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아나로그에도 레이턴시가 있다면? 믿거나 말거나 ^^

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아나로그 회로는 빛의 0.6배라고 알고 있을 것입니다
그러나 아나로그 회로에도 레이턴시가 있습니다
이것은 필터를 이용했을때 나타나는 필터의 타임 딜레이 현상입니다

필터는 거치면 거칠수록 딜레이 현상이 나타나며, 디지털과 아나로그 모두 동일합니다
실효한 레이턴시는 얼마일까요?

예를 들어 일반적으로 IMD 확산을 막아 선형적인 (리니어한) 직진성을 확보하기 위한 LPF를 채용했을 경우에 100KHz의 대역폭을 잡았을때 1Hz ~ 1KHz에서 10us의 타임 딜레이 특성을 갖고 있습니다
1MHz의 대역폭을 가진 LPF를 걸면 1Hz ~ 100KHz까지 1us의 타임 딜레이 특성을 갖습니다

만일 EQ와 같이 LOW 대역을 컨트롤 하는 필터의 타임 딜레이를 가정했을 경우 BPF에서 패스 대역이 300Hz ~ 1KHz의 경우 최대 ∴ 3.274ms (1KHz에서 약 0.794ms) 의 타임 딜레이가 나옵니다
이것은 디지털이나 아나로그나 동일합니다
필터를 사용하는 경우 제로 레이턴시는 없다는 것과 필터를 사용한만큼 레이턴시가 발생한다는 점입니다

많은 분들이 필터를 주파수와 위상식만 생각하는 것 같습니다

LPF 차단으로 1M  대역폭을 설정했을때 20KHz 대역의 변화를 보면 주파수는 -0.001751dB, 위상은 0.001도 틀어지며, 타임 딜레이는 0.9996us 입니다
1M의 대역폭이란 일반적으로 오디오에서 주어지는 선형적 특성을 확보하기 위한 최소 대역폭 설정입니다

시뮬레이션에서 필터 합성은 주파수와 위상만 보는 것이 아닙니다
때론 타임 딜레이에 의한 딜레이 합성으로 오디오 레인지를 모두 통과시키는 LPF 필터를 병렬로 해서 필터의 타임 딜레이 특성을 통해 딜레이 시키면 최종 합성분은 다차수 노치 필터 효과를 내는 경우도 있습니다
필터 분야는 최소한의 자원으로 효과를 보는 것을 위해 노력합니다
타임 딜레이는 우리가 흔히 사용하는 클론 채널의 딜레이 더블링에서 독으로 나타날수도 있고, 연산 자원이 적은 디지털에서도 이용됩니다 (편법이라 할 수 있지만 가능성은 무한합니다)
그래서 필터 합성 이론과 같은 머리 아픈 전문 분야도 있습니다

초저역 필터들은 레이턴시가 더욱 심한데, HPF를 이용해서 10Hz의 대역을 필터링하면 10Hz에서 레이턴시는 약 50ms나 됩니다 (1KHz에서 10us, 10KHz에서 0.1us)
그만큼 고역이 먼저 전달되고 저역이 약간 늦게 전달됩니다

위상 변이를 막기 위해 APF를 사용해서 위상을 보정하는 이퀄라이저의 경우, 위상 정위를 위해 APF를 사용한것만큼의 딜레이가 존재합니다
고역대는 문제가 없어도, 저역대의 경우에는 추가된 필터만큼 상당한 딜레이 특성을 갖게 됩니다

기술적으로 완벽한것은 없습니다
단지 비중을 둘 부분만 보고 활용하는 것입니다
[이 게시물은 운영자님에 의해 2007-07-02 11:31:16 레코딩에서 이동 됨]

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동맥 PD님의 댓글

정석님...  죄송하지만 몇가지 용어들에 대한 부가 설명이 필요한듯합니다...

제가 좀 무슥(^^;)해서 알송달송하기도 하구요

많은분들에게 조금만 더 쉽게 몇가지 용어들만 좀 설명해 주세요... 

