cd플레이어의 특성(스팩)에관한 상세한 이해...

CDP란 무엇인가? CDP란 것은 Compact Disc Player의 약자이다. CD는 Compact Disc 의 줄임말이다.(CD는 별도의 장에서 취급하므로 생략) CD에 기록 저장된 디지털 신호를 재생하는 장치를 CDP라 한다. 즉 CD에 새겨진 미세한 피트(Pit)에 레이저 광선을 쏘아 반사광의 유무에 의해 레이저 다이오드는 전기적 디지털 신호를 읽는다. 이 신호는 CD메커니즘을 제어하기 위해 콘트롤 신호, 수록된 곡의 수 및 시간, 현재 연주되고 있는 곡의 남은 시간 등을 나타내주는 디스플레이 신호, 그리고 디지털 음성신호 등 3가지로 구성되는데 디지털 음성신호는 디지털 필터링을 거쳐 D/A변환을 하면 아날로그 음성신호가 얻어진다. 이 아날로그 신호는 로우 패스 필터를 거쳐 20㎑ 이상 사람이 들을 수 있는 가청 주파수 대역 외에 신호를 제거한 다음 증폭 및 버퍼(berffer)회로를 거쳐 최종적으로 출력된다. CDP의 내부는 크게 두 가지 기능으로 구성되는데, 우선 CD에 기록된 신호를 광학적 방법으로 읽어내는 기능을 수행하는 부분으로 (1)트랜스포트라 하고 다른 한가지는 읽어낸 디지털 음악신호를 아날로그 신호로 변환하는 기능을 수행하는 (2)DAC혹은 D/A컨버터라고 하는 부분이다. 디지털 신호에서 아날로그로 처리되는데는 크게 4가지 ①트랜스포트에서 디지털 신호출력 ②오버샘플링 재생 ③ 디지털/아날로그 전환 ④ 아날로그 출력 과정을 필수적으로 거쳐야만 한다. 이 과정은 보급기종부터 고급기종에 이르기까지 모든 CDP에 통용된다. 이들 중 고급 기기는 더 강하고 깨끗한 전력공급, 복잡한 디지털 처리와 아날로그 변환을 위해 분리형 DAC를 채용하기도 한다. 이 (1)과 (2)를 한 기기 내에서 동시에 처리하는 플레이어를 일체형 CDP라하고, 우리가 흔히 생각하는 보급형CDP는 대체로 이에 해당한다. 이를 각각 다른 캐비닛으로 분리하여 사용하도록 한 CDP를 세퍼레이트형 CDP라 하는데 흔히 트랜스포트, D/A컨버터라고 한다. D/A 컨버터는 디지털 신호를 아날로그 신호로 바꾸는 일을 맡고 있는 기기이다. 정식명칭은 디지털 투 아날로그 컨버터(Digital To Analog Converter)이며, 광의의 개념으로는 컴퓨터 등 전자회로와 결합하여 디지털 신호를 아날로그 신호로 바꾸어 주는 기기 또는 이 기능을가진 IC칩을 말한다. 최초로 등장한 가정용 디지털 음악 소스는 CD이다. CD를 재생하는 CD플레이어에는 당연히 D/A컨버터 기능이 내장되어 있었으나 초기의 CDP에는 관련 IC기술이 미흡하여 CD의 16비트를 모두 처리하지 못하고 최하위의 2비트는 생략한 채로 처리하는 14비트형 D/A컨버터였다. 완전한 16비트 컨버터가 등장한 것은 1985년의 일이었고 이때부터 D/A컨버터의 신뢰도가 높아져 CD구동부(트랜스포트)와 신호처리부(D/A컨버터)부로 나뉜 세퍼레이트형 CDP가 등장하게 되었다. 그러나 보다 정확하게 표시하려면 D/A컨버터 및 시그널 프로세서라고 해야 한다. 어쨌든 이 D/A컨버터는 1985년 이후 DAT가 본격적으로 등장하고, 디지털에 의한 위성방송이 시작되면서 각종 디지털 음악소스에 대응할 수 있게 발전되어 현재는 다양한 형식과 기능을 갖는 중요 기기로서 급속히 자리잡아 가고 있다. 