[멀티미디어 시스템] frequency와 tone

안녕하세요 소프트웨어 공부하는 레오존입니다.

이번 포스팅에서는 frequency와 tone에 대해 정리해보도록 하겠습니다.

 

 

 

 

frequency

 

1초동안 같은 패턴이 몇번 반복하는가를 보여주는 것이 frequency입니다. 사인 함수나 코사인 함수가 이에 해당됩니다. 

주기 (T)는 1/f와 같습니다. 

두 그림 모두 x축을 시간 t(단위 : sec)에 따라 그려진 그래프입니다. 첫번째 그림 같은 경우 1초 동안 사인파가 한번 반복되기 때문에 1Hz이고, 두번째 그림은 1초에 파형이 다섯번 반복되기 때문에 5Hz입니다.

 

주파수가 낮다, 높다라는 말은 어떤 의미를 지니고 있을까요? 일단 외형적인 모습을 보면, 왼쪽 그림은 x축이 t이기 때문에
시간에 대해서 파형을 그린 것입니다. 예를 들어서 어떤 시그널을 그림을 그릴 때, x축이 시간에 따라서 그려지면 그것을   time-domain 이라고 합니다. 반면에 x축이 frequency면 frequency-domain이라고 합니다. 시그널의 경우, time-domain과 frequency-domain 두 가지 방법으로 표현할 수 있습니다.

위의 그림에서 파형의 모습(wave form)을 보면 주파수가 낮은 파형보다 주파수가 높은 파형이 더 빠르게 변화하는 것을 관찰할 수 있습니다. 실제로는 소리 시그널이라면 주파수가 높을 때와 낮을 때 어떻게 들릴까요? 주파수가 높으면 높게 들린다고 하고 주파수가 낮으면 낮게 들린다고 합니다. 높은 목소리라면 주파수가 높은 목소리라고 할 수 있는 것이죠. 이러한 주파수 성분을 음성학에서 이야기할 때 pitch라는 단어를 사용하기도 합니다.

 

 

 

 

 

tone

하나의 단위 주파수 성분만을 가지고 있는 것을 tone이라고 부릅니다. 만약 어떤 시그널이 존재할 때, 해당 시그널이 두 개 이상의 단위 주파수를 가지고 있을 경우 그 시그널을 TONE이라고 하지 않습니다. tone signal의 경우, 즉, 하나의 단위 주파수만을 포함하고 있다고 할 경우, 실제로 우리의 귀에선 삑 소리로 밖에 들리지 않습니다. 컴퓨터를 이용해서 직접 그 소리를 들어볼 수 있습니다. 
사람의 경우 위의 그림에서 표현된 1Hz와 5Hz 소리를 들을 수 없습니다. 사람이 들을 수 있는 주파수를 가청 주파수라고 하는데, 가청 주파수는 대략 20Hz에서 20kHz정도입니다.


하나의 tone signal은 하나의 frequency를 지니고 있고 삑소리만 들립니다. 하지만 삑 소리가 나는 tone signal과 다르게 평소에 음악을 들으면 아름답게 들립니다. 톤시그널과 음악은 어떤 차이가 존재할까요? 
그 이유는 여러 개의 주파수 성분들이 조화롭게 합쳐져 있기 때문입니다. 그래서 harmony라고 합니다. 악보를 생각해보면 악보는 오선지로 되어 있고 각각의 음들이 오선지에 표현되어 있습니다. 즉, 각각의 톤 시그널들을 얼마나 조화롭게 배치하는데에 따라 음악이 아름답게 들리는 것이라고 할 수 있습니다. 그래서 작곡을 공부하면 이런 톤 시그널을 어떻게 배치하는지 배우게 됩니다.

그럼 삑소리밖에 나지 않는 톤 시그널은 어디 사용이 될까요?
톤 시그널 하나만 본다면 일상생활에서 별로 중요하게 사용되지 않을 것 같지만 톤 시그널은 기계들을 테스팅할 때 사용됩니다. 첫 번째로 예를 들어 스피커를 만들어내는 회사에 대해 생각해보겠습니다. 스피커를 만들어내는 회사에서 제일 중요하게 다루는 것은 스피커를 통해 사람의 가청주파수 범위 안의 음들을 충실히 재생해내는 것이겠죠. 각각의 톤 시그널들을 재생해 보면서 골고루 재생이 되는지 테스팅해 보는 것이 스피커 만드는 회사에서 하는 일일 것입니다. 이렇게 테스트할 때 사용되는 각각의 시그널을 파일럿 시그널(pilot signal)이라고 합니다. 보통 음향 기기를 만들어내는 회사는 톤 시그널을 많이 활용하는 편입니다. 스피커가 고주파 톤을 잘 재생해내는데 저주파 톤을 잘 재생하지 못하면 안되기 때문에 톤 시그널을 활용해 테스팅하며 개발한다고 합니다. 일반적으로 스피커는 저주파 톤을 잘 재생해야 가격이 높아지기 때문에 저주파 톤을 잘 재생하는 것이 중요합니다.

또 두 번째로 네트워크 시설에서 데이터가 얼마나 잘 전송되는지 테스팅할 때 톤시그널이 활용됩니다. 각 주파수의 시그널들이 얼마나 잘 전송되는지 확인합니다. 그외에도 톤 시그널들은 새로운 시스템을 구축할 때 테스팅 시그널로 많이 사용됩니다. 위에서 언급했듯이 이런 테스팅 시그널을 다른 말로 파일럿 시그널(pilot signal)이라고 합니다.

 

 

 

 

 

지금까지  frequency와 tone에 대해 정리해보았습니다.

읽어주셔서 감사합니다.