이포스 젠하이저 GSP 670 무선 게이밍 헤드셋 – 사양

헤드셋 형태, 드라이버 유형, 주파수 응답, 임피던스, 전고조파 왜곡, 음압 레벨, 마이크 종류, 마이크 픽업 패턴 등 헤드셋의 각 사양이 의미하는 바를 알고 GSP 670의 사양을 기록하고자 이포스 젠하이저 GSP 670 무선 게이밍 헤드셋 – 사양을 작성했다.

주의사항
1. 2021년 3월에 커뮤니티에서 진행한 무료 증정 이벤트에 0.114%의 확률로 당첨되어 제품을 무료로 받았다.
2. 사양 정보는 젠하이저의 기술 문서, 이포스 상세페이지, 해외 리뷰 순으로 참고했다.
3. 젠하이저 기술 문서마다 사양이 다르게 표기된 부분이 있는 경우 해외 리뷰에서 보편적으로 사용한 정보를 표기했다.
4. GSP 670의 드라이버 크기는 EPOS Global Support에 문의한 결과 일반 소비자에게 알려줄 수 없다는 답변을 받았다. 일반적인 문의에 대한 답변은 하루 만에 왔는데 드라이버 크기에 대한 문의는 나의 신분이 판매자인지 또는 소비자인지, 그리고 왜 궁금한지에 대한 질문과 함께 최종 답변까지 약 2주 정도 소요되었다. EPOS Global 내부적으로 논의 후 일반 소비자에게 공개하지 않기로 결론을 내린 것 같다.
5. 웹상의 정보를 종합해서 작성했기 때문에 사실과 다른 정보가 있을 수도 있다.

목차

1. EPOS Sennheiser GSP 670 Wireless Gaming Headset 데이터 시트
2. EPOS Sennheiser GSP 670 Wireless Gaming Headset 디자인
3. EPOS Sennheiser GSP 670 Wireless Gaming Headset 사양
4. EPOS Sennheiser GSP 670 Wireless Gaming Headset 마이크 사양
5. EPOS Sennheiser GSP 670 Wireless Gaming Headset 동글
6. EPOS Sennheiser GSP 670 Wireless Gaming Headset 블루투스

EPOS Sennheiser GSP 670 Wireless Gaming Headset 데이터 시트

EPOS Sennheiser GSP 670 Wireless Gaming Headset 디자인

○ 이어 컵의 형태

이어 컵의 형태에는 밀폐형과 개방형이 있다. 밀폐형은 이어 컵의 내부와 외부의 공기 흐름을 차단한 형태로 이어 컵의 내부에서 발생한 소리가 이어 컵의 내부에 갇혀서 소리가 양쪽 귀에서 발생하고 있다는 느낌이 들고, 외부 소음을 차단해서 이어 컵의 내부에서 발생한 소리에 더 집중할 수 있고, 이어 컵의 내부에서 발생한 소리가 외부로 새어 나가지 않는다. 하지만 이어 컵의 내부에서 발생한 소리가 이어 컵의 내부에 부딪혀서 특정 주파수를 축적하므로 음악가가 의도한 정확한 소리를 듣기 어렵고, 헤드셋을 착용하는 시간이 길어질수록 반향음에 노출되는 시간도 길어져서 귀의 피로도가 높아지고, 이어 컵의 내부에 축적되는 열기가 빠져나가지 못해서 불쾌감이 높아진다.

개방형은 이어 컵의 내부와 외부의 공기 흐름을 허용한 형태로 이어 컵의 내부에서 발생한 소리가 외부로 자연스럽게 퍼져나가서 주변 공간에서 소리가 발생하는 듯한 현장감을 느낄 수 있고, 이어 컵 내부에 열기가 축적되지 않아서 장시간 착용해도 불쾌감이 없다. 하지만 외부 소음이 이어 컵 내부로 들어오기 때문에 아주 조용한 실내에서 소리를 듣는 게 아니라면 정확한 소리를 듣기 어렵고, 헤드셋의 보관이 미흡할 경우 이어 컵의 내부가 습기나 먼지에 쉽게 노출될 수 있다.

게이밍 헤드셋에서 이어 컵의 형태는 FPS, TPS, AOS 등 순간적인 선택으로 승패가 갈리는 게임을 플레이할 때는 외부 소음을 차단한 채 게임에만 몰입할 수 있는 밀폐형이 좋고, RPG 등 배경 음악을 들으면서 게임 속 주변 환경과 상호작용하는 게임을 플레이하거나 조용한 실내에서 장시간 게임을 플레이한다면 정확한 소리와 현장감을 느낄 수 있는 개방형이 좋다. 참고로 이포스 젠하이저의 게이밍 헤드셋은 이어 컵의 형태가 개방형이라도 하이파이 헤드폰처럼 이어 컵의 겉면 전체가 개방된 게 아니라 이어 컵의 일부만 개방된 형태인데 EPOS에서는 개방형 게이밍 헤드셋에 대해 이어 컵 내부의 열기를 외부로 배출해서 장시간 착용에 적합하다고 광고하고 있다.

○ 이어 패드의 형태

이어 패드의 형태에는 오버 이어와 온 이어가 있다. 오버 이어는 이어 패드가 귀를 완전히 덮고 감싸는 형태로 부드럽고 푹신한 이어 패드가 헤드셋의 무게와 헤어 밴드의 압력을 귀 주변의 넓은 면적에 밀착해서 분산하므로 편안한 착용감을 제공하고 외부 소음을 차단한다. 하지만 이어 패드의 크기가 큰 만큼 이어 컵과 헤어 밴드의 크기도 커서 헤드셋의 무게가 무겁다.

온 이어는 이어 패드가 귀를 완전히 덮지 않고 귓바퀴에 닿는 형태로 부드럽고 푹신한 이어 패드가 헤드셋의 무게와 헤어 밴드의 압력을 분산해서 편안하고, 이어 패드의 크기가 작은 만큼 이어 컵과 헤드 밴드의 크기도 작아서 헤드셋의 무게가 가볍다. 하지만 이어 패드가 귀를 감싸지 않고 귀에 직접 닿기 때문에 사용자에 따라 착용감이 불편할 수 있고, 귀를 완전히 감싸지 않기 때문에 외부 소음을 차단하는 효과도 떨어진다.

○ 마이크의 형태

마이크의 형태에는 인라인 마이크(Inline Microphone), 이어 컵 마이크(Ear Cup Microphone), 보이스 튜브 마이크(Voice Tube Microphone), 붐 마이크(Boom Microphone)가 있다. 인라인 마이크는 헤드셋의 케이블에 통합한 마이크로 가격이 저렴하지만, 마이크가 가슴과 목 사이에 위치해서 사용자가 움직일 때 마이크가 옷깃 등에 스쳐서 녹음 시 마찰음을 포함할 수 있다. 이어 컵 마이크는 이어 컵에 통합한 마이크로 가격이 저렴하지만, 마이크가 귀 쪽에 위치해서 소리를 포착하는 능력이 떨어지고 음질도 나쁘다. 보이스 튜브 마이크는 이어 컵에서 뻗어 나온 보이스 튜브의 끝에 작은 마이크가 있는 형태로 사용자가 보이스 튜브를 구부려서 마이크의 위치를 입 근처로 자유롭게 조정할 수 있고 인라인 마이크나 이어 컵 마이크보다 음질이 좋지만, 보이스 튜브가 사용자의 얼굴의 일부를 가릴 수 있고 보이스 튜브가 얇으면 튜브의 위치 고정력이 떨어질 수 있다. 붐 마이크는 기다란 막대기 끝에 마이크 커버를 씌운 지향성 마이크를 장착한 형태인데 헤드셋에서의 붐 마이크는 보이스 튜브 마이크에 마이크 커버를 씌운 형태이다. 마이크 커버는 녹음 시 바람 소리를 차단한다.

○ 마이크의 탈부착

마이크의 탈부착을 지원하면 마이크가 고장 났을 때 마이크만 교체할 수 있고, 마이크를 사용하지 않을 때 마이크를 탈착해서 헤드셋의 무게를 줄일 수 있다. 이포스 게이밍 헤드셋 중에서 H3 Hybrid, H3PRO Hybrid, H6PRO가 마이크 탈부착을 지원한다.

