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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.

MediaLink는 미디링크는 미디어를 위한 하드웨어적인 기술과 소프트웨어적인 기술을 필요로 하는 분들에게 기술과 사람을 연결하고자 개설하였습니다. MediaLink에서 개발 내용은 다음과 같습니다. 오디오 DSP용 H/W, F/W, S/W C# GUI 오디오 프로세싱 STM, ARM F/W ATmega F/W 리눅스 프로그래밍 C# 프로그래임 관련 내용 문의가 있으신 분은 gigasound@naver.com으로 연락 주시면 고맙겠습니다. 2021. 8. 19.

디지털 오디오 신호 흐름의 표현 디지털 신호 흐름 오디오 신호처리 또한 신호의 흐름으로 과정을 이해하면 편리합니다. 그래서 코드로 작성하기 전에 신호가 어떻게 관계를 맺으면 시간에 따라 변해가는지 그림으로 표현합니다. 이글에서는 디지털 신호 처리에서 주로 사용하는 신호 흐름의 표현 방법을 알아보겠습니다. 잘 아시다시피 수식보다는 그림으로 신호의 흐름을 표시하면 알아보기 쉬울 것입니다. 가장 기본적인 표현은 다음과 같이 박스를 사용하고 입출력 신호를 표시하면 됩니다. 만약 입력과 출력이 같다면 다음과 같이 표시하면 됩니다. 신호 이득 출력이 입력에 특정 이득 a를 곱해서 출력되면 다음과 같이 표시합니다. 신호의 지연 오디오 신호처리는 샘플 시간 단위로 시간 지연을 많이 사용합니다. 다음은 하나의 샘플 단위로 신호를 지연을 표시하는 방법입.. 2021. 8. 19.

디지털 오디오용 시리얼 데이터 I2S, TDM 디지털 오디오용 시리얼 데이터 DSP는 ADC 또는 DAC와 시리얼 통신으로 데이터를 송수신합니다. 예를 들어 0x02라는 신호는 0b00000010와 같고 이를 1bit씩 연속으로 ADC 또는 DAC와 DSP가 주고받습니다. 이때 사용되는 통신 형식이 I2S(Inter-IC sound)와 TDM(time division multiplexing)입니다. 이 두 방식은 정수형 오디오 데이터를 사용합니다. 이는 ADC와 DAC가 샘플링과 양자화 과정에서 결정된 오디오 신호를 정수 형식으로 기록하기 때문입니다. 이 글에서는 두 오디오 신호의 일반적인 형식에 대해서 알아보도록 하겠습니다. 2 channel I2S LRCLK는 Left-Right 신호를 분리하는 클럭이며 Frame Clock이라고도 합니다. SC.. 2021. 8. 19.

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.

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.

신호처리와 숫자 표현(3)-고정 소수점, 부동 소수점의 변환 고정 소수점과 부동 소수점의 변환 신호처리에서 실수는 고정 소수점 방식과 부동 소수점 방식으로 기록됩니다. 고정 소수점 방식은 메모리 비트를 그대로 읽으면 실수로 표시되기 때문에 하드웨어 매우 유리한 방식입니다. 이에 반해 부동 소수점 방식은 코딩 과정에 유리합니다. 이 두 표현 관계는 신호처리 과정에서 상호 변환해서 사용하기도 합니다. 특히 필터의 계수값을 구할때 고정 소수점 방식으로 구하지 않습니다. 부동 소수점이 일반적인 수학 연산 표현에 더 적합하기 때문입니다. 그러니 부동 소수점으로 구한 값을 고정 소수점으로 변환해서 주로 사용하게 됩니다. 이 글에서는 두 표현 방법 간에 변환 방법을 알아보겠습니다. 실수의 고정 소수점$(N_{fixed})$ 표현 먼저 다음 공식을 이용해서 실수 R을 Qm.n .. 2021. 8. 17.

신호처리와 숫자 표현(2)-숫자의 비트 표현 숫자의 비트 표현 신호처리는 최종적으로 정수(integer)와 실수 형식을 사용하고 실수는 고정 소수점 방식과 부동 소수점 방식을 사용합니다. 그런데 숫자를 DSP의 신호처리 연산을 위해서는 비트(bit) 형식으로 표시할 필요가 있습니다. 이 글에서는 정수와 소수의 비트 표현을 알아보겠습니다. 여기서 숫자 뒤의 강호는 숫자의 진법을 의미합니다. 정수의 비트 표현 10진수의 정수 표현은 잘 알려진 것과 같이 정수를 2로 나누면서 나머지를 모으면 쉽게 구해집니다. 소수의 비트 표현 실수에서 정수 부분이 위의 정수 비트 표현을 사용하면 됩니다. 실수의 소수 부분은 아래와 같이 2를 계속 곱하고 정수 부분을 모아서 표현합니다. 다음은 0.33의 소수 표현입니다. 그런데 0.33은 2진법으로 표현하면 무한히 소수.. 2021. 8. 17.

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