오디오 응용 프로그램에 로그 팟을 사용해야하는 이유는 무엇입니까?

Spehro Pefhany 에서이 답변을 읽는 것이 정말 궁금합니다 . Spehro는 오디오 애플리케이션에 로그 팟을 사용해야한다고 말합니다. 그래서 나는 그것을 구글 검색했다.

내가 찾을 수있는 가장 좋은 기사는 "오디오와 선형 전위차계의 차이점" 이라는 제목의 제목입니다 ^[1] . 이제 원래 웹 사이트에서 제거 된 것으로 보입니다.

그들은 이렇게 말했습니다.

선형 대 오디오

전위차계 또는 전자 장치 애호가에게 "냄비"는 저항이 얼마나 빨리 변하는 지에 따라 차별화됩니다. 선형 포트에서 저항의 양은 직접 패턴으로 변경됩니다. 반만 돌리거나 밀면 저항이 최소 설정과 최대 설정 사이의 절반이됩니다. 조명이나 팬 제어에 이상적이지만 오디오 제어에는 적합하지 않습니다. 볼륨 컨트롤은 사람의 귀에 맞아야하며 이는 선형이 아닙니다. 대신, 로그 폿은 커브에서 저항을 증가시킵니다. 중간 지점의 음량은 여전히 ​​적당하지만 음량을 계속 높이면 급격히 증가합니다. 이것은 사람의 귀가 듣는 방식에 해당합니다.

글쎄, 나는 만족하지 않습니다.

• 인간의 귀가 선형이 아니라는 것은 무엇을 의미합니까?
• 포트 저항의 로그 변화는 음파와 어떻게 관련이 있으며 사람의 귀는 어떻게 작동합니까?

^{[1] 원본 (현재 끊어진) 링크는 http://techchannel.radioshack.com/difference-audio-linear-potentiometers-2409.html 입니다.}

이걸 고려하세요: -

소음 수준은 dB 단위로 측정되며 신호의 10dB 증가 / 감소는 귀 / 뇌에 의해 감지되는 소리의 두 배 / 반으로 증가합니다.

위의 그림을보고 매끄럽고 (광범위한) 볼륨 컨트롤러에 더 적합한 것을 선택하십시오. 다음은 인간이 편안하게들을 수있는 데시벨의 전체 범위를 보여주는 플레처 먼슨 (Fletcher Munson) 곡선입니다. 스테레오 시스템이 매우 강력하지 않으면 음량 조절에 100dB의 범위가 "적합합니다". 플레처 먼슨 (Fletcher Munson) 곡선은 또한 소리의 음높이와 음량을 관련시킵니다. 또한 곡선은 모두 10db 단계에서 1kHz로 정규화됩니다.-

LOG 전위차계에서 와이퍼 이동의 약 10 %마다 볼륨을 10dB 씩 줄이거 나 늘릴 수있는 반면, LIN 포트는 볼륨을 6dB로 줄이려면 중간 위치까지 완전히 이동해야합니다! 선형 포트가 이동의 하단 끝 (왼쪽 이동의 1 % 미만)에 가까울 때 작은 움직임에 대해 dB 감쇠가 크게 점프하므로 볼륨을 정확하게 낮은 레벨로 설정하기가 매우 어려워집니다.

LOG 포트는 동일한 (100 dB 미만) 전에 너무 많은 동적 조정 범위에만 대처할 수 있지만 요점은 작고 조용한 끝에서는 거의 눈에 띄지 않습니다. 여행.

CW 및 CCW와 같은 화분의 표시는 화분의 어느 쪽 끝이 접지 끝인지 대용량 끝인지 알려줍니다. CW = 시계 방향, CCW는 와이퍼의 시계 반대 방향 끝점입니다.

인간의 귀가 선형이 아니라는 것은 무엇을 의미합니까?

이러한 맥락에서, 만약 사람의 귀가 선형이라면, 다른 사람의 힘의 두 배의 음파는 두 배 큰 소리가납니다.

