앰프

amp (Amplifier)
증폭장치라는 뜻의 앰플리파이어를 줄여서 앰프라고 한다.

1 증폭장치

입력된 신호의 출력을 키워서 내보내는 장치들을 의미한다. 전기신호 이외에도 빛이나 자기장 같은 신호도 증폭시켜서 내보내면 앰프라고 할 수 있다. 전기신호가 아닌 신호를 처리할 때도 보통은 검출기에서 전기신호로 바꾼 다음에 출력을 증폭시킨 다음에 다시 원래의 신호 형태로 출력하게 된다.

출력이나 통신에 관련된 모든 전자/전기 장비에는 앰프가 들어있다고 봐도 무관하다. 모든 무선통신 장비, 스피커 앰프, 센서 종류 등등 약해진 수신신호를 크게할 필요가 있는 장비에는 어떤 종류든 앰프가 사용된다.

외부에서 공급되는 에너지로 신호를 증폭시켜 내보내야하기 때문에 능동소자로 만들어져있다. OPAMP, BJT와 MOSFET으로 직접 설계한 회로 등으로 만들어지게 된다.

처리할 수 있는 신호의 주파수 대역과 노이즈가 얼마나 적은지에 따라 100원에서 100만 원에 달하는 매우 많은 종류의 앰프들이 반도체 제조회사들에 의해 만들어지고 있다.

2 오디오 앰프

2.1 개요

오디오에서 음성신호를 증폭하는 장비.

2.2 특징/분류

크게 프리앰프와 파워앰프로 구분된다. 이 둘을 합친 것을 인티앰프라고 한다.

프리앰프는 턴테이블이나 라디오 튜너의 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...

사용되는 소자에 따라 진공관 앰프와 TR 앰프로 구분할 수도 있다.

진공관 앰프는 신호증폭을 진공관이 담당하는 물건으로, 왜곡이 엄청나고 효율도 떨어진다. 기묘하게도 이 왜곡된 소리가 편안하게 들려 낡은 기술임에도 선호하는 사람들이 있다.[1] 하지만 하이파이에 관심없는 사람이 별 생각 없이 들으면 일반적인 소리와 크게 달리 들릴 정도는 아니다.

TR앰프는 트랜지스터 소자를 이용한 방식으로 진공관 방식과 비교하면 왜곡이 거의 없고 효율도 매우 높다. 트랜지스터 소자 개발은 80년대에 거의 완성되었고 앰프 기술도 이때 완숙된다. 현재는 매우 저렴하게 고효율, 대출력을 낼 수 있어 가정용 싸구려 앰프로도 소규모 공연장 정도는 빵빵하게 울릴 수 있다. 물론 그런 환경에서 오래 쓸 수 있으냐는 다른 문제이지만. BJT외에 MOSFET, IC소자가 사용되고 원리적으로는 TR앰프와 크게 다르지 않다. MOSFET 소자는 TR에서 진공관의 특성을 흉내내기 위해서 쓰이기도 한다.

프리앰프부에는 진공관을, 파워앰프부에 TR을 사용한 하이브리드 앰프도 있다.

출력단의 형태에 따라 나누기도 한다. 그 중 오디오 앰프로 주로 사용되는 것은, 아날로그 방식에는 Class A, Class AB 등이 있으며 디지탈(스위칭) 방식에는 Class D등이 있다.

