Intermodulation Distortion, 혼변조 왜곡

MD는 두 개 이상의 주파수가 비선형 시스템을 통과할 때 원래 신호에 없던 새로운 주파수 성분이 생성되는 현상입니다. 이는 주로 오디오 장비(앰프, 스피커, DAC 등)의 비선형 특성에서 발생하며, THD(고조파 왜곡)와 달리 서로 다른 주파수 간의 상호 작용으로 인해 왜곡이 발생합니다.

두 주파수 f₁과 f₂가 입력되면, 비선형 시스템에서 다음과 같은 합/차 주파수가 생성됩니다:

• f₁ + f₂
• f₁ - f₂
• 2f₁ ± f₂, 2f₂ ± f₁ (3차 IMD)

예시: 1kHz와 1.5kHz 신호 입력 → 500Hz(차주파수) 및 2.5kHz(합주파수)가 생성될 수 있습니다.

입력 신호: 60Hz(저주파)와 7kHz(고주파)를 4:1 진폭 비율로 혼합합니다.(예: 60Hz = 4V, 7kHz = 1V)

측정 대상:

• 기생 주파수: 7kHz ± 60Hz (예: 6.94kHz, 7.06kHz)
• 고차 IMD: 3차, 5차 왜곡 성분
• 노이즈 플로어(IMD+N)

계산식:

• IMD(%) = √((f₁ ± f₂) 성분의 진폭² + 노이즈²)/(7kHz 신호 진폭) × 100

입력 신호: 60Hz(저주파) + 7kHz(고주파) 대신 60Hz + 6kHz를 사용합니다.

목적: 고주파 영역에서의 왜곡을 더 민감하게 포착합니다.

• 신호 발생기로 60Hz와 7kHz 신호를 4:1 비율로 혼합합니다.
• 테스트 장비(예: 앰프)에 입력 후 출력 신호를 스펙트럼 분석기로 분석합니다.
• 7kHz 대역에서 발생한 기생 주파수와 노이즈의 총 에너지를 계산합니다.

IMD가 높을 경우 다음과 같은 청감적 문제가 발생합니다.

• 고주파 영역의 “거칠음”: 새로 생성된 고주파수(예: 7kHz ± 60Hz)가 원래 고음의 선명도를 해칩니다. 피아노 고음이나 심벌즈 소리가 날카롭고 귀에 거슬리게 들릴 수 있습니다.
• 음악적 혼란 (Muddy Sound): 저주파와 고주파의 상호작용으로 인해 중저음이 뭉개지는 현상이 발생합니다. 보컬과 기타가 겹치는 부분에서 분리도가 떨어져 음악이 지저분하게 느껴집니다.
• 비음악적 잡음 증가: 3차 IMD는 특히 인간 청각이 민감한 2~4kHz 대역에서 왜곡을 유발합니다. 왜곡된 보컬이 “금속성”이나 “삐걱거리는” 톤으로 들릴 수 있습니다.
• 피로도 상승: IMD 성분이 지속되면 청각 피로가 쌓여 장시간 음악 감상이 힘들어집니다.

• 하이엔드 오디오: IMD는 0.01% 미만을 목표로 설계됩니다. (예: Benchmark DAC3의 IMD+N = -110dB ≈ 0.0032%)
• 보급형 장비: IMD가 0.1%를 넘으면 음질 열화가 명확히 느껴집니다.