PA 앰프와 스피커의 임피던스 매칭

원룸의 경우 방마다 화재 수신기와 연결된 속보셋의 설치가 의무화 되어 있는 데 비상 방송설비가 설치될 경우 생략이 가능하여 최근에 일한 원룸에 비상방송 장비를 설치하면서 장비에 딸려온 자료를 통해 PA 앰프와 그 동안 잘 이해하지 못하였던 스피커의 임피던스 매칭에 대하여 알게 되어 이 내용을 정리한 것이다.

PA(Public Address*) 앰프 란?

일반 가정용 또는 자동차용 오디오 기기와는 달리 학교, 교회, 운동장 또는 건물 내의 안내 등에 사용되는 앰프를 말하는 것으로 일반 가정용 오디오 기기와는 출력 방식이 다르기 때문에 스피커 연결 시 주의가 필요하다.

주(*): 지적에 따라 내용 중 잘못된 용어를 바로 잡았다. 보통 Address는 주소라고 번역하기 쉬우나 또다른 의미로 알림 이라는 뜻이 있다.

앰프의 출력과 스피커의 임피던스

· 가정용 오디오 또는 자동차용 오디오 기기는 스피커의 임피던스가 4Ω 또는 8Ω 으로 일정하며 출력 레벨에 따라 앰프의 출력 전압이 변화하는 방식이다.

예를 들면, 100W출력의 앰프에 8Ω의 스피커가 연결될 경우는 최대 출력 전압은 28.3V가 된다.

200W 출력의 앰프에 8Ω의 스피커가 연결될 경우는 최대 출력 전압은 40V가 된다.

· PA 앰프는 선로의 전력 손실을 줄이기 위하여 앰프의 출력 부에서 출력 전압을 70V 또는 100V 로 승압하여 신호를 전송합니다. 이는 교류 전력의 송전 효율을 높이기 위하여 특고압을 이용하는 것과 같은 원리입니다.

따라서 PA 앰프는 출력 용량에 관계없이 70V 또는 100V 로 일정하며 출력 단자에 연결하는 스피커의 임피던스에 따라 소비전력이 결정됩니다.

예를 들면, 120W, 100V 출력의 앰프는 연결된 모든 스피커의 합성 저항, 83Ω까지 연결할 수 있으며 240W, 100V 출력의 경우는 42Ω까지 연결이 가능합니다.

계산 식을 제시하면, P = I² * R = (E/R) ²*R = E²/ R, R=E²/P=100²/120=83 [Ω] ----120W, 100V

                                                                                                     100²/240=42 [Ω] --- 240W, 100V

· PA 앰프의 출력 단자는 4 Ω, 8 Ω, 70V, 100V 등이 있어 다양한 설치가 가능합니다. 4 Ω, 8 Ω, 16Ω 등을 Lo-Z(로우 임피던스), 70V, 100V 등을 Hi-Z(하이 임피던스)라고 합니다.

임피던스 매칭(Impedance Matching)

일반 가정용 또는 자동차용 오디오 기기는 그 기기에 맞는 저항값을 가진 스피커를 사용하면 됩니다.

PA 앰프도 Lo-Z 출력인 경우는 가정용 또는 자동차용 오디오 기기와 같이 앰프의 출력에 맞추어 스피커를 연결하면 됩니다. 그러나 Hi-Z 출력일 경우는 출력 전압이 100V (또는 70V)일 경우는 스피커 연결 시 매칭 트랜스가 필요합니다.

건물의 소방 설비용으로 사용되는 스피커에 내장된 매칭 트랜스는 스피커의 출력에 따라 PA 앰프에 사용할 수 있도록 입력 단자의 임피던스를 맞추어 놓은 것 입니다.

아래의 사진은 아파트 각 세대에 설치된 PA용 스피커 인데 표준 8옴 1W 인 스피커에 10k옴 짜리 매칭 트랜스를 연결하여 제품화 된 모양을 볼 수 있습니다.

예: 100V Line 시용 시

10W = 100²/ 10 = 1,000 -> 1k Ω

3W = 100²/ 3 = 3,333 -> 3.3k Ω

1W = 100²/ 1 = 10,000 -> 10k Ω

PA 앰프의 스피커 연결 법

120W 출력의 앰프에는 10W 스피커는 12개, 3W 스피커는 40개, 1W 스피커는 120개까지 연결(병렬)하여 사용하거나 각기 다른 출력의 스피커를 연결하여 사용할 수 있습니다.

이 경우 합성 임피던스는,

                         1

Z ≤ ----------------------------

          1/Z1 + 1/Z2 + 1/Z3 . . .

는 위 식과 같이 계산하여야 하며 이 값이 앰프의 정격 임피던스보다 낮지 않도록 (120W 의 경우 100V 단자에 83 Ω, 240W의 경우 100V에 42 Ω) 하여야 한다.

과부하(Over Load) 란?

앰프에 연결된 스피커의 합성 임피던스가 정격보다 낮아질 경우 앰프에 과중한 부담이 될 수 있는 데 이를 과부하라고 합니다.

특히 앰프에 스피커를 연결하기 전에 스피커 선로가 쇼트가 되어 있지 않도록 점검 하여야 합니다.