최초의 빔관 6L6, 도대체 어디에서 왔을까? — 6L6, Where Did It Come From?
그런데 6L6의 탄생 과정을 따라가다 보면 한 가지 이상한 점이 있습니다.
6L6은 흔히 M-OV(Marconi-Osram Valve)의 N40에서 시작된 빔관 기술을 RCA가 가져와 만들어낸 진공관이라고 설명됩니다.
그렇다면 6L6은 정말 N40의 후손일까요?
N40의 기술을 그대로 발전시킨 것이 6L6이라면 두 관의 전기적 특성도 어느 정도 비슷해야 할 것 같습니다.
그런데 실제로 두 관의 스펙을 비교해 보면 이야기가 조금 달라집니다.
빔관의 탄생
1930년대 초, 영국 EMI의 엔지니어 세 명은 당시 필립스(Mullard)가 특허를 보유하고 있던 5극관(Pentode)의 특허를 피하면서도 5극관과 비슷한 성능을 얻을 수 있는 새로운 전극 구조를 고안했습니다.
그것이 훗날 Beam Tetrode, 즉 빔 전력관이라고 불리게 되는 기술입니다.
이 기술을 바탕으로 EMI와 GEC의 합작회사인 M-OV(Marconi-Osram Valve)는 1935년 1월, Marconi N40이라는 이름의 시제품을 공개했습니다.
그리고 1,000개에도 미치지 못하는 소량 생산을 진행했던 것으로 알려져 있습니다.
안타깝게도 현재 인터넷이나 박물관 데이터베이스에서 당시 생산된 N40의 실물 사진을 찾기는 어렵습니다.
대신 당시의 특허나 관련 자료에 등장하는 빔관의 구조도를 통해 그 모습을 짐작할 수 있습니다.
이 구조도에서 눈여겨볼 부분이 있습니다.
바로 Beam Forming Plate입니다.
그리고 Grid 1과 Grid 2, 즉 Screen Grid의 와이어가 서로 정밀하게 정렬되어 있는 것도 볼 수 있습니다.
전자들은 정렬된 그리드 사이를 통과하면서 일정한 형태의 전자 흐름을 만들고, 그 양쪽에 배치된 Beam Forming Plate가 전자의 흐름을 플레이트 방향으로 모아줍니다.
5극관처럼 Suppressor Grid를 사용하지 않으면서도 2차 전자 방출에 의한 문제를 억제하고, 전자의 흐름을 하나의 빔처럼 만들어 주는 것입니다.
이것이 바로 빔 전력관의 핵심 아이디어였습니다.
N40은 기존 5극관에 비해 왜율이 낮고 효율이 좋은 획기적인 관이었습니다.
하지만 여기에도 문제가 있었습니다.
M-OV의 기술진은 제1그리드와 제2그리드의 정밀한 정렬, 즉 Grid Alignment를 일정한 품질로 대량 생산하는 공정이 너무 까다롭다고 판단했던 것으로 보입니다.
결국 M-OV는 기술 공유 협정이 체결되어 있던 미국의 RCA에 이 설계를 넘기게 됩니다.
대량 생산 능력을 갖추고 있던 RCA는 이 기술을 더욱 발전시키고 생산에 적합하도록 다듬었습니다.
그리고 이듬해인 1936년 4월,
마침내 6L6이 시장에 등장합니다.
세계 최초로 상용화에 성공한 빔 전력 증폭관이었습니다.
여기까지는 비교적 잘 알려진 이야기입니다.
그런데 여기서 한 가지 의문이 생깁니다.
N40과 6L6은 정말 같은 관이라고 할 수 있을까요?
N40과 6L6은 너무 다르다
《Radio Valve Data: 1915-1960》에 기록된 N40의 주요 특성을 살펴보겠습니다.
최대 플레이트 전압: 250 V
플레이트 전류: 32.0 mA
최대 플레이트 손실: 약 8 W
싱글 오디오 출력: 약 3.5 W
반면 6L6의 특성은 다음과 같습니다.
최대 플레이트 전압: 350 V
플레이트 전류: 54.0 mA
최대 플레이트 손실: 19.0 W
싱글 오디오 출력: 약 10.8 W
두 관을 나란히 놓고 보면 상당히 큰 차이가 있습니다.
