진동의 기초
진동(Oscillation)은 일정한 주기로 반복되는 주기적인 운동을 말한다. 이러한 원리는 시간의 흐름을 정확하게 계산하기 위해 진자가 처음 고안되었을 때부터 중요한 역할을 했다. 진동과 파형의 개념은 자연계의 여러 현상에서 찾아볼 수 있으며, 시계와 같은 대표적인 장치에서도 이 원리가 적용되었다. 즉, 오실레이터란 일정 주기를 반복하는 운동을 전자적으로 만들기 위한 장치라고 볼 수 있다.
전자 오실레이터의 발전
진자의 원리를 기반으로 발전한 기술은 태엽 및 톱니바퀴 장치를 거쳐, 결국 전기를 공급하면 일정 주기를 반복하는 회로, 즉 전자 오실레이터로 진화했다. 오실레이터는 특정 주기를 반복적으로 생성하는 장치로, 전압 조절 오실레이터(VCO)와 같이 다양한 파형을 생성할 수 있는 핵심 기술로 자리 잡게 되었다.
소리 합성으로의 응용
전자 오실레이터의 발전은 음악 제작에 혁명을 가져왔다. 사인파, 사각파, 삼각파, 톱니파 등 다양한 파형을 생성하여 소리의 텍스처와 톤을 조작할 수 있게 된 것이다. 이는 감산 합성(Subtractive Synthesis)과 같은 다양한 음원 합성 방식의 기반이 되었다.
PWM과 소리의 변화
Pulse Width Modulation (PWM)은 전압의 흐름을 조절하여 소리의 질감을 변화시키는 기술이다. 이는 LED의 밝기 조절이나 모터의 속도 제어 등 다양한 분야에서 활용되며, 음악 제작에서도 소리에 복잡성과 다양성을 추가하는 데 중요한 역할을 한다.
- Duty Cycle이 50%인 PWM 파형을 Pulse파 또는 사각파로 부른다.
- Duty Cycle의 변화에 따라 정수부 배음들의 구조가 변하며, Duty Cycle이 50%가 되면 모든 짝수배의 배음들이 0으로 변한다.
- Duty cycle이 증가하면, 파형에서 high pulse의 폭이 증가하므로 fundamental frequency 주위에 높은 주파수 배음이 생성된다.
- Duty cycle이 감소하면, 파형에서 high pulse의 폭이 감소하므로 fundamental frequency 주위에 낮은 주파수 배음이 생성된다.
- Duty cycle이 50%일 때, PWM 파형은 가장 많은 수의 홀수 배음을 갖게 되며, 진폭이 감소하는 삼각파와 유사한 형태를 가진다.