DSP란 무엇인가요? (디지털 신호 처리기)

말할 때 설정을 하나도 건드리지 않았는데도 마이크가 어떻게 목소리를 깨끗하게 만들어 주는지 궁금해 본 적이 있다면, 그 해답은 대개 DSP에 있습니다. 디지털 신호 처리기(Digital Signal Processor)의 약자인 DSP는 오디오 신호를 실시간으로 처리하는 소형 특수 칩으로, 최신 마이크가 개봉하자마자 바로 뛰어난 음질을 내는 데 있어 중요한 역할을 합니다.

이 가이드에서는 DSP가 실제로 무엇인지, 왜 존재하는지, 그리고 일상생활에서 어디에서 DSP를 접하게 되는지에 대해 다룹니다.

디지털 처리가 등장하기 전에는 오디오를 가공한다는 것이 물리적 아날로그 장비를 의미했습니다. 컴프레서는 랙 유닛이었고, 이퀄라이저는 노브와 다이얼이 달린 전용 박스였습니다. 모든 이펙트에는 각각 별도의 하드웨어 장치가 필요했으며, 이 장치들은 체인 형태로 서로 연결되어 있었고, 장비를 물리적으로 교체하지 않는 한 그 체인 구성은 절대 바뀌지 않았습니다.

디지털 신호 처리 기술이 이를 바꿔 놓았습니다. DSP는 물리적 회로로 연속적인 아날로그 파형을 형성하는 대신, 소리를 숫자로 변환하고, 그 숫자에 연산을 수행한 뒤, 그 결과를 다시 소리로 변환합니다. 오디오가 데이터 형태로 존재하게 되면, 물리적 부품 대신 계산을 통해 거의 모든 효과(필터링, 압축, 노이즈 감소 등)를 적용할 수 있습니다. 이를 통해 장비로 가득 찬 랙 없이도 더 작고, 더 유연하며, 종종 더 뛰어난 처리 성능을 구현할 수 있는 길이 열렸습니다.

DSP는 세 가지 기본 단계를 처리하며, 이 모든 과정이 지연이 느껴지지 않을 만큼 매우 빠르게 이루어집니다:

• 샘플링. 아날로그-디지털 변환기는 입력된 음파를 초당 44,100회 또는 48,000회 측정하여 이를 일련의 숫자열로 변환합니다.
• 처리. DSP 칩은 이 숫자 스트림을 대상으로 연산을 수행합니다. 바로 이 단계에서 다양한 효과가 발생합니다. 적용되는 연산 방식에 따라 필터링, 압축, 노이즈 감소 또는 그 밖의 다양한 변화가 일어납니다.
• 역변환. 디지털-아날로그 변환기는 처리된 숫자 데이터를 헤드폰, 스피커, 녹음 파일 등을 통해 실제로 들을 수 있는 음파로 다시 변환합니다.

여기서 중요한 점은 처리가 어디서 이루어지느냐입니다. 기기에 내장된 DSP가 세 단계 모두를 그 자리에서 처리하기 때문에, 오디오를 컴퓨터로 보내고, 거기서 처리한 뒤 다시 되돌려 보내는 왕복 과정이 필요 없습니다. 바로 이 왕복 과정이 소프트웨어 이펙트 사용 시 눈에 띄는 지연을 유발하며, 자신의 목소리를 모니터링할 때 내장 처리 방식이 즉각적으로 느껴지는 이유이기도 합니다.

마이크는 DSP를 접할 수 있는 가장 흔한 곳 중 하나입니다. 특히 요즘에는 많은 마이크가 컴퓨터에만 전적으로 의존하지 않고 자체적으로 오디오를 처리하기 때문에 더욱 그렇습니다:

• USB 스트리밍 마이크는 대개 내장된 DSP를 통해 음성이 녹음 소프트웨어로 전송되기 전에 음질을 보정합니다.
• XLR 오디오 인터페이스는 DSP를 활용하여 별도의 믹서 없이도 마이크 신호에 압축 및 EQ와 같은 이펙트를 실시간으로 적용합니다.
• 헤드셋과 게이밍 마이크는 DSP를 활용해 배경 소음을 줄여주므로, 통화나 게임 중에도 목소리가 선명하게 전달됩니다.
• 회의용 마이크와 웹캠 마이크는 화상 통화 중 실내 소음에서 사용자의 목소리를 분리하기 위해 DSP를 활용합니다.

어떤 경우든 장점은 똑같습니다. 처리가 기기 자체에서 이루어지기 때문에, 음성이 컴퓨터에 도달할 때쯤이면 이미 잡음이 제거된 상태입니다.

DSP 칩에서 실행되는 연산 작업은 대개 다음과 같은 몇 가지 익숙한 범주로 나뉩니다:

• 이퀄라이제이션(EQ) 은 특정 주파수 대역을 강조하거나 감쇄시켜, 목소리에 따뜻한 느낌을 더하거나 탁한 소리를 줄이는 데 유용합니다.
• 압축 기능은 음량 차이를 균일하게 조정하여, 조용한 부분은 선명하게 들리고 큰 소리는 적절히 제어됩니다.
• 소음 저감 기능은 팬이나 에어컨과 같은 일정한 배경 소음을 식별하여 줄여주면서도, 원하는 신호에는 영향을 미치지 않습니다.
• 리미팅은 신호의 최대 레벨을 제한하여, 예기치 않게 음량이 커졌을 때 왜곡이 발생하지 않도록 방지합니다.

개별 장치는 이 중 하나를 사용하거나, 여러 개를 함께 사용하거나, 또는 일련의 장치를 순차적으로 연결하여 사용할 수 있습니다. 구체적인 조합은 해당 장치의 설계 목적에 따라 달라집니다.

Elgato는 LEWITT Audio와 공동 개발한 온보드 칩인 ‘Wave FX Processor’를 통해 일부 Wave 기기에 DSP를 직접 내장하고 있습니다. Wave:3 MK.2, Wave XLR MK.2, XLR Dock MK.2, Wave XLR Pro와 같은 기기들은 로우컷 필터, 익스팬더, 컴프레서, 이퀄라이저, 보이스 튠과 같은 이펙트를 하드웨어에서 직접 처리하므로, 음성이 컴퓨터에 도달하기 전에 이미 처리됩니다.

처리가 기기 내에서 이루어지기 때문에, 헤드폰을 통해 실시간으로 보정된 목소리를 들을 수 있으며, 마이크를 통해 입력되는 모든 앱에서 효과가 자동으로 적용됩니다. 또한 Wave FX Processor는 Clipguard 2.0 기능을 지원하여, 왜곡을 사후에 보정하는 대신 하드웨어 수준에서 이를 방지합니다.

이러한 효과들이 어떻게 상호 작용하는지에 대한 자세한 내용을 알고 싶다면, ‘Wave FX: 마이크로 스튜디오급 사운드 구현하기’ 가이드를 확인해 보세요. 또한 DSP와 소프트웨어 기반 플러그인의 차이점이 궁금하다면, ‘VST란 무엇인가? ’ 가이드에서 그 차이점을 더 자세히 다루고 있습니다.