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Klippel NFS (Near-Field Scanner)

Klippel NFS는 스피커, 드라이버, 마이크 등 음향 기기의 성능을 분석하기 위한 고정밀 3D 홀로그래픽 측정 시스템이다. 무향실(Anechoic Chamber)이라는 특수 공간 없이도 일반적인 환경에서 정확한 원거리 주파수 응답(Far-Field Response)과 지향성(Directivity)을 측정할 수 있도록 설계되었다.

시스템 개요

Klippel NFS는 하드웨어 제어부와 측정 데이터를 수학적으로 해석하는 소프트웨어 모듈로 구성된다.

하드웨어 구성 요소

모듈명 설명
Scanner Unit 로봇 암(Arm)을 이용해 마이크를 3D 공간상에서 자동 이동시키는 기구
Measurement Mic 1/4“ 또는 1/2” 무지향성 정밀 측정 마이크 (Class 1 급)
DUT Stand 테스트 기기(Device Under Test)를 고정하며 진동과 반사를 최소화한 스탠드
Laser Sensor 스피커 진동판의 위치 및 음향 중심(Acoustic Center) 파악을 위한 센서
Reference Speaker 측정 환경의 온도 변화 등을 보정하기 위한 기준 광원 역할 (선택 사항)

소프트웨어 구성 요소

소프트웨어 모듈 설명
SCN (Scanning) 자동화된 3D 스캔 경로 제어 및 데이터 수집
NFM (Near-Field) 근거리 음압 데이터 수집 및 홀로그래픽 모델링 기반 구축
Holographic Analysis 직접음과 반사음을 분리하는 NFS의 핵심 알고리즘
FFA (Far-Field) 근거리 데이터를 기반으로 임의의 거리에서의 응답 예측
CEA-2034 (Spinorama) 국제 표준에 따른 스피커 성능 지표(On-axis, ER, SP 등) 자동 생성
3D Visualization 지향성 및 음압 분포를 3D 폴라 플롯으로 시각화

측정 원리: Holographic Field Analysis

Klippel NFS가 일반 공간에서 무향실급 데이터를 산출하는 핵심 원리는 다음과 같다.

  1. 이중 레이어 측정 (Double Layer Scan):
    • 마이크가 서로 다른 반경의 두 구(Sphere) 표면을 스캔한다.
    • 스피커에서 나가는 직접음(Outgoing wave)과 벽면에 반사되어 들어오는 반사음(Incoming wave)을 수학적으로 분리한다.
  2. 직접음 추출:
    • 분리된 데이터 중 직접음 성분만 추출하여 반사음의 영향을 완벽히 제거한다.
  3. 수학적 전파 (Propagation):
    • 추출된 홀로그래픽 데이터를 기반으로 1m, 2m 또는 10m 이상의 원거리(Far-field) 응답을 계산한다.

Klippel NFS vs. 기존 무향실 측정 비교

비교 항목 Klippel NFS 기존 무향실 측정
공간 제약 일반 사무실/작업실에서 가능 거대한 무향실 시설 필수
저역대 정밀도 DC 근처까지 매우 정확함 흡음재 두께에 따른 측정 한계 존재
측정 포인트 수천 개의 포인트 자동 측정 제한된 각도 수동 측정 (시간 소요)
데이터 활용 3D 공간 전체 응답 예측 가능 특정 지점 데이터 위주
국제 표준 CEA-2034(Spinorama) 즉시 대응 데이터 가공에 추가 공수 필요