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(하이파이게 중복) USB DAC의 지터 문제 - 2
 
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Updated at 2020-06-05 13:28:01

'USB DAC의 지터 문제 - 1'에서 디지털 오디오 신호에서 극단적인 경우에 발생하는 취약점인 지터에 대해 적었습니다. 

 

이렇게 지터가 발생하는 디지털 오디오는 PCM같은 실시간으로 전송되도 풀어내는 디지털 오디오에 한정됩니다. 전편에서 적은 것처럼, 주고 받는 기기들의 타이밍 클럭이 어긋나서 발생하는 문제거든요. 

 

우리가 사용하는 CD플레이어 같은 기기는 지터 문제가 발생할 수 있습니다. 물론 AES에서는 "요즘 기기들은 왠만해서는 안나온다"라고 언급하고 있지만 여튼 발생할 수는 있습니다.

 

하지만!!!

 

일반적으로 우리가 사용하는 USB DAC은 PCM 오디오신호가 아닙니다.

비동기식 데이터입니다. 

 

실시간으로 디지털 오디오를 날려주고, 이렇게 날아오는 디지털 데이터를 혹시 놓쳐버려서 지터가 발생하는... 그런 것이 아니라 비동기식 데이터 전송입니다.

 

보내는 기기가 데이터를 넘기면 그 데이터를 받아서 DAC에서 풀어내는 방식인 겁니다. 아날로그로 변환 (DAC)는 DAC 기기가 데이터를 받은 이후에 DAC내부에서 아날로그로 변환하고, 이때 펨토클럭같은 워드크클럭이 DAC내부에서 작동되는 것입니다. 

 

심지어는... USB케이블을 통해 USB DAC으로 전송되는 데이터는 블럭전송됩니다. 한꺼번에 블럭단위로 전송되고, DAC이 받아서 정리해서 풀어냅니다.   

 

때문에 USB DAC에 연결되는 USB케이블의 품질에 의해 지터가 발생할 경우의 수는 없다고 판단합니다. 

 

 

 

이 과정들을 예를 들어 설명해보면...

 

* A쪽에서 100명의 사람들이 B로 이동한다고 가정합니다. 

* 1초에 1명씩 정확하게 이동해야 하는 상황입니다. 

* 기준클럭이 없으면 어떤 사람은 0.8초 차이로 이동하고, 어떤 사람은 1.2초 차이로 이동합니다. 그런데 이 정도의 오차는 1초 차이라고 인정해주면 별 문제가 없습니다. 

* 그런데, 어떤 사람은 0.5초 간격으로 이동하고, 다른 사람은 1.6초 간격으로 이동하면... 에러가 생깁니다. 이 에러를 지터 에러라고 합니다. 

* 이때 누군가가 초시계를 들고 "1번, 2번, 3번...."식으로 불러주면, 100명의 사람들은 정확하게 1초 단위로 이동할수 있습니다. 이렇게 초단위로 기준점을 불러주는 신호를 워드클럭이라고 합니다. 

 

* 그런데, USB DAC으로 전달되는 신호는 위의 경우와 다릅니다. 

* 1번부터 10번까지 한번에 B로 이동, 이후 11번부터 20번까지 이동, 21번부터 30번까지 이동... 식으로 블럭(그룹)으로 이동합니다. 

* 이렇게 블럭으로 B로 이동한 이후에 DAC에서 다시 출석을 부릅니다. "1번, 2번, 3번..." 이때 펨토 클럭등이 작동하고요, 이 처리는 지터에 관계없이 정확하게 작동됩니다. 

 

* 때문에 USB DAC 사용중 USB케이블의 품질로 인한 지터 에러는 근본적으로 발생하지 않습니다. 동기식 디지털 오디오와 비동기식 USB 데이터는 근본적으로 이런 차이를 가지고 있습니다.

 

 

 

어떤 오디오 기기에서 '비동기식 USB DAC'의 장점을 설명한 그림입니다.

 

 

그런데!!!

그렇다면 USB DAC사용시 USB케이블은 음질에 영향을 안주는 것이 정답일까요?

저는 동의하지 않습니다. USB케이블에 따른 음질 변화는 분명하게 있습니다. 

이 내용에 대해 직접 테스트한 결과를 가지고 검증하려 했는데, 최종단계에서 가설 검증에 실패했습니다.

