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Audio System59

오디오 신호(9)-실효치 실효치 실효치는 오디오 신호의 특징을 다루는 중요한 기준 역할을 합니다. 이 글을 기반이 되어 다른 글에서 오디오 신호의 특징을 다루는 내용으로 확장하겠습니다. 실효치의 정의 실효치(root mean sequre, rms)는 시간적으로 변화하는 신호의 평균 에너지 성분에 해당하는 값으로 신호의 크기를 대표하는 방법입니다. 주기가 있는 신호의 경우 다음과 같이 구하고, 주기가 없는 경우 특정 구간을 설정해서 구해야 합니다. $$v_{rms}=\sqrt{}=\sqrt{\frac{1}{T}\int_{0}^{T}x^{2}(t)dt}$$ 실효치는 신호의 종류에 따라 신호의 최댓값 대비 다른 값을 가집니다. 예를들어 정현파의 최댓값에 0.707을 곱한 값에 실효치가 됩니다. 이에 관한 내용은 파고율에서 세부적으로 .. 2021. 8. 18.

오디오 신호(8)-정현파 정현파의 수학적 표현 하나의 정현파 $x(t)$를 수학적으로 표현하는 내용은 다음과 같습니다. 여기서 $f=1/T$는 정현파의 주파수, $\phi$는 위상입니다. 각주파수는 $\omega=2\pi f$가 됩니다. 또 여기서 $v_{p}$는 정현파 신호의 최댓값입니다. $$x(t)=v_{p}sin(2\pi ft+\phi )$$ 피크 신호 $v_{p}$는 신호 크기를 표시할 때 의미를 가집니다. 예를 들어 정현파 신호가 2 volt라고 하면 이는 실효치(rms)를 의미하며 $v_{p}$가 아닙니다. 위상 위상(phase)은 아래 그림과 같이 전현파가 어떤 시간에 정현파를 표현하는 원의 위치를 표시하는 것과 같습니다. 일반적으로 시간 $t=0$인 조건에서 위치를 위상이라고 합니다. 정현파의 위상은 두 개 이상.. 2021. 8. 18.

오디오 신호(7)-선형 스케일과 로그스케일 그리고 핑크 노이즈 스케일 공학에서는 신호의 변화를 그래프로 표시하는 방법을 사용합니다. 세밀한 값의 변화보다 그래프에서 어떻게 값이 변화하는지 관찰하는 것이 더 편하기 때문입니다. 오디오에서는 주로 수직 축(y축)은 값의 크기를 표시하는데 선형 또는 데시벨 값으로 표시됩니다. 수평 축은 시간 축 또는 주파 수축을 주로 사용합니다. 수평축은 시간의 변화 간격이 일정하게 표시됩니다. 즉 수평축의 표시 간격에 시간 변화가 같다는 의미입니다. 이런 축의 표시 방법을 선형 스케일이라고 합니다. 그런데 주파수는 로그 스케일을 사용합니다. 로그 스케일은 간격 간에 변화 값이 지수로 변화합니다. 선형 스케일과 로그스케일의 차이 다음 그림의 위는 선형 스케일이고 아래는 로그 스케일입니다. 선영 스케일에서 등간격으로 쪼갠 부분은 로그 스케.. 2021. 8. 15.

정전압 전송방식 전력 전송 일반적으로 스피커와 파워앰프 사이를 연결하는 스피커 선로는 짧을 수밖에 없습니다. 긴 선로는 댐핑 팩터에 영향을 미쳐서 좋은 스피커 출력을 기대하기 어렵게 됩니다. 오디오 장치에서 선로와 댐핑 팩터에 대한 내용은 다음의 글을 참조하시면 됩니다. https://medialink.tistory.com/62 스피커 선로가 길면 품질을 확보하기 위해서 두꺼운 선로를 사용하면 되지만, 그래도 아주 멀리 보내지는 못합니다. 그래서 앰프에서 스피커까지 1km 정도 보내면서도 많은 수의 스피커를 구동하는 방법으로 정전압 전송(constant voltage transmission) 방식이 사용되고 있습니다. 이를 하이 임피던스 방식이라고도 합니다. 이는 스피커의 임피던스를 높게 설정하고 부하에 관계없이 전송 .. 2021. 8. 15.

