LP재생기 턴테이블에 관련된 기술 이야기 (5) 톤암에 포노 카트리지의 조립 및 조정 방법

5. 톤암에 포노 카트리지의 조립 및 조정방법

 

톤암에 새로 달기 위한 자석식 카트리지를 구할 때는 연결 고정 방식이 톤암과 같은 카트리지인지를 확인해야 합니다 (T4P 또는 1/2인치). 자석식 카트리지는 모두가 T4P 방식과 1/2인치 방식으로 만들어 지지 때문에 간단합니다.

 

P-mount 또는 T4P형이라고 하는 카트리지는 표준화가 되어있어서 카트리지를 꼽고 나사 하나로 고정하면 완료 되는 방식입니다. 일부 턴이나 리니어 암의 턴에 많이 사용된 방식으로, 거의 수요가 없어서 지금은 북미 시장 외에서는 그 형태의 카트리지를 구하기 힘든 카트리지 입니다.

 

T4P형 이 아닌 모든 자석식 카트리지는 정상적인 동작을 위해 각도와 거리와 자세 등을 조정하여 고정되어야 합니다.

 

 

 

우선, 사용하는 톤암의 등가 무게와 새로 구하는 카트리지의 compliance가 매칭이 되는지를 확인하고 구해야 합니다.

 

계산된 공진 주파수를 계산하여 톤암에 맞는 카트리지인지를 확인해야 하나 쉽지 않는 일이라, 대충 무거운 톤암은 무거운 침압의 카트리지에 맞고 가벼운 톤암은 가벼운 침압에 맞는다고 생각하면 크게 틀리지 않을 것입니다. 댐핑 기능이 있는 톤압이나, 브라쉬가 달린 카트리지의 경우는 톤암과 카트리지의 공진이 댐핑이 되어 여유가 있습니다.

 

 

 

정확한 계산을 하고자 하면, 공진주파수의 계산은 톤암의 등가 무게는 바늘 팁에서 본 톤암과 카트리지의 등가 무게를 계산해야 합니다. 카트리지의 무게의 90%를 톤암 규격에 나와있는 등가 무게를 더한 총 등가무게를 구한다음 그 무게가 침압의 25배가 넘지 않는 것을 확인하고, 총 등가무게(그람)와 사용하려는 카트리지의 compliance unit 값의 곱이 253에 20%이내로 맞추어 줄 수 있는지를 확인해야 합니다. 이 조건은 굽은 레코드판에서 튀지 않는 조건과 톤암과 카트리지의 공진 주파수가 10Hz 부근이 되게 맞추어 주는 조건입니다.

 

원 톤암에 딸려오는 헤드쉘이 아닌 다른 헤드쉘의 경우에는 그 두 헤드쉘의 무게 차이의 80%를 곱한 값을 가감해 주어야 합니다.

 

 

 

카트리지를 톤암에 장착할 때, 침압(tracking force)을 맞추어 주고, 오버행 길이와 offset각도를 맞추어 주고, 수직 트래킹 각도를 확인하고(톤암에서는 톤암의 높이를 조정하여 맞추게 된 톤암도 있음), 바늘 팁의 azimuth를 확인하고, 좌우 무게 발란스를 맞추어 주어야 하는 암에서는 좌우 발란스를 맞추어 주고, antiskating (inside force canceller) 를 맞추어 주어야 합니다. 이 모든 조정을 어느 정도 정확히 하여야 카트리지가 정상적인 동작을 할 수 있습니다.

 

각각의 턴이나 톤암의 매뉴얼을 보고 각각의 방법대로 조정하면 됩니다만, 관련 기술적인 내용을 알면 조정이 편해집니다.

 

자동 턴 등에서의 큐 위치나 암 리프트 높이 조정 등은 각각의 턴이 다르기에 생략합니다.

 

 

 

표준 헤드쉘이 톤암에 꽂히는 방향에서 보면, 톤암측의 접점은 오른쪽이 오른 채널이고 왼쪽이 왼 채널이고 위가 '+' 아래가 '-' 입니다.

