진공관 앰프와 반도체 앰프의 음질적 특성(3)

오늘은 각 소자 특성에 따른 증폭기의 임피던스와 댐핑팩터에 의해 변하는 음질적 특성에 대하여 알아 봅니다.

재미삼아 읽어보실 정도의 깊이로 하였지만, 어느 정도의 깊이도 고려하였습니다.

 

*. 이상적인 증폭기의 입력 임피던스는 가능한 높은 것이 좋고,

출력 임피던스는 가능한 낮을수록 좋습니다.

 

이런 임피던스 특성이 각 소자별로 구성된 증폭기의 경우 어떻게 되는 지 알아 봅니다.

 

 

먼저 반도체 소자중 대표적인 트랜지스터의 경우 입니다.

 

트랜지스터는 전류로 구동되는 특성상 베이스로 전류가 흐릅니다.

이런 이유로 입력 임피던스가 낮습니다. 

그리고 콜렉타와 에미터간의 높은 내부 저항으로 인해 출력 임피던스가 높습니다.

 

이상적인 특성과 전혀 상반된 특성을 가지고 있습니다만,

회로적으로 극복하여 실용상 문제가 없을 정도로 해결하고 있습니다.  

 

트랜지스터는 베이스, 에미터, 콜렉타라고 명명된 세 개의 단자를 가지고 있으며,

어느 단자를 접지하느냐!에 따라 각각의 독특한 작용을 합니다.

 

ㄱ) 에미터 접지 (진공관에서는 캐소드 접지)

가장 많이 사용하는 방식으로 베이스에 입력을 넣고 콜렉타에서 출력을 꺼냅니다.

중간 정도의 입력 임피던스와 높은 출력 임피던스를 가지고 있습니다.

증폭 이득은 가장 높습니다만, 왜율 특성과 주파수 특성은 가장 나쁩니다.

에미터가 교류적으로 접지되어 있습니다.

 

ㄴ) 베이스 접지 (진공관에서는 그리드 접지)

에미터에 입력을 넣고 콜렉타에서 출력을 꺼냅니다.

매우 낮은 입력 임피던스를 가지며 중간 정도의 출력 임피던스를 가집니다.

이득은 작지만, 왜율이 적고 주파수 특성이 좋습니다.

베이스가 교류적으로 접지되어 있습니다.

 

ㄷ) 콜렉타 접지 (진공관에서는 플레이트 접지)

베이스에 입력을 넣고 에미터에서 출력을 꺼냅니다.

이득은 항상 1보다 작습니다.

높은 입력 임피던스를 가지며 낮은 출력 임피던스를 가집니다.

내부에서 100%의 부귀환이 걸려 있으므로 왜율이 적고 주파수 특성이 좋습니다.

콜레타가 교류적으로 접지되어 있습니다.

입, 출력 임피던스의 차를 이용하여 버퍼단으로 주로 사용됩니다.

에미터가 공중에 떠있다고 하여 에미터 플로워라고도 합니다.

 

 

*. 위의 접지 방식별 특성은 진공관 소자에도 그대로 적용됩니다.

에미터 접지는 캐소드 접지,

베이스 접지는 그리드 접지,

콜렉타 접지는 플레이트 접지 또는 캐소드 플로워..

 

 

접지 방식에 따라 변하는 소자의 특성을 이용하여 원하는 전기적, 음질적 특성을 얻고 있으며,

입력 임피던스를 높이고 출력 임피던스는 낮추는 회로를 구성하기도 합니다.

 

*. 트랜지스터는 이득이 매우 높으므로,

이득의 일부를 부귀환으로 이용하여 이상적인 임피던스로 보정하는 역활을 합니다.

 

 

 ㄱ) 병렬 부귀환

이득이 높은 에미터 접지방식에서 주로 사용되며 콜렉타에서 베이스로 입력의 일부를 되돌려 주는 방식입니다. 귀환용 저항으로 인하여 입, 출력 임피던스를 모두 낮아 집니다.

 

ㄴ) 직렬 부귀환

2단 이상으로 구성된 증폭기에 사용됩니다.출력으로 나타난 신호를 입력단의 에미터로 보냅니다.

귀환용 저항이 입력단에 병렬로 작용하지 않으므로 입력 임피던스가 낮아지는 일은 없습니다.

 

실용회로에서는 직, 병렬 부귀환 회로를 적절히 조합하여 입력 임피던스는 더욱 높이고 출력 임피던스는 더욱 낮추고 있습니다. 

 

 

그런데 이런 과정에서 나타나는 특성 중에 하나가 댐핑팩터가 높아진다는 것입니다.

댐핑팩터는 부하 임피던스에 출력 임피던스를 나눈 값으로 음질에 많은 영향을 줍니다.

 

가령, 스피커의 임피던스가 8옴이고 앰프의 출력 임피던스가 0.01옴이라면,

8/0.01= 800 

댐핑팩터는 800이 되며,

실제로는 1,000 이상의 댐핑팩터를 갖는 경우도 흔합니다.

 

 

반면, 진공관 소자는 전압으로 구동되는 특성상 입력 임피던스가 매우 높으며, 출력 임피던스도 높습니다.

 

반도체 앰프는 출력 임피던스가 낮아 스피커와 직결할 수 있지만, 

진공관에서는 스피커의 임피던스를 맞추기 위하여 임피던스 결합용 트랜스를 사용합니다. 

 

이 트랜스는 종단의 부하로서도 작용하므로 출력트랜스라고 부릅니다.

 

소자의 특성과 회로적 구성으로 인하여 진공관 앰프는 댐핑팩터가 매우 낮습니다.

부귀환이 전혀 걸리지 않는 무귀환 앰프일 경우, 통상 5~15정도가 됩니다. 

 

 

*. 앰프에서 댐핑팩터가 음질에 주는 영향은 큽니다.

 

스피커의 제동력을 뜻하는 댐핑팩터는 수치가 높을수록 제동력이 높아집니다.

 

그런데 댐핑팩터가 낮아지면 큰 파동 뒤에 작은 파동이 따라붙는 현상이 발생합니다.

이것은 마치 물의 표면에 돌을 던지면 중심부에서부터 시작된 물결의 파동이 점차 작아지면 멀리 퍼지는 현상과 비슷합니다.

 

진공관 앰프에서 저음을 재현 할 때 딱딱 끊어지는 절도감 있는 음으로 되기 어려운 이유입니다. 

 

반면, 댐핑팩터가 수 백 내지, 수 천이 되는 반도체 앰프에서는 높은 제동력으로 인하여 절도있는 음으로 됩니다.

 

진공관 앰프에서는 낮은 댐핑팩터로 인하여 제동력이 떨어지고 그로 인하여 음의 끝부분에 작은 파동이 따라 붙는 현상이 발생하는데, 이것이 메아리의 울림처럼 작용하여 잔향감이 살아납니다.

 

이런 특성은 반도체 앰프에서는 실현 불가능한 내용입니다.

 

그러나 진공관 앰프도 부귀환의 량을 늘려가면 어느 정도 댐핑팩터가 증가하여, 이런 음의 특징이 부귀환의 량 만큼 저하되어 갑니다.

 

이것이 부귀환을 늘려가면,

진공관 앰프이지만 반도체 앰프에 가까운 음으로 되는 이유 중 하나 입니다.

 

*. 댐핑팩터에 대하여 조금 더 자세한 내용을 알고 싶으신 분은 기술컬럼 5번 게시물을 참조하여 주십시오.

 

다음 회로 이어집니다.

 

자료 출처: 운영자 직접 작성