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아날로그

아날로그란 연속적인 신호를 사용하는 데이터 또는 시스템을 가리킵니다. 아날로그 신호는 시간과 크기에 대한 연속적인 값을 갖으며, 주로 자연 현상이나 소리파형과 유사한 형태로 표현됩니다. 아날로그 기술소리음향을 자연스럽게 표현하고 전달하는 데 주로 사용되며, 전통적인 음악오디오 장비에서 자주 찾을 수 있습니다. 아날로그 기술은 연속적인 값을 정확하게 다루기 위해 연구 및 응용 프로그램에서 여전히 중요한 역할을 합니다.

Analog

“Analog” refers to data or systems that use continuous signals. Analog signals have continuous values over time and magnitude, often resembling the waveform of natural phenomena or sounds. Analog technology is primarily used to represent and transmit sound and audio in a natural and continuous manner, and it is commonly found in traditional music and audio equipment. Analog technology continues to play a significant role in research and applications for accurately handling continuous values.

밸런스 전송

원래의 신호를 +와 - 두 갈래로 분배하여 전송하고 받는 측에서 그 두 갈래의 신호를 다시 합하는 방식.

+시그널 + noise, -시그널 + noise 를 나중에 (+시그널 +noise )-(-시그널 + noise) 를 하게 되면 +2 x 시그널 만 남고 noise 는 제거 되는 원리로 신호를 먼 거리까지 잡음 없이 전송할 수 있다. 즉 신호는 6dB 이득을 보고, 노이즈는 제거된다.

오디오 장비들의 내부 신호처리는 밸런스로 하지 않고 언밸런스로 하는 것이 일반적이다. 따라서 대부분의 밸런스 입출력을 가지는 오디오 장비들은 입출력밸런스 신호를 받아서 언밸런스로 변경해주는 밸런스 입력 회로와, 언밸런스 신호를 받아서 밸런스로 변경 출력 해주는 밸런스 출력 회로를 필수적으로 가진다.

언밸런스 전송

신호선과 그라운드만 연결되어 있어서, 잡음 유입에 취약하다. 잡음유입 방지를 위해 쉴드에만 의존한다.

+4dBu

레퍼런스 레벨

+4dBu 는 라인 레벨레퍼런스 레벨이다.

RMS로 1.228V, 2.5mW 정도의 전기 규모이다.

{1.228V}/{600Omega}=2.04mA  right  {2.04mA}*{1.228v}=2.5mW

헤드룸

+4dBu(레퍼런스 레벨)은 RMS 기준이기 때문에, 소리크레스트 팩터를 고려해서 Peak클리핑되지 않도록 기기는 적절한 헤드룸을 가지도록 만들어져야 한다.

기기의 최대 입출력 레벨 - 4dBu = 헤드룸

-10dBV

컨슈머 레벨레퍼런스 레벨

가정용 오디오 신호 전송을 위해 만든 규격
3m 이내에서 600 정도의 케이블을 사용하여 신호 전송을 할 때 RMS 기준 0.31V 정도면 가청 주파수 내에서 임피던스에 의한 신호 손실이 없기 때문에, 레퍼런스 레벨을 0.316Vrms(-10dBV) 로 정해 놓고 사용한다.

{0.316V}/{600Omega}={0.52mA} right {0.316V}*{0.52mA}={0.16mW}

라인 레벨1)에 비하면 매우 작은 전기량. 따라서 컨슈머 레벨의 장비는 라인 레벨 장비보다 더 저렴하고 적절한 가격에 더 높은 성능으로 제작이 가능하다.

+4dBu인 라인 레벨보다 11.78dB 작다.2) (-10dBV=0.316Vrms=-7.78dBu)

헤드룸

컨슈머 장비에서는 일반적으로 12dB정도의 헤드룸을 가지도록 기기가 만들어지게 된다.

따라서 -10dBV 레벨의 장비는 거의 대부분 2dBV(4.27dBu) 최대 입출력 레벨 장비로 만들어진다.3)

600Ω

예전의 “라인 레벨” 장비들은 입출력 모두 600 의 스펙으로 통일 규격을 가지고 있었지만4), 라인 레벨 전송에서 Low impedance 출력에서 High impedance 입력으로 전송 시에 신호의 손실이 매우 적어지기 때문에, 최근에는 출력은 로우 임피던스, 입력은 하이 임피던스로 연결하도록 만들어지고 있다.

예전에는 모든 장비의 입출력 임피던스를 모두 600 으로 매칭하여 연결하고 신호 레벨에 대한 단위로 dBm을 썼지만, 현재는 출력과 입력 임피던스를 매칭하지 않고 브릿징 하기 때문에 dBu(deciBel Unloaded)를 사용한다.

