Written by HAN CHANGWON
현대 사회는 모든 분야에서 눈부신 발전을 이루고 있습니다. 초기 집채만했던 컴퓨터는 이제 손바닥 안에서 스마트폰이라는 이름으로 엄청난 성능을 뽐내고 있습니다. 그 성능도 불과 10년전의 데스크탑의 성능보다 훨씬 더 강력한 연산능력과 그래픽 성능으로 앞으로의 10년 후가 상상이 안될 정도로 빠르게 발전하고 있습니다. 지금까지 전자산업의 발전을 보면 대체로 싸고, 작고, 효율적이고, 편리한 방향으로 이루어져 왔다고 봅니다. 하지만, 이러한 발전이 모든 분야에서 무조건 좋은 방향으로 간 것일까요?
상향 평준화된 TV, 하향 평준화된 오디오
TV의 경우 전자산업의 발전의 혜택을 가장 많이 받은 분야가 아닐까 합니다. 소형화 디지털화가 되면서 극적인 퀄리티 향상이 있었습니다. 5극 진공관인 브라운관을 대체한 LCD 및 OLED 패널은 브라운관이 불가능했던 불과 몇미리의 두께에 100인치가 넘는 대형사이즈의 실현이 가능해졌으며, 화질은 4K(3,840 x 2,160)을 넘어 8K(7,680 x 4,320)의 뛰어난 화질을 자랑합니다. 컬러도 24bit 트루컬러를 지원하는 등 거의 자연색에 가까운 화질을 구현하는 등 화려한 기술W적 우위를 자랑하며 브라운관을 역사속으로 보내버렸습니다.
▲ 구형 브라운관 TV와 최신 Curved TV
새로운 소재와 디지털의 기술로 TV는 비약적인 발전을 한 반면 오디오에 있어서는 그렇게 되지 않았습니다. 진공관의 대체품으로 개발된 트랜지스터(반도체)는 브라운관을 역사속으로 보내버린 LCD, OLED와 달리, 탄생한지 70년이 넘었는대도 아직도 진공관과 오디오 분야에서 공생을 하고 있습니다.
TV나 일반 대중화된 컨슈머 제품에서 진공관을 대체한 트랜지스터(반도체)로 제작된 오디오는 더이상 음악감상용으로 듣기 힘든 조악한 음질을 내어주는 하향 평준화 된 것이 현실입니다. 지금도 진공관 앰프는 매년 수많은 회사에서 신제품을 출시하고 있고, 심지어 삼성전자에서도 진공관으로 만든 앰프를 최근에도 출시하고 있을 정도입니다. 이렇게 100년전에 발명된 진공관이 아직도 오디오에 사용된다는 것은, 트랜지스터보다 더 뛰어난 음질적 특성을 갖고있기 때문입니다.
오디오 산업의 역사
그럼 구체적으로 전자 산업이 발전하면서 오디오 음질에 어떠한 영향을 미쳤는지 알아보기 위해 오디오 산업의 역사를 먼저 살펴보도록 하겠습니다. 1900년대 초반 오디오 시스템이 본격적으로 개발이 되기 시작했을 때는 오디오는 매우 중요한 산업이었습니다. 원음에 가까운 소리가 기계에서 나온다는 신기함과 음악이 결합되어 1960년대까지 오디오는 전자산업의 메인스트림으로 비약적인 발전을 하게 됩니다.
- 1877 : 에디슨 축음기 발명
- 1887 : SP레코드 탄생
- 1904 : 진공관 발명
- 1910 : 축음기 상품화
- 1920 : 전기를 이용한 마이크로폰 활용. 라디오 방송
- 1945 : 테이프 레코더 탄생
- 1948 : LP 탄생. TV 방송. 트랜지스터 개발
- 1950 : 라디오 스테레오 방송 시작
- 1956 : VTR 개발 / 암펙스
- 1957 : 트랜지스터 라디오 탄생
- 1958 : 스테레오 LP 발매
- 1981 : CD 탄생
- 1987 : DAT개발/소니
- 1987 : mp3 개발
- 1994 : mp3 대중화
- 1999 : SACD 포맷 탄생
- 2000 : DVD-Audio 발매
- 2010 ~ : 컴퓨터를 이용한 디지털 사운드 스트리밍
진공관과 트랜지스터(반도체)
오디오 역사에 있어서 가장 중요한 인물을 꼽으라면 전기, 전구 등 현대의 역사를 바꾼 에디슨을 역시 빼놓을 수 없을 것입니다. 진공관은 에디슨이 발명한 전구에서 발전하여 개발되었고, 세계 최초로 녹음이 되는 축음기(포노그라프)를 만든 사람도 에디슨 이기 때문입니다. 에디슨의 전구에서 시작한 진공관은 2극, 3극관이 되면서 스위칭과 증폭의 기능으로 앰프로 까지 발전하게 됩니다.
▲ 전구를 발명한 에디슨
이후 진공관을 대체한 트랜지스터의 등장은 현대 산업의 큰 획을 긋게 됩니다. 발명자에게 노벨 물리학상을 선사한 TR은 진공관이 하는 스위칭과 증폭을 기능을 그대로 가지면서도 진공관으로는 상상도 할 수 없는 소형화와 효율을 갖고, 소형 트랜지스터 라디오와 카오디오, 홈 오디오까지 모두 TR로 대체되게 됩니다.
하지만 TR은 다른 전자기기와 달리 오디오용 앰프로 사용하기에는 문제가 있었습니다. 여기서 잠깐, 트랜지스터 앰프에 대해 네이버 지식백과에 있는 내용을 참조합니다.
트랜지스터 앰프
증폭 소자에 트랜지스터를 사용한 앰프. IC를 이용한 앰프도 IC의 알맹이는 트랜지스터이므로 결국은 트랜지스터 앰프이다. 이 모두를 가리켜 ‘솔리드 스테이트 앰프’라고 한다. 진공관 앰프에 비해 전원의 이용 효율이 높고, 작고 가벼우며 시간이 경과함에 따라 발생하는 변화에 의한 성능의 열화(劣化)가 적다는 것과, 대량 생산하기 때문에 가격을 낮출 수가 있는 것이 큰 특징이다.
전기적인 특성으로는 전류가 증폭하기 때문에 회로의 임피던스가 전체적으로 낮고 아웃풋 트랜스가 필요 없는 반면, 왜곡이 많고 성분에 홀수차 고주파를 다량으로 포함하고 있기 때문에 어떤 대책 없이는 오디오에는 사용하지 못한다는 단점도 있다. 그러나 회로 설계를 적절히 하고 구체적으로는 다량의 네거티브 피드백을 걸어서 실용적으로 충분한 왜곡 특성을 얻고 있다.
[네이버 지식백과] 트랜지스터 앰프 [transistor amplifier] (파퓰러음악용어사전 & 클래식음악용어사전, 2002. 1. 28., 삼호뮤직)
위의 지식백과에 있는 말처럼 트랜지스터는 오디오에서 사용을 못하는 소자로 이야기하고 있습니다. 그 이유로 홀수차 고주파를 문제삼고 있습니다. 그럼, 여기서 전고조파 왜율(Total Harmonic Distortion)을 알아봐야 합니다. 전고조파 왜율 보통 T.H.D로 표기되는 이것은 입력 신호를 증폭소자가 신호를 증폭하면서 발생하는 고조파의 율을 이야기 합니다.
▲ 원신호 파형과 배수에 따라 발생하는 Harmonics
소리와 배음
보통 TR앰프는 선명하고 차가운 느낌이 나오고 진공관 앰프는 부드럽고 따뜻한 음이 나옵니다. 이는 배음때문에 그렇습니다. "THD가 높은 진공관 앰프는 음을 왜곡하여 더 좋게 들리게 하는 것이고, THD가 매우 낮은 TR앰프가 진정한 원음을 재생하는 것이다."라는 주장을 어떤 블로그에서 본 기억이 있습니다. 이는 일부는 맞고, 일부는 틀린 이야기입니다.
