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스피커

구조

보이스 코일의 안쪽이나 바깥쪽에는 자석이 있어 보이스 코일은 이 자석들이 만드는 자기장 속에 잠겨있다. 앰프 출력단자의 전압은 보이스 코일의 양끝에 가해지면 앰프로 부터 받은 전류가 보이스 코일에 만든 자기 모멘트와 영구 자석이 만든 자기장이 상호 작용하여 보이스 코일을 상하 운동 시킵니다. 보이스 코일은 cone에 접착되어 있으므로 보이스 코일이 운동할 때 cone도 따라 움직이다. 이런 원리로 앰프의 전기 출력이 스피커 콘의 진동으로 바뀌어진다. 여기서 spider나 edge surround는 스피커 콘과 보이스 코일이 정확한 중심을 유지하도록 고정하는 역할도 하고 스피커 콘이 쓸데 없이 울리는 것을 억제하는 damper 역할도 함.

여기서 스피커의 능률을 결정하는 것은 콘의 크기와 무게, 자석의 세기, 보이스 코일의 지름과 코일 감은 수 등이다. 콘이 클수록, 무게가 가벼울 수록, 자석의 세기가 셀수록, 보이스 코일 지름과 감은 수가 클수록 같은 전류로 큰 소리를 낼 수 있지만 이 조건들은 서로 반대의 관계에 있다. 예를 들면 콘이 커지면 무게가 무거워지고, 보이스 코일의 감은 수를 늘리면 저항과 무게가 커지고 등등의 문제가 생긴다. 자석의 세기를 크게 한다고 무한정 큰 자석을 쓸수는 없다. 그러므로 이 변수들을 적절히 조정해서 원하는 성능을 가진 스피커 유닛을 설계해야 함.

콘은 운동 중 굽거나 휘지않고 보이스 코일의 운동을 그대로 따라 움직이는 소위 piston 운동을 해야 하는데 그렇게 하기 위하여 콘형태로 만든 것이다. 이렇게 만들면 평평한 판인 경우보다 굽히거나 휘기 어려워 진다.

이상적인 피스톤 운동을 하게 하려면

  • 콘의 구조나 재질이 아주 빳빳해야 함.
  • 그러면서도 보이스코일이 쉽게 콘을 움직이게 하려면 콘의 무게가 가벼워야 함.

그 재료로는 종이의 재료인 목재 펄프가 많이 쓰이다. 최근 10여년 동안에는 합성 수지로 만든 콘도 많이 보급되었는데 콘의 재료로 많이 쓰이는 합성 수지는 CD를 만드는 재료와 흡사한 poly-carbonate이다.

최근에는 kevlar라는 합성 수지로 만든 콘도 등장하였다. 새로운 콘 재료를 쓰는 이유는 빳빳하고 가벼운 특성이 목재 펄프보다 낫기 때문이기도 하지만 기후에 영향을 덜 받고 내구성이 높기 때문이다. spider는 직물에 합성 수지나 고무 수지를 입힌 것이며 edge surround는 고무나 합성 수지 폼(foam)같은 부드러운 재료로 만들었다.

10여년 전에 만든 스피커 유닛들 중 폼으로 만들어진 서라운드는 몇년 못가서 물성 변화를 일으켜 부서져버린 것이 많았다.

임피던스

스피커의 임피던스(ohm)(Ω)란 저항성분으로 높으면 높을수록 전기가 잘 흐르지 않게 된다. 결국 전기가 잘 흐르지 않으면 그만큼 앰프에는 무리한 부하가 줄어들게 된다. 반대로 스피커의 임피던스가 낮으면 낮을 수록 앰프의 전류가 왕창 흐르게 되고, 앰프에는 많은 부하가 걸리고 무리가 따르게 된다.

250W 앰프 100V 스피커단자에 8옴 스피커를 연결하면 앰프가 터질수도 있다.

