스템으로 자전거 피팅할때 유효스템길이와 높이의 변화

스템으로 자전거 피팅하면서 스템각도와 길이에 따른 유효스템길이(A) 및 높이(B)의 변화를 간단히 정리해 보았습니다.

역시 숫자가 나오니 일목 요연하고 이해가 빨리 되었습니다.

 

아래 수치는 헤드튜브각도 73도, 스템길이 100mm일때, 스템의 각도에 따라 유효스템길이가 얼마가 되는지, 높이는 어떻게 변하는지를 나타냅니다.

 

헤드튜브각도가 73도 이므로 17도 스템을 내려가도록 설치하면, 유효스템길이는 100mm, 높이는 변화가 없습니다. 10도 스템을 위가 올라가도록 설치하면 유효스템길이는 89.1mm, 높이는 45.4mm가 높아집니다.

 

같은 스템으로 각도를 반대로 하면 높이의 변화가 상당히 크다는 것을 알 수 있습니다.

 

 

스템각도A(mm)B(mm)
-17100.0 0.0
095.6 29.2
692.1 39.1
-698.2 19.1
1089.1 45.4
-1099.3 12.2
1782.9 55.9
-17100.0 0.0
2574.3 66.9
-2599.0 -13.9
3068.2 73.1
-3097.4 -22.5
-17.9100.0 -1.6

 

스템길이, 헤드튜브 각도, 스템 각도 등을 바꾸어 보실 분들은 첨부한 엑셀화일을 받으시기 바랍니다.

Stem_change.xls

by 높이날아라 | 2008/12/12 19:09 | 자전거 | 트랙백 | 덧글(0)

지터에 의한 소리차이를 들을 수 있을까.

디지털 오디오기기의 음질과 관련된 글을 읽거나 토론을 하게 되면, 흔히 "지터"라는 말을 듣게 된다.

저가의 트랜스포트나 디지털케이블에서는 지터가 크게 발생하고, 그것이 디지털 오디오 기기의 소리차이를 구분할 수 있는 중요한 요인이라는 것이다.

여기서는 지터에 대한 일반적인 내용은 언급하지 않고, 얼마만큼의 지터가 있을때 우리가 지터를 들을 수 있는지에 대한 내용을 주로 다루고자 한다.

1990년대에 지속적으로 디지털 오디오 시스템에서 지터가 오디오 신호를 저하시킨다는 주장을 발표해 온 사람은 영국 캠브리지의 prism sound의 Julian Dunn이다. Dunn은 지터를 들을 수 있다고 주장하는 사람에게 이론적인 근거를 대라고 하면, 거의 빠짐없이 언급되는 가장 중요한 인물중 한 사람이다. Dunn이 오디오공학협회(AES)의 학회에서 지터의 청음가능성(audibility)에 대하여 언급한 대표적인 논문들로 아래와 같은 논문이 있다.

Dunn J. Jitter and Digital Audio Performance Measurements. AES UK 9th Conference. 1994, Print MBB-17.
 
Dunn J. Jitter: Specification and Assessment in Digital Audio Equipment. AES 93th Convention, October 1992, Print 3361.

위 그림은 1994년 논문의 그림 1인데,
소리를 120dB SPL 크기로 재생한다고 할때,
마스킹을 고려할때 지터 주파수에 따라(가로축) 지터에 의한 왜곡이 청각의 절대역치 0dBSPL이상으로 재생될 수 있는 지터의 최대진폭(peak amplitude)를 표시한 것이다.

가장 지터의 영향을 많이 많은 고주파를 기준으로 말한다면.. 
소리를 120dBSPL로 재생을 한다면 그때 20khz에서 20ps의 지터가 있는 시스템에서 들을 수 있는 왜곡된 소리크기는 0dBSPL 이라는 것이다. 특정음을 120dB SPL 크기로 재생한다면, 0dB SPL의 지터가 발생하며, 사람의 청각의 절대역치가 0dB SPL이므로, 사람이 들을 수 있다는 것이다.

Dunn의 주장은 간단히 말해 20khz에서 20ps의 최대진폭(Peak amplitude) 지터가 있으면 사람이 인지할 수 있다는 것이다.
 
스테레오파일과 같은 잡지에서 디지털 소스기기의 지터를 측정한 것을 보면 수백ps의 peak to peak 지터(peak amplitude * 2)는 흔히 볼 수 있으니,
잘 모르는 사람이 본다면 디지털 오디오 기기에서 지터를 들을 수 있겠구나 하고 착각하기에 딱 좋다.

그러나, 위 연구결과를 음향학과 디지털 소스기기에서의 지터 측정수준에 대한 지식이 조금만 있는 사람이 본다면,
디지털 소스기기, 디지털 케이블에서의 지터는 음악들을때 아무런 문제가 되지 않겠구나 하는 것을 바로 알 수 있다.


1. 일반적으로 오디오애호가의 오디오시스템은 청취위치에서 120dB SPL의 소리를 재생하지 못한다.
요즘의 일반적인 북셀프 스피커의 감도는 90dB SPL/m/2.83V가 안된다. 톨보이나 플로어스탠딩형 스피커까지 모두 고려하여, 스피커의 감도를 90dB SPL/m/2.83V으로 고려하자. 이 스피커에서 1m 거리에서 120dB를 들으려면 얼마만큼의 출력이 필요한가?

