[제작기] 하스만세(HSMS) Amp ver 2.0 - 신정섭

허접하나마 글을 수정하여 올립니다.
이번 소개에서는 이미지가 매우 많고 이글 자체가 상당한 분량의 자료가 아닐까 합니다.
많은 내용이 하스만세 v1.1과 중복되므로 그런 부분은 다시 기술하지 않겠으니 과거 v1.1의 글을 참조하시기 바랍니다.

그런데 여기서는 HSMS의 영문 이니셜을 좀 바꿔야 할 듯 합니다.
"High performance(Highly doubtful ?) Sijosae-Meier-Selectable buffer" Amp.라고요...
한편 v2.0이 되면서 이 앰프는 거의 장난감(?)이 되었다고 생각합니다. 장난칠 것이 무궁무진 하거든요...


제작동기
========
- 습작식으로 만들었던 하스만세 v1.0에 크게 만족하고 있었으므로 제대로 케이스와 함께 만들어서 이런류의 앰프는 졸업(또는 수료라도... 아니면 정리... ㅠㅠ)하고 싶었습니다.
- 앰프들마다 그 자체의 차이가 별로 나지 않지만, 만약 난다면 그중 큰 이유는 바로 출력단에서 기인한다는 생각이 듭니다. 그래서 기본적인 우수한 Meier 입력단을 앞에 두어 증폭기능을 하게하고, 출력단에서 여러 버퍼들을 아주 손쉽게 선택할 수 있도록 하고자 함입니다.
- 즉, 여러가지의 버퍼단을 착탈 모듈식으로 만들어 앰프의 유용성, 기능성을 키우고, 마치 OP앰프를 갈아끼우는 듯한 재미를 주고 싶었습니다.


기본회로
========
- 기본적으로 하스만세 v.1.1과 동일합니다.
- 단지 버퍼단을 착탈식으로 만들어서 원하는 버퍼를 쉽게 선택할 수 있습니다.
- 현재 만들어 놓은 버퍼단은 다음과 같이 7종입니다만 추가는 쉽지요.
1) 듀얼 OP앰프 (그냥 기판상의 IC 소켓에 꽂으면 되도록 기본 구성을 하였음)
2) BUF634 (대표적인 Buffer IC)
3) EL2001 (META42 기본 구성에서의 추천 Buffer IC)
4) Simpson 앰프에서의 버퍼단 (Current Mirror)
5) Eaton 앰프에서의 버퍼단 (SEPP)
6) Web에서 찾은 버퍼단 (Diamond 회로)
7) Tori 앰프에서의 버퍼단 (MOSFET)
- 결과적으로 구성에 따라 상당히 다른 모습으로 변신이 가능한 놈입니다. 즉, 변형 Meier, 변형 META42, 변형 CMOY, 변형 Simpson, 변형 Eaton, 변형 Tori도 만들수 있지요. 물론 어느 하나의 앰프와도 동일하진 않지만요.
- 놀랍지 않습니까? 하루면 앰프 본체와 위 버퍼들을 충분히 만들 수 있는데 이렇게 서로 다른 7가지 앰프 느낌을 하루만에 느낄 수 있다는 것이... 물론 원래의 앰프들과는 분명 틀리지만 그 앰프들이 가지고 있는 특징은 별로 바뀌지 않을 것이라 판단됩니다.
- 또한 새로운 회로가 아니라도 듀얼 OP앰프나 버퍼 IC를 병렬로 여러개 달아서 출력을 몇배 늘릴 수도 있습니다. 즉 생각에 따라서 그 응용범위가 아주아주 많습니다.

- 이것이 재미있는 것은 공간적 여유만 있다면 버퍼단에 SDS 앰프나, 양전원용 Szekeres 앰프 등 MOSFET 앰프의 출력단을 쉽게 달 수도 있다는 점입니다.
- 그러므로 이 하스만세 앰프의 회로가 아니라도 이러한 Concept을 앰프 만드시는데 도입하시면 정말 재주꾼 앰프가 탄생할 것이고, 아주 다양한 앰프를 너무나 쉽게 맛볼 수 있을 것입니다.


