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윤세욱 칼럼(Who's Phillip Yoon?), 조용훈 칼럼, [PC-Fi 가이드]

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조회 수 6661 좋아요 503 댓글 4
요번에 DAC를 개조하고 자작하면서 디지털 오디오 전송에 관한 새로운 사실을 알았습니다.
뭐, 새롭다기보다는 별로 중요하게 생각하지 않았던 부분을
새롭게 보게 되었다고 하는 편이 맞을 것 같습니다.

일반적인 오디오 신호의 전송과는 달리 디지털 오디오 신호의 전송 대역은 상당히 높습니다.
44.1kHz sampling rate인 CD 신호를 전송하려면
약 3M bps(bits per second) 정도의 속도로 데이터를 보내야 하므로
이 신호를 jitter 없이 제대로 전송하자면 수십 MHz의 대역이 필요합니다.
즉, HD 비디오 전송 대역 수준을 요구합니다.
그러므로 겨우 20kHz 정도의 대역을 가진 아날로그 오디오 전송과는 차원을 달리하는 이야기가 됩니다.

광케이블을 이용한 전송보다는 동축선을 이용한 전송이
좀 더 좋다는 사실은 이미 알려 드렸습니다만,
요번에 실증적으로 다시 한 번 확인할 수 있었습니다.
광케이블 전송에서는 신호의 edge가 누워버려서
상당히 많은 jitter를 유발하는 것을 볼 수 있었습니다.
동축선의 경우에도 선의 종류나 길이에 따라서
입력되는 신호의 파형이 상당히 달라지는 것을 확인하였습니다.
여러 평자가 디지털 케이블을 바꾸면 소리가 달라진다고 할 때
"웬만큼 임피던스 맞는 케이블 쓰면 되지 뭐 그럴까?"하고 생각했었는데,
실제 파형을 보고 SPDIF 리시버에서 수신된 신호의 지터을 확인해보니
근거 없는 이야기가 아니라는 사실을 알게 되었습니다.

통상 비디오 선의 경우 막선과 좋은 선의 화질 차이를 눈으로 바로 확인할 수 있습니다.
도체 저항과 고유 용량이 작은 좋은 선들은
훨씬 선명하고 링잉이 없는 좋은 화면을 보여주는 것처럼
디지털 오디오 신호의 전송에서도 그러한 효과를 발휘하는 것이지요.
결국, 아날로그 비디오 신호의 전송에서 좋은 성능을 발휘한 선은
디지털 오디오 신호의 전송에서도 좋은 성능을 발휘할 가능성이 큰 것이지요.

이 문제를 확인하고 보니,
이 정도로 선로의 상태에 영향을 받는 전송 방식이라면
개선이 필요하겠다는 생각에까지 이르렀습니다.
그래서 찾아낸 대안이 프로용 전송 규격인 AES/EBU 규격입니다.

디지털 오디오 전송 규격에는
전문가용인 AES/EBU와 민생용인 SPDIF가 있습니다.
아래에 그 비교표가 있습니다.
모든 면에서 AES/EBU가 2배 이상 좋습니다.



민생용인 SPDIF가 취약한 이유는 전송 전압이 0.5V로 너무 낮고
(물론 다른 기기에 영향을 주지 않도록 규정한 가정용 EMI 규정을 좀 더 쉽게 만족하기 위한 조치일 것입니다)
Single-ended 전송으로 동상 잡음 제거가 안 되기 때문에 노이즈에 취약합니다.
또한, 전송하는 기기에서 edge가 제대로 서 있지 않은 느슨한 신호를 보내는 일도 있을 수 있겠지요.

아래에 SPDIF 전송과 AES/EBU 전송의 일반적인 구성에 관한 그림이 있습니다.




SPDIF 전송 (Single-ended)




AES/EBU 전송 (Balanced)


AES/EBU 전송 방식을 보면 balanced 전송이어서 훨씬 안정된 전송이 가능할 뿐 아니라
경우에 따라서는 수신 단에서 이퀄라이징도 가능합니다.
즉, edge를 다시 세워서 수신하는 것이 가능하다는 것입니다만
대부분 1~2m 정도 전송하는 가정에는 필요는 없을 것으로 보입니다.
또한, 신호가 새나가지 않도록 하는 shielding 측면에서도 AES/EBU 규격이 유리합니다.

아래 그림은 SPDIF 전송에서 rise & fall time에 대한 정의를 나타낸 그림입니다.
그림에서 0.4 UI라고 쓴 부분이 timing 정보의 기준이 되는 rising edge, falling edge입니다.
이 edge가 좀 더 가파르게 바짝 선 형태라야 jitter를 줄이는데 유리합니다.



아래의 그림을 보시지요.






