No Such Thing as Peak Volts dBu

Dennis Bohn, Rane Corporation

RaneNote 169, written January 2008, updated November 2012

역자서문 : 음향 장비를 다루다 보면 그 영역이 어디가 되던지, 레코딩을 하던, 시스템 설계를 하던, 믹싱을 하던지 장비가 보여주는 신호레벨에 신경을 쓰게 됩니다. 그것이 VU미터가 되었던지, LED레벨 미터가 되었던지, DAW에서 보이는 모니터상의 레벨 미터가 되었던지 말이죠. 그런데 이때 장치들이 보여주는 값들이 어떤 의미를 가지고 있는지를 정확히 아는 것은 대단히 어렵습니다. 특히나 dB, dBu, dBFS 같은 단위들, rms, peak 등등 낯선 단어들 앞에서 우리는 정확한 의미는 모른 채, 적당한 감으로 이 레벨들을 인식하는 경우가 많더군요. 이 짧은 기사는 이러한 지식을 위해서 필요한 내용을 간략하게 다루면서도 우리가 dB라는 단위가 어떤 식으로 실제에 적용되고 사용하는지를 보여줍니다. 실제 장비를 제조하는 회사의 엔지니어가 장비를 설명한 내용으로 장비를 설계할 때, 어떻게 오디오 신호의 레벨을 아날로그와 디지털에서 계산해서 다루는지를 알 수 있습니다. 숫자나 단어에 대해 미리 겁먹고 물러서지 마시고 전체 기사를 문장 하나 빼지 않고 이해할 수 있게 된다면, 여러분이 어느 분야에 있던지 상당한 자산을 얻게 되시리라 믿습니다.

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  • Expressing Peak Voltages
  • Crest Factor
  • dBFS
  • PPM

Introduction 서문

dBu 단위로 피크 전압 레벨을 나타내는 것은 잘못된 것이지만, 그럼에도 일상적으로 쓰이고 있습니다.

dBu의 정의는 600옴짜리 부하 임피던스에 1mW의 전력을 인가할 때를 기준으로 하는 0dBm이라는 오래된 기준 전력단위로부터 나온 0.775Vrm를 기준 값으로 사용하는 단위입니다. 따라서 정의 자체가 'rms'라는 단위이기 때문에 피크값으로 dBu를 사용하는 것은 잘못된 것입니다. 비교자체가 불가능한 단위입니다.

'rms'는 'root-mean-square'의 약어로 '제곱평균제곱근'이라고 하는데, 주기를 갖는 전자기파장에 대한 실효값(effective value)이고, 이 값의 의미는 순수한 저항에 이 주기 신호를 흘렸을 때 발생하는 열(파워, 전력이 변환된)과 동일한 열을 낼 수 있는 DC전압값을 의미합니다. 이는 명칭의 정의대로 숫자들의 제곱을 취해서 그 제곱값들의 평균을 구해 나온 제곱 평균값의 제곱근(루트) 값을 구해서 취할 수 있습니다. 이 숫자들이 서로 다른 시간에서 취한 오디오 신호의 전압 값들이라면 rms는 이 오디오 신호의 실효값을 나타냅니다.

Expressing Peak Voltages 피크전압의 표현

그렇다면 여러분은 어떻게 피크 전압을 정확히 나타낼 수 있을까요? 여기 두 사람의 업계 전문가들의 제안이 있습니다.

Ted Uzzle, Director of Contracting, Columbia College Chicago:
dBu는 분명히 0.77459669Vrms로부터 나왔습니다. 이 값은 1mW=V^2/600 이라는 0dBm의 정의식에서 나왔습니다. 이 값은 평균도, 피크도 민주당원도 공화당원도 구교도도 신교도도 유대인도 플루크나 텍트로닉스나 HP가 전압을 구해도 dBu로 표시할 수는 없습니다. 단지 그 연관성이 사인파처럼 고정되어 있는지, 스피치나 음악처럼 계속해서 변하는지에만 상관이 있을 뿐입니다. 그래서 저는 다음과 같은 정의를 제안합니다.

' YYdBu값을 XX dB 초과하는 피크'

완벽하고 정확하고 표현 자체로 설명이 되는군요. 실은 이 표현 자체로 '헤드룸'이라는 단어나 제가 말해온 것들을 잘 정의합니다.

Tom Holman, TMH Corporation, and Professor at USC School of Cinematic Arts:

여러분이 사인파형을 측정할 때, B&K 계측기를 rms에서 peak로 설정을 변경하면 측정값이 3dB 올라갑니다. 또 반드시 그래야만 하죠. 더 정확하게 하자면, 우리는 '사인파가 클리핑이 되지 않는 상태의 최대 레벨은 YY dBu에 해당하는 rms 레벨에 적합한 XX Vpk 입니다.'라고 말해야만 합니다.

물론 실제 음향신호 – 다시 말해, 사인파가 아닌 -를 다룰 때는, 크레스트 팩터(crest factor )라고 부르는 용어와 연관되어서 좀 더 복잡해 질겁니다.

Crest Factor 크레스트 팩터

크레스트 팩터는 특정 시간 동안 측정된 파형의 rms값과 피크(crest;꼭대기)값의 비율입니다. 사인파의 크레스트 팩터값은 1.4 (~3dB)이고, 따라서 피크 값은 rms 값보다 1.414배 정도 더 큽니다. 일반적인 음악 신호는 4 ~ 10(12 ~ 20dB) 정도의 좀 넓은 크레스트 팩터 값을 가집니다. 이는 음악 신호의 피크 레벨은 rms값보다 12dB에서 20dB정도 더 크다는 것을 의미합니다. 또한 이 크레스트 팩터의 의미로부터 우리는 헤드룸이 오디오 신호에서 왜 중요한지를 알 수 있고, 왜 우리가 음향 신호를 측정할 때, B&K 계측기를 rms에서 peak로 바꾸면 읽혀지는 값이 12dB에서 20dB 정도 올라가게 되는지를 보여줍니다.

사각파형은 rms값과 peak값이 동일한, 즉 크래스트 팩터가 '1'이라는 극단적인 값을 갖습니다.

Crest Factors for Common Waveforms  

Wave Type

Waveform 

Vrms = ? Vpk

Crest Factor (Vpk / Vrms)

Sine Wave 

   

1/√2 = 0.707 

√2 = 1.414 = 3 dB 

Triangle Wave

1/√3 = 0.577 

√3 = 1.732 = 4.77 dB 

Square Wave 

    

1/1 = 1.0 

1.00 = 0 dB 

Audio

(Music)

0.25 to 0.1 

4 to 10 = 12 dB to 20 dB 

What about dBFS? dBFS 뭐지?

0dBFS는 'Full Scale'과 같은 값을 갖는 디지털 오디오 신호에 대한 기준 레벨을 나타냅니다. 이 단위는 어떤 오디오 신호를 아날로그와 디지털로 변환하는 A/D, D/A 컨버터들의 사양을 정할 때 사용됩니다.

주; 풀스케일'Full Scale'은 데이터 컨버터에서 디지털 클리핑이나 디지털 오버로드가 발생하기 직전의 가능한 최대 피크 전압 레벨을 나타내줍니다. 아날로그 신호의 크기 값을 디지털로 표시할 때는 앞서 언급한 A/D컨버터 회로를 통해 변환이 되는데, 이때 크기를 표현하기 위한 2진자리수를 미리 정해놓습니다. 이 값이 A/D 컨버터의 분해능이라고 말할 수 있는데 16bit가 할당이 되어 있다면 이론적으로 96dB의 다이나믹 레인지를, 24bit가 할당이 되어 있다면 144dB의 다이나믹 레인지를 디지털 값으로 표시할 수 있습니다. 16bit가 할당되었다는 의미는 아날로그 값이 변환될 때 최대 16개의 1을 사용할 수 있다는 것입니다.즉, 1111 1111 1111 1111 1111 값이 이 A/D 컨버터가 디지털 값으로 표현할 수 있는 가장 큰 값이 된다는 것입니다. 그렇다면 그보다 큰 값이 들어 온다면 어떻게 될까요? 아날로그 세계에서는 클리핑이라는 신호의 찌그러짐으로 보이지만 디지털에서는 어떤값이 될지 예측을 할 수 없습니다. 분명한 것은 저 16개의 1중 임의의 자리들이 0으로 바뀔거라는 겁니다. 이러한 현상을 디지털 클리핑이라고도 하고 오버로드가 걸렸다고도 합니다. 그런데 문제는 그 값이 다시 D/A 컨버터를 통해 아날로그 신호로 바뀌면 입력단에 있던 아날로그 신호의 크기 변화와는 전혀 상관없는 다른 신호가 튀어 나올 거라는 겁니다. 이 때문에 디지털 클리핑이 발생하거나 오버로드가 발생했을 때는 디지털 잡음이라는 독특한 노이즈가 발생하게 됩니다.

Full scale 값은 이미 내부의 데이터 컨버팅 설계시에 결정이 되고, 모델마다 다양한 값을 가집니다.

따라서 Full scale은 A/D나 D/A같은 데이터 컨버터에 의해 결정되는 최대 신호 레벨이 됩니다. 이 값은 해당 컨버터에서 기준으로 사용되는 DC 전압레벨에 의해 결정됩니다. 따라서 모든 신호레벨은 피크 레벨의 의미로써 dBFS 단위로 나타냅니다. 또 이 dBFS레벨 값들은 최대 값이 0dBFS이기 때문에 항상 음수로 표현됩니다. 또한 절대 dBu로 나타낼 수는 없으나 단순히 dB로는 나타낼 수 있습니다. 예를 들어 어떤 신호의 레벨이 dBFS에 대해서 -10dB라는 의미는 이 신호의 피크레벨이 최대 피크 레벨보다 10dB 아래에 있다는 의미 입니다. 그리고 만약 이 신호가 음악 신호라면 그때는 평균 레벨(rms)은 12dB~20dB 더 낮다는 것을 의미합니다. 다음의 그림을 보세요.

Exception & Confusion 예외와 혼란

지금까지의 내용은 가장 보편적인 사용방법이었지만, 그러나 기술적으로 정확히 말하자면 틀린 내용입니다.

다음의 문서(AES Information Document for Digital audio engineering – Guidelines for the use of the AES3 interface, AES-2id-2006)는 Full-scale의 크기에 대해 다음과 같이 정의하고 있습니다.

Full Scale의 크기는 사인파형의 최고값이 가능한 가장 큰 디지털값으로 변환되고, 최저값이 가능한 가장 작은 값보다 '1'이 큰 디지털 값으로 변환되는 rms 전압입니다.

이는 full scale 크기의 사인파가 입력될 때 값이 +3dBFS가 될 것이라는 걸 의미합니다. 왜냐하면 사인파형의 크레스트 팩터는 3dB로 rms값에 비해 피크 값은 3dB높고 dBFS단위는 피크 값이라고 정의했기 때문입니다. 사각파형이 들어오는 경우에는 크레스트팩터가 0으로 rms값과 피크값이 동일하기 때문에 여전히 +3dBFS가 됩니다.

더 나아가 다음의 문서(AES Information Document for Digital audio engineering – Personal computer audio quality measurements, AES-6id-2006)에서는 dBFS를 다음과 같이 정의하고 있습니다.

"풀스케일 크기와 연관된 데시벨로 레벨을 표시하는 디지털 신호의 rms 크기" (최고값이 최대 디지털값으로 변환되고, 최저값이 최소 디지털값을 사용하지 않는 상태(즉 최소값보다 1큰 값)로 변환된 997Hz 사인파형의 rms 레벨로 정의되는 풀스케일 크기에 대한 입력 신호의 크기를 상용로그를 취해서 20을 곱해준 값)

골든룰은 dBFS를 사용해서 아날로그 신호 레벨을 절대 나타내지 않는 것입니다. 꼭 이렇게 해서 다른 사람을 혼란스럽게 하지 마세요.

What about PPM? PPM 뭐냐?

PPM(peak program meter)는 원래 유럽 쪽에서 피크 오디오 신호를 (VU미터를 사용해서 나타내는 평균 오디오 신호 레벨에 비해서) 정확히 측정하고 나타내기 위해서 개발된 오디오 미터입니다. 여전히 이 VU미터법은 많은 사람들이 그렇다고 믿고 있지만 사실 이 VU미터는 정확히 피크값을 측정하지는 않습니다. 이 PPM 미터는 VU미터가 300mS 동안 적분해서 보여주는 것에 비해서 더 두드러지게 보이기 위해 10mS 동안 적분하는 준첨두치(quasi-peak)값을 측정합니다. 따라서 아주 짧은 피크신호는 PPM에서도 보이지 않습니다. Thanks to Richard L. Hess (www.richardhess.com)

PPM은 VU미터와 논쟁 중입니다. (원래 VU미터는 VI 또는 volume indicator라는 이제는 고어가 된 명칭으로 불렀습니다.) 그리고 이제는 두 가지 미터가 모두 현대 레코딩 스튜디오에서 쓰이고 있습니다. PPM은 특히 디지털 오디오 레코딩이나 시그널 프로세싱에서 의미가 있는데 왜냐하면 디지털 레코딩에서는 0dBFS 값을 초과하는 상황을 방지하고, 시그널 프로세싱에서는 신호 레벨이 오버될 때 줄여주기 위해 예민하게 모니터링 하는 것이 필요하기 때문입니다.

모든 PPM 신호 레벨들은 정의된 대로 피크 값이기 때문에 결과적으로 어떤 혼란도 없습니다. 신호 레벨 정보가 더 필요하다면 우리가 앞서 처음 단락에서 언급한 것처럼 표현해야 합니다. 다시 말해, '이 신호는 YY dBu값을 XX dB 초과해서 피크에 도달합니다.' 라고요..

Headroom vs. "Peakroom" 헤드룸 피크룸(peakroom)

여러분은 이제 헤드룸과 Syn-Aud-Con의 Pat Brown이 피크룸이라고 부르는 것과의 차이를 구분할 수 있습니다.

피크룸은 여러분의 평균 신호 레벨과 클리핑 레벨 사이의 차이를 말합니다. 이 값은 여러분의 음향 신호 레벨이 피크에 도달할 때까지 얼마만큼의 여유를 가지고 있는지를 알려줍니다.

헤드룸은 여러분의 최대 피크 신호 레벨과 클리핑 레벨 사이의 차이를 말합니다. 이는 여러분이 여러분의 피크 신호 레벨과 클리핑 되는 레벨 사이에 존재하는 안전한 값이 얼마나 되는지 알려 줍니다.

예를 들어, 20dB 크레스트 팩터를 가진 +4dBu짜리 신호가 +24dBu신호에서 클리핑이 되는 특성을 가진 장치를 통과할 때는, 20dB의 피크룸을 가지지만, 헤드룸은 전혀 없습니다. 같은 장치에 사인파가 들어가서 클리핑이 생긴다면 3dB의 피크룸을 가지고 역시 헤드룸은 없습니다. +4dBu짜리 신호라는 것은 dBu의 정의에서 rms값임을 의미하고 크레스트 팩서가 20dB임으로 이 신호는 +4dBu+20dB=+24dBu 레벨까지 피크를 칠 수 있다는 것을 의미합니다. 그런데 예를 든 장치가 +24dBu에서 클리핑이 발생함으로 값이 딱 맞아서 클리핑이 발생하지 않는 지점에 이르는 거니 피크값이 나왔으나 클리핑은 발생하지 않음(피크룸)을 의미합니다. 사인파형이 클립이 발생했다는 것은 사인파의 피크 레벨이 +24dB에 이르렀다는 것이고, 거꾸로 사인파의 크레스트 팩터는 3dB이니 +24dBu – 3dB = +21dBu짜리 사인파형이 입력으로 들어갔음을 알 수 있네요. 이 상황에서도 +21dBu짜리 사인파형이 들어가서 피크 신호는 +24dBu까지 이르게 되니 피크는 발생하지 않으나 헤드룸은 여전히 없습니다.

이 피크룸은 표준화 된 용어는 아니지만 때로는 이 차이를 계산해 보는 것이 유용할 수도 있습니다.

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Translated and edited by Yunsong Sim.

Blog : soundoflife.tistory.com

Website : www.hajuso.com (하주소, 하나님이 주신 소리)

Aligning A Subwoofer With Full-Range Loudspeakers

Aug. 07, 2012, by Charlie Hughes

출처 : http://www.prosoundweb.com/article/optimally_aligning_subwoofers_with_main_loudspeakers/

 

PA 시스템의 설정에 있어서 어려움을 겪는 과정 중 하나가 서브우퍼와 메인 시스템과의 얼라인먼트 과정일 것입니다. 이를 위해서 스피커 제조사, 매니지먼트 제조사, 측정장비, 소프트웨어 제조사들이 다양한 장비나 시스템을 개발하고 있음에도 여전히 쉽지 않은 과정으로 남아 있습니다. 이에 대한 내용을 정리하는데도 책 몇 권 정도 분량이 쉽게 나올 것 같네요. 저자는 이에 대한 기본적인 개념을 설명하고 그룹 딜레이를 이용한 딜레이 값 선정 방법을 제시하고 있습니다. 현장에서는 엔지니어마다 고유의 설정값을 찾고 그 값을 활용하는 노하우들이 있을 것입니다. 당연히 이 글에서 제시하는 내용이 모든 경우에 적용되지도 않을 것이며, 실제 측정이 되지 않는 경우도 많이 있을 것입니다. 그럼에도 이 기사에서 제시하는 원리를 이해하고 멀티웨이 스피커 시스템의 설정에 접근한다면 더 쉽고, 정확한 설정을 할 수 있고 환경의 변화와 설정값의 변화에 따른 최종 출력 음질에 대한 판단에도 도움이 되리라 생각합니다. 그룹딜레이나 몇가지 용어의 경우에는 좀 자세한 설명을 추가하였으며, 직역보다 이해가 쉽도록 최대한 풀어 번역하였습니다. 궁금하신점이나 오류는 항상 이 기사 끝에 있는 웹사이트나 블러그로 연락 주시기 바랍니다.

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저는 "어떻게 풀레인지 라우드스피커 시스템에 서브우퍼를 잘 설정할 수 있을까요?" 라는 질문을 많이 받아 왔습니다. 저는 과연 이에 대한 해답을 얻을 수 있을지 알아보기 위해 이 문제를 탐구해 보는 것이 대단히 흥미로울 것 같다는 생각을 했습니다.

저역 주파수 대역을 더 크게 확장하기 위해서 라우드 스피커 시스템에 서브우퍼를 추가하는 작업은 통상 세가지 주요 요소를 고려하게 됩니다.

  • 서브우퍼와 풀레인지 스피커 사이의 상대적인 주파수 대역 (크로스오버)
  • 서브우퍼와 풀레인지 스피커 사이의 의 상대적인 출력 레벨 (게인)
  • 서브우퍼와 풀레인지 스피커로부터 나온 출력 신호의 상대적인 도착 시간 (딜레이)

마지막 요소가 아마도 가장 어려운 요소일 것 같습니다. 그리고 이 요소가 우리가 앞으로 주로 살펴볼 내용이 되겠습니다. 우리는 또한 첫번째 요소인 크로스오버에 대해서도 간단히 살펴보도록 하겠습니다.

우리가 앞으로 살펴볼 이 두 가지 요소를 잘 이해하고 다룰 수 있게 된다면 두 번째 요소는 그다지 큰 문제가 되지 않을 것 같군요.

라우드스피커들은 태생 자체가 밴드 패스 장치들이 됩니다. 왜냐하면 하나의 라우드 스피커 시스템을 구성하는 스피커 드라이버 하나하나들이 자신들에 맞는 주파수만을 재생하게 되기 때문입니다. 측정을 쉽게 하고, 또 어떤 일이 생기는 지를 그래프를 통해 알아 보기 쉽게 하기 위해서 저는 하이패스와 로우패스 필터들을 실제 라우드스피커의 각 드라이버들 대신에 사용할 것입니다. 결과는 마이크 위치에 대한 내용만 빼면 완전히 같을 겁니다.

앞으로 다룰 예제에서 실제 마이크를 사용하지 않고 오직 전기적인 측정만을 진행할 것이기 때문에 스피커의 위치를 옮긴다는 것은 불가능합니다. 이러한 이동은 고역대의 측정에 특히나 민감하게 되는데, 라우드스피커의 지향성에 대한 응답 특성 때문에 서로 다른 위치에 있는 장치의 측정된 응답 특성의 차이가 나게 되기 때문입니다. 저역대에서 대부분 무지향 특성을 갖는 장치에 대해서는 이러한 현상이 문제가 되지는 않을 것입니다. 즉, 저역 드라이버들에 대해서는 스피커가 위치가 문제가 되지 않지만, 고역대 드라이버들은 이러한 부분에 민감하게 반응합니다.

또 하나 고려해야 할 점이 있는데, 이는 측정 오차를 도출할 수도 있는 측정 마이크의 위치에 대한 점입니다. 이 마이크 위치는 우리가 예제에서 측정하고자 하는 두 개의 테스트 장치 (저역 드라이버와 풀레인지 드라이버)들로부터 측정 마이크(혹은 청취자의 귀)까지의 경로의 길이에 변화를 줄 수 있는 잠재적인 요소이기 때문입니다. 한곳의 마이크 위치에서 아마 합성신호의 가장 좋은 결과 값을 얻을 수 있을 것입니다.

크로스오버 대역 주파수에서 해당 주파수의 1/2 파장에 의해 경로의 길이 차이가 발생하는 다른 위치에서는 두 개의 드라이버 응답 특성이 합해질 때, 신호의 왜곡(캔슬레이션)이 발생 할 것입니다. 실제 현장에서 측정할 때는 측정마이크들을 신호 크기와 도착 시간의 차이가 그 공간의 대부분의 곳에서 비슷한 값을 갖는 위치에 배치해서 측정된 값이 측정하는 지역의 대부분을 커버할 수 있도록 하는 것이 좋습니다.

자, 이제 60Hz~14KHz대역을 잘 재생하는 풀레인지 클러스터를 가진 가상의 시스템을 상상해 봅시다. 우리는 이 클러스터에서 물리적으로 어느 정도 떨어진 거리에 서브우퍼를 추가하려고 합니다. 이 서브우퍼는 30Hz이하 까지도 잘 재생해줍니다. 이 두 개의 스피커의 응답특성 그래프를 아래 그림1에서 볼 수 있습니다.

그림1 – 각 시뮬레이터용 드라이버에 대한 개별 주파수별 신호크기 응답 특성

우리는 100Hz에서 4차 Linkwitz-Riley필터의 크로스오버를 스피커 얼라인먼트에 사용하려고 합니다. 우리는 서브우퍼에서 대해서는 100Hz 주파수에 4차 Linkwitz-Riley 로우패스 필터를 적용할 수 있는데, 왜냐하면 이 서브우퍼의 응답 특성을 보면 원하는 크로스오버 대역(100Hz) 윗부분에서도 꽤 평탄하기 때문에 우리는 서브우퍼의 자연적인 특성을 고려하지 않고 로우패스 필터만을 바로 적용할 수 있습니다.

그렇지만 풀레인지 클러스터에 대해서는 그렇게 간단히 적용되지 않습니다. 이 클러스트의 출력의 응답특성을 살펴보면 크로스오버 대역(100Hz근처)에서 이미 주파수 응답 특성이 감쇄되기 시작하네요. 이제 우리는 클러스터의 이러한 자연적인 주파수 응답 특성과 결합했을 때, 100Hz의 컷오프주파수 (Fc ; Cutoff Frequency ; 필터가 적용되는 주파수 값으로 통상 -3dB 줄어드는 지점을 의미함)에서 우리가 원하는 어쿠스틱 응답 특성을 얻을 수 있는 전기적인 필터 (여기에선 4차 Linkwitz-Riley)를 적용해야 할 필요가 있습니다.

그림2는 필터가 적용되지 않은 자연적인 클러스터의 응답특성과 목표로 하는 Linkwitz-Riley 응답특성 그리고, 필터를 거친 이후 원하는 Linkwitz-Riley응답 특성을 얻은 클러스터의 응답특성을 보여주고 있습니다. 목표로 하는 응답 특성을 얻기 위해서 우리는 3차 Butterworth 하이패스 필터를 115Hz에서 걸어 주었습니다.

그림2 – 필터 없는 클러스터의 응답특성(청색), 목표로 하는Linkwitz-Riley 응답특성 (녹색), 3차 Butterworth 하이패스 필터를 걸어준 클러스터의 응답특성(적색)

원하는 응답특성에 더 잘 부합하는 주파수 응답특성을 얻기 위해서는 좀 더 낮은 컷오프주파수 특성의 필터와 파라메트릭 EQ 필터를 써야만 할 것 같습니다. 그렇지만 위에서 얻은 응답 특성도 우리가 원하는 특성을 만족할 만큼충분히 비슷하네요.

앞에서 얻은 두 장치의 출력이 결합하면 우리는 다음의 그림3과 같은 응답 특성을 얻게 됩니다. 그런데 합해진 크기에 대한 응답 특성은 전혀 우리가 원하는 바가 아니군요. 뭔가가 신호를 왜곡 시키는 것이 분명합니다. – 캔슬레이션이 생겼군요.

그림3 – 개별 장치의 재생 대역에서의 크기에 대한 응답 특성과 합해진 전체 대역의 응답 특성

우리가 보기엔 각 장치(드라이버, 유닛)에 대한 Linkwitz-Riley 어쿠스틱 주파수 응답 특성이 합해지면 평탄한 응답 특성이 나와야 할 것 같습니다. 그런데 그렇지 않다는 것은 이러한 합성 신호를 시간축에서 보면 두 개의 장치가 잘못된 얼라인먼트가 된 문제가 있음을 보여주는 것 같습니다.

다음 그림4에서 재생 주파수 대역에서의 ETC(Envelope Time Cureve)그래프를 보면 이 두 개의 장치가 정확히 일치하지는 않는다는 것을 볼 수 있습니다. 클러스터의 신호(적색)가 시간축에서 서브우퍼 신호(청색)의 도착 시간보다 더 앞쪽에 있어서 더 빨리 도착하게 되는 셈이니 우리는 이 풀레인지 클러스트에 딜레이를 걸어줄 필요가 있겠군요. 그렇지만 딜레이 값을 얼마나 걸어야 할까요?

그림4 – 재생 대역에서의 개별 ETC

우리가 이 그래프에서 서브우퍼와 클러스트의 피크 값끼리 얼라인먼트를 맞추기로 한다면 우리는 14.7mS를 클러스터에 딜레이로 걸어주어야 합니다. 서브우퍼의 피크값에서의 시간이 18mS정도이고 클러스의 피크값에서의 시간은 3.3mS정도 이기 때문입니다. (18-3.3=14.7)

다른 방법으로는 서브우퍼의 ETC의 앞쪽 경사면에 클러스터 그래프의 앞쪽 경사면을 맞추도록 해보면 얼마나 딜레이를 걸어주어야 하는지 알아볼 수 있을 것 같은데, 이 경우에는 대략 10mS정도를 클러스터에 걸어 주면 되겠네요.

두 가지 방법에 대한 주파수축과 시간축에 대한 그래프를 그림5와 그림6에서 볼 수 있습니다.

그림5 – 10mS(적색), 14.7mS(청색)을 클러스터에 딜레이 값으로 주었을 때의 주파수 축에서의 크기에 대한 응답 특성

그림6 – 10mS(적색), 14.7mS(청색)을 클러스터에 딜레이 값으로 주었을 때의 시간 축에서의 크기에 대한 응답 특성

주파수 축에서는 두 가지 모두 통상 좋은 신호의 합성(평탄한 특성)이라고 생각할 만 하지는 않아 보입니다. 시간 축에서 보니 좀 더 짧은 딜레이 값이 긴 값에 비해 더 이상적인 값에 근접할 것 같아 보입니다.

우리는 시간과 주파수 양 축 모두에서 응답 특성을 최적화 하기 위해 다른 딜레이 시간을 예상해볼 수 있을 것 같습니다. 다행히도 더 좋은 방법이 있네요.

현재 놓인 문제는 우리가 서브우퍼의 출력에서 단지 저역 주파수에 대한 정보만 가지고 있다는 점입니다. 그런데 이게 왜 문제라는 거죠?

다음의 식에서:

Δt =1/ Δf

where Δt is time resolution and Δf is frequency resolution, we can see that high frequency resolution (small vale of Δf) will yield low time resolution (large values of Δt).

왼쪽 Δt항은 시간에 대한 해상도이고 이 값이 작다면 더 짧은 시간 정보를 얻을 수 있어서 더 높은 해상도를 얻을 수 있음을 의미합니다, 오른쪽 1/ Δf항은 주파수에 대한 해상도이며 이 값이 작다면 역시 더 작은 값을 얻을 수 있어서 더 높은 해상도를 얻을 수 있음을 의미합니다. 높은 주파수 해상도(Δf 값이 작다는 거죠)는 낮은 시간 해상도 (큰 Δt 값)를 도출한다는 점을 볼 수 있습니다.

우리는 클러스터를 어느 시점에 일치 시켜야 하는 지를 알기 위해서, 서브우퍼의 출력에서 (더 높은 Δf, 즉 더 정밀한 주파수 해상도에 부합하는) 더 높은 주파수 대역이 필요합니다.

할 수 있다면 우리는 출력 신호에서 원하는 더 높은 주파수 값을 얻기 위해서 서브우퍼에 걸려 있는 로우패스 필터를 바이패스 할 수도 있습니다. 이렇게 하면 서브우퍼에서 나오는 에너지의 도착시간을 더 정확히 정하는데 도움을 얻을 수 있을 것입니다.

그렇지만 우리가 이렇게 할 수 없거나, 아니면 그렇게 하더라도 충분한 시간 해상도를 얻을 수 없다고 가정해봅니다.

그렇다면 우리에게 필요한 것은 고주파수 정보 없이 정확한 시간 축에 대한 정보를 얻는 방법 뿐입니다. 이 방법은 불가능한 것처럼 보이지만, 사실 시간 축에 대해서만 그렇습니다. 주파수 축에서는 꽤 정확하게 상대적인 시간 정보를 산출해내는 기준이 있습니다.

이것이 바로 그룹딜레이(group delay, 군지연)입니다. 그룹딜레이는 수학적으로 정의가 되어 있는데, 주파수에 따른 위상 변이의 비율에 음수를 취한 값입니다. 이는 위상이 변하는 값을 주파수별로 나누어서 구하게 됩니다. 일반적인 필터의 특성상 어떤 필터가 적용되면 이 필터에 들어간 신호가 출력으로 나올 때 시간 지연이 발생하는데 이는 위상 변이로 나타납니다. 그런데 100Hz – 1KHz 밴드패스 필터를 예를 들어보면 이 필터에서 발생하는 시간 지연은 이 필터를 통과하는 신호의 주파수와 상관없이 동일하게 적용됩니다. 그런데 주파수가 다르면 같은 시간 지연 값이 적용될 때, 그 위상 변화는 주파수마다 달라지게 됩니다. 100Hz가 한바퀴 도는데 걸리는 시간과 1KHz가 한바퀴 도는 걸리는 시간이 다르기 때문에 여기에 같은 시간이 더해지면 실제 위상이 변한 값은 두 주파수에서 다르게 되고, 이 변화를 특정 값으로 계산하는 것이 그룹딜레이가 됩니다. 그래서 그룹딜레이 식에는 주파수(ω)정보가 들어갑니다.

τg = dφ / dω

그림3과 그림4는 개별 재생 대역에서의 같은 측정 값에 대한 서로 다른 시각(관점, 뷰, 도메인)을 보여주는 것입니다. 만약 우리가 그림7에서 그림3,4와 같은 데이터로부터 그룹 딜레이를 바로 본다면, 우리는 몇몇 쓸만한 정보를 더 얻을 수 있습니다.

그림7 – 크로스오버 필터가 적용된 서브우퍼(청색)과 클러스터(적색)의 그룹 딜레이

각 커브에서의 고주파수대역에서의 안정화된 값은 그 장치에서 나온 신호가 도착하는 시간을 주파수 별로 표시합니다.

이 커브에서 우리는 클러스터의 도착 시간은 대략 3.3mS이라는 것을 알 수 있습니다. 대략 1KHz 대역 이상의 값을 보면 그 정도 값을 유지하는 군요. 이는 그림4의 ETC값과도 잘 맞습니다.

그런데 고주파 대역에서 보이는 서브우퍼의 커브의 흔들림 때문에 신경 쓰지는 않아도 됩니다. 이 흔들림은 400Hz 이상 대역을 측정할 때의 아주 낮은 S/N(signal to noise, 신호대 잡음비)때문에 발생합니다. 그림3을 참조해보면, 서브우퍼의 출력은 200Hz에서 벌써 -24dB 이하임을 알 수 있습니다.

우리가 4차 필터를 사용하고 있기 때문에 400Hz에서는 -48dB이하가 되고 더 가파르게 감소됩니다. 이러한 이유로 고주파 대역에서 SNR문제가 생기는 것은 의심의 여지가 없습니다.