그러나 사실은 두 배나 큰 소리를 내기 위해서는 음파 가 다른 것보다 10 배나 큰 힘을 가져야한다는 것 입니다.

포트 저항의 로그 변화는 음파와 어떻게 관련이 있으며 사람의 귀는 어떻게 작동합니까?

전위차계 ( 볼륨 제어 )가 라우드 스피커에 적용되는 신호 전력을 변화시키고 증폭기가 최대 100W를 생성 할 수 있다고 가정합니다.

포트가 선형이라고 가정하면 제어 장치는 1에서 100까지 골고루 표시되며 제어 장치를 100으로 설정 한 상태에서 시작합니다. 스피커에 100W의 전력이 공급됩니다.

볼륨 을 반으로 줄이려면 출력을 10W로 줄이고 볼륨 컨트롤을 90 % CCW를 "10"표시로 돌리십시오 .

하기 위해 반으로 볼륨을 다시, 우리는 단지 1W 원하는 것 은 "1"표시에 볼륨 컨트롤을 돌려 요구하는을 .

볼륨 을 반으로 줄이려면 0.1W 만 원하면 문제가 보입니까?

그러나 포트가 로그인 경우 손잡이의 간격은 0.1W와 1W, 1W와 10W, 10W와 100W 가 모두 같습니다 . 고른 간격으로 10 개의 마크가 있다면 다음과 같은 결과가 나타납니다.

0, 1mmw, 10mmw 100mmw, 1mW, 10mW, 100mW, 1W, 10W, 100W

그래서 우리는 소리가 전혀 들리지 않고 거의 들리지 않습니다.

이 부록은 다소 긴 주석 스레드에서 제기 된 질문을 해결하기위한 것입니다. @BenVoigt에 따르면, 위에서 제안한 가상 감쇠기 는 사운드 레벨을 고르게 조정 하지 않습니다 .

@Alfred : 이전 의견을 반복하겠습니다. "당신의 다이얼은 같은 간격의 진드기로"음량 1, 2, 4, 8, 16, 32 ... 1024 "입니다. 하단은 1 개의 라우드니스 단위를 변경 한 것입니다. 상단을 한 번 클릭하면 512 개의 라우드니스 단위를 변경 한 것입니다. " 1과 512는 크게 다른 변화입니다.

Ben에게 그의 실수를 설득 할 수 없었거나 Ben이 의견 스레드에서 저를 설득 할 수 없었기 때문에이 부록에서이 분쟁을 해결하고 싶습니다.

이 소스 에 따르면 사운드 강도의 눈에 띄는 차이는 약 1dB입니다.

약 1 데시벨은 정상적인 사람의 귀에 대한 음의 강도에서 JND (Just 두드러진 차이)입니다.

소리의 강도가 1dB 변경되면 소리의 크기 만 변경됩니다.

따라서 우리의 가상 스텝 감쇠기가 감쇠를 1dB 단위로 조정하면 1 스텝 씩 제어를 조정하면 사운드 가 사람의 귀에 비해 눈에 띄게 커지거나 부드러워집니다.

다시 말해,이 감쇠기는 전체 범위에 걸쳐 눈에 띄는 증분으로 사운드의 소리 크기를 부드럽게 조정합니다 .

위에서 언급 한 것처럼 10 개의 균일 한 간격이 아니라 컨트롤에서 100 개의 균일 한 간격을 유지하는 단계를 상상해보십시오.

각 단계는 전력을 1dB 씩 변경합니다. 제어 CW 1 단계를 돌리면 1.2589의 계수만큼 전력이 증가합니다 ...; 제어 CCW 1 단계를 돌리면 0.79433의 계수만큼 전력이 감소합니다.

$(1.2589...)^{10} = 10$

그러나 이것은 분해능면에서만 이전 감쇠기와 다릅니다. 즉, 원래 마크 사이의 (균등 한 간격) 마크의 수만 증가했습니다.

