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 부제: 출력 임피던스 값과 이어폰의 임피던스 그래프와의 관계.

 

임피던스란 무엇인가?
음향 관련 제품들의 제품 사양을 보면 임피던스라는 용어가 자주 등장을 합니다. 임피던스라는 말은 흔히 저항이라는 용어와 혼용이 되어 사용이 되는 경향이 있는데 의미는 비슷하나 두 가지 용어의 의미에는 차이가 있습니다.

일반적으로 저항이란 전류가 도선에 흐르는 흐름을 방해하려는 성질로 이해를 하시면 됩니다. 흔히 수도관에 물이 흐르는 경우로 비유를 많이 하시는데 수도관의 직경이 작은 경우와 큰 경우 어느 쪽에서 보다 더 물이 잘 흐르는지를 생각해 보시면 됩니다. 당연히 수도관의 직경이 작으면 작을수록 물의 흐름에 저항성분이 많이 생기게 되는데, 이러한 성질을 저항이라고 생각하시면 됩니다.

그런데 이러한 저항 성분이라는 것을 측정하다 보니 어떤 물체에서는 주파수에 관계 없이 직류이던 교류이던 항상 일정한 저항값을 가지는 물체가 있는데 반하여 또 다른 물체에서는 주파수에 따라서 전류가 흐르는 흐름을 방해하는 성질의 정도가 달라지는 물체도 있었습니다. 때문에 이러한 물체에 대해서는 저항 성분의 표기를 할 때에 구분을 해야 할 필요성이 생겼고 때문에 임피던스라는 용어가 나왔습니다.

때문에 임피던스라는 용어가 사용이 되면 “아! 이 제품은 주파수별로 저항값이 다른 제품이구나! “라고 생각하시면 됩니다. 그리고 두 가지 용어 모두 흐름을 방해하는 성질을 말하므로 Ω(오옴)이라는 공통의 단위를 사용합니다.

정리를 하면 !!!
임피던스란 주파수에 따라서 저항값이 달라지는 경우의 저항값을 의미하고 거의 모든 전자제품은 단순히 저항(Resistor)성분만으로 만들어지지 않고 L(코일)이나 C(콘덴서)를 사용하여 만들어지므로 저항이 아닌 임피던스로 표기가 됩니다.


임피던스 브리징 (임피던스 매칭)
임피던스에 대하여 이해가 되셨으면 이번에는 임피던스 브리징과 임피던스 매칭에 대하여 설명을 해 드리겠습니다. 엄밀히 말하면 임피던스 매칭과 임피던스 브리징은 개념이 다릅니다만 사실 오디오쪽에서는 구분을 하지 않고 혼용을 해서 사용을 하고 있습니다. 즉 오디오에서 기기간 접속에서 임피던스 매칭이라는 용어를 사용하여도 임피던스 브리징을 의미한다고 생각하시면 됩니다.

그럼 임피던스 브리징이라는 것이 무엇인지 알아보아야겠지요?

01.Circuit.png



우선 위의 회로를 앰프와 스피커라고 가정을 하면 Vs는 전원 공급원을 의미하고 Zs는 앰프의 내부 임피던스 성분을 의미합니다. 그리고 ZL은 부하(스피커)의 임피던스가 되고 VL은 스피커에 인가되는 전압을 의미하게 됩니다.

가령 Vs의 전압이 10V라고 가정을 하고 Zs는 2Ω ZL은 8Ω이라고 가정을 하면 VL의 전압은 8V가 됩니다.

이를 산수적으로 풀어보면 아래처럼 됩니다.

VL = Vs X (ZL / (Zs + ZL))

즉 스피커에 걸리는 전압 VL은 앰프 내부의 임피던스값에 반비례하고 스피커의 임피던스 값에는비례하게 됩니다. 이 이야기는 바꾸어 표현을 하면 앰프의 출력 임피던스의 값이 작을수록 소리의 전달이 잘 되고 스피커의 임피던스 값이 커지면 소리의 크기가 커진다는 의미가 됩니다.

