우퍼/저음 섹션 설계

  저장된 마지막 파일은 저음 부분에 대한 것이었다. 변환기 부품을 회로도에 붙여넣고, 그것의 데이터를 셋업

  하므로서 작업을 시작하기로 하자. 그러기위해 우선 회로를 그릴 화면이 준비되어 있어야 한다.

(17) Schematic 그래프 버튼을 클릭한다.

        그러면 다음과 같이 회로를 그릴 화면이 준비된다.

        

(18) Editor → Add → Transducer 메뉴를 선택한다.

        
        그러면 변환기 부품이 다음 그림과 같이 선택된 상태로 화면에 나타난다. 우퍼에 대한 데이터가

        설계하려는 내용대로 셋업되기 위해 부품 파라미터들을 편집하기로 하자.

               
(19) 변환기 위에 마우스 포인터를 올리고 더블클릭하거나 CTRL-E를 누른다.

        그러면 변환기에 대한 Component Editor 윈도우가 다음과 같이 나타난다.

         

        이 윈도우에는 변환기를 정의하기 위해 필요한 모든 음향학적, 전기적 데이터가 포함되어 있다.

        이 윈도우내의 여러가지 파라미터를 수정해 주어야 한다.

         • Description 필드에 Woofer라고 기입한다.

           SPL기준값들이 부품에 배정해야 할 값들과 동기화되어 있어야 하는데, 다행스럽게도 대부분의

           이들 파라미터값을 수정할 필요가 없다. 드라이버 전압과 거리는 우리가 기입하려는 값과 일치

           하고 있으며, 위상 데이터는 보이스코일에서 잰것이다. 하지만 우퍼의 위치에 대한 좌표는 입력을

           해주어야 하며, 주어진 설계 데이터의 단위가 인치로되어 있으므로, 단위를 인치로 바꾼다음

           좌표값을 입력하여야 한다.

         • X,Y,Z필드내의 작은 사각형을 클릭하여 단위를 In(인치)로 바꾼다.

         • x,y,z 좌표값으로 +1.5, -12.5, -3.0을 입력한다.

         
       이제 다음에는 부품으로 곡선에 관한 데이터를 로드하여야 한다.

         • Spl/Imp Curves탭을 누른다.

       그러면 다음과 같이 Component Editor 윈도우의 모양이 바뀌고, Spl Curve와 Imp Curve의 두 엔트리

       가 나타난다.이들 엔트리로 여러가지 방법에의해 데이터를 가져올수 있는데, 여기서는 Guide Curve

       Library로부터 데이터를 가져오도록 할것이다.      
         • Spl Curve 엔트리를 마우스를 클릭하여 선택한다.

         
         • Guide 버튼을 클릭한다.

       그러면 다음과 같이 Guide Curve Select 윈도우가 화면에 나타난다.

         
         • #7번 Woof_Spl 엔트리를 선택한다.

         • Guide Curve Select 윈도우를 닫기위해 OK버튼을 클릭한다.

         • Component Editor 윈도우에서 Imp Curve 엔트리를 선택한다.

         
         • Guide 버튼을 클릭한다.

       그러면 다음과 같이 Guide Curve Select 윈도우가 화면에 나타난다.

         
         • #3번 Woof_Imp 엔트리를 선택한다.

         • Guide Curve Select 윈도우를 닫기위해 OK버튼을 클릭한다.

     이렇게하여 변환기 부품이 우퍼에 대한 임피던스와 음향학적 응답에 관한 데이터를 가지게 되었다.

     Setup탭이 선택된 상태에서 Spl Curve나 Imp Curve중 하나를 선택하고, View Graph 탭을 누르면

     변환기 부품에 대한 해당 곡선을 미리 볼수있다.

         • Spl Curve 엔트리를 마우스를 클릭하여 선택한다.

           
         • View Graph 탭을 누른다.

     그러면 다음과 같이 SPL곡선을 볼수있다.

          
         • Imp Curve 엔트리를 마우스를 클릭하여 선택한다.

           
         • View Graph 탭을 누른다.

     그러면 다음과 같이 임피던스 곡선을 볼수있다.

          
         • OK버튼을 클릭하여 Component Editor 윈도우를 닫는다.

(20) Synthesis → Analog Passive → Allpole 필터를 선택한다.

        그러면 다음과 같이 Analog Passive Allpole Filters 윈도우가 나타난다. 
        
        이 윈도우를 통해 저역통과 필터 부분을 설계할수 있다. 이제 필요한 파라미터값을 설정해 보기로

        하자. 우리의 목표는 250Hz에서 컷오프 주파수를 가지는 4차 저역통과 필터를 설계 하는 것이다.

