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[케이블] 좋은 케이블이란 무엇인가? 2003.03.07 18:42
글쓴이 : 운영자 조회 : 24115
좋은 케이블에 의한 음질 향상
  ‘오디오 시스템의 음질이 케이블을 바꿈으로써 개선될 수 있다’라는 것이 처음으로 제안되기 시작한 1970년대부터 최근까지 세계적으로 많은 케이블 제조회사들에 의하여 이러한 사실이 주도되어 왔고 또한 이에 따른 다양한 종류의 제품들이 개발되어 왔다.
그러나 오히려 이러한 현상은 케이블의 중요성을 결과적으로 입증하는 것과 동시에 좋은 케이블을 선택하는데 있어 혼란과 어려움을 야기시키는 양면성을 의미하기도 한다. 이에 (주)오디오플러스 연구소는 케이블을 직접 설계, 제조하는 분야의 일원으로서 이러한 혼란의 근원을 파헤치고‘좋은 케이블이란 무엇인가?’를 제시하고자 한다.

케이블의 이해
  케이블의 본질을 검토 하기 전, 다음과 같은 사전 이해는 보다 더 진실되게 케이블로 접근할 수 있는 전제가 될 것이다.
□ 유기적 결합체로서의 케이블에 대한 인식
  극히 섬세한 음질적인 특성을 전송하는 케이블은 어느 한 부분에 의해서 그 우열을 판정 지을 수 있는 대상이 아니다. 전반적인 원재료의 소재, 구조, 차폐, 적용하는 단자 및 그 접속법 등의 모든 요소가 유기적으로 결합, 작용해야만 이상적인 음악적 결과를 기대 할 수 있다는 인식이 우선되어야 한다.
□ 이론[소재 및 설계]과 실천[생산 공정]의 조화
  서구 문명사에서 해결해야 할 많은 이원론[Dualism]적 사고 가운데 하나인 이론과 실천의 문제가 작게는 케이블에도 치명적인 한계를 드러낼 수 있는 문제가 되기도 한다. 첨단 소재의 사용과 설계 이론에 근거한다 할지라도 그에 상응하는 실천[생산 공정의 품질관리]이 수반되지 않으면 충분한 효과를 기대하기는 어렵다.
□ 케이블의 생산 공정에 대한 이해
  좋은 케이블을 선택하기 위해서는 생산 공정에 대한 기본적인 이해가 필요하며 또한 케이블의 각 구성요소에 대한 이해를 돕기 위해서도 생산 공정에 대한 기본적인 지식이 수반되어야 한다.
□ 결과론
  다른 모든 기기와 마찬가지로 케이블 또한 그 선택기준의 많은 부분을 시청결과에 의존할 수 밖에 없다. 바로 이러한 상황이 가장 난해한 점이기는 하지만 ..... , 이후 설명되는 여러 요소를 충분히 검토한다면 단순히 상표, 화려한 포장 디자인 등의 선입견에 의한 막연한 선택으로 인하여 순수한 음악감상의 과정이 상처 받지 않고 다소나마 보완될 수 있으리라 확신한다.

케이블의 구성요소
  ‘이 케이블은 어느 회사의 제품이기 때문에, 소재가 무엇이기 때문에, 다단계적 차폐구조를 가지고 있기 때문에, 혹은 순도가 몇 N이기 때문에 다른 케이블보다 좋다.’라는 판단은 성급한 일반화일 따름이다. 케이블을 구성하는 여러 가지 요소 가운데 케이블 도체의 소재에 더 많은 관심을 가지고 연구개발을 선도해온 것은 일본인 반면에 케이블의 구조 및 설계부문에 많은 개선을 가져온 것은 구미지역이라 할 수 있다.
  케이블 도체의 소재는 신호전송의 손실 유무 즉 얼마나 온전하게 신호를 보존 전송하느냐가 주된 개발의 대상이었고 절연물의 소재는 단순한 물리적인 보호의 역할만이 아니라 전기적인 특성, 특히 저항과 관련 지어 개발되어 왔다. 물론 절연물의 연성, 이행성 및 난연성 등의 문제도 간단히 넘길 사항은 아니다. 케이블의 구조는 전기적인 특성과 관련 지어 질 뿐만 아니라 케이블의 용도를 결정하는 가장 중요한 요소이다. 다양한 전기, 전자회로가 같은 공간에서 어우러지는 현실을 고려할 때, 노이즈에 대한 구조적인 대책 또한 케이블의 구조 설계에 있어 대단히 중요한 사항이라 할 수 있다. 케이블의 접속 부위는 모든 전송 구간에서 차지하는 물리적인 비율만을 고려 대상으로 삼을 때는 미약한 부분이라고 생각할 수 있겠지만, 음질 열화의 주된 요소로서의 비중은 결코 간과될 수 없다. 왜냐하면 많은 결함이나 왜곡이 접촉 부위에서 흔히 발생하기 때문이다.
  이상과 같은 케이블 구성의 제반 요소 중 어느 한 부분에 치우침 없이 전반적이고도 충분한 고려가 이루어질 때에만 ‘좋은 케이블이다.’라고 단정 지을 수 있을 것이다.

