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서브우퍼

Anonymous (anonymous@undisclosed.example.com) — 2025-08-15T07:57:17+00:00

서브우퍼

서브 우퍼는 스피커 시스템의 한 유닛으로, 저음 주파수 범위를 전담하여 재생하는 스피커입니다. 주로 20Hz에서 200Hz 사이의 저음 주파수를 담당하며, 음악이나 영화에서의 깊고 강렬한 베이스 음향을 생성합니다. 서브 우퍼는 주로 서라운드 사운드 시스템, 홈 시어터 시스템 및 음향 시스템에서 사용되며, 저음 효과를 강화하고 전체 음향 경험을 향상시키는 데 기여합니다.

서브우퍼가 있고 없고에 의한 장단점

SubWoofer

A subwoofer is a unit in a speaker system that specializes in reproducing low-frequency sound. It typically handles frequencies in the range of 20Hz to 200Hz and is responsible for producing deep and powerful bass sounds in music and movies. Subwoofers are commonly used in surround sound systems, home theater setups, and audio systems to enhance the low-frequency effects and improve the overall audio experience.

서브우퍼와 저음 재생 능력

서브 우퍼의 저음 재생 능력은 당연히, 스피커의 유닛 크기가 크면 클 수록 유리한 것은 사실이다.

스피커의 저음 재생 능력은 스피커가 움직일 수 있는 공기의 부피와 비례하게 되므로, 스피커의 크기를 크게 만들거나, 또는 스피커가 작아도 앞뒤로 움직이는 변위(Excursion)를 크게 만들면 된다.

다만 스피커의 크기를 크게 만드는 것이, 작은 스피커를 앞뒤로 크게 움직이는 것보다 훨씬 설계가 간편하다.¹⁾

서브우퍼와 지향성

서브 우퍼는 무지향성을 가지는 것이 매우 중요하다.

주파수와 지향성

소리는 저음역대로 갈수록 무지향성에 가깝게 되고, 고음역대로 갈수록 지향성이 크게 증가한다.

유닛 사이즈와 주파수에 따른 지향각 특성

스피커 유닛의 사이즈가 커질수록 면음원의 성질을 가지기 때문에 지향각이 좁아지고 스피커 유닛의 사이즈가 작아질수록 점음원의 성질을 가지기 때문에 지향각이 넓어진다. 하지만 주파수가 낮아질수록 파장이 길고 회절이 잘 일어나기 때문에 지향각이 넓어지고, 주파수가 높아질수록 파장이 짧고 직전성이 강해서 지향각이 좁아지는 부분 때문에 실제 측정을 해보면, 스피커의 사이즈보다는 주파수에 따른 지향각의 영향이 훨씬 크게 관측된다.

특히 특정 주파수 이상에서는 지향각이 아예 사라지는 beaming 현상이 일어나고, 특정 주파수 이하에서는 지향각이 너무 넓어져서 무지향성의 특성을 가지는 현상이 일어난다.

스피커가 Beaming 하기 시작하는 주파수

무지향 특성이 나타나기 시작하는 주파수

c: 소리의 속도 340m/s,
D: 스피커 직경

서브우퍼 유닛 사이즈와 지향성

유닛의 크기가 커질수록 음원은 면음원의 성질이 강하게 나타나고, 면음원은 점음원에 비해 지향각이 좁아지고, 더 먼거리까지 도달한다.

즉, 스피커의 크기가 커질수록 지향성이 증가한다.

반대로 스피커의 크기가 작아질 수록 음원은 점음원의 성질이 강하게 나타나고 점음원은 지향각이 넓어지게 된다.

즉, 유닛 크기가 작아질 수록 무지향성이 증가한다.

추가로 유닛 크기가 커질수록 댐핑 팩터에 불리하기 때문에, 트랜지언트 표현력이 안좋아진다. 즉 스피커가 웅웅거리게 된다.²⁾

이러한 이유로 대형 공연장이나 규모가 큰 스튜디오³⁾에서는 하나의 큰 서브 우퍼보다는 여러개의 작은 서브 우퍼를 사용하여 저음의 방향성을 억제하거나 지향성을 구현하기도 한다.

서브우퍼와 메인 스피커 간의 레벨

등청감곡선에 의하면 85dB SPL에서 인간의 청각 특성은 서브 우퍼 대역에서 더 높은 음량을 필요로한다. 따라서 서브 우퍼도 그에 맞게 더 높은 레벨로 조정하는 것을 권장한다.

이러한 서브 우퍼와 메인 스피커 간의 레벨 조정은 Bass Management를 이용하여 조정한다. 서브 우퍼를 벽이나 코너에 밀착시켜서 반사에 의한 증폭을 일부러 얻어내는 방법도 있다.

등청감곡선

Equal Loudness Curve, ISO226

등청감곡선에 관한 연구는 Bell 연구소의 fletcher munson에 의해 시작되었고, 그 후 Robinson과 Dadson에 의해 제시된 등청감곡선(Equal Loudness Curve)이 국제 표준(ISO226)으로 자리 잡았다.

https://www.iso.org/standard/83117.html

Phon

라우드니스의 단위

등청감곡선 기준으로 정해지며 1kHz에서의 dB SPL의 값에 해당한다. 같은 Phon을 가지는 소리는 사람이 같은 소리 크기로 인지한다.
ex). 10 Phon의 경우 1kHz에서는 10dB SPL, 20Hz에서는 75dB SPL에 해당하며, 10dB SPL의 1kHz 소리와 75dB SPL의 20Hz 소리는 사람의 귀에 같은 소리 크기로 인지된다.

서브우퍼와 메인 스피커 간의 거리

메인 스피커와 우퍼의 크로스오버 주파수에 의한 이상적인 유닛 간 거리는 크로스오버 파장의 1/4 이하여야 한다.

그림 1: 크로스오버 주파수가 80Hz 일 때, 유닛간 거리 = 425cm/4 = 106.25cm 이하 이어야 함

만약 이 거리를 벗어나서 좀 떨어진 곳에 서브 우퍼가 설치 된다면 서브 우퍼와 메인 스피커간의 크로스오버 주파수 부근에서 딥이 발생할 수 있다.

그림 2: 크로스오버 주파수가 80Hz 일 때, 파장은 425cm이고, 파장의 절반은 212.5cm 이다. 이때 서브우퍼의 위치가 공교롭게도 메인 스피커와 212.5cm 의 간격을 가진다면 80Hz의 주파수와 그 부근의 주파수는 서로 정확히 반대 방향으로 진동하기 때문에, 위상 캔슬이 발생하여 심각한 딥이 발생할 수 있다.

이러한 딥은 다시 Bass management 에서 Phase alignment 기능을 통해 보정이 가능하다. 하지만 Phase alignment 기능을 사용하기 이전에 최소 간격이내에 설치되는 것을 권장한다.⁴⁾

서브우퍼와 메인 스피커 간의 크로스오버

서브 우퍼와 메인 스피커간에는 크로스오버 주파수를 설정하는 것이 매우 중요하다.

