글쓴이 : SOONODORI
“빈티지 잡지는 과거로 가는 좋은 통로이다” 다음은, 미국 Audio Engineering 매거진 1953년 3월호에서 발췌.
* URL : https://archive.org/details/am-1953-05/page/n35/mode/2up?view=theater
Handbook of Sound Reproduction
EDGAR M. VILLCHUR ‘ Chapter 11. Loudspeaker Mounting. Part 1.
라우드스피커의 성능은 스피커가 장착된 배플이나 인클로저에 크게 좌우되는 것으로 나타났습니다. 또한 저음 반사형 캐비닛을 조정하는 새로운 방법도 제시됩니다.
커플러를 통해 기계적 동력원을 활용하여 하중과 확실하게 접촉시키면 효과적인 에너지 전달이 가능합니다. 예를 들어, 회전축의 에너지는 거의 대부분 맞물린 기어 시스템을 통해 다른 메커니즘으로 전달될 수 있습니다. 반면, 축에서 주변 공기 분자로 에너지를 연결하려고 시도한다면 (註, 공기와 축의) 미끄러짐으로 인해 에너지 전달이 훨씬 줄어들 것입니다. 연결 방식을 개선하기 위해 특수 장치를 사용하지 않으면 프로펠러가 없는 비행기 엔진에서 볼 수 있듯이 공기가 거의 움직이지 않을 것입니다. 엔진이 공기 부하를 충분히 “잡아당길” 수 있도록 프로펠러 블레이드가 필요합니다.
라우드스피커의 보이스 코일은 콘이나 진동판과 스피커 장착 장치를 통해 공기와 접촉합니다. 장착 장치의 목적은 종류에 관계없이 콘이 더 많은 양의 공기를 끌어들여 이동시킴으로써 스피커와 공기의 결합을 개선하는 것입니다. 콘 자체는 고주파에서는 적절한 결합기이지만, 저주파에서는 매우 비효율적입니다.
장착 장치가 스피커 공진 주파수 범위에서 효율적이면, 저음 손실 방지뿐만 아니라 추가 공기 부하로 인한 질량 증가에 의해 시스템의 공진 주파수가 낮아지고, 공진 피크에서 보이스 코일 속도는 공기 부하 저항 감쇠 효과로 감소합니다. 공기 저항은 음향 출력 손실 없이 보이스 코일의 편위(Excursion)를 줄여주며, 이는 왜곡 평가 관점에서 명백한 이점입니다.
임피던스 정합 장치로서의 음향 커플러
기계적 에너지원과 공기 부하를 연결하는 커플러는 전기원과 부하 사이의 임피던스 정합 변압기에 비유할 수 있습니다. 전기원에 적절한 부하가 걸리면, 즉 내부 전원 임피던스와 부하 임피던스가 같을 때, 전원에서 최대 전력을 방출할 수 있습니다. 전원과 부하 임피던스가 매우 다를 경우, 임피던스 정합 장치를 통해 결합하지 않는 한 전력 전달은 미미할 것입니다.
공기는 저임피던스 부하이므로 쉽게 밀 수 있습니다. 더 기술적인 용어로 설명하면, 움직이는 분자의 흐름(체적 속도로 측정되며, 전자 대신 공기 분자가 있는 교류 전류 흐름과 동일함)을 생성하는 데는 큰 압력(등가 전기 회로의 전압)이 필요하지 않습니다.
라우드 스피커 기계 시스템은 고임피던스 소스입니다. 대부분의 독자에게는 비교적 높은 단자 전압과 낮은 전류 용량을 가진 전기원을 상상하는 게 쉬울 수도 있겠습니다. 하지만 이 설명은 라우드스피커와 같이 큰 구동력을 제공하지만 제한된 진폭, 즉 제한된 속도를 갖는 기계 장치에도 마찬가지로 적용될 수 있습니다. 힘과 속도의 관계는 전원에서 전압과 전류의 관계와 직접적으로 유사합니다.
