2옴 이내로 휴대용 기기에 적합한 출력 임피던스를 보여주는군요. 거기에 커플링 콘덴서가 없는 설계인지라 저역 감쇠 및 위상 왜곡이 없습니다. 고역에서 위상이 증가하는 것은 RF 간섭을 막기 위한 로우패스필터(low-pass filter) 설계로 생각됩니다.
2011년 12월 30일 금요일
HTC Desire HD 출력 임피던스
2옴 이내로 휴대용 기기에 적합한 출력 임피던스를 보여주는군요. 거기에 커플링 콘덴서가 없는 설계인지라 저역 감쇠 및 위상 왜곡이 없습니다. 고역에서 위상이 증가하는 것은 RF 간섭을 막기 위한 로우패스필터(low-pass filter) 설계로 생각됩니다.
ASUS XONAR DX 출력 임피던스
제공되는 DSP에서 설정을 바꾸어봐도 헤드폰 출력이나 스피커 출력이나 출력 임피던스는 동일합니다. 또한 커플링 콘덴서는 220uF 정도로, 100옴 정도의 저항과 직렬연결되어 있는 모양입니다. 따라서 16옴에서 컷오프 주파수는 약 6.24Hz 정도가 되겠네요.
2011년 12월 28일 수요일
리얼텍(Realtek) ALC662 온보드 코덱 헤드폰 단 짤막 리뷰
1. 대충 출력단에 100uF 커플링 cap + 70옴 출력 저항으로 되어 있는듯. 허접함.
2. THD랑 IMD가 저게 뭔 꼴. 150옴에서도 특성이 개판. 역시 허접함.
역시 후지네영...
프론트 아웃 출력 임피던스는 덤. 여따가는 이헤폰 꽂아쓰지 마세효...
대충 최대출력은 무부하 상태에서 프론트 아웃이 1.1Vrms, 헤드폰 아웃이 1.2Vrms 정도 되고, 노이즈는 -90dBu도 안 나오는 것 같더이다. 평균적으론 -85dBu... 이 정도면 저렴한 USB 오디오보다 나을 게 없는 수준임.
리얼텍 온보드 쓰고 있는 분들께서는 ASUS XONAR DG라도 사다 꼽으면 음감 환경이 상당히 개선될 검다...
덧. 뭐 그래도 어떻게 보면 '그럭저럭 쓸만한 수준'은 되는 건데, 이만한 게 다행이라고 생각해야 하는 건가... 그래도 저열한 건 저열한 거겠지요. orz
2011년 12월 16일 금요일
에디파이어(Edifier) HA11 헤드폰 앰프
얼마 전 Lunashops에서 배송료 포함 43달러에 에디파이어(Edifier)의 HA11 앰프를 구매했습니다. AC-AC 어댑터를 이용해서 실접지(Real Ground) 양전원을 구성했다는 점, 그리고 Pre-Out 기능을 제공하여 프리앰프로도 이용할 수 있다는 점, 그리고 무엇보다도 저렴하다는 점이 상당히 매력이 있더군요.
먼저 앰프의 특징과 제원은 다음과 같습니다.
Features
- 저임피던스 헤드폰 구동을 위한 5532 Op-Amp 병렬회로
- Servo 정전압 회로
- 듀얼 입력과 프리앰프 기능
- 알루미늄 인클로저
Specifications
최대허용입력 : 450mV
신호대잡음비(SNR) : 110dB (A)
정격출력 : 140mW
왜율 : ≤ 0.02%
채널 분리도 : ≥65dB
주파수 응답 : 20Hz-20kHz (± 0.05dB)
출력 노이즈 : ≤ 0.1mV
출력 부하 임피던스 : 32Ω
(-> 좀 헷갈리는 부분인데 출력 임피던스를 말하는 부분은 아닙니다.
아무래도 권장하는 헤드폰 임피던스가 32옴이라거나 위에 적힌 스펙이 32옴일 때의 스펙이라는 의미 같습니다.)
입력 임피던스 : 10㏀
(Edifier 제품 페이지 참고. http://www.edifier.com/sce2009/product/hp_amplifier.php#2)
실제 사용해보기도 하고 측정까지 해본 결과, 전반적으로 평가하자면 충분히 43달러의 가치는 있는 앰프란 생각이 듭니다. 사실 이건 매우 겸손한 표현이고, 실제로는 43달러 이상의 가치를 가지고 있다는 생각이 듭니다. (적어도 국내에서 구할 수 있는 10만원대 및 그 이하의 헤드폰 앰프들보다도 '더 나은' 성능을 가지고 있다 판단됩니다.) 저렴한 가격에도 불구하고 A형 볼륨을 사용하여 볼륨조절감이 좋다는 점, 그리고 깔끔한 알루미늄 인클로저는 상당히 마음에 들더군요. 특히 안정된 THD와 작은 출력 임피던스는 저임피던스 헤드폰 구동에 적합한 모습을 보여줍니다.
다만 저임피던스 부하에서 IMD가 크게 증가하는 문제를 보여주는데, 아무래도 회로 구성상의 한계로 보입니다. 그러나 이 정도로 사용에 문제가 있는 정도는 아니고―거의 청감상 영향을 미치지 않을 정도입니다―가격까지 고려한다면 충분히 납득 가능한 정도입니다.
측정은 ASUS XONAR DX를 사용하여 진행되었으며, ARTA에서 24bit, 96kHz 설정으로 테스트하였습니다. 또한 앰프의 볼륨 노브에 따라 측정값에 차이가 있을 수 있기 때문에 특별한 언급이 없는 경우, 앰프의 볼륨 위치를 50%로 놓고 테스트하였다는 것을 알려드립니다.
[측정 요약]
(선형 왜곡)
주파수 응답 (20-20kHz) 150Ω +0.00dB, -0.11dB
주파수 응답 (20-20kHz) 20Ω +0.03dB, -0.14dB
위상 (100-10kHz) 150Ω +0.7deg, -0.6deg
위상 (100-10kHz) 20Ω +0.7deg, -0.7deg
(비선형 왜곡) -> 무부하, 150옴, 20옴 순
THD 1kHz 0.0013%, 0.00096%, 0.0059%
THD 100Hz 0.0021%, 0.0016%, 0.0055%
THD 10kHz 0.0028%, 0.00071%, 0.0077%
CCIF IMD 0.0033%, 0.0011%, 0.0094%
DIN IMD 0.0054%, 0.0029%, 0.021%
노이즈 레벨 L, R (A-wtd) -95.1dBu, -95.7dBu
최대 출력 600Ω 6.7mW 이상
최대 출력 150Ω 26.7mW 이상
최대 출력 20Ω 84.5mW
크로스토크 20Ω -61.56dB (1kHz)
채널 밸런스 0.18dB
입출력 선형성 통과
증폭률(Vol=100%) 3.23 (10.2dB)
출력 임피던스 1.14Ω (1kHz)
출력 오프셋 1.1mV
주1) 비선형 왜곡(THD, IMD) 및 노이즈 레벨은 오디오 카드의 제한으로 인해 정확히 측정되지 않았을 수 있습니다.
주2) 크로스토크는 케이블의 영향을 받는 것이 확인되었으므로 감안하여 보셔야 합니다.
1. 주파수 응답 및 위상 응답
주파수 응답 및 위상 응답은 헤드폰 앰프의 선형 왜곡(linear distortion)을 살펴보기 위해서 측정됩니다.
주파수 응답은 20-20kHz 대역에서 0.5dB 미만의 편차를 목표로 하고, 위상 응답은 100-10kHz 대역에서 2도 이하의 편차를 목표로 합니다.
주파수 응답 및 위상 응답은 매우 좋은 모습을 보여주고 있습니다. 상당히 훌륭합니다.
20 옴에서 고역이 조금 롤오프되기는 하지만 매우 미소한 정도로, 무부하 및 150 옴 테스트 결과와 큰 차이를 보여주지 않습니다.
한편 제조사에서 주장하는 주파수 응답은 20Hz-20kHz (± 0.05dB)로, 실제 측정 결과와는 0.06~0.09dB 가량 차이가 납니다만 측정 오차도 있을테고 이런 정도로 태클 걸 필요는 없겠지요? (...)
2. THD vs. 출력
THD vs. 출력 테스트는 헤드폰 앰프의 출력 가능 범위를 살펴보기 위해서 실시됩니다. 통상적인 상황에서 0.01%(-80dB)이하의 THD를 목표로 합니다. 또한 THD가 1%에 이를 때, 클리핑이 발생했다고 판단하고 그 때의 전압으로 최대 출력을 계산합니다.
사실 5532는 그리 큰 출력의 Op-Amp가 아니기 때문에 20옴 테스트에서 높은 THD를 보여주리라 생각했는데, 1Vrms 가량까지 0.01% 미만의 매우 안정된 THD 특성을 보여주고 있어서 상당히 놀랐습니다. 아무래도 5532가 current doubler 회로로 병렬연결되어 있는 것이 꽤 효과적인듯 하군요.
