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넬슨 패스(Nelson Pass)는 오디오 업계의 살아있는 전설이다. 1974년 스레숄드(Threshold), 1991년 패스 랩스(Pass Labs)로 이어지는 그의 이력을 들여다보고 있으면 이런 사람이 현 시대에 같이 살고 있다는 게 고마울 정도다. 필자가 지난해부터 패스의 XP-12 프리앰프를 쓰고 있는 것이 어쩌면 우연만은 않은 것 같다. 만날 앰프는, 사람도 그렇고, 언젠가는 꼭 만나는 법이다. 

이런 패스의 자타공인 플래그십은 Xs Preamp 프리앰프와 Xs 300 모노블럭 파워앰프다. 각각 전원부를 분리시킨 2박스, 4박스 위용을 자랑한다. 최근 하이파이클럽 메인 시청실에서 이들이 자리잡고 있는 모습을 보니 정신은 혼미해지고 기분은 웅장해졌다. 단언컨대, 이들을 보고 듣지 않고서 패스 사운드 시그니처를 말하는 것은 어불성설이다. 

넬슨 패스와 웨인 콜번, 데스몬드 헤링턴 

패스 랩스의 설립자 넬슨 패스(Nelson Pass)

장황한 미사여구를 동원해 주절주절 떠드는 일은 그만하자. 읽어보면 맹탕인 글도 이제 그만.  1951년생인 넬슨 패스의 현재까지 경력을 요약하면 다음과 같다. 

• 1973~74년 : 스피커 제작사 ESS에서 근무
• 1974년 : 캘리포니아주립대(UC데이비스) 졸업. 물리학 전공 
• 1974년 : 르네 베즈네(Rene Besne)와 함께 스레숄드(Threshold) 설립
• 1980년 : 앰프 제작사 애드콤(Adcom)과 콜라보
• 1991년 : 패스 랩스(Pass Labs) 설립
• 1998년 : 퍼스트 와트(First Watt) 설립

1991년에 설립된 패스 랩스는 각 분야마다 전문가가 포진해 있다. 넬슨 패스는 파워앰프 회로 설계 전문. 대출력 파워앰프의 왜곡과 노이즈를 획기적으로 줄여 1994년 특허까지 받은 슈퍼 시메트리(Super Symmetry) 회로가 바로 그의 작품이다. 패스 파워앰프가 출력단에 오로지 MOSFET만을 쓰는 것도 넬슨 패스가 결정한 일이다. 

패스 랩스의 웨인 콜번(Wayne Colburn)

프리앰프와 포노스테이지 설계는 웨인 콜번(Wayne Colburn)이 맡는다. 쓰레숄드 때부터 넬슨 패스와 한솥밥을 먹다가 1994년 패스에 합류한 그는 지금의 패스를 있게 한 일등공신 중 한 명이다. 1997년 Aleph P 프리, Aleph Ono 포노, D1 DAC 모두 그의 작품이며, 밸런스 볼륨단 설계라든가, JFET 소자를 활용한 밸런스 출력단 설계 등 패스 프리앰프의 거의 모든 것이 그의 손을 거쳤다. 

패스 랩스의 CEO 데스몬드 해링턴(Desmond Harrington)

1996년 패스에 합류, 2017년부터 패스의 CEO로 재직 중인 데스몬드 해링턴(Desmond Harrington)은 제품 케이스 설계를 맡고 있다. 1998년 X시리즈의 포문을 연 X1000 모노 파워앰프의 외관 디자인이 ‘갑자기’라고 할 만큼 크게 바뀌게 된 것도 그 덕분이다. 2003년의 포인트5 X 시리즈와 2008년의 포인트5 XA 시리즈, 2014년의 포인트8 X, XA 시리즈가 다른 듯 같은 디자인을 갖고 있는 것 또한 그 덕분이다. 

패스 랩스의 잼 소마순드람(Jam Somasundram)

​캐리오디오 출신으로 2014년 패스에 합류한 잼 소마순드람(Jam Somasundram)은 프리앰프 전원부 설계를 맡고 있다. 따라서 2017년에 나온 XP-12, 2018년에 나온 XP-22, 2019년에 나온 XP-32를 전작(XP-10, XP-20, XP-30)과 구분짓는 잣대가 바로 그가 설계한 전원부다. XP-32 전원부에 투입된 토로이달 트랜스포머에 에폭시 레진을 투입, 진동 노이즈를 줄인 것도 그의 아이디어다. 그는 헤드폰 앰프 HPA-1도 직접 설계했다. 

