디지털필터에 관해서 3 完

마무리 들어갑니다
그 전에 지난 이야기부터

1 디지털을 거쳐서 원래 그대로의 소리를 되살리려면 두배의 주파수로 저장/처리를 해야된다
         나이퀴스트정리
2 그랬더니 가청주파수 상한과 가청주파수 2배의 사이에 있는 안 들리던 소리가 난데없이 들려버림
         알리아싱
3 가청주파수는 가급적 다 살리는 범위로 저주파만 통과시키는 대역필터를 써보자
         로패스, 안티알리아싱
4 필터로 알리아싱은 해결했는데 그러고 나니까 느닷없이 링잉이라는 다른 문제에 봉착
         깁스 페노메논
5 연구결과, 원래 신호에 앞서서 나타나는 프리링이 뒤에 따라오는 포스트링보다 더 잘 인지됨
         프리링을 없앨 수 있는 미니멈페이즈라는 다른 종류의 필터를 써봄
6 프리링까지 해결하고서 막상 들어보니 이게 끝이 아님
         2배로 커진 포스트링, 위상의 뒤틀림, 기존 방식보다 개선은 됐는데 더 나빠진 부분이 또 있음

위와 같은 우여곡절이 있었다고 합니다
1번부터 4번까지는 사정파악을 충분히들 하실 수 있을 만큼의 얘기를 다 해놨다고 봅니다
이번 글로 마저 알아보고 갈 내용이 5번과 6번에 대한거에요

프리링이 포스트링보다 잘 인지된다는 말을 뒤집으면 포스트링이 프리링보다 덜 인지된다는 말이 되죠
그 주장에는 두가지 논리적 근거가 따르는데, 하나는 큰 소리에 뒤이은 작은 소리는 청각이 패스해버린다는 이른바 마스킹효과입니다
두번째는, 어떤 소리가 나면 나는거지 나기 전에 뭔 다른 소리가 미리 예고하고 나서 본론으로 들어간다는게 재생이 아닌 현실의 어쿠스틱에서는 불가능한 일이고, 그래서 듣다보면 프리링이 더 거슬릴거라는 얘기입니다
틀린 논증은 아닌 것도 같고 임상실험으로 증명도 이루어진 것 같은데, 첫번째의 경우, 음악이 보통 얼만큼의 음량으로든 어떤 소리든간에 계속 나오고 있잖아요
악곡 구조와 연출에 따라 몇 초간의 정적이 있기는 있는데 그래봐야 200초짜리 파퓰러송 기준 1초어치 한두번, 그나마도 모든 노래가 다 그러는 것도 아니니까 멜론100위차트 토렌트로 받아서 6시간 정주행하는 동안 한 스무번정도 그런게 있겠네요
또 개중에 많이 잔잔하고 템포가 느린 노래라면 프리링이 전반적으로 티날 여지가 그나마 좀 더 있기도 하겠구요
그리고 두번째. 실제 소리 실제 연주랑 다른걸 우리가 경험에 비추어 검출해낼 수 있으려면 고품질 언플러그드 공연을 평소에 엄청 많이 들으며 살아왔어야 합니다
게다가 미니멈페이즈필터로 프리링을 없앤다고 하는데 사실 그건 없애는 방법으로 완전하게 없어지는게 아니고 자리만 임펄스의 뒤로 옮겨지는거죠
앞뒤로 한개씩 있는걸 뒷자리에다 몰빵해서, 일견하기에 링잉이 진폭도 두배 시간도 두배로 늘어 오히려 일을 키운게 되는걸지도 모르는 일이에요
단지 그래프가 그 정도일 뿐이고 실제로 들으면 그 정도는 아니더라도요
덧붙여, 미니멈페이즈필터에서 나타나는 더 높은 포스트링이 연속해서 끊임없이 이어지는 두번째 세번째 네번째 샘플에 올라탔을 때의 또 다른 부작용도 있습니다
16비트 기준으로 샘플의 값은 +32768~ -32768(또는 0~ +65535)까지가 가능하고, 이 최대치를 풀스케일, 그리고 풀스케일을 넘어선 결과 발생하는 신호의 왜곡을 클리핑이라고 부릅니다
최대한의 음량을 끌어내기 위해 음악의 가장 소리가 큰 부분, 다시말해 값이 가장 큰 샘플을 저 만땅값에 맞춰버리는게 현대적인 엔지니어링의 요령인데요
만약 두 샘플이 연속으로 +32768이라면?
링잉이 전혀 없다고 해도 이럴 경우 샘플은 풀스케일을 넘지 않았지만 거기서 변환된 파형은 풀스케일의 한계선을 넘기게 됩니다

