음향기초지식 #1 (교류에 대한 이해)
안녕하세요. 예림이 아빠입니다.
얼마전에 밸런스드 라인에 대한 내용을 지식란에 올렸다가 지웠습니다. 밸런스드 라인에 대한 지식을 설명해도 이해를 하기 쉽지 않아 보였습니다. 그렇게 만만히 볼것은 아니더군요. 최소한 영디비 사용자라면 알아야 하는 교류에 대한 지식을 아셔야 이해를 할 수 있기 때문에 이글을 먼저 씁니다. 음악은 귀와 마음으로 들어야 하는것이지만 최소한 소리가 어떻게 만들어져서 우리귀에 들리는지는 알고 넘어가야 할것 같습니다.
여러분 댁에 벽에 보면 전기가 나오는 구멍이 있습니다. 콘센트라고 흔히들 부릅니다. 대한민국의 표준 전압은 60Hz 220V라고 상식적으로 알고 계시죠? 잘 살펴보시면 좌우에 둥그런 구멍이 있고 위아래에 노란색의 구리선 같은게 나와 있습니다. 현재 사용되는 전기 방식은 교류입니다. 교류라는것은 전기가 +, - 방향이 서로 바뀌면서 전달되는것이라고들 알고 계실겁니다. 역사적으로는 에디슨이 직류를 사용하는것을 주장했으나 장거리의 전달 효율의 문제등으로 인하여 현재는 교류가 가정에서 사용하는 표준 형식으로 정해졌다고 하네요. 교류는 아래그림처럼 전달된다고 상식적으로 알고 계시죠.
<교류그림>
교류그림출처 : https://www.rohm.co.kr/electronics-basics/dc-dc-converters/dcdc_what2
그럼 +, - 방향이 계속 바뀌는것이니 전기 콘센트의 둥그런 구멍 양쪽으로 번갈아가며 전기 나오는것이겠죠? 죄송하지만 아니에요...
< 화내는 사진을 넣으려고 했는데 회원X님 사진이 없어서... (실은 저작권때문에... ) >
(보내주시면 넣어 드리겠습니다.)
회원X: 잉? 뭔소리야... 내가 지금까지 알고 있던게 틀린거라고? 지금까지 학교에서 그렇게 배웠는데?
예림이아빠: 네... 배우긴 했는데 그래도 잘못 알고 계신거에요.
회원X: (속으로.... 뻥치고 있네....) 그럼 증거를 보여줘봐요...
예림이아빠: 네 보여드릴게요....
혹시 위의 사진에 나온것이 무엇인지 아시나요? 네~ 가정에 하나씩 있는(?) 테스터기 입니다. 저도 전기 기술자는 아니지만 가끔 집에서 쓸모가 있기 때문에 사두었습니다. 테스터기는 콘센트에 전기가 흐르는 것을 눈으로 보여주는 장비입니다. 교류를 측정할것이기 때문에 교류 측정위치에서 V(볼트)로 맞춰 놓았습니다.
<사진1>
1번 사진은 콘센트 좌우측을 측정한 결과 입니다. 네...220V보다 조금 아래로 나왔군요.
<사진2>
2번 사진은 좌측단자와 접지 단자를 연결해 보았습니다. 아까랑 비슷하죠? 220V 조금 아래로 나왔네요.
<사진3>
3번 사진은 우측단자와 접지 단자를 연결해 보았습니다. ???? 아까랑 다르죠? 0.5V 남짓 측정되었네요. 전기 상태가 좋으면 0V로 나와야 합니다. 5V 내외는 양호한 수준이라네요.
뭔가 이상하지 않나요? 학교에서는 전기가 +,- 방향으로 서로 바뀌면서 들어오는건데... 어떻게 한쪽은 전기가 나오고 한쪽은 전기가 안나오죠? 네... 보시는것처럼 한쪽만 전기가 나오는 선이고 하나는 0V로 전기가 흐르지 않습니다. 혼란 스럽죠? 그럼 전기가 어떻게 흐르는 걸까요? 전자는 - 전하를 가집니다. 이러한 전자는 도선 한쪽에서 전위차를 만들어주면 흐르게 되는겁니다. 즉, + 쪽에서만 전위차가 만들어지고 - 측은 0V를 유지하는 거죠. 고무줄 놀이할때 양쪽에서 위아래로 흔들필요없이 한쪽에서만 흔들어도 교류파형이 나오는것을 상상하시면 됩니다. 그래서 전기선을 잘못만질때 한쪽은 잘못하면 감전되는것이고 한쪽은 감전되지 않습니다. 실제로 전기를 공급하는 라인을 우리나라말로는 활성선(hot line)이라고 이라고 부릅니다. 반대로 전기가 0V를 유지하는곳은 중성선 (Neutral line) 이라고 부릅니다.
