워드클럭은 왜 쓰이는가?

워드클럭 제너레이터를 따로 쓰면 음질이 좋아진다고 하여 사용하는 사람들도 꽤 많이 있습니다만,

사실 워드클럭 제너레이터를 사용하는 이유는 정확하게는 따로 있습니다.

워드클럭 마스터와 슬레이브

여러개의 디지털 장비를 서로 디지털 프로토콜로 연결 하여 하나의 시스템으로 통합하여 사용하려고 할 때, 반드시 연결된 장비 중 1개는 클럭 마스터가 되어야 합니다. 그리고 워드클럭 신호는 클럭 마스터로부터 출력되어서 나머지 디지털 장비로 전달 되어야 합니다. 그래야 여러개의 장비가 정확히 동일하게 동기화 되어서 하나의 장비처럼 통합하여 사용할 수 있습니다. 클럭 마스터로 부터 워드클럭을 전달 받는 나머지 디지털 장비들은 클럭 슬레이브라고 합니다. 반드시 기준 클럭인 워드클럭 마스터가 있어야 합니다.

각각의 장비들마다 클럭 소스를 설정할 수 있는데,

Internal : 자체 기기에서 워드클럭을 생성하고 출력함.
External : 자체 기기에서 워드클럭을 생성하지 않고, 외부에서 워드클럭을 받아서 사용함. 보통 External 의 경우 ADAT 로 받을 경우는 ADAT, 워드클럭 단자로 받는 경우는 워드클럭 input, AES3 로 받는 경우는 AES 식으로 각각의 디지털 input 단자의 이름으로 설정하게 됩니다.

즉 Internal 로 설정한 장비가 클럭 마스터가 되고, 나머지 클럭 마스터를 외부 클럭 소스로 받는 장비는 External 로 설정하게 됩니다. 워드클럭을 External로부터 받아서 동작하게 되므로 클럭 슬레이브가 됩니다.

만약 두 개의 장비를 디지털로 연결했는데 둘 다 Internal 로 설정되면, 둘다 자체 클럭 기준으로 동작하므로 동기화 되어 동작하지 않습니다. 소리에 팝콘 튀기듯이 지터가 발생합니다.
또한, 두 장비를 전부 External 로 설정하는 경우에도 작동하지 않습니다. 두 장비 모두 클럭이 동작하지 않고 외부로부터 클럭을 받기만 기다리게 됩니다. 이 경우에도 지터가 발생합니다.

입력 A/D 컨버터나 외장 8채널 프리앰프 유닛의 추가

우리가 오디오 인터페이스를 사용하면서, 입력의 숫자가 아쉬워서, A/D 컨버터나 디지털 출력이 가능한 8 채널 프리앰프를 따로 추가하여 사용할 경우가 있습니다.

이 때 대부분 디지털 연결을 위해 ADAT 와 같은 디지털 프로토콜 연결을 주로 활용하게 되는데요, ADAT 연결의 경우는 A/D 컨버터나 8채널 프리앰프의 ADAT Output에서 오디오 인터페이스의 ADAT input 으로 서로 TOSLink 케이블을 통해 연결하게 됩니다. 이렇게 연결하면 ADAT의 디지털 프로토콜에도 워드클럭 신호가 들어있기 때문에, 당연히 서로 잘 동작하게 됩니다.

워드클럭 단방향 전송, 마스터와 슬레이브

그러나, 워드클럭 신호는 디지털 오디오 신호 경로와 동일하게 Digital out 에서 Digital in 의 단방향으로만 전송되기 때문에, 오디오 인터페이스는 클럭 슬레이브로 동작하게 되며, 클럭 마스터는 A/D 컨버터나 8채널 프리앰프로만 설정이 됩니다.

