AV 플라자

안녕하십니까? AVPLAZA 입니다.
2009년의 본격적인 시작입니다.
구정 명절 연휴는 즐겁고 행복하게 잘 보내셨는지요?
눈이 많이 내려 귀성과 귀경길에 고생 많이 하셨을텐데요… 기운 내시고 새로운 한 해 시작 하시기 바랍니다.

이번회는 프리앰프에 이어 파워앰프에 대해 알아보겠습니다.
이번 역시 거창한 건 아니고 파워앰프의 종류나 특성에 대해서 알아보겠습니다.

파워앰프 – 바이어스

* 바이어스
신문이나 잡지에서 진공관 앰프나 트랜지스터 앰프의 기사속에 바이어스 전압이나 바이어스 전류라는 용어를 보신적이 있으실 겁니다.
이 용어는 자동차 엔진의 아이들링 회전과 마찬가지라고 생각하시면 됩니다. 앰프에 신호가 입력되지 않은 상태에서의 각 진공관이나 트랜지스터의 입구에 가해지는 전압(진공관일 경우) 또는 전류(트랜지스터일 경우)로서, 그 진공관이나 트랜지스터가 동작을 개시하기 전의 기준상태를 말합니다.
이 바이어스를 주는 방법이 나쁘면 디스토션이 증가되어 좋지 않은 음질이 되거나 필요이상으로 발열이 심하여 앰프가 파손되는 일이 있습니다. 따라서 앰프를 설계할 때에 가장 중요한 항목의 하나이며, 바이어스를 거는 방식이 잘못된 앰프는 설계가 시원치 않다고 보아도 무방합니다.
트랜지스터 앰프는 내부 온도가 높아지면, 자연히 바이어스 전류가 증가되고, 그것이 다시 발열을 않게 하여 보다 큰 온도 상승을 초래하여 폭주를 일으키는 일이 있습니다.
어떤 온도에서도 바이어스 전류가 변화하지 않게 안정화 시키는것도 트랜지스터 앰프로서는 중요하며, 앰프의 우열을 좌우하는 중요한 포인트의 한 가지입니다.

파워앰프 – BTL방식

* BTL방식 (Balanced Transformerless)
1채널 앰프의 파워를 낭비없이 2채널로 전환 한다던가, 스테레오 앰프를 모노럴로 하여 큰 출력을 뽑으려 할 때 쓰이는 회로방식입니다.
2대의 파워앰프(달리 생각하면 스테레오 파워앰프 1대라 할 수 있습니다)의 입구에 각각 역상의 신호를 입력하고, 출력측은 각기의 앰프의 +측에서 뽑아내게 하면 1대인 경우의 약 4배의 출력을 낼 수 있게 됩니다. 마치 2대의 임프가 푸쉬-풀로 구동하는 꼴이 됩니다.
이 BTL방식은 중전력용 파워 트랜지스터를 사용하여 하이파워를 얻는데에도 매우 효과적인 방법입니다.
또 대출력의 트랜지스터를 사용하여, BTL로 하면 수백 와트라는 출력도 쉽사리 낼 수 있는 극히 편리한 방법입니다.
4채널 스테레오를 보통의 2채널 스테레오 재생에 사용할 때에 후방채널의 앰프도 유효하게 사용하여 BTL로 하여 전방채널의 출력을 대폭 증가시킬 목적으로 사용되기도 합니다.

파워앰프 – 퓨어 콤과 준 콤 방식 
 
* 퓨어 콤과 준 콤 방식
트랜지스터의 앰프의 출력 회로의 방식을 말하는 것인데, 트랜지스터가 가지고 있는 성질을 적절하게 이용한 회로 구성입니다. 트랜지스터에는 전혀 정반대의 동작을 하는 PNP형과, NPN형이 있습니다.
PNP는 마이너스의 전압으로 동작을 하고, NPN형은 플러스의 전압으로 동작을 합니다. 둘을 최종단에 상하로 1개씩 사용하면 푸쉬-풀 구동의 형식이 되여 1개를 사용했을 경우보다 큰 전력을 얻을 수가 있게 됩니다. 이 방식을 “콤플리멘터리 방식”이라 합니다. 트랜지스터 앰프라면 거의 이 방식을 사용합니다.
그러나 실제는 위에 적힌 것처럼 1단 방식으로는 불충분하여, 그 전단에 또는 1단 NPN측에는 NPN을, PNP측에는 PNP의 트랜지스터를 직결형식으로 사용합니다. 이 방식을 “퓨어 콤플리멘터리 방식”이라고 하고 “퓨어콤”이라 부릅니다.
대 전력용의 실리콘PNP 트랜지스터의 제조가 쉽지 않았으므로, 이전에는 NPN을 2개 사용하여, 특수한 방식으로 콤플리멘터리를 형성시켰습니다. 이것을 “준 콤”이라 합니다. 이는 모두가 SEPP방식 입니다.
  