또한 스레드에서 문제가되는 것은 이것이 로그 감쇠기인지 여부입니다.

나는 당신이 묘사하는 관계가 선형이 아니며 대수가 아니라고 말했다. 그것은 힘이다.

$y = \log(x)$$x = 10^y$

사실, 우리는 위의 감쇠기에서 어떤 요인에 의해 전력을 변경하는 데 필요한 단계 수는 해당 요인의 로그에 비례한다고 말할 수 있습니다.

예를 들어, 전력을 5 배만큼 변경하려면 (예 : 전력을 1W에서 5W로 증가 시키려면) 제어 장치를 돌려야합니다.

7 단계

따라서 단계 수 (또는 냄비 각도의 변화)는 로그에서 로그입니다.

추가 의견을 다루는 두 번째 부록.

@ BenVoigt에 따르면, 여기에 주어진 대답은 오도되거나 명백한 잘못입니다.

그러나 나는 대수 저항이 생물학적 반응을 거꾸로 한 다음 이러한 답변 중 하나를 읽음으로써 일반적인 인상을 얻습니다.

나는 생물학적 냄비 가 생물학적 반응을 거꾸로하기 때문에 대수 냄비 가 바람직한 것이 아니라는 것을 증명하고 싶다 .

$l$$k$

$k$$l$

1dB 스텝 감쇠기의 경우 상대 전력은 다음과 같습니다.

앞의 두 방정식을 결합하면 상대 음량은

따라서, 각 단계 에서, 소리 강도는 1.0718 배 증가하거나 ... 0.93303 배 감소합니다.

그러나 이것이 우리가 원하는 것 입니다. 각 단계에서음량이 고정 된 양만큼 증가하는것을 원하지 않고 각 단계에서 고정 된 양만큼 상대적 음량을 증가시키기를원합니다.

따라서 로그 감쇠기가 필요합니다.

Andy는 이것에 대답했고, 결국 A-taper (통나무) 솥이 완벽하지 않다는 것을 암시했습니다. 이상적인 로그 응답과 실제 상용 로그 포트가 실제로 수행하는 작업 ( 여기 에서 가져옴 ) 간의 비교는 다음과 같습니다 .

이상적인 로그 테이퍼 (점선)에 대한 두 개의 세그먼트 별 선형 근사치입니다. 조잡하지만 많은 경우에 잘 작동합니다.

선형 (B-taper) 솥 곡선의 끝에서도 평평한 비트에 유의하십시오. 와이퍼가 어느 방향 으로든 주행 끝 가까이에 도달 할 때입니다.

요즘 종종 일정한 dB 단계의 감쇠 또는 이득을 갖는 전자 볼륨 제어가 구현됩니다.

$4\cdot10^6$

이 질문에 적절하게 대답했지만 혼란스럽고 일부는 저에게 특별한 것으로 나타 났으므로 더 간단한 대답을 시도했습니다.

인간의 귀가 선형이 아니라는 것은 무엇을 의미합니까?

인간의 귀는 세상의 실제 모습과 다르게 강도를 인식합니다. 세계에서 소리가 우리가 인식 "볼륨"(또는 사운드 강도)라는 속성이있다 " 음량을 ." 볼륨이 두 배로 증가해도 소리가 두 배로 증가하지는 않으며이를 "비선형"이라고합니다.

포트 저항의 로그 변화는 음파와 어떻게 관련이 있으며 사람의 귀는 어떻게 작동합니까?

