디지털오디오 30년
1. 디지털 오디오 30년
LP레코드는 오디오 신호를 기계적인 방법으로 수록했다가 전기신호로 복원하는 재생 시스템입니다. 이런 기계적인 신호수록방식은 제 아버지가 태어나기 전부터 존재했던 방식인데 태생적으로 해결하기 어려운 한계와 제약을 가지고 있었죠. CD는 오디오 신호를 광전기신호로 변환하여 수록했다가 전기신호로 복원하는 재생 시스템입니다. 이 혁신적인 신호수록방식은 기계적인 신호수록방식이 해결하지 못한 한계와 제약을 극복해 냈고 LP를 대체하게 됩니다. 플랫TV가 CRT TV를 밀어낸 것처럼요.
하지만 고품질의 소리를 누려왔던 오디오 애호가들에게 초창기의 CD 재생음은 얇고 가볍고 피곤하게 들릴 뿐이었습니다. 예전에 경험하지 못했던 음질저하 현상을 극복하기 위해서 많은 엔지니어들이 도전하게 되었습니다. 하지만 무엇이 그런 소리를 내게 했는지 밝혀내고 좋은 소리를 낼 수 있는 비결을 알아내고 극복하는 수단을 찾기까지 상당히 오랜 체득시간이 필요했습니다.
CD 탄생 30년, 디지털 오디오 재생의 완숙기에 도달한 지금, 정상급 디지털 오디오 재생기에서는 S/N비가 높고, 정보량이 많고, 음악의 약동감을 잘 다룰 수 있게 되었고, 색채감이 있으며, 음악의 질감이나 음영감을 표현할 수 있으며, 음의 연결이나 섬세한 뉘앙스를 잘 표현할 수 있고, 밀도감과 개방감을 양립할 수 있고, 음악의 분위기를 살리고 편안해진 소리를 내줄 수 있게 되었습니다.
2. 주목 받는 컴퓨터 오디오
하이엔드 오디오 세계에서 조악했던 CD 소리를 새로운 경지로 이끌어 내는데 몰두해 있는 동안에 세상은 확연히 달라지게 되었습니다. IT 기술은 나날이 발전되었고 라이프스타일이 달라졌습니다. 스티브 잡스가 만들어 놓은 앱스토어를 통해서 IT 생산과 소비 유통 생태계가 생성되었고 레코딩의 유통방식도 변경이 필요하게 되었지요.
비슷한 시기에 다른 무리의 사람들은 팔방미인 컴퓨터를 이용해서 CD나 다운로드한 MP3 파일을 재생하는 것에 관심을 가지게 됩니다. 보다 구체적으로는 컴퓨터가 CD트랜스포트를 대체시켜 보겠다는 시도라고 할 수 있겠습니다.
사람들은 자신의 음악 라이브러리를 하드디스크에 모두 옮겨 담은 후 편리하게 검색하고 손끝으로 조작해서 음악 감상하는 것을 꿈꿨습니다. 게다가 일부 레코딩 회사에서는 고해상도로 저장해 두었던 디지털 마스터 오디오 파일을 판매하는 바람에 컴퓨터를 통해서 이런 마스터 오디오에 접근하는 것을 꿈꾸는 사람도 생기게 되었습니다. 편의성에 중심을 둔 대중적인 욕구와 하이엔드 애호가의 상상력과 구매충동을 자극하는 욕구는 컴퓨터를 이용해서 오디오를 재생하려는 컴퓨터 오디오 인구를 늘리게 되었습니다.
그렇지만 CD가 LP를 밀어낸 것처럼 단번에 컴퓨터가 CD를 밀어내지는 못했습니다. 그 이유는 컴퓨터를 이용한 음악 재생은 누구나 사용할 수 있을 정도로 간단하지 않았고 음질적인 면에서도 완성도가 높지 않았기 때문입니다.