EPOS Sennheiser GSP 670 Wireless Gaming Headset 사양

○ 드라이버 유형

드라이버는 전기 신호를 소리로 변환하는 장치로 헤드폰의 드라이버 유형에는 다이내믹 드라이버(Dynamic Drivers, DD), 평판형 자기 드라이버(Planar Magnetic Drivers), 정전식 드라이버(Electrostatic Drivers)가 있다. 다이내믹 드라이버는 저음을 생성하는 능력이 좋고 낮은 전력으로 높은 볼륨을 얻을 수 있고 드라이버의 크기가 클수록 더 높은 볼륨을 얻을 수 있고 가격이 저렴하지만, 높은 볼륨에서 소리의 왜곡이 발생할 수 있다. 다이내믹 드라이버는 자석(Magnet), 보이스 코일(Voice coil), 진동판(Diaphragm) 등으로 구성되는데 시간에 따라 주기적으로 크기와 방향이 변하는 교류 전류를 보이스 코일에 흘려보내면 보이스 코일이 주기적으로 방향이 다른 자기장을 생성하고 이 자기장이 자석이 지닌 고정된 방향의 자기장과 상호작용해서 보이스 코일에 연결된 진동판을 진동시켜서 소리를 생성한다. 자석은 물리적으로 음질에 영향을 미치므로 일반적으로 강력한 자력을 가진 네오디뮴 자석(Neodymium Magnet)을 사용한다.

평판형 자기 드라이버는 개방형 헤드폰에서 사용하는 드라이버로 소리의 왜곡이 적고 음질이 좋지만, 무게가 무겁고 가격이 비싸다. 평판형 자기 드라이버는 자석, 진동판 등으로 구성되는데 교류 전류로 생성한 자기장이 진동판과 직접 상호작용해서 진동판을 진동시켜서 소리를 생성한다. 평판형 자기 드라이버의 진동판을 균일하게 진동시키려면 많은 자석을 탑재해야 하는데 자석을 탑재하는 만큼 헤드폰이 더 무거워진다.

정전식 드라이버는 플래그십 개방형 헤드폰에서 사용하는 드라이버로 정확하고 선명하고 섬세한 소리를 생성하고 소리의 왜곡이 거의 없지만, 저음이 비교적 약하고 부피가 크고 먼지 및 습기에 노출될수록 성능이 저하되고 가격이 매우 비싸다. 정전식 드라이버는 두 개의 전도성이 있는 그리드와 2~20 µm(마이크로미터) 두께의 진동판 등으로 구성되는데 두 개의 그리드 사이에 전기장을 생성하고 전기장의 움직임에 따라 진동판을 진동시켜서 소리를 생성한다.

게이밍 헤드셋은 타격감 있는 게임 사운드로 게임의 재미를 극대화하고 모든 나이대의 플레이어가 부담 없이 사용할 수 있는 장치여야 하므로 모든 PC에서 사용할 수 있도록 낮은 전력으로 높은 볼륨을 얻을 수 있고 저음 생성 능력이 우수하고 다른 드라이버 유형보다 가격이 저렴한 다이내믹 드라이버를 사용한다.

○ 주파수 응답

주파수(Frequency)는 음파가 초당 진동하는 횟수이고, 주파수 응답(Frequency Response, FR)은 헤드폰이 생성할 수 있는 주파수의 범위이다. 헤드폰의 사양에 표기된 주파수의 범위가 10 ~ 23,000 Hz라면 초당 10회 미만으로 진동하는 주파수나 초당 23,000회를 초과하는 주파수보다 초당 10 회 이상에서 23,000회 이하로 진동하는 주파수를 생성하는 능력이 더 좋다는 의미이다. 다만 주파수 응답은 주파수를 정확하게 생성하는 것과 관련이 없으므로 주파수 응답만으로 소리의 품질을 예측할 수 없다.

참고로 사람의 가청 주파수(Audio Frequency, AF)는 20 ~ 20,000 Hz 인데 나이가 들수록 소음에 노출되는 시간도 길어져서 가청 주파수의 범위가 좁아지고 특히 고주파에 대한 감도가 크게 떨어진다. 일반적으로 24세 이상은 17,000 Hz 이상의 주파수를 들을 수 없고, 30세 이상은 16,000 Hz 이상의 주파수를 들을 수 없고, 40세 이상은 15,000 Hz 이상의 주파수를 들을 수 없고, 50세 이상은 12,000 Hz 이상의 주파수를 들을 수 없고, 나이가 많은 노인은 3,000 Hz 이상의 주파수를 들을 수 없다.

○ 임피던스

임피던스(Impedance)는 시간에 따라 주기적으로 크기와 방향이 변하는 교류(Alternating Current, AC)에서 발생하는 저항으로 기호는 Z이고 단위는 옴(Ω)이다. 전기 회로 중에서 전하의 흐름을 방해하는 저항(Resistance), 전하로부터 자기장을 유도하는 인덕터(Inductor, Choke Coil, 유도자), 전하를 저장하는 커패시터(Capacitor, 축전기, 콘덴서)로 이뤄진 RLC 회로에 직류(Direct Current, DC)를 연결하면 저항만 전하의 흐름을 방해하지만, 교류를 연결하면 저항, 인덕터, 커패시터가 모두 전하의 흐름을 방해한다. 이때 인덕터와 커패시터를 교류에서 전류의 흐름을 방해하는 리액턴스(Reactance, 반응저항)라고 하고 리액턴스와 저항을 합쳐서 임피던스라고 한다.

Z: RLC 회로에서 임피던스
R: 저항
XL: 인덕터 = 유도 리액턴스(Inductive Reactance, 유도 반응저항)
XC: 커패시터 = 용량성 리액턴스(Capacitive Reactance, 용량성 반응저항)

오디오 시스템에서 정확한 소리를 생성하려면 드라이버의 제어 성능이 좋아야 한다. 드라이버의 제어 성능은 댐핑 팩터(Damping Factor, DF)라고 하며 헤드폰의 임피던스인 로드 임피던스(Load Impedance, Input Impedance, 입력 임피던스)를 출력부의 회로 임피던스인 소스 임피던스(Source Impedance, Output Impedance, 출력 임피던스)로 나눠서 계산하는데 로드 임피던스가 높을수록 드라이버의 제어 성능이 좋고 그만큼 드라이버가 더 정확한 소리를 생성할 수 있다.

다만 사람이 청음 할 수 있는 소리를 생성하려면 일정 수준 이상의 전류가 흘러야 하는데 임피던스가 높아질수록 같은 수준의 전류를 흘려보내기 위해 더 많은 전압이 필요하므로 임피던스가 높은 헤드폰을 사용하려면 그에 걸맞는 고성능 앰프(Amplifier, AMP)가 필요하다. 앰프는 전원 공급 장치의 전력을 사용해서 입력 단자로 들어오는 신호의 진폭을 증가시켜서 출력하는 장치이다. 참고로 임피던스가 높은 헤드폰에 출력이 낮은 앰프를 연결하면 전류가 부족한 만큼 음량이 작고 정상적인 소리를 생성하지 못해서 음질이 떨어지고, 반대로 임피던스가 낮은 헤드폰에 출력이 높은 앰프를 연결하면 과부하로 인해 헤드폰이 고장날 수 있다.

헤드폰의 임피던스는 다이내믹 드라이버의 경우 교류를 받아서 자기장을 생성하는 보이스 코일이 결정하는데 보이스 코일이 주기적으로 방향이 다른 자기장을 생성할 때마다 임피던스가 달라지므로 헤드폰의 사양에는 일반적으로 주파수가 1,000Hz일 때의 임피던스를 표기한다. 일반적으로 8 ~ 32옴 사이의 헤드폰은 컴퓨터나 스마트폰의 유선 포트에서 전달받는 전력으로 정상적인 소리를 생성할 수 있지만, 50옴 이상의 헤드폰은 별도의 외장 앰프를 사용해야 한다.

게이밍 헤드셋은 플레이어가 게임을 할 때 간단하게 사용할 수 있는 오디오 장치로 과거에는 게이밍 헤드셋이 지녀야 할 편의성에 대한 이해도가 부족하다 보니 하이파이 헤드폰에 마이크만 장착해서 앰프가 필요한 때도 있었지만, 지금은 누구나 간편하게 사용할 수 있어야 한다는 게이밍 헤드셋의 특징에 걸맞게 플래그십 게이밍 헤드셋이라도 임피던스를 낮게 적용한다. 특히 무선 게이밍 헤드셋은 작은 크기의 내장 배터리에서 전력을 공급받기 때문에 외장 앰프를 작동시킬 만큼 전력에 여유가 없고 외장 앰프를 탑재할 공간도 없어서 임피던스를 낮게 적용할 수밖에 없다.

○ 전고조파 왜곡

사인파(Sin Wave, 정현파)를 알면 위상(Phase)을 알 수 있고, 위상을 알면 부하(Load)를 알 수 있고, 부하를 알면 고조파(Harmonics)를 알 수 있고, 고조파를 알면 전고조파 왜곡(Total Harmonic Distortion, THD, 총고조파 왜곡, 종합 전압왜형율, 왜율)을 알 수 있다.

