3.5mm, 6.35mm, 그리고 4.4mm 단자는 과연 표준 단자일까? > 소식

안녕하세요 사운드캣입니다! 

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이어폰을 스마트폰에 연결할 때, 기타를 앰프에 꽂을 때, 헤드폰을 오디오 인터페이스에 연결할 때.

우리는 생각보다 다양한 크기의 오디오 단자를 사용합니다.

가장 익숙한 3.5mm부터 프로 오디오 장비에서 자주 볼 수 있는 6.35mm, 그리고

요즘 고음질 이어폰과 DAP에서 존재감을 키우고 있는 4.4mm까지!

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그런데 문득 궁금해집니다.

이 단자들은 누가, 왜 이런 크기로 만든 걸까요?

처음부터 국제 표준으로 정해진 규격이었을까요? 아니면 제조사들이 각자 만들다 보니 지금의 형태로 자리 잡은 걸까요?

흥미롭게도 세 단자의 탄생 배경은 꽤 다릅니다.

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전화 교환원의 손에서 시작된 단자부터 휴대용 음악 플레이어의 등장으로 작아진 단자, 그리고

밸런스드 연결을 위해 업계가 표준화를 추진한 단자까지.

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오늘은 우리가 매일 사용하는 오디오 단자에 숨겨진 역사를 따라가 보겠습니다!

01. 6.35mm 단자, 시작은 음악이 아니라 전화였습니다 (한국에서는 불행하게도 5.5mm로도 잘못 알려진)

요즘 6.35mm 단자를 보면 가장 먼저 떠오르는 건 일렉트릭 기타나 헤드폰, 오디오 인터페이스일 겁니다.

하지만 이 단자의 뿌리는 음악 산업이 아닌 19세기 전화 교환국에 있습니다.

1880년대 파리 전화 교환국 일러스트

1870년대 후반, 전화가 보급되기 시작했을 당시에는 지금처럼 번호를 누르면 자동으로 상대방에게 연결되는 시스템이 없었습니다.

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전화를 걸려면 교환원에게 연결을 요청해야 했고, 교환원은 거대한 교환대 앞에서 여러 회선을 직접 연결해야 했습니다.

1908년 미국 교환국 운영실

전화 교환대에는 수많은 잭이 배열되어 있었고, 교환원은 연결용 플러그를 해당 잭에 꽂아 통화를 이어주는 방식으로 작업했습니다.

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한마디로 당시 전화 연결 시스템은 사람이 직접 케이블을 꽂아주는 방식이었던 셈이죠.

후기 수동 교환대 (영국 Enfield 등, 1920~1960년대)

전화 교환 업무가 늘어날수록 플러그에는 반복적인 삽입과 분리를 견딜 수 있는 내구성이 필요했습니다.

(빠르게 작업해야 했기 때문에 사용하기 편리한 구조도 중요했고요.)

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이러한 전화 교환용 플러그가 오늘날 6.35mm 단자의 역사적 출발점으로 알려져 있습니다.

그래서 PHONE 잭이라고도 불리웁니다.

튼튼해 보이죠?

이후 6.35mm 단자는 전화 교환 장비를 넘어 다양한 전자·음향 기기에 사용되기 시작했습니다.

특히 비교적 튼튼한 구조와 넉넉한 접점 공간 덕분에 악기와 오디오 장비를 연결하는 데 적합했습니다.

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그 결과 일렉트릭 기타, 베이스, 키보드, 앰프, 믹싱 콘솔, 헤드폰 등 다양한 장비에서 사용하는 대표적인 오디오 커넥터로 자리 잡았습니다.

지금도 스튜디오에서 기타 케이블을 연결하거나 헤드폰을 앰프에 꽂을 때 6.35mm 단자를 흔히 볼 수 있죠.

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한국에서는 웃지 못할 사정으로 5.5mm나 55로도 불리우는데 그 부분은 아래 글에서 체크~

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전화 교환원의 손에서 시작된 연결 방식이 오늘날 스튜디오의 기본 장비가 된 셈입니다.

전화 통화를 연결하던 플러그가 이제는 기타 솔로를 연결하고 있다는 점도 꽤 재미있는 변화입니다. 

02. 3.5mm 단자, 작아진 라디오가 만든 변화

6.35mm 단자가 프로 오디오와 거치형 장비에서 널리 사용되고 있었다면, 3.5mm 단자는 휴대용 기기의 등장과 함께 존재감을 키웠습니다.

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1950년대에는 트랜지스터 라디오가 등장하면서 전자기기의 크기가 빠르게 작아지기 시작했습니다.