 

헤드쉘 쪽은 카트리지가 있는 방향(헤드쉘이 뒤집어진 방향)에서 커넥터 방향에서 보면 오른 측이 오른쪽 채널입니다.

 

카트리지 측 연결부의 방향은, 카트리지는 만드는 사람 마음대로라서 일정한 룰이 없으니 확인해야 합니다. 가장 많이 공급한 Shure와 Audiotechnica제품은 카트리지 의 뒷면에서 보았을 때 오른 쪽이 오른쪽 채널이고 왼쪽이 왼채널이고(선이 헤드쉘 내에서 서로 cross됨) 위가 '+' 아래가 '-'인 경우가 많으나 모델 별로도 다를 수도 있습니다.

 

가장 좋은 방법은 색으로 구분하는 방법입니다. 대부분의 카트리지나 헤드쉘내의 연결선은 색으로 구분하게 만들어져 있습니다. 외우기 쉬운 방법은 Red(빨강)색이 Right(오른 채널)쪽 'R+' 입니다. 빨강의 거의 보색인 녹색이 'R-'이고 나머지 흰색(밝은)이 'L+'(또는 모노 오디오)이고 청색(어두운)이 'L-'입니다. 오디오에서 같은 R인 Red가 Right라고 알고 있으면 쉽게 구분 가능합니다.

 

 

 

카트리지의 고정은 카트리지 회사에서 제공하는 가벼운 나사로 하는 것이 좋습니다. MM카트리지는 무조건 가벼워야 합니다(오래된 MC카트리지가 아니라면).

 

카트리지를 약간의 힘을 주면 움직일 수 있는 정도로 가볍게 고정하고, 대략의 오버행을 맞추어 주고 시작합니다. 오버행은 톤암을 움직여 플래터의 축 중심을 넘어가는 길이를 톤암의 규격대로 우선 대략 눈짐작으로 맞춥니다. 정확한 자료가 없으면, 대략 톤암의 유효길이가 300mm암은 대충12mm정도, 250~225mm암이면 15mm정도로 맞춥니다.

 

카트리지 바늘의 각도는 침압에 의해 약간 달라질 수 있는 부분도 있어서 이 이후는 적정 침압을 걸어주고 조정을 해주어야 합니다. 침압은 톤암이 수평으로 되게 발란스를 잡고, 다이얼 판만 돌려 '0'으로 맞춘 뒤에 카트리지가 필요한 침압 눈금으로 추를 돌려주면 됩니다. 스프링으로 침압을 주는 톤암은 침압계로 확인하는 것이 필요할 수도 있습니다.

 

카트리지 자세를 잡기 전에 우선 턴테이블의 플래터 윗면이 수평으로 잘 설치되었는지를 확인해야 합니다.

 

 

 

카트리지의 수직 tracking 각도와 Azimuth(좌우 기울기) 각도

 

수직 트래킹 각도(VTA)의 규격은 20도이며(20~25도 범위), 찌그러짐율과 고주파 특성에 관련 됩니다. 60년대에서는 이 각도 표준이 15도 였으나, 80년대 이후는 표준이 20~25도로 변했습니다.

 

이 VTA는 카트리지 제작사에서 맞추어 주어야 하는 사항으로, 톤암이 수평으로 잘 유지하면 카트리지가 이 각도에 맞게 동작해 주어야 하기에 약간의 트릭을 사용하는 것 외는 조정이 필요하지 않습니다.

 

Azimuth 각도는 바늘의 팁이 좌우 기울어진 각도로, 스테레오 분리도에 영향을 줍니다. 원추형 팁의 보급형 카트리지에서는 5도이내, 타원형 또는 선 접촉형 고급 카트리지에서는 2.5~2도 이내 정도를 맞추어 주면 문제가 없습니다.

 

Azimuth 각도는 거울 위에 바늘을 놓고 정 정면에서 보면 바늘과 그 반영으로 각도 차이를 알 수 있습니다. 대부분의 교환형 헤드쉘은 약간의 유격 여유가 있어서 쉽게 맞출 수 있을 것입니다. 고정형 헤드쉘에서 심하게 틀어졌을 경우에는 암의 높이로 조정할 수 있고, 카트리지에 종이 등의 얇은 물질로 기울어서 맞추어 고정을 합니다.

