음향 신호의 전송: 유선·무선과 평형·불평형

전압의 기준과 전류의 흐름

백만 스물하나! 백만 스물둘! 하면서 열심히 팔굽혀펴기를 하던 에너자이저 건전지(이하 본 필자의 입에 붙은 밧데리라 하겠다.)를 생각해 보자. 1.5V 밧데리에는 플러스(+)극과 마이너스(–)극이 있다. 이 의미는 무엇인고 하니, 마이너스극보다 플러스극의 전압이 1.5V만큼 위에 있다는 뜻이다. 다시 말해, 마이너스극의 전압을 0V라고 치면, 플러스극의 전압은 마이너스극보다 1.5V 위에 있으니까 +1.5V가 되는 것이다.

전압을 해발 고도라 생각하고, +, - 각 극을 호수라고 생각하자… 그리고 그 두 호수 사이의 길을 전선이라고 하고, 호수에 들어 있는 물을 전류라고 생각해 보자 이거야.

+호수는 해발 1.5m에 위치하고 있다. -호수는 해발 0m에 위치하고 있다. 그리고 두 호수에 물길을 만들었다. 그럼 물은 어디로 흐를까? 당연히 +호수에서 -호수로 흘러 내려가겠지? 여기서 두 호수의 높이 차가 전압(전압차)인 것이고, 물의 흐름이 전류에 해당한다.

여기서 왜 갑자기 전기 이야기냐고 불평을 터뜨리는 독자 제위께서는 조금만 더 참을성을 가지고 읽어 주기 바란다. 본 필자 역시 이런 얘기는 하기 싫지만 그래도 중요하니까 쓰는 거다. 자~ 전류가 흐르기 위해서는 전압차가 필요하다고 했다. 그런데 전압차라는 것은 두 지점 사이의 전위차라고 얘기했다.

음향 신호 역시 이미 전기 신호화되어 있다. (다시 말해 전류가 되었다.) 그 전류가 흐르기 위해서는 뭐가 필요하다고 했나… 전압차가 필요하다고 했다. 다시 말해 무엇인가 음향 신호에 대한 기준이 되어 주어야 한다는 얘기다. 그래야 이놈이 전선을 타고 이동을 할 거 아니우… 그리고 기준이 있어야, 이 신호가 얼마나 큰 신호인지 아니면 작은 신호인지도 알 수 있겠지? (고백하건대, 지금 이 평형 불평형 얘기를 꺼내면서 본 필자 속으로 후회막급이다. 내가 왜 이걸 따로 장으로 빼서 이 고생을 하는 건가 –)

불평형 신호(Unbalanced Signal)

불평형 신호(Unbalanced Signal)란, 앞서 얘기한 에너자이저 밧데리를 생각하면 된다. 어떤 신호를 전송할 때, 신호의 기준이 되는 신호와 전송할 원래의 신호 두 가지만으로 전송하는 방식이다.

여기서 기준이 되는 신호는 보통 접지를 사용하기 때문에 그라운드(Ground, GND)라고 하며, 케이블의 구조상 신호선을 보호하는 형태를 가지고 있어서 쉴드(Shield)라고도 한다.

잠깐 위의 그림 5-2를 보자. 가로축은 시간, 세로축이 전압이라고 표시되어 있지? 여기서 가로축, 즉 0V에 해당하는 것이 기준인 그라운드(Ground)가 되겠다. 그리고 그 위에 보면 어떤 신호의 파형이 나타나 있다. 이것이 우리가 전송할 음향 신호이다. 이 두 가지 신호만으로 이루어진 것이 불평형 신호이다. 흔히 플러스 마이너스의 개념을 따서 여기서 음향 신호를 +(정위상 신호, Hot이라고 한다)라고 한다.

불평형 신호는 보다시피 신호를 보내는 선이 하나밖에 없다. (두 가닥이긴 하나 한 선은 그라운드, 즉 기준선이기 때문에 실제로 음향 신호의 전송에 사용되지 않는다.) 때문에 단거리에서는 괜찮지만 불평형 신호를 장거리(필자의 경험상 약 5m 정도) 전송하게 되면, 신호의 변형(왜곡)이나 잡음이 생기게 된다. 전송되는 신호가 단 하나이기 때문에 전송 과정에서 노이즈가 유입되거나 하면 원래의 신호를 복구할 수 있는 방법이 전혀 없게 된다.

