왜 36LW6인가? 자 , 이 글이 암프 제작기로는 서설이 길고 필자가 그야말로 장황하게 날구라를 많이 깐 이유는 이 말을 하고자 함이다. 즉 왜 오디오 마니아들이 잘 쳐다보지도 않는 이 싸구려 진공관이 그토록 좋은가를 설득시키려 함이다. 36LW6는 오디오 용으로 설계된 관은 아니다. 이 종류의 관들은 진공관시대의 막바지에 칼라TV의 수평출력관으로 사용하기 위해 설계된 관들이다. 이런 류의 진공관들은 많은 종류가 있고 양극 손실도 10W가 조금 넘는 것으로부터 45W급 까지 다양하다. 그 중 30W급으로는 6LB6, 6LF6, 6LQ6(6JE6B) 등이 있고 40W급으로는 6LW6 (26LW6, 36LW6), EL509(PL509), 6LF6(20LF6, 27LF6)등이 있으며 45W 급으로는EL519(PL519)가 있다. 이 중에서 6LW6가 특히 매력적인 것은 소켓이 거의 이런 종류의 관들 중에서는 유일하게, 흔히 쓰이는 옥탈소켓이라는 점이다. 다른 관들은 모두 9핀이 아니면 12핀 소켓을 필요로 한다. 동구라파의 어느 진공관 제작회사에서 EL509의 옥탈 버젼을 만드는 것을 보았다. 그러나 비교적 고가이다 이런 류의 관들을 오디오에 채용한 것은 물론 꽤 되었다. 그동안 이들 관들은 오디오에서는 주로 OTL암프에 적용되어 왔었다. 한편 그 유명한 맥킨토시사의 MC3500이라는 암프에는 8개의 6LQ6을 사용하여 350W의 출력을 얻고 있다. 그러나 여기서는 이 관을 4극관으로 사용한 것이고 이 제작기사에서 처럼 3극관 결합으로 싱글암프를 만든 것은 아니다.
6LB6 싱글 암프 언젠가 강기동 박사께서 이런 류의 진공관 중 하나인 6LB6의 3극관 결합 특성을 재어서 보내주셨다. 그러나 통상적 3극관 결합에서는 스크린 그리드를 풀레이트에 연결하고 써프레써 그리드는 캐소드에 연결하는데 강 선배님의 그것은 써프레서 그리드를 콘트롤 그리드에 연결한 것이었다. 그러나 중요한 점은 약간의 변칙적 인 3극관 결합에 있는 것이 아니라 실측한 양극특성이었다. 이 양극특성은 낮은 양극저항과 매우 우수한 직선성을 보여 주고 있었다. 여기에서 영감을 받은 필자는 쟝크 박스에 굴러다니던 모든 부품들을 모아 6LB6 싱글을 제작하였었다. 여기에 쓰인 전원트랜스는 그 옛날 필자가 한국에서 근무할 때 300B 암프를 만들기 위해 주문제작한 토로이달 전원트랜스이고 여기에 쓰인 쵸크는 할로겐 램프에 쓰이던 12V트랜스를 풀어 버리고 30번선을 감아서 자작한 것이다. 제일 중요한 출력트랜스는 필자가 난생 처음으로 한국에서 구입해온 C 코아를 사용해 만든 자작품이다. 사실을 말하자면 필자는 그 이후 EI코아를 사용해 몇개의 출력트랜스를 만들어 보았지만 모두 실패작으로 끝났고 최근에 다시 C코아를 사용해 만든 것은 비교적 성공작이다. 하여튼 이 쟝크들만 줒어 모아 만든 6LB6 싱글암프는 필자가 만든 암프중 가장 성공적인 작품중 하나가 되었다. 