간단히 말해 1m 거리에서 스피커 하나만 재생할때 120dB를 들으려면 1000W가 필요하다. 대부분 애호가에서 일반적인 청취거리는 1미터보다 훨씬 멀다. 1미터 거리에서 120dB를 재생할때도 1000W가 필요하니, 스피커가 2개이고, 음향공간의 반사음을 고려하더라도 거리가 2미터를 넘어가면 1000W 이상의 출력이 필요하다.

사용하는 앰프가 1000W이상이라고 하자. 그럼 내 스피커가 1000W소리를 낼 수 있는가?
간단히 말하면.. 대부분의 애호가의 스피커는 1000W를 감당하지 못한다.

블로그의 다른 글 "좋은 음질을 듣기 위해 대출력앰프가 필요한가" 에서도 언급했지만, 고가형 스피커들도 10W정도만 되어도 스피커의 왜곡이 급격히 증가한다. 가정용 스피커로 1000W를 넉넉히 핸들링할 수 있는 스피커는 거의 없다.

**1번에서 애호가의 스피커와 앰프가 청취위치에서 120dB SPL소리를 낸다고 가정하자. 스피커나 앰프의 왜곡도 전혀 없다고 하자. **

2. 그렇다고 해도 일상생활에서 애호가가 음악을 들을때 120dB SPL의 소리가 나도록 듣는 경우는 사실상 없다.

블로그의 다른 글 "내 앰프의 힘이 모자란다고 생각될때"을 참조해서 직접 테스트해보면 알게 되겠지만, 애호가들이 평소에 음악듣는 음량은 높아봐야 청취위치에서 100dB도 안된다. 아마 다른 애호가가 방문하거나, 다른 사람이 없을때 마음놓고 음량을 높일때의 최대음량이 100dB 정도이고, 일반적으로 음악들을때는 최대음량이 90dB도 안되는 경우도 많을 것이다.

Dunn의 연구의 가정과는 달리, 애호가가 자신의 음향공간에서 음악을 듣는 음량은 120dB는 고사하고 100dB도 안된다.
100dB SPL재생시, Dunn이 청취역치에 해당하는 지터는 -20dB SPL로 재생되고 있다. -20dB SPL은 인간이 들을 수 없는 소리다.

**스피커와 앰프가 청취위치에서 120dB SPL소리를 낼수 있고, 스피커나 앰프의 왜곡이나 노이즈도 전혀 없다고 하고, 애호가가 실제로 최대 120dB 소리크기로 재생해서 음악을 듣는다고 가정하자**

그럼 그때는 지터를 들을 수 있는가.

답 : 그렇지 않다.

1.청취최대음량을 120dB로 할때 음악들을때의 평균음량은 100dB근처이고, 120dB는 최대피크시 음량이다. 그러니 120dB로 음악들을때도 거의 대부분의 재생시간동안 지터는 절대청각역치 저 아래에 있다.

2. 120dB 피크치의 소리를 들을때에도 지터는 들리지 않는다.

그럴리는 없지만.. 20khz소리가 120dB가 나고 있다고 가정하자. 그때 20khz 재생시의 지터 성분들이 재생이 된다. 만약 20khz 사인파를 재생하고 있다면, 20khz 소리는 못들어도 지터성분의 소리를 들을 수도 있다.

하지만.. 음악을 들을때는 상황이 다르다.
지터성분이 재생하고 있는 0dB SPL 소리보다 훨씬 큰 재생음이 다른 주파수에서 나고 있다. 지터는 다른 재생음에 마스킹된다. 다른 주파수에서 재생되고 있는 음악소리에 묻혀서 지터로 발생하는 왜곡된 소리는 들을 수 없다.

3. Dunn의 연구에서 인간의 절대청각역치인 0dB SPL을 가지고 지터를 말하고 있다. 지터가 0dB SPL 소리가 나도 들을 수 있다고 가정하고 있다.

하지만.. 우리가 실제로 음악듣는 청취공간은 절대무음공간이 아니다. 도시의 소음원에서 벗어난 아주 조용한 곳에서도 20dB SPL근처의 기저소음이 있다. 도시에 사는 많은 분들의 경우 기저소음 30-40dB SPL정도는 가뿐하다.

30-40dB의 기저소음이 있는 곳에서 0dB의 지터를 들을 수 없다.

4. 다시 반복하지만 Dunn의 연구에서는 "인간의 절대청각역치인 0dB SPL"을 가지고 지터의 청취가능성을 말하고 있다. 이글을 읽고 있는 애호가 본인은 0dB SPL소리를 들을 수 있는가?

청력 테스트에서는 250-8khz대에서 25dB 미만의 청력손실이 있어도 정상범위에 있다고 간주한다. 인간의 절대청각역치 0dB SPL은 감각이 아주 예민한 10-20대 여성이나 어린이에서나 가능한 수치이다. 20-30대 남성만해도 0dB SPL 소리를 듣지 못하는 경우가 대부분이다.

이상에서 보듯이, Dunn의 조사결과만 잘 해석을 해도 Dunn이 주장하는 지터의 청취역치는 무척 과장되었다는 것을 알 수 있다.

한편 지터의 청음가능성에 대하여 이론적 시뮬레이션과 함께 실제 청취테스트를 진행한 연구가 있다.

Benjamin, Eric and Gannon, Benjamin ' Theoretical and Audible Effects of Jitter on Digital Audio Quality,' 105th AES Convention, 1998, Print 4826.

