글쓴이 : SOONDORI
이하는, JK LEE 님과의 댓글 대화에서 착안한 내용.
페이즈 리니어社에 연결되는 밥 카버는, 대단한 방열 대책 없이 호동이 사각 도시락만한 함체 안에 400W@4오움/모노 앰프 회로를 구거넣었다.
모델 종류는 기본 M-400/M-400T/M-400A, M-400기준 201W@8오움, S/N 100dB, THD 0.05%@20~20Khz, D.F. 150@20hz, 약 18cm인 정육면체, 약 5Kg 내외, 1979년.
(출처 : https://reverb.com/en-no/item/39295847-fully-restored-carver-m-400t-the-cube-stereo-mono-power-amp-over-200wpc-or-500w-mono-in-a-tiny-package)
함체 체적을 생각할 때, 스테레오 201W, 모노 400W는 대단한 값. 그러면, 발열의 방열은 어떻게?
그들의 작성한 문서를 읽고 일부를 가져오면,
“… M-400의 트라이악 점호각은 유휴 상태에서 최대값으로 미리 설정된 다음 증폭기의 부하 요구에 따라 지속적으로 변경됩니다. 점호각을 결정하는 위상 제어 RC 네트워크에는 점호각을 90도(일반적으로 95도)보다 약간 크게 제한하는 고정 요소가 포함되어 있습니다. 이 최대 한계는 변압기 코어의 포화 레벨과 2차 필터 커패시터의 정격 전압에 해당합니다. 2차 회로의 DC 전압은 레귤레이터 트랜지스터(Q6)와 +50, +75 및 -75 DC 레일에서 가져온 감지 라인으로 구성된 피드백 레귤레이션 시스템에 의해 모니터링됩니다. 그림 1을 참조하십시오.
LDR(Light-Dependent Resistor)은 AC 라인에서 분배기(OC-1 및 R57)의 절반을 형성합니다. LDR 저항 값은 다음을 결정합니다.
1) 트라이액 점호각. 2) 2차 DC 전압
광커플러 패키지의 LED가 LDR에 비추고 저항을 변화시킵니다. LED 밝기는 다음과 같이 트라이액 점호 및 전원 작동에 비례합니다.
1) LED 밝음 전원 꺼짐, 2) LED 어두움 전원 켜짐
LED 밝기는 레귤레이터 트랜지스터(06)의 상태에 따라 조정됩니다. 유휴 상태(앰프에 신호가 없거나 부하가 걸리지 않음)에서는 레귤레이터 유휴 기준 전압이 2차 전압이 안전 한계를 초과하지 않도록 RP1에 의해 조정되고 사전 설정됩니다.
앰프가 부하로 구동되고 2차 DC 전압이 감소함에 따라 레귤레이터 트랜지스터는 차단 근처로 구동되어 LED를 어둡게 하고 트라이액 점호 각도를 증가시킵니다. 이는 유휴 상태에서 높은 효율을 유지하는 동시에 매우 높은 전력으로 스피커 부하를 구동하기에 충분한 전류를 제공합니다 레귤레이터 트랜지스터는 분배기를 통해 +75 및 +50 VDC 전원에 직접 참조되고, IC 연산 증폭기 반전 감쇠기를 통해 -75 VDC 전원에 참조됩니다. 75 VDC 전원의 비대칭 풀(일부 최신 녹음에서 가능)은 레귤레이터가 증폭기의 전력 수요를 잘못 추적하지 않도록 합니다.
레귤레이터의 참조는 SW-1을 통해 사용자가 재설정할 수 있으며, SW-1은 M-400이 매우 낮은 부하 임피던스를 구동하거나 단일 채널 사용을 위해 브리지 연결될 때 트라이액 점화 각도를 줄이고 DC 전원 전압을 감소시킵니다. 전원 공급 장치의 2차 회로는 3단계의 정류 및 용량성 필터링으로 구성되어 증폭기에 필요한 전압을 제공합니다.
가장 안쪽 단에 있는 25 VDC 전원은 해당 변압기 2차 권선, 병렬 브리지 정류기 2개, 그리고 2200μF 필터 4개로 구성됩니다. 이 전원 공급 장치는 채널당 두 개의 출력 트랜지스터를 구동하여 전파 오디오를 수신하고 스피커 부하를 직접 구동합니다. 중간 단계인 50VDC 전원 공급 장치는 별도의 브리지와 25V 전원 공급 장치의 브리지 위에 “스택”된 2200μF 필터 한 쌍으로 구성됩니다. 채널당 두 개의 출력 트랜지스터를 구동하며, 신호에 따라 내부 트랜지스터 쌍의 클리핑을 방지하기 위해 켜집니다.
