1부
- 1. 네트워크 오디오 재생 기술
- 1-1 DLNA UPnP
- 1-2 OpenHome
- 1-3 ROON
- 1-4 프로용 프로토콜 Ravenna, AES67, Dante
- 2. DLNA, RAAT 속에 담긴 스트리밍 기술, 프로토콜
- 3 간단히 정리해보는 네트워크의 프로토콜
2부
- 4. 고음질 네트워크 스트리밍, 디레타
- 4-1 네트워크 노이즈의 원흉, 전류 스파이크
- 4-2 전류 스파이크를 줄이는 새로운 프로세싱 구조
- 4-3 전류 스파이크를 줄이려는 노력들
- 5 . 디레타를 맛볼 수 있는 오디오 기기
- 6. 컴퓨터의 사운드 출력, 디레타 LAN DAC
- 7. 정리
4. 고음질 네트워크 스트리밍, 디레타
오늘의 주인공인 ‘디레타’ 를 소개하기 위해 긴 여정을 공부해왔다. 그렇다면 이제 고음질을 위해 설계된 새로운 네트워크 오디오 프로토콜인 디레타를 알아보기로 하자. 고음질 오디오 전용 스트리밍 기술인 디레타는 네트워크 구조에서 어플리케이션 레이어에 속하는 신규 프로토콜이다. ROON이 RAAT를 쓰고, DLNA가 HTTP를 쓰듯이, 디레타는 디레타 프로토콜을 사용하는 것이다.
그렇다면 디레타 프로토콜은 무엇이 다르길래 고음질, 오디오 전용 같은 표현을 사용하는 것일까? 디레타의 철학은 기존 네트워크의 프로토콜들과는 완전히 다르다. 컴퓨터에서 단순히 정보를 주고 받는 것만이 목적인 기존 프로토콜과 달리, 전송된 음악 정보가 고음질로 재생될 수 있도록 사운드 재생 측면의 결과물까지 고려한 전송 기술이 디레타이다.
4-1 네트워크 노이즈의 원흉, 전류 스파이크
앞서 소개한 네트워크의 구조와 신호 송수신 방식은 모두 컴퓨터의 회로와 소프트웨어 코드로 동작된다. 네트워크 플레이어에는 이러한 컴퓨터 회로와 소프트웨어가 내장되어 있는 것이다. 컴퓨터 회로는 전원부에서 오는 노이즈, 디지털 프로세서와 각종 IC에서 발생되는 디지털 노이즈 등이 난무한다. 흔히 오디오 기기들은 이러한 회로적 전기 노이즈를 줄이기 위해 콘덴서나 코일 같은 부품을 사용하여 각종 노이즈를 걸러내거나 차단한다.
그런데 문제는 컴퓨터 관련 네트워크 회로에서 이런 노이즈가 꼭 전압의 크기 신호로만 나타나지 않는다는 점에 있다. 계측기로 찍어서 눈으로 확인 가능한 노이즈들은 대부분 전압의 파형 형태로 나타는데, 이런 노이즈는 앞서 언급한 각종 필터들로 걸러내면 상당 부분, 제거되거나 줄일 수 있다. 하지만, 실제 음질을 저해하는 노이즈 발생 요인은 스위칭에서 일어나는 스파이크성 전류 노이즈가 중요한 노이즈의 원인된다는 점이다. 이러한 전류의 급변동은 전압의 파형 형태로는 절대 나타나지 않기 때문에 눈으로는 확인하기 어렵다. 따라서, 전압의 파형을 측정하는 것이 아니라, 프로세서와 전원부 그리고 오디오 회로의 출력단에 대해 흐르는 전류를 모니터링 하면, 일정한 간격/타이밍마다 가청 주파수 대역에 영향을 주는 전류 스파이크 노이즈들이 나타나는 것을 볼 수 있다.
디테라는 이 부분을 중점적으로 관찰하고, 이런 노이즈들을 제대로 제어할 수 있다면 음질을 현격하게 향상시킬 수 있을 것이라고 판단했다. 하지만 컴퓨터 네트워크 회로와 오디오 출력 회로 등의 기기 전반에 흐르는 전류를 균일하게 통일시키는 것은 현실적으로 불가능하다. 마치 Class A 앰프에 일정 흐르는 바이어스와 달리, 디지털 회로, CPU의 프로세싱 등은 처리하는 데이터와 처리 내용에 따라 수 많은 연산이 이루어지고, 그 처리량이 다르기 때문에 디지털 회로에 전류를 고정시키는 것은 불가능하다.
