DAC

일반적으로는 디지털 형태로 된 신호를 아날로그 형식으로 변환하는 장치를 말하나, 이 문서에서는 오디오용 DAC를 다룬다.

• 회로의 기본 원리는 디지털-아날로그 변환회로 문서를 참고.
• 디지털 텔레비전 방송을 아날로그 방송신호로 바꿔주는 장치(DtoA Converter)는 셋톱박스 문서를 참고.

개요

디지털 형식으로 된 신호(PCM,DSD 등)을 다양한 입력 단자를(USB,TOSLINK 등) 통해 받아서 아날로그 신호로 출력하는 기기이다.

우리가 흔히 사용하는 데이터는(음원 파일 등) 디지털 형식으로 저장되어 있다. 하지만 헤드폰이나 스피커 등의 장치들을 통해 이 신호를 음파로 변환하기 위해서는 아날로그 전류 신호로 바뀌어야 할 필요가 있다. 그렇기 때문에 DAC가 필요한 것이다.

형태

DAC는 독립된 장비로 사용될 수도 있지만 다른 기기에 내장해서 사용하는 것도 일반적이다. 사실상 소리를 재생하는 디지털 장치의 거의 대부분에는 DAC가 내장되어 있다고 봐도 좋다. MP3 플레이어부터 스마트폰, 그리고 TV에도 DAC는 들어간다. 다만 본체의 회로에 내장되어 있기 때문에 들어가 있다고 직관적으로 확인하지 못할 뿐이다.

독립형 DAC

우리가 DAC라고 하면 가장 먼저 떠오르는 게 독립형 DAC이다. 외장형 DAC라고도 하는데 따로 분리된 케이스 안에 DAC 부분, 입력단과 출력단을 장비한 것이다.

이렇게 설계하는 것의 장점은 DAC파트에 많은 비용을 투자할 수 있기 때문에 절대적인 품질 자체가 좋고 외부에 독립되어 있기 때문에 전자파에 의한 노이즈 발생에 대응하기 편하다. 하지만 케이스나 입출력단, 전원부 등에 들어가는 비용이 많이 들기 때문에 주로 하이파이 오디오에 사용된다.

독립형 DAC는 크게 두 가지로 나뉘는데 어느 한 곳에 거치해서 쓰는 '거치형 DAC'와 들고다니면서 쓰는 '휴대용 DAC'가 있다. 하지만 이 구분은 체급이나 전원에 따른 분류이기 때문에 절대적인 것은 아니다. 휴대용 DAC를 거치형 DAC처럼 쓸 수도 있고 외부 배터리팩을 연결 가능한 거치형 DAC의 경우 무리해서라도(...) 휴대용처럼 쓸 수도 있다.

거치형 DAC

책상이나 오디오랙 등 한곳에 가져다 놓고 쓰는 것을 전제로 설계한 DAC이다. 주로 하이파이 기기나 PC에 연결해서 신호를 받는 것으로 설계된다. 그렇기 때문에 USB뿐만이 아니라 TOSLINK나 동축 단자, 혹은 AES 단자 같은 여러 단자로부터 데이터를 받을 수 있다.

많은 거치형 DAC들이 헤드폰 출력단을 가지고 있지만 보통 거치형 DAC는 다른 하이파이 기기와 연결하는 것을 전제로 설계하기 때문에 RCA단자를 통한 출력이 기본이다.

전원은 저가형의 경우에는 USB 단자를 통해서 받지만 어느 정도 물량투입이 된 제품들은 자체적인 전원부를 가지고 있기 때문에 전원 연결이 필요하다. 독립된 전원부를 사용하기 때문에 전력 소모 제한이 없다. 하술하겠지만 DAC의 품질을 높이기 위해서는 사용되는 부품의 질을 높이거나 디지털 부분에서 처리하는 양을 늘려야 하는데, 전력 제한이 없다면 좀 더 높은 성능의 DSP를 사용할 수 있게 되고 따라서 품질이 높아지게 된다.

또한 두꺼운 금속 제질의 케이스를 사용할 수 있기 때문에 주변의 전자파로부터 생기는 노이즈를 억제할 수 있기 때문에 이것도 품질 개선에 영향을 준다.

또한 크롬캐스트 오디오나 블루투스 리시버와 같이 무선으로 신호를 받아서 출력하는 변종도 만들기가 쉽기 때문에 홈 오디오 허브로서의 기능을 가진 제품도 나올 수 있다.

휴대용 DAC

거치형 DAC와는 달리 들고다니면서 쓰는 것을 전제로 만든 DAC이다. 오디오 기기로부터 신호를 받는 것을 전제로 하지 않기 때문에 보통은 스마트폰이나 DAP, 태블릿 컴퓨터와 연결되는 것을 상정하고 들고다니는 것을 생각해야 하기 때문에 일반적으로 배터리가 탑재되거나 USB 전원만으로 동작하게 설계된다. 그리고 RCA 단자를 통한 라인 출력에 집중하는 것과는 다르게 헤드폰 출력에 올인하는 경향이 있다. 제품에 따라서는 3.5mm나 5.5mm 단자 외에 밸런스 단자 등 헤드폰을 위한 다양한 단자를 채용하기도 한다.

