오디오란 무엇인가?

[管韻]

오디오란 무엇인가?

오디오란 무엇일까요?

오디오 애호가들에게 오디오(Audio)라고 하면 앰프, 씨디 플레이어, 스피커등을 따로 따로 구입해서 서로 연결하여 시스템을 꾸며놓고 CD나 LP 음반, 또는 카세트 테이프등에 담겨 있는 음악을 듣는 것을 뜻합니다. 이러한 시스템을 꾸미려면 보통 수십만원에서 수억원(Really?)의 금액이 듭니다. 그렇지만 오디오의 범위를 조금 더 넓혀서 오디오란 음반이나 테이프, 또는 방송 전파등의 매체에 담겨있는 소리를 듣기 위한 기구라고 할 수도 있습니다.

오디오를 그렇게 정의한다면 아래에 예를 든 것과 같이 갖가지 크기, 형태, 가격의 기기들이 오디오 기기에 포함될 것입니다. 크기와 형태, 가격대가 다양하지만 그 기본 원리와 구조는 모두 같다고 볼 수 있습니다. 모든 오디오 기기는 각각 서로 다른 기능을 하는 부분들이 단계적으로 결합되어 있습니다. 기능적인 순서대로 나열해보면 다음과 같습니다. 오디오 기기의 종류에 따라 이 모든 부분이 한 몸체에 들어있는 것도 있고 모든 부분이 따로 떨어져 있는 경우도 있습니다.

1. 프로그램 소스

CD, LP등의 디스크나 테이프, 또는 방송 전파등의 매체(medium)에 수록된 음악 신호를 읽어내어 시간에 따라 변하는 전압으로 바꾸어 주는 장치입니다. 이 부분이 따로 떨어져 있는 것들 중에는 CD를 읽는 CD PLAYER, LP디스크를 읽는 Turntable, 카세트 테이프를 읽는 Cassette Deck, 방송 전파를 수신하여 음성 신호를 읽어내는 Tuner등이 있습니다.

2. 앰플리파이어

위의 장치에서 받은 미약한 전압 신호를 스피커나 이어폰을 울릴 수 있을 정도로 큰 전압과 전력으로 키워주는 장치입니다.

3. 스피커 또는 이어폰

앰플리파이어로부터 받은 전기 신호를 진동판의 진동으로 바꾸어 공기를 진동시켜 마침내 소리를 들려주는 장치입니다.

오디오 기기 중 가장 저렴하고 가장 작은 것은 이렇게 휴대하고 다니면서 음악을 들을 수 있는 소위 워크맨입니다.. 크기가 작기는 하지만 카세트 테이프에 들어 있거나 방송 전파가 전송하는 음악을 듣기 위한 모든 장치가 이 손바닥 만한 기구에 모두 들어 있습니다. 이런 장치로는 이어폰으로 혼자서만 음악을 들을 수 있습니다. 가격은 5~20만원 정도

워크맨보다는 훨씬 크기 때문에 항상 휴대하기는 어렵지만 스피커가 달려있기 때문에 여러 사람이 함께 들을 수 있는 이런 것도 있습니다. 흔히 카세트 라디오라고 합니다. 이런 종류의 기기 중에서 큰편에 속하는 것들은 붐박스(BoomBox)라고 불리기도 합니다. 저음이 강조되어 있기 때문에 보통 라디오 카세트 보다 저음이 붕붕거리는 느낌이 더하기 때문입니다. 라디오 카세트나 붐박스나 모두 한 몸체 안에 모든 것이 들어있는 것입니다. 가격은 5만~30만원 정도

붐박스보다 조금 크고 장식장 위에 놓고 다 같이 들을만 한 것은 이런 것도 있습니다. 이러한 종류를 흔히 뮤직 센터라고 부르는데 아마도 이런 종류 제품의 상품명이었던 것 같습니다. 이런 기기의 특징은 스피커가 분리되어 있고 나머지 부분은 한 몸체에 들어있다는 것입니다.

