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진공관과 트랜지스터

Russel O. Hamm, 1972

개요

엔지니어들과 뮤지션들은 오랫동안 진공관의 소리와 트랜지스터의 소리에 대한 문제를 논의해 왔습니다. 이 차이를 측정하고자 한 그간의 시도들은 언제나 시험 앰프들의 선형 기능에 대한 것이었습니다. 주파수 반응과 왜곡, 소음 등을 측정 대상으로 하는 그러한 전통적인 방법은 두 소리 사이에 커다란 차이가 없는 것으로 결론이 나곤 했습니다. 

그러나 이 글에서는 과도한 신호(THD 30%)를 앰프에 넣었을 때 심하게 왜곡 된다는 점을 지적합니다. 이러한 조건하에서는 진공관과 트랜지스터, 그리고 OP앰프들간에 증폭된 신호들의 고조파 왜곡 부분이 제각각으로 크게 달라서 이 3가지 앰프들은 서로 명확하게 구별되는 하나의 그룹들이 형성되었습니다. 

도입

녹음 기술자로서 연구팀은 팝 레코딩에 있어서의 진공관의 소리와 트랜지스터의 소리에 대한 논쟁에 직접적으로 참여하게 되었습니다. 레코딩 콘솔이 만들어내는 현상에 의해 그 차이는 현저하게 드러났는데 물론 스튜디오 음향과 관련된 소리의 문제들이 너무나 많아서 전자공학적인 문제는 일반적으로 거의 염려의 대상이 되지 않았습니다. 그러나 몇 개의 스튜디오의 음향을 고려하여 다시 만들고 난 후 우리는 음향 효과가 어느 정도의 역할을 하는지에 대해 문제를 제기하기 시작했습니다. 

소리가 좋지 않기로 악평이 난 한 스튜디오에서 작업을 하는 동안 우리는 레귤러 콘솔이 아닌 암펙스사의 휴대용 믹서에 마이크를 연결했습니다. 음질 변화는 거의 믿을 수 없을 정도 였습니다. 연구팀이 그 스튜디오에서 만들어 냈던 이전의 모든 음향적 변화들은 단 하나의 이 전자공학적 변화(마이크 교체)가 만들어낸 막대한 진보와는 비교도 되지 않는 것들이었습니다. 몇 년 동안 우리는 전자공학적인 측면에서 소리의 문제에 대해 다소 비공식적인 조사를 계속했습니다. 그 동안 이 문제를 설명하는 매우 광범위하고 다양한 이론들이 전개되어 왔지만 누구도 그것을 실제로 측정하여 의미있는 용어로 표현하지는 못했습니다. 

심리음향학

LP 레코드를 주의깊게 듣는 사람이면 누구나 진공관의 소리와 트랜지스터의 소리가 다르다는 것을 알 수 있습니다. 그런데 이 차이를 설명하는 것은 복잡한 심리음향학적인 문제입니다. 미묘한 현상으로 인식되는 이 문제에 대한 모든 조사는 사실 몇몇 사람들의 주의 깊은 관찰로 시작되었습니다. 어떤 엔지니어나 평론가들은 근거가 확실한 차이점을 지적하고 설명하고자 부단히 노력하곤 합니다. 또 어떤 사람들은 온전한 이론이 아닌 분분한 의견만을 늘어 놓기도 합니다. 

이런 상황 속에서 공상과 사실을 가리는 것은 전적으로 듣는 사람의 몫입니다. 심리음향학적으로 음악인들은 엔지니어들에 비해 좀더 확실한 주제를 만들어 갑니다. 표준 용어를 사용하여 표현할 능력이 없을지는 몰라도 "귀에 의한" 음악인들의 측정 기술은 매우 의미있어 보입니다. 그러나 귀의 반응이 오실로스코프의 반응에 비해 매우 제각각일 수 있다는 가능성은 반드시 고려해야 합니다. 

어느 록 기타리스트의 다음고 같은 말은 시사적입니다. 

