스피커
스피커의 구조
트위터
고음 재생을 위한 스피커이다.
우퍼
저음 재생을 위한 스피커이다.
이와 같은 스피커를 2Way 스피커라 한다. 주파수 대역을 더 많이 나눈 3Way, 4Way 스피커 등으로 분류하고 있다.
액티브 스피커
스피커 내부에 파워앰프를 포함하고 있는 스피커를 말한다.
요즘 스피커는 이런 형태의 스피커가 다수를 이룬다.
룸 튜닝 필터, AD 컨버터, DSP 등을 탑재한 모델도 있다.
패시브 스피커
파워앰프가 없는 스피커를 말하며 따로 파워앰프와 연결하여 사용이 가능하다.
스피커 인클로저의 형태와 구조
Compression Chamber
Split Bent Horn
Folded Horn
Corinerless Corner Folded Horn
듀얼 콘센트릭
저음용 유닛과 고음 재생용 유닛을 하나의 새시에 결합시켜 1개의 마그네트를 공유하면서 조화를 이뤄 작동하도록 설계된 스피커이다. 하나의 포인트 소스 음원(Single Point Sound Source)으로 우퍼와 트위터 일체형이다. 탄노이사 제품이 주류를 이룬다.[5]
스피커가 사운드를 방출하는 방향은 드라이버가 인클로저에 정렬 된 방식과 스피커 뒷면에 드라이버 또는 포트가 있는지 여부에 따라 다르다.
모노폴 스피커
하나의 로브로 구성되며 스피커 캐비닛의 드라이버 또는 드라이버 그룹이 모두 같은 방향으로 같은 평면에서 음파를 시작한다. 대부분의 박스 스피커의 경우 한 방향 (모노폴)으로 지향하는 이 방법을 사용한다.
바이폴라 스피커
무 지향성 방사 패턴을 생성하는 방법으로 전면 및 후면 스피커 페이즈(위상)를 같게하여 상자의 반대쪽에 동 위상 모노폴을 장착하여 만들어진다.
다이 폴라 스피커
극의 응답이 앞뒤로 동일한 방사를 가지며 축에 수직이 아닌 두 개의 로브 로 구성된다는 사실에서 파생된 용어이다. 임피던스 매칭이 아닌 드라이버의 전면과 후면에서 직접 공기 이동 (음압 파)을 생성하여 작동하는 구조이다. 평면 패널에 라우드 스피커 드라이버를 장착하여 구성하며 앰비언스를 만들기 위해 확산 사운드가 필요한 경우 사용한다. 이런 방식은 스테레오 위치 파악이 어려운 구조지만 확산 잔향 생성 및 자연스러움을 향상시키기 위한 서라운드 스피커로 사용된다.[9]
귀에 대한 음향 경로 거리 차이가 방사 파장의 1/4에 도달하면 페이즈 간섭에 의해 두 압력 파가 눈에 띄게 상쇄되기 시작하고 그 결과 SPL이 3dB 떨어진다. 이런 구조의 스피커는 배플이 클수록 경로 길이가 길어 지므로 3dB 손실이 생긴 주파수가 낮아진다.[10]
Room Mode; 룸 모드
라우드 스피커와 같은 음향 소스에 의한 방의 공명 패턴이다. 대부분의 방은 20Hz ~ 200Hz 영역에서 기본(Fundamental) 공진을 가지며, 각 주파수는 방의 크기와 관련이 있다. 이러한 공명은 실내 사운드 시스템의 주파수 중 저주파 응답에 영향을 미치며 정확한 사운드 재생에 가장 큰 장애물 중 하나이다.
스피커의 방사 패턴
직접 방사 패턴(Direct Radiation Pattern; 직접 방사; Monopole)
단극 분산 패턴으로 다이어프램이 앞쪽의 공기를 압축하고 파동을 바깥쪽으로 밀어내는 방식이다. 파동이 확장됨에 따라 에너지가 분산되어 압력이 낮아지고 음량이 감소한다.
