VRDS-25의 개조기를 쓰면서
VRDS-25가 Sample Rate Converter를 활용하여
Clock Jitter를 줄였다고 광고했다는
이야기를 한 적이 있습니다.

저에게는 익숙한 이야기라서 별 설명 없이 넘어갔고
다른 분들도 대충 이해하고 넘어가는 분위기라서
은근슬쩍 잘 넘어가는 듯했는데,
김경채 선생님께서 아픈 곳을 정곡으로 찌르셨습니다.

Sample Rate 바꾸는 것 하고 Jitter하고 무슨 상관이냐고요~?

라는 아주 철학적인(?) 질문을 날리신 것이지요.

하여 이번에는 계속 미루어왔던
Clock과 Jitter에 관한 이야기를 해볼까 합니다.

Digital 신호의 큰 특징 중 하나가 Sampling입니다.
일정한 주기로 신호를 채집하여 기록하는 것이지요.
이 일정한 주기에 해당하는 기준 신호 혹은
그 몇 배의 주파수에 해당하는 신호가 바로 clock입니다.
그러니, digital 오디오 시스템에서
clock은 필수불가결한 요소가 됩니다.

clock 없는 디지털 오디오를 상상한다는 것은
앙꼬 없는 찐빵이나 엔진 없는 자동차를 꿈꾸는 것과 같습니다.
꿈꾸는 것이야 자유입니다만...

전자회로에서 clock은
소위 발진기(Oscillator)라는 것으로 만들어냅니다.
발진기란 특정 주파수에서 공진하도록 설계된 회로이고
여러 구성 요소의 특성에 따라서 공진점이 변화하기도 하고
심지어는 공진점이 없어져서 발진을 멈추기도 합니다.
그러니 이 발진기에도 품질이란 것이 존재합니다.

무릇 발진기란 정확한 주파수의 발생이 목적이므로
시와 때에 상관없는 정확한 주파수가 생명이겠습니다.
이 정확한 주파수란 개념을 좀 세분화해보면
Drift와 Jitter란 2가지 요소로 나누어볼 수 있습니다.
2가지 요소 다 주파수의 변동이란 관점에서는 같습니다만
Drift가 좀 긴 시간에 관한 관점이라면
Jitter는 좀 짧은 시간에 관한 관점입니다.
Drift가 온도나 전압 혹은 자계 등의 영향에 따른
점진적 주파수의 변화 양상을 일컫는 것이라면
Jitter는 순간순간의 평균 주파수에 대한
주파수의 떨림 정도를 일컫는 말입니다.
아래에 예를 들어 보겠습니다.

시스템을 처음 켰을 때는
온도가 20도여서 44.1kHz였던 발진 주파수가
한참 후 열을 받아 온도가 40도가 되니
발진 주파수가 44.05kHz가 되었다면
50Hz의 drift가 발생한 것입니다.

처음의 44.1kHz인 발진 주파수가
실제는 44.09kHz~44.11kHz로 흔들리고 있었다면
+-10Hz의 jitter가 발생한 것이고요.

디지털 재생 기기에서
clock 주파수의 Drift는 음정 변화를 의미하고
Jitter는 음정 불안을 의미합니다.
뭐, 비브라토라고 보셔도 됩니다.
하지만, 통상 drift의 수준은 아주 미미하여
사람이 감지할 수 있는 수준이 아니므로
그냥 무시하셔도 됩니다.
다만, jitter만이 문제로 남습니다.

clock jitter가 디지털 오디오 재생에 어떠한 영향을 미치는지는
다음번에 이야기하기로 하고
오늘은 발진기의 종류에 대한 이야기를 먼저 하도록 하겠습니다.

일반적으로 외부 신호에 동기를 맞출 일이 없는
CDP의 경우는 수정 발진기 사용하여 기준 clock을 만듭니다.
수정 발진기는 주파수 drift가 매우 적어
정밀도가 높은 clock을 만들 수 있습니다만,
거의 단일 주파수용이라고 보시면 되겠습니다.
Crystal Oscillator를 X-tal OSC, XO로 줄여 쓰기도 합니다.

가끔 CDP의 튜닝 혹은 DIY 사이트 등에 등장하는
TCXO(Temperature Controlled Crystal Oscillator)란 것이 있습니다.
기존 세트에 들어 있는 발진 회로를 이것으로 교체하면
음질 향상이 있다는 식으로 홍보하는 물건인데,
제 견해는 글쎄요? 입니다.
TCXO는 말 그대로 온도 보상이 되어
주파수 drift가 대단히 적은 정밀 발진기이긴 합니다만,
위에서도 언급하였다시피 온도에 따른 주파수 drift는
CDP에서는 그리 문제가 되질 않습니다.
그러면, TCXO가 jitter가 작을까요?
그럴 가능성은 있습니다만, 일반 XO도 jitter는 충분히 작습니다.
더구나 clock 결선은 (jitter나 radiation의 영향 등 모든 면을 고려해볼 때) 무조건 짧은 쪽이 좋은데,
TCXO 모듈을 설치하느라 결선이 길어진다면
오히려 손해가 날 수도 있는 일입니다.

같은 Crystal을 사용하더라도
배선이나 발진기에 사용하는 부품에 따라서
clock의 품질에 차이가 나는 것은 사실입니다만,
일반인이 clock 회로에 손대는 것은 별로 권하고 싶지 않습니다.

독립형 DAC 등에서는 외부에서 들어온 신호에 동기를 맞추어야 하므로
주파수 변동폭이 큰 발진기를 사용하여야 합니다.
고로 XO 형태의 고정 clock은 사용할 수 없습니다.
대신 RC(저항, 콘덴서)나 LRC(코일, 저항, 콘덴서) 형태의 발진기가 사용됩니다.
이러한 형태의 발진기는 원래 주파수 변동이 크도록 만든 것이므로
XO에 비해서는 아무래도 jitter(주파수의 떨림)가 크게 발생합니다.

단지 Jitter라는 측면만을 본다면
외장형 DAC가 손해라는 뜻입니다.
가장 좋기로는
외장형 DAC 수준의 수준 높은 DAC 회로가 CDP에 내장되는 형태입니다.


(보충 1)
여러분도 익히 아시는 바와 같이
오디오 신호의 sampling rate는
CD의 경우 44.1kHz이고,
DVD의 경우는 48kHz, 96kHz, 192kHz로 3가지입니다.
디지털 오디오 방송에서는 32kHz를 사용합니다.
SACD까지 포함시킨다면 88.2kHz, 176.4kHz까지 있군요.

세상의 모든 일이란 그리 쉽지만은 않아서
오디오의 sampling rate도 통일되지 못하고
가히 중구난방(衆口難防)입니다.

이렇게 통일되지 않은 여러 sampling rate에 맞게
clock을 만들어내야 한다는 것이
독립형 DAC 설계자로서는 매우 골치 아픈 문제가 됩니다.


(주)
VCO(Voltage Controlled Oscillator)니
PLL(Phase Locked Loop)이니 하는
머리에 쥐나게 하는 전문적 용어의 사용은
가능한 자제했습니다.