저임피던스 부하가 많은 양의 전기 에너지를 수용하려면 큰 전류 흐름이 필요하며, 전원의 내부 임피던스가 높으면 그에 맞는 강압 변압기가 필요합니다. 많은 양의 음향 에너지가 공기 중으로 방사되려면 분자의 체적 속도가 높아야 합니다.
주어진 매질의 움직이는 분자로 전달되는 에너지의 양은 두 가지 방법으로 증가시킬 수 있습니다. 사이클당 분자 변위가 더 커지거나, 더 많은 분자가 변위되는 것입니다. 스피커 콘의 진폭은 내부 설계에 의해 제한되므로, 에너지를 공기에 전달할 때 두 번째 방법을 최대한 활용해야 합니다. 스피커에 결합되는 공기가 많을수록 기계음향 변환 효율이 높아지고, 동일한 음량 속도에 필요한 음성 코일 진폭은 줄어듭니다.
스피커를 더 많은 양의 공기로 움직이게 하는 장치는 제한된 속도의 소스에서 높은 음량 속도 형태의 에너지를 끌어낼 수 있도록 하므로, 임피던스 정합 음향 변압기라고 할 수 있습니다.
공기 부하는 그림 11-1과 같이 스피커 기계 시스템의 유사한 전기 회로에 두 단계로 통합될 수 있습니다. 먼저 음향 결합기를 전기 변압기로 사용하고, 그 다음 공기 부하에 의해 반사되는 임피던스를 회로에 직접 삽입합니다.
평면 배플
“더블릿(doublet)” 음원은 두 개의 인접한 (극히 가까운) 점음원으로 구성되며, 각 점음원은 서로 위상이 어긋나 방사됩니다. 이러한 음원에서 방사되는 총 음량은 많지 않을 것으로 보이는데, 한쪽 반쪽에서 생성된 희박음은 다른 쪽 반쪽에서 생성된 압축 공기로 채워지고, 그 반대의 경우도 마찬가지이기 때문입니다. 더블릿 음원의 효율을 높이려면 두 반쪽 사이에 칸막이를 삽입하여 기류의 혼입을 방지해야 합니다.
자유 공간에서 직접 방사형 라우드 스피커는 저주파에서 더블릿(doublet)처럼 작용하는데, 이때 콘 자체가 전면과 후면을 분리하는 역할을 제대로 하지 못합니다. 콘 전면에서 압축된 공기는 실내 공기를 거스르는 대신 스피커 가장자리 주변으로 새어 나와 후면의 진공을 채웁니다. 그러나 그림 11-2와 같이 스피커를 배플에 장착하면 이러한 누출이 방지됩니다. 이제 콘 전면은 앞쪽 공기에만 작용할 수 있으므로 콘과 실내 공기 사이의 결합력이 상당히 향상되고, 콘 후면은 같은 양의 공기 부하를 받게 됩니다.
대부분의 평면 배플은 전면과 후면 사이의 모든 상호 작용을 막을 만큼 크지 않습니다. 스피커 전면과 후면 사이의 경로가 재생되는 주파수 파장의 절반보다 약간 짧으면 상쇄 간섭이 발생합니다. 이 시점부터 스피커에 결함이 없다고 가정할 때, 주파수가 압력 기준으로 옥타브당 6dB씩 낮아지면서 시스템 출력이 감소합니다.
경로 거리가 한 파장과 같을 때 전면 파동과의 위상을 효율적으로 낮추는 데 필요한 배플의 치수입니다. 따라서 파장이 배플 직경과 같은 주파수에서 출력이 매우 현저하게 감소합니다. 스피커를 배플에 비대칭으로 설치하면 이러한 상쇄가 발생하는 다양한 길이의 경로가 여러 개 생성되어, 감소가 확산되고 효과적으로 상쇄됩니다. 스피커의 비대칭 배치는 전면에서 후면까지 자유로운 음향 경로가 있는 경우에만 필요합니다.
주어진 주파수까지 효율적인 음향 결합을 위해 필요한 배플의 크기는 쉽게 계산할 수 있습니다. 먼저, 원하는 차단 주파수의 파장을 구합니다. 이 파장은 공기 중 음속(초당 약 1,100피트)을 주파수로 나눈 값과 같습니다. 필요한 배플 직경은 이 파장의 약 절반입니다. 예를 들어, 직경이 5.5피트인 배플은 저주파수 드룹을 약 100cps로 발생시키고, 완벽한 스피커의 출력(다인/cm²)은 약 50cps에서 6dB 감소합니다.
