오디오튜닝이론

튜닝의 기초 대부분의 오너들은 카 오디오 업 그레이드시 장착가에게 '소리가 좋아지려면 기존 시스템에 무엇을 추가해야 하나요?'라는 질문을 던지게 된다. 그럴 경우 가장 많이 듣는 대답은 '헤드유니트나 스피커를 한번 바꿔보시죠. 혹 저음에 힘이 부족하면 앰프를 바꾸어 보시든지...'이다. 이같이 국내 카 오디오 장착가나 고객들은 소리가 만족스럽지 않을 경우 오디오 기기 추가나 기존 기기의 업 그레이드를 가장 먼저 머리에 떠올리게 되는데, 과연 음질 향상을 위해 우선적으로 해야 할 일이 '기기 교체'일까? 그러나 실제 기기만을 바꾸어 장착하는 '업 그레이드'는 돈은 돈대로 쓰고도 음질면에서 뚜렷한 향상이 되지 않는 말, 그대로 돈 낭비로 끝나는 경우가 많아 숍의 신뢰도에 흠집을 주고 고객의 발길을 다른 숍으로 돌리게 하는 원인이 되기도 한다. 따라서 성급한 업 그레이드 보다는 기존 오디오 기기간에 최상의 효율이 날 수 있도록 정확한 시스템 튜닝을 우선적으로 실행한 뒤 튜닝만으로 부족한 부분을 기기 추가나 업 그레이드로 자연스럽게 연결시키는 것이 고객에게 더 깊은 신뢰를 줄 수 있을 것이다. 실제로 상당한 음질의 향상이 장착 후의 정확한 튜닝 부분에서 만들어지는 것을 감안한다면, 보다 좋은 음질의 향상을 위해선 보다 정확하고 근거있는 튜닝방법의 습득이 필요하다고 하겠다. 장착이 반, 튜닝이 반! 흔희 카 오디오의 음질은 '장착이 반, 튜닝이 반'이라고들 한다. 이 말은 전체 시스템 디자인이나 적합한 기기 선정, 혹은 기기 간의 알맞은 연결, 배선 등의 장착 부분도 중요하지만, 각 오디오 기기가 최상의 효율을 발휘할 수 있도록 서로간의 매칭과 튜닝이 차지하는 부분이 매우 크다는 것을 의미한다. 하지만 대부분의 장착가들은 카 오디오 기기 선택이나 장착기술 습득에는 많은 시간과 노력을 투자하면서 눈에 띄지 않는 튜닝 부분에서는 상대적으로 비중을 많이 두지 않는 경향이 있는데, 이것은 전문 튜닝 지식의 부족과 들려주는 튜닝보다 보여주는 장착에 많은 비중을 두고 작업하기 때문이다. 튜닝이란? 그렇다면 '튜닝'이란 과연 무엇일까? 이것은 크게 나누어 레벨 매칭과 주파수 반응의 조정을 말할 수 있는데, 우선 레벨 매칭은 S/N비의 극대화와 폭넓은 다이내믹 헤드룸을 얻기 위한 것이 주된 목적이다. S/N(Signal to Noise) 비율이란? S/N비는 dB로 나타내며, 예를 들어 'S/N비가 85dB'이라는 것은 '시그널(음)이 시스템 노이즈 레벨보다 85dB 높다'는 것을 의미한다(노이즈 : 원음에는 포함되어 있지 않으나 재생 과정에서 추가된 그외의 모든 음을 지칭한다). 높은 S/N비는 각 기기간의 허용 입력과 출력의 이상적인 조정을 통해 만들 수 있는데, 평균적으로 S/N비가 90dB 이상이면 좋은 편에 속하고 100dB 이상이면 아주 높은 수준이라고 볼 수 있다.

[표 1] S/N비가 나타내는 시그널과 노이즈와의 관계 Signal to Noise 노이즈 대비 시그널의 배율 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0 3.20 10.00 32.00 100.00 316.00 1,000.00 3,162.00 10,000.00