기본적인 이해로서의 케이블 생산공정
  ‘좋은 케이블이란 무엇인가?’에 기본적인 이해를 돕기 위한 케이블의 생산 과정을 각 공정별로 정리하면 다음과 같다.
□ 신선
  일정한 굵기의 동선을 원하는 용도에 맞는 굵기의 가는 선으로 만드는 공정으로, 일반적으로 8.0 mm 동선을 0.10 mm로 신선을 할 경우 태선, 중선 및 세선의 세 차례 신선 공정을 거치게 되는데, 신선 공정 별로 약 20여 개의 크기 순으로 배열된 다이스[Dies]를 통과하면서 가는 선으로 늘어나게 된다. 이때 신선기의 품질, 신선유[윤활유 역할을 하는 일종의 기름]의 선택 및 농도, 다이스의 배열, 신선의 속도 등에 따라서 신선 되어지는 동의 상태가 결정되는 공정이기도 하면서 또한 신선 되어지는 상태에 의해서 동 재질의 등급을 어느 정도는 판단할 수 있는 대단히 중요한 공정이다.
□ 도체의 구성[집합]
  신선된 가는 선들을 여러 가닥 꼬아서 필요한 외경의 도체를 구성하는 공정으로, 도체의 구성 법에 따라 케이블의 용도 및 전기적인 특성이 좌우되며, 그 이상의 내용은 뒤에서 상세히 다루기로 한다.
□ 연화
  신선된 경동선 도체를 열처리 가공하여 연동선화 시키는 공정으로, 세신선 공정이나 도체집합에서의 공정, 두 공정 중 한 형태로 이루어 지는데, 이 때의 연화 온도와 시간 및 냉각 시간에 따라 연동선의 신율과 인장강도의 특성 등과 특히 공기 중에서 산화되는 정도가 결정되는 공정이다.
□ 1차 절연
  도체에 절연물의 피복을 입히는 공정으로, 구성된 도체를 압출기에 통과시키면서 정해진 절연물을 입히게 되는데 다이스[Dies] 및 니플[Nipple]의 품질, 규격, 압출온도, 압출압력, 압출속도, 절연물의 종류, 송출과 권취의 속도 및 장력, 절연물 속에서의 도체의 위치[편심], 절연물의 외경 등이 결정되기 때문에 정확한 관리가 요구되며 특히 공중 내전압을 생산라인에서 100% 실시 보증되는 공정이라 할 수 있다.
□ 연합
  1차 절연물을 입힌 전선의 여러 가닥과 다른 보호물[Filler]들을 함께 묶는 공정으로, 절연 전선들의 꼬인 피치[Pitch], 방향, 장력 등은 케이블 설계의 핵심이자 각 설계자의 노하우가 결정되는 공정이면서 또한 전기적인 특성을 크게 좌우한다.
□ 차폐
  외부의 각종 간섭이나 노이즈로부터 도체를 차단하는 보호물을 입히는 공정으로, 편조선[Braided Wire], 알루미늄[Aluminum], 동박[Copperplate], 도전성 PVC[Semi-Conductive PVC] 등을 사용하며 고유의 설계방법에 따라서 차폐전용으로 사용하는 경우와 차폐와 도체의 역할을 병행하는 경우가 있다.
□ 마무리 시스[Sheathing]
  외부에 드러나는 최종 절연물을 입히는 공정으로 작업과정은 1차의 압출 공정과 흡사하나 케이블이 사용되는 목적에 따라 절연물의 종류, 압출 방법이 다양하게 선택되어 진다.

케이블 도체의 소재

□ 동[Copper]
  전자기술의 비약적인 발전은 성능이 뛰어난 새로운 재료를 요구하게 되는데, 케이블 도체의 경우도 예외는 아니다. 보통의 동은 수많은 입자구조로 구성되어 있어서 전자의 이동도 입자간 경계 때문에 또 경계 사이에 존재하는 불순물이나 공기 층에 의하여 많은 영향을 받으며, 신호의 흐름도 이러한 입자 사이를 지나가면서 부정적인 영향을 받게 된다.
  케이블의 도체로 사용되는 동[Copper]의 재질을 판별하는 기준은 동의 순도 및 결정이라는 두 분야로 나누어 질 수 있는데 이 두 가지는 결국 하이엔드[Hi-End] 케이블에 있어서 신호 전달의 치명적인 장애가 되는 불순물의 제거와 결정의 무결정화로 전도성을 높이고자 하는 공통된 목표를 지향하고 있다.

