홍사철의 알기쉬운Midi 강좌(4)

컴퓨터음악이란? 부분을 좀더 심층있게 접근해 봅니다.

컴퓨터 음악이란?

컴퓨터음악이란 한마디로 말해 컴퓨터를 이용하여 여러 가지 악기를 연주하거나 작곡은 물론 편곡까지도 할 수 있게 하는것입니다.
여기에서는 이러한 컴퓨터음악을 본격적으로 이해하기위해서는 반드시 알아야 할
기초가되는 여러 가지 내용들을 알아보도록 합니다.

바이올린이나 피아노 등과 같은 악기가 없어도
피아노곡이나 기타연주곡 등을 직접 만들어서 들어볼 수 있다면 얼마나 좋을까?
꿈이 아니라 실제로 이러한 것들을 가능하게 하는 것이 바로 컴퓨터일것입니다.

컴퓨터 음악이라는 분야는 컴퓨터를 음악적 도구로 사용하여
여러 가지 악기를 연주 시키기도 하고 작곡은 물론 편곡까지도 할 수 있게 합니다.
흔히 우리들 주변의 전자오락실 등에서 시끄럽게 흘러나오는 여러 가지의 음악과 효과음, 방송의 광고음악이나 배경음악등 이미 여러부분에서 컴퓨터를 이용한 음악의 구현이 보편화되어 가고 있습니다. 또한 컴퓨터를 음악적 도구로 사용한다면 사용자들이 새로운 소리를 만들어 낼 수도 있으며 이러한 소리를 하나의 악기로 사용할 수가 있기 때문에 일반적인 악기의 소리뿐만 아니라 기존의 악기를 통해서는 낼 수 없는 새로운 음색을 가진 악기도 만들어 낼 수가 있게됩니다. 여러분이 잘 알고 있는 디지털 피아노도 내부에는 전통악기의 현의 울림을 통한 소리가 아닌 전자적으로 피아노 소리를 만들어 내고 있는 것입니다. 컴퓨터를 사용하면 혼자서도 여러 가지 악기를 사용하여 합주를 시켜볼 수도 있으며 책상위의 오케스트라를 구성할 수도 있습니다.

이런 의미에서 DTP(Desk Top Publishing)라는 말과 함께 DTM(Desk Top Music)이란 말이 많이 사용되고 있습니다. 이러한 음악적인 부분에서 컴퓨터나 전자적인 장치에 의한 악기등이 급속도로 보급되고 있는 이유는 적은 비용으로 프로의 음의 세계를 펼칠 수 있기 때문이며 다양하고 편리한 편집 능력을 컴퓨터를 이용하여 실현시킬 수 있기 때문입니다. 또한 컴퓨터를 이용한 음악은 스트링 계열의 아름다운 선율이나 관악기, 또는 여성의 코러스 등을 넣기도하고 나아가서 시냇물소리 새울음소리 등의 음향효과를 사용한 음악 세계를 거대한 연주장이나 수많은 연주자의 도움없이도 가능하게 해 줍니다.
컴퓨터음악의 역사는 꽤 오래 전부터 시작되었으며 음의 발생을 위해 여러 가지 방법이 사용되었습니다. 초창기의 전자 악기들은 지금처럼 간단한 구성을 가지는 형태는 아니었습니다. 소리를 발생 시키는 각 요소들을은 많은 수의 반도체 칩들을 사용하여 하나의 음악 시스템으로 만들어졌기 때문에 음색의 조작을 위한 스위치 등이 상당히 많이 붙어 있었고 크기 또한 커질수밖에 없었습니다. 현재는 반도체 기술의 발달로 인하여 한 두 개의 칩으로 그러한 일을 하고 있는 것입니다. 그리고 초기의 전자 악기는 OP 앰프와 트랜지스터 등을 사용한 아날로그적인 신서사이저가 주류를 이루고 있었으나 현재는 대부분이 디지털 로직에 의해 만들어지고 있습니다.

