좋은소리 만들기

프런지 루터용 써클커터 지그

Tindrum — Sun, 11 Oct 2009 12:12:28 +0900

프런지 루터용 써클 커터(Circle Cutter) 지그입니다. 스피커의 배플상에서 스피커 구멍을
내는데 필요한 지그입니다. 작업실이 아직 마련되지 못해 사놓기만 하고 사용을 못하고
있습니다.

오디오앰프 회로에 대해서....

김정원 — Mon, 05 Oct 2009 00:01:11 +0900

안녕하세요....^-^;
우연히 검색하다가 홈피 방문하게되었는데 오디오엠프에 대해 잘 아시는 것 같아서
이렇게 글남깁니다...
저는 전자과다니는 학생인데 과제때문에 HPF랑 LPF를 사용해서
오디오 엠프를 만들엇거든요....그런데
회로해석이 안되서.....죽겟습니다
죄송하지만 좀 여쭈어볼수 잇을까요???ㅠㅠㅠ

좋은 음질의 스피커란? - 스피커의 음질 평가기준

Tindrum — Fri, 11 Sep 2009 11:20:37 +0900

어떤 스피커의 음질이 좋은지 혹은 그렇지 않은지를 평가하는 기준은 무엇일까? 여기에 대한 답을 내놓으라고 하면 궁색해
질수밖에 없다. 왜냐하면 듣기좋은 소리라는 정의 자체가 매우 주관적이기 때문이다. A라는 사람이 듣기좋은 소리라고 하는데,
B라는 사람이 듣기에는 별로 일수가 있다. 하지만 스피커를 대량 생산하는 회사에서 개인이 선호하는 음질에 맞게 개인별로
스피커의 특성을 맞추어서 제작 할수는 없는 노릇이다. 따라서 대부분의 사람들이 공감하는 좋은 음질을 가지는 스피커에 대한
기준이 있어야 한다. 여기서는 그 기준에 대해 살펴보려 한다.

기준1 : 라우드 스피커는 (축상에서의 응답과 파워 응답이) 평탄한 주파수 응답을 가져야 한다.

라우드스피커가 평탄한 응답을 가지는 것이 名器의 조건은 아니지만, (±5%이상) 넓은 범위에 걸쳐 응답 편차를 보이는 스피커들
이 좋은 평판을 듣는 경우는 별로 없다. 이러한 견해는 많은 오디오 엔지니어들과 오디오 잡지에 실린 기사를 통해 견지되어
오고 있는 사실이다. Floyd Toole박사는 그가 NRC(the Canadian National Research Council )에서 일하고 있을 때 과학적으로
설계된 청취 테스트에서 청취자가 선호하는 음과 라우드스피커 주파수 응답의 스펙트럼 형태와의 상관관계를 밝힌 일련의
뛰어난 논문을 JAES(Journal of the Audio Engineering Society)에 기고한바 있다. Toole 박사의 논문에 의하면 “적당한 환경이
주어졌을 때 정상적인 청각기능에 경험을 갖춘 청취자는 넓은 밴드폭을 가지고, 평탄하고 부드러운 진폭 응답을 가지며,
균등하면서 폭넓게 산란되는 라우드스피커를 선호한다.” 는 것이다. 1979년에 Daniel Queen도 JAES에 기고한 논문에서
스펙트럼이 균등하다(다시말해 평탄하다)는 가정하에서 폭넓게 산란되는 라우드스피커가 바람직스럽다는 결론을 제시하였다.
High Performance Loudspeakers라는 제목의 책에서 Martin Colloms는 “성공적인 모델들은 가상적으로 자유공간에서 사용
된다는 가정하에서 설계되어 왔으며, 청취실의 벽이나 가장자리에서 떨어져서 열린 공간에 스탠드를 세우고 청취할 때 최상의
성능을 발휘한다. 만일 전방 ±30^o각도 범위에서 산란 성능이 좋은 직접 방사형태의 드라이버를 사용하는 것과 같은 例의 조건
들이 충족되고, 왜곡의 레벨과 지연 공명 착색화(Delayed resonance coloration)가 낮다는 가정하에, 무향실에서 측정한 축상
응답이 주파수가 변해도 일정하다면 시스템은 가장 자연스런 소리를 낸다.” 라고 언급하고 있으며, 이에 덧붙여서 Colloms는
높은 성능의 스피커가 갖추어야 할 편차의 표준으로서 축을 중심으로 수평으로 ±30^o, 수직으로 ±10^o범위에 걸쳐 응답곡선이
±2dB내에서 평탄하여야 한다라고 제안한바 있다. 또한 여러가지 성능소개 책자에서 평탄하고 넓은 범위에 걸쳐 산란되는
스피커들에 대해 좋은 평판을 기록하고 있는 것을 볼수있다. (엔지니어이자 평론가인) Don Keele는 Audio Magazine에 기고한
기사에서 “축상 응답이 청취자에게 맨처음 도착하는 소리의 스펙트럼 균형을 나타내는 것이기 때문에 부드러워야 하며, 얼마나
부드럽느냐 하는 것이 음색을 평가할 때 주관적으로 매우 중요하다. 부드러운 파워 응답 역시 중요한데, 그이유는 청취실에서의
소리와 이와 관련된 반사음이 스피커의 축에서 떨어진 곳에서 측정한 응답과 파워 응답에 크게 의존하기 때문이다. 스피커가
내는 전체 소리는 청취자에게 직접적으로 도달하는 소리뿐 아니라 후에 반사되는 소리에도 의존하기 때문이다. 적절하게 설계된
청취실에서 부드러운 축상 응답을 가지는 스피커가 최상의 소리를 낸다. 정확한 스테레오 이미지는 청취위치를 선정할 때 완전한
대칭을 이루고 있는지와 라우드스피커의 왼쪽과 오른쪽이 얼마나 밀접하게 매칭되어 있는지, 축상에서와 축에서 떨어져 측정한
수평응답이 매우 균일한지에 따라 그정도가 결정되게 된다. 특히 저주파 영역에서 레벨을 높게 했을 때 낮은 왜곡을 갖는 것이
넓은 범위에 걸쳐 실감나는 소리를 재생하기위한 요구사항이다.” Stereophile 잡지의 편집인인 John Atkinson은 라우드스피커
품질과 평탄한 스펙트럼과의 관계에 관한 매우 흥미로운 연구를 한바있다. 이 짧은 연구 보고서는 74개의 라우드스피커 모델을
정리하여 1990년부터 1992년까지 Stereophile 잡지에 연재되었다. Akinson의 결론은 “라우드스피커에서 미드레인지와 고음
응답의 평탄함이 가져야할 좋은 것이긴 하지만 평탄하다고 해서 좋은 소리를 내는 것을 의미하는 것은 아니며, 또한 음악 애호가
들에 의해 자동적으로 좋은 스피커라고 추천되는것도 아니다. 주관적이긴 하지만 최상의 스피커는 공명 착색화(Resonant
Coloration)가 없고, 고주파수에서의 산란이 잘 제어되며, 이미징이 뛰어나고, 정밀하게 최적으로 튜닝된 저음을 가지면서
미드레인지와 고음에서의 축상 응답이 평탄한 것으로서, 또한 거슬릴 정도의 압축없이 크고 깨끗한 소리를 낼수 있는 것이다.”
라는 것이었다. 요약하면 그 첫번째는 축상에서 측정한 주파수 응답의 편차가 ±2dB보다 작아야 한다는 것이고, 두번째는 축에서
15^o와 30^o 떨어진 곳에서 측정한 수평응답이 가능한한 평탄하여야 한다는 것이다.

