고급 이어폰과 헤드폰은 왜 높은 출력이 필요한가.

 

 

제가 사용하는 오디오기기 겸 스마트폰 vivo x5 max 의 홈화면 입니다.

시계위젯에 보이는 한문은 제가 집어넣은것으로 벽암록에 등장하는 내용입니다.

쉬고 쉬고 또 쉬면 쇠나무에 꽃이 핀다 라는 내용으로

아무것도 의식하지 않는 진정한 휴식은 쇠와같은 마음에도 꽃을 피워 중생을 피안에 들게한다는

불교적인 의미가 담긴 송나라 시대의 운문입니다 ㅎ

중국 스러운 분위기가 나죠? ㅎㅎ

vivo 는 중국 스마트폰입니다 ㅎ

 

잡다한 서론 때려 치우고 바로 본론으로 들어가죠

제가 쓰는 이어폰은 XBA Z5 라는 소니사의 플래그쉽 이어폰입니다.

내년즈음 해서 동사의 최고사양 헤드폰인 MDR Z7을 구매하려고 합니다.

가격은 두제품 모두 70만원이고 별도의 고급케이블 연결을 통해 해상도와 출력을 증가시킬 수 있습니다.

 

이정도의 고사양 헤드폰은 어느정도 출력환경에서 충분한 동작을 하느냐

소니사에 문의해본결과 vrms 로 3.3 정도 혹은 그 이상에서 가장 이상적인 동작을 한다고 합니다.

이것은 소니사가 자신있게 내어놓은 플래그쉽 헤드폰 앰프제품인 PHA-3의 출력과 동일합니다.

(상기의 제품은 밸런스드 연결을 통해 출력을 두배로 증가할 수 있습니다.)

 

vrms 란 무엇이냐

이것은 직류전류에서 전압에 해당하는 전류의 힘의 크기를 교류전류가 실질적으로 발휘할것으로 추정하는

그 기대치 혹은 측정값을 실효값이라는 단위로 나타낸것입니다.

일반가정의 220V 콘센트에서 말하는  V 도 사실은 vrms 를 말하는것입니다.

 

모 회사에서 아주 비싼 DAP( 디지털오디오 플레이어) 를 내놓았죠

그 회사의 플래그쉽 제품인 AK 380의 출력은 vrms로 2.2 정도가 나옵니다.

이정도 출력으로 제가 위에 예를든 이어폰이나 헤드폰을 본격적으로 구동시킬 수 있느냐

 

못합니다.

 

임피던스(교류전류에서의 저항)가 일치하면 사용은 할 수 있습니다.

그리고 대부분의 스마트폰과 휴대용 오디오기기는 자동으로 헤드폰 또는 이어폰과의 임피던스매칭 기능이 있습니다.

그러므로 사용 자체는 가능합니다.

그러나 본격적인 성능을 발휘할 수는 없습니다.

 

이제부터 그 이유를 과학적으로 그 원리부터 차근하게 설명드리겠습니다.

 

스피커라는것은 결국 전기의 힘으로 진동판을 움직이게 하는것입니다.

마이크는 이와는 반대로 소리의 진동이 진동판을 움직이면 그것을 전기 신호로 바꾸지요

일단 스피커부터 설명을 드리겠습니다.

 

앞서 말했다시피 스피커는 전기신호를 진동판의 움직임으로 바꾸어주는 장치입니다.

그렇다면 좋은 스피커란 무엇일까요?

 

두개의 스피커가 있다고칩시다.

하나는 1이라는 전류를 받았을때 진동판이 앞뒤로 1만큼을 움직입니다.

하나는 1이라는 전류를 받았을때 진동판이 앞뒤로 0.1만큼이 움직입니다.

 

후자의 스피커가 좋은 스피커입니다.

전자의 스피커는 10이라는 크기의 소리를 내는데 10이라는 전류만 있으면 됩니다.

그리고 그 10이라는 소리의 크기 안에 10의 신호만을 발생시킬 수 있습니다.

하지만 후자의 스피커는 10이라는 크기의 소리를 내기 위해 100이라는 전류가 필요합니다.

