Tube가 왜 Compress/Limiter 역할을 하게 되는가?

12AX7과 같은 triode(삼극관)를 microphone preamp에 쓴다. 대개 microphone preamp의 특징은 원음을 제대로 재생하기 보단 dynamic이 큰 성질을 갖는 마이크 신호를 입력으로 받아, 되도록이면 dynamic은 줄이면서도 소리가 명확하게 들리게 만드는 역할을 한다. 소리가 명확하다는 뜻은 다르게 해석하면, 볼륨이 그렇게 높지 않으면서도 마이크로 받은 소리들의 많은 부분이 잘 들리게끔 했으면 한다는 이야기이다. 사람의 귀가 그렇듯이 말이다. 즉, 시끄러운 곳에 가면 작은 소리들은 잘 들리지 않게 되고, 조용한 곳에 가면 모기가 날아다니는 소리까지 들을 수 있게 되는 것처럼 말이다.

전기/전자 용어를 쓰자면 자동 이득 조정 증폭기라서, 소리가 작아지면 증폭률이 증가하고, 소리가 필요없이 커지면 증폭률이 감소하여 결과적으로 입력의 크기와 상관없이 출력신호의 전력이 안정적으로 유지되는 결과를 얻고 싶어한다는 말이다.

Triode가 그런 성질을 갖고 있는 이유는 다음과 같다. 일반적으로 triode는 grid에 걸리는 전압이 cathode보다 낮으면 cathode로 방출되는 전자를 끌어들여 plate로 흐르게 한다. 낮으면 낮을 수록 더 많은 전자가 plate로 흘러가게 된다. 특히 plate 전압이 크면 cathode에서 plate로 끌어당기는 전기장의 힘이 커지므로, 더 많은 plate current를 얻게 된다. 만일 plate에 붙어있는 load resistor가 있다고 하면, plate 전류가 많이 흐르면 많이 흐를수록 이 load resistor에 더 큰 전압이 걸리게 된다.

따라서, 고정된 전압을 전원으로 쓸 때에는 load resistor에 걸리는 전압이 증가하면 할 수록 상대적으로 plate-to-cathode voltage는 줄어들게 되므로, plate current가 감소하게 된다. 다시 말하자면, 입력이 커짐에 따라 증폭률이 달라지는 특징을 갖게 된다는 얘기다. 작은 신호 입력에 대해서는 큰 증폭률을 얻게되는 대신, 큰 신호의 입력에 대해서는 증폭률이 작아진다. 마치 자동적으로 이득이 조정되는 것처럼 말이다.