포노 카트리지 규격의 해석 (1)

턴테이블의 전성기에는 포노 재생의 기술에 관한 좋은 서적이 여럿 있었으나, 지금은 기술을 정확히 기술한 책보다는 이상한 논리의 자료가 지배를 하고 있어서, LP의 음질의 모든 것을 결정하는 카트리지만이라도 관련 기술을 정리해봅니다.

카트리지 평가나 선택이나 사용에 도움이 될 수 있는 자료로 구성하려 합니다. 이 방은 토론의 장소로, 의견이 있으시거나 질문이 있는 분에게 정보를 서로 나누는 장이 되었으면 합니다.

카트리지의 스펙을 이해하는 것이 카트리지를 알기 위해 필요하다고 판단하여, 어떤 두 회사에서 나온 MM 카트리지의 스펙을 기준으로 그 용어를 하나하나 설명하였고, 그 용어와 관련된 내용을 정리해 보았습니다.

본론에 들어가기 전에 LP의 재생에 관련된 기본 지식을 정리해 보았습니다.

 

 

Phono LP의 재생

 

 

모든 오디오 기기의 소리는 주파수 특성과 파형, 위상 등등의 찌그러짐으로 음질이 결정됩니다.

이들 모두가 간단한 숫자로 표현 되어야 하나, 카트리지는 기계적인 기록을 전기신호로 바꾸는transducer로, 여러 다른 요소들과 결합하여 특성이 나타나는 것들이 많고 결과가 복잡한 그라프의 형태로 나오는 것들이 많아서 정확히 이해 하지 않으면 제조사에서 제공해 주는 자료도 이해하기 쉽지 않습니다. 발표되는 규격에는 몇몇 물리적 수치정도가 전부인 상황이라 그 물리 수치들을 이해하고 해석하는 방법을 알아야 그 카트리지를 평가 판단하고 특성에 맞추어 사용할 수 있습니다.

 

 

LP재생에서 이 모든 음질은 카트리지와 레코드 판에서 결정됩니다. 턴 테이블의 다른 부분은 카트리지가 잘 동작하게 하는 도와주는 역할을 할 뿐이어서, 소리가 나쁘지 않게 하는 역할만 수행하는 꼴 입니다.

 

 

레코드판에 기록된 LP의 음파 신호는 속도 변조 형태로 기록이 되어있습니다. 속도변조 방식은 같은 크기 소리의 정현파의 기록 진폭이 주파수의 역수에 비례하여, 소리골의 진폭이 주파수가 낮으면 커지고 주파수가 높아지면 작아집니다.

저음의 소리골 진폭이 너무 커져서 큰 면적을 차지하여 기록 시간이 짧아지고, 사람의 귀에 민감한 고음에서 진폭이 작아져서 잡음에 대비해 약해져 고음 재생이 어렵게 됩니다. 이를 극복하기 위해 저음을 억제하고 고음을 키워서 기록하는 방법 중에 미국의 음반 협회(RIAA)에서 제안한 방식이 전세계 표준으로 되어 있습니다.

RIAA 앰패시스에 의해, 주파수에 따라 기록하는 진폭을 증가시켜서 각 주파수의 신호 크기는 주파수에 따라 거의 변함이 없는 수준으로 기록되는 셈이나, 카트리지 입장에서는 RIAA에 무관하게 기록된 신호 그대로를 재생해야 합니다. 옛날 많이 사용한 압전형은 진폭변조 방식으로 신호를 만들기에 RIAA로 기록한 LP에서 EQ에의한 주파수 특성 보정없이 사용가능합니다.

 

 

회전하는 원판형 비닐디스크 표면에 음파의 파형 그대로 기록해서, 그 파형의 진동을 접촉한 바늘의 진동을 전기 신호로 바꾸어서 소리를 재생하는 방식의 LP는 Mono기술부터 표준화가 된 이후에 모노판과 호환되는 스테레오 판으로 규격이 정해졌습니다.

