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음향 보강 시스템 시스템 구성 요소
1990년대에는 라인 어레이가 도입되었는데, 이는 더 작은 캐비닛에 길게 수직으로 배열된 스피커를 사용하여 효율성을 높이고 균일한 분산과 주파수 응답을 제공하는 방식이었다. 사다리꼴 모양의 인클로저가 인기를 얻었는데, 이 모양은 여러 개를 쉽게 배열할 수 있게 해주었다. 이 시기에는 또한 삼각대 스탠드에 장착된 저렴한 성형 플라스틱 스피커 인클로저도 도입되었다. 많은 스피커는 내장된 앰프를 특징으로 하여 비전문가도 성공적으로 설치하고 작동할 수 있도록 실용적이었다. 이러한 간단한 파워드 스피커에서 얻을 수 있는 음질은 구현 방식에 따라 크게 다르다.
많은 음향 보강 스피커 시스템에는 과도한 전력 또는 운전자 오류로 인한 손상을 방지하기 위한 보호 회로가 통합되어 있다. 재설정 가능 퓨즈, 특수 전류 제한 전구, 그리고 회로 차단기는 드라이버 고장을 줄이기 위해 단독으로 또는 조합하여 사용되었다. 같은 기간 동안 전문 음향 보강 산업은 Neutrik 스피콘 NL4 및 NL8 커넥터를 표준 스피커 커넥터로 만들었으며, 이는 최대 15암페어의 전류로 제한되는 1/4인치 잭, XLR 단자, 그리고 캐논 멀티핀 커넥터를 대체했다. XLR 커넥터는 액티브 스피커 캐비닛의 표준 입력 커넥터로 여전히 사용된다.
과도한 전력 공급을 피하도록 돕기 위해, 스피커는 최대 전력 용량을 나타내는 전력 정격(와트)을 가지고 있다. 오디오 엔지니어링 소사이어티(AES)와 스피커 산업 단체 ALMA가 EIA-426 테스트 표준을 개발하려는 노력 덕분에, 전력 처리 사양은 더욱 신뢰할 수 있게 되었다.
작은 장소를 위한 경량 휴대용 스피커 시스템은 음악의 저주파수 부분(전기 베이스, 큰북 등)을 파워드 서브우퍼로 보낸다. 저주파수 에너지를 별도의 앰프와 서브우퍼로 보내면 시스템의 저음 응답을 크게 향상시킬 수 있다. 또한, 저주파수 소리는 스피커 시스템에서 상호변조 및 기타 왜곡을 유발할 수 있으므로 명료도가 향상될 수 있다.
전문 음향 보강 스피커 시스템은 종종 무대 위로 안전하게 비행시키기 위한 전용 하드웨어를 포함하여, 더 고른 음향 커버리지를 제공하고 공연장 내에서 시야를 최대화한다.
모니터 스피커, 또는 폴드백 스피커라고도 불리는 스피커 캐비닛은 무대 위에서 연주자들이 노래하거나 연주하는 소리를 듣는 데 도움을 주기 위해 사용된다. 따라서 모니터 스피커는 연주자 또는 무대의 특정 부분을 향하게 되어 있다. 이들은 일반적으로 메인 스피커 시스템으로 보내지는 믹스와는 다른 보컬 또는 악기 믹스를 보낸다. 모니터 스피커 캐비닛은 종종 쐐기 모양이며, 무대 바닥에 놓았을 때 출력을 연주자를 향해 위로 향하게 한다. 스피커 콘과 혼이 있는 간단한 2웨이, 듀얼 드라이버 디자인이 일반적인데, 모니터 스피커는 무대 공간을 절약하기 위해 더 작아야 하기 때문이다. 이러한 스피커는 일반적으로 메인 스피커 시스템보다 적은 전력과 볼륨을 필요로 하는데, 스피커에 비교적 가까이 있는 몇몇 사람들에게만 소리를 제공하면 되기 때문이다. 일부 제조업체는 소규모 PA 시스템의 구성 요소로 사용하거나 모니터 스피커로 사용하기 위한 스피커를 설계했다. 여러 제조업체가 통합 앰프가 포함된 파워드 모니터 스피커를 생산한다.
인이어 모니터 대신 모니터 스피커를 사용하면 일반적으로 무대 볼륨이 증가하여 더 많은 피드백 문제와 스피커 앞에 있는 연주자들의 점진적인 청력 손상으로 이어질 수 있다. 무대 위의 연주자를 위한 믹스의 명료도도 일반적으로 저하되는데, 주변에서 더 많은 외부 소음을 듣기 때문이다. 액티브(통합 앰프 포함) 또는 패시브 모니터 스피커를 사용하면 무대에 더 많은 케이블과 장비가 필요하여 무대가 더 혼잡해진다. 이러한 요인들 때문에 인이어 모니터의 인기가 증가하고 있다.
인이어 모니터는 라이브 연주자가 모니터로 사용하도록 설계된 헤드폰이다. 범용 핏 또는 맞춤형 핏 디자인이 있다. 범용 핏 인이어 모니터는 거의 모든 사람의 귀에 삽입할 수 있는 고무 또는 폼 팁을 특징으로 한다. 맞춤형 핏 인이어 모니터는 사용자의 귀 본을 떠서 청각학자가 제작한다. 인이어 모니터는 거의 항상 무선 전송 시스템과 함께 사용되어 연주자가 모니터 믹스를 받으면서 무대 위를 자유롭게 움직일 수 있도록 한다.
인이어 모니터는 사용 연주자에게 상당한 격리 효과를 제공한다. 무대 위 소음은 들리지 않으며, 모니터 엔지니어는 연주자에게 훨씬 더 정확하고 명료한 믹스를 제공할 수 있다. 인이어 모니터를 사용하면 각 연주자에게 맞춤형 믹스를 보낼 수 있다. 모니터 스피커의 경우에도 마찬가지였지만, 한 연주자의 인이어 모니터는 다른 음악가들에게 들리지 않는다. 이러한 격리의 단점은 연주자가 관객이나 무대 위의 다른 연주자(예: 베이스 연주자가 드러머에게 말을 걸고 싶을 때)의 마이크로폰이 없는 상태의 발언을 들을 수 없다는 것이다. 이는 대규모 공연에서는 관객을 향한 마이크로폰을 설치하여 인이어 모니터로 믹싱하는 방식으로 해결되었다.
1980년대 중반에 도입된 이래, 인이어 모니터는 대규모 순회 공연의 가장 인기 있는 모니터링 선택지가 되었다. 무대 위의 악기 앰프 외 다른 스피커의 감소 또는 제거는 FOH 및 모니터 엔지니어 모두에게 더 깨끗하고 문제 없는 믹싱을 가능하게 했다. 하울링 (소리)이 크게 줄어들고, 무대 뒤 벽에서 보컬 마이크로폰과 관객에게 반사되는 소리가 줄어들어 FOH 믹스의 명료도가 향상된다.
음향 보강 시스템 적용 분야
음향 보강 시스템은 다양한 환경에서 사용되며, 각 환경은 다른 문제들을 야기한다.
오디오-비주얼 렌탈 시스템은 렌탈 사용자로부터 심한 사용과 심지어 남용도 견뎌야 한다. 이러한 이유로 렌탈 회사들은 강철 모서리로 튼튼하게 보강되고 보호되는 스피커 캐비닛을 소유하는 경향이 있으며, 파워 앰프나 이펙트와 같은 전자 장비는 종종 보호용 로드 케이스에 장착된다. 렌탈 회사들은 또한 스피커 보호 회로나 앰프 리미터와 같은 전자 보호 기능을 갖춘 장비를 선택하는 경향이 있다.
