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이번에는 음향의 기본에 대해서 알아봅니다.
음향 기본
사실 음향에 대해서는 본 방송과 기술은 물론이고 여러 교재에 많은 내용들이 다루어지고 있다. 그래서 여기서는 일반적으로 잘 다루어지지 않았던 종류별 dB 개념, Specifications 읽는 법 등에 대한 부분을 일부 얘기하고 넘어가고자 한다.
1) dB 개념
보통 기기 Spec을 보면, 소리 크기는 dB 단위를 기본으로 사용함을 알 수 있다. dB은 모두 다 잘 알다시피 소리의 상대적 크기를 나타내는 것이기 때문에 기준이 필요하다. 해서 보통 dBm, dBu, dBV 등을 사용하게 되는데, 보통 dBm, dBu를 같은 단위로 이해하라는 글을 종종 접하게 된다.
먼저 dBm은 “decibell mili watt”로 1mW를 기준으로 dB화 한 값을 말한다. 기준이 있다 보니 dB단위임에도 불구하고 절대 값이다. 여기서 전력 P = V2/R 라는 공식에서 보면, 1mW를 기준으로 삼기 위해서 V 혹은 R이 고정되어야 함을 알 수 있다. 이에 저항 600옴을 고정으로 하고 기준을 삼아 0 dBm = 1mW = 0.775V (R = 600옴) 이라고 정해졌다. (600옴이 기준인 이유는 당시 음향기기들 출력 임피던스가 거의 600옴이기 때문인 것으로 알고 있다.)
하지만 dBm은 600옴이라는 기준이 필요하기 때문에 임피던스 관계없이 값을 비교할 필요가 생기게 된다. 그렇게 생기게 된 것이 0.775Vrms를 기준으로 하는 1dBu(1dBv) 와 1Vrms를 기준으로 하는 dBV이다. dBu는 “decibell unload”를 뜻하는 말로 부하 임피던스 상관없이 0.775V(rms)가 걸리면 0dBu다. 여기서 과거 일반적인 오디오 기기의 임피던스인 600옴으로 환경이 고정되면 dBm과 dBu는 같은 값을 가지게 되는 것이다.
그런데 최근 오디오 기기는 10kΩ 이상의 하이 임피던스를 가지는 경우가 있는데, 이런 경우는 dBm을 쓰는 것이 오히려 불편하여 dBu를 기본적으로 사용한다.
2) 밸런스 vs 언밸런스
하이파이에 관심이 있는 사람이라면 “Balanced”와 “Unbalanced” 출력에 대해 많이 들어보았을 것이다. 혹은 밸런스, 언밸런스가 아니더라도 XLR, RCA, 55 단자와 같은 얘기는 많이 접하게 된다.
밸런스 방식은 +신호(정상), -신호(역상), 그라운드(접지). 이렇게 3개의 신호를 사용하는 방식이고, 언밸런스 방식은 정상 신호와 접지 신호 두 신호를 사용하는 방식이다.
밸런스 방식을 사용하면 정상 신호와 정상 신호를 뒤집은 역상 신호를 동시에 보내게 되고, 신호를 받는 쪽에서는 역상 신호를 뒤집어 정상 신호와 합치게 된다. 이런 과정을 통하면, 전송 과정에 유입된 노이즈가 상쇄되어 사라지고, 동시에 신호 증폭의 효과까지 얻을 수 있다.
물론, 노이즈 제거와 신호증폭의 효과까지 얻으니 회로 비용이 많이 발생하게 되므로, 고가의 프로급 오디오 기기에서 쓰인다.
저가 제품에서도 밸런스 단자를 많이 볼 수 있는데 이는 보통 제대로 된 밸런스 회로로 이루어지지 않은 제품일 가능성이 높다.