▲ 음악에서 기음인 C1[(기준 '도')에서 2옥타브 낮은 도]가 가진 배음들
진공관이나 TR이나 어떤 출력소자든 전고조파 왜율이 발생합니다. 그러면 왜 진공관은 괜찮고 TR은 문제가 되는 것일까요? 진공관은 주로 2차, 4차.. 짝수차 왜곡이 발생하며, TR은 3차, 5차.. 홀수차 왜곡이 발생하기 때문입니다. 이는 배음과 밀접한 관계가 있습니다. 사실 배음은 모든 물체가 배음을 갖고 있습니다. 우리가 드럼소리와 책상을 두드리는 소리가 다르게 들리는 것은 배음이 다르기 때문입니다. 배음은 음악에 있어서 매우 중요한 요소입니다.
▲ 2차배음 신호와 입력신호가 만나면 어떠한 신호가 나오는지 알려주는 그래프
짝수차 배음은 화음(Harmonics)입니다. 홀수차 배음은 불협화음(Disharmics)입니다. 짝수차 배음은 화음으로 자연스러운 잔향으로 들리게 됩니다. 홀수차 배음은 답답하고 닫히니 소리가 나게되며 금속성의 소리가 나게 되며, 7차, 9차, 11차 배음은 음악의 고저와 상관없는 불협화음이 됩니다. 그래서 진공관 앰프의 경우 THD가 높아도 화음의 짝수차 배음이 발생하므로 음악을 감상하는데 아무런 문제가 없지만, 트랜지스터 앰프의 경우 짝수차 배음 없이 홀수차의 배음(불협화음)이 발생하므로 필수적으로 THD를 낮춰야만 합니다.
진공관에서 발생하는 짝수차 배음은 왜 문제가 없는지 클래식 악기의 구조를 알아보면 됩니다. 바이올린, 첼로, 피아노, 기타 등 대부분의 클래식 악기는 2차 배음(화음)구조가 나도록 설계되었습니다. 몇 백년된 스트라디바리 바이올린이 지금도 최고의 음색으로 칭송받는 이유는 내부의 배음구조가 기가막히게 설계되어 아름다운 화음을 내기 때문입니다. 이 배음으로 인해 현의 한 음계만 연주해도 아름답고 풍성한 음이 만들어지게 되는 것입니다.
▲ 3차배음 신호와 입력신호가 만나면 어떠한 신호가 나오는지 알려주는 그래프
트랜지스터에서 발생하는 3차배음은 불협화음으로 홀수차 배음만 발생한다면 도저히 음악을 들을 수 없는 시끄러운 소리가 나오게 됩니다. 그래서 트랜지스터 앰프의 경우 THD를 낮추기 위하여 NFB(Negative Feedback)을 거는 등의 신호를 조작하여 왜율을 낮추는 보완회로가 필요하게 됩니다. NFB란 간단하게 설명하면 출력의 일부를 입력측에 되돌려 앰프의 출력을 안정시키고 주파수 특성, 진폭 특성 및 위상을 개선하고 전고조파 노이즈를 제거하게 됩니다. 하지만 과도한 NFB를 거는 경우 악기의 모든 배음마저 사라져 버린다는 함정이 있습니다. 문제는 이러한 과정을 거치면서 음악에서 매우 중요한 뉘앙스를 살리는 배음 등 미세한 신호마저 같이 사라져 버릴 수 있다는 것입니다.
2차 배음이 발생하는 잘만든 진공관 앰프의 경우 NFB를 사용하지 않거나 사용하더라도 매우 약하게 거는 경우가 대부분입니다. 굳이 2차배음을 없앨 이유가 없기 때문입니다. 그래서 신호경로가 더 단순해 질 수 있고, 부품의 수가 줄어들어 원음의 순도를 유지할 수 있으며 미세한 신호까지 살려낼 수있는 장점이 있게 되며 음악의 뉘앙스가 살아있게 되는 것입니다.
앰프에서 THD(Total Harmonic Distortion)는 정말 중요한 것인가?
일반적으로 THD가 낮은 앰프가 좋은 앰프라고 알려져 있습니다. 트랜지스터 앰프는 보통 THD가 0.1% 미만이고 진공관 앰프의 경우 1%에서 많은 것은 THD 10%가 넘어가는 앰프도 있습니다. 이 수치만으로 보면 THD가 낮은 트랜지스터 앰프가 압도적으로 좋은 것이므로, TV의 경우에서 처럼 진공관 앰프는 역사속으로 사라져 없어져야 합니다.
THD는 1970년대 일본 전자회사들이 트랜지스터를 이용하여 수많은 포터블 라디오, 리시버, 앰프 등을 생산 해내면서 마치 THD 수치를 낮게 만드는 것이 최고의 기술인것처럼 광고를 하며 일반인들에게 낮은 "낮은 THD = 좋은 앰프"로 각인시킨 것입니다.
THD는 단지 숫자에 불과 합니다. 어떻게 만들어진 THD냐가 중요합니다. 입력신호를 건들이지 않고 증폭소자의 왜곡 노이즈만 걷어내어 순수한 원음을 유지하며 만들어낸 0.01%의 THD가 과도하게 NFB를 걸어 만들어놓은 수치인 0.001%의 THD 앰프보다 좋을 수 있다는 것입니다. THD로 앰프의 능력을 평가할 수 없습니다. THD, S/N비, 파워앰프 출력, 스피커 음압 등은 오디오 기기의 음질적 성능을 평가할 수 없는 아무 의미없는 수치입니다. 이런 오디오 스펙의 허구성도 나중에 기회가 된다면 정리해보도록 하겠습니다.
그럼 트랜지스터에서 발생하는 홀수차 고주파가 왜 문제가 되는 것일까요?
음악적 특성을 전혀 고려하지 않고 전자공학 엔지니어가 각종 측정기를 찍어가며 만든 앰프는 좋은 소리를 내어줄 수 없습니다. NFB를 과도하게 걸어 THD를 극단적으로 낮춘 일반 컨슈머용 저가의 트랜지스터 앰프에서 듣는 음은 얼핏 들으면 깨끗한 음을 내주는 것 같지만 악기의 모든 배음을 지우개로 지워버린 듯 사라지게 하여 "공기감"이 없고 자극적이고 날카롭게 들리게 합니다. 라이브 현장에서 들을 수 있는 음악적 열기가 없고, 음의 순도가 떨어지고, 소리가 매우 답답하게 들리며, 악기수가 많아지면 음이 뒤섞이고 소란스럽게 됩니다. 음량을 조금만 키워도 트랜지스터의 증폭 특성상 7차, 9차, 11차 배음이 급격하게 증가하며 금속성의 날카롭고 째지는 소리가 나게 되는 것입니다. 그런 앰프로 클래식 음악을 감상하기 힘든 이유입니다.
모든면에서 진공관이 TR보다 월등히 낫다고 주장하는 것은 아닙니다. 진공관도 단점이 있고 TR도 증폭특성 등에서 진공관보다 나은면도 분명 있기 때문입니다. 아주 잘 만든 하이엔드 트랜지스터 앰프도 많이 있습니다. 단지, 증폭 소자의 특성이 그렇다는 것입니다. 근본적인 특성과 성향을 보았을 때 아무것도 가감하지 않는 순수한 원음을 추구하는 관점에서 일반적 증폭 특성이 진공관이 더 유리한 면이 많다는 것입니다.
그러한 트랜지스터의 태생적 단점을 극복하기 위해 많은 하이엔드 오디오에서는 트랜지스터 증폭소자의 특성을 잘 이용하고, 단점을 커버하여 순수한 신호를 그대로 유지하기 위해 많은 노력을 하며 앰프를 개발하고 있습니다. 짝수차 배음이 나오는 출력소자를 찾아서 사용하기도 하고, 전고조파 왜율이 발생하지 않도록 매우 까다로운 기준으로 부품을 선별하여 사용하고, 인터스테이지에 트랜스를 채용하거나 하는 등의 방식으로 TR로도 부드럽고 자연스러운 사운드를 만들어내려 각고의 노력을 합니다.
이런 앰프들은 트랜지스터를 증폭소자로 사용하지만 소스에 녹음되어 있는 배음을 자연스럽게 살려냅니다. 하지만 이러한 앰프들은 제작과정이 매우 까다롭고, 개발비 및 제조원가가 높기 때문에, 매우 고가의 가격으로 판매가 됩니다. 그런 이유로 저렴한 가격에 판매가 되어야 하는 일반 대중용 컨슈머 오디오 제품들은 제조원가, 개발비등의 이유로 음악적인 부분을 고려하지 못하고 단지 THD만 줄여서 만들어내 음악적 뉘앙스를 만들어내지 못하게 되는 것입니다.
