의외로 잘 모르시는 분이 많은 것 같아, 같단히 정리해보고자 합니다. 이는 시간이 지나면서 오디오에 무관해지고 따라서 어느날 문득 이상한 매칭이 이루어 졌을 때, 다시 지식을 정리하면 비 전공자인 입장에서 기억이 가물하게 되는 경우가 많으므로, 나 자신을 위해서도 시간이 있을때 정리해두고자 합니다.
일반적으로 파워앰프가 진공관형일 경우, 프리는 진공관 혹은 TR 소자의 경우 둘다 아무런 영향이 없습니다.
그러나 파워앰프가 TR형이고 프리가 진공관일 경우, 간혹 임피던스 매칭에 의한 문제가 발생할 수가 있습니다. 물론 프리가 TR일 경우 대부분 문제가 없습니다, 이런 것이 흔히 매칭의 문제이니... 라는 말들을 자주 하는데 개인적인 생각으로 이런 임피던스가 잘 맞지않아서 게인 등의 문제가 발생하는 경우는, 기본적으로 기가 간 연결을 할 수 있느냐 아니냐의 차이지 음색이나 혹은 다른 미묘한 차이는 아니라 판단됩니다.
쉽게 말씀드리면, 신호를 받는 부하에 가장 큰 전력(V*I, 전압과 전류의 벡터량)을 공급하기 위해서 입니다. 앰프의 경우, 가장 최적의 부하 임피던스는 전원의 내부저항에 강하되는 전압과 부하에 강하되는 전압이 같을 때의 임피던스입니다. 즉 전원의 임피던스와 부하 저항이 같을 때 최대의 전력이 공급되기 때문에 임피던스 정합이 필요한것 입니다.
일반적 의미로 해석하면 어떤 하나의 출력단과 입력단을 연결할때 서로 다른 두 연결단의 임피던스 차에 의한 반사를 줄이려는 모든 방법을 임피던스 매칭이라 부릅니다. 보통은 두개의 연결단 사이에 별도의 매칭단(matching unit)를 삽입하여 두 연결단 사이의 임피던스 차이를 보정해 줍니다. (진공관 앰프의 경우, 흔히 매칭 트랜스라고들 하지요..)
흔히 출력 임피던스는 낮을수록 좋고 입력 임피던스는 높을수록 좋습니다만, 출력 임피던스 특징이 더 중요하기 때문에 절대적이지는 않습니다. 외부에서 볼 때는 그러한 매칭단 양단의 다른 임피던스를 서로 변환해주는 것처럼 보일 수도 있습니다. 그래서 다른 말로 임피던스 변환기라고 부르기도 합니다.
오디오 측면에서 보면 프리와 파워 매칭에서 파워의 입력 임피던스가 프리의 출력 임피던스에 비해 약 100배 정도 높으면 큰 문제가 없다고 알려져 있습니다. 만약 이러한 조건이 되지 않는 매칭이면 프리가 파워를 제대로 구동 할수 없기 때문에 저역 반응과 펀치력에서 손해를 보는것 입니다.
OP Amp 소자의 이론적인 특성은, 입력 임피던스는 무한대이고 출력 임피던스가 제로일때 S/N비(신호대 잡음비) 특성이 좋아지고 증폭율은 무한대가 됩니다. 하지만 현실적으로 앰프를 설계할때는 여러가지 제약 조건과 소자 특성 때문에 적당히 타협해야 합니다.
프리앰프의 출력 임피던스가 10옴 정도라면 섀시 전체가 거의 무저항 소자에 가깝다고 해야 할 것 같습니다. 그런 프리가 지구상에 얼마나 있을 지 모르겠습니다만.. 코니서, FM 어쿠스틱스 정도가 근접하려나 모르겠습니다. 그래서 일반적으로는 10배를 권장하지만, 이 조차 그리 여의치가 않으며 특별한 경우를 제외하고는 문제가 두드러지지는 않았던 것 같습니다.(최악의 경우가 오더블과 패스의 조합...)
프리-파워간 임피던스 매칭은 스피커-파워간에도 동일하게 적용됩니다. 스피커가 패시브소자 덩어리라는 점 이외에는 똑같은 현상을 보입니다. 저 임피던스로 떨어지는 순간 대량의 커런트를 요하는 것과 똑같이, 프리앰프도 파워앰프의 임피던스 변화에 대응력을 갖출만큼 출력저항이 낮아야 유리하다는 것이겠지요.
