[음향] 파워앰프 출력, 댐핑계수, 슬루율, S/N비에 대하여

파워앰프

파워 앰프는 오디오 라인 신호의 파워를 증가시켜 스피커 시스템을 구동하기 위한 신호로 변환시켜 주는 장치이다.

일반적으로 앰프는 모노(monaural)와 스테레오(stereo) 앰프의 두 가지 형이 많이 쓰인다. 모노형은 하나의 몸체에 하나의 파워 앰프가 내장되어 있고 스테레오형은  두 개의 독립된 파워 앰프가 내장되어 있다. 

 

모노 앰프는 하나의 스피커 시스템을 구동시킨다. 스테레오 앰프는 모노 앰프에 비해 유연성이 있게 사용된다. 두 개의 각각 독립된 모노 또는 하나의 브리지 모노(bridge mono) 형태로 사용할 수 있다. 브리지 모노는 스테레오 파워 앰프의 양쪽 출력을 전기적으로 결합하여 모노 앰프 형태로 스피커를 구동시키는 것이다. 브리지 모드는 이론상 네 배가 늘어나야 하나 실제 약 세배정도 늘어난다. PA용 스테레오 앰프는 대부분 브리지 모노로 사용할 수 있도록 간편한 전환 스위치를 갖고 있다.

 

출력

PA 전문용 파워앰프에서의 출력은 RMS로 표시한다. 근래 홈 오디오용으로 뮤직 파워 또는 피크 파워를 이야기하나 이것은 앰프의 0.1초 미만의 순간 최대치를 뜻하는 것으로 실제 느껴지는 실효값과는 거리가 먼 과대 표기 방법이다. 다만 순간 최대치를 알려준다는 것 외에는 의미가 없다. 

 

파워 앰프의 출력은 부하에 따라 변하기 때문에 항상 부하 임피던스와 같이 말해야 한다. 파워 앰프의 제원에는 최소 부하 임피던스가 있다. 최소 부하 임피던스 이하의 출력 임피던스에서 작동하면 손상될 우려가 있기 때문에 주의해야 한다. 다음은 어느 한 파워 앰프의 출력에 관한 제원이다.

 

Output Power

stereo mode, both channels driven:

2ohms, 1kHz, 1% THD, 600W RMS per channel

4 ohms, 1kHz, 1% THD, 420W RMS per channel

8 ohms, 1kHz, 1% THD, 260W RMS per channel

Bride mode, mono:

4 ohms, 1kHz, 1% THD, 1,200W RMS

8 ohms, 1kHz, 1% THD, 840W RMS

 

위 제원을 보면 1kHz에서의 왜곡률 1% 이하로 각 임피던스의 부하에서 얻을 수 있는 최대 출력 값을 보여준다. 스테레오 모드에서는 2옴, 브리지모드에서는 4옴이 최소 부하 임피던스 값이다. 스테레오 모드에서 임피던스가 8옴에서 4옴, 4옴에서 2옴으로 줄어들 때마다 출력은 두 배씩 늘어나야 하나 전류 증가에 의해 발생하는 내부 저항, 발열 등의 여러 가지 요인 때문에 실제 약 1.5배 정도 늘어난다.

 

브리지 모드에서는 임피던스와 출력 모두 두 배씩 늘어나기 때문에 같은 임피던스의 부하에서는 약 세 배가 늘어난다. 따라서 경제적으로 사용할 수 있다.

 

브리지모드 (bridge mode)

브리지 모드에서는 하나의 입력으로 입력된 신호는 앰프의 양 채널에 동일하게 보내지며 각 채널의 +단자만 사용하여 스피커 시스템에 연결된다. 통상적으로 오른쪽 채널의 신호 극성이 반전되면서 스피커의 -단자에 연결되고 왼쪽 채널은 스피커의 +단자에 연결된다.

브리지 모드에서는 부하 임피던스와 스피커 시스템의 용량에 주의하여야한다. 

 

고조파 왜곡률

앰프의 신호 증폭 과정에서 원래의 신호의 고조파(harmonics,배음)들이 발생하여 원음이 약간 변형된다. 이 원치 않는 배음 들은 원음에 대한 률(THD, Total Hamonic Distortion)이라고 한다. 이 왜곡률은 낮을수록 좋다. 실험 결과에 의하면 인간의 귀는 약 1% 이내는 감지하지 못한다.

 

주파수 특성 (frenquency response, power bandwidth)

주파수 특성(frequency response)이 가청 오디오 주파수 전대역에 걸쳐 평탄할수록 입력 신호를 충실히 재생할 수 있다. 많은 제조회사에서의 주파수 특성이 거의 평탄하다고 보여주지만 대부분 낮은 출력에서의 결과를 말하며 실제로 최대 출력 레벨에서는 많은 차이가 난다. 따라서 어느 출력 레벨에서의 측정 결과인가를 참조하여야 한다.

 

S/N비

모든 음향기기는 특성상 고유의 잡음을 갖고 있다. 신호 대 잡음 비율(signal to noise ratio)은 정격출력과 잔류잡음 레벨의 비를 말한다. 신호 대 잡음 비율의 값이 클수록 잡음이 적다. 같은 S/N비라도 각 기기마다 잡음 특성이 다른 것을 감안하여야 한다. SR용 장비에서 허용하는 최저 S/N비가 63dB이지만 좋은 공연을 위해서는 파워 앰프는 S/N비가 90dB 이상이면 좋다.

 

댐핑 계수(DF, damping factor)

입력 신호가 멈춰도 스피커 진동판은 관성에 의해 계속 진동하기 때문에 늦게 멈춰 선다. 따라서 필요 없는 음이 조금씩 남게 된다. 댐핑 계수는 스피커의 공칭 임피던스를 파워 앰프의 출력 임피던스로 나눈 값이다. 댐핑 계수가 높을수록 제동력이 강해 스피커의 불필요한 작동을 효과적으로 억제시키며 음의 선명감이 향상된다. 반대로 댐핑 계수가 낮으면 음이 부드러워지지만 선명감이 떨어진다. 댐핑 계수가 20 이하면 SR용으로는 적합하지 않다. 현대의 기술은 파워 앰프의 출력 임피던스를 0옴에 가깝게 만들기 때문에 대체로 댐핑 계수가 높다.

 

슬루율(slew rate)

슬루율은 앰프가 입력 신호에 반응하는 속도를 측정한 것으로 100만 분의 1초 동안에 변화되는 전압을 측정한다. 저출력에서보다 고출력에서 더욱 빠른 슬루율을 가져야 하고 일반적으로 100 Wrms 이하의 저출력 앰프에서는 적어도 10V/microsecond,200 Wrms 이상의 고출력 앰프는 30V/microsecond의 슬루율을 가져야 한다.