지난 4월 그랜드 앰배서더 서울에서 열린 2014년도 서울 국제 오디오쇼에서 오디오 파일들이 관심을 갖고 있는 단결정 와이어에 관해 당시 신제품을 출시한 파워테크 이동신 사장으로 부터 자세한 설명을 들을 수가 있었다.
다음날 파워테크사의 사무실을 방문 보다 자세한 기술적인 정보를 알 수가 있었으며 (주)엠씨랩사의 박상언씨로부터 연락을 받고 기술 자료를 입수 기고하게 된 것이다. 특히 파워테크사가 새로 개발한 신제품에 단결정 와이어를 사용한 제품으로 직접 확인해 볼 수가 있었다.
보다 자세한 기술적인 설명을 솔리톤 케이블을 생산하고 있는 (주)엠씨랩사의 박상언과 연락 자료를 입수하게 된 것이다. 그동안 필자 자신도 몰랐던 단결정 와이어와 솔리톤 케이블사의 관련된 기술을 동사의 정세영 대표이사의 글과 박상언이 기술한 자료를 알아보기로 한다.
정세영 대표이사
오디오는 단순히 말하자면 전자들에 의해 지배되는 시스템이다. 전자가 각 전원 장치에 공급이 되고 CD 플레이어에서 나온 신호는 프리앰프를 통해서 파워 앰프로 전달이 되고 증폭이 되어 스피커로 전달이 된다.
이 과정에는 모두 케이블이라는 것이 매개되고 있다. 단결정 케이블은 어느 주파수 대역에 치우치지 않고 모든 오디오 기기의 능력을 그대로 전달해 준다.
요즘 인터넷에서 단결정 케이블에 대한 논의가 뜨겁다. 예전 오디오를 처음 시작하던 시절에는 나 자신도 케이블이라 하면 그저 전선이면 되는줄 알고 싸구려 전선으로 스피커에 연결하여 듣던 시절이 있었는데 이제는 많은 사람들이 단결정이라는것을 놓고 토론을 하는 것을 보면 그간의 변화를 실감한다.
사실 오디오에서 선재의 중요성은 거의 무시되었다. 오디오는 단순히 말하자면 전자들에 의해 지배되는 시스템이다. 전자가 각 전원장치에 공급이 되고 CD 플레이어에서 나온 신호는 프리앰프를 통해서 파워 앰프로 전달이 되고 증폭이 되어 스피커로 전달이 된다.
이 과정에는 모두 케이블이라는 것이 매개되고 있다. 우리가 알고 있는 OFC(무산소동선)는 구리선에 산소가 들어가지 않게 하는 것이지 결정성을 논하지는 않는다. 5N이니 6N이니 하는 것은 구리의 순도가 99.999%냐 혹은 99.9999%냐를 논하는 것이므로 쉽게 이야기하면 구리가 아닌 불순물이 십만 개 중에하나 있느냐 혹은 백만 개 중에 하나 있느냐를 말하
는 것인데, 더 이상 6N, 7N 등을 추구하는 것은 의미가 없는 것으로 알려져 있다.
더 중요한 영향을 미치는 것은 그레인 경계(Grain Boundary)이다. 그레인은 작은 결정립으로서 이런 것이 여럿 뭉쳐서 덩어리(Bulk)를 만들면 Polycrystal(다결정)이라고 한다. 이 그레인들 간의 경계(Boundary)를 그레인 경계라고 하고 전자들의 움직임이 이 그레인 경계에서 지체가 생긴다.
그래서 실제 신호의 전달에 다소의 지연을 준다. 그레인 경계가 하나일 때는 문제가 안 되겠지만 1m 전선 내에 수억 개가 넘는 그레인 경계가 있다면 이야기는 달라진다. 결정체가 아닌 일반 물질 내 격자 결함 정도를 나타내는 전위 밀도(Dislocation Density)가 약 109∼1012/cm3 정도이고 이는 1cm 길이의 와이어로 생각할 경우 약 천만 개 이상의 그레인 경계가 있는 것과 같다.
