다이렉트 박스

다이렉트 박스는 DI(Direct injection) Box를 부르는 말로 
흔히 55잭을 캐논(마이크잭)으로 바꾸는 것을 알고 있지만 여기에는 더 심오한 기능이 숨어 있습니다.
55잭, 기타잭, 모노잭 등으로 부르는 TS 잭은 하나의 신호를 주고 받는 언밸런스(Unbalanced) 케이블입니다.
이와 다르게 마이크잭, 캐논잭 등으로 부르는 XLR 잭은 +신호와 -신호를 동시에 주고 받는 밸런스(balanced) 케이블 입니다.

다이렉트 박스 이야기를 하다 왜 커넥터, 케이블 이야기를 할까요?
바로 이 다이렉트 박스가 언밸런스 신호를 밸런스 신호로 바꾸어 주는 장치이기 때문입니다.

그럼 먼저 언밸런스와 밸런스 신호의 차이점을 알아 봅시다.
언밸런스(Unbalanced signal)은 신호가 + 신호 하나만 있는 것입니다.
즉, 두가닥의 선만으로 신호를 주고 받는 것이지요. 거의 대부분의 전기제품은 이렇게 두가닥의 선으로 신호를 주고 받습니다.
밸런스(balanced signal)은 신호가 +신호와 -신호를 각각 분리하여 두가지 신호를 주고 받는 것입니다.
즉, 접지, +신호, -신호 이렇게 3가닥의 선이 필요하지요.
그런데 왜 케이블 커넥터를 하나로 통일하지 다르게 만들고 신호체계를 다르게 해 놓았을까요?
이는 서로에 장단점이 있기 때문입니다.
우리가 가장 많이 사용하고 있는 TS잭(55잭)은 구조가 간단하고 별다른 신호의 조정없이 사용할 수 있어 전자악기나 일반 음향기기에 널리 사용되고 있습니다.

하지만 이 두 가닥의 전선으로만 된 신호에는 문제점이 하나 있습니다. 연결은 간편하지만 선이 길어지면 길어질 수록 주변의 전파에 대한 간섭 즉, 잡음(노이즈)이 섞여 들어온다는 것이지요. 안테나에 유추해 보시면 이해가 되실 것입니다. 안테나는 크기가 크면 클수록 전파를 더 많이 받아들일 수 있게되는 것과 같지요.
이런 간섭 잡음을 해결하기 위해서 케이블을 제작할 때 접지 선을 그물망처럼 다른 신호선을 감싸게(쉴드) 제작합니다. 

그러나 이런 노력에도 선의 길이가 길어질 수록 잡음은 들어올수 밖에 없습니다. 
이러한 문제점을 해결하기 위해 개발된 것이 바로 밸런스 신호체계입니다.

밸런스 신호 체계

밸런스 신호는 정위상의 +신호와 역위상의 -신호를 동시에 출력하여서 중간에 들어오는 잡음의 위상을 최종 받아들이는 기기에서 -신호를 위상반전 시켜 잡음을 상쇄시키는 원리를 이용한 것입니다. (위상반전 참조)
이것은 위상반전의 상쇄 현상을 이용한 것으로 중간에 들어오는 잡음의 위상은 +신호나, -신호나 동일한 위상으로 들어오기 때문에 이것을 위상반전 시키면 정반대의 위상이 되는 것은 잡음 신호 뿐이므로 잡음만 제거되고 원래의 신호는 2배 증폭되는 것입니다.
정말 천재적인 발상이 아닐 수 없습니다.
그럼 이렇게 좋은 밸런스 신호를 모든 음향기기에 적용하면 되는데 왜 언밸런스 신호를 아직까지 사용하고 있을까요?
언밸런스 신호 체계의 장점도 분명히 있습니다.
신호체계가 간단하기 때문에 부가적으로 들어가는 장치가 필요없고 신호를 있는 그대로 전달하기 때문에 연결하기에도 편리합니다.
또한 잡음에 관하여 케이블의 길이에 문제가 있기 때문에 짧은 거리의 신호에는 큰 문제가 되지 않습니다. 그래서 보통 3미터 이내의 선의 길이는 잡음에 크게 영향을 받지 않습니다.
짧은 거리의 음향장비간의 연결이나 기타, 키보드의 앰프 연결에는 아직도 언밸런스 신호를 사용하고 있습니다.
특히 출력이 높은 전기기기인 경우는 높은 출력으로 인해 잡음의 영향이 상대적으로 많지 않기 때문에 연결 길이가 길지 않는 이상 크게 문제 되지 않습니다.
밸런스 신호 체계는 주로 마이크에 많이 사용되고 있는데 이는 마이크와 믹싱콘솔 사이의 거리가 상당히 멀기도 하고 마이크에서 발생하는 전기의 양이 미세하기 때문에 외부의 간섭잡음의 영향이 상당하게 작용하게 됩니다. 적은 신호크기를 사용하려면 증폭해야 하기 때문에 잡음도 같이 증폭 되겠죠!
그런데 언밸런스 출력의 악기(키보드, 기타 등)를 먼 거리의 믹싱콘솔에 연결한다고 합시다. 언밸런스 특성상 길이가 길어지면 길어질수록 잡음은 더 많이 들어오게 됩니다.
그렇다고 악기를 무대가 아닌 믹싱콘솔 옆에 두고 연주할 수는 없는 노릇이겠죠!
이런 문제를 해결하기 위해 언밸런스 출력을 밸런스 출력으로 변환 시켜주는 기기가 개발되고 이것이 바로 다이렉트 박스(DI box) 입니다.
다이렉트 박스는 전기적 회로를 이용하여 하나의 신호를 정위상 신호와 역위상 신호, 두개를 만들어 출력하는 장비입니다. 이것을 이용하여 먼거리의 믹싱콘솔로 신호의 간섭없이 연결을 할 수 있는 것이지요.

