지난 2010년 여름 처음 발표된 레졸루션 오디오의 디지털 미디어 플레이어, Cantata는 컴퓨터에서 CD까지 다양한 미디어에 대응하는 디지털 미디어 센터이자 DAC, CD 플레이어로 각광을 받았다. 그리고 지난해 V2.0으로 업그레이드되며 몇 가지 추가적인 기능과 새로운 하드웨어 업데이트를 통해 새로운 버전으로 재탄생했다. 새롭게 바뀐 Cantata의 기술적 특징과 Cantata V2.0은 어떤 점들이 어떻게 바뀌었는지 제작자인 제프 캘트와의 인터뷰를 통해 새로운 기능적 특징들을 살펴보았다.
Tinman│칸타타 만의 장점이나 특징이라면 ?
Jeff Kalt│칸타타 설계의 핵심은 CD든, 스트리밍이든 또는 USB 컴퓨터든 모두 같은 수준의 디지털 오디오를 재생하는 데에 있다. 이를 위해서는 크게 2가지 요소가 구현되어야 한다. 하나는 비트 정확도를 유지하는 것이며 다른 하나는 스트림에 존재하는 지터의 제거다. 제대로 설계가 된다면, USB와 이더넷 소스들에서는 엄청난 음질적 개선을 얻을 수 있다. 칸타타는 초저-지터 마스터 클럭을 사용하고, 클럭의 위치도 D/A 컨버터 근처에서 직접 연결되도록 설계되어 있다. 따라서, CD든 USB든 또는 이더넷이든 소스에 상관없는 D/A 성능을 얻을 수 있다.
Tinman│칸타타 개발에서 가장 어려웠던 점은?
Jeff Kalt│칸타타는 소프트웨어로 구동되는 플레이어다. 따라서 일반 CD 플레이어나 DAC와는 차원이 다르게 대단히 복잡하고 어렵지만 이를 통해 CD에서 컴퓨터 기반의 음원 라이브러리를 모두 소화할 수 있도록 만들었다. 특히 이런 방식의 제작이 더 어려운 이유 중 하나는 사용하는 사람이 훨씬 쓰기 쉽게 만들다보면 자연히 설계 자체는 더 어려워진다. 실제 사용자는 네트워킹, 디바이스 드라이버, IP 어드레스 등, 이런 용어를 모르는 사람들이다. 그걸 알아야만 쓸 수 있다면 오디오라고 할 수 없다.
Tinman│오리지널 Cantata와 달리 Cantata V2.0은 USB의 192kHz/24bit 재생과 이더넷을 통한 네트워크 재생 기능(UPnP)가 구현되었다. 어떤 부분이 어떻게 바뀐 것인가?
Jeff Kalt│오리지널 Cantata 때부터 비동기식 USB Audio는 레졸루션 오디오 자체 방식으로 설계한 것이다. ARM 코어 기반의 32비트 프로세서를 사용하고 있으며, 자체 개발 소프트웨어를 통해 비동기 처리가 이루어진다. 자체 소프트웨어 개발로 인해 퐁-네프 브릿지 개발까지 가능할 수 있었다. 하지만 당시 사용된 TI의 칩셋으로는 구현에 약간의 한계가 있었고 이에 따라 새로운 ARM 기반의 프로세서로 교체했다. 이를 통해 USB 2.0 Audio를 직접 자체 펌웨어로 비동기 설계를 완성했다.
DLNA, UPnP 방식의 파일 재생을 위해서는 별도로 새로운 저전력 다기능의 네트워크 컨트롤러를 설계하고 이를 통해 자체 개발한 UPnP 네트워크 재생 펌웨어를 완성했다. 올해 초 CES에서 이미 공개한 바 있고, 이번 뮌헨 쇼가 끝나고 나면 곧 정식 버전을 배포할 예정이다.
린 DS 시리즈와 같은 기능이 완벽하게 구현되어 있고 파일 재생의 음질 또한 다른 소스들과 마찬가지로 Cantata의 퍼포먼스로 재생된다. USB와 이더넷을 통한 음질은 상당한 수준이며 둘다 S/PDIF 입력보다 더 훌륭한 사운드를 선사한다.
펌웨어의 업데이트는 어렵지 않다. 각 디스트리뷰터들에게 공급될 펌웨어를 CD에 구워 Cantata V2.0 드라이브에 넣고 Play 버튼만 눌러주면 Cantata V2.0 UPnP 기능이 제공된다.
