KDK Labs

조회 수: 2692, 2013-08-19 16:55:41(2013-08-19)

진공관 암프 소리가 좋은 것이 출력트랜스가 있기 때문이라는 주장은 맞지 않은 주장이다.  스피커에서 발생하는 역기전력을 출력트랜스가 막아주는 것이 아니다.

진공관 암프가 스피커에서 발생하는 역기전력의 영향을 덜 받는 것은 출력트랜스가 있기 때문이 아니라 진공관 암프는 일반적으로 부궤환이 트랜지스터 암프에 비해 매우 약하게 걸려있기 때문이다.  진공관은 그 소자 자체가 트랜지스터에 비해 직선성이 매우 우수하다.  따라서 디바이스 자체의 직선성이 좋지 않은 트랜지스터에 비해 다량의 부궤환이 필요하지 않다.  한편 진공관은 소자 자체가 트랜지스터와 같은 다량의 이득을 구현할 수 없다.  그래서 다량의 부궤환으로 인한 이득의 감소를 수용하기가 어렵다.  

더구나 출력트랜스는 위상특성이 나빠 다량의 부궤환을 거는 경우 암프가 불안정하게 된다.  즉 발진의 우려가 있는 것이다.  이런 이유 때문에 진공관 암프에서는 부궤환을 적게 걸어주게 된다. (아마도 20 dB정도가 최대치에 근접할 것이다)  반면 트랜지스터는 다량의 부궤환을 걸어주어 직선성을 개선하여 진공관으로서는 상상할 수 없는 초저 의율을 구현한다.

그런데 스피커에서 발생한 역기전력은 부궤환 회로를 통해 암프입력에 주입되어 이것이 다시 출력에 나타나게 되어 암프소리가 나빠지는 것이다.  부궤환을 줄이거나 없애면 출력트랜스의 유무에 관계없이 이 역기전력은 암프의 입력에 적게 주입되거나 전혀 주입되지 않아 이로 인한 찌그러짐은 발생하지 않는다. 

또 하나의 다름 요소는 트랜지스터 암프에 사용하는 대용량의 전해 콘덴서이다.  트랜지스터 암프는 컴퓨터그레이드의 초대용량 전해콘덴사를 사용하고 있다.  이 초대형 콘덴사들의 고주파 특성은 나쁘기로 그 악명이 높다.  트랜지스터 암프나 진공관 암프 모두 시그날 패스에 전해콘덴사가 들어간다.  

이 싸이트에서 순은박지로 만든 물경 $1,200을 호가하는 카플링 캪에 대한 선전문구를 보았는데 이런 콘덴사를 카플링 캪으로 써 보았자 출력단 전원부에 들어 있는 전해 콘덴사로도 시그날이 통과하게 되니 비싼 콘덴사를 통과한 신호가 값싼 전해콘덴사를 또 통하게 되는 결과가 되는 것이다.  이렇게 보면 비싼 카플링 캪으로 인한 음질의 개선을 과연 귀로 식별이 가능할까 하는 의문이 든다.  나는 그냥 보통의 필름 캪 (WIMA 같은 것들)을 쓰고 만다.  비싼 것들은 써본 일이 없으니 소리가 얼마나 좋아질지는 알 수 없다.  

나의 경험으로 음질의 확연한 차이를 가져오는 것은 진공관 암프에서는 출력트랜스의 품질이다.  이것이 너무도 도미넌트한 요인이기 때문에 다른 부품으로 인한 (예를 들어 저항, 콘덴사 등등) 음질의 차이는 부차적인 문제라고 본다.  그러나 저러나 현대 암프들은 트랜지스터냐 진공관이냐 관계없이 귀로 판별하기가 불가능할 정도로 개선되었다고 생각한다.  소리는 스피커에서 차이가 날 것이다.

하이엔드 오디오 분야 만큼 미신이 많은 분야도 드믈것이다. 그 이유는 이 분야가 음향심리학과 관계가 있어서 그런 것 같다. 카플링 캪 하나 교환 했다고 음질의 변화가 귀로 식별할 만큼 날까? 아마도 심리적인 요인이 더 클 것이다. 메탈 필름 저항보다 카본 저항이 소리가 더 좋다?! 그렇게 생각하는 사람들에게는 사실일 수 있다. 

물리적 사실보다는 아마 심리적 사실이겠지만. 이 분야에서 가장 큰 사기는 아마도 스피커 케이불일 것이다. 이보다 더 큰 사기는 $1000을 호가하는 전원케이불일 것이다. 진공관 암프의 출력트랜스, 그리고 스피커 보이스 코일에는 매우 가는 동선 수백 메타가 감겨있다. 이 둘 사이를 순동, 혹은 순은으로 연결해서 얼마나 큰 음질의 개선을 구현할 수 있을까? 약간의 엔지니어링 백그라운드만 있는 사람이라도 그 사기성을 간파할 수 있을 것이다. 

맥인토시사에서 수십년간 스피커를 설계했던 주임기술자는 자신은 흔히 16번선보다 조금 굵은 흔한 훅캅 와이어를 스피커 케이불로 쓴다고 한다. 흔히 비싼 스피커 케이불 중에는 커패시탄스가 상당히 큰 것들이 있는데 이것들은 실상 고역을 잡아먹는단다. 하기는 처녀가 애를 낳았다고 해도 믿는 사람들은 믿을 것이니 케이블에 수천불을 쓴다해도 내가 관계할 일은 아닐 것이다.

조회 수: 3359, 2013-08-22 01:32:15(2013-08-20)

LP가 CD보다 음질이 좋다 ?!

실제에서는 가능합니다.  그러나 기술적인 원리에 입각해서 LP를 자전거에 비유한다면 CD는 자동차에 비유할 수 있습니다.  LP는 원시적인 기술입니다.  LP는 아날로그 기술이고 CD는 디지탈 기술입니다.

