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스피커관련 : 자작파를 위한 스피커시스템 기본 상식
 이영동    | 2007·04·25 16:34 | HIT : 19,881

자작파를 위한 스피커시스템 기본 상식

스피커시스템이란!

스피커시스템을 만들어 보려고 하는 자작파들은 반듯이 기초적인 상식을 알고 난 다음 도전하는 것이 기본이다. 특히 취미 생활이라고 해서 가볍게 생각 할 수가 있는데 그렇게 하면 좋은 음질과 결코 만나지 못한다.
요즘 와서 독특한 디자인으로 설계된 스피커시스템 중 이름 깨나 알려진 회사의 제품은 상당히 고가로 판매되고 있다. 물론 개발비나 선전비등이 투입 제품 제조 가격이 비싸 질 수 빽에 없다고 하지만 이런 제품을 직접 설계해 사용하는 것도 오디오 취미 생활에 기쁨이 될 수 있어 한번쯤 도전해 보는 것도 좋다.

특히 요즘에는 자신이 좋다고 생각이 들게되는 유명 메이커의 신뢰성 유닛을 얼마든지 구입해 줄 수가 있기 때문에 기본 상식만 있게되면 한번쯤 도전해 보는 것도 바람직하다. 음악용 스피커가 본격적으로 개발된 것은 1925년 체이스와 켈러그란 두 사람의 엔지니어들에 의하여 시작되었다.(스피커 개발 역사 참조)

즉 1931년  최초로 2웨이 방식의 유닛을 개발해 내면서 이었다. 그후 이 분야의 연구가 활발해 지면서 여러 사람의 기술자들이 연구에 참여 크로스오보 네트웨크의 위상 관계라든가 임피던스 매칭에 이르기까지 기술이 진전돼 왔고 이로 인해 재생음질은 더욱 좋아지게 된다.
스피커의 원리란 전화기의 수화기에서 얻어진 아이디어로서 최근에는 성능이 월등해 져서 이제는 악기에 비유할 정도로 원음에 근접한 소리를 내주고 있는 고성능의 제품들이 많이 등장하고 있다.
그래서 좋은 소리를 들려주는 유명 메이커들의 제조 기술 중 악기의 공명 음에 관한 이론과  연구가 활발해 지고 있다. 또한 이러한 이론에 의해 최근 국내에서도 한음악인에 의해 제작된 고성능의 스피커가 소개되고 있는데 스피커시스템이란 악기에 비유해 볼 수 있다.
스피커시스템을 통해서 나오는 소리는 스피커 통인  인클로저에 부착되어 있는 유닛 진동으로 발생되는 것으로 그 원리는 다음과 같다. 압축한 펄프판 즉 종이로 만든  콘(cone)모양의 진동판을  움직여 주면 그것이 주변의 공기를 움직여서 소리를 내주게 한다.

소리통 이라고 부룰 수 있는 악기는 만드는 재질 즉 나무라든가 ,금속을 이용 소리를 증폭시켜 내주는 방법인데 이렇게 해 듣게되는 소리 중 좋게 들려주는 것이 있는가 하면 그렇지가 못한 것도 있다.
다시 말해 이런 미묘한 차이를  종이라는 매체를 이용 소리를 들려주는 것이 바로 스피커로서 그 동안에 스피커에  있어 문제점으로 제기 된 것이 이 진동판에 관한 재질 이였다. 이에 관한 본격적인 연구가 집중적으로 시작 오늘날처럼 급진적인 발전을 갖아오게 된 것도 첨단 소재 개발이 이로워 지면서 원음에 가까운 소리를 내줄 수 있게 된 것이다.

스피커는 어떻게 만들어져 있나?

우리가 말하는 스피커란 아름다운 음악을 들려주는 스피커시스템을 언급하는 말로서 구성은 스피커 유닛과 이것을 부착 시켜놓은 캐비닛 즉 인클로저로 되어 있고 내부에는 크로스오버 네트워크란 것이 내장되어 있다.
유닛은 진동판을 매달고 직접 소리를 들려주는 부분으로 마그네트와 보이스코일 그리고 진동판과 프레임간을 연결 시켜주는 에지(또는 서라운드)로 되어 있다. 여기서 에지란 진동판을 매달고 있는 가상 자리에 연결 부분을 말하는 것으로 유닛이 피스턴 작동을 할 때 균형을 잡아 주는 역할을, 또한  프레임(또는 바스켓)이란 유닛을 받쳐주는 쇠털을 말한다.