■ 순도[Purity]
동의 순도 및 오염도  
구 분 단 위 TPC OFC OCC 비 고
판별기준 N 3N 4N 6N 3N = 3Nines = 99.9%
순 도 % 99.9% 99.99% 99.9999% 높을수록 좋은 동
산소 오염도 ppm 200~500ppm 10ppm 5ppm 낮을수록 좋은 동
TPC → 4N : 무산소동 [산소의 오염도가 중요한 판별기준]
4N → 6N : 고순도동 [산소의 오염도는 10ppm→5ppm, 동이외의 불순물의 오염도가 판별기준 100ppm → 1ppm]
  동의 순도 및 산소의 오염도에 관한 연구개발이 시작된 것은 대략 1975년부터이다. 일반적인 전선의 소재로 사용되어 왔던 전기동[Tough Pitch Copper]의 순도가 99.9%인 것에 비해서 무산소동[Oxygen Free Copper]이라고 불리는 고순도동은 이보다 약 10배에서 1,000배의 순도를 가지고 있기 때문에 신호 전달의 소재로 월등하다는 것이 동 재질 개발의 기본적인 개념이다. 이미 국내에서도 고순도동을 소재로 사용한 많은 외국제품들이 수입되어 시중에서 유통되고 있고, 오디오 케이블을 단순하게 선택하는 절대적인 기준으로 위의 수치를 사용하고 있다. 그러나 위의 표에서 알 수 있듯이 그 기본적인 개념이 정확하게 알려져 있지 않기 때문에 많은 혼동을 야기 시키고 있다. 즉, ‘무산소동 99.99%’라는 표현은 근본적으로 잘못 사용된 표현이다. 무산소동이라 함은 동의 함유 불순물 가운데 가장 치명적 장애물인 산소의 비율을 일반동 보다 크게 줄인 동을 의미하고, 따라서 동의 순도와 함께 산소의 오염도를 ppm단위로 표시해 주어야만 올바른 내용을 의미하는 표현이라 할 수 있다. 예로 들어 4N은, ‘순도 99.99%를 가진 고순도동’을 의미하고 이를 다시 ppm단위로 나타내면 ‘동 이외의 불순물의 함유량이 100ppm 이하다’라는 것을 의미한다. 그러나 동의 순도와는 별도로 가스성분인 산소의 비율에 따라서 동일한 4N의 고순도동이 수많은 종류의 무산소동으로 나뉘어 질 수 있다. 결론적으로 무산소동의 순도에 관해서 엄밀하게 표현할 경우에는 동의 순도 및 산소의 오염도를 동시에 표현해야 한다. 고순도동은 일반적으로 6N이상의 순도를 가진 동을 의미하고 앞의 표에서 알 수 있듯이 더 이상 산소의 오염도가 판별기준이 되지 않는다. 산소의 오염도는 4N은 10ppm, 6N은 5ppm이하로 한정되어 있고 이러한 무산소동 가운데서 산소의 오염도와는 별개로 동의 불순물이 1ppm이하의 순도를 가진 동을 고순도동이라 칭한다. 또한 ppm단위의 오염도는 대단히 적은 양에 대한 단위이기 때문에 같은 생산설비를 가지고 동을 제련하더라도 생산 로트[Lot]에 따라서 많은 차이를 가져오는 불확정적인 단위로 간주하는 것이 사실에 가깝다고 할 수 있다. 물론 일반 전기동과 고순도동 사이에 무한의 등급이 있겠지만 순도를 기준으로 해서 동을 분류하게 되면, 일반적으로 다음과 같은 네 가지 종류로 나눌 수 있다.
1. 일반 전기동
1-1 동의 순도 : 99.9%
1-2 산소의 오염도 : 100ppm [일반적으로 약200ppm ∼ 500ppm정도의 산소를 함유]
1-3 전도율 : 100% [International Annealed Copper Standard]
2. 무산소동 [OFC] 1.2등급 [1등급은 99.99% 즉, 4Nines라고 함]
2-1 화학적인 성분 분포 기준
[The American Society for Testing and Materials 기준자료]
원소
1등급 [ppm percent]  
1등급 [ppm percent]  
동
창연
카드뮴
납
수은
인
셀렌
유황
텔루르
아연
산소
 
10
 1
10
 1
 3
10
18
10
 1
10 		99.99
0.0010
0.0001
0.0010
0.0001
0.0003
0.0010
0.0018
0.0010
0.0001
0.0010 		 
 









10 		99.95









0.0010 		 
비소
안티몬
창연
셀렌
텔루르
주석
망간		 비소부터 망간까지의 7개원소의 합이 40ppm을 초과하지 말 것.  

2-2 전기 비저항 [Resistivity]
온도 : 20℃ [68℉], 단위 : Ω· m
1등급 0.15176 max.
2등급 0.15328 max.
2-3 굴곡시험 [Embrittlement Test]
조건 : 한쪽 방향으로 90도 꺾은 후 다시 원상태 복귀를 1회로 간주하며 다음 2회는 반대 방향으로
꺾어야 함.
1등급 10 bends min. [최소 10회까지는 부러지지 않고 견디어야 함.]
2등급 4 bends min.
2-4 전도율 [Conductivity]
1등급 101% min. [IACS]
3. 고순도 무산소동
3-1 동의 순도 : 99.9999%
3-2 산소의 오염도 : 5ppm [이론적으로는 1ppm이하로 되어야 함.]
3-3 유황의 오염도 : 0.05ppm이하
 
■ 결정[Crystal Number or Length]
  동은 많은 결정을 가진 입자구조로 되어 있어, 이 입계[Grain Boundary]는 신호 전달에 치명적인 장애 요소가 되므로 일정한 단위에 있어서 결정수는 적으면 적을수록 결정의 크기는 크면 클수록 높은 순도의 동이라 할 수 있다. 결정을 기준으로 동을 분류하면 다음과 같이 네 종류로 나눌 수 있다.


1. 일반전기동 [TPC]
1-1 결정수 : 150,000개/m
1-2 결정의 크기 : 4 mm이하 [외경 0.1 mm의 세선으로 신선 후]
2. 무산소동 [OFC]
2-1 결정수 : 50,000개/m
2-2 결정의 크기 : 10mm 이하
3. 선형결정 무산소동 [LC(Linear Crystal)-OFC]
3-1 결정수 : 20개/m
3-2 결정의 크기 : 130 mm이하
4. 단결정 무산소동 [OCC]
4-1 결정수 : 1-2개/m
4-2 결정의 크기 : 1,125 m이상

▶ OCC [Ohno Continuous Casting]
  동을 주조하는 최고의 방법인 OCC공법[그림 2]은 1985년경 일본 지바 연구소의 오노 교수에 의해 제안된 것으로서 기존의 OFC나 이를 고온에서 재 가열하여 그 결정을 크게 만든 LC-OFC와는 달리, 고순도의 OFC를 연속 가열하여 단결정의 동을 주조하기 때문에 후가공시 발생되는 다양한 압력이나 힘에도 변형이 거의 일어나지 않는 고품위의 동 주조법이다.