라인 레벨이 아닌 스피커 레벨 이나 마이크 레벨은 조금 다를 수 있습니다.

600옴 표준 어디로 갔습니까?

컨슈머 레벨

Unbalanced 전송

단위를 dBV를 사용하며 -10dBV레퍼런스 레벨로 사용한다. 3m 이내의 신호 전송에서 가청 주파수 영역 내의 신호 손실이 없도록 만들어진 신호 기준. 케이블은 보통 RCA 케이블을 사용하거나, TS 케이블을 사용하는데 +로 신호 -로 그라운드를 전송한다.(Unbalanced).
라인 레벨에 비해서, 전송 거리가 길 필요도 없고, 신호를 2개로 복제해서 밸런스로 전송할 필요도 없기 때문에, 전송하는 측이나 받는 측이나 구성하는 회로가 간편해지는 장점이 있고, 제작 비용이 저렴해진다. 커넥터는 주로 RCA를 사용하며, 일반적인 가전제품에서 많이 볼 수 있다. 밸런스 전송이 아니기 때문에 케이블의 길이가 길어지면 잡음이 유입될 가능성이 높지만, 신디사이저디지털 피아노 등의 건반 악기들에서도 많이 볼 수 있다. 이런 경우에 건반다이렉트 박스를 연결해서 마이크 레벨신호를 바꿔서 콘솔에 넣기도 한다.5))

손실 없는 신호전송

3m 이내에서 가청 주파수 이내에 대해서 600 이내의 임피던스의 영향을 안 받고 신호 전송을 하는 대에 필요한 충분한 RMS 기준 전압-10dBV(0.316Vrms)이기 때문에, 이 정도의 전기 기준으로 전송한다.

라인 레벨컨슈머 레벨의 호환에 대해서는 생각해볼 여지가 많다.

위의 수치가 dBu 와 dBV 값을 서로 환산했을 때의 값이다.6)

쉽게 아래와 같은 장비들을 활용하면 편하다.

또는 아래와 같은 제품을 사용할 수도 있다.

http://www.radialeng.com/product/j4/

아날로그 믹서에도 이 컨슈머 레벨을 사용하는 단자들이 있다 Tape in 과 Tape out, 예전 스테레오 테이프 플레이어들 이나 스테레오 테이프 녹음기들의 입출력 단자가 컨슈머 레벨 단자였기 때문에, 아직도 이름을 Tape in /out 이라고 사용하고 있다. RCA 컨넥터로 되어 있다. 하지만 이런 Tape in은, BGM 플레이백 등의 목적으로 설계된 것이기 때문에 주로 Main 채널로만 연결되고, AUX 센드그룹 등으로 라우팅이 안되기 때문에, 사용에 제약이 있다.

일반 소형 믹서 같은 경우에는 Line 인풋을 전부 컨슈머 레벨 Unbalanced로 설계하는 경우가 많다.


위 인풋의 TS 인풋과 밑의 RCA는 서로 붙어있는 인풋이다.

인스트루먼트 레벨

일렉트릭 기타나, 베이스 기타 등에서 바로 출력되어 나오는 신호레벨

인스트루먼트 레벨(-20dBv)의 신호의 크기는 마이크 레벨보다 높다. 출력되는 전압에 비해 전류량이 매우 적어서 출력 임피던스가 높기 때문에 하이 임피던스 신호이다. 따라서, 케이블의 길이의 영향을 컨슈머 레벨만큼 크게 받는다. 5m-10m 정도의 한계를 가지고 있다. 케이블이 그보다 길어지면 잡음이 유입되거나 가청 주파수 내의 신호 손실이 생길 수 있다. 따라서, 케이블의 퀄리티에도 조금은 영향을 받는 편이다.

라인 레벨

단위dBu 로 사용한다.

Balanced 전송

RMS 기준 +4dBu(1.228Vrms)를 신호 손실이 없는 기준 레벨로 정했다. 이 이상으로 전달하려면 프리앰프전력 소모가 너무 커져서 비효율적이 되고, 이 이하로 전송하면 일반적인 밸런스 케이블임피던스 때문에 신호가 필요한 거리(100m)를 온전히 전송하기 힘들기 때문이다.

또한, 밸런스 케이블을 사용하게 되는데 이것은 신호를 Hot(+), Cold(-), Ground(0)로 전송한다.

케이블 주변에 노이즈 N이 유입될 때를 가정하면, +로 전송된 신호노이즈 N이 끼어들고, -로 전송된 신호에도 똑같이 노이즈 N이 끼어들었을 때, 받는 측에서 +와 -를 서로 반대로 합하면 신호 S는 2배가 되고, 노이즈는 서로 반대 위상이 되어서 사라진다.