<3극 스테레오 단자(언밸런스드)>
위의 그림은 3선 언밸런스드 단자입니다. 좌측은 제일 많이 쓰는 3.5mm(1/8인치), 우측은 헤드폰에서 흔히 쓰는 6.35mm(1/4인치) 단자입니다. 일반적으로 마이크 없는 이어폰/헤드폰 단자가 이렇게 생겼죠... 좌우측에 소리를 만드는 전기 신호를 보내야하는데, 소리신호는 흔히들 아시는 교류신호입니다. 직류를 보내면 소리를 내는 드라이버의 진동판이 한쪽으로 올라가서 내려오지를 않을테니 소리가 안나겠죠... 핸드폰이나 앰프에서는 크지는 않지만 수~수십, 수백 mV의 교류 신호를 보내줍니다. 좌우에 신호를 보내야하면 당연히 좌측에 L+,L- 이렇게 단자가 있어야 하고 우측에도 R+,R- 단자가 있어야 하는데 3개 밖에 연결할 수가 없습니다. 그런데 어떻게 소리가 날까요?
네... 그렇습니다. 위의 글을 이해하시면 이것도 쉽게 이해하실 수가 있겠죠? 좌우측 L+,R+ 단자에서 전압차를 만들어주고 -에 해당하는 부분은 0V 이기때문에 둘을 합쳐 놓을 수가 있는겁니다. 그래서 스테레오 사운드를 들을 수가 있는거죠.
회원X : 어... 제가 쓰는 스마트폰은 3극이 아니라 4극인데요?
예림이아빠: 네 이렇게 생긴 단자는 바깥쪽부터 3번째 링이 유럽식은 마이크 라인, 4번째가 접지 입니다. 미국식은 3번째가 중성단자(접지:GND)이고, 4번째가 마이크 입니다. 보통 우리나라는 미국식입니다. 하여간 좌/우/마이크에 + 신호가 들어가고 -는 중성단자(접지:GND)인거죠...
10초정리 : 여러분이 사용하시는 일반적인 이어폰/헤드폰은 교류에 의해서 소리가 납니다. 언밸런스드에 사용되는 교류는 +, 접지(-) 단자중 + 단자만 신호(전기파동)가 나옵니다. 접지단자는 중성 (-:0V:GND) 입니다. 그래서 3극 단자로 스테레오를 들을 수 있습니다.
이상 예림이 아빠입니다. 즐거운 음악생활하세요.
p.s. 언벨런스드와 벨런스드에 대한 내용을 정리하면서 일부 응원을 해주셨던 분들에게 감사를 드립니다. 벨런스드에 대한 글을 작성하는 와중에도 정리중이니 잠시 기다리라는 부탁에도 벨런스드에 대한 공격적인 댓글이 달리는 모습을 보고... 영디비가 다른 막나가는 동회회와 차이점이 무엇인지 곰곰히 생각해 보게 되었습니다. 실망도 많이 들었고 내가 뭐하는 짓인지 후회도 많이 들었습니다. 너는 평생 밸런스드를 이해못할거라는 악담도 달렸습니다만... 일단 시작한 일이니 정리를 해보자는 마음으로 다음 밸런스드에 대한 글을 마무리 지었습니다. 댓글에 거북스러운 내용들이 많으니 정보를 얻으신 분들은 댓글을 읽지 마시고 다음 리뷰를 보시면 좋겠습니다. 다음부터는 어디서 무료로 얻은 제품에 대한 칭찬리뷰나 읽으면서 보통 회원들처럼 좋아요나 날려 드리겠습니다. 모두 즐거운 음감을 하시기 바랍니다.
p.s. 본 리뷰에 사용된 테스터기를 광고할 목적으로 사용하지 않았음을 밝힙니다. 물론 테스터도 제가 스스로 돈을 지불하고 구매한것임을 밝힙니다.
댓글 67
댓글 쓰기죄송... 어찌 하다보니... 저도 회원: 이라고 쓰려다 회원 님 생각나서 회원X: 라고 썼는데... 덕분에 회원님이 X 표시가 달린 꼴이 되었어요...ㅎㅎ
이 이야기 나오면 거부감 갖는 분들이 좀 보이시는데, 아무래도 이 지식이 잘못 오용되서 쓰인 경우가 많아서 그런거 같네요.
