입력감도의 충족에 대하여

입력감도의 충족에 대하여

이것은 전체 오디오 회로를 관통하는 총 전류의 양에 의하여 결정된다.

가령 전류의 양이 충분치가 않은 경우
전체 음향에서 충분한 입체감이나 원음에 근접하는 음향의 표면의 질감등은 거의 느끼기 어렵다.

어떤 스피커 제품의 음압 감도가 83mw/db 일 때
그리고 정격 출력이 145w/h 일 때

해당 스피커 제품이 130 db 에 근접하는 음량을 내기 위하여 필요한 전류의 양은
8,300 억 mw 에 거의 근접한다.
물론 당연히 이론상의 수치다.

실제로는 전압의 힘 그리고 입출력 전압차에 의하여 발생하는 GAIN 에 의해서 실제적인 힘을 얻기 때문에 그정도까지 필요하지도 않고 그 전류를 실제로 입력할 경우 스피커는 거의 녹아서 사라지다시피 한다.

왜냐하면 해당 스피커의 최대 실효 출력이 고작 145w 로 제한되어있기 때문이다.

정격 최대 실효 출력의 최대 두 배 정도의 실효 출력을 앰프가 실제로 감당하는 것이 가능한 구조의 회로가 구성된 경우 거의 대부분의 경우 그 오디오 회로는 스피커가 요구하는 거의 대부분의 입력감도를 충족한다고 볼 수 있다.

왜 두 배 정도이냐

가령 스피커가 요구하는 실효 출력이 400w 에 서로 합성임피던스를 계산하여 8오옴에서 서로 댐핑팩터 비율이 1 : 8 정도가 되도록 회로를 구성하였다 치자.

(위의 경우 입력 임피던스 8오옴 제품 8개를 직렬 회로구성을 한 것이다)

이 경우 앰프가 실제로 발휘해야 하는 총 전력의 양은 어마어마하다.

3.2 kw / h (3,200 w) 의 총 실효 출력을 앰프가 감당해야 한다.

그런데 그게 필요한 요구 총 전력의 양이라고 해서 정말로 3,200w 만 딱 발휘할 수 있는 앰프를 해당 스피커 회로에 연결한 경우

대단히 심각한 문제가 발생한다.

앰프가 지나치게 무리를 해야 하고 회로가 망가지기가 너무 쉬워진다.

앰프가 가동하는 모든 시간동안 내내 모든 매 순간마다 자신의 최대 실효출력의 범위를 항상 충족시키는 기준으로 일을 해야 하기 때문이다.

여유 있게 최대 두배 이상의 실효 출력을 감당할 수 있는 앰프라야 하는 다른 이유는 앰프의 선형성 때문이다.

앰프는 물리적인 전원장치가 아니다
오디오에서 출력한 신호를 목적한 신호의 총 출력 레벨에 맞게 증폭하는 장치이며 매우 섬세한 회로다.

따라서 출력 레벨이 항상 100% 를 유지하는 상황보다

실효 출력 대비 실제 출력 레벨의 비를 50% 레벨 정도를 유지하면서 최대 60% 를 넘지 않는 부하 상태를 유지하는 것이 가장 안정적인 운영이 된다

앰프의 선형성이란
어떤 앰프가 4오옴의 입력 임피던스에 대하여
400 w 의 실효 출력을 빌휘할 때

이 앰프를 8 오옴의 스피커에 연결 하였을 때 200 w 의 실효 출력을 실제로 발휘하는 것을 기대 할 수 있는가에 대한 지표다

즉 전체 출력 레벨과 전 주파수 대역에서 실제로 얼마나 고르게 신호를 발생 시키고 증폭 시킬 수 있으며 실제로 출력하는것 까지가 가능한가 하는 지표가 바로 앰프의 선형성에 대한 지표다

이 앰프의 선형성이 우수하다는 것은 앰프가 출력하는 모든 오디오 신호가 그만큼 완전하고 깨끗하며 고르고 불필요하게 피크값을 넘어서서 통제되지 않는 신호의 발현을 잘 억제할 수 있다는 뜻이다.

