글쓴이 : SOONDORI
“빈티지 잡지는 과거로 가는 좋은 통로이다” 다음은, 미국 Audio Engineering 매거진 1953년 3월호에서 발췌.
* URL : https://archive.org/details/am-1953-04/page/n29/mode/2up?view=theater
Handbook of Sound Reproduction
EDGAR M. VILLCHUR
사운드 시스템의 가장 중요한 요소 중 하나인 스피커의 기본 원리에 대한 논의를 계속하면서, 스피커 작동을 위한 최적의 조건에 대한 몇 가지 힌트를 살펴보겠습니다.
* 관련 글 : 빈티지 Audio Engineering : 스피커 엔클로저
고조파 왜곡
스피커의 비선형성은 일반적으로 재생 체인의 다른 어떤 부품보다 훨씬 큽니다. 앰프 광고에서는 정격 출력에서의 분수 왜곡 비율을 비교하며 경쟁하지만, 시중에서 판매되는 최고급 스피커는 이러한 우수성에 근접조차 할 수 없습니다. 150달러 등급 스피커의 제조사가 발표한 주파수 및 출력 곡선 대비 왜곡 곡선은 그림 10-7에 나와 있습니다. 이 스피커는 아마도 최고급 제품 중 하나일 것입니다. 하지만 왜곡 곡선을 가장 평범한 앰프의 성능 지표로 제시한다면, 오디오 시장에서는 분명 무시당할 것입니다.
고조파 왜곡의 주요 원인은 콘과 보이스 코일 서스펜션의 비선형성이며, 특히 큰 진폭에서 더욱 두드러집니다. 이러한 서스펜션이 늘어나면, 그 구속력이 일정하게 유지되는 대신 증가합니다. 즉, 특정 지점을 넘어서면 서스펜션이 찢어지지 않고는 전혀 변형되지 않으며, 콘의 변위는 더 이상 기자력에 비례하지 않습니다.
고조파 왜곡은 보이스 코일의 진폭이 전체 자속이 감소하는 영역으로 이동할 때에도 발생합니다. 극단 위치에서 기자력이 감소하기 때문에 보이스 코일의 순간적인 변위는 더 이상 신호를 따르지 않습니다.
이러한 기계적 왜곡 원인은 일반적으로 주기의 두 반쪽에 동일하게 영향을 미치므로 생성되는 고조파는 주로 3차 고조파인 홀수 차수입니다. 출력을 감소시키지 않고 보이스 코일 진폭을 줄이는 모든 방법은 고조파 왜곡을 줄입니다. 공기와의 결합 효율이 높을수록 주어진 방사 음향 출력에 필요한 보이스 코일의 변위가 줄어듭니다. 따라서 사용되는 스피커 장착 유형은 왜곡에 비해 매우 중요합니다.
위의 두 가지 비선형성은 모두 저음 주파수에서 가장 두드러집니다. 동일 신호 진폭에 대한 음성 코일 변위는 주파수가 낮아질수록 증가하고, 최대 공기 부하 저항 변위는 주파수의 제곱에 반비례하여 증가합니다. 특정 주파수에서 왜곡은 신호 진폭에 따라 증가하는데, 이는 진폭 증가 때문이기도 합니다.
저조파 왜곡
그림 10-8은 보이스 코일의 운동에 반응하여 콘이 휘어질 때 저조파가 어떻게 생성되는지 보여줍니다. 보이스 코일이 앞으로 움직일 때, 단단한 림 서스펜션은 콘을 어느 방향으로든 휘게 할 수 있습니다. 그러나 보이스 코일이 두 번째로 앞으로 움직일 때, 콘은 이미 횡방향으로 운동하여 첫 번째 휘어진 위치에서 돌아오고 있으며, 이로 인한 운동량이 휘어지는 힘에 더해져 반대 방향으로 휘어집니다. 따라서 콘은 보이스 코일이 두 번의 운동을 완료하는 데 필요한 시간 동안 한 번의 운동을 완료합니다. 콘의 휘어짐 빈도는 보이스 코일 진동 빈도의 절반입니다.