스피커 후면에서 방사되는 소리는 경로 거리가 한 파장과 같을 때 전면 파동과 정확히 위상이 어긋나 전면에 도달합니다. 따라서 파장이 배플 직경과 같은 주파수에서 출력이 매우 현저하게 감소합니다. 스피커를 배플에 비대칭으로 설치하면 이러한 상쇄가 발생하는 다양한 길이의 경로가 여러 개 생성되어, 음압 감소가 확산되고 효과적으로 상쇄됩니다. 스피커의 비대칭 배치는 전면에서 후면까지 자유로운 음향 경로가 있을 때만 필요합니다.
무한 배플
평면 배플이 너무 커서 앞뒤의 모든 중요한 상호작용이 차단되는 경우를 무한 배플이라고 합니다. 이러한 배플의 효과는 실제로 방의 벽, 계단통 또는 큰 옷장 문에 스피커를 설치하여 얻을 수 있습니다(옷을 꺼낼 필요는 없습니다). 구조적인 불편함을 제외하면 이는 간단하고 훌륭한 스피커 배플 시스템입니다. 평면 배플의 롤오프 효과는 더 이상 존재하지 않으며, 저주파 롤오프 지점은 설치된 스피커의 공진 주파수에 의해 결정됩니다. 무한 배플은 제한된 크기의 평면 배플처럼 저주파에서 스피커를 공기 부하로부터 분리하지 않으므로, 스피커의 공진 주파수를 낮추고 저음역에서 음성 코일 진폭을 감쇠시키는 공기 부하의 이점이 완전히 적용됩니다. 관련된 재료와 공기 공간의 특성상 일반적으로 시스템에 새로운 공진이 발생하지 않고도 이러한 이점을 얻을 수 있습니다.
스피커가 앞이나 뒤로 공기 기둥 공명이 발생할 긴 파이프 모양의 인클로저를 향하지 않도록 주의해야 합니다. 그렇지 않으면 기둥 자체가 공명 주파수에서 자극을 받을 때 방 안으로 “말”을 하는 경향이 있습니다. 그림 11-3은 벽에 스피커를 설치하는 두 가지 방법을 보여줍니다. 벽의 두께에 의해 형성되는 파이프 길이는 그대로 유지되지만, 큰 구멍과 외부 공기 사이의 임피던스 불연속성이 비교적 작기 때문에 열린 끝에서 반사되는 소리는 많지 않습니다. 스피커는 건축 부재나 가능한 한 무겁고 견고한 배플에 단단히 고정해야 합니다.
캐비닛형 무한 배플
무한 배플 효과를 내는 두 번째 방법은 라우드스피커를 크고 완전히 밀폐된 캐비닛에 장착하는 것입니다. 크기나 구조에 관계없이 밀폐된 캐비닛은 콘의 앞면과 뒷면 사이의 자유 경로를 차단하지만, 몇 가지 새로운 부정적인 결과가 발생할 수 있습니다. 가장 중요한 것은 스피커 기계 시스템의 컴플라이언스가 캐비닛 내부의 공기에 의해 단단해진다는 것입니다. 이 공기는 콘이 뒤로 움직이려면 압축되어야 하고, 앞으로 움직이려면 늘어나야 하며, 전체 기계 공진 시스템의 일부가 됩니다(등가 전기 회로 참조. 그림 11-4). 결과적으로 시스템의 공진 주파수가 높아져 저주파 롤오프 지점이 증가하고 공진 강조가 더 거슬리는 소리 스펙트럼 영역으로 이동합니다.
