DIYer를 위한 스피커 네트워크 시뮬레이션 (1), XSim - 빈티지 오디오 콘텐츠와 판매, 오디오퍼브

글쓴이 : SOONDORI

오디오 세상에서 가장 흔한 DIY 주제가 스피커 제작이 아닐까 싶다. 어떻게 하면 리스크를 줄이고 최대한 좋은 소리를 들을 수 있을지?

시뮬레이션 프로그램을 이용하면 된다. 수년 전, 이것저것 테스트를 해보니… 가장 직관적이고 무엇보다 조작 부담이 없는 프로그램이 2017년 빌 와슬로(Bill Waslo)라는 분이 만들어 무상 배포하신 XSim(=크로스심)이다.

* 프로그램 다운로드 : XSimSetup

사용 방법을 간략히 정리해보자면,

■ 초기 화면

“이게 뭐야?” 첫 화면은 조금 어수룩해 보인다? 어수룩한 게 아니라 그냥 DIY에게 최적화한 화면 구성으로… 즉, 군더더기가 없는 것.

(▲ A : 네트워크 회로를 그리는 영역, B : 종합적인 재생 주파수를 표시하는 영역, C : 선택된 유닛의 임피던스를 표시하는 영역. A 영역에서 작업하면, B와 C 영역에 그래프가 실시간으로, 자동 표시된다)

■ 선택하고 끌어다 놓고 연결하기

코일(L), 커패시터(C), 저항(R), 스피커 유닛, 접지, 5개 아이콘 중 하나를 클릭하고 <회로 작성> 영역의 적당한 곳에 갖다 놓는다. 현재는, 배선이 안 된 상태이므로 아무 반응 없음.

(▲ <Power Amp.> 블럭은 기본. 2.828V_RMS는 8오움 저항(=스피커 공칭 저항)을 기준으로 한 1W_RMS 상당 전압값. W를 역산하면 그 숫자가 나온다. 내 스피커가 얼마만큼의 입력을 감당할 수 있을까? 10W? 100W? 그런 것을 평가하는 게 아니라면 건드릴 필요는 없음)

부품 옆에 붙은 작고 검은 점은 와이어링 포인트. 마우스를 갖다 대고 왼쪽 버튼을 누르면 롤에 감긴 땜 아이콘이 나오고 그 상태로 그림을 그리듯 쭉~ 수평 또는 수직 방향으로 아이콘을 이동시키면 된다. 제거는 1) 왼쪽 마우스를 누른 상태로 여러 개 부품을 점선 블럭으로 선택하고 오른쪽 마우스 버튼을 클릭, 제시되는 메뉴(Move, Delete 등)를 클릭하거나, 2) 와이어링한 것 하나를 클릭하고 DEL 키를 누르면 됨.

아래에서, 스피커 유닛 하나를 놓고 가장 간단한 회로를 그려보면… 회로? 사실은 네트워크가 없는 상태. 그래서 모든 게 FLAT! 하다.

(▲ 아래 방향 화살표는 GND(Ground). 몇 개가 배치되든 다 연결된 것으로 처리한다)

■ 회로에 변화를 주기

○ 코일 삽입

앰프 출력 신호 중 높은 주파수는 코일을 통과하기가 어려워서… 고역 감쇄.

○ 커패시터 삽입

낮은 주파수는 커패시터를 통과하기가 어려워서… 저역 감쇄.

○ 일반 저항 삽입

코일이든 커패시터든, 앰프 출력을 줄이는 것과 같다. 그러므로 주파수에 무관하게 전체적인 감쇄 효과가…

■ 가장 간단한 2 웨이 회로 구성하기

아래는 기억해둘 만한 표준형 2웨이 회로.

