에디파이어(Edifier) HA11 헤드폰 앰프

얼마 전 Lunashops에서 배송료 포함 43달러에 에디파이어(Edifier)의 HA11 앰프를 구매했습니다. AC-AC 어댑터를 이용해서 실접지(Real Ground) 양전원을 구성했다는 점, 그리고 Pre-Out 기능을 제공하여 프리앰프로도 이용할 수 있다는 점, 그리고 무엇보다도 저렴하다는 점이 상당히 매력이 있더군요.

먼저 앰프의 특징과 제원은 다음과 같습니다.



Features

- 저임피던스 헤드폰 구동을 위한 5532 Op-Amp 병렬회로
- Servo 정전압 회로
- 듀얼 입력과 프리앰프 기능
- 알루미늄 인클로저

Specifications

최대허용입력 : 450mV
신호대잡음비(SNR) : 110dB (A)
정격출력 : 140mW
왜율 : ≤ 0.02%
채널 분리도 : ≥65dB
주파수 응답 : 20Hz-20kHz (± 0.05dB)
출력 노이즈 : ≤ 0.1mV
출력 부하 임피던스 : 32Ω
(-> 좀 헷갈리는 부분인데 출력 임피던스를 말하는 부분은 아닙니다.
아무래도 권장하는 헤드폰 임피던스가 32옴이라거나 위에 적힌 스펙이 32옴일 때의 스펙이라는 의미 같습니다.)
입력 임피던스 : 10㏀

(Edifier 제품 페이지 참고. http://www.edifier.com/sce2009/product/hp_amplifier.php#2)



실제 사용해보기도 하고 측정까지 해본 결과, 전반적으로 평가하자면 충분히 43달러의 가치는 있는 앰프란 생각이 듭니다. 사실 이건 매우 겸손한 표현이고, 실제로는 43달러 이상의 가치를 가지고 있다는 생각이 듭니다. (적어도 국내에서 구할 수 있는 10만원대 및 그 이하의 헤드폰 앰프들보다도 '더 나은' 성능을 가지고 있다 판단됩니다.)  저렴한 가격에도 불구하고 A형 볼륨을 사용하여 볼륨조절감이 좋다는 점, 그리고 깔끔한 알루미늄 인클로저는 상당히 마음에 들더군요. 특히 안정된 THD와 작은 출력 임피던스는 저임피던스 헤드폰 구동에 적합한 모습을 보여줍니다.

다만 저임피던스 부하에서 IMD가 크게 증가하는 문제를 보여주는데, 아무래도 회로 구성상의 한계로 보입니다. 그러나 이 정도로 사용에 문제가 있는 정도는 아니고―거의 청감상 영향을 미치지 않을 정도입니다―가격까지 고려한다면 충분히 납득 가능한 정도입니다.


측정은 ASUS XONAR DX를 사용하여 진행되었으며, ARTA에서 24bit, 96kHz 설정으로 테스트하였습니다. 또한 앰프의 볼륨 노브에 따라 측정값에 차이가 있을 수 있기 때문에 특별한 언급이 없는 경우, 앰프의 볼륨 위치를 50%로 놓고 테스트하였다는 것을 알려드립니다.


[측정 요약]



(선형 왜곡)
주파수 응답 (20-20kHz) 150Ω +0.00dB, -0.11dB
주파수 응답 (20-20kHz) 20Ω +0.03dB, -0.14dB
위상 (100-10kHz) 150Ω +0.7deg, -0.6deg
위상 (100-10kHz) 20Ω +0.7deg, -0.7deg

(비선형 왜곡) -> 무부하, 150옴, 20옴 순
THD 1kHz 0.0013%, 0.00096%, 0.0059%
THD 100Hz 0.0021%, 0.0016%, 0.0055%
THD 10kHz 0.0028%, 0.00071%, 0.0077%
CCIF IMD 0.0033%, 0.0011%, 0.0094%
DIN IMD 0.0054%, 0.0029%, 0.021%

