전부터 헤드폰 앰프 타령을 해왔던 친구의 대학 졸업과 대학원 입학을 축하하기 위해 작은 선물을 하나 만들었다.

선물한 앰프가 어딘가 구석에 처박혀 있는 경우를 종종 본 적이 있는데 이미 내 손을 떠난 것이라 별로 신경 쓰지는 않지만 이왕 선물할 것 가급적이면 선물 받는 사람에게 활용도가 높은 앰프를 만들어야겠다고 생각하게 된다. 친구의 성격을 고려할 때 거치형 앰프는 사용하지 않을 가능성이 대단히 높고 휴대용 앰프 역시 배터리나 전원 어댑터의 사용과 소스기기와의 선 연결을 귀찮아하여 사용하지 않을 가능성이 높아보였다. 집에서 먼 대학원에서 주로 노트북을 사용할 예정이라는 이야기에 USB 코덱과 USB 전원으로 작동되는 앰프를 만들어보기로 했다. USB 사운드카드와 앰프를 합친다면 전원공급의 불편함과 소스기기와의 연결의 번잡함을 해소할 수 있으리라 생각했다.


Simple Class-AB Headphone Amp

헤드폰 앰프는 하스 신정섭님의 Simple Class-AB Headphone Amp를 택했는데, 작년 하스 정모에서 만난 김창훈님의 추천도 있었고 그람슬리 솔로를 비롯한 여러 상용 앰프에 사용된 회로이기도 하고 평이 좋은 편이라 호기심이 동했다.

배선도는 신정섭님이 공개한 배선도를 참고하여 나의 취향에 맞추어 저항을 눕힐 수 있도록 새로 그렸다.


OP앰프는 저전압에서의 작동에 비중을 두어 듀얼OP앰프와 핀호환이 되는 헤드폰앰프인 필립스의 TDA1308을 사용했다.

버퍼단의 TR은 원회로의 BC337/BC327을 사용했다. 저렴할 뿐 아니라 소자의 특성도 좋다고 한다.


전원부

USB 전원을 사용해야 하기 때문에 전원부는 공급 전압을 -전압으로 바꿔주는 볼테이지 컨버터인 LM2663을 사용하여 양전원부를 구성했다.


Simple Class-AB Headphone Amp가 USB 전원에서도 제대로 작동하는지 테스트해봤는데 작동은 하지만 USB 전원의 품질에 영향을 많이 받음을 알 수 있었다. 내 데스크탑 PC의 경우 USB 전원을 그대로 사용해도 지장이 없었지만 노트북에서는 그냥 사용할 경우 잡음이 심해서 LDO를 사용해야지 잡음을 잡을 수 있었다. 이처럼 경우에 따라 달랐기 때문에 LDO를 사용하여 USB의 5V를 3.3V로 레귤레이팅하여 사용했다. 이렇게 레귤레이팅한 3.3V를 볼테이지 컨버터를 통해 -3.3V를 만들어 +-3.3V 양전원을 갖추는 것이다.

큰 의미는 없지만 원활한 전원공급과 빈 공간을 활용하기 위해 3쌍의 전해콘덴서와 필름콘덴서를 추가했다.


만들기
가공하기 쉬운 재질이고 나름대로 휴대하기 편한 사이즈인 실비아 케이스를 사용했다.

동테이프를 사용해 접지 면적을 가능한 넓게 만들려고 했다.

기판 밑면을 볼 일은 드물겠지만 선물로 만드는 만큼 배선 작업에 신경썼다.

공간을 확보하게 위해서 콘덴서의 일부를 기판 밑면에 SMD타입의 MLCC으로 사용했다.

볼륨은 알프스 미니 스위치볼륨이다. 좌우 편차가 약간 있는 편이지만 마땅한 대안이 없어서 사용한다. 하스 이정석님이 소개해준 볼륨의 오차를 줄이는 방법을 적용했다.

높이를 낮추기 위해 USB 단자는 A타입을 사용했다. 때문에 양쪽이 A 타입 플러그로 이뤄진 케이블을 사용하여 컴퓨터와 연결해야 한다.

디지털 입/출력 선택 스위치. 그다지 쓸 일은 없을 것 같지만 추후 디지털 입력이나 출력이 필요할 경우를 대비하여 넣었다.

USB 오디오 코덱인 PCM2902. 얼마나 효과가 있을지는 모르겠지만 접지한 동테이프로 감싸주었다.

USB 전원 잡음을 조금이라도 줄이기 위해 비드를 추가했다.


소감

+-3.3V의 저전압이라 Simple Class-AB Headphone Amp가 제대로 작동할지 조금 걱정했는데 다행히도 괜찮은 편이다. 이 회로에 있어 최적의 동작 조건은 아니겠지만 이 정도면 나름대로 만족한다.

전원이 충분하지 않기 때문인지 저임피던스 이어폰일 경우 최대 볼륨에서 클립핑이 발생하지만 친구를 위한 또 다른 선물인 32옴의 PX-200에서는 그러한 문제가 없었다.

이 USB Audio CODEC + Headphone Amp는 지금까지 취미 삼아 만들었던 앰프와는 달리 처음부터 선물하기 위해 만든 것이라 구상에서부터 배선도 그리기, 부품 준비와 제작, 마무리까지 오랜 시간과 공을 많이 들여서 그런지 큰 애착을 느낀다. 부디 잘 쓰이기를 바란다.

친구의 대학 졸업과 대학원 입학을 축하하며, 건강과 성공을 기원한다.

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.

+-3.3V의 저전압에서도 원활히 동작할까 걱정했는데 다행히도 괜찮은 소리를 들려주었다. 이 회로에 있어 최적의 동작 조건은 아니겠지만 이상없이 한 번에 만들었다는 결과 자체와 저전압에서의 동작이라는 목표한 바를 이루어 기쁠 뿐이다.

워밍업을 끝냈지만 바로 본래의 목표였던 USB 코덱 + Simple Class-AB Headphone Amp를 만들지는 못했다. 다른 일로 바쁘게 지내다 잠시 여유가 생겼을 때 비로소 만들 수 있었는데, 다음에는 완성한 USB 오디오 코덱 + Simple Class-AB Headphone Amp를 소개하겠다.

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.

사진에서는 구부린 핀을 절연하지 않았지만 만약의 경우를 대비해서 수축튜브 등으로 in, out핀을 절연해야 안전할 것이다.


부품 실장 및 납땜

보통 전원부부터 먼저 만든 뒤에 전원부가 정상적으로 작동하는 것을 확인 한 뒤에 증폭부를 만들기를 권하지만 개인적으로 어느 부분인가에 상관없이 망가지기 쉬운 능동소자와 수동소자를 제외하고 높이가 낮은 부품부터 납땜하는 것을 선호한다. 뒤집어 납땜할 때 편하기 때문이다.

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.

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.

LED 고정용 홀을 출력 전환용 스위치 고정에 사용해버려 LED를 다른 곳에 장착해야 했다. 케이스가 검은색으로 아노다이징 된 상태라 드릴로 홀 가공을 하면 아노다이징이 벗겨진 부분이 눈에 띄기 때문에 어디에 LED 고정용 홀을 만들까 고민해야 했다. 그러던 중 볼륨의 최소/최고 지점을 표시하는 포인트가 눈에 들어와 그곳에 LED를 장착하기로 했다.

고휘도 LED를 써도 눈부시지 않게-실은 드릴로 아노다이징이 벗겨지는 부분을 줄이기 위해 바깥에는 1파이의 작은 구멍을 뚫고 안쪽에는 LED가 장착될 수 있는 3파이의 구멍을 만들어 LED를 고정했다. 이렇게 외부로 LED가 바로 노출되지 않게 하니 은은하게 불빛이 보여서 좋다.

알레프 문자의 색에 맞춰 LED는 고휘도 레드로 했고, 검은색과 붉은색의 대비를 강조하려는 의도로 노브의 볼륨 위치 표시용 틈도 빨간색으로 메웠다.

볼륨이 케이스에 고정되지 않고 기판에 고정되어 있어 더 손본다면 노브에도 LED 장착이 가능해 보였지만 이 정도 선에서 멈추기로 했다.

볼륨은 알프스 코퍼벨벳(^^;;) 10KA 클릭형이다. 가지고 있던 것 중에서 소음량에서의 좌/우 밸런스가 가장 좋게 느껴지는 것을 골라 사용했다. 개인적으로 클릭형을 싫어하지만 동일 용량의 논 클릭형을 구할 수 없고, 전면 패널에 볼륨이 고정되지 않아 토코스 볼륨(RV24)도 쓸 수 없어 선택의 여지가 없었다.

입력 RCA단자는 뉴트릭 판넬형 단자 NF2D를, 스피커 연결용 바인딩 포스트는 WBT 복각 제품을 썼다. 양쪽모두 마감이 아쉽지만 나름대로 견고하고 고급스럽게 보여 자주 사용하는 저렴한 단자보다 만족스럽다.

후면 패널의 오른쪽을 나타내는 문자 'R'은 붉은색으로 칠해서 흰색인 왼쪽과 구분했다.

입력선재는 벨덴(Belden) 8761-오디오용 선재인 주석도금 2심선을, 출력선재는 스웨덴제 OFC 선재 Jentech HC 1.6를 사용했다. 각 단자의 끝 부분은 수축튜브를 씌웠고, 좌/우는 수축튜브의 색을 달리하여 구분하기 쉽게 했다.

트랜스는 외부에 몰딩용 수지가 군데군데 묻어 지저분하게 보여 테입으로 외부를 한 번 깜싸주었다. 케이스의 트랜스 고정 볼트용 홀이 내가 갖고 있는 트랜스 고정용 볼트에 맞지 않았지만 드릴을 이용해 간단하게 넓힐 수 있었다.