위쪽 그림이 전송기(transmitter)에서의 파형이고
아래쪽 그림이 전송 선로를 통해서 100m 떨어진 수신기에 입력되는 파형입니다.
AES/EBU 규격에서의 경우로
민생용인 SPDIF 규격으로는 100m 전송은 꿈도 못 꿉니다.
반복 신호의 중심부가 정확히 일치하지 않음을 볼 수 있습니다.
즉, 흔들린다는 이야기입니다. (주 1)

물론 극단적인 경우입니다만,
전송 선로 상의 신호 감쇄가 신호의 edge 정보에 많은 손상을 가져오고
이로 말미암아 수신 신호로 복원한 clock의 jitter도 증가할 수 있음을
보여 드리기 위해서 예로 든 것입니다.

민생용 SPDIF 규격에서는 단 몇 m의 전송에서도
아래쪽 그림 같은 경우가 발생할 수 있습니다.
그러므로 디지털 전송용 케이블은 가능한 한 짧게 사용하여야 하고,
되도록이면 정전용량과 선로 저항이 작은 선을 선택해야 합니다.

저야 제 마음대로 개조를 할 수 있으니
SPDIF 규격이 아닌 AES/EBU 규격으로 가기로 마음을 먹은 것이지요.
제가 가진 Sony 333ESJ CDP에는 광출력 밖에 없어서
어차피 동축 출력을 위한 개조가 필요했었거든요.
그러니, single-end 동축 케이블은 아무리 좋은 것이라도 무용지물이 된 것입니다.
대신 질 좋은 shielded twisted pair 케이블과 XLR 단자가 필요해진 것이죠.

박사님께서 새로 들이신 Theta G5는 다행히
1개의 동축 입력이 AES/EBU 입력으로 개조된 물건이라
에소테릭 트랜스포트에서 G5로는 AES/EBU로 연결하는 것이 가능합니다.
하지만, SPDIF 출력만 있는 VRDS25x에서 AES/EBU 입력이 없는 G2로는
어쩔 수 없이 동축선을 사용해야 하겠지요.

(주 1)
디지털 오디오 전송 신호는 1T, 2T, 3T로 불리는 3가지 폭의 펄스 신호로 구성되어져 있습니다.
이 3가지 폭의 펄스 신호의 기본 주파수 성분이 3배 차이가 나기 때문에
전송 케이블에서 신호 감쇄가 발생할 경우 edge의 기울기가 다 달라집니다.
이로 인해서 1T, 2T, 3T 신호의 이음매에서 timing 왜곡이 발생하게 되는 것입니다.
이러한 전송 선로 상의 timing 왜곡에 의한 jitter 발생은
일종의 태생적인 문제라고 보시면 됩니다.
즉, 완전히 피할 수는 없다는 것이지요.
그러므로, 외장형 DAC에서는 이렇게 발생한 jitter를 줄이기 위한 특별한 대책이 요구되는 것입니다.


<인용한 그림들은 대부분 디지털 오디오 전송에 관한 ISO 규격집에서 캡처한 것임을 밝혀둡니다.
문제가 될 시 삭제하겠습니다.>
Comment '4'
  • ?
    조용훈 2008.10.16 00:41
    [ cho4cho@hanafos.com ]

    "Theta G5와 VRDS25의 비교",
    "CD Mastering과 Jitter 및 XRCD의 진실"에 관한 글도
    준비 중이긴 합니다만,
    머릿 속에서만 맴돌고
    완성이 잘 안 되네요...

    글 빚이 자꾸 쌓이니 무쟈게 신경 쓰입니다.
    일단 하나 탈고했습니다. 휴~~
  • ?
    김수환 2008.10.16 08:38
    [ designwebtech@yahoo.co.kr ]

    요즘 눈이 가는 디지털기기가 있었는데 조용훈 선생님 글이 많은 도움 됐습니다.
    감사합니다.

    다른 것도 더 써 주세요...ㅎㅎㅎ
  • ?
    박순백 2008.10.16 10:03
    [ spark@dreamwiz.com ]

    오, AES/EBU 규격이 역시 프로 규격이로군요.

    케이블을 따로 구해서 에소테릭 CDT와 Theta G5를 연결해야겠군요.

    그리고 음향기사 프로들의 녹음실에서 가장 많이 사용되는 DAC라는
    아포지 Mini DAC에도 이 AES/EBU 입력 단자가 있습니다. 역시 그런
    이유 때문이었군요.

    다음 글도 기대가 큽니다. 아주 재미있는 주제로군요.^^
  • ?
    방형웅 2008.10.16 10:28
    [ hwbang@blueway1.co.kr ]

    또 하나 배웠습니다.^^

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