노이즈 레벨 L, R (A-wtd) -95.1dBu, -95.7dBu

최대 출력 600Ω 6.7mW 이상
최대 출력 150Ω 26.7mW 이상
최대 출력 20Ω 84.5mW

크로스토크 20Ω -61.56dB (1kHz)
채널 밸런스 0.18dB
입출력 선형성 통과
증폭률(Vol=100%) 3.23 (10.2dB)
출력 임피던스 1.14Ω (1kHz)
출력 오프셋 1.1mV


주1) 비선형 왜곡(THD, IMD) 및 노이즈 레벨은 오디오 카드의 제한으로 인해 정확히 측정되지 않았을 수 있습니다.
주2) 크로스토크는 케이블의 영향을 받는 것이 확인되었으므로 감안하여 보셔야 합니다.


1. 주파수 응답 및 위상 응답


주파수 응답 및 위상 응답은 헤드폰 앰프의 선형 왜곡(linear distortion)을 살펴보기 위해서 측정됩니다.
주파수 응답은 20-20kHz 대역에서 0.5dB 미만의 편차를 목표로 하고, 위상 응답은 100-10kHz 대역에서 2도 이하의 편차를 목표로 합니다.

주파수 응답 및 위상 응답은 매우 좋은 모습을 보여주고 있습니다. 상당히 훌륭합니다.

20 옴에서 고역이 조금 롤오프되기는 하지만 매우 미소한 정도로, 무부하 및 150 옴 테스트 결과와 큰 차이를 보여주지 않습니다.

한편 제조사에서 주장하는 주파수 응답은 20Hz-20kHz (± 0.05dB)로, 실제 측정 결과와는 0.06~0.09dB 가량 차이가 납니다만 측정 오차도 있을테고 이런 정도로 태클 걸 필요는 없겠지요? (...)

2. THD vs. 출력

THD vs. 출력 테스트는 헤드폰 앰프의 출력 가능 범위를 살펴보기 위해서 실시됩니다. 통상적인 상황에서 0.01%(-80dB)이하의 THD를 목표로 합니다. 또한 THD가 1%에 이를 때, 클리핑이 발생했다고 판단하고 그 때의 전압으로 최대 출력을 계산합니다.

사실 5532는 그리 큰 출력의 Op-Amp가 아니기 때문에 20옴 테스트에서 높은 THD를 보여주리라 생각했는데, 1Vrms 가량까지 0.01% 미만의 매우 안정된 THD 특성을 보여주고 있어서 상당히 놀랐습니다. 아무래도 5532가 current doubler 회로로 병렬연결되어 있는 것이 꽤 효과적인듯 하군요.

클리핑(THD=1%)는 약 1.3Vrms 가량에서 발생하고 있고, 이 때의 출력을 계산하면 약 84.5mW입니다. 이 정도면 보통의 저임피던스 헤드폰은 충분히 드라이빙해줄 듯 싶습니다. 또한 이 때의 최대 출력 전류로 32옴의 최대 출력을 계산하면 약 2.1Vrms, 135mW로, 제조사 측에서 제공하는 제원인 140mW와 거의 일치합니다.

한편 무부하와 150 옴에선 ADC의 허용전압(2Vrms) 이전까지 클리핑되지 않아 최대출력을 계산하지 못했습니다만, 사용된 Op-Amp와 회로상 공급전압(±9V)으로 판단할 때 약 3~4Vrms 정도까지 출력 가능할 것 같습니다. 계산해보면 150옴 기준 60~100mW 가량, 600옴 기준 15~25mW 가량의 최대출력을 가질듯 합니다.

600옴 헤드폰에서는 조금 출력이 모자랄지 모르겠습니다만 300옴 정도의 헤드폰까지는 충분히 쉽게 드라이빙해줄 수 있을듯 합니다.