사실 컴퓨터와 연결된 오디오 인터페이스가 클럭 마스터로 설정되어야 소프트웨어(DAW 나 OS, 또는 음원 플레이어)에서 클럭을 자동 제어할 수 있기 때문에, 오디오 인터페이스가 클럭 마스터가 아닌, 외부기기가 클럭 마스터로 설정된 경우는 이러한 동작이 불가능해집니다. 즉 DAW 에서 클럭 설정을 변경해도 자동으로 설정 되지 않습니다. 오로지 A/D 컨버터나 8 채널 프리앰프에서 수동으로 변경해가면서 사용해야 합니다.¹⁾

워드클럭은 Digital out → Digital in 으로만 전송됩니다. Digital in - > Digital out 으로 전송되지 않습니다.

이렇게 오디오 인터페이스 쪽이 클럭 마스터가 되지 않는 경우 컴퓨터의 DAW 와 같은 소프트웨어에서 클럭을 제어할 수 없습니다.

따라서 확장 유닛이 아닌 오디오 인터페이스 쪽을 클럭 마스터로 쓰기 위해서는, 오디오 인터페이스 쪽의 ADAT out도 확장 유닛의 ADAT in으로 연결하여 양방향 연결을 하여 워드클럭 신호를 보내주거나, 아니면, 오디오 인터페이스의 워드클럭 out 을 확장 유닛 쪽의 워드클럭 input 으로 연결을 해주어야 오디오 인터페이스를 워드클럭 마스터, 연결된 A/D 컨버터나 외장 프리앰프를 클럭 슬레이브로 사용할 수 있습니다.

중요한 것은, 컴퓨터의 OS 나 DAW 등 디지털 오디오를 레코딩하거나 오디오 신호를 처리하는 컴퓨터가 워드클럭에 대한 제어가 가능한 것이 가장 좋은 셋팅입니다. 만약 라이브 환경이라면 오디오를 처리하는 DSP 엔진이 있는 메인 믹싱 콘솔이 워드클럭에 대한 제어를 해야 가장 좋습니다.

외장 8채널 프리앰프가 클럭 마스터가 되는 경우는 컴퓨터에서 워드클럭 제어를 할 수 없고, 8채널 프리앰프에서 수동으로 해줘야 하며, 메인 오디오 인터페이스에서 8채널 프리앰프 쪽으로 워드클럭 신호를 주는 경우에는 메인 오디오 인터페이스가 워드클럭 마스터가 되기 때문에 컴퓨터가 워드클럭 제어를 할 수 있습니다.

어쨋든 오디오 인터페이스에 하나의 디지털 확장 유닛을 추가하는 경우에는 외장 클럭 제너레이터를 굳이 사용할 필요가 없습니다.

하지만 만약 A와 B 두개의 8채널 프리앰프를 ADAT를 사용하여 메인 오디오 인터페이스에 연결하게 된다면? 거기서부터 문제가 생깁니다. A 프리앰프를 Internal로 설정하고 오디오 인터페이스를 External로 설정했다면, B 프리앰프도 Internal 로 설정하게 될까요? 만약 그렇게 하면 클럭 신호를 A 프리앰프와 B 프리앰프 둘다 각기 따로 생성해서 오디오 인터페이스로 전달해 주게 됩니다. 서로 일치하지 않는 워드클럭 신호가 충돌하면서 엄청난 디지털 에러(지터)를 쏟아내게 됩니다. 이 경우 오디오 인터페이스와 A/B 프리앰프 전부 ADAT in, out 을 양방향 연결해줘야만 오디오 인터페이스를 Internal 로 설정가능하게 됩니다. 하지만 이렇게 연결하는 것도 한계가 있기 때문에 오디오 인터페이스를 Internal(마스터)로 사용하기 위해서는 아래와 같은 방법들을 사용해야 합니다.

