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Monday, May 10, 2010

[번역글] 각종 스피커 케이블에 대한 "진실"




아래는 27年의 전통을 자랑하는 스페인의 전기 공학 잡지인 nueva electrónica紙의 음향 케이블에 대한 2003年 10月호 기사,

LA "VERDAD" SOBRE LOS DISTINTOS CABLES PARA ALTAVOCES

한글 번역본입니다.
영문 번역본을 60% 참고하였고,

영문 번역이 병맛인 나머지 40%의 내용은 원문을 직접 번역했습니다 :

1p 2p 3p 4p 5p 6p 7p 8p 9p 10p 11p 12p 13p 14p




각종 스피커 케이블에 대한 "진실"

전기 배선에 이용되는 통상 케이블과 같은 작동 원리를 가졌음에도 불구하고, 상상을 초월하는 가격에 판매가 되고 있는 고가 음향 케이블의 부두적 미신성을 마침내 파헤치기 위한 우리 Nueva Electrónica紙의 시도에 많은 유명한 하이파이 앰프 및 스피커 제조사들은 아낌없는 찬사를 보냈습니다.


하이파이 애호가들이, '앰프의 특성을 비약적으로 향상시키는 케이블'에 대한 수준 낮은 찬양성 기사를 읽고 나면, 그 영향으로 해당 케이블을 사용 한 이후엔 음질이 향상 되었다고 진정으로 믿게 된다는 것은 널리 알려진 사실입니다. 여기, 미국 하이파이 앰프 제조사로부터 받은 편지의 내용 일부를 공개 합니다:

"만일 케이블이 하이파이 시스템의 특성을 향상 시킬 수 있다는 것이 사실이라면, 우리는 무엇보다도 우리 제품의 사용자 설명서에 그에 대한 사항을 기입하겠지요. 그러나 앰프의 출력과 스피커의 입력 간 연결이- 앰프의 정격 파워에만 부합하면- 어떠한 구리 케이블로도 가능하다는 점은 케이블의 영향으로 인한 성능 향상을 기대할 수 없게끔 만듭니다."

기사를 발행하기 이전에 한 프랑스 하이파이 스피커 제조사는 무려 30쪽에 달하는, '앰프나 스피커의 특성을 변화시킬 수 있는 케이블의 종류는 없다'라고 결론 지어진, 시중에 유통되는 모든 케이블의 기술 보고서(Nueva Electrónica紙 내부에서도 이미 이뤄진)를 보내왔습니다. 본 기사에서는, 얇은 도선을 이용한 20~30m 정도의 긴 연결이라도, 소스의 음량을 조금만 키워도 쉽게 보상이 가능한 아주 적은 음향 파워의 손실 만이 발생한다는 사실을 중점적으로 다루게 됩니다.

물론, 각종 광고에 찌든 애호가를 '케이블은 하이파이 시스템의 특성을 향상시키지 않는다'고 설득하기는 쉽지 않겠지요.

그러므로, 일단 LF에 사용되는 모든 케이블은 AC를 전송하는 역할 만을 한다고 시작 해 봅시다. AC의 최대 주파수는 25,000 Hz를 넘어가지 않습니다.

또한 케이블 인덕턴스는 λ/4를 넘어야 음향 신호에 영향을 미치지요.

파장을 미터로 구하는 공식은 아래와 같습니다:

m = 300,000 / kHz


따라서 케이블의 인덕턴스는 파장이 이보다 긴 경우에만 음향 신호에 영향을 미친다고 할 수 있겠지요:

300,000 / 25 = 12,000 m
12,000 / 4 = 3,000 m




앰프 출력-스피커 입력 간 연결에 3 Km 케이블을 사용한다면 영향이 있겠습니다만, 최대 길이가 12m 를 넘지 않고 주파수 대역이 10~20,000 Hz 이내라면, 앰프-스피커 간 전송된 LF 신호는 변화되지 않습니다.

이런 케이블들을 천문학적인 가격에 판매하는 사람들은, 자사의 케이블이 다른 케이블보다 낫다는 것을 구매자들에게 어떻게 해서든 납득시키며, 모든 하이파이 애호가들이 기술자는 아닌 만큼, 음질에 큰 영향을 주지 않는 인덕턴스 - 캐퍼시턴스 - 공진 - 쉴딩 효과 - 댐핑 - 구리 순도 등의 수치는 소비자의 판단에 지대한 영향을 미치게 됩니다.

