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 CD – 지터, 오류, 그리고 마술
글쓴이 : 관리자      조회 : 21814

“끝없는 완벽한 사운드”에 대한 약속은 CD 홍보관계자(프로모터)들에 의해 사람들의 머릿속에 공공연하게 각인되어 왔다. 하지만 이러한 약속은 처음에 오디오애호가들이 데이터 복구 차원에서 재생 시스템의 프론트 앤드(중간 주파수 변환부) 부분을 트위킹(미세조정)하는 것에나 필요로 하는 최 정점 요소일 뿐이었다. CD 플레이어가 최고급 수준의 프론트 앤드 신호 소스기기로써 턴테이블을 교체하기 시작하면서 트위킹의 이용은 몇 가지 영향력 있는 요인들에 의해 다소 수그러들었다. 그 첫 번째 요인은 디지털 오디오의 이분법적 (1아니면 0)인 특성이 녹음 환경에서 발생하게 되는 결함으로 인한 재생 음질의 다양성을 확실하게 차단하였다는 점이다. 두 번째로는 CD에서 재생하는 사운드가 정말 그렇게 완벽하다면, 디지털 트위킹이 얼마만큼 완벽할 수 있다는 것일까? 끝으로, CD 플레이어와 디스크야말로 오디오 애호가들이 레코드 플레이어 그루브(홈)에서 바늘(stylus)이 움직이게 되는 보다 이해하기 쉬운 컨셉에 익숙해지도록 하는 수수께끼 같은 존재로 남아있다는 것이다. 이러한 여건은 적어도 지난날 CD 플레이어의 광학적, 기계적 시스템, 어떠한 것도 디지털 사운드 재생에 영향을 줄 수 없다는 확신의 찬 기후를 조성했다.

하지만, 최근에 들어서 디지털 판도라의 상자를 여는 듯, CD 트위킹 방법에 대한 폭발적인 관심이 들끓었다. 이러한 CD 제품의 트위킹 의문에 대한 쇄도는 몬스터 케이블, 오디오퀘스트, 그리고 유포닉 기술의 CD 사운드링에도 불구하고, 불과 몇 달 전서부터 갑작스럽게 나타난 것이다.

샘 텔릭(Sam Tellig)의 오디오 아나키스트 칼럼 (Vol.13 No.2)에서 CD의 표면 자동 처리 방식을 전체적으로 적용하는 것에 대한 음질의 이점을 서술한 것이 발단이 되어 LA타임즈, ICE 매거진, 그리고 심지어는 MTV, VH-1, CNN을 포함한 TV 방송과 같은 인기 높은 매체들에서조차 이러한 현상을 끄집어내기 시작했다.

그 중 본인의 관심을 끌었던 것은 오디오프리즘(AudioPrism)에서 만든 CD 스탑라이트라 불리는 제품이었다. CD 스탑라이트는 CD의 가장자리에 적용되는 일종의 그린 페인트 작업과정을 말하는데, 여기서 말하는 외부 가장자리는 실제 디스크 표면이 아닌 1.2mm의 디스크 두께 정도 떨어진 곳을 의미하며, 이러한 CD 스탑라이트는 비교적 사운드를 향상시킨다.

나는 디스크 가장자리에 있는 그린 페인트가 어떻게 해서 CD 사운드의 음질을 좋고 나쁘게 결정하는지 상상조차 할 수 없었다. 하지만, 실제 그린 페인트가 처리 된 디스크와 그렇지 않은 디스크를 엄밀하게 테스트해 본 결과 분명한 차이가 있었고, 이 점에 나는 그저 놀라울 따름이었다. 그린 페인트 처리로 인해 사운드 스테이지의 깊이감이 증가하였고, 중역과 고역은 보다 부드럽고, 유연했으며, 보다 음악적인 요소가 풍부해졌다.

다른 청취자들도 비슷한 감동을 받았다. CD로부터 복구되는 데이터에 의한 메커니즘에 다소 익숙한 나였기 때문에(Sterepohile에 합류하기 전까지는 3년 동안 CD 마스터링 일을 했었다.), 스탑라이트에 의해 재생되는 사운드는 나를 당황스럽게 만들었다. 이렇게 색다른 음질에 관하여 나는 적절한 설명을 할 수가 없었다. 우리가 아는 바와 같이, 빛(light)은 디스크 상에 인코딩 된 모든 정보를 포함하고 있는 포토 디텍터(탐지기)를 스트라이킹 하는 CD로부터 반사된다. 심지어 CD 스탑라이트는 포토 디텍터를 스트라이킹 하는 빛에 다소 영향을 줄 수도 있는데, 어떻게 이러한 차이가 사운드스테이지의 깊이감을 만들어 낼 수 있는 것일까? 난 이러한 경험을 통하여 정신적으로 혼란스러움과 동시에 어떠한 용기를 얻을 수 있었다. 정신적으로 혼란스러웠던 점은 미스터리 한 디지털 오디오 세계에 대한 기본적인 이해의 부족 때문이라고 말할 수 있고, 용기에 대한 부분은 이전의 밝혀지지 않았던 현상에 대한 검증이 디지털 오디오의 발전으로 기대될 수 있다는 점에서 용기를 얻게 된 것이다.

이러한 사건은 나를 몇몇 CD에 대한 과학적 접근방법인 실험을 하도록 자극하였다. 나는 적어도 확립된 디지털 오디오 이론에 따라 많은 청취자들이 들었던 부정할 수 없는 음악적 차이를 설명해 주는 대상, 또는 측정 가능한 현상을 찾아보고 싶었다. 이러한 의문으로, 나는 아무 처리도 하지 않은 CD에서 몇 가지 디지털 영역의 성능 기준을 측정하였고, 다양한 CD 트위킹으로 처리된CD에서도 마찬가지로 같은 기준을 검토하였다. 해당 변수는 데이터 오류 비율, 데이터 오류 보정 능력, 그리고 지터를 포함하고 있는 것으로 측정되었다.

