KR20180090667A - 밸런스 오디오 케이블 - Google Patents

Abstract

본 발명은 아날로그 신호를 전송하기 위해 밸런스 방식을 이용하는 오디오 케이블을 제안한다. 특히, 본 발명은 아날로그 신호를 밸런스 방식으로 전송하는 오디오 케이블에 있어서, 오디오 케이블의 일측에 구비되는 것으로서, 휴대용 오디오 기기에 삽입되며, 복수개의 단자들을 포함하는 제1 포트를 포함하는 것을 특징으로 하는 밸런스 오디오 케이블을 제안한다. 본 발명에 따르면, 전송되는 두 신호들 사이에 발생하는 동상 노이즈를 제거할 수 있으며, 전송되는 신호들이 2개이기 때문에 출력을 크게 할 수 있다.

Description

밸런스 오디오 케이블 {Balanced audio cable}

본 발명은 오디오 케이블에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 휴대용 오디오 기기를 위한 오디오 케이블에 관한 것이다.

사용자들의 고음질 음악 감상 요구에 대응하여 오디오 시스템의 고품질 음원 재생 성능은 계속 발전해 왔다. 기존의 오디오 시스템에서 고품질 음원 재생 성능은 주로 대형 오디오 시스템에서만 제공될 수 있었고, 대형 오디오 시스템은 일반적으로 복수개의 오디오 콤포넌트(Audio Component)들이 조합되어 구성된다. 이렇게 복수개의 오디오 콤포넌트들이 조합되는 오디오 시스템에서는 복수개의 오디오 콤포넌트(Audio Component)들을 서로 전기적으로 연결하여 신호를 전송하는 오디오 케이블(Audio Cable)의 성능 또한 매우 중요한 이슈가 된다.

종래의 오디오 케이블은 단순히 오디오 콤포넌트들을 전기적으로 연결하여 전기 신호를 전송하는 구성요소로 인식되어 일반적인 전선과 동일하게 취급되었다. 그러나 사용자들이 더욱 고음질의 음향을 오디오 시스템에 요구하게 됨에 따라 오디오 콤포넌트들 사이에서 신호를 전송하는 오디오 케이블의 품질 향상에 대한 요구가 함께 증가되어 왔다. 이는 오디오 시스템에 포함된 다수의 오디오 콤포넌트들과 부가 장치들 중에서 오디오 케이블이 대표적인 노이즈(Noise) 유입 경로로 알려져 있기 때문이기도 하다. 이러한 사용자들의 요구에 따라 현재 오디오 케이블은 일반적인 전선과 구분되어 독자적으로 개발이 진행되고 있는 추세이다.

한국등록특허 제1,106,681호 (공고일 : 2012.01.18.)

본 발명은 아날로그 신호를 전송하기 위해 밸런스 방식을 이용하는 오디오 케이블을 제안하는 것을 목적으로 한다.

그러나 본 발명의 목적은 상기에 언급된 사항으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위해 안출된 것으로서, 아날로그 신호를 밸런스 방식으로 전송하는 오디오 케이블에 있어서, 상기 오디오 케이블의 일측에 구비되는 것으로서, 휴대용 오디오 기기에 삽입되며, 복수개의 단자들을 포함하는 제1 포트를 포함하는 것을 특징으로 하는 밸런스 오디오 케이블을 제안한다.

바람직하게는, 상기 제1 포트는 복수개의 단자들로 4개의 단자들을 포함한다.

본 발명에 따르면, 다음과 같은 효과들을 얻을 수 있다.

첫째, 전송되는 두 신호들 사이에 발생하는 동상 노이즈를 제거할 수 있다.

둘째, 전송되는 신호들이 2개이기 때문에 출력을 크게 할 수 있다.

도 1은 언밸런스 방식으로 음원 신호를 전송하는 경우의 예시도이다.
도 2는 밸런스 방식으로 음원 신호를 전송하는 경우의 예시도이다.
도 3은 밸런스 방식으로 노이즈 신호를 제거하는 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 오디오 케이블의 일측에 구비되는 제1 포트의 예시도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 오디오 케이블이 적용될 수 있는 휴대용 오디오 기기의 예시도이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일실시예에 따른 오디오 케이블의 타측에 구비될 수 있는 제2 포트의 제1 예시도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 오디오 케이블의 타측에 구비될 수 있는 제2 포트의 제2 예시도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.

