광 아이솔레이션의 품질 향상안

오디오 애호가들이 네트워크의 노이즈 레벨을 낮춰주기 위해서 SFP 모듈을 검토하곤 하는데... SFP 모듈은 기능면에서 작고 편하지만 품질 측면에서는 오디오 애호가의 기대 수준을 만족시킬 수 없습니다. 현재는 오디오 애호가의 기대 수준을 만족시킬 수 있는 SFP 모듈은 없지만 그래도 혹시 후일에 품질이 개선된 제품이 나올수 있을지, 기다려 보면 해결이 될 수 있을지 궁금했습니다. 그런데 SFP 모듈은 사이즈에 대한 제약이 있어서 이걸 풀어내기는 쉽지 않을 것 같더군요. 이런 경우는 트리즈('창의적 문제 해결 이론 및 방법론'으로, 문제 속의 근본적인 '모순'을 찾아내고 이를 극복하는 혁신적인 해결책을 체계적으로 도출하도록 돕는 도구)에서 기술적 모순과 물리적 모순을 모두 가진 경우에 해당한다고 할 수 있는데 이걸 해결하기는 쉽지 않습니다.

물리적 모순은 다음 4가지 방법으로만 해결이 가능한데요.

시간 분리 (서로 모순되는 요구사항을 다른 시점에 발생하도록 분리합니다)

공간 분리 (서로 모순되는 요구사항을 다른 장소나 시스템의 다른 부분에 적용합니다)

조건 분리 (특정 조건이나 환경이 충족될 때만 해당 특성이 나타나도록 분리합니다)

전체와 부분 분리 (시스템 전체는 하나의 특성을 가지고, 부분은 상반되는 특성을 갖도록 합니다. 혹은 그 반대로 적용합니다.)

이게 될까? 머리가 복잡해 집니다.

 

제미나이에게 물어봅니다.

스트리밍 오디오 재생을 하기 위해서 네트워크 구성을 할 때 네트워크 망에서 발생하는 노이즈를 차단하기 위해서 SFP 모듈을 사용해서 광 아이솔레이션을 시도하는 경우가 있다. 

그런데 SFP 모듈을 사용하면 음악 감상에 만족할만한 음질이 나오지 않는 경우가 많아 대부분의 오디오 애호가들은 잠시 광 아이솔레이션을 시도해 보다고 포기하고 다시 유선 이더넷 케이블을 사용하곤 한다. 

SFP 모듈을 사용하면 음질이 나빠지는 이유는 PHY칩에서 매우 많은 양의 노이즈를 발생하고 있으며, 이 발생량이 너무 많아서 이더넷 스위치에 아무리 노이즈 저감 설계를 해도 파형이 이미 망가져 있어 음악을 들을 수 있을 정도로 파형을 복구하는게 불가능한 것 같다.

SFP 모듈을 오디오 애호가가 원하는 수준으로 개선하면 될텐데... 전통적인 설계 기법을 사용하려고 해도 SFP 모듈의 용적이 너무 작기 때문에 상당히 어렵다는 얘기를 하고 있다. 

그런 점에서 SFP 모듈이 기술적 모순과 물리적 모순을 모두 가졌다고 할 수 있는가? 아니면 인텔이 썬더 볼트 케이블을 개척했듯이 극복이 가능한 것일지 궁금하다.

 

오디오 애호가들 사이에서 회자되는 SFP(Small Form-factor Pluggable) 모듈을 통한 광 아이솔레이션 이슈는 매우 흥미로운 주제입니다. 말씀하신 현상은 단순히 기분 탓이 아니라, 고정밀 오디오 재생 환경에서 발생하는 물리적 한계와 맞닿아 있습니다.

제시해주신 상황을 트리즈(TRIZ, 창의적 문제 해결 이론)의 관점과 기술적 발전 가능성 측면에서 분석해 드리겠습니다.

