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ARM7은 ARM 홀딩스가 마이크로컨트롤러에 사용하기 위해 라이선스를 부여한 32비트 RISC ARM 프로세서 코어 그룹이다. ARM7 코어 제품군은 ARM700, ARM710, ARM7DI, ARM710a, ARM720T, ARM740T, ARM710T, ARM7TDMI, ARM7TDMI-S, ARM7EJ-S로 구성된다. 이 제품군에서 가장 인기 있는 코어는 ARM7TDMI와 ARM7TDMI-S였다. ARM7 코어는 1993년부터 2001년까지 출시되었으며, 새로운 IC 설계에는 더 이상 권장되지 않는다. 최신 대안으로는 ARM Cortex-M 코어가 있다.
이 세대는 이전 설계에 비해 코드 밀도가 향상된 썸(Thumb) 16비트 명령어 집합을 도입했다. 가장 널리 사용되는 ARM7 설계는 ARMv4T 아키텍처를 구현하지만, 일부는 ARMv3 또는 ARMv5TEJ를 구현한다. ARM7TDMI는 37개의 레지스터(31개의 GPR과 6개의 SPR)를 가진다. 이 모든 설계는 폰 노이만 구조를 사용하므로 캐시를 포함하는 몇몇 버전은 데이터 캐시와 명령어 캐시를 분리하지 않는다.
일부 ARM7 코어는 구식이다. 역사적으로 중요한 모델 중 하나인 ARM7DI는 JTAG 기반의 온칩 디버깅을 도입했다는 점에서 주목할 만하다. 이전 ARM6 코어는 이를 지원하지 않았다. "D"는 디버깅을 위한 JTAG TAP를 나타냈고, "I"는 하드웨어 브레이크포인트 및 와치포인트를 지원하고 디버깅을 위해 시스템을 정지시킬 수 있는 ICEBreaker 디버그 모듈을 의미했다. 이후 코어들은 이 지원을 포함하고 강화했다.
이것은 모바일 장치 및 기타 저전력 전자 제품을 위해 설계된 다재다능한 프로세서이다. 이 프로세서 아키텍처는 일반적인 0.13 µm 공정에서 최대 130 MIPS를 처리할 수 있다. ARM7TDMI 프로세서 코어는 ARM 아키텍처 v4T를 구현한다. 이 프로세서는 ARM 및 썸 명령어 집합을 통해 32비트 및 16비트 명령어 모두를 지원한다.
ARM은 이 프로세서를 다양한 반도체 회사에 라이선스하며, 이 회사들은 ARM 프로세서 아키텍처를 기반으로 완전한 칩을 설계한다.
ARM 홀딩스는 자체 설계에 기반한 CPU 장치를 제조하거나 판매하지 않고, 관심 있는 당사자들에게 프로세서 아키텍처를 라이선스한다. ARM은 비용과 납품물에서 다양한 라이선스 조건을 제공한다. 모든 라이선시에게 ARM은 ARM 코어의 통합 가능한 하드웨어 설명과 완전한 소프트웨어 개발 도구 세트, 그리고 ARM CPU를 포함하는 제조된 규소를 판매할 권리를 제공한다.
통합 장치 제조업체(IDM)는 ARM 프로세서 IP를 합성 가능한 RTL (베릴로그로 작성됨) 형태로 받는다. 이 형태로 그들은 아키텍처 수준의 최적화 및 확장을 수행할 수 있다. 이를 통해 제조업체는 더 높은 클럭 속도, 매우 낮은 전력 소비, 명령어 세트 확장, 크기 최적화, 디버그 지원 등과 같은 맞춤형 설계 목표를 달성할 수 있다. 특정 ARM CPU 칩에 어떤 구성 요소가 포함되었는지 확인하려면 제조업체의 데이터시트 및 관련 문서를 참조해야 한다.
오리지널 ARM7은 이전 ARM6 설계를 기반으로 하며 동일한 ARMv3 명령어 집합을 사용했다. ARM710 변형은 아콘 Risc PC의 CPU 모듈에 사용되었으며, 최초의 ARM 기반 단일 칩 시스템 설계인 ARM7100과 ARM7500이 이 코어를 사용했다.
ARM7TDMI.
ARM7TDMI (ARM7 + 16비트 Thumb + JTAG Debug + fast Multiplier + enhanced ICE) 프로세서는 ARMv4 명령어 집합을 구현한다. 이는 여러 반도체 회사에 제조 라이선스가 부여되었다. 2009년에는 가장 널리 사용되는 ARM 코어 중 하나였으며, 수많은 깊이 내장된 임베디드 시스템 설계에서 찾아볼 수 있다. 인기 있는 비디오 게임 콘솔인 게임보이 어드밴스에 사용되었다.
텍사스 인스트루먼트는 ARM7TDMI의 라이선스를 획득하여 노키아 6110에 설계했다. 노키아 6110은 최초의 ARM 기반 GSM 휴대폰이었다. 이는 3210과 3310을 포함하여 이 프로세서를 사용하는 인기 있는 노키아 휴대폰 시리즈로 이어졌다.
ARM7TDMI-S 변형은 합성 가능한 코어이다.
ARM7EJ-S.
ARM7EJ-S (ARM7 + Enhanced + Jazelle - Synthesizable)는 더 강력한 ARM9E 코어와 함께 처음 도입된 ARMv5TE 명령어 집합을 구현하는 ARM7의 한 버전이다.
ARM 네오버스(ARM Neoverse)는 Arm이 라이선스한 64비트 ARM 프로세서 코어 그룹이다. 이 코어는 데이터센터, 에지 컴퓨팅, 고성능 컴퓨팅 용으로 고안되었다. 이 그룹은 ARM 네오버스 V-시리즈, ARM 네오버스 N-시리즈, ARM 네오버스 E-시리즈로 구성된다.
네오버스 V-시리즈.
네오버스 V-시리즈 프로세서는 고성능 컴퓨팅을 위한 것이다.
네오버스 V1.
네오버스 V1(코드명 Zeus)은 Cortex-X1에서 파생되었으며 ARMv8.4-A 명령어 세트 및 ARMv8.6-A의 일부를 구현한다. 2020년 9월 22일 Arm이 공식 발표했다. TSMC의 7 nm 공정으로 처음 구현될 것이라고 한다. X1과의 변경점 중 하나는 SVE 2x256비트를 지원한다는 점이다.
더 넥스트 플랫폼(The Next Platform)에 따르면, AWS 그래비톤3는 네오버스 V1을 기반으로 한다.
네오버스 V2.
네오버스 V2(코드명 Demeter)는 ARM Cortex-X3에서 파생되었으며 ARMv9.0-A 명령어 세트를 구현한다. 2022년 9월 14일 Arm이 공식 발표했다. NVIDIA 그레이스, AWS 그래비톤4 및 Google 액시온은 네오버스 V2를 기반으로 한다.
네오버스 V1에서 주목할 만한 변경 사항:
네오버스 V3.
네오버스 V3(코드명 Poseidon)는 Arm이 V2 및 E2 발표와 함께 공개했다. DDR5, PCIe gen6, CXL 3.0을 포함하는 시스템을 목표로 한다. 코드명 Poseidon은 Zeus(현재 V1)를 잇는 세대로 2021년에 5nm 노드에서 출시될 예정이었다.
네오버스 N-시리즈.
네오버스 N-시리즈 프로세서는 코어 데이터센터 사용을 위한 것이다.
네오버스 N1.
2019년 2월 20일, Arm은 인프라/서버 애플리케이션용으로 재설계된 Cortex-A76에서 파생된 네오버스 N1 마이크로아키텍처(코드명 Ares)를 발표했다. 레퍼런스 디자인은 최대 64개 또는 128개의 네오버스 N1 코어를 지원한다.