고급형 CDP에서 많이 채택하여 사용하는 형태인데, 앰프로 빗대어 생각하면 좀 더 쉽게 이해할 수 있을 것이다. 세퍼레이트형 CD플레이어에 있어 통칭 D/A컨버터 부분은 디지털 필터링, D/A변환, 로우패스 필터, 증폭 및 버퍼, 출력부를 가지고 있다. CD뿐 아니라 DAT 및 위성방송의 디지털 음성방송에 대응하는 일반적 D/A컨버터는 32㎑, 44.1㎑ 및 48㎑의 각 샘플링 주파수를 모두 처리할 수 있는 디지털 인터페이스 기능을 추가로 갖고 있으며 여러 개의 디지털 소스를 모두 수용하는데 필요한 일반적인 동축케이블 뿐 아니라 광케이블 단자까지도 수용하느라 상당히 많은 입력 단자를 갖고 있다. 또한 DAT 등과의 연결을 위해 디지털 출력단자도 같이 겸비하고 있는 특징이 있다. 그 외에 일반적으로 분리형 D/A컨 버터는 일체형에 비해 신뢰성있는 고급 부품으로 꾸며져 있다. D/A 컨버터라면 대개 광케이블 단자가 모두 준비되어 있는데, 광접속에 의한 방법이 디지털 회로에서 나오는 펄스성 잡음의 혼입을 막을 수 있는 좋은 장점이 있지만 지터(Zitter)라고 하는 진동에 약한 것이 큰 단점이다. 음질적으로는 광케이블에 의한 접속이 정보량이 많고 세밀한 느낌을 주는데 반하여 동축케이블에 의한 접촉은 부드러우면서도 역감이 잘 느껴지는 각각의 장점이 있다. 그리고 이 두 장치간을 연결하는 케이블을 디지털 케이블이라 부르며 사용하는 단자종류에 따라 RCA, BNC, XLR(AES/EBU),I2S(2는 스퀘어) 등이 있고, 광케이블로는 ST링크, TOS링크 등의 방법이 있다. DAC 아날로그와 디지털의 가장 큰 차이는 보관 상태가 완전히 다르다는 것인데 디지털에서는 반드시 환원이라는 과정을 통해서만 오디오로서의 의미를 갖는다. 따라서 환원과정의 정밀성에 의해 오디오로서의 품질이 결정되기 때문에 여러 가지 고도의 테크닉이 사용된다. 이렇게 사용되는 기술의 표현으로 디지털 필터와 DAC로 대표된다. DAC는 디지털에서 아날로그가 되는 필연적인 과정으로서 가장 디지털적인 기능이 수행되는 곳이다. DAC에는 PWM(Pulse Width Modulation)이라는 펄스폭 변조 신호가 입력되는데 이 PWM신호는 디지털 필터로부터 공급된다. DA콘버터에 입력된 신호는 1초에 천 육백만 번 진동하는 발진회로로부터 분주된(분주: 원래의 진동을 2분의 1씩 줄여나가는 장치. DAC에서는 16㎒를 약 500㎑ 줄인다.) 신호를 이용해 16개의 스위치를 열고 닫는 고속 동작을 하게 된다. 즉 이들 16개의 스위치에 붙은 저항을 이용해 전압을 만드는 작업을 실시하는바 이들 저항의 값이 완벽하게 동일하지 않으면 출력되는 전압의 합산이 일정한 직선성을 유지하기 힘들 것이고, 이들 16개의 스위치들이 정확한 시간을 지키지 않으면 입력되는 신호와 출력되는 신호의 위상이 틀어지게 되어 원신호가 손상된다. DAC는 이와 같은 과정을 통해 아날로그 신호를 만들어내기 때문에 어쩔 수 없이 약간의 찌그러짐이 발생하지 않을 수 없다. 일반적으로 성능이 좋은 앰프의 경우 THD(Total Harmonic Distortion: 의율)가 약 0.01% 근처이다.CDP에서의 THD는 하이파이용 콤포넌트가 약0.004%, 포터블이나 휴대용이 0.07% 정도이다. 