이러한 효과를 피하는 확실한 방법은 충분히 큰 볼륨을 제공하여 인클로저 강성을 무시할 수 있게 만드는 것입니다. 인클로저의 입방 용량이 충분히 커서 추가된 강성이 스피커 공진 주파수에 거의 영향을 미치지 않는 한, 캐비닛을 무한 배플이라고 부를 수 없습니다. 그림 11-4를 살펴보면 주어진 음향 강성(l/C_A)이 전체 시스템에 미치는 영향은 스피커의 기계적 강성 값인 1/C_bp에 따라 달라진다는 것을 알 수 있습니다. 공진 주파수가 낮은 스피커는 더 큰 인클로저가 필요합니다. 스피커 동작에 대한 캐비닛 컴플라이언스는 콘의 면적(제곱)에 반비례하므로, 동일한 공진 주파수를 가진 더 큰 스피커는 더 큰 캐비닛이 필요합니다.
완전히 밀폐된 캐비닛에 있는 스피커의 공진 주파수(f)는 다음과 같습니다.
일반적인 12인치 또는 1/1인치 스피커의 대략적인 무한 배플 장착에 필요한 치수는 스피커 특성에 따라 6~1.5입방피트(약 2.6~4.7m³)입니다. 캐비닛 용량의 적정성은 캐비닛 내 스피커의 공진 주파수와 실제 무한 배플에서의 공진 주파수를 비교하여 확인할 수 있습니다. (스피커의 공진 주파수를 구하는 방법은 이 장의 뒷부분에서 저음 반사형 캐비닛 튜닝 절차와 관련하여 설명합니다.) 허용 가능한 공진 주파수 증가량은 처음부터 이 주파수가 얼마나 낮은지, 그리고 크기와 저음 성능 간에 어느 정도 타협해야 하는지에 따라 달라집니다.
스피커 캐비닛 설계에 대한 추가 고려 사항은 캐비닛 구조 부분에서 논의됩니다.
개방형 캐비닛
개방형 캐비닛은 공기 기둥과 헬름홀츠 유형의 음향 공명을 모두 뚜렷하게 나타냅니다. (캐비닛과 방 벽 사이의 공간은 종종 헬름홀츠 공명기의 관성 요소를 형성합니다.) 그 결과 “울림(Boomy)”과 같은 음질이 생성되는데, 이는 자연 재생에는 바람직하지 않지만, 때로는 풍부한 저음을 재현하는 것으로 상업적으로 받아들여지기도 합니다.
베이스 리플렉스 캐비닛
무한 배플 캐비닛의 공간 요구 사항은 때때로 충족하기 어렵습니다. 더 작은 공간을 사용할 수 있으며, 밀폐된 공기의 강성은 인클로저에 연결된 별도의 공기 덩어리에 의해 균형을 이룹니다. 이 시스템은 Jensen Mfg. Co.의 상표명인 “베이스 리플렉스”와 가장 잘 연관되는데, 이 상표명은 현재 Jensen Mfg. Co.에서 일반 용도로 출시되었습니다. 리플렉스 캐비닛은 동조 포트 인클로저, 벤트 인클로저, 음향 위상 인버터라고도 합니다. 동조 포트 인클로저에 대한 광범위한 문헌에서 이 시스템이 주파수 범위, 저주파 응답의 균일성, 감쇠 및 왜곡을 개선하거나 저하시키는 것으로 번갈아 설명되는 것을 볼 수 있으며, 설계 데이터에는 상반되는 지침이 다양하게 포함되어 있습니다.
그림 11-5에 나와 있는 튜닝 포트 인클로저는 헬름홀츠 공명기입니다.(4장 참조) 둘러싸인 공기 전체는 스프링처럼 작용하고 포트에 있는 공기의 질량은 연결된 질량처럼 작용합니다. 일반적인 캐비닛 크기와 모양의 경우 관련된 공명 모드가 공기 기둥의 모드가 아니라는 점을 기억하는 것이 매우 중요합니다. 저음에서 진동 반사와 정상파가 형성될 만큼 충분히 큰 인클로저 내부에는 평행 표면 사이에 경로가 없으며, 고주파의 반사는 캐비닛 라이닝에 의해 감쇠됩니다. 위의 조건이 완전히 실현되지는 않았지만 설명은 상당히 정확합니다. 따라서 음향 시스템의 공명 주파수는 인클로저의 부피와 포트의 크기에 의해서만 결정됩니다.
