목요일, 6월 27, 2019
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스피커 DIY (5), 트위터 통제방법에 대한 이야기

글쓴이 : SOONDORI

감쇄용 저항들의 배치 모양을 ‘알파벳 L’자로 형상화, 통칭하는 ‘L-PAD’. DIY 스피커 만들기 작업에서 요긴하게 사용될 것으로 판단하여 추가 글로 정리한다.

흔히 트위터가 미드/우퍼에 비해 음압( SPL; Sound Pressure Level)이 더 높다. 그 말은 두 종 스피커들을 앰프에 동시 연결하면 미드/우퍼에 비해 트위터 음 즉, 고음이 더 강하게 나온다는 뜻. 반대로 더 작은 전력으로 같은 강도의 음을 만들어 낼 수 있음이니 대전력 내성이 떨어지는 트위터 보호 차원에서는 득이 되는 속성이다.

방금 만든 팬케익(2웨이에서 미드 겸 우퍼)이 있고 이제 벌꿀(트위터)을 적당량 바르면 정말 맛 있는 한끼가 될 것이라 식 상상 속에서… 모름지기 트위터를 잘 통제해야 소리가 고와지고 전체적인 대역밸런스도 잘 유지된다. 그 감쇄량을 정하는 방법은 직렬감쇄(적당한 값의 저항 삽입)와 병렬감쇄 두 가지가 있다.

(이런 감쇄회로에 앰프볼륨 등에 사용되는 가변저항을 쓰면 절대 안된다. 전류량 때문에 곧바로 고장. 수 W 단위 Attenuator라는 부품이 따로 있다)

널리 쓰이는 후자, L-패드의 구현은… 예를 들어 아래 공식에서 -3dB(전력기준 2배 차감, 전압-전류비로는 -6dB에 상당하는 값) 감쇄를 하려면 Z에 공칭 임피던스(*) 8오움을, dB에 감쇄량 3dB를 대입, 계산한 후 가장 근접하는 수치의 저항을 사용하면 된다. 0.1~0.X오움이 음감에 영향을 주므로 최대한 섬세하게 저항들을 직병렬 조합하는 것이 좋다. (그래서 최종분 만능기판은 늘 어수선한 모양이 된다)

* 공칭 값은 제조사가 제시한다. 유닛 최소공진주파수(F0) 이상 대역에서 임피던스 최소인 값.

여기서, R2는 19.39오움, 그에 따른 R1은 2.33오움.

이 조건에서 R1의 증가분(=트위터로 가는 전류량 감소, 저항값 변화는 곧 임피던스 변화)에 대해 R2로 임피던스를 보정할 수 있으므로 직렬감쇄보다 유리하다. 즉, 음의 강도는 줄어들지만 8오움 공칭 임피던스의 변화는 없다. 물론, 논리만 그렇다. 왜냐하면 공칭 8오움은 개별 유닛들 전 대역에 균등하게 적용되지 않는, 약간은 허망하고 관념적인 숫자이기 때문에. 세상 일 늘 그렇듯 마치 앰프 볼륨처럼 동작하는 L-패드가 모든 것 통제하지는 못한다. 무엇을 더 하고 더 하고… 그런 것들 보정하는 회로들이 따로 있다.

(전형적인 SPL, Impedance 그래프. 출처 : https://www.electronicdesign.com/…/2015/12/0216_TI_SmartAmp_F5.gif)

아무려나 제법 그럴 듯한데… 현실은?

우선, 얼마를 줄여야 하는 지를 가늠할 객관적인 지표나 방법이 없어 고민이다. 본래 전 대역 특성을 관찰하려면 a) 대기업 R&D실 무음실에 준하는 매우 조용하고 흡음까지 되는 공간과, b) 고성능 Flat 마이크, c) 마이크 음을 변환하여 PC에 연동시키는 장치, d) 화이트 노이즈 등 음원소스, e) 전문 분석프로그램이 있어야 하는데… ‘항상 결핍’에 시달리는 DIY 세상에서는 상당히 무리한 일.

