1) 앰프의 다이내믹레인지의 필요 한계
해상도와 인식능력의 한계를 설명하기 위해 우리가 좀더 직관적으로 이해하기 쉬운 TV나 컴퓨터 모니터의 픽셀 해상도를 예를 들었는데, 오디오에서도 마찬가지인 원칙이 적용된다.
앰프에서 기저 노이즈레벨이 동일한 경우, 두 앰프의 다이내믹레인지는 두 앰프의 정격출력에 의해 좌우된다.
정격출력이 50W인 앰프에 비해 정격출력이 500W인 대출력앰프의 다이내믹레인지가 더 높다.
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다이내믹레인지는 오디오 시스템이 낼 수 있는 가장 작은 소리에 대비해 오디오에서 낼수 있는 가장 큰 소리의 비로서 dB(데시벨)이라고 하는 단위로 표시한다.
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좀더 정확하게 말하면 위 50W 앰프와 500W 앰프의 다이내믹레인지의 차이는 10dB로 500W의 다이내믹레인지가 10dB 더 높다.
같은 회사의 같은 디자인의 두 앰프가 50W, 500W이고, 두 앰프의 가격이 같다면, 고민할 필요는 별로 없겠지만, 현실은 500W 앰프가 50W 앰프보다 훨씬 비싸다. 그럼 이 10dB의 다이내믹레인지의 증가가 의미가 있는지 평가할 필요가 있다.
여기서 50W 앰프보다 500W 앰프보다 다이내믹레인지가 10dB 더 높다는 것은 500W 앰프가 10dB 더 큰 소리를 재생할 수 있다는 의미이다. 그런데 중요한 것은 50W 앰프도 매우 큰 소리를 재생할 수 있는 앰프라는 것이다.
즉 애호가가 사용하면서 50W 앰프가 재생하는 다이내믹레인지가 충분하다면, 굳이 더 이상의 다이내믹레인지가 필요하지 않는 것이다.
소리크기와 청력손실소리크기는 일반적으로 dB SPL(deci Bel Sound Pressure Level)로 표시한다.
일반적으로 산업장에서는 귀의 청각신경을 보호하기위하여 높은 음량의 소리에 노출될 수 있는 한계를 법적으로 규정하고 있다. 우리나라나 미국의 기준은 90dB SPL의 소리에 8시간 이상 노출될 경우 법적인 제재를 받게 된다.
일당 소음노출시간 | 소리크기 dB(A 가중치) slow response
___________________|_________________________________
|
8............................| 90
6............................| 92
4............................| 95
3............................| 97
2............................| 100
1 1/2 ......................| 102
1............................| 105
1/2 ........................| 110
1/4 or less..............| 115
간단히 말해 90dB SPL만해도 상당히 큰 소리이다.
큰소리는 청신경을 쉽게 피로하게 하고, 큰 소리에 지속적으로 노출될 경우 청신경이 손상된다. 소음에 의한 청신경의 손상을 NIHL(Noise-Induced Hearing Loss: 소음성청력손실)라고 한다. 소음 뿐 아니라, 음악소리도 소음과 똑같이 청신경의 손상을 일으킨다. 록음악가나 애호가들의 청력손실은 잘 알려져 있으며, 오디오 엔지니어, 어쿠스틱 음악가들도 일반인보다 높은 청력손실을 보인다는 것이 잘 알려져 있다. 이것은 MIHL(Music-Induced Hearing Loss: 음악 청력손실)이라고 부른다.
청신경의 피로도를 측정하는 가장 흔한 방법 중의 하나가 일시적가청한계변동(TTS : Temporary threshold shift)이다. 간단히 말해 큰 소리에 노출되고 난후 귀가 멍해져서 작은 소리가 잘 안들리게 되는 것을 측정하는 것이다. 예를 들어 100dB의 1400Hz 소리에 3분간 노출되면 가청한계가 약 6.5dB 높아지며, 80dB의 1400Hz 소리에 3분간 노출되면 가청한계가 약 2.3dB 높아진다.
간단히말해 80dB SPL 소리를 약 3분간만 들으면 귀의 감수성이 2.3dB 정도 떨어진다는 말이다. 작은 소리를 잘 못 듣게 되는 것이다.
애호가들이 선호하는 소리크기와 앰프의 출력1949년 BBC의 연구진인 Somerville과 Brownless는 일반적인 애호가와 엔지니어들이 음악을 가장 크게 듣을때의 평균소리크기를 측정한 적이 있는데, 관현악곡에서 일반 청취가들은 평균 78dB, 엔지니어들은 88dB이며, 경음악이나 댄스 음악, 사람 소리에서는 일반 청취자는 71-75 dB, 엔지니어는 74-79dB였다. 거기에 연령이 증가할수록 큰소리를 좋아하지 않는 것으로 나타났다.(Somerville & Brownless, 1949: Stanley 1959에서 재인용)
간단히 말해 관현악곡을 가장 크게 들을때 일반인들이 듣는 평균 소리크기가 78dB라는 것이다. 일반적으로 평균소리크기와 최대소리크기에는 약 20dB 차이가 있으므로, 이때의 최대소리크기는 98dB라고 보면 된다.
