음향기초#6 음향 신호 레벨

레퍼런스 레벨(Reference Level)

: 음향 신호 레벨에 관한 국제 표준.

 

• EBU , SMPTE 등 아날로그 레퍼런스 레벨(표준 레벨) : +4dBu, -10dBV 
• 디지털 레퍼런스 레벨(표준 레벨) : -18dBFS , -20dBFS 16-bit 
• 디지털 레퍼런스 레벨(표준 레벨) : -12dBFS

 

다양한 음향 신호 레벨

 

노미널 레벨 (Nominal level, 공칭 레벨)

장비의 노미널 레벨은 그 장비가 가장 좋은 소리를 내기 위해 설정된 기준 레벨을 말한다. 쉽게 말해, 장비가 정상적으로 작동하기 위해 설계된 신호의 크기이다. 국제 표준으로 라인 레벨의 기준은 +4dBu로 정해져 있다. 하지만, 모든 장비가 이 표준에 맞추어 설계된 것은 아닌데 예를 들어, 어떤 장비의 노미널 레벨이 +4dBu라면, 그 장비는 표준에 맞춰져 있는 것이다. 특히 디지털 장비(A/D, D/A 컨버터, 오디오 인터페이스 등)라면, 이 경우 +4dBu가 -18dBFS로 설정되어 있어야 한다. 반면, 노미널 레벨이 -8dBu로 설정된 장비는 표준인 +4dBu와는 맞지 않으며, 해당 장비는 -8dBu에서 작동하도록 설계된 것이다. 만약 이 장비가 디지털 장비라면, -8dBu가 -18dBFS로 맞춰져 있을 것이다.

쉽게 말해, 노미널 레벨은 장비마다 다를 수 있으며, 그 장비가 최적의 성능을 발휘하는 신호의 크기를 의미한다.

 

 

오디오 신호 레벨

 

마이크 레벨(Microphone/Mic level)

주로 마이크에서 발생하는 매우 작은 오디오 레벨 신호를 말하며, 마이크 레벨 범위는 -∞ ~ -20dBu(77.5mV)이고 약 -50dBV / 2mV로 매우 낮고, 마이크의 출력 임피던스는 보통 300Ω 이하로 밸런스 신호 전송이 가능하다. 하지만 라인 레벨 신호처럼 긴 거리 전송은 어려우며, 마이크 신호 전송에서는 출력 임피던스가 낮고 입력 임피던스가 높을수록 노이즈의 영향을 덜 받고 더 먼 거리로 전송할 수 있다. 마이크 케이블의 품질, 차폐, 그리고 입출력 임피던스가 신호 품질에 중요한 영향을 미친다.

마이크 레벨 신호는 신호원에 따라 레벨의 편차가 크고, 노이즈에 민감하며, 케이블이 길어지면 저음 손실이 발생하는 특성을 가진다. 따라서 이 낮은 신호 레벨은 전송 중에 노이즈에 매우 취약하기 때문에 프리앰프를 통해 신호를 증폭한 후 다루는 것이 일반적이다. 마이크 레벨 신호는 마이크뿐만 아니라 일렉트릭 기타나 턴테이블의 마그네틱 픽업, 라디오 튜너 출력 등도 해당된다.

마이크 프리앰프는 이러한 신호를 약 80dB까지 크게 증폭하는 중요한 역할을 하며, 신호 회로에서 가장 큰 증폭을 담당한다. 

 

인스트루먼트 레벨(Instrument Level)

주로 일렉트릭 기타나 베이스 기타에서 나오는 신호의 레벨을 의미하며, 그 신호의 크기는 마이크 레벨보다 높지만 라인 레벨보다는 낮다. 일반적으로 약 -20dBv, 범위로는 -20dBu ~ -10dBu 사이의 신호 크기를 가지며, 출력 전압에 비해 전류량이 적어 하이 임피던스 특성을 갖는다. 이로 인해 케이블의 길이에 민감하여, 보통 5m에서 10m 정도의 케이블이 한계이다. 그보다 길면 잡음이 유입되거나 신호 손실이 발생할 수 있어서 케이블의 품질도 중요한 요소가 된다.

신호가 비교적 약하고 노이즈에 취약하기 때문에 DI 박스(Direct Injection Box)를 통해 임피던스(Impedance)와 밸런스(Balanced)신호로 변환 후 믹서나 오디오 인터페이스에 연결하는게 좋다. 이러한 장비를 사용함으로써 신호를 안정적으로 처리할 수 있다.

