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이야기를 시작하기 전에.. THD가 생소한 분은 [THD 측정 이해하기](클릭시 이동합니다.) 를 먼저 읽고 와주세요!
오늘은 THD 데이터와 그 플롯에 대한 이야기를 해봅시다.
THD는 스피커 및 이어폰, 헤드폰 등 오디오 취미에 발을 들인 분들에게 익숙한 용어입니다.
Total Harmonic Distortion, 그러니까 총 고조파 왜곡을 의미하며 보통 백분률 %로 나타냅니다.
스피커 측정 가이드 시리즈에서 저는 이해를 돕기 위해 THD %를 기음(Fundamental) 대비 고조파 왜곡(Harmonic Distortion)의 비율이라 설명했습니다.
그리고 이런 특성(기음 대비 고조파 왜곡의 비율을 보는)상 측정된 기음 주파수 레벨이 중요집니다.
그렇기 때문에 무향실이 아닌 실내 공간에서 THD를 측정할 땐 특히 저역에서 공간의 상호작용으로 인한 딥과 피크에 의존하게 되니 주의가 필요하다고 설명드렸습니다.
또한 EIHD(Equivalent Input Harmonic Distortion), 등가입력 고조파왜곡 플롯을 설명하며 스피커 정면 주파수 응답상 저역 롤오프가 시작되는 시점부터는 THD 데이터를 보는데 있어 주의가 필요하다는 말씀도 드린 적이 있습니다.
(그래서 저는 아예 해당 대역 아래를 절삭한 뒤 제공합니다.)
그런데.. 정말로 THD % 가 기음 대비 고조파왜곡의 비율일까요?
그래프를 보며 이야기를 이어가겠습니다.
평범한 THD 측정 데이터입니다.
(명확한 이해를 돕기위해 짝수, 홀수차 그래프는 생략하고 THD만 담았습니다.)
그리고 아래를 한 번 주목해봅시다.
??!
45Hz 근처를 보니 검은색 기음 성분보다 초록색 THD 가 더 높게 올라옵니다.
THD %가 기음 성분 대비 고조파왜곡의 비율이라면, 저 45Hz 부근에선 100%가 넘는 수치를 기록해야합니다.
이제 % 플롯을 한 번 볼까요?
??? 100%를 넘지 않았습니다.
어찌된 걸까요..
사실, THD는 100%를 넘을 수 없습니다.
오늘은 이를 이야기하려 합니다.
IEC
IEC, 국제전기기술위원회는 전 세계적으로 통용되는 전기, 전자 및 관련 기술 분야의 표준을 개발하고 공표하는 주요 국제 표준화 기구입니다.
그리고 스피커와 드라이버 성능 측정에 관한 표준 IEC-60268-5를 개발한 기구 이기도 합니다.
이 IEC 표준문서에서는 THD % 을 아래 식으로 규정하고 있습니다.
저도 수식만 보면 눈이 핑 하고 돌아버리는지라…
빨리 넘어가 좀더 간략하게 설명드리겠습니다.
수식은 분모와 분자, 크게 두 가지 영역으로 나뉘어져 있습니다.
분자 : P2f, P3f 는 기음 주파수로부터 각각 2배, 3배에 해당하는 배음 주파수 및 그 위 모든 배음의 측정된 압력을 나타냅니다.
즉, 고조파 왜곡 성분들의 합을 나타냅니다.
분모 : Pt는 기음주파수를 포함해 모든 차수 왜곡 성분을 합한 것입니다.
결과적으로 분자는 기음 주파수를 뺀 나머지 고조파 왜곡 음압의 합, 분모는 기음 주파수를 포함한 총 음압을 나타낸 것이므로..
만약 기음보다 크게 측정된 배음 왜곡 성분이 있다 하더라도, 결국 그 또한 분모에 합쳐지게 되므로 분자는 분모보다 커질 수 없습니다.
따라서, THD % 는 100%를 넘을 수 없습니다.
그리고 이 글을 읽고서..
여러분이 여태 보셨던 THD 측정 데이터의 Relative(dB) 또는 % 플롯이 단순히 Fundamental 주파수 크기 응답 대비 하모닉 성분을 뺄셈 한 것이 아니라는 것을 되짚어보면 꽤 재미있을 거예요!
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