소니 플래그십 워크맨 NW-WM1Z/WM1A 개발 스토리 2부

안녕하세요, 스타일지기입니다.

얼마 전 최상의 음질을 구현하기 위해 탄생한 소니 오디오 기술의 정수, 시그니처 시리즈의 소니 플래그십 워크맨 NW-WM1Z의 엔지니어 인터뷰 1부를 소개해드렸습니다. 작지만 묵직한 NW-WM1Z의 개발 과정에 이렇게 많은 이야기들이 숨겨져 있다는 사실이 매우 놀라웠습니다.

오늘은 NW-WM1Z 제품의 하드웨어 구조 설계 및 부품 개발 과정의 비하인드 스토리들을 전해드립니다. 독보적인 아날로그와 디지털 오디오 기술의 집약으로 궁극의 공간감을 경험할 수 있는 시그니쳐 시리즈의 워크맨 NW-WM1Z 개발자들이 직접 전하는 2번째 이야기, 지금 함께 만나보시죠. :)

▼시그니처 시리즈 NW-WM1Z/WM1A 엔지니어 인터뷰 1부 보러 가기▼

1부: 컨셉 , S-Master HX

#Architecture I

가장 먼저 WM1A의 알루미늄 절삭 섀시에 대한 설명을 듣고 싶습니다.

NW-WM1A의 기본적인 아이디어는 ZX2와 같습니다. 순도가 높은 알루미늄 절삭 섀시에 금 도금 구리 플레이트를 장착하여 강성을 높이고 저항을 낮추었으며, 전체적으로 제품의 안정성을 높였습니다.

하지만 그 중에서도 가장 포인트는 구리 플레이트의 재질을 순도 높은 무산소동 구리로 변경한 것입니다. 그 두께를 매우 두껍게 하고 전체적으로 부피가 커진 것이 저항을 낮추는 데 가장 크게 기여하고 있습니다.

후면 패널 부분도 변경되었나요?

그렇습니다. ZX2의 경우 스테인레스 재질이었는데 WM1A에서는 이것이 콜슨계 구리 합금으로 대체 되었습니다. 이 재질은 처음으로 사용했는데, 구리를 주성분으로 하고 있어 높은 전도성을 유지하면서 동시에 후면 패널에 필요한 강도 또한 충분히 갖추고 있는 것이 특징입니다. 스테인레스에 비해서 전도율이 약 20배 높아 음질 역시 개선되었습니다.

후면 패널 부분은 오디오 신호는 들어가지 않는 곳이지만, 확실히 고집할 가치가 있을 정도로 소리에 상당한 영향을 주는 부분입니다. NW-ZX1(이하:"ZX1")이후로 계속해서 케이스 자체를 본체로 사용하는 방법을 적용하고 있는데, 이번 방법은 최신이라고 할 수 있습니다.

#새로운 도전 무산소동 섀시

그럼 이번에는 NW-WM1Z의 섀시에 대해서 묻고 싶습니다. 무산소동을 채택하게 된 한 이유가 있을까요?

원래 ZX2 개발 당시 알루미늄 등 다양한 소재를 고려하고, 여러 번의 시행착오를 겪으며 테스트를 진행하고 있었습니다. 그러던 중에 "구리를 가지고 섀시를 만들어보면 어떨까?"라는 생각을 문득 하게 되었습니다.

그리고 프로토타입으로 ZX2의 구리 섀시를 제작하게 되었습니다. 사실 포터블 오디오로서 적절한 무게와 비용을 고려할 수밖에 없기 때문에, 처음에는 이 소재를 사용해서 실제 제품을 양산을 하려는 계획은 없었습니다. 어디까지나 음질을 연구하기 위한 테스트 차원이었습니다. 나중에 기회가 되면 한 3~4년 뒤에 한 번쯤 정말로 만들어보면 어떨까라고 상상은 했었지요.

구리는 무겁고, 전기 저항이 낮기 때문에 음질만을 고려한다면 가장 이상적인 소재라고 할 수 있습니다. ZX1을 처음 만들 때 황동을 가지고 케이스를 만들어 테스트 해보았는데, 고음역대가 좋지 않아서 포기한 적도 있습니다. ‘재질의 비중과 저항 사이의 밸런스’를 적절하게 맞추기 위한 연구가 없었다면 지금처럼 구리 소재를 사용하지 못했을 것 같습니다.