1. 사인파

사인파는 시간에 따라 주기적으로 크기와 방향이 변하는 교류의 전압 또는 전류를 가로의 시간 축과 세로의 신호 세기 축에 따라 아날로그 신호로 표현한 것이다. 사인파의 구성 요소에는 진폭(Amplitude), 주기(Period), 파장(Wavelength), 주파수(Frequency), 위상(Phase)이 있다. 진폭은 신호의 크기나 세기이고, 주기는 교류의 크기와 방향이 변하기 시작해서 원래 상태로 되돌아오는 데 필요한 시간이고, 파장은 연속적인 파형에 대응하는 같은 지점 사이의 거리이고, 주파수는 1초 동안 반복하는 주기의 개수이다.

2. 위상

위상은 두 개의 사인파 간의 상대적인 위치이고, 위상차(Phase Difference)는 두 개의 사인파 간의 상대적인 위치 차이이다. 위상에는 동 위상(In Phase), 지연 위상(Delay Phase), 진행 위상(Progress Phase)이 있다. ‘동 위상’은 두 개의 사인파가 시간 축을 지날 때 시간 축과 교차하는 지점이 같은 위상이고, ‘지연 위상’은 기준이 되는 사인파와 지연하는 사인파가 시간 축을 교차할 때 지연하는 사인파가 시간 축을 교차하는 지점이 기준이 되는 사인파가 시간 축을 교차하는 지점보다 늦어서 위상차가 발생한 위상이고, ‘진행 위상’은 기준이 되는 사인파와 진행하는 사인파가 시간 축을 교차할 때 진행하는 사인파가 시간 축을 교차하는 지점이 기준이 되는 사인파가 시간 축을 교차하는 지점보다 빨라서 위상차가 발생한 위상이다.

3. 부하

부하는 전류를 소모하는 전기 회로 또는 전기 장치이다. 부하는 위상차에 따라 구분하거나 고조파의 발생 여부에 따라 구분하는데 위상차에 따라 구분하면 저항 부하(Resistive Loads), 유도 부하(Inductive Loads), 용량성 부하(Capacitive Loads)로 구분할 수 있다. ‘저항 부하’는 백열등, 전기 오븐, 전기 히터 등 전류를 열로 변화하는 장치로 전압과 전류의 사인파가 ‘동 위상’이고, ‘유도 부하’는 청소기 모터, 세탁기 모터, 환풍팬 모터 등 전류를 동력으로 변환하는 장치로 전압과 전류의 사인파가 전압 사인파를 기준으로 전류 사인파가 지연하는 ‘지연 위상’이고, ‘용량성 부하’는 커패시터 등 역률(Power Factor, PF)을 개선하는 장치로 전압과 전류의 사인파가 전압 사인파를 기준으로 전류 사인파가 진행하는 ‘진행 위상’이다.

역률은 교류 회로의 에너지 효율이다. 직류 회로에서는 전압과 전류의 곱이 전력이 되지만, 교류 회로에서는 전압과 전류의 각 사인파의 위상이 일치하지 않는 경우가 있으므로 교류 회로에서의 전력인 유효 전력(Active Power, P)은 교류 회로에서의 전압과 전류의 곱인 피상 전력(Apparent Power, S)과 역률을 곱해서 계산한다. 피상 전력은 총 전력으로 피상 전력의 제곱은 유효 전력의 제곱과 무효 전력의 제곱의 합으로 계산하고, 유효 전력은 실제 소모되는 전력이고, 무효 전력(Reactive Power, Q)은 실제 소모되지 않는 전력이다. 즉 역률은 유효 전력의 제곱과 무효 전력의 제곱의 합의 루트 분에 유효 전력으로 계산하며 역률을 높이려면 유효 전력이 높아야 한다.

부하를 고조파의 발생 여부에 따라 구분하면 선형 부하(Linear Load), 비선형 부하(Nonlinear Load)로 구분할 수 있다. ‘선형 부하’는 백열등, 전기 히터 등 인가 전압의 주기 동안 부하 임피던스가 일정하게 유지되어 고조파가 발생하지 않는 부하이고, ‘비선형 부하’는 형광등, 컴퓨터, 인버터, 오디오 등 인가 전압의 주기 동안 부하 임피던스가 일정하게 유지되지 않아 고조파가 발생하는 부하이다.

선형 부하의 역률은 전압과 전류의 위상차로만 발생하는 역률이고, 비선형 부하의 역률은 고조파로 인한 왜곡을 고려한 역률이다. 비선형 부하에서 발생하는 고조파는 위상과 관계없이 유효 전력을 높이지 않지만, 피상 전력을 높이므로 역률을 낮춘다.

4. 고조파

전자기기는 전력 회사 또는 배터리로부터 50 Hz 또는 60 Hz의 교류 전력을 공급받아서 다른 형태의 에너지로 사용하는데, 실제 흐르는 전력은 하나의 사인파가 아니라 기본파에 다수의 고조파(Harmonics)가 융합한 복합파(Complex Waves, 합성파, 왜형파, 변형파)이다. 고조파에는 여러 가지의 형태가 있는데 일반적으로 정수배 고조파를 의미한다. 정수배 고조파는 기본파의 정수배를 가지는 파형으로 제 2 고조파부터 제 50 고조파까지 있고, 제 50 고조파를 초과하는 파형은 노이즈라고 한다. 한국은 60 Hz의 교류 전력을 공급하므로 제 2 고조파는 120 Hz이고, 제 3 고조파는 180 Hz 이고, 제 4 고조파는 240 Hz이고, 제 5 고조파는 300 Hz이고 제 6 고조파는 360 Hz이고, 제 50 고조파는 3,000 Hz이다.

고조파는 장치의 손상, 과열, 오작동 등을 일으키는데 오디오에 국한해보면 고조파의 주파수 범위가 악기, 보컬, 말 소리의 주파수를 포함하므로 드라이버로 공급되는 전류에 고조파가 있으면 드라이버가 왜곡된 음을 생성한다. 특히 제 3 고조파, 제 5 고조파 등 홀수 고조파(Odd Harmonics)는 기본파와 위상이 정반대여서 짝수 고조파(Even Harmonics) 보다 음질에 더 큰 악영향을 끼친다. 그리고 사람의 귀는 고조파의 범위를 포함한 1,000 ~ 4,000 Hz의 주파수에 민감해서 고조파로 인한 왜곡을 잘 들을 수 있으므로 가능한 한 고조파 왜곡이 적어야 한다.

참고로 음악가가 소리를 만드는 과정은 왜곡(Distortion)을 만드는 과정이며 짝수 고조파나 홀수 고조파를 사용해서 소리에 변화를 준다는 의견이 있는데 이는 어디까지나 음악가가 의도한 고조파 왜곡을 말하는 것으로 오디오의 전기 회로에서 발생하는 고조파 왜곡을 줄여야 한다는 말과 혼동해선 안 된다.

5. 전고조파 왜곡

전고조파 왜곡은 기본파 성분 실효치에 대한 전체 고조파 성분 실효치의 비율이다. 전고조파 왜곡을 측정할 때는 오디오 시스템의 특성에 맞춰서 사전에 정한 조건으로 사인파를 입력하고 이후 출력되는 신호에서 사인파만 제거해서 남아있는 고조파를 측정한 후 입력한 사인파와의 비율을 계산하는데 측정 방식이 미세하게 틀어져도 전혀 다른 결괏값이 나오므로 같은 제조사의 제품이라도 출시 시기가 다른 제품 간에 전고조파 왜곡을 비교하는 건 무의미할 수 있고 다른 제조사의 제품 간에 전고조파 왜곡을 비교하는 건 무의미하다. 그리고 전고조파 왜곡은 전체 고조파 성분 비율을 수치화 한 것이므로 짝수 고조파, 홀수 고조파, 고조파의 배수 특성 등 고조파의 세부적인 특징에 대해선 알 수 없고, 전자파(Electromagnetic Wave)의 특성에 따라 왜곡음이 발생할 수도 있으므로 제조사에서 공개한 전고조파 왜곡만 보고 오디오의 품질을 평가할 수 없다. 전자파는 멀티 탭, 데스크톱, 케이블, 와이파이, 블루투스 등에 의해 발생할 수 있고 오디오 시스템이 전자파에 영향을 받으면 고주파음이 들릴 수 있다.