인클로저 내 공기의 순응량이 저주파에서 스피커 콘에 의해 자극되면 거의 균일하게 압축되고 팽창하여 포트 내 공기 질량을 번갈아 밀고 당깁니다. 인클로저의 공진 주파수에서 콘과 포트 내 공기의 결합 효율이 가장 높습니다. 즉, 주어진 콘 이동량에 대해 포트 내 공기가 가장 많이 이동합니다. 이 최대 공기 이동량은 이전에 사용되었던 고무줄과 매달린 무게의 기계적 질량-탄성 시스템으로 설명할 수 있는데, 이는 헬름홀츠 공명기와 유사한 시스템입니다. 고무줄을 잡은 손을 위아래로 움직여 탄성 부재에 자극을 주면, 시스템의 공진 주파수에서 무게가 가장 많이 (실제로는 전원보다 훨씬 더) 이동한다는 것을 쉽게 알 수 있습니다.
따라서 동조 포트 작동의 첫 번째 원리는 다음과 같습니다. 인클로저와 포트의 공진 주파수에서 스피커 콘의 뒷면은 포트 내 공기 덩어리에 큰 움직임을 유발합니다. 이 덩어리는 공기로만 이루어져 있기 때문에 가상 피스톤 또는 다이어프램이라고도 불리지만, 더 두꺼운 재질의 다이어프램과 같은 방식으로 외부 공기에 실제 압력을 가합니다.
튜닝포트 인클로저의 두 번째 원리는 음향 공명 시 포트 내 공기의 운동이 콘 후면의 운동과 약 180도 위상 차이가 난다는 것입니다. 이 또한 실험적으로 설명할 수 있습니다. 매달린 무게추와 고무줄을 쥔 손이 시스템의 공명 주파수에서 위아래로 움직이면, 손이 위로 움직이면 무게추는 아래로 움직이고, 그 반대의 경우도 마찬가지입니다. 위상 변화는 공명 시 음향 시스템 자체의 동작과 그 기계적 유사성 모두의 특성이며, 스피커 후면과 포트 사이의 음향 경로 길이와는 아무런 관련이 없습니다. (그러나 캐비닛이 매우 길게 제작되면 공기 기둥의 길이로 인해 순수한 헬름홀츠 또는 반사 작동이 방해받을 수 있습니다.) 위에서 설명한 원리를 바탕으로 이제 그림 11-5에 표시된 반사 인클로저와 그 유사성들의 성능을 다양한 주파수에서 검토할 준비가 되었습니다.
스피커 메커니즘의 공진에서는 최대 음성 코일 속도가 발생하는 경향이 있습니다. 헬름홀츠 인클로저의 공진에서는 최대 음향 맥동이 발생하는 경향이 있으며, 이때 순간적으로 음성 코일의 방향과 반대 방향이 됩니다. 이 두 공진이 일치하면 서로 상반됩니다. 따라서 스피커와 헬름홀츠 인클로저의 상호 공진에서는 음성 코일의 이동 거리가 이전 최대치보다 크게 감소합니다. 그러나 포트에서도 소리를 방사하기 때문에 음향 출력은 유지되며, 공기의 이동 거리가 콘의 이동 거리를 초과합니다. 포트 내 공기의 움직임은 콘 후면의 움직임과 180도 위상 차이가 나므로 포트 방사는 스피커의 직접 출력과 위상이 같습니다.
기계적 비유에서 두 질량 탄성 시스템의 상호 공진에서는 스피커의 질량을 나타내는 M_bp의 움직임이 동일한 진동력에 대해 감소합니다. 포트 내부의 음향 질량을 나타내는 M_p는 최대 진폭으로 반대 방향으로 이동합니다.
전기적 비유를 고려할 때, 속도 대신 전류를 사용해야 합니다. 직렬 L-C 회로와 병렬 L-C 회로는 서로 반공진합니다. 공진 시 병렬 공진 회로의 최대 임피던스로 인해 M_bp를 통과하는 전류는 감소하지만, M_p를 통과하는 “루프” 전류는 최대가 됩니다. 이 두 전류는 약 180도의 위상 관계를 갖습니다. 회로에 저항성 부품이 존재하면 음향-기계적 원본과 마찬가지로 완벽한 위상 차이가 발생합니다.