Tinman│CD 매커니즘은 오디오용 CD 로더가 아니라 롬 드라이브 방식을 사용했다. 특별한 이유가 있는가?
Jeff Kalt│롬 드라이브를 사용한 이유는 데이터 방식의 재생을 구현하기 위해서다. CD 전용 로더를 사용하면 드라이브 메커니즘의 성능에 따라 읽어낸 데이터의 정확도가 달라진다. 하지만 롬 드라이브를 사용하면 데이터로 읽어내므로 최대한 정확한 데이터 추출이 가능해진다. 다양한 드라이브를 테스트했고 그 중에서 성능이 가장 우수한 드라이브를 채택한다.
오리지널 Cantata 제작 당시에는 소니의 메커니즘이 우수한 결과를 보여주었으나, V2.0으로 바뀌면서 드라이브에 대해서도 새로운 메커니즘으로 교체하게 되었다. 에러 정정 능력, CD-R 호환성 그리고 카피 방지된 CD를 읽어내는 능력 등 여러 가지 조건을 기준으로 테스트한 결과 파이오니어의 새로운 드라이브가 훨씬 더 우수한 성능을 보여주었다. 이에 따라 파이오니어의 롬 드라이브 매커니즘으로 바꾸게 되었다.
Tinman│칸타타에 적용된 지터 제거 기술은 어떤 방식인가?
Jeff Kalt│칸타타에는 2개의 마스터클럭이 있다. 하나는 44.1/88.2/176.4kHz 재생용이고 다른 하나는 48/96/192kHz 소스용이다. 클럭은 재생되는 소스에 따라 둘 중 하나만 동작한다. D/A 컨버터에서는 소스가 CD인지, USB인지, 이더넷인지 알 수 없다. 같은 클럭으로 동작하고 데이터 또한 같은 방법으로 버퍼링되기 때문이다. 이는 기존의 S/PDIF 재생 방식에 비하면 엄청난 진보다. 몇 년 전에 오디오 스트림에 존재하는 지터를 줄이기 위해 트랜스포트와 DAC 간의 연결을 마스터/슬레이브로 동작시키는 링크를 사용했었지만, 이 방법이 보다 더 우선적인 지터 제거의 해법이 된다. 비동기 USB와 이더넷 신호는 다양한 샘플레이트에 대해 이런 방법을 기본으로 사용한다.
Tinman│업샘플링이나 오버샘플링 같은 디지털 필터는 어떤 방식을 적용했는가?
Jeff Kalt│나는 오버샘플링 또는 소위 ‘동기식 업샘플링’ 방식에 대해 확고한 믿음을 갖고 있는 사람이다. 모토로라 DSP는 아래와 같은 방법으로 레졸루션만의 자체 필터 알고리듬에 의해 신호 처리가 이루어진다.
- 16x for 44.1 / 48 kHz sources
- 8x for 88.2 / 96 kHz
- 4x for 176.4 / 192 kHz
이런 업샘플링(오버샘플링)은 D/A 컨버터가 항상 705.6/768kHz로 동작하게 해준다. 즉, PCM1704 DAC칩이 동작하게 되는 가장 높은 샘플레이트 상태로 변환이 이루어지게 만든다. 사실 여러 가지 다른 방식의 ‘비동기 업샘플링’ 알고리듬들을 테스트해왔고 항상 그때마다 오리지널과 완전히 다른 신호가 만들어짐으로써 발생하는 심각한 음질적 아티팩트를 경험할 수 있었다.
이와는 반대로 레졸루션 오디오의 자체 필터는 16배 오버 샘플링 동작을 할 때, 매번 16번째 데이터는 오리지널 입력 데이터와 동일한 데이터가 사용되고 있으며 그 사이의 샘플들만이 오버샘플링으로 만들어진 데이터이다.
Tinman│DAC 이후의 아날로그 회로의 설계도 타사 제품들과는 달라 보인다. 어떤 부분들이 다른 것인가?
Jeff Kalt│DAC 칩에서는 아날로그 신호가 나오지만 전압이 아닌 전류 신호가 출력된다. 따라서, 이후 아날로그 필터나 아날로그 버퍼 앰프를 거치려면 전류를 전압으로 바꾸는 I/V 회로가 이어진다. 거의 모든 디지털 소스 기기들은 OP 앰프를 사용하여 전류를 전압으로 바꾸는데 Cantata는 OP 앰프 같은 증폭 회로를 하나도 사용하지 않았다. 순수한 저항과 콘덴서로만 구성된 패시브 방식의 I/V 컨버터 회로를 사용했으며 아날로그 필터 또한 OP 앰프가 없는 순수한 패시브 필터로 설계되었다.