이포스 젠하이저 GSP 670 무선 게이밍 헤드셋의 전고조파 왜곡은 0.07% 미만으로 측정된 값만 봤을 때 젠하이저 커뮤니케이션스 A/S, 이포스 | 젠하이저, 이포스에서 출시한 게이밍 헤드셋 중에서 가장 낮고, 젠하이저 하이파이 헤드폰의 전고조파 왜곡과 유사하다. 앞서 말했듯이 전고조파 왜곡은 측정하는 방식에 따라 측정 값이 크게 달라지므로 같은 제조사의 제품이라도 각 제품 간에 비교가 무의미할 수 있지만, 다른 게이밍 헤드셋의 전고조파 왜곡이 2%, 1%, 0.7%, 0.5% 미만인 것에 비해 0.07%는 아주 낮은 수치이므로 상대적으로 왜곡음이 발생할 가능성이 더 낮다고 기대할 수 있다.

○ 음압 레벨

음압(Sound Pressure)은 음파가 매질 통과할 때 발생하는 압력으로 단위는 파스칼(Pa)이다. 물체가 진동하면 공기의 입자가 밀려나면서 공기의 밀도가 낮은 영역과 공기의 밀도가 높은 영역이 발생하는데 진동의 횟수가 증가하는 만큼 공기의 입자가 차례대로 밀려나서 연속적인 기압차가 퍼져나간다. 사람은 파동의 압력을 소리로 인지하는데 1,000 Hz 주파수 기준에서 0.00002 Pa 부터 20 Pa의 음압을 들을 수 있다. 다만 음압은 범위가 너무 광범위하다 보니 일반적으로 데시벨(Decibel, dB) 단위의 음압 레벨(Sound Pressure Level, SPL)로 변환해서 사용한다.

데시벨은 기준 전력(Reference Power)에 대한 측정 전력(Measured Power)의 비율인 벨(Bel) 단위를 10배로 키운 단위로 전자제품, 광학, 음향 등 광범위한 분야에서 사용하며 상대 값이다. 예를 들어 5 dB라고 하면 무엇을 기준으로 5 dB인지 알 수 없으므로 의미가 없고, 10 dB SPL처럼 기준이 있는 절대 값에 +5 dB라고 하면 10 dB SPL을 15 dB SPL로 높인다는 의미로 사용할 수 있다.

음향 분야에서는 데시벨을 1V를 기준으로 측정하는 출력 레벨(dBV), 0.775V를 기준으로 측정하는 출력 레벨(dBu), 디지털 장비가 받을 수 있는 최대 아날로그 입력 값을 기준으로 측정하는 디지털 녹음 레벨(dBFS), 0.00002 Pa를 기준으로 유효 음압의 비율로 로그로 측정하는 음압 레벨(dB SPL)을 사용한다.

헤드폰의 음압 레벨을 측정하는 방식 및 단위는 제조사마다 다른데 GSP 670은 1mW의 전력으로 1,000 Hz의 사인파를 입력했을 때 드라이버에서 생성하는 음압 레벨을 측정한다. 일반적인 헤드폰은 90 dB SPL에서 115 dB SPL까지 소리를 생성할 수 있는데, GSP 670은 음압 레벨이 높은 편에 속하므로 다른 제품보다 상대적으로 적은 전력으로 드라이버의 성능을 끌어낼 수 있다고 추정할 수 있다.

EPOS Sennheiser GSP 670 Wireless Gaming Headset 마이크 사양

○ 마이크의 종류

마이크는 작동 방식에 따라 다이내믹 마이크(Dynamic Microphone), 콘덴서 마이크(Condenser Microphone), 리본 마이크(Ribbon Microphone), MEMS 마이크(Micro Electro Mechanical System Microphone)로 구분한다. 다이내믹 마이크는 진동판, 자석, 코일 등으로 구성되는데 음파가 진동판을 진동시키면 진동판에 붙은 코일이 같이 움직여서 코일과 고정된 자석 사이에 자기장을 생성하고 이 자기장이 자석이 지닌 고정된 방향의 자기장과 상호작용해서 진동에 맞는 전기 신호를 생성한다. 다이내믹 마이크는 작동하는데 외부 전력이 필요 없고 코일이 높은 음압을 견딜 수 있어서 큰 소리를 녹음하는 데 적합하고 내구성이 아주 뛰어나고 제조 단가가 비교적 저렴해서 라이브 공연장, 행사장, 인터뷰, 노래방 등 다양한 분야에서 사용하지만, 코일의 무게 및 구조 때문에 조용한 소리나 복잡한 소리에 대한 감도가 떨어지고 10,000 Hz 이상의 고주파에 대한 민감도가 떨어진다.

콘덴서 마이크는 진동판, 백플레이트, 배터리, 프리앰프 등으로 구성되는데 진동판과 백플레이트에 직류 전압을 가하면 진동판과 백플레이트에 서로 다른 극성의 전하가 몰리게 되고 이때 음파가 진동판을 진동시켜서 진동판과 백플레이트 사이에 거리차가 발생하면 정전용량(Capacitance, 커패시턴스)이 변하면서 전기 신호를 생성하고 프리앰프로 신호를 증폭한다. 콘덴서 마이크는 음파에 민감한 만큼 섬세한 음원까지 포착할 수 있어서 스튜디오 등에서 사용하지만, 작동하는데 외부 전원이 필요하고 높은 음압에 대한 왜곡이 발생하기 쉽고 실외에서는 사용하기가 어렵고 먼지와 습기에 취약하고 다이내믹 마이크보다 내구성이 떨어지고 제조 단가가 비싸다.

콘덴서 마이크 중에서 외부 전원을 사용하지 않고 자석을 사용하는 콘덴서 마이크를 일렉트릿 콘덴서 마이크(Electret Condenser Microphones, ECM)라고 한다. 일렉트릿 콘덴서 마이크는 정전기 유도로 전기적 신호를 생성하는데 초기에는 품질이 떨어졌으나 기술이 발전하면서 기존의 콘덴서 마이크를 대체하는 수준에 이르렀다. 일렉트릿 콘덴서 마이크는 성능이 우수하고 가격이 저렴하고 대량 생산이 비교적 수월해서 휴대전화, 녹음기, 컴퓨터, 헤드셋 등 광범위한 분야에서 사용한다.

리본 마이크는 진동판, 자석, 아주 가볍고 주름진 알루미늄 리본 등으로 구성되는데 음파가 알루미늄 리본을 진동시키면 알루미늄 리본의 상단과 하단 끝에 있는 서로 다른 극의 전하가 자석이 지닌 고정된 방향의 자기장과 상호작용해서 진동에 맞는 전기 신호를 생성한다. 리본 마이크는 다이내믹 마이크보다 주파수 응답이 좋고 섬세한 음원을 포착할 수 있지만, 바람, 충격, 진동에 매우 민감하고 내구성이 매우 취약하고 크고 무거워서 사용하기가 까다롭다. 다만 기술이 발전하면서 과거에 비해 크기가 작고 무게가 가볍고 내구성이 높고 프리앰프를 내장하고 외부 전원을 사용할 수 있는 제품까지 개발되어 스튜디오 뿐만 아니라 라이브 공연에서도 사용한다.

MEMS 마이크는 실리콘 웨이퍼(Silicon wafer), 멤브레인(Membrane), 센서 백플레이트 등으로 구성되는데 음파가 실리콘 웨이퍼 위의 멤브레인을 진동시키면 멤브레인과 센서 백플레이트 사이의 정전용량이 변하면서 전기 신호를 생성한다. 실리콘 웨이퍼는 순도 99.9999999%의 규소를 얇게 자르고 표면을 다듬은 판으로 반도체 직접회로의 기초가 되는 재료이고, 멤브레인은 선택적 장벽이라는 생물학 용어로 MEMS 마이크에서는 아주 얇은 판에 구멍을 뚫어서 음파가 닿았을 때 음압을 구멍으로 통과시켜 멤브레인의 외부와 멤브레인과 센서 백플레이트 사이 공간에 기압차를 만드는 역할을 하는 장치이다. MEMS 마이크는 초소형이고 전력 소비가 아주 낮고 감도가 높고 반도체 생산 라인에서 대량 생산이 수월해서 휴대전화, 녹음기 등 광범위한 분야에서 ECM을 대체하고 있다. 개발 초기에는 패키징 구조의 취약점으로 인해 약 100 Hz 이하의 주파수에 대한 감도가 떨어지고 약 4,000 ~ 6,000 Hz 이상의 주파수에 대한 감도가 급격히 상승하는 문제가 있었지만, 패키징 구조와 재료가 꾸준하게 발전하면서 지금은 20 ~ 20,000 Hz까지 고른 주파수 응답을 지원한다.