Cortex-A76에서 주목할 만한 변경 사항:
네오버스 N1은 ARMv8.2-A 명령어 세트를 구현한다.
앰피어 알트라(2소켓 80코어) 및 AWS 그래비톤2(64코어) CPU 플랫폼은 네오버스 N1 코어를 기반으로 하며 2020년에 출시되었다.
네오버스 N2.
네오버스 N2(코드명 Perseus)는 Cortex-A710에서 파생되었으며 ARMv9.0-A 명령어 세트를 구현한다. 2020년 9월 22일 Arm이 공식 발표했다. 2023년 8월 28일, Arm은 고객의 출시 기간을 단축하기 위한 Arm의 맞춤형 CPU 서브시스템 구현인 네오버스 CSS N2(Genesis)를 발표했다. Microsoft Azure 코발트 100 128 코어 CPU와 알리바바 이티안 710은 네오버스 N2를 사용한다.
네오버스 N1에서 주목할 만한 변경 사항:
네오버스 N-차세대.
네오버스 N-차세대, 아마도 N3는 Arm이 V2 및 E2 발표와 함께 공개했다. DDR5, PCIe gen6, CXL 3.0을 포함하는 시스템을 목표로 한다.
네오버스 E-시리즈.
네오버스 E-시리즈 프로세서는 에지 컴퓨팅을 위한 것이다. 감소된 전력 소비량으로 데이터 처리량을 증가시키도록 설계되었다.
네오버스 E1.
네오버스 E1은 Cortex-A65AE에서 파생되었으며 ARMv8.2-A 명령어 세트를 구현한다. SMT를 지원한다.
네오버스 E2.
네오버스 E2는 Cortex-A510에서 파생되었으며 ARMv9-A 명령어 세트를 구현한다.
네오버스 E-차세대.
네오버스 E-차세대, 아마도 E3는 Arm이 V2 및 E2 발표와 함께 공개했다. DDR5, PCIe gen6, CXL 3.0을 포함하는 시스템을 목표로 한다.
코드명 Poseidon은 테크콘 2018에서 네오버스 V1(일명 Zeus)의 후속작으로 처음 공개적으로 언급되었다. 실제 출시(타사 칩 설계자가 자사 제품에 사용)는 2021년의 대략적인 목표 날짜로 제시되었다. 초기 구현 공정은 TSMC의 5 nm라고 한다.
ARM Cortex-X1은 ARM 홀딩스의 오스틴 디자인 센터에서 ARM의 Cortex-X Custom (CXC) 프로그램의 일환으로 설계한 ARMv8.2-A 64비트 명령어 집합을 구현하는 중앙 처리 장치이다.
Cortex-X1 디자인은 ARM Cortex-A78을 기반으로 하지만, 성능, 전력, 면적(PPA)의 균형 대신 순수하게 성능을 위해 재설계되었다.
Cortex-X1은 3K 매크로-OP (MOPs) 캐시를 갖춘 5-와이드 디코딩 비순차 슈퍼스칼라 디자인이다. 이 프로세서는 사이클당 5개의 명령과 8개의 MOP를 가져올 수 있으며, 사이클당 8개의 MOP와 16개의 μOP를 리네임하고 디스패치할 수 있다. 비순차 윈도우 크기는 224개 항목으로 증가했다. 백엔드는 13단계의 파이프라인 깊이와 10단계의 실행 지연 시간을 갖는 15개의 실행 포트를 포함한다. 또한 4x128b SIMD 유닛을 특징으로 한다.
ARM은 Cortex-X1이 ARM Cortex-A77보다 30% 더 빠른 정수 연산 성능과 100% 더 빠른 기계 학습 성능을 제공한다고 주장한다.
Cortex-X1은 ARM의 DynamIQ 기술을 지원하며, ARM Cortex-A78 중간 코어 및 ARM Cortex-A55 작은 코어와 함께 사용될 때 고성능 코어로 사용될 것으로 예상된다.
Cortex-X1은 Cortex-X Custom (CXC) 프로그램 파트너에게 SIP 코어로 제공되며, 그 디자인은 다른 SIP 코어(예: GPU, 디스플레이 컨트롤러, DSP, 이미지 프로세서 등)와 통합되어 하나의 다이에 시스템 온 칩(SoC)을 구성하는 데 적합하다.
액션스 세미컨덕터(Actions Semiconductor Co. Ltd., )는 2000년에 설립된 중국의 팹리스 반도체 기업으로, 주하이시, 광둥성에 본사를 두고 있으며 상하이시와 선전시에 사무실을 두고 있다. 이 회사는 약 600명의 직원을 보유하고 있으며 태블릿, 디지털 오디오 플레이어, 사진 뷰어 및 관련 제품을 위한 SoC를 설계한다.
2008년 액션스 세미컨덕터는 하이-트렌드 테크놀로지(Hi-Trend Technology Co. Ltd)의 2D 그래픽 기술을 인수했다. 이 회사는 2010년에 매브릭스 기술을 인수했다. 2011년 11월, 니콜로 첸(Niccolo Chen)은 CEO 자리에서 물러났고, 당시 수석 부사장이자 2005년 매브릭스를 설립한 저우 전위(Zhenyu Zhou)가 그 자리를 대신했다. 2016년 9월 12일, 액션스 세미컨덕터는 스타맨 리미티드(Starman Limited)와의 합병을 발표했으며, 이는 2016년 12월 9일에 완료되었다.
다음은 액션스 세미컨덕터가 개발 및 판매하는 시스템 온 칩 목록으로, 주로 태블릿을 대상으로 한다.
S1 MP3 플레이어는 액션스에서 설계한 칩셋을 사용한다.
2012년 액션스 세미컨덕터는 비방트 코퍼레이션의 GC1000 GPU를 사용하는 쿼드 코어 ARM Cortex-A5 기반 SoC인 ATM7029를 생산했다. 이 SoC는 아이놀 NOVO10 Hero II 태블릿 및 기타 저가형 태블릿에 사용되었다.
2014년 2분기, 액션스는 중국 태블릿 프로세서 시장에서 네 번째로 큰 공급 업체로 보고되었다.
한때 액션스는 SigmaTel에 의해 고소당했고 SigmaTel이 승소했다. 판결에 따르면 액션스는 한때 MP3 ASIC 시장의 세계적인 선두 주자였던 SigmaTel이 설계한 ASIC을 직접 복사하여 SigmaTel의 권리를 침해했다. SigmaTel은 나중에 프리스케일 세미컨덕터에 매각되었다.
이 문서는 김정일의 해외 순방 목록에 대해 다룬다. 김정일은 조선민주주의인민공화국 국방위원회 위원장이라는 직책으로 해외 순방을 다녔다. 아버지 김일성과는 달리 중국과 러시아만 방문하였다. 고소 공포증 및 항공 테러 및 암살에 대한 두려움 때문에, 비행기를 이용하지 않고 태양호를 활용하여 해외를 방문하였다. 중국을 방문하여 장쩌민, 후진타오와 회담을 갖고 상하이시, 광저우시, 선전시 등을 방문하며 개방경제에 대한 경제 시찰을 주로 하였다.
