대부분(거의 100%이다) 국내 오디오 업계의 제조사들은 오디오 기술에 대한 분석 없이, 마치 무슨 종교처럼 무조건 믿으라고 외치는 모습과는 판이하다.언젠가 국내 오디오 제조사들도 기술로 자신의 제품을 홍보하는 날이 오기를 기대하면서..
본 번역문의 진위 여부는 회원 여러분의 이성에 맡긴다.
길어야 더 좋은 S/PDIF 디지털 케이블
steve nugent
아마도 여러분들은 CDT 와 DAC 을 연결 하는 디지털 케이블의 길이가 적어도 1.5 m 는 되야 한다는 것을 듣거나 읽었는지 모르겠다. 사실 이것은 사용자의 CDT 의 S/PDIF(or Sony/Philips Digital Interface) 디지털 출력에서 나오는 신호의 동작에 따라 다르다. 원인은 케이블 길이가 너무 짧을 때 증가 되는 디지털 신호상의 지터로 밝혀졌다.
S/PDIF (or Sony/Philips Digital Interface)는 양쪽 끝에서 끝까지 75옴 임피던스 특성을 가져야 하는 디지털 시그널링 표준이다. 이 의미는 소스 구동기(CDT)가 75옴의 출력 임피던스를 가져야 하며, 또한 리시버(DAC) 가 75 옴의 저항을 가져야 한다는 것을 의미한다.양쪽 종단의 임피던스가 75옴으로 되어 있다면 CDT로 부터 DAC까지 이상적인 신호를 전달할 수 있고,CDT 와 DAC 간의 전송 경로에서 어떠한 반사(reflection)도 일어나지 않게 된다.
기본 가정은 전송 경로의 모든 컴포넌트가 75옴이어야 한다는 것인데, 전송 경로 상에는 드라이버(CDT내부) 와 리시버(DAC 내부), 그리고 터미네이션 제외하고 아래와 같은 컴포넌트들이 있다.
• 드라이버 칩에서 외부 배선으로 연결 하기 위한 지점까지 연결해 놓은 CDT 회로 보드상의 연결 라인 (보통 PCB로 되어 있음)
• 출력 커넥터까지의 배선
• CDT 출력 커넥터 잭 과 플러그 (BNC 또는 RCA 타입)
• 디지털 케이블
• DAC 입력 커넥터 잭 과 플러그 (! BNC 또는 RCA 타입)
• &n! bsp;&nbs p; 회로 보드까지의 배선
• DAC 회로 보드상에서 리시버 칩까지 연결해 놓은 연결 라인 (보통 PCB로 되어 있음)
만약 모든 컴퍼넌트가 75옴 특성의 임피던스가 아니라면 이러한 각각의 컴포넌트가 전송 라인상의 반사(reflection)를 유발 할 수도 있다.
이것이 75옴 특성의 임피던스를 갖지 않는 내부 배선과 회로 보드 상의 연결 부분에 대한 고려 없이 RCA 커넥터를 BNC 커넥터로 그냥 교체해서는 안된다는 이유이다.
나는 어떤 CDT 나 DAC 의 회로 보드상에서 임피던스 컨트롤을 하는 것을 본 적이 없다. 때때로 회로 보드에서 커넥터까지는 임피던스 컨트롤 하는 경우가 있기는 하지만 이것은 일반적이지 않은 특이한 경우이다.
임피던스 특성은 일반적인 테스터(DMM,볼트 메타 등)가지고는 측정 할 수 없다.그것은 sqrt(L/C) 로써 정의된AC 특성이기 때문이다. 여기서 L 은 전송 라인의 단위 길이당 인덕턴스(inductance 유도 계수)이고 C 는 단위 길이당 캐패시턴스(capacitance 정전용량)이다.
전송라인이 합당하게 매칭되어 있고 터미네이트되어 있다면, 디지털 신호의 전송은 어떠한 반사없이 매우 긴 거리를 지나 갈수 있다.단지 손실만이 인자로 남는다.
