진공관 DAC 플레누스 MK3

 

 

진공관 DAC 플레누스 MK3 메탈형입니다.

오늘 완성하였습니다.

 

요즘 DAC 기술을 보면 대단한 발전을 하였다고 생각됩니다.

그러나 D/A 컨버터 기술이 부족하여 음질이 문제가 될 것 같지 않은 시대를 살면서도 디지털 음원을 들으면 여전히 아쉬움이 남는 것도 사실입니다.

 

지금의 시각으로 보면 10여 년 전 D/A 컨버터 기술은 지금보다 못했지만, 음질로만 생각해 보면 그때나 지금이나 그리 큰 차이는 없어 보입니다.

현재의 D/A 컨버터 기술이 과거보다 못하다는 뜻은 아니지만, 비트와 샘플링 주파수가 높아진 것 외는 크게 달라진 것도 없어 보입니다.

 

10여 년 전에 발표되어 선풍적인 인기를 얻었던 버브라운사의 PCM 1704 칩으로 제작된 DAC가 오히려 음질이 좋다고 하시는 분이 여전히 계십니다.

 

얼마 전에는 PCM 1704로 플레누스를 제작해 줄 수 있는지 문의하시는 분도 계셨습니다.

플레누스를 청음하신 후 계획을 바꾸셨지만, 그만큼 요즘 제작되는 DAC가 음질적으로는 부각되지 못하였기에 그런 것이라 생각합니다.

 

DAC를 제조하는 곳에서는 새로운 수요를 창출하기 위해 노력하지만, 근래는 기술적 관심을 끌 만한 큰 이슈는 없어 보입니다.

 

펨토 클락을 적용하여 음질이 좋다고 주장하는 DAC도 있지만,

과연 펨토 클락을 적용하면 음질이 좋아질까요....

 

클락수가 펨토 수준으로 정확해져서 나빠질 이유는 없겠지만,

클락수의 안정성이 떨어져서 음질이 열화될 정도의 수준은 이미 넘어선 상태라고 생각합니다.

 

그리고 근래 발표되는 DAC 칩의 성능이 부족하여 음질이 기대에 미치지 못하는 경우는 없을 정도로 상향 평준화 되었다고 해도 과언이 아닙니다.

 

차이가 있다면 아날로그 단의 성능에 따라 음질이 결정된다는 것입니다.

 

 

 

 

처음 진공관 DAC를 제작한 것은 2008년 7월이지만,

상시 제작하는 모델로 출시한 것은 2010년 6월의 일입니다.

 

당시 청음실에서 사용하던 CDP의 음질이 마음에 들지 않아 DAC가 필요하였고,

상시 제작하는 진공관 DAC로 출시하기 위해 2008년 제작하였던 DAC 회로를 업그레이드하면서 차근차근 준비하여 2010년 6월 출시하였습니다.

 

특징적인 부분은 D/A 컨버터 칩에서 전류로 출력되는 신호를 I/V 변환 트랜스를 통하여 아날로그 신호로 바꾼 후 서병익 발명 회로(지금은 특허 회로 아닙니다) 로 증폭한 후 트랜스를 거쳐 출력됩니다.

 

진공관 ECC99를 채용한 이 특별한 증폭부는 논 클립 출력 전압 53V를 구현하였고,

높은 논 클립 출력 전압 덕분에 플레누스 내부 증폭회로 내에서는 어떤 상황에서도 파형 클리핑은 발생하지 않습니다.

증폭단에서 파형 클리핑이 발생하면 음이 탁하게 들립니다.

 

플레누스가 다이내믹 레인지가 넓은 음악에서 더욱 돋보이고 부드럽게 들리는 이론적 이유입니다.

 

 

 

 

 

이 회로의 가장 큰 특징은 OP AMP를 전혀 사용하지 않았다는 데 있습니다.

 

OP AMP가 처음 출시될 때는 연산용 IC로 발표되었으며,

이런 용도에 맞추어 이득이 1이 되는 버퍼로 사용하여도 발진하지 않도록 되어 있습니다.

 

OP AMP는 전원을 연결하고 이득만 설정하면 바로 증폭기로 사용할 수 있을 정도로 사용법이 간단하여 널리 사용되고 있습니다.

 

그러나 어떤 상황에서도 발진하지 않도록 주파수 특성이 역삼각형 상태로 되어 있고 손톱보다 작은 크기에 2개 또는 4개의 OP AMP를 내장할 수 있도록 작은 전류로 구동하여 오디오용으로 사용하기에는 부적절한 구조로 되어 있습니다.  

