라디오 모노 방송을 청취 시에는 그림에서 표시된 Mono Audio 대역에서 방송 수신을 하게 된다. 바로 이어지는 Pilot Signal을 기준으로 믹서에서 스테레오 Left와 Right 오디오를 분리하여 수신하게 된다. 이때 필요한 Subcarrier 주파수는 Pilot Signal을2채 배 하여 얻게 된다. 여기서 Pilot Signal의 역할은 스테레오 방송 수신을 하기 위한 시그널이고 이 신호를 인위적으로 off 하거나 전파장애로 수신이 원활하지 않을 시는 스테레오 방송이 안되고 모노방송이 된다.
좌, 우 Audio가 분리된 스테레오 방송에서 크로스 토크(Cross talk)가 작아야 한다는 것이다. 내부에 회로 또는 인코딩 시 서로 다른 채널에 오디오가 섞이는 정도를 말하는데, 전반적으로 이 값이 작을수록 좋은데, 이것을 채널 분리도 (Separation) (Separation)라고 한다.
10. 캐리어 주파수 (CarrierFrequency)
라디오에서 반송 파 또는 캐리어 주파수는 쉽게 말해서 방송 수신 주파수 즉 95.1 MHz, 107.7 MHz 이렇듯 방송을 대표하는 주파수를 의미한다. 다시 말해서 방송 오디오를 변조를 통해서 정보를 담고 공중으로 날려 보내기 위한 주파수이다. 라디오 측정 시 주파수라는 용어를 자주 사용하는데, 여기서 캐리어 주파수는 수신을 위해 탱크 회로 등을 통해 동조할 때 사용되는 용어이고 다른 베이스밴드 주파수, 중간 주파수 등과 혼동되어서는 안 된다.
신호가 믹스되어 변조된 주파수가 되기 이전 캐리어 주파수는 변동이 없는 고유의 주파수를 가지고 있는 파형을 볼 수 있다. 믹서를 통해 시그널이 가미가 되고 변조가 되면 그림처럼 AM 은 신호의 크기에 따라 진폭이 변하고 FM 은 신호의 크기에 따라 주파수가 변하게 된다. 변조를 하기 위해 입력되는 입력 신호는 우리의 음성 또는 음악 등의 베이스밴드 주파수로 정밀측정 시 캐리어 주파수와 자주 혼동하게 되므로 주의가 필요하다.
11.변조율(Percentage of Modulation)
그림은 FM 라디오 채널(캐리어 주파수) 별 대역폭을 주파수 스펙트럼으로 표시한 그림이다. 각 채널 간격은 100KHz (0.1 MHz)로 FM 대역폭 100%를 반영하면 채널 간 여유공간은 25.5KHz 정도 남게 된다. 우리나라 FM 방송은 홀수 주파수만 사용하므로 200KHz 간격으로 방송채널이 운영된다. 실제로 국내에선 채널 간 간섭은 경험하기 어렵다.
FM라디오의 변조는 주파수가 변동되는 주파수 변조 이므로 100% 변조 시 주파수의 폭은 75KHz이다. 변조에 이용되는 주파수폭을 많이 사용하면 데이터는 더 많이 담을 수 있고, 음성이나 오디오일 경우는 좀 더 많은 오디오 높낮이를 담을 수 있어서 실제로 100% 변조를 사용하면 오디오 음량이 더 커지는 것을 볼 수 있다.
위에서 처럼주파수가 변이 되는FM에 경우는 대역폭을 주파수로 표기할 수도 있고, 퍼센트로 표시할 수도 있다. 95.3 MHz캐리어 주파수에 표기된 대역폭은 30% 변조된 폭을 보여주는 것으로 주파수로 표기하면 22.5KHz가 된다. 표준 변조율은 일반적으로 30% 사용한다.
주파수가 아닌 진폭이 변하는 AM 라디오는 대역폭이 진폭이 될 것이며, 애석하게도 대역폭은 주파수로 표기할 수도 없다. 그래서 기준 진폭 대비 몇 퍼센트 이렇게만 표기하게 된다. 그래서 AM 대역폭은 표준 30% 또는 100% 변조 이렇게 사용된다. 나중에 정밀 측정 시 AM 은 왜 30%로 표기하고 FM은 왜 22.5KHz로 표기하는지에 대한 질문에 대한 답이기도 합니다.
12. 프리 엠파시스(pre emphasis)/ 디 엠파시스(deemphasis)
방송국에서 오디오 신호를 캐리어 전파에 실어서 보내고, 수신해서 들으면 원래 오디오 신호 외 잡음들이 같이 들리게 됩니다. 음성신호나 오디오의 가청 신호의 대부분의 에너지는 저주파 대역에 집중되고, 고 주파수에서는 비교적 에너지가 낮다. FM 잡음은 저 주파수에서 잡음 전력이 작으나 고 주파수로 올라 갈수록 잡음 전력이 증가된다. 그래서 이를 개선하기 위해 송신하기 전에 고주파 대역 주파수를 미리 강화한 다음 송신할 필요가 있으며 이때 높은 주파수를 미리 강화시키는 회로를 프리엠 파시스라 한다. 여기서 강화한다는 의미는 원래 신호의 크기보다 증폭을 한다고 받아들여도 무리가 없을 듯하다. 그 방법은 저항과 콘덴서로 이루어진 회로를 통해서 하게 되는데 CR 값 즉 시정수가 존재하게 됩니다. 그래서 우리나라에 경우는 75uS, 유럽은 50uS 이렇게 각 국가마다 다른 시정수를 사용하게 됩니다.
프리엠파시스 된 라디오 신호를 수신기에서는 다시 강화된 고대역에 대하여 다시 디엠 파시스 하게 되면 원래의 오디오 시그널을 얻게 되는 원리입니다. 그래서 라디오 정밀측정 시 이 프리엠 파시스 적용 여부에 따라 다른 측정값을 얻게 되는 것입니다.
알카미스는 프랑스에 있는 오디오 솔루션 회사로 사운드 공간화(Spatialization) 프로세스를 이용한 오디오의 리마스터링(Remastering)을 통해 풍부한 사운드의 오디오로 업그레이드 시켜준다. 요즘 자동차에 탑재되는 오디오 시스템에 탑재되는 알카미스 오디오 시스템에 대해 알아봅니다.
1. 개요 (abstract)
(1998~2004년)
알카미스는 공동창립자 중 한 사람이 발명한 국제 특허 사운드 공간화 (sound spatialization) 프로세스를 활용하기 위해 설립되었다. 알카미스의 기술은 기존 오디오 신호 (모노, 스테레오, 5.1)의 공간화를 허용하는 프로세스를 기반으로 더욱 진짜 같은 청각적 경험을 만들어낸다는 목표를 가지고 있다. 처음에 이 공간화 프로세스는 영화와 DVD 산업에서 뤽베송의서브웨이(2001년에 리마스터함) 같은 걸작 영화를 리마스터하는데 사용되었다.
알카미스는 이것이 빠르게 성장하는 것을 보고, 엘튼 존, 비지스, 핑크 플로이드 같은 스타들이 자신들의 음악을 녹음했던 레코딩 스튜디오 [[:en:Châteaud'Hérouville|샤또드 에후빌 (Château d'Hérouville)]]에 자리를 잡기로 결정하였다. 이 샤또의 메인 홀은 오디오 튜닝을 하는 데 사용되었고, 그 후에 테이프를 리마스터하여모노 사운드와 스테레오 사운드를 멀티채널 사운드로 변환하였다. 수많은 영화들이 알카미스의 공간화 프로세스 덕분에 현대화되었다. 그 영화들에는 쟝콕토의 작품에 영감을 받은 당나귀 공주(Peaud'Âne) (당나귀 가죽)는 물론, 바그다드 카페, 더티 댄싱, 텍사스 전기톱 학살과 [[:en:Louis de Funes|루이드 휘네 (Louis de Funès)]]의 경관 시리즈 (Le Gendarme) 등이 있다.
(2004~현재)
2004년에 알카미스는 공급자에게 영화를 리마스터해주는 서비스 회사에서 카 오디오, 이동전화, 미디어 플레이어 등을 전문으로 하는 소비자 전자제품 산업으로 사업 활동 방향을 재설정하였다. 그래서 프로세서 용량이 제한적인 이동장치와 자동차 라디오에 디지털 프로세싱 알고리즘을 맞추어야 했다. 최초의 고객은 미디어 플레이어 제조업체인 아코스(Archos)와, 항공기 비즈니스 클래스의 헤드폰에 오디오 복원을 최적화하는데 알카미스를 선택한 항공사 에어 프랑스였다. 대형 라이선스 계약은 르노가 자사의 메간 (Mégane) 라인업 대부분에 알카미스 기술을 장착하기로 발표한 2008년에 이루어졌다.
2. 주요 기술 (technology)
알카미스 SoundStage 솔루션의 가장 큰 장점은 기존 자동차의 저가 오디오 시스템의 하드웨어 변경이 없이모듈화된 소프트웨어 적용만으로 한층 풍부해진 오디오 품질을 경험할 수 있다는 것이며, 알카미스에서 제공하는 핵심기술을 아래에 소개한다.