특히 플레이트 손실은 N40의 약 8W에서 6L6의 19W로 크게 증가했고, 싱글 출력 역시 3.5W에서 10.8W로 세 배 가까이 증가했습니다.
그렇다면 이런 생각을 해볼 수 있습니다.
RCA가 M-OV의 N40을 그대로 가져와 6L6으로 만든 것은 아닐 것이다.
오히려 RCA가 M-OV로부터 가져온 것은 진공관 전체의 설계가 아니라,
Grid Alignment와 Beam Forming Plate를 이용한 빔관의 핵심 기술이었을 가능성이 있습니다.
필라멘트와 캐소드, 플레이트의 크기와 구조, 그리고 대출력관을 만들기 위한 여러 기술은 RCA가 이미 가지고 있던 기술과 새롭게 개발한 기술을 결합했을 가능성이 있습니다.
그렇다면 6L6의 진짜 계보는 어디에서 찾아야 할까요?
저는 이 질문에서부터 6L6의 계보를 다시 살펴보기 시작했습니다.
RCA의 진공관 계보를 거슬러 올라가다
일본의 전설적인 오디오 평론가이자 진공관 연구가인 아사노 이사무(浅野勇)가 집필한 《지상의 진공관 앰프 제작(魅惑の真空管アンプ・製作編)》에는 RCA 계열 출력관과 송신관의 계보를 보여주는 흥미로운 도표가 수록되어 있습니다.
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| RCA 계열 출력관 · 송신관: 일본의 전설적 오디오 평론가,진공관 연구가 아사노 이사무(浅野勇) 집필 《지상의 진공관 앰프 제작(魅惑の真空管アンプ・製作編)》에 수록된 도표.이미지 속 필기체는 KDK가 직접 덧붙여 쓴 것 |
그 도표를 따라가 보면 6L6의 훨씬 오래된 뿌리를 발견할 수 있습니다.
제가 그 계보를 조금 단순화해서 정리해 보면 다음과 같습니다.
Lee De Forest의 Audion (1906)
초창기 삼극관의 탄생
↓
UV-201 / UX-201A (1919~1921)
초창기 범용 삼극관의 표준화와 고진공 기술 확립
↓
UY-227 / UX-226 (1927)
가정용 AC 전원 시대를 연 간접가열형 수신관의 발전
↓
UX-222 (1928)
내부 정전용량을 줄이기 위해 Screen Grid를 사용한 4극관의 대중화
↓
UY-247 (1929)
2차 전자 방출 문제를 억제한 초기 5극 출력관
↓
UZ-2A5 / 42 (1932)
간접가열 방식을 이용한 고출력 5극관의 발전
↓
6L6 (1936)
이렇게 보면 재미있는 사실을 하나 발견할 수 있습니다.
RCA의 진공관 기술은 6L6이 등장하기 훨씬 전부터 이미 상당한 수준으로 발전하고 있었습니다.
특히 1932년에 등장한 2A5와 42는 6L6을 이해하기 위해 상당히 중요한 관으로 보입니다.
2A5는 2.5V 히터 규격이고, 42는 6.3V 히터 규격이라는 차이가 있지만 기본적으로 같은 계열의 관입니다.
42의 주요 특성을 보면,
최대 플레이트 전압: 315 V
플레이트 전류: 42 mA
최대 플레이트 손실: 약 13 W
싱글 오디오 출력: 약 5 W
입니다.
플레이트 전압과 전류, 출력만 놓고 보면 6L6과 상당히 가까워집니다.
따라서 처음에는 이런 생각을 해볼 수 있습니다.
혹시 6L6은 42를 기본 플랫폼으로 하고 여기에 빔관 기술을 적용한 것은 아닐까?
그런데 여기에도 문제가 있습니다.
6L6은 42보다 너무 크다
6L6은 처음에는 금속관으로 등장했고, 이후 유리관인 6L6G/6L6GB 계열로 발전합니다.
이 6L6GB와 42의 내부 구조와 플레이트 크기를 비교해 보면 상당히 재미있는 차이가 나타납니다.
6L6의 플레이트 면적은 42에 비해 대략 약 2배 정도로 보입니다.
