오디오를 알아라: 왜곡 파트 1

오디오 애호가 리뷰어를 따라가면 그들의 재고 거래가 주제에 대해 정량화할 수 있는 내용을 전혀 말하지 않으면서 어쨌든 최상급 품질의 장치 간의 상상된 차이에 대해 잘 알고 있는 것처럼 들리는 매우 멋진 방법이라는 것을 알게 될 것입니다. 우리를 팔로우하시면 중요한 유일한 리뷰는 오디오 성능에 대한 실제 측정과 블라인드 청취 테스트임을 알려드립니다. 음악을 듣는 방법을 꼭 알려드릴 필요는 없지만, 이제 Know Audio 시리즈에서 오디오 성능이 어떻게 측정되는지 살펴보는 시간이 될 것입니다.

벤치에 도달하기 전에 먼저 우리가 무엇을 측정하고 있는지 물어볼 필요가 있습니다. 오디오 체인에서 중요한 속성은 무엇입니까? 즉, 오디오 장치를 좋게 만드는 것은 무엇입니까?

물론 측정할 수 있는 것보다 많은 것들이 있지만, 이 맥락에서 가장 중요한 것은 아마도 왜곡일 것입니다. 당신은 아마도 음악의 디스토션에 익숙할 것입니다. 클래식 기타의 소리는 현을 튕기는 듯한 소리이고, 록 기타의 소리는... 화가 난 것 같습니다.

이는 록 기타리스트가 꽤 깨끗한 기타 사운드에 가청 왜곡을 유발하는 효과 페달을 사용하기 때문입니다. 다양한 기타 효과 페달이 있지만 가장 간단한 것 중 일부는 단순히 증폭기를 클리핑으로 구동하여 구형파에 더 가까운 것을 만듭니다. 그러나 실제로 무슨 일이 일어나고 있는지 이해하려면 사인파나 구형파와 같은 시간 영역의 파형이 아니라 스펙트럼의 주파수 영역에서 파형을 볼 필요가 있습니다.

완벽한 사인파 발진기를 스펙트럼 분석기에 연결하면 사인파의 주파수에 해당하는 단일 피크를 볼 수 있을 것으로 예상할 수 있습니다. 해당 사인파에 왜곡을 적용하면 스펙트럼 분석기는 적용되는 왜곡 유형에 따라 다른 주파수에서 피크를 표시하기 시작합니다.

이는 과거 Hackaday에서 자세히 살펴본 주제이며, 여러분 중 많은 분들이 일련의 고조파 사인파에서 구형파를 수학적으로 유도하는 방법에 익숙하실 것으로 추측됩니다. 오디오 장치의 왜곡은 스펙트럼의 이러한 추가 피크를 확인하여 측정되며 원래 신호와 비교하여 상대적인 강도를 나타내는 dB 값 또는 백분율로 표현됩니다. 기타 페달의 경우 그 수치는 수십 퍼센트에 달하지만, 좋은 품질의 오디오 앰프의 경우 그 수치는 1퍼센트에 불과합니다. 또한 나머지 스펙트럼의 잡음 구성 요소를 나타내는 THD+N으로 인용된 수치와 단일(보통 1kHz) 주파수에 대해 인용된 수치를 보는 것도 일반적입니다.

왜곡을 측정하는 것은 표면적으로는 간단한 과정이지만 실제로 이를 효과적으로 수행하기 위한 장비를 구성하는 것은 쉬운 작업이 아닙니다. 테스트 중인 장치에는 생성될 수 있는 순수한 사인파가 공급되며, 출력의 RMS 전압은 사인파의 기본 주파수를 제거하는 노치 필터와 장치에서 직접 측정됩니다. 필터링된 신호는 왜곡으로 인해 발생한 출력 구성 요소만 반환하므로 전체 수치와 비교하여 상대적인 수치를 도출할 수 있다는 아이디어입니다.

따라서 계측기 설계자는 발진기와 필터가 최대한 완벽에 가까워야 할 뿐만 아니라 아날로그 신호 체인의 나머지 부분도 측정되는 왜곡에 영향을 주어서는 안 되기 때문에 극복해야 할 몇 가지 중요한 장애물이 있습니다. 이는 넓은 주파수 범위에 걸쳐 이러한 특성을 요구하는 일반적인 계측기에서는 더욱 어려워집니다. 단일 주파수 필터가 어려운 경우 가변 주파수 필터가 훨씬 더 그렇습니다. 최신 오디오 분석기는 일반적으로 오실레이터와 측정값이 매우 높은 품질의 DAC 및 ADC로 대체되는 디지털 및 아날로그 계측의 컴퓨터 제어 조합이며 필터는 아날로그 회로를 유지합니다.

첫 번째 HP 제품은 진폭을 안정화하여 출력 왜곡을 줄이기 위한 수단으로 회로의 비선형 요소로 백열 전구를 사용하는 것으로 유명한 고품질 오디오 발진기인 HP200A였습니다. 이 아이디어는 향상된 피드백 및 AGC 회로를 통해 발진기 왜곡을 줄이기 위한 후속 단계의 기초를 형성합니다.