오디오 기기의 역할

오디오 기기의 역할을 알아보기 위해서 우리가 피아노 연주를 직접 들을 때와 오디오 기기를 통하여 들을 때를 비교하여 보겠습니다.

실연주(實演走)를 들을 때

실제 피아노 연주를 들을 때 피아노와 우리의 귀 사이에는 공기만이 있습니다. 피아노 향판이 진동하면 향판 주위의 공기가 따라서 진동하며 그 공기의 진동이 우리 귀에 도달하면 우리는 피아노의 소리를 듣습니다.

소리

오디오 기기를 통하여 레코드로 연주를 들을 때

피아노의 소리가 마이크로폰에 도달하면 마이크로폰은 이 소리 신호의 모양을 닮은 전기신호로(공기의 압력 변화를 그에 비례하는 전압의 변화로) 바꾸어줍니다. 이 전기신호는 갖가지 방법으로 기록됩니다. 기록방법에 따라 아날로그일수도 있고 디지탈일수도 있습니다. 기록 매체의 재질이나 형상에 따라 테이프일 경우도 있고 디스크일 경우도 있습니다. 이렇게 음악 신호가 기록된 매체를 ㅤ음악 애호가들이 구입합니다.

소리
전기신호 Audio
chain
전기신호
소리

우리가 구입한 기록 매체인 CD나 LP를 Cd player나 Turntable에 넣고 작동시키면 이 기기들은 매체에 기록된 음악 신호를 읽고 그 신호를 다시 전기신호로 바꾸어 줍니다. 이 신호는 스피커를 울리기에는 너무 약하므로 이 신호를 앰프로 보내 크게 확대합니다. 앰프에서 키워진 전기 신호는 스피커로 보내지고 마침내 스피커는 공기를 울려 전기신호를 소리로 바꾸어 줍니다. 그림에서 Audio chain이라고 표시된 부분은 (마이크로폰의 전기신호를 기록-> 기록 매체의 제작-> 기록 매체로부터 신호 재생-> 증폭과정)의 여러 단계 과정을 하나의 기호로 표시한 것입니다. 여기서 Audio chain의 전과정이 완벽하다면 Audio chain에 들어온 전기 신호(마이크로폰 출력)의 모양은 나가는 전기 신호(앰프 출력)의 모양과 완전히 일치해야 할 것입니다. (실제로는 오디오 매체에 최종적으로 기록한 전기 신호와 스피커에 입력되는 앰프 ㅤ출력의 모양이 일치해야 합니다만 편의상 그렇게 설명하였습니다.) 여기서 Audio chain에 마이크로폰과 스피커를 포함하는 것이 더 옳겠지만 편의상 그렇게 표현하였습니다. 완벽한 마이크로폰과 스피커가 완벽한 Audio Chain에 연결되면 우리는 완벽한 피아노 소리를 듣게 될까하는 질문을 할 수 있습니다. 원리상으로는 그렇습니다만 꼭 그렇다고 할 수는 없습니다. 실연주를 들을 경우에는 피아노와 피아노를 듣는 사람이 같은 방에 있지만 레코드로 음악을 듣는 경우에는 피아노 녹음을 한 곳의 실내 환경과 레코드를 듣는 곳의 실내 환경이 전혀 다릅니다. 그리고 실내의 기하학적 구조나 벽면의 재질,..등이 소리에 큰 영향을 미칩니다. 레코딩 기술자들은 레코드를 평균적인 실내에서 평균적인 스피커로 재생하였을 때 가장 자연스럽게 들리도록 마이크로폰들을 배치하고 마이크로폰으로 부터 받은 전기신호를 갖가지 방식으로 조정하여 변화를 줍니다. 그래서 실제로 최종적으로 매체에 기록되는 전기 신호는 마이크로폰의 출력 신호와는 차이가 있습니다. 레코딩 엔지니어가 레코딩 과정이나 조정 과정을 할 때 듣는 스피커를 모니터 스피커(Monitor Speaker)라고 합니다. 레코딩 기술자는 이 모니터 스피커에서 가장 좋은 소리가 나오도록 모든 조정을 하기 때문에 모니터 스피커의 선택은 레코드에 기록된 음악 신호에 큰 영향을 미칩니다. 많은 사람들이 좋아 하는 레코드를 만들기 위해서는 모니터 스피커의 특성이 너무 유난스러워서는 안됩니다. 그렇지만 레코딩 과정의 모든 결함을 나타내줄 수 있는 고성능이어야 할 것입니다. 그렇다면 당연히 모니터 스피커와 똑같은 모델의 스피커를 사다놓고 들으면 되겠다고 생각할 수 있습니다. 지당한 말이기는 하지만 모니터 스피커가 놓인 레코딩 스투디오와 우리가 음악을 듣는 실내와는 음향적으로 크게 다를 가능성이 있으며 모니터용 스피커를 설계할 때는 음질 뿐만 아니라 내구성이나 운반의 용이성등을 크게 고려합니다. 외관의 치장에는 별로 주의를 기울이지 않습니다. 이렇게 가정용 스피커와는 용도가 다르기 때문에 가정용 스피커에 요구되는 성능과 모니터 스피커에 요구되는 성능은 다를 수 있습니다. 그러나 모니터로 채용되는 스피커들은 음질이 우수하다고 평가된 것들이므로 외관이 너무 기계적이지 않으면 가정용으로 사용해도 좋을 것입니다. 스피커 모델이름에 "모니터"라는 단어가 붙은 것이 있는데 대개 별 뜻이 없는 것입니다. 모니터로 쓸 만큼 음질이 좋은 것이라는 광고라고 보시면 됩니다. 스피커에 대한 이야기는 위의 스피커 항목에서 자세히 설명할 것입니다. 이제 위에 표시한 Audio Chain에 대하여 이야기해보도록 하겠습니다.