○ 마이크의 주파수 응답

주파수 응답은 마이크가 생성할 수 있는 주파수의 범위이다. 주파수의 범위가 10 ~ 7,300 Hz라면 초당 10회 미만으로 진동하는 주파수나 초당 7,300회를 초과하는 주파수보다 초당 10 회 이상에서 7,300회 이하로 진동하는 주파수를 생성하는 능력이 더 좋다는 의미이다. 다만 주파수 응답은 주파수를 정확하게 생성하는 것과 관련이 없으므로 주파수 응답만으로 마이크의 녹음 품질을 예측할 수 없다.

○ 마이크의 감도

마이크는 음압을 인식해서 교류 전압으로 변환하는 장치이고, 마이크의 감도(Microphone Sensitivity)는 교류 전압의 민감도이다. 마이크 감도를 측정하는 방식 및 측정 단위는 국가 및 제조사마다 다른데 GSP 670은 마이크에 94dB SPL(= 1 Pa)에서 1,000 Hz인 사인파를 입력했을 때 마이크에서 출력하는 1V에 대한 데시벨을 측정한다. GSP 670의 마이크 감도는 -47 dBV/Pa로 일반적인 콘덴서 마이크의 감도인 -46 dBV/Pa ~ -30dBV/Pa보다 낮아서 둔감한 성향의 마이크라고 추정할 수 있다.

마이크 감도가 민감하면 미세한 분위기나 현장감을 인식하기가 좋고, 마이크의 감도가 둔감하면 시끄러운 환경에서 목소리를 인식하기가 좋다. GSP 670은 게이밍 헤드셋인 만큼 게임 플레이 중 목소리만 전달하면 되므로 저감도 마이크를 탑재한 것으로 추정된다.

○ 마이크의 픽업 패턴

마이크의 픽업 팩턴에는 무지향성(Omnidirectional), 단일지향성(Unidirectional), 양지향성(Bidirectional)이 있다. 무지향성은 모든 방향에서 자연스럽게 소리를 포착하므로 소음 수준이 낮은 스튜디오나 제어할 수 없는 환경의 오디오 전체를 녹음할 때 사용하지만, 시끄러운 장소에는 적합하지 않다.

단일지향성은 마이크의 앞면 위주로 소리를 녹음하며 측후면의 소리는 거의 녹음하지 못한다. 지향성의 정도에 따라 카디오이드(Cardioid), 하이퍼 카디오이드(Hyper Cardioid), 슈퍼 카디오이드(Super Cardioid), 로바(Lobar)로 구분한다. 카디오이드는 전방의 모든 사운드를 녹음해서 노래방, 라이브 공연장, 다큐멘터리, 결혼식 이벤트 등에서 사용하고, 하이퍼 카디오이드는 음악 녹음, 다큐멘터리 등에서 사용하고, 슈퍼 카디오이드는 붐 폴이나 리얼리티 방송, 인디 영화 등에서 사용하고, 로바는 가장 지향적인 픽업 패턴으로 영화, 연극, 합창 등에서 사용한다. 단일지향성 마이크를 사용하는 게이밍 헤드셋은 주로 카디오이드 또는 하이퍼 카디오이드를 사용하지만, 대부분의 제조사는 단일지향성이라는 문구만 표기하므로 구체적으로 어떤 지향성인지 알 수 없다.

양지향성은 무지향성과 비슷하지만, 마이크의 앞면과 뒷면에서 소리를 같이 녹음하고 측면의 소리는 거의 녹음하지 못한다. 리본 마이크는 구조적으로 양지향성이고, 일부 대형 콘덴서 마이크도 양지향성이다. 주로 팟캐스트, 라디오 인터뷰 등에서 사용한다.

게이밍 헤드셋에 가장 적합한 마이크의 픽업 패턴은 양지향성이다. 단일지향성은 미세하게나마 측면의 소리를 포착하지만, 양지향성은 측면의 소리를 모두 무시하므로 물리적으로 불필요한 노이즈를 제거하는 데 유리하고 사용자의 목소리를 더 잘 포착할 수 있다. 그리고 노이즈 캔슬링 기능과 함께 사용하면 노이즈 제거 효과를 극대화할 수 있다.

EPOS Sennheiser GSP 670 Wireless Gaming Headset 동글

USB 동글은 2.4 GHz 주파수로 무선 장치와 USB 동글 간에 무선 통신을 활성화하는 장치이다. USB 동글에는 802.11 b/g/n 와이파이 동글, 블루투스 표준 프로토콜을 사용하는 동글, 독점 프로토콜을 사용하는 동글이 있는데, 무선 마우스, 무선 키보드, 무선 헤드폰 등 대부분의 무선 장치에는 독점 프로토콜을 사용하는 전용 동글이 포함되어 있다.

GSP 670의 GSA 70 USB 동글을 데스크톱이나 콘솔의 USB 2.0 슬롯에 장착하고 GSP 670의 전원을 켜면 별도의 소프트웨어나 드라이버를 설치할 필요 없이 즉시 일대일로 연결되며 USB 동글을 PC에 장착해서 GSP 670과 연결하면 Gaming Suite소프트웨어로 GSP 670의 모든 기능을 사용할 수 있다. GSA 70 USB 동글의 지연 시간에 대한 정확한 정보는 없지만, EPOS가 2021년 1월에 작성한 기사에서 독점 프로토콜 동글과 aptX Low Latency 코덱을 사용하는 블루투스 동글의 총 지연 시간이 30 ~ 60 ms라고 했고, 독점 프로토콜 동글의 지연 시간이 비디오와 오디오를 함께 재생하기 위해 개발된 aptX Low Latency 코덱을 사용하는 블루투스 동글보다 더 낮다고 했기 때문에 지연 시간으로 인한 문제는 없을 것으로 추정된다.

참고로 2012년 4월에 인텔은 ‘USB 3.0 무선 주파수 간섭이 2.4 GHz 무선 장치에 미치는 영향’이라는 문서를 통해 USB 2.0 포트에 2.4 GHz USB 동글을 장착하고 바로 옆에 있는 USB 3.0 포트에 USB 3.0 케이블로 USB 3.0 외부 장치를 연결하면 USB 3.0 외부 장치, USB 3.0 케이블, USB 3.0 포트에서 발생한 노이즈에 의해2.4 GHz USB 동글과 2.4 GHz 무선 장치 간의 거리가 멀어질 경우 무선 통신의 총 지연 시간이 길어지고, USB 2.0 포트에 2.4 GHz USB 동글을 장착하고 바로 옆에 있는 USB 3.0 포트에 USB 3.0 플래시 드라이버를 장착하면 USB 3.0 포트와 USB 3.0 플래시 드라이버에서 발생한 노이즈에 의해 2.4 GHz USB 동글이 작동하지 않을 수 있다고 했다. USB 3.0에서 발생하는 노이즈의 영향을 줄이려면 USB 3.0 관련 장치를 차폐하거나 USB 2.0 케이블을 사용해서 2.4 GHz USB 동글의 위치를 USB 3.0 장치에서 멀리 위치시켜야 한다고 했는데, GSP 670 패키지에 약 1.2m의 USB 2.0 연장 케이블이 포함되어 있어서 USB 3.0 장치의 반대편에 2.4 GHz USB 동글을 배치할 수 있다.

EPOS Sennheiser GSP 670 Wireless Gaming Headset 블루투스

○ 블루투스

1993년에 에릭슨(Ericsson)의 모바일 통신 부서에서 근무한 네덜란드의 전기 기술자인 야프 하르트센(Jaap C. Haartsen)이 휴대폰과 전자 장치 간에 음성과 데이터를 주고받을 수 있는 새로운 개념의 근거리 무선 통신 시스템을 연구했고, 에릭슨은 1996년부터 근거리 무선 통신 사업의 생태계를 확장하기 위해 인텔(Intel), 노키아(Nokia), 도시바(Toshiba), IBM과 협력하기 시작했다. 그리고 1996년 12월에 인텔의 컴퓨팅 엔지니어인 짐 카닥(Jim Kardach)이 근거리 무선 링크를 통합하자는 뜻에서 10세기에 스칸디나비아 반도를 통합한 덴마크와 노르웨이의 왕인 해럴드 블루투스(Harald Bluetooth)의 이름에서 제안한 블루투스를 코드네임으로 사용하다가 이후 기술 명칭에 대한 이견이 없자 블루투스를 공식 명칭으로 정하고, 1998년에 에릭슨, 인텔, 노키아, 도시바, IBM이 Bluetooth SIG(Special Interest Group)를 결성했다. 1999년에 Bluetooth SIG는 무선 음성 헤드셋, 전화, 팩스, 파일 전송을 위한 프로필을 내장하고 데이터 전송 속도가 721 kbit/s이고 통신 범위는 10m 이내인 블루투스 1.0을 발표했고, 2000년에 블루투스 칩셋을 탑재한 휴대폰, 무선 마우스, 동글을 공개했다.

