기술칼럼

오디오 앰프는 반도체소자 또는 진공관 소자로 제작됩니다.


각각의 앰프는 소자가 갖는 특징으로 인하여 재현되는 음질도 다르기에 선호하는 앰프도 취향에 따라 다를 수 있습니다. 



그러나 반도체 앰프의 음색이 마음에 들어 반도체 방식의 파워앰프와 프리앰프를 갖추었더라도 LP를 좋은 음질로 듣기 위해서라면,

포노앰프만큼은 진공관식 포노앰프를 사용하실 것을 권유합니다.



왜..! 그런지 그 이유에 대하여 알아봅니다.



1. 포노앰프의 입력에는 볼륨이 없습니다.


프리앰프에는 입력 레벨을 제한할 수 있는 볼륨이 있기에, 큰 레벨이 입력되어도 상황에 맞게 적절히 조절할 수 있습니다만,

포노앰프의 입력에는 볼륨이 없습니다.


반면, 파워앰프의 이득은 통상 20~30배 정도이며, 프리앰프의 이득은 통상 10배입니다만,

포노앰프의 이득은 통상 150배~ 200배로 가장 높습니다.





포노앰프 입력단에 볼륨을 부착하지 못하는 이유는..!

ㄱ) 카트리지에서 출력되는 신호 전압은 종류에 따라 다르지만, 0.2mV~ 5mV 정도로 매우 낮습니다.


포노앰프 입력단에 볼륨을 부착하여 이 신호 레벨을 줄이게 되면 S/N 비가 크게 악화합니다.

S/N 비는 신호 대 잡음의 비교이기 때문에 신호 레벨이 작아지면 S/N 비가 악화할 수밖에 없는 것입니다.


ㄴ) 특히, 볼륨이 회전하며 발생되는 노이즈는 포노앰프와 프리앰프, 파워앰프를 거치면서 크게 증폭되어 엄청나게 큰 충격음으로 들리게 됩니다.  


이런 이유로 포노앰프에는 볼륨을 부착하지 못합니다.

이런 사정으로 포노앰프에서는 높은 논 클립 출력 전압이 요구됩니다.


포노앰프의 논 클립 출력 전압이 높아야 포노앰프의 허용 입력전압이 높아지기에 그렇습니다.


*. 허용 입력전압이란...! 

포노앰프에서 음악신호의 아래, 위의 파형이 클립핑 되지 않고 증폭할 수 있는 입력 전압의 크기를 나타냅니다.




앞에서 포노앰프의 이득(Gain)은 통상 200배 정도라 하였습니다.

통상의 반도체 포노앰프(OP AMP로 구성한 경우) 논 클립 출력전압인 9.2V일 때의 허용입력을 알아봅니다.


허용입력= 논 클립 출력전압/ 이득

위 식에 대입하면,

9.2V/ 200배= 0.046V 

즉, 46mV입니다. 


위 포노앰프의 경우 46mV를 초과하는 음악 신호가 입력되면 음악신호의 아래, 위가 잘리는 클리핑 현상이 발생합니다.




포노앰프를 설계할 때 카트리지의 출력 전압을 5mV로 기준하여 설계합니다.


이런 기준으로 보면, 약 10배의 여유가 있으니 충분하다고 볼 수도 있습니다.

그러나 통상의 카트리지는 정도의 차이가 있을 뿐, 모두 고음 대역에서 피크를 갖는 공진 주파수 대역이 있습니다.


이런 부분까지 고려하지 않으면, 클리핑 되며 나타나는 혼변조 디스토션(THD)으로 인하여 음이 탁해지게 됩니다.


*. THD(Total Harmonic Distortion) 토탈 하모닉 디스토션으로 종합 혼변조 왜율이라고도 합니다.


따라서 음이 탁해지는 것을 방지하려면,

포노앰프(증폭기)의 논 클립 출력전압을 크게 올리거나 포노앰프의 이득을 크게 줄이지 않으면 안 됩니다.  


