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1 스피커 유닛은 어떻게 만들어지나
 이영동    | 2009·04·02 22:48 | HIT : 9,097
What is SPEAKER

1 스피커 유닛은 어떻게 만들어지나!

요즘 스피커시스템이라고 하면 과거 모노널 시대의 한 개의 스피커시스템과는 달리 입체음향을 듣기 위한 한쌍(한조)을 언급하게된다. 즉 어떤 소리가 사람의 두 귀에 동일한 시간에 전달되면 사람은 그 소리가 앞 또는 뒤에서 들려오는 것으로 느끼게 된다.
두 귀에 도착하는 소리의 시간차가 생기게 되면 그 정도에 따라 좌우방향에서 들려오는 소리로 인지하게 된다. 이것이 바로 스피커로 스테레오 감각을 느끼게 하는 기본 원리이다.

이와 같이 두 귀에 전달되는 시간차에 의해 스테레오 감각을 느끼는 것이 무엇보다 이상적이지만 소리의 크기를 달리해 주어도 어느 정도 입체 음향을 느낄 수 있다.
이처럼 입체 음향 기술인 스테레오 방식의 출현으로 인해 연주회장의 분위기를 가정에서도 충분히 느낄 수 있게 되었으며, 생음악을 즐기지 못하는 많은 사람들에게 더 없는 즐거움을 안겨주게 한 것이다.

유닛 구성은

그림에서 볼 수 있듯이 진동에 의하여 소리를 낼 수 있게 해주는 유닛은 다음과 같은 중요 부품으로 만들어져 있다. 진동판(콘 페이퍼)을 위시해 프레임, 요크, 템파, 보이스코일, 서라운드(에지)그리고 더스트 커버 등으로 구성되어 있다.

a 진동판(콘 페이퍼/콘지)

스피커시스템을 보면 유닛에 검은 색의 진동판이 있다. 이 것을 '콘 페이퍼)Cone Paper)' 또는 '콘지'라고 부르는데 고깔모양의 종이로 되어 있어서 붙여진 이름이다. 그러나 요즘의 것은 종이보다는 특수한 소재로 된 것이 많아 재생 음질을 더울 훌륭하게 들려주고 있다.

진동판은 스피커 유닛의 종류에 따라 만들어지고 있는데 일반적인 개념으로 성능이 좋은 스피커란 30Hz의 낮은 음에서는 콘 페이퍼가 1초 동안에 30번을, 8kHz의 높은 주파수에서는 8천 번을 정확히 움직여야 하나 실제적으로는 그렇지 못하다.

b 프레임

스피커 유닛에서 진동판과 마그네트 등을 부착해서 고정시켜 주고 있는 장치. 거이가 철판을 가공해서 사용하고 있음.


c 요크(Yoke)

이음쇠라는 뜻으로 자기회로(磁氣回路)에서 자석과 자속을 이끌어 내는 자로(磁路)을        의미한다. 스피커에서는 주로 연강(軟鋼)을 사용하고 있음.(최근 플라스틱재질도 개발)    

요크는 스피커에서 전기 신호를 소리 파장 신호로 바꾸기 위해 진동으로 전환하는 과정     에서 자기장의 힘을 모으는 핵심 부품이다.
d 댐퍼(damper)

Spider라고도 하는데 본래는 여분의 움직임을 억제하는 것을 말한다. 즉 보이스 코일 자기캡(磁氣Gap)의 중심  유지하는 것으로 서라운드와 마찬가지로 앞뒤로 움직이기 쉽     고 주변 방향에 대해서 적당한 탄성을 가질 필요가 있다.

템파란 주로 천을 주름 모양으로 성형 가공한 것이 주로 사용되고 있다. 또한 나비 모양의 베이크라이트(bakelite), 실로 매달아 놓은 댐퍼 등 여러 종류가 있음.
e 가스킷 (Gasket)

스피커 유닛에서 에지가 진동판과 프레임 사이를 이여 주는 기능을 하고 있다고 했다. 이때 에지는 프레임위로 돌출할 수가 있게되는데 이렇게되면 에지가 원형 상태로 되지 못해 진동판 전체 진동에 균형을 일게된다.