일반적인 상황에서는 서브 우퍼를 정중앙에 배치하기 힘든 경우가 많다. 그런데 이렇게 한쪽 구석에 서브 우퍼를 놓다보면 저음역대가 한쪽 방향으로 치우치는 느낌이 들어서 매우 불편한 청취감을 줄 가능성이 높아진다. 서라운드 오디오 시스템의 LFE 기본 로우패스 주파수인 120Hz에서는 그럴 가능성이 상당히 높다. 따라서, Bass Management를 통해서 서브 우퍼의 크로스오버 주파수를 120Hz 보다 낮춤으로 서브 우퍼의 소리가 느껴지는 방향성을 줄일 수 있다.

서브 우퍼의 크로스오버를 어떤 주파수로 설정했는데, 만약 서브 우퍼의 방향성이 느껴지게 된다면, 서브 우퍼가 재생하는 저음 중에서 높은 주파수들이 지향성을 가진 것이다. 이 때는 크로스오버 주파수를 더 낮추어서 해당 지향성을 가진 주파수들을 제외 시킴으로써 서브 우퍼가 무지향성을 가진 낮은 주파수들만 재생하게 만들어야 한다.⁵⁾

예를 들면, 서브 우퍼와 메인 스피커간의 크로스오버 주파수를 120Hz로 설정했는데, 저음이 한쪽으로 치우치게 느껴진다면, 100Hz로 낮춰보고 그래도 계속 느껴진다면 80Hz로 낮추면 된다.

서브우퍼의 크로스오버 주파수는 무조건 낮추는 것이 좋은 것인가?

크로스오버 주파수를 낮춰야 할까 높혀야 할까

일반적인 저음 재생은 스피커 유닛이 클수록 좋은 것은 사실이다. 하지만 스피커 유닛이 커질수록 지향성이 증가하고, 주파수가 높아질수록 지향성이 증가하기 때문에, 필연적으로 서브 우퍼와 메인 스피커간의 크로스오버 주파수를 낮추어서, 서브 우퍼가 지향성을 가진 주파수를 제외하고 재생하도록 만들어야 한다.

하지만, 크로스오버를 낮춤으로 인해서 메인 스피커가 상대적으로 담당해야 할 저역대가 많아지게 된다. 특히 5~8인치 의 우퍼 유닛을 가진 모니터 스피커들의 경우 일반적으로 120Hz 이하의 주파수는 대부분 베이스 리플렉스 홀을 통해 재생되는 주파수 들이고, 베이스 리플렉스 홀을 통해 재생되는 소리들의 경우에는 소리의 트랜지언트가 부정확하고, 여음(Decay)이 많은 경향이 있다.

스피커를 측정해보면 바로 이 저역대에서 위상이 불분명하고, 그룹 딜레이가 많이 느려지며 여음이 많이 남음을 알 수 있다.

만약 이러한 메인 스피커와 서브 우퍼의 크로스오버를 80Hz 로 설정하고 사용하게 된다면, 60Hz~120Hz 사이의 주파수는 여전히 메인 스피커의 베이스 리플렉스를 통해 재생되고, 이 주파수 구간은 여전히 위상이 불분명하고 트랜지언트가 불확실 하며, 여음이 많이 존재할 수 밖에 없다.

따라서 이러한 측면에서 보면, 서브 우퍼가 더 높은 저역대 까지 담당하게 하여 기본 스피커의 베이스 리플렉스 홀을 통해 재생되는 저음을 줄이고 해당 주파수를 서브 우퍼가 재생하는 것이 더욱 유리하다. 메인 스피커의 베이스 리플렉스 홀에서 재생되던 주파수 구간이 서브 우퍼로 옮겨지게 되면서, 트랜지언트가 크게 개선되고, 여음이 많이 줄어들 수 있게 된다.

즉, 메인 스피커의 우퍼에 가해지는 부담을 덜어줄 수 있다.

특히, 후면 베이스 리플렉스 홀을 가진 메인 스피커 시스템인 경우, 서브 우퍼로 해당 주파수 대역을 담당하도록 크로스오버를 설정하면, 메인 스피커의 후면 베이스 리플렉스의 작동이 많이 줄어들게 됨으로써, 후면 베이스 리플렉스와 스피커 뒷벽의 거리 차이에 의한 특정 주파수의 위상 캔슬이 많이 없어진다. 따라서, 이것 때문에 발생하던 특정 주파수의 딥을 상당한 수준으로 제거할 수도 있다.

따라서 서브 우퍼와 기본 스피커간의 크로스오버 주파수의 설정은 무지향성 때문에 무조건 낮추는 것이 아닌,

서브 우퍼의 “무지향성이 유지되는 최대 높은 주파수“를 설정하는 것이 더 맞는 말이다.⁶⁾⁷⁾

서브우퍼가 무지향성을 더 강하게 가지게 하기 위한 설계

서브 우퍼의 크로스오버 주파수를 높히고 싶어도 큰 유닛을 가진 서브 우퍼 일수록 면음원의 성질에 가깝기 때문에 크로스오버 주파수를 높히기가 쉽지 않다.⁸⁾

반면, 스피커 유닛의 크기를 줄이고 앞뒤 변위량을 증가시킨다던지, 다운 파이어링을 하는 것과 같은 설계를 통하여, 같은 저음 주파수에서도 더욱더 무지향성이 강하게⁹⁾ 나타나는 서브 우퍼의 설계가 충분히 가능하다.

아래의 스피커는 Yamaha의 HS8S 모델이다. 내부에 다운 파이어링을 하는 8인치의 스피커 유닛이 있고, 외부에는 8인치 유닛의 작동으로 헬름홀츠 공명을 이용하여 더 낮은 저음역대를 출력해주는 베이스 리플렉스 홀이 있다. 베이스 리플렉스 홀에서는 8인치 유닛에서 재생하는 저음역대보다 더 낮은 저음역대¹⁰⁾가 재생된다.

이런 식의 작은 서브 우퍼 유닛 + 베이스 리플렉스 구조는 스피커를 더욱더 무지향성에 가깝게 만들어 줄 수 있다.

이러한 서브 우퍼 유닛 설계는 스튜디오 모니터에서는 대표적으로 Yamaha와 제네렉¹¹⁾이 구현하고 있다.

Genelec 7040, 7050

일반적인 12인치 스피커 유닛을 가진 서브 우퍼와 Yamaha의 8인치 스피커 유닛 서브 우퍼를 실제로 비교하면, 확실히 Yamaha의 서브 우퍼가 더 높은 크로스오버 주파수를 설정해도 무지향성을 유지한다.

이러한 Yamaha나 제네렉의 서브 우퍼 설계는 스피커 유닛의 크기만으로 승부를 보는 시시한 일반적인 서브 우퍼 설계를 벗어나서 서브 우퍼 자체의 무지향성을 크게 증가시키는 한 단계 앞선 설계라고 볼 수 있다.¹²⁾

이렇게 서브 우퍼가 무지향성이 강한 성향으로 설계를 하기 때문에, 서브 우퍼의 소리가 어디서 나는지 알아채기 힘들다. 따라서, 이러한 설계의 서브 우퍼들은 어느 위치에 놓아도 전체 스피커 시스템의 정위감이 흐트러지지 않는다.