비전문가를 위한 렌탈 시스템은 사용 및 설정이 쉬워야 하며, 렌탈 회사 입장에서는 수리 및 유지보수가 쉬워야 한다. 이러한 관점에서 스피커 캐비닛은 혼, 스피커 및 크로스오버 회로에 쉽게 접근할 수 있어야 수리 또는 교체가 가능하다.
음향 보강 시스템 적용 분야
많은 투어 공연 및 대규모 기업 행사에서는 대규모 음향 보강 시스템을 임대하며, 일반적으로 임대 회사 소속의 한 명 이상의 오디오 엔지니어를 포함한다. 투어용 렌탈 시스템의 경우, 장비를 설치하고 보정하기 위해 밴드와 함께 여행하는 여러 명의 오디오 엔지니어 및 기술자가 있다. 밴드를 믹스하는 개인은 종종 밴드에 의해 선택되고 제공되는데, 그들이 쇼의 다양한 측면에 익숙하고 밴드가 쇼가 어떻게 들리기를 원하는지 이해하기 때문이다.
라이브 음악 클럽 및 댄스 이벤트의 음향 보강 설정은 종종 독특한 과제를 제시하는데, 이는 클럽으로 사용되는 장소가 이전 창고나 음악 극장에서부터 콘크리트 벽이 있는 작은 레스토랑이나 지하 술집에 이르기까지 매우 다양하기 때문이다. 댄스 이벤트는 거대한 창고, 항공기 격납고 또는 야외 공간에서 개최될 수 있다. 어떤 경우에는 클럽이 발코니가 있는 다층 건물이나 L자형 방에 위치하여 모든 관객에게 일관된 사운드를 전달하기 어려울 수 있다. 해결책은 딜레이를 사용하여 관객이 동일하게 증폭된 사운드를 다른 시간에 듣지 않도록 하는 좋은 커버리지를 얻기 위해 필인 스피커를 사용하는 것이다.
음향 보강 시스템 적용 분야
클럽에서 사용되는 서브우퍼 스피커 캐비닛 및 저주파수 사운드 전용 앰프의 수는 클럽 유형, 연주되는 음악 장르 및 장소 크기에 따라 달라진다. 전통 포크, 블루그래스 또는 재즈 그룹이 주로 공연하는 작은 카페는 서브우퍼가 전혀 없고, 대신 풀레인지 메인 PA 스피커에 의존하여 베이스 사운드를 재생할 수 있다. 반면에 하드 록 또는 헤비 메탈 밴드가 연주하는 클럽이나 나이트클럽에서 DJ가 댄스 음악을 트는 곳은 여러 대의 대형 서브우퍼를 가질 수 있는데, 이러한 장르 및 음악 스타일은 일반적으로 강력하고 깊은 베이스 사운드를 사용하기 때문이다.
음향 보강 시스템 적용 분야
클럽용 사운드 시스템을 설계할 때의 과제는 사운드 시스템이 DJ가 재생하는 사전 녹음된 음악과 라이브 음악 모두에 사용되어야 할 수 있다는 점이다. DJ를 위해 설계된 클럽 시스템에는 DJ 믹서와 턴테이블을 위한 공간이 필요하다. 이와 대조적으로, 라이브 음악 클럽에는 라이브 사운드를 위해 설계된 믹싱 보드, 무대 위 모니터 시스템, 그리고 무대에서 믹서로 이어지는 멀티코어 스네이크 케이블이 필요하다. 두 가지 유형의 쇼를 모두 특징으로 하는 클럽은 두 가지 용도에 필요한 장비와 설정을 제공하는 데 어려움을 겪을 수 있다. 클럽은 음향 장비에 적대적인 환경일 수 있는데, 공기가 뜨겁고 습하며 연기가 자욱할 수 있기 때문이다. 일부 클럽에서는 앰프를 시원하게 유지하는 것이 어려울 수 있다.
음향 보강 시스템 적용 분야
교회와 유사한 예배당은 종종 설계상의 어려움을 초래한다. 스피커는 고풍스러운 목공예나 석공예와 조화를 이루도록 눈에 띄지 않게 설치되어야 할 수 있다. 어떤 경우에는 오디오 디자이너들이 맞춤형으로 도색된 스피커 캐비닛을 설계하기도 한다. 성역이나 예배당과 같은 일부 시설은 천장이 낮은 긴 방이며, 좋은 커버리지를 제공하기 위해 방 전체에 추가 필인 스피커가 필요하다. 일단 설치되면 교회 시스템은 종종 신도들 중 아마추어 자원봉사자들이 운영하므로 작동 및 문제 해결이 쉬워야 한다. 이를 위해 일부 예배당용 믹싱 콘솔에는 사용되지 않는 채널을 꺼 소음을 줄이는 자동 믹서와 피드백을 감지하고 제거하는 자동 피드백 제거 회로가 있다. 이러한 기능은 컨벤션 시설 및 다목적 장소에서 사용되는 다기능 콘솔에서도 제공될 수 있다.
음향 보강 시스템 적용 분야
순회 공연 음향 시스템은 매우 다양한 크기와 모양으로 제공되는데, 이는 많은 다른 홀과 장소를 커버할 수 있을 만큼 강력하고 다용도여야 하기 때문이다. 순회 공연 시스템은 나이트클럽 및 기타 중형 장소에서 공연하는 밴드를 위한 중형 시스템부터 스타디움, 경기장 및 야외 축제에서 공연하는 그룹을 위한 대형 시스템에 이르기까지 다양하다. 투어 음향 시스템은 종종 상당한 중복 기능을 갖추도록 설계되어 장비 고장이나 앰프 과열 시에도 시스템이 계속 작동하도록 한다. 수천 명 이상의 관객을 위해 공연하는 밴드를 위한 순회 공연 시스템은 일반적으로 공연자와 함께 각 쇼에 참여하는 기술자 및 엔지니어 팀이 설치하고 운영한다.
음향 보강 시스템 적용 분야
중대형 공연장에서 투어 일정을 소화하는 주류 밴드는 콘서트 시스템 전체와 오디오 엔지니어를 포함한 프로덕션 스태프와 함께 1~2주간 기술 리허설을 진행한다. 이를 통해 오디오 및 조명 엔지니어는 쇼에 익숙해지고 필요한 경우 각 쇼 부분에 대한 디지털 장비(예: 디지털 믹서)의 사전 설정을 확립할 수 있다. 많은 현대 음악 그룹은 이 기간 동안 프런트 오브 하우스 및 모니터 믹싱 엔지니어와 협력하여 무대 위 자신들과 청중 모두를 위해 쇼와 믹스가 어떻게 들려야 하는지에 대한 일반적인 아이디어를 확립한다.
음향 보강 시스템 적용 분야
이것은 종종 특정 곡에서 스튜디오 버전과 유사하게 들리도록 다양한 효과와 신호 처리를 프로그래밍하는 것을 포함한다. 많은 효과 변경이 있는 쇼를 관리하기 위해 쇼의 믹싱 엔지니어는 종종 디지털 믹싱 콘솔을 사용하여 각 곡 사이에 이러한 많은 설정을 저장하고 자동으로 불러올 수 있다. 이 시간은 또한 시스템 기술자들이 투어에 사용될 특정 장비 조합과 쇼 동안 음향적으로 어떻게 반응하는지에 익숙해지는 데 사용된다. 이 기술자들은 쇼 동안 바쁘게 움직이며, SR 시스템이 제대로 작동하고 시스템이 올바르게 튜닝되었는지 확인하는데, 이는 방이나 장소의 음향 반응이 온도, 습도, 방이나 공간의 사람 수에 따라 하루 종일 다르게 반응하기 때문이다.