저조파 형성은 스피커 성능에서 비교적 미미하며, 유연성이 뛰어난 림 서스펜션과 휘어짐을 방지하는 콘 설계로 인해 저조파가 억제됩니다.
혼변조
스피커에서 진폭 왜곡이 발생한다는 사실은 서로 다른 주파수가 동일한 왜곡 시스템을 통과할 경우 혼변조도 존재한다는 것을 의미합니다. 스피커의 경우, 이러한 혼변조는 물리적으로 설명될 수 있습니다. 음성 코일이 저주파 음에 의해 서스펜션이 움직임을 정상보다 더 강하게 제한하는 위치, 또는 자기장이 약한 위치로 이동하면 저주파 신호의 피크는 평탄해집니다. 그러나 서스펜션의 제한은 이 순간 고주파 진동의 진폭을 제한하여 저주파 신호의 피크 동안 고주파 신호가 더 작은 진폭으로 재생됩니다. 피크는 일반적으로 주기의 두 반쪽 동안 평탄해지므로, 고주파 신호는 저주파 속도의 두 배로 진폭 변조됩니다. 이러한 변조와 관련된 측파대, 즉 합과 차(테렌스) 주파수는 고주파수와 저주파수의 두 배를 더한 주파수와 같을 것으로 예상할 수 있습니다.
스피커에서 발생하는 두 번째 유형의 혼변조는 도플러 효과로 인해 발생합니다. 콘이 저주파 신호에 의해 자극되면 때로는 청취자에게 접근하고 때로는 멀어집니다. 이 느리게 진동하는 콘에 중첩된 고주파 음은 청취자에 대한 음높이가 번갈아 높아지고 낮아집니다. 이는 저주파에 의한 고음의 주파수 변조로 이어져 측파대를 생성합니다. 도플러 유형의 혼변조는 저음에서 큰 진폭을 가진 콘을 동시에 사용하여 고음역을 재생할 때 가장 큽니다. 그러나 이 효과는 진폭 변조보다 훨씬 덜 심각하며, 진폭 변조와 마찬가지로 음성 코일 진폭을 줄임으로써 완화됩니다.
음향 주파수 스펙트럼의 서로 다른 부분을 별도의 음성 코일과 콘에 할당하는 스피커 시스템 각 부분의 왜곡된 신호 사이의 혼변조를 구별합니다.
주파수 응답
스피커의 주파수 응답 곡선은 일반적으로 스피커에서 발생하는 음압(다인/cm²을 dB로 변환)을 일정 진폭 신호 입력 주파수에 대한 값으로 표시합니다. 이 곡선은 스피커가 방사하는 공간의 음향 조건을 포함하기 때문에 측정하기가 매우 어렵습니다. 스피커 주파수 응답 곡선은 정확한 성능보다는 일반적인 경향을 더 잘 나타내며, 곡선이 만들어졌을 당시의 음향 및 전기적 조건에서만 재현될 수 있습니다.
최고급 스피커의 주파수 응답은 예상할 수 있듯이 전자 앰프의 응답보다 훨씬 불규칙합니다. 그림 10-9는 제조업체에서 발표한 일반적인 고품질 스피커의 축 방향 주파수 응답 곡선과 동급 상용 앰프의 곡선을 비교한 것입니다. 스피커 주파수 응답은 스피커가 재생하는 상한 및 하한 주파수와 같이 수치로 나타내는 것이 일반적입니다. 이러한 한계 내에서의 변화는 때로는 ±10dB 이상일 수 있습니다.