        Butterworth 6dB 패밀리와 8옴 부하를 선택할것이다. 모든 수동 네트워크는 단자 부하저항에 기초

        하여 설계되어야 한다. 하지만 우리의 경우에 있어서 단자 부하는 통상적인 저항이 아니고 변환기

        이기 때문에, 일정한 임피던스를 가지지 않고 네트워크의 응답은 Butterworth 6dB 패밀리와 달라지게

        된다. 따라서 R1의 선택은 중요하지 않으며, 나중에 최적화 과정을 거치게 되면 회로가 상당히

        달라지게 된다.

         • Order창에서 4^th , Family창에서 Butterworth 6dB, Transformatiom창에서 Lowpass를 선택하고, 

            Parameter창에서 Frequency필드에 250, R Load필드에 8.0을 입력한다.

         • 윈도우를 닫기위해 OK버튼을 누른다.

       그러면 Schematic 윈도우상에 부품들이 그룹으로 선택된 회로도가 나타나게 되는데, 마우스로 부품중

       하나를 클릭하여 유지한 상태에서 드래그하여 변환기의 왼쪽으로 회로도를 다음 그림과 같이 옮겨다

       놓는다. 
        
       수동 네트워크를 프로그램이 그려서 표시할 때 단자 부하가 항상 포함되어 그려지는데 이는 설계치를

       상기시켜주는 의미가 있다. 이제 이 단자저항 R1을 삭제하고 실제 부하인 변환기로 대치하는 작업을

       하기로 하자.

         • R1을 선택(클릭)하고, DELETE키를 누른다.

          
         • 변환기 부품인 K1을 선택하고 왼쪽 마우스 버튼을 누른상태에서 K1을 움직여서 R1의 위치에 갖다

           놓는다. 그러면 다음과 같은 회로도로 바뀌게 된다.

            

            

        이제 저역통과 필터와 변환기가 접속된 회로도를 얻게 되었지만 회로를 구동시키기 위해서는 전압원

        (Voltage Source)가 필요하다. 실제에 있어서 전압원은 파워앰프이다.

(21) Editor → Add → Vsource메뉴를 선택한다.

        그러면 Schematic 윈도우상에 제네레이터 부품이 선택된 상태로 나타난다. 
        
        마우스 포인터를 제네레이터 부품위에 올리고 클릭한 상태에서 드래그하여 회로도의 왼쪽으로
        다음 그림과 같이 옮겨 놓는다.

         

        이제 회로가 구동되려면 제네레이터를 회로에 연결시키고, 접지를 제네레이터에 연결하여야 한다.

(22) Editor → Add → Ground 메뉴를 선택한다.

        그러면 접지 부품이 선택된 상태로 나타나는데, 마우스로 드래그하여 제네레이터에 다음 그림과 같이

        접속시킨다.

         

(23) L1의 왼쪽 선을 클릭한다.

        그러면 작은 사각형 두개가 선위에 나타난다.

        

(24) 제네레이터에 가까운 사각형을 클릭한채로 드래그하여 제네레이터에 붙여준다.

        
        그러면 다음과 같이 회로도가 완성되게 된다.
        
        하지만 아직 제네레이터 파라미터들은 정해주지 않았다. 시뮬레이션의 일관성을 유지하기 위해

        전압원의 출력값을 설계조건에 주어진 값과 일치시키기로 하자.

(25) 제네레이터 부품을 더블클릭한다.

        그러면 다음과 같이 전압원에 대한 Component Editor 윈도우가 나타나는데, 여기서 전압원에 대한

        파라미터 값을 정해주면 된다. 이예에서는 Description과 Output Voltage 필드값만 바꿔주면 된다.

         

         • Description 필드에 GenWoofer라고 기입한다.

         • Output Voltage 필드에 2.82를 기입한다.

         • 윈도우를 닫기위해 OK버튼을 클릭한다.

(26) Circuit → Calculate 메뉴를 선택한다. (F9를 눌러주어도 된다.)

        만일 부품들이 제대로 연결되지 않았을 경우에는 에러 메시지가 나타난다.

(27) SPL 그래프 선택버튼을 클릭한다.

        그러면 변환기에 대한 원래의 SPL곡선이 나타나는데, 새로운 시스템 응답만을 보기를 원하므로

        모든 Guide Curve를 끄고, 모든 System Curve를 켜도록 할것이다.

        

(28) Graph → Guide Curves 메뉴를 선택한다.

        그러면 다음과 같이 Guide Curve 윈도우가 나타난다.

