44,100Hz

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# 44,100Hz

디지털 오디오에서는 44,100Hz(44.1kHz로도 표시됨)가 일반적인 샘플링 주파수이다. 아날로그 오디오는 초당 44,100번 샘플링하여 녹음되는 경우가 많으며, 이러한 샘플은 재생할 때 오디오 신호를 재구성하는 데 사용된다.

44.1kHz 오디오 샘플링 속도는 1979년 소니에서 사용했던 CD(콤팩트 디스크) 형식으로 인해 널리 사용되었다.

44.1kHz 샘플링 속도는 1970년대 후반 비디오 카세트에 디지털 오디오를 녹음하는 PCM 어댑터에서 시작되었다. 특히 1979년에 출시된 소니 PCM-1600은 이 시리즈의 후속 모델에서 계속 사용되었다. 이는 이후 1980년 레드북 표준에서 정의된 CD-DA(콤팩트 디스크 디지털 오디오)의 기초가 되었다.: sec. 2.6  1990년대 DVD 등 표준, 2000년대 HDMI 등 표준에서 옵션으로 계속 사용됐다. 이 샘플링 주파수는 원래 CD에서 추출한 자료로 생성된 MP3 및 기타 소비자 오디오 파일 형식에 일반적으로 사용된다.

샘플링 레이트의 선택은 기본적으로 20–20,000 Hz(20 Hz–20 kHz)의 가청 주파수 범위를 재현할 필요성에 근거하였다. 나이퀴스트-섀넌 표본화 정리에 따르면 기록하려는 신호의 최대 주파수의 2배가 넘는 샘플링 레이트가 필요하므로, 40 kHz 이상의 레이트가 요구된다. 44.1 kHz라는 정확한 샘플링 레이트는 콤팩트 디스크 규격이 개발되던 당시 녹음 스튜디오에서 CD 제조업체로 데이터를 전송하는 가장 저렴한 방법이었던 PCM 어댑터로부터 계승되었다.: sec. 2.6

이 레이트는 소니와 필립스를 비롯한 제조업체들 간의 논의를 거쳐 선택되었으며, 소니가 이를 구현함으로써 데 팍토 표준이 되었다. 실제 레이트 선정 과정에서는 논란이 있었는데, 필립스가 제안한 44.1 / 1.001 ≈ 44.056 kHz(NTSC 컬러 필드 레이트인 60 / 1.001 = 59.94 Hz에 대응)나 약 44 kHz 등이 대안으로 고려되었다. 결국 소니는 샘플링 레이트(44.1 kHz)와 비트 심도(샘플당 14비트가 아닌 16비트) 모두에서 자사의 방식을 관철시켰다. 이 레이트가 선택된 기술적 근거는 아래에 설명된 인간의 청각 특성과 초기 디지털 오디오 녹음 시스템의 특성과 관련이 있다.: sec. 8.5

나이퀴스트-섀넌 표본화 정리는 샘플링 주파수가 재현하고자 하는 최대 주파수의 2배보다 커야 한다고 명시한다. 약 20 Hz에서 20,000 Hz에 이르는 인간의 청각 범위를 포착하기 위해서는 샘플링 레이트가 40 kHz보다 커야 했다.

그러나 샘플링 시 에일리어싱을 방지하기 위해서는 신호를 먼저 샘플링 주파수의 절반 이내로 밴드 리미티드해야 하며, 이는 저역 통과 필터를 통해 달성할 수 있다. 이상적인 저역 통과 필터(싱크 필터)는 20 kHz 미만의 주파수를 완전히 통과시키고 20 kHz 이상의 주파수를 완전히 차단할 수 있지만, 이러한 이상적인 필터는 비인과성을 띠기 때문에 이론적, 실제적으로 구현이 불가능하다. 따라서 실제로는 주파수가 부분적으로 감쇠되는 천이 대역이 필요하다. 이 천이 대역이 넓을수록 안티 앨리어싱 필터를 더 쉽고 경제적으로 제작할 수 있다. 44.1 kHz 샘플링 주파수는 2.05 kHz의 천이 대역을 허용한다.

초기 디지털 오디오는 기존의 아날로그 비디오 카세트 테이프에 녹음되었는데, 당시 VCR은 상당한 길이의 디지털 오디오를 저장할 수 있는 충분한 용량을 갖춘 유일한 전송 수단이었기 때문이다."},"2":{"wt":"group=note"}},"i":0}}]}'>[note 1] 비디오 장비의 수정 사항을 최소화하면서 재사용할 수 있도록, 이 장비들은 비디오와 동일한 속도로 작동했으며 거의 동일한 회로를 사용하였다. 44.1 kHz는 PAL 및 NTSC 비디오 모두와 호환되면서 오디오 채널당 비디오 라인 하나에 3개의 샘플 이상을 인코딩하지 않아도 되는 가장 높은 사용 가능 레이트로 간주되었다.

