[Signal] 소리 및 신호

소리 및 신호

 

신호는 시간에 따라 변하는 양을 나타낸다. 소리는 기압의 변화이다. 소리 신호는 시간에 따른 기압의 변화를 나타낸다.

 

마이크는 이러한 변화를 측정하고 소리를 나타내는 전기 신호를 생성하는 장치이다. 스피커는 전기 신호를 받아 소리를 내는 장치이다. 마이크와 스피커는 신호를 한 형식에서 다른 형식으로 변환하기 때문에 변환기 (transducers)라고 한다. 전자 신호, 기계적 진동 및 다른 많은 영역의 신호에도 동일한 방법이 적용된다. 또한, hiking trail의 고도와 같이 시간이 아닌 공간에 따라 달라지는 신호에도 적용된다. 그리고 이는 2차원 공간에서 변화하는 신호로 생각할 수 있는 이미지와 같은 1차원 이상의 신호에 적용된다.

 

주기적 신호 (Periodic signals)

 

일정 시간이 지나면 반복되는 신호인 주기적 신호의 예는 종을 치면 진동하여 소리가 난다. 해당 사운드를 녹음하고 변환된 신호를 플로팅하면 그림과 같다.

 

import os

if not os.path.exists('thinkdsp.py'):
    !wget https://github.com/AllenDowney/ThinkDSP/raw/master/code/thinkdsp.py

from thinkdsp import CosSignal, SinSignal

cos_sig = CosSignal(freq=440, amp=1.0, offset=0)
sin_sig = SinSignal(freq=880, amp=0.5, offset=0)

from thinkdsp import decorate

cos_sig.plot()
decorate(xlabel='Time (s)')

 

이 신호는 정현파 (sinusoid)와 유사하다. 이는 삼각 사인 (trigonometric sine) 함수와 모양이 동일하다는 것을 의미한다. 이 신호가 주기적 (periodic)이라는 것을 알 수 있다.

 

신호의 주파수는 초당 사이클 (cycles) 수이며, 이는 주기 (period)의 역수이다. 주파수 단위는 초당 사이클, 즉 Hertz (약어로 Hz)이다 (엄밀히 말하면 사이클 수는 무차원 숫자이므로 Hz는 실제로 "초당").

 

 

대부분의 악기는 주기적인 신호를 생성하지만 이러한 신호의 모양은 정현파가 아니다. 예를 들어, 위 그림은 바이올린을 연주하는 녹음의 한 부분을 보여준다. 여기서도 신호는 주기적이지만 신호의 모양은 더 복잡하다는 것을 알 수 있다.

 

주기적인 신호의 모양을 파형 (waveform)이라고 한다. 대부분의 악기는 정현파보다 더 복잡한 파형을 생성한다. 파형의 모양은 음악적 음색 (timbre), 즉 소리의 품질에 대한 인식을 결정한다. 사람들은 일반적으로 복잡한 파형을 정현파보다 풍부하고 따뜻하며 더 흥미로운 것으로 인식한다.