이러한 증폭소자의 특성은 가정용 오디오 시스템에서만 문제가 되는 것이 아닙니다. 더 큰 차이는 레코딩(녹음)과정에서 발생합니다. 그 부분은 이 글 하단의 Russel O. Hamm이란 사람이 1972년도에 공개한 논문에 자세히 설명되어 있으므로 참고하시면 되겠습니다. 그러다보니 음반도 마찬가지 입니다. 1960년대에 녹음된 클래식 LP를 들어보면 따뜻한 음색이 살아있고 음이 매우 매끄럽고 자연스럽게 연결됩니다. 최근에는 많이 좋아졌지만 일부 요즘 클래식 레코딩을 들어보면 음질은 매우 깨끗하지만 공연장에서 느낄 수 있는 공기감이나 자연스러움이 결여되어, 표백된 느낌을 지울 수 없습니다. 이는 TR을 이용한 레코딩과 재생의 절차를 거치면서 클래식 악기의 자연스러운 배음이 사라졌기 때문입니다.
음악 비교
진공관과 TR앰프의 성향을 비교하여 볼 수 있는 음악 2개를 소개하여 보겠습니다.
로시니 "눈물"
피아노와 첼로 이중주로 연주되는 로시니 "눈물"은 오디오파일들이 즐겨듣는 명곡입니다. 장중하게 시작되는 피아노는 한 음, 한 음 무거운 터치를 가져갑니다. 이 도입부에서 TR과 진공관 앰프의 차이는 분명하게 나타나게 됩니다. 진공관 앰프에서는 자연스러운 2차 배음이 만들어지며 건반 하나를 누르는데도 자연스러운 2차배음으로 화음이 만들어지며 연주됩니다.
이어지는 첼로도 확산되는 투명한 "공기감"과 함께 화사한 배음과 함께 연주됩니다. 낮고 기다란 여운을 남기며 연주되는 첼로는 피아노와 함께 절묘한 하모니를 이루며 선율을 이어가게 됩니다.
하지만 이 음악을 일반적인 수준의 음악적으로 튜닝이 안된 트랜지스터 앰프로 들으면 피아노의 사이즈가 줄어든 듯 화음이 사라지고 왜소한 단음만이 강조되서 들리게 됩니다. 전체적으로 음색을 잃고 습도가 빠져버린 건조하고 밋밋한 연주가 되어버립니다. 이어지는 첼로음도 음의 피어오름이 없이 가늘어지고 엷어집니다. 두 개의 악기는 조화를 이루지 못하고 따로 연주되는 느낌마저 받습니다.
마일스 데이비스 "Bye bye blackbird"
마일스 데이비스는 최고의 트럼펫 연주자이자 재즈 뮤지션으로 칭송받고 있습니다. 하지만 이곡을 별로 좋지않은 오디오 시스템에서 들으면 왜 이사람이 최고라고 하는지 이해가 가지를 않습니다. 음악은 아름답지만 건조하게 불어대는 트럼펫의 사운드는 부담스럽고, 고역은 갈라지고 음악을 끝까지 듣기가 힘듭니다. 이어 등장하는 섹서폰도 매끄러운듯 하지만 무미건조하게 들립니다.
하지만, 이곡을 아날로그 시스템과 하이엔드 진공관 시스템으로 들으면 이 사람이 왜 대가인지 바로 알게 됩니다. 7분이 넘는 이곡이 언제 끝나는지 모르게 몰입을 하게 됩니다. 솜사탕 같이 화사하게 부풀어오르는 마일스 데이비스의 트럼펫 소리는 너무도 환상적입니다. 곡 중반 고역을 치고 올라가는 마일스 데이비스의 트럼펫은 갈라지거나 얇아지지 않고 공간을 가득 채워줍니다. 이어지는 소니 롤린스의 꽉찬 밀도의 섹서폰 소리는 마일스 데이비스의 트럼펫 음색과 확연이 대비되며 두 대가의 진수를 보여줍니다. 낮게 깔려주는 콘트라 베이스와 마치 유리처럼 투명한 드럼의 심벌 소리와 마지막을 장식하는 맑고 영롱한 피아노는 재즈 음악의 정점이라는 생각입니다.
이유는 역시 배음에 있다고 봅니다. 트럼펫, 섹서폰 등이 악기 중에서 가장 복잡한 배음구조를 갖고 있습니다. 바이올린, 피아노처럼 2차 배음만 나오는 것이 아니라, 2차, 3차, 4차 등 짝수차 배음과 홀수차 배음이 모두 나오는 악기입니다. 그래서 라이브 현장에서 듣는 관악기 소리는 한없이 따뜻하고 풍요롭게 들리지만, 오디오로 듣는 관악기는 뭔가 부담스럽고 자극적으로 나오게 되는 것입니다. 하지만, 잘 세팅된 아날로그 시스템과 진공관 앰프에서 듣는 관악기는 가장 라이브와 근접한 사운드를 재현하게 되는 것입니다.
배음(Harmonics)과 잔향(Reverberation, Echo)
우리가 노래방을 가면 마이크의 에코(Echo)를 조절합니다. 에코가 잘 들어가야 노래가 훨씬 잘하는 것처럼 들리기 때문입니다. 좋은 공연장도 잔향이 얼마나 자연스럽게 울리느냐가 매우 중요합니다. 방송국에서 음악프로를 녹화할때도 반드시 마이크에 "에코"효과를 줍니다. 자연스러운 잔향이 나오도록 하는 것입니다. 가끔 음악을 DVD로 감상해보면 CD보다 훨씬 더 라이브 현장에서 듣는 것처럼 들릴때가 있습니다. 이는 라이브 녹음이 잔향이 자연스럽게 녹음되도록 했기 때문입니다. 그러다보니 요즘 일부 녹음을 보면 잔향을 과도하게 넣는 경우도 종종 발견됩니다.
하지만 배음과 잔향은 분명 다른 것입니다. 배음은 시간차를 두지않고 동시에 발생하는 화음이며, 잔향은 시간차를 두고 발생하는 반사음 입니다. 그러다보니 울림이 너무 많은 공연장에서는 잔향이 과도하게 발생해 음이 소란스럽게 나오기도 합니다. 잔향은 녹음을 하면서 조절해가며 할 수 있지만, 악기의 배음은 녹음이 쉽지 않을 뿐더러 아주 미세한 신호이기 때문에 재생과정에서 조금만 잘못해도 없어져 버리는 것입니다. 물론 요즘 많이 듣는 mp3 등에서는 상상조차 하기 힘든 음이 배음인 것입니다.
공기 반 소리 반
스피커는 현대의 기술에서 아직까지도 가장 낙후된 분야가 아닌가 합니다. 아직까지 하나의 유닛으로 사람의 가청주파수 대역인 20~20,000Hz를 커버하는 풀레인지 유닛이 현대 과학 기술로 만들어지지 못하고 있습니다. 트위터, 미드, 우퍼등 여러개의 유닛을 동원하고서도 가청주파수 전 대역을 커버하는 스피커는 하이엔드 오디오에서도 극히 일부 초고가 모델만이 가능한 대역입니다. 우퍼가 내는 초저역의 진동에너지를 견디기 위해 인클로져는 매우 단단하고 무겁게 만들어져야 하고 여러개의 유닛을 사용해야 하다보니 스피커의 크기는 2미터를 넘어가기도 하는 초대형 스피커가 되어야 합니다. 그 스피커를 울리려면 대형 자동차에는 큰 출력을 내는 엔진을 탑재해야 하듯이 대출력의 앰프가 필요하게 됩니다. 초대형 하이엔드 시스템이 존재하는 이유입니다.
TV와 오디오는 AV(Audio & Visual)이란 단어가 있을 정도로 뗄래야 떼어낼 수 없는 밀접한 관계를 갖고 있습니다. 그러다보니 요즘 일반적인 대중용 오디오의 사운드가 최악으로 된 것은 TV때문이기도 합니다. 바로 TV가 초박형으로 얇아지면서 스피커가 들어갈 공간이 없어졌기 때문입니다.
