Sample Rate 샘플레이트

영화 필름처럼 찰칵찰칵

영화는 사실 1초에 수십 장의 사진을 빠르게 넘긴 것이죠. 사진을 많이 찍을수록 움직임이 매끄럽고, 적게 찍으면 뚝뚝 끊겨 보입니다. 디지털 소리도 똑같아요. 연속적으로 흐르는 소리를 1초에 수만 번 찰칵 찍어 숫자로 저장하는데, 1초당 찍는 횟수가 샘플레이트입니다.

많이 찍을수록(높은 샘플레이트) 원본 소리에 가깝고, 적게 찍으면 계단처럼 거칠어집니다.

직접 해보기

Hz, 그리고 한 주기에 몇 점

샘플레이트의 단위는 Hz(1초당 샘플 수)입니다. CD는 44,100Hz(44.1kHz), 영상은 보통 48kHz를 씁니다.

한 주기에 몇 점을 찍는가

음색을 좌우하는 건 절대 샘플레이트가 아니라 신호 한 주기에 몇 점이 찍히느냐(samples/cycle = SR ÷ 주파수)입니다. Signal 주파수를 올리면 같은 샘플레이트라도 한 주기에 찍히는 점이 줄어 계단이 거칠어집니다. 읽기 패널의 “한 주기에 N개” 수치와 계단 모양을 연결지어 보세요. 높은 음일수록 더 높은 샘플레이트가 필요한 이유입니다.

비트뎁스와 직교하는 축

[비트 뎁스]가 진폭(세로) 을 몇 단계로 나누는지라면, 샘플레이트는 시간(가로) 을 얼마나 잘게 끊는지입니다. 두 축은 독립적이며, 둘이 함께 디지털 오디오의 해상도를 결정합니다.

나이퀴스트와 재구성

• 나이퀴스트 한계 — 샘플레이트의 절반(SR/2)이 정확히 담을 수 있는 최고 주파수입니다. 한 주기에 최소 2점이 필요하다는 뜻이죠. 이 한계를 넘으면 높은 음이 낮은 가짜 음으로 접히는데, 그것이 [에일리어싱]입니다 — 이 위젯에서 샘플레이트를 신호의 2배 아래로 내리면 그 경계를 만납니다.
• 계단이 곧 진짜 소리는 아니다 — 영차홀드 계단에는 고주파 성분이 잔뜩 들어 있습니다. 실제 DAC는 계단을 그대로 내보내지 않고 재구성 필터(저역통과) 로 매끄럽게 다듬습니다. 이상적 복원은 sinc 함수 보간이며, 나이퀴스트 이하 성분만 남기면 원본이 정확히 되살아납니다(섀넌 표본화 정리).
• 왜 44.1kHz인가 — 가청 상한 약 20kHz를 담으려면 그 2배인 40kHz 이상이 필요하고, 재구성 필터가 동작할 여유 대역을 더해 44.1kHz가 정해졌습니다.
• 오버샘플링 — 일부러 훨씬 높은 레이트로 처리하면 재구성/안티에일리어싱 필터 설계가 쉬워지고 양자화 노이즈를 넓은 대역으로 분산시킬 수 있습니다.