클리핑(THD=1%)는 약 1.3Vrms 가량에서 발생하고 있고, 이 때의 출력을 계산하면 약 84.5mW입니다. 이 정도면 보통의 저임피던스 헤드폰은 충분히 드라이빙해줄 듯 싶습니다. 또한 이 때의 최대 출력 전류로 32옴의 최대 출력을 계산하면 약 2.1Vrms, 135mW로, 제조사 측에서 제공하는 제원인 140mW와 거의 일치합니다.
한편 무부하와 150 옴에선 ADC의 허용전압(2Vrms) 이전까지 클리핑되지 않아 최대출력을 계산하지 못했습니다만, 사용된 Op-Amp와 회로상 공급전압(±9V)으로 판단할 때 약 3~4Vrms 정도까지 출력 가능할 것 같습니다. 계산해보면 150옴 기준 60~100mW 가량, 600옴 기준 15~25mW 가량의 최대출력을 가질듯 합니다.
600옴 헤드폰에서는 조금 출력이 모자랄지 모르겠습니다만 300옴 정도의 헤드폰까지는 충분히 쉽게 드라이빙해줄 수 있을듯 합니다.
3. THD
THD는 특정 출력전압에서 비선형 왜곡의 정도를 확인하기 위해 측정합니다. THD는 원음에 존재하지 않는 하모닉스(harmonics, 배음)의 총합을 계산한 값으로서, THD가 크면 클수록 사인파가 점점 사각파에 가까워집니다. 목표치는 0.01%(-80dB) 이하입니다.
THD는 측정 데이터가 꽤 많으므로 특이사항이 있는 경우만을 첨부하기로 하겠습니다. 특히 20옴 테스트에서 THD가 좀 크게 나오는 편입니다.
20옴 쪽 스펙트럼에서는 150옴 쪽과는 달리 1Khz의 배음들이 또렷하게 잘 보입니다. 20옴 쪽 스펙트럼에서 2차 왜곡(2kHz)의 경우 약 -96dBV 가량인데, 150옴 테스트의 2차, 3차 왜곡(-112dBV 이하)과 약 16dB 정도의 비교적 큰 차이를 보여줍니다. 그러나 1kHz 원신호에 대해서는 약 -88dB 정도로, 이 정도의 왜곡은 청감상 들릴 가능성은 매우 낮은 편이며 사실 상당히 우수한 THD 수치입니다.
한편 100Hz와 10kHz의 경우도 0.01% 이하의 THD를 보여주고 있어 전 주파수 대역에서 고른 THD 특성을 가지고 있다 판단됩니다. 실제로 왜곡 vs. 주파수 그래프를 살펴보면 전 대역에서 고른 THD 특성을 가지고 있음을 알 수 있습니다.
생각보다 많은 헤드폰 앰프들이 저임피던스 드라이빙이 좋지 못하다는 점을 생각하면 상당히 인상적인 결과가 아닐까 합니다. 동가격대의 FiiO나 Audio-Technica의 앰프들에 비해서는 '훨씬' 저임피던스 THD 특성이 좋습니다.
150옴 부하와 무부하의 왜곡 vs. 주파수 특성도 우수한 편입니다. 특히 150옴 테스트 결과는 전주파수 대역에서 0.001% 이하의 THD를 보여주고 있습니다. 중/고임피던스 헤드폰 드라이빙에도 상당히 좋을듯 합니다.
4. CCIF & DIN IMD
MD 역시 THD와 마찬가지로 비선형 왜곡의 일종입니다. 그러나 단순히 원신호의 배음(정수배)만을 다루는 THD와는 달리, IMD는 원신호 및 왜곡된 신호의 합과 차―이를 인터모듈레이션(intermodulation)이라 합니다―를 다루게 되며 그 계산이 조금 까다롭습니다.
또한 IMD는 CCIF IMD와 DIN(혹은 SMPTE) IMD 두가지를 다루게됩니다. CCIF IMD는 고음으로 인한 인터모듈레이션을 나타내고, DIN(혹은 SMPTE) IMD는 저음과 고음으로 인한 인터모듈레이션을 나타냅니다. 역시 0.01%(-80dB) 이하를 목표로 합니다.
CCIF IMD의 경우, 무부하와 150옴에서 0.005%이하, 20옴에서 0.0094%로 그리 큰 차이를 보여주지 않는듯 합니다.
그러나 DIN IMD에서는 이야기가 상당히 극적으로 바뀝니다. 20옴 테스트 결과가 썩 좋지 않습니다.
150옴에서는 0.005% 이하였던 DIN IMD값이 20옴에서는 0.021%로 큰 폭으로 커집니다.
처음에는 본 앰프에 사용된 Op-Amp(NJM5532)가 저임피던스 구동에 적합하지 않아 그런 것이리라 생각했지만, 5532에 비해 고출력 Op-Amp인 NJM4556A와 IL4580으로 교체하여 봐도 해당 DIN IMD는 그리 크기 개선되지 않더군요. 혹시나 해서 전원 어댑터 역시 기존에 제공된 것보다 큰 용량으로 바꿔보았지만 역시나 개선되지 않았습니다.
아무래도 입력, 증폭, 출력 스테이지를 한꺼번에 처리하는 CMOY 스타일 앰프가 거의 다 이런 모양입니다. 보통 이런 경우, Op-Amp 회로의 증폭률을 1(0dB)에 가깝게 한다면, 앰프의 부궤환(negative feedback)이 증가하여 이런 문제가 해결되는 것 같은데, 과거 NwAvGuy의 CMOY 리뷰에서도 이런 일이 있었지요.
아니면 앰프에 이용된 Op-Amp가 Bipolar Input Type이라 그럴 수도 있습니다. FET Input Type, 가령 OPA2604나 OPA2134 등의 Op-Amp로 바꾼다면 개선될 가능성도 있는데, 가능성은 낮을 것 같습니다. (그래도 추후에 한번 테스트해보도록 하지요.)
[2012/1/14 추가 : OPA2134로 Op-Amp를 교체하여 테스트해봤습니다. THD는 큰 차이가 없으나, IMD는 오히려 증가하네요. 전혀 나아진 게 없는 셈입니다. 아무래도 CMOY 스타일 앰프의 한계인듯하며, 좀 더 특성을 개선하고 싶다면 Op-Amp 교체는 소용 없고, 증폭률을 낮추어 앰프의 부궤환을 늘려야 할 것 같습니다.]
그러나 글의 서두에도 말씀드렸지만 이 정도로 사용에 큰 문제가 생기지는 않습니다. 0.021%면 약 -73.6dB로, 보통의 음감 상황에서 인지될 가능성은 작습니다.
5. 노이즈 레벨 (A-wtd)
노이즈 레벨은 무음 상황의 노이즈(흔히 '화이트 노이즈'라고 합니다.) 및 신호대잡음비(SNR)을 결정하는 요소입니다. 그러나 그 기준이 썩 명확한 것은 아니고, 사용하는 헤드폰 및 청취 음량 수준에 따라 요구되는 정도가 매번 달라집니다. 따라서 그 목표치를 딱 잘라 정하기가 좀 힘듭니다. 사용하는 헤드폰의 음압감도가 높을 수록, 헤드폰의 임피던스가 작을 수록, 청취 음량 수준이 작을 수록 요구되는 노이즈 레벨은 더 작아지며, 개개인의 민감도도 어느 정도 영향을 줍니다. 또한 외부 잡음과 헤드폰의 차음성(isolation)도 충분히 영향을 줄 수 있습니다.
[2011/12/21 추가 : NwAvGuy가 제시한 기준 그대로, -100dBu/7uV를 목표로 합니다. 생각보다 인이어 이어폰들 중, 감도가 110dB 이상으로 높은 것이 많은데다가 실제로 이들 이어폰에서는 -100dBu 이상의 노이즈 레벨이 좀 귀에 거슬릴 정도더군요.
그래도 감도 높은 인이어 이어폰을 제외하고는 -90dBu 정도의 노이즈 레벨도 별 문제가 없을 수 있습니다. 따라서 -100dBu/7uV, -95dBu/14uV, -91dBu/21uV 순서대로 등급을 매겨 평가하는 것이 좋지 않을까, 싶기도 합니다.]
또한 노이즈 레벨은 당연히 A 웨이팅을 적용한 값으로 계산합니다.
Edifier HA11의 노이즈 레벨은 -95dBu 이하로, -90dBu 기준을 통과합니다. 또한 실제 전압으로 계산하면 약 14uV 가량으로 제조사에서 주장하는 제원(100uV 이하)에 부합합니다. 또한 탄소피막볼륨을 사용하는 대부분의 앰프가 그러하듯, 볼륨의 위치에 따라 노이즈 레벨이 달라집니다. 바로 위의 측정 결과는 볼륨이 50%일 때이고
볼륨이 25%, 60%, 100% 일 때는 위와 같습니다.
볼륨이 25%, 60%일 때는 노이즈 레벨이 상당히 높게 측정되는데, 아무래도 A형 볼륨의 내부 구조로 인한 노이즈 같습니다. (혹은 앰프의 입력 임피던스로 인한 저항 잡음(존슨-나이퀴스트 노이즈)이 극대화되는 경우일 수도 있습니다.)
