새로운 진공관 DAC 메디움

 

 

새로운 진공관 DAC 메디움입니다.

 

디지털 음원 소스를 메인으로 사용할 경우,

어떤 DAC를 사용하는가..! 가 시스템의 전체적인 음질에 영향을 줍니다.

 

디지털 신호가 아날로그 신호로 바뀌어 출력되는 곳이기 때문입니다.

이후, 프리와 파워앰프로 이어지지만, 초단에서의 음질이 그대로 증폭되기에 그렇습니다.

 

DAC의 중요성이 부각되면서 다양한 종류의 DAC가 출시되고 있지만,

이제 DAC 칩의 성능이 부족하여 음질의 차이가 발생하는 일은 없다 해도 과언이 아닐 정도로 상향 평준화 되었다고 생각합니다.

 

이것은 모든 제조사에서 발표하는 DAC칩의 음질이 똑같다는 뜻이 아니라 

그 변화의 폭이 미미하여 아날로그 회로를 바꾸었을 때 나타나는 변화의 정도에 크게 미치지 못할 정도가 되었다는 것입니다.  

 

상황이 이러하다보니 아날로그단을 특화하는 DAC가 증가하고 있습니다. 

진공관으로 구성하던지 반도체소자를 디스크리트 방식으로 구현하기도 합니다.

 

그러나 우선은 DAC에 사용되고 있는 OP AMP만 사용하지 않아도 음질은 비약적으로 향상됩니다.

설계하기 쉽다는 이유로 대부분의 DAC에 사용하고 있지만,

본래, OP AMP는 연산증폭기용으로 개발되었습니다.

 

 

 

 

지금은 오디오용으로 발표되는 OP AMP도 많이 있지만,

입력단을 FET로 구성하여 입력 임피던스를 높이고, S/N 비를 개선한 정도일 뿐 실제로 오디오회로에 적용하여 기기의 성능 향상을 가져 올 정도로 개선되지 못하는 것은 연산증폭기의 구조적 한계 때문입니다.

 

OP AMP는 어떤 용도로 사용할지 모르는 상태이기에 이득 1배로 사용하여도 발진하지 않도록 주파수가 올라갈수록 이득이 저하하는 구조를 갖습니다.

 

이런 이유로 OP AMP의 이득은 가장 낮은 주파수대를 기준으로 발표합니다.

통상의 OP AMP의 이득은 최소 100dB에서 120dB 이상입니다.

 

실질적인 문제는,

OP AMP를 DAC의 종단에 사용하게 되면 100dB 이상이 부귀환이 작용하여 과도특성이 현저하게 저하된다는 것입니다.

 

NFB(negative feedback)에도 분명 긍정적인 부분이 있습니다.

소자 자체의 왜율이 높고, 열적 안정도가 낮아 사용하기 어려운 반도체 소자를 화려한 스펙의 앰프로 완성할 수 있는 이유도 NFB(부귀환) 효과로 이룩한 결과입니다.

 

증폭기에 부귀환을 적용하였을 때 나타나는 대표적인 효과입니다.

1. 왜율이 개선됩니다.

2. 주파수특성이 향상됩니다.

3. 전원 전압 변동에 대한 안정성이 향상됩니다.

 

부귀환을 적용하게 되면 위와 같이 대부분의 전기적인 특성은 향상됩니다. 

반도체 앰프의 대표적인 특성인 왜율(THD)이 0.00대로 나타나는 이유도 다량의 부귀환 때문입니다.

 

이런 이유로 한때는 우리는 몇 dB의 NFB를 적용하였다는 것을 광고의 문구로 사용하던 시기도 있었습니다.

그러나 얻는 것이 있다면, 잃는 것도 있는 것이 세상사 이듯

부귀환의 양이 증가할수록 악화하는 특성이 있는데,

그것은 동특성이라 분류하는 과도특성입니다.

 

과도특성이란, 입력되는 신호를 얼마나 빠르게 추종할 수 있느냐..! 의 특성입니다.

음악신호를 오실로스코프로 보면 매우 빠르게 변화하는 것을 볼 수 있습니다.

 

과도특성이 좋은 앰프는 현장감이 잘 살아나며, 음이 통통 튀는 생동감이 느껴집니다.

 

과도특성을 향상할 수 있는 회로는 존재하지 않습니다.

오직, 어느 정도 감쇠되었느냐...! 의 문제일 뿐입니다.

 

 

 

 

과도특성의 악화는 부귀환에 의해 나타납니다.

과도특성을 좋게 하려면 부귀환을 적용하지 않으면 되는 것입니다.

 

이것이 DAC에서 OP AMP로 마무리를 하면 안 되는 이유입니다.

 

잘 만든 DAC 칩에서 출력되는 아날로그 신호를 과도특성의 저하 없이(음질의 손실 없이) 증폭하는 유일한 방법은 OP AMP를 사용하지 않으면 됩니다만,

OP AMP가 하는 일이 있으므로 대책이 필요합니다.

