김편2016-10-17 14:36
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개인적으로 가장 읽기 힘든 책이 백과사전, 그중에서도 전기전자용어사전과 음악용어사전입니다. 예를 들어 전기전자용어사전에서 ‘바이어스 전압’을 찾아봤습니다.
“트랜지스터 증폭 회로 등에서 트랜지스터의 소자가 정상적인 기능을 발휘하도록 베이스 등에 가하는 직류 전압. 증폭 회로에서 트랜지스터는 직류분을 중심으로 하여 교류분이 중첩하여 동작하고 있는데, 중심이 되고 있는 직류 전압이 바이어스 전압이다. 바이어스는 트랜지스터를 동작시키기 위해 중요하며, 이 바이어스가 적정하지 않을 때는 출력 파형이 일그러지는 등 정상적인 증폭 작용을 할 수 없다.”(네이버 지식백과. 전자용어사전, 1995. 3. 1., 성안당)
무슨 말인지 감이 팍팍 오시죠? 이번에는 음악용어사전에서 ‘버금딸림화음’을 찾아봤습니다.
“기능이론의 용어. 주요3화음 중 Ⅳ에 그 유력한 대리 역할을 하는 Ⅱ6 을 추가하고, Ⅱ · Ⅱ7(드물지만 특정 상태의 Ⅵ을 추가하기도 한다)도 포함한 것이 버금딸림화성이며, 기능표는 S이다.”
그런데 오디오 용어도 이들못지않게 거의 ‘외계어’ 수준입니다. 일단 기본적으로 오디오가 미국에서 탄생된 것이니만큼 용어와 개념 자체가 ‘영어스럽기’ 때문에 일단 직관적인 이해가 어렵습니다. 게다가 이들 용어가 ’전기전자와 음악 용어’를 기본으로 재료공학(스피커 콘 및 마그넷, 인클로저, 저항, 캐패시터 등등의 재질), 음향학, 계측학 등을 망라한 것이니 그 ‘단어’의 심오함과 낯설음이야 오죽하겠습니까.
그래서 ‘오디오의 외계어를 인간의 언어로 바꿔드립니다’라는 제목으로 원고를 준비해봤습니다. 범위를 좁혀 오디오의 ‘스펙’을 중심으로 살펴봤습니다. 프리앰프, 파워앰프, 스피커, 네트워크플레이/DAC의 구체적인 스펙을 보면서, 문과 출신인 제가 보기에 이 정도면 ‘인간의 언어’라 할 수 있을 정도로 나름 쉽게 그리고 꼼꼼하게 짚어봤습니다. 전달력을 높이기 위해 문체는 ‘자기암시체’를 썼음을 양해바랍니다.
1. 프리앰프편
미국 스펙트랄(Spectral) 프리앰프 DMC-30SS의 경우
● 밸런스 입력, 밸런스 출력(Balanced Input, Balanced Output)
= 밸런스. 균형. 뭔가가 균형을 이뤘다는 것인데, 바로 + 신호와 - 신호의 값이 균형을 이뤘다는 것. 즉 위상만 반대이고 진폭(amplitude)의 절대값은 똑같다는 것. 이게 왜 필요하냐면, 음악신호 전송시에 끼어드는 노이즈(noise)를 잡기 위해서. 음악신호를 + 신호(X축 위의 신호), - 신호(X축 아래의 신호)로 나눠 전송함으로써, 각 +,- 신호에 끼어드는 노이즈를 한꺼번에 증폭한 뒤 나중에 합성하면 음악신호는 원래 파형을 회복하고 노이즈는 서로 상쇄되기 때문. 따라서 밸런스 입력과 출력을 위해서는 밸런스 케이블이 필요한데, 이는 기본적으로 2심 이상이 필요. + 신호 전송용(hot), - 신호 전송용(cold). 보통은 여기에 접지(ground)를 겸한 쉴드(shield)가 추가된다. 이에 비해 언밸런스 입력, 언밸런스 출력은 불균형을 이뤘다는 것, 즉 + 신호, - 신호 구분없이 음악신호를 통째로 전송한다는 것. 따라서 언밸런스 케이블은 기본적으로 1심 구조. 여기에 접지를 겸한 쉴드가 추가된다.
입력 임피던스(Input Impedance) 15k옴
= 입력을 방해한다? 그러나 이는 앞단의 전류를 남김없이 빨아들이려는 위장전략으로 해석하는 게 이해하기 쉽다. 즉, 자신의 입구(input)를 아주 좁게 만들면(high impedance), 앞단의 출구(output) 입장에서는 상대적으로 자신의 출구가 널널한 것처럼 보이기 때문에(low impedance), 뒷단으로 쉽게쉽게 전류가 빠져나간다는 것. 반대로 입력 임피던스가 낮다면? 앞단입장에서는 상대적으로 자신의 출구가 빽빽한 것처럼 보이기 때문에 전류가 빠져나가기 어렵다는 것. 따라서 입력 임피던스는 언제나 앞단의 출력 임피던스보다 (통상 10배 이상) 높게 설계된다. 스펙트랄 프리의 경우 15k옴(15000옴).
● 출력 임피던스(Output Impedance) 100옴
= 출력을 방해한다? 이것은 상식적으로 이해하기 쉽다. 자신의 출력을 남김없이 뒷단으로 넘겨주려는 것. 즉, 자신의 출구(output)를 아주 널널하게 만들어(low impedance), 뒷단의 입구(input) 상태에 상관없이 전류를 쉽게쉽게 내보내려는 것이다. 스펙트랄 프리의 경우 100옴. 따라서 스펙트랄 프리는 입력 임피던스가 출력 임피던스에 비해 150배 높다. 그만큼 앞단에서 많은 전류를 쏙쏙 빨아들여 뒷단으로 역시 많은 전류를 쑹쑹 내보내려는 설계다.
● 임피던스(Impedance)란 도대체 무엇인가
= 오디오에서 말하는 임피던스는 [교류신호에 대한 저항값]이다. 직류신호에 대한 저항은 말 그대로 그냥 저항(resistance)이다. 교류는 주파수 진폭이 계속 변한다는 것, 직류는 주파수 진폭이 항상 일정하다는 것. 따라서 오디오 기기의 임피던스는 음악신호(언제나 교류 신호일 수밖에 없다)의 주파수 값에 따라 계속 출렁이기 마련이다. 따라서 앞에 언급한 입력 임피던스와 출력 임피던스를 좀더 정확히 분석하면 이렇게 된다.
1) 출력 임피던스 = 내부 저항. 교류신호 발생원에서 출력단자까지 존재하는 기기 내부의 모든 임피던스의 합성값. 출력을 방해.
2) 입력 임피던스 = 부하 저항(앞단 입장에서 봤을 때 부담, 짐이 된다는 의미). 입력단자로 들어오는 교류 전류에 대한 기기 내부의 모든 임피던스의 합성값. 입력을 방해(이는 상대적으로 해석할 것!!)
※여기서 더 나아가 수식을 동원하면 이렇게 된다. 우선, 오디오 기기에 들어가있는 저항(resistor), 캐패시터(capacitor), 코일(coil)이 이 임피던스 값을 좌지우지한다는 것을 다시 되새기며.