이 실험을 위해 선택된 6개의 CD 트리트먼트와 장치 중, 3가지는 광학적 현상에 영향을 미치는 것이고, 나머지 3가지는 CD 플레이어의 물리적 현상에 영향을 미치는 것으로 준비해 놓았다. 실험에서 사용한 광학 처리를 해 놓은 3개는 CD 스탑라이트(그린 페인트)와 피닐(Finyl ? 디스크 표면에 적용하는 액체), 그리고 아모르(armor- 방호제)였고, 물리적 장치로는 CD 사운드링, 모드 스쿼드(Mod Squad)의 CD 댐퍼 디스크, 그리고 진동을 흡수해주는 CD 플레이어 플랫폼인 Arcici의 레이저베이스를 사용하였다. 나는 또한 중저가의 CD 플레이어와 최고급 사운드를 재생한다고 판단되는4000달러의 에소테릭 P2 트랜스에서 재생되는 지터 신호를 측정하였다. 하지만, 이러한 측정은 이들 장치와 트리트먼트의 음악적 효율성을 조사하고자 하는 것은 아니다. 나는 또한 세계 곳곳의 다양한 CD 제조 설비를 통해 만들어진 디스크 품질의 변동을 조사하였다.

이러한 조사의 또 다른 목적은 CD 오류 보정과 오류 보정으로 인한 음질의 효과에 대한 몇 가지 잘못된 개념을 분명히 해두고자 함이다. 몇몇 CD 트리트먼트에 대하여 홍보관계자의 말을 전적으로 믿는다면, 디지털 오디오에서 오류야말로 음질을 떨어뜨리는 유일한 큰 소스일 것이다. 하지만 실은, 오류는 CD 문제에 있어서는 아주 미비한 것이다. 물론 이러한 점이 제품을 판매하려는 의도에서 애호가들의 오류기피증을 이용하는 영업자들을 막지는 못했다.

[ 기술적 배경지식 ]

인코딩과 데이터 복구

측정 결과에 들어가기에 앞서, 기본적인 CD 작동법에 대한 배경 지식을 함께 알아보도록 하자.

CD의 표면은 피트(홈)와 랜드(평평한 지면)가 교차하는 나선형의 싱글 트랙으로 덮여있다. 2개의 데이터를 기호화(인코딩) 하고 있는 이들 구조는 레이저 마스터링 과정 동안에 완성된다. CD 마스터 디스크는 아주 얇은 층의 감광성 물질로 코팅 처리한 유리 기판(glass substrate)으로 구성되어 있으며, 글래스(유리) 마스터는 우리가 디스크 상에 기록하고 싶은 디지털 데이터에 의해 변조(modulated)된 레이저 빔으로 노출시키게 되면서 턴테이블 상에서 회전하게 된다. 이러한 글래스 마스터링 작업을 통하여 디스크에는 노출된 나선형과 노출되지 않은 나선형이 만들어지게 된다. 해당 마스터가 후에 화학처리 과정을 거치게 될 경우, 기록된 레이저 빔으로 노출된 감광성 물질의 영역은 피트(홈)를 만들며 식각(에칭)이 된다. 노출되지 않은 영역은 화학처리로부터 영향을 받지 않은 곳이며, 이것이 바로 랜드 라고 불리는 것이 된다. 가장 기본적인 구조라 할 수 있는 이들 구조는 여러 제조 공정을 통하여 복잡한 구조의 디스크로 완성하게 된다. 그림1은 CD 표면을 전자 현미경으로 스캐닝 한 것이다. 참고로 사람의 머리카락 한 올은 대략 50개의 트랙 너비 정도와 맘먹는다.

[ 그림 1 - 전자 현미경으로 본 CD 표면 ]

CD 플레이어에서 재생 레이저 빔은 아주 미세한 피트에 초점을 맞추어 디스크가 회전할 때 서보(Servo) 시스템으로 트랙을 유지시키게 된다. 이때 빔은 디스크에서 빛을 전압으로 전환하여 주는 장치인 포토 디텍터(photo-detector)로 반사된다. 피트와 랜드 영역을 구분 지을 수 있도록 피트의 깊이를 재생 레이저 빔의 파장 길이의 1/4로 해 놓는다. 레이저 빛이 피트를 쏠 때, 빔의 일부분은 주변의 랜드로부터 반사되는 한편 일부 빛은 하단의 피트로부터 반사된다. 일부 빛이 하단의 피트로부터 반사된다는 것은 보다 반사 거리가 길어진다(1/4 파장길이 플러스 되돌아 오는 1/4 파장길이)는 것을 의미하기 때문에, 빔의 일부는 랜드에 의해 반사된 빔은 절반으로 파장길이가 지연된다. 이들 두 종류의 빔이 결합할 때, 위상(페이즈)이 해체되면서 결과적으로 포토 디텍터로부터의 출력이 감소하게 된다. 따라서 이러한 가변적 특성을 지닌 빔은 디스크 상에서 암호화 된 모든 정보를 포함하게 된다.

지금까지 재생 빔/포토 디텍터가 피트와 랜드를 식별하는 방법에 대해 알아 보았다. 이제는 이러한 식별 방법이 디지털 오디오 데이터를 어떻게 표시하는지 살펴보기로 하자. 우선, 피트는 2진수의 1로, 랜드는 2진수의 0으로 표시하는 논리적 방법을 생각해 볼 수 있다. 이러한 방법은 아주 확실하다. 하지만 그간에 보다 복잡하고 정교한 구성이 고안되었고, 이것을 EFM(Eight-to-Fourteen Modulation) 라고 한다.

