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300B PP 새로운 밀레니엄 회로 - Lynn Olson 

다음 글은 Ariel스피커 설계제작자로 유명한 Lynn Olson이 제작한 300B PP에 대한 글을 간단히 해석한 것입니다. ( 원본 사이트 보기 : http://www.aloha-audio.com/triode1.html)

Aloha 오디오는 전삼극관 앰프를 개발 중이며, 프리앰프는 Raven, 파워앰프로는 Amity및 Amity DHT를 개발하였고, 인티그레이트 앰프로 Aurora와 Aurora DHT를 계획중이다. 모든 앰프는 동일한 샤시를 이용하기로 계획하였다.

Amity는 어떻게 설계되었는가?

Crowhurst같은 50년대 저자들이 쓴 책을 수년간 연구하여 왔으며, 가능한 가장 낮은 회로 고유의 디스토션을 가지는 회로를 찿아 왔다. Ariel이 3.5옴에서 8옴 사이에서 변하는 좋은 임피던스 특성을 가지고 있어도, 여기에 맞는 싱글앰프 설계에는 여전히 큰 편차가 존재한다. 그러나, 깊은 동작점을 가지는 A급 삼극관 PP회로는 평행에 아주 가까운 동작곡선을 가지므로 부하의 역작용에 큰 영향을 받지않는다.

여러가지 회로와 부품들 …..  SE 또는 AB 급 PP, 5극관, 트랜지스터, MOSFET등등, 이 모두는 곡선 형태의 그리드라인을 가지고 있다. AB급 5극관(또는 트랜지스트)은 무신호 지역에 집중된 높은 곡선 때문에 가장 최악이다. 다른 말로 하면, 1W 출력이 최악의 출력이다. 그러나 이것은 부하의 반작용 로드와 함께 나타난다! 불행하게도 스피커는 반작용적이다. 도움을 줄 수 없고, bandpass 필터가 되어버린다. 그리고 상대적으로 긴시간(몇 미리초)동안 에너지를 저장하여 앰프에 되돌려 영향을 미친다. 대부분의 앰프에 있어서, 부하의 반작용과 스피커 유니트로 부터 지연된 에너지는 앰프의 디스토션을 많이 증가 시킨다. 이것이 앰프가 다른 스피커에 다른 소리가 나는 이유이다.

SE에서는 전체적인 곡선은 여전히 있으나, 무신호 지역에서는 아주 마일드하다.. 즉 실제적으로 1W 출력이 가장 좋은 출력이다. 이것은 아주 중요한 점이다. 즉 음악은 낮은 레벨에서 대부분 있고, 평균이상의 10에서 20db로 점프하는 돌발 피크를 가진다. 통계적으로 스피커가 적당한 능율을 가진다면 음악출력 시간의 거의 대분분은 1와트 또는 그 이하 지역에 있다. 그러나 만약 낮은 레벨과 높은 레벨 모두에서 직선을 가지고, 반작용 로드에서 거의 완벽하게 해방되기를 원한다면, 단지 깊은 A급 삼극관 PP동작만이 직선적이고 거의 평행에 가까운 그리드 라인을 가진다. 매우 깊은 A급 동작점은 원치 않는 AB급 지역으로부터 멀리 회로를 잘 유지 시킨다. 즉 전류 한계선 및 SE앰프를 클립시키는 거의 쇼트 되는 점이 동작점이 될 때만 가능하다.

또 다른 목적은 드라이버의 착색과 디스토션을 없애는 것이다. 이것은 싱글앰프에서 보여지는 디스토션 제거 기술과는 매우 다른 것이다. 여러 대역에 걸친 신호레벨과 주파수에 대해 디스토션을 제거하는 유사한 소자들에 대해 좋은 점을 느껴보지 못하였다. 나는 안정적인 디스토션 신호를 가지는 앰프를 원한다.

나는 디스토션이 본질적으로 간단하고 안정적이다면 앰프의 디스토션에 대해 귀가 적응하나 디스토션이 계속하여 변하는 것은 좋아하지 않는다는 점에 대해 의심하기 시작했다. ( SE회로의 우수한 주관적인 질에 대한 다른 이유이다) 불행히도, 전통적인 위상분할은 출력임피던스가 다르고, 밀러 콘덴서용량이 다르고, B+전압에 대해 다르게 반응하여, 우수차 고조파왜율(2차,4차등)의 상쇄는 프로그램 소스에 따라 아래 위로 춤을 춘다. 디스토션 특성의 불안정성이, SE 사운드의 좀더 직접적이고 즉각적인 소리와 비교하여, 일반 PP의 “안개”와 “모호성”의 원천이 되는 것 같다.

이 문제를 해결하기 위하여 우리는 고전적인 30년대 스타일의 인터스테이지 트랜스 커플링으로 항상 돌아갈 필요가 있다. 낮은 디스토션을 위하여, 드라이버는 필수적으로 수평적인 로드라인을 필요로 한다. 즉 플레이트 임피던스에 비하여 매우 높은 임피던스 .. 좋게는 10배 이상 높은 임피던스 로드를 필요로 한다.

