디지털 무결성에 이의를 제기하다 Part.2
디지털 오디오 케이블 규격 알아보기
자료제공 : 소니캐스트
글 : 이무제 기자
지난 호의 내용을 간단히 요약하자면 ‘디지털 오디오 전송은 실시간일수록 완전무결하지 않으며 오류가 발생할 확률이 높다. 이는 잡음, 소리의 끊김, 명료도의 떨어짐, 이미지의 흐릿함 등으로 나타난다.’로 정리할 수 있겠다. 이러한 디지털 오디오 실시간 전송의 오류를 근본적으로 해결할 수 있는 방법은 바로 ‘규격에 적합한 케이블 및 커넥터’를 사용하는 것이다.
하지만 첫 번째 문제는 ‘의외로 많은 케이블 및 커넥터 제조사들이 규격에 미적합한 품질로 생산한다’는 것이며 두 번째 문제는 ‘실제로 많은 케이블과 커넥터는 사용자나 유통업자가 직접 납땜 들을 통해 조립해서 만들어지는데 이 작업 품질이 균일하지가 않다’는 것이다. 마지막으로는 ‘많은 사용자들이 디지털 케이블의 특성을 잘 모르고 지나치게 거칠게 다뤄 내부 선재 및 쉴드의 꼬임이나 이탈을 발생시키고 이것이 케이블의 [특성임피던스]를 변화시켜 결국 규격에 미적합하게 되는’ 사례가 생각보다 많다는 것이다.
그렇다면 완전무결한 디지털 오디오 전송을 위해 알아야 할 것은 ‘각 포맷별 정확한 규격’, 그리고 ‘케이블 및 커넥터의 규격’, 그리고 이것들의 상관관계가 의미하는 바를 이해하는 것이다. 결론부터 말하자면 디지털 오디오 전송은 입출력 기기간 부하 임피던스와 케이블의 특성 임피던스가 일치하면 그 어떤 전송 길이에서도 아무런 문제가 발생하지 않는다. 문제는 많은 외부적 요인으로 이 특성이 무척 깨지기 쉽다는 점이다.
특성 임피던스? 부하 임피던스?
케이블은 저항, 인덕턴스, 커패시턴스의 특성을 모두 갖춘 RLC 회로라고 보아도 좋다.
일반적인 아날로그 오디오 전송에서는 ‘임피던스를 매칭시키고 케이블을 그에 맞춘다는 개념’이 존재하지 않는다. 우선 사용하는 주파수 대역이 기껏해야 Hi-Res의 영역으로 가도 30~40kHz 정도에 불과하며 이 정도의 저주파는 임피던스 불일치로 인한 반사파의 영향이 매우 적기 때문이다. 이는 공기 중으로 소리가 전달 될 때의 파장에 비해 이것이 전기신호로 변환 될 때 파장이 어처구니없이 커지기 때문이다. 왜냐하면 전기신호는 빛의 속도와 동일하게 전달되는 탓이다. 실제로 아날로그 오디오에서 ‘초음파’로 분류되는 30kHz는 전자기파로 환산시 파장이 약 10km 정도가 된다. 아날로그 오디오 영역에서는 V=IR이라는 Ohm의 법칙을 주로 사용하는데 이는 실은 일종의 근사값이다. 실제 모든 오디오의 전기 변환 신호는 ‘교류’이기 때문에 Wave의 개념으로 생각해야 하며 이에 따라 전파상수 &beta=2π/λ로 정의해야 하지만 주파수가 낮은 아날로그 회로에서는 파장 λ가 지나치게 크기 때문에 전파상수 β를 거의 0으로 취급할 수 있는 것이다. 이에 따라 아날로그 전송에서는 근사값인 V=IR을 사용해도 큰 문제가 없는 것이다.
지금 말하고자 하는 케이블의 ‘특성 임피던스’는 이러한 Wave의 개념, 실무에서는 MHz나 GHz 단위의 고주파에서만 존재하는 것이다. 문제는 우리가 사용하는 디지털 오디오 전송이 이러한 고주파를 바탕으로 이뤄진다는 것이다. 어떠한 전압의 진동, 즉 교류를 전달하는 케이블은 전기, 즉 전압의 변화를 전달하지만 이 과정에서 필연적으로 자기장이 형성되며 전기와 자기, 즉 전자기파를 전달하게 된다.
특성 임피던스는 말하자면 ‘전기장과 자기장 특성의 비율’이라고 말할 수 있다. 케이블은 두 개의 도체가 부도체로 싸인 구조로 두 개의 도체 사이의 전압 변화를 통해 정보를 전달한다. 이러한 구조는 필연적으로 커패시턴스(C)와 인덕턴스(L)를 발생시키며 각각 전압과 전류를 방해하는 역할을 한다. 이는 직류저항 R과는 다른 ‘전력을 소비하지 않는 저항’을 만들어낸다. 이를 임피던스라 하며 여기에 전송 선로가 Wave를 전달할 때 갖는 고유의 임피던스 특성을 따로 ‘특성 임피던스’라 칭하는 것이다. 이러한 특성임피던스는 부하 및 소스 임피던스와는 완전히 분리해서 생각해야 하며, 케이블의 고유 특성이라고 보는게 이해가 빠르다. 즉 디지털 케이블에 적혀 있는 50Ω이나 75Ω 등의 숫자가 바로 케이블의 특성 임피던스를 나타내는 스펙이다. 이는 케이블의 도체 두께 및 내부 부도체, 유전 물질 등의 물리적 배치 및 크기에 의해 결정된다.
이 특성 임피던스가 중요한 이유는 바로 ‘예측 가능성’을 만들어내기 때문이다. 이를 이해하기 쉽도록 설명하는 것은 매우 어려운데 몇 가지 예를 들어 설명해보겠다. 총이 발사될 때 총열 내부는 가스로 가득차서 탄두를 밀어낸다. 탄두가 끝까지 밀려나기 전까지는 총열 내부는 일정한 압력이 형성된다. 그러나 탄두가 마침내 총열 바깥으로 밀려나 발사가 되고나면 엄청난 굉음이 발생된다. 총열 내부의 압력과 총열 바깥, 즉 대기의 압력에 매우 큰 차이가 있기 때문이며 이런 압력의 급격한 차이는 충격파를 만들어내기 때문이다. 이는 물리적 임피던스의 차이 때문이다. 신호선에 고주파 신호가 전달될 때 바로 이러한 입출력단의 임피던스 차이가 이와 비슷한 충격파, 즉 반사파를 만들어낸다.
