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스피커(Speaker)...

 

 

       

스피커는 오디오 시스템의 최종 단계에 놓인 기기로서 전기 신호를 소리로 바꾸어 주는 기기이다. 앰프나 CD player의 품질이 거의 평준화된 지금 스피커의 선택은 오디오 시스템 전체의 품격을 결정하는 것이다. 그러므로 스피커의 선택은 신중해야 한다. 스피커는 앰프나 Cd player에 비해 가격과 품질의 상관 관계가 비교적 높다. 그것은 재생 대역과 다이나믹 레인지가 스피커 시스템의 크기와 관계있기 때문이다.
완전한 앰프나 Cd player는 없지만 완전한 앰프나 Cd player가 어떤 것이어야 하는지는 잘 알려져 있다. 그리고 그러한 목표에 가깝게 동작하는 것들을 만들어 내는 것이 현재의 기술력으로 그다지 어려운 것이 아니다. 그러나 스피커의 상황은 이와 아주 다르다. 스피커의 찌그러짐을 수치로 보여주는 스피커 회사는 없다. 왜냐하면 스피커의 찌그러짐은 수 %에서 수십 %에 이른다. 이런 것을 발표해서 스피커 구매자들이 정떨어지게 할 필요가 없기 때문이다. 거기에다가 주파수 특성은 앰프와 같이 자를 대고 그린듯이 평탄한 것이 아니라 마치 금강산 일만 이천봉같이 같이 삐쭉 삐쭉하다. 그리고 스피커에서 나온 소리는 한 방향으로만 진행하는 것이 아니어서 소리의 방사각도 특성도 중요하다. 그런데 어떤 방사각 특성을 가진 스피커가 가장 좋은 것인지에 대한 결론도 명확하지 않다. 그러므로 스피커의 특성은 이래야 한다는 목표조차 뚜렷하지 않다. 이렇게 스피커는 기술적인 어려움이나 목표의 불확정성등 때문에 소리의 착색이나 왜곡이 없는 완벽에 가까운 스피커란 존재하지 않으며 모든 스피커는 나름대로의 개성을 가지고 있다. 가장 비싼 최고급 스피커라 하더라도 예외가 아니다.

 

스피커의 원리와 구조

위의 그림은 콘 스피커 유닛의 얼개를 나타낸 것이다. 돔 트위터는 이 구조에서 basket, spider, cone, edge surround가 없는 것으로 생각하면 된다. 여기서 대부분의 부속들은 접착제를 사용하여 조립된다. 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 모멘트영구 자석이 만든 자기장이 상호 작용하여 보이스 코일을 상하 운동 시킨다. 보이스 코일은 cone에 접착되어 있으므로 보이스 코일이 운동할 때 cone도 따라 움직인다. 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 한다.

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 한다.

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. 그리고 이상적인 피스톤 운동을 하게 하려면 콘의 구조나 재질이 아주 빳빳해야 한다. 그러면서도 보이스코일이 쉽게 콘을 움직이게 하려면 콘의 무게가 가벼워야 한다. 그러므로 콘의 재료는 빳빳하면서도 가벼워야 하는데 그 재료로는 종이의 재료인 목재 펄프가 많이 쓰인다. 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.

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 불가능하다. 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 한다. 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. 때문이다. 그러므로 20-30Hz 정도의 아주 낮은 소리를 뚜렷이 내주려면 스피커 유닛이 큰 양의 공기를 선형적으로 움직일 수 있어야 한다. 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 한다. 스피커 유닛이 크면 자연히 캐비넷의 크기도 커져서 가격 상승의 원인 된다. 그러므로 아직 스피커는 가격과 품질의 상관 관계가 비교적 큰 부분이다.

콘 스피커의 더스트 캡은 먼지 덮개의 역할과 콘의 형상을 유지해주는 역할밖에 하는 것이 없지만 돔 트위터의 경우에는 이 것이 더스트 캡이 아니라 유일한 진동판이 되는 것이다. 돔의 재료로는 금속이나 직물, 펄프등이 사용된다. 직물이나 펄프로 만든 돔을 때때로 soft dome이라고 한다. 최근에는 Titanium이나 알미늄으로 만든 돔이 가장 평판이 좋은 것 같다. 특히 알미늄은 성형하기 쉽고 가볍고, 댐핑이 좋은 장점이 있다. 요즈음 Vifa 에서 만든 알미늄 돔 트위터가 좋은 평판을 받는 스피커에 채용되고 있는 것이 자주 눈에 띈다.

[인용] 실용오디오   

 

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