출력단의 모스펫 IRF240은 절연시트를 사용해 케이스와 절연했다. 부싱은 절연을 위해서가 아니라 모스펫 보호를 위해 사용했다. IRF240은 몸통이 플라스틱이라 고정용 볼트를 과도하게 조일 경우 모스펫이 훼손될 수 있기 때문이다. 이 부싱의 두께로 인해 기본 볼트로는 제대로 고정이 안 되어 보다 긴 볼트를 사용해야 했다. 그리고 열전도율을 높이기 위해서 써멀구리스를 절연시트와 모스펫에 발랐다.


공제 알레프 헤드폰 앰프 케이스 접지 하기 및 그라운드 루프 브레이커(Ground Loop Breaker) 적용하기

공제한 알레프 헤드폰 앰프 케이스는 따로 AC 접지를 하거나 그라운드 루프 브레이커(Ground Loop Breaker)를 사용하기 위한 접지 포인트가 설정되어 있지 않다. AC 접지를 할 경우 오히려 그라운드 루프로 인해 험이 발생할 수 있어 경우에 따라 AC 접지를 하지 않는 편이 음질에는 낫다고 할 수 있다. 하지만 항상 문제는 만약의 경우에 발생하므로 안전을 위해 꼭 해주는 편이 좋은데, 그런 그라운드 루프로 인한 험 문제에 대처하기 위해 그라운드 루프 브레이커를 사용한다.

그래서 AC인렛 쪽의 원형발 고정용 볼트/너트쪽에 접지 포인트를 만들어주었다. 아노다이징 착색된 부분을 사포로 벗겨낸 것이다. 여기에 AC 접지라인과 알레프 헤드폰 앰프의 루프 브레이커 포인트에 연결한 선을 연결해주면 된다. 접지선은 가능한 굵은 선을 사용하길 권장한다.


공제 알레프 헤드폰 앰프 케이스에 뉴트릭 RCA잭(NF2D) 장착하기

그냥 RCA잭을 끼면 될 텐데 무슨 이야기할 거리가 있나 의아해 할 수도 있을 것이다. (이미지 출처: 뉴트릭 홈페이지)

하지만 뉴트릭 RCA잭(NF2D)은 고급스러운 외양과 높은 가격과 달리 마감이 아쉬웠다. 판넬에 장착 시 보이지 않는 뒷면과 옆면에 약간 울퉁불퉁한 부분이 있어 공제한 알레프 헤드폰 앰프 케이스에 장착이 되지 않았다. 공제 케이스가 뉴트릭 RCA잭의 도면 그대로 워낙 정교하게 가공된 탓에 RCA잭의 약간 돌출된 부분이 걸린 것이다.


그래서 줄과 사포를 이용해 문제의 부분을 갈아내니 케이스에 딱 맞게 장착된다.


알레프 헤드폰 앰프의 발열

알레프 헤드폰 앰프의 발열은 심한 편이다. 원래 알레프 앰프가 높은 발열로 유명하긴 하지만 보다 출력을 낮춘 알레프 헤드폰 앰프도 기본적으로 클래스 A-효율이 낮아 열이 많이 발생하는 증폭 방식이라 그런지 열이 많이 난다.

열이 많이 발생하는 부분은 출력석(IRFP240)과 전원부의 레귤레이터(LT1085/1033), 정류 다이오드, 차동단의 모스펫(IRF9610), 릴레이 전원용 레귤레이터(7812), R34이다. 출력석과 전원부의 레귤레이터는 케이스 방열을 하므로 크게 걱정할 필요는 없다. 다만 바이어스 정도에 따라 체감상 발열이 급격하게 증가하는 것 같아  적정 수준으로 바이어스를 맞추는 것이 나을 것이다. 내 알레프 헤드폰 앰프에서는 바이어스 200mA까지는 섭씨 40~45도로 양호한 수준이었고, 300mA 이상부터 55도~60도로 급격히 증가했다.

R34에서는 약간의 열-다른 저항에 비해서 상대적으로 많은 열이 발생했는데, 그 점을 고려하여 기판에 딱 붙이지 않고 기판에서 약간 띄워 간격을 만들어 주었다.

증폭방식 자체가 발열이 심한 방식이고 실제로 열이 많이 발생하지만 공제 알레프 헤드폰 앰프 케이스를 쓴다면 우려할 필요는 없다. 3면(밑판, 양 옆판)이 요철구조의 방열판이라 열을 효과적으로 발산시켜 심한 발열에 대한 충분한 대비가 이뤄져 있다. 그래서 앰프에서 발생하는 열도 계절과 실내온도에 따라 여유로운 마음으로 즐길 수도 있을 것이다.^^;

그렇지만 발열에 신경을 쓴다면 알레프 헤드폰 앰프에 사용할 전해 캐패시터를 105도 급을 사용하는 편이 나으리라 생각한다. 특히 정류 다이오드 가까이에 있는 전해 캐패시터는 다이오드에서 발생하는 열에 영향을 받아 주위의 다른 캐패시터보다 온도가 높은데 그 부분은 되도록 105도 급의 캐패시터를 써주길 권한다.

그리고 케이스의 밑판과 옆판 사이에 써멀 구리스를 발라 열전도율을 높이면 방열에 더 좋을 것이다.(하스 김상록님의 조언을 참고하여 추가한다.)


알레프 헤드폰 앰프의 바이어스 조절

바이어스는 회로의 R8 값과 출력석의 소스(S)에 연결된 저항 값에 정해지는데, 출력석 M5의 소스에 연결되어있는 R20의 전압(DC)을 측정해 R20의 값으로 나눈 값이 바이어스 전류량이다.(하스 박찬영의 "알레프 헤드폰 앰프 바이어스 조절 방법 질문합니다."에 대한 황용근님의 답변 참고) 예를 들어 R20의 DC 전압이 0.3V이고, R20이 1.5옴이라면 바이어스는 200mA(=0.3/1.5)가 된다.

필요에 따라 바이어스 조절하고자 한다면 R8로 고정저항보다 가변저항을 사용하는 편이 좋을 것이다.


또한 바이어스에 따라 발열 외에 출력단의 DC Offset의 정도도 달라지므로 바이어스 조절 시 출력단의 DC Offset을 고려해야 할 것이다.

제법 까다롭게-각 모스펫을 1개씩 페어매칭기로 IRFP240은 400mA, IRF9610은 20mA의 전류를 30분간 흘리면서 총 3회 측정하여 가장 비슷한 값을 골라내 페어를 맞춘 덕분인지 출력단의 DC는 극히 적어 바이어스를 200mA로 맞췄을 때 DC Offset은 -2.0~-0.2mV에 불과했다. 그렇지만 바이어스를 300mA로 올리자 DC Offset이 -18~-15mV까지 급격히 증가하였다. 물론 이 정도도 양호한 수준이다. 하지만 페어매칭이 제대로 이뤄지지 않아 DC Offset이 큰 상태라면 주의할 필요가 있을 것이다.

일반적으로 출력단의 DC Offset은 스피커에 연결하는 파워앰프의 경우 +/-50mV를 넘지 않게, 헤드폰의 경우 +/-200mV를 넘지 않게 조정해야 한다고 한다.(하스 신영철의 "출력단 DC 에 대해서.."에 대한 송관섭님, 박은서님의 답변 참고)


알레프 헤드폰 앰프로 음악을 들으며...

알레프 헤드폰 앰프는 묘한 느낌을 준다. 헤드폰 앰프로 사용할 때와 소출력 파워앰프로 쓸 때의 느낌이 사뭇 다르기 때문이다.


헤드폰 앰프로서는 엄청난 구동력이 인상적이다. 마치 유닛을 손에 쥐고 흔드는 것 같은 착각이 들 정도로 원할히 헤드폰을 울려, 답답하게 반응을 잘 하지 않는 헤드폰을 혼내주기에 좋겠다는 생각이 든다.^^:

그 외에 음색은 특별히 모나지 않으면서도 단정한 저음의 울림이 좋게 느껴졌다. 다른 알레프 파워앰프를 써보지는 않았지만 흔히들 알레프 앰프에 대해 온도감 있는 소리가 좋다고 표현하는데 편안한 소리로 인해 음악을 듣기에 좋다는 이야기가 아닐까 한다.


스피커용 파워앰프로서는 소출력이다보니 구동력이 그리 강하게 느껴지지는 않아 헤드폰 앰프로 쓸 때와는 사뭇 다르다는 느낌을 받았다. 그렇지만 작은 음량에서든 큰 음량에서든 상당히 듣기 좋은 소리를 낸다는 점은 헤드폰 앰프와 마찬가지였다.

음압이 높은 스피커의 경우 별도의 프리앰프 없이 내장된 볼륨을 활용해 소출력 인티앰프처럼 쓸 수도 있겠다는 생각에 알레프 헤드폰 앰프만으로 몇 가지 스피커를 연결해봤다. 미니텀포넌트용 스피커는 손쉽게, 내가 애용하는 모니터 스피커를 원활히 울렸다. 부모님의 EGA 인터메쪼 스피커에서는 게인이 좀 낮다는 느낌이 들었지만 내가 큰 음량으로 음악든는 것을 별로 좋아하지 않다보니 그래도 제법 괜찮게 느껴졌다. 그래서 지금은 전에 만들었던 헤드폰 앰프겸 프리앰프인 SKEL6120과 모노블럭 게인클론 파워앰프를 치우고 알레프 헤드폰 앰프만으로 듣고 있다. 애시당초 헤드폰 앰프겸 소출력 스피커 앰프로 쓸 목적으로 출력전환 스위치를 추가한 것인데 의도에 잘 부합하는 것 같다.