또 하나의 예를 들어보자면, 우리는 실제적으로 물리적 임피던스를 완화시키는 예를 스피커에서 쉽게 볼 수 있는데 바로 ‘혼’ 구조다. 스피커의 트랜스듀서는 ‘공기의 압력을 변화’시키는 장치라고 봐도 좋다. 당장 dBSPL이 Pa로 변환될 수 있으며 이 Pa는 대기압을 표현할 때에도 쓰인다는 것을 상기해보자. 그런데 급격한 압력의 변화는 충격파를 만들어내며 이는 THD의 상승으로 이어진다. 따라서 이러한 압력차로 인한 충격파 발생을 최대한 줄이기 위해 고성능의 컴프레션 드라이버는 부드러운 혼 구조를 채택하고 있으며 또한 고성능의 서브우퍼의 에어포트 역시 모서리가 둥글게 마무리 된 형태를 갖게 된 것이다. 최근의 최신 스피커의 배플 모서리가 둥글게 마무리 된 것 역시 같은 맥락이다. 물리적 임피던스의 차이를 완화시키기 위함이다.
다시 디지털 오디오 케이블 이야기로 돌아와보자. 케이블 및 부하/소스 임피던스의 불일치는 앞서 설명한 ‘압력의 변화로 인한 충격파’, 즉 ‘반사파’를 만들어내며 이는 효율적인 신호 전달을 방해할 뿐 아니라 신호의 무결성을 해치는 가장 큰 원인이다. 케이블의 특성 임피던스와 부하 임피던스가 일치할 때에는 케이블의 길이가 어떻게 변하더라도 임피던스 불일치로 인한 반사파가 생성되지 않는다. 말하자면 신호가 전송되는 동안 ‘압력’이 전혀 변하지 않기 때문이다. 하지만 이것이 불일치하면 파장과 케이블의 길이에 따라 반사파가 발생되는 영역이 반복된다. 정확히는 파장의 1/2 길이의 배수에 따라 이 패턴이 반복되는데 실무에 있어서 이 길이를 정확히 맞춘다는 것은 불가능하며 실제로 각 연결 포맷이나 전송 신호에 따라 사용 파장은 변화하기 때문에 반사파를 완전히 없애려면 케이블의 특성 임피던스와 부하/소스 임피던스를 완전히 일치시키는게 핵심이다.
하지만 실무 환경에 있어서 이러한 이상적인 디지털 오디오 전송 환경을 구현하는 것은 상당히 어렵다. 기기들간의 입출력 임피던스야 같은 포맷끼리 연결하는 것일 테니 임피던스 매칭에 큰 문제가 없다고 하더라도 케이블과 커넥터가 굉장히 까다로운 문제가 된다. 앞서 설명했던 특성 임피던스에서 ‘특성 임피던스는 케이블의 도체 두께 및 내부 부도체, 유전 물질 등의 물리적 크기에 의해 결정된다’는 대목을 상기해보자. 이는 커넥터까지 포함하는 개념이다. 즉 아무리 특성이 우수한 케이블을 사용했다고 하더라도 커넥터 작업을 어떻게 했느냐에 따라 이 부분의 특성 임피던스가 달라지며, 이는 반사파를 만들어낸다는 것이다.
또한 아무리 좋은 케이블이라고 해도 사용 환경이 문제가 될 수 있다. 많은 사용자들이 아날로그나 전기 케이블들이 ‘피복이 까지지 않고 내부 부도체가 파손되지 않으며 도체가 끊어지지 않는다면 문제가 없다’는 것을 너무 많이 경험해봐서인지 디지털 케이블을 지나치게 거칠게 다루고 있다. 하지만 디지털 케이블은 거칠게 다루면 내부 구조에 물리적 손상이 없더라도 내부 도체간의 거리나 피복, 유전체 등의 두께가 크게 변화할 수 있다. 이는 케이블의 특성 임피던스의 변화를 만들어내는 주 요인이며 비록 케이블이 전기적 문제가 없더라도 디지털 오디오 전송에 있어서는 반사파와 지터를 비롯해 다양한 문제를 발생시킬 수 있는 주범이다.
각 포맷에 대한 디지털 오디오 전송의 특성 알기
아래는 각 포맷에서 요구하는 연결 표준 및 케이블의 표준 및 특성에 대해 언급한다. 현재 시장에서 사용되는 XLR, 동축, USB, 이더넷 케이블 등 다양한 커넥터 및 케이블과 입출력 포맷에 대해 정리했으므로 이에 대해 숙지하고 나면 디지털 오디오 케이블 무결성 전송에 한층 쉽고 빠르게 다가갈 수 있을 것이다.
AES/EBU(AES3, EBU) 2채널 디지털 오디오
XLR 밸런스드 AES3 케이블.
장거리 전송을 위해 75Ω BNC 케이블을 사용할 수 있다.
AES/EBU(AES3, EBU) 규격은 디지털 오디오 전송에서 굉장히 많이 쓰이는 2채널 디지털 오디오 전송 방식이다. 현재 동축 방식과 기존의 마이크 케이블과 같은 커넥터를 공유하는 XLR방식, 그리고 드물게 네트워크 케이블을 이용하는 방식이 있으며 미국의 AES와 유럽의 EBU가 함께 개발하여 현재와 같은 명칭이 붙었다. 바로 이 규격에서 컨슈머용 디지털 오디오 전송 규격인 S/PDIF가 파생된 것. 현재 IEC60958 인증을 받아 가장 폭넓게 사용되고 있다.
세세히 들여다보자면 실은 AES3와 EBU 표준은 약간 다르다. AES3는 커플링 트랜스포머를 옵션으로 채택하고 있지만 EBU는 이를 강제하고 있다는 차이가 있다. 커플링 트랜스포머를 사용하면 추가적인 RFI억제가 가능하기 때문에 외부 간섭 내성이 더욱 우수해진다. 이 글에서는 편의상 AES3로 명칭을 통일할 것이다. 실제로 대부분의 현장 및 기기는 커플링 트랜스포머가 없는 AES3 규격을 쓰기도 하고 말이다.
AES/EBU 인터페이스는 CAN 또는 DMX512와 달리 데이지체인 연결이 허용되지 않으며 포인트 투 포인트 연결만 허용된다. 모든 케이블 세그먼트는 하나의 송신기와 하나의 수신기로만 구성되는 것이 원칙이다. 따라서 아날로그 오디오에서 흔히 사용하는 Y케이블 분배 또는 DI박스 등의 루프 쓰루 단자의 사용은 임피던스 불일치를 유발하기 때문에 사용에 유의를 해야한다. 예외적으로 연결 장비에 버퍼링 신호 출력이 제공된다면 데이지 체인이 가능하다. 또한 AES3 전용 증폭기/분배기가 있으므로 그걸 사용해도 된다.
