전원 극성(Polarity)의 중요성 - I
극성 맞추는 법과 극성이 음질에 주는 영향

전기 극성(Polarity)이란

전기는 극성(Polarity)을 갖고 있습니다. 전기가 흐르는 케이블은 라인선(Line), 중성선(Neutral), 접지선(Ground)으로 구성되어 있습니다. 모든 교류(AC) 전자기기는 Line(Live)에서 전기를 받아들여 Neutral(Return)로 돌려주도록 회로를 설계합니다. 즉, 전기가 나와서 들어가는 방향이 있고 그 방향을 극성(Polarity)이라 한다, 이 정도로 이해하시면 됩니다. 

IEC 단자로 본 일반적인 구성

오디오 시스템에서 전기의 극성이 중요한 이유

전원의 극성을 맞추지 않은 경우

기기들의 전기 극성이 맞지 않은 경우에 대한 앱솔루트사운드에 있는 자료 입니다.

다른 기기들은 극성에 맞게 파워코드를 꼽은 상태에서, 한 기기에만 극성이 반대인 파워코드를 꼽는다면 그 기기의 섀시 전압이 달라지게 된다(전원 트랜스에서 나오는 누설전류 양이 달라지기 때문에). 이렇게 되면 기기를 연결한 인터커넥터의 접지선을 통해 전류가 흐르는데(기기간 섀시 전압이 다르기 때문에) 이것이 바로 그라운드 루프(Ground Loop)이고, 이는 전원 고조파(Harmonic) 노이즈로서 음질에 치명적 악영향을 준다. 극성을 잘못 꽂았을 때 저역이 약해지는 것도 이 그라운드 루프와 60Hz 신호의 정배수인 고조파 노이즈 때문이라고 할 수 있다 

원문 : 앱솔루트 사운드. 2017년 3월2일
https://www.theabsolutesound.com/articles/tip-of-the-month-ac-polarity/

극성(Polarity)과 위상(Phase)

많이들 혼동하는 것이 극성(Polarity)과 위상(Phase)입니다. 극성과 위상은 다른 것입니다. 극성이 안맞는 경우 180도 위상이 틀어진 것(Out of Phase)처럼 현격한 차이가 나지 않습니다. 얼핏 들으면 어떤 음악에서는 극성이 맞지 않은 쪽이 더 좋게 들리기도 합니다. 하지만 전원의 극성이 안맞으면 여러가지로 음질적 악영향을 끼치게 됩니다. 그 원리와 이유에 대해서 알아보겠습니다.

극성은 AC, DC에 모두 해당되며 위상은 AC에만 해당이 됩니다. 극성은 전기방향, 즉 전기가 기기로 들어가는 Line(L)과 기기로부터 나오는 Neutral(N)이 이 바뀌는 것을 이야기하며, 역위상은 신호의 +(플러스), -(마이너스)가 180도 바뀐 것을 이야기합니다.

Out of Phase

만일 스피커케이블의 +와 -를 반대로 꼽은 경우 위상(Phase)이 바뀌는 것이 아니라 극성(Polarity)이 바뀌는 것입니다. 그리고 바뀐 극성 때문에 위상이 뒤집히게(Out of Phase) 됩니다. 극성과 달리 위상(Phase)은 시간과 관련이 있습니다. 스피커케이블이 바뀐 경우 180도 늦은 위상(Out of Phase)이 만들어지게 되는 것입니다.

Phase Shift

전기의 극성이 오디오 음질에 작용하는 것은 매우 복합적입니다. 만일 두 스피커의 극성이 다른 경우 파장이 큰 저역은 서로 상쇄되어 사라질 수 있습니다. 파장이 긴 만큼 위상 딜레이(Delay) 정도에 따라 서로 다른 영향을 주기 때문입니다. 두 스피커에서 서로 위상이 맞지 않은 소리가 나면 파장이 짧은 고역의 신호는 크게 왜곡이 됩니다. 파장이 짧은 만큼 위상 딜레이 효과가 즉각적으로 나타나기 때문입니다. 그래서 음이 거칠어지거나 고역이 감쇄되는 형상이 나타나게 됩니다. 위의 그래프처럼 극성 반전은 위상이 180도로 뒤집히는 것이고,위상은 딜레이 시간(Delay Time)에 따라 주파수가 변조(왜곡)되게 됩니다.