오디오 케이블은 연결되는 오디오 컴포넌트들의 종류에 따라 전송해야 하는 서로 상이한 특성의 신호를 전송할 수 있도록 구성되어야 하므로, 연결되는 오디오 컴포넌트들의 종류에 따라 몇가지로 구분될 수 있다. 오디오 케이블은 대표적으로 스피커 케이블(Speaker Cable), 인터커넥터 케이블(Interconnector Cable) 및 파워 케이블(Power Cable)로 구분된다. 스피커 케이블은 오디오 시스템에서 앰프(Amp)와 스피커(Speaker)를 연결하는 케이블을 의미하며, 인터커넥터 케이블은 프리앰프(Preamp)와 파워앰프(Poweramp)의 사이 또는 음원 신호를 획득하는 소스 기기와 프리앰프(또는 인티앰프(Intiamp))의 사이를 연결하는 케이블을 의미한다. 만일 스피커가 앰프가 내장된 액티브 스피커라면, 인터커넥터 케이블은 스피커와 다른 오디오 컴포넌트들을 연결하는 경우에도 사용된다. 그리고 파워 케이블은 오디오 시스템 전체 또는 오디오 컴포넌트들 각각에 전원을 공급하는 오디오 케이블이다.

이중에서 파워 케이블은 단순히 오디오 시스템에 전력을 공급하는 케이블이므로, 케이블의 양측 단자의 형태가 대부분 규정되어 있다. 즉 전원 포트(PP)의 형태가 대부분 통일된 형태를 갖는다. 그리고 스피커 케이블의 경우에는 스피커와 앰프 양측의 단자 형태가 말굽형 또는 바나나형과 같은 몇가지 형상으로 제한되거나, 경우에 따라서는 스피커 케이블 일단의 피복 일부를 제거하여 직접 연결하여 포트를 필요로 하지 않는 방식을 사용한다.

그에 비해 인터커넥터 케이블은 다양한 오디오 컴포넌트들을 서로 연결해야 하므로 양측 단자의 형태가 매우 다양하게 구성될 수 있다. 또한 서로 다른 오디오 컴포넌트들을 연결하게 됨에 따라 각 오디오 컴포넌트들의 포트 형상에 따라 양측 단자의 형태가 서로 상이한 경우가 대부분이다. 따라서 인터커넥터 케이블에서는 서로 다른 양측 단자의 형태로 인해 케이블 내부의 복수개의 신호선들이 서로 매치되지 않는 경우가 발생할 수 있다. 이렇게 서로 다른 양측 단자의 형태로 인해 케이블 내부의 복수개의 신호선들이 서로 매치되지 않게 되면, 정상적인 음향 신호를 전송하지 못하게 되는 경우가 발생하거나, 음향 신호를 전송할 수 있더라도 음질에 큰 손실이 발생할 수 있다. 그러므로 인터커넥터 케이블 양 단자 사이의 신호선 매치는 매우 중요한 문제이다.

한편 기술의 발전에 의해 휴대용 오디오 기기의 성능 또한 비약적인 발전을 거듭하고 있다. 휴대용 오디오 기기들은 기본적으로 사용자들이 시간과 공간에 구애받지 않고 음악을 감상할 수 있도록 소형으로 구현되어야 한다는 제약을 갖는다. 따라서 휴대용 오디오 기기들은 대부분 이어폰(Earphone)이나 헤드셋(Headset)만을 이용하여 음악을 감상하는 것을 목적으로 개발되어 왔으며, 오디오 케이블을 이용한 다른 오디오 컴포넌트들과의 전기적 연결에 대해서는 고려하지 않았다. 이는 휴대용 오디오 기기들의 성능이 고출력 고음질의 음향을 재생하기에 부족하다는 문제 이외에도, 다른 오디오 컴포넌트들과의 전기적 연결을 제공하기 위해 오디오 케이블이 접속될 수 있는 포트(Port)를 복수개로 구비하게 되면, 휴대용 오디오 기기의 기본적인 특징인 소형화가 어렵다는 문제가 있기 때문이다.