한편 볼륨이 100퍼센트일 때는 노이즈 레벨이 -99dBu에 가깝게 작아지는데 약 8.9uV 가량으로 계산됩니다. 이에 대해서 앞서 얻어낸 32옴 최대출력인 2.1Vrms의 비율을 계산하면 약 114dB 가량으로, 역시 제조사에서 제공하는 SNR 제원(110dBA)에도 부합합니다.
물론 실제로는 32옴 헤드폰을 2.1Vrms까지 드라이빙할 이유가 없겠지요. 10mW만 드라이빙해도 충분한데, 이 때 필요한 전압은 566mV 정도로 8.9uV 대비 96dB 정도의 크기를 가집니다.
[주 : 측정에 사용된 DAC과 ADC의 제한으로 인해 실제 앰프의 노이즈 레벨은 현재 측정 결과보다 더 나을 수도 있습니다.]
6. 크로스토크
크로스토크는 한쪽 채널에서 다른쪽 채널로 신호가 간섭되는 것을 의미하는데, 지나치게 심할 경우 스테레오 사운드를 제대로 느낄 수 없을 뿐더러 다른 채널로 인한 왜곡 역시 생길 수 있습니다. -60dB 이하의 크로스토크를 목표로 합니다.
먼저 20옴 부하 테스트의 경우 -61.5dB 가량의 크로스토크로 -60dB 기준을 통과합니다. 한편 고역으로 갈수록 크로스토크가 심해질 수 있는 것을 알 수 있는데 그래도 -40dB(약 0.01%의 누화) 미만의 결과를 보여주어 용인 가능한 수준입니다.
150옴에서의 크로스토크는 -76.9dB 가량입니다. 또한 20kHz까지도 -60dB이하의 결과를 보여줌으로써 상당히 크로스토크 특성이 우수한 편이라는 것을 알 수 있습니다.
확실히 전반적으로 150옴에서의 드라이빙 특성이 좋은 편인듯 합니다.
[주 : 케이블의 영향으로 인해 실제 크로스토크는 현재 측정된 값보다 더 작은 값일 수도 있습니다.]
7. 채널 밸런스
크로스토크와 함께 채널 밸런스 또한 스테레오 사운드에서 매우 중요한 역할을 합니다. 채널 밸런스가 심하게 틀어진 경우, 음상이 한쪽으로 쏠릴 수 있으며 스테레오 사운드 감상의 큰 장애물이 됩니다. 1dB 이하를 목표로 합니다.
채널밸런스는 0.18dB로 매우 우수합니다. 보통 앰프가 저가일수록 탄소피막볼륨을 썩 질 좋은 것으로 쓰지 않는 편인지라 채널 밸런스가 대개 크게 틀어지는 경우가 많은데, 이 앰프의 경우 충분히 볼륨을 선별하여 사용하는 것 같습니다.
8. 입출력 선형성 및 증폭률(Vol=100%)
입출력 선형성 테스트는 앰프가 현재 선형적으로 작동하고 있는지를 살펴보기 위해 이뤄집니다. 여기서 '선형적'이라함은 출력이 입력에 비례하는 것을 의미하는 것으로, 앰프가 선형적이라면 입력 대 출력 그래프가 직선을 그리게 됩니다. (반면 선형적이지 않은 앰프는 입력 대 출력 그래프가 곡선을 그리게 됩니다.) 오디오 앰프는 반드시 선형적일 것을 요구하므로 이 테스트는 꼭 통과되어야 합니다.
한편 이 때 입력 대 출력 비는 앰프의 증폭률이 됩니다. (통상적으로 볼륨은 단지 입력전압만 조절하고 앰프의 증폭률은 고정되어 있습니다. 따라서 볼륨이 100퍼센트일 때의 증폭률로 앰프의 증폭률을 결정합니다.)
그래프에 미약한 출렁거림은 있습니다만 전체적으로 확실히 직선을 그리고 있습니다. 충분히 선형적인 앰프라 판단됩니다.
최대볼륨 상태에서의 증폭률은 3.23으로, 데시벨로 환산하면 약 10.2dB 정도입니다.
9. 출력 임피던스
출력 임피던스가 크면 헤드폰의 주파수 응답에 영향을 끼칠 수 있습니다. 이는 헤드폰의 임피던스 특성으로 인한 필터(filter) 효과로서, 출력 임피던스가 크면 클수록 필터 효과가 강해져 주파수 응답에 미치는 영향도 커집니다. (물론 헤드폰의 임피던스가 작을 수록, 또한 주파수별 임피던스 변화가 클수록 또한 이 필터 효과가 강해집니다.)
보통의 다이내믹 헤드폰을 이용하는 경우, 120옴의 출력 임피던스까지 큰 문제가 없지만 BA 이어폰을 사용하는 경우 2옴 이하로 작아야 합니다. 따라서 사용하는 헤드폰에 따라 그 목표는 달라집니다. 그러나 최근 BA 이어폰 사용이 흔해지고 있으므로, 이를 고려하여 출력 임피던스는 2옴 이하를 목표로 합니다.
(60Hz에서 임피던스 그래프가 살짝 튀는데, 실제 임피던스가 저러한 것이 아니라 60Hz 전원 험의 영향입니다.)
약 0.8옴 가량으로 출력 임피던스가 매우 작습니다. (멀티미터로 측정했을 때는 1.1옴 정도로 측정됩니다.)
한편 고역에서 임피던스와 위상이 증가하는 것은 출력단에 로우패스필터가 있기 때문입니다. 대개 이런 설계를 하는 이유는 가청주파수 범위를 넘어서는 고주파(특히 라디오 주파수)를 막아 혹시 모를 회로의 오작동을 막기 위함입니다.
10. 출력 오프셋
출력 오프셋(output offset)은 앰프 출력에 섞여 있는 직류(DC) 성분을 의미합니다. 출력 오프셋이 크게 되면 헤드폰의 진동 중심이 틀어지게 되며 따라서 헤드폰의 수명을 단축시킬 수 있습니다. 심한 경우 아예 헤드폰의 보이스코일이 타버리기도 합니다. 따라서 출력 오프셋은 거의 0V에 가까워야 하는데, 실제로는 수 mV 가량의 오프셋이 존재할 수 밖에 없습니다.
어느 정도의 오프셋이 과연 안전하냐는 논란이 있겠지만, 20mV 이내를 목표로 하기로 했습니다. 권장값은 10mV 이하입니다.
측정 결과 L = 1.1mV, R=1.2mV로 매우 안전합니다.
한편 앰프의 회로를 살펴보면 입력단에 커플링 콘덴서가 있어 입력되는 오프셋은 출력에 나타나지 않으며, 증폭 회로 자체로 인한 출력 오프셋 역시 0에 가깝도록 설계되어 있습니다. 오프셋 면에서 상당히 안전하게 설계되어 있는 앰프로 판단됩니다.
2011년 12월 5일 월요일
RMAA(RightMark Audio Analyzer) 측정의 한계
현재 골든이어스 등에서 앰프 및 DAC/DAP 측정에 사용하고 있는 RMAA는 상당히 간편한 측정 툴이기도 합니다만 그만큼 굉장히 중대한 문제를 몇몇 떠안고 있기도 합니다. 모든 측정 항목이 아날로그 기준이 아닌 디지털 기준으로 이뤄지기 때문에 테스트의 신뢰성을 얻기 힘든 상황이 발생합니다.
그런 문제는 측정 전 캘리브레이션과 노이즈 및 다이내믹 레인지 측정에서 주로 발생합니다.
왜 그러한가하면 이 때 측정되는 수치들이란 게, 고정된 아날로그 전압을 기준으로 산출되는 것이 아니라, 측정에 이용되는 라인인의 풀스케일(full-scale) 전압에 맞춰지기 때문입니다. 이해를 쉽게 하기 위해서 실제 사운드카드의 스펙을 보면서 참고하도록 하겠습니다.
[주 : 여기서 풀스케일(full-scale)이란 디지털 신호가 최대로 출력 가능한 신호 크기를 의미합니다.]
먼저 E-MU 0404USB의 라인인 스펙입니다.
Type: E-MU XTC™ combo mic preamplifier and Hi-Z/line input w/ Soft Limiter
A/D converter: AK5385A
Gain Range: +60dB
Frequency Response (min gain, 20Hz-20kHz): +0.0/-0.16dB
Stereo Crosstalk (1kHz min gain, -1dBFS): < -110dB
Hi-Z Line Input:
- Input Impedance: 1Mohm
- Max Level: +12dBV (14.2dBu)
- Dynamic Range (A-weighted, 1kHz, min gain): 113dB
- Signal-to-Noise Ratio (A-weighted, min gain): 113dB
- THD+N (1kHz at -1dBFS, min gain): -101dB (.0009%)
그리고 E-MU 1616m의 라인인 스펙입니다.
