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2011.04.04 01:24

Meier 앰프 이야기

조회 수 1619 추천 수 0 댓글 18
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몇몇 분들의 공제 마이어 문제를 지켜보면서 저 또한 마이어 앰프에 많은 관심을 갖고 있습니다.
문제가 생기는 것 자체가 흥미로워서 원래 Jan Meier가 제안했던 회로도 살펴보고,
앰프에 사용되었던 LM6171 관련 문서도 읽어보고 있는데,
그러면 그럴 수록 Meier가 생각보다 참 까다로운 앰프구나 싶더군요.

아마도 META42보다 더 까다우리라 생각합니다, 정말로...


사실 META42는 생각보다 그리 까다로운 앰프는 아닙니다. 대신 '어려운' 앰프죠.
이 앰프가 '어렵다'는 건 앰프에 적용된 Topology가 어렵다는 겁니다.
대표적인 건 당연히 Jung의 Multi Loop나 Class A 구동을 위한 Biasing이고,
PIMETA로 가면 Ground Channel이 추가가 되지요.
하지만 이 Topology 자체를 '개별적으로' 이해하기만 하면 회로 이해도 쉽고 앰프 만드는 것 역시 어려워 보이지 않습니다.


하지만 Meier 앰프는 그 자체로 꽤 세심하고, 거꾸로 이야기하면 위험한 앰프입니다.

사실 회로도를 살펴보면 딱히 부각되는 Topology란 Crossfeeder 정도 밖에 없습니다.
나머지는 그저 기본 회로들의 조합인데, 개별적으로 '분리'가 된다기보단 회로 전체를 통째로 봐야 하는 면이 큽니다.
META42가 개별 Topology에 따라 회로가 '분리'된다는 점을 볼 때 이건 상당히 까다로운 면이죠.

(물론 원 설계자의 회로를 그대로 옮겨 만든다면 당연히 그 까다로움을 느끼기 힘듭니다.)


그리고 부분적으로, 앰프가 실패하기 쉬울만한 특징이 몇 있습니다.

첫째 이유론 입력단에 커플링 커패시터가 없다는 점입니다.

물론 대부분의 현재 오디오 기기에선 직류 문제는 거의 생기지 않지만, 사실 직류 성분이 완전히 0mV인 건 아닙니다.
출력단에 커플링 커패시터가 장착된 오디오 기기가 아닌 바에야
소자의 Offset을 고려할 때 적어도 1~3mV 정도의 DC는 검출되죠.
이게 일단 Meier 앰프로 들어오면 3배 정도 증폭됩니다. 그럼 최대 10mV 정도까지 가능해지게 되는 셈입니다.

물론 이 정도는 헤드폰 구동에 전혀 문제가 있을만한 정도는 아닙니다.
그런데 문제는 거기서 끝나는 게 아닙니다.

둘째 이유, 즉 LM6171을 사용하고 있다는 점입니다.

LM6171은 굉장히 고성능 OPAMP이지만 그만큼 무지하게 까탈스러운 소자이기도 합니다.

일단 Bipolar 타입인 탓에 Input Bias Current가 큰 편입니다.
특히 LM6171은 그 중에서도 높은 편인데, 데이터시트상으론 Typ. 값이 1uV 정도 됩니다.
이렇게 높은 Input Bias Currnt를 갖게 되면 출력단에서 높은 DC가 나오기 쉽습니다.
저항값만 잘못 설정해주면 DC 100mV(=0.1V)는 간단하죠.

거기에 워낙 빠르고 대역폭이 큰 소자이기 때문에 발진 가능성도 무시 못합니다.
그래서 Meier 앰프 원 회로에 10pF 짜리 콘덴서를 사용해주고 있는 거죠.
이게 없으면 OPAMP의 피드백이 맛이 가버려서 매우 쉽게 발진해버립니다.

그리고 이는 말하면 전원 설계에도 주의를 기울여야 한다는 말이 됩니다.
보통 Meier를 휴대용으로 만들 생각을 하게 되면 간단한 가상접지 양전원을 넣게 될텐데,
대개 신정섭님의 글을 참고하시는 분들은 Bypass 혹은 Decoupling 콘덴서를 안 넣으실 겁니다.
신정섭님께서 권고는 하고 계시지만 필수 사항으로 지정하시지는 않으시니까요.
하지만 이렇게 발진이 쉽게 일어나는 OPAMP의 경우 Bypass 콘덴서는 거의 필수요소입니다.
적어도 0.1uF의 세라믹 콘덴서는 사용해주시는 게 좋습니다.

