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이제 슬슬 마지막을 향해 달려갑니다!
저는 멀티톤 측정을 통해 이러한 데이터들을 제공하는데요.
이번엔 멀티톤 디스토션이란 무엇이며, 왜 이러한 측정을 실시하는지에 대해서 알아봅시다.
이전 시간에 살펴봤던 THD 측정 데이터입니다.
이 THD 데이터의 또다른 한계에 대해서 설명드리기위해 다시 꺼냈습니다.
THD를 측정할 때는 저음부터 고음까지 사인파를 하나 하나 훑어 올라가는 로그 사인 스윕신호를 이용합니다.
위익~ 하는 소리와 함께 측정이 진행되는데요, 이것은 연속된 신호처럼 들리겠지만 사실 쪼개어보면 위처럼 특정 시점엔 하나의 주파수만을 재생하는 상태입니다.
이 이미지처럼 말이죠.
특정 시점의 입장에선 스피커가 단 하나의 주파수만을 재생하는 상태이며, 이 때의 부하를 측정하게 됩니다.
조금 이상하지 않나요?
우리는 성능을 평가하기위해 스피커를 측정합니다.
하지만 스피커로 단일 주파수의 사인파를 청취하는 사람은 그리 많지 않을 거예요.
우리가 즐겨 듣는 음악 또는 영화나 게임의 사운드들은 저음부터 고음까지 모두 동시에 재생합니다.
즉, 스피커를 평가할 때도 모든 대역의 소리를 동시에 재생할 때의 성능 또한 살펴볼 필요가 있습니다.
스피커가 저음 재생을 위해 앞뒤로 이렇게 많이 움직이고 있을 때 고음을 재생하는 것과,
멈춰있을 때 고음의 단일 주파수만을 재생하는 것에는 품질 차이가 날수밖에 없습니다.
정확하게 설명하자면 스피커의 +/- 변위에 따른 전기-기계적 특성이 변하기때문인데요.
이것은 초급에서 다루기엔 매우 어려운 주제이므로 마찬가지로 이 가이드가 끝난 뒤 추후 칼럼을 통해 설명하도록 하겠습니다.
아무튼 여기까지의 결론은 이렇습니다.
“우리가 듣는 음악 신호는 저음부터 고음까지 동시에 재생되므로 이에 준하는 조건으로도 검증이 필요하다.”
그러면 이제 멀티톤 측정 그래프를 한 번 살펴볼까요?
이것은 멀티톤 디스토션을 측정할 때 사용하는 신호음을 그림으로 나타낸 것입니다.
보시면 저음부터 고음까지의 소리를 일정한 간격으로 촘촘하게, 그리고 모두 동일한 크기로 만들어져있습니다.
그리고 이런 신호가 스피커를 통과해 마이크로 입력되면
이런 그래프가 나타나게 됩니다.
자세히 봅시다.
파란색의 측정 신호는 스피커의 자체 특성과 측정 공간의 왜곡으로 인해 비교적 출렁거리게 되었습니다.
그리고 빨간색이 바로, 이번 챕터에서 이야기하는 멀티톤 디스토션(MD)입니다.
파란색 신호음들 사이로 삐죽삐죽하게 정체성을 드러내고 있습니다.
신기하지 않나요?
스피커에 분명 파란색 신호음만 넣어줬을 뿐인데, 그 사이를 메꿔버리는 소리들이 추가로 더 생성된겁니다.
마지막으로 검은색은 측정 당시의 배경소음을 뜻합니다.
저 검은선이 빨간선과 충분히 분리되어 있으면 적어도 그 측정은 배경소음으로부터 크게 간섭받지 않았다고 볼 수 있습니다.
그리고 이것도 THD때와 마찬가지로 Fundamental에 대한 Relative 플롯으로 제공합니다.
즉 위처럼 파란색 Fundamental 그래프가 이어진 빨간색의 선을 만든다고 가정하고, 각 지점으로부터의 멀티톤 디스토션 수준을 계산해내는 겁니다.
그러면 이렇게 상대값만 나타내는 데이터를 얻을 수 있습니다.
마찬가지로 빨간색이 멀티톤 디스토션입니다.
0부터 시작해서 점점 떨어지는 값으로 보는건데요.
당연하지만 이 디스토션이 낮을수록 좋습니다.
%와는 다르게 dB relative 데이터는 처음 보는분들껜 조금 낯설 수 있는데요..
데시벨을 기준으로 하고 이는 로그스케일이기 때문에 -20이 될 때마다 10배가 줄어듭니다.