한 가지 아쉬운 점은 입력단이 하나라는 점이다. 2가지 소스를 사용하는데 매번 케이블을 바꾸기가 좀 번거롭게 느껴진다. 그래서 또 다른 알레프 헤드폰 앰프(이벤트 버전)는 2개의 입력단을 갖춰 만들어 놓았는데 김상록님의 공제 케이스가 더 마음에 들어서 어느 알레프 헤드폰 앰프를 사용할 지를 놓고 고민 중이다.(행복한 고민? ^^;;) 이 알레프 헤드폰 앰프를 그대로 쓰자면 외장형 입력 셀렉터를 만들어야 하는데 이 역시 번거로워 프리앰프를 추가할까 생각하고 있는데 어떻게 할지는 아직 미정이다.


알레프 헤드폰 앰프 ⊂ 알레프 앰프

자작인의 입장에서 알레프 앰프 하면 가장 먼저 떠오르는 인상은 아마도 무지막지한 크기의 방열판과 제법 큰 돌덩어리 같은 트랜스, 깡통처럼 큰 전원용 캐패시터의 조합일 것이다. 예전에 하스 지승배님의 알레프 3 앰프 기판 공제에 참여하여 기판을 구해놓고도 만들 엄두를 못 냈는데, 알레프 헤드폰 앰프는 그런 압박을 받지 않고 상대적으로 손쉽게 알레프 앰프를 접할 수 있는 점이 무엇보다 좋다. 이 점은 어떻게 보면 헤드폰 앰프의 즐거운 특권(?) 같기도 하다.^^

물론 알레프 헤드폰 앰프가 알레프 앰프 그 자체는 아니며 규모 면에서 큰 차이가 있고 세부적인 면에서 다르긴 하지만 같은 계열이라 해도 무방할 것이다. 그래서 알레프 헤드폰 앰프를 통해 알레프 앰프를 유추해볼 수 있다.

알레프 앰프(파워앰프)가 부담스럽다면 알레프 헤드폰 앰프나 미니 알레프에 도전해보자.^^


끝으로 알레프 헤드폰 앰프 기판을 선물해주신 하스의 지승배님과 멋진 케이스를 만들어주신 김상록님, 조언을 아끼지 않으신 여러 회원께 깊이 감사드린다.

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.

SHHA에서 사용하는 트랜스의 스펙에서 24V 정전압부 쪽은 AC 30V 1A이다. 따라서  1A 이상의 전류를 지원하기만 해도 되지만, 즉 1A를 지원하는 LM2575로도 가능하다. 그렇지만 SHHA의 소모 전류가 많은 편이라 여유있는 전원 공급을 위해서 그리고 LM2576과 LM2575의 가격차이가 크지 않아서 3A 지원의 LM2576을 택했다.

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

제한된 공간에 무리하게 집어넣은 느낌이 좀 드는데 절묘하게도 부품간의 직접적인 간섭은 없었다. 스위칭 레귤레이터로 전압을 낮춘 후에 다시 구보다 전원회로로 정전압을 만들기 때문에 출력 전원의 리플이 문제될 여지는 적었지만 조금이라도 전원의 질을 높이기 위해 전원의 리플을 줄이기 위한 L-C 필터도 추가했다.


데이터시트에서 권고하는데로 각 부품을 레귤레이터의 핀 가까이에 배치했다. 일점 접지는 하지 못했지만 그 대신 동테이프를 사용하여 접지면적을 충분히 넓혀 일점접지에 가깝게 작업했다. 사용한 부품도 데이터시트에서 권장하는데로 썼다. 다이오드는 쇼트키 1N5822를, 캐패시터는 삼영과 BC의 Low ESR 타입을, 저항은 1%금속피막저항을 사용했다.

하스 엄수호님의 SHHA 제작기의 댓글을 보면 정전압화를 통해 실질적인 효과를 보고자 한다면 최소 5V 이상의 전위차를 확보해야 한다고 이야기하는데, 그 말에 동의하기에 스위칭 레귤레이터로 전압을 29.1V 정도로 낮췄다. 전압 조절용 가변저항로 싱글턴을 써서 정밀하게 맞추기가 어려웠는데 구보다 전원회로로 다시 정전압을 만드므로 정밀하게 전압을 맞출 필요는 별로 없다고 판단했다. 또한 정전압 회로에 공급하는 전압을 낮췄으므로 평할용 2200uF 전해 콘덴서를 내압 50V(삼영 LXV)에서 35V(삼영 NXB) 짜리로 바꿨다. 이는 NXB 35V의 ESR이 더 낮고 리플 특성이 좋아 스위칭 레귤레이터로 낮춘 전원의 리플을 낮추는데 보다 나으리라 여겼기 때문이다.


적용하는 방법은 간단한데 정류 다이오드에서 저항으로 연결되는 패턴을 끊고 정류 전원과 정전압부의 입력 전원, 접지를 스위칭 레귤레이터가 장착된 기판의 전원 입출력 단자와 연결해주면 된다.

스위칭 레귤레이터용 기판은 케이스의 AC인렛과 앰프 기판 사이의 빈공간에 장착을 했다.

AC인렛이 차지하는 공간 때문에 스위칭 레귤레이터용 기판을 앰프 기판에 바싹 붙여서 좀 답답해 보인다.


성공; 심한 발열이여 안녕~

스위칭 레귤레이터의 사용은 성공적이었다. 높은 효율(70~80%) 덕분인지 전압 차이만큼을 열로 방출하던 방식과 달리 발열이 현저하게 줄었다. 섭씨 70~90도 정도로 추정되는 24V 정전압부의 발열이 50~55도 수준으로 낮아졌다.

스위칭 레귤레이터에서 발생하는 열은 예상보다 좀 높았는데 24V 정전압부와 마찬가지로 50~55도 정도였다. 아마 사용한 방열판의 방열면적이 적고 앰프에서 소모하는 전류가 많기 때문일 것이다.

그렇게 심했던 발열을 해소하고나니 마음이 편해진다. 물론 그보다는 만드는 재미(=번거로움?)가 더 크긴 하다. :) 사실 SHHA의 24V 정전압부의 심한 발열은 실제 사용에 있어 큰 문제는 아니었다. 지난 한여름에도 문제가 없었던 것을 보면 심한 발열 때문에 전원부쪽의 온도가 높아져 전원부에 사용된 캐패시터의 수명이 상대적으로 빨리 감소하기는 하겠지만 크게 문제가 될 정도는 아니다. 그렇지만 귀찮게 느껴지지만 않으면 이렇게 자신이 만든 앰프에 다시 주의를 기울이고 정성을 쏟는 것이 참 재미있다. 그리고 별 다른 이변이 없는 한 나와 평생을 함께 할 앰프인데 이 정도 수고는 들일만 하다고 생각한다.


밀폐형 볼륨으로 교체

기왕 SHHA에 손댄 것 전부터 마음에 걸렸던 알프스 클릭식 블루벨벳 볼륨을 같은 용량의 토코스 밀폐형 볼륨으로 바꿨다. 사용한 블루벨벳이 클릭식이라 마이크로포닉 노이즈가 심한 진공관을 사용할 때 클릭이 걸릴 때마다 미세한 노이즈가 들려서 불편했다. 또한 볼륨을 미세하게 조절하기에 논클릭식 볼륨이 낫다.

문제는 사용할 토코스 밀폐형 볼륨(RV24)이 샤시 고정용 볼륨이라는 점이었다. 이 경우 볼륨의 고정용 돌기를 제거하고 볼륨을 180도 돌린 뒤에 하드와이어링을 하면 된다. 하지만 내 SHHA 케이스의 경우 고정용 서포터가 PCB의 고정용 홀과 딱 맞지 않아 PCB 고정용 블루벨벳 볼륨과 뉴트릭 콤보잭, 대충 맞는 볼트 1개로 기판을 케이스에 고정을 한 상태라 샤시형 볼륨을 사용할 경우 PCB의 고정 상태가 불안정해지는 것이 염려되었다. 그래서 PCB 고정용 홀을 케이스에 맞게 조정하기로 했다.

볼트 고정 부위를 보면 조금씩 어긋나 있는 것을 확인할 수 있는데, 케이스의 PCB 고정용 서포터에 위치를 맞춘 결과이다. 그라운드 루프 브레이커를 사용하고 있기 때문에 고정용 홀을 가공하면서 노출된 접지 부분과 고정용 볼트가 쇼트되지 않게 부싱을 사용해 절연시켰다.

그렇게 장착했는데 아쉽게도 최소 볼륨 상태에서 발진(?)하는 문제가 있었다. 전에 사용하던 블루벨벳에서는 없던 현상인데, 다른 토코스 볼륨으로 바꿔서 확인해보지 않았기 때문에 토코스 볼륨과 SHHA가 잘 안 맞는다고 일반화하기에는 무리가 있을 것이다. 그래도 최소 볼륨에서 3도 정도만 올려주면 그 문제도 없고 소리도 안 들리기 때문에 실사용에는 무리가 없었다. 또한 토코스 볼륨을 조작감이 좋아 마음에 들었는데 이 조작감을 포기하면 아쉬움이 더 클 것이란 생각이 들었다. 무엇보다 다른 볼륨이나 또 다른 토코스 볼륨으로 바꾸기도 귀찮아져서 그냥 쓰려고 했다.^^;;

그러다 하스에서 황용근님이 그런 문제가 있을 경우 그리드 스톱퍼(Grid Stopper)로 해결할 수 있다는 조언을 해줘서 최저 볼륨일 때의 문제를 해결할 수 있었다. 볼륨의 출력과 진공관의 그리드 사이에 100옴 정도의 저항을 넣으라는 이야기에 따라 당장 실행에 옮겼다.


