Phase (위상)

주기 함수가 시작하는 위치의 틀어짐 정도를 표현하는 단위이다.

1주기 함수의 파형이 온전히 1사이클을 360˚ 반복하는 것으로 볼 때, 그 어긋난 정도를 ˚(도)로 표현할 수 있다.

예를 들어, 아래의 사인파의 주기가 2번 반복하는 그래프가 있다고 가정하자.

이 파형의 180도 위상을 가지는 파형을 그래프로 표시하면 다음과 같다.

그렇다면 같은 파형의 위상이 틀어졌다고(달라졌다고) 해서 그 파형이 가지는 소리가 변하는가? 라는 것을 따진다면 소리 자체는 변함이 없다.

소리를 결정하는 요소는 파형의 모양과 그것이 반복되는 빠르기(주파수)로 결정되며, 위상(Phase)의 틀어짐으로 인한 소리의 바뀜은 없다.

하지만, 위상이 서로 다른 파형이 믹스(Mix)되는 상황에선 최대 180도 차이가 나는 파형은 서로 상쇄되어 소리가 사라질 수 있다. (일부 조건이 만족할 때)

물론 이것은 ideal한 사인파라는 가정하에 이런 현상이 나타나는 것이고, 파형의 모양이 약간 다르거나 주파수가 달라질 땐, 소리가 사라지는 것이 아닌, 전혀 다른 주파수를 발생하게 하거나 울렁거리는 등의 예기치 못한 소리가 나올 수 있다.

간단히 테스트 할 수 있는 방법은, Serum2와 같은 신디사이저 플러그인에서 OSC 파형을 사인파로 선택하고 위상값을 변경해 보자.

2개의 OSC에서 사인파로 설정 및 각 사인파의 위상을 0도와 180도로 설정하면, 소리가 안 나게 된다.

Serum2의 Wavetable은 Default Shapes에 포함된 사인파는 ideal한 함수를 사용한다.

☞ 참고로 ideal 사인파는 오직 주파수가 1개인 것을 의미한다.

만약 한쪽 파형의 위상값을 서서히 변하게 하면, 소리의 크기가 달라지고 180도 차이가 난다면 사라질 것이다.

위에서 설명했듯이, 이렇게 극적으로 소리가 안 나는 현상은 ideal 사인파인 경우로 한정되며, 톱니파와 같은 상황에선 180도 차이가 난다면 주파수가 2배로 변하는 Sync 변조가 일어나게 된다.

때문에 인터넷에서 떠도는 위상에 대한 설명으로 소리가 사라진다는 단편적인 지식을 사실로 받아들이는 것은 주의할 필요가 있다.

아래의 그림처럼 2개의 동일한 톱니파를 같이 재생하면 똑같은 모양의 톱니파로서 진폭만 조금 커진 모습으로 된다.

Serum2의 톱니파 2개를 동시에 같은 위상으로 연주하면 아래의 파형과 같이 진폭이 커진다.

만약 OSC B를 끈다면 아래의 파형처럼 같은 모양, 주파수를 유지하지만 진폭이 작아진다. (원래대로)

만약 OSC A의 위상을 180도로 변경하면 아래와 같이 2배의 주파수를 가지는 파형으로 소리가 발생하게 된다.

이로서 ideal 사인파는 위상에 따라서 소리가 사라질 수 있지만, 톱니파는 위상에 따라서 2배의 주파수로 변하는 현상이 일어난다.

이는 2개의 톱니파로 Sync 변조하는 것과 같은 결과이다.

특정한 기하학적인 모양을 가지는 파형에 따라서 위상의 변화에 따른 특정 효과가 있을 수 있다.

☞ 위에서 살펴본 것 처럼, ideal 사인파의 소리가 사라짐, 톱니파의 주파수 2배 현상(Sync 변조) 등

하지만 DC(직류)이거나 화이트 노이즈(White Noise, 백색 잡음)는 위상(Phase)과 아무런 연관성이 없다.

즉, DC에는 위상이 없으며, 마찬가지로 화이트 노이즈에도 위상이 없다.

공교롭게 DC는 주파수가 0(없음)이고, 화이트 노이즈는 주파수를 특정할 수 없을 정도로 무한대(∞)의 여러 주파수가 섞여있기 때문이다.

☞ 주파수가 아예 없거나 너무 많으면 위상에 면역이 된다는 철학적인 개념이다.

물론 주파수가 많이 포함되었다고 화이트 노이즈라 볼 수 없다.

톱니파나 펄스파도 꽤 많은 주파수를 가지고 있지만 화이트 노이즈와 다른 점은 임의성(Random)을 가지느냐 아니냐의 차이이다.

즉, 화이트 노이즈는 무한대의 여러 주파수가 섞이면서도(비교적 균일하게) 각 주파수가 계속 바뀌는 임의성(Random)이 있는 것이다.