[음향]True Peak(dBTP/트루피크)/inte -sample peak(인터 샘플 피크) 대해

LUFS와 함께 방송표준 등에서 제한으로 두는 True Peak에 대해서 알아보겠습니다.

트루 피크(True Peak/dBTP)는

연속 시간 영역에서 Sample Peak(샘플 피크)레벨에 상대적인 신호의 최대 Peak Level입니다.

시스템에 시간 창이 있

기 때문에 두 창 사이의 간격 동안 트루피크(True Peak)가 발생할수 있습니다.

- True Peak Block Diagram (ITU - R BS 1770-4)

12.04dB 감쇠와 증폭으로 계산 데이터 여유 확보

4 x 오버샘플링 후 Anti Aliasing 제거용 필터

절대값(Absolute)처리와 dB변환으로 Peak 측정

과정을 거치면 4 x 오버 샘플링을 한 Peak 미터입니다.

일반적으로 0.5dB의 과소평가 가능성을 방지하려면

48kHz Sampleing Rate 및 4 x over Sampling 측정값의 라우드니스 미터에서

1dB의 헤드룸이 필요합니다.

 

요즘 나오는 analyzer 플러그인이나 관련 툴들에는 True peak 미터가 달여 있는 경우가 많습니다.

구 버전의 DAW나 플러그인들의 경우엔 오디오의 절대값을 나타내는

Sample Peak Programme Meter(SPPM)의 방식의 미터링을 기본으로 설계되어 있는 경우가 많습니다.

이 경우엔 0dBFS 의 한계점을 가진 디지털 도메인에서 실제 DA 컨버팅 되어 스피커를 통해

귀로 들리게 되는 실제 아날로그 상의 Peak를 표현하지 못하는 경우가 종종 생깁니다.

그 중에 하나가 inte -sample peak이고 그와 관련된 True Peak 미터의 효용성이 생기게 되는것입니다.

흔히 사용되던 SPPM Peak 미터는 오디오 파형을 측정 할 때 

해당 프로젝트의 정해진 Sample Rate 만큼의 간격으로 샘플링을 하고 레벨을 디텍팅합니다.

44.1kHz의 프로젝트라면 1초에 44100번의 Sample을 하고 그 횟수만큼의 레벨 디텍팅을 하는 것입니다.

이 경우 441000번의 방식의 그 시작점, 예로 44099.5 정도의 구간에 들어 있는

inte -sample peak은 측정하지 못하고 건너뜨게 됩니다. 

그 사이에 유의미한 레벨의 변화가 없다면 괜찮겠지만 짧은 피크레벨이 있을 경우

아날로그 컨버팅, 스피커로의 전송 과정등에서 클리핑 현상이 일어나 디스토션이 발생해

소리가 왜곡될수 있습니다. Sample 구간 사이의 실제 inte -sample peak 레벨을 측정할 수 있는

트루피크 미터의 효용성이 생기는 것입니다.

검증언 Sample Peak이며 녹색선은 실제 아날로그로

컨버팅 될 때의 레벨 변화입니다. 빨간 선 구간은 디지털 상에선 샘플링 지점 두개가 단순히

0dBFS로 측정되어 클립으로 묶이며 에러가 생기지 않을 수도 있지만 아날로그 넘겨질땐

빨간선 몽양처럼 선형으로 표현하게 됩니다. 이 구간을 DA컨버터가 어떻게 처리하는 가에 따라

아날로그에서 표현되는 클리핑되어 소리가 디스토션으로 나타날 수도 있는 것입니다.

즉 inte -sample peak구간이 문제가 되어 아날로그 상에서 원치 않은 디스토션이 생기게 되는 경우입니다.

 

디지털 상에서는 0dBFS가 최대 dB입니다. 

실제 재생되는 소리는 그 이상이 될수도 있습니다.

재생하거나 아날로그 거칠때 헤드룸 건드려서 클리핑이 발생할수도 있고

익스포트할때 0dBFS 넘어서 디지털 클리핑이 발생할수도 있습니다.

 

이를 방지하고자 아날로그신호와 분석해서 얻은 진짜 최대값 True peak를 사용합니다.

아날로그 신호에서도 헤드룸 내에서 제어되고 익스포트를 해도 True Peak값은 일정합니다.

또한 오디오 신호를 디지털에서는 일정한 주기(Sample Rate)의 값의 연속적으로 표현합니다.

하나하나가 sample 값이고, Peak 레벨티미터 등의 Peak는 0에서 가장 먼 샘플값입니다.

문제는 sample peak는 연속된 파형에서 항상 가장 높은 지점이 아닌 매번 다르다는것입니다

만약 0dBFS Peak를 넘지 않는 음원이라도

아날로그 프로세싱, 손실 익스포트, 샘플레이트 변환 등으로 피크 값이 바뀌어 0dBFS를 초과하여

클리핑 현상이 발생할 가능성이 있습니다.

 

해결방법은 더 촘촘하게 혹은 높은 Sample Rate로 보강하여 측정/제한을 두는것입니다.

True Peak는 4x Over Sampling으로 측정하고(44.1/48khz = 176.4/192kHz)

레벨 디텍팅을 해서 제한하는 것이 리미터의 True Peak 옵션입니다.

inte -sample peak 가 디스토션 될 수 있는 구간 만큼을 내려서 실제 DA컨버팅시에도

문제가 될 수 있는 소지를 없앤 상태를 나타내고 있습니다.

보다 높은 Sample rate로 측정하더라도 그 사이를 측정하지 못해 발생하는 오차는 있기 마련입니다.

192khz에서는 최악의 경우 0.7미만의 오차가 있습니다.

만약 762kHz(16 over sampling/0.05미만)처럼 더 높게 over sampling 한다면 오차는 줄어들지만

실시간 리미터 프로세싱 과정에서는 같은 시간 내의 처리량, 소모하는 시간이 많아집니다.

 

ITU-R BS.1770-4에서는 48kHz기준 4x 오버샘플링, 96kHz에서는 두배(192kHz) 정도면 충분하다고 하고 있고
방송 표준 등에서 -0dBTP로 제한을 두는 것이 아니라 -1dBTP 또는 -2dBTP정도의 제한을 두는 것은

이런 오차와 손실 인코딩의 가능성을 고려한 것이라고 볼 수 있습니다