하지만 원래 신호의 품질을 보장할 수 있다면 원래 신호를 왜곡(기기나, 임피던스 변환 과정 등에서 생기는 신호의 변질) 없이 사용할 수 있고, 전송로가 단 두 가닥이기 때문에 가격이 싸다는 장점도 있다.

본래, 평형과 불평형 신호를 정의하는 것은 단순히 선의 가닥수만을 가지고 얘기하지는 않는다. 하지만 본 강좌는 왕초보를 위한 강좌이다. 그 얘기를 자세하게 설명하려면 그것 만으로도 책이 한 권 써진다. 때문에 그냥 선을 두 가닥만 사용하고, 통상 수㏀~수십㏀의 하이 임피던스(High Impedance)인 신호를 불평형 신호라고 알아 두면 된다.

전기기타와 같이 불평형 신호만 출력하는 장비의 신호를 평형신호로 바꿔주기 위해 다이렉트박스(Directbox, DI-Box, 속칭 디빡)라 불리는 장비를 사용해 주기도 한다.

평형 신호(Balanced Signal)

평형 신호에 대해 알아보기 전에 먼저, 벽에 도르래를 하나 매달아 놓은 모습을 상상해 보도록 하자. 그 도르래에 줄을 걸고 한쪽 줄을 잡아당기면 나머지 한쪽 줄은 딸려 오겠지? 절대로 두 줄이 같이 당겨지는 일은 없다 이거야… 다시 말해, 둘 다 함께 움직인다. 즉, 도르래의 양쪽 움직임의 합은 언제나 0이 되는 제로섬 게임이 되는 것… 개념을 알겠니?

위의 그림을 보면 불평형과 동일한 신호에 더해서, 아래쪽에 신호가 하나 더 추가된 것이 보일 것이다. 0V를 의미하는 x축은 그라운드라고 설명했고 그 위의 것은 Hot(+)라고 했지? 그런데 이번에는 x축 아래에 Hot과 대칭한 모양(이것을 역위상이라고 한다)인 또 다른 신호가 하나 보인다. 이것이 Cold(-)라고 불리는 신호이다.

본래 음원에서 생성된 음향 신호는 Hot만 존재한다. 그러나 불평형 신호는(즉 Hot만으로는) 장거리 전송 시에 그 신호 품질을 보장할 수 없다고 얘기했었다. 그럼 어떻게 장거리 전송 때도 신호의 품질을 보장할 수 있을까? 하고 궁리하다가 나온 또 하나의 전송 방법이다. 백지장도 맞들면 낫고, 1:1 싸움보다는 2:1 싸움이 더 유리하다는 지극히 간단한 개념이다.

기기의 출력단에서 2개의 전송 신호를 만들어 준다. 하나는 Hot 신호이고 나머지 하나는, Hot 신호를 위상 반전(즉, 역위상인 신호)시킨 신호인 Cold 신호이다. 이 두 신호는 서로 역위상이다. 서로 반대란 얘기다. 이 신호가 케이블을 타고 전송되는 과정에서 만약 노이즈가 낀다고 생각을 해보자. 그럼 Hot과 Cold에 동일하게 노이즈가 영향을 끼치겠지? 파형의 예를 들어 보자면 노이즈가 들어왔을 때 Hot과 Cold 모두 동일하게 위로 튀거나 아래로 튀거나 하게 될 것이란 말이다.

그런데 애초에 신호는 두 신호가 역상으로 만들어졌다. 그럼 이 두 선의 신호를 비교해서 서로 역상인 것은 정상이고, 동위상인 신호는 뭔가 문제가 있는 것이라고 알 수 있다. 그렇다면, 동상(위상이 같은 신호) 신호를 무시해 버린다면 원래의 신호를 가만 놔두고도 전송 과정에 생긴 노이즈만 없애 버릴 수 있겠지? 이것을 차동 증폭기(Differential Amplifier)를 이용한 공통 모드 제거(Common-Mode Rejection)라고 하며, 음향 바닥에서는 보통 위상 캔슬(Phase Cancel)이라고 한다. 때문에 불평형 접속보다 훨씬 먼 거리로 신호의 전송이 가능해 진다.