1. 임피던스(Z) = 저항(R)과 리액턴스(X)의 합산치
2. 리액턴스(X) = 용량리액터스(XC. 캐패시터에 발생하는 저항) + 유도리액턴스(XL. 코일에 발생하는 저항) : 임피던스(Z)는 저항(R), 용량 리액턴스(XC), 유도 리액턴스(XL)의 값에 따라 달라진다(종속변수)
3. 용량 리액턴스(XC) = 1/(2π * f * C) : 따라서 저주파일수록 용량 리액턴스 값이 커진다(갑질을 한다)
4. 유도 리액턴스(XL)= 2π * f * L : 따라서 고주파일수록 유도 리액턴스 값이 커진다(갑질을 한다)
5. 결국 오디오의 임피던스(Z)는 입력 음악신호의 주파수에 따라 값이 달라진다
6. 저주파 : XC는 높지만 XL이 낮다
7. 고주파 : XC는 낮지만 XL이 높다
● 주파수 응답(frequency response) DC~1.5MHz -3dB, DC~2.5MHz -10dB
= 주파수에 응답한다? 스피커에서 말하는 주파수응답(특성)과 앰프에서 말하는 주파수응답(특성)의 의미가 약간 다른데, 스피커의 주파수응답특성은 명시된 주파수 범위(통상 인간가청영역대인 20Hz~20kHz가 기준) 내에서는 음압이 그 정도밖에 안내려간다, 그 정도밖에는 반응을 안한다는 의미. 앰프의 주파수응답특성은 명시된 입력신호의 최저 주파수(스펙트랄 프리의 경우는 0Hz. 즉 직류) 때에도, 최고 주파수(스펙트랄 프리의 경우는 1.5MHz) 때에도 출력(게인)이 '최대 -3dB'만 반응한다는 것. 데시벨로 표기를 해 감이 확 안오지만, 전압 / 전류 / 음압레벨(spl)의 경우 '-3dB'는 원래 값에 비해 약 30%(1/1.412배) 준다는 의미이고, 전력 / 출력은 50%(1/2배)가 준다는 의미. 즉 1.5MHz 신호가 들어와야 이 프리앰프는 게인(y축)이 반으로 줄어든다는 것. 그러다 2.5MHz까지 들어오면 -10dB로 게인이 줄어든다는 것(약 31.6%로 줄어든다는 것).
※ 여기서 잠깐. 자주 헷갈리는 dB 계산공식
데시(10. deci. d) + 벨(Bell) : 몇dB는 10의 몇승이라는 뜻
① 0dB = 10의 0승 = 1배(log1 = 0)
② 1dB = 10의 1승 = 10배(log10 = 1)
③ 2dB = 10의 2승 = 100배(log100 = 2)
④ 3dB = 10의 3승 = 1000배(log1000 = 3)
이밖에 다른 로그값을 계산기로 구해보면
log1 = 0
log2 = 0.30102...
log3 = 0.47712...
log4 = 0.60205...
log5 = 0.69897...
log6 = 0.77815...
log7 = 0.84509...
log8 = 0.90308...
log9 = 0.95424...
log10 = 1
전압 / 전류 / 음압레벨(SPL. 음량) : 20logX(몇배) = dB : 6dB가 2배, -6dB가 1/2배
전력 / 출력 : 10logX(몇배) = dB : 3dB가 2배, -3dB가 1/2배
● Slew Rate 100V/㎲
= 슬루율? 영어 Slew는 [차량 등이 휙 돌다]라는 뜻. 앰프가 휙 도는 정도? 입력신호의 순간적인 변화(진폭의 변화)에 대응하는 앰프의 스피드를 연상시키면 된다. 오디오 용어로 말하면 [신호의 과도응답특성(transient)에 대한 앰프의 대처능력]이 된다. 즉, 단위에서 말하는 그대로, 기준 시간내에서(스펙트랄 앰프의 경우는 1마이크로세컨드(백만분의 1초)) 앰프가 최대 스윙할 수 있는 전압의 크기(Voltage)다. 스펙트랄 프리는 백만분의 1초 동안 0에서 최대 100V까지 치솟거나 곤두박질칠 수 있다는 것. 만약 입력신호의 과도응답특성이 50V/㎲인데, 이를 받아들이는 앰프의 슬루레이트(순간대처능력?)가 20V/㎲밖에 안된다면 나머지 30V는 강건너 불구경하다가 조금 늦게 30V를 채운다는 얘기. 이는 결과적으로 입력신호를 왜곡시킬 수밖에 없다. 특히 슬루 레이트는 입력신호의 전압 변화가 큰 경우에 차이가 더 심해지므로 앰프의 고주파 특성을 알 수가 있다.
● Rise Time 70ns
= 기상시간이 70나노세컨드(10억분의 70초, 즉 1억분의 7초)? 어쨌든 그야말로 눈깜짝할 사이라는 것인데, 라이즈 타임(번역을 하자면 상승시간)은 말 그대로 앰프가 잠을 자다가 자신에게 들어오는 입력신호 때문에 [깨어나서 제대로 반응하기 직전까지] 시간을 말한다. 구체적으로는 [제대로 반응할 수 있는 최대값]을 100%라고 했을 때 [10~90%]에 걸리는 시간. 만약 1kHz의 완벽한 깍두기 모양의 방형파(square wave)가 입력신호로 들어왔는데(즉 0Hz에서 1kHz까지 0초만에, 즉 그야말로 순간적으로 치솟았는데), 앰프의 라이즈 타임이 1초라면 앰프는 100Hz에서 900Hz까지 올라가는데 1초나 걸린다는 것. 그래프를 연상하자면, 입력신호는 수직선으로 치솟았는데, 앰프의 출력신호는 비스듬히 포물선을 그린다는 것. 역시 라이즈 타임이 늦을수록 입력신호를 왜곡시킨다. 이 역시 앰프의 스피드를 알 수 있는 스펙이다.
● 왜곡 0.01% THD and IM
= 왜곡이 0.01%라는 건 대충 감이 잡히는데, THD와 IM은?
① 우선 Total Harmonic Distortion. 우리말 번역인 '전고조파왜곡'이 더 어렵게 느껴진다. [모든(全. total)] [고조파(高調波. harmonic)] [왜곡(歪曲. distortion)]. total은 앰프 안에 든 모든 부품들이 빚어내는 왜곡의 총합이라는 의미니까 별 문제없이 통과. 문제는 harmonic이 뭐길래 '높게 골라낸 파형'이라고 우리말 번역을 했을까. 이 부분은 정신을 바짝 차려야 한다. 워낙 영어와 우리말 번역의 체감상 거리감이 머니까. 음악신호는 절대 깨끗하고 규칙적인 사인파가 아니다. 기본 사인파(sine wave) + 기본 사인파가 빚어내는 여러 사인파이다. 이 기본 사인파(sine wave)를 '정현파(正弦波)' 혹은 '기본파'라 하고, 기본 사인파가 빚어내는 여러 사인파를 총칭해서 '조파(調波)'라 한다. 그리고 이 여러 조파 중에서 2배, 3배, 4배...이렇게 정수배로 주파수가 커진 조파를 '배음(倍音. harmonic overtone)'이라고 한다. 그래서 우리말 번역이 '고조파'가 된 것으로 보인다. 2차 배음 = 2차 고조파 = 짝수차 배음, 3차 배음 = 3차 고조파 = 홀수차 배음 etc. [같은 음(Hz)을 내도 악기마다 음색이 다른 것은 이 고조파, 배음의 분포가 서로 다르기 때문 + 악기 자체의 공진(resonance) 주파수가 서로 다르기 때문]
② 그러면 THD = 0.01%의 의미는 무엇일까. 사인파를 기기에 입력한다 → 기기에서 사인파 + 고조파가 출력된다 → 발생한 고조파가 원래 사인파보다 어느 정도 비율(%)로 발생했는지 측정한다 → 따라서 이값이 낮을수록 고조파가 그만큼 덜 발생한다는 것이다.
③ 다음은 IM. Intermodulation. 상식적으로는 'modulation'(변화)이 서로 'inter'(얽히다)했다는 것인데, 앞에서 말한 '고조파'(배음)도 일종의 '변화' '모듈레이션'이므로, 결국 2개 이상의 사인파가 입력됐을 때 각각의 고조파(배음)가 어떻게 발생해 서로에게 얼마나 영향(왜곡)을 줬는지 측정하는 값이다. 스펙트랄 프리에서는 THD와 IMD 모두 0.01% 이하라는 것. 전기전자분야에서는 이 IM, IMD를 혼변조(混變調), 혼변조 왜곡이라고 번역한다. 하여간 우리말 번역한 게 더 어렵다.