이것을 해결하는 유일한 방법은 동적로드의 몇 종류나..그리고 필요하는 추가적인 B+의 여유.. 또는 초크 또는 트랜스 로딩이다. 또한 내가 요구하는 것은 시그널 레벨에 따라 변하지 않는 매우 똑 같은 위상분할이기 때문에 나는 인터스테이지 트랜스를 선택하였으며, UTC나 사쿠마 앰프를 조사목적으로 구했다. 개인적인 심미도가 광대역 이므로, 룬달트랜스가 최고의 질을 선물했다. 우수한 룬달 트랜스 제품에 추가하여, 히로시와 나는 기하학적으로 밸런스된 트랜스를 소터에서 구했다. PP 세계에서는 고역 밸런스는 기대하는 이상으로 드물다. 즉 많은 비싼 트랜스는 분포용량 밸런스에서 비대칭성을 가지고 있고, 이것은 고역디스토션에 위험한 재난을 야기한다. 트랜스 자체가 밸런스 도지 않으면, 정교하게 밸런스된 진공관을 구해도 아무 소용이 없다.

이 앰프와 다른 고전적인 앰프와 또 다른 차이점은 이 회로가 마지막으로 사용된 30년대의 과거보다 훨신 더 광대역이란 점이다. 그 당시에는 광대역의 소스는 구할 수 없었다. 모든 것은 협대역이고 노이즈가 많았다. 현대적인 기준 즉 S/N비는 65에서 100db, 20에서 20kHz의 광대역은 존재하지 않았다. 고전적인 부품과 회로를 재구성하는 것은 빈티지 사운드를 들려준다. 이것은 내가 추구하는 것이 아니다. 내가 원하는 것은 15Hz에서 70kHz까지의 현대적인 대역폭을 갖는 3극관의 직선성과 트랜스 결합이다.

이것이 현대적인 트랜스와 잘 선택된 저 플레이트저항 진공관이 만드는 차이점이다. 트랜스 대역폭은 1차측,2차측, 또는 동시에 낮은 임피던스를 가짐으로서 향상된다. 전통적인 출력트랜스보다 인터스테이지 트랜스를 더 설계하기 힘든 실질적인 이유 중 하나는 출력트랜스는 적어도 2차측의 임피던스는 낮기 때문이다. 인터스테이지에서는 2차측이 이상적으로 부하가 걸리지 않기 때문에 ( 이것이 3극관에는 가장 낮은 디스토션을 준다) 인터스테이지에서 만족할 만한 대역폭을 확보하는 좋은 방법은 저플레이트 임피던스를 가진 드라이버를 선택하는 것이다. 이러한 조건에 맞는 진공관은, 7119/7044/5687/E182CC군, JJ Electonics의 신형 ECC99, Svotek 신형 6H30, 6V6,6L6,EL34와 같은 다극관의 3결결합 또는 AVVT의 AV5,AV8,AV20같은 직열드라이버진공관의 라인들이다. ( 6DJ8/6922/E88CC군이 저플레이트임피던스를 가지고 있지만 상대적으로 높은 3차고조파왜율을 가지고 있고, 제한된 출력 스윙을 하므로, 이것들은 직열3극관 PP앰프에는 부적절하다.

전체회로 : http://www.dhtsound.com/cgi-bin/technote/board/forum_circuit/image/amity/IT-Triode-Amp.gif

필라멘트 권선에 대한 정전차폐는 무시하고 지나 갈 수 있지만, 그렇지 않다. 이 기술은 Tekronix의 친구, Matt Kamna,가 제안한 것으로, 아주 간단하면서도 중요하다.

대부분의 직열3극관 앰프에서 필라멘트 권선은, 고전압의 B+ 공급에 따른 스위칭 노이즈와 AC라인으로 부터의 라인 노이즈에 노출되어 있다. 이 두가지 노이즈는 전원트랜스에서 inter-winding 콘덴서용량에 의해 결합되어 있다. 이 뿐만 아니라 DC정류된 필라멘트 전원도 유입되는 노이즈에는 효과가 없다. 이 노이즈는 common 노이즈이며, 이것은 필라멘트 전원의 양쪽 사이드에서 동시에 흔든다. 레귤레이터는 이러한 타입의 노이즈에는 효과가 없다. 그것은 단지 두 전선사이의 차이에서 측정되는 differential 노이즈만 감소시킨다.

 보는 것보다 더욱 심각하다. 직열3극관은 differential 노이즈는 감당하지 못한다. 결국 60Hz험을 적어도 40db 또는 1:100비율로 제거한다. 직열3극관이 감당할 수 있는 것은 common 노이즈이다. 필라멘트는 그리드만큼 센시티브하다. 그리드와 캐소드(또는 직열3극관의 필라멘트의 중점) 사이의 차이를 실제 증폭하는 것이다. 직열3극관이 조용하길 바란다면, 가상캐소드(필라멘트의 중점)는 노이즈에서 해방되어야만 한다.