여러 개의 입력 확장 유닛을 연결할 때

워드클럭은 몇 개의 기기까지는 Daisy chain 방식으로 연결이 가능합니다. 보통 라인 레벨에서도 신호의 스플릿을 6개 정도 까지는 할 수 있는데요, 그 이상으로 신호를 스플릿 하게 되면 신호가 너무 약해지고 상대적으로 잡음이 높아져서 그 이상의 패시브 스플릿은 권장하지 않습니다. 워드클럭의 데이지 체인 방식도 마찬가지로 워드클럭의 신호를 패시브 스플릿 하여 여러 대에서 사용하는 방식입니다.

이러한 경우 클럭 마스터는 오디오 인터페이스가 되며, 나머지 연결된 장비들은 클럭 슬레이브로 동작합니다.

마지막으로 연결된 장비는 워드클럭 Termination 스위치를 켜주거나 Termination 어댑터를 연결하여, 워드클럭 터미네이션을 해주어야 합니다.²⁾

만약 연결된 장비들이 워드클럭 input 만 있고 워드클럭 Output 이 없다면 아래와 같이 BNC T 커넥터를 사용하여 연결 할 수 있습니다.

이렇게 연결하면 6대 정도의 기기 까지는 문제 없이 연결할 수 있습니다. 여러 장비의 확장을 해도 굳이 외장 워드클럭 제너레이터가 필요하지 않습니다.

클럭 제너레이터를 사용하여 연결할 때

이러한 경우 외장 클럭 제너레이터를 사용 하게 됩니다.

규모가 큰 곳에서는 6대 이상의 디지털 확장 기기를 사용해야 할 경우가 있습니다.

이런 경우에는 아래 그림처럼 워드클럭 제너레이터를 따로 사용하여 Star chain 연결을 구성 하게 됩니다.

클럭 마스터는 워드클럭 제너레이터가 되고, 워드클럭 제너레이터에 연결된 나머지 장비와 오디오 인터페이스는 클럭 슬레이브로 동작하게 됩니다. 따라서, 이렇게 사용하는 경우도 앞으로 OS 나 DAW 에서 클럭 변경을 통해 클럭을 제어할 수 없고, 워드클럭 제너레이터를 통해 수동으로 클럭을 변경하거나 설정해야 합니다.

이제 클럭 설정을 외장 클럭 제너레이터에서 수동으로 해줘야 합니다. 불편하죠. 돈을 주고 불편을 샀다!

하지만 여러 개의 디지털 확장 기기를 사용하기 위해선 이렇게 할 수 밖에 없는 경우가 더러 있습니다.

만약!, 워드클럭 제너레이터가 Clock Reference 와 같은 외부 클럭을 입력 받는 기능이 있어서 외부 워드클럭을 기준 클럭으로 지정할 수 있으면, 오디오 인터페이스의 클럭 소스를 여기에 연결하여 오디오 인터페이스의 클럭에 따라서 워드클럭도 똑같이 동작 하게 할 수 있습니다.³⁾

Clock input(EXT, Video, AES3)가 있는 클럭 제너레이터의 뒷 면 모습

워드클럭 양방향 전송이 가능한 디지털 프로토콜

ADAT를 포함한 대부분의 디지털 오디오 프로토콜들은 out → in 으로만 워드클럭이 전송되는 단방향 방식입니다. 워드클럭 입출력도 out → in 으로 동작하는 단방향 방식입니다

그러나, 네트워크 오디오 프로토콜들의 경우에는 디지털 입출력을 양방향으로 전송합니다. 워드클럭 신호도 마찬가지로 양방향 전송을 합니다. 따라서 네트워크 오디오 프로토콜들로 입출력을 확장하는 경우에는, 어느 기기가 마스터가 되어야 하고, 어느 기기가 슬레이브가 되어야 하는 지에 대한 제약을 받지 않습니다. 항상 컴퓨터와 연결된 기기 쪽을 마스터로 설정이 가능하며, 어느 기기가 마스터로 되어있더라 하더라도 컴퓨터(OS, DAW)의 클럭 설정과 항상 동기화 됩니다.