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위상 지연이 음질에 어떤 영향을 미치는지 아십니까?
신호 처리에서 그룹 지연 및 위상 지연은 신호가 선형 시불변 시스템(예: 마이크, 동축 케이블, 증폭기, 스피커, 통신 시스템 등)을 통과할 때 신호의 각 사인파 주파수 성분의 지연 시간을 설명하는 함수입니다. 안타깝게도 이러한 지연은 주파수에 따라 달라지는 경우가 많습니다. 즉, 서로 다른 사인파 주파수 구성 요소가 서로 다른 시간 지연을 경험한다는 뜻입니다. 결과적으로 신호 파형은 시스템을 통과할 때 왜곡되고, 그로 인해 아날로그 비디오와 오디오의 충실도가 낮아지거나 디지털 비트스트림의 비트 오류율이 높아질 수 있습니다.
배경
푸리에 분석에 따르면 신호는 고정된 진폭과 위상을 갖는 사인파 주파수 성분의 합으로 표현될 수 있습니다. 선형 시불변 시스템은 각 사인파 성분을 독립적으로 처리하며, 선형적 특성으로 인해 중첩 원리를 충족합니다.
소개
선형 시불변 시스템의 그룹 지연과 위상 지연 특성은 주파수의 함수이며, 시스템의 입력과 출력 사이의 주파수 성분의 전파 시간을 설명합니다. 이렇게 다양한 위상 응답은 마이크, 앰프, 스피커, 테이프 레코더 등 다양한 장치에서 흔히 발견됩니다.
위상 지연
위상 지연은 장치나 시스템의 개별 사인파 주파수 구성요소의 시간 지연을 직접 측정합니다. 특정 주파수의 위상 지연 함수가 고려하는 주파수 범위 내에서 일정한 비례 관계를 가질 때, 시스템은 이상적인 평탄한 위상 지연 특성, 즉 선형 위상을 갖게 됩니다.
위상 지연 그래프가 평탄성에서 벗어나면 신호의 개별 사인파 주파수 성분 간 시간 지연에 차이가 있음을 나타내며, 이로 인해 신호 왜곡이 발생합니다.
그룹 지연
그룹 지연은 변조 시스템에서 주파수에 대한 위상의 선형성을 평가하는 데 편리한 척도입니다. 변조된 신호의 경우 신호 정보는 완전히 파동 패킷에 의해 전달됩니다.
이것은 그룹 지연이 봉투에서 발생하는 주파수 성분에만 작동하기 때문입니다. 따라서 군지연 및 위상 지연을 정확하게 계산하면 신호 전송의 시간 지연 특성을 반영할 수 있습니다.
진폭 변조
진폭 변조 과정에서 기저대역 신호의 주파수 성분이 더 높은 주파수 범위로 이동합니다. 이상적으로, 출력 신호는 입력 신호의 시간 지연 버전입니다. 관심 주파수 범위에 걸쳐 내부 시스템의 그룹 지연이 완벽하게 평탄하다면, 외부 시스템의 위상 지연도 평탄할 것이며, 따라서 위상 응답으로 인해 발생하는 왜곡이 제거될 것입니다.
각도 변조
주파수 변조나 위상 변조와 같은 각도 변조 시스템에서 변조된 신호는 각각 고유한 포락선 곡선을 갖는 두 개의 독립된 채널로 분석됩니다. 각 엔벨로프 신호의 그룹 지연이 평탄하다면 신호 품질은 왜곡의 영향을 받지 않습니다.
이론
선형 시불변 시스템 이론에 따르면, 시스템의 출력 신호는 입력 신호와 시스템의 임펄스 응답의 합성곱으로 결정될 수 있습니다. 이 수학적 관계는 서로 다른 주파수에서 시스템의 응답 특성을 명확하게 설명합니다.
파동 패킷에 대한 LTI 시스템 응답
시스템이 사인파와 진폭 포락선으로 구성된 파동 패킷으로 구동되는 경우, 출력 신호는 그룹 지연과 위상 지연의 효과를 보입니다. 이러한 지연이 존재하면 전송 과정에서 신호 파형이 변경될 수 있으며, 이로 인해 최종 출력 음질에 영향을 미칠 수 있습니다.
그룹 지연과 위상 지연의 수학적 정의
그룹 지연과 위상 지연은 주파수에 따라 달라지는 함수이고, 풀린 상태에서의 위상 변화를 계산할 수 있습니다. 특정 주파수에서의 그룹 지연과 위상 지연은 시스템의 전체 지연에 영향을 미칠 수 있으며, 이는 신호 전송에 중요합니다.
우리가 알다시피 위상 지연과 그룹 지연은 신호 처리에서 매우 중요한 지표입니다. 이는 신호의 품질에 영향을 미칠 뿐만 아니라 실제 응용 프로그램에서 다양한 음질 경험을 만들어냅니다. 음질에 따라 나타나는 지연 효과를 느껴본 적 있나요?
