(보통 암프를 완성한 후에 제작기를 썼지만 이 글은 미래에 공동 제작을 염두에 두고 작성했습니다.)

 

얼마 전 이 싸이트에 SET 암프에 대한 나의 견해를 밝힌 바 있다.  이 글에서는 그 후속타로 나의 견해를 반영한 최 고급의 고성능 SET 암프의 설계 제작을 시도해 보려한다.

 

제작 동기와 성능 목표

지난번 글에서 말한 것처럼 DH-SET 신드롬이 생성된 이래 직열 3극관, 그 중에서도 특히 대형관을 사용한 초고가의 DH-SET를 제작하는 커티지 인디스트리가 생겨났다.  이들 제품들은 가히 상상을 초월하는 고가인데 먼저 몇가지 사례를 살펴보고 여기서 이들 암프 가격(MSRP)의 1/100 혹은 1/200의 제작비용만 가지고 그들의 성능에 버금가는 혹은 능가하는 암프 제작에 도전해 보려 한다.

 

초고가 DH_SET 암프의 사례

Audio Note Ongaku 암프:  지금은 작고한 일본인 곤도 상이 만든 옹가꾸 암프는  초고가 싱글 암프 인다스트리의 효시라 할만하다.  80년대 말, 90년대 초에 출시된 이 암프는 그 엄청난 가격으로도 유명했다고 하는데 당시의 가격은 대략 5만불 정도였던 것으로 기억하지만 확실치 않다.  그 후 인터넷에서 이 암프에 대해 8만불을 호가하는 광고를 본적이 있다.  이 암프는 출력트랜스에 은선을 사용하였고 채널 당 한개 밖에 없는 카플링 캪도 순은을 사용해 제작한 것으로 유명하다.   이 암프는 영국에도 수출했던 모양인데 수입상과 어떤 거래관계였는지 모르지만 그들이 같은 상표, 같은 모델 이름으로 자체생산을 해서 적어도 두가지 다른 종류의 옹가꾸 암프가 존재한다.

 

곤도상이 만든 옹가꾸는 구동단에 채널 당2개의 쌍 3극관을 채용하고 캐소드훨로워 직결로 출력관 211을 구동하는 반면 영국 오디오 노트사의 옹가꾸는 입력트랜스를 사용하고 있고 매 채널 드라이버 단에는 단 한개의 진공관만을 사용하고 있다.  영제 옹가꾸는 후론트 패널이 없고 가격은8만불에서 9만 5천불대이다.

 

이 엄청난 가격의 암프가 어떤 성능인가를 살펴 보자.  필자는 실물을 본적도 없고 청음은 더더구나 해 본적이 없지만 적어도 발표된 성능을 보면 어느 정도 짐작은 할 수 있다고 본다:

 

먼저 곤도 상의 옹가꾸는 스테레오 암프이고 출력은 채널당 27W ( @1K Hz, 5% THD), 입력 임피던스는100Kohm, 주파수 특성: 8Hz-21KHz -3dB @1W, 출력단자는8 옴 하나 뿐이다.  잔류잡음은 1mV 이하, 사용진공관은211X2, 6072X2, 5687X2,GZ34X4,  크기와 무게는 각각28.4 X 24 X 55, 34Kg이다.영제 옹가꾸는 드라이버단 두 채널 공용으로 사용하는 2개의 진공관 (CV4068, 6463)이 있고 입력트랜스를 사용하고 있으며 전원부는2개의 5R4 정류관을 사용하여 배압 정류(?)를 하고 있다. 

 

추측컨대 이 암프에서는 출력관을 최대한으로 구동하고 있다는 생각이 든다. 211은 흔히 싱글로 대략20W 내외를 얻을 수 있는 것이 고작이다.  또 다른 눈에 띄는 사항은 출력임피던스를 발표하지 않고 있다는 사실이다.  이 암프는 무궤환 암프이니 추측컨대 출력임피던스는 적어도 수 옴 정도가 될 것으로 본다.  