그 외에도 Meier 앰프 원 회로를 보면 저항으로 각 Stage의 구분을 확실히 해주고 있는 걸 볼 수 있습니다.
(아마 각 Stage의 연결에서 부정적인 영향을 최소화하기 위한 것일듯 한데, 정확히 이해는 못하고 있습니다.)

이런 면들을 보니 이런 생각이 들더군요.

"Meier 앰프는 저항값 조합등의 회로 구성이 실패할 경우, 단순 퍼포먼스 저하가 아니라 아예 앰프로서 기능하지 못하게 된다."

제가 볼 때 Meier 앰프는 굉장히 '까다롭'습니다.

물론 LM6171 같은 OPAMP를 사용할 때의 이야기입니다.
만약 FET 타입 OPAMP를 사용하신다면 앰프로서 사용하기 힘들 정도의 트러블은 생기지 않겠지요.

하지만 새로 제안된 Meier 앰프 회로에서는 '심지어' FET 타입 OPAMP 마저 주의해서 사용해야 합니다.

(새 회로는 여기서 보실 수 있습니다. http://www.meier-audio.homepage.t-online.de/headamp.htm)

그래서 한가지 회의적인 것은, 과연 Meier 앰프가 초보자들이 만들기 쉬운 앰프인가, 하는 점입니다.

제 생각에는 결코 아닌 것 같습니다.
회로를 보면 볼 수록 '이건 까다로운 앰프다'라는 생각이 자꾸 드네요.

물론 사실 따지고 보면 이건 다른 앰프들에게도 동일하고 적용되는 내용이기는 합니다.

CMOY마저도 LM6171을 사용한다면 상당히 어려워질 겁니다. LM6171 자체가 사용이 까다로운 소자니까요.

(참고: http://tangentsoft.net/audio/opamps.html

하지만 그럴지라도 CMOY 같은 앰프가 비교적 쉽고 간단하다고 생각되는 건,
원 회로 설계자가 그만큼 '쉽게' 만들었기 때문입니다.
Meier 앰프의 경우 그렇지 않고요.

그런 점에서 Meier 앰프에 대해서는(특히 LM6171을 사용한 경우는 더) 좀 많은 공부를 하고 나서 제작을 해야 하지 않나, 하는 생각을 하게 됩니다.

다른 말로 한다면 과연 초보자에게 권할만한 앰프인가, 하는 생각이 든다는 것이구요.
차라리 기본적인 OPAMP 증폭단+Discrete 버퍼단 구성의 앰프나,
좀 더 나아간다면 META42 같은 앰프들이 더 권할만하지 않나, 생각하게 됩니다.

그래서 저의 경우는 Meier 제작을 좀 보류할 생각입니다.
물론 원 회로를 따라한다면 만드는 거야 어렵지 않겠지만,
앰프에 문제가 생겼을 때 어떻게 문제를 해결해야 할지 아는 것도 앰프 제작의 한 부분이니까요.
그 점까지 다 고려해서 만들 생각인 것이죠.


덕분에 Meier 앰프는 하나의 공부거리가 되고 있습니다.
회로 보고 공부하면서 앰프 제작에 정말 중요한 지식들도 알게 되거든요.
(물론 이 지식들은 언젠가 다 하스에 올라오게 될 겁니다.)

하지만 한편으로는 까다롭게 회로를 설계한 Meier 아저씨가 원망스럽기도 합니다. ㅠㅠ

어려워요, 정말...
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    박가람 2011.04.04 01:45
    다른 분에게는 어려웠을수가 있겠네요. 저로선 문제점을 찾는게 어려운게 아니였으니깐요..

    10pF을 6172가 아닌경우 좀더 높이시는게 좋습니다.
    가능하면 제가 설정한 값으로 해드리길 권해드리며, 이번에 소량으로 했던 것에는 양전원에 바이패스를 넣어뒀습니다.
    1uF로 해드렸습니다만 1uF이하로 하시길 권해드립니다. 그런데 바이패스가 어느정도 소리에 영향을 줄수 있으니 0.1uF정도로 추천해드립니다.
  • ?
    최다형 2011.04.04 01:49
    네. 정말 그런것같아요.