그리드 스토퍼는 진공관 입력에 직결된 볼륨으로 인한 트러블을 없애는데 효과적이라고 한다. 신호 경로에 저항이 들어가기 때문에 쓰지 않고 정상적으로 작동한다면 좋겠겠지만 여러가지 변수-진공관, 볼륨 등-를 고려하여 안정적인 작동을 위해 넣어주는 것이 좋을 것이다. 그리드 스톱퍼에 대한 정보를 찾아보니 저항을 진공관의 그리드에 최대한 가깝게 붙여야 제대로 작동한다고 하여 그렇게 작업했다.

이렇게 그리드 스톱퍼로 최소 볼륨일 때의 문제 해결하고 이제는 편한 마음으로 SHHA로 음악을 듣고 있다. 적절한 해결책을 알려준 황용근님께 감사한다.^^

최근에 완성한 헤드폰 앰프를 소개한다.

2005년 겨울 하스에서 박은서님이 진행했던 SKEL6120 PCB 공구를 통해 PCB를 구하고 금방 만들 줄 알았으나 그러지 못했다. 시간 날 때마다 조금씩 작업을 진행했기 때문에 진척이 느렸고, 완성 직전에 예상 밖의 큰 문제가 터지는 바람에 2007년 초에야 완성했으니 참 오래 걸린 셈이다.


SKEL6120 헤드폰 앰프
 
SKEL6120은 국내 최대의 헤드폰 앰프 커뮤니티인 헤드폰 앰프 스테이션(이하 하스)에서 몇 분의 동호인들이 힘을 합쳐 만든 헤드폰 앰프이다. 이름에 포함된 '6120'이란 숫자에서 짐작할 수 있듯이 헤드폰 앰프 칩인 TPA6120A2을 사용했다. SKEL6120은 입력 필터와 OP앰프를 이용한 게인단, TPA6120A2을 사용한 버퍼부, LT1085/1033 혹은 LM317/337로 구성된 양전원부로 이루어져 있다. 때문에 TPA6120A2가 SKEL6120의 전부라고 할 수는 없지만 분명히 가장 큰 비중을 차지하고 있다.

TPA6120
TPA6120A2는 TI(Texas Instrument)에서 2004년 발표한 HIFI(HIGH FIDELITY)용 헤드폰 앰프 칩인데 인상적인 스펙과 성능으로 주목을 받았다. TPA6120A2의 가장 큰 특징은 커런트 피드백 아키텍처(Current-Feedback Architecture)와 높은 대역폭, 매우 적은 노이즈이다. 다이내믹 레인지(Dynamic Range)는 120dB 이상이며,  신호대 잡음비(SNR)는120dB나 되며 1300V/μs라는 높은 Slew Rate를 지닌다. 일단 스펙 면에서 TPA6120A2는 상당했고 실제 성능도 뛰어나 직접 사용해본 어떤 이들은 TPA6120A2를 괴물이라 평가하기도 했다.

하지만 TPA6120A2는 상당히 매력적인 헤드폰 앰프 소자임에도 이 칩을 사용한 자작(DIY)이 활발히 이뤄지지는 못했다. 무엇보다도 TPA6120A2는 민감한 부분이 있어 발진을 비롯한 오작동을 일으키는 경우도 잦아 몇몇 자작인의 헤드폰을 불구로 만들거나 저 세상으로 보내는 일도 적잖게 있었기 때문이다. 그리고 칩 자체가 표면실장형(SMD) 부품이다 보니 핀 간격이 조밀해 다루기가 어렵다.

SKEL6120은 그런 TPA6120A2의 까다로움을 극복한 성공적인 사례라 할 수 있는데, 다수를 대상으로 한 공제에서 그것을 증명했기 때문에 그 의미가 더욱 크다. 물론 여기서 상용제품은 논외이다.


SKEL6120의 회로

입력 필터는 Meier의 코다의 입력 필터와 같고, 증폭을 위해 OP앰프를 이용하며, TPA6120A2는 버퍼로 사용한다.

회로에 대해서는 문외한이라 잘 모르지만 TPA6120A2만으로 게인을 높게 잡고 증폭하는 것보다는 안정적으로 작동할 수 있는 구성이라 한다. (참고: 하스, 정원기님의 "SKEL6120 설계질문"에 대한 박은서님의 답변)

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.

평이 좋지만 고가인 OP앰프이다. SMD 부품이라 변환기판을 사용해야지 DIP용 소켓에 장착할 수 있다. 단 2개뿐인 귀한 OP앰프라 기존에 쓰던 PPA 헤드폰 앰프에서 쓰던 것을 끄집어 냈다.

정전압 레귤레이터는 LT1085/1033 대신 LM317/337을 쓰기로 했다. LT1085/1033이 더 정교한 전압을 내보내지만, LM317/337이 구하기 쉽고 저렴하며 다른 무엇보다 SKEL6120의 전류 소모량이 많지 않기 때문이다.

정류용 다이오드는 듀얼타입을 써야 하는데 Common Cathode Diode는 필립스의 쇼트키 다이오드 PBYR1545을, Common Anode Diode는 쇼트키를 구하지 못해 Fuji Electric의 Fast-Recovery Rectifier ESAC25-02N(C25 O2N)를 썼다.

캐패시터는 다음과 같다. 10pF과 220pF은 실버마이카를, TPA6120A2 디커플링 10uF과 100uF은 오스콘(OS-CON)을, OP앰프 디커플링 47uF은 니치콘 RZ를, 전원부의 전해캐패시터 120uF은 하스 황용근님에게 선물 받은 파나소닉 FM을, 1000uF은 BC를, 2200uF은 삼영의 NXB를, 필름캐패시터는 TPA6120A2용 디커플링 필름캐패시터로 쓴 ERO의 0.1uF를 제외하고 모두 ARCOTRONICS의 0.1uF과 1uF을 사용했다.

볼륨은 알프스(ALPS) 블루벨벳 10KA 클릭형이다. 개인적으로 클릭형 볼륨을 싫어하지만 같은 용량의 논 클릭형 블루벨벳을 구할 수 없어 어쩔 수 없이 썼다.

저항은 모두 국산 1% 오차의 1/4W와 1/2W 금속피막 저항이다. 몸통이 자성체라는 점이 불만이지만 구하기 쉽고 저렴하기 때문에 애용한다.

입출력 잭의 경우 헤드폰 출력 잭은 뉴트릭(Neutrik) 폰잭을, RCA 잭은 대만산 금도금 잭을 사용했다.

선재는 4심 선재인 벨덴 8723이다. 오디오용으로 제작된 선재이며, 주석도금 된 구리 전도체와 폴리프로필렌 재질의 절연체, 트위스트 된 페어 구조, 페어별로 차폐율이 100%인 독립된 실드를 갖췄고, 상대적으로 다른 4심 선재에 비해 가격이 저렴해 자주 쓴다.

노브(KNOB)는 내가 하스에서 공구한 소리전자의 검은색 노브 S-17을 썼다. 색상이 짙은 남색 기운이 도는 검은색이라 케이스의 진한 검은색과 다르고, 날개 두께가 두꺼워 전면 패널 앞으로 돌출되는 부분이 있어 이질감이 드는 점이 아쉽다.

트랜스는 어떤 트랜스를 쓸까 고민하던 중에 전에 내가 하스에서 스와니양스를 통해 공구했던 Toroid의 13V 양파 트랜스를 생각나 그것을 쓰려고 했다. PCB 위에 놓아 보니 크기도 대충 맞았다. 하지만 SKEL 6120의 전원부는 단파 2개를 묶어 양전원을 만들기 때문에 양파 트랜스를 그냥 쓸 수 없다. 양파 트랜스를 단파 2개로 고치던지 아니면 정류부를 양파 트랜스에 맞게 개조해야 한다. Toroid 13V 양파 트랜스는 센터 몰딩이 된 트랜스라 단파 2개로의 개조가 불가능하기 때문에 정류부를 바꿔야 한다.
정류부 변경의 번거로움 때문에 작업을 미루던 중 하스의 황용근님이 진행한 SKEL6120용 부품 공구에 참여하게 되어 15V 단파 2개로 이뤄진 암베코 탈레마 트랜스(Model No. 70063)를 입수했다. 크기가 작아서 별로 무겁지 않아 보이는데 몰딩에 쓰인 수지 때문인지 직접 들어보면 보기보다 상당히 무겁다. 가격만 괜히 비싸고 성능 면에서 잘 감은 국산트랜스와 차이가 없다는 냉정한 평가도 있지만, 파란 벽돌처럼 각 잡힌 외관과 몰딩으로 말미암은 무거움이 주는 느낌 때문에 기분상 신뢰가 된다. 아마도 이런 이유 때문에 사람들이 그렇게 암베코 탈레마 트랜스를 선호하는 게 아닐까? ^^;;

케이스는 하스의 김상록님이 SKEL6120 케이스 2차 공제 때 특별히 제작해준 것이다. 2차 공제 케이스는 1차 케이스와는 볼륨 노브용 홀 가공과 USB DAC인 COSDAC V2를 넣을 수 있게 설계된 점이 다르다. 그리고 내 SKEL6120용 케이스는 전면에 스위치와 볼륨을 부착하게 특별 가공이 된 점이 다르다. 케이스의 완성도가 상당히 높아 큰 감명을 받았다.