그럼에도 최근 휴대용 오디오 기기들의 급격한 성능 향상으로 인해 고비용의 대형 오디오 시스템 전체를 별도로 구매하지 않고, 일부 오디오 컴포넌트들을 휴대용 오디오 기기와 연결함으로써 고성능의 오디오 시스템을 구축할 수 있기를 원하는 사용자들이 증가하고 있다. 즉 사용자들은 휴대용 오디오 기기를 오디오 컴포넌트들과 연결하여 오디오 시스템을 구축할 수 있는 방법을 요구하고 있다.

아날로그 신호를 전송하기 위해 쓰이는 방식에는 밸런스와 언밸런스 두 가지로 구분이 된다.

도 1은 언밸런스 방식으로 음원 신호를 전송하는 경우의 예시도이다.

언밸런스는 일반적으로 사용되는 "신호(L + R) + 그라운드"로 구성이 되어 있다. 이 구조에서는 외부에서 유입되는 노이즈를 막기 위한 그라운드가 포함되어 있다. 하지만 그라운드는 외부에서 유입되는 노이즈의 전부를 막을 수 없기 때문에, 전송되는 신호에도 일부 노이즈도 포함이 되어 전송될 수 있다. 이때 포함된 노이즈는 전달되는 신호에도 영향을 주어 소리에 변형을 일으키는 역할을 한다. 또한 언밸런스의 경우 전송되는 신호의 거리가 길어질수록 외부의 노이즈가 더 많이 유입되어, 주로 짧은 1 ~ 2m의 거리에서 사용한다.

도 2는 밸런스 방식으로 음원 신호를 전송하는 경우의 예시도이다.

밸런스 방식은 신호가 전송되는 과정에서 유입된 노이즈를 줄이기 위해 개발된 전송 방식으로, 언밸런스 방식의 "신호(L + R)"에 뒤집어진 "역위상 신호(L + R)"를 추가해서 전송하는 방식이다.

이런 밸런스 방식은 언밸런스 방식에 비해 몇 가지의 장점이 있다. "신호 + 역위상 신호"에서 발생하는 동일한 노이즈(동상 노이즈)를 제거할 수 있으며, 또한 전송되는 신호가 2개이기 때문에 출력이 커지는 장점이 있다.

기존 대부분의 이어폰에 사용되는 언밸런스 방식은 기준 신호로서 접지 신호(GND)와 파지티브(+) 음원 신호만을 전송한다. 그러나 밸런스 방식은 파지티브(+) 음원 신호와 기준 신호인 접지 신호(GND) 뿐만 아니라 파지티브(+) 음원 신호에 대해 역상 신호인 네거티브(-) 음원 신호를 함께 전송하는 방식이다.

이렇게 파지티브(+) 음원 신호와 네거티브(-) 음원 신호를 한쌍으로 전송하는 밸런스 방식에서는 신호 전송시에 노이즈가 유입되면, 유입된 노이즈는 파지티브(+) 음원 신호와 네거티브(-) 음원 신호에 공통적으로 반영되게 된다. 따라서 밸런스 방식의 신호를 수신한 장치가 파지티브(+) 음원 신호에서 네거티브(-) 음원 신호를 차감하면, 두 음원 신호에 공통으로 포함된 노이즈 신호를 제거하고, 신호의 크기를 크게 할 수 있다. 즉 노이즈에 강인한 음원 신호를 전송할 수 있다.

밸런스 방식을 사용하여 복수개의 오디오 컴포넌트들 사이에 음원 신호를 전송하는 경우에는 일반적으로 XLR 단자가 구비된 밸런스 오디오 케이블을 사용한다. 밸런스 오디오 케이블은 파지티브(+) 음원 신호와 네거티브(-) 음원 신호 및 접지 신호(GND)를 전송할 수 있도록 3개의 라인이 포함되며, 오디오 시스템을 스테레오로 구성하는 경우에는 좌측 및 우측 음원 신호를 각각 구분하여 2개의 밸런스 오디오 케이블이 사용된다. 따라서 2개의 밸런스 오디오 케이블에 6개의 라인이 사용된다. 밸런스 방식에서 접지 신호(GND)는 밸런스 오디오 케이블을 통해 음원 신호를 전송하는 오디오 콤포넌트들 사이의 신호 레벨을 일치 시키기 위한 기준 신호로 사용된다.