이 실패를 근거로 또 다른 시도를 해볼려고 하는데요, 

여튼 음질 변화는 있습니다. 

 

음질 변화가 있고 없고 보다는, 어떤 이유로 음질변화가 발생하는지에 대해 검증을 시도해보고 있습니다. *^^*

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Comments
2020-06-05 12:10:14

로컬 케이블에서 생기는 랙보다는 유튜브 같은 경우 플레이 기기랑 서버 간의 랙으로 인해서 딜레이가 생길꺼예요. 음원이 유튜브인 분들은 차라리 네트웍 품질이 더 중요할껍니다.

WR
2020-06-05 12:27:48

좀 다른 이야기지만, 저는 랜선 역시 음질에 변화를 줄수 있다고 생각합니다. 다만, 네트웍 품질은 배제하고 있습니다. 랙걸려서 끊기는 것이야, 음질적 변화라고 보기에는... ^^;

2020-06-05 16:43:31

랜선으로 인한 변화 = 데이터 전송 오류 확률인데요. 그게 네트웍 품질이고 심하게 체감하는게 랙입니다;

WR
2020-06-05 16:45:28

저는 랜선에 의한 음질개선도 의미있다고 생각하는데요, 

네트웍 품질이라기 보다는 선재의 진동과 차폐의 문제로 보고 있습니다. 

무차폐 랜선에서 발진되는 노이즈가 앰프의 트랜스, 스피커의 코일, 스피커 선재... 등에 간섭한다고 판단하고 있습니다.

2020-06-05 12:17:26

 얼마전 모 동호회 중심으로 또 DAC 논란이 한번 있던 모양이던데... 전문가도 아니면서 숫자만 믿는 사람이더군요. 전 그냥 들리는대로 골라씁니다~

WR
2020-06-05 12:26:23

사실 들리는대로 골라 쓰는 것이 가장 이상적이긴 하죠. ^^

 

'변한다, 써보지도 않고!  vs  이론상 말이 안되니 무조건 안변한다!'

 

'이 상태로 수십년을 반복하고 있으니, 논의에 발전이 없는 것이 아닐까?'라는 생각을 가지고 있습니다. 

저는 변화는 있다고 보고요, 그 변화는 설명이 가능해야 한다고 생각합니다. ㅎㅎ

Updated at 2020-06-05 12:20:18

지터에 대해선 잘 모르지만 요즘 관심이 가는 USB-C DAC에 대한 질문을 양해 바랍니다.^^
갤S20 울트라 폰인데 3.5파이 단자가 없고 USB-C 단자에 충전 겸용으로 나오고 있습니다.
보통 블루투스로 듣긴 하는데 그래도 급히 연결하여 노래나 유튜브 시청 시 소니 유선 이어폰을 사용하려고 합니다.
그런데 삼성의 정품 연결잭이 14,000원 정도인데 요즘 핫하다는 첨부한 메이주 제품이 50,000원이 넘습니다.
이 제품의 가성비가 궁금하여 실례를 무릅쓰고 질문 올립니다.^^

WR
2020-06-05 12:24:23

일단 핸폰파이는 안하고 있어서 뭐라 답변드리기는 힘듭니다. 

다만 제가 생각하고 있는 가설로는 이 용도의 케이블에서 큰 차이를 두기는 어렵다고 저는 판단하고 있습니다. 

2020-06-05 12:27:55

위 제품은 단순히 cable이 아니라, USB cable + DAC + AMP인 제품입니다. 

WR
2020-06-05 12:29:22

그렇다면 단순한 케이블이나 젠더와 직접 비교는 불가능하죠. 

예를들어 MQA 디코딩을 지원하는 브레이크아웃 케이블은 일반 브레이크아웃 케이블과 완전히 다른 용도이고, 소리도 다를테니까요.

2020-06-05 12:47:08

두분 댓글 감사합니다.
분명한 차이는 있나 봅니다..^^

2020-06-05 12:32:46

예전에 이미 결론난 문제 아니었나 싶은데,

 

usb 1.1 정도에서도 지터 문제는 사용자가 걱정해야 할 수준이 아니다,

지터 잡겠다고 업자들만 좋아할 만한 바꿈질 할 필요는 없다 비슷하게 기억합니다.