기준2 : 라우드스피커는 왜곡과 압축 효과로부터 가능한한 자유로와야 한다.

2-웨이 스피커의 우퍼 섹션에서 왜곡과 압축을 피하기 위해서는 대부분의 다이나믹 동작영역에 걸쳐 우퍼가 선형 편위 영역내에
머물러 있도록 설계를 하여야 한다. 이 목표는 컴퓨터 모델링을 이용하여 상대적으로 손쉽게 성취할수 있으며, 설계자는 과도한
편위가 발생하지 않도록 박스의 크기를 결정하여야 한다. 하지만 트위터 역시 왜곡을 발생시키는 원천이 될수있다. 트위터에
의한 왜곡은 크로스오버 감쇄 기울기와 밀접한 관계가 있다. 왜곡을 최소한으로 줄이기 위해서는 낮은쪽 크로스오버 주파수
에서 최대한의 감쇄가 이루어져야 한다. 이러한 이유로 크로스오버 설계시 4차이상의 음향학적 기울기를 선택하는 것이 좋다.
많은 설계자들이 1차의 크로스오버 기울기를 선호하기는 하지만 이 형태의 네트워크는 특수하게 설계된 몇몇 트위터에
대해서만 적용이 가능하다. 참고로 1차 크로스오버 기울기는 3-웨이 설계시에는 2-웨이 경우보다 좀더 폭넓게 사용할수 있다.

기준3 : 높은 성능의 라우드스피커는 스테레오 음장(Soundfield)내에서 적절한 음향학적 이미지(Sonic Image)를
가져야 한다.

라우드스피커가 좋은 이미지 품질을 가지기 위해서는 왼쪽과 오른쪽 스테레오 쌍에 대한 주파수 응답이 밀접하게 매칭되어야
한다. 이것은 필수적인 것이며, 부품들을 주의깊게 매칭시키므로서 상대적으로 간단하게 해결할수 있다. 중간대역 주파수영역과
높은대역 주파수 영역에서의 폭넓은 산란 또한 중요한 인자로서, 위에서 이미 언급한바 있다. 이미지 품질에 영향을 미친다고
생각되는 또다른 기준은 우퍼와 트위터가 전기적으로 동일한 위상을 가질 때 고역통과와 저역통과 크로스오버 기울기가 대칭적
이어야 한다는 것이다. 트위터와 우퍼가 통상적으로 동일 배플상에 마운트 되는 경우 이 목표를 달성하기 위해서는 설계시
우퍼와 트위터간의 물리적인 시간지연을 고려해야 한다.

이상 설명한 사항을 정리해 보면

(1) 축상에서 측정한 주파수 응답의 편차가 ±2dB보다 작아야 한다.
(2) 축에서 15^o와 30^o 떨어진 곳에서 측정한 수평응답이 가능한한 평탄하여야 한다.
(3) 보이스코일의 편위가 X_max+15%를 넘지 않도록 인클로져의 크기를 적절하게 설정하여야 한다.
(4) 2-웨이 시스템에서 크로스오버의 설계는 4차이상의 기울기를 가져야 한다.
(5) 스테레오 스피커에서 양쪽 스피커가 동일한 소리를 낼수 있도록 매칭시켜야 한다.
(6) 동일 배플상에 트위터와 우퍼를 마운팅시키는 경우 설계시 트위터 보이스코일로 부터 청취자까지의
거리와 우퍼 보이스코일로 부터 청취자까지의 거리차에 의한 소리의 도달시간지연을 고려해야 한다.

내친김에 VIBOX도 ...

Tindrum — Sun, 30 Aug 2009 11:10:09 +0900

LMS-4의 사진과 더불어 VIBOX에 대한 사진도 게시합니다. LMS-4와 함께 산것인데 LMS-4가 동작을 안하는 덕분에
한동안 잊고 있었습니다. 어차피 LMS-4없이는 별로 필요가 없는 녀석이니까요.

드디어 LMS-4가 동작합니다.