앞서 불평형 신호를 설명하면서 임피던스 이야기도 했었다. 여기서도 같은 이유로 정확한 설명은 넘어가고, 평형 신호란, 선을 세 가닥 사용하고, 로우 임피던스(Low Impedance, 통상 600Ω 이하)인 것을 말한다. 알아 두면 되겠다.

케이블(Cable)

음향에서 사용되는 모든 케이블은 넓게 두 종류의 범주에 모두 들어갈 수 있다. 하나는 마이크 케이블, 나머지 하나는 스피커 케이블. 스피커 케이블은 출력 시스템을 다루는 16강에서 다루기로 하고, 여기서는 마이크 케이블만을 알아보도록 한다.

사실, 마이크 케이블을 제외하고도 다른 케이블도 있긴 하다. SR 현장에 컴퓨터가 도입됨에 따라 RS-232나 Ethernet 케이블들도 사용되고 있다. 하지만 그 기본적인 구조는 마이크 케이블과 동일하다. 즉, 마이크 케이블의 원리를 이해하면 대부분의 음향 케이블을 이해할 수 있다. (광케이블도 사용되긴 하지만 여기서는 논외로 하겠다.)

• 외피(Jacket): 케이블의 제일 밖을 감싸고 있는 것이 케이블 외피이다. 보통 유연한 고무로 되어 있다. 내부로 습기 등이 침투하지 못하도록 막아 주는 케이블의 물리적인 방어막이다.
• 쉴드(Shield): Ground(접지)에 연결되어, 심선(신호선)으로 침투하는 노이즈들을 막아 주는 부분이다. ① 나선형 옆감기(Lapped), ② 편조(Braided), ③ 금속 호일(Foil)형이 있다.
• 내부 완충재(Filler): 쉴드 내부로 들어가 보면 종이나 실 같은 것들이 케이블과 함께 있는데 이것은 내부의 심선을 보호하기 위한 재료들이다. 또한, 케이블을 당기거나 하는 상황에 함께 힘을 받아 주며 케이블의 강도를 높이는 역할을 해 준다. 제품에 따라 없는 것도 있고 있는 것도 있다. (그리고 이게 있으면 땜질할 때 참으로 귀.찮.다.)
• 심선(신호선): 실제 신호가 전송되는 부분이다. 불평형 케이블은 한 가닥, 평형은 두 가닥 또는 그 이상으로 구성된다. 보통 심선의 색 중 밝고 화려한 것을 Hot으로, 어둡고 차분한(?) 것을 Cold로 사용한다.

앞서 이 케이블만 알면 음향 현장의 케이블은 거반 다 알 수 있다고 했다. 음향 현장에서 찾아볼 수 있는 케이블은, 전기선과 스피커선을 제외하면 대부분 이 케이블을 가지고 만든다. 마이크선은 물론이고, 인서트 케이블, 장비 간 연결, 기타선, 스네이크(다채널 음향 신호를 전송하기 위한 케이블. 내부에 얇은 마이크 선이 수~수십 가닥 들어 있다.)에 이르기까지!

커넥터(Connector)

케이블이 동일해도, 그 끝에 뭘 붙이느냐에 따라 그 케이블의 용도가 결정이 된다. 그만큼 음향 세계의 커넥터들은 무궁무진하게 많다. 대표적인 것들만 알아보자.

무선 시스템과 배터리

일단… 빳데리!! 무선 시스템에서 배터리는 아무리 강조해도 지나치지 않다! 무선 시스템은 배터리를 사용한다. 제품에 따라 9 V 전지 한 개나 1.5 V AA·AAA 전지를 여러 개 사용하는데, 공연을 시작할 때에는 무조건 새 건전지나 완충된 충전지로 교체하는 것이 좋으며, 신뢰할 수 있는 제품을 사용하는 것이 정신 건강에 좋다. (광고는 절대 아니지만, 필자는 개인적으로 듀라셀을 애용한다.)

