트위터 섹션설계 

   이번에는 트위터 섹션에 대한 설계를 시작해 보기로 하자. 이미 가져온 데이터의 복사본이 설계파일로 저장되어

   있기 때문에 저장한 파일을 여는 작업부터 시작하기로 하자. 

(1) File → Open 메뉴를 클릭한다.

  • Tutor-2_High 설계파일을 선택한다.
         

  • 열기 버튼을 클릭한다.

 앞의 미드레인지 설계시와 마찬가지로 변환기 부품을 추가해 주어야 하며, 필요한 데이터를 로드

 하여야 한다.

(2) Schematic 그래프 버튼을 클릭한다.

      그러면 다음과 같이 회로를 그릴 화면이 준비된다.

(3) Editor → Add → Transducer 메뉴를 선택한다.

      그러면 변환기 부품이 다음 그림과 같이 선택된 상태로 화면에 나타난다. 
       

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

      그러면 변환기에 대한 Component Editor 윈도우가 다음과 같이 나타난다.

      변환기가 트위터이므로 설계시 기준원점으로서 좌표값은 (0,0,0)을 가진다.

        • Description 필드에 Tweeter라고 기입한다.

        • x,y,z 좌표값으로 0, 0, 0을 입력한다.
         

        • Spl/Imp Curves탭을 누른다.
         

        • SPL과 IMP에 대한 Tweeter guide curves를 로드한다.
         

        • OK버튼을 클릭하여 Component Editor 윈도우를 닫는다.

(5) Synthesis → Analog Passive Conjugates 메뉴를 선택한다.

      그러면 다음과 같이 Analog Passive Conjugate Networks라는 윈도우가 나타난다. 
         
      우리는 이 윈도우상에서 공액 네트워크를 자동적으로 설계하고, 최적화할수 있다. 자동적으로

      임피던스 곡선이 해석되어 필요한 공액 네트워크가 만들어진다. 우리는 이 윈도우상에서 공명을

      감지하기 위한 민감도와 허용가능한 최소 임피던스 값을 조정할수 있다.

        • Guide Curve에 첵크한후 #2 Tweeter Impedance를 선택한다.

        • Resonance Threshold가 20%에 셋팅되어 있는지를 확인하고, Design Impedance를 100%로

          변경한다.

        • Start Design 버튼을 클릭한다.
         

      최적화 과정은 컴퓨터의 성능에 따라 몇분이 걸릴수도 있다. 윈도우상에 회로 구조가 나타나고,

      공액회로를 가지는 경우에 대한 임피던스 곡선으로 업데이팅된다. 최적화가 완료되면 윈도우를 닫기

      위해 OK버튼을 클릭해 주어야 한다. 이제 부품들이 모두 선택된 회로도가 Schematic 윈도우상에

      나타난다.

   • 윈도우를 닫기위해 OK버튼을 클릭한다.
         

 이제 공액 네트워크를 변환기 부품과 연결해야 한다.

   • 공액 네트워크를 변환기 부품의 왼쪽으로 옮긴다.

   • 공액 네트워크와 변환기를 연결한다.
          

   • 변환기에 GND를 연결한다.
          

 이제 이회로에 대한 Generator 전압원과 데이터 노드를 추가해 주어야 한다. 

(6) 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.
       
      제네레이터와 공액회로를 연결하고, 제네레이터에 접지를 연결한다.
        

        
        

(7) 제네레이터 부품을 더블클릭하거나 CTRL-E를 사용한다.

        • Description 필드에 GenTweeter라고 기입한다.

        • Output Voltage 필드에 2.82를 기입한다.
         

        • 윈도우를 닫기위해 OK버튼을 클릭한다.

(8) 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.

      

(9) Data Node를 더블클릭하거나 CTRL-E를 사용한다.

      그러면 다음과 같이 Data Node에 대한 Component Editor 윈도우가 나타난다.

        • Description 필드에 Tweeter라고 기입한다.
         

        • 윈도우를 닫기위해 OK 버튼을 누른다.

      이제 회로도는 다음과 같은 모습을 가지게 되며, 고역통과 네트워크가 없는 회로의 임피던스 곡선을

      조사할수 있게 되었다. 나중에 필터회로가 들어갈 공간은 미리 잡아놓는 것이 좋다.

     회로의 응답을 얻기위해서는 먼저 계산을 해주어야 한다. 계산작업을 컴퓨터가 수행하지 못한다면

     회로도의 연결이 제대로 안된것이므로 회로도의 재편집이 필요하다.

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

(11) Graph → System Curves 메뉴를 선택하고, Show All을 클릭한다.

(12) Graph → Guide Curves 메뉴를 선택하고, Hide All을 클릭한다.

(13) Impedance 그래프 버튼을 선택한다.

       그러면 다음과 같은 임피던스 그래프가 나타난다.

          

       위의 그래프를 보면, 공액회로와 트위터가 연결된 회로의 임피던스 곡선은 매우 평탄한 모습을

       가진다는 것을 알수있다. 하지만 중요한 것은 고역통과 필터의 동작범위에서의 임피던스 레벨이

       얼마가 되느냐 하는것이다. 대역통과 필터의 동작범위는 2.5KHz이상으로서, 이 범위내에서 임피던스

       레벨은 평균 4.5옴이 된다. 이제는 이 트위터의 SPL응답을 조사해 보아야 한다.

 

(14) SPL 그래프 선택버튼을 클릭한다.

        아래의 SPL그래프에서 볼수 있듯이 통과대역내에서의 평균 레벨은 약 96dBspl이다. 
         
