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윤세욱 칼럼(Who's Phillip Yoon?), 조용훈 칼럼, [PC-Fi 가이드]

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윤세욱 칼럼
2010.12.17 04:58

임피던스에 대하여-3

조회 수 3494 좋아요 123 댓글 0
대부분 프리앰프의 포노 입력단은 산업표준으로서 47킬로옴의 임피던스를 갖고 있기 때문에
MM 카트리지(이하 MM)의 임피던스는 47킬로옴에 맞도록 설계되어 있습니다.
아무리 소리가 좋더라도 중뿔나게 특이한 임피던스에서 매칭 되어야한다면
47킬로옴 이외의 임피던스를 갖는 프리앰프는 존재하지 않으므로 시장에서 팔리지 않겠지요.
그래서 MM 카트리지(이하 MM)의 임피던스 매칭은 단순합니다.
그냥 톤암에 바늘만 걸어서 쓰면 됩니다.
MM 카트리지를 사용하는 한 임피던스란 걸로 속 썩이실 일은 없습니다.

문제는 MC 카트리지(이하 MC).
MC를 사용할 때 저희가 고려해야 할 요소는 크게 보아 두 가지입니다.
하나는 임피던스 그리고 다른 하나는 출력전압입니다.
임피던스 문제가 생기는 이유는 코일을 많이 감을 수가 없어서 47킬로옴을 만들 수 없기 때문이라고 말씀드렸습니다.
출력전압도 마찬가지입니다.
코일 권선수가 작기 때문에 MM에 비해 출력전압이 1/10 정도 밖에 되질 않습니다.
일단 이해가 쉬우실 출력전압부터 설명 드리겠습니다.
프리 앰프의 포노엔 적당한 크기의 전압이 가해져야합니다.
너무 작으면 아무리 키워도 원하는 만큼의 전압이 안 만들어지고
(예: 깨를 뻥튀기 해봐야 얼마나 커지겠습니까?
적어도 쌀알 정도는 되어야 튀밥이라도 되고,
권장키론 옥수수 알맹이 크기라야 강냉이가 나오지요.)
또 원재료가 너무 커도 뻥튀기 기계 주둥이로 안 들어갑니다.
억지로 밀어 넣을 수야 있겠지만 원래 모양이 다 부서지겠지요.
일반적으로 포노단의 권장 입력은 2밀리볼트에서 7.5밀리볼트 정도 됩니다.
소자의 특성이 좋지 못했던 빈티지 앰프는 이게 좀 좁고
현대 앰프는 여유도가 높아 10밀리볼트 넘는 것도 있습니다만 2
밀리볼트 이상 8밀리볼트 아래 정도의 전압이 들어가는 게 신호 대 잡음비율과 찌그러짐 면에서 안전합니다.

MC의 승압 수단은 두 종류입니다.
하나는 앰프를 사용하는 것 그리고 다른 하나는 변압기를 사용하는 방법입니다.

먼저 앰프에 대해 말씀드리겠습니다.
앰프를 이용한 승압이란 진공관이나 트랜지스터 따위가 들어간 회로를 통해 전압을 올리는 방법입니다.
소위 말하는 MC 포노 앰프라는 게 이것으로서
박순백 박사님께서 사용하시는 클라인(Klyne) 포노 앰프 등속이 바로 MC 승압용 앰프가 들어 있는 프리앰프가 되겠습니다.
앰프를 이용해 MC를 승압하는 것도 간단합니다.
MC의 출력전압과 임피던스가 각양각색인 연고로 승압 앰프에 몇 가지 조정 부분이 있고
각각의 MC의 특성에 맞춰 이걸 세팅해주는 절차만 하나 더 있을 뿐
MM과 비교해서 특별히 어려울 것은 없습니다.
바늘에 맞는 세팅은 프리 앰프 매뉴얼에 따르면 됩니다.
보유한 MC의 특성을 참조한 뒤 승압 앰프의 매뉴얼을 보면서
MC의 출력 전압이 어느 정도 되면 스위치를 어디에 놔 줘라든가
권장 임피던스가 몇 옴이면 어디를 어떻게 해라 하는 지시에 따르면 됩니다.
전기적 특성은 앰프가 알아서 하는 일이니까요.

가끔 출력이 높은 MC 이른바 고출력 MC가 있는데 이건 MM에 준해서 취급하면 됩니다.
윤병호 선생님께서 말씀하신 벤츠 글라이더 따위가 그런 것입니다.
순서가 약간 뒤섞인 느낌이 들긴 합니다만 기왕 나온 김에 이것부터 언급 드리겠습니다.
윤 선생님께서 경험하셨던 에너지가 부족하다는 느낌을 받을 때가 있습니다.
그럴 경우 2배 혹은 4배 정도의 승압비를 가진 트랜스를 연결해주면 이 부분이 해결 됩니다.
임피던스는 이 정도 승압비에선 크게 문제 되지 않고,
만약 이게 이슈가 되는 경우 승압트랜스의 출력회로에 병렬로 저항은 달아주면 됩니다.
저항을 다는 것은 나중 설명 드리겠습니다.