하지만 실제는, 디지털을 거치는 한 링잉은 반드시 있습니다
그리고 비교적 잘 인지된다고 하는 프리링을 없애느라 포스트링이 왕창 커진 상황에서는 인터샘플픽의 초과하는 정도가 더욱 심해지게 되지요
푸바등에 리플레이게인 기능이 있는 것이 바로 이 인터샘플픽 때문이에요
그리고 이큐질을 하더라도 크게 나오는 대역을 내리는 것으로 만족하고 어디를 높이는건 엥간하면 하지 마라! 얘기하는 사람들이 있죠
역시 일정부분 인터샘플픽과 관련이 있습니다
미니멈페이즈필터의 부작용과 역작용은 이정도로 마치구요

이제 반대로 리니어페이즈필터 대비 장점에 대해서도 한번 보겠습니다
관련자료를 뒤지다가 오디오의 로패스필터가 아니라 음악 만들 때 쓰이는 소프트웨어 하나를 알게 되었는데요
fabfilter pro-q라는 가상악기형 이퀄라이저입니다
필터의 레이턴시 설정을 바꾸는 옵션이 있는데, 버전에 따라 조금씩 변동이 있지만 그 종류가 크게 zero latency와 linear latency로 나뉩니다
여기서 리니어레이턴시가 리니어페이즈이고, 제로레이턴시가 미니멈페이즈더군요
페이즈는 뭐고 레이턴시는 뭐냐, 리니어는 리니언데 미니멈은 왜 제로가 된거고. 이런게 궁금하실텐데요
레이턴시는 이퀄라이징을, 즉 필터를 거친 결과 신호의 타이밍이 얼마나 지연되느냐를 의미합니다
리니어페이즈는 위상이 주파수 전역에 걸쳐 직선이고, 리니어레이턴시는 주파수 전역의 지연이 리니어하다, 이렇게 읽으니까 같은 맥락이라는걸 알 수 있네요
그리고, 여기서 미니멈페이즈라는게 어쩌다가 붙은 이름인지에 대한 비밀이 풀리는건가 싶은데, 제로레이턴시라는게 그만큼 들어갔다 나오면서의 지연이 없다 내지는 엄청 적다는 의미더라구요
즉, 리니어레이턴시는 위상의 뒤틀어짐은 없는 대신 전체적으로 지연이 상당히 많이 되고, 반대로 제로레이턴시는 지연이 상대적으로 미미한데 대신에 주파수에 따라 그 지연의 정도가 다르게 걸린다는게 됩니다
튜토리얼에 의하면 제로레이턴시는 반응 빠르고 리소스 덜 먹으니까 적용값 바꿔가면서 들어보기 할 때 쓰고, 실제로 쓸 결과물은 리니어레이턴시 상태로 저장을 하는게 올바른 사용법이랍니다
감상자에겐 유용할게 아니지만 아무튼 덜 지연된다는 기술적인 장점이었구요
그리고, 상관관계에 대해 아직 확실히는 이해가 안 되는데, 미니멈페이즈필터의 로패스가 더 칼같이 확실하게, 주파수그래프에 그리는 식으로 말 하자면 떨어지는 각도가 더 가파르다네요
그만큼 안티알리아싱은 더 철저하게 이루어지겠지요

리니어필터
보라색은 노이즈플로어입니다
가청대역에서 -140dB로써 24bit스펙을 충족하는군요
노란색은 리니어페이즈필터 상태에서 화이트노이즈를 통과시켰을 때 나온, 쉽게말해 주파수응답그래프입니다
20000Hz보다 조금 낮은 주파수에서 감쇄가 시작되어 완만히 떨어지다가 35000Hz 정도에서 완전히 차단됩니다
20000Hz와 그 바로 왼쪽 19000Hz에 솟아있는 연두색 기둥은 화노와 함께 입력된 사인파 신호입니다
나머지 다른 연두색 기둥들은 그 두 주파수의 신호가 컷오프를 기준으로 이쪽저쪽 튀어다니는 알리아싱 노이즈입니다
약 25000Hz와 24000Hz에 보이는 두번째로 높은 기둥들이 19000Hz와 20000Hz로부터 처음 데칼코마니된 알리아싱인데, 얘들은 안 들리니까 괜찮을 것 같지만 소수의 성능좋은 트위터와 헤드폰을 힘들게 만들 수 있습니다
그리고 -120dB보다 약간 낮은 연두색이 드문드문 잡초처럼 나있는데, 이놈들은 기본 신호와 1차 알리아싱이 또다시 반사된 알리아싱입니다

