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음성 신호의 전달방법으로 밸런스드(Balanced)와 언밸런스드(Unbalanced) 전송방법이 있습니다. 일반적인 가정용 장비에서는 대부분 언밸런스드 장비가 대부분이고 공연장이나 스튜디오에서 사용되는 프로용 장비나 고가의 하이엔드 시스템에서는 밸런스드 장비가 사용됩니다.

두 가지 방식 모두 신호를 전달한다는 점은 동일하지만 이 두 가지 방식의 차이는 결론만 간단히 이야기를 하면, 밸런스드 전송방식은 동일한 신호를 +, - 형태로 전송을 하여 종단(End Point)에서 양쪽 신호의 차이를 사용하는 방법이고, 언밸런스드 전송방식은 +의 신호만을 전송하여 종단에서 접지(Ground)와 신호의 차이를 사용하는 것이 다릅니다. 아래의 그림1.을 보시면 조금 더 이해가 쉬우실 것 같습니다.


01.SignalConcept.gif
그림1. Balanced 신호화 Unbalanced 신호
그림 출처: http://www.alectrosystems.com/tips/audio_tips/audio_tip_LowZ.htm


그런데 왜 이런 2가지 방식이 모두 사용되는 것일까요? 만일 한가지 방식으로 통합이 되면 장비간의 호환성도 좋아지고 시스템의 구성도 복잡하지 않고 관련 연결단자 역시 간단해질 것 같은데 말이죠. 이유는 아주 간단합니다. 각각의 방식에는 장단점이 있기 때문입니다.


Unbalanced 신호 전송방식의 문제점
모든 전선은 기본적으로 안테나 역할을 합니다. 즉 전선 주위의 자기장의 변화에 따라서 전선에 유도전류가 흐를 수 있습니다. 그리고 유도가 되는 신호, 즉 잡음의 크기는 전선의 길이가 길수록 많이 발생을 하고 전선에 흐르는 원래 신호의 크기가 마이크 출력이나 턴테이블 출력과 같이 작으면 상대적으로 유입되는 잡음의 크기가 크게 되므로 많이 발생을 하게 됩니다. 따라서 긴 길이와 작은 신호가 이동되는 케이블에서는 전선 주위가 금속 재질의 얇은 막이나 구리연선으로 싸여(Shield) 있습니다.

02.Coaxial_Cable.jpg
그림2. Shield된 동축 케이블


하지만 이러한 Shield를 사용하여 잡음을 없애는 방법은 고주파 영역에서는 잘 통하지만 저주파 영역에서는 그다지 효과가 없습니다. 따라서 공연장의 마이크 배선이나 녹음 스튜디오의 배선과 같이 길이가 매우 길고 동시에 전원 케이블과 함께 음성신호선이 묶여서 설치가 되어야 하는 상황에서는 Shield만으로는 충분하지 않습니다. 즉 그런 환경에서 Shield처리가 된 케이블을 사용하면 고주파 잡음을 막는 것은 가능하지만 60Hz의 전원 험(Hum)을 피하지는 못하게 됩니다.


03.NoiseResponse.gif
그림3. Balanced 회로와 Unbalanced 회로에서의 잡음 유입 시 출력신호
그림출처: http://sound.westhost.com/impedanc.htm


하지만 그림3.의 Balanced 회로처럼 + 신호와 – 신호가 별도의 전선으로 흐르게 되면 케이블에서 +와 – 전선은 매우 가깝게 위치하게 되므로 외부로부터 유입되는(전자기 유도되는) 신호, 즉 잡음의 양은 양쪽에서 거의 같게 됩니다. 따라서 종단에서 + 와 – 신호의 차이만을 비교하여 증폭을 하면 외부에서 유입이 된 신호의 크기는 동일하므로 신호의 차이가 없게 되고(증폭을 하지 않고) 원래의 신호는 그 크기에 따라서 +와 – 반대의 극성으로 신호가 전달이 되었으므로 그 차이만큼 원래의 신호만 잡음과 구분이 되어 증폭이 됩니다.

이를 수학적으로(산수? 적으로) 설명을 해 보면 그림1.의 오른쪽 아래를 보시면 됩니다. 즉 Signal A와 Signal –A가 전송이 되고 전송중간에 발생이 되는 잡음을 noise라고 하면 아래와 같은 식이 됩니다.

 

 (+) 채널에서 전송이 되는 신호 = Signal A + noise N
 (–) 채널에서 전송이 되는 신호 = Signal –A + noise N
 종단에서 증폭이 되는 신호 = (+채널에서 전송되는 신호) – (–채널에서 전송이 되는 신호) = (A + N) – (–A + N) = 2A

즉 잡음은 서로 상쇄되어 없어지고 원래의 신호만 2배의 크기로 증폭이 되는 방식입니다.