실제로 들어보면, 확실히 구리 소재를 사용하는 것이 뛰어나고 성능이 좋습니다. 하지만 일반 구리가 아닌 무산소동으로 제작한다는 것은 비용은 물론 생산 자체도 무모했던 것이 사실입니다. 그런데 어느 날 설계 담당 파트에 물어보았더니, "이미 무산소동으로 결정되었습니다!"라고 이야기를 해주셨습니다.

이처럼 고순도의 무산소동을 조달하고 제작할 수 있는 곳은 일본뿐입니다. 선택할 수 있는 재질 중 가장 좋은 것을 고르고 싶은 마음 하나로 WM1Z에 사용하게 되었습니다.

구리의 순도 차이는 음질에 어떤 영향을 주나요?

ZX시리즈 제작 당시 알루미늄 케이스를 실험할 때 순도가 높아질 수록 음질에 좋은 영향을 준다는 것을 확인할 수 있었습니다. 이러한 특징은 다른 소재에서도 유사합니다. 순도가 떨어지게 되면 저항값이 조금씩 더 증가하게 되고 이것이 소리에도 영향을 주게 됩니다.

스펙으로는 유사한 수준이기 때문에, 저항값에 대단히 큰 변화가 나타나지는 않습니다. 하지만 실제 사운드를 청음해 보면 상당한 차이가 나게 됩니다.

ZX2의 프로토타입이 WM1Z의 무산소동 절삭 케이스로 결국에는 빛을 보게 된 것이군요.

솔직히 이야기해서 "무산소동으로 결정하자!"라고 했을 때, 실제로 양산이 어떻게 될 지까지는 고려하지 못했습니다. 하지만 당시 저희는 ZX2의 프로토타입 제품을 통해 무산소동의 음질에 대해서 알고 있었기에, 어떻게든 제품화를 하고 싶은 마음이 컸습니다. 그래서 기계 설계 쪽에 좀 무리하더라고 하고 싶다고 이야기하였습니다.

막상 제품화가 되어갈수록 사방에서 "정말 양산할 수 있는 것이겠죠?"라고 압력이 들어왔습니다. 실제로 구리라는 소재는 부드럽고 무겁기에 떨어뜨리기라도 하면....

특히 강도에 대해서는 단계적으로 일정을 정해놓고, "이 시기까지는 이 시험을 통과할 수 있으면 좋겠다"라고 생각하면서 테스트를 반복하면서 피드백을 진행하였습니다.

구조적으로 ZX2와 같은 프레임 형태의 섀시가 아니라, 일종의 욕조형태와 비슷한 튼튼한 구조로 진행하였습니다. 특히 측면을 늘려서 강도를 더 높이는 것이 해결책이었습니다. 밸런스 연결이 될 수 있도록 설계한 것도 큰 영향을 주었습니다. 밸런스와 언밸런스를 위해서 회로를 양면으로 배치하고 대형 코일을 넣은 것이 결국 케이스를 크게 만들었고 더불어서 필요한 강도도 확보할 수 있게 되었습니다.

무산소동의 경우 절삭 작업이 더 어렵지 않았나요?

순도가 높은 재료일 수록 절삭에 대한 저항이 매우 커지게 됩니다. 따라서 절삭하는 칼날도 오래 사용하기가 어렵습니다. 게다가 이번에는 무게로 엄청나게 고생했습니다. 절삭 이전에 무산소도 구리 블록은 약 1.8kg으로 매우 무겁습니다.

구리의 경우는 알루미늄보다 기본 무게가 약 3.1배 무겁습니다. 그래서 알루미늄처럼 생각하고 가공하게 되면 상당히 무거워져 버립니다. 하지만 가볍게 하려고 하면 반대로 강도가 부족하게 됩니다. 휴대용 오디오가 요구하는 가벼우면서도 동시에 고강도여야 한다는 목표에 반하게 되는 것이지요.

이러한 부분에서 최적의 균형을 찾으면서 가공 작업을 했습니다. 그래서 아주 미세하게 칼날을 조절해가면서 제작을 하였고, 결과적으로는 가공 시간이 알루미늄 섀시의 1.5배 정도 걸리게 되었습니다.