보통의 오디오에서 그레인의 효과는 크지 않지만 해상력이 뛰어나고 출력이 좋은 오디오 시스템일수록 그레인의 영향은 더욱 커지게 되어 좋은 시스템을 갖춘 음악실임에도 불구하고 오래 음악을 듣고 나면 두통이 생기는 이유도 이와 무관하지 않다.
일반 기술자들은 전자회로에만 중점을 두고 선재의 중요성을 무시하는 경향이 많으며 이야기를 듣더라도 대부분 전자회로적인 노이즈와 그레인에서 생기는 신호의 깨짐을 구별하지 못한다.
그래서 모든 잡신호를 전자회로적으로 제어할 수 있다고 믿는다. 하지만 필자는 전 세계의 유명 A/V 쇼에 출품된 이름 있는 기기의 대부분을 들어 보았지만 케이블 노이즈가 없는
시스템은 들어본 적이 없다.
OFC에서 발전되어 그레인의 크기를 크게 만들고자 한 것이 OCC(Ohno Continuous Casting)이다. OCC는 결정 입자가 다소 커지도록 하기 위해 전선을 사출하여 뽑아내는 과정에 열을 가하는 방법이다.
그래서 한쪽 방향으로는 일부 결정화가 이루어지지만 다른 한쪽으로는 결정화가 거의 이루어 지지 않는다. 이 OCC는 정확한 의미에서 단결정이 아니라 다결정(Polycrystal)에 해당한다.
그럼에도 많은 사람들이 단결정(Single Crystal) 케이블이라는 용어를 사용하고 있는데 이는 잘못된 표현이며 그나마 단방향 단결정 무산소동이라는 표현이 조금 덜 과장된 표현이라고 할 수 있다.
OCC의 단결정이라는 표현은 일반인들이 단결정에 대한 지식이 없는 것을 이용한 상술이라 할 수 있다. 2004년 국제학술지에 발표된 논문을 보면 OCC가 길이 방향조차 결정 크기가 수백 마이크론을 넘지 못함을 보고하고 있다.
단결정이라는 것은 <그림>에서 보는 바와 같이 원자의 빈자리 없이 쫙 채워진 주기적 원자배열을 말한다. 결정이 자란다는 것은 원자 하나하나가 매우 규칙적으로 배열되어 빈틈없이 벽돌로 담을 쌓아가는 과정과 같다.
이에 비해 일반 구리는 벽돌들을 그냥 쏟아 부어 놓은 것과 같다. 전문가가 차곡차곡 쌓아올린 담장은 하나의 빈틈도 없고 완벽하게 밀집한 구조를 갖지만 그냥 쏟아 부어 놓은 벽돌 더미는 빈틈이 많고 벽돌들의 방향이 제각각이다.
이런 차이가 단결정과 일반 구리의 차이이다. 실제의 결정에서 단 하나의 결함도 없이 결정을 만들 수는 없지만 단결정이 되면 그레인의 수가 ∼101∼2/cm3 정도로 줄어든다. 즉, 결함의 수가 십만 혹은 백만 분의 일로 줄어든다.
또한 저항도 8% 정도 줄어들게 된다. 8%의 저항이 그리 크지 않다고 할지 모르지만 구리의 저항을 8% 줄인 것은 저항 측면에서 구리를 은과 같이 만든것에 해당하며 은을 단결정으로 만들 경우 이보다 더 낮은 저항체는 지구상에 없다.
불순물을 줄여 6N 혹은 7N의 고순도 OFC를 만들어도 저항은 별로 줄지 않지만 단결정이 되었을 때는 이렇게 큰 차이가 난다. 이는 음의 전달에 그레인 경계가 미치는 영향이 얼마나 큰지를 짐작할 수 있다.
