작년 말에 잠시 짬을 내어 작은 앰프 하나를 만들어 봤다. 작년 하스 정모에 참석했을 때 만난 김창훈님이 강력하게 추천했던 앰프인 하스 신정섭님의 Simple Class-AB Headphone Amp이다. 그람슬리 솔로를 비롯한 여러 상용 앰프에 사용된 회로이기도 하고 평이 좋다는 말에 혹해서 손을 댔다.

그렇지만 내 주된 관심은 Simple Class-AB Headphone Amp 자체보다도 USB 코덱에 덧붙일 저전압에서 작동하는 간단한 회로의 헤드폰 앰프 물색에 있었다. 신정섭님의 소개에는 최저전압이 9볼트(+-4.5V)로 나와있는데 +-3.3V에서도 제대로 작동할까 하는 의심 반 호기심 반에 테스트 삼아 한 번 만들어 보았다.

증폭부는 저항을 세워서 사용하기보다는 눕혀 쓰기를 좋아해 저항을 눕힌 앰프의 배선도를 새로 그렸지만 마침 짜투리 PCB를 발견하여 그것을 활용하자는 생각에 신정섭님이 공개한 배선도를 거의 그대로 사용했다. 테스트용 OP앰프는 저전압에서 동작하는 JRC4556을 사용했다.

전원부는 하스 김준범님의 "Cosmeier? or Meierdac?"의 공급 전압을 -전압으로 바꿔주는 볼테이지 컨버터를 이용하는 전원부 아이디어를 참고하여 LM2663을 사용했다.

전원 입력과 시그널 입/출력은 모두 핀커넥터를 사용했고, 배선작업은 최대한 짧게 하고, 접지 면적은 동테이프를 사용해 가능한 넓게 만들려고 했다.

알레프(Aleph) 헤드폰 앰프 제작기를 소개한다. 올해 2월에 손을 댔는데, 짬짬이 작업하느라 6월 말에야 완성했다. 그동안 연재했던 자작기를 정리해서 포스팅한다.


알레프 헤드폰 앰프!

알레프 헤드폰 앰프는 하스의 지승배님이 천재적인 앰프 설계자로 유명한 넬슨 패스(Nelson Pass)의 알레프 3(파워앰프)를 베이스로 하여 헤드폰 앰프나 소출력 파워앰프로 쓸 수 있게 만든 앰프이다. 알레프 파워앰프는  순A급 증폭을 하는 비교적 간단한 회로에 기반하고 있는데 비진공관계열의 앰프이면서도 상당히 매력적인 소리를 내는 파워앰프로 널리 알려져 있다.

헤드폰 앰프나 소출력 파워앰프라는 컨셉에 맞게 알레프 3의 2병렬 출력단을 1단으로 줄여서, 어찌보면 일종의 미니 알레프라 할 수 있지만 미니 알레프가 보통 출력용 모스펫으로 IRF6XX계열을 주로 사용한다는 점을 고려할 때 알레프 3의 경량화 버전이라 보는 편이 더 적당할 것이다.

전원부를 알레프 파워앰프와 달리 정전압부로 했는데, 그 이유는 헤드폰의 경우 스피커보다 귀를 가까이 대고 듣기 때문에 아무래도 잡음에 민감하여 전원부의 미세한 험조차 쉽게 들릴 수 있는 점을 고려했기 때문이라 생각된다.

그리고 전원 온/오프 시의 문제를 해결하기 위해 뮤트 회로부를 추가했다. 뮤트부는 타이머 IC와 릴레이를 사용해 설정한 시간만큼 출력을 접지와 쇼트시켜 출력이 되지 않게 하는데, 전원을 켜고 끌때 발생하는 과도한 DC Offset으로 인해 헤드폰이나 스피커 유닛이 손상되는 위험과 팝업 노이즈를 막는다.


알레프 헤드폰 앰프(공구 버전) PCB의 오류와 패치

이 알레프 헤드폰 앰프의 PCB는 하스에서 공구한 것으로 지승배님이 이벤트로 선물해준 테스트 버전의 PCB와 다르다. 전원부의 정전압부를 안정적으로 작동하며 많은 전류 소모를 감당할 수 있는 정전압 레귤레이터인 LT1085/1033를 사용한 HPS로 바꾸고, 소출력 파워앰프로도 활용할 수 있게 평할용 캐패시터를 2200uF 8개에서 3300uF 18개로 대폭 늘렸다. 그래서 PCB의 크기가 테스트 버젼보다 더 커졌다.

공구 버전의 PCB 제작 때 초기 물량에 미미한 오류가 있었는데, Q6N(LT1033 혹은 LM337)쪽에 오류가 하나 있다. 원래 ADJ-IN-OUT 배열이어야 하는데 ADJ-OUT-IN의 순서로 PCB가 만들어졌다. 내가 받은 PCB가 그 오류가 있는 것이다.

패치는 두 가지가 가능한데, 하나는 PCB의 패턴을 끊고 ADJ-IN-OUT 배열에 맞춰 와이어링해주는 것이고 다른 하나는 IC의 인/아웃 핀을 구부려 위치를 바꿔 PCB의 ADJ-OUT-IN 홀에 맞추는 방법이다.

첫 번째 방법-패턴에서 패치하는 방법은 다음 링크를 참고하면 된다. 단 이 경우 HPS 원회로에 따라 LT1033의 OUT 핀과 D1N의 캐소드를, LT1033의 IN 핀과 D1N의 애노드를 연결해야 한다.(하스, 지승배의 "기판 공구 신청자분들께" 참고)

여기서는 두 번째 방법-PCB의 패턴을 그대로 사용하고 IC의 핀 위치를 바꿔 패치하는 방법을 적용한다. 이때 약간 나선형으로 구부려 서로 닿지 않게 해준다.

높이가 낮은 다이오드부터 다리를 구부린다.


PCB에 실장하고 납땜하기 위해 뒤집는다.


다이오드의 납땜을 끝냈다.

다음으로 저항을 납땜하는데, 사용한 저항은 모두 1% 오차의 국산 금속피막 저항이다. 저렴한 가격 때문에 애용한다.

다음으로 낮은 1/4 저항의 다리를 구부린다.


마찬가지

나머지 과정은 모두 같은데, PCB에 부품을 삽입하고 뒤집어서 납땜하면 된다.

홀간격이 좁은 D1의 경우만 다리를 저렇게 접어주면 된다.

계속해서 높이가 낮은 부품 순서로 장착 및 납땜한다.


1.5옴 2W 저항은 5% 오차의 산화금속피막 저항을 사용했다. 개인적으로 권선저항보다는 산화금속피막 저항을 선호한다. 전혀 이성적인 판단이 아니지만 권선저항은 비록 무유도 타입이라 하더라도 왠지 꺼리게 된다.

증폭부의 가변저항 100K는 출력석의 바이어스 조절용이다. 발열에 따라 전류량을 조절할 생각에 고정저항을 쓰지 않았다.

전원부의 가변저항은 부품 목록의 20K과 달리 5K이다. 꼭 제시된 용량을 써야하는 것은 아니고 가변전압 레귤레이터의 출력전압 계산 식에 맞춰 저항비만 바꿔주면 된다. 그래서 R32에는 220옴 저항을 넣었다.

릴레이는 부품 목록에 제시된 OMRON G6S을 사용하지 않고, TAKAMISAWA NA12W-K를 썼다. G6S와 핀 호환이 되는 제품이며 스펙 역시 대동소이하다. 특별한 의도로 NA12W-K를 쓴 것은 아니고 G6S 판매처를 몰라 헤매다 우연히 이 릴레이를 구했기 때문에 사용했다.

TR은 범용 NPN TR인 2n2222이다. 알레프 앰프의 원회로에서 사용하는 MPSA18이나 ZTX450를 쓰면 좋겠지만 구하기 쉬운 부품을 선호하는 편이라 아쉬움 없이 2N2222를 사용했다.


다음으로 입력단자을 작업한다.

입력단자는 골드핀을 사용했다. 근본적으로 이런 단자를 사용하지 않는 편이 음질에는 가장 좋겠지만 편의성 때문에 사용한다. PCB의 미스 프린팅은 사포로 살짝 갈아내 지웠다.

다음으로 정류부를 완성하여 제대로 전압이 출력되는지 체크했는데 정상적으로 작동하는 것을 확인할 수 있었다.

알레프 헤드폰 앰프의 정류용 다이오드는 TO-220 패키지의 듀얼 타입의 다이오드를 쓰게 되어 있다. common cathode 타입의 다이오드는 쇼트키(Schottky) PBYR1545CT(Philips, 45V/15A)를, common anode 타입의 다이오드는 패스트 리커버리(Fast-Recovery) FMU-26R(Snaken, 600V/10A)를 사용했다. 짝이 딱 맞지 않는 점이 아쉽지만 가능한 좋은 스펙의 다이오드를 쓰고자 했다.

정류잡음 방지용 캐패시터는 적층세라믹 캐패시터(MLCC) 0.1uF을 사용했다.


나머지 전해 캐패시터를 실장한다.

전원부의 전해 캐패시터는 삼영 KXL 3300uF/35V와 KMG 4700uF/35V, KMG 3300uF/35V를 섞어서 사용했다. 나중을 위해 기판에 캐패시터 2개 분의 공간을 비워놓았는데 그 부분만큼을 고용량 전해로 보충하기 위해서 였다.(보다 현실적인 이유는 기존에 가지고 있던 캐패시터를 처리하기 위해서이다. ㅡ.ㅡ;;)

증폭부의 220uF 캐패시터로 부귀환(Negative Feedback) 필터에는 오스콘 220uF/10V를, 나머지 부분에는 삼영 KXL 220uF/35V를 사용했다.(하스 권재구의 "알레프 헤드폰 앰프 제작중.. ver 0.95"에서 각 220uF 캐패시터에 걸리는 대략적인 전압에 대해 알 수 있었다.)


뮤트부

지승배님의 알레프 헤드폰 앰프의 뮤트 회로는 릴레이를 사용해 기본적으로 출력 신호와 접지를 쇼트시키고 타이머 IC로 일정 시간 뒤에 릴레이를 동작 시켜 신호와 접지의 연결을 끊어 소리가 제대로 나오게 하는 방식이다. 이러한 방식은 신호가 릴레이를 거치지 않아 음질을 저하시키지 않는 장점이 있다.

그렇지만 뮤팅회로라는 이름 그대로 완전히 소리를 차단하지는 못한다. 내 알레프 헤드폰 앰픙의 경우 볼륨을 완전히 내리지 않을 경우-즉 신호가 입력되는 상태일 때 뮤팅회로가 작동하여 릴레이가 떨어질 때까지 소리가 미세하게 들렸고, 입력 신호가 없을 경우라도 '드드드~' 하는 소리가 났다.(이 부분은 앰프마다 그 정도가 다르고 사용자에 따라 다르게 느낄 수 있다.)

뮤팅회로는 앰프가 작동할 때의 팝업 노이즈를 막고 DC Offset이 안정화 될 때까지 스피커나 헤드폰을 보호하는 역할은 제대로 수행했다. 하지만, 뮤팅회로가 작동하는 동안의 소리가 거슬려서 기판의 패턴 몇 곳을 끊고 점퍼를 사용해 릴레이를 거쳐서 출력되는 구조로 바꿨다. 릴레이를 거치게 되므로 음질에는 좋을 것이 없지만 음질보다는 마음의 편한 쪽을 택했다.