그러나 카트리지에서 출력되는 음악 신호의 레벨은 매우 낮기에 포노앰프의 이득을 줄이는 데는 한계가 있으므로,

포노앰프의 논 클립 출력전압을 높이는 것이 유일한 해결 방법입니다. 





2. 진공관 포노앰프는 논클립 출력 전압이 높습니다.


모든 증폭기(앰프)는 효율을 갖고 있습니다.

효율이란..! 

인가된 전원 전압을 이용하여 어느 정도의 출력 전압을 뽑을 수 있는가..! 입니다.

반도체 증폭기는 약 30% 정도의 효율을 가지고 있습니다.


반도체 소자로 구성된 포노앰프의 예를 보겠습니다.


흔히 사용되는 OP AMP는 30V(+-15V)의 전압으로 동작합니다.

효율이 30%이므로 9.2V의 논 클립 출력 전압을 얻을 수 있습니다.


디스크리트로 구성하여 B+ 전원 전압을 더 올려 50V로 하면 15V까지 증가합니다만, 그 이상의 B+전원 전압을 사용하는 반도체 포노앰프는 흔하지 않습니다.





반면, 진공관 포노앰프는 효율이 낮지만, 통상 250V 이상의 높은 B+ 전원 전압으로 동작하여 논 클립 출력 전압이 상대적으로 높습니다.


진공관 포노앰프의 논 클립 출력전압은 회로 구성에 따라 크게 다르지만, 앞서 말씀드린 OP AMP 논 클립 출력 전압보다 최소 2배 이상 높습니다. 


그러나 논 클립 출력전압이 비교적 낮은 마란츠 #7의 포노앰프부를 예로 든 것일 뿐,

잘 설계된 진공관 포노앰프의 경우 반도체 포노앰프 대비 5~6배 정도 높은 경우도 흔히 있습니다.



이것이 진공관 포노앰프에서 증폭하는 과정에서 음악 신호 파형의 아래, 위가 잘리는 클리핑 현상이 발생하지 않으며, 부드럽고 유연한 음색으로 되는 이론적 이유가 됩니다. 


논 클립 출력전압이 높다는 것은 큰 레벨의 음악 신호를 왜곡 없이 재현할 수 있다는 뜻하므로 다이나믹 레인지가 크다는 특징도 함께 있습니다.




위 두 가지의 특징은 반도체 포노앰프에서는 소자 특성상 구현하기 힘든 내용입니다.


진공관 포노앰프 중에서도 이퀄라이저(등화)방식에 따라 NFB형과 CR형으로 나뉘지만,

어떤 방식의 진공관 포노앰프라도 위의 두 가지 특성을 만족하는 것에는 변함이 없습니다.  



3. 진공관 앰프는 증폭하는 과정에서 수많은 고조파를 생성합니다.


어떤 진공관은 고조파가 전대역에 걸쳐 고르게 생성되기도 하고 또, 어떤 진공관은 짝수차 고조파의 생성이 유난히 많은 진공관도 있습니다.


증폭 과정에서 생성되는 특유의 고조파로 인해 여러 진공관이 각각의 특징적인 음색으로 나타납니다.

이렇게 생성된 고조파는 배음으로 작용하여 공간을 가득 채우는 풍성함과 유려한 음질로 됩니다. 


이것은 반도체 앰프에서 기대할 수 없는 현상입니다.



그러나 반도체 프리앰프 및 파워앰프가 배음을 없애는 능력이 있는 것은 아니기에,

진공관으로 구성된 포노앰프를 사용하게 되면 조금 더 유려하고 배음이 풍성한 음색을 들을 수 있게 됩니다. 


이런 내용으로 LP의 음을 조금 더 온화하고 나긋나긋하게 즐기려는 분이시라면,

포노앰프만큼은 진공관 방식의 포노앰프를 사용하실 것을 권유합니다.



자료 출처: 운영자 직접 작성


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