뮤직 센터 정도의 오디오 기기로는 진지한 음악 감상을 하기에 부족하다고 느끼시는 분들이 많을 것입니다. 뮤직 센터는 아무래도 음질보다는 기능을 중요시하여 만들었기 때문에 아주 음질이 뛰어나다고 하기는 어렵습니다. 그리고 요즈음 시판되는 것들은 너무 디자인이 선정적이라(?) 점잖은 애호가들(?)은 별로 좋아하지 않습니다. 가격은 30만원~60만원 정도

뮤직센터로는 도저히 음악을 못듣겠다 - 뭔가 제대로 들어야 되겠다고 생각하시는 약간 까다로운(?) 분들은 왼쪽의 본격적인 시스템을 구입하실 수 있습니다. 이러한 시스템은 앰프, 튜너, 씨디 플레이어, 카세트 데크가 모두 분리되어 있으므로 각각 따로 구입하실 수도 있습니다.

물론 한 시스템으로 구입하실 수도 있습니다. 왼쪽 위의 그림에 보인 시스템은 표준 사이즈보다 작은 기기들로 꾸며져 있어 미니 콤포넌트 시스템이라고 불리기도 합니다만 표준 사이즈 기기와 거의 같은 성능을 가지고 있습니다.

이 정도 급의 오디오 시스템은 잘 갖춘 본격적인 음악 감상용으로 꽤 훌륭한 소리를 들려줍니다. 이 정도이면 소위 하이파이 오디오 (Hi-Fi Audio)라고 할만 합니다. Hi-Fi는 High Fidelity의 약어로서 번역하면 고충실도(高忠實度)입니다. 즉 실제와 아주 흡사한 소리를 내는 기기라는 뜻입니다. 한 시스템으로 구입하시는 경우 시스템 구성을 위한 모든 부속품들이 준비되어있습니다. 가격은 60만~120만 정도

오디오 시스템의 각 부분을 따로 따로 구입하여 구성하는 시스템으로서 가격과 성능에 대단히 큰 편차가 있습니다. 이러한 시스템을 구성할 때는 모든 기기들을 적합한 케이블들을 준비하여 구입자가 직접 연결하여야 합니다.

음악을 제대로 들으려면 왼쪽 그림에 보인 정도의 어마어마한 시스템을 구성하여야 하느냐 하면 --- 그렇지는 않습니다. 보통 가정의 거실과 비슷한 환경에서 그다지 큰 음량으로 듣지 않으신다면 소박한 시스템으로도 아주 훌륭한 음악 감상을 하실 수 있습니다.

이제 위의 그림과 같은 오디오 시스템의 구성을 봅시다. 이 시스템은 프로그램 소스로서 카세트 데크와 CD 플레이어, 튜너를 갖추고 있습니다. 앰프로는 종합 앰프가 있고 스피커 한쌍이 있습니다. 그러므로 이 시스템으로는 방송도 들을 수 있고 카세트 테이프를 듣거나 녹음을 할 수도 있고 CD를 들을 수도 있습니다.

스피커는 스피커 캐비넷과 고음을 내는 트위터(tweeter), 저음을 내는 우퍼(Woofer), 그리고 스피커의 저음 특성 향상을 위한 구멍(Port) 또는 굴뚝(Duct)이 있는데 스피커에 대한 자세한 이야기는 [오디오 기기]편을 살펴보시기 바랍니다. 그런데 이 그림과 같이 종합 앰프를 튜너 바로 밑에 놓은 것은 좋지 않습니다. 앰프는 오디오 시스템에서 열이 가장 많이 나는 것이어서 앰프 위에는 열이 쉽게 빠져나갈 수 있는 충분한 공간이 필요합니다. 그러므로 튜너와 앰프의 위치를 바꾸는 것이 옳습니다.

