스피커에 대해서 알아볼까요?

	2002.01.31

멀티미디어 시대를 맞이하여 너무나도 다양하고 많은 제품들이 발표되고 있다. THX, Dolby Digital(AC-3), DTS 등 많은 음향 포맷들이 존재하고 있으며 근래 포맷이 확정된 Audio 전용 DVD등 앞으로의 발전 방향도 예측하기 어려운 실정이다. 다행인지 불행인지 아직까지 스피커 분야는 이러한 음향 포맷에는 별 영향을 받지 않고 있다. 물론 다 채널로 가면 다수의 스피커가 필요로 하는 경우는 있으나 기본적인 설계방향이 혁신적으로 변경되지는 않고 있다. 본 기초 강좌는 우리가 주변에서 흔히 접할 수 있는 스피커를 중심으로 약간의 기술적 해설을 통해 이해의 폭을 넓히기 위한 것이다.

1. 스피커의 종류 1.1 Moving coil 다이내믹 스피커 일반적으로 가장 흔하게(99% 이상) 볼 수 있는 스피커로서 전기에너지를 기계에너지를 거쳐 음향에너지로 전환시키는 장치이다. 그림1은 그 구조를 나타낸다. 원통형으로 생긴 보빈에 앰프로부터의 전기신호를 받아들이는 Voice coil이 감겨져있다. Voice coil에 전류가 흐르면 Front plate와 Pole piece 사이에 형성된 자기장의 영향을 받아 힘이 발생하게 되고 그 힘으로 보빈과 연결된 진동판이 전후로 구동되게 된다. 처음 발명된지 70년이 넘게 지났음에도 그 기본 구조의 변경 없이 현재까지 황제의 자리를 내놓지 않고 있으며 몇몇 신기술 스피커가 개발되고 있음에도 앞으로도 당분간 그 권좌를 내놓지 않을 것으로 보인다. » 무빙 코일(Moving Coil) 스피커 구조 Moving coil 다이내믹 스피커를 소재별로 분류해보면 다음과 같다. *소프트 돔형 트위터 진동판으로 실크, 플라스틱, 폴리에스테르 폼 등의 유연한 재질을 사용한 트위터이다. 초 고역 재생에서 하드돔형 트위터에 비해 정확한 피스톤 운동이 이루어지지 못한다는 지적도 일부 있지만 실크재질을 사용한 고가 제품의 경우는 하드돔보다 월등히 섬세한 소리를 들려준다. 대표적인 고품질 실크돔 메이커로는 Dynaudio, Scan-speak, Morel, Audax, Vifa 등을 들 수 있다. Eggleston Works의 ANDRA 등에 사용된 Dynaudio의 Esotar 와 Sonus Faber Amati 에 사용된 Scan-speak의 D2905-990000이 유명하다. *하드 돔형 트위터 진동판으로 알루미늄, 티타늄, 세라믹 등의 재질을 사용한 트위터이다. 음질경향은 시원시원하다. 또한 소프트 돔에 비해 음의 확산이 넓다. Voice coil에서 발생하는 열을 금속 진동판을 통해 방출해 파워핸들링에 유리하다고 하기도 한다. 가장 큰 약점으로는 금속재질의 진동판의 공진으로 인한 고역의 피크(주로 21～27KHz 대역에 존재)가 생기는 것이다. 대표적인 메이커로는 Focal, MB-Quart, Vifa 등을 들 수 있다. Wilson, JM Lab 등에서 사용되는 역돔 트위터인 Focal의 TC120Tdx와 Avalon에 채용된 MB-Quart 그리고 최근 Revel과 카시오페아사 등에서 채용한 Scan-speak의 D2904-980000 트위터가 대표적인 유닛이다. * 페이퍼콘 우퍼 가장 오래 전부터 사용되어왔던 재질이며 현재도 가장 많이 사용되는 재질 중하나이다. 페이퍼콘이라고 해서 낡은 기술이라고 생각하면 오산이다. 특히, 최근 들어 Scan-speak, Vifa 등에서 비 압축(Non-compressed) 성형진동판을 이용한 고품질의 페이퍼콘 우퍼가 생산되어 많은 하이엔드 메이커에서 채용하고 있다. 음질경향은 개방적이고 호쾌하다 할 수 있다. Wilson Audio WATT5, ProAc 2.5, 델타 카시오페아 등에 사용된 Scan-speak의 18W8545 가 대표적인 유닛이다. * 폴리프로필렌콘 우퍼 약칭해서 PP콘이라 불리는 재질이며 현재 전성기를 누리고 있다. 저 왜율과 평탄한 주파수 특성이 특징으로 Dynaudio와 Scan-speak가 대표적 하이엔드 메이커이며 그 외에 Vifa, Seas 등에서 생산하고 있다. Hales의 System2와 Paragon의 Regent에 사용된 Dynaudio의 17W-75Ext와 ProAc의 Response2, 3.5에 사용된 Scan-speak의 18W8543이 대표적인 유닛이다. * 케블라콘 우퍼 케블라는 방탄복에도 사용되는 재질로서 PP콘에 비해 좀더 세밀한 음의 묘사가 가능하다는 재질이다. 