파워앰프 – OTL, OCL방식

* OTL, OCL방식 (Output Transless, Output Condenserless)
OTL은 출력트랜스가 없는 방식, OCL은 출력 콘덴서가 없는 방식을 뜻 합니다. 다시 말하자면 파워앰프의 출력 진공관이나 출력 트랜지스터와 출력단자간에 출력트랜스나 출력 콘덴서가 들어가지 않는 방식입니다. OTL이나 OCL은 진공관이나 트랜지스터와 직접 이어지는 것이므로 성능이 훌륭합니다.
출력 트랜스가 사용되면 저음과 고음의 특성이 나빠지게 됩니다. 다행스럽게도 트랜지스터 앰프는 트랜스를 쓰지 않아도 되지만, 진공관 앰프는 그렇게 되지 않습니다.
여기에 트랜지스터와 진공관 앰프의 우열이 가려지게 되는 원인이 있습니다.
일반적으로는 OTL화 할 수 있는 트랜지스터가 유리합니다. 출력 트랜지스터와 스피커 사이에 직류 전류를 컷팅하기 위해서 콘덴서를 넣으면 중, 고음에서의 음질의 열화는 적지만, 저음 출력을 많이 내기 어렵고, 앰프 출력 컷을 사용하게되면 디스토션 현상이 발생합니다.
그러므로 이것들을 제거한 앰프가 좋다는 것입니다. OTL, OCL방식이 나온 다음부터는 앰프의 음질이 확실히 개선되었다고 할 수 있습니다. 그리고 또 한가지 OTL, OCL이 동시에 적용 된 앰프를 직결방식이라고 합니다.

파워앰프 – SEPP방식(Single Ended Push Pull) 
 
* SEPP방식 (Single Ended Push Pull)
대출력을 뽑기 위한 방법의 하나로 파워앰프의 출력단에는 될수록 큰 출력에너지를 뽑기 위하여 큰 진공관이나 트랜지스터를 씁니다. 작은 출력일 경우에는 한개를 사용해도 되지만, 최근과 같이 앰프의 출력이 커지면 1개로는 부족합니다.
따라서 2개를 쓰게 되는데 이렇게 2개를 사용하는 방식을 푸쉬-풀 방식이라 합니다. 이에 반해서 한개를 사용하는 방식을 싱글방식이라고 합니다.
싱글 앤디드 푸쉬-풀 방식은 트랜지스터를 이용하는 방식인데 최근에는 트랜지스터 앰프는 거의 이 방식에 속합니다. 이는 대출력을 뽑아 낼 수 있음과 동시에 한개를 사용한 싱글방식보다 성능이 우수하고, 음질을 좋게 할 수가 있습니다.
진공관 앰프는 보통의 푸쉬-풀 방식을 쓰는데, 출력 트랜스를 쓰지 않는 OTL 방식의 진공관 앰프는 SEPP방식입니다.

파워앰프 – A급, B급, C급 동작 
 
* A급, B급, C급 동작
진공관 또는 트랜지스터가 동작하는 기준 상태를 의미합니다. 즉, 그 출력관이나 트랜지스터에 기준(음성 신호가 전혀 없는)상태에서 전류를 어느 정도 흘리느냐로 결정되는 동작 급수를 의미합니다.
앞에서 표현한 “아이들링 전류”가 얼마로 되어 있는가와 마찬가지로, A급이란 기준 상태의 전류를 많이 잡고 있는 방식이며, 신호의 유무에 불구하고 소비 전력은 거의 일정하며, 신호가 없을때 일수록 진공관이나 트랜지스터에서 나오는 열이 많습니다.
출력단의 진공관이나 트랜지스터가 1개인 싱글 회로에 쓰이는 경우가 많습니다. B급은 오디오의 푸쉬-풀 출력 회로에 쓰이는 방식으로, 신호의 상하 절반씩을 각기의 출력단이 담당하게 되어 양쪽 합해서 원형에 충실하고도 큰 출력을 낼 수 있게 한 것입니다. 무입력시의 전류가 적으므로 발열도 적고, 따라서 소비 전력도 적습니다. AB급은 양자의 중간적인 동작을 의미합니다.
C급은 무입력시의 전류가 거의0이고 플러스측 신호일 때만 전류가 흐르는 방식으로서 송신기와 같은 고주파 전력 증폭용으로 쓰이고 있습니다. 소비 전력이 적고 효율이 좋습니다.