이러한 확실한 인코딩 시스템은 다양한 데이터 복구 기능을 해결하게 된다. EFM 인코딩에서 피트와 랜드는 2진수 데이터를 직접 표시한다. 대신에 피트에서 랜드 또는 랜드에서 피트로의 이행은 2진수의 1을, 다른 표면은 2진수의 0으로 표시된다. EFM 인코딩은 8비트를 기호화 하며, 이들을 14비트의 단어로 전환시키는데 이때, 2진수의 1이 최소 2개, 최대 10개의 0으로 분리되는 방식을 적용하게 된다. 비트 스트림은 결과적으로 디스크 상에서 9개의 분리된 피트 또는 랜드의 길이를 표시하는 1과 0의 구체적 패턴을 가지게 된다. 가장 긴 인코딩은 11비트인 반면, 가장 짧은 피트 또는 랜드의 길이는 3비트로 인코딩 된다. 14비트의 블록은 3개로 합쳐진 비트로 연계(링크)되어 결과적으로 17:8의 인코딩 비율이 된다. 얼핏 보면, 저장되는 비트 수가 두 배 이상이 되어 EFM 인코딩을 이상하게 생각할 수도 있다. 하지만 실제로는 저장 밀도가 전체적으로 변조되지 않은 인코딩에서 25%로 증가되었을 뿐이라고 생각하면 된다.

EFM은 또 다른 고유의 이점을 가지고 있다. 연속된 1 사이에 0을 삽입함으로써 디스크로부터 반사되는 신호의 대역은 감소하게 된다. CD의 데이터 비율은 대략 초당 4백만 (4.3218 million) 비트에 이르게 된다. 하지만 EFM 신호는 단지 720kHz의 대역에만 해당된다. 추가로 EFM 신호는 다른 기능들 사이에서 플레이어의 회전하는 서보를 컨트롤 하는 클락(clock)으로 이용된다.

디스크로부터 반사된 신호는 9개의 분리된 피트 또는 랜드 길이와 함께 9개의 분리된 주파수 대역으로 구성된다. “I3”으로 불리는 고주파 컴포넌트는 가장 짧은 피트 또는 랜드 길이로 만들어지며, 720kHz의 대역을 가지게 된다. 이것은 2진수의 데이터 100을 표시한다. “I11”이라 불리는 저주파 컴포넌트는 가장 긴 피트 또는 랜드 길이로 만들어지며, 193kHz의 주파수 대역을 가진다. 이것은 2진수 데이터10000000000로 표시한다. EFM 인코딩으로 만들어진 디스크로부터 반사된 신호는 종종 HF (High Frequency) 신호로 불리기도 한다. 사인파(sinewaves)의 변동되는 구간(period)은 다양한 피트 길이를 읽는데 필요로 하는 시간의 구간과 일치한다.

처음 느꼈던 감동은 HF 신호가 디지털 데이터가 아닌 아날로그로 나타난다는 점이었다. 하지만 파형에서 교차되는 0은 디스크 상에서 인코딩 된 디지털 정보를 포함한다. 그림 2는 2진수의 데이터 사이의 관계, 피트 구조, 그리고 복구되는 HF 신호를 보여준다.

[ 그림 2 ? 오리지널 PCM 신호 ]

그림2는 2진수 데이터와 피트 구조, 그리고 HF 신호의 관계를 표시하고 있다. (본 자료는 Kenneth C. Pohlmann의 Principles of Digital Audio(1989)에서 발췌하였으며, Howard W. Sams & Company의 동의 하에 발췌하였음을 밝혀둔다.)

HF 신호의 질은 CD 공정 과정 중에 여러 요인들에 의해 영향을 받게 되지만, 그 중에서도 피트의 모양은 직접적인 영향을 끼치게 된다. 특히 오류의 비율과 피트의 모양 사이에는 직접적인 상관 관계가 있다. 부정확한 피트의 모양은 결과적으로 뚜렷하지 못한 라인 형성과 함께 낮은 진폭의 HF 신호를 형성하게 된다. 그림 3과 4는 정확한 HF 신호와 그렇지 못한 신호를 각각 나타내 주고 있다.

[ 그림 3 ? 정확한 피트 모양으로 형성된 깨끗한 HF 신호 ]

[ 그림 4 ? 깨끗하지 못한 HF 신호 ]

CD 데이터 오류

모든 디지털 저장 매개물은 데이터 오류가 있기 마련이다. CD도 예외는 아니다. 오류는 2진수의 1이 0으로 잘못 읽히거나, 데이터의 흐름이 일시적으로 간섭을 받을 때 발생한다. 후자의 경우가 주로 CD에 해당하며, 일반적으로 제조상 결함, 표면의 스크래치, 오물 또는 디스크의 생소한 입자로 인하여 오류가 발생하게 된다. 다행히도 CD 포맷은 아주 강력한 오류 감지 기능과 4000개 연계 비트에 해당하는 치명적인 오류를 완벽하게 보정하는 보정 코드를 적용하고 있다. 데이터를 재구성 하는 것은 잃어버린 무언가를 찾는 것과 동일하다. 이것을 바로 오류 보정이라고 한다. 만약 데이터 손실이 플레이어의 잃어버린 데이터를 정확하게 교체하는 능력을 초과하게 된다면, 플레이어는 잃어버린 데이터에 대한 아주 근사치에 가까운 추정 값을 산정하여 데이터 스트림에 집어넣게 된다. 이것을 우리는 오류 숨기기(concealment)라고 부른다.

디스크의 질이 좋다고 판단되는 기준은 일반적으로 블록 오류 비율 또는 블러 (BLER)라고 할 수 있다. 블러(BLER)는 오류 보정이 있기 이전에 잘못된 데이터를 포함하고 있는 초당 블록의 수를 말한다. CD에서 처리되지 않은 데이터 스트림 (채널 비트라고 부름)은 최대 220개의 블러를 허용하며(필립스 사양 기준), 초당 7350블록을 포함한다. 즉, 100개의 블러를 포함하고 있는 디스크는 7350개의 블록 중 100개의 손실 데이터를 갖고 있는 셈이다. 이와 같이 블록 오류 비율 (BLER)은 오류 비율에 대한 특정 트위크의 주된 지표가 된다.