Tindrum — Sat, 29 Aug 2009 22:41:37 +0900

지난 7월초 미국에서 유학을 마치고 돌아오는 아들을 통해 LMS-4를 구입했는데 펜티엄3 PC에 보드를 꽂고 동작을 시켜보니 동작을
안하는 것이었습니다. 7월 한달동안 별짓을 다했습니다. 심지어는 미국에 사는 동생에게 부탁을 해서 PAC4를 구입을 했습니다.
PAC4에 LMS-4 보드를 꽂고 동작을 시켜보았는데도 동작을 하지 않았습니다. 결국은 미국의 LInearX사에 접촉을 했더니 LInearX사의
사장이자 엔지니어로서 LEAP 프로그램의 제작자인 Chris N. Strahm으로부터 보드에 문제가 있는것 같으니 미국으로 보드를 보내라는
연락을 받았습니다. 그래서 보드를 보내어 약 한달이 지난 지난주(8월 21일)에 LMS보드를 수령했습니다. 그동안 심적 고통이 이만저만이
아니었습니다. 좀 싸게 구입해 보려고 하다가 한바탕 홍역을 치뤘습니다. 그래도 덕분에 PAC-4까지 구입하게 되었습니다.
다음 사진은 PAC-4에 실장되어 있는 LMS-4 보드입니다.

PAC-4의 뚜껑을 덮으면 다음 사진과 같은 모습입니다.

다음 그림은 M-31 마이크로폰을 LMS-4에 연결했을때의 모습입니다.

눈물을 머금고 ...

Tindrum — Sun, 26 Jul 2009 22:29:04 +0900

예수께서 십자가에 못박혀 돌아가시기 얼마전 베다니에서 한여인이 옥합을 깨뜨려 예수님의 발에
붓자 예수님의 제자중 한사람이 향유를 팔아 가난한자들을 구제하지 않고 허비한 것에 대한 책망을
하자 예수님께서는 다음과 같이 말을 합니다. “가난한 자들은 항상 너희와 함께 있거니와 나는
항상 있지 아니하리라” 왜 이말이 오늘따라 제 머리속을 끊임없이 맴도는지 모르겠습니다.

2006년 3월부터 Vance Dickason이 집필한 Loudspeaker Design Cookbook 제7판을 번역하기
시작하여 2009년 2월 3일 번역을 완료한바 있습니다. 이책을 번역하면서 드는 끊임없는 의문은
원저자로부터 번역에 대한 허락을 받아야 되지 않을까하는 것이었습니다. 그런데 불행하게도
인터넷을 아무리 뒤져봐도 Vance Dickason의 e-메일 주소를 알수가 없었습니다. 그러다가 문득
이 싸이트를 통해 알게된 정강재 선생께 부탁을 드리면 알수있지 않을까해서 e-메일을 보냈더니
Vance Dickason의 e-메일이 주소를 알려 주셨습니다. 책의 첫머리를 보면 다음과 같은 글귀가
있어서 번역에 대한 허락을 받는 것이 쉬울것으로 생각했습니다.

No Patent liability is assumed with respect to the use of the information contained herein.
While every precaution has been taken in the preparation of this document, the author
assumes no responsibility for errors or omissions. Neither is any liability assumed for damages
resulting from the use of the information contained herein.

그래서 다음과 같이 e-메일을 Vance Dickason에게 보냈습니다.

Dear Mr. Vance Dickason,

How are you?
My name is Sung-Hwan Na, a loudspeaker DIY hobbyist.
Even though I have not had a chance to have a face-to-face conversation with you, I am pleased to contact a prominent person like you in the speaker industry. The reason that I am writing this email is to ask for an approval of translating your “Loudspeaker Design Cookbook 7th edition” and “Loudspeaker Recipes Book 1”
into Korean language. When “Loudspeaker Design Cookbook 7th edition” was published in January 2006,
I bought it from Amazon.com and spent about three years to complete the translation. During the translation, the work was
not an easy task for me with my poor English. However, I could finish the translation because I had a vision that this work
could bring the precise knowledge of loudspeaker design to Korean DIYers. You can check my work at www.nsh.kr,
from introduction to afterword. I am looking forward your generosity allowing me to use the translated contents
on my web page, and please contact me nsh8048@paran.com for any relative concerns.
If you could not allow using the translated materials, I will delete the translation as soon as possible.
Thank you for considering and I look forward to hearing from you.

Sincerely yours,

이에대한 Vance Dickason측의 답신은 다음과 같았습니다.

Dear Mr Na
I am publisher of Mr Dickason's books, which are protected by international copyright from use by others without
our permission. I strongly suggest that you contact a Korean technical publisher who publishes material of a similar kind
to Mr Dickason's two volumes. If the company is willing to publish your translations, we will license them to publish your
translations for the Korean market in exchange for a small royalty. Mr Dickason's LDC has sold over 110,000 copies
worldwide in seven languages. Sharing your work with others without our permission violates our copyright and is
subject to legal action. This includes posting parts or all of the text and diagrams on the world wide web.
Your publisher would also decide whether any or all of your translation could be shared on the web if you contract with
him to use your translation.
I hope you will find a suitable publisher for your work. I will be happy to supply free copies of the English
versions of these books. Also ask them to contact us and I will supply an appropriate license for use
of Mr Dickason's material. We would be very pleased if you can bring about this arrangement. Having a
publisher for your work in Korea will be a big advantage to you and DIY enthusiasts in that the company may
well have technical translators who can check your work for you. Also they will know how to promote the book
and have a market for the kind of people who buy this type of book. If you have further questions,
do not hesitate to contact me.

Best regards

Ed Dell

따라서 저는 더 이상 Vance Dickason의 작품을 번역하여 웹상에 게시할 명분이

없습니다. 2009년 7월 26일 23시에 웹상에 게시된 번역물을 삭제하겠습니다.