블루투스를 사용하려면 블루투스 신호를 주기적으로 송신하는 장치와 블루투스 신호를 주기적으로 수신하는 장치를 페어링(Pairing) 해야 한다. 페어링은 두 개의 장치 간에 블루투스 연결을 인증하는 절차로 처음 페어링할 때 서로 간에 인증 정보를 저장하므로 그다음부터는 두 개의 장치를 켜기만 해도 자동으로 블루투스가 연결된다. 블루투스는 멀티페어링 기능으로 각 블루투스 기기마다 총 8개의 페어링 인증 정보를 저장할 수 있고, 멀티포인트 기능으로 페어링한 기기 간에 연결 상태를 유지하고 각 기기를 교대로 사용할 수 있다.

GSP 670의 출시일은 2019년 7월로 제품을 기획한 시기에는 Bluetooth 5.0이 최신 버전이었을 것으로 추정된다.

○ 블루투스 오디오 코덱

1. 블루투스 오디오 코덱

블루투스는 음성과 데이터를 전송하기 위해 설계한 기술이다 보니 블루투스의 최대 전송 대역폭으로는 고음질 음악 데이터를 전송할 수 없었고 페어링 된 기기 간에 거리가 멀어지거나 주변에 2.4 GHz의 주파수를 사용하는 무선 통신 기기가 많을수록 최대 전송 대역폭이 더 낮아져서 오디오를 전송하는 데는 부적합했지만, 블루투스의 생태계가 확장되고 음향 분야에서의 쓰임새가 커지자 블루투스 오디오 전송 표준인 A2DP(Advanced Audio Distribution Profile)을 도입하고 SBC(SubBand Codec)의 지원을 의무화했다. 블루투스는 오디오 데이터를 전송할 때 전송 대역폭에 무리가 가지 않도록 코덱(Codec)으로 오디오 데이터를 손실 압축해서 전송하는데 페어링한 기기 간에 같은 코덱으로 설정하지 않으면 블루투스의 표준 코덱인 SBC가 작동한다.

코덱은 영상이나 오디오 데이터를 압축하고 압축을 해제하는 기술로 압축할 때 데이터의 손실 여부에 따라 무손실 압축 코덱과 손실 압축 코덱으로 구분하는데 블루투스는 SBC, AptX, AAC, MP3 등 손실 압축 코덱을 사용한다. 코덱의 작동 원리면에서 AAC, MP3은 국제 표준 오디오 압축 기술로 심리 음향 모델링을 기반으로 사람이 듣지 못하는 영역의 데이터를 삭제하고, SBC는 블루투스의 표준 오디오 압축 기술로 심리 음향 모델링을 기반으로 사람이 듣지 못하는 영역의 데이터를 삭제하지만, 비교적 덜 복잡한 방법으로 삭제하다 보니 AAC, MP3에 비해 음질이 떨어진다. AptX는 전송 대역폭을 확보를 위해 음질에 ‘문제’가 없는 수준까지 오디오 데이터를 효과적으로 삭제하다 보니 압축한 데이터 용량이 작고 지연 시간이 낮지만, 심리 음향 모델링을 기반으로 개발한 AAC, MP3 보다 음질이 떨어진다. 다만 제조사마다 코덱의 권장 사양에 따라 코덱을 구현하는 방식이 다르고 제조사만의 추가적인 기술을 더할 수 있으므로 같은 코덱이라도 제품마다 음질이 다르다. 즉 코덱의 작동 원리면에서 각 코덱의 음질 수준을 평가할 수 있지만, 제품마다 코덱의 성능이 다르므로 코덱만 보고 제품의 음질 수준을 평가해선 안 된다.

참고로 블루투스 헤드셋으로 음악을 감상할 때는 소스 파일의 데이터가 두 번 손실된 음원을 듣게 되므로 고음질의 음악 감상용으로는 부적합하다. 예를 들어 스트리밍 음악을 듣는다고 했을 때 스트리밍 업체에서 손실 압축 코덱인 AAC를 사용하고 스마트폰의 설정에서 블루투스 코덱을 AAC로 선택한 경우 스트리밍 업체에서 WAV 파일을 AAC로 압축하면서 1차 손실이 발생하고, 스마트폰에서 AAC 파일을 수신해서 압축을 해제한 후 다시 블루투스 헤드폰으로 전송하기 위해 데이터를 AAC로 압축하면서 2차 손실이 발생한다. 즉 스트리밍 업체와 스마트폰이 같은 코덱을 사용하더라도 데이터를 전송받은 장치에서 압축을 해제하고 재압축하므로 두 번의 손실이 발생한다. 그리고 사용자가 PC에서 WAV 파일을 AAC로 압축하고 스마트폰에 저장하더라도 스마트폰에서 블루투스 헤드폰으로 데이터를 전송하기 전에 AAC 파일을 압축 해제하고 다시 재압축하므로 두 번의 손실이 발생한다. 결국 고품질의 음악을 감상하고 싶다면 블루투스 무선 헤드폰이 아닌 유선 헤드폰을 사용해야 한다.

2. 오디오 코덱의 사양

(1) 샘플링 레이트(Sampling Rate, Sampling Frequency)

아날로그 신호를 디지털 신호로 변환할 때 초당 얻을 수 있는 샘플의 평균으로 단위는 헤레츠(Hz)이다. 1 Hz는 초당 1번의 샘플을 의미한다. 이론적으로 디지털 신호를 최소한의 손실로 재생하려면 신호 정보를 유지하는데 필요한 최소 샘플링 레이트인 나이키스트 레이트(Nyquist rate)에 따라 적어도 아날로그 신호의 최대 주파수와 최소 주파수의 차이의 두 배로 샘플링해야 한다. 만약에 샘플링 레이트가 나이키스트 레이트를 충족하지 못하면 디지털 신호를 재생할 때 신호 정보가 부족한 부분에 의해 주파수 간섭이 발생해서 음질이 크게 저하된다. 각 장치의 샘플링 레이트는 CD-DA가 44,100 Hz이고, DVD-Video가 48,000 Hz이고, DVD-Audio가 96,000 Hz이다. 샘플링 레이트가 높을수록 더 정확한 아날로그 신호 정보를 얻을 수 있지만, 오디오 파일의 용량도 커지므로 프로세서의 성능이 떨어지거나 무선으로 통신하면 원활한 재생이 어렵다.

(2) 비트 심도(Bit Depth, Bit Resolution)

아날로그 신호를 디지털 신호로 변환할 때 샘플 하나에 대한 정밀도로 단위는 비트(bit)이다. 정밀도의 단계는 2의 비트수 제곱근으로 계산하며 최고 주파수와 최소 주파수의 사이를 정밀도의 단계로 세분하고 샘플 하나를 특정한다. 예를 들어 8비트는 2의 8제곱근인 256으로 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환할 때 최고 주파수와 최저 주파수 사이를 256단계로 세분하고 그중에서 샘플 하나를 특정할 수 있다. 일반적인 오디오 파일의 비트 심도는16비트, 24비트, 32비트이다. 16비트는 최고 주파수와 최소 주파수의 사이를 65,536개로 세분하고, 24비트는 최고 주파수와 최소 주파수의 사이를 16,777,216개로 세분하고, 32비트는 최고 주파수와 최소 주파수의 사이를 4,294,967,710,656개로 세분한다. 비트 심도가 높을수록 더 정확한 아날로그 신호 정보를 얻을 수 있지만, 오디오 파일의 용량도 커지므로 프로세서의 성능이 떨어지거나 무선으로 통신하면 원활한 재생이 어렵다. 아날로그 신호는 연속적인 정보이고 디지털 신호는 0과 1로 구성된 불연속적인 정보이므로 물리적으로 아날로그 신호를 디지털 신호로 완벽하게 변환할 수 없지만, 샘플링 레이트와 비트 심도를 높여서 불연속적인 정보를 연속적인 정보에 가깝게 변환할 수 있다.

(3) 비트 전송률(Bit Transmission Rate)

초당 전송하는 데이터의 양으로 단위는 비트(bit/s, kbps)이다. 오디오에서 비트 전송률은 샘플링 레이트, 비트 심도, 채널 수를 곱한 값으로 CD의 비트 전송률은 샘플링 레이트 44,100 Hz, 16비트, 2채널을 곱한 1,411.2 kbit/s이다. 다만 코덱으로 오디오 데이터를 손실 압축하면 데이터의 손실 정도에 따라 비트 전송률이 낮아지므로 손실 압축 코덱에 대한 비트 전송률은 각 코덱의 데이터 시트를 참고해야 한다. 즉 비트 전송률이 높을수록 음질이 좋을 것이라고 기대할 수 있으나 블루투스 코덱 간에 비트 전송률의 차이가 아주 크지 않으면 비트 전송률만 보고 보고 어느 코덱의 음질이 더 좋은지 추정할 수 없다.

