글쓴이 : SOONDORI
방송국에서 FM 전파에 음을 실어 보내기 전에 고역의 일부를 강조(Pre-emphasis)하면 수신기는 그 영역을 감쇄(De-emphasis)시켜서 전체적으로 평탄한 주파수 특성을 확보함과 동시에 그 처리 과정에서 고역에 담긴 송출 단계의 잡음을 억제할 수 있다는, 신호 대 잡음비(Signal to Noise Ratio) 강조 전략이 FM 디엠퍼시스와 프리엠퍼시스이다.
아래 그래프는 위 그래프의 강조 및 감쇄 작용에 의해 고역 잡음이 어느 정도로 나타나는지를 보여주고 있다.
시정수(일종의 필터 작용의 특성을 결정짓는 변수, τ=R × C)가 0uS인 경우 주파수 증가에 따라 노이즈가 단순 비례로 증가하지만, 시정수가 정의된 경우는 그 값이 커질 수록 더 많이 감소한다.
(출처 : http://www.radiomuseum.org/forum/fm_pre_emphasis_and_de_emphasis.html)
적용 시정수는 나라마다 다르다. 우리나라는 75uS, 일본은 50uS, 미국과 중국은 75uS이며 나머지 대부분의 나라에서는 50uS를 적용한다. 돌비 FM과 같이 특별한 경우, 25uS도 사용되고 있다.
프리엠퍼시스와 디엠퍼시스가 제대로 매칭되지 않으면 음이 매우 둔하거나 매우 날카롭게 들린다.
국산 또는 미국에서 수입된 빈티지 기기가 아닐 경우 즉, 유럽이나 일본에서 가져온 기기라면 반드시 시정수를 확인하고 회로를 수정해야 한다.
수정은 1) 기기 외부에 전환 스위치가 있거나 내부에 PIN이 있는 경우는 단순 절환, 2) R × C 공식의 적용이 가능할 경우(대부분의 사례에 해당함) R 또는 C의 용량 변경, 3) 복합적이고 복잡한 회로(MPX IC 내부에서 처리되는 경우 혹은 OP.Amp 회로 구성), IC 제어 프로세서의 프로그램이 제어하는 회로는 제작사가 지정하는 방법에 따른다.
(MPX IC 내부의 Post AMP. 즉, OP.AMP의 피드-백 루프를 이용해서 디엠퍼시스를 조정하는 경우. 현재 시정수는 R x C = 100KΩ x 510pF = 51uS)
그런데 왜 FM에서는 고역의 잡음이 증가된다는 것일까?
20~20Khz 신호를 캐리어에 혼합하는 과정에서 고역일 수록, 저음에 비해 더 많은 다 차수 고조파(高調波, Harmonic)가 생성된다. 그리고 그것은 제 아무리 우수한 전자회로일지라도 절대 선형적으로 작동하지 않는다는 현실에서 시작된다. 보내고자 하는 음 신호에 대해 하모닉의 복합 개입은 진폭은 물론 위상 변환(=FM에서는 고음, 저음을 결정짓는 요소)에도 악영향을 주는데 이것은 FM이든 AM이든 무선 수신기 입장에서는 절대 노이즈. 그리고는 시스템 소자 자체의 노이즈까지 포함.
FM 수신기에는 Limiter회로라는 것이 있어서 잡음의 불요 진폭(Amplitude)은 필터링을 할 수 있으나 위상(Phase) 변화는 그 진위를 판별하기 어렵다. 그리하여 수신 전파에 담겨있는 잡음 배제는 포기하고 그 대신에, 무조건 송출 전 고역을 강조하여 신호와 잡음원의 강도 차이를 키우고 수신 시 그 차이(진폭의 크기)에 집중하여 유효 음을 분리해내는 아이디어가 사용되었다.
참고로, 튜너 시정수는 부품 용량 편차 때문에 기준 수치 그대로일 수가 없으며 아주 가끔은 설계 엔지니어가 음의 느낌을 고려하여, 고의로 약간 높거나 낮은 조합을 쓰기도 한다. 이런 식 노이즈 감소 전략은 Dolby 잡음 제거 로직, LP 제작과 재생에도 적용되어 있다.
* 관련 글 : FM 튜너의 De-Emphsis와 Hi-Blend와 Schotz Noise Reduction