물리학적으로 알려진 사실에 의하면 구리에서 92%는 구리 자체가 가지고 있는 구조적 저항이며 나머지 8%가 불순물 및 결함에 의한 저항인데 불순물을 5N 혹은 6N 수준으로 제
거를 해도 1.67x10-8Ωcm 수준에서 더 이상 줄지 않는다.
하지만 단결정이 되면 1.54x10-8Ωcm 정도가 되므로 이보다 더 낮은 저항을 갖는 구리는 있을 수없다. 그간 문헌에서 케이블 선재를 단결정으로 만들어 보려는 시도를 한 흔적이 곳곳에 있는 것을 보면 꽤많은 오디오 동호인들이 이미 단결정 케이블의 중요성에 대해서는 알고 있는 듯하다.
하지만 대부분 실패하였다. 오래되어 기억은 나지 않지만 브리지만법 이라는 결정성장법을 사용하여 와이어 제조를 시도했던 분이 있었다고 하는데 이 방법은 수정 튜브를 사용하여 성장하므로 대량 생산이 불가능하고 비용이 너무 비싸면서 결정의 질도 좋지 않아 상업적으로 성공하지 못했다고 한다.
구리를 단결정으로 성장하는 방법으로는 초크랄스키(Czochralski)법이라는 잘 알려진 방법이 주로 사용되어왔다. 결정이 자란다고 하면 언뜻 이해하기가 어렵겠지만 1시간당 0.1~1mm 정도의 크기로 원자들이 쌓여간다. 문제는 성장된 결정으로부터 이 결정의 구조를 깨트리지 않고 어떻게 와이어 형태로 만드느냐 하는 것이다.
필자는 2001년경 처음 이 단결정 구리를 성장시킨 후 성장한 단결정을 책상위에 올려놓고 어떻게 하면 이 단결정을 다시 녹이지 않고 와이어 선재로 만들 수 있을까를 고민하였다. 그 이후 약 3년간 이런 저런 형태로 와이어를 만들어 보다가 결국 결정 구조를 흩트리지 않고 와이어로 가공하는 방법을 개발하였다.
구리 단결정 잉곳(Ingot - 반도체 Si 단결정과 같은 모양의 잉곳 형태로 자람을 디스크 형태로 자른 다음 그 디스크를 골뱅이 형태로 다시 미세 가공하는 것이다. 이와 같은 형태를 만들기 위해 녹이거나 깎아내는 것이 아니라 디스크에서 필요 없는 부분의 원자를 빼내는 방법으로 제작한다고 생각하면 이해가 쉬울 것이다.
아무튼 이 방법에 의해 금속 디스크 단결정을 수백 마이크론의 폭으로 가공하는 데 성공하
였다. 조사 결과 세계적으로 아무도 시도한 바가 없는 방법이어서 국제 특허 출원되었고, 현재 PCT 출원 결과로부터 20개국 이상의 개별 국가로 특허 등록을 위해 진입 중이다.
이렇게 개발된 와이어는 가공 과정, 표면 처리 과정 및 피복 과정 등을 거쳐 100% 수공으로 케이블 형태로 완성이 된다. 현재는 스피커케이블 단결정 단자, 인터커넥트 케이블 단자, 점퍼용 케이블 및 파워 케이블 단자, 하물며 100V 전환 플러그의 단자까지 모든 단자를 단결정으로 만들었다.
실제 실험에서 선재도 중요하지만 단자가 신호 전달에 미치는 영향이 무척 크다는 것을 알게 되었다. 이제 본론으로 들어가서 단결정 케이블을 사용한 소리에 대해 이야기해보자. 과연 케이블의 소리란 무엇이며 케이블의 역할은 무엇인가?
이에 대한 대답은 아주 간단하다. 케이블은 소리를 내지 않는다는 것이다. 케이블은 오디오 기기가 아니다. 다만 오디오 기기에서 발생하는 신호를 그대로 다른 기기로 혹은 스피커로 전달해 소리를 내는 것이다.