  이상과 같이 동의 질을 순도 및 결정수에 의해서 판단하게 되면 [그림 3]과 같은 종합적인 결론에 도달하게 된다. 즉, 좌측 하단에서 우측 상단으로 이행 될수록 고품질의 동이라 간주할 수 있고, 그 절정은 OCC공법에 의한 8Nines라고 결론지을 수 있다.
절연물의 소재
□ 고려해야 할 사항
  다음의 [표 1]은 전자 장비용 전선이나 케이블에 사용되는 주요 절연재료의 특성을 보여주는데 오디오용 케이블에 사용할 절연재의 선택에는 많은 주의를 요하는데 비유전율, 유전정접, 인장강도 등의 특성을 신중히 고려해야 한다. 또한 케이블 내부와 외부에 발생하는 진동을 억제하기 위해서는 절연물이 어느 정도의 경도를 가지고 있어야 하며 음질적인 특색, 사용상의 문제점, 진동억제의 효과 등을 포괄적으로 고려하여 선택하여야 하며 유전정접은 케이블 손실과 관련이 있기 때문에 가능한 적어야 한다.



  비유전율은 신호 전송용 케이블의 설계에 있어서 고려해야 할 가장 중요한 점이다. 일반적인 전선과는 달리 오디오용 케이블은 20 ㎐에서 20 ㎑에 이르기까지 전주파수대역에 걸쳐서 일관된 특성을 유지해야 하기 때문에 오디오용 케이블의 전기적인 특성 가운데 주파수특성의 이해가 가장 필수적인 사항이라 할 수 있다.
□ 비유전율[Relative Dielectric Constant]
비유전율은 다음과 같이 정의를 내릴 수 있다.
     
  움직이는 전하나 이온을 다량 함유하고 있는 절연재에 전계[Electrical Field]가 가해지면 분극이 발생한다. 그러나 분극에 필요한 시간보다 더 빠른 속도로 움직이는 주파수 교류계에서는 분극의 과정이 유지될 수 없어서 εs값은 주파수가 증가할수록 떨어지게 된다. 일반적으로 PVC나 고무의 경우에 비유전율의 저하가 심한데 약 50 ㎐에서 7∼8이 50 ㎑에서 약 3정도까지 떨어진다. 이에 반해서 PE, PP의 수지는 주파수와는 무관하게 평탄한 유전율 값을 유지한다. 전선 구조에 의존적인 PVC나 강한 주파수 특성을 가지는 다른 절연재를 사용해야 하는 케이블은 그 완성품에서 어쩔 수 없이 유전율 변화에 상응하는 변동 특성을 가지게 되는데, 유전율 변동에 따른 또 하나의 문제는 유전율이 케이블을 흐르는 신호의 속도를 결정한다는 것이다. 절연체 속에서의 전자파의 속도는,
     
  조건 : C상수는 광속인 30만 km/sec이고 이는 역시 진공 상태에서의 전자파의 속도이기도 하다. 아래의 그림은 유전율에 따른 전송 속도비의 관계를 보여준다. 주파수 의존도가 강한 유전율을 가지는 절연재 안에서는 이론적으로 저음과 고음 사이에 약 20%의 전송속도의 차이를 가져오고 이는 음질변형의 결과를 초래한다. 일반적으로 말해서 케이블의 길이가 짧으면 변형의 차이를 거의 감지할 수 없지만 긴 케이블이 사용되는 전문적인 시스템에서는 큰 문제가 될 수 있다. 바로 이러한 점이 더 연구되어야 할 부분이다.
뿐만 아니라, 같은 유전율, 같은 주파수대역, 같은 도체의 구성을 가진 PE, PP절연물 완성품을 비교 시청해 보면 절연재의 특성에 따른 음악적 변화가 얼마나 결정적인가를 알 수 있다.

케이블의 구조
  지금까지 언급했듯이 도체와 절연재의 재질이 그 각각의 음악적 특성을 가지기 때문에 과거의 많은 시청 실험을 근거로 해서 원하는 음질을 얻기 위한 재료의 선택이 가능해 졌다.
인간의 귀는 현재의 감지 기술이 제공할 수 있는 모든 것을 월등히 능가하기 때문에 어떤 특별한 재질이 왜 그에 따른 음질의 특성을 가지는지에 대한 이론적인 근거를 더 이상 완벽하게 파헤치는 것은 불가능 하다. 그러나 잘 계획된 프로그램과 시청 실험에 의해서 재질을 바꾸면 음질에 큰 변화가 생긴다는 것을 알 수 있다. 도체의 재질은 주로 전송 효율과 관련 지어 개발의 방향이 설정되어 온 것에 비해서 절연물의 재질이나 케이블의 구조는 케이블의 용도 및 주파수 특성과 관련 지어 개발되어 왔다.
케이블의 구조는 여러 케이블의 구성요소 가운데 음질에 가장 큰 영향을 미치기 때문에 많은 이론 및 설계 방식이 등장하였고 각 제조회사별로 고유의 노하우를 가진 다양한 구조의 음향, 영상, 스피커 케이블 등이 개발 되었다. 본 장에서는 일반적으로 통용되는 도체 구성법과 케이블의 용도 및 구조와 관련된 몇 가지 개념들을 중점적으로 다루고자 한다.

도체의 구성
  세선으로 연선을 구성하는 방법은 설계자의 노하우에 따라 다양하게 나눌 수 있지만, 그 구성 방식이 음질에 지대한 영향을 미치게 됨은, 오디오 케이블은 일종의 시그널 케이블로 간주할 수 있기 때문에 신호의 모든 전송 구간을 통해서 일관되게 전기적인 특성을 유지해야만 한다. 세선을 단순하게 연합한 묶음은 그 단면이 완전한 원형을 이룰 수 없고 따라서 이는 음질에 유해한 결과를 초래하게 된다. 특히 표피 작용[Skin Effect]을 고려한다면 도체 구성 역시 음질을 결정하는 중요한 한 요소이다.