기록은 90도 각도로 벌어진 두 면의 골에서 한 쪽 면은 오른 쪽 신호, 다른 한 쪽은 왼쪽 신호로 기록되나, 바늘이 수평으로 움직이는 진동이 모노신호이고, 수직으로 움직이는 신호는 좌우 신호간의 차이 신호가 됩니다.

 

 

좌우로 움직일 수 있는 범위는 다른 소리 골을 서로 피하게 만들 수 있어서 어느 정도 여유가 있으나, 소리골의 깊이는 평균 27미크론 정도에 지나지 않고 키울 수가 없어서 수직으로는 진폭이 최대 peak를 11미크론 남짓만 사용할 수 있습니다. 이 이상의 크기로 기록하면 바늘이 소리 골에서 빠져 나와 버립니다.

이런 이유로 레코드판을 만들 때에, 80Hz이하의 저음은 모두 모노로 기록하고, 수직과 수평 신호로 만들어 기록하며 수직 신호(스테레오 분리 신호)의 크기를 조절해 주어야 합니다.

 

 

톤암에 장착된 카트리지의 바늘 팁을 움직였을 때, 그 바늘 팁에 연결된 바늘축(cantilever)이 움직이고 그 cantilever에 고정된 발전기에서 전압을 발전시켜 신호로 보내는 것이 전축 재생의 원리입니다.

카트리지의 팁에 힘을 가하면 움직일 수 있는 것이 바늘축과 톤암 전체입니다. 바늘 팁을 움직일 때 cantilever의 움직임을 제어하는 카트리지 바늘의 탄성체로 속도를 얻기 위해 필요한 힘은 주파수에 반비례해서 감소하고, 톤암전체를 움직임을 제어하는 것이 톤암의 등가 무게로 속도를 내기 위해서는 주파수에 비례해서 힘이 증가해야 합니다.

 

 

톤암에 장착된 카트리지의 바늘 팁에 재생하는 LP판에서 아주 천천히 1Hz정도부터 좌우로 흔들어 주면서 주파수를 증가해 나가면, 초저음에서는 카트리지 바늘의 compliance가 딱딱하게 작용하고, 전체 톤암의 무게를 움직이는 것이 쉬워서(힘이 적게 필요해서) 톤암 전체가 좌우로 따라 움직여서 출력을 내지 못합니다. 흔들리는 주파수를 점점 올려주면, 톤 암 전체를 움직이기 위한 힘은 증가하고 stylus 를 움직이기 위한 힘은 점점 감소하여, 바늘축이 점점 움직이면서 조금씩 발전하는 신호 전압이 증가합니다.

 

 

톤암의 등가 무게와 바늘의 compliance를 움직이는 힘이 동일해지는 공진 주파수에 접근하면서, 톤암의 움직임이 커지고 바늘축도 그 반대방향으로 진동하면서 갑자기 큰 출력을 내기 시작합니다. 주파수가 더 올라가면, 톤암은 무게의 관성으로 점점 고정되어 움직이지 않고 바늘축만 움직이게 되어 정상적으로 기록된 소리를 전기 신호로 재생합니다.

 

 

이 과정이 저음의 재생 한계를 결정해 줍니다. 저음 특성은 톤암의 무게와 카트리지 바늘의 compliance의 공진 주파수와 댐퍼(톤암의 댐퍼오일 또는 일부 카트리지의 브라쉬)에 의해 결정됩니다.

저음 공진 주파수 이하의 주파수로 기계적인 진동을 바늘에 가해 주어도 톤암 전체가 움직여서 전기 신호를 거의 만들지 않고, 공진 주파수보다 높은 주파수로 바늘에 진동을 주면 톤암은 진동하지 않고 카트리지 바늘축이 팁에 가해지는 진동 그대로 움직여서 전기 신호가 발생합니다. 즉, 전체 톤암 등가무게와 과 카트리지의 compliance의 곱으로 결정되는 공진 주파수가 저음의 한계가 됩니다.

이 공진으로 생기는 신호가 아주 크기 때문에, 억제하기 위해 일부 톤암에 오일 댐퍼를 만든 것도 있고 카트리지에 솔을 달아서 댐퍼 역할을 하게 만든 것도 있습니다.

