아날로그 증폭기의 A급, B급, AB급 앰프

증폭기는 입력 신호를 필요에 따른 모양으로 신호를 키워서 다른 필요한 곳으로 전달하는 역할을 하는 전자회로입니다.

모든 것은 전자공학적인 사실을 바탕으로 수식으로 계산하여 설계되고 만들어지고, 최종적으로 설계된 대로 만들어졌는지를 특성 테스트를 여러 부서에서 수행합니다.

음질에 관련된 모든 성능의 결과는 숫자로 나타납니다. 숫자를 제시하지 못하는 앰프의 특성은 모두 사기성의 거짓입니다. 그 사실을 외면하는 자는 오디오나 전자공학에 대해 아무것도 모르는 형편 없는 자이죠. 

 

미국에서는 앰프 제품 규격으로 꼭 명시해야 하는 4개 항목(출력, 주파수 특성, 입력 임피던스, THD)과 자발적으로 발표할 수 있는 24개 항목을 정의 하고 측정과 숫자로 표기하는 방법을 정하여, 그 정해진 측정 방법으로 나온 숫자만 발표하게 했습니다. 이 28개의 성능은 규정대로 측정된 자료만 올려야 하고, 28개로 정의된 이외의 성능 이야기의 표현은 과장 광고로 근본적으로 금지된 것이었습니다. 독일도 잘못된 표현으로 과장 광고하는 것을 막는 정해진 규격으로만 테스트한 수치로만 발표하게 하는 법을 유지해 왔습니다. 우리나라도 마찬가지였었죠.

대부분의 앰프 성능이 충분히 좋아진 지금은 의미가 없어져서 죽은 규격이 되었지만, 지금도 대부분의 신뢰성 있는 오디오 메이커에서는 그 규정대로 측정해서 숫자로 발표하고 있습니다.

 

아날로그 앰프의 동작점에 관련된 분류인 A급, B급, AB급, C급 등등으로 분류하는 것은, 진공관 앰프에서나 고주파 앰프 에서는 중요하지만 현대적인 오디오 앰프에서는 큰 의미가 없습니다.

현대적인 오디오 앰프에서는 찌그러짐이 가장 작은 동작점을 찾아 만들어 지기 때문에 무의미 합니다. 일부 소수 소형 회사들에서 생존용 마케팅용으로 이용하여 호구들을 꼬셔 먹으려 하기에 중요한 것처럼 보일 뿐입니다. 이에 대해 정확한 이해가 필요하다고 봅니다.

 

A급 앰프는 전 신호 영역 동안 동일한 소자(들)에서 언제나 도통 상태로 동작하는 앰프로 정의합니다. 정현파 기준으로 360도 전 주기 구간을 같은 소자에서 증폭하는 것을 의미합니다.

A급 앰프는 전압 증폭용으로는 좋으나, 전력 증폭용으로는 효율이 너무 나빠서 큰 출력을 낼 수 없다는 단점 때문에 소출력 싱글 모델 외는 거의 사용하지 않습니다. 특히 열에 약한 반도체 파워 앰프에서는 사용하지 않습니다. 이상한 애들만 이상한 애들을 꼬셔 먹으려 사용할 뿐입니다.

A급 전력 앰프는 출력소자가 견딜 수 있는 최대 전력을 출력소자에서 계속 소비하면서 그 일부를 출력으로 끄집어 내어 주는 방식으로, 출력에 관계없이 언제나 일정 전력을 계속 소비해야 합니다. 출력 소자에서 소비하는 전력이 신호가 없을 때 가장 크고, 끄집어 낼 수 있는 최대 전력이 이론적으로 소비하는 전력의 절반 이하이어서 효율이 50%를 넘지 못합니다.  

 

B급 앰프는 하나의 증폭 소자가 “+”측 신호나 “-“측 신호 중 한 쪽에서만 도통 상태로 동작하는 앰프로 정의합니다. 정현파 기준으로 180도 반 주기 구간만 한 출력 소자에서 동작하는 증폭기 입니다.

Push Pull (PP) 앰프에 적합하고, 신호가 없을 때 전력 소모가 없고, 효율이 A급 보다 높아서(최대 출력에서 78%정도) 작은 크기의 대출력 앰프가 가능하여, 대부분의 아날로그 반도체 오디오 출력 앰프단에서 사용됩니다.

