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앰프 전류증폭과 gain의 차이점.

FADELART FADELART
6502 1 12

안녕하세요. 제가 현재 쓰는앰프가 
  
 Pro-ject사의 Head box ds2인데요 
   
 (사진) 
 

Pro-Ject-Head-Box-DS2-Silver_P_1200.jpg

Head-Box-DS2-B-R-x900.jpg

 
 img.jfif  
 
 이 앰프에는 Current 조절장치와 Gain 이 따로있습니다. 
  
 보통 앰프에는 Gain만 있는데요 평판형 헤드폰은 전류소모가 심하다고 해서 구매했습니다. 
  
 그런데 이 전류증폭? 단을 바꿀때마다 볼륨에 차이가 생기는데요 어떤사람은 전류량 변화를 줘도 
  
 볼륨에는 차이가 없어야 정상이라고 하기도 하고 볼륨에 차이가나면 엄밀히말해 진짜 current 증폭은 
  
 아니라고 하시네요. 
  
 이 전류증폭 앰프가 어떤 원리인지 정확하게 아시는분 계시나요? 
  
 

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키큰사람 키큰사람님 포함 1명이 추천

댓글 12

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profile image 1등

전압증폭앰프는 전압을 키웁니다
헤드폰앰프라면 앞단 소스기기로부터 받은 신호를 헤드폰단으로 보내는 경우겠지요
감상용 오디오기기의 언밸런스드 라인레벨 신호라면 0dBFS(만땅)가 보통 2v정도인데요
dac의 아웃풋도 2v가 만땅이고 헤드폰앰프의 인풋도 2v가 만땅인 이상적인 상황이라 치고, 신호를 만땅으로 보내고 만땅으로 받았다 칩니다
그러면 헤드폰앰프의 볼륨을 기본위치(예를 들어 12시방향. 보통은 안알랴줌)에 두었을 때 헤드폰단으로 2v짜리 신호가 출력되는 식입니다
볼륨을 시계방향으로 더 열면 음량이 커지는데 음량은 전압에 그대로 따라가죠
즉 전압이 증폭된 것입니다
기능으로만 보면 이게 전압증폭입니다

 
 그리고 어떤 앰프를 놓고 얘가 전류증폭이라고 굳이 칭한다면 그건 순수한 의미에서는 전압은 그대로 두고 전류가 흘러나가는 양만 늘리는건데요
이런게 왜 나왔냐면 전압만 튀기는 방식의 앰프한테 걔가 감당 못 할 정도로 임피던스가 낮은 스피커(헤드폰)를 붙이면 에러가 나기 때문입니다
에러라고 해서 막 연기나고 터지고 그런건 아니고, 왜곡이에요
전압강하라고 해서 전류공급량이 넉넉히 따라가주지 않으면 전압이 올라가다가 꼬라박는 현상이 있는데요
이게 왜곡의 원인이고 귀에 아주 잘 들립니다

 
 다시 한번 더,
앰프 작동방식이 전압증폭이라 하더라도 볼륨을 올리면 그 신호를 받아먹는 스피커의 임피던스에 맞도록 전류도 더 많이 보냅니다
그래서 전압증폭앰프에는 사실 전류증폭기능도 있기는 있는 셈이 됩니다
그런데 이게 어느정도만 되도록 적당히 만든 전압증폭방식 헤드폰앰프에 댄클락이나 akg같이 임피던스 낮고 감도도 낮은 헤드폰을 연결했을 경우,
음량이 시원하게 안 들릴테니 볼륨을 막 올리게 되겠죠?
그러면 앰프는 전압을 올려주고 싶지만 전류의 토대가 든든하지 못해서 계속 꼬라박습니다
이렇게 되지 않기 위해서 1. 더욱 큰 규모의 전류를 원활히 공급해줄 수 있는 전압증폭방식 헤드폰앰프 2. 전압은 그렇다 치고 전류만큼은 에누리 없이 빡! 밀어줄 수 있는 전류증폭방식 헤드폰앰프 의 두가지 중 하나가 필요하게 됩니다
그런데 어느 쪽이든간에 하자 없이 아주 짱짱하게 만들기만 했다면 근본적인 퀄리티 차이가 있을 것 같지는 않네요
프로젝트 홈페이지에 가서 스펙을 보니까 33옴에서 550mW까지 나온다고 되어 있는데 이러면 전압기준으로는 33옴에서 4.2v정도까지 만들어줄 수 있다는 식이거든요
저는 헤드박스ds2랑 왜율이 거의 동등하고 33옴 최대전압 4.2v가 스펙에 기재되어 있는 전압증폭방식 헤드폰앰프가 헤드박스ds2와 정량적인 차별점이 있을 것 같지는 않다고 봅니다