실제로 이러한 사항이 적용되는 예로 Y짹을 사용하여 친구와 같이 음악을 듣는 경우, 혼자 들을 때에는 음량에 문제가 없다가 친구가 동시에 이어폰을 꼽으면 음량이 작아지는 경우가 발생을 합니다. 음량이 작아지는 이유는 친구와 동시에 이어폰을 연결하면 부하(ZL, 이어폰)의 임피던스 값이 작아지므로 이어폰에 걸리는 전압이 작아지기 때문입니다.

정리를 하면 !!!
앰프 내부의 임피던스 또는 출력 임피던스의 값이 작을수록 그리고 스피커의 임피던스 값이 클수록 신호의 전달이 잘(많은 비율로) 됩니다



이어폰 또는 헤드폰의 임피던스 곡선
일반적인 다이나믹형 이어폰 및 헤드폰 제품들의 임피던스 곡선은 주파수별로 큰 차이를 보이지 않습니다.

02.Impedance.png
AKG K370(빨간색)과 Sennheiser HD228(검정색)의 임피던스 그래프


위의 2가지 제품의 임피던스 그래프를 보시면 저음인 20Hz나 고음인 20kHz에서 커다란 차이가 없는 것을 보실 수 있습니다. 이 2가지 제품 이외의 다른 대부분의 제품들의 임피던스 곡선의 형태는 대부분 저음쪽에서 살짝 올라왔다가 작아지는 형태를 보이지만 주파수별로 크게 차이가 발생하지는 않습니다.

그런데 요즘 많이 출시가 되는 밸런스트 아마쳐를 사용한 제품의 경우에는 임피던스 곡선의 기울기가 상당히 큽니다. 즉 저음과 고음의 임피던스 값의 차이가 상당히 많이 발생을 합니다.

03.Impedance.png
Ultimate Ears triple.fi 10 pro (빨간색)과 Etymotic Research의 ER-4P의 임피던스 그래프


Triple.fi 10 pro의 경우 임피던스 값은 1kHz부근이 가장 크고 10khz부근이 가장 작습니다. 그리고 ER-4P의 경우 triple.fi와는 정 반대로 고음쪽으로 갈수록 임피던스 값은 커집니다.

문제는 triple.fi 10 pro 또는 ER-4P와 같이 주파수별로 임피던스 값의 차이가 큰 제품들은 연결이 되는 장비의 특성 즉 출력 임피던스값의 변화에 따라서 소리에 변화가 생긴다는 점입니다.

02.FR_10 Pro.png  
UE 10 Pro와 연결하는 제품별 주파수 응답특성, Diffused Field EQ적용
빨간색: UE 10 Pro + Nuforce Mobile Amplifier
파란색: UE 10 Pro + HeadRoom Balanced Desktop
초록색: UE 10 Pro + E-MU 0404 USB (Headphone Out) 


위의 그림을 보시면 triple.fi 10 pro의 경우는 출력 임피던스가 큰 (주로 전압증폭으로 동작을 하는) 제품(0404 USB)들과 연결을 하면 고음의 재생이 덜(작게)되고 출력 임피던스의 값이 작은 (주로 전류증폭으로 동작을 하는) 제품(NuForce Mobile)과 연결을 하면 고음의 재생이 더 많이(크게) 됩니다.

참고.
예전에 triple.fi 10 pro의 제품을 리뷰할 때 측정된 그래프는 저음만 과다할 것으로 보이는데 실제로는 고음쪽도 상당히 잘 나온다고 한 이유가 이런 이유 때문이었습니다. 그 당시에 측정은 헤드룸 앰프로 하였는데 실제로 청음은 COWON S9으로 하였거든요.

즉 triple.fi의 경우는 휴대용 제품과 같이 출력 임피던스가 낮은 제품과 연결해야 고음의 재생이 잘(크게) 되고 거치형 앰프와 같이 출력 임피던스가 높은 제품의 경우에는 고음의 재생이 덜(작게) 됩니다.


