LG Quadbeat vs UE Triple.Fi 10 Pro

[제품 조달에 큰 도움을 주신 '궁금중'님과 해외 배송을 맡아주신 '[삼성전자]'님께 깊은 감사의 말씀을 드립니다]

"전쟁"의 서막

최근 세간에 많은 화제가 되고 있는 LG의 삽입형 이어폰, Quadbeat(이하 쿼빗)은 LG Optimus G폰을 구입 하면 함께 딸려오는 부속품으로서, 제조사는 대한민국의 i-SOUND 입니다. 이 제품은 모 처의 분석에서 아주 좋은 평가를 받은 이래, 뛰어난 성능과 함께 2 만원이라는 저렴한 가격대라는 두 마리 토끼를 동시에 잡았다는 평가와 함께 인기가 폭발하게 되었지요. 

그리고 쿼빗이 입소문이 타면서 동시에 전기음향적으로서 동급으로 취급된 Ultimate Ears Triple.Fi 10 Pro(이하 트파)는 2004년 출시 당시의 가격이 무려 쿼빗의 스무 배에 육박한, Ultimate Ears의 옛 최고급 모델이지요. 충격의 3년 연속 $99 할인 이후 현재는 단종된 상태이나, 아직도 중고 시장에서는 높은 가격대를 유지하고 있습니다.

정가가 스무 배나 차이가 나는 제품과의 동취급에 트파 사용자들은 당연히 반발했고, 쿼빗 대 트파라는 "전쟁"이 시작되었습니다. 쿼빗이 과연 알려진 대로 트파와 동등한 성능을 지닌 가격대 성능비 최상의 제품인지, 혹은 이러한 이미지 메이킹이 혹시 기업의 물타기 광고로 만들어진 거품은 아닌지, 좀 더 객관적이고 또한 제조사와의 이해 관계로부터 독립적인 시각을 통해 비교 분석하여 확인하도록 하겠습니다.

공식 제품 사양

두 제품의 가장 큰 차이점은 일단 발음체가 가지는 전기음향 변환 방식의 차이로서, 쿼빗은 단일 Electrodynamic(이하 D형)이며, 트파는 삼중으로 된 Electromagnetic balanced armature(BA형)로서 고역에 하나, 저역에 이중으로 구성되어 있습니다. D형은 단순히 Flemming's left-hand rule 따르는 반면 BA형은 자기장이 가지는 Tractive force의 균형을 이용하는 등의 다소 차이가 있는데, 이 차이점들을 간단히 따져보자면 대략 세 가지로 나뉘게 됩니다:

1. 제조 단가: D형은 구조가 아주 간단하여 삼류 중국 회사들도 값싸게 뽑아낼 수 있는 반면, BA형은 구조가 복잡하고 또한 패키징 형태에 따른 특허라던가 하는 제조 이외의 문제들이 많기 때문에 단가가 상대적으로 높습니다. 

2. 제품 설계 난이도: D형은 그 자체가 발음체인 형태를 취하므로 제조사 임의의 음향 조정을 쉽게 가할 수 있는 반면, BA형은 발음체 자체가 독립된 완성품으로서 출하되므로 추가적인 음향 조정의 여지가 그다지 많지 않습니다. 또한 BA형은 약간의 누음으로도 저역이 증발 해 버리므로 추가적인 밀폐 수단의 구성이 필수입니다.

3. 전기음향 변환의 효율성: 두 형태의 소리를 출력하는 구조적 특성상, 인가되는 힘의 차이 때문에 BA형의 변환 효율성이 압도적으로 높습니다.

이외에도 compliance에서 오는 과도 특성 및 음향 출력 임피던스, damping 특성, magnetic reluctance에 따른 배음 왜곡율 등의 기술적인 차이가 있습니다만, 이는 제품 설계 단계에서 참작하면 충분히 서로 대등하게끔 할 수 있는 부분이기에 생략하도록 하겠습니다. 