이제 두 번째 방법 트랜스를 이용해 전압을 올리는 것에 대해 설명 드리겠습니다.
변압기를 모르시는 분은 안 계시겠지요.
승압 트랜스는 변압기입니다.
그 이상도 그 이하도 아닙니다.
변압기 1차에 감긴 코일 수와 2차에 감긴 코일의 비율이 승압비가 됩니다.
예컨대 1차에 100번 감고 2차에 1000번 감은 뒤 1차에 1볼트의 전압을 가하면 2차엔 10볼트가 나오는 겁니다.
이 경우의 승압비는 10배가 되겠습니다.
그런데 여기서 임피던스 문제가 대두되기 시작합니다.

"거칠게 말씀드리자면 승압 트랜스 자체엔 임피던스가 전혀 없습니다! "

그저,
트랜스의 승압비가 트랜스 2차에 걸린 포노 앰프의 입력 임피던스와 연관되어
바늘에서 바라본 트랜스 1차 측의 임피던스로 나타날 뿐입니다.
카트리지에 걸리는 임피던스의 값은 포노임피던스/(승압비*승압비)로 표현됩니다.
방형웅 선생을 위해 예를 들어 설명 드리겠습니다.

포노 입력 임피던스는 47킬로옴이라고 말씀드렸지요?
턴테이블에 MC를 걸고 여기에 1대1 트랜스를 붙이면 MC에 걸리는 부하저항 역시 47킬로옴이 됩니다.
승압비가 1이니까 47킬로/1*1은 당연 47킬로옴이지요.
만약 10배 승압비의 트랜스를 걸면 MC에 걸리는 임피던스는 얼마가 될까요.

이번엔 박용호 선생을 위해 계산해 드리겠습니다.
47000옴/(100*100)=470옴입니다.

그래서 트랜스의 승압비가 결정되면 임피던스가 바로 계산됩니다.
물론, 트랜스 특성표에 트랜스의 임피던스가 나와 있긴 합니다만 이것은 주파수 특성과 정격 전류가 개입이 되어 있을 때의 이야기이고,
카트리지 승압용으로 트랜스를 사용할 경우 아주 작은 전압과 전류가 흐르는 관계로 이 특성은 무시하셔도 됩니다.
트랜스의 입출력 임피던스는 그저 승압비 참고용으로만 쓰셔도 문제없습니다.
(출력 임피던스/입력임피던스)의 제곱근이 승압비가 되겠습니다.
그래서 1차가 150옴이고 2차가 15,000옴인 알텍 15095의 경우 이 트랜스의 승압비는 10배가 되는 겁니다.
15,000옴/150옴=100이고 100의 제곱근은 10이니까요.
만약 1차가 200옴이고 2차가 20킬로옴인 트랜스가 있다면 음색의 차이를 제외한다면 임피던스 특성은 15095와 같습니다.
가끔 150킬로옴 정도 높은 임피던스를 가진 트랜스가 굴러다니는데,
47킬로옴의 포노 입력단에 대해 이 트랜스는 임피던스가 안 맞는다고 생각 하실지도 모릅니다만
승압비만 적당하면 얼마든지 사용 가능합니다.

다시 카트리지 쪽으로 돌아가겠습니다.
카트리지의 매뉴얼엔 여러 가지 특성이 기술되어 있습니다.
권장 침압, 채널 밸런스, 바늘 모양 등등이 그것인데 승압 트랜스와 관련해서 저희가 참조해야할 특성은 내부 저항과 권장 임피던스입니다.
승압 트랜스는 바로 이 요소 때문에 앰프와 달리 전기적 궁합 맞추기가 필요합니다.
이것도 예를 들어 설명 드리는 게 좋겠군요.
아래는 Ortofon SPU Classic GM MKII의 테크니컬 데이터입니다.