바이폴라 방사 패턴(Bipolar Speaker Dispersion Pattern)
동일한 주파수, 진폭 및 위상의 두 음원에 대해 전체 사운드 레벨이 높은 공간 (구성 적 간섭)과 사운드 레벨이 거의 0 (파괴적 간섭) 인 다른 위치에 노드가 있다. 건설적인 간섭은 축을 벗어난 응답 (대부분 더 낮은 주파수 파)이 서로를 강화할 때 발생합니다. 이것이 바이폴라 스피커가 강력한 분산으로 알려진 이유입니다.
쌍극 방사 패턴(Di-Pole Radiation Pattern)
왼쪽 파동은 오른쪽 파동과 같고 반대입니다. 그들은 위상을 벗어 났기 때문에 이러한 파동이 축에서 벗어난 중첩 (상단 및 하단, 대부분 낮은 주파수 파)에서 서로 상쇄된다. 이를 파괴 간섭이라고 한다.
다이렉트 라디에이터
다이렉트 라디에이터는 대형 인클로저 안에 대형 콘을 채용하여 최저 옥타브에서도 따뜻하고 깊은 베이스를 만들어준다.[7]
패시브 라디에이터
드론 콘(Drone Cone)이라고도 하는데, 적당한 면적의 판 둘레에 엣지를 장착하여 스피커의 진동판과 똑같이 운동할 수 있도록 만든 것이다. 간단하게 생각하자면 스피커에서 자석과 보이스 코일을 제거하고 진동판 쪽만 둔 것이라고 보아도 좋다. 전기 신호가 입력되지 않으므로 당연히 자체적으로 소리를 낼 수 없으며, 스피커에 장착된 저역 유닛의 운동에 따라서 움직이게 된다. 즉 저역 유닛이 인클로저 안쪽으로 운동하여 인클로저 내의 공기를 압축시키면 패시브 레디에이터는 인클로저 바깥 쪽으로 밀려나며, 저역 유닛이 인클로저 바깥 쪽으로 운동하여 인클로저 내의 공기를 팽창시키면 패시브 레디에이터는 인클로저 안쪽으로 빨려 들어간다. 이렇게 수동적으로 움직이므로 ‘패시브’ 레디에이터라는 이름이 붙었다.[8]
스피커와 앰프 연결
단일 연결
출력 임피던스가 8Ω인 50W 앰프에 하나의 8Ω 스피커를 연결하면 전체 출력은 50W이다.
레코딩 스튜디오나 홈레코딩 환경에서 주로 사용하고 있다.
직렬연결
저항값이 증가한다.
여러 스피커가 직렬로 연결된 경우 스피커의 임피던스 정격 합계가 앰프의 출력 임피던스와 같아야 한다.
출력 임피던스가 8Ω인 50W 앰프에 두 개의 4Ω스피커를 연결하면 전체 출력은 50W이다.
이경우 스피커들의 저항값을 더하면 된다.
예를 들어 8옴의 스피커 3개를 직렬연결 시
R = R1 + R2 + R3 +...
8+8+8=24옴이 된다.
이러한 직렬연결은 한 번에 많은 스피커와 연결하는 PA(전관방송)용 칼럼이나 씰링 스피커 연결에 많이 사용된다. PA 앰프의 경우 앰프의 저항값을 높게 제작되어 있어서 여러 대의 스피커 연결이 가능하다.[1]
병렬연결
저항값이 떨어진다.
출력 임피던스가 8Ω인 50W 앰프에 두 개의 16Ω스피커를 연결하면 전체 출력은 50W이다.
라이브에서 많이 사용하고 있는 방식으로 주로 스피콘(커넥터) 링크를 통행 스피커 간 병렬연결을 사용하고 있다.
병렬연결 시 스피커의 저항값은 절반으로 감소한다.
예를 들어 8옴의 스피커 3개를 병렬로 연결 시
계산식에 따라서 1 / (3/8) = 1 / 0.375 = 약 2.7Ω이 된다. 이 계산식은 다른 저항의 스피커가 섞여있을 때 사용하면 되고 같은 저항의 스피커가 병렬로 있을 때는 다음과 같이 저항 나누기 스피커 개수를 하면 된다.
8(옴수)÷3(스피커 갯수)=2.7Ω
요즘 나오는 파워앰프의 정격 출력이 거의 4Ω의 제품들이 많으므로 4Ω 이하로
떨어질 경우는 앰프가 2Ω을 지원하지 않는다면 피하는 것이 좋다.
