진공관 프리앰프 프로젝트 [3] ㅡ IC로 프리앰프 만들기

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진공관 프리 제작기에 웬 IC? 네 가지 이유로 IC 프리앰프를 먼저 만들게 되었다. 첫째 이유 - 앞 기사에서도 언급한 것 처럼 역 RIAA 필터가 과연 실동작 시 얼마나 정확한지, 또 시정수를 미조정하는 데 얼마나 유용한지 확인. 두 번째 - IC로 어디까지 할 수 있나 테스트. (장차 고급 오피앰프를 써서...)세 번째 - 진공관 프리를 평가할 스탠다드가 필요함과 동시에, 진공관 회로로 IC 회로를 특성상 능가할 수 있는지 보기 위해서. 마지막으로, 보다 현실적이고 긴급한, 그러니까 진짜 이유 - 진공관으로 프리를 만드는 것은 오래 된 꿈이고 또 단단히 마음먹고 시작한 프로젝트이다. 시간이 많이 걸린다는 얘기다. 부품 조달도 단번에 되지 않는다. 몇 달이 걸릴 것을 예상하고, 시청해 가면서 이리저리 조정하는 데는 일 년이 걸릴 지 모른다. 만드는 것도 재미있지만... 그 동안 어쨌든 음악을 들어야 하지 않는가?

TR로 제대로 만들려면 진공관으로 만드는 것 보다는 덜하겠지만 제법 품이 들 것이다. 그래서 익숙하고 수월한 IC로, 우선 음악을 들을 수 있도록 만들게 된 거다. 최근 IC도 많이 좋아졌다고 해서, 최대한 이것저것 바꿔가며 소릴 들어볼 수 있도록 만들고자 했다. 우선은 손에 익은 아날로그 디바이시즈의 AD712와 AD826, AD811을 써서 만든다 - 712는 오디오 전용으로 개발된 놈이지만 나머지 둘은 오디오용이 아닌데, 특성상 별로 흠잡을 데가 없기도 하고 뭣보다 이미 갖고 있기 때문이다. 나중에 요즘 많이들 쓰는 버브라운의 OPA604나 OPA132를 꽂아 써 볼까 한다. 아날로그 디바이시즈의 AD797이나 버브라운 OPA627도 생각이 있지만 비싸서... 특히 OPA627은 손톱만한 오피앰프 하나에 2만원이 넘는 가격! (흔히 쓰는 TL081은 개당 천원 정도 한다. 제법 비싼 712도 3천원 정도.)

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오피앰프를 사용한 라인앰프 설계는 그리 복잡하지 않지만 op-amp로 좋은 소리를 내려면 좀 궁리를 해야 한다. 아래는 간단해 보이지만 보기보다는 얘기할 게 많은 회로이다. 아날로그 IC 쪽으로 익숙한 사람이 한 번 척 보면 이게 어디서 베낀 건지 당장 알 것인데, 유명한 월트 정의 버퍼 회로 디자인을 갖다 쓴 것이다.

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뒷 단이 유니티 게인의 버퍼로 동작하는 것은 보면 알 터이지만, 피드백 거는 법이 독특하다. 일반적으로 유니티 게인 버퍼를 쓰는 경우 증폭을 담당하는 초단 오피앰프는 최종 출력에서 피드백을 따 오게 된다. 이 회로에서는 네스티드 피드백이라고, 각각의 오피앰프에 독자적인 피드백을 걸고 다시 전단 피드백을 거는 방식을 채택하였다. 이런 복합 피드백은 상당히 위험한 기술로, 사용하는 오피앰프가 고성능이고 또 안정한 특성을 지녀야 한다는 제한이 따른다. 물론 AD826이나 AD811은 이런 점에 전혀 문제가 없고, 사실 이렇게 구성해서 쓰도록 만들어진 앰프들이다.

복합 피드백의 장점은 대단히 넓은 대역에서 낮은 왜곡을 달성할 수 있다는 것이다. 초단 오피앰프가 독자의 피드백 라인을 가짐으로써 전체 회로의 게인 정수와 무관하게 가장 특성이 좋은 정수를 잡을 수 있고, 또 버퍼와 전단 피드백을 통과하기 전에 오디오 대역을 커버하는 출력 대역폭을 저왜곡으로 송출할 수 있다. 대역이 이미 충분히 넓은 신호로 전단 피드백을 드라이브하기 때문에 최종 출력의 왜곡이 낮아지는 것이다.

후단의 버퍼에는 비디오 버퍼로 쓰는 AD811을 사용했다. 이 오피앰프는 버퍼용으로 널리 사용되는 고성능 IC인데, 오피앰프로서는 꽤 우수한 100mA의 대전류 용량을 자랑한다. FET 입력으로 엄청 낮은 입력 오프셋 전류를 지니고, 따라서 직류 피드백 없이도 DC 커플링이 가능하다. 우수한 노이즈 특성은 물론이고 이상적이라는 커런트 피드백 방식을 채용하고 있다.Burr-Brown의 BUF 라인 칩들도 좋다고 한다. 대단히 비싸긴 하지만 버브라운의 OPA627은 약간 낮은 전류 공급 능력 (80mA) 을 제외하면 모든 면에서 AD811 보다 우수하고, 거의 믿을 수 없는 성능을 보인다... 아직 써 보지 않아서 소리는 어떤지 알 수 없지만...