오디오 신호(6)-클리핑 현상 클리핑 오디오에서 클리핑(clipping)은 특정 신호의 이상의 신호가 제대로 출력하지 못해서 발생하는 왜곡을 의미합니다. 이는 오디오 장비가 가지고 있는 신호의 증폭 한계가 원인입니다. 다음은 클리핑 발생 조건보다 -3dB보다 낮은 상태의 100Hz 정현파와 주파수 응답 내용입니다. 100Hz 위주의 뾰족한 모양이 하나 보입니다. 그런데 100Hz 부근에 다른 신호도 함께 보이는데 이는 FFT를 하는 과정에서 발생하는 현상이니 뾰족한 부분만 봐야 합니다. 다음 그림은 최대 출력 조건보다 3dB 큰 신호의 상태를 보여주고 있습니다. 정현파의 일부분이 잘려서 나타납니다. 이 모습을 클리핑이 발생했다고 합니다. 그런데 이 잘린 부분이 주파수 죽에서는 100Hz에 하모닉 주파수 성분으로 나타나니다. 이 뜻은 .. 2021. 8. 15.

오디오 신호(5)-음압레벨 음압레벨 소리는 공기 중에 압력 변화를 의미합니다. 일반적인 압력 상태는 1013 hPa입니다. 소리는 진동으로 압력을 변화하면서 진행합니다. 그런데 압력의 변확 크기 때문에 다음과 같이 절대 데시벨을 사용하며 음압레벨(sound pressure level, SPL)이라고 합니다. 여기서 $p_{0}=20\mu Pa$로 청취 가능한 최소 음압입니다. $$SPL=20log_{10}(\tfrac{p}{p_{0}})$$ 자유 음장에서 음압 레벨은 거리 d에 따라 $-20 log(d)$로 감쇄합니다. 음원에서 멀리 있을수록 소리가 작아집니다. 그런데 실 내에서는 반사음의 영향으로 조금 달라집니다. 음압레벨 변화의 지각 음압 레벨이 어느 정도 변해야 사람이 알 수 있을까요? 다음표에 의하면 변화 지각은 6dB 정.. 2021. 8. 15.

오디오 장비의 잡음 방지 방법 전원에 의해 잡음 유도 전원에 의해 발생되는 잡음이 유도되어 오디오 장비에 악영향을 미칩니다. 이 잡음은 전자 장치의 회로 구성에서도 문제가 발생하고, 전원 장치와 관계에서도 발생하고, 연결 선로에 의해서도 유도되어 발생합니다. 이글에서는 전원 잡음 유입의 원인과 이를 방지하는 방법을 알아보겠습니다. 기준 전위의 종류 거의 모든 전자 장비는 다음 표와 같이 크게 세 개의 전기적인 기준 전위를 가집니다. 이렇게 다른 종류의 기준 전위가 있는 이유는 서로 다른 환경에서 전기적 신호를 다루고 설계되기 때문입니다. 기준 전위를 사용하는 이유는 안정적인 장비의 간의 연결, 전위차에 의한 전기적인 위험 방지 등입니다. 여기서 신호 그라운드는 하나가 아닐 수도 있습니다. 최근 거의 모든 고급 오디오 장비는 아날로그 .. 2021. 8. 15.

아날로그 오디오용 마이크 선로, 스피커선로 그리고 댐핑 팩터 전선 굵기와 선로 저항 전선의 저항값은 작을수록 유리합니다. 즉 전선에서 전력의 소비가 작아야 신호를 전송하거나 스피커를 구동할 때 유리해집니다. 단위 길이당 선로의 저항은 다음과 같이 선로의 지름이 클 수롤 작아집니다. 그러니 굵은 전선이 선로로서는 유리합니다. 전선은 크게 wire와 케이블(cable)이 있으며 wire는 구리 도체에 외피만 있는 상태, 케이블은 아래 그림과 같이 여러 내용을 포함하는 경우로 구분하면 편리합니다. 선로의 꼬임 선로는 선로의 상태에 따라 다음의 세 가지 방식이 있습니다. 평형 선로 : 두개의 신호 선로가 서로 평형을 유지하면서 사용됩니다. 매우 간단하게 선로 구성이 가능하지만 선로가 평행하면서 발생하는 캐패시터 성분으로 주파수 대역이 좁아지는 단점이 있습니다. 꼬임 선로.. 2021. 8. 15.