1. 단선 [Solid Conductor]
  1가닥의 소선으로 형성된 도체[그림 5.①]를 말하며 고주파[HF] 특성의 안정성으로 동축 구조의 케이블에 많이 적용되며, 중신선된 단선 구조는 저역대의 음질특성을 고려하기 위한 케이블의 설계에 적용하기도 한다.
2. 집합연선 [Bunch Strands]
  필요한 소선을 한 방향으로 함께하여 군을 이루게 하는 단순 구조로, 이 방법에 의한 케이블은 값이 싸고 부드러우며 어느 장소나 때에 관계없이 구입이 용이하기 때문에 일반적인 환경에 무리 없이 배선용으로 많이 쓰인다. [그림 5.②]에서 보는 바와 같이 그 단면이 완전한 원형이 아니기 때문에 특성 임피던스와 다른 전기적인 특성에 많은 변화를 겪게 되고 결국 음질을 떨어뜨리는 결과를 초래하므로 시스템에 적용하는 신호 전송용 케이블로는 피해야 한다.
3. 동심연선 [Concentric Strands]
  소선이 중심의 층을 향해서 원형을 이루는 구조[그림 5.③]로 연선하는 방법인데, 바로 안쪽층과 그 다음 층의 소선수의 차이는 여섯 가닥으로 정해져 있으며, 따라서 총 가닥수도 한정되어 있다. [예: 1-6-12-18-24-30] 단면이 원형에 가깝기 때문에 신호 전송용으로 적합하며, 소선수가 증가하면 할수록 제조원가의 폭이 비례하는 단점도 있으나 일반적으로 선호도가 높은 구성법이다.
4. 로프연선 [Rope-Lay Strands]
  도체의 단면적을 미리 지정한 상태에서 연선을 구성할 경우 사용하는 방법으로, 1차 작은 연선을 [그림 5.②] 혹은 [그림 5.③]의 방법으로 구성한 뒤 2차로 그 연선을 다시 필요로 하는 크기의 케이블로 연합한다. 유연성이 좋아서 잘 휘어지기 때문에 로봇이나 움직이는 장비에 들어가는 케이블용으로 쓰인다. 오디오용으로는 스피커 케이블의 도체 구성법에 흔히 사용하며, 절연 섬유질이나 굵기가 틀린 1차 연선과 함께 집합을 하면 표피작용을 줄일 수 있는 효과가 있다.
5. 편조연선 [Braided Strands]
  소선 여러 가닥을 한 조로 한 16타, 24타 등으로 직조한 도체의 구성 방법[그림 ⑤]을 말한다. 구조적으로 매우 안정하며 굴곡성이 매우 뛰어나다. 특히 주파수 응답특성이 광대역에 걸쳐 고른 것이 특징이며, 외관이 플랫[Flat]한 모양으로 유행에 따른 색상과 디자인의 품질로 홈씨어터용, 거실의 카펫 밑 설치 또는 업소의 인테리어용 케이블로 많이 사용되고 있다.
6. 복합연선
  1차로 구성된 단선 및 연선구조[집합, 동심, 리쯔, 로프 등]에 다시 2가닥 이상을 연선한 복합 구조[그림 5.⑥]로 케이블의 음질특성 변화를 최대한 발휘할 수 있는 설계 구조로 볼 수 있으며 제조회사의 축적된 노하우가 절대적으로 필요하다고 볼 수 있다.

시스템의 용도에 알맞은 케이블
  ‘오디오 케이블은 시스템과 조합하기 나름이다’라고 간단히 넘겨 버릴 수도 있다. 원칙적으로 케이블이 시스템의 기본적인 성능을 바꿀 수 없다는 점에서는 ‘패시브’한 일면이 있지만 아무리 훌륭한 시스템이라도 시스템 각각의 기기들은 기기 사이를 연결해 주는 인터커넥트 케이블이나 스피커 케이블의 성능을 뛰어 넘을 수 없다는 사실도 부인할 수도 없다. 따라서 시스템의 각 기기간 특성을 배려하여 최적의 조합을 강구한 후 용도에 맞는 케이블을 선택해야만 시스템의 성능이 최고로 발휘하게 되는 것이다.
  오디오 비디오 시스템에 있어 케이블의 용도는 다음과 같이 크게 몇 종류로 나눌 수 있다.
            - 아날로그[Analog] 신호용 접속 케이블
            - 영상[Visual] 및 디지털[Digital] 신호용 접속 케이블
            - 광[Fiber Optic] 디지털 신호용 접속 케이블
            - 스피커[Speaker] 케이블
            - 안테나용 동축케이블[75Ω Coaxial Cable]
            - 마이크로폰 케이블[Microphone Cable]
            - 전원케이블[Power Cable] 등
인터커넥트 케이블의 올바른 사용법


  RCA플러그 혹은 XLR플러그를 양 끝에 접속한 인터커넥트 케이블은 프리앰프와 파워앰프, CD플레이어와 앰프, DVD플레이어와 PDP 등 시스템 콤포넌트의 구성시 연결용으로 사용된다. 예를 들어 최근의 CD플레이어는 아날로그, 디지털 및 옵티컬의 세가지 출력단자 중 선택하여 사용할 수 있도록 되어있다. 신호 전송을 위한 가장 효과적인 방법은 옵티컬 단자에는 전용 옵티컬 케이블을 디지털 출력에는 75Ω의 특성 임피던스를 가진 동축형 디지털 케이블을 사용해야 한다. 전통적으로 동축형은 아날로그에 적합한 것으로 사용되어 왔지만 오히려 고주파나 펄스 전송에 더 장점을 가지고 있고 음성신호의 전송에는 평형 2심 도체 케이블이 월등하다는 것이 밝혀졌다. 예를 들어서 [표 2]와 같은 외경을 가진 평형과 동축의 도체저항과 정전용량을 측정해보면 도체저항은 동축형이 정전용량은 평형형이 훨씬 낮다.
이 조건을 감쇄공식에 대입하면 평형형의 감쇄가 약 7%적고, 따라서 음질의 열화가 훨씬 적다. 위 [그림 6]은 케이블의 기본적인 등가 구조를 보여 주는 것에 불과하고 실제로는 [그림 7]의 구조를 기본으로 해서 차폐, 노이즈 감쇄 드레인, 주파수 대역에 따른 분리 전송, 주파수 대역에 따른 상호 간섭 배제, 저주파 대역의 디스토션의 원인이 되는 과도 자기장 방지를 위한 센터 바 이론 등을 배경으로 하는 훨씬 더 복잡하고 다양한 케이블의 설계가 각 회사별로 제시되고 있다.