그럼에도 불구하고 하이엔드 오디오 세계에서는 컴퓨터 오디오의 가능성을 믿고 오디오 애호가의 새로운 구매패턴에 맞는 제품을 꾸준하게 개발하고 있습니다. 이들은 다윈의 진화론을 떠올리고 있는 것 같습니다. '지구상에 살아남은 종족은 가장 강한 종이 아니고 가장 지적인 종족도 아닌 환경 변화에 가장 잘 적응한 종족이다'
실제로 그런 시도 중에서 음질을 극대화 시킨 최상의 컴퓨터 오디오 솔루션에서는 CD/SACD등의 매체를 통해서는 표현할 수 없었던 레벨의 음악의 안정감과 분위기를 만들어 낼 수 있습니다. 그런 점에서 디지털 오디오가 궁극적으로는 컴퓨터를 통해서 쾌적성 향상과 같은 감각적인 영역으로 진화해 간다고 할 수 있겠습니다.
3. 컴퓨터 오디오 음질이 나빠지는 원인
컴퓨터가 CD를 밀어낼 수 있을 정도가 되려면 소프트웨어적인 면에서 해결해야 할 것이 많은 것은 충분히 이해할 수 있는 일이지만 팔방미인 컴퓨터가 오디오 신호를 고음질로 재생할 수 없다면 놀랍게 여기는 사람이 있을지도 모릅니다. 정확성의 상징인 컴퓨터가 무능해 지는 부분이 다 있다니... 하고요. 컴퓨터의 속성에 대해서 잘 알지 못한다면 관념적인 선입견에서 벗어나기 어려울 수 있습니다.
이 글을 통해서 컴퓨터로 오디오를 재생하게 될 때 음질을 저해하게 되는 주요 요소를 알아보시기 바랍니다.
O 운영체제에서 비트와 샘플레이트 변환
Windows 98과 XP 운영체제에서는 PCM 오디오 데이터를 다루기 위해서 KMIXER라는 오디오 드라이버를 사용했습니다. 이 KMIXER는 bit depth와 샘플 레이트를 일률적으로 통일시켰고 latency도 30ms나 되었습니다. 디지털 오디오 신호가 KMIXER를 통과하게 되면 소리는 힘이 없고 흐물흐물하게 들립니다. 2NE1의 'Fire'같은 곡도 지루하게만 들리지요. 그 이후로 악명 높은 KMIXER를 바이패스 하는 다양한 방법이 개발되었습니다. ASIO, WASAPI 등등. Widnows XP도 Serveice Pack 2가 나오고 부터는 오디오 재생에 적합하게 개선되었습니다. 그리고 Windows Vista, 7, 8에서는 KMIXER가 사라졌고 PCM 오디오 재생에 좀 더 친화적인 구조를 가지게 됩니다.
O 재생 소프트웨어에서 비트/샘플 레이트 변환
재생 소프트웨어에서 DSP를 이용해서 음악파일의 비트와 샘플 레이트를 변환시키는 기능이 있습니다. 그렇지만 이 기능은 음질이 향상되는 목적으로 사용이 어렵습니다. 대부분은 나빠지니까요. 이런 샘플레이트 변환 기능은 특별한 경우에 사용하는 것으로 만족해야 합니다. 예를 들어서 192kHz 샘플링 레이트로 녹음된 원본을 재생시키려는데 재생시킬 DAC가 96kHz까지만 지원하는 경우 소프트웨어에서 샘플링 레이트를 변경하면 재생시킬 수 있지요. 이렇게 실시간으로 샘플링 레이트를 변환시키면 음질 면에서는 고해상도 마스터 오디오 원본이 가지고 있는 미덕을 잘 살릴 수 없었고 심지어 44.1kHz를 재생했을 때보다 못하기도 합니다.
O 운영체제의 병렬처리 능력
컴퓨터는 원래 다양한 일을 동시에 잘 수행할 수 있도록 설계되었습니다. 하드웨어나 운영체제가 이런 관점에서 만들어졌습니다. 하지만 이런 융통성 있게 설계된 설정은 오디오 재생 품질 면에서는 반대로 작용합니다. 백그라운드로 동작되는 프로그램들도 소리 재생 품질에 악영향을 미칩니다.
O 노이즈 발생
컴퓨터 내부는 방사되는 노이즈도 많고 전력도 노이즈에 오염되어 있지만 그럼에도 불구하고 신기할 정도로 정확하게 동작이 되도록 고안되어 있습니다. 그리고 IT 제품끼리 연결이 될 때는 이런 노이즈들이 다른 IT 제품의 동작에 영향을 주지 않습니다.