75VDC 전원 공급 장치는 독립적으로 필터링되며 고전류 브리지 정류기를 포함합니다. 최상위 단계의 출력 트랜지스터에 전원을 공급하여 최대 정격 출력을 제공합니다. 세 가지 주요 전원 레벨은 모두 조정되지 않으므로 전류 수요에 따라 변동합니다. 이러한 변동은 피드백 레귤레이터의 작용으로 감소되므로 증폭기의 수요 증가에 따라 주요 전원 레벨이 유지됩니다…” (기타 생략) (Technical Service Manual 출처 : https://www.manualslib.com/download/1015790/Carver-M-400.html)
이건 뭐… 딱히… 다음과 같은 논리. 간단하게 표현하면, “집에 있는 전기장판 컨트롤러를 AC 트랜스포머 1차측에 연결하고, Isolation LED 경유 피드백 변수를 이용하여 2차측 DC를 적당히 가변한다”가 된다.
그다음, 앰프 회로의 동작에 대한 코멘트는…
“… 1차 공급 전원을 조정하는 트라이액 제어 시스템은 셧다운/보호 시스템에서 안전하지 않은 상태가 감지될 경우 증폭기를 끄는 데에도 사용됩니다.
세 개의 “감지 라인”은 스피커 부하로 들어가는 증폭기의 작동을 모니터링합니다. 각 감지 라인은 논리 비교기 회로를 트립하도록 설정되어 있으며, 이 회로는 광커플러의 LED 부분을 켜고 트라이액을 통해 전원 공급 장치의 1차 회로를 “개방”합니다. 이 세 개의 감지 라인은 다음과 같습니다.
(1) DC/저주파 차동. 증폭기의 출력은 R13과 R14에 의해 합산됩니다. 두 채널은 항상 180도 위상 관계로 작동하므로 L-R 출력만 이 합산 접점에서 전압을 발생시킵니다. R13, R14, C4로 구성된 RC 시상수는 고레벨 저주파 차동 입력 오디오 신호만 이 감지 라인을 작동시킬 수 있도록 합니다. 결과적으로 프리앰프 출력에 상당한 DC가 발생하면 M-400이 꺼지고, 위상이 맞지 않는 저주파 입력 신호가 대량으로 유입될 경우 작동이 중단됩니다. 이는 포노 스타일러스/톤암을 프리앰프 볼륨을 높게 설정했을 때만 발생할 수 있습니다.
(2) 출력 전력 적분기. M-400의 전반적인 효율은 가정용 재생 시스템의 오디오/음악 신호가 일반적으로 중간에서 넓은 범위의 다이내믹스를 갖기 때문에 가능합니다. 채널당 200와트 정도의 전력을 공급합니다…”
문서 그림에 나와있는 그대로, 출력 라인의 오디오 파형을 감지하고 그것보다는 약간 여유있게, 그러니까 전위 클리핑이 발생하지 않도록 B+, B- 전위를 적절히 제어.
전체 전위 구간을 ±25V, ±50V, ±75V로 3등분하고 각 단계 안에서 미세하게 전력 부하에 대응하는 구조인 것으로…
Yamaha, Technics 등 타 제작사, 타 모델에도 유사 구조의 <다단 전위 활용> 사례가 있다. 트라이액을 쓰거나 대형 릴레이를 단속 구동하거나.
* 관련 글 : Yamaha B-6 파워앰프와 TRIAC 전원부
격납 사용을 전제로 하였거나 굳이 반토막, 반의 반의 반토막 체적 앰프를 써야 하는 이유가 따로 있거나, 야마하의 사례처럼 디자인을 우선하였다면 몰라도…
이거 참!
그리하여, 테크니컬 정보는 상당 부분이 트라이액 제어 가변 전원 회로에 할당되어 있음. 앰프를 만든 것인지 전기장판 응용 AC 전원을 만든 것인지가 살짝~ 갸우뚱이다. 어느날 갑자기, SMPS는 싫고 리니어 전원인데 좀 독특하게 만들어볼까? 그런 생각을 하고 덤빈 것일까?
이쯤에서, 두 가지 항목에 대해 셀프 질문을…
1) 열의 최종 방사는?
