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오디오 측정 항목

  • Frequency Response

    • 주파수반응 측정은 장치의 최고 출력 레벨의 성능을 알아보는 기본적인 방법이다.
      아날로그 신호는 많은 중복과정을 거치면서 신호에 잡음이 증가하거나 변조되게 된다.
      아날로그 신호가 원음에 충실하게 위해서는 소리에서 전기 아날로그 신호의 변화가 선형으로(linear)하게 이루어져야 하지만, 중복기의 주파수 특성에 영향을 미치는 원 인자들이 실수나 변조에 의해 변경되면 중복기를 통과하는 오디오 스펙트럼의 각 특정 주파수는 똑같이 중복되지 않는다.
      이는 주파수 왜곡현상을 일으킨다.

    • 위 측정 그래프와 같이 1kHz 0dB 기준을 잡은 후 Sweep을 한 후 기준값(0dB)와 비교하여 얼마나 레벨 변화가 생기는지(flatness)를 보는 방법이다.
      만약 측정 대상이 주파수 범드에 걸쳐(20 -20kHz) 주파수 응답이 다양하게 변화한다면 출력은 Clipping 또는 높은 Gain을 갖는 주파수의 Saturation 상태의 높은 레벨로 보고 측정을 중단 하여야 한다.
      보통의 증폭기(Amplifier)들은 주파수 범드 20Hz - 20kHz 사이에서 ±1dB 보다 작게 변화되게 설계 되어져 있으며 만약 변화폭이 ±0.1dB 이내라면 잘 설계된 Amplifier라고 볼 수가 있다. 또한 좋은 Amplifier는 THD+N vs 주파수 응답의 20kHz - 20kHz 범드 사이에서 0.01%(-80dB) 정도의 Distortion을 갖는다.

    일반적인 제품의 주파수 특성 측정범위

    • 측정항목 Consumer Preamplifiers Power Amplifiers Distribution and Line Amplifiers Graphic Equalizers
      Frequency Response (20Hz-20KkHz) ±0.1dB to ±0.3dB ±0.2dB to ±0.1dB ±0.05dB to ±0.1dB ±0.2dB to ±0.8dB
    • 측정항목 A/D Converter (16bit) D/A Converter (16bit) or CD Player
      Frequency Response (20Hz - 20kHz) ±0.02dB to ±1dB ±0.02dB to ±1.0dB

    • THD+N

      Notch filter를 사용하여 기준 주파수인 1kHz를 제외한 모든 주파수 대역에 걸친 노이즈와 여러 차순의 하모닉으로 구성된 신호를 측정하는 방법으로 Total harmonic Distortion + Noise의 줄임말이다. 광대역의 노이즈와 전원과 가장 큰 관계가 있는 험, 노이즈 필터 주파수 상하의 모든 간섭 신호를 여과하지 않고 통과시키기 때문에 +N(노이즈)라는 이름으로 불린다.
      THD+N의 측정은 낮은 디바이스의 측정결과를 가장 나쁘게 출력한다는 점에서 독보이는 측정법으로 THD+N의 측정값이 낮다는 것은 고조파의 왜곡이 낮다는 것뿐만 아니라 험이나 화이트 노이즈 등을 포함한 광대역에 걸친 모든 간섭신호가 적다는 것을 득한다.
      THD+N의 경우는 주파수 대역필터에 민감하게 반응하며 측정치가 변경되는 만큼 Band filter를 사용하지 않고 20Hz~20kHz에서의 측정과 스펙트럼을 공개하기 때문에 고조파를 직접 확인할 수 있다.

