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[DIY] 묻지마 Borbely (Poorman's Borbely) - 신정섭

아. 이제 이 글을 마지막으로 당분간 펌프는 자제해야 겠습니다.
또한 절두에 들어갈까 합니다.

얼마전 올린 [습작소개] 묻지마 Borbely의 나름대로 완결판입니다.

지난번 습작 형식으로 별 기대없이 만들고서는 너무나 마음에 들어서,
좀더 고민 끝에 다소 나은 형태라 생각되는 구성으로 Fix하여 새로 만들었습니다.

최근 Kumisa III 에다가, 이 묻지마 Borbely 까지 갑자기 계획에 없던 앰프들이 생겨나니 차분하게 음악을 듣고 싶은 생각이 더욱 간절하네요.

아. 시작하지요.

Borbely 앰프는 오래전부터 평소에 마음 한 구석에 항상 염두에 두고 있었고,
중요 부품들은 봄부터 확보해 놓고 있었는데도 건드리지 못하고 있다가,
아시다시피 지난번 여기 하스에서의 앰프 선호도 설문에서 당당히 1위를 차지하는 바람에 엄청난 펌프를 받아 만들게 되었습니다.

다만, 원문대로 만든 것이 아니고 완전히 내 맘대로 바꾸어서 만든 묻지마 앰프입니다.
그러므로 Borbely라 부를수는 없겠지만, 그렇다고 아예 다른 이름 다는 것도 이상하고 해서 그냥 Poorman's Borbely라고 합니다. (섭불리 앰프라고 할려다가...ㅋㅋㅋ)

저는 이것을 만드면서 2번 크게 놀랐는데,
먼저 이 앰프의 회로가 기본적으로는 거의 교과서적인 회로구성이라는 것입니다.
즉, 아주 간단한 OP앰프의 개념도 수준으로 보입니다.
예를들면 BJT TR들로 이 Borbely 앰프를 만든다면 다음 링크의 것과 아주 비슷한 모양이 될 것입니다.
http://sound.westhost.com/project07.htm

다만 소자들을 FET류 및 기타 프리미엄 급으로 사용하고, CCS 등에 변형을 가하고, Zobel Network (저도 잘 몰라요) 추가 등의 것으로 보입니다.
어쩌면 디스크리트 구성 헤드폰 앰프의 가장 간단한 구성을 토대로 만들어진 것이 아닐까 합니다.

두번째는 소리라고 하기는 뭐하고, 만족도 입니다. 아주 Good 입니다.
이 이상은 설명드리기 어렵습니다.
책임질 수 없는 말을 하게 될 것 같아서...

다음은 제가 원본 Borbely에 대한 변경점(즉, 개악 포인트...) 입니다.
위의 회로도를 참고하시면 되겠습니다.


원 회로에 대한 변경점:
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- +/-6VDC 으로 작동되도록 하였다.
- 출력석당 Idle 전류 100mA로 A급 동작되도록 하였다.
- 차동 증폭단엔 2SK389대신 2SK117GR을 사용하였다. (2SK117 도 도시바에서 오디오용으로 개발된, 성능히 상당히 좋은 것으로 알고 있습니다.)
- 출력단의 MOSFET은 TO-220형 IRF9530를 방열판 없이 사용하였다.
- 출력단의 BJT TR은 TO-220형 2SC2344를 방열판 없이 사용하였다.
- 기타의 TO-92형 TR들은 2N2222, 2N2907을 사용했습니다.
- Gain은 원문은 10 정도이나 위 회로에선 3 정도로 두었다.
- 차동 증폭단의 CCS 및 출력단의 CCS는 저전압에서도 상당히 안정적으로 정전류를 공급하는 것으로 자체 테스트했던 LED+TR+저항의 구성(즉, Gilmore 앰프에서와 같은...)으로 하였다.
- 기타, 자잘한 저항값들을 함부로 변경

