09.21 10:57
사람의 청각능력은 개인차이가 존재합니다. 대부분의 사람들은 192kbps까지는 구분이 가능하지만 그 이상은 어렵습니다. 여기에서 어렵다는 말은 구분이 가능한 분도 있다는 말입니다.

하이헷의 소리는 상당한 고음쪽에서 들리기 때문에 MP3 인코딩 옵션별 차이를 느끼시기에 아주 좋은 테스트 방법입니다. 때문에 차이가 확확 다르게 들릴껍니다.

WMA역시 MP3의 인코딩 방식과 비슷한 원리로 알고 있습니다. 세부적인 알고리즘은 코덱을 만든 곳마다 세부적인 차이가 있을 건데 그 부분은 그 회사의 기밀사항이므로 모르겠고, 일반적인 손실압축파일의 압축 원리는 동일한 것으로 알고 있습니다.
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낮해밤달

2009.09.21 16:41
그렇담 어차피 192k가 한계일 확률이 많겠군요. ㅎㅎ
호기심삼아 또한번의 장난을 해볼 것 같긴 하지만 말입니다. . _-_
맘같아선 그냥 192k가 한계였음 좋겟네요; CD들 다시 리핑하려면........... ;ㅁ;
profile

山米舛

2009.09.21 18:50
간단하게 자신의 bit-reduction 감지 한계를 확인할 수 있는 실험입니다:
http://www.seeko.co.kr/zboard4/zboard.php?id=freeboard&no=114470

답을 쪽지 혹은 여기에 리플로 적으시면, 정답을 쪽지를 통해 보내드리겠습니다.
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프렘

2009.11.29 05:26
.....저는 들어도 다른게 맞긴 한지 모르겠어요;;ㅋㅋ
모니터에 달린 스피커 때문이라고 일단 핑게를 대 보죠 뭐 : )
profile

비틀매니아

2009.11.29 00:40
결국 flac dlsk m4p 밖에 없네요ㅎㅎ 용량좀 먹더라도ㅎ
profile

제쓰로

2010.03.09 20:58
음..생각해보면 일반인들에게는..(저같은...)
192 의 mp3가 용량면이나 효율면에서 좋겠네여..
그리고 굳이 이어폰이나 헤드폰에서 주파수가 넓은것을 고집할 필요도 없었네요...
못.듣.는.다.니...;;
profile

귀만호강

2011.07.12 11:51

무손실압축 파일 압축율이 상당히 개선된다면 음질에 불만을 가질 분들이 적어지겠네요 ㅋㅋ

profile

이어스

2011.07.12 12:43

엠피3의 용량적인 측면을 생각해본다면  192K만 해도 효율이 높아질 것으로 생각되네요. 좋은 정보 감사합니다.

profile

RyuN

2012.01.29 19:58

어이쿠 머리야....

profile

우엉

2013.05.27 22:29

잘보고갑니다

profile

네프쨔니크

2013.11.03 16:39

이 전까지는 그냥 mp3음질은 무조건 cd음질 보다 나쁘다고 만 생각했는데...이제는 구체적으로 그 이유를 알겠네요.

좋은 글 감사합니다!!ㅋ

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