      측정항목 Consumer Preamplifiers Power Amplifiers Distribution and Line Amplifiers Graphic Equalizers
      THD+N (20Hz - 20KkHz) ±10dB at 100Hz - 10KkHz ‹0.01% to ‹1.0% ‹0.003% to ‹0.01% ‹0.005% to ‹0.1%

      측정항목 A/D Converter (16bit) D/A Converter (16bit) or CD Player
      THD+N (20Hz - 20KkHz) ‹0.003%(-90dB) to ‹0.01%(-80dB) ‹0.0015%(-96dB) to ‹0.01%(-80dB)

  • Cross-talk (Separation)

    Stereo 2개 채널(Left, Right)의 사이의 간섭 정도를 측정하여 각각 채널의 독립 정도를 확인하는 것으로 Separation과 같은 의미로 사용된다. Stereo 채널상의 한 채널에서 다른 채널의 신호가 누수되는 정도를 알 수 있으며 주파수 범위에 따라 Cross-talk가 달라지며 Cross-talk의 정도를 확인할 수 있다.
    크로스 토크란 완전히 독립적이어야 할 한 채널로부터 다른 채널로 누설되는 신호를 나타낸다.
    오디오에서는 일반적으로 Left to Right, 혹은 Right to Left를 의미하며 측정치는 1kHz를 기준으로 하고 있지만, 측정치가 주파수에 따라서 변동되기 때문에 주파수별 특성과 함께 표기된다.
    디지털 오디오에서는 50dB이상일 경우 좋은 수준으로 보지만 설계에 따라서 100dB이상도 실현이 가능하다. 하지만 음향심리학의 실험에 의하면 중간 대역의 주파수(500Hz~2kHz)에서 30dB만 되어도 양호한 스테레오 효과를 느낄 수 있다고 할 만큼 측정값이 높을수록 음질보다는 설계의 충실함을 확인해볼 수 있다. 크로스토크의 좌우채널간 차이가 크지 않을 때 데이터 간소화를 위해 Left to Right의 값과 주파수별 특성만을 표기한다.
    전체 범위대역 내에서 아래 또는 같은 노이즈 레벨로 놓여 있는 Cross-talk를 측정하기 위하여 Analyzer상의 Bandpass 필터를 사용하며 각각 한 채널씩 선택적으로 측정되어진다.

    • 일반적인 제품의 Cross-talk (Separation) 측정범위

      측정항목 Consumer Preamplifiers Power Amplifiers Distribution and Line Amplifiers Graphic Equalizers
      Stereo Separation (20Hz - 20kHz) 60dB to 90dB 60dB to 90dB    

  • SNR (Signal to noise ration - 신호대 잡음비)

    보통 또는 최고의 작동 레벨에서 기준 신호를 주어(1kHz, 0dB) reference를 설정한 후 장치의 신호를 제거(또는 No signal 사용)하여 그 레벨 차이를 보는 측정방법이다.
    신호대 잡음비는 S/N 혹은 SNR로 불리며 측정에는 "시그널"과 "노이즈" 측정을 통해서 측정된다.
    디바이스의 최대 출력레벨에서 1kHz@0dBFS의 정확파를 0dB로 기준으로 잡고 노이즈 측정하여 그 크기를 측정한다.
    이는 아날로그 장비의 실제적인 Dynamic Range가 되기 때문에 별도의 Dynamic Range 측정은 하지 않는다.
    기본적으로 AES17 규격에 따라 스펙트럼을 함께 공개하는 만큼 측정치와 동시에 전체 주파수대역에 걸친 정확한 Noise floor를 확인해볼 수 있다.
    측정값은 dB로 주로 표시하며 측장장치의 입력 내용을 나타내주어야 한다(ex 입력단자 600ohm 저항 연결 등) 또한 측정 범위, A-weighting, Bandpass(22-22kHz) 필터 등을 사용하여 측정할 수 있으며 사용시 사용 여부를 나타내야 한다.

    • 잡음 측정은 측정 대역과 입력 단자 저항으로 분류되여진다.
      잡음즉정에 대한 입력 단자는 장치의 출력 저항과 같다.
      또한 실지적으로 0ohms은 종종 편리하게 잡음 측정에 대한 입력단자로 나타낸다.
      이러한 종류의 장치들은 절대적인 값을 갖는 noise 전압 또는 파워보다는 상대적인 값을 갖는 Signal-to-Nosie(S/N ration 또는 SNR)로 사용된다.