  • Class A - 설계가 단순한 편이며 한개의 소자로만 전류를 공급하므로 cross over distortion이 없어, 최고의 음질을 추구하는 경우에도 사용되기도 한다. 최종 출력 디바이스가 언제나 동작하고 있다. 출력이 없는 경우에도 전류가 흐르고 있어야 하므로 그 효율이 매우 낮으며 그에 따라 디바이스 및 장치의 크기 또한 매우 크다. 소자의 비선형 증폭특성에 따른 신호의 왜곡은 큰 편이다.
  • Class AB - 가장 많은 앰프에서 사용되고 있는 방식으로 Class A의 단점을 보완한 것이다. 이름에서 유추할 수 있듯이 Class B[2]와 Class A를 결합한 방식이다. Class B가 전류의 방향이 바뀔때 출력 디바이스(트랜지스터)가 둘 다 꺼져 있어서 출력이 나와야 하는데도 0이 되는 구간이 존재하여 출력되는 전압에 왜곡이 발생하게 되므로 이를 줄이기 위해 두 스위치를 항상 켜둔상태에서 전류의 입출입 방향을 제어한다. 이 때문에 출력소자가 아닌 두 트랜지스터 사이에서도 전류가 흐르게 되며, 이로 인한 전력 소실은 불가피하다.[3] 하지만, 무엇보다 큰 단점은 아날로그 방식 자체에서 발생하는 출력전압 강하에 따른 전력손실은 피할 수가 없서 일반적으로 최대 효율은 50%를 넘지 못한다.[4] 대칭이되는 소자로 구성할 경우 홀수차의 고조파만 발생해서 소자의 비선형적 증폭 특성에 따른 왜곡은 작은 편이다.
  • Class D - 전력상으로는 가장 효율적인 출력방식이다. 다른 앰프는 연속적인 출력을 보인다면 Class D앰프는 Digital 앰프라고도 하며 On/Off의 스위칭만 존재한다. 출력전압은 On/Off의 주기를 조정해서 출력을 조절한다. On/Off만 존재하므로 출력전압 강하에 따른 손실이 없다. 예를 들어 설명하자면 0~20까지 출력이 가능한 앰프가 있을때 10만큼의 출력이 필요하다면 기존의 방식은 10을 상시 출력하게 되고 최고 출력 20에서 강하된 10의 차이만큼의 손실이 발생한다. 하지만 Class D앰프는 On시에는 20만큼 출력하고 Off시에는 0만큼 출력해 출력강하에 따른 손실은 발생하지 않는다.[5] 그 On/Off시간이 동일할 때 평균을 하면 10이 된다.[6] 다만 출력(전압)이 불연속적이므로 적절한 소리가 되도록 사용하기 위해서는 로우패스필터를 장착하게 된다. 스위칭 소자로 사용되는 특성 덕분에 90%대의 효율까지 보이며, 출력에 비해서는 부피도 매우 작다. 하지만, 필터를 거친다하더라도 출력단의 디지탈 스위칭에 따른 신호의 왜곡이 존재하며 스위칭 노이즈는 피할수 없어 고음질의 기기에는 적합하지 않다.

오디오용 앰프는 20Hz ~ 20kHz의 신호 사이에서 노이즈가 얼마나 적고 신호가 얼마나 균일하게 증폭되는지가 중요한 요소이다. 기술의 발달로 믿을만한 업체에서 만든 제품이라면 거의 이 기준을 만족하니 가격대 와 뽀대를 중심으로 고르자.

2.3 경향

진공관 시절에는 앰프가 매우매우 비싼 물건이었고 또한 하이테크 제품이었다. 출력[7]이 매우 작아서 초창기에는 5W 정도만 되어도 우왕! 대출력! 이랬던 것이다. 현재는 만원짜리 싸구려 PC스피커도 출력은 2~5W 가량 된다는 점을 생각하면 참으로 격세지감이다.

이때는 앰프 출력이란 매우 값비싸게 구현되는 것이었기 때문에 스피커는 최대한 효율이 좋은 방식으로 만들어야했다.[8] 확성기나 뿔피리처럼 소리가 증폭되는 구조를 채용하여 스피커가 만들어졌다. 이때 설계로 만들어진 스피커 중 걸작으로 꼽히는 일부는 아직도 시판되는데, 매우 느긋하고 중후한 소리를 낸다. 아무래도 빠르고 비트 강한 현대음악과는 잘 어울리지 않는 편.

TR앰프 시대에 들어서는 저렴하게 대출력을 구현하게 된다. 이것은 단지 음악 감상의 폭이 넓어진 것만 뜻하지 않는다. 새로운 기술의 등장으로 음악 표현의 장이 넓어진 것이다. TR 앰프의 등장이 60년대이고, 락이나 뉴에이지 음악의 영역이 60년대에 넓어진 연유는 무관하지 않다. 트랜지스터가 없으면 전자기타나 신디사이저는 대중화되기 어려운 기술인 것인다. 대출력이 구현되기 쉬워짐에 따라서 스피커는 음압이 낮더라도 박력있는 소리를 낼 수 있는 설계로 방향성이 바뀐다.

