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앰프
앰프(amp)는 증폭장치라는 뜻의 앰플리파이어(Amplifier)를 줄여서 한 말이다. 앰프는 사용자가 조절하는 기계이며 간략히 말해서 앰프란 스피커를 움직이기(drive) 위한 역할을 하며 그 수단으로서 적절한 양의 전류를 흘려주는 전기제어장치이다. 작은 신호를 풍성하게(ample) 만들어 준다는 의미이다. 여기에 더해서 소스기기를 선택하는 '셀렉터'의 역할, 음량과 음색을 조절하는 '컨트롤' 기능 등을 합친 개념이 앰프이다.
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목차
개요
앰프는 입력된 신호의 출력을 키워서 내보내는 장치들을 의미한다. 전기신호 이외에도 빛이나 자기장 같은 신호도 증폭시키면 앰프라고 할 수 있다. 전기신호 외에는 보통은 검출기(센서)에서 전기신호로 바꾼 다음에 출력을 증폭시킨 후 다시 원래의 신호 형태로 출력하게 된다.
무선통신 장비, 스피커 앰프, 센서 종류 등 출력이나 통신에 관련된 모든 전자/전기 장비에는 앰프가 들어있다고 봐도 무관하다. 외부에서 공급되는 에너지로 신호를 증폭시켜 내보내야 하기 때문에 능동소자로 만들어진다. OPAMP, BJT와 MOSFET이 주류 소자이다. 다양한 영역에서 사용되는지라 수십 원에서 수억 원에 달하는 매우 많은 종류의 앰프들이 반도체 제조회사들에 의해 만들어진다.
자동차 사운드 시스템에서 앰프는 각 스피커에서 표현 할 소리를 분배하고, 소리를 증폭시키며 나아가 전체적인 음량과 음색을 고음질로 높여주는 역할을 한다. 일반적인 차량의 경우 앰프 없이 AVN의 헤드-유닛에서 소리를 분배하여 표현하기 때문에 앰프가 있는 차량과 대비했을 때 같은 음량이라도 작은 소리가 나오며, 음량을 크게 했을 때 소리가 분배되지 않고 나오는 경우가 있지만, 앰프가 장착되어 있는 차량의 경우 보다 정교한 음량과 음색의 배분과 조절이 가능하다.
기아차 플래그십 모델인 K9와 스팅어도 렉시콘 사운드 시스템을 채택, K9에는 16곳에 17개의 스피커와 최대 출력 900W의 12채널용 클래스D 앰프가 배치됐다. 이탈리아 하이퍼포먼스 럭셔리 브랜드인 마세라티는 르반떼와 기블리 등에 하만이 마세라티를 위해 개발한 바우어스 앤 윌킨스 서라운드 사운드 시스템을 채택,1280W 앰프와 17개 스피커로 구성되었다.
오디오 앰프
앰프 중에서 주로 가청영역대의 음향신호를 증폭하는 장비이다.
헤드유닛에서 소스(보통 CD 정도의 소프트웨어)의 기록된 데이터를 재생하여 앰프로 보내면 앰프는 그 신호를 증폭하여 각 스피커로 보내게 된다. 보통 출력이 높은 앰프를 좋은 앰프라 단정하는 사람들이 있는데, 이는 잘못된 계산이다. 차라리 여러 레벨에서 일정한 주파수 특성을 보이면서 특정대역의 과장됨 없이 왜율이 낮게 형성된 앰프를 찾는 편이 훨씬 좋은 방법이다. 국내에 소개되는 제품들은 저가에서부터 고가의 하이엔드 브랜드 앰프까지 천차만별이며, 소리를 돕는 재생 또한 가지각색이다. 꼭 비싸고 브랜드 이름을 쫓아서 앰프를 선택할 것이 아니라 자신의 취향에 적합한 앰프를 고르는 것이 좋은 방법이다.
수입품인 줄 알고 산 물건이 국내 조립인 경우도 있는데, 시중에는 그 중 조립된 것이 국내 시장에 퍼져 있는 것도 있다. 심지어 유명 브랜드의 앰프 중에도 간혹 국내 조립 제품이 있기도 하다. 그러하기에 수입품이냐 국산품이냐를 따지거나 고가품인가 저가품인가, 혹은 고급 브랜드인가 아니면 막 굴러다니는 싸구려인가를 따지기 전에 제품의 사양을 잘 검토한 후 자신에게 맞는 제품을 선택하는 것이 최우선이다. 앰프는 꾸미고자 하는 시스템에 자신의 개성을 담을 수 있는 것이 가장 소중한 것이 될 수 있다.
