스피커(Speaker)

안녕하세요. 방송실 희동이입니다.

오늘은 스피커(Speaker)에 대해서 설명드리려고 합니다.

부족하지만 공부하며 다른 분들에게 도움이 되기를 바라며 열심히 작성하겠습니다.

 

스피커는 전기음향 신호를 물리적 음향으로 바꾸어 주는 일종의 변환기입니다. 스피커는 극이 같으면 밀어내고 다르면 끌어 당기는 자성의 원리를 이용합니다. 구조를 간략히 설명하면 고정된 연구 자석과 움직이는 전자석으로 되어있습니다. 전자석은 말린 코일 형태로 흐르는 전류에 의해 자성이 생겨납니다. 이 전류는 음향신호의 파형에 따라 전류의 방향이 바뀌는 교류로서 이에 의해 전자석의 극성이 바뀌면서 코일이 움직이게 됩니다. 이 코일은 원추 모양의 스피커 진동판에 연결되어 진동판을 움직입니다. 이 진동판은 코일의 운동에 따라 공기를 앞뒤로 밀고 당겨 공기의 파동을 일으켜 소리를 발생합니다. 예를 들어 100Hz Sine 파의 경우 +, - 방향으로 1초당 100회를 왕복하게 됩니다.

 

■ 우퍼(Woofer)

영어로 (큰)개가 짖는 소리는 woof라고 표현하는데서 유래된 명칭으로써 스피커유닛을 우퍼라고 부르면 낮은 저음을 낸다는 의미가 됩니다. 음색과 실제 사용하는 목적, 보편적인 상황으로 인해 보통 콘유닛을 고음역으로 내는 트위터에 대비시켜서 우퍼 또는 미드우퍼라 부릅니다. 담당하는 주파수대역은 스피커시스템의 규모나 그에 따른 우퍼의 구경, 또는 설계자의 관점이나 유닛의 성능에 따라 약간씩 차이가 있습니다.

트위터와 우퍼 둘만 달려있는 작은 스피커의 경우에는 대략 1000~2000Hz 정도의 아래만을 맡고, 가운데를 담당하는 유닛이 따로 있는 경우에는 500Hz까지 내려가기도 하며 최소 15인치 이상의 우퍼와 와트기분 천단위 이상의 전체 출력을 쓰는 공연용 스피커 시스템의 경우에는 200Hz 정도까지만 할당합니다.

 

■ 트위터(Tweeter)

짹짹짹하는 새소리응 영어로는 Tweet이라고 합니다. 그 말처럼 트위터는 짹짹대는 무척 작은 소리를 냅니다. 역시 특색과 성격 등의 이유로 돔유닛을 보통 그냥 트위터라고 부릅니다. 담당하는 주파수는 크기가 작은 2Way 스피커의 경우 대략 1,500Hz 정도부터 구색이 갖춰진 3Way 이상급의 스피커에서는 가운데 영역을 어중간한 애가 들어와서 해주므로 대개 3,000Hz 근방에서 시작하게 됩니다.

그리고 더욱 강력한 출력을 위해 크기를 키운 결과 우퍼가 최소 12인치를 넘어가는 규모인 공연용 시스템의 경우 넉넉한 음량과 보다 강한  힘을 위해 통이와 유닛이 커진만큼 고음특성에서의 반대급부가 생기게 되어 트위터의 담당내역이 1,000Hz까지 내려와야 하는 상황이 생기기도 하는데 이처럼 공연용 스피커에 스이는 트위터는 차원이 다른 고출력을 내기 위하여 일반적인 돔유닛이 아닌 컴프레션드라이버가 들어가게 됩니다.

 

■ 스코커(Squawker)

저음유닛이 우퍼이고 고음유닛을 트위터라고 하듯이 중음을 내는 스피커는 스코커라고 부릅니다. 사전을 찾아보면 Squawk이 오리우는 소리라고 합니다. 하지만 대부분 그냥 미드레인지라고 부르거나 미드우퍼 등의 명칭으로 부릅니다. 주파수는 트위터와 우퍼 사이에서 굉장히 다양하게 설정될 수 있는데 보통 3Way 시스템에서는 대략 500Hz와 3,000Hz 사이를 담당하게 된다. 그러나 만드는 사람이 추구하는 기능이나 음색을 위해 어떻게든 달라질 수 있고 4Way나 5Way처럼 맨 위 음역의 트위터와 맨 아래의 우퍼의 사이 영역을 더 조밀하게 채워넣은 구조도 존재하므로 단정할 수는 없습니다.