WR
Updated at 2020-06-05 12:40:50

초기 USB방식에는 동기식이 사용되기도 했었죠. 당연히 지터문제가 있었고 불안정한 작동을 하기도 했었습니다. 물론 지금은 비동기식을 사용하죠. 

 

"USB 케이블에 따라 음질이 변한다고? 어떤 이유로?"라고 물어보면, "몰라, 들어보면 알어"라는 답변 말고, 어느정도 근거를 대는 답변의 대부분이 "지터에러에 강하다"라는 식이죠. 비동기식은 어차피 지터에러를 고려하지 않아도 되는데 말입니다.

 

그래서 "지터? 비동기식인데 왠 지터?"라고 다시 물어보면... 결국...

"들어보면 알어..."

Updated at 2020-06-05 13:03:57

좋은글 잘보았습니다.

전 디지털 케이블은 어느 정도의 품질만 보장되면 음질 변화는 없다고 생각합니다. (디지털의 가장 큰 장점이죠)

그러나 뭔가 이상한대? 하는 부분이 있다면 케이블 불량일 가능성이 높습니다. 

 

Digital Data 값이 1로 가야할게 0으로 떨어지면 그때부터는 data오류로 인한 왜곡이 발생하고 음질도 다르게 느껴질 수 있지요..   Data 통신에서는 CRC로 이를 보정하는데, 오디오쪽은 (솔직히 별로 안파봐서 모릅니다.) CRC가 없는 것으로 알고 있습니다.

 

 일반적인 DAC의 통신법은 보통 Isochronous transfer 방식을 씁니다.

  : CRC error detection, no retry or guarantee of delivery, guaranteed latency

CRC (전손오류)를 측정하나 , 데이터 무결성을 위한 재전송을 하지 않음 하지만 레이턴시에서의 장점이 있슴.

 

WR
Updated at 2020-06-05 12:59:01

얼마전 USB케이블을 자작하면서, 기성품 케이블을 분해해봤는데요...

50넘어 빠지고 가늘어지는 제 머리카락을 보는 듯 했습니다. ㅠㅠ

 

그럼에도 불구하고 정확한 데이터를 전송해주는 장점이 있기때문에 보통 문제없이 많이 사용하는것이죠. 

 

문제는... 기존의 아날로그 오디오와 최근의 디지털 기기들이 서로 예상하지 못하는 충돌이 발생한다고 봅니다. 전에는 전혀 고려할 필요가 없었던 전기적 발진, 노이즈... 들오 인해 과거와는 다른 기준의 차폐를 요구하고 있는 상황이죠. 차폐, 접지... 등에 대한 엄격함이 과거보다 강해졌다고 봅니다. 현실은 아직 적응하지 못하고 있고요.

 

예를들어 USB2.0 케이블은 차폐를 강제하는 규격이 아닙니다. 저가형 USB을 까보면 차폐가 아예 안된 케이블들이 대부분입니다. 하지만 3으로 올라와서는 차폐가 강제 규격입니다. 고용량 전송 효율을 위해서는, 과거 기준의 노이즈 간섭 허용으로는 에러가 많이 발생하기 때문이겠죠. 

 

선을 꼬는 트위스트방식의 UTP 랜선 역시 마찬가지입니다. 과거의 메가 인터넷에서는 UTP로 충분했지만(트위스트 방식 자체가 일종의 차폐기능을 합니다), 기가 이상대역에서는 차폐를 필수 스펙으로 넣었죠. 

Updated at 2020-06-05 13:04:37

그래서 막 쓸거 아니면 보통은 인증 받은 제품이나 (인증이 있는 케이블 종류라면.. ), 유명 벤더의 제품을 을 추천합니다. 

데이터 이동을 오실로로 찍어보면 말씀하신 그런 빈약한 제품들은 파형이 널뜁니다.  하지만 이런 케이블이라도 Data통신에서는 CRC로 오류를 수정하니 문제가 없으나 오디오 부분에서는 말씀하신 오류가 충분히 발생할 수 있습니다.

 

Updated at 2020-06-05 16:21:44

3은 고속선 따로 있습니다.
이게 차동으로 각 데이터 신호가 들어가게 되어 있죠. 기존 선은 이전과 같고요.