블러(BLER) 상의 CD 트위크 효과를 측정하면서 나는 인터폴레이션 (채워 넣기)을 줄일 수 있는 가능성을 엿볼 수 있었다. 이를 위해 나는 나선형 트랙에서 의도적인 드랍아웃(자기 테이프의 데이터 소실 부분)을 갖는 Pierre Verany 테스트 CD를 이용해 보았다. 이 디스크는 점점 길어지는 손실된 데이터 구간을 포함하고 있는 시퀀스 트랙을 적용한다.

첫 번째, 나는 여기서 디자인 사이언스 CD 분석기(Design Science CD Analyzer)에 의해 분석된 것으로써 수정불능오류(“E23 오류”라고 함)를 생성하는 바로 초입 단계의 트랙을 발견하였다. 이 트랙은 일정하면서도 반복적으로 재생되었다. 따라서 이는 모든 수반되는 변수들 탓으로 돌리는 것을 예방하게 된다. 그런 다음 이번에는 CD트리트먼트 또는 장치를 추가한 다음, 같은 트랙을 재생시켜 분석해 보았다. 블러와 인터폴레이션의 트위크 효과를 측정하는 이 이중 접근 방법은 잠재적인 오류 재생의 전모를 포함할 듯싶다.

일반적으로 음질 저하의 주범은 오류이며, 수정불능오류가 없다면, 사운드에는 별 차이가 없다는 CD 오류와 음질에 대한 잘못된 생각을 가지고 있다.

초기 결론은 자신들의 제품이 오류 비율을 줄여준다는 CD 액세서리 제조업자들의 영업 프로그램 때문이라고 말하고 싶다. 테스트를 거친 많은 장치들은 CD 플레이어 재생을 통해 다량의 에러 컨실먼트(오류 숨기기)를 줄임으로써 음질을 향상시킨다고 주장한다. 하지만 실제로는 인터폴레이션은 거의 발생하지 않는다. 설사 이러한 에러 컨실먼트가 실행된다 하더라도 그것은 일시적인 것일 뿐이기 때문에 전체적인 사운드에는 전혀 영향을 끼치지 않는다.

데이터 오류에 대한 본질을 보다 잘 이해하기 위해서 CD-ROM(Read-Only Memory) 조사가 이용된다. CD-ROM은 오디오 CD로 제작된 것이지만, 음악 대신 컴퓨터 데이터(텍스트, 그래픽, 어플리케이션 소프트웨어 등등)를 포함하고 있다. CD-ROM으로부터 복구되는 데이터는 오류 보정 후에는 비트 수준으로 아주 정확해진다. 만일 하나의 비트라도 오류 보정을 그냥 통과해 버리게 된다면, 전체 프로그램에는 문제가 생기게 된다.

보통은 이를 방지할 수 있도록 마스터링과 프레싱 설비에서 품질 관리 공정을 일괄적으로 적용하게 된다. 완성된 CD-ROM의 샘플은 오리지널 소스 데이터와 비교가 된다. 보다 신뢰성 높은 어플리케이션을 위해서 각각의 복제된 디스크는 이러한 과정을 밟게 된다. 이러한 철저한 테스트는 CD의 CIRC 코드의 많은 오류 보정 능력을 보여주게 된다.

CD-ROM이 CD 오디오 디스크에서는 볼 수 없었던 오류보정 능력을 추가하는 것에 대해서는 의견이 분분하다. 이것은 사실이다. 하지만 추가된 오류 보정 층은 거의 실행되지 못한다. 게다가 이 프로젝트를 위해 측정한 수십 시간 동안에 걸쳐 분석된 오류 비율에서 나는 E223오류와 가장 민감한 인터폴레이션을 접한 적이 없다 (Pierre Verany 디스크에서의 의도적인 오류는 제외). 사실, 나는 컨실먼트(오류 숨기기) 이전에 마지막 보정 단계에서 E22 오류를 딱 한 번 본적 있다. 디스크 재 실험에서 디스크 상의 오물로 인한 에러를 표시해 주었던 E22오류는 재 실험 과정에서 사라졌다. 끝으로, 수정불능 오류의 발생 가능성은 디자인 사이언스 CD 분석기(Design Science CD Analyzer)에서 시스템을 경고함으로써 예가 된다. 이 시스템은 일반적인 오류뿐만 아니라 심지어 E22 오류가 감지되면, 구동을 경계시키는 차원에서 경계 신호음과 함께 컴퓨터의 디스플레이 색깔을 빨간색으로 바꿔준다.

보정 되지 않은 데이터 오류는 분명 보기 드물었으며, CD로부터 음질 저하를 가져오지도 않는 다는 사실을 알았다. 결론적으로 오류 비율을 줄여줌으로써 음악적인 질적 향상을 가져온다는 어떠한 제품도 정밀 조사를 근거로 하고 있지 않다는 것이다.

일반적으로 CD에 대하여 유력하게 잘못되고 있는 생각은 1과 0이 같을 경우 사운드가 동일하다라는 생각이다. 이러한 생각은 엔지니어와 컴퓨터 이용자들 사이에서 널리 퍼져있다. 디지털 오디오 이론의 기본은, 음질은 녹음 또는 전달하는 매개물과 분리되어 있다는 점이다. 많은 엔지니어들 사이의 공통적인 태도는 “비트는 비트일 뿐이다”라는 문구로 간단하게 표현될 수 있다. 이러한 문구는 만일 디지털 오디오 신호에서 1과 0이 동일하다면, 어떠한 다른 디지털 영역의 현상도 음질에 영향을 주지 않는다 라는 생각을 내포하게 된다. 이러한 태도는 CD 트랜스포트, 옵티컬 또는 동축 케이블, CD 사운드링, CD 스탑라이트, 분리식 받침대, 그릴(armor), 그리고 음질에 확실히 영향을 주는 다른 CD 트위크 사이에서 음질의 차이를 지배하게 된다.