돌비디지털 등으로 잘 알려진 돌비랩의 연구진들이 진행한 지터의 청음가능성에 대한 연구에서

사인파로 측정시 20khz에서의 지터의 청취역치는 10ns rms였다. 일반적인 음악을 들을때는 몇몇 프로그램을 제외하면 지터를 계속 올려, DIR(Digital interface receiver)의 락이 해제될때까지(lose lock) 청취자가 음악 프로그램에서 지터를 듣지 못하였고, 지터를 들었다고 하는 일부 프로그램에서의 역치는 20-370ns RMS(전체 평균 136.3ns, 표준편차 95ns, 청취자 8명중 최고점수자 평균 65ns, 표준편차 65ns, 지터)였다. 위 수치는 지터를 인지하지 못한 경우는 뺀 것이다. 지터를 인지하지 못한 경우는 훨씬 높은 지터에도 구분하지 못했다는 것을 고려하면 실제의 지터 인지수준은 위 보다 더 떨어진다고 보아야 한다. 또 위의 테스트는 그나마 블라인드 청취시험이 아니므로, 블라인드로 테스트하면 더 높아질 가능성도 많다.

(지터의 rms에서 peak to peak으로 환산하는 방법은 지터의 종류에 따라 다르다. 예를 들어 많은 시스템에서 볼수 있는 Random jitter의 경우 bit error rate에 따라 peak to peak 은 RMS에 비해 수배에서 10배이상 차이가 나기도 한다)

스테레오파일이나, 여러 잡지에서 디지털 소스기기의 지터에 대한 측정치를 발표하고 있지만, 일반적인 DVDP나, CDP의 지터는 최악의 경우라고 해봐야 1-2ns(나노초) rms이다. 스테레오파일에서 보면 알지만 peak to peak 지터의 측정치가 대부분 수백 ps(피코초)를 넘지 않는다.

저가의 사운드카드나 HDTV리시버등을 포함할때도 최악의 경우라고 해봐야 지터는 10ns rms근처이다.

한편 케이블에 의한 지터의 경우 돌비랩 연구팀의 조사결과에서는 30미터 동축선에서 발생하는 지터는 재생하는 신호크기가 약할수록 커지며, -80dBFS의 신호를 재생할때 측정된 지터의 최고치가 900ps였다. 연구팀의 결과를 인용하면, 최악의 지터가 발생하는 20khz를 -80dBFS로 재생할때, 발생하는 지터는 -171dBFS가 된다.

간단히 요약하자면 30미터 동축선을 써도 선재에 의한 지터는 들을 수 없다는 이야기가 되겠다. 30미터에서도 못듣는데, 가정에서 쓰는 몇미터 짜리 선재의 지터를 듣기는.. 무척 어려울 것이다.

Dunn의 연구와 Benjamin등의 연구들을 보아도,
일반적으로 음악듣는 환경에서 지터는 아무런 문제가 아니다.

또 지터의 효과는 우리가 일반적으로 시행하는 노이즈나 왜곡도 분석, 스펙트럼 분석에서 측정이 된다.

위 벤자민 등의 연구에서도 특정 지터주파수에서 특정 rms 진폭의 지터를 추가할때 변하는 THD+N을 지터에 의한 DAC의 감수성이라고 표현을 했고, Dunn도 풀스케일 THD+N이 100dB일때 샘플링지터레벨이 1.6ns rms미만이라고 언급하고 있다.
(Sample clock jitter and real-time audio over the IEEE1394 high performance serial bus)

DAC로 표준신호를 입력하고 DAC의 아날로그 아웃의 THD+N과 같은 특성만을 측정해 보아도, DAC에 연결된 모든 시스템(트랜스포트, 케이블, 디지털 인터페이스, 입력단)의 지터의 효과가 이미 반영되어 있다고 보아도 될 것이다. 아날로그 아웃의 THD+N 중에서 얼마만큼이 지터로 인한것인지, 지터 중에서도 얼마만큼이 샘플링 지터인지, 어느 것이 케이블로 인한것인지는 구분하기 쉽지 않겠지만..

간단히 말해 디지털 소스기기의 아날로그 출력의 일반적인 노이즈나 왜곡도 분석, 스펙트럼 분석속에 지터의 효과가 상당부분이 이미 반영이 되어 있다는 것이다.

아래는 일본의 연구팀이 오디오 관련 전문가 23명을 대상으로 jitter로 인한 왜곡의 청각역치를 조사한 논문이다.

Ashihara K, Kiryu S, Koizumi N. et al. Detection threshold for distortions due to jitter on digital audio. Acoustical Science and Technology Vol. 26 (2005) , No. 1 pp.50-54

더블블라인드 ABX 테스트로 random jitter의 청각역치를 조사한 연구에서 오디오엔지니어, 오디오 평론가, 사운드 엔지니어, 음악가 23명이 참여하였다.

이 연구에서는 대상자들이 자신이 선호하고 있는 DAC, 스피커, 헤드폰 등 각종 기구를 직접 가져왔고, 자신이 직접 음량을 조정하였으며, 대상자들은 원하는데로 원신호와 지터로 왜곡된 신호를 직접 선택하면서 비교할 수 있었다.

그럼에도 오디오 관련 전문가라고 할 수 있는 대상자 23명 모두 250ns rms의 random jitter가 있는 소리를 원신호와 구분하지 못하였다. 1us(microsecond)의 지터를 구분한 사람도 절반이 안되었고(11명), 500ns의 지터를 구분한 사람도 6명이 되지 않았다.


연구진은 벤자민의 연구를 언급하면서, 지터의 청취역치가 자신들의 연구에서 훨씬 높게 나온 이유를 더블블라인드 테스트(자신들의 연구)와 그렇지 못한 테스트(벤자민의 연구)의 차이로 언급하고 있다.