 

 

톤암의 등가 무게와 바늘의 compliance의 공진 주파수를 신호가 없는 10Hz정도에 맞추는 것을 카트리지와 톤암의 매칭이라고 합니다. 10Hz보다 낮으면 레코드판의 휨 등에 의한 잡음을 받아들어 우퍼가 눈에 보이게 크게 흔들려서 심한 찌그러짐을 만들고, 10Hz보다 높으면 녹음된 가청 주파수에 가까워서 심한 하울링을 만들 수 있습니다.

카트리지를 평가하면서 저음 운운하는 것은 전부 엉터리로 보면 100%정확합니다. 저음은 톤암의 역할이 크며, 카트리지에 맞는 톤암을 사용해야 합니다.

 

 

점점 주파수가 올라가서 고음으로 가면, 바늘 팁이 그 고음 소리골을 따라 가는 능력(tracing)의 한계에 접근하고, 바늘 팁의 등가 무게와 바늘축 자체 탄성과의 공진이 일어나고, 바늘 팁의 무게와 LP판의 표면 탄성과의 공진이 일어나면서 생기는 고음 피크 주파수를 넘어서면 급격히 출력 전압이 감소합니다. 여기가 고음의 한계입니다.

고음의 한계는 바늘 팁의 모양, 바늘 팁의 등가 무게와 LP판의 표면 탄성의 공진, 바늘 팁과 바늘의 cantilever의 탄성과의 공진, 카트리지의 내부 임피던스와 부하임피던스의 관계, 카트리지 내부 자기 회로의 주파수 특성 등의 조합으로 결정됩니다.

 

 

카트리지의 비교는 바늘 팁의 가늘기의 한계로 발생하는 tracing error의 영향과 큰 신호도 문제 없이 재생할 수 있는 tracking ability의 한계와 침압의 한계와 소리의 발란스(주파수 특성)가 가장 중요한 비교 요소가 됩니다. 기타 요소로 두채널 간의 발란스와 크로스토크가 있습니다.

 

 

Tracing error 발생은 바늘 팁의 모양에 전적으로 달려있고, tracking ability는 전적으로 팁의 등가 무게와 침압에 달려있고, 판에 영향을 주는 정도는 팁의 무게와 침압에 달려 있습니다.

소리의 발란스는 직접 들어봐야 알 수 있습니다. 어떤 카트리지도 매끈하게 전 음역을 재생하지 못하기에 고음 특성은 여러 요소의 조합으로 만들어 집니다.

각 요소가 어떻게 작용하는지의 원리를 이해하고 규격을 알면 카트리지의 선정에 도움이 되며, 어느 정도의 자신이 원하는 소리로 약간의 조정도 가능합니다.

 

 

 

 

Phono Cartridge Specification

어떤 두 회사의 대표적인 MM카트리지의 규격입니다.

