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.

(11) Schematic 그래프 버튼을 클릭한다.

(12) 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.

 

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

        그러면 변환기에 대한 Component Editor 윈도우가  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

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

           입력을 해주어야 하며, 주어진 설계 데이터의 단위가 인치로 되어 있으므로, 단위를 인치로

           바꾼 다음 좌표값을 입력하여야 한다.

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

         • x,y,z 좌표값으로 +0.0, -5.375, -1.75를 입력한다.
              

           이제 다음에는 변환기 부품으로 곡선에 관한 데이터를 로드하여야 한다.

         • Spl/Imp Curves탭을 클릭한다.

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

            두 엔트리가 나타난다. 여기서 SPL데이터는 축상 0^o위치에서의 값을 말하며, 수평이나 수직 곡선

            중 어느쪽을 사용해도 상관없다. 왜냐하면 수평곡선과 수직곡선 모두 0^o에서는 동일한 값을

            가지기 때문이다.

         • Spl Curve 엔트리를 마우스를 클릭하여 선택한다.

         • Guide 버튼을 클릭한다.

            그러면 다음과 같이 Guide Curve Select 윈도우가 화면에 나타난다.

         • #4번 WoofH-00H 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.

         • #2번 Imp_Woof 엔트리를 선택한다.
              

         • Guide Curve Select 윈도우를 닫기위해 OK버튼을 클릭한다.
              

        이렇게하여 변환기 부품이 우퍼에 대한 임피던스와 축상에서의 SPL에 관한 데이터를 가지게

        되었다. 축상에서 떨어진 데이터에 대해서는 윈도우의 클립보드 기능을 이용하는 약간 다른 방법을

        사용할 것이다. 극 데이터에는 여러개의 곡선들이 포함되어 있기 때문에 Cut & Paste의 기능을

        이용하는 것이 도움이 된다. 따라서 우선은 Component Editor 윈도우를 닫고, Guide Curve Library

        에서 블록으로 곡선들을 복사한다음 Component Editor 윈도우로 돌아와서 블록으로 붙여넣기를

        할것이다.

         • Component Editor 윈도우를 닫기위해 OK를 클릭한다.

          

(14) Graph → Guide Curves 메뉴를 선택한다.

         • #4부터 #30까지의 모든 Woofer SPL곡선을 선택한다.

         • Copy 버튼을 클릭한다.
             

         • 윈도우를 닫는다.

        이제 다시 우퍼 부품에 대한 Component Editor 윈도우로 되돌아 가기로 하자.

(15) 변환기 부품위에 마우스 포인터를 올리고 더블클릭하거나 CTRL-E를 누른다.

         • Spl Off-Axis Curves 탭을 클릭한다.

         • Paste 버튼을 클릭한다.
             

        그러면 우퍼곡선들이 그리드에 나타나게 된다. 그리드에 나타난 곡선들을 살펴보면 Axis열과

        Degrees열에 값들이 자동적으로 채워진 것을 볼수있다. Component Editor 윈도우는 곡선들의

        이름을 스캔해서 숫자를 Degree로 읽고, H나 V는 Horz/Vert로 읽는다. 따라서 SPL곡선의 이름에

        위치값과 축(H/V)을 포함시키는 것이 좋다. 방금 붙여넣은 곡선 블록은 Horz와 Vert에 대한

        축상에서의 0^o곡선을 포함하는데, 이들은 제거할것이다. 축상에서의 데이터는 앞서서 Spl/Imp

        탭상의 다른 그리드로 로드되었기 때문에 이 그리드에는 축에서 떨어진 곳에서의 곡선 데이터만을

        포함해야 한다.

         • 인덱스 #1(0H)의 곡선을 선택하고 DEL을 클릭한다.

         • 인덱스 #14(0V)의 곡선을 선택하고 DEL을 클릭한다.

         • 윈도우를 닫기위해 OK를 클릭한다.

           우퍼 변환기 부품에 대한 데이터 입력이 이제 종료되었으므로 회로 부품이 모든 전기적, 음향학적

           데이터 곡선들을 포함하게 되었다.

 

(16) Synthesis → Analog Active Allpole Filters를 선택한다.

       그러면 아래와 같이 Analog Active Allpole Filters 윈도우가 나타난다. 이 윈도우를 통해 저역통과

       전달함수를 설계할 것이다. 이싯점에서 실제 회로로 작업하는 것은 아니고, 전달함수 블록을 이용하여

       모델화 과정을 거치게 될것이다. 실제 회로로 바꾸는 작업은 나중에 시행하게 될것이다.

