클리퍼

Anonymous (anonymous@undisclosed.example.com) — 2024-11-18T18:28:34+00:00

클리퍼

파형에서 일정 레벨 이상의 파형을 클리핑 시켜줌으로써 레벨의 제한을 강제하는 것.

보통 클리퍼는 클리퍼라는 이름을 가지고 아웃보드로 제작되는 기기는 없다. 왜냐하면 모든 아날로그 아웃보드에서 클리핑 현상은 발생 하기 때문이다. 클리퍼는 주로 아날로그 아웃보드에서 발생하는 클리핑 효과를 시뮬레이션하는 플러그인으로 만들어진다.

Clipper

A device or process that enforces level limitations by clipping waveforms that exceed a certain level in audio signals. Typically, there are no dedicated outboard devices known as “clippers” because clipping effects occur in almost all analog outboard equipment. Clippers are primarily created as plugins to simulate the clipping effects that occur in analog outboard gear.

클리핑

클리핑(Clipping)은 오디오 신호 처리에서 발생하는 왜곡 현상으로, 다음과 같은 상황에서 발생합니다:

아날로그 시스템: 신호가 장비의 최대 입력/출력 레벨을 초과할 때 발생하며, 파형의 상단과 하단이 “잘려나가” 왜곡됩니다.
디지털 시스템: 신호가 0dBFS(디지털 최대 레벨)를 초과할 때 발생하며, 초과된 부분의 정보가 완전히 유실됩니다.

클리핑의 주요 특징:

파형의 윗부분이 평탄해지며, 원래의 오디오 정보가 영구적으로 손실됩니다.
고주파수 범위에서 강한 고조파를 생성하여 소리의 질을 떨어뜨립니다.
아날로그와 디지털 시스템에서 클리핑의 특성이 다르게 나타납니다.

클리핑은 대부분의 경우 바람직하지 않은 현상이지만, 일부 음악 장르나 일렉트릭 기타 연주에서는 의도적으로 사용되기도 합니다.

하드 클리핑과 소프트 클리핑

하드 클리핑은 정보의 유실이 크게 일어나서 가위로 자른 듯이 신호가 잘려나가는 것을 말한다. 아날로그 클리핑 중 트랜지스터(BJT, FET) 나 Op-Amp 와 같은 솔리드 스테이트 회로에서는 하드 클리핑이 발생한다.

소프트 클리핑은 신호의 최대치에서 새츄레이션이 일어나 가위로 자른 듯한 신호가 아닌 다소 완만하게 신호가 유실되는 것을 말한다. 테이프 새츄레이션이나, 진공관에 의한 클리핑은 주로 소프트 클리핑이다.

디지털 클리핑(디지털에 의한 정보 유실)은 소리가 없어지기 때문에 상당한 배음(THD)를 생성하는 하드 클리핑이나 소프트 클리핑과는 근본적으로 차이가 있다.

아날로그 클리핑

아날로그 기기에서 최대 입력/출력 레벨이 넘어가면 소리가 클리핑되는데 이때 기기의 특성에 따라 각기 다른 반응이 나오게 된다 . 오버드라이브, 테이프 새츄레이션, 디스토션 등의 현상이 나타나게 된다. 클리핑에 의해 새츄레이션이나 THD 등의 부가적인 효과가 따라오게 된다.

솔리드 스테이트(BJT, FET, Op-Amp) 에서는 DC 바이어스로 설정한 전압을 초과하는 신호가 들어오면 클리핑이 발생하며, 진공관에서는 크기, 온도 및 금속에 따라 제한된 시간동안 제한된 수의 전자만 이동할 수 있기 때문에 클리핑이 발생하고, 트랜스포머에서는 강자성 코어가 전자기적으로 포화될 때 클리핑이 발생한다.

진공관 기기에서의 클리핑

Tube Overdrive, Tube Saturation

진공관을 사용한 증폭 회로에서는 매우 높은 플레이트 전압을 사용하기 때문에, 회로상의 실질적인 최대 입력/출력 레벨은 매우 높다. 하지만 어느 정도 일정 수준의 레벨 이상에서는 THD 가 발생하는 정도가 커져서 소리의 찌그러짐이 심해지기 때문에 스펙에는 보통 THD 를 기준으로, 찌그러짐이 거의 발생하지 않는 정도까지의 레벨을 최대 입력/출력 레벨로 표기 한다. 따라서 진공관 장비의 경우 스펙 표기된 최대 입력/출력 레벨보다 더 높은 레벨로 사용도 가능하긴 하지만, 소리는 오버드라이브 또는 새츄레이션 된다.

따라서, 기기를 사용함에 있어서, 표기된 최대 입력/출력 레벨을 넘겨도, 하드 클리핑이 발생하지 않으며¹⁾ 대신, THD가 증가하는 소프트 클리핑²⁾이 발생한다. 기타 이펙터에서는 이런 효과를 오버드라이브라고 부른다.

Waves Puigchild의 소프트 클리핑

진공관 기기들의 이러한 소프트 클리핑 특성으로 인하여 종종 아날로그 마스터링 체인에서 사용되기도 한다.

BJT 에서의 클리핑

Distortion

BJT 에서는 최대 입력/출력 레벨 이하의 소리는 매우 깨끗하게 처리 되다가 최대 입력/출력 레벨을 넘어서는 순간 소리가 전부 칼같이 잘려 나가게 된다. 이러한 현상은 소리를 매우 과격하게 왜곡하기 때문에 이러한 효과를 내는 기타 이펙터를 디스토션이라고 부른다.

