지난 2월호에서는 방송 설비에 많이 사용되는 비디오케이블인 동축케이블의 기본구조와
신호에 따른 전달특성, 작업시 주의사항 등에 대해 알아보았다. 이번호에는 음향(오디오)에
사용되는 마이크와 스피커케이블, 멀티케이블 시스템 등의 이론에 대해 알아보도록 하자.
음향에서 사용되는 밸런스케이블과 언밸런스케이블이란
=> 지난호에 살펴보았던 동축케이블을 잠깐 보도록 하자. 동축케이블은 1개의 신호선과 1개의 접지선으로
구성되어 있다. 이때 신호선을 통해서는 본래의 1개 신호만이 전송되는데 이를 언밸런스 라고 한다.
(비디오에 사용되는 모든 케이블들은 1개 신호선으로만 구성된 언밸런스드 이다)
동축케이블을 사용하는 HD-SDI, SDI , RGB, S-VHS 등 모든 영상케이블이 언밸런스 케이블이다.
이제 음향시스템을 살펴보도록 하자.
STAGE 에서 음향의 시작은 마이크이다. 마이크는 어쿠스틱 음파진동 에너지를 전기적 신호로
변환해주는 역할을 한다. 이때 발생되는 전기신호는 AC 교류신호이다.
그러므로 DC 전원처럼 1개의 전기신호 전송라인이 있는 것이 아니라 2개의 라인이 있게 된다.
이때, 밸런스라인 한 포인트에서 파형을 측정해보면 신호는 같으나 방향이 틀린
즉, 위상이 180도 반대인 두개의 신호를 확인 할 수 있다. 이때 본래의 파형을 HOT 이라고 하고
위상이 180도 틀린 파형을 COLD 라고 한다. 이에 밸런스케이블은 HOT, COLD, 접지(Ground)
3개로 구성되어 있으며, 사용되는 커넥터 또한 3가지 포인트로 나뉘어져있게 된다.
(밸런스 라인은 두개의 신호선과 한개의 접지선으로 구성되어 있다)
이때 밸런스 라인의 장점을 살펴보자. 외부에서 유입되는 노이즈는 동시에 HOT 신호선과 COLD 신호선에
영향을 끼치게 된다. 그럼 본래의 두 신호선은 노이즈에 의해 변행되는데 이때 최종 끝단에서 HOT 신호선과
COLD 신호선을 합쳐주게 되면 노이즈는 서로 상쇄가 되고 깨끗한 한개의 본래 신호만 남게 된다.
이를 Common Mode Noise Rejection 이라고 하며 밸런스라인은 전송 과정중 유입되는 노이즈를 구조적으로
상쇄시켜 없애줄 수 있는 것이다.
이는 마이크케이블, 마이크멀티케이블 등 MIC 와 LINE 레벨의 신호를 전송해주는 음향케이블에 적용된다.
시스템예에서 보는 것과 같이 다수의 마이크에서부터 나온 신호를 주조정실의 믹서로 수십미터
전송하기 위해서 사용하는게 멀티마이크케이블이다. 멀티마이크케이블은 2개 ~ 32개 이상의
여러개의 마이크케이블을 묶어놓은 것으로 배선작업시 일반 싱글 마이크케이블 수십개를
배선작업 하는것보다 시간과 비용을 크게 절약해준다.
이때 양끝단 단말작업시 채널구분을 위해서 개별 마이크케이블에는 색상띠로 표시를 하게 된다.
이는 채널별로 규정된 색상임으로 미리 알아두면 멀티마이크케이블 작업시 용이하다.
스피커케이블은 높은 레벨의 신호를 전송해주기 때문에 외부로부터 유입되는 노이즈에 대한 영향을 적게 받는다.
그러므로 밸런스 라인이 아닌 언밸런스 케이블을 사용하며 별도의 실드처리도 하지 않는다.
스피커케이블은 큰 전류의 신호를 전송해주며 일종의 전력 케이블이라고 생각 할 수 있다.
(스피커케이블은 언밸런스 케이블로 + 신호부와 - 신호부로만 구성되어 있다)
악기케이블 중에는 언밸런스 케이블을 사용하는 부분이 있는데 대표적인 케이블이 기타(Guitar) 케이블이다.
일렉기타의 경우 높은 임피던스의 출력단임으로 위의 사진과 같이 도체 단면적이 굵고 저항이 적은
오디오 케이블을 사용해야 한다.