42는 아무리 보아도 6L6의 거대한 플레이트를 설명해 주는 직접적인 원형으로 보기에는 너무 작은 관입니다.
그렇다면 RCA가 가지고 있던 더 큰 출력관의 구조를 찾아볼 필요가 있습니다.
RCA의 관 가운데 플레이트 크기가 눈에 띄게 큰 관을 찾아보면 삼극관이 하나 등장합니다.
바로 2A3입니다.
특히 초기의 싱글 플레이트 2A3입니다.
초기 2A3의 싱글 플레이트는 6L6의 플레이트보다 약 1.3배 정도 큰 것으로 보입니다.
그러나 여기에도 문제가 있습니다.
초기 2A3 싱글 플레이트는 생산 초기의 형태였고, 이후에는 45관의 플레이트 두 개를 사용하는 것과 같은 더블 플레이트 구조로 변경됩니다.
따라서 6L6이 만들어진 시기의 2A3을 생각하면, 6L6의 내부 구조가 2A3을 직접 참조했다고 단정하기는 어렵습니다.
그렇다면 또 다른 관을 찾아야 합니다.
그리고 그 과정에서 아주 흥미로운 관 하나가 나타납니다.
Sparton의 C-183입니다.
RCA의 특허 풀에 들어온 C-183
C-183은 Sparton이 RCA의 45관을 대체하기 위해 개발한 삼극관입니다.
당시에는 특허 문제가 매우 복잡했기 때문에 45관과 완전히 같은 구조를 사용할 수 없었고, 이를 피하기 위해 조금 다른 구조를 사용했습니다.
그런데 결과적으로 만들어진 C-183을 살펴보면 재미있는 점이 있습니다.
45관을 피하기 위해 만들어진 관이지만, 오히려 45관을 한 단계 개선한 관처럼 보인다는 것입니다.
C-183은 플레이트 면적과 전기적 특성 모두 45관보다 커졌습니다.
그리고 그 모습은 오히려 초기 싱글 플레이트 2A3과 상당히 비슷해 보입니다.
플레이트 면적을 비교하면 C-183은 2A3보다 약 30% 정도 작습니다.
참고로 45관의 플레이트 면적은 2A3보다 약 40% 정도 작습니다.
전기적 특성을 보면 더욱 흥미롭습니다.
C-183의 플레이트 전압은 약 250V, 플레이트 전류는 약 30mA이며, 조건에 따라 최대 55mA 정도까지 사용할 수 있었던 것으로 알려져 있습니다.
2A3은 250V에서 약 60mA의 플레이트 전류를 사용합니다.
그리고 6L6 역시 250V 조건에서는 약 70mA 수준의 플레이트 전류를 흘릴 수 있습니다.
이렇게 놓고 보면 재미있는 그림이 나타납니다.
전기적 특성만 보면 6L6은 2A3에 가까운 대출력관입니다.
그리고 플레이트의 물리적인 크기를 보면 초기 2A3과 매우 가까운 C-183이 눈에 들어옵니다.
그렇다면 혹시 6L6은 하나의 진공관을 그대로 발전시킨 것이 아니라, 당시 RCA가 가지고 있던 여러 기술을 조합해서 만들어낸 관이 아닐까요?
여러 개의 DNA가 하나의 관으로
여기까지의 자료를 바탕으로 제가 조심스럽게 추정해 보는 6L6의 탄생 과정은 이렇습니다.
먼저 필라멘트와 캐소드의 간접가열 구조 및 출력관으로서의 기본적인 플랫폼은 RCA가 이미 발전시켜 놓은 42와 같은 관에서 이어졌을 가능성이 있습니다.
그리고 대형 출력관에 필요한 플레이트 구조와 방열 기술은 당시 RCA가 보유하고 있던 2A3이나 C-183과 같은 대출력 삼극관의 기술에서 참고했을 가능성이 있습니다.
여기에 결정적으로 새로운 기술이 들어옵니다.
바로 M-OV의 N40에서 개발된 Beam Forming Plate와 Grid Alignment 기술입니다.
그리고 이 모든 것을 실제 제품으로 만들어 낸 것은 RCA의 대량 생산 기술이었을 것입니다.
