오버샘플링

Over-sampling

아날로그 필터만을 안티 앨리어스 필터로 사용하는 것은 현실적인 어려움이 있기 때문에, 추가로 오버샘플링이란 기술을 사용하기도 한다.

소리의 위상 왜곡이 필터의 컷오프 프리퀀시 보다 훨씬 낮은 주파수부터 시작하기 때문에 고음역대의 왜곡이 있을 수 있다.

아날로그만으로 가장 성능 좋은 필터를 쓰는 것도 기술 및 비용 상 어려울 수 있다. 장비의 제작 비용이 올라갈 수 있고, 필터의 부가 효과인 위상 왜곡¹⁾이 발생할 수 있다.

아날로그 안티 앨리어싱 필터의 경우 20kHz 대역을 제거하기 위해 20kHz 대역을 컷오프 프리퀀시 로 설정하여 필터를 걸면 위의 그림과 같이 필터가 걸린다. 그런데 20kHz 대역 이상의 주파수 성분들이 칼같이 잘려서 제거되는 것이 아니다. 필터의 기울기가 완만함에 의해 20kHz 이상에도 아직 찌꺼기 주파수 성분들이 남아 있음을 알 수 있다.

디지털 필터와 다운 샘플링

따라서, 48KHz를 목표로 하는 샘플링을 진행할 때, 4배인 192kHz로 샘플링을 하면 앨리어싱 필터의 기울기가 완만해서 발생하는 20kHz~192kHz 사이의 걸러지지 않은 찌꺼기 주파수들에 의한 앨리어싱 에러가 줄어들게 된다. 그런 후에 48kHz로 다시 다운 샘플링을 하여 목표했던 앨리어싱 에러가 큰 폭으로 줄어들은 48kHz 결과물을 얻게 된다.

다만 샘플레이트를 몇 배로 곱해서 샘플링하기 때문에 고성능의 워드클럭 기술이 필요하게 된다. 따라서 PLL 등의 워드클럭 기술이 적용된다.

높은 샘플링 레이트 사용의 필요성

결국, 이런 것들을 모두 고려하면, 가청 주파수인 20Hz~ 20kHz를 온전하게 제대로 샘플링하고 재생하기 위해서는²⁾ 안티 앨리어스 필터도 최고 성능으로 설계하고, 샘플링 레이트도 96kHz 나 192kHz로 높혀서 샘플링하고, 오버샘플링 기술도 사용해야 앨리어스 에러에 의한 노이즈 플로어도 낮추고, 위상 왜곡도 줄일 수 있다고 본다.³⁾ 어차피, 당연하지만 사람은 20kHz 이상의 주파수를 듣지 못하니까 주파수 대역이 높아진다는 의미보다는 “노이즈 플로어“의 감쇄와, “위상 왜곡“의 최소화에 효과가 있다고 보면된다.

48kHz 나 44.1kHz로 샘플링하는 A/D 컨버터의 경우 아날로그 안티 앨리어스 필터 성능이 아주 좋아야 하기 때문에, 하이엔드 컨버터와, 저렴한 오디오 인터페이스간의 음질의 간극이 매우 크게 느껴집니다. 아날로그 필터의 성능에 크게 의존하게 되기 때문입니다. 하지만 96kHz 나 192kHz의 샘플링 레이트에서는 하이엔드 컨버터와 일반 기기를 비교하면 크게 차이 나지 않는 성능을 보여주기도 합니다. 따라서 96kHz, 192kHz를 지원하는 기기를 48kHz, 44.1kHz 셋팅으로 사용하는 것은 큰 도움이 될 수 있습니다.