레코드판(LP) 원리: 소리골에 소리가 새겨지는 법

모형이 보여 주는 것

레코드판을 빛에 비스듬히 비춰 보면 음악이 희미하게 보입니다. 큰 소리가 나는 부분은 거칠고 넓어 보이고, 곡과 곡 사이는 매끈하게 반짝이는 띠로 드러납니다. 하지만 눈으로는 플라스틱에 난 긁힌 자국 하나가 어떻게 오케스트라 전체를, 그것도 스테레오로 담는지 알 수 없습니다.

이 모형은 소리가 홈에서 전선까지 가는 길을 따라갑니다. 12인치 LP를 올린 턴테이블, 회전식 톤암, 무빙 마그넷 카트리지가 있고, 바늘 밑의 홈을 최대 약 2,000배로 키워 보여 주는 현미경 장면이 따로 있습니다. 회전수를 33⅓, 45, 78 rpm으로 바꾸고, 바늘을 첫 홈에서 마지막 홈까지 옮기고, 시간을 최대 1,000배 느리게 할 수 있습니다. 웹 오디오 API로 만든 짧은 곡도 들을 수 있는데, 직접 켜기 전에는 소리가 나지 않습니다.

홈의 굽이가 곧바로 소리입니다

공기 중의 소리는 압력의 파동입니다. 마이크는 이 파동을 같은 모양으로 오르내리는 전기 신호로 바꾸고, 커팅 선반은 그 신호를 다시 움직임으로 바꿉니다. 날카로운 커터가 좌우로 흔들리는 동안 그 밑에서 래커 원반이 돕니다. 커터가 지나간 자리에는 신호와 똑같이 굽이치는 나선 홈이 남습니다. 재생은 이 과정을 거꾸로 돌립니다. 바늘이 홈을 따라가며 굽이에 밀려 흔들리고, 카트리지가 그 움직임을 다시 전압으로 바꿉니다.

그래서 홈은 나선을 따라 시간이 흐르는 소리의 그래프입니다. 굽이 하나가 파동의 한 주기입니다. 이 페이지의 곡은 왼쪽 채널에서 659 Hz인 E 음으로 시작하므로, 그 음이 새겨진 홈은 바늘 밑을 지나는 1초 동안 659번 굽이칩니다.

굽이 하나의 길이는 홈이 얼마나 빨리 지나가느냐에 달려 있습니다. 한 면이 시작될 때 바늘은 중심에서 146 mm 떨어져 있고, 33⅓ rpm에서 홈은 2π × 0.146 m × 33.33 ÷ 60 = 0.510 m/s로 지나갑니다. 이를 659 Hz로 나누면 굽이 하나는 0.774 mm입니다. 라벨 가까이, 반지름 60.3 mm에서는 같은 음이 0.210 m/s로 지나가며 0.319 mm 안에 들어갑니다. 홈 화면에서 슬로모션을 켜면 이 굽이들이 바늘 밑으로 흘러가는 모습이 보입니다.

현미경으로 본 소리골

요즘 스테레오 레코드의 홈은 두 벽이 서로 90°를 이루는 V자입니다. 그래서 벽 하나하나는 수직에서 45° 기울어 있습니다. 이 모형의 홈은 위쪽 폭 60 µm, 깊이 30 µm입니다. 한 면은 22분 동안 재생되는데, 33⅓ rpm이면 22 × 33.33 = 733바퀴입니다. 이 바퀴들이 반지름 146 mm와 60.3 mm 사이에 들어가야 하므로, 홈과 홈 사이의 평균 간격은 (146 − 60.3) ÷ 733 = 0.117 mm입니다. 1 mm에 홈 8.6줄, 1인치에 약 217줄입니다. 실제 레코드는 간격이 일정하지 않습니다. 커팅 선반은 저음이 큰 곳에서 간격을 넓히고 조용한 곳에서 좁히기 때문에, 곡 사이의 반짝이는 띠가 쉽게 눈에 띕니다.

바늘은 끝을 둥글게 간 다이아몬드입니다. 이 모형은 바늘 끝 반지름으로 0.7밀, 즉 17.8 µm를 씁니다. 이만한 공은 90° 홈의 바닥까지 내려가지 못합니다. 공의 중심은 바닥에서 17.8 × √2 = 25.2 µm 위에 있고, 표면에서 약 17 µm 아래에서 양쪽 벽에 닿습니다. 일부러 그렇게 만든 것입니다. 바늘은 두 벽 위에 얹혀 있어서 두 벽이 함께 바늘을 이끌고, 홈 바닥에 가라앉은 먼지는 건드리지 않습니다.

