Kenwood L-01T 아날로그 튜너의 동작과 튠업 절차 - 빈티지 오디오 콘텐츠와 판매, 오디오퍼브

글쓴이 : SOONDORI

능력 있는 캔우드 장인들이 설계하였으니까, 솜씨 좋게 잘 만든 튜너라고 생각하였기에, 그리고 며칠 지나면 까맣게 잊어버리는 증상이 있어서… 기록, 기록, 기록.

■ 시스템 동작

시스템 영역은 크게, a) 프론트엔드, b) 일반 검파 및 PCD 검파 영역, c) MPX 및 포스트 앰프 영역, d) 시스템 통제 영역, 4가지로 구분.

그동안은 정말 거~지 같은 스캔본을… “머라 카노?” 잘 보이지도 않는 것을 가지고 끙끙거렸는데, 보니까 다른 버전의 깨끗한 서비스 매뉴얼이 있더라. 그날의 운에 따라 개고생 길이 열리고 아니고인 인생.

아무튼 좋은 그림을 가지고 흐름을 따라가 보면,

○ 두 봉지 곡물을 검사하고 일정 비율로 섞고 10.7Mhz 가래떡을, 대충 뽑기

기본 구조는, 일반 튜너의 것에서 크게 벗어나지 않음. ‘Balanced’를 강조한 것은 프론트엔드 공간 내 온갖 외란(RF 잡음, 기타)에 대한 대응력을 높이려는 전략으로 이해하고… 아무려나, 캔우드가 거의 목숨을 거는 형국으로 거대한 8련(7련+버랙터 1) 수신 모듈을 만들었는데, 개인적으로는, “8기통이나 3기통이나, 마음으로 음악 들으면 그게 그것인데, 뭘 이렇게까지…”

○ 대충 나온 가래떡을 만지고, 만지며, 더 매끈하게

인접 채널이 많고 뭐가 많은 나라가 아닌 다음에야… 국내에서 Narrow Mode의 실효성이 있을까? 같은 맥락으로 Direct Mode의 효과, 굳이 SCA 채널을 만지작거린 효과를 체감하기는 어렵다. 뭐… 튜너고 라디오고 Wide Mode로 수신하는 게 가장 좋고. BASIC First!

○ 시스템 통제 중추이며 ‘천안 삼거리’ 위치와 다름없을 LA1231 IF IC

여기에, <무정차 통과 중인 IF 신호>가 있음에 유의.

IF IC에서 가져온 System Control 정보는, AFC, Mute, Noise 판별 등 다양한 용도로 활용. IC가 매우 중요한 역할을 하고 있으니… 어찌 보면, 난다긴다 캔우드도 Sanyo IC 기술에 크게 의존했던 것.

○ 매끈해진 10.7Mhz 가래떡을 먹을 만한 크기로 가공

IC5 AN610 모듈레이션 IC를 이용하여, 잠시 10.7Mhz±100Khz IF 신호를 1.96Mhz±100Khz IF 신호로 변환. IC6 TR4010A의 PCD(Pulse Count Detection) 처리를 위한 준비 동작으로, 그렇게 하면 <캐리어 주파수 대 유효 신호의 상대 비율>이 더 커진다. 10.7 ÷ 1.96 = 8.74배.

처리 분해능을 높이려는 전략이자 이런저런 제작 여건을 고려하여 쉽게 쉽게 가자는 취지로 이해. 요즘은 지천에 널린, 매우 싸고 빠른 DSP가 있었다면 이런 복잡한 처리를 하지 않았을 것. L-01T는 공식적으로 1979년에 소개되었고, 개발 소요 시간을 고려하면… 착수 시점에는 이런 방식이 최선이자 최신?

○ 한편, 한쪽에서는 가마솥에 물을 붓다.

Pilot Cancel 기능을 내장한 히타치 HA112233W 고급형 MPX IC로부터, a) 19Khz 파일럿-톤 상쇄 신호 추출(=추출? 근원을 따지자면, IC VCO 76Khz로부터 거져먹기로 가져오는 것), b) 38Khz 교반형 스위칭 펄스 얻기.

