[액세서리] 데논 DL-103 MC 카트리지에 대해

[액세서리] 데논 DL-103 MC 카트리지에 대해

 

Bin

 

Updated at 2024-03-01 04:34:01

 

 

 잘아시겠습니다만, 데논 (舊 일본전기음향주식회사)의 DL-103 MC 카트리지는 1964년부터 데논과 NHK가 공동 개발해 방송용으로 NHK에 납품했고, 1970년 민수용으로도 출시됐습니다. 이후 개량형인 103S (1974년), 103D (1977년), 103M (1983년), 103LC (1985년), 103R (1994년) 등이 시판됐고, 103과 103R이 현재까지 생산되고 있습니다. 2019년까지만 해도 103은 20만원 전후, 103R은 30만원 전후로 구할 수 있어, 입문용 MC 카트리지로도 유명했습니다. (현재 103은 국내에서는 단종됐고, 103R은 가격이 약 50% 인상됐습니다.) 물론 지금은 더 현대적이고 나은 성능의 MC 카트리지를 선택할 수 있습니다만, 수많은 카트리지들이 등장하고 사라지는 동안 DL-103은 튼튼한 내구성, 평탄한 출력 특성, 비교적 낮은 가격으로 현재까지 꾸준히 사랑받고 있습니다. 

 

 60여년 전 일본 잡지에 실린 글이지만, DL-103의 성능과 개발과정에 대해 정리한 자료가 있어 카트리지 설계 기준에 대해 공부도 할겸 거칠지만 번역해봤습니다.

DENON Museum - Model History -@1970 - DL-103 - pJ[gbWDL-103̐¥

www.denon.jp

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방송용 카트리지 데논 DL-103의 성능

(1965년 9월 「라디오 기술」 (ラジオ技術)지에서 발췌)

　NHK에서는 1963년부터 FM 스테레오 실험 방송을 했습니다. 방송 시간이나 프로그램 종류의 증가에 따라 시판 스테레오 레코드도 프로그램 소스로 사용할 기회가 늘어, 하이파이 스테레오 카트리지가 요구되었습니다.

 

　이를 바탕으로, NHK에서 국내외의 스테레오 카트리지를 조사 후, 1964년 봄부터, 당사 (데논)와 협업으로, 방송용으로 바람직한 성능을 가진 스테레오 카트리지의 개발을 진행했습니다. 그리고 1965년 초, 기대한 성능의 시제품이 나왔기 때문에 실용시험으로 이행하고, 매년 봄 열리는 NHK 방송기술연구소 공개일에 일반 공개되었습니다. 그리고 DL-103의 발매에 맞춰, 이 스테레오 카트리지의 설계 방침과 개략적인 구조, 더 나아진 성능에 대해 소개하고자 합니다.

 

■ 방송용 스테레오 카트리지에 요구되는 성능

 

　방송용 스테레오 카트리지가 갖추어야 할 성능 중, 음질에 관해서는 하이파이 스테레오 카트리지에 요구되는 성능과 같습니다만, 방송용으로는 취급의 용이함, 안정성 등이 요구됩니다. 그밖에 요구되는 성능은 순서대로 아래와 같습니다.

 

(1) 재생 대역이 넓고 출력 전압 주파수 특성이 평탄할 것

 

　재생 대역을 넓게 하는 것은, 실용 대역 내 성능 향상으로 이어져 바람직합니다만, 다른 조건을 고려하면 자연히 한계가 있어, 이 한계 주파수의 상태가 정리된 후의 광대역은 바람직하겠습니다.

　저음역에서는, 매우 낮은 음역에 레코드의 휨에 의한 잡음 성분이 있고, 또한 카트리지의 음골 추적 능력을 향상시키기 위해, 불필요한 저음까지 재생 대역을 넓히지 않는 편이 상책임으로, 저음 공진주파수를 10Hz 이상으로 택해야 합니다.

　고음역에서는, 기계 임피던스를 낮추기 위해, 기계적 강도를 고려해 진동계를 경량·소형화하고, 고음 공진주파수는 될수 있으면 높여야 합니다.

 

(2) 좌우 분리도 (channel separation)가 좋을 것

 

　좌우의 분리도는 스테레오 방송 송신설비의 기술 기준으로는 30dB 이상이 요구됩니다만, 스테레오 카트리지로 재생 주파수 전대역에 걸쳐 30dB 이상의 좌우 분리도를 얻는 것은 곤란하므로, 스테레오 커터 헤드의 특성도 함께 고려해, 100~5,000Hz의 주파수 범위에서는 20dB 이상을, 5,000Hz 이상의 고음역에서 좋은 분리도는 입체감 이외의 음질에도 관계가 있으므로, 10,000Hz 에서도 15dB 이상을 목표로 했습니다.

 

(3) 좌우 감도차 (channel balance)가 작을 것

 

　스테레오 음의 좌우 신호 레벨 차의 검지 (檢知) 한계는 약 1.5dB이므로, 좌우의 감도차의 허용 한계는 2dB 이내를 목표로 합니다.

 

(4) 바늘 부분의 기계 임피던스가 작을 것

 

　음골을 추적하는 데 필요한 침압은 바늘 부분의 기계 임피던스 (mechanical impedance)의 크기에 좌우되며, 침압의 크고 작음은 음골의 변형에 직접적인 관계가 있습니다. 그러므로 음골을 손상하지 않기 위해 되도록 가벼운 침압으로 작동하는 것이 바람직하며, 그러기 위해서는 기계 임피던스를 줄일 필요가 있습니다. (역자 주: 기계 임피던스가 작으면, 작은 힘을 가해도 그 물체는 잘 움직임.)