공진 주파수 이외의 주파수에서 스피커와 헬름홀츠 공진기는 각각 질량 또는 컴플라이언스라는 순 특성을 보입니다. 공진 주파수보다 높은 주파수와 낮은 주파수에서 한 공진기의 순 질량은 다른 공진기의 순 컴플라이언스와 공진하여 두 개의 새로운 음성 코일 속도 공진 피크를 발생시키는데, 각 피크는 원래 단일 피크보다 덜 극단적입니다. 이러한 피크는 시스템의 음향 저항에 의해 감소합니다. 시스템 내의 음향 저항은 이중 피크를 감쇠시키는 것 외에도 포트에서 발생하는 실제 소리 방사와 점성 손실 사이의 전력 분포를 제어합니다.
전기적 비유에서 M_sp를 통과하는 전류 흐름은 동일한 이중 피크 거동을 보입니다. 두 개의 새로운 공진 주파수는 한 회로의 순 인덕턴스와 다른 회로의 순 커패시턴스에 의해 형성됩니다. (공진 이상에서는 직렬 회로는 유도성, 병렬 회로는 용량성이며, 공진 이하에서는 그 반대입니다.) R_p의 효과는 병렬 회로의 Q를 낮춰 최적값에서 이중 피크를 줄이는 것입니다. 또한 R_p는 저주파에서 발전기로부터 더 많은 유효 전력을 흡수할 수 있도록 합니다.
헬름홀츠 공진기는 고조파 작동에 민감하지 않습니다. 재생 신호의 주파수가 공진 영역 위로 상승함에 따라 포트는 콘의 후면에서 점진적으로 분리되고, 포트에서 방사되는 소리는 스피커에서 직접 나오는 소리와의 위상 관계가 감소합니다. 더 높은 주파수에서는 후면파가 캐비닛 라이닝에 의해 효과적으로 감쇠됩니다.
공진 바로 아래의 출력 대 주파수 곡선은 두 개의 새로운 피크 중 낮은 피크에 의해 상승하지만, 스피커 방사는 완전히 밀폐된 캐비닛에서보다 더 빠르게 감소합니다. 포트 내부의 공기 흐름은 스피커 콘의 움직임과 위상 관계를 변화시키고, 스피커와 포트 사이의 기류 흐름, 즉 더블릿 작동이 시작됩니다.
적절하게 튜닝된 반사형 인클로저의 가장 중요한 장점은 다음과 같습니다. (1) 제한된 볼륨의 캐비닛 음향 강성으로 인한 영향 완화 (2) 공진 시 음성 코일 이동 감소 및 그에 따른 스피커 왜곡 감소 (3) 스피커 공진 응답 피크 감소와 관련된 저음 과도 응답 향상. 이러한 효과는 인클로저가 장착된 스피커 메커니즘과 동일한 공진 주파수를 가질 때만 완전히 발휘됩니다.
튜닝 포트 인클로저에는 매우 중요한 단점이 하나 있습니다. 음향적이든 전기적이든 반공진 장치를 사용하려면 신중하고 세심한 조정이 필요하며, 그렇지 않으면 예상과 매우 다른 결과가 발생합니다. 예를 들어, 주파수와 Q에 대한 정밀한 조정 없이 라디오 수신기에 트랩 회로를 무작정 설치하는 것은 상상도 할 수 없습니다. 그러나 반사형 캐비닛은 장착할 특정 스피커를 전혀 고려하지 않고 사용되는 경우가 많습니다. 스피커의 크기를 명시하는 것만으로는 충분하지 않습니다. 같은 크기의 상업용 스피커라도 공진 특성이 다르기 때문입니다. 이러한 부주의로 인해 저음 응답이 고르지 않고, 잔향이 남고, 전반적으로 웅웅거리는 소리가 날 수 있습니다.