뮤트부의 작동시간도 조절했다. 뮤트부의 작동시간을 결정하는 전해 캐패시터(C5)에 47uF 짜리를 사용했다. 회로도의 100uF은 뮤팅 시간이 길어 좀 답답해서 68uF으로 줄였다가 다시 47uF, 33uF까지 낮춰봤다. 33uF은 안정화되기 전에 릴레이가 작동하여 출력단에 DC Offset이 많이 나와서 안정화되는 수준인 47uF으로 결정했다. 그렇지만 47uF은 내 알레프 헤드폰 앰프에 맞는 용량으로, C5의 용량은 출력단의 DC 수준이 모스펫 페어 매칭에 따라 다르므로 자신의 앰프 출력단의 DC Offset이 안정화되는 시간에 맞게 결정해야 할 것이다.

그리고 보다 나은 릴레이 작동 시의 잡음 방지를 위해 1uF 필플 캐패시터를 추가했다. 기본적으로 잡음을 막기 위한 다이오드가 달려 있지만, 하스 권재구의 "뮤트부 입니다."에서 릴레이 전원에 0.1~1u 필름 캐패시터를 넣으라는 코멘트를 참고했다. 현격한 차이는 아니지만 릴레이의 동작 시의 잡음이 조금 더 부드러워진 느낌이다.

딥(DIP) 타입 소켓을 이용한 모스펫 페어 맞추기

앰프 작동 시 출력단의 DC Offset을 낮추기 위해서는 모스펫의 페어를 정확하게 맞춰야 한다. IRF9610은 M1L과 M2L / M1R과 M2R을, IRFP240(혹은 IRFP244)은 M4L과 M5L / M4R과 M5R의 짝이 맞아야 한다. 그래서 페어매칭 테스트를 하여 가장 비슷한 값을 보이는 페어를 찾아 장착한다.

그렇지만 DC Offset을 더 낮추기 위해서는 이미 페어메칭 테스트를 했더라도 실제로 알레프 헤드폰 앰프에 여러 모스펫을 바꿔 장착해보면서 가장 낮게 DC Offset이 나오는 조합을 찾아볼 필요가 있다.

이 포스팅에 빈의자님이 댓글로 달아준 조언에 따라 모스펫 장착 부분에 딥(DIP) 타입 소켓을 달았다.

이제 딥 소켓에 모스펫을 장착하고 전원을 켜서 DC Offset을 체크해본다.

IRFP240과 방열판의 무게를 잘 감당하지 못하는 것 같지만 IRFP240쪽에도 딥 타입소켓을 쓸 수 있긴 있다.

일차적으로 페어매칭을 한 상태이지만 배치를 어떻게 하느냐에 따라 DC Offset 검출량이 달라짐을 확인할 수 있었다. 가능한 모든 조합으로 테스트해본 뒤 가장 DC Offset이 적게 나오는 조합을 찾았다.


차동단의 모스펫 열결합

차동단에 쓰이는 두 모스펫의 경우 철저하게 열결합을 해야 하는데 이번 알레프 헤드폰 앰프 기판에는 적용되지 않아 아쉽다는 하스 황용근님의 이야기를 참고해서 차동단의 두 모스펫 IRF9610을 열결합시키기로 했다.

그냥은 핀 배열 때문에 적용할 수 없고 M1을 180도 돌리는 것에 맞춰 모스펫의 Gate와 Source 핀를 서로 바꿔주어야 한다. 열결합을 위해 하나의 방열판을 공유하게 하는데, 절연시트와 부싱을 사용하여 두 모스펫이 쇼트되지 않게 주의해야 한다.

모스펫의 G,S 핀의 위치를 바꿔주면 된다는 이야기는 간단하지만 실제로 기판 홀에 맞게 핀을 휘어주는 것은 보기보다 까다롭다. 당연히 휘어진 핀이 다른 핀과 서로 맞닿지 않게 주의해야 하며, 수축튜브 등을 이용해 절연해주어야 안전하다.

사진에서 확인하기는 어렵지만 수축튜브로 G,S 핀을 절연시켜 놓았다. 그리고 열전도율을 높이기 위해서 써멀 구리스를 사용했다.

만약 모스펫의 다리를 짧게 잘라 납땜한 상태라 위와 같은 식으로 열결합하는 것이 어렵다면 다음과 같은 방식을 참고하라.

이 알레프 헤드폰 앰프보다 앞서 만든 테스트 버전으로, 서로 맞닿는 부분에 써멀 구리스를 바르고 볼트와 타이를 사용해 접촉시켰다. 그리고 미약하게나마 방열판 역할을 할 수 있도록 고정용 너트 대신 PCB 서포터를 사용했다. 몸통이 플라스틱이라 절연 시트를 쓸 필요는 없지만 고정용 볼트와 너트는 모스펫의 금속 부분에 바로 닿으므로 부싱을 사용해 절연해야 한다.

공구버전의 알레프 헤드폰 앰프의 경우 처음부터 열결합을 하여 만들었기 때문에 비교할 수 없었지만, 테스트 버전의 알레프 헤드폰 앰프로 시험해본 결과 출력단에서 검출되는 DC Offset이 약간 준 것을 확인할 수 있었다.


전원부

알레프 헤드폰 앰프는 전원부로 HPS를 사용한다. 테스트 버전의 정전압부가 부하를 걸었을 때 비정상적으로 동작하는 문제가 있어 HPS로 변경하였다.

 

(회로도 출처: 하스 지승배, "[re] Aleph Headphone AMP 회로도와 파트리스트", LT1033핀 번호 수정)

정전압 레귤레이터는 리니어 테크놀리지(Linear Technology)사의 LT1085/1033(데이터시트: LT1085, LT1033)이다. 비교적 고가이지만 3A의 전류를 지원하고 정밀도가 높은 편으로 LM317/337보다 안정적이다. 다만 LT1033의 경우 단종되어 더이상 구하기가 쉽지 않다.

정전압부에서 많은 발열이 발생하므로 별도의 발열판을 이용하기 보다는 레귤레이터를 L자형으로 구부려 케이스에 직접 장착하여 케이스 방열을 했다. 절연시트와 부싱을 사용해 레귤레이터를 케이스와 절연했고, 열전도율을 높이고자 써멀 구리스를 사용했다.

전원부의 전해 캐패시터는 삼영 KXL 3300uF/35V * 6개, KMG 4700uF/35V * 4개, KMG 3300uF/35V * 4개, KMG 4700uF/25V * 2개를 사용했다. 총 용량이 61200uF(=3300*10 + 4700*6)나 된다. 이렇게 전원부에 고용량 전해를 사용할 경우 휴즈 용량에 주의해야 하는데 적은 용량의 퓨즈를 사용할 경우 앰프의 전원 온/오프 시 전해 캐패시터를 채우기 위해 한 번에 많은 전류가 흐르게 되어 퓨즈가 쉽게 끊어지게 된다. 내 알레프 헤드폰 앰프의 경우 2A짜리 휴즈는 버티질 못해 3A 휴즈를 사용했다.

전해 캐패시터를 KXL 3300uF으로 통일시키지 않은 이유는 나중을 위해 기판에 캐패시터 2개 분의 공간을 비워놓은 부분만큼을 고용량 전해로 보충하기 위함이다.

그 대신이라고 하긴 뭐하지만 빈 공간에는 필름 캐패시터를 넣었다.


알레프 헤드폰 앰프용 트로이달 트랜스

하스에서 알레프 헤드폰 앰프 용으로 신성전기의 트로이달 트랜스 150VA 짜리를 공구했지만, 배송이 오래 걸려 빨리 만들어 보고 싶은 마음에 공구에 참여하지 않고 선인전자에 주문했다. 하지만 주문 시 업체에서 이야기한 납기보다 배이상 기다려 받을 수 있었다. 소량주문이다 보니 순위에서 밀려서 이렇게 늦어진 것 같다.

트로이달 트랜스로 용량은 100VA이고 2차 전압은 16V 단파 2개로 이루어졌다. 부하 시의 전압 강하를 감안하여 16V로 감았다. 센터 몰딩이 되어있어 무게가 1.65Kg이나 된다. 사용된 코일이 두껍고 무게가 무거워 나름대로 믿음직해 보였다. 소량주문이었음에도 친절하게 응대하고 주문대로 신경써서 만들어준 점은 고마웠다.

하지만 아쉬운 부분이 몇 가지 있는데 그 점들이 트랜스의 완성도를 꽤 떨어트리는 것 같다. 탭 부분의 마감이 상대적으로 신성전기의 트랜스에 비해 깔끔하지 못하고, 몰딩 마무리가 상당히 지저분했다. 탭 부분은 그대로 평범한 수준이라 할 수 있지만 몰딩 상태는 (절대적으로) 별로였다. 자세히 보면 트랜스 옆면과 밑면에 몰딩용 수지가 불균일 하게 많이 묻어 있어 지저분하다. 몰딩 전의 트랜스를 봤을 때는 트랜스가 참 깨끗하게 잘 만들어 졌다는 느낌을 받았는데  몰딩 마감 후의 트랜스는 지저분해서 전체적인 완성도 면에서 많이 떨어져 보였다. 신성전기의 트랜스와 비교하자면 트랜스의 안정성은 논외로 하고 탭 부분의 마감과 몰딩만 봤을 때 역시 신성전기의 트랜스가 더 깔끔하게 잘 만들어 진 것 같다. 추후에 선인전기에 트로이달 트랜스를 주문한다면 센터 몰딩이 되지 않은 제품을 구매해서 직접 몰딩해봐야 겠다.


알레프 헤드폰 앰프용 트로이달 트랜스 단열하기

공제한 알레프 헤드폰 앰프 케이스의 경우 밑판을 주 방열판으로 사용하기 때문에 그 열기가 트랜스로 전해진다. 진동방지용 고무판이 부착되어 있지만 물리적으로 접촉하는 면적이 넓어 뜨거워지는 밑판에 의해 트랜스도 온도가 높아지게 된다.

공기가 좋은 단열재라는 점을 이용해 약간 두께가 있는 고무 받침으로 밑판과의 간격을 만들어주었다. 더 두꺼운 고무 받침을 쓰면 좋겠지만 케이스 두께를 감안해야 한다. 고무 받침을 통해 밑판과 트랜스가 접촉되는 면적을 줄이기 위해 세 부분을 받쳤다.(하스 한경욱님의 조언에 따르면 센터몰딩쪽에 고무 받침을 대는 것이 역학적으로 안정적이라고 한다. 내 트랜스의 경우 코어몰딩쪽이 움푹 파여 있고 그 주위의 테투리가 약간 볼록하여 케이스 밑판과의 간격을 최대로 할 수 있는 지점에 고무패드를 붙였다.)

참고 공기의 열전도율은 0.02 kcal/mhr°C로  동일한 두께조건일 때 철(1% 탄소 함유)은 37, 유리는 0.9, 목재는 0.1, 기포폴리스틸렌(단열재)는 0.03 정도라고 한다.