전원 극성에 따른 음질변화

이를 요약하면 전기 극성(Polarity)이 안맞으면 신호의 위상(Phase)에 영향을 주며, 오디오 시스템 내의 Ground Loop가 증폭되고, 60Hz 배수로 발생하는 전기 고조파(Harmonic) 노이즈까지 발생하여 음질에 복합적으로 해를 끼친다는 것입니다.

피크(Peak)와 딥(Dip)

전기 극성이 안맞았을 때 음질에 주는 악영향은 시스템에 따라 음원에 따라 다른 현상으로 나타납니다. 쉽게 이야기하여 특정 대역에서의 왜곡(Dip과 Peak)이 발생하는 것이므로, 그 왜곡된 대역과 겹치는 부분이 소멸(Dip)되거나 강조(Peak)되기 때문입니다.


극성 체크 방법

일반적으로 전원코드의 극성은 검전드라이버나 테스터기를 이용하여 전원코드에서 측정을 합니다. 하지만 이 경우는 기기가 올바른 극성으로 설계되었다는 것을 전제로 합니다. 기기에 따라 극성이 반대로 되어있는 경우가 있습니다. 정확한 극성을 맞추시려면 아래의 단계로 하면 됩니다.

전원코드에서 측정

  1. 가장 간단한 방법입니다.
  2. 멀티탭에 전원코드를 꼽은 후 검전드라이버나 테스터기를 이용하여 IEC단자를 마주본 상태에서 오른쪽 단자에 높은 전압이나 검전드라이버의 불이 들어오게 세팅합니다.
  3. 만일 왼쪽단자에서 불이들어오거나 전압이 더 높게 나오면 멀티탭에 꼽은 전원코드의 방향을 180도 돌려서 바꿔서 끼우면 됩니다.
    위와 같이 Ground - Line(Live) 쪽에 전압이 더 높게 나와야 합니다.

위 전원코드 측정방법의 문제는 연결되는 오디오기기가 정상극성으로 제작되었다는 것을 전제로 합니다. 하지만 기기에 따라 극성이 반대로 되어있는 경우도 있습니다. 그래서 좀 더 정확하게 극성을 맞추는 방법은 아래와 같습니다.

기기에서 측정

  1. 테스터기가 필요합니다.
  2. 스피커케이블, 인터커넥터 등을 모두 제거하고 전원코드만 연결을 한 후 기기의 전원을 켭니다.
  3. 테스터기 측정을 "AC"로 맞춥니다.
  4. 빨간색 단자를 손에 쥐고 검정색 단자를 기기 섀시의 나사 등에 접촉시킵니다.
  5. 테스터기에 나온 숫자를 기억한 후 멀티탭에 AC단자를 빼서 반대로 꼽습니다.
  6. 5번의 측정을 한 번 더 합니다.
  7. 측정한 둘 중에 더 낮은 숫자가 나온것이 올바른 극성입니다.
    좌측의 더 낮은 전압(2.022V)이 나오는 쪽이 극성이 맞는 것입니다.

귀로 측정

  1. 자주 듣는 익숙한 곡을 선정합니다.
  2. 악기가 많지 않은 오디오파일용 음반의 보컬(여성보컬)을 추천합니다.
  3. 아래의 그림처럼 핀포인트의 음상이 정확하게 맻히는지 점검합니다.

예외사항

  • 아주 드문 경우이기는 하지만 기기가 시간이 지나며 극성이 뒤바뀌는 경우도 경험하였습니다. DAC였는데 음악을 듣고 있으면 30분 정도 지나면 극성이 뒤집히는 경우도 있었습니다. 전기의 문제인지 기기 자체의 문제인지 모르겠으나 그러한 황당한 경우는 예외로 합니다.
  • 레코딩 자체가 역위상으로 녹음된 음반들도 많이 있으며, 심지어 채널별로 위상이 다른 음반들이 있습니다. 예를 들면 보컬, 바이올린, 피아노, 드럼이 있다면 보컬, 바이올린은 정위상인데 피아노와 드럼이 역위상으로 녹음된 음반들도 있습니다. 그러한 음원으로는 판단하기 어려우니 가급적 오디오파일용 음반에 있는 익숙한 음원으로 테스트하시는 것이 좋습니다.