라이브 연극, 오페라 극장 및 기타 드라마틱 애플리케이션의 사운드는 교회와 유사한 문제를 야기할 수 있다. 극장은 스피커와 배선이 건축물과 조화를 이루어야 하는 문화유산 건물에 있을 수 있다. 명확한 시야선의 필요성 때문에 일반 스피커 캐비닛의 사용이 불가능할 수 있으며, 대신 얇고 낮은 프로파일 스피커가 종종 사용된다.
음향 보강 시스템 적용 분야
라이브 연극과 드라마에서 연기자들은 무대 위를 돌아다니기 때문에 무선 마이크로폰이 필요할 수 있다. 일부 고예산 연극 쇼와 뮤지컬은 서라운드 사운드로 라이브 믹싱되며, 종종 쇼의 사운드 오퍼레이터가 음향 효과를 트리거하고, 쇼의 믹싱 엔지니어가 음악과 대화와 함께 믹싱한다. 이러한 시스템은 일반적으로 설계가 훨씬 더 광범위하며, 일반적으로 극장의 다른 구역을 위한 별도의 스피커 세트가 포함된다.
일부 콘서트홀에서는 교향곡과 오페라와 같은 클래식 음악이 연주되는 곳에서 음향 증강이라고 불리는 미묘한 유형의 음향 보강이 사용된다. 음향 증강 시스템은 홀에 더 많은 소리를 추가하고 "...홀의 고유한 음향 특성을 증강함으로써" 청중 좌석 영역의 사각지대를 방지한다. 이 시스템은 "...마이크로폰 배열을 컴퓨터에 연결하고, 컴퓨터를 스피커 배열에 연결한다." 그러나 콘서트 관객들이 이러한 시스템의 사용을 인지하게 되면서 "...순수주의자들은 주어진 홀에서 [클래식] 목소리 [또는] 악기의 자연적인 음향 소리가 변경되어서는 안 된다고 주장한다"는 논쟁이 발생했다.
카이 하라다의 기사 "오페라의 더러운 작은 비밀"에 따르면, 오페라 극장들은 "...공연장의 음향 건축적 결함을 보완하기 위해" 전자 음향 증강 시스템을 사용하기 시작했다. 오페라 관객들 사이에서 일어난 소란에도 불구하고, 하라다는 음향 증강 시스템을 사용하는 오페라 극장 중 어느 곳도 "...대부분의 가수 또는 모든 가수에게 무선 마이크로폰을 장착하고 극장 곳곳에 흩어져 있는 보기 흉한 스피커에 믹싱하는 전통적인 브로드웨이 스타일의 음향 보강을 사용하지 않는다"고 지적한다. 대신, 대부분의 오페라 극장은 음향 보강 시스템을 음향 증강과 무대 밖 목소리, 무대 위 대화, 그리고 음향 효과(예: 토스카의 교회 종소리 또는 바그너 오페라의 천둥 소리)를 미묘하게 증폭하는 데 사용한다.
이러한 시스템은 마이크로폰, 컴퓨터 처리("딜레이, 위상 및 주파수 응답 변경" 포함), 그리고 그 신호를 "...공연장 외곽에 배치된 다수의 스피커"로 보낸다. 또 다른 음향 증강 시스템인 VRAS는 "...방 주위에 배치된 마이크로폰을 기반으로 하는 다른 알고리즘"을 사용한다. 베를린의 도이치 슈타츠오퍼와 토론토의 허밍버드 센터는 LARES 시스템을 사용한다. 로스앤젤레스의 아만슨 극장, 런던의 로열 내셔널 극장, 뉴욕시의 비비안 보몽 극장은 SIAP 시스템을 사용한다.
강의실과 회의실은 반사되어 메아리를 발생시킬 수 있는 표면이 있는 대형 홀에서 음성을 명확하게 재현해야 하는 과제를 안고 있다. 음성을 재현하는 데 한 가지 문제는 개인의 목소리를 포착하는 데 사용되는 마이크로폰이 연단 위에 놓인 서류의 바스락거리는 소리와 같은 원치 않는 소리도 포착할 수 있다는 것이다. 더 지향성이 강한 마이크로폰은 원치 않는 배경 소음을 줄이는 데 도움이 될 수 있다.
회의에서 연설하는 개인을 위한 라이브 사운드를 담당할 때 또 다른 과제는, 전문 가수와 비교했을 때 포럼에서 연설하도록 초대된 개인은 마이크로폰 작동 방식에 익숙하지 않을 수 있다는 점이다. 일부 개인은 실수로 마이크로폰을 스피커나 모니터 스피커 쪽으로 향하게 하여 하울링 (소리)을 유발할 수 있다.
일부 회의에서는 패널 회의나 토론의 경우와 같이 많은 연설자들을 위해 음향 엔지니어가 마이크로폰을 제공해야 한다. 어떤 경우에는 자동 믹서가 마이크로폰의 레벨을 제어하고, 사용되지 않는 마이크로폰 채널을 꺼서 원치 않는 배경 소음을 줄이고 피드백 발생 가능성을 줄이는 데 사용된다.
스포츠 시설 시스템은 종종 상당한 메아리를 다뤄야 하며, 이로 인해 음성이 불분명해질 수 있다. 스포츠 및 레크리에이션 음향 시스템은 또한 야외 경기장의 방수 야외 스피커와 수영장의 습도 및 튀김 방지 스피커와 같은 환경적 문제에도 직면한다. 스포츠 음향 보강 설정의 또 다른 과제는 많은 경기장과 스타디움에서 관중이 경기장 사방에 있다는 점이다. 이는 360도 음향 커버리지를 필요로 한다. 이는 음악 축제 및 음악 홀의 일반적인 상황과는 매우 다르다. 음악가들은 무대에 있고 관객은 무대 앞에 앉아 있기 때문이다.
음향 보강 시스템 설정 및 테스트
대규모 음향 보강 시스템은 오디오 엔지니어와 오디오 기술자가 설계, 설치 및 운영한다. 새로 건설되는 장소의 설계 단계에서 오디오 엔지니어는 건축가 및 시공업자와 협력하여 제안된 설계가 스피커를 수용하고 음향 기술자와 오디오 장비 랙을 위한 적절한 공간을 제공할 수 있도록 한다. 오디오 엔지니어는 또한 공간과 의도된 사용에 가장 적합한 오디오 구성 요소와 이러한 구성 요소의 올바른 배치 및 설치에 대한 조언을 제공한다. 설치 단계에서 오디오 엔지니어는 고전력 전기 부품이 안전하게 설치 및 연결되고 천장 또는 벽에 장착된 스피커가 리깅에 올바르게 장착(또는 "플라잉")되었는지 확인한다. 음향 보강 구성 요소가 설치되면 오디오 엔지니어는 주파수 스펙트럼 전반에 걸쳐 균일한 사운드 생성을 위해 시스템을 테스트하고 보정한다.
음향 보강 시스템은 입력에서 모든 처리를 거쳐 출력에 이르기까지 어떠한 색채나 왜곡 없이 신호를 정확하게 재현할 수 있어야 한다. 그러나 공연장 크기, 모양, 건축 자재, 심지어 관객 밀도까지 불일치하기 때문에 시스템 사전 보정 없이는 항상 가능한 것은 아니다. 이는 여러 가지 방법 중 하나로 수행할 수 있다.