4-2 전류 스파이크를 줄인 새로운 프로세싱 구조
그래서 하드웨어적인 발상을 접고, 디레타는 이 문제를 소프트웨어적으로 풀 수 있다면, 이런 이상적인 목표가 현실화될 수 있지 않을까 연구하기 시작한 것이다. 이런 목표를 현실화하는 유일한 방법은 네트워크의 프로세싱을 균일하게 평균화시켜서, 컴퓨터의 디지털 회로가 소모하는 전력의 급변동을 줄이는 것이다.
좀 더 쉽게 설명하면 이렇다. 다음 그림은 DLNA UPnP 네트워크 스트리밍 동작시 회로에 흐르는 전류의 변동을 볼 수 있다. 이는 뮤직 서버 컴퓨터와 네트워크 플레이어 간에 상호 인식이 이루어지면, 오디오 신호를 보내고 받기 시작하는데, 송수신 단계에서는 기존 네트워크 프로토콜인 UDP, IP 등등을 사용한다. 이 방식의 문제는 일정 기간마다 데이터를 보낼 때, 버퍼 흐름에 맞춰 데이터를 보낸다. 즉, 서버나 플레이어는 일정한 버퍼 수위 조절을 위해 일정 타이밍마다 데이터를 주고 받는다. 그렇다보니 네트워크 회로의 동작은 일정 주기로 멈춤과 전송이 버퍼 상태에 맞춰 반복되는데, 이때마다 프로세서들이 동작, 멈춤을 하면서 전류의 스파이크가 발생하는 것이다. 대다수 네트워크 플레이어에 있는 ARM 코어 프로세서와 FPGA로 설계된 각종 네트워크 스트림의 오디오 데이터 변환 회로가 저런 그림과 같은 형태로 전류가 흐르게 된다.
디레타는 이 부분을 소프트웨어적으로 개선하고자 했다. 음원을 보내는 뮤직 서버측과 음원을 받는 네트워크 플레이어가 서로 동기화가 되면, 서버측에서는 네트워크 플레이어의 프로세서 동작에 맞게 최소화된 균일한 프로세싱으로 음원을 보내는 것이다. 패킷이라는 형태로 잘게 나뉘어진 음원 데이터는 고정된 일정한 짧은 타이밍에 맞춰 일정하게 전송되고, 플레이어 측에서도 일정한 타이밍으로 쉬지 않고 데이터를 수신, 처리하게 된다. 결국, 전체 스트리밍 프로세싱이 항상 균일하게 일정한 평균 프로세싱 레벨로 동작이 유지된다. 이런 방법대로 서버와 플레이어가 송수신을 균일하게 맞추면, 플레이어의 전력(정확히는 전류) 소모가 들쭉날쭉 변하지 않고, 최대한 균일하고 일정한 상태로 유지된다. 즉, 프로세싱이 평균화되는 것이다.
마치 USB의 동기화와 비슷하지만, 플레이어에서 전송 속도를 높이거나 줄이지 않는다. 뮤직 서버와 기기 성능에 맞춰 동기화되어 있기 때문에, USB 비동기 같은 버퍼나 흐름 제어없이 균일하게 동작하는 것이다. 따라서, 이 프로토콜을 사용하고, 뮤직서버와 네트워크 플레이어 사이가 완벽하게 차폐된 연결 라인이 구축되기만 하면 전압 형태의 전기적 노이즈와 전류 형태의 스파이크 노이즈가 거의 사라지게 된다.
디레타는 이처럼 프로세서의 부하를 줄이고 균일한 프로세서의 동작 유지를 위해 소프트웨어적으로 네트워크 프로토콜을 전면적으로 재구성했다. 불필요한 네트워크의 동작들을 모두 제거하고 최대한 간결하고, 균일한 데이터 처리가 이루어지는 오디오 신호 전송 체계를 설계한 것이다. 이를 위해 불규칙한 데이터 처리가 될만한 부분들을 제거하여, UPnP 처럼 파일 요구 등의 복잡한 프로세싱이 없으며, 다른 IP 기반의 오디오 신호 전송 규격인 AES67 같은 복잡한 동기화 처리 작업도 필요치 않다. 실제로 이를 입증하는 증거 중 하나가 IP의 처리이다. 디레타는 IPv4 가 아닌 IPv6 기반의 IP 프로토콜을 사용한다. 그 이유는 IPv4는 최소 20바이트에서 최대 60바이트의 가변 데이터 구조로 주소 및 부가 정보를 보낸다. 즉, 네트워크 프로세서들이 20바이트의 기본 주소 처리 프로세싱 작업 외에도 있을수도, 또는 없을수도 있는 나머지 가변 40바이트 데이터의 여부를 처리해야 한다. 즉, 스파이크 전류의 발생이 커질수도 적을 수도 있는 셈이다. 이에 반해 IPv6는 40바이트의 고정 주소 정보만 처리하면 되기 때문에 프로세서들의 전력 소모가 줄고 당연히 전류 스파이크 노이즈도 줄어드는 것이다.
