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디지털 녹음( Digital Sound Recording) 평가D별로예요

1기계역학 REPORT 나노공학부 20133160 김다래디지털 녹음 [Digital Sound Recording]☞녹음장치의 변화최초의 녹음 장치인 축음기는 19세기에 에디슨이 발명하였다. 초창기 축음기는 주석으로 싼 원통 주위에 연속적으로 홈의 깊이를 변화시키는 방법으로 음의 파형을 부호화하여 기록하였다. 음파 재생 시에는 바늘이 회전하는 원통의 흠을 따라 가고 기록된 음파에 따라 앞뒤로 움직이게 된다. 축음기에서 소리가 충분히 크게 들릴 수 있도록 바늘은 진동판과 혼에 연결되어있다.축음기가 발달됨에 따라 음파는 밀랍으로 칠해진 원통 마분지에 기록되기도 하였다. 19세기 마지막 10년부터 20세기 전반 동안 음파는 셸락과 흙으로 만든 디스크에 기록되었다. 1984년에 플라스틱으로 만든 축음기 디스크가 선보였으며, 이는 1980년대 콤팩트디스크가 나오기 전까지 음반 산업 시장을 지배하였다. 1980년대에는 디지털 콤팩트 디스크(digital compact disc) 녹음이 가능하게 되었는데, 디스크의 표면에 기록되어 있는 디지털 정보를 광학적으로 읽기 위해 레이저 빔을 이용한다. 1980년대 후반에는 자기 테이프 카세트를 사용하는 디지털 오디오 테이프(digital audio tape/DAT) 녹음기가 음성재생과 기록에 쓰일 수 있게 되었다. 디지털 녹음기는 마이크로프로세서를 사용하여 음성신호를 디지털 신호로 자기 테이프 위에 변환하여 기록하며 이를 아날로그 음성신호로 재변환하여 보통의 스테레오 시스템 증폭기로 재생할 수 있게 한다. 1990년대 초에는 디지털 콤팩트 카세트(digital compact cassette/DCC) 녹음기가 나왔다. 이것은 디지털 오디오 테이프 녹음기와 비슷하지만, 디지털 카세트뿐만 아니라 구형의 아날로그 테이프 카세트도 재생시킬 수 있다.☞사운드의 디지털변환과정(그림 2. 사운드의 디지털 변환과정)1.표본화 (Sampling)2.양자화 (Quantization)3.부호화 (Coding)*사운드의 디지털변환과정 - 표본화아날로그 파형을 디지털 형태로 변환하기 위해 표본을 취하는 것표본화율(Sampling Rate) :1초 동안에 취한 표본의 수를 말하며, 단위는 주파수와 같은 Hz를 사용나이키스트 정리(Nyquist theorem) :표본화 시 원음을 그대로 반영하기 위해서는 원음이 가지는 최고 주파수의 2배 이상으로 표본화 해야 한다. 음악 CD의 표본화 율은 44.1KHz이다.*사운드의 디지털변환과정 - 표본화(그림 3. 표본화의 차이)*사운드의 디지털변환과정 - 양자화디지털 형태로 표현할 때 어느 정도의 정밀도를 가지고 표현할 것인지를 의미한다. 표본화된 각 점에서 값을 표현하기 위해 사용되는 비트 수*사운드의 디지털변환과정 - 부호화표본화와 양자화를 거친 디지털 정보를 표현하는 과정부호화는 압축 과정을 포함할 수 있음압축에 따른 방법 : PCM(Pulse Coded Modulation) , DPCM(Differential Pulse Coded Modulation), ADPCM*사운드의 디지털변환과정 - 압축PCM:입력된 값 그대로를 기록하는 방법이다. 압축을 하지 않기 때문에 용량이 크다.CD,DAT (Digital Audio Tape)DPCM: 차이만을 저장한다. 인접한 값의 차이가 크면 부정확하다.ADPCM: DPCM에서 인접한 값과의 차이가 크면 진폭을 나누는 단계를 크게 하고, 차이가 작으면 진폭을 나누는 단계를 작게 하여 가변적으로 차이를 정밀하게 저장한다. 업체마다 다르게 구현하여 상호 호환성이 없다.☞디지털 녹음이란?음성신호를 2진 숫자(0과 1)의 패턴에 해당하는 일련의 펄스로 변환한 후 자기 테이프나 광 디스크의 표면에 기록해서 소리를 보존하는 방법.(그림1. 