번역물을 책으로 발간하라고 Vance Dickason측에서는 권고하고 있지만 책으로 만들수

있을만큼 번역이 잘되지도 못했고, 아직까지 여러곳에 번역오류가 있다는 것을 알게

되었습니다. 저의 번역오류에 대해 충고를 해주신 김성연 선생께 감사를 드립니다.

하지만 선생께서 지적하여 주신 번역오류를 수정할 기회도 없이 번역내용들을 지워야

할 수밖에 없는 상황이 되어 버렸습니다.

급하게 저의 번역물을 MS Word로 저장하여 놓기는 하였습니다만 읽어볼수 있게 포맷을

다시 잡는데도 몇일간의 시간이 걸릴 것 같습니다. 웹상에 게시는 하지 않더라도

Loudspeaker Recipes의 번역은 완료해 놓으려 합니다. 그동안 제가 약속했던 것들을

이행하지 못하게 된 것을 정말 죄송스럽게 생각합니다. 혹시 문의사항이나 건의사항이

있으시면 nsh8048@paran.com으로 메일 주시기 바랍니다. 고맙습니다.

가입인증이 안됩니다.

이명오 — Mon, 20 Jul 2009 19:22:32 +0900

안녕하세요.

우연히 찾아와서 좋은 자료 많이 보고 있습니다.

헌데 가입하려고 하는데 가입인증 메일이 계속 안됩니다.

확인 좀 부탁드리겠습니다.

감사합니다.

우드펠릿보일러 정부50%지원! 지금바로 신청하세요!

귀뚜라미 — Mon, 06 Jul 2009 16:37:13 +0900

◆ 귀뚜라미펠렛보일러 정부지원금50%!! 지금 바로 신청하세요!◆

먼저 허락없이 글을 올려 대단히 죄송합니다.(비번7777)
정부가 저탄소녹색성장을 한국경제의 축을 삼기로 하고 추진함에 따라 바이오에너지인 펠렛보일러 설비에 소요되는 비용의 50%를 국가보조금(에너지관리공단)으로 무상지원하고 있습니다.
펠렛보일러란? 목재의 부산물이나 톱밥을 작은 알갱이 형태로 압축 가공한 차세대 바이오 연료로 기름대비 50%이상 절감되는 보일러입니다.
이젠 비싼 기름보일러를 교체하세요! 전자동 시스템으로 기름보일러와 동일한 편리함을 가지고 있습니다.
보다 자세한 내용은 http://cafe.daum.net/wood-pellet
http://cafe.naver.com/ecomtech 확인하세요~

대표문의 : 1544-5604
상담 : 010-9333-2777
(mail - wood5604@naver.com)

스피커 자작이 취미입니다...정말 대단하십니다....

ct90 — Fri, 26 Jun 2009 15:01:41 +0900

안녕하세요....

저도 스피커 자작이 취미입니다....

우연지 않게 들어오게 되었는데 내공과 자료들이 대단하십니다...

전문가 수준이시네요...

많은 자작인들에게 도움이 되는 사이트 만들어 주셔서 감사합니다...

건강하세요...^___________^

블러그형달력 삽입방법

궁금이 — Wed, 20 May 2009 18:39:21 +0900

베포하신 레이아웃에 베포하시는 달력을 어떻게 삽입을 하는지 몹시 궁금합니다 자세한 설명 부탁합니다. 너무 초보라서요^^.그리고
"좋은 소리 만들기"와 메뉴 간격을 좀더 넓히는 방법은 없는지요 , 많은 가르침 부탁합니다.

디지털 앰프 기초 (3)

Tindrum — Mon, 18 May 2009 12:53:00 +0900

5. MOSFET에서의 파워손실

파워 스위치에서의 손실은 선형앰프와 클래스-D 앰프가 상당히 다르다. 우선 선형 클래스-AB 앰프

에서의 손실에 대해 살펴보기로 하자. 손실은 다음과 같이 정의된다.



여기서 K는 V_bus와 출력전압과의 비이다.

이식을 이용하면 선형앰프에 있어서의 파워 스위치 손실은 다음의 식으로 귀착된다.



파워 손실이 출력장치의 파라미터들과는 상관이 없음을 주의하기 바란다. 그림 5는 파워 손실 대 K

와의 관계를 그래프로 보여주고 있다.



                        그림 5    선형 클래스-AB 앰프에 대한 파워 손실 대 K

이번에는 클래스-D 앰프에서의 손실에 대해 살펴보기로 하자. 클래스-D 앰프에 대한 출력장치

에서의 전체 파워손실은 P_TOTAL= P_sw+ P_cond+ P_gd로 주어진다. 여기서 P_sw는 스위칭 손실로서

P_sw = C_oss∙ V_BUS² ∙ f_PWM + I_D∙ V_DS∙t_f∙ f_PWM 로 주어지고, P_cond는 도전손실로서



로서 주어진다. 또한 P_gd는 게이트 구동손실로서 P_gd = 2∙Q_g∙ V_gs∙ f_PWM으로 주어진다.

클래스-D 앰프에서 출력손실은 사용되는 장치의 파라미터에 따라 변하기 때문에, Q_g, R_DS(on),

C_OSS, t_f 의 값에 기초하여 가장 효율적인 장치가 되도록 최적화 해주는 것이 필요하다. 다음의

그림 6에서는 클래스-D 앰프에 있어서 파워손실과 K와의 관계를 그래프로 보여주고 있다.