음향 보강 시스템 설정 및 테스트
시스템 보정의 가장 오래된 방법은 건강한 귀, 테스트 프로그램 자료(즉, 음악 또는 음성), 그래픽 이퀄라이저, 그리고 원하는 주파수 응답에 대한 지식을 포함한다. 그런 다음 시스템을 통해 프로그램 자료를 듣고, 눈에 띄는 주파수 편차 또는 공명을 기록하고, 이퀄라이저를 사용하여 수정해야 한다. 엔지니어는 일반적으로 새로운 시스템을 보정하기 위해 익숙한 재생 목록을 사용한다. 이 귀로 하는 과정은 분석 장비를 사용할 때도 많은 엔지니어들이 시스템이 음악이나 음성을 통해 어떻게 들리는지에 대한 최종 확인으로 여전히 수행된다. 수동 보정의 또 다른 방법은 처리 전 입력 신호에 연결된 고품질 헤드폰 한 쌍을 필요로 한다. 그런 다음 이 직접 신호를 주파수 응답의 차이를 식별하기 위한 참조로 사용할 수 있다.
음향 보강 시스템 설정 및 테스트
디지털 신호 처리(DSP)의 발전 이후, 시스템 보정 작업의 대부분을 인간의 청각적 해석에서 마이크로프로세서에서 실행되는 소프트웨어 알고리즘으로 전환하도록 설계된 많은 장비와 컴퓨터 소프트웨어가 등장했다. 사운드 시스템을 보정하는 한 가지 도구는 실시간 분석기(RTA)이다. 이 도구는 일반적으로 시스템에 분홍색 잡음을 주입하고 RTA에 연결된 특수 보정 마이크로폰으로 결과를 측정하여 사용된다. 이 정보를 사용하여 원하는 주파수 응답을 달성하는 데 도움이 되도록 시스템을 조정할 수 있다.
최근에는 음향 엔지니어들이 Smaart와 같은 듀얼 고속 푸리에 변환(FFT) 기반 오디오 분석 소프트웨어의 도입을 보았다. 이 소프트웨어는 엔지니어에게 RTA가 제공하는 주파수 응답 정보뿐만 아니라 시간 영역 정보도 볼 수 있게 해준다. 이는 RTA 단독으로 제공하는 것보다 훨씬 더 의미 있는 데이터를 엔지니어에게 제공한다. 듀얼 FFT 분석을 통해 원본 신호와 출력 신호를 비교할 수 있다. 시스템은 분홍색 잡음이나 다른 특수 테스트 신호 대신 일반 프로그램 자료를 사용하여 보정할 수 있다. 보정은 공연 중에도 모니터링할 수 있다.
음향 보강 시스템 장비 공급 상점
프로페셔널 오디오 상점은 마이크로폰, 스피커 인클로저, 모니터 스피커, 오디오 믹서, 랙 마운트 이펙터 및 오디오 엔지니어와 기술자를 위한 관련 장비를 판매한다. 상점들은 종종 자신들의 상점을 일반 소비자용 스피커, 홈 시어터 장비 및 개인 가정용 앰프를 판매하는 전자제품 상점과 구별하기 위해 이름이나 상점 설명에 전문 또는 프로라는 단어를 사용한다.
음향 보강 시스템 더 읽어보기
Brawley, J. 편집 (October 1998), 《Audio systems Technology #2 - Handbook for Installers and Engineers》, Cedar Rapids, IA: National Systems Contractors Association (NSCA), ISBN 0-7906-1163-5
Davis, D & Wickersham, R., "Experiments in the Enhancement of the Artist's Ability to Control His Interface with the Acoustic Environment in Large Halls", presented at the 51st AES Convention, 13–16 May 1975; preprint number 1033.
음향 보강 시스템 더 읽어보기
Eargle J. & Gelow, W., "Performance of Horn Systems: Low-Frequency Cut-off, Pattern Control, and Distortion Trade-offs", presented at the 101st Audio Engineering Society Convention, Los Angeles, 8–11 November 1996. Preprint number 4330.
Klipsch, P. "Modulation Distortion in Loudspeakers: Parts 1, 2, and 3" J. Audio Engineering Society, volume 17, number 2 (April 1969), volume 18, number 1 (February 1970), and volume 20, number 10 (December 1972).
Wente, E. & Thuras, A., "Auditory Perspective — Loudspeakers and Microphones", Electrical Engineering, volume 53, pp. 17–24 (January 1934). Also, BSTJ, volume XIII, number 2, p. 259 (April 1934) and Journal AES, volume 26, number 3 (March 1978).
플라이백 다이오드
플라이백 다이오드(영어: Flyback diode), 또는 자유 진동 다이오드(영어: freewheeling diode)는 전류 공급이 갑자기 감소하거나 중단될 때 유도성 부하에 발생하는 갑작스러운 전압 스파이크인 플라이백을 제거하는 데 사용되는 유도자에 걸쳐 연결된 다이오드이다. 이 다이오드는 유도성 부하가 개폐기로 제어되는 회로, 스위칭 전원 공급 장치 및 인버터에 사용된다.
플라이백 회로는 1930년부터 사용되었으며 1950년부터 텔레비전 수신기에 사용하기 위해 정교하게 개선되었다. 플라이백이라는 단어는 브라운관에서 전자빔의 수평 이동에서 유래했다. 빔이 다음 수평선을 시작하기 위해 되돌아갔기 때문이다.
이 다이오드는 스너버 다이오드, 정류 다이오드, 자유 진동 다이오드, 서프레서 다이오드, 클램프 다이오드 또는 캐치 다이오드와 같이 여러 다른 이름으로 알려져 있다.
플라이백 다이오드 작동 원리
그림 1은 배터리(일정한 전압원)에 연결된 유도자를 보여준다. 저항은 유도자 와이어 권선의 작은 정적 저항을 나타낸다. 스위치가 닫히면 배터리의 전압이 유도자에 인가되어 배터리의 양극 단자에서 유도자와 저항을 통해 전류가 흐르게 된다. 전류 증가는 패러데이 전자기 유도 법칙으로 인해 전류 변화에 반대하는 역기전력(전압)을 유도자에 생성한다. 유도자에 걸리는 전압은 배터리의 전압인 24볼트로 제한되므로 전류 증가율은 초기 값 로 제한된다. 따라서 배터리 에너지가 유도자의 자기장에 저장됨에 따라 유도자를 통한 전류는 천천히 증가한다. 전류가 증가함에 따라 저항에 더 많은 전압이 강하되고 유도자에 더 적은 전압이 강하되며, 전류는 의 안정적인 값에 도달하여 모든 배터리 전압이 저항에 걸리고 유도자에는 전압이 걸리지 않는다.
플라이백 다이오드 작동 원리
그러나 그림 2에서 스위치가 열리면 전류는 빠르게 떨어진다. 유도자는 배터리와 반대 방향의 극성을 가진 매우 큰 유도 전압을 발생시켜 전류 감소에 저항하며, 유도자의 아래쪽 끝은 양극이고 위쪽 끝은 음극이다. 때때로 유도성 "킥"이라고 불리는 이 전압 펄스는 배터리 전압보다 훨씬 클 수 있으며 스위치 접점에 나타난다. 이는 전자가 접점 사이의 공기 틈을 뛰어넘어 스위치가 열릴 때 접점 사이에 순간적인 아크 방전이 발생하게 한다. 아크는 유도자의 자기장에 저장된 에너지가 아크에서 열로 소산될 때까지 계속된다. 아크는 스위치 접점을 손상시켜 구멍과 화상을 유발하고 결국 파괴할 수 있다. 스위치 모드 전원 공급 장치와 같이 전류를 스위칭하는 데 트랜지스터가 사용되는 경우 높은 역전압은 트랜지스터를 파괴할 수 있다.