(▲ 박스 안 혼합 파형은 Kenwood L-02T의 서비스 매뉴얼에서 차용)

(내용 추가) 삼각파 복조는 FM 변조 대 복조의 정밀도를 높이기 위한 방법론으로 이해. 다음 글 참고.

(▲ 단순히 파일럿톤 상쇄용 19Khz만을 얻고자 했다면, 캔우드가 이런 고급 IC를 쓸 이유가 없음. 그러므로… #9핀에서 더 많은 것을 가져가야 한다. 두 가지. a) VCO로부터 추출된 역위상 19Khz, b) #12핀으로 들어온 ‘검파 후 신호의 변형 신호’에서 추출한 무엇. 그 무엇이 (L-R)말고 무엇이 있을까? 이게… 기억을 열심히 더듬어도, #5/#6핀은 단순히 38Khz 교반 펄스만 출력하는 용도. Sampling Hold Switching 블록으로 가는 일체의 우회 경로가 없다는 점을 참고함)

그러면… 검파 후 신호를 IC에 건네주기만 하면, 무조건 38Khz 교반신호가 나올까? 설마 그럴 리가… 방송국이 보내는 순수 캐리어는 기본 Sine파. (Deviation 등 유효 신호에 관련된 것은 다 무시하고) 튜너 안에서 10.7Mhz이었다가 1.96Mhz가 된 그 Sine파의 형태를 조몰락거려서 전달하기. 그래서 <Sine to Triangular Waveform Converter>라는 블록이 배치됨.

아무튼, 이후 소금도 약간 넣어주고…

소금은… 샘플링의 규칙성을 제공하는 Hold Time 지정. DIY 작업에서는 임의로 1uS로 설정했는데, 아주 우연하게? 그것으로 0.5uS, 2uS일 때보다 더 양호한 THD 값을 얻었다.

Kenwood도, 누구도 언급하지 않는 내용. 역시, 뭘 잘 모를 때는 에라 모르겠다! 1/2를 취하는 게 장땡이다?

○ 가마솥 물을 한 바가지 따서 냄비에 붓고 가래떡 넣기

먼저, 캔우드가 블록도로 제시하는 MPX 동작은 다음과 같다.

1) (L+R)과 (L-R)과 파일럿톤 19Khz와 상위 SCA 신호 등 모든 것이 다 들어있는 <검파 후 신호>를, 다짜고짜 <Sampling Hold Switching> 블록에 주입.
2) 동시에, <검파 후 신호>가 다른 쪽으로도 흐르는데… 자체 76Khz VCO를 내장한 HA11223W MPX IC를 이용하여, a) <검파 후 신호>에 담겨 있는 19Khz 파일럿 톤 상쇄용 신호를 생성하고,

b) ~~MPX IC가 알아서 포인팅하는… 방송국 송출 신호에는 존재하지 않지만 MPX IC는 알아낼 수 있는~~ 38Khz의 옆, 사이드 밴드에 해당하는 (L-R) 신호도 가져오기(*1). ~~그리고 그것을 <Sampling Hold Switching> 블록에 주입~~.

(내용 수정) 실물 회로에서 본 파형과 MPX 처리 로직과의 상이점 때문에 많이 헷갈렸던 내용. 결론은, 검파 후 신호에 담긴 (L+R)과 (L-R)에 대하여, 38Khz 스위칭 만으로 38Khz 옆자리 (L-R)이… 스위칭 과정에서 +와 – 부호가 붙는 조건으로 직접 연산된다는 것이다. 그러므로 OP.AMP (-)핀에 연결되는 것은, 단순한 19Khz 파일럿-톤 삭제용 신호이고. 스위칭이 곧 곱셈이고 그것이 곧 (L-R)을 아래쪽으로 가져오는 것과 같으니까, 나머지 문구는 그대로 놔두기.

