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Compact Disc Digital Audio
1. 개요
CD에 음악 등의 음성을 기록하는 방식의 규격으로, 우리가 흔히 CD 하면 떠올리는 게 바로 이것이다. 정식 규격 명칭은 '레드북'으로, 모든 CD 음반은 이 규격을 사용해서 기록한다. 소니와 필립스의 컴팩트 디스크 최초 규격이며 1980년에 규격이 완성되었다. CD-DA에 담긴 최초의 음악은 1981년 헤르베르트 폰 카라얀이 지휘한 리하르트 슈트라우스의 '알프스 교향곡'이다.음악은 원래 아날로그 신호로 이를 디지털로 기록하기 위해 PCM 방식을 사용한다. 여기서 나이퀴스트 샘플링 정리(Nyquist-Shannon sampling theorem)를 알아야 이해할 수 있는 내용이 있다. 이 이론에 따르면 모든 신호는 그 신호에 포함된 가장 높은 진동 수의 2배 이상이 되는 빈도로 일정한 간격으로 샘플링하면 원래의 신호를 완벽하게 기록할 수 있다. CD-DA의 샘플링 레이트 사양, 44.1kHz는 이 이론에 따라 가청 주파수 약 20kHz(20,050Hz)를 완벽하게 샘플링하기 위해 2배의 주파수에, 안티 에일리어싱 필터의 롤오프를 감안해 10%의 여유를 둔 것이다. 거기에 인간은 약 85dB 이상의 소음에 노출되면 청력에 손상을 입기 시작하는데, 여기에 헤드룸까지 확보하기 위해 약 96dB의 다이내믹 레인지를 저장할 수 있는 16bit의 비트 심도[1]를 채택했다. 여기에 좌우로 스테레오 2개의 채널이 있다.
44.1kHz×16bit÷8(bit/byte)×2ch=176.4KB/s(1411.2Kbit/s)
이 사양은 PCM 스튜디오 전문 장비인 PCM Adaptor에서 차용하였다. 당시 소니의 PCM 스튜디오 전문 장비 사양이 그대로 CD 표준에 반영되었다.[2]
CD의 1섹터는 2,352byte로 되어 있으며, 총 333,000 섹터가 있다. 그러므로 최대 재생 시간은 2352(byte/sector)÷176400(byte/second)×333000(sector)=4440 초 (=74분). 일부 CD는 360,000 섹터로 되어 있다. 이런 CD의 경우 80분이다.
윈도우 파일 탐색기로 오디오 CD를 열면 .cda라는 확장자의 파일이, macOS의 Finder로 열면 AIFF 파일이, KDE나 Xfce 등을 사용한 Linux 배포판의 경우 .cda/.wav/.ogg 등의 확장자로 된 파일이 담긴 디스크의 형태로 표시되나, 이것은 운영체제에서 사용자의 편의를 위해 각 오디오 트랙별로 매핑된 파일을 가상으로 만들어주는 것이고, 실제로 CD-DA에서 파일 시스템 구조가 사용되는 것은 아니다.[3]
2. 역사
당시에는 혁명적인 음질의 음악을 담을 수 있는 규격이었다. LP는 크기가 매우 커 휴대하며 듣기 어려웠으며, 카세트테이프는 작아 휴대해서 들을 수 있었지만 음질은 별로였다. 게다가 LP와 카세트 테이프는 아날로그 매체라 재생 횟수가 많아지면 품질이 열화되는 문제점이 있었다.반면 CD-DA는 휴대도 편했고 트랙 단위로 임의 접근이 가능했으며 음질이 월등히 좋을 뿐만 아니라 디지털 매체였기 때문에 음질 보존성이 반영구적이었다. 그렇기 때문에 LP와 카세트 테이프를 몰아내고 음반의 대표 주자가 되었다. 2000년대 이후 디지털 음원의 발달로 기세가 많이 죽었지만 그래도 표준 음반 규격의 위치를 차지하고 있다. 차세대 CD로 개발된 SACD 등의 보급이 지지부진한 것도 CD의 음질 정도면 대부분 사람을 만족시킬 수 있었고, 그 이상의 음질로 기록된 매체를 즐기기 위해서는 앰프와 스피커 등의 음향 기기가 받쳐줘야 가능한데 이것들의 가격이 가히 넘사벽이었기 때문이었다. 그리고 이미 워낙 많은 음반들이 CD로 발매되었기 때문에 결과적으로 CD는 SP와 LP, 카세트의 뒤를 이어 디지털 음원이 등장하기 전까지 한 시대를 풍미한 음반 매체로 그 입지를 확고히 할 수 있었다.