케이블의 구조와 관련한 몇 가지 개념
  절연물의 재질에서 언급된 유전율과 연관 지어서 저음역의 감쇄에 많은 영향을 끼치는 정전용량과 케이블 구조와의 상관관계, 고음역과 관련된 표피효과, 바이-와이어링[Bi-Wiring]의 의미, 차폐구조[Shielding]의 종류 및 특징 등에 관한 개념은 다음과 같이 간략히 설명 할 수 있다.


정전용량과 주파수 특성
[그림 8]에서 볼 수 있듯이 케이블의 전기적 등가회로는 R, L, G 및 C의 네 가지 요소로 이루어져 있다. 전기신호로서 소모되는 에너지의 양은, 즉 감쇄량은 다음과 같다.
     
     조건 : ω는 각 주파수= 2πf이다. [f : 주파수]
ωC 가 G보다 작고 ωL 이 R보다 작은 범위 내에서 (굵은 외경을 가진 스피커 케이블에서 약 1㎑ 까지) 공식 (3)은 그 근사치의 공식으로 다음과 같이 나타낼 수 있다.
     
따라서 감쇄량은 도체저항 (R)과 정전용량 (C)에 따라 결정된다.
저항이 상승하지 않는 저주파수대역에서는 유전율이 일정하다. 또한 앞에서 지적한 바와 같이, 일단 케이블의 구조가 결정되면 절연재의 유전율에 의해서 정전용량이 정해진다. 도체가 두 가닥인 케이블에서 정전용량은 다음과 같다.
     
     조건 : d 는 도체의 외경, B는 절연체 외경
위 식에 의하면 유전율의 변동은 바로 정전용량의 변동을 가져온다. 지금까지의 복잡하고 까다로운 개념과 수치를 케이블의 구조와 관련 지어 그래프하면 다음과 같다.


  위의 그림은 여러 종류의 스피커 케이블의 구조와 그에 따른 정전용량의 주파수 특성을 보여준다. [그림 9]의 STD 016 시리즈, APS 1402는 PVC재질의 피복을 사용하고 있기 때문에 비유전율(εe)이 저주파수 대역에서 높고, 따라서 정전용량도 높게 된다. [그림 9]의 ULTRAFIBER 3800의 경우에는 절연재로 PE를 사용하고 있어서 유전율은 낮지만 두 도체 사이의 들어간 부분이 PE로 채워져 있어서 정전용량의 곡선에 약간 영향을 끼치게 된다. 이에 반해서 [그림 9]의 BACH 1750은 두 도체간이 면섬유질로 채워져 있어서 100 ㎐ 와 100 ㎑ 대역에서의 정전용량의 차이가 단지 2∼3 pF/m에 불과하다. 공식(5)로 돌아가서 도체저항과 정전용량이 일정한 경우 주파수에 대한 감쇄량의 대수표는 1/2 기울기의 경사 곡선을 보여준다. 아래의 그래프도 1㎑ 이하에서 1/2 기울기를 가진 직선 경사를 나타내고 있다. 그러나 아래 그림에서 보듯이 [그림 10]의 STD 016시리즈의 경우에도 고주파의 영역에서 [그림 10]의 BACH 1750과 감쇄량이 같다 하더라도 저주파의 대역에서는 아래 그림의 점선과 같이 기울기가 1/2 보다 낮게 되고, 따라서 감쇄량이 더 크게 되는 것을 알 수 있다. 결론적으로 [그림 9]의 BACH 1750은 정전용량의 주파수 특성이 일정하고 [그림 10]의 저주파수 대역에서 감쇄량이 적기 때문에, 풍부하고 평탄한 저음역을 재생할 수 있는 스피커 케이블의 구조라고 볼 수 있다.



고음역과 표피효과
  ‘표피효과는 고음역의 감쇄를 증가 시키는 한 요인’이라는 것은 이미 잘 알려져 있고, 이 것은 도체의 표면을 증가시키는 것에 의해서 쉽게 개선될 수 있다. 실제로 스피커 케이블에서는 표피효과가 수 ㎑ 대역에서부터 나타나기 시작하고 약 20 ㎑ 대역에서는 전류가 도체의 표면을 흐를 뿐만 아니라 충분한 단면적을 필요로 하게 된다. 현재 사용하고 있는 굵기의 도체에 표피효과가 나타나기 시작하는 주파수의 대역이 얼마인지를 알기 위해서는 표피 깊이를 측정하면 가능하고, 표피 깊이란 전류 밀도가 표피전류 밀도의 1/e (e는 자연대수의 저=2.718 ….)을 나타낼 때의 깊이를 의미한다.
     