플라이백 다이오드 작동 원리
차단 시 유도성 전압 펄스를 방지하기 위해 그림 3에 표시된 것처럼 다이오드가 유도자에 연결된다. 다이오드는 스위치가 닫혀 있는 동안 배터리 전압에 의해 역방향 바이어스되므로 전류를 통전하지 않아 회로의 정상 작동을 방해하지 않는다. 그러나 스위치가 열리면 유도자에 걸리는 반대 극성의 유도 전압이 다이오드를 순방향 바이어스시켜 전류를 통전하고 유도자에 걸리는 전압을 제한하여 스위치에 아크가 형성되는 것을 방지한다. 유도자와 다이오드는 유도자에 저장된 에너지에 의해 구동되는 루프 또는 회로를 일시적으로 형성한다. 이 회로는 배터리에서 오는 전류를 대체할 전류 경로를 유도자에 공급하므로 유도자 전류가 갑자기 떨어지지 않고 높은 전압을 발생시키지 않는다. 유도자에 걸리는 전압은 다이오드의 순방향 전압인 약 0.7~1.5V로 제한된다. 다이오드와 유도자를 통한 이 "자유 진동" 또는 "플라이백" 전류는 유도자의 자기 에너지가 권선의 직렬 저항에서 열로 소산됨에 따라 천천히 0으로 감소한다. 이는 작은 유도자에서 몇 밀리초가 걸릴 수 있다.
플라이백 다이오드 작동 원리
이 이미지들은 플라이백 다이오드(1N4007)를 사용하여 전압 스파이크와 그 제거를 보여준다. 이 경우 유도자는 24V DC 전원 공급 장치에 연결된 솔레노이드이다. 각 파형은 유도자에 걸리는 전압이 0 아래로 떨어질 때 트리거되도록 설정된 디지털 오실로스코프를 사용하여 측정되었다. 다른 스케일에 유의: 왼쪽 이미지 50V/division, 오른쪽 이미지 1V/division. 그림 1에서는 스위치에 걸리는 전압이 약 -300V로 튀어오르거나 스파이크를 발생시킨다. 그림 2에서는 솔레노이드와 역병렬로 플라이백 다이오드가 추가되었다. -300V로 스파이크를 발생시키는 대신, 플라이백 다이오드는 약 -1.4V의 전위만 형성되도록 허용한다 ( -1.4V는 1N4007 다이오드의 순방향 바이어스 (1.1V)와 다이오드와 솔레노이드를 분리하는 배선의 발자국 (foot)의 조합이다). 그림 2의 파형은 그림 1의 파형보다 더 부드러운데, 이는 그림 1에서 스위치에 아크가 발생했기 때문일 수 있다. 두 경우 모두 솔레노이드가 방전되는 총 시간은 몇 밀리초이지만, 다이오드에 걸리는 더 낮은 전압 강하는 계전기 드롭아웃을 늦출 것이다.
플라이백 다이오드 설계
DC 코일 전자계전기와 함께 사용할 때, 플라이백 다이오드는 계전기 코일과 다이오드에 전류가 계속 흐르기 때문에 전원이 제거될 때 접점의 지연된 이탈을 유발할 수 있다. 접점의 빠른 개방이 중요한 경우, 다이오드와 직렬로 저항 또는 역바이어스 제너 다이오드를 배치하여 코일 에너지를 더 빨리 소산시키는 데 도움이 될 수 있지만, 스위치에서 더 높은 전압이 발생할 수 있다.
쇼트키 다이오드는 스위칭 전력 변환기에서 플라이백 다이오드 애플리케이션에 선호된다. 왜냐하면 순방향 전압 강하가 가장 낮고(저전류의 경우 0.7V 이상이 아닌 약 0.2V) 역바이어스에 빠르게 반응할 수 있기 때문이다(유도자가 다시 에너지를 공급받을 때). 따라서 유도자에서 커패시터로 에너지를 전달하는 동안 더 적은 에너지를 소산한다.
플라이백 다이오드 접점 개방 시 유도
패러데이 전자기 유도 법칙에 따르면, 유도자를 통해 흐르는 전류가 변하면 이 유도자는 전압을 유도하여 자기장에 에너지가 있는 한 전류가 흐르게 된다. 전류가 공기를 통해서만 흐를 수 있다면 전압이 너무 높아서 공기가 전도된다. 이것이 기계적으로 스위칭되는 회로에서 플라이백 다이오드 없이 발생하는 거의 순간적인 소산이 종종 개방되는 기계적 접점 전체에 걸친 아크로 관찰되는 이유이다. 에너지는 이 아크에서 주로 강렬한 열로 소산되며, 이는 접점의 바람직하지 않은 조기 침식을 유발한다. 에너지를 소산하는 또 다른 방법은 전자기 복사를 통한 것이다.
유사하게, 비기계적 솔리드 스테이트 스위칭(즉, 트랜지스터)의 경우, 비활성화된 솔리드 스테이트 스위치에 걸리는 큰 전압 강하는 해당 부품을 파괴할 수 있다(즉시 또는 가속된 마모 및 손상을 통해).
일부 에너지는 또한 시스템 전체에서 그리고 아크에서 무선 전파 및 빛의 형태로 넓은 스펙트럼의 전자기 복사로 손실된다. 이러한 무선 전파는 근처의 무선 수신기에서 바람직하지 않은 딸깍거림과 튀는 소리를 유발할 수 있다.
플라이백 다이오드 접점 개방 시 유도
유도자에 연결된 전선에서 이러한 전자기 에너지의 안테나 같은 복사를 최소화하려면 플라이백 다이오드를 유도자에 물리적으로 가능한 한 가깝게 연결해야 한다. 이 접근 방식은 또한 원치 않는 고전압에 노출되는 회로 부분을 최소화한다. 이는 좋은 엔지니어링 관행이다.
유도자에서의 전압은 전자기 유도 법칙과 유도계수의 정의에 따라 다음과 같다.
플라이백 다이오드가 없고 저항이 큰 것(두 금속 접점 사이의 공기 등)만 있다고 가정하고, 이를 R2라고 하면 다음과 같이 근사할 수 있다.
스위치를 열고 VCC와 R1을 무시하면 다음과 같다.
또는
이것은 다음 해를 갖는 미분방정식이다.
저항이 공기와 같이 높으면 전류가 더 빠르게 감소한다는 것을 알 수 있다.
이제 다이오드가 있는 상태에서 스위치를 열면 L1, R1, D1만 고려하면 된다.
I > 0의 경우 다음과 같이 가정할 수 있다.
따라서:
이는 다음과 같다.
이것의 (1차 미분방정식) 해는 다음과 같다.
t가 I(t) = 0이 되는 시간을 결정하여 꺼지는 데 필요한 시간을 계산할 수 있다.
만약 VCC = I0R1이면
플라이백 다이오드 응용 분야
플라이백 다이오드는 반도체 장치가 유도성 부하를 끌 때 일반적으로 사용된다. 전자계전기 드라이버, H-브리지 모터 드라이버 등에서 그렇다. 스위치 모드 전원 공급 장치 또한 이 효과를 활용하지만, 에너지는 열로 소산되지 않고 대신 추가 전하 팩을 커패시터에 주입하여 부하에 전력을 공급하는 데 사용된다.
유도성 부하가 전자계전기인 경우, 플라이백 다이오드는 코일 전류를 더 오래 흐르게 함으로써 계전기의 해제를 눈에 띄게 지연시킬 수 있다. 다이오드와 직렬로 연결된 저항은 역전압 증가라는 단점이 있지만 순환 전류를 더 빨리 감소시킨다. 플라이백 다이오드에 대해 역극성이지만 직렬로 연결된 제너 다이오드는 고정된 역전압 증가와 동일한 특성을 가진다. 이 경우 트랜지스터 전압과 저항 또는 제너 다이오드 전력 정격을 확인해야 한다.