3. THD


THD는 특정 출력전압에서 비선형 왜곡의 정도를 확인하기 위해 측정합니다. THD는 원음에 존재하지 않는 하모닉스(harmonics, 배음)의 총합을 계산한 값으로서, THD가 크면 클수록 사인파가 점점 사각파에 가까워집니다. 목표치는 0.01%(-80dB) 이하입니다.

THD는 측정 데이터가 꽤 많으므로 특이사항이 있는 경우만을 첨부하기로 하겠습니다. 특히 20옴 테스트에서 THD가 좀 크게 나오는 편입니다.

20옴 쪽 스펙트럼에서는 150옴 쪽과는 달리 1Khz의 배음들이 또렷하게 잘 보입니다. 20옴 쪽 스펙트럼에서 2차 왜곡(2kHz)의 경우 약 -96dBV 가량인데, 150옴 테스트의 2차, 3차 왜곡(-112dBV 이하)과 약 16dB 정도의 비교적 큰 차이를 보여줍니다. 그러나 1kHz 원신호에 대해서는 약 -88dB 정도로, 이 정도의 왜곡은 청감상 들릴 가능성은 매우 낮은 편이며 사실 상당히 우수한 THD 수치입니다.

한편 100Hz와 10kHz의 경우도 0.01% 이하의 THD를 보여주고 있어 전 주파수 대역에서 고른 THD 특성을 가지고 있다 판단됩니다. 실제로 왜곡 vs. 주파수 그래프를 살펴보면 전 대역에서 고른 THD 특성을 가지고 있음을 알 수 있습니다.

생각보다 많은 헤드폰 앰프들이 저임피던스 드라이빙이 좋지 못하다는 점을 생각하면 상당히 인상적인 결과가 아닐까 합니다. 동가격대의 FiiO나 Audio-Technica의 앰프들에 비해서는 '훨씬' 저임피던스 THD 특성이 좋습니다.

150옴 부하와 무부하의 왜곡 vs. 주파수 특성도 우수한 편입니다. 특히 150옴 테스트 결과는 전주파수 대역에서 0.001% 이하의 THD를 보여주고 있습니다. 중/고임피던스 헤드폰 드라이빙에도 상당히 좋을듯 합니다.

4. CCIF & DIN IMD

MD 역시 THD와 마찬가지로 비선형 왜곡의 일종입니다. 그러나 단순히 원신호의 배음(정수배)만을 다루는 THD와는 달리, IMD는 원신호 및 왜곡된 신호의 합과 차―이를 인터모듈레이션(intermodulation)이라 합니다―를 다루게 되며 그 계산이 조금 까다롭습니다.

또한 IMD는 CCIF IMD와 DIN(혹은 SMPTE) IMD 두가지를 다루게됩니다. CCIF IMD는 고음으로 인한 인터모듈레이션을 나타내고, DIN(혹은 SMPTE) IMD는 저음과 고음으로 인한 인터모듈레이션을 나타냅니다. 역시 0.01%(-80dB) 이하를 목표로 합니다.

CCIF IMD의 경우, 무부하와 150옴에서 0.005%이하, 20옴에서 0.0094%로 그리 큰 차이를 보여주지 않는듯 합니다. 

그러나 DIN IMD에서는 이야기가 상당히 극적으로 바뀝니다. 20옴 테스트 결과가 썩 좋지 않습니다.

150옴에서는 0.005% 이하였던 DIN IMD값이 20옴에서는 0.021%로 큰 폭으로 커집니다.

처음에는 본 앰프에 사용된 Op-Amp(NJM5532)가 저임피던스 구동에 적합하지 않아 그런 것이리라 생각했지만, 5532에 비해 고출력 Op-Amp인 NJM4556A와 IL4580으로 교체하여 봐도 해당 DIN IMD는 그리 크기 개선되지 않더군요. 혹시나 해서 전원 어댑터 역시 기존에 제공된 것보다 큰 용량으로 바꿔보았지만 역시나 개선되지 않았습니다.