전기전자공학이나 물리를 전공하지 않으신 많은 오디오가이분들은 약간은 어렵게 느끼실것 같습니다

 
  IMD는뭔가요?, us라는단위( ms와는 어떤차이인지 ), HPF 나 LPF가아닌 APF 와 BPF , '1M의 대역폭이란' 에서 1M

 은 미터라는건지,  minute라는건지, 그리고 ' 다차수 노치필터'의 노치필터는 알겠는데  다차수라는건 수학에 나오

 는 그건가요?


그리고 마지막으로 문의를 드리는건...

여기서 나타내는 이론이 구체적으로 저희가 음향작업을 할때 어떻게 쓰이고 있고 오디오가이님들은

어떻게 적용하면 좋을까요?  가령 녹음할때나 ...  SR현장이라든지... 교회방송실에 계시는분들은.....

좋은글 올려주신것 같으신데...  (제가 무식함을 드러내서... 죄송합니다) 더 알고 싶어서요 ^^

이정석님의 댓글

IMD는 비선형적인 변조입니다 ^^
증폭기는 테스트 톤(1KHz) 의 사인파를 넣었을때 2차, 3차... 등의 하모닉스 음을 발현시키는 변조 특성이 있는데 이것을 최대한 억제하는 특성이 선형적으로 좋은 특성이라 평가합니다
마이크 프리와 같은 장비들은 IMD 특성이 좋아야 하고, 반대로 기타 엠프들은 나빠야 합니다
ADC/DAC, 마이크 프리, 컴프레서등과 같은 분야에서 스펙적으로 표기하고 있습니다

us는 0.001ms 입니다 ^^

그리고 "다차수"란 무수한 다단 특성의 고차 필터를 의미합니다
노치 필터를 구성하기 위해 무수히 많은 LPF, HPF를 이용한다는 것입니다

APF는 올 패스 필터 (오디오 영역을 건드리지 않는), BPF는 밴드 패스 필터 (특정 주파수 통과) 입니다

별도의 자료를 올려드릴 예정이지만 음향 작업을 할때는 클론 채널을 더블링을 하지 마세요
노치 구성 요소가 상당히 심각해집니다
반대로 응용하면 기타 엠프의 캐비넷 시뮬레이터가 되겠지요 ^^
더블링 효과와 함께 캐비넷 특유의 타임 딜레이 효과에 의한 노치 구조가 발생합니다

PA에서는 타임 딜레이에 의해 스피커 배치를 신경쓸때 가급적 딜레이가 큰 저역대를 건드리지 않는 것이 좋습니다
딜레이의 간섭 현상과 반향에 대해 소리가 상당히 뭉개지고 상쇄됩니다

심윤송님의 댓글

필터를 설계 하면 몇가지 파라미터들을 조절하면서 적절한 값을 선택해야합니다.
그 파라미터들이, 주파수 게인 특성, 필터구간에서의 평탄도, 딜레이, 위상변화 등입니다.
우리가 흔히, 주파수특성, 위상은 신경을 쓰는데, 평탄도와 딜레이는 잘 신경쓰지 않지요.

음향에서는 해당하는 주파수 대역이 낮아서 더욱 그렇습니다.

무선통신 같은 분야에서는 아나로그 필터에서 가장 중요한 특성으로 모두 동등하게 취급합니다.

버터워쓰 필터/체브세프/베셀 등등의 많은 필터의 종류들은 이러한 파라메터에 대해 적절한 특성을 갖도록 구성한 것입니다.

위상의 변화가 최소한으로 설계한 필터 - 대신 딜레이나 주파수 경사를 손해보던지,
급격한 경사를 갖도록 설계한 필터- 대신 위상이나 딜레이 변화를 손해보던지..

이런식으로 필터를 선택하기도 하고, 또 몇차를 쓸건지를 결정하기도 합니다.
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