카트리지

바늘은 카트리지에서 음원의 물리적 요철을 전기 신호로 변환하는 핵심 변환기 역할을 한다. 이 부품은 축음기의 원통형 카트리지나 축전기의 원반형 카트리지에서 모두 필수적이며, 토머스 에디슨이 최초의 축음기를 발명한 1877년 이래로 그 기본 원리가 유지되어 왔다. 바늘 끝단의 스타일러스가 음원에 새겨진 음극을 직접 추적하며 기계적 진동을 생성한다.

바늘의 재질과 형태는 성능과 내구성에 직접적인 영향을 미친다. 초기에는 강철이나 사파이어가 사용되었으나, 현대의 고성능 카트리지에는 가장 단단한 물질인 다이아몬드가 스타일러스 재료로 널리 채용된다. 다이아몬드 스타일러스는 마모에 강해 장시간 사용이 가능하며, 미세한 음극을 정밀하게 추적할 수 있어 고품질의 소리 재생을 가능하게 한다. 바늘의 형상 또한 구형, 타원형, 선형 접촉형 등 다양하게 발전하여 음원과의 접촉 면적과 추적 성능을 최적화하고 있다.

카트리지 본체는 축음기나 축전기에서 소리를 기록하거나 재생하는 핵심 저장 매체를 구성하는 부분이다. 이 본체는 토머스 에디슨이 1877년 최초의 축음기를 발명하면서 등장한 개념으로, 소리의 물리적 흔적을 담는 역할을 한다. 본체의 형태는 크게 두 가지로 구분되는데, 축음기에 사용되는 원통형 카트리지와 축전기에 사용되는 원반형 카트리지가 대표적이다.

원통형 카트리지 본체는 일반적으로 납이나 왁스로 코팅된 원통 형태로, 바늘의 진동에 따라 표면에 음극을 새겨 소리를 기록한다. 반면 원반형 카트리지 본체는 평평한 원판 모양으로, 주로 셸락이나 비닐 재질로 만들어져 바늘이 나선형 홈을 따라가며 소리를 재생한다. 이 두 형태는 각각 다른 재생 장치와 호환되며, 기록 방식과 저장 용량에서 차이를 보인다.

카트리지 본체의 재질과 제조 품질은 음질과 내구성에 직접적인 영향을 미친다. 고품질의 원반형 카트리지 본체는 표면의 잡음을 최소화하고 주파수 응답을 균일하게 유지하는 데 기여한다. 또한, 본체의 정확한 균형과 두께는 바늘이 홈을 안정적으로 추적하는 데 필수적이다. 따라서 카트리지 본체는 단순한 저장 매체를 넘어, 아날로그 음향 시스템의 음질을 결정하는 중요한 구성 요소로 평가된다.

출력 단자는 카트리지가 생성한 미세한 전기 신호를 앰프나 프리앰프로 전달하는 연결부이다. 이 신호는 바늘이 음반의 음극을 따라가며 발생하는 기계적 진동이 카트리지 내부에서 전기적 신호로 변환된 것이다. 출력 단자는 일반적으로 매우 가는 전선이 연결된 금속성 핀의 형태로, 카트리지 본체 후면에서 돌출되어 있다.

턴테이블의 톤암에는 이 출력 단자에 정확히 연결하기 위한 리드선이 마련되어 있다. 리드선 끝에는 작은 클립이나 커넥터가 있어 카트리지의 출력 단자에 고정된다. 올바른 연결은 좌우 채널(스테레오) 신호의 정확한 전달과 접지를 위해 필수적이다. 연결이 불량하거나 접지가 제대로 되지 않으면 소리의 품질이 저하되거나 험 노이즈가 발생할 수 있다.