간단한 예를 들어보지요.

만일 누군가가 독자 여러분에게 전화기의 케이블을 금도선으로 교체하면 회선의 잡음을 없애고 목소리를 더 또렷하게 들을 수 있다고 한다면, 독자분들께서는 그걸 절대 믿지 않겠지요. 왜냐하면 전화기 자체의 왜곡을 케이블로 막을 수는 없기 때문입니다.




여기서 독자께서는, '정녕 케이블을 선전하는 모든 하이파이 잡지들은 X구라를 치고 있는 걸까' 하는 의구심이 들기 시작합니다. 설령 그네들의 주장대로 고급 케이블들의 수치적 품질이 더 좋다고 하더라도, 그 차이가 우리에게 감지되지는 않습니다.


강력한 광고 문구에 현혹된 군중들은 제품을 구입하고, 값싼 제품보다 더 나은 것을 손에 넣었다고 믿도록 자신들을 세뇌 시킵니다.

그리고 이들은 앰프-스피커 연결에 대한 광고를 읽을 때도 같은 반응을 보이지요.

너무 많은 사람들이 현혹되어서, 천문학적인 돈을 케이블에 투자하고 나서야 비로소 그들은 자신의 하이파이 시스템이 향상 되었다고 믿게 됩니다.

케이블로 인한 음질의 향상을 주장하는 분들에게 질문: "통상 케이블-고가 케이블 간의 차이를 확인하기 위해 어떠한 기기를 사용하셨습니까? 어떠한 장점을 발견 하셨는지요?"

이 질문에 대한 답은 언제나 같습니다: "측정을 해 보진 않았습니다; 그러나 중역/고역의 분리도 및 공간감의 향상을 가청할 수 있었습니다. 저역 롤오프도 없었구요, 등등."

이와 같은 설명은 광고성 기사에서 언급되는 내용의 단순한 연장선이며, 애호가는 이러한 광고에 영향을 받았다고 결론 지어질 수 있습니다.

다행스럽게도, 케이블은 하이파이 앰프와 스피커의 특성에 별다른 영향을 주지 않으며, LF 신호의 파장에는 그 영향이 더욱 적습니다. 이 경우, 앰프와 스피커를 제조하는 제조사들이 풀어야 할 모든 문제들을 생각 해 봅시다.




인간의 청각에 가청되지 않는 케이블 간의 차이를 밝혀내기 위해서는- 애호가들에겐 딱히 필요치 않은- 복잡한 측정 기기가 필수입니다.

또한 International Electrotechnical Commission(IEC)는 기술자들에게 실시간 비교를 권장하는데, 이는 실시간 비교가 미세한 차이를 알아낼 수 있는 유일한 방법이기 때문입니다.

예를 들어, 만일 독자 여러분께서 두대의 하이파이 앰프를 두고 더 나은 음색의 것을 고르려고 한다면, 첫번째 앰프를 먼저 듣고 나중에 두번째 앰프를 들어서는 안됩니다. 인간의 음 기억력은 매우 취약하니 말이죠.

두 앰프를 실시간으로 비교하려면, 일단 출력 신호의 음량이 일치해야 하며, Fig. 5 와 같이, 입력단에 입력 신호가 전환될 수 있는 릴레이를 달고 출력단에는 같은 스피커로의 신호를 전환하는 두번째 릴레이를 부착합니다.

반복 상태의 릴레이들은 두 앰프의 신호를 1초 간격을 두고 전환되지요.

이러한 방법을 통하게 되면, 인간의 청각은 음색차의 존재 여부를 바로 알 수 있게 됩니다.

이 청취 방법은 Fig. 6 처럼 케이블에도 적용 가능하며, Fig. 7 처럼 스피커의 성능을 비교할 때나 두 악기를 조율할 때 쓰일 수도 있습니다.

예를 들어, 기타 조율에는 조율포크 (440 Hz, 라) 가 사용되는데, 기타로 라를 치면 차이가 즉시 가청 되고, 귀를 통해 이를 조율하게 됩니다.

그러나 안타깝게도, 이러한 실시간 비교는 통상의 소비자들이 쉽게 접근할 수 있는 차원의 것은 아닙니다.

보통, 판매 직원은 스피커를 하나씩 보여주고 그 다음 제품으로 넘어가니까요.