AES3 디지털 오디오의 전송을 위한 케이블의 선택에는 아날로그 오디오보다 훨씬 주의를 기울여야만 한다. 디지털 오디오 신호는 본질적으로 훨씬 고속의 주파수로 전송되기 때문에 매우 높은 대역폭에 적합한 케이블이 필요하다. 아날로그 신호는 보통은 20kHz, 매우 높은 경우라도 기껏해야 40kHz 정도에 불과하지만 AES3는 12MHz 이상의 대역폭이 필요하기 때문이다. 이러한 고주파 신호를 안정적으로 전송하려면 케이블의 특성 임피던스가 송신기 및 수신기의 입출력 임피던스와 일치해야만 한다. 만약 임피던스의 불일치가 발생하면 반사파가 발생하여 원래의 신호와 중첩되고 이는 전송 실패의 주 원인이 된다. 이러한 반사파와 타이밍 오프셋 지터는 AES3 신호에서 오디오 데이터의 클럭 복구 및 디코딩을 방해하기 때문에 음질의 하락과 전송 오류를 발생시킨다.
AES3 규격에는 XLR 혹은 RJ45를 사용하는 밸런스드 110Ω 케이블, 혹은 BNC 커넥터를 사용하는 언밸런스드 75Ω 동축 케이블이 있다. 이 중 밸런스드 110Ω은 현실적으로 대부분 RJ45보다는 XLR 규격이 주로 사용된다. 다른 아날로그 신호와 마찬가지로 1번 핀이 케이블의 실드 및 접지, 2번과 3번이 각각 핫과 콜드를 담당하는데 재미있게도 2번과 3번 핀의 극성이 맞지 않아도 AES3의 전송에는 큰 문제가 없다(AES3-3-2009(r2019)). 하지만 가능하면 극성을 맞춰 연결하는 것이 좋다.
케이블의 형태는 밸런스드 방식으로 100kHz~6,144kHz(48kHz 샘플레이트 기준) / 24,576kHz(192kHz 샘플레이트 기준)의 범위에서 110Ω의 공칭 특성 임피던스를 가져야만 한다. 이 특성 임피던스의 허용 오차에 관해서는 표준 규격서 상에 별다른 언급은 없지만 당연히 실측치가 110Ω에 가까울수록 전송 특성이 좋을 것이다. 표준 규격서에서는 케이블이 아닌 송수신단의 임피던스 허용오차를 ±20%로 규정하고 있다. 케이블과 커넥터 역시 이 정도 오차면 되지 않을까 생각하겠지만 실은 그렇지 않다. 즉, 송수신 단에서 +20%의 오차가, 그리고 케이블과 커넥터에서 -20%의 오차가 발생하면 꽤나 큰 차이가 되기 때문에 무결성 전송을 안심할 수는 없는 상황이라는 것이다. 따라서 케이블과 커넥터는 가급적 110Ω에 최대한 맞추는 것이 좋을 것이다.
이 형태의 케이블은 Shielded Twisted Pair(STP) 구조의 와이어링을 기본 형태로 한다. 만약 제대로만 되어 있다면 48kHz 정도의 샘플레이트 오디오 데이터를 특별한 보정 없이 100m까지 무손실 전송이 가능하다. 짧은 거리라면 케이블이 Twisted가 아니더라도 AES3 전송에 큰 문제는 없다. 보통 현장에서는 XLR 케이블을 많이 사용하지만 Cat5 이상의 STP라면 사용이 가능한 것이다. RJ45로 연결할 시에는 XLR의 2번 핀은 RJ45의 5번 핀(혹은 다른 홀수 핀), XLR의 3번 핀은 RJ45의 4번 핀(혹은 다른 짝수 핀)연결되어야만 한다.
임피던스의 불연속성을 피하려면 한 회선 세그먼트 내에 하나의 케이블 유형(커넥터 포함)만 사용해야 한다. 즉 XLR의 연장 결선이나 RJ45로의 변환 케이블, 혹은 RJ45의 연장 젠더를 이용한 연장 방법은 사용해서는 안된다. 임피던스 차이는 보통 커넥터에서 주로 발생하며 이로 인해 신호의 일부가 송신기쪽으로 반사되어 신호 품질이 저하되기 때문이다. 이를 방지하려면 중간에 리피터를 사용하는 것이 권장된다.
RJ45를 이용한 Cat5 케이블 사용시에는 적절한 케이블 페어를 사용하는 것이 중요하다. 일반적으로 AES3 전송에서는 4번 및 5번 핀의 페어가 주로 선호되며 두 번째로 선호되는 페어는 3번 및 6번 핀이다. 최근 PoE의 사용 사례가 늘어나면서 랜 케이블로 전력 전송까지 하는 경우가 종종 있는데 이 경우 AES3 입출력 인터페이스에 무리가 갈 수 있기 때문에 트랜스포머 및 차단 커패시터를 사용해야만 안전하다.
또 하나 흥미로운 사실은 랜 케이블의 성능이다. 보통 XLR 케이블을 사용하는 경우 100m의 전송 거리가 보장되지만 품질 좋은 랜 케이블을 사용한다면 48kHz 샘플레이트 오디오 전송시 별도의 보정 없이 최대 400m까지 전송이 가능하다.
BNC 케이블을 사용해 AES3를 전송하는 것은 언밸런스드 전송에 속하며 이는 단순히 AES3에서 핀 하나를 제거한 것과는 완전히 다르다. 이는 프로페셔널 아날로그 비디오 사양과 일치하는 언밸런스드 동축 케이블 전송을 기반으로 한다. 커넥터는 BNC 타입으로 75Ω의 특성 임피던스를 가져야 한다(IEC60169-8). 케이블은 동축 방식이어야 하며 100kHz~6,144kHz(48kHz 샘플레이트) / 24,576kHz(192kHz 샘플레이트) 범위에서 75Ω±3Ω의 특성 임피던스를 가져야만 한다. 이 케이블은 임피던스 허용 오차가 좁고 감쇠가 낮기 때문에 고주파 신호의 장거리 전송에 적합하다.
표준 규격서에서는 송수신단의 리턴 로스를 상기와 같은 주파수 범위에서 -15dB 이상으로 규정하고 있으므로 케이블 커넥터로 인한 리턴 로스 역시 이 범위 안으로 들어와야 한다. 이 수치는 75Ω±4Ω 정도로 환산될 수 있다. 동축 방식의 AES3케이블은 최대 1,000m까지 신호 전송이 가능하며 이를 XLR 커넥터 AES3 장치에 연결하려면 별도의 포맷 컨버터가 필요하다. 필요한 경우 110Ω밸런스드를 포맷 변환하여 75Ω으로 장거리 전송한 후 다시 110Ω으로 변환하여 장거리 신호 전송에 사용할 수 있다.