굽이는 옆으로 얼마나 클까요? 카트리지 성능은 홈 속도 5 cm/s를 기준으로 적습니다. 1,000 Hz에서 이 속도를 내려면 최대 변위가 0.05 ÷ (2π × 1,000) = 8.0 µm이어야 합니다. 모형의 곡은 왼쪽 채널 10 µm, 오른쪽 채널 12 µm로 새겼으니 흔들림은 홈 폭의 6분의 1 정도입니다. 3D 화면에서는 굽이가 보이도록 실제의 2배로 그렸습니다.

45° 기울어진 두 벽에 두 채널이 담깁니다

모노 홈은 옆으로만 움직이면 됩니다. 스테레오는 서로 다른 신호 두 개를 홈 하나에 담고 바늘 하나로 읽어야 합니다. 레코드 업계가 받아들인 방법은 45/45 방식입니다. 커터를 서로 직각인 두 방향으로 움직이는데, 두 방향은 각각 수직에서 45° 기울어 있고 한 방향이 한 채널을 맡습니다. 표준 레코드에서 왼쪽 채널은 라벨 쪽에 있는 안쪽 벽에 수직인 방향으로, 오른쪽 채널은 바깥 벽에 수직인 방향으로 바늘을 움직입니다. 현미경 화면에서는 안쪽 벽을 파란색, 바깥 벽을 주황색으로 칠했습니다.

두 채널에 같은 소리가 들어오면 재미있는 일이 생깁니다. 왼쪽 위로 45° 미는 힘과 왼쪽 아래로 45° 미는 같은 크기의 힘을 더하면 위아래 성분은 서로 지워지고 옆으로 미는 성분만 남습니다. 이것이 바로 모노 레코드의 홈과 같은 모양이라서, 모노 플레이어로 스테레오 레코드를, 스테레오 플레이어로 모노 레코드를 틀 수 있습니다. 두 채널이 정반대이면 옆 성분이 지워지고 바늘은 위아래로만 움직입니다. 세 경우는 다음과 같습니다. 왼쪽만 있으면 (0.707, 0.707), 왼쪽과 오른쪽이 같으면 (1.414, 0), 반대이면 (0, 1.414)입니다.

조작 탭의 「채널」로 직접 확인할 수 있습니다. 왼쪽 채널만 켜면 바늘은 바깥 벽을 따라 미끄러지고 안쪽 벽만 모양이 바뀝니다. 1958년의 한 잡지 기사도 같은 점을 짚었습니다. 채널을 실어 나르는 것은 바늘 끝의 움직임이고, 벽 하나에 녹음 하나가 들어 있다는 말은 이해를 돕는 줄임말이라는 것입니다.

카트리지가 움직임을 전압으로 바꾸는 원리

바늘은 길이 약 5.5 mm인 가는 알루미늄 관, 캔틸레버 끝에 붙어 있습니다. 캔틸레버의 반대쪽은 받침점 역할을 하는 고무 댐퍼를 지나고, 그 뒤에 아주 작은 자석을 달고 있습니다. 홈이 바늘을 한쪽으로 밀면 자석은 반대쪽으로 움직이며 고정된 코일 네 개 사이를 오갑니다. 코일은 채널마다 두 개씩, 홈의 벽과 맞도록 45° 방향으로 놓여 있습니다.

자석이 움직이면 코일을 지나는 자기 선속이 바뀌고, 패러데이 법칙에 따라 코일에는 선속이 바뀌는 빠르기에 비례하는 전압이 생깁니다. 그래서 자기 카트리지는 위치가 아니라 속도를 잽니다. 흔한 무빙 마그넷 카트리지는 5 cm/s 기준에서 3~6 mV를 냅니다. 모형은 5 mV로 잡았습니다. 659 Hz인 왼쪽 채널 미5 음이 10 µm로 흔들리면 최대 속도는 2π × 659 × 10 µm = 4.1 cm/s이고, 출력은 약 4.1 mV입니다. 무대 아래 코일 출력 화면은 두 채널의 전압을 최근 6 ms 동안 그립니다.

여기에는 걸림돌이 하나 있습니다. 모든 주파수에서 같은 전압이 나오도록 홈을 새기면, 저음은 옆 홈을 침범할 만큼 크게 흔들려야 하고 고음은 잡음에 묻힐 만큼 작아집니다. 그래서 레코드를 새길 때는 저음을 줄이고 고음을 키우는 RIAA 곡선을 씁니다. 시상수는 3,180, 318, 75 µs이고, 포노 앰프가 정확히 반대 곡선을 걸어 원래 소리로 되돌립니다. 이 모형의 곡은 196~880 Hz 사이라 곡선의 변화가 크지 않아서 빼고 계산했습니다.