Thuras의 최초 특허 논문은 인클로저가 스피커 메커니즘에 반공진적임을 보여주었지만, 여기에서처럼 공진의 일치를 강조하지는 않았습니다. 이는 아마도 1930년 특허가 출원되었을 당시 웅웅거리는 소리를 줄이는 것보다 저음을 높이는 문제가 더 시급했기 때문일 것입니다.
베이스 리플렉스 인클로저 설계
인클로저 부피와 포트 크기 값을 다양하게 조합하여 특정 공진 주파수를 얻을 수 있습니다. 부피는 가능한 한 크게 선택해야 하며(반사 설계는 종종 사용 가능한 제한된 인클로저 부피를 기반으로 합니다), 포트 크기는 실험을 통해 조정해야 합니다. 공진 주파수를 정확하게 일치시키려면 사전에 정확한 치수를 계산하는 대신 헬름홀츠 공진기를 물리적으로 조정해야 합니다.
포트를 안쪽으로 확장하여 덕트를 형성하면 음향 질량이 증가하여 동일한 주파수와 인클로저 체적에 필요한 단면적이 증가합니다. 원래 특허 명세서에서처럼 포트 면적을 더 작은 개구부로 나누는 것은 전적으로 허용되며, 상대적인 음향 저항을 증가시키는 이점이 있습니다. 포트 면적은 실제로 직경이 0.5인치(1.2cm) 이하인 다수의 구멍으로 구성될 수 있습니다. (이러한 설계는 포트 면적을 점진적으로 증가시키는 간단한 방법을 시사합니다.) 개구부에 천을 여러 겹 겹쳐 붙이면 추가적인 음향 저항을 유발할 수 있습니다.
캐비닛 형태와 관련된 고려 사항은 이 장의 뒷부분에서 설명하는 다른 유형의 캐비닛과 동일합니다. 인클로저 형태가 헬름홀츠 주파수와 무관하다는 점에 의문을 품었던 사람들을 위해, 4장에서 언급된 간단한 실험, 즉 부분적으로 채워진 물병의 윗부분을 불어 음향적으로 자극하는 실험을 다시 한번 제안합니다. 실험자는 병을 극단적으로 기울여도 용기의 공명 음높이가 동일하게 유지되는 것을 확인할 것입니다. 그러나 병을 더 세게 불어넣으면 훨씬 더 높은 주파수의 공기 기둥 공명이 자극되고, 이 높은 음높이는 병 벽면에 대한 물 표면의 각도 변화에 따라 달라집니다.
베이스 리플렉스 캐비닛 튜닝
표준 튜닝 절차는 오디오 신호 발생기와 파워 앰프에서 스피커로 전기 신호를 공급하는 것입니다. 테스트 중 파워 앰프의 전기적 감쇠를 방지하기 위해 100옴 이상의 탄소 저항을 스피커 리드 중 하나에 직렬로 연결합니다. (그림 1-6 참조) 그런 다음 신호 발생기 출력을 스피커 공진 주파수에 가까운 주파수 범위(일반적으로 100cps 미만)에서 가변합니다.
스피커 보이스 코일에 직접 걸리는 전압은 운동 임피던스의 지표이자 보이스 코일 속도의 지표이며, 교류 전압계 또는 오실로스코프에 기록됩니다. 인클로저에 포트가 없는 경우, 결합 시스템의 공진 주파수인 특정 주파수에서 명확한 전압 피크가 나타납니다. 포트가 있는 경우, 두 개의 더 작은 공진 피크가 대신 나타납니다. 두 피크가 같아질 때까지 포트 크기 및/또는 인클로저 볼륨을 조정하여 스피커와 인클로저 공진이 일치함을 나타냅니다. 감쇠는 포트 영역을 좁은 슬릿이나 구멍으로 분산시켜 전체 개구부의 점도를 높이거나, 포트 전체에 삼베나 유사한 천을 겹겹이 붙여서 구현합니다. 최적의 감쇠 조건에서는 저주파 스펙트럼의 전압 측정값 변화가 가장 적습니다. 필자의 경험에 따르면, 제어된 감쇠는 포트 크기 조정만큼이나 중요하며, 때로는 그보다 더 중요하기도 합니다. 대부분의 엔도수(endosuies)는 적절한 주파수로 조정하더라도 동일한 개구부에서는 제대로 작동하지 않습니다. 포트 점도가 최적이 되면 주파수의 정확한 일치는 훨씬 덜 중요해집니다.