즉,
42의 출력관 기술
＋
C-183과 2A3에서 축적된 대형 플레이트 기술
＋
M-OV N40의 Beam Forming 기술
＋
RCA의 대량 생산 기술
이러한 서로 다른 기술들이 하나로 결합되어 6L6이라는 새로운 출력관이 탄생했을 가능성이 있습니다.
또 하나의 새로운 소행성대?
그렇다면 6L6은 어느 하나의 진공관에서 직선적으로 진화한 관이라고 보기 어렵습니다.
오히려 1930년대 RCA가 가지고 있던 여러 진공관 기술과 다른 회사에서 새롭게 등장한 기술들이 하나의 연구실에 모이고,
그 기술들이 서로 융합되어 만들어진 새로운 세대의 출력관에 가까워 보입니다.
어쩌면 이것이 6L6의 계보가 다른 진공관들처럼 쉽게 보이지 않는 이유일지도 모릅니다.
2A3처럼 하나의 계보를 따라가면 다음 관이 나타나는 것이 아니라,
여러 갈래로 흩어져 있던 기술들이 어느 순간 하나의 관으로 모여들었기 때문입니다.
그래서 저는 6L6의 역사를 조사하면서 한 가지 생각을 다시 떠올리게 되었습니다.
앞서 300B의 과거를 되돌아보면서 저는 ‘삼극관의 소행성대’가 존재했을 것이라는 가설을 세운 적이 있습니다.
하나의 계보에서 벗어나 여러 곳에서 만들어지고 사라진 수많은 삼극관들이 마치 소행성처럼 진공관 역사 곳곳에 흩어져 있었고,
그 가운데 일부가 서로 영향을 주고받으며 새로운 진공관의 탄생에 기여했을 것이라는 가설이었습니다.
그런데 6L6의 탄생 과정을 살펴보면서,
어쩌면 6L6에도 이와 비슷한 또 하나의 소행성대가 존재했던 것은 아닐까? 하는 생각이 듭니다.
RCA와 당시 진공관 업계에 흩어져 있던 여러 기술의 파편들이 마치 소행성대의 유성체처럼 각자의 자리에서 생성되고 발전하다가,
어느 순간 ‘Beam Forming’이라는 새로운 기술을 중심으로 RCA가 축적해 온 진공관 생산기술과 만나 하나의 새로운 관으로 융합된 것은 아닐까요?
저는 이것을 일단 ‘빔관 소행성대 (Beam Tube Asteroid Belt)의 가설’이라고 불러보고 싶습니다.
6L6은 하나의 진공관에서 태어난 것이 아니라,
1930년대 진공관 기술의 여러 조각들이 모여 만들어낸 새로운 행성이었을지도 모릅니다.
6L6 — Where Did It Come From?
The 6L6, the world's first commercially successful beam power tube, appeared on the market in April 1936.
The story of its birth is usually told rather simply.
In the early 1930s, three engineers at EMI in Britain devised a new electrode structure that could avoid the patents held by Philips (Mullard) on the pentode.
This new design eventually became known as the beam tetrode.
Based on this technology, M-OV (Marconi-Osram Valve), a joint venture between EMI and GEC, exhibited a prototype called the Marconi N40 in January 1935 and produced fewer than 1,000 units in a limited production run.
Unfortunately, there appear to be no surviving photographs of an actual N40 in current online archives or museum databases.
What remains are mainly drawings and diagrams from patents and technical documents of the period, which allow us to imagine what the early beam tube looked like.
One of the most interesting features in these drawings is the Beam Forming Plate.
We can also see how precisely Grid 1 and Grid 2, the Screen Grid, are aligned.
Electrons pass through the aligned grid wires and form a relatively uniform stream. The Beam Forming Plates then shape and confine this electron stream toward the plate, rather than allowing it to spread in random directions.
This was the essential idea behind the beam power tube.
The N40 was an innovative tube. Compared with conventional pentodes, it offered lower distortion and higher efficiency.
But there was a problem.
The engineers at M-OV apparently concluded that the manufacturing process required to maintain such precise Grid Alignment between the control grid and screen grid was simply too difficult for reliable mass production.
M-OV therefore transferred the design to RCA in the United States under the technology-sharing arrangements that existed between the companies.
