Preamp Topology

프리앰프 토폴로지는 마이크 프리앰프 회로를 구성하는 방식이나 구조를 의미한다. 프리앰프의 설계 방식에 따라 증폭 성능, 노이즈, 음질 등의 특성이 달라진다.

프리앰프의 경우는 파워앰프처럼 전기적 효율이 중요한 앰프 파트가 아니고, 소리의 품질이 중요시되는 앰프 파트이다. 프리앰프가 하는 역할은, 마이크 레벨이나, 인스트루먼트 레벨처럼 초기의 작은 신호를 라인 레벨 신호 크기까지 증폭시켜 주는 장치이므로, 거의 대부분 Class-A¹⁾ 방식이다.²⁾

여기서 마이크 레벨을 라인 레벨 까지 증폭시켜 주는 장치를 마이크 프리앰프라고 하고, 인스트루먼트 레벨을 라인 레벨로 증폭시켜주는 장치는 악기 용 프리앰프, 보통 기타 앰프나 베이스 기타 앰프에 내장되어 있다.

진공관을 이용한 방식은 Op-amp 방식처럼 마이크 허용 입력 임피던스가 크기 때문에 작은 신호도 대역폭의 영향을 거의 받지 않고 감도 높게 받을 수 있는 특징이 있다

하지만 진공관 증폭의 특성 상 높은 신호가 들어오면 올수록 점점 진공관에 의해 신호가 새츄레이션되는 경향이 있다.³⁾ 따라서, 큰 신호가 입력되면 THD가 높아지는 왜곡이 일어난다.

진공관에 고정된 값의 플레이트 전압을 높게 걸고 전류로 증폭량을 조절하는 방식이기 때문에, 내부에서 큰 전압을 가진 신호로 증폭하여 출력할 때 출력 트랜스포머를 통해 라인 레벨의 전압 신호 크기로 감압하여 내보낸다. 결과적으로 트랜스포머에 의한 새츄레이션도 일어난다.

결론적으로 THD가 높다 → 새츄레이션이 많다. 원음이 왜곡된다.

높은 신호에 의해 대역폭이 줄어드는 GBW의 영향은 작다.

Bipolar Junction Transistor

보통 트랜지스터 방식의 프리앰프면 BJT(bipolar junction transistor) 트랜지스터를 말한다.

트랜지스터 방식은 진공관이나 Op-amp에 비해서 마이크 허용 입력 임피던스가 작기 때문에(ex. Neve 1073 :1200ohm) 작게 들어오는 신호에 대해서는 임피던스의 영향을 받아 대역폭의 제한을 받을 수 있다.⁴⁾ 따라서, 출력 임피던스가 높은 마이크⁵⁾와 좋지 않은 결과를 낼 가능성이 매우 높다.

반면 높은 최대 입력 레벨을 가지고 있고, BJT도 진공관처럼 GBW로 인하여 대역폭이 줄어드는 정도가 작기 때문에, 큰 신호가 입력되는 경우에 대역폭의 제한을 크게 받지 않는다.

진공관 프리앰프의 경우 최대 입력 레벨에 표기된 것 보다 높은 레벨의 신호⁶⁾가 들어와도 소프트 클리핑되면서 신호의 정보가 그래도 어느 정도 유지되는 특성이 있지만, 트랜지스터의 경우 최대 입력 레벨 보다 높은 신호가 들어오면 하드 클리핑이 발생한다.

진공관처럼 DC 바이어스 전압(진공관은 플레이트 전압)을 크게 걸어야 하기 때문에, 내부에서 큰 전기 신호로 증폭하여 출력 시에 출력 트랜스포머를 거친다. 그렇기 때문에 트랜스포머에 의한 새츄레이션이 일어난다. 밀레니아의 경우는 트랜스포머 대신 Active FET buffer를 사용하여 밸런스 출력 회로를 구성하기 때문에 트랜스포머에 의한 새츄레이션이 전혀 없다.⁷⁾

FET는 트랜지스터임에도 불구하고 진공관처럼 동작하는 방식의 트랜지스터이다.⁸⁾

이것은 진공관 방식 그대로의 회로와 설계에 전기적인 규모만 축소하여 진공관을 FET 로 교환하면 된다.