우리는 서브우퍼의 커브에서 300Hz 정도를 보면 이 스피커의 고주파수 한계 대역에서의 그룹딜레이 값을 얻을 수 있는데 대략 11.0mS정도 되는 것으로 보이는군요. 같은 주파수에서 그룹딜레이를 비교하기 위해 이 주파수(300Hz) 대역에서의 클러스터의 그룹딜레이를 확인해보면 대략 3.9mS정도네요. 이 값은 더 높은 주파수 대역에서의 3.3mS와는 좀 차이가 납니다.

그리고 이 그룹딜레이는 하이패스 필터와 이 장치(서브우퍼)의 자연적인 하이패스 응답특성 때문에 생기는 위상 변위에 의해서도 발생합니다. 서브우퍼에 사용된 로우패스 필터 역시 유사한 위상 변위를 만들어냅니다. 결론적으로 우리가 충분한 SNR을 가진 고주파수 대역에서 두 장치의 그룹딜레이를 측정한다면 비슷한 그룹 딜레이 차이를 볼 수 있을 것입니다.

11.0mS와 3.9mS의 차이를 취해서, 우리는 이제 이 클러스터에 적용할 딜레이 값으로 7.1mS 값을 쓸 수 있게 되었습니다. 이 값을 적용하면 그림8과 그림9에서 두 출력의 합성신호의 응답 특성을 개별 신호들의 응답 특성과 같이 볼 수 있습니다. 이 결과는 거의 완전히 우리가 원하는 바와 같네요.

그림8 – 개별 장치의 재생 대역에 대한 크기의 응답 특성과 클러스터에 7.1mS 딜레이 값을 적용하여 합성된 신호의 응답 특성

그림9 – 개별 장치의 재생대역에서의 ETC 커브와 클러스터에 7.1mS 딜레이 값이 적용된 합성 신호의 특성 커브

그림8의 합성 신호의 응답 특성을 보면 150Hz 정도에서 0.5dB미만의 차이가 보이네요. 이 정도의 오차는 클러스터의 자연적인 출력 특성과 우리가 목표로 한 Linkwitz-Riley 필터 특성이 정확히 맞지 않아서 생긴 오차입니다. (그림2를 참조하세요)

로우패스 필터의 응답특성이 어떻게 '분명히 구분되는' 도착 시간에 영향을 끼치는지를 살펴보는데 도움을 얻는데 흥미를 보일만한 한가지 요소가 더 있습니다. 제가 '분명히 구분된다'라고 언급했는데 왜냐하면 이 구분은 도착시간이 변경될 때만 드러나기 때문입니다. 그림10과 그림11에서 4차 butterworth 로우패스 필터를 사용한 경우의 ETC와 IR 특성 그래프를 볼 수 있습니다.

그림10 – 서로 다른 컷오프 주파수 특성(Fc)을 가진 로우패스 필터의 ETC 특성

그림11 – 서로 다른 컷오프 주파수 특성(Fc)을 가진 로우패스 필터의 IR 특성

이 특성 그래프들 사이의 유일한 차이는 적용한 필터의 컷오프 주파수(Fc, -3dB 되는 지점)입니다. 이 모든 필터들에 대한 실제 도착 시간은 5mS로 동일합니다. 이 필터와 같이 사용될 하이패스 필터의 도착시간이 5mS정도라면 이 그래프 상의 상대방 로우패스 필터와 같이 적절하게 잘 합성되어서 좋은 결과를 만들 수 있을 것 같습니다.

만약 하이패스 필터를 거친 신호의 도착 시간이 좀더 지연되어서 5mS 이상 늦어지게 된다면, 우리가 앞서 그림5와 그림6에서 설명한 것과 같이 필터들의 합성에서 오차가 발생하게 될 것입니다.

우리는 어떻게 전기적인 필터의 응답특성이 라우드스피커의 자연적인 응답특성과 결합되어서 합성된 출력에서 원하는 응답특성을 도출할 수 있는지를 살펴보았습니다.

또한 장치의 로우필터 동작 특성 때문에 장치의 실제 도착시간보다 측정되는 도착시간이 어떻게, 왜 더 지연되는지에 대해서도 살펴보았습니다.

이러한 내용을 근거로 우리는 로우패스 필터의 특성으로 인해 장치의 고주파 대역의 출력이 제한되는 상황에서 상대적으로 더 나은 정밀한 정확한 딜레이 값을 찾기 위해 그룹딜레이를 어떻게 사용하는지에 대해 증명해 보았습니다.

저는 누군가가 이러한 기술의 사용법을 발견하기를 기대합니다.

Charlie Hughes는 피베이와 알텍랜싱 사에서 근무하면서 20년 이상을 프로오디오 산업계에서 주요 인사로 여겨져 왔습니다. 그는 현재 컨설팅, 설계, 측정 서비스 등을 제공하는 NC의 샤롯데 근처에 위치한 Exceisior Audio Design & Sevices를 이끌고 있습니다. 그는 또한 AES, ASA, CEA, NSCA의 멤버로도 활동하고 있습니다. 추가로 몇 개의 AES와 CEA의 표준화 위원회의 멤버로도 활동하고 있습니다.

Translated and edited by Yunsong Sim

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파워 앰프 너 뭐냐?

지난 몇 가지 문서의 번역을 통해서 시스템 세팅에 필요한 라인 레벨 세팅이라고 불리는 게인 스트럭쳐와 앰프의 선택 기준에 관련된 내용들을 정리하면서 설명에 빠져있거나 개념만 설명이 되어 있고, 흔히들 많이 오해하고 있는 –내지는 알고는 있지만 실제 의미는 희미한 – 앰프의 동작에 대해 정리를 해보고자 합니다. 사실 이 내용들은 이미 다른 문서들을 통해서도 많이 언급된 내용이지만 번역이나 설명의 한계로 인해 이해가 쉽지 않아서 다시 한번 정리할 필요가 있다는 생각을 했습니다.

이 기사는 PA에서 사용되는 일반적인 앰프들의 특성에 대해 다룰 거고 몇 가지 간단한 앰프 사양 값을 읽는 것에 대해서도 언급하겠습니다. 항상 그랬듯이 그럼에도 의문이 드는 내용은 알려주시면 추가하도록 하겠습니다.

앰프의 기능

먼저 앰프의 동작에 대해 살펴보겠습니다. 우리는 신호를 증폭하는 장비들을 보면 입력 신호는 그대로 있는데 노브를 돌리면 소리가 커지는 상황을 자주 보게 됩니다. 가장 흔한 게 믹서의 프리앰프 (게인)를 조절하는 노브가 되겠네요. 사실 이런 기능의 회로는 증폭도를 조절하게 되어 있습니다. 아주 작은 신호(마이크 신호의 경우 수mV)를 1V가 되도록 키우는 기능이니 사실 감쇄는 거의 없고 돌리면 증폭도가 증가하여 신호가 커지게 되는 거죠. 그런데 이러한 개념에 익숙하다 보니 앰프도 작은 신호를 항상 크게 키우는 거니 증폭-도!!!를 키운다고 생각하는 경향이 있는 것 같습니다. 그러나 앰프의 볼륨은 증폭도를 조절하는 것이 아닙니다. 앰프가 몇 배 증폭할 것인가는 이미 고정되어 있으며 사용자가 쉽게 바꿀 수 없고, 특히 볼륨 같은 방식으로 바꿀 수는 없습니다. 따라서 증폭비율(증폭도, 게인)은 고정되어 있으니 이제 우리가 앰프의 출력값을 조절할 수 있는 방법은 들어오는 신호를 줄이거나 아니면 출력되는 신호를 줄이는 방법밖에 없습니다. 그런데 출력되는 신호는 수십 볼트에 달하는 아주 큰 신호이고 특히 대용량의 전류를 흘릴 수 있기 때문에 이런 신호를 제어하는 것은 대단히 어렵습니다. 사실 신호의 품질이나 신뢰성, 가격 등을 생각하면 거의 의미가 없습니다. 그래서 우리는 그보다 훨씬 다루기 용이한 입력신호를 조절하게 되었습니다. 따라서 앰프에 있는 볼륨 조절기는 입력 신호를 조절하는 기능이라고 생각하면 됩니다. 특히 우리는 이 조절기를 어테뉴에이터 (감쇄기, Attenuator)라고 부르는데 이는 볼륨을 최대로 했을 때가 파워앰프의 입력단자로 나온 신호가 그대로 증폭이 되고 이 볼륨을 줄이기 시작하면 입력신호가 점점 줄어든다는 의미입니다.

이제 이런 동작을 생각하면서 파워 앰프의 가장 중요한 사양 값들 몇 가지를 살펴 보겠습니다.

몇 가지 공식

파워 앰프의 가장 중요한 역할은 신호를 증폭하는데 있는데 이를 좀더 들여다 보면 들어온 신호의 전압값과 전류값을 증폭하는 것입니다. 우리가 잘 아는 몇 가지 식을 한번 볼까요?

V=I x R (V-전압 , I-전류, R-임피던스)

W=I x V ( W-출력, 파워, 에너지, 전력….)

이 식을 풀어 설명하자면 임피던스는 앰프의 부하 즉, 스피커의 임피던스를 의미하고 V는 앰프의 출력 전압, I는 앰프의 출력 전류가 되겠습니다.

이 식으로부터 전압이 커지면 전류도 커져야 하는군요. 만약 스피커의 임피던스가 작은 제품으로 바꾸면 같은 전압을 준다고 생각할 때 전류는 커져야 하는군요. 거꾸로 임피던스가 큰 제품으로 바꾸면 전류는 더 조금 흘러도 되겠네요.

두번째 식이 우리에게 좀더 실질적입니다. 왜냐하면 우리는 앰프를 부를 때 항상 '몇 와트'짜리라고 부르기 때문입니다. 따라서 그 '몇 와트'가 뭘 의미하는지 알아봐야겠네요.

W는 출력으로 나가는 전압과 전류를 곱한 값입니다. 즉 전압이든 전류든 출력으로 나가는 것들이니 뭔가가 더 나가면 출력은 커지게 됩니다. 그런데 출력이 일정한 값으로 정해져 있다는 것은 그 장비의 힘이 정해져 있다는 의미입니다. 이 경우 전류를 더 많이 가져가면 전압은 반비례하니 줄어들어야 하고 전압이 커지면 전류는 줄어들어야 하겠네요. 마치 저수지에 물이 가득 차 있는데 (파워가 정해짐) 물을 조금씩 뽑아 쓰면 (전류가 작으면) 아주 오래 쓸 수 있고, 물을 많이 뽑아 쓰면(전류가 커지면) 금방 없어지는 것과 같습니다. 사실 이런 예는 다른데도 많아서~

그런데 이 두 개의 식을 섞어주면 우리는 부하(스피커) 임피던스와 출력과의 관계도 알 수 있습니다.

W = I X V = (V/R) x V = V^2/R 이 되네요. 그리고 V^2 = W x R 이 되구요. 이제 전류는 사라지고 파워와 전압과 임피던스와의 관계를 살펴볼 수 있게 되었습니다. 앰프의 출력은 정해져 있다고 했습니다. 그 상태에서 스피커의 임피던스가 작은 걸로 바꾸면 출력 전압은 같이 작아 지게 됩니다. – 비례하지는 않지만. 사실 앰프는 신호의 크기(전압)을 증폭합니다.

파워앰프의 사양서 읽기

먼저 통상 앰프 사양서에서 발견 할 수 있는 정보를 알아보겠습니다. 다음은 MC2 제조사의 특정 제품 사양입니다.

E45라는 제품이고 아래와 같은 사양서(데이터시트)를 제공하고 있습니다. 이 중 출력과 관계되는 몇 가지 중요한 항목만 살펴 보도록 하겠습니다.

Output Power

채널 당 출력 파워가 임피던스 마다 나와 있군요. 그런데 임피던스가 절반으로 줄어들면 출력은 두배로 커지네요? 어? 같은 제품인데 출력이 두배, 네배가 되다니 이게 웬 횡재? 할 수 있지만 앞서 우리가 살펴 본 식에서 보니 출력과 임피던스는 서로 반비례하네요. 그래서 출력을 볼때는 반드시 얼마짜리 부하(임피던스)를 연결할 때 얻을 수 있는 파워냐 하는 점을 명시하는 것이 반드시 필요합니다.

Gain/ Sensitivity(증폭도 / 감도)

이 두가지는 다른 사양인 것 같은데 한 항목 아래에 있군요. 그런데 사실 이 두 가지는 같은 의미를 가지고 있고 한쪽이 바뀌면 다른 쪽도 같이 바뀝니다. Gain은 말 그대로 입력 신호를 몇 배 증폭하는 지를 dB값으로 표현합니다. 그리고 센서티비티의 의미를 아는 것이 중요한데 이 값를 입력 신호로 넣었을 때 이 앰프의 정격 출력이 나온다는 의미입니다. 식으로 풀어보자면

앰프의 출력 = 감도 값(sensitivity) x 증폭도(gain) 입니다.

그런데 앰프의 출력은 고정이죠? 그러니 증폭도가 커지면 출력은 정해져 있으니 입력되는 감도값은 작아져야 하고, 증폭도가 작아지면 출력값은 정해져 있으니 입력신호레벨(감도값)이 커져야 됩니다.

그런데 이 항목을 보니 게인과 감도 모두 세 가지씩 있군요. 이는 이 앰프는 세 개의 증폭도 중에서 선택해서 사용할 수 있다는 의미입니다. 어? 증폭도를 바꿀 수 있네? 처음 언급할 때는 앰프의 게인은 정해져 있다고 하더만.. 그런데 이 게인 변경은 사용자가 조절하는 볼륨 조절기로 하는 것이 아니고 내부나 혹은 뒤에 스위치등으로 변경하도록 되어 있습니다. 즉, 장치의 상태를 아예 바꾸어 주는 값이지 임의의 값으로 볼륨처럼 조절할 수 있다는 것을 의미 하지 않습니다.

이제 한번 이 값을 계산을 해 보겠습니다.

8옴일 때, 1250W를 내주는 앰프이고, 게인은 26dB로 설정 되어 있다고 하죠.

V^2=1250 x 8 = 10000 이네요. 그럼 앰프의 출력 전압 V=100V 가 되는군요. 그럼 4옴에 연결되면 어떻게 될까요? V^2=2500 x 4 = 10000이 되네요. 어? 여전히 출력 전압은 100V네요. 2옴이라면 V^2=4200 x 2 = 8400 이 되네요. 요건 좀 작아지네요. 대략 92V정도. 그렇습니다. 케이블 로스나 임피던스가 낮아지면서 받는 영향으로 약간의 차이는 있지만 앰프에서 나가는 출력 전압은 거의 일정하게 됩니다. 결국은 앰프는 일정 전압을 내주는 증폭장치가 되는거죠.

이제 이 값에서 게인과 감도의 관계를 알아 보겠습니다. 출력 전압이 100V라고 가정하고, dB계산을 해야 하겠네요. 대상 단위가 전압이니

증폭 게인dB = 20log(Vout/Vin) 입니다. (Vout = 출력전압, Vin = 입력전압)

그럼 감도값이 4.7V라고 하면 (4.7V가 입력될 때 최대 출력)

20log(100/4.7) = 20log(21.28) = 20x1.33 = 26.6dB 정도가 되네요. 어? 게인 항목의 가장 첫번째 값인 26dB와 비슷하네요.

반대로 이번엔 26dB 게인으로 앰프를 설정했다고 하고 최대 출력을 얻기 위한 입력 신호를 계산해 보겠습니다. 역시 위와 같은 식을 사용합니다.

26dB = 20log(Vout/Vin) = 20log(100/Vin)

Log(100/Vin)= 1.3

100/Vin = 10^(1.3) = 19.95

Vin = 100/19.95 = 5V

정확히 같지는 않지만 이는 게인과 감도를 근사값을 넣어서 그렇습니다.

이런 식으로 32dB/2.4V, 36dB/1.5V 를 계산해보면 두 가지 항목은 같은 의미(앰프 증폭율)를 가지고 있음을 알게 됩니다.

덤으로 게인에 대해서도 알아보죠. 이 앰프의 게인은 26dB, 32dB, 36dB 중 하나로 사용할 수 있습니다. 이는 모두 전압에 대한 증폭율을 의미하고요 전압의 경우 20dB증폭이면 10배가 됩니다.

따라서 26dB = 20dB+6dB 가 되는데 이는 10배와 2배를 곱해준 20배 증폭을 한다는 의미입니다.

32dB = 20dB + 12dB 가 되어서 10x4 = 40배 증폭입니다.

36dB = 20dB + 16dB가 되어서 10x6.3 = 63배 증폭이 됩니다.

그래서 감도값의 첫번째, 두번째 값을 비교하면 증폭이 절반으로 줄어드니 감도값은 두배 정도 커졌음을 알 수 있네요. dB연산에 대해서는 추후에 다른 기사로 써보겠습니다.

앰프에서의 클리핑

이제 앰프가 실제 증폭하는 신호에 어떤 일이 생기는지 알아보겠습니다.

우리는 앞서 앰프의 증폭에 대한 중요 사양을 읽고 계산할 수 있게 되었습니다. 이를 근거로 계산하기 쉽도록 예를 들어 보겠습니다.

8옴 부하(스피커)에서 50W의 출력을 내주는 게인 26dB짜리 앰프가 있다고 합시다. 그렇다면 우리는 출력 전압이 얼마나 될지 계산 할 수 있습니다.

V^2=50 x 8 = 400, 출력 전압 V = 20V가 되네요.

즉, 이 앰프는 출력전압을 최대 20V까지 내 줄 수 있습니다. 그리고 게인이 26dB라는 의미는 20배 증폭한다는 거니 입력신호가 1V가 들어올 때 최대 값(20V)을 출력할 수 있겠네요.

이를 그림으로 그려보면 다음과 같습니다.

이 그림은 입력신호의 시간축에 대한 파형, 출력신호에 대한 시간축과 주파수축에 대한 파형 그래프가 그려져 있습니다.

먼저 위쪽 그림을 보면 1V짜리 입력 신호가 들어와서 앰프가 20배(26dB) 증폭했을 때, 20V 짜리 신호가 깨지지 않고 잘 증폭 되었습니다. 이를 시간의 흐름에 따른 교류신호가 아니라 특정 시점에서의 주파수 축에서 보게 되면 1KHz짜리 신호만 잘 나오고 나머지 체배주파수(하모닉스)들은 아주 미미 하게 나옵니다.

아래쪽 그림은 2V짜리 신호가 들어 오는 경우입니다. 입력 신호는 우리가 생각하는 최대 입력 신호인 1V를 두 배나 초과해서 들어왔지만 깨지지는 않습니다. 문제는 증폭할 때 발생하는데 우리는 예상 하기를 20배 증폭했으니 40V짜리 신호파형을 만들어 주길 원하지만 실제 이 앰프는 20V까지 밖에 증폭할 수 없기 때문에 (전압 스윙의 한계) 올라 가던 신호는 위 아래 +,- 10V 지점에서 더 이상 커지지 못하고 잘리게 됩니다. 우리는 이러한 현상을 클리핑이라고 부릅니다. 실제 오실로스코프에서 파형을 측정해보면 이런 현상을 볼 수 있습니다. 그런데 이런 클리핑 된 신호를 주파수 측면에서 보면 대단히 흥미롭습니다. 입력된 신호의 주파수인 1KHz는 위 그림과 비교해서 더 커지지 못하고 같은 크기로 있습니다. 왜냐하면 더 커질 수 있는 전원이 없기 때문입니다. 그런데 이 주파수의 체배주파수들이 커지지 시작합니다. 결국 위 그림에서 거의 보이지도 않던 체배 주파수들이 증폭이 되어버린겁니다. 이러한 주파수들이 합해지면 왼쪽의 클리핑 된 파형으로 시간축에서 보여지게 됩니다. 이는 낮은 주파수라고 하더라도 클리핑을 발생할 정도로 증폭을 하면 출력단으로는 원래 신호에 없던 고주파 신호를 만들어내서 하이 주파수를 손상시키고 소리가 깨지게 들리는 원인이 됩니다.

Written By YunSong Sim

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How Much Amplifier Power Do I Need?

원본: http://www.crownaudio.com/how_much_power.htm

역자주: 이 문서는 파워 앰프 제조사의 기술 문서를 번역한 문서입니다. 따라서 해당 제조사에 대한 내용이 있음을 감안하시어 읽기를 부탁 드립니다. 몇몇 용어들이 정확한 의미로 번역하기 어려워서 그대로 음차를 하거나 사용한 부분이 있음을 양해해주시기 바랍니다. 그리고 구체적으로 제시 된 값들은 국내 상황과 맞지 않을 수도 있으며 실제와 차이가 날 수 있기때문에 참조만 하시기를 추천드립니다.

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제가 커피숍에서 포크 뮤직을 연주하고 있습니다. 제가 얼마만큼의 파워 앰프가 필요할까요?

저희 락 밴드가 2000석짜리 컨서트 홀에서 연주하려고 합니다. 우리는 몇 와트의 출력이 필요할까요?

제가 PA 스피커들을 몇 개 구매했습니다. 저는 이 스피커들을 태워먹지 않는 한도 내에서 최대한의 출력으로 사용하고 싶습니다. 어떤 앰프를 구매해야 할까요?

크라운 사에서 우리는 종종 비슷한 질문들을 받습니다. 이제 이 기사가 어느 정도 답변들을 제공할 수 있을 겁니다.

가장 먼저, 여러분들의 목표를 정하세요. 당신은 스피커들을 태워버리지 않고 가능한 큰 소리를 내도록 하고 싶습니까? 그렇다면 여러분이 읽어야 할 모든 것이 다음 섹션에 있습니다. 당신은 특정 공연장에서 특정 음압을 얻기 원하세요? 그렇다면 다음 섹션은 패스하고 Power vs. Application 섹션으로 넘어가세요.

How much power can my speakers handle? 스피커는 얼마나 파워를 받을 있나?

당신은 해당 스피커의 데이터시트에서 이 값을 찾을 수 있습니다. 공칭 임피던스 사양을 찾아보세요. 일반적으로 2,4,8 또는 16옴정도가 될 겁니다. 다음은 Continuous Power나 Continuous Power Rating 이라고 하는 사양을 찾아 보세요. 이 값은 IEC 등급 또는 Power 용량이라고 부를 수 있습니다.

당신이 파워앰프에서 클리핑이 생기지 않도록 할 수 있다면 (리미터를 사용해서), 채널당 스피커의 continuous power(정격출력) 보다 2~4배 정도 더 큰 파워 앰프를 사용합니다. 이렇게 해서 오디오 신호에서 피크까지 3~6dB 정도의 헤드룸을 쓸 수 있게 됩니다. 스피커들은 이 정도의 짧은 피크 신호 정도(허용 입력보다 3~6dB 큰)는 받을 수 있도록 설계됩니다. 만약 당신이 클리핑으로부터 파워 앰프를 보호할 수 없다면 (다시 말하자면, 여러분이 리미터가 없거나, 시스템은 과부하가 걸리거나 피드백이 발생한다면) 파워 앰프의 용량은 스피커의 정격 출력과 같아야 합니다. 이렇게 설정하면 스피커들의 입력으로 앰프 클리핑 신호가 과부하로 발생하여 들어가더라도 스피커들이 충격을 받는 것을 방지할 수 있습니다. 이러한 경우에는 피크 신호까지의 헤드룸이 확보되지 않아서, 여러분이 디스토션을 피하고 싶다면 스피커의 최대 출력보다는 낮게 스피커를 운영해야 할 것입니다.

당신이 가벼운 댄스 음악이나 보컬을 주로 다룬 다면, 우리는 채널당 정격 출력보다 1.6배 정도의 앰프 출력을 권장합니다. 당신이 헤비메탈을 주로 다룬다면, 채널당 정격 출력보다 2.5배 정도 큰 파워 앰프를 추천합니다. 파워 앰프는 반드시 스피커의 임피던스(2,4,8,16옴)을 고려해야 합니다.만약 당신이 가벼운 댄스음악이나 보이스를 중심으로 사용한다면, 체널당 앰프 출력을 스피커의 Continuous Power rating 의 1.6배 정도를 권장한다. 만약 당신이 헤비메탈을 한다면 체널당 앰프 출력이 Continuous Power의 2.6배이다. 앰프의 파워는 반드시 스피커의 임피던스(2, 4, 8, 16오옴)와 맞아야 한다.

예를 들어 봅시다. 여러분의 스피커가 임피던스는 4옴이고, 정격 파워는 100W라고 가정합니다. 여러분이 가벼운 댄스 뮤직을 연주한다면 파워앰프의 4옴 파워는 1.6 x100W 즉, 160W의 채널당 정격 파워를 가져야 합니다. 헤비메탈 장르를 연주하기 위해서는 앰프의 4옴 파워는 2.5x100W 즉, 250W 채널당 정격 파워(continuous)를 내줄 수 있어야 합니다.

여러분이 더 큰 앰프의 출력을 사용한다면, 여러분은 이 스피커의 콘을 끝까지 밀어붙여서 스피커가 손상을 입게 할 가능성이 있습니다. 여러분이 더 작은 앰프 출력을 사용한다면 여러분은 스피커에서 더 큰 소리를 내게 하기 위해서 클리핑이 생길 때까지 앰프 볼륨을 올릴 것입니다. 클리핑 된 신호는 과열로 인해 스피커에 손상을 입힙니다. 이러한 이유로 스피커의 정격 파워의 1.6~2.5 배 정도를 항상 유지 하세요.

Power vs. Application 출력 vs 응용

이 셕션에서는 여러분이 공연장을 충분히 크고 선명한 사운드로 채우기 위해서는 얼마나 큰 파워 앰프가 필요한지에 대해 제안을 하고자 합니다. 기본적으로 더 큰 사운드 시스템과 더 큰 공간에서는 더 큰 파워가 필요로 합니다. 고감도(high sensitivity) 특성을 가진 스피커는 낮은 감도 특성의 스피커보다 앰프 파워를 덜 필요로 합니다.

아래 리스트는 몇 가지 응용사례에서 필요로 하는 파워 앰프의 전체 출력을 보여줍니다. 각 응용사례는 원하는 음압과 전형적인 스피커의 감도에 근거로 한 출력의 범위를 가지고 있습니다.

이 리스트를 적용하기 위해서, 저희는 다음의 몇 가지 가정을 만들었습니다.

  • 홈 오디오를 위한 전형적인 스피커 감도는 85dB SPL / W /m (주; 1W의 앰프 출력을 스피커에 인가하고 1m 앞에서 측정했을 때 85dB SPL 음압을 얻는 감도), 작은 규모의 PA 스피커는 95dB SPL /W/m, 중간 규모의 PA 스피커는 100-105dB , 대형 PA 스피커들은 110dB 정도라고 가정 합니다.
  • 권장하는 출력은 포크, 재즈, 팝 뮤직 정도의 장르에 대해서는 10dB 정도의 피크 신호를 허용합니다. 사실 최대 출력은 25dB 정도는 높아야 하지만, 아주 짧은 길이의 클리핑은 신호 정도는 들리지 않기 때문에 허용할 수 있습니다.
  • 아주 세게 리미팅 되거나 컴프레싱이 되는 락 음악에 대해서는 6dB의 피크 신호를 허용하도록 출력을 권장합니다.
  • 크라운사의 앰프 개발 책임자인 제널드 스탠리씨에 따르면 앰프의 정격파워와 피크 파워는 거의 같다고 합니다. 일반적으로 피크 파워는 정격파워보다 단지 1dB정도 높습니다. 그리고 피크가 지속되는 시간과 상관이 있습니다.

Total amplifier power required in various applications 다양한 환경에서 필요로 하는 앰프 출력

  • 근거리 모니터링 : 25W – 평균 85dB SPL 음압이 필요할 때 (15dB 피크 신호 허용), 250W – 평균 95dB SPL 음압이 필요할 때 (15dB 피크 신호 허용) 주; 10dB의 음압을 얻기 위해 출력은 10배가 커져야 하는군요.
  • 가정용 오디오 : 150W – 평균 85dB SPL 음압이 필요할 때 (15dB 피크 신호 허용), 1500W – 평균 95dB SPL 음압이 필요할 때 (15dB 피크 신호 허용)
  • 50석짜리 커피숍에서 포크 음악을 연주하는 경우 : 25W ~ 250W
  • 중간 정도 공연장이나, 클럽 또는 150~250석 규모의 교회에서 포크 음악을 연주 하는 경우 : 95 ~ 250W
  • 작은 규모의 야외 축제에서 포크 음악을 연주할 때 (스피커에서 청중까지 15M 정도 거리) : 250W
  • 중간 정도 공연장이나, 클럽 또는 150~250석 규모의 교회에서 팝이나 재즈 음악을 연주 하는 경우 : 250 ~ 750 W
  • 2000석 규모의 컨서트 홀에서 팝이나 재즈 음악을 연주할 때 : 400~1,200W
  • 중간 정도 공연장이나, 클럽 또는 150~250석 규모의 교회에서 락 음악을 연주 하는 경우 : 적어도 1,500W 이상
  • 작은 규모의 야외 축제에서 락 음악을 연주할 때 (스피커에서 청중까지 15M 정도 거리) : 적어도 1,000 ~ 3,000W
  • 경기장, 대공연장, 원형 공연장 등에서 락이나 헤비메탈 음악을 연주하는 경우 (스피커로부터 청중까지 30~90M 정도 거리) : 적어도 4,000 ~ 15,000W

대규모 공연장에서의 락 콘서트에서 15,000W 정도의 파워를 사용할 수 있다고 하더라도 ( 피크 신호에까지 6dB정도의 헤드룸을 확보한 상태에서), 여러분은 종종 총 80,000 ~ 400,000W를 사용하는 대규모의 음향 렌탈사의 시스템을 볼 수 있을 것입니다. 그렇게 많은 출력이 필요한 이유는 20~24dB 정도 더 높게 발생하는 피크 신호에 대해서도 어떤 클리핑도 생기지 않도록 다루기 위해서 입니다. 또한 넓은 지역을 커버하기 위해서 추가로 필요한 스피커들에게 출력을 공급하기 위해서도 필요하죠.

한 개의 스피커로 필요로 하는 이런 큰 출력을 감당할 수 없다면, 여러분은 전체 출력을 여러 개의 스피커와 여러 채널의 앰프로 분산해야 합니다. 예를 들어 여러분이 원하는 음압을 얻기 위해서는 1,000W 정도의 출력이 필요하지만, 여러분이 가지고 있는 스피커들은 250W의 정격출력만 받을 수 있다고 합시다. 여러분은 채널당 500W짜리 파워 앰프를 사용할 수 도 있을 겁니다. 각 채널에 두 개의 스피커를 병렬로 연결하세요. (주; 그러면 각 채널에 두 개씩, 하나의 앰프에 네 통의 250W짜리 스피커를 연결하게 되는군요) 그렇게 해서 각각의 스피커가 250W씩 출력을 받도록 할 수 있습니다. (여기에서는 임피던스가 달라지면 앰프의 출력이 변하는 것은 고려하지 않았고, 케이블 손실도 고려하지 않았습니다.)

주의할 점이 있습니다. 여러분이 두 개의 스피커를 병렬로 연결하게 되면, 전체 임피던스는 절반으로 줄어듭니다. 예를 들어, 두 개의 8옴 스피커들을 병렬로 연결하면 임피던스는 4옴이 됩니다. 이 경우, 앰프의 출력 사양 중에서 4옴 출력 값의 절반을 받게 됩니다. (주; 앰프의 출력은 임피던스마다 달라지게 됩니다. 데이터시트를 참조하세요)

Power Calculator

크라운사의 웹사이트에는 특정 거리에서 원하는 음압을 얻기 위해 필요한 앰프 출력을 계산해주는 계산기가 있습니다. 피크 오디오 신호에 대해 필요한 앰프에서의 헤드룸 값을 dB로 넣는 항목도 있습니다. 다음 링크를 클릭하면 크라운사의 앰프 출력을 계산하는 계산기를 찾을 수 있고 관련된 식들도 있습니다. 출력계산기

여러분이 이 계산기를 사용하기 위해서는 스피커의 감도, 피크까지의 헤드룸, 청중까지 거리와 원하는 음압 (SPL)을 알아야 합니다. 이제 각 항목들을 알아봅시다.

Sensitivity

스피커의 감도 사양은 스피커 데이터시트상에서 찾을 수 있습니다. PA스피커의 일반적인 감도는 95~110dBSPL/Watt/Meter 가 됩니다. 더 큰 스피커들은 작은 스피커들에 비해 더 높은 감도를 가지고 있으며, 고역대용 드라이버들은 저역대 드라이버들보다 더 높은 감도를 가지고 있습니다.

Peak headroom

음악은 평균레벨보다 6~25dB까지 순간적으로 커지는 피크 신호를 포함하고 있기 때문에, 파워앰프는 디스토션 없이 이러한 피크 신호를 잘 처리할 수 있도록 충분한 파워가 필요합니다.

