앰프와 스피커 매칭에 관하여

[하얀꿈(구일)]

1. 스피커의 구조

스피커는 간단하게 자석, 보이스코일, 진동판으로 이루어져 있습니다.. 진동판과 붙어있는 보이스코일을 자석이 감싸고 있고 앰프로 부터 코일에 전류가 들어오면 "플레밍의 왼손법칙"에 의해 자기장 속에 전류가 흐르면 전류의 방향에 직각이 되는 곳으로 힘이 발생하게 되고 이 힘이 스피커의 진동판을 전후로 움직이게 하여 공기가 진동하게 되면 우리가 소리를 듣게 됩니다.. 이때 진동판이 공기를 미는힘을 음압이라 하고 음압에 관한글은 제글 av상식에 간단히 적은바가 있습니다..

2. 임피던스

우리가 흔히 보게되는 4, 6, 8옴하는 임피던스는 앰프와는 전혀 무관한 바로 스피커에 사용된 보이스코일의 고유 저항값을 나타냅니다.. 코일의 저항값이 올라가면 들어오는 전류는 비례하여 줄어들고 스피커의 제동력은 증가하게 됩니다.. 8옴에 비해 4옴스피커는 앰프로 부터 들어오는 전류가 증가하여 작은 앰프로도 큰소리를 얻을수있는 장점이 있으나 스피커의 제동력(댐핑펙터, 진동판을 밀고 당기는 힘)이 떨어져 동일앰프를 사용할 때 박진감있는 음을 내지 못하고 케이블의 영향을 많이 받는 단점이 있습니다..
실제로 고급 스피커는 100옴짜리도 있으며, 이러한 스피커는 자석과 코일의 무게가 엄청나 스피커의 제동력이 뛰어나며 앞에 서있으면 꽝~꽝~거리는 가슴을 때리는 소리와 진동판이 공기를 미는힘에 머리카락이 휘날리는 것을 느끼게 됩니다..^^;; 4옴 스피커는 앰프의 출력이 낮은 오디오에서 높은 출력을 얻을려고 많이 사용되었으나 요즘은 pc스피커와 av에도 늘어나고 있는 추세입니다.. 이러한 현상은 좋게보면 앰프의 품질이 많이 향상되었기에 가능한 것이고 나쁘게 보면 오디오업체의 상술로 볼 수 있습니다.. 손쉽게 적은비용으로 스피커를 만들어 고출력이라고 광고하게 되고 소비자는 임피던스가 낮아 졌으므로 더 좋은 케이블, 더 비싼 앰프를 사용하여야 합니다..

3. 앰프의 임피던스

스피커의 고유 임피던스가 있듯이 앰프도 전기 회로이므로 임피던스를 가지고 있습니다.. 프리앰프(사운드카드의opamp)는 전압입력/전압출력, 파워앰프는 전압입력/전류출력, 스피커는 전류입력/파워출력이므로 스피커는 입력 임피던스만을 가지고 있는데 반해 앰프는 입출력 임피던스를 가지고 있으며 추구하는 바가 잡음없는 무한대입력/제로출력입니다... 프리앰프와 파워앰프를 연결할때 "임피던스 매칭"이라는 것이 있는데 프리앰프의 출력임피던스에 대하여 파워앰프의 입력 입피던스는 최소 10배 이상이 되어야 한다는 것이고 높을수록
좋습니다.. 보통 프리앰프의 출력 임피던스는 1k옴정도이고 파워앰프의 입력 임피던스는 좋은것은 1메가옴까지 있으며 임력임피던스를 높이면 잡음이 많이 발생하여 잡음없이 100K옴만 넘어도 그 앰프는 수백만원을 호가합니다.. 파워앰프의 출력임피던스는 낮을수록 좋으며 스피커의임피던스/앰프의 출력임피던스의 비를 댐핑펙터라 하여 스피커의 제동력을 판단하는 바로미터가 됩니다.. 보통 100배이상을 권장하며 높을수록 제동력이 뛰어나 소리의 다이나믹 함이 커지고 앰프가 이상 고전류로 부터 안전합니다...
예로 8옴 스피커라면 0.1옴 정도의 출력 임피던스를 갖는 앰프와 무리없이 연결할 수 있으나 4옴스피커는 음질과 앰프의 안전성에 문제를 일으킬 수 있으며 2옴 스피커는 연결을 하지 않는게 좋습니다,, 낮은 임피던스의 스피커는 그 만큼 안전성이 확보되고 낮은 출력임피던스를 가진 고급앰프를 사용하여야 좋은 소리를 얻을 수 있습니다..

