심화 2강. PC TOOL 5 고급 입력 신호 분석 (aISA)

 

 

 

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오디오텍피셔 - DSP, PC TOOL 5 강의 목차

 

 

안녕하세요 앵주리입니다.

 

오늘은 PC TOOL 5 심화 2강

오디오텍피셔의 매우 강력한 기능 중 하나인 "aISA (Advanced Input Signal Analyzer"에 대해서 알아보겠습니다.

 

사실 꼭 aISA가 아니더라도 충분히 쓸만한 ISA (Input Signal Analyzer)를 지원하긴하나

조금 더 정밀한 조정을 위해서는 aISA가 더 효과적입니다.

 

1. aISA의 특장점

 

우선 무슨 차이가 있는지, 왜 꼭 aISA 써야하는지 비교해보겠습니다.

 

ISA와 aISA의 차이

 

 

ISA는 DSP에 입력되는 신호 자체를 DSP가 분석하여 보여주는 반면

aISA는 DSP에 입력되는 신호를 외부장비를 통해 분석하다는 점에서 가장 큰 차이를 보입니다.

 

그래서 aISA를 사용하기 위해선 반드시 외부 사운드카드(오디오 인터페이스 등)를 필요로 합니다.

 

덕분에 더 빠른 속도로 신호를 분석할 수 있고

Tune EQ를 통한 자동 EQ 적용, 크로스오버 등 그래프 Q의 분석.

입력 신호의 시간 차 까지도 계산할 수 있습니다.

 

 

2. 외장 사운드 카드 - DSP 연결

 

위 설명과 같이 aISA는 외장 사운드 카드가 필수 입니다.

저 같은 경우 Focusrite 오디오인터페이스에 연결하겠습니다.

 

사운드 카드와 연결을 위해 당연히 사운드카드 인페이스에 맞는 RCA 케이블이 필요합니다.

 

 

제 사운드 카드는 6.35mm 폰잭과 XLR 캐논잭 입력을 지원하지만 어차피 DSP가 언밸런스 RCA를 출력하기에

이전에 만들어둔 6.35mm - RCA 케이블을 사용했습니다.

 

 

DSP의 가장 마지막 출력 RCA 포트와 외장 사운드카드 입력을 케이블로 연결해줍니다.

 

기존에 이미 DSP가 설치된 상태라면 반드시 마지막 출력 포트 외 모든 출력 연결을 빼셔야합니다.

 

 

 

모든 연결이 완료되었다면 헤드유닛에서 Pink noise 파일을 재생

헤드유닛 볼륨을 헤드유닛 출력의 Clipping 직전의 상태로 조절합니다.

(만약 Clipping 지점을 모른다면 헤드유닛 최대 볼륨의 70% 지점으로 조정합니다)

 

외장 사운드 장비의 Input Gain 또한  Saturation 직전으로 조절합니다.

 

 

 

사운드카드 및 aISA에서 Input Signal이 너무 작게 감지되거나

헤드유닛(소스)의 High Level Signal 또는 Low Level Signal이 DSP의 입력 제원의 하한치에 준하는 경우

Input Sensitivity를 시계 방향으로 돌려 CLIP LED가 들어오지 않는 지점으로 설정합니다.

 

Input Signal이 정상적으로 출력되거나 정확한 소스의 Signal 상한치를 모른다면 반시계방향으로 최대한 돌려(기본값) 설정합니다.

 

 

 

3. aISA 인터페이스 및 기본 설정

 

이제 PC TOOL을 실행해줍니다.

 

ISA와 마찬가지로 PC TOOL 상단에 IO설정에서 우측 밴드 버튼을 눌러서 신호 분석 모드로 진입합니다.

 

 

 

상단에 aISA를 선택하고

좌측 중간에 설정 버튼을 클릭하여 설정을 엽니다.

 

 

 

Input Device를 사용할 "외장 사운드 카드" 장치로 올바르게 설정한 뒤

Left, Right 중 장치에 입력한 입력 신호를 선택합니다.