미국-이탈리아 관계
미국과 이탈리아는 따뜻하고 매우 우호적인 관계를 유지하고 있다. 미국은 1840년부터 이탈리아와 그 전신국인 사르데냐 왕국, 그리고 이후의 이탈리아 왕국과 외교 관계를 수립해왔다. 그러나 1891년 뉴올리언스에서 발생한 11명의 이탈리아인 린치 사건이 해결되지 않은 데 대한 대응으로, 이탈리아 정부는 외교 관계를 단절하고 한때 미국과의 전쟁을 검토하기도 했다. 또한 1941년부터 1943년까지는 양국이 전쟁 상태에 있었기 때문에 외교 관계가 단절되었다.
제2차 세계 대전 이후, 이탈리아는 미국과 함께 민주주의 이상과 국제 협력을 증진하기 위해 노력하는 강력하고 적극적인 대서양 동맹 파트너가 되었다. 이러한 목표를 위해 이탈리아 정부는 방위, 안보, 평화유지 정책의 수립에서 미국과 협력해왔다. NATO 회원국으로서의 양국 간 오랜 양자 협정에 따라, 이탈리아는 비첸차와 리보르노 (육군), 아비아노 (공군), 그리고 시고넬라, 가에타, 나폴리 (미 해군 제6함대의 모항)에 중요한 미군 기지를 제공하고 있다. 현재 약 11,500명의 미군이 이탈리아에 주둔하고 있으며, 로마에는 NATO 국방대학이 위치해 있다.
미국-이탈리아 관계
정부 간, 경제적, 문화적 유대 외에도 여론 조사 기관 퓨 리서치의 글로벌 조사에 따르면, 이탈리아는 세계에서 가장 친미적인 국가 중 하나이다. 2002년에는 70%의 이탈리아인이 미국을 호의적으로 평가했으며, 2014년에는 그 수치가 78%로 증가했다. 또한 2012년 미국 글로벌 리더십 보고서에 따르면, 오바마 행정부 시기 미국의 지도력에 대해 51%의 이탈리아인이 긍정적으로 평가했으며, 16%는 부정적, 33%는 유보적인 입장을 보였다. 반면, U.S. 뉴스 & 월드 리포트의 《베스트 컨트리》 조사에서는 2024년 기준으로 이탈리아가 미국인들이 가장 좋아하는 나라 중 하나로 꼽히며, 전체 4위를 기록했다.
미국-이탈리아 관계 역사
1861년 이전에는 통일된 이탈리아 국민 국가가 존재하지 않았다. 당시 이탈리아 반도는 여러 소국으로 분열되어 있었으며, 미국은 각 국가와 개별적으로 외교 관계를 수립했다. 이들 소국 중 다수는 세계에서 가장 먼저 미국의 독립을 승인하고 외교 관계를 맺은 국가들에 속했다. 예를 들어, 제노바 공화국은 1792년에 공식적으로 미국의 독립을 승인했으며 , 1797년에는 교황청 국가와 영사 관계가 수립되었다. 리소르지멘토 (이탈리아 통일운동) 시기에 이들 소국은 통합되어 이탈리아 왕국을 형성하였고, 미국은 1861년 4월 11일 공식적으로 이탈리아 왕국을 승인했다.
제1차 바르바리 전쟁 (1801년~1805년) 동안, 미국은 지중해 무역을 방해하던 바르바리 해적을 소탕하기 위한 공동의 이해관계로 인해 시칠리아 왕국과 동맹 관계를 맺었다.
이탈리아와 미국은 1899년부터 1901년까지 청나라에서 일어난 의화단 운동에 개입한 8개국 연합군의 일원으로 함께 참여했다.
미국-이탈리아 관계 역사
1880년대부터 1920년까지 400만 명이 넘는 이탈리아인이 미국으로 이주했으며, 이는 당시 미국의 외국 출신 인구의 10% 이상을 차지했다. 그러나 이탈리아계 미국인들은 심각한 적대와 차별에 직면했다. 1920년대에는 1924년 이민법이 통과되면서 이탈리아 이민이 급격히 감소했다.
1891년 뉴올리언스에서 11명의 이탈리아인이 집단 린치로 사망한 사건 이후, 양국 관계는 긴장 상태에 놓였다. 이탈리아 정부는 린치 가담자 처벌과 피해자 유족에 대한 배상을 요구했으나, 미국 정부가 폭도 지도자들을 기소하기를 거부하자 이탈리아는 워싱턴 D.C. 주재 자국 대사를 소환했다. 이에 대응하여 미국도 로마 주재 외교 사절을 철수시켰으며, 외교 관계는 1년 이상 교착 상태에 놓였다. 이후 벤저민 해리슨 대통령이 피해자 유족에게 2만 5천 달러의 배상금을 지급하기로 동의하자, 미국 의회는 대통령이 의회의 권한을 침해했다며 헌법 위반이라고 비판했으나 개입에는 실패했다.
미국-이탈리아 관계 역사
미국과 이탈리아는 제1차 세계 대전 당시 모두 연합국의 일원이었다. 미국의 우드로 윌슨 대통령은 파리 강화 회의 참석을 위해 유럽을 방문하는 동안 로마를 방문하기도 했다. 그러나 강화 회의에서 윌슨 대통령은 비밀리에 체결된 런던 조약에서 보장된 이탈리아의 영토 확장 요구를 반대했다. 이는 "공개 외교"와 민족 자결을 강조한 윌슨의 14개조 원칙에 위배되는 것이었다. 윌슨과 연합국 지도자들이 유고슬라비아와 알바니아에 대한 이탈리아의 영토 요구를 인정하지 않자, 비토리오 에마누엘레 오를란도 총리와 시드니 손니노 외무장관이 이끄는 이탈리아 대표단은 회의장에서 퇴장했다. 이후 윌슨은 프랑스 신문 《르 땅》을 통해 이탈리아 국민에게 직접 호소문을 발표했으나, 이탈리아 여론은 이를 냉소적으로 받아들였다.
베니토 무솔리니가 권력을 잡은 이후, 미국은 초기에는 그가 이룬 성과와 양국 관계 개선에 대해 긍정적인 반응을 보였다. 그러나 1935년 이탈리아가 에티오피아를 침공하면서 양국 관계는 급격히 악화되었다.
미국-이탈리아 관계 역사
1941년 12월 7일, 일본의 진주만 공격이 발생한 지 나흘 뒤인 12월 11일, 독일과 이탈리아는 미국에 선전포고를 했고, 미국도 이에 맞서 선전포고를 선언했다. 1943년 미영 연합군은 시칠리아를 점령했으며, 이탈리아군의 저항이 거의 없었기 때문에 비교적 적은 전투로 섬을 확보할 수 있었다. 그러나 같은 해 가을 남부 이탈리아 침공은 훨씬 어려웠다. 전투는 치열했고 진격 속도도 매우 느렸다. 연합군은 1944년 6월 로마를 점령했지만, 그 이후 북부로의 진격은 더디게 진행되었다. 당시 연합군의 전략적 우선순위는 프랑스 침공에 있었기 때문에, 이탈리아 전선은 "부차적인 전장"으로 간주되었다.
1943년부터 전쟁이 끝날 때까지 미국과 교전한 이탈리아의 유일한 세력은 독일의 괴뢰 정권인 이탈리아 사회공화국이었다. 같은 해, 이탈리아의 파르티잔과 비토리오 에마누엘레 3세 국왕 측 충성파들은 무솔리니 정권을 전복하고 독일에 선전포고를 했다. 이후 독일군은 이탈리아 전역을 점령했으며, 이탈리아는 제2차 세계 대전의 이탈리아 전역 전투에서 미국과 연합군을 지원했다.