Technical Data	Model A	Model B	Model C	Model D	Model D	Model D	IEC STD
Output Voltage at 1kHz 5cm/sec	5.5mV	5.5mV	5mV	5mV	4mV	3.2mV	7mV~20mV at 10cm/sec
Channel Balance	1.5dB	1.5dB	1dB	1dB	2dB	1.5dB	Less Than 2dB
Channel Separation (1kHz/15kHz)	22/15dB	25/15dB	26/15dB	26/15dB	25/?dB	25/18(10k)dB	20/15dB(1k/6.3k)
Tracking ability (at RTF)	70μm	80μm	80μm	80μm	400Hz:30cm/sec (315Hz 120μm) 10k:31cm/sec	400Hz:30cm/sec 10k:60cm/sec	10kHz:20cm/sec,  2kHz:25cm, 315Hz:23.8
Frequency Range (-3dB)	20~22,000	20~25,000	20~29,000	20~31,000	20~22,000	20~25,000
Frequency Response (20~20,000)	+3/-1dB	+2/-1dB	+2/-0dB	+2/-0dB		+2/-2dB	+-2dB(~8k),+-5dB(~12.5k)
Compliance, Dynamic, Lateral	20μm/mN	20μm/mN	22μm/mN	22μm/mN	?	25	V; more Than 8 μm/mN.
Stylus Type	Elliptical	Nude Elliptical	Nude Fine Line	Nude Shibata	Elliptical	Micro Ridge
Stylus Tip Radius	r/R8/18μm	r/R8/18μm	r/R8/40μm	r/R6/50μm	r/R5/18μm	r/R3.8/75μm	15+-3μ, r/R 6/18μ 2mg
Cantilever					Al	Be
Stylus Mass					0.37mg	0.17mg	2mg
Tracking Force Range	1.6~2.0g	1.6~2.0g	1.4~1.7g	1.4~1.7g	0.75~1.5g	0.75g~1.25g
Tracking Force, Recommended	1.8g	1.8g	1.5g	1.5g	1.25g	1g	Less Than 5g
Tracking Angle	20°	20°	20°	20°	20°	20°	20°
Internal DC Resistance	1.3k	1.3k	1.2k	1.2k	1.55k	815옴
Internal Inductance	700mH	700mH	630mH	630mH	650mH	330mH
Recommended load resistance	47k	47k	47k	47k	47k	47k	47k
Recommended Load capacitance	150~300pF	150~300pF	150~300pF	150~300pF	200~300pF	250pF
Cartridge weight	7.2g	7.2g	7.2g	7.2g	6.6g	6.6g

 

 

-Output Voltage는 카트리지의 표준녹음속도(5cm/sec)에서의 출력 전압으로, 1kHz를 기준의 출력을 의미합니다. 실제 LP에서는 표준신호의 크기 보다 훨씬 더 큰 신호도 기록됩니다.

일반 레코드 기록용 커트는 LP의 최외각에서 36cm/sec(2kHz에서), 최내각에서는 15cm/sec(800hz)정도의 신호는 기록할 수 있습니다. 이 값이 기술적인 한계이나, 그 이상 속도로 기록된 판도 있어서(30cm SP판 등) 50cm/sec의 기록까지도 재생해 내어야 한다는 주장도 있으나, IEC 규격에서는 25cm/sec를 최대로 잡고 있습니다. 즉 5cm/sec의 기준 출력의 5배~7배까지 출력이 나올 수 있는 것으로 봐야 합니다. 포노 앰프는 7~10배까지 들어와도 문제가 없게 만들어져야 합니다.

 

 

-Channel Balance는 1kHz에서의 양 채널의 차이로 2dB이내가 IEC표준입니다. 1dB보다 작으면 사람은 인지 못합니다. 2dB정도면 대부분의 음악 신호에서는 구분 못한다고 합니다.

다른 주파수에서의 발란스도 중요하지만 1kHz만 측정한 값만 표시하는 것은, 이 규격은 생산 시 품질관리 범위로 봐야 합니다. 개별 제품마다 각각 다를 수도 있습니다.

 

 

-Channel Separation 은 각 채널에 다른 채널 신호가 들어오는 채널간 간섭량으로, 1kHz에서 20dB 이상, 315Hz~6300Hz사이에서 15dB이상이 IEC기준입니다. 사람의 소리 방향에 대한 절대 분해 각도는 1kHz에서 5도 정도로 20dB를 약간 넘는 수준입니다.

 

 

-Tracking Ability는 얼마나 큰 신호에서도 찌그러짐이 수준 이하로 유지되느냐를 나타내는 수치입니다. 저주파에서는 바늘의 compliance와 침압에 관련되고, 고주파에서는 바늘 팁의 등가 무게와 침압에 관련되어 표준 침압에서의 값을 나타냅니다.

기준은 315Hz에서는 120미크론의 진폭(23.8cm/sec)을, 2kHz부근에서 25cm/sec을, 10kHz에서 20cm/sec를 최대로 취급합니다.

 

 

B카트리지의 tracking ability 는 compliance와 침압과 관련 되는 것으로, 315Hz에서 compliance가 절반으로 낮아져 10C-U (Compliance Unit: μm/mN)라고 할 때, 80μm의 진동으로 받는 힘은 8mN으로 침압으로는 0.8g에 해당하는 힘이 됩니다. 이 힘이 바늘을 수직으로 밀어 올리는 힘으로 작용합니다.

