패시브 톤 컨트롤 회로: 설계, 응용, 오디오 이점

톤 컨트롤 회로

출처: 플리커

오디오 톤 컨트롤 회로가 왜 필요할까요? 첫째, 오디오 파워 앰프로 들어가는 신호 대역폭을 조절할 수 있습니다. 대역폭이 제한되지 않으면 원본 신호를 얻지 못할 수 있습니다. 둘째, 패시브 톤 컨트롤 회로로 음악을 더 즐길 수 있습니다. 오디오 신호에서 주파수를 분리하고 싶다면 오디오 톤 컨트롤 회로가 필요합니다.

패시브 톤 컨트롤 회로와 액티브 컨트롤 회로 두 종류가 있습니다. 차이점은 전자는 증폭기가 없고 후자는 있다는 것입니다.

이 글에서는 패시브 톤 컨트롤 회로, 동작 원리, 응용 분야 등에 집중합니다.

시작해 봅시다!

패시브 톤 컨트롤이란?

패시브 시스템에는 전기 전력이 필요 없습니다. 패시브 부품은 커패시터와 저항 같은 구성 요소로 이루어집니다.

액티브 시스템은 집적 회로(예: 오피앰프, 트랜지스터 등) 같은 부품을 가지며 외부 전원으로만 동작합니다.

집적 회로

출처: 위키미디어 커먼즈

패시브 톤 컨트롤은 고주파 롤오프를 차단할 수 있습니다. 저역 통과 필터로 정의할 수 있으며 커패시터와 포텐쇼미터(가변 저항)로 구성됩니다.

패시브 톤 컨트롤 회로도는 낮은 소스 임피던스를 공급하고 높은 부하 임피던스로 이동해도 효과적으로 작동할 수 있음을 보여줍니다.

부스트와 컷(컨트롤 측면에서)을 제공하는 것은 나쁜 생각일 수 있습니다. 회로의 패시브 특성 때문입니다.

트레블이나 베이스 부스트로 구성 시 회로에 손실이 생기는 경향이 있습니다. 실제로는 신호 레벨 증가 대신 감쇠 손실이 발생합니다. 따라서 이 설계 시 약 12dB 기본 손실을 고려하는 것이 이상적입니다.

헤드폰 출력에 패시브 톤 컨트롤을 사용할 수 있나요? 네 가능합니다. 하지만 일부 저항값을 조정해 신호 감쇠를 줄여야 합니다. 결과적으로 회로 응답이 조정됩니다.

패시브 톤 컨트롤 동작 원리

먼저 입력 신호를 회로 입력에 넣습니다. 결과적으로 소리 신호가 두 경로를 가집니다. 첫 번째 경로는 저역 통과 필터를 거칩니다. 저역 통과 필터는 C1, R1, C2, R2로 구성됩니다.

저역 통과 필터에는 VR1이 있습니다. VR1을 저주파 비율 게인 또는 베이스로 조정할 수 있습니다.

두 번째 경로는 고역 통과 필터를 거칩니다. 이 섹션은 VR2, R5, C4, C5 같은 부품으로 구성됩니다. 따라서 값을 조정해 트레블 또는 고주파를 조절합니다.

이후 저역 통과 필터와 고역 통과 필터의 신호가 R3와 R4를 통해 출력으로 전달됩니다. 노이즈 신호는 C3를 통해 빠져나갑니다.

패시브 톤 컨트롤 회로 설계

패시브 톤 회로도

출처: 위키미디어 커먼즈

부품:

• VR1
• R1
• R2
• VR2
• R3
• C1
• C2
• C3
• C4
• C5

기호:

• VR – 포텐쇼미터
• R – 저항
• C – 세라믹 커패시터

패시브 톤 컨트롤 회로는 두 부분으로 나뉩니다.

첫 번째 부분은 프리앰프 단계(오피앰프 기반)입니다. 두 번째 부분은 회로(패시브 백산달 톤 컨트롤)입니다.