RCA already possessed the mass-production capabilities needed to turn the concept into a practical commercial product.
The following year, in April 1936, RCA introduced the 6L6 to the market.
It became the world's first commercially successful beam power tube.
So far, this is a familiar story.
But there is something that bothers me.
Was the 6L6 really just an N40 developed further?
The N40 and the 6L6 Are Surprisingly Different
According to Radio Valve Data: 1915–1960, the principal characteristics of the N40 were approximately:
- Maximum anode voltage: 250 V
- Anode current: 32.0 mA
- Maximum anode dissipation: approximately 8 W
- Single-ended audio output: approximately 3.5 W
Now compare these figures with the 6L6:
- Maximum plate voltage: 350 V
- Plate current: 54.0 mA
- Maximum plate dissipation: 19 W
- Single-ended audio output: approximately 10.8 W
The difference is quite substantial.
The maximum plate dissipation increased from approximately 8 W in the N40 to 19 W in the 6L6.
The single-ended output increased from about 3.5 W to 10.8 W — almost three times as much.
This leads to an interesting possibility.
It is difficult to believe that RCA simply copied the N40 and turned it into the 6L6.
Perhaps what RCA obtained from M-OV was not the entire design of the tube, but rather the key technology behind the beam tube:
Grid Alignment and the use of Beam Forming Plates.
The cathode and heater structure, the plate dimensions and construction, the thermal design, and the technologies required to produce a much more powerful output tube may have come from technologies RCA already possessed or developed independently.
If that is the case, then we need to look elsewhere to find the real roots of the 6L6.
And that is where the story becomes much more interesting.
Tracing the RCA Lineage
A fascinating chart of RCA output and transmitting tubes appears in Miwaku no Shinkūkan Amp Seisaku-hen (魅惑の真空管アンプ・製作編), written by the legendary Japanese audio critic and vacuum tube researcher Isamu Asano (浅野勇).
The chart reveals that the roots of RCA's tube technology go back much further than the 6L6.
If we simplify that lineage, it looks something like this:
Lee de Forest's Audion (1906)
The birth of the early triode
↓
UV-201 / UX-201A (1919–1921)
Establishment of the early general-purpose triode and high-vacuum technology
↓
UY-227 / UX-226 (1927)
The development of indirectly heated tubes for household AC power
↓
UX-222 (1928)
The popularization of the screen-grid tetrode to reduce interelectrode capacitance
↓
UY-247 (1929)
An early power pentode designed to suppress the problems associated with secondary emission
↓
UZ-2A5 / 42 (1932)
The development of high-power indirectly heated pentodes
↓
6L6 (1936)
Looking at this lineage, one fact becomes clear.
RCA had already accumulated a considerable amount of vacuum tube technology long before the 6L6 appeared.
In particular, the 2A5 and 42, introduced in 1932, may be important clues to understanding the 6L6.
The 2A5 used a 2.5-volt heater, while the 42 used a 6.3-volt heater, but they were essentially members of the same family.
The principal characteristics of the 42 were approximately:
- Maximum plate voltage: 315 V
- Plate current: 42 mA
- Maximum plate dissipation: approximately 13 W
- Single-ended audio output: approximately 5 W
When we look only at plate voltage, plate current, and output power, the 42 begins to look surprisingly close to the 6L6.
So at first, we might ask:
Could the 6L6 have used the 42 as its basic platform, with beam-tube technology added to it?
But there is another problem.
The 6L6 Is Simply Too Large for the 42
The original 6L6 was a metal tube, followed by the glass 6L6G/6L6GB versions.
When we compare the internal structure and plate size of the 6L6GB with those of the 42, another interesting difference appears.
The plate area of the 6L6 appears to be roughly 1.8 times larger than that of the 42.
The 42 is simply too small to explain the large plate structure of the 6L6.
So I began looking for a larger RCA output tube that might have provided a more suitable physical platform.
Among RCA tubes, one triode immediately stands out because of its large plate structure.
The 2A3.
In particular, the early single-plate 2A3.
The plate area of the early single-plate 2A3 appears to be about 1.3 times larger than that of the 6L6.
But there is another problem.