 앞에서 언급한 것 처럼, 파워 트랜스의 inter-winding 콘덴서용량은 직열3극관에 B+스위칭노이즈와(수백볼트)와 라인 노이즈를 제공한다. 이것은 콘덴서 결합(저항 또는 인덕턴스결합이 아니고)이기 때문에, 이것은 험이 아니라 고역에서 윙윙거리거나 샛하는 소리로 들린다. 낮은 레벨에서는 윙윙하는 소리로 들리지 않을지 모르지만 확실히 신호에 소리층을 입힌다. 당신이 생각하는 것과 같이 inter-winding 콘덴서용량을 통하여 유입되는 노이즈때문에 직열3극관 앰프에 있어는 파워트랜스, B+정류기, 유입되는 AC라인 노이즈의 선택에 민감한 영향을 미친다. ( 이 노이즈는 시시각각 변한다 )

 필라멘트 양측에 정밀하게 매치된 LC필타를 사용함으로서 필라멘트 노이즈를 감소시킬 수 있으나, 보다 직접적인 해결 방법이 있다. 소스에서 노이즈를 없애는 방법이다. 이것이 파워트랜스 내에 있는 정전차폐가 하는 일이다. 이 차폐는 필라멘트 권선과 다른 모든 권선 사이에 접지된 동판을 넣는 것 뿐이다. 이 차폐는 콘덴서 커플링을 40에서 60유로 줄이며, 수십년 동안 산업기기와 의료용기기등에서 표준적으로 사용되어 왔다.

 차폐된 권선이 진공관 앰프 전원트랜스에서 드문 것은 다른 전기,자자 공학에 비해 오디오의 발전 정도를 나타내는 점이라고 할 수 있다. AC권선과 2차측 필라멘트 권선을 차폐하는 것에는 돈이 별로 들지 않는다. 이 두 차폐는 라인에 대한 어떤 다른 것 보다 보다 효과적이다.

 B+전원에 대하여, 처음에는 5R4-GY 정류관(전통적인 300B회로에 사용)을 선택하였으나, 신뢰성에 의문이 갔다. 오래되고 약해졌을 지 모르나 이러한 실패는 첫번째에는 나타나지 않는다. 대조적으로, TV 댐핑 다이오드, 특히 NOS의 6C*3군과 Svetlana 신형 6D22S는 피크 전압에 대해 보다 여유가 300B앰프에서 보여지는 전통적인 정류관보다 전류 및 전압에서 여유를 준다. 낮은 전압강하(15V),  높은 피크전류(2A), 긴 웜업시간(30초)는 또다른 부산물이다.

 Matt Kamna는 전원트랜스 2차측(스코프 화면에서 약 10V/diV) 파형에 대해 초점을 맞추는 기술을 선 보였다. 교차하는 제로점 부근에서 나타나는 거친 모양은 반도체 다이오드에서는 아주 명백하게 보인다. HEXFRED에서는 작은 개선이 있으나 전통적 진공관 정류관에서는 더 스무스하게 나타난다. TV 댐핑 다이오드에서는 다른 것보다 가장 스무스하다. 저전류 프리앰프에 있어서도 TV 댐핑 다이오드는 노이즈를 가장 작게 나타낸다. 과거의 경험상으로 노이즈는 발생장소에서 제거하는 것이 그 이후에 필터로 제거하는 것 보다 쉽다. 더 조용한 소자가 있으면 사용할 것이나 내가 아는 한 TV 댐핑 다이오드는 스위칭 노이즈에 관한한 가장 조용한 것이다. B+전원이 500볼트를 스윙 한다고 고려하면, 스윙칭 노이즈는 B+전원, 샤시의 인테리어, 전원코드 속으로 모든 방향으로 방사되기 때문에 이것은 작은 장점이 아니다.

쉽게 추가할 수 있는 디럭스한 기능은 드라이버를 위하여 진공관방식 전압 레귤레이터(VR) 이다. 나는 270볼트를 강하하기 원했다. 왜 동시에 레귤레이터하지 않았을까. VR진공관의 좋지 못한 명성은 진공관 매뉴얼상을 자세히 보면 알 수 있다. VR 진공관은 부하에서 어떤 콘덴서도 감당하지 못하며, 제너 다이오드와 함께 1uF의 스무스한 콘덴서를 추가할 수가 없다. 그러나 다시 생각해 보면, VR 진공관에서는 단지 1mA의 스무스한 광대역 노이즈가 나타나나, 같은 회로에서 제너 다이오드는 3-5mA가 나타나며, 팝콘 노이즈 같은 덜거덩거리고 튀는 노이즈가 난다. 이것뿐만 아니라, OC3의 자주빛은 중요한 “ON” 신호이기도하다. 댐핑 다이오드의 점화 후 30초 뒤에 VR의 불빛은 앰프가 잘 동작되고 있다는 것을 나타낸다.

레귤레이터 전단에 여러가지 필터회로를 시도해 보았다. 이 것들은 모두 다른 소리를 내었다. 가장 좋은 것은 필터링을 하지 않는 것이다. 그러나 예산한대로, 두 전원이 서로 작용할 때 고역이 약간 문제가 나타났다. LC필터는 전혀 즐겁지 않은 아주 느린 소리를 낸다. 간단한 RC필터가 최선의 조합인 것 같다. 내가 한 모든 것은 캐소드 바이패스와 전원공급필터를 약 3내지 4H로 고정적으로 세팅한 것이고 이 후 앰프는 전체적으로 잘 튜닝 되었다. 나는 드라이버와 출력단이 서로 전쟁터에서 싸우는 것을 원하지 않는다.

내가 한 주관적인 마지막 튜닝은 300B필라멘트에 AC대 DC 필터링이다. 5V의 레귤레이터된 DC가 가장 불 만족스러웠으며, 아주 온화하고 색깔이 없었다. AC의 노이즈 레벨은 1에서 3mA로 아주 낮아, 나는 이것을 선택하였다.