고역에서의 분할공진을 잘 제어하면 훌륭한 재생음을 얻을 수 있다. Focal과 Eton이 가장 대표적인 하이엔드 메이커이며 초고가 하이엔드 스피커 시스템들의 초 저역 재생에 많이 사용되고 있다. Wilson Grand Slamm, Hales Concept 시리즈 등에 Focal의 우퍼가 사용되었으며 Focus Audio와 Avalon에는 Eton의 우퍼가 사용되었다. * 금속재질 우퍼 알루미늄이나 마그네슘 등의 진동판을 사용한 우퍼로 아직까지는 널리 사용되지는 않으나 Thiel, Monitor Audio 등에서 일부 사용하고 있다. 내부댐핑이 적어서 고역에서의 진동판의 분할공진이 있으며 이를 잘 제어하면 매우 섬세한 재생음을 얻을 수 있다. 근래 Seas의 마그네슘 진동판을 사용한 우퍼가 주목을 받고 있다. 3. Box 형 스피커의 이해 3.1 왜 Box가 필요한가? Box를 필요로 하는 경우는 Moving-coil 다이내믹 스피커의 경우이다. Moving-coil 다이내믹 스피커의 경우 진동판이 앞뒤로 진동하면 앞 방향과 뒤 방향에 서로 위상이 반대인 음파가 발생된다. 이 서로 위상이 반대인 음파는 고주파의 경우는 서로 잘 상쇄되지 않지만 저주파의 경우는 곧바로 상쇄되어 음이 들리지 않게 된다. 이는 다음과 같은 간단한 예를 들면 이해가 쉽다. 목욕탕 욕조에 물을 받아놓고 손바닥을 펴서 그 속에서 앞뒤로 움직여보자. 손바닥의 움직임이 빠르면 욕조의 물은 파동을 일으키지만 손바닥의 움직임이 느리면 파동은 급격히 감소하게 된다. 즉, 저주파에서는 손바닥 앞의 물과 뒤의 물이 서로 섞이게 된다. 따라서 기본적으로 스피커의 Box는 이와 같은 저주파에서의 간섭으로 인한 음압의 저감을 없애기 위함이다. 물론 이와 같은 기본적인 역할 이외에도 저음반사형, 트랜스미션 라인처럼 Box의 구조를 이용해 저음을 보강하는 방법도 그 필요성중 하나일 것이다. 3.2 Box 의 재질 진동판의 재질과 마찬가지로 스피커 박스로 적합한 재질은 고 강성, 고 댐핑구조라 할 수 있다. 현재 스피커 Box로 주로 사용되고 있는 재질에 대해 간단히 소개해 보면 다음과 같다. * MDF(Medium Density Fiberboard) 현재 스피커 메이커들이 가장 많이 사용되고 있는 재료로 비교적 고 밀도에 댐핑능력이 우수하며 가공성 좋고, 영구 변형도 작은 우수한 재질이다. 19mm에서 25mm 의 재질이 많이 사용되며 프론트 배플의 경우 50mm 이상을 사용하는 업체도 있다. * Phenol 수지함유 MDF MDF 가공시 Phenol 수지를 함유시킨 재질로 밀도와 댐핑이 MDF보다 월등하다. 따라서 가공도 그 만큼 힘들고 가격도 5배 이상하여 Wilson 의 Grand Slamm, Puppy 등 초 고급 스피커에만 채용되고 있다. 플라스틱과 나무의 중간쯤 되는 특이한 재료이다. * 메타 크릴레이트(코리안) Wilson의 WATT에 사용하여 유명해진 재질로 강성이 뛰어난 재질이다. 밀도도 MDF의 두 배에 달하나 가공성이 무척 안 좋은 재질이다. * 기타 알루미늄, 콘크리트 등의 재료도 스피커 Box로 사용되곤 한다. 3.3 저음 재생방식 » 그림5. 밀폐형과 저음반사형의 형태 * 밀폐형(어쿠스틱 서스펜션이라고도 불림) 스피커 캐비닛 내부의 공기를 스프링으로 이용하는 방식으로 장점은 저음의 과도 응답이 우수하여 선명한 저음을 얻을 수 있고 저음의 감쇄율이 베이스 리플렉스형보다 완만하므로(약 -12dB/Oct. 전후) 초 저역의 자연스러운 재생에는 오히려 유리한 면도 있다. 반면 단점으로는 저음 재생의 감쇠가 베이스 리플렉스에 비해 비교적 높은 주파수에서 일어나며 다이나믹스가 조금 떨어진다는 점이다. 밀폐형 스피커의 저음특성을 논할 때 시스템 댐핑(Q)라는 용어가 종종 등장한다. Q 값은 대체로 0.5(Critically damped)～1.2 사이에 존재한다. 이론적으로는 Q=0.5인 경우 가장 완벽한 과도응답을 보이며 Q가 증가할수록 과도응답은 나빠진다. 