원리 아는 사람 입장에서는 이게 뭔 헛소리지? 싶은 오디오 극성 논란에서 교류에도 극성이 있다고 하면서 들고나온 반박거리가 바로 이 개념이거든요... 극성과 비슷해 보여서 착각하기 쉬운 개념이죠.
예전에 무슨 난리가 났었는지 접속을 안해있어서 모르는데, 상전선 관련 개념 설명하시는건 정확하다 봅니다. 제 입장에선 무엇 때문에 싸우게 된건지 궁금하네요...
그냥 미루어보건데, 밸런스드 방식이 기존 3극 방식이랑 다를게 없는데 뭔 소용으로 하나 주장하시는 분이랑 싸우신거 같은데 맞나요?
맞다면, 제생각에는 한 콘센트에 전열기구 넣어놓고 컴퓨터 키면 노이즈 튀는 거처럼 R이랑 L이 그라운드를 공유하면 서로간에 간섭 생기는 것에서 확실히 원리적으로 차이가 있으리라 봅니다만.
예전에 전기공학 수업때 상전선 개념을 이해 못하는 친구가 있어서 교수님이 설명을 좀 자세히 설명해 주셨는데 이걸로 설명하시면 좀더 정확히 설명할 수 있을거 같네요.
A라는 사람(상전선)과 B라는 사람(중성선)이 줄넘기를 가지고 있고, 그 줄넘기 한복판에는 빛나는 점 하나가 있다. A는 줄넘기를 파동치도록 흔들고, B는 가만히 있는다. 이때 점만을 관찰하면 위아래로 흔들리는 운동만 하며, 이는 반대로 B가 줄을 흔들고, A가 멈추어 있어도 마찬가지이다. 우리가 흔히 아는 극성은 줄넘기에 점이 찍힌 점이 파동으 중간으로부터 얼마나 위 혹은 아래에 있느냐의 고저차에 의해 결정되고, 상전선은 두 전선(사람) 중 누가 줄을 흔드느냐에 따라 달라질 수 있다.
사진 추가하신거 보러 왔다가 윗 댓글 보고 남겨봅니다.
정말로 말씀하시는 "-극에 신호가 나오는게 전혀 없고" "단순히 접지극 분리로 인한 이득만 있다" 라면 현재 한국에서 파는 밸런스드 출력 단자 가진 음향기기들 죄다 허위광고(기술적으로 -극에서는 신호가 나올 수 없는데, 역상 신호를 -에 보내서 음질이 좋아졌다고 아예 불가능한 이야기를 하니까요) 하는 중인 건데 이 부분 신고하면 어떻게 되는지 등에 대해서 한번 제가 내일 소니코리아나 코원 등에 전화해보겠습니다.
일단은 배우는 자세로 다음 글까지 읽어볼 생각입니다만은, 그렇기 때문에 제 주장이 틀리고 회원님 말씀이 맞는 경우 회사들이 저렇게 허위광고 하는 것 역시 넘어갈 수가 없네요. 저도 오디오 미신이 판치는걸 좋아하는 사람이 아니라.
제가 수중에 돈이 있으면 테스트 직후에 팔면 되니 dap 중고로라도 사볼텐데, 없어서 시원하게 테스트 못 해보는게 아쉬울 따름입니다.
다음 글 매우 기대하고 있습니다. 테스터기도 있으시니 혹 밸런스드 출력 있는 기기 보유중이시면 단자에다가 선만 물려서 찍어보시면 어떻게 나오는지 알 수 있겠네요. 저는 테스터기도 없어서..ㅎㅎ
이게 최종적으로 트랜스듀서에 가는 신호 말고 인터커넥트 용으로는 원래 아시는 밸런스드처럼 그라운드가 있는게 맞는데, 그 용도까지 상정한건지, 아니면 뭔지는 모르겠네요.
사실 소니놈들은 3.5에서도 노캔땜에 5극을 만든 적이 있긴 합니다만, 그걸 염두에 뒀다고 보기도 좀 애매한 것 같구요.
http://goldenears.net/board/ST_KB_byGE/7583
어... 이건 예전에 골든이어스 쪽에서 밸런스드 출력에 대해서 올라온건데, 보아하니 제대로 된 제품들의 경우 - 쪽에도 역상신호가 걸리게 만들기 위해 별도로 출력 신호단을 또하나 추가하는 것으로 보입니다. 즉, R-와 L-도 상전선이고 신호가 나옵니다.