하지만 그 10이라는 크기의 소리안에 100이라는 소리의 신호들을 집어넣을 수 있지요

 

이해가 되시나요? 좋은 스피커란 무엇인지?

 

스피커의 성능을 따지는 여러가지 요인이 있습니다.

표현가능한 주파수의 범위 웅장함의 정도 명료한 소리 기타등등 여러가지가 있습니다만

그러한 표현들을 하기 위해서는 결과적으로 높은 고전력을 기초로

그 고전력안에 담겨있는 모든 신호들을 소리신호로 바꾸어줄 능력이라는것이 필요한것이고

그것이 위에 설명한 1의 전류로 0.1을 움직이는 스피커인것입니다.

같은 전류를 받아도 그것을 보다 더 미세한 움직임으로 표현할 수 있는 스피커가 고급의 스피커인 것이지요

그리고 이것은 대단히 어려운 문제입니다.

전기신호를 물리적인 힘으로 바꾸어주는 마그네틱 부위부터 시작해서 댐퍼와 진동판의 소재까지

모든것을 최첨단 소재들로 구현해 주어야 하죠

 

마이크는 이와는 반대로

진동판이 아주 작은 소리신호의 입력에도 움직일 수 있어야 합니다.

이말은 즉 좋은 마이크는 좋은 스피커가 될 수 없고 좋은 스피커는 좋은 마이크가 될 수 없다는 뜻이 됩니다 ㅋ

 

각설하고 본론으로 돌아와서

결국 XBA Z5나 MDR Z7 같은 고성능 이어폰과 헤드폰은

그 드라이버유닛(진동판)의 크기와 관계 없이 거의 비슷한 출력을 요구합니다.

vrms 로 따져서 3.3 이상의 출력을 요구합니다.

 

제 스마트폰인 vivo x5 max에 사용된 앰프칩은 ES테크놀러지사의 SABRE9601 이라는 제품으로

동작환경이 3.3 vrms로 소니사가 자신있게 내어놓은 최신 헤드폰앰프제품인 PHA-3와 동일한 출력을 낼 수 있습니다.

하지만 이정도 출력으로도 솔직히 XBA Z5의 모든것을 이끌어내기에는 출력이 조금 부족하더군요

결국 스타쿼드방식의 고급 케이블이 필요했습니다.

이 고급케이블의 원리는 본래 4개의 케이블로 구성되는 (좌우 유닛에 음극과 양극을 하나씩 연결) 케이블 구성을

8개의 케이블로 구성하여 회로를 병렬 회로로 바꾸어주는 역활을 합니다.

 

임피던스의 직 병렬계산

http://m.blog.naver.com/seo0511/10159370604

 

위 링크에 교류전류에서의 임피던스를 구하는 공식이 등장을 하는데요

쉽게 말씀드리면

교류전류에서 1이라는 임피던스에 회로를 직렬로 연결시키면 임피던스는 1이됩니다.

하지만 회로를 병렬로 연결시키면 임피던스는 1 이하가 됩니다.

스타쿼드 고급케이블은 여기에 추가로 리액턴스성분을 감소시키는데요

리액턴스란 전류의 위상차에의한 각도량에따른 반사성분을 말합니다.

 

좀 어렵죠 ㅋ

 

교류전류는 음극과 양극이 수시로 바뀝니다.

그 움직임을 그래프로 표현하면 파도모양의 사인파가 되죠

결국 전류의 흐름이 일정한 각도의 변화를 가지게 되는데

이 각도에 따라서 전류의 흐름에 반사파(반향)성분이 생기게 되고

이것이 전류의 흐름을 방해하는 요인이 되며 이것을 리액턴스라고 합니다.

고급의 케이블은 회로 전체의 임피던스를 고르게하여

이러한 반사파의 발생을 최대한 억제하여 추가로 회로의 임피던스를 하락시킵니다.

 

두개의 임피던스 하락이 함께 작용을하면 스피커의 요구 출력이 대략 1에서 0.75 정도로 하락합니다.

이것은 제가 실제로 출력을 수동으로 조절하며 느낀 소감을 말씀드리는 것입니다.