작동 방식은 진공관 회로와 유사하지만, 음색은 진공관과는 전혀 다르다.⁹⁾

FET 를 사용하는 마이크 프리앰프는 많지 않다.(프리앰프가 아닌 마이크 회로에서는 종종 있다. 마이크는 프리앰프와는 다르게 높은 증폭을 하는 회로가 필요한 것은 아니기 때문에, 진공관 마이크의 설계 거의 그대로에서 전기 규모만 축소하고 진공관만 FET 로 교체한 경우가 많다.)
실제적인 마이크 프리앰프보다는, 높은 임피던스 입력, 낮은 임피던스 출력을 이용한 리본/다이내믹 마이크를 위한 Inline 증폭 버퍼/프리앰프로 만드는 경우가 더 많은 것 같다. CLoud lifter, Radial McBooster, Royer dBooster, Se dynamite 등이 있다.

Discrete Op-amp는 BJT 트랜지스터 프리앰프와 IC Op-amp 프리앰프 사이의 과도기적 성격을 가진 회로이다. 신호 경로에 해당하는 회로 부분을 개별적인 Discrete Op-amp로 통합하여, 생산성과 수리 및 정비의 용이성을 제공한다.

IC Op-amp는 높은 입력 레벨에 따라 대역폭이 줄어드는 현상(GBW, Gain Bandwidth) 영향을 크게 받는 반면, Discrete Op-amp는 집적회로(IC)가 아니고 전기적인 규모가 비교적 크기 때문에 대역폭의 제한 영향을 상대적으로 덜 받는다. Discrete Op-amp는 개별 소자의 조합으로 구성되므로, 신호 처리 시 IC Op-amp보다 더 넓은 대역폭과 안정성을 제공할 수 있다.

IC Op-amp를 이용한 마이크 프리앰프의 경우 허용 입력 임피던스가 대부분 아주 높기 때문에, 작은 신호가 들어와도 대역폭의 손실 없이 아주 감도 높게 신호가 증폭된다.

반면 높은 신호가 들어오면 집적회로(IC) 의 집적도의 영향을 받아서, 대역폭이 증폭률에 따라 점점 제한되는 현상(GBW)이 일어나는데, 들어오는 신호가 높을 수록 처리할 수 있는 주파수 대역폭이 줄어든다.

그래서 Op-amp로 제작된 프리앰프의 대부분의 스펙 표기는 대역폭이 100kHz, 200kHz 등으로 가청 주파수 대역을 훨씬 넘지만, 실제로 써보면 고음과 저음이 잘 안나오는 경우가 있다. 하지만 고급 Op-amp의 경우에는 설계 상의 극복으로 고음역과 저음역의 대역폭을 최대한 보존한다.

대부분의 오디오 인터페이스 내장 마이크 프리앰프는 Op-amp를 이용하는 회로가 많다. 하지만, 그렇다고 해서 Op-amp 프리앰프가 안좋다는 이야기는 아니다. Op-amp 도 전력 설계와 방식 설계에 따라서 하이엔드 프리앰프¹⁰⁾도 만들 수 있다. 또한 오디오 인터페이스의 경우에도 내장된 프리앰프의 설계를 충분히 전원부와 구성요소를 하이엔드로 설계가 가능하므로, 대부분의 하이엔드 오디오 인터페이스도 하이엔드 설계의 Op-amp 프리앰프를 내장하는 경우가 종종 있다.¹¹⁾

http://www.audioht.co.kr/news/articleView.html?idxno=4614

Op-amp 마이크 프리앰프의 경우는 신호의 DC 바이어스 전압이 BJT나 진공관 방식에 비해서 크지 않기 때문에 진공관이나 트랜지스터처럼 출력 트랜스포머는 필요없다. 하지만 차동형 Op-amp 설계가 아니고 단동형 Op-amp 설계인 경우에는 밸런스 입력으로 들어온 신호를 언밸런스 신호로 전환해줘야 하기 때문에 입력 트랜스포머를 사용하는 경우도 있다. 물론 경우에 따라 출력 트랜스포머를 사용하는 경우도 있다.

방식을 조합한 회로 구성을 말한다.