공제 케이스를 그대로 사용하는 편이 가장 깔끔하고 좋겠지만 내 취향에 맞게 몇 가지 변화를 가했다. 나는 헤드폰 앰프로 사용하면서 소출력 파워앰프로도 사용할 계획을 갖고 있었다. 하지만 알레프 헤드폰 앰프는 헤드폰 앰프로 사용하거나 소출력 파워앰프로 쓰게끔 기획되어 출력 전환용 스위치가 없었다. 그 때문에 내 의도대로 하자면 그때그때 입력선을 바꿔야 하는 불편함이 따르게 된다. 그래서 출력 전환용 스위치를 넣기로 마음 먹었다.

스위치용 홀을 새로 뚫을 경우 딱히 적당하다 싶은 곳이 없어서 LED 장착용 홀을 스위치용 홀로 쓰기로 했다. LED에 맞게 가공된 홀이라 토글 스위치를 넣을 수 있게 드릴로 구멍을 넓혔다.

앞서 전원부에서 전해 캐패시터를 비워둔 까닭도 바로 때문이다. 물론 스위치를 위해서는 전면 패널쪽의 1곳만 비워도 되지만 양족의 균형을 맞추려는 의도로 반대쪽도 비웠다.

여름도 다가오고 SHHA(Sijosae Hybrid Headphone Amp) 24V 정전압부의 높은 발열을 해소하기 위해 귀찮음을 무릅쓰고 바쁜 와중에 짬짬이 SHHA에 다시 한 번 손을 댔다. 일전에 포스팅한 다이오드를 이용해 전압을 낮추려 했던 실패기 말미에서 언급했던 스위칭 레귤레이터를 이용하는 방법이다.


SHHA의 24V 정전압부만 발열이 심한 까닭
 
전에 했던 이야기지만 다시 간단히 정리해보면 입력전압과 출력전압의 차이가 크고 소모하는 전류량이 많기 때문이다.

간단한 계산에서 트랜스에서 공급된 AC 30V(실측은 28.5V)가 정류 후에는 대략 DC 42V(=30*1.414, 실측은 38V) 정도되고, 이것을 24V로 낮추게 되면서 18V(실측은 14V)정도의 차이가 발생한다. 14V만큼을 열로 방출해야 하고 소모 전류가 많아 패스TR인 모스펫에서 심한-잠시도 손을 대기 어려운 것으로 보아 섭씨 70~90도 정도로 추정되는 열이 발생한다.

이러한 발열을 해결하기 위해서는 소모 전류를 줄일 수는 없으므로 공급되는 AC전압을 낮추거나 정전압 회로가 감당할 드랍아웃 전압을 낮춰줘야 한다. AC 전압을 낮추려면 근본적으로 트랜스를 다시 감거나 AC 전압을 조절할 수 있는 딤머(dimmer) 회로를 꾸며야 하는데, 트랜스를 새로 맞추거나 딤머 회로를 꾸미는 것보다 정전압 회로에서의 드랍아웃 전압을 낮추는 게 더 쉽다는 판단에 정류 후 전압을 낮춰보기로 했다.

전압을 낮추는 방법에는 여러가지가 있지만 이번에는 스위칭 레귤레이터를 쓰기로 결정했다.  전에 시도한 다이오드의 전압강하를 이용한 방법은 전류량이 많을수록 다이오드에서의 발열도 심해지는 점 때문에 정전압부의 모스펫의 발열이 줄어든 대신 다이오드에서 그만큼의 열이 발생하여 전체적인 발열은 그대로인 셈이었다. 그래서 효율이 높아 발열이 적은 스위칭 레귤레이터를 사용하고자 했다.


스위칭 레귤레이터로 전압을 낮추기

스위칭 레귤레이터에는 많은 종류가 있지만, 구하기 쉽고 저렴하며 사용하기 쉬운 LM2576을 골랐다. "SIMPLE SWITCHER; Step-Down Voltage Regulator"라는 설명 그대로 LM2576은 상당히 간단한 회로로 작동이 가능하기 때문에 편하게 쓸 수 있는 스위칭 레귤레이터이다.

LM2576

간단한 회로였지만 만능 PCB 자투리의 여유공간이 부족해 단거리에 점퍼 없는 배선을 하기 위해 애 좀 써야 했다.

SKEL6120 + COSDAC V2

SKEL6120의 입력필터와 증폭부

SKEL6120의 전원부

전원부는 단파 2개를 묶어 양전원을 구성하는 방식이다. 정전압 레귤레이터는 LT1085/1033을 쓰게 되어 있으나 LM317/337도 핀 호환이 된다. 정류용 다이오드는 듀얼 타입의 다이오드를 사용해 부품의 수와 차지하는 면적을 줄였다.

TPA6120A2 디커플링(바이패스)용 캐패시터의 용량은 데이터시트에 제시된 용량인 100uF과 10uF 그대로이다.


부품

부품은 고급스러운 부품에 집착하지 않고 가진 것을 주로 쓰고자 했다. 보유하지 않은 나머지 부품은 저렴하고 구하기 쉬운 것 위주로 선정했다.

OP앰프는 싱글타입인데 전에 하스의 김건우님에게 선물 받은 아날로그 디바이스(Analog Device)의 AD8610이다.

AD8610

SKEL6120 전원부

전원부에 사용한 캐패시터

Toroid의 13V 양파 트랜스

PCB에도 대충 맞았지만…

Amveco Talema 25VA

토글 스위치 부착을 위해 가공된 전면 패널 안쪽

정면

뒷면

R5

R13

라운드 소켓

스위치 쪽 입력필터 하드와이어링

볼륨 쪽 입력필터 하드와이어링

빈 자리로 남은 PCB의 입력필터

 1. 입력저항과 출력저항을 최대한 칩 가까이에 붙이고, 피드백 저항은 IN-핀에 가까이 붙이고 피드백 선로의 길이를 최대한 줄이고, IN+ 핀을 그라운드와 최대한 가깝게 하라.

레이아웃에 대한 주의사항

2. TPA6120A2 전원공급용 디커플링 캐패시터는 필수이며, 소용량의 캐패시터를 최대한 파워핀 가까이 붙이고, 모든 캐패시터는 Low ESR 타입을 사용하라.

전원 공급 디커플링에 대해

(출처: TI의 TPA6120A2 데이터시트)

이 점은 TPA6120A2 데이터시트의 'Figure 36. Typical Application Circuit'과 EVM 유저 가이드에서도 확인 가능한데, 10uF과 100uF의 디커플링용 캐패시터 외에 0.1uF 캐패시터를 추가로 4개의 전원핀(LVCC-/+, RVCC-/+) 가까이에 달아놓고 있다.

(출처: TI의 TPA6120A2 Evaluation Module User Guides)

사실 SKEL6120 공제에 참여한 여러 사람의 경우에서 확인할 수 있듯이 SKEL6120의 PCB는 그 자체만으로도 TPA6120A2 데이터시트에 나온 안정적인 동작을 위한 조건을 만족한다. 그렇지만 아무래도 PCB 상에 일반적인 부품을 사용하도록 레이아웃을 잡다 보니 경로가 좀 길어지게 된다. 그래서 하드와이어링으로 저항이나 캐패시터를 최대한 TPA6120A2 칩 가까이에 붙여 안정적으로 동작하게끔 하려는 것이다.

피드백 저항과 VCC-용 디커플링캡

오른쪽 입력저항

왼쪽 입력저항

오른쪽 Rs

왼쪽 Rs

VCC+용 디커플링캡까지...

오른쪽 출력저항

왼쪽 출력저항

두 번째 하드와이어링

왼쪽에서

오른쪽에서

플럭스를 제거하며 마무리

CMOY

이번에 소개하는 헤드폰 앰프는 CMOY이다. CMOY의 회로 자체는 상당히 기본적이며 교과서적인 회로이지만 헤드폰 앰프에 적당한 부품 용량을 정한 Chu Moy의 이름을 줄여 CMOY라고 부르고 있다.

CMOY의 회로도와 제작 코멘트, 사진을 확인하려면 다음 링크를 보라.

CMOY는 OP앰프를 사용해 전압 증폭을 하는 방식이다. 전원부는 OP앰프의 작동을 위해 가상접지를 사용한다.

CMOY에서 가장 중요한 부품은 OP앰프이다. OP앰프로 증폭을 전담해 OP앰프에 의해 소리가 달라지기 때문이다. 작동 전압을 맞춰줄 경우 많은 OP앰프가 호환될 수 있지만 간혹 발진을 일으키는 경우도 있어 주의가 필요하다. Chu Moy는 싱글OP앰프인 버브라운의 OPA134를 2개 사용했는데, 그 대신 싱글OP앰프 2개에 해당하는 듀얼OP앰프 1개를 사용해도 무방하다. 배터리로 작동시킨다면 작동 가능 전압이 중요한데, Chu Moy가 선택한 버브라운의 OPA134의 듀얼버전인 OPA2134 외에도 AD823, NJM4580, NJM4556, NE5532 등이 저전압에서도 작동한다. 전류소모량이 많은 OP앰프는 휴대용으로 적당하지 않으므로 작동 전압 외에 전류 소모량도 검토해야 한다. 간단히 정리하면 배터리를 이용해 휴대용으로 쓰고자 한다면 저전압에서 작동하고 전류소모가 적은 OP앰프가 적당하다. 그리고 비록 OP앰프는 아니지만 듀얼OP앰프와 핀호환이 되는 헤드폰앰프인 TDA1308도 작동 전압만 맞춰주면 CMOY에 사용할 수 있으며 저전력 구동이라는 조건에선 다른 OP앰프보다도 적합하다고 할 수 있다.

위에서 언급한 OP앰프에 대해 간단히 설명을 하면, OPA2134는 5V(+-2.5V)에서도 작동하며 오디오용으로 개발된 OP앰프로 가격이 흔하게 구할 수 있는 다른 OP앰프에 비해서 비싼편이다. AD823은 3V(+-1.5V)라는 아주 낮은 전압에서도 원할히 작동되고 전류소모도 크지 않아 좋지만 OPA2134와 마찬가지로 가격이 비싼 쪽에 속한다 . NJM4580은 4V(+-2V)에서도 작동되며 출력도 좋은 편이고 가격이 저렴하고 전반적으로 평이 좋아 개인적으로 애용하는 OP앰프이다. NJM4556은 4V(+-2V)에서도 작동되며 고출력이 장점인 OP앰프로, Grado사의 자기 회사 헤드폰용 헤드폰 앰프인 RA-1에 들어가는 OP앰프이기도 하다. NE5532는 6V(+-3V)에서도 사용이 가능하고 오디오 기기-주로 CDP 등에서 자주 쓰이는 OP앰프인데 헤드폰 앰프용으로는 그다지 평이 좋지 않다.

또한  저항과 캐패시터만을 사용해 가상접지를 구현하기 때문에 중점 전압이 확실히 잡혀있지 않다. 따라서 전원부에 사용하는 캐패시터의 용량을 크게하고, 저항값을 가급적 동일하게 맞춰 가상접지의 변동을 줄이는 것이 좋다.

CMOY보다 뛰어난 헤드폰 앰프는 많지만, CMOY는 회로가 간단한 만큼 많은 헤드폰 앰프 자작 도전자에게 좋은 교제 역할을 한다. 만약 전자회로에 대한 기초지식이 충분하지 않다면 이 CMOY부터 도전해볼 것을 권한다.