즉 0(앞선 파란색 Fundamental)을 기준으로 -20dB가 되는 지점이 10%의 왜곡, -40dB가 되는 지점이 1%의 왜곡인 셈이죠.
참고로 -30dB는 약 3.1%의 왜곡을 나타냅니다.
따라서 위 스피커는 1m에서 85dB SPL의 크기로 멀티톤을 재생시 전대역에 걸쳐 최소 1.7% 이상의 왜곡(-35dB)이 발생하고 있는 상태라고 볼 수 있습니다.
그리고 다시 앞선 THD 데이터와 비교해보겠습니다.
어라? 이상합니다.
앞선 데이터에서는 전대역에서 최소 1.7% 이상의 왜곡이 발생한다고 했는데 THD 데이터에서는 아주 일부분만 겨우 1.5%를 넘어섭니다.
이는 THD 측정의 한계를 보여주는 것이기도 합니다.
스피커의 왜곡과 각종 노이즈 성분은 다양한데, THD 측정은 단일 주파수의 배음 왜곡만을 보여주기 때문입니다.
스피커의 왜곡과 노이즈에 기여하는 많은 요소중 가장 대표적인 것이 ‘변위’ 입니다.
저음을 많이 내려고 노력할수록 스피커는 크게 움직이게 되고, 이러면 멀티톤 디스토션도 자연스레 커지게됩니다.
그래서 큰 움직임에 의한 영향을 배제한 상태의 왜곡 또한 측정할 필요가 있습니다.
위는 80Hz 미만의 측정 신호음은 잘라버리고 그 이상만 사용하여 측정한 데이터입니다.
저음 재생은 서브우퍼에게 맡기고, 프론트(메인) 스피커는 저음을 재생하지 않도록 잘라내버린 상태에서 어떤 퍼포먼스를 내어주는지 확인해보자는 의미입니다.
예시 스피커는 80Hz 아래의 저음 재생이 100~2.5kHz라는 넓은 범위에 걸쳐 영향을 주고 있었던 것으로 이해할 수 있겠습니다.
마지막으로, 멀티톤 테스트를 각 출력별로 실시합니다.
이 플롯은 기존 85dB SPL@1m 에서의 측정과는 달리 76, 86, 96dB SPL 이렇게 세 가지 출력으로 측정해서 얻어냅니다.
두 개의 회색선과 옅은파란색은 각 출력별 Fundamental 응답을 의미하며, 빨간색, 파란색, 초록색은 점점 출력을 높여가며 얻어낸 멀티톤 디스토션의 응답입니다.
이상적인 스피커라면 출력이 증가해도 디스토션이 증가하지 않아야합니다만, 그것은 불가능합니다.
예시 스피커의 데이터를 봅시다.
스피커를 통해 나온 측정 신호음은 약 10dB 정도 증가했지만 출력별 멀티톤 디스토션은 약 20dB 가까이 증가했습니다.
즉, 출력은 10dB만 증가했는데 디스토션은 10dB 더 증가한 셈입니다.
좀 더 확실히 비교해보기 위해 80dB와 90dB 출력에서의 멀티톤 디스토션을 비슷한 레벨로 겹쳐보겠습니다.
90dB SPL로 출력이 증가하면서, 디스토션의 크기뿐만 아니라 약 3kHz이후의 고역대 디스토션이 추가로 생성된 것을 확인할 수 있었습니다.
이처럼 스피커가 출력별로 어떠한 왜곡을 보여줄 수 있는지에 대해서 참고하기 위해 이러한 테스트를 실시합니다.
그리고 마지막으로, 이러한 출력별 멀티톤 디스토션도 dB relative 플롯으로 나타낼 수 있습니다.
이러면 출력 증가에 따른 디스토션의 변화 양상을 보다 직관적으로 살펴볼 수 있습니다.
이번장의 결론입니다.
THD는 각 시점마다 하나의 주파수로 측정하기에 배음 외 나머지 왜곡에 대해서는 알 수 없습니다.
하지만 우리가 듣는 음악/영화의 오디오 신호는 저음부터 고음까지 모든 주파수 대역을 사용한 복잡한 신호입니다.
그렇기 때문에 THD측정만으로는 알 수 없는 다양한 왜곡들에 대해서도 측정할 필요가 있고, 이를 보완할 수 있는 것이 바로 멀티톤 측정입니다.
멀티톤 측정은 스피커에서 나오는 모든 왜곡의 합이라고 칭할 수 있겠습니다.
그럼, 다음장에서 만나요!
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