선형 특성 비교: 쿼빗 1 / 트파 0

주파수 응답

그래프가 좌측으로 갈수록 저음의 응답 특성을 나타내고, 우측으로 갈수록 고음과 배음 성분을 나타냅니다. 따라서 수평인 상태가 이론적으로 이상적인 형태가 되겠지요. 전체적인 밸런스는 쿼빗이 더 평탄한 편이나, 유난히 많은 피크라던가 과장된 6 kHz의 응답성은 치찰음이 위치하는 대역이므로 피곤하게 느껴질 수 있습니다. 여기서는 일단 무엇보다도 트파의 초고역이 잘려있기 때문에 쿼빗이 1승을 거두게 되겠습니다. 쿼빗 승

위상 응답

좌/우 채널의 위상각 매칭은 정확한 음상 정위에 큰 영향을 미치며, 헤드폰 청취 조건의 경우 100 Hz - 1 kHz 에서 10°, 2 kHz 에서 20°, 그리고 8 kHz 에서 80° 정도의 어긋남을 가청할 수 있다고 합니다. 위상각 자체의 선형성은 역시 D형인 쿼빗이 우위입니다만, 가장 중요한 100 Hz - 1 kHz 대역에서는 트파의 우위입니다. 그러므로 무승부.

비선형 특성 비교: 쿼빗 1 / 트파 0 (무승부)

100 dB SPL @ 1 kHz 에서의 총 고조파 왜곡율

[좌측: 쿼빗 // 우측: 트파]

수치상으로 볼 때 역시 쿼빗이 우월합니다만, 두 제품 모두 1% 이하의 배음 왜곡 특성을 보여주므로 가청되는 왜곡 성분은 둘 다 없다고 봐도 무방합니다. 따라서 실질적으로 따지면 무승부가 되겠지요. 참고로 이러한 왜곡율의 차이는 대개 전기 음향 전환 방식의 차이에서 오며, 흐르는 전류의 규모가 클수록 왜율이 상승할 수 밖에 없는 BA형의 취약한 부분이라고 할 수 있겠습니다. 쿼빗 승

시간축 특성 비교: 쿼빗 0 / 트파 2

잔향

파란색 선은 이상적인 음향 청취실의 잔향 특성이며, 헤드폰의 그것이 이에 가까울수록 자연스러운 음장감을 들려주게 됩니다. 여기서는 트파의 선방이 되겠지요. 트파 승

위상 지연

보라색 선은 무향실에서 사람의 머리가 스피커를 3m 거리에 두고 생기는 군지연 특성이며, 헤드폰의 그것이 이에 가까울 수록 자연스러운 저역 반응성을 느낄 수 있습니다. 둘 다 스피커와는 비교될 수 없겠습니다만, 역시 트파가 좀 더 군지연이 깁니다. 트파 승

[좌측: 쿼빗 // 우측: 트파]

이는 20 Hz - 200 Hz 를 시간축으로 보면 확인할 수 있는 부분이며 확실히 트파의 저역이 더 길게 퍼져나감을 알 수 있습니다.

[좌측: 쿼빗 // 우측: 트파]

같은 방식으로 200 Hz - 20,000 Hz 를 살펴보면  쿼빗은 상대적으로 중역대에서,  트파는 저역/고역에서 지연이 발생한다는 사실을 확인할 수 있습니다.

실용적 측면에서 발생하는 변수에 대하여: 무승부

 [좌측: 쿼빗 // 우측: 트파]

삽입 깊이: 쿼빗이나 트파 모두 자체 용적이 매우 커서 삽입 깊이가 매우 얕게되는 특징이 있습니다. 쿼빗은 삽입 깊이를 달리 해도 전체적인 음색이 크게 변하지 않는 반면에 트파는 고역 드라이버의 공진 특성이 요동칩니다. 다만 쿼빗은 팁 자체에서 문제가 발생하는데, 135 Hz와 2 kHz 에서 발생한 이상 응답은 기본팁의 저탄력으로 인해 발생한 구겨짐에서 비롯된 반사음입니다. 무승부

음향 조정의 잠재력:  쿼빗은 상기 그래프와 같이 고역의 공진을 제어하기 위해 필터가 붙어있으며 필터의 음향 임피던스를 조정하여 음색을 바꿀 수 있는 반면, 트파는 매우 심층적인 세부 조정이 가능(링크 참조) 하므로 여기서는 아무래도 트파가 우위에 있겠습니다. 다만 조정 난이도가 꽤 높다는 점과 더불어 높은 출력 임피던스를 가지는 소스 기기로 구동 시 고역이 증발한다는 점에서 우열을 가리기가 어렵습니다. 무승부