카트리지의 출력 단자는 일반적으로 네 개로, 왼쪽 채널의 핫(+), 왼쪽 채널의 그라운드(-), 오른쪽 채널의 핫(+), 오른쪽 채널의 그라운드(-)로 구성된다. 이는 스테레오 음반의 두 개의 독립된 음극 채널 정보를 정확히 재생하기 위함이다. 일부 고급형 MC 카트리지의 경우 출력 임피던스가 매우 낮아 별도의 헤드앰프나 변압기를 통해 신호를 증폭해야 하며, 이 경우에도 출력 단자는 첫 번째 연결 지점이 된다.

MM 카트리지는 가동자석 방식의 축음기용 카트리지이다. 이 방식은 영구 자석이 스타일러스와 함께 진동하며, 고정된 코일 주변의 자기장 변화를 유도하여 전기 신호를 생성하는 원리를 사용한다. 토머스 에디슨의 초기 발명 이후 발전된 여러 카트리지 방식 중 하나로, 비교적 높은 출력과 내구성을 특징으로 한다.

구조적으로 MM 카트리지는 바늘이 부착된 캔틸레버 끝에 작은 자석이 장착되어 있다. 이 자석이 음극의 요철을 따라 움직일 때, 고정된 코일 내부의 자기선속이 변화하여 코일 양단에 유도 기전력이 발생한다. 이렇게 생성된 미세한 전압 신호는 프리앰프를 통해 증폭되어 최종적으로 소리로 재생된다.

MM 방식은 MC 카트리지에 비해 일반적으로 출력 전압이 높아 별도의 헤드앰프 없이 표준 MM 프리앰프 입력에 직접 연결하여 사용할 수 있는 편의성이 있다. 또한 자석과 코일이 분리된 구조로, 바늘 교체 시 비교적 간단하고 비용 효율적인 교체가 가능한 경우가 많다. 이러한 특성으로 인해 초심자부터 애호가까지 널리 사용되는 범용 카트리지 유형이다.

성능 면에서는 넓은 주파수 응답과 우수한 채널 분리도를 구현하는 모델들이 존재하며, 다양한 순응도를 가진 제품들이 출시되어 다양한 턴테이블과 톤암에 맞춰 선택할 수 있다. 그러나 고정된 코일의 무게로 인해 매우 가벼운 질량의 진동계를 구현하기에는 한계가 있어, 극한의 디테일 재생을 추구하는 일부 하이엔드 오디오 시장에서는 MC 카트리지가 선호되기도 한다.

MC 카트리지는 가동코일 방식의 축음기용 카트리지이다. 이 방식은 가동자석 방식과 함께 아날로그 레코드 재생에 널리 사용되는 두 주요 전자기 변환 방식 중 하나이다.

MC 카트리지의 작동 원리는, 바늘 끝에 고정된 코일이 음극의 음극에 따라 자석의 자기장 속에서 진동하여 전기 신호를 생성하는 것이다. 이때 코일 자체가 움직이기 때문에 '가동코일'이라는 명칭이 붙었다. 생성된 신호는 매우 미약하므로, 별도의 헤드앰프나 트랜스포머를 통해 증폭해야 한다.

이 방식은 코일의 질량을 매우 가볍게 만들 수 있어, 고속의 음극 변화를 잘 따라잡을 수 있다는 장점이 있다. 이로 인해 고음역의 재생 성능이 우수하고, 과도 현상에 대한 응답이 빠르며, 음악의 세부 표현력이 뛰어난 것으로 평가받는다. 반면, 출력이 매우 낮고, 코일이 정밀하게 제작되어야 하며, 바늘 교체가 어려워 수리 비용이 높은 단점도 있다.

MC 카트리지는 주로 하이엔드 오디오 시스템에서 선호되며, MM 카트리지에 비해 제조사와 모델의 다양성이 상대적으로 적은 편이다. 사용 시에는 반드시 헤드앰프의 입력 임피던스와 이득이 해당 카트리지에 적합하도록 맞추어야 최적의 성능을 발휘할 수 있다.

MI 카트리지는 가동철심 방식의 축음기용 카트리지이다. 이 방식은 가동자석 방식과 가동코일 방식과 함께 아날로그 레코드 재생에 사용되는 주요 카트리지 유형 중 하나이다.