제작

김상록님이 특별히 제작해준 케이스를 받아보고 크게 감동하여 케이스의 격에 맞게 안에 들어갈 앰프도 특별히 신경 써서 만들겠다는 마음을 먹었다. 그래서 평소라면 비교적 간단히 만들고 넘어갈 부분도 귀찮음을 무릅쓰고 주의하며 만들었다.

납땜
통상적으로 전원부를 먼저 만들어 적정 전압이 나오는지 확인하고서 증폭부를 만들기를 권장한다. 하지만 개인적으로 부위에 상관없이 되도록 높이가 낮은 부품부터 납땜을 하는 것을 선호한다. PCB를 뒤집어 납땜할 때 편하기 때문이다. 물론 주의가 필요한 IC 등의 능동소자는 순서를 뒤로 미룬다. 그래서 높이 순서별로 실장 및 납땜하고, 전원부가 정상적으로 작동하는 것을 확인한 뒤에 증폭부의 TPA6120 칩을 가장 나중에 납땜했다.

레이아웃
케이스에 SKEL6120외에 USB DAC COSDAC V2가 같이 들어가고, 볼륨을 케이스 고정하며, 입력선택과 출력선택용 토글 스위치가 추가된 구성이라 케이스의 깊이가 꽤 늘어났다.

신호 경로를 줄이기 위해서 SKEL6120 PCB를 86도가량 돌려 배치했다. PCB 고정용 홀의 수정이 필요했지만 PCB 고정용 홀의 대각선 간격은 같아서 고정용 홀은 기존의 2개를 그대로 활용하고 2개만 추가로 만들면 됐다.

붉은색 LED를 사용한 정면은 블랙+레드의 포스(?)가 느껴진다. 뒷면에는 필요한 RCA 입력 단자와 SPDIF 아웃 단자를 직접 구멍을 뚫어 추가했다. 신호 경로를 짧게 하고자 INPUT이라 적혀 있는 부분의 RCA 단자는 표기와는 달리 출력단자로 사용한다. '입/출력 RCA 단자를 몰아서 배치했다면…'이란 생각에 아쉬움이 들지만 케이스 제작 시 의사전달이 제대로 이뤄지지 못한 탓이므로 아쉬운 데로 만족한다.

입/출력 선택 스위치
스위치는 2회로 롱토글 스위치다. 손잡이가 길고 조작감이 마음에 들어 비싸지만 애용한다.

출력 선택 스위치는 헤드폰 아웃과 프리 아웃을 선택용이다. 주위에 적당한 그라운드 포인트가 없어 스위치 몸통에 동박 테이프를 부착해 접지용 선을 납땜했다.

입력 선택 스위치는 입력 소스인 COSDAC V2와 RCA 입력을 고르기 위한 것이다. 여기에 입력 필터 일부를 하드와이어링했다.

OP앰프 게인 조절용 저항을 위한 소켓 처리
내 SKEL6120은 헤드폰앰프 외에 프리앰프의 용도로도 사용할 예정이었기 때문에 게인 값 조절용 저항(R5와 R13)을 위해 소켓 처리를 해서 편하게 저항값을 바꿀 수 있게 했다.
리드가 굵은 저항은 소켓에 들어가지 않지만 1/4W 국산 금속피막 저항은 잘 맞는다.

OP앰프용 디커플링 캐패시터
사용한 OP앰프가 SMD 타입이라 변환기판을 쓰기 때문에 경로가 길어져 OP앰프의 작동에 악영향을 주는 것을 줄이기 위해 디커플링용 캐패시터를 소켓 가까이에 추가했다. 의도를 극대화하려면 소켓이 아닌 변환기판에 추가해야 하겠지만, 변환기판의 경우 그라운드 포인트의 확보가 쉽지 않아 소켓에 부착하는 것으로 만족하기로 했다.

하드와이어링
어떤 식으로 이 SKEL6120에 공을 들일 수 있을까 생각하던 중 하드와이이링을 떠올리게 됐다. PCB를 쓰면서 도대체 왜 하드와이어링에 관심을 두게 되었나 의아해할 수 있는데, 그것은 다음과 같은 이유 때문이었다.

첫 번째 이유는 볼륨과 입력 선택 스위치이다. SKEL6120의 신호경로는 먼저 입력필터를 거친 뒤에 볼륨으로 가는 구조이다. 내 SKEL6120의 경우 입력 선택 스위치가 추가되어 있고, 볼륨을 PCB에 붙일 수 없고 케이스에 장착해서 써야 하기 때문에 PCB의 입력필터를 활용하자면 신호 경로가 많이 길어지게 된다. 또한 볼륨을 위치를 바꿔 필터 앞에 위치시키면 어떨까 하는 생각도 해봤지만 입력필터가 제대로 작동하지 않을 것이란 하스 이정석님의 조언이 있어 볼륨 위치 변경은 포기하기로 했다. 그래서 입력선택 스위치에서 볼륨으로 가는 경로에 입력필터를 하드와이어링으로 추가해 경로를 단축하고자 했다.

두 번째 이유는 TPA6120A2의 안정적인 작동이다. 하스 이승찬님의 SKEL6120 자작기를 보고 TPA6120A2의 하드와이어링에 대해 떠올리게 되었는데 처음에는 SMD 부품에 무슨 하드와이어링인가 하고 그만두었다. 하지만 TPA6120A2의 데이터시트와 TPA6120A2 Evaluation Module 유저 가이드를 유심히 보면서 하드와이어링을 할 수만 있다면 그 의미가 크겠다는 생각이 들었다.

 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.

칩 저항이나 칩 캐패시터가 아닌 일반 1/4W와 1/2W 저항과 적층필름 캐패시터를 이용해 하드와이어링하려니 무척 까다로웠다. 특히 시력이 좋지 않아 고생을 했는데, 특별 제작된 케이스에 걸맞은 앰프를 만들려면 이 정도는 해야 한다는 생각에 마음을 가다듬고 작업에 임했다. 저항과 캐패시터를 최대한 TPA6120A2 칩의 핀 가까이 붙이고, 리드는 테프론 피복을 입혀 절연시켰다.

TPA6120A2 디커플링용 캐패시터 10uF과 100uF은 Low ESR 캐패시터로 유명한 산요 오스콘을 썼다.

잡음과 오른쪽 채널의 험(HUM)
하지만 고생을 무릅쓰고 하드와이어링한 보람도 없이 작동시켜보니 게인에 비해 소리가 너무 크며, 모든 채널에서 심한 잡음이 들렸고, 특히 오른쪽 채널에서는 험이 있었다. 미세하게 남아있는 플럭스가 문제인가 해서 강력세정제로 세척해보았지만 소용이 없었다. 출력단의 DC는 왼쪽에 24mV, 오른쪽에 19mV가 검출되었다.

잡음은 그렇다 치고 오른쪽 채널에서 발행하는 험은 어찌된 것인가 고민했다. 오른쪽 채널과 트랜스가 가까이 있기 때문에 혹시 트랜스 때문인가 싶어 철판으로 가려보았다. 그랬더니 출력단의 DC는  변함없었지만 오른쪽 채널의 험이 상당히 줄어드는 것을 확인할 수 있었다. 그래서 1T 철판 2개를 겹쳐 차폐 격벽을 만들어 PCB에 장착했다.

오른쪽 채널의 험은 그렇게 해결을 했지만 높은 게인과 잡음은 여전히 남아있었다. OP앰프의 게인을 매우 낮게 잡아 봤지만 그래도 소리가 컸다. 잡음을 떠나서 게인이 이렇게 큰 것은 뭔가 실수가 있었다는 의미일 텐데, 자세히 검토하던 중 2.2K 옴을 쓰게 되어있는 R3과 R11에 2.2 옴 저항을 쓴 것을 발견했다. 낯뜨거운 실수라 자책하면서 2.2K 옴으로 교체했고, 게인을 정상적으로 잡을 수 있었다.

그렇지만 잡음은 사라지지 않았다. 그래서 냉땜 때문인가 싶어 납땜 부위를 다시 인두로 지졌다. 그 후 출력단의 DC 체크를 깜빡 잊고 바로 MX400 이어폰으로 테스트했는데 이번에는 오른쪽이 아예 소리가 나지 않았다. 잠시 후 이어폰의 오른쪽이 뜨거워져 섬뜩한 느낌에 전원을 끄고 DC를 검사해보니 오른쪽에 12V라는 높은 전압이 측정되었다. 딱 한 번 출력단의 DC 체크를 잊은 것인데 그 탓에 6년을 함께 해 정들었던 MX400이 희생되었다. 안타깝지만 자만과 미숙함의 대가를 치렀다고 생각한다.

하드와이어링은 납땜 자체를 오래 하지 않았기 때문에 문제의 원인이 아닌 것 같았다. 아마도 TPA6120A2의 써멀 패드와 PCB의 동박을 납땜 과정에서 장시간 열을 가해 칩에 손상이 갔으리라, 그리고 냉땜 잡는다고 다시 인두를 댔을 때 칩의 오른쪽 채널이 완전히 망가졌으리라는 생각이 들었다.

다시 한 번 하드와이어링
하스의 다른 사람들의 SKEL6120 자작기와 질문/답변을 검토하면서 출력단의 DC가 많이 검출될 경우 TPA6120A2 칩을 교체하라는 이야기를 발견했다.