특징/분류
크게 프리앰프와 파워앰프로 구분된다. 인티앰프는 이 둘이 합쳐진 형태다.
프리앰프는 턴테이블이나 마이크, 악기 등의 소스기기에서 출력되는 약한 신호를 파워앰프에 보내기 전 적절하게 증폭하는 역할을 한다. 파워앰프는 이 신호를 받아서 스피커에 보낼만한 큰 에너지 신호로 바꾸는 역할이다. 이는 진공관 시대의 산물로, 두 역할을 분리하지 않으면 기기가 너무 크고 복잡해지기 때문이었다. 현재는 고급 기기가 아니면 인티앰프가 주류이고, 특별한 경우를 제외하고는 프리앰프, 파워앰프를 따로 분리할 이유가 없다. 뽀대 이상의 의미가 있다기에는...
진공관, TR(BJT), MOSFET, IC 등 다양한 소자가 있다. 소자는 신호를 증폭하는 핵심 부품이다.
진공관 앰프는 신호증폭을 진공관이 담당하는 물건으로, 왜곡이 크고 효율도 떨어진다. 기묘하게도 이 왜곡된 소리가 편안하게 들려 낡은 기술임에도 선호하기도 한다. 진공관 앰프에서는 소리에서 긍정적 효과를 발생시킨다 하는 짝수 배수의 화음이 더 강조되기 때문이다. 하지만 하이파이에 관심없는 사람이 별 생각 없이 들으면 일반적인 소리와 크게 달리 들릴 정도는 아니다. 진공관 앰프에는 임피던스 매칭을 위한 매칭 트랜스가 있다.
TR앰프는 트랜지스터 소자를 이용하여 진공관 방식과 비교하면 왜곡이 거의 없고 효율도 높다. 트랜지스터 소자 개발은 80년대에 거의 완성되었고 앰프 기술도 이때 완숙된다.
현재는 앰프는 저렴하게 고효율, 대출력을 낼 수 있어 가정용 싸구려 앰프로도 소규모 공연장 정도는 빵빵하게 울릴 수 있다. 물론 그런 환경에서 가정용 제품은 오래 쓰기 어렵다. 공연이나 행사용 앰프·음향 제품은 PA(Public Address)에 속한다. 이들은 높은 내구성과 신뢰성을 우선한다.
MOSFET은 세세한 차이가 있으나 구성은 TR앰프와 유사하다. IC는 앰프의 여러 구성 요소를 칩 하나에 집적한 형태다.
프리앰프나 입력 버퍼에는 진공관을, 파워앰프부에 TR을 사용하거나, 두 소자 모두 증폭시에 사용하는 하이브리드 앰프도 있다.
출력단의 형태에 따라 나누기도 한다. 그 중 오디오 앰프로 주로 사용되는 형태는 Class A, Class AB Class D Class H..등이다.
오디오용 앰프는 20Hz ~ 20kHz의 신호 사이에서 노이즈가 얼마나 적고 신호가 얼마나 균일하게 증폭되는지가 중요한 요소이다. 기술의 발전에 비해 측정을 기반으로한 하이엔드급 생산 업체가 매우 적다. 다양한 측정을 바탕으로 검증된 제품을 선택하자.
경향
이 항목은 출력만 다룬다. 다른 스펙도 있지만, 설명이 복잡해지므로 개괄적인 이해를 위해 제외한다.
진공관 시절에 앰프는 값비싸게 구현되는 하이테크였다. 출력이 작아 초창기에는 5W 정도만 되어도 우왕, 대출력! 이랬던 것이다. 현재는 만원짜리 싸구려 PC스피커도 출력은 2~5W 가량 되고 스마트폰 스피커도 1W급은 된다. 어쨌든 이 시절에는 스피커는 최대한 효율이 좋은 방식으로 만들어야 했다. 확성기나 뿔피리처럼 소리가 증폭되는 구조를 채용하여 스피커가 만들어졌다. 이들 중 걸작으로 꼽히는 스피커 일부는 아직도 시판되는데, 느긋하고 중후한 소리를 낸다. 비트가 빠르고 강한 현대음악과는 잘 어울리지 않는 편.
TR앰프 시대에 들어서는 저렴하게 대출력을 구현하게 된다. 이것은 단지 음악 감상의 폭이 넓어졌음 만을 뜻하지 않는다. 새로운 기술의 등장으로 음악 표현의 장이 넓어진 것이다. TR 앰프의 등장이 60년대이고, 락이나 뉴에이지 음악의 영역이 60년대에 넓어진 연유는 유관하다. 트랜지스터가 없으면 전기기타나 신디사이저는 대중화되기 어려운 기술인 것이다. 대출력이 구현되기 쉬워짐에 따라서 스피커는 음압이 낮더라도 박력있는 소리를 낼 수 있는 설계로 방향성이 바뀐다.
