왜곡의 가시성에 대해. 오디오의 예술

왜곡의 가시성에 대해

오디오의 예술

사운드 재생의 전체 역사는 환상을 원본에 더 가깝게 만들려는 시도에서 발전했습니다. 그리고 경로를 통과했지만 여전히 라이브 사운드에 완전히 접근하는 것과는 거리가 멀습니다. 수많은 매개변수의 차이를 측정할 수 있지만 대부분은 하드웨어 개발자의 눈에 띄지 않습니다. 배경이 무엇이든 소비자가 항상 주의를 기울이는 주요 특성 중 하나는 비선형 왜곡 계수(THD)입니다.

그리고이 계수의 값은 장치의 품질을 상당히 객관적으로 나타냅니다. 참을성 없는 사람은 마지막에 이 질문에 대한 답을 찾으려는 시도를 즉시 찾을 수 있습니다. 나머지는 계속하겠습니다.

총 고조파 왜곡 계수라고도 하는 이 계수는 기본 주파수 신호의 유효 진폭에 대한 장치(증폭기, 테이프 레코더 등)의 출력에서 고조파 구성 요소의 유효 진폭의 백분율 비율입니다. 이 주파수의 정현파 신호가 장치의 입력에 적용될 때. 따라서 입력 신호에 없는 스펙트럼 성분(고조파)의 출력 신호에서 나타나는 전달 특성의 비선형성을 정량화할 수 있습니다. 즉, 음악 신호의 스펙트럼에 질적인 변화가 있습니다.

가청 음향 신호에 존재하는 객관적인 고조파 왜곡과 더불어 실제 소리에는 없지만 높은 음압 값에서 달팽이관에서 발생하는 주관적 고조파로 인해 느껴지는 왜곡 문제가 있다. 사람의 보청기는 비선형 시스템입니다. 청각의 비선형성은 주파수가 f인 정현파 소리가 고막에 노출되면 이 소리의 주파수 2f, 3f 등의 고조파가 보청기에서 생성된다는 사실에서 나타납니다. 이러한 고조파는 XNUMX차적으로 영향을 미치는 음에 존재하지 않기 때문에 주관적 고조파라고 합니다.

당연히 이것은 오디오 경로에서 허용되는 최대 고조파 수준에 대한 아이디어를 더욱 복잡하게 만듭니다. 기본 톤의 강도가 증가함에 따라 주관적 배음의 크기가 급격히 증가하고 기본 톤의 강도를 초과할 수도 있습니다. 이 상황은 주파수가 100Hz 미만인 소리가 그 자체로 느껴지지 않고 주관적인 고조파 때문에 100Hz 이상의 주파수 범위에 속한다는 가정의 근거를 제공합니다. 비선형 청력으로 인해. 서로 다른 장치에서 발생하는 하드웨어 왜곡의 물리적 원인은 성격이 다르며 전체 경로의 전체 왜곡에 대한 각각의 기여도는 동일하지 않습니다.

현대 CD 플레이어의 왜곡은 값이 매우 낮으며 다른 장치의 왜곡 배경에 대해 거의 감지할 수 없습니다. 음향 시스템의 경우 가장 중요한 것은 베이스 헤드로 인한 저주파 왜곡이며 표준은 최대 250Hz의 주파수 범위에서 두 번째 및 세 번째 고조파에 대한 요구 사항만 지정합니다. 그리고 아주 좋은 소리를 내는 스피커 시스템의 경우 1% 이내 또는 그 이상일 수 있습니다. 아날로그 테이프 레코더에서 자기 테이프 기록의 물리적 기반과 관련된 주요 문제는 세 번째 고조파이며 그 값은 일반적으로 정보 지침에 제공됩니다. 그러나 예를 들어 소음 수준 측정이 항상 이루어지는 최대값은 3Hz의 주파수에 대해 333%입니다. 테이프 레코더의 전자 부품 왜곡은 훨씬 적습니다.

음향 및 아날로그 테이프 레코더의 경우 왜곡이 주로 저주파이기 때문에 마스킹 효과로 인해 주관적인 가시성이 크게 떨어집니다. 소리 신호). 따라서 경로에서 왜곡의 주요 원인은 전력 증폭기이며, 주요 원인은 트랜지스터 및 진공관과 같은 능동 요소의 전달 특성의 비선형성이며 변압기 증폭기에서는 비선형입니다. 자화 곡선의 비선형성과 관련된 변압기의 선형 왜곡도 추가됩니다. 분명히 한편으로 왜곡은 전송 특성의 비선형 모양에 따라 달라지지만 입력 신호의 특성에도 따라 달라집니다.