두 스피커의 음색을 전부 기억할 수 없는 소비자는, 특정 스피커가 다른 스피커보다 외형, 가격, 브랜드 등의 음향 외적 요소로 인해 더 좋다고 생각하게 되는 겁니다.

Nueva Electrónica紙의 실험실에서는- 전문 장비 만이 인간의 청각이 감지할 수 없는 미세한 차이를 측정 가능하기 때문에-  케이블 / 크로스오버 필터 한쌍을 비교하기 위해 오실로스코프 - 스펙트럼 분석기 - 왜율 분석기 - Wobulator - 음향 트레이서 등을 사용 했습니다.




스피커 케이블과 LF 신호

많은 케이블 제조사들은 자사의 케이블 광고에 낮은 인덕턴스/캐퍼시턴스, 금/은 도선, 낮은 산소 함유율 등을 강조합니다. 그에 대한 논쟁은 잠시 미뤄두고, 앰프의 출력-스피커의 입력, 즉 0 ~ 40V 에 15~20,000 Hz 가변 주파수에서 도선이 가지는 작동 원리부터 알아 보도록 하지요.

선재가 금/은/동 뭐가 되었던지 간에, 전자(Electron)는 중요하지 않습니다. 선로 상 저항의 크기가 중요할 뿐이지요. 저항 성분이 없는 케이블은 없으므로, 다소의 전압 저하는 언제나 발생합니다. 이 전압 저하는 케이블의 길이에 비례하고, 도선의 직경에 반비례합니다. 하이파이 시스템의 배선 조건은 보통 20 m 이내이므로, 정합하지 않는 직경의 케이블이 사용되어도 최대 파워의 손실은 1%를 넘지 않습니다. 이는 100W에서 1W 정도가 손실된다는 뜻이며, 인간의 청각은 이 정도의 미세한 음량 감쇄를 인지하지 못합니다.

케이블을 통과하는 주파수와 신호의 파형은 어떠한 변수에도 변하지 않으며, 케이블에 15 Hz를 입력하나 20,000 Hz를 입력하나 그 케이블의 종단에는 언제나 동일한 주파수가 전달되게 됩니다. 예를 들어서, 220V - 50 Hz 의 사인파를 수백 킬로미터의 거리로 전송한다 칩시다. 그러면 전송된 사인파는 전송 길이로 인한 손실을 거쳐서 46-48-49 Hz의 삼각파, 혹은 사각파로 분할되리라 예상 할 수 있습니다. 그러나 실제로는 언제나 50 Hz 의 사인파가 전송되지요. 확인할 수 있는 유일한 차이는, 케이블의 길이/직경으로 인해 215~210V 정도로 낮아진 전압의 진폭입니다.

30,000 Hz 이하의 주파수에서, 케이블의 인덕턴스/기생적 캐퍼시턴스는 스피커와 앰프의 연결 거리가 100~200 미터 정도 되어야 비로소 음질에 영향을 끼칩니다.


도선 굵기의 영향

이 문단에서는 케이블의 순수한 저항 부하 및 리액티브 성분을 다루겠습니다. 스피커로 연결되는 케이블은, 전압 저하를 최소화 하기 위해 적절한 두께를 가져야만 합니다. 만일 규격에 살짝 미치지 못하는 케이블을 사용하는 경우라면, Ampacity는 앰프가 최대 파워로 구동 될 때만 흐르게 된다는 사실을 명심 할 필요가 있습니다. 파워(Watts)를 기준으로, 케이블의 전압을 계산하기 위해서는 아래의 공식을 사용합니다:

Ampere = √(Watt / Ohm)




케이블을 통과할 수 있는 최대 암페어를 기준으로, 도선의 직경을 정할 수 있습니다. 이는 미터 당 저항과 더불어 Table №2 로 구해집니다.

그러고나서, 80 W 짜리 앰프를 가정하여 규격에 정합한 직경의 케이블 / 규격보다 얇은 케이블 / 규격보다 두꺼운 케이블을 통해, 이론적으로 8 Ω 의 출력 파워가 케이블의 직경에 어떻게 변화하는지 알아봅시다. 80 W의 경우에는 Ampacity가 3.16 A 입니다. (Table №1 참조) 여기에 Table №2 를 통해, 미터당 0.010 Ω 을 가진 도선 직경 1.5 mm 의 케이블이 필요하게 된다는 것을 알 수 있지요. 만일 5 m 짜리 케이블을 사용하는 경우에는, 케이블의 부하 저항이 직렬로 걸리게 됩니다:

(5 + 5) * 0.010 Ω = 0.1 Ω

참고 사항: 5 m 의 케이블을 사용하게 되면, +/- 각각 5 m 로 총 10 m 의 도선을 사용하게 됩니다.