 

TuneEQ를 사용할 예정이라면 Max Deviation(최대 편차)와 Max Boost(최대 증폭)량을 설정하고

 

입력 신호 그래프를 분석하실 분은 Display Graph Information 활성화

- 소스 출력 채널에 크로스오버가 적용된 경우

 

입력 시간 지연을 계산하실 분은 Display Delay Estimation을 활성화 합니다.

- 소스 출력이 채널별로 시간 지연이 설정된 경우

 

 

 

 

상단에 M1 부터 M10까지 현재의 그래프를 고정 표시되도록 임시 저장할 수 있습니다.

마우스 오른쪽 버튼을 눌러 저장하고, 마우스 왼쪽 버튼을 눌러 ON/OFF 할 수 있습니다.

 

좌측의 화살표 버튼으로 그래프의 진폭 해상도를 +10 ~ -15dB와 +15 ~ -35dB로 변경할 수 있으며

 

A는 신호 레벨이 자동으로 보정, 클릭하여 M으로 변경하면 아래 슬라이더를 통해 레벨을 수동으로 조정할 수 있습니다.

 

 

하단에 Smoothing을 통해 신호 스무딩 속도를 Fast와 Slow로 설정할 수 있고

Reset을 누르면 스무딩이 취소되고 다시 연산을 시작합니다.

(측정 시간이 길수록, 신호 변화를 강하게 줄 수록 재차 스무딩 작업이 필요합니다)

 

입력 신호의 시간 지연은 Input Delay 항목에서 ms 단위로 조절할 수 있습니다.

 

Input EQ 창에서 BYP 바이패스, RST 리셋, PEQ와 Low shelf EQ, All pass Filter를 적용할 수 있고

Link를 체크하여 각 A-B, C-D 등 쌍으로 설정을 연동하여 수정할 수 있습니다.

 

제일 우측 하단 Bypass는 해당 밴드에 대하여 바이패스를 활성화하니 전체 BYP 바이패스와 기능 차이가 있습니다.

 

 

 

좌측의 Input 채널을 가운데 창으로 드래그하여 활성화할 수 있으며

RCA와 AUX를 동시에, 또한 여러개의 채널을 동시에 합산 측정도 가능합니다.

 

 

합산 측정 시 활성화 된 채널을 더블클릭하여 위상 및 레벨 비율을 조정할 수 있습니다.

 

 

 

이제 우측에 Masurement OUT을 선택하면 각 DSP의 마지막 출력단이 측정 출력단으로 임시 설정되며

크로스오버, EQ 등 모든 설정이 비활성화 됩니다.

해당 채널에 스피가가 연결된 경우 스피커가 터지거나 찢어지는 등, 파손될 수 있으니 반드시 상위 절차에 따라 설정하세요.

 

 

4. 단채널 입력 신호 분석

 

모든 준비가 끝났으면 핑크노이즈 파일을 재생하고

 

Start Analyzer 버튼을 눌러줍니다.

 

 

이제 소스유닛으로 부터 출력되는 신호가 PC TOOL 화면에 측정되어 표시됩니다.

 

현재 소스유닛의 출력은 저음과 고음에 굉장히 강한 성향을 보여줍니다.

 

영점을 잡기 위해 400~600 hz , 2Khz구간을 0dB로 설정하겠습니다.

 

 

단채널 보정의 경우 TuneEQ 기능을 사용하면 단시간에 신호를 보정할 수 있습니다.

 

사용할 Band 와 주파수 범위를 설정하고 Tune EQ 버튼을 누르면

스스로 신호의 크기를 분석하고 반전된 레벨에 대한 그래프를 연한 녹색으로 임시로 표시합니다.

 

사진과 같이 반대 모양의 그래프가 표시된 것을 확인할 수 있습니다.

 

 

그리고 Set EQ 버튼을 누르게되면

즉시 평탄하게 조정된 입력신호를 확인할 수 있습니다.