# 8옴 스피커에 50W 정격출력을 내는 앰프가 있다면 4옴 스피커를 연결할때는 100W, 2옴에는 200W의 출력이 됩니다..그런데 스피커의 저항이 낮아지면 앰프는 더 많은 전류를 스피커로 보내야 함으로 앰프의 회로에 무리가 가게 됩니다..앰프의 성능이 나아져 8옴에 50W의 앰프로 4옴에 100W 스피커까지는 무리하게 볼륨을 올려 장시간 사용하지 않는다면 사용이 가능하나 2옴에 200W(사실 이런 스피커는 보기 힘듭니다^^;;) 스피커를 연결하면 앰프가 과전류를 견디지 못하고 승천하게 됩니다.. 스피커의 임피던스는 고정된 것이 아니라 주파수에 따라 아래위로 변화하며 이러한 변화로 낮은 임피던스의 스피커는 앰프에 과전류가 흐르게 할 가능성이 높아지므로 보호회로가 잘 갖추어진 앰프나 앰프의 성능에 비해 여유있게 낮은 출력의 스피커를 연결하여야 합니다..

4. 스피커와 앰프의 매칭

1) 8옴에 100W인 앰프가 있는데 4옴에 20W짜리 PC스피커 달아도 되나?

2) 4옴에 30W인 PC내장 앰프에 8옴에 100W인 AV스피커 달아도 되나?

8옴에 100W인 앰프가 있는데 4옴에 20W짜리 PC스피커 달아도 되나?
위에서 설명하였듯이 앰프의 출력표시는 소비자가 앰프의 출력을 쉽게 이해할 수 있도록 가장 많이 사용되는 스피커인 8옴 스피커를 연결하면 얼마의 출력을 가진다고 표기하고 있는 것 입니다.
4옴에 100W라고 적힌 앰프는 앰프의 출력 임피던스가 낮아 "4옴을 연결하여도 좋은 성능을 가집니다"라는 성능 자랑이 아닌 100% 출력을 높게적어 어리숙한 소비자를 속이려고 하는 상술에 지나지 않습니다.. 8옴에 50W라고 적고 댐핑펙터를 자랑하는게 정석입니다.. 그러므로 앰프에는 2옴과 같이 앰프에 많은 부하가 걸리는 낮은 임피던스가 아니라면 6옴, 8옴, 10옴, 100옴등 어떤 임피던스를 가진 스피커라도 연결이 가능합니다.. 앰프의 출력이 낮거나 더큰 소리를 얻고자 4옴 스피커를 연결할 수 밖에 없다면 모르겠으나 그렇지 않다면 8옴 스피커를 구입하는게 스피커의 다른 스펙들이 비슷하다면 더 좋은 소리를 들려줍니다..

4옴에 30W인 PC내장 앰프에 8옴에 100W인 AV스피커 달아도 되나?
1),2)번 질문의 경우 대부분 어디서 앰프나 스피커를 얻었을때 많이하는 질문 같은데 1번 같은 경우는 소리는 나지만 좋은 소리는 아니며 앰프에서 볼륨 살짝만 올려도 스피커는 "허걱"하고 비명을 지르게 됩니다.. 앰프에는 출력중에 찌그러짐이 10%이내인 실효출력이라는 범위가 존재하여 "실효출력 10W ~ 100W" 이런식으로 표기합니다.. 1번처럼 연결하면 찌그러짐이 심한 소리만을 듣게 되고 스피커가 맛이가는 환경을 만들어 주는 꼴이 됩니다.. 2번 같은 경우도 소리는 나지만 스피커도 역시 실효출력의 범위가 있어 좋은 소리를 들려주지 못하며 볼륨을 올려도 스피커의 출력이 제대로 올라가지 않습니다.. 앰프는 능력밖의 과도한 전류를 생산하느라 중노동을 해야하고 특히 4옴의 높은 출력 스피커를 연결하면 앰프가 사망하기 딱 좋게 됩니다.. 제대로된 소리를 앰프와 스피커에 무리를 주지않고 듣을려면 스피커와 앰프는 최대 10~20%의 차이안에서 실효출력이 어울리게 조합하는게 가장 좋은 성능을 보여줍니다.. 앰프의 출력변화에 대해 스피커가 정확하게 반응해주며 상호 힘들어 하지 않고 높은볼륨, 낮은 볼륨 고음, 저음 관계없이 밀고 당기고하여 자기가 가진 최고의 성능을 발휘하게 됩니다.

5. 구성예

실제의 예를 들어 보겠습니다

대부분의 스피커는 spec이 있습니다.

JBL 사이트에서 JRX212 의 예를 들어spec을 찾아보았습니다.

