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매거진 뮤지션을 위한 홈레코딩 핸드북

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by 김현부 Nov 12. 2018

뮤지션을 위한 홈레코딩 핸드북 14 (D.I box)

라인 녹음시 임피던스 매칭 & more

일반적으로, 홈레코딩에서 라인으로 녹음하는 경우, D.I box를 사용하는 것이 음질면에서 훨씬 더 유리하다. D.I box는 악기의 출력 저항과 오디오 인터페이스의 입력저항의 차이로 인해 발생하는 음의 손실을 최소화하고, 발생가능한 전기 노이즈(그라운드노이즈)를 차단할 수 있으며, 악기의 신호를 전기적으로 분리할 수 있다.

D.I box의 탄생

A vintage Wolfbox custom-made by audio engineer Ed Wolfrum in the 1960s.

D.I box는 Direct Injection box의 줄임말로 바로 꽂아서 사용한다는 말이다. 마이크 프리앰프에 직접 연결한다는 말인데, 그 출발은 1960년대로 거슬러 올라간다. 1960년대 레코딩 스튜디오에서 전기 기타와 베이스등의 악기를 직접 녹음용 믹싱 콘솔에 연결하여 녹음할 때 스튜디오 믹싱 콘솔의 마이크 프리앰프의 임피던스(저항)와 악기에서 출력되는 임피던스를 맞추기 위해서 만들어 졌다.

일반적인 전기 기타와 베이스의 픽업 출력 저항값은 약 수만Ω(옴)에서 백만Ω(옴)정도이고 일반적이 마이크 프리앰프의 입력 저항값은 약 수백~몇천Ω(옴)정도이다. 이 때 발생하는 저항값의 불일치를 임피던스 미스매칭(impedence mis-matching)이라 부르고 이는 음색을 나쁘게 하는 직접적인 요인이었다. 저항의 불일치로 만들어지는 음의 손실을 최소화하기 위해 D.I box가 만들어졌다.

홈레코딩에서 어쿠스틱 기타를 녹음할때, 상황이 허락하면, 마이크를 사용하면 좋지만 사정에 따라 라인으로 녹음해야 하는 경우가 많다. 물론 오디오 인터페이스의 INST 스위치를 사용하여 저항을 조정하면 되지만 어쿠스틱 기타의 픽업이 피에조(piezzo)픽업인 경우 천만Ω(옴)정도가 되는 피에조 픽업의 출력 임피던스를 오디오 인터페이스 마이크 프리앰프의 입력 저항에 맞추기 위해서는 D.I box (이 경우 active D.I box)가 필요로 할 것이다.

D.I box의 기능

1. 임피던스 매칭

https://www.soundonsound.com/techniques/guitar-technology

전기기타와 베이스의 출력 임피던스(저항)은 재질 혹은 코일의 두께와 길이등의 구조에 의해 출력 만들어진다. 구리선을 수천번감아서 만드는 픽업의 저항은 상당히 높고, 저항이 높은 픽업에 통해 나오는 출력 임피던스는 상당히 높아 라인으로 녹음하기 위해서는 마이크 프리앰프가 받을 수 있는 저항으로 낮추어 주어야 한다. 이 저항을 맞추는 것을 임피던스 매칭이라 부른다.

D.I box에는 악기에서 나오는 높은 임피던스(Hi-z)를 마이크 프리엠프에 적합한 낮은 임피던스(Low-z)로 바꾸는 트랜스포머(transformer)가 장착되어 있다. 트랜스포머는 입력신호와 출력신호의 음색의 변화를 주지않으면서 임피던스(저항)을 낮추어야 한다. 저렴한 D.I box는 이때 입력신호의 임피던스를 낮출때 입력신호의 주파수의 위상이 왜곡되어 변화될 수 있고 이는 D.I box를 거쳐서 나오는 출력신호의 음색이 변하는 결과를 만든다. 이러한 현상이 위상 왜곡 (Phase Distortion)인데 이는 악기의 저음에 심각한 왜곡을 가져온다.