동일연구자들이 이 연구에 앞서 훈련되지 않은 일반대상자 14명으로 먼저 연구를 하였는데, 이때 14명의 일반대상자들은 576ns의 지터도 아무도 구분하지 못했다.

다시 말하지만 글쓴이가 디지털 소스기기의 지터분석결과를 본 한도에서 말한다면 디지털 오디오 체인에서 최악의 지터라고 해야 기껏해야 10-20ns(peak amplitude 기준)밖에 되지 않는다. 일반적인 CDP나 DVDP는 최악이라고 해봐야 최대 1-2ns(peak amplitude 기준)의 지터를 보인다. 그런데.. 오디오 전문가 그룹의 지터 청취역치가 250ns인 결과가 나온 것이다.

이 연구의 결과도 위 벤자민 등의 연구결과와 동일하다. 음악 프로그램을 들으면서는 디지털 오디오 체인의 지터를 듣지 못한다.


지터의 청취가능성에 대한 지금까지의 연구결과를 요약하자면,

1. 정상동작하는 디지털 소스기기로 음악을 들을때 지터로 인한 왜곡은 사람이 들을 수 없다.
2. 디지털 기기에서의 지터의 효과는 일반적인 노이즈나 왜곡도 분석, 스펙트럼 분석속에 이미 반영이 되어 있다.
3. 수십미터의 디지털 케이블을 써도 지터를 들을 수 없다.

앞으로 새로운 연구성과가 나오고, 지터의 청각역치에 관한 새로운 측정방법이 개발될 수도 있다. 하지만 그러한 경우라도, 디지털 소스기기의 지터는 일반적인 청취환경에서는 거의 문제가 되지 않을 것이다.

디지털 케이블이나 디지털 소스기기에서 지터가 어떻고 하는 경우.. 듣기는 잘 들어주고, 그냥 빙긋이 웃어주면 된다.

by 높이날아라 | 2008/04/09 16:18 | 오디오 | 트랙백(1) | 덧글(0)

좋은 음질을 듣기 위해 대출력앰프가 필요한가

1) 앰프의 다이내믹레인지의 필요 한계

해상도와 인식능력의 한계를 설명하기 위해 우리가 좀더 직관적으로 이해하기 쉬운 TV나 컴퓨터 모니터의 픽셀 해상도를 예를 들었는데,  오디오에서도 마찬가지인 원칙이 적용된다.

앰프에서 기저 노이즈레벨이 동일한 경우, 두 앰프의 다이내믹레인지는 두 앰프의 정격출력에 의해 좌우된다.
정격출력이 50W인 앰프에 비해 정격출력이 500W인 대출력앰프의 다이내믹레인지가 더 높다.

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다이내믹레인지는 오디오 시스템이 낼 수 있는 가장 작은 소리에 대비해 오디오에서 낼수 있는 가장 큰 소리의 비로서 dB(데시벨)이라고 하는 단위로 표시한다.
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좀더 정확하게 말하면 위 50W 앰프와 500W 앰프의 다이내믹레인지의 차이는 10dB로 500W의 다이내믹레인지가 10dB 더 높다.

같은 회사의 같은 디자인의 두 앰프가 50W, 500W이고, 두 앰프의 가격이 같다면, 고민할 필요는 별로 없겠지만, 현실은 500W 앰프가 50W 앰프보다 훨씬 비싸다. 그럼 이 10dB의 다이내믹레인지의 증가가 의미가 있는지 평가할 필요가 있다.

여기서 50W 앰프보다 500W 앰프보다 다이내믹레인지가 10dB 더 높다는 것은 500W 앰프가 10dB 더 큰 소리를 재생할 수 있다는 의미이다. 그런데 중요한 것은 50W 앰프도 매우 큰 소리를 재생할 수 있는 앰프라는 것이다.

즉 애호가가 사용하면서 50W 앰프가 재생하는 다이내믹레인지가 충분하다면, 굳이 더 이상의 다이내믹레인지가 필요하지 않는 것이다.

소리크기와 청력손실

소리크기는 일반적으로 dB SPL(deci Bel Sound Pressure Level)로 표시한다.
일반적으로 산업장에서는 귀의 청각신경을 보호하기위하여 높은 음량의 소리에 노출될 수 있는 한계를 법적으로 규정하고 있다. 우리나라나 미국의 기준은 90dB SPL의 소리에 8시간 이상 노출될 경우 법적인 제재를 받게 된다.

  일당 소음노출시간   | 소리크기  dB(A 가중치) slow response
___________________|_________________________________
                              |
8............................|                    90
6............................|                    92
4............................|                    95
3............................|                    97
2............................|                   100
1 1/2 ......................|                   102
1............................|                   105
1/2 ........................|                   110
1/4  or less..............|                  115

간단히 말해 90dB SPL만해도 상당히 큰 소리이다.

큰소리는 청신경을 쉽게 피로하게 하고, 큰 소리에 지속적으로 노출될 경우 청신경이 손상된다. 소음에 의한 청신경의 손상을 NIHL(Noise-Induced Hearing Loss: 소음성청력손실)라고 한다. 소음 뿐 아니라, 음악소리도 소음과 똑같이 청신경의 손상을 일으킨다. 록음악가나 애호가들의 청력손실은 잘 알려져 있으며, 오디오 엔지니어, 어쿠스틱 음악가들도 일반인보다  높은 청력손실을 보인다는 것이 잘 알려져 있다. 이것은 MIHL(Music-Induced Hearing Loss: 음악 청력손실)이라고 부른다.

