RMS (실효값), Continuous Power, Peak Power 등등 출력 파워 관련

제곱평균제곱근으로 표현한 물리량을 뜻한다. 전기공학,음향학 등에서 쓰인다.

RMS(Root-mean-square)

 

교류 신호는 +- 값을 왔다 갔다 하며 소리를 낸다.

그냥 평균을 내게 되면 - 값들이 있어서 바르지 못한 값을 나타내게 되어 제곱을 하여 -를 없애고 다시 제곱근을 하여 평균을 낸 값이다.

출처 Wikipedia / 교류 전압의 형태가 위와 같을 때 1은 진폭, 3은 실효 전압임.

출처 Wikipedia / 삼각함수로 표현된 전류(왼쪽) / 전류의 제곱값과 제곱값의 평균(오른쪽)

나는 계산식이 중요치 않으니 개념만 가져가기로.

 

각종 스피커들 스펙을 보면 다양한 용어들이 있는데 그 중에 출력을 칭하는 용어들의 내용을 살펴본다.(이하 영어 위키)

 

Continuous power and "RMS Power"

오디오 앰프와 때로는 스피커의 성능 사양에서 Continuous average 사인파 파워 레이팅은 중요한 요소다.

 

평균 파워(Average Power)라는 용어는 시간에 따른 순간적인 파워 웨이브폼의 평균값을 나타낸다. 이는 일반적으로 사인 파형 전압의 RMS에서 유도된다. 따라서 종종 RMS power, watts RMS라고도 불린다. 그러나 이는 부정확하다. 이것은 파워 웨이브폼의 RMS 값이 아니다.(이는 더 크지만 의미 없는 숫자가 될 것이다) 잘못된 용어인 watts RMS는 실제로 CE 규정에서 사용되고 있다. 이는 또한 명목상의 값으로도 불린다. 이를 사용하는 규정적인 요구 사항이 있기 때문이다.

 

Continuous(연속적, 일시적이 아닌)은 해당 장치가 장기간에 걸쳐 이 파워 레벨에서 작동할 수 있다는 것을 의미한다. 발생하는 모든 열을 생성 속도와 동일한 속도로 제거하여 온도상승으로 인한 손상이 발생하지 않도록 한다.

 

1974년 5월 3일, 미국 연방무역위원회(FTC)가 앰프 규정(Amplifier Rule)을 시행하여 많은 hi-fi 제조 업체들이 만들어내던 비 현실적인 파워에 대한 주장에 대응했다. 이 규정은 미국에서 판매되는 앰프의 광고와 사양을 위해 사인파 신호를 사용한 연속 파워 측정을 규정하고 있다. 이 규정은 1998년에 개정되어 개인용 컴퓨터와 함께 일반적으로 사용되는 자체 파워를 사용하는 스피커들도 포함하도록 확장되었다.

 

일반적으로, 앰프의 파워 사양은 지속적인 사인파 신호를 사용하여 클리핑이 시작되는 순간의 RMS 출력 전압을 측정하여 계산된다. 이 때, 클리핑은 임의로 정의된 총 고조파 왜곡(THD)의 특정 백분율로 정의되며, 보통 1%로 설정된다. 이 측정은 명시된 부하 저항에 대해 이루어진다. 일반적으로 8옴과 4옴의 부하가 사용되며, 일부 프로 오디오에서는 2옴에서도 동작하는 앰프가 있다. 디스토션을 허용하면 훨씬 더 많은 파워를 전달 할 수 있다. 따라서 일부 제조사는 최대 파워를 더 높은 왜곡율(예,10%)에서 제공하여 자신들의 제품이 허용 가능한 왜곡 수준에서 측정한 경우보다 강력해 보이게 할 수 있다.

 

연속적인 파워 측정은 사실 오디오 장비에서 나타나는 다양한 신호를 설명하지는 못한다.(이는 높은 crest factor의 악기녹음에서부터 o dB crest factor의 사각파까지 다양할 수 있다) 하지만 이 방법은 앰프의 최대 출력 능력을 설명하는 합리적인 방법으로 널리 인정받고 있다. 오디오 장비의 경우, 이것은 인간 청각의 명목상 주파수 범위인 20 Hz에서 20 kHz까지이다.

