Preamp Topology

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-A¹⁵⁾ 방식이다.¹⁶⁾

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.

Redd, EMI, Altec, UA, Tubetech

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 의한 Overdrive가 되는 경향이 있어서¹⁷⁾, 결과적으로 진공관 세츄레이션이 일어나게 된다. 큰 신호가 입력되면 THD가 높아지는 왜곡이 일어난다.

진공관에 플레이트 전압을 높게 걸어서 증폭하는 방식이기 때문에, 내부에서 큰 전기로 증폭하여 출력할 때 출력 트랜스포머를 통해 라인 레벨의 신호 크기로 감압하여 내보낸다. 결과적으로 트랜스포머에 의한 세츄레이션도 일어난다.

결론적으로 THD가 높다 → 세츄레이션이 많다. 원음이 왜곡된다.

높은 신호에 의해 대역폭이 줄어드는 Gain bandwidth product의 영향은 작다.

Bipolar Junction Transistor

Neve 1073 계열, Millenia HV

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.¹⁸⁾ 따라서, 출력 임피던스가 높은 마이크¹⁹⁾와 좋지 않은 결과를 낼 가능성이 매우 높다.

반면 높은 최대 입력 레벨을 가지고 있고, BJT도 진공관처럼 Gain bandwidth product로 인하여 대역폭이 줄어드는 정도가 작기 때문에, 큰 신호가 입력되는 경우에 대역폭의 제한을 크게 받지 않는다. 또한 높은 신호의 소리가 들어와도 아주 깨끗하게 증폭이 된다. 높은 최대 입력 레벨로 인하여 PAD 스위치가 없는 제품이 많다.

진공관 프리앰프의 경우 최대 입력 레벨에 표기된 것 보다 높은 레벨의 신호²⁰⁾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 플레이 전압을 크게 걸어야 하기 때문에, 내부에서 큰 전기 신호로 증폭하여 출력 시에 출력 트랜스포머를 거치기 때문에 역시 트랜스포머에 의한 세츄레이션이 일어난다. 밀레니아의 경우는 트랜스포머 대신 Active FET buffer를 사용하여 밸런스 출력 회로를 구성하기 때문에 트랜스포머에 의한 세츄레이션이 전혀 없다.²¹⁾

AEA

FET 은 트랜지스터임에도 불구하고 진공관처럼 동작하는 방식의 트랜지스터이다.

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

작동 방식은 진공관 회로와 유사하지만, 음색은 진공관과는 전혀 다르다.²²⁾

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.

API

BJT 트랜지스터 프리앰프에서 IC Op-amp 프리앰프로 가는 과도기적 성격의 방식이다. 신호가 지나가는 경로에 해당하는 회로 부분을 하나의 Discrete Op-amp 로 통합하여, 생산성 및 수리, 정비성이 좋다.

IC Op-amp 의 경우 높은 입력 레벨에 따라 대역폭이 줄어드는 현상(Gain-bandwidth Product) 의 영향을 크게 받는 데에 비하여 Discrete Op-amp 의 경우는 집적회로가 아니고 전기 규모가 어느 정도 크기 때문에, 대역폭이 줄어드는 현상의 영향을 크게 받지 않는다.

또, 진공관이나 트랜지스터 방식보다 전력 소모가 적다. 그래서 저전력, 포터블 아웃보드 포맷인 500 시리즈를 API가 최초로 개발하여, 많은 아웃보드 제조사들이 500 시리즈 포맷으로 제품을 개발하고 있다.

SSL, Focusrite, Amek, Rupert Neve, RME, Neve-V, Neve 88RS

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(Gain bandwidth product)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 고급형 Op-amp 제품의 경우에는 다중 IC 중첩 설계 등의 설계 상의 극복으로 이러한 부분을 극복하여 고음역과 저음역의 대역폭을 보존한다.

대부분의 오디오 인터페이스 내장 마이크 프리앰프는 Op-amp를 이용하는 회로이다.²³⁾ 하지만, 그렇다고 해서 Op-amp 프리앰프가 안좋다는 이야기는 아니다. Op-amp 도 전력 설계와 방식 설계에 따라서 하이엔드 프리앰프도 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.²⁴⁾

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

Op-amp 마이크 프리앰프의 경우는 신호의 DC 바이어스 전압이 크지 않기 때문에 진공관이나 트랜지스터처럼 출력 트랜스포머는 필요 없다. 하지만 차동형 Op-amp 설계가 아니고 단동형 Op-amp 설계인 경우에는 밸런스 입력으로 들어온 신호를 언밸런스 신호로 전환해줘야 하기 때문에 입력 트랜스포머를 사용하는 경우가 있다.