일반 사람들은 아날로그 기술과 디지탈 기술이 어떻게 다른지 감이 없으면서도 새로운 것이면 무조건 디지탈이라고 합니다.  많은 경우 전혀 엉뚱한 것을 가지고 디지탈에 비유합니다.  특히 한국 정치인들 가운데 이런 작자들이 많은데 서구 정치인들에 비해 한국 정치인들은 과학기술에 대한 소양이 너무 부족하다는 것을 많이 느낍니다.  특히 좌경한 민주당 사람들 가운데 이런 자들이 많다는 것을 가끔 느끼곤 했습니다.

그건 그렇고…

아날로그 신호를 디지탈 신호로 바꾸어주는 디지타이즈 과정에 대해 약간의 설명을 하겠습니다. 디지타이즈를 하려면 먼저 아날로그 신호를 쌤플링을 합니다.  시간적으로 이산과정을 행하는 것이지요.  그러면 얼마나 자주 쌤풀링을 해야 할까?  이 질문은 나이퀴스트의 쌤풀링 이론으로 답이 나옵니다.  대역폭이 제한된 신호는 최대 대역폭의 2배의 주기로 한 쌤플로서 나타낼 수 있고 그 쌤플만으로 원 파형의 복원이 가능하다는 이론입니다.

초기 CD의 쌤플링 주파수는 여기에 근거해서 나온 것입니다.  음악 혹은 음성 신호들은 모두 20Hz 에서 20,000Hz 사이의 가청 주파수 대역폭에 제한되어 있다는 이론을 근거로 최대 가청주파수의 약2배를 택한 것 입니다.

이렇게 쌤플링한 쌤플들은 퀀타이징 과정으로 보내집니다.  퀀타이징은 쉽게 말하면 소숫점이 있는 숫자들을 정수로 바꾸어 주는 작업입니다.  가령 16비트의 숫자는 0 부터 2**16 –1 까지의 숫자밖에는 표현할 수 없습니다.  그러나 아날로그 신호의 쌤플 값은 무한개의 숫자가 있어야 표현이 가능합니다.  그래서 이 소숫점이 있어야 표현 가능한 수들을 그 값에 가장 근접한 정수로 치환합니다.  그래야 이 쌤플들을 16비트의 수로 나타낼 수 있습니다.  이로서 디지타이징 과정이 끝났습니다. 

그런데 이 과정에서 원 쌤플값과 퀀타이징해서 정수값으로 바꾸어진 쌤플 값과는 차이가 있습니다. 그 차이는 결국 노이즈가 되는데 이를 퀀타이징 노이즈 라고 합니다. 결국 아날로그 신호를 디지탈 신호로 바꾸는 과정에서 노이즈가 삽입된 셈인데 그렇다면 이런 노이즈를 삽입 시키면서 까지 수고한 이유가 무엇일까요?

그 이유는 신호 처리과정에서 여러가지 이득이 있기 때문입니다. 디지탈 기술에서는 신호들을 단위시간당 제한된 개수의, 최소치와 최대치가 제한된 개수의 정수로 표시되어 있기 때문에 소위 노이스 훌러가 제한되어 있고 그 이후의 신호처리 과정에서 더 이상의 노이스가 삽입될 가능성이 거의 없습니다. 반면 아날로그 신호는 처리과정을 거치면서 노이스가 누적되어 처리과정을 거치면 거칠수록 오차범위가 커집니다.  즉 노이스가 증가하는 것이지요.

디지탈 신호 처리에서 노이스가 누적될 가능성이 매우 작은 이유는 제한된 숫자에 대한 구별 능력만 필요하기 때문입니다.  많은 경우 쌤플링 값은 2진법 숫자로 표현되고  2진법으로 계산됩니다.  2진법은 0과 1만 구별하면 됩니다.  그래서 오류 발생 확율이 매우 작습니다.  반면 아날로그 신호는취할 수 있는 신호 값이 무한대입니다.  이 무한대의 가능성을 구별해 내야 하니 항상 오류가 발생한다해도 무리가 아닙니다.

자, 이런 과정을 이해하고 나면 왜 아날로그 기술을 사용한 LP가 디지탈 기술을 채용한 CD에 비해, 적어도 기술적 원리에 의하면, 좋을 수가 없다는 사실이 자명해 집니다.

LP의 가장 큰 취약점은 소위 다이나믹 레인지 입니다.  다이나믹 레인지는 쉽게 말하면 약한 신호와 가장 강한 신호의 크기 차이 입니다.  LP는 음악신호를 그 크기에 따라 그르브 골짜기에 새겨 넣은것입니다.  V자 모양의 그르브 한쪽에는 오른쪽 챤넬 다른 쪽에는 왼쪽 챤넬을 새겨 넣고, 바늘 한개로 양쪽 챤넬의 진동을 전달하도록 고안된 것입니다.

그런데 음악신호는 다이니믹 레인지가 비교적 큽니다.  음악신호의 평균에너지와 음 신호 크기 차의의 비를 크레스트 레이쇼 라고 하는데 이것이 매우 큽니다. 보통의 싸인 웨이브는 RMS와 최대치의 비가  1.4142… 인데 음악 신호의 경우는 이것이 10이 넘는다고 합니다.

이렇게 다이나믹 레인지가 큰 신호들을 제한된 크기의 그르브에 새겨넣는 것은 실제적으로는 불가능합니다.  그래서 이 문제를 해결하기 위해 도입된 것이 프리엠파시스 기술입니다.  LP용 프리암프에 있는 이퀄라이져가 바로 이 과정의 일부입니다.