통나무 테이퍼 냄비를 사용하는 아이디어는 현실에 대한 인간의 귀에 대한 인식을 더 가깝게 복사한다는 것입니다. 냄비를 고정 된 양만큼 움직일 때 냄비가 어디서 시작했는지에 관계없이 같은 양의 변화를 인식하고 싶습니다. (실수로, 사람의 귀는 이런 식으로 물건을 인식하는 유일한 것이 아닙니다 : 인간의 인식의 대부분은 이른바 Weber-Fechner Law에 의해 지배됩니다. 그러나 우리가 가장 편안하게들을 수있는 가장 큰 소리는 약 1이므로 듣기는 특히 민감합니다 우리가들을 수있는 가장 조용한 소리보다 백만 배 더 큽니다.)

이는 게인 컨트롤 (EQ 또는 기타 회로의 일부로 게인 컨트롤 포함)에는 효과적이지만 오디오의 모든 것이 로그 테이퍼가되어서는 안됩니다 (예 : 밸런스 / 팬 컨트롤).

청각의 지각 적 측면과 관련하여 : 소리는 실제 소리 강도의 로그에 비례하여 더 크게 보이고 선형 적으로 직접 비례하지는 않습니다. 이것은 환경에 대한 모든 동물 및 인간 인식의 매우 일반적인 측면입니다. 예를 들어, 무게가 1 온스이고 무게가 2 온스 인 무게가 두 개인 경우 양손을 사용하여 2 온스 무게가 더 무겁다는 것을 알 수 있습니다. 그러나 1 파운드 무게와 1 파운드 + 1 온스 무게의 무게가 있다면 차이를 구별하기가 매우 어렵습니다.

일반적으로 지각의 신경 학적 과정은 자극 강도와 감산 차이가 아닌 비율을 구별하도록 설정됩니다. 이것은 실제로 당신이 자극 강도 의 로그 에 빼기 차이에 민감하다는 것을 의미합니다 . 여기에는 눈과 뇌가 평균 배경 밝기와 대비로 정상화되는 시력도 포함됩니다. 그리고 우리가 차이를 인식 할 때, 이들은 정규화 된 평균에 대한 비율의 차이입니다. 여기에는 기본적으로 감각 기관의 로그 전송 특성과 인간 감각 기관의 시간적 적응 과정이 포함되며, 신경계에서 정보를 처리하는 상호 연결된 뉴런의 여러 계층에서 관계형 정규화 및 적응 반응이 포함됩니다.

시력에서, 눈은 별이 빛나는 밤 환경에서 맑은 날 정오에 1 시까 지 평방 미터당 10 ^ {-4}에서 10 ^ 6 칸델라에 이르는 조도에 대처할 수 있어야합니다. 따라서이 10 배 규모의 스케일이 주어지면, 선형 시스템을 사용하여 망막의 시각 신호를 나타내는 것은 부당합니다. (색상을 고려하지 않고 밝기를 위해 픽셀 당 32 비트 이상의 이진 표현이 필요한 카메라와 같습니다.)

심리 물리학 분야는 실제 측정 된 자극에 대한 자극의 인식과 관련된 측면을 연구합니다. 두 가지 중요한 개념은 변화에 대한 임계 강도 인식이 배경 강도와 어떤 관련이 있는지 설명하는 JND ( Just 주목할만한 차이 ) 곡선과 기본적으로 대부분의 지각 과정이 자극 강도 사이의 비율에 민감하다는 Weber-Fechner 법칙 을 설명합니다. .

살아있는 유기체는 시각적, 청각 또는 기타 감각 입력의 평균 수준에 적응할 수있는 능력이 있어야한다는 것을 알 수있다 (예를 들어, 작은 변화에 의해 지속적으로 유발되지 않는 큰 환경에서). 생존과 관련 될 수있는 중요한 중대한 변화에 대해 알고 있습니다.

또한, 모든 감각 기관 및 신경 프로세스는 제한된 동적 표현 범위 및 배경 내부 잡음 레벨 (모든 통신 채널의 전형적인 측면)을 갖는다. 뇌는 내부 표현의 신호 대 잡음비를 지속적으로 최적화하기 위해 감각 입력 신호를 재 정규화하려고 시도하므로 관련 변화를 감지 할 확률이 가장 높습니다. 8 비트로 만 오디오 신호를 표시하는 문제와 유사합니다. 조용한 신호를 정확하게 표현할 수 있으면 큰 신호가 범위를 포화시킵니다. 이것이 A-law가 발명 된 이유입니다.