R2는 피드백 저항이며, 프리앰프 단계는 TL072 기반 비반전 증폭기입니다. R2가 R1과 결합해 이 단계의 이득을 설정합니다.

비반전 모드 전압 이득을 다음 식으로 나타낼 수 있습니다: Av = 1 + (R2/R1). TL072 출력 임피던스 추정치로 R3 값을 구할 수 있습니다.

C2가 저주파 차단 한계를 설정합니다. C2는 DC 디커플링 커패시터 입력입니다. R4는 오프셋 전압(출력)이 앰프 출력에 미치는 영향을 줄여줍니다.

R4는 오프셋 최소화 저항입니다. R4 값은 R1과 R2 병렬값(R1 || R2)의 추정치입니다.

프리앰프 단계는 듀얼 전원(+15/-15)으로 구동할 수 있습니다. C3가 톤 컨트롤 단계와 프리앰프 단계를 결합합니다.

톤 컨트롤 단계

톤 컨트롤 단계는 패시브 백산달 톤 컨트롤 회로를 의미합니다. 부스트 또는 컷(20dB)을 생성합니다. 트레블은 POT R9로, 베이스는 POT R6로 조절합니다.

POT R10과 R11의 기능은? POT R10은 볼륨 제어, POT R11은 밸런스 수정에 도움을 줍니다. R8은 트레블과 베이스 제어 단계 사이에 약간의 격리를 제공합니다.

패시브 백산달 톤 컨트롤 회로가 왜 필요할까요? 이 단계는 고품질 오디오 응용에 필수적입니다. 트레블과 베이스를 독립적으로 수정할 수 있기 때문입니다. 패시브 부품임에도 성능이 상대적으로 우수합니다.

백산달 톤 컨트롤 회로

출처: 사이언스 다이렉트

시뮬레이션

패시브 톤 회로는 선형 응답이 아닙니다. 회로를 15%로 설정하면 플랫 응답을 볼 수 있습니다. 신호 증가보다 감소에 더 집중함을 의미합니다.

트레블과 베이스를 100%로 설정하면 중주파수에서 더 큰 감소가 나타납니다. 트레블과 베이스 부스트 효과를 얻는 방식입니다. 따라서 헤드폰 출력 같은 고레벨 소스에 이상적입니다.

중요 사항

• 회로 조립 최적 옵션은 PCB. 퍼프나 베로 보드도 가능.
• TL072(IC1)를 홀더에 장착하는 것이 중요.
• 전압 이득 값(R1, R2)을 변경해 프리앰프 단계 수정 가능.
• R2, C1, C2가 베이스 레벨에 영향.
• 커패시터를 늘리고 저항을 줄이면 베이스 레벨 상승.
• C3, C4가 트레블 신호 조절.

오디오 톤 컨트롤 회로의 장점

• 휴대성이 좋음
• 청력 장애 보조
• 저렴한 회로
• 적은 부품으로 구현
• 녹음 결함 보완
• 취향에 맞게 소리 조정 가능

오디오 톤 컨트롤 회로의 응용 분야

오디오 톤 컨트롤 유닛은 다음 응용에 사용 가능:

• 디스코 장비
• 스테레오 앰프
• 헤드폰 출력
• 음악 플레이어
• 스피커 출력

마무리

패시브 톤 컨트롤 회로는 베이스와 트레블 조절에 효과적입니다. 고레벨 소스에만 사용 가능한데, 회로가 신호만 감소시킬 수 있기 때문입니다.

헤드폰 출력에 이 회로를 사용하려면 일부 저항값을 변경하는 것이 중요합니다. 신호 감쇠를 줄여 회로 응답을 수정하는 데 도움이 됩니다.

이 주제에 대해 어떻게 생각하시나요? 패시브 톤 컨트롤 회로에 도움이 필요하신가요? 언제든 연락 주세요.