전쟁이 1945년 5월에 끝나자, 미국은 이탈리아가 국가 형태에 대한 국민투표를 실시할 때까지 점령했다. 미국은 1946년 이탈리아가 군주제에서 공화제로 전환하는 과정을 지원했다. 이후 이탈리아는 냉전 기간 동안 유럽에서 공산주의 확산을 막기 위한 미국의 중요한 동맹국이 되었다.
이탈리아는 1947년 미국 및 영국과 평화 조약을 체결하고, 1949년에는 북대서양 조약 기구(NATO)에 가입했다. 미국은 마셜 플랜을 통해 이탈리아 경제 재건을 도왔다. 같은 시기에 이탈리아는 유럽 석탄 철강 공동체(ECSC)에 가입했으며, 이는 후에 ]유럽 연합(EU)으로 발전하게 되었다.
미국-이탈리아 관계 문화 관계
이탈리아식 미국 요리는 미국 전역에서 발전한 이탈리아 요리의 한 형태이다. 이러한 요리는 여러 세대에 걸친 이탈리아계 이민자들과 그 후손들에 의해 형성되었으며, 이들은 이탈리아계 미국인이라 불린다.
이탈리아 네투노에서는 제2차 세계 대전 당시 주둔했던 미군의 영향으로 야구가 인기를 얻었다. 이 도시는 여러 차례 유럽 선수권 대회에서 우승했으며, 야구를 이탈리아 전역으로 확산시키는 데 중요한 역할을 했다.
도파관 필터
도파관 필터(영어: Waveguide filter)는 도파관 기술로 제작된 전자 필터이다. 도파관은 전자기파가 전송될 수 있는 속이 빈 금속 도관이다. 필터는 일부 주파수 신호는 통과시키고(통과대역), 다른 신호는 차단하는(저지대역) 데 사용되는 장치이다. 필터는 전자공학 설계의 기본 구성 요소이며 수많은 응용 분야를 가진다. 여기에는 선택적인 신호 및 노이즈 제한이 포함된다. 도파관 필터는 마이크로파 주파수 대역에서 가장 유용하며, 이 대역에서는 편리한 크기와 낮은 손실을 가진다. 마이크로파 필터 사용의 예는 위성 통신, 전화망, 텔레비전 방송에서 찾을 수 있다.
도파관 필터는 제2차 세계 대전 동안 레이더 및 전자 방해의 요구를 충족시키기 위해 개발되었지만, 이후 마이크로파 링크와 같은 민간 응용 분야에서 빠르게 사용되었다. 전후 개발의 대부분은 불필요한 구성 요소를 제거하는 새로운 분석 기술을 사용하고, 이중 모드 공동 및 세라믹 공명기와 같은 새로운 재료와 같은 혁신을 통해 이러한 필터의 부피와 무게를 줄이는 데 중점을 두었다.
도파관 필터
도파관 필터 설계의 특정 특징은 전송의 일반 모드에 관한 것이다. 전기 전도체 쌍 및 유사한 기술을 기반으로 하는 시스템은 단 하나의 전송 모드만 가진다. 도파관 시스템에서는 어떤 수의 모드도 가능하다. 이는 스퓨리어스 모드가 자주 문제를 일으키기 때문에 단점이 될 수도 있고, 이중 모드 설계가 동등한 도파관 단일 모드 설계보다 훨씬 작을 수 있기 때문에 장점이 될 수도 있다. 다른 기술에 비해 도파관 필터의 주요 장점은 고전력을 처리할 수 있는 능력과 낮은 손실이다. 주요 단점은 마이크로스트립 필터와 같은 기술에 비해 부피와 비용이다.
도파관 필터
다양한 유형의 도파관 필터가 있다. 그 중 다수는 LC 회로의 래더 네트워크로 모델링할 수 있는 일종의 결합 공진기 체인으로 구성된다. 가장 일반적인 유형 중 하나는 여러 개의 결합된 공진 공동으로 구성된다. 이 유형 내에서도 대부분 결합 수단에 따라 구별되는 여러 하위 유형이 있다. 이러한 결합 유형에는 개구부,[w] 아이리스,[x] 및 포스트가 포함된다. 다른 도파관 필터 유형에는 유전체 공진기 필터, 인서트 필터, 핀라인 필터, 주름진 도파관 필터 및 스터브 필터가 포함된다. 여러 도파관 구성 요소는 필터 이론을 설계에 적용하지만, 그 목적은 신호를 필터링하는 것 이외의 다른 것이다. 이러한 장치에는 임피던스 매칭 구성 요소, 방향성 결합기, 다이플렉서가 포함된다. 이러한 장치는 적어도 부분적으로 필터의 형태를 자주 취한다.
도파관 필터 범위
도파관이라는 용어가 한정 없이 사용될 때의 일반적인 의미는 속이 빈 금속 유형(또는 가끔 유전체로 채워진 유형)이지만, 다른 도파관 기술도 가능하다. 이 문서의 범위는 금속 도관 유형으로 제한된다. 포스트 벽 도파관 구조는 일종의 변형이지만, 이 문서에 포함될 만큼 충분히 관련되어 있다. 파동은 대부분 전도성 물질로 둘러싸여 있기 때문이다. 유전체 막대로 도파관을 구성하는 것도 가능하며, 가장 잘 알려진 예는 광섬유이다. 이 주제는 유전체 막대 공진기가 때때로 속이 빈 금속 도파관 내에서 사용되는 경우를 제외하고는 이 문서의 범위 밖에 있다. 전도성 와이어 및 마이크로스트립과 같은 전송선로[o] 기술은 도파관으로 간주될 수 있지만, 일반적으로 그렇게 불리지 않으며 이 문서의 범위 밖이다.
도파관 필터 기본 개념
일렉트로닉스에서 필터는 특정 진동수 대역의 신호는 통과시키고 다른 신호는 차단하는 데 사용된다. 필터는 전자 시스템의 기본 구성 요소이며 많은 응용 분야를 가진다. 도파관 필터의 용도 중에는 송수 전환기, 다이플렉서,[d] 멀티플렉서의 구성, 수신기의 선택도 및 노이즈 제한, 송신기의 고조파 왜곡 억제가 있다.
도파관은 무선 신호를 가두고 지시하는 데 사용되는 금속 도관이다. 일반적으로 황동으로 만들어지지만, 알루미늄과 구리도 사용된다. 대부분 직사각형이지만 원형 또는 타원형과 같은 다른 단면도 가능하다. 도파관 필터는 도파관 구성 요소로 구성된 필터이다. 전자공학 및 무선 공학의 다른 필터 기술과 거의 동일한 응용 분야를 가지지만, 기계적으로나 작동 원리에서 매우 다르다.
도파관 필터 기본 개념
필터 구성에 사용되는 기술은 예상되는 작동 주파수에 따라 크게 선택되지만, 많은 중복이 있다. 오디오 일렉트로닉스와 같은 저주파 응용 분야는 개별 축전기 및 유도자로 구성된 필터를 사용한다. 초단파 대역의 어느 지점에서는 설계자들이 전송선로 조각으로 만들어진 구성 요소를 사용하기 시작한다.[p] 이러한 종류의 설계는 분포 정수 필터라고 불린다. 개별 구성 요소로 만들어진 필터는 구별하기 위해 집중 정수 필터라고 불리기도 한다. 더욱 높은 주파수인 마이크로파 대역에서는 설계가 도파관 필터 또는 때로는 도파관과 전송선로의 조합으로 전환된다.