만일 케이블에 저항 성분이 없다고 가정하고, 케이블 자체가 존재하지 않는다면 스피커의 전압은 아래와 같습니다:

Volts = Watts / Ampere


예를 들어:

80 / 3.16 = 25.316 V


여기에 직경 1.5 mm 의 구리선을 개입시키면 전압은 아래와 같이 계산됩니다:

Vc = [Va / (Rc+ Z)] * Z

Vc= 스피커 입력단의 전압
Va= 앰프의 출력 전압
Rc= 케이블의 저항
Z= 스피커의 임피던스


따라서, 8 Ω 짜리 스피커는 아래의 전압에서 최대 파워를 가지겠지요:

[25.316 / (0.1 + 8)] * 8 = 25 V


전압과 부하 저항(스피커)을 구했으니, 아래의 수식을 통해 스피커로 전달되는 최대 파워를 알아낼 수 있습니다:

Watts = (Volts * Volts) / Z


그러면

(25 * 25) / 8 = 78.125 W


이제 좀 더 두꺼운 도선 (1.7 mm) 과의 차이도 알아봅시다.

Table №2 에서는, 직경 1.7 mm 의 케이블은 미터 당 0.008 Ω 의 저항 성분을 가지고 있습니다. 따라서 길이 5 m 짜리 케이블을 사용하면 저항 성분은 다음과 같겠지요:

(5 + 5 ) * 0.008 = 0.08 Ω


이 미세 저항 성분은 스피커의 전압을 이렇게 만듭니다:

[25.316 / (0.08 + 8)] * 8 = 25.06 V


이 전압으로 통상 파워를 구하면:

(25.06 * 25.06) / 8 = 78.5 W

만일 1.1 mm 정도의, 규격 직경에 모자르는 얇은 도선을 사용하게 되면 저항 성분은 미터 당 0.018 Ω 이 되고 5 m 에서의 전체 저항 성분은:

(5 + 5) * 0.0018 = 0.18 Ω


이 저항값은 스피커로 전달되는 전압을 이와 같이 만듭니다:

[25.316 / (0.18 + 8)] * 8 = 24.758 V


이 파워는:

(24.748 * 24.748) / 8 = 76.619 W


이론적으로, 80 W 에서 발생하는 도선 직경에 따른 영향은 이렇게 됩니다:

직경 1.7 mm = 78.500 W
직경 1.5 mm = 78.125 W
직경 1.1 mm = 76.619 W


이와 같이 도선 직경의 차이는 분명 존재합니다만, 명심하셔야 할 것은 이 수치들이 최대 입력 파워 / 케이블 길이 5 m 의 조건에서 산출 되었다는 겁니다. 어쨌거나, 이러한 차이는 가청되지 않으므로 숫자에 연연하시면 낚이는 겁니다. 사실, 인간의 청각은 -3 dB 에서 소규모 파워의 감쇄를, -6 dB 에서 중규모 파워의 감쇄를 인지할 수 있습니다. 따라서, 78.5 W 의 음향 파워에서 소규모 감쇄를 감지하려면 39 W 가 되어야 하고, 78.5 W의 절반을 감지하려면 19 W가 되어야 겠지요.

그러므로, 규격에 정합하지 않는 직경의 도선을 가진 케이블을 사용하여 발생하게 되는 유일한 손실은- 볼륨 조절기로 완전하게 보상 가능한- 약간의 최대 파워 뿐입니다. 상상을 초월하는 가격에 판매되는 고급 케이블의 공칭 저항값이 낮더라손 치라도, 음향 신호가 스피커에 도달 하기 전, 5~6 m 케이블의 저항값보다 훨씬 높은 저항값을 가진 크로스오버 필터를 대면한다는 사실을 누구도 언급하지 않았다는 점은 상기 할 필요가 있습니다.

어쨌거나, 우리 Nueva Electrónica紙는 저항값이 아닌- 이후 설명이 되겠지만- 고주파를 감쇄시키는 기생적 인덕턴스를 충분히 상쇄하기 위해 규격보다 약간 더 두꺼운 도선(Table №3 참조)을 적용하는 케이블을 사용하실 것을 권장합니다.