The single-plate 2A3 was mainly an early production design. It was later replaced by the familiar double-plate structure, essentially placing two 45-type plate structures inside one envelope.
Therefore, considering the period in which the 6L6 was developed, it is difficult to say that the 6L6 directly copied the internal structure of the 2A3.
So I had to look for another tube.
And then I found a very interesting candidate.
Sparton's C-183.
C-183 Enters RCA's Patent Pool
The C-183 was developed by Sparton as an alternative to RCA's 45.
At the time, vacuum tube patents were extremely complicated. To avoid infringing on the 45's patents, Sparton developed a somewhat different structure.
Yet when we look at the resulting C-183, something interesting becomes apparent.
Although it was designed to avoid the 45's patents, it almost looks like an improved version of the 45.
The C-183 had a larger plate and higher electrical ratings than the 45.
In fact, its physical appearance and characteristics seem surprisingly close to those of the early single-plate 2A3.
The plate area of the C-183 appears to be roughly 30% smaller than that of the 2A3.
For comparison, the plate area of the 45 is about 40% smaller than that of the 2A3.
The electrical characteristics are even more interesting.
The C-183 had a plate voltage of approximately 250 V and a plate current of around 30 mA, with the capability of operating at up to approximately 55 mA under suitable conditions.
The 2A3, on the other hand, operates at approximately 60 mA at 250 V.
And the 6L6 could operate at around 70 mA under a 250 V condition.
Now the picture becomes rather intriguing.
Electrically, the 6L6 was already in the territory of the 2A3.
And physically, when we look for a large single-plate structure, the C-183 becomes a particularly interesting candidate.
So could the 6L6 have been created not by simply developing one existing tube, but by combining several technologies that RCA already possessed?
A Tube with Multiple DNA
Based on what we have seen so far, I would cautiously imagine the birth of the 6L6 something like this.
First, the basic platform of a high-power output tube, including indirectly heated cathode technology, may have developed from RCA tubes such as the 42.
The large plate structure and thermal design required for a higher-power tube may have been influenced by RCA's experience with large triodes such as the 2A3 and C-183.
Then came the decisive new technology.
The Beam Forming Plate and Grid Alignment technology developed in the M-OV N40.
Finally, all of these technologies had to be transformed into a practical commercial product.
And this is where RCA's mass-production technology became crucial.
In other words:
The output-tube technology of the 42
＋
The large-plate technology accumulated through tubes such as the C-183 and 2A3
＋
The Beam Forming technology of the M-OV N40
＋
RCA's mass-production technology
may have come together to create the 6L6.
If this interpretation is correct, then the 6L6 was not a tube that evolved in a straight line from a single ancestor.
Rather, it may have been a new generation of output tube created by the convergence of several technologies that RCA had accumulated, together with new technologies emerging from other companies during the 1930s.
Perhaps this is why the genealogy of the 6L6 is so difficult to trace.
Unlike the 300B or 2A3, where we can often follow one lineage from one tube to the next, the 6L6 seems to emerge from several different branches that suddenly converge into a single tube.
And while researching the history of the 6L6, I found myself returning to an idea I had proposed earlier.
A New Asteroid Belt?
When I looked back into the history of the 300B, I proposed the hypothesis that there may have been a “Triode Asteroid Belt.”
Rather than a single continuous lineage, countless triodes were created, developed, modified, and eventually disappeared in different places.
Like asteroids, they were scattered throughout the history of the vacuum tube.
Some of them may have influenced one another and contributed, directly or indirectly, to the birth of later tubes.
But as I traced the origins of the 6L6, I began to wonder:
Could there have been another asteroid belt behind the birth of the 6L6?
Perhaps the many fragments of vacuum tube technology scattered throughout RCA and the wider vacuum tube industry were like meteoroids in an asteroid belt — developing independently in different places until, at a certain moment, they came together around a new technology called Beam Forming and merged with the vacuum tube manufacturing technologies RCA had accumulated over the years.
Could this have been how the 6L6 was born?
For now, I would like to call this the hypothesis of the “Beam Tube Asteroid Belt.”
The 6L6 may not have descended from a single ancestor.
It may have been a new star born from many fragments of vacuum tube technology that had accumulated throughout the 1930s.
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