그래서 결국은 스피커~프리앰프까지 이어지는 임피던스 신호의 연쇄적 요구특성이 임피던스 매칭이 음질에 영향을 미치는 본질이 될 것 같습니다. 일반적인 프리앰프의 출력 임피던스는 5~500옴 정도로 마크 380s의 경우 6옴 32의 경우는 10옴정도 나온다고 합니다.
그러나 프리의 출력 임피던스가 높은 일부 진공관 프리의 경우 TR또는 FET 파워와의 매칭에서 문제가 발생하는 경우가 종종 있습니다.
일반적으로 프리의 출력 임피던스보다 파워의 입력 임피던스가 100배 정도 되는 경우가 보편적입니다.(예: Audio Research의 경우 프리는 약 1K옴 정도, 파워는 100k옴 정도가 대부분) 그러나 반도체 파워앰프의 경우는 일반적으로 진공관 파워앰프보다 입력 임피던스가 낮습니다.(예: Jeff Model2: 36K옴) 그러나 반도체 프리앰프의 출력 임피던스가 대부분 무척 낮기 때문에(약 100옴 정도) 반도체 앰프간의 매칭에서 문제가 생기는 경우는 드뭅니다.
임피던스는 매우 간단한 개념입니다. 복잡할 것도 어려울 것도 없습니다. 옛날 전력 부족 시절 동네에서 전기많이 쓰면(전류공급량 이상 사용) 전등이 어두워(전압강하) 지는 것도 임피던스 불매칭입니다.
쉽게 직류 저항은 거의 고정되어 있는 것에 비해 교류저항 임피던스는 주파수에 따라 달라집니다. 출력단과 입력단의 관계에서 입력단의 부하 변동, 즉 전류소모량에 출력단이 충분히 전류를 공급할 수 있으면 출력단은 입력단에 필요한 전압을 전달할 수 있고, 이것이 안되면 전압강하가 일어나 원신호 파형이 전달될 수 없습니다. 그러니 출력단의 임피던스보다 입력단의 임피던스가 높아야 하는 것입니다.
전류부족은 전압강하 ,즉 신호 왜곡입니다. 그런데 앰프 스피커간을 제외한 나머지 연결은 입력단 임피던스를 충분히 높게 할 수 있으므로 대부분 소전류만 있으면 되어서 전압증폭을 합니다. 그러니 중간 연결 소재의 LCR(임피던스 변화 요소)에 의해 신호는 영향을 받습니다.
그런데 입력단의 임피던스가 너무 높으면 연결소재의 전자기 영향이 높아집니다. 이러한 전압을 이용한 신호전달의 문제점을 우회해 보고자 나온 방식이 크렐의 전류전송(CAST)입니다. 출력단의 전류량을 변화시켜 입력단의 전압레벨을 변화시키는 방식입니다.
임피던스 매칭에 의한 신호전달 관계는 오디오 기기간 어디에나 적용됩니다. 스피커의 임피던스가 높으면 앰프가 낮은 전류로도 쉽게 스피커를 구동(댐핑팩터가 높다)할 수 있습니다. 입력단 임피던스가 낮다면 그 만큼 전류가 많이 흘러야 필요한 전압이 나오겠지요!
즉 스피커가 특정 대역에서 낮은 임피던스로 떨어지면 순간적으로 전류가 많이 흘러줘야 하는데 이때 전원부가 좋으면 순간 대전류에 능동적으로 반응하여 구동능력이 좋다고 할 수 있겠습니다. 그런데 댐핑팩터는 좋더라도 전류 공급 능력이 낮으면 댐핑팩터는 소출력에서나 의미가 있겠지요! 그리고 좋은 앰프는 와트도 표시하지만 최대 전압과 전류를 따로 표시합니다.
결론은
1.프리의 출력 임피던스가 낮은 TR타입이라면 크게 신경쓸 필요가 없습니다.
2.파워의 입력 임피던스가 높은 50K이상이라면 크게 신경 쓸 필요가 없습니다.
문제는 진공관프리(트랜스형 제외)와 입력 임피던스가 낮은 파워(입력 10K미만. 많지는 않습니다.입력단 생략된 ICE파워, 린의 크라우트 등)라면 임피던스뿐 아니라 커플링 커패시터 용량에 신경을 써야 합니다. 프리의 출력임피던스를 낮추는 회로를 구성하여도 파워의 입력 임피던스가 낮다면 저역의 주파수 대역대의 재생이 고르지 못합니다.
예로, 출력임피던스가 600오옴의 진공관프리에 입력임피던스가 8K정도인 아이스모듈파워를 사용한다면 임피던스 매칭은 문제가 되지 않으나 커패시터 용량을 7~8uf이상 사용하여야 20hz이하 저역대의 평탄한 주파수를 재생할 수 있습니다.