오디오 인터페이스 규격

오디오 산업의 역사가 PC 산업보다 더 오래되었기 때문에 PC와는 전혀 상관없이 나름대로의 표준 인터페이스 규격이 마련되어 있다. 다양한 인터페이스 규격이 존재하기는 하지만 여기서는 많이 사용하는 규격에 대해서만 다루기로 하겠다. 단자의 형상 면에서 아날로그와 디지털은 같은 방식을 사용하지만. 신호 전송 방식이 서로 다르다. 이 표준 규격들에 대해서 알아보도록 하자.

1.        아날로그 인터페이스 규격
턴테이블, FM Tuner, CDP와 같은 재생 장치를 앰프에 연결하기 위한 아날로그 인터페이스 규격은 단자로 규격을 구분하고 있다. 신호 자체가 아날로그이기 때문에 프로토콜 규약 같은 복잡한 내용은 존재하지 않고 전기적, 물리적 연결 관계만 지정하고 있다. 여기서는 비교적 많이 사용하는 인터페이스에 대해서 소개해 보도록 하겠다.

1.1        방식 구분

1)        RCA

RCA는 Radio Corporation of America라는 회사 이름의 약자이다. 이 회사이름이 인터페이스 이름에도 사용된 이유는 초기 오디오 역사에서 많은 공헌을 한 회사이며 이 회사가 만든 인터페이스 규격이 표준으로 사용되기 때문이다. 1940년대에 제작된 이 연결 방식은 모노 포노그래프 재생기를 앰프에 연결하기 위한 단자로 사용하기 위해 설계되었으며 이후 많은 회사들이 따라서 사용하게 되면서 사실상의 표준이 되었다. 최대 10m까지 연결이 가능하지만 주로 2m 내외의 짧은 연결 용도로 사용된다.

  2Vpp 전압이 표준적으로 사용되지만 기기에 따라 전압을 6V까지 높혀 전송하는 경우도 있다. 높은 전압일수록 외부 잡음에 대한 저항성이 높아진다는 장점이 있으나, 표준 전압이 아니기 때문에 프리 앰프에서 이를 보정하지 못하면 소리가 잘려나가는 클리핑 문제가 발생할 수 있음에 주의하기 바란다.



2)        BNC

BNC(Bayonet Neill–Concelman)는 케이블 TV 연결에 사용되는 동축 케이블을 단자로 개발되었다. 독특한 잠금 구조를 개발한 Paul Neill과 Carl Concelman이라는 두 명의 발명가에 의해 1951년 특허로 지정된 이후 폭 넓게 사용되고 있다. 케이블이 노이즈를 잘 차폐하는 구조로 되어 있어 RCA 보다는 장거리 전송에 유리하며 잠금 기능이 있기 때문에 쉽게 빠지지 않는 장점이 있다. 그러나 케이블이 좀 두껍고 잘 휘지 않기 때문에 가정에서 사용하기에는 좀 어려움이 있다.

BNC 단자는 변환 댑를 사용해서 RCA 단자 형상으로 쉽게 변환이 가능하며 그 반대도 가능하다. 케이블 구조가 쉴드된 형태로 제작되기 때문에 100m 정도의 먼 거리의 연결이 가능하나 보통 10m를 넘기지 않는 것이 좋다.



3)        XLR

프로용 오디오 장비를 연결하는 표준 규격으로 제정된 것으로 만든 사람의 이름을 따서 캐논(Cannon) 단자로고도 불린다. 오디오 신호를 플러스와 마이너스 신호로 구분하여 3개의 선으로 나누어 따로 전송하고 받는 측에서 두 플러스와 마이너스 신호를 비교하여 손상된 신호를 쉽게 복구할 수 있도록 하여 장거리 전송과 잡음이 많은 환경에서도 제대로 동작할 수 있도록 설계 되어 있다.

흔히 플러스와 마이너스 신호를 차등 전송한다고 해서 밸런스드(Balanced) 방식이라고도 불리면서 디지털 신호 전송면에서 가장 신뢰할 수 있는 연결 방식이지만, 구현 비용이 RAC나 BNC 보다는 비싼 것이 흠이다. 최근에는 민수용에도 전송 방식의 장점이 부각되어 기본으로 채택되는 경우가 많다. 100m의 장거리 연결도 가능하나 보통 10m를 넘기지 않는 것이 좋다.



