[완벽이해] 앰프, 전압, 전류의 관계(from. idletalk)

@idletalk님 원본 글 가독성을 높여 정리합니다.

1. 전류증폭(ex. 1V 1mA -> 1V 1A)

얻고자하는 음압(=전압)과 헤드폰측의 임피던스(=저항)이 주어지면, 전류는 피동적으로 결정됩니다.

전류량을 변화시켜서 전압이나 저항을 달라지게 할 수 없으니까요.
 

1-1. 예시
[옴의 법칙 V=IR]
1V 출력 앰프, 100옴 헤드폰 -> 전류 0.01A(10mA) 

[P=IV]

파워는 0.01W, 즉 10mW
 

1-2. 출력전압을 2배 올리면?(=앰프에서 볼륨 6dB를 더 주면?)

2V 출력하는 앰프에 100옴 헤드폰을 물리면 흐르는 전류는 0.02A, 즉 20mA로 결정됩니다. 
반면 P=IV이므로, 파워는 0.04W, 즉 40mW입니다. 
->6dB가 전압으로는 2배, 파워로는 4배가 됩니다.

이건 전압증폭일까요? 전류증폭일까요?  둘 다 2배씩 되었으니 둘 다 증폭이지요. 
 

2. 순수 전압증폭

헤드폰 또는 스피커 앰프에서 전류증폭 없는 순수한 전압증폭이 가능할까요? 
2V 전압이 0.01A만큼 흐르면, R=V/I 이므로,  전류증폭 없이 순수하게 전압만 높아지려면 저항값은 200옴이 되어야 합니다. 
 

3. 순수 전류증폭 

앰프에서 전압증폭 없는 순수한 전류증폭이 가능할까요? 
1V 전압이 0.02A만큼 흐르면, R=V/I 이므로, 전류만 증가하려면 저항값은 50옴이 되어야 합니다. 
그러나 앰프에 연결된 헤드폰 저항값은 고정입니다. 물리적으로 100옴이니까요.

볼륨 노브로 출력전압을 조절하면, 헤드폰 저항값에 맞추어 흐르는 전류량이 같이 변할 뿐이지요. (I=V/R)
  

4. 그렇다면 전류증폭은 의미가 없는 것일까요? 

그렇지는 않습니다. 
  
여기 감도 90dB/W, 임피던스 4옴의 평범한 스피커가 있다고 가정합니다. 
이 앰프에 1W 전력을 인가하면 90dB 음압으로 빵빵하게 울려줄 것입니다. 

그럼 그 때 스피커에 인가되는 전압은 얼마일까요? 
V=루트(PxR)이므로, 전압은 2V입니다.  I=루트(P/R)이므로, 전류는 0.5A, 즉 500mA입니다.

전압이 생각보다 낮죠? 여기서 많은 오해가 생깁니다.
  

(핵심)5. 2V 출력전압을 내주는 헤드폰앰프나 DAP로 스피커 구동도 가능할까요? 

(사실상) 불가능합니다. 전류량이 모자랍니다. 

100옴 유닛에 20mA를 흘려서 0.04W 파워를 내는건 충분히 가능하지만,

4옴 유닛에 500mA를 흘려서 1W 파워를 내는건 못 합니다. 

똑같이 2V 전압을 출력하지만, 전류량을 20mA정도만 감당할 수 있는 앰프는 헤드폰앰프로 팔고, 
전류량을 500mA 넘게 낼 수 있는 앰프는 스피커용 파워앰프로 팝니다. 훨씬 거대하죠.
그래서 보통은 전류증폭 앰프를 파워앰프라고 부르기도 합니다. 
  

6. 결론

오디오 앰프에서 전류는 피동적인 "감당"의 개념으로 이해하서야 합니다. (능동적인 "증폭"의 개념이 아니라)
 

7. 실생활 적용

준비물: 저항을 측정할 수 있는 멀티테스터

1. 선풍기 미풍으로 설정하고 플러그를 벽에 꽂지 말고 양극 간의 저항을 측정해보세요.

2. 강풍으로 설정하고 저항의 변화를 보세요. 저항이 낮아졌을겁니다.

3. 벽체 콘센트에서 오는 전압은 220V로 고정되어 있기 때문입니다.

4. 전자제품들은 저항값이 변함으로써 사용하는 파워의 크기를 조절합니다.

5. 반면 헤드폰 유닛의 임피던스는 변화할 수 없지요. 주파수 대역에 따라 변할 뿐입니다. (임피던스 그래프 참고)

6. 전자제품은 자기가 쓰고 싶은만큼 전력을 가져다 쓰고, 벽체가 그걸 감당하면 되는 구조입니다. 감당을 못하면 두꺼비집이 내려가거나 불이 나지요. 이게 전류 구동???입니다. 벽체 콘센트가 선풍기 모터를 "구동"한다는게 어폐가 있지요. 

7. 반면에 헤드폰은 앰프쪽에서 전력을 주고 싶은 만큼 밀어넣고, 헤드폰은 그저 그 힘을 받아서 소리를 냅니다. 이게 전압 구동입니다. 

8. 헤드폰도 전류구동이 가능하긴 합니다. 

앰프쪽 출력임피던스를 헤드폰 임피던스보다 훨씬 높게 설정하고, 음악신호에 전압이 아닌 앰프쪽 출력 임피던스가 연동되게 하면 된다고 합니다. 총합 임피던스가 높아지면 작은 전류가 흐르고, 총합 임피던스가 낮아지면 큰 전류가 흐르겠지요.

근데 결국 V=IR에 의해서, 헤드폰 유닛 임피던스는 고정이므로, 헤드폰에 걸리는 전압도 전류량에 정비례해서 같이 변합니다.

결과적으로 출력임피던스가 엄청 높은 앰프에 헤드폰을 물리는 것과 마찬가지입니다. 
 

9. 본래는..

송신측의 임피던스를 높게, 수신측의 임피던스를 낮게 하면서 송신측 임피던스를 조작하여 전류량을 변화시키는 전류전송은 장거리 신호전송을 하면서 전압 노이즈 영향을 덜 받기 위해 사용하는 방법입니다. 스피커나 헤드폰처럼 근거리에선 최선이라 보기는 어렵습니다. 댐핑(제동)도 거의 없고 말이지요. 

출처

https://www.0db.co.kr/QNA/1598654