BA 이어폰은 밸런스 방식을 사용하지만, 접지 신호(GND)를 필요로 하지 않는다. 이는 BA 이어폰이 신호 레벨을 일치시킬 필요가 없이 파지티브(+) 음원 신호와 네거티브(-) 음원 신호의 차이를 이용하여 음향을 재생하기 때문이다. 따라서 스테레오 음향을 재생하는 BA 이어폰은 일반적으로 라이트 네거티브 음원 신호(R-), 라이트 파지티브 음원 신호(R+), 레프트 파지티브 음원 신호(L+) 및 레프트 네거티브 음원 신호(L-)의 4극성으로 구성된다.

그리고 밸런스 포트(BP)는 BA 이어폰의 단자에 대응하는 4극성으로 구성된다.

전원 포트(PP)는 파워 케이블이 삽입되어 휴대용 오디오 기기(10)에 공급할 전력을 수신한다. 전원 포트(PP)의 형태 또한 삽입될 파워 케이블의 단자 형태에 대응하여 구성되며, 마이크로 USB 포트가 현재 많이 쓰이는 단자이다.

도 3은 밸런스 방식으로 노이즈 신호를 제거하는 방법을 설명하기 위한 개념도이다.

그라운드는 외부에서 유입되는 노이즈를 100% 막을 수 없기 때문에, "신호 + 역위상 신호" 양쪽에 노이즈가 발생한다. 두 신호가 나란히 있기 때문에, 대부분 같은 파형으로 노이즈가 발생하게 되는데, "신호"에 "역위상 신호"를 빼서 동일 노이즈를 제거한 신호를 전달하게 된다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 오디오 케이블의 일측에 구비되는 제1 포트의 예시도이다.

플러그를 도 4에 도시된 바와 같이 구현하면 BAL 출력을 받을 수 있는 이어폰, 헤드폰, 앰프 등을 만들 수 있다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 오디오 케이블이 적용될 수 있는 휴대용 오디오 기기의 예시도이다.

도 5는 2.5mm 4극 잭을 이용하여 밸런스 출력을 구현할 수 있는 휴대용 오디오 기기(500)의 예시이다. 도 5에서 가운데 보이는 잭(510)이 2.5mm BAL 잭이다.

휴대용 오디오 장치는 이어폰 포트(EP), 밸런스 이어폰 포트(BP) 및 전원 포트(PP)를 구비한다.

이어폰 포트(EP)는 일반적인 휴대용 오디오 장치가 대부분 지원하는 모노(Mono) 또는 스테레오(Stereo) 이어폰이나 헤드셋의 단자가 연결되는 포트로서 언밸런스(Unbalanced) 방식으로 신호를 전송하는 포트이다. 이하에서는 설명의 편의를 위해 이어폰이 헤드셋을 포함하는 것으로 가정하여 설명한다.

휴대용 오디오 장치의 이어폰 포트(EP)에는 일반적으로 3.5 φ 직경을 가지는 2극 내지 4극 단자 이어폰 단자가 삽입된다. 2극 단자를 갖는 이어폰은 모노 이어폰으로 하나의 음원 신호(S)와 접지 신호(GND)를 수신하고, 수신된 음원 신호(S)를 사용자가 청취할 수 있는 가청 주파수 대역의 소리 신호로 변환하여 출력한다. 3극 단자를 갖는 이어폰은 스테레오 이어폰으로, 좌측 및 우측 각각에 대한 2개의 음원 신호(SL, SR)와 접지 신호(GND)를 수신하여 사용자의 양측 귀에 서로 다른 소리가 출력되도록 한다. 4극 단자를 갖는 이어폰은 3극 단자 이어폰의 신호에 마이크나 리모콘 기능을 제공하기 위한 신호가 추가되는 구조를 갖는다. 드물게 노이즈 캔슬링을 위해 5극 단자를 갖는 이어폰이 제공되는 경우도 있으나 일반적으로 사용되지 않는다. 이어폰 단자의 극성 수에 따른 각 신호의 배치는 현재 표준(Standard)이 지정되어 있지 않아 각 제조 업체별로 서로 상이하다.