"진공관 레코드는 좀더 낮은 음역을 갖는다.... 낮은 음역은 실제로 낮은 옥타브를 소리낸다"

그런가 하면 전문 스튜디오 연주가인 다음의 두 사람은 진공관 레코딩의 경우 재생 수준이 낮아도 중간 음역이 매우 깨끗하고 각 악기들의 소리가 독립적으로 살아 있지만 트랜지스터 레코딩은 치찰음과 심벌즈의 소리가 강하게 나는 경향이 있고 특히 낮은 재생 수준에서는 그 경향이 두드러진다고 말합니다. 

"트랜지스터 레코딩들은 매우 깨끗하긴 하지만 훌륭한 진공관 레코딩이 갖는 "공기"가 부족하다"

"진공관의 경우에는 악기들이 크게 연주될 때라도 악기들 사이에 일정한 음간이 존재한다. 그러나 트랜지스터의 경우는 윙윙거리는 소리가 많이 발생한다."

위의 두 사람은 트랜지스터의 경우에 음악적으로 관계가 없는 많은 배음들(또는 고조파)과 화이트 노이즈도 발생하며 특히 공격적인 과도음에서 더욱 그렇다고 평했습니다. 또다른 사람은 이 현상을 "유리가 깨지는 소리"로 표현하기도 했는데 이것은 소리의 역동성(Dynamic)을 감소시킵니다. 트랜지스터의 이런 특성과는 달리 진공관은 부드럽게 과부하되기 때문에 이런 문제가 발생하지 않는다는 것이 일반적인 견해들입니다. 결론적으로 한 레코드 프로듀서의 말을 빌리면 다음과 같습니다. 

"트랜지스터 레코드는 마치 담요에 덮인 것처럼 억제된 소리가 난다. 진공관 레코드는 스피커에서 소리가 튀어 나온다.... 트랜지스터는 고음부와 저음부를 갖기는 하지만 소리에 박력이 없다"

스튜디오에서 녹음된 크고 시끄러운 대중음악이지만 깨끗한 소리가 난 적이 있어 이러한 음악들을 샘플로 모으기 시작했고 우리는 그것이 어떤 방법으로 녹음되었는가를 추적해 보았습니다. 그 결과 이 음악들은 거의가 레코딩 콘솔이 진공관 프리앰프인 기계에서 녹음되었음을 발견했습니다. 대부분의 경우 레코딩 콘솔은 혼성 시스템이므로 이번에는 특별히 프리앰프라고 상세히 언급합니다. 

전형적인 콘솔은 8개, 혹은 16개의 트랙 녹음기에 맞추기 위해 솔리드 스테이트 라인 앰프로 조절된 3개 혹은 4개의 트랙을 가진 제품이기 때문입니다. 광범위한 조사 결과 우리는 진공관 회로가 명확한 음질의 차이를 만들어내는 곳은 마이크로폰 프리앰프와 스피커나 디스크 커터를 작동시키는 파워앰프, 단 2곳 뿐이라는 것을 알아냈습니다. 이 둘은 기계적-전기적 접촉면이 있는 장치들이기도 합니다. 

연구를 더 진행시키기 위한 준비로서 우리는 실제로 스튜디오를 작동시키는 상황에서 마이크와 프리앰프의 신호 레벨을 조사하기로 했습니다. 여기에서 어떤 실마리를 찾을 수 있기를 바라면서 이 작업을 좀더 진행시키고 전기적 작동 조건과 주관적인 음향학적 소리 배색과의 관게를 연관시켜 보기로 했습니다. 그간 발행된 출판물 자료들을 살펴본 끝에 이 영역에서는 거의 아무런 작업도 이루어지지 않았다는 사실도 알게 되었습니다. 대부분의 마이크 제조업자들은 표준 테스트 조건에서의 출력 수치들에 대해 여러가지 다양한 자료를 내놓고 있었습니다. 그러나 이것을 마이크의 거리와 연주하는 부분을 고려하여 환산하는 것은 다소 어렵습니다. 프리 앰프 회로는 소음 환경을 충분히 고려하도록 설계 되었습니다. 그러나 실제적인 마이크 작동 수준을 기준한 것은 아닙니다. 왜곡은 여러가지 방법으로 표현되었지만 음악적 음질에 대한 언급은 거의 없었습니다. 