애써 하드와이어링한 저항과 캐패시터를 제거하려니 아쉬움이 들었지만 마음을 독하게 먹고 다 뜯어냈다. 이미 한 번 쓴맛을 봤기 때문에 하드와이어링을 포기할까도 생각해봤지만 실패했기 때문에 다시 한 번 해야겠다는 오기가 생겼다.
전과 마찬가지로 저항과 캐패시터를 최대한 TPA6120A2 칩의 핀 가까이 붙이고, 리드는 테프론 피복을 입혀 절연시켰다. 납땜 시 칩에 오래 인두질 하지 않게 최대한 빨리 납땜하고 중간 중간 열을 식히며 작업했다. 이번에는 디커플링용 캐패시터를 리드가 좀 길어지는 점을 참작하고 좀 더 땜하기 편한 것으로 바꿨다.

다행히 이번 하드와아이어링은 성공이었다. 출력단의 DC도 왼쪽 5mV, 오른쪽 4mV로 적은 양이 검출되었고 잡음이 없는 깨끗한 소리를 들을 수 있었다. 아울러 오른쪽 채널에서 들렸던 험은 이제 차폐 격벽 없이도 들리지 않았다. 먼저 납땜했던 TPA6120A2 칩의 손상을 확신하는 순간이었다.

SKEL6120에서 TPA6120 칩의 써멀 패드 납땜 시 주의점
TPA6120A2 써멀 패드와 만나는 동박이 그라운드로 연결되어 있기 때문에 열이 바로 분산되어 쉽게 납땜 되지 않는데 인두를 오래 대면 안 된다. 작업의 편의성을 우선한다면 써멀 패드를 동박에 납땜하기보다는 열전도 패드를 이용해 접착하는 편이 더 낫다고 생각한다.

COSDAC V2의 외부전원 작동
일전에 COSDAC V2를 평하면서 PC 전원의 잡음에 좀 민감한 것이 아쉽다고 한 적이 있다. COSDAC V2의 디지털부와 아나로그부의 그라운드가 격리되지 않았기 때문인데, 이 점을 보완하고자 외부전원을 사용했다.

외부전원은 별도의 트랜스를 이용하지 않고 SKEL6120의 전원부에서 가져다 7805 레귤레이터를 사용해 5V로 만들어 공급했다. 13V 정전압에서 5V로 낮추는 것이기 때문에 안정화를 위한 캐패시터는 부피를 적게 차지하는 적층세라믹 캐패시터 1.0uF과 0.1uF을 사용했다. 드랍 아웃 전압이 8V가량 되지만 전류소모량이 많지 않기 때문인지 7805의 발열은 예상보다 상당히 적었다. 대신 SKEL6120의 전원부에 걸리는 부하가 늘어나 LM317의 발열이 더 늘어났다.

청감상 잡음감소 측면에서 현격한 차이를 느끼지는 못했다. 막연히 기분에 좀 좋아진 것 같고, 사운드 카드를 2개 쓰는 상황에서 SKEL6120의 전원을 끌 때 COSDAC V2에 공급되는 전원이 차단되어 자동으로 다른 사운드 카드로 전환이 되는 점이 편리하게 느껴졌다.

PCB 서포터 고정과 소음방지 라벨 부착
PCB 서포터가 풀리는 경우를 막으려고 추가로 너트를 이용해 고정해주었다.

그리고 쏠림 방지용 고무가 내장되지 않은 플라스틱 금장발에 소음방지용 라벨을 부착했다. 고정용 고무가 없는 금장발은 지지력이 약해 케이스가 잘 밀리는 편이라 그냥 고무발을 선호하는 편인데, 케이스가 이 금장발에 딱 맞춰 만들어져서 이런 식으로 보강했다. 하지만 이렇게 해지만 소음방지 라벨의 지지력이 약해 좀 불만족스럽다.

마무리로 플럭스 제거
언제나 그렇듯이 마무리는 플럭스 찌꺼기의 제거이다. SKEL610의 PCB는 납땜이 잘 먹는 PCB였기 때문에 플럭스를 거의 사용하지 않았지만 땜납에 기본적으로 포함된 플럭스가 있다.

라이터기름과 초강력 세정제로 플럭스를 제거했다. 청감상의 차이는 느끼지 못하지만 기분상 그리고 보기에 깔끔하기 때문이다.


감상

모든 문제를 해결하고 편한 마음으로 SKEL6120의 소리를 들어봤다. 출력이 상당히 인상적이었다. 단순히 소리가 크다는 느낌과 달리 낮은 볼륨과 높은 볼륨에서도 헤드폰을 확실히 제어한다는 느낌으로, 볼륨을 처음부터 끝까지 올려도 무리라는 기분이 전혀 들지 않는다. 또한 풀 볼륭 상태에서 클리핑 없이 출력되기 때문에 과장해 표현하면 헤드폰이 터질 것 같은 불안감까지 들 정도이다. 그러면서도 화이트노이즈를 비롯한 각종 잡음이 상당히 적은 점이 놀랍다.
 
흔히들 앰프에 대해 이야기할 때 리니어리티(linearity)가 좋다는 표현을 쓰고는 하는데 그 말이 어떤 내용인지 이해하지 못했다가 SKEL6120을 통해 비로소 그것이 어떤 것인지 체험한 것 같은 기분이 든다.

십인십색이란 말처럼 헤드폰 앰프 역시 마찬가지라 각기 고유한 개성이 있다. 때문에 앰프 간의 우열을 가리기는 상당히 어려우며, 무의미한 일이 되기 쉽다. 그렇지만 아주 단순히 개인적인 취향에 맞는 가를 놓고 가볍게 이야기한다면 비교는 의외로 간단해진다. SKEL6120의 소릿결은 내 취향에 상당히 맞는 편이다. 무척 마음에 들어 3년이 넘는 기간 부동의 메인을 지켜왔던 길모어 헤드폰 앰프가 결국 그 자리를 넘기게 되었다.^^

기대했던 프리앰프로서의 능력도 생각보다 뛰어났다. 별도의 프리앰프와 비교해본 것은 아니지만 전에 만든 모노블럭 게인클론 파워앰프와의 상성도 상당히 좋았다. 프리앰프로 SKEL6120을 사용하고, 파워앰프로 게인클론을 사용했을 때 스피커로도 잡음이 거의 없고 마음에 드는 소리가 났다. 실제로 TPA6120A2를 프리앰프부에 사용한 헤드폰 앰프 겸 인티앰프-EGA(Eugene Acoustics)의 푸가-도 있는데 왜 그런 구성을 취했는지 좀 공감이 되었다.

그리고 다른 무엇보다도 이 SKEL6120는 많은 분의 헌신적인 도움으로 만들 수 있었던 앰프로 소리 그 이상의 의미가 담겨 있어서 그런지 감회가 더 깊다. 도와준 많은 분에게 감사한다.


참고링크

하스, 박은서님의 "TPA6120 을 이용한 엠프 - SKEL6120 공제기"
하스, 박은서님의 "회로도- SKEL6120"
하스, 황용근님의 "SKEL6120 사진으로 쉽게 따라하기 ^^ -ac인렛 연결법 추가-"
ryan님 블로그의 "헤드폰 앰프 #10, SKEL6120"

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.

기본 배선은 신정섭님의 자료 그대로이고, 가지고 있는 부품의 크기에 맞춰서 배치만 약간 바꿔서 만들었다.
OP앰프로 TL072를 사용했고, 커플링 캐패시터는 폴리프로필렌(PP) 필름 캐패시터를 사용했다.

그때는 좌/우 균형이 괜찮은 소형 볼륨을 찾기 전이라 진명무선의 소형 볼륨을 사용했는데 좌/우 균형이 전반적으로 불량하다. 그런 볼륨의 좌/우 불균형과 페놀기판을 사용한 것, 드릴이나 다른 공구가 없어서 인두만으로 모든 구멍을 뚫어 마무리가 좋지 않은 점들이 좀 아쉽게 느껴진다.

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.

이전에 만들었던 9V 배터리를 2개를 직렬/병렬로 선택해서 작동할 수 있게한 CMOY의 경우 실제로 사용할 때는 가볍게 쓰기 위해 배터리를 1개만 넣어서 가지고 다녔기 때문에 이번에는 배터리 고정 문제도 있고 해서 아예 한 개의 배터리만 쓰도록 만들었다.

1개의 배터리만 쓸 때는 배터리의 전압강하가 문제될 수 있는데, 이에 대응하고자 사용하는 OP앰프로 저전압에서 작동 가능한 NJM5532과 NJM4580을 후보로 택했다. 개인적인 취향에는 NJM5532가 부합했지만, NJM4580의 전력소모나 출력 그리고 저전압에서의 특성이 더 좋아 친구에게 건내줄 때는 NJM4580을 넣었다.

포터블에서의 작동이 주가 되겠지만 어댑터(24V 정전압)와 같이 사용할 경우도 염두에 두어 어댑터 잭을 추가하고 캐패시터의 내압을 높게 잡았다.

LED의 밝기는 24볼트 어댑터를 기준으로 맞춰놓았는데, 이는 배터리 구동 시의 전력소모를 최소한으로 하기 위함이다.

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. --;;

배선 작업은 선물인 만큼 최대한 깔끔하게 하려고 했다. 다른 앰프 만들 때보다 더 공을 들였다.

특별한 점은 하스의 신정섭님이 소개한 Class-A 동작 변환기를 내장한 것이다. 계속 적용하면 전력 소모가 커지기 때문에 필요할 때와 어댑터 구동 시 OP앰프 왼쪽의 푸쉬 스위치로 작동시킬 수 있게 했다. CMOY에 Class-A 동작 변환기를 쓴다고 해서 소리가 얼마나 좋게(?) 변하는지는 엄밀히 구분하기도 말하기도 어렵지만 심리적인 효과는 상당한 것 같았다. OP앰프도 좀 따뜻해지고 하니..ㅎㅎ

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)"

일전에 포스팅한 SHHA(Sijosae Hybrid Headphone Amp) 24V 정전압부의 높은 발열을 해소하기 위해 시도한 방법을 소개한다.