청취 관점에서 볼 때, 다른 오디오 구성 요소를 교체하는 것보다 한 제조사나 유형의 스피커 시스템에서 다른 시스템으로 교체할 때 재생 음조의 변화가 더 클 것으로 예상할 수 있습니다. 일반적으로 동일한 가격대의 스피커에서 이는 재생되는 주파수 범위보다는 응답 곡선의 여러 지점에서 강조되거나 부족한 정도에 따라 달라집니다. 이러한 불규칙적인 응답의 가장 큰 단점은 저음 공명과 관련이 있으며, 이는 붐을 유발하고 저음 고음에서 콘 브레이크업 공명은 날카로운 소리를 유발합니다. 최악의 경우, 강조된 공명 응답은 공명 근처의 신호가 스피커에서 단일 음, 즉 긴 코러스 소리를 내도록 만드는 상황을 만듭니다. 저주파 신호는 음높이를 구분하기 어려운 큰 쿵쿵거리는 소리나 포효로 변할 수 있습니다.
스피커가 저주파를 효율적으로 방출하려면 많은 양의 공기를 이동시켜야 합니다. 콘의 진폭은 제한적이기 때문에, 우수한 저주파 성능을 위해 설계된 시스템은 일반적으로 넓은 콘 면적이 공기와 접촉하도록 하여 진동을 최대한 활용합니다. (12인치 또는 15인치 스피커 여러 개를 병렬로 연결하여 초저주파 재생에 사용할 수도 있습니다.) 콘이 크고 진동 범위가 넓으면 큰 보이스 코일이 필요합니다. 보이스 코일은 확장된 경로 전체에 걸쳐 전체 자기장을 효율적으로 활용할 수 있을 만큼 길어야 하며, 콘과 단단히 결합될 수 있도록 충분한 반경을 가져야 합니다. 따라서 저주파 재생 관점에서 설계할 때, 움직이는 시스템의 질량은 비교적 높습니다. 이는 저음역에서 특별히 불리하지는 않습니다.
고주파 재생의 경우, 특히 구동 시스템의 질량이 작아야 합니다. 따라서 작고 단단한 콘 또는 진동판과 작고 가벼운 보이스 코일이 적합합니다. 주파수와 변위 사이의 반비례 관계, 그리고 일반적인 프로그램 자료의 고주파 대역 에너지 함량이 다소 낮기 때문에 보이스 코일의 진폭이 크게 줄어듭니다. 따라서 자기장을 더 작은 영역에 집중시킬 수 있고, 필요한 자석 구조의 크기도 줄어듭니다.
저주파와 고주파 재생의 상반된 요구 조건은 단일 스피커 유닛으로 해결할 수 있으며, 각 주파수 대역에서 최적의 성능을 발휘하도록 설계된 두세 개의 스피커를 사용할 수도 있습니다. 고음역에서는 공기와의 효율적인 결합으로 진동하는 진동판의 크기와 무게가 줄어들고, 필요한 혼의 크기가 작아지기 때문에 혼 로딩이 자주 사용됩니다.
과도 응답
스피커가 전기 신호의 갑작스러운 시작, 정지, 그리고 변화에 얼마나 정확하게 대응할 수 있는지는 감쇠와 주파수 응답의 균일성에 정비례합니다.
고주파 과도 현상은 물론 좋은 고주파 응답을 필요로 하지만, 과도 현상은 저주파와 관련될 수 있습니다.
스피커와 일반적으로 관련된 과도 왜곡의 한 유형은 행오버(hangover)입니다. 행오버는 신호가 멈춘 후에도 스피커 콘이 계속 진동하는 현상입니다. 행오버는 특히 스피커와 인클로저의 기계적 또는 음향 시스템의 일부가 공명하는 신호 주파수에서 발생할 가능성이 높으며, 그 결과 주파수 응답 곡선에 피크가 나타납니다. 그 효과는 한 음이 다음 음으로 번져 프로그램 자료의 다양한 음색의 선명도와 구별력을 손상시키는 것입니다.
기계적, 음향적, 그리고 전기적 감쇠는 모두 리앙고버를 줄입니다. 그림 10-10은 림 서스펜션을 점성 물질로 코팅하여 얻은 내부 스피커 감쇠 효과를 보여줍니다. (기계적 마찰은 속도에 따라 변하는 반면, 코팅의 점성 마찰은 속도와 무관한 경향이 있는데, 이는 순수한 전기 저항이 전류와 무관하기 때문입니다.) 대부분의 스피커 시스템이 주로 의존하는 음향 및 전기적 감쇠는 스피커 자체뿐만 아니라 관련 장착 장치와 앰프의 특성과도 관련이 있습니다. 낮은 앰프 출력 임피던스는 발전기 역할을 하는 스피커에 큰 전기적 부하를 가하여 무단 동작을 빠르게 중단시킵니다. 강한 역기전력을 생성하는 보이스 코일 갭의 높은 자속은 이러한 감쇠 작용을 촉진합니다.