       우리의 목표는 2500Hz에서 컷오프 주파수를 가지는 4차 저역통과 필터를 설계하는 것이다.

       Butterworth 6dB 패밀리를 선택할것이다.  (짝수 차수 Butterworth 6 평탄한 합)

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

            Frequency필드에 2500을 입력한다.
              

         • 윈도우를 닫기위해 OK버튼을 누른다.

        그러면 Schematic 윈도우상에 두개의 H 블록이 그룹으로 선택되어 나타나게 된다. 
              

        마우스로 블록중 하나를 클릭하여 유지한 상태에서 드래그하여 변환기의 왼쪽으로 블록들을

        옮겨다 놓는다. 이제 블록들을 GND 심볼과 제네레이터(Vsource)에 연결해 주어야 한다.

        전달함수를 모니터하기 위해 데이터 노드를 만들 필요가 있다. 

         • 회로도면에 Vsource 제네레이터를 추가한다.

         • 회로도면에 Data Node를 추가한다.

         • 다음 그림과 같이 부품들을 연결한다.

         • 제네레이터의 이름을 편집하여 GenWoofer로 바꾸고, 출력전압을 2.82로 바꾼다.

         • Data Node의 이름을 Woofer로 바꾼다.

       그러면 다음과 같은 회로도로 모습이 바뀌게 된다.

           

        4차 저역통과 필터가 2개의 2차 전달함수 블록으로 표현된 것을 볼수있다. 이들 블록들은

       두개의 Fp와 두개의 Q값으로 규정되기 때문에 4차의 자유도(Degree of freedom)를 가지게

       된다. 능동 필터들은 Fp, Q, Ao 와 같은 기본 파라미터에 의해 표시되기 때문에 처음에는

       이들 값들로 필터를 설계한후에 나중에 실제 회로로 바꾸는 것이 좋다. 또한 우퍼가 수동회로

       를 통해 제네레이터에 연결되지 않은것에 주의할 필요가 있다. 우퍼는 H 블록에 의해 고립

  되어 있으며, 제네레이터에서 바라본 임피던스 부하는 우퍼의 임피던스가 아니기 때문에

  임피던스 부하에 관련된 사항은 능동 크로스오버 설계시 중요한 고려사항이 아니다.

  한 H 블록의 초기 출력 임피던스는 1u옴으로서 파워앰프의 낮은 출력 임피던스와 비슷하기

  때문에 일정한 전압으로 구동이 가능하다. 이제 회로의 편집과정이 끝났기 때문에 회로를
       분석할수 있게 되었다.

(17) Circuit → Calculate 메뉴를 선택한다.   

(18) SPL 그래프 선택버튼을 클릭한다.

       그러면 변환기에 대한 원래의 SPL곡선이 나타나는데, 새로운 시스템 응답만을 보기를

       원하므로 모든 Guide Curve를 끄고, 모든 System Curve를 켜도록 할것이다.

(19) Graph → Guide Curves 메뉴를 선택한다.

       그러면 다음과 같이 Guide Curve 윈도우가 나타난다.

         • Hide All 버튼을 클릭한다.

         • 윈도우를 닫기위해 OK 버튼을 누른다.

           

(20) 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, 2500Hz근처에서 롤오프되는 저역통과

        필터의 모습을 볼수있다. 하지만 우퍼 자체의 SPL응답은 평탄하지 않고, 필터의 롤오프와 자신의

        롤오프가 합쳐진 형태를 가지게 된다. 이제는 우퍼의 전달함수를 포함한 전체 응답이 Butterworth-

        6dB 형태를 가지도록 필터를 최적화하여 보기로 하자.

 

(21) Circuit → Optimizer 메뉴를 선택한다.(F3을 눌러도 된다.)

        그러면 다음과 같이 Circuit Optimizer 윈도우가 나타나는데 여기서 우퍼부분에 대한 최적화 목표를

        셋업하여야 한다.

          • Objective generator 탭을 클릭한다.

  능동 크로스오버의 경우 통과대역 목표레벨에 대한 선택은 H 블록이 쉽게 증폭과 감쇄를 제공해

  주기 때문에 수동 크로스오버 처럼 중요하지 않다. 대부분의 파라미터 선택은 쉽게 할 수가 있다.

