Load impedance, 부하 임피던스

부하 임피던스(Load impedance)는 입력 임피던스라고 하며, 입력되는 신호의 $V$와 $I$값의 비율을 말한다. 전기회로가 신호를 입력 받을 때, 입력되는 신호의 $V$값에 비하여 $I$값이 작으면, $Z=V/I$ 이므로 부하 임피던스는 매우 큰 값을 가진다. 즉 부하 임피던스가 큰 전기회로일수록, $V$에 비해 $I$가 작은 신호를 받을 수 있다.

프리앰프의 입력 PAD 스위치를 누르면 회로 내부에 전압 감쇄를 위한 저항 네트워크(U-Pad 등)가 물리적으로 개입하게 된다. 이때 신호선(Hot-Cold) 사이에 낮은 저항이 병렬로 연결되기 때문에, 합성 저항 공식에 의해 PAD를 누르면 입력 임피던스는 크게 감소한다.

PAD는 저항이니까 입력에 저항값을 추가한다는 논리로 “PAD를 누르면 입력 임피던스가 증가한다”라고 잘못 알고 있는 사람들이 많지만, 실제로는 병렬 저항 결합으로 인해 입력 임피던스가 수백 옴(Ω) 수준으로 곤두박질치게 된다.

• Understanding Impedance

어떤 사람들은 XLR 커넥터가 더 좋은 음질을 보여준다고 생각하며²⁾, 마이크 프리앰프의 입력에 XLR 로 라인 출력을 연결하여 사용하기도 한다. 그러나 대부분의 마이크 입력은 라인 입력에 비해서 최대 입력 레벨이 작기 때문에, 마이크 인풋에 라인 출력을 연결하고 PAD 를 눌러 사용해야 한다고 주장한다.

정말 그럴까?

다음은 UA 710 마이크 프리앰프의 스펙의 일부이다.

마이크 입력의 최대 입력 레벨은 $18\,dBu$, 라인 입력의 최대 입력 레벨은 $30\,dBu$ 이고 입력 임피던스는 각각 $2\,k\Omega$, $10\,k\Omega$이다. 일반적인 상황에서는 마이크 레벨 출력은 마이크 입력에, 라인 레벨 출력은 라인 입력에 사용하는 것이 맞지만, 도무지 알 수 없는 이유로 라인 레벨 출력을 마이크 레벨 입력에 사용하는 사람들이 있다.

이 사람이 사용하는 라인 레벨 출력이 $+26\,dBu$ 정도의 출력을 가진 장비 일때, 이 출력을 그냥 마이크 입력에 연결하면, $8\,dB$ 정도의 신호가 초과 되게 된다. 따라서 마이크 입력에 연결하고 PAD 스위치($-15\,dB$)를 사용하게 된다.

$15\,dB$의 PAD를 활성화하면 회로 내부의 병렬 저항 결합으로 인해 마이크 입력 임피던스($2\,k\Omega$)는 수백 옴 단위(장비에 따라 약 $150 \sim 500\,\Omega$ 수준)로 급격히 떨어지게 된다.

이렇게 되면 프리앰프의 입력 임피던스가 라인 출력 장비의 표준 출력 임피던스(일반적으로 수십~수백 옴, 과거 스탠다드 $600\,\Omega$)와 비교했을 때 충분히 높지 않거나 오히려 더 낮아지는 임피던스 미스매칭(로딩 현상)이 발생한다.

전압 전송(Voltage Bridging)의 기본 원칙인 '저출고입(낮은 출력 임피던스, 높은 입력 임피던스)'이 완전히 깨지기 때문에, 출력 장비의 출력단에 과부하가 걸려 고역이 먹먹해지거나 저역의 댐핑이 사라지는 등 심각한 톤 손실(Tone Sucking)을 입게 된다.

라인 레벨의 출력이 낮은 장비를 연결하여 PAD를 누르지 않고 사용한다 하더라도, 마이크 입력의 $2\,k\Omega$ 임피던스는 라인 신호를 받기엔 너무 낮다. 정상적인 라인 레벨 출력은 반드시 제 짝인 라인 레벨 입력(임피던스 $10\,k\Omega$ 이상)에 연결해야 평탄한 주파수 특성을 보장받을 수 있다.

따라서 XLR 커넥터가 준다는 막연한 심리적 안정감 때문에 라인 출력을 마이크 입력에 패치하는 것은 결코 올바른 음향 매칭 방법이 아니다.