패스 랩스의 프리앰프와 파워앰프 라인

패스 랩스의 Xs Preamp

패스 랩스의 XP 시리즈 프리앰프. 왼쪽부터 XP-32, XP-22, XP-12 프리앰프

패스 랩스의 프리앰프 라인을 살펴보면, 2013년에 나온 Xs Preamp가 플래그십, 그 밑이 XP 시리즈인데 XP-32, XP-22, XP-12 순으로 짜였다. XP-30(2011년)을 대체한 XP-32는 전작과 마찬가지로 모노 증폭부에 별도 전원부를 갖춘 3섀시 구성을 자랑한다. XP-22는 스테레오 증폭부+전원부로 이뤄진 2섀시, XP-12는 1섀시 구성이다. 

• Xs Preamp : 스테레오 증폭부 + 전원부
• XP-32 : 모노럴 증폭부 + 전원부
• XP-22 : 스테레오 증폭부 + 전원부
• XP-12 : 전원부 내장 스테레오 프리앰프 

패스 랩스의 Xs 시리즈 파워앰프. 왼쪽부터 Xs 300, Xs 150 모노블럭 파워앰프

파워앰프는 크게 3가지 라인으로 구분된다. 2012년에 나온 Xs 300과 Xs 150이 플래그십. 다른 파워앰프도 마찬가지이지만 모델명에 들어간 ‘X’는 1998년 처음 실전에 투입된 슈퍼 시메트리 회로, 뒤의 숫자는 8옴 기준 출력을 뜻한다. 그리고 패스 파워앰프는 예외없이 출력단에 MOSFET을 쓰고 4옴 출력이 8옴 출력의 2배를 보인다. 

패스 랩스의 XA 시리즈 파워앰프. 왼쪽부터 XA200.8, XA160.8 모노블럭 파워앰프

패스 랩스의 XA 시리즈 파워앰프. 왼쪽부터 XA100.8, XA60.8 모노블럭 파워앰프

패스 랩스의 XA 시리즈 파워앰프. 왼쪽부터 XA30.8, XA25 스테레오 파워앰프

패스 랩스의 X 시리즈 파워앰프. 왼쪽부터 X600.8, X260.8 모노블럭 파워앰프

패스 랩스의 X 시리즈 파워앰프. 왼쪽부터 X350.8, X250.8, X150.8 스테레오 파워앰프

​Xs 시리즈 밑에는 클래스A 증폭의 XA 시리즈 6개 모델과 클래스AB 증폭의 X 시리즈 5개 모델이 있다. 이들의 출력과 구성, 그리고 출력단에 투입된 채널당 MOSFET 개수는 다음과 같다. 

• Xs 300 모노 : 112개, 300W
• Xs 150 모노 : 112개, 150W
  ​
• XA200.8 모노 : 72개, 200W
• XA160.8 모노 : 72개, 160W
• XA100.8 모노 : 56개, 100W
• XA60.8 모노 : 40개, 60W
• XA30.8 스테레오 : 40개, 30W
• XA25 스테레오 : 2개, 25W
  ​
• X600.8 모노 : 72개, 600W
• X260.8 모노 : 40개, 260W
• X350.8 스테레오 : 72개, 350W
• X250.8 스테레오 : 56개, 250W
• X150.8 스테레오 : 40개, 150W

​Xs Preamp 패스 랩스 플래그십 프리앰프

Xs Preamp는 기본적으로  전원부 분리형 프리앰프다. 전원부를 분리시킨 것은 전원부가 일으키는 전자파노이즈(EMI, RFI)를 차단하기 위해서인데, 특히 프리앰프는 워낙 미세한 신호를 다루기 때문에 별도 전원부 채택은 하이엔드 프리앰들이 즐겨 사용하는 단골 메뉴다. 100VA 플리트론 트랜스포머를 투입한 전원부는 10만uF 이상의 정전용량을 자랑한다. 

증폭부는 또렷하고 정확한 이미지와 사운드스테이지를 위해 좌우 채널을 듀얼 모노로 구성했다. 후면을 보면 좌우 채널이 전원부로부터 각각 전용 케이블을 통해 전원을 공급받는 것을 알 수 있다. 입출력단자는 밸런스(XLR)와 언밸런스(RCA) 모두 마련했으며 입력단자가 각 6조, 출력단자가 각 3조다. 당연한 얘기지만 리모컨도 마련됐다. 