주파수 특성도 그리 대단하다는 생각은 들지 않는다.  물론 211과 같은 내부저항이 비교적 큰(거의 2.4K정도?) 출력관을 선택해서 출력트랜스의 1차 임피던스를12K로 잡고 있다는 사실을 생각한다면 이 암프의 출력트랜스는 상당히 잘 만든 트랜스로 볼 수는 있겠다.  3dB 감쇄점이 21KHz라면 아마도15KHz정도에서 감쇄가 시작되고 있겠구나 하는 생각이 든다.  물론 그렇다고 해도 청음상 고역이 부족하다는 생각은 들지 않을 수도 있다. 또 이 사양은 1W 출력에서 잰 것이니 전 출력에서의 주파수 특성은 어떨까 궁금하다.  특히 전출력에서 저역의3dB 감쇄점이 어느 정도나 될까 자못 궁금하다.  이 암프의 10KHz 방형파 응답특성은 그리 좋게 보이지 않을 것이다.

 

Audio Note Kagura 암프:

모노불럭으로 만들어진 이 암프는 곤도 상의 옹가꾸 후속제품으로 출력관에는211 두개를 파라로 하고 있다.  성능을 살펴보면:입력 임피던스:50Kohm, 출력: 50W (@ 1KHz, 5% THD), 주파수 특성: 8Hz-40KHz (0dB, -3dB @ 1W), 잔류잡음: 0.5mV 이내, 사용진공관: 211X2, 6SN7 X2, 12AU7, GZ34X4, 크기: 32 X 37 X 55.8,  무계: 62Kg 이고 가격은 자그마치 미화 15만불이다.    여기서 눈에 띄는 것은 출력관이 두개 병렬로 돠어 있어 출력관 내부임피던스가 절반으로 줄었고 출력트랜스의 주파수 특성이 그 만큼 향상된 것으로 보인다는 점이다.  한편 이 암프에서는3dB의 부궤환이 선택사항으로 되어 있다.

 

Absolare Passion 845SET 암프

역시 모노불럭으로 만들어진 이 암프는 한 쌍의 가격이 3만 7천 5백불로서 비교적 저렴(?)하다.  그래도 웬만한 자동차 한대 값이고 미국에서도 어떤 지역에서는 이 돈이면 집도 살 수가 있는 정도이다.  이 암프는 845 두개를 파라로 하여  출력에 사용하고 있다.    발표된 성능을 보면:      출력; 52W , 입력 임피던스;75k ohms, 주파수 특성;  15Hz–25kHz  +-1dB, 출력단자는 4, 8 옴 두개가 나와 있고 크기는15" x 11.6" x 25.8" 무계는 각각  88.7 pound 이다.  사용진공관은 6SN7  X 2, 845 X2 이고 역시 무궤환 암프이다.  회로 설계는 일본사람이 했다고 한다.

 

이 밖에도 Lamm Industries의 미화 3만 7천불을 호가하는ML2.2 (6C33C-B SET 암프, 18W), 13만불을 호가하는 ML3 (GM70 SET 암프, 32W) 가 기억 나지만 우선 이  3대만을 살펴보았다.  이 암프들의 공통점은 엄청 크고 엄청 무겁고 엄창 비싸다는 것이다.  또 출력관을 최대로 혹사하여 가능한한 최대 출력을 뽑아내고 있는 것으로 보인다.  그렇지만 암프로서의 성능은,적어도 숫자상으로는 특별한 것은 없어 보인다.  싱글 암프로서는 비교적 좋은 사양이지만 가격을 고려할 때 별 눈에 띄는 성능은 없다. 

 

또 다른 공통점은 부궤환을 전혀 걸어주지 않았거나 아주 약간의 부궤환도 선택사항으로 되어 있다는 점이다.  그래서인지는 몰라도 이들 제작사들은 출력임피던스 숫자를 발표하지 않고 있다.   추측컨대 이들 암프의 출력임피던스는 수옴 정도가 될 것으로 본다. 따라서 댐핑팩터는 한자리 수를 넘지 못할 것이다.   