예를 들어, 여러분이 원하는 평균 음압을 얻기 위해서 100W의 정격 출력이 필요하다면, 평균보다 순간적으로 10dB커지는 피크 신호를 다루기 위해서는 1,000W가 필요하고, 15dB 피크신호에 대해서는 3,162W가, 20dB 피크 신호에 대해서는 10,000W가 필요합니다. 분명한 것은 피크 신호는 평균 레벨의 신호에 비해 더 많은 출력이 필요하다는 점입니다. 이 계산기에서의 피크 헤드룸 항목(Peak Headroom)에는 컴프레싱이나 리미팅이 된 락 음악에 대해서는 6dB, 압축이 없는 라이브 음악에 대해서는 20~25dB 값을 넣습니다. 여러분이 순간순간 짧게 나오는 인지하지 못하는 정도의 클리핑 신호는 그냥 내보낼 수 있다면, 10~15dB 값을 넣습니다.

Listener distance from source

이 항목은 스피커에서부터 가장 먼 청중까지의 거리입니다. 여러분이 몇 개의 스피커들을 청중 쪽으로 확장해 가면서 사용한다면 (주; 딜레이 시스템을 사용한다면) 이 항목에서의 거리는 청중에서 가장 가까운 스피커부터 청중까지의 거리가 됩니다. 예를 들어 청중이 30M 정도 길게 자리잡고 있고, 스피커는 0M와 15M에 있다면 이 항목에 넣을 값은 15M가 됩니다.

여러분이 만약 이 거리를 모른다면, 아래에 있는 전형적인 값으로 적당히 넣을 수 있습니다. 단위를 미터(M)로 사용한다는 점을 기억하세요.

커피하우스 : 4.8~9.8M
작은 규모의 클럽이나 공연장: 9.8M
중간 규모의 클럽, 공연장, 교회 : 13.7M

2000석 규모의 컨서트홀 : 33.5M

작은 규모의 야외 축제 : 15.2M

경기장이나 대형 야외 공연장 : 30.5 ~ 91.4M

Desired SPL

아래 나온 값들은 다양한 장르의 음악에 대한 일반적인 음압 레벨입니다. SPL값은 느린 반응을 보여주는 C-weighting을 기준으로 측정되었습니다. 여러분은 좋은 S/N 비를 얻기 위해서 백그라운드 노이즈 보다는 적어도 10dB정도는 더 높게 출력을 내는 것이 좋습니다.

New age: 60-70 dB
Folk: 75-90 dB
Jazz: 80-95 dB
Classical: 100 dB
Pop: 90-95 dB
Rock: 95-110 dB
Heavy metal: 110 dB.

Other Considerations

여기에서 논의한 계산법은 무향실이나 실외와 같은 상황에 적용할 수 있습니다. 만약 사운드 시스템이 실내 공연장 같은 곳에서 사용된다면, 실내 잔향 때문에 통상 6dB정도 음압이 높아집니다. 여러분은 이렇게 증폭된 값을 여분의 헤드룸으로 사용할 수 있습니다.

여러분이 피크 신호에 대해 1000W 정도의 출력이 필요하고 가지고 있는 스피커는 250W정도의 정격 출력을 받을 수 있다고 가정해 봅시다. 보통 스피커는 자신이 받을 수 있는 정격출력에 비해서 4배 정도의 피크 출력을 받을 수 있습니다. (주; 여기에서 출력을 받을! 수 있다고 번역한 점을 유의해서 보세요. 자신이 낼 수 있는 출력 음압이 아니라 받을 수 있는 앰프의 출력 신호를 의미합니다.) 따라서 이 스피커는 아마 1000W 정도의 피크 출력을 받을 수 있을 겁니다. 이는 여러분이 1000W 출력짜리 앰프를 이 스피커를 구동하는데 쓸 수 있다는 의미입니다. – 단, 그 출력이 피크 신호일 때만 나오고, 스피커를 항상 1000W의 출력에 쓰지 않는 동안만입니다. 달리 말하자면, 앰프를 클립이 생길 때까지 계속 올리지 마세요.

여러분의 사운드 시스템이 액티브 크로스오버를 쓰고 각 스피커 드라이버마다 개별 채널을 쓴다면 어떨까요? 그렇다면 위의 계산기를 개별 드라이버 타입에 맞게 따로 계산하세요. 3웨이 시스템을 사용한다고 합시다. 그러면 서브와 중역, 고역대의 세 개의 드라이버에 대해 따로 필요한 출력을 계산합니다. 세 타입의 드라이버 모두 같은 거리에서 동일한 음압을 내야할겁니다. 주의할 점은 혼로딩 타입의 드라이버들은 통상 서브우퍼보다 더 높은 감도를 가지는 경향이 있기 때문에, 같은 음압을 내기 위해서는 우퍼보다 더 적은 출력으로도 충분합니다.

사운드시스템이 관객 좌석으로 펼쳐지는 여러 개의 스피커들을 가지고 있다고 합시다. 30m마다 딜레이 시스템으로 스피커 클러스터들이 계속 있는 야외 페스티벌의 경우, 혹은 천정에 배치된 스피커들의 조합 같은 경우를 예로 들어 봅시다. 이런 경우는 각각의 근접한 스피커 클러스터나 천정 스피커마다 필요한 출력을 계산해서 적용합니다.

Crown Amplifier Selection Guide (rated by total power)

여러분이 얼마나 파워가 필요한지 알고 나면, 아래 목록에서 크라운사의 앰프들 중 적당한 제품을 고를 수 있습니다. 이 리스트에 보면 중복되는 제품들이 있는데 이런 제품들은 부하 임피던스에 따라 낼 수 있는 출력이 달라지기 때문입니다.

여러분은 사용하는 분야가 더 넓어질 것을 대비해서 지금 필요로 하는 것보다 더 큰 출력의 앰프를 골라야 할 겁니다. 사실 필요로 하는 것보다 좀더 큰 앰프를 선택하는 게 지혜로운데, 왜냐하면 시스템이 너무 크다면 여러분은 항상 앰프의 출력을 줄일 수 있지만, 시스템의 너무 조용하면 여러분은 최대 값 이상으로 출력을 키울 수는 없기 때문입니다.

Total power (both channels combined)

25-50 W: D-45
50-100 W: 180A, 180MA, D-75A
100-200 W: 280A, 280MA, CP660
200-400 W: 1160A, 1160MA, CP660, CTs 600, XLS 202
400-800 W: CE 1000, CE 2000, CH1, CL1, CTs 600, CTs 1200, K1, MA-602, MA-1202, SR II, XLS 202, XLS 402, XLS 602
800-1,000 W: CE 1000, CE 2000, CH1, CH2, CL2, CTs 4200, K1, MA-1202, SR II, XLS 402, XLS 602, Xs500, Xs700 
1,000-1,500 W: CE 1000, CE 2000TX, CE 4000, CH2, CH4, CL1, CL2, CL4, CTs 1200, CTs 2000, CTs 3000, CTs 4200, CTs 8200, K1, K2, MA-1202, MA-2402, SR II, XLS 402, XLS 602, Xs500, Xs700, Xs900, Xs1200
1,500-5,000 W: CE 4000, CH4, CL2, CL4, CTs 2000, CTs 3000, CTs 8200, I-T4000, I-T6000, K2, MA-3600VZ, MA-5002VZ, SR I, XLS 602, Xs700, Xs900, Xs1200
4,000-8,000 W: I-T6000, I-T8000, MA-5002VZ

여러분은 이 기사에 있는 도구와 조언들로 음악이나 공연장의 종류에 따른 정확한 출력을 가진 파워 앰프를 구매하거나 권장할 수 있게 되어야만 합니다.

References:

Bradford Benn, Business Development Manager at Crown International.

Don & Carolyn Davis, Sound System Engineering, second edition. Howard W. Sams & Co., 1987, pp. 273-275.

John Eargle, JBL Professional Sound System Design Manual 1999 Edition (from www.jblpro.com)

David L. Glass, Tech Support Specialist at Crown International.

JBL, Speaker Power Requirements. From www.jblpro.com.

Chuck McGregor, How Big an Amplifier Do I Need for a Loudspeaker?, www.live-audio.com/studyhall/watts.html.

Brad Nelson, Six and a Half Steps to Proper Amplifier Size, Syn Aud Con Newsletter (Vol. 27, No. 1, Winter 1999). In that same issue, Pat Brown wrote an article on amplifier power calculation. Brad Nelsons article was republished as The Right Call in the Sept 2000 Sound & Video Contractor magazine.

Gerald Stanley, Senior Vice President of Research & Development at Crown International.

Syn Aud Con mail list. Special thanks to Pat Brown and Brad Nelson.

Chris Vice, calculator Javascript programming

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Translated By YunSong Sim

Blog : soundoflife.tistory.com

Website : www.hajuso.com ( 하나님이 주신 소리)

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)

How Do You Set System Gain Structure?

역자서문 ; 전기 음향 시스템을 다루는 데는 크게 두 가지 분야가 있다고 봅니다. 그 중 하나는 시스템을 설계하고 실제 시공, 설정을 하는 시스템 디자인 분야이고, 하나는 그 시스템으로 믹싱을 하는 것입니다. 이 두 분야에서 공통으로 고려되어야 할 것이 바로 이 문서에서 다루고자 하는 게인 스트럭쳐입니다. 시스템 디자인 엔지니어와 믹싱 엔지니어가 만나게 되는 동일 지점이 바로 이 지점이고 이를 분명히 이해하게 될 때 시스템의 성능 향상과 효율을 높이는 것뿐 아니라 믹싱 엔지니어도 신호 흐름의 각 단계에서의 장치들의 동작 기준을 분명하게 세우고 자신들의 시스템을 다루게 될 것이기 때문입니다. 이 번역본의 원본 문서는 상단 링크의 잡지뿐 아니라 다양한 회사에서 기술문서로 제공되고 있으며, 한글로도 개인들이 번역한 내용들이 돌아다니고 있는 걸로 압니다. 그러나 너무 직역스럽거나 추가적인 기술 내용의 보충 없이는 설명이 안되는 부분, 또는 의미 없이 중복되는 내용들이 있는 등, 직역으로는 한계가 있어서 관련 자료와 역주를 최대한 추가하여 이해를 돕도록 번역하였습니다. 그럼에도 몇가지 배경지식은 필요할 수 밖에 없습니다. 저는 신호의 클리핑, 크레스트 팩터와 dB관련 지식이 가장 걸리는 부분이었습니다. 그래서 별도로 좀더 자세히 내용을 추가했으나 여전히 부족한 면이 있어서 추후 별도의 문서로 내용을 만들어보고자 합니다. 이 글이 어느 곳에서 인용되던지 내용에 대해 궁금한 점은 이 문서의 끝단에 있는 최초 게시처인 제 블로그나 교회 음향 사이트 하주소에 문의를 주시면 답변뿐 아니라, 문의 내용에 대한 것도 나중에 본 문서에 추가하도록 하겠습니다.

'주; '라는 표시 내용은 모두 역자가 이해를 돕기 위해서 추가한 내용입니다.

Gain structuring for a system occurs in the signal processing chain between the mixer or another signal source and the power amplifiers.

Jun. 07, 2011, by Chuck McGregor

출처 : http://www.prosoundweb.com/article/how_do_you_set_system_gain_structure/

실제 환경의 어떤 시스템에서 오디오 신호가 그 시스템의 잡음 수준에 있거나 그 근처에 있다면 그런 신호는 사용할 수가 없습니다. 왜냐하면 그런 신호는 노이즈보다 충분히 크지 않기 때문이죠. 이런 상태에서는 청중이 노이즈에 섞인 음향 신호를 들어야 하기 때문에 당연히 제대로 들을 수 없습니다.

따라서 사용 가능한 최소 수준의 신호 레벨은 불쾌하다고 느껴지는 수준 이하로 전기노이즈가 내려갈 수 있도록 충분히 높게 설정되어야 합니다. (주; 신호 레벨과 잡음 수준이 충분히 차이가 나야 합니다.)

이러한 의미에서의 신호대잡음비(S/N비)는 충분한 명료도를 얻기 위해서 적어도 20dB정도는 확보되어야 합니다. (주; 적어도 신호레벨은 노이즈레벨보다 20dB는 더 높아야 됩니다)

고품질의 음향 시스템에서는 30dB 정도는 되어야 합니다. 이정도 값을 사용하면 이 최저 신호레벨 (노이즈 보다는 30dB 위에 있는)에서부터 신호가 클리핑(찌그러지는)되는 지점까지의 레벨이 이 시스템에서 사용가능 한 신호 범위가 됩니다. (저는 이 범위를 제가 생각하는 방식에서의 다이나믹 레인지 라고도 부릅니다.)

그러나 이 문서에서의 다이나믹 레인지는 일반적인 의미로 사용되어 노이즈 레벨에서 최대 출력 레벨까지의 범위를 의미합니다.

하나 이상의 전자 장치들로 구성된 모든 오디오 시스템은 'system gain structure'를 가지고 있습니다. 통상 어떤 시스템에서의 게인 스트럭쳐는 믹서와 같은 신호 소스가 되는 장비들에서부터 파워앰프들 사이를 연결하는 신호처리 경로에서 이루어집니다.

이를 설정하는 쓸만한 시나리오 중 하나는 모든 프로세서들을 유니트 게인(기준 게인)으로 모두 설정하고 앰프의 입력들은 최대로 하는 것입니다. 그러나 여러분도 예상하는 바와 같이 불행하게도, 일반적으로 사용하는 프로세서들의 자체 노이즈 레벨과 최대 출력 레벨들이 모두 다르기 때문에 이러한 방법으로 설정한다고 해서 최상의 게인 스트럭쳐를 얻을 수는 없을 것입니다.

우리는 믹서(만약 믹서가 없다면 다른 신호소스)의 출력에서 앰프의 입력으로 연결되는 케이블 상의 신호 전압 레벨을 다루게 될 것입니다. 단순한 숫자를 사용해서 계산하기 편리하도록 이 계산 법은 상대적인 dB값을 씁니다. 전압끼리의 비율을 dB로 표시하시는 식은 dB=20 x log(v1/v2)가 되고 단위는 dBu를 주로 사용하게 되는데, 0dBu=0.775V를 기준으로 합니다. (주.이 단위는 600옴 임피던스를 가진 부하에 1mW(0dBm) 파워를 줄 때의 필요한 전압입니다.) V1과 V2는 상대적인 비율을 알고 싶은 전압이겠네요.

게인 스트럭쳐를 적절히 설정하기 위해서는 장비들간의 상호연결은 반드시 일정한 전압으로 이루어져야 합니다. 이는 동작하는 어느 특정 순간에서의 출력 장치의 출력 전압이 그 전압으로 구동되는 장치가 연결되어 있는지, 아닌지의 여부와 상관없이 항상 일정해야 한다는 것을 의미합니다.

이러한 방식의 인터페이스는 장치의 출력 임피던스가 입력되는 장치의 입력 임피던스의 1/10이나 그 이하 수준으로 작다는 것을 의미합니다. 예를 들어, 특정 장치의 출력 임피던스가 100옴이라면 그 장치가 구동하는 (신호를 보내주는) 장치들의 전체 부하 임피던스의 합은 1000옴이나 그 이상 되어야만 합니다. 실제로 거의 모든 프로 오디오 장치들은 하나의 장치가 오직 한 개의 다른 장치를 구동하는 경우에는 대부분 이러한 기준을 만족합니다. 그러나 하나의 믹서가 여러 개의 파워 앰프를 구동하는 경우와 같이 한 개의 장치가 여러 개의 장치를 구동하는 경우에는 위의 예는 맞지 않을 겁니다. 이러한 경우에는 분배기(주.신호 배분용 라인 앰프)가 여러대의 출력들 사이에서 부하를 나누어 주기 위해 필요할 겁니다.

이제 마지막 남은 고려할 점은 스피커의 파워 능력입니다.

앰프가 스피커의 파워능력을 넘는 큰 신호를 구동하지 않고, 이 시스템 전체에서 신호가 클리핑 되지 않도록 구동되는 동안은 여러분은 제대로 생산된 스피커라면 절대로 태워먹지(날려먹지, 고장내지) 않을 겁니다.

앰프를 선정하는 데 있어서 가장 중요한 기준은 스피커의 RMS 출력 용량입니다.

실제 환경에서는 대부분의 스피커가 이 용량을 초과하는 피크 신호들도 잘 출력할 수 있습니다.

해당 스피커의 RMS 용량보다 2배정도(+3dB 주; 스피커 출력은 파워(W)단위이기 때문에 2배 파워는 3dB에 해당) 더 큰 용량의 앰프를 선택하는 것이 적당합니다. 앰프 용량을 결정하는데 사용되는 사인파형은 고유의 3dB 피크-RMS 파워 상수(주;크레스트 팩터와 동일한 의미)를 가집니다.

따라서 이 사양에서는 스피커의 RMS 용량을 6dB 정도 넘어서는 피크 신호 에도 잘 동작합니다.이 내용은 대부분의 프로오디오 스피커들을 ( 6dB 피크-RMS 팩터를 가지는 핑크노이즈에 의해) 측정하고, 대부분의 오디오 신호에 대해 피크-RMS 값으로 주어지는 식의 방식에 대해서는 상당히 안전하게 구동하는 사양으로 쓸 수 있습니다.

그러나 신디사이져와 같은 장치에서 나오는 지속되는 사인 파형은 음향 시스템에서 신호가 클리핑(왜곡)되지 않은 상태로도 스피커의 RMS 용량을 3dB정도 초과할 수 있습니다. 여러분이 이러한 종류의 신호가 있을 거라고 예상하고, 동시에 이 시스템을 최대 출력 레벨에서 운영하고자 한다면, 스피커의 RMS 용량을 파워 앰프의 출력 용량과 같게 해서 사용해야 합니다.

주)위에서 언급한 내용은 뒤에서 다시 한번 다루게 됩니다.

이러한 기본적인 이론을 바탕으로, 우리는 이제 어떻게 적절한 게인스트럭쳐를 얻을 수 있을지 자세하게 살펴볼 준비가 되었습니다.

Picturing Gain Structure – 게인 스트럭쳐를 그려보기

여러분이 여러분의 장비를 꺼내서 게인 스트럭쳐를 실제로 시작하기 전에 여러분은 얻고자 하는 바가 무엇인지를 배워야만 합니다. 일반적인 시스템에 대해서 다음 문서 내용을 따라서 설정을 진행해봅시다. 여러분이 이 내용을 이해하고 나면, 여러분은 최적화된 게인 스트럭쳐를 얻으려면 실제로 어떤 장비의 어느 부분을 설정해야 할지 알게 될 것입니다.

그림1은 여섯 개의 장치들로 구성된 간단한 시스템을 보여줍니다. 각 장비의 클리핑 레벨(최대 출력)은 제조사에서 제공하는 문서에서 찾을 수 있습니다. 이 예제에서는 믹서 출력에서 앰프 입력 단 사이에 있는 모든 장비들은 유닛 게인으로 설정되어 있고, 앰프 입력은 최대로 설정되어 있습니다.

각 장비들은 막대기(바) 모양으로 표시되어 있습니다. 사실 막대기 보다는 폭이 좁고 긴 모양의 윈도우(창문)이라고 할 수 있겠네요. 개별 장치의 사양에서 얻은 최대 출력값 또는 클리핑 레벨값은 표의 오른쪽에 있는 절대값 dBu 기준을 사용해서 이 윈도우의 가장 높은 위치를 정의 합니다.

매뉴얼에 있는 잡음 수준(잡음 수준 ; S/N 비) 사양으로부터 이 윈도우의 높이가 최대 출력 높이로부터 얼마나 되는지를 알 수 있습니다. 표의 왼편에 있는 상대값인 dB 기준을 사용해서 이 윈도우의 높이를 정의합니다. 사용 가능한 모든 신호들의 레벨은 반드시 이 윈도우의 상단에서 하단 사이를 지나가야 합니다.

그렇지만, 가장 낮은 신호 레벨이 잡음 수준(윈도우 하단) 근처에는 있지 않아야 합니다. 실제 상황에서 사용 가능한 신호의 레벨은 적어도 30dB 이상은 잡음 수준 보다 높아야 합니다. (주. 앞부분 참조)

그림1.

다음 단계는 각 장치의 윈도우 중에 가장 낮은 상단을 지나는 수평선을 전체 장치를 지나도록 그립니다. (이 예제에서는 앰프 윈도우의 상단)

이 수평선이 이 시스템에서의 클리핑 레벨(주; 최대출력레벨)이 됩니다. 그리고 이 레벨(수평선)은 앞으로 진행되는 분석과정에서 변하지 않고 동일하게 남아 있게 됩니다.

이제 다른 수평선을 그려보는데 각 장치의 윈도우 하단선 중에서 가장 높은 하단을 지나는 선을 그립니다. (이 예제에서는 믹서가 되는군요)

위에서 그린 두 개의 수평선 사이를 dB값으로 거리를 재어보기 위해서 표의 왼쪽에 표시된 상대 dB값을 사용합니다. 여러분이 보는 바와 같이 이 장치들의 설정상태에서는 72dB가 되고 이 값이 이 시스템에서의 게인 스트럭쳐가 됩니다. 즉 이 장치들을 가지고 유닛 게인으로 연결하고 앰프의 입력 레벨을 최대로 하면 이 시스템의 게인 스트럭쳐는 72dB 값을 가진다는 의미입니다.

이 값은 일반적인 카세트데크의 평균값 정도 됩니다. (주; 프로 오디오 수준의 값은 아니라는 의미군요) 아마도 여러분은 프로오디오 장비들은 자동으로 프로 수준의 오디오 시스템을 보장할거라고 생각하겠지요? 글쎄요~~ 그래서 사는 동안은 배워야 한다는 겁니다.

이제 제가 초반에 언급한 '진짜' 다이나믹 레인지를(잡음 수준에서 30 dB 높은 지점부터 클리핑 레벨까지) 계산하기 위해서 30dB를 뺍니다. 결과는 42dB네요.

어쿠스틱 악기나 음성의 최대 다이나믹 범위를 측정해 보면 적어도 40dB는 넘어서야 충분히 표현 할 수 있음을 알 수 있습니다.

이는 지금 예제의 시스템이 어쿠스틱 악기나 음성을 다시 재생하는데 충분한 다이나믹 레인지를 가지고 있지 않다는 것을 의미합니다. (주; 겨우 2dB 여유가 있군요)

The Most Common Approach Gain Structure

그림1의 오른쪽 절대값 척도에서 보는 바와 같이, 앰프의 입력 감도(+3dB)가 모든 장비들의 최대 출력레벨을 +3dB로 제한하고 있습니다. 이는 만약 +3dB보다 높은 신호가 들어오면 (앞의 장비들에서는 왜곡되지 않겠지만) 이 앰프는 왜곡된 출력을 만들 것이라는 의미입니다. 따라서 이 앰프의 동작은 믹서의 '헤드룸' 값이 얼마든지 상관이 없습니다. 여러분은 이 좋은 헤드룸 범위에 들어가는 신호 레벨을 만들어 내고서도 이 앰프를 왜곡 시키지 않고서는 사용할 수 없습니다. (주; 이는 이 헤드룸에 들어가는 범위의 신호는 앰프의 출력을 왜곡 시킨다는 것입니다.)

다음은 앰프를 제외한 모든 장치들의 윈도우를 아래로 12dB(주; 표의 왼쪽 상대dB 스케일 기준) 움직여서 그림1에서 변화를 준 그림2를 보여줍니다. 이제 +15dB짜리 신호(notch filter의 클립 레벨)가 +3dB까지 감쇄가 되는군요. 이 감쇄는 앰프의 입력 컨트롤(어테뉴에이터, 주; 통상 파워앰프에 달려 있는 볼륨 조절기)에 의해 조절할 수 있습니다.

그림2

잡음 레벨 쪽의 수평선은 여전히 가장 높은 하단을 가진 윈도우(이 경우, 여전히 그림1과 마찬가지로 믹서)에 의해 다시 그려질 수 있겠네요. 이 수평선은 이제 이 시스템의 클립 레벨에 대비해서 그림1보다 12dB 더 낮아졌기 때문에, 우리는 이제 이 시스템의 전체적인 윈도우의 높이가 84dB가 되었음을 볼 수 있습니다. 이는 다이나믹 레인지가 12dB 더 향상되었음을 의미하죠. 꽤 괜찮아졌네요.

그런데 이제 앰프를 제외한 다른 모든 장치의 윈도우 위쪽에 써 있는 절대 dB값은 더 이상 표의 오른 쪽에 있는 절대 dB값과는 맞지 않다는 점에 유의하세요. 이제 우리가 사용할 수 있는 신호 범위는 (여전히 기준은 잡음 수준부터 30dB 높은 레벨부터) 54dB가 되었습니다. 이는 이 예제의 시스템이 악기나 음성 같은 어쿠스틱 음원의 다이나믹 레인지를 다시 증폭하기 충분한 다이나믹 레인지를 확보했음을 의미합니다.

그런데 불행히도 여전히 믹서는 시그널 딜레이 장치보다 3dB 더 높은 잡음 수준을 가진 노이즈 소스네요. 그렇지만 믹서의 제조사 사양만 보면 믹서는 신호딜레이보다 6dB는 더 좋은 노이즈 특성을 가져야만 합니다.

또한 신호딜레이가 가장 취약한 다이나믹 레인지를 가지고 있다는 점도 살펴보아야 하는데, 왜냐하면 그림에서 가장 짧은 윈도우를 가지고 있기 때문입니다. 따라서 우리는 이 시스템의 게인 스트럭쳐를 최적화할 수 있는 뭔가가 더 있다는 결론에 도달하게 됩니다.

You Can Make It Better

이 시스템을 최적화 하기 위해서는 감쇄기(패드,pads)나 증폭기(게인, gain)이 각 장치들의 입력단에 추가되어서 그 장비 자체의 클리핑과 바로 앞 장치의 클리핑이 같은 지점에서 일어나도록 해야합니다.. (주;이 문장이 문서 전체를 통틀어 가장 중요한 문장입니다)

여러분이 이 시스템을 가지고 -여러분 방법대로 작업하는 식으로 볼트 미터 상에서 신호에 어떤 일이 발생할지를 보여주는 그림처럼- 다음에 나오는 단계들에 대해 생각해봅니다. (주; 문장이 어려운데 그냥 다음 설명을 보자는 말이라고 이해하세요~)

그림 3에서 보여주는 표를 만들기 위해서는 각 장치를 나타내는 윈도우들을 필요에 따라 올리거나 내려서 모든 윈도우의 꼭대기가 시스템의 클리핑 레벨에 맞춰지도록 합니다. 이렇게 만들기 위해서는 앞의 그림1을 가지고 시작해서, 신호의 흐름대로 왼쪽부터 오른쪽으로 작업을 진행합니다. 윈도우를 위쪽으로 이동하려면 이 장비와 다음 장비 사이에 증폭(게인)이 필요하고, 윈도우를 아래쪽으로 이동하고자 하면 여러분은 감쇄(패드)가 필요합니다.

그림3

그럼 먼저 가장 왼쪽에 있는 장치인 믹서의 윈도우를 아래로 내려서 다음 장치인 그래픽EQ의 윈도우의 상단과 맞도록 해야겠군요. 얼마나 움직일지는 왼편의 상대 dB 값으로 계산합니다. 이 경우엔 -6dB군요. 따라서 여러분은 그래픽 EQ 입력단에 6dB짜리 패드가 필요하네요.

다음은 믹서와 그래픽 EQ 모두의 윈도우를 내려서 그래픽 EQ의 윈도우 상단이 노치필터(notch filter) 윈도우 상단과 일치하도록 맞춥니다. 여기서도 -6dB 이고, 따라서 6dB짜리 패드가 EQ와 필터 사이에 들어가야 합니다.

이제 믹서, 그래픽EQ, 노치필터 윈도우를 모두 움직여서 노치필터 윈도우의 상단을 신호 딜레이 윈도우 상단에 맞춥니다. 이렇게 하려면 앞 단의 모든 장치를 3dB 올려야 하는군요. 이는 노치필터와 신호 딜레이 장치 사이에 3dB 증폭을 추가해야 한다는 것을 의미합니다.

앞쪽 네 개의 장치들의 윈도우를 움직여서 딜레이 장치의 윈도우 상단을 리미터 윈도우 상단에 맞추도록 움직입니다. 이 경우엔 3dB군요. 딜레이와 리미터 사이에 3dB 게인 증폭이 필요하군요.

이제 여러분은 모든 장치들을 앰프 입력에 맞추기 위해서 내려주어야 합니다. 그 장치들은 모두 리미터 윈도우 상단과 앰프 윈도우 상단 사이의 거리만큼 이동되어야 합니다. 이 예제에서는 18dB 만큼 이동해야 하겠네요. (실제 시스템에서는 이 단계는 주로 앰프의 입력 어테뉴에이터 (주;흔히 앰프 볼륨이라고 알고 있는)을 줄여서 하게 될 겁니다)

앞서의 모든 단계가 끝난 후에는 모든 윈도우들의 상단이 그림3에서 보는 것처럼 이 시스템의 클립 레벨 라인에 맞춰졌습니다. (이 라인은 절대 dB값으로는 +3dBu죠). 앰프의 입력 어테뉴에이터 후의 앰프 내부로 들어가서 되돌아 보면, 앞단의 모든 장치들은 +3dB에서 클리핑이 일어 나는 것처럼 보입니다. 그러나 실제로는 그 장치들은 자신들 고유의 클리핑 레벨에서 왜곡이 일어납니다. 그리고 만약 하나의 장치가 클리핑 되면 다른 모든 장치에서도 클리핑이 일어납니다.

주; 위의 마지막 문단이 게인 스트럭쳐의 결과입니다. 모든 장치의 헤드룸 부분을 포함한 다이나믹 레인지를 다 쓰고자 하는 것이 이 과정의 목적이고, 그 결과로 발견할 수 있는 현상이 시스템 상의 임의의 장치에서 발생하는 신호의 왜곡은 그 후단의 모든 장치에서 왜곡을 일으키게 됩니다.

The Results Are Worth It – 할만한 가치가 있는 결과물

이제 이렇게 조정한 시스템의 시스템 클립 레벨과 가장 짧은 윈도우의 하단까지의 거리를 표 왼쪽의 dB스케일을 사용해서 측정해봅니다. 이 결과 값은 90dB 이고, 아무런 조절이 없었던 그림1에서의 게인 스트럭쳐에 비해 18dB나 좋군요. 앞서 언급한 '진짜'다이나믹 레인지(잡음 수준보다 30dB가 초과되는 신호레벨을 최저신호레벨로 계산하는)는 이제 60dB가 되었습니다.

또한, 이제 이 시스템에서 가장 큰 노이즈 소스는 신호 딜레이 장치가 되었습니다. 이 장치가 이시스템에 있는 모든 장치들 중에서 가장 약한 연결 부분인데, 이 결과는 제조사의 제품 사양과도 정확히 일치합니다. 또한 각 장치들에서 사용할 수 있는 신호 윈도우 크기 이상의 신호레벨을 사용하고 있다는 점도 분명할 것 입니다.(주;그렇지 않은 장비도 있지만 어떤 장비가 쓸 수 있는 신호의 범위보다 더 큰 신호를 받아들 수 있다는 점을 의미합니다.) 정말 대단한 개념이군요!!!

어떤 경우에는 패드나 게인이 사용 가능한 전반적인 신호 범위에는 영향을 끼치지 않을 것입니다. 예를 들어 그림3에서 신호 딜레이 장치의 윈도우를 3dB 올려주는 게인은 없어도 됩니다. 그러면 이제 앰프 입력단에서의 18dB 감쇄가 이제 15dB 감쇄가 되겠네요. 그리고 리미터를 포함한 앞단 장치들의 윈도우 상단 레벨은 시스템 클립 레벨(이 경우 앰프 윈도우 상단)보다 3dB 높게 될 것입니다. 여기서 중요한 점은 이렇게 하더라도 이 앰프 윈도우의 하단은 여전히 가장 노이즈가 심한 장치(신호 딜레이)보다 충분히 아래에 있다는 것입니다.

여러분은 이 점을 감쇄나 증폭의 양을 매 단계마다 조금씩 보상해야 하는 귀차니즘에서 벗어나는데 적용할 수 있습니다. 여러분이 어떤 시스템의 연결 단계들 중에 하나를 생략하면 여러분은 반드시 생략한 단계의 앞 단에 위치한 모든 장치들을 여러분이 생략한 감쇄나 증폭만큼 표에서 이동시켜야 합니다. 그렇게 하지 않으면 잡음 수준에 대해서는 생략한 영향을 볼 수 없기 때문입니다.

Background Noise – 백그라운드 노이즈

지금까지 여러분은 문서 상에서 적절한 시스템 게인 스트럭쳐를 설정했습니다. 이제 장치들을 연결하고 앞서 해본 작업들을 실제로 적용해 볼 시간이 되었습니다. 모든 작업을 완료하고 나면, 스피커를 통해 들리는 잡음 수준이 어느 정도인지를 검증해봅니다. 모든 게 조용하다면 짐 싸서 집으로 가세요. 잡음이 너무 크다면 두 가지 가능성이 있습니다.