(▲ 앰프가 내보낸 신호는 두 스피커 쪽으로 흐르다가… 위쪽 라인에서는 높은 주파수, 아래쪽 라안에서는 낮은 주파수만 통과한다. 길쭉한 거래떡 하나를 두 조각으로 만드는 것과 같음. 그리하여 하나는 고역 전용, 다른 하나는 저역 전용이라고 할 것이고 신호가 흐르는 길이 두 개이니까 2 Ways가 된다)

재미 삼아 커패시터값을 아무렇게나 올리고 내리고… 그러면 <Frequency Response 그래프>와 <Impedance 그래프>가 실시간으로 변한다. 코일값을 조작해도 매한가지 변화가 있을 것이며…

(▲ 커패시터에 마우스를 갖다 대고 오른쪽 버튼 클릭 → [Tune] 선택)

(▲ ESR은 일단 무시하고 C1의 값을 올리고 내리고…)

코일, 커패시터, 저항을 건드려 보았으니 이제 유닛 속성을 건드려보기. 스피커 유닛에 마우스 커서를 놓고 마우스 오른쪽 버튼을 클릭하면 [Tune] 메뉴가 나온다. 클릭.

(▲ A : [Invert Polarity] 스피커 +/- 극성 바꾸기. 이게 꼭 필요할 때가 있다, [Mod Sensitivity] SPL 디폴트 70dB 기준으로 구입 유닛의 공칭 dB값 입력(예 : 84.5dB-70=+14.5dB), [Mod Delay] n개 유닛을 설치할 때 생기는 약간의 시간차 보정. 일단 0.0인치로. B : [As Measured]인 상태에서 구입 유닛의 주파수별 음압과 위상 정보를 담은 FRD와 ZMA 파일(*)을 지정해주거나 아니면 [Derived]으로 시뮬레이션 프로그램이 알아서 판단하라고 하거나)

(▲ FRD 파일을 지정하고 [Derived]를 클릭하면 입력된 실측 주파수 데이터에서 힐베트르 변환(Hilbert Transform)으로 가상 위상을 추출한다. 그런 실측 자료가 없으면? 프로그램이 정한, 어떤 Flat 한 주파수 특성 등을 쓴다)

* 기억 가물가물… Speaker Workshop이라는 설계/시뮬레이션 프로그램의 기본 확장자명. 널리 활용되었기 때문에 *.XLS, *.PPT처럼 공용 파일명이 되어버린 모양.

이쯤에서 잠깐!

1) 온/오프라인 매장에서 스피커 유닛을 사면, **dB, 주파수 특성, 유닛 크기 정보가 제공되는데 시뮬레이션에서 쓸 수 있는 것은 **dB 정보뿐이다.

주파수나 위상의 특성 내지 그 이상의 정보가 필요하지만, 판매자는 “대충 쓰세요!”, 제조사는 “그런 것 왜 물어요?”하는 관행이 있다. 수년 전 경험으로 덴마크 S사, 일본 F사, 미국, 중국 제작사로부터 수치 데이터를 얻는 게 상당히 힘들다는 것을 알게 되었다. 나름 잘 만드는 중국 기업 한 곳과 제대로 만드시는 러시아 스피커 장인 한 분만 예외.

소비자가 정당하게 요구하는데 왜 그럴까? 대충은 짐작이… 아무튼 그리하여 인터넷에 좋은 도구가 널려 있음에도 DIY 작업은 종종 주먹구구가 된다.

제대로 하자면 개별 유닛의 반응 특성을 계측하고 XSim에게 전달해야 하는데, 유닛 계측을 위한 마이크 등 장비와 360도 돌아가는 턴테이블, 조용한 작업 환경 등이 필요하니까… 배가 산으로 간다. 그래서 유닛 제작사 Web 그래프나 PDF에 담긴 그래프에서 수치를 우격다짐으로 추출하는 FPGraphTracer와 같은 응용프로그램을 쓰기도 한다.

* 정보 열람 및 다운로드 : http://labs.fprawn.com/index.php/fpgraphtracer/

단, 유닛 제작사는 가장 모양이 좋은 그래프를 아주 간략하게 제시하기 때문에 100% 믿을 것은 못 된다. Web 그래프마저 없으면 모든 게 의미가 없으니까 그런 유닛은 안 쓰는 게 맞다.

2) XSim이 아래 좌측의 FRD 파일과 우측의 ZMA 파일에서 첫 줄과 빈칸, 기타를 분리 인식하고 항목 정보를 읽어 들인 다음, 시뮬레이션에 반영한다. 앞서 퉁치기로 [Mod Sensitivity]에 100dB, **dB 등 수치 하나를 입력한 것보다는 시뮬레이션 결과가 더 정교할 수밖에 없다.