글쓴이 : SOONDORI
세상에는 여러 가지 물리적 지연회선(Delay Line) 아이디어가 있는데… 가만히 보면, 구현 논리가 똑같다.
그것은 소리나 진동, 빛과 RF 등이 (주파수는 다르지만) 단순한 <맥동 에너지의 전달>이기 때문임. 맥동(脈動)에는 위로/아래로 가 있으니 그것에 인간이 알아먹을 규칙성만 부여하면 Signal 또는 Information이 되는 것이고.
● 금속에 도달한 전파의 진행
출근길 전철 안에 사람이 바글바글하면 지각하게 된다. 금속 안테나에 도달한 전파의 속도는… 기억이 가물가물인데, 1~3%쯤 감소. (예) 모노폴 안테나 설계 시 계산된 파장보다 조금 짧게 만들어야 한다.
● 공기 중 빛의 진행
표제부 사진 참고. 반사에 반사를 거듭하여 경로를 길게 만들면, 아주 짧지만 시간지연이 생긴다. 빛은 워낙에 빠르니까, pS 단위도 감지덕지.
(표제부 사진 포함 출처 및 추가 정보 열람 : https://www.thorlabs.com/newgrouppage9.cfm?objectgroup_id=5521)
● 유리 속 맥동 에너지
빛보다 훨씬 느린 초음파를 가지고… “그러니, 얼마나 쉽나?” uS 단위.
* 관련 글 : 유리 지연선 소자의 동작 원리
부품으로서의 표면탄성파필터(SAE Filter)나 무라타가 만든 흔한 IF 세라믹 필터는 기본적으로 불요 신호를 감쇄하는 수단이므로, 맥동 에너지 진행 속도가 어쩌고 저쩌고인 본 건과는 무관하다.
● 수은 튜브 속 맥동 에너지
노이즈 제거에 유리한, 걸쭉한 수은 안에서 초음파 맥동의 속도는 느려질 것이다. 그래서 펄스 데이터 상태를 보존하는데 쓰였다. 즉, 컴퓨터 메모리용.
(▲ Speed of Light와 Speed of Sound에 주목. 출처 : https://www.allaboutcircuits.com/textbook/digital/chpt-15/historical-nonmechanical-memory-technologies/)
* 관련 글 : 아날로그 원론에 기대는 디지털, 음향 지연 메모리
● 케이블 내 맥동 에너지
케이블이 길면 길 수록 시간지연이 생긴다. uS 단위.
* 관련 글 : Revox B760 FM 전용 튜너, 지연 선로 펄스 카운터 검파 그리고 PLL MPX
● PCB 패턴 내 맥동에너지
빈티지 오디오에서는 전혀 문제가 되지 않는 사항이지만, 초고속 주파수 맥동을 다룰 경우, 패턴 경로의 길이 차에 의해 뭔가 희한한 일이 생길 수 있다. 그래서 구불구불 패턴 등으로 길이를 적당히 맞춤.
● 줄줄이 TTL IC 경로 속 맥동 에너지
게이트 회로를 잔뜩 늘어놓으면, 소자 동작에 필요한 절대 시간 곱하기 소자 개수에 비례하는 만큼, 신호 전달이 늦어진다. uS 단위.
* 관련 글 : Accuphase T-109V 디지털 튜너의 DGL 검파
● 지연선 반도체 소자 속 맥동 에너지
누구나 전용 IC를 사서 쓸 수 있다. 예를 들어, 아날로그디바이스 IC는 ‘1µs to 33.6 Seconds’ 범위에서 가변이 가능하다고.
“… The LTC®6994 is a programmable delay block with a range of 1µs to 33.6 seconds. The LTC6994 is part of the TimerBlox® family of versatile silicon timing devices… | Noise Discriminators/Pulse Qualifiers, Delay Matching, Switch Debouncing, High Vibration, High Acceleration Environments, Portable and Battery-Powered Equipment…”
(출처 및 추가 정보 열람 : https://www.analog.com/en/resources/design-notes/design-considerations-for-allsilicon-delay-lines.html)
● Yagi 안테나의 맥동 에너지
야기 안테나의 줄줄이 엘리먼트의 길이는 파장을 정의한다. 길이가 다른 엘리먼트가 다중 배치되어 있고, 어떤 것이 받은 전파 에너지를 앞쪽으로 반사한다. 반사? 받은 다음에 주는 것이기 때문에 ‘시간지연’ 즉, 위상 개념이 개입됨.
