카트리지의 바늘 형태에 대해 - 사운드스미스

카트리지의 바늘 형태에 대해 - 사운드스미스

 

Bin

 

Updated at 2024-03-03 12:56:14

 

잘 아시겠습니다만, 레코드를 재생하는 카트리지는 스타일러스라고 불리는 바늘이 중요한 역할을 합니다. 바늘은 원추형, 타원형, 라인 컨택트 등 여러 형태가 있고 각각의 장단점이 있습니다. 이미 거래한 분도 계십니다만, 미국에 SoundSmith 라는 카트리지 제작 및 스타일러스 리팁 업체가 있습니다. 그곳 대표 (Peter Ledermann)가 이에 대해 정리한 내용을 공부도 할겸 거칠지만 번역해봤습니다.  

 

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카트리지의 바늘 형태에 대해

 | https://www.sound-smith.com/…

 

바늘 모양이 그리 대단할까요?

 

제가 하고 싶은 것은 스타일러스 모양이 다른 이유와 장단점이 무엇인지 (제조업체와 소유자 모두에게) 가능한 한 명확하게 밝히는 것입니다. 이 짧은 논고에 나오는 내용은 인터넷에서 얻을 수 있는 일반적인 정보 중 일부이지만, 이 다소 신비로운 주제에 대한 저의 40년 이상의 경험과 이해를 정제된 방식으로 개진하는 것이 중요하다고 생각했습니다. 간단히 얘기하자면, 모든 스타일러스는 비용, 성능 및 얼라인먼트 (정렬) 난이도의 절충입니다.

 

원추형 (Conical)은 가장 저렴하고 제조하기 쉽습니다.  여기에는 접합식 스타일러스와 "누드" 스타일러스가 있습니다. 접착식이 가장 저렴한데, 강철 핀에 다이아몬드를 접합하는 방식입니다. 복잡하고 신뢰할 수 없을 것 같지만, 잘 알려진 고도로 발전된 저비용 공정입니다. 다이아몬드를 캔틸레버에 붙이기 위해 다이아몬드 전체를 조심스럽게 가공할 필요가 없기 때문에 비용이 저렴합니다. 이 공정은 다이아몬드를 강철 핀에 접합한 다음 다이아몬드를 원추 모양으로 연마합니다. 그런 다음 강철 핀을 캔틸레버에 관통하거나 붙여 접착합니다. 단점은 높은 질량 (성능의 적)입니다. (강철은 무겁습니다).  장점은 저렴한 비용입니다. (누드 스타일러스와 비교할 때 확실히 그렇습니다.)

 

타원형 (Elliptical) 스타일러스는 “가짜” 또는 “유사” 타원형 (제대로 연마하지 않은 원추형 바늘)부터, 정밀하게 연마돼 일반 타원형보다는 라인 컨택트(Line Contact)에 더 가까운 하이퍼 일립티컬 (Hyper Elliptical)까지 다양한 형태로 출시됩니다. 물론 접합식 타원형과 "누드" 타원형도 있으며, 후자는 질량이 더 낮습니다.

 

다음으로 라인 컨택트와 시바타 (Shibata), 마이크로 라인 (Micro Line) 및 마이크로 릿지 (Micro Ridge), 사운드스미스의 “Optimized Contour Contact Line” 등 더욱 진화한 “파인 라인" (Fine Line) 바늘이 있습니다. 이들은 최소한의 질량을 위해 대개 누드 바늘입니다. 이러한 형태는 레코드의 음골을 재생하는 바늘 면 (반지름)이 더 샤프하기 때문에 고음역 재생 (특히 재생이 어려운 라벨 쪽 음골에서)을 더 잘합니다. 이로 인해 왜곡이 적어, 고음역이 잘 재생되지 않은 품질이 낮은 스타일러스 형태에서 손실되는 이미징, 깊이감 등 섬세한 아날로그 청취 요건을 개선할 수 있습니다.

 

하지만 이런 하이엔드 바늘은 로우엔드 바늘보다 훨씬 더 정밀한 정렬이 필요합니다. 둥근 바늘을 음골에 정렬하는 것이 샤프한 바늘보다 더 쉽습니다. 바늘이 음골에서 옆으로 기울거나 앞으로 기우는 것 등의 정렬 문제가 음골을 올바르게 읽는 데 훨씬 더 중요해집니다.

 

잡음과 음골의 마모 문제도 있습니다. 원추형은 통계적으로 접촉하는 음골의 면적이 적기 때문에 이론적으로 음반의 손상을 덜 감지할 수 있으며 (마모나 손상이 많이 발생한 부분을 읽지 않는 한), 음골의 결함이나 먼지 또는 기타 이물질로 인한 소음으로 인한 잡음을 덜 재생할 수 있습니다. 하지만 레코드판과 스타일러스 모두 마모율이 더 높습니다 (더 빠릅니다). 그러나 정렬은 훨씬 더 쉽게 할 수 있습니다. 하지만 고음역 응답이 훨씬 떨어집니다. 아날로그의 경우, 이는 좋지 않습니다.