도파관 필터는 집중 정수 필터보다 전송선로 필터와 훨씬 더 많은 공통점을 가진다. 도파관 필터에는 개별 축전기나 유도자가 포함되어 있지 않다. 그러나 도파관 설계는 집중 정수 설계와 동등하거나 (대략적으로) 유사할 수 있다. 실제로 도파관 필터의 설계는 종종 집중 정수 설계에서 시작하여 해당 설계의 요소를 도파관 구성 요소로 변환한다.
도파관 필터 기본 개념
전송선로 설계와 비교하여 도파관 필터 작동의 가장 중요한 차이점 중 하나는 신호를 전달하는 전자기파의 전송 모드에 관한 것이다. 전송선로에서 파동은 한 쌍의 도체에 흐르는 전류와 관련되어 있다. 도체는 전류를 선에 평행하게 제한하며, 결과적으로 전자기장의 자기 및 전기 성분은 모두 파동의 진행 방향에 수직이다. 이 횡방향 모드는 TEM[l] (횡전자기)로 지정된다. 반면에 완전히 속이 빈 도파관은 무한히 많은 모드를 지원할 수 있지만, TEM 모드는 그 중 하나가 아니다. 도파관 모드는 TE[m] (횡전기) 또는 TM[n] (횡자기)로 지정되며, 그 뒤에 정확한 모드를 식별하는 한 쌍의 접미사가 붙는다.
이러한 모드의 다중성은 스퓨리어스 모드가 생성될 때 도파관 필터에 문제를 일으킬 수 있다. 설계는 일반적으로 단일 모드를 기반으로 하며 원치 않는 모드를 억제하는 기능을 자주 통합한다. 반면에 응용 분야에 적합한 모드를 선택하거나 때로는 두 개 이상의 모드를 동시에 사용하여 이점을 얻을 수 있다. 단일 모드만 사용되는 경우 도파관은 전도성 전송선로처럼 모델링될 수 있으며 전송선로 이론의 결과가 적용될 수 있다.
도파관 필터 기본 개념
도파관 필터의 또 다른 특징은 차단 주파수라는 특정 주파수 아래에서는 전송이 불가능하다는 것이다. 이는 이론적으로 도파관에서는 로우패스 필터를 만들 수 없다는 것을 의미한다. 그러나 설계자들은 종종 집중 정수 로우패스 필터 설계를 가져와 도파관 구현으로 변환한다. 따라서 필터는 설계상 로우패스이며, 차단 주파수가 해당 응용 분야에 관심 있는 어떤 주파수보다 낮으면 모든 실제적인 목적에서 로우패스 필터로 간주될 수 있다. 도파관 차단 주파수는 전송 모드의 함수이므로, 주어진 주파수에서 도파관은 일부 모드에서는 사용할 수 있지만 다른 모드에서는 사용할 수 없다. 마찬가지로 주어진 주파수에서 가이드의 가이드 파장[h] (λg) 및 특성 임피던스[b] (Z0)도 모드에 따라 달라진다.
모든 모드 중에서 가장 낮은 차단 주파수를 가진 모드를 지배 모드라고 한다. 차단 주파수와 다음으로 높은 모드 사이에서는 이 모드만이 전송 가능하므로 지배적이라고 설명된다. 생성된 모든 스퓨리어스 모드는 가이드 길이를 따라 빠르게 감쇠되어 곧 사라진다. 실제 필터 설계는 종종 지배 모드에서 작동하도록 만들어진다.
도파관 필터 기본 개념
직사각형 도파관에서 TE10[q] 모드(그림 2 참조)는 지배 모드이다. 지배 모드 차단과 다음으로 높은 모드 차단 사이에 주파수 대역이 있어, 도파관은 스퓨리어스 모드를 생성할 가능성 없이 작동할 수 있다. 다음으로 높은 차단 모드는 TE10 모드의 정확히 두 배인 TE20,[r] 그리고 도파관이 일반적으로 사용되는 가로세로비 2:1을 가질 경우 TE10의 두 배인 TE01[s]이다. 가장 낮은 차단 TM 모드는 2:1 도파관에서 지배 모드의  배인 TM11[t] (그림 2 참조)이다. 따라서 지배 모드가 스퓨리어스 모드 없이 작동하는 옥타브가 있지만, 위상 왜곡 때문에 차단 주파수에 너무 가깝게 작동하는 것은 일반적으로 피한다.
원형 도파관에서 지배 모드는 TE11[u]이며 그림 2에 나와 있다. 다음으로 높은 모드는 TM01[v]이다. 지배 모드가 스퓨리어스 모드 없이 보장되는 범위는 직사각형 도파관보다 작다. 원형 도파관에서 최고 주파수 대 최저 주파수 비율은 약 1.3인 반면, 직사각형 도파관에서는 2.0이다.
에바네센트 모드는 차단 주파수 미만의 모드이다. 이들은 도파관을 따라 어떤 거리도 전파할 수 없으며 지수적으로 소멸된다. 그러나 이들은 나중에 설명할 아이리스 및 포스트와 같은 특정 필터 구성 요소의 기능에 중요하다. 에바네센트 파동장 내에 에너지가 저장되기 때문이다.
도파관 필터 장점과 단점
전송선로 필터와 마찬가지로 도파관 필터는 항상 여러 통과대역을 가지며, 이는 집중 정수 프로토타입의 복제본이다. 대부분의 설계에서 가장 낮은 주파수 통과대역(또는 대역 저지 필터의 경우 가장 낮은 두 개)만 유용하며 나머지는 원치 않는 스퓨리어스 아티팩트로 간주된다. 이는 기술의 본질적인 속성이며 설계에서 제거할 수 없지만, 설계는 스퓨리어스 대역의 주파수 위치를 어느 정도 제어할 수 있다. 결과적으로, 주어진 필터 설계에서 필터가 그 기능을 수행하지 못하는 상한 주파수가 존재한다. 이러한 이유로, 진정한 로우패스 및 하이패스 필터는 도파관에 존재할 수 없다. 어떤 높은 주파수에서는 스퓨리어스 통과대역 또는 저지대역이 필터의 의도된 기능을 방해할 것이다. 그러나 도파관 차단 주파수와 유사한 상황에서, 필터는 첫 번째 스퓨리어스 대역의 가장자리가 관심 있는 어떤 주파수보다 훨씬 위에 있도록 설계될 수 있다.
도파관 필터 장점과 단점
도파관 필터가 유용한 주파수 범위는 필요한 도파관 크기에 따라 크게 결정된다. 낮은 주파수에서는 차단 주파수를 작동 주파수보다 낮게 유지하기 위해 도파관이 비실용적으로 커야 한다. 반면에 작동 주파수가 너무 높아서 파장이 밀리미터 이하인 필터는 일반 기계가공 공정으로 제조할 수 없다. 이처럼 높은 주파수에서는 광섬유 기술이 대안이 되기 시작한다.
도파관은 저손실 매체이다. 도파관의 손실은 주로 도파관 벽에 유도되는 전류로 인한 옴성 손실에서 발생한다. 직사각형 도파관은 원형 도파관보다 손실이 적고 일반적으로 선호되는 형식이지만, TE01 원형 모드는 매우 낮은 손실을 가지며 장거리 통신에 응용된다. 도파관 벽의 내부 표면을 연마하여 손실을 줄일 수 있다. 엄격한 필터링이 필요한 일부 응용 분야에서는 표면 도전율을 향상시키기 위해 벽을 얇은 금 또는 은 층으로 도금한다. 이러한 요구 사항의 예로는 낮은 손실, 높은 선택도 및 선형 그룹 지연을 필터에서 요구하는 위성 응용 분야가 있다.