대부분의 음악신호에서 진폭이 큰 신호들은 저역에 있고 고역 신호들은 진폭이 작습니다.  이 특성을 이용하여 저역신호들은 고의적으로 진폭을 줄여주고 고역신호들은 상대적으로 키워주어 신호의 크레스트 레시오를 줄여서 그르브에 녹음합니다.  따라서 그르브에 녹음된 신호들은 원음과 다릅니다.  이것을 재생할 때 원상복귀시켜 주는 데 이기능을 수행하는 것을 이퀄라이져라 합니다. 

이런 과정에서는 항상 오차가 발생합니다.  그래서 실제적으로 구현 가능한 LP의 다이나믹 레인지는 대략 최대 65dB정도라고 합니다.  한편 L챤넬과 R챤넬의 세파레이션도 30dB를 넘기기 힘들다고합니다.  반면 16비트 CD의 다이나믹 레인지는 90dB이고 챤넬 세파레에션은 완벽합니다.  원음과의 오차도 퀀타이징 노이스로 제한되어 귀로는 식별이 안될 정도입니다.  퀀타이징 레벨을 16비트에서 24비트로 올리면 퀀타이징 노이스는 더욱 줄어듭니다.  그리고 다이나믹 레인지는 더욱 커집니다.  쎔플링 주파수는 대역폭과 관계가 있고 그래서 DA과정에 수반되는 휠터링과 관계가 있습니다.  CD풀레이어에 음질차이가 난다면 이 휠터에서 기인한 경우가 많을 것입니다.

이런 기술적 측면에 약간의 이해가 있으면 LP가 음질이 좋다는 주장은, 예외적인 경우가 아니라면, 일반적으로는 하기가 힘들 것입니다.

그렇지만 이는 어디까지나 원리적인 것이고 구현상에서 차이가 있을 수 있기 때문에 간혹 소리가좋은 LP도 있을 수 있고 음질이 형편없는 CD도 있을 수 있습니다.  음질이 나쁜 CD의 경우 문제는 녹음과정에 있는 경우가 많다고 합니다.  한편 CD중에는 LP음반을 음원으로하여 제조된 것들이 있는데 이런것들은 당연히 LP보다 좋을 수가 없습니다.

조회 수: 7329, 2013-03-02 12:38:55(2013-02-28)

최근 완성한 36LW6 PP 암프 사진 입니다.

초단은 캐소드 카플드 위상반전 회로이고 드라이버단은 차동 증폭기로 구성해 보았습니다. 

시간 나는대로 제작기사를 올려 보겠습니다.

36LW6 SET 암프의 성공적인 제작을 마치고 보니 같은 진공관으로 푸쉬플 암프를 만들어 보면 어떨까 하는 생각이 들었다.  싱글 암프를 선호하는 사람들은 푸쉬플 암프라면 시큰둥 하겠지만 싱글은 싱글대로 푸쉬플은 푸쉬플 대로 장단점이 있다는 생각이다.  마침 싱글 암프용 출력트랜스를 위해 구입해 두었던 C코아 한쌍이 남아 있어 푸쉬플 출력트랜스를 자작해 보기로 하고 프로젝트를 시작하였다.

본기의 설계 목표는 사용자가 장기간의 사용에서도 특별히 재조정할 필요가 없는 암프를 만들어 보자는 데에 있다.  잘 잊혀지고 있지만 푸쉬플 암프에서 가장 중요한 것은 DC  및 AC  발란스가 잘 맞아 있어야 한다는 점이다.  이는 트로이달 출력트랜스나 갭이 없는 R코아로 만든 출력트랜스를 채용한 경우에 특히 중요하다.  절단이 되어 있지 않는 코아를 채용한 출력트랜스들은 약간의 DC만으로도 포화될 가능성이 있다.

회로 설명

회로에서 보는 대로  초단은 6DJ8을 사용하여 캐소드 결합 위상반전 회로를 채용하였고 드라이버단은 5687을 사용한 차동 증폭기로 구성하였다.  출력단이 적어도 200V pp의 드라이버 전압을 요구하기 때문에 드라이버 단은 이 정도의 볼트에이지 스윙을 감당해 낼 수 있어야 한다.  5687은 풀레이트 특성곡선 상에서 볼 때, 이 정도의 볼트에이지 스윙을 감당할 수 있다고 판단하였다.

초단에  6DJ8을 채용한 이유는 이 관이 프레임 그릿드를 채용해서 쌍3극관의 발란스를 좀 더 쉽게맞출 수 있을 것이란 희망에서 채용해 보았다.  원래 초단과 드라이버단은 직결로 해서 DC결합 차동증폭기로 설계하였지만 예상과는 다르게 DC발란스를 맞추기 힘들어서 조정과정에서 RC결합으로 변경하였다.  많은 암프회로에서 DC결합 차동증폭기를 채용하고는 있지만 DC발란스를 맞추는데 요구되는 변수가 많아져서 실제구현은 매우 어려운 경우가 많은 것 같다.  더구나 가지고 있는6DJ8이 몇개 되지 않아 그 중에서 발란스가 잘 맞는 것들을 선별하여 쓸 수 있는 형편도 되지 못하고 한편으로 생각해 보니 진공관을 교체할 때마다 신경을 써야할 것 이니 원래 목적에 부합되지 않는 것 같아 직결회로는 포기하였다.

6DJ8초단의 캐소드-풀레이트간 전압은 대략 92V로 –2V 내외의 바이어스를 걸어 양극 전류는 7.5mA로 하였다. 드라이버 단은 바이어스 –10V 내외로 양극전류는 10mA 내외이다.