하지만, 이런 설계에는 단점도 존재한다. 큰 음압을 내기 위해서는 적합하지 않기 때문에 작은 공간을 위한 서브 우퍼에 주로 사용된다. 작은 사이즈의 서브 우퍼 유닛을 더 큰 앞뒤 변위량으로 구동하기 위해서는 앰프의 출력이 훨씬 높아져야 해서 효율이 떨어지게 된다.¹³⁾¹⁴⁾

Yamaha HS8S

8인치 서브 우퍼 유닛 다운 파이어링
자사의 HS 시리즈 모니터 스피커와 쉬운 매칭

KEF KC62

6.5인치 서브 우퍼 유닛 대칭형 구조로 무지향성 극대화 및 진동 상쇄
105dB SPL, 매우 작은 사이즈 실현, 246x256x248mm

KALI Watt WS6.2

6.5인치 서브 우퍼 유닛 대칭형 구조로 무지향성 극대화 및 진동 상쇄
120dB SPL

Reference

스피커, 서브, 우퍼

¹⁾

스피커의 앞뒤 변위량을 크게 움직이게 하려면 앰프의 출력이 훨씬 크게 증가 해야 하며, 스피커 유닛 자체의 재질 및 설계에도 많은 기술력이 들어가게 된다.

²⁾

베이스 앰프 등에서는 그렇기 때문에 12인치 보다 15인치 캐비닛이 더 웅웅거리고, 더 큰 음량이 필요한 경우 10인치를 여러개 사용한다. 10×4, 10×2 등

³⁾

시네마 포스트 스튜디오, 규모가 큰 마스터링 스튜디오

⁴⁾

하지만 최소 간격이내에 서브 우퍼를 둘 수 없는 경우가 대부분이다. 그렇기 때문에 Phase alignment 기능이 있는 것이다.

⁵⁾

소리는 저주파수로 갈수록 무지향성이 증가하고, 고주파수로 갈 수록 지향성이 증가하기 때문

⁶⁾

이러한 이유로 2개의 서브 우퍼 시스템(대각선 배치, 양사이드 배치)등이 있기도 하다.

⁷⁾

아 물론, 나는 그런거 모르겠고 걍 대충 쓸래, 또는 측정할 여력이 안되시는 분들은 80Hz로 크로스 오버 잡고 아무대나 편한 곳에 대충 서브 우퍼 위치 시키고 볼륨만 적당히 잘 조정해서 사용합니다.

⁸⁾

그래서 상대적으로 큰 공간인 시네마 포스트 스튜디오나 공연장 등의 환경에서는 저역대의 무지향성을 얻기 위해 여러개의 서브 우퍼를 특수하게 배치하는 방법을 사용하기도 한다.

⁹⁾

무지향성이 최대한 높은 주파수까지

¹⁰⁾

무지향성

¹¹⁾

7040 서브 우퍼의 경우는 스피커 유닛이 6.5인치, 7050 서브 우퍼의 경우는 8인치

¹²⁾

심지어 Yamaha는 hs10s 라는 10” 유닛을 가진 모델이었고 무지향 성향이 상대적으로 부족했던 모델을 단종시키고, 설계를 개선하여 스피커 유닛을 8”로 줄이고 무지향성을 더 보강한 모델을 내놓은 것이다.

¹³⁾

이보다 더 큰 음압을 내기 위한 서브 우퍼는 전통적인 설계인 우퍼 유닛 사이즈를 키우는 경우가 많다.

¹⁴⁾

공연장과 같은 큰 공간에서는 큰 음압을 내야하므로 유닛 사이즈가 큰 우퍼를 사용하게 된다. 유닛 사이즈가 큼으로 인해서 저역대의 방향성이 느껴지게 되는 것을 막기 위해 최소 두개 이상의 서브 우퍼를 사용한다. 또한 무대로 저음역대가 흘러 들어가는 것을 방지 하기 위해 추가로 서브 우퍼를 더 사용하여 지향성 카디오이드 배치를 한다.

크로스오버

Anonymous (anonymous@undisclosed.example.com) — 2025-04-07T06:00:17+00:00

크로스오버

크로스오버 네트워크

풀레인지 스피커가 아닌 2-way나 3-way 방식의 스피커들은 여러 개의 다양한 사이즈를 가진 스피커 유닛인 트위터, 미드레인지, 우퍼, 서브 우퍼 등을 통해 각각의 사이즈의 스피커가 가장 잘 재생할 수 있는 주파수를 각기 분담하여 재생하게 된다. 이 때 각각의 스피커 유닛에 주파수 영역을 분리하여 보내주는 역할을 하는 장치가 바로 크로스오버 네트워크이다.

별도의 서브 우퍼 크로스오버는 베이스 조정에서 담당한다.

만약 어떤 사이즈의 스피커가 잘 재생할 수 있는 주파수가 아닌 너무 높거나 낮은 주파수를 재생하도록 하면, 스피커의 유닛이 분할 진동을 하거나 의도되지 않은 작용을 하게 되어 THD 가 발생하거나 의도되지 않은 잡음이 생길 수 있기 때문에, 이러한 너무 높거나 낮은 주파수를 필터를 통해 미리 제거하여 스피커가 안전하게 재생가능한 주파수 대역만 보내게 된다.

Crossover Network

A Crossover Network, in the context of 2-way or 3-way speaker systems rather than full-range speakers, is a device responsible for dividing the audio signal into separate frequency bands that are best suited for each speaker unit with different sizes, such as the tweeter, midrange, woofer, subwoofer, etc.

The crossover network also plays a role in managing the LFE (Low-Frequency Effects) for subwoofers.

If a speaker were to reproduce frequencies that are too high or too low for its capabilities, it could result in undesirable effects such as unit breakup or unintended vibrations, leading to harmonic distortion (THD) or unwanted noise. Therefore, these excessively high or low frequencies are filtered out in advance through a crossover network, ensuring that only the frequency range within the speaker's safe operating capabilities is directed to each unit.

유닛 간격

트위터와 우퍼의 크로스오버 주파수에 의한 이상적인 유닛간 거리는 크로스오버 파장의 1/4 이하여야 합니다.

예시) 크로스오버 1kHz 일때 유닛간 거리 = 34cm/4 = 8.5cm 이하 이어야 함, 하지만 1인치 트위터 + 5인치 유닛의 유닛간 최소거리 = 6인치(15cm)

대부분의 일반적인 스피커 설계는 이 조건을 만족하기 힘듭니다. 따라서, 일반적인 스피커들의 수직지향성을 측정해보면 크로스오버 주파수 구간에서 수직지향성이 푹파인듯 줄어드는 구간이 생겨나게 됩니다. 이 문제를 해결하기 위해선 우퍼의 사이즈를 작게 만들고 크로스오버 주파수를 내리거나 트위터와 우퍼를 동축 유닛으로 설계하는 방법 등이 있습니다.

