홈레코딩 위키

Blackmer Gain cell은 오디오 주파수용 전압 제어 증폭기(VCA) 회로로, 지수형(Exponential) 제어 특성을 가집니다. 이 회로는 1970년~1973년 사이 David E. Blackmer에 의해 발명 및 특허 등록되었습니다. 원래 Blackmer 셀의 4 트랜지스터 코어는 두 개의 상호 보완적인 bipolar current mirrors를 포함하고 있으며, 입력 전압에 대해 log-antilog 연산을 푸시풀(push-pull) 방식으로 수행합니다. 이전의 log-antilog 변조기는 p-n 접합의 지수 특성을 이용했으나 단극성(unipolar)이었고, Blackmer의 푸시풀 방식은 양극성 신호와 양방향 전류의 변조를 가능하게 했습니다.

Blackmer Gain cell은 1973년부터 생산되었으며, 프로 오디오에 적합한 최초의 정밀 VCA 회로입니다. 1970년대부터 상용 Blackmer 셀은 110dB의 제어 범위와 0.01% 이하의 전체 고조파 왜곡(THD), 매우 이상적인 지수 제어 특성을 달성했습니다. 이 회로는 원격 제어 믹싱 콘솔, 신호 컴프레서, 마이크 프리앰프, dbx 노이즈 리덕션 시스템 등에서 사용되었습니다.

21세기에도 Blackmer 셀과 Douglas Frey의 OVCE(Operational Voltage Controlled Element)는 스튜디오 및 무대 장비에서 널리 쓰이는 두 가지 통합 VCA 토폴로지로 남아 있습니다.

1960년대, 미국의 레코딩 스튜디오들은 멀티트랙 레코딩을 도입했다. 멀티트랙 레코더의 좁은 트랙은 이전의 넓은 트랙에 비해 노이즈가 더 많았고, 많은 수의 좁은 트랙을 믹스다운하면 마스터 테이프의 신호 대 잡음비가 더욱 악화되었다. 믹싱은 수많은 컨트롤과 페이더를 정확하게 타이밍에 맞춰 조작해야 하는 복잡한 과정이 되었고, 이 컨트롤의 수가 너무 많아 수동으로 조작하기에는 한계가 있었다. 이러한 초기 멀티트랙 스튜디오의 문제점들은 프로페셔널 등급의 노이즈 리덕션과 콘솔 자동화에 대한 수요를 만들어냈다. 이 두 기능의 핵심에는 전압 제어 증폭기(VCA)가 있었다.

가장 초기의 솔리드스테이트 VCA 토폴로지는 증폭기라기보다는 감쇠기(attenuator)였으며, 전압 제어 저항 모드로 동작하는 접합형 전계효과 트랜지스터(JFET)를 사용했다. 이 감쇠기들은 1970년대 초반에는 최첨단 기술이었으며, 프로페셔널 Dolby A와 소비자용 Dolby B 노이즈 리덕션 시스템에 성공적으로 사용되었지만, 믹싱 엔지니어의 모든 요구를 충족시키지는 못했다.

1968년, Barrie Gilbert는 Gilbert 셀을 발명했는데, 이 회로는 라디오와 아날로그 컴퓨터 설계자들에게는 빠르게 채택되었으나, 스튜디오 장비에 요구되는 정밀도가 부족했다.

1970년에서 1973년 사이, David E. Blackmer는 4-트랜지스터 멀티플라잉 로그-안티로그 셀을 발명하고 특허를 취득했으며, 이는 프로 오디오를 겨냥한 것이었다.[1989b]

Blackmer 셀은 이전 VCA 토폴로지에 비해 더 정밀하고 더 넓은 다이내믹 레인지를 가졌지만, 양극성(bipolar) 트랜지스터의 양 극성 타입 모두에서 잘 맞는(매칭된) 트랜지스터가 필요했으나, 이는 당시 실리콘 집적회로(IC)로는 구현할 수 없었다. 당시의 접합 아이솔레이션(junction isolation) 기술은 성능이 좋지 않은 p-n-p 트랜지스터만 제공했기 때문에, 집적회로 설계자들은 n-p-n 트랜지스터만을 사용할 수 있었다. Gilbert와 Dolby 회로는 실리콘으로 쉽게 집적화할 수 있었지만, Blackmer 셀은 까다롭게 선별되고 정밀하게 매칭된 디스크리트 트랜지스터로 조립해야 했다. 등온(isothermal) 동작을 보장하기 위해, 이 금속 캔 트랜지스터들은 열전도성이 좋은 세라믹 블록에 단단히 고정되고, 환경으로부터는 강철 캔으로 절연(Isolation)되었다.