해당의 앰프는 그 앰프가 출력할 수 있는 모든 신호레벨에서 출력되는 모든 전기신호를 완벽에 가깝게 통제할 수 있다는 뜻이며 바로 그것을 측정하는 지표가 앰프이 선형성 이기 때문이다.

따라서 앰프가 자신의 선형성이 우수한 상태를 지속적으로 유지 하기 위해서라도
앰프의 출력 레벨과 최대 부하를 100% 에 맞추는것은 결코 도움이 되지 않는다.

그럼 50% 레벨은 도움이 되느냐?

사실 자동차 엔진을 길들여본 사람은 알겠지만
50% 상황을 유지하는것도 그렇게 썩 좋은 상황은 아닌 것이 맞다.

그런데 최대 부하를 80% 상황에서 100% 를 넘나드는 것이 가장 이상적인 이 비를 굳이 50% 에 맞추는 것은

앰프의 여러 특징들 중
바로 혼변조 왜곡주파수의 발현 때문이다.

앰프의 출력 레벨이 입력 레벨에 비해서 비례관계가 아닌 상황이 발생하면

입력된 오디오 신호의 전 주파수 신호가
출력 신호와 그 레벨의 값이 비례의 관계를 형성하는것이 불가능하게 된다.

이렇게 된 상태의 두 오디오 신호는 음파의 발현에서 두 주파수가 서로 일직선상에 있지 않고 대각선 방향으로 서로 다른 두 축을 가지는 음파의 서로 다른 주파수가 된다.

어떤 두 음파가 서로 다른 두 축을 가지고 있고
그 두 음파의 축이 서로 직선상태가 아닌 대각선 방향으로 서로 겹치게 되면 어떻게 될까?

음파의 축이 서로 일치할 때에는 그 두 음파가 서로 합성비 또는 역성비의 각도가 되어 증폭되거나 상쇄되어 마스킹 되어 사라지지만

대각선 각도상에서는 위상변조의 각도차에 의하여 음파의 파형의 그래프에 변형이 발생한다.

이를 혼 변조 왜곡 이라 하며 혼 변조 왜곡 주파수의 발생이라고 한다

그 두 음파의 중심 축이 서로 직선의 관계를 유지할 수밖에 없는 모든 음향의 중심 1khz 정현파 단 하나를 제외한
모든 주파수 대역이 위상 변조의 각도차에 놓이게 될 때
중심 주파수 1khz 에서 멀어지면 멀어질 수록 음파가 다른 주파수의 파형으로 변조되어버린 즉 완전히 다른 소리 다른 음향으로 왜곡되어버린 잡음 즉 노이즈 주파수가 더욱 더 많아지게되고 잡음의 음량 자체도 커지게 된다.

사람의 청각에 실제로 그것이 잡음에 지나지 않음이 명확히 인지될만큼 커진다는 뜻이다.

그래서 도저히 어쩔 수 없이 입출력 레벨의 비를 스피커가 요구하는 정격 출력의 배수로 맞출 수밖에 없는 것이다.




요즘은 컴퓨터 모니터에 쓰이는 AC/DC 어댑터 조차도 정전압식으로 가동한다.

이 때 전압은 반드시 일치해야 하며
전류는 1A 정도 더 높은 제품이 훨씬 더 안정적으로 동작한다.

위 내용을 정말 화질로써 즉 눈으로 시각정보로 바로 인지할 수 있는 실험이다.

12V 3.5 A 를 요구하는 모니터에
3.5A 어댑터와 5A 어댑터를 번갈아 연결 해 보고

모니터 화질 차이를 눈으로 식별 해 보면

입력감도와 음질의 상관관계가 무엇인지를
당신의 눈으로 확인할 수가 있다.