출력 용량
스피커는 주어진 왜곡률 내에서 안정적인 출력을 처리할 수 있는 능력과 짧은 시간 동안 최대 출력을 낼 수 있는 출력 용량을 기준으로 평가됩니다. 이 정격 출력은 입력 전력만을 나타내며, 출력 음향 출력은 아닙니다. 입력 전력이 스피커의 최대 출력 정격보다 상당히 낮으면 왜곡이 적으므로 출력이 높은 스피커 시스템을 사용하는 것이 유리합니다. 여러 대의 스피커 유닛을 적절히 매칭된 멀티 스피커 시스템에 연결하는 경우, 각 유닛의 출력 용량을 합산하여 총 출력 정격을 계산합니다.
스피커 능률
스피커의 효율은 출력 음향 전력을 입력 전력으로 나눈 값으로 정의됩니다. 직접 방사형 라우드 스피커의 효율은 약 2%에서 7% 사이입니다. 10와트의 입력 전력에 대해 3% 효율의 스피커는 0.3와트의 음향 전력을 방출하는 반면, 6% 효율의 스피커는 동일한 음향 출력을 생성하는 데 5와트의 전기 입력만 필요합니다. 스피커의 출력 등급은 스피커 효율 측면에서 고려해야 한다는 것은 자명합니다. 효율적인 10와트 스피커는 효율이 낮은 20와트 스피커보다 더 많은 음향 전력을 처리할 수 있습니다.
스피커 효율을 결정하는 중요한 요소는 구동 시스템의 기계적 임피던스에 대한 갭 내 자기장의 세기와 음성 코일의 와이어 길이입니다. 스피커 효율은 음향 커플러에도 크게 좌우됩니다. 혼 커플러는 효율을 25%에서 50%까지 높일 수 있습니다. 흔한 “직관적” 오류는 동일한 음향 출력을 위해 대형 스피커가 소형 스피커보다 더 많은 전기 구동 전력을 필요로 한다는 가정입니다. 하지만 실제로는 정반대입니다.
스피커 효율은 성능에 직접적인 영향을 미치지는 않지만(특히 내부 점성 감쇠를 사용하는 경우), 높은 전기 기계 효율을 만들어내는 동일한 구조적 특징들이 우수한 전기 감쇠를 생성합니다. 효율적인 스피커 시스템은 또한 앰프가 동일한 음향 출력에서 더 낮은 전력 레벨로 작동할 수 있도록 합니다. 좋은 기계음향 효율은 항상 유리한데, 주어진 양의 음향 에너지를 더 적은 보이스 코일 진폭으로 방사하여 왜곡을 줄일 수 있기 때문입니다.
스피커 효율은 중주파수 대역의 공명과 왜곡으로 인해 생성되는 겉보기 음량으로 시뮬레이션될 수 있습니다.
방사 패턴
진동하는 라우드스피커 콘의 방사 패턴은 이 콘을 구성하는 원형 링 요소들의 효과 조합에 의해 결정됩니다. (3장 참조) 공간의 특정 지점은 인접한 모든 진동 링 음원으로부터 음파 방사를 받게 됩니다. 이러한 음원에서 발생하는 음의 가산 또는 상쇄 효과는 각 링의 상대적 위치뿐만 아니라, 보이스 코일에서 링 요소까지 콘을 따라 이동하는 데 따른 시간 지연의 영향을 받습니다.