결국 소니사에서는 XBA Z5 와 MDR Z7을 내놓으면서

자사가 만든 스피커제품을 일반 포터블 오디오 기기로는 절대로 동작시킬 수 없다라는것을 알고

추가로 요구 출력을 낮출 수 있는 고급케이블의 존재가 필요하므로 그것을 추가로 제작하여 판매한것입니다.

아니면 이미 설계하는 시점에서부터 모든것을 염두에 두었거나요 ㅎ

 

 

 

 

사진은 제가 vivo x5 max로 XBA Z5 이어폰에 스타쿼드 케이블까지 사용할 때 가장 이상적이라고 생각하는 출력세팅입니다.

제 지인분들이 소리를 들어보시고 하시는 말씀이 음악속에 빠져들어갈것 같다고 하시네요 ㅋ

 

각설하고

MP Gain 과 Mach3 Gain 메뉴가 둘다 출력과 관계된 부분입니다.

일반 케이블 쓸때는 Mach3 Gain 까지 풀로 올리고도 그러니까

SABRE9601 앰프칩의 최대 출력까지 출력을 올리고도

정확한 음장감의 구현이 불가능했습니다.

하지만 고급케이블로 바꾸어주니 저정도 출력만으로도

충분히 XBA Z5의 모든 능력을 이끌어내어 주는군요 ㅎ

 

지금 현재 출력 세팅으로 40만원대의 헤드폰 제품인 소니의 MDR 1RBT MK2에 연결하면

귀청을 찢을듯한 엄청난 소리가 발생됩니다.

하지만 정작 소리의 디테일함은 한참 떨어지지요

결국 헤드폰임에도 불구하고 같은 소리 크기 안에 이어폰만큼의 소리신호도 넣어주지 못한다는 뜻이죠

이게 제가 앞에서 설명한 좋은 스피커와 않좋은 스피커의 차이입니다.

 

제생각에 XBA Z5와 MDR Z7은 서로 동일한 요구 출력을 가질것으로 생각됩니다.

두 유닛이 서로 같은 주 드라이버유닛 소재를 사용하거든요

 

잠깐 다른 이야기좀 하죠

 

제가 vivo x5 max 의 유일한 경쟁기기로 생각하는 포터블 오디오 기기는

아스텔 앤컨 AK 380 입니다.

듀얼 DAC 장착으로 화제가 되었죠

여기에 쓰인 AK4490 DAC의 성능을 좀 알아보았습니다.

 

[Features]