    저도 나름 인두는 10년동안 잡았고

    전자공학을 전공했지만

    이번 공제마이어는 정말 까탈스러워요 ;ㅁ;

    그라운드 채널에 LM6172, 버퍼에 OPA132 두알을 썼고

    커플링 10pF를 넣었을때 OPA2132나 LM6172, AD8022를

    썼을때 발진이 일어나서 눈물을 머금고 오디오용 10pF을 빼고

    집에 있던 100pF 아무거나 달아도 변화가 없었습니다 (ㅜㅜ)

    지금은 LM6172에 OPA132달고 OPAMP는 LM358 쓰고있습니다

    다른건 다 비싼건데 OPAMP가 300원짜리 ;ㅁ;

    일부러 좋은거 쓰겠다고 샀는데 너무 어려워요ㄷㄷㄷㄷ

    그라운드채널 LM6172를 빼야하는걸까요...........
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    박용민 2011.04.04 01:59
    이런이런 공제 마이어 이야기가 아닌데... 마이어 '원 회로'에 대한 이야기입니다. ㅎㅎ 공제 마이어에서 생기는 문제는 마이어 회로가 까탈스러운 것과는 좀 다른 맥락에 있는 것 같아요. 원래 회로에서 수정된 회로이기도 하고...
  • ?
    박용민 2011.04.04 02:01
    물론 공제 마이어도 원래 회로와 같은 틀에서 만들어진만큼 위에서 언급한 까탈스러운 면이 어느 정도는 있기는 할 것 같아요. 하지만 지금 보고되는 문제는 확실히 다른 맥락 같습니다.
  • ?
    박용민 2011.04.04 02:06
    전원부 Bypass는 세라믹 0.1uF+필름 혹은 탄탈 1uF~10uF (생략가능) 정도면 적당하지 않을까 합니다. 세라믹 쓰는 걸 껄끄러워하시는 분들도 계신데, NP0, C0G 세라믹은 필름 콘덴서에 꽤 가까운 특성을 가집니다. 온라인으로는 구하기 어려울 거고 청계천 등에서 찾아보면 있을 겁니다. (국내 업체도 분명히 만들고 있는 거니까요.) 저렇게 설명했는데 잘 모르면 CLASS I급이라고 하면 알 겁니다.
  • ?
    박용민 2011.04.04 02:09
    박가람 님께서 말씀하셨듯이 바이패스 용량이 좀 크면 소리에 영향을 줄 수 있기는 합니다. (특히 응답속도) 게다가 그만큼 전원부에 용량성 부하가 생기기도 하구요. 아마 0.1uF 세라믹으로도 충분하리라 생각합니다.
  • ?
    박가람 2011.04.04 02:10
    C0G급은 정말 상당합니다. 세라믹이 맞는가 싶을정도이죠 ㅎㅎ