  이러한 관계는 위의 [그림 11]에서 잘 나타나 있다. 일반적으로 도체의 외경이 표피 깊이의 두 배 이상 되었을 때의 주파수에서 표피효과가 발생하기 시작한다. [그림 11]에 의하면 도체의 외경이 약 2.0 mm일 때 표피효과는 3 ㎑ 에서 일어나기 시작한다. 이러한 사실에 의해서 굵은 도체를 가진 스피커 케이블이라 할지라도 불과 몇 ㎑위의 주파수 대역에서부터 표피효과로 인한 감쇄가 증가 되어서 고음역이 약화된다는 것을 알 수 있다.
흔히 이러한 표피효과를 상쇄시키기 위한 방법으로 여러 가닥의 가는 선을 도체로 사용 하거나 각기 굵기가 다른 연선을 도체로 사용하면서 저음부는 굵은 도체로 고음부는 가는 도체로 전송한다는 것을 이론적인 배경으로 강조하는 경우를 발견하게 되는데, 아래의 [그림 12]에서 볼 수 있듯이 비슷한 외경의 연선 ⓐ가 오히려 한 가닥의 단선 ⓑ보다 도체저항의 주파수 특성 변동이 [그림 13]과 같이 더 심한 것을 알 수 있고 저음부의 신호는 굵은 도체 뿐만 아니라 가는 도체에도 전송된다는 것을 고려 한다면 위와 같은 주장은 지나친 단순논리라고 간주할 수 있다. 구조 ⓒ는 도체의 단면적이 ⓐ나 ⓑ에 비해서 1.3배 임에도 불구하고[저항의 상승이 ⓐ나 ⓑ보다 훨씬 낮은 대역에서 저항의 변화가 발생해야 함에도 불구하고] 거의 같은 대역에서 저항이 상승할 수 있도록 설계된 케이블이다.
  즉 도체의 단면적이 2 mm², 외경이 2.7 mm이기 때문에 저항이 약 2 ㎑ 에서 증가하기 시작할 것이라고 가정할 수 있다. 그러나 실제로는 도체의 중심부를 관통하는 센터 바[Center Bar]에 의해서 그 증가의 시작이 약 10 ㎑ 에서부터 일어나고 있다. 스피커 케이블의 바이-와이어링[Bi-Wiring] 구조도 근본적으로는 표피효과와 관련 지어 개발된 설계방식이라 볼 수 있다.



바이-와이어링[Bi-Wiring]의 의미 및 구조
  바이-와이어링이란 스피커와 앰프를 연결할 때 +, -전용 한 쌍의 케이블에 의한 종래의 접속법과는 달리 스피커의 입력부 및 스피커의 내부 네트워크가 고음 및 저음 전용으로 각기 분리된 장치를 가진 스피커와 이에 대응하는 앰프 사이를 별도 두 쌍의 케이블 즉, 고음+, 고음-, 저음+, 저음- 전용 네 가닥의 전송 통로를 가진 케이블로 연결하는 방식을 말한다. 스피커 내부에서 저음과 고음을 분리하게 될 경우 네트워크 부위에서 발생되는 역기 전력이 상호 간섭을 일으켜서 음질을 해치는 결과를 가져올 수 있으므로 디바이딩 네트워크 자체와 그 입력부를 분리한 스피커가 등장하게 되었고 이러한 스피커의 장점이 발휘되도록 하기 위해서는 각각 네 개의 전송통로를 가진 케이블을 사용해야 한다. 이러한 케이블의 구조는 단순히 병렬로 네 가닥을 압출한 플랫[Flat] 케이블의 형태로부터 네 가닥의 도체의 굵기를 달리한 형태, 표피효과의 상쇄를 고려해서 네 가닥을 마치 한 가닥의 케이블을 연합하듯이 일정 간격으로 꼬은 형태 등이 있으며 케이블 자체에서의 역기전류의 상쇄 및 표피효과의 상쇄를 고려할 때 일정한 피치[Pitch]로 꼬은 구조가 가장 이상적이라 할 수 있다.

차폐의 의미 및 종류
  많은 종류의 전자기기를 좁은 공간에서 동시에 사용하는 현대인의 생활 양식으로 인해서 오디오 케이블은 EMI, RFI 및 각종 노이즈에 쉽게 영향을 입을 수 있는 위험에 노출되어 있다. 이러한 외부 간섭을 차단하기 위한 장치를 케이블의 생산 공정상 차폐라고 하는데 차폐를 위한 방법으로는 ①드레인 ②도전성 PVC[Semi-Conductive PVC] ③알루미늄[Aluminum] ④동선횡권[Copper Wrapping] ⑤편조차폐[Braided Wiring] ⑥동박[Cu Foil]과 함께 필름, 종이, 면사절연 등이 있는데 알루미늄과 같은 막을 형성하는 방법은 케이블이 휘어질 때 틈이 갈라질 수 있는 단점이 있고 편조와 같은 그물망 형식은 그 틈이 아무리 촘촘하더라도 100%의 차폐는 불가능하다는 단점이 있다. 따라서 원가 상승을 감수하더라도 최소 두 가지 혹은 세 가지의 차폐 방법을 동시에 사용한 케이블이 우수한 제품이라 할 수 있으며, 최근 하이엔드[Hi-End] 케이블로 개발된 오디오플러스 브랜드의 신제품인 SINFONIA 1617과 같이 편조 및 동박으로 횡권 차폐하여 100%의 완벽한 차폐효과를 꾀하는 경우도 있다.