한편 Q 값과 Box의 체적은 반비례 관계가 있어서, Q 값을 낮추기 위해서는 Box의 체적을 늘려야한다. (그림6)은 Scan-speak 의 18W8545 6.5인치 우퍼를 대상으로 계산해본 Q의 변화에 따른 저음대역의 주파수 특성 차이를 보여준다.(Q=0.5 인 경우 필요체적은 30리터, Q=0.707 인 경우 필요체적은 9.5리터, Q=1.0 인 경우 필요체적은 4.6리터였다.) 상업적으로 성공한 스피커들도 다양한 Q 값을 갖는다. Avalon, Hales, Dunlavy등 신세대 스피커들은 0.5에서 0.7사이의 Q 값을 채용한다. Avalon의 Eclipse나 Hales의 Concept2가 유닛 크기에 비해 박스의 크기가 큰 이유가 여기에 있다. 반면 BBC 모니터인 3/5A는 1.2의 Q 값을 가지고 있다. » 그림6. Q 값의 변화에 따른 밀폐형의 주파수 특성. * 저음반사형(덕트형으로도 불림) 덕트와 캐비닛 체적으로 이루어진 공명계의 공진(Helmholtz 공진)을 이용하여 유닛 뒷면으로 재생되는 역위상의 저음을 다시 180도 반전시켜 저음을 보강하는 방식으로, 공진 주파수에서는 유닛의 진폭이 상당히 줄어드는 등 밀폐형에 비해 저역의 다이나믹스가 조금 우수하다. 그러나 저역의 감쇄율이 밀폐형에 비해 급격하다는(약 -24dB/Oct. 전후) 단점이 있으며 일반적으로 밀폐형에 비해 저음의 해상도가 떨어지며 잘못 튜닝되면 벙벙거리기 쉽다. 저음반사형도 덕트 튜닝방법에 따라 여러 가지가 있으나 가장 대표적인 방법이 QB3(Quasi Third-Order Butterworth Alignment) 이다. QB3 방식은 비교적 작은 Box를 필요로 하며 저음재생에 유리하여 많은 메이커들이 사용하고 있다. * Transmission Line 유닛의 뒷면에 긴 관을 설치하여 관길이의 1/4 파장이 되는 주파수에서의 공명을 이용하여 저역을 재생하는 방법이다. 이 방식은 여러 형식 중 유일하게 유닛의 고유 공진 주파수보다 낮은 대역의 저음재생이 가능하다는 장점을 가지고 있다. 그러나 초 저역을 재생하기 위해서는 덕트의 길이가 상당히 길어지고(20Hz 공진을 위해서는 약 4.25m 의 덕트가 필요) 음의 전달에 그 만큼의 시간 지연이 발생하게 된다. * 밀폐형과 저음반사형의 비교 하이파이저널 24호의 특집인 컴포넌트 일람 중 스피커 부분을 조사해본 결과 전체 약 400종의 스피커 중 355종이 저음반사형이었으며 44종이 밀폐형이었다. 메이커들이 이와 같이 저음반사형을 선호하는 이유는 같은 유닛을 사용할 경우 저음반사형으로 설계하는 경우가 훨씬 더 많은 저음을 얻을 수 있기 때문이다. 앞서 언급한 Scan-speak 18W8545를 사용하여 두 방식으로 설계하였을 경우의 예상 저역특성을 그림7에 나타내었다. 비교 결과 초 저역은 밀폐형이 유리하나 중저역 이상은 저음반사형이 훨씬 유리함을 알 수 있다. 저음반사형과 밀폐형은 전술한 바와 같이 많은 차이를 가지고 있다. 따라서 자신의 시청실 여건과 저음에 대한 취향 등에 따라 선택되어야 할 것이다. » 그림6. 밀폐형과 저음반사형의 저역 응답 비교 4. 스피커 구입시 고려하여야 할 점 * 시청실의 환경 스피커 구입시 가장 먼저 고려해야 할 점은 시청실의 환경이라 생각한다. 스피커와 시청실은 서로의 단점을 보완해 줄 수도 있고 부각시킬 수도 있다. 미니 모니터형 스피커는 비교적 시청실의 크기와 무관하게 설치할 수 있으나 시청실 크기를 고려하지 않은 대형스피커는 저음이 과다해 제어하기가 불가능할 것이다. 9평정도의 시청실이면 10인치 우퍼로 충분하다고 생각한다. 참고로 해외 유수의 스피커 업체들이 최종 음색 튜닝을 하는 시청실을 살펴보면, 바닥전체가 카페트로 깔려있는 등 우리의 일반 가정구조보다 좀 더 데드한(덜 울리는) 조건을 가지고 있다. * Audio Shop에서 시청시 주의점 자신이 늘 즐겨듣던 CD를 장르별로 가지고 가서 시청할 것을 권한다. 업소는 그 시스템에 잘 어울리는 음악만을 틀어주려 하는 것이 당연한 이치일 것이기 때문이다. 그리고 시청은 최소한 30분 이상 할 것을 권고하고 싶다. 첫 귀에 쏙 들어오는 음이 금방 피곤하게 느껴질 수 있기 때문이다.