청신경의 피로도를 측정하는 가장 흔한 방법 중의 하나가 일시적가청한계변동(TTS : Temporary threshold shift)이다. 간단히 말해 큰 소리에 노출되고 난후 귀가 멍해져서 작은 소리가 잘 안들리게 되는 것을 측정하는 것이다. 예를 들어 100dB의 1400Hz 소리에 3분간 노출되면 가청한계가 약 6.5dB 높아지며, 80dB의 1400Hz 소리에 3분간 노출되면 가청한계가 약 2.3dB 높아진다.

간단히말해 80dB SPL 소리를 약 3분간만 들으면 귀의 감수성이 2.3dB 정도 떨어진다는 말이다. 작은 소리를 잘 못 듣게 되는 것이다.

애호가들이 선호하는 소리크기와 앰프의 출력

1949년 BBC의 연구진인 Somerville과 Brownless는 일반적인 애호가와 엔지니어들이 음악을 가장 크게 듣을때의 평균소리크기를 측정한 적이 있는데, 관현악곡에서 일반 청취가들은 평균 78dB, 엔지니어들은 88dB이며, 경음악이나 댄스 음악, 사람 소리에서는 일반 청취자는 71-75 dB, 엔지니어는 74-79dB였다. 거기에 연령이 증가할수록 큰소리를 좋아하지 않는 것으로 나타났다.(Somerville & Brownless, 1949: Stanley 1959에서 재인용)

간단히 말해 관현악곡을 가장 크게 들을때 일반인들이 듣는 평균 소리크기가 78dB라는 것이다. 일반적으로 평균소리크기와 최대소리크기에는 약 20dB 차이가 있으므로, 이때의 최대소리크기는 98dB라고 보면 된다.

위 BBC 연구진의 연구결과를 토대로 일반적인 청취공간의 반사음에 의한 보강을 고려할때 필요한 앰프의 파워를 계산한 연구결과는 아래와 같다.
효율 5%의 스피커(96dB SPL/m/2.83V)로 재생시 2000입방피트(약 7.5평 내외 음향공간)에서 재생시 평균 0.25W(최대 5W), 6000-10000입방피트(약 22-38평 음향공간)에서 재생시 평균 0.4W(최대 8W)이다.

이 결과를 바탕으로 저자는 10W 앰프면 거의 대부분의 애호가에서 충분하다고 결론짓고 있다(Stanley, 1959).
(An accurately rated 10-watt amplifier would serve most music listening Power Estimates requirements)

현대적인 북셀프 스피커들의 효율은 1950-60년대의 스피커보다 훨씬 낮은 1%내외(89dB SPL/m/2.83V)이다. 이를 고려한다면, 대부분의 애호가에서 50W 앰프면 앰프의 출력은 충분하다고 하겠다.

Somerville, T., & Brownless, S.F. (1949). Listeners' Sound- Level
Preferences. B.B.C. Quarterly, (Jan), 245-250.
 
Stanley H. How Much Audio Power? JAES Volume 7 Issue 2 pp. 62-64; April 1959


높은 다이내믹 레인지(대출력 앰프)가 필요한가 - 선호하는 소리크기의 관점에서

이미 언급한대로
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앰프에서 기저 노이즈레벨이 동일한 경우, 두 앰프의 다이내믹레인지는 두 앰프의 정격출력에 의해 좌우된다.
정격출력이 50W인 앰프에 비해 정격출력이 500W인 대출력앰프의 다이내믹레인지가 더 높다.
50W 앰프에 비해 500W의 다이내믹레인지가 10dB 더 높다.
-----------------------------------------------------------------------------
(대출력앰프에서 기저 노이즈레벨이 증가하여 전체적인 다이내믹레인지 차이가 줄어드는 경우도 많으나 여기서는 일단 논외로 한다)

하지만 대부분의 애호가들이 음악을 듣는 음량은 50W 앰프로도 넘친다. 즉 더 이상의 다이내믹레인지가 필요하지 않는 것이다.

애호가 중에서는 다른 사람이 들으면 모두 시끄럽다고 불평하는 큰 음량으로 듣는 것을 좋아하는 경우도 있다.
물론 애호가가 녹음실이나 오디오 엔지니어 처럼 큰 음량으로 듣기를 바란다면, 당연히 다이내믹레인지가 높은 대출력앰프가 도움이 될 것이다.

하지만, 적당한 음량으로 듣는 애호가, 그리고 조용한 환경에서 음악을 듣는 애호가들은 대출력앰프는 전혀 의미가 없다고 하겠다.


높은 다이내믹 레인지(대출력 앰프)가 필요한가 - 사용하는 음향환경의 관점에서

작은 청취공간에서 더 작은 출력이면 충분하다는 것은 이미 언급하였다.

그 다음으로 언급할 부분은.. 많은 애호가들이 살고 있는 공간이 공동주택(아파트)이라는 것이다.

층간소음 및 옆집으로 전파되는 소음문제는 심각한 문제 중 하나이다.

애호가가 녹음실이나 오디오 엔지니어 처럼 큰 음량으로 듣기를 바란다고 해도, 공동주택에서는 소음문제때문에 큰 음량으로 틀수가 없다.

공동주택 생활을 하는 입장이라면 89 dB SPL/m/2.83V 스피커로 "대낮에" 최대 10W 소리로 듣는 것도 상당히 용기를 필요로 하는 일이다. 한밤중에 10W로 오디오를 튼다는 것은 엄청난 배짱과 철면 신공이 없다면 시도하기 힘들다.