보통은 거치형 DAC와 같은 칩을 쓰지만 많은 DAC 칩 제조업체에서 휴대용 DAC에 맞게 전력소모를 낮춘 칩을 제작하고 있어서 모바일용 칩이 들어가는 경우도 흔하다.

휴대용 DAC의 가장 큰 장점은 가볍고 전력 소모가 작어서 들고다니기가 편하다는 것인데, 그렇기 때문에 스마트폰의 내장 DAC에 만족하지 못한 오디오파일들이 많이 사용하는 편이다.

하지만 전력 소모의 제한이 있기 때문에 고성능을 요구하는 DSP를 장착하지 못하기 때문에 품질을 쉽게 올리기가 힘들다. 그리고 스마트폰에서 나오는 직류 노이즈를 효과적으로 거르기도 쉽지 않기 때문에 이것도 결과적으로는 음질 하락에 영향이 된다.

하지만 무엇보다도 휴대성을 위해서 부품을 타협하고, 배터리가 들어가고, 사용할 수 있는 공간이 적기 때문에 결과적으로 같은 품질의 거치형 DAC보다 가격이 비싸다.

그리고 웃프게도 최근 스마트폰들이 3.5mm 출력단자를 제거하는 추세에 있기 때문에 뜬금없이 팔리는 분야이기도 하다. 예를 들면 아이폰 7부터 없어진 3.5mm 단자 대신 준 라이트닝-3.5mm 컨버터는 라이트닝 단자를 통해 전원과 신호를 받는 일종의 휴대용 DAC이다. 하지만 가격과 크기의 한계로 다른 휴대용 DAC보다 절대적인 품질이 떨어지는 편이고, PC에 연결할 경우 허브에 따라 호환성을 탄다.

내장형 DAC

다른 전자기기 내부에 포함된 DAC 파트를 말한다. 위에도 말했듯이 디지털 형식으로 된 음원을 출력하는 기기는 결국엔 DAC가 필요하기 때문에 생각보다 많은 기기에 DAC가 내장되어 있다.

가장 흔하게 내장형 DAC를 볼 수 있는 분야는 스마트폰이다. 예전 휴대폰에는 멀티미디어 기능이라고는 없는 것이나 마찬가지였기 때문에 그다지 주목받지 않았으나 아이팟의 출현 이후 음악 재생 기능이 휴대폰에 통합되고 스마트폰을 사용해서 음악을 듣는 것이 일반화되면서 주목받게 되었다.

예를 들면 갤럭시 S에 들어간 DAC 칩은 울프슨의 wm8994란 칩인데, 기존 시장에 나온 오디오 기기에 꿇리지 않을 정도의 품질을 내어주었다. 요즘 삼성 갤럭시 시리즈는 시러스 로직이란 회사에 특별주문을 넣어서 나온 칩을 사용하고 있고, LG의 G나 V 시리즈는 ESS란 회사에서 만든 오디오용(...) 칩셋을 사서 그대로 때려박은 다음 Hi-Fi Quad DAC라고 홍보하고 있다. 퀄컴의 스냅드래곤 시리즈는 AP 내에 내장 DAC를 탑재하기도 하고, 마샬이나 중국 제조사들이 만든 스마트폰에는 DAC 칩을 2개 이상 박는 등 스마트폰 내장 DAC 시장은 매우 활발하고 상향평준화되어가고 있다. 아 물론 모든 시장의 흐름에 역행하는 걸 혁신이라고 주장하는 모 회사는 DAC 비용절감을 위해 3.5mm 단자를 없애버린다

또한 TV나 태블릿 컴퓨터 등의 여러 기기에도 내장형 DAC가 들어간다. 태블릿 컴퓨터에는 스마트폰이랑 크게 다를 것 없이 들어가지만 최근 TV에서도 음향 부분을 신경쓰기 때문에 고품질의 DAC를 내장하고 이를 마케팅 포인트로 삼거나, 별도의 고품질 DAC가 장착된 사운드바를 세트로 주는 등 신경쓰고 있다.

또한 입체음향을 구현하기 위한 AV 리시버 같은 데는 스테레오와 같이 2개의 채널만 필요한 게 아니라 최소 6개가 필요하기 때문에 DAC 부분도 매우 복잡하게 들어간다. 작게는 수개의 채널을 한번에 지원하는 칩이 있는 반면, 여러 개의 DAC 칩을 사용해서 회로를 만들기도 하는 편.

물론 블루투스 스피커 같은 데도 DAC가 들어간다. 하이파이가 아닌 라이프스타일 오디오 컨셉의 물건이 많기 때문에 고품질의 DAC는 잘 안들어가지만 체급에 비해서는 충분한 편.

