디지털 케이블간에 소리가 다르게 나는 이유
첫째 이유는 임피던스 매칭여부, 둘째 이유는 고주파의 혼입이다.
디지털 오디오 신호 파형을 보면 방형파(square wave)로 이뤄져 있어서 아날로그 오디오 신호의 전송 때 만큼 복잡하고 미묘한 신호 파형을 다루고 있지는 않다. 그렇지만 그렇다고 해서 아무렇게나 디지털 오디오 신호를 취급한다면 신호에 왜곡이 생기며 소리 역시 왜곡될 수 있다.
디지털 오디오 신호는 아날로그 오디오 신호보다 높은 주파수를 사용하여 디지털 오디오 신호를 전송시키도록 규약이 마련되어 있다. 아날로그 오디오 케이블의 경우는 100kHz미만의 대역 신호를 전송하는 것을 위주로 생각하지만 디지털 오디오 케이블은 5MHz에서 수백 MHz에 이르는 주파수 대역의 신호를 전송할 수 있어야 한다.
이렇게 높은 주파수의 신호를 전송할 때에는 저주파에서는 무시될 수 있는 전기적인 현상이 두드러지게 되므로 디지털 오디오 신호 전송 케이블은 아날로그 신호 전송 케이블과는 다른 관점에서 설계되어야 한다.
디지털 오디오 신호 전송 케이블에서는 임피던스 매칭이 중요하다. 디지털 오디오용 신호는 75오옴으로 전송하도록 규약이 마련되어 있다.
케이블에서 임피던스 매칭을 정확하게 맞춰주면 디지털 파형은 이상적인 형태의 방형파를 유지할 수 있게 된다.
만일 임피던스 매칭이 되지 않을 경우라면 디지털 오디오 신호의 일부가 반사된다. 반사되는 정량적인 정도는 간단한 수식으로 계산이 가능하다. 그런데 반사로 인한 신호의 정성적인 영향은 어느 정도가 될까?
임피던스 매칭이 맞지 않았을 때의 디지털 파형을 보면 쉽게 설명이 가능하다. 이상적인 방형파는 파형이 반듯해야 하지만 반사파가 혼입된 경우는 물결모양의 파형으로 변조된 것을 발견할 수 있다.
이렇게 방형파가 일그러진 이유를 살펴보면, 방형파란 것이 단순한 파형의 여러가지 조합으로 만들어낸 것인데 (복잡한 파형도 여러가지의 단순한 파형으로 분리할 수 있음을 증명한 수학자 Fourier의 증명을 역으로 응용한 것이 방형파이다) 여기에 반사파가 끼어들어 더해지면서 일부 주파수에 대항하는 진폭이 커지게 되어 방형파를 무너뜨리게 된 것이다.
그런데 이처럼 직각의 모양을 갖춰야 하는 모서리가 이렇듯 물결모양으로 뭉그러지게 되면 정밀하지 않고 fuzzy하게 된다. 이렇듯 완벽하지 않은 모호한 파형을 근거로 해서 디지털 오디오 데이터를 재구성하다보면 시간축의 왜곡(지터)이 생기게 된다.
또한 방형파는 고차의 하모닉스를 포함하고 있게 마련이다. 케이블의 쉴드가 부실해서 고주파 잡음이 혼입하게 되는 경우에는 앞서와 마찬가지로 방형파형을 망가뜨리게 되며 지터가 발생하게 된다.
이상적인 디지털 케이블
이렇게 원인을 알게 되었으니 대처하는 방법도 나올 법 하다.
앞에서는 디지털 케이블이 복잡 미묘한 신호를 다루지 않는다고 했지만 이상적인 디지털 오디오 신호 전송에 가깝게 하기 위해서는 디지털 케이블은 아날로그 케이블보다 복잡한 엔지니어링 변수가 도사리고 있다.
임피던스 매칭을 위해서는 올바른 임피던스 특성을 가지는 선재와 단자의 선택 그리고 올바른 터미네이션 방법의 조합이 필요하게 될 것이다.
단자의 경우 임피던스 매칭을 위해서는 첫째도 사이즈 둘째도 사이즈가 중요하다. 특수하게 맞춤된 사이즈의 단자를 사용해야 한다. 이것이 맞지 않으면 임피던스 매칭이 되지 않는다. 제 아무리 호화로운 고급 단자를 사용한다고 하더라도 일반 아날로그 신호 전송용 단자를 사용하는 경우에는 절대로 임피던스 매칭이 이뤄지지 않는다는 것을 알아두기 바란다. 75오옴으로 맞춤 제작된 RCA나 BNC단자를 사용해야 한다.
다시 얘기하지만 디지털 케이블은 일반적인 오디오케이블과 달리 사용 주파수 대역이 다르다.
이 경우 표피효과나 쉴딩에 따라서 전송효과가 감소되기도 한다. 그런데 쉴딩을 높이다 보면 캐패시턴스가 증가되기도 하며 이런 경우에는 노이즈가 주파수 밴드에 따라 투과및 차폐되는 분포가 고르지 않게 되는 수도 있다. 쉴딩은 증가시키되 캐패시턴스를 줄여야 하는 이율배반적인 조건을 만족시켜야 한다
첫째 이유는 임피던스 매칭여부, 둘째 이유는 고주파의 혼입이다.