원래 컴퓨터의 CD-ROM 드라이브는 CD-ROM 인터페이스(SCSI, IDE 같은)로는 CD-DA 신호를 전송하지 못했고, 별도의 오디오 케이블을 사운드 카드에 연결해야 CD-DA를 들을 수 있었다.[4] 드라이브에 따라서 아날로그만 지원하거나 디지털을 같이 지원하는 경우가 있으며, 아날로그 오디오 출력은 L/R 채널과 GND의 배치가 드라이브/사운드 카드마다 달랐던 경우도 있었다. 1990년대 말부터 CD-ROM 드라이브에서 DAE(Digital Audio Extraction)를 지원하면서 CD-DA 재생을 위해서 별도의 오디오 케이블을 연결할 필요가 없어졌고, 2000년대에는 표준적인 기능으로 정착했다. Windows Media Player 같이 DAE를 통해 재생 및 리핑이 가능한 소프트웨어가 늘어나게 되면서 하위 호환을 제외하고는 오디오 케이블은 사실상 유명무실해졌다. 이후 SATA 규격으로 나온 광 디스크 드라이브에는 아예 단자가 사라져 버렸다.
게임의 경우 1990년대 초중반에 게임 데이터와 함께 CD-DA를 탑재하는 것이 유행했다. 데이터와 CD-DA를 동시에 담았기 때문에 이를 혼합 모드(mixed mode)라 불렀다. 음질이 뛰어났을 뿐만 아니라 압축이 되지 않은 음악이었기 때문에 낮은 성능의 기기에서도 충분한 게임 구동 성능을 확보할 수 있으며, 특히 IBM PC 호환 기종의 경우 이렇게 구성하는 경우 CD의 용량을 대부분 썼기 때문에 불법 복제 방지용으로도 요긴하게 사용할 수 있었기 때문이다. 당시 게임의 립버전들이 음악이 안 나온 이유도 많은 용량을 차지했던 CD-DA를 빼고 배포했기 때문이다.[5] PC 엔진 CD-ROM2 게임들을 시발점으로 메가 CD, 네오지오 CD의 게임들은 게임 데이터와 함께 음악을 CD-DA로 담았으며, IBM PC 호환기종의 경우에도 삼국지 5[6], 삼국지 공명전, 퀘이크 1, 디센트 2, 프린세스 메이커 3, 워크래프트 2 등도 같은 방식으로 게임을 내놓았다. 그러나 게임 데이터 용량이 빠르게 증가하고 기기들의 성능이 좋아져 음악과 효과음을 손실 압축 기술로 압축해 탑재하는 것이 유행이 되면서 더 이상 사용되지 않고 있다. 혼합 모드로 나온 게임들은 트랙 1번에 데이터를, 트랙 2번 이후부터는 CD-DA 신호가 기록되어 있기 때문에, 일부 CD 플레이어에서 음악 재생이 가능하다.[7] 그래서 이 게임들을 단일 트랙만을 지원하는 ISO로 리핑하면 음악이 나오지 않으며, 1995년 제프 아놀드(Jeff Arnold)가 CD 기록 프로그램인 CDRWIN 프로그램에서 다중 트랙을 지원하기 위해 만든 규격인 BIN/CUE로 리핑해야 CD-DA까지 담을 수 있었고 그래야 음악이 잘 나왔다.