마이크 출력 레벨

서로 다른 여러가지 타입의 마이크 출력 전압을 대략적으로 파악하기 위해 연구팀은 오실로스코프를 레코딩 콘솔의 인풋 단자들과 병렬로 연결했습니다. 그 결과 정상적인 대중 음악은 연주시간동안 1V 이상의 피크 기록이 많았고 특히 목소리와 드럼에 대해 마이크를 근접시켰을 때는 더욱 그러했습니다. 전선에 흐르는 리니어 전압의 크기 때문에 10dB 음역 이상은 오실로스코프로 측정하기는 어려웠습니다. 그래서 단순한 형태의 양극 로가리듬 앰프를 별도로 제작하여 측정 가능한 음역을 대략 40dB까지 확대시켰습니다. 수많은 테스트와 관찰을 통해 우리는 마침내 피크를 계속 유지시킬 수 있는 데시벨 측정기를 만들어 내기에 이르렀습니다. 이 회로는 약 10초동안 정확히 2dB 이내에서 50ms 이상 동안 과도음 피크를 유지했습니다. 50ms는 그것을 기록할 수 있을 만큼의 충분한 시간입니다. 로가리듬 오실로스코프를 사용함으로써 디스플레이와 피크 기록기의 병용은 실제 마이크 신호에 대한 풍부한 자료를 얻는 데 매우 유용했습니다. 

현재 대부분의 레코딩 콘솔에는 프리앰프의 수용한계를 넘어서는 신호레벨을 낮추기 위해 마이크 인풋 부분에 가변저항 기능이 있는 패드를 사용하고 있습니다. 이러한 인풋 패드의 일반적인 사용은 아마도 시끄러운 락 뮤직의 출현과 더불어 시작된 것으로 생각될지 모릅니다. 그러나 사실은 그렇지 않습니다. 20여년 동안 금관악기와 목소리에 대한 근접 거리에서의 마이크 레코딩에는 U-47 마이크가 일상적으로 사용되어 왔습니다. 그리고 이것은 현재 트랜지스터 앰프가 사용되는 실재의 레코딩 작업과 일치하지 않습니다. 그러나 대부분의 진공관 콘솔은 인풋 패드를 사용하지 않고 이 같은 마이크로 작업을 해도 거의 눈에 뜨일만한 왜곡을 나타내지 않습니다. 분명히 금관 악기 연주자들과 가수들이 과거보다 훨씬 더 크게 소리를 내지는 않을 것입니다. 마이크 거리는 예나 지금이나 대략 비슷하다고 봐야 합니다. 

프리앰프의 세부 사항들 역시 그렇게 많이 변하지 않았음은 물론입니다. 

▲ 노이만 U-47 마이크를 통해 테스트한 다양한 사운드의 피크 출력

그렇다면 조사를 좀더 진행시키기 위해서 한 가지 가정이 필요합니다. 오디오 프리앰프의 일상적인 평가에 있어서 프리앰프는 선형 범위, 즉 고조파 왜곡이 10% 미만인 상태에서 작동된다고 가정하는 것입니다. 이 범위에서 진공관과 트랜지스터의 실행 특성은 매우 유사합니다. 그러나 앞에서 서술한 것 처럼 앰프는 때로는 심각한 왜곡을 야기할 수도 있는 신호 레벨에서 선형 범위를 훨씬 넘어 작동되는 경우가 많다는 것입니다. 때문에 이런 조건 하에서 진공관과 트랜지스터는 음의 관점에서 볼 때 매우 다르게 대응하여 작용하는 것으로 보입니다. 