음을 구성하는 요소

실제로 자연계에서 일어나는 음을 구성하는 기본 요소를 알아보면 다음과 같은 몇가지로 분류될 수 있습니다. 이러한 부분을
컴퓨터의 프로그램이나 전자 장치를 통해 합성해 낼 수 있다면 여러 가지 고유의 음들을 만들어 낼 수가 있을 것입니다. 그러나 생각처럼 그렇게 단순하지는 않고 음을 합성하기 위한 실시간 처리 등과 같은 복잡한 문제들이 많이 있습니다. 음을 구성하고 있는 하나 하나의 요소들과 음악에 디본적으로 사용되고 있는 용어에 대해서 살펴보면 다음과 같습니다.

■음의 높이
음이라고 하는 현상은 물리적으로는 공기의 떨림이라는 것을 우리는 이미 잘 알고 있습니다. 예를 들어 유리컵을 막대기로 쳤을 때의 상태를 생각해 봅시다. 유리컵을 치면 우선은 유리컵 표면에서 진동이 일어나고 그 진동이 주변의 공기를 진동 시킵니다. 이 공기의 진동은 주위로 퍼저나가게 되고 사람의 귀에 까지 전달이 되는 것입니다. 예를 들어 컵에 어느 정도 물을 채운 상태에서의 소리와 빈 상태에서의 소리는 그 높이가 다르다는 것을 알고 있을 것입니다. 물이 들어 있는 경우는 낮은 소리가 나고 빈 상태에서는 높은 소리가 납니다. 이러한 음의 높낮이는 소리를 내는 파형의 주기가 결정을 합니다

컵에 물이 들어있으면... 높은 소리가 나지 않나요? ..
아니요.~ 유리컵에 물이 가득찰수록 음은 점점 낮아집니다.
상식적으로 유리의 진동면적이 차츰적어지기에 높은소리로 변할 것 같지만
사실은 유리컵의 진동 표면적은 동일한데 물의 압력으로 인하여
진동이 점점 둔해지는현상으로 즉 파형이 느려지지기 때문에 음이 낮아지는것입니다.

파형의 주기를 수치화 해서 나타낸 것을 "주파수"라고 하며 주파수가 높으면 높은 소리, 낮으면 낮은 소리를 냅니다. 사람이 들을 수 있는 음의 주파수 범위는 보통 20Hz ~ 20.000Hz 정도 입니다.

여기에서 Hz(헤르쯔)라고 하는 단위는 1초 동안에 파형의 주기가 몇 번 변하느냐 하는 단위입니다. 알고 있는 예로 국내에서 사용하고 있는 전원의 주파수는 60Hz이며 이것은 1초 동안에 60번 주기가 변한다는 의미입니다.

■ 음의세기
음의 세기는 파형의 높이로 결정됩니다. 보통은 '진폭'이라는 용어를 사용합니다. 진폭이 큰 파형은 큰 음을 내고 진폭이 작은 파형은 작은 음을 냅니다. 실제로 사용하고 있는 악기들의 소리는 시간에 따라 그 진폭이 달라집니다. 이렇게 음이 시작해서 끝날 때까지의 진폭의 변화를 '엔벨로프(envelope)'라 합니다. 자세한 내용은 다른장에서 설명합니다.

■ 음색
마지막으로 음의 성질을 결정하는 요소로써 음의 높이와 음의 세기 외에 음색이 있습니다. 실제의 음은 앞서 언급이 되었던 사인파(Sin Wave)의 주파수와 진폭만으로는 이루어지지 않습니다. 자연의 음이라는 것은 아주 복잡한 파형을 갖는 것이 일반적입니다. 우리들이 듣는 음이라는 것은 같은 주파수와 같은 진폭을 갖고 있다 하더라도 어떤 것은 피아노 음이고 어떤 것은 바이올린의 음이라고 구별이 가능한 것은 각 악기가 나름대로 특정한 형태의 파형을 가지고 있기 때문입니다. 특정한 모양을 갖는 파형을 '음색'이라 합니다.

널리 보급되고 있는 각종 사운드 카드와 전자 악기 등은 전압이나 디지털적인 로직에 의해 기본적인 파형을 여러 형태의 파형으로 가공시키고, 주파수와 진폭 등의 변화를 주어서 외부 출력으로 내보내고 있습니다. 음색 파형의 종류는 아래 그림과 같습니다.