1.    256x Over Sampling Stereo D/A Converter 2.    32-bit 8x Digital Filter 3.    Sampling Rate: 30kHz~768kHz 4.    Low Distortion Full Differential Output 5.    SCF 6.    De-emphasis Filter 7.    Soft Mute 8.    DSD Input (2.8MHz, 5.6MHz, 11.2MHz) 9.    External Digital Filter Mode 10.  THD+N: -112dB 11.  DR, S/N: 120dB 12.  Power Supply: Analog: 4.75~5.25V, Digital: 2.7~3.6V   출처 http://www.akm.com/akm/en/aboutus/news/20140501AK4490_001/   어마무시 하네요 비트레이션은 32bit 까지 지원하고 샘플레이트는 768khz 까지 지원을 합니다.] 32bit 768khz 음원이면 대략 4분짜리 음악 한곡에 1400mb 용량(????)정도 나오겠죠 ... 터무니없는 성능이네요 거기다가 DSD 파일은  2.8 , 5.6 , 11.2 Mhz 까지 모두 지원하네요 와우 대단한 성능입니다.   그런데 어째 ....db 측정값이 120인지 ... 입력전원이 꽤 높이 요구되는것에 비하면 출력되는 결과물이 좀 약한데요 ... 제 폰에 쓰인 ES9018 K2m 을 좀 보죠   Patented 32-bit Hyperstream DAC o +127dB DNR o –120dB THD+N o Industry’s highest performance 32-bit mobile audio DAC with unprecedented dynamic range and ultra low distortion o Supports both synchronous and ASRC (asynchronous sample rate converter) modes Patented Time Domain Jitter Eliminator o Unmatched audio clarity free from input clock jitter 64-bit accumulator and 32-bit processing o Distortion free signal processing Integrated DSP Functions o Click-free soft mute and volume control o Programmable Zero detect o De-emphasis for 32kHz, 44.1kHz, and 48kHz sampling Customizable output configuration o Mono or stereo output in current or voltage mode based on performance criterion I2C control o Allows software control of DAC features 28-QFN (5mm x 5mm) package o Minimizes PCB footprint < 40mW operational power < 1mW standby power o Maximizes battery life Versatile digital input o Supports SPDIF, PCM (I2S, LJ 16-32-bit) or DSD input Customizable filter characteristics (revision V only) o User programmable filter allowing custom   출처 http://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/721831/ESS/ES9018K2M.html   제거 DSD 지원이 않되는줄 알았더니 되는군요 -------------------------------------------------- 이부분 수정합니다. 홧길하게 DSD 파일 인식 않됩니다. pcm 파일 or (그러니까 또는) DSD 파일이라고 되어있네요 실제로 이광조씨의 DSD 앨범을 구매 해서 파일 옮겨 보았지만 인식이 되지 않았습니다.   아무튼 반가운 소식은 반가운 소식이고 실질적인 측정값을 보죠 데시벨 출력이 무려 127을 찍습니다. 음악에서 쓰는 데시벨은 상대적 비율 단위가 아닌 절대값을 씁니다. 