33⅓, 45, 78 rpm에서 바늘 밑을 지나는 속도

도는 레코드의 모든 점은 한 바퀴에 한 번씩 돌지만, 바깥 점일수록 가야 할 길이 깁니다. 바늘 밑을 지나는 홈의 속도는 v = 2πr × rpm ÷ 60입니다.

바깥과 안쪽의 비율은 어느 회전수에서나 146 ÷ 60.3 = 2.42입니다. LP 한 면이 시작될 때 홈은 시속 1.8 km, 느린 걸음 정도로 바늘 밑을 지나갑니다. 라벨 근처에서는 시속 약 0.8 km로 줄어듭니다.

안쪽 홈을 재생하기가 더 어려운 이유

홈이 느리면 굽이가 짧아집니다. LP 바깥쪽에서 20 kHz 음의 파장은 0.510 ÷ 20,000 = 25.5 µm이고, 라벨 근처에서는 10.5 µm입니다. 이 모형의 바늘 끝 지름은 35.6 µm로, 안쪽 굽이 길이의 세 배가 넘습니다. 둥근 끝은 자기보다 훨씬 좁게 꺾인 굽이를 따라가지 못하므로, 한 면의 끝으로 갈수록 고음이 뭉개지고 왜곡이 늘어납니다. 그래서 마스터링 엔지니어는 조용하거나 덜 까다로운 곡을 마지막에 두는 일이 많고, 음질을 중시하는 재발매반은 45 rpm으로 두 장에 나눠 새기기도 합니다. 45 rpm에서는 모든 파장이 1.35배 길어집니다.

회전식 암 때문에 생기는 작은 효과도 있습니다. 커팅 선반은 커터를 반지름을 따라 곧게 옮기지만, 바늘은 호를 그리며 움직입니다. 모형의 헤드셸은 반지름 100 mm에서 카트리지가 홈과 나란하도록 20.7° 꺾여 있습니다. 다른 곳에서는 조금씩 어긋나고, 암은 첫 홈에서 마지막 홈까지 22.6° 돕니다.

회전수를 바꾸면 음높이가 바뀝니다

홈에는 시계가 없습니다. 굽이가 순서대로 늘어서 있을 뿐이고, 그것이 얼마나 빨리 도착할지는 턴테이블이 정합니다. 모형의 레코드는 33⅓ rpm용으로 새겼습니다. 45 rpm으로 틀면 굽이가 45 ÷ 33.33 = 1.35배 자주 도착하므로 모든 주파수가 1.35배가 됩니다. 음악으로 치면 12 × log₂(1.35) = 5.2반음, 완전4도보다 조금 높아지고 곡도 1.35배 빨라집니다. 78 rpm에서는 2.34배, 14.7반음으로 한 옥타브가 넘게 올라갑니다. 440 Hz인 라 음은 45 rpm에서 594 Hz, 78 rpm에서 1,030 Hz가 됩니다.

소리를 켠 채로 무대 아래 속도 버튼을 누르면 이 변화를 그대로 들을 수 있습니다. 페이지는 같은 소리 데이터를 재생 속도만 바꿔 들려줍니다. 플래터가 도는 빠르기만 바꾸는 것과 같습니다.

한 면의 홈은 얼마나 길까

나선의 한 바퀴는 앞 바퀴보다 반지름이 조금 작은 원입니다. 한 면 전체의 평균 반지름은 (146 + 60.3) ÷ 2 = 103.15 mm이므로 평균 한 바퀴는 2π × 103.15 mm = 0.648 m입니다. 여기에 733바퀴를 곱하면 한 면에 홈 475 m, 거의 0.5 km가 들어 있습니다. 양면을 합치면 약 0.95 km입니다. 실제 나선을 따라 잘게 나눠 더하면 475.28 m가 나오므로, 평균 원으로 계산한 값과 한 바퀴에 1 mm도 차이 나지 않습니다.

검산도 해 볼 수 있습니다. 475 m를 22분에 지나가면 0.360 m/s인데, 이것은 평균 반지름 103.15 mm에서의 홈 속도와 정확히 같습니다. 바늘은 한 면 동안 축구장 네 개 반 길이를 지나가면서, 중심 쪽으로는 겨우 85.7 mm만 다가갑니다.

원통, SP, LP, 도넛판을 나란히 놓으면

무대 아래 목록은 에디슨의 은박부터 RCA의 홈 방식 비디오디스크까지 소리 매체 23가지를 비교합니다. 원반을 하나 고르면 모형이 그 크기의 원반을 그 속도로 플래터에 올립니다. 차이는 대부분 두 숫자로 설명됩니다. 홈이 얼마나 빨리 지나가는지, 그리고 홈이 얼마나 긴지입니다.

