파워앰프의 필요조건
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파워 앰프의 필요조건 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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진공관 앰프는 반도체 앰프와 비교해 볼 때, 기성품이든 자작품이든 진공관이나 트랜스 등 부품이 대단히 고가이다. 따라서 진공관 앰프를 구입하거나 자작하고 싶어도 선뜻 내키지 않게 된다. 그래서 코스트가 적게 들면서도 음질이나 외관도 만족할 만한 진공관 앰프를 자작하고 싶은 경우, 일단 코스트가 적게 드는게 최고이지만, 그러면서도 만족스러운 앰프를 만들기 위해서는 설계단계에서 앰프의 각종 검토, 즉 어떠한 장소에서 어떠한 소스를 들을 것인가 등을 고려하여 진공관 앰프의 사양을 결정하고 진공관의 종류나 트랜스를 정해야할 것이다.
진공관 앰프는 예나 다름없이 애호가가 많지만, 기성품의 가격이나, 진공관이나 트랜스 등의 부품가격을 알아보고는 입이 떡 벌어져 구입이나 자작을 망설이게 된다. 진공관 앰프의 제작비용을 줄인다는 것은 대단히 어렵다고 생각하는 사람도 많지만 생각하기에 따라서는 의외로 쉬울 수도 있으며, 따라서 현재 시판되고 있는 입수 가능한 부품을 사용하여 저렴한 진공관 앰프를 설계 제작을 시도해 보기 바란다.
단, 비용을 줄이더라도 진공관 앰프가 아니면 얻을 수 없는 음질, 외관, 거기에 음악을 권장하고 칭찬하기에 충분한 능력(제특성)을 갖추지 못한다면 제작하는 의미가 없을 것이다.
그럼 앰프의 필요조건을 생각해 보자. 다음에 열거하는 항목은 저가의 앰프 뿐만아니라 모든 앰프에 필요한 조건이다.
(1) 고역에서 저역까지 똑같이 재생할 것(양호한 주파수 특성)
이상의 조건을 어느 레벨에서 선을 그을 것인가에 따라 앰프의 코스트에 영향을 미치는 것은 자명한 일이다.
예를들어, 출력 100왓트의 앰프와 출력 10왓트의 앰프는 당연히 출력이 큰 쪽이 비싸질 것이다. 사용 진공관도 WE의 300B를 사용하면 당연히 코스트는 올라간다.
그러면 레벨을 어느 선에 설정하면 좋은가를 생각해 보자.
2. 주파수 특성(고조파) 기본음 만이라면 사인커브이지만 고조파가 가해지면서 파형이 변해 버린다. 필요로 하는 주파수 범위가 가장 넓은 악기는 파이프 오르간이며, 29Hz에서 15kHz까지 낸다고 한다. 저역 혹은 고역의 실제 들을 수 있는 주파수 범위는 카바할 수 있어야 하고 평탄한 주파수 특성이 필요하다.
배음을 포함한 각 악기의 주파수 범위 및 각 악기의 소리를 재생하기 위해 필요한 주파수 범위는 다음 표와 같다.
저역 혹은 고역 어느 쪽으로 특성이 치우치면 부자연스런 재생음이 된다. 즉, 저역과 고역의 밸런스가 필요하며 저역과 고역 양단을 곱한 값이 400000일 때 가장 밸런스가 잡힌 것이라고 전해지고 있다. 이것이 종래부터 자주 거론되어 왔던 '40만의 법칙'이다. (a) 20~20000Hz
(b), (c)는 협대역 특성이지만 주파수 대역이 좁으면서도 저 고역에 치우치지 않는 음질이다. 역시 (a)의 대역폭이 필요하다.
이전에는 '50만의 법칙'이라고 거론된 때도 있었지만 이 경우에는
3. 디스토션(왜율:찌그러짐)
디스토션의 원인은 여러 가지이기 때문에 간단히 해석할 수는 없지만 주요 원인에 대하여 열거해 보자.
1) 고조파 디스토션 출력이 입력에 비례한다면 문제는 없지만 비례하지 않으면 디스토션이 발생한다. 이 디스토션을 고조파 디스토션이라 하며 앰프의 비직선성이 문제이다. 악기 특유의 음색은 그 고조파의 차수나 그 세기에 의한 것이다. 또 같은 악기라도 연주가에 따라서 음색이 달라진다. 그것은 고조파의 출력이 변하기 때문이다. 따라서 고조파도 충실히 재현해야 한다 .