최초의 스피커라고 할 수 있는 마그넥트 형을  보게되면 금속 막대기 모양을 하고 있는 것을 부착시킨 끝 쪽에 종이를 매달아 놓은 형태를 취하고 있다. 좀더 쉽게 설명하면 공기의 진동으로 음파가 발생하면 우리 귀에 위해 소리로 느끼게 하는, 일종의 에너지를 변환시키는 장치인 것이다.

그래서 금속 막대기와 이를 움직여 소리로 내줄 수 있도록 종이를 달아매 준 것인데  스피커 유닛을 보게되면 자석과 진동판을 쉽게 확인할 수 있다. 즉 자석 중간에 전선을 놓고 전류를 흘러 보내면 자석은 전선을 밀어내기도 하지만 잡아당기기도 한다.

영구 자석내에 있는 보이스코일(voice-coil)에 전기를 집어넣게 주게 되면 전류의 방향에 따라 코일을 밀었다 당겼다 하게된다. 이 코일 끝에 진동판을 붙이면 소리인 에너지가 생겨 우리가 듣게 되는 것으로  진동판에 보내지는 전류 량에 따라 피스톤 운동을 하는  것이다. 이러한 기본적인 원리는 스피커에 있어 옛날이나 지금이나 똑같은 방법으로 만들어지고 있는데  수많은 저가 제품이나 고가 제품도  결국은 같은 원리를 취하고 있다. 유닛에서 마그네트 스피커의 자석이라고 하는 것인데 전자석(電磁石)과 영구자석 두 종류가 사용된다.
이 자석은 유닛 구경과 성능에 따라 여러 가지가 사용되고 있고 자속(磁束)이 결성되어 있는데 이것을 자속 밀도라 하여 수치가 크면 힘도 좋아 대 음량의 소리를 낼 수 있고 다이내믹한 사운드를 듣게 해준다.
전자석은 필드코일에 직류 전류를 흘려서 만든 것이고 영구자석은 알리코, 페라이트, 코발트로 제작된 것을 말한다. 유닛에 사용되고 있는 대중적인  마그네트 중 페라이트는 바름이나 탄화 스트론트튬과 마그네타이트를 주원료로 사용한 세라믹형. 또한 알리코는 알루미늄,닉켈, 코발트, 철을 주성분으로 소량의 동과 티타늄을 섞어서 만든 합금 자석이다.

스피커의 기본 동작

스피커 유닛의 단면도 그림을 보게 되면 중앙에 보이스코일 이라고 표시 한 것이 있는데 이 코일에 전기 신호가 들어가게 되면 일종에 피스톤 운동이 시작되는데  여기에 매달려 있는 콘지가 앞뒤로 움직이게 된다.
물론 마그네트란 자석이 있어 이 운동이 가능해 지게 되는 것으로 이 운동을 도와주는 것이 바로 콘지 위쪽에 있는 에지(Edge) 또는 서라운드라고도 한다. 스피커 유닛을 보게되면 이 부분을 가상 자리라고 한다.
이 에지는 진동판이 균형을 갖게 하고 동시에 항시 같은 위치에 있도록 해준다. 그렇기 때문에 성능이 좋은 유닛은 이 에지의 중요성을 감안 진동판의 재질과 같은 수준의 것을 사용해 주고 있다.
그런데 스피커 유닛을 통해 들리는 소리 중 고음과 낮은 소리인 저음은 어떤 이론에 위해 구분되어 들리는 지를 간단하게 설명해 보기로 하자. 즉 그림을 보게되면 알 수 있듯이 소리를 내주는 진동판은 크기가 여러 종류인데 중앙의 보이스 코일 쪽 가까이 있는 쪽은 떨림이 에지쪽 보다 많게 된다. 이렇게 되면 아무래도 빠른 진동 때문에 높은 소리가 나며 울림이 적은 에지쪽 에서는 낮은 소리가 나게 되는 것으로 바로 이런 원리를 이용해 고 음역 유닛 진동판은 작게 만든다.
스피커 유닛은 어떻게 보면 아주 간단 한 것처럼 쉽게 생각 할 수가 있는데 실제로 재생되는 소리를 들어보게 되면 천태만상으로 아직도 이것이다 라고 확정 해줄 수 있는 제품은  탄생되지 않고 있다.
아마도 이런 이유 때문인지는 몰라도 오디오 시스템 부분에서 스피커시스템에 관한 도전은 끝나지 않고 계속되고 있다.

