이 글에서 이야기하는 밸런스 출력은, 마이크, 오디오 인터페이스, 컨버터, 프리앰프 등의 라인 레벨 출력 장비를 말하고 있습니다.
밸런스 출력의 구현 방식에는 대표적으로 3가지가 있습니다.
일단 장비의 내부 신호 회로는 언밸런스로 처리되게 됩니다. 내부 회로에서 밸런스 신호로 신호 처리를 하게 되면, 쓸데없는 일을 2번씩 하게 되는 것이므로, 보통 그렇게 하지 않습니다. 그렇기 때문에 내부에서 언밸런스로 여러가지 신호 처리(프리앰프, 이퀄라이저, 컴프레서 등등)를 한 다음, 출력 회로에서 밸런스로 전환하는 방식으로 출력하게 됩니다.
마이크의 경우에는, 주로 트랜스포머 아웃이나, DC coupled 아웃이 많이 사용되며, 오디오 인터페이스는 DC coupled 아웃과, 액티브 버퍼 아웃 방식을 주로 사용합니다.
트랜스포머 아웃
트랜스포머 밸런스 출력, 이것은 트랜스포머를 이용해서 패시브 방식으로 신호의 +와 -를 출력해 내는 방식입니다.
트랜스포머 출력과 액티브 버퍼 출력은 밸런스 신호의 원리에 위해 아래와 같이 DC bias 가 자동으로 제거 되게 됩니다.
전력이 필요하지 않은 패시브 방식이고, 트랜스포머의 품질에 따라 고역대 대역폭 및 THD의 정도가 달라지게 됩니다.
액티브 버퍼 아웃
Op-amp, 또는 FET(전계효과 트랜지스터)를 이용하여 소리를 복사 하여 + – 의 밸런스 출력을 구사하는 방법입니다.
트랜스포머 출력과 액티브 버퍼 출력은 밸런스 신호의 원리에 위해 아래와 같이 DC bias 가 자동으로 제거 되게 됩니다.
저역이 사라지는 일은 없습니다. 다만 액티브 버퍼의 회로의 구성과 품질에 따라 성능이 달라지게 됩니다. 대신 회로 구성이 복잡해지고, 그 회로 품질에 따라 CMRR 이나 고역대 특성, 노이즈 플로어 등이 차이가 나게 됩니다. 출력부의 노이즈 플로어가 회로가 복잡하기 때문에 다소 높습니다. 회로가 부실한경우 CMRR 특성에 의해서 고역대가 답답해질 수 있습니다.
출력 임피던스는 낮은 편입니다.
보통 보면 다이내믹 레인지가 낮은데 소리가 좋은 하이엔드 오디오 인터페이스들의 출력 방식이 바로 이러한 케이스에 속합니다.
따라서, 다이내믹 레인지만 가지고 오디오 인터페이스의 성능을 평가 하는 것은 옳지 않습니다.
마이크에서는 따로 파워 서플라이가 있는 경우 종종 액티브 버퍼 아웃이 구현되기도 합니다.1)
DC coupled 아웃
이것은 언밸런스 신호에 들어있는 DC bias만 제거하여 여전히 언밸런스인 상태로 출력하는 방식입니다. 다만 +쪽에 신호가 있다 해도, -쪽의 임피던스가 맞지 않으면 제대로 동작하지 않기 때문에2), 신호가 없는 쪽에는 똑같은 임피던스를 매칭하게 됩니다.
다만 DC 성분을 제거하기 위한 캐패시터가, 완벽한 직류만 제거하기보다는 “직류에 가까운” 성분을 제거하는, 즉 로우컷 필터로 작동하기 때문에, 저역대의 손실이 발생하게 됩니다. 마이크에서 이러한 DC coupled 아웃을 구성하는 경우에는, 마이크의 출력 전압 자체가 작기 때문에, 캐패시터에 의해 적용되는 로우컷 필터의 기울기가 느슨하기 때문에, 다소 많은 저음이 사라질 수도 있습니다.
오디오 인터페이스의 경우는 라인레벨 아웃 출력이기 때문에, 마이크 의 출력에 비해서 신호 전압의 크기가 높습니다. 따라서 캐패시터 용량이 좀 더 최적화 되어서, 필터의 기울기도 많이 가파르게 구성되기 때문에, 마이크의 DC coupled 아웃 방식에 비해 저역이 없어지는 일은 마이크에 적용한 DC coupled 아웃보다 덜 합니다.
비슷하게 마이크 프리앰프에도 이러한 DC coupled output 을 사용하는 경우도 있는데, 오디오 인터페이스와 똑같이 라인 레벨인 경우 이므로 동일합니다.
회로가 매우 간단해서 출력부의 노이즈 플로어가 낮기 때문에 출력 다이내믹 레인지가 아주 높아집니다.
또한, 간단한 회로 덕분에 일반적인 다른 밸런스 출력 방식에 비해서 하이 대역이 시원하게 뚫려 있습니다.
저렴한 오디오 인터페이스인데 다이내믹 레인지만 엄청 높은 제품의 경우 바로 이러한 케이스들에 속하는 경우가 많습니다.
밸런스 임피던스 매칭 탓에 출력 임피던스가 다소 높아집니다.
DC coupled output을 구분하는 꼼수
라인아웃 출력에 헤드폰을 연결해보면, 액티브 버퍼 아웃이나 트랜스포머 아웃의 경우는 L 과 R 양쪽에서 소리가 납니다. + 와 – 에 둘다 신호가 있기 때문 입니다.
근데 DC coupled 아웃의 경우는 헤드폰을 연결해보면, 한쪽에서만 소리가 납니다. 왜냐면 한쪽은 임피던스만 매칭해 놓고 실질적인 신호는 없는 출력이기 때문입니다.
그러나 이러한 성질을 이용하여 아날로그 신디사이저에 CV out 을 출력하여 사용 가능한 장점도 있습니다.
생산 원가
DC coupled 아웃은 생산 원가가 저렴합니다. 전기도 들 먹습니다. 그래서 전력 소모가 적어야 하는 제품은 거의 DC coupled 아웃풋입니다. 버스 파워 오디오 인터페이스의 경우 거의 대부분 DC coupled out으로 구성됩니다.
액티브 버퍼 아웃 방식은 당연히 전력 소모가 들어가고, 전원부가 커집니다. 그래서 버스 파워 오디오 인터페이스는 이 방식으로 만들기 힘듭니다. 마이크도 따로 파워서플라이를 사용하는 마이크가 아니라면 이러한 액티브 버퍼 아웃 방식을 사용하기는 힘듭니다.
트랜스포머 아웃 방식은 트랜스포머의 퀄리티에 영향을 받습니다. 또한 트랜스포머 자체가 굉장히 비싼 부품 입니다. 마이크에는 트랜스포머 아웃을 사용해도 오디오 인터페이스에는 보통 사용하지 않습니다.
1) 대부분의 마이크는 트랜스포머 아웃 아니면 DC coupled out 임
2) 신호가 있는 쪽에서 없는 쪽으로 흘러 들어간다던지