[신디사이저] 사각파(Square Wave) 및 PWM 이야기

사각파(Square Wave)는 신디사이저에서 많이 활용되는 기본 파형 중 하나입니다. 대게 사인파(Sine Wave)는 보조용도로 활용되고 삼각파(Triangle Wave)는 안쓰거나 역시 보조로 쓰이거나 등 주도적인 역활을 하지 못 하는 파형들과는 다르게 사각파는 주 음색을 표현하는데도 종종 쓰입니다.


Square(Pulse) Wave

사각파는 삼각파와 비슷하게 다수의 홀수배음(Formants, Harmonics)을 가지고 있습니다. 하지만 삼각파에 비하면 엄청나게 많은 배음을 가지고 있어서 소리가 풍성한 편입니다. 주파수 분포로만 보면 톱니파(Sawtooth Wave)에 필적한 정도의 넓이를 가지지만 홀수 배음 뿐이라 배음의 양은 절반 정도이겠지요.

파형을 시각적으로 보면 위 처럼 사각형 모양의 각진 파형이 주욱 늘어서는 형태입니다. 괜히 사각파라 부르는게 아니지요.

사각파는 부르는 방법에 따라 구형파 혹은 펄스(Pulse Wave) 라고 표현합니다. 펄스처럼 주기적인 On/Off 패턴을 보이는 것과 유사하기 때문이겠지요.

사각파의 소리 특징은 구식 게임기에서 자주 듣던 소리 같습니다. 실제로 이 파형을 고속의(?) LFO로 피치나 컷오프 등을 조작하게 되면 칩튠 사운드를 연출해 낼 수도 있지요. 뿐만 아니라 구식 게임기에서 쓰던 킥 사운드도 비슷하게 얻을 수 있습니다.

그 외에 사각파의 느낌을 표현하자면 피리나 목관악기류에 가까운 것 같습니다. 물론 삼각파의 특징인 리코더(Recoder) 소리 보다는 좀 파워가 있는 편이지요.

위 영상에서는 사각파를 이용한 몇 가지 예제가 있습니다만 사각파의 특징을 살리는 예제라고는 보기 힘듭니다. 사각파는 애초에 배음이 많기 때문에 필터로 깍아서 가공하는 '감산형 신디사이저'에서 많이 활용되는 2대 파형이기 때문에 필터 조합이나 모듈레이션에 따라 다채로운 소리를 만들어 낼 수 있습니다.

PWM (Pulse Width Modulation)

​앞서 사각파는 펄스라고도 불린다고 했는데, 이와 관련 있는 것으로 PWM(Pulse Width Modulation) 이라는 것이 있습니다. 흔히 오실레이터 자체에 아예 PWM을 고를 수 있게 해 두고 이 오실레이터에 width 모듈레이션을 걸 수도 있습니다.

PWM은 모듈레이션으로 생각하는게 좋겠지만, PWM 자체도 그 특유의 소리 때문에 사각파와 같으면서도 다르게 생각할 수 있는 파형입니다.

PWM은 직역하여 '펄스 진폭 변조' 라고 표현이 가능한데, 위 그림처럼 사각형 모양이 주기적으로 나타는데 이 사각형의 폭을 변조한다는 것입니다. 그래서 진폭에 따라 소리가 조금씩 틀어지게 됩니다.

PWM은 고정 진폭을 세팅해 특유의 소리를 낼 수도 있겠지만 LFO 등을 진폭변조에 활용 할 경우 고정적이지 않은 소리를 만들어 내는 식으로도 많이 사용합니다. 이 경우 Sync나 Chorus 효과와 비슷하면서도 다른 느낌을 가질 수 있고, 필터와의 조합에 따라 다크 패드(Dark Pad) 사운드가 되거나 EP(Electric Piano) 소리와 비슷하거나 등등 또다른 사운드를 만들어 낼 수 있습니다.

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