파워앰프

- 파워 앰프는 일반적으로 오디오 콘솔에서 출력된 신호의 전압을 증폭해 스피커를 구동하는 기기이다. 
- 파워 앰프의 신호 증폭은 전압 증폭단(Voltage Amplification Stage) 및 프리 드라이브단(Pre-Driver Stage)에서 전압을 증폭하고 드라이브단(Output Driver Stage)과 출력단에서 전류를 증폭한다.

 

1. 파워 앰프의 증폭 방식

- 파워 앰프 회로는 바이어스 제어 방식과 신호 처리 방식에 따라 Class A, Class B, Class AB, Class D로 분류한다.
 ① Class A 증폭 방식은 +/- 신호를 전부 증폭하여 출력하는 것으로 왜곡이 적고 반응 속도가 엄청 빠르지만, 신호가 없을 때에도 전류가 계속 흐르기 때문에 에너지 효율이 좋지 않고 발열이 심하다. 확성용 앰프로는 거의 사용하지 않고, 녹음실에서 사용한다.
 ② Class B 증폭 방식은 2개의 증폭소자를 사용하여 +/-신호를 각각 증폭한 후 합치는 방식으로 푸쉬풀(push-pull) 방식이라고도 한다. 각각 증폭해서 합치면 반응속도가 좀 느리겠지? A 방식에 비해 효율이 높지만 크로스오버 왜곡이 발생하기 쉽다.
 ③ Class AB 증폭 방식은 낮은 레벨에서는 Class A 방식으로, 나머지 구간에서는 Class B 방식으로 사용하여 효율성은 높이면서도 크로스오버 왜곡을 최소화하기 때문에 공연용 파워 앰프에 주로 사용된다.
 ④ Class D 증폭 방식은 출력 장치를 제어하기 위해 펄스 폭 변조(PWM : Pulse Width Modulation)를 사용한다. 높은 전력 효율을 가지고 있고, class AB 방식 앰프에 비해 소형 경량화가 가능하다. 또한 디지털 신호 입력을 증폭할 경우 DAC를 사용하지 않고도 직접 변환할 수 있다는 장점이 있다.

2. 파워 앰프의 특성

- 파워 앰프의 출력(output power) 전압은 스피커에 전달되었을 때 발생되는 전력으로, 연결된 스피커의 임피던스 특성에 따라 앰프의 출력이 변한다. 스피커를 병렬 연결하여 부하 임피던스가 낮아지면 앰프에서 더 큰 출력을 얻을 수는 있지만, 최소 임피던스로 낮아지면 앰프의 발열로 손상될 가능성이 커진다.
- 입력 감도(input sensitivity)는 앰프가 최대 출력을 내기 위해 필요한 입력 신호 레벨이다. 입력 감도가 달라지면 같은 입력일 때 출력 음량도 달라지지만, 입력 감도 설정이 달라지면 최대 출력은 변하지 않는다.
- 파워 앰프가 입력 신호를 충분히 재생할 수 있는 주파수 범위를 나타낸 것을 주파수 응답특성(frequency response)라고 한다. 일반적으로 파워 앰프의 주파수 응답특성은 1W 출력을 기준으로 한다.
- 입력 신호가 멈추어도 스피커 진동판은 관성에 의해 더 움직이기 때문에 입력 신호와 다른 왜곡이 발생한다. 댐핑 계수(damping factor)는 스피커의 공칭 임피던스를 파워 앰프의 출력 임피던스로 나눈 값으로, 댐핑 계수가 높을수록 제동력이 강해 스피커 진동판의 불필요한 움직임을 억제시키고 명료한 재생이 가능해진다. 
- 모든 음향기기는 전자 회로에 의해 고유의 잡음을 가지고 있다. 신호대 잡음 비(S/N 비: Signal/Noise ratio)는 신호의 레벨과 잔류잡음 레벨의 비율을 뜻하며,이 값이 클수록 잡음이 작다.
- 파워 앰프에 신호가 입력되면 원래 신호와 입력되지 않은 고조파 배음이 함께 출력되며 원래의 신호 파형을 왜곡시킨다. 이 때 원래 신호에 대한 배음 성분의 비율을 고조파 왜곡률 이라고 한다.
  고조파 왜곡률은 낮을수록 좋으며(왜곡률이니 당연하지!), 보통 파워 앰프의 왜곡률은 약 1%보다 낮으므로 크게 문제가 되지는 않는다. 왜냐하면 인간이 감지할 수 있는 한계가 1%이기 때문이다.

3. 파워 앰프와 스피커 연결

- 스테레오 앰프의 연결 모드

 ① 스테레오 모드(stereo mode)는 파워 앰프 입력 채널에 각각 다른 신호를 입력하고 증폭해 각 출력 채널에 연결된 스피커로 전달하는 방식이다.
 ② 패러럴 모노 모드(parallel mono mode)는 스테레오 파워 앰프의 입력 채널에 하나의 신호만 연결하면 같은 신호를 두 채널에 각각 증폭해서 각 출력 채널에 연결된 스피커로 전달하는 방식이다. 입력 신호를 Y케이블로 분기해 사용하는 것과 같다.
 ③ 브릿지드 모노 모드(bridged mono mode)는 파워 앰프의 두 채널을 하나로 묶어 한 채널의 대출력 앰프처럼 사용하는 방식이다. 파워 앰프의 출력 방식 선택 스위치를 브릿지드 모노 모드로 설정하고 지정된 한 채널에 신호를 입력한 후 스피커는 두 개의 + 단자에 각각 연결한다. 이것을 BTL(balanced transformerless)접속이라고도 하며, BTL로 접속하면 출력 전압이 2배가 되므로 이론상 4배가 되는 출력을 얻을 수 있지만, 실제로는 2~3배 정도이다.

 

- 부하 임피던스에 따른 연결 모드

- 스피커의 임피던스는 주파수에 따라 변화한다. 이 때 스피커의 재생 주파수 범위에서 가장 낮은 임피던스를 공칭 임피던스(nominal impedance)라 한다. 일반적인 스피커의 부하 임피던스는 8옴이며 스피커에 따라 4~16옴 정도의 부하 임피던스를 보이는데, 이 부하 임피던스는 테스터를 사용해 측정한 DC 저항값보다 약 20%높게 나타난다.
 ① 직렬(serial)연결은 여러 개의 스피커를 연결할 때 각 스피커의 +와 -끼리 연결하는 방법이며, 이 경우 전체 스피커 연결의 총합 인피던스는 각 스피커 인피던스의 합이 된다.
 ② 병렬(parallel)연결은 모든 스피커의 +와 +, -와 -끼리 연결하는 방법이다.
 ③ 직병렬(serial-parallel)연결은 총합 임피던스를 크게 바꾸지 않고 여러 개의 스피커를 연결하는 경우에 사용한다. 스피커의 병렬 또는 직병렬 연결 사용할 때 반드시 총합 임피던스는 앰프의 최소 부하 임피던스보다 커야한다.
 

- 연결된 개별 스피커의 출력(power output per speaker)

  - 같은 임피던스의 스피커를 여러 개 연결할 경우 각 스피커의 출력은 전체 출력을 스피커의 숫자로 나눈 값이 된다.
  - 서로 다른 임피던스의 스피커를 여러 개 연결할 경우 각기 다른 출력을 내게 된다.
    [각 스피커로 전달된 파워 = (전체부하 임피던스/개별 스피커 임피던스) * 전체파워