* 사운드 스테이지 (Sound Stage Creation)
자동차 탑승자는 콘서트 홀 에 있는 것처럼 자동차 실내에서 음악이 자연스럽게 들리기를 원한다. 운전자 앞에서 음악과 음성이 앞 유리에 조화롭게 위치를 잡으며 자연스러운 오디오 이미지를 만들어내는 것이다. 이 기능은 소프트웨어 솔루션으로추가 스피커나 자동차 스피커 설계 변경 없이 모듈 형식의 소프트웨어로만 구현한다.
* 베이스 익사이터 (Bass Exciter)
프로세스는 독창적인 음향 알고리즘을 사용하여 더 깊고 강력한 베이스 렌더링을 제공한다. 이 스프트웨어 기능은 단순한 이퀄라이져가 아닌,원본의 오디오의 무결성을 깨트리지 않고도 더 높은 품질의 저음 느낌을 생성한다. 물리적 서브우퍼가 있거나 또는 없는 시스템에서 사용할 수 있으며 저음 및 중간단계를 포함하여 모든 볼륨에서 퍼커시브베이스 레벨(타악기)을 전문적으로 처리한다.
* 자동 이득 제어 (AGC)
이 기능은 최첨단 기술을 사용하여 차량의 사운드 시스템 레벨을 자동으로 조정한다. 운전자나 승객이 라디오, MP3 재생 목록 또는 기타 오디오와 같이 레벨이 다른 오디오 소스 간 전환 시 이 기능은 레벨을 자동으로 조절하여 청취의 편안함을 극대화한다.
* 속도 의존 처리 (Speed Dependent Volume Control)
차량이 가속될 때마다 주변 소음에 따라 볼륨 컨트롤이 자동으로 되도록 하는 기능은 고급 소프트웨어를 사용하여 차량의 가속 또는 감속에 따라 볼륨을 자동으로 조정한다. 알카미스의 SDVC는 차량 속도에 따라 감지된 볼륨을 조정하고 SPL (Perceived Sound Presure Level)을 일정하고 최적으로 유지한다. 모든 승객을 위해 알카미스의SDEC (SpeedDependentEqualizerControl)은 모든 볼륨 단계와 차량 속도에서 주파수 렌더링을 최적화한다. SDEC는 도로 소음의 마스킹 효과를 보상하기 위해 CAN으로부터 속도 정보를 수신한다.
* 다중 채널 업 믹스 관리
기존에 설치된 자동차 스테레오 오디오는 사운드 시스템을 오래되고 낮은 수준으로 만들 수 있다. 멀티채널 업 믹스 관리 기능을 통해 스테레오 오디오는 승객과 운전자를 감싸는 5.1 서라운드 사운드로 변환시킨다. 이 효율적인 소프트웨어 기반 솔루션은 기존 내장 스피커를 사용하여 최첨단 서라운드 사운드 시스템의 느낌을 제공한다.
3. 솔루션 (Solution)
자동차 오디오 시스템을 위한 솔루션은 각 차량의 트림 또는 그레이드에 따라 맞춤형 적용이 가능하다. 그리고 모듈화 된 소프트로 하드웨어 변경 없이 쉽게 적용 또는 삭제가 가능하도록 설계되었다는 점이 특징이다.
* SOUNDSTAGE Core --> “보급형 사운드 시스템을 빛나게 하는 카 오디오 소프트웨어”
사운드의 최적화된 위치를 대체로 차량 앞 유리 높이로 높이고 차량의 모든 승객을 위한 서라운드 사운드 효과를 만들어 차량 내 인포테인먼트를 향상시킨다. 이 솔루션은 가장 기본적인 엔트리 레벨의 카오디오 또는 보급형의 DSP 및 ARM 프로세서 플랫폼에서도 훌륭한 인포테인먼트 오디오를 구현하기 위해 사용되고 있다.
훌륭한 연주자가 자신의 앞 대시보드 위에 콘서트 무대에서 재생되는 것처럼, 고급스러운 사운드를 운전자와 승객 모두 경험할 수 있다. 이는 알카미스의“Golden Ears”에소속된 오디오 전문가들에 의해 연구개발되었고, 음향 보상 알고리즘, 고급 오디오 랜더링, 공간화 프로세싱 및 차량 실내 튜닝 등의 조합을 통해 낮은 트림의 보급형 자동차 사운드 시스템도 오디오 품질을 훨씬 돋보이게 한다.
핵심기능 : 향상된 사운드 스테이지 = 넓은 청취 환경을 위해 발 높이에서 음향을 머리 높이까지 올려 위치시키는 기술
* SOUNDSTAGEClassic=>“차량 내 오디오를 위한 저음 강화 소프트웨어“
효율적인 설계 비용과 다이내믹한 사운드 스케이프 사이의 완벽한 조화를 만들기 위해 자동차 메이커들에 의해 사용되고 있다. 제공되는 풍부한 사운드 스테이지와 전방 및 후방 청취자 모두에게 향상된 오디오 몰입감과 향상된 저음 성능을 제공한다.
고급 음향 보정 알고리즘, 맞춤형 자동차 튜닝 및 비용절감 소프트웨어 기반 오디오 공간화 기능을 갖추었고 보급형에서 중급 DSP 또는 ARM을 사용하는차량의 오디오 문제를 해결하기 위한 최선의 선택이다.
핵심기능 :향상된 사운드 스테이지, 저음강화 (Bass Exciter) = 원래의 사운드의 무결성을 손상시키지 않으면서 확장된 고품질 베이스 느낌을 생성하는 기술
* SOUINDSTAGE Advanced => “몰입도가 높은 차량용 오디오“
이 솔루션은 자동차 OEM과 협력 및 설계되어 고음질 서라운드 사운드와 맞춤형 차량튜닝을 제공하여 모든 차량 승객에게 향상된 청취의 즐거움을 제공한다. 이는 미드 레인지 DSP 플랫폼을 사용하여 중간 트림 내비게이션 또는라디오 제품군에서 실행되는 다중 채널 오디오 시스템의 사운드 성능을 향상시키기 위해 특별히 제작되었다. 최대 6 채널 출력의 자동차 사운드 시스템을 휘한 최첨단 DSP 기술을 자동차 OEM에 제공하고 있다.
핵심기능 :향상된 사운드 스테이지, 저음강화 (Bass Exciter), AGC (Automatic Gain Control) = 음악의 상대적 발란스를 유지하면서 출력볼륨을 직관적으로 조정하는 기술, 속도의존처리 = 차량 속도에 따라 감지된 볼륨을 자동으로 조정하므로 가속할 때마다 볼륨 노브를 돌리지 않아도 되는 기술, 다중채널 업 믹스 관리 = 최대 6개의 출력 채널에 대해 기존 스테레오 사운드를 5.1 채널 서라운드로 변환한다.
* SOUNDSTAGE High => “진정한 프리미엄 카 오디오“
이 솔루션은 자동차에 장착된 최상위 트림의 헤드 유닛과 외장 앰프 그리고 고품질 스피커와 함께 작동하여 청취 품질을 극대화하도록 설계되었다. 이라인의 모든 제품과 함께 제공되는 완전한 고음질 사운드 스테이지 외에도 최첨단 DSP 기술을 선보이며 고급 차량 소유자가 즐기는 진정으로 정교한 맞춤형 오디오를 경험할 수 있도록 사전 설정된 분위기와 같은 더 많은 사용자 옵션을 제공한다.이 솔루션은 최고급 트림의 오디오 시스템을 갖춘 차량에 최적화되어 다중 채널 오디오 시스템을 위한 고음질 오디오 렌더링을 제공한다. 최대 12 채널 출력을 지원하는 자동차 사운드 시스템을 위한 최첨단 오디오 소프트웨어로 탁월한 청취 환경을 조성한다.
핵심기능 :향상된 사운드 스테이지, 저음강화 (Bass Exciter), AGC (Automatic Gain Control), 속도의존처리, 다중채널 업 믹스 관리
* ARKAMYS3DSoundAlerts=>“모든 차량을 위한 탁월한 안전성“
비용을 절감을 위한 임베디드 소프트웨어 솔루션을 통해 차량의 안전 및 오디오 기능을 더욱 향상하고 사용자 친화적으로 만든다. 이 새로운 오디오 소프트웨어는 HMI (Huma-Machine Interaction) 및 오디오 공간화를 사용하여 모든 유형의 차량에서 모든 유형의 경고음을 개선한다.
이 3D 사운드 경고음은 ADAS (AdvancedDrivingAssistance)와 함께 작동하도록 특별히 설계되었고,, 이 솔루션은 사각지대 감지, 좌/우 방향 신호, 차선이탈 경고, 충돌 방지 경고 및 주차 어시스트 소리를 포함하되 이에 국한되지 않는 모든 유형의 오디오 경고 신호를 공간화하고 내비게이션 지원 및 음성 명령을 향상시킨다. 이 최첨단 3D Alerts는 보다 편안하고 자연스러운 차량 내 오디오 경고를 생성하여 운전자의 인지부하를 줄여준다. 이러한 개선된 경고는 잠재적 위험이 있는 위치를 감지하여 운전자가 위험을 보다 직관적으로 감지하는 데 도움이 된다. 엔트리 트림부터 럭셔리 트림까지 모든 차량에 내장될 수 있으며 사운드는 자동차 제조업체의 사운드 시그니처에 맞게 수정할 수 도 있다.