(출처 : youtu.be/EA1TKKd9uh8?feature=shared)
● 물리적 후퇴 구조물 속 맥동 에너지
3차원 공간 내 스피커 유닛의 위치를 잘못 설정하면, 맥동이 겹치는 보강간섭, 맥동에 의해 소중한 정보가 사라지는 감쇄간섭이 일어난다. 요리조리 궁리하고 대부분 발 빠른 트위터 유닛을 뒤로 빼내기. 그것은 굼뱅이 같은 우퍼의 맥동을 기준으로 시간 지연하는 것과 같다.
* 관련 글 : Technics SB 시리즈 주물스피커
자, 그렇게 무엇을 천천히 흐르게 만든다… 그 취지를 FM 튜너 세상으로 가져오면,
○ 아래에서, 물리적 지연과 무관한 코일의 에너지 흡수/방출 반응에 의해 한쪽은 시간지연 즉, 위상 지연. 코일이 없는 다른 곳은 본래의 그 타이밍으로. 그리하여 위상의 변화 ≒ fx(주파수의 변화)가 됨. 반대로 이야기해도 마찬가지. 즉, 주파수의 변화 ≒ fx(위상의 변화). 아무튼, 양자는 상관관계가 있음.
이렇게 주파수에 함수 관계를 가진 위상 차를 가지고 <주파수-전압 컨버터>를 만들면, 그게 직교검파 회로가 된다. 90도는 Max. 90도는 직교(直交). 그것의 영어 풀이는 Quadrature.
○ 인덕턴스 변화가 키워드인 반응성 코일을 빼버리고, 금속 내 맥동의 진행 속도가 느려진다는 점에 착안하여 아주 긴 일반 전선을 돌돌말아 두되 위상차가 Max. 90도 이하에 머물도록하거나, 신호를 초음파로 잠시 바꾼 후 유리를 통과하게 만들어서 시간을 지연시키거나…
지연선 아이디어든 아니든, 고의적으로 위상 변화를 발생시킨 다음, 어떤 <비교 행위>를 통해서 원하는 신호를 추출하거나 가공하는 많은 회로 중에 FM 튜너의 표준 단어가 된 ‘직교검파(Quadrature Detection)’가 있는 것.
그러면,
1) 평범한 인켈 튜너의 위상천이 코일을 제거하고 DIY 둘둘말이 코일을 쓰거나 전용 IC 소자를 구해서 붙일 수 있을까? Why NOT? 단, 인덕턴스, 커패시턴스, 기타 전자적 변수만 잘 통제한다면.
2) 코일은 그냥 싫다. 그래서 그것을 커패시터로 바꾸면. 전압과 전류 흐름의 관계에서, a) 코일은 90도 뒤, b) 커패시터는 90도 앞. 어쨌든 90도이니까 코일대신에 커패시터를 쓸 수 있을까? 개별 튜너에서 어떤 결과가 나올지는 모르지만, YES.
* 관련 글 : Eroica TT-200DP 튜너와 TA-95A 앰프 (3)
코일의 시간지연 효과, 커패시터의 위상 앞섬 효과를 두고 상상해 보면, 위상천이 코일의 H와 F의 값은 직교검파 회로의 반응에 어떤 영향을 주고 있을 것. 코일이 다 같은 코일이 아니고 커패시터다 다 같은 커패시터가 아니니까.
○ 한편으로, 주파수별 위상 차 반응이 조금씩 다른 것을 알 수 있다. 그 현상을 확장하면… 퉁~!치기로 주파수별 평균지연 개념을 적용한 ‘群지연(Group Delay)’이 된다. 그룹 딜레이는, 비선형 회로에서 반드시 일어나는 현상. 군지연이 작으면 작을 수록 왜곡이 없다.
모든 것을 종합하면,
“맥동 에너지의 진행을 지연시키는 방법” = “맥동 에너지를 조작하는 방법” = “위상을 조작하는 방법”이 된다.
매사 시니컬한 자의 사족 멘트.
그리고… 상상할 수 없이 많은 산업분야의, 상상할 수 없이 많은 아이디어 중 일부가 빈티지 오디오 안에 녹아 있게 된 것. 물론, 오디오는 문화의 소재이기 때문에, 역사, 철학, 물리학 등 모든 게 들어가게 된다. 만일, 혼자서 거대 산업용 플랜트를 종합 설계할 수 있고 철학적 기준을 가진 분이 초고성능 빈티지 오디오를 설계하였다면… 인구에 회자되는 누구보다도 훨씬 잘 만들었을 것이라고 생각함.
명백히 산업 솔루션 > 오디오 솔루션.
눈만 껌뻑거릴 수밖에 없는, 무엇을 몰라서 당연히 착한 소비자 앞에서, 알루미늄 덩어리 보여주며 깐죽거리고 나대는 자들이 많은 세상이기에 일부러 적어 둠.