그리고 휴대용 오디오 장치에서 이어폰 포트(EP)는 지정된 이어폰의 단자에 대응하여 포트의 극성 수와 각 신호의 배치가 결정된다. 즉 포트와 이어폰의 극성 수가 매치되어야 정상적으로 음향 신호를 전송할 수 있다. 다만 상기한 바와 같이 일반적인 이어폰들은 극성의 수와 무관하게 음원 신호를 수신하여 소리 신호를 출력하기 위해서는 접지 신호(GND)가 반드시 포함된다. 이는 일반적인 이어폰이 접지 신호(GND)와 하나의 음원 신호(S, SL, SR)의 변화를 이용하여 소리 신호를 재생하기 때문이다. 여기서 하나의 음원 신호를 파지티브(+) 음원 신호라 한다.

상기한 바와 같이 기준 신호인 접지 신호(GND)와 파지티브(+) 음원 신호(S, SL, SR)를 전송하는 방식을 언밸런스 방식이라 하며, 현재 가장 많이 이용되는 방식이다. 언밸런스 방식은 전송 거리에 따른 노이즈의 영향이 크기 때문에 통상적으로 1~1.5m 이내의 거리에서 이용되는 신호 전송 방식이다.

한편 밸런스 포트(BP)는 고음질의 음향 신호를 전송하기 위해 밸런스드 아마추어 (Balanced Armature : 이하 BA) 이어폰의 단자가 삽입되는 포트이다. BA 이어폰은 밸런스 방식을 사용하는 이어폰으로서, 밸런스 방식은 노이즈의 영향을 크게 받는 언밸런스 방식의 단점을 극복하기 위해 개발된 신호 전송 방식이다.

도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일실시예에 따른 오디오 케이블의 타측에 구비될 수 있는 제2 포트의 제1 예시도이다.

휴대용 오디오 기기와 다른 오디오 컴포넌트를 밸런스 방식으로 연결할 경우 오디오 케이블의 일측에 구비되는 제1 포트는 휴대용 오디오 기기에 접속되며, 오디오 케이블의 타측에 구비될 수 있는 제2 포트는 오디오 컴포넌트에 접속될 수 있다.

도 6a는 제2 포트의 사시도이며, 도 6b는 제2 포트의 단면도이다. 제2 포트는 본 실시예에서 XLR 단자로 구현될 수 있다. 이러한 제2 포트는 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이 Male 형태(620, 640)와 Female 형태(610, 630)의 한쌍으로 구성될 수 있다.

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 오디오 케이블의 타측에 구비될 수 있는 제2 포트의 제2 예시도이다.

오디오 케이블의 제2 포트는 도 7에 도시된 바와 같이 생겼고, 1개당 지름이 18.5mm 이상이고, Left, Right 2개의 잭을 사용할 수 있다.

본 발명에 적용될 수 있는 휴대용 오디오 기기는 휴대용에 맞게 2.5mm 잭/플러그를 이용한 밸런스 출력을 구현하여 상용화할 수 있다.

한편 본 실시예에서 제2 포트는 제1 포트와 동일한 형태로 구현되거나, 도 6 및 도 7에 도시된 형태와는 다른 형상으로 구현되는 것도 가능하다.

이상에서 설명한 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 기재되어 있다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 그 모든 구성요소들이 각각 하나의 독립적인 하드웨어로 구현될 수 있지만, 각 구성요소들의 그 일부 또는 전부가 선택적으로 조합되어 하나 또는 복수개의 하드웨어에서 조합된 일부 또는 전부의 기능을 수행하는 프로그램 모듈을 갖는 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수도 있다. 또한, 이와 같은 컴퓨터 프로그램은 USB 메모리, CD 디스크, 플래쉬 메모리 등과 같은 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체(Computer Readable Media)에 저장되어 컴퓨터에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써, 본 발명의 실시예를 구현할 수 있다. 컴퓨터 프로그램의 기록매체로서는 자기 기록매체, 광 기록매체 등이 포함될 수 있다.

또한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 상세한 설명에서 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (2)

1. 아날로그 신호를 밸런스 방식으로 전송하는 오디오 케이블에 있어서,
   상기 오디오 케이블의 일측에 구비되는 것으로서, 휴대용 오디오 기기에 삽입되며, 복수개의 단자들을 포함하는 제1 포트
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 밸런스 오디오 케이블.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1 포트는 복수개의 단자들로 4개의 단자들을 포함하는 것을 특징으로 하는 밸런스 오디오 케이블.

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