이것을 방지해 주기 위해 에지 위에 고무, 종이 또는 특수 재질을 사용해 만든 가스킷이란 것을 부착시켜 고정해 주게되면 에지는 원상태를 유지하게 된다. 다시 말해 에지의 원 상태를 그대로 보전시켜주게 하는 것으로 음질재생에 중요한  역할을 하는 부품이라고 할 수 있다. 예를 들자면 자동차 엔진에 사용하는 것도 가스킷이라고 하는데 이는 기름 유출을 방지 해주는 것처럼 공기가 새는 것을 막아주게 한다.
  
f 보이스코일(Voice-Coil)

스피커의 자기캡(Gap)내에 감겨있는 코일(coil)을 자기(磁氣)캡 내에서 보이스 코일에 음성전류가 흐르면 구동력을 발생하는 스피커의 진동원(振動源)이 된다. 권선의 재질로     는 천연물을 입힌 동선 또는 알루미늄 선이 사용된다.

알루미늄선은 보이스 코일을 가볍게 하기 때문에 고역 주파수 재생 대역을 늘릴 수가 있다. 보이스 코일을 감는 폭은 자기 캡의 폭보다 길거나 또는 짧게 하고 있다. 이것은     입력 특성을 리니어(Linear)하게 하기 위해서인데 자기 캡 보다도 긴 것을 롱 보이스(long voice-coil)코일 짧은 것을 쇼트 보이스 코일(Short Voice-Coil)이라고 부른다.
하이 컴플라이언스(High-Compliance)스피커에 어울리고 쇼트형은 진폭이 작은 중. 고음용 스피커에 적합하다.  

註: 자기회로(磁氣回路)

스피커에서는 자석을 폴(Pole)과 요크(Yoke)로 이끌고  자기 캡(Gap)으로 집중시켜 캡속에 놓인 보이스 코일과 직각 방향으로 자계(磁界)를 구성하는 것을 의미한다.
        이 자계가 강한 것, 즉 자속밀도(磁束密度)가 클수록 스피커의 능률은 놓아진다.
       영구자석으로는 알니코(Alnico)나 페라이트 마그네트(Ferrite magnet)가 사용되는
       데 사용하는 자석에 따라서 자기회로 구조가 다르게 된다.
  
g 서라운드(Surround/에지edge)
        
우리말로는 가장자리라고 해석해 볼 수가 있는데 고음용 트위터를 제외하고 모든 스피커 유닛에는 진동판을 프레임에 고정시켜 줄 수 있게 하기 위해서는 서라운드 즉 에지가 부착되어 있다.
템퍼와 같이 매우 중요한 역할을 하고 있으며 진동판을 진동을 원활하게 해주는가하면 제어(감쇄)기능도 하게된다. 이 서라운드는 진동판 못지 않게 재생 음질에도 중요한 역할을 하고 있다. 즉 콘 진동판 지지부라고 하는 부분인데 역할은 공기는 통하지 않고 콘의 흔들림을 막아주고 바르게 전후 운동을 해줄 수 있게 한다.  
콘 페이퍼와 일체로 성형된 것을 픽스트 서라운드(Fixed Surround)라고 하며 부드럽고 탄력이 있는 별도의 재질을 사용하는 것을 프리 서라운드(Free Surround) 또는 프리 에지(Free Edge)라고 부른다.
생김세는 주름 모양 또는 U자형이 많으며 U자형에는 凹가 있으며 이것을 모두 롤 에지(Roll Edge)라고 칭한다. 재질로는 헌겁을 비롯해 발포성 우레탄, 에칠 또는 고무 등을 사용한다.      

h 마그네트(magnet/자석)

영구히 자기(磁氣)을 물질을 영구자석(Permanent magnet), 철심이 들어가 있는 코일(coil)에  직류를  흘리는 것을 전자석(electromagnet)이라고 한다.  