미니멈필터
반면 미니멈필터에서는, 로패스가 훨씬 이른 24000Hz 정도에서 벌써 바닥에 닿았습니다
앞서 보았던 두번째로 높은 1차 알리아싱은 그래서 간단하게 차단이 되었고, 이쪽저쪽에 낮게 깔린 잡초들도 잘 보면 4개씩 뭉쳐있던 놈들이 둘씩만, 즉 19000Hz와 20000Hz에 있는것만 알리아싱이 됐음을 알 수 있습니다
하나씩 마우스 커서 올려놓고 스크롤 올렸다 내렸다 해보세요

이만하면 리니어페이즈와 미니멈페이즈 두가지 필터 각각의 메리트와 트레이드오프의 관건이 어느 포인트에 있는건지 정리가 좀 되셨을거라 봅니다

다음으로, 제가 느낀 차이에 대해서 몇마디 해보겠습니다
비교에 쓰인 시스템은 작년에 산 hp오멘, ifi iusb3.0, hd600입니다
k501이랑 에온c로도 비교를 많이 해봤는데 걔들로는 전혀 차이가 들리지 않았습니다
501은 기본적으로 고역이 너무 불안정하고 거칠어서, 에온은 아마도 고역의 마무리가 과하게 부드러워서 그랬을 것 같군요
비교하는데 쓴 음원은 16비트 44100Hz포맷의 flac파일들인데, 다운받은 것도 있고 제가 cd로 직접 리핑한 것도 있어요
dac는 lh lab의 go2a signature와 ifi의 idsd micro black label입니다
근데 결정적으로 이걸 들어서 구분하는데 쓸 귀가 엉망이네요
한참을 비교해봐도 안 들리길래 설마 내 귀가?! 하면서 사인스윕을 틀어보니까 16000Hz로 접어들면서 거짓말처럼 아무 소리도 안 들립니다아 ㅠㅠ
아니 아직 서른 중반인데에 ㅠㅠ
하여간에 go2a는 얼마 전까지 geekout1000을 쓰다가 고장나서 확 업글한겁니다
필터 세팅은 긱아웃 구형이 tcm(time coherence mode. 미니멈페이즈), frm(frequency responce mode. 리니어페이즈)의 두가지인데, go2a 신형은 여기에 더해서 ssm(stable streaming mode)이라는 스트리밍음악 전용 필터가 추가돼있습니다
어딜 가도 스트리밍에 쓰라고 만들었다는 얘기만 있지 스트리밍의 소리가 어디가 다르고 그래서 그걸 어떻게 해결했고 스트리밍이 아닌 음악에 적용하면 어떨 것이다 이런 식으로 알아먹게 해설해놓은 것도 없고 들어도 모르겠고 약간 짜증스럽군요
tcm이랑 frm 둘만 갖고 비교하고 싶었는데 바꿀 때마다 계속 나와서 좀 성가셨습니다
어떻게 비활성화 하는 방법이 있으면 좋겠네요
그리고 idsd의 필터는 스탠다드, 미니멈, 비트퍼펙트의 3가지입니다
그런데 측정자료를 보니까 스탠다드와 미니멈이 둘 다 리니어필터에요
스탠다드는 걍 리니어, 미니멈은 링잉이 앞뒤로 다 있지만 스탠다드보다는 좀 억제되어있는 리니어, 어쨌든 정보의 손상을 일으키는 처리를 하지 않았다는 의미에서 비트퍼펙트라고 명명된 필터링 안 하는 세번째 옵션이 있네요
때문에 비트퍼펙트는 링잉이 전혀 없다고 합니다
그래서, 들어보니 어땠냐면, 우선 idsd는 차이를 전혀 모르겠습니다
두 dac 모두 영어기반 포럼에서 떠드는 사람들의 필터에 대한 선호가 아주 명확히 쏠려서 구분이 그렇게 어렵지는 않을거라고 처음 시작하면서 생각했는데..................
그리고 go2a에서는 다행히도 약간의 어떤 차이를 느꼈습니다
참고로 go2a의 필터옵션은 단추 하나를 눌러서 순서대로 바꾸는건데요
처음 연결했을 때 디폴트가 미니멈이고, 누를 때마다 스트리밍, 리니어, 미니멈, 스트리밍, 리니어....순서로 변경됩니다
바뀔 때 툭. 하는 전기노이즈 비슷한게 들리면서 1초 미만의 짧은 시간동안 음악이 안 나오는데, 그게 앞에거랑 뒤에거랑의 차이를 감지하는데 많이 방해됩니다
어떤 모드인지 알 수 없게 가린 채 여러번 눌러놓고 한동안 듣다가 바꾸고 듣다가 바꾸고 뭔가 느낌이 왔을 때 어떤 모드인지를 확인하는 식으로 실험을 해봤는데요
처음에는 스네어드럼, 쉐이커, 무그, 어쿠스틱기타 네가지 악기를 승부처라 생각하고 그런거 위주로 들었는데, 악기 하나하나 갖고서는 아무것도 못 건졌고 나중에 듣다보니까 전반적인 인상이 달라지는 식이더라구요
미니멈은 바뀐 순간 이전보다, 그러니까 리니어페이즈모드일 때보다 소리가 커진 느낌이 든 때가 대략 10번중에 6번정도 됐습니다
그 외에는 별거 없었네요
리니어는 바로 전의 스트리밍모드일 때보다 질감이 덜 껄끄럽게 들린다는 판단을 했던게 역시 10번중에 6번 정도 됐는데, 이건 바뀐 순간의 느낌이 아니라 몇초가량 들으면서 알아채게 된 차이였습니다
두번 눌러서 거르고 미니멈과 리니어 끼리만 비교하려는 시도에서도 비슷했구요
장시간 세 모드를 바꿔가며 듣는 동안 어째 싱그럽고 생동감있다는 기분이 들 때마다 확인해보니 리니어였던 적이 더 많았는데, 영어 리뷰에서 lush라고 하는 말이 이거구나 하고도 생각 해봤네요
뭐가뭔지 다 파악은 못 하겠지만 잘잘한 소리가 더 많은 것 같다, 정보량이 많은데 혼란스럽지는 않다. 이런 메모도 해놨군요
스트리밍모드는 영어포럼의 네임드들의 설레발에 따르면 음질이 ㅆㄲㄸㅉㅃ같다는데, 특별히 그렇게 쳐지는 느낌은 커녕 따로 이거다 하는 미세한 차이도 저는 못 들었네요
결론적으로, 그나마 go2a의 필터세팅간 음색 차이는 열심히 듣다가 몇가지 캐치를 해냈는데, 미리 열심히 뒤져본 측정과 사용기에 의한 예단의 영향이 아주 컸을거라고 봅니다
블테로 제가 100% 못 맞춘다는데 경품으로 받은 원모어쿼드를 겁니다