3) 한편으로, HA11223W MPX IC로 38Khz 교반 방형파 펄스를 만들기 → 그러면 <Sample Hold Switching> 블록 안에서, (L+R)과 (L-R)과 파일럿톤 상쇄용 로컬 19Khz가 대기 → <Sampling Hold Switching> 블록이 38Khz 주기로 교반한다 → 그것은 아날로그 연산(*2)을 초당 38,000번 반복하는 것 → L/R 채널 분리.

*1 :방송국에서는 19Khz 파일럿 톤의 2배 주파수인 Sub Carrier 38Khz를 제거함으로써 송출 전력을 아끼려고 한다. 그래서 위와 같은 표준 스펙트럼 그래프에 38Khz Peak가 보이지 않는 것. 그렇지만, 준칙대로 (L-R) 신호가 그쪽에 있는 것이니까 HA11223W가 그곳을 포인팅하고 옆자리 (L-R)을 가져온다는 논리. 여기서, 캔우드 블록도에는 Side Band (L-R)이 어떻게 흐르는지를 표시하지 않았다. 그래서 이렇게 논리를 정리함.

*2 : 여기서, 파일럿-톤 제거용 19Khz와 Side Band (L-R) 추출용 38Khz 그리고 스위칭 IC용 교반 펄스는 모두, 76Kz VCO에 기대는 HA11223W에 의해 통제되고 있음에 유의. 즉, 모든 통제 펄스는 전위의 양과 음이 정확하게 동기화되어 있음. 그러면, 대상 신호의 전위 합(+)과 전위 차(-)를 식별하고 그것을 한쪽으로 몰아줄 수 있다는 이야기가 된다. 한쪽으로 몰아줄 수 있음은 L 채널과 R 채널이 분리된다는 뜻. 흔히, (L+R) – (L-R) 또는 (L+R) + (L-R)이라는 것이고 0V기준으로 +/- 파형을 병합하는 것과 같다.

실물 회로도를 가지고 생각해 보면…

핵심은, 38Khz 드라이빙 펄스에 의해 빠르게 On/Off를 반복하는 IC14, 반도체 릴레이. 전위 가산 신호만, 전위 차감 신호만 계속해서 한쪽으로 흘려주기 = L+R-(L-R) 또는 L+R+(L-R).

참고로, SCA 신호(*)가 검출되면 즉시 물리적으로 신호를 끊어버린다.

방송국이 송출하는 SCA 신호에 의해 여차저차 어떤 잡음이 생기는 것을 매우 싫어했다는 것이 되는데… 절반은 Pulse 기반 처리 장치이기에 모종의 기술적 이슈가 있었으려나? 아마도, 문자방송이나 재난방송, RDS고 뭐고에 대한 ‘음질 우선주의자의 혐오’가 개입되었을 듯. 가만 생각하면, 아날로그 플랫폼에 억지로 디지털 송출을 끼워 넣는다는 발상 자체가 Pure FM 관점에서 거시기하기는 하다. 일반 튜너에서는 신경도 안 쓰는 사항일 것인데…

* (내용 추가) 데이터 라디오 채널, Data Radio Channel, DARC | 일본 NHK 기술 연구소가 개발한 FM 데이터 방송 방식. 1993년에 우정성 전기 통신 기술 심의회에서 이동체 FM 문자 다중 방송의 표시 방식으로 제정하여 FM 데이터 방송에 채용하였다. 전송 용량은 16kbps인데, 이중에서 9.17kbps는 오류 정정에 사용되기 때문에 실제 데이터 용량은 6.83kbps이다. 1980년대 후반에 유럽을 중심으로 실용화된 라디오 데이터 시스템(RDS)의 1187.5bps에 비해 전송 용량이 훨씬 크고 카 내비게이션, 뉴스, 증권 정보, 페이지 등 다양한 부가 서비스 제공이 가능하여 미국이나 일부 유럽 국가에서도 데이터 라디오 채널(DARC) 방식의 FM 데이터 방송의 실용화가 추진되었다. (정보통신용어사전, https://terms.tta.or.kr)

이쯤에서, 전통적인 MPX 처리와 Sampling Hold MPX가 무엇이 다른지를 정리해 볼 필요가 있다.