  1. 최대 음압 레벨이 필요한 정도보다 높은 경우. 이는 음향 시스템의 최대 출력을 너무 높게 설계 했다는 것을 의미합니다. 만약 이 경우라면 그냥 앰프 입력 어테뉴에이터를 줄여 줍니다. 여러분은 이제 낮아진 잡음을 듣게 될 것입니다. 그리고 당연히 시스템의 최대 출력 레벨은 여러분이 줄인 만큼 줄어들게 될 것입니다.
  2. 여러분이 시스템에서 얻기 원하는 최대 음압 레벨이 반드시 지금 설정된 만큼 필요하다면 이는 여러분의 시스템이 쓸 수 있는 신호 범위를 충분히 확보하지 않았다는 것을 의미합니다. 이제 여러분은 세가지 선택을 할 수 있습니다. 1),2) 번은 서로 타협을 해야 합니다.
    1. 현재 시스템의 노이즈와 최대 음압 레벨을 그냥 수용하세요. (주; 손대지 말고 그냥 쓰셈)
    2. 앰프의 입력을 줄여서 잡음 레벨을 원하는 만큼 낮추세요. 이것은 당연히 시스템의 최대 음압레벨을 떨어뜨릴 것 입니다.(지송, 여러분은 위의 두 가지를 동시에 취할 수는 없어요. 하지만 우리에겐 3번 선택이 남아있네요)
    3. 시스템에서 가장 주된 노이즈원이 되는 장치를 더 좋은 노이즈 특성을 가진 녀석으로 바꾸세요. (주; 아~ 돈이 드네요)

Doing Your Own Analysis – 여러분만의 분석을 합니다.

앞서 설명과 비슷한 방식으로 어떤 시스템에 대해서라도 적절한 시스템 게인을 설정하기 위한 도표를 그려볼 수 있습니다.

모눈종이를 사용해서 대략 +30dB에서 -120dB정도까지의 범위로 절대 dB 값을 사용해 수직선을 그려서 3dB내지는 그 이하 수준으로 눈금 값을 그려볼 수 있도록 합니다.

dB단위로 그림을 그리거나 윈도우 간의 거리를 측정하기 위해서는 위에서 그린 모눈종이상에서 상대 dB스케일을 사용합니다.

여러분의 덧셈, 뺄셈을 믿지 못하던지, 이런 그림을 가지고 작업하는데 익숙하지 않다면 (이런 그림들은 사실 훨씬 극적으로 보여주고, 여러분이 생각하다 놓치는 부분을 바로 보여줍니다.) 이 그림들에서 보이는 사각형 막대기 형태로 종이를 잘라 내세요.

각각의 길이는 개별 장치의 클립 레벨과 잡음수준 사이를 잰 dB값과 같아야 합니다. 노이즈 특성을 최대 출력 레벌부터의 노이즈로 바꾸는 것을 명심하세요.(주; 통상 제품 사양에서는 절대 값으로 표시되기 때문에 그 값에 최대 출력 레벨을 더해주어야 실제 필요한 다이나믹 레인지를 얻을 수 있습니다.)

개별 장치의 윈도우 상단에 그 장치의 클립(최대출력)레벨을 기록하세요. 이 숫자들과 절대 dB값을 써서 모눈종이 위에 잘라낸 개별 윈도우를 신호 흐름의 순서대로 왼쪽부터 오른쪽으로 배치합니다. 상대dB 값으로 각 윈도우 간의 거리를 계산해서 앞서 언급한대로 표에서 위, 아래로 잘라낸 종이들을 움직입니다. 여러분은 매우 빠르게 필요한 게인이나 패드를 정의할 수 있습니다. 아마도 계산기보다 빠를지도~

이 작업이 잘 되었는지 확인 하는 방법은 먼저 맨 처음 위치한 장치의 최대 출력 레벨을 취합니다. 그리고 그 레벨에서부터 앰프 앞 단에 있는 패드를 포함한 모든 장치의 패드와 게인을 상대 dB값을 사용해서 뺍니다. (주; 패드 값은 빼고, 게인 값은 더하겠죠?) 그 결과는 반드시 앰프의 최대 입력 감도와 같아야 합니다. 이 계산법은 수학 천재들한테 게인스트럭쳐 과정에 대한 흥미로운 관점을 주겠네요.

Doing It For Real 실제 적용해 봅시다

실제로 시스템을 조절하려면 여러분은 진짜로 이 일(게인스트럭쳐)을 지금 하는 것에 앞서 문서 상으로 정확히 하는 것이 중요합니다.

콘솔의 출력 단부터 시작합니다. 콘솔의 최대 출력을 찾아내기 위해서 여러분이 증폭이 필요한지 감쇄가 필요한지를 찾아내서 콘솔의 출력이 다음 장치를 막 클리핑이 시작하는 지점에 이르도록 설정합니다. 그런 식으로 단계별로 진행합니다.

여러분은 장비의 사양을 알 필요가 없습니다. 여러분은 시스템을 통해 이 작업들을 진행하면서 장비들의 그러한 사양들이 최대 출력 레벨에 대해서 어떤 의미를 갖는지 발견하게 될 것입니다. 여러분이 문서상의 연습을 통해 이해 했던 것처럼 잡음수준은 자기 자신들에 대해서만 관련이 있습니다.

어떤 장비는(앞의 예제에서는 신호 딜레이 장치) 약한 고리가 될 것입니다. 여러분이 이러한 가장 약한 부분을 더 좋은 사양(더 높은 윈도우)을 가진 장치로 교체하지 않고 시스템을 더 좋게 하는 것이 이 과정의 목적입니다.

다양한 제품 군들과 논란이 될만한 개별 제품들의 사양들이 미리 문서상에서 정의한 패드나 게인 값을 변경해서 다이나믹 레인지 값을 조금씩 변경 시킬 수 있을지도 모릅니다. 만약 이런 변동 폭이 문서상에서의 계산치에 특별한 사유없이 비슷하지 않다면, 이 시스템에는 결선 상의 문제나 잘못 설정되거나 고장 난 장치 같은 문제들이 존재합니다.

What To Adjust 설정하기

여러분이 시스템에서 게인 세팅을 할 때는 장치 사이에 필요한 감쇄나 증폭은 장치 내부의 입력 레벨 컨트롤을 사용하거나 만약 외부 장치 (증폭 또는 감쇄만을 위한)를 가지고 있다면 그것을 사용할 수도 있습니다. 절대로 어떤 장치에서도 출력 레벨 컨트롤을 가지고 감쇄나 증폭을 조절하지는 마세요. 이 컨트롤은 반드시 최대로 되어 있어야 합니다. 왜냐하면 이 출력 조절 회로는 출력단자 직전에 있는 마지막 내부회로이기 때문입니다. 이 출력 컨트롤은 몇몇 입력 레벨 컨트롤들과는 달라서 일반적으로 실제 게인을 조절하지 않습니다.

따라서 출력 컨트롤을 사용하면 해당 장치의 출력단에서의 다이나믹 레인지를 꽉 눌러 버려서 이 시스템의 상태를 악화되게 할 겁니다. 이는 신호 레벨이 다음에 연결되는 장치와 잘 맞더라도 여전히 상황이 바뀌진 않습니다. 여러분은 이 출력 컨트롤이 출력단자와 연결되어서 단순한 어테뉴에이터(감쇄)로 동작한다고 확신할 때만 이 컨트롤을 사용하세요. 일반적으로 이렇게 단순한 어테뉴에이터로 동작하지 않는 이유는 이런 방식으로 설계된(주; 출력 컨트롤을 단순한 어테뉴에이터로 설계) 방식에서 출력 레벨 컨트롤이 최대값이 아닌 값을 가질 때, 이 장치의 출력 임피던스의 변화를 일으킬 것이기 때문입니다. (주; 장치의 출력 임피던스의 변화는 출력 전압의 변화를 가져오게 되고 그러면 상대방 장치에서 받는 신호 크기가 달라진다는 것을 의미합니다. 이런 변화를 무시할 수 있게 하기 위해서 앞에서 언급한 것처럼 출력 임피던스는 부하 임피던스보다 1/10이하가 되어야 합니다 – 작게 보내고 크게 받기 비법)

다른 요소들과 함께 위의 내용도 게인스트럭쳐에 대해서 큰 혼란을 가져오게 됩니다. 그런데 어떤 장치가 다른 장치들보다 낮은 잡음수준을 가지고 있다면, 여러분이 전체 게인 스트럭쳐 설정을 할 때 출력 게인을 사용할 수도 있습니다.

그러나 그 양은 이 시스템의 잡음수준을 결정하는 장치 (주;가장 잡음 특성이 좋지 않은 장치)와 출력 컨트롤을 적용할 이 해당 장치와의 잡음 수준의 차이보다는 3dB이내가 되어야 합니다. 왜냐하면 여러분이 해당 장치의 게인을 올리면 그 장치의 잡음수준도 올라가서 가장 안 좋은 장치의 잡음수준까지 도달하게 되어 전체 시스템의 잡음 수준을 높이게 되고, 이는 또한 3dB 이내로 다이나믹 레인지를 줄이게 될 것 입니다.

주; 출력 게인을 올린다는 것은 그 장치의 신호뿐 아니라 노이즈도 같은 값 만큼 올리게 된다는 것을 의미하는데 따라서 그 양을 결정할 때는 이 장치와 시스템 중에서 가장 잡음 특성이 나쁜 장치의 잡음 수준의 차이를 참조해서 결정해야 하는데 이 때 조절 가능한 최대 값은 이 잡음수준의 차이보다 3dB 정도 적게 해야 한다는 것입니다.

The Tools You Need 필요한 도구들

시스템에서 클리핑 지점을 찾기 위해서는 오실로스코프(계측기)와 핑크 노이즈 테스트 시그널이 필요합니다. 게인 스트럭쳐를 설정하기 위해서 이 장비들을 대체할 만한 다른 좋은 대체품은 사실 거의 없습니다. 사인파 시그널들은 추천하지 않는데, 사인파는 한번에 하나의 주파수 만을 보여주기 때문에 여러분은 다른 뭔가를 쉽게 놓칠 수 있습니다. (주; 1KHz 주파수를 사용하면 1KHz만 측정이 되고 동시에 다른 주파수 대역에서 어떤 동작을 하는지 확인이 안되기 때문입니다, 또한 신호에 실리는 전체 에너지도 당연히 달라지게 됩니다.)

핑크노이즈 시그널은 풀레인지 주파수 대역(20~20KHz)을 가지고 있고, 적어도 6dB 정도의 피크-RMS 비율을 가지고 있어야 합니다. 만역 여러분이 10dB짜리 피크-RMS 비율을 가진 핑크 노이즈 시그널 소스를 가지고 있다면 좀더 실제 오디오 신호와 유사한 상황을 만들어볼 수 있을 겁니다.

(주; 피크-RMS 비율이란 어떤 파형의 크기를 얘기할 때 그 파형의 전체 평균값(RMS;root mean square)과 순간적으로 올라가는 피크(최대) 값 사이의 비율을 의미합니다. 이는 그 파형의 피크 값과 RMS 값 사이에 어떤 상관 관계가 있는지를 알려줍니다. 만약 이 값이 작다면 이 신호는 변동이 거의 없이 일정한 출력이 나옴을 의미하고 이 값이 크다면 크기의 변동이 큼을 의미합니다. 일정한 전압이 항상 나오는 DC 신호의 값은 0dB이고 사인파는 3dB, 앞서 언급한 핑크노이즈는 6dB정도의 값을 가집니다. 이 값을 보통 크레스트 팩터 (Crest Factor)라고 합니다)

꼭 사인파를 사용해야 한다면, 여러분은 모든 EQ 증폭 주파수 밴드에 대해서 그리고 전체 주파수 대역에 대해 매우 주의 깊게 점검을 해야 합니다.

전자식 크로스오버나 동작 주파수 대역이 제한적인 장치들을 측정할 때는 반드시 풀밴드 핑크 노이즈를 사용해야만 여러분이 이런 종류의 장치에서 발생하는 전 주파수 대역에 대한 동작 신호의 에너지 손실을 쉽게 측정할 수 있습니다. (후반부에 있는 크로스오버와 주파수 대역 제한 장치 부분을 참조하세요)

꼭 사인파를 사용한다면 여러분은 반드시 크로스오버의 각 대역마다 중심 주파수에 해당하는 사인파를 사용해야 하고, 주파수 제한 장치에 대해서는 동작하는 주파수 대역의 중심 주파수를 사용해야 합니다.

간단한 시스템 (전자식 크로스오버 장치가 없는 시스템 같은)에서는 '가난한 자'들의 방법이 있는데, 피에조(압전)방식 트위터와 400Hz 짜리 사인파를 사용해서 클리핑 레벨을 찾을 수 있습니다.

먼저 여러분은 이 트위터를 각 장치의 출력단에 바로 연결합니다. 이제 이 장치가 클리핑 신호를 만들 때, 이 클리핑 신호에 파생되는 체배 주파수들 때문에 트위터에서 바로 인지할만한 소리가 들립니다.

고출력 앰프에서는 저항으로 된 패드를 중간에 삽입해서 트위터가 터지는 것을 막아줍니다.

이 방법은 Syn-Aud-Con사의 Pat Brown이 더 정확하게 기술되어 있으며, 여러분은 여기에서 이 정보를 얻을 수 있습니다. (주; 또한 이 문서에는 신호의 클리핑이 무엇인지에 대한 내용들도 잘 설명되어 있습니다)

http://www.synaudcon.com/site/author/pat-brown/piezo-magic-accurate-gain-structure-using-a-common-device/  (번역 본 링크 :2013/04/03 - [음향, 영상이야기/Rane_Project] - 일반적인 소자를 이용한 정확한 게인 스트럭쳐 설정)

Doing It 실제로 해봅시다

여러분은 믹싱 콘솔의 입력단에 핑크노이즈 테스트 시그널을 넣어서 모든 과정을 시작합니다. 출력단에 연결된 오실로스코프에서 클리핑을 확인할 수 있도록 출력 레벨을 설정합니다.

즉, 믹서의 출력의 출력이 클링핑 되고 있다는 걸 확인합니다. 콘솔의 마스터페이더를 줄여가면, 클리핑은 없어질 겁니다. 만약 페이더를 내렸는데도 클리핑이 없어지지 않는다면 출력 페이더 이전에 이미 뭔가 클리핑이 발생했다는 것을 의미합니다. (주;입력 소스 자체가 왜곡된 신호이던지, 입력 채널의 게인이 너무 크던지 등등)

여러분은 바로 이 클리핑이 사라질 때의 출력 레벨 미터 값을 확인합니다. 이 값은 여러분이 이 시스템의 게인스트럭쳐를 모두 설정한 이후에 여러분이 얻게 되는 이 시스템의 최대 출력 레벨 값에 대한 좋은 표시가 됩니다. (주; 이 레벨 미터를 보면 시스템의 출력 레벨을 예상할 수 있습니다)

만약 여러분이 사인파를 가지고 작업을 한다면 이 레벨 미터 값은 신뢰할 만한 값이 될 수 없습니다. (주; 왜냐하면 특정 한 개의 주파수로만 작업을 하면 이 레벨 미터 값이 전 주파수 대역의 에너지를 표시해주는 것이 아니기 때문입니다.)

모든 설정이 완료되고 나서, 시스템 잡음 수준이 충분히 낮다면, 여러분은 앰프의 입력 레벨 컨트롤 값을 더 올리고 싶을 겁니다. 이렇게 하면 믹서가 운영자의 오퍼레이팅에 더 민감해지게 할 겁니다. (주; 앰프에서 출력이 커지게 되면 믹서의 페이더는 아래쪽에서 움직이게 될 겁니다. 그러면 조금만 움직여도 앰프로 들어가는 신호 레벨이 크게 변하게 되어 민감해 집니다. – 믹서의 페이더 눈금값을 확인해 보세요)

앰프의 입력 레벨을 줄이면, 이 시스템의 앞단에서 먼저 클리핑이 일어나게 됩니다. 이 말은 앰프의 최대 출력에 도달할 수 없다는 의미입니다. 그러나 앰프는 이미 클리핑 된 신호를 증폭하게 되고 이 증폭된 신호는 스피커에 데미지를 줄 수 있습니다. 여러분이 최적화된 게인 스트럭쳐 세팅 상태에서는 앰프의 입력 감도(앰프 볼륨)를 높이던 낮추던지 여러분은 어떤 것도 더 나은 결과를 얻을 수 있는 것이 없습니다.

이에 대해 가능성 있는 예외가 있습니다. 앰프의 입력 레벨 컨트롤을 낮추면 콘솔에서의 출력 레벨 미터는 앰프가 실제 클리핑 상태에 도달하기 전에 여러분이 시스템 최대 출력 레벨에 도달했음을 보여줍니다.

이는 유능한 믹싱 엔지니어가 이 시스템의 한계까지 밀어 붙이고 있다고 생각할 때, 앰프에는 여전히 좀더 여유가 있도록 설정하는데 유용합니다. 이 방법은 스피커를 보호하는 데에는 유용하지만 명심할 것은 실제 시스템이 낼 수 있는 것보다는 조금 부족하게 시스템의 최대 출력을 제한 할 것이라는 겁니다.

주의 할 점은 시스템의 최대 출력을 얻기 위해서는 콘솔의 아날로그 VU 미터들이 시스템 클리핑이 되지 않는 레벨로 억제 되어야 한다는 것입니다. 만약 여러분이 다이나믹 레인지를 줄일 수 있는 환경에서 미터들이 억제되지 않는 시스템을 운영한다는 의미는 여러분은 절대로 이 시스템에서 클리핑을 만들지 않을 것이라는 점입니다. 일반적으로 이러한 상황이라면 여러분은 절대로 스피커를 태워버리지 않을 것입니다. 단, 파워앰프의 출력이 스피커의 최대출력 용량을 초과하지 않는 다는 조건에서 말이죠.

주; 위의 미터가 억제되지 않는 다는 의미는 콘솔의 출력이 클리핑 레벨까지 도달하지 않는 다는 의미이고, 그렇다면 그 이후 단의 장치에서 절대 클리핑이 발생하지 않을 것이니 안전하다는 의미입니다. 시스템의 게인스트럭쳐가 제대로 되어 있다면 말이죠.

More Complex Situations 좀 더 복잡한 상황들

이제까지 우리는 하나의 간단한 시스템에 대해 살펴보았습니다. 여기 좀더 복잡해진 게인 스트럭쳐를 가지는 예가 있습니다.

그러나 기본 개념은 완전히 동일합니다. 여러분은 더 다양한 종류의 장치들이나 더 많은 신호 경로를 고려해야만 합니다.

증폭/감쇄와 EQ들을 가진 장치들 ; Part 1~3에서 가정한 장치들은 게인을 가지고 있지 않았습니다.(유닛 게인 장치들이죠) 그러나 이러한 장치들은 감쇄나 증폭 컨트롤이 있던지 아니면 실제 시스템에서 필요한 만큼 EQ에서 증폭(부스트)하게 됩니다.

EQ 부스트는 마치 이 장치에 전체적인 게인을 더한 것과 유사합니다. 이러한 경우, 그림4에서와 같이 이 장치의 출력 쪽 윈도우는 왼쪽의 입력쪽 왼도우보다 더 상승하게 됩니다. 이동거리는 이큐잉을 하기위해서 여러분이 부스트한 만큼의 dB양이 되던지, 아니면 장치의 조절기로 증폭한 dB 만큼이 될 겁니다.

이 예제의 경우는 EQ부스트가 최대 6dB까지 가능하다고 가정합니다. 앞쪽(주;입력단쪽, 왼쪽)의 왼도우 상단을 이전 장치 윈도우 상단에 맞춥니다. 뒤쪽(주;출력단쪽, 오른쪽) 윈도우 상단쪽은 다음에 오는 장치의 윈도우 상단과 맞춥니다.

주; 즉, EQ 하나의 장치가 내부의 게인 변화를 반영하게 되면 두 개의 윈도우로 갈라지게 됩니다.

그림4.

실제 시스템에서 게인을 맞출 때는 먼저 EQ를 기준(플랫) 상태로 놓고 시스템 설정을 합니다. 그리고 나서 EQ조절을 시작합니다.

만약 여러분이 모든 EQ조절을 항상 컷 하기만 한다면 여러분은 모든 걸 그냥 있던 대로 놔두면 됩니다. 그렇지만 어떤 EQ 밴드라도 부스트하게 되면, 그때는 EQ의 입력단부터 게인 스트럭쳐를 다시 해서 클리핑이 생기지 않는 범위에서 최대 출력 레벨을 새로 찾아서 적용해야 합니다.

이 경우에는 물론 EQ 입력단에 감쇄기가 필요할 겁니다.

어떤 경우엔 장치들이 신호 레벨의 손실을 초래할 수도 있습니다.

이때도 역시 작업을 진행하는 과정은 비슷합니다만, 이 장치의 출력 단의 윈도우가 장치에서 손실되는 dB값 만큼 하단으로 내려야 하는 점이 다릅니다.

다음에 연결되는 장치의 윈도우 상단에 맞추기 위해서 앞에서 얻은 새로운 출력 레벨 값을 사용합니다. 그림4의 예제에서는 리미터의 쓰레숄드가 설정이 되어 있어서 리미터를 지날 때 최대 출력 값 보다 6dB 낮게 흐르도록 (주; 리미터가 걸리도록) 되어 있다고 가정합니다.

그러나 리미터의 입력쪽에서는 앞단에 있는 장치의 윈도우 상단과 맞추기 위해 여전히 원래 값을 사용합니다. 이 값은 출력쪽 레벨보다 상대적으로 6dB 더 높습니다. 그림4에서 보는 바와 같이 잡음 수준을 포함한 모든 것이 6dB 올라가는군요. 이 시스템의 전체 다이나믹 레인지는 여전히 시그널 딜레이 장치에 의해 결정되는데, 왜냐하면 여전히 이 장치가 전체 장치들 중에 가장 짧은 윈도우를 갖고 있기 때문입니다.

앰프의 최대 입력 값이 (입력 어테뉴에이터를 지난 후의) 여전히 +3dB 이기 때문에 앰프의 윈도우는 여전히 동일한 위치에 있습니다.

주; 그림4에서 각 장치의 윈도우를 보면 다이나믹 레인지를 계산할 때, 윈도우 상단의 위치가 앞에서 설명한 과정을 근거로 변했습니다. 이는 앞에서 설명한 윈도우 상단을 항상 맞춰야 한다는 것과 다른 것처럼 보이지만 그렇지 않은 게 장치 내에서 변한 값은 상단의 최대 출력 뿐 아니라 하단의 잡음수준에도 동일한 영향을 끼치게 되기 때문에 다이나믹 레인지는 변화하지 않습니다. 즉, 이러한 패드와 게인을 적용할 때 가장 중요한 것은 장치들의 다이나믹 레인지에 변화를 주지 않아야, 다시 말하자면 노이즈 수준과 최대 출력레벨이 동시에 변하게 되어야 이 작업이 의미가 있다는 말입니다. – 일반적인 장비는 거의 그렇습니다. 특히 패드를 적용할 때 신호의 크기는 줄어 들었는데 노이즈는 줄어들지 않을 수 있는데 만약 그런 상황이라면 특히 주의 깊게 살펴야 합니다.

Multiple Signal Paths, Arrays and Delays 어레이와 딜레이 등의 다양한 신호 경로들

이 작업을 하는데 있어서 또 다른 고려할 점은 믹서의 신호가 여러 개의 로드(출력,부하)에 연결되는 것과 같은 여러 개의 부하를 가지는 시스템에 대해서 입니다. 여러분은 각각의 부하들에 대해 분리해서 해석을 해야 하고, 모든 부하들에 대해 공통으로 사용하는 출력 소스에 대해 개별적으로 해석해야 한다는 점입니다. (그림5의 예제에서 믹서와 같이)

이 과정은 자동적으로 시스템을 최적화하게 되어 모든 부하들과 그 부하들의 소스가 동시에 클리핑이 되게 해줍니다. 이렇게 하기 위해서는 그림5에의 믹서는 각각의 부하에 반드시 개별 패드를 통해서 연결이 되어야 합니다. 따라서 다이나믹 레인지는 각 부하마다 달라지게 됩니다.

그림 5

실제 환경에서 여러 부하(스피커)를 가진 시스템의 발란스를 맞추기 위해서는 여러분은 아마도 최적화된 게인 스트럭쳐를 제공하는 것보다 각 부하마다 개별 레벨 조절을 할 필요가 있을 것입니다.

여러 개의 딜레이 발코니 스피커들과 하나의 메인 스피커 시스템을 가진 예를 들어 봅시다. 이러한 경우 오퍼레이팅 레벨을 맞추기 위해서는 어쿠스틱 레벨이 가장 낮은 부하(주;가장 낮은 음압의 스피커 부하)를 기준 부하로 사용합니다. (다시 말해, 소리가 충분히 크지 않아서 볼륨을 키우고 싶은 부하 – 그러나 볼륨엔 손대지 마세요) 다른 부하(앰프, 스피커)들에 대해서는 앰프의 입력 어테뉴에이터를 사용하세요.

이렇게 하면 다른 부하들의 출력 레벨을 줄이게 되고, 기준으로 삼은 부하에 맞는 적절한 음압의 발란스를 얻게 됩니다. 또한 노이즈 수준을 낮추게 되고, 다른 부하들의 최대 용량을 줄이는 효과도 볼 수 있습니다. 이 경우, 더 작은 용량의 앰프로도 충분할 수 있는데, 왜냐하면 여러분이 기준 부하가 클리핑이 되지 않도록 시스템을 운영한다면, 다른 부하들은 절대 자기들의 최대 용량을 쓰는 상황이 되지 않도록 시스템을 설정하였기 때문입니다.

그러나 예를 들어 여러분이 발코니 스피커 시스템에서 클리핑이 생기지 않게 하려고 메인 스피커의 최대 용량을 심각하게 줄여야 할 상황이 되었다면, 그땐 이 발코니 시스템의 출력이 너무 작다는 것을 의미합니다. 이때는 메인 스피커를 줄이는 대신, 먼저 발코니 시스템의 앰프에 게인을 더 올려야 합니다. (아니면 앰프 입력 어테뉴에이터를 빼주던지요.)

이렇게 해서 시스템이 적절하게 발란스가 맞아진다면, 메인 시스템의 앰프가 클리핑이 되기 전에 발코니 시스템의 앰프가 먼저 클리핑 되게 될 것입니다.

이러한 상황에서 여러분이 다 정리하고 빵이나 먹을 수 있는 유일한 방법은 발코니 앰프를 더 큰 출력의 앰프로 바꿔서 더 많은 전압(파워)을 발코니 스피커들한테 공급해주는 것뿐입니다.

여러분은 전자적인 게인 스트럭쳐만을 분석해서 이 문제를 탐지할 수 없을 것입니다.

이 문제는 발코니 시스템에 쓰이는 스피커의 감도(센서티비티)와 청중까지의 거리에 근거한 각 부하들의 어쿠스틱 출력 레벨을 적절히 분석하는 문서작업에 의해서만 탐지될 수 있습니다.

Electronic Crossovers 전자식 크로스오버

전자식 크로스오버는 특별한 주의가 필요합니다. 옥타브 당 동일한 에너지를 가진 풀레인지(통상 20~20KHz 대역) 신호를 한번 생각해봅시다. (이런 신호를 핑크노이즈라고 합니다) 크로스오버 장치는 이러한 신호의 전체 에너지를 두 개나 그 이상의 주파수 대역으로 나누게 될 것입니다. 이것은 크로스오버 입력으로 들어 온 풀레인지 신호의 레벨에 비교해 보면, 각 주파수 대역별로 나뉜 크로스오버의 개별 출력 신호들은 고유의 신호 감쇄가 생기게 될 것을 의미합니다.

이러한 이유로, 크로스오버는 풀레인지 신호가 들어 올 때는 유닛 게인 장치가 아닙니다. (주; 유닛게인 장치 - 들어온 신호가 출력이 변하지 않고 그대로 나가는 장치) 다음의 방법(공식)을 통해 각 주파수 대역별 출력단에서의 신호들이 입력된 풀레인지 대역의 신호에 비해 얼마나 출력이 감소하는지를 대략적으로 계산해 볼 수 있습니다.

계산 예) 3웨이 크로스 오버 : 각 출력단의 주파수 대역은 1) 50Hz ~ 125Hz, 2) 125Hz ~ 500Hz 3) 500Hz ~ 10KHz 입니다.

  1. 각 대역에서 가장 낮은 주파수에 2씩 곱해서 가장 높은 대역 주파수가 될 때까지 몇 번을 곱해야 하는지 계산합니다. 여러분이 곱한 횟수가 이 대역의 옥타브 개수가 됩니다. 가장 근처의 정수값을 얻기 위해, 얻은 결과에서 소수점은 제거 합니다. [예제 : 1,2,4]
  2. 1)에서 구한 각 밴드의 옥타브 수를 모두 더합니다. [예제 : 1+2+4=7]
  3. 2)에서 구한 전체 주파수 대역의 옥타브 수로 각 밴드의 옥타브 수를 나눕니다. [예제 : 1/7=0.14, 2/7=0.29, 4/7=0.57]
  4. 3)에서 구한 결과값의 log를 취합니다.(주;공학용 계산기를 쓰세요~) [예제 ; log(0.14)=-0.9, log(0.29)=-0.6, log(0.57)=-0.2]
  5. 4)에서 구한 log값에 10을 곱하면 각 주파수 밴드의 대략적인 손실값에 대한 dB를 구할 수 있습니다. [예제 : -9dB, -6dB, -2dB]

저역 주파수 대역에서의 감쇄가 거의 10dB에 달한다는 점에 주의하세요. 이 점이 많은 시스템들에서 서브우퍼를 구동하기 위한 충분한 레벨을 얻는데 어려움을 겪는 이유입니다.

이제 여러분은 크로스오버 윈도우 창의 출력단에 수평선을 다시 그려야 합니다. 크로스오버의 각 출력단에 위에서 찾은 손실된 dB값만큼 낮게 떨어트려 이 수평선들을 그립니다. 각 크로스오버 출력에 해당하는 이 선은 이 출력이 연결되는 장치(주로 파워앰프겠죠?)의 윈도우 상단과 맞추기 위해 쓰입니다.

이 예제에서는 서로 다른 값의 패드가 각 출력마다 필요할 겁니다. (앰프가 동일한 입력 감도를 가지고 있다고 가정할 때) 크로스오버에 신호를 주는 앞단 장치의 윈도우 상단은 여전히 크로스오버의 입력단 윈도우 상단과 맞춰져 있습니다.

실제 시스템에서는 앰프의 입력 레벨은 앞서 설명한 멀티부하 시스템과 유사하게 시스템의 어쿠스틱 발란스를 맞추는데 쓰입니다. 여러분이 가장 올리고 싶은 주파수 대역을 기준 출력으로 사용하세요 – 일반적으로 서브우퍼 밴드가 되겠네요.(그러나 물론 여러분은 그걸 올리고 싶지 않을 겁니다. –맞나요?). 나머지 주파수 대역을 기준 주파수 밴드에 맞추기 위해서는 다른 밴드들에 사용하는 앰프들의 입력 레벨을 줄이게 됩니다. (주; 서브우퍼가 가장 많이 올려 줘야 하는 대역이기 때문에 – 왜냐하면 가장 많이 감쇄가 일어나기 때문에 – 같은 입력 감도를 가진 앰프를 각 밴드에 같이 쓴다면 다른 밴드들에서는 볼륨을 줄여줘야 – 덜 올려줘야 -합니다.)

여러분이 어쿠스틱 음압이 발란스가 맞도록 잘 시스템을 설정하고 나면, 아마도 앰프의 입력 레벨 컨트롤(주;앰프 볼륨)이 너무 낮게 조절이 되어서 – 특히 혼 스피커용 앰프에서 – 자신의 최대 출력을 낼 수 없게 되었음을 발견하게 되는데 심지어는 그 밴드에 해당하는 주파수 한 개짜리 사인파형으로도 그렇게 됩니다. 여러분은 모든 앰프의 입력레벨을 필요에 의해 동일한 양 만큼 증가 시킬 수도 있고, 혹은 제한된 주파수 대역의 신호들에 비해서 쓸데없이 큰 용량을 줄일 수도 있습니다.

그렇지만 명심할 것은 여기엔 두가지 결론에 다다르게 된다는 것입니다. 이렇게 하면 시스템의 잡음을 끌어올리게 되고, 여전히 풀레인지 대역 신호에 대한 출력은 변하지 않을 것입니다. 그러나 몇몇 앰프들은 시스템 내에서의 신호처리 과정에서 클립이 발생하기 전에 먼저 클리핑을 발생할 것입니다.

이 점이 바로 서로 다른 주파수 대역들 사이에서 증폭도와 용량을 더 잘 매치하기 위해 앰프 크기(용량)의 변경이나 타협을 받아 들여야만 하는 또 다른 상황이 됩니다.

Other Band-Limited Devices 또다른 주파수 재생 대역 제한 장치들

크로스오버의 경우와 유사한 더 일반적인 케이스가 있습니다.