 

■ 슈퍼 트위터(Super Tweeter)

빈티지로 분류되곤 하는 옛날 스피커는 보통 트위터를 쓰지 않고 풀레인지 하나였습니다.

전체 음량과 저주파음 하한의 확장은 통의 용적을 키우거나 유닛을 더 많이 쓰는 식으로 어떻게든 만족스러운 소리를 표현할 수 있었습니다. 그러나 가청주파수 매우 높은 영역의 고주파음은 그런 기술로는 표현할 수 없었습니다. 그 문제를  해결해보려 연구를 거듭한 끝에 돔유닛이나 리본유닛을 개발하였습니다. 이처럼 풀레인지(1Way)이거나 혹은 트위터가 있더라도 성능이 고음역을 정상적을 재생할 수 없는 스피커 시스템에 추가해서 가청주파수 상한을 넓혀주는 트위터를 슈퍼 트위터라고 부릅니다.

 

■ 동축 유닛(CoAxial unit)

유닛의 크기와 형식에 따라 잘 나오는 소리의 대역이 다릅니다. 그래서 우리가 들을 수 있는 모든 소리를 잘 재생하는 스피커를 만드는 한 가지 방법이 여러가지 크기나 형식의 유닛들을 조합하게 되는 것 입니다.

그런데 풀레인지는 가청 주파수의 맨 위와 아래의 소리를 제대로 못 낸다는 약점이 있고 2Way나 3Way 방식은 그런 약점은 해결하였지만 반대로 소리가 충실하지 못하다는 단점이 있습니다. 그리고 이 경우에 또 다른 문제점이 생기게 되었는데 주파수에 따라 갈라놓긴 했지만 정확히 구분되지 않고 악기 혹은 음역에 따라 2개 또는 3개의 서로 다른 유닛에서 같은 소리가 함께 겹쳐서나는 경우가 생기고 스피커가 반응 속도와 위치에 따른 위상이 다르게 여러 곳에서 동시에 나와버려 소리가 명료하게 표현될 수 없습니다. 이 차이를 Cohereence라는 말로 표현하는데 우리 말로 바꾸면 결합, 일치, 일관성 정도가 됩니다.

이런 문제를 해결하기 위해서 동축 유닛을 개발하게 되었습니다. 동축 CoAxial이라는 단어를 풀어서 표현하면 축을 같이 상요한다는 뜻이 됩니다. 유닛의 축은 한 가운데 부분인데 동춗흐피커는 대형 콘유닛의 가운데에 위치한 더스트캡부분을 활용하여 고음을 내는 작은 유닛을 장착합니다. 이렇게 되면 구조에 따라 불가피하게 콘 유닛이 내는 음량이 줄어들거나 또는 간섭이 생겨 정면으로 소리가 제대로 향하지 못하는 문제가 생기곤 하지만 반면에 두 유닛 간에 겹치는 음역을 포함한 모든 소리가 같은 점에서 나오게 되므로 유닛간 간섭으로 느껴지는 불일치현상만은 확실히 해결할 수 있게 됩니다.

 

■ 크로스오버(Crossover)

유닛의 종류는 여러가지이고 이를 조합하여 하나의 스피커 케이스 안에 여러 개의 유닛을 장착되어 있는 것을 볼 수 있습니다. 각 스피커의 특성상 하나의 스피커로 저음에서 고음까지 전 음역을 고루 재생할 수 없기 때문에 하나 이상의 스피커를 조합하여 이상적인 하나의 스피커를 조합하여 이상적인 하나의 스피커 시스템으로 만듭니다. 2Way 이상의 스피커 시스템은 하나의 전기음향신호를 각 스피커를 위한 주파수 대역으로 나누어 주는 크로스오버(Crossover) 시스템이 필요합니다. 2Way 스피커 시스템은 1개의 크로스 오버, 3Way 스피커 시스템은 2개의 크로스 오버 포인트가 필요합니다. 크로스오버에는 패시브(Passive)형과 엑티브(active)형의 두가지가 있습니다.

 

▷ 패시브형 크로스오버는 스피커 케이스 내부에 장착되는데 기능적으로 엠프와 스피커 사이에서 라인신호 레벨이 아닌 고출력 전기신호를 받아 음역을 처리하기 때문에 High Level Croossover라고도 합니다.

