토요일, 4월 20, 2019
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스피커 DIY (1), 네트워크용 코일에 대한 이야기

글쓴이 : SOONDORI

스피커 크로스-오버 네트워크에는 흔히 우리말 공심(空心)코일, 영어로는 Air Coil이라고 하는 부품이 하나 이상 들어간다. 겉보기에는 그저… 실패처럼 생긴 릴에 에나멜 피복 구리선을 돌돌 말아 놓은 것. (표제부 사진 출처 : www.canton.de)

“그게 그것 아닌가?”

그러나 눈에 보이지 않는 속성들이 있기 때문에 좋은 코일과 그렇지 않은 코일이 구분된다. 그 평가 기준점들 몇 가지를 예로 들어보자면…

■ Inductance와 오차

“낮은 주파수만 이쪽으로!” 높은 주파수 신호의 흐름을 막는 코일은 주로 mH, uH급이 사용된다. Cross-Over로 통칭되는 회로의 핵심 부품이므로서 모든 부품들이 그렇듯 설계치 대비 오차가 작을 수록 좋다. 그보다는… L과 R의 값이 완벽하게 일치하는 것이 우선. 좌측용과 우측용의 편차가 크다면 왼쪽 스피커는 (예)3Khz기준 70이라는 강도로 재생하는데 오른쪽은 30이라는 강도로 재생하는 식이 되어 버린다. 음상이 가운데 모이지 않고 톤의 높낮이에 따라 좌로, 우로 왔다 갔다하는 매우 이상한 청감이 생긴다는…

그렇다면 이 세상 모든 스피커들의 모든 공심코일들이 L과 R 공히 1% 이내 오차를 갖고 있을까? 상당히 회의적이다. 측정 기준은 x hz로서 특별한 언급 없다면 1Khz. 다 좋은데… 어떻게 측정할까? LCR Meter(*)라는 전용 계측기를 쓴다.

* L은 코일, C는 커패시터, R은 일반저항을 대표하는 두문. 내부에 수 hz, 수 Kh, 고급형 벤치 장비는 Mhz, Ghz 발진기가 들어 있고 상황에 맞게 주파수별 측정값들을 제시한다.

* 관련 글 : LCR Meter, 그런 것이 필요할까?

■ 기생 Capacitance

코일을 감고 나면 절연체 에나멜 때문에 도체인 구리선과 구리선들 사이에 약간의 이격이 생기고 에나멜이 일종의 유전체로 작용하면서 아주 작은 커패시터들이 쭉 늘어선 것처럼 된다. 실제로 uF 단위의 정전용량(부유용량)이 측정되는데… 순수 코일성분을 방해하는 요인이므로 논리상 그 값이 작을 수록 좋다. 제작사 노하우가 숨겨져 있는 주요 포인트.

▷ 멀티미터 측정 △, LCR 미터 O

■ DC Resistance와 발열

uH 단위든 mH 단위든 십 수 m 구리선을 사용하게 되므로 그 만큼 선로저항이 생길 것이고 배치되면 삽입손실이 발생한다. 삽입손실은 곧 부품 발열이자 앰프 출력의 차감. 직류저항 6~7오움에 불과한 스피커 유닛을 상대하는 네트워크에서 1오움, 2오움은 영향도가  큰  편이다. 그러므로 0.0오움이 좋겠다. 그러나 현실에서는 불가능한 일. (물론, 네트워크 설계자는 잘 알고 있는 내용일 것이고 값을 반영하여 적절히 보정한다)

DCR을 줄이려면 도체 직경을 키워야 하고 그러면 공심코일이 커지고 그 만큼 가격도 올라갈 것. 어쨌든 코일에 관한 한 DCR이 작은, 그래서 덩치 커다란 코일이 좋다는 뜻이디. 코일의 최대 취급전력(W)은 옆 테이블의 토의 주제.

▷ 멀티미터 측정 O, LCR 미터 O

■ 상대적인 참조자? 모종의 경사각 Theta

아래 그래프에서 세타(Θ) 즉, 경사각이 양의 방향으로 크면 코일성분 많은 것이고 음의 방향으로 크면 정전용량 많은 것. 수평축은 인덕터스 및 커패시턴스 제로상태인 일반저항이다. 코일은 코일다워야 하니까 당연히 양의 세타값이 클 수록 좋다.

(여기서, Zs는 교류저항의 식별자인 임피던스, Rs는 일반저항(논리적으로 순수저항체), Xs와 Xs1은 Zs=Rs(실수, Real)+jXs(허수부, Imaginary) 공식의 변수들. 두 가지가 각각 코일성분 ‘인덕턴스’, 정전용량 성분 ‘커패시턴스’을 대표한다. 예를 들어…  Xs방향으로 경사각 90도인 경우는 없을까? 현실에서는 NO. 그 반대도 NO)

이런 언급을 하는 것은 DIY 작업시 느긋한 마음으로 구리선들을 일렬종대로 감아야 가장 좋은 세타값을 확보할 수 있고 그리하면 최대한 좋은 품질의 DIY 크로스-오버 네트워크를 제작할 수 있다는 점 강조하기 위함이다. (구리선들의 들쑥날쑥 갈짓자 행보는 이 값을 낮추는 효과가 있다) 재차 언급되는 바, DIY 작업에서는 절대값보다는 두 값 같은 것이 우선이다.

▷ 멀티미터 측정 X, LCR 미터 △(이 값을 측정할 수 있는 제품과 아닌 제품이 구분된다는 점 참고)

■ 상대적인 참조자? ESR과 ESL

커패시터의 속성을 가늠하는 등가직렬저항(Equivalent Series Resistance)과 커패시터의 기생 코일성분을 지칭하는 등가직렬인덕턴스(Equivalent Series Inductance), 두 지표는 보통 커패시터 품질 내지 속성을 판정하는 기준으로 쓰이지만 언급된 바와 같이 코일에도 부유정전용량이 존재하므로 어떻게든 측정이 된다. 다만… 코일 대 인덕턴스나 콘덴서 대 커패시턴스와 같은 객관적인 지표는 아니므로 두 개 DIY 공심코일의 상태를 비교 가늠하는 참조자료로서만 활용한다. 예를 들어 A가 B보다 크다면 둘 중 하나의 속성이 크게 다른 것이고… 뭔가 잘못 감았다는 이야기.

▷ 멀티미터 측정 X, LCR 미터 △

[ 관련 글 ]
스피커 DIY (2), 네트워크용 저항에 대한 이야기
스피커 DIY (3), 네트워크용 커패시터에 대한 이야기
스피커 DIY (4), 네트워크용 부속자재와 마무리에 대한 이야기

 

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