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전기의 기초 (Electrical Fundamentals) (1)		2008/10/06

전기의 기초(Electrical Fundamentals) (1) 일반적으로 음향 엔지니어가 전기 엔지니어링에 대해 매우 깊은 지식을 가질 필요는 없다. 다만 일반적인 구성에서 전기와 제품들의 상호작용에 대한 지식은 필요하다. 따라서 이번 호에서는 아주 전기음향에서 사용되는 기초적인 이론들과 앞으로 자주 나올 용어에 대한 부분을 2번에 걸쳐 기본적인 전기이론에 관해 다룰 예정이다. DC Electrical Fundamentals - Ohm's Law(옴의 법칙) 직류회로(DC Circuit)에는 기본적으로 배터리(또는 dc) 전원장치(power sources)와 부하저항(load resistances)의 두 가지 요소로 구성된다. 아래의 표는 그 양과 단위들을 나타낸 것이다. 옴의 법칙에 의하면 전압(E)는 저항과 전류의 곱과 같다. 저항에서 소비되는 전력(W)은 이므로, 아래와 같은 수식을 얻을 수 있다. <간단한 직류회로에서의 옴의 법칙> 위의 그림은 1 ohm의 저항에 1 volt의 전원이 부하 되는 것을 나타낸다. 이때 부하저항을 통과하는 직류전원은 1 ampere가 될 것이고, 저항에서는 1watt의 전력이 소비된다. 이번엔 3개의 저항을 직렬로 위치시켜보자. 전체 저항은 3개의 저항을 합한 3 ohms가 될 것이고, 전류는 1/3 ampere, 그리고 조합된 저항에서 소비된 총 전력은 1/3 watt가 될 것이다. <직렬연결 된 3개의 저항(Three resistors in series)> 만일 3개의 저항이 아래의 그림과 같이 병렬(parallel)로 연결 되면 전체 저항은 1/3 ohm 이 될 것이다. 이때 조합된 저항을 통과하여 흐르는 전류는 3 amperes이고, 저항에서는 3 watts의 전력이 소비된다(저항 1개당 1watt). <직렬연결 된 3개의 저항(Three resistors in series)> Impedance and Resonance 실제적으로 오디오 신호상에서 dc(직류)는 사용하지 않는다. 대신에 sine waves와 그 harmonics 같은 ac(교류)전원을 다루게 된다. 교류회로에는 두 가지 추가적인 회로가 있는데, 이는 inductors(유도회로)와 capacitors(콘덴서)이다. 유도회로와 콘덴서는 반작용을 하는 리액턴스 회로이다. 저항이 에너지를 소비하는 데 반해 이들은 ac 에너지를 축적한다. 유도회로는 유도의 반작용을, 콘덴서는 전기 용량의 반작용을 표현한다. 이들의 양은 주파수에 따라 다양하며, 아래의 수식에 의해 구할 수 있다. 위의 공식을 보면, 주파수가 두 배가 되면 유도저항은 2배가 되고, 콘덴서 저항은 1/2배 가 된다. 위의 수식에서 j는 인가 전압에서 유도저항의 전류파형은 90도 뒤쳐지게 되고, 콘덴서에서는 90도 빠르게 되는 것을 의미한다. 저항과 마찬가지로 유도 리액턴스와 전기용량 리액턴스는 ohms로 측정된다. 소위 complex load(ex. 라우드스피커) 라는 것은 저항요소와 반작용 요소가 조합되는 것을 말하는데, 부하라는 측면에서 저항과 반작용(리액턴스)의 조합을 임피던스(Impedance)라 한다. 여기서 임피던스의 직렬과 병렬 조합의 규칙들은 저항과 같으며, 그 기호로는 Z를 쓴다. Resonance 아래의 그림 A는 가변 주파수 소스가 저항과 유도회로 그리고 콘덴서가 직렬(series)로 연결된 회로에 의해 동작하는 것을 보여준다. 전압으로 운전되는 소스 는 으로 대표되며, 는 일정한 전압으로 ( )에 의해 변조되게 된다. 일반적으로 dc 값은 대문자로, ac값은 소문자로 나타내는 것이 일반적이다. 회로에서 저주파수들은 콘덴서저항에 의해 컨트롤 된다. 이는 콘덴서저항의 ohms값이 유도저항(리액턴스)이나 저항 그 자체보다 매우 크기 때문이다. 저항을 통과한 전류 값은 낮은데, 이는 높은 콘덴서 저항이 전류를 방해하기 때문이다. 공진주파수(resonance frequency)에서는 유도저항과 콘덴서 저항이 크기는 같고 극성은 서로 반대가 된다. 따라서 그 둘은 서로 상쇄될 것이다. 그림 B에서 볼 수 있듯이 이 주파수에서는 전류 값이 최대가 될 것이고, 위상은 0도가 될 것이다. 주파수가 높아질수록 유도저항은 최고로 올라가고 전류는 다시 줄어들게 된다. 인가된 전압에 관계된 전류의 위상각은 가장 낮은 주파수에서의 90도에서부터 가장 높은 주파수에서 -90도까지 이동한다. 공진주파수 곡선의 폭은 아래의 그림 D에서 보듯이 Q값으로 나타낸다. 이는 스피커의 지향성을 의미하는 Q와는 다른 것으로 예민한 정도(sharpness)를 나타내는 값임을 유의해야 한다. high-Q는 매우 날카로운 봉우리를 갖고, 반대로 low-Q는 완만한 봉우리를 갖는다고 보면 된다. Q값은 아래의 수식에서 얻을 수 있다. 여기서 f0는 공진주파수이고 f2, f1은 공진주파수를 중심으로 공진 시 최대 전류값에 0.707을 곱해 얻은 두 주파수를 의미한다. 오디오에서 사용하는 모든 이퀄라이져들은 이러한 공진 회로를 사용하는 것이다. 아래의 그림은 저주파수용 스피커 드라이버의 임피던스 그래프이다. 그림에서 전극을 통해 되돌아온 40Hz에서의 기계적 공진과 보이스코일의 유도저항에 의한 고주파수에서의 상승현상을 관찰할 수 있다. 일반적으로 정상상태에서 프로그램 밴드폭에 걸친 평균 임피던스 값이8ohms이라면, 스피커 드라이버를 8ohms 장비라 한다. 자료제공 ㅣ (주)소비코 기술연구소

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작성자 Lefty

작성일 2011-08-19 21:37:29

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작성자 tgsicqkl

작성일 2011-08-20 17:09:05

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작성자 mkiodwynogw

작성일 2011-08-23 23:47:51

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작성자 Dave

작성일 2012-10-07 23:12:04

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작성자 wzuacmgtiv

작성일 2012-10-08 15:35:22

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작성자 ljwsclev

작성일 2012-10-09 16:43:00

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