일반 케이블을 통과한 신호들은 어떤 형태로든 변형을 하게 되고 이것을 사람들이 어떤 케이블은 고주파 특성이 좋고 어떤 케이블이 저주파 특성이 좋다고 하는데 이는 다른 주파수 영역대를 더 나쁘게 만들어 상대적으로 덜 나빠진 영역이 좋게 들리는 것이다.
어떤 케이블이 저역을 단단하게 해준다는 것은 고역 쪽을 더 나쁘게 하였다는 것으로 해석할 수 있다. 누구도 100% 단결정 케이블을 사용해보지 않았기 때문에 단결정을 통한 신호 전달에 익숙하지 않아 호불호를 이야기하지만 단결정에 대한 내용을 알고 나면 이런 이야기를 할 필요가 없다.
누구에게 물어보지 않더라도 약간의 고체 물리나 재료에 대한 지식이 있다면 단결정의 중요성은 알 수가 있다. 모든 케이블을 단결정 케이블로 바꾸고 모든 단자를 다 단결정 단자로 바꾼다면 그야말로 엄청난 소리를 들을 수 있다.
바로 무대를 곁으로 옮겨놓은 것 같은 실연을 경험할 것이다. 그러나 기기 내 배선까지 모두 바꾸는 것은 쉽지 않은 일이다. 하지만 한 두 종류의 케이블로만 바꾸더라도 단결정 구조를 통과하면서 절제되고 단정해진 음색과 잡다한 신호들이 많이 사라지는 것을 알 수 있다.
단결정 선재만 사용하는 필자의 음악실을 방문한 많은 사람들이 음악을 듣고 난 뒤 머리가 맑아지는 것 같다고 이구동성으로 입을 모으는것은 바로 이러한 자연음에 가까운 소리를 구현하는 탓이다.
일반 케이블이 오히려 선폭이 다소 부품하고 볼륨감이 있는 듯 느껴지며 스테이징도 다소 넓은 것처럼 착각할 수 있는 것은 많은 잡 신호들이 묻어 있기 때문이다. 그래서 처음 단결정 선재로 음악을 들어본 사람들 중 다소 마른 소리 혹은 무대감이 조금 줄은 느낌을 받는다고 하는 사람도 있다.
이것은 배경이 깊고 연주가 없을 때 바닥이 보이는 듯한 맑음 때문에 그렇다. 흔히 하나를 얻으면 하나를 잃는다고 말한다. 디테일이 좋아지면 음이 날카로워지고 음이 부드러워지면 디테일이 나빠진다고. 그러나 디테일을 살리면서 더 부드럽게 음을 전달하는 케이블은 단결
정밖에 없다고 생각한다.
그 이유는 단결정 케이블이 소리를 만드는 것이 아니라 오디오가 만든 음을 정직하게 전달하기 때문이다. 단결정 케이블은 어느 주파수 대역에 치우치지 않고 모든 오디오 기기의 능력을 그대로 전달해 준다.
흔히 케이블로 튜닝을 한다는 이야기를 한다. 하지만 그것은 매우 잘못된 생각이다. 극단적으로 이야기하면 고역이 나쁜 특성의 오디오 시스템에 저역이 나쁜 케이블을 사용하여 같은 수준으로 전체 시스템을 나쁘게 만드는 것이 케이블 튜닝이다.
모든 케이블이 단결정으로 된다면 오디오 기기의 성능을 제대로 살린 원음에 가까운 튜닝이 가능하지 않을까 싶다. 많은 사람들이 좋은 소리를 위하여 억대의 돈을 오디오 기기에 쏟아 붓는다.
