S/N 비의 측정 1)파워앰프 부분

[6dbaudio]

신호대잡음비를 측정하는 이유는 시스템의 잡음지수를 최소로하여 해상력을 높여주기위함입니다.

시스템에 잡음이 많으면 섬세한소리가 잡음에 뭍혀서 들리지않기 때문에 앞뒤 원근감이 떨어지고 좌우 스테레오 음장감이 떨어지는등의 치명적인 문제점을 야기시키므로 이부분을 잘 제어하는것은 아주 중요한데 귀로만들어서는 어디서 어떤문제인지를 알기가 어렵기때문에 보조장치를 사용하여 원인을 찿아내어 해결해주기위한 작업과정을 말하는것입니다.

여기서 잡음이란 기본주파수외에 모든소리를 통칭하여 잡음이라고합니다.

잡음에는 전기적인 잡음과 기계적인잡음으로 분류되어지고 주로다루는 부분이 전기적인 잡음을 다루게됩니다.

오실로스크프를 이용하면 전원에서 나오는 잡음과 시스템에서 나오는 잡음 그리고 임피던스 미스매칭에의한 잡음등 여러가지를 눈으로 직접보면서 줄여가는것이 가능합니다.

인스톨러나 음향 엔지니어임을 지칭하느자가 오실로스코프를 모른다면 처음부터 음향기기에관한 공부를 하지않은것이고 의사가 청진기를 모른다고하는것과 같은것입니다.

그림을 보시면 파워앰프의 스피커단자에 각각 한개씩의 스피커가 달려있읍니다. 여기에 오실로스코프의 프로브를 병열로 연결하고나면 준비 끝입니다.

완성되어진 카오디오시스템의 헤드유닛에 테스트음원(1Khz 0db 나 -10db)이 들어있는 음반을 넣고 플레이시킨다음 볼륨을 서서히 높역가면서 오실로스코프의 화면을 보고 화면에나타난 파형을 눈으로 보기편하도록 오실로스코프의 수직과 수평회로를 조작하여 파형을 적당한크기에서 화면상에 정지하도록 조작합니다.

여기까지하고나면 그다음은 헤드유닛과 오실로스코프의 수직축을 조작하여 잡음지수를 측정하는 방법을 나열해보겠습니다.

위 그림의 왼쪽은 오실로스코프의 화면을 그림으로 그려본것이고 오른쪽은 1khz 0db 의 정현파가 들어있는 테스트CD 를 플레이시켜놓고 화면에 정지시킨모양을 가상으로 그려본그림입니다.

그림이 다소 실제와 다른부분은 그림판에서 그림을 그리다보니 시간관계상 대략적으로 그려서 이므로 이점은 양지하시고 이해하시기 바랍니다.

실제의 오실로스코프의 화면에서는 아래의 그림과같이 나타날것입니다.

그런데 화면에 기본주파수는없고 노이즈만 나온다면 아마도 아래의 그림처럼 가운데 수평선으로 잡음만 표시되어지는 형태로 이렇게 나올것입니다.

위의 그림은 시스템에서 노이즈가 나오는모습을 그려본그림인데 이노이즈를 최소한으로 줄여주면 아래그림과 같이 되어집니다.

위의그림과 아래그림은 잡음의 크기를 비교할수있는그림이고 이그림들을 비교하면 신호대 잡음비의 개념을 이해하기가 쉬울것입니다.

두개의그림에서  왼쪽그림은 시스템내부잡음이 적고 온른쪽은 잡음이 많다 라고 표현합니다.

위 그림은 신호대잡음비의 근본개녕을 표시해주는 아주간단한 그림입니다.

위쪽에서 굵은 화살표로 표시한 높이가 S/N 비의 크기가되어지는데 이 크기가 클수록 고급시스템 고급앰프가 되어지는것입니다.

