[심화] 고조파 왜곡 (THD)의 개념

  이번 내용은 고조파 왜곡, 즉 THD라고 하는 것의 개념을 알아보도록 하겠습니다. THD는 음향에 관심이 깊어 음향 데이터의 측정치를 살펴보신 분들이라면 익숙한 단어일 것입니다. THD는 고조파 왜곡을 대표하는 개념으로 정확히 말해 전고조파 왜곡이라고 합니다. 영어로는 Total Harmonic Distortion으로 이것이 약자로 THD가 되는 것입니다.

  먼저 음향기기에서 왜곡의 기본적인 내용을 살펴보겠습니다.

왜곡이란 위의 이미지와 같이 음향기기의 입력한계 이상의 신호가 입력되어 파형이 클리핑되어서 발생됩니다. 여러가지 왜곡의 개념이 있지만 위의 의미가 가장 일반적으로 사용되는 편입니다.

  THD는 기기의 비선형성(플랫하지 않은 반응)에 의해서 입력하지 않은 신호까지 출력에 나타나는 것을 말하는데 기기의 선형적 반응을 나타내는 평가방법입니다. 측정방법은 입력단에 특정한 순음을 넣었을 때, 이 신호의 2,배 3배, 4배와 같이 배음(고조파)이 출력으로 나타나는 것을 체크합니다. 

위의 (a)는 왜곡이 없는 경우로 특정 주파수에 신호를 넣었을 때 정확하게 그 주파수에서만 반응을 출력해냅니다. (b)는 왜곡이 있는 경우로 처음 넣은 순음 이외에 2차 3차 4차... 을 거듭하면서 왜곡 성분을 발생시키고 있습니다. 이 왜곡 성분은 처음의 입력 신호에 포함되지 않은 성분음이 발생되는 것으로 재생음질을 나쁘게(열화) 만듭니다. 따라서 앰프, 사운드 카드, 플레이어의 측정 데이터에서 이 THD 값은 가능한한 작게 나와야 합니다.

  물론 대부분의 기기는 이 THD 값이 1%이하입니다. 이 경우 왜곡의 악영향이 크게 느껴지지 않는데, 그렇다고 해서 이 THD 값이 중요하지 않은 것은 아닙니다. THD 값이 같은 1% 이하더라도 그 왜곡 성분이 짝수 고조파인지 홀수 고조파인지에 따라 실제 음질에 주는 영향이 달라집니다. 또한 2차, 3차 같은 저차 고주파보다 5차, 6차의 고차 고조파가 신호는 작아도 사람에게 더 큰 불쾌감을 줍니다. 그러므로 단순히 THD의 %만 보는 것이 아니라 그 세부적인 내용까지 함께 살펴야 THD의 개념을 바로 안다고 할 수 있습니다.

  끝으로 THD 값이 매우 훌륭한 기기의 데이터를 보여드립니다. THD는 간단하게 RMAA와 같은 분석 프로그램으로 측정할 수 있는데, 이 데이터는 THD 0.0007%의 엑셀런트 등급의 결과입니다. 이정도로 나오면 훌륭한 제품이라고 할 수 있습니다.