가) 전통적인 방법론

검파 후 신호에 담긴 Mono 신호(L+R)에만 집중하고, 그것에 19Khz 파일럿-톤 잣대를 이용해서 따로 추출한 (L-R) 신호를 가져와 서로 +/- 아날로그 연산하기(=다이오드-링의 교반형 전류 흐름으로 처리).

나) 캔우드의 스위칭 방법론

회로도 정리한 게 너무 복잡해서 단순화시키면, (※ 기왕에 알고 있던 스위칭 MPX의 아우트라인에 대한 이해와 다르고… PCD, 펄스 스위칭의 목적 등을 생각하면 OP.AMP에서 (L-R)을 혼합하는 것은 좀 바보같은 짓이다. 그럼에도, 실물에서 관측한 것이 있고, MPX IC 내부 블럭의 신호흐름 등을 생각할 때 이렇게 밖에는 요해를 할 수 없음. 조금 더 탐구하고 업데이트. 예약 키워드는 PDM, TDM, FDM)

(내용 수정) 다시 정리를 하자면, “Adding it to the baseband”가 정답. 그냥… (L+R) ± 38Kh 옆자리 (L-R)인 것 → 위쪽 그림 모두를 수정함.

(출처 및 정보 열람 : www.youtube.com/watch?v=hvkYfT7_mx4)

(▲ 캔우드 회로도를 흘깃 보면 단순 OP.AMP처럼 인식되지만… 보니까, HA1457에 붙은 C와 R을 이용하여 Log 앰프로 쓸 수 있다. 이 로그 앰프와 38Khz 스위칭이 캔우드 MPX 처리의 키워드)

※ 일반 튜너의 경우는 방송국 신호를 FDM(주파수 분할)로 처리하는이 캔우드 L-01T 튜너(다른 샘플앤홀드 튜너 포함)는 일방적인 TDM(시간 분할)로 처리하고 있음. 아래 글 참고.

(내용 추가) 보완 설명 자료.

“… FM 수신기에서 감지되는 복합 FM 스테레오 신호는 좌우 채널 신호(L-R)의 합을 포함하는 기저 대역(0-15 kHz), 19 kHz 파일럿 신호, 그리고 좌우 채널 신호의 차이(L-R)를 포함하는 38 kHz 중심의 부채널로 구성됩니다. 복합 신호를 디코딩하기 위해 FM 스테레오 수신기의 디코더는 송신기와 수신기의 동기화를 위해 파일럿 신호에 동기를 맞춘 후, 원래 파일럿 신호와 위상이 같은 38 kHz 신호로 FM 복합 신호를 곱해야 합니다. 이 곱셈 과정을 통해 기저 대역에 L-R 신호가 있고 부채널 주파수에 L-R 신호가 있는 또 다른 복합 신호가 생성됩니다. 각 복합 신호의 고주파는 필터링을 통해 쉽게 제거되고, 파일럿 신호는 취소 연산을 통해 제거되어 기저 대역이 각 신호에 그대로 유지됩니다. 좌우를 분리하기 위해 신호를 더하여 좌채널 신호를 생성하고, 두 신호를 차집합하여 우채널 신호를 생성합니다. 합성 신호가 일치하지 않으면 왼쪽 채널은 출력에 오른쪽 채널 정보를 포함하고 오른쪽 채널은 왼쪽 채널 정보를 포함합니다. 채널 분리도는 수신기가 각 신호를 다른 신호와 얼마나 잘 분리했는지를 나타내는 척도입니다… | Composite FM stereo signals as detected by an FM receiver comprise a base band (0-15 kHz) containing the sum of the left and right channel signals (L–R), a 19 kHz pilot signal and a subchannel centered at 38 kHz containing the difference of the left and right channel signals (L-R). To decode the composite signal the decoder of an FM stereo receiver must lock onto the pilot signal for synchronization of the transmitter and receiver and then multiply the FM composite signal by a 38 kHz signal that is in phase with the original pilot. This multiplication process generates another compos ite signal having the L-R signal at the base band and having the L–R signal at the subchannel frequencies. The high frequencies of each composite signal are readily removed by filtering and the pilot is removed by a cancelling operation so that essentially the base band remains in each signal. To separate right from left the signals are added to yield a left channel signal and the signals are differenced to yield a right channel signal. If the composite signals are mismatched the left channel will have some right channel information in the output and the right channel will have some left channel infor mation. Channel separation is a measure of how well the receiver has maintained each signal free of the other signal…” (출처 : https://patentimages.storage.googleapis.com/ed/1a/6e/ebc2ff24e49d3c/US4959859.pdf)

