토요일, 4월 20, 2019
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스피커 DIY (2), 네트워크용 저항에 대한 이야기

글쓴이 : SOONDORI

좋은 스피커 유닛 구했고 나만의 네크워크 설계도 확보했으며 열심히 네트워크 코일까지 감았다고 치고… 만능기판, 저항, 커패시터, 단자와 케이블만 있으면 된다.

이하는 추가 입수대상 부품들 중 하나인 저항에 대한 이야기들. 목표하는 값은 참조회로도에 정의되어 있거나 Web Tool 등으로 정해 놓았다고 간주한다. (표제부 사진은 BBC LS3/5A를 준수하는 KEF 스피커. 출처 : https://i.pinimg.com/originals/e9/76/44/e97644c742d2b433a63b85c402f565ea.jpg)

[ 관련 글 ]
스피커 DIY (1), 네트워크용 코일에 대한 이야기
스피커 DIY (3), 네트워크용 커패시터에 대한 이야기
스피커 DIY (4), 네트워크용 부속자재와 마무리에 대한 이야기

■ 전류와 전력(W)

앰프의 최대출력이 큰 의미 없듯 스피커의 큰 입력 W수가 좋은 음 담보하는 것 아니라는 점 상기하고… 최초 상정하는 최대입력은 사용 유닛들의 정보에서 유추할 수 있다. 최저 W 유닛, 회로 구현변수들을 종합하여 정한다. 그 목표입력을 모수로 활용하여 저항의 전류흐름을 파악하면 그 저항이 취급해야 하는 전력(W, 이는 곧 발열)를 계산하거나 유추할 수 있는데 부품 제조사의 데이터시트를 보고 저항값의 온도 항상성이 유지될 수 있는 것을 선정하면 된다.

그런데… 예를 들어 설계한 최대입력이 40W라고 할 때 모든 저항들이 꼭 40W급 이상이어야만 할까? 그렇지 않다. 국부적인 전류흐름 즉, 상하 등락하는 파형들과 L/R/C 조합 회로를 경유하는 순간 전류량을 생각하면 더 작은 등급으로도 충분하다.

예시를 위해 8오움 RMS 15W 입력 트위터, 8오움 RMS 40W 입력 미드/우퍼, Butterworh 1차 필터인 조건으로 시뮬레이션을 해보면 다음과 같다.

위 그래프 적색선을 감당하기 위해 약 20W 이상 저항이 필요한 것으로 보인다. 그러나 스피커 유닛들과 종합된 시스템으로서의 최대입력, 정격입력, 연속입력 대 순간피크의 상황 해석이 다르고 365일 40W + 40W = 80W로 들을 사람 없으며 큰 부품은 여러가지로 부담스럽기 때문에 위와 같은 조건에서라면 부품상에서 흔히 구할 수 있는 10W급 이하를 선정해도 된다. 그리하면 DIY Rule은 대략 최대입력의 최소 1/4 ~ 평균1/2 정도? 정히 불안하다면 저항값을 두 배 키우고 병렬연결하는 방법도 있다.

■ 기생 성분들

일반저항에는 관념적 저항값 외로 기생 코일성분(Inductance)과 기생 커패시터성분(Capacitance)이 들러 붙는다. 모두가 0.0인 상태의 저항을 쓰는 것이 좋겠지만 현실 세상에 그런 것은 없다. 대신, 평가 지표들이 월등한 부품들은 있다. 예를 들어 다음은 개 당 몇 천 원, 몇 만 원 짜리 Non-Inductive 5W급 고정밀 권선형 저항.

사용물질이 곧 저항체인 세라믹 저항이나 카본저항은 특별히 기생 인덕턴스를 걱정할 일 없지만 이런 권선형 저항들은 말 그대로 ‘권선형’에서 비롯된… 일정한 코일성분을 가지기 쉽상이다. 위 제품 인덕턴스는 1nH 미만으로 매우 작은 편인데 흔히 mH, uH 정도에서 결정되는 공심코일 인덕턴스를 생각한다면 1/1000 수준으로서 대략 0.0으로 간주해도 좋을 정도.

그나저나… 어떻게 Non-Inductive가 되었다는 것일까?

위 설명문은 “m당 저항값 특성이 매우 균일한 선형 저항체(독일제 ISAOHM 와이어, 구리-크롬 등 합금체)를 컴퓨터제어 생산시스템으로 정밀하게 잘라 정확하게 값을 맞추되 Aryton Perry 방식을 써서 코일성분을 최소화했다”고 한다. 여기서 핵심 키워드는 ‘자기장 상쇄’. 다음 그림과 같다.

(Common은 Inductance에 전혀 신경 쓰지 않는 방법. 나머지는 개선 방법론들. 출처 : https://forum.digikey.com/t/inductive-vs-non-inductive-resistors/62)

■ 흔히 쓰는 시멘트 저항

흔히 보이는 일반 스피커들의 네트워크에서 ‘시멘트 저항’으로 통칭되는 권선형들이 자주 사용된다. 세라믹 몰드 격납공간 안에 저항체 와이어가 들어 있는 것으로서… 낮은 저항값 즉, 권선을 조금 감은 경우 별 일 없지만 20오움, 100오움 등 저항값이 증가하면 코일성분도 함께 증가된다는 점 참고한다. 네트워크 저항들의 계산치가 낮아 무시되는 경향이 있지만 본래는 설계에 철저히 반영되어야 하는 내용이다

(위 시멘트 저항 표면의 형명 끝 부분은 편차. J 등급 5%, K 등급은 1% 이내이니 일일히 값들을 측정하고 선별할 필요가 있다)

이쯤에서 마무리 멘트로… 회로 복잡도 무관하게 고 품질 네트워크와 아닌 것은 눈에 보이지 않는 부품 품질에서 차이가 있다는 점 강조.

한편, 실행 여부  무관하게 생각을 넓히고 아니고는 미묘한 차이가 있을 것이니 가벼운 DIY 제작이라고 해도 오래 쓸 요량이라면 부품들의 선정과 품질 평가에도 주의를 기울이는 게 좋겠다. 그리고 다분히 현실론적인 이야기로서… 보통 스피커들의 임피던스는 8오움, 직류저항은 6~7오움 정도로서 1~2오움 무시하면 안된다. 저항들의 사용 개소에 따라 그 영향이 체감될 가능성 있다는 점 참고하여 저항(커패시터도 같음)은 최대한 잔뜩 구매한 후 목표 수치에 가장 근접한 것만 골라서 쓰며 특히, 좌우를 최대한 같은 값으로 맞추는 전략이 유효하다.

“작은 것들 쌓이면 큰 것이 된다”

 

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