이러한 이유로 스피커를 아주 가까이 듣기보다는 최소한의 청취 거리를 유지하여 좀 떨어져서 청취해야 하는 문제가 생기며 귀 높이를 특정 높이로 고정해야 하는 문제가 생깁니다.

aes_v31_n6_p408.pdf

크로스오버와 위상 왜곡

아래 그래프는 어떤 스피커의 패시브 네트워크 필터들에 의한 위상 왜곡 그래프이다.

일반적인 단일 오디오 신호에서의 위상 왜곡은 아무런 청감상의 차이를 발생시키지 않는다. 왜냐면 비교할 상대적 신호가 없는 단일 신호에서의 위상 왜곡이기 때문이다.

하지만, 스피커의 우퍼와 트위터의 위상 왜곡은, 일반적인 오디오 신호의 위상 왜곡과는 다르게, 우퍼가 재생하는 주파수와 트위터가 재생하는 주파수가 단일 신호가 아닌 2개의 음원이기 때문에 주파수가 겹치는 구간에서 서로 상대적으로 비교할 대상이 된다.

그 결과, 트위터와 우퍼간의 크로스오버 지점에서 우퍼가 재생하는 소리와 트위터가 재생하는 소리는 서로 위상 차이를 가지며 동시에 재생되기 때문에, 그 구간의 음색의 명료도가 떨어지는 원인을 제공하게 된다.¹⁵⁾

패시브 크로스오버 네트워크

일반적인 크로스오버 설계이다. 앰프 이후에 전통적인 RLC 회로를 이용하여 주파수를 분배하여 각 스피커 유닛으로 보내주게 된다.

액티브 크로스오버 네트워크

앰프 이전에 소리 신호를 액티브 필터 회로를 이용하여 각 대역별로 소리를 먼저 분리한 후 각각의 앰프를 통하여 각각의 스피커 유닛으로 보내주게 된다.

액티브 필터 회로를 사용하므로, 패시브 크로스오버에 비해서 스피커 유닛간 크로스오버되는 주파수 대역을 더 좁게 설계가 가능해진다.

2-Way의 경우에는 바이앰핑(Bi-Amping), 3-way의 경우에는 트라이앰핑(Tri-Amping)이라고 부르기도 한다.

디지털 크로스오버 네트워크

앰프 이전에 소리를 A-D 컨버터로 디지털로 변환하여 각 대역별로 소리를 디지털 필터를 이용하여 주파수 대역별로 분리한 후 각각의 D-A 컨버터로 각각 앰프로 보내고 그 이후에 개별 스피커 유닛으로 보내주게 된다.¹⁶⁾

IIR 필터 크로스오버

IIR 필터 크로스오버를 사용하는 것의 장점은 제로 레이턴시가 가능하다는 점이다. 또 다른 장점은 매우 차수가 높은 크로스오버 필터를 쉽게 설계 가능하다는 점이다. 단점은 아날로그 필터와 똑같이 위상 왜곡이 발생한다는 점이다.

라이브 환경에서 쓰이는 스피커들의 경우는 레이턴시가 발생하면 안되는 경우가 많다. 이 때 스피커를 동축에 IIR 크로스오버를 적용하는 경우가 종종 보인다.

FIR 필터 크로스오버

FIR 필터 크로스오버를 사용하는 것의 장점은 위상 왜곡이 없는 리니어 페이즈 크로스오버의 구현이 가능하다는 점이다. 크로스오버 주파수 구간에서 위상 왜곡이 없기 때문에 해당 주파수 대역의 명료도가 뛰어나다. 단점은 FIR 필터의 특성상 레이턴시가 발생한다는 것이다.

음악 감상 또는 믹싱이나 마스터링 용도로 쓰이는 스피커들의 경우는 라이브 환경이 아니기 때문에 레이턴시가 어느 정도는 있어도 괜찮다. 따라서, 이런 스피커들의 경우 FIR 필터를 이용한 크로스오버 네트워크로 만들어지기도 한다.

FIR 크로스오버의 실적용 제품

YAMAHA FIR-X

Yamaha의 DBR, DHR, DZR 등의 액티브 스피커에는 FIR-X 라는 FIR 크로스오버가 적용되어 있다.

Yamaha의 제품 페이지의 영문 설명은 아래와 같다.¹⁷⁾

All full range models feature Yamaha's proprietary FIR-X tuning™ utilizing linear phase FIR* filters for the crossover network. FIR-X tuning™ simultaneously optimizes frequency and phase response while adjusting the time alignment between the HF and LF transducers. This creates a very smooth response around the crossover point, providing much better clarity and imaging than what is possible with typical crossovers.

All signals are precisely processed by a high-performance processor for high definition sound quality. All full-range models employ high-precision 24bit discrete A-D and D-A converters with superior S/N ratio and dynamic range.

번역

모든 풀 레인지 모델은 Yamaha의 독점적인 FIR-X 튜닝™을 특징으로 하며, 크로스오버 네트워크에는 선형 위상 FIR* 필터를 사용합니다. FIR-X 튜닝™은 HF 및 LF 변환기 간의 시간 정렬을 조절하면서 동시에 주파수 및 위상 응답을 최적화합니다. 이는 크로스오버 지점 주변의 매우 부드러운 응답을 만들어 일반적인 크로스오버로는 어려운 명료성과 이미징을 제공합니다.

고성능 프로세서에 의해 모든 신호가 정밀하게 처리되어 고해상도 음질을 제공합니다. 모든 풀 레인지 모델은 우수한 S/N 비율과 다이내믹 레인지를 갖춘 고정밀 24비트 이산 A-D 및 D-A 컨버터를 사용합니다.

Reference

https://en.wikipedia.org/wiki/Audio_crossover

스피커, 필터

¹⁵⁾

실제로 측정 데이터에서 명료도와 관계된 수치들이 해당 구간에서 떨어진다.

¹⁶⁾

아예 AES3 나 MADI와 같은 디지털 오디오 전송 포맷을 통해 디지털 입력을 직접 받기도 한다. 이 경우에는 A-D 컨버터가 필요 없다.

¹⁷⁾

https://usa.yamaha.com/products/proaudio/speakers/dhr/features.html

트위터

Anonymous (anonymous@undisclosed.example.com) — 2026-03-21T10:22:46+00:00

트위터

스피커의 고음역대 재생을 담당하는 유닛

아래의 스피커는 Yamaha의 HS7 모델인데 상단 부의 검은색 작은 유닛이 바로 트위터이다.