● 크로스토크 90dB
= 크로스체크도 아니고 크로스토크(talk)? crosstalk의 원래 뜻은 주제와 관련없는 잡담, '지방방송'이다. 오디오에서는 한 채널에 의해 다른 채널에서 발생하는 쓸데없는 [파형의 출력값]이다. 그래서 우리말 번역이 '채널간 분리도'가 된 이유다. 그런데 여기에는 함정이 있다. 크로스토크 앞에 'signal to'가 빠졌다는 것. 이는 상식적으로 크로스토크가 낮을수록 채널간분리도가 좋다는 얘기이므로 단위인 dB값이 작아야 하는데, 스펙트랄 프리의 경우 'greater than 90dB'라고 자랑하고 있기 때문이다. 즉 발생한 크로스토크보다 원 신호가 90dB만큼 많다, 크다는 것. 이는 로그값이므로 체감적으로 표현하면(10logX= 90dB. 출력값 비교이므로) 출력돼 나온 신호값(X)이 크로스토크보다 10억배 많다는 것. 한마디로 어마무시하게 채널간분리도가 높다는 얘기다.
① 논리적 추론 : log10=1. 10log10=10. 따라서 이값이 90이 나오기위해서는 1 다음에 0이 9개가 붙어야 한다. 1000000000. 10억
② 계산기 활용 : 'energy' 선택 → dB에 90 입력 → calculate → 1000000000. 10억
● 노이즈 105dB A Weighted
= 이것도 앞에 'signal to'가 빠졌다. 바로 SNR(signal to noise ratio), 신호대잡음비다. 상식적으로는 잡음대신호비가 맞다고 본다. 어쨌든 신호값(y축의 음압레벨값)이 노이즈에 비해 105dB 높다는 것.
① 논리적 추론 : 20logX=105. 105dB=100dB+5dB. 먼저 100dB 계산부터. 우선 20으로 나누면 5dB. 1 다음에 0이 5개 있어야 한다. 100000. 10만. 다음 5dB 계산. 우선 20으로 나누면 0.25dB. [log2 = 0.30102...][log1.8 = 0.25527..][log1.7 = 0.23044..]이므로 0.25dB는 대략 1.8로 추정. 10만 * 1.8 = 18만배. 신호값이 노이즈보다 이만큼 높다는 얘기는 어마무시하게 정숙하다는 얘기다.
② 계산기 활용 : 'field' 선택 → dB에 105 입력 → calculate → 약 17만7827배.
한편 뒤에 붙은 A-Weighted는 우리말로 [A형 가중치]라는 뜻으로, 저주파에 낀 노이즈는 쉽게 느끼지 못하는 청감상 [현실]을 반영, 저주파의 SNR값을 수정(즉 업시켜야 한다)한 값이다.
● 출력전압 1.6VRMS, 100V Peak to Peak Maximum
= 파워앰프 입력단자로 나가는 평균 출력전압이 1.6V라는 얘기지만, 여기서 말하는 [평균]의 의미는 일상생활에서 말하는 단순평균과는 차이가 있다. 일단, 프리앰프 출력단을 빠져나가는 전압은 교류신호의 전압이라는 것, 그래서 이 전압이라는 게 최대와 최저를 계속해서 출렁이기 때문에 RMS(root mean square) 값을 취한 결과 1.6V가 나왔다는 것. 따라서 최대전압은 1.414 * 1.6 = 2.2624V, 최저전압은 -2.2624V, 진폭은 4.5248V가 된다. 그러면 Peak to Peak Maximum이 100V라는 것은 무슨 뜻일까. 클리핑이 일어나기 직전까지 내보낼 수 있는 최대전압이 100V까지 올라간다는 것.
● 게인 18dB, 21dB
= 이득(gain)이 18dB? 즉, 입력신호가 18dB만큼 증폭된다는 뜻. 소리(주파수)의 진폭, 즉 전압(y축)이 기준이므로 20logX=18dB라는 것. 따라서 계산기를 두들겨보면 약 8배(7.94328배) 증폭시켰다는 것, 또 21dB도 선택할 수 있다는 것. 따라서 계산기를 두들겨보면 약 11배(11.22018배) 증폭시켰다는 것. [전력, 출력은 10logX(3dB가 2배), 전압 전류 음량은 20logX(6dB가 2배) 공식을 이용할 것]. 몇몇 게인값의 알기쉬운 표현
18dB = 약 8배(7.94328배)
19dB = 약 9배(8.91250배)
20dB = 딱 10배
21dB = 약 11배(11.22018배)
22dB = 약 12.6배(12.58925배)
23dB = 약 14배(14.12537배)
24dB = 약 16배(15.84893배)
25dB = 약 18배(17.78279배)
26dB = 약 20배(19.95262배)
27dB = 약 22.4배(22.38721배)
28dB = 약 25배(25.11886배)
29dB = 약 28배(28.18382배)
30dB = 약 31.6배(31.62277배)
2. 파워앰프편
미국 스펙트랄 파워앰프 DMA-200S S2의 경우(TR)
● 출력 8옴에 180W, 4옴에 300W, 2옴에 570W
= 즉 스피커 임피던스가 낮아질수록 앰프의 출력이 늘어난다. 즉 반비례 관계다. 그런데 스피커 임피던스는 교류 신호에 따라 출렁이므로(주파수가 높아질수록 처음에는 상승하다가(방해하다가) 정점을 찍고 다시 하강(풀어주다가), 최저점(공칭 임피던스)을 찍고 다시 계속해서 상승한다(계속 방해한다)), 앰프의 출력 역시 입력신호의 주파수에 따라 출렁인다. 앰프 출력과 스피커 임피던스는 반비례 관계이므로, 공칭 임피던스 이전에는 주파수가 높아질수록 처음에는 줄어들다가 최저점을 찍고는 다시 늘어가다가 최고점(공칭 임피던스) 이후에는 서서히 출력이 줄어든다. 그러나 출력트랜스가 있는 진공관앰프의 경우는 트랜스가 '임피던스 매칭'을 해주기 때문에 임피던스와 주파수에 상관없이 출력이 거의 일정하게 나온다.
● 출력전류 최대치가 최대 60A
= 스펙트랄 프리앰프에서는 이 스펙이 없었는데 왜 파워앰프에서 이 '전류' 얘기가 나왔을까. 이는 통상 프리앰프가 전압증폭, 파워앰프가 전력증폭을 하기 때문. 즉 '힘'(力)이 있어야 스피커를 움직이게 할 수 있기 때문. 진공관 인티앰프도 초단관은 전압증폭, 출력관은 전력증폭이다. 그런데 전력(W) = 전류(I) * V(전압)이므로 전류값이 중요한 것이다. 이에 비해 프리앰프는 몇mA 전류밖에 나오지 않으므로 스펙에서도 빼버린다.
● 왜곡 Static : less than 0.015% from DC to 100kHz, typically 0.009% at 180W RMS / 8옴
= 정적인 왜곡? 이건 뭐.... 영어단어 static에 '잡음'이라는 뜻이 있다는 것, 우리나라 사람 중에 과연 몇 명이나 알까. 잡음 왜곡, 참 쉽네. 하지만 여기서는 뒤에 나오는 dynamic과 대비되는 개념으로 쓰인 것. 음악신호가 출렁일 때가 아니라 가만히 같은 진폭을 유지하고 있을 때 왜곡을 표시.
● 왜곡 Dynamic : 20kHz to 500Hz seperation : 0.01% at 8옴, 0.015% at 4옴
= 동적인 왜곡? 간단히 말하면, 다이내믹 레인지에 대한 왜곡. 즉, 8옴에 물렸을 때 20kHz~500Hz 범위의 다이내믹스 구간에서 0.01%의 왜곡이 일어난다는 것. 4옴에는 더 증가한다는 것. 왜냐하면 전류가 더 많이 스피커로 흘러들어가기 때문에. 따지고 보면 주파수응답, 스테이틱 디스토션, 다이내믹 디스토션, SNR 등 하여간 단위가 dB인 것들(스펙)은 전부 다 '왜곡'을 나타내는 것들임.