과거의 진공관 앰프에는 스피커 출력 단자에 2Ω, 4Ω, 8Ω 이렇게 구분된 단자가 있었다 . 가장 큰 이유는 진공관의 특성이 트랜지스터처럼 좋지 못해서 스피커의 임피던스에 따라서 앰프가 망가질 위험이 크기 때문이다.

몇몇 트랜지스터 앰프에도 임피던스가 표시된 스피커 단자가 있으므로 아래의 몇 가지 방법을 참조 해야 함.

트랜지스터 앰프는 특성이 좋아서 4Ω의 임피던스를 가진 스피커를 연결해도 큰 문제가 되지 않는다. 그래서 특별한 경우를 제외하고는 트랜지스터 앰프에는 스피커 단자에 임피던스 표기가 없다.

그러나 트랜지스터로 만들어진 앰프라고 해도 2Ω 이하의 임피던스를 가진 정전형 스피커 시스템을 연결하기 위해서는 앰프의 특성을 잘 따져보아야 함.

예를 들어 6옴 앰프의 스피커 단자에는 4Ω, 8Ω, 16Ω으로 연결되는 스피커의 임피던스 표시가 되어 있다. 이러한 경우 6Ω의 임피던스를 가진 스피커는 어떤 단자에 연결을 해야하는지 고민을 하게 된다.

가장 좋은 것은 4Ω에 연결하는 것인데. 4Ω이라면 8Ω보다는 상대적 으로 낮은 임피던스이고 앰프는 낮은 임피던스에 대응함. 이러한 상태에서 6Ω의 스피커를 연결하면 앰프는 여유가 생기게 된다.

스피커의 임피던스가 낮으면 낮을 수록 전류는 아주 잘 흐르게 된다. 결국 전류가 잘 흐르면 흐를수록 앰프에는 많은 힘이 든다.

임피던스가 낮으면 낮을 수록 권투선수로 치자면 헤비급의 상대가 된다. 만약 4옴의 스피커라면 앰프의 스피커 단자도 4옴에 두어야 함.

4옴의 스피커를 헤비급이라고 하면 앰프의 측면에서 헤비급에 맞추어서 앰프도 4옴의 스피커단자에 연결을 해야 함.

6옴의 스피커를 앰프의 8옴 스피커단자에 연결을 하게 되면 앰프는 8옴에 맞추어서 대응을 하므로 8옴보다는 상대적으로 강하다고 볼 수 있으므로 앰프에는 무리가 따르는 것이다.

저음

지름 8 인치 이하의 소형 스피커 유닛은 아주 음정이 낮은 저역의 소리를 잘 내는 것이 드물다. 소형 유닛이라도 캐비넷을 잘 설계하면 저역 특성을 꽤 좋게 할 수 있지만 소형 유닛의 스피커로 오르간의 저역과 같은 초저역이나 대음량을 찌그러짐 없이 내기는 거의 불가능함.

그 이유를 살펴보면 다음과 같다. 스피커가 소리를 내는 것은 콘이 움직여 공기를 움직이는 것이다. 그러므로 주어진 시간동안 많은 양의 공기를 움직이면 큰 소리가 나는 것이다. 그러므로 소형 유닛이 대형 유닛이 움직이는 만큼의 공기를 움직이려면 앞뒤의 진동 폭이 커야하고 따라서 콘이 움직이는 속도도 훨씬 빨라야 함. 그런데 스피커 콘과 같은 진동계는 진동폭이 커질 수록 찌그러짐이 커진다. 소위 long-throw woofer라고 하는 것은 소형 우퍼이지만 비교적 큰 진동폭에도 찌그러짐이 심하지 않게 만든 것이다. 그러나 long-throw라 하더라도 소형 유닛의 한계를 완전히 극복하기 어렵다. 그리고 유닛의 운동 속도가 너무 빠르면 공기가 유닛의 운동을 제대로 ㅤ쫓아 가지 못해 공기의 요동 잡음(turbulence noise)이 생길 수 있으며 도플러 효과에 의한 찌그러짐도 생길 수 있다.(도플러 찌그러짐이나 요동 잡음이 귀에 들리는지는 논쟁거리이다.)