그림을 보고 해석하는 방법은 저마다 다를수는있지만 근본기념을 이해하기쉽게 그려본그림인데 저의 개인적인 견해를 쉽게 그려본 그림이므로 해석은 각자가 알아서 하시기바랍니다.

위그림을 조금더 쉽게보고 이해하기빠르게  압축시켜보면

위의그림과 같이되어지고 수평으로 압축시켜놓으니까 이해가 더욱빨라지는것같읍니다.

오디오시스템에서 모든부분의 잡음지수를 측정하려면 시간되많히 걸리고 여러번에걸처서 같은과정을 반복해야하는문제들로인하여 이번에는 파워앰프와 관련한 내용들만을 추려서 설명해보고자합니다.

이부분이 가장기본적인 내용들이되어지므로 반복하여 실험과 측정을 연습해나가다보면 다른부분들도 쉽게접근이 가능해질것입니다.

기본적으로  파워앰프에서의 잡읍지수측정은 두가지로 크게대별할수가있는데 첫번째는 내부잡음측정과 두번째는 입력으로 들어오는잡음측정입니다.

그래야만 어디서 잡음이 들어오는지를 알수가있고 원인을 찿아서 해결하기가 쉬워집니다.

그런데 전반적으로 기술이 발전하여 카용이라고할지라도 앰프의 내부잡음은 많히 개선되어저아주저가형기기들만 아니라면 대부분 실용한계이하로 잡음지수가 높기때문에 내부잡음측정은 별의미가 없고 외부에서 들어오는 시스템잡음측정부분에 대하여 다루어보기로하겠읍니다.

다시 처음그림으로 돌아가서 거기서부터 설명을 해야 하므로 처음그림을 다시볼러왔습니다.

이와같이 연결되어진 오디오 시스템에서 헤드유닛의전원을 켜고 헤드유닛의 볼륨을 뮤트가 걸리지않는 범위내에서 최소로 한다음 스피커단자에 오실로스코프 프로브를 그림과 같이 연결하고 오실로스코프의 수직앰프의 감도전환스위치(VOLT/DIV)를 맨좌측에서부터 시작하여 우측으로 돌려가면  

수평으로 한줄만 나오던 그림이 아래의그림과같이 위아래로 두꺼워지면서 잡음이 나타나기 시작합니다.

그다음 조금더 우측으로 돌려가면 잡음이 더욱커지는데 

 이 지점에서 멈추고 여기서부터 시스템의 잡음이 나오는 원인을 찿아나가는 것입니다.

먼저 이 잡음은 시스템의 여러경로를 걸치면서 종합적으로 스피커에 나오는 잡음이고 어디서 가장크게나오는지를 찿아가는과정이므로 앰프에서부터 위쪽으로 크로스오버 프리앰프 헤드유닛등으로 찿아나가는것이 순서이고 가장 빠릅니다.

또한 자동차의 시동을 걸었을때와 걸지안았을때의 잡음의 크기와 엔진노이즈나 제너레이터노이즈등이 추가되지는지등을 관찰해보면 자동차에서의 전기장치의 품질을 한눈에 알수가있읍니다.

원인을 찿아서 해결해주면되고요.

본론으로 돌아가서  이번에는 앰프의 입력단자를 연결했을때와 연결하지안았을때를 비교해보면 잡음의 원인이 내부인지 외부인지 바로 알수있을것이고

그다음은 앰프에서의 볼륨을 최소로 했을때와 최대로했을때의 잡음크기를 비교해보면 임피던스매칭을 어떻게 했을때가 가장좋은지도 알수있을것입니다.

이절에서 하고싶은 예기의 본론은 앰프의 입력보륨의 크기에 따라서 입력임피던스가 달라지면서 잡음지수도 달라진다는것을 말하려함이고 가장잡음이 적고 신호세력이 가장 크게하려면 어떤조건을 갖추어야하는지를 설명하려함입니다.