CMOY로 시작한 헤드폰 앰프 자작

무엇이든지 처음은 항상 그 의미가 남다르다. 나 역시 마찬가지로 처음 헤프폰 앰프 자작을 시작한 계기가 되었던 이 CMOY는 다른 앰프보다 깊은 인상으로 남아있다.

2002년 여름 헤드폰에 대해 관심을 갖고 알아보던 중 헤드폰 앰프에 대해 알게 되었다. 헤드폰을 제대로 구동시키자면 앰프가 필요한데, 기성품인 헤드폰 앰프는 상당히 비싸지만 자작한다면 저렴한 비용에 만들수 있다는 것을 말이다.
 
학과 선배와 같이 만들었는데 처음부터 비이공계열의 한계를 절실히 체감해야 했다. 세 번의 실패를 겪었는데, 처음의 두 개는 원인조차 파악할 수 없이 소리를 듣지 못하고 폐기해야 했다. 세 번째는 그나마 좀 나아졌는데 실패의 원인을 뒤늦게라도 알게 되었다. 보다 정확히 이야기하면 폐기하고 나서야 헤드폰 잭이 불량이었다는 것을 알게 되어, 결국 다 만들어놓고 소리를 듣지 못한 채 처리해버린 셈이었다. ㅠ_ㅠ;

CMOY를 처음 만들 때 하스(헤드폰 앰프 스테이션) 신정섭님의 CMOY 자료가 큰 도움이 되었는데 아마 그 분의 자료가 없었다면 헤드폰 앰프 자작을 시작할 엄두도 내지 못했을 것만 같다.

어댑터 잭 옆에 있는 푸쉬 스위치는 배터리 구동시 연결 방식(직렬/병렬)을 선택하기 위한 것이다. AD823 같은 OP앰프는 저전압에서 잘 작동되지만 꽤 고가이기 때문에 TL072를 주로 사용했는데 그 TL072의 구동전압이 좀 높다는 점을 보완하려고 추가했다. 보통 때는 병렬로 사용하다가, 건전지를 오래 사용하면 전압이 떨어져서 앰프를 작동시키기 어려워지는데 그 때 직렬로 연결해서 구동시키는 아이디어였다. 하지만 실제로 사용할 때는 가볍게 쓰기 위해 배터리를 1개만 넣어서 가지고 다녔기 때문에 그렇게 자주 쓰지는 않았다.

이후  다른 새로운 앰프를 만들게 되면서 CMOY의 매력은 별로 느끼지 못하게 되었지만 여러 번의 실패를 극복하고 처음 완성한 CMOY와 헤드폰으로 음악을 들었을 때의 감동은 아직도 생생하다.


작은 선물 - Basic CMOY

CMOY로 자작을 시작한 뒤 다른 앰프에 열중하다 2004년 가을 참 오래간만에 다시 CMOY를 만들게 되었다. 친구의 이어폰-젠하이저 MX400 구입을 내가 워낙 부추겼던 터라 새 이어폰 구입을 축하하는 의미로 CMOY를 하나 만들어 선물해줄 생각이었다.

주 용도가 포터블이라 무게를 최대한 가볍게, 배터리를 오래 사용할 수 있게, 전압이 떨어진 배터리로도 큰무리없이 구동시킬 수 있게 만들어보려고 했다.

사용 부품 중 볼륨은 단전원이기에 부품 배치를 간단하게 할 수 있는 스위치 볼륨으로, A커브가 청감상 좋기에 태봉전자의 스위치 볼륨(50KA)을 선별해서 사용했다. 대신 크기가 커서 기판에 눕혀 장착하느라 애좀 먹었다. 나머지 부품은 특별한 것 없이 전부 가지고 있던 평범한 부품으로 해결했다.

배선도는 하스 신정섭님의 실체배선도를 기초로 해서 가지고 있던 부품에 맞게 다시 그렸다. 배선도 작성 시 가급적 점퍼를 줄이고자 했는데, 노점퍼는 하다가 도저히 되지 않아 결국 포기했다. --;;

소리는 전과 달리 평범하게 들렸지만 색다름 감회에 잠기게 한다. 예전에 처음 CMOY를 만든다고 3대나 실패한 걸 생각하면 이렇게 한 번에 성공하니 좀 허무하기도 하고....예나 지금이나 별로 변한 것 없이 다른 사람들을 따라하기만 계속 해온 것 같은 느낌이 들어 자신을 되돌아 보게 된다.

아무튼 지금은 그냥 무엇인가를 만드는 재미에 의미를 두고 있고 거기에 만족하고 있다.^^


CMOY 관련 참고링크

HeadWize - Project: A Pocket Headphone Amplifier by Chu Moy
하스, 신정섭님의 "[초보자용 Cmoy 제작법 - 1/4] 실체 배선도 및 볼륨/잭 연결법"
하스, 신정섭님의 "[초보자용 Cmoy 제작법 - 2/4] 반제품 모습"
하스, 신정섭님의 "[초보자용 Cmoy 제작법 - 3/4] 완성품 모습"
하스, 신정섭님의 "[초보자용 Cmoy 제작법 - 4/4] FAQ - 흔히 겪는 문제와 해결"
하스, 신정섭님의 "[제작법] 튜닝용 CMOY (Universal CMOY)"

문제의 24V 정전압부(오른쪽 은색 방열판)

24V 정전압부의 입력전압을 낮춰보자

하스 엄수호님의 SHHA 제작기의 댓글을 보면 정전압화를 통해 실질적인 효과를 보고자 한다면 최소 5V 이상의 전위차를 확보해야 한다고 되어있는데, 그 견해에 따라 앞서 측정한 DC 38V의 전압을 29V 정도로 낮추기로 했다.

SHHA에서 24V 정전압을 위해 사용하는 트랜스의 스펙은 AC 30V 1A이다. 따라서 사용하는 다이오드는 최소한 1A이상의 전류를 지원해야 한다. 또한 전압강하를 위해 직렬연결할 때 사용하는 다이오드의 수를 줄이기 위해서 가능한 전압강하의 폭이 큰 것이 좋다.

여기서 전압을 낮추기 위해 사용한 다이오드는 Fast Rectifiers UF4007이다. 1A의 높은 전류를 지원하고, UF4007의 경우 1A의 전류에서 전압강하 폭이 1.7V로 다른 다이오드에 비해서 큰 편이라 적절하리라 생각했다.

다이오드의 곡예 1

다이오드의 곡예 2

다이오드의 곡예 3

적용하는 방법은 간단한데 정류 다이오드에서 저항으로 연결되는 패턴을 끊고 그 사이를 방향을 맞춰 직렬연결한 다이오드로 연결해주면 된다. 단 다이오드에서 상당히 심한 발열이 있기 때문에 그 발열이 전해캐패시터와 저항 같은 다른 부품에 덜 전달되도록 다이오드의 몸통을 PCB에 닿지 않게 띄워주는 것이 좋다.

사용한 다이오드의 개수는 8개로 전압은 약 38.7V에서 28.8V 정도로 낮춰졌다. 목표값인 29V보다 약간 낮지만 거의 근접한 값이다. 다이오드를 1개 빼면 30V보다 높아지기 때문에 5V가 넘는 전위차를 확보하는 것보다 전위차를 줄여 모스펫의 발열을 줄이는 쪽을 택했다. 24V 정전압부 모스펫의 발열은 상당히 감소해 섭씨 52~55도 정도로 상당히 낮아졌는데 이는 증폭부에 사용된 모스펫의 발열과 비슷한 수준이었다. 하지만 이것으로 끝난 것이 아니었는데...


에너지 보존의 법칙: 전체적인 발열은 그대로

사실 다이오드를 이용한 전압강하의 경우 전류량과 온도에 따라 전압강하 폭이 변하기 때문에 정밀한 컨트롤은 어렵다. 하지만 정전압부의 입력 전압에 사용하는 것이라면 그런 점은 크게 문제되지 않는다. 전압강하의 변동도 일정시간 경과 후에는 안정화되는 편이고 정전압부에 의해 출력되는 전압은 일정하기 때문이다.

오히려 문제는 다이오드에서 발생하는 심한 발열이다. 흘리는 전류량이 클 수록 다이오드의 발열도 심해지는데, 이번 작업의 경우 다이오드에 잠시도 손을 대기 어려운 것으로 보아 섭씨 70~90도 정도 추정되는 열이 발생했다. 정전압부의 모스펫의 발열이 줄어든 대신 다이오드에서 그만큼의 열이 발생한다고 할 수 있다. 결국 에너지는 그 형태를 바꾸거나 물체에서 물체로 옮기거나 해도 전체의 양에는 변함이 없다는 에너지 보존의 법칙을 체험한 셈이었다.

그렇지만 긍정적인 부분은 레귤레이터쪽의 캐패시터의 온도가 전보다 약 5도 정도 떨어졌다는 점만은 긍정적으로 평가할 수 있겠다.

넋두리: 다음에는 스위칭 레귤레이터로...!

애초에 트로이달 트랜스를 제작할 때 전압을 24V정도로 낮춰서 만들었다면 좋았다는 생각을 해보지만, 사용된 트랜스가 일반적인 규격이 아니기 때문에 다시 주문하기도 어렵고 번거로워 트랜스를 바꾸지는 못할 것이다.

지금은 원래의 전원부로 되돌리기가 귀찮아 다이오드를 사용한 전압강하를 적용한 상태로 쓰고 있는데, 차후에는 기회가 된다면 효율이 높아 발열이 적은 스위칭 레귤레이터를 사용해 전압을 낮춰보고자 한다.

하스에서 지승배님이 이벤트로 나눠준 알레프 헤드폰 앰프의 PCB의 전원부를 구보다 전원부로 변형하는 방법을 소개한다.

LM317/337이나 LT1085/1035 같은 정전압 레귤레이터를 사용하는 HPS로 바꾸는 방법은 전에 권재구님이 소개해주신 바 있고, 개인적으로 구보다 전원부를 선호하는지라 구보다 전원부로 개조하기로 맘을 먹었다.

어떻게 구보다 전워부를 적용할까 고민 좀 했는데, 예상밖으로 작업은 한 번에 성공했다. 아직 증폭부를 완성하지 못했기 때문에 실제로 앰프를 구동시켜 보지는 못했지만 간단한 테스트에서는 정상적으로 작동했다.


우선 윗면에서 할 작업을 보자.

구보다 전원부로의 개조-윗면

구보다 전원부로의 개조-아랫면

+V 부분

D와 S의 위치를 바꿈(절대 서로 닿으면 안 됨!)

CCS와 TR의 콜렉터와 연결

1K 저항과 CCS, 220uF 캐패시터의 다리를 하나로 모아 땜질(그라운드와 연결하지 말 것)

사진처럼 패컨을 끊고, 점퍼로 연결하라

-V 부분

D와 S의 위치를 바꿈(절대 서로 닿으면 안 됨!)