70년대에 TR앰프 기술은 완숙기에 들어간다. 80년대에는 기술이 완성되고 활력이 크게 줄어든다. 80년대와 현대 앰프를 비교하면 음향적이나 기술적인 면에서 큰 차이가 없다. 완성도도 높아 오래 사용이 가능하고, 어지간하면 버려지지도 않는다. 즉 점차 수요가 줄어들 수밖에 없다는 것. 관련 업체들은 실용성보다는 마케팅적인 측면에서 대출력 앰프들을 대거 출시하게 된다. 채널 당 60~120W에 이르는 제품도 손쉽게 찾을 수 있다. 그러나 실상은 집안에서 빵빵하게 틀어봤자 최대출력의 1/10~1/5도 사용하지 못한다. 마이클 잭슨이나 빌 게이츠 집이 아니라면 저만한 출력은 무쓸모다. 90년대 들어서 오디오에 대한 관심이 점차 시들해진 이유도 기술이 완성단계에 이르러 덕후들의 관심을 더이상 끌 수 없게 된 점도 한몫한다. 자동차나 카메라, 시계 등의 취미가 남자들 마음에 불을 지르는 이유는 끊임없는 신기술 개발이 한몫 한다는 점을 생각하면 이해가 쉬우리라. Class D라는 새로운 방식이 등장했지만 오히려 스마트폰이나 텔레비전의 내장 스피커를 위한 앰프로 널리 사용되었지 이로 인해 오디오 시장이 부흥하진 못 했다. 대신 매우 작은 크기와 높은 효율로도 대출력이 가능해져 블루투스 스피커나 IoT스피커가 등장하는데 도움을 주긴 했다.
앰프의 역사는 오디오 흥망의 역사와 함께한다. 자동차에 비유하면 앰프는 엔진에 속하고 스피커는 바퀴 정도 역할이랄까. 어쨌든 현재는 오디오가 가정 필수품으로 인식되지 않고 수요도 많이 줄어서 관련 업체들은 고민이 깊다.
오디오 앰프의 종류
- 프리앰프
- 파워앰프
- 인티앰프
- 진공관 앰프
- TR 앰프
증폭소자의 동작 원리
증폭이란 원래의 신호에 비례해서 전기(전자)의 흐름을 늘리는 일이라고 했다. 증폭소자의 주류가 된 트랜지스터에는 바이폴라 트랜지스터(Bipolar junction transistor)와 FET(field-effect transis tor) 등의 종류가 있는데, 가장 흔히 쓰이는 것은 바이폴라 트랜지스터이다. 바이폴라 트랜지스터는 3개의 반도체를 접합시킨 구조를 가지고 있고, 각 반도체에는 발이 달려 있다. 세 개의 발 중 하나에 전류를 흘려주면 마치 밸브가 열리듯 그에 비례해서 다른 발에 확장된 전류가 흐른다. 신호가 증폭되는 것이다.
진공관의 경우에는 열을 받은 음극(캐소드; cathode)에서 양극(플레이트; plate)으로 전자가 날아가는 원리를 이용한 것인데, 이 둘의 가운데 그리드(grid)를 설치한 3극관이 발명되면서부터 음극에서 양극으로 날아가는 전자의 양을 조절할 수 있게 되었다. 이 점을 제외하면 트랜지스터와 증폭되는 방식은 큰 차이가 없다.
진공관은 구세대의 증폭소자임에도 불구하고 트랜지스터가 일반화된 현재에도 증폭소자로서 여전히 병용되고 있다. 트랜지스터에서는 필요 없는 주변 장치들을 요하는 설계상의 번잡함과 더불어 적당히 왜곡도 있고 능률도 낮지만 트랜지스터가 구현하지 못하는 청감상의 장점을 갖기 때문이다. 진공관의 경우는 전자가 진공상태인 허공을 날아가면서 증폭이 이루어지는데 반해, 트랜지스터는 고체상태인 반도체를 이동하면서 증폭이 이루어진다고 해서 트랜지스터를 이용한 앰프를 솔리드 스테이트(solid state) 앰프라고 하기도 한다.
앰프의 스펙
귀로 듣기 이전에 앰프의 재생품질을 대략 가늠해볼 수 있는 방법은 '스펙(specification)'을 보고 이해하는 일이다.