디지털 앰프같은 특별한 경우도 있는데, 이건 앰프 자체가 거대한 DAC인 경우이다. 후술할 델타-시그마 DAC 같은 경우에는 결국 전류를 켰다 껐다를 반복하면서 아날로그 신호를 내게 되는데, 이걸 큰 전압으로 똑같이 하면 자연스럽게 앰프가 되는 것. 이런 앰프같은 경우에는 디지털 신호를 받아서 바로 출력하게 되고 아날로그 신호는 받지 않거나 디지털 신호로 변환한 다음 출력하게 된다.

이 분야에서 가장 악명높은 분야는 바로 내장형 사운드 카드인데, 2000년대 중반만 해도 많은 회사들이 제품을 내놓았으나 2010년대를 넘어서고부터는 리얼텍이란 한 회사가 반쯤 독점하는 중. 이 회사의 제품은 저렴한 가격을 무기로 빠르게 시장을 확장했지만 칩 자체 품질이 다른 전문 DAC 회사에 비해 떨어지기도 하고 입력단과 출력단이 전체적으로 원가절감 되었기 때문에 독립형 DAC나 심지어 스마트폰 내부 DAC보다 품질이 떨어지는 편이다. 심하게는 마우스를 움직일 때나 하드디스크를 읽거나 쓸 때 그 노이즈가 그대로 유입되거나 화이트 노이즈가 크게 들리는 경우도 있다.

구조

독립적인 DAC의 예를 들어서 신호 경로를 따라가면, 입력단 → DSP → DAC 칩 → 아날로그 필터 → 출력단 정도로 볼 수 있다. 내장형 DAC 같은 경우에는 항상 이것들이 독립적으로 이루어지지는 않아서, 입력단과 DSP가 스마트폰 AP에 내장되거나 하는 일이 있다.

입력단

데이터가 DAC로 들어와서 가장 처음 거치는 곳이며 신호를 DAC칩이나 DSP가 받아들일 수 있는 형식으로 변환하는 역할을 맡는다. 왜 이런 부분이 필요하냐고 하면 우리가 주로 사용하는 USB 신호나 S/PDIF 신호 등의 '장치 간' 통신을 위한 신호와 DAC 칩이 받아들이는 '장치 내' 신호의 규격이 다르기 때문이다. 그렇기 때문에 이런 변환 부분이 필요한 것이다.

신호가 맨 처음 들어오면 광단자로 들어온 신호의 경우에는 전기 신호로 먼저 변환을 할 것이고, USB나 동축 단자 등으로 들어온 신호는 장비에 따라 다르지만 간단한 처리를 거친다. 예를 들어서 축전기나 트랜스를 거치면 외부의 노이즈가 억제되기 때문이다. 특히 트랜스를 거치게 되면 입력단 안쪽과 바깥쪽이 전기적으로 달라지기 때문에 노이즈 억제에 매우 유용하다. 고가이거나 실험적인 DAC의 경우에는 이 부분을 전기적 영역에서 처리하는 것이 아니라 전기 신호를 LED를 사용해서 빛 신호로 바꾼 다음에 이걸 다시 전기 신호로 바꾸는 '포토 커플러'라는 장치를 사용하기도 한다.

그 다음에는 입력된 신호를 DAC가 인식할 수 있는 형식으로 변환하게 되는데 USB 신호의 경우에는 클럭 신호를 사용하는 법에 따라 다음 세 가지 방법 중 하나가 활용된다. 클럭 신호란 디지털 신호에서 가장 중요한 것으로서 시간을 구별하는 역할을 한다. 디지털 신호를 처리하는 모든 장비가 동작하려면 어느 때에 1이고 어느 때에 0이란 것을 판별해야 하는데, 이렇게 각 시각마다 달라지는 신호를 구별하기 위해서 사용되는 것이다. 따라서 클럭이 정확해야 디지털 신호가 최대한 정확하게 처리될 수 있다. 하술할 '지터 노이즈'란 것 때문에 DAC에서는 클럭이 다른 장비보다 중요하다.

동기식

이 방식을 사용한 DAC는 USB의 호스트의 클럭 신호를 그대로 사용한다. USB를 통해 오디오 신호를 전송할 때에는 각 신호의 패킷마다(뭉텅이로 생각하면 편하다) 동기화를 위한 클럭 신호를 보내 주는데 이 방식의 경우에는 이 신호를 그대로 사용하는 것이다. 이 방식의 장점은 구현하는 것이 간단하고 사용되는 부품이 적다는 것이지만 불행히도 USB에 들어가는 클럭 신호는 오디오가 요구하는 것보다는 부정확하기 때문에 노이즈가 발생하게 된다. 그렇기 때문에 2010년대 중후반 이후 출시된 DAC는 이 방식을 잘 사용하지 않는다.

USB 오디오가 아닌 S/PDIF 신호의 경우에도 이 방식과 유사한 방식이 적용된다. 다만 USB 신호와는 다르게 S/PDIF 신호는 신호 자체에 클럭 신호가 변조되어서 탑재되었기 때문에 USB 신호보다는 조금 낫다는 것이다.