WR
2020-06-05 15:34:12

3의 3전송용 데이터선은 페어 차폐 되어있고,

3의 2전송용 데이터선은 차폐가 안되어 있죠.

 

USB3.0케이블에 젠더를 끼워서 오디오용 2.0 케이블로 사용하려다가 포기한 이유입니다. 

다음번 USB케이블을 만들때는 3케이블의 차폐되어 있는 3데이터선을 2데이터용으로 활용해볼 생각입니다. 

2020-06-05 14:45:00

초창기 시디플레이어들은 clock 지터로 부터 자유로운데 clock 을 크리스탈 오실레이터에서 만들어 낸 것을 분주해서 사용하기 떄문입니다. 요즘 플레이어들은 멀티포맷을 지원해야 하기 떄문에 PLL 을 사용할 수 밖에 없고 이 PLL 이 지터의 온상이기 때문에 문제가 되는 것이죠.

그래서 플레이어의 크리스탈 오실레이터를 아무리 좋은 걸로 바뀌봐야 말짱 꽝입니다.

왜냐하면 크리스탈에서 나오는 clock 으로 SoC 내부의 PLL 을 구동시켜서 DAC 에서 사용하는 clock 을 만들어내기 때문에 DAC 가 실제로 받는 clock 은 지터가 많습니다.

PLL 지터는 수백 피코 정도되거던요.

2020-06-05 14:47:10

댓글에 내용을 참조해보니
usb audio는 에러체크는 하지만 에러보정은 하지 않는군요.
유선이고 낮은 대역폭의 오디오만 보내기 때문에 일반적으론 데이터 손실이 거의 없겠지만
무결하다고 말할 수는 없겠네요.
usb 2.0의 스펙상 대역폭이 480 Mbps인데
CD규격은 1.4112 Mbps인 걸 생각하면 대역폭이 부족할 일은 없을 것 같고요.
RF노이즈로 인한 디지털 데이터 손실이 있을 수 있겠지만 상용제품에서는 거의 문제가 되지 않을 것 같습니다.
전송 에러면에서만 본다면 블루투스가 오히려 더 나을 수도 있겠네요.
버퍼링으로 인한 딜레이는 있지만 재전송 과정에서 버퍼 이상의 지연이 생겨서 음이 끊기는 경우를 제외하면 무결한 데이터를 받을 때까지 재전송하는 A2DP 방식이 오히려 나을 수도 있겠네요.
물론 손실압축 코덱 패킷이긴 하지만
적어도 해당 음이 끊길지언정 왜곡되진 않을테니까요.
usb에 굳이 신뢰성을 높이기 위해 재전송 기법을 포함하지 않은 건 필요가 없어서 일 수도 있겠죠.
usb audio의 손실율이 크다면
에러체크는 가능하다고 했으니 케이블의 품질을 평가해주는 수신장치를 판매하는 업체도 있을 법 한데 말이죠.
그리고 인증마크를 붙여서 파는 사업을 할 수도 있을 것 같고요.
설마 이게 발굴되지 않은 사업아이템은 아니겠죠? ㅎㅎ

WR
Updated at 2020-06-05 15:26:58

USB Audio는 PCM이 아니기때문에 에러보정을 안합니다. PCM 디지털 오디오 신호를 에러보정하거나, 베리파잉 안하거나... 하는 개념과는 전혀 다르죠. 


본문에서 강조했지만 광케이블로 DAC에 전송되는 SPDIF 디지털오디오신호등과는 전혀 다른 데이터 전송입니다. 그 말씀 드리려고 본문 적은건데... -_-;;

Updated at 2020-06-05 16:28:01

i2s에서 pcm전송하는 것처럼 오디오 샘플레이트와 유사한 워드클럭 단위로 전송하지 않는 것은 알고 있습니다.
1ms 단위의 패킷전송을 하고
싱크장치에서 추후 sof 타이밍 기반으로 피드백 신호로 전송제어를 하는 것도 알고 있습니다.
다만 대역폭이 충분해서 ack신호도 주고 받고 하면서 재전송도 하지 않을까 막연히 생각하고 있었습니다.
데이터 손실 가능성이 없는 인터페이스라고 생각했었거든요.
덕분에 새로 알게 되었습니다.
감사합니다.

 
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