제가 요전에 설명한 줄넘기 개념으로 설명하면, A와 B 모두 줄넘기를 흔들어대는 (두 명 모두가 상전선인) 경우네요. 일반적으로 에너지 전달하는 교류에서는 이런게 낭비이기 때문에 쓰이지 않지만, 신호전달 쪽에서는 쓰이는 경우 간간히 있습니다. 죄송하지만, 예림이 아빠님이 주장하시는 "교류는 무조건 상전선이 한쪽에만 고정되어 있다." 즉, "교류의 파동 신호는 무조건 한쪽에서 한쪽으로만 흘러간다." 라고 말씀하시는 이야기는 틀린 이야기라고 봅니다.
예림이아빠님이 말씀하시는 신호라는게, 결국 그 줄넘기 한복판에서 흔들리는 점이 위아래로 흔들리는 것만을 관찰할때 나오는 패턴이고, 그 줄넘기를 한명이 흔들어대던, 양쪽에서 다 흔들어대던 원리적인 면에서 크게 문제될 것은 없습니다.
한편, 이 상전선이 서로 역상으로 줄넘기를 흔들어대면 서로 1/2 출력으로 흔들어대더라도 원래 수준의 신호를 전달 할 수 있는 동시에, 원래 신호와 역상 신호 모두 케이블 타고 가는 도중에 생기는 노이즈에 노출이 되면서 이 노이즈 신호 자체를 신호의 그라운드점으로 잡아주니 극복이 가능한거네요. 대신, 역상신호와 원래신호가 정확히 대칭이 아니면 오히려 노이즈가 생겨서 음질 열화의 원인이 된다 합니다.
좀 못그린 그림이긴 한데, 그림으로 설명하면 이렇습니다.
맨위가 아무 신호도 흐르지 않을때, 그 다음이 우리가 일반적으로 우리가 아는 상전선과 중성선이 존재하는 교류, 그리고 맨 아래가 양쪽 선에서 모두 신호가 나오는 형태입니다. 맨 아래쪽은 단순히 중선선 쪽에서 상전선 마냥 능동적으로 전위차를 발생시키는 회로를 둔 것 밖에 차이가 나지 않고, 적절히 맞추어 양쪽에서 흔들어대는 파동을 정확히 맞추면 아예 전류가 흐르지 않도록 만들 수 도 있습니다.
아, 밸런스드 전송에서의 노이즈 차단은 마치 ANC 기능 마냥 기기 자체가 능동적으로 노이즈를 인식해서 신호를 컨트롤 하는게 아니라, 양쪽이 모두 상전선이어서 신호가 가는 도중에 정상 신호 및 역상신호가 모두 동일한 노이즈에 영향을 받고, 두 신호가 합쳐지는 과정에서 노이즈 신호가 그라운드 지점이 되어서 노이즈가 소멸하는 원리입니다.
맞습니다. 그건 줄넘기 그림으로 그리려면 2명이 줄을 흔들고 한명이 2줄을 잡고있고... 한쪽손으로 더 크게 흔들어야 하니 줄넘기줄이 3개라야 합니다. 사람으로치면 팔이 3개를 가져야 하는데... 음.... 팔이 3개인 사람을....저도 그림을 이쁘게 그릴줄 몰라서.... 담에 고민해볼게요...ㅎㅎ
아뇨 그게 아니라, 잡고서 가만히 있는 쪽이 있을 필요가 없습니다. 왜 자꾸 절대적인 그라운드에 집착하시는지 모르겠네요. 전류의 흐름에 있어서 중요한건 상대적인 차이이지, 절대적인 그라운드가 항상 기준이 될 필요는 없습니다.
그라운드가 필수라고 생각하시는 듯..
컴퓨터공학과라 공대긴한데.. 저런건 잘 안배워서리 ㅎㅎ;;
그런데 계속해서 "그라운드극이 꼭 있어야 한다" 하시면서 저를 천동설 주장자 혹은 주입식 교육의 폐해 정도로 표현하시니...
지금 위에서 쭉 설명하셨던것과 같이 전송되는것이 맞고, 그러면 같은 케이블 노이즈 특성이 양단에 각각 걸리게 되므로 케이블 노이즈 특성이 상쇄되는것이 맞습니다. 삭제된 글에서 아스라다님이 "트랜스듀서가 애더 역할을 합니다" 라는 표현을 하셨는데, 그런 원리입니다.
노이즈쪽은 이해가 갑니다만...
밸런스드 에서 gnd가 없어도 되는게 잘... ㄷㄷㄷ
전류가 '고저의 차이'에 따라 흐르는거면 0을 잡아줄게 필요한거 아닌가요?