•Output voltage at 1000 Hz, 5cm/sec. 200 µV
•Channel balance at 1 kHz < 1 dB
•Channel separation at 1 kHz > 20 dB
•Channel separation at 15 kHz > 10 dB
•Frequency range at - 3dB 20-25.000 Hz
•Frequency response FIM distortion at recommended 20-20.000 Hz ± 3 dB
•Tracking ability at 315Hz at recommended tracking force *) 65 µm
•Compliance, dynamic, lateral 8 µm/mN
•Stylus type Nude spherical
•Stylus tip radius R 18 µm
•Tracking force range 3,0-5,0 g (30-50 mN)
•Tracking force, recommended 4,0 g (40 mN)
•Tracking angle 20°
•Internal impedance, DC resistance 6 Ohm
•Recommended load impedance > 10 Ohm
•Cartridge body material Grinded wood
•Coilwire material High Purity Copper (OFC)
•Cartridge colour Black
•Cartridge weight 30 g

잡다한 특성이 있습니다만 저희가 오늘 관심을 가질 것은 출력전압과 내부 저항 그리고 권장 부하저항입니다.
제일 먼저 출력전압을 따져보겠습니다.
출력이 0.2밀리볼트이므로 최소한 10배,
그리고 안전하게는 약 20배 정도.
그리고 약간 더 입력을 넣고 싶으시면 30배 정도의 승압이 필요하다는 것을 알 수 있습니다.
그러나 50배 정도의 승압이면 이건 입력과다로 찌그러질 염려가 있거니와
이런 정도의 높은 승압비를 가진 트랜스는 값이 천문학적으로 비싸지고
주파수 특성도-특히 고역에서 많이 떨어집니다.
앰프에서 얼마든지 커버가 가능한 경우이므로 40배 정도까지가 현실적 대안이 되겠지요.
만약 SPU를 구입하실 작정이라면 10배 트랜스는 별로 잘 안 맞을 겁니다.
직관적으로 보면 20배 정도 트랜스가 좋을 것 같죠?

그럼 이제 임피던스를 보겠습니다.
특성표에 의하면 20옴 이상이면 된다고 나와 있습니다.
그런데 여기서부터 경험과 개인적 취향이 나타납니다.
분명 특성표론 20옴 이상이면 된다고 했으니 10킬로옴을 걸어도 문제는 없어야합니다.
하지만 현실은 그렇지 않습니다.
보내는 임피던스에 비해 받는 임피던스가 너무 높으면
-벽이 너무 딱딱하면 신호가 제대로 전달이 되지 않고 캉캉 울리는 새된 소리만 난다고-
고역에 피크가 생긴다고 말씀드렸습니다.
그리고 무엇보다 출력이 낮아서 이걸 증폭하려면 볼륨이 거의 오후 3시 방향까지 올라가야할 것이고,
그러다보면 신호 대 잡음비에서 무지하게 불리해집니다.
숫자를 들어 임피던스와  승압비의 관계를 다시 설명 드리겠습니다.

승압트랜스에서 임피던스가 10킬로옴이라면 승압비는 대략 두 배쯤 되겠지요.
47킬로옴/(2*2)= 약 10킬로옴이니까요.
그러면 트랜스의 출력전압은 0.4 밀리볼트 정도밖에 되질 않습니다.
이래서야 승압 트랜스라고 할 수도 없지요.

설사 앰프 쪽에서 볼륨을 잔뜩 올리더라도 쉬이 하는 화이트 노이즈도 물론이려니와
고음이 사나워서 아마 듣기 짜증나실 겁니다.
사용자들의 경험, 그리고 오토폰 회사의 비공식 권장치에 의하면 SPU의 부하 임피던스는 대략 40옴에서 100옴 정도가 제일 적당하다고 합니다.
그러면 이제 여기에 맞는 트랜스를 다시 뒤져보도록 합니다.
40옴의 임피던스라면 승압비는 34배가 됩니다.
100옴이라면 21배가 되겠군요.

알텍 4722는 어떻습니까.
1960년 대 알텍의 마이크 트랜스로 유명한 녹색 4722는
2차 임피던스 50킬로 그리고 1차는 150옴에 38옴의 센터 탭이 달려 있습니다.
두 개의 같은 임피던스가 합해지면 네 배가 된다고 지난 번 말씀드렸습니다.
38옴+38옴은 152옴이란 뜻입니다.
4722를 SPU의 승압트랜스로 사용하면 어떻게 될까요.
1차 38옴이라면 2차 50킬로옴일 때 36배의 승압비가 됩니다.
만약 150옴에 연결하면 18배의 승압비를 갖게 되고 카트리지의 부하저항은 38옴 연결 시 32옴 150옴 결선 시 142옴입니다.
아울러 출력 전압 3.6밀리볼트 혹은 7.2밀리볼트가 되어 SPU에 대해 아주 쓰기 편한 트랜스가 됩니다.
4722가 SPU의 절묘한 궁합으로 사용 된 것은 전기적으로도 이치에 합당한 일이었던 것입니다.

오늘은 여기까지 쓰겠습니다.


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