우리가 듣는 음악을 대역 별 에너지로 본다면 100Hz 이하의 저역에 에너지가 집중되어 있다. 이 이유는 인간의 귀가 100Hz이하의 저역에 둔감하며 이보다 음정이 내려갈수록 점점 더 둔감해진다.

그러므로 20-30Hz 정도의 아주 낮은 소리를 뚜렷이 내주려면 스피커 유닛이 큰 양의 공기를 선형적으로 움직일 수 있어야 함. 그런데 앞서 말한 이유 때문에 ㅤ소형 유닛은 그렇게 하기 어렵다. 그러므로 초저역을 내고 큰 음량을 찌그러짐 없이 내기 위해서는 유닛의 크기가 12인치 이상되는 큰 것이 되어야 함. 스피커 유닛이 크면 자연히 캐비넷의 크기도 커져서 가격 상승의 원인 된다. 그러므로 아직 스피커는 가격과 품질의 상관 관계가 비교적 큰 부분이다.

캐비넷

현재 가장 많이 쓰이고 있는 스피커 캐비넷(또는 enclosure)은 세가지로 분류할 수 있다. 이외에도 많은 종류의 캐비넷이 있지만 현재 시판되는 박스형 스피커는 거의 이 세가지 중의 하나에 속함.

밀페형은 캐비넷 속의 공기와 밖의 공기가 완전히 차단되어 있는 것이며 port 형은 스피커 캐비넷에 구멍을 뚫어 놓은 것이다. duct 형은 port 형의 구멍에 파이프를 꽂아 놓은 것이다.

port 형이나 duct 형은 스피커 유닛 뒷면에서 나오는 소리를 이용하여 저음을 강화할 목적으로 만든 것으로 저음반사(低音反射), 또는 저음 회귀(低音回歸, Bass-reflex) 형이라고 함. 공기가 통한다고 해서 통기형(通氣形, vented) 스피커라고 부르는 경우도 있으며 구멍이 나있어서 ported 형이라고 하기도 하는데 모두 같은 뜻이다. 현재 하이파이 오디오 용으로는 duct 형 Bass-reflex 캐비넷이 가장 많이 쓰이다.

한때 AR 회사의 밀페형이 유행하던 60-70년대에는 밀페형이 가장 평탄한 주파수 특성을 갖는다고 하여 클래식 음악은 밀페형 스피커로 들어야 하며 베이스 리플렉스 형은 개성이 강하여 팝이나 록음악에 좋다고 하는 말도 유행하였다.

실제로 port나 duct를 이용한 스피커 캐비넷은 스피커 유닛의 뒷면에서 나오는 소리도 들릴 수 있게 해주기 때문에 스피커의 능률을 높일 수 있고 port나 duct의 위치와 규격에 따라서 저음 특성을 크게 향상시킬 수 있지만 설계가 까다로운 결점이 있어서 과거에는 평탄한 특성을 가진 Bass-reflex 형 스피커가 드물었다. 그러나 70년대 이후 Thiel 과 Small의 vented 형 스피커에 대한 연구가 알려지면서 그 연구 결과를 이용하여 비교적 평탄한 특성을 가지는 Bass-reflex 형 스피커들을 만들 수 있게 되었다. 그러므로 이제는 밀페형 스피커는 클래식용이며 통기형 스피커는 팝용이라는 말은 더이상 옳지 않는다. 현재 클래식 음악 레코딩의 모니터 스피커로 많이 쓰이는 B&W 801도 통기형이다.