극성이 안맞았을 때 음질 변화 요약

전원코드의 극성과 스피커케이블의 극성이 안맞았을 때 나타나는 현상은 다릅니다. 스피커케이블의 경우 역위상(Out of phase)을 만들어버리기 때문에 그 차이가 현격하지만, 전원코드의 극성이 바뀌는 경우는 시스템에따라, 리스닝 룸 환경에 따라, 음원에 따라 다양한 형태로 나타나게 됩니다. 하지만 분명한 것은 음질이 더 나빠진다는 것입니다.

저역

대부분의 경우 저역의 양이 감소합니다. 초저역이 감소한 만큼 더 단단해지거나 중저역의 양감이 많아질 수도 있고, 텐션이 더 좋게 들릴 수도 있습니다. 전원 극성이 맞지 않으면 그라운드 루프(Ground Loop)와 이에 따른 60Hz 배수의 전기 고조파 노이즈로 인해 저역-중역대가 왜곡되고, 한쪽 스피커케이블의 극성이 맞지 않으면 역위상(Out of Phase)으로 인해 저역이 감쇄하게 됩니다.

중역

치찰음이 심해지거나 부드러워집니다. 음상이 정확하게 맺히지(Focusing) 않고 퍼지거나 왜소해지기도 합니다. 시스템이나 음반에 따라 더 화려하고 현란하게 들리기도 합니다. 전기 고조파 노이즈(60Hz, 120Hz, 180Hz...)의 추가와 위상(Phase)의 시간 차이로 중역대가 흐려지거나 엷어지며 왜곡이 발생하게 됩니다.

고역

배음이 감소하면서 더 깔끔하게 들리기도 합니다. 배음이 증가하면 뒤섞이고 소란스러워지고, 음정의 높낮이에 따라 음상(Focusing)이 흔들리게 됩니다. 고역은 잘못된 극성과 이에 따른 역위상에 가장 민감한 영향을 받습니다. 극성이 잘못되면 고역이 롤-오프되거나 음의 번짐이 심해지며 음상이 흐려지고, 답답하게 만들기도 합니다.

사운드 스테이지, 포커싱, 채널분리도

전기의 극성이 잘못되면 이 부분은 무조건 안좋아집니다. 어느 오디오 시스템을 들어보면 바이올린 소리가 고음부로 올라가면서 음상의 위치가 수시로 바뀌며 날라다니는 경험을 해보신 적이 있을 것입니다. 여러가지 이유가 있겠지만 전원의 극성이 안맞은 것이 주범일 확률이 높습니다. 뒷배경이 지저분해지고 정위감이 만들어지지 않습니다. 위상차(Phase Shift)는 좌우 채널 분리도(Channel Separation)에 영향을 줍니다. 따라서 음상이 정확하게 안맞고 흔들리거나 위치가 변하게 됩니다. 따라서 정확한 핀 포커싱이 만들어지지도 않고 악기의 음상은 음정에 따라 위치를 마구 이동하며 흔들리게 됩니다.음의 분리가 안되고 입체감이 없는 평면적인 사운드 스테이지

음상(Imaging)

극성이 안맞으면 음상의 물리적 크기가 더 커집니다. 음상 중심부의 밀도가 엷어지고 주변부가 더 선명해지는 도넛 형태의 음상이 만들어지기도 합니다. 심한 경우 음상의 위치가 정확하게 포착되지 않고 양쪽에서 두개로 나뉘어 들리기도 합니다.

음상이 안좋은 예.음상이 명확하게 맺히지 못하고 뿌옇고 혼탁한 음상이 가운데가 엷고 주변부로 퍼진다

 

다음자료 : 전원 극성(Polarity)의 중요성 - II - 극성에 따른 음질의 변화