  SPL응답을 통해 90dBspl 근처의 레벨이 적당할 것 같다.

              

          • Lowpass, Butterworth 6dB, 4^th Order를 선택한다.

          • SPL, 90dB, 2500Hz를 선택한다.

          • Guide Curve 엔트리 #91을 선택하고, Generate 버튼을 클릭한다.
           

         빨간색의 곡선이 목표곡선인데, 설계한 네트워크의 응답이 목표곡선에 매우 근접하고 있음을 볼수

         있다. 하지만 필터와 우퍼의 실제 응답은 필요한 것보다 더 감쇄가 이루어져 있음을 볼수있다.

         이것은 우퍼도 저역통과 필터의 기능을 가지기 때문이다.

          • Setup 탭을 클릭한다.

            그러면 윈도우가 다음과 같이 바뀌는데, 여기서는 어디에 목표곡선이 위치하고 있고, 어떤 시스템

            곡선을 최적화하려는 것이며, 최적화하기 위한 주파수 범위는 어디부터 어디까지 인지를 정할수

            있다. 크로스오버 주파수가 2500Hz이기 때문에, 크로스오버 점의 2옥타브(4:1) 아래 주파수인

            625Hz와 2옥타브 위의 주파수인 10KHz를 최적화 범위로 잡도록 할것이다.

          • Guide Curve #91을 선택한다.

          • System Curve #4를 선택한다.

          • Hi frequency Limit로서 10KHz를, Lo frequency limit로 625Hz를 입력한다.
            

          • Optimizer탭을 클릭한다.

         이상태에서 다음의 작업을 진행한다.

(22) Schematic 그래프 선택버튼을 클릭한다.

        우퍼에 의해 이미 2차 저역통과 필터의 기능이 수행되므로, 능동필터에서는 2차 전달함수 기능만

        제공해 주면 된다. 전달함수를 곡선으로 변경하므로서 블록들중 하나를 비활성화 시킬수 있다.

         H 블록으로 로드된 곡선이 없기 때문에, 초기 전달함수는 기울기 0인 직선이 된다.

          • H2 부품을 더블클릭한다.

            그러면 다음과 같이 Component Editor 윈도우가 나타난다.

          • Transfer function창에서 Curve를 선택한다.
           

          • 윈도우를 닫기위해 OK를 클릭한다.

          • SPL 그래프 선택버튼을 클릭한다.
           

          • Mem-1창내의 Store버튼을 클릭한다.

     그러면 Mem-1창내의 Recall 버튼이 활성화되는 것을 볼수있다.
            평균에러는 이제 약 5.0dB가 되는 것을 볼수있다. 2개의 필터 파라미터 F1과 Q1을 최적화해

     주어야 하며, Ao파라미터도 활성화해 주어야 한다. 이렇게하면 Optimizer는 전체 이득을 최적화

     시켜준다.

   • Parameter Count창내의 Clear All버튼을 클릭한다.

   • H1-Ao, H1-Fp, H1-Qp에 첵크한다.
           

   • Optimize 버튼을 클릭한다.

     Optimizer가 종료되면 평균 에러레벨이 0.83dB로 바뀌게 된다.(이 값은 독자의 경우 약간

     달라질수 있다.) 결과적으로 나타나는 SPL 그래프를 다음에서 볼수있다.

     

 H1에 대한 새로운 파라미터값이 Ao=-0.954dB, Fo=1.642KHz, Q=0.775로 주어진 것을 볼수

 있다. 2차 능동필터를 사용하였음에도 불구하고, 응답곡선이 4차의 목표에 매우 근접해 있음을

 볼수있다. 따라서 회로에서 H2를 삭제해도 무관함을 알수있다.

   • Optimizer 윈도우를 종료한다.

(23) Schematic 그래프 선택버튼을 클릭한다.

          • H2부품과 GND를 선택하고, DELETE키를 누른다.

          • 제네레이터와 H1을 오른쪽으로 옮긴후 회로를 연결한다.

            수정된 회로는 다음과 같다.

           

         이제 우퍼 부분에 대한 설계가 완성되었는데,실제 회로로 바꾸는 작업은 나중에 하기로 하자.
         이제 지금까지 작업한 내용들을 저장하기로 하자.

(24) File → Save 메뉴를 선택한다.(CTRL-S를 눌러 주어도 된다.)