Type: servo-balanced, DC-coupled, low-noise input circuitry
A/D converter: AK5394A
Level (software selectable):
- Professional: +4dBu nominal, 20dBu max (balanced)
- Consumer: -10dBV nominal, 6dBV max (unbalanced)
Frequency Response (20Hz-20kHz): +0.0/-.03dB
Dynamic Range (1kHz, A-weighted): 120dB
ignal-to-Noise Ratio (A-weighted): 120dB
THD+N (1kHz at -1dBFS): -110dB (.0003%)
Stereo Crosstalk (1kHz at -1dBFS): < -120dB
[주 : dBV란 1Vrms를 기준으로 아날로그 전압의 데시벨을 계산한 값입니다.]
여기서 중요한 부분은 바로 제가 굵게 강조한 부분입니다. 굵게 강조한 부분에서 Max Level이 바로 각 사운드카드의 최대 허용 입력을 의미하는데, 바로 이게 각 사운드카드 라인인의 풀스케일 전압이 됩니다. E-MU 0404USB의 경우 12dBV(=4Vrms)이고, E-MU 1616m은 6dBV(=2Vrms)로 약 6dB 가량의 차이가 납니다. 따라서 두 사운드카드의 0dBFS 기준이 아날로그 전압으로 6dB 정도 차이가 납니다. 즉, 0404USB에서는 12dBV를 0dBFS로 보고, 1616m은 6dBV를 0dBFS로 보게 됩니다. RMAA에서 측정되는 신호 크기는 바로 이 dBFS이기 때문에, 같은 아날로그 신호의 크기가 두 사운드카드에서 6dB만큼 차이가 나게 됩니다.
[주 : dBFS란 디지털 신호의 크기를 나타내기 위한 단위입니다. 디지털 풀스케일(full-scale)에서의 신호 수준을 0dBFS로 하여 표현하게 됩니다.]
따라서 이런 일이 생기게 됩니다.
1) 최대 출력이 3dBV(=1.4Vrms)인 기기는 0404USB 입장에선 -9dBFS, 1616m 입장에선 -3dBFS로 측정된다.
결국 1616m에서는 RMAA 캘리브레이션의 -3dB 기준을 통과하지만, 0404USB에서는 통과하지 못한다.
2) 노이즈 레벨이 -80dBV(=100uV)인 기기가 있다. -80dBV는 0404USB 입장에선 -92dBFS, 1616m 입장에선 -86dBFS이다.
결국 1616m에서는 RMAA 노이즈 레벨이 -86dB로 측정되지만 0404USB에서는 -92dB로 측정된다.
[2011/12/12 추가 : RMAA의 노이즈 측정은 무슨 'SNR' 측정처럼 이루어지는 것 같더군요. RMAA의 테스트 사운드를 보면, 노이즈 측정 전 -6dB 톤으로 캘리브레이션을 하고 측정이 진행됩니다. 그래서 아마도 해당 캘리브레이션에서의 레벨을 -6dB로 놓고 노이즈 레벨을 산출하는 것 같습니다. (실제로 그렇게 작동된다는 것도 확인했습니다.) 따라서 측정 대상의 출력 레벨이 일정하고, 측정기기의 라인 입력 성능이 충분히 좋다면 RMAA의 노이즈 레벨 역시 일정하게 측정되리라 예상할 수 있습니다. 위의 문제를 피해가기 위한 RMAA 제작자의 궁여지책이 아닌가 싶군요. (사실 대개 중요한 건 SNR이라 이해가 되기도 합니다.)
그러나 이렇게 되면 실제 아날로그 레벨로 노이즈를 계산해내려면 좀 머리가 아파집니다-_-]
덕분에 측정환경에 따라 RMAA 측정이 가능하거나 그렇지 않은 경우가 발생하고, 또한 노이즈 레벨 역시 다르게 측정됩니다.
(주 : 이런 점과는 궤가 다른 문제이긴 하지만 앰프의 노이즈를 측정을 할경우, 측정 기기의 노이즈가 유입되어 증폭되는 문제도 있습니다.)
한편 이런 일도 발생합니다.
1) 최대 출력이 9.5dBV(=3Vrms)인 기기가 있다 이 때 0404USB 입장에서는 약 -2.5dBFS로 RMAA 측정이 가능하지만 1616m 입장에서는 +3.5dBFS로 측정이 불가능하다. 따라서 1616m으로 측정을 하려면 6dBV 미만으로 측정해야 하며, 이 때의 기기의 출력은 최대가 아니므로 기기의 다이내믹 레인지가 제대로 측정되지 않는다.
바로 이게 다이내믹 레인지 측정에서 생기는 문제입니다. 디지털 기기, 특히 DAC의 경우 이 때문에 매우 심한 문제가 될 수 있습니다. DAC의 다이내믹 레인지란 곧 16bit 혹은 24bit PCM 음원의 해상도에 부합하느냐 그렇지 않느냐는 문제와 직결되어 있거든요.
사실 더 문제가 되는 경우는 바로 앰프인데, 저임피던스 헤드폰 수준의 낮은 전압 수준을 요구하는 부하는 문제가 되지 않지만 고임피던스 헤드폰이나 스피커(loudspeaker)처럼 높은 전압을 요구하는 경우는 다이내믹 레인지 측정은 커녕, 실제 사용하는 음량 수준에서의 SNR(신호대잡음비)조차 제대로 측정하기 힘들 수 있습니다.
[주 : 다이내믹 레인지란 최대 출력 상황에서 측정되는 SNR입니다.]
이건 RMAA 자체의 문제라기보다 사운드카드의 한계가 존재하기 때문에 생기는 문제로서, 전문 오디오 아날라이저―가령 Audio Precision이나 dScope―등을 사용해야만 해결할 수 있습니다. 물론 그렇다고 아예 측정이 불가능한 것은 아닌데, 바로 적당한 프로브(probe)를 만들어서 입력되는 신호 수준을 작게하는 겁니다. 그러나 이 경우도 프로브의 영향을 받기 때문에 아주 한계가 없는 건 아닌지라, 그 한계에 대한 인식이 명확해야만 측정 결과 해석을 정확하게 할 수 있습니다.
또한 이런 모든 사항을 종합하자면, DAC과 DAP의 경우 입출력 신호가 풀스케일 기준으로 '충분히' 레벨매칭 되었을 때에만 완전히 신뢰롭다는 것을 알 수 있습니다. 물론 그럴지라도 RMAA 데이터 자체로 신뢰로운 것은 아니고, 반드시 풀스케일에서의 입력/출력전압이 같이 명시되어야 합니다.
앰프의 경우, 디지털이 아닌 아날로그 기기이기 때문에 RMAA로 측정하는 것은 사실 부적합한 면이 많고, 측정의 한계를 명확히 알고 있어야 데이터를 정확하게 해석할 수 있습니다.
그리고 마지막으로 한가지, RMAA는 부하 테스트에 완전히 부적합합니다.
일단 실제 헤드폰 구동에 필요한 전력(power)부터 계산해봅시다. 같은 임피던스더라도 헤드폰의 음압 감도에 따라 필요한 전력이 다르기는 합니다만 보통 10~20mW 정도의 전력이면 충분합니다. 10mW, 20mW 드라이빙에 필요한 전압을 표로 만들어보면 다음과 같습니다.
10mW 20mW
16 ohms 0.400 Vrms 0.566 Vrms
32 ohms 0.566 Vrms 0.800 Vrms
75 ohms 0.866 Vrms 1.225 Vrms
150 ohms 1.225 Vrms 1.732 Vrms
300 ohms 1.732 Vrms 2.449 Vrms
600 ohms 2.449 Vrms 3.464 Vrms
이를 dBV로 환산하고, 라인인의 최대 허용 입력을 6dBV로 가정한 다음, 측정이 불가능한 항목은 지워보겠습니다.
10mW 20mW
16 ohms -8.0dBV -4.9dBV
32 ohms -4.9dBV -1.9dBV
75 ohms -1.2dBV +1.8dBV
150 ohms +1.8dBV +4.8dBV
300 ohms +4.8dBV+7.8dBV
600 ohms+7.8dBV +10.8dBV
여기서 300옴, 10mW와 16옴 10mW를 비교하면 약 12.8dB 정도로 큰 차이가 납니다. 그러나 실제로는 이 모든 부분을 반영하여 테스트를 하기는 어려운데, 너무 측정이 복잡해지고 시간이 많이 걸리는데다가 기기마다 출력 가능한 전압의 폭도 다 다르기 때문입니다. 따라서 특정 전압으로 고정하여 테스트해야 합니다.
일단 요즘 나오는 BA 이어폰들은 음압감도도 높고 허용 입력도 그리 큰 편이 아니라 16옴, 20mW는 좀 너무하다 싶습니다. 따라서 16옴을 10mW로 구동하는 전압인 -8.0dBV를 저임피던스 헤드폰의 기준 전압으로 합니다. (실제로 대개 이보다 조금 큰 정도가 출력 큰 DAP의 최대 출력 전압입니다. 청력보호 등의 이유 때문에 이 정도도 안 나오는 DAP들도 많습니다. 사실 10mW도 꽤 큰 음량으로 구동하는 셈인 거죠.)