데시벨 단위가 10이 높아지면 종전보다 소리가 10배 더 커지는걸 의미하죠   무슨말이냐 AK4490 DAC 를 제아무리 듀얼로 연결해도 데시벨 측정값이 ES9018K2M 하나 만큼 나오지 못한다는 뜻입니다.   위에 기본 클럭주파수 밴드를 보니 클럭주파수 지원도 오히려 ES9018K2M이 더 다양하군요 32kHz, 44.1kHz, and 48kHz sampling 를 지원한다고 쓰여있는데 사실 고음질 음원들이 일반 16/44 음원은 44.1khz 이고 16/96 이상의 음원들에 쓰이는 샘플레이트는 48kHz 를 기본으로 여기에 배수로 샘플링을 하는거거든요 그런데 여기에 더해서 32kHz 샘플링 단위까지 지원한다니 매우 반가운 소식입니다.   제가 알기로 ESS 테크놀러지 최고의 야심작은 ES9018S 로 알고 있습니다. 데시벨 출력이 135까지 올라가는 괴물이라고 알려져있지요   각설하고 데시벨 측정값이 높을 수록 DAC의 해상도는 증가한다고 보시면 됩니다. 한마디로 vivo x5 max 의 기본 해상도는 아스텔앤컨의 AK380 보다 우월합니다. 120데시벨을 듀얼로 연결해도 122에서 123 정도의 출력밖에 내지 못하거든요   거기에 더해서 AK380 의 오디오 단자 출력은 vrms로 2.2 라고 알려져 있습니다.   그냥 단순하게 하드웨어적인 관점에서 그정도 해상도와 출력으로 사용할 수 있는 헤드폰은 대략 가격대가 50만원선이면 충분합니다. 솔직히 그 이상의 헤드폰 유닛이 발휘할 수 있는 능력에 비해서 해상도도 출력도 미치지 못합니다.   vivo x5 max는 단순하게 하드웨어의 능력만 놓고보면 세계 최강입니다. 지원되는 해상도도 뒷받침되는 출력도 70만원에서 100만원대의 초고성능 헤드폰의 성능을 100% 이끌어내기에 전혀 부족함이 없는 성능을 자랑합니다.   전문 헤드폰 앰프의 영역으로 넘어가면 ES9018S를 장착한 PHA-3 라는 괴물이 하나 있기는 합니다만 ㅋ 포터블오디오 원솔루션으로는 세계 최강기종이 맞습니다 ㅋ   제가 전혀 에이징이 이루어지지 않은 젠하이져 HD800과 소니 MDR Z7을 기본케이블로 같이 동시에 청음을 했을때 동일한 입력 전원에 대비한 해상도가 MDR Z7이 보다 우수했던것으로 기억합니다. 주파수 밴드부터가 터무니 없지요 ㅋ   이야기가 잠시 산으로 흘러갔는데   요약하면 이겁니다.   이어폰이든 헤드폰이든 드라이버 유닛의 크기와 관계없이 진짜 좋은 음질을 출력할 수 있는 스피커는 필연적으로 고전력을 요구하게 된다는 것입니다.   그런데 여기서 이야기가 끝이 아닙니다. 단순히 고전력을 발휘할 수만 있으면 되느냐 그렇지가 않습니다. 주파수와 전류의 흐름을 안정시켜야 합니다.   자꾸 다른제품과 비교를 하게 되서 아이리버측에 미안한감이 있는데 설명을 하려면 필요하니 예를 들겠습니다.   왜 아스텔앤컨이 굳이 AK380 같은 초고성능 DAP를 출시하면서 해상도와 출력을 저것밖에 지원하지 않았느냐?   2.2vrms 이상의(사실 그 이하에도 적용되는 문제이지만) 고전류의 교류전류 회로에서는 음향기기를 이용하는 사람들에게 아주 짜증나는 문제가 하나 기다리고 있습니다. 그것은 전류의 흐름이 불안정해지고 주파수가 흔들리거나 심한경우 공명을 일으킨다는 것입니다. 이것은 정밀한 부품구성으로 이루어진 포터블오디오기기의 소형기판에는 아주 치명적인 문제입니다. 단순히 소음이 발생하는 청음상의 문제 뿐만아니라 기판의 내구성 자체에 문제를 일으킬 정도이지요 당연히 아이리버는 상식적인 기업이니까 아주 지극히 상식적인 관점에서 접근하여 소형 포터블 오디오에서 이것 이상의 출력을 올리는짓은 미련한 짓이다. 라고 생각하고 AK380의 해상도와 출력을 딱 그만큼 까지만 프로듀싱을 한 것입니다.   사실 이것은 Hi-Fi 업계의 상식이나 마찬가지일정도로 고전적인 생각이고 또 진리라고 여겨왔습니다.   그럼 vivo x5 max를 만든 BBK 전자는 바보라서 저렇게 만들었느냐 이게 또 그렇지가 않습니다.   잠시 다른이야기를 하면   포터블 오디오 관점에서 잠시 벗어나서 대형 오디오와 스피커의 개념으로 잠깐 사고의 지평을 열어봅시다.   그 스피커들에는 대단히 높은 전류가 흐르겠지요 감히 이어폰이나 헤드폰따위가 상상도 하기 힘든 고전류가 흐르고 있을겁니다.   그녀석들을 운용하는 오디오기기의 회로는 그렇다면 어떻게 전류의 흐름을 안정시켰을까요?   