 
 그리고 전류증폭량 변경할 때 음량이 변하면 안되는게 원론적으론 맞습니다
저런거 설계할만한 사람들 기준으로는 낫 놓고 ㄱ자 읽는 수준의 명확한 사실인데 제품이 왜 그렇게 작동하는진 모르겠네요
볼륨 말고 음색이나 공간 넓이감 같은데서도 다르게 들릴 것 같지는 않는데, 헤드폰을 뭘 쓰시는지는 모르겠지만 아무튼 임피던스가 막 20옴 14옴 이런거라면 high로 두시는게 바른 설정일 것 같군요

FADELART글쓴이 추천
06:45
20.10.29.
2등

 설명하려면 전압/전류구동에 대한 이해가 조금 필요한 것 같습니다.  
 
 우철님께서 아주 상세하게 잘 설명해 주셨는데, 조금 더 덧붙여보자면, 구동방식의 특성상, 전압구동앰프의 경우 최종단에서 볼륨을 조절하는 방식으로, 전류구동앰프의 경우에는 보통은 입력단의 게인을 조절하는 방식으로 음량을 조절하게 됩니다. 
 
조금 더 파고들면, 
  
아주 기본적인 구조의 전류구동앰프의 경우 총 게인이 1x일 것인데, 이 말은 소스단에서의 입력전압 이상의 전압을 낼 수가 없다는거죠. 그래서 전류구동앰프에서는 음량조절시 소스단->앰프로 입력받는 부분의 게인을 조절하는 방식으로 음량조절이 들어가는 제품들이 많고, 이대로는 원하는 음량을 낼 수 없는 경우가 있기때문에, 필요한 경우, 입력단에서 1차로 전압증폭단을 집어넣는 경우도 있습니다. 일종의 하이브리드 앰프처럼 구성된다고 봐도 되겠네요. 잘 만들어진 전류구동방식의 앰프의 경우 대응가능한 부하상황에서 비교적 일정한 전류량을 지속적으로 공급하는 방향으로 출력됩니다. v=ir이기때문에 헤드폰의 임피던스 피크따라 주파수응답특성이 변동되는 것이 특징입니다.(매칭에따라 단점이 될수도, 장점이 될수도 있겠네요) 어지간하면 헤드폰의 최적구동에 필요한 전류량이 공급되기때문에 주파수응답 외적인 부분의 특성은 큰 어려움 없이 좋게 잘 나오는 장점이 있습니다. 임피던스특성이 평탄한 제품에서는 주파수응답특성이 변하지 않기때문에 그런 제품과는 좋은 매칭이 될 가능성이 높아지겠죠.
 
 전압구동앰프의 경우에도 충분한 양의 전류를 공급하는게 필수적이라 전압구동앰프쪽에서도 최소한의 전류증폭을 하게됩니다. 이쪽의 경우에는 지정한 전압에따라 필요한 전류량이 변동되어 출력되는 방향으로 동작합니다. 출력임피던스가 충분히 낮은경우 헤드폰이나 이어폰의 임피던스특성에 큰 영향을 받지 않는 장점이 있습니다만, 전류증폭이 부실한 경우 우철님께서 말씀하시는 문제가 발생합니다.
 
 엄밀히말하면 현재 시판되는 앰프들 모두 기본적으로는 전압/전류증폭을 모두 하고있는것이라 보면되고, 어느쪽에 중점을 둬서 설계를 했는지 여부로 구동방식을 구분하고 있다고 보시면 될 것 같습니다. 최종 출력단의 특성을 보면 양자는 명확하게 다른 설계라고 봐도 무방하고요. 
  