4. 스테이지 (Stage)
이 회사의 오디오 처리 솔루션은 소비자 전자제품 부문과 카 오디오 부문에 이용된다. 제공되는 풍부한 사운드 스테이지와 전방 및 후방 청취자 모두에게 향상된 오디오 몰입감과 향상된 저음 성능을 제공한다.
5. 도구와 서비스 (Tools & Service)
자동차 메이커가 음질을 개선하는 데 도움이되는 전문 오디오 도구를 원하든, 제품 하드웨어에 대한 조언이 필요하든, 전체 팀이 차량 내 사운드의 모범 사례에 대한 더 많은 정보를 얻기를 원하든, 알카미스는 자동차 오디오 분야에서 수년간의 전문 지식을 바탐으로 전 세계적걸쳐 전문적인 서비스를 제공한다.
* 사운드 조정 도구 세트 (Sound Adjustment Toolset)
자동차 OEM의 경우 차량 내 튜닝의 테스트 및 생산 측면 모두 각 차량의 음향에 고유한 알고리즘 매개변수를 정의하는데 도움이 되는 도구가 필요하다. 알카미스 사운드 조정 도구 세트는 실시간으로 대상 DSP 프로세서에 파라미터를 보내는 PC 기반 키트이다. 그러면 알카미스의 엔지니어와 사운드 전문가가 사운드 시스템을 조절하고 미세 조정할 수 있다. 그런 다음 동일한 도구를 사용하여 데이터를 생성하고 헤드유닛을 프로그래밍하고 기록된 파라미터를 제어하게 된다. 이 도구 세트는 사운드 전문가가 자동차 OEM 브랜드와 이미지를 반영하는 맞춤형 사운드 설정을 만드는데도 도움이 된다.
(포함된 기능)
- 사용자 친화적인 그래픽 인터페이스 : 모든 대상 플랫폼 또는 프로젝트에 동일한 디자인, 제어 구성 및 파일 저장 가능
- 빠른 비교를 위한 사전 설정 / 프로파일 기능
- EQ 곡선, 미터 등의 시각화
- EQ 및 딜레이을 위한 자동 모듈
- DSP 레이어 : 이 모듈은 사용자 매개변수와 DSP 파라미터 간의 모든 계산을 수행한다..
- 통신 : 이 계층은 낮은 수준의 계수 분석을 포함하여 DSP 와의 계수 R/W 를 관리한다.
- 보정 : 이 계층은 모든 조정 매개변수를 포함하는 파일 생성을 담당한다.
- 내보내기 : 조정된 세션 데이터를 쉽게 내보낼 수 있다.
(EzTune)
동일한 소프트웨어 계층에 통합되고 다른 알카미스 소프트웨어 및 기능과 동일한 통신 프로토콜을 사용하는 반자동 교정 모듈을 제공하여 튜닝을 보다 쉽고 효율적으로 만든다. 이 도구는 사용자가 알카미스 솔루션에 대한 보정 파일을 생성할 수 있는 기능을 제공하는 자동 EQ 기능을 제공한다.
EzTune을 사용하면 자동차 OEM 전문가가 음향 또는 스피커 연구를 시작할 수 있으며 운영자를 지원하는 단계별 가이드가 함께 제공된다. 그 결과 측정 기능, 객관적인 자동계산 모듈 및 기타 여러 절차를 포함하는 정밀하게 정의된 튜닝 프로세스가 생성된다.
* 오디오 교육 (Golden Ears Audio Training)
알카미스“Golden Ears” 교육은 참가자가 오디오 제품의 내부 벤치마킹을 수행하고 제품 평가를 수행하는데 유용한 중요한 청취 기술을 습득하는데 도움이 될 것이다. 이러한 기술은 교육생이 자신의 제품과 시장에 나와있는 다른 제품의 오디오를 평가하는데 도움이 된다. 또한 회사 제품의 오디오 기능을 이해하게 되므로 제품에 대해 이야기하고 판매하는 동안 오디오 원칙과 용어를 사용하는데 더 많은 자신감을 갖게 된다.
* 커스텀 튜닝 (Custom Tuning)
각 차량에 대한 차량 내 사용자 정의를 통해 생산하는 모든 차량에 대한 우수한 오디오를를 얻을 수 있다. 각 튜닝 세션은 오디오 렌더링을 차량의 특정 음향에 맞게 조정한다. 튜닝은 현장에서 알카미스 사운드 전문가가 사운드 조정 도구 세트를 사용하고 프로젝트 일정에 따라 수행된다. 아티스트가 캔버스를 그리는 것처럼 Golden Ears는 고유한 사운드 시그니쳐를 만든다. 튜닝 세션 후 자동차 제조업체의 평가방법을 사용하여 공통 검증이 수행된다..
* 전자 음향 전문성 (Electro Acoustic Expertise)
알카미스 엔지니어는 오디오 시그니쳐를 정의하고, 오디오 아키텍쳐를 정의하고, 오디오 아키텍쳐를 설정하거나, 스피커 포지셔닝을 개선하려는 노력에서 자동차 OEM 및 티어1 공급업체를 지원할 수 있다. 풀 스텍 기술을 갖춘 알카미스 소프트웨어 통합 조언뿐만 아니라 전체 오디오 체인의 문제에 대한 전문가 지침도 제공한다. 그러므로써 얻을 수 있는 장점은비용절감, 리스크 통제, 전반적인 오디오 개선, 볼륨/라우드니스와 같은 표준 오디오 기능 디자인 등이다.
* 알카미스 그래프 디자이너 (Arkamys Graph Designer)
자동차 인포테인먼트의 현재 오디오 환경은 점점 더 복잡해지고 지속적으로 더 많은 애플리케이션과 더 많은 연결이 필요하다. 이 환경에서는 개방형 및 모듈식 아키텍쳐의 필요성이 핵심이다.. 알카미스Graph Designer Tool에는 다양한 오디오 형식과 샘플링을 처리하고 2~12 채널을 지원할 수 있는 모듈식 플러그인 기반 아키택쳐가 있다. 오디오 경로의 대기시간을 직접 제어하고 오디오 디자인의 다양한 절충점을 평가할 수 있는 유연성을 제공한다. 임베디드 오디오 시스템에 대한 모듈식 접근방식을 사용하여 다양한 알고리즘의 효율성을 평가하고 비교할 수 있도록 개발자에게 편의성을 제공한다.
(주요 효과)
- 재구성 및 재사용이 가능한 이 도구를 사용하여 개발비용을 절감한다.
- 여러 사내 및 타사 솔루션을 신속하게 평가하여 개발 위험을 감소한다.
- 확장성을 높이고 모든 사람의 시간을 최적화하는 이 효율적인 도구를 사용하여 시장출시 시간을 단축한다.
- 주파수 응답 해석은 실험적으로 얻은 주파수 입력과 출력에 대한 데이터를 이용하여 시스템에 대한 해석 및 모델링이 가능하기 때문에 매우 중요한 개념이다.
- 주파수 응답은 어떤 시스템에 들어온 광역 주파수 신호 (진폭은 일정함)에 대한 내보내는 반응의 척도이다. 일반적으로 전기적 앰프나 스피커나 유사한 시스템의 성능을 나타내는 데 사용된다. 주파수 응답은 시스템을 통과해서 나오는 반응의 크기 (Amplitude, dB) 위상 (Phase, Radian)을 주파수에 대한 커브로 나타낸다.
- 시스템의 주파수 응답의 측정방법은 시스템의 임펄스를 가한 후에 반응을 측정하고, 일정한 진폭은 가지는 단일 주파수를 Sweeping 하면서 입력 파형과 출력파형의 진폭과 위상을 비교하는 등의 방법으로 한다.
* 주파수 응답특성 곡선 어떻게 해석할까?
- 어떤 시스템 (여기서는 오디오 앰프 또는 기타 오디오 기기를 뜻한다)은입력 신호 대비 출력 신호가 아래 파형과 같이 측정되었고 이것을 그래프로 나타낸 것이 특성 곡선이다..
- ① 번 파형에서 저주파 대역과 고주파 대역은 점차 출력이 감소하게 되는데, 그 감소폭이 3dB 이상은 제외하고 그 경계선을 차단 주파수라 하고,하고, 저주파에서 고주파까지의 폭 만을 우리는 대역폭이라 부른다.
- ② 번 파형에서 대역폭을 따져보면 (ƒL ) 20Hz, (ƒH )4.5KHz정도로 고주파 영역이 제거되는 시스템으로 볼 수 있다. 이런 시스템은 우리가 귀로 들었을 때 어떤 느낌이 들까? 하는 의문이 든다. 옛날 PSTN 전화기를 통해 들었던 목소리가 실제로 듣는 목소리와 왠지 모르게 다르게 느껴졌던 기억이 한 번쯤은 있었을 것이다. 요즘은 전화기의 대역폭이 상당히 넓어져 별 차이를 못 느끼는 시대에 살고 있다.