05.FR_ER-4P.png
정확한 비교를 위하여 실리콘 튜브를 사용하였고 Diffused Equalizer 사용하지 않음


반대로 위의 그래프를 보면 ER-4P의 경우 출력 임피던스가 큰 (주로 전압증폭으로 동작을 하는) 제품(0404 USB)들과 연결을 하면 고음의 재생이 더 많이(크게) 되고 출력 임피던스의 값이 작은 (주로 전류증폭으로 동작을 하는) 제품(NuForce Mobile)과 연결을 하면 고음의 재생이 덜(작게) 됩니다.

이러한 문제의 근본적인 원인은 이어폰 또는 헤드폰의 임피던스 그래프가 항상 일정한 값을 가지지 않고 위아래로 심하게 요동을 치는 이어폰이나 헤드폰의 문제이지만 DAP 또는 헤드폰 앰프의 출력 임피던스의 값이 커지면 커질수록 이러한 차이는 정비례하여 발생을 한다는 점에서 DAP의 출력 임피던스 혹은 헤드폰 앰프의 출력 임피던스의 값은 작을수록 좋은 제품입니다.

정리를 하면 !!!
임피던스 그래프의 기울기가 고음쪽에서 내려가는(triple.fi) 경우 출력임피던스가 큰 제품에서는 고음이 작게 나오고 출력 임피던스가 작은 제품에서는 고음이 크게 나옵니다.
반대로 임피던스 그래프의 기울기가 고음쪽에서 올라가는(ER-4P) 경우 출력임피던스가 큰 제품에서는 고음이 크게 나오고 출력 임피던스가 작은 제품에서는 고음이 작게 나옵니다.

주의사항.
이어폰의 튜닝용으로 저항 아답타를 판매하는 것이 있습니다. 광고문구 중에는 저항 아답타를 사용하면 무조건 소리가 좋아지는 것으로 묘사를 하고 있는데 저항을 사용하여 이어폰의 전체적인 임피던스값을 올리면 소리가 변화를 하긴 합니다. 하지만 저항 아답타를 사용하여 소리의 변화가 발생하는 방향은 제품의 임피던스 그래프의 모양과 관련이 있는 것이지 저항 아답타를 사용한다고 무조건 고음이 많아지거나 또는 적어지거나 하지는 않습니다.



제품들의 출력 임피던스는 어느 정도 되나요?
여기까지 이해가 되셨으면 현재 시중에 유통되는 제품들의 출력 임피던스의 값이 궁금해 지실 겁니다. 저 역시 그랬으니까요. 그래서 현재 제가 가지고 있는 휴대용 제품들 몇 가지와 거치형 제품 몇 가지의 출력 임피던스를 측정하여 보았습니다.

07.Out_Impedance.png

 

09.Out_Impedance.png

 

 
거치형 제품의 경우 아무래도 헤드폰의 임피던스가 큰 제품과 주로 연결을 하여 사용하고 또 충분한 접압을 가지고 구동을 할 수가 있으므로 제품의 출력 임피던스의 값은 휴대용 제품보다 큰 것을 보실 수가 있습니다.

휴대용 제품의 경우 이어폰의 임피던스가 작은 제품을 사용하고 배터리를 사용하기 때문에 충분한 접압으로 구동을 할 수가 없으므로 출력 임피던스 역시 상대적으로 작은 것을 보실 수가 있습니다.


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profile

지구창조

2009.09.30 23:37
오.. 많은 도움이 되었습니다.^^
profile

착한남자

2009.10.01 01:24
정리 하시느라 고생이 많으셨어요 감사합니다
profile

Oilen

2009.10.03 09:37
음.. 그럼  일반적인 다이나믹형 이어폰에서 같은 테스트를 하게되면 어떻게되는건가요;;
profile

토미™

2009.10.05 12:11
다이나믹형 제품 중에서는 임피던스 곡선이 춤추는 제품을 보지 못했습니다. (현재까지는) 때문에 신경쓰지 않으셔도 됩니다.
profile

#17

2009.10.05 03:14
제 이어폰의 임피던스곡선을 모르니. . . 일단 무작정 68옴짜리를 물려보기로했습니다;; ㅋ
몇옴이 적당한질 몰라서 33옴을 해볼까하다가. . 차이를 좀 크게내보고 싶어서 68옴으로;;
profile