앞서 소개한 밸런스 방식을 정말 회로 두개를 써서 정상 역상을 동시에 만들어내는 장비를 일반적으로 “풀 밸런스”방식이라고 표현하는데, 저가 제품에서는 이미 생성된 정상 신호를 가상으로 뒤집어서 -라인으로 보내는 방식을 취하기도 한다. 이런 방식을 취하면 회로의 설계 여부에 따라 제대로 될 밸런스 효과를 얻기 힘들다. 이는 회로 전문가가 아닌 이상 알 수가 없어 귀로 판단해야하므로, 평소 귀를 잘 훈련시켜 놓는 것도 매우 중요하다.
언밸런스 케이블을 사용한다고 작업을 할 수 없는 것은 아니다. 관건은 기기간의 연결에 있어서 규격을 맞춰주는 것이고, 오디오 인터페이스에서도 관련 설정을 맞춰주며, 기기의 기본 접지를 잘 하는 것이다.
3) Spec 읽기
모든 전자기기는 성능을 표현하기 위해 Spec.(사양서)가 들어있고, 전자 음향기기 역시 예외는 아니다. 여기서는 주요 지표를 읽는 방법을 잠시 알아보겠다.
o 샘플링주파수, 양자화 비트수
CD 음질은 16bit/44100Hz 인 것은 이미 다 아는 사실이다. 이 비트수와 주파수는 디지털라이징된 음의 분해능력을 표현하는 것으로, 프로오디오에서 기본은 24bit/96kHz에 이르고 최근 출시되는 기기들 중 일부는 192kHz에까지 이르는 기기도 있다.
o S/N
신호에 잡음이 포함된 비율을 말한다. dB 단위로 표현되며, 통상 정격출력레벨과 잔류 노이즈의 비율을 말한다. 이 수치가 클수록 노이즈가 적은 것이다. 다만 프로용 기기와 일반 기기의 정격 출력 레벨 자체가 +4dBu(밸런스)와 -10dBV(언밸런스)로 다르기 때문에 기기별 단순 비교는 문제의 소지가 있다. 악기들 및 전자기기들 간의 연결에서 이런 차이점을 항상 고려해야한다.
o THD+N
가장 많이 쓰는 왜곡 측정법으로 Total Harmonic Distortion + Noise의 약자다. Notch Filter를 사용하여 전 대역에서 Harmonic Freq.를 측정한다. 전자기기에서는 dB로 표현하나 오디오쪽은 보통 진폭의 비를 %로 표현한다. 각 항목별로 낮은 THD+N 값은 hum, 화이트 노이즈 등 일반적인 노이즈 값이 낮다는 것을 의미한다.
o 다이내믹 레인지
기기가 찌그러짐 없이 표현할 수 있는 가장 큰 음량과 아무런 입력이 없을 때 발생하는 노이즈 음량의 차이를 표시하는 것이다. 보통 모든 주파수 대역을 고르게 들을 수 없는 사람의 청각 특성을 고려하여 A-weighted 방식으로 표현한다.
o 주파수 특성
전 대역에 걸쳐서 왜곡 없이 재생가능한 주파수의 범위를 표시한 것이다. 왜곡이 없다는 것은 완전 평탄한 주파수 특성을 보이는 것은 아니고, 1kHz의 레벨을 기준으로 3dB 범위 안쪽의 변화를 평탄한 주파수라고 허용한다. 보통 사람의 귀가 듣는 주파수인 20Hz~20kHz를 고려해서 주파수 특성을 살펴보면 된다.
o 인풋/아웃풋
인풋과 아웃풋의 종류(밸런스/언밸런스) 커넥터 종류를 표기한다. 프로급 오디오기기는 보통 XLR 케이블이나 ¼″(55 커넥터)를 많이 사용한다. 기기에 따라 DI-Box 없이 기타, 베이스와 같은 악기 입력을 받을 수 있는 경우가 있는데 Hi-z input으로 표현한다. 디지털 입출력인 S/PDIF 단자 혹은 ADAT 단자도 지원을 하는 경우 함께 표시된다.
장비를 고르는데 있어서 스펙을 잘 읽고 선택하기 바랍니다.