업무용 무선 시스템은 전기를 많이 먹는다. 지하보도 입구나 지하철에서 파는 1만 원에 100개들이 건전지… 이런 거 사다 넣으면 켜지지도 않는 장비가 대부분이며, 켜지더라도 얼마 지나지 않아 헤롱거리는 장비를 보게 될 것이다. 아니… 헤롱거리기만 하면 다행이다. 어떤 싸구려 건전지는 기기 내부에서 터지거나 누액이 발생한다!!… ㅜㅜ

배터리는 알칼리(알카라인) 건전지나 벅 컨버터 기반 리튬 계열 충전지를 사용하는 것이 좋다. 니켈·수소 충전지는 전압이 1.2 V이므로 1.5 V 건전지를 기준으로 설계된 일부 무선 송신기에서는 사용 시간이 짧아지거나 배터리 잔량 표시가 부정확할 수 있다.

배터리 전압이 떨어지면 송신기가 갑자기 꺼지거나 음향 신호의 왜곡, 잡음, 끊김과 같은 불안정한 동작이 발생한다. 그리고 라이브 현장에서 이러한 문제는 바로 공연의 실패를 의미한다. 충전지를 사용해야 한다면 배터리의 상태를 잘 관리해 주어야 하며, 공연을 시작하기 전에 완충된 전지로 교체하는 것이 좋다. (물론, 허용된 예산 안에서 말이다. ㅜㅜ)

사용 범위

무선 시스템은 사용하는 사람의 행동 제약이 적기 때문에 사용자의 자유로운 행동을 보장한다. 이것은 사용자에게는 장점이지만 엔지니어에게는 치명적인 단점이다. 흥분한 사용자가 청중 쪽으로 뛰어든다거나, 마이크를 객석에 들이 민다던가 하는 일들이 발생하기 쉽다. (본 필자는, 들고 있던 마이크를 객석에 던지는 짓거리도 겪은 적이 있다…) 다시 말해 하울링 포인트로 뛰어드는 경우가 빈번하다는 말이다.

또한, 업무용 무선 시스템이라고 할지라도 전파의 출력 자체는 그다지 크지 않기 때문에, 기둥 뒤로 들어가거나 해서 송-수신기 간 가시거리(Line of Sight: 두 지점 사이에 아무런 장애물 없이 가상의 직선을 그을 수 있는 경로) 선상에서 벗어나는 장소(이런 곳을 전파 음영 구역/Dead Point라고 한다.)로 들어간다면 수신되는 신호의 품질이 크게 떨어지게 된다. 사전에 사용자와 사용 위치 및 동선에 대한 얘기를 충분히 한 다음에 사용해야 한다.

또한 애초에 수신기를 무대 중앙에 설치하거나 외부 안테나를 설치해 무선 전달 경로의 길이를 짧게 유지하거나 전파 음영 구역을 최소화 해 주어야 한다.

혼선

전파 자체에 대한 주의 사항도 있다. 공연의 규모가 커지게 되면 스태프들의 원활한 의사소통을 위해 무전기를 사용하는 경우가 있다. 이때 무전기의 주파수를 미리 확인하여 무전기의 주파수와 겹치지 않도록 미리 시스템의 주파수를 조절해야 한다.

그리고 무전기와 마이크의 주파수 대역이 겹치지 않는다 해도, 무전기의 출력이 마이크 대역에 간섭을 일으키는 경우가 왕왕 생긴다. 만약 무선 시스템의 주파수가 고정 방식이라면 무전기 사용을 통제하는 처방도 필요하다. 한창 공연이 진행되는 중에, 한창 긴장이 고조되어 모두가 침을 꼴깍 삼키며 숨죽이고 있는 그 순간에, 갑자기 스피커에서 우렁차게…

뿌바바바박~! (무전기 사이드 톤) 다음 씬 준비요!!

그 뒤의 모습은 이 글을 읽는 사람 누구나 쉽게 상상할 수 있을 것이다.

게다가 무전기의 출력은 유선 전송로에도 영향을 줄 수 있다. 때문에 음향 엔지니어는 가급적 콘솔 위치에서는 무전기 송신을 하지 않는 게 좋다. 무전기의 출력이 마이크선을 타고 들어가 잡음으로 들리는 경우가 왕왕 발생한다.

거기에 더해, 야외 공연일 경우에는 별의별 무선 신호가 섞여 있는 상황이 있다. 이럴 때는 못해도 최소 2~3시간 정도는 미리 마이크 수신기를 켠 상태에서 사용하는 주파수에 혼선이 없는가 확인하고, 주파수를 바꿀 수 있다면 바꾸고 본 공연에 들어가야 한다.