방사되는 파장에 비해 스피커 콘의 크기가 작을수록 링 요소의 여러 지점에서 발생하는 방사로 인한 상쇄가 줄어들고 방사 패턴이 더 넓어집니다. 따라서 대형 스피커는 고주파수에서 축을 중심으로 매우 지향성이 강한 방사 패턴을 보입니다. 소형 고음 스피커를 사용하거나 고음 재생을 위해 별도의 소형 콘 또는 진동판을 사용하면 고주파수 방사 패턴이 넓어집니다.
원뿔의 중앙 링 요소에서 방사되는 고주파 음은 공기 경로와 원뿔 자체의 측면을 따라 이동하는 두 경로를 따라 전달됩니다. 종이 원뿔에서의 이동 속도는 공기 속도의 약 두 배이므로, 중심에서 발생하는 음에 대한 외곽 링에서 발생하는 음의 위상은 원뿔의 각도와 특정 원뿔 재질에서의 음속 모두의 영향을 받습니다. 중심에서 발생하는 음에 비해 테두리에서 발생하는 방사를 지연시키는 요인은 방사 패턴을 넓힙니다. 따라서 얕은 원뿔은 같은 지름의 깊은 원뿔보다 패턴이 더 넓습니다. 나팔 모양의 원뿔은 강성이 증가하여 원뿔형 원뿔보다 패턴이 더 날카롭습니다. 소리 전파 속도를 늦추는 주름과 비교적 부드러운 원뿔 재질을 사용하면 소리 방사 각도가 넓어집니다.
고주파 방사를 넓히기 위한 특수 절차와 장치가 종종 사용됩니다. 두 개 이상의 고주파 스피커를 사용할 수 있으며, 유닛들은 호 형태로 배열됩니다. 두 번째 확산 방법은 개별 입구가 부채꼴 모양으로 펼쳐진 다세포 뿔로 고주파 방사체를 음향적으로 부하하는 것입니다. 어떤 방법을 사용하든 결과는 방사 각도, 주파수, 음향 강도 수준을 연관시키는 극좌표 그래프를 통해 가장 명확하게 나타납니다.
스피커 구조 스피커 프레임
좋은 스피커 프레임의 주요 요건은 견고성과 공진 현상의 부재입니다. 이러한 목적을 위해 프레임은 무겁고 때로는 주조 금속으로 제작됩니다. 일반적인 상업용 스피커 프레임(보이스 코일 서스펜션 장착)은 그림 10~11에 나와 있습니다.
림 서스펜션
가장 일반적인 림 서스펜션 유형은 그림 10~12와 같이 일체형 콘에 주름을 적용하는 방식입니다. 또 다른 효과적이지만 비용이 많이 드는 방법은 새끼 고양이 가죽, 천 또는 부드러운 가죽으로 된 별도의 림을 사용하는 것입니다.
보이스 코일 서스펜션
현재 일반적으로 사용되는 센터링 서스펜션 유형은 그림 10~11에 나와 있는 주름진 디스크입니다. 이전에는 슬롯형 디스크가 가장 많이 사용되었는데, 이 디스크의 모양 때문에 보이스 코일 서스펜션은 “거미”라는 별명을 얻었습니다.
콘, Cone
저렴한 콘은 콘 형태의 종이를 말아서 접착하는 방식으로 제작되는 경우도 있지만, 가장 좋은 콘은 끊어지지 않은 단면으로 성형하는 것입니다. (그림 10~12 참조) 펄프와 물의 혼합물을 콘 모양의 마스터 스크린을 통해 끌어당기면 펄프 침전물이 남는데, 이 펄프 침전물은 건조 후 제거됩니다. 단단하고 탄력 있는 콘 재질은 브레이크업 공진이 더 강조되고 왜곡이 증가하여 볼륨감이 더 커 보일 수 있습니다.
보이스 코일
보이스 코일의 설계는 질량, 저항, 그리고 좁은 공극의 효율적이고 선형적인 활용과 관련된 요소입니다. 저주파 스피커에서는 효율성과 전기적 감쇠(와이어의 직류 저항은 앰프의 소스 임피던스와 직렬로 나타남) 때문에 낮은 저항이 가장 중요하며, 따라서 구리선이 일반적으로 사용됩니다. 우퍼에서는 추가된 질량이 중요한 고려 사항이 아닙니다. 그러나 고주파를 재생해야 하는 스피커는 가능한 한 가벼운 보이스 코일이 필요하므로, 보이스 코일에 저항이 더 높은 알루미늄 와이어를 사용하는 경우가 많습니다.