- ③ 번 파형을 보면 특성 곡선이 상당히 Flat해 보이기는 하지만 주파수 대역을 보면 지극히 가청주파수 대로만 한정되어 있다. 결과적으로 보면 가청주파수 대역 20Hz ~ 20KHz 대역에 대체로 평탄해 보이고 무난한 시스템의 주파수 응답 특성으로 보인다. 다만 고주파 대역에서 일부는 비정상적으로 출력이 증가되는 부분이 있기는 하다. 하지만 주파수 대역을 보면 보통사람의 귀로는 저 부분을 느낄 수 없을 것이다. 15KHz이상에서는 보통사람의 귀로는 이미 음량이 작게 들리기 때문이다. 그래서 무난한 시스템으로 평가될 수 있다.
- 모든 오디오 기기에서 보이는 특성이 ①번과 ②번처럼 Flat 하게 나타날 수 없다. 이유로는 회로에서 여러 가지 기생 발진,, 부품의 특성 변화,, 전원 및 임피던스에 의해서 나타날 수 있는 현상을 수십수백 가지가 넘는다.
- ④ ⑤ ⑥번 파형은 실제 오디오 기기를 측정한 파형이고 대체적으로 가청주파수 범위에서 일반적인 특성을 보이는 파형이다. 파형에서 나타나는 특성을 보고 우리는 이 시스템이 어떤 주파수 특성을 가지는 기기인지 가늠할 수 있고 비교를 해 볼 수 있다.
-고급 하이파이 오디오 또는 DVD 시스템에서는 가청주파수를 벋어 나는 영역까지 평탄한 주파수 응답특성을 요구하기도 한다. 사람의 귀로는 듣지 못하지만 현장의 생생한 오디오를 전달한다는 목적으로 즉 몸으로 느껴지는 진동을 포함 그 외 매질을 통해 전달되는 현장의 생생한 느낌을 전달하고자 더 넓은 대역폭을 사용하기도 한다. 최근 휴대폰에도 광대역 사운드 적용으로 생생한 음악과 오디오를 전달하는 추세이다.
- 학교 다닐때 분명히 배웠다, 계산도 그럭저럭 이해 할 수 있었다. 시험도 잘은 아니지만 그럭저럭 통과는 했다.
Decibel 社 에서 만들어 졌고, 절대치가 아닌 상대적인 수치이며, 비교를 하기위한 기준값이 필요하며, Log 10을 밑수로 취한 지수값 이고, 지수를 간단한 덧셈으로 계산이 가능하다.
현재 업무 하는데도 사용을 하고 있는데, 내 스스로가 사용하기도 한다. 그런데, 딱히 와 닿지 않는다. 뭐가?
자세히 모르면서도 그냥 크다 작다를 표현 하는 단위로 사용하고 있다. 그래두 뭐 아직까지 이의 제기를 받은 적은 없다. 아마도 솔직히 동감 하는 분이 있지는 않을까? 그래서 이번 페이지에 좀 쉽게 예를 들어서 설명해 보고자 한다.
- Bell 社에서는 넓은 범위의 값들을 한눈에 보기도 어렵고 계산하기도 귀찮기 때문에, 밑수를 10을 사용하는 log로 변환하여 사용하기 시작했다고 한다. 이때 log를 취한 값들이 넘 작아지기 때문에, 여기에 추가적으로 10을 곱하여 사용하게 되었고, 그래서 접두어로 'Deci' 가 붙게 된 것이다.
결국 dB는 어떤 자연계의 단위가 아닌, 인간이 쓰기 편할려고 만들어낸 어떤 가상의 지표이기도 한다. 그저 인간이 편할려고 만든거기 때문에, 그 원리를 이해하기 보다는 사용법을 잘 익히는게 중요하다.
* 큰 수의 계산과 표기를 쉽게 한다.
큰 수치를 간략하게 표현할 수 있다. 또한 지수형태로 되어 있어서, 실제 수치의 곱의 표현을 합으로 나타낼 수 있다.
위에 의미를 실제 일어 날 수 있는 상황에 대해, 옛날 고전유머극장 이란 프로에서 코미디언이 했던 콩트의 한 장면을 예로 들어 설명하면 될 듯 합니다.
- 명문가이나 대대로 손이 귀한 집안의 서대감(서영춘)이 간신히 본 오대 독자(임희춘)의 장수를 기원하는 이름을 지으려고 유명한 점쟁이를 찾아갔고 그 점쟁이가 좋은 의미의 이름이나 단어는 다 갖다 붙이는 통에 전세계를 아우르는 네이밍 센스가 돋보이는 이름이 탄생했으니, 이렇게 점쟁이가 이름을 지어주면서 빠뜨리면 죽는다고 경고를 한다. 이 경고를 서대감은 아들의 이름을 말할 때 한 글자라도 빠뜨리면 죽는다는 의미로 해석하고 서수한무 거북이와 두루미 삼천갑자 동방삭 치치카포 사리사리센타 워리워리 세브리깡 무두셀라 구름이 허리케인에 담벼락 담벼락에 서생원 서생원에 고양이 고양이엔 바둑이 바둑이는 돌돌이를 부를 때 중간에 한글자도 빼지 않고 완전 풀네임으로 아들을 불렀다.
그러던 어느날 서대감의 독자인 서수한무 거북이와 두루미 삼천갑자 동방삭 치치카포 사리사리센타 워리워리 세브리깡 무두셀라 구름이 허리케인에 담벼락 담벼락에 서생원 서생원에 고양이 고양이엔 바둑이 바둑이는 돌돌이가 우물에 빠지자 기겁한 하인이 서대감에게 "마님!! 글쎄 서수한무 거북이와 두루미 삼천갑자 동방삭 치치카포 사리사리센타 워리워리 세브리깡 무두셀라 구름이 허리케인에 담벼락 담벼락에 서생원 서생원에 고양이 고양이엔 바둑이 바둑이는 돌돌이 도련님이 우물에 빠졌어요!" 라고 보고했고, 대감도 크게 놀라 "아니 우리 오대 독자 서수한무 거북이와 두루미 삼천갑자 동방삭 치치카포 사리사리센타 워리워리 세브리깡 무두셀라 구름이 허리케인에 담벼락 담벼락에 서생원 서생원에 고양이 고양이엔 바둑이 바둑이는 돌돌이가 우물에 빠졌다고? 그럼 빨리 서수한무 거북이와 두루미 삼천갑자 동방삭 치치카포 사리사리센타 워리워리 세브리깡 무두셀라 구름이 허리케인에 담벼락 담벼락에 서생원 서생원에 고양이 고양이엔 바둑이 바둑이는 돌돌이를 구하러 가야지!"라며 이름을 한글자도 빼놓지 않고 불러대는 사이 이미 상황은 종료되었다.
- 만약 위와 동일한 상황에 Bell 社 에서 일어났다고 하면, 앰프 증폭이 얼마나 돼? 라고 상사가 물어 봤을때, 예, 약 6dB 정도 입니다. 라고 표현하고 그걸 들은 상사가 이해 한다면 얼마나 편할까? 생각이 듭니다. 더 이상의 접근은 수학적인 지식이 모자라서 여기까지만 하고, 더 깊은 내용은 다른분의 블로그를 참조 합시다.
그림 ⓐ 에서 처럼 어느 전압단위가 크고 작은지 만 기억하고, 만약 환산을 위해 계산을 해야 한다면 그림 ⓑ 를 이용해서 공식을 외우면 편 할것이다. 즉 Vrms 를 알고 싶은데, Vpp만 주어진다면 2√2를 나누면 되고, Vpp를 알고 싶을 땐 Vrms 와 2√2를 곱하면 되겠다.
6. 옴의 법칙 => V2/R
* 옴의 법칙은 사실 이공계 공부를 했거나, 전기전자 분야에 몸 담고 있다면 가장 기본적이고, 중요한 이론 이라는 것을 잘 알 것이다. 몸에 베어 있어야 하고, 보통에 계산은 암산으로 할 수 있어야 한다. 정밀측정에서는 바로 오디오 출력크기 [W]를 전압과 부하저항으로 계산을 한다. 그러기에 옴의 법칙에 근거한 환산은 기본적으로 해야 한다. 여기서도 피라미드 그림을 소개하고, 자세한 설명은 생략하도록 하겠다.
흔히들 V=IR 이렇게 공식을 외우고 있는 모습을 자주 목격한다. 전압의 기호는 ‘e’가 맞고. 단위는 [V] 로 표기 하는게 맞다. 결론은 E=IR 이렇게 표기 하는게 맞을 것이다. 아니라면?
여기서도 전류를 알고 싶은데, 전압과 저항만 있다면, 전류만 살짝 가려서 보이는 나누기 공식으로 암기하면 편할 듯 하다.