AES3의 다양한 부가 장비나 액세서리들이 존재하지만 중요한 것 하나만을 꼽자면 단자의 ‘터미네이터’다. 하나의 장치에 여러 개의 디지털 입/출력 단자가 공존할 경우 사용하지 않는 단자를 규격에 맞는 임피던스 터미네이터(110Ω, 75Ω)를 사용하여 종단처리를 하면 해당 라인에서의 반사 손실을 최소화할 수 있다.
S/PDIF 동축
S/PDIF 규격은 RCA 단자를 이용하게 되어있다.
S/PDIF 규격은 컨슈머 시장에서 널리 사용되고 있는 디지털 오디오 전송 규격으로 AES3 표준에서 파생되었으며 현재는 IEC 60958 표준에 편입되어 있다. 따라서 AES3 표준과는 거의 동일해서 상호 호환이 가능하지만 100% 호환은 아니며 변환 단자 사용시 반드시 확인을 해야 한다. S/PDIF의 경우 언밸런스드 동축을 이용하지만 AES3 표준보다는 훨씬 덜 엄밀하게 사양이 규정되어 있어서 최대 전송 가능 거리는 10m 정도에 그친다. 또한 샘플링 주파수 정확도(클럭 정확도) 측면에서 장비 구성에 있어서 신경써야 할 부분이 존재한다.
S/PDIF 케이블 및 커넥터의 경우 품질 편차가 심한 부분 중 하나이다. 커넥터는 RCA 단자를 사용할 것이 요구되며 규격서에는 별도 표기되지 않았지만 케이블과 같이 75Ω의 특성 임피던스를 갖는 것이 좋다. 케이블은 언밸런스드 차폐 동축 케이블을 사용하여야만 하며 100kHz~6,144kHz / 24,576kHz 범위에서 75±26.25Ω의 특성 임피던스를 가질 것이 요구된다. 이처럼 허용 오차 범위가 큰데 송수신단은 각각 ±15Ω, ±3.75Ω의 임피던스 오차를 허용하므로 커넥터와 케이블의 영향으로 이 한계를 넘지 않는 것이 좋다.
이처럼 표준 문서상으로 임피던스 허용 오차가 상당히 높지만 데이지체인 구성이 가능한 관계로 10m 이상의 신호 전송이 필요할 때 신호라인을 최대한 75Ω 규격에 맞춰서 구성한다면 좀 더 먼 거리에서도 손실없이 안정적인 신호 전송을 기대해볼 수 있다.
USB 케이블
음악용 USB 케이블은 프린터 케이블보다는 훨씬 엄밀한 사양이 필요하다.
USB 케이블의 표준 및 규격에 있어서는 위키 등에 매우 상세히 설명되어 있으며 그 양도 매우 방대하기 때문에 궁금한 독자들은 650페이지에 달하는 표준 규격서를 찾아보면 된다. 안타까운 점은 표준 규격서에서는 USB 오디오 전송에 대한 명확한 지침이 되어 있지 않다는 것이다. 이는 USB 케이블이 의외로 많은 지터를 유발한다는 것을 뜻한다. 이는 대부분 중요하게 여겨지지 않는데, 실제로 대부분의 USB 케이블은 파일과 같은 데이터를 전송하는데 주로 사용되기 때문이다. USB 케이블 및 커넥터에 결함이 있는 경우라고 해도 치명적인 경우가 아니라면 기껏해야 전송 속도가 떨어지는 선에서 그치며 별 다른 오류가 발생하지 않기 때문에 많은 사람들이 신경을 쓰지 않는다.
하지만 USB 오디오 전송은 동기식 및 적응형으로 이뤄지기 때문에 실제로는 케이블과 커넥터의 품질에 따라 매우 많은 오류가 발생한다. 실제로 초기의 USB 1.1의 시대만 하더라도 매우 많은 지터들은 보정되지 않은 채 그대로 전송되었으며 현재 대부분 사용되는 적응형 방식은 이전보다 훨씬 나아져 지터에 훨씬 덜 민감해졌지만 버퍼를 넘어서는 에러 상황은 여전히 보정되지 않는다. 이에 따라 USB 케이블의 선택에도 깊은 주의를 기울여야만 한다.
먼저 USB 케이블, 정확히는 디지털 오디오 케이블에 대한 널리 알려진 오해에 대해 인식해야만 한다. USB 케이블은 실제로 0과 1을 전송하는가? USB 신호는 디퍼런셜 방식(차동 신호)으로 전송된다. 논리적으로 로우 레벨은 약 -10~10mV이며 논리적인 하이 레벨은 360~440mV 정도이다. 이러한 신호의 온/오프는 480MHz나 되는 주파수로 전송된다. 상당히 미세한 전압 차이가 매우 빈번하게 반복되는 상황인 셈이다. 이러한 높은 주파수는 지터 및 감쇠에 매우 취약하다. 전송되는 것은 빠르게 온/오프를 반복하는 디지털 신호히지만 실제 전송되는 커넥터와 케이블은 아날로그이다. 따라서 실제 세계에서는 아날로그와 같은 감쇠 및 지터가 빈번히 발생한다.
보통 문제를 막는 방법은 90Ω으로 정의되어 있는 입출력 임피던스 및 케이블 및 커넥터의 특성 임피던스를 유지하는 것, 그리고 케이블은 용량성 리액턴스와 유도성 리액턴스를 줄일 것, 표피 효과를 고려해 매우 얇은 도체를 연선으로 사용할 것, EMI를 방지하기 위해 가급적 튼튼한 차폐를 사용할 것(PC와 메인보드는 많은 전자기파를 방출하고 이는 지터의 원인이 된다), 그리고 규격에 맞는 길이 이내를 사용할 것(USB 2.0에서는 5미터 내외, USB 3.0에서는 3미터 내외)이다.
문제는 AES3 케이블과 XLR이나 RJ45 커넥터의 경우와는 달리 USB 케이블은 사용자가 직접 조립하는 것이 아니며 어떤 케이블이 규격 안에 들어오는지 확인할 방법이 없다는 것이다. 더욱 큰 문제는 USB 오디오에 대해서는 기술 문서나 규격서에서 자세히 정의하고 있지 않으므로 몇몇 전문 제조사나 극히 일부의 전문가의 의견을 참고해야 하는데, 독자들도 알다시피 이 시장은 진짜 실력자들 이상으로 온갖 미신 신봉자와 사기꾼들이 판치고 있기 때문에 올바른 구분이 대단히 어렵다.
일반적으로는 일반적인 저렴한 USB 케이블의 경우 신호를 빠르게 흡수하는 경향의 플라스틱을 부도체 및 절연체로 사용하는 경우가 많으며 이에 따라 FEP(불소화에틸렌프로필렌)이나 PFA(폴리옥시메틸렌) 등의 소재가 적합하다고 알려져 있다. 물론 몇몇 제조사는 알려지지 않은 고유의 재질을 사용하여 더 좋은 결과를 얻기도 한다. 하지만 많은 전문가들이 동의하는 것은 도체나 부도체의 재질보다도 실제 케이블의 내부 구조, 즉 특성 임피던스 를 정의하는 기하학적 구조가 가장 중요하다고 입을 모은다.