스피커에 사용되는 자석은 모두 영구자석이다. 그 대표적인 것이 주조자석(鑄造磁石)의 알니코(Alnico) 소결자석(燒結磁石)의 페라이트(Ferrite) 및 사마코바(Samarium Cobalt) 등이있다. (스피커유닛 영구자석편 참조)

3 고음용 트위터의 역할과 종류
          
일반적으로 높은 소리를 들려주는 스피커를 '트위터(Tweeter)'라고 하는데 바이올린이나 피콜로 같은 높은 음역을 담당하고 있다. 이 유닛은 스피커 시스템의 맨 위쪽에 설치되어 있는데 보통 직경이 1인치 정도로 제일 작게 만들어져 있다.

이처럼 작게 만든 이유는 소리의 특성이 높은 음역에 맞도록 한 것이며 크게 해주면 방향성에도 문제가 되기 때문이다. 제품에 따라서는 트위터의 위치를 다르게 설치해 놓은 것도 있다.
트위터의 종류로는 콘형, 돔형, 리본형, 혼형,  콘덴서형 등이 있으며 보통 500Hz - 20kHz까지 주파수 재생 능력을 갖고 있는데, 20kHz 이상을 재생하는 트위터를 '슈퍼 트위터'라 한다.

4 저음용 우퍼와 중음용 미드레인지

우퍼(Woofer)'는 다른 스피커 유닛보다 훨씬 큰 사이즈이며 낮은 음을 담당한다. 저음 대역을 담당하는 이 우퍼에서는 콘트라베이스나 오르간의 낮은 소리들이 들리며 인클로저를 보면 거의 밑쪽으로 설치되어 있는데 그 이유는 저음용의 소리는 방바닥에 반사해도 그다지 감소되지 않기 때문이다.
'미드 레인지(Mid-Range)'인 중음용 유닛은 저음과 고음 사이의 음을 담당하는데 스피커의 평가는 이 중음 재생이 얼마나 깨끗이 들리는지의 여부에 달려 있다고 해도 과언은 아니다.

음악을 감상할 때 스피커에서 재생되는 소리를 들어보면 유닛마다 독특한 악기소리를 내는 것을 알 수 있다. 높은 소리, 낮은 소리, 또는 일반적으로 많이 발생하는 중음 등을 각 스피커 유닛에서 분리시켜 재생하기 때문이다.

5 스피커 유닛과 웨이(Way) 관계

스피커 유닛 수에 따라 '웨이(Way)'란 말을 사용하는데 보통 두 개의 유닛이면 2웨이, 3개의 유닛이면 3웨이라고 한다. 하나의 유닛으로 된 스피커는 '풀 레인지 스피커(Full Range Speaker)'라고 하는데 한 개의 유닛으로 되어 있으면서도 중후한 음질을 재생하는 것을 '동축형(Coaxial)'이라부른다.                                    

멀티웨이(Multi-way)형인 2웨이 방식은 저음용 우퍼와 고음용 트위터로 구성되어 있으며 3웨이 방식은 2웨이에 중음 스피커 유닛을 추가한 것이다. 4~5웨이 방식은 중음이나 고음을 보충한 3웨이 형식 이상을 말하는데 이처럼 웨이는 서로 다른 주파수 대역을 담당하는 스피커 유닛 종류에 따라 결정된다.

6 앰플리파이어의 출력과 스피커의 허용 입력

스피커를 보게 되면 '최대 허용 입력'이란 것이 표시되어 있는데 이것은 앰플리파이어로부터 보내오는 힘을 어느 정도 받아들일 수 있는 한계를 말하는 것이다. 예를 들면 50W의 허용 입력일 때 100W 출력의 앰플리파이어를 사용하면 스피커에 다소 무리가 생길 수도 있다.
그러나 음의 일그러짐은 생기게 되나 스피커 자체가 망가지지는 않는다. 그리고 사실상 스피커의 최대 허용 입력보다는 앰플리파이어의 출력이 조금 많은 것을 사용해야 질감 있는 음질을 듣게 된다.
즉, 최근의 스피커는 고성능 제품이 많아지는 이유로 이에 대응할 수 있는 앰플리파이어의 출력도 연구되고 있다.
앰플리파이어의 출력이 많을수록 스피커가 성능을 어느 정도 최대 한도로 발휘하게 되는 것이다.

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