답은 차폐트랜스에 있습니다.   복잡한 설명 때려 치우고 간단하게 설명하면 차폐트랜스는 절연기구입니다. 그것도 대단히 높은 성능을 자랑하는 절연기구 입니다. 복잡한 원리는 때려 치우고 그냥 이것이 회로의 중요지점에 박혀 있으면 그것만으로 전류의 흐름이 대단히 안정된다라는것과 이것의 성능과 전류의 흐름이 안정되는정도는 어느정도 비례하는 부분이 있다는것만 알려드립니다.   문제는 이것의 크기에 있는데요 절연기구가 충분한 성능을 발휘해 주려면 정말로 어쩔 수 없게도 큰 크기와 좋은 소재를 요구하게 되어 있습니다.   당연히 그 어느누구도 이것을 포터블오디오 기기에 설치하려는 망상같은것은 해본적이 없습니다.   이것을 설치하면 음질이 대단히 고급스러워진다는것은 음향기기 전문가라면 누구나 다 압니다. 하지만 그 전문가들 조차도 이것을 포터블 오디오기기에 설치한다는 말에는 당연히 코웃음을 칠겁니다.   개소리하지 말라구요   사실 그래서AK380 성능이 저것밖에 않되는거거든요   그런데 BBK,전자 측에서 일을 저질러버렸습니다. 3.3vrms의 고전류 흐름에서 전류의 흐름을 안정화시키는 쾌거를 vivo x5 max에서 저질러버린겁니다.   사실 저는 PHA-3 를 청음해본적이 없기 때문에 그녀석에게 전류 흐름을 안정화시키는 어떤 장치가 있는지는 모르겠습니다. 하지만 전류의 흐름을 안정화시키지 않는다면 음악을 재생시킬때 특정 음향에서 과도한 소음이 발생하는것을 절대로 막을 수 없을겁니다.   vivo x5 max는 바로 이러한 차폐트랜스의 기능을 사용자가 원하는대로 활성화 시키고 또 비활성화 시킬 수 있습니다. iset 라는 메뉴를 사진에 올려둔것 처럼 아주 조금만 활성화를 시키면 전류와 주파수의 흐름이 대단히 안정적으로 변합니다. 이것은 차폐트랜스의 기능이 발휘 된다는 말이지요 vivo x5 max 의 후속작 vivo x5 pro의 경우 오디오 출력이 5.5 까지 올라가는 괴물이라고 합니다. 문제는 적용된 DAC 의 데시벨 측정값이 120 밖에 않된다는거죠 정확한 음질이 어떤지는 모르겠지만 vivo x5 max 만큼 정확한 음질의 구현은 힘들지 않을까라고 생각하고 있습니다   본론으로 돌아와서   좋은 스피커라는것을 이용하려면 요약해 드리겠습니다.   첫번째 임피던스를 매칭하라(포터블오디오는 신경을 끄셔도 됩니다. 자동으로 맞춰집니다.) 두번째 높은 출력을 발휘할 수 있는 전원을 확보하라(헤드폰 앰프를 확보하라는 말입니다.) 확보가 불가능하면 출력에 걸맞는 헤드폰이나 이어폰을 사용하라 세번째 높은 고전류의 흐름에서 전류의 흐름을 안정화를 시켜라 로 요약할 수 있습니다. (하나 추가하자면 헤드폰의 정밀도에 걸맞는 해상도를 갖추어라)   이게 않되면 70만원대 이상의 고성능 헤드폰 유닛은 사용할 생각을 하지 말아야 합니다.   좀 잔인한가요? ㅋ   좀 더 스피커에 대한 썰을 풀자면 전문가들은 여러개의 밸런스드 아마추어로 구성된 스피커 보다는 단일 드라이버유닛 소재로 이루어진 스피커를 좀 더 고급으로 칩니다.   인간의 고막이 한장으로 이루어져있는 이유와 일맥상통한다고 하네요   ps. 사실 PHA-3라는 앰프를 이용하면 일반 스마트폰으로도 AK380을 뛰어넘는 음질을 즐길 수 있습니다. 적어도 이론상으로는 그렇습니다만 .... 아무래도 기반이 되는 오디오 기기의 성능의 영향을 받지 않을수는 없을겁니다. AK380에 PHA-3를 연결하면 당연히 스마트폰과 연계했을때보다 좋은 소리가 날겁니다.   ps.2 vivo 는 그러니까 정확히 말해서 ES9018K2M DAC는 확실하게 DSD 파일을 지원하지 않습니다 아까운 3만원 날렸네요 ㅋ 나중에 PHA-3를 사게 된다면 그때나 써먹기로 하죠 ㅋ   ps.3 오늘 스타쿼드 고급케이블 단선이나서 AS 받으러 간김에 기본케이블로 바꾸어 달아보았는데.......... 어쩐일인지 음질이 완전히 동일하네요 .............. 분명히 처음 샀을때랑 그 이후랑 몇번을 청음 비교를 해 봐도 분명히 달랐었는데 ........................ 오늘은 아무리 케이블을 바꾸어서 같은곡을 들어보아도 ............ 완전히 동일한 음향이 들렸습니다............................. 이러지 않았었는데 ㅠ ㅠ 좋은건 좋은데 이유나 알고 좋자구 ㅠ ㅠ .........................................