                    그림 6    클래스-D 앰프에서의 파워 손실 대 K

기존의 클래스-AB 앰프와 비슷하게, 클래스-D 앰프는 하프-브리지와 풀-브리지의 형태로

카테고리화 할수있으며, 각 토폴로지는 모두 장단점을 가지고 있다. 하프-브리지는 간단한 구조를

가진 반면, 풀-브리지는 오디오 성능이 하프-브리지보다 좋다. 풀-브리지 토폴로지는 두개의

하프-브리지외에도 더 많은 부품들을 필요로 한다. 하지만 브리지 토폴로지의 차동 출력구조로

말미암아 클래스-AB 앰프와 마찬가지로 조화파 왜곡 성분과 DC 오프셋을 제거 할수있다.

풀-브리지 토폴로지를 채택하면 양자화로 인한 에러를 줄여주는 3레벨 PWM과 같은 보다 나은

PWM 변조방식을 사용할수 있다. 하프-브리지 토폴로지에서 전원 공급장치는 앰프로부터 되돌아

오는 에너지를 받게되어, 부하에 공급되는 앰프출력이 낮은 주파수의 오디오 신호이면 심각한

버스전압의 변동을 유발시키게 된다. 이러한 전원 공급장치로의 에너지 회귀현상은 클래스-D 앰프

방식의 기본적인 특성이 된다. 그러나 풀-브리지의 경우에는 상호 보완적인 스위칭 동작으로 인해

상대쪽 스위칭 장치에서 발생되는 에너지를 이쪽에서 소비해 버리기 때문에 전원 공급장치로

에너지가 되돌아 가는 현상은 발생되지 않는다. 표1은 하프-브리지와 풀-브리지간의 특성상
차이점을 비교해 본것이다.



이상적인 클래스-D 앰프라면 100%의 효율과 더불어, 오디오 주파수 대역내에서 왜곡이 없고,

잡음이 발생되지 않는다. 하지만 그림7에서 보여주듯이, 실제적인 클래스-D 앰프는 왜곡과
잡음을 발생시키는 불완전성을 갖는다.

                                  그림 7    클래스-D 앰프의 성능을 저하시키는 요인들

이러한 불완전성은 클래스-D 앰프의 각단에서 발생되는 스위칭 파형의 왜곡에 기인한다.
불완전성을 초래하는 요인들은 다음과 같다.

① 한정된 해상도나 타이밍 지터로 인한 변조기부터 스위칭 단에 이르는 PWM신호의 비선형성

② 데드타임(Dead Time), ton/off, tr/tf와 같은 게이트 드라이버에 의해 추가되는 타이밍 에러

③ 유한한 ON 저항값, 유한한 스위칭 속도, 보디 다이오드(Body Diode) 특성과 같은 스위칭 장치

의 원하지 않는 특성

④ 과도특성의 끝점에서의 링잉을 초래하는 기생성분들

⑤ 전원 공급장치의 유한한 출력 임피던스와 DC 버스를 타고 흐르는 리액턴스 성질의 파워로

   인한 전원 전압의 변동

⑥ 출력 저역통과 필터의 비선형성

일반적으로 게이트 신호의 스위칭 타이밍 에러가 비선형성의 주요한 원인이다. 특히 데드타임으로

인한 타이밍 에러는 비선형성에 가장 큰 비중을 차지하는 요인이다. 1 나노-초의 십분의 1정도의

데드타임도 1%이상의 THD(Total Harmonic Distortion)를 발생시키기 때문에 정확한 스위칭 타이밍

이 클래스-D 앰프의 성능을 좌우하는 가장 중요한 인자가 된다. 이제 데드타임이 어떻게 비선형성
에 영향을 미치는지에 대해 알아 보기로 하자. 클래스-D 앰프의 출력단에서 동작모드는 출력파형
이 어떤 입력 타이밍을 따르는지에 기초하여 3개의 서로다른 영역으로 구분할수 있다. 이들 3개의
서로다른 동작영역에서 출력파형은 高側과 低側 입력신호의 서로다른 에지(Edge)들을 따르게
된다. 전류의 양이 인덕터 리플 전류보다 커질 때 출력전류가 클래스-D 단에서 부하로 흐르는
첫번째 동작영역을 조사해 보자. 高側이 꺼지고(Off), 低側이 켜지기(On) 전의 순간에서 출력 노드
는 음의 DC버스로 구동된다. 이 동작은 低側의 켜지는 타이밍과 관계없이 복조 인덕터로부터의
정류전류(Commutation Current)에 의해 자동적으로 행해진다. 따라서 출력 파형의 타이밍은 低側
의 켜지는 에지로 삽입되는 데드타임에 영향을 받지 않으며, 高側의 입력 타이밍을 항상 따른다.
결과적으로 PWM 파형은 高側 게이트 신호로 삽입되는 데드타임에 의해서만 짧아지며,
입력 듀티 싸이클로부터 예상되는 것보다 약간 작은 전압이득을 갖는다. 비슷한 상황이 출력전류가
부하에서 클래스-D단으로 흐르는 음의 동작영역에서 발생된다. 이때 전류의 양은 인덕터 리플전류
보다 크다. 이경우에 있어서 출력파형의 타이밍은 高側의 켜지는 에지로 삽입되는 데드타임에
영향을 받지 않고, 항상 低側 입력 타이밍을 따르게 된다. 결과적으로 PWM 파형은 低側 게이트
신호로 삽입된 데드타임에 의해서만 짧아지게 된다. 지금까지 설명한 두가지 동작모드 사이에
출력 타이밍이 데드타임에 무관한 한 영역이 존재하는데, 이 영역에서는 켜짐이 ZVS(Zero Voltage
Switching)에 의해 이루어 지기 때문에 출력전류가 인덕터 리플 전류보다 작아질 때, 출력 타이밍은
각 입력의 꺼지는 에지를 따르게 된다. 따라서 이 중간 영역에서는 왜곡이 발생하지 않는다.