구조적으로, MI 카트리지는 바늘이 진동할 때 철심이 함께 움직이는 원리를 기반으로 한다. 이 움직이는 철심은 코일 내부에서 자속의 변화를 일으켜, 전자기 유도 현상을 통해 전기 신호를 생성한다. 이 신호가 앰프를 통해 증폭되어 최종적으로 소리로 재생된다.

MI 카트리지는 일반적으로 출력 전압이 가동코일 방식보다 높고 가동자석 방식보다는 낮은 중간 특성을 보인다. 또한, 철심의 질량이 비교적 가벼워 고음역대의 재생 성능이 우수한 것으로 평가받는다. 이러한 특성 덕분에 세밀한 음악적 표현과 넓은 주파수 응답을 요구하는 오디오 애호가들 사이에서 꾸준히 사용되어 왔다.

MI 방식은 가동자석과 가동코일 방식에 비해 상대적으로 덜 알려져 있지만, 독특한 음색과 정확한 음악 재생 능력으로 인해 하이엔드 오디오 시장에서 여전히 중요한 위치를 차지하고 있다.

출력 전압은 카트리지가 바늘의 진동을 전기 신호로 변환했을 때 생성되는 전압의 크기를 나타낸다. 이 값은 일반적으로 밀리볼트(mV) 단위로 표시되며, 카트리지의 감도를 직접적으로 반영하는 중요한 성능 지표이다. 출력 전압이 높을수록 후단의 프리앰프나 파워앰프에서 필요한 신호 증폭량이 줄어들어 시스템 구성이 간소화될 수 있다.

출력 전압의 크기는 카트리지의 유형과 설계에 따라 크게 달라진다. 일반적으로 MM (가동자석) 카트리지는 3~5mV 정도의 비교적 높은 출력을 보이는 반면, MC (가동코일) 카트리지는 0.2~2.5mV 정도로 출력이 낮은 편이다. 따라서 MC 타입을 사용할 경우 출력을 높여주는 별도의 헤드앰프나 스텝업 트랜스포머가 필요하다.

이 출력값은 레코드의 음압 레벨과 EQ 커브에 따라 달라질 수 있으며, 제조사가 제공하는 명세서의 기준 조건 하에서 측정된 값이다. 사용자는 자신의 앰프나 프리앰프의 입력 감도와 매칭시켜 적절한 카트리지를 선택해야 최적의 음질과 음량을 얻을 수 있다.

순응도는 카트리지가 레코드의 음극을 얼마나 정확하게 추적하는지를 나타내는 지표이다. 이는 카트리지의 핵심 성능 요소 중 하나로, 특히 축음기나 축전기에서 소리 재생의 충실도와 직접적으로 연관된다. 순응도가 높을수록 카트리지의 스타일러스가 음극의 미세한 요철을 더 민감하게 따라가며, 이는 더 넓은 주파수 대역과 더 낮은 음악 왜곡을 가능하게 한다.

순응도는 일반적으로 정적 순응도와 동적 순응도로 구분된다. 정적 순응도는 스타일러스에 정적인 하중을 가했을 때의 변위량을 측정하며, 레코드 표면에 대한 카트리지의 전체적인 추적 능력을 나타낸다. 반면, 동적 순응도는 실제 재생 중 음극의 빠른 진동에 대한 스타일러스의 응답 속도와 민감도를 의미한다. 고품질의 소리 재생을 위해서는 높은 동적 순응도가 필수적이다.

순응도는 카트리지의 설계와 재료에 크게 영향을 받는다. MM (가동자석) 카트리지와 MC (가동코일) 카트리지는 각기 다른 메커니즘을 사용하지만, 모두 경량화된 가동 부품과 유연한 서스펜션을 통해 높은 순응도를 구현하려고 한다. 순응도가 부족한 카트리지는 고주파수 재생이 제한되거나, 레코드 음극을 제대로 추적하지 못해 소리가 왜곡될 수 있으며, 장기적으로는 레코드 자체를 손상시킬 위험이 있다.