CCS가 연결되는 홀의 패턴을 컷팅할 것

1K 저항과 CCS, 220uF 캐패시터의 다리를 하나로 모아 땜질(그라운드와 연결하지 말 것)

사진처럼 패컨을 끊고, 점퍼로 연결하라

부품을 실장한 전원부의 모습

PCB 전체의 모습

에메랄드빛 소리결을 지닌 진공관 하이브리드 헤드폰 앰프
- SHHA(Sijosae Hybrid Headphone Amp) -

진공관과의 첫만남

내가 처음 헤프폰 앰프 자작이란 취미를 가졌을 때 다짐했던 것이 있었다. 그것은 바로 "진공관만큼은 손대지 말자!" 였다. 진공관에 대한 무조건적인 거부 같이 보이지만 실은 너무 자작에 심취하지는 말자는 자기절제적인 맥락에서 했던 다짐이었다. 그것을 보면 지나친 취미와 지속가능한 취미 사이의 경계를 진공관으로 잡았던 셈이다. 결과적으로는 그 다짐으로 인해 진공관으부터의 많은 유혹을 견뎌낼 수 있었다.

하지만 그 굳건했던 다짐이 무너지고 말았는데 진공관 하이브리드 앰프 때문이었다. 물론 보다 정확히 이야기하면 하스에서 있었던 진공관 하이브리드 앰프의 공동제작 때문이라고 하는 것이 더 정확한 표현일 것이다. 귀차니즘은 모든 것을 압도한다는 말처럼 공동제작이라는 계기가 없었다면 아마도 계속해서 그 다짐을 지키고 있었으리라 생각한다. 그동안 있었던 공동제작 PCB의 편의성과 완성도의 맛을 본 뒤라 만능기판에 작업하려는 마음을 갖는 것도 쉬운 일이 아니었다. 아무튼 이렇게 진공관과 처음으로 만나게 되었다.

SHHA(Sijosae Hybrid Headphone Amp)

SHHA는 시조새 하이브리드 헤드폰 앰프의 약자이다. 시조새는 하스의 신정섭님의 닉네임으로, 그 분이 제안한 하이브리드 앰프 회로를 바탕으로 김상록님이 진공관 플레이트 전압을 높히고 그에 맞게 전원부를 추가하여 완성한 것이다.

SHHA 회로

정확히는 모르지만 내가 이해한 범위 안에서 회로의 기본구성에 대해 간단히 이야기하면 SHHA는 일반적인 하이브리드 방식의 앰프처럼 진공관으로 전압을 증폭하고, 모스펫으로 전류를 증폭(A급 증폭)하는 방식이다.

전원부는 구보다 전원부로 구성되어있다. 구보다 전원부는 빠르고 노이즈가 적은 정전압 회로로 오디오용으로 평가가 좋다. 모스펫과 진공관 히터용으로 24V를 만들고, 진공관 플레이트로 충분한 전압을 공급하기 위해서 35V 단파 2개를 묶어 70V를 만드는 식이다. 그래서 총 3개의 세미 구보다 전원부가 들어간다.

사용한 부품

앰프를 만들기 위해 부품을 구할 때마다 느끼지만 욕심을 컨트롤하는 것이 좀 신경이 쓰이는 부분이다. 처음 헤드폰 앰프를 자작했을 때 선배가 했던 이야기가 기억난다.

지금은 일반적인 부품으로 '충분히' 만족한다고 이야기하지만 나중에도 그렇게 이야기할 수 있을까? 약간의 차이에 더 집착하다보면 거기에 빠지게 되고 그렇게 되면 지금 만족할 수 있다는 일반적인 것으로는 도저히 만족하지 못할지도 모른다.

위의 내용이었는데 이 이야기를 되새겨 보면서 자제하고 적당히 타협을 보곤 한다. 물론 호기심은 누를 수 없는 것이고, 항상 문제가 되는 것은 그 '적당한' 선이 어느 정도인지인데 아직 자신 있게 확실히 선을 긋지는 못하고 있다. 그래서 부품은 가지고 있거나 구할 수 있는 범위 내에서 가능한 좋은 것을 사용하고자 했다.

3개의 구보다 전원부

만들기

창 너머 보이는 아련한 진공관 불빛

1T의 알루미늄 판재

AC인렛 홀

흠집의 압박

AC 인렛 장착

프레임과 결합!

도색 완료

완성 후 뒷모습

검은색으로 도색한 노브

발열의 경우 손으로 방열판을 만져봤을 때 증폭부는 약간 뜨겁다 정도이고, 전원부의 35V쪽은 열이 거의 없는데 비해 24V쪽은 잠깐 만지기도 어려울 정도로 살벌한 발열이 났다. 하스에서 박완순님이 공동구매해준 50mm 높이의 특급 방열판인데도 정전압부에서의 전압강하 폭이 워낙 크다 보니까 발열이 심한 것 같았다.

그라운드 루프 브레이커

트랜스 고정용 볼트와 연결

마이크로 포닉 노이즈

소브텍 6922관

소브텍 6922관

전원 온!

튜닝

SHHA의 출력 캐패시터는 한 채널에 470uF 2개를 사용하거나 1000uF 1개를 사용한다. 애초에는 오스콘이나 유니콘 470uF/16V 2개을 생각했다가 내압 문제로 고민하고 있었는데, 하스의 황용근님이 선뜻 파나소닉 FM 1000uF/35V 캐패시터를 선물해주었다. 가지고 있던 BC 1000uF/35V와 파나소닉 FM을 비교해보다가 더 마음에 드는 파나소닉 FM 캐패시터를 선택했다. 덕분에 캐패시터 2개의 빈공간이 생겼는데 좀 오래 듣다보니 고역에서 약간 걸리는 부분이 있어서 그 자리를 이용해 튜닝을 해보기로 했다.

출력캡은 파나소닉 FM 1000uF/35V

튜닝용 블랙캡 골드 0.1uF

밸런스 조절의 경우 저가형 중국산 테스터의 한계 때문에 좀 어려움을 겪었다. 자주 듣는 음량으로 볼륨을 맞춰놓고 테스트하니까 아무리 트리머를 조절해도 변동을 측정할 수 없었는데, 신호 생성기의 음량 최대, 사운드 카드의 볼륨 최대, SHHA의 볼륨 최대 상태에서 측정하니까 구분할 수 있는 값이 표시되었다. 그렇게 해도 테스터의 한계를 완전히 극복하기는 힘들어 최후의 판단은 두 귀로 했지만 제대로 맞추기 어려웠는데 귀가 민감한 동생에게 오른쪽이 좀 크다는 지적을 받고 말았다.

나중에 FLUKE의 디지털 멀티미터(이하 DMM) 8050A을 구하게 되어 로 가장 먼저 착수한 작업은 예전에 만들었던 SHHA의 좌우 밸런스를 맞추는 것이었다. 전에 사용했던 DMM에선 최소단위가 200V 여서 제대로 된 측정이 어려웠는데, 8050A는 AC 전압 측정 범위가 상당히 세밀하게 나눠져 있어 2V로 맞추고 측정하여 양쪽을 거의 비슷한 레벨로 맞출 수 있었다. 밸런스 조정 뒤에는 음악에 대한 몰입도가 확실히 전보다 더 높아졌다.

에메랄드빛 소리결

에메랄드 빛을 감상하는 재미도...

에메랄드 빛이 연출하는 독특한 분위기

SHHA로 진공관에 대해 갖고 있던 막연한 동경이나 호기심이 어느정도 충족된 것 같다. ^^
하지만 한편으로는 진공관이 내 취미의 범주에 들어왔다는 것이 걱정된다. 아마 SHHA로 진공관을 처음 접한 사람이라면 공감이 갈 것이다.

SHHA 제작 시 참고링크: 하스 박은서님의 "[글모음] SHHA 제작기"

모노블럭 게인클론(Gain Clone) 파워앰프

증폭부 회로

평활부 회로

정류부 회로

회로도(출처: 넥스트 오디오)

평활부는 증폭부 바로 옆에 두어 원활한 전원공급을 의도한 것 같고, 정류부는 별도로 분리해 PCB의 크기를 줄여 배치를 자유롭게 하고자 했던 것이라 생각한다.



<부품>

케이스는 세향미디어에서 제작된 알루미늄 케이스,
단자는 대만산 WBT 복각품,
PCB는 넥스트 오디오(TNA)의 LM3875 게인클론 PCB,
저항은 국산 금속피막 저항,
정류용 다이오드는 액시얼 타입의 쇼트키 SB360(60V, 3A),
필름 캐패시터는 정류부에 아르코트로닉스 MKT, 평활부에 이스크라 MKP, 증폭부에 WIMA MKS,
평활용 캐패시터는 전에 하스에서 나와 엄수호님이 함께 공구했던 Low Impedance와 Low ESR가 특징인 삼영의 NXB 2200uF/35V,
케이블은 입력선재는 카나레 사의 2심 마이크 케이블, 출력선재는 좀머 사의 스피커 케이블,

트랜스는 내가 전에 스와니양스를 통해 공제했던 90VA 22V 양파인 2개 트랜스를 각각 단파 2개로 개조해서 사용했다.

위에서 언급한 "보기 좋은 미니앰프"란 컨셉을 만족시키기 위해서 케이스에 가장 큰 비중을 두고 최우선으로 정했다. 선택한 케이스는 알루미늄 케이스로 유명(?)했던 세향미디어의 것으로 작고 깔끔한 디자인이 인상적이다. 나드(NAD)의 Silverline 시리즈를 연상시키는 디자인인데 마찬가지로 측면이 방열판처럼 되어 있어 방열에 유리한 장점이 있다.

NAD S250

이미지 출처: HifiPrix

다행히 이 케이스의 내부 높이와 전에 내가 하스에서 공제했던 트랜스의 높이에 딱 맞았다. 트랜스 받침용 스폰지와 덥개까지 모두 장착했을 때 케이스 윗면과 대략 1mm정도의 여유만이 있을 뿐이었다.



<작업>

작업은 피드백저항의 위상보정용 캐채시터(10pF)를 제외한 것 외에는 회로도대로 만들었다.

증폭부+평활부

정류부

이렇게 연결!

정면	돋보이는 옆면의 방열판

어쩔 수 없는 상판의 LM3975칩 고정용 볼트

간결한 구성의 뒷면

대만산 WBT 복각 바인딩포스트

마찬가지로 대만산 WBT 복각 RCA 잭

간혹 입력이 오픈된 상태에서 문제가 있을 수 있다는 다른 사람의 글을 보았기 때문에 소스기기의 출력단자와 게인클론 앰프의 입력단자를 케이블로 연결하고 DC체크를 해봤다. 그러니 DC가 10~16mV 정도 검출되어 이제 제대로 된 건가하고 소리를 들어보았다.

다시 아까 문제의 원인을 파악하기 위해 여러가지 테스트했는데, 소스기기와 게인클론 모두 AC 접지가 연결된 상태에서만 정상적으로 작동하고 그 이외의 경우에는 -30V라는 엄청난 DC가 출력됐다. 이 문제 때문에 한참을 고민하다 납땜이나 부품의 문제인가 싶어서 나머지 한쪽도 만들어 봤는데 역시 같은 문제가 있었다. 계속 고민하면서 회로도랑 PCB 비교하는 와중에 입력쪽의 그라운드와 출력 및 전원 쪽 그라운드가 분리된 것을 발견했다. 그렇다면 소스기기와 앰프의 접지가 연결되고 소스가 앰프에 연결된 상태에서만 정상적인 소리가 나던 것을 이때만 시그널 접지와 전원 접지가 연결되어 제대로 작동한 것으로 이해할 수 있었다. 그래서 PCB의 시그널 그라운드와 출력쪽 그라운드를 점퍼로 연결시켜주니까 이상없이 작동되었다. 걱정했던 DC는 입력 오픈 상태에서 -50mV정도, 입력 쇼트 상태에서 16mV 정도 검출되었다.

