오디오 출력 계산법

[서암]

음성출력

음성출력이란 AUDIO AMP에서 SPEAKER로 전달되는 전기적 전력량을 말하며 측정단위는 WATT이다. AMP는 증폭 가능한 전기적 에너지의 생산에 제한적이며 스피커 역시 스스로 망가지거나 찌그러짐 없이 변환 할 수 있는 전기에너지량에 한계가 있다. 이 출력 규격은 상품이 호환되는지를 비교 선정하는데 중요하게 사용된다.

출력계산법

AC 전력파형은 시간이 경과하면서 변동하는데 음향 출력의 AC전력은 통상 시간경과 평균치를 계측하며 다음 식에 근거를   순수 저항 성분에서 간단한 방정식이 적용될 수 있는데  전압과 전류파형의 rms 평균제곱 또는 실효값에 근거를 두고 있다.

음악출력이 아닌 정현파 톤-신호를 순수저항 부하에 공급하고 증폭전압의 최대치를 오실로스코프로 저항 양단의 순간 최대치를 읽으면 쉽게 알 수 있다. (스피커는 순수저항은 아니지만 대략적인 값을 알 수 있다.)

위의 계산식을 이용하여 계산한 대략적인 피크전압 : 실효 및 피크출력 비교표는 다음과 같다.

■ AUDIO AMPLIFIER 출력 환산표 @ 8Ω LOAD

OSCILLOSCOPE VOLTS @8Ω RES	WATTS(Average) rms power	WATTS(Peak) peak power	REMARKS
1	0.06	0.125
2	0.5	0.25
3	0.56	1.12
4	1	2
5	1.56	3.12
6	2.25	4.5
7	3.0615	6.125
8	4	8
9	5	10
10	6.25	12.5
11	7.5	15
12	9	18
13	10.5	21
14	12.25	24.5
15	14	28
16	16	32
17	18	36
18	20	40
19	22.5	25
20	25	50
21	27.5	55
22	30	60
23	33	66
24	36	72
25	39	78
26	42	84
27	45.5	91
28	49	98
29	52.5	105
30	56	112
31	60	120
32	64	128
33	68	136
34	72	144
35	76	153
36	81	162
37	85	171
38	90	180
39	95	190
40	100	200
41	105	210
42	110	220
43	115	230
44	121	242
45	126	253

자동차용 AUDIO 왜 4Ω 스피커를 사용하는가?

저가의 자동차용 경우를 예로 들자면, 차량의 경우 대부분 12V전원을 사용하며 100% 효율의 이상적인 푸시풀 암프에 8Ω 스피커를 연결했을 경우 스코프상에서 6V 피크치가 검출되었다면 Ppeak = (6 V)2 / 8 Ω = 4.5 watts 이다. 이 신호가 정현파라고 가정하고 실효값은 6 V × 0.707 = 4.242 V(RMS)이다. 이것을 8Ω 스피커에 연결하면 Pavg = (4.242 V)2 / 8 Ω = 2.25 watts average가 된다. 

그래서 저가의 자동차 오디오 앰프는 차량발전기 전압 12V에 의한 제약이 불가피하다.    대부분의 자동차 시스템은 브릿지-타이 부하로 앰프에 연결되며 스피커 임피던스도 4Ω을 넘지 않는다. 고출력 자동차 오디오 앰프는 DC-DC 컨버터를 이용하여 공급전압을 올리는 방식을 사용하고 있다.

정현파 출력

정현파 출력은 음향출력 측정과 기기의 사양에 사용되고 있으며 오디오 앰프의 최대출력 측정과 고출력 스피커의 전력에서 다루어지는 연속평균 정현파 출력으로 신뢰성이 높고 의미 있는 것이다.

RMS 값 X의 정현파의 최대전력은 √2*X이며, 반대로 PEAK 값 X의 정현파 최대전력은(1/ √2)*X 이다. 고조파 왜율은 출력증가와 관련이 있는데 앰프의 최대 연속출력은 말하자면 1KHz에서 1% THD+N식으로 표현한다.  어떤 사장님들은 최대출력에서 10%라는 등 좀 더 높은 왜율을 표기하는 방법으로 견적을 내기도한다.

통상적으로 “RMS Power"나 ”watts RMS"항을 평균전력으로 잘못 표기하기도 한다. 

예로서 100”watts RMS" 증폭기는 정현파 100watt 평균값을 부하에 공급할 수 있으나, 음악의 경우에는 실제출력이 다소 감소되며, 구형파인 경우에는 증가한다. 미국에서는 1974년5월3일 가전음향기기 출력단위를 ”watts RMS"로 사용하기로 제정하였고 실제로 CE Regulations에 적용하고 있다. 이외에도 독일과 유럽의 DIN규격이 있으며 한때 광고용으로 잘못 쓰여진 PMPO(Peak Music Power Output) 같이 제작사 멋대로 ”watts RMS값보다 20∼50배 과대 산정한 비공인 규격이었다.