우다리

2009.10.11 22:46
저는 점점 더 미궁속으로...OTL
profile

토미™

2009.10.12 09:21
전에 댓글다신 것 보니 잘 아시던데... emoticon
profile

병사 이달수

2009.10.14 22:42
어려운 내용을 항상 알기쉽게 설명해 주시는 토미님 깔끔한 정리 감사합니다

 
profile

아타라

2009.10.29 01:52
잘 읽었습니다만, 내용이 많이 어려워요 ^^;;;
질문이 있는데,
결국 BA를 사용하여 임피던스 곡선의 기울기가 심한 제품들의 경우는 포터블 플레이어마다 달라지게 되는건지요?
포터블 기기의 출력과 관련이 되는건가요.? (일반적으로 포터블 MP3플레이어의 경우엔 출력을 mW단위로 표시하던데, 기기의 임피던스는 이것과 비례하는것인지요?)
그리고, 사람이 느끼는 차이는 얼마나 될지 궁금하군요 :)
profile

토미™

2009.10.29 08:20
포터블 기기들의 출력 임피던스 특성과 관련이 있습니다. 포터블 기기마다 출력 임피던스가 조금씩 다르니 제품마다 조금씩 다른 소리가 재생된다고 볼 수도 있습니다.

사람이 느끼는 차이는 위의 그래프상에 나온 만큼 차이가 나는데 일반적으로 1dB이면 인간이 소리의 차이를 느끼기 시작하는 수준이고 3dB이면 누구나 쉽게 느끼는 수준이라고 합니다.
profile

대략난감

2010.02.16 09:54
임피던스에서 대해서는 봐도 잘 모르겠네요

좀 더 공부를 해야겠네요~~~

다시 한번 천천히 흞터 봐여겠네요
profile

뿌뉴

2010.05.19 20:36

전자과 나왔는데.... 기억이 안나네요... 헐..

profile

천만돌이

2010.08.08 09:54

초보자도 전부 이해할 수 있도록 잘 설명 해주셨네요.

profile

[거지]준듸기

2010.08.08 10:53
아하!!!!이해할수 있겠네요 ㅋㅋㅋ 예전에 봤을땐 모르겠던데
profile

짜파게티 박

2010.09.27 01:47
잘봤습니다
profile

elitechrome

2010.12.07 00:47

"비밀글입니다."

:
profile

PainOfSalvation

2010.12.13 15:16

네 ^^ 잘봤습니다 ㅋ

profile

훌륭하다

2010.12.24 23:38

입문중이에요. 많이 배우고 있습니다^^

profile

철기

2011.03.09 19:01

약간 어렵네요. 반복학습(?)하여 흡수해야겠습니다. 좋은 글 감사합니다.

profile

하누리짱

2011.05.10 11:23

이어폰에 대해 정말 잘배우고 갑니다. 앞으로도 좋은 글 부탁드립니다.

profile

김기정

2012.04.10 21:30

예전부터 궁금했던 내용인데 이 글을 보고 어느 정도는 궁금증이 풀렸습니다만, 아무리 읽고 또 읽어봐도 이해가 안가는 부분이 있어 질문 드립니다. 

제가 이해하기론, 앰프의 출력 임피던스가 동일하다고 가정했을 때, 

이어폰의 임피던스가 높은 주파수 대역에서는 소리가 크게 나오고

이어폰의 임피던스가 낮은 주파수 대역에서는 소리가 작게 나온다는 것 같습니다.

그런데 앰프의 출력 임피던스가 높고 낮아짐에 따라서 왜 이어폰에서 주파수 대역에 따른 소리크기의 비율이 달라지는지 모르겠습니다.

출력 임피던스가 높으면, 이어폰 소리는 작고, 그 와중에서도 이어폰 임피던스가 높은 주파수대역은 소리가 크고 낮은 주파수대역은 소리가 작고,

출력 임피던스가 낮으면, 이어폰 소리는 크고, 그 와중에서도 이어폰 임피던스가 높은 주파수대역은 소리가 크고 낮은 주파수대역은 소리가 작아야 하는 게 아닌가... 라는 생각이 자꾸 듭니다.