따라서 수치값에 의해 찌그러짐의 정도는 인간이 느낄 수 없는 정도이지만 음악 전체의 분위기에 따라 사소한 차이로 느껴진다. 디지털 필터는 1984년 필립스에서 선보인 제품이 성공하면서 본격적으로 보급되기 시작해 이제는 디지털 필터가 필수품으로 자리잡았다. 디지털 필터는 통상 4배 오버샘플링 이상이면 별 무리는 없지만 8배 오버샘플링도 많이 쓰인다. 1비트 DAC는 앞서 언급했던 16개의 저항값이 완벽하게 똑같지 않음으로써 생기는 비직선성을 개선하기 위해 생긴 새로운 기술로한 개의 저항을 이용해 이것을 16번 합산하는 방식을 채용한 것이다. 이래서 저항값의 오차는 절대로 생기지 않는 것이다. 다만 16번 합산하는 경우 매우 빠른 스피드를 요하기 때문에 기존의 16비트나 18비트에 비해 약 3배 이상의 높은 주파수로 처리해야 한다. 필립스 방식이 비트 스트림이라는 방식이고 마츠시다는 MASH방식을 사용하고 있지만 시장을 먼저 선점한 것은 MASH 방식이지만 비트 스트림 방식이 더 호평받고 있다. 트랜스포트(Transport) 레이저빔을 이용해 CD 표면의 신호홈(pit)에서 빔의 진로를 탐지하고 소리신호를 읽어낸다. CD의 가장자리는 판독계통에 기동신호를 가해 판독계통의 논리회로를 ON혹은 OFF로 교환시킨다. ON, OFF의 교환은 2진법 컴퓨터 언어에 사용된 숫자 1.0에 해당하며 CD위의 디지털 부호를 의미한다. 인티그레이티드 CDP의 경우에는 이 트랜스포트와 D/A 컨버터부분이 단일 몸체로 구성되어 있으며, 세퍼레이트형 CDP의 경우엔 CD트랜스포트에서 동축케이블이나 광학케이블을 통해 별도로 분리된 신호를 전송해(따라서 인티형 CDP라 할지라도 광출력단자가 있다면 DAC의 별도 부착이 가능하다.) 거기에서 오버샘플링과 D/A변환이 이루어진 후 아날로그 신호가 나오게 된다. 프로세싱과 오버샘플링 단계 이것은 디지털 재생 계통의 심장부로서 모든 임계 오버샘플링과 파형재생이 일어나는 단계이다. 이 단계의 가치는 아날로그 재생과정에서 재생의 정확도를 결정하는 책임의 포노 카트리지와 유사하다고 하겠다. 재생계통내의 뒤따르는 다른 부품들이 각기 필요한 기능을 수행하는 동안 오리지널 신호를 손상시키지 않는 것에 집중적인 투자가 이루어져야 한다. 오버샘플링(Oversampling) 오버샘플링(Oversampling)이란 CD의 홈에 기록된 레코딩의 원자료점들 사이에, 부가점들을 기입하는 기술인데 CDP에서의 원리는 다음과 같다. CD 위에 44.1㎑의 샘플링 주파수가 있으면 음악의 파형을 밝히기 위해 매초마다 44,100개의 자료점들이 기입된다. 이제 자료점들이 매초마다 44,100개의 2배인 88,200의 샘플링 주파수, 즉 원래 기록된 샘플링 주파수의 2배가 된다. 이것은 2배 오버 샘플링의 간단한 예가 된다. 따라서 오버샘플링은 2,48,16,32,64배 등과 같이 2의 제곱근으로 증가하는 것이보통이며 이와 같이 오버샘프링을 더욱 고차로 진행시키려는 이유는 더 정밀한 출력여과와 향상된 디지털 해상도를 얻기 위함이다. 오버샘플링과 출력 필터 콤팩트디스크에서는 0㎐부터 22.05㎑의 나이키스트 이론 주파수 한계에 이르기까지 신호의 정확한 레코딩과 재생을 허용한다. 진행되는 동안 유사신호와 왜곡이 일어나게 되는데, 이와 같은 현상을 제거하기 위해서 레코딩하는 동안 반(反)입력 엘리어스 필터가 사용된다. 