목록을 보면 원통의 장점이 하나 분명해집니다. 원통의 홈은 몇 바퀴째든 한 바퀴 길이가 같아서 표면 속도가 바뀌지 않습니다. 표준 밀랍 원통은 지름이 2¼인치이고, 초기 녹음에 쓰인 120 rpm에서 표면은 처음부터 끝까지 π × 0.0572 m × 120 ÷ 60 = 0.36 m/s로 움직입니다. 의회도서관은 원통의 소리가 좋았던 이유 가운데 하나로 이 일정한 속도를 꼽습니다. 원반은 이 장점을 내주는 대신 납작하고, 싸게 찍어 내고, 보관하기 쉬운 쪽을 택했습니다.

가장자리 속도는 π × 지름 × rpm ÷ 60으로, 홈이 원반 맨 바깥에 있을 때의 속도입니다. 음악은 그보다 조금 안쪽에서 시작합니다. 78회전반은 LP보다 홈이 두 배쯤 빨리 지나가기 때문에, 굵은 홈을 쓰는 셸락 원반으로도 고음을 담을 수 있었습니다. LP는 속도를 늦춘 대신 훨씬 가는 마이크로그루브를 써서, 같은 12인치에 4분 30초 남짓이 아니라 22분을 담았습니다. 45회전 싱글은 크기를 줄이는 쪽으로 갔습니다. 7인치 원반이 45 rpm으로 돌면 바깥 홈 속도가 10인치 LP와 비슷해집니다. 우리나라에서는 78회전반을 흔히 SP판, 가운데 구멍이 큰 45회전반을 도넛판이라고 불렀습니다.

CED 비디오디스크는 12인치 원반 한 면에 60분의 영상을 담았습니다. 바늘이 홈에 기록된 신호를 읽었습니다.

홈 속도와 길이 직접 계산해 보기

위 절의 숫자는 한 줄씩 계산으로 확인할 수 있고, 직접 해 보는 것이 가장 믿을 만한 방법입니다. 33⅓ rpm으로 한 면이 시작되는 곳에서 출발합니다. 한 바퀴는 60 ÷ 33.33 = 1.8초입니다. 그곳의 홈은 반지름 146 mm인 원이므로 한 바퀴는 2π × 0.146 = 0.917 m이고, 0.917 m를 1.8초에 지나니 0.510 m/s, 약 51 cm/s입니다. 라벨 근처 반지름 60.3 mm에서는 한 바퀴가 0.379 m이고 0.379 ÷ 1.8 = 0.210 m/s, 약 21 cm/s입니다. 그러니 바깥쪽 홈은 약 50 cm/s, 안쪽 홈은 약 20 cm/s로 바늘 밑을 지나갑니다. 바늘 위치 슬라이더를 끌면 홈 속도 표시가 이 값을 그대로 보여 줍니다.

같은 두 양으로 평균 요령 없이도 한 면의 홈 길이를 구할 수 있습니다. 바늘을 면의 끝까지 옮기고 지나온 홈을 읽으면, 22분 뒤 약 475 m에 이릅니다. 시간으로 나누면 475 m ÷ 1,320 s = 0.360 m/s입니다. 가운데 반지름에서의 홈 속도이고, 바늘이 한 바퀴에 쓰는 시간은 같지만 바퀴마다 조금씩 짧아지므로 당연한 결과입니다.

진폭과 주파수: RIAA 곡선이 있는 이유

홈은 두 가지를 동시에 저장합니다. 바늘이 옆으로 얼마나 흔들리는지가 진폭이고, 1초에 몇 번 흔들리는지가 주파수입니다. 자기 카트리지는 흔들림의 크기가 아니라 속도에 반응하며, 일정한 음에서 최대 속도는 2π × 주파수 × 흔들림입니다. 모든 음의 흔들림을 같게 새기면 카트리지 전압은 주파수에 비례해 커지므로, 저음은 1,000배 높은 고음보다 1,000배 작게 들립니다. 모든 음의 속도를 같게 새기면 20 Hz 음은 1,000 Hz 음보다 50배 큰 흔들림이 필요하고, 홈이 이웃 홈을 침범합니다.