 

반대로, 하이엔드 바늘은 잡음 없이 재생하기 위해 더 좋은 상태의 깨끗한 레코드를 필요로 합니다. 제대로 정렬된 하이엔드 다이아몬드 바늘과 고품질 카트리지로 손상되지 않은 깨끗한 레코드를 재생할 때의 즐거움은 말로 다 표현할 수 없을 정도입니다.

 

마지막 기본 고려 사항은 라인 컨택트와 마이크로 릿지 및 사운드스미스의 OCL(Optimized Contour Contact Line) 등과 같은 더 복잡한 라인 컨택트와의 차이점입니다. 제가 공감할 수 있는 가장 명확한 메시지는 모든 하이엔드 바늘 형태는 모두 최고의 성능을 발휘하기 위한 타협이고, 모든 고려 사항을 충족하는 완벽한 형태의 스타일러스는 존재하지 않는다는 단순한 사실입니다. 대부분의 고성능 카트리지는 ”기본" 라인 컨택트 바늘을 사용하지만, 항상 더 나은 것을 원하는 욕구가 있습니다. 그럴수록 아지무즈 (azimuth) 정렬은 더 어려워질 수 있습니다. (불가능하지는 않습니다.) 그리고 안티 스케이팅이 더욱 중요해집니다. SRA (Stylus Rake Angle, 스타일러스 경사각)도 마찬가지입니다.

 

카트리지 설치자 또는 소유자가, 더 복잡한 라인 컨택트 바늘의 아지무스을 잘못 정렬하면 바늘이 음골에 제대로 맞지 않을 수 있습니다. 이는 곧바로 성능 저하를 초래할 수 있습니다.  카트리지 성능의 주요 문제 중 하나는, 카트리지의 움직이는 부분에서 부적절하게 감쇠 및 반사된 '저장 에너지'와 공진 에너지로 인해 캔틸레버를 통해 되돌아가는 반사 에너지입니다.  통계적으로 말하자면, 카트리지 발전기의 움직이는 부분에 저장된 이 (관성) 에너지는 ( | https://www.sound-smith.com/…에서 자세히 설명하는 주제) 바늘이 음골에 밀접한 접촉을 유지하는 대신 지터를 일으키게 합니다. 그 결과 레코드에 담긴 정보의 “샘플 레이트”가 떨어집니다. 카트리지 설정과 정렬이 제대로 이루어지지 않은 경우, 고급 바늘의 부적절한 정렬은 매우 분명하게 드러납니다.

 

이보다 복잡한 형태의 라인 컨택트 바늘은 성능 측면에서 매우 바람직하지만, 더 정밀한 아지무스 정렬과 인내심이 필요합니다. 올바르게 했고, 카트리지도 이런 유형의 바늘에 걸맞는다면 결과는 매우 놀라울 수 있습니다.

 

USB 현미경. 이러한 장치는 매우 인기 있고 저렴해 스타일러스 정렬을 보조하는 데 자주 사용됩니다. 하지만 스타일러스를 정렬할 때, 특히 SRA (스타일러스 경사각)와 관련하여 스타일러스를 정렬할 때 USB 현미경으로 최종 판단하면 안 됩니다. 옆에서 촬영한 정지 화상은 스타일러스가 실제로 음골을 접촉하는 모습을 담지 않을 수도 있습니다. 이 접촉면은 흔히 생각하는 것처럼 다이아몬드 몸체와 일직선이 될 필요는 없습니다. 다이아몬드 형태와 고정 방식에 따라 +-5도까지 접촉면의 위치가 달라질 수 있으며, 일부 형태는 다이아몬드 본체 축에서 최대 20도까지 벗어날 수 있는데, 일반적인 USB 검사로는 눈에 띄지 않습니다.

 

더 중요한 것은, 움직이는 것이 아닌 매끄러운 표면이나 레코드 위에 정지한 스타일러스는 결코 재생 시스템의 최종 SRA를 나타내지 못한다는 것입니다. 그 이유는 간단하지만 보통 전문가와 일반인 모두 SRA를 위해 USB 현미경을 사용하는 방법을 제안하면서 간과하는 경우가 많습니다. 레코드판이 돌때 바늘에 가해지는 마찰력으로 인해 캔틸레버가 위쪽으로 흔들리게 됩니다. 얼마나 많이? 이는 수직 컴플라이언스의 함수에 따라 달라지며, 모델마다, 심지어 한 모델 유형 내에서도 나이 및 기타 요인에 따라 크게 달라질 수 있습니다.