출력단은 물론 A급 동작으로 바이어스를 설정하였다.  캐소드 양극간 전압은 대략 400V로하고 80mA의 전류를 흘리도록 하였는데 이때 바이어스 전압은 대략  -100V 정도가 된다.  따라서 셀프바이어스로 하려면 대략 500V 정도의 공급 전압이 필요하다.   원래 설계에서는 캐소드 휘드백을 채용하였었으나 생각보다는 별 효과도 없었고 오히려 스퀘어웨이브 파형만 나빠져서 무궤환으로 변경하였다.  이렇게 된 이유는 아마도 휘드백 권선이 과도하게 감겨있어 궤환 양이 너무 많았던 것에 기인한다고 추측된다.  한편 출력측으로부터 입력측에 이르는 전체적 부궤환도 시도해 보았지만 성능상 개선이 미미하여 없애버렸다.  결과적으로 CCS를 채용한 것을 제외 한다면 본기는 전 회로가 특기할 것 없는 매우 평이한 무궤환 암프가 되었다. 

서두에서 언급한 대로 본기에서 특히 역점을 둔 것은 출력단의 DC발란스와 입력단의 AC발란스다. 모든 증폭단에 CCS를 채용한 것은 모두 이 발란스를 맞추어 주기 위함이다.  CCS는 또한 전원으로부터의 잡음을 차단해 주는 이점도 있다.

흔히 캐소드 카플드 위상반전회로는 (안발란스 입력시에) 입력이 들어가는 3극관 풀레이트에는 접지되는 3극관 풀레이트에 비해 항상 더 큰 전류가 흐르게 된다.  즉 본래적인 DC 안발란스가 존재하게 되는데 캐소드 저항을 크게하면 이 안발란스를 개선시킬 수 있다.  이런 측면에서 캐소드에 CCS를 채용한 것은 별도의 발란스를 잡아주는 가변저항기를 설치하지 않고도 발란스를 유지해 보려는데에 있다.   실제로 스코프 상에서 육안으로 관찰해 본 초단과 드라이버단의 출력파형들은 발란스가 매우 잘 맞아있다.

츨력단에서는 각 출력관 캐소드에 별도의 CCS를 설치하고 이를 AC적으로 결합시켜 주었다. 출력관의 풀레이트 전류는 전적으로 이 CCS에 의해 제어되는데 전류발란스는 1.0 mA 이내에서 조절되어 거의 완벽한 전류 발란스를 구현하였다.

본기에서 또 하나 특기할 것은 입력측에 발란스드 인풋 단자를 마련해 둔 점일 것이다.  필자의 CD풀레이어에는 발란스드 출력이 마련되어 있어 이를 사용하기 위한 것이다.  안발란스드 인풋을 사용할 때에는  발란스드 입력 XLR 커낵터의 1번과 3번을 쟘퍼로 연결하여 사용한다.

다른 특기할 사항은 크게 없지만 CCS를 구현할 때 방열에 상당한 신경을 써 주어야 한다.  초단과 드라이버단의 CCS에 흐르는 전류는  15mA, 20mA 정도로 전류치가 작아서 큰 문제는 없지만 출력단캐스드에는 각각 80mA의 전류가 흘러 방열에 특히 유의해야 한다.  충분히 큰 방열판을 사용하고 통풍이 잘 되도록 조치해야 할 것이다.  계산상으로 출력단 CCS는 각각 5W미만의 열을 분산시켜 주어야 하는 셈인데 생각보다 매우 뜨겁게 된다.  출력단 CCS의 부하저항에는 20옴(혹은 10옴) 정도의 저항을 달아주어 이 저항으로 전류 발란스를 첵크하도록 하였다.  이 두개의 저항은 실제 측정으로 잘 매치시켜서 골라써야 한다.  전류 발란스의 정확도는 이 저항치의 매치 정도에 따라 확보할수 있기 때문이다.

싱글 암프에서와 마찬가지로 전원부에는 정류관을 쓰지 않았다.  정류관을 고집하는 사람들도 많지만 필자는 실리콘 정류기도 큰 문제가 없다고 판단하고 있다.  싱글 암프에서도 썼지만 이번에도 고압 부분의 정류에는 모두 실리콘 카바이트 정류기를 사용하였다.  원래 SMPS의 고압 정류를 위해 구입해 둔 것이지만 이번 암프에도 써 보니 매우 좋은 것 같다.  바이어스 전원 정류도 고속 정류기를 채용하였다.  브리지 정류기를 사용하는 것 보다 훨씬 안심이 되는 것 같다.  디카풀링 회로에 사용한 모든 캐미콘들은 필림 캡으로 바이패스 시켜 주었고 B전원 출력부에는 4 마이크로 오일 캡으로 바이패스해 두었다.  얼마나 효과가 있을지 가늠해 보지는 않았지만 없는 것보다는 있는 것이 더좋을 것이란 생각이다.

제작

사진에서 볼 수 있는 대로 본기는 몸체를 나무로 만들고  암프 회로는 5인치 X 13.5인치의 알루미늄판에 구현하였다. 같은 크기의 다른 알루미늄 판에 출력트랜스와 전원트랜스, 쵸크, 필터용 콘덴사 등등을 내장하도록 하였다. 제작에 사용한 나무는 집 수리를 하고 남은 마루판을 이용하였고 전원부 덮개로 사용한 구멍 뚤린 철판은 사무실 환풍망에 사용하던 철판이다.  마루판은 폭이 5인치 짜리여서 중간판과 뒷판은 두장을 붙인다음 맞는 폭으로 켜서 사용하였다.  제대로 만들자면 이 중간판과 뒷판은 넓은 판을 사용하여 잇잠이 없이 한장으로 만드는 것이 좋을 것이다. 

여기에 사용한 전원트랜스와 쵸크는 모두 자작품이다.  전원트랜스는 본래 12V, 25A의 조명용 트랜스를 개조한 것이고 쵸크도 출처 불명의 트랜스를 모두 분해하여 쵸크로 개조한 것이다.  앞에서 언급한 대로 출력트랜스도 직접 감아서 만든 것이다.