샘플링 레이트는 다음과 같이 구성된다:[note 2]

NTSC는 총 525라인 중 프레임당 490개의 유효 라인을 가지며, PAL은 총 625라인 중 프레임당 588개의 유효 라인을 가진다.

44,100은 처음 네 개의 소수 제곱의 곱(
  
    
      
        
          2
          
            2
          
        
        ⋅
        
          3
          
            2
          
        
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          5
          
            2
          
        
        ⋅
        
          7
          
            2
          
        
      
    
    {\displaystyle 2^{2}\cdot 3^{2}\cdot 5^{2}\cdot 7^{2}}

![image](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/d98e87ff2554f9b6112e0f6a9351abf81c914b97)

)이므로 유용한 정수 인수가 많다.

44.1 kHz의 다양한 절반 및 배수 레이트가 사용된다. 11.025 kHz와 22.05 kHz와 같은 낮은 레이트는 WAV 파일에서 발견되며 저대역폭 애플리케이션에 적합하다. 한편 88.2 kHz 및 176.4 kHz와 같은 높은 레이트는 마스터링과 DVD 오디오에 사용된다. 더 높은 레이트는 추가적인 해상도를 제공(편집 시 발생하는 왜곡에 덜 민감함)할 뿐만 아니라, 인간이 들을 수 있는 20 kHz와 샘플링 레이트의 절반 사이의 천이 대역을 훨씬 크게 확보할 수 있어 저역 통과 필터링을 더 쉽게 만들어 준다는 장점이 있다. 88.2 kHz와 176.4 kHz 레이트는 최종 목적지가 CD일 때 주로 사용된다.

초기 디지털 오디오에서는 다른 여러 샘플링 레이트도 사용되었다. 1970년대 사운드스트림은 37 kHz 프로토타입에 이어 50 kHz 샘플링 레이트를 사용하였다. 1980년대 초, 15 kHz 대역폭을 가진 FM 스테레오 방송에 충분하다는 이유로 방송(특히 영국과 일본)에서 32 kHz 샘플링 레이트가 사용되었다. 가정용으로는 525/59.94(44,056 Hz 샘플링) 및 625/50(44.1 kHz 샘플링)에 대응하는 두 가지 호환되지 않는 EIAJ 형식으로 디지털 오디오가 제공된 적도 있다.

디지털 오디오 테이프(DAT) 형식은 1987년 48 kHz 샘플링으로 출시되었다. 이 샘플링 레이트는 프로페셔널 오디오의 표준 레이트가 되었다. 최근까지 44,100 Hz와 48,000 Hz 간의 샘플 레이트 변환은 두 레이트 사이의 높은 비율 때문에 복잡했는데, 44,100과 48,000의 최소공배수를 기반으로 한 비율이 147:160이기 때문이었다. 그러나 현대 기술로는 이 변환이 빠르고 효율적으로 수행된다. 초기 소비자용 DAT 기기는 44.1 kHz를 지원하지 않았으며, 이러한 차이로 인해 48 kHz DAT 장비를 사용하여 44.1 kHz CD를 직접 디지털 복사하는 것이 어려웠다.

CD의 대중화로 인해 44.1 kHz 장비가 많이 존재하며, 44.1 kHz(또는 그 배수)로 녹음된 오디오도 매우 많다. 그러나 최근 표준 중 일부는 44.1 kHz 대신 또는 추가로 48 kHz를 사용한다. 비디오 분야에서 48 kHz는 이제 표준이지만, CD를 대상으로 하는 오디오의 경우 여전히 44.1 kHz(및 그 배수)가 사용된다.

HDMI TV 표준(2003년)은 44.1 kHz와 48 kHz(및 그 배수)를 모두 허용한다. 이는 CD, VCD, SVCD 콘텐츠를 재생하는 DVD 플레이어와의 호환성을 제공한다. DVD 비디오 및 블루레이 디스크 표준은 48 kHz의 배수만을 사용한다.

대부분의 PC 사운드 카드에는 44.1 kHz나 48 kHz에서 기본적으로 작동할 수 있는 디지털-아날로그 변환회로가 탑재되어 있다. 일부 구형 프로세서는 44.1 kHz 출력만 포함하고, 일부 저가형 신형 프로세서는 48 kHz 출력만 포함하여 PC가 다른 샘플링 레이트로 출력하기 위해 디지털 샘플 레이트 변환을 수행해야 한다. 마찬가지로 카드마다 녹음을 위해 지원하는 샘플링 레이트에 제한이 있다.