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IC로 포노 EQ 설계하는 것은 약간 더 까다롭다. 앞의 기사에서도 썼지만, 오피앰프 하나로 저역에서 천 배까지 증폭을 하려면 디스토션이 상당히 많아진다. 그래서 두 개를 씨리즈로 쓰고, RIAA 필터도 둘로 나눠 넣었다. 1단에서 저역 시정수를 잡고 두 번째 단 오피앰프에 고역 시정수를 넣었는데, 이렇게 구성하면 헤드룸은 좀 낮아지지만 노이즈 특성이 좋다. IC 포노 EQ 최대의 문제점이 바로 노이즈이므로, 이 방식을 선택하였다.

2단째의 IC 회로는 흔히 쓰는 씨리즈피드백이 아닌 션트피드이다 - 역상 출력이 되므로 카트리지의 배선을 뒤집어야 하는 불편을 감수하면서 션트 피드백을 쓰는 이유는, 션트 피드백의 필터 특성이 씨리즈 피드백보다 정확하기 때문이다. 고역 시정수는 저역보다 정확도를 많이 요구하므로, 고역 시정수가 들어가는 2단째에서 보다 정확한 커브를 얻을 수 있는 션트피드백으로 구성한 것이다. 앞단도 션트 피드백으로 하면 역상-역상으로 정상 출력을 얻을 수 있지만, 노이즈가 많아지기 때문에 그렇게 하지 않았다. 션트 피드백은 입력에 직렬로 들어가는 저항 때문에 씨리즈 피드백 구성보다 노이즈가 많다. 노이즈가 낮아야 하는 초단은 그래서 씨리즈 피드백, 정확한 필터 특성이 필요한 2단째는 션트 피드백. 여기다가 유니티 게인의 출력 버퍼를 션트 피드백으로 구성해서 달면 3단짜리 호화 EQ가 되겠지만, 이 회로는 한 섀시 안에 EQ랑 라인이랑 같이 들어갈 거기 때문에 그렇게까지 할 필요는 없을 것이다. 만약 이 회로를 써서 포노 전용으로 만들 거라면 션트 피드백으로 구성한 버퍼를 달아 3단으로 만들면 좋을 것이다.

아, 그리고 션트 피드백을 뒷 단으로 쓸 때 장점이 하나 더 있다: 버추얼 그라운드 입력이므로 (플러스 입력 핀이 그라운드에 접속) 입력 오프셋이 아주 낮아져, 출력에 커플링 컨덴서를 안 써도 된다. 나중에 FET 입력이 아닌 IC도 써 볼 예정이므로 이건 중요한 특징이다.

우선 이건 회로도이고,

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이건 주파수 특성 시뮬레이션이다. 1KHz에서 게인은 37.3dB로, 표준인 40dB 보다 약간 낮은 편이지만 이만하면 충분히 쓸 수 있다.

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회로가 간단한데다가 임시로 쓸 건데 돈 들여가며 기판을 뜰 필요가 없다고 생각했다. 만능기판이다. 통은 파메탈 공장에서 2만 5천원 주고 샀는데 알미늄에 동 도금한 2.5미리 두께의 섀시가 이만하면 아주 싸다. 트랜스는 부품통에 굴러다니는 놈 아무거나, 다른 부품들도 대개 부품 통에서 조달해서 쓴다. 비싼 부품이 있다면 셀렉터로 쓰는 NKK제 토글과 뱀파이어 제 RCA 잭, 그리고 노블 제 50K 볼륨 정도. 이건 내부고,

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이건 뒷면.

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이제 측정하고, 또 들어본다. 이건 지난 번 제작한 역 RIAA 회로를 끼워서 실제 측정한 결과이다. 뭐 놀랄 일도 아니지만 대단히 정확하다. 오피앰프로 NFB 걸어서 만들었는데 정확하지 않으면 오히려 이상하지. 이걸로 역 RIAA 필터의 유용성을 입증했다고나 할까...

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포노 단의 노이즈는 -76dB로, 제법 우수하다. 기대했던 이상이고, 이만하면 IC EQ로는 갈 데까지 갔다는 느낌. 포노 단의 디스토션은 1KHz에서 -72dB. 측정 기준 레벨은 5mV이다. 글쎄, 특성상으로는 이만하면 되었다 싶은데, 소리는 약간 미흡하다... 듣기는 편하고 스무드하지만, 소리에 기백이랄까 통쾌한 맛이 약하다. 늘 소리가 사나우면 물론 안 되겠지만, 거칠고 호탕한 음악을 틀었을 땐 그런 분위기를 제대로 내 줘야 할 텐데... 그리고 고역이 야아아아악간 까칠까칠하다. 비단결같은 촉촉한 느낌은 아무래도 나지 않는다. 음장감도, 넓기는 한데 깊이가 다소 얕고... 글쎄, 10만원도 채 안 든 프리앰프 치고는 그만하면 썩 훌륭한 셈이지만. 뭐, 그러니까 진공관으로 만들려고 하는 거지.

2005/11/23 05:29 2005/11/23 05:29

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