들어가며예전엔 진공관 앰프 헤드라든가, 프리+파워가 모두 진공관으로 된 깔맞춤 장비가 워낙 위해서 만져보기도 힘들었는데, 요샌 직구를 통해서 구입하기도 수월해졌고 개개인들의 소득 증대와 대비할 때 상대적으로 구입하기 유리해졌다고 봐야할 것이다. 그런데, 이런 조건에서 진공관 앰프가 잘 팔리게 되기 보단 Bugera와 같이 저가의 메이커라든가 Axe Fx처럼 시뮬레이션 된 앰프 모델이 잔뜩 들어있는 장비가 더 잘 팔리는 상황이라고 해야 할 것이다.어쨌든 진공관 앰프 헤드를 구하기 어려웠던 시절에 하던 짓은 주로, 프리앰프를 TR 콤보 앰프의 샌드리턴에 물리거나 프리앰프 성향이 짙은 꾹꾹이를 TR 콤보 혹은 (저렴한) 진공관 콤보에 물렸던 것인데, 한 때는 마샬 앰프가 구비되어있는 좋은 합주실이라고 갔더니 Valvestate가 떡하니 버티고 있고 아무리 톤을 주물러도 원하던 소리가 안나왔던 기억이 있다.이번에 할 얘기는 진공관 파워앰프를 어떻게 시뮬레이션해야 할까 하는 것이다.### 시뮬레이션 방법기본적으로 진공관 파워앰프는 phase splitter와 power amp driver (power tube를 몇 개의 쌍으로 배열한 회로), 그리고 트랜스포머, 마지막으로 스피커로 이루어진다. 스피커라함은 캐비넷을 말하는 것인데, 대부분은 IR로 때우고 있는 것이 요새 세태(?)라고 보면 되겠다.그러면 우리가 해야할 일은 phase splitter + power driver 정도가 되겠다. 트랜스포머의 비선형성을 시뮬레이션하긴 쉽지 않다. 정성적인 데이터도 없고, 다양한 모델이 있지만 이걸 들이 밀었을 때 잘 될지 안될지도 모르고, 톤에 미치는 영향이 큰지 아닌지도 알 수 없으니까 말이다.그러면 크게1. phase spliiter: 입력 파형을 +/-로 각각 나누어 class AB power amp driver를 구동하는 회로1. power amp driver: 단파 (+혹은 -)를 전류증폭하는 회로이 정도로 모델하면 되겠다. 일반적인 진공관회로를 모델하듯 그대로 하면 된다. 그런데 phase splitter는 그것이 feedback 된 입력을 받아들이게 되어있다. 무슨 말이냐면 스피커단에서 센싱한 전압을 가져다가 입력의 한쪽 파에 믹스해서 되돌리도록 되어있다. 따라서, 스피커에 어떤 전압이 걸리게 되느냐에 따라 여기 나타난 전압이 입력에 다시 영향을 주게 되어있다.다시 말해 이 feedback이 어느 협의점에 도달한 결과가 출력으로 나가게 된다는 말이다. 일반적으로 TR 파워앰프와 진공관 파워앰프가 다른 것이 스피커 피드백이 있고 없고의 차이라고 하는데, 트랜스포머만 없을 뿐이지 TR 파워앰프에도 유사한 피드백을 하도록 되어있는 것도 있고 아닌 것도 있다. ### 피드백이 있고 없고?메사 부기 앰프를 보면 초창기에 Fender amplifier를 흉내내던 시절엔 열심히 feedback을 하다가 좀 지나선 feedback에 일종의 필터를 붙여서 특정 영역이 더 부스트 되도록 주물러 놓더니, 좀 더 지나면 스위치를 달아서 몇 개의 필터를 바꿀 수 있도록 해놓았다. 우리가 잘 아는 2:90에 가면 dynamic voicing이라고 해서 TriAxis가 이 필터를 뭘로 할지 프로그래밍해서 파워앰프에 알려주도록 되어있다. 그것의 모태가 되는 Mark IIc+는 피드백 필터가 고정으로 되어있다.이게 좀 더 진행되다보면 마침내 Rectifier에 이르러서는 feedback을 하지 않는 경우가 나오게 된다. 이것의 원본이 되었던 SLO100에서는 마샬 앰프 회로를 근간으로 했기 때문에 착실히 피드백을 하고 있었는데 여기서 큰 차이가 발생하게 된다.과연 파워앰프 피드백이 있고 없고의 차이는 무엇이냐?1. 피드백은 negative한 방향으로 작동하기 피드백하는 양이 많으면 상대적으로 앰프의 출력은 줄어든다. 이 때문에 동일한 전류가 흐른다고 하면 스피커 임피던스에 따라 특정 주파수 대역은 피드백량이 많고 특정 대역은 피드백양이 작다. 따라서 이것을 상대적으로 놓고 보면 피드백량이 많은 부분은 앰프이득을 줄이고 반대로 작은 부분은 앰프이득을 키우게 된다. 1. 결국 피드백을 안하게 되면 실제 스피커와 상관없이 phase splitter에서 증폭하고 그것을 그대로 출력 회로로 내보내게 되므로, 말 그대로 스피커의 성질 그대로 출력이 나가게 될 것이다. ### 수식으로 따져볼까?피드백 회로의 특징을 수식으로 써 보면, 앰프의 출력전압은 입력을 특정 배율만큼 곱한 것이므로,\(v_o = A v_i,\)이 되는데, 여기서 $ A $ 는 앰프의 이득 (feedforward gain)이 된다.만일, 출력 전압의 일부를 입력으로 되돌린다고 하면, 다음과 같이 될 것이다.\(v_f = \alpha (\omega) v_o,\)여기서, feedback 회로의 주파수 특성을 반영하여 $ \alpha(\omega) $ 로 쓴다.이것을 출력에 대해 다시 쓰면,\(v_o = A (v_i-v_f) = A v_i- A \alpha v_o,\)결국, 최종 이득은 다음과 같이 된다.\(G(\omega) = \frac{A}{1+A \alpha(\omega)},\)결과식으로 보면 feedback양이 많을 수록 실제 이득은 줄어들게 됨을 이해할 수 있다. 그렇다면 스피커 임피던스와의 관계는 어떻게 될까?파워앰프에서는 입력 전압을 증폭하고, 그 출력전압을 전류의 변화로 바꾸어 트랜스포머에 넘기고, 트랜스포머는 출력 전압은 낮추고 전류 크기는 크게 만들어 (임피던스 매칭) 스피커에 전달하게 된다. 스피커에서 피드백되는 성분은 전압으로서 전압은 전류에 임피던스를 곱한 값이 되므로, 임피던스가 크면 많은 전압을 되돌림한다고 볼 수 있다.### 스피커 임피던스..?### 나오며