    그리고 Wima를 의외로 싫어하시는 분이 많은듯 한데 Wima는 매우 좋은 콘덴서입니다.
    MKP10가 추천되고, 그외에는 MKP2, FKP시리즈이 좋겠습니다만 대부분 특성이 좋습니다.
  • ?
    임주형 2011.04.04 02:32
    저도 소량공제 마이어에 LM6172를 썼더니 출력 DC가 100mV가 나와 씨겁했습니다....
    그런데 OPA627, OPA2134등을 사용하면 1mV로 안정됩니다... OP에 따라 차이가 많더군요....
    LM6172소리 성향은 참 마음에 드는데요... 방법이 없네요....
    전원의 1uF은 소리성향이나 응답속도에 영향을 줄수 있으므로 0.1uF 으로 변경하는 것이 좋다는 말씀이죠.... 한번 해봐야 겠네요....
    박용민님//, 박가람님//의 소중한 정보 고맙습니다...
  • ?
    권재구 2011.04.04 13:47
    자작 초보 몇자.. 그렇게 까다롭지는않을것같습니다. /실제 만들면 까다로울수도.. T.T../ 회로적으로 특이한 부분은 -전원을 이용한
    바이어싱(?)이라고 하나요.. 이겠지요. 가끔이지만.. 일부 몰지각한 회로들이 이렇게 신호에 저항이나 CRD, FET등을 이용해 전원을
    먹입니다. 물론 상당히 안정된 회로의 경우 별 트러블 없이 동작하지만.. 아주 예민한 것들은 바로.. 비정상 동작을 합니다.
    이 회로에서 이것만 빼면 1단 증폭-버퍼-버퍼..의 간단한 회로니 트러블이 걱정되시면 이걸 빼고 만드시길 권합니다.
    그외에 희안한 부분이 많은데.. 이건.. 모.. 그냥 넘어갑니다. 아.. 저라면 크로스피더도 뺍니다. 출력에 470옴을 그라운드와 단다..
    흠.. 전혀 이해가 안되는군요.. 왜 달지..? 너무 낮은거 아닌가요..? 물론 실제 헤드폰 부하는 더 낮은경우가 많긴하지만.. 흠..
  • ?
    박용민 2011.04.04 15:47
    권재구 // 저기서 사실 가장 독특한 부분은 Class A 바이어싱보다는 LM6171의 Input Bias Current를 공급해주려 만들어준 15M짜리 저항들입니다. 47p짜리 콘덴서도 LM6171을 안정화시키려고 달아준 건데 굉장히 중요한 설계죠. 가장 까다로운 점은 저항 및 콘덴서의 공칭값들이 매우 세심하게 정해져 있다는 점입니다. (이건 옛날 마이어 회로도 마찬가지입니다.) 그래서 Jan Meier는 '웬만하면 정해진 회로를 그대로 써라. 바꾼다면 헤드폰에 어떤 무리를 줄지 모른다.'라는 멘트를 예전 글이나 Meier Audio에 글에서나 다 써놓고 있죠.
  • ?
    박용민 2011.04.04 17:00
    권재구님 // 덧붙이자면 그 '희한한' 점들이 마이어 회로에서는 가장 핵심적인 점이라는 게 이 글의 요지죠. 그리고 그 부분들이 잘 짜여지지 않으면 트러블이 생기기 쉬운 게 Meier 앰프라는 생각이 드는 거구요. 물론 (글에도 써놓았지만) LM6171 같은 OPAMP를 사용할 ‹š의 이야기입니다. 그게 아니라면 Meier는 꽤 단순하고 기본적인 회로로 변합니다. 그래서 제 생각엔 'Meier 앰프를 제작할 ‹š, LM6171을 사용하려면 꽤 까다로운 점이 있다'는 코멘트가 붙었으면 하기도 하구요.
  • ?
    박용민 2011.04.04 17:04
    사실 전 Jan Meier 아저씨는 왜이리 아슬아슬한 회로 설계를 좋아할까, 하는 생각이 참 많이 듭니다. -_- 새 회로도를 보면 더더욱 그런 느낌이 들구요. 사실 LM6171은 너무 Slew Rate가 빨라서 그 뒤에 버퍼로 BUF634는 전혀 적당하지 않습니다. (...) 그래서 수동소자로 적절히 Feedback 회로를 만들어주고 470R짜리 저항을 달아서 출력단을 안정화시킨 거라고 생각되는데, 그래서 더욱 주의해야 할 회로가 되어버렸습니다. 15M짜리 저항은 FET 타입 OPAMP를 사용하면 떼어버려야 합니다. 안 그러면 또 문제가 생기구요. (...)
  • ?
    박경서 2011.04.04 17:35
    왕초보인 저는 무슨 말을 하시는지 못알아 먹겠네유 ㅠ_ㅠ
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    김태형 2011.04.04 17:39
    출력에 걸린 470옴에 대해서는 저도 의아했는데 패스랩 홈페이지의 젠 파워앰프 원문을 보니 스피커 출력에 100옴 1W 저항이 가로 걸려있더군요. 설명을 보면 DC 를 어스로 흘려 없애기 위한 (bleed off) 저항이라고 하면서 반드시 필요하진 않다.. 라고 하네요. 하지만 마이어에선 필수인가 봅니다. ^^ 용민님 분석 꽤 도움이 되었습니다.
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    박용민 2011.04.04 18:23
    김태형 님 // 그런 이유도 있겠군요. 마이어는 이렇게 설명하고 있네요. "RF-signals in the headphone cable are thus continuously reflected at both ends of the cable and may result in standing waves. RF-waves are dampened by 470 Ohm resistors that absorb the energy of these waves" 새 회로에서는 필수로 달아주는 게 나아 보입니다.
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    김태형 2011.04.04 22:31
    헤드폰 케이블이 안테나 구실을 해서 RF 를 끌어들인다고 하면 일반 헤드폰 앰프에서도 동일하게 유도될텐데 유독 마이어에서만 필요하다고 붙여놓은게 의아했었지요. 사실 회로 내공에 있어서는 마이어씨보다는 패스씨가 믿음이 가는터라.. ㅎㅎ 이해 안가면 외워야죠머...
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    박용민 2011.04.04 22:37
    김태형 / LM6171과 BUF634의 대역폭 때문이겠죠. OPAMP 데이터시트를 보면 Unity Gain Bandwidth(=Gain Bandwidth Product)라는 값이 있는데, 말 그대로 게인이 1일 때의 대역폭을 의미합니다. OPAMP의 대역폭은 게인에 반비례해서 게인이 10이 되면 대역폭은 Unity Gain Bandwidth의 1/10이 됩니다. 그런데 LM6171의 Unity Gain Bandwidth는 100Mhz이죠. 이건 TL072의 33배 수준입니다. 게인을 20해도 대역폭이 20Mhz니, RF 주파수에 더 취약하겠죠.
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    박용민 2011.04.04 22:41
    그런데 사실 원리는 잘 모르겠습니다. 쩝...

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