목차
왜곡
Distortion
신호 성분이 일부 과정을 거치면서 원래의 신호로 재현되지 않고 변형되는 현상.
IMD
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.
IMD의 발생 원리
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.
측정방법
표준 측정법(CCIF/ITU-R Method)
SMPTE 측정법
실제 측정 예시
IMD가 음질에 미치는 영향
IMD가 높을 경우 다음과 같은 청감적 문제가 발생합니다.
- 음악적 혼란 (Muddy Sound): 저주파와 고주파의 상호작용으로 인해 중저음이 뭉개지는 현상이 발생합니다. 보컬과 기타가 겹치는 부분에서 분리도가 떨어져 음악이 지저분하게 느껴집니다.
- 피로도 상승: IMD 성분이 지속되면 청각 피로가 쌓여 장시간 음악 감상이 힘들어집니다.
IMD vs. THD: 왜 IMD가 더 문제일까?
IMD 관리의 중요성
THD
Total Harmonic Distortion
THD는 오디오 장비의 성능을 평가할 때 중요한 지표 중 하나로, THD는 입력 신호에 포함되지 않은 고조파 성분이 출력 신호에 얼마나 포함되어 있는지를 나타내는 지표입니다. 이 왜곡은 출력 신호에 원래 신호에는 없던 고조파(배음)를 추가함으로써 발생합니다. 고조파 왜곡은 음질에 영향을 미칠 수 있으며, 특히 고품질 오디오 장비에서는 이를 최소화하는 것이 중요합니다.
THD+N
Total Harmonic Distortion + Noise
실제 오디오 장비의 측정이나 스펙에서는 THD보다 THD+N이 더 자주 사용됩니다. 이는 순수한 THD만을 정확하게 측정하는 것이 기술적으로 어렵고 고가의 정밀 장비가 필요하기 때문입니다. 반면 THD+N은 더 쉽고 경제적으로 측정할 수 있으며, 실제 청취 환경에서 경험하는 음질을 더 잘 반영합니다.
THD+N은 THD에 시스템 노이즈를 포함하여 측정하는 방식으로, 시스템의 전반적인 성능을 평가할 때 사용됩니다. THD+N은 THD에 노이즈 성분까지 포함한 측정값이며, 실제 시스템 성능을 평가하는 데 더 유용할 수 있습니다. THD가 고조파 왜곡만을 측정하는 반면, THD+N은 다음을 포함합니다:
측정 방법
THD+N은 출력 신호에서 입력 주파수 에너지를 제거한 후 남아 있는 모든 에너지를 측정합니다. 이를 위해 노치 필터(Notch Filter)를 사용하여 입력 주파수를 제거하고, 남은 고조파와 노이즈를 포함한 스펙트럼을 분석합니다.
THD와 사람의 귀
사람의 귀가 고조파 왜곡을 인지할 수 있는 기준은 일반적으로 1% 이상으로 알려져 있습니다. 하지만 이는 여러 요인에 따라 달라질 수 있습니다:
- 음량: 높은 음량에서는 왜곡이 더 쉽게 감지될 수 있습니다.
- 왜곡의 유형: 짝수 고조파는 음악적으로 자연스럽게 들릴 수 있는 반면, 홀수 고조파는 귀에 거슬리는 느낌을 줄 가능성이 높습니다.
- 음악적 맥락: 단순한 톤보다는 복잡한 음악 신호에서 왜곡이 덜 눈에 띌 수도 있습니다.
대부분의 오디오 장비는 설계상 입력 신호에 약간의 왜곡을 발생시킵니다. 그러나 THD가 낮을수록 원음에 가까운 출력이 가능하므로, 고품질 오디오 장비는 일반적으로 0.1% 이하의 THD를 목표로 설계됩니다. 특히 하이엔드 스피커나 앰프에서는 THD를 최소화하는 것이 핵심 과제입니다.
THD의 비선형성
THD는 입력/출력 레벨에 따라 일정하게 발생하지 않는다. 즉 비선형적이다.
J48 은 Jensen 트랜스포머를 내장하고 있는 임피던스 변환 및 신호 볼티지 감압을 할수 있는 DI 이다. 이 장비의 레벨에 따른 THD 그래프는 아래와 같다.