침압으로 Compliance로 인한 힘과 레코드 판과 바늘 팁과의 마찰로 발생하는 힘 등등 이상을 눌러주어야 저주파에서 바늘이 튕겨나가지 않게 됩니다.

 

 

소리골에 기록된 소리 신호에 의해 카트리지 stylus의 등가 무게를 가속 시키는 힘이 발생합니다. 이 가속도는 기록속도에 각주파수(주파수를 6.28을 곱한 값)를 곱한 값으로, 이 가속도에 등가 무게를 곱한 값이 바늘 팁이 튀려고 하는 힘이 됩니다.

이 튀려고 하는 힘의 수직성분 값과 마찰에 의한 값 등의 다른 요소보다 더 큰 힘의 침압으로 눌러 주어야 바늘이 튀지 않고 안정적으로 재생이 가능합니다.

 

 

고음에서 가능한 기록 속도에서 안정적을 재생하기 위한 침압을 정하고 그 침압에서 문제가 발생하지 않는 compliance를 정하는 설계로 만들어지기에, stylus의 등가 무게에 의해 침압과 compliance와 tracking ability와 주파수 특성까지 대부분의 중요한 특성들이 결정됩니다. 이 때문에 stylus의 등가 무게를 줄이는 기술들이 중요합니다.

 

 

-Frequency Range는 재생 가능한 범위로, 63.5hz~8khz까지는 +-2dB이내, 8kHz이상과 63.5Hz이하에서는 +-5dB이내인 주파수 특성 범위를 표시합니다.

 

 

-Frequency Response는 의무사항은 아니나, 20Hz~20kHz의 주파수 범위내에서의 특성 변화 범위를 표시한 것으로 보입니다. 그러나 이 자료는 여러 요소가 복합적으로 관련 되어있어서 그렇게 믿을 것은 되지 않고 참고용일 뿐입니다.

주파수 특성의 변화는 권장 외부소자의 범위에서는 사람이 인지할 정도는 변하지 않지만, 여기 주파수특성의 변화 dB값보다 크게 변합니다. Cantilever를 지지하고 있는 댐퍼의 특성이 온도에 따라 변하고, LP 레코드의 표면 탄성도 온도에 따라 변하는 영향으로 주파수 특성이 변하는 량도 무시할 수 없습니다.

 

 

-Compliance는 바늘 팁 움직임의 탄성 계수의 역수로, 카트리지의 침압과 톤암과 카트리지의 매칭에 중요한 수치입니다. 바늘 팁에 힘을 주었을 때 얼마나 잘 움직이느냐를 나타내는 수치입니다. 이 값은 cantilever를 지지하는 댐퍼의 특성입니다.

레코드 판의 녹음이 좌우 방향의 신호가 상하 방향의 신호보다 크기에 좌우의 compliance가 상하의 값보다 커야 합니다.

바늘의 댐퍼의 특성에 의해 주파수에 따라 변하기에, static(직류 성분에 대한 값), dynamic(보통 100Hz전후의 값)으로 구분합니다. Static값에 비해 300Hz Dynamic 값은 댐퍼의 재질과 모양에 따라 static값에 비해 0.5~0.7배 전후로 감소됩니다.

 

 

Stylus 등가 질량이 무거우면 큰 침압을 가해야 하기에 compliance도 작게 설계합니다. 침압에 따라 compliance의 크기의 분포는 침압 1g전후 짜리가 25C-U(μm/mN), 2g 전후 짜리가 20C-U, 3g 전후 짜리가 15C-U, 4g짜리가 10C-U 정도가 대부분입니다.

Compliance는 톤암과의 매칭에서 중요한 요소이고, 침압으로 변하는 카트리지의 높이의 변화에 관련 됩니다. Compliance를 작게 만들면 무거운 톤암을 사용해야 하기에(럼블 잡음을 피하기 위해) 높이의 변화를 감수하면서 이 정도로 설정하는 것이 대부분입니다.

