입력 임피던스를 높히면서 저잡음을 실현하려면 어떻게 해야 할까요?

요즘 ARTA 소프트웨어를 이용해서 앰프 측정하는데 맛을 들이고 있습니다. 좀 수고롭기는 해도 RMAA보다 훨씬 오디오 아날라이저에 가까운 측정이 가능하더군요.

(측정 항목 및 실제 측정 예시는 제 블로그에 소개되어 있습니다. http://measureamp.blogspot.com/2011/11/arta-asus-xonar-dx-loopback.html)

특히 LIMP를 이용한 임피던스 측정이 꽤 유용합니다. 일단 주목적은 스피커나 헤드폰의 임피던스 측정인데, 단순히 특정 주파수(가령 1kHz)에서의 임피던스만 측정가능한 것이 아니라, 96kHz 샘플링 레이트 설정에서 약 40kHz까지 임피던스 측정이 가능합니다. 즉, 전 주파수 대역에서 임피던스를 살펴볼 수 있고, 당연히 위상도 분석해줍니다. 조금만 응용하면 RLC 미터로도 쓸 수 있고요.(LIMP 매뉴얼에도 소개되어 있습니다.)

바로 이 소프트웨어 사용하는 게 문제입니다. 임피던스 측정 원리는 이렇습니다.

측정용 저항어댑터(R)를 이용해서 일종의 voltage divider를 만들고, 이 때 저항어댑터 양단의 전위를 측정해서 (1)번 수식으로 계산합니다. 그렇게하면 부하 Z의 임피던스를 알 수 있지요. (LIMP 매뉴얼 설정을 따르면 제네레이터를 사운드카드의 left out으로 하고, U1을 right in으로 측정, U2를 left in으로 측정합니다.)

문제는 여기서 U1과 U2를 얼마나 정확하게 측정할 수 있냐는 건데, 일단 측정되는 전압의 정밀도는 거의 문제되지 않습니다. 사용하는 사운드카드의 SNR이 한 100dB 정도만 되어도 24bit로 측정 조건에서 최소로 측정할 수 있는 전압이 약 10uV 정도거든요. 이 정도면 ADC의 선형성(linearity)도 괜찮은 편일테고요.

그럼 무엇이 문제냐, 바로 사운드카드의 입력 임피던스입니다. 즉, 라인 인의 입력 임피던스에 따라 측정되는 데이터(특히 U2)의 신뢰성이 나빠집니다. 부하와 입력 임피던스가 병렬 연결되는 탓에 측정되는 실제 전압에 입력 임피던스의 영향이 반영되는 거죠. 특히 부하 Z가 고임피던스 부하라면 말할 것도 없습니다.

지금 제가 사용하고 있는 ASUS XONAR DX의 입력 임피던스를 측정해보니 대략 3~4k 옴 정도인지라 600옴 정도만 되어도 약 100옴 정도의 측정 오차가 생겨버립니다.

(SNR은 112dB 정도나 될 정도로 거의 프로용 장비에 가까운 스펙을 보여주는데, 입력 임피던스는 10k 옴도 안 되는지 ㅠㅠ)

그래서 결국 높은 임피던스를 가지는 버퍼를 하나 달아버리기로 했습니다. orz

뭐 만드는 거야 그냥 쉽게 구할 수 있는 TL072 같은데다가 입력 저항으로 한 100k~1M 옴 정도 달아버리고 비반전 1배 CMOY 만들어버리면 끝이지만, 기왕 만드는 거 헤드폰 앰프로도 만들고 싶더군요. 그렇게 생각하니 좀 막막-_-합니다. 입력 저항으로 인한 자체 저항 잡음이 좀 심해지는 편이라 암만 해도 잡음 줄이는 게 힘들어보이더군요.

그나마 입력 저항을 100k 옴 정도로 하면 썩 문제될 정도가 아닙니다만 생각해보니 이걸 RLC 미터로도 쓸 수 있는데 되도록이면 좀 더 정밀하게 하는 게 낫지 않겠나 싶더군요. 그래서 입력 임피던스를 한 500k 정도로 맞추는 걸 목표로 하고 있는데 어떻게 해야 할지 모르겠습니다.

(사실 이렇게 입력 임피던스가 높으면 저항 잡음도 그렇지만 주변 전자기 간섭도 초큼 문제가 됩니다.)

그래서 이걸 해결할 수 있는 방법을 여쭙고자 합니다. 입력 임피던스를 높이면서 저잡음을 실현하려면 어떻게 해야 할까요?