오디오 크로스오버(Audio crossover)는 오디오 신호를 두 개 이상의 주파수 범위로 분할하여 해당 신호를 다른 주파수 범위 내에서 작동하도록 설계된 스피커 드라이버로 보낼 수 있게 하는 전자 필터 회로의 일종이다. 크로스오버 필터는 수동 또는 능동일 수 있다. 크로스오버는 주어진 신호를 각각 두 주파수 범위 또는 세 주파수 범위로 분할한다는 의미에서 종종 2방향 또는 3방향으로 설명된다. 크로스오버는 스피커 인클로저, 소비자 가전제품의 전력 증폭기 (하이파이, 홈 시어터 사운드 및 카오디오) 그리고 프로 오디오 및 악기 앰프 제품에 사용된다. 후자의 두 시장에서는 크로스오버가 베이스 앰프, 건반 앰프, 베이스 및 건반 스피커 인클로저, 음향 보강 시스템 장비(PA 스피커, 모니터 스피커, 서브우퍼 시스템 등)에 사용된다.
대부분의 개별 스피커 드라이버는 낮은 주파수부터 높은 주파수까지의 전체 가청 스펙트럼을 허용 가능한 상대 음량과 디스토션 없이 커버할 수 없기 때문에 크로스오버가 사용된다. 대부분의 하이파이 스피커 시스템과 음향 보강 시스템 스피커 캐비닛은 여러 스피커 드라이버를 조합하여 사용하며, 각 드라이버는 다른 주파수 대역에 대응한다. 표준적인 간단한 예는 저음 및 중음 주파수를 위한 우퍼와 고음 주파수를 위한 트위터 (스피커)를 포함하는 하이파이 및 PA 시스템 캐비닛이다. CD 플레이어의 녹음된 음악이든 오디오 믹서의 라이브 밴드 믹스이든 상관없이 음원 신호는 모든 저음, 중음, 고음 주파수가 결합되어 있으므로, 크로스오버 회로를 사용하여 오디오 신호를 별도의 주파수 대역으로 분할하고, 이들을 해당 주파수 대역에 최적화된 라우드스피커, 트위터 또는 혼으로 개별적으로 보낼 수 있다.
수동 크로스오버는 아마도 가장 일반적인 오디오 크로스오버 유형일 것이다. 이들은 수동 전기 부품(예: 축전기, 유도자 및 저항기) 네트워크를 사용하여 단일 전력 증폭기에서 나오는 증폭된 신호를 분할하여 두 개 이상의 스피커 드라이버(예: 우퍼와 초저음 서브우퍼, 또는 우퍼와 트위터, 또는 우퍼-중음-트위터 조합)로 보낼 수 있게 한다.
능동 크로스오버는 전력 증폭 단계 이전에 오디오 신호를 분할하여 두 개 이상의 전력 증폭기로 보낼 수 있도록 한다는 점에서 수동 크로스오버와 구별되며, 각 증폭기는 별도의 스피커 드라이버에 연결된다. 홈 시어터 5.1 서라운드 사운드 오디오 시스템은 초저음 주파수 신호를 분리하는 크로스오버를 사용하여 서브우퍼로 보내고, 나머지 저음, 중음 및 고음 주파수는 청취자 주변에 배치된 5개의 스피커로 보낸다. 일반적인 적용에서 서라운드 스피커 캐비닛으로 보내지는 신호는 수동 크로스오버를 사용하여 저/중음 우퍼와 고음 트위터로 추가 분할된다. 능동 크로스오버는 디지털 및 아날로그 유형 모두 존재한다.
디지털 능동 크로스오버는 종종 리미팅, 딜레이, 이퀄라이제이션과 같은 추가 신호 처리를 포함한다. 신호 크로스오버는 오디오 신호를 대역으로 분할하여 다시 혼합하기 전에 별도로 처리할 수 있게 한다. 몇 가지 예로는 멀티밴드 컴프레션, 리미팅, 디에서, 멀티밴드 디스토션, 베이스 강화, 고주파 익사이터, 그리고 노이즈 감소 (예: 돌비 A 노이즈 리덕션) 등이 있다.
이상적인 오디오 크로스오버의 정의는 당면한 작업과 오디오 애플리케이션에 따라 달라진다. 만약 분리된 대역들이 다시 혼합되어야 한다면(멀티밴드 처리에서처럼), 이상적인 오디오 크로스오버는 입력되는 오디오 신호를 겹치거나 상호작용하지 않으며 주파수, 상대 레벨, 위상 응답이 변하지 않는 출력 신호를 생성하는 별도의 대역으로 분할할 것이다. 이러한 이상적인 성능은 오직 근사치로만 구현될 수 있다. 최상의 근사치를 구현하는 방법은 활발한 논쟁의 대상이다. 반면에 오디오 크로스오버가 스피커 내에서 오디오 대역을 분리하는 경우, 크로스오버 자체 내에서 수학적으로 이상적인 특성을 요구할 필요가 없다. 이는 스피커 드라이버가 마운팅 내에서 갖는 주파수 및 위상 응답이 결과에 크게 영향을 미치기 때문이다. 오디오 크로스오버와 인클로저 내의 스피커 드라이버를 포함하는 전체 시스템의 만족스러운 출력이 설계 목표가 된다. 이러한 목표는 종종 비이상적이고 비대칭적인 크로스오버 필터 특성을 사용하여 달성된다.
오디오에는 다양한 크로스오버 유형이 사용되지만, 일반적으로 다음 클래스 중 하나에 속한다.
필터 섹션 수에 따른 분류.
스피커는 종종 "N-way"로 분류되는데, 여기서 N은 시스템 내 드라이버의 수이다. 예를 들어, 우퍼와 트위터가 있는 스피커는 2방향 스피커 시스템이다. N방향 스피커는 일반적으로 신호를 드라이버 간에 분할하기 위한 N방향 크로스오버를 갖는다. 2방향 크로스오버는 저역 통과 필터와 고역 통과 필터로 구성된다. 3방향 크로스오버는 저역 통과, 대역 통과 및 고역 통과 필터(각각 LPF, BPF 및 HPF)의 조합으로 구성된다. BPF 섹션은 다시 HPF와 LPF 섹션의 조합이다. 4 (또는 그 이상) 방향 크로스오버는 스피커 설계에서 그리 흔하지 않은데, 주로 관련된 복잡성 때문이며, 이는 일반적으로 더 나은 음향 성능으로 정당화되지 않는다.
"N-way" 스피커 크로스오버에는 최저 주파수 드라이버를 안전하게 처리할 수 있는 주파수보다 낮은 주파수로부터 보호하기 위한 추가 HPF 섹션이 존재할 수 있다. 이러한 크로스오버는 이 경우 최저 주파수 드라이버를 위한 대역통과 필터를 갖게 될 것이다. 마찬가지로 최고 주파수 드라이버는 고주파 손상을 방지하기 위한 보호 LPF 섹션을 가질 수 있지만, 이는 훨씬 덜 일반적이다.
최근에는 많은 제조업체들이 스테레오 스피커 크로스오버에 종종 "N.5방향" 크로스오버 기술이라고 불리는 것을 사용하기 시작했다. 이는 일반적으로 메인 우퍼와 동일한 베이스 범위를 재생하지만 메인 우퍼보다 훨씬 일찍 롤오프되는 두 번째 우퍼를 추가하는 것을 의미한다.
비고: 여기서 언급된 필터 섹션은 고차 필터가 구성하는 개별 2극 필터 섹션과 혼동되어서는 안 된다.
구성 요소 기반 분류.
크로스오버는 사용된 구성 요소 유형에 따라 분류될 수도 있다.