디지털 무결성에 이의를 제기하다 Part.2
디지털 오디오 케이블 규격 알아보기
자료제공 : 소니캐스트
글 : 이무제 기자
지난 호의 내용을 간단히 요약하자면 ‘디지털 오디오 전송은 실시간일수록 완전무결하지 않으며 오류가 발생할 확률이 높다. 이는 잡음, 소리의 끊김, 명료도의 떨어짐, 이미지의 흐릿함 등으로 나타난다.’로 정리할 수 있겠다. 이러한 디지털 오디오 실시간 전송의 오류를 근본적으로 해결할 수 있는 방법은 바로 ‘규격에 적합한 케이블 및 커넥터’를 사용하는 것이다.
하지만 첫 번째 문제는 ‘의외로 많은 케이블 및 커넥터 제조사들이 규격에 미적합한 품질로 생산한다’는 것이며 두 번째 문제는 ‘실제로 많은 케이블과 커넥터는 사용자나 유통업자가 직접 납땜 들을 통해 조립해서 만들어지는데 이 작업 품질이 균일하지가 않다’는 것이다. 마지막으로는 ‘많은 사용자들이 디지털 케이블의 특성을 잘 모르고 지나치게 거칠게 다뤄 내부 선재 및 쉴드의 꼬임이나 이탈을 발생시키고 이것이 케이블의 [특성임피던스]를 변화시켜 결국 규격에 미적합하게 되는’ 사례가 생각보다 많다는 것이다.
그렇다면 완전무결한 디지털 오디오 전송을 위해 알아야 할 것은 ‘각 포맷별 정확한 규격’, 그리고 ‘케이블 및 커넥터의 규격’, 그리고 이것들의 상관관계가 의미하는 바를 이해하는 것이다. 결론부터 말하자면 디지털 오디오 전송은 입출력 기기간 부하 임피던스와 케이블의 특성 임피던스가 일치하면 그 어떤 전송 길이에서도 아무런 문제가 발생하지 않는다. 문제는 많은 외부적 요인으로 이 특성이 무척 깨지기 쉽다는 점이다.
특성 임피던스? 부하 임피던스?
일반적인 아날로그 오디오 전송에서는 ‘임피던스를 매칭시키고 케이블을 그에 맞춘다는 개념’이 존재하지 않는다. 우선 사용하는 주파수 대역이 기껏해야 Hi-Res의 영역으로 가도 30~40kHz 정도에 불과하며 이 정도의 저주파는 임피던스 불일치로 인한 반사파의 영향이 매우 적기 때문이다. 이는 공기 중으로 소리가 전달 될 때의 파장에 비해 이것이 전기신호로 변환 될 때 파장이 어처구니없이 커지기 때문이다. 왜냐하면 전기신호는 빛의 속도와 동일하게 전달되는 탓이다. 실제로 아날로그 오디오에서 ‘초음파’로 분류되는 30kHz는 전자기파로 환산시 파장이 약 10km 정도가 된다. 아날로그 오디오 영역에서는 V=IR이라는 Ohm의 법칙을 주로 사용하는데 이는 실은 일종의 근사값이다. 실제 모든 오디오의 전기 변환 신호는 ‘교류’이기 때문에 Wave의 개념으로 생각해야 하며 이에 따라 전파상수 &beta=2π/λ로 정의해야 하지만 주파수가 낮은 아날로그 회로에서는 파장 λ가 지나치게 크기 때문에 전파상수 β를 거의 0으로 취급할 수 있는 것이다. 이에 따라 아날로그 전송에서는 근사값인 V=IR을 사용해도 큰 문제가 없는 것이다.
지금 말하고자 하는 케이블의 ‘특성 임피던스’는 이러한 Wave의 개념, 실무에서는 MHz나 GHz 단위의 고주파에서만 존재하는 것이다. 문제는 우리가 사용하는 디지털 오디오 전송이 이러한 고주파를 바탕으로 이뤄진다는 것이다. 어떠한 전압의 진동, 즉 교류를 전달하는 케이블은 전기, 즉 전압의 변화를 전달하지만 이 과정에서 필연적으로 자기장이 형성되며 전기와 자기, 즉 전자기파를 전달하게 된다.
특성 임피던스는 말하자면 ‘전기장과 자기장 특성의 비율’이라고 말할 수 있다. 케이블은 두 개의 도체가 부도체로 싸인 구조로 두 개의 도체 사이의 전압 변화를 통해 정보를 전달한다. 이러한 구조는 필연적으로 커패시턴스(C)와 인덕턴스(L)를 발생시키며 각각 전압과 전류를 방해하는 역할을 한다. 이는 직류저항 R과는 다른 ‘전력을 소비하지 않는 저항’을 만들어낸다. 이를 임피던스라 하며 여기에 전송 선로가 Wave를 전달할 때 갖는 고유의 임피던스 특성을 따로 ‘특성 임피던스’라 칭하는 것이다. 이러한 특성임피던스는 부하 및 소스 임피던스와는 완전히 분리해서 생각해야 하며, 케이블의 고유 특성이라고 보는게 이해가 빠르다. 즉 디지털 케이블에 적혀 있는 50Ω이나 75Ω 등의 숫자가 바로 케이블의 특성 임피던스를 나타내는 스펙이다. 이는 케이블의 도체 두께 및 내부 부도체, 유전 물질 등의 물리적 배치 및 크기에 의해 결정된다.
이 특성 임피던스가 중요한 이유는 바로 ‘예측 가능성’을 만들어내기 때문이다. 이를 이해하기 쉽도록 설명하는 것은 매우 어려운데 몇 가지 예를 들어 설명해보겠다. 총이 발사될 때 총열 내부는 가스로 가득차서 탄두를 밀어낸다. 탄두가 끝까지 밀려나기 전까지는 총열 내부는 일정한 압력이 형성된다. 그러나 탄두가 마침내 총열 바깥으로 밀려나 발사가 되고나면 엄청난 굉음이 발생된다. 총열 내부의 압력과 총열 바깥, 즉 대기의 압력에 매우 큰 차이가 있기 때문이며 이런 압력의 급격한 차이는 충격파를 만들어내기 때문이다. 이는 물리적 임피던스의 차이 때문이다. 신호선에 고주파 신호가 전달될 때 바로 이러한 입출력단의 임피던스 차이가 이와 비슷한 충격파, 즉 반사파를 만들어낸다.