적응형

앞선 동기식과는 달리 이 방식은 USB의 클럭 신호를 가공해서 사용한다. PLL이란 방식을 사용해서 클럭 신호를 가공하는데 이렇게 가공된 신호는 원래 USB에서 나오는 신호보다 좀 더 정확하기 때문에 동기식보다는 노이즈가 적다. 하지만 근본적으로 원래의 클럭 신호를 사용하기 때문에 결국에는 클럭 신호의 노이즈에 영향을 받고 클럭을 정제하는 과정에서 많은 부품이 들어가기 때문에 부품 가격이 높아진다. 하지만 동기식과 함께 USB 오디오 1 규격에서 사용할 수 있는 방식이기 때문에 구세대 부품을 사용했거나 하는 경우에는 아직도 적응형 방식이 많이 채용된다.

비동기식

앞선 두 방식과 달리 비동기식의 경우에는 USB 클럭 신호를 사용하지 않고 데이터만 받아들인다. 그리고 자체적으로 생성한 클럭 신호에 맞게 신호를 재구성하게 된다. 이 방식을 사용하면 USB 호스트의 클럭 품질으로부터 해방되기 때문에 높은 품질의 신호를 얻을 수 있다. USB 오디오 2.0 규격에서부터 사용할 수 있기 때문에 주로 최근에 출시된 DAC들이 이 방식을 사용한다. 이론적으로 제일 순도 높은 클럭 신호를 얻을 수 있는 방식이기 때문에 음질에 신경쓴다는 제품들이 이 방식을 채택했다고 홍보한다. 영어로 Asynchronous 방식을 사용했다고 말하면 이 방식을 말한다. 하지만 입력단을 위한 자체적인 클럭 회로를 탑재해야 하기 때문에 제작 비용이 증가하는 문제가 있다.

DSP

입력단에서 신호가 입력되고 나면 이 부분을 거쳐서 디지털 영역에서 처리되게 된다. 주로 업샘플링(내지는 오버샘플링)이나 디지털 필터와 같은 처리가 이루어지는데 이 처리 과정이 뒤에 있을 DAC 칩이나 아날로그 부분의 부담을 줄여주기 때문에 중요하게 다루어지는 부분이다. 초창기 CD 플레이어의 재생 품질이 좋지 못한 이유가 이 부분에서의 처리가 부족했기 때문인데, 2010년대에 이르러서는 이 부분의 처리가 매우 저렴한 비용으로 고도의 처리가 가능하기 때문에 DAC 품질의 상향평준화에 기여하였다.

신호가 입력되면 업샘플링이란 과정을 거쳐서 높은 샘플링 레이트의 신호로 변환하게 된다. 예를 들면 16비트 44.1khz의 신호라면 24비트 192khz나 그 이상으로 변환되게 된다. 이렇게 변환하는 과정에는 여러 가지 알고리즘이 개입되는데 각각 알고리즘에 따라서 신호의 품질이 다르게 된다. 그리고 일단 이것을 수행하는 이상 원래의 신호가 변형되기 때문에 이때부터 비트퍼펙트가 아니게 된다. 그렇기 때문에 이 과정을 수행하지 않는 DAC 제조업체도 많다. 보통 NOS라는 표시가 있으면 업샘플링을 하지 않는다는 의미이다.

하지만 그럼에도 불구하고 이 과정을 수행하는 이유는 앞으로의 신호처리와 DAC 칩에서 수행할 아날로그 변환에 유리하기 때문이다. DAC 칩에서 신호를 아날로그로 변환할 때에는 샘플링 레이트에 따른 주파수의 노이즈가 생성되는데, 이 과정을 수행하면 노이즈가 생성되는 영역을 가청 주파수 위로 올릴 수 있기 때문이다.

DAC 칩

DAC에서 가장 중요한 부분은 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환해 주는 DAC 칩이다. 일부의 제조사들은 DAC 칩을 사용하지 않고 트랜지스터와 같은 각각의 부품들을 사용해서 DAC 칩이 하는 역할을 구현하지만, 이 경우에는 품질을 내기 위해서는 많은 물량 투입이 필요하기 때문에 제품 가격이 높아지고 대부분의 경우 가격만큼의 품질을 내지 못하기 때문에 자주 사용되지 않는다. 그렇기 때문에 많은 제조사들은 DAC 칩 제조사에서 기성품 DAC 칩을 받아다가 제품을 만들게 된다. 이 경우에도 예외는 있어 많은 물량을 사용하는 브랜드는 자신의 제품에 적절한 품질과 기능을 가진 DAC 칩을 특주하는 경우도 있다.

DAC 칩의 구조

DAC 칩의 구조는 크게 래더 to 래더 방식과(R-2R) 델타 시그마 방식으로 나뉜다. DAC란 개념이 등장했을 초기에는 모든 DAC 칩이 래더 to 래더 방식으로 구현되었으나, 2000년대 이후 출시되는 제품의 대다수는 델타 시그마 방식을 사용하게 되었으며, 2010년대 이후에는 래더 to 래더 방식의 DAC 칩은 찾아보기 힘들게 되었다. 그 이유는 아래에 설명하는 구조의 차이에 기인한다.