무산소동 섀시 위에 구리, 주석, 아연 삼원 합금 도금을 하고 다시 금도금을 한 것으로 알고 있습니다. 이렇게 한 의도가 있을까요?

구리는 음질에는 아주 좋지만, 부식에 약한 특징을 지니고 있습니다. 그래서 도금 작업이 필수적입니다. 그런데 구리에 금도금을 직접 해버리면, 핀홀이라는 현상이 발생합니다. 도금 입자 사이에 공간이 생겨서 구멍이 생기는 것이죠. 워크맨은 휴대용 오디오 기기이기에 외부에서 사용하게 되고, 손가락으로 만지게 되어 있습니다. 그러면 이 작은 구멍 사이로 부식이 천천히 진행되게 됩니다. 그래서 저희는 무산소동 위에 기초 도금을 먼저 하는 방식을 적용하였습니다.

일반적으로 이러한 기초 도금 작업을 니켈로 진행하게 됩니다. 하지만 자성체인 니켈 도금은 음질에 또다시 악영향을 주게 됩니다. 하지만 이번 제품의 목표는 철저하게 음질이기에 비자성체인 삼원 합금 도금을 선택하였습니다. 이 도금 방식은 외관을 깨끗하게 마무리 할 수 있고 금도금의 공정을 한 차원 더 높일 수 있습니다. 이 과정에서 상당히 높은 난이도가 요구되어 많은 어려움이 있었지만, 저희는 음질을 위해서 절대 이 부분은 양호하지 않고 진행하고자 했습니다.

그럼 이번에는 전원과 오디오 라인 부품에 대해서 질문 드리고 싶습니다. 우선 전원 부에 "전기 이중층 캐퍼시터"를 채용하였습니다. 용량을 확인해보니 기존의 ZX2보다 더 증가된 것 같습니다.

기존의 350mF에서 500mF로 증가하였습니다. 그만큼 전원의 공급 능력도 높아진 것은 물론 안정성도 높였습니다. 다만 용량이 큰 만큼 충전하는데 상당히 오랜 시간이 필요합니다. 완전히 채워지는데 약 220시간이 필요하며, 그 이후에 소리가 완벽해집니다.

이전과 비교했을 때 저음과 같은 부분에서 큰 도움이 되겠군요.

그렇습니다. 순간적으로 큰 전력을 필요한 순간에 정확한 신호 출력을 할 수 있습니다. 그렇기에 확실히 그 차이가 느껴지게 됩니다. 덧붙이면 충전 스위치 부분에 대형 FET 2개를 병렬 연결을 하여 더 낮은 저항값으로 충전 및 전력을 공급해주고 있습니다.

이뿐만 아니라 전체적으로 S/N (신호 대비 잡음비) 향상시켜주고 있습니다.

대용량 배터리 팩을 보니까 케이블이 5개나 나와있습니다. 그 이유는 무엇인가요?

이 배터리 팩은 WM1시리즈 전용으로 개발한 것입니다. 먼저 붉은색 (+)와 검은색(-) 케이블을 각각 2개로 늘렸습니다. 납땜할 부분이 많아져서 기계 설계 파트에서는 꽤나 고생을 했습니다. 이 덕분에 케이블의 저항값은 1/2로 낮출 수 있었고, 전력 공급 능력도 한층 더 높일 수 있었습니다.

"5개로 증가했다"라고 말하는 것은 아주 간단한 일이지만, 사실 이렇게 케이블이 많아지면 여러모로 제작 시 난이도가 높아지게 됩니다.

보호 회로 기판에는 어떤 것에 중점을 두었나요?

인쇄 기판의 홀을 2배로 늘렸습니다. 홀이라는 것은 기판의 앞면과 뒷면을 잇는 도금된 구멍을 이야기하는 것인데, 그 구멍이 많아질 수록 전기가 쉽게 흐르게 됩니다.

이러한 작은 개선들이 보컬과 악기 사운드의 투명감을 향상시키는 역할을 하게 됩니다. 그래서 항상 기계 설계 파트의 헌신에 대해 너무나 고맙게 생각하고 있습니다.

