오디오 스펙의 허상
Frequency Range (주파수 대역) 20 ~ 20,000 Hz
TV는 이미 2차원 평면에 사람의 눈이 구분할 수 있는 모든 컬러를 구현하고 있습니다. 그렇듯 다른 가전제품은 기술이 발달하며 디지털로 가면서 작아지고, 편리해지고, 정밀해지고, 좋아졌는데 왜 유독 오디오만 거꾸로 가고 있을까요?
그것을 설명할 가장 좋은 예가 스마트폰일 것입니다. 스마트폰의 화면은 디지털 기술의 발달로 5인치의 화면에 4K UHD 화면도 아무렇지 않게 구현하고 있지만, 내장 스피커는 1960년대 트랜지스터 라디오보다도 못한 음질을 내주고 있습니다. 물리적 공간이 없기 때문입니다. 그것이 비디오와 오디오의 가장 큰 차이입니다.
갤럭시 최초로 스테레오 스피커를 장착한 갤럭시 S9 (삼성전자 홈페이지)
오디오가 어려운 것은 사람의 가청주파수 대역이 너무 넓은데에 기인하지 않나 싶습니다. 우리가 알고 있는 사람의 가청주파수 대역 20 ~ 20,000 Hz는 너무도 당연한 숫자이지만, 오디오는 아직까지 사람의 가청주파수대역을 만족시킬 수 있는 부품조차 제대로 없는 상태입니다. 예를 든다면 20~20,000 Hz를 만족시키는 스피커 유닛은 커녕, 스피커 조차 사람 가청주파수 전대역(Full Range)을 커버하는 스피커는 하이엔드 오디오에서도 손가락으로 꼽을 정도입니다.
하이엔드 스피커를 대표하는 브랜드인 미국의 윌슨 오디오에서 새롭게 출시한 WAMM Master Chronosonic 이란 스피커 입니다. 2미터(2m15Cm)가 넘는 크기에 스피커 하나의 무게만도 300 Kg이 넘으며 20 ~ 33,000 Hz ±2dB라는 압도적인 스펙을 내놓았습니다. 가청 주파수 대역을 제대로 내기 위해 모두 5가지 크기의 유닛(5웨이 7스피커)으로 나누어서 구성하였으며, 음상을 일치시키기 위해 가상동축형(스피커 위 아래로 중역 유닛을 2개씩 배치함)으로 하고, 청취자와의 거리에 맞게 트위터와 미드레인지 위치를 정교하게 조절할 수 있도록 해 놓았습니다. 저 스피커의 가격은 한화로 8억입니다. 그리고 저 무지막지한 스피커를 울리려면 그에 걸맞는 파워앰프가 필요합니다.
독일 Avantgarde Trio라는 스피커입니다. 주파수 대역은 18 ~ 20,000 Hz이며, 각 대역을 담당하는 세 개의 혼과 저역을 담당하는 1000와트의 디지털 파워앰프가 내장된 액티브 서브우퍼로 구성되어 있습니다. 각 유닛이 담당하는 대역은 세개의 혼(Horn)이 100 ~ 20,000 Hz를 담당하며 크로스오버는 100 / 600 / 4,000 Hz로 나뉘어져 있습니다. 액티브 서브우퍼는 가로x세로x높이가 1,030 x 1,060 x 760 mm 의 크기로 3단으로 6개를 쌓아놓는 경우 높이가 2미터 28센티나 되는 거대한 크기로 18 ~ 500 Hz 대역을 담당합니다. 제품 가격은 서브우퍼 3조 포함 2억이 넘습니다.
스피커가 저 정도의 사이즈가 되어야 겨우 사람 가청주파수 대역을 커버할 수 있습니다. 가격이 비싼 것에 놀랄 것이 아니라, 사람 가청주파수를 만족시키는 스피커가 되려면 저렇게 물리적 크기가 보장되어야 하며, 엄청난 진동을 견디어내야하는 매우 어려운 기술이라는 것입니다. 이렇듯 악기의 진동으로 시작해서 스피커 유닛의 진동으로 끝나는 오디오는 전자공학보다 기초 물리학에 가깝다고 봅니다. 그런 물리학적 제약으로 오디오는 발전을 못하고, 경제성에 맞물려 음질은 점점 퇴보하고 있는 것이 현실입니다.
본론으로 들어가 주파수 대역(Frequency Range)이라는 스펙을 알아보겠습니다.
전자용어사전
주파수 범위
[frequency range, 周波數範圍]
① 전송 시스템에서, 규정 이상의 감쇠, 일그러짐없이 전송이 가능한 주파수 대역.
② 소자의 여러 가지 회로 및 동작 조건이 유효하게 되는 주파수의 범위. 주파수 범위는 일정한 회로 및 동작 조건만이 유효하게 되는 대역폭과는 구별할 필요가 있다.