내가 어릴적 공부 할 때 이렇게 공식을 외웠다. 이렇게 굳이 외울 필요가 없이 흔하고 상식화 되어 있는 옴의 법칙을 이렇게 외울 필요는 없겠지만. 이런식의 법칙이 통하는 공식이 많다. 다른 공식들도 이런 모양으로 외우면 아마도 많은 도움이 될 듯 하다.
3. 측정환경 (Measurement Configration) -> 계측기 소개 와 결선도
우선 카 오디오 (AVN) 정밀측정을 위한 전체 결선도 를 설명하고, 각 계측기의 소개와 용도를 알아보려 한다. 물론 동일한 환경과 계측기가 사용된다는 보장은 없지만, 그래도 현장에서 아직까지 보편적이고 많이 사용되는 환경이며, 다소 계측기가 다르더라도 기본원리는 동일하다.
* 결선도
① 표준신호를 발생시켜 비교를 위한 계측기 일명 SSG (Standard Signal Generator) 가 있고 그 출력은 ② Antenna Dummy 로 연결된다.
이는 계측기의 50Ω 임피던스 출력과 셋트 ANT 입력단 75Ω 의 임피던스 매칭을 위해 사용된다. 의도치 않게 임피던스 매칭을 위해 사용되지만, 안테나 입력단에서 보면 평균적으로 -6dB의 감쇄가 일어난다. Antenna Dummy 를 지나 Car Audio (AVN) ③ ANT 입력으로 라디오 RF 신호가 입력되면 비로소 셋트는 동조가 가능하고, 이에 맞는 출력을 시킨다.
④ Vehicle Dummy Jig 로 전원공급 과 입출력을 주고 받는다. 이를 위해 ⑤ 전원입력이 되어야 한다. 전원은 30V 10A 정도의 용량을 갖추어야 한다. 전원은 리니어 타입으로 사용을 해야 한다. 고주파 노이즈가 섞인 SMPS 나 그외 스위칭 전원을 사용시 라디오/오디오 성능측정에 방해가 된다. Vehicle Dummy Jig 내부에는 파형 측정 시 스피커 임피던스를 대신 할 수 있는 Dummy Load 저항이 내장되어 있어야 한다. 측정시 오디오 출력은 적당한 Load가 걸려야 정확한 출력 또는 파형이 관측 될 수 있다.
⑥ BTL Adapter 의 용도는 셋트 (AVN) 의 출력이 스피커 단자 양쪽에 연결 가능한 밸런스 오디오 출력이다. 즉 SPK_Left+ / SPK_Left- 이렇게 두개의 밸런스 신호가 출력된다. 이 신호를 언밸런스 오디오 출력으로 변환해주는 장치이고, 측정을 위한 기준점 GND 를 만들어 내주기 위한 용도로 사용된다. 측정을 하지 않는 실제사용 조건에서는 이는 필요 없다.
⑦ AC Level Meter 는 오디오 출력을 전압으로 표시해주는 아날로그 전압계 이다. 이 신호와 병렬로 ⑧ Audio Analyzer 를 연결해 오디오신호 분석을 한다. 범용으로 사용 가능한 오디오 분석기 이며, 비교적 고가의 장비이다. 마지막으로 AC Level Meter 뒷면 출력포트에서 ⑨ Oscillo Scope 를 연결 한다. 이는 파형의 찌그러짐이나 클리핑 관측을 위해 사용된다. 오실로 스코프가 없이 크기만을 보면서 측정 하게되면 이상 파형으로 인한 측정값 왜곡이 생길 수 있어서 보조적인 역할로 사용된다.
4. BTL(Balanced Transformerless / Bridge Tied Load) 출력
1) Balanced vs Unbalanced
- 오디오 출력회로는 몇 가지가 있지만 여기서 얘기 하려는 오디오 출력회로는 Balanced Audio Output 이다. 트랜스 2차 코일을 이용해서 서로 상반된 극성의 출력회로를 만들어 스피커 양단에 연결시킨다. 그러므로써 단일전원 으로 최대의 출력을 낼 수 있고, 얘기치 않은 노이즈 글리치(Glitch) 로 부터 안정적인 오디오 출력을 뽑아 낼 수 있는 회로로 많이 사용된다.
- 트랜스 없이 밸런스 오디오출력을 내는 회로라는 뜻의 BTL 과 브리지 방식의 오디오 출력으로 콘덴서가 필요 없다는 의미의 두 가지 약자가 혼재되어 사용된다.
① 트랜스 밸런스 오디오 출력 ② 밸런스 오디오 출력회로 ③ 밸런스 오디오 노이즈 제거
2) Car Audio(AVN) 의 오디오 출력회로
- Car Audio 의 출력회로 역시 위 에서 얘기한 장점들 때문에 BTL 출력 방식을 사용한다.
① 단일전원 12V에서 최대 출력 약4배의 큰 출력을 얻을 수 있기 때문에 BTL 방식을 사용한다. 물론 트랜스포머 코일도 사용하지 않는 전용화 되어 나온 IC를 사용한다.
② 오디오 출력이 스피커에 연결되는 사이 Pop Noise 나 글리치(Glitch) 등의 노이즈로 부터 안정적인 출력특성을 내도록 Balanced Audio 방식을 사용한다. 이에 직관적인 이해는 ②번과 ③번 그림에 잘 나타나 있다. 노이즈의 특성은 단일 방향으로만 인가 된다는 것이 키 포인트 이다.
3) Car Audio 정밀측정 에서 BTL Adaptor 란?
- 오디오 출력을 측정하려면 오실로 스코프 또는 전압계 등이 연결되어, Level (또는 전압)을 측정해야 된다. Balanced Audio 출력에는 GND 가 없다. 이 GND를 연결 시키고, 전압을 측정하기 위해 Unbalanced Audio 출력으로 변환 해 주어야 하는 이유이다. 측정을 위해 사용되며 실 사용 조건에서는 필요가 없다.
BTL Adaptor의 원리를 표현한 회로이다.
Balanced Audio 입력을 Unbalanced Audio 로 변환 해주는 회로이며, 증폭도는 0dB 즉 증폭또는 감쇄가 없이 Add 기능만 있는 회로이다.
1. 변조(Modulation) ->주파수변조(FM) 과 진폭변조(AM) 의 개념과 차이점 파악
1) 변조 및 복조의 개념 :
- 변조는 송신 신호를 전송로 특성에 적합하도록 반송파에 실어 정보신호의 주파수를 고주파 대역으로 옮기는 것을 말한다.
- 복조는 반송파에 포함된 신호파를 복구하는 것이다.
* 시대에 따라 변조 및 복조의 개념은 다양하게 변화 하지만, 전송하고자 하는 신호파를 더 수월하게 전송하고 자 하는 것이 목적이다.
2) 변조를 하는 이유 :
- 장거리 전송 / 전송손실의 보상 / 장비 제한 극복 / 전송신호 와 전송매체와 정합/ 다중화 / 전자파의 방사가 용이
* 데이터를 담은 신호를 채널에 알맞은 전송 파형으로 변환하는 과정
3) 변조의 종류 :
- 변조는 반송파 주파수를 이용하여 기저대역 신호파를 고주파 대역으로 천이하는 기법으로 보내고자 하는 신호파(전송신호)의 종류에 따라 아날로그 변조와 디지털 변조로 구분하고, 반송파의 종류에 따라 연속파와 펄스로 구분한다.
4) 주파수 변조(FM)와 진폭 변조(AM) :
- 진폭 변조(AM) -> 음성신호를 전달하는 고주파 전파의 주파수는 일정하지만, 음성이 높은 부분의 진폭은 높게 하고, 음성이 낮은 부분의 진폭은 낮게 하는 변조방식. 직진성이 낮아서 장애물이 있어도 쉽게 전파가 전달되며, 적은 수의 중계기로도 난청지역을 최소화할 수 있다
외부의 영향에 쉽게 교란을 일으키는 진폭을 이용하여 변조되기 때문에 음질이 떨어지고, 가용 주파수대가 좁고 주파수가 낮기 때문에 이웃 나라와의 혼신이 심하며, 정보 전달량의 한계가 있어 스테레오 방송을 할 수 없다.
- 주파수 변조(FM) -> 음성신호를 전달하는 고주파 전파의 진폭은 일정하지만 음성이 높은 부분은 주파수를 높게 하고 음성이 낮은 부분은 주파수를 낮게 하는 변조방식. 직진성이 높기 때문에 작은 장애물에도 쉽게 전파가 방해를 받는다. 난청지역을 해소하기 위해서는 많은 설비가 필요하기 때문에 철근 콘크리트 건물 내부나 산간 지역에서는 FM 방송을 청취하기가 힘들거나 음질이 떨어지고 잡음이 섞인다는 단점이 있다. 가용 주파수대가 넓고주파수가 높기 때문에 이웃 나라와의 혼신이 적고, 정보 전달량이 높으므로 스테레오 방송 등 다중 방송이 가능함. 따라서 뉴스 혹은 교통방송과 같이 음질보다 정보의 광범위한 전달을 중요시하는 방송은 주로 AM, 음악방송 같이 정보의 광범위한 전달보다 음질을 더 중요시하는 방송은 FM 방송에 주력하고 있다.