 

이전의 라디오는 진공관과 전원부 등으로 인해 크고 무거운 제품이 많았습니다.

하지만 트랜지스터를 활용하면서 손에 들고 다닐 수 있는 소형 라디오가 등장했죠.

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문제는 연결 단자였습니다.

휴대용 라디오에 6.35mm 플러그를 사용하려면 기기 크기에 비해 단자가 너무 커집니다.

작은 라디오를 만들었는데 연결 단자가 공간을 차지한다면 곤란하겠죠?

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그래서 등장한 것이 3.5mm 단자입니다.

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6.35mm가 1/8 인치인데 이것을 반으로 줄여서 1/4 인치로 만든 것이 3.5mm입니다.

기존 전화용 플러그의 연결 방식을 계승하면서 크기를 줄인 소형 규격으로, 휴대용 라디오와 이어폰을 연결하는 데 활용되기 시작했습니다.

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그리고 1979년, 소니가 휴대용 카세트 플레이어 워크맨(Walkman)을 출시하면서 3.5mm 단자는 전 세계적으로 더욱 널리 보급됩니다.

음악을 들으려면 커다란 오디오 시스템 앞에 앉아 있어야 했던 시대에서,

이제는 카세트 플레이어와 이어폰만 있으면 어디서든 음악을 들을 수 있게 된 겁니다.

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워크맨의 성공은 휴대용 음악 감상의 대중화를 이끌었고, 3.5mm 단자가 다양한 제조사의 제품에 사용되는 계기 중 하나가 됐습니다.

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이후 3.5mm 단자는 스마트폰, 노트북, 태블릿, 휴대용 게임기 등으로 사용 범위를 넓혀갔습니다.

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그런데 여기서 한 가지 더 알아둘 점이 있습니다.

3.5mm라는 크기가 같다고 해서 모두 같은 기능을 하는 것은 아닙니다.

단자의 크기뿐 아니라 내부 접점의 개수에 따라서도 전달할 수 있는 신호가 달라집니다.

TS, TRS, TRRS 단자 비교

대표적인 형태는 다음과 같습니다.

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• TS (2극): 팁(Tip)과 슬리브(Sleeve)로 구성되며, 주로 모노 신호를 전달합니다.

• TRS (3극): 팁, 링(Ring), 슬리브로 구성되며, 스테레오 이어폰의 좌우 신호와 공통 접지를 전달할 수 있습니다.

• TRRS (4극): 접점이 하나 더 추가된 구조로, 스마트폰 이어폰 등에서 마이크와 리모컨 기능을 함께 지원하는 데 사용됩니다.

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여기서 중요한 건 접점이 많아졌다고 해서 무조건 음질이 좋아지는 것은 아니라는 점입니다.

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각 접점이 어떤 신호를 전달하도록 설계됐는지가 핵심입니다.

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같은 3.5mm 플러그라도 연결하려는 기기의 단자 구성과 배선 방식이 맞지 않으면

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마이크가 작동하지 않거나 소리가 제대로 나오지 않을 수 있습니다.

오디오에만 사용하는게 아니라 심지어 비디오 등의 다른 신호도 전달 할 수 있으므로 무조건 이런 모양을 보고 오디오 잭이다라고 하기는 무리가 있습니다.

RCA 잭과 같은 경우도 오디오랑 비디오 모두에 이용 됩니다.

단자 크기만 보고 무작정 꽂았다가는 생각보다 난감한 상황이 생길 수 있겠죠. 

03. 4.4mm 단자는 왜 등장했을까? 밸런스드 연결의 등장

기서부터는 조금 더 흥미로운 이야기입니다.

3.5mm 단자가 휴대용 음악 감상의 대표 규격으로 자리 잡은 뒤, 하이파이 오디오 시장에서는 새로운 연결 방식에 대한 관심이 커졌습니다.

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바로 밸런스드(Balanced) 연결입니다.

밸런스드 연결의 이어폰과 XLR 단자의 차이

일반적인 오디오 신호는 신호 + 접지로 구성됩니다.

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반면 밸런스드 출력이라고 하는 것은 신호에 반대되는 역위상 신호를 만들어

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신호 + 역위상 신호 + 접지

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로 신호를 보냅니다.

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그래서 신호와 역위상이 있으니 밸런스이고, 일반적인 신호는 역위상이 당연히 없으니 밸런스와 비교하기 위해서

언밸런스드로 불리웁니다.

언밸런스드와 밸런스드 연결 구조

밸런스 입출력을 받을 때는 보내는 쪽 받는 쪽 모두 밸런스 방식이어야 합니다.