특성 임피던스와 손실계수 특성 임피던스 오디오 장치는 사용되는 케이블의 영향을 많이 받습니다. 특히 음질과 관련되기 때문에 사용되는 전선의 특성을 신중히 고려합니다. 오디오 케이블에 대한 내용을 이해하려면 케이블의 특성을 표시하는 특성 임피던스(characteristic impedance)를 먼저 알 필요가 있습니다. 특성 임피던스는 선로의 전송 특성을 알아보기 위해 선로 특성을 임피던스로 모델화 한 것입니다. 즉 선호의 전류 전압 상태를 수동 전자 소자로 대치해서 해석하는 것입니다. 특성 임피던스는 다음과 같이 선로 특성을 표시합니다. 즉 선로의 순수 저항 성분과 주파수에 따라 변화하는 L, C 성분이 포함된 것으로 봅니다. 즉 주파수에 따라 임피던스 값은 변경되며 L, C 소자의 특성으로 필터처럼 동작합니다. 특성 임피던스는.. 2021. 8. 15.

전기 확성 장치의 안정적 확성 이득과 PAG, NAG, EAD 전기음향 확산 조건 PAG는 스피커로 확성할 때 하울링이 발생하지 않는 거시적인 확성 이득 기준을 제공해 줍니다. 이를 계산하기 위해 EAD, NAG, NOM을 이용합니다. EAD 우선 고려해야 할 내용은 음향 등가 거리(equivalent acoustic distance, EAD)입니다. EAD는 소음환경에서 대화가 가능한 거리를 결정합니다. 아래 그림을 보면 소음 환경에 따라 음성의 음압레벨과 이를 같은 특성으로 청취하는 거리에 대한 표입니다. 일반적으로 소음이 작고 편안한 음성으로 전송이 가능한 거리 EAD=0.7~1m 정도입니다. 상상해 보세요 사람 사이의 대화를 할 때 거리가 어느 정도 인지요, 소음이 많은 공간에서는 가깝게 앉아서 대화를 하려고 할 것입니다. 그렇다고 소음이 없는 공간에서 너무.. 2021. 8. 15.

오디오 신호(4)-콤필터와 하울링 현상 하울링 전기 확성 장치에서 하울링(howling) 현상은 실내의 반사음의 영향으로 음향 시스템의 출력이 급격히 증가하여 발생하는 왜곡입니다. 하울링이 발생하는 반사음의 경로를 하울링 경로(howling path)라고 합니다. 하울링이 발생하면 청취적으로 문제이지만, 음향 장비를, 특히 스피커, 파괴하기 때문에 큰 문제입니다. 또한 보청기 등과 같은 전기 확성기에서 수음된 소리의 증폭을 제한하는 가장 큰 원인이 하울링 현상입니다. 이 글에서는 콤필터(comb filter) 현상으로 하울링 발생을 설명하고, 해결 방안을 알아보겠습니다. 하울링 발생 원인 전기 음향 확성 장비에서 하울링은 다음과 같이 마이크로 수음한 신호를 스피커로 출력할 때, 실내 반사음이 다시 마이크로 유입되어 하울링이 발생합니다. 이를 .. 2021. 8. 15.