아무래도 입력, 증폭, 출력 스테이지를 한꺼번에 처리하는 CMOY 스타일 앰프가 거의 다 이런 모양입니다. 보통 이런 경우, Op-Amp 회로의 증폭률을 1(0dB)에 가깝게 한다면, 앰프의 부궤환(negative feedback)이 증가하여 이런 문제가 해결되는 것 같은데, 과거 NwAvGuy의 CMOY 리뷰에서도 이런 일이 있었지요.

아니면 앰프에 이용된 Op-Amp가 Bipolar Input Type이라 그럴 수도 있습니다. FET Input Type, 가령 OPA2604나 OPA2134 등의 Op-Amp로 바꾼다면 개선될 가능성도 있는데, 가능성은 낮을 것 같습니다. (그래도 추후에 한번 테스트해보도록 하지요.)

[2012/1/14 추가 : OPA2134로 Op-Amp를 교체하여 테스트해봤습니다. THD는 큰 차이가 없으나, IMD는 오히려 증가하네요. 전혀 나아진 게 없는 셈입니다. 아무래도 CMOY 스타일 앰프의 한계인듯하며, 좀 더 특성을 개선하고 싶다면 Op-Amp 교체는 소용 없고, 증폭률을 낮추어 앰프의 부궤환을 늘려야 할 것 같습니다.]

그러나 글의 서두에도 말씀드렸지만 이 정도로 사용에 큰 문제가 생기지는 않습니다. 0.021%면 약 -73.6dB로, 보통의 음감 상황에서 인지될 가능성은 작습니다. 

5. 노이즈 레벨 (A-wtd)

노이즈 레벨은 무음 상황의 노이즈(흔히 '화이트 노이즈'라고 합니다.) 및 신호대잡음비(SNR)을 결정하는 요소입니다. 그러나 그 기준이 썩 명확한 것은 아니고, 사용하는 헤드폰 및 청취 음량 수준에 따라 요구되는 정도가 매번 달라집니다. 따라서 그 목표치를 딱 잘라 정하기가 좀 힘듭니다. 사용하는 헤드폰의 음압감도가 높을 수록, 헤드폰의 임피던스가 작을 수록, 청취 음량 수준이 작을 수록 요구되는 노이즈 레벨은 더 작아지며, 개개인의 민감도도 어느 정도 영향을 줍니다. 또한 외부 잡음과 헤드폰의 차음성(isolation)도 충분히 영향을 줄 수 있습니다.

하지만 그래도 목표는 정해야 할 필요가 있기에 NwAvGuy가 제시한 -100dBu 기준을 따를까 했습니다만, 감도면에서 좀 특이 케이스인 얼티밋이어(UE)의 IEM들을 기준으로 삼은지라 좀 너무 빡센 것 같더군요. 따라서 16옴에 100dB/mW를 가지는 가상의 이어폰을 기준으로 삼고, 110dBSPL에서 85dB이하, 즉 25dBSPL에 해당하는 전압으로 기준을 삼기로 했습니다. 그렇게 계산하면 약 22.49uV 가량의 전압으로 계산되며 이를 dBu로 환산하면 -90.7dBu를 얻습니다. 따라서 -90dBu를 목표로 합니다.

[2011/12/21 추가 : NwAvGuy가 제시한 기준 그대로, -100dBu/7uV를 목표로 합니다. 생각보다 인이어 이어폰들 중, 감도가 110dB 이상으로 높은 것이 많은데다가 실제로 이들 이어폰에서는 -100dBu 이상의 노이즈 레벨이 좀 귀에 거슬릴 정도더군요.

그래도 감도 높은 인이어 이어폰을 제외하고는 -90dBu 정도의 노이즈 레벨도 별 문제가 없을 수 있습니다. 따라서 -100dBu/7uV, -95dBu/14uV, -91dBu/21uV 순서대로 등급을 매겨 평가하는 것이 좋지 않을까, 싶기도 합니다.]

또한 노이즈 레벨은 당연히 A 웨이팅을 적용한 값으로 계산합니다.