2만원 짜리 vs 50만원 짜리

전기음향학적인 측면에서 기존에 알려진 측정 방식과 더불어 그 의외의 항목까지 분석 한 결과, 최종 점수는 쿼빗 2 / 트파 2 로서 동점이 되었습니다. 그러나 이 결과가 "동급"을 의미하는 것은 결코 아닙니다. LG 쿼빗은 저가형에도 불구하고 전기음향적인 성능이 매우 좋은 제품임에는 틀림이 없습니다만- 가격을 고려하지 않는다 치더라도- 중역대의 피크과 더불어 발생하는 군지연이라던가, 여러모로 부족한 시간축 특성, 그리고 극히 부실한 기본팁의 품질로 볼 때 트파와의 비교는 성립이 되지 않는다고 봅니다. 여기에 나아가서 구성품이나 재질의 마감같은, 음향적이지 않은 측면까지 고려한다면 더 말할 필요도 없이 '급'이 갈리지요.

급이 다른데다가 단종까지된 고급형 이어폰인 트파와의 비교가 아닌, 차라리 현재 시중에 유통되고 있는 Sony Ericsson의 MH1C, 혹은 Hifiman RE-0 등과 같이 높은 가격대 성능비로 이름난 동급의 제품군들과의 비교였다면 오히려 의미가 있었을지도 모릅니다. 이들 역시 주파수 응답 특성 만으로 기성 제품과의 우열을 가늠하려 하고있고, 실제로 몇몇 고급형 이어폰들보다는 모든 면에서 낫다고 입증이 되었으니 말이지요.

따라서 반쪽짜리 측정치를 근거로서 여론을 선동함과 동시에 성립되지 않는 비교를 시도한 이들과, 비교를 통해 이익을 본 쪽은 누구인지를 고려 해 본다면 이 "전쟁"의 기저에는 다분히 영리적인 의도가 깔려있다는 사실을 알 수 있습니다. 상업성으로부터 독립적이고 객관적이어야만 할 측정치가 이로 인해 그 목적성이 변질되었다는 점은 참으로 슬픈 일이 아닐 수 없습니다.

Sennheiser HD800 Part3: In-depth analysis #1

A ring radiator explained

When Sennheiser first introduced HD800 in 2008, they introduced a technology which has never been seen before in headphones: a ring radiator transducer. This is from Sennheiser themselves:

"A completely new type of ring driver, delivering the best ever simulation of spatial hearing by way of a curved sonic wave front. Superlatives in so many parts combined to create an overwhelmingly rich and detailed sound experience."

What makes this 56-mm wide dynamic transducer with a hole on it so special, compared to other conventional dynamic dome types? According to Eargle, the author of Loudspeaker Handbook,

"The typical soft dome acts as a unit at lower frequencies; however, at progressively higher frequencies, the mass of the dome gradually decouples so that at the highest frequencies the radiation is primarily from the voice coil itself. It in effect becomes a ring radiator at the highest frequencies."

As a voice-coil gets driven in a piston motion, the sound waves emitted from the inner/outer annuli inevitably interfere with one another. This can cause a phase cancellation / asymmetric radiation in the high frequency range, which substantially affects fidelity of sound, or "sound imaging", as some people say. With a hole in the center, the phase interference simply disappears. Since the manufacturer claims that the radiator delivers "natural sound field" and "spatial sound field experience", this interpretation is most likely correct. In order to further investigate the secret of a ring radiator, I asked a lot of people, and finally found a lead: Sennheiser's European patent, DE102007005620.

On their patent document, Sennheiser outline the working principle of HD800's driver in detail:

1. The principle of a ring radiator

2. Two conductive diaphragm surfaces insulated from one another, but connected to the coil.

3. An acoustic vent on the rear magnet ring

4. A curved acoustic baffle

1. An annular diaphragm with variable compliance

First of all, since the diaphragm has a hole on it, the inner/outer ridges are mounted on the chassis, while the voice-coil is located in between, where the stiffness is the greatest.

"The dynamic sound transducer...has a ring radiator with a vapor-deposited film (Duofol) to reduce the resonance frequency. Thus there can be provided a wideband transducer...Oscillation modes can propagate worse due to the enlarged periphery of the diaphragm. It is thus possible to achieve a regular amplitude and frequency characteristic."