즉, 디레타는 뮤직 서버의 네트워크 출력 회로와 네트워크 플레이어들의 소리가 유입되는 입구인 네트워크 스트리밍 회로의 물리적인 프로세싱을 소프트웨어적으로 평균화시킴으로써 균일하고 일정한 전기 흐름을 유지하는 방식으로 전기적 노이즈 발생을 저감시키는 기법을 만들어낸 것이다. 아래 그림은 디레타를 사용한 네트워크 플레이어의 전류 노이즈를 측정한 결과이다. 그림에서 알 수 있듯이 앞서 본 UPnP 방식의 HTTP프로토콜 재생때 존재하던 전류 스파이크가 사라진 것을 알 수 있다.
실제로 각 프로토콜간의 전송량을 측정해보면 차이를 확연히 알 수 있는데, 아래 그림은 ROON에서 RAAT로 전송했을 때와 Diretta로 전송했을때의 전송량을 비교한 그림이다. 눈으로 금방 알 수 있듯이, 불규칙하게 전송되는 RAAT나 DLNA와는 달리 Diretta는 균일하고 일정한 수준으로 유지되는 것을 알 수 있다.
간단히 정리하면, 디레타 프로토콜은 데이터가 일정하게 그리고 짧은 간격으로 지속적으로 전송되도록 해주는 것이다. 이는 프로세서의 사용률을 낮추고 사용 빈도를 일정하게 만들어서 전기적 노이즈가 적어지도록 노이즈 발생 요인을 줄여주는 것이다.
4-3 전류 스파이크를 줄이려는 노력들
그렇다면, 이러한 변화가 음질로도 나타날까? 비슷한 처리 알고리듬을 사용한 제품 중 하나로 스위스의 하이엔드 CH Precision이 새로운 스트리밍 보드인 Streaming HD를 꼽을 수 있다. 이들의 새 Streaming HD 보드는 기존 UPnP와 ROON의 RAAT로 동작하는 보드지만, 새로운 프로세서에 맞춰 네트워크 스트림 패킷에서 오디오 데이터를 끄집어 내어 DAC로 넘겨주는 과정의 소프트웨어 알고리듬을 새로 설계하여 프로세서의 동작을 균일하게 바꾸어 전류 스파이크 노이즈를 줄였다. 이는 당연히 음질적 향상을 가져왔고, 새로운 Streaming HD 보드는 단순한 기능적 개선을 넘어 음질적으로도 비약적인 향상을 이루어냈다. 뿐만 아니라, CH Precision에서는 자신들과 유사한 방식의 기술을 아예 프로토콜로 만든 디레타를 확인한 뒤, 현재 새 Streaming HD 보드에 탑재시키는 개발 작업 중에 있다.
5 . 디레타를 맛볼 수 있는 오디오 기기
그렇다면 디레타의 궁금증을 해결해줄 실제 뮤직 서버와 네트워크 플레이어는 무엇일까? 아직 이 기술을 채택한 제품은 많지 않지만, 현재 뮤직 서버와 플레이어가 시장에 나와있다.
뮤직 서버 중 디레타 프로토콜 동작을 지원하는 제품으로는 피다타의 레퍼런스인 HFAS1-XS20U 와 아이오데이터의 오디오 전용 NAS인 사운드제닉(Soundgenic)이 있다.