그리고 블루투스 및 블루투스 코덱과 별개로 스트리밍 업체는 요금제에 따라 비트 전송률을 제한하기도 하는데 아마존 뮤직은 최대 3,730 kbit/s를 지원하고, 스포티파이는 최대 320 kbit/s를 지원하고, 애플 뮤직과 유튜브 뮤직은 최대 256 kbit/s를 지원한다. 만약에 스마트폰이나 미디어 기기에서 스트리밍한 음악을 바로 재생하면 이용 중인 요금제에 따라 높은 비트 전송률의 음악을 감상할 수 있지만, 스마트폰에 페어링한 블루투스 장치로 음악을 재생하면 블루투스의 코덱이 높은 비트 전송률의 데이터를 손실 압축해서 코덱의 종류 및 성능에 따라 상대적으로 음질이 크게 저하된 음악을 듣게 될 수도 있다.

3. 블루투스 오디오 코덱의 종류

(1) SBC(SubBand Codec)

2003년에 Bluetooth SIG가 오디오를 무선 전송하는 블루투스 전송 표준인 A2DP을 발표하면서 SBC를 필수 코덱으로 지정했다. SBC는 MPEG-1 Layer 2 표준 등 몇 가지 알고리즘을 기반으로 개발했고 청각 마스킹 기술을 사용하지만, 블루투스의 낮은 대역폭에 대응하기 위해 비교적 복잡하지 않은 방법으로 오디오 데이터를 압축하고 전송한다. 그리고 SBC는 제조사에서 커스텀이 가능하고 사양 변화의 폭이 크다 보니 사용 목적에 따라 비트 전송률에 손해를 보더라도 지연 시간을 더 낮출 수 있고, 지연 시간에 손해를 보더라도 비트 전송률을 높일 수 있다. SBC의 권장 사양은 48 kHz의 샘플링 레이트, 16비트, 2채널, 345 kbit/s 이고, 16, 32, 44.1, 48 kHz의 샘플링 레이트, 16비트, 2채널, 10 ~ 1,500 kbit/s의 비트 전송률을 지원한다.

(2) AptX

1980년대에 스티븐 스미스(Stephen Smyth)가 벨파스트퀸즈대학교(Queen’s University Belfast)에서 1973년에 개발된 음성 데이터를 효과적으로 압축하는 기술을 기반으로 박사 학위 논문을 발표하고, 1988년에 Audio Processing Technology Limited를 설립한 후 apt-X100 알고리즘을 발표했다. apt-X100 알고리즘은 높은 압축률, 낮은 지연 시간, 128 kbit/s의 비트 전송률로 TV 방송, 라디오, 스튜디오 환경에서 고품질 오디오를 실시간으로 전송하는 기술이다. 심리 음향 모델링을 기반으로 개발한 코덱보다 기술적인 면에서 음질이 떨어지지만, 데이터 전송 대역폭을 확보하는데 이점이 크고 상업 시장에 최적화한 시스템을 기반으로 1990년대 초반에 쥬라기 공원의 영화 사운드 트랙을 시작으로 전 세계 음반, 라디오 방송까지 생태계를 확장했고 2009년에 apt-X 코덱을 젠하이저의 첫 번째 블루투스 헤드셋에 내장하면서 블루투스 오디오 시장까지 마케팅 영역을 넓혔다.

2010년에 APT가 팹리스 반도체 회사인 캠브리지 실리콘 라디오(Cambridge Silicon Radio, CSR plc)에 인수되었다. CSR은 apt-X 로고가 아닌 CSR aptX로고를 사용했고, aptX 코덱을 최고 품질의 유선 연결과 구별할 수 없는 무선 오디오 품질을 제공한다(bluetooth technology can now offer wireless audio quality that is indistinguishable from the highest quality wired connection.)고 광고했다. 그리고 2012년에 CSR은 게임 시장에 진출하기 위해 총 지연 시간을 대폭 낮춘 CSR aptX Low Latency를 발표했다.

2015년에 CSR plc가 퀄컴(Qualcomm Incorporated)의 자회사로 인수되었다. 퀄컴은 CSR aptX 로고가 아닌 Qualcomm aptX 로고를 사용했고, aptX 코덱은 음질을 훼손하지 않는다(The ‘audio file transmits’ without damaging the sound quality.)고 광고했다. 그리고 2016년에 퀄컴에서 오디오 매니아의 수요를 따르기 위해 24비트를 지원하는 aptX HD를 발표했다.

AptX는 적은 에너지 소비와 적은 연산량으로 낮은 지연 시간을 달성하면서도 문제없는 음질을 들려준다. 그리고 AptX는 제조사에서 세부적인 커스텀을 할 수 없다 보니 제조사마다 성능의 편차가 적다. AptX는 16, 32, 44.1, 48 kHz의 샘플링 레이트, 16비트, 2채널, 샘플링 레이트에 따라 128, 256, 352, 384 kbit/s의 비트 전송률, 적은 에너지 소모를 지원한다. 참고로 Aptx는 오랜 기간 동안 ‘고음질’ 마케팅을 펼쳐와서 Aptx의 음질이 가장 좋다고 잘 못 알고 있는 사람들이 많다.

(3) AptX LL(AptX Low Latency)

2012년에 CSR은 게임 시장에 진출하기 위해서 총 지연 시간을 대폭 낮춘 CSR aptX Low Latency를 발표하면서 아주 낮은 지연 시간으로 CD 품질의 사운드(delivering CD-quality sound wirelessly over Bluetooth connections)를 전송한다고 광고했다. CSR aptX LL은 전용 안테나를 사용해서 블루투스의 총 지연 시간을 0.040 초 (40 ms) 이하로 줄일 수 있어서 ‘미국 디지털 텔레비전 방송 국제 표준화 위원회(ATSC)’와 ‘국제전기통신연합(ITU)’에서 비디오와 오디오를 함께 재생할 때 권장하는 오디오의 지연 시간인 45 ms 이내 조건을 충족한다. AptX LL은 44.1 kHz 샘플링 레이트, 16비트, 2채널, 352 kbit/s의 비트 전송률, 낮은 지연 시간을 지원한다.

(4) AAC(Advanced Audio Coding)

1988년에 일본의 통신회사인 일본전신전화(Nippon Telegraph and Telephone Corporation, NTT)의 야스다 히로시(Hiroshi Yasuda) 박사와 이탈리아의 통신 연구 센터인 CSELT(Centro Studi e Laboratori Telecomunicazioni)의 레오나르도 키아리글리오네(Leonardo Chiariglione) 박사가 국제표준화기구(International Organization for Standardization, ISO)의 산하에 비디오나 오디오 압축에 관한 표준을 연구하는 MPEG(Moving Picture Experts Group)를 설립했다. MPEG가 회의를 개최하면 MPEG 회원이 다양한 아이디어로 토론에 참여하고 아이디어가 결정되면 임시 그룹을 형성하고 약 18개월간의 기술 테스트를 거친 후 기술을 판단하고 투표를 통해 승인 여부를 결정한다. 그리고 MPEG가 정립한 표준에 따라 반도체 업계에서 표준을 지원하는 칩을 개발한다. MPEG의 회원이 되려면 국가 표준 기구(National Standards Body, NSB) 또는 관련 표준 위원회의 승인을 받거나 국가 대표단의 구성원이어야 한다. MPEG 회의에 참여하는 구성원은 1/4은 학계 관계자이고, 3/4는 업계 관계자이다.