It seems the ring radiator tames the high-frequency oscillation & frequency response altogether. Interestingly, instead of "the hole" at the center of the ring, Sennheiser's diaphragm technology with variable thickness (aka Duofol) plays much more important role in this "phase cancellation" issue:

"The fact that the diaphragm is not of a uniform stiffness means that the magnitude of the sound-emitting surface area depends on the frequency. At low frequencies a large part of the ridges oscillates homogeneously with the coil and thus represents a large sound-emitting area. If however the frequency is raised only a near region of the coil seat oscillates so that the sound-emitting area is reduced. Thus high frequency components can be correspondingly emitted. The upper limit frequency of the dynamic sound transducer is adjusted in this case outside the audible range."

Of course, as the stiffness of a center diaphragm increases, its normal modes will definitely be reduced, and thus the resonant frequency will be lowered consequently. And when this Duofol technology is combined with a hole in the middle, even greater oscillation control is achieved. 

2. Electrically-conductive diaphragm

To my surprise, HD800's diaphragm is actually aluminium(in a few Å thickness) & gold(in 2 kÅ thickness) vapor absort, connected to the voice coil separately. As a result:

"Thus there can be provided a dynamic sound transducer having a nomial resistance slightly greater than the nominal resistance of the coil."

 In addition, this can effectively increase the sound-emitting surface area, according to Sennheiser:

"If the active sound-emitting surface of the dynamic sound transducer is increased in size, shorter stroke movements are made possible for producing the sound signals, and that can reduce distortion...therefore involves the notion of reducing or avoiding distortion phenomena which occur, by the diaphragm surface area being increased, with an upper limit frequency being maintained. In addition there is provided a dynamic sound transducer having a reduced resonance frequency so that such a sound transducer can be used as a wideband transducer. A greater periphery relative to the cap-shaped transducer is provided to reduce the oscillation modes."

Again, by increasing the area and its stiffness via metal vapor absorption, a great control over distortion, resonance, and oscillation can be achieved. Eyes can be only deceptive; its coating is so thin!


3. An annular magnet venting

With the vented rear magnet, the diaphragm is directly connected to the outside, working independently from the rear acoustic cavity:

"It is thus possible to avoid in particular unwanted acoustic bouncing due to compression of the air cushion."

This will certainly boost the sub-bass frequency region nicely, but also introduce some amount of odd-harmonic distortion inevitably.

4. An ergonomically shaped housing

An acoustic baffle, also known as an enclosure, is to guide the sound wave emitted from a mounted driver in a certain way, so that the sound is directed as engineered. If poorly designed, the baffle can affect the sound in a harm's way. Sennheiser utilize a curved housing, in order to minimize any type of resonances & reflections that can derive from the baffle's geometry.

"..to control the acoustic path to the outside world and to the rear side of the sound transducer..There are therefore no unwanted acoustic effects due to an additional protective housing."

Any empirical proofs?

From the manufacturers themselves, a ring radiator has been fully explained. Theoretically, it is the best dynamic transducers in terms of electroacoustic performance according to the manufacturer; Low oscillation, low distortion, wide frequency range, and low phase interference. However, there is a problematic resonant peak at 6 - 7 kHz range when it is measured. What could have possibly caused that? Also, what does the hole exactly do to a conventional dome transducer?

In order to finally answer these questions, I obtained a 600-Ohm mylar micro transducer. This will be analyzed inside and out, including T-S parameters. And later will be punctured in the center for ring radiator simulation. The deviation between Sennheiser's official frequency response data and conventional HATS measurement data will be discussed as well.

Continued to part 3, In-depth analysis #2


References

[1] German Patent DE102007005620 "DYNAMIC SOUND TRANSDUCER, AND RECEIVER " granted to T.F. Till, K. Markus, G. Vladmir, H. Dirk, E. Heinz, M. Burkhard, G. Axel, M. Andre, assignors to Sennheiser Electronic, 2010 (Filed 2007).

[2] J. Eargle, "Loudspeaker handbook" 2nd Edition, (Springer, 1994).

Suyama Fit Ear TO GO! 334

Suyama Dental Laboratory Co., LTD.(須山歯研), the manufacturer of Fit Ear branded custom in-ear monitors, is known for their expertise in dental prosthetics manufacturing in Japan. I was in that industry for a brief period of time, so I know custom IEMs are made in a similar way as prosthetics are made. Not sure whether they are aware of in-ear acoustics or not, but for a good fitting mould making, they should know what they're doing.