다이오드를 이용한 전압강하

전압을 낮추는 방법에는 여러가지가 있는데, 내가 생각한 것은 다이오드를 이용한 전압강하이다. 원래는 알레프 헤드폰 앰프의 전원부의 발열을 줄이기 위해서 입력전압 값을 낮추는 방법을 생각했던 것인데, 알레프 헤드폰 앰프의 경우 전류 소모량이 큰 편이라 다이오드를 이용하기에는 적당하지 않아 포기하기로 했던 아이디어였다.

하지만 그때 SHHA 역시 입력전압이 높아 발열이 심했던 것이 기억났는데, SHHA의 경우 전류 소모량 면에서 가능성이 있으리라는 판단에 다이오드를 사용해 전압을 낮출 경우 다이오드에서 발생하는 열에 대해 면밀히 검토하지 않은 채 SHHA에 적용해봤다.


왜 SHHA의 24V 정전압부만 발열이 심할까?

SHHA의 24V쪽 정전압부의 발열은 상당히 심한데, 방열판 온도는 갖고 있는 온도계의 한계로 정확히 측정하지 못했지만 최소한 섭씨 65도를 넘으며 잠시도 손을 대기 어려운 것으로 보아 70~90도 정도로 추정한다.

이처럼 심한 발열은 입력전압과 출력전압의 차이가 크기 때문이다. 소모하는 전류량이 많다는 것도 심한 발열의 원인 중 하나이지만, 드랍아웃 전압의 탓이 더 클 것이다.

단순히 계산할 경우 트랜스에서 변압되어 공급되는 전압이 AC 30V로 정류 후에는 대략 DC 42V(=30*1.414) 정도되는데, 이것을 24V로 낮추게 되면 18V정도의 차이가 발생한다. 실제로 측정해본 결과 공급전압이 AC 28.5V로 정류 후에는 대략 DC 38V 정도가 되어 14V의 전압차이를 이끌어낸다. 14V의 드랍아웃 전압만큼 열로 방출해야 되니 24V쪽 정전압부의 심한 것은 당연한 일이다.

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.

하스의 유명한 고수분들인 신정섭님과 이복열님의 구보다 전원부를 참고했는데, 신정섭님이 올린 자료를 기본으로 CCS 부분은 이복열님의 자료를 참고해서 CRD를 쓸 수 있게 했다.

CCS는 공간의 여유나 취향, 부품 수급 여부에 따라 CRD나 2SK30GR+저항 중 편한 쪽으로 쓰면 된다.

주의할 것은 모스펫의 다리 중 드레인과 소스의 위치를 서로 맞바꿔주어야 하는 것이다. 그때 두 자리가 서로 닿지 않는 상태여야 한다. 아래 사진에서는 절연을 하지 않았지만 실제로 쓸 때는 만약의 사태를 대비해서 수축튜브나 테프론 테입 등으로 꼭 절연시켜야 할 것이다.

다음으로 NPN, PNP TR은 범용 TR을 사용하면 되지만 사용하는 TR의 배열에 주의할 필요가 있다.

GND 라고 표시한 부분은 PCB의 코팅을 벗겨내면 나타나는 그라운드 동박에 220uF 캐패시터의 다리를 땜하는 것을 의미한다. 캐패시터의 극성에 유의해야 한다.


다음으로 아랫면에서 할 작업을 보자.
아랫면에서 할 작업은 간단하다. 제너 다이오드를 땜하고, 패턴 몇 곳을 끊고, 점퍼로 연결해주면 된다.
아래서 보는 이미지로 보이는 그대로 작업하면 된다.


이제 사진에서 작업 내용을 확인해보자.
우선 파지티브 정전압 부분이다.

이제 네거티브 정전압 부분을 보자.



다음은 보너스: 브릿지 다이오드로 듀얼 쇼트키 대체하기!
브릿지 다이오드로 듀얼 쇼트키를 대체하는 방법으로 다리를 홀 간격에 맞게 조금 휘게 만들면 된다. 단, 극성은 확실히 맞게 삽입해야 한다.

물론 굳이 브릿지 다이오드를 쓸 필요는 없다. 전원부 설계자의 의도를 고려한다면 꼭 쇼트키나 울트라 패스트 리커버리 타입을 사용할 필요가 있다. 단지 듀얼타입의 쇼트키 다이오드를 구하기 어렵거나, 가지고 있는 트랜스의 전압이 높아 전원부의 발열이 심해 전압을 조금이라도 낮추고자 할 때는 어느정도 효용이 있으리라 생각한다. 쇼트키보다 전압강하가 심한 브릿지 다이오드를 써서 조금이나마 정류 후 전압을 낮출 수 있기 때문이다.

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.

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.

모스펫을 이용한 증폭부는 Szekeres 앰프의 증폭부와 거의 같지만 24V의 전압에서 6.3V만큼을 진공관의 히터로 보내고 그 나머지를 Szekeres에 공급하여 전력효율을 높인 것이 다른 하이브리앰프와의 차이점이다.

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.

전원부쪽은 다이오드로  60V 1A짜리 쇼트키, 전해 캐패시터로 삼영의 LXV 2200uF/50V와 KXL 220uF/50V, 니치콘 RZ 47uF/50V를, 필름 캐패시터로 아코트로닉스 MKT 0.1uF을 사용했다.


증폭부쪽은 모스펫으로 IR의 IRF610, 정전류용 레귤레이터로 LM317을, 출력 캐패시터로 파나소닉 FM 1000uF/50V와 BC 1000uF/30V, 스피커넷의 블랙캡 골드 0.1uF를, 입력 캐패시터로 스피커넷의 블랙캡 4.7uF을, 6922 진공관으로 튜브4U에서 구입한 소브텍과 필립스 6922관을, 볼륨으로 알프스 블루벨벳 10K(클릭형)를 사용했다.

신호선재는 벨덴 4심선을 썼고, 방열판의 경우 열이 심하게 나는 24V쪽만 50mm 방열판을 나머지는 25mm짜리를, 저항은 모두 국산 금속피막 저항을 썼다.

만들기

다이오드 장착과 케이스 뒷판 만들기를 제외하면 특별히 어려운 점은 없었다. 다이오드 장착의 경우 구입한 다이오드가 액시얼 타일이라 세워서 장착해야겠구나 생각했는데, 하스에서 박은서님이 올린 사진을 보고 눕혀서 장착하다는 사실을 알고는 다이오드 다리를 꽉 접어서 PCB에 우겨넣었다. 또 심리적인 안정감을 위해서 노이즈 흡수용으로 적층세라믹 캐패시터 0.1uF을 쇼트키에 같이 연결해주었다.

케이스의 경우 처음에는 적당한 크기의 만능 케이스를 쓸 계획이었다. 하지만 SHHA보다 앞서 만든 앰프의 케이스를 가공하면서 치명적인 실수하는 바람에 나의 케이스 가공 능력에 대해서 재고하게 되었다. 그 외에 SHHA는 진공관에 조명 효과를 주도록 되어 있어 케이스가 그 효과를 살릴 수 있도록 디자인되어야 하는데 내 가공실력으로는 무리라는 생각이 들었다. 그런데 때마침 SHHA용 케이스 공제가 진행되어 만능 케이스에 공제 케이스의 앞판만 덧붙일 요령으로 앞판만 신청했는데, 김상록님이 앞판 외에도 불량이 난 프레임과 상판을 선물로 보내주셔서 공제 케이스의 멋을 누릴 수 있게 되었다. 배보다 배꼽이 크다는 말은 이런 때 해야 할 것이다. 불량이라고는 하지만 밑판의 표면상태가 안 좋고, 기판 고정용 홀이 안 맞을 뿐이라 실 사용에는 큰 지장이 없는 샘이었다.

선물로 받은 불량프레임 덕분에 계획을 전면 수정해서 없는 뒷판을 직접 만들기로 했다. 조각집에 맡길 수도 있겠지만 비록 완성도가 떨어지더라도 만드는 재미(?)를 추구하기로 했다. 엘레파츠에서 알루미늄 1T 판재를 구입하여 케이스에 맞게 썰고, 뚫고, 갈아서 프레임에 맞게 만들었다. 판재의 두께가 얇고, 재질이 무픈 편이라 비교적 수월하게 작업할 수 있었다. 프레임을 선물로 받은 기쁨 때문인지 케이스 작업의 난관 중 하나인 AC인렛 홀 가공도 기쁜 마음으로 할 수 있었다.^^ 여기서 멈췄다면 좋았을 텐데 가공할 때 생긴 흠집을 제거한다고 사포질하다가 도중에 머리카락이 사포에 떨어진 줄도 모르고 열심히 밀었다가 무수한 흠집을 만들어 버렸다. 그 뒤 어울리는 색의 카페인트로 도색하여 마무리했다.

도색하는 김에 은색인 DHT사운드의 볼륨 노브를 뉴트릭 콤보잭과 어울리도록 검은색으로 칠했는데 광택이 있어서 기대만큼 어울리지는 않았다.

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.

케이스를 접지시키지 않을 경우 험이 발생했기 때문에 트랜스 고정용 볼트를 통해서 접지를 했다. 안전을 최우선으로 생각하여 케이스는 AC라인의 접지에 연결했고, 접지로 인해-접지간의 전위차로 인해 노이즈가 생기는 경우를 대비하여 앰프쪽의 접지는 그라운드 루프 브레이커를 통해서 AC접지와 연결했다.