Waves Scheps 73

Waves Scheps 73 은 유명한 디스크리트 BJT 방식의 프리 앰프를 재현한 플러그인으로, 이 플러그인으로 재현한 BJT의 하드 클리핑 특성은 아래 사진과 같다.

FET 에서의 클리핑

FET 의 경우는 진공관과 유사한 작동 방식³⁾을 가지고 있지만 클리핑 특성은 BJT에 가깝다. 즉, 진공관과 회로 작동 방식과 회로 구성은 유사하지만 소리는 진공관과 전혀 다르다.

테이프에서의 클리핑

Tape Saturation

테이프에서는 마그네틱 장치의 자기장이 포화되면서 테이프 새츄레이션이 일어나게된다.

Magneto II로 시뮬레이션한 테이프 클리핑(테이프 새츄레이션)

트랜스포머에서의 클리핑

트랜스포머도 당연히 설계에 따른 최대 입력 레벨이 있기 때문에 설계보다 높은 입력이 들어오면 새츄레이션 및 클리핑 현상이 발생한다. 트랜스포머에서 발생하는 자기장에 의한 포화현상으로 인해 클리핑이 발생한다. 트랜스포머에서의 클리핑은 하드 클리핑에 가깝다.

디지털 클리핑

디지털 오디오 시스템에서의 클리핑은 0dBFS 를 넘는 신호의 입력/출력이 발생할 때 생긴다. 예를 들어, 16비트 부호 있는 정수를 사용하는 시스템에서는 32767이 표현할 수 있는 가장 큰 양수 값이다. 처리 중에 신호의 진폭이 두 배가 되면, 예를 들어 32000의 샘플 값은 64000이 되어야 하지만, 대신 정수 오버플로우가 발생하여 최대값인 32767로 표현된다.

컨버터 제조사의 경우, 이러한 현상을 방지하기 위해 높은 신호에 대해서 소프트 클리핑이 발생하여 신호가 하드 클리핑 되지 않도록 방지하는 기술을 컨버터에 내장하는 경우가 많다.

Reference

https://etd.auburn.edu/bitstream/handle/10415/7112/Digital%20Simulation%20and%20Recreation%20of%20a%20Vacuum%20Tube%20Guitar%20Amp.pdf

클리퍼와 리미터의 차이

Soft Clipper

Apogee soft limit

예전, 레코딩 방식이 멀티 트랙 테이프 레코더를 사용하여 녹음하던 방식에서 점차 컴퓨터를 통한 레코딩으로 바뀌던 당시, 아날로그 콘솔의 다이렉트 아웃을 녹음 받기 위해서 컨버터를 사용해야 했다.

그때 당시의 하이엔드 아날로그 믹싱 콘솔들의 입출력 레벨은 대부분 26dBu 사양이었으므로, 컨버터의 사양이 그것에 크게 못미쳐서, 제대로 된 아날로그의 모든 사운드를 디지털로 컨버팅하기 힘들었다.⁴⁾

그러나, 아포지사에서 나온 컨버터들은 24dBu를 지원하고, 거기에 모자르는 2dB는 아포지에서 개발한 soft limit라는 일종의 소프트 클리핑 알고리즘을 통해 아날로그 콘솔의 26dBu를 전부 수용 가능했다.⁵⁾

Soft clipper plugin

Apogee soft limit

Bypassed

Processed

T-racks clipper

Bypassed

Processed

Steinberg soft clipper

Cubase의 기본 번들 플러그인이지만, 테스트 해본 결과 아래와 같이 성능은 상당히 좋다.

Bypassed

Processed

Sonnox inflator

Bypassed

Processed with no effect

Effect 섹션을 활용하지 않으면, 그냥 하드 클리핑 스타일로 프로세싱된다.

Processed with effect

Processed with 개인적인 최적화

인플레이터의 경우는 디폴트 상태로는 좋은 클리핑 스타일이 나오지 않는것 같다. 개인적인 최적화로 스타일을 찾아야 하고, Effect, Curve를 활용하여 하드 클리핑과 소프트 클리핑을 전부 구현 가능하지만, 오히려 그렇기 때문에 컨트롤하기가 상당히 어려운 클리퍼라고 볼 수 있다.

Clip 0dB

Bypassed

Processed

¹⁾

진공관 아웃보드에서는 하드 클리핑이 발생하려면 스펙에 표기된 최대 입력/출력 레벨 보다 훨씬 높은 레벨로 올려야 한다.

²⁾

새츄레이션

³⁾

전압을 걸고 전류로 게인조절

⁴⁾

아날로그 테이프 머신에 녹음하는 경우에는 이러한 높은 레벨은 상관이 없었다. 테이프 머신의 특성 상 더 높은 레벨이 들어와도 테이프 새츄레이션이 자연스럽게 발생하면서 전부 기록이 되었다.

⁵⁾

지금도 이 기술은 apogee 제품들에 적용이 되어 나오고 있다.

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Clipper

클리핑

하드 클리핑과 소프트 클리핑

아날로그 클리핑

진공관 기기에서의 클리핑

Waves Puigchild의 소프트 클리핑

BJT 에서의 클리핑

Waves Scheps 73

FET 에서의 클리핑

테이프에서의 클리핑

트랜스포머에서의 클리핑

디지털 클리핑

Reference

클리퍼와 리미터의 차이

Soft Clipper

Apogee soft limit

Soft clipper plugin

Apogee soft limit

Bypassed

Processed

T-racks clipper

Bypassed

Processed

Steinberg soft clipper

Bypassed

Processed

Sonnox inflator

Bypassed

Processed with no effect

Processed with effect

Processed with 개인적인 최적화

Clip 0dB

Bypassed

Processed