손실 또한 지터에 영향을 끼치며 이것이 일부 75옴 디지털 케이블의 소리가 다른 것 보다 나은지에 대한 이유이기도 하다.(심지어 잘 매칭된 임피던스 컨트롤된 시스템 보다 낫다.이것은 별도로 다루기로 한다.)
CDT 의 전송라인에서 신호가 송출될 때, 라이징 에지와 폴링 에지로 구성된 전압은 원래 스퀘어 웨이브 그 이상도 이하도 아니다.
이러한 에지는 약 -250Mv 에서 + 250mV 전압의 트랜지션에 불과하다. 마이너스 전압에서 플러스 전압으로 라이징 에지 트랜지션이라 하고 플러스 전압에서 마이너스 전압으로의 변동을 폴링에지 트랜지션이라고 한다.
에지 트랜지션이 발생하였을 때, rise-time 또는 fall-time 가진다고 설명할 수 있다. 전체 전압 스윙의 약10%에서 90% 가 트랜지션을 위해 소모 하는 시간이 된다.특히 rise-time 은 전송라인상에 반사를 유발하기 때문에 매우 중요하다.만약 rise-time 이 매우 느리고(50 나노초 정도) 전송라인이 길다(너무 길면 안된다)면 전송 라인상의 반사가 없게된다. 다시말해서! , rise-time 이 1 나노초 보다 작다면 반사는 모든 바운더리(회로 ! 보드에서 부터 커넥터로 가기위한 배선 까지의 연결)에서 발생한다.
일반적인 CDT 는 약 25나노초 정도의 rise-time 을 가진다.오디오 제조사의 주요 관심사중 하나는 신뢰성있는 인터페이스 를 만드는 것 뿐만이 아니라, 전자기 간섭과 방사에 대한 FCC 규정을 통과 하는 것이다.
FCC 규정에 대한 테스트를 완료하면, 제조사들은 매우 수준 낮고 값싼 케이블을 연결하여 다시 방사를 측정한다.이러한 테스트를 안전하게 통과시키기 위해서 , 그들은 수많은 예방 조치를 한다. 그중 하나는 필요한 25나노 초 RISE-TIME 보다 느리게 수정 하는 것이다.다른 방법은 CDT 안에 신호 성분으로부터 고주파 성분을 제거 하기 위해 여러가지 필터를 넣는 방법이다.이러한 수정의 결과 로써, 너무 짧은 디지털 케이블을 사용하면 문제가 발생 하게 되는 것이다. 결론적으로 그것은 느린 rise-time 의 결과 이다.
하지만 느린 rise-time 은 장점도 가진다. 회로 보드 연결선과 싸구려 배선,그리고 RCA 커넥터는 같은 임피던스 특성의 불연속성은 신호 무결성이나 전압 "모습"에 적은 영향을 가진다. 왜냐하면 트랜지션이 느리고, 진폭에 비하여 반! 사가 높지 않기 때문이다.그래서 지터에 영향을 덜 받는다.그럼에도 불구하고, 손실은 실제 트랜지션이 발생할 때의 불확실성을 유발하는 느린 에지를 리시버 칩에서 감수해야 하는 것이다.
지터는 느린 트랜지션의 부정확한 인식에 의해 리시버 칩에서 생겨난다.
전송 라인에서 트랜지션이 발생할 때, 반대편 종단으로 전파 또는 통과 하기 위해 어느 정도의 시간이 소요된다.전달 속도는 빛보다 다소 느린, 약 2 나노초/ 피트(12 inches, 1/3 yard, 30.48cm)이나, 디지털 케이블에서 사용된 유전체에 따라 달라 질수 있다. 트랜지션이 전송라인의 종단(DAC)에 도착하였을 때, CDT 안에 있는 드라이버로 돌아오는 반사가 발생할 수 있다.작은 반사는 잘 매칭된 시스템에서도 발생 하곤 한다.반사가 드라이버에 도착하였을 때,그것은 다시 또 DAC 으로 반사된다.케이블 내부의 손실에 따라 다르지만 여러 번 반사되는 핑퐁 효과가 지속적으로 발생한다.