        
         • Hide All 버튼을 클릭한다.          
         • 윈도우를 닫기위해 OK 버튼을 누른다.

(29) Graph → System Curves 메뉴를 선택한다.

        그러면 다음과 같이 System Curve 윈도우가 나타난다.

        

         • Show All 버튼을 클릭한다.

         • 윈도우를 닫기위해 OK 버튼을 누른다.

        그러면 다음과 같이 하나의 SPL 곡선이 나타난다.

        

        이것은 저역통과 필터를 가진 우퍼의 응향학적 응답으로서, 70Hz와 200Hz에서 원하지 않는 피크가

        발생되는 것을 볼수있다. 200Hz에서의 피크는 우퍼 자체에 의한 것이지만, 70Hz에서의 피크는

        저역통과 필터를 포함시키므로서 새롭게 발생된 것이다. 바꿔말하면 우퍼의 리액턴스로 인해
        수동 네트워크의 응답에 영향을 주게된다. 이 수동 네트워크는 8옴의 저항성 부하에 사용할 목적으로
        설계된 것이라는 점에 주의하기 바란다. 우퍼의 실제 임피던스는 6옴의 딥에서 부터 50옴의 피크까지
        주파수에 따라 변화하며, 위상 또한 변화한다. 우퍼의 임피던스가 리액턴스 성분을 가짐으로 인해
        70Hz부근에서 피크가 발생하게 된것이다. 또한 우리는 네트워크의 입력 임피던스에 미치는 영향에
        대해서도 살펴볼 필요가 있다.

(30) Impedance 그래프 선택버튼을 클릭한다.

       그러면 다음과 같이 임피던스 곡선이 화면에 나타난다.

        

       임피던스 곡선은 70Hz에서 4옴이하의 깊은 딥을 가짐을 볼수있다. 우리는 또한 네트워크의

       전달함수를 그래프로 볼수있는데, 그러기 위해서는 회로에 Data Node를 추가해야 한다.

(31) Schematic 그래프 선택버튼을 클릭한다.

        그러면 다음과 같이 제네레이터와 필터, 우퍼가 연결된 회로도가 나타난다.

        

(32) Editor → Add → Data Node 메뉴를 선택한다.

       그러면 Data Node 부품이 선택된 상태로 Schematic 윈도우상에 나타나게 된다.

       

       다음 그림과 같이 Data Node를 드래그하여 변환기 부품의 윗쪽 선위로 옮겨 놓는다.

       

        Data Node는 그것이 위치한 점에서 전압 곡선을 발생시키는 특별한 부품이다. Data Node를

        변환기의 위쪽 선위로 옮긴 다음에는 그것의 이름을 바꿔 주는 것이 편리하다.

         • Data Node를 더블클릭한다.

        그러면 다음과 같이 Data Node에 대한 Component Editor 윈도우가 나타난다.

         
         • Description 필드에 Woofer라고 기입한다.

         • 윈도우를 닫기위해 OK 버튼을 누른다.

        Data Node가 추가된 것을 반영하기 위해서는 회로를 다시 분석해야 한다.

(33) Circuit → Calculate 메뉴를 선택한다. (F9를 눌러주어도 된다.)

(34) Voltage 그래프 선택 버튼을 클릭한다.

        우퍼를 부하로 가진 이 네트워크의 전달함수를 다음 그림에서 볼수있다.
        
        이 그래프의 모양은 교과서에 볼수있는 Butterworth 응답과는 상당히 다름을 알수있다. 
        70Hz에서의 피크를 더욱 생생하게 볼수가 있으며, 우퍼 임피던스 특성으로 말미암아 여러 개의

        리플이 발생하고 있는 것을 볼수있다. 이것은 수동 크로스오버에서 발생되는 공통적인 현상이다.

        이러한 문제를 해결 할 수 있는 한가지 방법은 우퍼의 임피던스를 평탄하게 하여 좀더 균일하고

        저항성을 가지는 부하를 저역통과 네트워크에 부과하는 것이다. 이러한 방법은 공액(Conjugate)

        네트워크를 사용하므로서 가능해 진다. 공액 네트워크는 원래의 임피던스에 공액 복소수 값을 가지는

        리액티브 임피던스를 가지게 되어 원래 임피던스의 리액턴스 성분을 상쇄시키므로서 임피던스가

        좀더 저항성을 띄도록 하는 역할을 한다. 물론 리액턴스 성분을 완전히 상쇄시키는 것은 현실적으로

        불가능 하며, 임피던스를 평탄하게 하므로서 전체 임피던스가 수용할수 없는 레벨로 떨어질수도 있다.