주파수 반응 조정 주파수 반응의 조정은 각 주파수 대역간의 높낮이를 심한 편차가 없는 매끄러운 감응 곡선을 만드는데 그 목적이 있다. 그러나 편차가 전혀 없는 일직선의 주파수(flat curve) 감응이라 해서 반드시 이상적인 좋은 소리를 뜻하는 것은 아니며, 플랫 커브에서 사람이 느끼는 소리는 오히려 좋지 않은 경우가 대부분이다. 왜냐하면 대다수의 사람이 감응하는 귀의 특성과 음악적 취향은 저음부와 고음부는 출력을 높이거나 기타 조정을 하는 등 플랫 커브와는 상당한 거리가 있기 때문이다. 좋은 시스템의 주파수 감응은 EQ, 크로스오버, 스피커의 방향, 위상 보정, 타임 얼라인먼트, 스탠딩 웨이브 등 기타 여러 가지의 조절이 포함되며 이들의 조정은 음을 분석할 줄 아는 좋은 청각과 스펙트럼 애널라이저, RTA 등 테스트 기기의 도움으로 이룰 수 있다. 참조 : IASCA룰에 의하면 전 주파수 대역을 30밴드로 나누어 각 밴드간의 편차가 3dB 이상이 나면 만점 40점에서 감점이 되게 되어 있다. 최고로 편차가 심한 주파수 대역은 그 편차가 나는 dB만큼 감점하고 나머지 3dB 이상 편차가 나는 주파수 대역을 각 1점씩 감점하게 되어 있다.

S/N의 극대화
S/N비를 극대화하기 위해서는 각 시그널 프로세서와 파워 앰프간의 이상적인 입력 전압의 조정을 필요로 한다.
그림 1의 경우 EQ의 입력 전압이 너무 낮게 조정이 되어 있어 출력 전압이 최대 볼륨에서 0.3V라고 가정할 때 이러한 조건에서 충분한 음량을 스피커로 보내기 위해서는 앰프의 입력 게인을 이상적인 볼트보다 높게 조정을 해야 한다.
그런데 결과는 불행하게도 오디오 시그널 뿐 아닌 노이즈 시그널(시스템 히싱 노이즈, 일반 인듀스 노이즈)도 함께 증폭이 되어 음질이 형편 없을 뿐 아니라 다이내믹 헤드 룸도 없어 볼륨을 조금만 높여도 음이 찌그러지는 클리핑 현상까지 나타나게 된다.

일반적으로 앰프를 뒤쪽의 트렁크에 설치한다고 가정하면 대략 헤드 유니트와 앰프 간의 거리는 5∼6㎝ 정도가 되는데, 이때 시그널 케이블을 통해 유입되는 노이즈(알터네이터, 차체의 전기 배선, 컴퓨터 모듈 등으로 인한)를 대략 최소치로 잡아도 약 0.0001V가 된다.
이때 예상되는 S/N비는 다음과 같이 계산할 수 있다(케이블이 길어지거나 품질이 나쁜 것을 사용하면 더욱 많은 노이즈가 발생될 수 있음).
S/N = 20 × LOG(Signal Vrms / Noise Vrms)
S/N = 20 × LOG(0.3/0.0001)
S/N = 20 × LOG(3000)
S/N = 20 × 3.47
S/N = 69dB(노이즈가 많은 음질)

기기 간의 입력과 출력 조정을 통해 앰프의 게인을 필요 이상으로 높이지 않고도 출력을 높이고 더 넓은 다이내믹 헤드 룸과 노이즈가 없는 깨끗한 음질을 만들 수 있다(표 1 참조).
일부 제품 중 적절한 레벨 매칭 조정을 해도 출력 전압이 낮아 낮은 음압으로 인해 앰프의 게인을 조정하는 수가 있는데, 이때는 레벨 세트업시 사용하는 테스트 시그널을 1㎑ 사인 웨이브(0dB FS)를 기준으로 세팅을 하기 보다는 -5dB나 혹은 -10dB(음의 왜곡 현상을 느낄 수 있어 바람직하지는 않으나 높은 출력을 만들 수 있음)의 테스트 시그널로 레벨 세팅을 하면 무리한 앰프의 입력 게인 조정보다 음질면에서 바람직하다.
그러나 깨끗한 음질 우선으로 튜닝을 한다면 시그널의 전압을 높일 수 있는 라인 드라이버, 또는 프리 앰프(라인 드라이브의 기능이 포함되어 있는)를 사용하는 것이 좋다.
라인드라이버의 경우 시그널 전압을 높여주는 기능과 밸런스드 입출력의 기능이 있으며 저렴한 가격에 업 그레이드를 한 효과를 볼 수 있어 많이 사용된다.
프리 앰프는 제품을 생산하는 회사마다 약간의 기능 차이가 있지만 대체로 AUX INPUT, EQ, 밸런스드 입출력, 라인 드라이버 기능 등이 포함되어 있기 때문에 좋은 음질과 추후 A/V 시스템의 업 그레이드를 염두에 두고 있다면 적극 권장할 만하다.
좋은 음을 만드는 첫 번째 요건을 꼽으라면 각 장착가 마다 다양한 의견을 내 놓겠지만 나의 경우, 각종 오디오 기기의 품질이나 장착 기술력보다는 장착 후 이루어지는 레벨 매칭이나 주파수 감응을 조정하는 튜닝에 더욱 비중을 둔다.
왜냐하면 아무리 고급 기기로 작업했다 해도 튜닝이 잘못 이루어지면 기기 성능을 충분히 발휘하지 못하게 되고 그럴 경우 저가 기기의 성능을 100% 활용해 작업한 것보다 오히려 못한 결과가 많이 발생하기 때문이다.
우리가 좋은 음을 만들기 위해 주파수 감응을 조정하는 원래 목적은 자연스러운 음을 재생하기 위해서이며, 이는
다시 말해 스펙트럼 애널라이저 상에 나타나는 음 대역 간의 편차가 심하지 않은 완만한 커브를 만드는 것이다.
장착을 방금 끝마친 시스템에서의 거친 주파수 커브를 완만하게 조정하기 위해서는 TRA(Real Time Spectrum Analyzer)라는 기기가 필요하며 보다 자연스러운 음의 완성은 RTA를 통한 주파수 조정 후 고객의 취향에 알맞는 음을 귀로 들어가며 조정하는 세밀한 작업이 요구된다.