L +/- 에다가 gnd가 있어야 될꺼같은데...흠.
y=sinx와 y=-sinx를 같이 두는걸 생각하시면 됩니다.
π/2에서 두 그래프의 y값 차는 2입니다.
y=sinx와 y=0를 같이 두면 같은 지점에서의 차이는 1이죠. 모든 지점에서 0이랑 뒀을때랑 -sinx랑 뒀을때랑 딱 두배씩 차이납니다. 차이가 0인 지점(0, π등)에서는 0*2=0이니 똑같이 소리가 안나구요.
퍼텐셜 에너지(위치 에너지) 정의 자체가 그렇지만, 어차피 상대적인겁니다.
트랜스듀서는 y=2와 y=0으로 인해 생기는 2의 전위차와 y=1과 y=-1로 인해 생기는 2의 전위차를 구분할 수 없습니다.
맨 밑 댓글에 달아놓른 링크(누르면 pdf가 받아집니다) 5페이지를 보면 그림으로도 나와있습니다.
온갖 걸 다만드는 Fiio의 케이블 시리즈를 보니,
3.5 mm 언밸런스는 3개로 나뉘고,
2.5 mm 밸런스드는 4개로,
4.4 mm 밸런스드는 5개로 나뉘어 있네요.
https://www.fiio.com/productinfo/39900.html
https://www.fiio.com/productinfo/9469.html
섀시 접지에 쓰일 순 있는데, 이헤폰에선 그런게 필요 없죠. dac-amp 전송시 섀시접지를 맞춰주는 용도면 모를까...
실제로 의미있는 전기적 역할을 하는 극은 아닙니다.
전에 링크했던 ES100의 자료에
2.5mm 밸런스드는 (L+, L-, R+, R-)와 같이
4개 채널만 있으면 된다고..
https://docs.wixstatic.com/ugd/fb72a4_f6e284067322400193a13fd9a863e4ce.pdf
4.4에 대해서는 예전에 어느 케이블 제작자분께서 찍어봤더니 연결이 안되있었다.. 등의 자료를 올려주셨던 기억이 있습니다.
멀리 안 가도 시중에 4심 4.4단자 케이블(선이 4가닥이니 무슨수를 써도 5개는 못보냅니다)이 수두룩합니다. 그런데 걔내들 불량품이라고 딱히 안 말합니다.
결론적으로 제가 틀렸다면 확실하게 사과드리겠습니다.
실험은 제가 지금 기숙사라 주말에 본가 가면 올려드리겠습니다. 가난한 학생인지라 제대로 된 밸런스드 출력 기기는 없지만, "양단에 정상 신호와 역상 신호가 을어갈 때 소리가 난다"정도를 입증할 수 있는 실험을 보여드리겠습니다. 접지극이 한쪽에 안붙으면 소리가 안 나온다고 하셨으니 이에 대한 검증 정도는 될거라 봅니다.
다른 회원분들도 보시면 좋겠다 싶어서 일단 이 글에 올립니다. 자세한건 추후에 올릴 글에 포함하겠습니다.
2.5mm나 4.4펜타콘은 그걸 해드폰잭(말하자면 봉..) 하나로 해결할 수 있도록 만든것이고..
그리고 출력도 같은 amp칩을 쓸 때 두 배가 됩니다.
A라는 앰프가 최대 1Vrms를 낸다면, 극당 앰프 하나로 최대 2Vrms의 출력을 낼 수 있게 되는거죠.
2Vrms출력을 내는 앰프로 언밸런스드 연결을 하는 것 보다 이게 효율적입니다.(그리고 칸 큐브같이 포터블 앰프의 극한으로 가게 되면, 그 이상 스펙의 앰프가 없어서 밸런스드로만 추가 출력 확보가 되기도 합니다)
파동 하나(+1)를 reverse한 놈(-1)을 추가로 앰프부로(?) 보내서 합치면 +1 - -1로 y축에 해당하는 값들(x축은 time..)은 2배가 되는것고 노이즈는 reverse의 reverse값을 더한것이니(노이즈도 reverse값일 것이므로..) 서로 상쇄되어서 사라지고.. 이렇게 이해하면 될까요??? 문송합니다..ㅠㅠㅋㅋ
오디오를 개발하는게 아니라 즐기는 입장에서는, 기초적인 물리학을(+수학 아주조금) 아주 조금만 알아도 약팔이에 안 당할 수 있으니 취미로(?) 공부해보시면 좋습니다. 저야 그걸 공부하는게 재밌어서 하는거지만..
혹시 링크 주실 수 있나요?
이것도 도움이 되는것같습니다