스피커에서  소리란

여하간에 스피커의 음질은 같은 원리를 이용해 만든 것도 실제로 들어보게 되면 다르게 되는데 그 이유는 대단히 복잡한 이론을 동원해야 설명이 가능하다. 스피커 유닛은 제작 형태에 따라 다음과 같이 2종류로 분류해 설명해 본다.

1  풀 레인지형

일반적으로 가장 원음에 근접한 소리를 내주는 유닛을 풀 레인지형(Full Range)이라 해  한 개의 진동판으로 구성된 방식이지만 우리가 들을 수 있는 전음대역을 재생 시켜 줄 수 있게 만든 형이다.

다시 말해 초 저음부터  초 고음대역 까지 전부 커버해 줄 수 있게 설계된 유닛으로 소개되고 있다. 그렇지만 이 또한 완벽한 성능으로 모든 사람들이 좋아하는 소리를 들려준다고는 볼 수 없다.
예를 들어 풀 레인지 형에서 강한 소리와 약한 소리가 함께 재생될 때 약한 소리는 강한 소리에 파 묻처 강한 쪽이  소리로 착각하게 되고 만다. 우리가 생음악 현장에 가서 음악을 들을 때 약한 음과 강한 음은 금방 알아들을 수가 있지만 이것을 한 개의 유닛으로 된 진동판에서 재생 시켜 줄 때 고조(高低)를 정확히 알려 주기란  사실상 어려운 일이다.

2  멀티형

한 개의 유닛으로 전음대역을 재생 시켜줄 수는 없다는 대다수의 음향 기술자들의 이론이고 보면 여러 개의 유닛을 사용한 멀티형이 어쩌면 가장 이상적인 유닛이라고 할 수 있을지 모른다.
그래서 요즘 제작된 스피커시스템을 보면  거이 가 멀티형 즉 여러 개의 유닛을 사용 주파수 대역별로 전담시켜 사용 고 충실도의 사운드를 그런 대로 재현 시켜는 주고 있다. 스피커시스템을 만들어 판매하고 있는 회사들이 한 개의 유닛으로 설계한 것 보다 여러 개의 유닛을 사용한 것을 더 선호 보기에도 좋고 외형이 화려한 패션형의 시스템 개발에 투자를 하고 있다.
우선은 음질이 더 좋다는 이유도 있겠지만 아무래도 한 개의 유닛을 가지고 만들어 놓는다면 음질은 여하간에 판매가 어렵다는 이유도 있다. 물론 음질이 월등한 혁신적인 시스템일 때는 모르겠지만 그렇지 않게 되면 단순하게 디자인된 제품을 선택하려는 사람들은 없다는 것이다.