방열처리는 애써 구한 케이스의 의미를 살려야 하기 때문에 당연히 케이스 방열을 하기로 했다. 발열은 8옴 스피커에선 발열이 섭씨 37~40도 정도로 약간 있는 편이었고, 4옴 스피커에선 좀 따뜻한 정도였다. 악조건에서의 동작을 상정하고 4옴 스피커 2개를 병렬연결해서 2옴으로 만들어 테스트도 해봤는데 이제서야 케이스가 확 뜨끈해졌는데 그래도 끓는 듯한 젠 헤드폰 앰프에 비하면 약한 편이었다.^^;;

트랜스는 떨지도 울지도 않고 아주 안정적으로 작동했다. 나중에 스피커넷의 김평국 사장님의 도움으로 따로 테스트를 해봤는데 상당히 좋은 편이라고 이야기를 들을 수 있었다.^^

<감상 및 소감>

소리도 아주 마음에 들었다. 반응이 좋다고 해야할지 속도감 있으면서도 힘이 있는 소리가 좋게 느껴졌다.

간단한 회로와 적은 수의 부품으로 이 정도의 소리를 느낄 수 있고, 초보자인 내가 파워앰프를 만들었다는 성취감을 느낄 수 있다는 점이 참 좋았다. 그리고 아담하면서도 깔끔한 케이스가 마음에 들었다.

파워앰프를 만들었으니 이제는 프리앰프가 남았다. 좋다고 하는 프리앰프를 만들 실력이나 자금력을 가지고 있지 못하므로 지금까지 만들었던 헤드폰 앰프 중에 잘 어울리는 것을 골라 헤드폰 앰프겸 프리 앰프로 쓰고자 했다.

아무튼 계획했던 바를 하나씩 이뤄나가고 있다고 생각하니 통장 사정은 위태로워졌지만 마음은 뿌듯했다.^^;

음악을 듣는 풍경

무엇보다 기분좋은 것은 내가 직접 제작한 앰프로 즐겁게 음악을 감상하는 영역이 넓어졌다는 것이다. 헤드폰 전용앰프를 비롯해서 프리겸용 헤드폰용 앰프에 이 모노블럭 게인클론 미니 파워앰프가 더해져 풀 라인업을 갖추게 되었다.

좋은 음악에, 아늑한 공간, 내가 만든 앰프

이렇게 음악을 듣다보면 피곤함도 잊을 정도이다.^^

어둠의 포스를 내뿜는 다크 싸이도

2003년말 와싸다에 있었던 싸이도 스피커 대방출로 인한 강한 펌프에 넘어가 구입한 것인데, 참 유용하게 쓰고 있다. 아담한 크기가 책상에 위에 놓고 쓰기에 딱 좋다.

구입한 싸이도의 가격을 생각하면 거의 모든 단점은 받아들일 수 있었지만 그래도 불만이 생기는 것은 어쩔 수 없었다.

우선 외관! 그릴의 형태랑 색이 마음에 안 들었다. 밝은 회색 때문에 눈길을 안 주려고 해도 시선이 가서 계속 눈에 거슬리는 것이었다. 그래서 생각해낸 것이 어둠의 세례(?)다. 어둠과 세례란 단어 때문에 뭔가 오컬트적인 분위기가 풍기지만 뚜껑을 열어보면 그 실체는 상당히 단순하다.

1. 그릴을 위 아래를 바꿔서 장착하고 글씨 방향도 뒤집는다.
2. 검은색 아크릴 물감으로 그릴을 염색한다.

그릴의 경우 트위터의 위치를 고려한 것으로 보이는데 뒤집어도 내 귀로는 큰 차이를 인지하기 힘들었다. 그리고 뒤집지 않으면 눈에 거슬려서 음악감상을 방해할 정도라 설계자의 의도는 무시하기로 했다.

아크릴 물감을 이용한 염색의 경우 완전히 검은 색은 아니고 아주 짙은 회색에 가까운 색이 나는데 나름대로 분위기가 있었다.

이렇게 하니 보기 좋으니까 순간 음질도 좋아진 것 같은 착각이 들었다.

보통의 싸이도

리얼 블랙은 아닌 다크 싸이도

다크 싸이도

이렇게 한동안 지났는데 어느 순간부터 소리에 대한 불만이 조금씩 생기기 시작했다. 결국은 내부 개조에도 손을 대기로 했다.
내부를 열어 보니 트위터용 음역 제한용으로 바이폴라 전해캐패시퍼 하나가 달랑 달려있었다. PC-SPEAKER.COM에 올라온 싸이도 개조기를 참고하여 네트워크를 다시 짜볼까 생각하다가 번거로워서 그냥 쉽게 할 수 있는 캐패시터 교체만 해보기로 했다.

원래 사용된 전해 캐패시터는 2uF인데 딱맞는 값의 필름 캐패시터가 없어서 2.2uF 필름 캐패시터를 대신 장착해봤는데 어떤 곡에서는 괜찮았지만 다른 어떤 곡에서는 소리의 균형이 깨져서 기본으로 달려있던 전해보다 못하다는 느낌을 받았다.

트위터에 가는 음역의 변화가 이런 결과를 초래했을 것이란 생각이 들었다. 결국 득보다 실이 많다는 판단에 캐패시터 값은 2uF 그대로 하기로 했습니다. 딱맞는 용량이 없어서 저렴한 국산 폴리프로필렌 필름 콘덴서 1uF 2개를 병렬연결하여 2uF을 만들어 사용했는데 균형 잡히면서도 고음이 더 생생한 느낌이 드는 게 좋아졌다.

이렇게 어둠의 세례를 받아 다시 탄생한 다크 사이도다.

어둠의 세례도 그릴을 벗기면 무의미

경직성으로 유명한 우퍼

없는 것보다는 좋은 트위터

전원 온!

2005년 1월에 만들었던 1.2W의 소출력 미니 스피커 앰프를 소개한다.

삼성의 KA2201이라는 1.2W급 출력의 칩을 사용한 미니앰프이다. 이 KA2201은 TBA820M의 호환칩인데 예전에는 상당히 많이 사용되었던 칩으로 주로 PC스피커 등에서 자주 쓰이곤 했다..

하스에 2004년에 등록된 이석영님의 소개글(회로 및 자작에 대한 정보 포함)을 보고 만들 생각을 갖고 있다가 갑자기 마음이 동해서 만들었다. 기본적으로 사용되는 부품의 수가 적은 편인데가 필요한 부품의 대부분을 가지고 있던 부품 내에서 해결할 수 있어 경제적인 부담은 거의 없었다.^^;;

간결한 배선을 위해 90도를 돌려서 배치한 좌측 출력부

노점퍼!!

클립식 바인딩포스트

출력 캐패시터는 삼명의 로우임피던스 KXL

조그만 KA2201

부품 사이에 먼지가 쌓이는 것을 방지하기 위해 뒤집은 기판

입/출력, 전원단자가 있는 후면

나름대로 귀여운 앰프

2004년에 만든 볼륨 테스터다. 예전에 앰프에 사용할 볼륨을 고르다가 생각난 김에 만들어 봤다.

구성은 아주 단순한데, '간이'라는 수식어가 붙은 이유가 그 때문이다.
입력잭과 출력잭, 볼륨핀용 소켓으로 이뤄져 있다.

내 경우는 소스기기에서 모노 신호를 출력할 수 있으며, 이 볼륨 테스터기를 간이 패시브 프리로도 사용할 수 있는지도 확인해볼 생각이었기 때문에 스테레오로 구성했다. 만약 출력방식이 스테레오로 고정된 소스기기라면 테스터기의 입력잭 부분을 모노로 만들어서 좌우에 같은 신호가 입력되게 하는 것이 테스트 하기에 더 편할 것이다.

사실 전적으로 귀에 의존하는 방식이라 정밀한 테스트는 불가능하다. 좌/우의 구체적인 저항값을 측정해서 비교한다면 더 좋겠지만 그렇게 하자면 만들기도 어렵고 측정해보는 것도 상당히 번거로운 일이라 이 정도 수준에서 만족하기로 했다. 그리고 직접 테스트했을 때 좌우밸런스가 심하게 맞지 않거나 불량인 볼륨은 금방 골라낼 수 있었다. 간이 볼륨 테스터에서 청감상 확실하게 느껴지는 문제가 없는 볼륨이라면 실제 앰프에서 그 볼륨을 사용해도 비슷한 결과를 기대할 수 있는 셈이다.

볼륨핀용 소켓을 보면 알겠지만 테스트할 수 있는 볼륨은 일빈적인 깡통 볼륨과 미니 볼륨이다. 보다 크기가 큰 알프스 블루벨벳 같은 볼륨도 대응되게 만들 수 있었지만 상대적으로 고가인 알프스 블루벨벳마저 테스트하다가 좌/우 밸런스에 문제가 있음을 느끼게 되면 그 좌절감이 배가 되리라는 생각에 위의 2종류만 되게 했다. 그리고 테스트의 필요를 느끼는 것은 가장 많이 사용하는 이런 종류의 볼륨이 아닐까 생각한다.

테스트 결과 상당수의 볼륨이 0%에서 15%구간에서의 좌/우 밸런스가 크게 무너져 있는 것을 발견할 수 있었는데, 이는 어느정도 음량을 키우면 사람의 귀에서 그 차이를 쉽게 인지하지 못하기 때문일 것이다.
그리고 애용했던 알프스 미니 볼륨도 일부 좌/우 밸런스 문제가 있음을 확인할 수 있었다.

이런 결과를 보면 앰프 만들 때는 부품 선별, 그 중에서도 볼륨의 선별이 얼마나 중요한 일인지 새삼 느끼게 된다.

USB Audio DAC(PCM2704) - COSDAC V2

전에 만들었던 PCM2902와 이번 COSDAC V2의 PCM2704의 근본적인 차이는 CODEC인가 DAC인가의 차이다. PCM2902는 CODEC으로 ADC와 DAC가 모두 포함되어 있지만 PCM2704는 ADC 없이 DAC만 있다. 물론 그대신 PCM2704는 스펙(음질?)이 좀 더 좋고, Low Pass Filter(이하 LPF)가 내장되어 있다.

COSDAC V2 회로

COSDAC V2의 회로는 위의 회로를 기본으로 하고, 디지털(S/PDIF) 신호 출력 부분에 보다 정교한 신호를 출력하기 위해 74HCU04를 사용한 출력회로가 추가되어 있다.

위 회로의 출력단을 보면 현재 TI 홈페이지에 등록된 데이터시트의 기본회로와 다름을 알 수 있는데, 이는 정호윤님이 참고한 데이터시트가 2003년 6월 버전이기 때문이다. 아마도 필요에 의해 바뀌었으리라 추정되는 데이터시트의 변경이 신경쓰이긴 했지만 현재 PCB로는 바뀐 설정을 그대로 적용하기가 번거로워 기존 데이터시트 설명에 따라 만들었다.