위 표에서 명시된 직경은 최소 권장값입니다. 따라서 50 W 앰프-8 Ω 스피커엔 도선 직경이 1.60 - 1.70 - 2.10 mm 가 되는 케이블을 사용하실 수 있지만, 1.40 - 1.30 mm 케이블은 사용하셔선 안됩니다. 즉, 권장 직경보다 얇은 케이블은 사용하지 마시길 바랍니다.


케이블의 인덕턴스/캐퍼시턴스

연결 케이블이 앰프의 음향적 성능에 영향을 줄 수도 있다고 애호가를 꼬드끼는 작업(?)은, 케이블이 낮은 인덕턴스/캐퍼시턴스를 가지게 되어 밴드패스 필터가 발생했다고 말해주면 간단히 해결됩니다.

그러나, 아무도 LF 신호에서의 인덕턴스/캐퍼시턴스가 가지는 실제적인 영향에 아무런 의문을 가지지 않지요.

한 쌍의 병렬 전선으로 이뤄진 케이블의 인덕턴스는 도선의 직경에 반비례하는데, 미터 당 최소 0.3 µH ~ 최대 0.8 µH 정도 됩니다.

인덕턴스와 반대로, 캐퍼시턴스는 도선의 직경에 비례하며 미터 당 최소 90 pF ~ 최대 250 pF 정도 됩니다. 인덕턴스/캐퍼시턴스 성분은 케이블 전체에 걸쳐 나타나는데, 이 특성을 잘 보여주는 예가 바로 Fig. 10 입니다.

케이블의 길이를 늘리게 되면 인덕턴스/캐퍼시턴스가 상승합니다; 반대로 줄이면 인덕턴스/캐퍼시턴스가 줄어듭니다. 이후 설명되겠지만, 이 두 수치 중, 캐퍼시턴스는 재생 대역에 아무런 영향을 끼치지 않는 반면, 인덕턴스는 그 값이 매우 높을 경우에만 15,000 ~ 20,000 Hz 대역을 감쇄하게 됩니다.

물론 상기 언급된 모든 사항은 앰프-스피커 연결 길이가 10~12 m 를 넘지 않을 조건에 한정됩니다.

예전에 어떤 하이파이 잡지에서는 이런 조언을 했지요:

"기생적인 캐퍼시턴스를 잡으려면, 두 스피커 단자를 분리 시킬 것을 권장합니다."




사실, 두 케이블을 서로 떨어뜨리면 기생적 캐퍼시턴스를 줄일 수 있습니다만- 이 문구를 적은 양반께서 망각한 사실은, 기생적 캐퍼시턴스가 줄어드는 대신 기생적 인덕턴스가 크게 상승한다는 겁니다.

예를 들자면, 10 m 길이의 두 케이블이 서로 붙어있을 경우 기생적 인덕턴스는 7~8 µH 입니다만, 이 둘을 떼어 놓으면 기생적 인덕턴스는 40 µH 를 육박하게 됩니다.

이러한 이유로- 기생적 인덕턴스에 노출되기 싫으시다면, 우리 Nueva Electrónica紙는 독자분들에게 스피커 케이블들을 서로 떼어놓지 마시길 권장합니다.

저희가 권장한대로 하셔서 10 m 길이에 기생적 캐퍼시턴스가 무려 20,000 pF 가 되었다구요? 걱정하지 마시길. 이번엔 캐퍼시턴스는 아무런 영향도 끼칠 수 없다는 것을 보여 드리겠습니다.


이렇게 기생적 인덕턴스가 미터 당 최소 0.3 µH ~ 최대 0.8 µH 정도 된다는 사실과, 기생적 캐퍼시턴스가 미터 당 최소 90 pF ~ 최대 250 된다는 사실을 밝혀낸 잡지는 우리 밖에 없을 겁니다.

따라서, 이 인덕턴스/캐퍼시턴스 수치는 케이블마다 조금씩 다르겠지만- 재생 대역폭에는 언제나 약간의 변수가 존재한다는 사실을 잊으셔선 안됩니다.

사실 이 수치들은 초고역에만 영향을 미치고, 인간의 청력이 20,000 Hz 대역 안팎이라는 사실을 감안하면 30,000 / 40,000 / 100,000 Hz 대역의 감쇄는 전혀 신경 쓸 필요가 없게 되지요.