오디오 수준의 디지털 오디오 레코더)☞디지털 녹음 과정디지털 시스템은 음파의 형태나 수치를 1초에 수천 번 나누어서 각 순간마다 파의 진폭에 이진수의 숫자를 부여한다. 모스 부호에서 점과 선을 이용하는 것과 유사하게 디지털 녹음에서 정보는 이진 코드(1과 0)로 변환된다. 우선, 음의 파형은 일반적으로 초당 44100번의 비율로 표본 추출된다. 그림 2는 이 과정을 보여준다. 추출 진동수는 약 20000Hz인 가청 주파수 상부 범위보다 훨씬 높으므로 청취 가능한 음의 모든 진동수는 이 비율에서 표본 추출된다. 이렇게 측정한 양은 십진법보다 이진법을 이용하여 표현되는 수인 이진수로 변환된다. 일반적으로, 전압측정은 16비트 단어(word)로 기록되며, 각각의 비트는 1또는 0이다. 그러므로 할당될 수 있는 코드로 나타낼 수 있는 서로 다른 전압값의 개수는2 ^{16}=65536개가 된다. 1초 동안 음의 비트 수는 16TIMES 44100=705600개가 된다. 콤팩트디스크 표면에 기록되는 것은 16비트 단어인 1과 0의 문자열이다.(그림 2. 표본추출)*콤팩트디스크레이저 재생 장치에 의해 검출되는 평평한 부분(lands)과 패인부분(pits)의 두 부분이 있다. 평평한 부분은 디스크 표면의 손상되지 않은 부분으로 매우 잘 반사한다. 패인 부분은 표면 속으로 연소된 부분으로 검출 장치로 빛이 되반사되기 보다는 빛을 산란시킨다. 재생 장치에서는 초당 705600번 반사되는 빛을 표본 추출한다. 레이저가 패인 부분에서 평평한 부분 또는 평평한 부분에서 패인 부분으로 이동하는 경우, 표본 추출 동안 반사된 빛이 변하면, 한 비트는 1로 기록된다. 만약 표본 추출 동안 변화가 없다면 한 비트는 영으로 기록된다.콤팩트디스크에서 읽은 이진수는 전압으로 다시 변환되고. 파형이 재구성된다. 표본 추출 비율이 매우 높기 때문에 계단같은 띄엄띄엄한 전압으로부터 파형이 구성되어도 소리에는 뚜렷한 변화가 없다.☞오류 수정비록 이러한 기술로, 이는 일부 공정에서 손실 될 것으로 가정한다. 하나의 비트는 매우 중요하므로 손실 된 데이터를 복구하는 방법이 있을 수 있다. 오류 수정은 두 가지 일이 있다. 오류를 감지하는 방법과 그것에 대해 수정 하는 것이다.(그림 3. 오류)가장 일반적인 오류 검출 방법은 패리티 계산이다. 여분의 비트가 짝수인지 홀수인지를 나타내는 각 번호에 추가된다. 데이터가 테이프를 읽을 때 패리티 비트가 부적절한 경우, 무엇이 잘못된 것이다. 이 경우 전화 통화 등을 위해 충분히 잘 작동하지만, 아주 잘 심각한 오류를 감지하지 않는다. 디지털 레코딩에서, 데이터의 큰 덩어리는 종종 디스크의 테이프 드롭 아웃이나 스크래치에 의해 없어진다. 패리티가 이러한 문제를 잡는 것은 운의 문제가 될 것이다. 그래서 대규모 데이터 손실에 대처하기 위해서는, 수학적 계산을 실행할 수 있으며, 결과는 수시로 데이터와 병합된다. 이것은 순환 중복 코드 또는 CRCC 확인으로 알려져 있다. 에러가 검출되면, 시스템은 문제를 적절하게 처리해야한다. 이것을 가능하게하기 위해서, 데이터는 복잡한 순서로 기록된다. 대신 word 2가 word1을 따르는 대신, 예상대로 다음과 같은 패턴으로 데이터가 끼워진다.words 1,5,9,13,17,21,25,29,2,6,10,14,18,22,26,30,3,7,15,19,27 등.이것으로, 여덟 단어를 잃을 수 있지만 오히려 파형의 큰 연속 청크보다, 데이터 스트림의 여러 독립 부품을 나타낼 것이다. CRC는 문제가 있음을 표시 할 때, 신호는 고쳐질 수 있다. 사소한 오류를 들어 CRCC는 정확히 빠진 번호를 대체하는데 사용될 수 있다. 문제가 더 광범위한 경우, 시스템은 하나의 누락 무난 모방 재구성 이전 및 다음 단어를 사용할 수 있다. 다양한 디지털 시스템의 가격 차이를 구성하는 요소 중 하나는 손실 된 데이터를 복원하는 데 사용할 수 있는 정밀화이다.