얼마나 큰 무대에서 음을 울릴 것인가에 따라 출력이 다른 파워 앰프가 필요할 수 있겠지만 어느 정도 이상의 가격대를 넘어서면 대부분의 오디오 기기는 이미 어느 수준 이상에 도달해 있다고 본다.
문제는 그 기기의 특성을 제대로 살리는 것이 더 중요할 것이다. 필자는 최근 파워 케이블의 플러그 핀을 단결정으로 만들어(그림 9) 파워 케이블까지 완성을 하고 이를 오디오 기기에 연결했다.
자작 진공관 앰프를 사용하지만 내부 배선을 단결정 선재로 모두 바꾸었고 AVR의 내부 배선도 단결정 선재로 바꾸었다. 그리고 모든 파워 케이블과 인터커넥트 케이블, 스피커 케이블도 단결정 선재와 단자를 사용하였다.
실제 시스템의 가격으로 보면 천만원도 들지 않은 시스템이다. 스피커는 아방가르드의 우노를 사용하며 점퍼케이블 또한 단결정으로 된 케이블을 특별히 제작하여 연결하였다.
수억대의 오디오 시스템과 비교하여 응답 속도나 출력 등은 좋지 못하겠지만 필자가 많은 오디오 A/V 쇼에 참가하고 오디오 동호인의 집을 방문하여 시청한 제품이나 케이블 교체한 시스템보다 맑고 자연에 가까운 소리를 들려준다.
단결정으로 구성한 시스템에서는 현의 소릿결과 정확한 소리의 위치감 등이 매우 좋아진다.
케이블이 나쁘면 음파의 위상과 표면이 깨끗하지 못하여 음원의 위치에 해당하는 자리에서 정확한 파동의 보강간섭이 어려워진다.
단결정으로 구성된 시스템에서는 가수의 마이크 위치나 서 있는지 앉아 있는지 등이 보이는 듯하고 입술에 침이 고인 소리가 들리는 듯하다. 또한 기타의 울림이 좀더 오랫동안 멀리까지 번져가는 것을 느낄 수 있다.
넓은 홀에서 낮은 볼륨임에도 멀리까지 선율이 울려 퍼지는 것도 이러한 까닭이다. 특히 큰
소리로 음악을 틀어 놓고 옆 사람과 대화가 비교적 자유로운 것도 스피커에서 모든 종류의 산란된 파를 내는 것이 아니라 정확히 결 맞는 음을 생성하기 때문에 사람의 목소리 주파수와 섞이지 않아 대화를 하는데 자유로운 느낌을 받게 된다.
또한 일반 오디오에서는 한쪽 스피커 앞에 선풍기 등이 가리거나 앞에 사람이 있거나 해도 큰 차이를 느낄 수가 없다. 그것은 두 스피커에서 나온 소리들이 산란되어 모든 공간에서 만나기 때문이다.
하지만 단결정으로 꾸며진 시스템에서 한쪽 스피커 앞에 사람이 서서 가릴 경우 눈을 감고도 지나가는 사람의 모습을 매우 뚜렷이 그릴 수 있다. 튜닝이 잘못된 시스템에서는 음이 다소 마른 듯하고 공간이 좁혀진 느낌을 받을 수 있으나 위상이 잘 맞도록 튜닝을 하면 일시에 넓은 무대가 펼쳐지며 음은 정확하되 자극적이지 않고, 느낌은 충만하되 부담스럽지 않은 소리를 얻게 된다.
소리는 폭넓은 주파수 대역의 파동이 중첩되어 음파 다발(Wavepacket)을 형성한다. 그래서 고역이 아무리 좋아도 중역이나 저역이 나쁘면 고역도 좋게 들리지 않는다. 저역이 아무리 좋더라도 고역이 나쁘면 중· 저역의 소리도 함께 나빠지는 것을 느낄 수 있다.