특징적인 악기의 음색들을 자세히 들여다보면 여러 종류의 주파수를 갖는 사인파로 이루어져 있는 것을 알 수 있습니다. 다시 말하면 복잡한 파형을 시간 영역이 아닌 주파수 영역에서 살펴보면 아래 그림과 같은 서로 다른 주파수 성분으로 분해할 수 있습니다. 스펙트럼 분석이라고 하는 이 방법을 사용하면 각 음색이 가지는 특징들을 알아낼 수 있습니다.

■ 엔벨로프
앞에서 설명한 음을 구성하는 3대 요소외에 사람의 귀로써 어떤 소리인가를 구별하는데 요소가 바로 '엔벨로프(envelope)'라는 것입니다.

에서 엔벨로프의 모양을 보여주고 있습니다. 인간의 귀로 소리의 다름을 구별하는 방법으로는 음색뿐만이 아니고 엔벨로프로 분류되는 부분이 많습니다. 같은 음이라 할 지라도 엔벨로프가 다르면 음의 전체적인 분위기도 달라지게 됩니다. 신서사이저 등과 같은 전자 악기들은 이러한 변화를 바꿀 수 있는 여러 종류의 조작 장치들을 이용하여 다양한 악기들의 소리나 동물의 울음소리와 같은 음향도 비슷하게 만들어 낼 수가 있습니다. 엔벨로프에 대한 자세한 내용은 다른장을 빌려 설명합니다.

■ 음 이름 표기법
컴퓨터 등에서 사용하는 음계는 일반적으로 'C,D,E,F,G,A,B'식의 표기법을 사용하고 있으며 각각은 '도레미파솔라시'에 해당합니다. 옥타브는 주파수와 관계가 되며 1옥타브 위의 음은 주파수가 처음의 2배로 됩니다. 다시 설명을 하면 3옥타브의 'A' 즉 '라'음은 440Hz이며 1옥타브 높은 4옥타브의 'A'음은 880Hz입니다. 피아노 건반을 예로 들어보면 아래 그림과 같은 형태로 각 건반에 대한 음계가 정해집니다.

옥타브의 표기는 음계 다음에 숫자로 표시합니다. 'C3'은 3옥타브의 '도'입니다. 옥타브와 주파수와의 관계는 일반적으로 A3=440Hz를 기준으로 하여 다른 음들을 정의하고 있습니다.
 ■ 음길이
음악의 연주를 위한 구성에서 또 하나의 구성 요소는 음계외에 음길이가 있습니다. 악보상에서는 4분음표, 8분음표, 16분음표 등의 상대적인 음의 길이로 표시를 하고 있으며 음길이에 대한 표기 방법은 아래 그림과 같습니다.

컴퓨터 음악의 세계에서는 음길이에 대한 부분이 연주 속도 (Tempo)와 함께 중요한 요소가 됩니다. 왜냐하면 음계를 결정하는 것은 대부분 음원(음을 만들어 내는 부분)의 내부에 어떤 수치를 기입함으로써 가능하지만 음길이에 대해서는 컴퓨터 등에서 길이에 대한 부분을 계산하고 그 값만큼 카운터나 타이머를 이용하여 동작을 해야 하기 때문입니다. 이를 위해서 컴퓨터에서는 1박자(4분음표)를 수치로 변환하여 사용하고 있으며 이것을 음의 분해능이라고 합니다. 예를 들어 4분음표의 분해능이 240이라면 8분음표는 120이 되며 16분음표는 60이 됩니다. 컴퓨터에 사용하는 1박자에 대한 분해능은 일반적으로 12의 배수로 되어 있으며 이것은 3잇단음표의 연주를 위한 길이를 고려하고 있기 때문입니다. 음악적인 음의 길이라고 하는 것은 앞서 설명을 한 바와 같이 상대적인 값이기 때문에 빠르기(Tempo)가 변하면 실제의 음의 길이도 변하게 됩니다. 만일 같은 4분음표라 하더라도 빠르기를 2배로 하면 실제 연주시간은 반(1/2)이 됩니다.