또 다른 특이한 점은 이렇게 비싼 암프임에도 전류계나 VU메타 등 메타가 전혀 보이지 않는다는 것이다.  메타가 필요하지 않기 때문인가?  양극전류를 모니터링하는 메타라면 상당히 유용한 편이다. 하나쯤 모양을 위해서도 달아 줄만 한데 위에서 사례로 든 암프 모두 아무 메타가 없다.

 

물론 숫자로 나타날 수 없는 음질상의 특별한 점이 있을지는 모르겠다.  그러나 숫자가 좋아도 음질은 그저 그런 경우는 있지만 숫자가 나쁜데도 음질이 좋은 경우는 없다고 본다. 즉 암프는 기본 사양에 나타난 숫자 이상으로 좋을 수는 없다.  소위 오디오 평론가라는 사람들이 이 암프들에 대한 평가에 아무리 대단한 미사여구를 나열한다 해도 암프의 성능은 결국 숫자가 말해준다.  이들 암프의 설계자들이 선택한 출력관, 회로 양식으로부터 판단 컨대 이들은 주어진 조건에서 최대한의 성능을 실현했다고 보여진다. 그렇지만 아무리 돈을 들여도  물리적인 제약을 극복할 수는 없는 것이다.

 

초고가 SET암프에 도전하는 저가 SET암프 설계의  접근 방법

그런데 거의 자동차 한대 값 혹은 변두리 지역의 집 한채 값을 부르는 이런 암프들은 아무리 음질이 우수하다 해도 음악을 사람하는 오디오 팬들에게는 그림의 떡일 뿐이다.  이런 암프들은 사우디 왕가의 궁전이나 재벌가의 거실에 진열용으로 더 적합할지도 모르겠다.  요즘 재벌가를 배경으로 한 한국 드라마를 보다 보면 배경 소품으로 진공관 암프를 보여주는 사례가 제법 많다.   진공관 암프가 부의 상징 중 하나가 되었거나 아니면 부자들이 소유해야 할 명품리스트에 오르기라도 한 모양이다.

 

하여튼 이런 초고가 암프들이 모든 부픔을 최고급품으로 썼다는 사실 이외에 사양서 상으로 큰 차이가 없다면 이런 부류의 암프와 저가의, 그러나 잘 만든 암프와는 음질상에 어떤 차이가 날까?솔직하게 말한다면 나도 모르겠다.  먼저 이런 초고가의 암프를 들어 본 적이 없으니 알 도리가 없다. 그러나 사양서로부터  추측컨대 별 차이가 없을 것이란 생각이 들고 아마도 불라인드 테스트를 해 보면 구별하지 못하는 사람들이 대부분일 것이다.

이런 관점에서 이들 초고가 암프의 가격의1/100정도의 비용으로 이들 암프 성능에 필적하는 암프를 제작해 보자는 생각이 들었다.

 

이를 위해 몇 가지 전략적  고려를 해 보자:

먼저 출력관은211이나 845, 혹은 GM70같이 고압을 필요로 하는 관은 피한다.    이런 관들은 내부저항이 비교적 큰 편이다.  이 중에서는 그래도 845가 가장 낮은 편인데 2개를 파라로 하면 SET의 대명사라 할 300B 보다 약간 큰 편이다.   그 대신에  양극전압이  400V 미만이고 양극전류가 커서 양극 손실이 100W 내외인 진공관을 선택한다면 30W 내지 40W의 출력이 가능할 것이다.   이런 선택은 비싼 출력관에 들어가는 비용과 전원부에 들어가는 비용을 상당히 절약할 수 있다.

 

그러나 이런 진공관은 없지만 다수의 관을 병렬로 한다면 가능하다.  내가 사용해 본 관 중에서도  6C33C-B 나 13GB5 같은 관이라면 충분히 가능하다.  