중앙에 보이는 메터는 본래 DC발란스를 첵크하기 위해 마련한 것이지만 CCS로 출력단의 DC발란스를 맞추고 나니 별 필요가 없어졌다.  모양상 이 메터는 그대로 두고 출력단의 VU메터로 대용하였다.

성능

36LW6 싱글 암프에서는 한개의 출력관으로 11W가 넘는 출력을 얻어 거의 40%가 넘는 효율을 달성하였는데 그렇다면 이 암프는 적어도 22W이상의 출력이 나와야 할 것이다.  그러나 확실한 이유는모르겠지만 대략 18W의 출력을 얻고 있다.  한 때 (다른 출력트랜스를 가지고)  이 암프를 조정하는 과정에서 25W의 출력이 관찰된 때도 있었지만  (필자는 이 출력관으로 퓨쉬풀을 만들면 3극관 결합으로도30W도 가능하다고 생각한다.) 현재 상태에서는 18W밖에 나오지 않는다. 드라이버 단의 출력전압은 최대 120V (240V pp) 정도가 나온다.  따라서 드라이버 볼트에이지 스윙이 부족해서 출력이 제한을 받는 것은 아닌것 같다.  출력이 줄어들게 된 주 원인은 출력트랜스 때문인 것으로 추측하고있다.  아마도 출력트랜스의 권수비가 너무커서 (아니면 반대로 너무 작아서) 출력관 부하 임피던스가 너무 높았던 것 같다.  

현재 상태에서 공급전압은 500V정도이고 출력관의 양극전류는 80mA정도이다.  바이어스 전압은 대략 100V내외가 되니까 양극 입력은 32W가 되어 양극 효율은 30%가 채 되지 못한다.  양극손실이 싱글일 때 보다 대략 5W정도 커진 반면 효율이 떨어져서 그런지는 몰라도 암프는 싱글에 비해 상당히 뜨거워 지는 편이다.  그렇지만 EL34같은 출력관도 3극관 결합을 하면 최대 얻을 수 있는 출력이 16.5W정도이니까 그에 비하면 출력이 크다고 할 수도 있겠다. 그리고 출력에는 큰 관심을 기울이지 않고 있다.

이 암프는 결국 무궤환 암프가 되었는데 무궤환 상태로도 주파수 특성은 상당히 좋은 편이다. 고역은 대략 60KHz 까지 1~2dB 정도 이내이고 저역도 20Hz에서 1dB이내이다. 스퀘어 웨이브 테스트도 상당히 깨끗한 편이다. 스퀘어 웨이브 테스트에 관한 한 (무궤환 암프임에도 불구하고) 이 암프는 멕킨토시 275에 비해 별로 손색이 없다. 그런데 유감스럽게도 찌그러짐 특성은 연장이 없어 재지 못하였다.  

하여튼 육안으로 관찰하였을 때 전혀 찌그러짐이 없는 상태에서의 최대 출력이 18W였다.  하지만 이 출력을 넘어서면 파형이 상당히 급격히 찌그러지면서도 출력이 크게 증가하지 않는것으로 보아 약간의 찌그러짐을 허용한다 해도 출력을 더 크게 잡을 수는 없을 것 같다.  또 한가지 의문인 것은, 비록 부궤환은 걸지 않았지만 출력 임피던스가 싱글에 비해 별 차이가 없다는 것이다. 오히려 약간 높다. 싱글의 경우 0.6옴도 되지 않았는데 이 암프의 경우 정확하게 잰 것은 아니지만 대략 0.8옴 정도로 나온다.

싱글 암프와 비교

결국 암프는 음질로 말한다.  같은 출력관을 사용한 싱글과 푸쉬플의 소리는 어떻게 다를까?  음질이 분명히 같지는 않다. 그러나 어느  암프가 더 좋다 나쁘다는 딱히 말하기 힘들 것 같다.  음악에 따라, 그때 기분에 따라 그 선호도가 달라질 것이라고 생각된다.  그러나 매우 미묘하기는 하지만 약간의 일반론을 펼 수는 있을 것 같다.

싱글암프에 비해 이 퓨쉬플 암프는 음역이 약간은 넓은 것 같다.  저역도 약간은 더 풍부한 것 같고 고역은 조금 더 두드러지게 생생하게 들린다.  그러면서도 소리가 약간은 차다는 느낌이 든다.  반면 싱글 암프는 소리가 따스하다는 느낌이 난다.

악기로 비교한다면 싱글암프는 목관 악기의 소리가 나고 푸쉬플을 금관악기의 소리 같기도 하다. 그림으로 비교한다면 푸쉬플은 초점이 잘 맞은 사진 같기도 하고 싱글은 인상파 그림 같기도 하다. 이러나 그 차이는 아주 작아서 바로 그 자리에서 AB테스트를 해서 비교한다면 모를까 그냥 한 암프만 계속해서 듣고 있으면 싱글암프라도 고역이나 저역이 미진하다는 느낌은 별로 들지 않는다.

이 암프는 비교적 저렴한 죠단 모듈 스피커 (JS92)도 풍부하게 들리는 저역과 쇳소리가 선명하게 들리는 고역까지 소리를 잘 나게 한다.  40년도 넘은 JBL  L100 센츄리 스피커도 부드러운 소리를 낸다.  본래 이 스피커는 소란스럽고 너무 브라이트 하다는 정평이 있지만 이 암프나 36LW6 싱글암프에 물려서 들으면 소란스럽다는 느낌은 들지 않는다. CD 한장 전체를 앉은 자리에서 듣고 있어도 피로감이 들지 않는다.  

