Audio System59 Qucs(10)-반전 가산회로 반전 가산 회로 먼저 Qucs의 설치와 기본적인 사용 방법은 아래 내용을 참조하시면 됩니다. https://medialink.tistory.com/111 https://medialink.tistory.com/112?category=959576 https://medialink.tistory.com/113?category=959576 오피 앰프를 활용하는 회로 중에 토대가 되는 기능이 가산 회로일 것입니다. 이글에서는 반전 증폭기 기반의 가산 회로를 설명해 보겠습니다. 다음은 4개의 입력 신호를 가지는 반전 가산 회로입니다. 이 회로의 출력은 다음과 같습니다. 입력 신호는 각각 $-R_{f}/R_{i}$의 가충치를 가지고 합산되어 출력됩니다. $$V_{out}=-R_{f}\sum_{i=1}^{N}\frac{.. 2021. 8. 30. Qucs(9)-차동 증폭기(Differential amp) 차동 증폭기 먼저 Qucs의 설치와 기본적인 사용 방법은 아래 내용을 참조하시면 됩니다. https://medialink.tistory.com/111 https://medialink.tistory.com/112?category=959576 https://medialink.tistory.com/113?category=959576 차동 증폭기는 프리앰프를 포함하여 오디오 회로에서 유용하게 사용하는 회로입니다. 이 글의 내용을 기반으로 다른 글에서 이 회로를 활용한 오디오 회로를 설명할 것입니다. 오피 앰프의 비반 전과 반전 증폭기는 오피 앰프에 있는 두 개의 입력 단자 중에 하나만 활용합니다. 그런데 차동 증폭기는 두 개의 입력단자를 활용합니다. 이 중에서 (+) 입력단자는 입력되는 신호는 정위상으로 (-).. 2021. 8. 29. Qucs(8)-전압 플로어(Voltage Follower) 전압 플로어 먼저 Qucs의 설치와 기본적인 사용 방법은 아래 내용을 참조하시면 됩니다. https://medialink.tistory.com/111 https://medialink.tistory.com/112?category=959576 https://medialink.tistory.com/113?category=959576 전압 플로어는 오디오 회로 뿐만이 아니라 디지털 회로에서도 많이 사용되는 회로입니다. 다른 글의 오디오 회로에서 전압 플로어를 포함하는 회로를 이애하는데 이 글이 도움이 될것입니다. 전압 플로어는 입력 전압 신호를 출력 전압 신호로 그대로 출력하는 매우 간단하지만 유용한 기능을 가진 오피 앰프 회로입니다. 특히 입력과 출력 사이에 임피던스 영향을 받지 않도록 구현해 주기 때문에 모.. 2021. 8. 29. Qucs(7)-오피앰프 비반전증폭회로 비반전 증폭기 먼저 Qucs의 설치와 기본적인 사용 방법은 아래 내용을 참조하시면 됩니다. https://medialink.tistory.com/111 https://medialink.tistory.com/112?category=959576 https://medialink.tistory.com/113?category=959576 비반전 증폭회로는 반전증폭회로와 함께 오디오 회로에서 많이 사용되는 회로입니다. 아래의 회로를 기반으로 각종 오디오 회로를 구성하는 방법과 동시에 분석하는 방법도 익히겠습니다. 오피 앰프의 비반전 증폭 회로는 입력 신호의 위상 변화 없이 증폭하는 회로입니다. 그러나 반전 증폭 회로와 달리 증폭률 G는 1 이상으로 제한됩니다. $$G=\frac{V_{out}}{V_{in}}=1+\.. 2021. 8. 