제대로 된‘Real Sound’를 추구하는 것이 매우 어려운 이유에는 이런 부분도 포함되어 있다. 고·중·저역의 음들이 스피커에서 발생되어 우리 귀에 도달하기까지 음파가 진행하는 동안 얼마나 결 맞게(Coherent) 진행하느냐 하는 것도 매우 중요한 부분이다.
많은 다른 요소의 기여가 있겠지만 완벽한 단결정 케이블의 경우 파동의 거칠어짐 혹은 왜곡을 최소화해서 매우 찰지고 볼륨감 있는 원음에 가까운 소리를 구현한다. 현재까지 오디오를 취미로 하는 사람들이 깨끗하지 못한 잡 신호 가득한 음악을 들어왔다. 그나마 괜찮
다고 하는 케이블을 구입하기 위해서는 기기 못지않게 큰 비용을 지불해야 했다.
그럼에도 그 특성 면에서 만족스럽지 못한 사람들이 대부분이었다. 사실 오디오 동호인 중에서는 어떤 소리를 듣느냐가 중요한것이 아니라 내가 독일제 무슨 앰프를 가지고 있다거나 영국제 무슨 스피커 최상위 기종을 가지고 있다는 사실 자체에 매우 자부심을 갖는 사람들이 많다.
좋은 기기를 가지고 있는 것에 자부심을 가진 사람이라면 단결정 케이블은 돼지 목에 진주 목걸이와 같다. 케이블은 기기처럼 전방에 나서서 오디오가 있는 공간을 빛내지 못한다. 그래서 내가 무슨 케이블을 사용하고 있다는 것이 방문한 손님들에게 큰 자랑거리가 못된다. 그러나 소리를 만들어 내는 데 있어서는 앰프나 스피커 못지않게 중요한 부분임을 간과해서
는 안 된다. 필자의 연구실에 제조 회사의 형태로 만들어진 벤처회사에서 직원 5명이 단결정을 성장하고 성장된 단결정을 가공하고 가공된 와이어를 연마(Polishing)하고, 그리고 피복 처리하는 과정까지 모두 수공으로 완제품을 만든다.
원자 하나하나를 쌓아 올린 단결정인 만큼 그 제품의 질에도 손색이 없는 고급스런 제조 과정을 거쳐야 한다고 본다. 그래서 가격이 무척이나 비싸다. 많은 숍에서‘이 품질에 Made in Germany나 Made in UK만 달고 들어오면 히트하겠다’
혹은‘외장만 좀더 좋으면 잘 팔리겠다.’는 등의 이야기를 한다. 우리나라 오디오 동호인들의 기호를 고려한다면 그렇게 해야 장사가 될지 모른다. 하지만 OCC선재의 O가 이 선재를 개발한 일본 교수 오노(Ohno)의 이름 첫 자를 딴 것임을 많은 동호인들이 알고 있지 않는가? 어렵게 개발된 국내의 기술을 외국의 것으로 둔갑하여 몇 배 더 비싼 가격으로 팔려는 의도가 아니고 무엇인가? 죽 쑤어서남 주는 일은 없어야 할 것이다.
직원 5-6명 데리고 순수한 수공으로 한 달에 케이블 10여조 만들어서 떼돈을 벌려는 심산은 애초부터 없다. 정말 좋은 소리를 원하는 소수의 동호인들 사이에서만이라도 전 세계 어디에도 없는 단결정의 소리를 즐길 수 있기를 바라며 단결정 케이블이 명기 중의 명기로 길이 남을 날을 기대해 본다.
단결정 케이블의 음악적 특성을 들어보고자 하시는 분들은 언제든지 부산대학교 밀양캠퍼스로 오시면 청음이 가능하다. 끝으로 필자가 오디오에 관심이 많고 음악을 좋아하긴 하나 오디오세계에 대해 선명한 정의를 하기에는 아직 일천하여 혹 앞서 언급한 내용에 섣부른 글이 있었다면 널리 양해해주시기를 바란다
문의 : (주)엠씨랩 (055)350-5852