일반적으로 낮은 손실율을 가진 고급 디지털 케이블을 사용할 때에도 완전히 손실되어 사라질 때 가지 3~5번 정도 반사가 발생한다.
그렇다면, 이것이 어떻게 지터에 영향을 끼치는가! ? 첫번째 반사가 DAC 으로 돌아올 때, 완료되지 않은 트랜지션이 이미 리시버에서 진행 중이고 이라고 가정하면,반사 전압은 시간을 shift 하는 트랜지션을 유발하는 트랜지션 전압에서 자신을 중첩하게 된다.DAC 은 이러한 time-shift 된 상태에서 트랜지션을 샘플링하고 거기에 지터가 발생하게 된다. 자 이제 수치적인 예를 보자.
만약 rise time 이 25 나노 초 이고 케이블 길이가 3 피트,그때 전파 시간은 약 6 나노 초이다. 한번 트랜지션이 리시버에 도착하면, 드라이버로 돌아오는 회기 반사 전파(6 나노 초)와 그때 드라이버가 리시버로 반사(6 나노초) = 12 나노초. 그래서, 리시버 측에서 보면,25나노초 트랜지션 시작이후에 12나노 초 반사 중첩을 가진다. 이것은 리시버가 대략 0 볼트 근처에서 트랜지션을 샘플링하게 만든다.
이제 케이블의 길이가 1.5 미터라고 가정하다. 반사는 리시버에서 25나노초 트랜지션이 시작된 이후에 18나노초에 도착 한다.이것은 좀 더 낫다. 왜냐하면 리시버가 이미 이때 트랜지션 샘플을 획득하기 때문이다.
또 다른 확실한 해결법은 트랜스포트의 S/PDIF 드라이버를 보다 제대로 만드는 것이다.만약 트랜지션이 25나노초가 아니라 단지 10나노초를 소요 한다면, 0! .5 미터 케이블에서 반사는 6나노초에 도착 할 것이며, 1 미터 케이블에서 반사는 트랜지션이 끝난 이후에 도착할 것이다.또한 보다 빠른 트랜지션은 리시버가 미리 스위치 할 수 있게 만든다.그것은 지터를 보다 줄이게 된다.
위에서 언급한 것과 같이, 부품 제조사는 이러한 빠른 트랜지션 타임을 제공하는 것을 꺼려한다.왜냐하면 그것은 싸구려 케이블로 테스트 하면 FCC 인증을 받지 못하게 만들것이기 때문이다.
지금까지 살펴본 바와 같이, 디지털 부분에 대한 수정은 큰 차이를 만든다는 것을 의미한다.트랜지션 시간을 빠르게 하고 정확한 임피던스 매칭을 관리 하는 것은 초보 자작파들이 쉽게 획득하는 어떤 것이 아니다.임피던스를 적절하게 매칭시키기 위해서는 특별한 도구와 측정 기술을 필요로 한다.이것은 단순히 75옴 Caddock (고성능 필름 타입 저항 제조 회사명 : http://www.caddock.com/) 저항을 납땜해서 붙여서 해결되는 그런 문제가 아니다. 이러한 수준의 개선 작업은 입증된 수준의 기술자에게 남겨진 일이다.한번 임피던스가 정확하게 매치되고 트랜지션 시간이 감소되면 , 트랜스포트는 여러 종류의 디지털 케이블에 덜 민감하게 된다.그경우 짧은 케이블이 더 나으며, 그 결과는 보다 초점이 잘 맞고,명확하고 깨끗한 소리를 들려 줄 것이다.
Steve Nugent
Empirical Audio
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