        이것은 우퍼와 미드레인지에 대한 평균 레벨인 91dBspl보다는 훨씬 높은값이다. 따라서 트위터 섹션

        의 평균 레벨을 낮춰서 다른 두섹션의 레벨과 맞춰줄 필요가 있다. 더욱이 10KHz이상에서의 응답은

        평탄하지 않고 감소하기 때문에 감소하는 것을 보상해서 평탄한 특성을 가지도록 해 주어야 한다.

        이러한 두가지 요구사항 모두를 R/C 등화회로를 사용하여 해결할수 있다. R/C 등화회로는

        신호경로와 직렬로 연결된 저항에 병렬로 캐패시터를 연결한 것이다. 저항은 낮은 주파수에서 감쇄를

        발생시키며, 저항과 병렬로 연결되는 캐패시터는 높은 주파수에서 신호레벨을 부스트하는 역할을

        한다. R/C등화회로는 트위터의 응답을 개선하는데 사용하는 통상적인 방법이다. R/C등화회로를

        위치시키는 장소는 두가지를 생각해 볼수 있는데, 하나는 고역통과 필터 전단에 삽입하는 것이고,

        다른하나는 고역통과 필터와 공액회로/변환기의 사이에 삽입하는 것이다. 캐패시터는 매우 높은

        주파수에만 영향을 미치기 때문에, 둘중 어느 위치에 삽입해도 문제가 없다. 하지만 R/C네트워크를

        고역통과 필터와 변환기사이에 삽입하게 되면, 고역통과 필터의 임피던스 부하값이 증가되어,

        고역통과 필터의 캐패시터와 인덕터의 크기를 줄일수 있다는 장점이 있다. 따라서 여기서는 R/C

        네트워크를 고역통과 필터와 변환기사이에 삽입하기로 하자. 그런다음 자연스럽게 던져지는 다음

        질문은 R/C 네트워크의 초기값을 얼마로 잡느냐 하는것이다. 트위터 섹션이 다른 두 섹션보다

        SPL응답값이 5dB 높고, 공액회로를 포함시킨 트위터의 임피던스가 4.5옴 정도이므로 R에 대한

        초기값을 4옴으로 잡기로 하고, C값에 대해서는 4옴 저항에 대해 20KHz의 코너 주파수를 주는 값이

        2uF이므로 2uF를 초기값으로 잡기로 하자.

(15) Schematic 그래프 선택버튼을 클릭한다.

         • Editor 메뉴를 사용하여 회로에 R4를 추가한다.

         • Editor 메뉴를 사용하여 회로에 C4를 추가한다.
           

         • R4를 더블클릭하고 그값을 4옴으로 바꾼다.

         • C4를 더블클릭하고 그값을 2uF로 바꾼다.           

         • 다음 그림과 같이 R4와 C4를 연결한다.
             

        이제 회로를 다시 계산해 주기로 하자.

(16) Circuit → Calculate 메뉴를 선택한다. (F9를 눌러도 된다.)

(17) SPL 그래프 버튼을 클릭한다.

        그러면 다음과 같이 SPL 그래프를 볼수있다.

         

        5dB감쇄가 이루어 졌으며, 10KHz이상에서 약간의 부스트가 이루어진 것을 알수있다.

(18) Voltage 그래프 버튼을 클릭한다.

        그러면 다음과 같이 전압 그래프를 볼수있다.
        

(19) Impedance 그래프 버튼을 클릭한다.

        그러면 다음과 같이 임피던스 그래프를 볼수있다.

        

        임피던스는 2500Hz에서 약 8.25옴이 되고, 이것이 고역통과 필터에 대한 R1값이 된다.

   이제는 고역통과 필터를 설계해 보기로 하자. 우선은 Schematic 윈도우가 나타나도록 해주어야 한다.(20) Schematic 그래프 선택버튼을 클릭한다.

(21) Synthesis → Analog Passive Allpole Filters 메뉴를 선택한다.

        그러면 다음과 같이 Analog Passive Allpole Filters 윈도우가 나타난다. 이 윈도우를 통해
        고역통과 필터 부분을 설계할수 있다. 이제 필요한 파라미터값을 설정해 보기로 하자.
        우리의 목표는 2.5KHz의 컷오프 주파수를가지는 4차 고역통과 필터를 설계하는 것이다.
         Butterworth 6dB 패밀리와 8.25옴 부하를 선택할것이다. 

          • Order창에서 4^th , Family창에서 Butterworth 6dB, Transformation창에서 Highpass를 선택한다.

          • Frequency 필드에 2.5K를 입력한다.

          • R Load필드에 8.25를 입력한다.
           

          • 윈도우를 닫기위해 OK버튼을 누른다.

        그러면 Schematic 윈도우상에 다음과 같은 회로도가 부품들이 그룹으로 선택되어 나타나게 된다.

        마우스로 부품중 하나를 클릭하여 유지한 상태에서 드래그하여 제네레이터와 R/C등화 회로사이에

        삽입한다.
         

          • Rl(R5)을 선택(클릭)하고, DELETE키를 누른다.
             

          • 필터의 입력과 출력을 제네레이터와 R/C회로에 각각 연결한다.         

        이렇게 하여 완성된 회로를 다음 그림에서 볼수있다.
         

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

(23) SPL 그래프 선택버튼을 클릭한다.

         

        또한 전압과 임피던스 응답곡선은 다음과 같다.

           

        
         

        SPL응답이 91dBspl에 매우 근접함을 볼수있다. 전압 그래프는 감쇄와 높은 주파수에서의 부스트를

        보여주고 있으며, 임피던스 그래프는 20KHz까지의 모든 주파수에서 8옴이상이 된다.

        이제는 불필요한 부품을 제거하기 위해 민감도 분석을 하고, 그후에 최적화 단계를 진행하기로 하자.