Audio Chain

CD를 레코드로 쓰는 시스템을 가정할 때, 마이크로폰부터 스피커 까지를 Audio Chain에 넣고 생각하면 Audio Chain의 구조는 다음과 같다고 할 수 있습니다. 여기서 음악 애호가들이 CD를 만드는 것은 아니니 애호가들의 몫은 CD를 사서 오디오 기기에 넣고 듣는 것입니다.

녹음
+
신호처리
+
CD 제작

CD

CD Player

Amplifier

운영자의 생각으로는 만일 표준 규격의 청취실이라는 것이 있어서 레코딩 엔지니어가 모니터 스피커를 이 규격의 청취실에 놓고 들으면서 모든 조정을 하고 애호가들도 집집마다 이 규격에 맞는 청취실을 꾸며놓고 거기에 자신의 스피커를 놓고 듣는다면 오디오로 듣는 소리의 질이 지금보다 훨씬 좋아질 것입니다. (공산주의자 같은 소리인가요?) 앞에 설명드렸지만 스피커가 놓인 실내의 환경이 모니터 스피커를 듣는 환경과 달라서 생기는 문제는 심각한 것입니다. 레코딩 기술자들에게 이런 불확실성은 큰 문제 중의 하나일 것입니다. 어쨌든 레코딩 기술자는 자신이 만드는 레코드가 가장 평균적인 환경에서 가장 평균적인 스피커로 들었을 때 가장 자연스럽게 들리도록 만들었다고 가정하겠습니다. 여기서 가장 평균적인 스피커란 말은 유난 스러운 개성이 없는 스피커를 말하며 기술적으로는 주파수 특성이 평탄한 스피커라고 할 수 있습니다.
이런 가정을 한다면 스피커와 CD 사이에 존재하는 CD Player와 Amplifier의 역할은 단순 하고 명확합니다. CD Player는 CD에 수록된 기호를 읽어 원래 레코딩 기술자가 CD에 집어 넣었던 전압 변화와 똑같은 전압변화를 재생시키고 앰플리파이어는 이것을 받아서 모양은 조금도 변치않게 크기만 키워서 스피커에 보내주면 됩니다. 이 기기들이 이런 역할을 얼마나 잘 수행하는가를 나타내는 기술적인 용어로 말하자면 잡음이 없어야(Zero Noise) 하고 찌그러짐이 없어야(Zero Distortion)하고 주파수 특성이 평탄해야(Flat Frequency Response) 한다고 할 수 있습니다. 현재 시판되고 있는 오디오 용 Cd Player나 Amplifier들은 대부분 이러한 역할을 거의 완벽하게 수행하고 있습니다. 이 점에 대하여 반론이 많겠지만 각 기기들에 대한 자세한 내용은 기기별 메뉴를 선택하시면 보실 수 있습니다.