위 BBC 연구진의 연구결과를 토대로 일반적인 청취공간의 반사음에 의한 보강을 고려할때 필요한 앰프의 파워를 계산한 연구결과는 아래와 같다.
효율 5%의 스피커(96dB SPL/m/2.83V)로 재생시 2000입방피트(약 7.5평 내외 음향공간)에서 재생시 평균 0.25W(최대 5W), 6000-10000입방피트(약 22-38평 음향공간)에서 재생시 평균 0.4W(최대 8W)이다.
이 결과를 바탕으로 저자는 10W 앰프면 거의 대부분의 애호가에서 충분하다고 결론짓고 있다(Stanley, 1959).
(An accurately rated 10-watt amplifier would serve most music listening Power Estimates requirements)
현대적인 북셀프 스피커들의 효율은 1950-60년대의 스피커보다 훨씬 낮은 1%내외(89dB SPL/m/2.83V)이다. 이를 고려한다면, 대부분의 애호가에서 50W 앰프면 앰프의 출력은 충분하다고 하겠다.
Somerville, T., & Brownless, S.F. (1949). Listeners' Sound- Level
Preferences. B.B.C. Quarterly, (Jan), 245-250.
Stanley H. How Much Audio Power? JAES Volume 7 Issue 2 pp. 62-64; April 1959
높은 다이내믹 레인지(대출력 앰프)가 필요한가 - 선호하는 소리크기의 관점에서이미 언급한대로
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앰프에서 기저 노이즈레벨이 동일한 경우, 두 앰프의 다이내믹레인지는 두 앰프의 정격출력에 의해 좌우된다.
정격출력이 50W인 앰프에 비해 정격출력이 500W인 대출력앰프의 다이내믹레인지가 더 높다.
50W 앰프에 비해 500W의 다이내믹레인지가 10dB 더 높다.
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(대출력앰프에서 기저 노이즈레벨이 증가하여 전체적인 다이내믹레인지 차이가 줄어드는 경우도 많으나 여기서는 일단 논외로 한다)
하지만 대부분의 애호가들이 음악을 듣는 음량은 50W 앰프로도 넘친다. 즉 더 이상의 다이내믹레인지가 필요하지 않는 것이다.
애호가 중에서는 다른 사람이 들으면 모두 시끄럽다고 불평하는 큰 음량으로 듣는 것을 좋아하는 경우도 있다.
물론 애호가가 녹음실이나 오디오 엔지니어 처럼 큰 음량으로 듣기를 바란다면, 당연히 다이내믹레인지가 높은 대출력앰프가 도움이 될 것이다.
하지만, 적당한 음량으로 듣는 애호가, 그리고 조용한 환경에서 음악을 듣는 애호가들은 대출력앰프는 전혀 의미가 없다고 하겠다.
높은 다이내믹 레인지(대출력 앰프)가 필요한가 - 사용하는 음향환경의 관점에서
작은 청취공간에서 더 작은 출력이면 충분하다는 것은 이미 언급하였다.
그 다음으로 언급할 부분은.. 많은 애호가들이 살고 있는 공간이 공동주택(아파트)이라는 것이다.
층간소음 및 옆집으로 전파되는 소음문제는 심각한 문제 중 하나이다.
애호가가 녹음실이나 오디오 엔지니어 처럼 큰 음량으로 듣기를 바란다고 해도, 공동주택에서는 소음문제때문에 큰 음량으로 틀수가 없다.
공동주택 생활을 하는 입장이라면 89 dB SPL/m/2.83V 스피커로 "대낮에" 최대 10W 소리로 듣는 것도 상당히 용기를 필요로 하는 일이다. 한밤중에 10W로 오디오를 튼다는 것은 엄청난 배짱과 철면 신공이 없다면 시도하기 힘들다.
음향공간에 철저한 방음과 차음공사를 한 상태가 아니면, 공동주택에서 생활하는 애호가라면 일상적인 청취수준은 웬만해서는 최대 10W를 넘기기가 쉽지 않을 것이다.
높은 다이내믹 레인지(대출력 앰프)가 필요한가 - 다른 오디오기기의 성능의 관점에서많은 오디오애호가의 입장에서 오디오 기기에서 큰 소리를 재생하는데, 가장 문제가 되는 기기는 스피커이다. 한마디로 스피커는 디지털 소스기기를 사용하는 오디오 시스템에서 가장 성능이 떨어지는 기기라고 할 수 있다.