직병렬 연결
출력 임피던스가 8Ω인 50W 앰프에 네 개의 8Ω스피커를 연결하면 전체 출력은 50W이다.
스피커의 임피던스 합계는 8Ω이 된다.
댐핑 팩터(Damping Factor, 감쇠 계수)
오디오 시스템에서 댐핑 팩터는 소스 임피던스에 대한 라우드 스피커의 정격 임피던스 비율을 의미하는 계수이다. 라우드 스피커 임피던스의 저항 부분에만 적용되는 앰프 제품 사양 중 하나이다.
여기서 소스 임피던스의 기준은
파워앰프의 저항성과 연결된 케이블의 임피던스가 포함된다.
댐핑 팩터의 계산식은 다음과 같다.
Zload : 부하 임피던스
Zsource : 소스 임피던스
댐핑 팩터 DF = Zload / Zsource
소스 임피던스 Zsource = Zload / DF
라우드 스피커 시스템에서 특정 라우드 스피커와 특정 증폭기 사이의 댐팽팩터 값은 스피커 시스템의 공진 주파수 근처에서 스피커 콘의 불필요한 진동을 억제하는 증폭기의 능력을 수치로 표시한다. 일반적으로 저주파 스피커 드라이버에서 사용되며, 특히 자력을 이용하여 다이어프램을 움직이는 전기 역학 스피커 드라이버의 경우에 사용된다.
다이어프램의 질량과 바깥쪽의 강한 자력으로 인해 스프링(반동 시스템)과 같은 운동성이 있어 앰프로부터 온 오디오 시그널의 전기 신호(예를 들면 펄스)에 의해 기계적인 콘 진동 후 그 진동에 의한 잔여 진동이 파생될 수 있다. 보이스 코일이 있는 드라이버는 콘과 서스펜션에 코일이 부착되어 있고 그 코일이 자기장에 잠겨 있기 때문에 전류 발생기 역할도 한다. 코일로 인해 발생한 진동은 파워앰프와 같이 전기적으로 연결된 장비에서나 볼 수 있는 전류가 발생된다. 실제로 파워앰프의 출력 회로는 "보이스 코일 전류 생성기"의 주요 전기 부하이기도 하다. 부하의 저항이 낮으면 전류(A; 암페어)가 커지고 음성 코일이 더 강하게 감속된다. 높은 댐핑 팩터 (앰프 출력에서 낮은 출력 임피던스를 필요로 함)는 스피커의 기계적 진동에 의해 유도된 원치 않는 원뿔 형태의 움직임을 매우 빠르게 억제(댐핑)하여 보이스 코일 모션에서 "브레이크"와 동일한 역할을 하게 된다. 일반적으로 (보편적이지는 않지만) 음성 코일 동작을 보다 엄격하게 제어하는 것은 더 좋은 음질에 기여하는 것으로 여겨지기 때문에 바람직하다고 생각된다.
댐핑 팩터 숫자(값)가 높으면 증폭기 특히 스피커 드라이버의 기계적 공진의 공진 주파수 주변의 저음 영역에서 스피커 콘의 움직임을 더 잘 제어할 수 있음을 의미하는 것이다. 그러나 드라이버 보이스 코일은 주파수에 따라 값이 달라지는 복잡한 임피던스를 갖고 있기 때문에 특정 주파수에서 댐핑 팩터가 달라진다. 또한 모든 보이스 코일의 전기적 특성은 온도에 따라 변한다. 높은 전력 레벨은 코일 온도를 증가시켜 저항을 증가시킨다. 마지막으로, 패시브 크로스 오버 (비교적 큰 인덕터, 커패시터 및 저항으로 구성됨)는 앰프와 스피커 드라이버 사이에 있으며 주파수에 따라 달라지는 방식으로 만들어져 있어 댐핑 팩터 값에도 영향을 미칠 수밖에 없다.
오디오 파워 앰프의 경우 이 소스 임피던스(또한 출력 임피던스)는 일반적으로 0.1 Ohm (Ω) 보다 작으며 드라이버 보이스 코일의 관점에서 거의 단락(쇼트, 합선)이 발생한다. 라우드 스피커의 공칭 부하 임피던스(입력 임피던스)는 일반적으로 약 4 ~ 8Ω이지만 다른 임피던스 스피커를 사용할 수 있으며 경우에 따라 1Ω 까지도 낮아질 때가 있다.