스피커 캐비넷에 붙어 있는 고음용 tweeter나 중음용 midrange 유닛은 유닛의 뒷면이 밀페되어 있기 때문에 사실상 독립된 캐비넷을 갖고 있는 것과 마찬가지 이다. 그러므로 고음, 중음용 유닛의 경우 스피커 캐비넷이 무슨 형식이든지 관계없다. 스피커 캐비넷의은 저음용 Woofer를 유효하게 사용할 목적으로 사용하는 것으로 생각하면 된다. 보통 duct를 사용하는 것이 설계를 더 정밀하게 할 수 있고 같은 크기의 캐비넷으로 저음이 더 잘나오게 할 수 있으므로 현재 시판 되는 스피커의 대부분은 duct 형 Bass-reflex 형이다.

duct형 스피커의 경우에는 우퍼의 진동판이 duct 내부의 공기를 움직이는 것이라고 생각할 수 있다. 우퍼 유닛과 duct 사이에 있는 공기는 진동판과 port 쪽 공기 사이에 에너지를 전달하는 탄성체라고 생각할 수 있다. 공기의 탄성과 duct 공기의 질량에 따라 공진 진동수가 정해지는데 이 공진점 보다 높은 진동수에서는 duct에서 나오는 소리와 우퍼 전면에서 나오는 소리가 같은 위상을 가진다. 그러므로 이 진동수 대역에서는 우퍼의 능률이 향상된다. 그러나 공진점보다 낮은 진동수에 대해서는 두 소리의 위상이 반대이므로 진동수가 공진점보다 낮아지면 급속히 효율이 떨어진다. 스피커 캐비넷의 부피로 공기의 탄성을 계산할 수 있으며 덕트의 규격으로 우퍼가 드라이브하는 공기의 질량을 계산할 수 있으므로 이러한 기하학적 구조와 우퍼의 고유 진동수를 적절히 배합하면 비교적 작은 크기의 캐비넷으로도 저음을 꽤 잘내는 스피커를 만들 수 있다. 이밖에도 미로형, 혼형 스피커 캐비넷등이 있다만 거의 통용되지 않는 형식이라 이곳에서는 생략함. 과거에 유행하던 대형 코너혼(corner horn)또는 folded horn 타입의 스피커로 현재까지 시판되고 있는 것으로는 Klipsch 사의 Klipschorn이 유명함. 1941년 첫 시판된 이후 현재까지 거의 60년간 계속 생산되고 있는 모델로서 아직도 열렬한 팬들이 많다. 아마 공산품 중에 이렇게 수명이 긴 모델이 없을 것이다. 한쌍에 $6,000 가까운 가격에 크기가 대형 냉장고만한 것이며 모든 분들의 취향에 맞는 소리를 낸다고 할 수는 없겠지만 혼 특유의 고능율(104dB/W/m spl)과 낮은 찌그러짐을 자랑하는 스피커로서 소리의 박력으로는 비교할 스피커가 없을 것이다.

설치

다음 세가지는 엄격히 지켜야 하는 사항이다.

  • 스피커의 높이는 트위터가 청취자의 귀와 같은 높이에 있도록해야 함.
  • 스피커는 청취자를 향하고 있어야 함. 그러므로 청취자의 위치에서 스피커 캐비넷의 양 옆면이 보이면 안된다.
  • 우퍼와 옆벽, 우퍼와 바닥, 우퍼와 스피커 뒷벽 사이의 거리 3개가 서로 자연수 배의 관계가 되지 않도록 함.