공극을 가장 효율적으로 활용하는 방법은 사각 와이어 또는 에지와이즈 와인딩 리본 와이어를 사용하는 것입니다. 사용 가능한 공간을 더 많이 활용하면 동일한 저항에서 저항을 낮추거나 두께를 줄일 수 있습니다.
보이스 코일의 이동은 이동하는 자속이 감소하는 영역으로 이동해서는 안 됩니다. 보이스 코일을 갭 길이보다 길게 만들면 보이스 코일에 영향을 미치는 평균 자기장 세기는 같아집니다. 코일의 한쪽 끝이 자기장의 약한 부분으로 이동함에 따라 다른 쪽 끝은 자기장의 강한 영역으로 이동하기 때문입니다. 갭 플럭스의 균일성은 보이스 코일을 갭 길이보다 짧게 만드는 시스템에 의해서도 유지될 수 있습니다. 보이스 코일의 진폭이 작으면 항상 자기장의 강한 균일 영역 내에 머물게 됩니다.
작은 보이스 코일을 사용하는 시스템은 고주파 재생에 더 적합하고, 큰 보이스 코일을 사용하는 시스템은 저주파 재생에 적합합니다. 단일 보이스 코일을 사용하는 스피커에서는 서로 상반되는 이 두 시스템은 모두 듀얼 또는 멀티 유닛으로 사용될 수 있습니다.
그림 10-13에서 두 부분은 스피커 소스에 전달되는 임피던스가 비교적 일정하게 유지되도록 테이퍼링되어 있습니다. 감쇠는 제어 장치의 전력을 낭비함으로써 이루어지며, 제어 장치의 전력 정격은 앰프의 정격 전력과 같아야 합니다. 스피커 공칭 임피던스의 몇 배에 달하는 저항을 가진 간단한 고성능 전위차계를 사용할 수도 있지만, 임피던스 불일치라는 단점이 있습니다.
시적으로 “우퍼-트위터” 시스템이라고 불리는 저음-고음 조합은 주파수 스펙트럼의 서로 다른 부분을 분리하기 위해 일종의 분할 네트워크가 필요합니다. 이러한 네트워크 중 가장 간단한 것은 그림 10-14의 (A)에 나와 있습니다. 트위터는 저주파 신호에 의한 손상으로부터 보호되지만, 고음 신호는 우퍼와 트위터 모두에 공급됩니다. 따라서 우퍼의 콘 분리 및 혼변조는 고음 신호의 일부가 트위터를 통과하는 정도까지만 억제됩니다.
그림 10-14의 (B)와 (C)의 더 복잡하지만 더 효과적인 인덕턴스-커패시턴스 네트워크는 저음과 고음 사이에 훨씬 더 큰 분리를 생성합니다. 여기서 롤오프는 우퍼 범위의 상단과 트위터 범위의 하단에 도입되며, 단일 커패시터-인덕터 네트워크의 경우 옥타브당 6dB(전력 기준), 이중 요소 네트워크의 경우 옥타브당 12dB의 비율입니다. 크로스오버 주파수는 스피커 자체를 포함한 다양한 요소의 값으로 인해 입력 전력이 두 스피커 간에 균등하게 분배되는 주파수입니다. 이 지점에서 각 스피커의 전력이 절반으로 줄어들므로 고음과 우퍼 회로의 감쇠는 모두 3dB입니다.
주어진 교차 주파수에 대한 L과 C 값을 계산하는 방정식은 다이어그램 아래에 나와 있습니다. R-C 네트워크의 방정식은 교차점에서 커패시터의 임피던스가 스니커의 임피던스와 같다는 사실을 수학적 표현으로 나타낸 것입니다. 조합 임피던스는 우퍼의 임피던스로 간주됩니다.