● 스피드 : Rise time, Settling, Slew rate
= 여기서 깔끔하게 정리를 해줬네. 앰프의 스피드를 알 수 있는 3가지 스펙들을. 이중 Settling (Time)에 대하여. 조정시간, 조절시간. 즉, 입력신호가 처음 들어온 순간부터 출력신호가 마침내 정상궤도에 오르기 직전까지 걸린 시간을 말한다. 스펙트랄 파워에서는 정상궤도의 진입시점을 최고점(출력신호의 최고점)에서 -40dB 떨어진 지점으로 잡고 있으며, 이때까지 걸린 시간이 1.5마이크로세컨드, 150만분의 1초임을 알리고 있다.
● 입력감도 1.5V
= 민감도? 앰프 자신이 가동할 수 있는 앞단의 최소 출력이 1.5V라는 얘기. 이값이 낮을수록 앞단을 덜 가린다는 것. 그런데 프리앰프의 출력이 너무 낮으면 파워앰프 출력에 문제가 생기고, 너무 높으면 파워앰프 증폭의 왜곡이나 SNR, 안정성 면에서 문제가 생기기 때문에 보통 100mV~3V로 잡는다.
● DC Protection Servo 0.5V range
= 음악신호에 낀 직류전기가 0.5V를 넘기면 작동이 중단된다. 왜? 스피커 보호를 위해. 직류가 꼈다는 얘기는 그만큼 보이스코일에 계속 전압이 걸린다는 것, 타버릴 수 있다는 것. 또한 스피커 콘지가 당겨지거나 밀린 채 움직인다는 것이고 이는 재생음의 순도도 해친다. 앰프로서도 정확한 주파수 증폭이 어려워진다.
이탈리아 유니슨리서치 Reference Power의 경우(TUBE)
● 아웃풋 스테이지 Double Parallel Single-ended
= 언제 나오나 했다.
1. 출력단의 구동방식 = 싱글 엔디드, 푸쉬풀
출력단(Output Stage)이 어떤 방식으로 증폭을 하는가에 따라 구분. 트랜지스터 앰프에서는 출력석(Output Transistor), 진공관 앰프에서는 출력관, 즉 전력증폭관을 어떤 방식으로(홀로 혹은 쌍으로) 증폭을 하는가, 이런 문제입니다. 이에 비해 [클래스]는 각 진공관(출력관을 포함해)이 바이어스 전압을 얼마나 준 상태에서 증폭을 하느냐, 이런 문제.
2. 싱글 엔디드(Single Ended)
[증폭된 출력신호가 한 군데에서만 나온다]는 뜻. 그래서 [Single]이고 [Ended]. 두 군데서 나오면 더블 엔디드. 일반적인 푸쉬풀은 그래서 더블 엔디드 푸쉬풀(DEPP). 출력신호가 하나에서만 나오는 푸쉬풀은 싱글 엔디드 푸쉬풀(SEPP)! 이는 흔히 전원에 대해 직렬 연결시킨 트랜지스터 푸쉬풀 앰프 대분이 해당하고, 진공관 앰프에서는 OTL(Output Transformer Less), 즉 출력트랜스포머를 생략시킨 설계 때 볼 수 있다.
흔히 싱글 엔디드는 채널당 1개의 진공관만을 이용한다고 알려져있지만 꼭 그렇지도 않다. 채널당 2개의 진공관을 써도 병렬(parallel)로 연결해 결국 출력신호가 한 군데로 집결돼 나온다면, 이 역시도 싱글 엔디드. 이런 경우를 보통 파라 싱글(Parallel Single Ended)이라고 부른다. 3개면 트리플 싱글, 4개면 더블 파라 싱글 혹은 쿼드 싱글. 그리고 싱글 엔디드는 클래스A 증폭방식만을 쓴다.
3. 푸쉬풀(Push-Pull)
한쪽 진공관은 푸쉬(Push. 플러스 영역 증폭)만 하고, 다른 진공관은 풀(Pull. 마이너스 영역 증폭)만 한다고 해서 푸쉬풀(PP).
푸쉬 = 스피커 콘지를 밀어낸다(스피커쪽으로 전류를 밀어낸다)
풀 = 스피커 콘지를 당긴다(스피커쪽으로부터 전류를 당겨온다)
스피커가 언급되는 이유는 바로 싱글 엔디드가 됐든, 푸쉬풀이 됐든 다 출력단의 구동방식이기 때문. 이에 비해 [클래스]는 앰프 전반의 증폭방식(따라서 프리앰프 스펙에도 나올 수 있다). 어쨌든 푸쉬풀은 따라서 기본적으로 채널당 최소 2개의 진공관이 필요. 4개면 파라 푸쉬풀(파라PP), 6개면 트리플 푸쉬풀, 8개면 더블 파라 푸쉬풀 혹은 쿼드 푸쉬풀. 그리고 푸쉬풀은 클래스A(이때는 푸쉬관이든 풀관이든 쉬는 놈이 없다!), 클래스B(푸쉬관이 일할 때는 풀관이 쉬고, 풀관이 일할 때는 푸쉬관이 쉰다), 클래스AB(좌동) 모두 쓸 수 있다. 정리하면 이렇다.
싱글 엔디드 = 오직 클래스A 증폭방식만 사용
푸쉬풀 = 클래스A, 클래스B, 클래스AB 증폭방식 모두 사용가능
클래스A = 싱글 엔디드, 푸쉬풀 방식 모두 사용가능
클래스B = 푸쉬풀 방식만 사용
클래스AB = 푸쉬풀 방식만 사용
= 따라서 유니슨리서치 파워앰프는 더블 파라 싱글이므로, 출력관(845)이 채널당 모두 4개씩 사용돼 '싱글'로 스피커를 구동한다.
● 순 클래스A
= 진공관 앰프를 예로 들어서 정리하면 이렇다.
1. 앰프의 증폭방식 = 클래스(Class)
말 그대로 진공관 그리드에 바이어스 전압(Bias Voltage. 직류전압)을 어느 정도까지 걸어주느냐에 따른 앰프의 증폭방식. 프리앰프이건 파워앰프이건 모두 해당. 클래스A, 클래스B, 클래스AB, 클래스C, 클래스D로 나뉘는데 3가지만 분명히 짚고 넘어가자. (트랜지스터에는 바이어스 전류를 걸어준다. 그래서 트랜지스터는 전류 증폭 소자이고, 진공관은 전압 증폭 소자라고 한다)
진공관은 기본적으로 캐소드(-)에서 나온 전자(-)가 플레이트(+)로 달려가는 구조. 그런데 이때 중간에 있는 그리드(앞으로 입력신호가 들어올!)에 음전압을 주면 어떻게 될까. 음전압이 아주 강하다면(예를 들어 -5V), 캐소드에서는 전자가 뛰쳐나올 수가 없을 것이다. 그러니 플레이트에 도착한 전자는 0일테고 결국 플레이트에 흐르는 전류는 0이 될 것이다. 그러다 어느 순간, 즉 그리드의 음전압이 만만한 순간부터(예를 들어 -3V), 캐소드는 그리드를 뚫고 플레이트에 도착할 것이고 이렇게 되면 마침내 플레이트에도 전류가 흐르게 될 것이다. 그러다 그리드의 전압이 0V가 되면 플레이트에는 그리드가 내보낼 수 있는 최대치의 전류가 흐르게 될 것이다. 중요한 것은, 그리드의 전압에 따라 플레이트의 전류가 달라진다는 얘기다.
A.