■ 스텝 시간과 게이트 시간
지금까지는 음악의 연주에 필요한 기본적인 요소들을 알아보았습니다. 각각의 음표들이 가지고 있는 상대적인 음길이는 실제 연주에 있어서는 그 길이만큼 연주를 하지 않는 부분이 많습니다. 예를 들어 4분음표에 스타카토(짧에 연주하는 기법)가 붙어 있는 음표에서는 4분음표에 해당하는 연주시간중 음을 내는 시간을 짧게 하고 나머지 시간은 쉬게(음을 내지 않음) 됩니다. 아래 그림을 보면서 이해하도록 합시다. 앞서 설명한 1박자의 분해능이란 부분에 대해서 구체적인 내용을 이해하면 쉽게 알 수 있습니다. 아래 그림은 분해능과 음표와의 도식적인 관계를 나타내고 있습니다. 컴퓨터의 내부에서는 그림과 같은 펄스들을 카운트하면서 음의 길이에 대한 표현을 하고 있습니다. 1박자=240분해능일 때 1박자를 연주하는 시간은 카운터가 이 펄스를 240개를 셀 때까지라고 생각하기 바랍니다. 그렇다면 이러한 펄스들의 시간 간격이 짧을 때는 똑같은 240개를 센다고 했을 때 훨씬 빠르게 셀 것입니다. 즉, 펄스들의 주파수가 곡의 빠르기를 결정하는 요소입니다.

그러면 스텝 시간과 게이트 시간은 무엇인가? 이 두 용어는 본격적인 컴퓨터 음악을 시작하다 보면 접하게 되는 용어입니다. 먼저 위그림을 보십시오. 4분음표의 길이는 240펄스만큼의 시간입니다. 이것이 스텝 시간(Step Time : ST)입니다. 그리고 스타카토 등과 같이 실제의 음의 길이는 4분음표라 할지라도 240퍼수 보다 짧은 시간만큼의 시간을 연주하게 됩니다. 이 시간을 게이트 시간(Gate Time : GT)이라 합니다. 쉼표일 때는 GT를 0으로 놓습니다. 이러한 게이트 시간의 설정은 스타카토와 같은 특수한 기호에서만 사용되는 것이 아니라 일반적으로 컴퓨터 음악의 경우에서도 시스템 마다의 차이는 있겠지만 보통은 스텝 시간의 7/8 정도를 게이트 시간으로 정하고 있습니다. 4분음표의 경우는 분해능이 240일 때 실제의 연주는 240 * 7/8 =210이 됩니다. 나머지 1/8의 30만큼은 쉬게 되는 것입니다.

■ 벨로시티
음악의 악보 상에는 음의 강약을 표시하는 기호가 있어서 어떤 부분에서는 강하게 연주를 하고 또 어떤 부분에서는 약하게 연주를 하는 것이 보통입니다. 이러한 강약의 표시는 포르테(f:강하게)나 피아노(p:약하게) 등과 같이 몇종류의 기호들로 분류되어 있고, 점점 크게나 점점 약하게 등과 같은 기호들도 있습니다. 피아노를 생각해 보면 건반을 누르는 속도가 빠르면(강하게) 큰소리가 날 것이고 반대로 건반을 누르는 속도가 느리다면(살살가볍게) 작은 소리를 낼 것입니다. 이러한 음의 강약에 해당하는 부분을 컴퓨터나 디지털 악기 등에서는 수치 데이터를 사용하여 표현을 하고 있으며 음량의 범위는 0에서 127까지의 값으로 0은 무음의 의미이고 127일 때 음량이 최대가 됩니다.
리얼한 연주를 위해서는 연주 부분에 따라서 음향의 강약을 조절해 주어야 하듯이 컴퓨터 음악에서도 이 부분에 대해서 고려를 해야 함은 물론입니다. 음량의 변화는 건반의 을 내려치는 속도와 관계가 있기 때문에 "벨로시티(Velocity)"란 용어를 사용합니다. 컴퓨터 음악에서의 벨로시티란 말은 음량의 의미로 사용합니다.