스피커의 진동을 받아 판이 울리므로 잡음이 생기기 쉽다. 원목 재질도 비교적 울리기 쉬우므로 피하는 것이 좋다. 스피커를 놓기에 가장 좋은 가구라면 두꺼운 MDF로 만든 것이 가장 바람직함. MDF가 댐핑이 좋기 때문이다. 참고로 말씀드리면 댐핑(damping)이란 진동을 소멸시키는 것을 말함. 스피커를 넓은 판위에 놓으면 저음이 강화되는 잇점은 있지만 저음 대역의 특성이 불균일해지기 쉽다. 그러므로 스피커 전용 스탠드를 사용하는 것이 좋다. 이경우 저음이 좀 약하다고 생각되면 스피커를 뒷 벽에 가까이 가져가면 된다. 스피커와 뒷벽 사이의 간격에 대해서는 정해진 규칙이 없으며 만일 뒤에 port가 있는 스피커라면 벽으로 부터 2-3cm 이상은 꼭 떼어 놓아야 함. 스피커와 벽 사이의 거리는 스스로 들으면서 가장 저음 특성이 좋은 곳을 찾아야 함.

  • 스피커의 능률을 고려해서 앰프의 출력을 여유있는 것으로 준비한다.
  • 스피커 단자의 +,-를 앰프 출력의 +,-와 맞춘다.
  • 앰프 출력이 있을 때 스피커 단자를 합선시키지 않는다.
  • 스피커 단자의 연결을 단단히 한다.
  • 소리를 좋게해준다고 주장하는 스피커 스탠드, 케이블, 연결단자에 돈을 낭비하지 않는다.
  • 스피커 스탠드는 안정하게 스피커를 받칠 수 있어야 한다.

케이블

이 논문의 원본이 세상에 나온지 수년동안 케이블과 인터코넥트에 대한 관심이 높아졌다. 사실상 전혀 새로운 산업이 나타났다고 할 수도 있다. "표준" 케이블과는 약간 다른 특성을 갖는 새로운 케이블 디자인들이 쏟아져 나왔다. 재미있는 사실은 이러한 디자인들이 두 길을 한번에 가고있다는 것이다. 어떤 것은 인덕턴스를 올리고 어떤 것은 내리고 있다. 어떤 것은 축전 용량을 올리고 어떤 것은 내립니다. 어떤 것은 임피던스를 올리고 어떤 것은 내립니다. 어떤 것은 시간 퍼짐을 줄이고 어떤 것은 증가시킵니다. 대충 이런 상황이다.

저는 서로 다른 디자인의 케이블들이 주목할만한 음질 변화를 준다는 과학적이거나 통계적으로 의미있는 연구 결과를 본 적이 없다. 물론 이 말은 시스템을 구성할 때 케이블에 대하여 염두에 두어야 할 상식이나 주의가 전혀 필요 없다는 이야기가 아니다. 나는 다음과 같은 것들을 생각해보시라고 권해준다:

  • 비교적 저항이 적은 케이블을 고르십시요-말하자면 스피커의 최저 임피던스의 5%이내가 되는 케이블이다.
  • 비틀린 전선을 사용하십시요. 이것은 평행하게 설치된 전원 코드나 다른 전선의 간섭을 줄이기 위한 것이다.
  • 케이블의 양끝을 적당한 스페이드 단자나 나사 단자를 이용하여 확실하게 조여주십시요.
  • 스피커 케이블이나 인터코넥트나 물리적으로 확실하게 연결해주는 코넥터를 사용하십시요. 너무 많은 코넥터는 물리적으로 불안정함.
  • RCA 포노 코넥터가 오디오 기기에 사용되는 것은 가장 나쁜 일 중에 하나이다. 프로용 기기들은 XLR이나 BNC 코넥터를 사용함. 금도금은 요즈음 아주 흔해졌고 나쁠 것은 전혀 없다.

케이블의 음질 향상 효과가 과학적으로 검증된 것은 아니지만 품질 좋은 케이블을 사용해서 나쁠 것은 없다. 이런 케이블들의 가격은 그리 비싸지 않고, 그런 것들을 사용해서 심리적인, 아마도 심리 음향적인 만족을 준다면 그것 나름대로 가치가 있는 것이다.

같이 보기

연결문서

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17.4 KB 스피커.txt · 마지막으로 수정됨 2015/11/04 09:02 저자 V_L V_L

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