TV 경연 프로그램인 "케이팝스타"라는 프로그램에서 심사위원으로 나온 JYP의 "박진영"씨가 늘 주장하는 소리입니다. 노래를 부를 때 "공기 반 소리 반" 섞어서 부르라는 요구를 자주하죠. 그럼 과연 과거의 유명한 가수들도 "공기 반, 소리 반"으로 노래를 불렀을까요?
김광석, 조용필, 빌리 할리데이까지.. 언뜻 떠오르는 과거의 가수들 한테는 "공기 반, 소리 반"의 요구가 없었나 봅니다. 그럼 왜 요즘 가수들은 노래할 때 공기를 섞어서 노래를 해야 할까요? 전 TV나 일반 오디오 기기에서 배음이 사라졌기 때문이라고 봅니다. 그러한 기기에서는 배음와 음악의 뉘앙스가 모두 사라지고, 중역대의 쨍쨍거리는 깡마른 소리밖에 안나오니 가수들이 억지로 배음(잔향)을 만들어내야 하는 실정인 것입니다.
요즘 TV를 보면 정통 음악프로그램이 거의 없어지고 있습니다. "슈퍼스타 K"에서 시작한 아마추어 경연프로그램을 시점으로 해서 "나는 가수다", "불후의 명곡", "판타스틱 듀오" 등 이제 프로 가수들까지 노래를 부르고 점수를 매기는 경연 프로그램에 나오고 있으며, 요즘 인기를 끌고있는 "복면가왕"에서는 심지어 가수 얼굴에 가면까지 씌우는 실정 입니다.
왜 그렇게 되었을까요? 저는 "사운드의 퀄리티"가 한몫을 했다고 봅니다. 초박형으로 얇아진 스피커에서는 음악을 도저히 감상을 할 수 없는 수준입니다. 그러다 보니 일반 음악 프로그램을 TV로 시청하면 소음 수준의 사운드가 나오고, 시청자들이 TV로 음악 프로를 시청하는 것을 멀리하게 되고, 시청률을 중요시하는 방송국에서는 그러한 "경연"프로그램으로 시청자를 모으고 있는 현실이 된 것입니다.
▲ 이전의 TV와 다르게 점점 얇아지고, 프레임까지 없어지는 TV의 트렌드. 스피커가 들어갈 공간이 없다.
레코딩을 하는 음반회사도 이제 예전처럼 고음질에 그렇게 관심이 없는 것 같습니다. 어차피 대부분 mp3로 유통되는 음원시장의 환경이 그렇게 만들어 버렸습니다. 이제 레코드회사는 사라지고 엔터테인먼트 회사가 가수의 노래를 녹음하고 출시합니다. 과거의 레코드 회사는 "원음을 추구한다"는 카피를 자랑스럽게 광고하며 최고의 원음을 위해 과감한 녹음장비 투자와 최고의 레코딩 엔지니어를 고용하여 최고의 사운드를 만들려 노력했습니다.
데카, 필립스, 도이치 그라모폰 등 과거의 유명 레이블 들은 각 회사마다 유명한 레코딩 엔지니어를 보유하고, 고유의 음색과 음질적 특성을 갖고 있었습니다. 하지만, 요즘의 현실은 아무리 좋은 음원을 만들어내도 스마트폰 mp3 플레이어나, 초박형으로 얇아진 TV, 열악한 음질의 오디오에서는 아무 소용이 없으므로 악순환의 고리가 형성된 것입니다.
좋은 사운드가 오디오에서 나오려면
간혹, 앰프나 스피커의 스펙, 주파수 특성이나 측정기의 측정치를 보고 그 제품에 대한 평가와 맹신을 하는 경우가 있는데 이 역시 잘못된 평가방법 입니다. 왜냐하면 사람은 음악을 듣고 감동을 받는 받는 것입니다. 그러한 음악적 감동을 측정할 수 있는 측정기가 개발된다면 이야기는 달라질 수 있겠지만요.
좋은 하이엔드 오디오가 탄생하려면 개발자가 하드웨어나 앰프 회로에 대한 기술력도 중요하지만, 사운드에 대한 감각적인 구분 능력과 거기에 더해 더욱 중요한 것은 음악의 깊은 이해와 지식이 필요합니다. 뛰어난 음질의 앰프와 스피커 등으로 인정받는 하이엔드 오디오 업계에 개발자들은 어려서 부터 음악에 빠져 수많은 음악을 들으며 오디오 개발자까지 된 경우가 많이 있습니다. 단지 대학에서 전자공학을 전공하고 음악적 이해와 배음 구조, 출력 소자의 음질적 특성을 고려하지 않고, 오실로 스코프에 찍히는 수치만 믿으며 제작되는 오디오는 결코 좋은 소리를 내주는 오디오가 될 수 없습니다.
오디오에서 좋은 소리가 나오기 위해서는 수많은 요소과 변수들이 있습니다. 진공관이냐 트랜지스터냐의 증폭소자의 문제는 그 많은 변수들 중에 하나 입니다. 앰프의 주요 역할인 증폭이라는 가장 중요한 역할을 하고 있지만, 진공관을 쓰면 무조건 좋은 소리가 나고 트랜지스터를 쓰면 무조건 나쁘다는 것을 주장한 것이 아닙니다. 앰프를 설계할때 증폭소자의 특성과 음악적 상관관계를 고려해야 한다는 것이 중요하다는 것입니다.
하이엔드 오디오 제작자들 중에서도 음악적 지식이 없이, 사운드의 질이나 음악성 부분은 전혀 고려하지 않고 스펙에만 목숨을 거는 경우도 있습니다. 하이엔드 오디오 업계도 그런데 일반 컨슈머용 저가의 오디오를 만드는 회사에서는 어떨까요? 과연 대형 전자회사에서 신제품을 개발하고 음악적 완성도를 높이기 위해 사운드 튜닝을 위해 과감한 투자를 하고 있을까요? 만일 그랬다면 분명 다른 제품과 차별되는 좋은 음질을 내어주고 있을 것입니다. 그러한 이유로 일반인들이 듣는 현대의 오디오 사운드는 60년전 70년전에 비해 퇴보가 된 것입니다.
오디오에서 원음에 가꾸은 좋은 사운드가 나오려면 레코딩 현장의 어쿠스틱 환경, 음악적 지식과 음에 대한 감각이 뛰어난 레코딩 엔지니어, 현장의 소리를 디테일 손실없이 있는 그대로 담아낼 수 있는 레코딩 장비, 모든 음악적 정보를 다 담아낼 수 있는 저장매체, 그리고 그것을 그대로 원음 손실없이 증폭해낼 수 있는 음악성이 높은 오디오 시스템이 있어야 하는 것입니다.
마치며
그래도 희망적인 부분은 있습니다. TV 앞에 놓아 음질을 좋게 해주는 사운드바가 컨슈머용 제품으로 출시되고 있고, 하이엔드 업체들도 경쟁적으로 좋은 음질을 내주는 사운드바를 출시하고 있습니다. LG에서 스마트폰에 24비트 고음질 음원이 재생 가능한 B&O 모듈이 들어가고, 최근들어 고음질 음원 포맷을 스트리밍 하는 등 좋은 음질을 추구하는 대중적 제품들이 나온다는 것이 위안거리가 될 수 있겠습니다.
향후, 기술이 더 발달하여 짝수차 배음이 나오는 반도체가 개발된다거나, 디지털 프로세싱으로 짝수차 배음이 나오는 기술이 개발되어 저가의 일반 오디오에도 반영이 된다면 오디오의 사운드는 현격하게 좋아질 것이며, 그렇게 된다면 일반 사람들도 소음기 수준의 열악한 오디오 환경에서 벗어나, 편안하고 자연스럽운, 아름다운 음을 들을 수 있을 것입니다. 그런 날이 오기를 기대 해봅니다.
원래는 아날로그에서 디지털로 가며 더욱 열악해진 사운드도 이야기하려 했으나, "진공관에서 트랜지스터"의 내용이 너무 많아서 "아날로그에서 디지털"은 다음번 강좌로 추가하도록 하겠습니다.