인덕턴스 ㅡ 캐퍼시턴스 ㅡ 주파수

수많은 사람들이 케이블을 특정 인덕턴스/캐퍼시턴스를 가지는 밴드패스 필터(Fig. 9 참조)에 비교하지만, 케이블의 인덕턴스/캐퍼시턴스를 구하는데 밴드패스 필터의 공식을 이용할 수는 없으므로, 출력 전압이 3 dB 로 감쇄하는 주파수를 이용하는 완전히 다른 방법을 사용해야 합니다.

기생적 인덕턴스/기생적 캐퍼시턴스의 결과물인 리액턴스를 구하기 위해서는, 기생적 인덕턴스/기생적 캐퍼시턴스가 저항값 XL 과 XC 로 치환되어야 합니다.

XL (인덕턴스) 와 XC (캐퍼시턴스) 의 저항값은 아래의 공식을 통해 구해집니다:

XL Ω = 0.00628 * (kHz * µHenry)
XC Ω = 159,200 * (kHz * nFarad)


기생적 캐퍼시턴스

한가지 예로, 각기 다른 기생적 캐퍼시턴스를 가지는 10 m 길이의 케이블 다섯조를 사용한다고 칩시다:

300 pF - 1,000 pF - 2,000 pF - 3,000 pF - 4,000 pF

그리고 Table №4 를 보면, 이 케이블들의 저항값은 모든 주파수에서 1,900 Ω 이상으로 유지되지요.

XC 저항이 8 Ω 짜리 스피커에 병렬로 걸렸기 때문에, 4,000 pF 정도 되는 비교적 높은 기생적 캐퍼시턴스를 가진 케이블은 중저역에서도 아무런 손실이 일어나지 않는 반면, 고역에서는 아래와 같은 파워 손실이 발생합니다:

10,000 Hz 에서 0.2 %
15,000 Hz 에서 0.3 %
20,000 Hz 에서 0.4 %

그러나 보통 기생적 캐퍼시턴스가 4,000 pF 에 육박할 일은 없으며, 고역에서 발생하는 0.2 ~ 0.4 % 의 파워 손실도 가청되지 않는 수준이기 때문에 신경 쓸 필요는 없겠습니다.




기생적 인덕턴스

8 Ω 짜리 스피커에 직렬로 연결될 때, 기생적 인덕턴스는 그 값에 따라 중고역을 감쇄시킬 수 있습니다.

3 µH ㅡ 5 µH ㅡ 8 µH ㅡ 10 µH

Table №5 에 기입된 주파수와 저항값의 관계를 살펴보면, 최소 0.001 Ω 에서 최대 1.25 Ω 까지 변화한다는 사실을 알 수 있습니다.

각기 다른 값의 리액턴스를 가진 여러 케이블로 연결된 스피커에 도달하는 전압을 계산하기 위해서는 위상각(cos-φ)이 감안되어야만 합니다.

Vc = [Va / √(XL^2 + Z^2)] * Z

Vc = 스피커 입력 단자의 전압
Va = 스피커의 출력 전압
XL = 케이블의 리액턴스
Z = 스피커의 임피던스




이제 10 m 짜리 높은 가격의 고급 케이블과 미터 당 0.8 µH 의 인덕턴스를 가지는 10 m 짜리 보통 케이블의 1,000 Hz ㅡ 10,000 Hz ㅡ 20,000 Hz 대역의 XL 값을  알아보도록 합시다.



전압을 구하기 위해서는 상기된 수치를 제곱해야 합니다:



스피커 임피던스인 8 Ω 을 제곱하면 64 Ω 이 되지요.

그러면 80 W 앰프 ㅡ 8 Ω 부하 스피커 ㅡ (이론적으로) 저항이 없는 케이블로 구해진 25.316 V 를 기준으로, 각 주파수 대역에 상응하는 스피커 입력 단자의 전압을 구할 수 있습니다.


고급 케이블 = 10 미터 당 3 µH

주파수: 1,000 Hz
[25.316 / √(0.000324 + 64)] * 8 = 25.315 V
주파수: 10,000 Hz
[25.316 / √(0.0361 + 64)] * 8 = 25.308 V
주파수: 20,000 Hz
[25.316 / √(0.1444 + 64)] * 8 = 25.287 V


보통 케이블 = 10 미터 당 8 µH

주파수: 1,000 Hz
[25.316 / √(0.0025 + 64)] * 8 = 25.315 V
주파수: 10,000 Hz
[25.316 / √(0.25 + 64)] * 8 = 25.266 V
주파수: 20,000 Hz
[25.316 / √(1.0 + 64)] * 8 = 25.120 V


이러한 전압량 비교를 통해, 고가-보통 케이블간의 유일한 차이인 초고역의 파워 감쇄를 제외하고는, 케이블은 하이파이 시스템에 아무런 영향을 주지 않는다고 결론 지을 수 있습니다.

