스피커를 울리는 힘이 약간은 부족하다고 느껴왔던 43 오극관 싱글 앰프의 출력을 측정해 보기로 했다. 5와트 10옴 시멘트 저항을 스피커 단자에 연결하고, 입력에는 휴대폰을 연결하여 유튜브에서 1 kHz 사인파를 재생하였다. 휴대폰과 앰프의 볼륨은 전부 최대로 하였다. 출력트랜스의 임피던스와 일치하는 8옴 저항을 쓰는 것이 가장 좋겠지만, 마침 갖고 있는 것은 10옴이 전부였다. 그리고 8.2옴은 구할 수 있어도 단품 저항으로 8옴은 내가 알기로는 존재하지 않는다.
저항을 연결한 스피커 단자에 오실로스코프의 프로브를 연결하여 측정을 시작하였다.
전압의 피크(VPK)값은 3극관 접속에서 0.4V, 울트라리니어 접속에서 2V가 나왔다. 전력(power)의 공식은 전압 곱하기 전류인데, 전류는 직접 측정하기가 불편하니 전압 나누기 저항이 전류라는 옴의 법칙을 적용하여 식믈 바꾸면 전력 = [전압2/저항]이 된다. 그런데 이 공식은 직류 또는 실효치(VRMS)로 전환한 값에 해당한다. 따라서 측정한 피크치 전압을 실효치로 바꾸어 공식에 대입해야 한다. 그러려면 피크값을 2의 제곱근(1.414)으로 나누거나 0.707을 곱해야 한다. 결과적으로 전력 = [피크전압2/(2*저항)]이 된다. 이해를 돕기 위한 아래 그림은 gnuplot에서 그린 것이다.
- UL 접속: (0.4 * 0.4)/(2*10) = 0.008 W, 즉 8 mW!
- 5극관 접속: (2 * 2)/(2*10) = 0.2 W
자, 이렇게 작은 소리로 듣고 있었단 말인가? 음악 감상시에는 소스와 앰프의 볼륨을 거의 최대로 한 UL 접속 상태로 듣지만, 5극관 접속 상태로는 좀처럼 전환하지 않았다. 사용하는 스피커(JBL FE-M2125 이전 글)의 공칭 임피던스가 6옴이므로 10옴 저항을 부하로 달아서 측정했을 때에 비한다면 훨씬 크게 느껴질 것이다.
하지만 휴대폰을 소스로 연결해서는 1 와트의 출력을 즐기기가 힘들다는 계산이 나온다.
두번째의 실험으로서 LM1876 앰프를 입력 단자에 연결하고 마찬가지로 사인파를 재생해 보았다. 출력단자에서는 3V(피크치)를 넘으면서 사인파의 한쪽에서 클리핑이 발생하였다. 계산으로는 0.45 와트에 해당한다. 이게 도대체 말이 되는 이야기인가? 10옴 부하 저항에 대하여 1 와트의 출력에 해당하는 증폭이 이루어졌다면, 4.47V(피크)가 측정되어야 한다. 내 앰프가 이렇게 출력이 작았었나? 그렇다면 1 와트의 출력이라는 것이 얼마나 스피커를 시끄럽게 울린다는 것인가?
일단 출력 트랜스와 출력관의 접속 절환 스위치가 제대로 연결된 것이 맞는지를 확인해 봐야 되겠다(확인 완료 후 본문 수정). 그러고 나서 측정 자체를 제대로 한 것인지, 회로를 개선하여 전원전압을 올리지 않고도 출력을 높이는 것이 가능한지를 궁리해 보자. 내가 이렇게 작은 출력으로 만족을 하면서 듣고 있었다면, 전원트랜스와 출력트랜스는 너무 여유가 크다는 뜻이 된다.
부하 저항으로 사용한 10옴 저항은 출력 트랜스의 2차 권선 임피던스(8옴)에 비하여 25%나 크다. 그러나 사인파 측정으로는 실제 낼 수 있는 것보다 적은 출력이 계산될 것이다. 부품통을 뒤지니 8.2옴 시멘트 저항이 몇 개 나왔다. 아래 사진은 91옴 저항 2개와 10옴 저항 하나를 병렬로 연결하여 만든 합성 저항이다. allaboutcircuits.com의 병렬 저항 계산기로 계산하면 이것도 8.2옴이 나온다.
43 오극관(데이터시트)을 이용하여 출력 1와트에 도전한다! 정말 소박한 목표가 아닐 수 없다.
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