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수학과가 설명하는 드라이브의 원리

Stgg갤로그로 이동합니다. 2024.02.25 08:40:01
조회 29889 추천 49 댓글 96


전부 뇌피셜이니 틀릴 수도 있음. 내용은 1)인간 청각의 주파수 분해능, 2)시그널의 주파수 분해와 드라이브 이렇게 쓸거임.


1. 인간 청각의 주파수 분해능

사람은 높은 음과 낮은 음이 섞이면 각각 분리해서 들을 수 있다. 직접 들어보자(볼륨 낮추길 권장)

https://youtu.be/z2TGLIEWj-o

 


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파형을 보면 알겠지만, 처음에는 A(440Hz), 그다음 E(659.26Hz), 그다음 둘을 더한 신호(A+E)가 재생되는 영상이다. 4초까지는 신호 크기가 0.5, 그다음부터는 더했으니까 1이다. A랑 E는 당연히 각각 들린다. 더한 신호(A+E)가 들리면 사람은 A와 E를 각각 분리해서 들을 수 있다. 절대음감들 키보드 건반 여러 개 눌러도 뭐 뭐 눌렀는지 맞추는건 그래서 가능한 것이다.


2. 시그널의 주파수 분해

주파수 분해는 여러 가지 종류가 있긴 한데 사람이 주파수 분해해서 듣는 거랑 똑같다. 위 영상을 주파수 분해를 해보자


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당연하게도 440Hz, 659Hz, 440Hz + 659Hz가 보인다. 이제 드라이브를 생각해 보자.

드라이브의 기원은 1.소리가 커져서 2.앰프 출력 한계 도달해서 3.소리가 더이상 안커지는 것이다. 다음 경우를 생각해보자: 우리의 앰프 출력 한계가 0.75라서, 4초 이후에 발생할 수 있는 +-0.75 밖의 소리가 잘려 나간다.

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보다시피 +-0.75 밖의 소리는 잘 잘려나갔다. 직접 한번 들어보자.

https://youtu.be/9vsSiHAP_fA

 

따봉ㅋㅋ 드라이브 게이 어서오고

그런데 주파수 관점으로 생각하면 이상한 것이 있다. 파형을 보면 4초까지는 규칙적인 진동이 보인다. 그런데 4초 이후로는 0.75를 밖의 진동하지 않는 부분이 있다. 그 부분의 주파수(진동수)는 어떻게 되는 것일까?


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아니 이왜진??? 없던 주파수들이 생겨났다! 기존 주파수는 기껏해야 659였는데 이제는 10khz까지 신호가 존재한다!


정리하자면, 드라이브를 건다는 것은 파형의 피크를 평평하게 깎아내는 것이고, 그것은 새로운 주파수 대역을 만들어내는 것이다.

그리고 사람은 다른 주파수의 신호를 분리해서 듣는다. 그래서 일렉기타랑 주파수가 겹치면 드라이브를 걸어서 베이스만의 주파수 대역을 만들고, 일렉 소리를 뚫고 나가는 것이다. 드라이브를 걸어서 일렉과 다른 주파수를 만들고 이는 사람이 구별해서 들을 수 있기 때문이다.





수학과가 설명하는 드라이브의 원리 2


[시리즈] 수학과가 설명하는 드라이브의 원리
· 수학과가 설명하는 드라이브의 원리

어제 밤에 저 글을 올렸는데, 댓글로 질문이 몇가지 올라왔다. 내가 아는 것도 있고 모르는 것도 있는데, 구글링 해서 정리해보겠음.


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트랜지스터의 역할은 정류작용과 증폭작용이 있다. 정류작용은 알필요 없음. 중요한건 증폭작용인데, 이건 신호가 커지게 만드는 역할이다.

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npn, pnp는 그냥 +_만 반대라고 생하면 된다. 똑같은 트랜지스터다. 아무튼 증폭작용으로 수십배는 커지는건 우스운데, 우리는 여기서 더 큰 신호를 얻었다고 해서 gain이라고 한다.

발진(Oscillation)은 하울링이랑 똑같다. 하울링은 마이크랑 스피커를 통해서 스피커가 점점 증폭되는 것이다. 좁은 의미의 발진은 트랜지스터의 출력 일부를 다시 입력에 넣어서 하울링처럼 소리가 점점 커지게 만드는 것이다. 즉 발진 회로는 큰 gain을 가져온다. 그래서 앰프 회로는 발진 회로를 포함한다. 그런데 발진이 계속되면 어떻게 될까? 소리가 점점 커져서 회로 한계(0db)에 도달하고 소리가 평평하게 깎여나간다. 드라이브가 발생하는 것이다.

근데 아닐수도 있을거같다. 회로는 고딩때 본게 마지막이다. 그냥 0db도달하는면 소리가 더 못커지는거까지만 말하겠다.