*
좀 더 구체적인 진공관과 TR앰프의 특성을 설명하기 위하여 태하사운드 블로그(blog.naver.com/rokmc277)에 있는 Russel O. Hamm이라는 사람이 1972년도에 발표한 논문을 인용합니다. 매우 흥미있는 자료이고, 알고 있으면 매우 유용한 자료일 것 같아서 태하사운드의 허락을 맡아 전문을 인용합니다.
진공관과 트랜지스터
Russel O. Hamm, 1972
개요
엔지니어들과 뮤지션들은 오랫동안 진공관의 소리와 트랜지스터의 소리에 대한 문제를 논의해 왔습니다. 이 차이를 측정하고자 한 그간의 시도들은 언제나 시험 앰프들의 선형 기능에 대한 것이었습니다. 주파수 반응과 왜곡, 소음 등을 측정 대상으로 하는 그러한 전통적인 방법은 두 소리 사이에 커다란 차이가 없는 것으로 결론이 나곤 했습니다.
그러나 이 글에서는 과도한 신호(THD 30%)를 앰프에 넣었을 때 심하게 왜곡 된다는 점을 지적합니다. 이러한 조건하에서는 진공관과 트랜지스터, 그리고 OP앰프들간에 증폭된 신호들의 고조파 왜곡 부분이 제각각으로 크게 달라서 이 3가지 앰프들은 서로 명확하게 구별되는 하나의 그룹들이 형성되었습니다.
도입
녹음 기술자로서 연구팀은 팝 레코딩에 있어서의 진공관의 소리와 트랜지스터의 소리에 대한 논쟁에 직접적으로 참여하게 되었습니다. 레코딩 콘솔이 만들어내는 현상에 의해 그 차이는 현저하게 드러났는데 물론 스튜디오 음향과 관련된 소리의 문제들이 너무나 많아서 전자공학적인 문제는 일반적으로 거의 염려의 대상이 되지 않았습니다. 그러나 몇 개의 스튜디오의 음향을 고려하여 다시 만들고 난 후 우리는 음향 효과가 어느 정도의 역할을 하는지에 대해 문제를 제기하기 시작했습니다.
소리가 좋지 않기로 악평이 난 한 스튜디오에서 작업을 하는 동안 우리는 레귤러 콘솔이 아닌 암펙스사의 휴대용 믹서에 마이크를 연결했습니다. 음질 변화는 거의 믿을 수 없을 정도 였습니다. 연구팀이 그 스튜디오에서 만들어 냈던 이전의 모든 음향적 변화들은 단 하나의 이 전자공학적 변화(마이크 교체)가 만들어낸 막대한 진보와는 비교도 되지 않는 것들이었습니다. 몇 년 동안 우리는 전자공학적인 측면에서 소리의 문제에 대해 다소 비공식적인 조사를 계속했습니다. 그 동안 이 문제를 설명하는 매우 광범위하고 다양한 이론들이 전개되어 왔지만 누구도 그것을 실제로 측정하여 의미있는 용어로 표현하지는 못했습니다.
심리음향학
LP 레코드를 주의깊게 듣는 사람이면 누구나 진공관의 소리와 트랜지스터의 소리가 다르다는 것을 알 수 있습니다. 그런데 이 차이를 설명하는 것은 복잡한 심리음향학적인 문제입니다. 미묘한 현상으로 인식되는 이 문제에 대한 모든 조사는 사실 몇몇 사람들의 주의 깊은 관찰로 시작되었습니다. 어떤 엔지니어나 평론가들은 근거가 확실한 차이점을 지적하고 설명하고자 부단히 노력하곤 합니다. 또 어떤 사람들은 온전한 이론이 아닌 분분한 의견만을 늘어 놓기도 합니다.
이런 상황 속에서 공상과 사실을 가리는 것은 전적으로 듣는 사람의 몫입니다. 심리음향학적으로 음악인들은 엔지니어들에 비해 좀더 확실한 주제를 만들어 갑니다. 표준 용어를 사용하여 표현할 능력이 없을지는 몰라도 "귀에 의한" 음악인들의 측정 기술은 매우 의미있어 보입니다. 그러나 귀의 반응이 오실로스코프의 반응에 비해 매우 제각각일 수 있다는 가능성은 반드시 고려해야 합니다.
어느 록 기타리스트의 다음고 같은 말은 시사적입니다.
"진공관 레코드는 좀더 낮은 음역을 갖는다.... 낮은 음역은 실제로 낮은 옥타브를 소리낸다"
그런가 하면 전문 스튜디오 연주가인 다음의 두 사람은 진공관 레코딩의 경우 재생 수준이 낮아도 중간 음역이 매우 깨끗하고 각 악기들의 소리가 독립적으로 살아 있지만 트랜지스터 레코딩은 치찰음과 심벌즈의 소리가 강하게 나는 경향이 있고 특히 낮은 재생 수준에서는 그 경향이 두드러진다고 말합니다.
"트랜지스터 레코딩들은 매우 깨끗하긴 하지만 훌륭한 진공관 레코딩이 갖는 "공기"가 부족하다"
"진공관의 경우에는 악기들이 크게 연주될 때라도 악기들 사이에 일정한 음간이 존재한다. 그러나 트랜지스터의 경우는 윙윙거리는 소리가 많이 발생한다."
위의 두 사람은 트랜지스터의 경우에 음악적으로 관계가 없는 많은 배음들(또는 고조파)과 화이트 노이즈도 발생하며 특히 공격적인 과도음에서 더욱 그렇다고 평했습니다. 또다른 사람은 이 현상을 "유리가 깨지는 소리"로 표현하기도 했는데 이것은 소리의 역동성(Dynamic)을 감소시킵니다. 트랜지스터의 이런 특성과는 달리 진공관은 부드럽게 과부하되기 때문에 이런 문제가 발생하지 않는다는 것이 일반적인 견해들입니다. 결론적으로 한 레코드 프로듀서의 말을 빌리면 다음과 같습니다.
"트랜지스터 레코드는 마치 담요에 덮인 것처럼 억제된 소리가 난다. 진공관 레코드는 스피커에서 소리가 튀어 나온다.... 트랜지스터는 고음부와 저음부를 갖기는 하지만 소리에 박력이 없다"
스튜디오에서 녹음된 크고 시끄러운 대중음악이지만 깨끗한 소리가 난 적이 있어 이러한 음악들을 샘플로 모으기 시작했고 우리는 그것이 어떤 방법으로 녹음되었는가를 추적해 보았습니다. 그 결과 이 음악들은 거의가 레코딩 콘솔이 진공관 프리앰프인 기계에서 녹음되었음을 발견했습니다. 대부분의 경우 레코딩 콘솔은 혼성 시스템이므로 이번에는 특별히 프리앰프라고 상세히 언급합니다.
전형적인 콘솔은 8개, 혹은 16개의 트랙 녹음기에 맞추기 위해 솔리드 스테이트 라인 앰프로 조절된 3개 혹은 4개의 트랙을 가진 제품이기 때문입니다. 광범위한 조사 결과 우리는 진공관 회로가 명확한 음질의 차이를 만들어내는 곳은 마이크로폰 프리앰프와 스피커나 디스크 커터를 작동시키는 파워앰프, 단 2곳 뿐이라는 것을 알아냈습니다. 이 둘은 기계적-전기적 접촉면이 있는 장치들이기도 합니다.
연구를 더 진행시키기 위한 준비로서 우리는 실제로 스튜디오를 작동시키는 상황에서 마이크와 프리앰프의 신호 레벨을 조사하기로 했습니다. 여기에서 어떤 실마리를 찾을 수 있기를 바라면서 이 작업을 좀더 진행시키고 전기적 작동 조건과 주관적인 음향학적 소리 배색과의 관게를 연관시켜 보기로 했습니다. 그간 발행된 출판물 자료들을 살펴본 끝에 이 영역에서는 거의 아무런 작업도 이루어지지 않았다는 사실도 알게 되었습니다. 대부분의 마이크 제조업자들은 표준 테스트 조건에서의 출력 수치들에 대해 여러가지 다양한 자료를 내놓고 있었습니다. 그러나 이것을 마이크의 거리와 연주하는 부분을 고려하여 환산하는 것은 다소 어렵습니다. 프리 앰프 회로는 소음 환경을 충분히 고려하도록 설계 되었습니다. 그러나 실제적인 마이크 작동 수준을 기준한 것은 아닙니다. 왜곡은 여러가지 방법으로 표현되었지만 음악적 음질에 대한 언급은 거의 없었습니다.