만들기

엄수호님의 도움으로 74HCU04가 PCB와 함게 제공되어서 특별히 구하기 어려운 부품은 없었다. 가지고 있지 않은 일부 저항과 코일, 캐패시터는 전자부품 온라인샵으로 유명한 IC114에서 모두 구할 수 있었다.

PCM2704

74HCU04

하지만 PC 전원의 잡음에 좀 민감한 것이 아쉽다. AMD Sempron CPU 사용하고 있는데 CPU의 절전 기능을 활성화시키면 노이즈가 낀다. 절전기능을 활성화시킨 상태에서 전에 만들었던 USB CODEC(PCM2902)은 앰프의 볼륨을 최대로 했을 때 그 노이즈가 느껴졌는데, COSDAC V2(PCM2704)는 50~60% 정도의 불륨에서 느껴졌다. 절전기능을 비활성화 상태에서는 COSDAC V2도 앰프의 최대 볼륨 근처에서 그 노이즈가 느껴진다. 스펙은 PCM2902보다 PCM2704가 더 좋기 때문에 단순히 둘의 스펙 차이 때문은 아닌 것 같다. 두 USB DAC의 회로상의 차이를 봤을 때 COSDAC에서는 디지털부와 아나로그부의 접지가 격리되지 않았고 PCM2902 USB 코덱은 두 접지가 격리되어 있었는데 그 때문에 이런 현상을 보이는 것이라 생각한다.

보다 깔끔한 소리를 위해서는 아무래도 외부전원을 사용해야 할 것 같다.

케이스는?

케이스는 따로 만들지 않았는데 김상록님이 특별제작해주신 SKEL6120 케이스에 넣을 계획이다. 하스에서 김상록님이 COSDAC V2용으로 멋진 케이스를 공제하시는 바람에 몇 번이나 신청할까 고민을 했지만 SKEL6120 케이스 때문에 버티기로 했다.^^;;

외부전원으로 작동되는 COSDAC V2에 SKEL6120 헤드폰 앰프를 연결하려 음악들을 날을 기대해 본다.

USB Audio CODEC(PCM2902) + Headphone Amp in Silvia(실비아) Case

내부

단전원 저전압 구동의 헤드폰 앰프부

하나뿐인 점퍼

나름대로 공들인 배선작업

변환기판들의 압박

항상 주의하는 부분은 출력단에서 검출되는 DC이다. 아직까지 DC로 인해 헤드폰이나 이어폰이 손상된 적은 없으나 그 위험성에 대해서는 직/간접적으로 충분히 경험했기 때문에 만들고 난 뒤에는 꼭 DC가 얼마나 검출되는지 체크한다. 더군다나 이번 USB 코덱에는 헤드폰 앰프를 추가했기 때문에 위험요소가 하나 더 늘어난 셈이니...

납땜을 끝내고 테스트해보니 2V에 육박하는 DC가 검출되었다. 만능기판의 신호부를 디지털 멀티미터(DMM)로 출력단에서부터 거꾸로 체크해보니 헤드폰 앰프를 거친 이후로 문제가 있음을 발견했다. 그래서 배선도를 회로도와 비교하면서 세심히 검토한 결과 내가 잘못 연결한 부분이 있음을 알았다. 급히 수정하고 다시 DC 테스트해보니 이번에는 정상이었다.^^


감상

안도의 한숨을 내쉬고 음악을 들어봤다.

이번 USB 코덱은 소리의 찢어짐이나 갈라짐 없이 깨끗하고 힘있는 소리를 들려준다.^^ 추가한 헤드폰 앰프 덕분이었다. 3.3V의 저전압 구동인데도 생각보다 출력이 괜찮고 소리도 꽤 괜찮게 들렸다.

지난 번에 만든 USB 코덱도 그랬지만 이번 것도 깔끔하지만 너무 날카롭지 않은 그런 소리이다.

무엇보다 좋은 점은 화이트 노이즈가 볼륨의 전 영역에서 감지 되지 않는 다는 점이다. 덧붙여서 내 HFi-650 헤드폰과의 궁합이 상당히 좋다.^^

만들고 나서 이성적으로 냉철히 생각해보면 옵토플레이랑 비슷한 구성이니까 담부턴 그냥 중고 옵토플레이를 사자인데, 기분은 "이렇게 한 번 정도는 만들어 보는 것도 재미있다." 이다.(하지만 그 이상은 좀...ㅡ.ㅡ;;)



보너스: 실체배선도^^

실체배선도(용량 표시)

실체배선도

하스의 황용근님이 배선도 공개를 요청해서 실체배선도를 새로 만들었다. 이번에 만든 USB코덱의 실체배선도는 칩 콘덴서를 사용하는 것이고 구하기 쉽지 않은 전용 헤드폰 앰프 칩이 사용되었기 때문에 공개의 의미가 크지 않다는 생각이 들었기 때문이다. 칩 콘덴서 대신에 다루기 쉬운 래디얼 타입의 콘덴서를 사용할 수 있게 하고 이번 실체배선도에서 불편했던 부분을 수정했다. 물론 기본적으로 실비아 케이스에 딱 맞게 들어가는 사이즈이다.

간단히 설명하면 둥근 배선은 기판 위로 배선작업을 하는 것-점퍼 와이어로 대채해도 무방하다-이고, 디지털 입/출력은 점퍼를 통해 선택하게 했고, 디지털 신호 경로의 비드는 생략해도 되며 점퍼 와이어를 사용할 경우 기판을 가로질러 바로 디지털 출력단자로 연결해주는 것이 좋다.

Low Pass Filter나 헤드폰 앰프부는 배선도에서 비워두었는데, 부피가 큰 부품을 쓸 수 있도록 되도록 많은 공간을 할애했다. 만약 별도의 앰프를 같이 사용한다면 생략하는 것이 음질상 좋을 것이고, 따로 앰프를 사용하지 않는다면 취향에 맞는 Low Pass Filter나 헤드폰 앰프부를 구성하면 된다. 단전원 저전압 구동 필터나 헤드폰 앰프면 무방할 것이다.


기본 회로는 Ukram Data의 USB DAC 프로젝트인 PCM2902 USB DAC/ADC에 소개된 것이다.

Ukram Data의 PCM2902 USB DAC/ADC 회로

출처: http://hepso.dna.fi/misc/pcm2902/usb_dac_pcm2902_schema.PDF

USB 코덱칩 PCM2902의 데이터시트의 기본 회로와 큰 차이는 없으나 시그널(아날로그) 그라운드와 USB(디지털) 그라운드를 격리(isolation)하여 그라운드간의 전위차에 의해 발생하는 노이즈를 최소화하고자 했다.


Low Pass Filter는 아래 회로를 참고하라.

Low Pass Filter가 들어간 회로

출처: Ti의 DEM-PCM2900/2902 EVM User Guides Abstract

헤드폰앰프칩 TDA1308을 이용한 단전원 구동

출처: TDA1308 데이터시트

단전원 저전압 구동 헤드폰 앰프는 디바이스 마트를 통해 구하기 쉽고 저렴하며 성능이 좋은 TDA1308 칩을 추천한다.

위 회로는 반전입력 회로로 증폭률이 1인 회로로 증폭률이 크지 않으므로 더 높은 증폭률이 필요하다면 피드백저항값을 좀 올려서 게인을 높게 잡으면 될 것이다.

반전입력에서 증폭률은 입력저항과 피드벡저항의 결정되는데 다음의 공식과 같다.

증폭률=피드백저항값/입력저항값

첨부한 회로에서 입력저항은 Vin-(2번, 6번핀)에 연결되는 저항이고, 피드백저항은 Vin-(2번, 6번핀)과 Vout(1번, 7번핀) 사이에 연결되는 저항이다.

계기

2004년 봄에 학교 선배에게 노트북과 함께 쓸 수 있게 만든 헤드폰 앰프(SHA, Sol Headphone Amp)를 선물한 적이 있다. 유감스럽게도 그때 받은 평가는 "노트북 내장 사운드의 출력만으로도 음량확보에는 충분하고 근본적인 음질의 한계 때문에 굳이 앰프를 쓸 필요를 느끼지 않는다." 였다. 그때 선배가 한 가지 제안을 했는데 차라리 노트북에서 쓸 수 있는 고음질의 사운드 카드를 만들어 보는 것은 어떠냐는 것이었다. 가능하다면 헤드폰 앰프도 추가해서 말이다.

그 말을 들었을 때 처음 생각한 것이 USB DAC이었다. 하지만 일단 중요 부품을 구하기가 어렵고, 구한다 하더라도 납땜이 수월하지 않은 SMD 부품이 있으며, 무엇보다 시중에 비슷한 컨셉의 제품-오디오트랙의 옵토플레이 등-이 적당한 가격에 나와있다는 것 때문에 만들기도 어렵고 굳이 만들 필요가 없다고 답했던 것 같다. 하지만 나 역시 호기심이 동했기 때문에 부품만 구할 수 있다면 한 번 생각은 해보겠다고 했다.

그렇게 이야기만 하고 넘어갔는데 그해 9월 즈음 선배가 필요한 부품을 구해주었다. 그 바람에 결국 앞서 내렸던 이성적인 판단을 외면한 채 USB Audio CODEC을 만들게 되었다.

완성한 USB Audio CODEC(PCM2902)

회로

회로는 Ukram Data의 USB DAC 프로젝트인 PCM2902 USB DAC/ADC에 소개된 것을 사용했다. 내가 처음으로 USB DAC의 존재에 대해 알게 된 곳이기도 하고, 상당히 간결한(?) 회로가 마음에 들었기 때문이다.

데이터시트의 기본 회로도

Ukram Data의 PCM2902 USB DAC/ADC 회로

USB 코덱칩인 PCM2902의 데이터시트의 기본 회로와 큰 차이는 없으나 시그널(아날로그) 그라운드와 USB(디지털) 그라운드를 격리(isolation) 시켰고, LPF(Low Pass Filter)나 앰프가 생략되었다.

PC와 사운드 카드의 그라운드를 격리시킴으로써 그라운드간 전위차에 의해 발생하는 노이즈를 줄일 수 있다고 한다. PCM2902의 아날로그 부와 디지털 부사이에는 약 10 mV의 전위차가 발생하기 때문에 10옴 저항을 사용해 격리시켜준다.


제작

당초의 생각은 작고 가볍게-휴대하기 편하게 만들자였는데 적당한 케이스를 찾기 어려워 실비아 케이스를 사용하기로 했다.

입출력 단자 및 전원스위치와 LED

내부

내부, 자작한 PCM2902용 변환기판

배선작업

전원 온

완성한 HD 600용 케이블 Ⅱ

&lt;닫기&gt;

출처: 벨덴 8723 데이터시트

&lt;닫기&gt;

익스펜더는 케이블의 외피의 색-약간 짙은 회색이 맘에 안 들어 씌웠다. 케이블 외피에 먼지가 달라붙거나 때 타는 것을 피하는 것은 부수적인 효과이다.ㅋㅋ

땜납은 WBT 은납을 사용했다. 성능(?)을 체감할 수 있는 것은 아닌지만 소모되는 땜납의 양이 많지 않고 심리적인 만족감을 얻을 수 있기에 썼다.