위와 같이 몇개의 경우를 제외하고는 음향케이블은 모두 밸런스 케이블이며 전송과정중
케이블로 유입되는 노이즈를 상쇄시켜주기 위한 구조로 이해하고 사용하도록 하자.
일반 2심 마이크케이블은 어떤 곳에 사용하는가?
=> 음향에서 사용되는 일반 마이크케이블이나 오디오장비나 랙배선용 케이블은 대부분 2심 마이크케이블이다.
2심 마이크케이블은 노이즈의 영향을 잘 받지 않고, 비교적 높은 레벨의 신호(-20dB ~ 0dB)를 전송하는데
적합하며 4심 마이크케이블에 비해 외경이 얇고 가격이 저렴한 장점을 갖는다. 이때 대부분은 LINE 레벨에
사용되나 MIC레벨을 사용할 가능성이 있는 회선에는 노이즈 영향을 줄여주기 위해 4심 마이크케이블의
사용을 추천한다.
(국내 표준 2심 마이크케이블인 카나레 L-2T2S)
4심 스타쿼드 마이크케이블의 장점은?
=> 4심 마이크케이블은 'QUAD' , 'STARQUAD' , '전자실드' 등 다양한 이름으로 불리우며
일반 마이크케이블부터 배관/랙배선용 등 2심 마이크케이블과 동일한 용도에 사용된다.
4심 마이크케이블은 외부 노이즈의 영향을 받기 쉬운 미약신호(-50dB 이하) 를 전송할때
특히 유리하며 2심 마이크케이블로 차단할 수 없는 100Hz 미만의 전자 노이즈 차단에 큰 효과가 있다.
아래 그림은 전원케이블에 유도된 노이즈 영향에 대한 주파수 분석이다. 실제 4심 마이크케이블이
2심 마이크케이블보다 전원노이즈에 1/10 로 영향을 적게 받음을 알 수 있다. 현재 일본이나
미국 등 음향케이블 선진국에 경우 2심 케이블보다 4심 케이블의 사용량이 훨씬 많다.
그렇다고 해도 전원케이블과 가깝게 평행 배선이 되어야 하는 경우는 마이크케이블을 금속관 안에
입선하는게 노이즈에 가장 안전한다.
4심 스타쿼드 마이크케이블은 어떻게 사용해야할까?
=> 4심 스타쿼드 (전자실드) 마이크케이블은 일반 2심 마이크케이블과 동일하게 HOT 신호선과 COLD 신호선,
접지선(Ground)으로 구성된다. 단말작업시에는 4심으로 구성된 신호선을 대각선 방향으로 묶어서 사용해야 하며
그래야만 본래 스타쿼드 구조의 성능이 나올 수 있다.
(대각선 방향의 같은 색상끼리 묶어서 사용해준다. 카나레 배선용 4심 마이크케이블 L-4E6)
간혹 스타쿼드 마이크케이블이 신호선이 4개로 구성되있기 때문에 각기 다른 4가지 신호를 동시에
전송하는 경우도 있는데 이는 올바른 사용방법이 아니다. 마이크케이블 1개당 1채널의 밸런스 오디오 신호를
전송하는데 사용해야만 하겠다.
오디오 케이블에서 노이즈를 차단해주는 실드의 종류는?
=> 음향케이블은 밸런스 라인 자체만으로도 위상만 180도 다른 동일한 신호를 전송해줌으로서
Common Mode Noise Rejection 으로 전송과정중 유입된 노이즈를 서로 상쇄시켜준다.
이에 추가적으로 노이즈 차단을 강화하기 위해 케이블 내부에 임의의 금속관을 입혀주는데
이를 실드(Shield)라고 한다. 실드는 사용되어지는 케이블의 용도와 구조에 따라 몇가지 형태가 있다.
첫번째는 편조실드로 일종의 그물망형태이다. 움직임이 있는 음향케이블에 사용되며 굽힘과
외부 충격을 받아도 쉽게 실드가 손상되지 않는다. 보통 95% 이상 차폐율을 보여주며 특히
낮은 주파수대역의 아날로그 노이즈 차단에 효과적이다.
전체 케이블 구조에서 편조실드만
따로 때어내어 생각해본다면 일종의 그물형태의 금속관임을 알 수 있을 것이다.
편조실드는 고밀도 기술력이 필요로 함으로 가격이 높고 단말작업시 접지선(Ground)으로
사용하기 위해 촘촘한 편조실드를 풀어야 하기에 숙련된 기술이 필요하다.
