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FAQ

[마이크,레코딩] USB DAC, 오인페에 무전원 허브를 사용하면 안되는 이유 (오디오 인터페이스)

닥터캣
2021.05.27 16:11 11,684 0

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요즘 노트북 (특히 맥북)의 경우는 USB 포트가 부족해서 허브(HUB)를 사용하는 경우가 많습니다. 오디오 인터페이스 제조사나 수입원 등에서는 USB 허브를 사용하지 말고 직결하라고 하는데요. 이유는 허브 자체가 랙을 유발할 수 있어서, 레이턴시가 늘어나거나 레이턴시는 아니라도 디지털 노이즈인 지터가 많이 잡힐 수 있기 때문입니다. 또한 전압 부족으로 인하여 음질 저하 및 제대로 된 동작을 못하는 경우가 있을 수 있습니다.

[허브 사용시 지터 노이즈가 증가한다.]

레이턴시 문제도 그렇지만, 저는 더 큰 문제를 디지털인 지터 노이즈가 증가하는데 더 큰 문제라고 봅니다. 모든 디지털은 클럭이 있으며 이를 매우 중요한 문제입니다.

 

WON.jpg

 

< 대당 2만불 정도 되는 루비듐 원자 시계 >

때문에 하이파이 매니아들이나 또는 디지털 장비가 많은 스튜디오에서는 디지털 기기를 사용할 때 별도 클럭을 사용하여 장비간에 클럭을 일치시켜 주기도 합니다.

지터는 이러한 클럭이 불안정해질 때 발생하며 이를 지터(Jitter)라고 합니다. 가끔 USB 전송에 노이즈를 이해를 못하시는 분들이 있는데요. (심지어는 사기라고 하는 분들도) USB 전송 중 지터 노이즈가 발생할 수 있는 부분은 싱크로 전송일 때 일어납니다. USB 전송은 여러가지 방식이 있습니다.

1. 컨트롤 전송

2. 인터럽트 전송

3. 시리얼 전송(Bulk)

4. 싱크로 전송(Isochronous)

등 4가지 방식이 있는데 1번이나 2번은 주로 마우스나 키보드 등을 말하고, 우리가 사용하는 USB 메모리나 USB 하드 등은 시리얼 전송을 사용합니다. 벌크 전송이라고도 하는데요. 대용량의 데이터를 주고 받는 벌크 전송은 우리가 흔히 배운 데이터 비트 + 패리티 비트가 있어서, 데이터가 유실되거나 깨지지 않습니다. 전송 시간이 좀 오래 걸릴수는 있어도, 사진 데이터를 전송해도 화질의 열화는 없습니다.

하지만 오디오 전송은 싱크로 전송(동시 전송)이라고 해서 혹시 데이터가 유실되더라도 이를 다시 요청하지 않고, 그대로 받아가지고 사용합니다. 최악의 경우는 소리가 깨지거나 끊어지겠지만, 잘 느끼기는 힘드나 묘하게(?) 좀 음이 불안정해졌다거나 밸런스가 잘 맞지 않는다거나, 해상도가 떨어진 느낌을 받을수도 있습니다.

 

https://www.jmaxwellusb.com/Articles/Audio-USB-Fundamentals.aspx

 

이러한 디지털 노이즈 지터에 대해서는 유명한 오디오 인터페이스 및 디지털 장비 제조사인 독일 RME-AUDIO사에서 그림까지 가지고 와서 설명을 하고 있습니다.

JITTER.jpg

 

RME사의 경우는 광케이블 1개에 수십-수백 채널의 오디오를 전송할 수 있는 기술인 MADI를 개발했고, 데이터가 커지다보니 타이밍이 일치하지 않아 일어나는 불안정성을 개선하기 위해서 스테디 클럭(Steady Clock)을 개발했습니다. 지금은 대부분의 RME 제품에 스테디 클럭이 채용되어 있습니다.

최근에 나온 FS 시리즈는 이 클럭의 정밀도를 팸토 세컨(1천조분의 1)까지 끌어올렸습니다.