출력 증폭 소자가 on-off 전환되는 부근의 영역에서의 비선형 영역에 인하여, ‘+’ ‘-‘ 출력 소자 출력이 연결되어야 하는 영점 부근이 매끄럽지 못해, crossover distortion이라는 찌그러짐이 발생합니다. 이 크로스오버 찌그러짐을 막기 위해 순수 B급 앰프는 거의 없고, 대부분 무신호에서도 어느 정도의 전류를 흘려주는 AB급 앰프를 사용합니다. 이 무신호시의 전류를 바이어스 전류라고 합니다.

 

AB급 앰프는 정현파 기준으로 180도 보다는 길고 360도 보다는 짧은 기간 동안 한 증폭 소자가 동작하는 앰프를 정의합니다.

대부분의 PP앰프는 Crossover distortion을 줄이기 위해 어느 정도의 AB급 앰프로 구성됩니다. 크로스 오버 영역이 큰 진공관 PP앰프는 모두 상당한 바이어스 전류를 흘려 주어야 하나, 트랜지스터 앰프에서는 크로스 오버 영역이 작아서 AB급이라고 보기도 힘든 정도의 작은 바이어스 전류가 가장 좋은 상태입니다. 

 

대부분의 싱글 앰프는 부하선의 대칭 중앙에 동작점을 만들어 상하 같은 최대 크기의 신호를 출력할 수 있게 하는 A급 앰프로 대부분 구성됩니다. A급 앰프라고 해서 별난 것이 아닙니다. 가장 기본적인 전압 증폭기의 가장 간단한 구조일 뿐입니다.

진공관 싱글 소자의 오디오 파워앰프는 A급으로 사용하는 수 밖에는 없어 성능이나 출력에 한계를 가지는 A급을 사용하지만, 상하측의 별도 소자에서 각각 절반의 신호만 출력시키는 B급 Push-Pull(PP) 구조로 만들면, 상하 "+" "-" 파형을 대칭으로 만들 수 있어서 THD이 작아지고 대출력이 가능해 집니다.

반도체에서는 간단한 IC로 충분히 출력이 충분히 큰 좋은 특성 앰프를 쉽게 구성할 수 있고 열에 약해서 A급 같은 것은 이상한 사람이 아니면 만들지 않습니다. 피하는 것이 좋죠.

 

진공관 Push-Pull(PP)앰프에서는 플레이트 전류를 완전히 차단하는 그리드의 음 전압이 워낙 커서, 크로스 오버 영역까지를 넘어가는 순수 B급 앰프를 만들 수 없습니다. 대부분의 진공관 PP앰프는 AB급 앰프 입니다. 히터 전류 등등으로 가열 시켜야 동작하는 진공관에서는 어느 정도 열에 강하기 때문에 A급 앰프로 동작시키다가 어느 정도 출력 이상에서는 B급으로 동작 시키는 AB급이 대부분입니다.

 

1950년 대 중반에 나온 EL34 data에서는 최대 플레이트 피크 전류의 1/10정도의 바이어스 전류를 흘리는 것을 B급 앰프로 표시하고 있습니다(55W최대 출력에서 A급으로 6W정도 출력). 그 정도는 AB급으로 봐야 하지만, 진공관 입장에서는 정의 그대로의 B급을 만들 수 없으니 할 수 없는 것이죠. EL34의 AB급 앰프에서는 바이어스 전류를 피크 전류의 1/4정도 흘려주는 것으로 나와 있습니다(20W출력 까지는 A급으로 동작하다가, 그 이상에서 최대 35W까지는 B급으로 동작).

 

진공관 PP앰프에서의 AB급의 의미는 진공관이 견딜 수 있는 범위에서 A급으로 동작하고 그 이상 출력에서만 B급으로 동작시키는 형태이죠. 크로스 오버 영역을 없애기 위해 바이어스 정류를 흘려 주는 것과는 다른 형태입니다. A급 앰프에 B급 출력까지 내는 기능을 더한 앰프의 개념이죠.

그래서 A급으로 낼 수 있는 출력이 B급으로 낼 수 있는 출력의 절반 전후까지 되는 것이 대부분입니다.