또 하나의 예를 들어보자면, 우리는 실제적으로 물리적 임피던스를 완화시키는 예를 스피커에서 쉽게 볼 수 있는데 바로 ‘혼’ 구조다. 스피커의 트랜스듀서는 ‘공기의 압력을 변화’시키는 장치라고 봐도 좋다. 당장 dBSPL이 Pa로 변환될 수 있으며 이 Pa는 대기압을 표현할 때에도 쓰인다는 것을 상기해보자. 그런데 급격한 압력의 변화는 충격파를 만들어내며 이는 THD의 상승으로 이어진다. 따라서 이러한 압력차로 인한 충격파 발생을 최대한 줄이기 위해 고성능의 컴프레션 드라이버는 부드러운 혼 구조를 채택하고 있으며 또한 고성능의 서브우퍼의 에어포트 역시 모서리가 둥글게 마무리 된 형태를 갖게 된 것이다. 최근의 최신 스피커의 배플 모서리가 둥글게 마무리 된 것 역시 같은 맥락이다. 물리적 임피던스의 차이를 완화시키기 위함이다.
다시 디지털 오디오 케이블 이야기로 돌아와보자. 케이블 및 부하/소스 임피던스의 불일치는 앞서 설명한 ‘압력의 변화로 인한 충격파’, 즉 ‘반사파’를 만들어내며 이는 효율적인 신호 전달을 방해할 뿐 아니라 신호의 무결성을 해치는 가장 큰 원인이다. 케이블의 특성 임피던스와 부하 임피던스가 일치할 때에는 케이블의 길이가 어떻게 변하더라도 임피던스 불일치로 인한 반사파가 생성되지 않는다. 말하자면 신호가 전송되는 동안 ‘압력’이 전혀 변하지 않기 때문이다. 하지만 이것이 불일치하면 파장과 케이블의 길이에 따라 반사파가 발생되는 영역이 반복된다. 정확히는 파장의 1/2 길이의 배수에 따라 이 패턴이 반복되는데 실무에 있어서 이 길이를 정확히 맞춘다는 것은 불가능하며 실제로 각 연결 포맷이나 전송 신호에 따라 사용 파장은 변화하기 때문에 반사파를 완전히 없애려면 케이블의 특성 임피던스와 부하/소스 임피던스를 완전히 일치시키는게 핵심이다.
하지만 실무 환경에 있어서 이러한 이상적인 디지털 오디오 전송 환경을 구현하는 것은 상당히 어렵다. 기기들간의 입출력 임피던스야 같은 포맷끼리 연결하는 것일 테니 임피던스 매칭에 큰 문제가 없다고 하더라도 케이블과 커넥터가 굉장히 까다로운 문제가 된다. 앞서 설명했던 특성 임피던스에서 ‘특성 임피던스는 케이블의 도체 두께 및 내부 부도체, 유전 물질 등의 물리적 크기에 의해 결정된다’는 대목을 상기해보자. 이는 커넥터까지 포함하는 개념이다. 즉 아무리 특성이 우수한 케이블을 사용했다고 하더라도 커넥터 작업을 어떻게 했느냐에 따라 이 부분의 특성 임피던스가 달라지며, 이는 반사파를 만들어낸다는 것이다.
또한 아무리 좋은 케이블이라고 해도 사용 환경이 문제가 될 수 있다. 많은 사용자들이 아날로그나 전기 케이블들이 ‘피복이 까지지 않고 내부 부도체가 파손되지 않으며 도체가 끊어지지 않는다면 문제가 없다’는 것을 너무 많이 경험해봐서인지 디지털 케이블을 지나치게 거칠게 다루고 있다. 하지만 디지털 케이블은 거칠게 다루면 내부 구조에 물리적 손상이 없더라도 내부 도체간의 거리나 피복, 유전체 등의 두께가 크게 변화할 수 있다. 이는 케이블의 특성 임피던스의 변화를 만들어내는 주 요인이며 비록 케이블이 전기적 문제가 없더라도 디지털 오디오 전송에 있어서는 반사파와 지터를 비롯해 다양한 문제를 발생시킬 수 있는 주범이다.
각 포맷에 대한 디지털 오디오 전송의 특성 알기
아래는 각 포맷에서 요구하는 연결 표준 및 케이블의 표준 및 특성에 대해 언급한다. 현재 시장에서 사용되는 XLR, 동축, USB, 이더넷 케이블 등 다양한 커넥터 및 케이블과 입출력 포맷에 대해 정리했으므로 이에 대해 숙지하고 나면 디지털 오디오 케이블 무결성 전송에 한층 쉽고 빠르게 다가갈 수 있을 것이다.
AES/EBU(AES3, EBU) 2채널 디지털 오디오
AES/EBU(AES3, EBU) 규격은 디지털 오디오 전송에서 굉장히 많이 쓰이는 2채널 디지털 오디오 전송 방식이다. 현재 동축 방식과 기존의 마이크 케이블과 같은 커넥터를 공유하는 XLR방식, 그리고 드물게 네트워크 케이블을 이용하는 방식이 있으며 미국의 AES와 유럽의 EBU가 함께 개발하여 현재와 같은 명칭이 붙었다. 바로 이 규격에서 컨슈머용 디지털 오디오 전송 규격인 S/PDIF가 파생된 것. 현재 IEC60958 인증을 받아 가장 폭넓게 사용되고 있다.
세세히 들여다보자면 실은 AES3와 EBU 표준은 약간 다르다. AES3는 커플링 트랜스포머를 옵션으로 채택하고 있지만 EBU는 이를 강제하고 있다는 차이가 있다. 커플링 트랜스포머를 사용하면 추가적인 RFI억제가 가능하기 때문에 외부 간섭 내성이 더욱 우수해진다. 이 글에서는 편의상 AES3로 명칭을 통일할 것이다. 실제로 대부분의 현장 및 기기는 커플링 트랜스포머가 없는 AES3 규격을 쓰기도 하고 말이다.
AES/EBU 인터페이스는 CAN 또는 DMX512와 달리 데이지체인 연결이 허용되지 않으며 포인트 투 포인트 연결만 허용된다. 모든 케이블 세그먼트는 하나의 송신기와 하나의 수신기로만 구성되는 것이 원칙이다. 따라서 아날로그 오디오에서 흔히 사용하는 Y케이블 분배 또는 DI박스 등의 루프 쓰루 단자의 사용은 임피던스 불일치를 유발하기 때문에 사용에 유의를 해야한다. 예외적으로 연결 장비에 버퍼링 신호 출력이 제공된다면 데이지 체인이 가능하다. 또한 AES3 전용 증폭기/분배기가 있으므로 그걸 사용해도 된다.
