다음 글은 챗GPT에서 자동 생성하여 다듬은 것이다. 몇 개월에 걸친 개발 여정을 모두 기억하여 정리하려니 너무 힘이 들어서 인공지능의 힘을 좀 빌렸다.
지난 몇 달 동안 나는 Arduino Nano Every 기반 드럼 패턴 플레이어(Nano Ardule)와 이를 조작·편집하는 PC용 프로그램인 Ardule Pattern Studio(APS)를 함께 개발해 왔다. Nano Ardule는 SD 카드에 저장된 드럼 패턴(ADT/ADP)을 읽어 절대시간 루프 엔진으로 재생하며, APS는 패턴을 시각적으로 표현하고, 여러 패턴을 연결한 ARR(Arrangement의 약자) 파일을 생성하는 구조로 발전해 왔다. Nano Ardule은 카드를 인식하지 못할 비상 상황을 대비하여 선별된 소수의 패턴을 프로그램에 내장하려는 단계까지 왔다.
(추가 설명) 인터넷에서 구한 드럼 연주 정보(MIDI 파일)을 2-bar 단위로 분할하여 이를 "패턴"이라 명명한다. 분할 직후는 type 0 MIDI 파일이다. 똑같은 패턴은 하나로 합치고, 이미지 파일로 패턴을 시각화하는 PC용 파이썬 스크립트 묶도 이미 만들어진 상태이다. 패턴 파일은 내가 정의한 텍스트 파일(ADT)로 만들고, 아두이노 나노에서 쉽게 인식하여 사용할 수 있도록 바이너리 파일(ADP)로 만들었다. APS는 ADT와 ADP를 PC 환경에서 보여주고 재생하며 이를 엮어서 곡 단위의 패턴(ARR)을 만드는 파이썬 스크립트의 묶음이다.
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| 오늘의 APS 개발 상태. 짧은 시간에 꽤 많은 기능을 넣었다. 체인 편집 기능을 마무리하는 일이 남았다. 편집 기능은 거의 완성된 상태였는데, 다른 기능을 추가하면서 넣으면서 편집의 일부 기능이 사라졌다. 이는 챗GPT를 이용한 코딩에서 많이 겪었던 부작용이다. |
이제 문제는 다음이다. "APS에서 만든 ARR을 Nano Ardule에서 어떻게 가장 효율적으로 재생할 것인가?" 나는 크게 두 가지 전략을 놓고 비교했다:
- 3-1. ADT/ADP를 Nano에서 단순히 나열하여 재생 (세그먼트 조합 방식)
- 3-2. ARR을 미리 하나의 바이너리 스트림(ADS)으로 컴파일하여 재생 (단일 스트림 방식)
그리고 여기에 또 한 가지 대안도 있다:
- Type-0 MIDI 파일을 그대로 Nano Ardule에서 재생하는 방식
아래에서는 세 가지를 비교하고, 최종적으로 왜 3-2가 가장 유리한가를 정리해 본다.
3-1. ADT/ADP 조합 방식 (Segment-Based Model)
이 방식은 기존 Ardule 설계와 가장 잘 맞는다. APS에서 만든 ARR은 “패턴 목록 + 반복 횟수”로 구성되고, Nano는 각 패턴 파일(ADT/ADP)을 필요할 때마다 로딩하며 절대시간 엔진으로 이어붙여 재생한다.
장점
- 현 구조와 가장 자연스럽다 — ADT/ADP 파일들을 그대로 사용
- 패턴 단위로 빠르게 교체하거나 재사용 가능
- 패턴 플레이어로서의 정체성에 잘 맞는다
단점
- 각 패턴 파일을 매번 열고 파싱해야 한다
- 체인 중간에서 패턴 경계가 많아질수록 CPU·I/O 비용 증가
- Nano Ardule가 장시간 연속 재생할 때 지연 위험 증가
- 궁극적으로 “곡 전체” 재생에는 구조적으로 불리하다
즉, 드럼머신적 패턴 루프를 위한 구조에는 완벽하지만, 곡 전체를 아두이노에서 끊김 없이 재생하려는 목적에는 확장 한계가 존재한다.
3-2. ADS 단일 스트림 방식 (Flattened Event Stream)
이 방식은 ARR 전체를 PC에서 미리 “하나의 절대시간 이벤트 스트림(ADS)”으로 컴파일하고, Nano는 ADS 파일을 위에서부터 순차적으로 읽으며 재생만 하는 구조이다.
