EMI Filter (전자기 간섭 필터 / 라인 필터)

전원선이나 신호선을 타고 들어오는 불필요한 고주파 전자기 노이즈(EMI: ElectroMagnetic Interference)를 차단하고, 장비 구동에 필요한 순수한 전원 성분만 통과시키는 주파수 선택적 회로 장치이다.

오디오 장비에서는 주로 벽 콘센트의 AC 전원이 기기 내부의 파워 서플라이 및 변압기로 들어가는 초입(AC 인렛 일체형 또는 초단 기판)에 위치하여 내부 증폭 회로를 외부 전기 쓰레기로부터 보호하는 '1차 방어선' 역할을 수행한다.

EMI 필터는 기본적으로 수동 소자인 인덕터(초크 코일)와 커패시터(콘덴서)의 주파수별 리액턴스 특성을 극대화한 로우 패스 필터 구조를 가진다.

• 정상 전원 성분 (60 Hz): 대한민국의 AC 전원은 매우 낮은 주파수이다. 인덕터($L$)는 저주파를 쉽게 통과시키고, 커패시터($C$)는 저주파에 대해 높은 저항을 가지므로 전원이 그라운드로 새지 않고 기기 내부 변압기로 직진한다.
• EMI/RFI 노이즈 (수 kHz ~ 수 MHz): 공기 중 무선 신호나 주변 가전제품의 모터, SMPS 등에서 유입된 고주파 쓰레기 신호이다. 인덕터는 고주파를 강하게 막아서 튕겨내고, 커패시터는 고주파에 대해 저항이 거의 제로($0$)가 되어 열려버린다.

• 필터 내부의 핵심인 Y-커패시터(Line-to-Ground 콘덴서)는 전원선과 접지선(그라운드) 사이에 가로질러 연결되어 있다.
• 인덕터에 막히고 Y-커패시터라는 고속도로를 만난 초고주파 EMI 노이즈는 그대로 접지선을 타고 스튜디오 외부의 땅속으로 방출되어 소멸한다.

필터는 전원선을 타고 들어오는 노이즈의 유입 경로에 따라 두 가지 방식으로 대응한다.

• 공통 모드 노이즈 (Common Mode): 전원선의 두 가닥(Live, Neutral) 모두에 동일한 위상으로 유입되는 노이즈이다. 필터 내부의 공통 모드 초크(Common Mode Choke) 코일이 두 선의 노이즈를 서로 상쇄시켜 소멸시킨다.
• 차동 모드 노이즈 (Differential Mode): 두 전원선 간의 전위차를 통해 상호 반대 위상으로 들어오는 노이즈이다. 선과 선 사이에 연결된 X-커패시터가 이를 흡수하여 상쇄한다.

• EMI 필터가 노이즈를 걸러내는 종착지는 결국 그라운드이다.
• 만약 작업실 건물의 접지 공사가 불실하거나, 멀티탭의 접지 핀이 벽 콘센트와 연결되어 있지 않다면(가짜 접지), 필터가 열심히 모은 고주파 노이즈가 갈 곳을 잃고 장비의 오디오 샤시와 신호선 그라운드로 역류하게 된다. 접지가 없으면 EMI 필터는 무용지물이다.

• 일반 산업용이나 PC용 저가 EMI 필터는 고주파 차단에만 급급하여 내부에 대용량 커패시터를 사용한다. 이는 오디오 장비 관점에서 누설 전류를 발생시키고 오디오 그라운드를 오염시켜 오히려 오디오 신호단에 험(Hum)이나 미세한 고주파 노이즈를 유발할 수 있다.
• 따라서 하이엔드 오디오 아웃보드나 파워 컨디셔너에는 오디오 대역의 위상 왜곡을 최소화하도록 정밀하게 튜닝된 오디오 전용(Low-leakage) EMI 필터를 사용해야 한다.