최근 DDMF사의 플러그인 닥터가 v2 로 업데이트 되면서, Hammerstein 모델 측정이 가능해졌습니다.

이 측정 방법은 어떤 시스템/계의 비선형성을 측정하는 방법입니다.¹⁰⁾

일반적으로, 우리는 장비의 스펙을 볼 때, 스펙에서 이야기하는 Frequency Response 만 보고, 장비가 모든 레벨(낮은 레벨 부터 높은 레벨까지)에서도 전부 그러한 똑같은 주파수 반응을 가질 것이라고 생각하시는 분들이 많습니다.

하지만 절대 그렇지 않습니다. 해당 스펙에서 이야기하는 Frequency Response 는 해당 스펙을 “측정”한 특정 “레벨” ¹¹⁾에서의 Frequency Response 만 이야기 하는 것입니다.

레벨이 그 측정 레벨보다 크거나? 또는 작거나? 할 때는 전혀 다른 Frequency Response가 나타날 수 있습니다.

만약 스펙에서 측정 된 주파수 반응이 모든 레벨에서 일정하다면, 그것은 선형적인 장비라고 말을 할 수 있구요, 하지만 거의 대부분의 장비는 주파수 반응이 레벨마다 전부 다르게 나타나는 경우가 많습니다. 그것을 비선형성이라고 말을 합니다. 선형성이 높은 장비를 제작하는 것은 매우 어려운 일이라고 볼 수 있습니다. 이러한 비선형성의 주요 원인으로는 물리적 임피던스나, GBW, THD 등이 있습니다.

장비에 따라서 선형성이 높게 나타나는 장비도 있는거구요, 비선형성이 높게 나타나는 장비도 있습니다. 이것은 회로의 설계 방식에 따라 천차만별입니다.

주로 물리적 임피던스의 영향을 많이 받는 트랜스듀서(마이크 캡슐, 스피커 유닛)들이 비선형성이 높은 대표적 소자들입니다. 이러한 물리적 트랜스듀서들의 비선형성이 높은 이유는 바로 물리적인 임피던스¹²⁾ 때문입니다.

아날로그 장비의 비선형성을 이야기 한다고 해놓고 플러그인을 측정을 했습니다. 다만 플러그인들이 아날로그 하드웨어를 아주 잘 복각하고 있기 때문에, 어느 정도 아날로그 장비에 대한 부분도 동시에 들여다 볼 수 있다고 생각이 됩니다.

첫번째로, UADx 의 Neve1073 프리앰프의 레벨에 따른 비선형성을 측정한 결과가 있습니다.

이 그래프가 뜻하는 바는, -40dB(주황색) 정도 까지는 비교적 평탄한 주파수 반응을 가지고 있지만, 그보다 낮은 레벨에서는 고음역대의 대역폭이 많이 줄어든다. 라는 것을 보여주는 그래프입니다.

또 다른 프리앰프 복각 플러그인인 TG12345의 측정 결과도 있습니다.

이 그래프에서 보다시피, 이 프리앰프는 대역폭이 매우 넓지만, 낮은 레벨에서는 저역대의 감쇄를 나타내고 있습니다.

이렇듯이, 프리앰프 복각 계열의 플러그인들을 가지고 이러한 레벨에 따른 주파수 반응 비선형성 테스트를 해보면, 해당 장비들의 회로 특성에 따라, 전부 다른 결과를 보여주게 되구요, 이것이 이러한 프리앰프들의 음색 특성에 영향을 미치게 됩니다. 왜냐면 소리는 항상 높은 레벨과 낮은 레벨의 진폭이 순간적으로 공존하기 때문입니다.

이러한 장비의 선형성, 비선형성은 프리앰프에만 해당되는 것은 아닙니다. 마이크, 컴프레서, 이퀄라이져, 스피커 유닛 등 거의 대부분의 장비에서 이러한 비선형성은 나타나게 됩니다.

러센 마스터링 콘솔의 비선형도

오버드라이브 페달의 비선형도

오버드라이브 페달들의 경우는 실제 진공관의 Overdrive 효과를 FET 등으로 흉내를 내는 효과이기 때문에, 진공관보다 상대적으로 훨씬 많은 고음역대 THD의 발생을 고음역대 필터링을 통해 제거함으로써 진공관의 Overdrive 와 유사하게 들리도록 만들게 되는데, 그 부분이 잘 재현 되어 있음을 그래프에서 확인할 수 있습니다.

이 정도면 플러그인들이 실제 아날로그 회로 특성을 정말 잘 재현한 것으로 보여집니다.

Waves NLS channel

어떠한 장비던 간에 0VU는 그 장비의 노미널 레벨입니다. 노미널 레벨은 그 해당 장비가 가장 완벽하게 동작하도록 목표되는 구간의 기준 레벨입니다. 즉 0VU 를 기준으로 -20VU ~ 0VU 까지가 선형성이 가장 크게 유지되는 구간입니다. 따라서 어떤 장비던 간에 이 선형성이 가장 크게 유지되는 구간에서의 사용은 반드시 필수 입니다.

Gain Bandwidth product
Hammerstein-Wiener model