출력 전류가 오디오 입력신호에 따라서 변하기 때문에, 클래스-D 앰프에서는 각 영역이 약간씩
다른 이득을 가지면서 동작영역을 바꾸게 된다. 출력 파형은 오디오 신호의 한 싸이클 동안 이들
세 영역으로 전환되면서 이득이 달라짐으로 인해 왜곡이 발생되게 된다. 그림 8에서는 어떻게
데드타임이 THD 성능에 영향을 미치는지를 보여주고 있다.

                                               그림8    THD와 데드타임

40nS 데드타임은 2%의 THD를 발생시킬수 있다. 만일 데드타임을 15nS로 줄일수 있다면 THD는
0.2%로 개선된다. 이것은 高側과 低側간 경계없는 스위칭이 얼마나 선형성을 증가시키는데 중요
한지를 단적으로 보여주는 예이다. 하지만 데드타임을 좁게하는 것은 대량생산을 하는경우 매우
위험할수 있다. 왜냐하면 일단 高側과 低側 MOSFET가 동시에 켜지게 되면 DC 버스 전압은
MOSFET에 의해 단락회로(Short Circuit)로 되기 때문에 엄청난 량의 슛쓰루(Shoot-through) 전류
가 흐르게 되어, 장치가 파괴되어 버린다. 하지만 적정한 데드타임은 장치에 따라 달라지기 때문에 결정하기가 매우 어렵다. 그림 9는 데드타임의 길이와 슛쓰루 전하량과의 관계를 보여주고 있는데,
데드타임의 길이가 짧아지면 슛쓰루 전하량이 급속히 증가하는 것을 볼수있다.

                              그림9    데드타임의 길이와 슛쓰루 전하량과의 관계

클래스-D 앰프가 신뢰성을 가지기 위해서는 데드타임이 항상 양의 수치를 가져야 하고, MOSFET
가 슛쓰루 상태로 들어가는 것을 막기위해 절대로 음의 값을 가져서는 않된다. 클래스-D 앰프의
성능저하를 가져오는 커다란 원인중 다른하나는 하프 브리지 방식에서 부하에 저주파수의 출력이
인가될 때 볼수있는 버스 펌핑(Bus Pumping)에 기인한다. 항상 기억하고 있어야 할 사항은
클래스-D 앰프의 이득은 버스 전압에 비례한다는 것이다. 따라서 버스 전압의 변동은 출력에 왜곡
을 발생시킨다. 클래스-D 앰프에서 에너지의 흐름은 양방향이기 때문에 클래스-D 앰프에서 전원
공급장치로 에너지를 되먹임하는 기간이 존재한다. 전원 공급장치로 되먹임되는 에너지의 대부분
은 출력측 저역통과 필터를 구성하고 있는 부품중의 하나인 인덕터에 저장된 에너지이다.

통상적으로 전원 공급장치는 부하측으로부터 되돌아 오는 에너지를 흡수할수 있는 기능을 가지지

않기 때문에, 버스 전압을 높여주어 결과적으로 버스 전압의 변동을 초래하게 된다.

                                                   그림 10   전원 공급장치 펌핑

풀브리지 형태의 클래스-D 앰프에서는 버스 펌핑이 발생하지 않는데, 그이유는 한쪽 스위칭 소자
로부터 전원 공급장치로 되돌아 오는 에너지를 다른쪽 스위칭 소자에서 소모하기 때문이다.

클래스-D 앰프에서 성능저하를 가져오는 또다른 원인은 EMI(Electro-Magnetic Interference)

때문이다. EMI를 발생시키는 가장 중요한 원인중 하나는 슛쓰루 전류와 비슷하게 高側에서 低側

으로 흐르는 MOSFET 보디 다이오드의 역방향 회복전하(Reverse Recovery Charge)에 기인한다.


                                         그림11 EMI에 의한 클래스-D 앰프의 성능저하

슛쓰루 전류를 방지하기 위해 삽입된 데드타임 동안에 출력측 저역통과 필터의 인덕터 전류는

보디 다이오드를 켜는 (ON시키는) 역할을 하는데, 다음 단계에서 데드타임이 끝날 무렵에 다른쪽

MOSFET가 켜지게 되면 보디 다이오드는 축적된 소수 캐리어(Minority Carrier)가 충분히 방전되지

않는한 도통상태에 머물러 있게 된다. 이 역방향 회복전류는 날카로운 스파이크성 모양을 가지며,

PCB 배선에 포함된 표유 인덕턴스(Stray Inductance)로부터 원하지 않는 링잉을 발생시키게 한다.

따라서 PCB내에 소자의 배치를 어떻게 하느냐 하는 것이 설계의 단순함과 EMI를 줄이는데 결정적

으로 중요하다.

6. 오디오 성능측정

클래스-D 앰프의 오디오 성능을 측정하기 위해서는 Audio Precision AP2와 같이 AES17 벽돌담

필터(Brick Wall Filter)를 가지는 오디오 측정장비가 필요하다. 하지만 적절한 저역통과 필터를

앞단에 설치한 HP8903B와 같은 고전적인 오디오 분석기를 사용해도 된다.
여기서 중요한 고려사항은 클래스-D 앰프의 출력신호가 여전히 상당한 량의 스위칭 주파수 캐리어
를 포함하고 있기 때문에 이로인해 수치를 잘못 읽을수 있다. 따라서 이들 스위칭 주파수를 제거
하고 수치를 읽도록 조치를 취해 주어야 한다. 이렇게 하는 구체적인 예를 그림 12에서 보여주고
있다.


             그림 12    오디오 분석기로 클래스-D 앰프의 성능을 측정하기 위한 보조회로 구성

7. 결론

만일 주요 부품들을 주의하여 선택하고, 부가적인 부품들에 의한 바라지 않는 영향이 최소화 되도록

PCB상에 부품 배치를 한다면 클래스-D 앰프를 이용하여 높은 효율을 얻으면서도 클래스-AB 정도

의 음향학적 성능을 얻는 것이 가능하다. 반도체 기술의 끊임없는 발전으로 인해 클래스-D 앰프의

성능은 더욱 좋아질것으로 예상하며 클래스-D 앰프를 사용하는 사람들이 점점 많아질 것이다.