앰프 회로도
===========
이 회로도에서 네모 상자의 Output Buffer 부분이 다음에 소개할 버퍼부 회로들 중의 하나로 대치됩니다.




버퍼부 회로도들...
=================
아래의 여러 버퍼들 또는 다른 마음에 드는 버퍼회로들 중에서 하나를 적용할 수 있습니다.
단, Tori 앰프의 버퍼회로는 나중에 추가한 것이라 아직 아래의 회로도엔 포함되지 않았습니다.




앰프본체 실체배선도
===================
아래 배선도의 OP앰프 소켓중 아랫부분 소켓(증폭용)엔 Dual OP앰프가 항상 꽂혀 있어야 하지만,
윗쪽 소켓(출력 버퍼용)엔 OP앰프를 버퍼로 사용할 경우에만 꽂아야 합니다.




Simpson Amp Buffer 실체배선도
==============================
이하 모든 실체 배선도에서 TR은 2SC1815, 2SA1015 조합과 같은 핀번호 (E-C-B)를 기준으로 그려져 있습니다.




Eaton Amp Buffer 실체배선도
===========================




Diamond Buffer 실체배선도
=========================
웹서핑중 발견한 회로입니다.
음질이 좋아서 특히 오디오에서 헤드폰 구동 회로로 애용되고 있다고 설명되어 있었습니다.
다음은 원문 링크입니다.
http://www.ehtec.com/part/circuit/op.php?s=226
나중에 알고 보니 이 회로는 BUF634 및 EL2001, LH0002 등의 버퍼IC에서의 기본 회로이며 Walt Jung도 이 회로를 부분적으로 개선(예를들면 2.2K 저항대신 다른 방법으로 CCS를 구현하는 등)하여 소개하였습니다.
한편 아래의 회로에서는 2.2K 저항을 이용하여 +/-12V에서 5.2mA의 Idle Current가 흐르도록 하였습니다.
공식은, (12V-0.6V)/2200옴=0.00518A 입니다.




Buffer IC(BUF634, EL2001)용 실체배선도
======================================
BUF634와 EL2001중 하나만 꽂아야지 동시에 두가지 IC를 모두 꽂지 않도록 주의하시고, 특히 왼쪽 줄은 IC를 거꾸로 꽂아야 함에 유념하시기 바랍니다.




Tori Amp Buffer 실체배선도 (저항이용)
==========================
이것은 Tori 앰프에서 1K 저항 및 2200pF(또는 500pF) 콘덴서가 달려 있지 않은 초기의 Tori 회로도를 근거로 그린 것입니다. 실제로도 제작하였으나 사진상으로는 아직 소개하지 않습니다.
여기서는 100옴 3W급 저항을 사용하여 +/12V에서 채널당 120mA의 Idle Current가 흐르도록 하였습니다.
DC 출력은 역시 5mV 이하의 만족스러운 값을 나타내었습니다.
정말 더럽게 간단하지요? 세상에 채널당 부품 3개로 디스크리트 버퍼가 구성되다니...
사실은 저 170옴 저항마저도 없어도 될 것이니 그러면 부품 달랑 2개로군요.
이보다 더 간단할 수 있을까요?




Tori Amp Buffer 실체배선도 (LM317 이용)
==========================
다음은 LM317을 이용한 정전류 바이어싱입니다.(즉 Tomo Szekeres 처럼...)
아래처럼 10옴 저항을 이용하면 입력전원과 상관없이 채널당 125mA의 Idle Current가 흐르게 됩니다.
20옴 저항으로 65mA가 되고요.  공식: 1.25(V)/저항(옴)=Idle 전류(A)
부품은 1개가 더 늘지만 이 방식을 추천합니다.




앰프본체 완성품 모습 (버퍼단을 장착하기 전)
==========================================
윗쪽 IC 소켓도 비어있고 공간도 썰렁한 모습을 보이고 있습니다. 물론 이상태로는 작동되지 않습니다.
한편 실제 제작에서는 META42에서와 같은 Multi-Loop회로는 적용하지 않았습니다.
즉, R5는 Short 시키고 R6는 그냥 빼어 두었습니다.