실제로 6C33C-B는 3만 7천여 딸라를 호가하는 Lamm인다스트리 사의 ML2.2 SET 암프에 사용되고 있다.  이 관 2개를 파라로 해서 싱글 암프를 만들면30W에서 40W의 출력이 가능하다. 이 경우 내부저항은50옴 정도가 되고 출력트랜스 1차 임피던스는 300옴 정도로 할 수 있을 것이다.   필자가 만든 싱글 암프도 출력은15W로 작지만 우수한 주파수 특성과 낮은 출력임피던스로 성능상의 불만은 없다.  다만 중국제 소켓의 질 문제로 내구성에 문제가 있을 것 같다.

13GB5경우에는 4개 혹은5개 정도를 파라로 하면 3~40W 정도의 출력이 가능하고 내부 저항은100옴 이하가 되어 출력트랜스 1차 임피던스는 대략700옴 정도로 하면 적당할 것이다.   필자가  만들어 본 13GB5  싱글 암프에는13GB5 4개를 병렬로 사용하였고 부궤환은 걸지 않았다.  그래도 고역특성은 거의70KHz 까지 올라갔고 출력 임피던스는 1옴 정도가 되었다.

  

두 관의 경우 모두 성능상으로 초고가 제품에 비해 별 손색이 없다고 본다.  다만 빠진 부분이 있다면 고가의 카플링 캪을 사용하지 않았다는 점과 기계적 진동에 대한 대비책을 전혀 염두에 두지 않았다는 점일 것이다.  그런 의미에서 여러가지 숙고 끝에 다음과 같은 선택을 해 보았다:

 

(1)   출력관에는 3극관 결합의13GB5를 5개 사용한다.  이 경우 출력관 내부저항은 100옴 이하가 된다.  6C33C-B에 비해 히터 소비전력이 거의 절반 수준이고 소켓 과 진공관 비용이 작고 직선성이 조금이나마 우수하다는 생각에서 이런 선택을 하게 되었다.

 

(2)   회로 전체적으로 캪의 수를 최소로 한다.  커풀링 캪은 하나만 허용하고 캐소드 바이패스도 가능한 한 생략한다.  카플링 캪에는 한 예로서 독일제Intertechnik Audyn True copper Max MKP 630V를 생각하고 있다.  이 캪은 0.2uF가 개당 거금 미화 35불 정도가 든다.

 

(3)   드라이버 단은 2단 중폭으로하고 출력단과 사이에 CF단을 삽입하고 이 CF단은 출력단에 직결한다.   구동단에서 1단 증폭 만으로는 필요한 이득을 얻기에는 무리라는 생각이다.또한 출력단과 마찬가지로 600mA 관을 채택하여 모든 히터 를 직렬로 연결할 수 있도록 한다.  초단에는 4BS8을 사용하고 다음 증폭단과 CF에는 6DE7을 채택한다.

 

(4)   전원트랜스에는 토로이달트랜스를 사용하고 대략 필요한 용량의 2배의 용량의 트랜스를 사용한다.  이로서 기계적 진동을 줄이고 트랜스는 방진 패드 위에 설치한다.  일반적으로 EI 코아에 비해 토로이달 코아가 누설자속도 적고 기계적 진동이 적다고 생각된다.

 

(5)   쵸크는 솔리드스테이트로 대치한다.  이로서 누설자속으로 인한 잡음의 유입을 방지한다.

 

(6)   모든 진공관은 방진 베이스에 장착한다.

 

(7)   출력트랜스는 메탈 박스 안에 실리콘 고무로 포팅한다.

 

(8)   B전원은 적어도 50uF의 필름캪으로 바이패스한다.

 

(9)   메터나 혹은 인디케이터를 사용하여 각개 출력관의 양극 전류를 모니터링 하도록 한다.  전류가 어느 범위에서 벗어나면 LED로 표시한다.

