*적용중인 도장
아래의 사진에 나와있는 앰프들은 뛰어난 설계와 음향으로 당대 오디오 애호가들을 사로잡았던 제품들이고 아직도 현역으로, 신품으로도 나오는 것들이 있습니다.
앰프의 증폭 방식은 A급, B급, AB급 그리고 D급으로 분류된다. 그런데 A와 B처럼 알파벳 순으로 분류되어 있으면 무조건 A가 낫고 B가 못하다는 생각을 하기 쉽다. 더구나 잘 알려진 고가의 앰프 중에 순 A급 증폭을 강조하는 앰프들이 많아서 애호가들은 더욱 A급에만 집착하기 쉽다. 하지만 최근 하이엔드 앰프 메이커들의 동향을 보면 A급보다는 AB급 증폭방식이 더욱 선호되는 듯하다. 지금까지 A급 앰프를 주로 만들던 하이엔드 메이커, 예컨대 그리폰이나 마크 레빈슨은 AB급 증폭 방식으로 돌아선지 오래다. 게다가 A급 증폭 방식이라고 하더라도 모두 같은 것은 아니다. 고집스럽게 A급 증폭만을 고집하던 크렐도 몇 년전부터는 가변 바이어스 방식이라는 변형 회로를 채택하고 있다. 결국 앰프의 증폭 방식이라는 것은 단순하게 회로의 종류를 분류한 것에 지나지 않으며, 앰프의 소리를 결정하는 수많은 요인 중 하나에 불과한 것이다. 먼저 A급 증폭에 대해 상세히 알아보자.
음악 신호는 교류다. 즉 (+)와 (-)의 값이 교대로 나타난다. 예를 들어 북을 쳤다고 생각해 보자. 북의 가죽 표면은 원래 정지해 있었다. 북을 치면 가죽 표면은 정지해 있던 면(0)을 기준으로 위(+)와 아래(-)로 반복하여 진동하게 된다. 오디오라는 것은 결국 이러한 (+) (-)로 진동하는 신호를 상응하는 전기 신호로 바꾼 뒤, 전기의 힘으로 스피커 유닛의 진동판을 (+) (-) 방향으로 똑같이 움직이게 하여 공기를 진동시키는 장치를 의미한다. 즉 스피커로 북 소리를 재현하게 되면 가죽 표면이 (+) 위치에 있을 때 스피커의 진동판이 앞으로 나오고 (-) 위치에 있을 때 스피커 인클로저 쪽으로 들어가게 되는 것이다. 물론 이 때 가죽 표면이 (+) 위치에 있을 때 스피커의 진동판이 (-) 위치에 있고 가죽 표면이 (-) 위치에 있을 때 진동판이 (+)에 있다고 하더라도 소리에 있어서 별 상관은 없다. 이렇게 방향이 뒤집힌 것은 ‘역 위상’ 또는 줄여서 ‘역상’이라고 부른다.
요즘 CDP에서 나오는 전기신호의 크기는 대략 2V정도 된다. 언급한 북의 예를 생각하면 가죽 표면이 가장 높이 올라갔을 때에 상응하는 전기 신호의 크기가 1V 정도 된다고 생각하면 되겠다. 그런데 이 정도 크기의 전압과 낮은 전류로는 스피커 유닛을 움직일 수가 없다. 당연히 이 신호를 뻥튀기(증폭)해 주어야 하는데 그 역할을 하는 것이 바로 앰프이다.
앰프에서 신호를 가장 간단하게 증폭하는 방법은 트랜지스터를 단 한 개만 쓰는 것이다. 그런데 트랜지스터는 원래부터 (+)와 (-)를 모두 증폭할 수 없다. 조금 더 깊이 설명하면 트랜지스터는 만들어질 때부터 NPN형과 PNP형으로 구분되는데, NPN은 (+)신호만, 그리고 PNP는 (-)신호만 증폭할 수 있는 것이다(FET도 마찬가지로 N채널과 P채널로 구분된다). 그런데 앞서 언급한 대로 음악신호는 (+)와 (-)가 교대로 나타나는 교류이므로 하나의 트랜지스터로는 음악신호를 증폭할 수 없는 것이다. 물론 꼼수는 있다. 교류신호에 (+) 값의 전압을 더하는 것이다.
