디지털 앰프의 기초 아날로그 앰프와 디지털 앰프의 차이 음질과 스펙과의 연관 관계

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1 디지털 앰프의 기초 아날로그 앰프와 디지털 앰프의 차이 음질과 스펙과의 연관 관계
디지털 앰프의 기초 아날로그 앰프와 디지털 앰프의 차이 음질과 스펙과의 연관 관계 연구소 엄태호 수석연구원

2 아날로그 앰프와 디지털 앰프의 차이

3 아날로그 앰프와 디지털 앰프의 차이 - 1 1. 선형 (LINEAR) 증폭 vs. 스위칭 (SWITCHING) 증폭
중요 1. 선형 (LINEAR) 증폭 vs. 스위칭 (SWITCHING) 증폭 아날로그 앰프는 선형 (LINEAR) 증폭을 하고, 디지털 앰프는 스위칭 (SWITCHING) 증폭을 한다. 아날로그 앰프는 증폭 소자의 선형 (LINEAR) 영역을 이용하고, 디지털 앰프는 증폭 소자의 스위칭 (SWITCHING) 영역을 이용한다. 아날로그 앰프의 출력단은 선형 (LINEAR) 동작을 하고 있고, 디지털 앰프의 출력단은 스위칭 (SWITCHING) 동작을 하고 있다.

4 아날로그 앰프와 디지털 앰프의 차이 - 2 2. 아날로그 앰프는 B급 앰프, 디지털 앰프는 D급 앰프이다.
참고) 앰프는 출력단의 동작에 따라 A급, AB급, B급, C급, D급, E급, F급, G급, H급, I급 등으로 나뉘어 진다. 중요

5 디지털 앰프의 장점 1. 장점 고 효율 (High Efficiency) 저 발열 (Low Heat Dissipation)
소형 히트싱크 (Small Heat Sink) 저 중량 (Light Weight) 소형화 (Small & Slim) 저 소비전력 (Low Power Consumption) 고 생산성 (Productivity) 2. 단점 설계상의 난이성 - 고주파 노이즈 - EMI - Radio Interference 중요

6 아날로그 앰프와 디지털 앰프의 비교 - 1 중요

7 아날로그 앰프와 디지털 앰프의 비교 - 2 PA-624 (풀 디지털 앰프 채용) 와 PA-9324 (아나로그 앰프 채용) 의 히트싱크 크기 비교
중요

8 아날로그 앰프와 디지털 앰프의 비교 - 3 PA-624 (풀 디지털 앰프 채용) 와 PA-9324 (아나로그 앰프 채용) 의 내부 비교
중요

9 아날로그 앰프와 디지털 앰프의 비교 - 4 PA-624 (풀 디지털 앰프 채용) 와 PA-9324 (아나로그 앰프 채용) 의 출력단 비교
중요

10 아날로그 앰프와 디지털 앰프의 비교 - 5 PA-624 (풀 디지털 앰프 채용) 와 PA-9324 (아나로그 앰프 채용) 의 전력, 중량, 높이 비교
중요

11 참고) 효율 비교 그래프

12 참고) PWM (Pulse Width Modulation)

13 디지털 앰프의 방식 D 급 앰프 (D-Class Amplifier) - 아날로그 입력을 받는다.
중요 D 급 앰프 (D-Class Amplifier) - 아날로그 입력을 받는다. - PWM Modulator 를 사용한다. - 보통 피드백 (Feedback) 을 건다. 풀 디지털 앰프 (Full Digital Amplifier) - 디지털 입력을 받는다. - Digital Processor 및 PWM Converter 를 사용한다. - Digital Processor 로 여러가지 동작 (Function) 을 구현할 수 있다. - (거의 대부분) 피드백을 안한다 (Non Feedback).