위의 그림을 보시면 오디오 시스템에 스피커가 두개 준비되어 있습니다. 이것은 소위 스테레오(Stereophonic Sound)로 음악을 들려주기 위한 것입니다. 스테레오(stereo)란 입체(立體)란 뜻입니다. Stereophonic Sound라면 입체 음향이라고 할 수 있습니다. 유심히 들어 보시면 음악을 들으실 때 왼쪽 스피커와 오른쪽 스피커에서 나는 소리가 서로 다르다는 것을 아시게 될 것입니다.

LP 디스크나 테이프에는 왼쪽 신호가 기록된 길과 오른쪽 신호가 기록된 길이 따로 있습니다. LP 디스크에는 밭의 고랑(Groove)과 같은 것이 패어져 있는데 이 고랑의 한쪽 벽에는 왼쪽 신호, 반대쪽 벽에는 오른쪽 신호가 기록되어 있는 것입니다. 테이프는 폭을 나누어 한쪽에는 왼쪽, 다른 쪽에는 오른쪽 신호를 기록합니다.

CD에는 음악 신호가 디지탈 부호(0,1)로 기록되어 있는데 길은 한 길이지만 어느 신호가 왼쪽 오른쪽 신호인지 구분되어 있으므로 한 길에 왼쪽 오른쪽 신호가 섞이지 않고 기록되어 있다고 볼 수 있습니다. 아무튼 CD Player나 테이프 덱, 턴테이블 등은 매체로부터 왼쪽 신호와 오른쪽으로 분리된 신호를 끄집어 냅니다.

이 신호는 각각의 케이블을 따라 앰프에 들어가게 됩니다. 앰프는 겉보기에는 한 몸체이지만 사실은 그 속에 동일한 두개의 앰프 회로가 들어있어서 한개의 앰프는 왼쪽의 신호를 받고, 다른 한개의 앰프는 오른쪽 신호를 받는 것입니다. 그래서 앰프 속에서는 왼쪽 오른쪽 신호가 섞이지 않고 따로 따로 증폭됩니다.

이렇게 증폭된 신호는 각각의 스피커로 들어가게 되는 것입니다. 이렇게 기록 매체에서 스피커까지 독립된 두 갈래의 길로 이루어진 오디오 시스템을 2 Channel Stereo System이라고 합니다. Channel이란 길을 뜻하는 영어 단어입니다. 2 채널 스테레오는 1950년대 말부터 보급되기 시작하여 그 역사는 40년 이상이라고 할 수 있습니다.

2 채널 스테레오를 쓰는 이유는 입체감있는 소리를 들려주기 위해서는 최소한 두개의 독립된 신호를 사용해야 하기 때문입니다. 자세한 내용은 [소리와 오디오]의 '귀와 오디오'편을 참조해주시기 바랍니다. 보다 현실감 있는 소리를 재생하기 위해서 과거 70년대에 4 channel이 출현한 적이 있었고 최근 몇년 동안은 5 채널 이상의 가정 극장용 오디오가 보급되고 있습니다. 과거의 2 채널 이상 멀티 채널 시스템은 별로 널리 보급되지 못했지만 최근의 멀티 채널 시스템은 많은 지지를 받고 있어 새로운 표준이 되지 않을까 생각합니다.

[출처 : 실용 오디오 발췌]

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.

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.

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.

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. Vo는 기기 O의 출력 전압입니다. 기기 O의 출력 임피던스가 Ro라고 하면 기기 O의 출력단자는 저항 Ro과 전원 전압 Vo가 직렬 연결된 것으로 생각할 수 있습니다. 이 출력 단자를 입력 임피던스가 Ri인 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=Vo [ Ri / (Ro+Ri) ] 입니다. 출력 전압 Vo가 기기 i의 입력단자에 모두 걸려야 이상적인데 Vo의 일부분만 걸리는 것입니다. 그런데 이 식을 보면 Ro가 Ri보다 훨씬 작을 때 V가 Vo과 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.

[출처 : 실용오디오 발췌]