Amity앰프에는 잠재적인 “gotcha”가 있다. 거의 모든 프리앰프와는 잘 매칭이 되지 않는다. 진공관 프리앰프는 둔한 소리를 내며, 트랜지스터는 기운차나, 플랫트하고, 성깔있는 소리를 낸다. 이것뿐만 아니라 인풋트랜스는 CDP와 Amity사이에 패시브 아테뉴에이터를 사용못하게 한다. (인풋인피던스는 600오옴이하의 소스임피던스를 사용하여야 한다.) 볼륨 콘트롤 없이 직결로 연결된 나의 Resolution Audio DAC가 뛰어난 소리의 질을 보여주며, Ongaku, WAVAC, Jack Strayer의 SV572PP와 유사한 소리를 낸다. 나는 여러달 동안 Jeff Rowland 프리앰프를 빌렸는데 이 소리가 직결로 연결한 소리와 유사하였다. 나는 Rowland와 반도체 아테뉴에이터, op 앰프를 높은 가격으로 전부 구매할 유혹을 느겼다.

이 유혹을 이겨내고 Raven 프리앰프 설계에 착수했다. Raven 의 설계 개념은 파워앰프와 유사하나,여기에 PP에 Parallel-Feed 특성을 추가로 도입했다. 플레이트초크에 직열로 저항을 삽이하는 독특한 점은 플에이트 초크의 “signiture”를 최소화로 유지하면서 플레이트 쵸크에서 stray capacitance의 영향을 최소화하기 위하여 추가되었다. 물론 직렬저항은 초고역과 초저역에서 진공관 플레이트에 나타나는 동작로드를 감소시키는 역활을 한다.

전체회로 : http://www.dhtsound.com/cgi-bin/technote/board/forum_circuit/image/amity/preamp.gif

3.2:1 로 감압되는 소터 라인드라이버 출력트랜스로 프리앰프의 전체이득은 7119/E182CC인 경우 7배이고, 5687이나 7044인 경우 약간 감소한다. 이 세 진공관 사이의 선택은 개인적인 취향 문제일 것이다. 이 회로는 세가지 진공관 모두에서 잘 작동하고, 동일하게 낮은 디스토션을 가지고 있다.

Aloha Audio의 나의 파트너인 Hiroshi Ito는 얼마전 Amity파워 앰프를 완성하였고, Raven/Amity/Ariel 시스템에 대한 첯번째 반응을 보내왔다.

Lynn에게

나의 레코딩 컬렉션을 모두 다시 듣고 난 후, Amity와 일반 5극관 PP앰프와 트랜지스터 앰프 사이의 차이점에 매우 놀랐습니다. 그 섬세함은 충격을 주었으며, 사라다에서 재료가  혼합되어 있으면서도 각각의 맞이 느껴지는 것처럼, 모든 것이 그 자리에 있었습니다.

이 시스템의 또 다른 특징은 내 트랜지스터 앰프가 감추고, 플래트하고, 박력이 없는 것 처럼 보입니다. Raven의 위력에도 불구하고 ( 조용하고,투명하고, 굉장한 해상력 ), 내 트랜지스터 앰프는 생기가 없고 감정 표현에 부끄러워하는 것 같습니다. 트랜지스터 앰프는 좋은 진공관앰프와 비교해 보면 무언가를 감추고 있다는 당신의 지적을 상기해 보면, 아마도 Raven은 이점을 확실히 해주는 것 같습니다.

이 점은 유럽의 Ariel 제작자들이 제기하는 감추어진 중저역과 피아노의 어려운 점에 관한 문제점을 생각나게 합니다. Amity에서는 이 문제가 전혀 없습니다. 보컬은 충격을 주고 생명감과 감정으로 가득차 있습니다. 이 시스템이 진실로 빛을 발하는 것은 오케스트라와 합창단에서 처럼 깊고 복잡한 프로그램에서 입니다. 스피드와 명확함은 로더에서 나타나는 질감있는 현과 같은 것을 재현해 주며, 음악을 굉장히 활력있게 해줍니다.

음악은 직접 마이크에 대고 말하는 소리 같은 추억을 줍니다. 어떤 SACD가 Amity나 같을지 궁금합니다.

Hiroshi. 

Lynn에게

어제 나는 두친구를 가졌읍니다. Conrad-johnson프리앰프와 5극관 PP 앰프를 가진 한 친구가 내 시스템의 투명성과 섬세함을 믿지 않았습니다. 그가 좋아하는 드뷔시 CD를 들다가 놀라 자빠졌습니다.. 쿼드 ESL과 마란쯔 7C/8B를 가진 다른 친구는 Raven,/Amity/Ariel 시스템의 투명성과 “달콤한 부드러움에”에 경의를 표했습니다. 우리는 신중한 테스트를 위하여 그가 좋아하는 하프 CD를 듣고, 쿼드는 저역에서 스피드와 명확함을 나타내기에는 한계가 있다고 생각했습니다. 모든 것에 대해 그는 깊은 감명을 받았습니다.

Raven,/Amity를 얼마 동안 듣고 난 후에, 내 트랜지스터 앰프가 얼마나 보잘 것 없는지 충격적이었습니다. 자연적이 섬세한 해상력이 없이 플랫트하고, 음악을 아나로그 대신에 포도송이처럼 들려 줍니다.