 

　음골의 변형은, 음골의 벽에 가해지는 힘이 바늘 부분의 진동계 유효질량과 특히 관계가 있어, 유효질량을 작게 할 필요가 있습니다. 저음역에서 아무리 강성 (stiffness)을 작게 해도, 진동계의 유효질량이 크면, 고음역에서 음골의 변형이 두드러져 고충실 음향 재생이 곤란해집니다.

 

　설계 목표를 세우기 전에 국내외 유명 스테레오 카트리지를 조사한 결과, 고음역의 기계 임피던스에 관해서는 만족할만한 것이 적고, 개선의 여지가 있음을 알게되었습니다.

 

　레코드 녹음 방식에서 45° 방향으로 녹음할 수 있는 속도 진폭의 최대값에서, 기계 임피던스와 침압에 대해 간단히 고찰해 봅시다. 그림 1은 45° 방향으로 녹음할 수 있는 속도진폭의 최대값을 보여줍니다.

 

그림 1. 녹음할 수 있는 최대 속도진폭 (45° 방향 최대값)

 

　저음역에서는 음골의 간격으로 최대 진폭이 억제됩니다. 중음역에서는 녹음 바늘의 형상에 따라 녹음할 수 있는 속도진폭은 선속도 (線速度)와 같은 크기까지 제한됩니다. 고음역에서는 녹음할 수 있어도, 재생 바늘의 바늘 끝 구면 반지름이 유한하므로, 이것과 같은 곡률 반지름의 신호까지 밖에 재생할 수 없다는 제한이 있습니다.

 

그림 2. 45° 방향의 기계 임피던스 특성의 예

 

　여기서 스테레오 카트리지의 45° 방향의 기계 임피던스로서 그림 2의 점선과 같은 값 (진동계 지지부분의 등가 강성 5×10^5 dyne/cm)을 가정하면, 그림 1의 실선과 같은 속도진폭 신호를 각각 단독으로 재생하는데 필요한 최소한도의 침압 W는,

으로 주어집니다. 이 값은 그림 3의 점선으로 표시됩니다.

 

그림 3. 필요한 침압

 

이 그림은 저음역의 큰 진폭 신호를 재생하기 위해 약 2g 이상, 고음역의 큰 진폭 신호를 재생하기 위해 약 1g 이상의 침압이 필요함을 보여줍니다.

 

　다음으로 그림 2의 실선과 같이 진동계 지지부분의 등가 강성을 2.5×10^5 dyne/cm로 한 경우를 생각하면, 이 때 필요한 침압은 그림 3의 실선과 같이, 저음역에서 약 1g으로 충분합니다. 그러나 실제로는 레코드에 휨이나 치우침 (off center)이 있기 때문에 0.5g 정도의 여유를 둘 필요가 있습니다. 진동계 지지부분의 등가 강성을 작게 하면, 저음역에 있어서 필요한 침압은 더욱 작게 할 수 있고, 그렇게 하는 것은 기술적으로 그다지 어려운 일은 아닙니다. 그러나, 저음 재생 한계를 10Hz 이상으로 하고, 또한 방송용으로 취급하기 쉽고 튼튼해야 한다는 조건을 고려하면, 필요 이상으로 강성을 작게 하는 것은 상책이 아닙니다. 오히려 저음역의 조건을 만족시킨 상태에서, 고음역에서 가능한 한 유효질량을 저감하는 쪽이 음골의 변형이 적으며, 더 나은 고충실 음향 재생이 가능해집니다. 음골의 변형에 대한 자세한 설명은 생략합니다만, 현미경 사진으로 확인할 수 있습니다.

 

(5) 스테레오 레코드와 모노 레코드를 같은 카트리지로 재생할 수 있어야 함

 

　이 때문에 바늘 끝 구면 반지름을 0.65mil로 했습니다.

 

　이상이 설계 목표의 개요입니다.

 

■ 제품화한 DL-103 카트리지

 

　발전 방식은 고성능으로 하기 쉬운 동전형 (動電形, dynamic type)으로 했습니다만, 이 경우 공심 코일만으로는 감도가 낮기 때문에, 최종적으로 전자형 (電磁形, electro magnetic type)의 동작도 포함하는, 철심이 들어있는 무빙코일 (MC)형으로 해서 DL-103이 완성되었습니다.

 

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DL-103의 주요 규격

발전 방식: 무빙코일 (MC) 형

출력 전압: 0.3mV (1,000Hz 50mm/sec 수평방향)

좌우 감도차 (channel balance): 1dB 이내 (1,000Hz)

좌우 분리도 (channel separation): 25dB 이상 (1,000Hz)

전기 임피던스: 40 옴 +- 20% (1,000Hz) 

컴플라이언스: 5x10(-6)cm/dyne (100Hz, 레코드 사용)

바늘 끝 반지름: 16.5 마이크로미터 (0.65mil)

침압: 2.5g +- 0.3g 

재생주파수 범위: 20 ~ 45,000Hz

무게: 8.5g

부하저항: 100 옴 이상 (트랜스포머 사용의 경우는 별도)

 

DL-103에 동봉되는 시험성적표 (측정 레코드: JVC TRS-1005)