기기들의 임피던스 매칭

Audio Chain에서 가정용 오디오 기기의 연결을 보면 CD Player 출력단자가 앰플리파이어의 입력단자에 연결되어있고 앰플리파이어의 출력단자는 스피커의 입력단자에 연결되어있습니다. CD Player는 앰플리파이어를 구동하고 앰플리파이어는 스피커를 구동한다고 할 수 있습니다. 기기들의 출력 단자나 입력 단자는 신호측(+측)과 ground(-측) 한쌍으로 되어 있습니다. 기기의 입력 임피던스는 입력 단자의 +,- 측 사이의 저항이며 출력 임피던스는 출력 단자의 +측, -측 사이의 저항으로 생각하시면 됩니다. 물론 임피던스와 저항은 다른 것이며 저항과 같이 테스터로 직접 측정할 수 있는 것은 아니지만 기본 역할은 비슷합니다. 임피던스의 단위도 저항과 같은 Ohm 입니다.
아래의 그림은 기기 O의 출력 단자와 기기 i의 입력 단자가 연결되어 기기 O가 기기 i를 구동하는 것을 그림으로 나타낸 것입니다. V_o는 기기 O의 출력 전압입니다. 기기 O의 출력 임피던스가 R_o라고 하면 기기 O의 출력단자는 저항 R_o과 전원 전압 V_o가 직렬 연결된 것으로 생각할 수 있습니다. 이 출력 단자를 입력 임피던스가 R_i인 기기의 입력 단자에 연결하면 오른쪽 그림과 같은 상황이 됩니다. 왼쪽 그림은 단자의 연결을 나타낸 것이며 오른 쪽은 이 상황을 회로도 처럼 그린 것입니다.

이 그림에서 보면 기기 i 의 입력단자에 걸린 전압은 V=V_o [ R_i / (R_o+R_i) ] 입니다. 출력 전압 V_o가 기기 i의 입력단자에 모두 걸려야 이상적인데 V_o의 일부분만 걸리는 것입니다. 그런데 이 식을 보면 R_o가 R_i보다 훨씬 작을 때 V가 V_o과 거의 같아지는 것을 알 수 있습니다. 즉 이런 경우에는 기기 o 의 출력 전압 대부분이 기기 i 의 입력 단자에 걸리게 됩니다. 즉 신호의 전달이 거의 100% 이루어 지는 것입니다. 그러므로 효율적인 신호 전달을 위해서는 두 기기를 연결할 때 출력측의 임피던스가 입력측의 임피던스 보다 훨씬 작아야 합니다. 각 기기의 출력 임피던스나 입력 임피던스는 이와 같은 조건을 만족 시키게끔 설계되어 있으므로 소비자들이 조정하거나 염두에 둘 필요는 없습니다. 그런데 한가지 진공관 파워앰프와 스피커를 연결하는 경우 이것이 문제가 될 수 있습니다.(자세한 내용은 앰플리파이어 항목이나 스피커 항목을 참조하시기 바랍니다.)
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