 

그렇다면 SRA를 올바르게 설정하려면 어떻게 해야 할까요? 그리고 USB 현미경은 어떻게 사용하나요?

 

가장 좋은 방법은 레코드가 움직이지 않는 상태에서 접촉면을 94-95도로 설정하고, 레코드가 돌때 캔틸레버가 위로 흔들려 SRA를 최대 92도까지 바뀔 수 있다는 것을 인식하는 것입니다. 귀로 조정할까요?  얼마나? 이럴 때 귀가 매우 유용합니다. 가수의 목소리가 물러나지 않아야 하고 저음은 단단해야 합니다. 치찰음이 너무 많거나(SRA가 너무 높은 경우) 소리가 둔탁하게 들리지 않아야 합니다 (SRA가 너무 낮은 경우). 특정 음반이 이 과정에 도움이 될 수 있으며 인터넷에서 많은 추천 음반을 찾을 수 있습니다. 

 

일단 오른쪽에서 봤을 때 톤암이 레코드판 표면과 평행한 상태에서 (카트리지는 업체가 제대로 만들었을 것이라고 믿고), 취향과 성능에 맞춰 암의 높이를 위아래로 조정해 볼 것을 제안합니다.

 

피터 레더만 / 사운드스미스 코퍼레이션 대표

 

 

아래 내용은 인터넷에 공개된 내용 중 일부로, 보충 정보로만 제공하는 것이며, 특히 스타일러스 수명과 관련된 내용은 사운드스미스의 피터 레더만이 특별히 보증하는 것이 아닙니다. 스타일러스는 1,000 시간 사용했을 때 (레코드 손상이 시작되기 전까지 제대로 정렬된 스타일러스의 일반적인 최대 수명), 전문가가 현미경 검사를 통해 신중히 점검해야 한다고 믿습니다.  

 

 

원추형 스타일러스

 

LP 레코드가 처음 발명되었을 때 스타일러스 유형은 원추형/구형뿐이었습니다.

 

하지만 문제가 있었습니다...

 

스타일러스의 직경이 너무 커서 더 높은 주파수를 기록하는 음골 사이에 들어갈 수 없었습니다.

스타일러스의 직경을 줄이는 것은, 접촉면이 음골 아래로 너무 많이 떨어져 바늘 끝이 바닥에 끌릴 수 있기 때문에 불가능했습니다....

해결책: 타원형 스타일러스의 발명. 간단히 말해 측면의 지름이 작고 앞뒤로 큰 지름을 가지고 있습니다.

 

 

타원형 스타일러스

 

측면 반지름의 직경이 작을수록 ,스타일러스가 고음역을 더 읽을 수 있어 갑자기 치찰음이 더 이상 왜곡되지 않습니다!

표준 타원형 크기는 다음과 같습니다:

 

- 0.4 x 0.7 mil/10 x 18 um: 보급형 바늘

- 0.3 x 0.7 mil / 8 x 18 um: 고급 바늘

- 0.2 x 0.7 mil / 5 x 18 um: 프리미엄 바늘

 

라인 컨택트 및 시바타 스타일러스

 

지금까지는 간단했죠?

 

이제는 그렇지 않습니다.

 

CD4 쿼드 4채널 레코딩 개발 시, 타원형 스타일러스로 달성할 수 있는 최고 주파수의 두 배 이상인 45kHz까지 녹음 및 재생할 수 있어야 했습니다.

 

또한 45kHz에 필요한 음골의 매우 미세한 굴곡은 더 쉽게 마모될 수 있으므로 

1) 훨씬 더 높은 주파수를 추적하고 

2) 레코드의 마모를 줄일 수 있는 바늘이 필요했습니다.

 

이를 달성한 최초의 스타일러스는 유명한 “시바타” (발명자의 이름을 따서 명명)입니다.

(편집: 1950년대 후반에 출시된 피라미드 스타일러스가 라인 컨택트 스타일러스의 첫 시도로 보이지만, 당시 시장에서 그 필요성이 절실하지 않아, 이 개념은 상업적으로 실패해 흔적도 거의 남지 않고 사라져 버렸습니다. 이후 CD4와 시바타가 출시되면서 이 아이디어는 다시 부활했습니다).

타원형 및 시바타 스타일러스의 접촉면

 

시바타 바늘의 크기

 

- 6 x 75 um: "대형" 시바타

- 6 x 50 um: "소형" 시바타

 

음골에 작은 원형 "점" 접촉 대신, 시바타의 복잡한 형태는 음골에 긴 수직 “선” 접촉을 할수 있게 했습니다.

 

음골에 더 많이 접촉한 결과 두 가지 주요 목표를 달성할 수 있었습니다.

 

벽면 접촉이 개선되어 트래킹 성능이 향상되고 정보를 뽑아내는 능력 개선되었으며 (고음역 재생을 용이하게 함), 총 접촉 표면적이 증가했기 때문에 평방 면적당 압력의 양이 크게 감소했습니다. (압력이 적을수록 레코드와 스타일러스 모두 마모가 덜 발생.)