트위터의 경우에는 재생하는 주파수가 굉장히 높은 주파수이고, 높은 주파수로 갈수록 지향성이 매우 좁아지기 때문에, 고음역대 지향각이 매우 좁아지는 것을 피하기 힘들다. 따라서 대체적인 스피커 제조사들은 지향성을 더 넓게 개선하는 것에 촛점이 맞춰진다. 트위터가 다른 스피커 유닛들보다 작은것고 바로 이런 이유 때문이다. 그 후에 우퍼와 같은 주변 유닛과의 지향각 통일성을 이루기 위하여 웨이브가이드로 세부적인 지향각을 가다듬게 된다. 이렇게 개선된 트위터의 지향각으로 만들어지는 팬텀 이미지를 통해서 스테레오 이미지와 음의 정위감이 크게 개선될 수 있기 때문이다.

그림 1: Yamaha HS7

Tweeter

A unit in a speaker responsible for reproducing the high-frequency range.

The speaker below is Yamaha's HS7 model, and the small black unit at the top is the tweeter.

In the case of tweeters, they handle frequencies that are extremely high, and as frequencies increase, the directional characteristics become very narrow. Consequently, most speaker manufacturers either create special types of tweeters (such as horn tweeters, dome tweeters, ribbon tweeters) or use special tweeter units (silk, diamond, ceramic, beryllium). They also focus on improving the form of baffles, enclosures, and waveguides (egg-shaped speaker design, B&W's tweeters) to widen the tweeter's directional characteristics. The improved directional characteristics of these tweeters contribute significantly to enhancing stereo imaging and providing a greater sense of realism in the stereo image (L and R speakers).

재질

트위터의 재질은 고주파 음원의 재생 특성에 영향을 줄 수 있습니다. 일반적으로 트위터의 재질은 소프트 돔, 플라스틱, 세라믹, 메탈 등이 사용됩니다. 각 재질은 고주파 음원의 응답 특성과 음질에 조금씩 다른 특성을 부여할 수 있습니다. 예를 들어, 소프트 돔 트위터는 부드러운 음색과 적은 왜곡을 제공할 수 있으며, 메탈 트위터는 뛰어난 정확성과 선명한 음질을 제공할 수 있습니다.

재질	영률¹⁾²⁾	무게 대비 경도 비율
알루미늄	1.86Gpa	2700Kgm
티타늄	1.13Gpa	4500Kgm
다이아몬드 증착	4.92Gpa	3500Kgm
베릴륨	6.97Gpa	1850Kgm	*재질에 의한 방사능 누출의 위험성이 존재함

사이즈

트위터의 크기는 트위터가 재생하는 주파수 범위와 방사 패턴에 영향을 줄 수 있습니다. 일반적으로 작은 크기의 트위터는 더 빠른 응답 속도와 넓은 지향각을 가지는 경향이 있습니다. 일반적으로 면음원에서 점음원으로 갈수록, 즉 사이즈가 작아질수록 지향각은 넓어지게 되기 때문입니다. 큰 크기의 트위터는 보다 낮은 주파수의 고주파 신호를 재생할 수 있지만, 지향각이 좁을 수 있습니다. 따라서, 트위터의 크기는 고주파 음원의 정확성과 분산에 영향을 줄 수 있습니다.

트위터 타입

돔

가장 흔한 스피커 트위터 유형

그림 2: 돔 트위터 그림 3: Focal 베릴륨 역돔형 트위터

컴프레션 드라이버

그림 4: 컴프레션 드라이버

구멍보다 트위터 유닛 자체는 크기 때문에 음량은 큰 반면, 소리가 출력되는 구멍은 매우 작기 때문에 점음원의 특성이 더 나타나는 형태로 소리를 분산 시킨다.
주로 PA 시스템, 스테이지 모니터, 스튜디오 모니터 등 대형 오디오 시스템에서 사용되며, 고음의 효율성과 출력을 향상시킨다

페이즈 플러그

페이즈 플러그가 추가되기도 한다. 큰 유닛에서 작은 구멍을 통해 방사되면서 주파수별 위상이 흐트러지는 문제를 방지한다.

페이즈 플러그의 형태는 주로 기둥 모양, 원뿔형, 또는 총알 모양 등으로 다양하게 설계된다. 이 구조물은 스피커나 혼 드라이버의 중앙 앞부분에 위치하며, 음파의 위상차와 간섭을 줄이기 위해 사용된다.

그림 5: 컴프레션 드라이버

혼

그림 6: 컴프레션 드라이버와 혼의 조합

그림 7

그림 8

컴프레션 드라이버에 혼을 추가 하여 지향성을 제어한다. 사실 컴프레션 드라이버 단독 사용으로는 지향성 제어가 힘들기 때문에 거의 대부분 컴프레션 드라이버는 혼과 함께 사용된다.

리본

그림 9: Mesanovic

리본 트위터는 피에조 일렉트릭의 원리에 따라 얇은 금속 판막에 신호를 전달하여 진동하여 소리를 재생한다.

리본 트위터의 장단점으로는 다음과 같은 것들이 있다.

매우 높은 주파수까지 재생이 가능하다.
트위터의 분할진동이 거의 일어나지 않기 때문에 매우 낮은 왜곡율을 보여준다.
리본 재질은 매우 얇은 금속판으로 만들어지기 때문에 내구성이 매우 취약하다.
트위터의 반응이 매우 빠르므로 고음역대의 트랜지언트 재생에 매우 유리하다.
면음원의 특성상 지향각이 매우 좁은 성질을 가질 수 있다. 따라서, 리본 트위터의 모양을 면적을 유지한 채로 직사각형 모양으로 만들어서 선음원을 구현하여 수평 지향각을 넓히는 방식이 선호된다. 단 수직 지향성은 여전히 상당한 수준으로 떨어진다.

AMT 드라이버

Air Motion Transformer

그림 1: Air motion Transformer

작동 원리

주름잡힌 얇은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 필름에 알루미늄 스트립이 부착된 다이어프램 사용
다이어프램이 아코디언처럼 접혀있는 구조
자기장 내에서 다이어프램이 압축 및 확장되며 공기를 빠르게 밀어내 소리 생성

특징

매우 빠른 응답 속도와 정확한 트랜지언트 재생
넓은 분산 패턴으로 균일한 음장 제공
고주파 영역에서 특히 뛰어난 성능
일반적으로 트위터나 중고음 유닛으로 사용됨

장점

낮은 왜곡률
뛰어난 해상도와 디테일
넓은 분산 특성으로 인한 넓은 스윗 스팟

단점

복잡한 구조로 인한 높은 제조 비용
저주파 재생에는 적합하지 않음
일반적으로 다른 드라이버와 조합하여 사용해야 함

AMT 드라이버는 주로 고급 스피커 시스템에서 사용되지만, 일부 고급 헤드폰에서도 이 기술을 채용하고 있습니다.

그림 2: AMT 리본 트위터

그림 3: AMT 리본 트위터

링 라디에이터

그림 13: 링 라디에이터

링 라디에이터 트위터는 전통적인 돔 트위터와 달리, 진동판의 중앙부는 제외하고, 주변의 링 형태 부분만이 진동하는 구조를 가진 트위터 유닛입니다. 이 방식은 중앙부의 위상 왜곡이나 분할진동 문제를 줄이고, 더 빠르고 정확한 고음 재생을 가능하게 합니다. 실제로 JBL이 1950년대에 개발한 모델에서부터 스캔스픽, 비파 등 다양한 브랜드에서 이 구조가 채택되고 있습니다.