한편, 아무리 생각해도 100mA을 훨씬 넘는 전류 공급은 실용적으로 좀 과하다는 생각이 듭니다.
귀청이 떨어져서 귀가 먹을 음량에서도 A급 구동을 고집하지 않고서야...  (그때는 이미 음악이 아닐 것입니다.)
스피커 앰프야 작동 환경이 상당히 다양하니까 아주 작은 음량부터 큰 음량까지 상당히 광범위하게 고성능으로 Cover해야 하지만, 헤드폰은 항상 귀에 대고 쓰는 물건이라서 출력 수백 mW 이상의 귀먹을 음량을 기준으로 튜닝하는 것이 무슨 의미가 있는가 생각이 듭니다.
예를들면 필립스의 HP890의 최대 입력이 무려 1.5W 입니다.
헤드폰의 최대 스펙이 1.5W라고 앰프를 1.5W에 맞추어 제작하는 것은 곤란하다는 것입니다.
물론 공급전압은 높을수록 좋은 점도 많습니다만, 이렇게 +/-6V 공급에 게인 3으로 만들어도 제 32옴 헤드폰으로는 볼륨을 반 이상 올릴 일이 없어요...

하지만 아이들전류가 높을수록 출력임피던스가 낮아지는 장점이 있으므로 상황에 맞추어 조정하시면 되지 않을까 합니다.
고로 위의 회로는 12옴 저항을 통해 100mA가 되도록 하였는데 10옴 저항으로 바꿔서 120mA로 다소 높혀도 좋습니다. 한편 방열판을 달 것이면 훨씬 더 아이들 전류를 키워도 좋겠지요.


변경하게 된 원인:
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- 제대로 만들기 전, Borbely 맛이나 좀 보자. ㅎㅎㅎ
- 저임피던스 헤드폰에 중점을 두어 실용적으로 만들어 보자. (즉 싸고, 쉽고, 간단하고, 작게...)
- 공급전압도 대부분의 헤드폰 구동에 문제가 없는 +/-6V를 사용함으로써 실용성을 증가시키고, 이렇게 되면 없어도 되는 방열판들을 다 떼어내자.


제작시의 Comment:
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- 원문에서는 FET의 소스 저항은 75옴이고 50옴 가변저항(Copal사)을 사용합니다.
저는 소스 저항 47옴에 가변저항 100옴을 사용하였습니다. 결국은 같은 이야기 인데 이렇게 변경한 이유는 ic114에서 100옴 가변저항을 검색해 보시면 압니다. Copal사 것 포함해서 대단히 다양한 저항들을 판매합니다. (반면 50옴 가변저항은 몇종류 없어서 선택의 폭이 적습니다.)

- 물론 100옴 가변저항은 원문의 50옴 가변저항 보다는 조금더 신경써서 조정해야 합니다만 제 실제 경험상 50보 100보 입니다.

- 원문에서도 FET의 랭크는 BL급 사용을 권장하고 있으나 실제로는 구할 수 없어서 GR 급을 사용했습니다. 그러므로 구하실 수 있으면 BL급을 쓰세요. (Y급은 사용하시면 안 될것입니다. 한번, 2SK117GR과 2SK117Y를 섞어서 써 보았는데 가변저항을 아무리 조절해도 DC 값이 Zero로 되지 않더군요.)

- 1000pF은 마일러 콘덴서(개당 15원)를 사용하였습니다.

- FET는 맨 처음 습작품 만들때는 Idss를 다 재서 Pair를 맞추었었는데, 이번엔 선별없이 그냥 4개를 꽂아 보았습니다. 그랬더니 한쪽 채널은 pair가 잘 맞았는지 DC값을 아주 만족스러운 위치에서 맞출 수 있었지만, 다른 쪽 채널은 DC 조절이 되지 않았습니다. 그래서 문제 채널의 FET 한놈을 빼서 다른 FET로 끼워 보았더니 만족스럽게 맞았습니다. 그래서 결국 5개의 FET 중에서 4개가 선별(?)된 것입니다.