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하지만 헤드폰이나 이어폰 등은 패시브 스피커로 위상차이를 상쇄하는 차동 증폭 회로(Differential Amplifier)

를 가지고 있지 않습니다.

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그런데 어떻게 밸런스 방식으로 동작할까요?

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언밸런스 신호의 경우는 신호에만 전압이 실리고, 접지는 0V입니다.

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이 때 신호선에 전압이 실리면, 신호 코일의 차이 만큼만 코일에 전류가 흐르고

드라이버가 움직이게 됩니다.

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하지만 밸런스는 정상적인 신호와 역위상을 같이 만들어 보냅니다.

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에를 들어 신호가 1V라고 하면 언밸런스는 정위상이 1V이고 접지는 0V로 고정되어 있으므로

1V가 신호의 차이가 되지만

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오디오 신호는 교류(AC)이므로 밸런스는 정위상 1V이고 역위상이 -1V이면

2V만큼의 차이가 발행해서 구동력이 두배로 증가하는 것입니다.

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헤드폰이나 이어폰에서 4.4mm 연결 방식을 사용하는 이유는?

반면 밸런스드 출력에서는 정위상과 역위상의 전압차이로 인하여

구동력이 두배로 증가한다고 말씀드렸습니다.

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예를 들어 한쪽 출력이 +1V, 다른 쪽 출력이 -1V로 동작한다면 두 출력 사이에는 2V의 전압 차이가 생깁니다.

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이처럼 두 출력의 전압 차이를 활용하면 같은 전원 조건에서도 더 높은 출력 전압을 확보할 수 있어 헤드폰 구동에 유리할 수 있습니다.

또한 좌우 채널의 신호 경로를 분리하면 설계에 따라 채널 간 간섭이 줄어

스테레오 크로스토크 수치가 올라갑니다.

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또한 잭이 굵고 큼직해서 접점 불량이 잘 나오지 않는 것도 장점입니다.

오해하면 안돼요!

 

프로 오디오의 6.35mm TRS나 XLR은 정위상 신호와 역위상 신호를 이용해 공통 잡음을 상쇄하는 구조입니다.

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반면 초기 4.4mm 밸런스 출력 중에는 역위상 신호 없이 좌우 채널의 그라운드만 분리한 제품도 많았습니다.

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즉, L 신호와 L 그라운드, R 신호와 R 그라운드를 따로 사용하는 방식이죠.

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따라서 4.4mm 밸런스는 노이즈 상쇄보다는 채널 분리와 구동력 확보에 의미가 있습니다. 

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* 사실 초기 4.4mm의 경우는 신호와 역위상이 아닌 단순하게 그라운드만 분리하는 제품도 많았습니다.

즉, L신호 L 그라운드, R신호 R그라운드이런식으로요.

요즘도 많이 있습니다.

04. 2.5mm의 한계와 4.4mm 규격의 등장

휴대용 기기에 밸런스드 출력을 적용하려면 별도의 연결 규격이 필요했습니다.

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초기 휴대용 하이파이 시장에서는 아스텔앤컨 등을 중심으로 2.5mm 4극 밸런스드 단자가 널리 사용됐습니다.

nobunaga labs 2.5 mm

2.5mm 단자는 크기가 작아 휴대용 기기에 적용하기 좋았지만, 플러그의 직경이 작은 만큼 물리적인 내구성 측면에서는 아쉬움이 있었습니다.

특히 플러그가 가늘기 때문에 케이블이 연결된 상태에서 옆으로 강한 힘이 가해지면 휘거나 손상될 위험이 있었습니다.

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그래서 IRIS라는 미니 DIN단자도 사용되기도 했습니다.

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소니도 여러가지 다른 연결 방식을 시도했습니다.

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소니 PHA-1에서는 3.5mm 4극으로 밸런스를 만들려고 시도하기도 했었고

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PHA-3와 MDR-Z7 등의 제품에서는 좌우 채널을 각각 독립된

3.5mm 단자로 연결하는 듀얼 3.5mm 방식을 채택했하기도 했습니다.

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좌우 신호를 분리한다는 목적에는 부합했지만, 하나의 플러그로 연결하는 방식에 비해 단자가 두 개 필요하다는 점은

휴대용 기기에서 공간적인 부담이 될 수 있었습니다.

결국 시장에는 새로운 조건을 만족하는 단자가 필요했습니다.