래더 to 래더 방식은 아날로그로 변환할 디지털 신호의 비트 수만큼의 저항을 필요로 한다. 신호가 입력되면 신호 값에 해당하는 디지털 신호의 값에 따라 그에 맞는 저항에 일정한 전압의 신호가 흐른다. 그러면 저항값에 따라서 디지털 신호 값에 맞는 전압의 아날로그 신호가 생성되게 된다.

델타 시그마 방식은 위와는 다른 방식으로 신호를 생성한다. 입력되는 신호는 PCM 신호이고, 이것을 PWM 형식의 신호로 변환한다. 이 PWM 신호는 DSD 신호와 유사한데, 쉽게 생각하면 PCM 신호를 DSD 신호로 변환한다고 생각해도 무관하다. 그리고 이 신호를 매우 고속으로 동작하는 스위치에 전달하면 위의 래더 to 래더 방식과 비슷하게 일정한 전압이 고속으로 켜졌다 꺼졌다 하게 되는데 이 신호는 의도했던 아날로그 변환값과 매우 유사하다. 매우 유사하다고 한 이유는 스위치가 동작하면서 생기는 스위칭 노이즈 때문인데, 스위칭 노이즈는 스위치가 동작하는 속도에 비례하는 주파수에서 생성되기 때문에 매우 높은 주파수를 가지게 된다. 이것을 높은 주파수의 신호를 자르는 필터(LPF)를 통과시키게 되면 의도했던 신호가 출력되게 된다. 이 방식은 한 개의 스위치를 사용하기 때문에 1-bit 방식으로 많이 불린다.

그렇기 때문에 래더 to 래더 방식의 DAC와 델타 시그마 방식의 DAC의 차이가 생기는데, 래더 to 래더 방식의 DAC는 요구하는 비트 수만큼의 스위치와 저항이 필요하다. 예를 들면 24비트 DAC라면 24개의 저항과 24개의 스위치를 정밀하게 동작시켜야 하는데, 스위치를 정확한 타이밍에 동작시켜야 함은 물론이고, 저항의 값이 요구되는 만큼 정확한 값의 저항을 사용해야 한다. 이 두 조건이 만족되지 못하면 그만큼의 노이즈가 생성되어서 최종적인 품질을 낮추게 된다.

그렇기 때문에 DAC 칩 제조사는 DAC 칩에 들어가는 저항을 레이저로 깎아서 튜닝하는 등 갖은 노력을 다했으나 이는 비용 상승으로 이어졌고 바로 DAC의 가성비에 직결되었다.

반면에 델타 시그마 방식은 한개의 스위치와 저항을 고속으로 동작시키기 때문에 래더 to 래더 방식의 DAC에서 요구되는 각 스위치 간 타이밍 동기화 문제가 없고, 저항을 튜닝하는 비용이 적다. 그렇기 때문에 낮은 가격으로 높은 품질을 뽑아낼 수 있다.

하지만 델타 시그마 DAC에서 태생적으로 스위칭 노이즈가 생기기 때문에 현재는 래더 to 래더 방식을 일부를 차용한 멀티 비트 델타 시그마 방식의 DAC 칩이 주류이다. 우리가 음악을 재생할 때 대부분의 시간은 신호의 크기가 큰 부분이다. 그렇기 때문에 신호의 크기가 가장 큰 몇개의 비트의 경우에는 래더 to 래더형으로 변환하고, 나머지 부분을 델타 시그마 방식으로 변환한 다음 마지막에 그 신호를 합치는 것이다. 예를 들어서 24비트 멀티비트 델타 시그마 DAC라면 위의 4비트는 래더 to 래더 방식으로 변환하고, 아래의 20비트는 델타 시그마 방식으로 변환하는 것이다. 이렇게 하면 5개의 스위치와 저항만 가지고 높은 수준의 품질과 가성비를 만족할 수 있다.

유명한 DAC 칩 제조사

DAC 칩은 우리가 생각하는 AP나 CPU에 비해 낮은 기술적 난이도를 가지지만 노하우의 비중이 크기 때문에 적은 수의 전문 메이커들이 생산한다.

• 울프슨

  예전에 iPod나 아이폰, 그리고 삼성 갤럭시 S에 들어가서 화제가 된 DAC 제조사이다. 갤럭시 S에 탑재된 WM8994칩은 SNR 100db 이상을 달성했기 때문에 스마트폰에서 고음질 음악 감상을 할 수 있는 계기가 되었다. 한때 이 칩을 컨트롤해서 음질을 끌어올린다는 '부두 사운드' 애플리케이션이 유행하기도 했다.github설명글 현재는 아이리버의 아스탤앤컨 브랜드의 AK100 등에 탑재되는 WM8740 등의 칩이 유명하다. 2014년에 시러스 로직과 합병되어서 현재는 시러스 로직의 브랜드로 출시된다.