1988년에 독일 방송기술연구소(Institut fur Rundfunktechnik, IRT)가 디지털 오디오 브로드캐스팅 시스템을 준비하기 위해 MUSICAM(Masking pattern Universal Subband Integrated Coding and Multiplexing)을 개발했고, 1989년에 독일 방송기술연구소가 프랑스 텔레비전 및 통신 연구 공동 센터(Joint Center for Television and Telecommunications Studies, CCETT), 필립스와 함께 MUSICAM을 활용하는 방법을 개발하고 ISO에 MPEG-1 오디오 표준으로 제안했다. MUSICAM은 디지털 오디오 방송과 디지털 TV용 오디오 코덱으로 심리 음향 모델링을 기반으로 오디오를 고음질로 압축하면서도 디지털 저장 매체의 방송과 통신 및 녹음 분야에서 요구한 낮은 지연, 낮은 복잡성, 적은 오류 등의 기술 요구 사항을 충족한다. 그리고 1989년에 독일 응용과학 연구 협회인 프라운호퍼 협회(Fraunhofer Society)가 미국 정보회사 톰슨(THOMSON, 미국 산업 연구 및 과학 개발 기관인 AT&T 벨 연구소(AT&T Bell Laboratories, AT&T Labs), CNET과 함께 ASPEC(Adaptive Spectral Perceptual Entropy Coding)를 개발하고 ISO에 ASPEC을 MPEG-1 오디오 표준으로 제안했다. ASPEC는 통합 서비스 디지털 네트워크(Integrated Services Digital Network, ISDN) 오디오 전송과 디지털 오디오 방송용 오디오 코덱으로 높은 코딩 효율성을 제공하고 다양한 응용 프로그램 호환성을 지원한다.

MPEG 오디오 그룹은 1989년 6월에 총 열네 가지의 오디오 코딩을 제안받았고 토론을 통해 네 가지 후보를 선정한 후 MUSICAM과 ASPEC을 기반으로 MPEG-1 Audio Layer II(MP2), MPEG-1 Audio Layer I(MP1), MPEG-1 Audio Layer III(MP3)을 개발하고 1992년 11월에 MPEG-1 오디오 표준을 발표했다. MPEG-1 오디오 표준은 심리 음향 모델링과 높은 코딩 효율성을 통해 낮은 용량으로 높은 음질을 구현한다. MP2는 디지털 오디오 방송 및 디지털 TV용 압축 표준이고, MP1은 MP2를 단순화한 버전이고, MP3은 MP1과 MP2보다 압축률을 높인 버전이다. 그리고 1994년에 MPEG-1 Audio에 대해 더 낮은 샘플링 레이트를 지원해서 낮은 비트 전송률에서도 더 나은 음질을 제공하고 5.1채널까지 지원하는 MPEG-2 오디오 표준을 개발하고, 1995년에 MPEG-2 오디오 표준을 발표했다.

참고로 1993년에 미국 IUMA(Internet Underground Music Archive)가 온라인으로 MP2 음악을 전송하기 시작한 후 MPEG 오디오의 발전 속도에 맞춰 MP2를 MP3으로 변경했고, 널소프트(Nullsoft)가 Winamp를 출시하면서 MP3의 인기가 급격히 상승했고, 1998년에 한국 새한정보시스템이 휴대용 MP3 플레이어를 대량 생산하면서 MP3이 전 세계로 퍼져나갔다.

1997년에 MPEG 오디오 그룹이 MPEG-2 Part 7(AAC)을 공개했다. MPEG-2 AAC(Advanced Audio Coding)는 비트 전송률 320 kbit/s에서 5채널 신호에 대해 방송 품질의 데이터를 전송하기 위해 ‘MPEG-1 하위 기술’과의 호환성을 고려하지 않고, 고해상도 신호 변환, 심리 음향 모델링, 엔트로피 코딩 등의 복잡한 기술로 개발해서 비교적 높은 압축률로 뛰어난 음질을 제공한다. AAC는 사용 목적에 따라 Low Complexity 프로파일(AAC-LC), Main 프로파일(AAC-MAIN), Scalable Sampling Rate 프로파일(AAC-SSR)을 제공하는데 일반적으로 AAC-LC를 사용한다.

1999년에 MPEG 오디오 그룹이 MPEG-4 Part 3을 공개했다. MPEG-4 AAC에는 낮은 비트 전송률에서 더 나은 음질을 제공하는 PNS(Perceptual Noise Substitution) 등 몇 가지 개선 사항을 추가했고, 2000년에는 오류 복원 기술(Error Resilience, ER)이 추가하는 등 지금까지 다양한 업데이트가 이뤄졌고 프로파일도 상당히 추가되었다. MPEG-4 AAC는 8 ~ 96 kHz의 샘플링 레이트, 48 채널, 스테레오에서 8 ~ 576 kbit/s의 비트 전송률(블루투스에서는 일반적으로 256 ~ 320 kbit/s), 높은 코딩 효율성, 높은 코딩 정확도를 지원한다.

○ 블루투스 지연 시간

블루투스로 오디오 데이터를 전송할 때는 미디어 장치에 저장된 오디오 데이터를 압축 해제하고 다시 압축해서 헤드셋에 전송하고, 헤드셋에서 압축된 오디오 데이터를 압축을 해제하고 오디오 데이터를 헤드셋의 좌우 스피커에 동기화하는 등 블루투스 칩셋 및 블루투스 통신 과정에서 상당한 지연 시간이 발생한다. 그리고 블루투스 버전, 페어링한 기기 사이의 거리, 전파 간섭, 코덱의 성능에 따라 지연 시간이 더 증가할 수 있다.

오디오만 들을 때는 0.1 ~ 0.3 초 (100 ~ 300 ms)의 지연 시간이 있어도 별다른 문제가 없지만, 영상과 오디오를 같이 감상할 때는 오디오의 재생 딜레이가 느껴진다. 미국 디지털 텔레비전 방송 국제 표준화 위원회(Advanced Television Systems Committee, ATSC)는 오디오의 지연 시간이 – 0.015 ~ + 0.045 초 (- 15 ~ + 45 ms) 이내여야 한다고 했고, 국제전기통신연합(International Telecommunication Union, ITU)은 엄격하게 통제한 테스트 결과에서 오디오의 지연 시간이 – 0.125 ~ + 0.045 초 (- 125 ~ + 45 ms) 이내여야 한다고 했다. 즉 국제 규격에 따라 블루투스로 영상과 오디오를 같이 감상하려면 전용 안테나로 총 지연 시간을 대폭 낮춘 AptX LL 코덱을 사용해야 한다. 참고로 지연 시간에서 마이너스는 오디오가 비디오보다 앞서 재생되는 것이고 플러스는 오디오가 비디오보다 늦게 재생되는 것이다.

○ 블루투스 칩셋

2.4 GHz 주파수 대역에서 근거리 무선 통신에 필요한 장치를 포함하고 있는 시스템 온 칩이다. 퀄컴에서 개발한 무선 헤드셋용 블루투스 칩셋에는 QCC51XX, QCC30XX, QCC300X, CSR86XX, CSRA 681XX 시리즈가 있는데 GSP 670에는 퀄컴 CSR86XX 시리즈 중에서 CSR8670 칩셋을 탑재했다.

퀄컴 CSR8670은 고품질 무선 오디오 성능을 제공하는 소형 프리미엄 시스템 온 칩으로 듀얼 모드 블루투스, 저전력 DSP, 프로세서, 배터리 충전기, 메모리, 다양한 오디오 및 하드웨어 인터페이스를 탑재했고, CSR8670 오디오 개발 키트(Audio Development Kit, ADK) 소프트웨어를 지원해서 개발자가 블루투스 소프트웨어, 사운드 기술, 오디오 장치 소프트웨어를 튜닝하고 타사 소프트웨어에 통합할 수 있다. 그리고 통화 중 음성과 주변 소음을 분리하는 백그라운드 소프트웨어로 주변 노이즈를 억제하고 음성을 명확하고 끊김없이 전달하는 8세대 퀄컴 cVC 소음 제거 기술(Qualcomm cVc Noise Cancellation Technology)을 지원하고, 무선 헤드셋의 왼쪽과 오른쪽을 전선으로 연결하지 않고 아주 적은 전력으로 양쪽 모두 무선으로 연결하는 퀄컴 트루무선 스테레오 헤드폰 기술(Qualcomm TrueWireless Stereo Technologies)을 지원하고, 3D 스테레오 확장 기능을 제공하는 3D 스테레오 확장 기술(Qualcomm MeloD Audio Processing Stereo Widening Technology)을 지원한다.

CSR86XX 시리즈에는 CSR8675, CSR8670, CSR8645, CSR 8640 등이 있는데, CSR8675는 CSR8670보다 DSP의 작동 속도가 50% 더 빠르고, 24비트 오디오, 더 높은 샘플링 레이트, aptX HD 코덱을 지원한다. 그리고 CSR8645는 프로그래밍 튜닝을 지원하지 않고, 블루투스 지원 버전이 4.1이고, 블루투스 프로파일을 더 많이 지원하고, aptX LL 코덱을 지원하지 않고, 8세대가 아닌 6세대 소음 제거 기술을 지원하고, 3D 스테레오 확장 기술을 지원하지 않는다.

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출처

• EPOS
• USB 3.0 Radio Frequency Interference Impact on 2.4 GHz Wireless Devices
• SBC vs AptX
• 블루투스 코덱 품질 비교