 위 앰프의 경우에 current setting 설정시 체감하신 변화를 고려하면, 사용된 칩이 허용하는 전압/전류량이 정해져있기때문에, 전압/전류증폭의 비율을 조절할 수 있도록 만들어둔 모양입니다. 순수한 전류구동앰프로 동작시키기에는 칩이 허용하는 전류량이 낮은게 아닌가 싶은 생각이 듭니다. current setting을 high로 세팅하는 경우 전압증폭량은 낮게, 전류증폭량은 높게가져가는 제품으로 보이고, high로 둘 경우에 출력가능한음량이 낮아지므로 소스입력단 게인설정을 따로할 수 있게 만들어 둔 것 같습니다.
 
 https://reference-audio-analyzer.pro/en/report/amp/pro-ject-head-box-ds2-b-18-mid.php#rw3 
상세하게 측정해둔 곳이 있네요. 보시면 아시겠지만, 바쿤만큼의 순수한 전류구동앰프방식은 아닌 것 같고, 약간의 임피던스 스윙이 있는 헤드폰정도까지는 전류구동앰프 비슷하게 동작이 가능한 설계인 듯 합니다. 임피던스 스윙이 큰 제품들에서는 40옴정도의 출력임피던스를 가지는 전압구동앰프 비슷하게 동작할 것 같고요.

FADELART글쓴이 추천
11:30
20.10.29.
profile image
nalsse
앗.. 아아.. 저도 제대로 배워갑니다....굽신...
12:54
20.10.29.
정우철
저도 늘 배워갑니다. 굽신굽신
13:07
20.10.29.
profile image
nalsse
아유 무슨 말씀을 굽신굽신굽신
13:44
20.10.29.
정우철
으악ㅋㅋㅋ 굽신굽신굽신굽신
13:48
20.10.29.
profile image
nalsse
질수없음 굽신굽신굽신굽신굽신 우왕ㅋ 굳ㅋ
15:50
20.10.29.
정우철
ㅋㅋㅋㅋㅋ 즐건하루되십쇼!!
17:07
20.10.29.
profile image 3등
FADELART 작성자

두분의 설명을 듣고나니 더욱 어렵네요. 우철님께서 말씀하신대로 순수 전류증폭 앰프는 V는 고정이고 I만 변화시켜 밀어주는것인데 V=IR이면 이게 가능한가 싶기도 하고... 그럼 V는 고정이니 Current 세팅을 바꿀 때 저항회로가 내부에서 스위칭 되는걸까요? 보통 어테뉴에이터는 고정되어있을테니까요..(그런데 이렇게되면 이걸보고 증폭이라고 할 수 없는거 아닌가요?) 또 Head box 앰프에서 전류세팅을 바꿀 때 음량이 변환다는 것은 V가 변했다는 의미이므로 말씀하신 순수 전류증폭과는 다른 내부회로 간섭이 있다는 것이겠죠? 이게 무엇을 의미하는 걸까요. 어렵습니다. 그렇다면 순수 전류증폭은 어떤 구조인걸까요? ㄷㄷ 
 
 사실 가장 확인하고 싶었던것은 제가 가진 앰프의 전류구동 방식이 정말로 다른 일반적인 앰프들보다 평판형 헤드폰에 이득인가 하는 부분이었습니다. 여기저기서 평판형 헤드폰은 전류가 많이 '고픈' 제품이니 전류공급이 든든한 제품을 쓰라는 이야기를 들어서요... 만약 Head box. 전류증폭 방식이 일종의 야매라면 굳이 이 헤드폰 앰프를 계속 써야 할 필요는 없을것 같기도하네요. 특히 올려주신 사이트에서 측정치를 보면 THD 고역대 특성이 별로 좋아보이진 않고 출력임피던스도 무려 40옴... 지금 쓰는 헤드폰이 엠피리언인데 엠피리언 의 임피던스 31.옴보다도 무려 10이나 높으니 흔히말하는 이상적인 1/8비율하고는 거리가 멀어보이기도 합니다. 뭔가 불안정한 느낌이 드네요.

21:10
20.10.29.
profile image
FADELART

a095b8ab93989fd22c7562dab8701865.jpg

 
  
순수 전류증폭이란, 1V 1mA였던 신호를 1V 1A로 키우면 이게 전류증폭입니다. 당연한 얘기지만요. 그러나 중요한 건, 얻고자하는 음압(=전압)과 헤드폰측의 임피던스(=저항)이 주어지면 거기에 흐르는 전류는 그에 맞추어 피동적으로 결정된다는 사실입니다. 그 반대로 전류량을 변화시켜서 전압이나 저항을 달라지게 할 수 없습니다.
 
옴의 법칙에 따라서 V=IR이므로,
1V 출력하는 앰프에 100옴 헤드폰을 물리면 흐르는 전류는 0.01A, 즉 10mA로 결정됩니다.  
P=IV이므로, 파워는 0.01W, 즉 10mW입니다.
 