여러분이 만약 풀레인지 입력 신호를 받지만 제한된 주파수 응답 특성을 가진 장비를 가지고 있다면 – 하이패스나 로우패스 필터 장비들 같은 경우 – 그런 특성의 장비들은 입력 신호 대비 출력 신호에서 에너지의 손실이 발생하게 됩니다.

앞서 전자식 크로스오버에서 다루었던 것과 동일한 방식으로 이 손실을 계산해봅시다.

일반적인 풀레인지 주파수 대역을 갖는 음악 신호들에서의 중요한 에너지 대역은 약 9 옥타브 정도의 범위에 펼쳐져 있습니다. (대략 30Hz에서 15KHz 정도 대역)

예제 : 언더 발코니 시스템의 주파수 대역은 150Hz ~ 5KHz 정도입니다

(주; 이 값은 스피커의 데이터쉬트에 있는 재생 주파수 범위에서 나옵니다.)

  1. 이 장치의 재생 대역의 가장 낮은 주파수에 2씩 곱해서 재생 가능한 가장 높은 주파수에 도달하려면 몇 번 곱해야 하는지 계산합니다. – 이 횟수가 이 장치의 재생 대역에 대한 옥타브 범위가 됩니다. – 결과에서 소수점은 떼고 가장 근처의 정수값을 취합니다.(예제의 경우 = 5)
  2. 1)에서 나온 결과를 전 대역 옥타브 값인 9로 나누어 줍니다 (이 경우 5/9=0.56)
  3. 2)의 값을 Log를 취합니다.(주;계산기를 사용하세요) (이 경우 log(0.56)=-0.3)
  4. 3)의 값에 10을 곱해 줍니다.(주; dB단위를 만들기 위해서) (이 경우 10 X (-0.3)= -3dB)

    이 값이 대략적인 에너지의 손실에 대한 dB값입니다.

이제 여러분은 이 장치 윈도의 출력단에 수평선을 그려야 합니다. 이 수평선은 원래 윈도우의 상단으로부터 위 과정의 4)에서 얻은 값만큼 내려서 그려야 합니다. 그리고 이제 이 수평선은 다음에 연결되는 장치 윈도우의 상단과 맞추는데 사용됩니다. (주; 이 수평선을 기준으로 게인 스트럭쳐를 진행합니다.)

System Limiting 시스템 리미팅 설정

게인 스트럭쳐 작업이 적절하게 이루어진 시스템에서 시스템 리미터 장치의 목적은 어떤 신호도 이 시스템의 최대 신호 레벨을 넘지 않도록 방지하는데 있습니다. 그렇게 해서 이 장치는 '비상용' 장치로 사용되는데 이는 아주 확실한 (절대 어떤 신호도 넘지 못하는) 최대 출력 레벨을 제공하게 됨을 의미합니다.

소프트니(soft knee)특성의 쓰레숄드를 가진 리미터나 컴프레서는 이러한 목적에는 맞지 않습니다. 여러분은 정말 뭔가 확실한 걸 원할 텐데, 이 것은 어떤 신호가 진행되는 도중에 특정 지점에 도달하면 즉시 멈추고, 이후로 절대로 더 이상 레벨이 증가되지 않을 겁니다. 실제로는 그 장치의 최대 입력 레벨과 리미팅 쓰레숄드 사이에는 어느 정도 여유가 필요하기 때문에 시스템의 다이나믹 레인지를 잃지 않고 적절하게 설정하는 것은 쉽지 않습니다.

리미터 역시 리미터의 입력, 출력, 노이즈 레벨 사양, 게인 세팅 등을 시스템 내의 다른 장치와 같은 개념으로 도입해야 합니다. (주; 다른 장치들의 윈도우와 같은 개념의 윈도우를 그려서) 리미터의 출력 게인은 그 신호가 연결되는 다음 장치의 최대 입력 레벨보다 약 2dB정도 작은 신호를 보낼 수 있도록 레벨 조절용으로만 사용되어야 합니다.(주;메이크업 게인(보상 게인)정도로 쓰라는 의미) 이렇게 설정하면 보호용으로 쓰일 때 발생하는 '약간의 에러를 보상'할 수 있을 것입니다.

여러분이 지금까지 언급한 이런 점을 고려한다면, 완벽하게 작동하도록 적절하게 게인 설정이 된 시스템에서 리미터는 음원(시그널 소스) 장치 출력 단에 위치하는 것이 가장 좋습니다. 이렇게 하면 시스템으로 들어가는 어떤 입력 신호도 절대로 첫번째 장치가 클리핑이 되도록 하지 않을 것입니다. (주; 첫번째 장치에서 클리핑이 절대 생기지 않는 다면 그 이후 전체 시스템도 당연히 게인 스트럭쳐가 되어 있기 때문에 클리핑이 생기지 않을 것입니다.) 만약 한번에 꼭 하나의 음원만 쓰인다면 이러한 방법은 기술적으로 유효합니다. (다시 말해 다른 소스와 믹스가 되지 않는 경우)

따라서 만약 여러분이 여러 개의 소스를 간단히 스위칭해서 쓴다면, 리미팅 장치는 스위쳐의 출력단에 위치하는 것이 최선입니다. 시스템은 하나의 입력 소스만을 인지할 것이고, 여러 개의 소스 중 어느 게 어떤 종류인지는 상관없이 어떤 입력 소스도 시스템에서 클리핑이 생기도록 하지 않을 것입니다.

여러 개의 소스가 믹스되고, 적절하게 게인스트럭쳐 설정이 된 시스템에서는 다음으로 가장 좋은 위치는 믹서의 출력단 입니다.

왜냐하면 시스템의 최대 출력 레벨을 초과하는 어떤 주파수대역에서의 믹서 출력 전압이라도 어디선가는 시스템에서 클립을 발생시킬 것이기 때문입니다.

여러 부하가 있는 시스템에서는 여러분은 개별 부하마다 리미터를 사용하는 걸 고려해야만 합니다. 그러나 적절한 게인 스트럭쳐에서는 한번에 잘 동작하던지, 그중 몇 개에서만 신호를 압축하던지 아니면 전혀 동작하던지 할 것인데, 이는 어쿠스틱 발란스를 엉망으로 만들게 될 것입니다.

따라서 오퍼레이터에 의해 조절되는 메인 출력에 하나의 리미터를 사용하는 것이 가장 타당합니다.

'오퍼레이터에 의해 조절' 된다는 의미는 하나의 분리된 서브우퍼 출력과 같은 어쿠스틱 발란스가요구되는 출력단들에서 입력 신호를 기반으로 오퍼레이터에 의해 활발하게 믹싱이 된다는 의미입니다.

여러분은 오퍼레이터가 믹서의 클리핑을 피하기 위해서 쓰레숄드를 넘어서는 때를 잘 볼 수 있도록 해야 한다는 점을 분명히 해야 합니다.

만약 믹서의 잡음수준이 시스템 내의 다른 장치들 보다 충분히 낮다면, 여러분은 믹서가 리미터의 쓰레숄드보다 3dB 이상 더 여유를 가지도록 설정할 수 있습니다. 여러분은 이 작업을 믹서와 리미터 사이의 패드를 줄여서 할 수 있습니다. 또는 리미터의 잡음수준이 감당할 수 있다면 여러분은 리미터의 쓰레숄드를 더 낮게 가져 갈 수도 있습니다. (그러면 같은 레벨의 출력을 얻기 위해서 출력 게인을 올리겠죠. 주; 결국 출력 게인을 올리기 위해서는 잡음수준이 더 낮아야 한다는 의미입니다.)

리미터가 대단히 확고한 제한을 주는 장치로 쓰이기 때문에, 여러분은 압축비를 최대로 설정해야 합니다.(10:1 또는 그 이상으로) 어택과 릴리즈 설정에 대해서는 이 항목들은 실제 게인 스트럭쳐에 영향을 주지는 않습니다. (주; 실제로 신호의 크기를 바꾸지는 않고 설정이 적용되는 시간에만 영향을 주기때문) 그러나 리미터는 응급상황에서만 보호장치로 동작하는 기능으로 설계되었기 때문에 가장 빠른 어택과 릴리즈 타임을 설정합니다. 여기에서는 사운드퀄러티를 따지지 않습니다. 단지 어떤 과부하로부터도 시스템을 보호할 뿐입니다.

그래서 가능한 빨리 보호 상태로 들어가고 나와야 합니다.(주;리미터가 빨리 적용되고 풀려야 합니다.) 만약 음질이 중요하다고 생각한다면, 당신은 정확한 개념을 가지고 있는 것이 아닙니다. 여러분이 고려해야만 하는 것은 거의 리미팅이 되는 상태로 들어가지 않는 더 강력한 시스템에 대해서입니다. 다른 말로 말해 시스템이 지속적으로 리미팅이 걸린다면, 이는 부족하게 설계가 된 것입니다.

Summary 결론

게인 스트럭쳐는 우리가 불가피하게 서로 다른 입출력 사양과 잡음 수준을 가진 장치들을 써야하기 때문에 발생하는 문제입니다. 적절하게 시스템의 게인을 설정하는 데에는 서로 연결되어 있는 각각의 장치들의 관계와 전체 시스템 경로들 간의 관계를 분석하는 것이 가장 쉬운 방법입니다.

다행히도 여러분이 필요한 약간의 정보들은 장치들의 사양서(datasheet, 매뉴얼, specification 등)에서 찾아볼 수 있습니다. 여러분이 실제 장비를 구매하고 결선을 해보기 전에 미리 문서 상으로 적절한 게인 스트럭쳐를 가상으로 그려본다면 여러분은 잠재적인 문제점들을 발견하고 적절한 대체 수단을 찾을 수 있게 될 것입니다.

어떤 경우라도, 게인을 적절히 설정하는 것으로 여러분은 시스템의 다이나믹 레인지와 잡음수준에서 상당한 혹은 때때로 아주 괄목할만한 성과를 얻을 수 있습니다. 처음 예를 든 시스템에서, 18dB라면 분명히 괄목할만한 성능 향상이라고 할 수 있습니다. –끝-

Translating by YunSong Sim ( http://soundoflife.tistory.com / hajuso : www.hajuso.com )

Setting Sound System Level Controls (사운드 시스템 레벨 설정)

원문 : http://rane.com/note135.html

Dennis Bohn, Rane Corporation

RaneNote 135 written 1997; last revised 4/05

  • Decibel: Audio Workhorse
  • Dynamic Range: What's Enough?
  • Headroom: Maximizing
  • Console/Mic Preamp Gain Settings
  • Outboard Gear I/O Level Controls
  • Power Amplifier Sensitivity Controls
  • Active Crossover Output Attenuators
  • Using the RaneGain Test Set

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Importance

중요성

Correctly setting a sound system's gain structure is one of the most important contributors to creating an excellent sounding system. Conversely, an improperly set gain structure is one of the leading contributors to bad sounding systems. The cost of the system is secondary to proper setup. The most expensive system set wrong never performs up to the level of a correctly set inexpensive system. Setting all the various level controls is not difficult; however, it remains a very misunderstood topic.

사운드시스템의 게인 스트럭쳐를 제대로 설정하는 것은 최상의 사운드 시스템을 만드는 가장 중요한 요인 중 하나입니다. 역으로, 적절하지 않은 게인 스트럭쳐의 설정은 사운드 시스템을 망치는 데 선도적인 요인 중 하나입니다. 시스템에 투자한 비용은 적절한 설정을 하는데 두번째 요소입니다. 잘못 설정한 아주 비싼 시스템은 절대로 제대로 설정한 저렴한 시스템이 내는 성능을 따라 잡을 수 없습니다. 다양한 레벨의 장치들을 모두 설정하는 것은 어렵지 않습니다. 그러나 여전히 그것은 잘못 오해하는 주제로 남아 있습니다.

 

The key to setting level controls lies in the simple understanding of what you are trying to do. A few minutes spent in mastering this concept makes most set-ups intuitive. A little common sense goes a long way in gain setting.

레벨 조절장치들에 대한 키는 여러분이 하고자 하는 바를 단순하게 이해하는 데 있습니다. 이 컨셉을 완벽히 이해하는 데 들이는 몇 분의 시간(우리는 좀더 걸리지도)이 대부분 설정과정을 직관적으로 이해하게 만듭니다. 몇 개의 상식 정도가 게인 세팅을 하는데 많은 영향을 끼칠 겁니다.

A dozen possible procedures exist for correctly setting the gain structure of any system. What follows is but one of these, and is meant to demonstrate the principles involved. Once you master the fundamental principles, you will know what to do when confronted with different system configurations.

어떤 시스템에 대해 게인스트럭춰를 적절히 설정하는데는 다양한 가능한 과정들이 존재합니다.그러나 따르는 것은 이것들 중 하나이고 이는 관련된 원리를 설명하는 것을 의미합니다. 여러분이 기본적인 원리만 마스터하고 나면 이제 서로 다른 설정의 시스템을 접할 때 무엇을 해야할 지 알게 될 것입니다.

Decibels, Dynamic Range & Maximizing Headroom

데시벨, 다이나믹 레인지, 그리고 최대 헤드룸

 

Audio-speak is full of jargon, but none so pervasive as the decibel. Mastering gain, or level control settings also requires an understanding of dynamic range and headroom.

오디오는 전문적인 언어로 가득합니다만 어떤 것도 데시벨(decivel)처럼 많이 쓰이지는 않습니다. 게인이나 레벨 컨트롤 설정을 마스터하는 것은 다이나믹과 헤드룸을 잘 이해한다는 것입니다.

 

Dynamic range is the ratio of the loudest (undistorted) signal to that of the quietest (discernible) signal in a piece of equipment or a complete system, expressed in decibels (dB). For signal processing equipment, the maximum output signal is ultimately restricted by the size of the power supplies, i.e., it cannot swing more voltage than is available. While the minimum output signal is determined by the noise floor of the unit, i.e., it cannot put out a discernible signal smaller than the noise (generally speaking). Professional-grade analog signal processing equipment can output maximum levels of +26 dBu, with the best noise floors being down around -94 dBu. This gives a maximum unit dynamic range of 120 dB -- a pretty impressive number coinciding nicely with the 120 dB dynamic range of normal human hearing (from just audible to painfully loud).

Dynamic range(다이나믹 레인지)는 장비 한대 혹은 전체 시스템에서 디스토션이 발생하지 않는 한도에서 가장 큰 신호 크기와 인지할 수 있는 가장 조용한 신호 크기의 비율을 의미하고 데시벨(dB)로 나타냅니다. 신호처리 장치에서는 최대 출력 신호의 크기는 절대적으로 공급되는 전원의 크기에 의해 제약을 받습니다. 다시 말해 신호는 공급되는 전원의 전압보다 더 큰 전압으로 동작할 수 없습니다. 최소 신호 크기는 장비의 노이즈 플로워 크기에 의해 결정됩니다. 다시 말해, 신호 레벨은 노이즈보다 더 작은 신호로 인지할만하게 내보낼수 없습니다. 프로급의 아날로그 신호처리장치는 최대 +26dBu 정도의 신호를 출력할 수 있으며 가장 좋은 성능의 노이즈 플로워는 대략 -94dBu 아래 정도 됩니다. 이는 최대 120dB정도의 장치의 다이나믹 레인지를 제공하고 이정도면 상당히 인상적인 값이고 일반인이 들을 수 있는(겨우 들을 수 있는 레벨에서 귀가 아픈 레벨까지) 120dB의 인간의 청취 다이나믹 레인지와 일치합니다.

 

For sound systems, the maximum loudness level is what is achievable before acoustic feedback, or system squeal begins. While the minimum level is determined by the overall background noise. It is significant that the audio equipment noise is usually swamped by the HVAC (heating, ventilating & air conditioning) plus audience noise. Typical minimum noise levels are 35-45 dB SPL (sound pressure level), with typical loudest sounds being in the 100-105 dB SPL area. (Sounds louder than this start being very uncomfortable, causing audience complaints.) This yields a typical useable system dynamic range on the order of only 55-70 dB -- quite different than unit dynamic ranges.

사운드 시스템에 대해서는 최대 음압 레벨은 어쿠스틱 피드백, 즉 시스템이 비명을 지르기 시작하기 직전의 값으로 얻어집니다. 여전히 최저 레벨은 전체적인 백그라운드 노이즈에 의해 정해집니다. 여기서 중요한 점은 음향 장비의 노이즈 레벨은 일반적으로 공조시스템이나 청중의 소음에 의해 뭍힌다는 겁니다. 일반적인 최저 노이즈 레벨은 35~45dB SPL(sound pressure level)이고, 통상 최고 음압 레벨은 100~105dB SPL 정도입니다.(이보다 더 큰 소리는 매우 불쾌하고 청중들의 불평을 야기하기 시작합니다) 이는 일반으로 사용할만한 시스템의 다이나믹 레인지가 단지 55~70dB정도가 되고 이 값은 장치의 다이나믹 레인지와는 꽤 다릅니다.

 

Note that the dynamic range of the system is largely out of your hands. The lower limit is set by the HVAC and audience noise, while the upper end is determined by the comfort level of the audience. As seen above, this useable dynamic range only averages about 65 dB. Anything more doesn't hurt, but it doesn't help either.

시스템의 다이나믹 레인지는 주로 여러분의 손 밖에 있다는 점을 주의하세요. 낮은 음압쪽은 공조나 청중의 소음에 의해 설정되고 높은 음압 쪽은 청중이 편안히 들을 수 있는 레벨에 의해 정해집니다. 위에서 본 바와 같이, 이 사용가능한 다이나믹 레인지는 평균적으로 통상 65dB정도뿐입니다. 더 크다고 해서 피해를 주지는 않지만 그렇다고 도움이 되지도 않습니다.

 

Headroom is the ratio of the largest undistorted signal possible through a unit or system, to that of the average signal level. For example, if the average level is +4 dBu and the largest level is +26 dBu, then there is 22 dB of headroom.

Headroom(헤드룸)은 장비나 시스템에서 나오는 왜곡되지 않는 한에서 가능한 가장 큰 소리의 레벨과 평균적인 신호 레벨 사이의 비율을 의미합니다. 예를 들어, 평균 레벨이 +4dBu이고, 가장 큰 레벨이 +26dB라면 22dB의 헤드룸을 가진다는 것을 의미합니다.

 

Since you cannot do anything about the system dynamic range, your job actually becomes easier. All you need worry about is maximizing unit headroom. Fine. But, how much is enough?

여러분이 시스템의 다이나믹 레인지에 대해 할 수 있는 게 없기 때문에 여러분의 작업은 실제로는 쉽습니다.(공조시스템, 청중 소음 얘기) 여러분이 걱정해야 할 모든 것은 유닛의 헤드룸을 극대화하는 것입니다. 바로 그겁니다. 그런데 얼마나 되야 충분하죠?

 

An examination of all audio signals reveals music as being the most dynamic (big surprise) with a crest factor of 4-10. Crest factor is the term used to represent the ratio of the peak (crest) value to the rms (root mean square -- think average) value of a waveform. For example, a sine wave has a crest factor of 1.4 (or 3 dB), since the peak value equals 1.414 times the rms value.

모든 종류의 오디오 신호를 연구한 결과, 음악이 가장 다이나믹(깜짝 놀라게)한데 4-6정도의 크레스트 상수(crest factor)를 가지는 것으로 드러났습니다. 크레스트 팩터는 주파수 파형의 피크(crest)값과 제곱평균(RMS ;root-mean-square)사이의 비율을 나타내기 위해 사용되는 용어입니다. 예를 들어 사인파의 크레스트 팩터는 1.4(또는 3dB)인데 이는 사인파형의 피크값이 rms값의 1.414 배와 같습니다.

 

Music's wide crest factor of 4-10 translates into 12-20 dB. This means that musical peaks occur 12-20 dB higher than the "average" value. This is why headroom is so important. You need 12-20 dB of headroom in each unit to avoid clipping.

음악에서의 4-10이라는 크레스트 팩터는 12-20dB정도로 환산 될 수 있습니다. 이는 음악에서 피크값은 평균레벨에 비해 대략 12-20dB정도 크게 나올 수 있음을 의미합니다. 이점이 헤드룸이 그렇게 중요한 이유입니다. 여러분은 파형이 찌그러지는 것을 피하기 위해 각각의 장치에서 12-20dB의 헤드룸을 확보하는 것이 필요합니다.

 

Preset All Level Controls in the System

시스템의 모든 레벨 조절 장치들을 설정하기

 

After all equipment is hooked-up, verify system operation by sending an audio signal through it. Do this first before trying to set any gain/level controls. This is to make sure all wiring has been done correctly, that there are no bad cables, and that there is no audible hum or buzz being picked up by improperly grounded interconnections (See Sound System Interconnection). Once you are sure the system is operating quietly and correctly, then you are ready to proceed.

모든 장치들을 연결한 후에, 오디오 신호를 보내서 시스템이 동작하는지 확인합니다. 게인이나 레벨 조절을 하려고 하기 전에 먼저 이 작업을 합니다. 이는 모든 결선이 제대로 이루어졌는지 확인하기 위한 것이고 그러고 나면 거기엔 잘못된 케이블들도 없고 제대로 그라운드가 되지 않는 결선에 의해 생기는 험이나 버즈 노이즈(전기노이즈들)도 없을겁니다.(Sound system interconnection 문서를 참조) 여러분이 이 시스템이 조용히, 그리고 정확하게 동작하는 것을 확인하고 나면 이제 작업할 준비가 되었습니다.

 

  • Turn down all power amplifier level/sensitivity controls.
  • 모든 파워앰프의 레벨이나 센서티비티 조절장치(볼륨)을 완전히 줄입니다.
  • Turn off all power amplifiers. (This allows you to set the maximum signal level through the system without making yourself and others stark raving mad.)
  • 모든 파워앰프를 끕니다.(이 과정은 여러분이 여러분 자신이나 다른 사람들을 갑자기 놀라게 하지 않고 시스템으로 최대 신호를 보내보도록 할 수 있게 합니다.)
  • Position all gain/level controls to their off or minimum settings.
  • 장치들의 모든 게인/레벨 컨트롤러들을 끄거나 최저로 설정합니다.
  • Defeat all dynamic controllers such as compressors/limiters, gate/expanders, and enhancers by setting the Ratio controls to 1:1, and/or turning the Threshold controls way up (or down for gate/expanders).
  • 컴프/리미터, 게이트/익스팬더, 인핸서 같은 모든 다이나믹 장치들의 레이시오를 1:1로 놓거나 쓰레숄드를 완전 높이든지 내리든지(게이트/익스팬더의 경우) 영향을 주지 않도록 합니다.
  • Leave all equalization until after correctly setting the gain structure.
  • 게인스트럭쳐 설정이 정확히 될때까지는 모든 이퀄라이져를 남겨 놓습니다.

Console/Mic Preamp Gain Settings

콘솔/마이크 프리앰프의 게인 설정

 

A detailed discussion of how to run a mixing console lies outside the range of this Note, but a few observations are relevant. Think about the typical mixer signal path. At its most basic, each input channel consists of a mic stage, some EQ, routing assign switches and level controls, along with a channel master fader. All of these input channels are then mixed together to form various outputs, each with its own level control or fader. To set the proper mixer gain structure, you want to maximize the overall S/N (signal-to-noise) ratio. Now think about that a little: because of the physics behind analog electronics, each stage contributes noise as the signal travels through it. (Digital is a bit different and is left to another Note and another day.) Therefore each stage works to degrade the overall signal-to-noise ratio. Here's the important part: The amount of noise contributed by each stage is (relatively) independent of the signal level passing through it. So, the bigger the input signal, the better the output S/N ratio (in general).

믹싱 컨솔을 어떻게 운영할지에 대한 자세한 논의는 이 문서에는 논외로 합니다만 몇가지 관찰은 필요합니다. 일반적인 믹서의 신호흐름에 대해 생각해보죠. 가장 기본적인 것으로 각 입력 채널은 마이크부, 몇 개의 EQ, 버스 어사인 버튼들과 레벨 컨트롤들, 그리고 채널 마스터 페이더로 구성되어 있습니다. 입력 채널 모두는 자신들 만의 레벨 컨트롤러나 페이더를 가지고 있는 다양한 출력을 이루도록 함께 믹싱이 됩니다. 적절한 믹서의 게인 스트럭쳐를 설정하기 위해서 여러분은 전체적으로 최대의 S/N(신호대잡음비, signal-to-noise)비를 얻고자 할 것입니다. 자 이제 좀더 생각해봅시다. 아날로그 전자공학 이면의 물리적인 것 때문에 각 단계에서는 신호가 통과할 때 노이즈를 만들어 냅니다.(디지털은 좀다른데 다음에 다른 문서에서 다루겠습니다) 따라서 각 단계는 전체 s/n비를 떨어뜨리도록 동작합니다. 여기에 중요한 점이 있습니다. 각 단계에서 발생한 노이즈의 전체 양은 그 단계를 통과하는 신호 자체의 레벨과는 비교적 영향을 받지 않습니다. 그래서 더 큰 입력 신호는 더 좋은 출력 s/n비를 보장합니다.(일반적으로~~)

 

The rule here is to take as much gain as necessary to bring the signal up to the desired average level, say, +4 dBu, as soon as possible. If you need 60 dB of gain to bring up a mic input, you don't want to do it with 20 dB here, and 20 dB there, and 20 dB some other place. You want to do it all at once at the input mic stage. For most applications, the entire system S/N (more or less) gets fixed at the mic stage. Therefore set it for as much gain as possible without excessive clipping. Note the wording excessive clipping. A little clipping is not audible in the overall scheme of things. Test the source for its expected maximum input level. This means, one at a time, having the singers sing, and the players play, as loud as they expect to sing/play during the performance. Or, if the source is recorded, or off-the-air, turn it up as loud as ever expected. Set the input mic gain trim so the mic OL (overload) light just occasionally flickers. This is as much gain as can be taken with this stage. Any more and it will clip all the time; any less and you are hurting your best possible S/N.

여기서 규칙은 가능하면 원하는 평균 레벨, 말하자면 +4dBu,까지 신호를 끌어 올리는 데 필요한만큼의 충분한 게인을 취하는 것입니다. 여러분이 마이크 입력 신호를 끌어 올리는 데 60dB의 게인이 필요하다면, 여러분은 여기서 20dB, 저기서 20dB, 또 다른데서 20dB.. 이런식으로 얻고 싶지는 않을 것입니다. 여러분은 이를 마이크 단에서 한번에 하고 싶을겁니다. 대부분의 응용사례에서 전체 시스템의 s/n은 대략적으로 마이크 단에서 고정됩니다. 따라서 과도한 클리핑이 발생하지 않는 한 가능한 많은 게인을 설정합니다. "과도한" 클리핑이라는 단어에 주의하세요. 어느정도 작은 클리핑은 전체 시스템에서는 들리지 않습니다. 기대되는 최대 입력 레벨을 가지고 음원을 테스트해봅니다. 이는 한번에 한사람씩, 싱어는 노래하고 연주자는 연주를 하는데 그들이 공연 중간에 연주나 노래할 때 기대하는 만큼 크게 소리 낸다는 것을 의미합니다. 아니면 음원이 녹음되거나 공연중이 아니라면 전에 예상되던 대로 크게 틀어봅니다. 입력 마이크 트림을 마이크 OL(overload) 불이 가끔 깜빡일 정도의 레벨로 설정합니다. 이 정도가 이 단계에서 취해질 수 있는 최대의 게인입니다. 더 이상이라면 항상 클립이 생길 거고, 작다면 여러분이 얻을 수 있는 최상의 S/N를 해치게 될겁니다.

 

(Note that a simple single mic preamp is set up in the same manner as a whole mixing console.)

(간단한 한 개의 마이크 프리앰프도 전체 믹싱 콘솔에서와 마찬가지 방법을 설정합니다.)

Outboard Gear Input/Output Level Controls

아웃보드 장치의 입/출력 레벨 설정

 

All outboard unit level controls (except active crossovers: see below) exist primarily for two reasons:

모든 아웃보드 장치의 레벨 컨트롤(액티브 크로스오버만 빼고;아래를 참조)들은 우선적으로 두가지 이유 때문에 존재합니다.

  • They provide the flexibility to operate with all signal sizes. If the input signal is too small, a gain control brings it up to the desired average level, and if the signal is too large, an attenuator reduces it back to the desired average.
  • 이 컨트롤러들은 모든 신호 크기에 대해 잘 운영할 수 있는 유연성을 제공합니다. 입력 신호가 너무 작다면 게인 컨트롤은 원하는 평균 크기만큼 올려 주고, 신호가 너무 크다면 감쇄기가 신호를 원하는 평균크기만큼 줄여줍니다.
  • Level controls for equalizers: the need to provide make-up gain in the case where significant cutting of the signal makes it too small, or the opposite case, where a lot of boosting makes the overall signal too large, requiring attenuation.
  • 이퀄라이저의 레벨 컨트롤은 신호가 심각하게 깍여서 레벨이 너무 작게 되는 경우 게인을 보상해주거나, 반대로 너무 부스트 되어 신호가 커지는 경우 감쇄가 필요할 때 사용합니다.

Many outboard units operate at "unity gain," and do not have any level controls -- what comes in (magnitude-wise) is what comes out. For a perfect system, all outboard gear would operate in a unity gain fashion. It is the main console's (or preamp's) job to add whatever gain is required to all input signals. After that, all outboard compressors, limiters, equalizers, enhancers, effects, or what-have-you need not provide gain beyond that required to offset the amplification or attenuation the box provides.

대부분의 아웃보드 장치는 유닛게인'unity gain'에서 운영되고 들어와서 그대로 나가는 것과 같이 레벨 조절이 필요가 없습니다. 완벽한 시스템에서 모든 아웃보드 장치는 유닛게인에서 운영될것입니다. 모든 입력 신호에 대해 게인이 필요할 때마다 게인을 올려주는 것이 메인 콘솔이나 프리앰프의 역할입니다. 그리고 나서 컴프, 리미터, 이퀄라이져, 인핸서, 이펙터 혹은 여러분이 필요해서 가지고 있는 것이든 모든 아웃보드는 그 장치가 제공하는 증폭이나 감쇄값을 보상하는 정도를 넘어서는 게인을 제공할 필요가 없습니다.

 

With that said, you can now move ahead with setting whatever level controls do exist in the system.

그렇게 말하고, 여러분은 이제 시스템에서 존재하는 어떤 레벨 컨트럴도 설정해서 진도를 나갈 수 있습니다.

 

Whether the system contains one piece of outboard gear, or a dozen, gains are all set the same way. Again, the rule is to maximize the S/N through each piece of equipment, thereby maximizing the S/N of the whole system. And that means setting things such that your maximum system signal goes straight through every box without clipping.

이 시스템이 한 개의 아웃보드 장치만 가지고 있던, 많이 가지고 있던 게인들은 항상 같은 방식으로 설정됩니다. 다시 한번, 규칙은 각각의 장치에서 s/n을 최대로 하는 것입니다. 그로 인해 전체 시스템의 s/n이 최대로 됩니다. 그리고 이는 여러분의 최적화된 시스템 시그널이 클리핑 없이 모든 장치들을 통해 진행되도록 하는것과 같은 설정을 의미합니다.

 

Methods

방법

 

ProSoundWeb How Do You Set System Gain Structure?

Sound on Sound Ins and Outs of Gain Structure.

RaneGain Test Set: It's now a discontinued product, but if you have one, or find one, the following is a recommended setting procedure.

RaneGain Test Set : 지금은 단종된 제품이지만 여러분이 하나 가지고 있거나 찾을 수 있다면 다음 내용을 따라 설정을 해보도록 추천합니다.

The RaneGain test set is a handy tool kit based on techniques first developed by Pat Brown of Syn-Aud-Con for use in quickly setting sound system gain controls. It consists of two pieces: a self-contained, phantom-powered 400 Hz generator and a separate audio Transducer housed in an XLR connector. The RG Generator plugs into any mic input on a mixing console (or separate mic preamp) having phantom power in the range of 12-48 VDC, providing a convenient sound source. The RG Transducer plugs into the output of each unit and sounds a warning whenever the output level is clipped.

RaneGain test set은 신속하게 사운드 시스템의 게인 스트럭쳐를 설정하는데 사용하기 위해 Syn-Aud-Con의 Pat Brown이 최초롤 개발한 기술에 기반하여 휴대용으로 만들어진 제품입니다. 이 제품은 두가지로 구성되어 있으며, 팬텀파워로 동작하는 400Hz 신호제너레이터와 XLR 컨넥터에 내장된 별도의 오디오 트랜듀서로 구성되어 있습니다. RG 제너레이터를 12-48vdc 팬텀파워를 가진 콘솔의 임의의 마이크 입력단에 삽입하면 편리하게 음원을 넣을 수 있습니다. RG 트랜듀서를 각 장치의 출력단에 삽입하면 출력 신호가 클립될때마다 경고음을 발생합니다.

 

Setting Signal Processing Level Controls

시그널 프로세싱 레벨 컨트롤러 설정

 

First, a sound source is connected to the mixing console (or separate mic preamp) to provide the maximum system signal output, then this signal is used to set the outboard units.

먼저 음원을 믹싱 콘솔(혹은 별도의 마이크 프리앰프)에 연결해서 최대 시스템 신호 출력을 내줍니다. 이제 이 신호는 아웃보드 장치를 설정하기 위해 쓰입니다.

