Pulse Wave

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정의

두 가지 고정된 전압 또는 신호 레벨(High/Low) 사이를 주기적으로 오가는 비정현파로,

Square Wave (사각파)와 유사하지만 최고점에 머무는 시간의 비율(Duty Cycle)이 50:50으로 고정되지 않고 자유롭게 변할 수 있는 파형이다.

사각파가 완벽한 대칭을 이루는 특수한 형태라면, 펄스파는 그 대칭성을 깨뜨린 확장된 형태다. 파형이 켜져 있는 시간(Pulse Width)의 비율에 따라 포함되는

Harmonics (배음)의 구조가 완전히 달라진다.

디지털 회로에서는 단순히 0과 1을 전달하는 것을 넘어, 펄스의 폭을 조절하여 아날로그적인 물리량을 제어하는 핵심 수단으로 사용된다. 아날로그 신디사이저에서는 이 폭을

Low Frequency Oscillator - LFO로 주기적으로 흔들어주면 배음 구조가 끊임없이 변화하며 마치 여러 대의 악기가 동시에 연주되는 듯한 두텁고 역동적인

Chorus 질감을 만들어낸다.

전체 한

Period - T (주기) 중에서 파형이 최고점(High) 상태를 유지하는 시간(Pulse Width)의 물리적 비율이다.

듀티 사이클이 50%일 때는 홀수 배음만 존재하지만, 비율이 달라지면 특정 차수의 배음들이 완전히 소멸(Null)하는 현상이 발생한다. 25% 듀티 사이클에서는 4의 배수 차수(4, 8, 12...) 고조파가 수학적으로 상쇄되어 사라진다.

펄스의 폭을 동적으로 변화시켜 신호가 전달하는 평균 전력 에너지를 제어하거나, 오디오의 배음 구조를 실시간으로 변형시킨다.

저항을 통해 에너지를 열로 태워서 출력을 줄이는 대신, 스위치를 극도로 빠르게 켜고 끄는 시간의 비율로 평균 출력을 제어하여 전력 손실과 발열을 최소화한다.

D = \frac{PW}{T} \times 100 \text{ (\%)}

A_n = \frac{2A}{n\pi} \sin(n \pi D)

듀티 사이클을 극단적으로 좁히면 얇고 코맹맹이 같은 오보에나 클라리넷 특유의 관악기 소리가 난다. LFO를 연결해 펄스 폭을 계속 요동치게 만드는 PWM 기법은 전자 음악에서 질감이 두껍고 공간감이 넓은 베이스나 리드 신스를 만드는 필수적인 합성 방식이다.

마이크로컨트롤러가 펄스파의 듀티 사이클을 10%에서 90%로 서서히 늘리면, 출력되는 평균 전압이 상승하여 LED의 밝기가 부드럽게 밝아지거나 직류(DC) 모터의 회전 속도가 연속적으로 빨라진다.

아주 짧은 시간 동안만 전파 에너지를 방출(극도로 낮은 듀티 사이클)하고 긴 시간 동안 수신 대기 상태로 전환하여, 돌아오는 반사파의 도달 시간을 측정해 타깃과의 거리 및 형태를 물리적으로 매핑한다.

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