마이크 출력 레벨
서로 다른 여러가지 타입의 마이크 출력 전압을 대략적으로 파악하기 위해 연구팀은 오실로스코프를 레코딩 콘솔의 인풋 단자들과 병렬로 연결했습니다. 그 결과 정상적인 대중 음악은 연주시간동안 1V 이상의 피크 기록이 많았고 특히 목소리와 드럼에 대해 마이크를 근접시켰을 때는 더욱 그러했습니다. 전선에 흐르는 리니어 전압의 크기 때문에 10dB 음역 이상은 오실로스코프로 측정하기는 어려웠습니다. 그래서 단순한 형태의 양극 로가리듬 앰프를 별도로 제작하여 측정 가능한 음역을 대략 40dB까지 확대시켰습니다. 수많은 테스트와 관찰을 통해 우리는 마침내 피크를 계속 유지시킬 수 있는 데시벨 측정기를 만들어 내기에 이르렀습니다. 이 회로는 약 10초동안 정확히 2dB 이내에서 50ms 이상 동안 과도음 피크를 유지했습니다. 50ms는 그것을 기록할 수 있을 만큼의 충분한 시간입니다. 로가리듬 오실로스코프를 사용함으로써 디스플레이와 피크 기록기의 병용은 실제 마이크 신호에 대한 풍부한 자료를 얻는 데 매우 유용했습니다.
▲ 퍼커션 사운드를 위한 마이크 별 출력 레벨
현재 대부분의 레코딩 콘솔에는 프리앰프의 수용한계를 넘어서는 신호레벨을 낮추기 위해 마이크 인풋 부분에 가변저항 기능이 있는 패드를 사용하고 있습니다. 이러한 인풋 패드의 일반적인 사용은 아마도 시끄러운 락 뮤직의 출현과 더불어 시작된 것으로 생각될지 모릅니다. 그러나 사실은 그렇지 않습니다. 20여년 동안 금관악기와 목소리에 대한 근접 거리에서의 마이크 레코딩에는 U-47 마이크가 일상적으로 사용되어 왔습니다. 그리고 이것은 현재 트랜지스터 앰프가 사용되는 실재의 레코딩 작업과 일치하지 않습니다. 그러나 대부분의 진공관 콘솔은 인풋 패드를 사용하지 않고 이 같은 마이크로 작업을 해도 거의 눈에 뜨일만한 왜곡을 나타내지 않습니다. 분명히 금관 악기 연주자들과 가수들이 과거보다 훨씬 더 크게 소리를 내지는 않을 것입니다. 마이크 거리는 예나 지금이나 대략 비슷하다고 봐야 합니다.
프리앰프의 세부 사항들 역시 그렇게 많이 변하지 않았음은 물론입니다.
▲ 노이만 U-47 마이크를 통해 테스트한 다양한 사운드의 피크 출력
그렇다면 조사를 좀더 진행시키기 위해서 한 가지 가정이 필요합니다. 오디오 프리앰프의 일상적인 평가에 있어서 프리앰프는 선형 범위, 즉 고조파 왜곡이 10% 미만인 상태에서 작동된다고 가정하는 것입니다. 이 범위에서 진공관과 트랜지스터의 실행 특성은 매우 유사합니다. 그러나 앞에서 서술한 것 처럼 앰프는 때로는 심각한 왜곡을 야기할 수도 있는 신호 레벨에서 선형 범위를 훨씬 넘어 작동되는 경우가 많다는 것입니다. 때문에 이런 조건 하에서 진공관과 트랜지스터는 음의 관점에서 볼 때 매우 다르게 대응하여 작용하는 것으로 보입니다.
프리앰프의 왜곡 특성
우리는 시판되는 제품 중 각각 설계가 다른 3종류의 프리앰프를 레코딩 스튜디오에 설치하고 각각 게인이 40dB이 되도록, 그리고 ±18dBm에서 과부하점이 총 고조파의 왜율(THD) 3%가 되도록 조정했습니다. 첫번째는 트랜지스터 프리앰프이고 두번째는 OP 프리앰프이고 세번째는 3극관을 사용한 프리앰프였습니다. 앰프 출력을 600Ω 이내로 제한하고 각각을 모니터링 시스템에 연결했습니다. 테스트 시그널과 U-87 마이크 등은 각각의 프리앰프 인풋 단자에 상호 연결이 가능하도록 했습니다.
시청자들은 조종실의 모니터 스피커에서 나오는 3개의 각기 다른 앰프에서 재생되는 사운드에 귀를 기울였습니다.
테스트 시그널이 한 앰프에서 다른 앰프로 바꾸었을때 음질을 판단하기 위해서였습니다. 첫번째 앰프와 두번째 앰프에 대해서는 심각하게 왜곡된다는 사실에 모두 동의했습니다. 그러나 세번째 앰프(3극 진공관 앰프)의 음질은 깨끗했습니다. 테스트는 각각의 앰프 소리가 왜곡되지 않을 때까지 마이크에 감쇠 패드를 끼워 넣어면서 7회까지 반복했습니다.
트랜지스터 앰프는 눈에 띄는 왜곡을 나타내지 않으면서도 5~10dB의 과부하를 견뎌 냈습니다. OP 앰프는 약 5dB의 과부하에서 현저한 왜곡을 보였습니다. 좀더 귀를 기울인 결과 앰프가 현저한 음질의 차이를 보이는 것은 초기의 부하 범위에서만이라는 것이 밝혀졌습니다. 일단 앰프가 왜곡 범위로 들어가면 앰프들은 모두 비슷한 수준의 왜곡음을 냈습니다. 정상적인 범위에서 3개의 앰프는 모두 깨끗한 소리를 냈습니다.
청음 테스트 결과 과부하의 한계가 앰프의 종류에 따라 광범위하게 다르다는 사실이 분명하게 밝혀졌습니다. 기술적인 연구 결과 어떠한 앰프라도 과부하점에 도달하는 순간 왜곡이 증가한다는 사실도 밝혀졌습니다. 위의 테스트는 모든 앰프가 이런 왜곡에 감지되지 않는 상태로 어느 정도까지는 "과부하를 견디는 것"을 보여 줍니다. 초기 부하 상황에서 나타나는, 귀에 들리지 않는 이러한 배음들은 아마도 진공관과 트랜지스터 사이의 음 배색 차이를 만드는 원인이 될 수도 있다는 결론을 가능하게 만듭니다.
오디오 앰프에서 나타나는 고조파 왜곡의 일반적인 경향을 알아보기 위해 50개의 서로 다른 회로에 대한 과부하 곡선이 짜여졌습니다. 진공관 회로를 대표하는 것으로는 잘 알려진 12AX7과 12AY7 3극 진공관, 그리고 8627,7586 nuvitor,5879 5극 진공관이 테스트에 사용되었습니다. 이 진공관들은 모두 레코딩 콘솔 프리앰프에 광범위하게 사용되는 것들입니다. 트랜지스터 쪽에서는 2N3391A, 2N5089, 그리고 2N3117 실리콘 NPN 트랜지스터들이 모두 콘솔과 테이프 레코더 회로에 널리 사용되는 이유로 채택되었습니다. 비교를 위해 2N5089의 PNP 자매품인 2N5087에 대한 테스트도 이루어졌습니다. OP앰프는 잘 알려진 709와 LM301 모놀리식 유니트, 그리고 시판되는 것 중에서 레코딩 콘솔에 사용되는 2개의 혼성 설계품이 포함되었습니다.
이 제품들은 모두 바이어스 포인트로 최대의 비왜곡 출력 변동을 허용하는 개방 루프로 작동시켰습니다. 그 결과 "진공관이 트랜지스터에 비해 좀더 부드럽게 과부하가 걸린다"는 오디오 상식은 분명히 잘못된 정보임이 밝혀졌습니다. 또 2개 이상의 앰프 스테이지를 사용한 4개의 서로 다른 프리앰프에 대한 왜곡 특성을 알아본 결과 모든 의율 곡선들의 경사가 비슷하게 달리고 있음을 밝혀 냈습니다.