29. Qucs(6)-오피앰프의 바이어스(Bias) 특성 오피앰프 전원 바이어스 먼저 Qucs의 설치와 기본적인 사용 방법은 아래 내용을 참조하시면 됩니다. https://medialink.tistory.com/111 https://medialink.tistory.com/112?category=959576 https://medialink.tistory.com/113?category=959576 오피 앰프가 동작하려면 전원을 유입해줘야 합니다. 이를 바이어스 전압(bias voltage)라고 합니다. 그리고 이 바이어스 전압은 오피 앰프가 증폭 가능한 출력 전압에 영향을 줍니다. 물론 사용하는 오피 앰프에 따라 바이어스의 영향이 달라집니다. 이글에서는 오피 앰프 TL071을 이용해서 증폭률이 1인 반전 증폭 회로에서 바이어스의 영향을 알아보겠습니다. 바이어스가 .. 2021. 8. 29. Qucs(5)-오피앰프 반전증폭회로(3) - 증폭 효과 반전 증폭회로-증폭효과 먼저 Qucs의 설치와 기본적인 사용 방법은 아래 내용을 참조하시면 됩니다. https://medialink.tistory.com/111 https://medialink.tistory.com/112?category=959576 https://medialink.tistory.com/113?category=959576 반전 증폭 회로에서 이득을 2배로 하는 회로는 잘 알려진 바와 같이 $R_{i}$와 $R_{f}$의 비율을 조정하면 됩니다. 다음 회로로는 이득 $G=-2$인 반전된 신호를 출력합니다. 그런데 다음과 $R_{f}$를 크게 만들면 이득을 약 54dB로 증폭할 수 있지만, 높은 주파수까지 모두 같은 값으로 증폭하지는 못합니다. 이는 현실적인 오피 앰프가 가지는 특징이 원인입.. 2021. 8. 28. Qucs(4)-오피앰프 반전증폭회로(2) - 대역제한 오피앰프 반전증폭회로-대역제한 QucsStudio 사용하기(3) - 오피 앰프 반전 회로(2)에서 반전 증폭 회로를 다룬 적이 있습니다. 이번엔 케패시터를 추가하여 저역통과 필터처럼 필요 없는 높은 대역의 신호를 차단하는 회로를 구현해 보겠습니다. https://medialink.tistory.com/113?category=962265의 회로에 $R_{f}$위에 $C_{3}$을 추가합니다. 오디오 신호의 대역을 고려하여 20kHz에서 특성을 관찰합니다. $C_{3}=1pF$이면 아주 높은 주파수까지 평평 한 특성을 보입니다. $C_{3}=200pF$이면 20kHz를 기준으로 늪은 주파수 부분의 감소가 급격히 이루어집니다. $C_{3}=400pF$이면 20kHz에서 약 -1dB의 감소 상태로 주파수 대역 .. 2021. 8. 28. Qucs(3)-오피앰프 반전증폭회로(1) 오피앰프 반전 증폭회로 반전 증폭회로는 오디오 회로에서 가장 기초가 되면서 많이 사용되는 회로입니다. 아래의 회로를 기반으로 각종 오디오 회로를 구성하는 방법과 동시에 분석하는 방법도 익히겠습니다. 먼저 Qucs를 설치하고, 기본적인 사용 방법을 이해하는 것이 좋습니다. 그리고 유튜브에서 동영상을 보면 좀더 쉽게 이해 할 수 있습니다. 다음과 같이 오피 앰프 TL071을 중심으로 반전 증폭기 회로를 만듭니다. 이때 오피 앰프는 Library, OpAmps에서 선택합니다. 그리고 두 개의 중요한 저항의 이름을 $R_{f}$와 $R_{i}$로 변경합니다. 이때 오피앰프의 이득은 다음과 같습니다. 즉 입력과 피드백에 관여하는 두 저항의 비율로 이득이 형성되며 위상은 반전되어 출력됩니다. $$G=-\frac{R.. 2021. 8. 28. 