어떤 A급이라고 주장하는 앰프와 비슷한 개념이죠. 이 개념은 이미 옛날부터 모든 진공관 PP앰프에 사용된 개념이나, 반도체 앰프에서는 크로스오버 찌그러짐을 더 나쁘게 만들고, 전기만 소모시켜 열만 만드는 문제로 사용하지 않는 것입니다. 바보가 아니면 그렇게 할 이유가 없죠.

1950년대 당시 B급 앰프에 대한 정의가 어떤 지는 모르지만, 4옴 부하에서 A급으로 5W정도 나온다고 A급이라고 주장하는 그 앰프는 잘 봐주어서 AB급 앰프이고, EL34의 필립스 기준으로는 아직 B급 앰프이겠죠. 

 

진공관에서는 A급 PP가 의미가 있습니다. 크로스 오버 영역이 크고, 댐핑팩터가 2배가 되고, 짝수 찌그러짐을 최대한 억제할 수 있고, 전원의 험도 줄일 수가 있어서 A급 PP 앰프의 의미가 있습니다. 진공관 앰프에서는 출력 트랜스를 사용하면서, A급 출력을 최대한 확보하고 그 이상의 출력을 B급 모드로 추가 확보하는 AB급 앰프가 가능합니다.

 

그러나 반도체 앰프에서는 별 의미가 없습니다. 출력 트랜스 없이 직결하는 앰프에서는 8옴에서 A급으로 동작시켜도 4옴에서는 AB급으로 동작하기에, 순수한 의미의 A급으로 만들기 위해 가장 작은 임피던스까지 A급으로 동작 시키려면 어마어마한 열을 각오해야 합니다(고급 스피커 중에는 8옴이라고 표시해 놓고 실제로는 4옴까지 낮아지는 스피커가 많죠).

최신 반도체 OTL/OCL앰프에서는 문제가 되는 크로스 오버 영역이 아주 좁고, 출력단이 에미터 팔로어로 구성되어 출력단의 전압 게인은 거의 1에 가깝게 고정되어있고, 출력 임피던스는 1옴보다 충분히 작아서, A급으로 만들어 봐야 아무러한 의미가 없습니다. 특히 수W 출력까지 A급으로 만든다는 것은 오히려 큰 출력에서의 크로스 오버 찌그러짐을 더 키웁니다.

 

열에 약한 반도체 소자에게는 무신호시에 큰 전력 손실은 큰 문제를 만들며, 특성에서도 A급이 좋을 것이 없습니다. 진공관 앰프시절 A급 이야기와 크로그오버 짜그러짐을 과장한 마케팅일 뿐입니다.

많은 A급을 만드는 회사에서는 여러 방법으로 신호가 작을 때의 전력 손실을 줄이기 위해 별 짓을 다하나 그 것이 오히려 또 다른 크로스 오버 찌그러짐을 만드는 원인을 제공합니다. 대부분의 회사에서는 어떤 경우에서도 약간의 바이어스 전류를 흘려주어서 스위칭 찌그러짐을 방지했다고 주장하는 유사 A급 앰프를 만들었으나, 그 것도 시들해져 버렸죠. 마케팅 효과라도 기대했으나 별 효과가 없었죠.

 

수W까지는 A급으로 동작시키고 그 이상을 B급으로 동작시킨다고 A급이라고 하는 것은 일종의 사기죠. AB급 앰프죠. A급 앰프라고 주장하려면, 공칭 최대출력을 4옴 5W로 해야겠죠. 

소리는 어떻는지는 두고라도, 상도덕상 문제로 보입니다.

 

1970년대에 출력트랜스를 사용하지 않고(OTL), 댐핑팩터나 찌그러짐 율과 power bandwidth등등을 개선한 반도체 앰프로 진공관 앰프에서 빠르게 교체되었으나, 진공관 앰프에 비해 소리가 좋지 않다는 이야기가 일부 반도체 앰프에서 문제로 나타났습니다. 이런 현상은 일부 반도체 앰프에서 고음의 대신호에서 Slewing Rate 부족과 초고주파에서의 NFB과 부하에 대해 불안정한 문제를 가진 앰프들에 있었죠. 당시 아직 미숙한 반도체기술로 만들어진 트랜지스터의 성능으로 앰프의 특성을 과도하게 좋게 만들기 위해 과도한 NFB을 걸면서 생기는 문제였었죠.