이제 문제는 고임피던스 헤드폰인데, 약간의 선수 지식만 있다면 저임피던스 헤드폰과 마찬가지로 설정해도 상관 없습니다. 노이즈의 영향이 매우 큰 출력 전압, 혹은 클리핑 되기 직전의 출력 전압 정도만 아니라면, 150옴 이상의 고임피던스 부하는 출력 전압에 따라 특성 변화가 그리 크지 않거든요.
물론 그렇다 하더라도 데이터가 모자랄 수 있는데 이를 보완하기 위해서 THD vs. 출력(amplitude) 테스트를 합니다. 이를 통해서 출력에 따라 THD가 어떻게 변하는지 알 수 있고, 최대출력(THD=1% 지점)까지 계산 가능합니다.
▲ THD vs. 출력 그래프의 예시
... 그런데 이렇게 측정 설정을 해버리면 RMAA로는 측정이 불가능해집니다.
RMAA는 특정 신호 크기를 통과하지 못하면 아예 신호 분석을 못하는데, -14dBFS(6dBV 기준 -8dBV) 정도의 신호는 테스트 결과 분석이 안 됩니다. 게다가 디스토션 테스트에서 사용하는 신호의 크기 역시 Pro 버전이 아닌 이상, 프로그램에서 고정된 값으로 사용해야 하지요. 더군다나 RMAA로는 THD vs. 출력 테스트도 불가능합니다.
결국 궁여지책으로 측정이 가능한 범위 안에서 그저 더미 로드를 구동하게 되는데, 덕분에 측정의 일관성이 완전히 사라집니다. 특히 저임피던스 테스트에서 문제가 심각해지는데, 대부분의 경우 과하게 구동한 데이터를 얻습니다. 따라서 경우에 따라, 신호가 클리핑된듯한 모습으로 측정될 수가 있지요.
그러한 극단적인 예가 바로 과거 골든이어스의 아이팟 터치 2세대 리뷰입니다. SalSal님의 글에 따르면 분명 아이팟 내장 DAC에서는 클리핑되지 않습니다만, 헤드폰 앰프단에서 최대출력을 넘고 있지요. 따라서 THD가 3% 정도로 나오며 클리핑되는 겁니다.
한편 아이팟 터치 2세대의 최대 출력 전압은 이 자료를 통해 살펴볼 수 있는데 약 0.698Vrms로 16옴 부하에서는 약 30mW 가량의 출력을 보여줍니다. 이 정도의 출력이면 몇몇 이어폰은 아예 사망-_-할 수도 있을 정도입니다.
따라서 골든이어스의 아이팟 터치 2세대, 16옴 부하 테스트 자료는 완전히 무의미합니다.
이러한 점을 해결하려면, 관련한 문제를 잘 숙지하고 좀 더 세심하게 RMAA를 사용하면 되지만, 제가 볼 때는 아예 툴 자체를 바꾸는 게 나아보입니다. ARTA와 같은 툴을 사용하면 이런 문제가 발생하지 않게끔 측정 환경을 구성할 수 있습니다.
그러나 이런 단점들이 있음에도 불구하고 RMAA 자체는 꽤 편리하고 좋은 도구입니다. 다만 측정의 한계에 대해서 정확하게 알고 있지 않을 경우, 측정의 신뢰성을 얻기 힘들고 더불어 측정 결과를 오도하기도 쉽습니다. (안타까운 점은 RMAA 공식 사이트나 매뉴얼 어디에도 이런 측정 한계에 대한 언급이 없습니다.) 그런 오도를 막기 위해서는 적어도 다음 항목이 추가적으로 제시되어야 합니다.
1. 측정 기기의 입력단 풀스케일 전압(최대 허용 입력)
2. (DAC 및 DAP의 경우) 측정 대상의 디지털 음량 수준 (dBFS로 제시되면 더 좋지만, 불가능할 경우 볼륨 컨트롤 레벨)
3. RMAA 캘리브레이션에서의 신호 수준 (RMAA에서 제공하는 dB 값과 실제 아날로그 출력 전압 모두)
상당히 까다로운 내용입니다만 이런 점을 잘 알고 있어야 RMAA 측정 데이터를 올바로 판단할 수 있습니다. 그러나 더욱 중요한 것은 측정을 하는 이가 이러한 한계에 대해서 정확히 숙지하여, 혼란이 생길만한 데이터를 제시하지 않는 것입니다.
앞으로는 이러한 점이 충분히 알려져서 RMAA 데이터를 잘못 해석하거나 잘못 측정하는 경우가 없었으면 합니다.
(2012/12/6 추가) 몇몇 오탈자와 표현을 수정했습니다.
그런 문제는 측정 전 캘리브레이션과 노이즈 및 다이내믹 레인지 측정에서 주로 발생합니다.
왜 그러한가하면 이 때 측정되는 수치들이란 게, 고정된 아날로그 전압을 기준으로 산출되는 것이 아니라, 측정에 이용되는 라인인의 풀스케일(full-scale) 전압에 맞춰지기 때문입니다. 이해를 쉽게 하기 위해서 실제 사운드카드의 스펙을 보면서 참고하도록 하겠습니다.
[주 : 여기서 풀스케일(full-scale)이란 디지털 신호가 최대로 출력 가능한 신호 크기를 의미합니다.]
먼저 E-MU 0404USB의 라인인 스펙입니다.
Type: E-MU XTC™ combo mic preamplifier and Hi-Z/line input w/ Soft Limiter
A/D converter: AK5385A
Gain Range: +60dB
Frequency Response (min gain, 20Hz-20kHz): +0.0/-0.16dB
Stereo Crosstalk (1kHz min gain, -1dBFS): < -110dB
Hi-Z Line Input:
- Input Impedance: 1Mohm
- Max Level: +12dBV (14.2dBu)
- Dynamic Range (A-weighted, 1kHz, min gain): 113dB
- Signal-to-Noise Ratio (A-weighted, min gain): 113dB
- THD+N (1kHz at -1dBFS, min gain): -101dB (.0009%)
그리고 E-MU 1616m의 라인인 스펙입니다.
Type: servo-balanced, DC-coupled, low-noise input circuitry
A/D converter: AK5394A
Level (software selectable):
- Professional: +4dBu nominal, 20dBu max (balanced)
- Consumer: -10dBV nominal, 6dBV max (unbalanced)
Frequency Response (20Hz-20kHz): +0.0/-.03dB
Dynamic Range (1kHz, A-weighted): 120dB
ignal-to-Noise Ratio (A-weighted): 120dB
THD+N (1kHz at -1dBFS): -110dB (.0003%)
Stereo Crosstalk (1kHz at -1dBFS): < -120dB
[주 : dBV란 1Vrms를 기준으로 아날로그 전압의 데시벨을 계산한 값입니다.]
여기서 중요한 부분은 바로 제가 굵게 강조한 부분입니다. 굵게 강조한 부분에서 Max Level이 바로 각 사운드카드의 최대 허용 입력을 의미하는데, 바로 이게 각 사운드카드 라인인의 풀스케일 전압이 됩니다. E-MU 0404USB의 경우 12dBV(=4Vrms)이고, E-MU 1616m은 6dBV(=2Vrms)로 약 6dB 가량의 차이가 납니다. 따라서 두 사운드카드의 0dBFS 기준이 아날로그 전압으로 6dB 정도 차이가 납니다. 즉, 0404USB에서는 12dBV를 0dBFS로 보고, 1616m은 6dBV를 0dBFS로 보게 됩니다. RMAA에서 측정되는 신호 크기는 바로 이 dBFS이기 때문에, 같은 아날로그 신호의 크기가 두 사운드카드에서 6dB만큼 차이가 나게 됩니다.
[주 : dBFS란 디지털 신호의 크기를 나타내기 위한 단위입니다. 디지털 풀스케일(full-scale)에서의 신호 수준을 0dBFS로 하여 표현하게 됩니다.]
따라서 이런 일이 생기게 됩니다.
1) 최대 출력이 3dBV(=1.4Vrms)인 기기는 0404USB 입장에선 -9dBFS, 1616m 입장에선 -3dBFS로 측정된다.
결국 1616m에서는 RMAA 캘리브레이션의 -3dB 기준을 통과하지만, 0404USB에서는 통과하지 못한다.
[2011/12/12 추가 : RMAA의 노이즈 측정은 무슨 'SNR' 측정처럼 이루어지는 것 같더군요. RMAA의 테스트 사운드를 보면, 노이즈 측정 전 -6dB 톤으로 캘리브레이션을 하고 측정이 진행됩니다. 그래서 아마도 해당 캘리브레이션에서의 레벨을 -6dB로 놓고 노이즈 레벨을 산출하는 것 같습니다. (실제로 그렇게 작동된다는 것도 확인했습니다.) 따라서 측정 대상의 출력 레벨이 일정하고, 측정기기의 라인 입력 성능이 충분히 좋다면 RMAA의 노이즈 레벨 역시 일정하게 측정되리라 예상할 수 있습니다. 위의 문제를 피해가기 위한 RMAA 제작자의 궁여지책이 아닌가 싶군요. (사실 대개 중요한 건 SNR이라 이해가 되기도 합니다.)