먼저 몸풀기. [음악신호]부터 분명히 정의하고 지나갑시다. 음악신호는 [0V]를 기준으로 [+전압]과 [-전압]을 오가는 교류 신호입니다. 그 진폭이 소리의 세기(intensity = dB), 그 파장이 소리의 높이(pitch = Hz)입니다. 즉 진폭이 높으면 소리가 크고(loud), 파장이 길면 소리가 저음(저주파)입니다. 반대로 진폭이 낮으면 소리가 적고(quiet), 파장이 짧으면 고음(고주파)입니다. 따라서 고음이 적게 들린다면, 짧은 파장의 진폭이 낮다는 얘기가 됩니다.
밑의 그림은 진폭이 1V인 음악신호입니다. 즉, -1V(최저)와 +1(최고)를 오가는 사인파 형태의 음악신호입니다. 눈여겨봐야 할 것은 세로축이 분명히 [전압], 가로축이 [시간]이라는 겁니다. 그리고 이 음악신호는 진공관의 경우 그리드에 들어옵니다.
▲ 음악신호(주파수). X축이 시간, Y축이 전압이다
B.
이제 [Ep-Ip 곡선]입니다. 말 그대로 플레이트의 전압(E)이 변할 때 플레이트 전류(I)는 어떻게 변하는지, 그것도 그리드 전압(Eg)에 따라서는 또 어떻게 보여주는지를 한꺼번에 보여주는 그래프입니다(전압은 V로도, E로도 표기합니다!!!!!) 그러니까 아주 신중하고 꼼꼼하게 살펴봐야 유의미한 설명을 얻을 수 있습니다. 우선 그리드에 아무런 전압을 걸지 않았을 때, 즉 바이어스 전압이 0일 때입니다. 물론, 가로축이 플레이트 전압, 세로축이 플레이트 전류입니다.
▲ 진공관앰프의 Ep(플레이트 전압)-Ip(플레이트 전류) 곡선. 그리드 전압(Eg)이 0일 때 상관관계, 즉 순비례 관례를 보여준다.
자, 그러면 여기에 아까 언급한 진폭이 1V인 음악신호가 그리드로 들어온 경우를 그려보겠습니다. -1V일 때 플레이트에는 2mA, 0V일 때 0mA가 나타난다(증폭한다)고 가정해봤습니다. 0V 이상일 때는, 즉 음악신호가 플러스 전압 영역에 걸쳐있을 때는 전혀 증폭이 이뤄지지 않는 경우입니다. 왜? 그러면 캐소드에서 나오는 음전자가 모두 그리드에만 달라붙어 플레이트로는 달려가지 않을 것이기 때문입니다.
바이어스 전압을 안걸었을 때. 클래스 B는 이 그래프가 서로 위상이 반대인 상태로 2개 있으면 증폭이 이뤄진다
왼쪽의 빨간 그래프는 이 경우 플레이트 전류의 변화를 보여줍니다. 여기서 가로축은 그리드 전압의 변화이고, 세로축은 그래프에 나와 있듯이 플레이트 전류(Ip)의 변화입니다. 왼쪽부터 시작해서 0V일 때 0mA, -1V일 때 2mA, 0V일 때 다시 0mA입니다. 플레이트 전류가 마이너스일 때는 그릴 수가 없습니다(점선 표시). 증폭이 이뤄지지 않았으니까요.
황토색 그래프는 이러한 플레이트 전류의 변화에 따른 플레이트 전압의 변화를 보여줍니다. 사실, 이 플레이트 전압이야말로 실제 음악신호가 증폭후 어떤 모습으로 나타나는지를 알 수 있는 곳입니다. 여기서 가로축은 그래프에 나와 있듯이 플레이트 전압의 변화이고, 세로축은 플레이트 전류의 변화입니다.
1. 플레이트 전류 = 0mA : 플레이트 전압 = 0V
2. 플레이트 전류 = 2mA : 플레이트 전압 = 몇V
3. 플레이트 전류 = 0mA : 플레이트 전압 = 0V
4. 플레이트 전류 = 마이너스 : 플레이트 전압 = 마이너스(점선표시)
드디어 결론을 도출할 수 있습니다.
1. 바이어스 전압이 0V일 때는 플레이트(전압)에 나타나는 증폭된 음악신호 중에서 마이너스 전압 영역이 잘려있다.
2. 이 잘린 영역은 음악신호의 플러스 영역이었다.
3. 즉, 증폭이 불완전하게 이뤄졌다
C.
이번에는 그리드에 바이어스 전압으로 [-2V]를 걸었을 때입니다.
▲ 바이어스 전압을 약간 걸었을 때. 클래스AB는 이 그래프를 서로 위상이 반대인 상태로 2개 있으면 증폭이 이뤄진다.
바이어스 전압으로 [-2V]를 걸어줬지만 그래도 플레이트(전압)에 나타난 증폭된 음악신호 모습이 약간 불완전합니다. 아까 [바이어스 전압 = 0V] 일 때보다는 좋아졌지만, 여전히 증폭이 이뤄지지 않는 부분이 있습니다. 아무래도 바이어스 전압을 더 줘야할 것 같습니다.
D.
마침내 바이어스 전압으로 [-4V]를 걸었습니다.
진공관앰프에서의 클래스A 증폭
마침내 플레이트(전압)에 나타난 증폭된 음악신호가 어디 한군데 잘린 데 없이 온전하게 나타났습니다. 이는 플레이트 전류에서 [마이너스 영역]이 없었기 때문에 가능한 일입니다. 이것이 바로 바이어스 전압이 필요한 이유(이 진공관이라면, 그리고 클래스A 증폭방식이라면) -4V의 바이어스 전압이 필요한 이유입니다.
또하나. 플레이트에 최종 출력된 증폭 신호와 입력 신호를 자세히 비교하면...........위상이 180도 바뀌었습니다. 음악신호는 원래 마이너스로 갔다가 플러스로 올라갔는데, 출력 신호는 플러스로 갔다가 마이너스로 내려갔습니다. 즉 음악신호에서는 -1V일 때가 최저전압이고, 1V일 때가 최대전압이었는데, 출력 신호에서는 음악신호 -1V일 때 최대전압이고(플레이트 전류가 5mA일 때), 음악신호 +1V일 때 최저전압(플레이트 전류가 0.5mA일 때) 돼 버렸습니다.
= 핵심은 클래스A는 [바이어스 전압(트랜지스터 앰프에서는 바이어스 전류)을 충분히 줘서 음악신호를 통째로 증폭한다]라는 것.
● 피드백 팩터 14dB
= 피드백(feedback), 즉 소비자 반응을 면밀히 보면서 제품 품질을 개선한다, 이것과 거의 비슷한 의미. 출력단으로 나가는 게인값의 일부를 빼서(negative) 다시 증폭단계에 투입한다(feedback)는 것. 소가 되새김질을 통해 음식물을 아주 곱게 갈아내듯이, 앰프도 이 네거티브 피드백을 통해 증폭과정에서 생기는 왜곡을 줄이고 스피커 구동력을 높일 수 있다. 그러나 게인값의 일부를 빼야 하는 특성상 처음 증폭설계를 해야 할 때 게인값을 넉넉히 크게 잡아야 하는 부담이 있고(빼줘야 하니까), 이는 결국 더 많은 증폭소자를 투입하고 또 이로 인한 음질왜곡의 심화라는 악순환을 불러올 수 있다. 어쨌든 유니슨 리서치 파워앰프의 피드백이 14dB라는 것은 14dB만큼 원래 게인에서 빼줘 최종 게인을 얻고 있다는 의미.
이밖에 이번 스펙트랄과 유니슨리서치 파워앰프 스펙에서는 안나왔지만 특히 대출력 티알 파워앰프들이 종종 자랑질을 하는 '댐핑팩터'에 대해
● 댐핑팩터(damping factor)
= 스피커의 제동력. 이 값이 10 이하로 작아지면 스피커의 Q값(저음특성)이 높아져 문제가 발생(움직이고 나서 멈추질, 즉 제동되질 않는다. 따라서 저음은 점점 멍청한 소리가 난다. 저역 왜곡이 심해진다. 과도특성이 악화된다. 반대로 Q값이 너무 작으면 움직이자마자 멈춰버려 저음이 아예 나질 않는다). 구하는 공식은 부하저항(스피커 임피던스) / 출력임피던스(앰프) = 부하시 출력전압 / (무부하시 출력전압 - 부하시 출력전압)
3. 스피커
우선 우리말 번역어 자체가 여러가지 있어 헷갈리는 스피커 구조와 일부 개념부터. 전에 아이패드로 직접 그려봤던 것.