Balanced 전송방식의 문제점
그럼 Balanced 전송방식이 Unbalanced 전송방식보다 나쁜 점은 무엇일까요? 바로 “가격대비 성능” 입니다. Balanced 방식으로 제품을 제작하려면 + 신호와 – 신호 2가지를 모두 처리해야 하므로 앰프의 경우 언밸런스드 방식에 비하여 제작단가가 약 2배로 상승하게 됩니다. 그리고 + 신호와 – 신호의 크기가 매우 정밀하게 맞아야 하므로 제작하기가 힘이 듭니다.(정밀부품을 사용해야 합니다.) 

 

따라서 잘 만들어진 Balanced 장비는 매우 좋은 소리를 들려주지만 가격이 매우 비싸지게 됩니다. 게다가 일반적인 가정에서는 장비간의 거리가 많이 떨어져 있지도 않고 또 요즘 LP판을 듣는 사람은 많지 않기 때문에 기기간 흐르는 신호의 크기는 대부분 유입된 잡음으로 인한 크기보다 훨씬 크기 때문에 Balanced 방식을 사용하지 않아도 일정한 품질 이상의 소리를 들을 수가 있으므로 가정용 장비에서는 하이엔드 장비 제외하면 Balanced 장비를 사용하지 않습니다.


연결단자
Balanced 전송방식은 – 신호도 흐르게 되므로 하나의 선이 더 필요합니다. 따라서 일반적인 언밸런스드 연결에서 사용이 되는 단자와는 다릅니다. 즉 +, –, GND 의 3가지 신호가 흐르게 됩니다.

04.XLR_Male.jpg
그림4. XLR 연결단자 (수)

05.XLR_Female.jpg
그림5. XLR 연결단자 (암)


일반적인 연결에서는 그림4. 그림5.와 같은 XLR타입의 연결단자를 사용합니다만 미니형의 장비에서는 XLR 단자는 두껍기 때문에 공간상의 이유로 그림6과 같은 TRS단자를 사용하기도 합니다.


06.TRS_Male.jpg
그림6. TRS 연결단자 (수)
참고로 우리나라에서는 TRS단자라고 하지 않고 5.5 스테레오라고 합니다.

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profile

해사

2008.10.18 13:02
아~ 이게 레퍼런스 헤드폰에 리와인딩하던 밸런스드구나..
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포이보스

2008.10.22 19:04
좋은 정보 잘 정리 해주셨내요. 
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stargazer

2009.09.25 12:01
좋은 글 잘 읽었습니다.
근데 한 가지 의문점이 생겨서요.

" Balanced 방식으로 제품을 제작하려면 + 신호와 – 신호 2가지를 모두 처리해야 하므로 앰프의 경우 언밸런스드 방식에 비하여 제작단가가 약 2배로 상승하게 됩니다." 라고 하셨는데...

밸런스드냐 언밸런스드냐는 전송과정에서의 차이지 콘솔이나, 앰프 등 각종 기자재 내부회로 안에서는 굳이 모든 신호를 동등하게 +,-로 처리하지는 않지 않은가요?
일례로 밸런스드 장비라 할지라도 입력단에서 트랜스나 오피앰프를 사용해 언밸런스드 신호로 바꿔서 받아들이고
출력단에서 또 마찬가지로 밸런스드로 바꿔서 내보내 주기만 하면 되는 것 아닌지요... 결국 입출력단에만 몇몇 부품이 추가되는 것인데..
토미님 글 맥락은 입력부터 출력까지 모든 과정에서 신호를 +,-로 다루기 때문에 단가가 2배가 된다는 것으로 이해가 되네요.

profile

토미™

2009.09.25 15:10
간단하게 설명드리면 stargazer님이 말씀하시는 제품들은 언밸런스 제품을 기준으로 신호 전송시에만 밸런스 신호로 변환을 하여 전송하는 제품들입니다. 신호를 받는 경우에도 밸런스 신호를 언 밸런스 신호로 변환을 하면 나머지 절반은 사용을 하지 않는 것이구요. 즉 실제로 밸런스 신호로 전송이 된 신호라도 + 혹은 - 신호중 한가지만을 사용하는 제품들입니다. 

그런 제품들은 실제로는 언밸런스로 동작을 하는 제품들이라서 노이즈에 취약할 수 밖에 없습니다.  

하지만 제대로 만들어진 고급형 제품들은 입력단과 증폭단 모두 +, - 신호를 별도로 증폭을 합니다. 때문에 2배의 부품이 필요합니다.
profile

[E-MU]준듸기

2010.08.16 10:55
이 글대로면 시중에서 판매하는 3.5mm 스테레오 - XLR 케이블 단자는 어떻게 동작이 되는지 궁금한데, 이것도 똑같이 되는건가요?그럼 3.5mm나 5.5mm 출력을 하는 기기에 XLR 케이블 변환케이블을 꽂고 마이크 입력에 꽂으면 측정이 안 되는건가요?
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