중역과 저역엔 아무런 파워의 저하가 일어나지 않을 뿐더러 고역 - 중역 - 저역의 파형 역시 절대 변하지 않습니다.

1,000 Hz ㅡ 10,000 Hz ㅡ 20,000 Hz 대역의 스피커 입력 전압으로, 아래의 공식을 이용하여 최대 출력 파워를 구해 보겠습니다:

W = (V * V) / Z

Table №6 에서 쥐꼬리만한 차이를 확인할 수 있지요:

참고 사항: 1,000 Hz 에서의 계산이 뭔가 잘못되었다고 생각하지 마시길 바랍니다. 소숫점 세자리 이하의 수치는 고려하지 않습니다.


계산을 통하여 통상 케이블이 고급 케이블에 비해 10,000 Hz 에서 0.27 W 감쇄되고 20,000 Hz 에서 1.05 W 감쇄 되었더라도, 인간의 청각은 이 차이를 감지할 수 없습니다.

혹시라도 '정녕 인간의 귀가 1W의 차이를 감지할 수 없는걸까' 하고 생각하시는 분들이 계시다면, 지금 즉시 오실로스코프를 스피커의 입력단에 연결하시고 10,000 Hz 의 음을 재생, 어느 정도의 파워 차이를 감지할 수 있는지 확인 해 보시지요.

앰프의 파워가 80 W 라고 친다면, 청취자는 20 ~ 25 V (50 W) 에서 소규모 음량 감쇄를 인지 할 수 있을 것이고, 13 V (20 W) 에서 중규모의 감쇄를 인지 할 것입니다.




이러한 이유로 dB 로그 스케일(dB로 표현되는 전압/파워)이 사용되는데- 인간의 귀가 1/4의 파워 감쇄를 인지하면, 실제로는 2배(3 dB)가 감쇄한 겁니다. 그리고 파워가 반으로 떨어지면, 실제로는 4배(6 dB)의 차이지요.

그러므로, 100 W 짜리 앰프는:

50 W = 인간의 청각은 1/4 의 파워 감쇄를 인지
25 W = 인간의 청각은 1/2 의 파워 감쇄를 인지


물론 많은 사람들은 전압의 수치적 차이를 들먹이며, 이러한 청각의 가청 한계 특성을 두고 웃기고 자빠졌다고 하겠습니다만, 그러나 그들은 전압은 오실로스코프가 아니라 청각의 음향 파워와 동일하다는 사실을 명심 할 필요가 있습니다.

만일 우리가 독자 여러분의 손에 각각 500g ㅡ 450g ㅡ 550g 의 중량을 가진 동일한 외형의 상자 세개를 쥐어드리고, 어느 쪽이 가장 무거운지 묻는다면- 여러분들은 450g의 것이 가장 무겁다고 하거나, 혹은 세 상자의 중량이 모두 같다고 답할 수도 있습니다.

이러한 미세한 차이는 저울이나 체중계로만 잴 수 있다는 사실을 잊으셔선 안되겠습니다.


감쇄(Cut-off) 주파수

지금까지 우리는, 케이블의 기생적 캐퍼시턴스가 음향 스펙트럼 전체에 걸쳐서, 음량 조절기를 약간만 올리면 충분히 상쇄할 수 있는 눈꼽만큼의 파워 감쇄를 야기한다는 사실을 증명했습니다. 또한 기생적 인덕턴스는 초고역의 감쇄만을 일으켰지요.