어디에서부터 제가 잘못 이해하고 있는 걸까요?


profile

김기정

2012.04.10 21:34

그러니까 제가 이해가 안가는 부분은 다음과 같습니다.

아래 글은 본문에 있는 문장인데요

"임피던스 그래프의 기울기가 고음쪽에서 내려가는(triple.fi) 경우 출력임피던스가 큰 제품에서는 고음이 작게 나오고 출력 임피던스가 작은 제품에서는 고음이 크게 나옵니다."

저로서는 위 문장이 아무리 읽어도 자꾸 아래와 같이 읽힙니다. 

"임피던스 그래프의 기울기가 고음쪽에서 내려가는(triple.fi) 경우 출력임피던스가 큰 제품에서는 고음이 작게 나오고(하지만 저음도 작게 나오고) 출력 임피던스가 작은 제품에서는 고음이 크게 나옵니다(하지만 저음도 더 크게 나옵니다)."

아 어려워요..ㅡㅜ

그리고..에티키즈와 같이 임피던스가 높은 제품이 볼륨확보가 어렵다는 건 어떻게 이해해야 하는거죠?

그러다보니 결국 볼륨확보는 전압이 아니라 전류 아닌가 하는 생각도 드는데.. 초보 문외한인지라 답은 모르겠습니다 ㅜㅜ

profile

김기정

2012.04.10 21:41

제 질문에 제가 댓글로 도배를 하고 있어 좀 민망합니다만 ^_^;;;

x:주파수, y:임피던스의 그래프를 그대로 x:주파수, y:소리크기라고 이해할 경우

전압이 크게 걸리면 그래프의 기울기가 심해지지만

전압이 작게 걸리면 그래프의 기울기가 완만해진다고 이해하면 되는 걸까요?

이게 맞다면, 본문의 설명에서 토미님이 뭔가 생략하고 넘어가신 부분이 있는 거 아닌가요?

답변 주실 분께 미리 감사드립니다.

profile

Ktulu

2012.06.11 20:29

잘 보고 갑니다ㅎㅎ

profile

이웅채

2012.11.24 13:46

트파 PC에 물렸더니 고음 다 죽고 완전 안개낀 소리 나길래


캐실망 하다가 MP3에 물리니 살아나더라구요.


왜그럴까 왜그럴까 하고 있었는데 엄청도움이 됐네요


앞으로 트파 계속 쓸거면 기기의 임피던스도 신경을 써야겠네요


포낙쓸때는 없던 고민이...

profile

라온미르

2012.12.09 01:47
잘 읽고 갑니다~
profile

태달

2013.01.07 00:56

개념잡기에 도움이 많이 되었습니다.

profile

베레쉬트

2013.01.16 23:10

토미님의 글은 기본지식을 익히는데 정말 많은 도움이 됩니다.

 

딱 한가지 아직도 제가 이해 못하는 부분이 있는데요..

 

' 앰프의 출력 임피던스의 값이 작을수록 소리의 전달이 잘 되고 스피커의 임피던스 값이 커지면 소리의 크기가 커진다는 의미가 됩니다.' 

이부분에서 앰프의 출력 임피던스의 값이 작을수록 소리의 전달이 잘된다는 부분은 이해가 가는데 , 스피커의 임퍼던스 값이 커지면 소리의 크기가 커진다는 의미는 잘 이해가 안되서요. 보통 헤드폰의 경우 임피던스 값이 큰 제품들은 소리가 작은거 아닌가요? 제가 뭔가 잘못 알고 있는것인지 아니면 스피커와 헤드폰은 또 다른 것인지.... 궁금합니다.

profile

이응

2013.03.27 23:31

많은 도움이 되었습니다.

profile

참프루

2015.03.17 15:10

아 이해가 안 된다..

기기의 임피던스가 낮아지면 출력이 좋다 이것은 이해가 되는데

er4랑 트파랑 왜 차이가 나는지 이해가 안 되네요

기기의 임피던스가 낮으면 둘 다 출력이 올라야 맞는 거 아닌가요?

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