2. 임피던스(Impedance) ->RF 신호 특성과 매칭(50Ω/75Ω) 개념
1) RF (Radio Frequency)
- Radio Frequency란 방사 주파수라는 뜻이다. 보통 RF라 하면 전자파를 이용한 무선 장비단을 말합니다.결국 RF라 함은 일반적으로 대략 100~300 Mhz 이상의 고주파 무선통신 및 고주파를 이용한 장비 설계, 연구 공학분야 일체를 지칭하는 말로 정리될 수 있다.
2) RF 신호의 성질
- 반사 (Reflection) :전자기파는 금속을 만나면 완전 반사를 한다. 이 성질을 이용하여 금속을 통해 전자파를 차폐하거나 반사판으로 전자기파를 특정 방향으로 보내는 것이 가능하다.
- 산란 (Scattering) :산란이란 전자기파가 진행하다가 만난 물체 표면에서 구조 특성에 따라 사방으로 전자기파가 흩어지는 현상을 의미한다.
- 회절 ( diffraction) :전자기파가 진행 중에 장애물을 만났을 때 옆으로 돌아서 진행하는 현상이다. 만약 이 현상이 없었다면 오늘날의 이동통신은 불가능했을지 모른다. 저주파 신호가 더욱 멀리 도달하는 이유는 바로 주파수가 낮을수록 회절성이 강해서 이다.
- 굴절 (Refraction) :전자기파가 물리적 성분이 다른 재질에 입사했을 때 그 재질 차이에 의해 진행 방향이 옆으로 변화하는 것을 의미한다.
3) 임피던스 50Ω 의 의미
- 실제로 50Ω이 가지는 의미는 바로 ‘기준점‘입니다. 고주파에서 임피던스는 선로 부하에 아주 중요한 역할을 하게 됩니다. 그러한 임피던스가 연결단에서 서로 조금이라도 안 맞으면 신호의 반사가 발생합니다.그래서 항상 임피던스 매칭을 해야 합니다.
4) 임피던스 의 정의
- 많이 사용되고 이용되는 용어인데, 해석은 개인 간 차이가 있는 듯합니다. 저항과 임피던스를 단순 비교해서 차이점을 말한다면, 바로 주파수입니다. 주파수가 존재하는 회로나 소자에는 R 성분뿐 아니라 L과 C 성분의 복합적인 작용으로 특성이 변합니다. 정의를 하자면 임피던스 란 특정 구조나 회로에서 전압과 전류의 비를 말한다.
5) 임피던스 매칭
- 간혹 이런 얘기들을 합니다. 출력 임피던스와 입력 임피던스가 일치되어야 매칭 되었다고 합니다. 그러면 왜 매 칭을 해야 될까요? 쉽게 하자면 에너지의 전달을 목적으로 출력과 입력 회로가 있다면, 최대한 100%에 가까운에너지의 전달을 목적으로 매칭을 하게 됩니다.
임피던스 언매칭 상태에서는 에너지의 전달이 감쇄된다고 말할 수 있습니다. 수도관을 예를 들면 굵은 수도관으로 집 앞까지 물이 오다가, 집 입구에서 얇은 수도관으로 바뀌면 많은 물을 못 흘려보내서 적은 물의 양을 쓸 수밖에 없는 경우와 같다고 보시면 되겠죠? 그럼 연결 부위에서 동일한 굵기의 수도관을 연결한 경우를 임피던스 매칭이 되었다 라고 비유해도 될 듯합니다.
6) 카 오디오에서 안테나 임피던스
- 지금은 계측기 출력 임피던스가 50Ω/75Ω 두 가지 모두 지원된다. 예전엔 50Ω 한 가지만 있었고, 안테나 입력 임피던스는 75Ω 이어서, 매칭이라는 게 중요했던 시기가 있었다.그런데 지금도 예전에 세팅 해 놓은 환경을 바꾸지 않고, 지금까지 50Ω to 75Ω 변환기를 사용한다.
신호 발생기 (계측기)에서 출력되어 카 오디오 안테나 입력으로 신호를 넣어 주는데, 여기서 임피던스 매칭이 맞지 않으면, 상대적으로 작은 세기의 신호가 입력되어 의도와 다른 결과 값이 나올 수 있기 때문에 임피던스 매칭의 의미는 중요하다.
흔히들 타고 다니는 차량에 장착된 카 오디오 (AVN) 등의 오디오 품질에 대해서 엔지니어 적인 접근을 해보려고 한다. 웹 서핑을 해보면서 느끼는 점은 카 오디오 샵 등에서 기술한 노하우 또는 잡음에 대한 주관적인 해석이 주류를 이룬다.
흔히들 귀에 들리는 다소 주관적이고 감성적인 느낌과 그를 바탕으로 한 그래프 와 데이타 등이 전부인 것 처럼 보인다. 그래서 나는 순수한 전자 엔지니어 적인 방식으로 계측기를 통한 정확한 수치와 그 측정을 통한 스펙적인 차이를 소개하려고 한다. 어렵고 긴 내용이 담길 것으로 예상 되어 사전 개념 파악부터 준비해야 할 사항 그리고 각 항목에 대한 뜻 과 의미까지 소개 해 보려고 한다.
(카 오디오 정밀측정 개념 잡기와 선행 학습)
오디오 정밀측정 이 왜 필요할 까요? 그건 제품(카 오디오)를 설계해서 차량에 장착이 되려면 이 제품에 대한 오디오 스펙을 제시해야 한다. 그 스펙은 고객사(오디오를 구입해서 장착하는 자동차 회사)에게 제시될 수도 있고, 어떤 제품을 분석해서 동일 또는 좀더 향상된 성능으로 제공 될 수도 있다.
그 차이 또는 동등수준의 품질을 객관적인 데이타로 제시 할 수 있어야 한다. 그러기에 개발 또는 제조사는 오디오 품질에 대해서 수치화 된 객관적인 데이타를 제시 할 수단으로 측정을 하게 된다.
(준비물)
1. 측정시료 (카 오디오 / Car AVN) : 오디오 품질을 측정하기 위한 대상이 당연히 필요하다. (AVN 은 Audio Video Navi 의 약자로 흔히들 순정 네비게이션을 칭한다.)
2. 안테나 Dummy (임피던스 매칭) : 오디오에 안테나 신호를 입력해야 되는데, 계측기와 임피던스 매칭을 위해 사용.
3. AUX 케이블 (RCA to 3.5Φ Jack) : 차량에 장착된 Multi media Box 에 입력되어 출력되는 음질 측정을 위해 사용.
4. 종류 별 미디어 : USB (음원) / 스마트폰 (BT 오디오) / 아이팟 (음원) / CD (CD 기능)
5. 계측장비 & 측정 첵크시트 : 오디오 측정을 하기 위한 계측기 가 있어야 한다. 그리고 그 수치를 기록하기 위한 측정 시트 또는 레포트 양식을 가리킨다.
(선행학습)
측정방법 또는 수치를 다루는데 다소 기술적인 용어가 사용될 수 있다. 이해도를 높히기 위한 용어 또는 기술적인 개념 정도는 사전 학습이 되어야 한다. 필요한 몇 가지 기술에 대해서는 다른 분 들에 블로그나 위키를 통해 학습이 필요 하고, 필요한 항목과 간단한 내용만 소개하고 넘어 가도록 하겠다.
돌비(Dolby Laboratories)는 1965년에 물리학자인 레이 돌비(Ray Dolby, 1933~2013)에 의해서 만들어진 회사이다. 그가 영국인이었기에 원래는 영국 회사였지만, 2년만에 본사를 미국으로 옮겼다. 현재 본사는 미국 샌프란시스코에 있다.
첫 제품은 노이즈 리덕션, 즉 오디오 테이프에서 생기는 잡음 제거를 위한 기술이었다. 훗날 카세트 테이프 전성시대를 맞이하면서 돌비 B나 돌비 C 회로는 필수 요소가 되었다.
돌비 스테레오는 1975년에 등장한 극장 상영용 다채널 음향 포맷이다. 특정한 알고리즘을 사용하여 좌, 우 채널에 센터 채널과 서라운드 채널을 합쳐서 인코딩하고, 이를 재생할 때 디코딩하여 분리함으로써 여러 개의 스피커로 보내는 방식이다.
1970년 돌비 스테레오(가정용: 돌비 서라운드, 4.1ch)가 영화음향 포맷으로 자리잡았고 1986년에는 좀 더 고품질의 음향과 다이나믹 레인지를 강화한 돌비 스테레오 SR을 발표했다.
DOLBY 2.0 (Surround) 프론트 스테레오 채널에 한 개의 서라운드 채널이 있는 방식. 이 포맷은 질이 안 좋은 프로로직보다는 오히려 더 왜곡이 적을 수 있다.
돌비 스테레오를 가정용으로 만든 것이 돌비 서라운드이다. 사실 이름만 다를 뿐 작동 원리 자체는 거의 같다.