프리앰프의 왜곡 특성

우리는 시판되는 제품 중 각각 설계가 다른 3종류의 프리앰프를 레코딩 스튜디오에 설치하고 각각 게인이 40dB이 되도록, 그리고 ±18dBm에서 과부하점이 총 고조파의 왜율(THD) 3%가 되도록 조정했습니다. 첫번째는 트랜지스터 프리앰프이고 두번째는 OP 프리앰프이고 세번째는 3극관을 사용한 프리앰프였습니다. 앰프 출력을 600Ω 이내로 제한하고 각각을 모니터링 시스템에 연결했습니다. 테스트 시그널과 U-87 마이크 등은 각각의 프리앰프 인풋 단자에 상호 연결이 가능하도록 했습니다. 

시청자들은 조종실의 모니터 스피커에서 나오는 3개의 각기 다른 앰프에서 재생되는 사운드에 귀를 기울였습니다. 

테스트 시그널이 한 앰프에서 다른 앰프로 바꾸었을때 음질을 판단하기 위해서였습니다. 첫번째 앰프와 두번째 앰프에 대해서는 심각하게 왜곡된다는 사실에 모두 동의했습니다. 그러나 세번째 앰프(3극 진공관 앰프)의 음질은 깨끗했습니다. 테스트는 각각의 앰프 소리가 왜곡되지 않을 때까지 마이크에 감쇠 패드를 끼워 넣어면서 7회까지 반복했습니다. 

트랜지스터 앰프는 눈에 띄는 왜곡을 나타내지 않으면서도 5~10dB의 과부하를 견뎌 냈습니다. OP 앰프는 약 5dB의 과부하에서 현저한 왜곡을 보였습니다. 좀더 귀를 기울인 결과 앰프가 현저한 음질의 차이를 보이는 것은 초기의 부하 범위에서만이라는 것이 밝혀졌습니다. 일단 앰프가 왜곡 범위로 들어가면 앰프들은 모두 비슷한 수준의 왜곡음을 냈습니다. 정상적인 범위에서 3개의 앰프는 모두 깨끗한 소리를 냈습니다. 

청음 테스트 결과 과부하의 한계가 앰프의 종류에 따라 광범위하게 다르다는 사실이 분명하게 밝혀졌습니다. 기술적인 연구 결과 어떠한 앰프라도 과부하점에 도달하는 순간 왜곡이 증가한다는 사실도 밝혀졌습니다. 위의 테스트는 모든 앰프가 이런 왜곡에 감지되지 않는 상태로 어느 정도까지는 "과부하를 견디는 것"을 보여 줍니다. 초기 부하 상황에서 나타나는, 귀에 들리지 않는 이러한 배음들은 아마도 진공관과 트랜지스터 사이의 음 배색 차이를 만드는 원인이 될 수도 있다는 결론을 가능하게 만듭니다. 

오디오 앰프에서 나타나는 고조파 왜곡의 일반적인 경향을 알아보기 위해 50개의 서로 다른 회로에 대한 과부하 곡선이 짜여졌습니다. 진공관 회로를 대표하는 것으로는 잘 알려진 12AX7과 12AY7 3극 진공관, 그리고 8627,7586 nuvitor,5879 5극 진공관이 테스트에 사용되었습니다. 이 진공관들은 모두 레코딩 콘솔 프리앰프에 광범위하게 사용되는 것들입니다. 트랜지스터 쪽에서는 2N3391A, 2N5089, 그리고 2N3117 실리콘 NPN 트랜지스터들이 모두 콘솔과 테이프 레코더 회로에 널리 사용되는 이유로 채택되었습니다. 비교를 위해 2N5089의 PNP 자매품인 2N5087에 대한 테스트도 이루어졌습니다. OP앰프는 잘 알려진 709와 LM301 모놀리식 유니트, 그리고 시판되는 것 중에서 레코딩 콘솔에 사용되는 2개의 혼성 설계품이 포함되었습니다. 