연결부위
  각종 케이블을 기기에 연결하는 과정은 1) 케이블의 양쪽 끝에 연결되는 단자 2) 케이블에 연결되어있는 단자와 각 기기들의 입출력 단자를 연결하는 두 과정으로 나눌 수 있고 연결방법으로는 직접접속, 압착접속, 납땜접속 등의 방법이 있다. 아무리 좋은 케이블을 사용하더라도 케이블 연결부위의 처리가 미비할 경우에는 훌륭한 음악적 결과를 얻을 수 없음은 너무도 자명하다. 뿐만 아니라 접속 부위를 보호하고 내구성을 유지하는데 흔히 무시되기 쉬운 작은 과정이라도 음질열화의 주원인이 될 수 있다는 사실도 깊이 주목해야 할 사항이다.
케이블과 단자의 연결
  스피커 케이블과 스피커 시스템을 연결할 때는 단자를 사용하지 않고 직접 접속할 경우가 많은데 단자를 사용한 접속보다 접속부위의 손실을 줄일 수 있어서 바람직하기는 하지만 스피커 입력단자의 유형에 따라서 케이블의 도체가 손상을 입는 경우가 많고 피복이 탈피된 도체가 스피커의 입력단자에 의해 완전히 보호되지 못하기 때문에 부식으로 인한 음질열화의 단점이 있다.
기기와 기기간을 연결하는 인터커넥트 케이블은 각기 용도에 따라서 여러 가지 유형의 단자를 사용하고 주로 압착, 스쿠류, 납땜 등의 접속방법을 택한다. 일반적으로 납땜 접속보다 압착접속이 훨씬 좋은 접속 방법이다. 왜냐하면, 압착접속은 접속 부위에 어떤 이물질이 사용되지 않기 때문에 순수성을 유지할 수 있고 납땜 시 발생되는 고온에 의한 화학적 작용과도 무관하기 때문이다. 그러나 납땜접속도 다음과 같은 사항을 고려해서 사용하면 그 약점을 보완할 수 있다.
□ 납의 조건
      일정량의 은이 함유[보통 4%]된 것을 사용
      할로겐이 포함되지 않은 Flux
      염소성분이 제거된 것
      융점이 가능한 한 낮은 것
□ 보호
      납땜부위의 부식이나 접촉을 방지하기 위한 보호막[수축튜브, 실리콘 등] 처리를 해야 하나 실제로는 납땜       접속이 갖는 한계성 즉 납의 종류, 인두 등 작업재료의 선택, 작업시간, 사용온도, 냉땜 등에 의해서 질에 큰       변화를 가져올 수 있는 접속 방법이기 때문에 작업 중 엄격한 공정관리가 대단히 중요한 사항이다.

케이블의 단자와 기기 단자와의 연결
  케이블의 단자와 각 기기들의 입출력 단자를 연결함에 있어 ①접촉부위가 항상 공기 중에 노출되어 있기 때문에 부식으로 인한 전도성 저하의 위험이 상존하고 있고 ②물리적 접촉의 강도를 얼마나 높일 수 있는가 하는 점이 주된 고려의 대상이다. 일반적으로 접촉부위의 부식의 위험은 접촉부위를 금도금 처리함으로써 그 문제점을 상당부분 해결할 수 있지만 원가 상승의 부담을 감수해야만 한다. 접촉강도의 측면은 현실적으로 그 기능에 있어서 가장 많은 문제점을 야기시키는 사항이며 음악적 결과에도 지대한 영향을 초래하는 부분이기도 하다.
  RCA 암.수 단자를 예로 들면 처음 이 단자를 RCA사가 채택한 이후 수십 년이 경과하는 동안 암.수 단자간의 공차가 점점 좁혀지는 추세로 제조되고 있고 전 세계적으로 광범위하게 사용되고 있기 때문에 시대간 지역간의 오차로 인해서 의외의 치명적인 문제를 일으키기도 한다. 어스용 단자가 없는 2심 연결단자이기 때문에 케이블의 평형 접속용으로 사용할 경우에는 근본적인 문제를 가지고 있기도 하다. 최근에는 이러한 문제점을 보완하기 위해서 접촉면을 넓히고 조금씩 조일수록 접촉강도가 강해지는 스퀴즈[Squeeze] 타잎의 플러그가 다양하게 개발된 상태다.
맺음말
  결론적으로 좋은 케이블을 선택하는 기준은 실사용자가 사용하는 시스템에서 항상 사용하는 소스로 일정한 기간 동안 직접 테스트해서 음악적인 결과로 판단하는 것이 가장 이상적인 방법이라 할 수 있다. 좋은 케이블을 선택하는 것도 중요하지만 어떻게 관리 하느냐 또한 중요한 문제이다. 음질을 향상시키는 끝없는 과정 속에서 케이블을 교환함으로써 그 변화와 즐거움을 만끽할 수 있다면 그 선택과 정성의 일련의 과정은 음악 감상의 능동적인 작업으로 간주될 수도 있을 것이라 생각된다.
■ 좋은 케이블에 의한 시스템의 음질 개선은 케이블의 중요성을 결과적으로 입증하는 것과 동시에 좋은 케이블을 선택함에 있어 혼란과 어려움을 초래하는 양면성을 의미하기도 합니다.
본 내용은 (주)오디오플러스의 「오디오 케이블에 관한 연구 보고서」의 자료 중 일부로서 어떻게 하면 보다 많은 오디오 애호가들이 케이블을 이해할 수 있을까? 하는 마음에서 ‘좋은 케이블이란 무엇인가?’를 쉽게 이해할 수 있도록 편집한 글입니다.
  그리고 본 자료는 복잡한 공학적 계산을 위한 공식이나 함수, 그래프 등은 대부분 생략하였으며 정기 간행물, 강의, 세미나, 논문 또는 학술서적 등의 짧게 인용하는 경우를 제외하고는 (주)오디오플러스의 문서에 의한 사전 승인 없이 어떠한 수단에 의해서도 전체나 부분적인 내용을 복제, 전파 또는 전산 장치에 저장할 수 없습니다.
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