앰프의 입력단구조를 보면 어느것은 볼륨을 줄이면 소리가 하나도 안나는앰프가 있고 어느것은 앰프의 볼륨을 최소로 줄여도 일정부분 소리가 나오는 앰프가있읍니다.

이두가지중에 처음것은 대부분 볼륨이라고 통칭하면서 홈오디오나 PA쪽기기에서 사용하고 후자의 것은 게인이라고 통칭하면서 홈오디오나 PA쪽에서는 마스타볼륨 이라고도하며 사용하는 경우도있고 카오디오쪽에서 게인이라고 표시하면서 사용하는것이 일반적인데 대부분 입력단에 달려있는 가변저항의 그라운드쪽에 680 옴짜리 저항을 직열로 연결하여 카앰프의 봃륨을 최소로하었을때 앰프의 입력회로부분의 임피던스를 600 옴정도로 낮추어주는 개념을 사용하고있습니다.

이 이유는 홈오디오나 PA음향기기의 표준 선로임피던스 600옴과도 일치하고 아마도 처음으로 카오디오기기를 만들었던 사람들도 이 기준에 맞추어서 기기를 만들목적으로 그렇게한것이 아닌가 짐작합니다.

아뭍튼 입력임피던스와 잡음지수는 직결되어집니다.

소리를 크게하기위해서 볼륨이나 게인을 높여주면 내가 원하는소리만 커지고 잡음이나 다른변수들은 가만히 있는것이 아니라 함께 커저버리므로 가능하면 볼륨이나 게인이 낮은상태에서도 원하는음량이 나오려면 프리앰프에서의 출력레벨이 가능하면 높아저야합니다.

예전에는 주로 600옴에 0.775V 를 0db 라고하여 기준으로 삼고 모든기기들을 이것에 맞추어서 제작하였는데 자동차라는 잡음이 많은 환경때문에 그대로 적용하기가 어려워서 근자에는 프리아웃레벨을 최소 2V 에서 최대 8V 까지 사용하는 계기가 되었고 더높게는 20V이상의 기기들도 생산되어지고있는 실정입니다.

6dbaudio 에서도 차후에는 프리아웃레벨 50V 짜리 프리앰프를 생산하려고 준비하고있읍니다.

이렇게 프리앰프의 출력레벨을 높게하면 그에맞추어서 메인앰프의 입력단 레벨도함께 높아저야하는것이 당연하다라고 하실분들도 계실테지만 실은 그렇지는 않읍니다.

프리앰프의 출력부분을 0V 에서 50V 가변할수있게 하면 되는것입니다.

앰프의 입력단에 무리가 가지않을정도의 범위내에 설정하여 사용하면되지만 프리아웃레벨이 낮은 프리앰프와 프리아웃레벨이 높은 프리앰프는 파워앰프를 구동시키는 능력에서 많은차이를 보입니다.

구동력과 음폭이 다릅니다.

이 이유는 파워앰프를 100W 짜리를 가지고 5W 를 듣는것과 10W 짜리를 가지고 5W 를 듣는것과 같은 이치입니다.

효율이나 스피커 구동력(제어력)에서 차이가 납니다.

아 또 예기가 옆으로 흘러갔네............. 

오실로스코프로 파워앰프의 잡음지수를 측정하는방법을 설명하려다가 셋길로 빠지고 말았는데 그렇지만 앰프의 잡음지수가 가장

가장높아지게하는 조건을 설명하려다보니 그렇게되었군요.

결국은 파워앰프의 S/N 를 가장높게할수있는 비결은

1) 메인 앰프의 입력회로 부분의 임피던스가 낮아야한다.

2)프리앰프의 출력레벨이 가능하면 높아야한다.

3) 스피커선 역시도 차폐가 잘되어지는 구조에서 자동차의 배선들과 이격시켜서 설치하고

등등이 기본인데

이보다도 먼제 자동차의 어느부분에서 가장잡음이 심하게 많히 나오는가를 알아내고 그부분을 원천적으로 개선시켜주는것 역시도 중요한과정이 되어지는것입니다.