 Midi를 이용한 컴퓨터 음악

본격적인 음악을 하고자 하는 경우에는 Midi를 지원하는 주변 장치의 도움을 받아야 합니다. 그만큼 Midi의 규격을 따르는 장치들의 대부분이 음악을 위한 시스템이기 때문입니다. 컴퓨터를 이용한 음악 시스템은 컴퓨터와 Midi 인터페이스 그리고 하나 이상의 음원(Midi를 지원하는)이 있어야 하며 Midi 지원 소프트웨어가 있으면 기본적인 구성은 됩니다. 리얼타임 녹음을 위한 Midi 키보드와 시컨서, 드럼머신, 멀티트랙 레코더 등이 있으면 전문적인 기능의 음악도 구사할 수 있습니다. 그리고 Midi 시스템은 외부에 오디오 등의 앰프도 필요합니다.

인터페이스는 Midi 신호의 전송 규격을 만족시킬 수 있는 것이면 아무 것이나 좋으나 대부분 사용하고 있는 롤랜드사의 MPU-401의 호환 카드를 선택하는 것이 좋습니다. 왜냐하면 많은 음악용 소프트웨어나 게임 등에서 이 카드를 지원하고 있기 때문입니다.

프로그램은 도스용과 윈도우용이 있으며 여러 회사에서 나오고 있습니다. Midi 음원은 내장형과 외장형으로 나눌 수 있으며 대부분의 디지털 신서사이저는 Midi를 지원하고 있기 때문에 음원으로 사용할 수 있으며 건반이 없는 모듈 형태의 음원도 있습니다. 국내에서 개발된 것들도 많은 종류가 있으며 음의 충실도가 좋은 것을 사용하는 것이 좋습니다.

[메모]
Midi(Musical Instrument Digital Inter face)란 악기의 연주 정보를 디지털로 전송하는 악기 통신의 국제규격입니다. 따라서 Midi 시스템을 이용해 음악을 연주하기 위해서는 IBM-PC에 MPU-401 등의 이름을 갖는 Midi 인터페이스 카드가 있어야 하고 그밖에 Midi 지원용 악기와 지원 프로그램이 있어야 합니다. 이러한 시스템이 구축되면 Midi는 악기간의 대부분의 정보를 서로 교환할 수 있습니다.

 Midi를 이용한 컴퓨터 음악의 기초

컴퓨터 음악의 진수를 맞보고자 하는 많은 사람들의 욕구를 충족시켜 줌은 물론 컴퓨터의 다양한 기능을 이용 하여 작곡을 비롯, 편곡, 연주까지 도맡아 할 수 있는 것은
Midi(Musical Instrument Digital Inter face) 라는 신호 체계의 덕분이라 하겠습니다. 더 나아가 Midi를 이용한 컴퓨터 음악에의 응용성도 여러 방향에서 활발히 진행되고 있으며 Midi 음악을 위한 모임도 많이 생겨났습니다. 예전에 스튜디오등에서 이루어지던 전문적인 음악을 위한 부분들이 이제는 각자의 욕구에 따라 약간의 장비만으로도 구현이 가능해 졌으며 환상적인 음악의 세계를 퍼스널 컴퓨터를 이용하여 즐길 수 있게 되었습니다. 그러나 Midi 시스템의 대중화에는 지금까지 앞 장에서 설명한 여러 종류의 음악 카드들의 보급이 큰 역할을 하였으며 애드립카드나 사운드 블래스터 등의 음악 카드들도 나름대로의 특징을 살려 사용자들의 요구에 따르고 있습니다. 그러나 애드립 카드류나 사운드 블래스터 등의 음악 카드는 다양한 기능을 지원하여 사용자들의 사랑을 받고는 있지만 각 카드에 사용하는 음원 칩의 한계 때문에 음에 대한 아쉬움을 느끼게 됩니다. 이러한 점에서 Midi 시스템에서의 음악 구현은 많은 점이 다릅니다. 우선 소리를 만들어 내는 음원의 종류가 한정되지 않는다는 것입니다. 즉, Midi를 지원하고 있는 Midi 음원을 바꿈으로써 같은 음악을 얼마든지 사용자에게 알맞는 음악으로 만들어 낼 수가 있는 것입니다. 그러나 Midi 시스템을 이용한 음악의 구현을 위해서 필요한 장비들은 가격적인 부분에서 큰 부담이 됩니다.
우선 Midi 시스템을 사용하여 음악을 연주하기 위해서는 IBM-PC에 MPU-401 등의 이름을 갖는 Midi 인터페이스 카드가 있어야 하고, 그 다음 소리를 낼 수 있는 Midi 지원용 악기가 있어야 합니다. 그리고 또 필요한 것이 Midi를 지원하는 프로그램입니다.