• 시러스 로직

  울프슨과 함께 iPod나 아이폰에 들어가는 사운드 칩셋을 공급하며, 맥북 시리즈에 이 회사의 칩이 탑재된다. 또한 적절한 성능으로 많은 DAP에 이 회사의 칩이 탑재된다. 유명한 칩셋으로는 아스텔앤컨 등에 채용된 CS4398 등이 있다.

• TI (버브라운)

  디지털 음원 등장 초창기부터 제조한 전통적인 메이커이며, 검증된 브랜드이기 때문에 보수적인 오디오 제조사에서 많이 채용한다. 많은 전통적인 DAC 제조사들이 채택하는 PCM1794와 같은 칩들이 유명하다.

• ESS

  SABRE 브랜드로 DAC 칩을 출시하고 있으며, 다른 제조사들과는 다르게 여러 개의 DAC 회로를 병렬로 구동시키는 방식을 많이 사용한다. 예를 들어 ES9018은 32비트 8채널의 DAC 칩이나 많은 제조사들은 8채널을 다 사용하지 않고 4채널씩 묶어서 2채널로 구동시키는 방식을 사용한다. 이렇게 되면 SNR과 같은 수치가 많이 올라가기 때문에 (부하를 분산하면 잡음이 줄어든다) 고품질의 신호를 얻을 수 있다. 일반형 모델과 저전력 모델인 모바일용 모델이 나뉘어 있는데, 저전력을 위해 내장 DSP 등이 다운그레이드되어 있으므로 품질 자체는 일반형 모델이 더 좋다. LG V 시리즈에 이 회사의 ES9018 시리즈의 모바일 DAC가 탑재된 것으로 유명하다.

• AKM

  일본 회사이며 풀네임은 아사히카세이 마이크로 디바이스이다. 일본 회사답게 세세한 튜닝을 할 수 있는 제품이 많다. 예를 들어서 AK4493EQ같은 칩셋의 경우에는 6가지의 디지털 필터 중 하나를 선택해서 사용하는 방식이라 DAC 제조사에서 지원만 하면 6가지의 디지털 필터를 바꿔 가며 취향에 맞게 재생하는 등의 튜닝이 가능하다. 아이리버의 아스텔앤컨 시리즈의 2010년대 후반 제품들에 많이 채용된다.

아날로그 필터와 앰프

디지털 앰프에 대한 간단한 설명

위에도 말했듯이 DAC 칩의 출력에는 스위칭 노이즈와 같은 고주파 노이즈들이 끼어 있는데다가 DAC 칩에서 나오는 전압과 전류는 매우 작다.(전압과 전류가 높아지면 노이즈도 많이 끼며 제작이 어려워진다.) 그렇기 때문에 DAC 칩의 출력은 매우 낮으며, 이를 라인 레벨(2V 정도)로 증폭해야 다른 기기가 신호를 받아서 정상적으로 처리할 수 있다. 그래서 노이즈를 제거하고 출력을 증폭하기 위해서 아날로그 필터와 앰프가 들어가게 된다.

DAC 칩이 디지털 신호를 아날로그로 변환할 때까지는 상대적으로 많은 노이즈가 생기지 않고, 디지털 영역에서 처리되기 때문에 품질을 개선하기가 쉬웠던 반면, 아날로그 필터와 앰프 부분은 많은 노이즈가 발생하게 되고 속칭 '음색'을 결정하는데 중요한 영향을 미치는 부분이다. 보통 OPAMP를 사용해서 처리하지만, 메이커에 따라서 트랜지스터나 다른 부품들로 제작하는 경우가 있다. 아날로그 파트는 제품의 재료나 제조기술에 따라서 비용과 품질의 차이가 크기 때문에 매우 중요한 부분이다.

반면에 아날로그 부분의 앰프를 전혀 사용하지 않고 DAC와 통합된 '디지털 앰프'라는 구성도 있다. DAC 출력에서 나오는 PWM 신호의 크기를 키운 상태에서 출력한 다음 아날로그 필터로 고주파 노이즈를 잘라내는 것이다. 이렇게 제작하면 아날로그 앰프를 생략할 수 있어서 품질에 비해 제작비를 절감할 수 있어서 2010년대 이후 많이 시도되는 구성이다. 예를 들면 소니의 S-Master 앰프가 있다.

출력단

신호를 라인 레벨까지 증폭했으면 이제 출력을 해야 할 차례인데, 리시버의 출력은 크게 두 가지로 나뉜다. 라인 출력과 헤드폰 출력이 있는데, 전통적인 오디오 기기에 연결하는 것을 전제로 만든 경우 헤드폰 출력이 생략되는 경우가 많고, 들고다니면서 헤드폰과 같이 사용하는 경우에는 라인 출력이 없는 경우가 많다. DAC 입장에서 라인 레벨로 증폭하는 앰프는 반드시 필요한 반면, 헤드폰 출력은 옵션이기 때문에 헤드폰 출력을 생략하면 그만큼의 원가를 절감할 수 있다.

라인 출력은 보통 RCA 단자를 통해서 좌우 2개 채널로 출력하지만 제품에 따라서 XLR단자를 통한 밸런스 출력을 하기도 한다. 보통 라인 신호에는 볼륨이나 다른 회로가 관여하지 않고 DAC의 출력을 그대로 다음 기기로 넘기는 역할을 하기 때문에 DAC의 출력 중 가장 노이즈가 적은 출력 방식이 된다.