앰프에서 볼륨 6dB를 더 주면, 즉 출력전압을 2배 올리면 어떻게 될까요? 
2V 출력하는 앰프에 100옴 헤드폰을 물리면 흐르는 전류는 0.02A, 즉 20mA로 결정됩니다. 
P=IV이므로, 파워는 0.04W, 즉 40mW입니다. 
 
+6dB가 전압으로는 2배, 파워로는 4배라는 말이 이래서 나온 말입니다.
이건 전압증폭일까요? 전류증폭일까요? 

둘 다 2배씩 되었으니 둘 다 증폭이지요. 
 
헤드폰 또는 스피커 앰프에서 전류증폭 없는 순수한 전압증폭이 가능할까요? 
2V 전압이 0.01A만큼 흐르면, R=V/I 이므로,  
전류증폭 없이 순수하게 전압만 높아지려면 저항값은 200옴이 되어야 합니다. 
 
마찬가지로,  
헤드폰 또는 스피커 앰프에서 전압증폭 없는 순수한 전류증폭이 가능할까요? 
1V 전압이 0.02A만큼 흐르면, R=V/I 이므로,  
전압 증폭 없이 순수하게 전류만 증가하려면 저항값은 50옴이 되어야 합니다. 
  
그러나 앰프에 연결된 헤드폰 저항값은 물리적으로 100옴으로 주어져 있습니다. 
볼륨 노브로 출력전압을 조절하면, 헤드폰 저항값에 맞추어 흐르는 전류량이 같이 변할 뿐이지요. 
(I=V/R)
  
그렇다면 전류증폭은 의미가 없는 것일까요...? 그렇지는 않습니다. 
  
여기 감도 90dB/W, 임피던스 4옴의 평범한 스피커가 있다고 가정합니다. 
이 앰프에 1W 전력을 인가하면 90dB 음압으로 빵빵하게 울려줄 것입니다. 
그럼 그 때 스피커에 인가되는 전압은 얼마일까요? 
V=루트(PxR)이므로, 전압은 2V입니다. 
 I=루트(P/R)이므로, 전류는 0.5A, 즉 500mA입니다.
  
아, 그럼 2V 출력전압을 내주는 헤드폰앰프나 DAP로 스피커 구동도 가능할까요? 
...일반적으로는 안 됩니다. 
100옴 유닛에 20mA를 흘려서 0.04W 파워를 내는건 충분히 가능하지만, 
4옴 유닛에 500mA를 흘려서 1W 파워를 내는건 못 합니다. 
전류량이 모자라기 때문입니다. 
똑같이 2V 전압을 출력하지만, 전류량을 20mA정도만 감당할 수 있는 앰프는 헤드폰앰프로 팔고, 
전류량을 500mA 넘게 낼 수 있는 앰프는 스피커용 파워앰프로 팝니다. 훨씬 거대하죠.
그래서 보통은 전류증폭 앰프를 파워앰프라고 부르기도 합니다. 
  
여기까지 보시면 이해하시겠지만, 오디오 앰프에서 전류는 능동적인 "증폭"의 개념이 아니라, 피동적인 "감당"의 개념으로 이해하서야 합니다. 
 
혹시 저항을 측정할 수 있는 멀티테스터를 갖고 계시다면 실험을 하나 해보세요. 여름철은 지났지만 선풍기를 꺼내서 미풍으로 설정하고 플러그를 벽에 꽂지 말고 양극 간의 저항을 측정해보세요. 그 다음에는 강풍으로 설정하고 저항의 변화를 보세요. 저항이 낮아졌을겁니다. 벽체 콘센트에서 오는 전압은 220V로 고정되어 있기 때문에 전자제품들은 저항값이 변함으로써 사용하는 파워의 크기를 조절합니다. 반면에 헤드폰 유닛의 임피던스는 큰 소리를 낼 때 낮아지고 작은 소리를 낼 때 높아지는 식으로 변화할 수 없지요. 주파수 대역에 따라 변할 뿐입니다. 전자제품은 자기가 쓰고 싶은만큼 전력을 가져다 쓰고, 벽체가 그걸 감당하면 되는 구조입니다. 감당을 못하면 두꺼비집이 내려가거나 불이 나지요. 이게 전류 구동???입니다. 벽체 콘센트가 선풍기 모터를 "구동"한다는게 어폐가 있지요. 반면에 헤드폰은 앰프쪽에서 전력을 주고 싶은 만큼 밀어넣고, 헤드폰은 그저 그 힘을 받아서 소리를 냅니다. 이게 전압 구동입니다. 
  