DOLBY PRO-LOGIC 프로로직은 돌비 서라운드로 인코딩된 스테레오 사운드트랙에서 센터 채널과 하나의 이펙트 채널을 추출한 것이다. 센터와 이펙트 채널은 두 개의 스피커를 통해 재생된다.
1980년대 말에 디코더의 성능을 향상시키면서 디코딩 기술 한정으로 '돌비 프로 로직'으로 변경하였다.
돌비 프로로직 기술은 이를 고려하지 않은 2채널 음원 소스에서 멀티채널을 추출해내는 기능을 가지고 있으며, 만약 음원 자체가 돌비 프로로직을 고려하여 만들어졌다면 더욱더 또렷하게 멀티채널 분리가 가능해진다.
DOLBY PRO-LOGIC II 2000년에는 인코더와 디코더의 성능 향상으로 새로운 버전인 '돌비 프로 로직 II'가 선보여졌는데, 모노였던 서라운드 채널을 스테레오로, 또 서브우퍼 채널을 포함시켜 2채널로 인코딩할 수 있게 되었다. 프로 로직 II는 이미 완전한 멀티 채널 포맷인 돌비 디지털이 채용된 DVD 등의 영상 매체 보다는 플레이스테이션 2[1]나 게임큐브 등의 콘솔에 더 많이 사용되었다.
2) Dolby Digital
1992년 팀 버튼의 배트맨 리턴즈에서 신개념 음향포맷인 돌비 디지털(개발 프로젝트명: AC-3, 5.1ch)을 도입하였다. 돌비 디지털은 현재도 보편적으로 널리 사용되고 있다.
돌비 디지털의 약점이 있다면 내구성 문제인데 트랙이 필름에 입혀져 있어서 장기간 상영이 될 경우 트랙이 열화돼 아날로그 사운드인 돌비 SR로 넘어가는 문제가 생긴다. 이럴땐 특정 음역대만 부각되어 들리거나 리어 사운드가 들쭉날쭉 불규칙해지고 심지어는 프론트 스피커에서만 들린다. 극장에서 필름 영화를 보는데 이런 현상이 있다면 일단 의심해보자. 그래서인지 필름에는 CD와 DVD에 데이터를 기록하면 생기는 랜드와 홀을 필름에 똑같이 기록후 그것을 읽어서 별도로 마련된 음성 디스크 재생기에 데이터를 전송해 재생기가 음성 디스크의 데이터를 읽게해서 출력하는 방식도 있다.
돌비 디지털은 DVD-Video 규격의 공인 음성 포맷 중 하나 인지라 거의 모든 영화 DVD에는 돌비 디지털 포맷의 음성 데이터가 들어가 있다. 한국/미국식 지상파 DTV의 기본 음성용 코덱이라고 한다. 이는 MPEG-2 오디오 코덱을 사용한 유럽/일본 방식과 다른 점.
돌비 디지털 라이브라는 규격도 있는데, 음성 데이터를 돌비 디지털 규격으로 실시간 인코딩해주는 기술. 주로 엑스박스같은 게임기나 PC에서 광출력 대역폭으로 멀티채널 오디오를 전송하기 위해 사용한다.
DOLBY Digital 4.0 진정한 돌비 서라운드 사운드트랙은 프론트에 세 개의 다른 채널을 사용하고 서라운드 채널 한 개를 가진다. DVD의 디지털 출력은 이 시그널을 분리 채널로 전달한다.
DOLBY Digital 5.0 DVD에서 디지털 멀티채널 사운드를 원하지만 서브우퍼를 원하지 않는 사람들을 위한 포맷. DOLBY Digital 5.0은 베이스를 다섯 개의 메인 채널로 리믹싱한다.
DOLBY Digital 5.1 베이스 효과를 위해 서브우퍼를 보강한 포맷. 센터, 프론트 L/R, 리어 L/R, 베이스 채널이 각각 분리되어 있다.
DOLBY Digital EX 방 뒤편에 스피커 하나를 더 집어 넣은 형태다. DOLBY EX 믹싱된 DVD는 완전한 6.1채널 서라운드 사운드를 제공한다.
1999년에는 돌비 디지털을 업그레이드한 돌비 디지털 EX(6.1ch, 7.1ch)를 발표했다. 스타워즈: 에피소드 1 - 보이지 않는 위험의 음향이 돌비 디지털 EX였기에 조지 루카스는 EX 설비가 갖추어지지 않은 극장은 영화 상영을 불허하겠다고 엄포를 놓았다. 이에 한국의 극장들은 부랴부랴 새로운 돌비 리더기를 들여오고 상영관 내 음향설비를 뜯어 고치기도 했다.
3) DTS
DTS는 상용/극장/소비자 등급에 쓰이는 다중 채널 디지털 서라운드 사운드 포맷이다. 또, 이 DTS를 개발한 DTS 주식회사(영어: DTS, Inc.)는 미국의 오디오 표준 개발 회사의 이름이기도 하다.
DTS의 시작은 돌비 연구소가 돌비 디지털이라는 새로운 코덱에 대한 작업에 착수한지 4년만에 새로운 오디오 포맷에 대한 작업이 1991년부터 시작된 것으로 비롯되었다.
일반적 버전이 나올 당시에는 5개의 기본(전 범위)채널과 서브 우퍼용 특수 LFE(저주파 효과)채널로 오디오를 인코딩하는 돌비 디지털 설정과 유사한 5.1 채널 시스템으로 이루어졌다.
인코더와 디코더 버전은 다양한 채널 조합을 지원하며, DVD, CD 및 레이저 디스크의 스테레오, 4채널 및 4채널 과 LFE 사운드 트랙이 융합되어 상업적으로 출시되었다.
DTS 디지털 시어터 시스템 포맷으로 레코딩한 사운드트랙은 돌비 디지털보다 덜 흔할 수도 있다. 하지만 DTS가 더 음질이 좋은 것으로 알려져 있다.
DTS ES DOLBY Digital EX에 대응되는 포맷. 리어-센터 채널을 추가해서 6.1채널을 구현했다. 서라운드 사운드 해상도가 훌륭하고 이미징과 디테일 또한 탁월한 포맷이다.
4) Dolby Atmos
Dolby Atmos 는 2012 년 4 월 Dolby Laboratories 에서 발표 한 서라운드 사운드 기술 의 이름으로, 그 해 6 월에 출시되었으며, 처음에는 Disney와 Pixar의 애니메이션 영화 인 Brave에서 사용되었다 . 기타 주목할만한 Dolby Atmos 영화는 Gravity Revenant, The , Mad Max : Fury Road , La La Land 및 Hacksaw Ridge 입니다.
Dolby Atmos는 Dolby Laboratories에서 개발 한 객체 및 채널 기반 하이브리드 사운드 형식입니다.이 시스템은 64 개의 개별 스피커를 통해 10 개의 베드 채널과 128 개의 물체를 재생할 수 있으며, 음향을 관람할 수 있습니다. 이것은 천장 채널을 사용하여 천둥 및 비행과 같은 효과를 재현 할뿐만 아니라 물체를 사용하여 융기 또는 탄환과 같은 핀 포인트 효과를 재현 할 수 있습니다.
Dolby Atmos 기술은 최대 128 개의 오디오 트랙과 관련 공간 오디오 설명 메타 데이터 (특히 위치 또는 팬 자동화 데이터)를 극장에 배포하여 극장 기능에 따라 스피커에 최적의 동적 렌더링을 제공합니다. 각 오디오 트랙은 오디오 채널, 배포 용 전통 형식 또는 오디오 "객체"에 할당 할 수 있습니다. Dolby Atmos는 기본적으로 앰비언스 스템 또는 센터 다이얼로그 용 10 채널 7.1.2 베드가있어 개체에 118 트랙을 남깁니다.
Dolby Atmos 홈 시어터는 전통적인 5.1 및 7.1 레이아웃을 기반으로 제작 될 수 있습니다. Dolby Atmos의 약어는 약간 다릅니다. Dolby Atmos 시스템은 4 개의 오버 헤드 또는 Dolby Atmos 지원 스피커가있는 기존 7.1 레이아웃입니다.
오디오 객체를 사용하면 Dolby Atmos는 AMS Neve 의 DFC 나 Harrison 의 MPC5 와 같은 Dolby Atmos가 장착 된 대형 오디오 믹싱 콘솔을 사용하여 Pro Tools 플러그인 (Dolby에서 사용 가능) 또는 명백한 소스를 지정 하여 재 녹음 믹서 를 사용할 수 있습니다 정의 된 오디오 채널 위치 및 극장 경계와 관련된 3 차원 직각 좌표 로 각 사운드에 대한 극장의 위치를 지정합니다.
재생하는 동안 각 극장의 Dolby Atmos 시스템은 실시간으로 대상을 렌더링하여 대상 극장에있는 라우드 스피커와 관련하여 지정된 지점에서 각 사운드가 나옵니다. 대조적으로 전통적인 멀티 채널 기술은 포스트 프로덕션 기간 동안 모든 소스 오디오 트랙을 고정 된 수의 채널로 레코딩합니다. 이로 인해 전통적으로 재 녹음 믹서가 특정 극장에 잘 적용되지 않을 수도있는 재생 환경에 대한 가정을 하게되었습니다. 오디오 객체를 추가하면 믹서의 창의성을 높이고 더 많은 소리를 화면에서 들려주고 결과를 확신 할 수 있습니다.