링 라디에이터 트위터의 중앙에는 페이즈 플러그(Phase Plug)가 위치하는데, 이는 주로 원뿔이나 총알 모양의 구조물입니다. 이 페이즈 플러그는 진동하지 않고 고정되어 있으며, 링 형태의 진동판에서 방사되는 고음 신호의 위상차와 간섭을 줄여 소리의 해상도와 입체감을 높여줍니다.

스피커

¹⁾

Young’s Modulus

²⁾

https://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%98%81%EB%A5%A0

앰프 매칭

Anonymous (anonymous@undisclosed.example.com) — 2026-03-24T13:18:03+00:00

앰프 매칭

우리가 재생하는 음악, 대사 등의 컨텐츠를 포괄적으로 프로그램이라고 부릅니다. 프로그램의 음량은 평균적인 음량인 RMS와 순간적인 음량인 Peak를 포함하고 있습니다.¹⁾

앰프가 출력할 수 있는 능력을 정격 출력(Rated Power)이라고 하고, 스피커가 작동을 견디는 능력을 허용 전력(Power handling)이라고 합니다. 우리는 프로그램이 가지는 RMS와 Peak를 모두 제대로 표현하기 위해 스피커의 허용 전력을 파악하여 적절한 정격 출력를 가진 앰프를 매칭해야 합니다.

앰프의 정격 출력과 스피커의 허용 전력에 의한 매칭

어떤 스피커의 스펙에서 스피커의 허용 전력(Power handling) 표기가 아래와 같다면,

AES Power handling: 175Watt
PGM²⁾ Power handling: 350Watt
Peak Power handling: 700Watt

이고, 해당 스피커의 감도가 94dB SPL/W인 경우, 아래의 감도 계산식을 이용해 보면, AES Power handling 값에 근거하여 매칭 해보면, 정격 출력 175Watt의 파워 앰프를 매칭한다면, 스피커가 재생하는 소리 크기는 다음과 같다.

PGM Power handling 값에 근거하여 정격 출력 350Watt의 파워 앰프를 매칭한다면, 스피커가 재생하는 소리 크기는 다음과 같다.

Peak Power handling 값에 근거 하여 정격 출력 700Watt의 파워 앰프를 매칭하면, 스피커가 재생하는 소리 크기는 다음과 같다.

하지만, 이렇게 Peak Power handling 기준으로 앰프를 매칭하여 음악을 크게 재생하는 경우는 스피커의 파손 위험이 커진다.

앰프의 정격 임피던스와 스피커의 노미널 임피던스의 매칭

파워 앰프에는 정격 임피던스(Rated Impedance)³⁾가 표기되어 있습니다. 이 정격 임피던스와 스피커에 표기된 노미널 임피던스와 동일하게 매칭하는 것이 기본입니다.

동일 임피던스 매칭

예) 8Ω 앰프 + 8Ω 스피커

결과:
1. 앰프가 출력 전력을 안정적으로 공급할 수 있는 이상적인 조건
2. 출력 왜곡없이 최대 효율 작동
전력 계산:
1. 앰프가 100W(8Ω)인 경우:

낮은 임피던스 스피커 매칭

예) 8Ω 앰프 + 4Ω 스피커

결과:
1. 앰프가 2배 전류 공급 필요 → 과부하/클리핑 위험
2. 보호 회로 작동 가능성
전력 변화: (이론적) → 실제로는 지속 불가능

높은 임피던스 스피커 매칭

예) 8Ω 앰프 + 16Ω 스피커

결과:
1. 출력 전력 절반 감소 (예: 100W → 50W)
2. 댐핑 팩터 약화 → 음질 둔화

복합 임피던스

병렬 연결 (8Ω 스피커 2개): → 과부하 가능성
직렬 연결 (8Ω 스피커 2개): → 출력 감소

앰프의 과부하

앰프의 과부하는 앰프가 스피커에 필요한 출력을 충분히 제공하지 못할 때 발생합니다. 이 경우 앰프는 최대 출력 한계를 초과하려고 시도하며, 신호가 왜곡되어 클리핑 현상이 나타납니다. 클리핑은 원래의 사인파 신호를 사각파로 변형시키며, 고조파 성분이 증가해 스피커를 손상시킬 수 있습니다

안전 마진

Safety Margin

또한, 파워 앰프의 특성 상 대체적으로 200W 파워 앰프의 경우 아래와 같은 출력을 하게 되므로,

출력 레벨	출력 파워
0dB	200W
-3dB	100W
-6dB	50W
-9dB	25W

200W 파워 앰프가 0dB 즉 최고 출력인 200W로 지속적인 동작을 하게 된다면, 앰프는 과부하로 쉽게 고장나게 된다. 따라서, 100W의 출력을 지속적으로 내야 하는 상황이라면, 앰프를 200W 제품으로 사용하여, -3dB 정도 출력하여 100W로 사용하는 것이 타당하다.

항간에 알려진 무조건 앰프는 스피커보다 2배의 출력으로 매칭해야 한다는 말은 틀린말이지만(대체 스피커의 어떤 출력값을 기준으로 2배?), 어떤 공간에 100Watt의 앰프가 필요하다면, 앰프의 안전 마진을 고려하여 200Watt의 이상의 앰프를 사용해야 하는 것은 틀린 말은 아니다.

공간 사이즈에 따른 음압 디자인

스피커의 감도에 의한 소리 크기는 1m 앞에서의 값을 말하므로 만약에 스피커를 넓은 공간에서 사용한다면, 예를 들면 100m의 거리에 까지 소리가 전달 되어야 한다면, 소리의 크기는 역제곱 법칙의 영향을 받는다.

즉 거리가 2배 멀어질수록 소리의 음압 dB SPL 은 6dB씩 줄어들게 되므로, 위의 역제곱 법칙 계산에서 100m, 즉 100배의 거리를 대입해보면, 아래와 같다.

즉 -40dB 정도의 음량 감소가 예측되기 때문에, 85dB SPL 정도 되는 음량을 100m 까지 전달하기 위해서는 스피커는 125dB SPL@1m 의 음압을 내어야한다.

감도가 94dB SPL/W 인 스피커에 1250Watt의 앰프를 매칭할 경우 스피커는 125dB SPL@1m의 소리를 내어주게 된다.

만약 어떤 스피커의 스펙이

AES Power Handling: 175Watt
PGM Power Handling : 350Watt
Peak Power Handling: 700Watt

와 같다면, 사실 정격 출력 700Watt 이상의 앰프를 매칭할 경우 스피커 파손의 위험이 있기 때문에, 이 경우에는

즉 MaxSPL=122dB SPL 이기 때문에, 이 스피커의 사용 가능한 거리는 아래와 같이,

70배의 거리까지 -37dB이므로, 85dB SPL+37dB= 122dB SPL이다.