아날로그 필터 설계 프로그램 FilterPro 소개 FilterPro TI사에서 아날로그 통과 필터를 쉽게 구현해주는 프로그램인 FilterPro2와 FilterPro3을 무료로 제공해 주고 있습니다. 현재는 TI의 홈페이지에서 온라인으로 기능을 제공하고 있습니다. 어떤 이유에서인지 예전의 프로그램 방식을 여전히 사용이 편리하다고 느끼도 있어서 이글에서는 FilterPro3을 활용하는 방법을 설명하고자 합니다. FilterPro3는 인터넷에서 구할 수 있습니다. 필터 프로 데스크톱을 실하면 제일 먼저 어떤 필터를 설계할지 선택하는 화면이 나옵니다. 다음과 같이 조정해 봅니다. 먼저 Lowpass 필터로 설계해보겠습니다. Next 버튼을 눌러 필터의 특성을 조정합니다. 여기서 Filter Order로 선택했습니다. 아니면 이 부분을 비활성화하고 Passba.. 2021. 8. 28. Qucs(2)-전압분배 회로 실험 Qucs 맛보기 qucs에서 가장 간단한 전압 분배 회로도를 그리는 방법과 결과를 얻는 방법을 알아보겠습니다. 이 실험은 Qucs를 사용하는 방법을 익히면서, 회로의 기초가 되는 전압 분배 회로의 기초적 이해를 목적으로 하고 있습니다. 유투브에서 동영상을 먼저 보시면 좋습니다. 시뮬레이션 파일 생성 시뮬레이션을 수행하려면 회로 파일은 *. sch를 만들어야 합니다. 메뉴에서 File->New->New schematic을 선택하면 오른쪽 작업 영역에 untitlled의 탭이 생성됩니다. 이를 다시 File->New->save as로 기록 다음과 같이 File->new를 누르면 오른쪽에 탭이 하나 생성됩니다. 이를 Saveas로 원하는 위치에 기록하면 됩니다. 이때 확장자를 *. sch로 반드시 직접 적어줘.. 2021. 8. 28. Qucs(1)-설치하기 QucsStuio 전자공학에서 회로를 설계하는 대부부의 엔지니어분들은 SPICE(Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis)를 사용해서 회로특성을 검토할 것입니다. SPICE도 여러 프로그램이 있지만 사용방법은 유사합니다. 이 글에서는 GNU로 제공되고 있는 QUCS(Quite Universal Circuit Simulator, 큑스)의 확장 판인 QucsStudio를 설치하고 사용하는 방법을 알아보겠습니다. 이 글에서는 QUCS로 줄여서 부르겠습니다. Qucs는 이 블로그의 목적을 달성하기 위해 각종 오디오 회로의 특성 검토를 위해 사용할 것입니다. QucsStudio 설치 QucsStduio는 http://qucsstudio.de 에서 압축 파일로 구.. 2021. 8. 28. 오디오 신호(18)-옥타브(Octave), 데케이드(Decade), 필터 기울기(slope) 로그 스케일에 대해 아래 글에서 설명드린 적이 있습니다. https://medialink.tistory.com/manage/newpost/67?type=post&returnURL=https%3A%2F%2Fmedialink.tistory.com%2Fmanage%2Fposts%3Fcategory%3D959576 옥타브와 데케이드는 두 주파 수사의 관계를 표시하는 방법으로 로그 스케일(log scale)로 데이터를 표시할 때 주로 사용합니다. 이글에서는 옥타브와 데케이드를 구하는 방법과 두 사이의 관계를 알아보겠습니다. 옥타브(Octave) 옥타브는 기준 신호 $f_{1}$과 $f_{2}$ 사이의 관계를 지수적인 관계로 표시합니다. 사실은 두 신호의 변화가 몇 배 변화했는지를 지수로 변경해서 보는 것입니다. .. 2021. 8. 28. 