디지털 화면신호가 재생되는 동안 신호의 고주파 구성부분들이 생성되는데 그것들은 오버샘플링 비율의 함수이다. 다시 말하면 4배 오버샘플링 CDP에서 기본 구성 주파수는 176.4㎑(44.1㎑ X 4)이다. 가청 주파수 범위 내에서 이 주파수는 프리 앰프와 파워앰프 내에서 복사진동을 야기시키며 고성능 하이엔드 스피커에서는 잠정적으로 위험한 결과를 지니는 이 신호를 재생하기까지 한다. 이 기본 주파수로부터 발생되는 악영향을 제거하기 위해 널리 알려진 방법은 이들 고주파 콤포넌트보다 앞서 98㏈까지 출력을 줄여주는 아날로그 필터를 사용하는 것이다. 아날로그 필터에서는 고주파 성분의 부효과를 미미하게 만들어준다. 이 출력여과에 대한 약점은 필터의 기울기가 클수록 위상불규칙성에 기인한 오리지널 신호의 질 저하가 더욱 잘 나타날 수 있다는 것이다. 즉 오버샘플링의 비율이 높아질수록 고주파 성분을 제거하기 위해 필요한 아날로그 필터는 더 완만한 기울기를 갖게 되며 훨씬 더 높은 주파수에서 롤 오프(roll-off)가 시작될 수 있다. 반면 오버샘플링의 비율이 낮으면 낮을수록 아날로그 출력 필터는 음악의 텍스처와 이미지에 있어서 질의 저하를 야기하는 위상에러를 지닌 채 소리를 내게 된다. 오버샘플링과 디지털 해상도 오버샘플링을 통해 일어나는 두 번째 이점으로는 좀더 정확한 파형 재생이 가능하다는 것과 레코딩된 것을 재창조하는 있어서 나타나는 보다 큰 임계적 디지털 해상도를 들 수 있다.오버샘플링의 종류수많은 오버샘플링 방법이 있는데 각각의 방법은 나름대로의 잠정적 정확도를 가지고 있다. 그 방법 중에는 간단한 직선보간법으로부터 복잡한 다항식 산법까지 있으나 생략하겠다. 디지털 필터링(Digital Filtering) 이것은 일반인에게 가장 널리 알려진 DSP의 용도인데 이 디지털 여과작용이 전류를 이용하는 간단한 논리함수조작과 계수에 의해 증가된 기성 입력샘플에 의해 이루어질 수 있다는 것이다. 계수의 값이 필터의 특징을결정하며 지연(기성입력샘플 중 기억 소자 속에 보유되어 있는 정도)의 수치와 사용된 계수의 정확성이 필터의 수행을 결정한다. 디지털 필터부는 특히 고가의 D/A컨버터가 가장 심혈을 기울이는 부분으로 일반 CDP와 비교되지 않을 정도의 노력을 기울인다. 보통 멀티비트형 CDP의 경우에는 FIR(Finite Impulse Response)법에 의해 4배 또는 8배의 오버샘플링 방법으로 디지털 필터링을 하여D/A변환 후에 생기는 고차고주파를 가청 주파수 대역 외로 멀리 떨어지게 하고 있고, 1비트 방식의 경우는 원리상 256배 이상의 오버 샘플링을 한다. 다만 이 겨우는 정확하게 파형 재생이 가능한 FIR법에 의해서는 4배 정도 행하고 나머지 64배의 오버샘플링은 정착도는 떨어지나 간단한 연산으로 이루어지는 샘플 & 홀드(Sample & Hold)법과 선형보간법(Liner Interpolation) 등에 의하여 행한다. 한편 초고가의 D/A컨버터는 정확한 파형재생을 위해 각사 나름대로의 독특한 비법에 의해 오버 샘플링 방법을 취한다. 