반면에 라인 출력은 절대적인 출력 자체가 약하기 때문에 임피던스가 높은 헤드폰같은 것을 구동하기 힘들기 때문에 헤드폰 앰프를 추가해서 헤드폰 출력으로 삼는 경우가 있다. 이 경우에는 라인 출력에서 신호를 따로 빼서 헤드폰 앰프를 거치게 된다. 그리고 볼륨과 연동해서 소리의 크기를 조절할 수 있도록 하는 경우도 많다. 하지만 이런 부가회로를 거치는 과정에서 노이즈가 생기기 때문에 헤드폰 출력의 품질은 라인 출력보다는 낮아지게 된다.

위의 2가지 출력은 아날로그 출력이나 일부 DAC는 디지털 신호를 출력하는 경우가 있다. 보통 USB 신호를 받아 광출력이나 동축 출력으로 S/PDIF 신호를 출력하거나, I2S나 제조사 자체 포맷의 디지털 신호를 출력하는 것이다. 이 경우에는 DAC 회로 자체를 거치지 않고 USB 인터페이스에서 바로 변환하게 된다. 이런 부분이 탑재된 이유는 인터페이스가 빈약하지만 소리가 우수한 DAC와 품질은 좀 떨어지지만 인터페이스가 다양한 DAC를 같이 사용하기 위해서이다. 하지만 DAC 회로 자체를 사용하지 않으므로 위의 디지털 변환 부분만 따서 만든 기기도 존재하며 이를 보통 DDC라고 한다. (Digiatal to Digital Converter)

전원부

노이즈를 억제하기 위해서는 매우 고순도의 전원이 필요하므로 DAC에서 전원부는 중요하다. 가장 간단하게는 PC나 모바일 기기에서 공급되는 USB 전원을 그대로 또는 가공을 거쳐 사용하거나, 외부에서 DC전원이나 배터리를 통해서 전원을 입력받기도 한다. DAC 칩이나 디지털 파트는 부품이 규격화되어 있어 제조사에 따라 성능이 달라질 여지가 많이 없는 데에 비해, 위의 아날로그 파트와 함께 전원부 설계능력은 DAC 회사의 노하우가 즉각적으로 반영되기 때문에 많은 DAC 회사는 전원부 설계에 많은 노력을 기울인다.

가장 기초적으로 USB 전원을 그대로 입력받아서 쓰는 DAC들이 있다. 간단하게는 게이밍 헤드폰에 내장되는 DAC로부터, 100만원이 넘어가는 모바일 DAC까지 USB 전원을 입력받아서 사용한다. 하지만 PC에서 입력되는 USB 전원은 부품들로부터 발생하는 노이즈가 많은 경우 그대로 유입되는 문제가 있어 이는 그대로 결과물의 품질과 직결된다.

위의 문제를 방지하기 위해 DAC 회사들은 USB 전원을 사용하지 않거나, USB 전원에서 순수한 직류 부분만 끌어내기 위해서 많은 노력을 한다. 가장 간단한 방법은 전원에 캐패시터를 추가하는 것이다. 캐패시터를 추가하면 직류 전원에서 노이즈 부분을 억제하기 때문에 전원 노이즈를 일정 부분 예방할 수 있다. 하지만 이런 방법을 사용하더라도 그라운드 루프 문제를 완벽하게 해결할 수 없고, 급격한 변화에 대응하기 어렵기 때문에 고급 DAC의 경우 USB 전원을 사용해서 LED에 불을 밝히고 이것을 일종의 태양 전지에 연결해서 전기를 만들어내는 '포토 커플러'를 사용하기도 한다.

전혀 다른 접근으로 AC전원을 가공하여 순도 높은 DC 전원을 만드는 생각을 한 제조사들도 있다. 그래서 트랜스를 포함해서 전원 회로를 설계하는데, 전원부 부품에서(다이오드, 레귤레이터 등) 나오는 열을 방출하기 위한 방열판까지 추가되므로 DAC의 무게가 매우 무거워진다. 그렇기 때문에 DAC의 전원부 품질은 무게에 비례하는 경향이 있다.

품질차이가 발생하는 이유

DAC는 따지고 보면 규격품이라고 할 수 있다. 표준적인 기술들이 들어가며 부품도 기성품을 조립해서 만들기 때문에 품질이 달라질 여지가 거의 없다. 진공관 앰프와 같이 특정한 음색을 노리고 만드는 경우가 많이 없고 플랫한 음색을 추구하는 제조사들이 많기 때문에 스펙으로 구매 여부를 판단하는 경우가 많다.

하지만 같은 DAC 칩을 사용했더라도 스펙이 차이가 나는데, 예를 들어 오디오트랙의 DR.DAC3은 SNR 수치가 129db에 이르는데, 같은 칩을 사용한 CD 플레이어인 TAD D600의 SNR은 115db이다. DAC 칩만으로 DAC의 스펙을 단정할 수 없다는 의미이다.