실제로 시바타의 측면 반지름은 0.2 mil 타원형 바늘과 거의 동일하므로, 이론적으로는 고주파를 추적하는 능력이 동일하지만, 타원형 바늘은 작은 영역에만 접촉해 음골이 마모될 수 있으므로 고음역에서 성능이 저하될 수 있습니다.

원추형 또는 타원형 스타일러스로 재생한 음반을 시바타 스타일러스로 재생하면 거의 원음에 가까운 사운드를 얻을 수 있는데, 이는 시바타 바늘이 더 단순한 형태의 바늘이 닿지 않는 영역의 음골을 "읽을 수 있기 때문"입니다.

 

시바타가 출시된 후 여러 경쟁업체에서 매우 유사한 모양을 개발하여 다양한 이름으로 판매되고 있습니다:

 

- 하이퍼 일립티컬: 다양한 크기!

- Stereohedron: 0.3 x 2.8 mil (7 x 72 um)

- 라인 컨택트: 다양한 크기

- 파인 라인: 8 x 40 um

 

이들은 모두 거의 동일합니다.

 

 

더 복잡한 형태의 스타일러스

 

다음 단계는 네덜란드의 반 덴 헐이라는 디자이너가 주도했는데, 그는 컴퓨터 분석을 통해 레코드 마스터를 만드는 데 사용되는 커터의 헤드에 최대한 가깝게 복제하면서 측면 반지름을 더 줄인 스타일러스 형태를 개발했습니다.

 

이는 두 가지 의미를 가집니다: 

1) 측면 반지름을 줄임으로써 왜곡을 줄이고 고음역의 트래킹 능력을 개선했으며, 

2) 접촉면의 길이를 늘려 스타일러스와 레코드판의 마모를 줄이고 수명을 늘렸다는 것입니다.

 

이는 다시 다양한 이름으로 알려진 스타일러스로 이어졌습니다:

 

- 마이크로 라인: 2.5 x 75 um

- 마이크로 릿지: 3.8 x 75 um

- VanDenHull: 4 x 70 um

- 프리츠가이거 (FritzGeiger): 5 x 70 um

- SAS: 2.5 x 75 um

- 파라트레이스 (Paratrace): 4 x 70 um

 

각 스타일러스의 비율은 조금씩 다르지만 대부분의 측면 반지름은 시바타의 약 3분의 2에서 절반 정도이므로 사실상 0.1 mil 입니다.

이 “특이한” 바늘은 보통 컴퓨터 레이저 커팅으로 제작되며, 가격에는 이러한 바늘을 제작하는 데 필요한 추가 노력이 반영되어 있습니다.

 

 

마모 및 수명

 

극한의 라인 컨택트가 마모를 줄인다는 것은 알고 있습니다...... 하지만 그 차이점은 무엇일까요?

 

높은 평가를 받고 있는 SAS 스타일러스 제조업체인 JICO에 따르면, 스타일러스가 15kHz에서 지정된 수준의 왜곡을 유지하는 재생 시간은 다음과 같습니다:

 

- 구형/원추형: 250시간

- 타원형: 150시간

- 시바타/라인 컨택트: 400시간

- SAS/마이크로 릿지: 500시간

 

500시간이 지나면 SAS 스타일러스가 닳았다는 의미는 아니며, 이 단계의 마모는 15kHz에서 왜곡이 JICO가 지정한 수준을 초과하는 지점에 도달했다는 뜻입니다. (3% 라고 생각합니다.)

 

전통적으로 일부 제조업체는 스타일러스가 레코드를 손상하기 시작하면 "마모"된 것으로 정의해 왔는데, 이럴 경우, JICO의 시간은 적어도 두 배, 경우에 따라서는 네 배까지 늘어날 수 있습니다.

 

 

요약

 

깨끗한 레코드의 경우, 순수히 음향적인 측면에서 최고 수준의 타원형 바늘은 최고급 라인 컨택트/시바타 바늘을 제외한 모든 스타일러스에 필적할 수 있지만, 궁극적으로 더 나은 마이크로 라인 바늘이 이를 능가합니다.

 

바늘과 레코드의 마모를 줄인다는 측면에서 볼 때는, 라인 컨택트/시바타 유형이 시작점입니다.

 

마모된 레코드를 재생하는 측면에서도, 라인 컨택트 바늘 유형은 마모되지 않은 음골에 접촉할 수 있다는 이점이 있습니다.

 

측면 반지름이 좁아지면 트래킹 능력이 향상되고 고음역 왜곡이 줄어듭니다. 

 

p.s. 오디오테크니카 2019년 영문 카탈로그에서 발췌한 내용 추가합니다.