지터(Jitter)

나는 오류 보정에서 여러 가지 트위크 효과에 대한 실험은 변함이 없다고 굳게 자신했었다. 몇 년 전부터는 CD 사운드링으로 유사한 실험을 수행해왔고, 이 실험에서 어떠한 오류 비율의 감소도 발견하지 못했다. 게다가 디지털 마스터 테이프와 멀티 재생 디지털 부본(copy)에서도 동일한 데이터가 나왔다. 또한 JVC의 K-2의 간섭은 디지털 코드에서 1과 0의 패턴을 변동시키지 않은 채 음질에 향상을 가져오는 듯 했다.

하지만, 분명히 다른 어떤 현상이 진행되고 있는 듯 했다. 디지털 오디오에서 변동을 가져오는 청취 가능한 가장 유력한 소스는 디지털 비트스트림에서 시간을 주축으로 변동되는 지터(파형의 순간적인 흐트러짐)였다. 지터는 대부분, 디지털 오디오 저장 장치에서 물리적 결함에 의해 시작된다. 예를 들어 CD 플레이어의 회전식 서보 시스템은 아주 미비한 양의 신호에 의해서라도 속도가 변하게 된다면, 복구 되는 신호에서 시간 기반의 오류(지터)가 발생할 수도 있다. 지터를 유도하는 또 다른 메커니즘의 예로는 디지털 테이프 전송일 수도 있다. 지터는 또한 상태가 심각해진다면, 비트 오류까지도 생성할 수도 있다. 물론 이러한 현상은 아주 극히 드문 현상이다.

그림 5는 디지털 코드 상에서의 지터 효과를 보여준다. 지터는 디지털 신호가 변이되는 곳에서 변동되며, 올바른 정보와 순서로 되어 있지만, 시간적으로 비대칭 분포를 보인다.

[ 그림 5 ? 시간에 따른 디지털 변이 간의 지터 영향 ]

그림 5는 디지털 코드 상에서의 지터 효과를 보여준다. 지터는 디지털 신호가 변이되는 곳에서 변동되며, 올바른 정보와 순서로 되어 있지만, 시간적으로 비대칭 분포를 보인다. (본 자료는 Kenneth C. Pohlmann의 Principles of Digital Audio(1989)에서 발췌하였으며, Howard W. Sams & Company의 동의 하에 발췌하였음을 밝혀둔다.)

멀티 VHS 비디오 테이프를 본 적이 있다면, 디지털 오디오 지터와 유사한 시간에 따른 오류를 발견한 적이 있을 것이다. 각각의 연속적인 재생과 함께 화면을 메우는 수평 라인은 서로에게 영향을 주어 결국에는 점점 휘어지게 된다. 시간에 따른 오류가 점점 축적되면, 이미지의 외형은 약간씩 굴곡을 보이면서 화면을 흐트러뜨린다.

지터가 DA 컨덕터에 도달하게 되면, 출력 아날로그 신호에서 결국 심각한 오류를 발생시키게 된다. 그림 6은 시간의 변동이 아날로그 파형의 모양에 어떠한 영향을 끼치는지 보여주고 있다. 이론적으로 지터는 DAC에 도달하는 경우는 있을 수 없다. 지터를 포함한 데이터는 버퍼(완충장치)로 입력되어 정확히 DAC로 빠져나간다. 하지만 실은K-2 인터페이스를 디자인한 JVC 의 엔지니어뿐만 아니라 Madrigal 오디오 랩의 디지털 디자이너를 포함한 대부분의 엔지니어들은 버퍼링(완충) 진행 중에도 지터를 DAC에 이르도록 유지시킨다.

[ 그림 6 ? 시간 변동에 따라 재구성 된 아날로그 파형의 모양 ]

나는 이러한 조사 항목에서 일반적인 디지털 오디오와 특정 지터에 관하여 Madrigal 엔지니어 이사 이자 부사장인 Steve Taylor씨와 흥미로운 토론 시간을 가졌다. 그는 연구개발 실장인 Kevin Burke와 그 자신이 직접 수행한 실험 조사 결과를 함께 나누었다. 이들은 CD로부터 읽히는 HF 신호의 사운드(sonic) 성능과 음질(quality) 사이의 상관 관계, 신호 안에 포함된 지터의 양, 그리고 여러 가지 다른 변수가 일정하게 유지 되었을 경우 사운드의 변동을 일으키는 HF 신호의 모양과 비대칭 구조를 파악하였다. 이들은 결과적으로 디코딩 이전의 HF 신호를 처리하는 회로 또한 음질에 영향을 끼칠 수 있다는 판단과 함께 디코딩 이전의 HF 신호를 없앤 회로를 개발하게 되었다.

이들의 연구 조사는 또한 D/A 컨버터와 일치하는 워드클락(word clock)에서 아주 미비한 지터의 양만으로도 디지털 음악 재생에 영향을 미칠 수 있다는 결과를 확신했다. 워드클락에서 100 피코초(1피코초=1조분의 1초)만큼의 아주 미세한 이동이 있더라도 컨버전 타이밍 오류를 불러 일으킨다. 이들 오류는 고주파수 신호에서 특히 더 잘 띄며, 보다 낮은 저주파 신호에서도 상당히 잘 발견된다. 이 같이 미세한 시간 이동은 진폭의 왜곡을 일으킨다.

지금부터는 몇몇 CD의 기술적 양상과 함께 그 측정 결과를 알아보도록 하겠다.

테스트 결과

첫째, CD 트위크의 어떠한 것도 데이터의 오류를 줄일 수 없다.