공학/기술| 2016.10.05| 4페이지| 1,000원| 조회(159)

사운드, 녹음 장치, 디지털 녹음, Digital Sound Record

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Gyroscope 정의, 원리, 성질, 구조, 응용 평가A+최고예요

1Gyroscope?Gyroscope란?자이로스코프는 회전의(回轉儀)라고도 한다. 팽이를 둥근 바퀴로 이중 또는 삼중으로 지지하고 어느 방향으로나 회전할 수 있도록 장치한 것이다. ［그림］과 같이 I는 금속제의 무거운 원판으로 되어 있다. 중심축 EF는 금속제의 둥근고리 R의 양끝에 새겨진 홈에 끼워져 I를 매끄럽게 회전시킨다. 또 R는 축 EF에 대해 수직인 지름 MN에 의해 둥근고리 S에 지지되고, S는 두 점 K,L에 지지되어 어느 것이나 매끄럽게 회전할 수 있도록 되어 있다. EF가 수평인 상태에서 I를 빠르게 회전시키면 S는 지구의 자전(自轉) 방향과 반대방향으로 천천히 회전하기 시작한다. 푸코진자와 마찬가지로 이것에 의해 지구의 자전을 실험적으로 증명할 수 있다.또 중심축 EF를 지름 MN의 둘레를 회전하도록 외력을 가하면 EF는 축 KL의 둘레를 회전하는 세차운동(歲差運動)이 일어나고 외력에 대해서는 관성저항으로 볼 수 있는 짝힘[偶力]을 가지게 된다. 자이로스코프는 진자 실험을 통해 지구의 자전을 증명해 낸 것으로 유명한 푸코(Foucault)에 의해 ‘커다란 각 운동량(Angular Momentum)을 가진 장치’로 최초 정의되었다.?Gyroscope의 원리자이로스코프의 원리를 알기위해서는 토크와 각운동량에 대해 먼저 알아야 한다. 토크와 각운동량은 직선운동에서의 운동량과 충격력의 관계가 회전운동으로 옮겨졌다고 보면 되는데즉 회전운동에서의 각운동량은 직선운동에서의 운동량이고, 토크는 충격력이라고 생각하면 쉽다. 토크는 회전을 유발하는 힘을 말하며(회전력) 토크=r*F라고 쓸 수 있다. (F는 힘, r은 회전축으로부터 한 지점까지-힘을 주는 지점-의 거리, 토크는 τ ) 또, 각운동량은 관성모멘트TIMES 각속도라고 표기할 수 있다. (각운동량은 L, 초기 각운동량은 L。)자이로스코프에서 원판이 돌아가고 있을 때, 힘을 가해준다고 해 보면 각운동량이 변하게 된다. (축이 변하면 당연히 각운동량도 변함. 단, 크기변화는 없이 방향만 변함) 그리고 축도 중심이 있기에 축이 회전하면 토크가 작용하게 된다. 만일 y축을 일정한 각도만큼 수직으로 들어 올렸다면 각운동량은 L。TIMES 일정한 각도만큼 변화한다. 그러므로 토크=각운동량변화량/시간=초기각운동량TIMES 각속도가 된다. 따라서 각속도와 초기 각운동량이 수평면에 있다면 토크는 수직 방향으로 생긴다.자이로스코프는 팽이의 물리적 특성을 가져왔다고 생각할 수 있다. 팽이는 외부의 힘이 작용하지 않으면 지표면의 기울기와 상관없이 회전력을 유지하려는 성질(관성)을 갖고 있다. 고속으로 회전하는 동안에 팽이가 얹어진 경사면을 눕혀도 팽이는 경사면과 같이 눕지 않고 항상 아래쪽으로 보며 돌아간다.자이로스코프는 모터에 의해 고속으로 회전 운동을 하는 팽이인 로터(Rotor)와 2개의 짐벌(Gimbal)로 구성된 메커니즘을 의미한다. 짐벌은 구조체와 내용물간에 힘이 전달되지 않도록 베어링 등으로 연결되어 회전축에 수직한 평면상의 축 방향에 대해 자유롭게 회전할 수 있는 구조를 말한다. ?Gyroscope의 성질자이로스코프의 응용에 이용되는 성질을 먼저 알아본다면, 우선 방향 안정(Directional Stability)의 역할로 고속으로 회전하는 로터에 어떠한 외부적인 힘도 작용하지 않는 경우, 로터의 각 운동량 벡터는 항상 일정하여 최초의 각 운동량 벡터의 방향과 크기는 시간의 흐름과 관계없이 일정하게 된다. 즉 뉴턴의 운동 제1법칙에 따라 외부에서 힘이 작용하지 않는 한 최초의 운동 상태를 유지하려는 성질이 있으며, 회전축의 방향을 바꾸려는 어떤 시도에 대해서도 저항하려 하는 특성을 갖고 있다. 