디지털 앰프 기초 (2)

Tindrum — Mon, 18 May 2009 12:17:54 +0900

그렇다면 클래스-D 앰프는 어떻게 동작하는지에 대해 알아보자. 클래스-D 앰프는 PWM 전원

공급장치와 아주 비슷한 방식으로 동작한다. 이러한 유사점에 대해서는 뒤에서 다시 살펴 보기로

할것이다. 입력신호가 표준 오디오 라인 레벨신호라고 가정하므로서 시작하기로 하자. 오디오 라인

레벨신호는 주파수 범위가 전형적으로 20Hz부터 20KHz까지인 사인파이다. 이 신호는 아래의

그림2a에서 볼수있는 바와같이 PWM신호를 만드는데 필요한 삼각파형이나 톱니파형처럼 높은

주파수를 가지는 파형과 구분된다. 이 PWM신호는 증폭된 디지털 신호를 만들어 내는 파워
스테이지를 구동시키는데 사용되며, 최종적으로 신호가 저역통과 필터를 통과하므로서 PWM
캐리어 주파수가 제거되어 원래의 오디오 신호인 증폭된 사인파를 되찾게 된다.(그림 2b 참고)



                                 그림2 클래스-D 앰프 파형

3. 선형 대 클래스-D의 토폴로지 비교

여기서는 선형앰프(클래스-A와 클래스-AB)와 클래스-D 디지털 파워앰프간의 차이에 대해 살펴

보기로 한다. 선형앰프와 클래스-D앰프 사이의 기본적이고 중요한 차이는 효율의 차이이다.

선형앰프는 성능상 태생적으로 매우 선형적이지만 클래스-AB의 경우 약 50%정도의 효율밖에는

가지지 못하는 반면, 클래스-D 앰프의 경우는 90% 정도의 효율을 가진다. 다음의 그림3에서는

선형과 클래스-D 앰프에 대한 효율 곡선을 보여주고 있다.

                 그림3   선형 앰프와 클래스-D 앰프의 효율

이득 – 선형앰프에 있어서 이득은 버스전압 변동에 관계없이 일정하지만. 클래스-D 앰프의 경우는

    이득이 버스전압에 비례하게 된다. 따라서 클래스-D 앰프의 PSRR(Power Supply Rejection

Ratio)는 0dB인 반면, 선형앰프의 PSRR은 매우 좋다. 그래서 클래스-D 앰프의 경우 버스전압

변동을 보상하기 위해 피드백을 사용하는 것이 통례이다.

에너지 흐름 – 선형앰프에 있어서 에너지는 항상 전원 공급장치에서 부하로 흐르는데, 클래스-D

앰프에서는 풀-브리지의 경우는 동일하지만, 하프-브리지의 경우에는 소위 “버스 펌핑” 현상

    으로 말미암아 충전된 버스 캐패시터가 부하쪽에서 전원 공급장치쪽으로 에너지를 되돌리는

    현상이 발생하여 에너지는 양방향으로 흐를수 있다.

4. 동기식 벅 컨버터(Synchronous Buck Converter)와의 유사성

클래스-D 앰프와 동기식 벅 컨버터와의 유사성이 존재하는데, 아래의 그림 4에서 볼수있는 바와

같이 토폴로지는 근본적으로 동일하다.



                        그림 4    동기식 벅 컨버터와 클래스-D 앰프의 토폴로지 비교

두 회로사이의 주요한 차이는 동기식 벅 컨버터의 경우 기준신호가 피드백 회로로 부터의 천천히

변화하는 신호인데 반해, 클래스-D 앰프의 경우에는 기준신호가 연속적으로 변화하는 오디오 신호

라는 점이다. 이것은 동기식 벅 컨버터의 경우 듀티 싸이클이 거의 일정한 반면, 클래스-D 앰프의

경우는 연속적으로 변화하며, 평균값이 50% 정도되는 듀티 싸이클을 가진다. 동기식 벅 컨버터의

경우 부하전류 방향은 항상 부하로 향하지만, 클래스-D 앰프의 경우는 전류가 양방향으로 흐르게

된다. 마지막 차이는 MOSFET들을 최적화하는 방법상의 차이이다. 동기식 벅 컨버터에서는 긴
듀티의 경우에는 R_DS(on)이 작아지고, 짧은 듀티의 경우에는 Q_g가 작아지도록 위쪽과 아래쪽
MOSFET를 다르게 최적화시키는데, 클래스-D 앰프에서는 위쪽과 아래쪽 MOSFET들이 동일한
R_DS(on)를 가지도록 최적화시킨다.

디지털 앰프 기초 (1)

Tindrum — Mon, 18 May 2009 11:49:55 +0900

1. 시작에 앞서.

     처음에는 디지털 암프의 기초이론에 대해 직접 작성해 볼까도 생각했습니다만 우선은 작성을

    하려면 시간이 너무많이 들고, 게다가 지금은 스피커쪽에 집중을 하고 있는 상황이어서 포기
     하고 설명이 비교적 잘된 디지털 앰프이론을 번역하기로 마음을 바꿔 먹었습니다. 그래서
     이자료 저자료 뒤지다가 http://www.irf.com에서 디지털 앰프에 대한 자료를 발견하였는데,
     괜찮은것 같아 여기에 번역하여 올립니다. 원문을 보고 싶으신분은 이싸이트로 접속하셔서
     다운로드 받으시면 됩니다. 참고로 원문의 자료번호는 AN-1071입니다.