#Architecture II – 3년간의 개발 끝에 탄생한 결실

ZX시리즈에서는 "OS-CON"이 있었는데, 이번 WM1시리즈에는 새롭게 개발한 고분자 콘덴서(FT CAP)가 탑재되어 있습니다. 어떤 변화가 있었는지 궁금합니다.

이번 FT CAP은 정말 워크맨을 위해 탄생한 부품이라고 말씀 드리고 싶습니다. ZX1의 개발이 끝난 뒤 만들기 시작했고, 기본적으로 거치형 앰프 음질 디자인 팀을 통해 마무리를 했습니다. 처음 시제품을 만들고 소리를 체크하면서 무려 3년간이나 다듬는 과정을 거치면서 완성한 것입니다. 이 콘덴서를 통해 좀 더 투명한 소리를 낼 수 있도록 정말 모든 노력을 다했고 마지막까지 세밀한 조정을 거쳤습니다.

저희가 목표로 하였던 소리의 방향성과 목표였던 '자연스럽고 어쿠스틱에 최적화된 사운드'에 매우 일치하게 되었습니다.

이번에 새롭게 개발한 S-master HX와 궁합이 정말 좋습니다. 정말 이 부품이 없었으면 어땠을까라고 생각하니 오싹하네요.

사실 WM1Z와 WM1A는 사용된 콘덴서의 숫자가 조금 다릅니다. 이번 제품은 밸런스와 언밸런스 출력을 지원하게 되면서 기판이 앞뒤로 구성되어 있습니다. 기판 B면의 경우는 밸런스 출력인데 이 부분은 동일하게 4개씩의 고분자 콘덴서를 사용하고 있습니다. 하지만 A면의 경우는 언밸런스 출력을 담당하는데 여기는 OS-CON도 사용하고 있습니다. 그리고 이 OS-CON의 숫자 역시 차이가 있습니다.

WM1A와 WM1Z는 소리의 방향성이 다릅니다. 그렇기에 섀시도 다르게 되고 이런 세세한 부품도 달라지고, 또한 서로의 소리의 차이를 조정해나가는 과정에서 탑재한 부품의 수도 차이가 나게 됩니다.

이번에는 다른 부품에 대해서 이야기해보겠습니다. 초 저노이즈 LDO 레귤레이터가 있는데, 크기가 상당히 큰 것 같습니다.

소니의 새로운 S-Master HX 반도체(CXD3778GF)와 거의 비슷한 크기입니다.

일반적으로 1mm 정도의 크기를 사용하지만, 이번에는 5mm 사이즈로 무려 3개나 탑재하고 있습니다. 비용이 올라가는 부분이 있지만 노이즈 제거 능력이 아주 탁월하기 때문에 주저 없이 선택하게 되었습니다.

구체적으로 이것이 어떤 역할을 하나요?

예를 앰프에서 5 볼트의 전기가 필요할 때 먼저 배터리의 전압에서 7볼트까지 스위칭 전원으로 승압을 시켜줍니다. 그리고 다시 이 레귤레이터에서 노이즈를 제거하면서 5볼트로 낮춰줍니다.

전기를 순화하는 작업으로 이해하면 될까요?

그렇습니다. 5볼트의 전기를 일부러 일단 7볼트까지 올린 후 목표에 따라서 5볼트로 낮추는 과정에서 스위칭 전원에 포함된 잡음을 제거하는 역할을 해주는 것이죠. 전압 변화 횟수가 증가할 수록 전력을 더 많이 소비하게 되지만, 음질을 위해서 이러한 과정을 거치는 것이구나 하고 생각하시면 됩니다.

밸런스 출력 부분에는 LC 필터로 채택된 "대형 코일"의 사이즈가 더 커진 것 같습니다. 어떤 역할 혹은 효과가 있을까요?

ZX2의 경우는 7mm 정도의 크기였습니다. 하지만 이번에는 밸런스 출력부에 8mm로 더 굵고 대형화된 것을 사용하고 있습니다. 이에 따라서 출력과 주파수 전체의 해상력이 상승하게 됩니다.