위상으로 인한 문제점
 자연스러운 음, 매끄럽고 완만한 주파수 감응도를 만들기 위한 조절 중 가장 힘이 들고 때로는 좌절감까지 맞보게 하는 부분이 바로 위상으로 인한 문제점이 당면했을 때다.
대개의 경우 중음이나 고음쪽에 많이 발생하며 저음에서 발생할 때에는 금방 알아볼 수 있을 정도로 베이스가 많이 약해진다.
위상으로 인한 문제점은 크게 전기적인 것과 음향적인 것으로 나눌 수 있는데, 이중 전기적인 것은 한쪽 스피커의 극성을 바꾸어 봄으로써 간단히 해결할 수 있으나 음향적인 것은 청취자가 양쪽 스피커의 중앙에 위치하지 않는데서 발생하기 때문에 좀더 복잡한 양상을 띄게 된다.
즉 어느 특정한 주파수 대역에서 상호 간섭으로 인한 음의 증폭과 감소 현상이 발생되는데 결과적으로 여러 주파수 대역에 걸쳐 마치 머리빗 형태를 한 '콤 필터 효과(Comb Filter Effect)'라는 바람직하지 못한 현상이 발생한다.
그림 9는 콤 필터 효과가 나타난 주파수 감응도를 나타낸 것인데, 약 100㎐ 대역에서 아주 깊은 딥(Dip)이 발생했으며 이것은 한쪽 스피커의 위상이 다른 한쪽의 위상과는 180도 정반대로 바뀌어서 상호 간섭으로 인한 음의 감소 현상이 발생한 것이다.
또한 100㎐의 하모니가 되는 200㎐, 400㎐, 800㎐ 대역에서 연쇄적으로 딥(dip)이 발생한 것도 이 그림을 통해 알 수 있다. 이 문제를 해결하는 것은 대단한 인내와 경험, 그리고 많은 실험을 필요로 하는데 제일 먼저 해야할 일은 우선 한쪽 스피커의 극성이 바뀐 데서 발생된 것이 아닌지의 여부를 확인한다.
만일 스피커의 극성을 바꾸는 것으로 해결이 안되면 의심이 가는 스피커의 위치를 바꾸어 보는 방법이 있으며, 또는 스피커에 패시브 크로스 오버를 문제가 되는 가장 큰 딥(dip)이 발생한 100㎐ 대역보다 약간 낮은 주파수에 걸어주는 방법을 사용해도 좋은데, 이것은 위에서 설명한 크로스오버에 의한 위상 반전(phase shift) 효과를 이용한 것이다.
이같이 좋은 주파수 조정을 위한 EQ 조정은 위에서 설명한 모든 문제점 등이 없는 상태에서 마지막으로 세밀한 조정을 하기 위한 것이라는 것을 항상 염두에 두어야 한다.
따라서 RTA에 나타난 편차가 심한 주파수 감응에는 EQ 조정 이전에 크로스 오버 포인트 조정이나 스피커의 위치와 각도 선정 등을 다시 한번 점검한 뒤 RTA를 통해 음을 분석하며 세팅에 들어가야 좋은 음을 만들어낼 수 있다.

출처 : 가인카오디오