이제 익숙한 논리 프레임에 들어왔다.

그러므로, IC 내부 블록에 대한 이해 + 오실로스코프 관측에 대해서 (아직은 모르는) 어떤 오류가 있었던 것으로, 퉁~치기 정리. 사실 MPX IC #9핀을 오실로스코프로 관찰했으면 쉽게 정리될 수 있었던 일. 또는 SSG 신호를 1Khz가 아닌 400로 바꾸었거나. 나중에 기회가 되면, 국부 파형을 재검측하는 것으로.

전통적인 방법론과 다른 점은, a) 방송국이 보내 준 19Khz를 인지하자마자 삭제하고, 재생성 19Khz와 38Khz를 가지고 독립적으로 잣대질한다, b) 디스크리트 방식 스위칭 MPX 회로를 사용하되, 그것의 통제를 자체 생성 펄스에 의존하는, 半 디지털적으로 처리한다.

참고로, Pilot Level Adj와 19Khz 파형의 형태가 달라질 L16 코어를 만지작거리면, L/R THD가 마치 풍선 누르기라도 하는 것처럼 교대 등락한다. THD 값이 동시에 작아지거나 커지지는 않음. 왜 그럴까? FFT 모드 기준으로 여러 파형 형상의 일치도를 상상하면 됨.

○ 접시에 곱게 담은 떡뽁이 내어주기

분리도 조정, 증폭 + 최종 Low Pass Filter 처리. 그리고… 시정수 타우(τ) = R168 15K 오움 × (C104 3.3nF + 옵션 C106 값) = 50uS이거나 75uS. 서비스 매뉴얼에는 별도 스위치로 조정하게 되어 있지만, DIY 작업 대상 기기에는 그런 것 없음. 그래서 착각했던… Continuous Light Switch 관련 해프닝이 있었고.

그러면, 매운맛? 안 매운 맛? 음색을 확~ 달라지게 만드는 디엠퍼시스 속성 때문에, 모든 튜너의 청감은 이곳에서 최종 결정.

■ 새로운 튠업 절차

굳이 NEW를 붙인 이유는, 인터넷의 쪼가리 서비스 매뉴얼에 나와 있는 것으로는 제대로 튠업할 수 없기 때문에. 그것은 대체적으로 모든 게 양호한 상태에서 쓸 수 있는 정도의 지침일 뿐이다.

온갖 것이 엉망인 상태에서는, 확실히 無用. 조금 다른 각도로 절차를 재정립하는 게 좋다.

기억나는 대로 정리해 보면,

1) DIY 세상에서… SSG 출력 단자 이후 감쇠 조건을 고려. 60dBu 합당.

2) 프론트엔드 : “L은 낮은 주파수, C는 높은 주파수” 준칙을 기억하고는, 자동차 도로를 정비한다는 상상으로 감도 조정 + Dial Span 조정. Dial Span의 중간쯤 되는 주파수를 하나 선정하고 에라 모르겠다 관통 작업을 한 다음에 Span을 맞추고 다시 돌아와서 맞추고… 맞추고.