오디오 신호(3)-적합한 청취 음압 레벨 오디오의 신화 잡음 적합한 청취 음압레벨은 가장 먼저 선호도가 높은 음압 레벨로 결정하는 것이 좋습니다. 여기에 음향 장비의 품질, 경쟁성, 사용 용도, 청취 대상, 장치의 수명 등도 고려 대상입니다. 이글에서는 먼저 음향적으로 적합한 기술적 척도를 고려해 보겠습니다. 즉 청취 선호도를 고려하지 않는 내용입니다. 우선 소음을 고려하여 청취 레벨을 설정해 보겠습니다. 아래 그림은 신호대 잡음비(S/R)에 의한 출력 신호의 특성입니다. 신호와 잡음이 같은 $0 dB$에서는 잡음의 영향으로 음향 신호가 청취되지 않습니다. 최소한 S/R=10dB 이상이어야 소음의 영향을 벋어나 음향 청추가 가능해집니다. 그런데 아래 그림에서 S/R이 클수록 음향 신호가 더 뚜렷이 나타나기 때문 신호보다 무조건 크게 음향 신호를.. 2021. 8. 15.

스피커의 로빙 오류와 시간지연 스피커 유닛의 정렬 대형 오디오용 스피커나 고급 스피커의 경우, 한 개의 스피커 유닛을 사용하는 경우는 없습니다. 대부분의 오디오 스피커는 여러 개의 스피커를 이용해서 고음, 중음, 저음을 각기 재생해서 좀 더 좋은 소리와 큰 소리를 만들어 사용합니다. 그런데 이때 사용되는 스피커 유닛의 물리적인 위치 때문에 로빙 오류(lobbing errr)가 발생합니다. 다음과 같이 두 개의 스피커 유닛을 사용은 경우에 스피커 컨트롤러를 사용해서 저음 신호와 고음 신호를 분리해서 각각의 스피커를 구동합니다. 이때 스피커 근처에서 소리를 들으면 스피커 유닛 근처에 가까운 소리 위주로 들립니다. 이 구간을 near field라고 합니다. 반면 두 스피커 유닛의 소리가 섞여서 어느 유닛에서 소리가 나는지 구분이 되지 않는.. 2021. 8. 15.

오디오 신호(2)-최적의 스피커 주파수 출력 특성 오디오 시스템의 주파수 출력 오디오 시스템은 사용 목적에 따라 주파수 출력 특성을 현실적인 내용을 감안해서 조정하면 됩니다. 다음은 장치가 사용되는 공간에 따라 권고되는 주파수 출력 특성입니다. 레코딩 스튜디오 레코딩 스튜디오의 스피커 출력은 매우 엄밀한 평탄 특성을 요구합니다. 이는 레코딩 결과의 왜곡을 최소화하여 청취하기 위한 내용입니다. 이때 저역 전용 스피커의 출력을 고려하지 않습니다. 고품질 음향 확성 시스템 고품질 음향 시스템 또한 매우 엄밀한 평탄 특성을 요구하는데 스피커의 출력 특성을 고려하여 결정합니다. 이때도 저역 전용 스피커의 출력은 고려하지 않습니다. 음성 확성 시스템 음성 위주의 음향 시스템은 음성의 주파수 특성을 고려하여 출력하면 됩니다. 특히 중음 부분을 평탄하게 조정하고 나머.. 2021. 8. 15.

오디오 신호(1)-음성의 특징 음성의 주파수 특성 주파수 대역별 특성 음성 신호는 주파수와 음압레벨 별로 기여하는 내용이 다릅니다. 다음은 음성의 주파수별 특징입니다. 음성의 음압은 120Hz 부근에서 가장 많이 있습니다. 물론 사람마다 다소 다르지만 기본을 120Hz로 보시면 됩니다. 120Hz에는 음성에 관련된 기본 신호가 포함됩니다. 음성의 명료함은 자음과 관련 있으며 1.5kHz~4kHz 사이에 있습니다. 그런데 이 부분의 음압은 크지 않습니다. 음성의 명료도와 주파수 만약 명료도를 좀 개선하고 싶으면 일반적으로 3kHz 부분을 강조해 주면 됩니다. 너무 많이 강조하면 자연스러움이 사라지는 문제가 있으니 청감적으로 좋게 조정해 줘야 합니다. (정량적인 기준은 없습니다.) 음성의 저역 주파수 특성 음성은 80Hz 이하의 신호는 .. 2021. 8. 15.