위의 눈금에서 파산색 선들은 정확하게 모눈에 일치를 하지만 아래 보라색의 선들을 보면 눈금에 살짝 맞지 않는 부분이 있음을 알 수 있습니다. 시각적으로 보면 그렇다는 것이고 실제 저렇게 나타나지는 않습니다.

이와 같은 지터가 허브를 거치면서 일어날 수 있습니다.

[무전원 허브를 사용하면 전압과 전류가 떨어짐]

부득이하게 허브를 사용할 수 밖에 없는 상황이라면 성능이 검증된 유전원 허브를 사용하는게 좋습니다. 유전원 허브는 전원이 별도로 투입되어야 하고 가격이 비싸기 때문에 , 무전원 허브를 사용하는 분들도 있는데요. 절대로 사용하지 말아야 합니다. USB 허브를 뜯어보면 하나의 USB 포트를 여러개로 만들어주는 반도체 칩이 있습니다. 이 칩 또한 어느 정도 전원을 사용하기 때문에, 무전원인 경우 허브 자체의 전압이 현저하게 떨어질 수 있습니다.

작동 전압 자체가 떨어지기 때문에, 음질에도 악영향을 줍니다.

오늘은 이에 대해서 간단한 실측 자료를 보여드리고자 합니다.

테스트에 사용된 제품은 유전원 허브이나 무전원으로도 동작하는 제품입니다.

 

hub1.jpg

 

 

먼저 무전원인 상태에서 전압을 체크해보겠습니다. USB 전원인 5V가 아니라, 4.49V로 전압이 10% 떨어진 것을 알 수 있습니다. 이는 오디오 인터페이스 등을 연결해도 마찬가지였으며, 특히나 제품이 동작하면서 4.9V ~ 4.4V 등으로 전압이 계속해서 변합니다. 전류는 큰 변함이 없었지만, 많은 장치가 연결되면 전류 부족에도 시달릴 것입니다.

특히 콘덴서 마이크 등은 USB 전원을 10배 승압시켜서 48V를 만드는데 위와 같은 경우는 45V까지 뿐이 만들어내지 못합니다.

전원을 연결해보겠습니다.

hub2.jpg

 


USB 전원인 5V보다 약간 높은 수준으로 바로 전압이 올라가서 체크되는 것을 알 수 있습니다. 기기를 연결하니 5.05V 정도까지 떨어지더군요. 전압도 문제이지만 전류도 문제가 됩니다.

 


 


USB 2.0의 경우는 공급전력이 500mA 입니다. 오디오 인터페이스는 제품에 따라서 틀리지만 약 250mA 전후의 전류를 필요로 하는데요. 제가 테크해보면 대략 400mA 이상의 전류를 소모하는 제품도 많습니다.

 


 


USB 허브가 동작하면서 자신 또한 20~50mA 정도 전류를 소모합니다. 전체 공급할 수 있는 전력이 500mA인데 300mA 짜리 기기가 두대 연결되어 있다면, 두 장치는 250m정도의 전류를 사용할 수 밖에 없을 것이며, 마치 자동차에 엔진 출력이 떨어지듯 소리는 나오지만 불안정하게 동작할 수 밖에 없을 것 입니다.

 


 


[레이턴시 증가]

 


 


레이턴시를 줄이기 위해서 오디오 인터페이스를 사용합니다. 대부분의 음원들이 컴퓨터 하드디스크에 있고, 명령에 의해서 오디오 인터페이스로 재생이되며, 또한 우리가 녹음하는 모든 소리가 오디오 인터페이스를 거쳐 들어갑니다. 보통 레이턴시는 10ms(밀리세컨드 1000분의 1초를 말함) 이내로 레이턴시를 줄이기를 희망합니다.

 


 


그러나 허브가 이를 방해한다면?

 


 


실제로 그렇다는 증거는 검색만해도 쉽게 나옵니다.

 


 

 

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