출력
출력은 앰프가 전력(단위시간 동안의 전류)을 만들어 내는 능력을 의미하며 ‘와트’(W)로 표기한다. 높은 출력은 큰 소리를 낼 수 있다는 의미이며 많은 증폭소자가 투입되어야 한다. 재생 품질을 판단하기 이전에 최소한 앰프가 하는 일의 양을 가늠하는 지표는 된다. 하지만, 출력이 의미를 가지려면 출력수치 자체 보다는 얼마만큼 왜곡을 최소화하느냐(THD)가 병행되어야 한다. 예를 들어, 야채상의 트럭에서 쩌렁쩌렁하게 울려대는 소리는 출력은 높지만 왜곡이 크기 때문에 음악적인 재생의 의미는 없는 것이다. 참고로 실효출력(정격출력)이란 지정된 왜곡율을 넘지 않는 상태에서 최소 30초 동안 연속해서 이끌어 낼 수 있는 '연속출력'을 의미한다. 보통은 8Ω의 스피커 임피던스를 기준으로 측정하며, 상기 표와 같이 임피던스가 절반이 되었을 때 출력이 두 배로 늘어나는 앰프를 선형성(linearity)이 좋다고 하며, 전원부의 용량이 큰 앰프에서 가능한 일이다.
왜율
모든 앰프는 왜곡율이 완전무결하게 '제로'가 될 수는 없기 때문에 앰프의 증폭 척도가 되는 '출력'과 더불어 '왜곡율'을 표시하고 있다. 보통 전고조파왜곡율(THD)로 표기하는데, 앰프의 증폭과정에서 생성되는 '고조파' 변형 비율을 출력대비 %로 나타낸 수치이다. 앰프의 왜곡으로서 나타나는 대표적인 현상들은 고역 끝이 거칠게 들린다던가, 큰 음량이 출력되는 순간 음이 찌그러진다던가, 저역이 잘 들리지 않는다던가 하는 등의 경우가 있겠다. 일반적으로 THD가 5% 정도에 이르기 이전까지는 청각적으로 음이 변질되었다던가 하는 점을 느끼기 어렵다.
S/N 비율
험(hum)이나 노이즈(noise) 등의 잡음에 대한 출력신호 비율을 데시벨(dB)로 표기한 수치이다. 따라서 이 수치가 크면 잡음대비 출력수치가 높은 재생이 가능하다는, 혹은 동일 출력 하에서 잡음의 유입이 적다는 의미가 된다. 얼핏 숫자가 낮아야 좋은 것으로, 반대로 생각하는 경우가 있는데 신호의 순도를 의미하는 수치이니 높아야 좋다.
댐핑팩터
앰프가 스피커를 제어하는(정지시키는) 정도를 나타낸 수치로서 '스피커의 임피던스 ÷ 앰프의 출력 임피던스'로 표시한다. 따라서 앰프의 출력 임피던스가 낮으면(앰프의 전류전송이 원활하면), 스피커를 소스신호에 있는 대로 정확한 속도로 제어하게 된다. 한 때 고난도 스피커의 제동력을 가늠하는 주요지표로 인식되었을 만큼 스피커를 컨트롤하는 척도가 되어 왔으며 전원부의 용량과 품질에 크게 좌우되는 부분이다. 대역별로 보면 보통 댐핑팩터가 큰 경우 저역의 벙벙거림이 단정하게 통제되어 들린다고 보면 이해가 빠를 것으로 보인다.
재생주파수 대역
앰프가 재생할 수 있는 주파수 대역을 의미하며, 스피커에서는 대단히 중요한 지표가 되지만 앰프에서는 그다지 의미를 갖지 않는다. 웬만한 음악재생용 앰프라면 소스에서 전송되는 음원의 전 대역을 커버할 수 있기 때문이다.
몇 가지 대표적인 앰프를 놓고 이상과 같이 스펙을 비교해 보면 대략 앰프에 대한 감이 오게 될 것이다. 처음엔 익숙지 않겠지만, 소리까지 들어보면서 차분히 비교해 볼 기회를 갖는다면 조만간 저 숫자들이 눈에 익숙해 지면서 그대로 특정 제품의 소리처럼 들려올 것이다.
동영상
참고자료
- 〈앰프〉, 《나무위키》
- 〈앰프〉, 《오디오 용어사전》
- 〈앰프는 무슨 일을 하나?〉, 《오디오 가이드》
- 〈앰프〉, 《위키백과》
- 최기성 기자, 〈최기성의 허브車“이(耳) 맛에 산다”…살맛나는 車, ‘복면카왕’ 〉, 《매일경제》, 2020-06-11
같이 보기