OP 앰프를 배제한 패시브 방식의 아날로그 오디오 처리는 최종 버퍼 앰프에 도달할 때 오디오 신호에 울트라소닉 노이즈와 아티팩트들이 대폭 줄어든 상태로 증폭이 된다. 훨씬 순도 높은 아날로그 오디오 신호가 출력된다 하지만 OP 앰프로 설계하는 액티브 방식의 I/V 컨버터를 사용하면 반드시 아주 높은 고주파(약 수 십 MHz)에 노이즈 아티팩트들이 발생될 수 밖에 없으며 이런 노이즈는 최종 오디오 신호에서 비선형적으로 나타나게 된다.
Tinman│칸타타는 전원 부분에 상당한 노력을 기울인 듯 보인다. 이 작은 제품에 트랜스포머가 4개나 들어있는데 전원부 설계에는 어떤 특징들이 있는가?
Jeff Kalt│칸타타에는 4개의 트랜스포머가 있고 모두 각각의 회로(디지털 오디오, 아날로그 오디오, 네트워크 및 USB 그리고 시스템 컨트롤러)마다 전원을 분리하고 별도의 전원을 공급하기 위해 이런 설계를 단행했다.
일단 칸타타의 전원부의 가장 중요한 특징은 2가지이다. 하나는 모듈 방식이라는 점과 다른 하나는 차폐/격리다. 예를 들어 훨씬 빠른 고성능 프로세서를 도입하게 되면 모듈 방식 설계는 이에 상응하는 넉넉한 전원을 공급할 수 있도록 쉽게 업그레이드할 수 있다.
보다 중요한 것은 차폐/격리다. 이더넷은 접지 라인이 격리되어 있다하더라도 USB 입력은 그렇지 않다. 따라서, 컴퓨터가 USB로 연결된 경우에는 컴퓨터의 접지는 DAC와 직접적으로 연결된다. 이는 오디오의 음질/성능을 상당히 떨어뜨리는 요인이 되며 컴퓨터를 배터리나 SSD 등으로 구동할 때 귀로 큰 차이를 느낄 수 있게 한다. 컴퓨터와 오디오 시스템 간에는 접지의 연결이 절대적으로 차폐/격리 처리되어 있어야 한다. USB 신호는 완전히 차폐/격리 시키기 보다는 칸타타의 나머지 회로들로부터 D/A 컨버터를 완전히 떨어뜨려 격리시키는 방법을 취했다.
즉, CD 플레이어, 디스플레이 등과 같은 그 어떤 그라운드 노이즈도 오디오 회로에서는 제거된다는 의미다. 이런 차폐/격리는 파워 서플라이와 각각 분리한 트랜스포머를 통해 구현이 가능해졌으며 데이터 신호 경로 상에서는 양방향 마그네틱 커플링 회로를 이용하여 전기적 연결을 분리시켰다.
Resolution Audio의 Cantata가 업그레이드를 통해 새로운 버전인 V2.0으로 변신했다. UPnP 기능의 업데이트와 새로운 USB 2.0 사양으로 업데이트된 Cantat V2.0의 내부를 직접 열어보았다. Cantata V2.0의 하드웨어적 특징을 하나씩 살펴보기로 하자.
Cantata V2.0의 내부
새버전인 V2.0과 오리지널 버전 간에 외형적인 차이는 크게 달라지지 않았다. 정교하게 절삭 가공한 알루미늄 섀시와 각기 분리된 회로 기판들 그리고 별도 격리된 전원 회로와 컨트롤 회로까지 논리 정연한 설계과 구조적 차폐 처리가 인상적이다.
전원부는 디지털 오디오, 아날로그 오디오, 네트워크와 USB 그리고 시스템 컨트롤러의 4개 모듈로 분리되어 있고, 각각의 전원용으로 토로이덜 트랜스포머를 사용했다.
새로운 드라이브
오리지널 Cantata는 소니의 롬 드라이브를 사용했지만, Cantata V2.0은 파이오니어의 드라이브로 교체했다. 전작에 비해 훨씬 정확한 에러 정정과 리딩 능력으로 인해 새 드라이브로 교체되었다.