이 암프 프로젝트도, 출력이 예상보다 적게 나오기는 하지만 성공작으로 평가하고 싶다.  이는 물론 출력관의 직선성이 우수하고 내부저항이 작다는 사실에 기인하는 바가 크다고 생각한다.  누가 만들어도 질 좋은 출력트랜스만 사용한다면 웬만한 암프보다 더 소리가 좋은암프가 될 것이다.  마크 레빈슨이나 맥인토시가 전혀 부럽지 않은 암프다.  그리고 일제 300B 하나의 값이면 이 암프를 충분히 제작하고도 남을 비용일 것이다.

조회 수: 3902, 2013-04-24 23:50:41(2013-02-13)

출력트랜스를 설계, 제작하시려는 분들을 위해 하나의 사례를 소개합니다.  일차적으로 제작한 출력트랜스의 성능의 목표치를 아래 소개한 제품으로 삼아도 무방할 것 같습니다.   PP용 출력트랜스와 싱글용 출력트랜스를 비교해서 소개합니다.  제작사는 카나다의 Plitron사이고 모두 토로이달 코아를 사용한 트랜스들입니다.

300B 싱글용: PAT3050SE  무게 5.4 Kg, 크기 직경 152.4 mm, 높이 88.9mm, 원통형

출력 13W, 1차 인닥탄스 40H, 누설인닥탄스10mH, 부유용량:1200pF 주파수 특성: 5.3Hz-45.3KHz, -1dB

EL34 para PP용: PAT4008 무게 2.5Kg,  크기 직경125mm, 높이 65mm, 원통형 

출력 80W, 1차 인닥탄스 360H, 누설인닥탄스1.312mH, 부유용량:593pF 주파수 특성: 0.5Hz-172.9KHz, -1dB

여기서 보시는 대로 싱글용은 13W 정격이지만 80W 정격의 PP용에 비해 무게가 2배가 넘습니다.  물론 부피도 거의 2배에 가깝습니다.  싱글용은 누설 인닥탄스도 많고 부유용량도 큽니다.  그만큼 저역특성이나 고역특성 모두 PP용 보다는 떨어집니다.  특히 저역특성은 1차인닥탄스에 의해 정해지는데 위의 두 트랜스의 경우 인닥탄스는 9배나 차이가 납니다.  그렇기는 하지만 이것이 저역특성에는 한 옥타브 차이도 나지 않을 가능성이 큽니다.

참고로 싱글용 출력트랜스에서 1차 인닥탄스가 40H이면 상당히 큰 편입니다.  마그네퀘스트의 845용 싱글 트랜스는 1차 인닥탄스가 30H정도 됩니다.  제가 36LW6 싱글용으로 감은 출력트랜스는 갭이 없을 때 약 33H로 재 지지만 갭을 넣고 나면  12H정도로 떨어집니다.  그러나 저역특성은 위에 서 예로 든 Plitron사의 출력트랜스를 쓴 300B암프에 비해 전혀 손색이 없습니다.  36LW6 의 낮은 내부저항 덕분입니다.

약간 정정을 필요로 하는 것 같아 올려본다. 위의 PAT4008 출력트랜스의 1차 인닥탄스를 재 보았다. 하나는 14.5H, 다른 하나는 16H로 재진다. 그렇다면 360H란 무엇일까? 인닥탄스는 측정 조건에 따라 상당한 차이가 있을 수 있는 것은 이해되지만 이것은 너무나 차이가 난다. 이들 사양서에는 230V, 50Hz에서 측정했다는 설명이 있지만 그래도 이해가 안간다. 문제는 이들의 직류저항 (37.8옴)과 인닥탄스 값이 서로 맞을 가능성이 없다는 것이다. 

트랜스를 감아본 사람이면 금방 알 수 있는 것이 직류저항이다. 인닥탄스가 360H정도 되려면 (이 정도의 코아 크기에서) 직류저항이 300옴 정도는 넘어야 할 것이다. 그리고 코일 굵기도 잘해야 29번선 정도로 보이는데 설사 좀 더 굵은 선을 썼다해도 직류저항이 그 정도로 작을 수는 없다. 하여튼 360H라는 인닥탄스 값은 이해하기 힘들다.

그렇더라도 이 트랜스를 현재 제작중인 36LW6 PP암프에 연결하고 주파수 특성을 대강 재 보있다. 고역특성은 우수하다. 100KHz에서 약 2dB정도 감쇄하는 것 같다. 매우 스므스한 주파수 특성이다. 저역도 나쁘지 않다. R코아로 만들면 이정도 특성은 달성할 수 있을 것이다.

조회 수: 2301, 2013-02-16 05:56:55(2013-02-16)

피아노는 현악기인가 아니면 타악기인가? 피아노는 현이 있으니 현악기로 볼 수 있고 그 현을방망이로 쳐서 소리를 내니 타악기로도 볼 수 있겠다. 유명한 피아노로 보센돌프와 스타인 웨이가 있다. 피아노 조율사로부터 지나가는 말로 들은 이야기인데 보센돌프는 피아노를 현악기라는 관점에서 접근하여 피아노를 만들었고 스타인 웨이는 타악기라는 관점을 가지고 피아노를 제작했다고 한다. 그래서 보센돌프는 피아노 몸체를 현악기와 같이 울리도록 만들어서 마치 노래하는 듯한 소리를 내게 만들었고 반면 스타인웨이는 피아노 몸체는 음향학적으로 단단하게 만들어서 울리지 않도록 하고 다만 사운드보드 에서만 소리를 만들도록 한다는 것이다. 보센돌프는 빅터 보가(?)라는 유명한 덴마크 피아니스트가 애용했던 것으로도 잘 알려져 있다.