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• 휴대용 기기에 사용할 수 있을 만큼 작을 것

• 밸런스드 출력을 위한 다섯 개의 접점을 갖출 것

• 2.5mm보다 튼튼한 물리적 구조를 확보할 것

• 하나의 플러그로 간편하게 연결할 수 있을 것

• 제조사 간 호환성을 높일 수 있을 것

이러한 요구를 바탕으로 일본전자정보기술산업협회(JEITA)를 중심으로 4.4mm 5극 규격의 표준화가 추진됐습니다.

이 과정에서 일본의 커넥터 제조사 닛폰 딕스(Nippon Dics)도 규격 개발에 참여했습니다.

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여기서 꼭 구분해야 할 부분이 있습니다.

4.4mm 단자는 소니가 혼자 발명한 독자 규격이 아닙니다.

소니는 이 규격을 자사의 고급 휴대용 오디오 제품에 적극적으로 도입하고 보급하는 데 중요한 역할을 했습니다.

하지만 규격 자체는 JEITA 주도의 표준화 과정을 거쳐 만들어진 것입니다.

실제로 4.4mm 5극 연결 규격은 2016년 JEITA의 헤드폰 관련 규격인 RC-8141C에 추가됐습니다.

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따라서 4.4mm는 6.35mm나 3.5mm처럼 오랜 시간 사용된 뒤 자연스럽게 업계 표준으로 자리 잡은 사례와는 출발점이 조금 다릅니다.

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기존 휴대용 밸런스드 단자들의 한계를 개선하고 제조사 간 호환성을 높이기 위해 업계가 표준화를 추진한 사례에 가깝습니다.

05. 펜타콘(Pentaconn)은 규격명이 아니라 브랜드명!

그렇다면 4.4mm 단자를 흔히 '펜타콘'이라고 부르는 이유는 무엇일까요?

 

펜타콘(Pentaconn)은 일본의 커넥터 제조사 닛폰 딕스가 사용하는 커넥터 브랜드명입니다.

즉, 4.4mm 5극은 연결 규격을 설명하는 표현이고, 펜타콘은 해당 커넥터의 브랜드명이라고 이해하면 됩니다.

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이름도 재미있습니다.

'펜타(Penta)'는 숫자 5를 의미하는 접두어로, 다섯 개의 접점을 사용하는 구조와도 연결됩니다.

4.4mm 단자는 총 5개의 접점을 사용하며, 일반적인 헤드폰 밸런스드 출력에서는 다음과 같은 신호를 전달합니다.

06. 한눈에 비교하는 3.5mm, 6.35mm, 4.4mm

지금까지 살펴본 세 가지 단자를 간단하게 정리해 보겠습니다.

구분	6.35mm	3.5mm	4.4mm
대표적인 용도	악기·프로 오디오	이어폰·휴대용 기기	밸런스드 헤드폰 출력
대표적인 구조	TS·TRS 등	TS·TRS·TRRS 등	5극 TRRRS
주요 특징	견고한 구조와 넉넉한 접점	작은 크기와 범용성	분리된 좌우 신호 경로
역사적 배경	전화 교환용 플러그에서 유래	소형 휴대용 기기의 등장	휴대용 밸런스드 연결 표준화

세 단자는 모두 오디오 신호를 전달한다는 공통점이 있지만, 탄생 배경과 사용 목적은 상당히 다릅니다.

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6.35mm는 전화 교환 시스템에서 출발해(그래서 폰잭으로 불린다는 사실을 말씀드렸죠) 프로 오디오의 대표적인 연결 규격으로 자리 잡았고,

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3.5mm는 휴대용 전자기기의 소형화와 함께 대중적인 이어폰 단자가 됐습니다.

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반면 4.4mm는 휴대용 하이파이 시장에서 밸런스드 연결의 호환성을 높이기 위해 업계가 규격화를 추진한 결과물입니다.

마무리 

빈티지 전화 교환대에 꽂힌 6.35mm 플러그

우리가 매일 사용하는 오디오 단자에도 생각보다 긴 역사가 숨어 있습니다.

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전화 교환원이 수많은 회선을 연결하기 위해 사용했던 6.35mm 플러그,

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휴대용 라디오와 워크맨의 등장으로 대중화된 3.5mm 단자

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그리고 고음질 휴대용 오디오 시장의 요구에 따라 등장한 4.4mm 단자까지.

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결국 오디오 단자의 역사는 더 편리하고 안정적으로 신호를 전달하기 위한 기술 발전의 역사이기도 합니다.

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그럼 사운드캣은 다음에도 재미있고 유익한 오디오 이야기로 찾아오겠습니다!

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감사합니다.