헤드폰도 전류구동이 가능하긴 합니다. 앰프쪽 출력임피던스를 헤드폰 임피던스보다 훨씬 높게 설정하고, 음악신호에 전압이 아닌 앰프쪽 출력 임피던스가 연동되게 하면 된다고 합니다. 총합 임피던스가 높아지면 작은 전류가 흐르고, 총합 임피던스가 낮아지면 큰 전류가 흐르겠지요. 근데 결국 V=IR에 의해서, 헤드폰 유닛 임피던스는 고정이므로, 해드폰에 걸리는 전압도 전류량에 정비례해서 같이 변합니다. 결과적으로 출력임피던스가 엄청 높은 앰프에 헤드폰을 물리는 것과 마찬가지입니다. 
 
본래 이처럼 송신측의 임피던스를 높게, 수신측의 임피던스를 낮게 하면서 송신측 임피던스를 조작하여 전류량을 변화시키는 전류전송은 장거리 신호전송을 하면서 전압 노이즈 영향을 덜 받기 위해 사용하는 방법입니다. 스피커나 헤드폰처럼 근거리에서 파워를 전달해서 물체를 움직이는데 쓰기에 최선의 방법이라고 보기는 어렵습니다. 댐핑(제동)도 거의 없고 말이지요. 

07:26
20.10.30.
profile image
FADELART 작성자
idletalk

상세한 답변 감사드립니다. 전공자가 아님에도 앰프에서 일어나는 전기적 알고리즘에 대해 이해할 수 있었네요. 혼자서 시간나는대로 앰프의 앰핑방식이 여러 클래스가 있다는 기계적인 부분도 보고있습니다만 전류증폭을 지원한다는 제 앰프는 회사에서도 기술적 부분에대해 언급이 없고 이 개념자체가 헤드폰 앰프에 잘 안쓰이다보니 생소해서 제대로 쓰고있는게 맞나하는 의구심도 계속 듭니다. 말씀하신대로라면 역시 Current세팅 스위치를 누르면 내부 저항변화로 전류량을 조절하고 매칭시키는 헤드폰의 저항에 따라 V가 가변하는 방식인거 같다는 생각이 듭니다. 물론 어댑터가 18v이고 당연히 이 이상은 넘어갈일이 없어 안전하게 만들어놓았겠지만 이렇게 V가 필요에 따라 가변하는 방식이 앰프나 헤드폰의 수명에 별로 좋을것같다는 생각도 들고 뭔가 불안함을 감출수 없습니다. 출력 임피던스가 40옴으로 요새나오는 앰프들에 비하면 엄청나게 높은편인데 이것도 말씀하신것과 연관성이 있는것 같구요. 그런데 소리는 신기하게도 나쁘지않아요... 어쨌든 깊이있는 답변 감사드립니다.

08:38
20.10.30.
profile image
FADELART

출력 임피던스가 40옴이라면 아마 전류량을 변화시켜서 헤드폰을 구동하는 앰프는 아닐 것 같습니다. 그런 방식이라면 앰프의 출력 임피던스가 헤드폰의 입피던스 대비 무한대에 가까워야 하거든요. 일반적인 전압증폭 앰프인데, 헤드폰의 전류 요구량에 따라서 증폭 관련 패러미터를 바꿀 수 있는 앰프 같습니다. 적은 전류를 요구하는 고임피던스 헤드폰은 앰프에 부담이 덜하므로 더 넓은 범위에서 클래스A로 작동하고, 많은 전류를 요구하는 저임피던스 헤드폰은 앰프에 부담이 커지므로 더 일찍 클래스B로 전환하는 방식일 듯 합니다. 
음질만을 위해서라면 low current 모드로 증폭하는게 더 좋을 겁니다만, 헤드폰 임피던스가 낮아질수록 앰프에 무리가 가겠지요. 출력 임피던스를 40옴으로 설정해서 어떠한 경우에도 총합 임피던스가 그 이하로 떨어지지 않게 한 것도 low current 모드에서 앰프 부담이 과도하게 커지지 않게 하기 위함인 듯 합니다.

19:08
20.10.30.
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