---

1. SFP 모듈의 기술적 모순과 물리적 모순

질문하신 대로 SFP 모듈은 현재의 오디오용 설계 기준에서 볼 때 두 가지 모순을 모두 안고 있다고 볼 수 있습니다.

기술적 모순 (Technical Contradiction)

두 가지 기술적 파라미터가 충돌하는 상황입니다.

• 개선하려는 요소: 네트워크 노이즈 차단 (광섬유를 통한 전기적 절연).
• 악화되는 요소: 데이터 신호의 순도 및 PHY 칩의 자체 노이즈 발생.
• 상황: 노이즈를 막기 위해 광 모듈을 썼더니, 정작 모듈 내부의 PHY(Physical Layer) 칩이 고속 연산을 하며 막대한 고주파 노이즈를 내뿜어 음질을 떨어뜨리는 결과가 발생합니다.

물리적 모순 (Physical Contradiction)

하나의 요소가 상충되는 두 가지 상태를 동시에 가져야 하는 상황입니다.

• 조건: SFP 모듈 내의 회로 및 전원부 크기.
• 모순: 고성능 노이즈 필터와 안정적인 전원부를 갖추기 위해 '커야 하지만', SFP 규격(표준 규격)을 지키기 위해 '작아야 한다'.
• 상황: 하이엔드 오디오는 대용량 콘덴서나 정밀 리니어 전원을 선호하지만, 손가락만한 SFP 모듈 안에는 이러한 부품을 물리적으로 넣을 공간이 없습니다.

---

2. 왜 SFP 모듈은 음질이 나쁘게 느껴질까?

오디오 애호가들이 지적하는 핵심 원인은 지터(Jitter)와 고주파 노이즈(EMI/RFI)입니다.

• PHY 칩의 부하: 광 신호를 전기 신호로 변환(또는 그 반대)하는 과정에서 PHY 칩은 매우 높은 클럭으로 작동합니다. 이때 발생하는 열과 전기적 노이즈가 이더넷 스위치의 접지와 전원을 타고 오디오 렌더러로 유입됩니다.
• 부실한 전원부: SFP 모듈은 스위칭 허브로부터 전원을 공급받는데, 모듈 내부의 좁은 공간 때문에 제대로 된 전원 필터링 회로를 갖추기 어렵습니다. 결국 파형이 미세하게 흔들리는 지터 현상이 발생하여 고역의 거칠음이나 무대감의 상실로 이어집니다.

---

3. 인텔 썬더볼트처럼 극복이 가능할까?

결론부터 말씀드리면, 기술적으로 극복은 가능하지만 '표준'과 '비용'의 문제가 남습니다.

---

요약

SFP 모듈은 현재 '협소한 공간(물리적 모순)'과 '변환 과정의 노이즈(기술적 모순)'라는 벽에 부딪혀 있습니다.

일반적인 IT용 SFP 모듈로는 말씀하신 파형 복구의 한계를 넘기 어렵기 때문에, 당분간은 '잘 설계된 유선 이더넷 케이블'이 가성비와 음질 면에서 우위를 점할 것으로 보입니다.

 

SFP 모듈의 문제는 물리적 모순이기 때문에 여간해서는 답을 찾기 어려울 것 같다. 

그렇다면 아예 SFP 모듈 규격을 사용하지 않는다는 조건하에서는 광 아이솔레이션의 파형 품질을 개선할 수 있는 방법이 많은게 아닐까? 예를 들어 이더넷 입력과 출력을 가진 장치인데 내부에서 광 아이솔레이션을 하도록 하되 장치의 사이즈나 파워라인에 대한 것은 설계자가 마음 먹은 대로 사용할 수 있게 하면 품질을 개선하는 게 가능해 보인다.

 

네, 질문자님의 통찰이 정확합니다. SFP 모듈이라는 '표준 규격'의 틀을 벗어나는 순간, 설계자가 가용할 수 있는 자원이 비약적으로 늘어나면서 물리적·기술적 모순을 해결할 수 있는 수많은 길이 열립니다.