Hiroshi 

나는 일반인들이 상점에서 보통 품질의 프리앰프로 함께 사용하기 위하여 Amity를 제작하거나 구입할 경우를 생각했습니다. 경험상 이것은 좋은 방법이 아니며, Amity는 좋지 않은 프리앰프를 용서하지 않으며, Amity가 진실로 들려 주는 소리를 들을 수 없습니다. 그래서 나는 자체적으로 라인스테이지를 가진 Aurora 설계를 시작 했습니다. 약간의 계산을 통하여, 직열3극관 버전인 Aurora DHT도 가능합니다. 날카로운 독자는 Raven과는 다르게 Aurora의 초단이 싱글회로임을 알 수 있습니다. 나는 싱글회로에 편견을 가지고 있지 않으며, 이것 역시 낮은 디스토션회로입니다. 300B PP를 드라이버하는 것 처럼 많은 전압을 필요로 할 때는, SE보다는 PP가 더 용이합니다. 대조적으로 인풋회로처럼 적절한 전압이 필요한 경우에는 SE의 단순성이 매력입니다. 그러나 SE입력단을 설계할 때는 정확하고 광대역의 SE-to-PP 전환이 요구되며, 더 중요한 것은 전원 노이즈를 분리하는 것입니다. 이것은 WE86으로 300B PP를 드라이버하는 옛 웨스턴 일렉트릭 회로에 있습니다. 여기에는 지금 우리가 이야기하는  “parallel Feed”, Electra-Print의 “ultrapath” 캐소드바이패스 그리고 SE-to-PP 트랜스결합이 모두 한 회로에 결합되어 있습니다. 웨스턴 일렉트릭 기술자들이 1935년도에 이 것을 알았단 말입니까. 모자를 벋고 경의를 표합니다. 소터 9100트랜스는 현대적 버전을 가능케 해줍니다. 트랜스의 전대역을 유지하면서 정확하게 SE-to-PP 전환을 하여 줍니다.

전체회로 : http://www.dhtsound.com/cgi-bin/technote/board/forum_circuit/image/amity/Amity-Integrated.gif

중간 파워의 라디오관중 27에서 6SN7 계열군은 가장 직선적이고 좋은 소리를 내는 관입니다. 피드백이 모든 문제에 만능의 해결사가 되기 전에는 진공관 디자이너는 직선성이 좋은 관을 설계해야만 했습니다. 가장 직선적인 관이 가장 오래된 것이라는 것은 우연이 아닙니다. Aurora의 초단은 진공관 스윙이 쉽게 설계되었습니다. 모험적인 제작자는 20년대말의 26 또는 최근의 AVVT AV20같은 직열3극관을 사용하는 방법도 알 수 있을 것입니다.

 Aurora 회로에는 나타나지 않았지만 DACT 인풋 셀렉터 스위치를 추가하거나 디지털소스의 인풋을 위하여 Jensen JT-10KB-D같은 1:1 isolating 트랜스를 추가할 수 있습니다. 1:1 트랜스는 그라운드하지 않고(고로 그라운드 루프를 제거함) 디지털 소스로부터 RFI를 필터합니다. 1:1 트랜스를 추가하고 싶으면, RCA나 XLT같은 인풋 단자로부터 가능한 짧게 연결하는 것이 중요하며(1인치 또는 이하), 인풋선이나 인풋 잭이 앰프 샤시와 접지되면 않 됩니다. (RCA나 XLR은 플로팅되어야 함). 접지되어야 하는 것은  트랜스2차측의 정전 실드입니다. 이 것은 디지털 소스로 부터 발생하는 초고역의 쇄하는 노이즈의 방어벽을 형성합니다. 모든 디지털 소스는 100kHz이상에서 노이즈와 쇄하는 것을 가지고 있습니다. 이러한 것이 아나로그 회로에서 잘 걸러진다면 전체적인 소리는 더 깨끗해지고, 더 조용해 지며, 보다 자연적이고 아나로그적인 소리가 나타납니다. 최고의 필터는 트랜스이며, 디지털소스와 아나로그 회로 사이에 금속적 연결없이 그라운드 접속을 가능케 하기 때문입니다. 

전체회로 : http://www.dhtsound.com/cgi-bin/technote/board/forum_circuit/image/amity/Amity-Chassis4.gif

상호대칭적인 샤시 레이아웃을 통하여, 볼륨 콘트롤을 편하게 하고, 전원트랜스와 쵸크를 민감한 오디오 회로에서 격리 시켰읍니다. 구리는 강하지 않고, 구멍을 뚤기도 어렵고 하여 샤시에 좋지 않은 재료입니다. 그러나 훌륭한 컨덕티비티와 그라운드 연결의 용이성이 좋은 장점이 있읍니다. 이것은 작은 것이 아닙니다. 앰프의 모든 선들이 은이나 구리이지만 이것들 중 일부분은 샤시에 연결되어야 합니다. 알미늄에서 구리보다 구리대 구리가 더 연결하기 쉽습니다. 납땜의 어려움을 말하는 것이 아닙니다. 그라운드 연결에서 충돌이 없다는 것을 확신할 수 있습니까. 충돌은 “정류”의 또 다른 말 입이다. 최고의 기준에서 우리가 원하는 마지막은 제로 볼트인 것입니다.