예를 들어, 큰 진폭에서 소프트 클리핑이 있는 증폭기의 전송 응답은 클리핑 레벨 아래의 정현파 신호에 대해 왜곡을 일으키지 않으며 신호가 이 레벨 이상으로 증가함에 따라 왜곡이 나타나고 증가할 것입니다. 이러한 제한의 본질은 주로 진공관 앰프에 내재되어 있으며 청취자가 그러한 앰프를 선호하는 이유 중 하나가 될 수 있습니다. 그리고 이 기능은 80년대 초부터 생산된 NAD의 놀라운 "소프트 리미트" 앰프 시리즈에서 사용되었습니다. 시뮬레이션된 튜브 클리핑으로 모드를 켜는 기능은 NAD 트랜지스터 앰프의 많은 팬을 만들었습니다.

반대로 트랜지스터 모델에서 흔히 볼 수 있는 증폭기의 센터 컷(노치) 특성은 음악 및 작은 사인파 신호를 왜곡하고 신호 레벨이 증가함에 따라 감소합니다. 따라서 왜곡은 전달 특성의 모양뿐만 아니라 음악 프로그램의 경우 노이즈 신호에 가까운 입력 신호 레벨의 통계적 분포에도 의존합니다. 따라서 정현파 신호를 사용하여 SOI를 측정하는 것 외에도 XNUMX개의 정현파 또는 잡음 신호의 합을 사용하여 증폭 장치의 비선형 왜곡을 측정할 수 있으며, 이는 전술한 관점에서 보다 객관적인 왜곡 그림을 제공합니다.

불행히도 후자는 국제적인 인정과 광범위한 배포를 받지 못했습니다. 소위 "트랜지스터 패러독스"는 SOI 측정을 위해 충분히 개발되지 않은 기술을 설득력 있게 보여줍니다. 실제로 수많은 주관적 검사 결과에 따르면 트랜지스터보다 수백 배, 심지어 수천 배 더 큰 SOI가있는 튜브 증폭기가 명확한 선호도를 받는다는 것을 설명하는 방법은 무엇입니까? 진공관 증폭기와 트랜지스터 증폭기 왜곡의 스펙트럼 구성을 분석하면 상당한 차이가 있음을 알 수 있습니다. 트랜지스터 스펙트럼은 훨씬 더 넓고 구성 요소의 강도는 규칙성에 적합하지 않습니다.

분명히 마스킹 효과를 고려하면 고조파 성분의 주관적 인식에 대한 저차 왜곡의 영향이 약해지기 때문에 고조파의 역할이 강조됩니다. 따라서 보다 정확한 왜곡 평가를 위해서는 왜곡의 유효 진폭을 결정할 때 고조파 합산에 가중치 계수를 도입할 필요가 있으며 고조파의 영향이 증가해야 합니다. 그러나 이러한 측정에 대해 일반적으로 허용되는 방법은 없습니다. "스텝" 유형의 비선형성의 전형적인 형태에 대해, 정현파 신호에 대해 귀가 인지할 수 있는 왜곡의 수준은 0,1%이고 음악 신호에 대해서는 1%입니다.

THD는 40Hz~16kHz의 주파수 범위와 공칭 출력 레벨에서 마이너스 23dB까지의 레벨 범위에서 측정됩니다. 최신 앰프의 THD는 일반적으로 0,001~296 범위입니다. Hi-Fi급 앰프의 경우 국제 표준(IEC 581-6 및 기타)에서 왜곡 기준을 0,7%로 설정합니다. 홈 시스템에서 왜곡의 가시성을 확인하기 위해 도입되고 엄격하게 설정된 왜곡 수준으로 특수 녹음을 사용할 수 있습니다. 예를 들어, 테스트 CD "MY DISC"(Sheffild Lab)에는 0,03%, 0,1% 등의 왜곡 수준을 가진 별도의 사인 및 음악 녹음의 10개 트랙이 있으며 점차적으로 왜곡이 최대 XNUMX%까지 증가합니다.

나는 그러한 녹음을 듣는 결과가 많은 사람들에게 놀라울 것이라고 확신합니다.

저자: 알렉세이 그루디닌

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