 

 

5. 다채널 다중 입력 신호 분석의 필요성

 

소스기기의 출력이 모노로 재생되는 것은 아닐 것이기에, 우리는 결국 다채널 다중 입력 신호 분석을 해야할 수 밖에 없습니다.

 

예를 들어 소스의 출력 채널이 4채널이고, DSP에서 출력도 4채널을 모두 사용할 것이라면

4채널에 대한 다중 입력 신호 분석을 진행해야 합니다.

 

개인마다 사용환경이 모두 다르기 때문에 각자 상황에 맞도록 유기적으로 조정해야합니다.

 

사례 1. 일부 소스의 경우 각 채널별로 LOW MID HIGH 등을 나누어 출력하는 경우가 있는데

1, 3, 5 채널이 각 L M H로 분포되어 있다면

1, 3, 5 채널을 모두 활성화하여 SUMMING을 진행하고 이를 균일한 Full Range 신호가 되도록 조정,

그리고 해당 채널을 라우팅으로 재분배 하여야 합니다.

 

사례 2. 모든 채널이 Full Range 신호가 출력되지만 입력 채널 8개를 출력 채널 8개로 모두 사용할 경우

각 모든 채널의 Full Range를 보정, 각 채널별 Time Delay와 위상 조정을 진행해야 합니다.

 

 

소스기기가 다채널에 대한 공간음장을 모두 지원할 경우 어쩔 수 없이 모든 채널을 보정해야합니다.

하지만 공간음장 등 별도 다채널 시스템을 특수하게 제공하지 않는 경우라면

L, R 신호 각 2채널 만을 활성화 하는 것이 시간적으로는 유리합니다.

 

프론트 리어를 구분하고, 소스기기에서 FL,FR, RL, RR을 시시각각 조정할 예정이라면

4개 채널을 활성화 하도록 해야합니다.

 

 

물론 이 모든 것이 힘들다면 Auto Signal Summing이나 Auto Signal Measurement를 지원하는 장치를 거쳐 Low OUT을 뽑아내는 방법이 있지만 그럴꺼면 이런 비싼 DSP를 사용하는 의미가 감소합니다.

 

 

이 모든 사례를 다 보여드릴 순 없으니 예시로 가장 흔한 사례를

2개 채널씩만 합쳐서 보여드리겠습니다.

 

 

6. 다채널 다중 입력 신호 분석 사례 All pass Filter

 

 

2개 채널을 합산하였을 때 신호의 평탄도에는 변화가 없으나

위상 상쇄가 발생하여 딥이 생기는 경우가 있습니다.

 

이는 둘중 한 채널에 전역 통과 필터가 적용되어 신호가 합쳐질 때 위상 교차점에서 상쇄가 발생하는 것 입니다.

그래서 순정 헤드유닛 차량들을 기본 세팅한 뒤 RTA를 찍어보면 일부 대역에 사라지지 않는 DEEP이 계속 발생한다면

All pass filter 가 적용되어 그럴 수 있습니다.

 

이는 두 채널 중 한쪽에만 있을 수 있고 두 채널에 각각 존재할 수 있습니다.

단일 채널에서는 위상 간섭이 발생하지 않기 때문에 해당 현상을 발견할 수 없습니다.

 

저 같은 경우 좌우 채널에 각각 250hz, 440hz 부근에 All pass Filter 가 적용되어 있네요.

 

우측 하단 INPUT EQ에서 1개 밴드를 All pass Filter로 적용하여

소스 유닛의 All pass Filter를 재차 All pass filter 적용을 통한 위상 반전으로써 제거합니다.

 

저는 268Hz에 하나, 430Hz에 하나를 적용하였습니다.

 

 

이를 통해 제거된 All pass filter를 확인할 수 있습니다.

 

 

 

All pass filter를 잘못 적용할 경우 다음 차수에 이어 위상 상쇄가 반복 발생할 수 있고

해당 주파수의 위상 상쇄가 더 심해질 수 있습니다.

 

저는 000hz에 위상 상쇄가 생겼는데 어떻게 설정해야하나요?