수동 크로스오버는 단일 전력 증폭기에 의해 증폭된 오디오 신호를 분할하여, 증폭된 신호를 각기 다른 주파수 범위를 커버하는 두 개 이상의 드라이버 유형으로 보낼 수 있도록 한다. 이 크로스오버는 전적으로 수동 구성 요소와 회로로 만들어진다. "수동"이라는 용어는 회로에 추가적인 전원 공급이 필요하지 않음을 의미한다. 수동 크로스오버는 단순히 전력 증폭기 신호에 배선으로 연결하기만 하면 된다. 수동 크로스오버는 일반적으로 카우어 토폴로지로 배열되어 버터워스 필터 효과를 달성한다. 수동 필터는 저항기를 축전기 및 유도자와 같은 반응성 구성 요소와 결합하여 사용한다. 고성능 수동 크로스오버는 스피커 시스템을 구동하는 높은 전류와 전압에서 좋은 성능을 낼 수 있는 개별 구성 요소를 만들기 어렵기 때문에 능동 크로스오버보다 더 비쌀 가능성이 높다.
저렴한 소비자 가전제품인 예산 가격의 올인원 홈 시어터 패키지 및 저가형 붐 박스는 더 낮은 품질의 수동 크로스오버를 사용할 수 있으며, 종종 더 적은 구성 요소를 가진 낮은 차수 필터 네트워크를 활용한다. 고가의 하이파이 스피커 시스템 및 리시버는 향상된 음질과 낮은 왜곡을 얻기 위해 더 높은 품질의 수동 크로스오버를 사용할 수 있다. 동일한 가격/품질 접근 방식은 음향 보강 시스템 장비 및 악기 앰프와 스피커 캐비닛에도 종종 사용된다. 저가형 스테이지 모니터, PA 스피커 또는 베이스 앰프 스피커 캐비닛은 일반적으로 낮은 품질의 저가형 수동 크로스오버를 사용하는 반면, 고가형 고품질 캐비닛은 일반적으로 더 나은 품질의 크로스오버를 사용한다. 수동 크로스오버는 폴리프로필렌, 금속화된 폴리에스터 포일, 종이 및 전해 콘덴서 기술로 만들어진 축전기를 사용할 수 있다. 유도자는 공심, 분말 금속 코어, 페라이트 코어, 또는 적층된 규소 강철 코어를 가질 수 있으며, 대부분은 에나멜 구리 와이어로 감겨 있다.
일부 수동 네트워크에는 스피커 드라이버를 우발적인 과부하(예: 갑작스러운 서지 또는 스파이크)로부터 보호하기 위해 퓨즈, PTC 장치, 전구 또는 회로 차단기와 같은 장치가 포함된다. 현대의 수동 크로스오버는 거의 모든 라우드스피커에 내재된 주파수에 따른 온저항 변화를 보상하는 이퀄라이제이션 네트워크(예: 조벨 네트워크)를 점점 더 많이 통합하고 있다. 이 문제는 복잡한데, 임피던스 변화의 일부는 드라이버의 통과 대역 전체에 걸친 음향 부하 변화 때문이다.
수동 네트워크의 두 가지 단점은 부피가 크고 전력 손실을 유발할 수 있다는 것이다. 이들은 주파수뿐만 아니라 온저항에도 특화되어 있다(즉, 연결된 전기 부하에 따라 응답이 달라진다). 이로 인해 서로 다른 임피던스를 가진 스피커 시스템과의 호환이 불가능하다. 임피던스 보상 및 이퀄라이제이션 네트워크를 포함한 이상적인 크로스오버 필터는 구성 요소들이 복잡하게 상호 작용하기 때문에 설계하기가 매우 어려울 수 있다. 크로스오버 설계 전문가인 지그프리트 링크비츠는 이에 대해 "수동 크로스오버의 유일한 변명은 저렴한 비용이다. 그들의 동작은 드라이버의 신호 레벨 종속적인 다이내믹스와 함께 변한다. 그들은 전력 증폭기가 보이스 코일 움직임에 대한 최대 제어를 하는 것을 방해한다. 재생의 정확성이 목표라면 시간 낭비이다."라고 말했다. 대안으로, 수동 구성 요소를 사용하여 증폭기 전에 필터 회로를 구성할 수 있다. 이 구현을 수동 라인 레벨 크로스오버라고 한다.
능동.
능동 크로스오버는 트랜지스터 및 연산 증폭기와 같은 능동 부품을 필터 내에 포함한다. 최근 몇 년간 가장 일반적으로 사용되는 능동 장치는 연산 증폭기이다. 높은 전류와 경우에 따라 높은 전압에서 전력 증폭기 출력 후에 작동하는 수동 크로스오버와 달리, 능동 크로스오버는 전력 증폭기 입력에 적합한 레벨에서 작동한다. 반면에 이득을 가진 모든 회로는 잡음을 유발하며, 이러한 잡음은 신호가 전력 증폭기에 의해 증폭되기 전에 도입될 때 해로운 영향을 미친다.
능동 크로스오버는 항상 각 출력 대역에 대해 전력 증폭기를 사용해야 한다. 따라서 2방향 능동 크로스오버는 두 개의 증폭기가 필요하다. 하나는 우퍼용이고 다른 하나는 트위터 (스피커)용이다. 이는 능동 크로스오버를 기반으로 하는 스피커 시스템이 수동 크로스오버 기반 시스템보다 비용이 더 많이 들 수 있음을 의미한다. 비용과 복잡성 단점에도 불구하고, 능동 크로스오버는 수동 크로스오버에 비해 다음과 같은 장점을 제공한다.
능동 크로스오버는 디지털 신호 처리 장치 또는 다른 마이크로프로세서를 사용하여 디지털로 구현될 수 있다. 이들은 전통적인 아날로그 회로에 대한 디지털 근사치를 사용하는 IIR 필터(베셀 필터, 버터워스, 링크비츠-라일리 필터 등)를 사용하거나, 유한 임펄스 응답(FIR) 필터를 사용한다. IIR 필터는 아날로그 필터와 많은 유사점을 가지며 CPU 자원을 상대적으로 적게 요구한다; FIR 필터는 반면에 일반적으로 더 높은 차수를 가지므로 유사한 특성을 위해 더 많은 자원을 필요로 한다. 이들은 선형 위상 응답을 갖도록 설계 및 구축될 수 있으며, 이는 음향 재생에 관련된 많은 사람들이 바람직하다고 생각한다. 그러나 단점도 있다. 선형 위상 응답을 달성하기 위해서는 IIR 또는 최소 위상 FIR 필터보다 더 긴 지연 시간이 발생한다. 본질적으로 재귀적인 IIR 필터는 신중하게 설계되지 않으면 리미트 사이클에 진입하여 비선형 디스토션을 유발할 수 있다는 단점을 갖는다.
이 크로스오버 유형은 기계적이며 드라이버 다이어프램 재료의 특성을 사용하여 필요한 필터링을 달성한다. 이러한 크로스오버는 가능한 한 많은 오디오 대역을 커버하도록 설계된 풀 레인지 스피커에서 일반적으로 발견된다. 한 가지 예는 스피커의 콘을 컴플라이언트 섹션을 통해 보이스 코일 보빈에 연결하고 작은 경량 위저 콘을 보빈에 직접 부착하여 구성된다. 이 컴플라이언트 섹션은 컴플라이언트 필터 역할을 하여 메인 콘이 고주파수에서 진동하지 않도록 한다. 위저 콘은 모든 주파수에 반응하지만, 작은 크기 때문에 고주파수에서만 유용한 출력을 제공하여 기계적 크로스오버 기능을 구현한다. 콘, 위저, 서스펜션 요소에 사용되는 재료를 신중하게 선택하면 크로스오버 주파수와 크로스오버의 효과가 결정된다. 이러한 기계적 크로스오버는 특히 고충실도가 요구될 때 설계하기가 복잡하다. 컴퓨터 지원 설계는 역사적으로 사용되었던 고된 시행착오적 접근 방식을 대체했다. 수년 동안 재료의 컴플라이언스가 변할 수 있으며, 이는 스피커의 주파수 응답에 부정적인 영향을 미친다.