 

80~ 90dB에 이르는 매우 높은 이득을 취하여

100% 부귀환을 적용하는 버퍼로 사용하거나 20dB 정도를 이득으로 사용하고 나머지 60~70dB 정도를 부귀환으로 적용하여 매우 낮은 Total Harmonic Distortion 특성을 실현합니다.

 

그리고 FET 입력과 다량의 부귀환으로 인하여 매우 높은 입력 임피던스와 낮은 출력 임피던스를 구현하여 오디오적으로도 이상적인 특성을 구현한 것처럼 보입니다.

 

이렇게 보여지는 특성이 화려하고 사용법 또한 간단하니 아날로그 회로를 배우지 못하고 졸업하는 디지털 기술인 입장에서는 즐겨 사용할 수밖에 없는 것입니다.

 

 

 

 

 

그러나 앞서 말씀드린 내용은 모두 다량의 부귀환에 의해 나타난 결과로 좋은 점만 부각하여 보여준 사례에 불과합니다.

오디오용 OP AMP도 S/N 비를 향상한 정도이지 앞서 말씀드린 역삼각형 주파수 특성이 바뀐 것은 아니기에 오디오용으로 사용하기에는 여전히 부적절합니다. 

 

OP AMP의 THD 특성은 부귀환이 가장 많이 적용되는 지점에서의 특성이고, 주파수가 상승할수록 부귀환이 적어져 THD도 증가하기 시작합니다. 

그러나 가장 많은 부귀환이 적용되어 가장 낮은 디스토션을 나타낼 때의 수치를 발표하기 마련입니다.

 

슬루 레이트 특성은 신호 입력에 대해 출력 전압이 얼마나 빠르게 변화하는 정도를 나타내는 항목으로 과도특성을 가늠해 볼 수 있으며 마이크로 초 단위로 표시합니다.

 

마이크로 sec 동안에 출력에 나타난 전압의 크기를 보여주는 이 특성은 부귀환이 깊어질수록 악화하는 특징이 있습니다.

 

앞서 OP AMP의 주파수 특성은 역삼각형이라고 하였습니다.

이런 특성으로 인하여 높은 주파수에 이르러 어느 지점에서는 부귀환이 0dB가 되는 지점이 나타납니다.

이 지점에서 측정하여 발표된 슬루 레이트는 아무런 의미도 갖지 못합니다.

 

실제로 오디오용으로 사용할 수 있는 구간이 아니기 때문입니다. 

 

그리고 작은 칩 안에 여러 개의 OP AMP를 실장 하기 위해 매우 작은 동작전류로 구동하는 까닭에 소리가 가늘어진다는 것이 문제입니다.

 

OP AMP를 오디오에 사용하면 안되는 이유에 대하여 장황하게 말씀드렸지만,

정리하면,

1. 다량의 NFB(부귀환)으로 인하여 과도특성(슬루 레이트)이 악화하여 생동감이 낮습니다.

2. 낮은 구동 전류로 인해 힘이 없고 소리가 가늡니다.(앙상한 소리라고 표현하기도 합니다.)

 

오디오를 좋아하는 마니아는 대부분 톤이 굵은 두툼한 소리를 좋아하시지, 가느다란 음색을 좋아하는 분은 안 계실 줄 압니다.

 

지금은 대부분 델타 시그마 방식으로 DAC 칩이 제작되고 있지만,

예전에 주로 사용하던 R2R 방식에 비교해 상대적으로 소리가 다소 가늘어진 것이 아쉬움입니다.

이것을 개선하고자 일부에서는 R2R 방식으로 만든 DAC칩을 다시 사용하며 역시 R2R 방식이 음질적으로 우수하다고 주장하기도 합니다. 

 

그러나 DAC 칩이 바뀌어 나타나는 정도의 음질의 변화는 그리 크지 않으므로 아날로그단을 어떻게 구성하는지에 따라 얼마든지 극복할 수 있는 내용입니다.

R2R 래더방식이 몰락한 이유는 고정밀 저항을 반도체 웨이퍼 상에서 구현하는 것이 어렵기 때문입니다.

 

다행히 DAC의 음질은 아날로그 단에서 결정된다고 해도 과언이 아닐 정도로 DAC 칩의 성능이 상향 평준화 되었으니

이제 다시.... 제작하기 어렵다는 R2R 방식을 고집할 필요는 없는 것입니다.  