3. 문제점
CD-DA에는 주소 정보가 없다. 따라서 CD 드라이브에서 도중에 읽기를 중단 후 정확한 위치에서 재개하는 것이 불가능하며 드라이브의 픽업 오프셋에 따라 시간 오차가 발생할 수 있다. 또한 읽기 오류를 보정하는 알고리즘이 매우 미흡하다. 흔히 데이터가 담긴 CD를 생각하고 CD-DA에서 추출한 음원 또한 손실이나 왜곡이 발생하지 않으리라 지레짐작하는데 절대로 그렇지 않다. CD-DA는 CD-ROM과는 규격이 다르며 데이터 무결성 수준 또한 차원이 다르다. 같은 날 같은 CD에서 추출한 같은 트랙의 CRC 값은 다를 수 있다. 최악의 경우 청음해 구분하는 것이 가능한 수준으로 손상된 결과물이 나올 수도 있다. 이 경우 crackling이나 popping에 해당하는 잡음이 끼거나 CD가 튀었을 때 그러듯 순간적으로 같은 구간이 반복되는 등의 현상이 일어날 수 있다.그래서 CD-DA를 정확하게 리핑하려면 하드웨어와 소프트웨어에 신경을 써야 한다. 일단 컴퓨터용 ODD의 리핑 속도 및 정확도는 드라이브마다 천차만별이다. CD-DA 읽기 속도가 CD-ROM 읽기 속도보다 느린 경우도 있으며, CD-DA 읽기 속도에 따라서 오류 발생률이 달라지는 경우도 있다. EAC나 cdparanoia 같은 전용 소프트웨어는 단순히 CD-DA를 읽기만 하는 것이 아니라 드라이브의 특성을 감안해 오류를 보정하는 기능을 갖추고 있다. 리핑 결과로 각각 트랙별 CRC 값을 계산해 주는데, CD-DA가 정확히 추출되었는지 확인하려면 CTDB[8]나 AccurateRip과 같은 온라인 데이터베이스를 통해 기존에 같은 CD를 추출했던 다수의 CRC/parity 결과값과 대조하는 과정이 필요하다. CD-DA를 리핑할 일이 많다면 CD 드라이브 정확도 데이터베이스(2019년 기준)의 상위권에 있는 드라이브를 고려해 보아야 한다.
CD-DA를 함께 담은 혼합 모드 게임은 1990년대 초중반 시절에 만들어졌는데, Windows 9x 게임의 경우 Windows NT 계열의 윈도우에서는 문제가 생기는 경우가 많다. 주로 게임 음악이 나오지 않는다거나, 트랙이 한 번만 재생된다거나[9], 게임 자체가 아예 튕기는 등의 현상이다. 이 문제는 Windows Vista 이상에서 특히 잘 일어난다.
외국 포럼을 아무리 뒤져 봐도 이러한 문제에 대해 확실한 해결책을 제시하는 곳은 없다. 이 때문에 아예 MIDI 음원으로 돌려버리거나, 일본에서 개발된 _inmm.dll 같은 유틸리티를 통해 게임 음악을 WAV나 MP3로 대체하는 식으로 땜빵하는 경우가 대부분이다. 정품 유저들은 정품을 갖고 있는데 제대로 된 게임을 즐길 수 없으니 복장이 터지는 일이다.
호환성 모드를 설정하거나, CD-ROM 드라이브의 문자를 D:로 바꿔서[10] 해결되는 경우도 있지만, 이렇게 해도 해결되지 않는다면 가상 머신으로 하위 버전 윈도우를 설치하는 수밖에 없다.
4. 여담
대부분의 CD 매체가 그렇지만 CD-DA도 보급 초기에는 검은색 혹은 진한 회색 주얼 케이스에 담아 유통했으나 이후 투명 주얼 케이스의 사용이 보편화되었다. 하지만 최근엔 CD 수요가 줄어든 탓인지 원가절감으로 종이 케이스나 디지팩으로 출시되는 일이 빈번해졌는데 종이 케이스의 경우는 동봉한 책자조차 없는 경우가 많다. 더구나 종이 케이스나 디지팩 중에는 디스크를 꺼내고 넣는 게 불편하게 되어있거나 CD 표면에 흠집을 낼 위험도 있다.[11]커맨드 앤 컨커 시리즈도 MIDI와 차원을 달리하는 디지털 음원 때문에 CD-DA가 사용된 게임으로 착각하기 쉬웠으나, 실상은 aud라는 독자적인 손실 압축 기술을 사용해 담은 것이었다. 그래도 음원 파일의 용량은 동영상들 만큼은 아니더라도 어느 정도 큰 편이다. 대신 일부 확장팩에서는 추가된 음악 일부가 CD-DA로 들어가기도 했다. 음질은 게임 내에서 재생되는 손실 압축 기술을 쓴 음악과는 비교를 불허할 정도로 좋지만 게임에서는 aud 확장자의 음원을 재생했다. CD-DA 음악들은 CD 플레이어에 넣어야 재생할 수 있다. 남는 용량을 CD-DA로 채운 일종의 팬 서비스로 보인다.