 

(10)모든 부픔은 될수 있는대로 대기업 제품을 채택한다.  이는 대기업 제품들이 일반적으로 QC가 잘 되어 있을 것이란 믿음 때문이다.  예를 들어 캐미콘의 경우 비싼 특수품 대신 비교적 저렴한 대기업 제품을 사용항다.

 

회로 설계

이미 앞에서 언급한 대로 구동단은 곤도의 옹가꾸의 것과 같은 구조다.  다만 사용 진공관은 다르다.  초단은 4BS8을 사용한 SRPP회로이고  그 출력은 다음단 의 10DE7의  No.1  3극관부  그릿드에 직결된다.  이 3극관부는 보통의 캐소드 접지 증폭회로로 그 출력은 RC 카풀링으로 캐소드 훨로워로 동작하는 10DE7의 No.2 3극관부의 그릿드에 연결된다.  캐소드 훨로워의 출력은 출력단 에 직결된다.

 

초단에 사용한 4BS8은중간 정도의 증폭도 를 가진 쌍3극관으로  원래 VHF 캐스코드 증폭기 용으로 설계된 관이다.  Rp가 5K옴 정도로 비교적 작은 편이고Gm은7.2mA/V로 높은 편에 속한다.  WE437과 같은 고Gm관은 아니지만 원래 TV 튜너의 후론트 엔드에 사용하던 관이니 민큼 잡음지수도 작은 편이라고 생각된다.  증폭율도 36정도로 우리의 목적에는 충분하다.  이와 비슷한 관은  6BZ7, 4KN8 등등 여러가지가 있다.

 

10DE7은 비 대칭 쌍 3극관으로 주로 TV회로에서 사용되었다.  No.1  3극관부는 증폭율 17.5, rp 8.75K, Gm=2 mA/V이고 No.2 3극관부는 증폭율6, rp = 925 Ohm, Gm=6.5mA/V 이다 여기서는 No.1 3극관을 캐소드 접지 증폭회로로, No.2  3극관부는 캐소드훨로워로 사용하였다.  히터는 600mA로 직열연결이 가능하지만 여기서는 회로의 특성상 캐소드-히터간의 최대 내압 (200V)을 고려해야 할 것이다.

 

마지막으로 출력단은 3극관 결합의 13GB5 5개로 구성된다. 원래 이 관은 TV의 수평출력관으로 설계된 관으로3극관 결합을 하면 대략 증폭도가5정도이고 rp가450옴 -560옴 정도인 특성이 좋은 3극관이 된다. 

 

다수의 진공관을 병렬로 연결해서 사용할 때 걱정되는 점은 진공관 간의 전류 발란스와 입력용량의 증가일 것이다. 불행히도 규격표에는 이 관의 그릿드-캐소드 간의 용량이 나와있지 않다.  그러나 개별 출력관의 입력 용량은 수 Pf정도일 터인데 출력관이 5개이니 그5배가 되고 여기에 밀러 효과로 인한 실효 입력용량을 생각하면 다시 5배 (증폭율이 5정도이니)가 되어 실효 입력 용량은25배로 증가하게 될 것이다.  그렇다면 결과적으로 출력단의 입력용량은 수백 Pf가 되어 오디오 주파수 대라도 무시못할 용량이 된다.  그러나 경험상 큰 문제는 아닌것으로 생각한다.   드라아버 단을 캐소드 훨로워로 하는 이유도 여기에 있는데 이 전에 사용한 비슷한 회로에서 고역이 70KHz까지 거의 평탄한 결과를 얻었었다.

 

전류간의 발란스도 그렇게 심각한 문제는 아니다.  10mA 혹은 20mA 정도의 차이는 용납될 수 있다고 본다.  더 이상의 차이가 나면 관을 교체해 주는 방법으로 해결이 가능하다.  물론 캐소드에 CCS를 설치해서 전류발란스를 mA범위로 맞추어 줄 수는 있지만 여기서는 간단한 회로를 채택하기로 하였다.  대신 과전류가 흐를 경우 이를 표시해 주는 간단힌 회로를 만들어 넣을 예정이다.