(이동용 케이블에 사용되는 촘촘한 그물망형태의 편조실드)
두번째는 스파이럴 실드로서 편조실드와는 다르게 격자방향이 아닌 한쪽방향으로만 다수의 얇은 동선을
가로감기한 형태이다. 실드 차폐율을 높이기 위해 스파이럴 실드 위에 역방향으로 한겹 더 감은
더블 스파이럴 실드도 있다. 스파이럴 실드는 90% 정도의 차폐율을 보여주며 편조실드보다 유연성은 좋으나
움직임에 대해 실드선들이 뭉치거나 꼬일 수 있어 대부분 고정배선용으로 추천된다.
세번째는 알루미늄 랩 실드로 신호선 주위에 알루미늄 테이프를 감은 실드 구조이다. 알루미늄 자체는
외부충격에 대해 찢어지기 쉽기 때문에 바깥면에 폴리에스터 시트를 덧붙이게 된다.
알루미늄 랩 실드는 대부분 접지선이 내장되기 때문에 단말작업이 쉽고 가격이 저렴하여
대부분의
고정배선용 음향케이블에 사용된다.
(알루미늄 랩실드 태잎이 감겨 있는 고정 배선용 음향케이블)
이동용 음향케이블의 구조적 차이
=> 고정배선용 음향케이블은 한번 고정설치를 하면 움직임이 없어 구조적으로 안정적이다.
하지만 이동용케이블은
설치, 철거를 반복적으로 해야 하며, 유연성을 가져야하고 외부 충격에 대해서도
손상을 대비해야 한다.
위 사진은 이동용 마이크케이블 8개가 합쳐져 있는 중계PA용 멀티마이크케이블의 단면적 모습이다.
개별 마이크케이블에 노이즈 차단을 위한 편조실드가 촘촘히 감겨 있는 모습을 볼 수 있다.
만약 편조실드가 아닌 알루미늄랩 실드가 사용되었다면
빈번한 외부충격에 쉽게 찢어지게 된다.
개별 마이크케이블 내부에는 신호선 사이사이에 충전재(흰색)이 삽입되어 있으며 입관작업시
장력에 의한 신호선 손상을 방지하기 위한 케블러(노란색 탄소섬유)가 포함되어 있음을 알 수 있다.
그리고 멀티마이크케이블의 경우 개별 마이크케이블 사이사이에도 충격흡수 및 외형보호를 위한
충전재가 삽입되어 있으며 끝으로 최종 외피도 고정배선용 음향케이블에 비해좀 더 질기고
사용수명이 긴 특수 PVC 외피재질되 구성되어진다.
마이크/LINE 레벨 케이블에서 전원노이즈를 줄이는 방법은?
=> 마이크케이블 사용시 우선 금속배관을 사용하여 안쪽으로 배선하는걸 추천한다.
금속배관을 사용하지 않을 시에는 전원케이블과의 이격거리가 기준치가 되게된다.
이때 이격거리를 고려하지 않고 전원 케이블을 배선하면 노이즈 문제가 발생할 수 있다.
단순하게는 전원케이블의 자기장의 영향은 거리가 2배 멀어지게 되면 그 영향은 1/4 로 줄어들게 된다.
모든 케이블은 한번 배관배선 작업을 끝내놓으면 추후 수정하기가 어려움으로 설계시 미리
전원케이블과의 이격거리를 고려하도록 하자.
스피커케이블의 선택과 댐핑팩터란?
=> 스피커케이블은 가능하면 앰프와 스피커 사이를 가장 짧게 사용하는게 이상적이다. 그러나 대형 공연장이나 문예회관 등
대규모 설비에는 파워 앰프의 설치 장소 확보, 전원 배선, 보수 관리, 안전 대책 등을 종합적으로 고려하다 보면
스피커케이블을 짧게 배선하기 어려운 것이 현실이다. 이때 음손실을 줄이기 위해서는 도체 단면적이 굵은
스피커케이블을 사용하는 것이 좋으나
그렇다고 경제성을 무시할 수는 없을 것이다. 그러므로 파워 앰프의 출력 임피던스와
스피커의 입력 임피던스, 전송거리를 고려한 댐핑 팩터를 기준으로 스피커케이블 선택하는 것이 좋다.
댐핑 팩터는 스피커의 제동력을 나타내는 파워 앰프의 성능으로 다음 식과 같다.
