직열관 교류점화 이야기

300B나 2A3같은 직열관 싱글앰프를 사용하다보면 교류점화에 대한 막연한 동경과 환상을 가지게 됩니다.
저 또한 그런 누군가에 의해 만들어진 동경심을 가지고 있기도 했습니다.
오늘은 그 교류점화에 대해 이야기를 해볼까 합니다.

가장 관심가는것은 과연 교류점화 소리가 직류점화 소리보다 좋은가인데 동일한 앰프로 비교해본적이 없어서인지 이건 잘 모르겠습니다. 혹시 싱글앰프를 교류점화, 직류점화 모두 가능하게 만들어서 번갈아 들어보면 그 차이를 알수있지 않을까 하는 생각도 들지만 굳이 그런 앰프를 만들 일은 없을것 같습니다.

직류점화와 교류점화의 차이를 귀로는 잘 구분할수는 없어도 눈으로는 볼수 있는 방법이 있습니다.
아래 사진과 같이 스펙트럼을 찍어보면 됩니다. 왼쪽은 직류점화이고 오른쪽은 교류점화입니다.
직류점화(정전압)는 PX75 싱글앰프, 교류점화는 2A3 싱글앰프이며 모두 8옴 부하에서 1kHz 1W의 출력이 나오는 상태입니다.

양쪽 모두 1kHz 기본신호와 2,3,4차... 고조파(하모닉)들이 보입니다.
그런데 왼쪽 직류점화는 잡음레벨 위로 솟구친 기본파와 고조파들만 보이지만 오른쪽 교류점화는 그것들의 주변에 또다른 작은 기생신호들이 추가된것이 보입니다.

기본파 1kHz를 자세히 보기위해 주파수 800~1200Hz를 확대했습니다.
직류점화와 달리 교류점화는 기본파 양옆에 있는 기생신호가 크게 솟아 올라온것을 볼수 있습니다.
직류점화에도 똑같은 위치에 있긴하지만 -100dB로 잡음레벨에 파묻혀 있습니다.

이 기생신호는 기본신호에 60Hz의 고조파들이 더해지고 빼지면서 생긴 혼변조 기생신호입니다.
1000Hz 우측에 1060Hz, 1120Hz... 좌측에 940Hz, 880Hz... 신호가 덧붙여진것임을 알수 있습니다.
기본파의 고조파인 2kHz, 3kHz, 4kHz.....들 에도 동일하게 발생합니다.
교류전원 주파수 60Hz가 교류점화시 어떤 영향을 주는지 알수 있는 자료입니다.

60Hz 교류험은 험밸런서를 잘 조정하면 거의 안들리게 만들수 있지만 이 기생신호는 없어지지 않으며 혼변조왜율을 증가시키게 됩니다. 이 현상은 소리에 어떤 영향을 줄텐데 그 영향이 긍정적인지 부정적인지 들어봐도 솔직히 잘 모르겠습니다.
아마도 싱글앰프 자체가 2차고조파에 의한 왜율이 왜율의 대부분을 차지하기 때문에 이런 작은 양의 혼변조왜율은 무시될것 같기도 하고, 아니면 직열관의 고조파가 물리적 특성을 나쁘게 만들지만 오히려 귀에 좋게 들리듯이 이 현상도 귀에 좋게 느껴질수도 있을겁니다.

그런데 교류점화의 험은 60Hz만 있는게 아닙니다.
필라멘트에 연결되는 교류전원의 주파수는 60Hz 입니다. 교류전원의 +피크와 -피크에서 필라멘트는 최대로 가열됩니다.
파형 한주기당 2번의 피크가 발생하니까 60Hz의 두배인 120Hz의 교류험이 추가로 발생합니다.

120Hz 교류험은 역시 120Hz인 전원리플과 동일한 주파수라 각각 구분하는것은 불가능합니다.
그리고 이 험은 험밸런스로는 조정되지 않습니다. 고약하게도 줄일 방법이 간단치 않습니다.
방법이 아주 없는것은 아니나 회로가 복잡해지고 부작용도 꽤 있습니다.

반면에 직류점화는 혼변조 기생신호와 120Hz험을 깨끗이 없앨수 있습니다.
이경우 정전압전원을 추천합니다. 파이필터만으로는 혼변조 기생신호를 완전히 없애지 못합니다.
저는 가장 쉽고 확실한 직류점화를 선호합니다. 물론 2A3 같은 저전압 대전류 타입이라면 교류점화를 선택합니다.