가볍운 구리샤시의 비싼 가격에 대안은 알루미늄 샤시에 동도금을 하는 것입이다. 은도금된 동판이 저저항샤시를 위한 최고의 선택이라는 데에는 의문이 있습니다. 적어도 산화은은 컨덕티브하고 산화동 또는 산화 알루미늄보다 더 심각합니다. 은의 최대 장점은 산화동에 비해 산화은의 전기적 특성이 더 좋다는 것 이외에는 없습니다. 

회로설계철학

Harvey Rosenberg( Gizmo로도 잘 알려짐 )가 나의 회로설계철학을 정리해 달라고 요청하여 아래와 같이 정리하였다. 나는 하이엔드의 주류도 아니고, 싱글앰프/혼 스피커의 열렬한 추종자도 아니므로, 생각할 시간이 필요하였다. 나는 나의 길을 갈 뿐이고, 일반인들이 간과하는 오디오의 사각지대를 탐구하고, 지나간 20년대부터 60년대까지 세계적으로 유행한 기술스타일을 탐구하는 것을 좋아한다. 스피커 설계는 나에게 지대한 영향을 미쳤다. 좋은 스피커는 피드백이 없고, 선택할 수 있는 최고의 드라이버 유니트를 선택하는 것 부터 출발한다.

1) 토폴로지와 능동소자는 절대적으로 최소한의 디스토션을 위해 선택되어야 하며

    특히 고차의 고조파왜율을  줄이는 데 주의를 기울어야 한다.  5극관, 4극관, 트랜지스트, MOSFET, GBT 그리고 12AX7,12AU7,12AT7,6DJ8과 같은 직선성이 좋지않은 3극관 같은 것은 선택하지 않았고, 모든 소자는고차의 고조파왜율을 절대적으로 최소화하고, 2차 고조파 비율이 적절한 것을 선택하였다. 이러한 것은 30년대 중반의 직열3극관과 60년대 초반의 높은 transconductance 3극관을 선택하게 하였다.  

12AX7, 12AU7과 같은 50년대 중반의 유행은 피드백 만능 시기에는 6SL7,6SN7과 같은 우수한 8핀 동등관으로 대체되었으며, 디스토션의 1/3 저하도 소리없이 사라졌다. 12AT7은 틀어진 곡선을 가지고 있는데, TV,비디오앰프(이것에 맞게 설계되었음)에는 좋으나, 오디오용으로는 별로 좋지 않다.

6DJ8/6922는 칼라TV캐스코드 RF 앰프용이고,결코 오디오용으로 만들어지지 않았다. 이 관의 이른바 매우 주관적인 “섬세함”은 단순히 3차고조파비율이 높기 때문이며, 또한 우수차 고조파를 상쇄시킬수 없기 때문에 3극관에서는 매우 바람직하지 못하고, PP회로에서는 더욱 더 바람직하지 못하다.  

2) 각 능동소자의 직선성을 최적화하는 회로

     3극관에 대하여, 이것은 초크 또는 트랜스 부하 결합을 의미하며, 결코 RC(저항,콘덴서) 결합방식을 의미하지 않는다. RC결합이, 전체적인 피드백을 사용하여 고역대역을 확장시키는데 필수적이며, 또한 초크,트랜스 부하에 비해 상대적으로 3극관의 디스토션을 1/2 내지 1/4을 감소시킴에도 불구하고, 선호하지 않는다.

    나는 개인적으로 단순성, 신뢰성 그리고 능동부하의 착색의 회피성 등으로 쵸크 또는 트랜스 부하를 좋아한다. 나는 고전압 진공관과 잘 어울리는 반도체를 만나는 행운을 갖지 못하였으며, 신뢰성과 예측가능성을 가지는 全진공관 회로를 선호한다. 전진공관 회로에서는, 진공관의 불빛만 보아도 이것이 잘 동작하는지 알 수 있으며, 단순히 교체함으로서 고칠 수 있다.

드라이버와 출력관 사이에 RC결합을 제거 함으로서 생기는 추가적인 장점은 과부하로 부터의 즉각적인 복귀이다. 출력관에 대한 올바른 바이어스점으로 복귀하는데는 RC결합에서는 일반적으로 수백m초가 소요된다. 이것은 기타앰프에서는 굉장한 장점이나, 즉각적인 복귀가 보다 더 요구되는 하이파이 앰프에는 별로 좋지 않다.

3) 국부적 이거나 전체적으로 제로 피드백

    어떤 사람은 모든 3극관은 많은 양의 자체적인 피드백을 갖고 있다고 말을 하나, 나는 이에 대해 저차 고조파음에 대한 고차 고조파 비율이 이것을 감소시킨다고 말하고 싶다. 어떤 형태의 피드백은 고조파의 비율에는 영향을 미치지 않고, 단순히 그 크기를 변화시킨다. 직열3극관과 좋은 방열3극관의 유일한 증명은 고차 고조파가 없다는 것이다. 이것은 1)에서 언급한 것과 같은 다른 소자에는 사실이 아니다.  피드백은 절대량을 감소시키나 존재하는 고조파의 비율에는 영향을 미치지 않는다.

그러므로 회로 및 소자에서 자체적으로 직선성을 가지면, 피드백이 필요가 없다.