 

 

 

VTA관련 트릭은, 톤암을 수평이 되게 발란스를 잡았을 때 바늘 끝이 플래터 위의 레코드 판에서 5mm 정도 높은 위치에 있는 지를 확인합니다. 암높이를 조정할 수 있는 톤암은 이 수치로 맞추어 주는 것이 좋고, 높이 조정이 되지 않는 톤암에서는 0mm이하(레코드 판에서도 수평까지 내려가지 않음)이거나 10mm이상이면 카트리지와 헤드쉘 사이에 쇄기를 넣어 각도를 맞추어 주어는 것이 고급 카트리지에서는 좋습니다.

 

이 높이는 카트리지의 VTA(vertical tracking angle)이나 raking angle에 관련됩니다. 이 각도가 틀려지면 스테레오 판에서 찌그러짐이 증가하고 주파수 특성 특히 고음이 나빠집니다. 고급 카트리지에서는 오차를 포함하여0~5도 이내가 되어야 합니다. 일반적으로 톤암이 수평을 유지할 때에 카트리지가 적정 각도를 유지하게 설계된다고는 하지만, 톤암축 측이 커트리지 측 보다 5mm정도 높은 것이 고음을 살리는 등의 여유가 있어서 좋다고 합니다.

 

 

 

카트리지의 자세 조정: 톤암에서의 카트리지 위치(overhang)와 각도(offset angle) 조정

 

카트리지를 하나의 축으로 회전하는 톤암에 고정시켜 레코드를 재생하면, 레코드에 기록된 그루브와의 접선과 상당한 오차가 불가피합니다. 이러한 오차를 줄이기 위해 카트리지를 overhang 과 offset각도를 주어서 조립하여, 레코드 판의 2점에서 완전히 일치하고 3극단점(최외측, 중앙의 어느 점, 최내측)에서 파형 찌그러짐 율을 어느 이하로 보장하는 방식으로 보상합니다.

 

카트리지의 자세 조정을 정확히 하여 사용하는 것이 비싼 톤암이나 긴 톤암을 사용하는 것 보다 더 중요합니다.

 

 

 

Overhang과 offset각도를 조정하기 위한 접선이 정확히 일치가 되는 두 반경점을 정하는 방법은 창안한 사람의 이름을 따서, 66mm/120.9mm의 Baerwald(Loefgren A) 방식, 70mm/116mm의 Loefgren B방식, 60.3mm/117.4mm의 Stevenson 방식 등을 있으며, 이들이 제안한 값을 많이 사용합니다.

 

Stevenson 방식은 7인치의 도너츠판까지 고려하고 중앙부에서 오차에 강한 방식이고, Loefgren 방식은 양측 끝단을 조금 희생하고 중앙 부분의 THD를 더 낮추는 방식이고, Baerwalt식은 중앙에서 가장 큰 THD와 양 쪽 최극단의 THD을 같은 수준으로 만드는 방식입니다.

 

 

 

Baerwalt식이 같은 길이의 톤암에서 재생 가능한 영역에서 가장 작은 THD를 유지하는 방법이나 오차에 민감한 단점이 있고, Stevenson 방식은 overhang 의 오차에 강한 특성이 있습니다.

 

DIN/JIS규격(내측이 IEC 규격보다 작은 57.5mm까지)이나 도너츠 판(내측이 54mm까지)인 경우는 Stevenson방식이 유리하여, 일본회사의 경우는 overhang 조정 오차에 강한 Stevenson 방식에 가까운 방식을 선호하지만, 시중의 대부분의 조정기는 Baerwald방식이 많이 사용됩니다. (LP판의 규격에서 내측 한계가 60mm (IEC), 자동 톤암을 위한 그로브의 최소 반지름이 52mm 정도, 레코드의 중앙 라벨의 반지름이 50mm 입니다).

 

 

 

톤암 제작사나 턴 테이블 제작사에서 위의 방식 외 자기들이 자신의 방법을 정해 맞추기도 합니다. 어느 정도 긴 톤암(9인치 이상)에서는 overhang길이의 오차에 약간 둔감한 변형 Stevenson방식도 많이 사용되고 있습니다.