이 제품들은 모두 바이어스 포인트로 최대의 비왜곡 출력 변동을 허용하는 개방 루프로 작동시켰습니다. 그 결과 "진공관이 트랜지스터에 비해 좀더 부드럽게 과부하가 걸린다"는 오디오 상식은 분명히 잘못된 정보임이 밝혀졌습니다. 또 2개 이상의 앰프 스테이지를 사용한 4개의 서로 다른 프리앰프에 대한 왜곡 특성을 알아본 결과 모든 의율 곡선들의 경사가 비슷하게 달리고 있음을 밝혀 냈습니다. 

그 외에도 각각의 배음 진폭을 측정하기 위해 똑같은 그룹의 프리앰프들에 대해 스펙트럼 분석기를 사용한 또다른 일련의 실험도 행해졌습니다. 각각의 프리앰프들은 배음 왜곡 1%의 기준점에서 시작해 과부하 상태에서 12dB로 작동시켰습니다. 그 결과로 나온 좌표에 따라 앰프들은 서로 명확히 다른 3그룹으로 나누어 졌습니다. 

진공관 앰프의 특성

전형적인 스테이지 12AY7 앰프의 진폭 부분은 실험에 사용된 몇 개의 싱글 엔디드 멀티스테이지 3극 진공관들 가운데 대표적인 것입니다. 이 앰프의 두드러지는 특성은 2차 배음이 가장 우세하고 그 뒤를 이어 근소한 차이로 3차 배음 역시 현저하게 높다는 점입니다. 4차 배음은 3차와 평행을 달리면서 뒤쪽에서 3~4dB로 상승했습니다. 5, 6, 7차 배음은 12dB(과부하 지점)까지 5% 이내에서 머물렀습니다. 이러한 특성은 실험에 사용된 모든 3극 진공관 앰프들이 보여준 일반적인 특성들이었습니다. 과부하 상태인 12dB에서의 곡선 형태에서 클리핑은 듀티 사이클과 비대칭을 나타냈습니다. 이것 또한 실험에 사용된 모든 3극 진공관 앰프들의 특성이기도 했습니다. 

2스테이지 싱글 엔디드 5극 진공관은 왜곡은 3차 배음이 우세하고 2차는 똑같은 기울기로 뒤에서 약 3dB로 상승했습니다. 4차와 5차가 모두 두드러지는 반면 6차와 7차는 5%이내에서 머물렀습니다. 12dB에서의 곡선 형태는 3극진공관과 유사했으나 그것의 듀티 사이클은 3극 진공관과 같을 정도로 많이 변동되지는 않았습니다. 

이 2가지 예가 모든 진공관 앰프를 대표한다고 추측하는 것은 타당하지 않습니다. 그러나 진공관 앰프의 주요 특성은 2차와 3차의 배음이 강하다는 점이며 때로는 4차와 5차가 이것을 뒤따르기도 합니다. 그러나 언제나 진폭에 있어서는 2차와 3차가 훨씬 큽니다. 5차보다 더 높은 배음은 과부하가 12dB을 넘어설 때까지 나타나지 않습니다. 이러한 특성은 회로 디자인 파라미터에 나타나는 광범위한 변동에 대해서도 마찬가지인 것으로 보입니다. 진공관 앰프에 있어서의 극단적인 차이는 2차와 3차의 배음 위치가 번갈아 발생한다는 것입니다. 이러한 효과는 5극 진공관만의 특성은 아니라 3극 진공관의 공통적인 특성이기도 합니다. 

트랜지스터 앰프의 특성

모든 트랜지스터 앰프들의 현저한 특성은 3차 배음 부분이 강하다는 것입니다. 나머지들도 배음이 나타나지만 3차에 비하면 진폭이 훨씬 낫습니다. 과부하가 일시정지 지점에 이르면 비교적 높은 배음들이 모두 동시에 상승하기 시작합니다. 이 앰프들의 곡선 형태는 대칭 클리핑과 거의 완벽한 듀티 사이클을 보이는 뚜렷한 방형파입니다. 관찰에 사용된 두 앰프 모두 싱글 엔디드 인풋과 푸시풀 아웃풋을 가지고 있습니다. 그러나 두 앰프의 회로 설계는 근본적으로 다릅니다. 