4) 적절한 드라이버의 설계

대부분 상용 진공관앰프는 드라이버 회로에서 1내지 2db정도의 여유를 가지고 있어, 전체앰프는 순식간에 클립(clib)한다. 회복에는 긴 시간이 소요된다. 나는 3내지 6db정도의 여유를 가져, 출력단이 클립점을 초과하더라도 드라이버가 직선성을 유지할 수 있게 한다.

아마도 더욱 중요한 점은 드라이버가 적절한 전류와 낮은 출력 임피던스를 가지는 것 일 것이다. 대부분 앰프의 착색은 사실상 드라이버에서 되며, 출력관의 그리드를 적절히 Charge시킬 충분한 전류를 공급하지 못한 결과이다. 직열3극관마다 다른 소리는 드라이버에서 충분한 전류를 공급하지 못한 것이란 점을 Arthur Loesch에게 정확히 지적해 주었다. 충분한 전류를 통하여, 보다 투명한 소리를 내며, 알려진 소리 색깔을 잃기 시작한다. 이 사실은 그리드 전류는 존재하며, 매우 비직선적이라는 것을 의미한다. 전류를 더 많이 흘리면, 소스 임피던스는 더 낮아지고, 소스 임피던스가 더 낮아지면 이 그리드 전류의 비직선성은 덜 중요해 진다.

5) 정류관 스위칭 노이즈의 제거

가장 노이즈가 많은 회로는 대용량의 전해콘덴서를 가진 반도체 브리지 회로이다.(거의 대부분의 트랜지스터 앰프 및 히터의 DC공급 회로에서 발견된다)

다이오드의 노이즈는 L과 파워트랜스 2차측의 C로 구성된 RLC에 충격파를 준다. 이 탱크회로의 공명은 4에서 20kHz까지 어디에서나 나타나며, Q’s는 크며, 콘덴서의 DCR에 따라 5에서 100까지 어디에서나 있다. 이것이 좋고 용량이 큰 전해콘데서를 병열 연결하는 이유이며, 빠른 폴리프로필렌은 자주 최악의 소리를 야기한다. 이것은 또한 파워 코드선을 오디오용으로 하는 이유이기도 하다. 이 선은 대부분 전원공급장치가 유사하게 닮은 조그만 테스라 코일에 대해 안테나 역할을 한다. 전원공급장치가 노이즈를 샤시, B+전원선, 오디오회로 그리고 전원선에 노이즈를 전달한다. 이 광대역의 노이즈는 걸러지거나 실드처리 될 수 있으나 발생 소스에서부터 스위칭 노이즈를 제거하는 것이 더욱 쉽다.

쵸크정류는 쵸크가 전원 콘덴서의 전류 차지를 서서히 하기 때문에 더욱 조용하다. 나는 전원 PS 쵸크의 충격을 최소화하기 위하여 하이브리드 쵸크입력/파이 필터를 사용한다.

( 이 내용은 Radiotron Designers Handbook의 4판에 있다)

불완전한 사인파의 관점에서, 반도체는 가장 최악이며, 그 다음은 Schottky 다이오드와 Hexfred이며, 다음은 전통적인 진공관정류방식, 다음은 파워트랜스의 2차측의 AC파 관점에서 가장 스무스한 TV 댐핑 다이오드이다. 2배 피크 전류와 함께 이것은 내가 이용하는 이유이다. 30초간의 웜업 시간은 보너스이기도 하다.

결론 :

이 내용은 개인적 선호에 대한 내용이지, 좋은 소리에 대한 Rosetta Stone은 아니다. 설계자는 개개인 마다 다른 우선순위를 가지고 있으며, 이것이 전기적 소리가 다른 이유이기도 하다. 최고는 없다. 머리에서 아이디어를 짜 내어라. 이것은 탐욕스러운 판매가와 게으른 비평가들이 선전하는 유해하고도 추한 전설이다. “절대적 사운드” 란 잘 못 된 것이다. 누구에게 절대적인가? 잡지에 글을 쓰고 발행하는 것을 아는 스스로 임명된 “전문가”에게 인가?

어리석지 마라. 당신 귀로 듣는 것을 믿어라. 사람들은 각자 다른 것을 듣는다. 당신의 느낌은 당신에게 유일한 것이다. 나는 20여년 이상 하이엔드 오디오에 종사해 왔으나, 나와 같은 소리를 듣는 사람은 2-3명 정도이다. 오디오의 인식은 좋아하는 음식 또는 사랑하는 사람, 인생의 동반자들과 같이 아주 개인적인 것이다. 왜 알지도 못하는 사람의 가이드라인을 채택하여야 하는가? 스스로 듣고, 상점이나 하이파이 쇼에 가서 모험적인 제작가가 무엇을 하는지 들어 보라. 아마 놀랄 것이다.

디스토션의 측정

이 스펙트로그램은 1.6와트에서 Amity앰프의 고조파왜율을 나타낸 것이며, Tektronix SG505 신호발생기와 휴렛패커드 8535A 스펙트럼 분석기에 의해 측정되었다. 이 앰프에 디스토션이 없다면 이 그림의 위쪽에서부터 그림 밑쪽의 풀밭 같은 곳까지 1kHz 신호가 하나만 나타날 것이다.