단일 요소 L-C 네트워크에 대한 방정식은 교차점에서 커패시터의 임피던스가 트위터의 임피던스와 같고, 교차점에서 인덕터의 임피던스가 우퍼의 임피던스와 같다는 것을 나타내는 표현식에서 파생되었습니다.
우퍼와 트위터의 값이 같으면 조합의 임피던스는 한 스피커의 임피던스로 처리되고, 서로 다르면 우퍼와 트위터 임피던스의 평균으로 처리됩니다.
이중 소자 L-C 네트워크에 대한 방정식은 각 커패시터와 각 인덕터의 임피던스가 교차점에서 각 음성 코일의 임피던스에 2의 제곱근을 곱한 값과 같다는 것을 나타내는 표현식에서 파생되었습니다.
조합의 임피던스는 한 스피커의 임피던스로 처리됩니다.
우퍼와 트위터 음성 코일의 값이 다르고 그림 10-14의 (C) 회로를 사용하는 경우, 각 스피커와 관련된 L과 C 값은 독립적으로 계산해야 합니다. 이 경우, 단일 소자 네트워크의 경우처럼 전체 네트워크의 정격 입력 임피던스는 두 스피커의 정격 임피던스의 평균으로 처리됩니다.
상위 대역이 다시 스피커로 분할되는 경우, 그림 10-14의 (D) 네트워크가 사용됩니다. 이 회로는 그림 10-15의 (C) 회로에서 파생되었으며, 트위터의 입력 리드는 중역 및 고역 스피커의 새로운 2웨이 시스템의 소스로 처리됩니다. 원래 2웨이 시스템과 동일한 방정식을 사용하여 새로운 크로스오버를 기반으로 하위 네트워크의 값을 독립적으로 계산할 수 있습니다. 전체 임피던스는 여전히 평균값입니다.
위의 모든 계산에 사용된 스피커 임피던스 값은 사용된 크로스오버 주파수에 따라 공칭 임피던스에 상당히 가까울 것입니다. 특정 주파수에서 Z 값은 추정하거나 스피커 제조업체에 요청하거나 그림 10~15와 같이 측정할 수 있습니다. 이 테스트 설정에서 가변 저항은 전압계 표시가 두 위치에서 동일해질 때까지 조정됩니다.
크로스오버 주파수는 각 스피커의 특성에 따라 선택됩니다. 낮은 크로스오버 주파수의 장점은 왜곡이 가장 클 것으로 예상되는 저음 신호와 고주파 신호 간의 혼변조 곱을 피할 수 있고, 우퍼가 움직이는 주파수 범위에서 브레이크업 없이 안정적으로 작동할 수 있으며, 고주파 방사 패턴이 대구경 우퍼에 의해 제한되지 않는다는 것입니다. 단점은 크로스오버 네트워크가 더 크고 비싸지며, 트위터에 부여되는 책임이 훨씬 커진다는 것입니다. 수백 cps에서 수천 cps까지의 크로스오버 포인트가 성공적으로 사용되었습니다. 크로스오버 포인트가 한쪽 또는 양쪽 스피커의 출력이 현저하게 강조되는 주파수 영역에서 발생하는 경우(우퍼가 저음 고음 신호에 사용되는 일반적인 상황), 해당 스피커의 롤오프를 크로스오버 포인트에서 적절히 이동시키면 이러한 문제를 완화할 수 있습니다. 이는 이동된 크로스오버를 기반으로 영향을 받는 분기의 L과 C를 계산하는 것만으로 가능합니다. 마찬가지로, 응답 곡선의 상당한 “구멍”은 반대 방향으로의 해당 이동으로 채워질 수 있습니다.
