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CX-7eMP CD Player
             

디지털 필터의 고찰과 재구축으로의 어프로치
The Ayre MP Series


Ayre는 디지털 필터의 재구축에 있어서 다른 임펄스 응답/주파수 응답을 갖는 25가지 타입의 디지털 필터(최근 일부에서 화제가 되고 있는 non-filter도 포함)의 상세한 특성 체크와 청취 체크를 반복하여 최종적으로 DSP 베이스의 MP 디지털 필터에 도달했습니다. 이하는 그 어프로치로의 고찰과 구축에의 4개의 스텝입니다. 각각의 2개의 그래프는 필터의 퍼포먼스를 나타내는 주파수 특성과 임펄스 응답 특성을 나타냅니다.



고전적 “Brickwall” 필터



Ayre의 오리지널 CD 플레이어의 “Measure” 포지션에도 탑재된 고전적이고 일반적인 필터 특성입니다. 이 샤프한 차단 특성을 갖는 “Brickwall” 필터는 주파수 위상 특성이 뛰어난 반면에 약 10 사이클의 pre-ringing(pre-echo)과 post-ringing이 생깁니다. 이러한 ringing은 재생음의 시 영역 오염을 초래하여 이른바 디지털적인 자극음을 수반합니다. 특히 pre-echo는 자연계의 소리에는 없기 때문에 청감상 부자연스러운 음장의 원인이 됩니다.




과도(Transient) 응답의 개선: “Slow Roll-Off” 필터



그러한 “Brickwall “디지탈 필터의 ringing 문제를 큰 폭으로 개선해 과도특성을 향상시킨 것이 이 “Slow Roll-Off” 필터이며 Ayre의 오리지널 CD 플레이어의 “Listen” 포지션에 탑재되어 있습니다. 최고역 주파수 응답 대역에서 굴곡(knee)의 가파름(sharpness)을 완화함으로써 필터의 과도 응답이 과대하게 개선되고 pre/post-ringing이 불과 1 사이클에 그치게 됩니다. Slow Roll-Off 필터 시영역 오염을 10 배 이상 개선하여 Brickwall 필터와 비교가 되지 않을 만큼 음악적으로 자연스러워지기 때문에 Ayre는 “Listen” 포지션에 채용해 왔습니다. 이 때문에 디지탈 필터를 모두 없애는 아이디어도 존재하지만 그것은 또 다른 2개의 부정적인 요인이 발생됩니다. 첫째는 10kHz에서 ―0.75dB로부터 20kHz에서 -3.2dB에 이르는 특성 손실과 둘째는 추가적인 아날로그 필터가 없는 경우에는 20kHz에서 50%에 이르는 왜곡에 관계되는 불협화(non-harmonically) 신호입니다. 그래서 Ayre는 한층 더 발전적인 다른 수법을 찾게 되었습니다.





Pre-Echo 차단: MP “Measure” 필터 (apodizing 필터)



Peter Craven이 2004년의 AES(Audio Engineering Society)에서 발표한 필터입니다. 샘플링 주파수의 1/2인 22,050Hz에서 그 이상까지 ―100dB 이상 차단하는 것으로 pre-echo를 차단하고 있습니다. 그는 지금까지의 이른바 “Linear Phase” 필터 대신 “Minimum Phase”필터를 사용하여 이 특성을 얻고 있습니다. 총 ringing 에너지는 “Linear Phase” 필터와 동량이지만 자연계의 소리에는 없는 pre-echo를 완전 제거할 수 있다는 것은 대단한 업적이라 할 수 있습니다. Ayre의 새로운 MP 시리즈인 QB-9에 탑재된 필터의 하나인 “Measure” 포지션에 이 필터 특성이 채용되어 있습니다. 또 이 필터 특성을 얻으려면 기존의 DAC 칩 내장 필터에서는 불가능하여 Ayre는 독자적으로 초고속 커스텀 DSP와 대용량 FPGA(Field Programmable Gate Arrays)를 이용해서 고정밀의 MP(Minimum Phase) 필터를 구축하고 있습니다.




양자의 통합: “MP “Listen” 필터



Craven에 의해 pre-echo 차단을 가능하게 한 “Apodizing” 필터는 지금까지의 디지털 필터의 많은 문제점을 해결했지만 주의 깊게 들어보면 음악에 따라서는 post-ringing이 소리를 인공적으로 밝게 하고 혼란스럽게 하는 면이 있어서 Ayre는 이를 한층 더 개선하는데 노력하였습니다. 그 결과 Craven “Apodizing” 특성에 “Slower” 롤 오프 특성을 조합하는 것이 pre-echo를 배제하고 한편으로는 post-ringing을 줄여 총 ringing 에너지를 큰 폭으로 저감하는 디지털 필터의 최선의 방책이라고 결론을 내렸습니다.
그리고 그것을 초고속 커스텀 DSP와 대용량 FPGA를 이용하여 고정밀 16배 오버 샘플링으로 처리하고 또 그 신호처리에는 일반적으로 많이 사용되는 FIR(Finite Impulse Response) 다단 필터나 IIR(Infinite Impulse Response)를 사용하지 않고 일단 FIR 필터링만으로 필터에 의한 신호 열화를 극한까지 억제하는 전에 없는 최선의 디지털 필터를 디자인하였습니다.
새로운 MP 시리즈인 QB-9에는 지극히 자연스러운 고음질의 MP(Minimum Phase) 필터가 “Listen” 포지션에 탑재되어 있습니다.