      일반적인 제품의 S/R ratio 측정범위

      측정항목 Consumer Preamplifiers Power Amplifiers Distribution and Line Amplifiers Graphic Equalizers
      Stereo Separation (20Hz - 20kHz) 60dB to 90dB 60dB to 90dB    

    • IMD SMPTE-DIN

      혼변조 디스트로션(Intermodulation Distortion)은 두 개의 정현파를 사용하여 발생하는 왜율을 측정하는 방법이다.
      THD+N과 다르게 IMD 측정의 잠재적인 이점은 디스트로션 생성파가 넓은 주파수 범위 내에서 나타나도록 함으로써 한정된 주파수 제한 장비의 측정이 가능하다는 점이다.
      IMD의 측정기준은 SMPTE와 DIN방식이 있으며 이 이 기준은 유사하여 IMD SMPTE-DIN으로 표기하며 측정 주파수는 4:1비율의 60Hz와 7kHz의 정현파가 사용된다.
      IMD테스트의 가장 큰 장점은 실제로 출력되는 소리에 가까운 시뮬레이션을 보여주며 FFT애널라이저를 통해 분석되고 스펙트럼을 제공하기 때문에 실제와 가깝게 어느 주파수 대역에서 왜율이 발생하는지 확인해볼 수 있다.

    • Maximum Output & Output impedance

      디바이스가 재생할 수 있는 최대 출력으로 이때의 출력값은 RMS를 통해 mV 혹은 V로 사용되며 높을수록 더 큰 소리를 재생할 수 있다는 것을 의미합니다.
      출력 임피던스는 피측정 디바이스의 모든 부하 임피던스를 제거한 상태에서 오디오 분석기를 100Ω 임피던스로 설정한 후 측정 장비에 정원파를 재생하여 무부하 상태에서의 출력레벨을 측정한 결과.
      출력에 부하 저항을 연결했을 때 전압강하를 확인하여 측정하며 이때 측정값의 차이를 (간단히 무부하와 부하측정값의 차이) 계산하여 출력 임피던스를 표기합니다.

      FFT & Multitone 분석

      FFT(Fast Fourier Transform) 분석은 입력 신호에 대하여 amplitude vs time record 값을 amplitude vs frequency로 변환하는 효과적인 측정 방법이다. 이 분석을 통해 각 차순별(2차, 3차, 5차...) 왜곡된 레벨값을 확인할 수 있다.
      보통의 Sampling 과정은 최고 주파수의 한계에서 1/2 sampling rate를 갖으며 FFT 처리 과정은 amplitude vs time record의 샘플된 데이터를 amplitude & frequency로 나타낸다.
      예를 들어 48kHz sample rate에서 얻어진 2048 sample amplitude vs time record는 FFT 실행에서 1024 amplitude 값을 얻을 것이다.

    • 위그래프는 1kHz 기준 주파수를 주어 전체 밴드상에 나타나는 노이즈를 보며주고 있다.

      Multition(FASTTest) 분석은 오디오 밴드상에 15개 이상의 Sinewave 신호를 뿌려주어 FFT 분석을 하는 방법이다.
      Frequency response, Amplitude, S/R ratio, THD+N, Cross-talk등 다양한 항목을 한번에 빠른 속도로 측정할 수 있다는 장범으로 현재 널리 사용되고 있는 측정 기술이다.

    • 아날로그 multitone을 사용하여 측정한 그래프 1

    • 아날로그 multitone을 사용하여 측정한 그래프 2

    • Digital Input/Output Carrier 분석

      32K...192K sample rate 측정이 가능하며 Digital Input/Output Carrier 분석 및 채널 status등 다양한 디지털 신호에 대한 분석이 가능하다.

      Carrier Display(eye-pattern) 측정

    • Digitla Input Carrier 측정

  • Auto Sequance 및 자동화 측정

    측정하고자 하는 항목을 미리 셋팅하여 연속적으로 자동측정하여 결과데이터값을 엑셀 또는 익스프로러 문서로 표출가능하다. 또한 상하기준(limit)을 주어 생산 또는 개발제품의 여러가지 제품에대한 신속한 결과값을 엑셀자료로 보관 및 레포트 할수있다.|

    • Auto Sequance 및 자동화 측정 1

    • Auto Sequance 및 자동화 측정 2