학습목표

• 2-웨이 아날로그 능동 크로스오버 설계

• 필터 블록을 이용한 작업

• 아날로그 능동회로의 합성

• 극 측정과 시뮬레이션

• 고등한 회로도 편집

• 시스템 라이브러리 그래프

  이 예제에서는 극 데이터를 이용하여 크로스오버를 설계하는 방법에 대한 설명할 것이다. 설계하려고 하는

  크로스오버는 바이앰프된 아날로그 능동 전자회로 형태이다. 정확한 극 시뮬레이션 결과를 얻기위해

  CrossoverShop은 인클로져내의 각 변환기에 대한 축에서 떨어진 곳에서의 응답에 관한 여러 개의 데이터 곡선

  들을 이용할 것이다. 각도 단위의 해상도와 데이터의 범위를 어느정도로 할 것인지는 전적으로 사용자가 결정할

  문제이다. CrossoverShop 프로그램은 데이터의 해상도를 높일 필요가 있으면 보간법을 사용하여 해상도를

  증진시킬수 있는 기능이 있다. 임의의 변환기에서 지향 특성은 변환기 그자체와 인클로져의 두가지 인자에 크게

  영향을 받는다. 변환기의 구조는 주로 중간 주파수대로 부터 고주파수대까지의 특성을 결정하고, 인클로져의

  모양은 저주파수대부터 중간주파수대까지의 특성을 결정한다. 따라서 변환기와 인클로져 모두에 대한 포괄적인

  계산없이 각 변환기의 지향성을 정확하게 예측하는 것은 불가능하다.

  이러한 형태의 시뮬레이션은 EnclosureShop을 통해 수행할수 있다. 이예에서는 실제 시제품 인클로져에 대한

  측정데이터를 사용할것이다. 만일 독자가 시뮬레이션으로 얻은 축에서 떨어진 곳에서의 변환기에 관한 곡선

  데이터를 이용하기 원한다면, EnclosureShop 프로그램을 이용하여 우선 각 변환기와 인클로져에 대한

  시뮬레이션 데이터를 얻어야 한다. 그러면 이들 데이터를 이용하여 축상응답과의 상대적인 변화를 나타내는,

  축에서 떨어진 곳에서의 전달함수를 얻을수 있다. 축에서 떨어진 곳에서의 전달함수에 측정하여 얻은

  축상에서의 응답을 곱하면 인클로져에 의한 회절효과를 포함하는 축에서 떨어진 곳에서의 변환기에 의한

  응답에 관한 합리적인 예측을 할수있다.

원점의 선택

  크로스오버를 설계할 때 가장 먼저 해야할 일이 시스템의 원점을 선택하는 것이다. 원점이란 3차원 x,y,z 좌표

  에서 모든 좌표값의 기준이 되는 (0,0,0)점을 말한다. 여기서는 트위터의 보이스코일 위치를 설계시 원점으로

  선택하였다. 트위터를 원점으로 사용하면 고주파수 대역에서 최대 응답을 얻을수 있다.

변환기의 좌표

  다음의 그림은 인클로져의 핵심적인 구성품을 보여주고 있다. 이것은 6.5인치 우퍼와 1인치 돔 트위터로 구성된

  작은 기공형 인클로져이다.

  응답을 정확하게 시뮬레이션하기 위해서는 3차원 좌표로 변환기의 위치를 표시해 주어야 한다.

  그림에서 3개의 좌표축을 볼수있다. 트위터가 원점으로 선택되었기 때문에 트위터의 좌표는 (0,0,0)이 되고,

  우퍼 보이스코일의 좌표는(+0.0,-5.375, -1.75)이 되며, 단위는 인치이다. 드라이버 좌표가 주어지면

  CrossoverShop 프로그램은 각 드라이버에 대해 3차원 공간내의 임의의 위치에서의 위상지연을 계산해 낼수

  있다.