- 이 앰프는 출력 MOSFET과 TR에서 각각 0.5W 씩 발열을 합니다. 그러므로 표면온도가 만지지 못할 정도로 올라가지만 방열판이 꼭 필요할 정도는 아닙니다. 게다가 MOSFET가 같은 소자는 더욱 더 그럴 필요도 없고요. 또한 비슷한 이유로 열결합할 필요가 없습니다. 하지만 저는 실체배선도상 LED를 출력석 바로 옆에 두어 혹시라도 열결합의 효과가 있도록 Over하여 배치시켰습니다. 게다가 자작의 재미를 배가 시키기 위해 아예 LED를 공중 배선하여 TO-220형 출력석의 홀에 삽입시켰습니다. (위에 사진 보시면 보입니다. 홀 직경이 3mm 보다 커서 LED에 수축튜브로 감싸서 끼웠지요.)

- On 직후 보다 오래 켜둔 상태에서 전체적으로 앰프 온도가 올라가면 DC 값이 조금씩 감소합니다. 그 감소폭이 약 5~10mV 내외인 것 같습니다. 그러므로 가변저항으로 DC값을 맞추실 때 이런 변화를 예상하시면 참고가 될 것입니다. 저는 안정된 상태에서 3mV 이내가 되도록 조정하였습니다.

- 일부러 낮은 작동 전압(약 1.5V?)에서도 고성능으로 동작하는 CCS회로를 사용했으므로(원문의 CCS는 약 3V 내외를 요구할 것으로 예상됨) +/-6V 전원 공급이라해도 출력신호의 운신(Voltage Swing)의 폭이 큽니다. 아마 +/-4V 정도가 되지 않을까 조심스럽게 예상해 봅니다.

- 게인 조정은 위 실체배선도에서 노란색으로 표시된 4.7K 저항을 바꾸면 됩니다. 즉 증가시키면(최대 10K) 게인이 감소합니다.

- 만약 공급전압을 높이고 아이들 전류도 늘리고 싶으시다면, LED에 약 3mA 정도가 흐르게끔 위의 1.5K 저항을 다른(좀더 높은) 값으로 변경 시키고, 출력단의 12옴 저항도 더 낮은 값으로 바꾸시면 됩니다. 대신 방열판 다셔야 하는 것은 잊지 마시고요.


소감:
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아주 좋습니다. 간단히 미리 Borbely 맛(?)을 보시고 싶으신 분들은 한번 만드시길 강력히 추천합니다.
사실 저는 지금 상태로 아주 만족스러워서 Original을 다시 제작할 계획은 세우고 있지 않습니다.
또한 엄청나게 저렴(앰프부 4천원 내외)하고, 온라인 상에서 모두 구할 수 있음에도 만족합니다.
게다가 실체 배선도를 보시다시피, 뭐 쉽다고 할 수는 없지만 그래도 상당히 만만히 보일 겁니다.


그럼.
하스만세입니다.


*** 추가 (2003.9.9) ***

실체배선도 v.1.1이 추가되었습니다.
다른 것은 다 똑같고, 단지 1n4148을 PNP형 TR인 2N2907로 바꾼 것입니다.
실제로 1n4148과 2907의 VF가 차이가 나므로 (경우에 따라 0.04~0.06까지도) 이렇게 동일하게 2907로 사용하는 것이 훨씬 좋은 방법이라고 생각합니다.

지금와서 생각해 보면 왜 Borbely 아저씨가 이런 방법을 쓰지않고 1n4148을 사용했는지 궁금합니다.
이 방법을 사용하면 가변저항으로 DC를 맞추는 데도 유리할 것입니다.
(사실 엑셀로 나름대로 계산이랍시고 해보니까 결정적으로 도움이 되는 것 같지는 않습니다.)

하여간, 결과적으로 좀더 나은 방법이라고 믿고 있으며,
여기의 Poorman's Borbely 뿐 아니라 Original Borbely 앰프에서도 간단히 대체할 수 있는 방법이므로 추천합니다.


*** 추가 (2005.12.25) ***



RMAA 5.5 로 위 앰프의 왜율을 측정해 보았습니다. 출력 레벨은 약 1 VAC RMS 정도에서 측정되었습니다.
한편, 보시다시피 사용한 사운드 카드 자체가 썩 좋은 것은 아니라 정교한 값을 측정하진 못했습니다.

하지만 보시다시피 간단함에도 성능이 아주 우수함을 확인할 수 있었습니다.