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아... 이건 순수 수학이라 내가 설명하면 뇌절할거 같아서 주파수 변환에 대한 링크 몇가지를 첨부한다.

진짜 쉽게 말하면 원래 신호의 배음이 늘어난다. 사실 배음은 어떤 주파수의 배음이냐 하는 것이 중요하다. 곱하기 2라는 말은 없다. 2 곱하기 2라는 말이 있듯이, 그냥 배음은 없고 어떤 주파수의 배음이 있는 것이다. 그럼 드라이브를 걸면 어떤 주파수의 배음이 늘어나는 것이냐? 원래 신호의 배음이 늘어난다. 전편 글의 드라이브 신호 주파수 분석을 보면 440 659말고 220도 있는 것을 볼 수 있다. 220이 있는 이유는 440과 659(거의 660)의 1/2배, 1/3배라서 그렇다. 분수배음도 배음이다.


나무위키: https://namu.wiki/w/%ED%91%B8%EB%A6%AC%EC%97%90%20%EB%B3%80%ED%99%98

유튜브:

https://youtu.be/Mc9PHZ3H36M?si=_z20ARFnlVAIAlOm

https://youtu.be/Mc9PHZ3H36M?si=_z20ARFnlVAIAlOm

 








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https://www.perfectcircuit.com/signal/overdrive-distortion-fuzz-pedals


위 링크를 참고했다. 퍼즈 드라이브 디스토션 다 같은 원리다. 전부 0db 근처의 신호를 깎아내는 것인데, 평평하게 깎거나 아니면 깎는 방식에 따라서 주파수 분포가 달라지고, 이 것이 톤 차이로 이어진다.








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제일 복잡한 질문이다. 신난다.

볼륨 대비 게인을 과하게 주면 된다 -> 맞는 말이긴 한데 정확하게 말하자면 회로 한계 가까이 게인을 올리면 드라이브가 발생한다.


드라이브중 화음을 넣는 경우에 보상간섭 -> 보강 간섭을 말하는 것 같은데 우선 보강 간섭이란 정상파에서 발생한다. 전글에서 제시한 파형은 정상파도 봐도 된다. 그러면 보강간섭이 발생하냐? 우선 상쇄간섭부터 설명하는 것이 편하겠는데, 상쇄 간섭은 그냥 노이즈 캔슬링이다. 똑같은 신호를 위상만 바꿔서 쏴주면 노이즈가 없어진다. 보강간섭은 똑같은 위상으로 쏘는거다. 그러면 신호 크기가 두배가 된다. A랑 E는 똑같은 신호가 아니다. 주파수가 다르기 때문이다. 그래서 애초에 보강/상쇄 간섭을 논할 수 없다.


늘어나는 경우를 보여준게 맞음? -> 질문이 이해가 안되는데, 그 아래 질문을 대답하면 알아서 이해할 수 있을 것 같다.


앰프 출력 한도가 0.4일때 앞단 주파수 -> 0.4로 바꾼 주파수 그래프부터 보자.

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드라이브가 걸리면, 즉 파형이 변하면 주파수 분포는 무조건 변한다. 그러면 4초부터 6초는 화음의 드라이브라고 봐도 되겠다.

따봉안들어보면 아쉬우니까 한번 들어보자


https://youtu.be/vSd3zOkKDSA

 



실제 베이스 스트링에서 발생하는 시그널은 사인파보다 훨신 복잡한 주파수 분포를 가지고 있다. 줄 자체에서 배음이 발생하기도 하고, 부품들의 진동으로 노이즈가 섞이기도 한다. 이건 못참지~ 로직에서 베이스 시뮬레이터로 A,E,A+E를 발생시키고 주파수 분포를 보자.

https://youtu.be/dDb4TRv2heI

 


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우리 교수님은 주파수 그래프만 보고 무슨 악기인지 맞추던데, 나는 그래프도 처음본다. 실제로 A, E하나만 발생시켰음에도 배음구조가 확인되는 것을 볼 수 있다.

이제 드라이브를 걸어보자.

https://youtu.be/NLcxk2Zf6wU



https://youtu.be/NLcxk2Zf6wU

 



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주파수 분포가 바뀌는 것을 볼 수 있다.


그럼 마지막으로, 컴프를 걸면 파형이 바뀌니까 드라이브가 걸리는거냐? 하는 질문을 할 수도 있는데, 컴프가 파형 그래프를 바꾸는건 맞는데, 주파수를 바꾸는건 아니다. 너네 헤드폰 볼륨 올린다고 음이 바뀌는건 아닌 것처럼, 볼륨만 건드리면 주파수 분포는 안바뀐다. 즉 드라이브가 걸리는건 아니다.

EQ랑은 뭐가 다르냐? 드라이브는 없는 주파수를 만들어내는거고 EQ는 원래 신호를 부스팅하는거다. 우리 베게이들 주말 잘보내라.



출처: 베이스 갤러리 [원본 보기]

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