처음 얼마 동안은 이 암프의 진가를 제대로 깨닫지 못했었다. 필자가 자작한 300B 암프에 비해서 손색이 없다는 점은 알고 있었지만 그 보다 더 좋다는 생각은 들지 않았었다. 사실 300B 싱글에는 필자가 거금(?)을 들여 구입한 플리트론 사의 토로이달 출력트랜스를 사용하고 있었으니 자작한 출력트랜스를 사용한 암프가 그보다 좋을 리는 없다는 선입감이 있었던 모양이다. (이 암프 사진은 강기동 선배님이 이 싸이트에 올려 놓았으니 참고 바람) 더구나 이 출력트랜스는 갭이 없을 때는 30H 이상의 인닥탄스를 갖고 있지만 갭을 넣고 나니 고작 14H정도가 되었다. 다행히 누설인닥탄스는 5mH 정도로 작은 편이었다. 그런데 최근 단순한 호기심으로 필자가 가지고 있는 앨렉트로 스타틱 하이브리드 스피카에 이 암프를 물려서 시청한 이후, 필자는 이 암프가 300B 암프를 능가한다고 확신하게 되었다. 필자는 845 싱글도 가지고 있는데 이와 비교해도 손색이 없다고 생각한다. 이 845 싱글에는 마그네퀘스트사의 출력트랜스를 사용하였다. 이전 까지는 이 암프로 엘렉트로 스타틱 스피카를 구동해 볼 생각도 하지 않았고 40년도 더 묵은 JBL의 L100에만 걸어서 들어보곤 했었다. 이L100은 너무 브라이트하다는 평을 듣고 있지만 의외로 좋은 스피커라고 생각한다. 3극관 암프에 물려서 들으면 그렇게 소란하지도 않다. 일반적으로 싱글암프는 저역에 약하다. 그 이유는 물론 출력트랜스 때문인데 싱글 암프는 필요상 출력트랜스 1차에 직류를 흘려야 하고 이로 인한 철심의 자기 포화를 막기 위해 철심에 갭을 두게 된다. 그러면 1차권선의 인닥탄스가 감소하게 되어 저역특성이 나빠지게 된다. 근래에 소위 파라피드라는 것이 유행하고 있는데 여기서는 출력관의 양극에 대형 쵸크를 통해 직류를 공급하고 출력트랜스에는 커패시터로 직류를 차단해 주는 방식이다. 그러나 이 방식은 이것대로 문제가 있다. 하여튼 이6LB6싱글은 저역이 약하다는 느낌이 전혀 들지 않을 정도로 저음이 살아난다. 약간 큰 볼륨으로 들으면 마루짱이 울릴 정도다. 3극관 결합한 6LB6의 낮은 내부저항이 빛을 발하고 있다고 생각된다. 한편큰 차이는 아니지만 이 암프는 300B에 비해 출력도 더 크다. 강 선배님이 36LW6를 보내 주셨을 때 큰 관심을 두지 않았었는데 3극관 결합 특성을 보고 고무를 받았고 6LB6 암프로서 그 실현가능성이 입증되었다고 본다. 더구나 이 관은 적절한 동작점을 택하고 적절한 부하임피던스를 택하면 15W까지 출력이 가능하다. 그리고 내부저항은 550옴 정도로 800옴의 300B보다 낮다. 강 선배님이 “이 이상은 없다”고 선언하셨을 때 이는 단순한 레토릭 만은 아니다. 그래서 다시한번 출력트랜스를 포함한 주요 부품을 자작한 35LW6싱글 암프 프로젝트를 시작하게 되었다.