고성능 소형 스피커시스템의 매력

신소재 개발과 고성능 소형 스피커 개발
      
콤팩트형의 고성능 스피커시스템이 개발된 것은 그렇게 오래되지 않았으나 지금에 와서는 스피커시스템을 주도 할만큼 기술적으로나 음향적으로 혁신적인 발전을 거듭해 올 수 있었든 것이다.
특히 소형 스피커시스템의 본산지라고 할 수 있는 영국은 일찍부터 BBC 음향 기술 위원회가 주동이 되어 민간들의 참여하네 이 분야의 연구를 해온것으로 이로 인해 탄생 된 것이 LS 시리즈인 소형 모니터 시스템이다.
1977년경 스피커 설계 기술자로 유명한 BBC의 H.D. 하워드와 KEF 설립자로 와피데일 회사에 근무하고 있던 레이몬드 큐크는 고분자 소재를 사용한 백스트리치콘 개발에 성공 하므로 서  새로운 진동판을 탄생케 했다.
이로서 고성능의 소형 스피커시스템의 탄생을 예고 할 수가 있었든 것으로  이에 필수적인 인클로저 설계라든가 음향 튜닝 등 많은 문제가 뒤딸았으나 기술자들의 연구가 계속되고 새로운 기술이 이여 지면서 스피커시스템을 소형화 시켜 주는데 성공을 할 수가 있게 된 것이다.
또한 백스트레치콘 개발과 동시에 등장한 폴리프로필렌 소재는 진동판 재질로서는 일약 스타덤에 오를 수 있게 된 것으로  지금에 와서도 모든 고성능 유닛 재질로 사용되고 있는데  재생 음압 레벨이 우수 한 것이 특징이다.
특히 로이드사의 “ SINTRA II”모델은 독특한 구조로서 더스트캡이  없는  형태로 설계  저 역 에너지  방출 시 막힘 없는 소리를 들려주기 위해 독특한 방식을 보여주고 있다. 다시 말해 에너지가 방출될 때  발생되는 열을 쉽게 분산시켜 소형 유닛으로도 중저음 대역을 충실하게 재생시켜 줄 수 있게 한 아이디어이다.

그런가 하면 국내에서 설계 좋은 반응을 보인 소닉스사의 “ 첼로 +” 역시 인테리어 디자인과 함께  음악적으로  완성도가  높게 한  튜닝 을 들 수 있다. 또한 목공 예술의 극치를 보여준 이태리의 고성능 시스템들은 특유의 아름다운 과시 보는 것만으로도 흐뭇한 감을 가게 한다.
영국 쪽의 제품도 나름대로 사용 소재가 특이한 것을 들 수 있는데 모니터 오디오사의 뉴세라믹 메탈 진동판은 특유의 컬러로서 디자인 다이내믹  하면서도  대형  스피커  시스템  못지 않은  음량을  재생시켜 주게 한 설계 방식 등을 들 수 있다.

거실 구조에 합리적인 설계의 스피커

비교적 소형이면서도 가격대가 고가인 콤팩트형에 매력을 갖게 되는것은 대형에서 듣지 못하는 독특한 소리라고 볼 수 있는데  듣는 사람들에 따라 다소 엇갈린 표현을 하고는 있지만 성악에서 나름대로 정교한 맛을 갖게 해준다는 것이다.
특히 작은 공간에서 설치해 사용 할 때 더욱 매력적인 소리를 듣게 해주는 것은 명암이 뚜렸 한것을 들 수 있는데 중 고음 대역이 분명해 성악을 가장 멋있게 들을 수가 있다. 또한 최근에 제작되어 소개되고 있는 소형 스피커시스템 중에는 중고 역은 물론 중저음 대역에서도 놀랄 만큼 풍부한 저음대역을 내고 있어 듣는 사람으로 하여끔 감탄을 자아내게 하고 있는데 이것이 고성능 스피커시스템의 매력 중 가장 큰 포인트가 아닐까 한다.
아마도 이런 탁월한 성능 때문에 더욱 매력을 갖게 하는데 대개는 고성능의 것은 출력 음압레벨이 낮은 밀폐형 구조 방식을 취하고 있어 출력이 많은 앰프를 사용해 주어야 제 성능을 발휘해 줄 수가 있게 되며 앰프의  댐핑벡터가 좋아야 질감 있는 음질을 소형 시스템으로 듣을 수가 있게 된다.
그렇다 고해 굳이 값비싼 앰플리파이어를 선택해 사용해야 된다는 것은 아니나 소형 스피커 설계 방식에 따라 출력이 많아야 제 성능을 발휘해 주는 제품이 있어 가능한 규격이나 출력 음압레벨 수치 등을 살펴보고 사용할 앰플리파이어와의 매칭 관계를 알아보는 것이 중요하다.
소형스피커시스템 매력 중에 또한 가지를 언급해 본 다면은 외형 디자인을 빼놓을 수가 없다. 맑은 음질 못지 않게 외관에서 찾아 볼 수 있는 화려한 디자인인데 대부분의 고성능 제품들은 특유의 재질을 사용 품위 있게 만들어져 있다.
사용된 인클로저 재질 역시 중후한 감이 드는 묵직한 것을 써 완성도가 높게 고품위 사운드를 들려준다고 할 수 있다. 재생음질 역시 촉감이 좋고 부드러운 것이 일품으로 고성능의 소형 스피커시스템 만이 갖추고 있는 특징이라고 볼 수 있는데 자극 없고 섬세한 디테일 그리고 특유의 깜직 하고도 단정한 소리를 듣게 해준다고 하겠다.