음향공간에 철저한 방음과 차음공사를 한 상태가 아니면, 공동주택에서 생활하는 애호가라면 일상적인 청취수준은 웬만해서는 최대 10W를 넘기기가 쉽지 않을 것이다.


높은 다이내믹 레인지(대출력 앰프)가 필요한가 - 다른 오디오기기의 성능의 관점에서

많은 오디오애호가의 입장에서 오디오 기기에서 큰 소리를 재생하는데, 가장 문제가 되는 기기는 스피커이다. 한마디로 스피커는 디지털 소스기기를 사용하는 오디오 시스템에서 가장 성능이 떨어지는 기기라고 할 수 있다.

스피커에서는 높은 출력의 소리를 낼때 그 재생한계에 와서 급격하게 왜곡이 증가하거나, 어떤 경우는 스피커의 유닛이 고출력을 감당하지 못하고 고장이 나기도 한다.

특히 소위 북셀프 스피커에서는 큰 소리를 내는데 많은 제약이 있다.

예를 들어 무향실에서 90dB SPL/2m(96dB SPL/m) 소리를 낼때 스피커에서 발생하는 왜곡을 한번 살펴보도록 하자.

                                            Top curve: frequency response @ 90dB SPL/2m
                                            Bottom curve: THD+N @ 90dB (50Hz - 10kHz)


위 측정치는 국내에서 신품 소비자가가 600만원 이상 책정되어 있는 다인오디오 Confidence 1 북셀프 스피커에 대한 캐나다 국립연구소(NRC)의 측정결과이다.

무향실에서 다인 C1 스피커에서 100Hz를 2미터 거리에서 90dB SPL크기로 재생할때 총배음왜곡율(THD)은 10%를 넘고 있다. 200Hz에서의 총배음왜곡도 3%에 달하고 있다.

다인 C1은 감도가 83.5dB/m/2.83V 로 비교적 낮기 때문에 2미터 거리에서 90 dB의 소리를 재생하는데 약 18W가 필요하다. 정격 50W인 앰프에서 20W에서의 총배음왜곡율은 0.1%도 되지 않는다. 그런데, 스피커에서는 10%가 넘는 배음왜곡이 생긴 것이다.

다인 C1 스피커에 대출력 앰프를 물리는 것은 최소한 저음에 관해서는 의미가 없다.


                                            Top curve: frequency response @ 95dB SPL/2m
                                            Bottom curve: THD+N @ 90dB (50Hz - 10kHz)


위 측정치는 국내에서 신품 소비자가가 600만원 이상 책정되어 있는 패러다임의 시그니처 S8 톨보이 스피커에 대한 캐나다 국립연구소(NRC)의 측정결과이다.

무향실에서 패러다임 S8 스피커에서 100Hz를 2미터 거리에서 95dB SPL크기로 재생할때(위 다인 C1보다 5dB SPL 더 큰 소리) 총배음왜곡율(THD)은 1% 미만이다. 다인의 C1 스피커에 비해 5dB 더 큰 소리를 재생하고 있지만, 총배음왜곡은 오히려 더 낮다.

패러다임 C1은 감도가 89dB/m/2.83V 로 다인 C1보다 높다. 2미터 거리에서 95 dB의 소리를 재생하는데 약 16W가 필요하다. 스피커에서도 낮은 배음왜곡을 유지하고 있으므로, 패러다임에서는 좀더 높은 출력의 앰프를 물리더라도 충분히 감당할 수 있을 것이다.

위 다인 C1은 가격을 생각한다면 성능은 조금은 실망스럽다.

신품가 20만원대라고 할 수 있는 다른 스피커의 측정치를 보자.

                                            Top curve: frequency response @ 90dB SPL/2m
                                            Bottom curve: THD+N @ 90dB (50Hz - 10kHz)

위 측정치는 신품 소비자가가 20만원대인 PSB alpha b1 북셀프 스피커에 대한 캐나다 국립연구소(NRC)의 측정결과이다.

무향실에서 100Hz를 2미터 거리에서 90dB SPL크기로 재생할때 총배음왜곡율(THD)은 4% 정도밖에 되지 않는다. 200Hz에서의 총배음왜곡도 1%에 미만이다.

20만원대의 스피커로서 아주 우수한 대음량 재생 특성이다. 80-160Hz의 저음력의 재생능력은 가격이 20배가 넘는 다인 C1보다 더 점수를 주고 싶다. 중역대에서도 다인에 밀리지 않는다.

이렇듯 스피커에서도 저렴하면서도 우수한 제품들이 많이 있다.


그럼에도..
많은 북셀프 스피커들에서 음량이 90dB를 넘어 100dB/m 정도가 되면 저역대의 왜곡이 급격하게 증가한다는 것은 변함이 없다. 저렴한 스피커들이 PSB B1 처럼 다 우수한 성능을 보이지는 못하며,다인오디오 C1과 같이 수백만원이 넘는 스피커에서도 실망스러운 대음량 재생 능력을 보이는 스피커들이 많다.

일반적인 50-100W앰프에서
앰프의 출력제한에 의한 다이내믹레인지에 문제가 생기기 훨씬 전에 대부분의 스피커에서 다이내믹레인지의 문제가 생긴다.
(내입력한계, 출력압축(Power compression), 비선형왜곡의 급격한 증가 등)

이 경우 다이내믹레인지를 확장하기 위한 방법은 앰프를 대출력앰프로 교체하는 것이 아니라, 높은 음량을 더 잘 재생할 수 있는 스피커로 교체하는 것이 우선이다.

by 높이날아라 | 2008/03/30 14:02 | 오디오 | 트랙백 | 핑백(1) | 덧글(0)

내 앰프의 힘이 모자란다고 생각될때

오디오 관련 게시판의 글을 보다보면 흔히 보는 질문들이 있다.