이들 방법은 고차연산방정식을 풀어야 하기 때문에 보급형 CDP에 사용되는 LSI보다 훨씬 고속으로 동작하는 LSI를 사용하므로 가격이 비싸지는 요인으로 작용한다. DSP란 무엇인가? DSP란 디지털 신호 처리(Digital Signal Processing)를 의미한다. DSP칩은 이러한 초고속 신호처리 계산을 소프트웨어 명령에 따라 반복적으로 수행하도록 고안된 고속 컴퓨터 칩으로서 퍼스널 컴퓨터에 사용된 컴퓨터칩을 능가하는 두 가지 중요한 특징이 있다. 첫째는 다중 프로세스 퍼스널 컴퓨터 칩은 대부분 무수한 소프트웨어 프로그램으로 많은 종류의 프로세싱을 수행할 수 있어야만 하는데 DSP칩은 처음부터 고속 신호처리 계산을 위해 고안된 완전 유선형 칩이다. 따라서 DSP칩은 여러 개를 모아놓을 수 있으므로 다중 퍼스널 컴퓨터 칩보다 훨씬 짧은 시간에 대단히 많은 계산을 수행할 수 있다. 둘째는 고유한 모양을 가지고 있어 동일한 프로세스 계통 내에 DSP칩 여러 개를 모아놓을 수 있어 동일 프로세스 계통은 부가적인 DSP칩과 더불어 계산능력을 증가시킬 수 있다. 이런 두 가지 이유에서 DSP칩은 고급형 CDP의 컨버터부에 사용되고 있는 것이다. 디지털에서 아날로그의 변환 디지털에서 아날로그의 변환은 오버샘플링된 디지털 데이터를 그 디지털양에 해당하는 정확한 아날로그 표현으로 변환하는 과정이다. 각 디지털 데이터 언어가 정확히 조절된 간격에 맞추어 DAC에 제시된다. 그러면 DAC는 이 디지털 데이터 언어를 아날로그로 변환한다. DAC부분은 오버샘플링 프로세서 중 가장 결정적인 단계의 하나인데, 특히 오버샘플링 비율이 높을 때 그렇다. DAC가 디지털 입력의 정확한 표현을 산출하는데에는 제한된 시간이 걸리므로 오버샘플링이 높을수록 DAC는 더 빠르고 처리능력이 뛰어나야 한다. 예를 들어 64배 오버샘플링 프로세서에서는 하나의 디지털 샘플을 매 354.3나노초(1나노초 = 10억분의 1초)라는 정확히 계산된 속도로 DAC에 공급한다. DAC의 아날로그 부분 빠르고 정확한 DAC만으로 충분한 아날로그 신호를 프리앰프로 보낼 수 있는 것은 아니다. DAC가 일단 디지털 입력을 아날로그 표현으로 제공하면 아날로그 - 전압변환기로 제공된 신호와 같은 정확도를 가진 출력이 나와야 한다. 여기에서 다시 음악의 해상도와 내적인 디테일이 보존되어야만 한다. 보다 아날로그적인 소리의 재생을 위해 이 부분에 진공관을 사용하는 경우도 많이 있다. I/V변환 이것은 DAC의 전류출력이 출력단계로 내보내는데 필요한 전압으로 바뀌는 곳이다. 아주 적은 비용으로 이 변환과정을 수행하는 유용한 집적회로 OP앰프 패키지들이 있는데 많은 제품들이 DAC칩에 그 패키지들을 결합시킨다. 보다 더 높은 품질의 프로세서들은 OP앰프 패키지들을 사용하지만 이런 방법에 있어 절충안이 없는 것은 아니다. 음악의 전달을 세밀하게 채색한다는 것이 이들 직접회로의 고유한 특징이다. I/V프로세서에서 음파의 통합성을 유지하는 유일한 방법은 분리된 고 바이어스 회로의 적절한 수행에 있다. 아날로그 출력회로기술 디지털 프로세싱에 있는 아날로그 출력단계는 오디오 프리앰프와 유사한 라인레벨 단계를 밟는다. 정확하고 자연스러운 음악의 전달을 위해 아날로그 출력단계는 라인레벨 단계와 마찬가지로 분리된 회로 컴포넌트를 통해 수행되어야 한다. 이렇게 하면 IC회로를 사용한 것보다 더 정확한 음파가 표현된다. 1(싱글)비트 혹은 비트스트림 방식과 멀티비트 DAC 현재 D/A컨버터의 방식은 16비트, 18비트, 20비트형, D/A 변환회로를 가진 멀티비트형과 일본의 MASH방식 그리고 필립스의 비트 스트림(Bit Stream)으로 대표되는 이른바 1비트 방식으로 크게 구분할 수 있다. 