그렇기 때문에 어떤 부분이 음질에 영향을 미치는지를 판단하는 것이 구매에 도움이 되는데, 아이러니하게도 케이스부터 시작하게 된다. 금속 재질의 케이스는 EMI를 예방할 수 있기 때문에 외부에서 유입되는 노이즈를 차단하는 역할을 한다. 그래서 금속제 케이스로 된 DAC는 노이즈 방지에 어느 정도 신경썼다고 볼 수 있다.

다음은 입력단이다. 많은 고품질의 DAC들이 위에서 말한 포토 커플러나 트랜스를 사용해서 노이즈를 거른다. 그리고 좋은 클럭과 비동기식 입력 방식을 사용해서 지터 노이즈를 예방한다.

그리고 DSP부분이다. 우수한 업샘플링과 디지털 필터 알고리즘을 수행하려면 우선 높은 성능의 DSP가 필요하고, 보통은 외부에 따로 칩으로 자리해 있다. 많은 제조사들이 DAC 칩 내부에 있는 기능을 그대로 사용하지만, 일부의 하이파이 오디오 제조사들은 FPGA를 직접 프로그래밍하거나, 자사의 알고리즘을 심은 칩을 주문 생산한다. 예를 들어서 데논의 AI-32 프로세싱이나 간혹 보이는 K2HD 프로세싱 같은 알고리즘이 적용되었다는 홍보를 할 텐데 이 말이 자체적인 업샘플링과 디지털 필터 알고리즘을 적용하였다는 말이다. 하지만 요즘의 DAC 칩에 내장되는 알고리즘도 딱히 떨어진다고 말할 수는 없으므로 결과적인 스펙을 보고 판단하는 게 필요하다.

DAC 칩은 규격품이지만 이것을 어떻게 활용하는지에 따라 품질이 달라진다. DAC 칩은 여러 샘플링 레이트의 입력을 받을 수 있고 설정의 여지가 있는데 DAC 제조사에 따라서 최적화된 설정을 선택하게 된다. 그리고 물리적으로 여러 개의 DAC 칩을 달아서 동작하게 함으로서 크로스토크를 억제하는 설계를 하는 경우도 많다.

그리고 아날로그 부분인데, 아날로그 필터를 얼마나 날카롭게, 노이즈 없게 설계하는지에 따라서 품질과 가격이 달라진다. 아날로그 필터를 통과하게 되면 위상차이가 발생하는데, 이런 위상 차이에 의한 노이즈를 얼마나 가청 주파수 밖으로 밀어내고 깎아내는지, 가청 주파수 내의 신호가 얼마나 잘리지 않고 통과하는지, 가청 주파수 밖의 노이즈가 얼마나 제어되는지에 따라서 그 품질이 달라진다.

라인 출력을 위한 앰프도 품질에 많은 영향을 준다. 신호를 키우는 역할을 하기 때문에 앰프단에서 많은 노이즈가 발생하게 된다. 그래서 OPAMP를 사용한다면 얼마나 우수한 칩을 사용하고 부가회로가 얼마나 고품질인지, OPAMP를 사용하지 않는다면 앰프 회로가 얼마나 우수한지에 따라서 품질이 결정되게 된다.

유명한 DAC

• 오디오퀘스트 DragonFly
  

  케이블을 전문적으로 제조하던 오디오퀘스트 사에서 내놓은 휴대용 DAC이다. USB 전원을 사용하며 24비트/96khz까지 대응한다. ES9010 칩셋을 채용해서 기본적인 성능은 좋은 편이다. 후에 아날로그 볼륨을 없애고 출력을 높인 Red 버전과, DAC칩을 포함한 여러 가지를 개선한 Cobalt 버전이 나왔다. 시리즈 간 차이는 기본형(Black)은 TPA6130 칩을 장착해서 앰프로 사용하고 아날로그 볼륨을 채용한 반면, Red나 Cobalt는 ES9601 칩을 장착해서 고임피던스 헤드폰에도 대응하고 디지털 볼륨을 채용한 점이 다르다.

• 오디오트랙 Dr. DAC 3

  예전부터 사운드 카드를 제조하던 오디오트랙이 고음질을 표방하고 내놓은 DAC. TI의 PCM1794 칩을 채용하고 PCB설계부터 고품질의 부품들을 다수 채용하였기 때문에 129db의 SNR 특성을 가지는데다가 30만원 초반대의 높은 가성비로 인기를 끌고 있다. 하지만 출시된지 오래 되어서 최신OS대응이나 업데이트는 미진한 편. 24비트/192khz까지 대응한다.

• 케임브리지 오디오 DACMAGIC Plus

  24비트/192khz를 지원하는 거의 초창기의 DAC로서 WM8740칩을 2개 탑재하여 112db의 SNR수치를 가진다. 디지털 필터를 선택하거나 하는 커스터마이징이 지원되나 출시된지 오래되어서 최신 제품보다는 가성비가 떨어지는 편.

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