THD, Total Harmonic Distortion (왜곡)

왜곡은 오디오 구성 요소의 중요한 특징이며 스피커, 앰프 및 기타 오디오 및 음향 장치의 제품 사양에 자주 언급됩니다. 하지만 유감스럽게도 그 용어가 잘못 사용되거나 중요한 정보가 누락되는 경우가 많습니다.

왜곡의 개념 및 측정 방법의 명확성과 적절한 사용을 목표로 합니다.

 

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첫째로, 모든 왜곡이 나쁜것은 아니며 의도적으로 만들 수도 있습니다. 예를 들어 튜브 증폭기의 '소프트' 사운드가 될 수 있습니다. 트랜지스터 앰프와는 달리 진공 튜브 앰프는 주로 짝수 고조파로 구성된 왜곡을 생성하므로 기본 주파수와 밀접한 관계가 있습니다. 이것은 청취자들을 만족시킬 수 있는 소리를 만들어냅니다.

 

반면에 음성이나 음악을 녹음해서 가능한 한 원곡에 가깝게 재생산하는 것에 대한 왜곡은 바람직하지 않습니다. 이러한 원하지 않는 왜곡의 분류 및 측정에 대해서는 아래에 설명되어 있습니다.

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선형(Linear) vs. 비선형(non-linear distortion)

선형 왜곡은 새로운 주파수가 추가되지 않은 진폭 또는 위상의 변화로 정의됩니다.

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비선형 왜곡은 새로운 주파수 성분이 생성될 때 발생합니다. 비선형 왜곡은 보통의 "왜곡"을 의미합니다.

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하모닉(Harmonic) vs. 비 하모닉 왜곡(no harmonic distortion)

비선형 왜곡은 하모닉 왜곡 또는 비 하모닉 왜곡으로 더 크게 나뉩니다. 하모닉 왜곡에서는 기본 주파수의 모든 정수 배수가 고려됩니다. 이것은 THD(토탈 하모닉 왜곡)라는 고전적인 왜곡 측정입니다. 특수 용도에서는 특정 하모닉의 총 수를 고려합니다. 비-하모니 왜곡은 IMD의 경우와 같이 기본 주파수의 배수가 아닌 주파수 입니다.

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Harmonic Distortion Spectrum

THD vs. IMD

THD를 측정하는 장비는 많이 사용하고 있으며 사용하기 쉽습니다. 대역폭 범위가 낮은 장치에는 한 가지 주요 단점이 있습니다. 주파수가 높은 테스트 신호에는 고조파 왜곡이 범위를 벗어납니다. 정확한 판독을 위해서는 대역폭 범위가 높은 측정 시스템이 필요하거나 IMD를 측정해야 합니다. IMD 측정의 경우 독립적인 주파수와 진폭을 가진 두 개 이상의 순수 톤이 테스트 신호로 사용됩니다. 비선형 왜곡은 이러한 입력 주파수의 곱셈과 차이를 생성합니다. 따라서 왜곡은 전체 분석 대역폭에 분산됩니다.

 

측정 및 계산 방법

왜곡은 거의 항상 신호 대 왜곡의 비율로 표시됩니다. 결과는 일반적으로 백분율(%) 또는 데시벨(dB)로 표시됩니다. 테스트 신호는 오디오(전기) 또는 음향(공기) 소스에서 나올 수 있습니다.

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THD에는 두 가지 일반적인 계산 방법이 있습니다. 주로 미국에서 사용되는 THD IEEE는 기본 주파수에 대한 왜곡의 비율로 계산됩니다. IEC 방법에 따른 THD는 미국 이외의 거의 모든 곳에서 흔히 볼 수 있으며, 원래의 신호와 왜곡의 합에 대한 왜곡의 비율로 계산됩니다. 구형 측정 시스템에서는 신호 노이즈가 왜곡에 추가되어 THD + N 값(노이즈의 경우 N)이 생성되는 경우가 많습니다. 모든 경우에 분석 대역폭 범위는 결과에 상당한 영향을 미치기 때문에 지정해야 합니다.

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IMD 측정에서는 크게 세 가지 방법이 사용됩니다. MOD 방법은 IEC60268/3 표준에 따라 주파수 및 진폭을 선택할 수 있는 두 가지 톤을 사용합니다. 2-5차 고조파의 중간 변조 제품이 측정됩니다. DFD(Difference Frequency Distration)와 CCIF 방법은 유사한 방식으로 작동하며, 두 주파수가 서로 매우 가깝고 진폭이 동일하다는 차이점이 있습니다. 일반적으로 앰프 테스트에 사용되는 DIM(Dynamic Intermodulation) 방법은 사각파 신호와 추가 변조 주파수를 사용합니다.

 

DFD (Difference Frequency Distortion) Spectrum

측정 시스템

측정 시스템이 단순할수록 왜곡 측정은 대부분 THD + N으로 제한됩니다. 여러개의 채널 및 복잡한 분석을 위해서는 넓은 대역폭 범위와 FX100 오디오 분석기와 같은 빠른 신호 프로세서를 갖춘 최신 시스템이 필요합니다.