하지만 컴퓨터가 오디오 장치와 연결되는 순간 얘기는 달라집니다. 오디오는 컴퓨터의 그라운드를 타고 들어온 노이즈에 의해 영향을 받게 되며 그로 인해 소리가 달라지게 됩니다. 당연한 것을 왜 그러냐고 물으시면 안됩니다. 홍시 맛이 나서 홍시 맛이라 하는데 그걸 어찌 알았느냐고 묻는 것과 같고, 개에게 너는 어쩌면 그렇게 냄새를 잘 맡느냐고 물어보는 것과 같습니다. 아날로그 신호를 다루는 오디오 재생 장치는 태생적으로 전원 상태에 민감하게 반응하도록 만들어진 것이니까요. 컴퓨터 오디오를 구성하는 컴퓨터의 부품을 교체하거나 튜닝을 시도하면 재생음이 변하는 것은 전적으로 오디오의 고유속성 때문입니다.
컴퓨터를 구성하는 모든 하드웨어, 하드웨어 세팅, 운영체제의 세팅은 노이즈 발생에 직접적으로 영향을 미칩니다.
CPU는 모델에 따라 0.65와트에서 140와트의 전력을 소모하고 있는데요 많은 전력을 소모할 때는 전원에 리플이 많이 발생하게 됩니다. 디지털 시스템에서 발생하는 노이즈의 양은 동작 주파수의 제곱만큼 늘어납니다. 컴퓨터는 동작되는 주파수는 수백 MHz에서 3.X GHz에 이릅니다. 메모리와 VGA칩에서도 높은 주파수의 노이즈를 방출합니다.
하드디스크에서 사용하는 BLDC 모터에서도 다량의 노이즈를 뿜어냅니다. 헤드가 움직이면 노이즈가 더 늘어납니다. SMPS 파워서플라이도 노이즈를 만듭니다. 전력손실을 최소화 시키기 위해서 메인보드나 운영체제에 세팅이 되어 있는 파워 매니지먼트를 사용하면 노이즈가 더 늘어납니다. 이렇게 곳곳에서 다량으로 발생된 노이즈는 전원의 그라운드를 타고 돌아다니기도 하고 공중으로 뿜어져 컴퓨터 내부를 채우게 됩니다.
O 컴퓨터의 명백한 잘못이라고 가릴 수는 없지만 오디오 품질에 영향을 주는 것들
CPU의 선택, 메인보드의 선택, 파워서플라이의 선택, USB인터페이스 카드의 선택, 컴퓨터의 케이스 재질, 진동처리를 어떻게 했는지 등이 오디오 재생음에 영향을 주고 있습니다.
앞에 거론한 세 가지 요인은 소프트웨어적인 것으로 어느 컴퓨터로 구현하든 영향을 받게 되는 부분입니다. 그에 비해서 뒤의 두 가지 요인은 하드웨어적인 것으로 구체적인 구현방법과 조합에 따라 조금씩 결과가 달라지게 됩니다. 컴퓨터 오디오에서 컴퓨터로 인해서 음질이 나빠지는 원인은 여기까지입니다. 이 다음 부터는 컴퓨터 이외의 곳에서 음질을 망가트리는 요인을 설명합니다.
O 지터에 취약한 인터페이스
Burr-Brown(Texas Instruments)의 PCM270x 시리즈라는 USB 인터페이스 DAC 칩은 USB DAC을 대중화 시키는 데 공헌했습니다. 구조적으로 음질적인 완성도가 높은 IEEE1394나 이더넷 인터페이스를 개발할 사람을 고용할 여유가 없었던 오디오 회사에서는 일반 DAC에 USB 칩만 땜질해 붙이면 컴퓨터에서 사운드 장치로 인식이 되게 해주는 USB 인터페이스 DAC 칩을 사용하게 됩니다.
그러나 이 칩을 사용하면 지터 레벨이 높아집니다. 고정 클럭을 사용하지 않고 PC로부터 입력되는 오디오 데이터의 타이밍에 의해 가변 주파수 클록을 다시 생성해 동기를 거는 수법을 사용하기 때문입니다. 이것은 “Adaptive” USB 모드로 불리고 있습니다.