OP앰프의 특성

OP앰프는 트랜지스터의 특성과 유사하게 3차에서 왜곡이 두드러지며 가파른 상승 곡선을 그리고 있습니다. 또한 4차 배음과 5차 배음이 같은 지점으로부터 매우 강하게 상승하고 있습니다. 모든 고른 배음들이 완벽하게 억제되고 있습니다. OP앰프들이 그리는 곡선 형태는 완벽한 방형파입니다. 하나의 실험 대상 그룹에서 OP앰프들은 여기서 나타나는 곡선으로 볼때 거의 편차가 없는 가장 균일한 곡선 형태의 특성을 갖습니다. 

▲ 하이브리드 출력단을 사용하는 모노리딕(단일구조의) OP앰프의 왜곡 요소들

오디오 신호가 갖는 과도음적인 특성으로 볼 때 정상 상태에서의 단일 주파수 왜곡 분석은 의문스러운 결과를 낳을 수도 있습니다. 사실 오디오 시스템에 대한 실험을 위해 사인파와 펄스 시험 시그널을 이용하는 것에 대한 찬반 논쟁이 그 동안 수많은 공학 논문들의 주제가 되어 왔습니다. 

그러나 실험의 목적을 위해 즉석에서 몇 분 동안 전자 신시사이저를 연주한 결과 악기들은 빠른 진동을 일으키지 않는 것으로 증명되었습니다. 

음악적 배음의 의미

앰프들을 왜곡 특성에 따라 3그룹으로 나누고 난 그 다음 단계는 어떻게 배음을 듣기와 관련시킬 것인가를 정하는 것입니다. 이 부분에서 전자공학적인 왜곡과 음악적 톤의 배색 사이에는 밀접한 평행관계가 이루어지며 진공관과 트랜지스터의 소리가 어째서 다른가 하는 것에 대한 열쇠가 주어집니다. 아마도 이 방면에서 가장 식견이 있는 권위자는 바로 오르간과 악기를 만드는 장인들일 것입니다. 

몇년 간의 주의 깊은 관찰을 통해 이 장인들은 다양한 배음들을 어떻게 악기의 음질 배색과 연결시킬 것인가를 결정하는데 가장 고심을 했다는 것을 알게 되었습니다. 

악기의 기본 음색의 특성은 처음 얼마간은 배음의 세기에 의해 결정됩니다. 각각의 낮은 배음들은 그것이 현저하게 지배적일 때나 혹은 그것이 또다른 우세한 배음의 효과를 수정할 수 있을 만큼 두드러질 때 그 자신의 특성적 효과를 드러냅니다. 가장 단순하게 분류할 때 낮은 배음들은 2개의 음질 그룹으로 나누어 집니다. 홀수차 배음은 (3차와 5차) "막힌" 혹은 "덮인"소리를 만듭니다. 고른 배음은 (2차, 4차, 6차) "합창하는" 혹은 "노래하는" 소리를 냅니다. 

2차와 3차 배음들은 앞 부분에서 기술한 전자공학적 왜곡의 관점에서 볼 때 가장 중요합니다. 2차 배음은 음악적으로 기본음 위의 옥타브이며 거의 들리지 않습니다. 그러나 그것은 소리를 야무지게하고 힘을 더하여 꽉 찬 소리를 만듭니다. 3차 배음은 5도 음정, 혹은 제12음으로 불립니다. 그것은 많은 뮤지션들이 "담요에 덮인"이라고 표현하는 소리를 만들어냅니다. 

음을 꽉 차게 하는 대신에 3차 배음의 강함에 5차 배음을 합하면 진폭이 증가하여 달갑지 않은 금속성의 소리를 내게 됩니다. 3차 배음의 강함에 2차 배음의 강함이 어울리면 "덮인"효과를 제거하는 방향으로 향하게 됩니다. 여기에 4차 배음과 5차 배음을 더하면 "개방 호른"의 방향으로 소리가 변하게 됩니다. 