③ 음향 광학 편향기에서, 지정된 최솟값보다도 회절 효율이 큰 주파수의 범위.
④ 스펙트럼 애널라이저에서, 최소 주파수와 최대 주파수로 표시된 측정 가능한 주파수 범위.
주파수 범위 [frequency range, 周波數範圍] (전자용어사전, 1995. 3. 1., 성안당)
이론적으로 가장 좋은 앰프는 사람의 가청주파수 대역을 플랫하게 증폭하는 앰프일 것입니다. 하지만 위 스피커의 예처럼 가청주파수 전대역을 평탄하게(Flat Response) 재생하는 앰프 역시 하이엔드 오디오에서 조차도 흔하지 않은 것이 엄연한 현실입니다.
전대역이 플랫하게 나오게 하려면 회로의 설계, 부품의 선별, 회로의 안정성, 안정된 전원부, 외부 노이즈 및 진동에 대한 대책, 차폐 등 매우 복잡하고 세밀한 기술과 물량투입이 들어가야 비로소 가청 주파수 대역을 제대로 커버할 수 있게 됩니다. 설사 측정기로 측정하여 Flat Response 그래프가 나온다 하더라도 음질이 좋은 것은 귀로 들어봐야 확인이 됩니다. 좋은 음질을 내기위해서는 너무 많은 변수가 있고 그래서 오디오가 어려운 이유입니다.
앰프의 주파수 대역은 보통 사람 가청주파수 대역인 20 ~ 20,000 Hz로만 표기하고 있습니다. 여기에 큰 함정이 있습니다. 20 ~ 20,000 Hz가 나오는데 어떻게 나오는지 전혀 설명이 없습니다. 그나마 상세하게 표시하는 경우 20 ~ 20,000 Hz ±3 dB 등으로 표기됩니다. 저 이야기는 저역 20Hz 부터 고역 20,000 Hz가 나오는데 ±3 dB 즉, 2배의 음량차이가 있을 수 있다는 이야기입니다.
20 ~ 20,000 Hz ±3 dB 정도면 하이엔드급은 아니지만 준수한 수준의 주파수 대역 특성입니다. 뒤의 dB는 오차범위 입니다. 즉 위의 그래프 처럼 저역과 고역에서 차이가 있을 수 있다는 것입니다. 그래프도 이론적인 그래프이며 실제 테스트 그래프는 저것보다 더 심하게 왜곡되기도 합니다.
참조 : http://www.alesis.com/kb/article/2227
위의 그래프처럼 20 ~ 20,000 Hz 라고 적어놓지만 실제 측정을 해보면 저렇게 피크와 딮이 발생하며 매우 나쁜 주파수 특성을 보여줍니다. 20 ~ 20,000 Hz 대역도 어려운 문제이지만 20 ~ 20,000 Hz 를 얼마나 평탄하게(Flat Response) 만들어낼 수 있냐는 것도 쉽지 않은 문제입니다.
좀 더 자세히 예를 들면
10 ~ 500,000 Hz ±1 db, 20 ~ 20,000 Hz -0.1dB
매우 훌륭한 앰프입니다. 10 Hz 에서 500,000 Hz까지 ±1 db로 매우 안정되게 증폭하고, 가청주파수 대역은 -0.1dB로 거의 플랫하게 나오고 있습니다.
20 ~ 20,000 Hz ±3 db
준수한 수준입니다. 가청 주파수 대역에서 3dB의 오차가 있지만 나쁘지 않다는 이야기입니다. 단, 이 앰프가 고가의 하이엔드급 앰프라면 의심을 해봐야 합니다.
20 ~ 20,000 Hz
오차범위 없이 주파수 대역만 적어놓은 경우 이 앰프는 신뢰할 수 없습니다. 어쨌든 20 ~ 20,000 Hz가 나오는데 위의 그래프처럼 실제 동작은 매우 불안정한 동작을 한다고 보시면 됩니다.
주파수 대역을 아예 안적는 경우
주파수 대역 조차 공개하지 않는 것은 정상적으로 작동하는 앰프가 아닌 것으로 보아도 무방합니다. 이런 앰프의 음질은 굳이 들어보지 않아도 좋지 않다고 보시면 됩니다.
오디오의 스펙은 오디오의 음질 재생 능력을 가늠할 수 있는 객관적인 스펙은 거의 없으며, 오디오의 출력, T.H.D, SN비, 주파수 대역 등의 그 수치로 알 수 있는 것은 매우 제한적일 뿐입니다. 이외의 Damping Factor, Slew Rate, Sensitivity 등 다른 스펙들에 대해서는 시간이 다면 이야기 해보도록 하며, 여기에서 "오디오 스펙의 허상"을 마무리할까 합니다.
감사합니다.