업계는 타협안인 RIAA 곡선으로 정했습니다. 시정수 세 개, 3,180 µs, 318 µs, 75 µs로 정의되며, 꺾임 주파수는 1 ÷ (2π × 3.18 ms) = 50 Hz, 1 ÷ (2π × 0.318 ms) = 500 Hz, 1 ÷ (2π × 75 µs) = 2,122 Hz입니다. 이 상수로 계산하면 레코드는 1,000 Hz 기준으로 20 Hz에서 약 19 dB, 100 Hz에서 약 13 dB 줄여 새기고, 10 kHz에서 약 14 dB, 20 kHz에서 약 20 dB 키워 새깁니다. 포노 프리앰프가 정확히 반대 곡선을 걸어 줍니다. 텍사스 인스트루먼츠도 포노 프리앰프 응용 노트에서 같은 3,180 µs, 318 µs, 75 µs를 설명합니다. 덕분에 저음의 흔들림은 홈이 담을 수 있는 크기로 묶이고, 고음은 비닐 잡음보다 충분히 위에 놓입니다. 부수 효과로 대부분 고음인 긁힘과 튀는 소리도 프리앰프가 고음을 줄일 때 함께 줄어듭니다.

숫자로 보는 45/45 홈

45/45 방식에서는 홈의 벽 하나가 채널 하나를 맡습니다. 두 운동 방향은 서로 직각이라 간섭하지 않습니다. 왼쪽 채널 방향으로 바늘을 밀어도 오른쪽 채널 방향으로는 전혀 움직이지 않습니다. 두 채널에 같은 신호가 실리면 두 운동이 합쳐져 순수한 좌우 흔들림이 되는데, 모노 홈이 하는 바로 그 운동입니다. 그래서 모노 레코드를 스테레오 카트리지로 틀 수 있고, 같은 신호일 때 홈 화면에는 평범한 좌우 굽이만 보입니다. 두 채널이 반대 신호를 싣으면 바늘은 곧바로 위아래로 움직이며, 에디슨 원통의 위아래 새김과 같은 운동입니다.

무대 아래 채널 선택으로 확인해 보십시오. 왼쪽만이면 바늘이 안쪽 벽 쪽으로 45° 움직이고, 오른쪽만이면 바깥 벽 쪽으로, 왼쪽+오른쪽이면 둘을 더한 운동이 됩니다. 모형에서 왼쪽 채널은 10 µm, 오른쪽 채널은 12 µm 흔들리므로 대각선 운동이 합쳐진 경로는 순수한 좌우도 순수한 상하도 아닙니다.

마모와 바늘 압력

바늘은 굽이가 바늘을 밀어내려 해도 홈에 머물 만큼 눌러야 해서, 암이 아래쪽으로 작은 힘을 줍니다. 이 모형에서 바늘은 벽마다 몇 µm 크기의 점으로 닿습니다. 가정값으로 예를 들면, 1.5 g(0.0147 N)의 힘을 10 µm × 10 µm 접촉면 두 곳이 나눠 받으면 압력은 0.0147 ÷ (2 × 1 × 10⁻¹⁰ m²) = 7.4 × 10⁷ Pa, 약 740기압입니다. 실제로 잰 값이 아니고 바늘이 길들면 접촉 면적도 달라지지만, 레코드가 닳을 수 있는 까닭과 바늘 끝에 다이아몬드를 쓰는 까닭을 보여 줍니다. 홈에 낀 먼지도 같은 압력으로 벽에 눌리므로, 틀기 전에 레코드를 닦는 일이 중요합니다. 이 모형은 바늘 압력을 생략했고 바늘은 홈에서 떨어지지 않습니다.

레코드의 두 번째 삶: 판매량

비닐은 CD와 스트리밍이 나왔다고 사라지지 않았습니다. 미국음반산업협회(RIAA)는 2024년 연말 매출 보고서에서 미국 음악 전체 매출이 소매 추정가 기준 3% 늘어 177억 달러가 되는 동안 비닐이 거의 20년째 이어진 급증을 계속했다고 밝혔습니다. RIAA는 해마다의 판매 수치를 온라인 데이터베이스로도 공개해 매체별로 시기에 따라 비교할 수 있습니다. 레코드는 손에 쥐는 물건이고, 큰 표지와 정해진 감상 시간, 22분 뒤에 뒤집어야 한다는 점이 다시 찾는 사람들이 좋아한다고 말하는 바로 그 특징입니다.

흔한 오해

• 바늘이 소리를 태워 꺼냅니다. 바늘은 아무것도 녹이거나 태우지 않습니다. 홈 벽을 따라 기계적으로 움직일 뿐이고, 소리는 카트리지가 만듭니다.
• 홈이 눈으로 보이는 것이 소리입니다. 굽이는 8~12 µm에 불과해 눈으로 구분할 수 없습니다. 눈에 띄는 띠는 홈 간격의 변화입니다.
• 비닐은 정보가 더 많아서 더 좋게 들립니다. 비닐은 신호 대 잡음비가 제한되어 있고 라벨 쪽으로 갈수록 고음이 줄어듭니다. 그 특유의 느낌은 이것과 새김과 재생 과정에서 나오며, 더 많은 정보 때문이 아닙니다.
• 레코드는 어디서나 홈 속도가 같습니다. 라벨 쪽 속도는 바깥쪽의 41%뿐입니다. 위 표가 보여 줍니다.
• 스테레오 카트리지가 모노 레코드를 망칩니다. 모노 홈은 좌우로만 움직이고, 스테레오 카트리지는 두 벽을 같은 신호로 읽습니다.