다음으로, 전의 글에서 언급만 한번 했던 설문조사에 대한 요약도 덧붙입니다
피아노, 만돌린, 팝송 3가지 곡을 이용했고, 총 45명이 응했습니다
음악 듣는데 쓰인 시스템은 스피커가 21명이고 헤드폰 사용자가 24명으로 비슷비슷했네요
둘중에 뭐가 더 좋았냐고 물어본건데, 만돌린은 25명이 미니멈을, 피아노는 25명이 리니어를, 팝송은 22명이 리니어가 더 좋게 들렸다는 답을 했습니다
피아노만 리니어가 이겼는데, 다른 두가지 샘플이 가청주파수 끝까지 소리가 다 차있지만 그에 반해 피아노는 그렇지 않은게 원인이 될 수 있겠다는 가설을 세워봄직 하겠네요
미니멈필터는 고주파에서 위상이 뒤틀려서 음색과 질감에서 손해를 입고, 리니어필터는 안티알리아스가 철저히 되지 않아서 고주파에 엉뚱한 잡음이 섞여 나오는데, 들리는 영역 안의 고주파가 더 많고, 그리고 어쩌면 녹음할 때 안 들리는 고주파도 더 많이 있었을 만돌린과 팝송을 들을 때에, 리니어필터의 한계로 인해 완전히 날려버리지 못 하고 남겨진 알리아스 잡음이 미니멈의 위상왜곡보다 더 많이 안좋았을거라는게 그 첫번째입니다
피아노의 톤은 위상이 틀어져있는 미니멈필터일 때 더 많이 이상하게 들려서 리니어가 이겼을 것이라는게 두번째 가설이구요
그리고 스피커쪽보다 헤드폰쪽의 리니어 선호가 더 많았다네요
이건 조사자가 뭐라고 한게 없고 저도 왜 그럴지 짐작이 안 갑니다
그 외에 음악일 하는 프로페셔널이 응답자중에 7명 있었다는데, 어느쪽을 더 좋아하거나 더 잘 알아맞춘다거나 하는 특별한게 없고 다 똑같았답니다
자세한 사항은 링크 찍고 들어가서 직접 확인해보시길
The Linear vs. Minimum Phase Upsampling Filters Test [Part I]: RESULTS
The Linear vs. Minimum Phase Upsampling Filters Test [Part II]: ANALYSIS & CONCLUSIONS