Edifier HA11의 노이즈 레벨은 -95dBu 이하로, -90dBu 기준을 통과합니다. 또한 실제 전압으로 계산하면 약 14uV 가량으로 제조사에서 주장하는 제원(100uV 이하)에 부합합니다. 또한 탄소피막볼륨을 사용하는 대부분의 앰프가 그러하듯, 볼륨의 위치에 따라 노이즈 레벨이 달라집니다. 바로 위의 측정 결과는 볼륨이 50%일 때이고

볼륨이 25%, 60%, 100% 일 때는 위와 같습니다.

볼륨이 25%, 60%일 때는 노이즈 레벨이 상당히 높게 측정되는데, 아무래도 A형 볼륨의 내부 구조로 인한 노이즈 같습니다. (혹은 앰프의 입력 임피던스로 인한 저항 잡음(존슨-나이퀴스트 노이즈)이 극대화되는 경우일 수도 있습니다.)

한편 볼륨이 100퍼센트일 때는 노이즈 레벨이 -99dBu에 가깝게 작아지는데 약 8.9uV 가량으로 계산됩니다. 이에 대해서 앞서 얻어낸 32옴 최대출력인 2.1Vrms의 비율을 계산하면 약 114dB 가량으로, 역시 제조사에서 제공하는 SNR 제원(110dBA)에도 부합합니다.

물론 실제로는 32옴 헤드폰을 2.1Vrms까지 드라이빙할 이유가 없겠지요. 10mW만 드라이빙해도 충분한데, 이 때 필요한 전압은 566mV 정도로 8.9uV 대비 96dB 정도의 크기를 가집니다.

[주 : 측정에 사용된 DAC과 ADC의 제한으로 인해 실제 앰프의 노이즈 레벨은 현재 측정 결과보다 더 나을 수도 있습니다.]

6. 크로스토크

크로스토크는 한쪽 채널에서 다른쪽 채널로 신호가 간섭되는 것을 의미하는데, 지나치게 심할 경우 스테레오 사운드를 제대로 느낄 수 없을 뿐더러 다른 채널로 인한 왜곡 역시 생길 수 있습니다. -60dB 이하의 크로스토크를 목표로 합니다.

먼저 20옴 부하 테스트의 경우 -61.5dB 가량의 크로스토크로 -60dB 기준을 통과합니다. 한편 고역으로 갈수록 크로스토크가 심해질 수 있는 것을 알 수 있는데 그래도 -40dB(약 0.01%의 누화) 미만의 결과를 보여주어 용인 가능한 수준입니다.

150옴에서의 크로스토크는 -76.9dB 가량입니다. 또한 20kHz까지도 -60dB이하의 결과를 보여줌으로써 상당히 크로스토크 특성이 우수한 편이라는 것을 알 수 있습니다. 

확실히 전반적으로 150옴에서의 드라이빙 특성이 좋은 편인듯 합니다.

[주 : 케이블의 영향으로 인해 실제 크로스토크는 현재 측정된 값보다 더 작은 값일 수도 있습니다.]

7. 채널 밸런스

크로스토크와 함께 채널 밸런스 또한 스테레오 사운드에서 매우 중요한 역할을 합니다. 채널 밸런스가 심하게 틀어진 경우, 음상이 한쪽으로 쏠릴 수 있으며 스테레오 사운드 감상의 큰 장애물이 됩니다. 1dB 이하를 목표로 합니다.

채널밸런스는 0.18dB로 매우 우수합니다. 보통 앰프가 저가일수록 탄소피막볼륨을 썩 질 좋은 것으로 쓰지 않는 편인지라 채널 밸런스가 대개 크게 틀어지는 경우가 많은데, 이 앰프의 경우 충분히 볼륨을 선별하여 사용하는 것 같습니다. 

