AV 플라자

안녕하십니까? AVPLAZA 회원 여러분…
벌써 2009년 하고도 3월 입니다. 새해 시작한지 몇일 지나지도 않은 것 같은데… 벌써 3월 입니다.
신년 계획은 잘 지켜가고 있으신지요?
세계 경기침체로 많이 힘든 시기 입니다. 마음 다잡고 열심히 하셔서 가내에 좋은일과 평안이 함께 하시기 바랍니다.

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

디지털 앰프 

디지털 앰프란 신호를 디지털 상태에서 증폭하는 앰프를 말한다.
디지털 앰프는 음향신호를 PWM(Pulse-Width-Modulation)이라고 하는 디지털 신호의 한 형태로 변환시킨 다음 이를 증폭하고, 증폭된 PWM신호를 LPF(Low Pass Filter저주파 통과 필터)를 통과시켜 원래의 아날로그 신호를 만들어낸다.
디지털 앰프는 PWM변조기와 PWM신호를 증폭시키는 D Class Switching 출력단으로 구성된다.
아날로그 입력을 받아서 아날로그 상태에서 PWM신호를 만들고 스위칭 증폭하는 앰프를 Analog-PWM Class-D Amplifier라 하는데 통상 D Class 앰프로 부른다.
디지털 신호를 받아서 디지털 상태에서 PWM신호를 만들고 스위칭 증폭하는 앰프는 Digital-PWM Class-D Amplifier라 하고, 신호가 처리과정에서 항상 디지털 상태에 있으므로 이를 디지털 앰프라 한다.
PWM신호 상태에서 스위칭 증폭된다는 점을 들어 D class 앰프를 디지털 앰프의 범주에 포함시키기도 하는데, 디지털 입력을 받는 디지털 앰프는 Full Digital Amplifier라 하여 구별하고 있다.
디지털 신호를 재생할 때, 지금까지는 DAC (Digital-to-Analog Converter)을 이용해서 디지털 신호를 아날로그로 변환시킨 다음에 아날로그 앰프로 증폭을 했다.
그런데 진공관이나 트랜지스터를 이용한 아날로그 앰프는 전자의 열 운동에 의한 잡음과 증폭소자의 불완전한 직선성 때문에 신호의 왜곡을 피할 수 없다. 또 아날로그 앰프는 전원의 이용 효율이 높지않다.
디지털 앰프에서 PWM 신호는 1bit의 디지털 신호로서 소리의 크기는 단지 구형파 신호의 폭(Width)으로서만 기록된다.
PWM신호를 증폭하는 스위칭 출력단은 ON-OFF만 반복하므로 증폭소자의 직선성에 전혀 영향을 받지 않는다. 디지털 앰프의 전원이용률은 90%가 넘는다.
D Class 앰프는 아날로그 PWM 회로 때문에 아날로그 앰프의 문제점을 극복하는데 한계가 있다.
아날로그 앰프의 문제점을 모두 해결해 줄 수 있는 획기적인 방법은 Full Digital Amplifier이다.
디지털 앰프의 기본 개념은 이미 70년대부터 제시되어 있었으나 하이파이의 성능을 가진 디지털 앰프는 아주 최근까지 상업화 되지 못 하였다.
그 이유는 PCM코드를 PWM코드로 변환하는 디지털 신호처리 알고리즘, 100 MHz이상으로 동작하는 고속 DSP ASIC 설계 기술, 소 신호 PWM을 대전력 PWM으로 디지털 스위칭 증폭하는 전력 전자 부분의 모든 기술이 총체적으로 조화를 이루어야만 하이파이의 성능이 구현되는 것이기 때문이다.

디지털 앰프의 장점 

– 고성능

신호의 전달과 증폭이 디지털 상태에서 이루어지므로 아날로그 증폭회로와 비교할 때 신호의 왜곡이 근본적으로 방지된다.
아날로그 앰프는 소자의 열 잡음에서 기인하는 노이즈 때문에 일정 수준 이상의 S/N 비를 갖는 증폭기의 개발이 이론상 불가능하다.
그러나 디지털 앰프는 증폭에 관여하는 소자가 종단의 스위칭 FET 뿐이므로 열 잡음에서 해방되어 양자화비트 수에 비례하여 높은 S/N 비를 확보할 수 있다.

– 고효율 초경량

기존의 아날로그 A급, AB급 앰프의 경우 20~50% 정도의 효율을 가지고 있다. 손실분은 앰프 출력단에서 열로 발생되는데 냉각을 위하여 방열판이 필요하다.
그 결과 파워 앰프는 전력 손실이 많고, 무겁고, 크고, 이동성이 떨어지는 장비로 인식되어 있다. 
이러한 점은 멀티미디어 단말기에 사용되는 소규모 파워 앰프에도 예외가 아니어서, 이동용 멀티미디어 단말기의 개발에 난제가 되고 있다.
디지털 앰프의 스위칭 증폭하므로 90%이상의 효율을 얻는 것이 가능하여 소형,경량,고효율의 앰프로 제작이 가능하다. 배터리를 사용하는 이동용 장치에도 사용하기가 매우 적합하다.

– 생산비 절감

아날로그 부분이 극소화 되므로 종단 필터부를 제외하면 한 개의 주문형 반도체로 제작 가능하다. 따라서 대량 생산에 의하여 생산비 절감효과가 크다.
고충실도, 고효율의 증폭기를 염가로 만들 수 있다는 점에서 아날로그 앰프와는 비교에 비해 우위를 지닌다.
현재 소출력 앰프의 경우에는 아직 대량생산 단계에 돌입하지 못하여 아날로그 솔루션이 아직 가격적인 매력을 갖고 있으나 곧 역전될 것으로 보인다.
대출력 앰프일 경우에는 이미 디지털 앰프가 아날로그 앰프보다 경제적이다.

– 디지털 신호 처리 용이

신호가 증폭되기 전에 스피커의 액티브 크로스오버, 이퀄라이제이션, 위상차 보정, 룸에 의한 음향 왜곡의 보정등을 디지털 도메인에서 값싸고 빠르게 처리할 수 있다. 따라서 기존의 프리앰프 기능을 모두 디지털로 구현할 수 있다.

– 넓은 응용 분야

디지털 신호 증폭기술은 영상처리, 음성처리, 스위칭 전원장치, 고품질 A/D, D/A 변환기, 전력전자, 통신분야, 제어 등 산업전자분야의 기반기술로서도 매우 중요한 역할을 할 수 있다.

이렇게 앰프에 대해 대충 설명을 드렸습니다.
이제 앰프에 관한 자세한 내용은 차후에 더 많은 자료를 준비하여 좀 더 참신하고 혁신적인 내용을 준비하여 다시 한 번 올려 드리도록 하겠습니다.

다음엔 무엇을 올려야 할 지 걱정인데요 조만간에 좋은 내용으로 찾아 뵙도록 하겠습니다.

감사합니다. – AVPLAZA –