7차 배음보다 더 높은 배음들은 음색에 "날카로움(엣지)"이나 "자극"을 줍니다. 이 엣지가 기본 음색과 어울릴 때 소리에 날카로운 힘을 주면서 기본 음색을 강화시키기 쉽습니다. 7차, 9차, 11차 등 홀수차 배음이 갖고 있는 엣지 배음은 음악적 고저와는 상관이 없습니다. 그러므로 너무 강한 엣지는 귀에 거슬리는 불협화음을 내기 쉽습니다. 귀는 엣지 배음에 대해 매우 민감하기 때문에 그 진폭을 조절하는 것은 무엇보다도 우선적으로 중요합니다. 앞서 언급한 트럼펫 음색에 대한 연구는 엣지 효과가 음색의 시끄러움과 직접적인 관련이 있음을 보여줍니다. 똑같은 트럼펫 음표를 시끄럽게 혹은 부드럽게 연주하는 것은 기본음과 그보다 낮은 배음의 진폭에는 별다른 차이를 만들지 않습니다. 그러나 6차 보다 위의 배음들은 시끄럽게 소리내는 정도에 따라 거의 정비례로 진폭이 늘어나거나 줄어듭니다. 음에 있어서 엣지 배음의 균형은 사람의 귀에는 가장 결정적인 음량 신호입니다. 

요인과 현상 사이의 관계

진공관과 트랜지스터의 소리에 차이를 만들어 내는 근본적인 원인은 앰프의 부하 범위에서 배음 왜곡 부분들에 실리는 무게입니다. 트랜지스터 앰프는 과부하에서 작동될 때 3차 배음 부분이 강하게 나타납니다. 이 배음은 레코딩에 부분적으로 영향을 미쳐 "덮인"소리를 냅니다. 그러나 진공관 앰프는 과부하될 때 전 주파수대역에서 배음들을 만들어냅니다. 특히 소리에 질은 금속성의 특성을 더하는 2차, 3차, 4차 그리고 5차 오버톤이 강합니다. 어느 앰프든 더 높은 과부하 범위로 들어가면 갈수록 7차, 8차, 9차 등과 같이 높은 배음의 진폭은 더욱 커집니다. 

이것들은 소리에 엣지를 증가시키고 귀는 이 소리를 시끄럽다고 받아들이게 됩니다. OP앰프를 과부하시키면 엣지 배음이 급격하게 상승하여 5dB 범위 이내에서 불쾌하게 느끼게 됩니다. 트랜지스터는 과부하 범위를 대략 10dB 정도까지, 그리고 진공관은 20dB 이상까지 확대시킵니다. 이러한 기본 분석을 바탕으로 이 글 첫부분에서 서술된 심리음향학적 특성을 모든 타입의 앰프들의 전기적 배음 특성들과 연관시켜 보는 것은 어렵지 않습니다. 

OP앰프에 대한 분석은 이 글을 쓰게 된 본래의 의도에는 포함되지 않는 부분입니다. 그러나 실험들은 OP앰프들이 고유의 특성을 지닌 하나의 명확한 집단으로 구분되는 것을 보여줍니다. 기본적으로 OP앰프들은 과부하 상태에서 낮은 dB만으로 작동될 때 5차, 7차 배음이 강하게 나타납니다. 그것들을 합성하면 강한 왜곡이 있는 것으로 들리는 거친 엣지를 지닌 금속성의 소리가 납니다. 이 소리는 귀에 매우 거슬리기 때문에 분명하게 들리는 과부하 경고음의 작용을 합니다. 결과적으로 OP앰프는 과부하를 넘어서는 지역에서는 거의 작동하지 않습니다. 따라서 OP앰프는 앰프의 한계 이내의 정확한 다이내믹 레인지에서는 거의 음의 배색이 없는, 매우 깨끗하게 증폭된 소리를 냅니다. 정확한 다이내믹 레인지가 반드시 좋은 소리를 재생하는 결정적인 요인은 아니지만 그것을 잘 응용한다면 현재 사용할 수 있는 어느 시스템보다 훌륭할 것입니다. 