위의 튜닝 방법은 여러 가지 단점이 있습니다. 오디오 신호 발생기는 특히 그러한 강연을 진행할 기술자에게는 일반적인 장비가 아닙니다. 이 절차 자체는 매번 조정 후 주파수 측정을 해야 하기 때문에 힘들고 번거롭기 때문에, 여기서는 더 간단한 다른 절차를 설명합니다.
반공진 회로의 주파수와 Q를 최적으로 조정하면 스피커의 충격 여기(shock excitation) 후 자유 진동이 가장 강렬하고 지속 시간이 짧은 상태가 됩니다. 스피커의 각 자유 진동은 음향 공진기의 즉각적인 반향 압력에 의해 이상적으로 상쇄됩니다. 위의 원리를 기반으로 저음 반사형 캐비닛을 튜닝하는 방법*3)이 제안되었는데, 이 방법은 간단한 DC 회로의 단선으로 스피커를 충격 여기시키고, 스피커가 방출될 때 들리는 소리의 품질(“틱” 또는 “붐”)을 기반으로 조정합니다.
이 방법은 독창적이지만, 이 귀로는 매우 어렵고 부정확할 정도라는 것이 밝혀졌습니다. 따라서 저자는 충격 여기(shock excitation)에 기반하고 신호 발생기를 필요로 하지 않는 시각적 방법을 고안했는데, 이는 위에 열거된 모든 반대 의견을 충족합니다. 이 절차에는 오실로스코프가 사용되지만, TV 시대가 되면서 이 기기는 상당히 보편화되었습니다.
스피커는 그림 11-7과 같이 저주파 회로 차단기를 통해 연결된 6Vplt 배터리로 자극됩니다. 이러한 회로 차단기는 일반적인 가정용 벨을 개조하여 벨을 제거하고, 추에 무게를 달아 주파수를 스피커 시스템 공진 주파수의 약 5분의 1 이하로 낮추고, 저주파에서 작동하도록 간격을 조정한 것으로 구성될 수 있습니다.
스피커에서 직류 자극이 제거되면 오실로스코프 패턴은 음성 코일의 자유 진동에 의해 유도된 에너지(e.n.f.)에 의해서만 형성됩니다. 따라서 오실로스코프가 회로 차단기의 주파수에 동기화되면 패턴은 기계-음향 시스템의 저주파 과도 응답에 대한 정상 그래프가 됩니다. 그런 다음 저음 반사 캐비닛을 최적의 과도 응답, 즉 스크린 패턴이 민감하고 즉각적이며 신뢰할 수 있는 지표로 입증하는 특성에 맞게 조정하고 감쇠할 수 있습니다. 그림 11-9는 이러한 방식으로 제작된 스크린 패턴의 사진을 보여줍니다.
음향 시스템에 대략적으로 정확한 관성 및 점성도를 삽입함으로써 과도 응답이 향상되는 것은 (??)에서 분명히 드러납니다. (각각 작은 파동열을 생성하는 두 개의 분리된 공진 피크의 비트 효과는 스피커 진동이 점점 커지고 작아지는 모습에서 확인할 수 있습니다.) 저음-플렉스 캐비닛이 여러 방면에서 부당하게 나쁜 평판을 얻은 이유는 (D) 패턴에서도 분명하게 드러납니다. 숙취 현상은 스피커와 포트 모두에서 퍼져 나갑니다. 과도 응답 측정의 표준 장비인 구형파 발생기를 사용하여 유사한 테스트 결과를 얻을 수 있으며, 스피커와 앰프 사이에 탄소 저항을 삽입하여 전기 감쇠 효과를 제거하는 데 유의해야 합니다.
저자는 오실로스코프 패턴 사진 촬영에 도움을 준 William R. VoUheim에게 감사를 표합니다. 11장 2부는 다음 달에 게재됩니다.
* 관련 글 : 빈티지 Audio Engineering : 스피커 평가 요소