사실, BLER는 액체(유동체) 어플리케이션[application of liquid] 처리 후 약간 증가되었으며, 아마도 디스크 표면의 미세한 스크래치로 인하여 버퍼링 건조 과정에서 유입되었을 것이다. Finyl과 함께 제공되는 빨간 패드는 디스크 상의 뒷면에 작은 섬유질로 되어 있으며, 이 또한 BLER를 약간 증가시키게 되는 원인이 된다. 수정불능(E23) 오류는 어떠한 처리 과정을 거치든 또는 거치지 않든 Pierre Verany 테스트 디스크(트랙 31, 1mm 드랍아웃)상에 같은 곳에서 발생하였다. 더 나아가서 생각해보면, 디스크 안에 E23 오류가 발생한다는 것은 거대한 HF 신호의 소실 부분을 보정할 수 있는 능력이 보다 우수하다는 것을 의미한다.

게다가 블러(BLER)는 CD 플레이어가 조용한 환경이거나 플레이어 측정 시90dB SPL의 조건을 갖추 경우, 비슷하게 남아있다. 이러한 실험은 보통 Arcici 레이저베이스 독립 플랫폼의 효과를 측정하기 위해 시도되는 것이다. 모든 측정은 각각의 조건에서 5번씩 시행되었다. 그림 7과 8은 Finyl, CD 스탑라이트, 그리고 Mod Squad CD 댐퍼 디스크의 상위 부분에 걸친 사운드링과 함께 아무 처리도 하지 않은 디스크와 동시에 트리트먼트 처리를 한 같은 디스크에 대한 디자인 사이언스 CD 분석기 출력정보를 보여준다. 보시다시피, 그림에서는 어떠한 오류 비율의 감소도 보여지지 않는다.

[ 그림 7 ? 처리하지 않은 디스크에 대한 사이언스 CD 분석기 오류 출력 ]

[ 그림 8 ? Mod Squad 댐퍼 디스크의 탑 부분에 Finyl, CD 스탑라이트,

CD 사운드링으로 처리된 동일 디스크의 오류 출력 ]

비록 Finyl로 어느 정도 개선이 된 듯하였지만, 이들이 주장하는 오류 감소하고는 거리가 있었다. 만약 이러한 일련의 처리 작업에 의한 메커니즘이 알려지지 않았더라면 데이터 오류에 대한 언급은 전혀 없었을 것이다.

하지만 나는 다른 제조 설비를 통하여 만들어진 디스크 사이의 블러(BLER)에서 아주 커다란 변수가 존재한 다는 사실을 발견할 수 있었다. 실제로 나는 모든 디스커버리 시스템으로부터 통상적으로 이용되고 있는 디스크를 필립스의 “레드북(Red Book)” 스팩(220)을 넘는 블러(BLER)를 여러 번 측정하였다. 비록 높은 블러는 가청 인공물(audible artifacts)을 발생시키지는 않더라도 CD 플레이어가 보정을 하는데 있어서 상당한 영향을 미치게 된다. 길게 손상된 연속(burst)오류가 발생할 경우 정보는 서라운딩 데이터로부터 손실된 데이터를 복원하곤 한다. 만약 이들 인접 데이터가 오류를 포함하고 있다면 손실된 영역을 복원할 수 있는 능력은 줄어들게 된다. 심지어 자체적인 높은 블러가 들리지 않는다손 치더라도 이것은 플레이어가 연속 오류 안에서 종종 인터폴레이트(삽입) 또는 뮤트를 일으키는 원인이 될 수도 있다.

CD 스탑라이트의 제조업자는 아날로그 출력 신호에서 처리된 디스크와의 차이점을 측정해왔다고 주장하고 있다. 이들은 테스트 디스크로부터 순수한 톤을 재생시켰고, 디스크 양면의 톤에서 각각 분광물을 측정하였다. 비교적 CD 스탑라이트 처리된 디스크는 순 주파수대역(Pure Fre.) 주변에서 낮은 증폭의 측파대(sideband)를 재생하였다. 이러한 사실이 언론에 알려지자 오디오프리즘(AudioPrism)은 이들의 결과를 지지하는 휴렛 팩커드 스펙트럼 분석기가 내놓은 그래프를 나에게 팩스로 보내주었다. 자세한 측정 방법은 언급되어 있지 않았지만, 해당 그래프는 CD 스탑라이트를 추가한 후에 플로어(floor)에서 약간의 노이즈가 있음을 보여주었다.

내가 직접 실행한 지터(Jitter)에 대한 측정은 이들이 주장하는 것에 비해 보다 많은 의문을 낳았다. 오류 비율의 경우와 마찬가지로 어떠한 장치나 트리트먼트도 지터나 HF 신호를 줄이지는 못한다. 테스트를 하는 동안 나는 지터가 감소하는 양에 대해서는 신경쓰지 않았기 때문에 아주 미세한 양의 변화라도 감지할 수 있도록 측정 조건을 설정하였다. 측정 결과 지터에 아무런 변화가 없었을 때 나는 지터 분석기나 결과에 대한 본인의 해석이 충분하지 못하기 때문이라고 생각했다. 지터에 대한 측정이 끝나자 나는 에소테릭(Esoteric) PD2(4000달러) 트랜스를 받게 되었다. 이 트랜스는 이전에 오류 분석기와 관련하여 실험에 사용하였던 Magnavox 플레이어 보다 상당히 지터가 낮은 것이었다. 이로서 지터 분석기의 분해능에 대한 모든 걱정은 해소된 셈이었다. PD2의 지터 감소량은 트위크 효과를 측정하는 동안 내가 조사했던 것에 비해 훨씬 많았다.