AES3 디지털 오디오의 전송을 위한 케이블의 선택에는 아날로그 오디오보다 훨씬 주의를 기울여야만 한다. 디지털 오디오 신호는 본질적으로 훨씬 고속의 주파수로 전송되기 때문에 매우 높은 대역폭에 적합한 케이블이 필요하다. 아날로그 신호는 보통은 20kHz, 매우 높은 경우라도 기껏해야 40kHz 정도에 불과하지만 AES3는 12MHz 이상의 대역폭이 필요하기 때문이다. 이러한 고주파 신호를 안정적으로 전송하려면 케이블의 특성 임피던스가 송신기 및 수신기의 입출력 임피던스와 일치해야만 한다. 만약 임피던스의 불일치가 발생하면 반사파가 발생하여 원래의 신호와 중첩되고 이는 전송 실패의 주 원인이 된다. 이러한 반사파와 타이밍 오프셋 지터는 AES3 신호에서 오디오 데이터의 클럭 복구 및 디코딩을 방해하기 때문에 음질의 하락과 전송 오류를 발생시킨다.
AES3 규격에는 XLR 혹은 RJ45를 사용하는 밸런스드 110Ω 케이블, 혹은 BNC 커넥터를 사용하는 언밸런스드 75Ω 동축 케이블이 있다. 이 중 밸런스드 110Ω은 현실적으로 대부분 RJ45보다는 XLR 규격이 주로 사용된다. 다른 아날로그 신호와 마찬가지로 1번 핀이 케이블의 실드 및 접지, 2번과 3번이 각각 핫과 콜드를 담당하는데 재미있게도 2번과 3번 핀의 극성이 맞지 않아도 AES3의 전송에는 큰 문제가 없다(AES3-3-2009(r2019)). 하지만 가능하면 극성을 맞춰 연결하는 것이 좋다.
케이블의 형태는 밸런스드 방식으로 100kHz~6,144kHz(48kHz 샘플레이트 기준) / 24,576kHz(192kHz 샘플레이트 기준)의 범위에서 110Ω의 공칭 특성 임피던스를 가져야만 한다. 이 특성 임피던스의 허용 오차에 관해서는 표준 규격서 상에 별다른 언급은 없지만 당연히 실측치가 110Ω에 가까울수록 전송 특성이 좋을 것이다. 표준 규격서에서는 케이블이 아닌 송수신단의 임피던스 허용오차를 ±20%로 규정하고 있다. 케이블과 커넥터 역시 이 정도 오차면 되지 않을까 생각하겠지만 실은 그렇지 않다. 즉, 송수신 단에서 +20%의 오차가, 그리고 케이블과 커넥터에서 -20%의 오차가 발생하면 꽤나 큰 차이가 되기 때문에 무결성 전송을 안심할 수는 없는 상황이라는 것이다. 따라서 케이블과 커넥터는 가급적 110Ω에 최대한 맞추는 것이 좋을 것이다.
이 형태의 케이블은 Shielded Twisted Pair(STP) 구조의 와이어링을 기본 형태로 한다. 만약 제대로만 되어 있다면 48kHz 정도의 샘플레이트 오디오 데이터를 특별한 보정 없이 100m까지 무손실 전송이 가능하다. 짧은 거리라면 케이블이 Twisted가 아니더라도 AES3 전송에 큰 문제는 없다. 보통 현장에서는 XLR 케이블을 많이 사용하지만 Cat5 이상의 STP라면 사용이 가능한 것이다. RJ45로 연결할 시에는 XLR의 2번 핀은 RJ45의 5번 핀(혹은 다른 홀수 핀), XLR의 3번 핀은 RJ45의 4번 핀(혹은 다른 짝수 핀)연결되어야만 한다.
임피던스의 불연속성을 피하려면 한 회선 세그먼트 내에 하나의 케이블 유형(커넥터 포함)만 사용해야 한다. 즉 XLR의 연장 결선이나 RJ45로의 변환 케이블, 혹은 RJ45의 연장 젠더를 이용한 연장 방법은 사용해서는 안된다. 임피던스 차이는 보통 커넥터에서 주로 발생하며 이로 인해 신호의 일부가 송신기쪽으로 반사되어 신호 품질이 저하되기 때문이다. 이를 방지하려면 중간에 리피터를 사용하는 것이 권장된다.
RJ45를 이용한 Cat5 케이블 사용시에는 적절한 케이블 페어를 사용하는 것이 중요하다. 일반적으로 AES3 전송에서는 4번 및 5번 핀의 페어가 주로 선호되며 두 번째로 선호되는 페어는 3번 및 6번 핀이다. 최근 PoE의 사용 사례가 늘어나면서 랜 케이블로 전력 전송까지 하는 경우가 종종 있는데 이 경우 AES3 입출력 인터페이스에 무리가 갈 수 있기 때문에 트랜스포머 및 차단 커패시터를 사용해야만 안전하다.
또 하나 흥미로운 사실은 랜 케이블의 성능이다. 보통 XLR 케이블을 사용하는 경우 100m의 전송 거리가 보장되지만 품질 좋은 랜 케이블을 사용한다면 48kHz 샘플레이트 오디오 전송시 별도의 보정 없이 최대 400m까지 전송이 가능하다.
BNC 케이블을 사용해 AES3를 전송하는 것은 언밸런스드 전송에 속하며 이는 단순히 AES3에서 핀 하나를 제거한 것과는 완전히 다르다. 이는 프로페셔널 아날로그 비디오 사양과 일치하는 언밸런스드 동축 케이블 전송을 기반으로 한다. 커넥터는 BNC 타입으로 75Ω의 특성 임피던스를 가져야 한다(IEC60169-8). 케이블은 동축 방식이어야 하며 100kHz~6,144kHz(48kHz 샘플레이트) / 24,576kHz(192kHz 샘플레이트) 범위에서 75Ω±3Ω의 특성 임피던스를 가져야만 한다. 이 케이블은 임피던스 허용 오차가 좁고 감쇠가 낮기 때문에 고주파 신호의 장거리 전송에 적합하다.
표준 규격서에서는 송수신단의 리턴 로스를 상기와 같은 주파수 범위에서 -15dB 이상으로 규정하고 있으므로 케이블 커넥터로 인한 리턴 로스 역시 이 범위 안으로 들어와야 한다. 이 수치는 75Ω±4Ω 정도로 환산될 수 있다. 동축 방식의 AES3케이블은 최대 1,000m까지 신호 전송이 가능하며 이를 XLR 커넥터 AES3 장치에 연결하려면 별도의 포맷 컨버터가 필요하다. 필요한 경우 110Ω밸런스드를 포맷 변환하여 75Ω으로 장거리 전송한 후 다시 110Ω으로 변환하여 장거리 신호 전송에 사용할 수 있다.
AES3의 다양한 부가 장비나 액세서리들이 존재하지만 중요한 것 하나만을 꼽자면 단자의 ‘터미네이터’다. 하나의 장치에 여러 개의 디지털 입/출력 단자가 공존할 경우 사용하지 않는 단자를 규격에 맞는 임피던스 터미네이터(110Ω, 75Ω)를 사용하여 종단처리를 하면 해당 라인에서의 반사 손실을 최소화할 수 있다.
