I2S에 사용하는 HDMI케이블의 핀 할당과 eARC의 핀 할당 비교

오디오퀘스트 드래곤 48 HDMI 케이블은 아마도 지금까지는 지구상에서 제일 대단한 I2S용 케이블 중 하나일 것입니다.
그리고 가격도 마음껏 매겨져 있습니다. 3,400,000원/1.0m

그런데... 핀 전부에 한 땀 한 땀 정성을 다한 드래곤 48 HDMI 케이블과는 다르게... 사운드바와 같은 장비에 연결하기 위해서 몇 개의 핀에만 선택적으로 제대로 정성을 쏟은 오디오퀘스트 드래곤 eARC HDMI 케이블의 가격은 오디오퀘스트 드래곤 48 HDMI 케이블의 43% 수준에 불과합니다.

만일, 오디오 출력용 HDMI 출력이 따로 마련된 블루레이 플레이어에서 eARC/ARC를 지원하는 오디오 프로세서로 연결하는 구성이라면... 오디오퀘스트 드래곤 eARC HDMI 케이블만 있어도 오디오퀘스트 드래곤 48 HDMI케이블이 부럽지 않을 것 같습니다.

그런데... 오디오퀘스트 드래곤 eARC HDMI 케이블을 I2S용 HDMI 케이블에 사용했을 때도 드래곤 48 HDMI 케이블과 비등한 퍼포먼스가 나오면 어떨까 하는 생각이 들었는데요. 인공지능검색기에 문의해 봤습니다. (Gemini)

1. I2S 인터페이스 (I2S over HDMI)

 

I2S란?
I2S(Inter-IC Sound)는 DAC와 같은 칩 간에 디지털 오디오 데이터를 전송하기 위한 표준 버스입니다. 데이터, 비트 클럭(BCLK), 워드 클럭(WS) 등 3~4개의 신호 라인을 통해 오디오 데이터를 순수하게 전송합니다.

I2S over HDMI란?
I2S는 원래 칩 내부 또는 기판 내에서 사용되는 인터페이스입니다. 하지만 일부 하이엔드 오디오 제조사들은 이 I2S 신호를 외부로 빼내기 위해 HDMI 커넥터를 '단순히 물리적인 포트'로 활용합니다.

중요한 점은 HDMI 커넥터를 통해 I2S 신호를 전달하는 것에 대한 공식적인 국제 표준(JEDEC, VESA 등)이 존재하지 않는다는 것입니다.

따라서 제조사마다 HDMI 핀에 할당하는 I2S 신호(DATA, BCLK, WS, MCLK 등)가 제각각입니다. A 제조사의 I2S over HDMI 출력이 B 제조사의 DAC I2S 입력과 호환되지 않는 경우가 흔하며, 이는 핀 할당 방식이 다르기 때문입니다.

2. eARC (enhanced Audio Return Channel)

eARC란?
eARC는 HDMI 2.1 표준에 포함된 기능으로, TV에서 AV 리시버나 사운드바로 오디오 신호를 다시 보내는 데 사용됩니다. Dolby Atmos와 같은 고대역폭 오디오 포맷을 지원하기 위해 개발되었습니다.

eARC의 핀 할당
HDMI 핀 아웃(pinout)을 보면, eARC는 TMDS Data Channel 0의 TMDS Data+ 및 TMDS Data- 핀(각각 14번과 19번 핀)을 재사용하여 전용 오디오 채널을 구성합니다.

이는 비디오 데이터 전송을 위한 TMDS 채널과는 완전히 별개로 작동하는, 표준화된 프로토콜입니다.

3. I2S와 eARC의 핀 할당 비교

핀 번호	일반적인 HDMI 핀 할당	I2S over HDMI (제조사마다 다름)	eARC 핀 할당
14번 핀	Reserved	I2S Data, Clock, or MCLK 등	eARC (+)
19번 핀	Hot Plug Detect (HPD)	I2S Data, Clock, or MCLK 등	eARC (-)
1번~9번	TMDS Data Channels (비디오용)	I2S Data, Clock, or MCLK 등	변경 없음
10번~12번	TMDS Clock Channel (비디오용)	I2S Data, Clock, or MCLK 등	변경 없음

 

위 표에서 볼 수 있듯이, I2S 신호는 제조사마다 핀 할당이 다르며, eARC는 표준에 따라 14번과 19번 핀을 사용합니다. I2S와 eARC는 사용하는 핀과 프로토콜이 완전히 다릅니다.

