그간 좋은 방법들도 많이 나오고, 어차피 이제 대개 배터리 전원으로 돌아가는 앰프는 잘 만들어지지 않는 것 같습니다만
그래도 역시 처음 자작을 접하시는 분들은 배터리 전원 + CMOY 형태의 간단한 휴대용 구성으로 만드시는 편입니다.
그런데 2련 스위치에 9V 배터리 두개로 만드는 건 이래저래 손도 많이 가고 골치 아픈 구석도 있는지라 처음에는 그냥 가상접지(virtual ground)
로 그라운드를 만들게 되는데, 이게 잘못 알려진 부분도 많고 그 때문에 논란이 되는 부분도 많습니다.
그래서 이 참에 간단하게 정리해보려고 합니다.
0. 당연히 가장 좋은 것은 '실접지(real ground)'입니다.
9V 배터리 두개를 쓰든, 벽에서 나오는 전원과 트랜스를 이용해서 양파 전원을 만들든, 혹은 시중에 구할 수 있는 전압 인버터(음전압을 만들어주는 장치)로 양전원을 만들든,
그러한 방법들이 훨씬 좋습니다. 다만 9V 배터리 두개를 쓰는 방법은 적당한 전원 매니지먼트 회로 혹은 보호 회로를 구축해야 가장 최적의, 그리고 문제 없는 전원을 얻을 수 있습니다.
1. 일단 '액티브 가상접지'는 무조건 안 좋습니다.
액티브 소자 자체의 문제가 특별히 있다기보다는, 그 출력 특성이 헤드폰 앰프의 가상접지에는 그리 좋지 않기 때문입니다.
일단 즐겨 사용되는 TLE2426부터 생각해보지요. TLE2426의 경우, 원래 매우 저전류 용으로, 단지 전압을 반으로 나누어서 레퍼런스 전압을
잡아주는 용도로 사용되는 액티브 소자입니다. 그렇기 때문에 여기에 헤드폰 그라운드를 바로 연결해서 헤드폰의 전류까지 감당하도록 하면
출력 특성이 매우 나빠질 수 밖에 없습니다.
물론 이런 이유에서는 해결책이 있습니다. 출력 전류가 빵빵한 Op-Amp를 쓰거나, 버퍼(buffer)를 이용하면 되지요.
그러나 이러한 방법도 아주 문제가 없는 건 아닙니다. 바로 출력 임피던스가 문제입니다. 회로를 잘 짜면 출력 임피던스를 크게 줄일 수는 있습니다만,
그렇다고 출력 임피던스가 충분히 0에 가까울 정도로 떨어지지는 않습니다. 덕분에 채널간 왜곡이 공유되고, 스테레오 크로스토크(한쪽 채널에서 다른 채널로 신호가 누설되는 것)
크게 증가하지요. 특히 과거 유행이었던 그라운드 채널의 경우, 파워 서플라이 리젝션 레이쇼(PSRR)이라고 불리는 특성을 급격하게 나쁘게 하기 때문에
전원에서 노이즈나 왜곡이 조금만 유입되더라도 앰프의 출력 특성을 급격하게 악화시킵니다.
다만 신정섭 님이 과거 하셨던대로, Op-Amp나 버퍼 출력(가상접지)과 +/- 전원 사이에 전해 콘덴서를 각각 넣어주면 좀 나아지기는 합니다.
그러나 이제는 Op-Amp나 버퍼의 출력 임피던스가 또 너무 작아서 탈입니다. 전해 콘덴서와 Op-Amp/버퍼의 출력 임피던스가 서로 경쟁을 하게 되는 상황이 생겨서
직류만 Op-Amp로, 20Hz 이상의 교류는 모두 콘덴서로 흘러가야 할 것이, 20Hz 이상의 교류도 Op-Amp로 들어갑니다.
고역의 크로스토크는 충분히 작아지지만, 저역의 크로스토크는 여전히 크지요.
또한 액티브 가상접지 회로에서 소비되는 전류도 그리 작은 편은 아닙니다.
액티브 가상접지는 앰프의 접지를 위해서라기보다는 소전류 회로에서 기준 전압이 필요할 때만 사용해야 하지 않나 싶습니다.
2. 오히려 '저항+콘덴서' 가상접지가 더 좋습니다.
Chu Moy가 처음 제안한대로, 그리고 신정섭님의 CMOY 자작기 첫 글에 있는대로, 저항과 콘덴서를 이용한 가상접지가 오히려 더 낫습니다.
2.2k 옴 이상의 저항만 써도 Op-Amp나 버퍼를 사용하는 것보다는 소비 전류가 작고, 또한 직류는 저항으로, 교류는 콘덴서로 보다 확실히 흐르게 됩니다.
따라서 직류 입장에서는 출력 임피던스가 꽤 높아지지만, 교류 입장에서는 출력 임피던스가 현저하게 낮아지기 때문에 채널간 왜곡 공유와 크로스토크는 크게 감소합니다.
심플하고 효과도 좋으니, 개인적으로는 가상접지 회로에서 가장 추천하고 싶은 회로 구성입니다만... 그렇다고 아주 문제가 없는 건 아닙니다.
앰프 회로가 DC를 출력하게 될 경우(출력 오프셋), 직류 입장에서 출력 임피던스가 크기 때문에 약간의 출력 오프셋이더라도 접지 전압이 크게 움직이게 됩니다.
이는 고임피던스 헤드폰을 사용할 떄는 크게 문제가 되지 않지만, 저임피던스 헤드폰을 사용할 때 큰 문제가 되죠.
옴의 법칙 V=IR에 의해, 전압 V가 같더라도 R이 작아지면 전류 I가 늘어나지요. 따라서 저임피던스 헤드폰에서, DC 출력으로 인한 전류 I가 커지고,
이 전류가 가상접지 회로의 저항으로 흐르면서 더 크게 접지전압을 움직이게 합니다.
이렇게 접지전압이 움직이면, +전원과 -전원의 전압이 서로 달라지게 되는데, 따라서 혹시 모를 퍼포먼스 저하를 발생시키지요.
그렇기 때문에 저항+콘덴서 가상접지 회로를 쓸 때는 전원 전압을 충분하게 확보하든가, 출력 오프셋을 최대한으로 줄여야 합니다.
그러나 9V 건전지 두개만 써도 전원 전압은 충분하고, 출력 오프셋은 적합하게만 회로를 짜도 충분히 작게할 수 있기 때문에
잘만 사용하면 심플하면서도 가장 효과적인 가상접지 전원이 됩니다.
덧. 조금만 생각해봐도 쉽게 알 수 있는 건데 왜 그간 잘 모르고 있었는지 원... PSpice로 시뮬레이션 좀 해보다가 알게 됐습니다.
Before........ After