임피던스 매칭, 최대 전력 전송조건 임피던스 매칭 이글은 오디오 장치와 오디오 회로에 도움이 되는 기초 개념을 설명하기 위해 작성되 있습니다. 특히 오디오에서 신호의 전송에는 임피던스 매칭에 대한 이해가 기본이됩니다. 임피던스 매칭(Impedamce matching)은 오디오의 출력장치와 입력 장치를 연결할 때 입출력 포트의 임피던스를 적합하게 조정해서 신호의 송수신을 원활하게 하는 방법입니다. 반대로 얘기하면 입출력 장치의 임피던스가 부적합하면 신호의 송출이 잘 되지 않음을 의미합니다. 아래의 회로에서 부하 저항의 전압은 전압 분배 공식에 의해 다음과 같이 구해집니다. 여기서 r은 송신 장치의 내부 저항이고 $R_{L}$은 수신 장치의 수신 임피던스입니다. 그러면 부하 저항에 전압은 다음과 같이 얻어집니다. $$V_{L}=\frac{R_.. 2021. 8. 15.

뮤트 회로 뮤트 회로 DSP를 활용할 때 출력에 대한 뮤트를 DSP가 처리하는 것이 아니고 회로적으로 처리할 필요가 있습니다. 유용한 뮤트 회로를 두 개 소개할까 합니다. 아래의 홈페이지는 참조하였습니다. 릴레이를 이용한 뮤트 회로 이 회로는 오디오 입력을 오디오 그라운드로 연결하여 출력을 저지하는 방법입니다. 기존 회로에서 디지털 회로를 아날로그 회로와 분리했습니다. 이 회로는 확실한 뮤트 역할을 하지만 실제 오디오 구동 상태에서 사용하는 것보다는, 오디오 회로의 시작과 종료 동작에서 뮤트를 자동으로 처리하기 위해 사용하는 방식으로 적합합니다. 아래의 회로를 참조 홈페이지 내용에서 릴레이 구동회로 디지털 신호 회로 부분으로 적용하도록 분리한 것입니다. MOSFET와 포터 커플러를 이용한 MUTE회로 TLP222A.. 2021. 8. 14.

저전압으로 48V 팬텀 파워를 만들기 마이크의 팬텀 파워 콘덴서 마이크를 사용하려면 팬텀 파워(phantom power)가 필요합니다. 이 전원은 콘덴서 마이크의 콘덴서에 전자를 충전해서 마이크로 동작하도록 지원합니다. 일반적으로 48V의 전압을 인가합니다. 물론 9V의 전원을 사용해도 되는데 전류를 조정하면 됩니다. 이 글에서는 단전원 장치인 +12V 전원이나 +24V 전원에서 +48V로 승합하는 회로를 소개하겠습니다. 다음 회로는 +18V~+36V의 입력 전압을 +48V로 변환하는 회로입니다. 다음은 +12V를 +48V로 변환하는 회로입니다. 실제 팬텀 파워가 적옹되는 마이크 프리앰프는 다음 글을 참조하시면 됩니다. https://medialink.tistory.com/142 광고좀 꾹 눌러주시면 고맙겠습니다. 위의 내용을 참조용으로만 .. 2021. 8. 14.

+12V를 -12V로 변환 오디오 회로에서 음전원 사용 오디오 장치는 양의 신호와 음의 신호를 모두 다룹니다. 물론 경제젹인 문제를 고려하면 음의 신호를 양의 신호로 전환해서 모두 양의 신호에서 다루기도 합니다. 이 글에서는 양의 전원만 가지고 있는 경우, 음의 신호까지 다룰 수있도록, 양의 전원을 음의 전원으로 변환하는 방법을 알아보도록 하겠습니다. 변환 회로 1 +12V~+48V의 입력 전원은 -12V로 변환하는 회로입니다. 최대 전류는 0.7A로 소형 오디오 장치에 적용하는데 문제가 없습니다. 변환회로 2 다음회로는 ICL7660은 양전원을 쉽게 음전원으로 변경해 주는 IC입니다. 다만 입력 출력 전류가 40mA정도로 다소 작기 때문에 한 두 개의 오피 앰프를 위한 구동 전원에 사용이 가능합니다. 여기 입력 전원은 +2~+1.. 2021. 8. 14.

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