스피커에서는 높은 출력의 소리를 낼때 그 재생한계에 와서 급격하게 왜곡이 증가하거나, 어떤 경우는 스피커의 유닛이 고출력을 감당하지 못하고 고장이 나기도 한다.
특히 소위 북셀프 스피커에서는 큰 소리를 내는데 많은 제약이 있다.
예를 들어 무향실에서 90dB SPL/2m(96dB SPL/m) 소리를 낼때 스피커에서 발생하는 왜곡을 한번 살펴보도록 하자.
Top curve: frequency response @ 90dB SPL/2m
Bottom curve: THD+N @ 90dB (50Hz - 10kHz)위 측정치는 국내에서 신품 소비자가가 600만원 이상 책정되어 있는 다인오디오 Confidence 1 북셀프 스피커에 대한 캐나다 국립연구소(NRC)의 측정결과이다.
무향실에서 다인 C1 스피커에서 100Hz를 2미터 거리에서 90dB SPL크기로 재생할때 총배음왜곡율(THD)은 10%를 넘고 있다. 200Hz에서의 총배음왜곡도 3%에 달하고 있다.
다인 C1은 감도가
83.5dB/m/2.83V 로 비교적 낮기 때문에 2미터 거리에서 90 dB의 소리를 재생하는데 약 18W가 필요하다. 정격 50W인 앰프에서 20W에서의 총배음왜곡율은 0.1%도 되지 않는다. 그런데, 스피커에서는 10%가 넘는 배음왜곡이 생긴 것이다.
다인 C1 스피커에 대출력 앰프를 물리는 것은 최소한 저음에 관해서는 의미가 없다.

Top curve: frequency response @ 95dB SPL/2m
Bottom curve: THD+N @ 90dB (50Hz - 10kHz)
위 측정치는 국내에서 신품 소비자가가 600만원 이상 책정되어 있는 패러다임의 시그니처 S8 톨보이 스피커에 대한 캐나다 국립연구소(NRC)의 측정결과이다.
무향실에서 패러다임 S8 스피커에서 100Hz를 2미터 거리에서 95dB SPL크기로 재생할때(위 다인 C1보다 5dB SPL 더 큰 소리) 총배음왜곡율(THD)은 1% 미만이다. 다인의 C1 스피커에 비해 5dB 더 큰 소리를 재생하고 있지만, 총배음왜곡은 오히려 더 낮다.
패러다임 C1은 감도가 89dB/m/2.83V 로 다인 C1보다 높다. 2미터 거리에서 95 dB의 소리를 재생하는데 약 16W가 필요하다. 스피커에서도 낮은 배음왜곡을 유지하고 있으므로, 패러다임에서는 좀더 높은 출력의 앰프를 물리더라도 충분히 감당할 수 있을 것이다.
위 다인 C1은 가격을 생각한다면 성능은 조금은 실망스럽다.
신품가 20만원대라고 할 수 있는 다른 스피커의 측정치를 보자.
Top curve: frequency response @ 90dB SPL/2m
Bottom curve: THD+N @ 90dB (50Hz - 10kHz)
위 측정치는 신품 소비자가가 20만원대인 PSB alpha b1 북셀프 스피커에 대한 캐나다 국립연구소(NRC)의 측정결과이다.
무향실에서 100Hz를 2미터 거리에서 90dB SPL크기로 재생할때 총배음왜곡율(THD)은 4% 정도밖에 되지 않는다. 200Hz에서의 총배음왜곡도 1%에 미만이다.
20만원대의 스피커로서 아주 우수한 대음량 재생 특성이다. 80-160Hz의 저음력의 재생능력은 가격이 20배가 넘는 다인 C1보다 더 점수를 주고 싶다. 중역대에서도 다인에 밀리지 않는다.
이렇듯 스피커에서도 저렴하면서도 우수한 제품들이 많이 있다.
그럼에도..
많은 북셀프 스피커들에서 음량이 90dB를 넘어 100dB/m 정도가 되면 저역대의 왜곡이 급격하게 증가한다는 것은 변함이 없다. 저렴한 스피커들이 PSB B1 처럼 다 우수한 성능을 보이지는 못하며,다인오디오 C1과 같이 수백만원이 넘는 스피커에서도 실망스러운 대음량 재생 능력을 보이는 스피커들이 많다.
일반적인 50-100W앰프에서
앰프의 출력제한에 의한 다이내믹레인지에 문제가 생기기 훨씬 전에 대부분의 스피커에서 다이내믹레인지의 문제가 생긴다.
(내입력한계, 출력압축(Power compression), 비선형왜곡의 급격한 증가 등)
이 경우 다이내믹레인지를 확장하기 위한 방법은 앰프를 대출력앰프로 교체하는 것이 아니라, 높은 음량을 더 잘 재생할 수 있는 스피커로 교체하는 것이 우선이다.