아무튼 직류점화든 교류점화든 좋은 회로와 좋은 부품으로 잘 만들면 모두 다 좋은 소리가 나는것은 확실합니다.
직류, 교류 따지지 말고 자알~ 만들자~! ^^;

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[ 직열관 교류점화 - 험밸런서 정밀하게 조정하기 ]

오늘은 지난번 교류점화 이야기에 이어서 교류점화 험밸런서를 정밀하게 조정하는 방법에 대해 이야기를 해볼까 합니다.

2A3나 45 같은 필라멘트 전압이 낮은 직열출력관은 흔히 교류점화를 합니다.
필라멘트 전압이 낮으면 교류점화 험을 줄이기가 용이하기 때문인데요.

이때 필수품이 험밸런서입니다.
험밸런서로 교류험이 최소화되는 지점을 찾으면 되는데 대략 중앙부근입니다.
그러면 굳이 가변저항을 안쓰고 고정저항을 쓰면 되는것 아니냐는 생각이 들텐데요.
진공관마다 최소점이 다르기 때문에 가변저항이 꼭 필요합니다.
잘만 조정하면 직류점화 못지않게 험을 줄일수 있습니다.

문제는 '잘' 조정하는건데 일반적인 권선볼륨으로는 최소점 부근에서 아주 조금만 건드려도 최소점을 벗어나 버립니다.
보통 2A3(2.5V)에는 50옴 권선볼륨을 주로 사용하는데 조정범위가 매우 좁아서 생기는 현상입니다.
이런 현상은 아래 그림처럼 만들면 훨씬 쉽게 해결할수 있습니다.
가변범위를 좁힌데다가 20턴 가변저항이라서 더욱 정밀하게 조정가능합니다.

저항이 1/2W라서 의아할수 있겠으나 이것으로 충분합니다.
앞서 조정점이 험밸런서의 중앙부근이라고 했는데 한쪽당 25옴에 1.25VAC가 걸리면 1.25^2/25=0.0625W 가 소모전력입니다.
따라서 1/2W 저항은 대략 10배 정도의 값으로 매우매우 안전한 값입니다.

단 직류점화시에 붙이는 저항은 전혀 다른 상황이 됩니다.
직류점화시 직류점화전원의 120Hz 리플을 줄이려는 목적으로 험밸런서 또는 고정저항을 사용하는 경우가 많습니다.
입니다. 이때는 +쪽으로 직류전압이 편중되므로 1W급 이상의 저항이 안전합니다.
참고로 직류전압은 편중되더라도 120Hz 리플은 교류성분이며 이또한 대략 중점부근에서 최소화되므로 양쪽 같은 저항값을 붙이는것이 효과적입니다. 굳이 직류전압을 양쪽 동일하게 배분하는것은 리플을 줄이는 목적에서 벗어나는 일이 됩니다.

기존앰프에 50옴 가변저항을 사용중이라면 아래 그림처럼 개조하면 됩니다.
20턴만큼 정밀조정은 안되겠지만 그래도 꽤 쓸만합니다.

그런데 조정을 마쳤어도 진공관을 바꾸면 재조정을 해주는게 좋습니다.
물론 그냥 써도 얼추 되겠지만 험을 조금이라도 더 줄이고 싶다면 재조정이 필요합니다.
출력관을 바꾸면 조정값이 틀어지며 심지어 초단관을 바꿔도 틀어지기 때문입니다.
그래서 고정저항만으로는 험밸런스를 대체할수 없다는 말입니다.

조정시에는 흔히 귀로 들으며 조정하지만 정밀하게 조정하기 힘든게 사실입니다.
다음으로 오실로스코프를 보면서 조정하면 훨씬 정밀하게 조정가능하고 더욱 더 정확하게 조정하고 싶다면 FFT를 보면서 조정하는 방법이 있습니다. 실시간으로 FFT를 모니터링하면서 60Hz 피크가 최소화 되도록 험밸런서를 조정하면 험을 가장 작게 줄일수 있습니다.
이렇게 조정하면 2A3/45 경우 고능률 빈티지 스피커에서도 험에 대한 스트레스 없이 음악감상이 가능합니다.