마이크로 포닉 노이즈

하스의 다른 분들의 SHHA 자작기에서 본 포닉 노이즈의 압박을 나 역시 겪었다. 6922 진공관으로 필립스(중고)와 소브텍사의 제품을 구입했는데, 암울하게도 필립스 진공관은 구입한 4개 모두 포닉 노이즈가 있었다. 정도의 차이가 있긴 했지만 어느것도 신경쓰이지 않는 것이 없었다. 게다가 사용한 볼륨이 클릭식이라 조작시 걸리는 느낌이 나는데 그 때마다 포닉 노이즈가 심한 관의 경우 북~버버벅~하는 노이즈가 껴서 사용하기가 괴로울 정도였다. 그나마 다행인 것은 소브텍 관은 거의 느껴지지 않을 정도라는 것이었다.

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.

남는 공간에 필름 캐패시터를 덧붙여 보았다. pF단위부터 10uF까지 가지고 있는 여러 필름 캐패시터로 테스트해봤는데, 용량별 차이는 너무 작은 값의 경우 차이를 느끼기 힘들었다. 캐패시터간의 차이는 MKP나 MKT나 대동소이했다. 오히려 캐패시터의 리드가 철심인가 아닌가에 따라 상대적으로 전자가 거친 느낌이 난다는 식으로 구분이 되었고, 그 중에서 블랙캡 골드가 가장 마음에 들어 최종적으로 그것을 장착했다.

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

진공관에 대해 잔뜩 기대하고 있었는데 처음 소리를 들었을 때 느낀 것은 화이트 노이즈였다. 고임피던스 헤드폰이나 실제 소리가 약간 클 경우 문제가 될 정도는 아니었지만 좀 신경이 쓰였다. 그리고 기대했던 소리는 좀 답답하다는 느낌이 들었다. 저역은 좀 과다한 것 같고... 아울러 실망감에 마음도 좀 답답했다.

테스트해봐야겠다는 의무감으로 한동안 듣다가 갑자기 이런 생각이 들었다. 난 소리를 느껴보겠노라고 마음을 먹고 비교를 해지만 실은 그것이 맥락과 동떨어진 비교였다는 생각이었다. 모니터 장비로 주로 음악을 듣고 청아한 느낌의 길모어 앰프(G-2)를 레퍼런스로 놓고 있으면서 SHHA가 그런 성향을 갖추지 못함을 지적하려고 했으니 어떤 내용이 될지 뻔한 일이었던 것이다.

가치를 평가함에 있어서 보고자 하는 방향에 따라 선호가 갈릴 수 있지만 어느 것이 모자람을 이야기하며 좋다 나쁘다 구분하는 것은 너무 뻔하기 때문에 재미없는 일이다. 의미 있는 비교는 다름을 이해하는 것이라 생각한다. 여기서 이해라는 말은 다르게 된 원인을 밝혀내겠다는 것이 아니라 다름의 양상을 파악해보겠다는 의미에서 사용했다.

처음 느꼈던 것이 진공관적인 특성이란 점을 감안하고 신경을 곤두세우는 것을 그만두고 편한 마음으로 다시 음악을 들었다. 한참을 듣다보니 어느새 거슬렸던 소리가 귀에 익숙해졌다. 답답하다고 느꼈던 소리가 이제는 부드러우며, 과다하게 느껴졌던 저음이 독특하고 매력적인 울림으로 느껴졌다. 색으로 비유를 해보자면 PPA나 G-2의 소리가 영롱하다면 SHHA는 에메랄드의 취록색의 빛같이 느껴진다. 에메랄드 그린의 느낌이 소리에 묻어 나오는 것 같다. 이런 느낌 때문에 조명용 LED도 녹색으로 결정했다.^^;;

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"

2005년 1월에 완성한 게인클론 모노블럭 파워앰프를 소개한다.



<컨셉>

그해의 목표 중 하나였던 모노블럭 파워앰프였는데, 컨셉은 당시 유행인 미니앰프로 잡았다. 책상 위에 놓아도 부담 없고 "보기 좋은" 미니앰프! 말은 참 쉬운데 자작에 있어 최대의 난관인 케이싱 작업은 언제나 문제다. 조각집 같은 업체에 맡기면 완성도를 높일 수 있겠지만 비용도 큰 문제이거니와 DIY라면 직접 손을 대는 재미(?)가 중요하기 때문에 컨셉의 실현을 위해서 평소보다 공을 들이기로 했다.



<회로>

선택한 회로는 파워OP앰프를 사용하고 게인클론이라는 이름으로 해외에서 유행했던 파워앰프 회로다. 내가 사용한 파워OP앰프는 내셔널 세미컨덕터의 LM3875로 상당히 간단한 회로로 56W의 출력이 가능한 싱글칩이었다. 이 칩을 여러 개 사용해 병렬 구동하거나 브릿지 구동하여 출력을 증대시킨 회로도 있지만 간결함을 추구하는 컨셉에 맞게 간단한 채널당 하나의 칩을 사용하는 비반전 회로를 택했다. 물론 가장 큰 이유는 이 회로를 바탕으로 아트워크된 PCB를 사용했다는 점이다.^^
 

납땜이나 다른 작업은 큰 어려움 없이 했는데 케이스 가공은 상당히 주의하면서 했지만 시행착오를 거쳤다. 케이스 자체가 앰프용으로 제작된 것이 아니기 때문에 내부의 필요없는 부분을 실톱으로 잘라내느라 애먹었고 그와중에 케이스에 작은 상처가 생긴 것이 아쉬웠다.



<문제 해결>

그렇게 다 만들고 테스트! 납땜과정에서의 큰 실수가 없었기 때문에 한 번에 되리라 자만하고 잔뜩 기대에 부푼 마음으로 전원을 넣었는데 스피커에 엄청난 굉음이 나왔다. 좀 놀랐지만 당황하지 않고 곧바로 스위치를 껐다. 체크해보니 DC가 -30V나 검출되고 있었다. 헉, 수치를 보고 그제서야 많이 놀랐다. 전원을 재빨리 끈 덕분인지 다행히 테스트 때 연결한 스피커는 무사했다.

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.^^;

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.^^

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.^^;;

이번 앰프는 딱 한 번에 성공해서 기분이 좋았다. 그리고 사진에서 보는 것처럼 점퍼없이도 충분히 간결하게 배선 작업이 가능했다. 워낙 회로가 단순한하여 단면 PCB에 점퍼나 삼차원 배선을 할 필요도 없었던 덕분이다.


케이스는 마지막으로 가지고 있던 저금통 케이스를 썼는데 손이 잘 닿지 않는 후면부의 가공이 까다로웠다.


특히 클립식 스피커 바인딩포스트는 기판 고정 때문에 어쩔 수 없이 사용했는데 그것을 장착하기 위한 사각 형태의 절단 작업은 극악의 난이도였다. 만약 이 케이스가 얇은 양철 케이스가 아니었다면 이런 단자 사용 자체를 포기했을 것이다.

그래도 완성하고 나서 보니 귀여운(?) 모습에 그 고생이 헛되지는 않았다고 생각했다.

KK2201칩의 가격과 회로의 단순함을 감안하지 않아 기본적인 성능은 꽤 마음에 드는 편이다.
물론 소리가 좋다기 보다도 익숙한 소리라고 해야 할 것이다..

출력의 경우 1.2W의 소출력임에도 작은 방에서 듣기에 음량면에서 부족하다는 느낌을 받지는 않았다.


만드는 재미, 뭔가 완성하며 느끼는 성취감 면에서 나와 같은 초보에게 상당히 추천하고 싶은 앰프다.^^;;

2004년에 만든 USB Audio 코덱의 단점을 보완하고자 만든 것이 이것이다.


계기

2005년초부터 부품만 책상위 펼쳐놓고 있다가 방정리를 하기 위해서 집중해서 이틀만에 뚝딱 만들었다.
내 성격상 뭔가 시작하면 필요한 것들이 손을 뻗어 닫는 범위 안에 펼쳐져 있어야 하기 때문에 방을 정리하기 위해서는 별려놓은 일을 빨리 끝내거나 포기하는 수밖에 없다.^^;;


구상 및 만들기

단전원 저전압 구동 헤드폰 앰프 내장, 볼륨 장착, 쓰기 불편한 아날로그 입력은 생략, 디지털 신호(S/PDIF) 단자는 역시 점퍼로 입/출력을 선택하기로 했다.

헤드폰 앰프는 2.5V~6V 단전원에서 작동되는데 5V 구동 32옴 부하에서 50mW의 출력을, 3.3V 구동 32옴 부하에서 35mW의 출력을 낸다고 한다. 구동전압을 5V로 할까 3.3V로 할까를 놓고 고민했는데 3.3V가 정전압이며, 총 하모니 왜곡 + 노이즈(THD+N) 특성에서 3.3V 구동이 나은 면모를 보여 3.3V로 결정했다.

배선도 그리는데 많은 시간을 할애했는데 특히 점퍼를 줄이는데 주력했다.(점퍼를 줄이는데 이상하게 집착하는데 거기서 재미를 느끼고 있다.)

이 녀석은 어느정도 확신이 있었기 때문에 성공적으로 작동하면 선물할 생각이었기 때문에 납땜과 케이스 가공에 신경을 썼다.

역시 난관은 변환기판이었는데 이번에도 약간의 희생이 있었다. SMD칩인 PCM2902의 좁은 핀간격의 압박은 언제 겪어도 엄청나다. 변환기판 작업을 할 때마다 느끼는 것이지만 기판의 폭을 좀 넓게 잡고 할 걸 하는 생각이 든다.


테스트

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^^

증폭률=피드백저항값/입력저항값

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