이번에는 스피커 네트워크의 필터종류와 특성에 대하여 알아 봅니다.

​먼저 일차필터(필터소자가 1개), 이차필터(필터소자가 2개)등의 특성은 아래와 같습니다.

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​차수가 많으면 무우를 자르듯 주파수를 자를 수 있어서 좋겠지요? 겹치는 영역도 적고...

하지만 차수가 많아지면 소자가 깍아먹는 음질과 이득감쇄 때문에 음질은 떨어지고 다음에 설명될 Group Relay 특성이 나빠집니다. 실용적으로는 4차이상은 특수목적 이외에는 사용하지 않습니다.  

​여기서 1차필터는 보편적으로 감쇠율은 1옥타브(500Hz을 기준으로 할때 상향측으로 2배인 1000Hz 하향측으로는 1/2인 250Hz)에서 -6dB(수치적으로 크기의 0.5배)를 적용합니다.

그러므로 2차 필터인 경우에는 ​감쇠율이 -12dB, 3차인 경우에는 -18dB 입니다.

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두번째 이야기는 흔히 베셀필터(Bessel Filter), 버터워스 필터(​Butterworth Filter), 린퀴즈-릴리 필터(Linkwitz–Riley filter), 체비세프 필터(Chebyshev filter)등으로 불리우는 오디오 필터 종류별 특성을 알아 봅니다.

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베셀필터(Bessel Filter)는 독일의 수학자인 Friedrich Bessel(1784–1846)이 완성한 필터 이론에 1949년 W. E. Thomson에 의해서 완성된 것으로 Bessel–Thomson filters로 불리며 그룹 지연(Group delay)특성과 위상특성이 가장 평탄한 것이 장점입니다.

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버터워스 필터(​Butterworth Filter)는 1930년에 영국인 물리학자인 ​Stephen Butterworth에 의해서 완성된 것으로 이득곡선이 평탄한 특성이 장점입니다. 대부분의 빈티지 스피커의 네트워크에 적용되어 있는 가장 보편적인 필터입니다.

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린퀴즈-릴리 필터(Linkwitz–Riley filter)는 버터워스 필터가 Crossover지점에서 이득이 3dB 상승하는 것을 방지하는 전대역 필터로 사용하고자 1976년에 ​Siegfried Linkwitz and Russ Riley 가 제안한 방식으로 Crossover지점에서 -6dB를 감쇠하여 평탄한 이득곡선을 얻고자하는 필터입니다.

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​체비세프 필터(Chebyshev filter)는 특정 밴드간의 이상적인 필터와 실제 필터의 동작간의 에러가 가장 적은 것이 장점인 밴드 필터로 러시아 수학자 Pafnuty Chebyshev 방정식에서 유도된 필터방식으로 이득감쇠 특성이 급격하게 감쇠되나 리플이 많이 포함되어 있어 특수 목적에 사용 됩니다. 

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​위 네가지 필터방식의 이득곡선의 비교입니다.(Crossover frquency 500 Hz, 2nd filter)

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그리고 위에서 업급된 필터별 Group Delay 특성곡선입니다.

​여기서 Group Delay이란 필터를 통과하는 여러 주파수가 지연특성을 일으키는 현상으로 2~16 Hz정도 차이를 내는 현상으로 음색이 지저분해지는 느낌이 듭니다.

아래그림에서 왼쪽은 이득(Gain)특성이고, 오른쪽은 지연(Delay)특성입니다.

아래표를 보면 

Gain특성은  Butterworth 〉Bessel 〉 Chebyshev 순으로,

Delay특성은  Bessel〈 Butterworth 〈 Chebyshev 으로 나타냅니다.

따라서 이득특성과 Delay 특성을 고려하여 ​Butterworth Filter가 널리사용된 이유입니다.

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​다음편은 스피커 네트워크에서 왜 위상이 변하고 그 영향은 어떠한 것인지 알아보겠습니다.  

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