 

The most convenient sound source is one built into the mixer or preamp. If a built-in generator is available, use that; if not, use an external oscillator, such as the RaneGain generator or other test equipment. Connect the generator to an unused channel in the mixing console or to the input of the mic preamp. Carefully set the generator level and the channel input fader so the mic stage does not overload. Next, adjust the master output fader (or preamp output level control) for the largest level possible without clipping the output stage. Determine this maximum level using any of the four methods: RaneGain Test Set, OL Light, Oscilloscope, or AC Voltmeter described below.

가장 편리한 음원은 믹서나 프리앰프에 내장된 것입니다. 내장 제너레이터가 가능하다면 그걸 쓰세요 ; 그렇지 않다면 RaneGain 제너레이터나 다른 테스트 장치와 같은 외장 오실레이터를 사용합니다. 제너레이터를 콘솔의 사용하지 않는 입력 채널이나 프리앰프의 입력채널에 연결합니다. 제너레이터 출력레벨이나 그 입력 채널 페이더를 주의깊게 세팅해서 마이크 단에서 오버로드 되지 않도록 합니다. 다음은 마스터 출력 페이더(혹은 프리앰프 출력 레벨 컨트롤)를 조절해서 출력단에 클리핑이 발생하지 않는 한 가장 큰 레벨을 얻도록 합니다. 다음 네가지 방법중 어떤것이라도 사용해서 이것을 최대 레벨로 정의 합니다. RaneGain Test set, OL light, Oscilloscope, AC Voltmeter(테스트기)

 

  • RaneGain Test Set Plug the RG Transducer into the consoles (or preamps) master balanced output XLR jack. Turn up the master output fader (or preamp output level control) until the Transducer first sounds; reduce the level until the Transducer stops. This is now the maximum system signal output.
  • RaneGain Test Set : RG 트랜듀서를 콘솔이나 프리앰프의 발란스 출력 XLR 단자에 연결합니다. 마스터 출력 페이더나 프리앰프의 출력 레벨 컨트롤러를 트랜듀서에서 소리가 나기 시작할때까지 올리고 트랜듀서의 소리가 멈출때까지 살짝 내립니다. 이제 이 레벨이 이 시스템의 최대 출력입니다.
  • OL Light Adjust the sound source until the master output overload (OL) indicator just begins to light (or the output meter indicates an OL condition). This is now the maximum system signal output, although it is a conservative maximum since most OL indicators come on several dB before actual clipping.
  • OL Light(overload light) : 음원의 크기를 조절해서 메인출력단의 OL(overload) 표시 LED가 막 켜지기 시작(또는 출력단 레벨 미터가 오버로드를 표시)하도록 합니다. 이제 이 레벨이 이 시스템의 최대 출력입니다. 이는 상당히 보수적인 최대값인데 왜냐하면 대부분의 OL 표시등은 실제 신호가 클리핑 되는 시점보다 몇dB 낮은 지점에서 켜지기 때문입니다.
  • Oscilloscope Using the RG transducer or OL light are fast and convenient ways to set levels. However, a better alternative is to use an oscilloscope and actually measure the output to see where excessive clipping really begins. This method gets around the many different ways that OL points are detected and displayed by manufacturers. There is no standard for OL detection. If you want the absolute largest signal possible before real clipping, you must use either the RG transducer or an oscilloscope.
  • Oscilloscope :RG 트랜듀서나 OL 표시등을 사용하는 것은 레벨을 설정하는 가장 빠르고 편리한 방법들입니다. 그러나 더 괜찮은 다른 방법은 오실로스코프를 사용해서 실제로 클리핑이 시작하는 지점을 살펴보도록 출력단을 측정하는 것입니다. 이 방법은 제조사들이 OL표시들을 탐지하고 표시하는 다양한 방법들과 연관되서 확인할 수 있습니다. OL을 표시하는데는 표준이 없습니다.여러분이 진짜 클리핑이 발생하기 이전의 절대적인 가장 큰 신호를 원한다면 여러분은 반드시 RG트랜듀서나 오실로스코프를 사용해야 합니다.(OL표시방법은 제조사마다 다르므로)
  • AC Voltmeter If the RG transducer or an oscilloscope is out of the question, another alternative is to use an AC voltmeter (preferably with a "dB" scale). Here, instead of relying on the OL indicator, you choose a very large output level, say, +20 dBu (7.75 Vrms) or whatever is your maximum, e.g., max consumer level is often only -10 dBV (316 mv) and define that as your maximum level. Now set everything to not clip at this level. This is a reasonable and accurate way to do it, but is it an appropriate maximum? Well, you already know (from the above discussion) that you need 12-20 dB of headroom above your average signal. It is normal pro audio practice to set your average level at +4 dBu (which, incidentally, registers as "0 dB" on a true VU meter). And since all high quality pro audio equipment can handle +20 dBu in and out, then this value becomes a safe maximum level for setting gains, giving you 16 dB of headroom -- plenty for most systems.
  • AC 볼트메터 :RG 트랜듀서나 오실로스코프를 사용하는데 문제가 있다면 다른 방법은 AC 볼트메터(dB스케일로 보기에 적절한)를 사용하는 것입니다.OL표시에만 기대는것 대신에 여러분은 대단히 넓은 범위의 출력레벨을 측정할 수 있는데 말하자면 +20dBu(7.75Vrms)나 혹은 여러분 시스템의 최대 출력이 얼마든지, 즉 일반 가정용 제품이 주로 -10dBv(316mV)를 사용하는 것처럼 이런 값들을 여러분의 최대 출력으로 정의할 수 있습니다.이제 모든 장치를 이 레벨에서 클립이 되지 않도록 설정합니다. 이렇게 하는 타당하고 정확한 방법입니다. 그런데 이게 진짜 적절한 최대값일까요? 글쎄요, 여러분은 이미 평균 레벨 이상으로 12-20dB정도의 헤드룸을 가져야 한다는 걸 앞선 논의를 통해 알고 있습니다. 프로 오디오 세계에서 여러분의 평균 레벨을 통상 +4dB(주로 실제 VU메터에서 '0dB'로 저장되어 있는) 설정하는 것이 일반적입니다. 그리고 모든 고품질의 프로오디오 장비들은 +20dBu 정도의 입출력 신호를 다룰 수 있기때문에 이 값은 대부분의 시스템들에 충분한 16dB의 헤드룸을 여러분에 제공해서 게인 세팅을 하는데 안정적인 최대 레벨이 될 수 있습니다.

 

 

Outboard gear falls into three categories regarding gain/level controls:

아웃보드 장비들은 게인/레벨 설정을 고려해서 세분류로 나뉩니다.

 

  • No controls : 설정 불가
  • One control, either Input or Output :입력이든 출력인드 한쪽에서만 설정
  • Both Input & Output Controls :입출력 양쪽에서 모두 설정

Obviously, the first category is not a problem!

단언하건데, 첫번째 분류는 분제가 되지 않습니다.

 

If there is only one level control, regardless of its location, set it to give you the maximum output level either by observing the OL light, or the transducer, or the oscilloscope, or by setting an output level of +20 dBu as shown on your AC voltmeter.

그게 어느쪽이든지 한개의 레벨 컨트롤러만 있다면 그걸 사용해서 여러분은 앞서 설명한 OL표시등, 트랜듀서, 오실레이터를 통해 관찰하던지 혹은 AC 볼트메터에서 보이는 것처럼 +20dBu 출력 레벨이 나오도록 설정해서 최대 출력 레벨을 얻도록 설정합니다.

 

With two controls it is very important to set the Input control first. Do this by turning up the Output control just enough to observe the signal. Set the Input control to barely light the OL indicator, then back it down a hair, or set it just below clipping using your oscilloscope, or until the RG transducer buzzes. Now set the Output control also to just light the OL indicator, or just at clipping using the scope, or just buzzes. (Note: there is no good way to optimally set an input control on a unit with two level controls, using only an AC voltmeter.)

두개의 컨트롤러가 있다면 입력 레벨을 먼저 설정하는 것이 대단히 중요하니다. 단지 충분히 신호를 살펴보기 위한 경우에만 출력 컨트롤을 올려주세요.입력 컨트롤을 가지고 OL표시등이 겨우 깜빡이도록 레벨을 올린 후 살짝 내려줍니다. 또는 오실로스코프에서 클리핑 되기 시작하기 직전 레벨로 설정하거나, RG트랜듀서가 소리가 나기 직전의 레벨로 설정합니다. 이제 출력 레벨은 막 OL 표시등이 켜지거나, 스코프에서 클리핑 시작점, 또는 RG트랜듀서에서 소리 나기 직전으로 설정되었습니다. (주의: 두개의 컨트롤러를 가진 장비에서 입력 컨트롤러을 최적화해서 설정하는데는 AC 볼트메터를 사용하는 것이 유일합니다.)

 

Setting Power Amplifiers

파워앰프의 설정

 

If your system uses active crossovers, for the moment, set all the crossover output level controls to maximum.

여러분이 액티브 크로스오버를 사용한다면 모든 크로스오버 출력 레벨 컨트롤러들을 최대로 설정합니다.

Much confusion surrounds power amplifier controls.

서라운드 파워 앰프 컨트롤은 더 복잡합니다.

First, let's establish that power amplifier "level/volume/gain" controls are input sensitivity controls. (no matter how they are calibrated.) They are not power controls. They have absolutely nothing to do with output power. They are sensitivity controls, i.e., these controls determine exactly what input level will cause the amplifier to produce full power. Or, if you prefer, they determine just how sensitive the amplifier is. For example, they might be set such that an input level of +4 dBu causes full power, or such that an input level of +20 dBu causes full power, or whatever-input-level-your-system-may-require, causes full power.

먼저, 파워앰프의 'Level/volume/gain' 이라고 하는 컨트롤들은 모두 입력감도(input sensitivity) 컨트롤 이라는 점을 분명히 합시다.(그 녀석들이 어떻게 조절되더라도요). 그 녀석들은 파워자체를 컨트롤 하지 않습니다. 절대로 출력 파워에 대해서는 아무것도 하지 않습니다. 단지 감도 조절일뿐입니다. 다시 말하자면 이러한 컨트롤러들은 앰프가 최대 출력을 내주는 입력신호 레벨을 정확히 정의하는 것들입니다. 또는 여러분이 선호한다면 그들은 앰프의 감도가 어떻게 되는지를 정의 하는 것입니다. 예를 들어 그들은 +4dBu의 입력 레벨이 최대파워를 내던지, +20dBu의 입력 레벨이 최대파워를 내던지, 또는 여러분의 시스템에서 필요한 입력레벨이 뭐든 최대 파워를 내도록 설정될 것 입니다.

Amplifier input sensitivity controls do not change the available output power. They only change the input level required to produce full output power. Clearly understanding the above, makes setting these controls elementary. You want the maximum system signal to cause full power at the amplifier.

앰프의 입력 감도 컨트롤들은 사용 할 수 있는 최대 출력 파워를 바꿀 수는 없습니다. 그들은 단지 최대 출력 파워를 얻기 위해 필요한 입력레벨 만을 바꿉니다. 위의 내용을 분명히 이해해야 이러한 컨트롤 요소들을 설정할 수 있습니다. 여러분은 앰프에서 최대 출력을 만들어주는 최대 시스템 신호레벨을 원합니다.

 

Many loudspeakers are not designed to reproduce full power sine waves or pink noise test signals for extended, or sometimes even short periods of time. This is especially true of multi-way loudspeaker systems which are designed to handle extended periods of loud music or speech signals which are considerably less demanding than sine or pink noise signals. Paging systems that use 70/100 volt distribution transformers are more likely to be OK when driven with full power sine and pink noise signals for a little while.

대다수의 스피커들은 사인파, 핑크노이즈 신호등까지 확장해서 최대 파워를 내도록 설계되지 않습니다. 때로는 아주 짧은 시간이라도 말이죠. 이는 사인파나 핑크 노이즈 신호보다 더 고려하지 않아도 되는 큰 소리의 음악이나 강연에서 더 긴 시간을 운영하도록 설계된 멀티웨이 스피커에 대해서도 특히 사실입니다. 70/100V를 공급하는 트랜스포머로 운영되는 전관 방송 시스템에서는 잠깐 동안 최대 파워 사인파나 핑크노이즈 신호를 구동할 때 더 괜찮을 수 있습니다.

To set the amplifier controls to achieve full power with your maximum input signal use the following procedure. If your system uses active crossovers, for the moment, set all the crossover output level controls to maximum.

여러분의 최대 입력 신호 레벨로 최대 파워를 얻도록 앰프를 설정하기 위해서는 다음의 과정을 다릅니다. 여러분의 시스템이 액티브 크로스오버를 사용한다면 모든 크로스오버 출력 레벨을 최대로 해놓습니다.

  1. At the amplifier, disconnect the loudspeakers that cannot handle demanding sine and pink noise test signals, or for those confident the test signal will not harm their loudspeaker(s), warn everyone you are about to make a LOT of noise! Can you say "ear plugs?"

    앰프에서는 사인이나 핑크노이즈를 구동하기 어렵거나 혹은 테스트 신호가 스피커를 고장내지 않도록 스피커들을 분리해 놓습니다 그리고 여러분이 아주 큰 노이즈를 만들어낼 것에 대해 모든 사람에게 경고를 합니다. '이어플러그 있어요?' 라고 말할 수 있죠?

  2. Turn the amplifier sensitivity controls all the way down (least sensitive; fully CCW; off).

    앰프의 감도 조절 최소로 줄여 놓습니다 (최소 감도 ; 완전히 반시계 방향으로 ; 오프.)

  • Warning: even at this minimum sensitivity setting, many amplifiers still produce considerable levels. Since all upstream level controls are currently set to deliver the maximum signal, use an upstream level control that is easily and accurately reset to its current position to turn down the test signal. This is most likely the console's main output level.

    경고: 이러한 최소 감도 설정에도 불구하고 대다수의 앰프들은 여전히 어느정도 레벨의 소리를 만들어냅니다. 상위단 장치들의 컨트롤러들이 현재 최대 신호를 내도록 설정되어 있기 때문에, 현재 신호를 쉽고 정확하게 현재 레벨 값에서 테스트 신호를 줄일 수 있도록 하기 위해서 상위단 장치들의 컨트롤러들을 사용하세요. 이는 대부분의 경우 콘솔의 메인 출력 레벨(페이더)이 될겁니다.

  1. Turn on the first power amplifier.

    첫번째 파워앰프를 켭니다.

  2. Return the system level to its previous setting at the console's main output to make sure the signal at the device driving the amp is again delivering max (unclipped) signal.

    이제 신호레벨을 콘솔의 메인 출력에서 이전 설정으로 올리면서 이 신호가 클립되지 않는 한 최대 신호로 앰프로 들어가도록 합니다.

  3. Slowly rotate the amplifier sensitivity control until clipping just begins. Stop! This is the maximum possible power output using the maximum system input signal. In general, if there is never a bigger input signal, this setting guarantees the amplifier cannot clip. (Note: if this much power causes the loudspeaker to "bottom out," or distort in any manner, then you have a mismatch between your amp and speaker. Matching speakers and amps is another subject beyond this note.)

    천천히 앰프의 감도 컨트롤러를 클리핑이 시작하기 직전까지 돌립니다. 멈추세요! 이 지점이 최대 시스템 입력 신호를 사용해서 얻을 수 있는 최대 앰프 출력 파워가 됩니다. 일반적으로 입력 신호에서 더 이상 큰 신호가 들어오지 않는 다면 이 설정값은 앰프가 절대 클리핑 되지 않는 다는 것을 보장합니다. ( 주의 : 이 큰 출력이 스피커가 붙어버리거나 (bottom out) 어떤 식으로든 왜곡이 된다면 앰프와 스피커가 잘못 매칭되었음을 의미합니다. 스피커와 앰프의 매칭은 이 문서의 다른 주제에 있습니다.)

  4. Repeat the above process for each power amplifier.

    각 파워 앰프마다 위의 과정을 반복합니다.

  5. Turn the test signal off, reconnect the loads to the amplifiers if need be.

    테스트 시그널을 끄고 필요하다면 로드(스피커)를 앰프에 다시 연결합니다.

Active Crossover Output Level Controls

액티브 크로스오버 출력 레벨 컨트롤

Setting the output attenuators on active crossovers differs from other outboard gear in that they serve a different purpose. These attenuators allow setting different output levels to each driver to correct for efficiency differences. This means that the same voltage applied to different drivers results in different loudness levels. This is the loudspeaker sensitivity specification, usually stated as so many dB SPL at a distance of one meter, when driven with one watt. Ergo, you want to set these controls for equal maximum loudness in each driver section. Try this approach:

액티브 크로스오버 장치에서 출력 감쇄를 설정하는 것은 그것들이 다른 목적으로 사용되기 때문에 다른 아웃보드 장치들과는 구분이 됩니다.이 감쇄기들은 서로 다른 스피커 유닛들의 효율에 맞게 개별 유닛마다 다른 출력 레벨을 설정할 수 있도록 해줍니다. 이는 서로 다른 유닛에 같은 전압이 입력으로 주어질때 서로 다른 음압을 얻을 수 있다는 걸 의미합니다. 이것이 스피커의 감도 특성이고 주로 1와트의 파워로 드라이버가 구동될때 1미터 거리에서 측정된 큰 숫자의 dB SPL로 정의 됩니다. 따라서 여러분은 각 드라이버들에서 동일한 최대 음압을 얻도록 위의 출력들을 설정하길 원할 것입니다. 다음 방식을 시도해보세요.

  1. Turn down all the crossover outputs except for the lowest frequency band, typically labeled "Low-Out." (Set one channel at a time for stereo systems.)

    초저역 주파수 밴드(일반적으로 로우컷이라고 표시된)를 제외한 나머지 크로스오버 출력을 줄입니다.(스테레오 시스템에서는 한번에 한채널씩 설정합니다.)

  2. If available, use pink noise as a source for these settings; otherwise use a frequency tone that falls mid-band for each section. Turn up the source until you verify the console is putting out the maximum system signal level (somewhere around the console clipping point.) Using an SPL meter (Important: turn off all weighting filters; the SPL meter must have a flat response mode) turn down this one output level control until the maximum desired loudness level is reached, typically around 100-105 dB SPL. Very loud, but not harmful. (1-2 hours is the Permissible Noise Exposure allowed by the U.S. Dept. of Labor Noise Regulations for 100-105 dB SPL, A-weighted levels.)

    가능하다면 이 설정을 위한 음원으로 핑크 노이즈를 사용하세요. 그렇지 않으면 각 주파수 대역의 중심 주파수에 해당하는 톤 주파수를 사용합니다. 여러분이 콘솔이 최대 시스템 신호 레벨(콘솔에서 클리핑 생기는 지점 근처)를 내도록 음원 레벨을 올립니다. SPL 미터기를 사용해서 이제 이 출력 레벨을 여러분이 원하는 음압에 도달 할때까지 내립니다. 일반적으로 100-105dB SPL정도일겁니다. 엄청 크죠, 그러나 유해하지는 않습니다. (1-2시간은 노출되어도 괜찮은 수준이라고 인증되었습니다.U.S Dept. of Labor Noise Regulations for 100-105 dB SPL, A-weighted 레벨)

Okay. You have established that with this maximum system signal this driver will not exceed your desired maximum loudness level (at the location picked for measurement). Now, do the same for the other output sections as follows:

좋습니다. 이제 여러분은 최대 시스템 신호 레벨로 운영되는 스피커가 여러분이 원하는 최대 음압 레벨 ( 측정되는 지점에서 듣는)을 넘지 않을 것임을 알게 되었습니다. 이제 다음의 방식으로 다른 출력 부분에 대해서도 동일하게 적용해봅니다.

  1. Mute this output section -- do not turn down the level control; you just set it! If a Mute button is not provided on the crossover, disconnect the cable going to the power amp.

    설정한 출력 부분을 뮤트합니다. – 레벨 컨트롤은 줄이지 않습니다. 그냥 이렇게 하세요. 만약 크로스오버에 뮤트버튼이 없다면 파워앰프로 가는 케이블을 뺍니다.

  2. Turn up the next output section: either "High-Out" for 2-way systems, or "Mid-Out" for 3-way systems, until the same maximum loudness level is reached. Stop and mute this output.

    다음 번 출력부를 켭니다. 2웨이 시스템에서의 고역이거나, 3웨이 시스템에서 중역 이겠죠. 똑같이 최대 음압을 얻을 때까지 출력을 올립니다. 그다음은 멈추고 이 출력을 뮤트합니다.

  3. Continue this procedure until all output level controls are set.

    모든 출력부들이 동일하게 설정될때까지 이 과정을 계속합니다.

  4. Un-mute all sections, and turn off the test source.

    모든 대역의 뮤트를 풀고, 테스트 음원을 끕니다.

Congratulations! You have finished correctly setting the gain structure for your system.

축하합니다. 여러분은 방금 여러분의 시스템의 게인 스트럭쳐 설정을 제대로 완료했습니다.

Now you are ready to adjust equalization and set all dynamic controllers. Remember, after EQ-ing to always reset the EQ level controls for unity gain as required. Use the Bypass (or Engage) pushbuttons to "A/B" between equalized and un-equalized sound, adjusting the overall level controls as required for equal loudness in both positions.

이제 여러분은 이퀄라이징을 조절하고 모든 다이나믹 장치들을 설정할 준비가 되었습니다. 기억할점은 이큐잉 후에는 필요한만큼의 유닛게인을 얻기 위해 EQ 레벨 컨트롤러들을 항상 초기화 해야 합니다. 이퀄라이져가 적용되거나 적용되지 않도록 하는 A/B 버튼 스위치(바이패스 또는 engage)를 사용합니다. 양쪽 상태 모두에서 동일한 크기의 음압을 얻도록 필요한 만큼 전체적인 레벨을 조절합니다.

Summary

결론

Optimum performance requires correctly setting the gain structure of sound systems. It makes the difference between excellent sounding systems and mediocre ones. The proper method begins by taking all necessary gain in the console, or preamp. All outboard units operate with unity gain, and are set to pass the maximum system signal without clipping. The power amplifier sensitivity controls are set for a level appropriate to pass the maximum system signal without excessive clipping. Lastly, active crossover output controls are set to correct for loudspeaker efficiency differences.

최적화된 성능을 위해서는 사운드 시스템의 게인 스트럭쳐 설정을 정확히 하는 것이 필요합니다. 이 과정은 뛰어난 사운드 시스템과 평범한 시스템 사이의 차이를 만들어 냅니다. 적절한 방법은 콘솔이나 프리앰프 상에서 필요한 모든 게인을 얻는 것으로부터 시작합니다. 모든 아웃보드 장치는 유닛 게인으로 동작하고 클리핑 없이 최대 시스템 신호 레벨을 통과시키도록 설정합니다. 파워앰프의 입력 신호 감도 컨트롤러들을 클리핑 없이 최대 신호 레벨을 내보내기에 적당하게 설정합니다. 마지막으로 액티브 크로스오버 출력 컨트롤러들을 스피커들의 서로 다른 효율에 맞게 적절히 설정합니다.

References

  1. Murray, John & Pat Brown, "A Gain Structure Guide," LIVE SOUND! International, pp. 18-24, Mar/Apr 1997. Thanks to John and Pat for inspiration and some content for this RaneNote.
  2. The Syn-Aud-Con Newsletter. Various issues; you need them all -- Subscribe: 1-800-796-2831.

"Setting Sound System Level Controls" Download this note in PDF.

Translated by Sim Yun Song on Hajuso ( homepage : www.hajuso.com / Bolg : Http://soundoflife.tistory.com)

원본 : http://rane.com/note134.html원본 : http://rane.com/note134.html

Screaming To Be Heard

들리는 비명

In space, no one can hear you scream ... because there is no air or other medium for sound to travel. Sound needs a medium; an intervening substance through which it can travel from point to point; it must be carried on something. That something can be solid, liquid or gas. They can hear you scream underwater ... briefly. Water is a medium. Air is a medium. Nightclub walls are a medium. Sound travels in air by rapidly changing the air pressure relative to its normal value (atmospheric pressure). Sound is a disturbance in the surrounding medium. A vibration that spreads out from the source, creating a series of expanding shells of high pressure and low pressure ... high pressure ... low pressure ... high pressure ... low pressure. Moving ever outward these cycles of alternating pressure zones travel until finally dissipating, or reflecting off surfaces (nightclub walls), or passing through boundaries, or getting absorbed -- usually a combination of all three. Left unobstructed, sound travels outward, but not forever. The air (or other medium) robs some of the sound's power as it passes. The price of passage: the medium absorbs its energy. This power loss is experienced as a reduction in how loud it is (the term loudness is used to describe how loud it is from moment to moment) as the signal travels away from its source. The loudness of the signal is reduced by one-fourth for each doubling of distance from the source. This means that it is 6 dB less loud as you double your distance from it. [This is known as the inverse square law since the decrease is inversely proportional to the square of the distance traveled; for example, 2 times the distance equals a 1/4 decrease in loudness, and so on.]

 

우주에서는 여러분이 외치는 비명을 아무도 들을 수 없습니다. 왜냐하면 거기에는 소리가 이동할 수 있는 공기와 같은 중간매체가 없기때문입니다. 소리는 어떤 지점에서 지점으로 이동할 수 있게 해주는 중간재가 필요합니다. 이것은 반드시 어떤 것을 이동시켜야만 할 것입니다. 그 어떤것은 고체, 액체, 기체 모두 될 수 있습니다. 사람들은 여러분이 물속에서 지르는 비명도 대략적으로 들을 수 있습니다. 물도 매체가 됩니다. 공기도 그렇습니다. 나이트클럽의 벽도 매체가 됩니다. 소리는 통상적인 기압(대기압)에 관련된 공기 압력을 빠르게 변화하면 공기중으로 전달됩니다. 소리는 주위를 둘러싼 환경을 자극합니다. 소스에서 퍼져 나가는 진동은 고압/저압/고압/저압이 반복되는 원형 형태의 껍질을 반복되어 만들어냅니다. 교대로 나오는 이러한 압력들은 최종적으로 소멸되던지, 표면(나이트클럽 벽처럼)에 의해 반사되던지, 경계선을 통과하거나, 경계선에 흡수될때까지 – 통상 이 세가지 모두의 조합으로 진행됩니다- 계속 진행하게 됩니다. 방해받지 않고 남겨진 소리는 외부로 계속 진행되게 되지만, 영원히 계속되지는 않습니다. 공기나 다른 매체들은 소리가 지나갈 때 그 에너지를 조금씩 뺐습니다. 통행료로 매체는 소리의 에너지를 흡수하는거죠. 이 에너지 손실은 소리의 크기 (이 라우드니스는 한지점에서 다른 지점까지 얼마나 크게 들리는가를 나타냅니다.)는 신호가 소스로부터 멀어질 때의 크기 감쇄를 의미합니다. 신호의 크기는 소스로부터 멀어지는 거리가 두배가 될때마다 1/4씩 줄어듭니다. 이는 여러분이 소스로부터 두배씩 거리가 멀어질 때 소리의 크기는 6dB가 줄어듦을 의미합니다. [이 원리는 역제곱법칙으로 알려져 있는데 이는 떨어진 거리의 제곱에 반비례한다는 의미입니다. 예를 들어 거리가 두배가 되면 소리의 크기는 1/4로 줄어든것과 같습니다.]

 

How do we create sound, and how do we capture sound? We do this using opposite sides of the same electromagnetic coin. Electricity and magnetism are kinfolk: If you pass a coil of wire through a magnetic field, electricity is generated within the coil. Turn the coin over and flip it again: If you pass electricity through a coil of wire, a magnetic field is generated. Move the magnet, get a voltage; apply a voltage, create a magnet ... this is the essence of all electromechanical objects.

어떻게 소리를 만들고, 그 소리를 얻는가? 우리는 이 행위를 전자기장 동전의 반대 면을 이용하여 합니다. 전기와 자기는 한 동족입니다. 만약 여러분이 전선 코일을 자기장(자력)을 통해 지나가게 하면 그 코일에 전기가 생깁니다.이제 이 동을 뒤집어 반대로 해봅니다. 만약 여러분이 전선 코일에 전기를 흘린다면 자기장(자력)이 생성됩니다. 자석을 움직이면 전압을 얻습니다.전압을 넣어주면 자력이 생깁니다. 이는 전자기장 주제의 가장 필수 원리입니다.

 

Microphones and loudspeakers are electromechanical objects. At their hearts there is a coil of wire (the voice coil) and a magnet (the magnet). Speaking causes sound vibrations to travel outward from your mouth. Speaking into a moving-coil (aka dynamic) microphone causes the voice coil to move within a magnetic field. This causes a voltage to be developed and a current to flow proportional to the sound -- sound has been captured. At the other end of the chain, a voltage is applied to the loudspeaker voice coil causing a current to flow which produces a magnetic field that makes the cone move proportional to the audio signal applied -- sound has been created. The microphone translates sound into an electrical signal, and the loudspeaker translates an electrical signal into sound. One capturing, the other creating. Everything in-between is just details. And in case you're wondering: yes; turned around, a microphone can be a loudspeaker (that makes teeny tiny sounds), and a loudspeaker can be a microphone (if you SHOUT REALLY LOUD).

마이크와 스피커는 전자기 물체들입니다. 그 중심에는 전선 코일(보이스 코일)과 자석이 있습니다. 말하는 것은 여러분의 입에서 바깥쪽으로 움직이는 소리의 진동을 만들어 냅니다. 다이내믹마이크로도 알려진 무빙코일마이크로 들어가는 소리의 진동은 마이크의 보이스코일(전선코일)이 자기장(자석이 만들어내는) 안에서 움직이게 합니다. 이 움직임은 전압이 발생되고 흡음된 소리에 대해 비례적으로 전류를 만들어 냅니다. 이 신호의 흐름의 끝에서는 전압이 스피커의 보이스코일에 들어가게 되는데 이 전압은 적용된 오디오 신호의 크기에 비례하여 스피커의 콘을 움직이게 하는 자기장을 만드는 전류가 흐르도록 합니다.이것이 소리가 만들어지는 것입니다. 마이크는 물리적인 소리(진동)를 전기신호로 변환하고, 스피커는 전기신호를 소리로 변환합니다. 앞은 흡음이고 뒤는 재생입니다. 이 둘 사이의 모든 것들은 단지 사소한 내용일 뿐입니다.그리고 여러분이 궁금한 경우, 예 둘러보면, 마이크는 스피커가 될수 있고(아주 조용한 소리를 만들겠지만), 그리고 스피커는 마이크가 될 수 있습니다. (여러분이 진짜 큰 소리를 낸다면)

 

Crossovers: Simple Division

크로스오버 : 간단한 분리

Loudspeaker crossovers are a necessary evil. A different universe, a different set of physics and maybe we could have what we want: one loudspeaker that does it all. One speaker that reproduces all audio frequencies equally well, with no distortion, at loudness levels adequate for whatever venue we play. Well, we live here, and our system of physics does not allow such extravagance. The hard truth is, no one loudspeaker can do it all. We need at least two -- more if we can afford them. Woofers and tweeters. A big woofer for the lows and a little tweeter for the highs. This is known as a 2-way system. (Check the accompanying diagrams for the following discussions.) But with two speakers, the correct frequencies must be routed (or crossed over) to each loudspeaker.

스피커 크로스오버는 필요악입니다. 서로 다른 환경과 서로 다른 물리 상태에서도 우리는 하나의하나의스 모든 것을 해낼 수 있는, 우리가 원하는 것을 얻을 수 있을지도 모릅니다. 모든 재생 주파수를 동일하게, 신호의 왜곡도 없이, 우리가 연주하는 공간이 무엇이든지 듣기 적절한 크기의 레벨을 단지 하나의 스피커로 재생해내는… 우리는 현재 여기 살고 있고, 우리가 사는 물리세계는 그러한 죽여주는 시스템을 허락하지 않습니다. 정말 어려운 점은 어떤 스피커도 이렇게 잘 해낼 수 없다는 점입니다. 우리는 여유가 있다면 적어도 두 개, 그 이상이 필요합니다. 우퍼들과 트위터들이죠. 낮은 주파수 재생을 위한 큰 우퍼와 높은 주파수 대역 재생을 위한 작은 트위터입니다. 이 조합은 2웨이 시스템이라고 알려져 있습니다. (다음의 토론에 포함된 다이어그램을 보세요) 그러나 두개의 스피커들을 위해서는 각 스피커들에 맞는 적절한 주파수들이 연결되어야 합니다. (크로스오버 되어야)

 

Passive

수동형

At the simplest level a crossover is a passive network. A passive network is one not needing a power supply to operate -- if it has a line cord, or runs off batteries, then it is not a passive circuit. The simplest passive crossover network consists of only two components: a capacitor connecting to the high frequency driver and an inductor (aka a coil) connecting to the low frequency driver. A capacitor is an electronic component that passes high frequencies (the passband) and blocks low frequencies (the stopband); an inductor does just the opposite: it passes low frequencies and blocks high frequencies. But as the frequency changes, neither component reacts suddenly. They do it gradually; they slowly start to pass (or stop passing) their respective frequencies. The rate at which this occurs is called the crossover slope. It is measured in dB per octave, or shortened to dB/octave. The slope increases or decreases so many dB/octave. At the simplest level, each component gives you a 6 dB/octave slope (a physical fact of our universe). Again, at the simplest level, adding more components increases the slope in 6 dB increments, creating slopes of 12 dB/oct, 18 dB/oct, 24 dB/oct, and so on. The number of components, or 6 dB slope increments, is called the crossover order. Therefore, a 4th-order crossover has (at least) four components, and produces steep slopes of 24 dB/octave. The steeper the better for most drivers, since speakers only perform well for a certain band of frequencies; beyond that they misbehave, sometimes badly. Steep slopes prevent these frequencies from getting to the driver.