만들기

선재는 2조 페어선으로 분리되어 있고 각기 별로 독립된 실드를 갖추고 있어 실드를 핀 커넥터 부위 끝까지 씌워 주었다.

익스펜더를 입힐 때 대만산 플러그의 선재 휨 방지용 스프링 부분의 내경이 좁아서 좀 고생했다. 맨 선재만으론는 여유로웠는데 익스펜더를 입히니까 집어 넣기가 상당히 힘들었기 때문이다.

얼마 전에 올린 글 '중국제 저가형 디지털 테스터(멀티미터)의 한계'에서 언급했듯이 가지고 있는 중국제 디지털 멀티미터(이하 DMM)가 정상작동하지 않는 현실에서 지금까지처럼 저렴한 중국제 DMM을 사서 쓰다가 이상해질 때마다 버리고 새것을 살 것인가 아니면 돈 좀 모아서 나중에라도 이름 있는 제품을 하나 장만할지를 두고 고민하고 있었다.

같은 내용의 글을 헤드폰 앰프 자작 커뮤니티인 '하스'에 올렸는데 여러 고수들의 조언을 검토한 결과 중국산이 아니며 DMM으로 유명한 회사의 제품을 사기로 마음을 정했다. 그리고 되도록이면 0점 조정이 되는 것으로…

하지만 그런 결정을 내렸어도 여전히 현실적인 문제는 그대로였다. 내 경제적인 형편으로는 유명 브랜드의 새로운-그리고 값 비싼 DMM을 장만할 수 있는 여건을 갖추는데 상당히 오랜 시일이 필요하기 때문이다.

그래서 눈길을 돌린 것이 유명 회사의 중고 제품이다. 국내의 중고 계측기 장터 사이트들을 검색해본 결과 내 형편에서 지를 수 있는 2가지 DMM을 찾을 수 있었다. 하나는 FLUKE사의 8050A이고 다른 하나는 ED사의 EDM-4750이 그것이다. 8050A는 계측기로 유명한 회사인 FLUKE의 DMM이지만 내가 구입하려는 매물의 경우 전류측정용 단자가 없어 전류측정이 안 되는 문제가 있었고, EDM-4750은 국산이며 전류측정이 되고 영점 조정도 지원되는 장점이 있었다. 둘의 가격차이가 크지 않았기 때문에 한참을 고민하다가 비록 영점 조정은 되지 않지만 이번 기회가 아니면 언제 또 FLUKE의 DMM을 직접 써볼 일이 있을까 하는 생각에 결국 8050A를 선택했다.


두근거리는 마음으로 제품과 첫 대면했을 때의 받은 인상은 "골동품 같네…  제대로 동작할까?"였다. 그리고 중고라 테스트 리드가 없었는데 다행이도 전에 쓰던 MASTECH의 MAS830 용 리드가 호환되었다.^^

워낙 오래 전에 출시된 제품이라 나이로 따지만 나보다도 한 살이 많은데, 다행히도 대부분의 기능이 정상적으로 작동되어 안심할 수 있었다. DMM은 시간이 지날수록 오차가 심해져서 오래된 것은 재조정이 필요하다고 하는데, 간단히 전압, 저항을 측정해본 결과 내가 쓰기에는 별도의 재조정 작업 없이도 쓸만하다는 느낌을 받았다.

쇼트시켰을 때 2.2옴 정도가 나왔는데, 테스트 리드의 저항값에 세월에 따른 오차가 혼재된 결과일 것이다.

푸쉬 버튼으로 이뤄진 상당히 직관적인 사용자 인터페이스

이 8050A에서 아쉬운 부분 중 하나가 전류 측정용 단자가 없다는 점이다. 엄밀히 이야기하면 전류 측정용 퓨즈 홀더가 없다고 해야 할 것이다. 이 점 때문에 저렴하게 살 수 있었고, 사기 전에 충분히 인지하고 구매한 것이지만 텅 빈 저 부분을 보면 허전하다는 생각을 금할 수 없다.

스펙

전에 쓰던 DMM에 비하면 상당히 정밀하다. 특히 AC 전압 측정부분은 비교가 안 될 정도이다.

실제 사용 모습

거치형이지만 보기보다 가벼워 주로 이렇게 놓고 쓴다. 전원코드를 연결해서 써야 한다는 점과 큰 부피는 소형 DMM에 비해 상당히 불편한 부분이다.


이 DMM 8050A로 가장 먼저 착수한 작업은 예전에 만들었던 SHHA의 좌우 밸런스를 맞추는 것이었다. 예전에는 DMM의 한계로 최후에는 귀로 들으면서 밸런스 조정을 했는데 나중에 동생에게 오른쪽이 좀 크다는 지적을 받고 말았다. 전에 사용했던 DMM에선 최소단위가 200V 여서 제대로 된 측정이 어려웠는데, 8050A는 AC 전압 측정 범위가 상당히 세밀하게 나눠져 있어 2V로 맞추고 측정하여 양쪽을 거의 비슷한 레벨로 맞출 수 있었다. 밸런스 조정 뒤에는 음악에 대한 몰입도가 확실히 전보다 더 높아지는 졌는데, FLUKE 8050A를 장만한 보람을 느끼는 순간이었다.


참 오래된 제품이라 FLUKE 홈페이지에서는 8050A에 대한 자세한 정보를 찾지 못했는데, 구글을 통해 제품 매뉴얼을 구할 수 있었다. 매뉴얼을 보니 보기보다 많은 기능을 지고 있음을 알 수 있었다. 전압, 전류, 저항 측정 외에도 dB, Conductance, Diode 측정 등을 지원한다.
혹시 같은 기종을 갖고 있고 상세한 정보가 필요하다면 다음 매뉴얼을 참고하라.

Fluke 8050A 매뉴얼 보기 (출처: https://www.grimcomp.com/download/fluke/8050a)



중국산 저가형 DMM을 쓰고 있다면 이렇게 유명회사의 쓸만하면서 저렴한 중고 거치형 DMM을 하나 장만해서 같이 사용하는 것도 괜찮은 선택이라 생각한다. 하지만 중고 거치형 DMM 하나만 가지고 쓰기에는 여러모로 불편할 것 같다. 부피도 크고 배터리 미지원 기종은 전원코드를 연결해야 하기 때문이다.

아무튼 관심있는 사람은 중고 계측기 장터를 뒤져보라!!

참고: 소리전자의 중고 계측기 장터 게시판

딱 2가지밖에 안 써봤지만 2개 모두 1년 정도 지나면 제대로 작동이 안 되는 부분이 생겼다. 모든 기능이 안 되는 것은 아니고 미세한 전압값이나 저항값을 측정하는 부분이 먹통이 된다. 내장된 9V 베터리의 잔량이 부족해서 그런가 했는데 교체해줘도 그대로다. ㅠ.ㅠ

쇼트(!)시켰을 때의 측정값

사진을 보시고 눈치 챈 사람도 있겠지만 쇼트시킨 상태이다. 즉 0옴인 상태인데 저항값이 저렇게 출력된다. 그것도 일정한 것이 아니라 춤을 추는 것처럼 계속 변한다.

덕분에 자작 앰프의 출력단의 DC검출도 포기할 수밖에 없었는데, 2V나 200mV로 맞추면 앰프의 출력부에 테스터의 핀을 연결하던 하지 않던 숫자가 마구 움직이기 때문이다. 그렇다고 20V로 맞추면 앰프에 심각한 이상이 있어 100mv를 넘지 않은 이상 0V로 표시된다.

처음에는 DT-830B(사진 중 왼쪽)를 구입해 썼는데 1년 정도 지나니까 위와 같은 증상을 보였다. 부품의 페어매칭이 필요한 앰프를 만들 때였는데 그렇게 되어 좀 고생했다. IC가 이상한 줄 알고 마구 바꿨는데 테스터가 이상한 것이었다.

그래서 구한 것이 MASTECH의 MAS830(사진 중 오른쪽)이다. 처음에는 잘 작동했는데 이 테스터 역시 1년 정도 지나니까 마찬가지의 증상을 보인다. 근데 이 MAS830은 DT-830B보다 한 술 더 떠서 저항 측정 한계값을 200옴에 맞춰놓으면 저항값이 측정이 아예 안 된다.

처음 자작을 시작할 때는 맛만 보고 바로 발을 뺄 생각으로 저가형 테스터를 샀는데, 그런 선택의 대가를 톡톡히 치르는 것 같다. 고수들이 좋은 테스터를 쓰는 이유가 이것일까?

그냥 지금까지처럼 저렴한 중국제 테스터를 사서 쓰다가 이상해질 때마다 버리고 새것-마찬가지로 저가형 중국한 테스터를 살지, 아니면 돈 좀 모아서 나중에라도 이름있는 제품을 하나 장만할지 고민 좀 해봐야겠다.^^

제작년에 만든 인터커넥터 '골드 드래곤'이다. 부모님이 쓰시는 CDP와 앰프를 연결할 목적으로 만들었다.

학교에서 기가비트 전산망 구축작업을 하면서 버려진 선재를 사용해서 만들었다. THICKNET 케이블이라고 해서 원래는 데이터 전송용 랜케이블이지만 임피던스-50Ω-나 선재 구조-동축-를 볼 때 인터커넥터용 케이블로 쓰기에 무리가 없을 것이란 판단에 과감하게 인터커넥터용으로 사용해보았다.


THICKNET 케이블의 내부 구조와 스펙

무엇보다 마음에 든 것은 4중 실드 구조로 차폐가 뛰어나고 절연체가 테프론 다음으로 좋은 평가를 받기도 하는 PE(폴리에틸렌)이라는 점이다.

사용한 RCA 프러그의 품질이 아쉬운데 저 굵기(12AWG)의 선재를 커버할 수 있는 단자를 시중에 쉽게 구할 수 없기 때문에 어쩔 수 없이 사용했다. 그나마 가장 큰 단자인데도 THICKNET 케이블이 들어갈 수 있도록 구멍을 넓혀야 했을 정도이다.

저 케이블의 경이적인 굵기와 노란 외피를 부각시키기 위해서 '골드 드래곤'이란 거창한 이름을 붙였는데 동생이 보더니 한마디 했다. "누런 뱀같은데 그냥 '누렁이'로 부르는 것이 낫겠다."라고... 그 뒤로 이녀석의 이름은 '누렁이'가 되었다.

음질은 기존에 쓰던 막선과 비교하여 특별히 차이를 느낄 수 없을 정도이다. 기분상 소리가 풍성해진 것 같은데 기분은 기분일 뿐이니까... 그런데 결정적으로 부모님은 이렇게 케이블 만들어 드렸는데도 막선을 사용하던 전과 별 차이 없으며 소리가 어떻다는 것은 신경 안 쓴다고 하신다. --;

이야기를 복잡하게 헀지만 가벼운 마음으로 만들었기 때문에 복잡하게 따지기보다는 그냥 편하게 생각한다. 만드는 과정을 즐겼다는 것과 케이블의 굵기에서 심리적인 안정감을 느낀다는 점에서 만든 보람은 있었다고 생각한다.