디지털 오디오 신호 파형을 보면 방형파(square wave)로 이뤄져 있어서 아날로그 오디오 신호의 전송 때 만큼 복잡하고 미묘한 신호 파형을 다루고 있지는 않다. 그렇지만 그렇다고 해서 아무렇게나 디지털 오디오 신호를 취급한다면 신호에 왜곡이 생기며 소리 역시 왜곡될 수 있다.
디지털 오디오 신호는 아날로그 오디오 신호보다 높은 주파수를 사용하여 디지털 오디오 신호를 전송시키도록 규약이 마련되어 있다. 아날로그 오디오 케이블의 경우는 100kHz미만의 대역 신호를 전송하는 것을 위주로 생각하지만 디지털 오디오 케이블은 5MHz에서 수백 MHz에 이르는 주파수 대역의 신호를 전송할 수 있어야 한다.
이렇게 높은 주파수의 신호를 전송할 때에는 저주파에서는 무시될 수 있는 전기적인 현상이 두드러지게 되므로 디지털 오디오 신호 전송 케이블은 아날로그 신호 전송 케이블과는 다른 관점에서 설계되어야 한다.
디지털 오디오 신호 전송 케이블에서는 임피던스 매칭이 중요하다. 디지털 오디오용 신호는 75오옴으로 전송하도록 규약이 마련되어 있다.
케이블에서 임피던스 매칭을 정확하게 맞춰주면 디지털 파형은 이상적인 형태의 방형파를 유지할 수 있게 된다.
만일 임피던스 매칭이 되지 않을 경우라면 디지털 오디오 신호의 일부가 반사된다. 반사되는 정량적인 정도는 간단한 수식으로 계산이 가능하다. 그런데 반사로 인한 신호의 정성적인 영향은 어느 정도가 될까?
임피던스 매칭이 맞지 않았을 때의 디지털 파형을 보면 쉽게 설명이 가능하다. 이상적인 방형파는 파형이 반듯해야 하지만 반사파가 혼입된 경우는 물결모양의 파형으로 변조된 것을 발견할 수 있다.
이렇게 방형파가 일그러진 이유를 살펴보면, 방형파란 것이 단순한 파형의 여러가지 조합으로 만들어낸 것인데 (복잡한 파형도 여러가지의 단순한 파형으로 분리할 수 있음을 증명한 수학자 Fourier의 증명을 역으로 응용한 것이 방형파이다) 여기에 반사파가 끼어들어 더해지면서 일부 주파수에 대항하는 진폭이 커지게 되어 방형파를 무너뜨리게 된 것이다.
그런데 이처럼 직각의 모양을 갖춰야 하는 모서리가 이렇듯 물결모양으로 뭉그러지게 되면 정밀하지 않고 fuzzy하게 된다. 이렇듯 완벽하지 않은 모호한 파형을 근거로 해서 디지털 오디오 데이터를 재구성하다보면 시간축의 왜곡(지터)이 생기게 된다.
또한 방형파는 고차의 하모닉스를 포함하고 있게 마련이다. 케이블의 쉴드가 부실해서 고주파 잡음이 혼입하게 되는 경우에는 앞서와 마찬가지로 방형파형을 망가뜨리게 되며 지터가 발생하게 된다.
이상적인 디지털 케이블
이렇게 원인을 알게 되었으니 대처하는 방법도 나올 법 하다.
앞에서는 디지털 케이블이 복잡 미묘한 신호를 다루지 않는다고 했지만 이상적인 디지털 오디오 신호 전송에 가깝게 하기 위해서는 디지털 케이블은 아날로그 케이블보다 복잡한 엔지니어링 변수가 도사리고 있다.
임피던스 매칭을 위해서는 올바른 임피던스 특성을 가지는 선재와 단자의 선택 그리고 올바른 터미네이션 방법의 조합이 필요하게 될 것이다.
단자의 경우 임피던스 매칭을 위해서는 첫째도 사이즈 둘째도 사이즈가 중요하다. 특수하게 맞춤된 사이즈의 단자를 사용해야 한다. 이것이 맞지 않으면 임피던스 매칭이 되지 않는다. 제 아무리 호화로운 고급 단자를 사용한다고 하더라도 일반 아날로그 신호 전송용 단자를 사용하는 경우에는 절대로 임피던스 매칭이 이뤄지지 않는다는 것을 알아두기 바란다. 75오옴으로 맞춤 제작된 RCA나 BNC단자를 사용해야 한다.
다시 얘기하지만 디지털 케이블은 일반적인 오디오케이블과 달리 사용 주파수 대역이 다르다.
이 경우 표피효과나 쉴딩에 따라서 전송효과가 감소되기도 한다. 그런데 쉴딩을 높이다 보면 캐패시턴스가 증가되기도 하며 이런 경우에는 노이즈가 주파수 밴드에 따라 투과및 차폐되는 분포가 고르지 않게 되는 수도 있다. 쉴딩은 증가시키되 캐패시턴스를 줄여야 하는 이율배반적인 조건을 만족시켜야 한다