2. 클래스- D 오디오 앰프란 무엇인가? – 동작이론

   클래스-D 오디오 앰프는 기본적으로 스위칭 앰프 또는 PWM 앰프이다. 클래스-D이외에도

   여러 다른 클래스의 앰프들이 존재하는데, 우선 어떤 클래스의 앰프들이 존재하는지에 대해

   간단히 살펴 보기로 하자.



   클래스-A : 클래스-A 앰프에서 출력 장치들은 전체 싸이클동안 끊임없이 도통하는데, 다시

     말하면 출력 장치에 항상 바이어스 전류가 흐른다. 클래스-A 앰프는 가장 적은 왜곡을 가지며,
     가장 선형적인 특성을 가지지만, 동시에 약 20%정도의 아주 낮은 효율을 가진다.

     클래스-A 앰프의 경우 高側(High Side)과 低側(Low Side)이 상호 보완적인 기능을 가지는

방식으로 설계되지 않는다.

   클래스-B : 클래스-B 앰프는 클래스-A 앰프와 반대되는 방법으로 동작한다. 출력 장치들은

     사인파 싸이클의 절반 동안만(하나는 양의 영역에서 도통하고, 다른 하나는 음의 영역에서 도통
     한다.) 도통한다. 다시 말하면 만일 입력신호가 없다면, 출력 장치에 전류가 흐르지 않는다.
     클래스-B 앰프는 클래스-A 앰프보다 효율이 좋아서 약 50% 정도가 되지만, 한쪽 장치를 끄고,
     다른쪽 장치는 켜는데 시간이 소모되어 크로스오버 점에서 선형성에 문제가 발생한다.

    클래스-AB : 클래스-AB 앰프는 클래스-A와 클래스-B 앰프가 혼합된 형태로서 현재 사용중인

    아날로그 파워앰프는 대부분 이형태를 취한다. 클래스-AB 앰프의 경우 출력 장치들은 양쪽다

    동시에 도통될수 있지만, 크로스오버 점 근처에서는 작은양의 전류만 흘리게 된다. 따라서

    각 장치들은 반싸이클보다는 많지만 전체 싸이클보다는 작은 기간동안 도통을 하므로,
    클래스-A 보다는 효율이 좋으며, 클래스-B의 문제점이었던 비선형성을 극복할수 있다.

    클래스-AB의 효율은 약 50% 정도이다.



    클래스-D : 위에서 언급한바와 같이 클래스-D 앰프는 스위칭 혹은 PWM 증폭기이다.

    클래스-D 앰프의 경우 스위치들은 완전히 도통되거나, 완전히 꺼지기 때문에, 출력 장치에서의
    전력손실을 상당히 줄일수 있다. 90-95% 정도의 효율을 갖는 것이 가능하다. 오디오 신호는
    고주파수인 PWM 캐리어 주파수를 제거하기 위해 최종단에 저역통과 필터를 사용하는
    출력 장치들을 구동하는 역할을 담당하는 PWM 캐리어 신호를 변조시키는데 사용된다.

이상 살펴본 앰프의 분류에서 클래스 A,B,AB는 모두 선형증폭기에 속하는데, 선형증폭기와

클래스-D 증폭기간의 차이에 대해서는 다음에 자세히 설명하게 될것이다. 선형증폭기의 블록도를

그림0 에 그려보았는데, 선형증폭기에서 신호는 항상 아날로그 영역에 남아있게 되며, 출력

트랜지스터는 출력 전압을 변조시키는 역할을 담당하는 선형 레귤레이터로서 동작한다. 따라서

출력 장치들을 통과하면서 전압강하가 생기기 때문에 효율이 떨어진다.


                                        그림 0    선형 증폭기의 블록도

클래스-D 앰프는 여러가지 형태를 취하는데, 어떤것들은 디지털 입력을 가지며, 어떤것들은

아날로그 입력을 갖는다. 여기서는 아날로그 입력을 가지는 형태에 초점을 맞추기로 하자.

그림1에서는 하프 브리지(Half Bridge) 클래스-D 앰프에 대한 기본적인 블록도와 각 단에서의

파형을 보여주고 있다. 이 회로에서는 버스 전압의 변동을 보상해 주기 위하여 하프-브리지의

출력으로부터 입력으로 피드백을 사용하였다.

                                        그림1 클래스-D 앰프의 블럭도

열심히 사시는 것 같아 존경스럽습니다.

인미러 — Tue, 12 May 2009 18:55:59 +0900

저는 2000년에 처음 LDC 6판과 Recipes 그리고 Testing loudspeakers 를 구입하고 열심히 읽었습니다.
마치 학교 교과서 공부하는 것처럼요. ^^;
그래도 감히 번역해서 올릴 엄두를 못냈는데 이렇게 최신 7판을 번역해 올려주시니 참으로 고맙고
스피커 자작을 꿈꾸는 분들에게는 좋은 자료가 될것 같습니다.
언제 시간되면 같이 저녁이라도 드시면서 재미있는 얘기를 나누면 좋을것 같습니다.
즐거운 하루 되십시오.
감사합니다.

감사합니다

hkcyclone — Fri, 01 May 2009 19:06:53 +0900

LDC 4판을 가지고 근 15년을 보면서, 나름대로 정리하여 왔는데, 이렇게 최신 7판을 번역하신 노고에 음향인의 한 사람으로서 부끄러움을 가지며, 크나 큰 찬사를 보냅니다. LEAP 번역도 다시 한 번 보고 있습니다. 번역에 드는 어려움을 이해하지만, 계획하시고 계신 Loudspeaker Recipes도 감히 계속 번역 부탁드립니다.
단언 하건데, 이 사이트가 한국의 스피커 엔지니어들의 기본 지식을 몇 스텝 올려주는 데 큰 역할을 할 것이라고 생각합니다.
감사합니다.