증폭부 설계는 9.5dB 게인 대부분을 확보하는 입력단이 JFET, 출력 버퍼단이 MOSFET으로 구성됐다. 음질 왜곡을 일으키는 커패시터를 신호경로상에서 배제한, 이른바 DC(Direct Coupled) 방식을 채택했다. Xs Preamp가 100kHz까지 매우 평탄한 주파수응답특성을 얻을 수 있는 것은 기본적으로 이 DC 방식 덕분이다. 

흥미로운 것은 볼륨 설계. -89.5dB에서 +9.5dB 구간에서 0.5dB씩 200 스텝으로 매우 정교하게 움직인다. 참고로 필자의 XP-12는 1dB씩 100 스텝으로 움직인다. 또한 볼륨단 이후 버퍼 스테이지를 생략, 증폭신호 경로를 보다 단순화시켰다. 입력 임피던스는 42k옴. 이밖에 출력단자 2조를 마스터(Master), 1조를 슬레이브(Slave)로 구성해 파워앰프를 바이앰핑할 수 있는 점도 눈길을 끈다. 

Xs 300, 패스 랩스 플래그십 모노블럭 파워앰프

Xs 300은 증폭부와 전원부를 각각의 섀시에 담은 총 4박스의 모노블럭 파워앰프다. 출력단에 채널당 112개의 MOSFET을 투입, 클래스A 증폭, 푸시풀 구동으로 8옴에서 300W, 4옴에서 600W를 낸다. 입력단자는 밸런스(XLR)와 언밸런스(RCA) 각각 1개씩 마련됐고, 스피커케이블 커넥터는 바이와이어링을 지원한다. 

전압증폭단은 MOSFET을 캐스코드 방식으로 구성, 게인 26dB를 확보한다. 프로토타입에서는 JFET을 썼으나 최종 생산단계에서 보다 높은 전압을 흘려줄 수 있는 MOSFET으로 바꿨다고 한다. 전압증폭단과 출력단에 투입된 MOSFET은 모두 도시바 제품으로 지금은 단종된 NOS(New Old Stock) 제품들이다.  

자세히 살펴본 것은 출력단에 투입된 MOSFET 112개의 구성. 우선 증폭부 섀시 양 사이드에 36개 MOSFET 뱅크가 1개씩 투입됐다. 따라서 총 72개의 MOSFET이 각각 36개씩 밸런스 회로를 구성하고, 각 회로는 다시 18개씩 푸시풀 구동한다. 나머지 40개는 별도 섀시의 파워부에 있는데, 20개 MOSFET 뱅크가 양 사이드에 1개씩 장착됐다.

40개 MOSFET은 왜 증폭부가 아니라 파워부에 들어간 것일까. 이는 Xs 300 앰프가 300W 이상의 대출력, 예를 들어 4옴에서 600W을 낼 때 보다 많은 전류를 흘려주기 위해서다. 물론 증폭부와 파워부를 연결한 전용 케이블을 통해서다. 전원부에 들어간 40개 MOSFET은 증폭부에 안정적인 대전류를 공급하는 커런트 소스(current source) 역할을 하는 것이다.

​결국 Xs 300의 파워부는 2kVA 용량의 토로이달 전원트랜스와 40만uF의 파워 커패시터, 그리고 커런트 소스로서 40개의 MOSFET(20개 뱅크 x 2)으로 이뤄진 셈이다. Xs 150은 이러한 구성은 동일하지만 전원트랜스가 1.5kVA에 그치는 등 전원부 용량이 적고 이 때문에 출력 MOSFET에 흘려주는 대전류 용량도 적다.

심화학습1. 패스 랩스는 왜 MOSFET을 고집할까. 

패스 랩스는 출력단에 MOSFET만을 쓴다. 사실 넬스 패스가 처음부터 바이폴라 트랜지스터(BJT)를 안썼던 것은 아니다. 쓰레숄드 시절만 해도 출력단에 바이폴라를 썼으나, 패스 랩스를 설립하고부터는 FET 출력소자로 방향을 틀었다. 넬슨 패스가 해외 인터뷰를 통해 밝힌 MOSFET과 JFET, VFET(SIT)을 선택하게 된 이유는 2가지다.

• 첫째. 클래스A 증폭 설계에서 FET 소자가 BJT 소자에 비해 다루기가 쉽고 성능도 낫다.(I found the FETs easier to work with in terms of obtaining equivalent or better performance with simple Class A circuits.) 
• 둘째. FET 소자가 BJT 소자보다 소리가 좋았다.(I liked the sound of the FETs better than bipolars, and still do.) 