원래 교류는 0을 중심으로 (+) (-)가 변화하는데 예컨대 전체 신호에 10V를 더해 주었다고 하면 신호 전체가 10V씩 커지므로 10V를 중심으로 커졌다 작아졌다 할 수 있다(만일 원래의 교류 신호가 -1V와 +1V 사이에서 변화했다고 하면 9V에서 11V사이에서 변화하게 될 것이다). 즉 신호를 항상 (+)의 상태를 유지시키는 것이 가능하다. 이렇게 신호가 (+)가 되면 NPN 트랜지스터만으로도 증폭이 가능하다. 물론 반대로 (-) 값을 더해 주고 PNP 트랜지스터만으로 증폭하는 것도 가능하다. 이렇게 신호에 더해주는 전압을 바이어스(bias) 전압이라고 부른다.
한편 하나의 출력석 또는 진공관만을 이용하여 증폭하는 앰프를 싱글 앰프라고 한다. 진공관은 일반적으로 트랜지스터보다 개당 출력이 크므로 싱글 구성에 유리하다. 특히 애호가들 중에는 3극관 싱글 앰프를 가장 순수한 소리를 내는 이상적인 앰프라고 믿는 분들도 많다. 하지만 이렇게 소자를 하나만 사용하게 되면 큰 전류를 흘릴 수도 없고 높은 전압도 걸 수 없기 때문에 출력을 높일 방법이 없다.
그래서 특히 개당 출력이 낮은 트랜지스터를 사용하는 앰프의 경우에는 PNP와 NPN을 함께 사용한다. 우선 (+) 신호만을 증폭할 수 있는 NPN으로 (+) 바이어스 전압을 주고 위에서 설명한 바와 같이 음악 신호를 증폭한다. 그리고 PNP로는 음악 신호를 역상으로 뒤집고, NPN과 같은 크기의 (-) 바이어스를 걸어서 증폭한다. 이렇게 되면 NPN과 PNP에 흐르는 음악 신호는 0을 중심으로 거울을 보듯 완전히 대칭이 되고 NPN과 PNP 트랜지스터도 대칭으로 동작하게 된다. NPN에 +10V가 걸리면 PNP에는 -10V, NPN에 +2V가 걸리면 PNP에는 -2V가 걸린다는 뜻이다. 그리고 PNP에서 (+), NPN에서 (-) 출력을 뽑게 되면 (+)와 (-) 소자에 걸리는 전압의 두 배를 얻을 수 있는 것이다.
한편 앰프 출력의 크기는 전압에 전류를 곱한 값으로 결정되므로 전압이 두 배가 된다는 이야기는 출력이 네 배가 된다는 이야기와 같다. 즉 NPN이나 PNP만으로 앰프를 구성한 것과 비교하여 NPN과 PNP를 같이 쓰면 출력이 더욱 커지므로 거의 모든 앰프에서 이런 방식을 채택하는 것이다.
한편 진공관은 트랜지스터와는 달리 (+) (-)를 가리지 않는다. 따라서 동일한 출력관을 쌍으로 사용하여 하나는 NPN처럼 정상의 신호를 증폭하고 다른 하나로는 역상의 신호를 증폭하여 그 사이에서 출력을 낸다.
진공관이나 트랜지스터나 이렇게 쌍으로 이루어진 증폭단을 푸시풀(push-pull) 방식이라고 한다. 흔히 푸시풀 방식이라고 하면 B급 증폭으로 오해하는애호가가 많은 것 같은데 사실은 그렇지 않다. 푸시풀 회로로 A급, B급 AB급 증폭이 모두 가능하다. 한편 전류의 공급 능력을 향상시키기 위하여 이러한 쌍을 여러 조 병렬로 쓰기도 한다. 예컨대 한쪽 채널의 출력단에 NPN 4 개와 PNP 4개를 사용한다면 4 병렬 푸시풀 방식이 되는 것이다.