주황색으로 칠한 부분 : 보이스코일(voice coil)
보이스코일이 감긴 가운데 얇은 원통 : 포머(former)
포머를 안과 밖에서 둘러싼 2개의 원기둥 : 마그넷(magnet), 폴피스(pole piece. 안쪽 마그넷)
포머를 안에서 잡아주는 노란색 지지천 : 스파이더(spider), 이너 서스펜션(inner suspension)
포머에 붙은 진동판 : 콘(cone), 콘지(cone + 紙), 다이아프램(diaphragm)
콘지를 밖에서 잡아주는 쿠션 : 엣지(edge), 아우터 서스펜션(outer suspension), 서라운드(surround)
외부 케이스 : 프레임(frame), 바스켓(basket)
● 편위(excursion)
= 진동판이 움직일 수 있는 최대 거리. 보이스코일이 마그네틱 갭 사이에 있을 때만 직선성(linearity)을 확보. 핀란드 스피커 제작사 오렐리아에 따르면, 아무리 직경이 작은 우퍼라도 리니어 익스커션은 12~16mm. 그리고 이 리니어 익스커션이 길수록 음질적인 문제가 발생. 왜냐하면 통상 '에어 갭'(Air Gap. 마그네틱과 폴 피스 사이의 공간으로 이 사이를 포머가 왔다갔다 한다)이 보이스코일을 제어할 수 있는 길이가 6~8mm에 불과하기 때문. 만약 보이스코일의 50% 이상이 마그넷의 영향을 벗어나면 3~4옴의 임피던스를 스피커 케이블에 추가로 안기게 된다. 앰프로서는 그만큼 댐핑력이 줄어들고 결과적으로 스피커 드라이빙 능력까지 떨어질 수밖에 없다는 얘기다.
● 타임 얼라인먼트(time alignment)
= 크로스오버 주파수에서 트위터와 우퍼가 똑같은 시간내에 청취포인트에 닿게끔 하는 일. 보통 작고 얇은 트위터를 인클로저 뒤로 밀어넣어 측면에서 봤을 때 트위터와 우퍼의 센터를 맞추는 방식을 활용한다(but 회절 우려). 프런트 배플을 아예 뒤로 경사지게 하는 방법도 활용한다(but 모든 주파수에서 청취포인트가 조금씩 어긋난다)
● 회절(diffraction)
= 파장이 길거나(저주파) 틈새가 좁을수록 더 잘 일어난다.
● Q값
= 드라이버(트랜스듀서)의 서스펜션 시스템(suspension system)이 스피커 내부의 공명주파수를 어느 정도 견뎌낼 수 있는지 알려주는 값. 댐핑력의 개념. 이 댐핑력이 약하면 콘지의 부수적인 움직임에 의해 보이스코일과 폴피스가 서로 부딪히게 될 수 있음. 한마디로 '쇼크 옵소버'(Shock Absorber) 역할을 해야 한다는 것.
● Qms : 기계적인 서스펜션 값. 아우터 서스펜션 + 스파이더가 만들어내는 일종의 스프링 같은 역할
● Qes : 전기적인 서스펜션 값. 보이스코일 + 마그넷이 만들어내는 일종의 완충장치 같은 역할
● Qts : Total Q
1. Qts 0.4 이하 : 베이스 리플렉스형 인클로저에 적합. 완충력이 좀 약하다
2. Qts 0.4~0.7 : 밀폐형 인클로저에 적합. 완충력이 좀 세다
● 네트워크
= 네트워크 차수(order)가 높아질수록 크로스오버 주파수를 명확히 끊어준다. 즉, 각 유닛이 담당하는 주파수대역의 슬로프(slope. dB로 표현)가 가파르다. 캐패시터(트위터용. 저주파 차단), 코일(우퍼용. 고주파 차단)
1. 1차 네트워크(6dB) : 우퍼에 코일 1개(직렬) + 트위터에 캐패시터 1개(직렬) 사용. 우퍼와 트위터간 겹치는 소리가 넓다.
2. 2차 네트워크(12dB) : 우퍼에 코일 1개(직렬)와 캐패시터 1개(병렬) + 트위터에 캐패시터 1개(직렬)와 코일 1개(병렬) 사용.
3. 3차 네트워크(18dB) : 우퍼에 코일 2개(직렬)와 그 사이 병렬로 캐패시터 1개 사용 + 트위터에 캐패시터 2개(직렬)와 그 사이 병렬로 코일 1개 사용.
4. 4차 네트워크(24dB) : 우퍼에 코일 2개(직렬)와 그 사이 병렬로 캐패시터 1개, 스피커 사이 병렬로 캐패시터 1개 사용 + 트위터에 캐패시터 2개(직렬)와 그 사이 병렬로 코일 1개, 스피커 사이 코일 1개 사용. 우퍼와 트위터간 겹치는 소리가 좁다
● 캐패시터(저주파 차단. 트위터용)
= 크로스오버 주파수가 낮을수록 용량이 커져야 한다(캐패시터의 대역폭이 넓다). 슬로프가 완만할수록 용량이 커져야 한다(크로스오버를 넘어서도 더 오래 일을 해야 한다)
● 코일(고주파 차단. 우퍼용)
= 크로스오버 주파수가 낮을수록 용량이 커져야 한다(더 많은 고주파를 차단해야 한다). 슬로프가 완만할수록 용량이 커져야 한다(크로스오버를 넘어서도 더 오래 일을 해야 한다)
탄노이 턴베리 GR LE 동축스피커의 경우
● 감도 93dB
= sensitivity. 얼마나 예민하냐? 결국은 맞는 말이긴 한데, 경험상 같은 앰프 출력에서 얼마나 큰 소리(음압)를 내주느냐에 대한 스펙. 그런데 이게 높을수록 꼭 좋은 것만은 아니다. 앰프가 제대로 몸을 풀기도 전에(볼륨을 높이기도 전에) 스피커에서 그냥 크게 나와버리니까. 어쨌든 스피커에서 말하는 '감도' '음압'이란 앰프에서 1W 출력을 내보냈을 때 스피커에서 1m 떨어진 곳에서 느껴지는 음압이다. 즉, 거리에 따라 이 음압은 (당연한 얘기지만) 달라진다는 것이고, 그 중에서도 하필 1m에서 잰 것이라는 것. 그러면 93dB의 음압이란 어느 정도의 음량일까.