4)        헤드폰 잭

헤드폰에 연결되는 커넥터 규격으로서 원래는 초기 전화 교환기에서 사용되었던 규격이다. 규격은 1/4’’(6.35mm)의 두꺼운 것에서 소형화된 2.5mm 미니어처 크기가 있다. 보통 3.5mm 두께의 잭이 사용되는데 PC 메인 보드에서 크기가 작고 저렴하기 때문에 사운드 출력 단자로 주로 사용된다. 헤드폰 전용이기 때문에 보통 하이파이 장비에서는 연결 접촉면이 넓지 않고 커넥터가 쉽게 손상되는 문제가 있기에 음악 출력용으로는 거의 사용되지 않는다.



2.        디지털 인터페이스 규격

음악 산업이 디지털 방식으로 개편되면서 디지털 신호에 대한 전송 규약의 제정이 이루어졌다. 광 인터페이스가 새롭게 만들어진 것 이외에는 주로 기존의 아날로그 인터페이스 단자에서 어떤 방식으로 디지털 신호를 전송할 것인가의 표준이 추가로 만들어졌다. 이 말은 단자 형식은 아날로그와 똑 같은 것이고 단지 전송되는 신호가 디지털이냐 아날로그이냐의 구분만 있음을 의미한다.

아날로그 방식과의 차이점은 선 하나로만 2개의 스테레오 신호를 전송한다. 참고로 디지털 인터페이스들의 최대 전송 속도는 과거에 비해 많이 발전하였지만 과거 기기들이 Toslink의 경우 48kHz, 기타 규격의 경우 96kHz로 제한되어 있는 경우도 있기 때문에 추가로 확인할 필요가 있다.

2.1        방식 구분

1)        S/PDIF

Sony Philips Digital Interface의 약자로서 CD 플레이어를 만든 소니와 필립스가 공동으로 제정한 디지털 신호 규약으로서 주로 RCA와 BNC 연결 단자를 이용한다. 아래 설명되는 AES/EBU 규격에서 비용을 낮추기 위해 만들어진 저가형 민수용 규약이라는 것이 더 적절하다. 전압은 0.6V로 제한되어 있으며 최대 10M의 전송이 가능하다.

2)        AES3, AES/EBU

Audio Engineering Society라는 단체에서 프로용으로 활용하기 위해 1985년도에 만든 디지털 오디오 신호 전송 규약이다. 유럽 방송 위원회(EBU, European Broadcasting Union)가 표준에 참가했기 때문에 AES/EBU라고도 불린다. 연결 단자로 XLR을 사용하는 것이 일반적이지만 RCA 단자나 광 단자, LAN 단자인 Category 5를 사용할 수 있도록 규정하고 있다. 그러나 RCA 단자나 광 단자 연결 방식의 경우 S/PDIF를 사용하는 것이 일반적이다. XLR 단자를 사용할 경우 7V의 높은 전압으로 전송이 가능하기에 최대 100m까지의 전송이 가능하다.

  초기 AES3 전송/수신 칩과 관련 부품들의 성능이 최대 24bit 96kHz로 제한되어 있었기 때문에 가끔 과거에 생산된 DAC을 보면 24bit 192Khz 전송 속도를 지원하기 위해서 스테레오 신호를 2개의 모노 신호로 분리해서 사용하는 Dual AES3 전송 방식이 사용되기도 한다. 현재는 24bit 192Khz 전송 문제가 해결되어서 이런 전송 방식은 잘 사용되지 않고 있으나 간혹 이 방식이 사용되기도 하므로 참고하기 바란다.

3)        TOSLINK

Toshiba Link라고도 불리며 말 그대로 1983년 도시바에서 광 방식으로 디지털 신호를 전송하기 위해 개발된 방식이다. 빛을 이용한 전송 방식이라 전기적으로 2개의 장치가 연결될 필요가 없기 때문에 그라운드 루프라는 문제가 발생하지 않고 외부 잡음에 전혀 영향을 받지 않는 등 많은 장점이 있을 것으로 생각되지만 실제로는 저가의 플라스틱 케이블이 주로 사용되기에 전송 속도에도 제한이 있고 전송 로스도 많아 상당히 신경 쓰지 않으면 음질이 기대한 만큼 좋지는 않다. 광 연결로는 통신 장비에 사용되어 그 가치가 증명된 ST connector 방식의 좋은 규약이 있으나 케이블 가격이 비싸기 때문에 오디오 용으로는 잘 사용되지 않는다.