4. 결론: "값싼 eARC 케이블이 비싼 HDMI 케이블과 동일한 퍼포먼스를 낼 수 있는가"는 문의에 대한 분석

문의한 논리적 근거는 "오디오 신호만 전달한다면 eARC 전용 케이블로도 충분하다"이지만, 이는 다음과 같은 이유로 타당하지 않습니다.

다른 목적, 다른 최적화: 오디오퀘스트 드래곤 eARC 케이블은 eARC 신호(14번/19번 핀)의 고대역폭 오디오 전송에 최적화되어 있습니다. 반면, I2S 신호는 다른 핀들을 사용하며, 신호의 특성(매우 높은 주파수의 클럭)상 지터와 노이즈 관리가 중요합니다.

핀 할당의 불일치: I2S over HDMI는 비표준이므로, DAC 제조사가 어떤 핀에 I2S 신호를 할당했는지에 따라 케이블의 성능이 결정됩니다. eARC에 최적화된 케이블이 DAC의 I2S 신호를 전송하는 데 최적의 성능을 낼 것이라는 보장은 없습니다.

케이블의 물리적 차이: 고가의 드래곤 HDMI 케이블은 모든 신호(TMDS, I2S 등)를 최고 품질로 전송하기 위해 컨덕터 재질, 차폐(shielding), 유전체(dielectric) 등 물리적인 부분에 최적화되어 있을 수 있습니다. 반면, eARC 케이블은 특정 용도에 맞춰 제작되어 있을 가능성이 높습니다.

따라서 문의는 기술적으로 잘못된 전제에서 비롯된 것으로 보입니다. I2S와 eARC는 사용하는 핀과 프로토콜이 다르므로, eARC에 최적화된 케이블이 I2S에 동일한 성능을 제공할 것이라고 단정할 수 없습니다. 

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I2S 케이블 각 가닥마다 어떤 신호를 전송하는지 그리고 그 중에서 가장 중요한 신호라면 어떤 것인가 

Nuprime I2S의 경우 PIN 4, 6, 7, 9, 10, 12이 가장 음질에 영향을 미칩니다. (산업 표준이 없다보니 회사별로 각기 다른 핀 배열을 사용할 수 있습니다.)

 

2S 핀 구성 및 역할
일반적인 I2S 인터페이스는 다음과 같은 주요 핀들로 구성됩니다.

BCLK (Bit Clock): 비트 클럭 라인
역할: 오디오 데이터의 각 비트를 전송하는 데 사용되는 클럭 신호입니다. I2S는 동기식 프로토콜이므로, 이 클럭 신호에 맞춰 데이터가 송수신됩니다. BCLK의 주파수는 (샘플링 주파수) x (채널 수) x (샘플당 비트 수)로 계산됩니다. 예를 들어, 44.1kHz, 2채널(스테레오), 16비트 오디오의 경우 BCLK 주파수는 44.1×2×16=1.4112 MHz가 됩니다.

LRCK (Left/Right Clock) 또는 WS (Word Select): 워드 셀렉트 라인 또는 프레임 클럭이라고도 합니다.
역할: 스테레오 데이터에서 현재 전송되는 데이터가 왼쪽 채널(Left)의 것인지 오른쪽 채널(Right)의 것인지 구분하는 역할을 합니다. 일반적으로 WS 신호가 로우(Low)일 때 왼쪽 채널, 하이(High)일 때 오른쪽 채널 데이터가 전송됩니다.

SDATA (Serial Data): 시리얼 데이터 라인입니다.
역할: 실제 오디오 데이터가 전송되는 라인입니다. BCLK 신호에 동기화되어 왼쪽 및 오른쪽 채널의 PCM(Pulse-Code Modulation) 오디오 데이터가 이 핀을 통해 직렬로 전송됩니다.