5) Dolby Vision
2015년에 투모로우랜드가 첫 돌비 비전 영화로 상영되었고 2016년부터 상용화가 되었다.10bit의 색 심도와 1,000cd/m2의 최대 휘도를 지원하는 HDR10과 달리 돌비 비전은 12bit의 색 심도와 10,000cd/m2의 최대 휘도를 지원한다. 그 외에도 Rec. 2020 광색역과 200만:1의 명암비, 동적 메타데이터, 13스톱의 다이나믹 레인지 등을 구현할 수 있다.
가정용 포맷으로도 존재하여 돌비 비전을 지원하는 4K TV와 영상이 있으면 집에서도 시청이 가능하다. 2016년에 출시된 LG TV 제품들이 돌비 비전을 지원하기 시작했다. 넷플릭스와 부두에서도 지원된다. 모바일 기기에서는 LG G6가 처음으로 지원한다.
Dolby Vision은 Dolby Laboratories에서 Christie Digital 과 공동으로 개발 한 자체 프로젝션 시스템입니다 . 이 시스템은 독특한 빛의 경로를 허용하는 맞춤형 디자인을 특징으로하는 이중 Christie 4K 6P (기본) 모듈러 레이저 프로젝터로 구성됩니다. 이 시스템은 3 차원 (최대 31 피트 - 램버트 2 차원)의 유니티 - 게인 무광택 흰색 화면에서 최대 14 피트의 램버트 를 제공 할 수 있으며 , 현재의 3D 시스템에서 3 ~ 3 피트 - 램버트. 그 결과 전통적인 크세논 프로젝터와 비교하여 밝기, 색상 및 명암이 향상되었습니다. 선반 이중 크리스티 4K 레이저 프로젝터 에서 일시적으로 사용 된 최초의 극장돌비 비전있는 사람은 봄 2015 년에 출하 될 때까지
Dolby 3D는 스펙트럼 분리를 사용합니다. 이 두 프로젝터는 누적 된 기능으로 작동하며 각 프로젝터는 빨간색, 녹색 및 파란색 기본 파장이 약간 다른 파장을 방출합니다. 프로젝터에는 편광이 없으며 3D 안경에는 다른 눈을위한 이미지를 투사하는 프로젝터에서 사용되는 기본 색을 차단하는 노치 필터가 있습니다.
Dolby Vision은 다음 해상도 / 프레임 비율 조합을 표시 할 수 있습니다.
2k - 2D (120fps, 60fps, 48fps 및 24fps)
2k - 눈당 120fps, 60fps, 48fps 및 24fps의 3D / 프로젝터
4k - 2D, 48fps, 30fps 및 24fps
4k - 3D 당 48fps, 30fps 및 24fps의 3D / 프로젝터
트윈 프로젝터는 DCI 고정 휘도 감마 기능으로 정의 된 7,500 : 1 명암비를 표시 할 수 있지만, 돌비 비전으로 등급이 매겨지지 않은 영화의 경우 프로젝터는 5,000 : 1 명암비로 제한됩니다.
5) Dolby Cinema
돌비 비전과 돌비 애트모스를 사용하는 극장 시스템 으로 아이맥스 상영관과 유사한 개념이다.다만 고유의 화면비가 있는 아이맥스 상영관과는 달리 돌비 시네마는 기존의 시네마스코프 비율을 사용한다. 현재 네덜란드, 미국을 시작으로 전세계로 확장하고 있다. 2016년, 중국의 완다 시네마에서 앞으로 5년 동안 100개의 돌비 시네마를 오픈하기로 발표했다.
Dolby Cinema 는 Dolby Vision , Dolby Atmos , 서명 입구 및 내장 디자인 기능과 같은 Dolby 독점 기술을 결합한 Dolby Laboratories에서 만든 프리미엄 시네마 개념입니다 . 이 기술은 아이 맥스 (IMAX)와 같은 다른 포맷과 경쟁 할 것으로 예상되며, 참가 업체는 프리미엄 대형 패키지를 보유 하고있다.
카오디오 / Car AVN 오디오 측정시 많이 사용하는 입/출력 전압에 대한 기준 값 입니다.
뜬금없이 RMS 값을 언급하게 된 계기는 보통 측정을 할 때 2 [Vrms] 라고 하면, 보통 교육받은 데로 Vpp 는 얼마지 하고 무덤덤 하게 넘어가게 됩니다.
보통은 전압에 단위를 생략하고 사용을 하게 되는데, 엔지니어는 고민을 하게 됩니다. 이게 Vpp (Peak to Peak) 인데 단위가 생략 된 것인지 아니면 일반적으로 사용하는 Vrms (실효치) 에서 단위가 생략된 것 인지~
보통 전압을 측정 하는 전압계는 RMS 값을 표시 하게 됩니다. 피크 투 피크 전압인지 엔지니어가 아니고는 일반적으로 전압계가 표시 하는 데로 읽고 말을 하게 됩니다.
위에서 잠깐 얘기한 데로 1 [Vrms] ~ 4 [Vrms] 의 Vpp 값을 계산 해보면 다음과 같다.
1) 1 [Vrms] = 1 * 2√2 = 2.828 [Vpp]
2) 2 [Vrms] = 2 * 2√2 = 5.656 [Vpp]
3) 3 [Vrms] = 3 * 2√2 = 8.485 [Vpp]
4) 4 [Vrms] = 4 * 2√2 = 11.313 [Vpp]
* 오디오 입력 또는 출력 Range 를 보게되면 해당 오디오 블럭에 사용되는 전압을 대략 짐작 할 수 있다.
위에서 Vpp 를 설명하게 된 이유 입니다. 보통은 오디오 입력 스펙으로 몇 볼트 [Vrms] 로 주어지게 됩니다. 그리고 출력도 마찬가지로 RMS 값으로 처리가 됩니다. 그러면 엔지니어는 습관적으로 Peak to Peak (Vpp) 값으로 얼른 환산을 해 봐야 전원/전압 이 몇 볼트로 설계해야 되는구나 이렇게 감을 잡아야 합니다.
예를 들어 오디오 입력 범위가 2 [Vrms] 이고 출력이 4 [Vrms] 이렇게 주어진다면, 오디오 입력단 설계 시 전원은 최소6[V] 이상 되어야 클리핑 없는 오디오 신호를 처리 할 수 있습니다. 물론 입력 임피던스를 조절해서 입력 신호 크기를 조절 할 수 있습니다. 출력단 회로도 마찬가지로 4 [Vrms] 라 하면 전원 전압은 최소 12[V]의 전압이 필요하게 됩니다.
요즘은 IC 가 잘 만들어지다 보니, 적은 입력전압 으로도 위에서 얘기한 입력/출력을 사용 가능한 것 도 있습니다. 그러나 간혹 이런 전압 크기에 대한 개념이 없이 설계를 하게 되면 보통의 작은입력 신호 Level 에서도 크리핑이 생기는 경우를 많이 봤습니다.
* 카 오디오 측정 시 표준출력 2 [Vrms]
측정 시 표준 출력 으로 2 [Vrms] 로 맞추기 위해 볼륨 조절을 하게 됩니다. 바로 1[W] 출력을 맞추는 것입니다. ex) 1 [W] = 2 [Vrms]2 / 4 [Ω] 그렇다면 왜? 1[W] 가 표준 일까요? 정답은 Level Meter (전압계)의 Full Range 가 4[Vrms] 이고, 12[Vpp]의 사용전압 부근이라 클리핑이 발생 할 수 있는 최고 지점 입니다. 다시 말해서 클리핑이 발생할 수 있는 범위 까지를 100%로 보면 2[Vrms] 위치가 딱 중간지점 즉, 가장 안정된 출력특성을 보이는 지점 입니다.
* AC220V [rms] 도 rms 가 생략된 단위
보통은 AC 220V라고들 많이 얘기하고 휴대용 멀티미터를 가지고 측정을 해봐도, 숫자 AC220V 라고만 측정이 됩니다. 착각을 일으키는게 이 값은 [Vpp]하고는 차이가 많이 납니다. 그럼 Vpp로 환산을 하면 얼마나 될까요? 220 [Vrms] = 220 * 2√2 = 622 [Vpp]가 됩니다. 저처럼 깜작 놀라는 분이 있을지 모를 일 이지만~
주의사항 : 이걸 확인해 본다고, 오실로 스코프를 가지고 전원 콘센트에 프로브를 들이대는 분이 없기를 바랄뿐. 이 예기를 후배들에게 해주고 몇 일이 지나면 꼭 망가지는 스코프가 나옵니다. 이건 우연인지 아님 기후인지 모를 일이지만 말입니다.
* 결론은 엔지니어라면 적어도 단위 또는 생략된 단위에 대해서는 항상 고려해야 하고, 되도록이면 숫자뒤에 단위는 꼭 붙여서 사용하는 습관이 필요 합니다.
