Basic Tools

기타 앰프를 시뮬레이션하기 위한 기본 도구들을 간략히 설명하기로 한다.

Circuit Analysis

Basic Laws

기본적으로 앰프회로를 분석할 수 있어야 한다. 최근에 나오는 시뮬레이터들은 그 소리를 들어보면 대부분 회로에 근거한 시뮬레이션을 하고 있다. 따라서, 회로를 분석할 수 있어야 시뮬레이션도 가능하다.

대부분 다음의 간단한 전기회로 법칙을 이용한다.

0) Ohm's Law

더 이상 다른 말은 필요 없는 것 같다. 전압은 저항에 흐르는 전류에 비례한다.

$V = RI$

흔히 R을 G(conductance: 저항의 역수)로 바꿔서 쓰기도 한다.

1) KVL (키르히호프의 전압 법칙)

하나의 폐루프 (회로가 서로 연결되어 하나의 링 모양을 하고 있을 때)안의 각 소자에 걸리는 전압의 합은 0이다.

링을 구성하는 소자들의 전압을 정 지점에서 시작해서 한바퀴 돌아 다시 시작점까지 모두 더하면 0이다. 같은 지점에서 전압차를 측정했으니 0이어야 한다. 법칙이라 하기도 뭐하지만, 이것을 응용하면 전기회로는 다 분석할 수 있다.

2) KCL (키르히호프의 전류 법칙)

특정 지점 (노드(node)라고 함)을 들어오고 나가는 전류의 총합은 0이다.

전류는 너무나 빠르게 흐르고 (거의 광속이라 봄) 우리가 생각하는 회로는 매우 짧은 시간 빛이 지나는 거리에 비하면 터무니없이 작으므로 (그것의 주파수를 생각하면, 그 파장에 비해 너무나도 작으므로) 한곳에서 흐르기 시작한 전류는 사실상 거의 동시에 모든 회로 구석구석으로 전파된다. 특정 지점으로 들어오고 나가고 하는 전류의 합이 0이 아닐 수 없다. 0이 아니란 말은 아무 것도 없는 회로의 한 지점에서 전류가 생겨난다거나 혹은 전류가 없어진다는 말인데 어림도 없는 얘기다.

이 역시 너무나도 뻔한 얘기지만, 이를 통해 모든 회로를 분석할 수 있다.

Basic Components

회로를 구성하는 부품들은 대개 아래와 같다.

Passive Components

1) R (Resistor): 전류의 흐름을 방해한다.

전압이 일정하다면 저항이 작을 수록 전류의 흐름이 많아진다.

2) L (Coil): 교류의 흐름을 방해한다.

전류의 흐름이 발생하면 코일이 자계의 흐름 (자계전류)을 만들어서, 만일 전류의 흐름에 변화가 생기면 변화를 저지하는 역할을 한다. 코일의 굵기, 감는 방법, 감은 회수, 코일안에 어떤 코어를 넣었는가 등등에 따라 이 성질은 달라진다.

3) C (Capacitor): 직류의 흐름을 방해한다.

Capacitor에 전압이 걸리면 이 전압에 해당하는 정도까지 충전되는 동안 전류를 흘리고 충전이 완료되면 더 이상 전류를 흘리지 않는다.

기타 앰프의 기본 동작은 증폭소자와 이 3가지 소자에 의해서 결정된다.

Active Components

1) Transistor (BJT/FET)

전압/전류를 증폭하는 기능을 하는 3단자 부품이다. 2개의 단자로 전류가 흐르고 나머지 1개 단자에 어떠한 전압이 걸리냐에 따라 전류의 흐름을 방해하는 정도가 결정된다.

2) Vacuum Tube (Triode/Tetrode/Pentode)

진공관은 진공안에 넣어놓은 전극이 몇 개냐에 따라 3, 4, 5극관등으로 분류되는데, 그 역할은 증폭이다. 2 단자간을 흐르는 전류를 나머지 전극에 어떤 전압이 걸리느냐에 따라 이 전류의 흐름을 도와주거나 방해하게 된다.

Rectifying Components

정류소자는 전류를 정해진 방향만으로 흘리게 하는 성질을 가지고 있어서 교류를 직류로 만드는 성질을 가지고 있다.