고찰

음질적 차이로 인한 분광 대신 지터 측정은 깊이감 영역에만 관여를 한다. 첫째, 아무런 변화가 없는 지터를 재생하는 트위크 때문에 다른 불명확한 광학적 현상이 CD가 재생되는 동안 발생하게 된다. 다만 이들 트리트먼트가 음질에 어떠한 영향을 끼치는 지가 해결해야 할 수수께끼이다. 둘째, 지터 측정은 놀라운 가설을 만들어내는 사고에 익숙하도록 길들여 놓고 있다. CD 마스터링을 할 때, 각각의 다른 CD 마스터링 기기, 광학적, 화학적 조건은 CD의 음질에 영향을 끼칠 수 있다. 만약 이것이 사실로 입증되기만 한다면, 이러한 발표는 기술적으로나 상업적으로 볼 때 폭탄선언이 될 것이다.

이러한 가능성에대해 고려하도록 하는 것은 디스크 사이에서 다양하게 내재하는 지터의 양에 관한 사실이었다. 실제로 디스크와 디스크 사이의 지터에 대한 변화는 가격대가 비슷한 Magnavox CD 플레이어와 Esoteric PD2 트랜스 사이의 지터에 대한 변화보다 훨씬 많았다. 몇몇 지터에 대한 것을 보여주고 있는 측정값은 디스크 고유의 문제였으며, CD 트랜스의 불안정한 속도에 의한 결과만은 아니었다. 만일 낮은 지터의 CD 트랜스가 보다 깊은 사운드 스테이지와 유동적인 구조를 제공한다고 할 때, 이는 곧 낮은 지터용으로 만들어진 CD가 같은 트랜스에서 재생될 때 음질적으로 향상을 가져온다고 떠들 것이다. PD2를 들어보기로는 데이터 스트림이 마란츠 CD-94에서 나올 때에 비해 보다 깊이감이나 공간감, 정교한 디테일 사운드가 재생되었다.

HF 신호에서 지터는 집광(Light-Intensity) 모듈의 구간이 이상적인(목표) 값에 어느 정도 도달할 때 만들어진다. 이것은 CD 드라이브의 회전 속도나 CD 상에서 보다 길거나 짧은 피트 길이에 의한 변수로 발생하게 될 수 있다. 이들 두 조건은 일정한 결과를 내놓는다. HF 신호의 제로 크로싱(Zero Crossing)은 시간에 따라 지속적으로 이동하게 된다. 따라서 HF 신호에서 지터는 피트 길이의 조그만 변화와 트랜스의 회전 속도에 따른 결점의 결합으로 발생한다고 볼 수 있다.

CD 마스터링 공정이 사운드에 영향을 미친다는 착상을 위해 나는 곧바로 마스터링 기기라는 것에서 만든 디스크의 지터를 측정해 보았다. 이것은 지터의 양이 특정 마스터링 기기에 내재되어 있는 것, 또는 지터가 다른 요인에 의해 결정되는지에 대한 것을 확인하는데 상당히 중요했다. 본인은 지터의 양과 특정 마스터링 기기와의 상관관계를 파악하지 못했다. 이것은 마스터링과 화학적 개발 과정에서 다른 요인이 피트 길이에서 약간의 변화를 유도한다는 결론을 이끌어 낸다.

CD의 음질적 특성에 대한 가설은 HF 신호에서의 지터가 아날로그 출력에서 가청 변화를 만들어낸다는 추측에 입각한 마스터링 공정에 의해 영향을 받는다. 이러한 가정은 마치 사실인양 어쩔 수 없이 믿도록 만드는 것들이 있다. CD 플레이어가 개발되는 동안 Madrigal이라는 엔지니어는 다양한 HF 신호에 대한 블라인드 청취 테스트를 시행하였다. 이들은 HF 신호는 가청 효과와 신호가 디코더에 도착하기 전에 이들 신호를 정화시켜주는 회로의 디자인 방식이 상당한 영향을 미친다는 결론 내렸다. 더군다나 Esoteric PD2에서 보다 향상된 음질을 재생하는 것은 낮은 지터 때문이라는 결론도 내렸다. CD 플레이어는 값싼 트랜스와 최첨단 트랜스 사이에서 지터에 관한 보다 많은 차이(변화)를 보여주고 있기 때문에 냉정하게 볼 때 결론은 다른 조건에서 만들어진 CD는 음질적 특성에서도 차이를 보이게 된다는 것이다.

몇 차례에 걸친 실험은 이러한 이론을 검증 또는 반증하는데 도움을 준다. 하나는 같은 마스터 테이프에서 만들어지되 다른 마스터링과 프레싱 기기에서 2개의 CD를 만드는 제조 방법을 생각해 볼 수 있다. 만약 이러한 방법을 통해 만들어진 CD가 다른 지터의 양과 음질적 특성을 가진다고 한다면, 해당 이론을 지지하는 완벽한 증거가 될 것이다. 하지만 지터 단독적인 요인으로는 음질에 변화를 가져온다고 말하기 어려울 것이다. 몇몇 청취자에 따르면 PDO(Philips DuPont Optical Corporation)에 의해 만들어진 디스크가 다른 제조 설비에서 만들어진 디스크 보다 훨씬 사운드가 좋았다고 한다 (PDO 디스크는 적어도 본인의 초기 조사에 따르면 다른 디스크에 비해 결코 지터가 낮지 않았다). 이는 PDO가 홀 프로세싱에서 디스크를 몰딩 하는 대신 디스크를 만든 후에 펀칭을 하는 방식의 센터 구멍을 만들 때 약간의 다른 공정을 사용하고 있다는 사실로 귀착될 수 있다. 이러한 공정은 돌아가는 서보(Servo)의 전류 요구량을 낮추는 비교적 기발한 방법이라고 할 수 있다. 여하튼 이러한 이론에 대한 결과는 완벽한 조사를 근거로 하여 지금까지 이루어 온 것이다.

