📄

Clipping

Mark as In Progress

정의

신호의

Amplitude (진폭)이 시스템이 표현하거나 처리할 수 있는 물리적 또는 디지털적 최대 한계를 초과하여, 파형의 위아래 꼭대기가 평평하게 잘려나가는 형태의 비선형 왜곡(Non-Linear Distortion) 현상이다.

설명

아날로그

Amplifier (증폭기)나 디지털 변환 시스템은 설계 시 허용할 수 있는 최대 전압이나 수치적 한계(

Headroom의 끝점)를 가진다. 입력 신호가 이 한계를 넘어서면 시스템은 더이상 신호를 원래 비율대로 증폭하거나 표현하지 못하고 자신이 낼 수 있는 최대 출력 상태에 머무르게 된다.

초기 라디오와 통신 장비에서 신호를 무리하게 증폭하려다 발견된 이 현상은, 원래 신호에 존재하지 않던 다량의 고주파

Harmonics (배음)을 발생시킨다.

아날로그 환경에서는 전원 전압의 한계 부근에서 파형이 둥글게 눌리는 Soft Clipping이 발생하여 귀에 거슬리지 않는 배음을 더히가도 한다. 반면 디지털 시스템에서는 0dBFS를 넘는 순간 곧바로 파형이 칼로 자른 듯 잘려나가는 Hard Clipping이 발생하여 치명적인 데이터 손실과 불쾌한 노이즈를 유발한다.

원리

물리적, 수치적 한계 초과

아날로그 회로의 전원 전압(Supply

Voltage - V (전압)) 한계나 디지털 시스템의 최대 비트 표현 한계(0dBFS)를 신호의 진폭이 넘어설 때 발생한다.

비선형 왜곡 발생 (Non-Linear Distortion)

입력과 출력의 1:1 비례(선형) 고나계가 깨지면서 파형의 형태가 원본과 다르게 변형된다.

고조파 생성 (Harmonics Generation)

파형의 꼭대기가 잘려

Square Wave (사각파) 형태에 가까워지면서, 원래 신호의 홀수 배음에 해당하는 고주파 성분들이 대량으로 파생된다.

정보의 영구적 손실

잘려나간 파형 영역의 원래 진폭 변화 정보는 시스템이 기록하지 못했으므로 복구할 수 없게 완전히 소멸된다.

구조

Clipping 발생 조건 수식

V_{out} = \begin{cases} A \cdot V_{in} & \text{if } |A \cdot V_{in}| \le V_{max} \\ V_{max} \cdot \text{sgn}(V_{in}) & \text{if } |A \cdot V_{in}| > V_{max} \end{cases}

예시

음향 (아날로그)

Electric Guitar를 진공관 앰프에 연결하고 입력 레벨을 과도하게 높이면 Soft Clipping이 발생한다. 이는 파형을 부드럽게 압착하여 기타 특유의 따뜻하고 풍부한 오버드라이브 톤을 만들어내는 의도적인 활용이다.

음향 (디지털)

Digital Audio Workstation - DAW에서 트랙의 마스터 볼륨이 0 dBFS를 넘기면 Hard Clipping이 발생한다.

Speaker가 찢어지는 듯한 불쾌한 디지털

Noise (잡음)가 발생하며 믹싱의 밸런스가 완전히 무너진다.

통신 (RF)

무선 송신기에서 전력 증폭기(PA)에 허용 범위를 넘는 신호가 입력되면 파형이 잘리면서 인접 채널로 불필요한 전파(Splatter)가 튀어나가 통신 간섭을 일으킨다.

영상 및 사진

카메라 센서가 받아들일 수 있는 빛의 양(

Dynamic Range - DR)을 초과하여 노출이 과다하게 설정되면, 이미지의 밝은 부분이 순백색(RGB 255, 255, 255)으로 뭉개지며 피사체의 질감과 정보가 완전히 날아가는 하이라이트 클리핑(White Hole) 현상이 나타난다.

Mark as Done

Made with Bullet