S+S+N-N=2S

따라서, 잡음 유입을 최대한 피하면서 더 높은 신호를 전달할 수 있다. 이러한 전력 규모와, 밸런스 전송을 이용하여 신호가 손실없이 전달되는 최대 전송 거리는 약 100m 정도 된다.

이와 같은 라인 레벨의 특성 탓에, 라인 레벨은 정해진 길이7) 내에서 케이블 품질의 영향을 받지 않는다.8)

손실 없는 신호 전송

다시 말해서 600의 기기들이나 케이블 사이에서 1.228v(2.5mW)의 RMS 전압을 가지는 신호여야 100m 정도에 케이블에 의한 아무런 저항의 영향으로 인한 가청 주파수임피던스9)에 의한 신호 손실 없이 원래 신호를 그대로 전달 할 수 있기 때문이 라인 레벨소리를 변환 후 에 전송하게 된다.(가청 주파수 외의 신호 손실은 있을 수 있음)

http://www.mogami.com/e/cad/mic-cable.html

위의 Mogami에서 제공한 계산기로 출력 임피던스 600, 입력 임피던스 600에 100m를 가정하고 주파수 반응 그래프를 뽑아보면 아래와 같다.

라인 레벨을 사용하는 이유

인스트루먼트 레벨이나 마이크 레벨케이블의 품질이나 길이의 영향을 받을 수도 있습니다. 오디오 전문가들도 그러한 사항을 알고 있었기 때문에 표준 이상의 케이블만 사용하면 100미터까지 신호에 손실 없이 아날로그 오디오를 전달할 수 있는 “라인 레벨”을 표준으로 제시 했습니다.

특히 믹싱 콘솔에서 이퀄라이저, 컴프레서, 볼륨 페이더, 패닝 등의 신호 처리나, AUX 센드, 그룹 버스 등의 신호 경로 분배에서도 라인 레벨증폭신호를 써야 왜곡이나, 손실 없는 처리가 가능합니다.

그래서, 프로 오디오에서는 보통 인스트루먼트 레벨이나 마이크 레벨의 경우 헤드 앰프(마이크 프리앰프, 라인 프리앰프) 등을 거쳐서 라인 레벨로 전환합니다.

merefox 2018/08/24 19:45

마이크 레벨

마이크 레벨(-50dBV)은 밸런스 신호 전송이면서, 일반적인 마이크출력 임피던스는 대부분 300 이하이기 때문에, 하이 임피던스 출력인스트루먼트 레벨보다 더 긴 거리로 전송이 일단 가능하다.

하지만, 라인 레밸 만큼 긴 거리 전송은 불가능하다

마이크 레벨 전송도 “신호 전송”에 해당하기 때문에, 임피던스를 로우→하이로 전송하게 되는데, 이 출력과 입력 임피던스의 차이에 의해서 가청 주파수에 영향을 안받고 전송할 수 있는 거리가 결정된다. 출력 임피던스는 낮고, 입력 임피던스가 높을수록 가청 주파수에 영향을 안주고 먼거리 전송이 가능하다. 하지만 마이크출력 임피던스에 비해서, 마이크 프리앰프의 입력 임피던스는 대부분 크게 높은 수준은 아니다. 그렇기 때문에, 마이크 레벨라인 레벨과 달리 마이크 케이블의 품질과 입출력 임피던스의 영향을 크게 받는다.

마이크 케이블 의 전송 거리에 대한 실질적인 계산기를 케이블 회사인 Mogami에서 제공하고 있다.

http://www.mogami.com/e/cad/mic-cable.html

위의 계산기를 이용하여,
일반적인 마이크출력 임피던스 300과, 보통 괜찮은 마이크 프리앰프의 입력 임피던스인 3000을 입력하고 케이블의 거리를 50m로 설정 했을 때의 주파수 반응 그래프는 다음과 같다.10)

마이크 레벨의 전송 거리는 이렇게 마이크출력 임피던스마이크 프리앰프의 입력 임피던스의 영향을 받게 되고, 마이크 케이블의 품질에도 영향을 받게 된다.

Microphone Max Output level

마이크최대 출력 레벨


위의 표는 마이크로폰Sensitivity 스펙과 MaxSPL 에 따른 마이크최대 출력 레벨이 어느 정도 되는지 계산한 표이다.

Neumann u87ai

두번째로, Neumann u87ai 의 경우,

28mV/Pa, 127dBSPL 이라는 스펙을 가지고 있기 때문에, 역시 위의 표에 대입하면, 마이크최대 출력 레벨은, 5dBu 가 나오게 된다.