따라서 카트리지를 선택할 때는 출력 전압이나 채널 분리도와 같은 다른 성능 지표와 함께 순응도 수치를 종합적으로 고려해야 한다. 일반적으로 카트리지 제조사는 제품 사양에 순응도 값을 명시하며, 이는 사용자가 자신의 턴테이블 암과 조합했을 때 최적의 재생 성능을 얻을 수 있도록 하는 중요한 참고 자료가 된다.

채널 분리도는 스테레오 카트리지의 중요한 성능 지표 중 하나로, 좌우 채널 간의 신호 간섭 정도를 나타낸다. 구체적으로 한 채널의 신호가 다른 채널로 얼마나 누설되는지를 측정한 값이며, 일반적으로 데시벨 단위로 표시된다. 높은 채널 분리도는 좌우 채널이 명확하게 분리되어 음상의 위치감과 입체감을 정확하게 재현함을 의미한다.

채널 분리도가 낮으면 좌우 채널의 신호가 서로 섞여, 음원의 위치가 흐려지고 사운드스테이지의 폭과 깊이가 제한될 수 있다. 특히 복잡한 오케스트라 연주나 라이브 공연 녹음과 같이 넓은 공간감을 요구하는 음원을 재생할 때 그 차이가 두드러진다. 따라서 고성능 오디오 시스템을 구성할 때는 채널 분리도가 우수한 카트리지를 선택하는 것이 바람직하다.

이 성능은 카트리지의 내부 설계와 제조 정밀도에 크게 영향을 받는다. 가동자석 방식이나 가동코일 방식 등 카트리지의 종류에 따라 분리도의 특성이 다르며, 정전기 용량이나 코일의 배치, 자석의 균일성 등이 결정적인 요소로 작용한다. 또한 턴테이블의 정렬 상태나 톤암의 특성, 심지어 접지 상태와 같은 외부 요인도 채널 분리도에 영향을 미칠 수 있다.

주파수 응답은 카트리지가 얼마나 넓은 주파수 대역을 균일하게 재생할 수 있는지를 나타내는 지표이다. 이는 인간의 가청 주파수 대역인 약 20Hz에서 20kHz 범위 내에서 카트리지의 출력 특성을 측정한 것이다. 이상적인 주파수 응답은 이 전체 대역에서 평탄한 곡선을 그리는 것이며, 특정 주파수 대역이 강조되거나 약해지지 않아 원음에 충실한 재생을 가능하게 한다.

실제 카트리지의 주파수 응답 곡선은 완벽하게 평탄하지는 않으며, 제조사에 따라 고음역이나 저음역이 약간 부각되는 특성을 가질 수 있다. 이러한 특성은 음악의 장르나 청취자의 취향에 따라 선호도가 갈리기도 한다. 주파수 응답은 카트리지의 핵심 성능을 결정짓는 요소 중 하나로, 다른 지표인 순응도나 채널 분리도와 함께 종합적으로 평가된다.

카트리지의 주파수 응답 특성은 그 구조와 직접적인 연관이 있다. 예를 들어, MM (가동자석) 카트리지와 MC (가동코일) 카트리지는 각각의 발열 구조와 코일 설계의 차이로 인해 서로 다른 주파수 응답 특성을 보이는 경우가 많다. 또한, 바늘의 형태와 무게, 카트리지 본체의 공진 특성도 주파수 응답에 영향을 미친다.

이러한 주파수 응답 데이터는 제조사가 제공하는 스펙시트에 그래프나 수치로 표기되며, 사용자가 카트리지를 선택하거나 축음기 시스템을 구성할 때 중요한 참고 자료가 된다. 단, 실재하는 음원인 축전기의 상태나 축음기의 톤암 설정 등 다른 요소들도 전체적인 음질에 영향을 미치므로, 주파수 응답만으로 음질을 단정 지어서는 안 된다.