그래서 ‘꿩 대신 닭’ 방법을 궁리해보기를…

a) 레퍼런스로 삼을 만한 오디오 시스템(사실, 이 표준시스템 선정이 최대한 좋은 DIY 스피커 만들기의 첫 단추)에서 작은 **이 들리는 곡을 반복해서 듣고 그 음의 총량을 기억해 둔다. b) ‘내 마음대로’식 감쇄에서 출발하되, c) 계측하기 힘든 수치에 연연하지 않고 마음 편안하게 몇 번의 Try & Error 방식으로 즉, ‘귀로 듣고 비교하여 반복적으로, 충분히 흡족한’ 지점을 찾는다. 2웨이 미드/우퍼 운동의 속성 상 그대로 두어도 좋은 중/저역은 애써 무시한다. 고역의 ** 소리가 튀지 않으면서 그러나 확실하게 들리는 곳 즉, 전 대역 고르게 재생되는 지점을 찾고 밸런스가 맞다고 간주한다. 이후 표준 시스템과 반복해서 비교하고 판단에 따라 추가적인 보정을 하면 된다.

여기서 튠업의 출발점인 최초 감쇄량은 ‘트위터 음압에서 미드우퍼 음압을 차감한 값’으로 한다. 예를 들어 미드/우퍼 87dB, 트위터 93dB라면 93 – 87 = 6dB에서 시작. 본래는 몇 가지 회로변수들이 더 가감해야 하지만 어찌보면 열심히 계산해봐야 소용없다. DIY 세상에서는 물론 본격적인 개발에 있어서도 결국은 듣고 판단하는 것이 최선이자 최적. 아래 -3dB ~ -9dB의 저항조합을 표로 정리해 둔다.

그리고… 앞선 **은 확연히 구분할 수 있을 어떤 악기의 음. Snare나 신디사이저의 고음 등 초고음으로 간주될 만한 것이라면 무엇이라도 좋다. 흔히 가청주파수를 20~20Khz로 정의하고 있지만 사람마다 느끼는 게 다르고 5Khz, 7Khz, 9Khz… 그런 정도만 되도 언뜻 생각하는 것보다 아주 높은 고음으로 인지된다는 점 참고한다.

(적색 Bar는 기본음 대역, 노란색은 파생된 음들 즉, 고조파의 대역. 출처 : http://virtualplaying.com/interactive-frequency-chart/)

이상의 DIY 방법론은 ‘L-패드 이용, 가변감쇄 기능이 적용된 트위터 속성을 미드/우퍼의 고정값 속성에 맞추자는 전략’과 다름이 없다. 일견 주먹구구처럼 보이지만… 계측시스템(RTA; Reatime Analyzer, 마이크를 포함하는 일종의 푸리에 변환기)과 환경이 부재한 상황에서 어쩔 수 없고 한편으로 스피커는 결국 사람이 듣는 장치이므로 크게 잘못될 것도 없는 방법이다.

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이것도 저것도 귀찮다면… 미드/우퍼는 직결하고 트위터 +단자에 2.2uF 이상 전해커패시터(*)를 달아준다. 이 직렬감쇄는 과거 초저가형 스피커들이 이용한 방법론. 들어보고 만일 고역이 너무 많다 싶으면 커패시터와 트위터 사이에 수 오움~10오움 정도의, W가 높은 저항을 달아 적절히 감쇄시켜 듣기 좋은 소리를 만드는 방법도 있다. 대충대충. 그런데… 이쯤하면 저항의 종류는 불문?

* 무극성이 유리하고 용량에 따라 트위터가 전담하는 포인트가 달라진다, 작아지면 고음쪽으로 더 이동.


(언제나 드는 생각… “고역은 벌꿀과 같다” 출처 : https://www.thedailymeal.com/sites/default/files/recipe/2017/Yogurt%20and%20Granola%20Pancakes-025.jpg)

 

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