댐핑 팩터가 큰 쪽이 스피커의 구동력이 우수하며 저음까지 선명하게 재생할 수 있다. 위의 식에서 알 수 있듯이
스피커 케이블의 도체 저항이 크면 (단면적이 적으면) 댐핑 팩터가 작아지고, 아무리 우수한 파워 앰프를 사용하여도
제 성능을 발휘할 수 없게 된다. 그래서 음질을 중시하는 경우의 댐핑 팩터는 20~50 이상, 스포츠 경기장 등 speech 중심의
용도일 경우는 댐핑 팩터 10~20 이상을 기준으로 스피커케이블을 선택하면 되겠다.
아래는
스피커케이블의 실질단면적을 기준으로 사용할 수 있는 스피커케이블의 길이를 나타낸 것이다.
2심 스피커케이블과 4심 스피커케이블의 차이는?
=> 스피커케이블이란 앰프에서 증폭된 MIC 나 LINE 레벨 신호를 스피커까지 연결시켜준다.
스피커케이블은 높은 레벨의 신호를 흘려보내주는 일종의 전원 케이블과 같아 외부에서 유입되는 노이즈의
영향보다는 주변 신호케이블이나 음향장비에 영향을 미치는 방사노이즈가 고려할 요소이다.
(일반적인 2심 스피커케이블)
(방사노이즈를 줄여주기 위한 4심 스피커케이블)
4심 스타쿼드 마이크케이블과는 달리 4심 스피커케이블은 아래 그림과 같이 4심의 신호선을
각각 중심에서
같은 거리에 배치함으로써 자계를 서로 상호 견제해주는 장점을 갖는다.
그러므로 2심 스피커케이블에 비해 자계의 거리에 따른 감쇠효과가 대폭 향상되어 스피커케이블에서
발생되는 방사 노이즈를 현저하게 억제할 수 있게 되었다.
음향배선 설계시 에코(ECO) 케이블을 사용해야 하는 이유는?
=> 에코케이블이란 외피를 비롯한 피복재료에 환경영향물질을 줄인 폴리에틸렌계 재료를 이용한
케이블로서, "에코"란
조화를 이룬 환경이란 뜻의 "Ecology" 의 머릿자 ECO 에서 따온 글자로
EM 케이블 (Eco-material 케이블) 이라고도 불린다. 이 규격은 종래 PVC전선, 케이블과 함께
그 이상의 일반 성능을 전제로 검토 제정되었다.
에코케이블은 소각하더라도 염소가스등의 할로겐 물질이나 다이옥신이 발생하지 않으며,
땅속에 묻어도 납 등의 중금속이 용출되지 않는다. 만일의 경우 사람들이 많이 모여있는 공공장소에서
화재시에도 유독가스가 발생하지 않아 연기의 발생이 적다. 또한 PVC 와 달리 가소제를 사용하지 않아
OUT GAS 대책이 필요한 Clean Room 에서도 사용 할 수 있다.
최근에는 사람들이 많이 모이는 대형 공연장과 터미널, 공항 등의 영상, 음향설비시에는
일반케이블에서 에코케이블로 사용하는 추세로 바뀌고 있다.
랙배선과 케이블 포설시 주의사항은?
=> 수많은 영상케이블과 음향케이블을 사용, 설치하다보면 고정된 장비 뒷쪽으로 배선을
연결하는 경우가 많게 된다. 이때 케이블을 손상없이 안정적으로 설치하기 위한 TIP 을 소개한다.
배선시에, 커넥터 부분에 케이블 무게에 의한 부하 상태가 지속되면, 커넥터 연결부분에 접촉불량, 파손 등의
원인이 될 수 있다. 이때는 반드시 뒷쪽으로 여분의 길이를 두어 케이블 부분을 결속바 등으로 고정하여
커넥터에 부하가 걸리지 않도록 커넥터 끝부분에서부터 30mm 정도는 구부리지 않은 상태로 배선하면 된다.
또한 케이블은 10가닥 정도씩 케이블타이 등으로 고정해주고 이때는 케이블에 충격이 가해지지 않도록
케이블타이를 손가락으로 움직을 수 있는 정도 (58N, 6 kgf) 이하에서 결속해주면 된다.
이상으로 기본적인 음향케이블 이론들에 대해서 알아보았다. 잘못 사용된 케이블은 단순하지만
방송사고나 음향사고의 원인이 될 수 있으며 기본적인 케이블 이론과 원리를 이해하고 케이블 설치 및
사용한다면 보다 효율적인 시스템 운영과 전반적인 시스템 성능을 개선하는 요소가 될 수 있다고 본다.
이외에도 음향케이블 설치시 필요한 다양한 TIP & TECH 가 있으며, 향후에 비디오플러스를 통해서
함께 알아보도록 하겠다.
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