따라서 어지간한 최대 입력 레벨이 높지 않은 어지간한 마이크 프리앰프로도 사실 이 마이크의 최대 다이나믹 레인지는 모두 살려 낼 수 있다. (원래 마이크MaxSPL 이 낮음.)

Rode K2

세번째로, Rode K2 의 경우,

16mV/Pa, 162dBSPL 이므로, 최대 출력 레벨은, 34dBu 이 마이크는 따로 감쇄 스위치가 없다. 따라서 프리앰프에 있는 PAD 를 이용하거나 해야 한다. 최대 입력 레벨이 14dBu 정도 되는 프리앰프에서 -20dB PAD를 하게 되면 매칭을 할 수 있다. 하지만 사실 C414 마이크나 이 마이크 처럼 이런 높은 SPL 소리녹음할 일은 잘없다. 마이크음색왜곡이 덜 된다로 이해해도 좋을 것 같다고 생각한다.
거꾸로 이해하면 표를 거꾸로 본다면 16mV/Pa 에 해당하는 레벨 중에 22dBu 를 보면 150dBSPL 이 나오는데, 이 정도 까지도 충분히 왜곡 없이 받아들일 수 있다 로 본다.

Samson C03

마지막으로, Samson의 c03를 보면,

10mV/Pa, 142dBSPL이므로, 최대 출력 레벨은, 10dBu인데도 이 마이크감쇄 스위치를 가지고 있다. 사실 마이크 프리앰프의 최대 입력이 10dBu가 넘는 제품을 쓴다면 감쇄 스위치는 사실상 사용할 일이 없어 보인다. 오히려 최대 입력이 22dBu 정도 된다면 12dBu 정도가 남게 된다. 다만 마이크감쇄 스위치를 이용하면 감도를 낮추는 부가적인 효과가 있어서, 주변 소음 억제에는 도움이 될 수 있다.

위의 몇 가지 마이크의 예시를 들어서 마이크최대 출력 레벨을 알아보았으나, 사실 150, 160dBSPL소리는 일상생활에서 들을 수 없는 소리이다. 드럼 정도면 120dBSPL(RMS)의 소리 크기를 가지고 있고, 크레스트 팩터를 고려하면 Peak는 140dBSPL 정도 할 것이다. 표를 보고 140dBSPL을 찾아보면, 대략 거의 20dBu 안쪽으로 수치가 나온다. 따라서 마이크MaxSPL은 얼마나 큰 헤드룸을 가지고 있어서, 마이크소리왜곡되지 않고 온전히 전기 신호로 바뀌는 지에 대한 대략적인 수치로 보는 것이 더 타당할 것 같다.11)

스피커 레벨

컨슈머 레벨이나 라인 레벨파워앰프를 통해 패시브 스피커 유닛을 구동시킬 정도로 아주 크게 증폭레벨

신호의 크기는 1V~50V 정도로 전압이 매우 높고, 파워앰프출력도 수십~수천 와트(W)로 매우 높다. 와트가 높기 때문에 계산해보면 전류량(A)도 상당히 크다.(1000W라면 50V 신호일때 20A)

2)
14dB차이가 아니다.
3)
프로 라인 레벨인 +4dBu를 레퍼런스 레벨로 장비를 만드는 경우에 22dBu, 24dBu, 26dBu 최대 입출력 레벨 장비로 만드는 것에 비하면, 2dBV(4.27dBu) 최대 입출력 레벨 장비로 만드는 것은 비용 상으로 매우 쉽고, 회로 구성도 매우 쉽다. 따라서 대부분의 컨슈머 장비는 12dB헤드룸을 잘 지켜서 만들어진다.
4)
이 때 사용하던 신호 레벨 단위가 dBm 이다.
5)
무대와 콘솔의 거리가 멀 경우에
6)
생각해보면 -10dBV와 -10dBu는 2.22dB 차이이다. -10dBu = -12.22dBu, 즉 -10dBV는 -10dBu보다 2.22dB 크다.
7)
약100m
8)
그러려고 만든 표준이다.
9)
레지스턴스, 캐패시턴스, 리액턴스 , 이 세가지 값의 총합
10)
그래서 대략 마이크 케이블의 최대 거리는 이 정도로 이야기 한다.
11)
적어도 마이크에 가까이 붙어서 노래 한다고 소리마이크 내부에서 Peak클리핑되는 경우는 절대 없다고 봐도 된다.
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음향/analog/start.txt · 마지막으로 수정됨: 2024/03/28 저자 127.0.0.1