Potentionmeter, 가변저항은 일반적으로 3개의 접점을 가지는 구성이 일반적인데, 아래 기호 표시처럼 GND쪽이 1번, 입력신호쪽이 3번, 출력신호쪽(Wiper)이 2번이다. Wiper를 입력으로 잡고, 1,3을 출력으로 잡을 수도 있고, 다른 방식으로 사용할 수도 있지만, 오디오 볼륨에서는 아래와 같은 배치로 사용하여야 한다. 1번 GND를 기준으로 3번 입력(전단)의 전압을 조절하여, 2번 출력(후단)의 전압을 주어야 하며, 시계방향(CW:Clock Wise)이 볼륨을 크게 하는 쪽, 반시계방향(CCW:Counter Clock Wise)이 볼륨을 작게 하는 쪽으로 하기 때문이다.
가변저항은 그 변화특성에 따라, 아래 그래프와 같은 저항값의 변화특성을 갖는 A,B,C,D 4가지의 타입이 있다. 각각의 타입은 그 주요 용도가 다르다. 일반적 선형(Linear)특성을 갖는 B타입과 오디오 볼륨을 위한 대수(Logarithmic)특성을 갖는 A이 대표적이다. 그림의 볼륨회전은 왼쪽에서 오른쪽으로 옮기는 회전각(CW: Clock Wise)을 의미한다.
가변저항 B타입을 A타입으로 수정하기
B타입 가변저항을 A타입 가변저항으로 개조하는 방법으로 알려져 있는 방법은 아래와 같다. 가변저항이 가지는 저항치의 15%정도, 1%오차의 저항을 사용하면, 6.7:1의 로그곡선과 가장 유사한, 즉 A타입의 오디오신호 출력조절을 얻을 수 있다고 한다.아주 간단한게 Wiper뒤쪽의 저항값에 병렬로 고정저항을 GND를 기준으로 달아주는 방법이다.
가변저항 B타입의 A타입 수정에 대한 이해
(1) 이해의 오류
가변저항 1~2번 사이의 R1저항값은 Wiper를 조절함에 따라 그 값이 변할 것이고, 거기에 추가로 R1+저항에 의해, 병렬구성으로 저항값이 산정될 것이고, 즉, B타입의 Linear와는 다르게 휘어진 곡선, 아마도 Log곡선을 그릴 것 같은 생각이 든다.
직관적 추정계산으로 가변저항이 100K, Wiper를 중간에 놓으면 R3, R1은 각각 50K, 여기에 R1+를 50K를 구성한다면, 어떠한 상태일까? Wiper를 조정하여, R3,R1을 30K,70K로 조정하고, R1 70K와 R1+ 50K합성저항의 값은? 어떤 상태일까?
그렇다 대충 계산해 봐도 A타입의 저항특성이 보이지 않는다. 이건 뭐지? 아...모르겠당....
(2) 이해의 시작
앞의 그림에서도 측정치는 감쇄(Attenuation)값을 측정한 것이다. 오디오의 볼륨은 전압을 조정하는 것이다. 저항을 활용한 전압을 조정하는 것이다. 그래서 저항들을 어떻게 구성하던지, 볼륨으로 사용되는 신호의 전압이 Log곡선을 그리면되는 것이다. 가변저항자체가 A타입이라면, 물리적 저항의 변화도가 전압의 변화도에 영향을 미치지만, 저항 하나를 추가 구성하여, B타입을 A타입으로 바꾸는 것은 저항값을 바꾸는 것이 아니라, 전압의 변화가 Log곡성을 그리도록 하는 것이다. 물론 더 정확히는 오디오 신호 자체의 감쇄(Attenuation)을 조정하는 것이다.