이들 두 뮤직 서버는 각기 하이엔드와 일반 컨슈머용 뮤직 서버로 기획된 제품들로, 작년 10월 펌웨어 업데이트를 통해 디레타 프로토콜을 탑재한 최초의 뮤직 서버로 업그레이드되었다. 뮤직 서버의 스트리밍 출력 옵션을 보면 DLNA 에서부터 OPENHOME 그리고 DIRETTA 까지 다양한 프로토콜을 모두 제공하여 오디오파일들이 자신의 기기에서 가장 좋은 음질의 오디오 재생을 즐길 수 있도록, 오디오 전용 소프트웨어 구축이 완성되어 있다. 기본적인 설계 자체가 전기 노이즈 차폐와 깨끗한 전원 공급이 이루어지도록 되어 있는데, 특히 HFAS1-XS20U는 내장된 SSD 스토리지의 동작도 4개의 SSD가 항상 일정한 전력 소모가 있도록 오디오 데이터를 4개의 SSD에 분산하여, 음원 재생시 SSD 전체의 전류 소모가 균일하도록 맞춘 데이터 밸런싱 기술을 사용하고 있다.
디레타를 지원하는 뮤직 서버에 피다타와 사운드제닉이 있다면, 네트워크 플레이어에는 스포르자토(Sforzato)가 있다. 일본에서 개발된 하이엔드 네트워크 플레이어인 스포르자토는 피다타와 같이 세계 최초로 네트워크 플레이어에 디레타 프로토콜을 탑재한 첫 제품이다. 아래 그림은 스포르자토의 입문기이자 중급 네트워크 플레이어인 DSP-050EX의 설정 메뉴이다. 프로토콜 설정 항목을 보면 DLNA(OpenHome), ROON 외에 Diretta가 제공되는 것을 알 수 있다.
따라서, 피다타 뮤직서버와 스포르자토 네트워크 플레이어를 사용하면, 세계 최초의 고음질 오디오 전송 프로토콜인 디레타의 사운드 퀄리티를 직접 체험할 수 있다.
6. 컴퓨터의 사운드 출력, 디레타 LAN DAC
물론 디레타를 위해 꼭 디레타 전용 뮤직 서버를 써야만 하는 것은 아니다. 디레타에서는 윈도우즈용 드라이버 소프트웨어를 제공하여, 윈도우즈의 사운드 출력을 ASIO 방식으로 디레타 플레이어로 전송할 수 있게 해준다. 즉, ASIO를 지원하는 오디오 플레이어인 Foobar나 JRiver 또는 Audirvana for Windows 같은 소프트웨어에서 디레타 지원 네트워크 플레이어를 사운드 출력 장치로 설정할 수 있게 해준다. 다음은 실제로 윈도우즈에 디레타 드라이버를 설치하고, 네트워크 상에서 디레타를 지원하는 스포르자토의 DSP-050EX를 오디오 출력 장치로 설정한 그림이다. 이와 같은 설정으로 컴퓨터에서 출력을 디레타 지원의 네트워크 플레이어를 잡아주면, USB DAC 보다 훨씬 뛰어난 고음질의 사운드를 이더넷을 통해 디레타 지원 네트워크 플레이어에서 사용할 수 있다. 이 기능을 USB DAC에 빗대어 ‘LAN DAC’ 이라고 부른다.
7. 정리
디레타는 지금까지 사용해온 네트워크 스트리밍 플레이어에서 전례가 없는, 새로운 고음질 전송 체계를 구축한 새로운 스트리밍 프로토콜로 탄생되었다. 불규칙하며 오디오적이지 않은 컴퓨터 네트워크의 내부 구조를 분석하여, 특별히 하드웨어의 개선이나 개조, 변형없이 순수한 소프트웨어 알고리듬의 개발 만으로도 컴퓨터 하드웨어의 노이즈를 저감시키는 기술을 완성해낸 것이다. 이를 통한 네트워크 재생음은 훨씬 더 명쾌하고 또렷하며 투명하고 더 자연스러운 사운드를 들려준다는 것이 최초의 디레타 뮤직 서버인 피다타와 디레타 네트워크 플레이어인 스포르자토의 결과물이었다. 이미 디레타의 가능성을 보고 기술 검토 중이거나 개발 중인 하이엔드 업체들이 등장하기 시작했으며, 스위스의 CH Precision이 하이엔드 업체 중에는 가장 먼저 이 대열에 합류할 것으로 보인다. 이미 고음질 음원 재생의 새로운 시대를 연 네트워크 플레이어와 뮤직서버들이 디레타를 통해 이제 한층 더 하이엔드에 도달한 초 고음질 HD 사운드의 시대를 열게 될 것이다.
피다타 제품문의 : 사운드트레이드 www.soundtrade.co.kr 070-8119-2286
스포르자토 제품문의 : 헝그리오디오 https://cafe.naver.com/hungrya 010-9999-6759