새로운 네트워크 및 USB 회로
Cantata V2.0의 가장 큰 특징이 바로 이 부분이다. USB는 새로운 ARM 기반 프로세서로 교체하며 192kHz/24bit 사양의 USB Audio 2.0으로 업그레이드 되었다. 또한 메인 마이크로 프로세서로서 Cantata V2.0의 전제 동작을 제어하는 메인 컨트롤러의 역할도 맡고 있다.
그리고 새로운 네트워크 컨트롤러의 설계로 전작에는 구현되지 않았던 DLNA/UPnP 방식의 네트워크 스트리밍 플레이어 기능이 구현되었다. 현재는 베타 펌웨어 상태로 정식 펌웨어는 5~6월 중으로 업데이트될 예정이다.
네트워크, USB를 격리시키는 차폐 회로
Cantata V2.0에서는 아날로그 디바이스의 iCoupler라는 차폐 회로를 사용한 디지털 아이솔레이터를 사용했다. 이 회로는 기존의 LED 방식 옵토커플러에서 오는 지터나 신호 열화를 막고 칩 내부에 설계된 트랜스포머를 통해 신호를 전달한다. 따라서, 네트워크 및 USB 회로에서 넘어오는 신호들이 오디오 회로와 전기적으로 연결이 되지 않고 전달이 되므로, 컴퓨터나 네트워크를 통해 유입되는 노이즈들이 원천적으로 오디오 회로에 들어오지 않게 막히게 되어있다. 아이솔레이터 뿐만 아니라 전원부와 섀시까지도 모두 격리 형태로 설계되어 전기적, 구조적 노이즈의 유입을 막도록 했다.
DSP
Cantata V2.0은 정수 배수의 업샘플링 처리를 하는 디지털 필터가 제공된다. 이를 위해 모토로라의 56362 DSP와 자일링스의 스파르탄 FPGA를 사용한다. 두 DSP의 필터 처리를 통해 DAC의 최대 동작 주파수인 705.6kHz/768kHz로 업샘플링 처리를 하며, 두 DSP의 메모리 버퍼와 고정밀 클럭 회로를 통해 지터를 최대한 억제시킨다.
Clock
클럭은 44.1kHz 와 48kHz, 두 가지 신호에 맞춰 각기 따로 동작하는 2개의 클럭을 설계했으며, 최대한 클럭 오차가 적은 고정밀 클럭을 사용했다.
DAC는 현존하는 최고 사양의 멀티비트 DAC인 버브라운의 PCM1704를 사용했다. 1채널 사양의 DAC 칩이며 풀밸런스드 방식으로 설계하여 4개의 DAC 칩이 사용되었다. 흥미로운 점은 DAC의 출력과 볼륨 컨트롤/버퍼 앰프 사이에 있는 전류/전압 변환 회로에 OP 앰프가 하나도 없는 패시브 I/V 변환 회로를 사용한 점이다. OP 앰프 방식을 사용할 때 뒤따르는 고주파 노이즈와 디지털 아티팩트의 잔재들이 사라지는 장점이 있으며 훨씬 순도 높은 신호를 만들어주는 장점이 있다.
이후 프리앰프 부분을 담당하는 것은 린 클라이맥스 프리앰프에 사용되는 버브라운의 PGA2310 볼륨 회로가 똑같이 탑재되었고, 그 뒤 버퍼역할을 하는 아날로그 앰프 회로에는 버브라운의 초고속 고정밀 인스트루먼테이션 앰프 회로를 사용했다. 소신호, 저노이즈, 초고속, 고정밀 특성을 갖는 앰프 회로로 고순도로 재현된 아날로그 출력 신호의 프리앰프 회로 역할을 담당한다.
SATA 컨트롤러
회로 앞 부분에 별도로 격리된 소형 컨트롤러 회로는 JMicron의 SATA 컨트롤러 칩이다. Cantata V2.0은 일반 CD 로더가 아닌 롬 드라이브를 사용한다. SATA 방식의 파이오니어 롬 드라이브에서 패킷 방식으로 데이터를 여러 차례 반복하여 읽어낸다. 이를 통해 CD로부터 가장 정확한 데이터를 추출해낸다. 이를 위해 컴퓨터와 같은 SATA 방식의 드라이브 컨트롤러를 사용한 것이다.