장점
- I/O가 단 한 줄기 — 패턴 파일을 여러 번 열 필요 없음
- 절대시간 이벤트가 정렬되어 있어 Nano의 로직이 압도적으로 단순해짐
- 지연 없음 — SD 카드는 순차 읽기에서 최고의 성능 발휘
- 곡 전체를 다루기에 가장 안정적
- 패턴 경계 개념이 사라지므로 초미세 타이밍 문제도 해결
단점
- 패턴 단위 편집은 더 이상 Nano에서 불가
- 각 종합 이벤트 스트림은 PC에서 반드시 “컴파일”되어야 함
- ADT/ADP 파일 단위의 재사용성은 상대적으로 약해짐
요약하면 곡 전체 재생 품질은 3-2 방식이 압도적으로 우월하다. Nano가 해야 할 일은 “다음 이벤트 시간만 확인하고 재생”이면 끝이기 때문이다.
왜 Type-0 MIDI 그대로 쓰지 않는가?
MIDI Type-0은 표준화된 음악 스트림 포맷이며, 이론상 Nano Ardule도 MIDI를 직접 재생할 수 있다. 그러나 실제로 적용해 보면 ADS(3-2 방식)가 훨씬 유리함이 드러난다.
① MIDI는 포맷이 지나치게 범용적이다
- VLQ(Variable Length Quantity) 디코딩 → 아두이노에 꽤 부담
- Note-on/off 규칙이 2종류(velocity=0 Note-on 포함)
- Control Change, Program Change, Pitch Bend 등 필요 없는 이벤트 처리
- SysEx, Meta Event 등 스킵해야 하는 요소가 많음
- Tempo(FF 51) 이벤트가 들어오면 BPM 재계산 필요
Nano Ardule는 드럼 패턴 플레이어이지 범용 MIDI 플레이어가 아니다. 따라서 MIDI가 가진 “일반성”은 오히려 짐이 된다.
② MIDI는 패턴 단위 반복 개념이 없다
Nano Ardule의 핵심 철학은 2-bar 패턴을 조립하여 리듬 구조를 만드는 것인데, MIDI는 이런 구조적 표현이 없고 모두 이벤트 스트림으로만 존재한다. 따라서 패턴 기반 편집성과도 잘 맞지 않는다.
③ ADS는 “필요한 정보만 모은 초-경량 MIDI”이다
ADS는 다음만 포함한다:
- delta-time (고정 길이, VLQ 없음)
- note-on/note-off (드럼 채널만, 1byte note + 1byte vel)
- channel은 고정(10번)
- 템포는 ARR 헤더에 단일 값
즉 MIDI에서 드럼 패턴 재생에 필요한 최소 요소만 추려낸 포맷이다. Nano Ardule는 ADS 재생 시 매우 작은 코드만 필요하며 안정성이 극대화된다.
3-1 vs 3-2 vs MIDI: 핵심 비교
| 기능/요구 | 3-1 ADT/ADP | 3-2 ADS | MIDI Type-0 |
|---|---|---|---|
| Nano에서의 재생 안정성 | 중간중간 파일 로딩 → 중간 지연 가능 | 가장 안정적 (연속 스트림) | 중간 이벤트 정렬 문제 없음 |
| 파싱 복잡도 | ADT/ADP를 그때그때 디코딩 | 매우 단순, 고정 길이 구조 | 가장 복잡 (VLQ, 메타 이벤트 등) |
| 패턴 기반 편집 | 매우 자연스러움 | PC에서만 가능 | 개념이 없음 |
| 곡 전체 재생 | 불리 (경계 많음) | 가장 유리 | 가능하지만 구현 난이도 높음 |
| 표준 호환성 | 전용 포맷 | 전용 포맷 | 표준 |
결론: 왜 3-2(ADS)가 최종적으로 유리한가?
1) Nano의 연산 부담이 가장 적다
ADS는 고정 길이 이벤트로 이루어져 있어 SD 순차 읽기만으로 재생된다.
2) 파싱 오류 위험이 거의 없다
VLQ, SysEx, Meta Event 등 처리할 필요가 없다.
3) 대곡(長曲) 재생이 가장 안정적이다
여러 ADT/ADP를 넘나드는 구조보다 단일 스트림이 훨씬 유리하다.
4) ADS는 “드럼 패턴 플레이어”라는 Nano Ardule의 목적과 정확히 맞는다
MIDI 같은 범용 포맷이 아닌, 목적 특화 포맷이기 때문에 안정·속도·일관성 모두 우수하다.
마무리
요약하자면, Nano Ardule = 목적 특화 기기이기 때문에 MIDI 같은 범용 포맷보다는 ADS 같은 극단적으로 단순화된 전용 포맷이 훨씬 효율적이다.
ADS 방식(3-2)은 Nano의 한계를 고려한 최적 해법이며, APS PC 툴과 조합되었을 때 가장 안정적이고 직관적인 워크플로우를 제공한다.
ADS는 Nano Ardule 프로젝트가 장기적으로 유지될 수 있는 가장 튼튼한 기반이다. 그리고 사람이 쉽게 이해하고 편집할 수 있으면서 컴퓨터로도 다룰 수 있는 텍스트 포맷(ADT 및 ARR)을 유지하고 있는 것도 전체 프로젝트를 꾸려 나가는데 큰 도움이 된다.
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