 

이 때문에 NFB의 유해성을 들고 나온 사람들이 있었고, 어떤 분은 TIM Distortion을 제안하기도 했었죠.

이 것을 기회로 삼은 여러 이상한 인간들이 이상한 짓을 하기 시작합니다. 상식적으로 해서는 안되는 짓을 해놓고 남과 다르다고 주장하는 짓을 서슴없이 저지르고 다녔죠. 몇몇은 상업적으로 성공했고 몇몇은 실패했죠. 그래봐야 시간이 지나면서 실정이 알려지고, 호구들 아니면 속지 않으니......

 

이 문제들이 반도체 기술의 발달 등등으로 해결되자, 최신 반도체 앰프에서는 기술적으로 더 이상 할 것이 없게 됩니다. MOSFET등의 최신 소자를 사용한다는 등등의 별 짓을 다해봐야 수치는 좋게 만들 수 있으나 소리의 품질은 달라질 것이 없어진 것이죠.

사람은 20Hz~20kHz 이외의 소리는 들을 수 없고, 20Hz~20kHz 대역의 양 끝단의 특성이 3dB정도 감소해도 알지 못하고, 찌그러짐 율도 0.5%이하면 아무도 알지 못합니다. 가장 간단한 OTL/OCL앰프 정도면 이 정도는 쉽게 만족 시킬 수 있어서, 아무리 복잡하게 만들어 봐야 음질이 다를 것이 없는 수준으로 된 것입니다. 지금은 앰프를 어떤 조건에서도 안정되게 만드는 것이 중요해졌습니다. 

 

각 앰프회사에서 남과 다른 뭔가의 광고거리를 찾은 것 들이 숫자를 좋게 하는 것들이 한 때 유행했죠. 최대 출력을 올리고, 재생 주파수 대역을 늘이고, THD를 줄이고, 댐핑팩터를 올리는 등등을 시도했으나, 주파수 특성은 많은 국가에서 100kHz이상의 특성을 전파방해로 인정하여 규제하면서 오히려 억제해 주어야 하는 처지가 되었고, 다른 수치를 개선한 것들도 위약효과에 무관한 정상적인 청각을 가진 사람에게는 아무 효과도 없는 것들입니다.

 

또 다른 광고거리로 여러 회사에서 A급 앰프를 시도했고, 바이어스 전류정도의 전류가 언제나 흐르게 하는 유사 A급 앰프를 팔았지만, 정상적인 청각의 사람에게는 소리가 더 좋아질 것이 없어서 결국 소수를 대상으로 하는 회사만 남기고는 모두 정상적인 앰프로 돌아갔습니다. 중급 이상의 앰프와 고급 앰프라는 것이 차이가 나지 않고 입체감이 좋은 소형 스피커가 시장을 지배하자, 고급화 추구로의 탈출구를 못 찾은 오디오 산업계는 위축되고 오디오 전성기는 종말을 맞게 됩니다. 

 

발란스 입력이니 뭐니 하면서 특수한 것들을 사용해야 동작하는 오디오 기기로 탈출을 해보려고 했고, SACD나 DVD-audio를 기대했으나 기존 기기와의 호환성 문제와 가정용에서는 어떤 이점도 없다는 것 때문에 더 오디오 산업을 분산 시켜서 위축시켰으며, 결국 온라인이나 network으로 넘어가게 된 것이죠. 작년 미국의 통계는 이미 90%의 음악소리 판매가 온라인에서 이루어졌습니다.

 

 

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특히 들어보니 어떻더라, 누가 뭐라고 하더라, 소리는 돈대로 간다 는 등등의 호구들이나 하는 소리나 위약 효과에 찌든 사람들이나 하는 글은 사양합니다. 소리가 다르다면 어떻게 다른지를 과학적인 용어와 표현을 하지 않은 엉터리의 글도 사양합니다.

쌍욕의 비신사적인 글은 올려서는 안되겠죠. 자신의 인격을 스스로 깎아 내리는 댓글을 올려서야 되겠습니까.

 

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