이렇게 열거하다보니 잡음지수하나 만으로도 시스템의 모든부분을 논해야하는 정도로 범위가 아주 커저버리는군요.

자동차에서의 고유 전자잡음을 많히 만들어내는것들중에 전기를 가장 많히 사용하거나 모터가들어가있는 자동차 제어장치들이 가장문제인데 이것들때문에 진공관프리앰프의 경우에는 장착위치를 바꾸어주어야하는 문제들도 발생이되어지고 장착공간이없어서 어쩔수없이 노이즈가 많이나오는기기의 근처에 장착해야할수밖에 없는경우에는 노이즈가 발생이되어지는 기기 자체를 차폐를시켜주어야하는등과 배선전체를 타고 돌아다니는 열선잡음이나 연료펌프모터등에서나오는 잡음을 제거해주어야하는등의 여러가지 방법을 동원해서 잡음지수를 낮게해주어야하는것등이 모두 잡음지수를 낮게해주기위함입니다.

이렇듯 잡음지수를 낮추기위한 방법에는 처음에 논한것처럼 오디오시스템의 내부에서 발생이되어지는 부분들도 있지만 외부요인들도 커다란비중을 차지하는바 하이파이를 하기위해서는 전방위로 모든부분을 알아야하는것입니다.

여기에 자동차내부에 달려있는 스피커들의 위치나 방향등에의해서 만들어지는 굴절이나 회절 마스킹효과등의 아주 여러가지를 제어할줄알아야 그때 비로소 카 하이파이가 가능해지는것입니다.

긴글 읽어주시느라고 고생하셨습니다.

이것으로 파워앰프편은 마무리하고 잡음지수 2편으로 파워앰프의 윗쪽부분 크로스오버나 프리앰프 부분을 다루어야할것같읍니다.

[이성우(마지)]

하나하나 기본에서 상식을 지나 소리를 찾기위해 알아야하고 갈구하엿던 소리의 변환에 대해 기본이라는 선재의 이야기를 비롯 구체적 s/n비의 설정으로 인한 한마디로 제대로된 소리를 구성함이군요 ~~
그러하니 글을 읽고 글을 쓰다보면 과거에 대한 회상이 시스템으로만 바꾸어가던 자본의 비용에 대해 소리와는 무관하듯 자랑하던 시절에 대해 다시금 뒤돌아 보게 하는 좋은 글이였다 사려됩니다...
항상 배우고 또배우는 6db의 홈에 오늘도 또한 아하 ! 그렇구나하는 답을 써봅니다...
문제는 사장님이 손을 빌리지 않으면 안되니 ㅎㅎㅎ
아하! 라는 말 오늘도 소리가 달라졌네 이렇게 저렇게 말은 하지만 6db의 손을 빌리지 않으면 `

[이성우(마지)]

그러니 사장님과 그랑님이 계셔야 이래저래 더 없이 많은 정보와 상식을 접하고 이야기 함이 아닌가 여겨집니다.....^^

[6dbaudio]

이런기회를 통해서 모든이들에게 조금이라도 도움이될수가있다면 업을 하는사람으로써 도리가 아닐까 하는생각입니다만 일일히 글로써 표현하려니까 어렵기는하네요.

[송매석(野狼77)]

날 잡아서 읽어야 쓰겄습니다;;어쨌든 좋은 정보 주시느라 고생이 많으십니다^^

[김광수(평택몸치)]

읽는데만도 오래걸리네요..
사장님은 역시 사명감과 자부심이 투철한 분이십니다. 글 쓰시고 그림 그리는데 상당시간 투자하셨겠어요..
생각없는 저에게도 그림이있어 빠른 이해를 돕고있습니다.
요즘은 저는 "S/N비"와 "원금감"이 머릿속에서 떠나질 않네요.. ㅎㅎ 유익한정보 감사합니다.