Power rating 전력 소모량이 250W에서 1000W라네요.

60hz에서 20khz 까지 재생이 가능하고요, 물론 -10db에서요...

감도가 98db SPL이네요.

근데, 중요한 것은 그 밑에 있습니다.

Nominal Impedance가 8옴이네요. 이 스피커는 8옴의 임피던스를 가지고요...

이 임피던스는 앰프 이야기 할 때 또 하도록 하겠습니다.

필요로 하는 앰프가 8옴에 250W에서 500W로 표기되어 있네요.

이 스피커의 RMS는 8옴 250W가 되는 거죠.

RMS는 실효치 등으로 해석을 하는데요, 쉽게 말씀을 드려서 이 스피커가 필요로 하는 최소한의 용량이라고 생각하시면 쉬울 것 같습니다.

JRX212는 8옴 250W의 앰프로 구동을 하면 된다는 것을 의미하죠.

그렇다면 이 스피커에 8옴 250W짜리 앰프를 연결하면 되는가?

되긴 된다는 겁니다. 그 이하로는 연결하시면 스피커가 요구하는 출력이 부족하기 때문에 앰프가 사망할 수 있습니다.

하지만 이 스피커가 원활하게 작동이 되기에는 아직 부족하죠. ‘원활하게 작동된다’는 말은 

‘이 스피커가 얼마의 앰프 출력에 프로그래밍 되었는가’라는 질문과 동일하고요, 

충분한 사운드를 제공하기 위해 필요한 용량을 묻는 질문이죠.

일반적으로 RMS의 두 배 용량을 MAX, 혹은 Programming이라고 표기합니다.

그리고, RMS의 네 배 용량, 즉 MAX의 두 배 용량을 Peak라고 표현하죠.

Peak는 말 그대로 스피커가 받을 수 있는 최대 허용입력이죠. Peak를 넘으면... 스피커가... 죽습니다.

중요한 것은, 스피커의 RMS 이하도 안 되고요, Peak 이상도 안 됩니다.

또한, 적절한 매칭은 MAX 값으로 계산하시면 좋고요, RMS의 세 배 정도의 앰프 출력을 물리는 것도 좋은 사운드를 얻으실 수 있습니다.

이제, 1번에 대한 결론을 내겠습니다.

JBL JRX212의 RMS는 250W, MAX는 500W, Peak는 1,000W입니다.

추천은 500W 언저리입니다. 물론, 임피던스 값이 8옴이죠.

그렇다면 이제 앰프의 용량을 확인 해 보겠습니다.

여기서 많이들 혼돈 되는 것이 임피던스입니다.

참고로, 스피커는 임피던스가 정해 져 있습니다. 위에서 살펴 본 JRX212는 8옴의 임피던스를 가죠.

하지만 앰프는 임피던스가 2옴이나 4옴, 8옴, 16옴 등 다양한 출력이 표기되어 있습니다.

사실, 이것이 별거는 아닙니다. ‘내가 연결하고자 하는 스피커가 몇 옴의 임피던스를 갖는가?’라는 문제의 값만 알고 있으면 됩니다.

쉽게 말씀을 드려, 앰프는 2옴일 때 나오는 출력이 8옴으로 변하면 출력값이 바뀐다는 거죠. 

이것도 앰프 제조사에서 제공하는 spec을 참고해야 합니다.

Opal Audio의 FP 군 앰프를 예로 들어보겠습니다.

Opal Audio의 FP 씨리즈는 904, 1404, 1804, 2004 등으로 이루어 져 있네요.

스펙에 나와 있듯이, 스테레오 파워라는 값이 있습니다.

스테레오 파워, 스테레오 출력은 일반적으로 앰프를 스테레오 모드로 연결시, 2개의 독립된 앰프단으로 출력이 되죠. 

보통 좌, 우에 사용하시는 스피커 2통을 앰프 1통으로 연결하는 방법이고요, 

FP-904는 8옴에 300W, FP-1404는 8옴에 450W를 출력합니다.

하지만 4옴 스테레오 파워는 좀 다르죠. FP-904는 4옴에 450W를 출력하네요.

우리가 원하는 출력은 JRX212가 갖는 임피던스 값인 8옴을 기준으로 찾아야 합니다.

FP-1404가 8옴에 450W, FP-1804가 8옴에 550W의 출력을 제공하네요.

JRX212의 RMS가 얼마였죠?

8옴에 250W였나요? 그렇다면 그 두배인 8옴 500W 정도의 앰프를 연결하면 좋을 것 같습니다.