심화학습2. 슈퍼 시메트리 회로가 뭔가요?

​넬슨 패스는 솔리드 대출력 앰프의 가장 큰 문제점으로 왜곡(distortion)과 노이즈(noise)를 꼽았고, 이를 극복하기 위해 1994년에 개발, 특허까지 받은 것이 슈퍼 시메트리(Super Symmetry) 회로다. 달리 생각하면, 슈퍼 시메트리 회로가 개발되었기에 1000W를 내는 X1000 앰프를 시작으로 패스의 대출력 앰프들이 나올 수 있었다. 

​슈퍼 시메트리 회로는 플러스(+)와 마이너스(-) 신호 증폭 회로를 완전히 ‘똑같이’(super) ‘대칭’(symmetry) 형태로 만들어 증폭시에 끼어든 왜곡과 노이즈를 대폭 줄이는 설계. 밸런스 회로보다 더 나아간 것이 시메트리 회로, 이를 더욱 발전시킨 것이 슈퍼 시메트리 회로라고 보면 된다. 넬슨 패스에 따르면 슈퍼 시메트리 회로 적용으로 왜곡과 노이즈가 100분의 1 수준으로 줄어들었다고 한다.

사진1. 밸런스 회로

사진2. 시메트리 회로

사진3. 슈퍼 시메트리 회로

위 3개의 회로도는 넬슨 패스가 패스DIY 사이트에 공개한 것들인데 1번이 싱글 스테이지로 이뤄진 일반 밸런스 차동 회로, 2번이 시메트리 회로, 3번이 슈퍼 시메트리 회로다. 자세히 보면 1번 회로에는 출력신호 일부를 입력단에 되먹이는 피드백 회로가 없지만, 2번 시메트리 회로에는 플러스, 마이너스 MOSFET 각각에 10k옴, 1k옴 2개 저항으로 이뤄진 피드백 회로가 추가된 것을 알 수 있다. 

이 상태에서 오른쪽 MOSFET Q2의 출력신호에 노이즈(N)가 끼어들면 어떤 일이 벌어질까. 

• 첫째. 피드백 회로에 의해 Q2 게이트(G)에 노이즈가 되먹임된다. 
• 둘째. 이 결과 Q2 소스(S)에서 빠져나오는 전류에도 똑같은 노이즈가 끼어든다.
• 셋째. 이 노이즈가 끼어든 전류는 왼쪽 MOSFET Q1의 소스(S)로 입력된다. 
• 넷째. 따라서 Q1의 드레인(D)에서는 Q1에서 발생한 노이즈와 똑같은 파형의 노이즈가 생성된다. 
• 다섯째. Q2와 Q1 각각의 출력신호는 서로 위상이 반대이기 때문에 한 신호를 뒤집어 합칠 경우 두 노이즈는 상쇄된다. ’Noise + (-Noise) = 0’이라고 생각하면 된다. 

​3번 슈퍼 시메트리 회로는 여기서 한 걸음 더 나아갔다. 두 피드백 회로에 새로 저항을 추가하고 Q2 소스와 Q1 소스 사이에 있던 저항을 제거하는 등 Q2와 Q1이 보다 동일한 상태에서 작동하도록 한 것. 넬슨 패스에 따르면 시메트리 회로는 기존 언밸런스 회로의 10분의 1 수준으로 왜곡과 노이즈를 줄였고, 슈퍼 시메트리 회로는 이를 다시 10분의 1 수준으로 줄였다. 결국 언밸런스 신호에 비하면 슈퍼 시메트리 회로에 나타나는 왜곡과 노이즈는 100분의 1 수준인 셈이다.

시청

하이파이클럽 메인 시청실에서 진행된 Xs Preamp 및 Xs 300 시청에는 MSB 프리미어 DAC과 젤라톤 Reference MKII 스피커를 동원했다. 음원은 주로 룬(Roon)으로 코부즈 스트리밍 음원을 들었다. 

Eagles - Hotel California
Hell Freezes Over

사실 필자는 올 초 Xs Preamp와 Xs 300 조합을 감도 102dB의 WHT 백로드혼 스피커 PR4에 물려 들어본 적이 있다. 그 때 인상은 스피드가 빠른데도 냉랭하지 않고 온기가 베어 있다는 것. 과연 클래스A 앰프에서 기대했던 바로 그 소리였다. 그리고 고감도 스피커로 듣는데도 체감상 노이즈가 전혀 없었다는 점도 눈에 띄었다. 