0dB(기준치) = 음압 0.0002dyn/㎤(사람이 들을 수 있는 가장 작은 소리. 이후 20logX로 증가)
1.1배는 0.82dB
1.2배는 1.58dB
1.3배는 2.27dB
1.4배는 2.92dB
1.5배는 3.52dB
2배(정확히는 1.995256배)는 6dB
3배(정확히는 3.16227배)는 10dB
4배는 12dB
5배는 14dB
10배는 20dB
100배는 40dB
1000배는 60dB
10000배는 80dB
100000배는 100dB
1000000배는 120dB
= 즉, 음량이 2배로 늘어나면 6dB, 10배로 늘어나면 20dB 증가
15배라면 3배 * 5배 = 10dB + 14dB = 24dB 증가(정확히는 23.52dB)
20배라면 2배 * 10배 = 6dB + 20dB = 26dB 증가
100배는 10배 * 10배 = 20dB + 20dB = 40dB 증가
1000배는 10배 * 10배 * 10배 = 20dB + 20dB + 20dB = 60dB 증가. 즉 60dB은 0dB보다 1000배 더 센 소리
= 그러면 87dB는? 계산기로 두들겨보면 0dB보다 약 22387배 큰소리
= 그러면 90dB는? 계산기로 두들겨보면 0dB보다 약 31622배 큰 소리
= 그러면 93dB는? 계산기로 두들겨보면 0dB보다 약 44668배 큰 소리(즉, 87dB 때보다 6dB만큼, 약 2배 늘었다)
= 그러면 마찬가지로 99dB는 93dB 때보다 약 2배 큰 소리를 들려줄 것이다(실제로 계산기를 두들겨보면 약 89125배. 그리고 100dB는 정확히 100000배)
● Norminal Impedance 8옴
= 통상 임피던스. 공칭이라고 표현을 하는데, 스피커 입장에서 보면 입구 저항. 이값이 작을수록 파워앰프 입장에서는 더 많은 전류가 빠져나가야 하는 부담이 가중된다. 전원부가 부실하면 소리가 부실해진다. 이 임피던스 값은 자체가 교류 주파수의 사이클, 즉 고주파냐 저주파냐에 따라 값이 출렁이는데, 고주파일수록 임피던스는 높아지고, 저주파일수록 임피던스는 급격히 낮아진다. 따라서 저역대 재생의 경우 앰프의 전원부가 부실하면(전류를 많이 못보내주면) 그 저역재생 품질이 부실해진다.
● 주파수응답 -6dB에 29Hz~27kHz
= 또 나왔다. 주파수에 응답한다? 스피커에서 말하는 주파수응답(특성)과 앰프에서 말하는 주파수응답(특성)의 의미가 약간 다른데, 스피커의 주파수응답특성은 명시된 주파수 범위(통상 인간가청영역대인 20Hz~20kHz가 기준) 내에서는 음압이 그 정도밖에 안내려간다, 그 정도밖에는 반응을 안한다는 의미. 앰프의 주파수응답특성은 명시된 입력신호의 최저 주파수(스펙트랄 프리의 경우는 0Hz. 즉 직류) 때에도, 최고 주파수(스펙트랄 프리의 경우는 1.5MHz) 때에도 출력(게인)이 '최대 -3dB'만 반응한다는 것. 데시벨로 표기를 해 감이 확 안오지만, 전압 / 전류 / 음압레벨(spl)의 경우 '-3dB'는 원래 값에 비해 약 30%(1/1.412배) 준다는 의미이고, 전력 / 출력은 50%(1/2배)가 준다는 의미. 따라서 탄노이 턴베리 스피커의 경우 명시된 주파수 범위를 벗어나면 음압이 6dB만큼 떨어진다는 것. 이를 십진법으로 환산하면, 0.50118배가 된다는 것. 즉 약 1/2로 줄어든다는 것.
● Dispersion (degrees conical) 90
= 방사각 90도. conical은 '원뿔모양의'라는 뜻. 넓을수록 듣기 편안하고 좁을수록 듣기 거북하다. 그런데 이 역시 주파수에 따라 달라지는데, 고주파일수록 방사각이 좁아진다. 특히 드라이버 직경이 클수록 더 좁아진다. 그래서 고역대를 담당하는 트위터 직경이 작은 것. 그래야 방사각을 최대한 넓게 유지할 수 있으므로. 외국 사이트를 뒤져보니 방사각과 관련해 재미있는 공식이 있는데, 1초 동안 소리가 가는 거리인 13,512인치를 드라이버 직경으로 나누면 방사각이 좁아지기 시작하는 해당 주파수를 알 수 있다는 것. 예를 들어 5인치 드라이버라면, 13,512 / 5 = 2,702.4, 즉 2.7kHz에서부터 방사각이 좁아진다. 이 말은 5인치 드라이버의 경우 1kHz 이하 저역대는 방사각과 크게 상관없다는 얘기다. 탄노이 턴베리처럼 10인치 드라이버라면 1.351kHz, 즉 5인치 때보다 더 낮은 주파수에서 방사각이 좁아진다. 다시 방사각에 집중해보자. 방사각이 넓으면 벽에 반사되는 음들이 많아질 것이다. 이 반사음이 너무 많으면 부자연스럽게 들릴 것이다.
● voice coil, diaphragm, magnet, surround
= 제대로 밝혀주고 있다.
● 크로스오버 주파수 1.1kHz
= 2웨이 유닛이 1.1kHz를 기점으로 커버리지가 나뉜다. 탄노이 턴베리의 경우 트위터는 1.1kHz 이상 대역을, 우퍼는 1.1kHz 이하 대역을 커버한다.
※ 여기서 잠깐 주파수 대역대별 구분을 짚어보면
Deep bass = 16~40Hz
Mid bass = 40~100Hz
Upper bass = 100~250Hz
Lower midrange = 250~500Hz
Middle midrange = 500Hz~1kHz
Upper midrange = 1~2kHz
Lower treble = 2~3.5kHz
Middle treble = 3.5~6kHz
Upper treble = 6~10kHz
즉, 250Hz~2kHz가 중역대다. 따라서 탄노이 턴베리는 높은중역대 이상을 모두 커버한다.
※ 사람은 3kHz 대역을 가장 잘 듣는다. 저역과 고역으로 갈수록 둔감. 특히 나이들수록 고역에 둔감. 그래서 동일한 소리크기로 듣기 위해서는 3kHz 때보다 1kHz때는 dB를 더 많이, 10kHz때는 dB를 훨씬 더많이 올려야 한다. 따라서 볼륨 음량을 높일수록 저역과 고역이 더 잘들리게 된다.
● 크로스오버 타입 Passive 2nd order LF, HF
= 네트워크 구성을 이렇게 했다는 것. 2차 네트워크(12dB 감쇄) : 우퍼에 코일 1개(직렬)와 캐패시터 1개(병렬) + 트위터에 캐패시터 1개(직렬)와 코일 1개(병렬) 사용. 패시브는 스피커 안에서 크로스오버가 이뤄진다는 것. 앰프쪽에서 크로스오버가 이뤄지면 'Active'.
● 인클로저 타입 distributed port
= 포트를 통한 베이스 리플렉스 방식이긴 한데, 디스트리뷰티드, 즉 곳곳을 향해 포트가 나있다는 것. 탄노이 턴베리의 경우 전면과 측면 배플이 만나는 모서리 지점에 집중 배치. 베이스 리플렉스 타입은 밀폐형(무한배플)보다 더 낮은 저역대 재생이 가능하지만, 특정 주파수(컷오프 주파수) 이하로 저역이 떨어지면 밀폐형보다 오히려 더 급격히 롤오프, 즉 저역재생 불능상태에 빠진다. 따라서 밀폐형(하베스 p3esr) 스피커가 비록 컷오프 주파수는 높지만 저역재생 품질은 더 낫게 느껴지는 경우가 많다.
4. 네트워크플레이어/DAC편
오렌더 A10 네트워크 뮤직서버의 경우
● 파워 Full linear
= 리니어 전원방식 vs SMPS 전원방식. 리니어 파워서플라이는 전통적인 트랜스포머(AC전압 down or up) + 정류(다이오드) + 평활(코일, 캐패시터) 부품 결합으로 DC 전원을 얻는 방식.