각종 버퍼 모듈
==============
아래의 버퍼 모듈들 중 하나를 위 앰프본체에 장착하면 정상 작동합니다.
왼쪽부터 듀얼 OP앰프, Simpson 버퍼, Eaton 버퍼, Diamond 버퍼




Buffer IC용 버퍼 모듈의 모습
===========================
아래 사진처럼 BUF634만 꽂으시거나(좌하단 사진) EL2001만 꽂으시면(우하단 사진) OK입니다.



Dual OP앰프를 Buffer로 장착한 모습
==================================



Simpson Buffer를 장착한 모습
=============================



Eaton Buffer를 장착한 모습
==========================
버려지는 오디오의 레벨미터에서 떼어냈던 LED를 붙여놓았더니 좀 색다른 맛이 납니다. ㅎㅎㅎ



Diamond Buffer를 장착한 모습
============================



제작시의 Commnets
===================

1. 각각은 모두 커플링 콘덴서를 달지 않았으나 DC 출력은 각채널 모두 5mV 이하로 나왔습니다.
(헉~ 그런데 이 DC 출력값은 입력단의 OP앰프와 관련이 있어 보입니다. TI사의 땡칠이로 쓸 때는 13mV 정도 나오던게 JRC사의 땡칠이로 쓰니 5mV 이하로 나오네요. 또한 AD823을 꽂으니 놀랍게도 0.5mV 이하 수준으로 나옵니다. 즉 입력단의 OP앰프가 DC 출력값을 크게 결정하는 듯 합니다.)

2. CRD(Current Regulating Diode)대신 다른 CCS(Constant Current Source)를 사용할 수 있는데, 저는 현재(but, 위 앰프사진에선 CRD인 E-102가 꽂혀져 있음) 과거 제 "[정리] META42 관련 작업 내용" 글에서 소개드린 바와 같이 317LZ과 500옴의 저항을 이용하여 약 3.2mA의 전류를 바이어싱하고 있습니다.
우리 하스에선 노현준님이 이렇게 317을 이용한 바이어싱을 애용하고 계시지요. :->

3. Simpson Buffer에서의 TR들은 과거 제 글에서처럼 열결합을 하였습니다.

4. 위 앰프들의 제작에서 사용한 모든 TR은 2SC1815(NPN), 2SA1015입니다.

5. Eaton 버퍼에서의 LED는 전압강하가 2V 내외가 되는 일반 LED를 사용하셔야지 그보다 훨씬 커서 3V를 넘어서는 청색 또는 백색 고휘도 LED 등을 쓰시면 TR에 과대전류가 흘러서 타버릴 수 있습니다.

6. 여기서 소개한 회로도는 원 회로도의 용량값을 그대로 표현한 것인데 저는 실제로 일부 값을 변경하여 사용하였습니다. 즉, Simpson 버퍼에서 51옴 저항이 없어서 47옴으로 썼고, 1.5K 저항대신 1.3K 저항을 써서 아이들 전류를 다소(약 20~30%) 증가시켰습니다. 이 경우 +/-12VDC 입력에서 TR 한알당 약 9~10mA의 아이들 전류가 흐르게 됩니다.

7. 위 앰프 배선도대로 그리면 증폭률이 약 3정도 됩니다. 이 값을 줄이고 싶으시다면 실체배선도상의 4.7K 노란색 저항부분을 큰값(최대 10K)으로 바꾸시고 반대로 늘리고 싶으시다면 작은값(최소 1K정도)으로 바꾸시면 됩니다.

8. 앰프 회로에서 최종 출력단의 0옴 또는 100옴 선택은 완전 만드시는 분의 마음대로 이며 47옴이나 120옴 등도 많이 애용되는 저항값입니다.

9. 이 앰프는 전 부분에서 커플링 콘덴서를 사용하지 않았습니다. 이것은 소스쪽에서 DC 성분이 유입되지 않는다는 가정하에 적용되어야 하므로 만약 소스쪽에서 직류성분이 출력된다면 입력단에 반드시 1.0uF 정도의 필름 콘덴서로 커플링해야 합니다. 그런데 아주 오래된 아날로그 시대의 소스가 아니라면 대부분의 소스기기에서 직류성분은 검출되지 않을 것으로 생각됩니다.