 

▷ 액티브형형 크로스오버는 믹서로부터 라인레벨의 신호를 받아 각 스피커를 위한 음역으로 나누어 줍니다. 이 액티브형은 낮은 레벨의 신호를 처리하기 때문에 각 음역을 분리하여 음압레벨을 조절할 수 있는 이점이 있습니다. 이 액티브형도 스피커 제조사의 특정한 스피커를 위해 제작되는데 대부분 앰프가 내장된 액티브형 스피커 시스템에 내장됩니다.

 

■ 스피커의 임피던스

모든 스피커는 4옴, 8옴, 16옴 등의 정해진 임피던스를 갖습니다. 스피커의 임피던스는 전류의 흐름을 저해시키는 저항의 측정치입니다. 임피던스가 높을수록 스피커를 통하여 전류를 통과시키기 위해 갖는 전압이 높아야 합니다.

 

■ 스피커 시스템

스피커를 알맞는 곳에 설치하는 것은 매우 어렵습니다. 공간의 분석, 무대의 상황, 소리를 듣게될 객석의 형태 등 정확한 분석이 필요합니다. 그리고 정확한 지향각을 고려하여  설치해야 불필요한 반사음이나 Feedback을 줄일 수 있기 때문입니다. 스피커 하나로 공간을 채울 수 없는 공간이 너무나 많아졌으며 대형 스피커로는  필요한 공간에 균등하게 음압을 분해할 수 없습니다. 따라서 여러 개의 스피커를 한 공간에 쌓아 좀 더 넓은 수직과 수평의 공간을 커버하게 설치해야하는데 이와 같이 스피커를 쌓거나 이어서 설치하는 것을 Cluster 또는 Array라고 부릅니다.

 

▷ Cluster system

 

 

Cluster는 큰 조각을 모아 하나의 큰 시스템을 만든다는 것을 의미합니다. 요즘은 center Cluster를 많이 사용합니다. Center Cluster가 설치되는 공간은 주로 무대 앞 중앙에 자리잡은 스피커가 반구형으로 전체 공간 중 관객석을 향해 설치되는 것을 말합니다.

 

▷ Line array System

 

 

Full Range Line Array System은 음향에 대해 수직적인 접근법을 가집니다. 열려있는 공간에 스피커를 수직을 세워 공간을 가로로 분할하여 공간을 채우는 것을 말하는데 중요한 점은 음량에 대한 지역적인 분할 지정입니다. 수직으로  Array되는 각각의  스피커는 각각 또는 그룹별로 정해지는 객석의 공간을 분할하여 담당하게 되는데 이 때 각각 공간과의 거리에 따른 일정하고 균등한 음압레벨로 세팅하면서 전체 공간의 모든 객석에 고른 음압을 제공할 수 있게 됩니다.

일반적으로 스피커 두 대가 Array 될 때 커버리지는 겹치는 구역이 많으면 많을수록 좁아지며 차폐되는 구역이 많으면 많을수록 넓어집니다. 차폐되는 구역과 겹치는 구역이 같으면 두대의 Beam Width는 한대의 Beam Width와 같습니다.

스피커의 Array가 이루어지면 고음의 커버리지는 스피커를 차폐시켜 더 넓힐 수 있으며 저음의 커버리지는 스피커를 겹치게해서 좁힐 수 있습니다.

 

■ Line array 종류

 

좋은 Array의 조건이란 첫번째 주파수별 커버리지가 일치하여야 합니다. 두번째 객석 구간을 충분히 커버할 수 있어야 합니다.

 

- Straight Line Array(직선어레이) : 통간 각도 0도

 

 

 - 주파수별 커버리지가 일치합니다 : YES

 - 객석 구간을 충분히 커버할 수 있습니다 : NO

 

- ARC Array : 통간 각도가 일정하다.

 

 

 - 주파수 커버리지가 일치해야 합니다 : YES

 - 객선 구간을 충분히 커버할 수 있습니다 : YES

 

- J Array(제이 어레이) : 윗부분 통간 각도는 좁고 아랫부분 통간 각도는 넓다.

 

 

 - 주파수 커버리지가 일치해야 합니다 : NO

 - 객선 구간을 충분히 커버할 수 있습니다 : YES

 

- Spiral Array(나선 어레이) : 통간 각도가 일정한 각도로 증가합니다.

 

 

 

 - 주파수 커버리지가 일치해야 합니다 : YES

 - 객선 구간을 충분히 커버할 수 있습니다 : YES

 

이상 스피커(Speaker) 설명을 간단히 마치겠습니다.

감사합니다.