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Blackmer Gain cell

Anonymous (anonymous@undisclosed.example.com) — 2025-06-16T03:37:42+00:00

Blackmer Gain cell

Blackmer Gain cell은 오디오 주파수용 전압 제어 증폭기(VCA) 회로로, 지수형(Exponential) 제어 특성을 가집니다. 이 회로는 1970년~1973년 사이 David E. Blackmer에 의해 발명 및 특허 등록되었습니다. 원래 Blackmer 셀의 4 트랜지스터 코어는 두 개의 상호 보완적인 bipolar current mirrors를 포함하고 있으며, 입력 전압에 대해 log-antilog 연산을 푸시풀(push-pull) 방식으로 수행합니다. 이전의 log-antilog 변조기는 p-n 접합의 지수 특성을 이용했으나 단극성(unipolar)이었고, Blackmer의 푸시풀 방식은 양극성 신호와 양방향 전류의 변조를 가능하게 했습니다.

Blackmer Gain cell은 1973년부터 생산되었으며, 프로 오디오에 적합한 최초의 정밀 VCA 회로입니다. 1970년대부터 상용 Blackmer 셀은 110dB의 제어 범위와 0.01% 이하의 전체 고조파 왜곡(THD), 매우 이상적인 지수 제어 특성을 달성했습니다. 이 회로는 원격 제어 믹싱 콘솔, 신호 컴프레서, 마이크 프리 앰프, dbx 노이즈 리덕션 시스템 등에서 사용되었습니다.

21세기에도 Blackmer 셀과 Douglas Frey의 OVCE(Operational Voltage Controlled Element)는 스튜디오 및 무대 장비에서 널리 쓰이는 두 가지 통합 VCA 토폴로지로 남아 있습니다.

개발

1960년대, 미국의 레코딩 스튜디오들은 멀티 트랙 레코딩을 도입했다. 멀티 트랙 레코더의 좁은 트랙은 이전의 넓은 트랙에 비해 노이즈가 더 많았고, 많은 수의 좁은 트랙을 믹스다운하면 마스터 테이프의 신호 대 잡음비가 더욱 악화되었다. 믹싱은 수많은 컨트롤과 페이더를 정확하게 타이밍에 맞춰 조작해야 하는 복잡한 과정이 되었고, 이 컨트롤의 수가 너무 많아 수동으로 조작하기에는 한계가 있었다. 이러한 초기 멀티 트랙 스튜디오의 문제점들은 프로페셔널 등급의 노이즈 리덕션과 콘솔 자동화에 대한 수요를 만들어냈다. 이 두 기능의 핵심에는 전압 제어 증폭기(VCA)가 있었다.

가장 초기의 솔리드스테이트 VCA 토폴로지는 증폭기라기보다는 감쇠기(attenuator)였으며, 전압 제어 저항 모드로 동작하는 접합형 전계효과 트랜지스터(JFET)를 사용했다. 이 감쇠기들은 1970년대 초반에는 최첨단 기술이었으며, 프로페셔널 Dolby A와 소비자용 Dolby B 노이즈 리덕션 시스템에 성공적으로 사용되었지만, 믹싱 엔지니어의 모든 요구를 충족시키지는 못했다.

1968년, Barrie Gilbert는 Gilbert 셀을 발명했는데, 이 회로는 라디오와 아날로그 컴퓨터 설계자들에게는 빠르게 채택되었으나, 스튜디오 장비에 요구되는 정밀도가 부족했다.

1970년에서 1973년 사이, David E. Blackmer는 4-트랜지스터 멀티플라잉 로그-안티로그 셀을 발명하고 특허를 취득했으며, 이는 프로 오디오를 겨냥한 것이었다.[1989b]

Blackmer 셀은 이전 VCA 토폴로지에 비해 더 정밀하고 더 넓은 다이내믹 레인지를 가졌지만, 양극성(bipolar) 트랜지스터의 양 극성 타입 모두에서 잘 맞는(매칭된) 트랜지스터가 필요했으나, 이는 당시 실리콘 집적회로(IC)로는 구현할 수 없었다. 당시의 접합 아이솔레이션(junction isolation) 기술은 성능이 좋지 않은 p-n-p 트랜지스터만 제공했기 때문에, 집적회로 설계자들은 n-p-n 트랜지스터만을 사용할 수 있었다. Gilbert와 Dolby 회로는 실리콘으로 쉽게 집적화할 수 있었지만, Blackmer 셀은 까다롭게 선별되고 정밀하게 매칭된 디스크리트 트랜지스터로 조립해야 했다. 등온(isothermal) 동작을 보장하기 위해, 이 금속 캔 트랜지스터들은 열전도성이 좋은 세라믹 블록에 단단히 고정되고, 환경으로부터는 강철 캔으로 절연(Isolation)되었다.

