글쓴이 : SOONDORI
결국은 모든 게… 에너지를 어떻게 효율적으로 관리하고 전달할 것인가라는 고민으로 수렴한다.
■ 싸인파 구동
스피커 유닛과 리니어 IC 앰프, RF 리니어 IC 회로와 막선 안테나를 머릿속에 그리고는… 흔히, 아날로그 파형을 다음과 같이 표현. 전형적인 Sine Wave.
예를 들어 0점(=스피커 유닛 콘지의 대기 위치)에서 양의 Peak로, 에너지가 전달되면, 스피커 Cone 紙는 앞쪽으로 돌출. 반대로 음의 에너지가 전달되면, 콘지는 뒤쪽으로 후퇴. 그러면… 스피커 콘지의 총이동 거리는 양과 음의 이동 거리를 합산한 것이 된다. 그림으로 그려보면 다음과 같음.
콘지 위치 = fx(싸인파, 기타) = 대체로 싸인파.
이상은, 칠판에 그림 그리기에 딱 좋은 사례. 진공관 앰프, 트랜지스터 앰프, 산요 IC 앰프 등에 있어서도 그냥 그렇게 쓰면 되는데…
■ 가변 펄스폭 구동
조금 더 꾀를 내서, 사각형 펄스의 높이(=2차원 그래프상의 전압)는 고정되어 있고 에너지 전달 시간 즉, 유효 통전 시간만 달리하는 PWM제어 방식을 사용하기도 한다. 이 Pulse Width Modulation은 곧, D 클래스 IC 등의 동작 원리. 예를 들어…
디지털 펄스가 나오니까, 최신형의 디지털적 방법론이다? NO. 이것은, 진공관 중심의 아날로그 시대에도… 이미 준비된 대안이었음.
(▲▼ TI TPA3116 IC. 15V에서 BTL 모드로 15W 에너지를 전달할 수 있는 TI TDA3116 D 클래스 앰프 IC. 출력 핀에서, 고정된 펄스 높이(=전압)를 기준으로 매우 발빠르게 좌우방향(=펄스폭)으로 파형이 움직인다)
■ 그리하여, 에너지 밀도 변화는?
○ 전통적인 리니어 앰프, 디지털 앰프의 두 방법론에 있어서, 스피커 유닛에 전달되는 구동 에너지를 다음과 같은 2차원 평면으로 치환하여 가늠할 수 있다.
그러면, 전력(P) = 전압(V) × 전류(I)이라는 2차원 에너지 공식에, 시간 흐름과 공식대로 되지 않도록 만드는 어떤 변수를 반영한 <A4지 위 사각형>의 면적 계산과 같다.
면적 계산이라…
관찰 단위 시간은 같다고 할 때, a) 높은 톤의 소리를 원하면, 작은 폭 펄스나 짧은 주기 싸인파를, b) 낮은 톤 소리를 원하면 그 반대로 출력. 각각은 X 곱하기 Y라는 면적 또는 그 면적을 ‘에너지 밀도’라고 표현한 어떤 크기와 같다. 시간당 밀도 변화가 있다면… 뭘하든, 무조건 소리는 나온다.
그러므로,
에너지 강도 변화 = 에너지 밀도 변화 = A4 종이에 그려 넣은 그림이 보여주는 면적 변화 = 우격다짐 소리 변화가 되고, 그렇게 보면 싸인파 구동은 곧 펄스 구동과 같다.
○ 이러한 Same Same 관념을 확장하면, ADC/DAC 내지 전압-주파수 변환기 등 동작에도 투영할 수도 있음.
○ 4~20mA 커런트 루프 통신도, 고정된 전압에서 전류량을 가변하는 것이므로 결국은, 시간 당 에너지 밀도를 달리하는 방법론이다.
* 관련 글 : 산업용 아날로그 원격 통신 방법, Current Loop
■ 비교 CASE #1 : 가변 펄스폭과 RF 에너지 방사
그다음으로, “에너지 밀도가 가변 된다”를 디지털 RF 방사 회로에 투영해 보면,
예를 들어, 실리콘랩스社에서 팽! 당한, 스카이웍스(Skyworks)社 표 FM 트랜스미터 IC는 그렇게 작동한다. 즉, 펄스 전위는 고정값이고 너무너무~ 발빠르게 좌우로 변화하는 파형이… 보임.
■ 비교 CASE #2 : FM PCD, 펄스 카운트 검파
아주 오래된 기술을 꺼내와 (그 시절의) 현대적으로 해석한, 캔우드 PCD(Pulse Count Detection), 파이오니어 DDD(Digital Direct Decoder), 기타는 모두, 펄스폭 변화-에너지 밀도 변화를 싸인파 변화 신호로, 또는 그 반대의 신호로 바꾸는 솔루션이다.
이상에서,
시간당 에너지 밀도 변화라는 관점에서… 싸인파 스피커 구동과 디지털식 RF TX IC의 안테나 구동과 빈티지 디지털 검파와 ADC/DAC 등 변환 소자의 밑바닥 동작 논리가 같다고 말할 수 있다? 모든 길은 로마로 통한다는 것처럼, 얼마든지. 그저… 싸인파 중심 아날로그 세상이 펄스 중심 디지털 세상으로 변한 것뿐, 에너지 전달과 밀도의 변화는 달라진 게 없음.
[ 관련 글 ]
재기 발랄한 영국 천재, 싱클레어 경이 만든 라디오와 튜너
Pioneer F-9 튜너, 디자인 그리고 Digital Direct Decoder
Sherwood S-8910 리시버의 디지털 검파 회로
튜너 이야기 #6 – Kenwood 펄스 카운트 검파