더 일반적인 접근 방식은 더스트캡을 고주파수 방사기로 사용하는 것이다. 더스트캡은 주 어셈블리의 일부로 움직이면서 저주파수를 방사하지만, 낮은 질량과 감소된 댐핑으로 인해 고주파수에서 증가된 에너지를 방사한다. 위저 콘과 마찬가지로, 부드럽고 확장된 출력을 제공하기 위해 재료, 모양 및 위치를 신중하게 선택해야 한다. 음향 분산은 이 접근 방식이 위저 콘보다 다소 다르다. 관련 접근 방식은 메인 콘을 그러한 프로파일과 재료로 형성하여, 목 부분은 더 단단하게 유지되어 모든 주파수를 방사하고, 콘의 바깥 부분은 선택적으로 분리되어 저주파수에서만 방사하도록 하는 것이다. 콘 프로파일과 재료는 유한 요소 해석 소프트웨어를 사용하여 모델링할 수 있으며, 결과는 뛰어난 허용 오차로 예측된다.
이러한 기계적 크로스오버를 사용하는 스피커는 설계 및 제조의 어려움과 필연적인 출력 제한에도 불구하고 음질 면에서 몇 가지 장점을 가진다. 풀 레인지 드라이버는 단일 음향 중심을 가지며 오디오 스펙트럼 전체에 걸쳐 비교적 적당한 위상 변화를 가질 수 있다. 저주파수에서 최상의 성능을 위해 이러한 드라이버는 신중한 인클로저 설계가 필요하다. 이들의 작은 크기(일반적으로 165~200mm)는 베이스를 효과적으로 재생하기 위해 상당한 콘 움직임을 필요로 한다. 그러나 합리적인 고주파수 성능에 필요한 짧은 보이스 코일은 제한된 범위 내에서만 움직일 수 있다. 그럼에도 불구하고 이러한 제약 내에서 크로스오버가 필요하지 않으므로 비용과 복잡성이 줄어든다.
필터 차수 또는 기울기에 따른 분류.
필터가 차수를 가지듯이, 크로스오버도 구현하는 필터 기울기에 따라 차수를 갖는다. 최종 음향 기울기는 전기 필터에 의해 완전히 결정되거나 전기 필터의 기울기와 드라이버의 자연 특성을 결합하여 달성될 수 있다. 전자의 경우, 각 드라이버가 통과대역에서 신호가 약 -10dB 감소하는 지점까지는 평탄한 응답을 가져야 한다는 것이 유일한 요구 사항이다. 후자의 경우, 최종 음향 기울기는 일반적으로 사용된 전기 필터보다 가파르다. 3차 또는 4차 음향 크로스오버는 종종 2차 전기 필터만 갖는다. 이는 스피커 드라이버가 명목상 크로스오버 주파수에서 상당히 벗어난 지점에서도 잘 작동해야 하며, 고주파수 드라이버가 크로스오버 지점 이하의 주파수 범위에서 상당한 입력에 견딜 수 있어야 한다. 이는 실제로는 달성하기 어렵다. 아래 논의에서는 전기 필터 차수의 특성을 논의한 후, 해당 음향 기울기를 갖는 크로스오버와 그 장단점을 논의한다.
대부분의 오디오 크로스오버는 1차에서 4차 전기 필터를 사용한다. 더 높은 차수는 일반적으로 스피커용 수동 크로스오버에는 구현되지 않지만, 상당한 비용과 복잡성이 정당화될 수 있는 전자 장비에서는 가끔 발견된다.
1차 필터는 20dB/데케이드(또는 6dB/옥타브) 기울기를 갖는다. 모든 1차 필터는 버터워스 필터 특성을 갖는다. 많은 오디오필들은 1차 필터가 크로스오버에 이상적이라고 여긴다. 이는 이 필터 유형이 '과도 완벽'하여 저역 통과 및 고역 통과 출력의 합이 관심 범위 전체에 걸쳐 진폭과 위상 모두 변하지 않고 통과하기 때문이다. 또한 부품 수가 가장 적고 삽입 손실이 가장 낮다(수동인 경우). 1차 크로스오버는 고차 구성보다 LPF 및 HPF 섹션에서 더 많은 원치 않는 주파수 신호 콘텐츠를 통과시킨다. 우퍼는 이를 쉽게 처리할 수 있지만(정확하게 재생할 수 있는 주파수 이상에서 왜곡을 생성하는 것 외에), 더 작은 고주파수 드라이버(특히 트위터)는 정격 크로스오버 지점 이하의 주파수에서 큰 전력 입력을 처리할 수 없으므로 손상될 가능성이 더 높다.
실제로, 진정한 1차 음향 기울기를 가진 스피커 시스템은 넓은 드라이버 대역폭 중첩을 요구하고, 얕은 기울기는 비동축 드라이버가 넓은 주파수 범위에 걸쳐 간섭을 일으키고 축외에서 큰 응답 변화를 유발하기 때문에 설계하기 어렵다.
2차 필터는 40dB/데케이드(또는 12dB/옥타브) 기울기를 갖는다. 2차 필터는 설계 선택 및 사용되는 구성 요소에 따라 베셀 필터, 링크비츠-라일리 필터 또는 버터워스 특성을 가질 수 있다. 이 차수는 수동 크로스오버에서 일반적으로 사용되는데, 복잡성, 응답 및 고주파수 드라이버 보호 사이의 합리적인 균형을 제공하기 때문이다. 시간 정렬된 물리적 배치로 설계될 경우, 이 크로스오버는 모든 짝수 차수 크로스오버와 마찬가지로 대칭적인 극성 응답을 갖는다.
동일한 크로스오버 주파수를 갖는 (2차) 저역 통과 필터와 고역 통과 필터의 출력 사이에 항상 180°의 위상 차이가 있을 것이라고 흔히 생각된다. 따라서 2방향 시스템에서는 고역 통과 섹션의 출력이 이 위상 문제를 해결하기 위해 고주파수 드라이버에 '반전'되어 연결되는 경우가 많다. 수동 시스템의 경우 트위터는 우퍼와 반대 극성으로 배선된다. 능동 크로스오버의 경우 고역 통과 필터의 출력이 반전된다. 3방향 시스템에서는 중음 드라이버 또는 필터가 반전된다. 그러나 이는 일반적으로 스피커의 응답이 넓게 겹치고 음향 중심이 물리적으로 정렬되어 있을 때만 해당된다.
3차 필터는 60dB/데케이드(또는 18dB/옥타브) 기울기를 갖는다. 이 크로스오버는 일반적으로 버터워스 필터 특성을 가지며, 위상 응답이 매우 좋고, 레벨 합은 평탄하며 직교 위상으로, 1차 크로스오버와 유사하다. 극성 응답은 비대칭이다. 원래의 디아폴리토 MTM 배열에서는 3차 크로스오버를 사용할 때 대칭적인 축외 응답을 생성하기 위해 대칭적인 드라이버 배열이 사용된다. 3차 음향 크로스오버는 종종 1차 또는 2차 필터 회로로 구성된다.