다음으로, 필터별 차이에 대한 제조사의 성의없는 해설과 사용자의 신뢰안가는 카더라 몇가지를 정리해보겠습니다
리니어페이즈필터는 롤오프가 완만하고 안티알리아싱이 약합니다
위상이 똑바르기 때문에 군지연이 없고, 링잉이 양적으로 더 적지만, 전고조파왜율은 불리하다네요
소리가 풍부하고 감정적인 장점이 있지만, 반면 흐릿하고 공간감이 부족합니다
미니멈페이즈필터는 하이컷 필터링과 안티알리아싱이 명확하게 가해집니다
프리링이 없는 특성에 대해서 임펄스특성의 개선이라고 표현하기도 합니다
더 자연스럽고 어쿠스틱음에 유리하다는 설명도 있는데, 프리링이 없기 때문에 그렇게 들릴거라는 말이겠지요
그리고 포스트링이 더 크게 발생하는게 넉넉한 여운의 느낌을 줄 수도 있다는군요
음색은 더 또렷하고 섬세하며 얼버무림이 덜 한 성격이고, 그 외에 차갑고 깨끗하고 고역이 거칠고 얇은 음색이라는 평가도 있네요
가능한 비례를 맞춰볼 생각이었는데, 제 개인적인 느낌도 있고, 썰 푸는 오디오파일들 다수의 선호가 리니어 쪽으로 쏠려있어서 잘 안 된 것 같습니다

뻘짓 다 마쳐놓고 나서의 소회와, 이런걸로 돈 버는 분들을 향한 당부의 말로 끝을 맺어볼까 합니다
열심히 찾긴 찾았는데, 옵션을 사용자에게 열어줬을 뿐 흡족하게 가이드까지 같이 해준데가 사실 한군데도 없었어요
뭘 좋아할지 몰라서 다 집어넣었다면 어떻게 쓸지도 알려줘야지 진짜 우리가 좋아할거 아닙니까
우선 개발에 참여한 엔지니어들에게 권합니다
팔아먹기 전에 일단 당신들에겐 이게 뭔지를 니네회사 신입 여사원이나 非이공계 중역 아재도 앉은 자리에서 뚝딱 이해시킬 수 있을 정도의 논술능력과 교재가 필요합니다
그 이해는, 그들이 의무교육을 마친 누구한테든 개념설명 다 해주고 문외한이 상식적으로 가질만한 추가질문까지 잘 답해줄 수 있을만한 수준이에요
다들 논술능력이 없어서 뭐라고 부를까 고민하다가 옹알이 하듯이 인문학인문학 그러는데, 그 인문학이 곧 논술인거에요
못 하면 말고
다만, 저한테는 개발자와 제조사의 무책임무능력으로밖에 보이지 않는 과도기적 현상이지만, 그러나 기술개발의 트렌드 겸 투자땡길 땔감 겸 리뷰어가 갖고놀아봄직한 썰감 겸 등으로써 업계가 한 시즌 또 무사히 버텨나갈 수 있게 해준 떡밥으로는 괜찮았구나 싶긴 해요
제가 듣기엔 리니어페이즈쪽이 약간 더 좋은게 아닌가 싶은데, 근데 그래도 엄청 좋은 장비의 미니멈페이즈 소리가 좋은 장비의 리니어페이즈보다 훨씬 좋을겁니다
비싼 기계로 샘플링레이트 높은 음원 듣는게 장땡이에요