음향기초#5 위상과 노이즈

위상(位相, Phase)

: 주기적인 파동에서 특정 시간 또는 공간에서의 파동 상태를 각도로 나타낸 개념. 위상은 파동의 진폭과 주기를 기준으로 시간적 위치를 표현하며, 두 파동 간의 위상 차이는 간섭과 중첩 현상을 발생시킨다.

위상은 주기적인 파동의 한 사이클(1주기)에서 0부터 360도까지의 각도 범위로 표현되며, 이를 라디안(radian)으로 나타내기도 한다. 시작점은 0도, 중간점은 180도, 종료점은 360도로, 위상각은 파동의 각 순간을 나타내며, 파형의 모양에 따라 중간 위치의 값이 달라질 수 있다. 위상 차이가 0인 경우, 두 파동은 같은 위상에 있으며, 이것을 인 페이즈(in-phase)라고 한다. 반대로 위상 차이가 180도인 경우, 두 파동은 정반대 위상에 있으며, 이것을 안티 페이즈(anti-phase)라고 한다.

위상 지연은 특정 주파수의 신호가 기준 신호에 비해 얼마나 뒤처지는지를 각도로 나타낸다. 예를 들어, 180도 위상 지연은 신호가 반주기만큼 지연된 것을 의미한다. 그러나 시간 지연은 주파수와 상관없이 모든 주파수 신호에 동일하게 적용되며, 일정한 시간 차이로 발생한다. 주파수에 따라 같은 위상 지연이 시간 지연으로 다르게 나타날 수 있다.

역상(逆相, opposite phase, reversed phase)

위상 차이가 180도일 때 발생하는 현상으로, 상하 반전된 파형이다. 두 신호가 180도 엇갈리면 서로 상쇄되며, 파형의 진폭이 같다면 완전히 소멸되어 제로가 되는 현상(출력은 되고 있으나 들리지 않음)이 발생할 수도 있다. 이를 방지하기 위해 오디오 콘솔에는 위상을 전환하는 위상 스위치(폴라리티 스위치)가 장착되어 있다.

위상 반전

 

두 개 이상의 파형이 만날 때 위상 차이에 따라 신호가 보강되거나 상쇄되는 위상 간섭 및 콤 필터링(comb filtering) 현상이 발생할 수 있다. 위상 차이가 120도 이상일 경우 신호가 상쇄되어 신호 크기가 감소하는데, 이 현상을 '콤 필터링'이라고 합니다. 이는 주로 반사음이나 여러 마이크 사용 시 발생하며, 음질 저하를 방지하기 위해서는 흡음재 사용 또는 마이크 위치 조절이 필요합니다. - 더 자세한 내용은 음향기초#4 소리의 특성 - 간섭 포스팅을 참고

 

 

노이즈(Noise, 잡음(雜音)/소음(騷音))

: 오디오 신호를 전송하거나 및 증폭하는 과정에서 발생하는 비주기적이고 불규칙한 소리로, 주파수 대역 전체에 걸쳐 다양한 주파수를 포함한다. 의도하지 않은 기계나 전기, 환경 등의 이유로 발생하는 노이즈도 있지만, 특정한 목적으로 가지고 만들어 사용하는 경우가 많으며 음향시스템 조정 및 측정에 매우 유용하게 사용된다. 대표적으로 화이트 노이즈는 각 주파수에 동일한 에너지를 갖고 음향 장비 테스트에 주로 사용되고, 핑크 노이즈는 일정한 대역에서 동일한 에너지를 가지며, 주파수 응답 특성을 측정할 때 유용하다. 

 

셀프 노이즈(Self-noise, 자체잡음, 잔류잡음) : 어떤 장비가 가진 자체 노이즈 레벨. 모든 음향 기기가 자체적으로 저항 등의 부품으로 인해 시그널 상에 화이트 노이즈 같은 내부 잡음을 발생시키는데, 이러한 잡음은 기기에 입력되는 신호가 없어도 기본적으로 발생하여 잔류잡음이라고도 불린다. 우리가 사용하는 거의 대부분의 음향장비는 미세하나마 내부적인 자체 잡음을 가지고 있으며, 이러한 기기를 이용해 음향 신호를 처리할 때 신호가 잡음 레벨과 작거나 같을 때에는 이같은 내부 잡음이 프로그램 신호와 함께 들리게 되므로 문제가 발생한다.

백그라운드 노이즈(Background/Ambient/Environmental noise, 환경 잡음, 주변 잡음) :  장비나 마이크의 셀프 노이즈가 아닌 외부 환경적, 주변적 요인에 의해 발생하는 잡음(ex. 컴퓨터 팬소리, 에어컨 소리 등)

험 노이즈(Hum noise) : 교류 전원을 사용하는 시스템에서 발생하고, 주로 전원의 주파수(50Hz 또는 60Hz) 또는 그 배음이 출력에 간섭을 일으켜 발생하는 잡음이다. 보통 접지 불량, 전원의 위상 반전, 또는 조명 시스템과 전원 및 음향 입력 케이블, 마이크 등이 간섭을 일으킬 때 발생한다. 이를 줄이기 위해 필터링이나 접지 작업 등의 조치가 필요하다.

험 노이즈

화이트 노이즈(White Noise, 백색소음) : 모든 주파수 세기를 동일하게 내는 소리, 주파수가 높을수록 에너지가 커지고, 사람의 귀는 저음역보다 중·고음역으로 갈수록 더 크게 느끼기 때문에 실제 사람의 청감으로는 커진 에너지만큼 소리가 더욱 크게 들린다.

# 처음으로 이것을 구분하고 특징을 규명한 John Bertrand Johnson의 이름을 따서 존슨 노이즈(Johnson Noise)라고도 한다.

화이트 노이즈

핑크 노이즈(Pink Noise) : 옥타브가 올라갈 때마다 3dB가 감소, 실제 청감에서 모든 주파수 대역이 동일한 레벨로 들리게 화이트 노이즈를 옥타브당 3dB씩 감쇠하여 보정해 줌으로써 실제 들리는 소리의 크기는 옥타브마다 동일하게 들리게 만든다.

핑크 노이즈

레드/브라운 노이즈(Red/Brown) Noise) : 옥타브가 올라갈 때마다 6dB가 감소, 가지는 에너지가 주파수의 제곱에 반비례하는 잡음을 말한다.

# 브라운잡음이라고도 하는데 갈색이라는 뜻이 아니라 브라운 운동을 발견한 식물학자 로버트 브라운(Robert Brown)의 이름에서 온 것이다. 적색잡음이 브라운 운동(신호변화가 불규칙적인 운동)에 의해 발생하는 신호잡음의 한 종류이기 때문이다.

블루 노이즈(Blue Noise) : 옥타브가 올라갈 때마다 3dB가 증가

퍼플 노이즈(Purple Noise) : 옥타브가 올라갈 때마다 6dB가 증가

 

 

참고문헌 : 지식백과 - 파퓰러음악용어사전 & 클래식음악용어사전 / 오디오 용어사전 / 기상학백과, 홈레코딩 위키 by 리버사이드 재즈 레이블