 

THD가 작은 고급 카트리지의 경우 톤암에 장착된 카트리지는 규정 녹음 레벨에서 1%의 THD이하를 유지하기 위해서는 Baerwald법에서 대략 offset 각도를 0.5~1도 이하의 오차, overhang은 2mm이하로 맞추어 주어야 합니다. 보급형 카트리지는 카트리지 자체의 THD가 상당히 크기에, 이 보다 조금 더 큰 오차에서도 소리로는 구분이 잘 되지 않습니다.

 

 

 

7mm의 굵은 platter spindle 중점에서 바늘 팁까지의 거리와 헤드쉘에서의 각도를 정확히 맞춘다는 것은 쉽지 않습니다. 정확한 조정을 위해 조정용 분도기(protractor) 같은 것들이 필요합니다. 톤암 제조사에서 제공하는 분도기나 별도로 파는 분도기나 어떤 radial tonearm에서 사용할 수 있습니다. 다만, 누구의 방법인지를 아는 것이 필요할 수도 있습니다.

 

톤암 조정용 분도기는, 도면에 접선과 일치해야 하는 두 곳 제로점에서 카트리지의 팁을 정확하게 정열하기 위한 그림과 눈금을 제공하는 것입니다. 두 점을 왔다 갔다 하면서 카트리지의 자세가 접선에 일치하게 하는 조정을, 더 이상 조정할 것이 없는 상태까지 여러 번 연속으로 반복하여 길이와 각도를 맞추어 주는 방법으로 조정합니다. 미리 대충 overhang 거리와 헤드쉘과의 각도를 맞추고 시작하면 그 조정 횟수를 줄일 수 있습니다.

 

 

 

Universal headshell에서는 헤드쉘의 고정면에서 팁까지의 거리가 52mm±2mm로 표준화하여 거의 그 표준값 부근에서 사용되고 있습니다. (denon은 50mm 또는 54mm, 오토폰과 테크닉스는 52mm, Sony와 일부 pioneer turn은 49mm라고 합니다) Universal headshell 턴에서는 52mm 게이지를 구하면 쉽게 어느 정도 정확하게 맞출 수 있습니다. 헤드쉘의 고정면에서 팁까지 거리는 턴의 사용 매뉴얼에 표시해 놓기도 하니 확인해보는 것이 좋습니다. 아니면 52mm에 맞추어도 큰 문제는 없을 것 같습니다.

 

 

 

최종적으로 좌우 무게 발란스를 잡게 된 톤암에서는, 침압을 걸지 않고 턴테이블을 앞뒤로 기울이어서 수평이 된 톤암이 좌우로 움직이지 않게 좌우 무게 균형을 잡아줍니다. 특히 J자 암은 좌우 발란스를 잡아주는 것이 좋습니다.

 

조정한 부분부분을 조정이 잘 되었는지를 확인하고, 정상적인 침압을 가해주고, anti-skating 조정을 해주면 조정은 완료됩니다.

 

 

 

Anti-skating 조정은 대부분 눈금이 있어서, 침압과 같은 숫자로 맞추면 되는 것으로 이야기됩니다만, 레코드의 녹음 상태나 바늘 팁의 모양에 따라 바늘과 LP판사이의 마찰력이 크게 다르기에 적당히 맞추어 주는 것이라고 생각하면 편합니다.

 

원추형 팁에서는 침압과 같은 숫자를 맞추어 주고, 타원형 바늘은 1.3~1.4배(7x18, 5x18)배로 높혀주고, 선접촉형은 0.7배로 낮추어 주는 것이 좋습니다. 이런 조정은 원추형이 아닌 바늘 팁은 마찰 저항이 원추형과 다른 차이를 보상해 주는 것입니다. 판의 녹음 상태에 대해서도 약간 보상해 주는 것도 좋겠죠.

 

정확한 anti-skating 조정은 테스트용 LP판과 스코프가 있어야 하지만, 레코드 판의 녹음 상태에 따라 마찰력의 차이가 몇 배가 나기에 크게 의미는 없습니다.