시제품 측정

  이 예에서는 극측정 방법을 사용하였다. 음향 데이터는 ±90^o 반구에 대해 15^o씩 각도를 증가시켜 가면서 1m의

  거리에서 수평 극방향과 수직 극방향으로 측정하였다. 인클로져는 바닥으로 부터 약 6피트 떨어져 위치하기

  때문에 낮은 주파수에서 반사가 발생한다. 하지만 기준이되는 기저면 측정데이터에 기초하여 반사에 관련된

  데이터를 제거할수 있다. 드라이버의 음향응답과 각 드라이버의 임피던스는 각각 별도로 측정하였다.

  이예에서는 측정된 데이터를 얻기위해 LMS분석기를 사용하였다. 음향데이터가 측정되면 적절한 위상곡선을

  얻기위해 끝부분 보정(Tail correction)과 최소위상변환(Minimum phase transform)을 거치게 된다. 이렇게하여

  얻어지는 위상곡선은 지연이 없기 때문에 보이스코일이 있는 곳에서의 위상을 나타내게 된다.

시제품 측정 데이터

  변환기에 대한 극 데이터를 얻는 것은 여러 개의 곡선을 필요로하기 때문에 하나의 데이터만 필요한 축상에서의

  측정보다는 좀더 시간이 많이 걸리는 작업이다. 마이크로폰의 위치를 정확히 잡아주기 위해 마분지에 15^o 단위로

  표시를 하여 각도기 지그를 만들어서 사용하였으며, 수평과 수직방향 모두에 대해 측정을 하였다.

  우리의 경우 능동 크로스오버를 설계하기 때문에, 변환기의 임피던스 데이터는 실제적으로 필요하지 않고,

  임의의 영이 아닌 임피던스 곡선만 있으면 충분하다. 하지만 장래에 사용될지도 모르는것에 대비하여 전체

  데이터를 다 얻어 두는 것이 좋다. 드라이버의 음향응답과 각 드라이버의 임피던스는 각각 별도로 측정하였다.

  크기와 위상을 포함하는 복잡한 데이터를 형성하도록 측정되어야 한다. 모든 경우에 있어서 드라이버의 레벨은

  2.82Vrms이며 원점에서 원형태로 배치하는 마이크로폰까지의 거리는 1m이다. 아래의 그래프는 두 섹션의

  각각에 대한 임피던스 응답을 보여주고 있다. 각 섹션은 400포인트의 로그 해상도를 사용하여 10Hz로부터

  40KHz까지 측정한 것이다.

  아래의 그래프는 우퍼에 대한 일련의 음향학적 응답곡선을 보여주고 있다. 이들은 0^o, +15^o,+30^o, +45^o, +60^o,

  +75^o, +90^o에서 측정한 것이다. 실제로 이들 곡선은 26개인데, 두개의 드라이버 각각에 대해 -90^o,-75^o,-60^o,

  -45^o,-30^o,-15^o, 0^o,+15^o,+30^o,+45^o,+60^o,+75^o,+90^o로 수평과 수직방향으로 측정한 것이다. 예상했듯이

  측정위치가 축에서 멀어짐에 따라 높은 주파수에서 응답은 크기가 감소하게 된다.

  아래의 그래프는 트위터에 대한 일련의 음향학적 응답곡선을 보여주고 있다. 이들은 0^o, +15^o,+30^o,+45^o, +60^o,

  +75^o, +90^o에서 측정한 것이다. 실제로 이들 곡선은 26개인데, 두개의 드라이버 각각에 대해 -90^o,-75^o,-60^o,

  -45^o,-30^o,-15^o, 0^o,+15^o,+30^o,+45^o,+60^o,+75^o,+90^o로 수평과 수직방향으로 측정한 것이다. 예상했듯이

  측정위치가 축에서 멀어짐에 따라 높은 주파수에서 응답은 크기가 감소하게 된다.

크로스오버 주파수의 선택

  우퍼의 응답은 3KHz부근에서 감소하기 시작하며, 트위터의 응답은 2KHz이하에서 감소한다.

  따라서 이들 두 주파수사이의 주파수, 예를들면 2500Hz를 크로스오버 주파수로 잡는 것이 적절한 선택일 것

  같다. 더낮은 주파수를 크로스오버 주파수로 잡으면 크로스오버 영역에서 지향성이 적어진다는 장점이 있지만

  트위터에 많은 요구사항이 추가되게 되는 단점이 있다.