침압대비 compliance가 너무 크면, 높이의 변화가 커서 발전 소자를 중점에 맞추기가 힘들어지고, 댐퍼의 큰 변형으로 찌그러짐이 크게 발생하고, skidding 힘에 의해 쉽게 틀어져 큰 찌그러짐이 발생합니다.

 

 

IEC규정은 static 으로 8C-U(Compliance Unit: μm/mN)이상이고 수평값이 수직값보다 커야 합니다. 15C-U이상이 되는 것이 좋습니다.

 

 

-Stylus Tip은 레코드 소리골을 긁어 내는 카트리지의 팁의 모양과 만든 방법과 팁의 곡률반경 숫자로 나타냅니다.

Stylus의 팁은 카트리지의 성능을 결정하는 가장 중요한 요소입니다. 제조 가격도 크게 작용하여, 같은 바디에 바늘만 다르게 만든 모델을 각각 다른 가격으로 출시하는 경우가 많습니다.

 

 

Stylus 팁의 모양의 숫자는 끝 부분을 원추모양 가공한 꼭지의 곡률 반경입니다. 그 표준 곡률 반경은 각 종류의 레코드 판의 중간에 바늘 팁이 접촉하는 크기로, SP판은 63.5미크론, LP 모노판은 17.8미크론으로 정해져 있습니다.

LP 스테레오 판은 모노판과의 호환을 위해 17.8미크론을 표준으로 삼으나 그 정도는 재생에 문제가 많아서, 판에 닿는 부분이 더 세밀한 타원형 등의 모양으로 팁을 가공해서 사용합니다. 이 세밀한 정도를 곡률 반경으로 나타냅니다. 이 세밀한 곡률 반경의 크기에 따라 카트리지가 얼마나 세밀하게 녹음된 것에도 오류가 작느냐를 tracing error 로 나타내고, 팁의 등가 무게에 따라 고역에서의 주파수 특성과 고역의 tracking ability와 침압이 결정됩니다.

 

 

팁의 모양은 모노신호의 소리골 중앙에 접촉시키는 공 모양의 꼭지로 만든 Spherical(원추형)과, tracing error를 개선하기 위해 깊이를 결정하는 쪽의 곡률반경을 그냥 두고 진행방향의 곡률반경을 줄인 타원형과, 접촉부분를 곡률반경을 더 크게 하면서도 소리골의 중앙에 접촉하게 하여 소리골과의 접촉을 더 가는 선모양으로 바꾸어 침압의 영향을 줄이는 구조의 선접촉형이 기본적인 3가지 형태입니다. 생산 회사에 따라서 타원형과 선접촉형을 또 다시 얼마나 큰 곡률반경이냐로 여러 명칭으로 나누기도 합니다. Line contact, micro line, micro ridge, fine line, shibata 등등은 선접촉형이고 hyper elliptical은 선접촉형과 타원형의 중간 단계 정도입니다.

 

 

Stylus tip radius 의 작은 숫자가 소리골의 소리를 읽어 내는 방향의 팁의 곡률반경으로, 얼마나 세밀한 신호를 오류 없이 읽어 내느냐를 나타내고(작으면 작을 수록 tracing error가 작음) 를 수준의 세밀함을 나타냅니다. 큰 숫자는 소리골 중앙 깊이에 접촉하는 부분의 팁의 곡률반경으로, 얼마나 넓게 접촉하여 침압의 판에 영향을 덜 주느냐를 나타냅니다.

 

 

만드는 방법과 재료로는 바늘의 끝 부분만 경질의 다이아몬드로 만든 접합형, 팁 전체를 다이아몬드로 만든 nude diamond 형, 가늘게 가공된 다이아몬드를 사용한 shank형이 있습니다.