 

라인 레벨(Line Level)

음향 장비에서 사용하는 표준 신호 레벨로, 주로 마이크에서 나온 아주 약한 신호를 프리앰프를 통해 증폭하여 우리가 다루기 쉬운 수준으로 만든 신호를 말한다. 이 신호는 대부분의 음향 장비에서 사용되며, 마이크 출력이나 파워앰프 출력 외의 거의 모든 장비의 입출력 신호가 라인 레벨에 해당한다. 신호 손실 없이 안정적으로 전송할 수 있는 거리와 품질을 보장하기 때문에 음향 시스템에서 매우 중요한 역할을 한다. 주로 믹싱 콘솔, 신디사이저, 카세트 데크, DVD 플레이어 등의 장비에서 출력되는 신호를 처리하는 데 사용된다.

라인 레벨 범위는 -20dBu(약 77.5mV) ~ +26dBu(약 15.5V) 의 전압을 가지며, 다양한 음향 장비에서 사용된다. 크게 두 가지로, 프로용 장비 +4dBu (약 1.23V RMS), 가정용 장비 -10dBV (약 0.316V RMS)로 나뉜다.

밸런스 케이블을 사용하면 신호가 Hot(+), Cold(-), Ground(0)로 전송되어, 전송 중 생기는 노이즈를 상쇄시키는 덕분에 잡음 유입을 최소화하며 안정적으로 신호를 전달할 수 있다. 고품질의 밸런스 케이블을 사용하면 최대 100m까지 신호 손실 없이 전송이 가능하고, 장비 간 신호 전송에서 중요한 부분이다.

라인 레벨이 중요한 이유는 인스트루먼트 레벨이나 마이크 레벨은 케이블의 길이와 품질에 민감하게 영향을 받기 때문에, 프로 오디오 장비에서는 이를 라인 레벨로 증폭하여 사용함으로써 신호 손실을 최소화하고 정확한 음향 처리를 가능하게 한다. 특히 믹싱 콘솔에서 다양한 신호 처리를 할 때 라인 레벨로 증폭된 신호를 사용하는 것이 필수적이다. 

 

스피커 레벨(Speaker Level 또는 Hi Level)

라인 레벨 신호를 파워 앰프(Power Amplifier)를 통해 스피커를 구동할 수 있을 만큼 증폭된 신호이다. 일반적인 공연용 SR 스피커의 경우, 라인 레벨 신호를 20~40dB 범위에서 증폭하여 사용한다. 스피커 레벨은 음향 회로에서 가장 마지막 단계에서 운용되며, 이후에 추가적인 증폭이 이루어지지 않는다. 이로 인해 케이블 저항에 의한 출력 손실이 발생할 경우 이를 보상할 방법이 없어 실질적인 출력 손실로 이어질 수 있지만, 이 단계에서는 외부 노이즈가 증폭되지 않으므로 노이즈에 의한 영향이 적습니다.

스피커 레벨의 전압 범위는 +26dBu(15.5V) ~ 수백 Volt까지 이르며, 파워 앰프에서 스피커를 구동하기 위해 출력하는 신호이다. 전송 시 케이블 저항의 영향을 크게 받으며, 전압과 출력이 매우 높다. 예를 들어, 1000W 출력의 파워 앰프에서 50V의 신호를 출력할 경우, 20A의 전류가 흐르게 된다.

결론적으로 스피커 레벨 신호는 높은 전압과 전력을 필요로 하며, 케이블의 품질과 저항이 신호 전송에 중요한 영향을 미친다.

 

 

신호 레벨 매칭(Level Matching)

한 오디오 기기에서 다른 기기로 신호를 전달할 때 최대 허용 레벨에 비해 과도하게 큰 레벨의 신호가 입력될 경우, 허용 레벨을 초과하는 신호는 윗부분이 잘려 나가는 클리핑(Clipping)이 발생하게 된다. 클리핑이 발생할 경우 신호의 원래 파형이 왜곡되고 클리핑에 의해 많은 양의 하모닉 노이즈(Harmonic Noise)가 발생하여 신호의 왜곡이 심해지게 된다.

반대로 입력되는 신호의 크기가 지나치게 작은 경우, 입력 신호와 장비 자체의 신호와 잔류 잡음 레벨이 충분한 간격을 유지하기 어렵고, 신호 대 잡음비(Signal to Noise Ratio, SNR, SN비)가 낮아져 결과적으로 증폭된 신호에 잡음의 비중이 높아지게 된다. 따라서 음향 신호를 전송할 때는 가급적 기기 자체의 잔류 잡음레벨과 최대한 넓은 간격을 유지하면서도, 입력되는 기기의 최대 허용 레벨을 초과하지 않도록 세심한 관리가 필수적이다.

 

 

 

참고문헌 : 네이버 지식백과 - 파퓰러음악용어사전 & 클래식음악용어사전, 홈레코딩 위키 by 리버사이드 재즈 레이블