이런 형태의 최초 하이브리드 집적회로는 1973년 Blackmer의 회사에서 생산된 “블랙캔(dbx202)“이었다.

5년 후, Blackmer는 개선된 dbx202C “골드캔” 하이브리드 IC를 출시했다. 전체 고조파 왜곡(THD)은 0.03%에서 0.01%로 감소했고, 게인 제어 범위는 110dB에서 116dB로 증가했다.

1980년, Blackmer는 Bob Adams가 설계한 버전인 dbx2001을 출시했다.

이전의 Blackmer 셀들이 lean class AB(얇은 클래스 AB)로 동작했던 것과 달리, dbx2001은 클래스 A로 동작했다. 왜곡은 0.001% 미만으로 떨어졌지만, dbx2001의 노이즈와 다이내믹 레인지는 클래스 AB 회로에 비해 열세였다. 이 1세대 Blackmer VCA들은 매우 긴 서비스 수명을 가졌으며, 2002년에도 오리지널 dbx202 “캔”을 기반으로 한 아날로그 콘솔들이 여전히 프로페셔널 레코딩 스튜디오에서 사용되고 있었다.

1980년까지, 상호 보완성을 가진 바이폴라 IC가 가능해졌고, Allison Research는 최초의 단일 칩(모놀리식) Blackmer 게인 셀 IC를 출시했다. Paul Buff가 설계한 ECG-101은 수정된 Blackmer 셀의 코어, 즉 8개의 매칭된 트랜지스터 세트만을 포함했으며, 순수 Class-A 동작을 목적으로 했다. 이 회로는 거의 원하지 않는 홀수차 고조파가 없는 독특한 음향 특성을 가졌으며, 오리지널 Blackmer 셀보다 안정화가 더 쉬웠다. 1981년, dbx, Inc.는 Dave Welland(이후 Silicon Labs의 공동 창립자)가 설계한 자체 모놀리식 IC인 dbx2150/2151/2155를 출시했다. 이 세 가지 숫자 표기는 동일한 칩의 세 등급을 나타냈다. 2151이 가장 우수하고, 2155가 가장 낮았으며, 중간 등급인 2150이 가장 널리 사용된 버전이었다. 8핀 단일 인라인 패키지(SIP8)는 입력과 출력 사이의 좋은 절연을 보장했고, 이후 dbx2100, THAT2150, THAT2181 IC는 업계 표준이 되었다. 이 회로들은 오리지널 하이브리드 dbx IC와 마찬가지로, 프로페셔널 아날로그 오디오에만 독점적으로 사용되는 소량 제품이었다.

일반적인 응용 분야로는 믹싱 콘솔, 컴프레서, 노이즈 게이트, 더커, 디에서, 상태 변수 필터(state variable filter) 등이 있다.

Blackmer 셀을 사용한 dbx 노이즈 리덕션 시스템은 세미프로 시장에서는 제한적인 성공을 거두었고, 소비자 시장에서는 Dolby C에 밀려 실패했다. dbx가 대규모 시장에서 실질적으로 사용된 유일한 분야는 북미의 다채널 텔레비전 사운드(North American Multichannel Television Sound)였으며, 이 시스템은 1984년 도입되어 아날로그 텔레비전 방송이 종료될 때인 2009년까지 운영되었다.

