좋은 사운드 시스템 설치의 실제는 시스템 인풋에서 시스템 아웃풋까지 모두 적절한 신호의 Polarity를 유지하는 것이라고 해도 과언이 아니듯이, 설계자들은 극성에 대해 신중한 의사 결정을 하지 않을 수 없다. 특히, 오디오 신호 파형은 항상 어떤 기준점 위 아래수시로 진동하며, 음향에서 말하는 이 기준점은 대기의 압력과 상관이 있기 때문에 그렇다. 전자 장치에서의 기준점은 클래스 A회로에서 DC offset 또는 “push-pull” 회로에서 파워 서플라이(종종 “Signal Ground”으로 불린다.)의 0 VA 기준이다.
음향적인 상황을 고려해보면, 사운드 파형에 의해 대기압에 상승은 압전 마이크(거의 일반적인 타입)의 진동판의 내부의 뒤틀림을 발생시킴을 알 수 있다. 이러한 내부에서의 뒤틀림은 신호가 통과하는 각각의 장치에서 뿐만 아니라 마이크의 출력에서 긍정적 거동의 전압 진동을 야기시키게 된다. 궁극적으로 전기적 신호는 라우드 스피커에 적용되게 되는데, 이것은 긍정적인 거동의 신호 상에서 바깥쪽(청중방향)으로 다시 뒤틀리게 된다.
마이크 진동판과 라우드스피커 진동판이 “일직선에서” 움직인다는 생각으로 상상을 해보자. 대부분 사운드 보강 장치들은 양극 파워 서플라이(오디오 신호는 “0” 기준점에 대하여 + , - 를 진동하는 것을 허락한다)를 사용하며, 이러한 사실은 극성에서 신호가 반전될 수 있도록 가능케 한다(flipped over). 이것은 장치에 양(+)-거동 전압이 공급되었을 때 음(-) 거동 전압의 출력을 유발하게 된다. 따라서, 라우드스피커가 마이크로부터 반전-극성이 있다면, 마이크에서 사운드 압력에 증가는 라우드스피커 앞쪽에서 압력의 감쇄를 유발하게 되는 것이다(rarefaction). 그리고 이것은 상황에 따라, 음질에 긍정적으로 그리고 아주 부정적으로 작용할 수 있다. 시스템 설치를 하는 사람들은 사운드 시스템을 설치할 때 적정한 극성을 항상 체크하여야 한다. 이를 위해서는 상황에 따라 단순하고 또 복잡한 여러가지 방법들이 존재하겠지만, 복잡한 순서대로 그리고, 가장 단순하며, 가장 비용이 적게 드는 방법부터 살펴보려고 한다.
배터리 테스트
저역의 라우드스피커들은 기본 9V 배터리 사용하여 테스트 할 수 있다. 배터리는 양(+)과 음(-)의 단자을 가지고 있으며 단자사이의 거리는 대부분의 우퍼를 위해 단지 거의 오른쪽에 있다. 라우드스피커의 콘은 배터리가 배터리 양(+)이 라우드스피커(+)와 연결되어 교차되어 라우드스피커 단자에 배치될 때 바깥쪽으로 움직인다. 물론 이것이 극성을 테스트하기 위한 아주 정확한 방법 중 하나이지만, 고음역 드라이버나 대부분의 전기장치를 위해 작업하지 않는다. 그러하다 하더라도 이것은 아마 우퍼를 테스트 하기 위한 가장 비용이 적게 들면서 가장 정확한 방법일 것이다.
Polarity Testers
오디오 시장에서 상업적으로 이용할 수 있는 극성 테스트 셋은 여러 가지가 있다. 셋은 조그만 라우드스피커를 통해서 테스트 펄스를 출력하는 “sending device” 포함해서 (테스팅 마이크로폰을 위해) XLR 코넥터 (테스팅 전기장치를 위한) 그리고 내부 마이크를 통한 신호 또는 입력 잭을 “collects”하는 “receiving device”로 구성되어 있다. 그린 빛은 올바른 극성을 나타내고 적색 빛은 역전된 극성을 가리킨다. “receive” 유닛은 시스템 출력에 위치할 수 있다(라우드스피커 앞). 반면에, “send” 유닛은 시스템 입력 전면의 장치에서부터 장치까지 대칭적으로 이동할 수 있다. 극성 역전은 수신 장치에서 “빨간불”에 의해 명확히 나타낼 수 있다.