S/PDIF 동축
S/PDIF 규격은 컨슈머 시장에서 널리 사용되고 있는 디지털 오디오 전송 규격으로 AES3 표준에서 파생되었으며 현재는 IEC 60958 표준에 편입되어 있다. 따라서 AES3 표준과는 거의 동일해서 상호 호환이 가능하지만 100% 호환은 아니며 변환 단자 사용시 반드시 확인을 해야 한다. S/PDIF의 경우 언밸런스드 동축을 이용하지만 AES3 표준보다는 훨씬 덜 엄밀하게 사양이 규정되어 있어서 최대 전송 가능 거리는 10m 정도에 그친다. 또한 샘플링 주파수 정확도(클럭 정확도) 측면에서 장비 구성에 있어서 신경써야 할 부분이 존재한다.
S/PDIF 케이블 및 커넥터의 경우 품질 편차가 심한 부분 중 하나이다. 커넥터는 RCA 단자를 사용할 것이 요구되며 규격서에는 별도 표기되지 않았지만 케이블과 같이 75Ω의 특성 임피던스를 갖는 것이 좋다. 케이블은 언밸런스드 차폐 동축 케이블을 사용하여야만 하며 100kHz~6,144kHz / 24,576kHz 범위에서 75±26.25Ω의 특성 임피던스를 가질 것이 요구된다. 이처럼 허용 오차 범위가 큰데 송수신단은 각각 ±15Ω, ±3.75Ω의 임피던스 오차를 허용하므로 커넥터와 케이블의 영향으로 이 한계를 넘지 않는 것이 좋다.
이처럼 표준 문서상으로 임피던스 허용 오차가 상당히 높지만 데이지체인 구성이 가능한 관계로 10m 이상의 신호 전송이 필요할 때 신호라인을 최대한 75Ω 규격에 맞춰서 구성한다면 좀 더 먼 거리에서도 손실없이 안정적인 신호 전송을 기대해볼 수 있다.
USB 케이블
USB 케이블의 표준 및 규격에 있어서는 위키 등에 매우 상세히 설명되어 있으며 그 양도 매우 방대하기 때문에 궁금한 독자들은 650페이지에 달하는 표준 규격서를 찾아보면 된다. 안타까운 점은 표준 규격서에서는 USB 오디오 전송에 대한 명확한 지침이 되어 있지 않다는 것이다. 이는 USB 케이블이 의외로 많은 지터를 유발한다는 것을 뜻한다. 이는 대부분 중요하게 여겨지지 않는데, 실제로 대부분의 USB 케이블은 파일과 같은 데이터를 전송하는데 주로 사용되기 때문이다. USB 케이블 및 커넥터에 결함이 있는 경우라고 해도 치명적인 경우가 아니라면 기껏해야 전송 속도가 떨어지는 선에서 그치며 별 다른 오류가 발생하지 않기 때문에 많은 사람들이 신경을 쓰지 않는다.
하지만 USB 오디오 전송은 동기식 및 적응형으로 이뤄지기 때문에 실제로는 케이블과 커넥터의 품질에 따라 매우 많은 오류가 발생한다. 실제로 초기의 USB 1.1의 시대만 하더라도 매우 많은 지터들은 보정되지 않은 채 그대로 전송되었으며 현재 대부분 사용되는 적응형 방식은 이전보다 훨씬 나아져 지터에 훨씬 덜 민감해졌지만 버퍼를 넘어서는 에러 상황은 여전히 보정되지 않는다. 이에 따라 USB 케이블의 선택에도 깊은 주의를 기울여야만 한다.
먼저 USB 케이블, 정확히는 디지털 오디오 케이블에 대한 널리 알려진 오해에 대해 인식해야만 한다. USB 케이블은 실제로 0과 1을 전송하는가? USB 신호는 디퍼런셜 방식(차동 신호)으로 전송된다. 논리적으로 로우 레벨은 약 -10~10mV이며 논리적인 하이 레벨은 360~440mV 정도이다. 이러한 신호의 온/오프는 480MHz나 되는 주파수로 전송된다. 상당히 미세한 전압 차이가 매우 빈번하게 반복되는 상황인 셈이다. 이러한 높은 주파수는 지터 및 감쇠에 매우 취약하다. 전송되는 것은 빠르게 온/오프를 반복하는 디지털 신호히지만 실제 전송되는 커넥터와 케이블은 아날로그이다. 따라서 실제 세계에서는 아날로그와 같은 감쇠 및 지터가 빈번히 발생한다.
보통 문제를 막는 방법은 90Ω으로 정의되어 있는 입출력 임피던스 및 케이블 및 커넥터의 특성 임피던스를 유지하는 것, 그리고 케이블은 용량성 리액턴스와 유도성 리액턴스를 줄일 것, 표피 효과를 고려해 매우 얇은 도체를 연선으로 사용할 것, EMI를 방지하기 위해 가급적 튼튼한 차폐를 사용할 것(PC와 메인보드는 많은 전자기파를 방출하고 이는 지터의 원인이 된다), 그리고 규격에 맞는 길이 이내를 사용할 것(USB 2.0에서는 5미터 내외, USB 3.0에서는 3미터 내외)이다.
문제는 AES3 케이블과 XLR이나 RJ45 커넥터의 경우와는 달리 USB 케이블은 사용자가 직접 조립하는 것이 아니며 어떤 케이블이 규격 안에 들어오는지 확인할 방법이 없다는 것이다. 더욱 큰 문제는 USB 오디오에 대해서는 기술 문서나 규격서에서 자세히 정의하고 있지 않으므로 몇몇 전문 제조사나 극히 일부의 전문가의 의견을 참고해야 하는데, 독자들도 알다시피 이 시장은 진짜 실력자들 이상으로 온갖 미신 신봉자와 사기꾼들이 판치고 있기 때문에 올바른 구분이 대단히 어렵다.
일반적으로는 일반적인 저렴한 USB 케이블의 경우 신호를 빠르게 흡수하는 경향의 플라스틱을 부도체 및 절연체로 사용하는 경우가 많으며 이에 따라 FEP(불소화에틸렌프로필렌)이나 PFA(폴리옥시메틸렌) 등의 소재가 적합하다고 알려져 있다. 물론 몇몇 제조사는 알려지지 않은 고유의 재질을 사용하여 더 좋은 결과를 얻기도 한다. 하지만 많은 전문가들이 동의하는 것은 도체나 부도체의 재질보다도 실제 케이블의 내부 구조, 즉 특성 임피던스 를 정의하는 기하학적 구조가 가장 중요하다고 입을 모은다.