4차 필터는 80dB/데케이드(또는 24dB/옥타브) 기울기를 갖는다. 이 필터는 수동 형태로 설계하기가 상대적으로 복잡하다. 구성 요소들이 서로 상호작용하기 때문이지만, 현대적인 컴퓨터 지원 크로스오버 최적화 설계 소프트웨어는 정확한 설계를 생성할 수 있다. 급경사 수동 네트워크는 부품 값 편차나 허용 오차에 덜 관대하며, 반응성 드라이버 부하로 인한 오정합에 더 민감하다(이는 저차 크로스오버에도 문제이지만). -6dB 크로스오버 지점과 평탄한 합을 갖는 4차 크로스오버는 링크비츠-라일리 크로스오버(발명가들의 이름을 따서 명명됨)라고도 알려져 있으며, 두 개의 2차 버터워스 필터 섹션을 직렬 연결하여 능동 형태로 구성할 수 있다. 링크비츠-라일리 크로스오버 유형의 저주파 및 고주파 출력 신호는 동위상으로, 멀티밴드 컴프레서의 출력 단계에서와 같이 크로스오버 대역 통과가 전기적으로 합산될 때 부분적인 위상 역전을 방지한다. 스피커 설계에 사용되는 크로스오버는 필터 섹션이 동위상일 필요는 없다. 비이상적이고 비대칭적인 크로스오버 필터 특성을 사용하여 종종 부드러운 출력 특성을 달성한다. 베셀, 버터워스, 체비셰프 등이 가능한 크로스오버 토폴로지 중 일부이다.
이러한 급경사 필터는 오버슈트 및 링잉과 같은 더 큰 문제를 가지고 있지만, 수동 형태에서도 몇 가지 주요 장점이 있다. 예를 들어, 낮은 크로스오버 지점의 가능성과 트위터의 향상된 파워 핸들링, 그리고 드라이버 간의 중첩 감소로 인해 다중 스피커 시스템의 방사 패턴의 주요 로브가 주파수에 따라 이동하는 현상이나 기타 바람직하지 않은 축외 효과가 크게 줄어든다. 인접 드라이버 간의 주파수 중첩이 적을수록 서로에 대한 기하학적 위치가 덜 중요해져 스피커 시스템 외관 또는 (차량 오디오의 경우) 실제 설치 제약에서 더 많은 자유를 허용한다.
음향 기울기가 4차보다 높은 수동 크로스오버는 비용과 복잡성 때문에 흔하지 않다. 능동 크로스오버 및 스피커 관리 시스템에서는 최대 96dB/옥타브의 기울기를 가진 필터를 사용할 수 있다.
혼합 차수.
크로스오버는 혼합 차수 필터로도 구성할 수 있다. 예를 들어, 2차 저역 통과 필터는 3차 고역 통과 필터와 결합될 수 있다. 이들은 일반적으로 수동이며, 종종 컴퓨터 프로그램 최적화에 의해 부품 값이 결정될 때와 같이 여러 가지 이유로 사용된다. 고차 트위터 크로스오버는 비정렬된 음향 중심 때문에 발생하는 우퍼와 트위터 간의 시간 오프셋을 보상하는 데 도움이 될 수 있다.
노치형.
크로스오버 주파수에 가까운 주파수에서 고역 통과 및 저역 통과 출력에 널 응답을 생성하는 크로스오버 필터 종류가 있다. 해당 저지대역 내에서 출력은 높은 초기 감쇠율을 가지며, 출력의 합은 평탄한 올패스 응답을 갖는다. 두 출력은 전환 전반에 걸쳐 일정한 제로 위상차를 유지하여 비동축 스피커 드라이버와의 로브 성능을 향상시킨다.
회로 토폴로지 기반 분류.
병렬 크로스오버는 단연코 가장 일반적이다. 전기적으로 필터는 병렬로 연결되어 있으므로 다양한 필터 섹션이 상호 작용하지 않는다. 이로 인해 2방향 크로스오버는 설계하기가 더 쉬워진다. 전기적 임피던스 측면에서 섹션을 분리된 것으로 간주할 수 있고, 부품 공차 변화가 격리되기 때문이다. 그러나 모든 크로스오버와 마찬가지로 최종 설계는 드라이버의 출력이 음향적으로 보완적이어야 하며, 이는 차례로 기본 크로스오버의 진폭 및 위상의 신중한 매칭을 요구한다. 병렬 크로스오버는 또한 스피커 드라이버를 바이와이어링할 수 있도록 하는 이점이 있는데, 이 기능의 이점은 열띤 논쟁의 대상이다.
이 토폴로지에서 개별 필터는 직렬로 연결되고, 드라이버 또는 드라이버 조합은 각 필터와 병렬로 연결된다. 이러한 유형의 크로스오버에서 신호 경로를 이해하려면 "직렬 크로스오버" 그림을 참조하고, 특정 순간에 하단 입력 단자에 비해 상단 입력 단자에 양의 전압을 갖는 고주파 신호를 고려한다. 저역 통과 필터는 신호에 높은 임피던스를 제공하고, 트위터는 낮은 임피던스를 제공한다. 따라서 신호는 트위터를 통과한다. 신호는 우퍼와 고역 통과 필터 사이의 연결 지점으로 계속 진행한다. 거기에서 HPF는 신호에 낮은 임피던스를 제공하므로 신호는 HPF를 통과하여 하단 입력 단자에 나타난다. 유사한 순간 전압 특성을 가진 저주파 신호는 먼저 LPF를 통과한 다음 우퍼를 통과하여 하단 입력 단자에 나타난다.
파생 크로스오버는 차동 증폭기를 사용하여 크로스오버 응답 중 하나가 다른 응답으로부터 파생되는 능동 크로스오버를 포함한다. 예를 들어, 입력 신호와 고역 통과 섹션 출력 간의 차이는 저역 통과 응답이다. 따라서 차동 증폭기를 사용하여 이 차이를 추출하면 그 출력이 저역 통과 필터 섹션을 구성한다. 파생 필터의 주요 장점은 어떤 주파수에서도 고역 통과 및 저역 통과 섹션 사이에 위상 차이가 없다는 것이다. 단점은 다음과 같다.
위 (1)의 경우, 일반적인 상황은 파생된 저역 통과 응답이 고정된 응답보다 훨씬 느린 속도로 감쇠한다는 것이다. 이로 인해 해당 스피커는 물리적 특성이 이상적이지 않을 수 있는 저지대역 깊숙이까지 신호에 계속 반응해야 한다. 위 (2)의 경우, 신호가 크로스오버 지점에 가까워질수록 두 스피커 모두 더 높은 볼륨 레벨에서 작동해야 한다. 이로 인해 더 많은 증폭기 전력이 사용되며 스피커 콘이 비선형으로 구동될 수 있다.
모델 및 시뮬레이션.
전문가와 아마추어는 이전에는 사용할 수 없었던 다양한 컴퓨터 도구에 접근할 수 있다. 이러한 컴퓨터 기반 측정 및 시뮬레이션 도구는 스피커 시스템의 다양한 부분을 모델링하고 가상으로 설계할 수 있게 하여 설계 프로세스를 크게 가속화하고 스피커 품질을 향상시킨다. 이러한 도구는 상업용부터 무료 제공까지 다양하다. 범위도 다양하다. 일부는 우퍼/캐비닛 설계 및 캐비닛 볼륨 및 포트(있는 경우)와 관련된 문제에 초점을 맞출 수 있는 반면, 다른 일부는 크로스오버 및 주파수 응답에 초점을 맞출 수 있다. 예를 들어, 일부 도구는 배플 스텝 응답만 시뮬레이션한다.
컴퓨터 모델링이 드라이버, 크로스오버 및 캐비닛의 결합 효과를 저렴하고 빠르게 시뮬레이션할 수 있게 되기 전에는 스피커 설계자가 여러 가지 문제를 발견하지 못할 수 있었다. 예를 들어, 단순한 3방향 크로스오버는 트위터/중음역 및 중음역/우퍼 섹션이라는 두 쌍의 2방향 크로스오버로 설계되었다. 이는 중음역 출력에서 과도한 이득과 '건초더미' 응답을 생성하고 예상보다 낮은 입력 임피던스를 야기할 수 있었다. 부적절한 위상 매칭이나 드라이버 임피던스 곡선의 불완전한 모델링과 같은 다른 문제들도 발견되지 않을 수 있었다. 이러한 문제들을 해결하는 것이 불가능한 것은 아니었지만, 오늘날보다 더 많은 반복, 시간 및 노력을 필요로 했다.