14 D 급 앰프 Block Diagram D/A Converter D-Class PWM Output Modulator LPF
Stage 디지털 입력 Analog LPF PWM PWM Analog 아날로그 입력 FB

15 풀 디지털 앰프 Block Diagram Format Converter Digital Processor / PWM
입력 Digital Processor / PWM Converter D-Class Output Stage I2S LPF PWM PWM A/D Converter I2S 아날로그 입력 CPU

16 AES 17 필터 디지털 앰프 측정 및 표기 조건 가청 주파수 대역 20Hz ~ 20KHz 스위칭 노이즈 주파수 384KHz
중요 가청 주파수 대역 20Hz ~ 20KHz 스위칭 노이즈 주파수 384KHz AES 17 필터 – 디지털 앰프 측정의 스탠다드

17 SMPS (Switched Mode Power Supply)
1. 장점 고 효율 (High Efficiency) 저 발열 (Low Heat Dissipation) 저 중량 (Light Weight) 소형화 (Small & Slim) 저 소비전력 (Low Power Consumption) 2. 단점 설계상의 난이성 - 고주파 노이즈 - EMI - Radio Interference 중요

18 SMPS vs. TRANS TROIDAL TRANS SMPS SMPS EI TRANS

19 음질과 스펙과의 연관 관계 누구나 레오나르도 다빈치의 모나리자를 보고 예술 작품이라고 말하지만 어느 누구도 ‘왜’ 모나리자가
누구나 레오나르도 다빈치의 모나리자를 보고 예술 작품이라고 말하지만 어느 누구도 ‘왜’ 모나리자가 아름다운지에 대해서 섣불리 말할 수 없다. 음향 기기에서의 스펙 측정의 발달 과정은 음질이라는 주관 (?) 적인 요소를 객관적이면서 수치적으로 표기하기 위한 과정이다.

20 소리의 기초 - 1 1. 가청 주파수 대역은 통상 20Hz ~ 20KHz 이다.
4. 옥타브 (octave) ; 주파수가 2 배 디케이드 (decade) ; 주파수가 10 배 중요

21 소리의 기초 - 2 음압 레벨 20dB(A) ; 최소 청취 가능 평균 음압 레벨
50% 의 사람이 불쾌감을 느끼는 음압 레벨 120dB(A) ; 100% 의 사람이 불쾌감을 느끼는 음압 레벨

22 소리의 기초 - 3 음의 3 요소 - 심리량 측면 - 소리의 크기 (Loudness) - 소리의 높이 (Pitch)
- 음색 (Timbre) 음의 4 요소 - 물리량 측면 - 음압 (Pressure) - 주파수 (Frequency) - 스펙트럼 (Spectrum) - 엔벨롭 (Envelope)

23 음향 관련 법칙 및 용어 역 자승 법칙 (Inverse Squire Law) Flecther & Munson
등 라우드니스 곡선 (Equal Loudness Curve) 보정. A, B, C, D 등. dB(A)... 마스킹 효과 양이 효과 칵테일 파티 효과 선행음 효과

24 음색 표현 어 미적 인자 맑다. 흐리다. 가볍다. 막히다 / 답답하다. 역동 인자 박력있다. 묵직하다. 허전하다. 풍부하다.
금속성 인자 날카롭다. 딱딱하다. 메마르다. 부드러움 인자 부드럽다. 복합형 지저분하다. 밸런스가 좋다. 섬세하다

25 변별 (검지) 한계 - 1 음의 세기 변화의 변별 (검지) 한계 감각 레벨 50dB 이상에서는
BACK DATA 음의 세기 변화의 변별 (검지) 한계 감각 레벨 50dB 이상에서는 음의 세기 변화의 변별 (검지) 한계는 약 0.2dB 이다.

26 변별 (검지) 한계 - 2 주파수 특성 변화 (편차) 의 변별 (검지) 한계 50~15KHz 사이에서
BACK DATA 주파수 특성 변화 (편차) 의 변별 (검지) 한계 50~15KHz 사이에서 주파수 특성 변화 (편차) 의 변별 (검지) 한계는 약 ±2dB 이다. (전문가 +2/-4dB, 일반인 +4/-6dB) 딥 (Dip) 의 변별 (검지) 한계 주파수 특성에서 Dip 이 그 주파수의 1/10 대역폭 이내 일 때는 (예를 들면 300Hz 에서는 30Hz 이내, 2KHz 에서는 200Hz 이내) 귀로 들어도 구분하지 못한다.