 

 

이런 부분을 검토하고 아날로그 기술인의 시각으로 DAC의 후단을 설계하여 완성한 DAC가 메디움입니다.  

 

DAC 칩에서 출력되는 아날로그 신호에는 200k~ 300kHz에 이르는 디지털 신호가 포함되어 있습니다.

OP AMP로 구성된 액티브 필터로 이런 기능을 수행하지만,

메디움에서는 DAC에서 전류로 출력되는 신호를 입력 트랜스를 통하여 전압으로 변환합니다. 

 

저주파와 고주파를 구분하는 기준은 100kHz입니다.

100kHz 이상을 취급하는 트랜스를 고주파용 트랜스라 하고,

100kHz 이하를 취급하는 트랜스를 저주파용 트랜스라 합니다.

 

메디움에서는 저주파용 트랜스를 이용하여 I/V 변환을 하며 이 트랜스의 성능이 음질에 영향을 주므로,

룬달의 입력 트랜스를 사용하고 있습니다.

이 입력 트랜스는 뮤 메탈 코어로 주파수 특성 10Hz~ 70kHz를 +-0.5dB 범위내에서 유지합니다.

 

뮤 메탈 코어 트랜스는 주파수 특성과 효율이 높지만,

트랜스에 DC 전류가 흐르면 주파수 특성이 급격히 저하하는 특성이 있습니다.

 

그러나 메디움의 회로 구성상 입력 트랜스에 DC가 흐르지 않으므로,

채용하게 되었고 좋은 결과를 얻었습니다.   

 

입력 트랜스에서 I/V변환과 더불어 1차 디지털 필터링을 거친 후 진공관 ECC82에서 증폭과 동시에 2차 디지털 필터링으로 완벽하게 제거합니다.

 

100kHz 이상은 전달하지 못하는 저주파 트랜스 특성상 추가적인 필터회로는 필요하지않을 정도로 디지털 필터링 효과는 우수하지만,

더욱 완벽을 기하기 위해 진공관으로 구동하는 octave당 -24dB로 감쇠하는 특성의 -3dB cut 52.75kHz의 액티브 필터를 추가하였습니다.

 

 

 

메디움의 내부입니다.

 

 

 

스테인리스 스틸 실드 박스 안에 디지털 보드가 있습니다.

앞서 말씀드린 것처럼 음악 신호로서의 역활이 끝난 2~ 300kHz 대의 디지털 성분이 아날로그 증폭기에서는 노이즈로 작용하므로 완벽하게 실드할 필요가 있습니다.

 

메디움에서는 STS304 1t 스테인리스 스틸로 절곡하여 만든 실드 케이스를 적용하였습니다.

 

실드 케이스 위에는 앞서 말씀드린 I/V 변환 입력 트랜스 2개가 장착되었습니다.

실드 케이스에 의해  디지털 부와 분리된 지점이고 진공관 증폭단 입력에 가까워 이곳에 설치하게 되었습니다.  

이곳에서 디지털 필터링을 하고 전압으로 바뀐 아날로그 신호가 ECC82/12AU7로 인가되어 무귀환 증폭됩니다.    

 

진공관마다 음색이 조금씩 다른 이유는 고조파 함유율이 달라 그렇습니다.

무귀환 증폭을 하게 되면,

공간을 가득 채우는 유려한 배음이 풍성해집니다.

그러나 부귀환이 하던 일이 있었으므로 대책이 필요합니다.

 

메디움에서는 증폭회로를 설계할 때 정밀 설계를 하여 왜율을 줄이고,

하드와이어링 배선으로 이론에 입각한 이상적인 배선을 하여 험이나 잔류노이즈를 크게 줄일 수 있었습니다.  

 

좌측으로 ECC82 진공관 3개가 보입니다.

앞에 2개는 전압 증폭관으로 동작하며 반도체 앰프와의 매칭을 고려하여 출력임피던스를 크게 낮추는 역활을 하는 버퍼단이 마련되어 있습니다.

메디움의 무귀환 증폭단의 주파수 특성은 110kHz -3dB에 이르지만, 앞서 말씀드렸던 디지털 필터회로로 인해 50kHz -3dB로 제한되어 있습니다.

 

이 정도의 주파수 특성이 안정성이 있어 더 좋습니다.

너무 높게 설정하면 디지털 노이즈를 증폭합니다....

 

ECC82 나머지 1개는 리플필터로 작용합니다.

이곳이 전압증폭단에 공급되는 B+ 전원 전압을 배터리에 버금가는 정도의 DC로 만드는 곳입니다.  

 

특히, 무귀환 증폭기일수록 전원회로에 정성을 들여야 합니다.

가격대 불문하고 DAC에 이런 정도의 고급 전원부를 탑재한 경우를 못 보셨을 것입니다. 

 

좌측으로 가장 멀리 보이는 것은 입력 소스를 선택하는 셀렉타입니다.