36LW6 싱글 암프 설계 앞에서도 암시는 했지만 6LW6에는 히터 전압만이 다른 3가지가 있다. 히터 전압이 각각 26V, 36V인 26LW6, 36LW6들이 그것들인데 그 순서에 따라 값이 싸진다. 사실 동일한 진공관인데 히터 전압이 다르다는 이유로 36LW6가 가장 싸다. 6LW6이 비싼 것은 그런대로 이해가 가지만, 26LW6가 36LW6보다 비싼것은 좀 이해하기가 힘들다. 그건 그렇고… 그러면 36LW6는 장점만 있고 단점은 없는가? 물론 아니다. 세상 이치가 공짜 점심은 없는 것과 마찬가지로 장점만 있는 것은 없는 법이다. 이런 류의 관들의 공통적인 단점은 드라이브에 큰 전압스윙이 요구된다는 점이다. 845의 경우 그리드에 +-150V피크의 전압스윙이 필요하다. 36LW6의 경우 +-100V 피크의 전압스윙이 요구된다. 따라서 드라이브단 설계에 이 점을 반영해야 한다. 6LB6의 경우는 대략 60V 피크의 전압이 필요하여 드라이브단의 설계는 큰 문제가 아니었다. 자 우선 출력단부터 설계를 시작해 보자. 설계의 요점은 동작점을 선택하는 일인데 강 선배님의 선택한 동작점에서는 그리드 바이어스 –100V, 양극전압 420V, 양극전류 약 95mA로 하여 약 15.2W의 출력을 얻고 있다. 부하 임피던스는 3.5Kohm이다. 이때 양극 입력은 대략 39W이고 효율은 39%로 상당히 높은 편이다. 이론적으로 달성할 수 있는 클래스 A의 효율은 50% 미만이지만 흔히 25% 내외이다. 필자가 택한 동작점은 그리드 바이어스 –116 V에 양극 전압 450V, 양극 전류 74mA로 하였다. 출력트랜스가 4.2Kohm으로 감겨 있어서 부하저항은 4.Kohm으로 한다. 출력을 계산해 보면 14W가 조금 못되게 나온다. 필자의 목표는 대략 12W를 초과하는 것이니까 목적달성은 충분히 할 것이라고 믿는다. 양극전류를 줄이도록 동작점을 택한 이유는 출력트랜스의 부담을 조금이라도 덜기 위한 조치였다.
드리이버 증폭단 출력단을 최대 출력까지 드라이브 하기 위하여는 116V x 2 = 232V의 볼트에이지 스윙이 필요하다. 이제부터의 논의에서는 편의상 전압은 피크 전압을 의미하는 것으로 한다. 우선 이 암프의 최대 입력은 1.0V로 잡으면 드라이버단에 필요한 이득은 116배가 된다. 이 정도의 이득은 단간 암프로는 불가능한 것은 아니지만 무리다. 2단 증폭이 필요하다. 그리고 드라이버에 쓸 진공관은 232V의 볼트에이지 스윙이 가능해야 한다. 여기에는 몇가지 관들을 선택할 수 있을 것이다. 동작점을 잘 선택하면 6SN7같은 관도 쓸 수 있을지 모르겠다. 그러나 6BL7 이나6BX7 같은 것들이 좀 더 안전할 것이다. 9핀의 관들 중에는 12AU7, 12BH7, 5687 등등이 떠오른다. 드라이버 단에서는 대략 5배 정도의 이득만 얻어도 되기 때문에 이득은 큰 문제가 안된다. 초단관에는 6DJ8, 12AT7, 6KN8 등등의 쌍 3극관을 써도 좋고 최근 강 선배님이 말씀하시는 6KV8써도 좋을 것이다. 여기서는 대략 20배 내지는 25배의 이득만 얻으면 족한데 약간의 부궤환을 걸어둘 예정이라면 이보다 약간 더 큰 이득을 얻을 수 있는 관을 택하면 될 것이다. 필자는 이 시작품에서는 6EM7을 택하기로 하였다. 이 관은 비 대칭 쌍 3극관으로 한 쪽의 3극관은 양극손실이 10W정도나 되고 내부저항도 750옴으로 매우 낮다. 다른 쪽 3극관은 증폭도(뮤)가 68, 내부저항은 40Kohm으로 6SL7과 비슷한 정도다. 이정도라면 초단의 이득은 정확한 계산은 해 보지 않았지만 대략 40배 이상을 얻을 수 있을 것이다. 초과 이득은 부궤환을 거는데 이용할 수 있을 것이다. 바이어스를 쎌프바이어스로 하면 요구되는 공급 전압은 대략 550V정도가 된다. 인터넷에서 이 관의 특성 공선을 다운 받아서 다음과 같은 동작점을 선택해 보았다. 먼저 드라이브단은 그리드 바이어스를 -27V로 하고 양극 전류 20mA, 양극 전압 150V로 잡아 보았다. 부하 저항을 15Kohm으로 하면 대략 125V 정도의 출력 전압을 얻을 수 있어 250V의 볼트에지 스윙이 가능하다. 최대 입력전압은 27V이고 이 때 이득은 4.6배가 된다. 셀프바이어스로 했을 때 요구되는 양극 전압은 477V 가 된다. 초단은 동작점을 양극 전압 200V, 양극 전류 2mA, 그리드 바이어스 -2V로 하고 부하저항을 125Kohm으로 잡았다. 이 때 최대 출력 전압은 100V를 약간 넘는다. 그래서 약 50배의 이득을 얻는다. 요구되는 양극 공급 전압은 452V이다. 드라이브단의 총 이득은 4.6 x 50 = 230배가 되어 요구되는 116배의 이득에 약 2배가 된다. 잉여 이득은 부궤환을 거는데에 소진 될 것인데 이 경우 최대 약 6 dB의 부궤환을 걸 수 있을 것이다.