27 변별 (검지) 한계 - 3 왜곡의 변별 (검지) 한계 BACK DATA 음성, 인원의 10% 변별
단일 3차 고조파 왜곡에 대한 변별 한계 ; 왜곡 0.9% 단일 2차 고조파 왜곡에 대한 변별 한계 ; 왜곡 6.8% 음악, 인원의 10% 변별 단일 3차 고조파 왜곡에 대한 변별 한계 ; 왜곡 3.1% 단일 2차 고조파 왜곡에 대한 변별 한계 ; 왜곡 1.8% 음성에서는 3차 왜곡이 가장 중요한 역할을 하고, 음악에서는 2차와 3차 왜곡이 동등하게 기여함. 통상, 인원의 1% 가 변별하는 왜곡은 단일 고조파에 대하여 약 0.3% 왜곡, 인원의 10% 가 변별하는 왜곡은 단일 고조파에 대하여 약 1% 왜곡으로 간주함. 단일 고조파 왜곡이 아니라 왜곡이 복합되면 이보다 커서, 인원의 1% 가 변별하는 왜곡은 복합 왜곡 시 THD 1~3%, 인원의 10% 가 변별하는 왜곡은 복합 왜곡 시 THD 3~10% 로 간주함. BACK DATA

28 음향 특성 데이터 출력 주파수 특성 왜곡 혼 변조 왜곡 (Intermodulation Distortion ; IMD)
중요 출력 주파수 특성 왜곡 혼 변조 왜곡 (Intermodulation Distortion ; IMD) 신호 대 잡음 비 (Signal to Noise Ratio ; S/N) 크로스토크 다이나믹 레인지와 헤드룸 과도 특성 위상 특성 동상 신호 제거 비 (CMRR) 댐핑 팩터

29 음질과 출력과의 연관 관계 대 출력 앰프가 음질이 좋은가? 원론적으로 앰프의 출력과 음질은 무관하다고 한다.
하지만 실제적인 경우, 50W 에 비해 500W 는, 대 전류 소자 및 대 전류 회로물을 사용하기 때문에 스피커 드라이브 능력이 좋을 수 있다. 반면에 대 전류 부품을 사용하거나 다단 병렬하기 때문에 해상력 및 소신호 퀄리티가 나쁠 수 있다. 출력 외 중요한 팩터 ; 댐핑 팩터, 다이나믹 레인지, 헤드룸 중요

30 음질과 주파수 특성과의 연관 관계 주파수 특성이 넒은 것이 음질이 좋은가?
60Hz~8KHz 의 1/10 과 10 배 이상, 즉 6Hz~80KHz 이상이면 큰 차이가 없다. 주파수 특성이 평탄한 것이 음질이 좋은가? 50Hz~15KHz 에서 ±2dB 이내이면 큰 차이가 없다. 주파수 특성 외 중요한 팩터 ; 과도 특성 및 위상 특성 중요

31 음질과 왜곡과의 연관 관계 왜곡이 적은 것이 음질이 좋은가? 저명한 연구 논문 결과에 따르면 중요
THD 가 1% 이내면 잘 알아차리지 못하고, THD 가 0.3% 이내면 전혀 알아차리지 못한다고 한다. 또한 왜곡의 총 양 보다는 왜곡의 성분비가 더 중요하다. A 앰프의 경우 THD 가 0.1% 이나 그것이 3차 고조파가 대부분인 경우와, B 앰프의 경우 THD 가 0.2% 이나 2차 고조파 0.07%, 3차 고조파 0.05%, 4차 고조파 0.03% … 라면 THD 만 가지고 A 앰프가 B 앰프에 비해 음질이 좋을 것이라고 말할 수 없다. THD 외 중요한 팩터 ; 혼 변조 왜곡 (IMD) 중요

32 음질과 부품 업체와의 연관 관계 도시바 파워 TR 은 도시바 소리를 내고, 산켄 파워 TR 은 산켄 소리를 낸다.