멀티비트 방식은 지금도 주류를 이루는 방식이기는 하나 1비트 방식의 비중이 점점 더 커지고 있다. 또한 각각의 방식에는 여러 가지 형식의 D/A변환회로로 나누어지는데 사다리(래더 : ladder) 저항형, Dem형, 적분형 등이 그것이다. 싱글 비트 DAC는 디지털 오디오 프로세서에 사용되는 멀티비트 DAC의 일종의 대안이다. 디지털 오디오 재생 컴포넌트에서의 프로세싱 단계와 디지털 오디오 프로세서를 혼동하기 쉬운데 이것은 1비트 프로세서가 아니라 1비트 DAC를 의미한다. 실질적으로 이들 1비트 칩은 대부분의 FIR 디지털 오버 샘플링 필터가 결합되어 있는데 이 FIR 디지털 필터는 다른 CD재생계통에서 사용사용되는 4배 또는 8배 오버샘플링과 유사하다. D/A 변환을 위해 다중비트(=멀티비트) 디지털 언어를 하나의 비트들로 쪼개는 기교는 파형이 아니라 오버샘플링 되고 재생된 이후에 비로소 수행된다. 1비트 DAC에는 멀티비트에서처럼 교정이 필요한 사다리형 회로가 없기 때문에 항상 정확하다는 것이다. 멀티비트형 D/A변환회로와 1비트형은 그 원리가 다른 만큼 음질 등에서도 상당한 차이를 나타낸다. 우선 1비트형의 장점으로는 제로 크로스(Zerro Cross) 왜율이 없고, 직선성이 우수하여 소음량시의 음악적 표현력이 매우 뛰어나다. 이와 함께 중후하고 부드러운 중저음의 표현력도 좋아 특히 클래식 애호가들에게 크게 어필하고 있다. 또한 메이커측에서도품질이 매우 균일한 d/a변환회로를 꾸밀 수 있어 대량생산시의 유리함과 함께 갱년 변화 등에 있어서도 안전성이 높기 때문에 매우 환영하고 있다. 그러나 단점으로는 첫째 원래의 16비트 데이터를 1비트 등으로 다시 바꾸는 과정에서 일어나는 재양자화 잡음 증가와 음악정보의 결락의 우려가 있으며, 둘째로는 높은 주파수의 클락(clock)으로 시스템이 동작되기 때문에 불안정한 동작을 하기 쉽다는 점도 있다. 그러나 음질상으로 보면 1비트 D/A변환시 필요한 초고수용의 IC제조가 어려워 현재는 5V용 CMOS 제조법만으로 제조되는 관계로 출력전압이 작아 다이나믹 레인지가 좁은 것이 가장 큰 약점이다. 반면에 멀티비트형은 앞서 언급한 바와 같이 제로 크로스 왜율과 소음량시의 직선성이 좋지 않다는 점이 주요 단점이다. 그러나 다이나믹 레인지가 넓고 박력있는 음은 1비트 방식에서는 얻기 어려운 멀티비트 방식만의 장점이다. 녹음기와 CD의 신호 방송전파와 같은 크기의 신호로 녹음기와 CD의 신호가 있다. 이 세 가지의 신호차는 비슷하기 때문에 같은 출력단자를 쓰는 경우도 있으며, 앰프의 내부에서 같은 계통의 통로를 사용하는데도 별 지장을 주지 않는다.이처럼 신호차가 큰 것은 큰 것끼리, 작은 것은 작은 것끼리 분리시켜주어야 앰프의 증폭부에서 구분하여 같은 신호차로 만들어 주게 된다. 이때 높은 신호를 하이게인(high gain), 도는 하이레벨이라 하고, 낮은 신호를 로 게인(low gain) , 로 레벨이라고 한다. 이처럼 프로그램 소스 중 신호차가 큰 튜너, 녹음기, CD 신호는 프리 앰프의 톤 컨트롤러를 거쳐 파워 앰프로 보내진다. 출처 : 원텍 홈페이지 자료실