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XX스피커를 쓰는데, 지금쓰는 50W 앰프로 출력이 부족한 것이 아닌가요.
대출력 앰프로 바꾸면 소리가 더 좋아질까요.
새 앰프로 바꾼후 저음이 부족한데, 앰프의 출력이 모자라서 그런 것은 아닌가요?
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내 앰프가 힘이 없다고 생각되는가?
음악듣는데 앰프 출력이 모자라지나 아닐지 걱정이 된다면?

자신이 평소에 음악듣는 위치에서의 출력을 확인할 수 있는 법을 기술한다. 아직 모르셨던 분은 한번 해 보기 바란다.

먼저 준비물이 필요하다.
교류 전압(AC)을 잴 수 있는 멀티미터가 필요하다.
멀티미터가 없다고 걱정하지 말라. 얼마안하니까. 이참에 하나 장만하시길.

DT266FT 클램프메터

옥션에서 9000원대에 파는 물건이다(글쓴이와 이 물건 판매와는 전혀 관계없다).

측정범위를 보면 2000mV까지 1mV 해상도로 잴수 있고, 20V까지 10mV 해상도로 측정할 수 있다. 이 정도 해상도면 충분하다.

****************************************************
사용하는 멀티미터에 따라 주파수대역별 해상도가 다르다. 하지만 가장 수준이 낮은 멀티미터에서도, 특정볼륨위치에서 대략적인 출력수준을 살펴보는데에는 별 문제가 없다. 더 자세한 사항은 사용하는 멀티미터의 주파수별 해상도를 확인할 것.
*****************************************************

멀티미터가 준비되었으면, 다음 준비를 해 보자.

아래 화일을 받아 압축을 푼다. (오른쪽 마우스버튼 누르고 다른이름으로 저장) 
300Hz_0dB.zip

이 화일은 300hz 0dB 16bit 44.1khz 샘플링 Wave화일로 CD에서 낼 수 있는 가장 큰 소리(0dBFS) 내는 화일이다.

300Hz_-20dB.zip

이 화일은 300hz -20dB 16bit 44.1khz 샘플링 Wave 화일로, 0dB화일에 비해 20dB 작은 소리를 내는 화일이다.

이 화일을 CD로 굽는다(컴에서 재생하며 테스트할 경우는 사운드 세팅에서 모든 EQ를 0으로 한다. 플레이어의 EQ나 DSP도 정지)

***********************주의사항*************************
한 CD에 구우면 꼭 첫번째에 0dBFS, 두번째에 -20dB가 되도록 할것.
-20dB가 1번 트랙, 0dB가 2번 트랙이면 -20dB트랙 끝나고 2번 트랙으로 자동으로 넘어가면서 앰프와 스피커가 사망할 수 있음.
**********************************************************

그 다음 할일은 구운 CD를 플레이어에 넣고 1번(0dB화일)을 플레이하면서(해당 트랙 반복 재생), 앰프의 스피커 출력단자 좌우 중 하나를 선택하여 "교류전압"을 잰다.

이때 볼륨은 가장 낮은 위치로 일단 두고 서서히 올린다. 스피커는 1W 정도 출력에는 별 무리가 없는 것이 대부분이니, 1W 정도만 측정하시려면 스피커 연결한채로 측정해도 되지만, 혹시나 걱정되는 분들은 스피커선을 빼기 바란다(측정하다가 스피커 유닛 태우는 건 책임못진다 ^^).

멀티미터의 전압계에 2.83V 정도 나올때까지 볼륨을 서서히 올린다.
멀티미터 전압계에 2.83V가 나오는 위치가 1W 출력위치이다.

이 말은 이 볼륨위치에서 나올 수 있는 "최대출력"이 1W라는 말이다.
음악들을때 이 볼륨위치에서 나오는 음악의 평균출력은 대략 0.01-0.02W 이하이다.

그 이상 측정하시려는 분은 2번 트랙(-20dB)을 재생한다.

1W 출력위치는 0.283V(283mV)
10W 출력위치는 0.894V (894mV)
50W 출력위치는 2.00V
100W 출력위치는 2.83V
이다.

(현재 멀티미터 전압위치에서 출력계산은 1번 트랙 재생시는 V*V/8, 2번트랙 재생시는 V*V/8*100)

자 이제 자신이 평소에 음악듣는 볼륨위치의 최대출력, 마음먹고 크게 틀때의 볼륨위치의 최대출력이 얼마인지 대략 알게 되었을 것이다.

자신이 음악듣는 볼륨위치의 최대출력이 자신의 앰프의 정격출력 위치보다 2배이상 위이면(예를 들어 정격50W 앰프인데 음악듣는 위치에서의 출력이 100W이상 위치인 경우), 이런 분은 현재 앰프보다 고출력앰프로 가는 게 좋다.

하지만..이글을 읽고 직접 시험해보는 애호가의 95%이상에서
평소에 음악듣는 볼륨위치의 최대 출력은 5W이하일 것이다.

평소 음악듣는 최대출력이 5W이하인데, 앰프 출력이 문제가 될 가능성이 뭐가 있겠는가.

스피커에서 나오는 소리가 힘이 없게 느껴질지라도, 그 원인은 앰프가 아니다.