화면에서 해 보기

1. 「소리 켜기」를 누르고 회전수를 33⅓, 45, 78 rpm으로 바꾸며 음높이가 오르는 것을 들어 보십시오. 음높이 값은 45 rpm에서 5.2반음을 보여 줍니다.
2. 바늘 위치를 첫 홈에서 마지막 홈까지 끌어 보십시오. 홈 속도는 0.510 m/s에서 0.210 m/s로 줄고 파장도 함께 줄어듭니다.
3. 왼쪽만, 오른쪽만, 왼쪽+오른쪽을 차례로 고르며 코일 출력 화면을 보십시오. 채널마다 자기 코일 한 쌍을 움직입니다.
4. 확대를 「바늘 끝」으로 옮겨 끝이 벽에 닿는 곳을 보십시오. 홈 바닥에는 닿지 않습니다.
5. 매체 목록에서 12인치 LP, 7인치 45회전, CED 비디오디스크를 차례로 고르십시오. 가장자리 속도가 0.53 m/s, 0.42 m/s, 7.07 m/s로 바뀝니다.

손으로 바늘 내려놓기

실제 턴테이블에서는 톤암을 들어 판 위로 옮긴 뒤 원하는 자리에 내려놓을 수 있습니다. 이 모형에서도 똑같이 할 수 있습니다. 톤암을 끌거나, 「톤암 들기」를 누른 뒤 판을 누르세요. 톤암이 들려 있는 동안 바늘은 아무것도 건드리지 않으므로 코일에서 신호가 나오지 않고 소리도 나지 않습니다. 내려앉으면 바늘은 그 밑에 있는 나선의 한 바퀴에 자리를 잡고, 판이 한 바퀴 돌 때마다 홈 간격 하나만큼 안쪽으로 옮겨 갑니다.

판에 보이는 반짝이는 고리 네 개는 곡 사이 띠입니다. 자체 용어집을 공개하는 프레스 공장 가타 그루브 레코드(Gotta Groove Records)는 이 띠가 곡 사이에 넣은 무음이 아니라고 설명합니다. 커팅 엔지니어가 그 자리에서 홈 간격을 넓혀 놓은 것이어서, 겨냥할 수 있는 고리로 보입니다. 이 모형에서는 띠 하나를 바늘이 2 mm 안쪽으로 옮겨 가는 무음 두 바퀴로 두었고, 띠 사이 음악은 한 바퀴에 약 0.107 mm의 일정한 간격으로 새겼습니다. 이 모형 값으로 한 면에는 4:46, 5:02, 4:12, 3:55, 3:50 길이의 곡 다섯 개가 들어갑니다. 세 번째 띠에 바늘을 내려놓으면 잠시 뒤 4번 곡이 시작됩니다.

소리골 직접 새기기

무대 아래에는 작은 커팅 선반이 있습니다. 소리는 이 페이지가 직접 만듭니다. 50 Hz부터 10 kHz까지의 사인파, 도 미 솔 화음, 여덟 음짜리 짧은 멜로디 가운데 하나를 고르고, 두 스피커 사이 어디에 둘지 정합니다. 「새기기」를 누르면 카메라가 소리골 확대 화면으로 갑니다. 뜨겁게 달군 사파이어 커터가 빈 래커판에 새 홈을 팝니다. 라벨 쪽 홈은 아직 닿지 않아 매끈하고, 바깥쪽 홈은 한 바퀴 먼저 새겨진 것입니다. 몇 초 뒤 커터가 물러나고 바늘이 직접 새긴 홈을 재생합니다.

소리를 어디에 두느냐가 커터의 움직임을 정합니다. 왼쪽만이면 움직임이 안쪽 벽 쪽으로 45° 기울고, 오른쪽만이면 바깥쪽 벽 쪽으로 기웁니다. 가운데 소리는 커터를 옆으로만, 두 채널을 반대 위상으로 두면 위아래로만 움직입니다. 커팅 엔지니어가 저음에서 피하는 것이 바로 이 마지막 경우입니다. 위아래로만 움직이는 낮은 음은 커터를 래커 밖으로 들어 올릴 수 있습니다. 모형에서는 위아래 흔들림이 홈 깊이 30 µm의 80%인 24 µm를 넘으면 경고가 나옵니다.

