화요일, 12월 18, 2018
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오디오 냉각팬의 변수들

글쓴이 : SOONDORI

각종 산업용기기들에 있어서 발열량이 자연대류에 의한 방출능력을 초과하면 강제냉각 방식으로 전환할 수 밖에 없다. 발열점과 방열점을 연결하는 방식에 따라 열매체방식, 공냉식,수냉식 등 몇 가지 방법론들을 분리할 수 있을 것인데… 효율성 차이를 잠시 미뤄둔다면 모두 방열핀 분자들, 공기분자들의 열역학적 관계식에 의해 열을 이동시킨다는 관점에서는 차이가 없다.

한편, 오디오 세상에서 강제냉각방식 즉, 앰프 후면 또는 내부(밖에서 보이지 않음)에 냉각팬을 배치한 기기들을 가끔씩 만나게 된다.

대출력이라 거창한 냉각팬을 쓰는 것일까?

반드시 그런 것은 아니다. 냉각 팬의 사용 여부는 오로지 방열판의 능력과 요구 방열량의 상관관계에 의해서 결정된다. 크게 틀어 놓는 4000W 짜리 공연장 앰프는 자연대류로는 도저히 대응이 안될 것이니 강제냉각을 할 수 밖에 없다.

가정용의 경우는? 예를 들어 다음은 최대출력 110W인 Technics SU-G70 가정용 A/V 앰프. 110W 정도는 대류방열이 가능한 출력이다.

(출처 : http://i107.photobucket.com/albums/m291/donquixote99/audio/SU-G70interior.jpg)

그런데 굳이 냉각팬을 쓴 이유는?

부품배치를 살펴보면… 1) 발열원인 Main, Surround Power Pack IC들이 근접되어 있고 2) 한 눈에 봐도 각 방열판들의 크기가 작은 편이며 3) Main IC를 기준으로, 주변 트랜스포머와 칸막이 형태 보드들에 의해 공기유동이 불리하게 되어 있다. 그러므로 답은 강제냉각뿐이다.

(서버 시스템에 적용된 CFD(Computational Fluid Dynamics) 예시)

강제냉각의 타당성… 이 기기를 기준으로 논점을 명확히 해두자면 1) 설계자는 먼저, 강제냉각방식을 선택한 후 2) 그 다음에 보드 등 배치를 설계하였을 것이다. 선/후가 다르다는 뜻이고 가정용이라는 전제에서 어쩌면… 원가나 제조자 편의를 우선시하는 ‘게으른 설계’일 가능성도 있다.

이쯤에서 몇 가지 개인적인 생각들을 적어보자.

1) 적어도 가정에서 채널 당 3W, 5W 이상을 넘어설 경우는 거의 없다. 이때 나머지 출력은 일종의 낭비이며 여기에 팬을 다는 일은 ‘옥상옥’이다.
2) 저급 FAN은 브러쉬를 쓰는 DC모터를, 고급 FAN은 Ball Bearing을 쓰는 BLDC(Brushless DC Motor)를 쓰는데 후자의 경우 내구성 좋고 뭐도 좋고 다 좋지만… ‘경계면 이론’에 의거, 먼지의 침착을 막을 방법이 없고 때문에 노화라는 조건이 결합되면서 어떻게든 소음이 생긴다. 오래 쓰게 되면 다 그렇게 된다.
3) 공기의 흐름이 커지면 포함된 먼지의 양도 비례해서 많아진다. 먼지는 방열을 저해하는 요인. 그러므로 팬 냉각의 효율성은 한결같지 않다.
4) 방열판 성능을 냉각팬으로 보완하는 것은 기술적 관점에서는 타당하지만 사후관리와 개발자원의 관리라는 관점에서는 소비자에게 불리한 면이 있다.

일반먼지, 고양이털, 개털, 황사, 미세먼지 등… 수 십 년 전에 비해 상대적으로 공기질이 나빠졌다.

누군가 판단을 묻는다면 외부에 노출되었든 내부에 배치되었든 ‘Fan 달린 가정용 오디오’는 권하지 않겠다. 앰프와 스피커가 같은 공간에 위치하는 가정용 오디오에 있어서 Fan은 근본이 군더더기이니… 평소 음량을 작게 사용하여 팬이 돌지 않는다고 해도 마찬가지. (표제부 사진 출처 : http://www.rapidsound.co.uk/userfiles/image/ta2400%20tamplrg.JPG)

(먼지 많은 곳에서 혹사당한 PA 앰프 내부. 출처 : http://www.ajaudio.co.uk/CITRONIC%20CONQUEST%20V12%20REPAIR.htm)


(BLDC FAN. 출처 : https://www.westfloridacomponents.com/mm5/graphics/N10/MW-510M12C.jpg)

참고로 위 기기 Fan Control에는 비교적 단순한 제어논리가 적용되어 있다. 모든 스피커출력 단자들은 D651, C651로 구성된 일종의 적산기(Accumulator)에 전달된다. 그 전압이 일정 값을 넘어서면 즉, 볼륨 전개각도가 일정 각도 이상이면 Q652 On, 직후 Q651가 트리거되면서 모터가 회전한다. 말하자면 Q652 베이스에 물린 수동소자들의 조합 그리고 실험칙에 의해 정해진 값에 의해 냉각팬이 동작한다.

팬은 감지 → 판단 → ON/OFF 순으로 일방적으로 동작하므로 어떤 볼륨각도에서 팬이 돌다 말다를 무한정 반복할 수도 있다.

다음은 참조용으로 등록하는 비교사례들.

우선, Technics SA-EX310 리시버의 내부를 보면 Fan 풍향 대 방열판 위치, 방열판 Fin들의 방향에 있어서 납득이 어려운 면이 있다. 예를 들어 Re-circulation을 피할 수 없다. 왜 이렇게 배치를 했을까?

(출처 : http://www.hifi-pictures.net/amplifiers-home/Technics%20SA-EX310/Technics%20SA-EX310.htm)

그 다음은 Technics SA-GX370 리시버. 기기를 정육면체 격납 밀폐공간으로 보고 한쪽에서 공기펌프에 해당하는 Fan으로 내부압력을 높히면 잠시 후 내부 이곳 저곳에서 개방공간(*)쪽으로 무조건적인 공기흐름이 생기고 Fin 배치, 방향에 상관없이 내부의 열은 외부로 배출될 것이나… 어색하다. 애둘러 표현하자면… 방열목표를 충족하는 것과 얼마나 효율적인가는 다른 관점의 주제.

* 이 기기에서는 양 측면은 막혀 있고 상면 일부 영역에만 통기구가 있어야 합당한 설계일 듯.

(출처 : https://www.petervis.com/Amplifiers/technics-sa-gx370/sa-gx370-fan.html)

* 관련 글 : 한국샤프 System 7700 파워앰프, It’s Like A…

 

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