 

 

전원부

회로에 직결 카플링을 많이 채용하다 보니5개의 각각 다른 양극 전압 공급이 필요하게 되었다.  이들 전압들을 한개의 전원트랜스에서 공급할 수 있으면 여러가지로 좋지만 기성품의 트랜스를 사서 쓴다면 1개의 전원 트랜스로는 할 수 없게 된다.  이 암프에서는2개의 중국제 토로이달 트랜스를 사용하여 이 문제를 해결하였다.  메인 트랜스는 ANTEK AS3T275로서 275V와 6.3V X2, 4A가 나온다. 이 트랜스는 내부 전압 강하가 큰 편이라서 275V AC로 350V를 뽑아 낼 수 있는지는 약간 의문이다.  피크 전압이 275 X 1.414 = 385V까지 올라가겠지만 내부 전압 강하는 필터 회로와 사용한 쵸크의 직류저항, 트랜스 2차 코일의 직류저항 등에 따라 달라진다.  일단 B 전압이 목표치인350V에 미달하는 경우에는 바이어스를 조절하여 동작점을 새로 잡을 생각이다.   물론 출력은 약간 감소하겠지만  큰 문제는 아니라는 생각이다.

 

또 다른 트랜스는 ANTEK AS-0206으로 이 트랜스는25VA 용량으로, 1차 115V X2, 2차 6V X2가 나온다.  이 트랜스를 거꾸로 사용하여 2차 6V 를 메인 전원트랜스의 6V 라인에 연결해서115V AC 2개를 얻어 이를 배전압 정류를 해서 사용한다.  이중 하나는 –전원으로 다른 하나는 +210V를 얻어 350V와 직열 연결하여 560V를 얻는다.

 

한편 전원부에서 신경쓰이는 부분은 A 전원이다.  직결회로에서 캐소드에 걸리는 전압이 많이 차이가 나기 때문에 캐소드-히터 간의 허용 내압이 초과 되지 않을까 하는 염려가 생긴다.  같은 회로를 사용한 6C33C-B싱글 암프의 경우 아무런 문제도 없었는데 이번에도 출력관 히터 공급 전원과 구동단 히터 공급 전원은 별도로 할 생각이다.  이번에는 별도의 트랜스를 사용하지 않고 메인 트랜스에 별도의 권선을 감아서 사용할 생각이다. 이 트랜스는 300VA 용량으로 용량에는 여유가 있다.

 

한국에서 만든다면 메인 전원 트랜스는 주문해서 만들면 좋을 것이다. 다만 필자의 경험에서 보면 신뢰도에 문제가 있었다.  과거 845PP를 만들 때, 그리고300B circlotron PP 용으로 토로이달 8개를 주문해 온 적이 있었다.  그중 3개가 층간 쇼트로 망가져 버렸었다.  권선기가 에나멜 선의 피복에 흠집을 내었던 모양이다.  당시는 450V의 고압이었기 때문에  층간 합선 쉽게 일어났던 모양이다.  하여튼 이 점만 주의하면  맟춤으로 주문해서 쓰는 것이 조립할 때에도 도움이 되고 암프의 무게나 크기도 작아진다.

 

위의 전체 회로에 전원부 회로가 같이 있다. 회로상에 특별한 것은 없다.  그리고 이 회로 역시 잠정적 회로다. 삽질을 해서 필터에 들어가는 저항치나 디카풀링 회로의 저항치들은 재 조정이 필요하다.

 

 

 

방진 설계

 

 

 

 

SK-600 출력트랜스

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

앰프 케이스 및 출력 트랜스 케이스 설계

 

 

 

 

앰프 제작

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

"Quintet" 의 성능 평가 및 음악 감상평

 

 

 

 

결론