MCLK (Master Clock): 마스터 클럭 라인입니다.
역할: I2S 프로토콜에서 MCLK는 필수는 아니지만, 많은 하이파이 오디오 시스템에서 사용됩니다. BCLK와 LRCK를 생성하는 데 사용되는 기준 클럭입니다. MCLK는 BCLK보다 훨씬 높은 주파수를 가지며, 소스 장치(트랜스포트)가 DAC와 같은 타겟 장치에 대한 모든 타이밍을 마스터로서 제공하는 데 사용됩니다. MCLK는 BCLK와 LRCK를 파생시키는 데 사용되므로, 지터가 적고 정확한 클럭이 중요합니다.

가장 Critical한 핀은?

위 핀들 중에서 가장 Critical(중요)한 역할을 하는 핀은 '클럭(Clock)' 핀, 특히 BCLK와 LRCK, 그리고 MCLK입니다.

이유: 오디오 데이터의 정확한 재생은 '타이밍'에 달려 있습니다. I2S는 동기식 프로토콜이므로, 데이터(SDATA)는 클럭 신호(BCLK)에 맞춰 정확한 시간에 샘플링되어야 합니다. 만약 클럭 신호에 불안정성(지터)이 발생하면, DAC가 데이터를 잘못된 시간에 읽게 되어 원래의 아날로그 파형과 다른 출력을 만들어냅니다. 이는 '지터 노이즈'를 유발하여 음질 저하로 이어집니다.

특히, MCLK는 DAC 내에서 오디오 데이터를 처리하는 데 필요한 모든 클럭의 기반이 됩니다. MCLK가 깨끗하고 안정적일수록 BCLK와 LRCK도 안정적으로 파생될 수 있으며, 이는 최종적으로 아날로그 신호의 품질을 결정하는 데 결정적인 영향을 미칩니다. 이 때문에 고가의 오디오 기기에서는 MCLK의 지터를 최소화하기 위해 고정밀 클럭 오실레이터(예: TCXO, OCXO)를 사용하거나, 클럭 생성부를 분리된 섀시나 별도의 전원부로 구성하는 등의 노력을 기울입니다.

따라서 데이터(SDATA) 핀도 물론 중요하지만, 데이터 자체가 손상되지 않는 한 클럭 신호의 품질이 오디오 재생의 충실도에 가장 큰 영향을 미칩니다. 좋은 I2S 구현은 클럭 신호의 지터를 줄이는 데 초점을 맞춥니다.

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오디오퀘스트 드래곤 48 HDMI 케이블은 이전에 없던 레벨의 I2S 케이블입니다.
이 결과를 가지고 미루어 짐작했을 때 블루레이 플레이어에서 HDMI 오디오 프로세서로 신호를 전송할 때도 오디오 드래곤 48 HDMI 케이블을 사용하면 이전에 없던 레벨의 퍼포먼스를 보여줄 것을 의심하지 않습니다.

그리고 아마도 eARC/ARC를 지원하는 오디오 재생장치에 연결할 경우에는 저렴한 오디오퀘스트 드래곤 eARC 케이블을 사용해도 오디오퀘스트 드래곤 48 HDMI 케이블과 거의 동등한 퍼포먼스를 가져올 수 있을 것으로 예상해 볼 수 있겠습니다.

 

그러나 오디오퀘스트 드래곤 eARC 케이블을 eARC/ARC를 지원하지 않는 오디오 재생장치에 연결한다거나, I2S케이블 케이블로 연결한다면... 오디오퀘스트 드래곤 48 HDMI 케이블의 등급에는 미치지 못하는 퍼포먼스가 나온다고 볼 수 있을 것 같습니다.

 

다른 시스템 걱정을 한참 해줬는데. 저도 HDMI 케이블을 사용하고 있다 보니 공통 관심사라 할 텐데요.

확실한 것은... 제가 사용 중인 메리디언 HD621 HDMI 오디오 프로세서는 ARC를 지원하지 않으므로... 오디오퀘스트 드래곤 eARC 케이블을 활용할 수 없겠네요. ㅠㅠ
그러면서 현재 시스템에 오디오퀘스트 드래곤 48 HDMI 케이블을 도입하는 비용과... 메리디언 HD621 HDMI 오디오 프로세서를 메리디언 UHD722 HDMI 오디오 프로세서(ARC 기능을 지원하는)로 업그레이드하고 오디오퀘스트 eARC 케이블을 도입하는 누적 비용을 놓고 저울질해 보게 되네요...