인덕턴스

Inductance (유도용량)

도선에 전류가 흐를 때 그 주변에 형성되는 자기장(Magnetic Field)에 에너지를 저장하는 물리적 능력을 말하며, 기호는 L, 단위는 헨리(Henry, H)를 사용한다. 음향 장비 내부에서는 주로 코일(Inductor)이나 트랜스포머(Transformer)의 형태로 존재한다. 전류의 급격한 변화를 전자기적으로 방해하려는 성질(역기전력)이 있으며, 주파수가 높아질수록(고음일수록) 신호를 통과시키지 못하고 막아서는 '교류 저항' 특성을 가진다.

도선을 감은 형태(코일)와 내부 코어(중심축)의 재질에 의해 결정된다.

$$자유 공간 및 코일 내부 인덕턴스 값 \propto \mu \frac{N^2 A}{l} \quad (\mu: \text{투자율}, N: \text{감은 횟수}, A: \text{단면적}, l: \text{코일의 길이})$$

• 감은 횟수(N)의 제곱에 비례: 코일을 많이 감으면 감을수록 자기장이 중첩되어 인덕턴스 값이 기하급수적으로 커진다.
• 코어의 투자율($\mu$)에 비례: 코일 내부에 공기 대신 자성을 잘 유도하는 철(Iron)이나 페라이트(Ferrite) 같은 코어를 넣으면 인덕턴스가 대폭 상승한다.

• 인덕턴스의 기반이 되는 '전자기 유도 법칙'은 아날로그 음향의 시작과 끝이다.
• 다이나믹 마이크: 소리의 공기 진동이 영구자석 주위의 코일(인덕터)을 흔들면, 인덕턴스 성질에 의해 코일에 유도 전류가 발생하며 오디오 신호가 만들어진다.
• 스피커 유닛: 반대로 오디오 신호(전류)를 스피커의 보이스 코일에 흘려주면, 코일에 순간적인 자기장이 형성되어 영구자석과의 밀고 당기는 힘에 의해 진동판이 움직이며 소리가 재생된다.

• 입력측 코일과 출력측 코일을 하나의 철심(코어)에 같이 감아놓은 부품을 트랜스포머라고 한다. 입력 코일에 오디오 신호가 흐르면 자기장이 발생하고, 이 자기장이 출력 코일에 다시 전기를 유도하는 방식으로 신호를 넘긴다.
• 이 과정에서 두 회로가 물리적/전기적으로 완전히 분리(Isolation)되어 접지 루프 노이즈를 차단해 주며, 코일의 감은 비율(권선비)을 조절하여 임피던스 매칭이나 전압 증폭을 수행한다. Neve 등 클래식 아웃보드 특유의 묵직한 '아날로그 질감(Saturation)'은 이 트랜스포머 코어가 포화되면서 발생하는 배음 성분 덕분이다.

• 코일은 주파수가 높아질수록 교류를 방해하는 저항(유도성 리액턴스, $X_L$)이 커지는 성질이 있다. 즉, 고음은 막고 저음은 아주 잘 통과시킨다.
• 이 성질을 이용해 스피커로 가는 신호 라인에 코일을 직렬로 연결하면, 고음은 차단되고 저음만 우퍼로 전달되는 패시브 로우패스 필터(LPF)가 완성된다.

• 인덕턴스 성질을 가진 코일이나 트랜스포머는 주변의 자기장 변화에 극도로 민감하다.
• 실험실이나 스튜디오 공간에 거대한 전원 트랜스포머, 파워 앰프, 혹은 전등 안정기 등이 있으면 여기서 뿜어져 나오는 전원 주파수($60\,Hz$)의 자기장이 마이크 내부의 코일이나 오디오 케이블에 유도되어 “우웅~” 하는 전원 험 노이즈를 강제로 발생시킨다. 이를 방지하기 위해 오디오 장비 내부의 트랜스포머는 뮤메탈(Mu-Metal) 등으로 엄격하게 차폐(Shielding) 처리를 한다.

• 무대나 스튜디오에서 긴 스피커 케이블이나 전원 케이블을 정리하지 않고 동그랗게 감아둔 채로 큰 전류를 흘리면, 그 자체가 하나의 거대한 '코일(인덕터)'로 작동하게 된다.
• 이는 케이블 자체의 인덕턴스를 상승시켜 고음역대를 감쇄시킬 뿐만 아니라, 코일에 전류가 흐르면서 발생하는 열이 방출되지 못하고 축적되어 케이블이 녹아내리거나 화재가 발생하는 원인이 될 수 있다. 따라서 부득이하게 남는 케이블은 8자 모양으로 교차하여 감거나 넓게 풀어두어야 한다.