21세기에 들어, 프로페셔널 Blackmer IC는 Blackmer의 dbx, Inc.의 직계 후손인 THAT Corporation에서 유전체 절연(dielectric isolation) 기술을 사용해 생산되고 있다.

dbx202

Anonymous (anonymous@undisclosed.example.com) — 2025-06-02T18:35:53+00:00

dbx202

dbx202 칩은 1970년대 초 dbx(데이비드 블랙머의 회사)에서 개발한 “블랙캔(Black Can)“ 또는 “골드캔(Gold Can)“ 형태의 하이브리드 VCA(Voltage Controlled Amplifier, 전압 제어 증폭기) 칩입니다. 이 칩은 최초로 프로 오디오에 적합한 정밀 VCA 회로인 Blackmer gain cell을 활용한 제품으로, 당시로서는 매우 넓은 다이내믹 레인지와 낮은 왜곡을 제공해 콘솔, 컴프레서 등 다양한 프로 장비에 널리 사용되었습니다.

특징

정밀한 VCA 회로: Blackmer gain cell 구조를 사용, 이전 VCA에 비해 훨씬 정밀하고 다이내믹 레인지가 넓음.
하이브리드 구조: 당시 IC 공정 한계로, 엄선된 디스크리트 트랜지스터를 세라믹 블록에 고정하고 금속 캔에 밀봉한 형태.
모델 구분: dbx202(블랙캔), dbx202C(골드캔, 향상된 버전), dbx2001(클래스A 버전) 등으로 발전.
성능: dbx202C는 왜곡률 0.01%, 116dB의 컨트롤 레인지 등 뛰어난 성능을 자랑.

Schematic

dbx202와 SSL 버스 컴프레서, dbx 컴프레서

SSL 버스 컴프레서: 오리지널 SSL 콘솔의 버스 컴프레서(특히 G 시리즈)는 dbx202 VCA 칩을 사용해 독특한 “글루” 사운드로 유명합니다. 이후 복각/클론 제품들은 구형 dbx202 대신 현대적인 THAT 2181/2180 시리즈 VCA로 대체하지만, 오리지널의 핵심 사운드는 dbx202 VCA에서 비롯되었다고 볼 수 있습니다.
dbx 컴프레서: dbx 160 등 70~80년대 dbx 하드웨어 컴프레서 역시 dbx202 VCA를 사용해 특유의 빠르고 정확한 컴프레션, 프로그램 독립적인 오토 릴리즈 등으로 명성을 얻었습니다.

dbx202의 현재와 대체

희귀성: dbx202 칩은 생산이 중단되어 현재는 매우 구하기 어렵고, 가격도 높으며, 제조 공정이 여전히 비공개입니다.
대체 칩: 현대에는 THAT 2181/2180 등 IC 기반 VCA가 성능적으로 동등하거나 더 우수하다고 평가받으며, 많은 SSL 클론과 현대 VCA 컴프레서에 사용됩니다. 하지만, dbx202 특유의 게인 곡선(gain law)과 미묘한 사운드 차이로 인해 오리지널을 선호하는 유저도 있습니다. 실제로 대체 칩을 사용할 때는 반드시 캘리브레이션이 필요하며, 그렇지 않으면 동작 특성이 달라질 수 있습니다.

VCA

Anonymous (anonymous@undisclosed.example.com) — 2025-06-03T22:02:39+00:00

VCA

Voltage Controlled Amplifier

VCA는 입력되는 제어 전압(혹은 전류)에 따라 증폭기의 이득(Gain)이 실시간으로 변하는 전자 회로 또는 집적회로(IC)입니다. 오디오 신호 처리, 자동 게인 제어, 컴프레서, 믹서 등 다양한 전자 장비에서 사용됩니다.

주요 특징

제어 전압에 따라 이득(Gain) 변화: VCA는 외부에서 인가하는 제어 전압의 크기에 따라 신호의 증폭 비율이 달라집니다.(일부 회로에서는 실제로 감쇠만 하기도 하며, 반드시 “증폭“만 하는 것은 아닙니다.)
회로 구조: VCA는 Op-amp, 트랜지스터, 다이오드 어레이, 또는 Blackmer 셀 등 다양한 방식으로 구현됩니다. 대표적인 VCA로는 dbx202, THAT 2150, THAT 2180/2181 등이 있습니다.
동작 방식: 입력 신호와 제어 전압(CV)이 동시에 들어오며, 제어 전압의 변화에 따라 출력 신호의 크기가 비례적으로(선형, 로그 등) 달라집니다.
응용 분야
- 오디오 믹서의 페이더/오토메이션
- 컴프레서, 리미터, 노이즈 게이트 등 다이내믹 프로세서
- 자동 볼륨 조정(AGC)
- 계측기, 통신 장비 등에서 신호 레벨 제어