그 외에도 각각의 배음 진폭을 측정하기 위해 똑같은 그룹의 프리앰프들에 대해 스펙트럼 분석기를 사용한 또다른 일련의 실험도 행해졌습니다. 각각의 프리앰프들은 배음 왜곡 1%의 기준점에서 시작해 과부하 상태에서 12dB로 작동시켰습니다. 그 결과로 나온 좌표에 따라 앰프들은 서로 명확히 다른 3그룹으로 나누어 졌습니다.
진공관 앰프의 특성
전형적인 스테이지 12AY7 앰프의 진폭 부분은 실험에 사용된 몇 개의 싱글 엔디드 멀티스테이지 3극 진공관들 가운데 대표적인 것입니다. 이 앰프의 두드러지는 특성은 2차 배음이 가장 우세하고 그 뒤를 이어 근소한 차이로 3차 배음 역시 현저하게 높다는 점입니다. 4차 배음은 3차와 평행을 달리면서 뒤쪽에서 3~4dB로 상승했습니다. 5, 6, 7차 배음은 12dB(과부하 지점)까지 5% 이내에서 머물렀습니다. 이러한 특성은 실험에 사용된 모든 3극 진공관 앰프들이 보여준 일반적인 특성들이었습니다. 과부하 상태인 12dB에서의 곡선 형태에서 클리핑은 듀티 사이클과 비대칭을 나타냈습니다. 이것 또한 실험에 사용된 모든 3극 진공관 앰프들의 특성이기도 했습니다.
▲ 멀티스테이지 "커패시터"가 커플된 트랜지스터 앰프의 왜곡 요소들
2스테이지 싱글 엔디드 5극 진공관은 왜곡은 3차 배음이 우세하고 2차는 똑같은 기울기로 뒤에서 약 3dB로 상승했습니다. 4차와 5차가 모두 두드러지는 반면 6차와 7차는 5%이내에서 머물렀습니다. 12dB에서의 곡선 형태는 3극진공관과 유사했으나 그것의 듀티 사이클은 3극 진공관과 같을 정도로 많이 변동되지는 않았습니다.
이 2가지 예가 모든 진공관 앰프를 대표한다고 추측하는 것은 타당하지 않습니다. 그러나 진공관 앰프의 주요 특성은 2차와 3차의 배음이 강하다는 점이며 때로는 4차와 5차가 이것을 뒤따르기도 합니다. 그러나 언제나 진폭에 있어서는 2차와 3차가 훨씬 큽니다. 5차보다 더 높은 배음은 과부하가 12dB을 넘어설 때까지 나타나지 않습니다. 이러한 특성은 회로 디자인 파라미터에 나타나는 광범위한 변동에 대해서도 마찬가지인 것으로 보입니다. 진공관 앰프에 있어서의 극단적인 차이는 2차와 3차의 배음 위치가 번갈아 발생한다는 것입니다. 이러한 효과는 5극 진공관만의 특성은 아니라 3극 진공관의 공통적인 특성이기도 합니다.
▲ 1000Hz톤에서 12dB이 오버로드 된 커패시터 트랜지스터 앰프의 웨이브 폼
트랜지스터 앰프의 특성
모든 트랜지스터 앰프들의 현저한 특성은 3차 배음 부분이 강하다는 것입니다. 나머지들도 배음이 나타나지만 3차에 비하면 진폭이 훨씬 낫습니다. 과부하가 일시정지 지점에 이르면 비교적 높은 배음들이 모두 동시에 상승하기 시작합니다. 이 앰프들의 곡선 형태는 대칭 클리핑과 거의 완벽한 듀티 사이클을 보이는 뚜렷한 방형파입니다. 관찰에 사용된 두 앰프 모두 싱글 엔디드 인풋과 푸시풀 아웃풋을 가지고 있습니다. 그러나 두 앰프의 회로 설계는 근본적으로 다릅니다.
▲ 멀티스테이지 "트랜스포머"가 커플된 트랜지스터 앰프의 왜곡 요소들
▲ 1000Hz톤에서 12dB이 오버로드 된 트랜스포머 트랜지스터 앰프의 웨이브 폼
OP앰프의 특성
OP앰프는 트랜지스터의 특성과 유사하게 3차에서 왜곡이 두드러지며 가파른 상승 곡선을 그리고 있습니다. 또한 4차 배음과 5차 배음이 같은 지점으로부터 매우 강하게 상승하고 있습니다. 모든 고른 배음들이 완벽하게 억제되고 있습니다. OP앰프들이 그리는 곡선 형태는 완벽한 방형파입니다. 하나의 실험 대상 그룹에서 OP앰프들은 여기서 나타나는 곡선으로 볼때 거의 편차가 없는 가장 균일한 곡선 형태의 특성을 갖습니다.
▲ 하이브리드 출력단을 사용하는 모노리딕(단일구조의) OP앰프의 왜곡 요소들
오디오 신호가 갖는 과도음적인 특성으로 볼 때 정상 상태에서의 단일 주파수 왜곡 분석은 의문스러운 결과를 낳을 수도 있습니다. 사실 오디오 시스템에 대한 실험을 위해 사인파와 펄스 시험 시그널을 이용하는 것에 대한 찬반 논쟁이 그 동안 수많은 공학 논문들의 주제가 되어 왔습니다.
그러나 실험의 목적을 위해 즉석에서 몇 분 동안 전자 신시사이저를 연주한 결과 악기들은 빠른 진동을 일으키지 않는 것으로 증명되었습니다.
음악적 배음의 의미
앰프들을 왜곡 특성에 따라 3그룹으로 나누고 난 그 다음 단계는 어떻게 배음을 듣기와 관련시킬 것인가를 정하는 것입니다. 이 부분에서 전자공학적인 왜곡과 음악적 톤의 배색 사이에는 밀접한 평행관계가 이루어지며 진공관과 트랜지스터의 소리가 어째서 다른가 하는 것에 대한 열쇠가 주어집니다. 아마도 이 방면에서 가장 식견이 있는 권위자는 바로 오르간과 악기를 만드는 장인들일 것입니다.
몇년 간의 주의 깊은 관찰을 통해 이 장인들은 다양한 배음들을 어떻게 악기의 음질 배색과 연결시킬 것인가를 결정하는데 가장 고심을 했다는 것을 알게 되었습니다.
악기의 기본 음색의 특성은 처음 얼마간은 배음의 세기에 의해 결정됩니다. 각각의 낮은 배음들은 그것이 현저하게 지배적일 때나 혹은 그것이 또다른 우세한 배음의 효과를 수정할 수 있을 만큼 두드러질 때 그 자신의 특성적 효과를 드러냅니다. 가장 단순하게 분류할 때 낮은 배음들은 2개의 음질 그룹으로 나누어 집니다. 홀수차 배음은 (3차와 5차) "막힌" 혹은 "덮인"소리를 만듭니다. 고른 배음은 (2차, 4차, 6차) "합창하는" 혹은 "노래하는" 소리를 냅니다.
2차와 3차 배음들은 앞 부분에서 기술한 전자공학적 왜곡의 관점에서 볼 때 가장 중요합니다. 2차 배음은 음악적으로 기본음 위의 옥타브이며 거의 들리지 않습니다. 그러나 그것은 소리를 야무지게하고 힘을 더하여 꽉 찬 소리를 만듭니다. 3차 배음은 5도 음정, 혹은 제12음으로 불립니다. 그것은 많은 뮤지션들이 "담요에 덮인"이라고 표현하는 소리를 만들어냅니다.
음을 꽉 차게 하는 대신에 3차 배음의 강함에 5차 배음을 합하면 진폭이 증가하여 달갑지 않은 금속성의 소리를 내게 됩니다. 3차 배음의 강함에 2차 배음의 강함이 어울리면 "덮인"효과를 제거하는 방향으로 향하게 됩니다. 여기에 4차 배음과 5차 배음을 더하면 "개방 호른"의 방향으로 소리가 변하게 됩니다.