오디오 신호(17)-평형 신호(Balanced signal), 불평형 신호(Unbalanced signal) 불평형 신호 전송 잡음을 배제하고 싶은 경우, 오디오 신호뿐만이 아니라 정밀한 통신 신호 전송이 필요할 때에는 평형 신호(balanced signal)를 사용합니다. 이에 반해 간결하게 산호를 전하고 싶을 때는 불평형 신호(unbalanced signal)를 사용합니다. 불평형 신호는 다음과 같이 두개의 신호 선흘 하용하고 (-)를 신호의 기준 선으로 삼습니다. 아래의 RCA단자에 각 부분은 신호선과 연결됩니다. 평형 신호 전송 반면 평형 신호는 다음과 같이 Hot, Cold, Com으로 신호를 전송합니다. Hot는 불평형 신호의 (+)와 같습니다. Com은 불평형 신호의 (-)와 같습니다. Cold는 Hot신호를 위상 반전해서 사용합니다. 즉 $Cold=-Hot$입니다. 평형 신호는 다음과 같이 구현됩.. 2021. 8. 22. 오디오 신호(16)-누화현상 누화 현상 누화 현상(crosstalk) 또한 전자 회로에서 발생하는 왜곡의 한 종류로 PCB 또는 선로 사이에 유도 현상에 의해 발생됩니다. 그렇게 되면 원하지 않는 채널로 신호가 출력되는 오류가 발생합니다. 누화 현상은 특히 오디오의 채널 분리도에 나쁜 영향을 주게 됩니다. 즉 왼쪽의 신호가 오른쪽에서도 들리게 되고 스테레오 효과를 저하게 됩니다. 누화 현상은 근단 누화(near end crosstalk NEXT)와 원단누화 현상((far end crosstalk, FEXT)으로 분석합니다. 근단 누화는 입력 채널의 신호가 다른 입력 채널에 영향을 주는 현상입니다. 즉 채널 초반에 영향을 주게 됩니다. 반면 원단누화는 출력 채널의 신호가 다른 출력 채널에 영향을 주는 현상입니다. 이 중에서 FEXT가.. 2021. 8. 19. 오디오 신호(15)-고조파 왜곡율(Total Harmonic Distortion, THD) 고조파 왜곡 고조파 왜곡은 아래 그림과 같이 입력된 신호 이외에 의도하지 않은 신호가 발생하는 왜곡 현상입니다. 이는 전자장치가 완벽한 선형 장비가 아니기 때문에 발생하는 현상입니다. 즉 입력 신호에 대해서 정확히 입력 신호에 대응되는 신호만 출력되는 것이 아니고, 이상한 그리고 원치 않는 신호까지 출력된다는 뜻입니다. 특히 입력 신호의 주파수와 관련된 주파수인 고조파 주파수(harmonic frequency)에서 왜곡 신호가 발생합니다. 발생된 왜곡 신호가 얼마나 음질에 좋이 않은 영향을 주는지 평가하는 방법이 전고조파 왜곡률 THD입니다. 전고조파 왜곡률 고조파를 평가하는 방법으로 전 고조파 왜곡률(total hamonic distortion, THD)을 사용합니다. 1kHz의 정현 파을 입력하고 출.. 2021. 8. 18. 오디오 신호(14)-쓰루율(Slew Rate, SR) 쓰루율 전자 소자의 특성 때문에 구형파의 입력은 구형파로 나오지 않고 아래의 그림과 같이 출력됩니다. 이를 평가하는 방법이 쓰루율(slew rate, SR)입니다. $$SR=(\frac{\triangle V}{\triangle t})(V/\mu s)$$ 오디오와 쓰루율 오디오 장치는 20kHz의 정현파 신호가 잘 출력되면 됩니다. 그러므로 SR에서 입력 신호를 정현파로 그리고 미분 형식을 사용 다면 다음과 같이 정리됩니다. $$SR=\frac{\mathrm{d} v}{\mathrm{d} x}=2\pi Afcos(2\pi ft)$$ 그러므로 SR은 오디오의 최대 주파수를 고정하면 출력하고자 하는 신호의 크기와 관련됩니다. 작은 신호일 수록 유리하겠죠. 그런데 스피커를 구동하는 파워앰프는 출력 파워에 따라서.. 2021. 8. 