2) 혼변조 디스토션 예를들면 2개의 음이 동시에 입력되면 그 기본음 이외에 각각의 고조파가 있고 이들이 결합한 음이 다시 나타나며, 이와 같은 현상을 혼변조라고 한다. 기본음은 맑고 깨끗한 음일지라도 이 결합음이 같이 재생되면 탁음이 된다. 음악 중에는 의식적으로 또는 음악적으로 일부러 불협화음을 사용하고 있는 경우도 많지만 혼변조 디스토션에 의해 나타난 소리는 비음악적이며 소음으로 느껴진다.
3) 위상 디스토션, 과도 디스토션 위상특성은 입력과 출력의 위상차가 주파수에 따라 변하는 정도를 말하며, 과도특성은 음의 변화에 대하여 앰프의 응답 정도를 말한다. 위상특성, 과도특성 모두 입력에 대하여 위상적, 시간적으로 다른 출력이 나온 경우, 음의 또렷하지 못하여 명료도가 떨어지게 된다. 이와 같은 경우는 위상 디스토션, 과도 디스토션 등이 발생하고 있기 때문이다. 올슨씨에 의하면 귀가 좋은 사람은 0.75%의 혼변조 디스토션을 알아차린다고 한다. 고조파 디스토션은 혼변조 디스토션의 1/3 정도이기 때문에 0.25%의 고조파 디스토션이 구별 가능하다는 것이다. 다음은 과도 디스토션으로 음의 갑작스런 변화에 대하여 앰프가 어느정도 빨리 대응할 수 있는가 하는 것은 음악이 정지한 때에 빨려들어가는 듯한 정숙감을 잘 느끼는 앰프라면 과도특성이 우수한 앰프라고 말할 수 있다.
4. 출력(다이나믹 레인지) 올슨박사의 논문에 의하면 회화의 음량레벨을 70데시벨(dB)로 한 경우, 보통 가정에서는 평균 80dB의 음량이 있으면 충분하고, 따라서 보통 가정에서 음악을 듣는 경우에는 평균적으로 75dB 있으면 좋다고 한다. 능률 3%의 스피커를 사용한다고 하면 필요한 전기적 출력은 생각한 것보다 훨씬 적은 약 0.016왓트이다.
그러나 대편성 오케스트라의 평균음량 대 최대음량의 배율은 대단히커서 1000배를 훨씬 넘는 경우가 있다. 예를들어 1000배로 한 경우에는 16왓트의 파워가 필요하게 되지만 가정에서 듣는 경우에는 그만큼의 출력을 내지 않을 것이며 기껏해야 5~6왓트 정도면 충분하다.
실제 악기의 출력으로부터 필요한 앰프 출력을 산출해 보면 아래의 표와 같다.
7. 일반가정의 파워 앰프
8. 저가 진공관 앰프 회로
코스트를 낮추는 방법의 하나는 가능한 한 심플한 회로로 하는 것이다. Simple is best는 음질향상에도 기여한다. 우선 출력관 그리고 출력단 주변의 회로를 생각해 보자. 코스트 다운에 적당한 출력회로는 당연히 싱글회로일 것이다. 그래서 싱글회로로 최소한 5왓트나 10왓트 정도의 출력을 내는 출력관을 선택하자. 이 출력관은 전압증폭회로를 심플하게 하기 위해 전력감도가 좋은 5극관 또는 빔4극관이 적합하다. 이 두가지의 다극관을 비교해 보면, 음질적으로 빔4극관이 디스토션이 적어 싱글앰프에서는 5극관보다 우수하다.
9. 저가 출력관의 선정
출력관에 대해서는
우선, 가장 먼저 든 조건은 미관상의 문제이다. 이상의 제조건을 고려하여 출력관을 선정하기 바라며, 동작은 간단하게 꾸밀 수 있고 실패가 적은 셀프 바이어스로 하면 좋다.
10. 출력 트랜스의 선정
출력 트랜스는 출력관과 함께 어떤 의미에서는 출력관 이상으로 앰프의 음질(특성)을 좌우하는 중요한 부품이다. 출력 트랜스를 선정할 때에는 필요한 전력용량, 선정 진공관의 특징에 따라, 예를 들면 807과 같은 고역부에 에너지가 치우치는 경향이 있으면 출력 트랜스는 저역부에 에너지가 있는 것(1차 인덕턴스가 높은 것)을 선정한달지, 그리고 가격 측면에서 2차측 단자의 접속을 바꿈으로서 1차측 임피던스가 바뀌는 유니버설형도 편리하다. ('03.1.30. 수정) |