FP-1404가 450W네요. 물론 좋은 매칭이지만, 실제적으로 앰프 제조사가 표기해 놓은 출력이 

100% 다 나오는지는 살짝 미지수고요, 케이블의 굵기나 길이에 따른 파워의 손실을 감한다면... 

MAX 보다 살짝 높은 것도 좋을 거 같네요.

Opal Audio FP-1804입니다.

좀 더 쎈 녀석을 원하신다면 FP-2004도 가능하겠군요. Peak 이내이기 때문에...

하지만, 모든 오퍼레이팅 환경에서 믹서의 출력 기준이 되는 0db 출력을 절대 넘기지 않으리라는 보장은 없기 때문에 

저라면 FP-1804를 선택하겠습니다.

FP-1804는 8옴일 때는 550W의 출력을 제공하지만, 4옴일 때는 700W의 출력이 되고요,

2옴 모드는 지원을 하지 않네요.

스피커 이야기를 앞에서 하였지만, 8옴의 동일한 스피커를 두 통 연결하시면 4옴이 되고요, 네 통을 연결하시면 2옴이 됩니다.

물론 필요로 하는 RMS 용량은 곱이 됩니다.

예를 들어 볼까요?

8옴 250W + 8옴 250W = 4옴 500W

8옴 250W + 8옴 250W + 8옴 250W = 8/3옴 750W

8옴 250W + 8옴 250W + 8옴 250W + 8옴 250W = 2옴 1,000W 가 됩니다.

Opal Audio의 FP 씨리즈는 2옴을 지원하지 않기 때문에 4통을 연결하시면 아니 됩니다.

앰프의 출력단에는 일반적으로 3가지 모드가 있습니다. 

이러한 모드변경은 앰프 뒷면의 스위치나, 전면의 버튼으로 변결하실 수 있습니다. 

앰프 제조사에서 제공하는 매뉴얼을 참고하시면 됩니다.

물론, 모든 앰프가 그렇다는 것은 아니고요...

FP-1804의 출력 표기를 보니... 이렇게 되어 있습니다.

스테레오 모드, 브릿지 모드, 패러럴 모드...로 되어 있고요,

스테레오 모드 / 4옴 700W, 8옴 450W

패러럴 모드 / 4옴 700W, 8옴 450W

두 가지 모드는... 동일하네요.

당연한 이야기입니다. 스테레오 모드와 패러럴 모드는 출력의 차이가 아니라, 입력의 차이입니다.

스테레오 모드는 두 개의 입력을 받아, 두 개의 출력을 보내는 것이고요,

패러럴 모드는 한 개의 입력을 받아, 동일한 두 개의 출력으로 보내는 것입니다. 흔히들 모노 출력이라고도 말합니다.

앰프에 따라 패러럴, 혹은 모노 모드가 지원되지 않을 수도 있습니다. 이 때는 어쩔수 없이 Y 케이블을... 필요에 따라 제작해야겠죠.

이제 브릿지모드를 살펴 보겠습니다.

FP-1804의 브릿지모드는 8옴만 표기되어 있습니다. 8옴에 1400W네요.

브릿지모드는 두 개의 출력단을 직렬로 연결하는 것을 말합니다. 두 개의 출력단에 다리를 놓았다는 뜻으로 이해하시면 됩니다.

그런데 조금 이상합니다.

스테레오 모드일때는 8옴에 550W였는데, 브릿지모드는 8옴에 1,400W입니다.

어떻게 된 일일까요....

FP-1804는 한 대의 앰프 안에 두 개의 별도로 구동되는 출력단을 갖고 있습니다.

이 출력단은 4옴을 기준으로 할 때 700W의 출력을 내는데요,

브릿지모드는 이 두 개의 출력단을 직렬로 묶습니다.

그래서... 다음과 같이 됩니다.

4옴 700W + 4옴 700W = 8옴 1,400W...

FP-1804는 8옴을 기준으로, 2개의 550W 출력을 낼 수도 있고요,

브릿지 모드로 변경시, 1개의 1,400W 출력을 낼 수 있네요.

이러한 브릿지모드는 고 출력을 요하는 스피커에 사용할 수 있습니다.

가령, 700W 스피커가 있다면 스테레오로 8옴에 1,400W가 출력되는 앰프 1대를 구입하시는 것보다, 

브릿지로 8옴에 1,400W 출력의 앰프 2대를 구입하는 것이 저렴할 때도 있죠.

이 때 주의하셔야 하시는 것이 바로 임피던스입니다.

FP-1804는 스테레오 모드는 4옴까지 지원하지만 브릿지는 8옴까지만 지원합니다.

만약, 앰프가 2옴 스테레오를 지원한다면 브릿지는 4옴까지 입니다.