7차 배음보다 더 높은 배음들은 음색에 "날카로움(엣지)"이나 "자극"을 줍니다. 이 엣지가 기본 음색과 어울릴 때 소리에 날카로운 힘을 주면서 기본 음색을 강화시키기 쉽습니다. 7차, 9차, 11차 등 홀수차 배음이 갖고 있는 엣지 배음은 음악적 고저와는 상관이 없습니다. 그러므로 너무 강한 엣지는 귀에 거슬리는 불협화음을 내기 쉽습니다. 귀는 엣지 배음에 대해 매우 민감하기 때문에 그 진폭을 조절하는 것은 무엇보다도 우선적으로 중요합니다. 앞서 언급한 트럼펫 음색에 대한 연구는 엣지 효과가 음색의 시끄러움과 직접적인 관련이 있음을 보여줍니다. 똑같은 트럼펫 음표를 시끄럽게 혹은 부드럽게 연주하는 것은 기본음과 그보다 낮은 배음의 진폭에는 별다른 차이를 만들지 않습니다. 그러나 6차 보다 위의 배음들은 시끄럽게 소리내는 정도에 따라 거의 정비례로 진폭이 늘어나거나 줄어듭니다. 음에 있어서 엣지 배음의 균형은 사람의 귀에는 가장 결정적인 음량 신호입니다.
요인과 현상 사이의 관계
진공관과 트랜지스터의 소리에 차이를 만들어 내는 근본적인 원인은 앰프의 부하 범위에서 배음 왜곡 부분들에 실리는 무게입니다. 트랜지스터 앰프는 과부하에서 작동될 때 3차 배음 부분이 강하게 나타납니다. 이 배음은 레코딩에 부분적으로 영향을 미쳐 "덮인"소리를 냅니다. 그러나 진공관 앰프는 과부하될 때 전 주파수대역에서 배음들을 만들어냅니다. 특히 소리에 질은 금속성의 특성을 더하는 2차, 3차, 4차 그리고 5차 오버톤이 강합니다. 어느 앰프든 더 높은 과부하 범위로 들어가면 갈수록 7차, 8차, 9차 등과 같이 높은 배음의 진폭은 더욱 커집니다.
이것들은 소리에 엣지를 증가시키고 귀는 이 소리를 시끄럽다고 받아들이게 됩니다. OP앰프를 과부하시키면 엣지 배음이 급격하게 상승하여 5dB 범위 이내에서 불쾌하게 느끼게 됩니다. 트랜지스터는 과부하 범위를 대략 10dB 정도까지, 그리고 진공관은 20dB 이상까지 확대시킵니다. 이러한 기본 분석을 바탕으로 이 글 첫부분에서 서술된 심리음향학적 특성을 모든 타입의 앰프들의 전기적 배음 특성들과 연관시켜 보는 것은 어렵지 않습니다.
OP앰프에 대한 분석은 이 글을 쓰게 된 본래의 의도에는 포함되지 않는 부분입니다. 그러나 실험들은 OP앰프들이 고유의 특성을 지닌 하나의 명확한 집단으로 구분되는 것을 보여줍니다. 기본적으로 OP앰프들은 과부하 상태에서 낮은 dB만으로 작동될 때 5차, 7차 배음이 강하게 나타납니다. 그것들을 합성하면 강한 왜곡이 있는 것으로 들리는 거친 엣지를 지닌 금속성의 소리가 납니다. 이 소리는 귀에 매우 거슬리기 때문에 분명하게 들리는 과부하 경고음의 작용을 합니다. 결과적으로 OP앰프는 과부하를 넘어서는 지역에서는 거의 작동하지 않습니다. 따라서 OP앰프는 앰프의 한계 이내의 정확한 다이내믹 레인지에서는 거의 음의 배색이 없는, 매우 깨끗하게 증폭된 소리를 냅니다. 정확한 다이내믹 레인지가 반드시 좋은 소리를 재생하는 결정적인 요인은 아니지만 그것을 잘 응용한다면 현재 사용할 수 있는 어느 시스템보다 훌륭할 것입니다.
이러한 과도 특성 때문에 OP앰프는 모든 과도음을 포함하지만 귀가 음악으로 인식하는 다이내믹 레인지의 꼭대기 부분만을 낼 수 있습니다. 정확한 다이내믹 레인지의 레코드가 제한된 범위의 시스템으로 연주될 때 그 소리는 매우 약합니다. 이것은 트랜지스터 레코드가 매우 깨끗하긴 하지만 마찰음이 심하다는, 이 글 처음 부분에서 인용한 한 청취자의 논평과 직접적인 관련이 있습니다.
트랜지스터 앰프의 특성은 잡음 혹은 화이트 노이즈와, 음에 있어서의 "박력"의 부족입니다. 물론 이 잡음은 과도음에서 과부하에 의해 만들어진 엣지와 직접적인 관련이 있습니다. 이것이 화이트 노이즈라고 추측하는 것은 7차, 9차 배음처럼 많은 엣지 배음이 음악적으로 기본음과는 관련이 없다는 사실 때문입니다. 이러한 불쾌한 음색들은 일종의 소음으로 들립니다. 박력의 부족은 들리지 않는 "담요를 덮은" 소리인 3차 배음이 강하기 때문입니다. 이것은 충분히 커다란 패드를 사용하여 모든 피크가 앰프의 포화 지역에 도달하는 것을 막음으로써 교정할 수 있습니다. 그러나 살제적인 관점에서 볼 때 대부분의 레코딩 콘솔에서 이런 방법을 사용할 수는 없습니다. 이 2가지 문제를 완화시키기 위해서는 프리앰프의 인풋 부분에 보조 피크 표시기를 부착합니다. 그러면 OP앰프가 다이내믹 레인지에서 작동하는 소리와 매우 가까운 소리를 내게 될 것입니다.
진공관 앰프는 과부하 범위에서 귀에 거슬리는 왜곡 없이 작동된다는 점에서 트랜지스터 앰프나 OP앰프와 다릅니다. 느리게 상승하는 엣지와 개방 배음 구조라는 과부하 특성의 결합으로 거의 이상적인 수준의 사운드-레코딩 컴프레서를 형성합니다. 15~20dB의 "안전한" 과부하 범위 내에서 진공관 앰프의 전기적 출력은 리미터(진폭 제한 회로) 처럼 작용하면서 단 2~4dB정도만 증가했습니다. 그러나 엣지가 이 범위 내에서 증가하기 때문에 주관적인 시끄러움은 압축되지 않는 채 귀에 남습니다. 이 효과는 진공관으로 증폭된 신호가 볼륨 인디케이터에는 나타나지 않는 높고 뚜렷한 수준을 갖도록 만듭니다. 진공관의 소리는 더 크게 들리며 트랜지스터 앰프에는 없는 이 여분의 헤드 룸 덕분에 시그널 대 소음의 비율이 훨씬 양호합니다.
진공관은 본래적으로 금속성이 나는 과부하 특성 때문에 힘을 갖습니다. 라우드니스 신호가 높은 수준에서도 기록될 수 있고 좀더 부드러운 신호 또한 라우드니스가 좋아질 수 있기 때문에 좀더 효과적으로 명료해지는 것입니다. 낮은 음의 응답이 많다는 느낌은 "본래적인" 낮은음으로 "합성적인" 낮은 음을 강화시켜 주는 2차와 3차 배음 부분이 강하다는 것과 직접적인 관련이 있습니다. LP플레이어와 같이 제한된 다이내믹 레인지의 환경에서 진공관 프리앰프를 사용하여 이루어지는 레코딩은 좀더 뚜렷한 레벨을 보이며 트랜지스터나 OP앰프를 사용하여 이루어지는 레코딩에 비해 훨씬 더 큰 S/N비를 나타내고 좋은 소리로 들리곤 합니다.
|
'Audio' 카테고리의 다른 글
| 드디어 발톱을 드러낸 SAEC의 비기 SAEC (0) | 2024.03.01 |
|---|---|
| 숨은 장인이 만든 명품의 향기 "Top Wing" (0) | 2024.03.01 |
| 오디오의 친구들 (0) | 2024.03.01 |
| 300B 싱글앰프 작동메카니즘 살펴보기 (0) | 2024.03.01 |
| S세대의 음악듣기 (0) | 2024.03.01 |