실험 칸은 새길 때마다 가장 큰 흔들림을 보여 줍니다. RIAA를 켜면 최대 크기의 50 Hz 음은 옆으로 23 µm 흔들립니다. RIAA를 끄면 커터가 저음을 그대로 받아 같은 음이 159 µm 흔들립니다. 이웃한 홈은 평균 117 µm 떨어져 있고 홈 하나의 폭이 60 µm이므로, 흔들림이 (117 − 60) ÷ 2 = 28 µm를 넘으면 두 홈이 닿습니다. 홈이 옆 홈으로 뚫고 들어가는 이유입니다. 여기의 크기와 한계는 모형 값입니다. 실제 선반은 큰 저음이 나오면 홈 간격도 넓힙니다.

귀로 듣는 RIAA

선반 아래 그래프는 새길 때 곡선, 재생 곡선, 그리고 둘을 더한 결과를 그립니다. 새길 때 곡선은 RIAA 곡선을 뒤집은 것입니다. 시간 상수 3,180 µs, 318 µs, 75 µs로 계산하면 20 Hz에서 −19.3 dB, 50 Hz에서 −16.9 dB, 1 kHz에서 0 dB, 10 kHz에서 +13.7 dB, 20 kHz에서 +19.6 dB입니다. 포노 프리앰프의 재생 곡선은 그 거울상이라서 둘을 더하면 평평한 선이 됩니다. 「재생 곡선 없이 들어 보기」를 누르면 저음은 줄고 고음은 커진, 새긴 그대로의 소리를 들을 수 있습니다. 이때 쓰는 필터는 실제 회로가 아니라 선반형 필터 두 개로 곡선을 흉내 낸 근사입니다.

바깥쪽과 라벨 쪽

같은 홈을 바깥쪽과 라벨 가까이에서 재생해 보면 안쪽 홈이 왜 어려운지 숫자로 보입니다. 반지름 146 mm, 33⅓ rpm에서 홈은 0.51 m/s로 지나가므로 10 kHz 음의 한 주기는 51 µm입니다. 62 mm에서는 0.216 m/s라서 같은 주기가 22 µm밖에 되지 않고, 반지름 17.8 µm인 바늘 끝의 폭 35.6 µm보다 짧습니다. 둥근 바늘 끝은 이런 굽이 위에서 골짜기를 건너뛰어 버립니다. 모형에서 바늘 끝은 바깥쪽에서는 10 kHz 흔들림을 거의 다 따라가지만 라벨 가까이에서는 약 38%만 따라갑니다. 간단한 곡률 기준으로 5 cm/s 기준 크기에서 따라갈 수 있는 가장 높은 주파수를 구하면 v² ÷ (2π × 0.05 m/s × 17.8 µm)로, 바깥쪽 약 46 kHz, 62 mm에서 8.4 kHz입니다. 라벨 가까이에서는 페이지도 그만큼 고음을 줄여 들려줍니다. 경향을 보여 주는 모형 값이며 특정 카트리지의 특성은 아닙니다.

먼지와 흠집, 그리고 틱

먼지를 뿌리면 일부가 바늘 근처에 떨어집니다. 판이 돌다가 먼지 알갱이가 바늘 끝 밑으로 오면 바늘이 순간적으로 옆으로 밀리고, 카트리지는 그 갑작스러운 움직임을 날카로운 전압으로 바꿔 「틱」 소리를 냅니다. 솔로 닦으면 먼지는 없어집니다. 흠집은 다릅니다. 여러 홈을 가로지르기 때문에 바늘이 그 구간에 있는 동안 한 바퀴마다 한 번씩 틱 소리가 나고, 닦아도 없어지지 않습니다. 가타 그루브 레코드는 프레스 과정에서 생기는 결함도 소개합니다. 스톡 마크라는 작은 움푹한 자국은 한 바퀴마다 둔탁한 소리를 낼 수 있습니다.