제아무리 에너지 절감형 & 발열 축소형 앰프를 만들었다고 해도, 여전히 열이 생길 것이다. 그것이 충분히 알루미늄 함체를 통해 대기 중으로 방사될 수 있을까? 실시간으로 음악을 들을 때의 전류 소모량 즉, 에너지 소모량은 그리 크지 않다. 매우 빠르게 등락하는 신호이기 때문에 그런 것, 그런데 만일, 400W 모노블록 구동조건에서 50Khz 싸인파를 두 시간 동안 신나게 입력하였다면?
함체가 엄청나게 뜨거워지고 그러면서 앰프 부품의 급속 노화가 초래된다에 한 표. 그 의견을 반대로 적으면, 극단의 가혹한 구동은 절대 없을 것이라는 일방적인 가정하에. 가변 파워서플라이를 설계한 사례로 폄하하기.
2) Magnetic Field라는 수식어를 붙인 이유는?
분명히 앞쪽에 ‘Magnetic Field Power Amplifier’라고 적었다. ‘자기장 앰프’라니… “이거시 뭔 말이유?”
트라이액 제어 대상 트랜스포머가 여러 개 탭을 갖고 있는데, 그것의 전자기학적 속성에 착안한 작명인 듯. 다른 곳에서는 코일이 강조되는 포인트가 없다. 그런데… 그렇게 뜬금없는 단어를 갖다 붙이면, 사람들은 오요한 전자기장으로 강력한 드라이빙을 하는 특별한 앰프라고 착각하게 될 것. 그러면 뭐…”장난해?” 심한 말장난을 넘어선, 다분히 상행위 의도가 듬뿍 담긴 작태기 되고. 이후 그렇게 간주하기로 함. “산업용 솔루션을 극구 오디오 세상에 당겨와서 잇속을 차린… 그노마 미친 노미네!”
다음은 어떤 분의 협찬 말씀.
“… 전원 공급 장치는 짧은 시간 상수를 가지고 있어 매우 빠르게 ‘안전’하게 작동했습니다. 동시에, 상당히 대칭적인 신호로 두 앰프 모두 반대쪽 레일에서 전류를 끌어와 전원 공급 장치를 통한 동적 누화 발생 가능성을 줄이고 MFC의 부하를 완화했습니다. 일부 사용자는 보호 기능이 너무 민감하여 스타일러스가 레코드에 닿는 순간(두 전원 공급 장치 레일 모두에서 동시에 피크 발생) 과도 전류로 앰프가 꺼질 때 문제가 발생한다고 생각했습니다.
당시 다른 제조사(소니, JBL 등)가 스위치 모드 전원 공급 장치를 개발하던 시절, 이 제품은 획기적인 제품으로 여겨졌습니다. 두 앰프가 서로 역위상으로 연결되어 모노 작동이 용이했습니다. 고주파 왜곡은 좋지 않았고, 박스에서 삐걱거리고, 삐걱거리고, 윙윙거리는 소리가 나는 경향이 있어 장기적인 신뢰성에 대한 우려가 제기되었습니다. 특히, 기존 변압기 크기의 5분의 1에 불과한 훨씬 작은 ‘변압기’에서 발생하는 높은 자속 밀도는 더욱 심각했습니다. 비표준 구조이기 때문에 제조사를 통해서만 교체할 수 있었습니다. 또한, 많은 양의 상용 등급 부품을 작은 공간에 밀어 넣고 넓은 온도 및 자기 변동에 노출시키면 문제가 악화될 것이라고 우려하는 사람들도 있었습니다(예를 들어, MFC에는 방사 험을 줄이기 위한 구리 스트랩이 없었습니다). 고출력 병렬 출력에도 불구하고, 부품 수 측면에서 볼 때 이 제품은 저자가 본 단일 출력단 중 가장 복잡한 것으로 평가됩니다. 이 앰프의 수명에 대한 데이터나 경험이 있으신 분 계신가요? 있다면 알려주세요…. (출처 및 추가 정보 열람 : https://www.angelfire.com/sd/paulkemble/sound8d.html)
투덜거림의 끝에서… 이런 변칙 모델이 있다는 것은, 훗날의 감상용으로는 그만이다. 감상자 입장에서만 그렇고… 열화 가능성이 크고 파형 Peak 대응력에 관한 미세 조정이 필요하기 때문에, 홍길동 씨의 구매는 말리고 싶음. 그냥 SMPS 기술이 안정화되기 전 단계의 변칙적 상상으로 만들어진 앰프이니까. 불안정하고 골치 아픈 실험작이다.
언제나 The Simplest is The BEST!