1) Silicon Diode: 크기가 작다고 하더라도 전류의 흐름을 크게 할 수 있어서 전원 장치로 만들었을 경우 출력 임피던스가 낮게 만들 수 있다. 정방향으로 전류를 흘리면 다이오드의 2극 (2 물질)을 넘어가기 위해 일정한 전압차 (일반적으로 0.7 볼트)를 형성하게 되는데, 이 특징을 이용해서 오디오 신호를 찌그러뜨리는 효과를 볼 수 있다.

제너 다이오드의 경우는 역방향일 경우 설계시 정해진 전압만큼의 전압차를 늘 유지하는 특징이 있어서 정전압 회로에 사용될 때가 있음

2) Tube Diode: 진공에 흘릴 수 있는 전류의 양은 얼마 되지 못하므로 출력 임피던스가 높다. 따라서, 파워앰프에서 과다한 전류를 끌어당기게 되면 전압이 떨어져서 의도하지 않은 컴프레서 효과를 볼 수 있다.

Switching/Controlling Components

1) Switch

톤이라든가 채널등을 바꾸는 경우에 활용함

2) LDR (Light Dependent Resistor)

스위치가 절환될 때 전극에서 발생하는 잡음을 줄이고자 할 때 LED를 붙여서 상태가 소프트하게 변화할 수 있게 하거나, 볼륨/톤을 프로그래머블하게 제어할 때도 사용한다.

3) Relay

사람이 손으로 스위칭하는 것을 전자석+스위치로 대체시킨 스위치라고 볼 수 있다. 한번에 여러 개의 복잡한 회로 경로를 스위칭할 때도 사용할 수 있고, 마이크로 프로세서를 통해서 회로 경로를 제어할 때도 사용한다.

Other Devices

기타 앰프와 관련된 소자들 중에 회로도에 가끔 등장하는 것을 추가로 더 적어보면 다음과 같다.

1) Regulator

전압을 정해진만큼 유지시키는 집적회로이다. 대개 3단자이다.

2) Transformer

코일 2조와 코어로 구성되어, 1차 측의 코일이 자기장을 만들어내면, 2차측의 코일이 그 자기장으로 전류 흐름을 유도하여 2개의 회로가 물리적으로 떨어져있지만, 전류흐름의 연결을 가져오게 한다. 1차측과 2차측의 코일의 감은 수/코어 크기/감은 방법/코일 굵기 등에 따라서 전달 특성이 결정된다.

일반적으로 이 변환과정에서 열과 소리가 발생하여 에너지가 소모되므로 효율은 절대로 1이 될 수 없다. 즉, 1차측의 전력이 고스란히 2차측으로 전달되지 못한다.

교류 전압의 크기를 바꾸거나 (떨어뜨리거나 올리거나), 임피던스를 바꾸거나 (올리거나 낮추거나) 하는데 쓰인다. 전원 회로, 앰프 출력 회로, 또는 마이크 프리앰프 입력단 등등에 쓰인다.

3) Microprocessor

프로그래머블한 프리앰프나 앰프 헤드에 들어있다. 주로 제작사에서 미리 만들어놓은 프로그램을 구동한다. 대부분 프리셋을 기억하고, 그 기억한 프리셋으로 회로 상태를 돌려놓는 구실을 하고, 별도의 디스플레이 (7 segment 혹은 LCD display등)로 동작상태를 보고하기도 하고, 고장 여부를 알려주기도 한다.

4) DSP

기타 앰프 모델링에 기반한 기타 앰프의 경우 DSP가 들어가 있다. 대부분 범용 DSP (General Purpose DSP)이며, 이 부품 자체는 수많은 계산기가 집적되어있을 뿐 독자적으로 뭔가를 할 수는 없고, 제조사에서 프로그래밍한 어플리케이션이 실행되도록 되어있다. 대부분 마이크로 프로세서와 같이 사용되며, 마이크로 프로세서가 사용자와의 인터페이스를 담당해서 사용자가 원하는 프리셋에 따라 필요한 DSP 프로그램을 DSP로 로딩하기도 하고, 파라미터들을 알려주어 음색의 변화를 가져오기도 한다.