어쨌든 이것은 소리의 강도를 로그 스케일로 판단한다는 사실에 대한 생물학적이고 지각적인 이론적 근거입니다.

참고 1 : 눈에 띄는 차이 개념.

참고 2 : Weber-Fechner 법

참고 3 : 법

다른 많은 사람들은 왜 린팟이 볼륨 컨트롤로 많이 사용되지 않는지 설명하고 이용 가능한 다양한 포트 법칙을 논의했습니다.

언급되지 않은 것은 로그 법의 신뢰성에 대한 영향입니다. 기본적으로 냄비는 탄소 또는 전도성 플라스틱 트랙이며 모든 것이 기계식입니다. 비선형 포트는 한쪽 끝이 더 얇아 지므로 시간이 지남에 따라 열화되는 경향이 있습니다.

이 문제를 해결하고 선형 포트를 사용할 수 있도록 프로 오디오 장비에 사용되는 일반적인 "해킹"이 있습니다. 와이퍼에서 린 포트의 접지까지의 저항은 로그 법칙을 충분히 "가짜"냅니다.

당신이 그것에 대해 생각한다면-사람들이 볼륨 컨트롤로 원하는 것은 그것들이 가득 찬 (또는 거의) 중간에 "중간"에 있고 바닥에 "조용한"것으로 "큰 소리로"얻는다는 것입니다. 10dB의 각 세그먼트가 동일한 각도 회전을 갖는지에 대해 전혀 걱정할 사람이 없습니다.

실제로 10k 선형 포트가 있고 와이퍼의 접지에 저항을 놓으면 다음과 같은 회로가 생깁니다.

^{이 회로 시뮬레이션 – CircuitLab을 사용하여 작성된 회로도}

이제 Ra + Rb = 10k이고 스프레드 시트는 법칙을보기에 편리합니다 (시계 반대 방향으로 0은 회전하고 최대 위로 1은 회전-Rb는 10 * 회전입니다. 모든 것이 정규화되었으므로 "k"는 생략했습니다. .)

경험상, 중간에서 -15dB 정도 (정확하지는 않음) 느낌이 들었습니다. 특수 포트가 도착할 때까지 기다리지 않아도됩니다 (BOM의 라인 감소). 보다 안정적인 제품. (이를 위해 10k lin pot으로 Rp = ~ 1k3을 원합니다.)

어쨌든 대부분의 "통나무"냄비의 정확성이 끔찍하다는 것을 감안할 때 이것은 괜찮습니다. 스테레오 볼륨 포트를 만들고 이미징에주의를 기울여야하는 경우 (정확히) 또는이 방법이 좀 더 정확할 수도 있고 스위치 감쇠기를 사용하는 것이 더 좋습니다.

소리는 압력입니다. 풍선처럼. 라디오의 볼륨 '1'에 대해 느낌 이상의 소리를 내며 10 피트 떨어져 있고 20 피트 떨어진 곳으로 이동하면 다이얼을 위로 돌려야합니다. 라디오는 풍선의 중심입니다. 5 피트 풍선이 10 피트 풍선이 되길 원하십니까? 필요한 공기의 양이 두 배가 아닌가? 더 많은 방법입니다. 실제로 풍선의 경우 약 8 배입니다. 그러나 우리의 두뇌는 그렇게 작동하지 않습니다. 라디오 다이얼을 1에서 8로 변경하면 10 피트를 움직 인 것만으로도 '잘못된'것처럼 보입니다. 따라서 통나무를 사용한 다음 1에서 약 2로 바꾸면 보스톤 소리가 귀에 '적절한'음량으로 울립니다.