주파수 스펙트럼의 서로 다른 부분에 할당된 스피커 어레이는 장치 간 효율 차이로 인해 불균형적인 음색 구조를 생성할 수 있습니다. 예를 들어, 직접 방사형 우퍼와 함께 사용되는 혼 로드 트위터는 일반적으로 고음 신호를 감쇠시키는 장치가 필요하며, 혼 로드 우퍼에는 그에 상응하는 효율의 트위터가 제공되어야 합니다. 스피커(일반적으로 트위터)와 이를 공급하는 네트워크 사이에 L형 레벨 제어 장치[그림 10-14의 (B) 참조]를 설치하면 다른 작동에는 영향을 미치지 않고 이러한 결과를 얻을 수 있습니다.
분배 회로망의 코일은 높은 전력 처리 용량을 가져야 하며, 회로에 비선형성을 유발해서는 안 됩니다. 코어 포화 및 와전류로 인한 비선형 및 전력 손실 효과를 방지하는 비금속 코어는 이러한 요건에 적합하며, 요구되는 낮은 인덕턴스 값 덕분에 가능합니다. 권선 데이터는 그림 10-16의 (A)와 (B)에 나와 있습니다.
커패시터는 교류 회로에 있으므로 무극성이어야 하며, 안전을 위해 약 50V의 작동 전압 정격을 가져야 합니다. 무극성 전해 커패시터(두 개의 전해 커패시터를 “등끼리” 연결)가 분배 회로망에 사용되어 왔지만, 정격 값의 정확도, 시간에 따른 값의 변화, 그리고 사용 중 고장 측면에서 전해 커패시터의 신뢰성이 낮기 때문에 권장되지 않습니다. 고품질 종이 또는 오일 충진 커패시터가 적합합니다.
스피커 설계의 실험적 동향
앰프에서 음의 피드백을 사용하는 것의 논리적 확장은 피드백 루프 내에 스피커 구동 시스템을 포함하는 것입니다. 피드백 전압의 원천이 라우드스피커의 독립적인 생성 코일인 경우, 보이스 코일의 운동 부정확도와 앰프의 전기적 부정확도가 교정될 것입니다. 이러한 설계는 1925년에 특허를 받았지만[2], 현재까지 상업적으로 실현되지는 않았습니다. 성공적인 피드백 라우드스피커는 순간적인 보이스 코일의 속도를 전기 신호와 더욱 긴밀하게 연결하는 데 크게 기여할 것입니다. (피드백 원리는 이미 디스크 레코딩 헤드에 큰 성공을 거두며 적용되었습니다.) 그러나 역설적으로, 등속 응답을 갖는 보이스 코일의 음향 출력은 저주파에서 공기 부하 저항의 점진적인 감소로 인해 저음 손실을 보일 것입니다. 저음역대의 음향 주파수 응답 곡선 모양은 공기 부하 저항 대 주파수 그래프의 모양과 일치하므로, 보상형 저음 증폭이 필요하며, 앰프는 이 추가 증폭을 감당할 수 있는 충분한 전력 용량을 갖춰야 합니다.
최근 프랑스에서 혁신적인 스피커 설계 원리가 도입되었습니다. “이온” 라우드스피커는 일반적인 전기-기계적 단계를 거치지 않는 직접적인 전기-음향 장치입니다. 공기 분자의 교반은 중간 콘이나 진동판을 기계적으로 밀고 당기는 것이 아니라 정전기장에 의해 발생하며, 기계적 구동 부품이 필요하지 않으므로 스피커 설계에서 가장 취약한 부분인 전체 서스펜션 시스템을 제거할 수 있습니다.
정전기적으로 제어되는 분자는 자극 전극이 있는 음향 챔버에 있습니다. 일반적으로 대전되지 않은 상태의 공기 분자는 전기장의 영향을 받지 않기 때문에 챔버 내의 입자는 먼저 이온화되거나 양전하를 띠게 됩니다. 이는 챔버를 가열하고, 무작위 분자 운동을 증가시키고, 일부 분자에서 궤도 전자를 떨어뜨리는 충돌을 유도함으로써 이루어집니다. 대전된 입자가 몇 개 생기면, 초음속 주파수의 교류장이 이러한 전기적으로 생성된 충돌을 더 많이 발생시켜 이온화 과정을 완료할 수 있습니다.
