[탐구생활] 전류증폭 ≠ 전류구동

 https://www.0db.co.kr/FREE/4430302

4년전에 쓴 댓글을 영광스럽게도 @SunRise님께서 재발굴해주셔서 오랜만에 다시 살펴 보았습니다.

당시에는 전류"구동"과 전류"증폭"을 헷갈리고 있었기에

뒷부분에서 뜬금없이 전류구동 얘기로 넘어가는게 마음에 걸리네요.

저는 관련 전공자가 아니고 고등학교에서도 문과를 선택했기에

중학교 수준 지식으로 다시 살펴봅니다.

오늘 이 글을 위해서 중학교3학년/1. 전기와 자기 단원을 참고했습니다.

https://dalvitjeju.tistory.com/86

자 그럼 옴의 법칙 표 다시 한번 얍!

(???? 볼트가 왜 "E"인지는 모르겠지만 본문에서는 "V"로 씁니다.)

다이나믹 헤드폰/스피커는 주파수에 따라서 임피던스가 변합니다.

그러나 재생하려는 컨텐츠가 정해져 있다면 재생하려는 주파수도 정해집니다.

따라서 앰프에 대한 본 논의에서는 임피던스를 변하지 않는 헤드폰/스피커 고유의 저항R로 취급합니다.

1. "전류증폭 앰프"란 따로 없습니다.

R = V/I이므로 전압과 전류의 비율은 저항R에 의해서 고정됩니다.

즉 동일한 헤드폰/스피커를 구동하려는데,

"이 앰프는 전압증폭 앰프, 저 앰프는 전류증폭 앰프"

이런건 있을 수 없다는 얘깁니다.

   1.1. 앰프가 아니라 무엇을 구동하느냐에 따라서 전류증폭 or 전압증폭이 상대적으로 결정됩니다.

헤드폰은 패시브 스피커보다 임피던스R가 크고, 상대적으로 작은 전류 & 높은 전압으로 구동됩니다.

그래서 헤드폰 앰프는 상대적으로 전압증폭 앰프에 가깝습니다. 

패시브 스피커는 헤드폰보다 임피던스R가 작고, 상대적으로 큰 전류 & 낮은 전압으로 구동됩니다.

그래서 스피커 앰프는 상대적으로 전류증폭 앰프라고 부를 수 있습니다.

   1.2. 그런데 사실은 모든 앰프가 전류증폭 앰프입니다.

헤드폰/스피커 앰프의 아날로그 신호입력단 임피던스는 최소 10k옴 이상입니다.

앰프가 구동하는게 4옴 스피커건 600옴 헤드폰이건,

출력으로 나가는 전류는 입력으로 들어온 전류에 비하면 많이많이 큽니다.

그래서 입력과 출력을 비교하면 모두 다 전류증폭 앰프입니다. 

   1.3. "전압증폭 앰프"도 따로 없습니다.

a) 내가 원하는 음량(=전압): V

b) 내가 사용하는 헤드폰/스피커: R

...요 두개가 정해지면,

c) 내가 필요한 전류량: I

...이 피동적으로 결정됩니다.

즉 전압V은 사용자가 그때 그때 임의로 결정하는 겁니다. 

증폭하고 싶으면 증폭하고 감쇄하고 싶으면 감쇄하면 됩니다.

그러라고 달린게 볼륨노브이고 앰프는 그때 필요한 전류량I를 감당만할 수 있으면 되는 겁니다.

여기까지는 @SunRise님께서 정리해주신 글과 사실상 동일한 내용입니다.

오늘 추가할 내용은 다이나믹 헤드폰의 임피던스 응답과 관련이 있습니다.

먼저 베이어다이나믹 T1 1세대 헤드폰의 임피던스 응답을 예시로 첨부합니다.

공칭임피던스는 600옴입니다만 80Hz에서 두 배 넘게 치솟습니다.

T1 헤드폰의 주파수 응답FR은 썩 평탄하지 않습니다만, 설명을 위해서 평탄하다고 가정합니다.

평탄하다는게 하만기준이나 DF기준이냐 RAW응답이냐는 여기서 중요하지 않습니다.

T1과 같은 임피던스 응답을 보이면서 무향실 주파수 응답이 평탄한 "가상의 패시브 스피커"

....를 상상하시면 더 편합니다.