 Midi의 기초

Midi(미디) 란 Musical Instrument Digital Inter face의 약자로 전자 악기의 연주 정보 등을 상호 전달하기 위해서 정해진 하드웨어 및 통신 프로토콜의 국제적 표준 규격이며 현재 Midi-1.0은 1983년 8월에 결정되었고 그 후에 세밀한 수정이 이루어졌습니다. 현재 시판하고 있는 많은 신서사이저, 리듬 머신 등의 전자 악기는 이렇듯 Midi 신호에 대응하는 악기가 많으며 Midi 신호에 의해 원격 조작이나, Midi 시퀀서에 의한 자동연주 등을 할 수 있게 되었습니다. 여기에 컴퓨터 등의 보급으로 인해 이러한 컴퓨터 음악의 분야가 급속히 발전하고 있으며 음악뿐만이 아니라 영상과의 접목으로 한층 그 역할이 크다 하겠습니다.
특히 게임에서의 Midi의 지원은 필수적인 요소가 되어 버렸습니다. 이 홈페이지에서 설명하는 Midi 신호의 규격은 1987년 1월에 발표된 Midi 1.0의 해설 개정판입니다.

전자 악기 세계에서 가장 획기적인 일은 악기끼리의 대화를 하게된 것입니다. 대화라고 해서 다른뜻이 있는 것이 아니며 전화선을 통해서 인간의 음성을 상대방에게 전달하듯이 전기선을 통해 음악 정보를 보내고 받는다는 뜻입니다. 이러한 작업이 가능하게 된 것은 Midi 신호의 도움을 얻어야 합니다. 즉, 이러한 Midi신호의 기본이 되고 있는 것이 음에 관한 정보(음정, 건반의 세기 등)를 다른 악기에 전달하여 그 악기로 하여금 그대로 연주하게 하는 것입니다.

Midi라는 용어의 뜻에서도 알 수 있듯이 악기를 위한 디지털 실호는 의미하며, 드럼 머신을 포함한 전자 악기, 시퀀서, 컴퓨터들간의 음악 정보의 교환을 위해 1981년부터 1983년 사이 악기 제조회사 간에 약속된 세계 공통 신호규약)입니다. 그렇기 때문에 Midi를 지원하는 악기를 비롯 다양한 소프트웨어, 더욱이 요즘에는 Midi 인터페이스 카드를 기본으로 하고 있는 컴퓨터도 등장하고 있는데, 어느 나라, 어느 회사 제품이건 간에 상관없이 사용자들의 구미에 맞게 시스템을 구성할 수가 있습니다.

또한 위에서 말한 음에 관한 정보는 단순히 어느 정도의 음을 얼마만한 세기로 연주를 하는가에 관한 기본적인 정보 이외에도 연주도중 연주하는 부분의 악기를 바꿀 수가 있고, 음의 떨림(모듈레이션 휠) 정도와 음정의 변화(피치 휠), 전체적인 음의 세기 및 Midi의 특수한 신호를 이용하여 이펙터(에코 등)의 효과를 낸다든지, 어떤 악기에 대해서는 새로운 음색의 생성도 할 수 있는 기교를 위한 신호까지도 포함되어 있습니다.

도움이 되었길 바랍니다.

--Midi인의 밝은 미래를 위해--