가장 값싸게 만들 수 있는 접합형(0.139mg)팁은 알루미늄 등의 가는 봉 끝부분만 가공한 다이아몬드 팁을 접합시켜 만듭니다. 무게를 줄이고 가공 정도를 올리기 위해 팁 전체를 하나의 다이아몬드로 만든 nude다이아몬드 형(0.04mg)이 중급 모델 이상에 적용됩니다. 더 가볍고 더 세밀한 가공을 위해 가는 shank(0.015mg)로 만든 것은 고급 모델에 적용됩니다. 비교를 위해 옛날 SHURE의 자료에서 나온 대표적인 팁의 무게를 표시해 두었습니다.

이 팁의 무게에 바늘의 cantilever 의 등가무게를 포함 된 무게가 전체 고음 특성에 영향을 주기에, cantilever의 재질과 가공도 카트리지에서 중요한 요소가 됩니다.

국제 표준으로는 팁 무게를 포함한 전체 cantilever의 등가 팁의 무게가 2mg이하가 되어야 합니다. Shure사의 고급 모델은 0.17mg라고 자랑했었죠.

 

 

-Cantilever(바늘축)는 팁의 진동을 그대로 발전기를 구동시켜야 하고 그 무게가 레코드 판에 영향을 주지 않아야 하기에, 가볍고 변형이 되지 않는 딱딱한 물질로 만들어져야 합니다.

바늘 팁은 고정 구멍에 삽입하고 에폭시로 고정하고, 소리골을 긁는 힘으로 정상 위치에서 고정하고 탄성을 만들기 위해 강철선으로 연결하여 고정하는 방식을 대부분 사용합니다. 뒤틀러 지지 않게 하고, 발전기의 움직이는 부분을 고정하는 방법은 대부분의 회사에서는 서로의 특허를 피해 각각 다른 방법을 사용합니다.

예를 들면, SHURE는 마름모꼴 튜브에 마름모꼴 자석 중앙에 댐퍼로 고정함으로서, 뒤틀림을 잡고 무거운 자석의 등가무게에 대한 영향을 최소화 하는 구조의 특허로 가지고 MM카트리지 시장을 지배합니다. 정확한 발란스나 크로스톡을 잡기는 힘드나, 값싸고 바늘 팁에 걸리는 등가 무게를 최소화하는 구조로, 대부분의 다른 회사 구조에서는 SHURE의 특허를 피하기 위해 고민한 것들이 보입니다.

 

 

Cantilever는 DJ용이나 저가 카트리지에는 잘 부러지지 않는 재질(주로 연질 알루미늄)과 구조(원통관 모양)로 만들어지고, 고급 카트리지에서는 가볍고 딱딱한 재질과 구조로 만들어져 잘 부러집니다. 싼 카트리지의 바늘은 휘어져도 바룰 수가 있지만 고급 카트리지의 바늘은 휘어지기 보다는 부러져 버립니다. DJ가 하는 턴테이블링 같은 동작을 하면 고급 카트리지 바늘은 바로 부러져 버립니다.

 

 

-Stylus Mass는 바늘 팁에서 본 등가 질량으로 고음의 재생한계와 고음에서의 tracking ability에 영향을 줍니다. LP재생에서 stylus mass와 레코드 표면 탄성의 공진주파수가 최고 재생 가능 주파수여서 무조건 가벼운 것이 좋습니다. LP생산에서도 virgin vinyl 만을 사용하지 않는 이유가 이 공진 주파수가 낮기 때문입니다. 대부분 어느 정도의 재생 vinyl을 첨가시켜서 만듭니다.

 

 

IEC 규정대로 2mg의 stylus mass의 카트리지를 침압 2g으로 동작시키면 경질의 레코드 표면이라면 계산상으로(마찰력 등등의 다른 요소를 무시하면) 10kHz에서 15cm/sec의 이상의 기록속도에서는 바늘이 튕겨져 나옵니다. 실제 상황으로 레코드 표면에서의 탄성과 마찰력 등의 다른 요소들을 고려하면 더 낮은 속도에서 문제가 생길 것입니다.

 

 

-Tracking Force는 침압으로 사용가능한 침압 범위와 권장 침압입니다. 침압을 증가하면 tracking ability가 좋아지나, 판에 심한 압력으로 판과 바늘을 상하게 하고, 신호 발생의 중점에서 벗어나 찌그러짐이 증가하고 Inside force에의해 변형이 심해져서 찌그러짐이 증가합니다. 침압을 줄이면 소리골이 바늘 팁에 주는 힘을 견디지 못해 팁이 튕겨져 나가게 됩니다.