CD 트위킹의 재미있는 양상을 보면, 모든 광학 관련 트위킹은 청취환경을 개선시키고, 아무것도 이들을 방해하지 않는다는 것이다. 이것은 아마도 CD 포맷이 이러한 현상을 이해함으로써 대단히 발전할 가능성이 있다는 것을 내포하고 있는 것일지도 모른다. 만일 디스크 가장자리 주변에 그린 페인트 처리나 표면에 Finyl 처리를 하여 음악적 향상을 가져올 수 있다고 가정해 본다면, CD 디자이너들이 집중적으로 조사한 해당 연구 조사의 결과를 상상할 수 있다. 아이러니 하게도 이런 환상적인 기술에 대하여 책임을 져야 할 엔지니어들은 음질적 차이가 존재한다는 사실을 믿을 가능성이 조금도 없으며, 이들이 호언장담한 여러 주장들이 거둬질 가능성은 더더군다나 희박하다는 것이다.

하지만, 일말의 희소식은 PDO의 대표이사로부터 들려왔다. 그는 서독(West Germany)의 하노버(Hanover)에 위치한 PDO 단지에서 근무하는 엔지니어들이 “write once” 시스템 상에서 만들어진 CD와 같은 마스터 테이프로 만든 플라스틱 복제 디스크 사이에서의 차이를 확인할 수 있었다고 인정하였다. 이들의 테스트는 일회용(one-off) 디스크 상에서 보다 높은 오류 비율을 나타내었다. 하지만 오류 비율은 그리 정확하지만은 않았다. 이러한 결과로 인하여 이들은 왜 이들 디스크 사이에서 음질적인 차이가 존재하는지, 또한 모든 방호(Armor)처리제와 CD 스탑라이트의 효과에 대하여 조사를 착수하였다.

또 다른 흥미로운 기사는 하이 브라이트(Hi Bright)라는 일본의 CD 제조업자를 대표하는 한 업체에서 흘러나왔다. 이 제조업체는 다양한 몰딩 재료들 사이에서 음질적 차이를 발견하였고, 일반적으로 모든 CD에서 사용하고 있는 폴리탄산에스테르(Polycarbonate)가 음질적인 면을 고려할 때 부적합하다는 결론을 내렸다. 이들은 폴리탄산에스테르와 APO(Amorphous Poly-Olefin)라 부르는 자체적인 재료에서 디스크를 찍어냈고, 이들의 자체적인 몰딩 합성 처리 방법이 훨씬 음질에 효과가 있었다고 주장하였다. 그 당시 본인은 비교를 위하여 각각의 샘플 디스크를 얻을 수는 없었다. 하지만 곧 이들을 비교하여 분석해 볼 수 있을 것으로 기대한다.

이들 디스크 재료가 음질에 영향을 끼친다는 것은 제법 그럴싸하다. 만일 그린 페인트와 방호제가 음질에 영향을 미친다면, 기질(substrate-효소의 작용으로 화학반응을 일으키는 물질)재료가 사운드를 재생하는데 훨씬 효과적이라는 것까지 미루어 짐작하게 한다. 복굴절(Birefringence)이라 불리는 그리 널리 알려지지 않은 CD 몰딩에 대한 한가지 견지를 살펴 볼 때 빔이 폴리탄산에스테르에 들어갈 때 빔의 일부는 폴리탄산에스테르의 굴절 지수의 차이로 인하여 발생하는 다른 벨로시티(속도)와 편광으로 이동(전도)하게 된다. 굴절 지수의 차이는 분사(injection) 몰딩 프로세싱 도중에 폴리탄산에스테르에서 유입되는 압력에 의해 발생하게 된다. 복굴절의 일정한 양은 고유의 특성이라고 할 수 있다. 하지만 이를 초과하게 된다면, HF 신호의 질을 떨어뜨리는 결과를 초래한다. 복굴절은 굴절되는 광선(빔)의 페이즈 이동을 각각 측정하는 것이며, 100나노미터(nanometers) 이하의 “Red Book”에서 기술된다. 제조 과정에서 다양한 양으로 존재하게 되는 복굴절은 음질을 저하시키는 잠재적인 원인으로 일정 부분 고려되어야 할 것이다.

최종 결론

본인의 측정으로 인하여 어떠한 CD 트위킹도 플레이어의 오류 보정 능력 또는 HF 신호에서 지터의 양에 관한 한 효율성이 전혀 없다는 것이 분명해졌다. 물론, 이들은 CD의 음질을 향상시키지도 않는다. 아날로그 오디오와 마찬가지로 디지털 오디오에서도 확인되지 않은 어떠한 것이 존재하기는 것은 물론이며, 음질적 특성에도 영향을 끼친다. 이들을 밝혀내기 위하여 분명 청취와 측정실험을 이용한 연구조사가 절실하게 요구된다. 본인은 CD 재생에서 밝혀지지 못한 어떤 광학적 현상이 존재하며, 이러한 현상이 사운드에 영향을 미치고 있다고 확신한다. 과학적 측정 방법을 이용한 철저한 청취 실험이야말로 이러한 미스터리한 현상을 밝혀낼 수 있을 것으로 본다.

또한 이러한 철저한 실험과정을 통하여 밝혀내는 여러 현상들은 곧 디지털 오디오의 발전으로 이어질 것으로 확신하며, 우리는 현재 디지털 음악 환경에 영향을 미치는 미묘한 메커니즘을 이해하고, 구별해내는 바로 전 단계에 와있다고 본다. 1950년대의 흑백 TV에서 우리가 지금까지 이룩해온 디지털 오디오 품질만 회상해 보더라도 기적 같은 기술의 눈부신 발전을 상상해 볼 수 있다. 디지털 오디오의 취약점을 인식할 때 비로소 진정한 향상이 있을 것이다.

“ 우리가 자랑하는 모든 지식은 오히려 우리 자신을 무지의 나락으로 이끌 뿐이다. ”

[ 그림.원문 출처 - Website stereophile.com/ By Robert Harley, May, 1990 ]

[ 번역 - By Mee-rha Zang ]





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