이에 비해 SMPS(Switched-Mode Power Supply)는
1) 트랜스포머 없이 곧바로 정류, 평활을 거쳐 1차 DC 전원을 얻은 다음
2) 이 DC 전원을 매우 빠른 속도(10kHz~1MHz. 고주파)로 스위칭되는 회로를 통과시켜 AC 전원(고주파)을 얻은 다음에야
3) 트랜스포머 또는 코일을 거쳐 전압(고주파)을 down or up
4) 이후 정류, 평활 회로를 거쳐 최종 2차 DC 전원을 얻는 방식
5) 1차 DC 전원을 고속 스위칭 회로를 통과시키기 때문에 스위칭 방식 전원이라고 한다
6) 장점은 작은 트랜스와 작은 캐패시터를 쓸 수 있다는 것, 그리고 이를 통해 경비절감을 할 수 있다는 것
● 디지털 오디오 인풋 SPDIF Optical
= 디지털(진폭 파동 등 아날로그 데이터를 0과 1로 변환) 인터페이스(연결장치) 방식 중 하나. Sony/Philips Digital Interface. 1982년 디지털 저장매체인 CD의 보급으로 디지털 인터페이스가 필요로 하게 됐고, 1989년 소니와 필립스가 공동개발한 디지털 오디오 인풋 규격인 SPDIF를 개발한 것. 한마디로 전용 포트와 케이블이 필요하다는 것. 즉 동축(Coaxial. 동축케이블 사용. 신호선이 케이블 정가운데 있다고 해서 동축. 외부 전기간섭을 적게 받는다), 광(Optical. 광섬유 케이블 사용. 커넥터와 케이블을 일본 도시바가 개발한 규격을 쓰기 때문에 Toslink. Toshiba Link)
= 결국 오렌더 A10은 USB 입력, AES/EBU(Audio Engineering Society, European Broadcasting Union이 만든 규격. 2채널 동시 전송가능. 1985년 발표) 입력, 코액시얼 입력이 없다는 것. 이는 A10 네트워크플레이를 통해 받은 디지털 신호를 직접 활용하기 때문. 따라서 옵티컬 입력이 붙은 것은 오히려 의외라고 보는 편이 낫다. 그래도 맥이나 PC 연결이 불가능한 점은 아쉽다. 전용DAC으로 활용가능성이 그만큼 낮다는 것.
● I/O 기가비트 이더넷, USB 포트 2개
= 네트워크 플레이를 위해 이더넷, USB메모리와 외장하드 연결을 위해 USB포트가 2개. I/O는 그냥 Input, Output
● 볼륨 -90dB~0dB, 0.5dB 스텝
= 볼륨이 달려있어 파워앰프에 직결할 수 있다는 것.
● USB 오디오 아웃풋 PCM up to 32비트, 384kHz, DSD : DSD64, DSD128(DoP 모드)
= 외장 DAC을 활용할 경우. 내장 DAC은 바이패스. 디지털 USB 출력.
※ 디지털 음원에 대하여
1) CD는 아날로그 신호의 가로축(시간)을 초당 44.1kHz로 샘플링(Sampling)하고 세로축(전압)을 16비트(2의 16제곱)로 쪼개(bit depth) 이진법으로 수치화해서 CD 표면에 심은 것. 따라서 CD가 초당 전송할 수 있는 디지털 음악신호의 데이터 양(bit rate)은 1411kbps(16비트 x 4만4100 x 2(스테레오 채널)).
2) mp3는 아날로그 음악신호의 데이터 크기를 CD처럼 16비트에 44.1kHz로 샘플링하면서 용량을 10분의 1 수준으로 압축시킨 디지털 포맷(최대 비트레이트 320kbps). FLAC은 최대 32비트에 최대 1048kHz로 샘플링해 압축한 고품질 디지털 포맷(최대 비트레이트 1만8432kbps).
3) 원래 SACD에 담으려고 만들어진 디지털 포맷 DSD(Direct Stream Digital). CD에 담긴 디지털 데이터는 16비트, 44.1kHz의 PCM(Pulse Code Modulation) 방식인데 비해, DSD 64는 1비트, 2.8224MHz의 PDM(Pulse Density Modulation) 방식. 일단 초당 샘플율(가로축)에서 DSD 64의 2.8224MHz가 CD의 44.1kHz보다 64배 높다(DSD 128의 초당 샘플율은 CD의 128배인 5.6448MHz). 그만큼 시간축을 더 잘게 썰었다는 것.
4) PCM이나 PDM이나 모두 원래 아날로그 신호를 디지털 신호로 바꿔주는 방식인데, PCM은 각 펄스(Pulse)의 위치(Code)로, PDM은 각 펄스의 밀도(Density)로 아날로그 신호를 디지털 값으로 표현. 즉, 1초 동안 진행된 아날로그 신호의 경우 PCM은 각 4만4100개 지점(가로축)에서 6만5536개(16비트)의 서로 다른 높이(세로축)를 가진 펄스로 아날로그 신호를 파악. 이에 비해 PDM은 2개(1비트)의 서로 다른 높이(세로축)에서 각각 141만1200개(2.8224MHz, DSD 64의 경우)의 서로 다른 길이(가로축)를 가진 펄스로 바라본다. 이미지로 비유하자면 PCM은 세로축의 +, -를 오고가는 일정한 굵기의 막대그래프 모양 펄스의 집합, PDM(DSD)은 높이는 일정하지만 서로 다른 굵기와 간격을 가진 바코드처럼 생긴 펄스의 집합.
● DAC 칩 AK4490(AKM. 듀얼 모노)
= 일본 아사히 전자의 플래그십 Verita 시리즈 중 레퍼런스급 칩셋이 AK4490. 캐패시터 노이즈 필터인 OSR Doubler, 5개의 디지털 사운드 필터(32비트), 디지털 어테뉴에이터(255레벨, 0.5dB )를 내장. 기본적으로 256배 오버샘플링(샘플링레이트는 30kHz~768kHz)을 실시. DA 컨버팅은 델타 시그마 모듈레이터 방식.
= 델타 시그마 모듈레이터 : modulator. 변조. 델타(Delta) 모듈레이터 앞에 시그마(Sigma)를 붙인 것. 저가의 CMOS 공정으로 쉽게 구현. DAC에서, ADC에서 모두 활용 가능. 출력하려는 신호의 값을 미리 대충 예측해서 오차(델타)를 구한 다음 누적(시그마) 오차를 이용해 오차를 계속 보정(모듈레이터)해가는 것. 피드백 방식(포지티브 혹은 네거티브)으로 보면 됨.
= 펄스 어레이 DAC : 펄스 폭 변조(pulse width modulation. PWM) 방식으로 보면 됨. 디지털 신호의 각 펄스의 비트(세로축)와 폭(가로축)을 아날로그 신호의 세로축(전압)과 가로축(시간)을 도출해내는 것.
● MQA 인증
= 영국 오디오 제작사 메리디안이 2014년 제정한 오디오 포맷(Master Quality Authenticated).
● THD+N -112dB, IMD(SMPTE) -113dB
= 프리앰프에서 했던 것 복습(당시 스펙트랄 프리앰프 스펙은 0.01% THD and IM)
= 그런데 이번에는 '%'가 아니라 '-dB'로 표현했다. 그리고 '+N'이 붙었다. 무슨 차이이자 무슨 의미일까. 배음(고조파) 뿐만 아니라 노이즈(Noise)까지 포함한 결과값이 원래 기본파에 비해 얼마나 작은가(-)를 dB로 표현했다는 것. -112dB를 계산기로 두들겨보면 0.000002511배, 즉 2511/1000000000(10억)에 불과하다는 것.
● THD 0.00013%(1kHz 2.5Vrms XLR 출력)
● 다이내믹 레인지 121dB = 가장 작게 재생가능한 소리와 가장 크게 재생가능한 소리의 크기 차이. 클수록 좋다. 121dB를 계산기로 두들겨보면(20logX=121dB), 0dB에 비해 1,122,018배 큰 소리
● THD+N 0.0002%(1kHz 5.1Vrms 출력)
● 다이내믹 레인지 122dB = 계산기로 두들겨 보면 0dB에 비해 1,258,925배 큰 소리
= 이는 예전처럼 '%'로 표현. '+N'이 붙은 경우 다이내믹 레인지가 1dB 늘어났다.
● 스테레오 크로스토크 Better than -135dB, 20Hz~20kHz
= 이것 역시 프리앰프에서 했던 것 복습
= A10에는 다행히 -135dB로 표현. 이를 계산기로 두들겨보면(출력값 비교이기 때문에 10logX=dB 공식 활용), 두 채널 출력값의 차이가 1/31,622,776,601,683(약 31조분의 1)밖에 안된다는 것.
by 김편
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