일반적인 소자를 이용한 정확한 게인 스트럭쳐 설정

Piezo Magic – Accurate Gain Structure Using a Common Device

압전효과의 마술 – 일반적인 소자를 이용한 정확한 게인 스트럭쳐 설정

원저 : By Pat Brown, March 17, 2010 

출처 : http://www.synaudcon.com/site/author/pat-brown/piezo-magic-accurate-gain-structure-using-a-common-device/

오디오 신호처리 과정에서의 적절한 게인 스트럭쳐를 설정하기 위해서는, 어떤 장치(믹서, EQ 등)의 입력 신호가 커질 때, 이에 따라 출력 신호가 커지다가 더 이상 커지지 못하는 시점을 찾는 것이 반드시 필요합니다. 이러한 상태 –주; 입력 신호는 커지지만 출력 신호는 커지지 않는 상태 –가 클리핑이라고 알려져 있으며, 그 장치가 전압 증폭을 하는 한계에 도달했음을 알려줍니다. 이 상태를 정의하고 나면, 전압을 측정해서 그 장치에 대한 Eout으로 정의합니다. 전통적으로 오실로스코프라는 장치로 이러한 측정을 했는데, 이 장치는 화면상에 시간의 흐름에 따른 전압의 변화를 보여줍니다. Eout 값은 해당 시스템(장치)에 사인파형을 부하가 없는 상태에서 넣어주고 그 출력을 스코프 상의 파형(그림1 참조)을 관찰해서 알아볼 수 있습니다. 입력신호가 커지면서 출력값이 최대 Eout 레벨에 도달한 이후로는 점점 파형의 상, 하단 모양이 평평해 짐을 알 수 있습니다. (그림2 참조)

주; 압전(piezo)스피커는 전기 에너지를 주면 바로 진동을 일으키는 물질을 이용해 만든 스피커입니다. 따라서 영구자석, 코일 등이 필요 없습니다. 우리가 장난감이나 부저 등에서 볼 수 있는 얇은 구리막 같은 표면이 떨어서 소리가 나는 것들이 압전 스피커의 예입니다.

오실로스코프를 가지고 이런 파형을 관찰하는 것을 시간 도메인에서의 신호를 분석한다고 하는데, 이를 주파수 도메인에서 관찰하는 것도 대단히 흥미롭습니다. 주파수 도메인에서 이 클리핑 된 신호를 보면 입력 신호로 사용한 원래 테스트 주파수가 아닌 체배주파수(하모닉스)를 만들어 내고 있다는 점을 볼 수 있습니다. 바로 이러한 현상이 왜 클리핑 신호가 실제 들리는 소리에 영향을 주고, 왜 클리핑을 피해야 하는 지를 설명해 줍니다. (그림3,그림4 참조)

클리핑에서 발생하는 인위적인 신호들이 우리가 장비를 사용하지 않고도 저렴하게 Eout 값을 찾을 수 있게 해줍니다. 해법은 문제가 발생하는 시점을 자세히 바로 나타내 주는 것입니다. 요약하자면 방법은 클리핑 때문에 인위적으로 발생하는 체배 주파수(하모닉스)의 존재를 라인레벨 장치의 출력단을 모니터링 해서 찾아내는 것입니다. 모니터링 하는 장치는 측정하고자 하는 시스템의 입력 단에 사용되는 기본 주파수에서 테스트되는 장치에 대해서 개방 회로 (오픈 서킷, 하이 임피던스)로 보여야 합니다. (주; 임피던스가 너무 낮으면 모니터링 하고자 하는 장치의 출력단에 물리면 부하처럼 보이게 되어서 출력 레벨이 바뀌게 되기 때문입니다.) 모니터링 장비가 정확하고, 값 싸고, 인지하기 쉽다면 더 좋겠죠. 게다가 장비가 패스브 타입이라면 이러한 측정을 진행하는데 외부 전원 공급이 필요 없으니 더 좋겠네요.

이러한 요구들을 모두 제대로 만족하는 것이 일반적인 압전 트위터 스피커 (피에조 스피커)를 사용하는 것입니다. 이 전압에 민감한 고주파용 스피커는 클리핑에 의해 발생하는 체배 주파수를 재생하는데 뛰어난 성능을 보여줍니다. 제가 사용하는 방법은 먼저 이 압전 스피커의 재생 대역 보다 낮은 테스트 주파수를 하나 고릅니다. 이렇게 하면 이 스피커의 임피던스는 충분히 크게 됩니다. (바꿔 말하자면 주파수 특성이 주파수마다 다르지 않고 균일하게 됩니다.)또한 이 기본 주파수는 (400Hz 정도가 좋습니다) 테스트 하는 동안에는 들리지 않게 됩니다. (주; 이 주파수는 압전스피커 재생 대역 아래에서 골랐기 때문에 재생 대역에서 벗어나 있어서 들리지 않죠) 이제 입력 신호(주; 테스트 주파수)의 크기가 커져서 출력 레벨이 최대 Eout 값에 도달하게 되면 (이 상태에서는 결과적으로 클리핑 발생하기 시작), 이 스피커에서 큰 소리가 나게 됩니다. 볼트메터를 이 출력단에 연결해보면 Eout 값을 읽을 수 있을 겁니다.

간단한 시스템 캘리브레이션을 위해서 Eout 값을 실제로 측정할 필요는 없을 겁니다. 간단히 믹서에서 클리핑을 만들고 이 장치(주; 압전스피커)를 EQ 출력단에 연결해서 클리핑이 일어나게 합니다. 그리고 이런식으로 시스템의 최종 출력 장치까지 이 작업을 진행합니다. 이 작업을 모두 마치게 되면 시스템에서 필요한 헤드룸은 믹서의 트림 컨트롤 가지고 설정할 수 있게 됩니다.

주; 위의 문단에서 클리핑을 만든다는 것은 클리핑 레벨이 시스템 내의 장치들에서 모두 동일한 지점에서 발생하도록 설정하는데 이 압전 스피커를 사용한다는 의미입니다. – 이는 압전스피커를 이용해서 클리핑 지점이 되는 출력 레벨을 설정하는 것으로 게인 스트럭쳐 문서를 참조하세요.

Translated By YunSong Sim , 2013.4.3

Bolg ; soundoflife.tistory.com

Webpage ; www.hajuso.com (하주소, 하나님이 주신 소리)