수직축은 크기(0-100db)이며 수평축은 주파수(0-10kHz)이다. 수평라인은 10db간격으로, 수직라인은 1kHz간격으로 나뉘어져 있다. 2차 고조파는 큰 신호에서 오른쪽으로 한 간격 떨어져 있는 2kHz이다. 작으면 작을수록 디스토션은 작은 것이다. 그림 위쪽에서부터 7번째 간격에 신호가 있고, 이것은 1kHz의 70db 아래에 있는 것을 의미한다. –70db는 0.03%와 같으므로, 2차 고조파왜율은 약 0.03%이다.

이 신호의 오른쪽 있는 다른 신호는 위쪽에서 약 6.5간격이 떨어져 있어 기준선의 65db 아래 약 0.05%이다. 이것이 3차 고조파이다. 5번째 약간 작은 노이즈가 있는데 약 82db 즉 0.008%이다. 나머지는 노이즈가 약 –92에서 –95db 수준인데 기계의 측정한계를 벗어난 것으로 앰프 노이즈라 볼 수 없다.

이 그림은 Harry F. Olson이 측정한 것으로 ( 본 내용과는 관련성이 없음) 6F6싱글과 2A3 싱글 앰프의 고조파왜율을 나타낸 것이다. (수직라인 간격은 20db임)

H.F. Olson은 싱글 회로를 측정한 것이지 PP회로를 측정하지 않은 것에 주목하라. 그가 완전히 배런스된 PP회로를 측정했다면 우수차(2차,4차,6차) 고조파는 완전히 사라질 것이며, 기수차(3차,5차,7차..)고조파는 크기나 비율에 있어서 그대로 있을 것이다. 완전히 밸런스된 PP회로는 실제로는 존재하지 않으므로 우수차 고조파는 약간 존재할 것이며, 불완전한 밸런스의 정도에 비례 할 것이다. 10%의 불완전한 밸런스는 (매우 큼) 우수차 고조파를 약20db정도 감소시키며, 5%(보통인 경우)는 약 26db, 1%는 약 40db감소 시킬 것이다.

실제적으로 동적 상태에서 1%의 이득 매칭은 실현하기 힘든 것이다. 더 나아가, 기수차 고조파만 남고 우수차 고조파가 완전히 사라진 상태에서 무엇이 좋을까. 좋은 3극관에서는 일반적인 5%의 불완전한 밸런스는 우수차와 기수차 고조파가 같은 레벨을 가진다. 그러나 비직선 3극관은 기수차 고조파의 비율이 더 많아서, PP회로에서 많이 나타나는 트랜지스터 소리에 가까운 결과를 초래한다. 이것은 PP회로 설계시 3차 고조파왜율이 낮은 3극관을 찿는 중요한 이유이다.(다른 말로 한다면 6DJ8은 아니다). 싱글회로에서 3극관을 바람직하게 하는 중요한 특성, 즉 적절한 2차 고조파, 아주 낮은 3차, 는 PP회로에서도 더욱 더 중요한 것이다.

50년이 지나고 완전히 다른 기계임에도 불구하고, H.F. Olson의 2A3 1W 싱글앰프의 스펙트로그램은 1.6W 상태의 Amity PP앰프와 매우 유사하다. 3차 고조파가 –60db로 거의 같다. PP회로는 싱글회로와 비교하여 2차고조파를 약 26db 감소시킴을 기억하라. 이것은 5% 언밸런스 PP회로에서 예측되는 것과 거의 일치한다.

제로 피드백으로(국부적이던 전체적이던) 직열3극관 A급 PP앰프는 20db의 피드백을 가진 윌리엄손스타일의 5극관 앰프와 같은 ( 또는 더 낮은) 디스토션을 가진다. 이것이 직열3극관의 인상적인 직선성에 대한 코멘트이다. 뿐만 아니라 높은 차수의 고조파없이 더 깨끗한 디스토션 스펙트럼을 가진다. 이것이 3극관이 가지는 아주 표현하기 어려운 “direct”하고 “Fresh”한 소리는 내는 중요한 이유이다. 다른 기기들은 좀더 “통조림처럼”, “전기적인” 소리를 내는 특징을 가지고 있다. 귀는 피드백에 의해 바보가 되지 않는다. 우리가 듣는 것은 앰프기기 자체의 실제적 특성들이다.

이것이 내가 소자의 차원에서 직선성이 앰프의 가장 중요한 질적 특성이라고 느끼는 이유이다. 이러한 이유는 내가 스피커 디자인을 한 경험에서 느낀 것이다. 즉 드라이버 유니트의 질이 전체 시스템의 음향적 가능성의 최고 한계점이 되는 것이다. 다른 말로 한다면 앰프의 구성요소 자체가 시스템의 음향적 최고 한계점을 설정하는 것이다.

결  론

 이 연구는 매우 기술적인 것으로, 이해하기 곤란한 경우, 경험많은 진공관앰프제작자를 찿아가 진공관앰프를 체계적으로 배우라. 진공관앰프는 고압과 고온을 다루므로 매우 위험하고, 심지어 생명의 위협이 될 수도 있다. 진공관앰프 제작은 인터넷을 통하여 배우는 것 만이 아니라, 경험 많은 전문가의 도움을 받아 연장을 들고 직접 행하는 것이다. 이 세계로 눈을 돌리면, $2000달러 짜리 최신 오디오용 케이블을 비교하는 사람 보다도 더 많은 즐거움을 찿을 수 있을 것이다.