18. 오디오 신호(13)-피크 신호(Peak Signal)와 파고율(Peak Factor, PF) 신호의 피크 피크 신호는 주변의 신호보다 월등히 크기가 큰 최대 값을 의미합니다. 굳이 가장 큰 값을 의미하지는 않습니다. 그런데 특정 구간을 정해놓고 피크를 얘기할 때는 신호의 절댓값에 대한 최댓값을 의미하기도 합니다. 이는 우리가 피크 미터 등을 사용할 때 정의하는 방법입니다. 파고율 파고율(peak factor, crest factor, PF)는 아래 수식과 같은 특정 구간에서 발견된 피크 신호와 실효값의 비율로 표시됩니다. $$PF=20log(\frac{v_{peak}}{v_{rms}})$$ 파고율을 신호의 에너지 성분을 대표하는 실효치에 비해 피크 신호가 얼마나 크게 형성되었는지 알려줍니다. 그러면 다음과 같인 최대 신호 크기를 구할 수 있습니다. $$v_{peak}=v_{rms}\cdot 10.. 2021. 8. 18. 오디오 신호(12)-신호대 잡음비 오디오 장치와 잡음 오디오 장치에서 신호 대 잡음비는 두 가지 측면에서 음향적인 특성을 알려 줍니다. 첫 번째는 잡음이 있는 환경에서 어느 정도 큰 신호로 확성해야 하는지에 대한 척도를 제공합니다. 두 번째는 오디오 신호를 다룰 때 어느 정도의 크기로 확성이 가능한지 알려줍니다. 이 글에서는 신호 대 잡음비의 기초적인 정의에 대해 다루고, 세부적인 내용은 다른 글에서 설명하겠습니다. 신호 대 잡음비의 정의 신호 대 잡음비(signal to noise ratio, SNR, S/N)는 신호와 잡음의 비율을 표시하는 방법입니다. 신호 대 잡음비가 클수록 좋은 품질임을 의미합니다. 여기서 $v_{rated}$는 오디오 장치에서 사용되는 기준 신호의 크기로 정격 신호(rated signal)이라고 합니다. 이에 .. 2021. 8. 18. 오디오 신호(11)-대역폭 대역폭 오디오 장비는 최소한 사람의 청취 대역의 주파수인 20Hz~20kHz를 모두 재생해야 합니다. 그러면 어떻게 이 주파수를 재생하는지 평가할 수 있을 까요. 가장 일반적인 방법은 주파수 대역폭(frequency bandwidth, BW)으로 평가합니다. 아래 그림과 같이 신호가 BW 내에 있으면 됩니다. 이때 최댓값 0dB보다 -3dB 작은 신호로 측정되는 주파수까지를 고려하거나, 1kHz의 신호를 기준으로 신호가 -3dB 작은 주파수 까지를 대역폭으로 정의하기도 합니다. 특별히 이득 구간을 다음과 같이 표시하기도 합니다. $$BW=20Hz-20kHz, \pm 1dB$$ 위의 내용을 참조용으로만 사용해주세요. 무단 도용이나 무단 복제는 불허합니다. 기타 문의 사항은 gigasound@naver.co.. 2021. 8. 18. 오디오 신호(10)-데시벨, 오디오 정격레벨 데시벨의 정의 데시벨은 다음과 같이 정의합니다. 여기서 $p_{1}$는 변한 신호의 전력입니다. $p_{0}$는 변하기 전의 전력입니다. 즉, 데시벨은 신호의 변화를 로그 스케일로 변환하여 알아보는 방법입니다. 원래 아래의 공식에 의하면 신호의 단위가 모두 사라지기 때문에 별도의 단위를 사용하지 않아야 하지만, 데시벨로 표시됨을 알리기 위해 dB를 단위처럼 사용합니다. $$L=10log(\frac{p_{1}}{p_{0}})$$ 신호처리에서는 전압의 크기를 신호의 크기로 주로 사용합니다. 그러면 데시벨은 아래와 같이 표시됩니다. 여기서 특별한 경우가 아닌 일반적인 조건에서는 모든 신호의 실효치(rms)를 사용합니다. $$L=20log(\frac{v_{1}}{v_{0}})$$ 데시벨의 숫자적 의미 데시벨로 .. 2021. 8. 18. 이전 1 2 3 다음