70년대에 TR앰프 기술은 완숙기에 들어간다. 80년대에는 TR앰프 기술이 완성되고 기술적인 활력이 크게 줄어든다. 신품이라고 가정했을 때 80년대 만들어진 앰프와 현대에 만들어진 물건을 비교하면 음향적인 면이나 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 되는데 채널 당 60~120W에 이르는 제품도 손쉽게 찾을 수 있다. 그러나 실상은 집안에서 아무리 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 D 증폭방식은 주로 IC로 구성된 일체형 회로로 만들어지므로 설계도 쉽고 가격도 낮은 편이다. 하지만 여전히 엄청난 물량이 소화되는 TR방식에 비해서는 가격이 높다. 하이파이에서도 디지털 증폭 방식이 나오는 추세이지만 모바일에서 더 많이 사용된다. 배터리 사용시간을 최대한 쥐어짜야하는 모바일 특성 때문이다. 핸드폰이나 최근 많이 쓰는 블루투스 스피커들도 싸구려가 아니면 디지털 증폭 방식이 많이 사용되는 추세다.

디지털 증폭이라는 신기술이 나왔는데 왜 덕후들이 환호하지 않지?라는 물을 수 있다. 이에 대한 대답은 쉽지 않지만 오디오 시장이 이미 많이 침체되었고, 결정적으로 저렴한(...) 방식이라 덕후들의 흥을 되려 깨지 않나 싶다. 하이파이 관련 게시판에 가면 "소리가 날카롭다." "온기가 없다." 라면서 굳이 외면하는 모습이 많이 보인다. 그러나 스펙이나 실측 결과는 딱히 다르지 않고 제대로만 만들면 TR앰프보다 되려 우수한 특성을 보인다. 저전력, 고효율 특성 때문에 모바일 붐과 맞물려 알게모르게 영역을 넓혀가는 방식이며 언젠가는 TR앰프를 완전히 대체하리라 예상된다.

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.

최근에는 모바일 붐에 맞춰서 포터블 앰프라는 장르를 개척하고 있다.

2.4 오해

가끔 이어폰이나 헤드폰의 리뷰에 앰프를 물려야 소리가 좋아진다는 이야기가 가끔 언급되는데, 이는 잘못된 상식이다. 일반적으로 앰프의 사용목적은 소스기기에서 나오는 출력으로 구동하기엔 충분하지 못한 고임피던스의 헤드폰이나 대형 스피커를 구동하기 위해 재생된 음원을 왜곡이나 손실없이 증폭시켜 주는 것이기 때문. 짝수배 하모닉스를 증폭시키는 진공관 앰프라던가 음색을 위해 튜닝된 앰프를 사용하는 경우가 아니라면, 소스기기의 출력으로 충분히 음압확보가 되는 경우엔 굳이 앰프를 물릴 필요는 없다.

2.5 앰프의 종류

2.6 관련 항목

3 악기용 앰프

전자신호를 보내는 악기의 소리를 증폭시켜 들을 수 있게 만들어진 앰프들이 있다.
기타 앰프

베이스 앰프
  1. ↑ 진공관 앰프에서는 소리에서 긍정적 효과를 발생시킨다 하는 짝수 배수의 화음이 더 강조되기 때문
  2. ↑ 출력에 두개의 트랜지스터를 사용하며 출력전압에 따라 한 쪽의 트랜지스터만 켜지고 그 쪽으로만 전류가 흐른다
  3. ↑ 물론 이를 줄이는 기술 또한 개발되어 있다.
  4. ↑ 이론상 최대전압으로 출력을 하는 경우 약 78%까지 가능하긴 하다.
  5. ↑ 하지만 스위칭에 따른 손실은 발생하며 이는 고주파로 스위칭을 할수록 높아진다
  6. ↑ On시간의 비율을 D(duty ratio)라하고 최대출력전압을 Vdd라고 할 때 출력전압 V= Vdd*D 이 된다.
  7. ↑ 이 항목에서 출력은 빈번하게 언급된다. 다른 스펙들도 있지만, 그것까지 언급하면 설명이 대단히 복잡해지므로 개괄적인 이해를 위해 편의적으로 출력 부분만 다룸을 밝힌다.
  8. ↑ 스피커의 효율을 두고 음압이라 부른다. 표시 단위는 dB.