이제 A급 증폭의 정확한 정의를 밝힐 때가 된 것 같은데, A급 증폭이라는 것은 음악 신호를 나누지 않고 증폭 소자로 증폭하는 것을 의미한다. 좀 더 상세히 설명하자면, 위에서 음악 신호에 굳이 바이어스 전압을 더해 준 이유는 신호 전체를 (+)나 (-)로 만들어 NPN이나 PNP로 온전히 보내기 위함이었다. 만일 바이어스를 주지 않고 신호에서 (+) 부분만을 NPN으로 보내고, (-) 부분은 PNP로 보냈다면 이는 신호를 나눈 것이 되므로 A급 증폭이 아닌 것이다.
A급 앰프는 효율이 매우 낮다. 전술한 바와 같이 음악 신호가 0일 때도 출력단에는 늘 바이어스 전압이 걸려 있으므로 전류가 흐르고 있게 된다(앰프를 켜놓으면 음악을 듣지 않더라도 무조건 출력단이 증폭 활동을 하는 것이다). 출력단에 늘 큰 전류가 흐르고 있기 때문에 열이 많이 발생하는 것은 당연하다. 열이 발생한다는 것은 유용한 전기 에너지를 열로 버리는 것과 동일하므로 결론적으로 효율이 낮은 것이다.
앰프에서 발생하는 열이라는 것은 우리에게는 전혀 쓸모없는 것이지만, 한국전력공사에게는 중요한 것일 게다. 실제로 엄청난 전기세 때문에 A급 앰프를 포기한 애호가들도 많이 보았다. A급 증폭 방식으로는 소출력의 앰프를 만든다고 하더라도 거창한 크기의 전원부가 필요하며 방열판의 크기도 무척 커야만 한다. 오래된 A급 앰프들을 보면 방열판이 변색된 경우가 많은데 이것도 열 때문이다. 한편 열
발생에 대하여 충분히 대비하지 못한 앰프는 내구성면에서 치명적인 결함을 가질 수도 있다.
물론 A급 증폭에 단점만 있는 것은 아니다. A급 앰프는 신호를 나누지 않고 증폭하므로 앞으로 B급 증폭에서 설명할 스위칭 왜곡이 근본적으로 존재하지 않는다는 매력적인 장점이 있다. 스위칭 왜곡은 고주파일수록 크게 나타나는데, 따라서 잘 만든 A급 앰프에서는 고역 특성이 부드럽고 자연스럽다.
한편 A급 앰프는 출력은 낮아도 구동력이 좋다는 이야기를 간간히 듣는데, 이는 근거가 없는 이야기다. 아마 A급 앰프들은 대부분 값비싼 고급 제품이 많아서 출력에 비해 훨씬 넉넉한 대용량의 전원부를 가지고 있고 여유 있는 출력단과 대형 방열판을 포함하기 때문일 것이다. 스위칭 왜곡은 앰프의 소리를 결정하는데 있어서 수많은 요소 중의 하나일 뿐이며 A급 앰프에만 집착할 이유는 없다.
한편 항상 A급 증폭만을 고집하던 크렐은 가변 바이어스 방식이라는 변형된 A급 앰프들을 만들고 있다. 가변 바이어스라는 말 그대로 바이어스 전압의 양을 조정할 수 있는 회로로서 초기에는 사용자가 바이어스 레벨을 직접 선택하는 수동식이었다가, 후에 마이크로 프로세서를 사용하는 자동 회로로 진화되었다. 즉, 마이크로 프로세서가 앰프로 들어오는 음악 신호를 체크하여 신호의 크기가 작으면 바이어스 전압을 조금만 더해주고, 음악 신호가 커지면 바이어스 전압을 많이 더해 주는 것이다. 따라서 항상 A급 증폭 동작을 하면서도 열이 적게 나고 효율이 크게 개선되었다. 다음 편엔 B급 증폭 방식에 대해 알아보자.
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좋은 자료 감사합니다.