(3) 무식한 시뮬레이션
이제 Excel로 무식한 시뮬레이션을 해보았다. 먼저 B Type에 대한 시뮬레이션이다. 볼륨을 CCW(min)에 두고 조금씩 변경하면서, CW(max)로 옮겨가는 Case를 구성하고, 각 Case별로 R3,R1값의 변화와 그에 따르는 출력단 1~2에 걸리는 전압을 계산해 보았다. 계산이 편하도록 입력 전압은 10V로 가정하고 계산하였다. (노브의 숫자는 시계의 시침 방향으로 가정함)
예상 했듯이, R1의 출력으로 걸리는 전압은 볼륨의 Wiper에 해당하는 노브를 CW로 돌리는 것에 따라, 그 변화가 Linear하게 계산되고, 그래프로 그려도 직선의 그래프로 그려질 것이다. R3에 걸리는 전압은 R1의 전압에 반비례로 걸리며, 이것은 B타입 가변저항 수치의 변화에 비례하는 것이다. (전압계산을 위해 각 Case의 합성저항은 항상 100K인것에 주의한다.)
이제 B타입에 50K저항을 추가하는 가정을 하고, 동일한 시뮬레이션 계산을 진행해 본다. 다만 R1에는 R1+가 추가되어 있으므로 병렬합성 저항을 계산해야 되며, R3와 R1s(R1과 R1+의 합성저항), 각각에 걸리는 전압을 계산해 본다.
이 부분에서 나 같은 하수의 생각이 여지 없이 깨지는데, 각 저항의 전압계산을 위해서는 직렬구성된 저항 R3, R1s의 저항값이 B타입과 다르게 Case마다 변하게 된다. 그래서 하수의 머리로는 쉽게 상상이 되지 않았던 것이다. B타입을 A타입처럼 되도록 구성한 방식에서 볼륨을 CW로 돌려서 조정 할 수록 볼륨의 전체 저항(R3+R1s)은 100K가 아니라 점점 줄어드는 것이다.
이제 저항이 B타입과는 아주 다르게 변하는 것을 알았으며, 이에 따른 전압의 변화값도 확인해 보면, 시작과 끝은 B타입과 유사하지만, 중간의 부분들은 전혀 Linear하지 않고, 곡선형 인것을 알 수 있다.
숫자로는 눈에 잘 띄지 않으니, 그래프로 그려 본다. 확실히 다른 그래프들이 보인다.
왼쪽의 그래프는 노브변화에 따른 B타입의 전체저항값과 R1의 저항값, 그리고 B타입을 수정한 A타입의 전체저항값과 R1s(R1,R1+합성저항)의 저항값을 그래프로 표현하고 있다. 그래프 자체의 특징을 보면, B타입에서는 위쪽에 고정된 꼭지점이 수정 A타입에서는 아래로 끄집어 내려온 모습이다.
오른쪽의 그래프는 변화된 저항값그래프에 동일한 환경에서의 전압배분값을 그래프로 나타낸 것이다. B타입에서 R1에 걸리는 전압이 Linear한것에 비해, 수정A타입에서는 Log곡선과 비슷한 모양을 하고 있다. R3에 걸리는 전압도 마찬가지의 곡선을 그리는 것도 참고할 수 있다.
(4) B타입을 수정하는 저항값
앞의 권고에서 전제 가변저항값의 15%정도를 권장하였으므로, 시뮬레이션에서 사용한 50K대신에 15K 저항값으로 시뮬레이션 해본다. 이왕 하는 김에 흔히 구해지는 저항값 10K, 15K, 18K, 33K도 해 보았다. 아래 그래프가 그 결과이다. 100K B타입 가변저항에 15K고정저항을 삽입구성하는 것이 권장된다고 하는데, 그래프만 보면, 18K를 사용해도 괜찮아 보인다.
결론
- B타입 가변저항만 있을 경우, (간이로) 가변저항값 대비 15%의 고정저항을 GND-Out에 구성하여, A타입처럼 수정하여 사용할 수 있다.
- 가변저항 포함 볼류부의 전체저항이 변하는 방식이므로, 기술적, 전기적으로 어떤 문제가 있는지는 모르겠으나, 가능하면 오디오제작의 볼륨에는 A타입을 구하여 사용한다.
- 나는 쌩초보이므로 빵판과 간이 전원공급장치를 구해서 가지고 있던 가변저항과 저항들로 실제 테스트 해 봐야겠다.
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