O 장치 드라이버
장치 드라이버의 최적화 상태는 컴퓨터 오디오 재생 품질에 직접적인 영향을 미치게 됩니다,
O 무손실 압축파일의 실시간 압축해제
lossless 압축 포맷인 FLAC이 사실상의 컴퓨터 오디오의 표준 포맷이라고 할 수 있습니다. 하지만 이것은 어디까지나 사용자 인터페이스 구축이 용이해서 표준이 된 것이지 음질적인 면에서는 타협한 것입니다. 음질의 우수성으로만 놓고 보면 WAV파일이 최고입니다. FLAC파일은 소리가 매끄럽지만 자연스럽다고 하기 어렵습니다. FLAC파일로 재생한 소리는 비유하자면 야구선수가 전력을 다해 힘껏 달린다는 느낌이 들지 않고 아이스 쇼에서 야구 장면을 표현하는 것처럼 스르륵 미끌어져 간다는 느낌이 드는 편입니다.
lossless 압축된 파일은 압축을 풀고난 이후에는 원본과 동이하므로 데이터 관점에서 봤을 때는 음질이 저하되는 원인을 설명할 수 없습니다. 하지만 압축을 푸는 과정에서의 시간적인 관점에서는 문제가 있었을 걸로 추정하고 있고요, 디지털 시그널 프로세서의 부하가 늘어나면서 불규칙적으로 사용하는 전원 사용이 그라운드에 영향을 주어서 음질에 영향을 주었을 것으로 보고 있기도 합니다.
비슷한 현상을 블루레이 타이틀의 오디오 재생에서도 확인할 수 있었는데요, 압축을 하지 않은 PCM 트랙으로 재생한 음질이 lossless 압축방식인 DTS-HD Master로 재생했을 때보다 좋습니다.
O 케이블
그 밖에 조악한 케이블도 나쁜 소리에 책임을 져야 합니다. 컴퓨터에 사용할 용도로 적합한 사양의 케이블은 오디오 재생용으로 사용하기에는 적합하지 않습니다.
4. 컴퓨터 오디오는 발전중
인생은 짧고 배워야 할 것은 참으로 많습니다. 컴퓨터 오디오에 대해 알아가다 보면 복잡성이 계속 커지게 되는 프랙탈 도형을 보는 것 같아서 어지러워 지게 됩니다. 생각했던 것보다 컴퓨터에서 소리를 망치는 원인이 다양하죠?
컴퓨터를 본격적인 오디오 재생용으로 사용하려 한다면 그 목적에 부합하는 결과를 얻어내기는 쉽지 않습니다. 그런 점에서 컴퓨터 오디오는 안나 카레니나의 법칙이 적용된다고 할 수 있습니다. 컴퓨터를 이용해서 훌륭한 오디오 재생을 얻기 위해서 필요한 중요 요소들 중에서 어느 하나라도 부족하다면 나머지가 충족이 되더라도 얻을 수 없다는 거지요. 어떤 면에서는 컴퓨터를 구성하고 최적화 시키는 것이 오디오 제작과도 비슷하다는 생각이 듭니다.
그런 복잡함을 무릅쓰고 지금도 꾸준히 컴퓨터 오디오는 발전하고 있습니다. 컴퓨터 오디오를 구성하고 있는 중요한 요소를 보완하기 위해서 프로그래머들과 컴퓨터 오디오 개발자들이 매달려 있고 세계 각국의 컴퓨터 오디오 리더들이 갖가지 컴퓨터 하드웨어 조합을 테스트 해보고 비결과 노하우를 정리해서 공개하고 있습니다. 이렇게 많은 사람들의 노력과 힘이 보태져서 컴퓨터 오디오를 지탱하고 있고 빠른 시간 안에 가시적인 결과를 만들어 가고 있습니다. 이런 리더들에 힘입어 CD가 완숙해지는 데까지 걸린 시간 보다 훨씬 짧은 시간 안에 목표에 도달하는 성과를 내기도 했습니다. 그런 결실을 하나씩 소개해 보도록 하겠습니다.