[그림 1. 입출력과 관련된 용어와 법칙들]
The Oscilloscope
오실로스코프는 실제의 음향적 전기적 파형을 보여주기 위해 사용할 수 있다. 그 자체로, 그것은 뛰어난 극성 테스터이다. 사용되는 파형은 극성 테스터의 “pulse”나 tone burst로 할 수 있다. 톤 버스트 테스트(Tone burst test)는 다른 주파수를 선택할 수 있기 때문에 특별히 유용하다(1/3 octave centers). 이는 이 밴드 패스의 중간에서 테스트되는 것을 장치에 허용하고 결과를 해석하기 어렵게 만드는 위상 디스툘션을 가지는 크로스오버 장치로부터 자유롭게 한다. 그림 5는 톤-버스트 테스트(Tone burst test)와 어떻게 그것을 해석할 수 있는지에 대해 보여주고 있다.
Impulse Response Tests
임펄스 응답은 아마 오디오 및 음향 측정에서 가장 기초가 되는 테스트이다. 이는 라우드 스피커나 전기장치의 극성 자체가 그것의 임펄스 응답을 관찰함으로써 비로소 결정할 수 있듯이. 이는 아마 원격의 위치에서 달려있는 라우드스피커를 테스트하기 위한 유일한 방법이기 때문이다. 멀티웨이 라우드 스피커의 극성을 개별적으로 테스트하는 것이 가장 바람직 하지만, 개별 컴포턴트의 모든 극성은 같은 극성을 갖고 있지 않기 때문이다.
Polarity Confusion
장치의 극성에 대한 혼란스러운 점은 “pin 2 high” 또는 “pin 3 high”와 관련된 이슈가 중심을 이룬다. 그림 1은 작동하는 앰프나 트랜스포머와 함께 구현될 수 있는 인아웃풋을 가지는 전형적인 오디오 프로세서의 다이어그램을 보여준다. 그림에서 볼 수 있듯이 각각은 두 개의 입력 터미널을 가지며, 이 중 한 개는 신호의 극성을 바꿀 수 없고(Called the non-inverting input) 그리고 다른 하나는 신호의 극성을 바꿀 수 있다는 차이가 있다(called the inverting input). AES Standard에 따르면, XLR connector의 핀2는 비 역전 인풋에 연결되어야 하고 핀 3은 역전할 수 있게 연결하게 되어 있다. 어떤 제조사는 기준을 무시하고 반대방향으로 그들의 제품에 연결하기도 하지만, 이것은 발란스 인아웃를 가지는 중간의 신호경로 프로세서를 위해서는 극성의 전환이 발생하지는 않는 것이다. 이때 장치의 상대적인 극성은 올바르지만, 언발란스 장치를 가지는 인터페이스를 가질 때는 역전을 유발한다. 가장 일반적인 예는 시스템 입력에서 테이프 데크나 CD 플레이어나 시스템 출력에서 파워 앰프의 경우일 것이다. 추가적인 사항은 장치들간의 인테페이싱에서 뜻하지 않게 발생하는 극성의 역전을 피하는 것이다. 이것은 다중의 마이크나 스피커를 사용하는 시스템에 아주 중요한 것으로, 잘못된 극성을 가지는 장치는 오버랩 패턴 사에서 심각한 음의 소거를 가지고 온다.
그림 6은 오디어 기어(gear)를 인테페이싱할 때 만나게 되는 몇 가지 공통의 구조를 보여준다. 트랜스포머는 극성에 관련해서 Operational Amplifier에서 보여지는 것과 같이 방식으로 작업할 것이다. 여기서 역전은 단지 Unbalanced gear를 가진 인터페이싱을 할 때 발생한다. 예외는 장치가 내부적으로 신호의 극성이 역전되는 곳의 경우이다. 발란스 인아웃의 이점은 극성의 교정이 잘못된 장치의 인아웃풋에서 단순한 와이어링의 변환으로 교정될 수 있다는 장점이 있다. 언발란스 기어의 경우에, 적절한 장치를 사용해서 처음의 균형을 이룰 필요가 있으며(transformer 또는 op amp), 교정은 와이어를 서로 교환함으로 만들 수 있게 된다.
어떤 경우에는, 극성 역전은 들리지 않는다. 이것은 극성을 교정하는 조정이나 체크가 중요하지 않다는 의미가 아니다. Murply’s Law는 전에나 최근의 문제가 되짚어보면 케이블의 미스와이어링처럼 단순한 문제에서 일어난 것이라는 것을 보증해준다. 또한, 극성은 때때로 어떤 의도나 결과를 달성하기 위해서 의도적으로 역전하기도 한다. 주의할 것은 의도적인 역전을 “Correct” 하지 않는다.
[그림 6. 각각의 다양한 인터페이스로부터 도출될 수 있는 극성 사례]