레코딩 콘솔에서의 VCA

고급형 레코딩 콘솔에서는 VCA(전압 제어 증폭기) 회로를 페이더나 노브에 적용하여, 리콜(Recall) 기능을 도입하고 신호 경로에 직접적으로 노브나 페이더가 영향을 미치지 않도록 설계되었습니다. 이러한 구조에서는 사용자가 조작하는 페이더와 노브가 실제 오디오 신호를 직접 통과시키는 것이 아니라, 제어 전압을 생성하여 VCA의 증폭도를 조절합니다. 따라서 오디오 신호는 항상 고정된 경로로 흐르며, 페이더와 노브는 오로지 VCA를 통해 신호의 크기만을 제어하게 됩니다.

이 방식의 가장 큰 장점은 콘솔의 각종 설정(페이더 위치, 노브 값 등)을 전자적으로 저장하고, 필요할 때 언제든지 불러오는 리콜 기능이 가능하다는 점입니다. 예를 들어 SSL 4000 시리즈 같은 콘솔에서는 각 채널의 셋팅 상태를 스냅샷처럼 저장하고, 나중에 동일한 설정을 자동으로 재현할 수 있습니다. 이로 인해 믹싱 작업을 여러 번에 나누어 진행하거나, 다양한 프로젝트 간에 신속하게 설정을 전환할 수 있게 되었습니다.

결과적으로, VCA 기반 제어 시스템은 신호 경로의 순수성을 유지하면서도, 리콜 및 자동화와 같은 현대적인 편의 기능을 고급 콘솔에 제공하는 핵심 기술로 자리잡았습니다.

하지만, VCA 회로와 리콜 기능, 자동화 시스템 등이 적용된 고급형 레코딩 콘솔(예: SSL 4000 시리즈)은 설계와 부품, 제작 공정이 훨씬 복잡해지기 때문에 제작비용이 크게 증가합니다. VCA 자체가 고정밀 아날로그 부품이며, 각 채널마다 별도의 VCA와 제어 회로, 메모리 저장 장치, 자동화 시스템(컴퓨터, 모터 등)이 추가로 필요합니다. 또한, 리콜 기능을 구현하려면 신호 경로와 제어 경로를 완전히 분리하고, 각 컨트롤러의 위치 정보를 정밀하게 저장·불러오는 전자 시스템이 필요하므로, 단순한 가변저항 방식에 비해 부품 수와 개발 비용, 생산 단가가 모두 올라갑니다.

이러한 이유로 SSL 4000 같은 콘솔은 음질과는 상관없이 당시에도 매우 고가였습니다.

VCA

THAT2150

Anonymous (anonymous@undisclosed.example.com) — 2025-06-02T20:33:08+00:00

THAT2150

THAT사의 VCA IC. dbx, SSL사의 콘솔 및 컴프레서 제품들에 사용되었다. Blackmer 회로에 기반한다.

THAT2150 시리즈 통합 회로 전압 제어 증폭기(VCA)는 두 개의 상반된 극성을 가진 전압 민감한 제어 포트를 갖춘 고성능 전류 입출력 장치입니다. dbx 기술을 기반으로 하며, 낮은 신호 왜곡과 함께 넓은 범위의 지수적인 이득 및 감쇄를 제공합니다. 이 부품들은 공간을 효율적으로 활용할 수 있는 플라스틱 8핀 Single-in-line package(SIP)에 들어 있으며, 최소한의 지원 회로만 필요합니다. 고 hFE, 보완 NPN/PNP 쌍을 이용한 초저 잡음 공정에서 제조된 2150 시리즈 VCA는 높은 GBW와 낮은 잡음, 낮은 왜곡, 그리고 낮은 DC 오프셋과 같은 디스크리트 회로급의 성능을 IC 칩 가격으로 제공합니다. 사용자가 선택할수 있는 왜곡률에 따른 세 가지 등급으로 제공되기 때문에, 비용 대 성능을 최적화할 수 있습니다.