2. 그라운드 노이즈 차단 (Ground noise)

http://www.radialeng.com/wp-content/uploads/2017/12/JDI-mk3-Manual-web.pdf

D.I box에 장착된 트랜스포머(transformer)의 역할은 에너지를 변형하는 역할을 한다. 악기에서 나온 전기에너지를 자기에너지로 변화하고, 이를 다시 전기에너지로 변환하면서 악기의 높은 출력저항을 마이크 프리앰프의 입력에 적합한 낮은 저항을 변환하다. 접지를 공유하면서 발생가능한 그라운드 노이즈를 구조적으로 방지할 수 있다.

3. 마이크 프리앰프에 적합한 전압으로

마이크 프리앰프는 마이크에서 출력되는 전압을 증폭하기에 최적화 되어있다. 일반적인 다이나믹 마이크의 출력은 0.001볼트에서 0.01볼트정도이다. 악기에 출력되는 전압은 악기에 따라 아주 다르다. 정격출력이라는 것을 찾아 보기는 상당히 힘들다. 그리고 악기의 출력 전압은 마이크의 출력 전압보다 일반적으로 높고 일부 액티브 시스템이 장착된 악기의 출력 전압이 1.5볼트초과하기도 한다. 이렇게 높은 전압은 마이크 프리앰프에 과부화가 걸리기하여 악기의 소리를 왜곡한다. D.I box는 이 악기 신호를 마이크 레벨의 전압으로 변환하여 마이크 프리앰프가 악기 신호를 증폭할 때 신호의 왜곡을 최소화한다.

4. 언밸런스 신호를 밸런스 신호로 (Unbalanced to balanced)

http://www.alectrosystems.com/tips/audio_tips/audio_tip_LowZ.htm

언밸런스 신호를 증폭하면 신호전달과정에서 발생하였던 전기 노이즈 역시 같이 증폭이 되지만 밸런스 시스템에서는 신호전달과정에서 발생한 전기노이즈는 위상 상쇄(phase cancel)가 되고 신호는 두배로 증폭된다.

홈레코딩에서 아주 긴 케이블을 사용하여 녹음해야 하는 경우는 거의 없지만, 구리선을 사용한 케이블을 통해 전기신호를 전달하면 케이블이 길어지면 길어질수록 전기적 노이즈가 많이지고 외부간섭요소들에 취약해진다. 악기에 사용하는 55잭의 경우, 최대길이가 8m를 넘어가면 노이즈가 심각하게 많아진다. 악기에 사용하는 55케이블은 선이 두가닥인 언밸런스 시그널을 사용하는데 이를 멀리 보내기 위해서는 선을 세가닥 사용하는 밸런스 신호로 바꾸어 주어야 한다. D.I box는 악기의 언밸런스 시그널을 밸런스 시그널로 변환해 주어 멀리 신호를 보낼때 효과적으로 사용할 수 있다.

액티브 혹은 패시브 (Active vs passive)

액티브 D.I box 와 패시브 D.I box의 가장 큰 차이점은 전기를 사용하는냐 하지 않느냐가 가장 큰 차이이지만 기능면에서 그 이상의 차이가 있다.

패시브 D.I는 악기의 출력 저항의 크기와 전압에 따라 D.I에서 출력되는 저항과 전압이 달라진다. 만약 악기의 출력 저항과 전압이 많이 약하다면 이를 보정해 줄 수 있는 여지가 없다. 하지만 액티브 D.I는 프리앰프가 내장되어 있어 약한 입력 저항 혹은 전압을 보정해서 변환할 수 있고 동시에 높은 출력저항과 전압을 가진 악기의 신호도 마이크 프리앰프에 적합한 신호로 보정(buffer)할 수 있다. 높은 다이나믹 레인지를 가진 액티브 픽업 시스템을 가진 악기라면 액티브 D.I가 더 좋은 선택이 될 것이다.