I have been previously rejected by Suyama for a review sample. 

I could've been much nicer with this review? :)

Earlier this year, they introduced Fit Ear TO GO! 334, the world's very first generic type IEM with 3-way, 3-units, 4-transducers driver configuration ever, for whooping 105,000 JPY.

With the most expensive price tag for a generic IEM, Suyama implemented some of ground-breaking technologies, developed by themselves in their 344. First of all, the transducer configuration is as following:

Tweeter: Knowles ED-29689 / Mid-range: Knowles CI-22955 / Woofer: Sonion 33A007

And perhaps the most intriguing effort would be the titanium-tubing high frequency bore, which is supposed to keep any type of acoustic intereference of CI-22955 & 33A007 away from ED-29689. Although it may sound great, the manufacturer, Suyama, has yet to explain the scientific principle behind this rather radical approach.

PRO: Nice built quality.  Good to finally see a custom-based IEM with the polarity all aligned.

CON: There is a channel mismatch in the lower frequency range, as much as up to 3 dB. Nothing big of a deal, if 334's price tag is not considered.

ON SECOND THOUGHT #1: Even though 334's tweeter unit is a Knowles ED-29689, the high frequency is well retained up to 3 mm away from the reference plane. Since custom IEMs' conventional insertion depth ends somewhere at this point, MH344's users might find this data useful as well.

ON SECOND THOUGHT #2: A 33-Ohm resistor should tame the bass nicely, while slighly attenuating the high frequency as well.

ON SECOND THOUGHT #3: While the titanium bore is acoustically isolated, it seems other bores are leaking, while retaining their own characteristics to a minimum degree, as shown above.

ON SECOND THOUGHT #4: Try to block one of the side bores (in this case, the lower one), and add a 100-Ohm resistor to your 334; a nicely tamed mid-range obtained. And the damper for the titanium tubing is merely of a 330-Ohm, so don't even bother with it unless less treble is desired. BTW I wonder whether Suyama actually acquired a proper authorization to use the triple-bore technology described on US8116502, patented by Logitech .

Special thanx goes to my friend, vAsurada.

Etymotic Research EK-5 (Etykids)

I've been trying to get a hold of this IEM ever since it came out in 2011. ETYkids is a budget-fi IEM, created to protect children's hearing from getting damaged by high volume. Of course, too much hi-fidelity can't be expected from a budget pair, but it should be at least worth a shot. Hey, it is less than $35!

PRO: Very linear in terms of frequency response and impedance characteristics. 100 Ohm resistor does not alter the sound of EK5 at all. Small form factor is a plus for deep insertion.

CON: Channel mismatch, high-cut above 10 kHz, and poor electroacoustic efficiency(sensitivity) for portable use. Some might find the tonality way too bright, due to the inexaggerated sub-bass & the peak @ 6 kHz.

ON SECOND THOUGHT #1: As expected, shallow insertion is not much big of a deal for Etykids, since it is a dynamic driver. Moreover, there is no response to be altered by the half-wavelength resonance above 10 kHz to begin with.

ON SECOND THOUGHT #2: EK5 can be precisely tuned by using acoustic dampers with proper care. The acoustic damping effect mostly occurs in the mid frequency range, at which the Helmholtz resonator(equivalent to an acoustic LRC circuit) is applied by the manufacturer.

ON SECOND THOUGHT #3: The difference between MC-5 and EK-5 is rather subtle, but they are definitely different kind of beasts.

ON SECOND THOUGHT #4:  The sleeve analysis will be discussed on a separate blog entry. The sleeve analysis won't be carried out, due to the fact that EK5 yields almost no difference in sound with different sleeves. Still here is my two cents for EK5 users: Equip EK5 with a pair of ER6-14 sleeves (for reversed horn-effect) & 1000 Ω acoustic damper, and insert the IEM as deep as possible, preferably past the second bend of the external ear canal. You will end up with much controlled tonality.

The effect of ear sleeves: Westone 4

Although Westone 4 has a nasty peak & a brickwall-like high cut above 10 kHz range, as previously mentioned, the symptom can be greatly remedied with the usage of "right kind" of ear sleeves.

Westone 4 equipped with various thin calibered sleeves:

  

Silicone sleeves

Foam sleeves

Westone 4 & Monster ear sleeve adapter equipped with various thick calibered sleeves:

Silicone sleeves

Foam sleeves