  
그림: TOSLINK 광 송수신 장치와 커넥터 형태

2.2        비교

디지털 오디오 연결 방식에서 가장 성능이 좋은 것은 AES3 방식이다. 신호를 차등 전송하기 때문에 중간에 잡음이 유입되어도 이를 복구할 수 있는 능력을 가지고 있다. S/PDIF 방식은 AES3의 가정용 버전으로서 전송 전압을 0.6V레벨로 낮추어 EMI 등에 대비하고 있으나 차등 전송이 아니기 때문에 전송 전압이 낮고 잡음에 영향을 받기 쉽기 때문에 최대 전송 거리가 AES3의 1/10 수준이다.

TOSLINK 방식은 광 연결 방식으로 기기 연결 시 Isolation이 확실하게 이루어져서 Ground Loop라 불리는 상호 간섭 문제가 원천적으로 발생하지 않는 장점이 있다. 그러나 원가 문제로 빛을 발생시키는 광 소자 부품이 고속 동작이 가능한 레이저가 아닌 LED를 사용했기 때문에 스위칭 속도가 느려서 다른 방식보다 5배나 더 많은 지터가 발생되어 완벽한 음질을 재생하는 용도로는 적합하지 않다. 그리고 96kHz 이상의 전송에서는 케이블 재질의 영향도 받는다. 원래 규격으로는 케이블 재질로 저가의 플라스틱 소재를 사용하도록 되어 있지만 보다 나은 음질을 위해서는 유리 섬유 계열로 변경하는 것 좋으나 가격이 비싸다.


그림: 유리섬유 재질의 TOSLINK 케이블

3.        결론

다양한 연결 방식이 있기 때문에 하이파이 기기를 들여놓게 되면 오디오 기기를 어떤 케이블 방식으로 연결할 것인가에 대해서 고민하게 된다. 방식 나름대로의 특징이 있기 때문에 꼭 어떤 방식이 우월하다는 것은 말하기 힘들지만 나름대로의 추천 방식은 있다.

1)        기기간의 길이가 먼 경우

기기들의 거리가 멀어서 케이블의 길이가 길어진다면 XLR 밸런스드 연결 방식을 사용하는 것이 좋다. 다음 방식으로 좋은 것이 BNC 이며 RCA 방식의 경우 길이가 조금만 길어도 잡음이 유입되기 쉽다.

2)        디지털 신호 전송

디지털 신호를 주고 받는 형식의 연결이라면 XLR 밸런스드 연결 방식이 신호를 차등 전송하여 최종 수신부에서 보정하는 방식이기 때문에 잡음이 최소화되어 가장 좋은 결과가 나타난다.

3)        아날로그 신호 전송

연결 길이가 짧고 아날로그 신호를 전송하는 것이라면 RCA 방식이 가장 좋은 결과를 가지고 올 수 있다. 혹 DAC 칩이 Full Differentia 출력을 가지고 있다면 얘기가 다르지만 DAC 칩의 최종 신호가 대체로 언밸런스이기 때문에 이것을 밸런스 형식의 차등 신호로 변경하는 과정에서 Active 신호 증폭 소자가 2개 사용되는데 증폭 품질이 그렇게 좋다고 볼 수 없기 때문이다.

이 부분에 대해서는 사용하고 있는 DAC이 좀 고가라면 자세한 SPEC을 확인해서 어떤 방식의 연결을 사용할지에 대해서 검토할 필요가 있다. Full Balanced Differential 설계 방식을 채택하고 있다면 XLR 단자로 연결하기 바란다. DAC 출력이 언밸런스인데 XLR 밸런스 케이블을 연결하면 전송 길이가 길고 잡음에 강해 연결의 안정성 면에서는 우수하지만 음의 순도 면에서는 손해를 보게 된다. 이러한 이유로 고급 오디오 기기 중에서는 아날로그 출력에 XLR 단자를 내장하지 않는 경우도 있다. 그러나 어떤 연결이든지 케이블의 길이는 짧으면 짧을수록 좋다는 것을 명심하기 바란다.

4)        케이블 품질에 따른 소리 차이

보통의 입문자들은 본인의 시스템에서 차이를 느끼지 못한다고 케이블의 역할을 부정하는 경우가 많지만 아날로그 세계에서는 케이블에 따라 음이 변화되는 현상이 실제로 일어난다. 물론 케이블의 소재나 방식에 따른 음의 차이를 감지하기 위해서는 상당한 수준의 하이엔드 장비를 보유하고 있어야 한다. 그러나 앰프나 DAC 시스템 보다 더 고가의 케이블을 사용하는 것은 피하는 것이 좋다. 과도하게 케이블에 투자하기 보다는 그 비용으로 기존 장비를 업그레이드하는 것이 더 좋을 수 있다.