그러나 이렇게 되면 실제 아날로그 레벨로 노이즈를 계산해내려면 좀 머리가 아파집니다-_-]
덕분에 측정환경에 따라 RMAA 측정이 가능하거나 그렇지 않은 경우가 발생하고, 또한 노이즈 레벨 역시 다르게 측정됩니다.
(주 : 이런 점과는 궤가 다른 문제이긴 하지만 앰프의 노이즈를 측정을 할경우, 측정 기기의 노이즈가 유입되어 증폭되는 문제도 있습니다.)
한편 이런 일도 발생합니다.
1) 최대 출력이 9.5dBV(=3Vrms)인 기기가 있다 이 때 0404USB 입장에서는 약 -2.5dBFS로 RMAA 측정이 가능하지만 1616m 입장에서는 +3.5dBFS로 측정이 불가능하다. 따라서 1616m으로 측정을 하려면 6dBV 미만으로 측정해야 하며, 이 때의 기기의 출력은 최대가 아니므로 기기의 다이내믹 레인지가 제대로 측정되지 않는다.
바로 이게 다이내믹 레인지 측정에서 생기는 문제입니다. 디지털 기기, 특히 DAC의 경우 이 때문에 매우 심한 문제가 될 수 있습니다. DAC의 다이내믹 레인지란 곧 16bit 혹은 24bit PCM 음원의 해상도에 부합하느냐 그렇지 않느냐는 문제와 직결되어 있거든요.
사실 더 문제가 되는 경우는 바로 앰프인데, 저임피던스 헤드폰 수준의 낮은 전압 수준을 요구하는 부하는 문제가 되지 않지만 고임피던스 헤드폰이나 스피커(loudspeaker)처럼 높은 전압을 요구하는 경우는 다이내믹 레인지 측정은 커녕, 실제 사용하는 음량 수준에서의 SNR(신호대잡음비)조차 제대로 측정하기 힘들 수 있습니다.
[주 : 다이내믹 레인지란 최대 출력 상황에서 측정되는 SNR입니다.]
이건 RMAA 자체의 문제라기보다 사운드카드의 한계가 존재하기 때문에 생기는 문제로서, 전문 오디오 아날라이저―가령 Audio Precision이나 dScope―등을 사용해야만 해결할 수 있습니다. 물론 그렇다고 아예 측정이 불가능한 것은 아닌데, 바로 적당한 프로브(probe)를 만들어서 입력되는 신호 수준을 작게하는 겁니다. 그러나 이 경우도 프로브의 영향을 받기 때문에 아주 한계가 없는 건 아닌지라, 그 한계에 대한 인식이 명확해야만 측정 결과 해석을 정확하게 할 수 있습니다.
또한 이런 모든 사항을 종합하자면, DAC과 DAP의 경우 입출력 신호가 풀스케일 기준으로 '충분히' 레벨매칭 되었을 때에만 완전히 신뢰롭다는 것을 알 수 있습니다. 물론 그럴지라도 RMAA 데이터 자체로 신뢰로운 것은 아니고, 반드시 풀스케일에서의 입력/출력전압이 같이 명시되어야 합니다.
앰프의 경우, 디지털이 아닌 아날로그 기기이기 때문에 RMAA로 측정하는 것은 사실 부적합한 면이 많고, 측정의 한계를 명확히 알고 있어야 데이터를 정확하게 해석할 수 있습니다.
그리고 마지막으로 한가지, RMAA는 부하 테스트에 완전히 부적합합니다.
일단 실제 헤드폰 구동에 필요한 전력(power)부터 계산해봅시다. 같은 임피던스더라도 헤드폰의 음압 감도에 따라 필요한 전력이 다르기는 합니다만 보통 10~20mW 정도의 전력이면 충분합니다. 10mW, 20mW 드라이빙에 필요한 전압을 표로 만들어보면 다음과 같습니다.
10mW 20mW
16 ohms 0.400 Vrms 0.566 Vrms
32 ohms 0.566 Vrms 0.800 Vrms
75 ohms 0.866 Vrms 1.225 Vrms
150 ohms 1.225 Vrms 1.732 Vrms
300 ohms 1.732 Vrms 2.449 Vrms
600 ohms 2.449 Vrms 3.464 Vrms
이를 dBV로 환산하고, 라인인의 최대 허용 입력을 6dBV로 가정한 다음, 측정이 불가능한 항목은 지워보겠습니다.
10mW 20mW
16 ohms -8.0dBV -4.9dBV
32 ohms -4.9dBV -1.9dBV
75 ohms -1.2dBV +1.8dBV
150 ohms +1.8dBV +4.8dBV
300 ohms +4.8dBV
600 ohms
여기서 300옴, 10mW와 16옴 10mW를 비교하면 약 12.8dB 정도로 큰 차이가 납니다. 그러나 실제로는 이 모든 부분을 반영하여 테스트를 하기는 어려운데, 너무 측정이 복잡해지고 시간이 많이 걸리는데다가 기기마다 출력 가능한 전압의 폭도 다 다르기 때문입니다. 따라서 특정 전압으로 고정하여 테스트해야 합니다.
일단 요즘 나오는 BA 이어폰들은 음압감도도 높고 허용 입력도 그리 큰 편이 아니라 16옴, 20mW는 좀 너무하다 싶습니다. 따라서 16옴을 10mW로 구동하는 전압인 -8.0dBV를 저임피던스 헤드폰의 기준 전압으로 합니다. (실제로 대개 이보다 조금 큰 정도가 출력 큰 DAP의 최대 출력 전압입니다. 청력보호 등의 이유 때문에 이 정도도 안 나오는 DAP들도 많습니다. 사실 10mW도 꽤 큰 음량으로 구동하는 셈인 거죠.)
이제 문제는 고임피던스 헤드폰인데, 약간의 선수 지식만 있다면 저임피던스 헤드폰과 마찬가지로 설정해도 상관 없습니다. 노이즈의 영향이 매우 큰 출력 전압, 혹은 클리핑 되기 직전의 출력 전압 정도만 아니라면, 150옴 이상의 고임피던스 부하는 출력 전압에 따라 특성 변화가 그리 크지 않거든요.
물론 그렇다 하더라도 데이터가 모자랄 수 있는데 이를 보완하기 위해서 THD vs. 출력(amplitude) 테스트를 합니다. 이를 통해서 출력에 따라 THD가 어떻게 변하는지 알 수 있고, 최대출력(THD=1% 지점)까지 계산 가능합니다.
▲ THD vs. 출력 그래프의 예시
... 그런데 이렇게 측정 설정을 해버리면 RMAA로는 측정이 불가능해집니다.
RMAA는 특정 신호 크기를 통과하지 못하면 아예 신호 분석을 못하는데, -14dBFS(6dBV 기준 -8dBV) 정도의 신호는 테스트 결과 분석이 안 됩니다. 게다가 디스토션 테스트에서 사용하는 신호의 크기 역시 Pro 버전이 아닌 이상, 프로그램에서 고정된 값으로 사용해야 하지요. 더군다나 RMAA로는 THD vs. 출력 테스트도 불가능합니다.
결국 궁여지책으로 측정이 가능한 범위 안에서 그저 더미 로드를 구동하게 되는데, 덕분에 측정의 일관성이 완전히 사라집니다. 특히 저임피던스 테스트에서 문제가 심각해지는데, 대부분의 경우 과하게 구동한 데이터를 얻습니다. 따라서 경우에 따라, 신호가 클리핑된듯한 모습으로 측정될 수가 있지요.
그러한 극단적인 예가 바로 과거 골든이어스의 아이팟 터치 2세대 리뷰입니다. SalSal님의 글에 따르면 분명 아이팟 내장 DAC에서는 클리핑되지 않습니다만, 헤드폰 앰프단에서 최대출력을 넘고 있지요. 따라서 THD가 3% 정도로 나오며 클리핑되는 겁니다.
한편 아이팟 터치 2세대의 최대 출력 전압은 이 자료를 통해 살펴볼 수 있는데 약 0.698Vrms로 16옴 부하에서는 약 30mW 가량의 출력을 보여줍니다. 이 정도의 출력이면 몇몇 이어폰은 아예 사망-_-할 수도 있을 정도입니다.
따라서 골든이어스의 아이팟 터치 2세대, 16옴 부하 테스트 자료는 완전히 무의미합니다.
이러한 점을 해결하려면, 관련한 문제를 잘 숙지하고 좀 더 세심하게 RMAA를 사용하면 되지만, 제가 볼 때는 아예 툴 자체를 바꾸는 게 나아보입니다. ARTA와 같은 툴을 사용하면 이런 문제가 발생하지 않게끔 측정 환경을 구성할 수 있습니다.
그러나 이런 단점들이 있음에도 불구하고 RMAA 자체는 꽤 편리하고 좋은 도구입니다. 다만 측정의 한계에 대해서 정확하게 알고 있지 않을 경우, 측정의 신뢰성을 얻기 힘들고 더불어 측정 결과를 오도하기도 쉽습니다. (안타까운 점은 RMAA 공식 사이트나 매뉴얼 어디에도 이런 측정 한계에 대한 언급이 없습니다.) 그런 오도를 막기 위해서는 적어도 다음 항목이 추가적으로 제시되어야 합니다.