이러한 과도 특성 때문에 OP앰프는 모든 과도음을 포함하지만 귀가 음악으로 인식하는 다이내믹 레인지의 꼭대기 부분만을 낼 수 있습니다. 정확한 다이내믹 레인지의 레코드가 제한된 범위의 시스템으로 연주될 때 그 소리는 매우 약합니다. 이것은 트랜지스터 레코드가 매우 깨끗하긴 하지만 마찰음이 심하다는, 이 글 처음 부분에서 인용한 한 청취자의 논평과 직접적인 관련이 있습니다. 

트랜지스터 앰프의 특성은 잡음 혹은 화이트 노이즈와, 음에 있어서의 "박력"의 부족입니다. 물론 이 잡음은 과도음에서 과부하에 의해 만들어진 엣지와 직접적인 관련이 있습니다. 이것이 화이트 노이즈라고 추측하는 것은 7차, 9차 배음처럼 많은 엣지 배음이 음악적으로 기본음과는 관련이 없다는 사실 때문입니다. 이러한 불쾌한 음색들은 일종의 소음으로 들립니다. 박력의 부족은 들리지 않는 "담요를 덮은" 소리인 3차 배음이 강하기 때문입니다. 이것은 충분히 커다란 패드를 사용하여 모든 피크가 앰프의 포화 지역에 도달하는 것을 막음으로써 교정할 수 있습니다. 그러나 살제적인 관점에서 볼 때 대부분의 레코딩 콘솔에서 이런 방법을 사용할 수는 없습니다. 이 2가지 문제를 완화시키기 위해서는 프리앰프의 인풋 부분에 보조 피크 표시기를 부착합니다. 그러면 OP앰프가 다이내믹 레인지에서 작동하는 소리와 매우 가까운 소리를 내게 될 것입니다. 

진공관 앰프는 과부하 범위에서 귀에 거슬리는 왜곡 없이 작동된다는 점에서 트랜지스터 앰프나 OP앰프와 다릅니다. 느리게 상승하는 엣지와 개방 배음 구조라는 과부하 특성의 결합으로 거의 이상적인 수준의 사운드-레코딩 컴프레서를 형성합니다. 15~20dB의 "안전한" 과부하 범위 내에서 진공관 앰프의 전기적 출력은 리미터(진폭 제한 회로) 처럼 작용하면서 단 2~4dB정도만 증가했습니다. 그러나 엣지가 이 범위 내에서 증가하기 때문에 주관적인 시끄러움은 압축되지 않는 채 귀에 남습니다. 이 효과는 진공관으로 증폭된 신호가 볼륨 인디케이터에는 나타나지 않는 높고 뚜렷한 수준을 갖도록 만듭니다. 진공관의 소리는 더 크게 들리며 트랜지스터 앰프에는 없는 이 여분의 헤드 룸 덕분에 시그널 대 소음의 비율이 훨씬 양호합니다. 

진공관은 본래적으로 금속성이 나는 과부하 특성 때문에 힘을 갖습니다. 라우드니스 신호가 높은 수준에서도 기록될 수 있고 좀더 부드러운 신호 또한 라우드니스가 좋아질 수 있기 때문에 좀더 효과적으로 명료해지는 것입니다. 낮은 음의 응답이 많다는 느낌은 "본래적인" 낮은음으로 "합성적인" 낮은 음을 강화시켜 주는 2차와 3차 배음 부분이 강하다는 것과 직접적인 관련이 있습니다. LP플레이어와 같이 제한된 다이내믹 레인지의 환경에서 진공관 프리앰프를 사용하여 이루어지는 레코딩은 좀더 뚜렷한 레벨을 보이며 트랜지스터나 OP앰프를 사용하여 이루어지는 레코딩에 비해 훨씬 더 큰 S/N비를 나타내고 좋은 소리로 들리곤 합니다.