이런 형태의 최초 하이브리드 집적회로는 1973년 Blackmer의 회사에서 생산된 “블랙캔(dbx202)“이었다.

5년 후, Blackmer는 개선된 dbx202C “골드캔” 하이브리드 IC를 출시했다. 전체 고조파 왜곡(THD)은 0.03%에서 0.01%로 감소했고, 게인 제어 범위는 110dB에서 116dB로 증가했다.

1980년, Blackmer는 Bob Adams가 설계한 버전인 dbx2001을 출시했다.

이전의 Blackmer 셀들이 lean class AB(얇은 클래스 AB)로 동작했던 것과 달리, dbx2001은 클래스 A로 동작했다. 왜곡은 0.001% 미만으로 떨어졌지만, dbx2001의 노이즈와 다이내믹 레인지는 클래스 AB 회로에 비해 열세였다. 이 1세대 Blackmer VCA들은 매우 긴 서비스 수명을 가졌으며, 2002년에도 오리지널 dbx202 “캔”을 기반으로 한 아날로그 콘솔들이 여전히 프로페셔널 레코딩 스튜디오에서 사용되고 있었다.

1980년까지, 상호 보완성을 가진 바이폴라 IC가 가능해졌고, Allison Research는 최초의 단일 칩(모놀리식) Blackmer 게인 셀 IC를 출시했다. Paul Buff가 설계한 ECG-101은 수정된 Blackmer 셀의 코어, 즉 8개의 매칭된 트랜지스터 세트만을 포함했으며, 순수 Class-A 동작을 목적으로 했다. 이 회로는 거의 원하지 않는 홀수차 고조파가 없는 독특한 음향 특성을 가졌으며, 오리지널 Blackmer 셀보다 안정화가 더 쉬웠다. 1981년, dbx, Inc.는 Dave Welland(이후 Silicon Labs의 공동 창립자)가 설계한 자체 모놀리식 IC인 dbx2150/2151/2155를 출시했다. 이 세 가지 숫자 표기는 동일한 칩의 세 등급을 나타냈다. 2151이 가장 우수하고, 2155가 가장 낮았으며, 중간 등급인 2150이 가장 널리 사용된 버전이었다. 8핀 단일 인라인 패키지(SIP8)는 입력과 출력 사이의 좋은 절연을 보장했고, 이후 dbx2100, THAT2150, THAT2181 IC는 업계 표준이 되었다. 이 회로들은 오리지널 하이브리드 dbx IC와 마찬가지로, 프로페셔널 아날로그 오디오에만 독점적으로 사용되는 소량 제품이었다.

일반적인 응용 분야로는 믹싱 콘솔, 컴프레서, 노이즈 게이트, 더커, 디에서, 상태 변수 필터(state variable filter) 등이 있다.

Blackmer 셀을 사용한 dbx 노이즈 리덕션 시스템은 세미프로 시장에서는 제한적인 성공을 거두었고, 소비자 시장에서는 Dolby C에 밀려 실패했다. dbx가 대규모 시장에서 실질적으로 사용된 유일한 분야는 북미의 다채널 텔레비전 사운드(North American Multichannel Television Sound)였으며, 이 시스템은 1984년 도입되어 아날로그 텔레비전 방송이 종료될 때인 2009년까지 운영되었다.

21세기에 들어, 프로페셔널 Blackmer IC는 Blackmer의 dbx, Inc.의 직계 후손인 THAT Corporation에서 유전체 절연(dielectric isolation) 기술을 사용해 생산되고 있다.