 

 

근래 TR을 사용하고 개별 부품으로 회로를 구성한 디스크리트 방식으로 아날로그단을 구성하거나 진공관으로 구성하는 사례가 늘고 있습니다.

 

그러나 이런 경우에도 근본적으로 OP AMP를 제거해야 비로소 음질의 향상을 기대할 수 있습니다.

디지털 회로내에 OP AMP를 그대로 둔 채 진공관 회로를 추가한다고 음질이 향상되는 것은 아니기 때문입니다.

 

 

 

 

플레누스 MK3는 아날로그단을 진공관으로 구성하고,

용도가 끝난 높은 주파수대의 디지털 성분을 제거하는 디지털 필터 과정을 1차와 2차에 걸쳐 트랜스로 구현하여 완벽하게 양자화 노이즈를 제거하였습니다.   

 

저주파와 고주파를 구분하는 기준은 100kHz입니다.

주파수가 100kHz 이상이 되면 송출되기 시작합니다.

따라서 100kHz 이상을 취급하는 용도이면 고주파 회로, 그 이하를 취급하면 저주파 회로라 구분합니다.

 

DAC 칩에서 출력되는 아날로그 신호에는 역할을 마친 디지털 성분도 함께 중첩되어 있습니다.

이 디지털 성분을 얼마나 잘 없애는지에 따라 DAC의 음질이 달라집니다.

 

 

플레누스에는 저주파용 트랜스 2개가 사용됩니다.

당연히 저주파용 트랜스는 100kHz 이상은 다음 단으로 전달되지 못합니다.

이런 과정을 입력과 출력단에서 각각 2회 거치면서 300kHz대에 이르는 디지털 성분이 완벽하게 제거합니다.  

 

사람의 귀는 수 100kHz에 이르는 높은 주파수대를 듣지 못하지만, 몸은 예민하게 반응한다고 합니다.

평소 두어 시간 이상 CD나 디지털 음원을 듣지 못한다면 디지털 성분이 충분히 제거되지 못하는 상태일 수 있습니다.

 

플레누스는 온종일 10시간 이상 음악을 들어도 여전히 감미로운 음질을 들으실 수 있습니다.

흔히 디지털 음원의 소리를 유연하다고 표현하지는 않습니다.

 

그러나 플레누스를 통하여 듣는 디지털 음원의 소리는 유연하다고 말할 수 있을 정도로 배음이 느껴집니다.

 

 

 

 

플레누스 MK3는 총 다섯 계통의 입력을 받을 수 있습니다.

좌측부터 USB, COAXIAL, OPTICAL 1, OPTICAL 2, AES/EBU 순입니다.

 

 

출력은 RCA 단자가 있으며, 종단이 트랜스로 구성되었기에 자연스럽게 밸런스 출력도 마련하였습니다.   

 

 

 

 

 

. 플레누스 MK3의 디지털 부 제원입니다.

◆ 32-Bit Resolution

◆Accepts 16-, 24-, and 32-Bit Audio Data

◆Digital Audio input
- USB 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

- AES/EBU : 110 Ohm Cable required
◆ 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 75.18kHz
2. 출력전압
0dB : 2,593mV
-5dB : 1,469mV
-10dB : 825mV
3. 논클립 출력전압 : 53V
4. 사용 진공관 : 전압 증폭관 ECC99 × 2,  정류관 6CA4 × 1개,
5. 크기 : W455 × H197 × D320
6. 중량 : 13.9kg 

 

 

 

 

 

 

플레누스는 출시된 지 10년이 넘었고 제작할 때마다 조금은 새로운 시각에서 내용을 소개하려 노력하지만, 중복되는 내용은 항상 있습니다.

 

오늘은 플레누스에는 OP AMP가 전혀 사용되지 않았는데,

무슨 이유로 그런 것인지 OP AMP의 구조적인 특성에 대한 말씀을 드리려 하였습니다.

 

손** 선생님의 플레누스 MK3입니다.

먼저 완성한 2A3-40 리자베타도 에이징을 겸한 히어링 테스트를 충분히 하였습니다.

 

플레누스의 히어링 테스트가 끝나는 18일(토) 이후 언제든지 납품할 수 있습니다.

 

 

입력 선택 셀렉타 부근입니다.

 

 

전원 ON/OFF 스위치 부근입니다.

 

고맙습니다.