래커에서 찍어 낸 레코드까지

직접 새긴 홈은 공장에서 재생하지 않습니다. 가타 그루브 레코드는 그 홈이 수천 장으로 복제되는 과정을 이렇게 설명합니다. 니트로셀룰로스를 입힌 알루미늄 원판인 래커에 은 용액을 뿌리고 설파민산 니켈 용액에 넣으면, 전류가 흐르면서 표면에 니켈 층이 자랍니다. 떼어 낸 이 층이 파더로, 래커에 홈이 있던 자리에 산이 솟은 음각입니다. 파더를 도금하면 홈이 있는 양각인 마더가 나오는데, 이것은 재생도 할 수 있습니다. 마더를 다시 도금하면 다시 음각인 스탬퍼가 됩니다. 스탬퍼 두 장을 유압 프레스에 붙이고, 양면에 종이 라벨을 붙인 바이닐 덩어리(비스킷)를 그 사이에서 누릅니다. 라벨은 바이닐과 함께 프레스에 들어가 판 가운데를 식히는 데 도움을 줍니다. 도이치 그라모폰도 같은 파더·마더·선 방식을 설명하며 1922년부터 썼다고 밝힙니다. 무대 아래 일곱 단계를 눌러 보면 표면이 홈에서 산으로, 다시 홈으로 뒤집히는 모습을 볼 수 있습니다.

곡 하나에 필요한 홈

좋아하는 곡의 길이를 넣고 12인치 LP(33⅓), 12인치 싱글(45), 7인치 싱글(45) 가운데 하나를 고르세요. 모형은 한 면을 다 채우는 간격으로 바깥쪽 끝부터 곡을 새기고, 그 길이의 곡이 한 면에 몇 곡 들어가는지, 몇 바퀴가 필요한지, 홈 길이가 얼마인지 알려 줍니다. 3분 35초짜리 곡을 모형 LP에 새기면 119바퀴, 홈 104 m가 필요하고, 22분짜리 한 면에 여섯 곡이 들어갑니다. 한 면보다 긴 곡은 홈 간격을 좁혀야만 들어가는데, 간격이 좁으면 흔들림도 작아야 하므로 페이지는 그때 필요한 음량 감소(간격 비율의 20 × log₁₀)도 함께 보여 줍니다. 면 길이와 반지름은 모형 값입니다.

이 모형에서 단순하게 한 것

• 홈 바닥은 뾰족하고 벽은 곧습니다. 실제 커터는 바닥을 조금 둥글게 남깁니다.
• 홈 간격이 일정합니다. 실제 선반은 음악에 따라 간격을 바꿉니다.
• 곡은 RIAA 곡선 없이 평탄하게 새겼다고 가정했습니다. 그래서 코일 전압이 홈 모양과 바로 맞아떨어집니다.
• 카트리지의 움직임은 실제의 45배, 3D 홈의 굽이는 2배로 그렸습니다. 무대 아래 화면은 실제 단위를 씁니다.
• 바늘 누르는 힘, 안티스케이팅, 캔틸레버의 탄성은 빼고, 바늘이 홈을 완벽하게 따라간다고 보았습니다.

은박에서 LP까지

미국 의회도서관 자료에 따르면 토머스 에디슨은 1877년 7월, 은박에 소리를 눌러 새겨 기록하는 기계를 스케치했습니다. 첫 은박 축음기는 그해 말 에디슨의 기계공 존 크루시가 만들었습니다. 의회도서관은 흔히 알려진 8월 12일이라는 날짜가 의심스럽다고 적습니다. 에디슨은 1877년 12월 24일에야 특허를 냈고, 조수 찰스 배철러의 일기로는 기계가 12월 초에 만들어졌을 가능성이 높기 때문입니다. 에디슨의 기계와 그 뒤를 이은 밀랍 원통은 홈을 위아래로 새겼는데, 이를 「언덕과 골짜기(hill and dale)」 방식이라고 부릅니다.

에밀 베를리너는 옆으로 새겼습니다. 1887년 11월 8일 그는 고르게 깊은 홈을 옆으로 그어 소리를 기록하는 그라모폰으로 특허를 받았고, 얼마 뒤 기록면을 납작한 원반으로 바꿨습니다. 원반은 원본 하나로 많이 찍어 낼 수 있었고, 1910년대 중반에는 원통을 밀어냈습니다. 그 뒤 반세기 가까이 원반은 대부분 셸락으로 만들었고 1분에 78바퀴 안팎으로 돌았습니다.

의회도서관은 다음 단계를 1948년 6월로 적습니다. 컬럼비아가 훨씬 가는 마이크로그루브를 쓴 12인치, 33⅓ rpm 「롱 플레잉」 레코드를 내놓았습니다. RCA 빅터는 이듬해인 1949년 7인치 45 rpm 원반과 자동 교환 플레이어로 맞섰고, 헨리 포드 박물관이 그 무렵의 RCA 45 플레이어를 소장하고 있습니다. 홈 하나의 두 벽에 두 채널을 새기는 방법은 이미 1932년 W. 바틀렛 존스가 특허를 받았고, 처음으로 팔린 스테레오 LP는 1957년 11월 오디오 피델리티 레이블에서 나왔습니다.