이번에는 공칭 임피던스 4옴, 감도 90dB의 젤라톤 스피커다. 첫 곡으로 ‘호텔 캘리포니아’를 재생하자 여러 특징들이 마구마구 포착된다. 우선 순풍순풍 튀어나온 음들이 모두 깨끗했는데 이는 MOSFET 앰프와 전원부 분리형 앰프의 전형적인 특징. 킥드럼의 저역은 뒷벽에서 강력하게 작렬했다. 과연 4옴에서 600W를 내는 모노블럭 파워앰프가 맞다. 

Lee Morgan - Hocus Pocus
The Sidewinder

​이 곡에서는 전원부 분리형 듀얼 모노 프리앰프의 존재를 만끽했다. 곡이 시작되자 어느새 오른쪽에 드럼과 색소폰, 왼쪽에 트럼펫, 가운데에 피아노와 베이스가 가지런히 자리를 잡으며, 악기 이미지는 일절 색번짐 없이 뚜렷하다.

공감하시겠지만 웰메이드 프리앰프를 투입했을 가장 많이 얻는 소득은 넓어지는 공간감과 또렷한 이미징, 그리고 음의 생기인데 지금이 바로 그러하다. 여기에 4박스 모노블럭 파워앰프의 스피커 드라이빙 능력은 두말 하면 잔소리다. ​

Jennifer Warnes - Bird on a Wire
Famous Blue Raincoat: 20th Anniversary Edition

곡 초반 묵직한 타격음이 시청실 정면 벽을 가득 점령했다. 스테레오 파워앰프는 감히 명함도 못내밀 지경으로, 그야말로 진격의 저음이다. 신기한 것은 이 곡에서 제니퍼 원스의 목소리가 유난히 매끈하고 소프트했다는 것.

이는 젤라톤 스피커 미드레인지 덕도 있지만 패스 프리앰프를 관통하는 일관된 사운드 시그니처이기도 하다. 또한 드럼의 탄력감 넘치는 저음이 무척 정갈했던 점도 다시 강조해두고 싶다. 칼라 브루니의 ‘Stand By Your Man’에서는 중앙 포커싱이 워낙 강력해 양쪽 스피커가 순식간에 사라져버렸다. 
​

Michael Stern, Kansas City Symphony
Saint-Saens Symphony No.3
Saint-Saens Organ Symphony

​4악장을 여는 장엄하고 호쾌한 파이프 오르간 소리에 속이 뻥 뚫린다. 소릿결은 곱고 음수는 많다. 마치 커다란 저수지 둑에서 쉬지 않고 물이 나오는 듯하다. 이러한 파이프 오르간 소리를 뚫고 들리는 목관 악기들도 매력적인데 전체적으로 정리 정돈이 잘 됐다는 인상.

확실히 스트레이트하고 콘트라스트가 강렬한 바이폴라 트랜지스터 앰프 소리는 아니다. 6분40초 무렵에는 불꽃놀이처럼 음들이 작렬했는데 이 경우에도 음들이 전혀 혼탁해지지 않았고 음의 표면은 뜨겁게 달아올랐다. 대출력에서 확인되는 슈퍼 시메트리 회로, 클래스A 증폭 앰프의 진가다. 

총평

요즘 트렌드는 단 한 대의 스트리밍 앰프로 간편하게 음악을 듣는 것이다. 하지만 다른 한 쪽에는 이왕 내친 걸음 분리형의 끝판까지 가보는 경우도 많다. 후자의 대표 사례가 총 6개 섀시가 투입된 이번 Xs Preamp와 Xs 300 조합이다. 이 조합으로 들은 생상스의 오르간 교향곡은 평소와 달라도 너무 달랐다. 마치 필자가 성당 안으로 들어간 것 같았다. 

더욱 마음이 쏠리는 것은 이들 곳곳에 넬슨 패스와 웨인 콜번, 데스몬드 해링턴 등 패스 핵심 엔지니어들의 손길이 모두 닿았다는 것. 6개 섀시를 관통하는 통일된 아웃룩도 빼놓을 수 없는 매력이다. 프리앰프와 파워앰프의 끝을 보고 싶은 애호가들에게 진지한 청음을 권해드린다. Xs Preamp와 Xs 300 조합은 지금 다시 생각해 봐도 멋지고 부럽다. 

by 김편 오디오 칼럼니스트