전원부 설계 여기서 주목할 것은 출력단을 포함한 모든 증폭단에서 셀프 바이어스를 채용했다는 점이다. 그래서 이 암프는 완성된 이후에는 아무런 조정이 필요하지 않다. 또한 요구되는 B전원도 단일하여 전원부가 간단하게 되었다. 대략 550V 100mA의 B 전원이 필요하다. A 전원은 6.3A, 1A와 36LW6의 점화를 위한 36V, 0.45A가 필요하다. 약간 비싼 6LW6를 사용한다면 6.3V 4A의 전원만 필요하게 된다. 정류는 다이오드를 사용하도록 하였다. 진공관 암프에서 정류는 반드시 진공관으로 해야한다는 주장과 실리콘 다이오드로도 충분하다는 주장은 상당히 해묵은 싸움이다. 일부 진공관 암프 제작사들은 진공관 정류를 마켓팅에 이용하기도 한다. 즉 자신들의 제품에서는 진공관 정류를 사용하였기 때문에 더 우수하다는 암시를 한다. 필자의 개인적 생각으로는 정류관을 고집하는 것은 무익한 일이라고 생각한다. 필자도 물론 암프제작에 정류관을 사용하였다. 그러나 그 이유는 다른 곳에 있었다. 정류관을 사용한 가장 일차적인 이유는 적당한 다이오드가 없었고 정류관은 가지고 있었기 때문이었고 또 다른 이유는 다이오드로 정류했을 때 출력 전압이 너무 높아져서 약간의 감압이 필요한 경우였기 때문이다. 정류관을 썼을 때 한가지 이점은 B 전원이 진공관이 점화되어 음극이 충분히 가열된 후에야 규정 전압이 걸린다는 점이다. 실리콘 다이오드를 사용하면 음극이 충분히 가열되기 전에 이미 양극전압이 걸리게 되는데 이럼 경우 음극에서 소위 강제 전자 방출을 시키는 현상이 있을 수 있고 이것이 진공관의 수명을 단축시킬 수 있다. 이를 피하기 위해서는 먼저 A전원에 스위치를 넣고 B전원은 10초 내지는 30초 후에 스위치가 작동하도록 시간지연 릴레이를 설치하여야 한다. 하여튼 다이오드를 피하고 정류관을 고집하는 가장 큰 이유는 다이오드에서 발생한다는 잡음일 것인데 필자는 이런 경험을 한 적이 없다. 그리고 고속 다이오드를 채용한다면 이에 대한 걱정을 줄일 수 있을 것이다. 강선배님은 진공관 암프에 SMPS를 쓰시기도 하는데 기술적으로 큰 문제는 없다고 본다. 일반적으로 싱글 암프의 경우 회로상 특별한 것은 별로 없다. 이런 류의 암프는 회로상으로는 대소동이한데 성능의 차이는 회로 구현에서 나온다. 출력트랜스, 카풀링 커패시터, 각종 용도의 저항 등등. 심지어는 배선줄까지 신경을 써서 은선을 사용하는 경우도 있다. 그렇다 하더라도 성능의 현저한 차이를 낼 수 있는 부품이라면 몰라도 배선줄에 은선을 사용한다 해도 성능상의 차이는 사람의 귀로 차별이 가지 않을 것이라고 믿는다. 이 암프의 실제 제작과정과 완성품에 대한 테스트에 대하여는 2부에서 다루기로 하고 1부는 여기서 마치겠다. (2부에서 계속)
출근전 약간 읽어보았습니다 멎지네요 (내용)
자세히읽고 공부하겠습니다