10. 며칠 사용하다보니 이 앰프는 OP앰프를 버퍼로 사용할 경우 아무 OP앰프에서 다 작동되는 것이 아니고 상성이 있다는 것을 알았습니다. 즉 증폭도 072로 하고 버퍼도 072로 사용하면 제대로 들리지 않았고 다른 몇몇 OP들의 조합에서도 뚜렷하게 나타났습니다. 이것은 제 생각에 Global Feedback Loop와 깊은 관계가 있다고 생각됩니다. 어떤 경우는 아예 소리조차 들리지 않으니까요. 이런 것을 꼭 참고하시기 바랍니다.
한편, 이 Global Feedback Loop 때문에 회로의 중간에 크로스피더를 넣을 수 없는 것 같습니다. 넣어봤자 크로스피더가 먹질 않거나 음의 왜곡이 발생할 것 같습니다.
그러므로 OP앰프를 Buffer로 사용하시거나 크로스피더를 넣고 싶은 경우엔 Global Feedback을 죽이고, Local Feed을 사용하시면 이런 문제는 해결됩니다. 즉 Global Feedback인 10pF 콘덴서와 10K 저항은 아예 떼어 버리고 R5는 Short, R6자리엔 10K 저항을 꽂으시면 됩니다.


감상
====
저는 이런 버퍼단들의 소리차이를 구별하지 못합니다.
사실 이러한 단순한 디스크리트 TR 방식보다 훨씬 정교하고 복잡한 회로가 작은 OP 앰프 한알에 들어 있지요.
그러므로 세계 최고의 전문가 및 영재들이 머리를 싸매고 만든 OP앰프의 소리가 위와같이 단순하고 교과서적인(?) 디스크리트 구성보다 못할 이유는 거의 없습니다.
단지 소리자체 보다는 헤드폰을 구동할 수 있는 능력(출력)면에서 이런 디스크리트 방식이 유리한 면이 있는 것이고 만드는 과정도 OP 앰프 달랑 한알 박아 넣는 것 보다 훨씬 재미 있습니다.

하여간, 현재 며칠째 Tomo Szekeres와 함께 가장 사랑스러운 앰프가 되고 있으며,
이변이 없는 한 앞으로도 당분간 그럴 것 같습니다. (자작에 극도의 자제가 필요한 형편이라서요...)
그런데 저 여러가지 버퍼들중 실제로는 어떠한 버퍼를 주로 듣느냐고요?
현재는 Simpson 버퍼를 꽂아 놓았지만 계속해서 다른 놈들도 바꿔가면서 천천히 즐길 계획입니다.
다 귀여운 놈들이지요...

그럼,
즐음, 즐자작, 하스만세~~~

★★★ 문제점 발견 ★★★
현준님의 지적에 의해서 회로상 중대한 오류(?)가 발견되어 공지합니다.
위의 회로에서 Multi-Loop를 사용하시면 버퍼로서 OP앰프나 Buffer IC를 쓸 경우 외에는, 즉 디스크리트 방식의 버퍼단을 사용하실 경우에는 수십~수백mV 정도의 DC값이 검출되오니 이런 디스크리트 방식의 버퍼 모듈을 꽂을 것이라면 반드시 Multi-Loop는 사용하지 마셔야 합니다.
즉 Multi-Loop는 Discrete Buffer에서도 단순하게 작동되는 것은 아닌 듯 합니다.

저는 원래 Multi-Loop를 사용하지 않고 있던터라 발견하지 못했던 문제점인데 현준님께 감사드립니다.
결국에 제 실력부족상 이 앰프에서 Multi-Loop는 유용성이 떨어진다고 볼수 있겠습니다. ㅠ.ㅠ
그래도 일단 회로도나 배선도에서 Multi-Loop 부분은 없애지 않으려 합니다. OP앰프나 Buffer IC를 사용시에는 효력을 나타내므로 없는 것 보다야 낫겠지요.