다이렉트 박스는 이런 기능만 있는 것이 아닙니다.
다이렉트 박스의 또다른 기능은 높은 인피던스를 낮은 인피던스로 바꾸는 기능입니다.
말이 어려울 수 있겠지만

보통 다이렉트 박스를 이용하는 기기들은 출력 용량이 높은 기기가 대부분입니다.
이런 높은 출력을 받아들이기 위해서 믹싱콘솔의 언밸런스 입력 부위의 저항값(인피던스)은 높게 책정되어 있고 반대로 밸런스 신호는 상대적으로 낮은 출력의 신호이기 때문에 믹싱콘솔의 입력 저항값은 낮게 책정되어 있습니다.
그런데 이런 높은 출력의 신호를 낮은 저항값을 가지는 밸런스 입력 단자에 연결하게 되면 분에 넘치는 용량이 되겠죠? 이런 문제를 해결하기 위해서 낮은 저항값에 맞는 인피던스로 바꾸어 주는 기능이 필요한 것입니다.
다이렉트 박스는 전력의 필요성에 따라 패시브(passive) 타입과 액티브(active) 타입으로 나눌 수 있습니다.
패시브 타입은 장치의 전력이 따로 필요없이 전기 회로도의 구조로 언밸런스를 밸런스로 바꾸어 주는 것으로 전기공급이 필요 없습니다.
액티브 타입은 장치를 운영하기 위해 전력이 필요한 것으로 보통 9V 건전지나 믹싱콘솔의 +48V 팬텀파워의 전력 공급이 필요합니다.
다이렉트 박스의 활용에 관하여 살펴 볼까요?
다이렉트 박스는 보통 언밸런스 악기의 믹싱콘솔 연결에 사용됩니다.
무대와 멀리 떨어져 있는 믹싱 콘솔은 보통 멀티 케이블을 이용하여 무대와 연결하게 되는데 보통 밸런스 XLR잭으로 되어 있습니다. 이것을 악기와 연결할 때 다이렉트 박스를 이용하는 것이지요.
전자 건반악기 같은 경우에는 따로 앰프를 쓰지 않고 보통 믹싱콘솔에 바로 연결을 하기 때문에 중간에 다이렉트 박스만 연결하면 됩니다.
다이렉트 박스의 연결에 있어 가장 보편적으로 이용되는 것이 기타(Guitar)입니다.
기타는 대표적인 언밸런스 악기이기도 하지만 앰프의 역할이 엄청난 부분을 차지하고 있기 때문에 기타앰프의 성능 또한 많은 부분을 차지하게 됩니다.
그래서
1. 일렉기타 같은 경우에는 이펙트를 거쳐 나온 신호를 앰프에 연결하고 연결된 앰프의 스피커 출력을 마이킹을 통하여 믹싱콘솔에 입력하는 것이 일반적이지만,
앰프의 잡음(노이즈)과 주변의 잡음이 같이 유입되는 문제가 있기 때문에 

2. 기타 이펙트에서 나온 신호를 다이렉트 박스에 연결하고 이 신호를 앰프와 믹싱콘솔에 나누어 주는 방법,

3. 이펙트에서 앰프로 연결하고 앰프에서 라인아웃으로 나온 신호를 다이렉트 박스에 연결하여 믹싱콘솔에 연결하는 방법이 있겠습니다.
이럴 경우 기타앰프의 특유의 음색을 잘 표현하지 못하는 단점이 있기 때문에 기타앰프의 음색을 일부분 살리기 위해서

4. 다이렉트 박스와 앰프 마이킹을 동시에 하여서 원음과 앰프 음색을 적절히 배합하는 방법을 많이 사용하고 있습니다.

다이렉트 박스의 조절 부위에 출력용량을 조절하는 부분이 있는데

이는 믹싱콘솔에 너무 높은 크기로 입력되게 되면 섬세한 조절이 어렵게 때문에 Attenuation 을 0에서 한단계씩 내려 알맞은 용량으로 조절할 수 있습니다. 

음향장비에서 접지의 역할은 정말 중요합니다.
만약 접지가 제대로 된 믹싱콘솔이라고 한다면 접지를 이용하기 위해 접지 스위치를 GROUND 로 선택하고,
접지가 되지 않아 노이즈가 발생한다면 접지 스위치를 LIFT 로 선택하면 됩니다.
다이렉트 박스는 여러 부분에서 유용하게 사용하고 있는 장비이지만 자세한 원리에 대하여 알지 못하고 사용하는 경우가 많지만, 그 원리를 이해한다면 보다 더 유용하게 적절히 사용할 수 있을 거라 생각합니다.