파워앰프 – 자기 바이어스와 고정 바이어스

* 자기 바이어스와 고정 바이어스
일반적으로 진공관의 바이어스 전압을 만드는 방식을 의미합니다. 진공관의 바이어스는 어스(샤시에 접지)에 대한 전압이 아니고, 어디까지나 진공관의 동작 기준이 되는 캐소드와 그리드간의 전압을 의미합니다.
이 전압을 만드는 방식이, 캐소드에 흐르는 전류를 이용하여, 캐소드와 샤시간에 저항을 넣고 이 저항 양단에 나타나는 전압을 바이어스로 이용하는 방법을 자기 바이어스라 합니다. 이에 대해서 고정 바이어스는 캐소드를 직졉 샤시에 접속해 놓고, 미리 만든 규정 전압을 그리드에 공급해 주는 방법입니다.
자기 바이어스 방식은 일반적으로 무신호 전류가 큰 A급이나 AB급 앰프에 사용되는데, 신호의 크기에 따라서 전류가 크게 변화하는 B급이나, C급은 자기 바이어스로 하면 바이어스 전압도 변화를 받아 디스토션이 발생하므로, 변동하지 않는 전압을 따로 만들어 공급하는 고정 바이어스법으로 합니다.
자기 바이어스는 캐소드 저항에 병렬로 용량이 큰 콘덴서를 넣습니다.
신호 변화로 캐소드 전류가 변화되어 바이어스 전압도 변화되는 것을 방지하여 일정한 전압을 유지하기 위한 것입니다.

파워앰프 – 파워 리미터
 
* 파워 리미터
하이 파워앰프에 고능률 스피커를 붙여 사용하게 되는 경우, 스피커 보호상 앰프의 출력을 제한하는 일이 있습니다. 이런 목적으로 쓰는 회로가 바로 파워 리미터 즉 출력 제한기입니다.
스피커에 공급되는 전력은 출력 전압의 2승에 비례합니다. 따라서 출력 전압이 어느 값이 상이되지 않게 제한하면 됩니다. 그렇게 하면 그 전압 이상이 될 신호가 들어와도 출력에는 그 전압이상의 부분이 잘린 꼴(클리핑)이 되어 출력이 작은 앰프를 사용한 것과 마찬가지가 됩니다.
일반적으로 파워 리미터는 앰프의 게인(증폭도=이득)에는 관계없고, 따라서 리미터를 건 상태라도 음량은 달라지지 않습니다. 파워 리미터를 동작시키면 소리의 크기도 작아진다고 오해되고 있는데, 음량은 앰프의 이득으로 정해지고, 이득은 변화하지 않으므로 음량도 달라지지 않습니다.
리미터는 그 앰프가 낼 수 있는 최대 출력을 제한하는 일이며, 그 범위 내에서 사용하고 있는때는 리미터를 걸어도 일체의 변화가 없습니다.      
 

파워앰프 – 크로스오브 디스토션(트랜지스터)
 
* 크로스오브 디스토션(트랜지스터)
푸쉬-풀 출력 회로에서는, 2개의 출력 트랜지스터의 동작이 마치 1개의 출력단이 되도록 전기적으로 결합시킵니다. 이때 그 결합부에 불 연속점이 생기기 때문에 발생하는 디스토션입니다.
A급 동작에서는 이 종류의 디스토션은 발생하지 않지만, B급 동작에서 적은 입력 신호에 있어서, 입력 신호에 출력이 비례하지 않게 되는데, 상하 합치면 이것이 상쇄되어 입력과 출력이 직선비례하도록 설계합니다. 따라서 이 바이어스를 거는 방식이나 온도 습도에 대한 안정성이 나쁘면 결합점이 불연속이 되어 큰 디스토션이 발생합니다.
이런 디스토션이 있더라도 큰 출력을 연속적으로 내고 있을 때는 별로 큰 디스토션을 느끼지 않지만, 작은 음량일 경우는 현저해 집니다.
소리가 좋지 않게 되고, 윤기가 없어지면서 듣기 거북한 소리가 납니다.
바이어스 전류값을 올바로 설정하여 온도나 습도에도 지장이없는 안정성을 유지하므로써 이 디스토션을 줄일 수가 있습니다.

파워앰프 – 앰프의 댐핑팩터와 음질
 
* 앰프의 댐핑팩터와 음질
댐핑팩터는 스피커의 진동판이 제멋대로 움직이는 것을 앰프가 규제하는 제동계수를 의미하는 것으로 “DF=스피커의 임피던스÷앰프의 출력 임피던스”입니다.
앰프의 출력 임피던스가 작을수록 DF는 커지고 제동능력이 커지는데 대체로 20정도에서 얼마간 더 크게 한다고 해도 그다지 변화는 없습니다.
그러나 댐핑팩터가 작아져서 10이하가 되면 스피커의 임피던스가 높은 곳에서 음압레벨이 높아지는 경향이 있습니다.
즉, 스피커의 저음 공진점부근(대체로 40~100㎑ 정도의 사이)은 일반적으로는 임피던스가 높으므로 저음이 잘 나는 소리가 됩니다.
또 싱글콘 스피커나 2웨이 시스템에서는 고음을 향해서 임피던스가 높아지므로 수천 ㎐이상의 소리가 조금 거세어 집니다.
이런 사정으로 주파수 특성이나 출력이 같은 앰프라도 앰프의 댐핑팩터가 다르면 같은 스피커를 붙여도 소리가 다른 것입니다.
트랜지스터 앰프와 진공관 앰프의 소리가 다른 한가지 이유가 됩니다. 진공관 앰프가 이 영향을 받기 쉽습니다.
 