이 대형 코일도 그렇고 조금 전 말씀 드렸던 헤드폰과 콘덴서 역시 그렇습다만, 부품 파트너쪽에서 적극적으로 협력해주신 덕분에 거의 워크맨을 위한 전용 부품처럼 생산하고 있습니다. 덕분에 워크맨의 음질을 위한 부품이 정말 많아졌다라고 말씀 드릴 수 있으며 항상 감사한 마음입니다.

밸런스 출력 부분을 보게 되면 뮤트 회로 릴레이가 2개 자리잡고 있습니다.

소리가 나올지 않을 때는 전자 작용으로 접점을 열고, 소리가 나올 때는 다시 닫는 기계식 릴레이입니다. 지금까지보다 더 큰 트랜지스터를 사용하고 있는데, 역시 들어 보면 음질의 차이가 확실하게 납니다. PHA-3에 사용하고 있는 있는 큰 사이즈를 적용했습니다. 역시나 기계 설계 파트에 또 다시 부담을 주게 되었지만, 밸런스 출력의 음질만을 위해 밀어붙였습니다.

전원을 켤 때 등 다양한 경우에서 발생하는 노이즈를 귀에 전달하지 않도록 소프트웨어를 제어하여 접점을 개폐하는 역할을 하게 됩니다.

WM1Z에 "대형 고음질 저항(Fine sound)"을 채용한 목적은 어떻게 되는지요.

사실 이 부품은 원래 홈 오디오에 사용되는 것인데, 개발 당시부터 WM1Z에 이 제품을 꼭 사용하고 싶다고 계속해서 생각해왔습니다. 왜냐하면 이 부품은 비자성체와 구리도금으로 제작되어 왜곡이 거의 없는 솔직한 사운드를 들려줍니다. 부드러운 사운드를 추구하는 WM1Z의 목표와도 일치합니다.

클락 역시 기존의 제품보다 크기가 대형이군요.

이전에는 3.2 x 2.5mm 였는데, 이번에는 5.0 x 3.2mm로 상당히 대형화 시켰습니다. 이 칩에는 크리스털 조각과 IC가 들어있는데, 커진 만큼 공간에 여유가 있기에 IC의 노이즈로부터 영향을 받지 않는 부품 배열이 가능해졌습니다. 결과적으로 노이즈가 더 낮은 위상 발진기가 된 것이죠. 또한 새로운 S-Master HX에 맞추어서 주파수가 2배가 되도록 설계하였습니다.

기판의 구성도 색다른 것 같습니다. 오디오와 디지털 블록이 완벽하게 분리되어 있군요.

CPU와 메모리에서 발생하는 디지털 노이즈의 영향을 받지 않도록 하기 위해서 오디오와 디지털을 상하로 분리해서 설계했습니다. 또한 언밸런스와 밸런스의 기판도 A면/ B면으로 완전히 분리하여 설계하였습니다.

WM-PORT에도 변화가 있는 것 같습니다. 아날로그 출력이 삭제된 것으로 알고 있는데 그 이유가 무엇인지요?

WM-PORT를 통해 오고 가는 line-out / line-in에 아날로그 신호가 전송되지 않습니다. 아날로그 신호를 통과시켜야 하면 디지털 블록에 아날로그 그라운드를 따로 가져야 하고, 그러면 음질에 영향을 주기 때문에 이번에는 완전히 제외시켰습니다.

WM1Z의 경우는 내부 기판과 헤드폰 잭을 연결하는 케이블 부분을 킴버 케이블(KIMBER KABLE)을 사용하고 있습니다. 이유가 궁금합니다.

현재 소니는 킴버 케이블사와 협력하여 헤드폰 케이블을 개발해나가고 있습니다. 이번에는 워크맨 내부 배선으로 사용하면 어떨까 생각하게 되었습니다. 내부 배선으로 사용할 수 있는 크기의 뜨개질(Braid) 구조의 케이블을 공동 개발하고, WM1Z의 내부의 밸런스와 언밸런스 출력에 적용했습니다. 고객들께서 감상하실 때, 별도로 판매하는 KIMBER KABLE을 구매하셔서 장착하시면 앰프의 뿌리에서 헤드폰 잭 그리고 케이블까지 모두 뜨개질(Braid) 구조를 적용한 케이블을 통해서 고품질 사운드의 음악을 감상하실 수 있습니다.