8. 입출력 선형성 및 증폭률(Vol=100%)

입출력 선형성 테스트는 앰프가 현재 선형적으로 작동하고 있는지를 살펴보기 위해 이뤄집니다. 여기서 '선형적'이라함은 출력이 입력에 비례하는 것을 의미하는 것으로, 앰프가 선형적이라면 입력 대 출력 그래프가 직선을 그리게 됩니다. (반면 선형적이지 않은 앰프는 입력 대 출력 그래프가 곡선을 그리게 됩니다.) 오디오 앰프는 반드시 선형적일 것을 요구하므로 이 테스트는 꼭 통과되어야 합니다.

한편 이 때 입력 대 출력 비는 앰프의 증폭률이 됩니다. (통상적으로 볼륨은 단지 입력전압만 조절하고 앰프의 증폭률은 고정되어 있습니다. 따라서 볼륨이 100퍼센트일 때의 증폭률로 앰프의 증폭률을 결정합니다.)

그래프에 미약한 출렁거림은 있습니다만 전체적으로 확실히 직선을 그리고 있습니다. 충분히 선형적인 앰프라 판단됩니다.

최대볼륨 상태에서의 증폭률은 3.23으로, 데시벨로 환산하면 약 10.2dB 정도입니다.

9. 출력 임피던스 

출력 임피던스가 크면 헤드폰의 주파수 응답에 영향을 끼칠 수 있습니다. 이는 헤드폰의 임피던스 특성으로 인한 필터(filter) 효과로서, 출력 임피던스가 크면 클수록 필터 효과가 강해져 주파수 응답에 미치는 영향도 커집니다. (물론 헤드폰의 임피던스가 작을 수록, 또한 주파수별 임피던스 변화가 클수록 또한 이 필터 효과가 강해집니다.)

보통의 다이내믹 헤드폰을 이용하는 경우, 120옴의 출력 임피던스까지 큰 문제가 없지만 BA 이어폰을 사용하는 경우 2옴 이하로 작아야 합니다. 따라서 사용하는 헤드폰에 따라 그 목표는 달라집니다. 그러나 최근 BA 이어폰 사용이 흔해지고 있으므로, 이를 고려하여 출력 임피던스는 2옴 이하를 목표로 합니다. 

(60Hz에서 임피던스 그래프가 살짝 튀는데, 실제 임피던스가 저러한 것이 아니라 60Hz 전원 험의 영향입니다.)

약 0.8옴 가량으로 출력 임피던스가 매우 작습니다. (멀티미터로 측정했을 때는 1.1옴 정도로 측정됩니다.)

한편 고역에서 임피던스와 위상이 증가하는 것은 출력단에 로우패스필터가 있기 때문입니다. 대개 이런 설계를 하는 이유는 가청주파수 범위를 넘어서는 고주파(특히 라디오 주파수)를 막아 혹시 모를 회로의 오작동을 막기 위함입니다.

10. 출력 오프셋

출력 오프셋(output offset)은 앰프 출력에 섞여 있는 직류(DC) 성분을 의미합니다. 출력 오프셋이 크게 되면 헤드폰의 진동 중심이 틀어지게 되며 따라서 헤드폰의 수명을 단축시킬 수 있습니다. 심한 경우 아예 헤드폰의 보이스코일이 타버리기도 합니다. 따라서 출력 오프셋은 거의 0V에 가까워야 하는데, 실제로는 수 mV 가량의 오프셋이 존재할 수 밖에 없습니다.

어느 정도의 오프셋이 과연 안전하냐는 논란이 있겠지만, 20mV 이내를 목표로 하기로 했습니다. 권장값은 10mV 이하입니다.

측정 결과 L = 1.1mV, R=1.2mV로 매우 안전합니다.

한편 앰프의 회로를 살펴보면 입력단에 커플링 콘덴서가 있어 입력되는 오프셋은 출력에 나타나지 않으며, 증폭 회로 자체로 인한 출력 오프셋 역시 0에 가깝도록 설계되어 있습니다. 오프셋 면에서 상당히 안전하게 설계되어 있는 앰프로 판단됩니다.