오디오 파워(audio power)는 오디오 앰프에서 스피커로 전송되는 전력으로, 와트 단위로 측정된다. 스피커로 전달되는 전력은 스피커의 효율과 함께 생성되는 음향 파워를 결정한다 (나머지 전력은 열로 변환된다).
앰프는 출력할 수 있는 전력이 제한되어 있으며, 스피커는 손상되거나 오디오 신호를 왜곡시키지 않고 음향 파워로 변환할 수 있는 전력이 제한되어 있다. 이러한 한계, 즉 파워 등급은 소비자들이 호환 가능한 제품을 찾고 경쟁 제품을 비교하는 데 중요하다.
파워 처리.
오디오 전자공학에서 전력 출력(앰프 등)과 파워 처리 용량(스피커 등)을 측정하는 여러 가지 방법이 있다.
앰프의 출력 파워는 전압, 전류 및 온도의 영향을 받는다.
앰프의 전력 출력은 가격에 큰 영향을 미치므로 제조업체는 판매를 늘리기 위해 출력 전력 사양을 과장하려는 유인이 있다. 규제가 없으면 전력 등급 광고에 상상력을 발휘하는 접근 방식이 너무 흔해져 1975년 미국 연방거래위원회는 시장에 개입하여 모든 앰프 제조업체가 다른 값을 인용할 수 있도록 공학적 측정(연속 평균 전력)을 사용하도록 요구했다.
스피커의 경우 최대 파워 처리에도 열적 및 기계적 측면이 있다.
미국에서는 스피커 전력 처리에 대한 유사한 규제가 없다. 이 문제는 훨씬 더 어려운데, 많은 스피커 시스템이 다른 주파수에서 매우 다른 전력 처리 능력을 가지고 있기 때문이다 (예: 고주파 신호를 처리하는 트위터는 물리적으로 작고 쉽게 손상되는 반면, 저주파 신호를 처리하는 우퍼는 더 크고 튼튼하다).
전력 계산.
교류 파형의 순간 전력은 시간에 따라 변하므로, 오디오 전력을 포함한 교류 전력은 시간에 대한 평균으로 측정된다. 이는 다음 공식에 기초한다.
순수 저항 부하의 경우, 전압 및 전류 파형의 제곱평균제곱근(RMS) 값을 기반으로 하는 더 간단한 방정식을 사용할 수 있다.
순수 저항 부하에 일정한 사인파 톤(음악 아님)이 가해지는 경우, 이는 오실로스코프로 측정하기 쉬운 전압 파형의 피크 진폭과 부하 저항으로부터 계산할 수 있다.
스피커는 순수 저항이 아니지만, 이러한 방정식은 이러한 시스템의 전력 측정값을 근사화하는 데 자주 사용된다. 근사값은 제품의 사양 시트에 참고 자료로 사용될 수 있다.
테스트 중인 앰프는 6V의 피크 진폭을 가진 사인파 신호를 구동할 수 있다 (12V 배터리로 구동). 8 옴 (단위) 스피커에 연결하면 다음을 전달한다.
대부분의 실제 자동차 시스템에서는 앰프가 브리지 연결 부하 구성으로 연결되며, 스피커 임피던스는 4 Ω을 넘지 않는다. 고출력 자동차 앰프는 DC-DC 변환기를 사용하여 더 높은 전원 전압을 생성한다.
연속 전력 및 "RMS 전력".
연속 평균 사인파 전력 등급은 오디오 앰프 및 때로는 스피커의 성능 사양에서 중요한 요소이다.
위에서 설명했듯이, 평균 전력이라는 용어는 시간 경과에 따른 순간 전력 파형의 평균값을 나타낸다. 이는 일반적으로 사인파 전압의 제곱평균제곱근(RMS)에서 파생되므로, 종종 "RMS 전력" 또는 "RMS 와트"라고 불리지만, 이는 잘못된 표현이다. 이는 전력 파형의 RMS 값이 아니기 때문이다 (이는 더 크지만 의미 없는 숫자이다). "RMS 와트"라는 잘못된 용어는 실제로 ANSI 표준에서 사용된다. 이는 또한 공칭 값이라고도 불리며, 이를 사용해야 하는 인증 마크 요구 사항이 있다.
연속적이라는 것은 (순간적인 것과 달리) 장치가 이 전력 수준에서 장시간 작동할 수 있음을 의미한다. 즉, 열이 생성되는 속도와 동일한 속도로 제거되어 손상될 정도로 온도가 상승하지 않음을 의미한다.
1974년 5월 3일, 연방거래위원회(FTC)는 많은 하이파이 앰프 제조업체들이 내세우는 비현실적인 전력 주장에 대처하기 위해 앰프 규정을 제정했다. 이 규정은 미국에서 판매되는 앰프의 광고 및 사양에 대해 사인파 신호를 사용한 연속 전력 측정을 의무화한다. (자세한 내용은 이 문서 끝의 표준 섹션을 참조하라.) 이 규정은 1998년에 개정되어 개인용 컴퓨터와 함께 일반적으로 사용되는 자체 전원 스피커를 포함하도록 했다 (아래 예시 참조).
일반적으로 앰프의 전력 사양은 지정된 부하 저항에서 총 고조파 왜곡(THD)의 지정된 백분율(보통 1%)로 임의로 정의되는 클리핑 발생 시 연속 사인파 신호를 사용하여 RMS 출력 전압을 측정하여 계산된다. 사용되는 일반적인 부하는 채널당 8옴 및 4옴이다. 프로페셔널 오디오에 사용되는 많은 앰프는 2옴에서도 지정된다. 왜곡이 증가하도록 허용하면 훨씬 더 많은 전력을 전달할 수 있다. 일부 제조업체는 10%와 같이 더 높은 왜곡에서 최대 전력을 인용하여 허용 가능한 왜곡 수준에서 측정했을 때보다 장비가 더 강력해 보이게 한다.
연속 전력 측정은 실제 오디오 장비에서 발견되는 매우 다양한 신호(높은 크레스트 팩터 악기 녹음부터 0dB 크레스트 팩터 방형파까지 다양)를 실제로 설명하지는 않지만, 앰프의 최대 출력 능력을 설명하는 합리적인 방법으로 널리 간주된다. 오디오 장비의 경우 이는 거의 항상 인간 청각의 공칭 주파수 범위인 20 헤르츠에서 20 킬로헤르츠이다.
스피커에서는 보이스 코일과 자석 구조의 열 용량이 주로 연속 전력 처리 등급을 결정한다. 그러나 스피커의 사용 가능한 주파수 범위의 하단에서는 기계적 익스커션 한계로 인해 전력 처리가 반드시 강등될 수 있다. 예를 들어, 100 와트로 정격된 서브우퍼는 80 헤르츠에서 100와트의 전력을 처리할 수 있지만, 25 헤르츠에서는 거의 그만큼의 전력을 처리할 수 없을 수 있다. 이는 일부 드라이버가 일부 인클로저에서 앰프로부터 100와트에 도달하기 훨씬 전에 기계적 한계를 넘어설 수 있기 때문이다.
피크 전력.
피크 전력은 순간 전력 파형의 최댓값을 나타내며, 사인파의 경우 항상 평균 전력의 두 배이다. 다른 파형의 경우 피크 전력과 평균 전력 간의 관계는 피크 대 평균 전력 비율(PAPR)이다.