즉 이 스피커는 70m까지 85dB SPL의 음압을 전달할 수 있는 스피커이다.

역제곱 법칙은 점음원⁴⁾의 경우 2배의 거리에서 -6dB이지만, 선음원⁵⁾의 경우에는 2배의 거리에서 -3dB로 감소 되므로, 라인 어레이나, 컬럼 어레이 같은 스피커의 경우는 다를 수 있다.⁶⁾ 우리가 점음원을 기준으로 계산하는 이유는 컬럼 어레이나 라인 어레이를 제외한 일반적인 2-way 나 3-way 스피커가 “포인트 소스”⁷⁾ 스피커 이기 때문이다.

다시 처음으로 돌아가서, 만약 어떤 스피커의 스펙이

감도 : 94dB SPL/W
AES 파워 : 175Watt
PGM 파워 : 350Watt
Peak 파워 : 700Watt

이런 상황이고, 어떤 공간에서 이 스피커를 50m 까지 85dB SPL의 음압으로 들리게 하려면, 85dB SPL+ 34dB = 119dB SPL 이므로, 스피커를 119dB SPL 로 동작 시키기 위해서는,

350W의 앰프를 매칭하여 사용하면 된다.

단, 스피커의 Peak 허용 전력을 고려하면 되도록 700Watt 이하의 앰프를 매칭해야 하며, 위에서 말한 앰프의 과부하를 막기 위한 안전 마진을 적용하여 2배의 출력인 700Watt의 앰프를 매칭하여 -3dB로 사용하는 것이 타당할 듯하다. ⁸⁾⁹⁾

스피커 시뮬레이션

기본적인 음압과 공간에 의한 앰프와 스피커 시스템 디자인의 예시는 앞서 설명한 바와 같지만, 실제 앰프와 스피커들은 이것보다 더 복잡하게 동작하게 되므로, 실질적인 시뮬레이션 데이터는 메이저급 스피커 제조사라면, 제조사에서 시뮬레이션 소프트웨어나 데이터 시트를 제공하게 된다. 특히 스피커 제조사에서 제공하는 시뮬레이션 소프트웨어의 경우에는 3차원 공간 도면¹⁰⁾을 입력하면 그 회사의 스피커와 앰프 제품 별로 해당 공간에 대해서 어떻게 반응하게 되는지 시뮬레이션을 제공한다.

Yamaha : https://europe.yamaha.com/en/products/proaudio/software/ys3/index.html

앰프

¹⁾

Peak 와 RMS의 차이를 크레스트 팩터라고 합니다.

²⁾

프로그램

³⁾

파워 앰프의 정격 임피던스는 앰프가 최적의 성능을 발휘할수 있는 스피커의 노미널 임피던스값을 말합니다. 이는 스피커와 앰프 간의 매칭을 위해 설정된 기준값으로, 실제 출력 임피던스와는 다릅니다.

⁴⁾

포인트 소스

⁵⁾

라인 소스

⁶⁾

⁷⁾

점음원

⁸⁾

계산이 700watt로 딱 맞아 떨어지는 것으로 보아, 아무래도 제조사 측에서도 이러한 모든 사항을 고려하여 스피커를 설계한 듯 보인다. 즉 50m 이내의 공간에 사용하는 것을 전제로 설계된 스피커인 듯 보인다.

⁹⁾

사실 여기서 예시를 들은 스피커의 스펙은 Yamaha 의 패시브 스피커 스펙을 기반으로 했고, 해당 앰프에 사용하는 전용 앰프의 스펙도 여기서 계산한 대로의 350W 앰프로 출시되고 있다.

¹⁰⁾

캐드

스피커의 지향각

Anonymous (anonymous@undisclosed.example.com) — 2026-04-06T02:52:09+00:00

스피커의 지향각

Directivity, 지향각

스피커의 중심을 기준으로 상하좌우로 갈수록 레벨이 감쇄한다. 이때 스피커의 중심에서 측정된 레벨보다 -6dB 감쇄하는 지점이 있다. 이 폭을 지향각으로 말한다.

일반적으로 스피커는 인클로저의 설계, 우퍼의 재질 및 크기, 트위터의 재질 및 크기, 크로스오버 설계 등에 따라 주파수 별로 각기 다른 지향각을 가진다.

스테레오나 Dolby 서라운드, Dolby Atmos의 스피커 레이아웃 배치 지침은 모두 이러한 스피커의 지향각 특성을 반영하여 제시된 것이다.

지향각은 크게 수평 지향각과, 수직 지향각으로 나눌 수 있다.

수직 지향각: 스피커의 수직 지향각은 스피커에서 소리가 방출되는 수직 평면의 각도를 나타냅니다. 일반적으로 스피커는 위쪽과 아래쪽으로 소리를 방출하게 됩니다. 수직 지향각이 넓을수록 스피커가 더 넓은 수직 각도에 걸쳐 소리를 분산시킬 수 있습니다. 이는 청취자가 스피커에 대해 상대적으로 높거나 낮은 위치에서 있을 때도 일관된 음질과 음량을 제공하는 데 도움이 됩니다.
¹⁸⁾

수평 지향각: 스피커의 수평 지향각은 스피커에서 소리가 방출되는 수평 평면의 각도를 나타냅니다. 일반적으로 스피커는 좌측과 우측으로 소리를 방출하게 됩니다. 수평 지향각이 넓을수록 스피커는 더 넓은 수평 각도에 걸쳐 소리를 분산시킬 수 있습니다. 이는 듣는 이에게 더 넓은 음향 스테이지와 분리된 오디오 신호를 제공하여 좀 더 현실적인 청취 경험을 선사합니다.

유닛 사이즈와 주파수에 따른 지향각 특성

스피커가 Beaming 하기 시작하는 주파수

무지향 특성이 나타나기 시작하는 주파수

c: 소리의 속도 340m/s,
D: 스피커 직경

일정한 지향각 특성의 중요성

좋은 스테레오 이미지를 가지기 위해서는 전 주파수 대역으로 고른 지향각을 가져서, 팬텀 이미지가 청자의 청취 위치에서 전주파수 일정하게 생성되는 것이 중요하다. 만약 특정 주파수의 지향각만 좁거나, 특정 주파수의 지향각만 넓다면, 그 특정 주파수에서만 스테레오 이미지가 왜곡된다.

비슷하게 서라운드나 Dolby Atmos 셋업에서도 각각의 위성 스피커들이 서로 팬텀 이미지를 생성해야 서라운드 이미지, Atmos 이미지를 생성할 수 있기 때문에, 위성 스피커는 지향각이 넓은 작은 사이즈의 스피커를 사용하고, 작은 사이즈로 인하여 상대적으로 떨어지는 저음 재생 능력은 무지향성 서브 우퍼로 대체 하게 된다.