세이덴의 고급 셀렉타로 은도금된 단자 위에 금도금하여 완성된 접점은 20,000회를 보증합니다.

감촉 또한, 경쾌합니다. 

 

 

 

 

전원 스위치로 사용되는 세이덴의 셀렉타입니다.

이 셀렉타를 돌리면 릴레이가 동작하여 전원을 ON 합니다.

 

장수명 셀렉타와 릴레이의 조합으로 대를 물려 사용하여도 전원 스위치가 고장 날 일은 없으실 것입니다.

트로이달 트랜스 옆에 릴레이용 PCB가 보입니다.

 

 

서병익오디오에서 발표하는 모든 DAC는 디지털 보드 업그레이드를 한다는 장점이 있습니다.

 

디지털 음원 기술은 지금도 발전을 하고 있습니다.

앞으로 어떤 포맷의 음원 파일이 발표될지...

또는 어떤 새로운 기술이 발표될지.... 예측하기 어렵습니다.

 

고가의 DAC를 구입한다하여도 새로운 포맷이 나타나고,

그것을 사용하려면 새로운 제품을 구입해야 한다는 내용이 남습니다.

 

이런 점을 고려하여 서병익오디오에서는 수년에 한번씩 실비로 디지털 보드 업그레이드를 실시하고 있습니다.  

반드시 디지털 보드 업그레이드에 참여하실 필요는 없고

필요하실 때 업그레이드하시면 됩니다.

 

새로운 음원 기술이나 새로운 포맷의 음원 파일이 출현하였다고 DAC를 새로 구입하실 일은 전혀 없습니다.

 

부품을 배치한 러그단의 모습입니다.

 

하드와이어링 배선은 잔고장이 적고

이론에 입각한 이상적인 배선이 가능해져 잔류 노이즈를 크게 줄일 수 있습니다.

 

대를 물려 사용할 수 있도록 경년변화가 적은 고급 부품을 사용하여 오래도록 초기 품질을 유지할 수 있습니다. 

 

 

디지털 부는 버브라운사의 PCM 1795를 기반으로

DSD 128MHz와 PCM 32bit/192KHz 까지 지원합니다.

 

메디움의 디지털 부 제원입니다.

◆ 32-Bit Resolution
◆Accepts 16-, 24-, and 32-Bit Audio Data
◆Digital Audio input
- USB HS 2.0 (USB Audio Class 2.0, Support DSD 128, PCM 32bit/192kHz Max.)
- Optic : Optical Cable required(2 EA)
- Coax : 75 Ohm Cable required(2 EA)
◆ Analog Performance
- Dynamic Range: 123dB
- THD+N: 0.0005%
◆Sampling Frequency: 10kHz to 200kHz
◆PCM Data Formats: Standard, I2S, and Left-Justified
◆DSD Format Interface Available
◆ Frequency Response : 20Hz ~ 20kHz
Sine Wave Based @0dB
20Hz : 0dB
20kHz : 0dB

 

 

아날로그 부의 제원입니다.
1. 주파수 특성
하한 주파수 : -3dB 4Hz
상한 주파수 : -3dB 52.75kHz
2. 출력전압

0dB : 2,593mV

-5dB: 1,469mV

-10dB: 825mV
3. 논클립 출력전압 : 44V
4. 사용 진공관 : 전압 증폭관으로 ECC82 × 2개,  전압 안정화관으로 ECC82 × 1개
5. 크기 : W390  D370(단자류 포함)  H93mm

 

 

 

메디움의 후면입니다.

 

 

좌측에는 5계통의 입력 단자가 준비되어 있습니다.

광입력(optical) 2개, 동축입력(coaxial) 2개, 그리고 USB 단자 순입니다.

 

중앙에는 RCA 아날로그 출력단이 있습니다.

 

출력단에는 버퍼단을 마련하여 반도체 앰프와의 매칭을 고려하여 설계하였습니다.

반도체 앰프로 시스템이 구성되었어도

진공관 DAC를 사용함으로써 유려한 배음을 느껴 보실 수 있습니다.

 

더 세세하게 소개해 드릴 내용이 있지만,

오늘은 간략히 끝내는 것으로 하겠습니다.

 

오늘 완성한 메디움은 청음실용입니다.

 

상판을 오픈해 두어 누구든지 오시면 내부도 함께 보실 수 있도록 해두었습니다.

 

음질은 제가 말씀드리는 것보다 직접 평가해 주십시오..

여러분의 평가를 기다리고 있겠습니다

 

그래도 궁금해하시는 분을 위하여 말씀드리면

반도체 DAC에서는 있을 수 없는 배음이 풍성하게 공간을 채운다는 것입니다.

 

디지털 음원으로 듣는 음악이 이 정도로 유려하다면,

굳이 LP를 다시 시작하지 않아도 되겠다는 생각을 하실 수 있습니다.

 

 

 

고맙습니다.