1. 측정 기기의 입력단 풀스케일 전압(최대 허용 입력)
2. (DAC 및 DAP의 경우) 측정 대상의 디지털 음량 수준 (dBFS로 제시되면 더 좋지만, 불가능할 경우 볼륨 컨트롤 레벨)
3. RMAA 캘리브레이션에서의 신호 수준 (RMAA에서 제공하는 dB 값과 실제 아날로그 출력 전압 모두)
상당히 까다로운 내용입니다만 이런 점을 잘 알고 있어야 RMAA 측정 데이터를 올바로 판단할 수 있습니다. 그러나 더욱 중요한 것은 측정을 하는 이가 이러한 한계에 대해서 정확히 숙지하여, 혼란이 생길만한 데이터를 제시하지 않는 것입니다.
앞으로는 이러한 점이 충분히 알려져서 RMAA 데이터를 잘못 해석하거나 잘못 측정하는 경우가 없었으면 합니다.
(2012/12/6 추가) 몇몇 오탈자와 표현을 수정했습니다.
2011년 11월 28일 월요일
ARTA 앰프 측정 항목 및 ASUS XONAR DX Loopback 테스트
[측정 항목]
1. 주파수 응답 (frequency response) 및 위상 응답 (phase response)
2. 노이즈 레벨 (noise level) [A weighted]
3. 왜곡 (distortion) vs. 주파수 (frequency)
4. THD & THD+N [100Hz, 1kHz, 10kHz] -> DAC과 DAP의 경우 1kHz 0dBFS도 측정
5. DIN IMD (250Hz, 8kHz, 4:1) & CCIF IMD (13kHz, 14kHz, 1:1)
6. 크로스토크 (crosstalk)
7. THD vs. 출력 (output amplitude)
8. 채널 밸런스 (channel balance)
9. 출력 임피던스 (output impednace)
10. 출력 오프셋 (output offset)
11. [DAC과 DAP만] 풀스케일(full-scale) or 최대 출력 전압
[ASUS XONAR DX Loopback]
* 모든 그래프는 스케일에 유의하여 살펴보셔야 합니다.
* 측정은 24bit, 96kHz 설정에서 진행되었습니다.
1. 주파수 응답 (frequency response) 및 위상 응답 (phase response)
위 측정 결과는 loopback 테스트이므로 ARTA에서 single channel 모드로 측정되었지만, 실제 앰프를 측정할 때는 dual channel 모드로 테스트합니다. DAC과 DAP의 경우, dual channel로 측정할 수 있는 방법이 없으므로 부득이하게 single channel로 측정합니다. (이 때 ASUS XONAR DX의 loopback 결과를 어느 정도 고려해서 평가해야 합니다.)
2. 노이즈 레벨 (noise level) [A weighted]
* 노이즈 레벨은 RMAA 처럼 dBFS가 아니라 dBu로 측정됩니다. 즉 '실제 아날로그 전압'을 토대로 계산됩니다.
(dBFS로만 노이즈가 측정되는 것은 RMAA의 매우 치명적인 단점 중 하나로, 덕분에 ADC의 풀스케일 전압에 따라 동일 기기의 노이즈 레벨이 달라집니다.)
△ Line in 노이즈 (계측기로서의 신뢰성을 위해서 같이 올립니다.)
△ Loopback 노이즈
Looback 노이즈의 60Hz험은 교류 전원으로 인해 케이블에 유도된 신호가 아닐까 합니다. 추후 차폐된 케이블로 다시 테스트해봐야 할 것 같습니다.
한편 RMAA 등에서 제공하는 다이내믹 레인지 측정은 디지털 기기의 최대출력과 노이즈 사이의 비율을 살펴보는 것으로서 생각보다 큰 의미가 있지 않기 때문에 측정하지 않습니다. 실제 기기의 사용 상황과 가장 밀접한 관련을 가지는 것은 다이내믹 레인지보다는 SNR인데, SNR은 재생하는 신호의 수준에 따라 달라집니다.
프로 오디오의 경우, 대부분의 장비가 표준 운영 레벨(+4dBu, -10dBV) 등에 맞춰 있으므로 SNR 측정에 적합한 기준이 존재하지만 보통의 컨슈머 오디오에서는 그러한 표준 레벨이 존재하지 않으며, 따라서 개별 환경에 따라 SNR도 천차만별입니다.
(2012/12/2 추가) 단 디지털 기기(사운드카드, DAC, DAP)에서는 다이내믹 레인지가 중요한 의미를 가집니다. 최대로 출력 가능한 전압 폭을 의미하거든요. 특히 다이내믹 레인지가 96dB 이상으로 나오지 않을 경우 CD의 다이내믹을 제대로 살리기 힘듭니다. (적어도 85dB은 되어야 합니다.) 더불어 기기를 전문적인 용도로 사용할 경우, 다이내믹 레인지는 레코딩 및 마스터링의 품질과도 크게 연관됩니다.
위에서는 RMAA에 대해 비판적인 입장을 내세웠지만 이런 견지에서 본다면 RMAA의 측정 항목은 디지털 기기 측정에 적합하게끔 구성되어 있습니다. (그러나 아날로그 기기 측정에 대해서는 그렇지 않습니다.) 다만 여전히 측정의 한계는 존재하고, 특히 데이터에 대한 상세한 설명을 제공하지 않아 결과를 오도하기 좋지요. RMAA 테스트가 완전히 신뢰로우려면 측정 대상과 측정 기기의 풀스케일(full-scale) 레벨 매칭이 가능해야 합니다. (하지만 이 때에도 여전히 아날로그 기기 측정에는 적합하지 않음을 다시 강조합니다.)
3. 왜곡 (distortion) vs. 주파수 (frequency)
현재 샘플링레이트 설정으로 인하여 20kHz 이전에 THD 그래프가 끊깁니다.
4. THD & THD+N [100Hz, 1kHz, 10kHz]
△ -3dBFS THD
△ 0dBFS THD (ASUS XONAR DX는 사운드카드이기 때문에 같이 첨부합니다.)
5. DIN IMD (250Hz, 8kHz, 4:1) & CCIF IMD (13kHz, 14kHz, 1:1)
한편 현재 RMAA에서 측정하는 IMD는 SMPTE IMD로, 60Hz와 7kHz를 4:1로 테스트하고 그 때의 인터모듈레이션을 살펴봅니다.
문제는 RMAA에서는 순수하게 IMD만 측정하지 못하고 항상 IMD+N으로만 측정합니다. 더불어 IMD 계산식은 THD와는 달리 조금 복잡한 편인데 RMAA 매뉴얼 어디에도 IMD 계산식을 찾아볼 수 없습니다.
ARTA에서 측정한 SMPTE IMD는 다음과 같습니다.
SMPTE IMD가 아니라 DIN IMD를 측정 항목으로 삼은 것은 60Hz에 험이 있기 때문입니다.
한편 CCIF IMD는 13kHz, 14kHz로 측정하는 방법과 19kHz, 20kHz로 측정하는 방법이 있는데, 측정 대상의 주파수 응답상 고역 제한이 있느냐 없느냐에 따라 두 가지 중 하나를 선택할 수 있습니다. 대개는 고역 제한이 없는 편입니다만, 혹시라도 고역 제한이 있을지도 몰라 측정의 일관성을 위해 항상 13kHz, 14kHz로 측정합니다.
ASUS XONAR DX의 CCIF IMD(19kHz, 20kHz)는 다음과 같습니다.
6. 크로스토크 (crosstalk)
ARTA의 (Real Time) dual channel FR 모드를 이용하여 PN Pink 노이즈를 이용하여 측정합니다. 현재 1kHz에서 -85dB 가량의 크로스토크를 보여주고 있습니다. (60Hz, 120Hz, 180Hz의 피크는 험으로 인한 에러입니다.)
한편 RMAA의 경우 멀티톤을 이용해서 테스트하는 것 같은데 동일한 멀티톤으로 측정하더라도 RMAA의 측정 결과가 더 좋습니다. 왜 그러한지는 불분명합니다. RMAA의 측정 메커니즘이 매뉴얼에 설명되어 있으면 좋으련만...
7. THD vs. 출력 (output amplitude)
20옴에서 최대출력이 심하게 감소한 것은 출력 임피던스로 인한 영향입니다.
THD가 1%에 이를 경우, 이 때 클리핑으로 판정하며 그 때의 출력을 최대출력으로 규정합니다.
8. 채널 밸런스 (channel balance)
ARTA의 임펄스 리스폰스 분석을 이용하여 dual channel 모드로 측정합니다.
9. 출력 임피던스 (output impednace)
본래 출력 임피던스 측정 데이터는 LIMP를 이용해 10-30kHz 대역에서 임피던스 그래프로 얻어냅니다. 그러나 현재 측정 대상이 측정 기기 자신이므로 그렇게 측정할 수가 없습니다. 따라서 디지털 멀티미터(DMM)을 이용해 1kHz에서 측정하였는데 약 101.0 ohms 입니다.