앰프의 피크 전력은 전압 레일과 전자 부품이 손상 없이 순간적으로 처리할 수 있는 최대 전류량에 따라 결정된다. 이는 많은 오디오 신호가 매우 동적인 특성을 가지고 있기 때문에 빠르게 변하는 전력 수준을 처리하는 장비의 능력을 특징짓는다.
이는 항상 평균 전력 수치보다 높은 값을 생성하므로, 맥락 없이 광고에 사용되어 앰프가 경쟁 제품보다 두 배의 전력을 가진 것처럼 보이게 만드는 유혹적인 요소였다.
총 시스템 전력.
총 시스템 전력은 오디오 공학에서 오디오 시스템의 전력을 평가하는 데 자주 사용되는 용어이다. 총 시스템 전력은 스피커의 전력 처리 능력이나 앰프의 전력 출력보다는 장치의 총 에너지 소비를 의미한다. 이는 장치의 총 전력 소비가 다른 전력 등급보다 크다는 점에서 다소 기만적인 마케팅 전략으로 볼 수 있으며, 아마도 앰프의 피크 전력은 어차피 과장된 값이다. 선반형 스테레오 및 서라운드 사운드 리시버는 종종 총 시스템 전력을 사용하여 평가된다.
총 시스템 전력을 사용하여 전력에 대한 더 정확한 추정치를 얻는 한 가지 방법은 클래스의 효율성을 고려하여 전력 출력을 추측할 수 있는 앰프 클래스를 고려하는 것이다. 예를 들어, 클래스 AB 앰프는 효율이 25%에서 75%까지 크게 달라질 수 있는 반면, 클래스 D 앰프는 80%에서 95%로 훨씬 높다. 매우 효율적인 클래스 D 앰프인 ROHM BD5421efs는 90% 효율로 작동한다.
일부 경우, 오디오 장치는 모든 스피커의 피크 전력 등급을 합산하여 총 시스템 전력으로 측정될 수 있다. 많은 홈 시어터 인 어 박스 시스템이 이러한 방식으로 평가된다. 종종 저가형 홈 시어터 시스템의 전력 등급은 높은 수준의 고조파 왜곡에서 측정되기도 한다. 최대 10%까지 측정되기도 하는데, 이는 들을 수 있을 정도이다.
PMPO.
PMPO는 Peak Music Power Output 또는 Peak momentary performance output의 약자로, 소비자보다는 광고 문구 작성자에게 더 흥미로운 의심스러운 측정 기준이다. PMPO라는 용어는 어떤 표준에서도 정의된 적이 없지만, 종종 시스템 내 각 앰프의 특정 종류의 피크 전력의 합으로 간주된다. 제조업체마다 다른 정의를 사용하므로 PMPO와 연속 전력 출력의 비율이 크게 달라지며, 서로 변환하는 것은 불가능하다. 대부분의 앰프는 PMPO를 매우 짧은 시간 동안만 유지할 수 있으며, 스피커는 심각한 손상 없이 순간적인 피크 외에는 명시된 PMPO를 견딜 수 있도록 설계되지 않았다.
실제 세계에서의 전력과 음량.
인지되는 "음량"은 음향 출력 전력에 따라 대략 로그적으로 변한다. 음향 전력 변화에 따른 인지되는 음량 변화는 기준 전력 수준에 따라 달라진다. 인지되는 음량을 기준 전력과 독립적인 로그 데시벨(dB) 스케일로 표현하는 것은 유용하고 기술적으로 정확하며, 10dB 변화와 인지되는 음량의 두 배 증가 사이에 다소 직선적인 관계가 있다.
전력과 인지되는 음량 사이의 대략적인 로그 관계는 오디오 시스템 설계에서 중요한 요소이다. 앰프 전력과 스피커 감도 모두 실현 가능한 최대 음량에 영향을 미친다. 감도는 일반적으로 '자유 공간'의 무향실에 매달아(풀 레인지 스피커의 경우) 측정하거나, '반 공간'의 지면에서 소스와 수신기를 외부에 두고(서브우퍼의 경우) 측정한다.
인지되는 음량이 두 배/절반으로 변하는 것은 스피커 감도의 약 10dB 증가/감소에 해당하지만, 이는 또한 음향 전력의 약 10배 곱하기/나누기에 해당한다. 비교적 겸손한 3dB 감도 증가/감소조차도 음향 전력의 두 배/절반에 해당한다. '반 공간'에서 측정할 때, 지면 경계는 소리가 방출되는 사용 가능한 공간을 절반으로 줄이고 수신기에서 음향 전력을 두 배로 늘려 측정된 감도가 3dB 증가하므로 테스트 조건을 아는 것이 중요하다. 측정된 감도의 ±3dB 변화는 주어진 인지 음량을 생성하는 데 필요한 전기 전력의 유사한 두 배/절반에도 해당하므로, 겉으로는 '미미한' 감도 차이조차도 앰프 전력 요구 사항에 큰 변화를 초래할 수 있다. 이는 앰프 전력 출력이 증가함에 따라 전력 앰프가 점점 더 비실용적이 되기 때문에 중요하다.
많은 고품질 가정용 스피커는 약 84dB에서 94dB 사이의 감도를 가지지만, 전문가용 스피커는 약 90dB에서 100dB 사이의 감도를 가질 수 있다. 84dB 소스는 100와트 앰프로 구동되는 90dB 소스 또는 10와트 앰프로 구동되는 100dB 소스와 동일한 음향 전력(인지되는 음량)을 생성하기 위해 400와트 앰프를 필요로 한다. 따라서 시스템의 '전력'에 대한 좋은 측정은 앰프와 스피커를 합친 클리핑 전 최대 음량(dB SPL)을 청취 위치에서 가청 주파수 스펙트럼에 걸쳐 플롯하는 것이다. 등청감 곡선에 표시된 바와 같이 인간의 귀는 저주파에 덜 민감하므로, 잘 설계된 시스템은 클리핑 전에 100Hz 이하에서 상대적으로 더 높은 음압 수준을 생성할 수 있어야 한다.
인지되는 음량과 마찬가지로 스피커 감도 또한 주파수와 전력에 따라 달라진다. 감도는 파워 압축 및 고조파 왜곡과 같은 비선형 효과를 최소화하기 위해 1와트에서 측정되며, 사용 가능한 대역폭에서 평균된다. 대역폭은 종종 측정된 '+/-3dB' 차단 주파수 사이로 지정되는데, 여기서 상대 음량은 피크 음량보다 최소 6dB 감소한다. 일부 스피커 제조업체는 바닥/벽/천장 경계가 인지되는 음량을 증가시킬 수 있는 주파수 극단에서 스피커의 실제 실내 응답을 고려하기 위해 '+3dB/-6dB'를 대신 사용한다.
스피커 감도는 오디오 앰프가 전압원처럼 작동하는 경향이 있기 때문에 고정된 앰프 출력 전압을 가정하여 측정 및 평가된다. 감도는 다르게 설계된 스피커 간의 스피커 임피던스 차이로 인해 오해의 소지가 있는 측정 기준이 될 수 있다. 임피던스가 높은 스피커는 측정된 감도가 낮아 효율이 낮은 것처럼 보일 수 있지만, 실제로는 효율이 비슷할 수 있다. 스피커 효율은 스피커가 음향 전력으로 변환하는 실제 전기 전력의 비율만 측정하는 측정 기준이며, 스피커에서 주어진 음향 전력을 얻는 방법을 조사할 때 더 적절한 측정 기준이 되는 경우가 있다.