팽이의 운동과 피겨 스케이트 선수의 회전운동, 지구의 자전 운동이 대표적인 예에 해당한다.최초 설정된 방향을 그대로 유지하려는 자이로스코프의 성질은 비행기나 미사일의 관성항법장치, 또는 카메라, 방송장비와 같은 광학장비의 안정화 장치, 재활의학에서 3D 구현을 통한 모션모니터링 등에 이용된다.위는 자이로를 비행기 임의의 방향에 장착하여 비행기가 기준좌표계에서 기울어진 정도를 감지하는 것을 나타내는 그림이다. 자이로는 경사면 위에서 돌고 있는 팽이처럼 동체의 운동에 영향을 받지 않고 초기의 자세를 유지한다. 이러한 원리로 위 그림에서처럼 비행기가 진행방향을 바꾸더라도 회전자는 회전축을 중심으로 균형을 유지하고, 외부틀은 비행기와 같이 회전을 하게 되어 비행기가 기준좌표계로부터 얼마나 틀어진 방향으로 진행하는지를 알 수 있다.자이로스코프의 두 번째 성질로는 세차운동(Precession)을 들 수 있다. 로터의 수직축 방향으로 외부의 힘이 작용할 경우에 발생하는 회전 반발력(Gyroscopic Reaction Moment)으로 로터에 수직한 제3의 수직축 방향에 대해 로터가 회전운동을 한다. 자전거의 조향조정과 팽이의 운동, 그리고 지구의 자전은 회전체에서 관찰할 수 있는 세차운동의 대표적인 사례다. 자전거를 탈 때 일정속도 이상에서는 조향장치를 움직이지 않고 몸을 한 쪽으로 기울이는 것만으로도 주행방향을 바꿀 수 있다. 주행 중 좌측으로 몸을 기울이면 자전거 바퀴의 윗부분에 대해 좌측 지면으로 미는 힘이 발생한다. 바퀴의 윗부분에서 좌측 지면으로 미는 힘은 90도가 지난 바퀴의 앞부분에서 작용하여 좌측으로 밀리는 결과가 나타나 자전거는 좌측으로 방향을 바꿀 수 있게 된다.?Gyroscope의 응용-선박용 안정기선박 안정기는 주로 철기용골(→ 용골 )과 자이로스코프로 구성되어 있다(→ 수직안정판). 철기용골은 선체에서 돌출되어 있고 배가 전진운동을 하면 핀들은 서로 반대방향으로 기울어지도록 되어 있다. 따라서 이 철기용골을 적절하게 제어하면 횡동요가 방지된다. 자이로스코프는 수직 각변위와 횡동요 속도를 감지하여 철기용골을 적절히 제어하는 역할을 한다.-안정판과 사격조준기관성안정판은 매우 소형이고 높은 정밀도로 안정되어야 하지만, 포탑의 안전판에 사용되는 방법도 본질적으로는 동일하다. 안정판의 변위를 감지하는 자이로스코프는 유동형만큼 정확하지 않다. 자이로 사격조준기는 대공사격에 일대 변혁을 일으켰다. 포에 부착된 조준기는 서로 수직인 두 평면에서 각속도를 각각 측정할 수 있는 속도 자이로스코프를 포함한다. 자이로 조준기는 그림11에 있는 내부 및 외부 짐벌이 각각 수평 및 수직 스프링에 의해 구속된 3틀 자이로스코프로 생각할 수 있으며, 기계식 스프링 장치 대신 가변 자기장이 회전자축의 방위와 고도를 제한하는 데 사용된다. 수평방향 자기장을 발생시키는 계자 코일이 거리계와 연결되어 있다. 수직 계자 코일을 통해 흐르는 전류는 자기장이 중력에 의한 포탄의 낙하양과 같도록 조절되어 있다. 자이로스코프의 감도는 수평면에 대해서는 시계(視界)의 함수이고 수직면에 대해서는 중력강하의 함수이다. 조준산정장치라고도 하는 이 사격조준기를 작동시키면 포탄이 떨어지는 위치로 자이로스코프에 의해 자동적으로 조준되는 동안 사수는 표적의 중심점에 상을 잡는다.-광학식 자이로센서광학식 자이로센서는 기계적 자이로센서에 이어 군사적 필요에 의해 개발된 센서로 김벌식과 함께 선박·항공기 및 미사일의 관성항법장치에 들어가는 핵심부품이다. 코리올리의 힘을 이용한 진동식 자이로센서와는 달리 사냑효과(Sagnac Effect)에 이론적 기반을 둔 광학식 자이로센서는 링레이저(Ring Laser, RLG) 자이로센서와 광섬유(Fiber Optics, FOG) 자이로센서로 나뉘어진다. 사냑효과는 아래 그림으로 설명될 수 있다.

공학/기술| 2016.10.05| 4페이지| 1,000원| 조회(527)

자이로스코프, Gyroscope, Gyroscope란, 자이로스코프의 원리, 광..

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