그런데 뭐 여기서 잘 알지도 못하는 피아노에 대한 잔소리를 늘어놓으려는 의도는 없다. 다만 비슷한 질문을 암프에도 할 수 있을 것이란 생각이 들어서 피아노에 대한 이야기를 꺼내 보았다. 그래서, 암프는 그냥 가전제품의 하나인가 아니면 악기로 볼 수도 있을까? 암프를 악기로 취급 한다면 상당히 억지로 들릴지도 모르겠다. 그러나 암프의 설계철학을 생각해 보면 꼭 그렇지 만은 아닌것 같다.

진공관이냐 아니면 트랜지스터냐 혹은 싱글이냐 아니면 푸쉬풀이냐를 놓고 갑론을박 하는 데에는 근본적으로 암프의 설계철학의 문제가 있다는 생각이다. 암프를 단순히 어풀라이언스의 한가지로 보는 관점에서 암프를 설계한다면 암프는 그 요구된 기능, 즉 미약한 음악신호를 충실히 증폭하여 재생시키는 기능을 최선을 다해 할 수 있도록 설계하면 된다. 이것이 전통적인 엔지니어들의 접근방식이었다.

반면 암프를 악기의 일종으로 간주한다면, 그 음질이 단순히 입력된 신호의 증폭된 판박이가 아니라 우리의 감성을 자극하여 므드를 살려주는 악기의 역할에 충실하도록 만들어야 할 것이다. 아마도 이런 접근방식이 정식으로 전기공학 분야의 훈련을 받고 경험을 쌓지 못한 취미인 으로서의 암프 제작자들이 취하는 설계철학이 아닐까 하는 생각이 든다.

진공관 암프만을 놓고 보더라도 싱글과 푸쉬플 암프간의 논쟁이 있어왔다. 이 싸이트에서도 어떤 사람이 “왜 싱글이어야 하는가”란 글을 올린 것을 본적이 있다. 그러나 알고 보면 진공관 전성시대에 소위 명기급에 속하는 암프들은 모두 푸쉬풀이었다. 유니티 카플링 회로로 유명한 멕킨토쉬를 필두로 마란츠, 허만 카단, 코나드 죤슨, 오디오 리써취 등등. 내가 알고 있는 유일한 싱글암프는 웨스턴 엘렉트릭의 WE91A라는 300B 싱글암프다. 1930년대 중반에 나온 이 암프는 극장 대여용으로 주로 사용되었다는데 출력 8W, 주파수 특성은 50Hz에서 8KHz를 카버하는정도로 지금의 기준으로보면 하이파이라기 보다는 미드파이다. 그리고 이 암프는 그리 오래가지 못했다. 2년 정도 지나서 바로 WE92라는 300B푸쉬풀 암프로 대체되었다.

전기공학에 약간의 소양이 있는 엔지니어 입장에서 보면 왜 진공관 전성시대에 푸쉬플 암프만이 생산되었고 싱글 암프들은 눈을 씻고 찾으려 해도 없었는지는 그리 어렵지 않게 이해할 수 있을 것이다. 진공관 전성기에 암프 설계자들은 모두 암프설계로 밥벌이를 하는 소위 푸로팻쇼날들이 었던 반면 진공관 암프 전성시대 이후 싱글암프 시대의 설계자 내지는 제작자들 중에는 이 분야의 직업에 종사해서 밥벌이를 하는 사람들 보다는 순수 아마츄어들이 많았던 것 같다. 

그래서 그런지는 몰라도 이 싱글암프 분야에는 상당한 미신도 떠돌아 다니는 것 같다.  대표적인것이 아마도 부품에 대한 미신(?) 들일 것이다. 어느회사 저항은 좋지 않고 어느회사 제품이래야 한다든지 카풀링 콘덴사는 진짜 은박지로 만든 것이 좋다는 등, 아니면 케미콘도 불랙게이트 아니면 안된다든지 등등. 물론 전혀 근거가 없는 주장은 아니겠지만 상당히 부풀려 진 것만은 사실이 아닐까? 가령 저 유명한 일본의 오디오 노트사에서 팔고 있는 암프는 출력트랜스에 은선을 사용하였다.  그런데 은과 구리의 전도도 차이는 얼마나 될까?  그 차이가 과연 귀로  구별할 수 있을 정도일까?  그런데 구리 대신 은으로 감았다 해서 인닥탄스가 늘고 부유용량이 줄어들까? 구리 대신 은을 사용해서 장점이 있다면 아마도 전기 전도도 차이로 인한 직류저항이 비교적 적다는 점일 것이다. 그러나 정량적으로 그 차이가 얼마나 될까? 1%, 아니면 10%? 잘 모르겠다. 은선으로 감은 출력트랜스를 들어본 일이 없으니 단정적으로 말할 수는 없다. 그러나 건전한 상식으로 판단컨대 그 차이는 아마도 1%를 넘기기 힘들 것이라고 생각된다. 또한 카풀링 캡 하나에 $100 이상을 호가하는 것들도 꽤 있던데 과연 그만한 가치가있는지는 써 보지 않아서 모르겠다.

싱글암프는 여러가지 약점이 많다. 디스토숀, 효율, 그리고 출력트랜스의 직류자화 문제 등등. 따라서 싱글 암프들은 출력에서도 제한을 받고 주파수 특성도 좋게 하기가 매우 어렵다. 흔히 싱글 암프는 저역에 약하고 중역이 좋다는 평을 들어왔다. 회로기술의 발달로 특히 부궤환 기술이 출현한 이래, 진공관 고유의 직선성은 그 중요성이 약간 퇴색된 감이 있었다. 반면 효율을 중시해서 3극관에서 빔관, 5극관으로 발전하였다. 이들 관들은 직선성에 있어 3극관에 미치지 못하지만 효율이 좋고 출력도 커졌다. 이 과정에서 5극관 고유의 비교적 높은 디스토션은 회로기술로 극복되었다.