또한 전압, 전류, 파워 모두 궁극적으로는 재생 컨텐츠에 달려 있습니다.

무음 재생하면 당연히 모두 다 제로지요.

여기서는 모든 주파수 대역에서 동일한 음압을 내는 컨텐츠,

그러니까 화이트노이즈 신호를 기준으로 합니다.

2. 전압구동 앰프와 전류구동 앰프는 다릅니다.

   2.1. 전압구동이란?

모든 주파수 대역을 동일한 전압으로 구동하는 앰프입니다.

옴의 법칙 V = I x R에 따라서,

회로에 흐르는 전류I는 임피던스 응답R에 따라서 반비례하여 변합니다.

또한 회로의 전체 임피던스가 오직 헤드폰/스피커의 임피던스로 결정된다는 것은

앰프의 출력임피던스가 "0"라는 의미이기도 합니다.

우리가 자주 보는 측정리뷰는 바로 이러한 전압구동 환경을 기준으로 합니다. 

전압구동 앰프에서 주파수 응답이 평탄하게 측정된 헤드폰/스피커는,

주파수에 따라서 변하는 임피던스 때문에 전류량이 달라져도,

모든 주파수에서 동일한 음량을 출력해주는 헤드폰/스피커입니다.

이 때 임피던스R가 가장 높아지는 주파수(예: 80Hz)에서 일어나는 일을 살펴보면,

전압V가 고정이므로,

V = I x R에서, 저항R이 높아지면서 전류I는 낮아지고

P = V x I에 따라서 파워W는 작아집니다. 

그런데 출력 음량이 그대로입니다!

즉, 해당 대역에서 전력효율dB/W이 높아진 겁니다.

"임피던스 피크에서 구동이 쉬워진다"는 실험 결과가 바로 이 얘깁니다.

https://www.0db.co.kr/REVIEW_USER/1774915

   2.2. 전류구동이란?

모든 주파수 대역을 동일한 전류로 구동하는 앰프입니다.

헤드폰/스피커의 임피던스 응답이 오르든 내리든 회로에 흐르는 전류가 같다는 얘깁니다.

회로에 흐르는 전류는 회로의 총합 임피던스에 의해서 결정되는데, 

그러면 앰프의 출력임피던스가 헤드폰/스피커에 맞춰서 반대로 오르락 내리락 한다는 얘긴가...?

...라고 생각할 수도 있는데 그건 아니고,

간단히 앰프의 출력임피던스를 ∞무한대에 가깝게 설정하면 됩니다. 

그러면 헤드폰/스피커의 임피던스와 무관하게 회로 총합 임피던스는 언제나 무한대∞옴으로 고정됩니다. 

∞옴 + 4옴 = ∞옴

∞옴 + 600옴 = ∞옴

다만 회로 저항이 진짜로 무한대∞면 전기가 아얘 안 통하겠지요?

현실적으로는 출력임피던스를 높게 설정한 앰프들이 상대적으로 전류구동 앰프에 해당됩니다.

전압구동 앰프에서 평탄했던 헤드폰/스피커를 전류구동 앰프로 구동하면 어떻게 될까요?

그러면 전압V이 아니라 전류I가 고정됩니다.

V = I x R에서, 저항R이 높아지면 전압V이 높아지고 

P = V x I에 따라서 파워W는 더 커집니다. 

전압구동 앰프에서 주파수 응답이 평탄한 헤드폰/스피커는

원래 임피던스R가 높아지는 주파수에서 전력효율이 높아지면서

작은 파워( = 같은 전압 x 적은 전류)로 같은 음압을 냈습니다.

그런데 이걸 전류구동하면

전력효율이 높은 바로 그 대역에 더 큰 파워( = 높은 전압 x 같은 전류)가 걸립니다.

안 그래도 효율이 높은 대역에 더 큰 파워가 걸리니 그 주파수 대역에서 음량이 증가합니다.

즉 임피던스 응답이 마치 EQ처럼 작용하게 됩니다.

3. 요약

전류증폭앰프와 전압증폭앰프의 구분은 따로 없다.

부하 임피던스에 따른 상대적 차이가 날 뿐 전부 다 전류증폭 앰프이다.

전압은 필요 음량에 따라서 증폭할 수도 있고 감쇄할 수도 있다.

전압구동앰프와 전류구동앰프는 다르다.

전압구동이 표준이다.

...

해치웠나?