댐핑 회로
움직이는 보이스 코일에 의해 생성된 전압은 다음 세 개의 저항을 통해 전류로 흐른다.
-
보이스 코일 자체 저항
-
상호 연결 케이블 저항
-
앰프의 출력 저항
보이스 코일 저항의 영향; Effect of voice coil resistance
이는 출력 변압기를 사용하지 않는 증폭기의 출력 회로에 있는 다른 저항보다 값이 크기 때문에(일반적으로 4 ~ 8Ω 사이) 전기적으로 달성할 댐핑의 양을 제한하는 핵심 요소이다(시장에 나와있는 거의 모든 Solid-State 앰프의 경우).
Solid-State; 솔리드 스테이트
반도체 부품이나 집적회로(IC) 등 고체 접합에 기초한 반도체들을 지칭하는 용어이며
과거에는 회로를 제작할 때 진공관 등 비고체 성 소자로 만들었었기 때문에 그에 반대되는 의미로 사용하게 된 용어이며 특별히 깊은 의미가 있는 용어는 아니다.
참고로 솔리드 스테이트는 전력 소비량 ·발열량이 적고, 진동에 강할 뿐 아니라 수명이 길며 스위치를 넣으면 즉시 작동하는 등 이점이 많아 소형의 간편한 휴대용 기기로서 아주 적당하다. 따라서 휴대용 라디오나 테이프 리코더, 소형 텔레비전 수상기 등은 거의 모두 반도체화, 즉 솔리드 스테이트로 되어 있다.[2]
라우드 스피커의 플라이백 전류는 증폭기 출력 회로뿐만 아니라 라우드 스피커 자체의 내부 저항을 통해서도 소실되므로 같은 종류의 앰프에 다른 종류들의 스피커들을 연결하면 다른 댐핑 팩터가 발생한다.
플라이백; Flyback
날아서 원래 있었던 자리로 되돌아온다는뜻으로 피드백을 의미하는 형용사이다.
케이블 저항의 영향; Effect of cable resistance
댐핑 팩터는 스피커 케이블의 저항에 어느 정도 영향을 받는다. 스피커 케이블의 저항이 높을수록 댐핑 팩터 값이 낮아지는데 이런 현상을 전압 브리징(Voltage Bridging)이라 한다.
앰프 출력 임피던스; Amplifier output impedance
왜곡을 제어하기 위해 상대적으로 높은 수준의 네거티브 피드백을 사용하는 최신 솔리드 스테이트 앰프는 매우 낮은 출력 임피던스(피드백 사용의 많은 결과 중 하나)를 가지고 있다.
네거티브 피드백; Negative feedback; Balacing feddback
시스템, 프로세스 또는 메커니즘 출력 기능 중 하나로 입력의 변화 또는 다른 장애로 인해 발현되는 출력 변동을 줄이는 기술[3]
따라서 높은 댐핑 팩터 값 그 자체로는 시스템의 품질을 대변할 수 없다. 대부분의 최신 앰프들은 이런 기능(네거티브 피드백)이 있음에도 불구하고 앰프마다 품질이 서로 다르다. 댐핑 팩터 값이 높은 스피커가 반드시 더 좋은 것은 아니다.[4]
참조 및 출처
[1] blog.daum.net/safes/7723630
[2] www.rfdh.com/admin/search/search_detail.php3?pid=267&viewnumflag=1&pagenum=1&hidtxt=&abc=S
[3] en.wikipedia.org/wiki/Negative_feedback
[4] en.wikipedia.org/wiki/Damping_factor
[6] forum.blu-ray.com/showthread.php?t=66471
[7] www.paonline.co.kr/shop/board/view.php?id=product&no=550
[8] analogstyle.co.kr/archives/3041
[9] en.wikipedia.org/wiki/Dipole_speaker
[10] fromvinyltoplastic.com/loudspeaker-basics-101-part-2/
참고도서
Meyer Sound Design Referenc... by alejandro.v on Scribd
Mapp Guide (Meyer Sound Sof... by Adrian Gardner on Scribd
Simple Loudspeaker Design Ver2 by Blaize110 on Scribd