최신 자동차에서 CD를 듣기 위해 USB로 연결하는 외장형 CD 플레이어가 있다. 과거와 달리 최신 차량에는 CD는 물론 MD나 카세트 데크 따윈 제공하지 않기 때문이다. 물론 재생을 시도하면 *.wav로 변환하여 재생한다.
[1] 20log216≒96.33(dB)[2] 해당 장비의 소형화, 개량형이 바로 DAT다. CD와 DAT는 같은 부모를 둔 셈. DAT가 직계같아 보이지만[3] Windows의 경우 파일을 열어보면 트랙 번호, 시작 시간, 트랙 길이 정보만 포함되어 있다. 프로그램은 이 정보를 이용해 CD를 탐색한 뒤 재생하는 것으로 CD 안 음원을 복사하려면 리핑이라 불리는 별도 과정을 거쳐야 한다. 하지만 macOS나 일부 Linux 배포판에서는 파일 탐색기에서 보이는 가상 파일을 컴퓨터로 복사하면 자동으로 리핑까지 해 준다.[4] 그런데 당시 저가형 사운드 카드 중에는 CD-DA 단자가 없는 게 많았다. 이럴 때는 ODD의 헤드폰 단자와 사운드 카드의 라인 입력 단자를 서로 연결해야 했다.[5] 참고로 게임잡지 번들로 제공된 게임들 중에는 여러 게임을 한꺼번에 담기 위해 CD-DA 트랙을 빼는 경우가 종종 있었다. 번들 CD 경쟁 시대의 부작용이었다.[6] 시리즈 처음으로 CD를 도입하면서 음악을 CD-DA에 담았다. 음질이 엄청 좋아진 것과 함께 하나같이 명곡들이어서 당시 상당한 충격을 주었다. 지금까지도 삼국지 시리즈 전체를 통틀어 게임으로서의 최고봉에는 의견이 나뉘지만 음악으로서는 5편이 최고였다는 데에는 이견이 거의 없을 정도.[7] 이 경우 CD 플레이어에서 1번 트랙을 재생하지 말라는 경고문구가 붙기도 한다. 1번 트랙은 게임 데이터이므로 억지로 재생하면 의미없는 노이즈만 나오게 되어 있기 때문. 예시 (AVGN, THE TOWN WITH NO NAME편)[8] Cue Tools Database[9] 보통 게임에서 어떤 한 장면에서 일정 트랙을 반복 재생하는 경우가 많았으나, Windows NT 계열의 경우 반복 재생이 되지 않아 트랙의 재생 시간이 끝날 경우 음악이 중단된다. 게임에 몰입하는데 매우 거슬리는 문제이다.[10] 당시에는 CD-ROM 드라이브를 무조건 D:로 잡고 보는 프로그램들이 많았다. 이 경우 E:와 같은 다른 문자로 지정하면 CD가 없다는 메시지만 띄우고 실행이 되지 않는다.[11] 일본에서 발매되는 디지팩/LP 미니어처 CD들은 이를 방지하기 위해서 대체적으로 내부의 CD를 보호 비닐에 담은 채로 발매된다. 그러나 일본을 제외하면 현재 일반적인 디지팩/종이 케이스에 보호 비닐을 동봉하는 경우가 거의 없기 때문에 귀중하거나 비싼 음반이라면 소장자 개인이 직접 보호 비닐을 구입해서 씌워주는 편이 좋다.