가장 간단한 수준의 크로스오버는 수동형(패시브) 네트워크입니다. 패시브 네트워크는 동작하기 위해서 전원공급 할 필요가 없는 것입니다. 만약 전원코드가 있거나 배터리가 있다면 그건 패시브 회로가 아닙니다. 가장 간단한 크로스오버 네트워크 회로는 단지 두개의 소자(부품)으로 구성됩니다. 고주파용 스피커 드라이버를 위한 캐패시터(콘덴서), 저주파수스피커 드라이버를 위한 인덕터(코일). 캐패시터는 높은 주파수를 통과시키고(패스밴드) 낮은 주파수는 막아주는(스탑밴드) 전자 부품이고, 인덕텨는 반대로 동작하는 부품입니다. 저역 주파수는 통과, 고역 주파수는 막아줍니다. 그러나 주파수가 변화됨에 따라 이 부품들이 갑자기 동작을 하지는 않습니다. 이들은 점차적으로 이러한 동작을 합니다. 이들은 그 예상되는 주파수에 따라 천천히 통과시키거나 막기 시작합니다. 이러한 동작이 일어나는 비율을 크로스오버 슬로프(경사)라고 얘기합니다. 이 값은 dB/octave로 주로 나타냅니다. 이 경사는 큰 dB/octave 값을 가집니다. 위에서 얘기한 가장 간단한 수준의 크로스오버에서는 각 부품들은 6dB/octave 슬로프 정도를 만들 수 있습니다(현실세계에서 물리적인 계산으로). 가장 간단한 수준의 크로스오버 회로에 부품들을 더 추가하면 슬로프가 6dB에서 12dB, 18dB, 24dB 등으로 커집니다. 추가된 부품의 수나 혹은 6dB 씩 증가하는 수를 우리는 크로스오버 차수 라고 부릅니다. 따라서 4차 크로스오버는 적어도 네개의 부품을 가지고 24dB/oct 의 가파른 경사를 만듭니다.. 더 가파른 경사는 대부분의 스피커 드라이버에 더 좋습니다. 왜냐하면 스피커들은 특정 밴드의 주파수에서만 잘 동작하고 넘어가면 잘못 동작하거나 심하면 나쁘게 동작하기 때문입니다. 가파른 경사는 이러한 범위를 벗어난 주파수가 드라이버로 들어가는 것을 더 잘 방지해줍니다.

You can combine capacitors and inductors to create a third path that eliminates the highest highs and the lowest lows, and forms a mid-frequency crossover section. This is naturally called a 3-way system. (See diagram) The "mid" section forms a bandpass filter, since it only passes a specific frequency band. Note from the diagram that the high frequency passband and low frequency passband terms are often shortened to just high-pass and low-pass. A 3-way system allows optimizing each driver for a narrower band of frequencies, producing a better overall sound.

여러분은 캐패시터나 인턱터를 조합해서 가장 높은 주파수대역과 가장 낮은 주파수 대역을 제거해주는 세번째 방법을 만들 수 있습니다. 이는 자연히 3웨이 시스템이라고 합니다(다이어그램을 보세요). 'mid(중역)'대역은 밴드패스 필터가 됩니다. 왜냐하면 이 필터는 특정 주파수 대역만 통과시키기 때문입니다. 주의해 볼 점은 고역대 주파수 패스밴드와 저역 주파수 패스밴드는 종종 하이패스, 로우패스 필터로 연결된다는 점입니다. 3웨이 시스템은 전체적으로 더 좋은 사운드를 만들어내는 더 좁은 대역의 주파수 밴드에 맞춰 각각의 드라이버들을 최적화 할 수 있게 합니다.

So why not just use passive boxes?

자, 그런데 왜 패시브 박스를 쓰지 않나요?

 

Problems

문제점

The single biggest problem is that one passive cabinet (or a pair) won't play loud enough and clean enough for large spaces. If the sound system is for your bedroom or garage, passive systems would work just fine -- maybe even better. But it isn't. Once you try to fill a relatively large space with equally loud sound you start to understand the problems. And it doesn't take stadiums, just normal size clubs. It is really difficult to produce the required loudness with passive boxes. Life would be a lot easier if you could just jack everyone into their own cans amp -- like a bunch of HC 4 or HC 6 Headphone Amps scattered throughout the audience. Let them do the work; then everyone could hear equally well, and choose their own listening level. But life is hard, and headphone amps must be restricted to practice and recording.

가장 큰 문제는 하나 또는 한 쌍의 패시브 크로스오버는 넓은 공간에서 충분히 크고 깨끗한 소리를 재생할 수 없다는 것입니다. 만약 이 음향 시스템이 여러분의 침실이나 차고 정도의 공간에 있다면 패시브 시스템은 잘 동작할 것입니다. 심지어는 더 잘 동작할 수도 있습니다. 그렇지만 여러분이 적절하게 넓은 공간에서 동일하게 큰 사운드를 얻고자 시도하면 여러분은 문제점을 이해하기 시작할것입니다. 그리고 운동장이나 통상의 클럽 사이즈에서도 마찬가지입니다. 패시브 장치를 통해 필요로하는 큰 사운드를 얻는다는 것은 정말 어렵습니다. 만약 여러분이 모든 사람에게 그들 모두에게 개별적으로 자신만의 개별 앰프 – 아주 많은 수의 HC4나 HC6와 같은 헤드폰 앰프들-들을 청중들에게 뿌려줄 수 있다면 아주 쉽게 문제는 해결될겁니다. 사람들이 그렇게 하게하면 모든 사람들은 동일하게 모두 잘 들을 수 있고 그들 자신이 원하는 적절한 청취 레벨을 조절할 수 있을것입니다. 그러나, 삶은 그렇게 쉽지 않고 헤드폰 앰프들도 실용성이나 녹음에 있어서 제약을 받게 됩니다.

Monitor speakers on the other hand most likely have passive crossovers. Again, it's a matter of distance and loudness. Monitors are usually close and not overly loud -- too loud and they will feed back into your microphone or be heard along with the main mix: not good. Monitor speakers are similar to hi-fi speakers, where passive designs dominate ... because of the relatively small listening areas. It is quite easy to fill small listening rooms with pristine sounds even at ear-splitting levels. But move those same speakers into your local club and they will sound thin, dull and lifeless. Not only will they not play loud enough, but they may need the sonic benefits of sound bouncing off close walls to reinforce and fill the direct sound. In large venues, these walls are way too far away to benefit anyone.

다른 한편으로 모니터 스피커들은 주로 패시브 크로스오버를 가지고 있습니다. 다시 한번 이 내용은 크기와 거리에 대한 문제입니다. 모니터는 통상 가깝게 놓이고 아주 크게 듣지 않습니다. 그리고 너무 크면 모니터 사운드는 여러분의 마이크로 피드백이 되던지, 메인 믹스 된 소리에 포함되어 들릴 것입니다. 좋지 않지요. 모니터 스피커는 하이파이 스피커들과 유사한데 역시 이들도 패시브 설계가 주도하고 있습니다. 왜냐하면 상대적으로 작은 공간에서 듣기 때문입니다. 작은 공간에서는 귀를 자극하는 레벨에서도 깔끔한 사운드를 얻는 것도 어렵지 않습니다. 그러나 이와 동일한 시스템을 클럽으로 옮겨보면 소리는 아주 작고 무디고 활력을 느낄 수 없을 것입니다. 그 시스템이 단지 소리를 충분히 크게 낼 수 없을 뿐 아니라, 소리가 벽에 부딛혀 크게 확성되고 직접음을 채워주는 음향적인 이득도 필요할 것입니다(실제로는 하기 어렵습니다 라는 의미?). 큰 공연장에서는 이러한 벽들이 누군가에게 영향을 주기에는 너무 멀리 있습니다.

 

2-way crossover

Figure 1. Passive 2-Way Crossover

 

3-way crossover

Figure 2. Passive 3-Way Crossover

 

So why not use a bunch of passive boxes? You can, and some people do. However, for reasons to follow, it only works for a couple of cabinets. Even so, you won't be able to get the high loudness levels if the room is large. Passive systems can only be optimized so much.

그러면 왜 어떤 사람들이 하는 것처럼 아주 많은 수의 패시브 회로를 쓰지 않나요? 그러나 단지 한쌍의 회로만 제대로 동작할겁니다. 그렇다고해도 방이 넓다면 여러분은 아주 큰 음압을 얻을 수 없습니다. 패시브 시스템은 단지 아주 최소화 해서 사용할 수 있기 때문입니다.

Once you start needing multiple cabinets, active crossovers become necessary. To get good coverage of like-frequencies, you want to stack like-drivers. This prevents using passive boxes since each one contains (at least) a high-frequency driver and a low-frequency driver. It's easiest to put together a sound system when each cabinet covers only one frequency range. For instance, for a nice sounding 3-way system, you would have low-frequency boxes (the big ones), then medium-sized mid-frequency boxes and finally the smaller high-frequency boxes. These would be stacked or hung, or both -- in some sort of array. A loudspeaker array is the optimum stacking shape for each set of cabinets to give the best combined coverage and overall sound. You've no doubt seen many different array shapes. There are tall towers, high walls, and all sorts of polyhedrons and arcs. The only efficient way to do this is with active crossovers.

여러분이 많은 스피커 통이 필요하기 시작하면 액티브 크로스오버는 필수가 됩니다. 주파수 특성과 같은 좋은 커버리지를 얻고자 하면, 여러분은 스피커를 쌓고 싶을 겁니다. 이 방식은 각각의 스피커 통이 적어도 한 개의 고역 드라이버와 저역 드라이버를 가지고 있기 때문에 패시브 회로를 사용할 수 없도록 제한합니다. 개별 스피커통이 단지 하나의 주파수 범위만 담당할때는 스피커들을 하나의 시스템으로 묶어버리는게 가장 쉬운 방법입니다. 예를 들어 좋은 3웨이 시스템에 대해서는 여러분은 아마 사이즈가 큰 저역 스피커와 중간 사이즈의 중역 스피커, 마지막으로 높은 주파수의 더 작은 스피커를 가지고 있을 겁니다. 이 것들은 나란히 쌓아 놓던지 매달던지 아니면 두가지 방식을 모두 써서 배열하게 될겁니다. 스피커 어레이는 각각의 스피커 통들의 세트가 최상의 커버리지와 전체적을 괜찮은 사운드를 낼 수 있도록 최적화 하여 쌓아놓은 형태입니다. 여러분은 의심할 여지 없이 다양한 형태의 어레이를 보아왔습니다. 아주 높은 타워 형대, 높은 벽, 다면체나 호와 같은 방식들이 있습니다. 이러한 시스템을 가장 효율적으로 꾸밀 수 있는 유일한 방법이 액티브 크로스오버 방식입니다.

Some smaller systems combine active and passive boxes. Even within a single cabinet it is common to find an active crossover used to separate the low- and mid-frequency drivers, while a built-in passive network is used for the high-frequency driver. This is particularly common for super tweeters operating over the last audio octave. At the other end, an active crossover often is used to add a subwoofer to a passive 2-way system. All combinations are used, but each time a passive crossover shows up, it comes with problems.

어떤 작은 시스템에서는 액티브와 패시브 회로가 같이 사용됩니다. 심지어 하나의 스피커 통 안에서 저역 드라이버와 중역 중역드라이버 대역을 나누는 데 사용되는 액티브 크로스오버와 고역 드라이버를 나누는데 사용되는 패시브 크로스오버를 같이 사용하는 것도 일반적입니다. 특별히 이 시스템은 가청 영역대의 마지막 옥타브 주파수 밴드 이상을 담당하는 초고역 트위터들에 대해서 일반적으로 사용됩니다. 반대쪽 끝 밴드에서는 주로 액티브 크로스오버가 패시브 2웨이 시스템에 우퍼를 추가할 때 사용됩니다.모든 조합을 사용할 수 있으나 패시브 크로스오버 시스템이 등장할때마다 문제점도 드러납니다.

One of these is power loss. Passive networks waste valuable power. The extra power needed to make the drivers louder, instead boils off the components and comes out of the box as heat -- not sound. Therefore, passive units make you buy a bigger amp.

이 문제점들 중 하나는 파워의 손실입니다. 패시브 네트워크는 상당량의 파워를 소모합니다. 추가 파워가 드라이버를 더 크게 울리기 위해 필요하지만 대신에 부품 소자들이 뜨겁게 되고 스피커 통은 소리가 아니라 열로 그 파워를 발산하게 됩니다. 따라서 패시브 유닛들은 여러분이 더 큰 앰프를 사게 만듭니다.

A couple of additional passive network problems has to do with their impedance. Impedance restricts power transfer; it's like resistance, only frequency sensitive. In order for the passive network to work exactly right, the source impedance (the amplifier's output plus the wiring impedance) must be as close to zero as possible and not frequency-dependent, and the load impedance (the loudspeaker's characteristics) must be fixed and not frequency-dependent (sorry, not in this universe; only on Star Trek). Since these things are not possible, the passive network must be (at best), a simplified and compromised solution to a very complex problem. Consequently, the crossover's behavior changes with frequency -- not something you want for a good sounding system.

패시브 네트워크의 또다른 문제점은 임피던스를 다루어야 한다는 겁니다. 임피던스는 파워 전달을 제한합니다. 마치 주파수에 대해서만 민감한 저항처럼요. 패시브 네트워크가 정확하게 제대로 동작하기 위해서는 소스 임피던스(앰프 출력 임피던스 + 케이블 임피던스)가 거의 0에 가까워야 하고 주파수에 따라 변하지 않아야 합니다. 그리고 로드 임피던스(스피커 특성)는 반드시 특정값으로 고정되어야 하고 역시 주파수에 따라 변하지 않아야 합니다.( 유감스럽게도 현실세계에서는 불가능하고 스타트렉에서나 가능하겠네요) 이러한 가정이 불가능하기 때문에 패시브 네트워크는 반드시, 대단히 복잡한 문제에 대해 단순화되고 적절한 솔루션이어야 합니다. 결론으로 크로스오버의 동작은 여러분이 좋은 사운드 시스템에 대해 기대하는 것과 다르게 주파수에 따라 변하는 특성을 가지고 있습니다.

One last thing to make matters worse. There is something called back-emf (back-electromotive force: literally, back-voltage) which further contributes to poor sounding speaker systems. This is the phenomena where, after the signal stops, the speaker cone continues moving, causing the voice coil to move through the magnetic field (now acting like a microphone), creating a new voltage that tries to drive the cable back to the amplifier's output! If the speaker is allowed to do this, the cone flops around like a dying fish. It does not sound good! The only way to stop back-emf is to make the loudspeaker "see" a dead short, i.e., zero ohms looking backward, or as close to it as possible -- something that's not gonna happen with a passive network slung between it and the power amp.

상황을 악화시키는 마지막 남은 것이 있습니다. 그것은 back-emf(bank-electromotive force; 백전압) 인데 스피커 시스템을 더 악화 시키는데 기여합니다. 이는 오디오 신호가 멈춘 직후에 스피커의 콘이 스피커의 보이스 코일이 자기장내에서 움직여서 (이제 마이크처럼 동작하는 거죠) 만들어낸 전압이 케이블을 거쳐 앰프의 출력단자로 다시 되돌아 가는 현상입니다. 스피커가 이렇게 하도록 한다면, 콘은 죽은 물고기처럼 툭 퍼지게 됩니다.

All this, and not to mention that inductors saturate at high signal levels causing distortion -- another reason you can't get enough loudness. Or the additional weight and bulk caused by the large inductors required for good low frequency response. Or that it is almost impossible to get high-quality steep slopes passively, so the response suffers. Or that inductors are way too good at picking up local radio, TV, emergency, and cellular broadcasts, and joyfully mixing them into your audio.

이 내용과 높은 신호레벨에서 넘쳐버리는 인덕터가 디스토션을 일으키는 것을 언급하지 않았는데 이 점도 여러분이 충분한 크기의 음량을 얻을 수 없는 또 다른 이유입니다. 좋은 저역 주파수 특성을 얻기 위해 필요한 큰 사이즈의 인덕터들 때문에 무게와 부피가 늘어나게 됩니다. 또는 수동 소자로 고품질의 가파른 경사를 얻는 것은 거의 불가능하기 때문에 응답특성도 나쁘게 됩니다. 또는 인덕터가 지역 라디오 방송, TV, 응급 무선, 핸드폰 중계기의 신호에 대해 안테나로 동작하는 좋은 소자이기 때문에 기쁘게 그 신호들을 여러분의 믹싱으로 넣어 줄겁니다.

Such is life with passive speaker systems.

그런게 패시브 시스템과 함께 하는 삶이죠~~

 

2-way crossover

Figure 3. Active 2-Way Crossover

 

3-way crossover

Figure 4. Active 3-Way Crossover

 

 

Active

액티브

Active crossover networks require a power supply to operate and usually come packaged in single-space, rack-mount units. (Although of late, powered loudspeakers with built-in active crossovers and power amplifiers are becoming increasingly popular.) Looking at the accompanying diagram shows how active crossovers differ from their passive cousins. For a 2-way system instead of one power amp, you now have two, but they can be smaller for the same loudness level. How much smaller depends on the sensitivity rating of the drivers (more on this later). Likewise a 3-way system requires three power amps. You also see and hear the terms bi-amped, and tri-amped applied to 2- and 3-way systems.

액티브 크로스오버 네트워크는 동작하기 위해 전원이 필요하고 주로 랙마운트와 같은 별도의 공간에 장착됩니다.(최근에는 액티브 크로스오버와 파워 앰프가 내장된 파워드 스피커 유행하지만) 위의 다이어그램은 어떻게 액티브 크로스오버 필터가 그들의 사촌인 패시브와 다른지를 보여줍니다. 2웨이 시스템에 대해서 하나의 앰프를 쓰는 대신에 여러분은 이제 두개가 필요합니다. 그러나 패시브에 사용한 앰프에 비해 같은 크기의 레벨이라면 더 작습니다. 얼마나 작은가는 드라이버들의 효율에 달려 있습니다.(나중에 살펴봅니다) 마찬가지로 3웨이 시스템은 세 개의 앰프가 필요합니다. 여러분은 또한 위의 각 시스템에 적용되는 바이앰프, 트라이앰프라는 단어들을 들어볼겁니다.

Active crossovers cure many ills of the passive systems. Since the crossover filters themselves are safely tucked away inside their own box, away from the driving and loading impedance problems plaguing passive units, they can be made to operate in an almost mathematically perfect manner. Extremely steep, smooth and well-behaved crossover slopes are easily achieved by active circuitry.

액티브 크로스오버는 패시브 시스템의 많은 약점을 고쳐줍니다. 크로스오버 필터는 그들 자체가 자신의 케이스 안에 안전하게 들어 있기 때문에 패시브 유닛들을 괴롭히는 드라이빙, 로딩 임피던스 문제에서 멀어질 수 있습니다. 그리고 거의 계산식으로 완벽하게 작동하도록 만들 수 있습니다. 극단적으로 가파르고 부드럽게, 잘 작동하는 크로스오버 스로프를 액티브 회로를 통해 쉽게 얻을 수 있습니다.

There are no amplifier power loss problems, since active circuits operate from their own low voltage power supplies. And with the inefficiencies of the passive network removed, the power amps more easily achieve the loudness levels required.

파워손실의 문제도 없습니다. 왜냐하면 액티브 회로는 낮은 전압의 전원으로 작동하기 때문입니다. 그리고 이제는 패시브 회로의 비효율성이 없어지기 때문에, 파워앰프에서 필요로 하는 아주 높은 레벨의 크기를 쉽게 얻을 수 있습니다.

Loudspeaker jitters and tremors caused by inadequately damped back-emf all but disappear once the passive network is removed. What remains is the amplifier's inherent output impedance and that of the connecting wire. Here's where the term damping factor comes up. [Note that the word is damp-ing, not damp-ning as is so often heard; impress your friends.] Damping is a measure of a system's ability to control the motion of the loudspeaker cone after the signal disappears. No more dying fish.

적절하지 않은 back-emf 때문에 발생하는 스피커의 지터나 떨림 현상은 패시브 네트워크가 제거되자 마자 사라집니다. 남겨진 것은 앰프 고유의 출력 임피던스와 연결된 케이블 뿐입니다. 여기가 댐핑팩터가 드러나는 곳입니다.(damp-ing이고 damp-ning아니에요. 친구들한테 얘기해주세요) 댐핑은 신호가 사라진 뒤에 스피커 콘의 움직임을 얼마나 잘 조절하는지를 축정하는 요소입니다. 더 이상 죽은 물고기가 되지 않도록 말이죠.

 

Siegfried & Russ

지크프리드와 루스

Active crossovers go by many names. First, they are either 2-way or 3-way (or even 4-way and 5-way). Then there is the slope rate and order: 24 dB/oct (4th-order), or 18 dB/oct (3rd-order), and so on. And finally there is a name for the kind of design. The two most common being Linkwitz-Riley and Butterworth, named after Siegfried Linkwitz and Russ Riley who first proposed this application, and Stephen Butterworth who first described the response in 1930. Up until the mid `80s, the 3rd-order (18 dB/oct) Butterworth design dominated, but still had some problems. Since then, the development (pioneered by Rane and Sundholm) of the 4th-order (24 dB/oct) Linkwitz-Riley design solved these problems, and today is the norm.

액티브 크로스오버는 많은 이름으로 불리웁니다. 먼저 2웨이, 3웨이 (혹은 4웨이, 5웨이)가 됩닏. 그리고 슬로프 비율과 차수가 있습니다 ; 24dB/oct(4차), 18dB/oct (3차)등등.. 마지막으로 설계 방식에 대한 이름이 있습니다. 가장 주로 언급되는 두개가 있는데 최초로 디자인을 제안한 지크프리드 링크위츠와 루스 릴리에 의해 이름붙은 linkwitz-Riley와 1930에 처음 그 응답특성을 기술한 스테판 버터워쓰에 의해 이름 붙어진 Butterwoth 입니다. 80년대 중반까지는 3차(18dB/oct) 버터워쓰 디자인이 주도했지만 여전히 약간의 문제가 있습니다. 그때부터 Rane과 Sundholm에 의해 발된 4차(24dB/oct)링크위츠-릴리 디자인이 이러한 문제들을 해결했고 현재는 일반화 되었습니다.

What this adds up to is active crossovers are the rule. Luckily, the hardest thing about an active crossover is getting the money to buy one. After that, most of the work is already done for you. At the most basic level all you really need from an active crossover are two things: to let you set the correct crossover point, and to let you balance driver levels. That's all. The first is done by consulting the loudspeaker manufacturer's data sheet, and dialing it in on the front panel. (That's assuming a complete factory-made 2-way loudspeaker cabinent, for example. If the box is homemade, then both drivers must be carefully selected so they have the same crossover frequency, otherwise a severe response problem can result.) Balancing levels is necessary because high frequency drivers are more efficient than low frequency drivers. This means that if you put the same amount of power into each driver, one will sound louder than the other. The one that is the most efficient plays louder. Several methods to balance drivers are always outlined in any good owner's manual.

이것이 액티브 크로스오버에 추가한 것은 규칙입닏. 다행히도 액티브 크로스오버에 대해 가장 어려운 점은 살 돈을 구하는 겁니다. 그러고나면 업무의 대부분은 이미 끝나게 됩니다. 기초 단계에서 여러분이 액티브 크로스오버에서 얻을 것은 두가지 입니다. 먼저는 스피커 제조의 데이터쉬트를 통해 조언을 받는 것이고 이를 장비의 전면 판넬에서 조절하는 것입니다. (완벽하게 제조사에서 만들어진 2웨이 스피커통이 있다고 가정합니다. 만약 스피커가 집에서 만들었다면, 두개의 드라이버는 모두 동일한 크로스오버 주파수를 가지도록 주의 깊게 골라야 합니다. 그렇지 않으면 심각한 문제가 드러날 겁니다) 레벨을 맞추는 작업은 반드시 필요한데 왜냐하면 고역 드라이버는 저역 드라이버에 비해 더 효율이 좋기 때문입니다. 이는 여러분이 동일한 용량의 파워앰프를 두가지 드라이버에 같이 넣는다면, 한 개가 다른 것보다 더 큰 소리를 낼겁니다. 효율이 가장 좋은 드라이버가 더 큰 소리를 냅니다. 각 드라이버들의 발란스를 맞추는 몇가지 방법이 항상 좋은 유저 매뉴얼에 있습니다.

 

Equalizers

이퀄라이져

You may have heard it said that equalizers are nothing more than glorified tone controls. That's pretty accurate and helps explain their usefulness and importance. Simply put, equalizers allow you to change the tonal balance of whatever you are controlling. You can increase (boost) or decrease (cut) on a band-by-band basis just the desired frequencies. Equalizers come in all different sizes and shapes, varying greatly in design and complexity. Select from a simple single-channel unit with 10 controls on 1-octave frequency spacing (a mono 10-band octave equalizer), all the way up to a full-featured, two-channel box with 31 controls on 1/3-octave frequency spacing (a stereo 1/3-oct equalizer). There are graphic models with slide controls (sliders) that roughly "graph" the equalizer's frequency response by the shape they form, and there are parametric models where you choose the frequency, amplitude, and bandwidth desired (the filter parameters - see diagram below) for each band provided. Far and away, the simplest and most popular are the 1/3- and 2/3-octave graphics. They offer the best combination of control, complexity and cost.

여러분은 아마도 이퀄라이져는 괜찮은 톤 컨트롤러 이상이 아니라고 들었을지도 모릅니다. 그건 꽤 정확하고 장비의 효용성과 중요성을 설명하는데 도움을 줍니다. 간단히 이퀄라이져는 여러분이 조절하는 것마다의 톤 발란스를 바꾸게 해줍니다. 여러분은 원하는 주파수 들을 대역마다 증가시키거나(부스트) 감소할수(컷) 있습니다. 이퀄라이져는 모두 다른 크기, 모양, 다양하고 복잡하게 설계됩니다. 1옥타브 주파수 간격으로 10개의 조절장치가 있는 1채널 장치(모노 10밴드 옥타브 이퀄라이져)에서부터 1/3 옥타브 주파수 간격으로 31개의 조절장치가 있는 2채널 짜리 장치 (스테레오 1/3 옥타브 이퀄라이) 중에 고릅니다. 슬라이드 방식의 조절기가 있는 그래픽 모델이 있는데 이 장치는 그 모양대로 이퀄라이져의 주파수 반응을 대략적으로 그려줍니다. 또한 여러분이 주어진 각각의 주파수 밴드의 주파수와 증폭도, 폭을 원하는 대로 선택하는 모델들도 있습니다.(아래에서 보는 필터 특성들) 좀더 들여다 보면 가장 간단하고 유행하는 모델들은 1/3이나 2/3옥타프 그래픽 이퀄라이져들입니다. 그들은 조절성, 복잡도, 가격들이 가장 적절하게 조합되어 있습니다.

In selecting graphic equalizers, the primary features to consider are the number of input/output channels, the number of boost/cut bands, the center-frequency spacing of each, and the accuracy of the output vs. the front panel settings. Up until the recent development of true response graphics, the front panel settings only approximated the equalizer's actual response. Prior to true response graphics, adjacent band interaction caused the actual output response to deviate from the front panel settings. Described as either constant-Q or variable-Q (see diagrams), the individual filter bandwidth behavior determined the interaction. In the early '80s, Rane developed the first constant-Q designs to preserve the same shape (bandwidth) over the entire boost/cut range. In contrast, variable-Q designs have varying bandwidths (the shape changes) as a function of boost/cut amount. Rane's constant-Q design offered a big improvement in output response vs. front panel settings and became the most popular design until Rane and others developed the first true response graphic equalizers. Now true response graphics offer the best response.

그래픽 이퀄라이져의 선택에 있어서 고려할만한 가장 중요한 사양은 입출력 채널의 수와, 증폭/감쇄 밴드의 수, 각 밴드의 중심주파수의 간격과 전면 패널에서의 설정에 따른 출력의 정확도 입니다. 정확한 응답 그래픽에 대한 최근 개발 이전까지는 전면 패널의 조절은 단지 이퀄라이져의 실제 응답특성에 유사하게만 근접하였습니다. 정밀 응답 그래픽 이전에는 근접한 밴드의 상호작용은 실제 출력 특성이 전면 패널 설정에서 벗어나도록 영향을 끼쳤습니다. 다이어그램에서 보이는 고정 Q든 가변Q든지 개별 필터 밴드의 동작은 상호작용하도록 되어 있었습니다. 80년대 초, Rane은 최초로 각 밴드가 전체 부스트/컷 범위에 걸쳐 동일한 모양을 보증하도록 고정 Q 회로를 설계했습니다. 반대로 가변Q 설계는 부스트/ 컷 되는 양을 조절하는 기능같은 다양한 밴드폭(모양도 변하는)를 가지도록 설계되었습니다. Rane의 고정Q 디자인은 전면 패널의 설정에 대해 정확한 출력 응답특성을 가지도록 크게 향상된 성능을 보여주었고 이는 Rane과 다른 제조사가 최초의 정밀 응답특성 그래픽 이퀄라이져를 개발하기전까지 가장 유명한 디자인이 되었습니다. 이제는 정밀 응답 그래픽 장치가 최선의 응답특성을 제공합니다.

 

Using Equalizers

이퀄라이져의 사용법

Equalizers can do wonders for a sound system. Let's start with loudspeaker performance. An unfortunate truth regarding budget loudspeakers is they don't sound very good. Usually this is due to an uneven frequency response, or more correctly a non-flat power response. An ideal cabinet has a flat power response. This means that if you pick, say, 1 kHz as a reference signal, use it to drive the speaker with exactly one watt, measure the loudness, and sweep the generator over the speaker's entire frequency range, all frequencies will measure equally loud. Sadly, with all but the most expensive speaker systems, they will not. Equalizers can help these frequency deficiencies. By adding a little here and taking away a little there, pretty soon you create an acceptable power response - and a whole lot better sounding system. It's surprising how just a little equalization can change a poor sounding system into something quite decent.

이퀄라이저는 사운드 시스템에서 놀라운 성공을 가져올 수 있었습니다. 자 스피커 성능에 대해 살펴 봅시다. 예산에 대한 불행한 진실은 스피커가 정말 좋게는 소리를 낼 수 없다는 점입니다. 통상 이는 불규칙한 주파수 특성이나 정확히 말하자면 플랫하지 않은 에너지 응답 특성에서 기인합니다. 이상적인 스피커는 아주 평평한 에너지 응답 특성을 가지고 있습니다. 이는 여러분이 레퍼런스 신호로 1KHz를 선택해서 정확히 1와트의 에너지로 스피커를 구동하기 위해 사용하고 그 크기를 측정한 후에 그 스피커의 전 주파수 재생 대역에 대해 신호발생기를 스윕해보면 모든 주파수가 동일한 크기로 측정 될 것입니다. 불행이도 가장 비싼 스피커 시스템을 포함 모든 시스템은 그렇지 않습니다. 이퀄라이져는 이러한 주파수 특성의 결함을 해결하도록 도와줍니다. 여기다 조금 더하고 저기에서 조금 가져와서 얼마뒤에 여러분은 받아들일만한 에너지 응답특성을 만들고 훨씬 나은 사운드 시스템을 만듭니다. 약간의 이큐질 하는것이 빈약한 사운드 시스템을 꽤 그럴듯하게 바꿀 수 있는지를 보는 것은 놀랍습니다.

The best way to deal with budget speakers -- although it costs more -- is to commit one equalizer channel for each cabinet. This becomes a marriage. The equalizer is set, a security cover is bolted-on, and forever more they are inseparable. (Use additional equalizers to assist with the room problems.) And now for the hard part, but the most important part: If you do your measurements outside (no reflections off walls or ceiling) and up in the air (no reflections off the ground) you can get a very accurate picture of just the loudspeaker's response, free from room effects. This gives you the room-independent response. This is really important, because no matter where this box is used, it has these problems. Of course, you must make sure the cost of the budget speaker plus the equalizer adds up to substantially less than buying a really flat speaker system to begin with. Luckily (or should this be sadly) this is usually the case. Again, the truth is that most cabinets are not flat. It is only the very expensive loudspeakers that have world-class responses. (Hmmm ... maybe that's why they cost so much!)