****************************** 주의사항 ******************************************
스피커를 연결한 채 1번 트랙(0dB화일)을 큰 음량(앰프의 정격출력이상, 스피커의 1khz 정격내입력이상)으로 틀면 앰프와 스피커가 각각 사망할 수 있다.
주의바란다.
***********************************************************************************

소스기기 출력전압과 입력단자의 감도에 따라 같은 볼륨위치에서 소스별로 소리차이가 날 수 있다.

위에 제시한 방법은 해당 위치에서 "현재 사용하는 소스기기(플레이어)"에서 볼륨위치별 출력을 확인하는 방법이다.
그러니 사용하는 소스기기가 달라지면, 해당 소스기기의 출력전압이 달라지므로, 그에 따라 앰프의 특정볼륨위치에서의 출력도 조금 바뀔 수 있다.

by 높이날아라 | 2008/03/25 13:17 | 오디오 | 트랙백 | 핑백(1) | 덧글(0)

영상기기의 픽셀 해상도와 인식한계

1. 영상기기의 픽셀 해상도와 인식한계

같은 40인치에서 1366*768 픽셀수를 가진 일반적인 HD(High Definition) 화질의 TV와 1920*1080 픽셀수를 가진 FHD(Full HD)화질의 TV는 후자인 FHD 화질의 TV가 해상도가 더 높다.

2008년 3월 현재 시점에서 FHD 스펙의 TV는 일반적인 HD스펙 TV보다 많이 비싸다. 가격차이가 없고 다른 기능이 같다면, 굳이 픽셀 해상도가 낮은 HD 스펙보다는 FHD 스펙의 TV를 구입하면 될 것이다. 두 제품의 가격이 같은 경우라면 TV 제조회사에서 해상도가 낮은 TV를 팔 이유가 없다.  제조 회사에서는 제품의 다변화 차별화로 다양한 계층의 고객을 공략한다. TV에서도 HD 스펙보다 FHD 스펙이 훨씬 비싸게 판매된다. 고객의 입장에서는 그 FHD 스펙이 더 높은 가격을 지불하고 살만한 가치가 있는지를 평가해야 할 필요가 있다.

아래 그림을 한번 보자. 두 그림 중 어느것의 해상도가 더 높게 보이는가?


두 그림을 가까이서 자세히 보면, 위의 그림이 더 해상도가 높다는 것을 알수 있다.

위 두 그림의 원본그림인 더 큰 그림을 보면 그 차이를 더 쉽게 알 수 있다.
http://noriter.ipop.co.kr/cgi-bin/showOrgImage.cgi?mid=6147465&nid=5462023

위의 그림이 아래 그림보다 일반 모니터에서 해상도가 더 높기는 하지만, 상황에 따라서 해상도는 달라진다.

"상황에 따라서 해상도는 달라진다"

앉은 자리에서 일어서서 1미터 뒷쪽으로 물러선다. 위의 그림이 더 해상도가 높게 보이는가?
이번에는 앉은 자리에서 일어서서 3미터 뒷쪽으로 물러선다. 위의 그림이 더 해상도가 높게 보이는가?

시력이 나쁜 사람은 안경을 벗고 모니터에서 50cm이상 떨어진 곳에서 두 그림을 비교해 보자.
위 그림의 해상도가 더 높게 보이는가? 해상도의 차이가 쉽게 인지되는가?

FHD와 일반적인 HD의 차이도 마찬가지이다. 단순히 픽셀의 해상도만으로 볼때 FHD와 일반적인 HD에 차이가 있기는 있지만, 화면으로부터 얼마나 떨어지는지에 따라 픽셀에 따른 해상도를 인식할 수 있는 거리가 있다. 시력이 좋으면 좋을수록 픽셀에 따른 해상도를 구분할 수 있는 거리가 더 멀어지고, 시력이 나쁘면 해상도를 구분할 수 있는 거리가 짧아진다.

시력 1.0을 기준으로 40인치 TV에서 1920*1080의 FHD 해상도 TV와 1280*720의 HD 해상도 TV를 구분할 수 있는 한계거리는 TV에서의 시청거리가 2.4미터 이내인 경우이다. 즉 시청거리가 2.4미터 정도면 간신히 해상도를 구분할까 말까한 거리이고, 더 가까이 갈수록 픽셀 해상도 차이를 더 쉽게 구분할 수 있다. 시청거리가 2.4미터를 넘어서면 단순히 픽셀 해상도의 차이만이 있을 경우 해상도 차이는 구분되지 않는다.

TV에서의 해상도는 기기마다 비디오신호처리능력이 다르기 때문에 단순히 픽셀해상도만으로 모든것이 결정되는 것은 아니지만, TV 화면의 크기에 비해 TV에서 시청거리가 멀 경우는 다른 조건이 같다면 굳이 값비싼 FHD의 픽셀해상도에 연연할 필요는 줄어든다.

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만약 40인치 TV를 사는데, 시청거리를 아무리 가까이해도 5미터로 밖에 할 수 없는 상황이라면
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소비자는 최소한 화질면에서 픽셀 해상도는 연연할 필요가 전혀 없다.
이 거리라면 시력 2.0도 FHD와 일반적인 HD를 구분할 수 없을 것이기 때문이다.

픽셀 해상도와 그에 따른 인식거리에 대한 좀더 자세한 논의는 아래 글을 참고하기 바란다.
http://dvdprime.dreamwiz.com/bbs/view.asp?major=MD&minor=D1&master_id=26&bbslist_id=910334

by 높이날아라 | 2008/03/15 10:59 | 오디오 | 트랙백 | 덧글(0)

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