 

스피커에는 보이스 코일과 자석 구조의 열 용량이 대부분 연속적인 파워 관리 레이팅을 결정하는데 크게 영향을 미친다. 그러나 스피커의 사용 가능한 주파수 범위 아래에서는 기계적인 한계로 인해 파워 관리가 필요에 따라 감소될 수 있다. 예를 들어, 100 와트로 평가된 서브우퍼는 80 Hz에서 100와트의 파워를 다룰 수 있지만, 25 Hz에서는 드라이버가 기계적 한계를 초과 할 수 있기 때문에 앰프에서 100와트에 도달하기 전에 거의 그정도의 파워를 다룰 수 없다. 이는 일부 드라이버의 케이스에 해당된다.

 

Peak Power

Peak Power는 순간적인 파워 웨이브폼의 최대값을 의미하며, 사인파의 경우 항상 평균 파워의 두배이다. 다른 파형에 대해서는 피크 파워와 평균 파워 사이의 관계를 피크 대 평균 파워 비율(PAPR(Peak-to-Average Power Ratio)이라 한다.

 

앰프의 피크 파워는 전압 레일과 전자 부품이 손상 없이 순간적으로 처리할 수 있는 최대 전류량에 의해 결정된다. 이것은 장비가 빠르게 변화하는 파워 레벨을 처리할 수 있는 능력을 특징 짓는데, 많은 오디오 신호가 높은 동적 특성을 가지고 있기 때문이다.

 

피크 파워는 항상 평균 파워보다 높은 값을 내보내므로, 광고에 문맥 없이 사용하면 경쟁업체의 앰프보다 두배 더 강력하다고 오해를 불러일으킬 수 있다.

 

Total system power

Total system power(총 시스템 파워)는 오디오 전자 제품에서 오디오 시스템의 파워를 평가하는 데 자주 사용되는 용어이다. 총 시스템 파워는 스피커의 파워 관리나 앰프의 출력 파워가 아니라 장치의 총 소비 전력을 나타낸다. 이는 다소 현혹적인 마케팅 전략으로 볼 수 있다. 왜냐하면 해당 장치의 총 소비 전력은, 당연하게도 피크 파워를 제외한 다른 파워 레이팅 보다 크기 때문이다. 피크 파워 자체가 과장된 값이기 때문에 이 역시 마찬가지이다. 선반형 시스템과 서라운드 사운드 리시버는 종종 총 시스템 파워로 평가 한다.

 

총 시스템 파워를 사용하여 더 정확한 파워를 추정하는 방법 중 하나는 앰프 클래스를 고려하여 파워 출력을 경험에 의한 추측으로 얻는 것이다. 예를 들어, 클래스 AB 앰프는 25%에서 75%의 효율을 가질 수 있고, 클래스 D 앰프는 80%에서 95%로 훨씬 높은 효율을 가진다. 특히 효율적인 클래스 D 앰프, ROHM BD5421efs는 90%의 효율로 작동한다.

 

일부의 경우는 오디오 장치의 모든 스피커의 총 시스템 파워를 합산하여 피크 파워 레이팅으로 측정하기도 한다. 많은 홈시어터(HTIB(Home Theater In a Box)) 시스템이 이 방식으로 평가된다. 또한 저렴한 가정용 영화관 시스템의 파워 레이팅은 높은 수준의 고조파 왜곡(예(10%))으로 측정되기도 한다. 이러한 고조파 왜곡은 눈에 띌 정도로 높다.

 

PMPO

PMPO (Peak Music Power Output / Peak Momentary Performance Output), 소비자보다는 광고 작성자들에게 더 관심이 있는 더욱 의심스러운 성능 지표이다. PMPO 는 어떤 표준에서도 정의된 적이 없지만, 일반적으로 시스템의 각 앰프의 어떤 종류의 피크 파워를 합산한 것으로 여겨진다. 각 제조업체마다 다른 정의를 사용하기 때문에 PMPO와 Continuous 파워 출력과의 비율은 크게 다르다. 따라서 서로를 변환하는 것은 불가능하다. 대부분의 앰프는 PMPO를 극히 짧은 시간 동안만 유지할 수 있거나 아예 유지할 수 없으며, 스피커는 짧은 순간적인 피크 이외에는 지정된 PMPO를 견딜 수 있도록 설계되지 않았다. 그렇지 않으면 심각한 손상이 발생한다.