파워앰프 – 파워 앰프의 음질을 좌우하는 요소
 
* 파워 앰프의 음질을 좌우하는 요소
여러 가지 특성이 같고, 출력차이 외에는 음질의 차이가 되는 요소가 적을 것 같이 생각되나 사실 동일급의 출력을 가진 앰프를 시청하여 보면 상당히 큰 차이가 나옵니다. 객관적으로는 양부를 선언할 수는 없으나, 음질의 표현이 달라지는 느낌이 있습니다.
물론 주파수의 특성이나 왜율 특성도 거의 한계치까지 개선이 되어 있습니다. 그런데 이런 청감상의 차이는 어디서 오는 것일까요? 이런 뉘앙스의 차이는 첫째는 회로방식입니다.
현재 측정할 수 있는 모든 항목이 동일하다 하더라도 회로방식이 다르면 다소의 음질차이가 생깁니다.
둘째는 사용 부품의 차이입니다. 동일 부품이라도 장소에 따라 나오는 소리의 경향이 근소하나마 다르다는 것이 실험으로 입증되고 있습니다.
셋째는 전원부의 차이입니다. 필요한 에너지를 구애받지 않고 공급해 줄 여유가 필요하며, 이것이 빈약하면 음질이 악화됩니다. 이 점은 토대가되는 중요한 요소입니다.

파워앰프 – 보호 회로 
 
* 보호 회로
파워앰프를 가진 트랜지스터 앰프의 거의 모두가 보호회로를 가지고 있습니다. 이것은 트랜지스터 앰프의 출력 임피던스가 낮아서 출력 단자를 잘못하여 쇼트 시키거나, 큰 입력이 들어오거나 하면 출력 트랜지스터에 한계 이상의 큰 전류가 흘러 파손되는 것을 막는다는 것과, 또 한가지는 초근과 같이 앰프와 스피커가 직결 방식이 되면 트랜지스터 앰프가 파손되므로써 큰 직류 전류가 스피커에 흘러 스피커가 파손되는 것을 막는 두 가지 구실을 합니다.
최근에는 스피커를 지킨다는 목적이 더 큽니다. 방법은 전자회로로 자동 복귀되는 것, 대 출력 앰프의 릴레이를 쓰는 것도 있으나 이 회로가 붙어 있어도 출력 트랜지스터가 파손되거나 스피커의 보이스 코일이 타 버리는 사고가 있으므로 절대 안전이라고 할 수 없습니다.
다른 방법으로는 출력 트랜스를 사용하는 앰프가 있는데 비용은 비싸도 절대로 직류가 흐르지 않아 스피커의 보호 측면에서 완전한 것이라 할 수 있습니다.
다만 음질상으로는 직결 방식이 아니기 때문에 문제는 있습니다.

파워앰프 – FET 앰프

* FET 앰프
1973년 가을경부터 파워 FET를 사용한 앰프가 화제가 되기 시작했습니다. 전압 증폭용의 FET는 이미 수년 전부터 튜너나 앰프에 쓰이고 있었지만 대전력을 내는 파워 FET는 이론상으로는 가능했지만 만들기가 어려웠습니다.
이 곤란한 제조방법은 새로운 수단이 개발된 것을 계기로 갑자기 연구가 활발해 지기 시작했습니다. FET의 특성은 입력 임피던스가 높고, 출력 임피던스가 낮은데 이 성질은 출력단에서는 이상적이어서 파워앰프의 새로운 설계방향을 제시해 주었습니다.
회로적으로는 트랜지스터와 혼합된 형태인데 최종적으로는 올 FET의 안정된 회로가 목표일 것입니다. 또 성질이 3극관 비슷하다는 데서 3극관과 같은 음질이라 하여, 올드팬들을 만족시켜 주어 양질의 FET는 대출력 앰프를 쉽게 실현 할 수 있습니다.

제가 가진 지시이 얕아 추가적으로 상세히 설명드리기에 많이 부족합니다. 물론 지면으로 설명을 드리기에도 부족한 부분이 많이 있습니다. 이해 부탁 드리구요…다음 편에는 디지털 앰프에 간략히 설명을 드리도록 하겠습니다.

감사합니다. – AVPLAZA –

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