어떤 주파수에서 케이블이 신호를 3dB 감쇄시키는지 알아내기 위해서는, 통상의 애호가들에게는 없는 적합한 기기가 필요합니다만, 아래의 공식으로도 계산이 가능하지요:

KHz = Z / (0.00628 * µH)

Z = 병렬 케이블의 기생적 캐퍼시티의 리액턴스 XC를 가진 스피커의 임피던스
µH = 길이에 따라 그 값이 달라지는 케이블의 기생적 인덕턴스


계산을 간략화 하기 위해, 비정상적으로 기생적 캐퍼시턴스가 높은 Z값을 사용 하겠습니다:

8 Ω 에서 7.5Ω / 4 Ω에서 3.5 Ω


여기에 아래와 같은 기생적 인덕턴스를 가지는 10 m 길이의 케이블을 적용하면:

3 µH = 고급 케이블 10 m
5 µH = 중고급 케이블 10 m
8 µH = 보통 케이블 10m
10 µH = 막선 10m


그리고 8 Ω 부하 상태의 3 dB 감쇄 주파수를 구하면:

7.5 (0.00628 * 3) = 398 kHz
7.5 (0.00628 * 5) = 238 kHz
7.5 (0.00628 * 8) = 149 kHz
7.5 (0.00628 * 10) = 119 kHz


막선마저도 119 KHz 에서 감쇄를 시작하는데 이는 즉, 안들리는 영역이라는 겁니다. 공식에 10% 의 오차가 있다손 치더라도, 107 kHz 이하의 감쇄는 없습니다.

이상 기생적 캐퍼시턴스가 4,000 pF 가 넘고 케이블의 길이가 10 m 나 되는 최악의 조건을 가정한 경우였고-

통상의 하이파이 시스템에서 스피커-앰프 간의 거리는 5 m 정도 되는 만큼, 감쇄의 폭은 더욱 적어집니다.

그렇지만, 15,000 ~ 20,000 Hz 대역에 큰 영향을 주는 조건이 한가지 있으니- 그것은 한 쌍의 독립된 케이블을 사용하는 것입니다.

한 쌍의 독립된 케이블에서는 기생적 인덕턴스가 40 µH 를 넘어가게 되어, 고주파를 감쇄시키는 XL을 상승시킬 요인이 될 수 있습니다.


결론

이론적으로 기생적 캐퍼시턴스가 LF 신호에 영향을 끼칠 수 있더라손 치더라도, 측정 결과로는 음향 대역에 아무런 영향을 주지 않는다는 것을 확인할 수 있었습니다.

다만 기생적 인덕턴스가 15,000 Hz 이상의 대역에서 손톱만큼의 영향을 주었으나, 이는 인간의 청각이 손쉽게 인지할 수 있는 차이가 아닙니다.

수많은 판매원들이 그네들이 판매하는 케이블의 낮은 인덕턴스/캐퍼시턴스 수치를 들고 판촉 활동을 합니다만, 실험실에서의 측정을 통하여, 통상 케이블도 고가 케이블 만큼의 성능을 내 준다는 사실을 밝혀 냈습니다.

물론 발톱의 때 만큼의 저항값 저하를 야기하는 "표피 효과"를 거론하는 부류들도 있습니다.

그러나 0.0005 Ω 의 차이를 걱정하면서도 크로스오버 필터의 영향을 고려하지 않는 태도는, 마치 강에 1 kg 의 소금을 던져넣고 강의 모든 물고기들이- 산업 폐기물로 인한 수질 오염 때문이 아닌- 높아진 염분 농도 때문에 위험에 처했다고 주장하는 것과 크게 다르지 않겠지요.

아마도 그들은, 적절한 감쇄 주파수를 가지지 못 할수도 있고, 신호의 위상/스피커의 성능 및 구조를 변화시킬 수 있는, 가장 중요한 요소라고 할 수 있는 스피커의 크로스오버 필터를 망각하고 있는 모양입니다.

스피커가 보통의 크로스오버 필터를 가졌다면 초고가의 케이블을 사용해도 무방합니다만, 크로스오버 필터나 스피커의 왜곡을 보정할 수는 없습니다. 즉, 초고가 케이블은 무안 단물이 아니라는 거지요.

지금까지의 실험 조건은 단순히 스피커나 8 Ω 의 더미로드가 아닌 스피커 입력 단자로의 직렬이었으며, 이는 크로스 오버 필터에 부하가 걸렸을 경우의 실제적인 주파수 응답 변화를 재현하기 위해서 였습니다.


이 기사의 내용에 회의적인 분들을 위한 서비스




Traducido a coreano por udauda, aka 山米舛

2 comments:

  1. 훌륭한 번역입니다. 잘 읽었습니다.

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  2. 좋은내용 감사합니다.
    감으로 얘기하는 게 아니라 실제 이론적인 것을 바탕으로 하니 신뢰가 갑니다

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