예산에 적절한(저렴한?) 스피커 시스템을 다루는 가장 좋은 방법은 - 그것이 비용이 좀 더 들더라도 - 각 스피커 통마다 하나의 이퀄라이져 채널을 할당하는 것입니다. 이는 결혼과 같습니다. 이퀄라이져가 세팅되고 보호 커버가 씌워지고 영원히 그들은 분리되지 않을 것입니다. (룸 공간의 문제를 해결하기 위해 다른 이퀄라이져를 추가합니다) 그리고 이제 가장 어렵지만 중요한 부분입니다. 여러분이 실외 (벽이나 천정에서의 반사가 없는)에서 측정을 할 수 있다면 여러분은 대단히 정밀한 스피커 응답특성 그래프를 실내공간의 효과에서 벗어나서 얻을 수 있습니다. 이 그래프는 여러분이 공간 특성에 영향을 받지 않는 응답특성을 얻게 해줍니다. 이것은 이 스피커가 어디에서 사용되는지 상관없이 자체가 가지고 있는 문제점들을 보여주기에 정말 중요합니다. 물론 여러분은 시작부터 정말 좋은 평탄한 스피커시스템을 구매하는 것보다는 이퀄라이져를 더한 예산내의 스피커 시스템의 비용이 실제로 덜 들도록 하는 점을 분명히 해야합니다. 다행이도 (그러나 이점이 불행하지만) 이점은 사실 실제 그렇습니다. 다시한번 말하자면 대부분의 스피커들은 평탄하지 않습니다. 정말 대단히 비싼 스피커들만 세계 정상급 응답 특성을 가지고 있습니다. (흠... 아마 그게 그렇게 비싼 이유일겁니다)

The next thing you can do with equalizers is to improve the way each venue sounds. Every room sounds different -- fact of life -- fact of physics. Using exactly the same equipment, playing exactly the same music in exactly the same way, different rooms sound different -- guaranteed. Each enclosed space treats your sound differently.

우리가 이퀄라이져로 할 수 있는 다음 일은 각 공연장 사운드를 향상 시키는 것입니다. 모든 공간은 서로 다른 사운드를 냅니다 - 이게 실제고, 현실 물리입니다. 완전히 동일한 장비를 사용하고 동일한 방법으로 동일한 음악을 연주해도 다른 공간은 다르게 소리를 냅니다. 보증합니다. 각 닫혀진 공간은 여러분의 음향을 다르게 만듭니다.

Reflected sound causes the problems. What the audience hears is made up of the direct sound (what comes straight out of the loudspeaker directly to the listener) and reflected sound (it bounces off everything before getting to the listener). And if the room is big enough, then reverberation comes into play, which is all the reflected sound that has traveled so far, and for such a (relatively) long time that it arrives and re-arrives at the listener delayed enough to sound like a second and third source, or even an echo if the room is really big.

반사되는 사운드는 문제점들을 일으킵니다. 청중이 듣는 사운드는 직접음(스피커에서 나와서 청중에게 곧바로 가는)과 반사음(청중이 듣기전에 이미 반사된)으로 만들어집니다. 그리고 공간이 충분히 넓다면 잔향이 추가되는데 이는 지금까지 진행해온 반사된 모든 사운드이고 적당히 긴 시간동안 청중에게 도착하고 다시 도착하는데 두번째, 세번째 음원처럼 들리기에 충분히 지연되어 옵니다. 심지어 공간이 충분히 크다면 메아리처럼 들릴 수도 있습니ㅏㄷ.

It's basically a geometry problem. Each room differs in its dimensions; not only in its basic length-by-width size, but in its ceiling height, the distance from you and your equipment to the audience, what's hung (or not hung), on the walls, how many windows and doors there are, and where. Every detail about the space affects your sound. And regretfully, there is very little you can do about any of it. Most of the factors affecting your sound you cannot change. You certainly can't change the dimensions, or alter the window and door locations. But there are a few things you can do, and equalization is one of them. But before you equalize you want to optimize how and where you place your speakers. This is probably the number one item to attend to. Keep your loudspeakers out of corners whenever possible. Remove all restrictions between your speakers and your audience, including banners, stage equipment, and performers. What you want is for most of the sound your audience hears to come directly from the speakers. You want to minimize all reflected sound. If you have done a good job in selecting and equalizing your loudspeakers, then you already know your direct sound is good. So what's left is to minimize the reflected sound.

이것은 기본적으로는 기하학적 문제입니다. 각각의 공간은 그 부피가 전부 다릅니다. 기본적인 폭뿐 아니라 천정 높이나 여러분과 여러분의 장비에서부터 청중까지의 거리도 다르고 걸려 있는것이든 걸려 있지 않던, 거기에 얼마나 창문과 문들이 있는지 등등이 모두 다릅니다. 공간에 관련된 모든 상세 내용들은 여러분의 음향에 영향을 끼칩니다. 유감스럽게도 이 점에 대해 여러분이 할 수 있는 것은 거의 없습니다. 여러분의 음향에 영향을 끼치는 대부분의 것들은 여러분이 거의 바꿀 수 없습니다. 여러분은 진짜로 공간의 면적을 바꿀 수도 창문이나 문의 위치를 바꿀 수도 없습니다. 그러나 여러분이 할 수 있는 몇가지 것들이 있습니다. 이큐를 조절하는 것이 그중 하나입니다.그러나 여러분이 이큐를 조절하기 전에 여러분은 스피커를 배치하는 장소와 방법을 최적화 하길 원합니다. 이 점이 아마도 시도할 만한 가장 중요한 요소입니다. 여러분의 스피커를 가능할때마다 구석에서 꺼내어 놓으세요. 여러분의 스피커와 청중 사이에 있는 배너, 무대 장치, 공연자와 같은 모든 방해 요소를 제거하세요. 여러분이 원하는 것은 청중들이 듣는 대부분의 소리가 스피커에서 직접 올 수 있도록 하는 것입니다. 여러분은 반사음을 최소화 하도록 하길 원합니다. 여러분이 스피커를 고르고 이큐를 조절하는 방법에 잘 해냈다면 이제 여러분은 이미 직접음이 좋다는 것을 알 게 됩니다. 이제 남은 것은 반사음을 최소화 하는 것입니다.

Next use equalization to help with some of the room's more troublesome features. If the room is exceptionally bright you can beef up the low end to help offset it, or roll-off some of the highs. Or if the room tends to be boomy, you can tone-down the low end to reduce the resonance. Another way EQ is quite effective is in controlling troublesome feedback tones. Feedback is that terrible squeal or scream sound systems get when the audio from the loudspeaker gets picked-up by one of the stage microphones, re-amplified and pumped out the speaker, only to be picked-up again by the microphone, and re-amplified, and so on. Most often, this happens when the system is playing loud. Which makes sense, because for softer sounds, the signal either isn't big enough to make it to the microphone, or if it does, it is too small to build-up. The problem is one of an out-of-control, closed-loop, positive-feedback system building up until something breaks, or the audience leaves. Use your equalizer to cut those frequencies that want to howl; you not only stop the squeal, but you allow the system to play louder. The technical phrase for this is maximizing system gain before feedback.

다음은 공간에서 발생하는 몇가지 문제점들을 해결하기 위해 이큐를 사용하는 것입니다. 공간이 특별히 밝은 특성을 가지고 있다면 여러분은 저역을 늘이거나 고역을 줄여서 강화할 수 있습니다. 또는 부밍이 있는 공간이라면 여러분은 공진을 일으키는 대역을 줄이기 위해 저역을 깎을 수 있습니다. EQ를 효과적으로 쓰는 다른 방법은 문제를 일으키는 피드백 대역을 조절하는 데 있습니다. 피드백은 아주끔찍한 비명이나 소음이 사운드 시스템에서 생기는 것인데 스피커로부터 나온 소리가 무대 마이크로 다시 들어가서 재증폭되고 스피커 다시 들어가고 다시 마이크로 들어가고 다시 증폭되는 것이 반복되어 나타납니다. 대부분의 경우 이 현상은 시스템이 너무 크게 틀어졌을 때 발생합니다. 더 부드러운 소리 때문에 신호가 마이크에 흡음이 될만큼 충분히 크지 않거나, 크다고 해도 증폭하기에 너무 작은 경우 발생합니다.문제는 통제 할 수 없거나, 폐회로이거나 뭔가 고장날때까지 계속 커지거나 청중들이 떠나버리는 것 중 하나일겁니다. 이퀄라이져를 비명을 지르는 주파수 대역을 줄이기 위해 사용합니다. 여러분은 비명을 멈출 뿐 아니라 시스템이 더 크게 출력을 낼 수 있도록 할 수 있습니다. 이 점에 대한 기술적인 내용은 피드백 이전까지 시스템 이득을 최대화 하는 것입니다.

It's important to understand at the beginning that you cannot fix room related sound problems with equalization, but you can move the trouble spots around. You can rearrange things sonically, which helps tame excesses. You win by making it sound better. Equalization helps.

시작할 때 여러분이 이큐로 공간과 관련된 음향 문제를 고칠 수 없다는 것을 이해하는 것은 중요합니다. 그러나 여러분은 주변의 문제가 되는 점들을 이동시킬 수는 있습니다. 여러분은 음향적으로 몇가지것들을 다시 정렬할 수있는데, 이는 무절제한 것들을 잘 다룰 수 있습니다. 여러분은 사운드를 더 좋게 만들어서 쟁취합니다. 이퀄라이져가 도와줄 겁니다.

 

bandpass filter

Figure 5. Bandpass Filter Parameters

 

variable-q filter

Figure 6. Variable-Q Graphic

 

constant-q filter

Figure 7. Constant-Q Graphic

 

Equalizers are useful in augmenting your instrument or voice. With practice you will learn to use your equalizer to enhance your sound for your best personal expression: deepen the lows, fill the middle, or exaggerate the highs ... whatever you want. Just as an equalizer can improve the sound of a poor loudspeaker, it can improve the sound of a marginal microphone, or enhance any musical instrument. Equalizers give you that something extra, that edge. (We all know where "radio voices" really come from.)

이퀄라이져들은 여러분의 악기나 목소리를 증강하는 데 유용합니다. 실제로 여러분은 여러분의 가장 좋은 개인적인 표현을 위해 음향을 확장하는 데에 이큐를 사용하는 방법을 배울 것입니다. 더 깊은 저역, 꽉 채워진 중역이나 확장된 고역 등 무엇을 원하든지.. 마치 이퀄라이져가 빈약한 스피커의 사운드를 향상 시킬 수 있는 것처럼 제한적인 마이크의 소리를 향상 시키고 어떤 악기의 소리도 증강 시킬 수 있습니다. 이퀄라이져는 여러분에게 극한의 극단적인 것도 줍니다. (우리 모두는 라디오 목소리가 진짜로는 어디서 오는 알지요?)

 

Seeing Sound

소리를 보는 것

To make loudspeaker and sound system measurements easy, you need a real-time analyzer (RTA). An RTA allows you to see the power response, not only for the loudspeaker, but even more importantly, for the whole system. Stand-alone RTAs use an LED or LCD matrix to display the response. A built-in pink noise generator (a special kind of shaped noise containing all audible frequencies, optimized for measuring sound systems) is used as the test signal. A measuring microphone is included for sampling the response. The display is arranged to show amplitude verses frequency. Depending upon cost, the number of frequency columns varies from 10 on 1-octave centers, up to 31 on 1/3-octave centers (agreeing with graphic equalizers). Amplitude range and precision varies with price. With the cost of laptop computers tumbling, the latest form of RTA involves an accessory box and software that works with your computer. These are particularly nice, and loaded with special memory, calculations and multipurpose functions like also being an elaborate SPL meter. Highly recommended if the budget allows.

스피커와 사운드 시스템을 쉽게 측정하기 위해서는 실시간 측정 장비(리얼타임 아날라이져;RTA)가 필요합니다. RTA는 여러분이 단지 스피커뿐 아니라 더욱 중요하게도 전체 시스템의 파워 응답특성을 측정할 수 있게 해줍니다. 단독형 RTA는 LED나 LCD화면을 통해 결과를 보여줍니다. 내장된 핑크 노이즈 생성기(음향 시스템 측정을 위해 최적화된 모든 가청 주파수 대역을 포함하는 특정한 모양을 가진 노이즈 신호)가 테스트 신호원으로 사용됩니다. 측정 마이크는 응답 신호를 샘플링 하는데 사용됩니다. 화면은 주파수대비 크기를 보여주기 위해 사용됩니다. 가격대에 따라 측정할 수 있는 주파수 대역의 개수는 1옥타브 간격의 10밴드에서 1/3옥타브 간격의 31개짜리까지 다양합니다.(그래픽 이퀄라이져와 맞게) 측정 가능한 크기의 범위와 정밀도도 가격대에 따라 다양합니다. 하락하는 랩탑 컴퓨터의 가격에 맞춰 RTA의 가장 최근의 형태는 여러분의 컴퓨터에서 동작하는 액세서리들과 소프트웨어를 포함하고 있습니다. 아주 정교한 SPL 메터의 존재와 같은 다양한 기능들, 특별한 메모리, 계산기등이 포함되어 대단히 좋은 기능들이 있습니다. 예산이 허락한다면 이러한 시스템을 강력히 추천합니다.

 

Dynamic Controllers

다이나믹 조절기들

 

Dynamic controllers or processors represent a class of signal processing devices used to alter an audio signal based solely upon its frequency content and amplitude level, thus the term "dynamic" since the processing is completely program dependent. The two most common dynamic effects are compressors and expanders, with limiters and noise gates (or just "gates") being special cases of these.

다이나믹 컨트롤러나 처리장치는 주파수와 그 크기에만 근거해서 음향 신호를 변경하는데 사용되는 신호처리 장치의 종류들을 대표합니다.따라서 '다이나믹'이라는 프로세싱은 전적으로 프로그램에 달려 있습니다. 다이나믹 이펙터의 대표적인 두가지는 컴프레서와 익스펜더 인데, 특별한 경우에 자체에 리미터와 노이즈게이트(그냥 게이트라고도 하죠)를 가지고 있기도 합니다.

The dynamic range of an audio passage is the ratio of the loudest (undistorted) signal to the quietest (just audible) signal, expressed in dB. Usually the maximum output signal is restricted by the size of the power supplies (you cannot swing more voltage than is available), while the minimum output signal is fixed by the noise floor (you cannot put out an audible signal less than the noise). Professional-grade analog signal processing equipment can output maximum levels of +26 dBu, with the best noise floors being down around -94 dBu. This gives a maximum dynamic range of 120 dB (equivalent to 20-bit digital audio) -- pretty impressive number -- but very difficult to work with. Thus were born dynamic processors.

오디오 신호 경로에서의 다이나믹 레인지는 가장 큰 소리(디스토션은 없는) 레벨에서 가장 작은 소리(겨우 들리는)와의 비율을 dB로 표시하는 것입니다. 일반적으로 최대 출력 신호는 파워서플라이의 크기(전압)에 의해 제한됩니다. (여러분은 오디오 신호를 공급되는 전압보다 더 크게 증폭할 수는 없습니다) 그리고 최소 출력 신호는 장비의 노이즈 레벨에 의해 정해집니다. (여러분은 오디오 신호를 노이즈 레벨 이하로 뽑아 낼 수는 없습니다) 프로페셔널 레벨의 오디오 신호 처리 장치들은 최대 +26dBu 정도의 신호를 낼 수 있으며, 이때 최상의 노이즈 레벨은 대략 -94dBu 이하가 됩니다. 이 정도 수준의 장비라면 120dB정도의 최대 다이나이믹 레인지를 가지고 있게 되는 데 이는 20비트 디지털 오디오 장비와 동급 수준입니다. 꽤 인상적인 숫자이긴 하지만 이정도 수준을 유지하도록 일하는 것은 쉽지 않습니다. 그래서 다이나믹 프로세서들이 태어났습니다.

 

Compressors

컴프레서

Compressors are signal processing units used to reduce (compress) the dynamic range of the signal passing through them. The modern use for compressors is to turn down just the loudest signals dynamically. For instance, an input dynamic range of 110 dB might pass through a compressor and exit with a new dynamic range of 70 dB. This clever bit of processing is normally done using a VCA (voltage controlled amplifier) whose gain is determined by a control voltage derived from the input signal. Therefore, whenever the input signal exceeds the threshold point, the control voltage becomes proportional to the signal's dynamic content. This lets the music peaks turn down the gain. Before compressors, a human did this at the mixing board and we called it gain-riding. This person literally turned down the gain anytime it got too loud for the system to handle.

컴프레서는 장비를 지나가는 오디오 신호의 다이나믹 레인지를 줄여주는(압축해주는)데 사용하는 신호처리장치입니다. 예를 들어, 다이나믹 레인지가 110dB짜리 신호가 들어와서 장비를 지나면 나오는 쪽에서는 70dB짜리 다이나믹 레인지로 출력신호가 바뀌게 됩니다. 이 꽤 똑똑한 처리방식은 통상 입력신호에서 얻은 컨트롤 전압에 의해 정해지는 VCA(voltage controlled amplifier 전압에 의해 조절되는 증폭기) 게인을 사용해서 처리됩니다. 따라서 입력 신호가 쓰레숄드 지점을 넘을 때마다 컨트롤 전압은 신호의 설정된 다이나믹레인지에 맞게 조절됩니다. 이는 음악에서 나온 피크 신호가 VCA의 게인을 떨어뜨리도록 합니다.컴프레서가 있기 전에는 사람이 믹싱콘솔 앞에서 이 작업을 수동으로 했고 우리는 이걸 gain-riding이라고 불렀습니다. 이 작업자는 문자그대로 시스템이 감당하기 너무 큰 신호가 들어올 때마다 게인을 줄였습니다.

You need to reduce the dynamic range because extreme ranges of dynamic material are very difficult for sound systems to handle. If you turn it up as loud as you want for the average signals, then along comes these huge musical peaks, which are vital to the punch and drama of the music, yet are way too large for the power amps and loudspeakers to handle. Either the power amps clip, or the loudspeakers bottom out (reach their travel limits), or both -- and the system sounds terrible. Or going the other way, if you set the system gain to prevent these overload occurrences, then when things get nice and quiet, and the vocals drop real low, nobody can hear a thing. It's always something. So you buy a compressor.

사실 극단적으로 넓은 다이나믹 레인지 요소는 음향 시스템에서는 다루기 대단히 어렵기 때문에 여러분은 다이나믹 레인지를 줄여야 할 필요가 있습니다. 여러분이 평균 정도 크기의 신호에 대해 여러분이 원하는 크기만큼 크게 증폭해놓으면 반드시 아주 큰 음악적인 피크 신호가 따라 올 수 밖에 없는데 이 피크 신호들은 음악의 펀치감이나 드라마틱한 요소에 필수적이기 때문입니다. 또한 이 신호들은 파워앰프나 스피커를 운영하기에 너무 큰 신호가 됩니다. 파워앰프 클립이나 스피커가 콘이 움직일 수 있는 최대치에 도달해버리는 것은 모두 사운드를 아주 나쁘게 만들어버립니다. 다른 한편으로 여러분이 시스템 증폭을 이러한 오버로드 발생을 억제하도록 세팅한다면 이제는 사운드가 조용하고 부드럽게 될 때 보컬 사운드는 너무 낮은 레벨이 되어서 아무도 들을 수 없게 됩니다. 항상 뭔가 있는거죠. 그래서 여러분이 컴프레서를 사는겁니다.

Using it is quite simple: Set a threshold point, above which everything will be turned down a certain amount, and then select a ratio defining just how much a "certain amount" is. All audio below the threshold point is unaffected and all audio above this point is compressed by the ratio amount. The earlier example of reducing 110 dB to 70 dB requires a ratio setting of 1.6:1 (110/70 = 1.6). The key to understanding compressors is to always think in terms of increasing level changes in dB above the threshold point. A compressor makes these increases smaller. From our example, for every 1.6 dB increase above the threshold point the output only increases 1 dB. In this regard compressors make loud sounds quieter. If the sound gets louder by 1.6 dB and the output only increases by 1 dB, then the loud sound has been made quieter.

사용법은 꽤 간단합니다. 쓰레숄드 지점을 설정해서 그 지점위로 올라가는 모든 신호가 특정 양만큼 줄어들도록 합니다. 그리고 나서 레이시오(ratio)를 설정해서 앞서 언급한 그 특정 양이 얼마가 되도록 하는지를 결정하는 값을 고릅니다. 쓰레숄드 지점 아래에 있는 모든 신호는 영향을 받지 않고, 이 설정값을 넘는 모든 신호는 레이시오 설정값만큼 압축됩니다. 앞서 언급한 110dB에서 70dB로 줄어드는 예에서는 1.6:1의 레이시오 값이 필요합니다 ( 11/70=1.6). 컴프레서를 이해하는 데 있어서 가장 중요한 점은 쓰레숄드 지점 위로 증가하는 신호 레벨의 변화를 dB단위로 항상 생각하는 것입니다. 컴프레서는 이 증가를 더 작게 만들기 때문입니다. 앞서의 예제에서 쓰레숄드 지점을 넘어서서 1.6dB 증가할때마다 실제 출력은 1dB만 증가합니다. 이렇게 컴프레서는 큰 소리를 더 조용하게 만듭니다. 사운드가 1.6dB씩 커질때마다 출력은 단지 1dB만 커지게 되고, 큰소리가 더 조용하게 됩니다.

Some compressors include attack and release controls. The attack time is the amount of time that passes between the moment the input signal exceeds the threshold and the moment that the gain is actually reduced. The release time is just the opposite -- the amount of time that passes between the moment the input signal drops below the threshold and the moment that the gain is restored. These controls are very difficult to set, and yet once set, rarely need changing. Because of this difficulty, and the terrible sounding consequences of wrong settings, Rane correctly presets these controls to cover a wide variety of music and speech -- one less thing for you to worry about.

몇몇 컴프레서에는 어택과 릴리즈 조절값도 있습니다. 어택 타임은 입력되는 신호가 쓰레숄드를 넘는 순간과 게인이 실제로 줄어드는 순간 사이의 시간 간격에 대한 값입니다. 릴리즈 타임은 반대 개념으로, 입력 신호가 쓰레숄드 아래로 내려가는 순간과 게인이 실제로 복구되는 순간 사이의 시간 간격에 대한 값입니다. 이 두가지 항목은 설정하기 쉽지 않습니다. 그렇지만 한번 설정하면 거의 바꿀 필요가 없습니다. 이러한 어려움과 잘못된 세팅에서 오는 나쁜 사운드 때문에 Rane은 음악에서 연설까지 넓은 범위를 용도를 커버하는 이 설정들에 대한 프리셋을 제공합니다.여러분의 걱정 거리를 하나 더 줄여주는 거죠.

System overload is not the only place we find compressors. Another popular use is in the making of sound. For example when used in conjunction with microphones and musical instrument pick-ups, compressors help determine the final timbre (tone) by selectively compressing specific frequencies and waveforms. Common examples are "fattening" drum sounds, increasing guitar sustain, vocal "smoothing," and "bringing up" specific sounds out of the mix, etc. It is quite amazing what a little compression can do. Check your owner's manual for more tips.

 

시스템 과부하만이 우리가 컴프레서를 찾는 유일한 이유는 아닙니다. 다른 유행하는 용도는 사운드를 수정하는 것입니다. 예를 들어 마이크와 악기 픽업이 같이 나오게 될 때, 컴프레서는 컴프레싱하는 특정 주파수 대역이나 파형을 골라서 최종 음색을 조절하도록 도와줍니다. 일반적인 예는 드럼 사운드를 '두껍게' 하거나, 기타의 서스테인을 늘린다거나, 목소리를 '부드럽게' 하거나, 믹싱된 특정 사운드 출력을 '끌어 올린다'거나 하는 식입니다. 이 작은 컴프레싱이 할 수 있다는건 꽤나 놀랍습니다. 여러분의 장비 매뉴얼에서 더 많은 팁을 찾아보세요.

 

Figure 8. Gate/Expander/Compressor/Limiter Action

그림내용

Limiter Threshold : 이 설정값보다 커지는 모든 입력 신호의 변화는 출력단에서는 전혀 인지할만큼 소리가 커지지 않습니다.

Limiter Ratio : 적어도 10:1이상으로 설정하는데 이는 입력에서 10dB 소리가 증가하더라도 출력단에서는 1dB 이상 증가할 수 없다는 의미입니다.

Compressor Threshold : 이 지점보다 크게 들어오는 입력 신호는 레이시오 설정값만큼 더 작아지게 됩니다.

Compressor Ratio : 이 경사를 결정합니다. 출력의 변화는 이 설정값에 의해 입력 신호의 변화보다 더 작게 변합니다.예를 들어 입력신호가 10dB 증가하면 2:1 레이시오로 설정된 장치에서 출력은 5dB만 증가합니다.

Expander Threshold : 이 설정값보다 낮은 신호는 레이시오 설정값에 의해 더 커집니다.

Expander Ratio : 이 경사를 결정합니다. 출력 신호 레벨은 레이시오 설정값에 따라 입력 신호의 변화보다 더 커지게 됩니다. 예를 들어 5dB 입력 신호 감쇄는 2:1 레이시오 설정에 의해 10dB 감쇄된 출력신호를 만들어 줍니다.

Gate Threshold : 이 설정값보다 낮은 모든 신호는 거의 출력으로 나가지 않습니다. 출력이 뮤트된것과 같습니다.

 

Expanders

익스펜더

Expanders are signal processing units used to increase (expand) the dynamic range of the signal passing through it. However, modern expanders operate only below the set threshold point, that is, they operate only on low-level audio. Operating in this manner they make the quiet parts quieter. The term downward expander or downward expansion evolved to describe this type of application. The most common use is noise reduction. For example, say, an expander's threshold level is set to be just below the quietest vocal level being recorded, and the ratio control is set for 2:1. What happens is this: when the vocals stop, the signal level drops below the set point down to the noise floor. There has been a step decrease from the smallest signal level down to the noise floor. If that step change is, say, -10 dB, then the expander's output attenuates 20 dB (i.e., due to the 2:1 ratio, a 10 dB decrease becomes a 20 dB decrease), thus resulting in a noise reduction improvement of 10 dB. It's now 10 dB quieter than it would have been without the expander.

익스펜더는 오디오 신호의 다이나믹 레인지를 증가(확장)하는데 사용하는 신호처리장치입니다. 그러나 최근의 익스펜더는 설정된 쓰레숄드 지점 아래에서만 동작하는데 이는 낮은 신호레벨에서만 작동된다는 의미입니다. 이런식으로 동작함으로 장비는 조용한 부분을 더 조용하게 만듭니다. 하향쪽의 익스펜더나 익스팬션은 이러한 종류의 응용분야에 적용되도록 발전해 왔습니다. 가장 일반적인 사용처는 노이즈 감쇄입니다 .예를 들어 익스펜더의 쓰레숄드 설정을 녹음되고 있는 보컬의 가장 낮은 레벨에 맞춰놓고 레이시오를 2:1로 합니다. 어떤 일이 생길까요? 노래가 끝나면 신호레벨은 설정 지점에서 노이즈 플로워 아래까지 떨어집니다. 그리고 가장 작은 신호부터 노이즈 플로워까지 떨어지면서 감쇄하는 단계가 있습니다. 만약 이 단계의 변동이 -10dB이고 익스펜더의 출력 감쇄는 20dB (2:1 레이시오 설정이어서 10dB 감쇄는 출력 단에서 20dB감쇄가 됨)가 됩니다.따라서 결과적으로 노이즈 감쇄는 10dB 향상 됩니다. 이제는 익스팬더가 없었을 때 보다 10dB 더 조용하게 됩니다.

 

Limiters

리미터

Limiters are compressors with fixed ratios of 10:1 or greater. Here, the dynamic action prevents the audio signal from becoming any bigger than the threshold setting. For example, say the threshold is set for +16 dBu and a musical peak suddenly comes along and causes the input to jump by 10 dB to +26 dB, the output will only increase by 1 dB to +17 dBu -- basically remaining level. Limiters find use in preventing equipment and recording media overloads. A limiter is the extreme case of compression.

리미터는 레이시오가 10:1이나 그보다 더 큰 값으로 고정된 컴프레서 입니다. 다이나믹 동작은 오디오 신호가 설정된 쓰레숄드 값보다 더 커지지 않도록 방지하는 것입니다 .예를 들어 쓰레숄드가 +16dBu로 설정되고 음악 신호가 갑자기 들어와서 입력 신호레벨이 +26dB까지 10dB증가했다고 봅시다. 그러나 출력은 +17dB로 단지 1dB만 증가해서 기본적으로 거의 동등한 레벨로 유지됩니다. 리미터는 장비를 보호하고 녹음 장치가 오버로드 되는 것을 방지하는 용도로 쓰입니다. 리미터는 컴프레서의 극단적인 경우입니다.

You will hear the term pumping used in conjunction with poorly designed or improperly set limiters. Pumping describes an audible problem caused by actually hearing the gain change -- it makes a kind of "pumping" sound. This is particularly a problem with limiters that operate too abruptly. Rest assured that Rane limiters are designed not to have any audible side-effects.

여러분은 이제 빈약하게 설계되거나 적절하지 않게 설정된 리미터들과 같이 언급되는 펌핑이라는 내용을 듣게 될겁니다. 펌핑은 실제로 들리는 게인 변화에 의해 생기는 음향 문제입니다. 이 문제가 펌핑'pumping' 사운드 같은 것을 만듭니다. 이것은 특히 갑자기 동작하는 리미터에서 생기는 문제입니다. Rane의 리미터들은 그러한 종류의 음향적인 부가효과가 없도록 설계되었으니 안심하세요.

 

Noise Gates

노이즈 게이트

Noise gates (or gates) are expanders with fixed "infinite" downward expansion ratios. They are used extensively for controlling unwanted noise, such as preventing "open" microphones and "hot" instrument pick-ups from introducing extraneous sounds into your system. When the incoming audio signal drops below the threshold point, the gate prevents further output by reducing the gain to "zero." Typically, this means attenuating all signals by about 80 dB. Therefore once audio drops below the threshold, the output level basically becomes the residual noise of the gate. Common terminology refers to the gate "opening" and "closing." A gate is the extreme case of downward expansion.

노이즈게이트(혹은 그냥 게이트)는 익스펜션 레이시오가 극단적으로 무한대로 고정된 익스팬더입니다. 이들은 여러분의 사운드 시스템에 원치 않는 소리를 가져오는 열려있는 마이크나 악기 픽업 신호 같은 원하지 않는 노이즈를 막도록 하는 의도적으로 사용됩니다. 들어오는 신호가 쓰레숄드 지점 아래로 떨어질 때, 게이트는 게인을 '0'으로 줄여서 출력이 나가는 것을 막아 줍니다. 통상 이는 모든 신호를 대략 80dB까지 줄이는 것을 의미합니다. 따라서 한번 오디오가 쓰레숄드 아래로 떨어지면 출력은 기본적으로 게이트 자체의 노이즈 레벨이 됩니다. 통상적인 용어는 게이트가 열렸다'opening' 혹은 닫혔다'closing'라고 합니다. 게이트는 하향 익스팬션의 극단적인 사례입니다.

Just as poorly designed limiters can cause pumping, poorly designed gates can cause breathing. The term breathing is used to describe an audible problem caused by being able to hear the noise floor of a product rise and lower, sounding a lot like the unit was "breathing." It takes careful design to get all the dynamic timing exactly right so breathing does not occur. Rane works very hard to make sure all of its dynamic processors have no audible funny business.

빈약하게 설계된 리미터가 펌핑 사운드를 만드는것과 마찬가지로 빈약하게 설계된 게이트는 숨쉬는 것(breathing)을 일으킵니다. 숨쉰다는 의미는 장치가 열리고 닫힐 때 노이즈를 들을 수 있게 되는 것으로 생기는 음향적인 문제로 설명할 수 있습니다. 이 때 소리는 장치가 숨쉬는 것과 같은 유사한 소리가 됩니다. 이러한 쉼쉬는 소리가 만들어지지 않게 하기 위해서 아주 정확한 타이밍에 다이나믹이 동작하도록 주의 깊게 설계해야 합니다. Rane은 이 모든 다이나믹 프로세서들이 소리로 들리는 웃기는 일이 생기지 않도록 부단히 노력하고 있습니다.

Another popular application for noise gates is to enhance musical instrument sounds, especially percussion instruments. Correctly setting a noise gate's attack (turn-on) and release (turn-off) adds "punch," or "tightens" the percussive sound, making it more pronounced -- this is how Phil Collins gets his cool snare sound, for instance.

노이즈 게이트의 또다른 유행하는 응용분야는 악기 소리를 확장하는 데 있습니다. 특별히 타악기에서요. 제대로 노이즈 게이트의 어택(on)과 릴리즈(off) 설정은 펀치감이나 타이트한 느낌을 타악 소리에 더해줘서 더 잘 표현할 수 있게 해줍니다. 이게 바로 필 콜린스가 그의 끝내주는 스내어 사운드를 만드는 방법입니다. 예를 들면요..

Translated by Sim Yun Song on Hajuso (homepage : www.hajuso.com / Blog : soundoflife.tistory.com)

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