10. 출력 오프셋 (output offset)
출력 오프셋은 출력 신호에 섞여 있는 직류(DC) 성분을 일컫습니다. 측정은 디지털 멀티미터(DMM)을 이용합니다.
ASUS XONAR DX의 출력 오프셋은 0.0mV로 측정되었습니다.
11. 풀스케일(full-scale) or 최대 출력 전압
ASUS XONAR DX는 드라이버 문제가 있는 관계로 정확하게 풀스케일 전압 테스트가 불가능합니다.
현재 설정 상황에서는 약 1.9Vrms 가량으로 풀스케일 전압이 측정되는군요.
1. 주파수 응답 (frequency response) 및 위상 응답 (phase response)
2. 노이즈 레벨 (noise level) [A weighted]
3. 왜곡 (distortion) vs. 주파수 (frequency)
4. THD & THD+N [100Hz, 1kHz, 10kHz] -> DAC과 DAP의 경우 1kHz 0dBFS도 측정
5. DIN IMD (250Hz, 8kHz, 4:1) & CCIF IMD (13kHz, 14kHz, 1:1)
6. 크로스토크 (crosstalk)
7. THD vs. 출력 (output amplitude)
8. 채널 밸런스 (channel balance)
9. 출력 임피던스 (output impednace)
10. 출력 오프셋 (output offset)
11. [DAC과 DAP만] 풀스케일(full-scale) or 최대 출력 전압
[ASUS XONAR DX Loopback]
* 모든 그래프는 스케일에 유의하여 살펴보셔야 합니다.
* 측정은 24bit, 96kHz 설정에서 진행되었습니다.
1. 주파수 응답 (frequency response) 및 위상 응답 (phase response)
위 측정 결과는 loopback 테스트이므로 ARTA에서 single channel 모드로 측정되었지만, 실제 앰프를 측정할 때는 dual channel 모드로 테스트합니다. DAC과 DAP의 경우, dual channel로 측정할 수 있는 방법이 없으므로 부득이하게 single channel로 측정합니다. (이 때 ASUS XONAR DX의 loopback 결과를 어느 정도 고려해서 평가해야 합니다.)
2. 노이즈 레벨 (noise level) [A weighted]
* 노이즈 레벨은 RMAA 처럼 dBFS가 아니라 dBu로 측정됩니다. 즉 '실제 아날로그 전압'을 토대로 계산됩니다.
(dBFS로만 노이즈가 측정되는 것은 RMAA의 매우 치명적인 단점 중 하나로, 덕분에 ADC의 풀스케일 전압에 따라 동일 기기의 노이즈 레벨이 달라집니다.)
△ Line in 노이즈 (계측기로서의 신뢰성을 위해서 같이 올립니다.)
△ Loopback 노이즈
Looback 노이즈의 60Hz험은 교류 전원으로 인해 케이블에 유도된 신호가 아닐까 합니다. 추후 차폐된 케이블로 다시 테스트해봐야 할 것 같습니다.
한편 RMAA 등에서 제공하는 다이내믹 레인지 측정은 디지털 기기의 최대출력과 노이즈 사이의 비율을 살펴보는 것으로서 생각보다 큰 의미가 있지 않기 때문에 측정하지 않습니다. 실제 기기의 사용 상황과 가장 밀접한 관련을 가지는 것은 다이내믹 레인지보다는 SNR인데, SNR은 재생하는 신호의 수준에 따라 달라집니다.
프로 오디오의 경우, 대부분의 장비가 표준 운영 레벨(+4dBu, -10dBV) 등에 맞춰 있으므로 SNR 측정에 적합한 기준이 존재하지만 보통의 컨슈머 오디오에서는 그러한 표준 레벨이 존재하지 않으며, 따라서 개별 환경에 따라 SNR도 천차만별입니다.
(2012/12/2 추가) 단 디지털 기기(사운드카드, DAC, DAP)에서는 다이내믹 레인지가 중요한 의미를 가집니다. 최대로 출력 가능한 전압 폭을 의미하거든요. 특히 다이내믹 레인지가 96dB 이상으로 나오지 않을 경우 CD의 다이내믹을 제대로 살리기 힘듭니다. (적어도 85dB은 되어야 합니다.) 더불어 기기를 전문적인 용도로 사용할 경우, 다이내믹 레인지는 레코딩 및 마스터링의 품질과도 크게 연관됩니다.
위에서는 RMAA에 대해 비판적인 입장을 내세웠지만 이런 견지에서 본다면 RMAA의 측정 항목은 디지털 기기 측정에 적합하게끔 구성되어 있습니다. (그러나 아날로그 기기 측정에 대해서는 그렇지 않습니다.) 다만 여전히 측정의 한계는 존재하고, 특히 데이터에 대한 상세한 설명을 제공하지 않아 결과를 오도하기 좋지요. RMAA 테스트가 완전히 신뢰로우려면 측정 대상과 측정 기기의 풀스케일(full-scale) 레벨 매칭이 가능해야 합니다. (하지만 이 때에도 여전히 아날로그 기기 측정에는 적합하지 않음을 다시 강조합니다.)
3. 왜곡 (distortion) vs. 주파수 (frequency)
현재 샘플링레이트 설정으로 인하여 20kHz 이전에 THD 그래프가 끊깁니다.
4. THD & THD+N [100Hz, 1kHz, 10kHz]
△ -3dBFS THD
△ 0dBFS THD (ASUS XONAR DX는 사운드카드이기 때문에 같이 첨부합니다.)
5. DIN IMD (250Hz, 8kHz, 4:1) & CCIF IMD (13kHz, 14kHz, 1:1)
한편 현재 RMAA에서 측정하는 IMD는 SMPTE IMD로, 60Hz와 7kHz를 4:1로 테스트하고 그 때의 인터모듈레이션을 살펴봅니다.
문제는 RMAA에서는 순수하게 IMD만 측정하지 못하고 항상 IMD+N으로만 측정합니다. 더불어 IMD 계산식은 THD와는 달리 조금 복잡한 편인데 RMAA 매뉴얼 어디에도 IMD 계산식을 찾아볼 수 없습니다.
ARTA에서 측정한 SMPTE IMD는 다음과 같습니다.
SMPTE IMD가 아니라 DIN IMD를 측정 항목으로 삼은 것은 60Hz에 험이 있기 때문입니다.
한편 CCIF IMD는 13kHz, 14kHz로 측정하는 방법과 19kHz, 20kHz로 측정하는 방법이 있는데, 측정 대상의 주파수 응답상 고역 제한이 있느냐 없느냐에 따라 두 가지 중 하나를 선택할 수 있습니다. 대개는 고역 제한이 없는 편입니다만, 혹시라도 고역 제한이 있을지도 몰라 측정의 일관성을 위해 항상 13kHz, 14kHz로 측정합니다.
ASUS XONAR DX의 CCIF IMD(19kHz, 20kHz)는 다음과 같습니다.
6. 크로스토크 (crosstalk)
ARTA의 (Real Time) dual channel FR 모드를 이용하여 PN Pink 노이즈를 이용하여 측정합니다. 현재 1kHz에서 -85dB 가량의 크로스토크를 보여주고 있습니다. (60Hz, 120Hz, 180Hz의 피크는 험으로 인한 에러입니다.)
한편 RMAA의 경우 멀티톤을 이용해서 테스트하는 것 같은데 동일한 멀티톤으로 측정하더라도 RMAA의 측정 결과가 더 좋습니다. 왜 그러한지는 불분명합니다. RMAA의 측정 메커니즘이 매뉴얼에 설명되어 있으면 좋으련만...
7. THD vs. 출력 (output amplitude)
20옴에서 최대출력이 심하게 감소한 것은 출력 임피던스로 인한 영향입니다.
THD가 1%에 이를 경우, 이 때 클리핑으로 판정하며 그 때의 출력을 최대출력으로 규정합니다.
8. 채널 밸런스 (channel balance)
ARTA의 임펄스 리스폰스 분석을 이용하여 dual channel 모드로 측정합니다.
9. 출력 임피던스 (output impednace)
본래 출력 임피던스 측정 데이터는 LIMP를 이용해 10-30kHz 대역에서 임피던스 그래프로 얻어냅니다. 그러나 현재 측정 대상이 측정 기기 자신이므로 그렇게 측정할 수가 없습니다. 따라서 디지털 멀티미터(DMM)을 이용해 1kHz에서 측정하였는데 약 101.0 ohms 입니다.
10. 출력 오프셋 (output offset)
출력 오프셋은 출력 신호에 섞여 있는 직류(DC) 성분을 일컫습니다. 측정은 디지털 멀티미터(DMM)을 이용합니다.
ASUS XONAR DX의 출력 오프셋은 0.0mV로 측정되었습니다.
11. 풀스케일(full-scale) or 최대 출력 전압
ASUS XONAR DX는 드라이버 문제가 있는 관계로 정확하게 풀스케일 전압 테스트가 불가능합니다.
현재 설정 상황에서는 약 1.9Vrms 가량으로 풀스케일 전압이 측정되는군요.
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