이런 기술적 사항들을 고려한다면 싱글 암프는 아무래도 여러 면에서 성능이 떨어진다고할 수 있겠다. 그렇다면 싱글암프 애호가들은 모두 틀렸다고 할 수 있을까? 그런것은 아닌 것 같다. 물론 진공관 전성시대에 푸쉬풀 암프를 설계했던 당시로서는 톱 놋치 엔지니어들이 틀렸다고 할 수도 없다.  

프로들이 푸쉬플 암프를 고집하는 것은 기술에 대한 이해가 있다면 충분히 수긍이 가는 이야기다. 그러나 아마츄어들의 주장이라고 해서 싱글암프 애호가들의 주장을 도매금으로  무시해 버리는 것은 옳지 않다고 본다.   

필자의 경험으로는 싱글암프의 매력이나 강점은 회로의 단순성에 있다고 보인다. 여러 기술적인 면에서의 약점에도 불구하고 싱글암프는 그 실현상의 단순함이 오히려 강점으로 작용하고 있다는 생각이다. 원리상, 혹은 이론상으로 좋다고 해서 이를 구현한 최종 결과물이 꼭 좋다고는 할 수 없다. 가령 푸쉬풀이 제대로 동작하기 위해서는 퓨슈 부분과 풀 부분의 발란스가 잘 맞아 있어야 한다.  이것이 정도 이상으로 벗어나면 그야말로 싱글만도 못한 성능을 보이게될 것이다.

그러나 무엇보다도 싱글암프에는 그 암프의 제작자 혹은 소유자들의 감성을 자극해주는 묘한매력이 있지는 않을까? 이런 것은 측정기로는 잴 수 없다. 그냥 점심식사 후의 단상을 끄적거려 보았다.

조회 수: 4133, 2013-01-27 04:21:43(2013-01-26)

12AX7에서 발생하는 짝수파 지그러짐을 제거하지 않고 오히려 증폭해서 '음악성'을 높였다?

이런 주장은 진공관 암프 제작자들이나 특히 싱글암프 제작자들로부터 가끔 듣는 소리다.  그러나 조금 깊이 생각해 보면 이해하기 힘든 주장이기도 하다.

암프에서 짝수차이건 홀수차이건 고조파가 발생하는 것은 암프의 비직선성에 기인한다. 암프의 입출력 특성이 완전히 직선적이라면 고조파는 발생하지 않는다. 가령 증폭단의 입출력 특성에 약간의 스퀘어로 비 직선성이 있다면 (즉 입력신호의 자승 성분이 출력에 나타나는 경우) 이것이 제2 고조파를 발생하게 된다. 흔히 진공관 증폭단은 제2 고조파 성분이 많은 것으로 알려져 있다.

그런데 흔히 암프는 다단의 증폭단으로 구성되어 있다. 단간 증폭기 만으로 구성된 암프란 특수한 경우를 제외하면 거의 존재하지 않는다. 아무리 간단한 암프라도 2단 혹은 3단의 증폭단으로 구성되기 마련이다. 이 경우 제2 고조파를 발생시키는 증폭단으로 2단 혹은 3단을 이어 붙여 암프를 구성한다면 첫 단에서 제2 고조파만 발생한다 하더라도 2단 혹은 3단의 증폭기를 거치는 동안 제3, 제4 고조파들이 발생하게 된다.

어느 암프가 고조파 찌그러짐 (하모닉 디스토션)이 있다는 말은 이 암프가 혼변조 찌그러짐이 있을 가능성이 있다는 말도 된다.  이는 고조파 찌그러짐의 발생 미캐니즘이 혼변조 찌그러짐을 발생시키는 미캐니즘과 같기 때문이다.

간단한 고등학교 수준의 수학으로 생각해 보자. 가령 암프의 입력을 X, 출력을 Y라고 한다면 이상적 암프의 특성은 Y = kX가 될 것이다. 여기서 k는 암프의 이득 (증폭도)이다. 그러나 이런 이상적인 암프는 현실에는 없다. 그래서 약간의 자승법칙 비 직선성이 있는 암프를 생각해 보자. 이런 암프에서 출력 Y는 Y = kX + sX**2으로 쓸 수 있을 것이다. 여기서 s는 k에 비해 작은 상수이고 X**2는 X의 제곱을 나타낸다.

여기서 입력 X를 Sin(wt)로 치환하여 보면 출력에 원래 신호의 증폭된 형태인 kSin(wt) 뿐 아니라 자승항인 sSin(wt)**2가 나타나게 되는데 삼각함수를 플어보면 이 항은 다름아닌 Sin(2wt)로 나타낼 수 있어 제2 고조파 성분인 것을 알 수 있다. 그래서 자승법칙 비 직선성이 있는 암프는 제2 고조파를 발생시킨다는 것을 알 수 있다.

다음 이 암프에 두개의 신호를 동시에 입력 시킨다고 생각해 보자: X = Sin(w1t) + Sin(w2t).  즉 두개의 다른 주파수, w1, w2의 Sine웨이브를 입력시킨 경우이다.  이상적 암프라면 출력 Y는 Y = ksin(w1t) + ksin(w2t) 가 되어 혼변조는 일어나지 않는다.  그러나 자승법칙 비직선성이 있는 암프에 이런 신호를 입력시키면 자승항으로 인해 두 신호 주파수의 합 또는 차의 주파수가 나타나게 된다. (삼각함수를 풀어서 확인해 보시라)  이런 현상은 수퍼헤테로다인 라디오 수신기에는 유리하게 이용하지만 오디오 암프에서는 될 수있는대로 피해야 하는 현상이다.