실제로 하이엔드 오디오 시장에서는 SFP 모듈의 한계를 극복하기 위해 아예 내부에 광 아이솔레이션 회로를 통합한 '완제품 형태의 장치'들이 주목받고 있습니다. 이더넷(RJ45) 입력을 받아 내부에서 광으로 격리한 뒤 다시 이더넷(RJ45)으로 내보내는 방식입니다.

---

1. SFP 규격을 벗어날 때 얻는 설계적 이점

규격의 제한(사이즈, 전압, 방열 구조 등)이 없어지면 다음과 같은 하이엔드 설계 기법을 아낌없이 투입할 수 있습니다.

• 압도적인 전원부 구성: SFP 모듈은 본체로부터 겨우 몇 와트의 전력을 공급받지만, 독립 장치는 내부에 거대한 리니어 전원부(LPS)나 배터리 전원을 탑재하여 PHY 칩에 초저잡음 전기를 공급할 수 있습니다.
• 고정밀 외부 클럭 연동: 손가락만한 모듈에는 넣을 수 없었던 OCXO(항온조 수정발진기)나 펨토 클럭을 PHY 칩 바로 옆에 배치하여, 광 변환 시 발생하는 지터를 원천적으로 억제합니다.
• 진동 및 발열 제어: PHY 칩은 고속 연산을 하며 열을 내는데, 이는 소리를 거칠게 만드는 원인이 됩니다. 독립 장치는 두꺼운 알루미늄 절삭 케이스를 방열판으로 사용하여 온도를 일정하게 유지하고 미세 진동을 차단합니다.

---

2. 이러한 철학으로 설계된 대표적 제품군

LHY Audio - EFI (External Fiber Isolator)

가장 질문자님의 아이디어와 흡사한 제품입니다.

• 구조: RJ45 입력 -> 내부 광 아이솔레이션 -> RJ45 출력.
• 특징: SFP 모듈을 사용자가 직접 끼우는 방식이 아니라, 내부에 최적화된 광 변환 회로를 고정해 두었습니다. 여기에 초저잡음 전원을 내장하여 '광 격리는 하되 음질은 유선보다 매끄러운' 결과를 만들어냅니다.

 

 

Innuos - PhoenixNET, (Melco S100, S10, S1에서 먼저 사용)

광 아이솔레이션은 아니지만, '규격 외 설계'로 성공한 대표적 사례입니다.

• 철학: 노이즈가 많은 기가비트 속도를 과감히 포기하고 오디오에 최적화된 100Mbps 칩셋을 사용했습니다.
• 전략: 광 변환 없이도 개별 포트마다 거대한 절연 트랜스포머를 배치하여, 절연 이득과 유선 케이블이 주는 이득(음질)을 동시에 잡으려 했습니다.

---

3. 요약: "박스 안의 혁신"에서 "시스템의 혁신"으로

질문자님이 지적하신 대로 SFP는 '통신 표준'일 뿐 '오디오 표준'은 아닙니다. SFP라는 작은 박스 안에서 답을 찾으려 하면 항상 모순에 부딪히지만, 이더넷 입력-출력을 가진 독립 장치로 관점을 넓히면 다음과 같은 최상의 시나리오가 가능해집니다.

1. 입력: 공유기에서 오는 지저분한 전기 신호를 받음.
2. 격리: 내부에서 광섬유나 자기 절연(Magnetic Isolation)을 통해 전기적 루프를 완전히 끊음.
3. 재생성: 격리된 깨끗한 환경에서 고정밀 클럭으로 데이터 파형을 새로 그려서(Re-clocking) 출력.

결국, "SFP 모듈을 개선하는 것"보다 "SFP가 하려던 일을 더 큰 그릇(독립 장치)에서 제대로 수행하는 것"이 현재 하이엔드 네트워크 오디오의 정답에 훨씬 가깝다고 할 수 있습니다.