선택시 알아 두어야할 사항

오디오시스템에 어느 정도 심체 하다 보면은 콤팩트한 소형 스피커시스템을 하나쯤 갖고 사용해 봤으면 하는데 대형 스피커가 갖지 못하는 매력을 나름대로 지니고 있지만 선 택시 필히 알아둘 사항이 있다.
일반적으로 사용하고 있는 오디오시스템 중 어느 부분을 교체해 보았을 때 소리가 달라지는 것은 사실이나 아마도 스피커시스템 만큼 애민한 부분이 없을 정도로 아마추어라도 달라진 소리를 알 수가 있는 것이 바로 스피커시스템 이다.
다시 말해 스피커시스템은 오디오시스템의 전체적인 음질을 좌우해 주고있는 요소를 지니고 있다고 확언 할 수가 있는 부분으로 우선은 사용할 장소의 공간을 참조해 봐야 된다. 아마도 이런 조건에서 볼 때 소형 시스템은 적격인 것으로 생각 할 수가 있겠지만 공간이 의외로 넓은 곳 일 때는 문제가 있는 것으로 청취 위치를 계산해 이에 맞는 사이즈의 제품을 골라야 된다.
아무리 고성능의 소형 시스템이라고 하여도 재생 능력에는 한계가 있는 것으로 성능이 좋다 고해 무조건 설치해 사용해 봤자 별도란 생각이 들게 된다. 다음으로는 설치 해줄 때 제기 능을 발휘해 줄 수 있도록 받침대를 사용해 주는 일인데 소형이라고 해서 든든하지 못한 선반이나 규격에 맞지 않은 받침대를 사용해 줄 경우 재생 음질은 반감되고 만다.

그래서 제품 설명서를 필히 읽어보고 따를 사항이 기재돼 있으면 지켜주는 것이 좋은데 제 받침대가 있다면 그것을 사용하는 것이 원칙이다. 잘 알고 있는 한 분이 고성능의 소형 스피커시스템을 구입하면서 이에 필수적인 받침대 판매가격이 의외로 비싸 구입하지 않고 비슷한 다른 것을 사용해 들어보니 전혀 아니올 시다란 경험을 한일이 있다.
이처럼 소형 스피커에서 받침대는 재생음질의 전체적인 밸런스를 좌우해 주게 되므로 가능한 상품 설명서에 기재해 놓은 것을 그대로 지켜 주는 것이 시스템의 성능을 최대한대로 발휘해 줄 수가 있다.
또한 가지는 출력 음압 레벨(SPL)인데 이것을 무시하고 무조건 음질이 좋다는 이유 하나만으로 선택해 사용할 경우 사용하고 있는 앰플리파이어와의 매칭이 되지 않아 낭패를 볼 수가 있게 된다.
예기서 알이 두어야 할 것은 사용하고 있는 앰플리파이어의 출력이 약할 경우 출력 음압 레벨 수치가 86dB 이하 일때 한번쯤 고려해 봐야 된다. 물론 밀폐형 방식이 아닐 때 어느 정도 커버가 된다고 하는 분도 있으나 필자의 오랜 검험 으로봐서  실제로 연결시켜 들어보게 되면 그렇지만 아닌 것이 앰플리파이어와 스피커시스템과의 매칭인 것으로  경험 없이 시도해 보는 것은 바람직하지 못한 일이다.



김상호
참으로 좋은 기술과 관련 지식을 습득하게 됨을 마음 깊숙히 감사 드립니다. 이틀전 잘아는 지인과 스피커통을 만들다 보니 저도 중저음 분리형 스피커를 만들고 싶어서 자문을 구하려 합니다.어떤 유닛이 좋은지 추천을 부탁 드리면 구입할수 있는 곳 또한 알려주시면 고맙겠읍니다. 부탁드립니다.

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