라는 의문에는 그 누구도 답을 하기 어렵습니다. 직접 실시간으로 분석하면서 조정하셔야 합니다.

 

 

7. 다채널 다중 입력 신호 분석 사례 Time Delay

 

그리고 또 흔한 사례는 채널별 시간 지연이 있는 경우 입니다.

이 경우 보정 자체는 용이한테 채널이 많고, 각 채널이 모두 다 딜레이 값이 다르다면

한 채널 씩 추가하시면서 계속 보정해나가야 합니다.

 

 

2개 채널을 합산하였더니 시간 지연으로 인해서

Comb Filter와 같은 모습의 지속적인 상쇄 간섭이 발생하고 있습니다.

 

앞서 설정에서 시간 지연 측정을 활성화 하셨다면 상단에 표시되는 딜레이 값을

채널에 알맞게 적용하여 한번에 지연을 없앨 수 있으나

간혹 계산이 정확하지 않은 경우가 있으니 조금씩 지연을 적용하여

실시간으로 간섭이 사라지도록 보정할 수 있습니다.

 

 

 

저 같은 경우 한개 채널에 3.28ms를 지연시켜 시간 지연을 일치화 하였습니다.

 

 

만약 잘못된 채널에 시간 지연을 적용하거나 시간 지연 값이 올바르지 않다면

위상 상쇄 증상이 점점 더 잦아지고 강해지는 모습을 볼 수 있습니다.

 

각 채널을 조정해가며 실시간으로 적절한 지연 값을 확인하시기 바랍니다.

 

 

 

8. 마무리

 

입력 신호 보정은 꽤 많은 경험을 필요로 합니다.

해당 신호를 보고 평가할 수 있어야하고

또 어떤 필터를 어떻게 적용할지, EQ의 Q나 Gain 값을 어떻게 적용할지 등.

너무 많은 사례와 너무 많은 보정 방법이 존재하기 때문입니다.

 

단순 2개 채널을 보정하는데에도 몇시간의 시간이 소요됩니다.

채널이 많다면 시간은 그 배 이상으로 소요되기도 합니다.

 

소스유닛의 출력이 어쩔 수 없이 이미 보정이 된 상태로 존재하기 때문에

애초에 보정이 안된 소스유닛을 별도로 설치하거나

자동 보정 장치를 한번 거친 뒤 보정하는 방법도 있으며

 

출력 신호의 값이 너무 많이 편차가 벌어지는 경우 소스 유닛에서 출력 EQ를 미리 설정하여

DSP 단에서 보정량을 최소화하는 방법도 있습니다.

 

특히, 특정 주파수의 Level이 너무 높은 경우 해당 채널에서만 Input Level 한계를 초과하여 Clipping이 발생하는 경우도 있습니다.

이 경우 Sine Sweep을 통해 해당 주파수 대역을 알아내는 방법도 있습니다.

 

순정 헤드유닛을 소스로 사용할 예정이시라면 보정 값은 1~2dB 편차 내로 보정하셔야 그나마 고른 주파수 출력을 가질 수 있습니다.

 

3dB 이상 차이나게 되는 경우 각 채널에 보강 등이 발생했을 때 격차가 더 벌어져 오히려 이상한 소리가 될 수도 있습니다.

 

입력 신호 보정 후 차량 내 공진 등 여러 상황으로 인해 출력 신호와 입력 신호의 상쇄 등 편차가 발생할 수 있는데

이 경우 출력 신호를 추가 보정해야할 수 있습니다.(STOCK Audio 설계 단계와 같이)

 

입력 소스를 1개가 아닌 여러개를 사용하신다면 소스기를 바꿀 때마다 출력되는 주파수에 따라 음색이 강하게 변화하기 때문에

필히 보정 단계를 필요로 합니다.

 

시간이 오래 걸려도 한번만 보정하면 다시 작업할 일이 거의 없기 때문에, 시간을 들여 천천히 조금씩 해가며 감을 익히시기 바랍니다.

 

 

이상, 감사합니다.