결론은 그럼 무엇이냐?

요즘 누가 W 출력을 기준으로 임피던스 매칭을 한다고

굳이 위와 같이 거창한 이야기를 굳이 하느냐

이런 말을 하기는 조금 그렇지만

모든 전류의 흐름을 이용하는 회로는

정격 전압과 정격 전류의 양을 정확하게 회로에 맞게 흐르게 해 주었을 때 가장 이상적인 작동을 한다는 것이다.

물론 이 내용을 오디오제품에 적용 시키는 일은 대단한 고난이도 작업이다.

왜냐하면 요즘 모든 오디오들은 상기 예를든 댐핑팩터의 비율에 맞게 서로 임피던스를 입출력 레벨에 일정한 배수의 비례관계가 되도록 매칭하기 때문이다.


그런데 댐핑 팩터란 어디까지나

저음의 우퍼가 워낙 왕복 거리가 길다보니
그 큰 움직임에 대한 적절한 제동력을 얻기 위함이지 절대 우퍼를 잘 동작시키기 위한 기법은 절대 아니다.

앞서 예를 든

8 옴 대 64 옴 댐핑 팩터에서

앰프에 요구되는 최적의 정격 실효 출력은 무려

7,400 w 이다.

물리적으로 그런 앰프를 실제로 제작하는것이 대단히 어렵기 때문에

요즘 스피커와 오디오의 구성 즉 앰프와의 연결시에는

입력부 회로에 흐르는 전류의 전압과 출력부 회로 전체에 흐르는 전압에 서로 차이를 둔다.

이를 GAIN 이라 한다.

입력되는 전압과 출력 되는 전압 사이에 큰 차이가 있는 경우 그 회로 전체에는 매우 큰 전기적 힘이 발생한다.

기준 GAIN 이란 해당 오디오 앰프에 이미 적용되엊있는 GAIN 의 레벨이며

이것을 조정하기 위해서는

입출력 레벨의 차이가 서로 비례 관계가 될 수 있도록 조정을 하거나

그렇지 않은 경우 즉 입출력 신호 레벨이 설혹 비례관계가 형성 되지 않더라도

전체 회로를 물리적으로 사용자가 기판 까지 모조리 리 디자인을 할 수 있거나

프로그래밍 기법으로 혼변조 왜곡주파수 발현을 억누를 수 있거나

셋다 가능한 사람 만이 조정할 수 있는것이 바로 앰프의 GAIN 이다.

그 GAIN 을 굳이 조절하지 않더라도

입력 감도를 조절하여 전체 회로에 흐르는 실제 전류의 양 전체를 늘리는 기법이 있을 수 있는데

EQ 밴드 조정을 통한 이상적 V 사운드 창조 역시 기준 프리 앰프 볼륨값 즉 기준 전압에서 회로 전체에흐르는 전체 전류량을 늘리는 작은 기법들중 하나다.

이 전류량 자체를 늘리는 가장 효과적인 방법은 실제 실효 출력이 높은 앰프나 사운드 카드 또는 다른 중간 앰프를 별도로 연결하는 방법 또는 앰프를 다른 것으로 교체하는 방법 또는 전기적으로 특정 앰프에서 출력되는 전류 량을 직접 조정하는 방법도 있을 수 있는데 마지막은 GAIN 조정과 마찬가지로 전문가가 아니면 해내기가 매우 어렵다.
(조절을 지원하는 앰프 제품들도 간혹 있기는 하다.)

필자가 권하는 방법은 실제 앰프 제품에서 출력되는 전체 전류의 양을 제조사측에 물어보거나 직접 측정해 가면서 여러 앰프를 써 보라는 것이다.
(아니면 앰프에 대한 커스텀을 의뢰하는것도 좋다)

거치형 오디오에 한하는 내용이고
포터블 오디오 사용자라면 굳이 별도 앰프 사용은 권장하지 않는다.