JICO사의 자료에 의하면 18미크론 원추형 팁과 7.8/18미크론의 타원형 팁과 6/76미크론 선 접촉형 팁 카트리지를 침압 1.5g을 사용했을 때, 레코드에 가해지는 압력은 각각 cm평방당3.5톤, 5.1톤, 2.3톤에 해당한다고 합니다.

될 수 있으면 2g이하의 침압 카트리지를 사용하고, 원추형 카트리지 기준으로 3g이상의 카트리지는 사용하지 않는 것이 재생 신호의 찌그러짐을 막고 레코드 판의 파손을 막을 수 있습니다.

 

 

권장 침압 이하로 낮추는 것은 오히려 레코드 판을 더 망가뜨립니다. 침압이 작으면 바늘 팁이 튕겨 날라 다니며 소리골을 치게 되어 판과 바늘의 파손이 더 심해 집니다.

보급형 카트리지에서는 침압을 최고치에 가깝게 사용하는 것이 좋습니다.

 

 

-Tracking angle은 카트리지 바늘과 판과의 각도입니다. 옛날에는 표준이 15도였으나 IEC와 RIAA에서 20도로 변경했습니다.

 

 

-내부 저항 및 인덕턴스는 카트리지 내부에는 아주 가는 선으로 만들어진 자계 검출 코일의 자체 저항과 인덕턴스의 값입니다. MM카트리지에게는 인덕턴스가 카트리지 부하의 임피던스와의 관계에서 중요한 요소입니다. MC카트리지에서는 내부 저항의 3배 이상의 승압 트랜스나 승압 앰프을 사용해야 하기에 저항 값이 중요합니다.

 

 

-부하 임피던스 저항 및 커패시턴스는 카트리지의 주파수 특성을 만들기 위한 부하여서 아주 중요합니다. 이 값을 맞추어 주지 못하면 주파수 특성이 틀어집니다.

MM카트리지와 MC승압 트랜스의 국제표준 부하저항은 47k옴으로 정해져 있습니다. MC승압 트랜스는 커패시턴스가 무조건 작은 것이 좋으나, MM카트리지는 부하의 커패시터 용량으로 주파수 특성을 만들기 때문에 모델에 따라 많은 차이가 납니다. 대략 1970년대 말을 기준으로 가정용은 450pF에서 대부분이 250pF로 변화되었고, 긴 연결선을 사용해야 하는 DJ용은 아직 450pF를 많이 사용합니다.

이에 따라 앰프도 1970년 말을 기준으로 카트리지의 부하로 450pF(앰프 내부 입력측 용량 250pF정도)에 맞춘 것에서 250pF(앰프의 내부 용량이 100pF이하)로 맞춘 것으로 변합니다. 오래된 앰프의 경우는 회로를 꼭 확인하고 필요 시 이 값을 바꾸어 주어야 합니다. FM수신기의 de-emphasis의 차이 보다 더 큰 소리의 차이를 만듭니다.

 

 

톤암의 내부 용량(40pF정도), 턴에서 앰프까지의 연결 선의 용량(100pF정도), 앰프단자에서 EQ앰프단자까지 쉴드선의 용량(40pF정도), EQ앰프의 입력 용량(50pF정도)을 총 합한 값이 250pF이하가 되어야 합니다.

대부분의 턴테이블은 신호선을 공장에서 고정시켜서 파는 이유도 저용량의 특수한 신호선을 사용해야 하기 때문입니다. 대부분의 중요 턴테이블은 톤암내부용량과 연결 신호선의 용량을 규격으로 제공합니다. Thorens TD520규격에서 총 140pF, 톤암만 35pF라고 나와있죠.

앰프는 대략 100pF를 잡으면 됩니다. 구형 앰프는 250~300pF 정도 입니다.

 

 

후편에 계속됩니다.

 

 

 

 

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