우퍼와 트위터에 의한 지향각 패턴

아주 만약에, 위의 패턴과 같이 만약 1~4kHz 대역 사이의 지향각이 다소 좁은 경우에, 만약 그 지향각이 너무 좁아져서 스테레오 이미지를 생성하지 못한다면, 음성 명료도는 스테레오 팬텀 이미지를 생성 못할 가능성이 있고, 그렇게 된 스피커는 보컬이 크게 안들릴 수도 있다. 따라서 모니터 스피커 설계 시 크로스오버 설계에 의한 위상의 차이뿐만 아니라 이러한 차이도 고려 되어야 한다. FIR 크로스오버 설계를 하게 된다면, 크로스오버구간의 위상 왜곡이 없으므로, 크기가 작은 트위터 유닛이 1~4kHz 대역을 담당하도록 크로스오버 주파수를 많이 내릴 수 있고, 이때는 1~4kHz 대역 지향각이 넓어지기 때문에 좀더 이 부분에 유리한 장점이 생길 수 있다. 이런 경우 웨이브가이드의 설계가 더더욱 중요해진다.

따라서, 위와 같은 경우에는 크로스오버 주파수를 내려서 우퍼의 지향각과 트위터의 지향각을 일정하게 가다듬고, 추가로 트위터 유닛에 웨이브가이드를 적용하여 좀더 일정한 지향각이 되도록 조정하면 더 좋은 지향각을 얻을 수 있으리라 예상된다.

스피커 눞혀쓰지 마세요

대부분의 스피커의 수직지향각은 수평지향각을 대체하기 힘들다.

우퍼의 지향각

우퍼가 담당하는 저음역대의 경우 주파수 특성에 의해 지향성이 매주 작기 때문에 상대적으로 트위터에 비하여 지향각이 넓다. 300Hz 이하의 저주파수의 경우는 저주파수의 지향성 특성으로 인하여, 대부분의 스피커에서는 무지향성으로 재생되므로, 스피커의 사방으로 소리가 방사되어 버린다.

저주파수의 이러한 특성은 룸 모드 등의 룸 어커스틱 문제를 가져오고 해결하기 쉽지 않기 때문에 최근에는 보조 우퍼 유닛과 DSP를 이용한 저역 카디오이드 구현 방식이 연구되고 있으며, 이미 제품들도 나오고 있다.¹⁹⁾

위와 같은 방식의 지향성 구현 방식은서브 우퍼의 경우에도 똑같이 구현할 수 있다. 주로 무대에 소리가 방사되면 안되는 PA용 서브 우퍼에서 구현한다.

Dutch&Dutch 8C, Active Cardioid Speaker

그림 1

트위터의 지향각

점음원의 특성의 극대화

트위터가 담당하는 고음역대의 경우 주파수 특성에 의해 지향성이 매우 크기 때문에 상대적으로 우퍼에 비하여 지향각이 좁다. 따라서 트위터의 크기를 줄여서 점음원에 가까운 특성을 가지게 하여 지향각을 넓히고, 트위터의 형태(돔 형, 역돔 형, 컴프레션 드라이버)를 통해 지향각을 넓히기 위한 노력을 하게 된다.

아래의 예시에서도 10kHz 이하는 일정한 지향각을 형성했지만, 10kHz이상 구간에서는 주파수 특성의 영향으로 인하여 지향각이 좁아짐을 관찰할 수 있다.

작아진 음량을 다시 크게 보상

트위터를 작게 만들어서 점음원의 특성을 가지게 하면 지향각은 좋아지지만, 아무래도 트위터가 담당하는 음량 자체는 작아질 수 밖에 없다. 따라서 트위터가 더 큰 음량을 재생하도록 하기 위해 혼 트위터 설계²⁰⁾, 컴프레션 설계²¹⁾ 등을 추가 하기도 한다. 이때 트위터의 재질에 따라서도 트위터의 크기를 더 작게 만들면서 Bi-amping 을 통해 높은 출력을 매칭하는 방법을 통해 더 작은 트위터로도 비슷한 음량을 재생하기도 한다. 대표적으로 베릴륨 트위터를 사용하는 포컬 스피커²²⁾들은 베릴륨 트위터로 인한 스테레오 이미지가 매우 좋은 편이다. 이러한 경우에 일반인들은 매우 좋은 정위감과 공간감을 가지고 있다고 표현하기도 한다.

위의 Bi-amping 스펙을 보면 Tweeter 에 50W, Woofer 에 50W 를 사용하는데, 우퍼의 크기와 트위터의 크기를 비교해 봤을 때, 유닛의 사이즈에 비해 트위터에 상당히 높은 출력을 매칭 했음을 알 수 있다. 이렇게 매칭하는 이유는 트위터의 사이즈를 줄여서 지향각을 넓히게 되면, 작아진 트위터의 사이즈만큼 음량도 줄어들기 때문에 앰프 출력을 높혀서 음량을 다시 적절하게 키웠기 때문이다.

Bi-amping 을 통한 음량 보상

Bi-amping 을 통해 우퍼와 트위터의 앰프의 출력을 다르게 설계하는 것도 트위터를 작게 만들면서 음량을 다시 크게 보상할 수 있는 방법이 되기도 한다.

우퍼와 트위터 간의 크로스오버 주파수를 높이게 되는 경우에는 더 작은 트위터로 대역폭이 더 좁은 고음역대만 재생하게 되므로 상대적으로 큰 음량으로 보정하기 쉬워진다.

제조사 별로 다양한 트위터 설계 존재

트위터

고음역대의 지향각을 넓히기 위한 방법은 여러가지가 있고 스피커의 크로스오버 설계와 트위터의 유닛 크기 설계 등 여러가지 다각도로 설계하여 최적의 설계를 찾아내기 위한 노력은 제조사 별로 계속 되고 있다. 사실상 크로스오버 주파수를 결정하는 것은 트위터와 우퍼의 사이즈 및 재질, Bi-amping 의 설계, 드라이버 유닛의 종류, 각 유닛의 THD 분포 등 여러가지 요소를 고려하여 설계된다.

지향각과 팬텀 이미지

스테레오 스피커 레이아웃에서는 좌, 우 스피커의 수평 지향각에 의해 지향각이 겹치는 구간에서 스테레오 이미지가 생성되고, 서라운드 스피커 레이아웃에서는 각각 위성 스피커의 수평 지향각에 의해 지향각이 겹치는 구간에서에서 서라운드 이미지가 생성된다. Dolby Atmos의 등장으로 입체음향 팬텀 이미지 생성을 위해서는 스피커의 수직 지향각도 매우 중요하게 작용할 것으로 생각된다.

지향각과 룸 모드

하지만 대부분의 공간에서는 천정과 바닥이 가깝기 때문에 수직 지향각이 넓은 스피커는 룸 모드의 영향을 더 크게 받는다. 그래서 수평 지향각도 스피커간의 스테레오 이미지를 생성할 정도로만 제어 되는 것이 유리하다.

300Hz 이하의 저역대의 경우에는 대부분의 스피커에서 지향각이 너무 넓어져서 무지향성에 가까워지는 경향이 있다. 스피커의 전방향으로 저주파수가 방사되기 때문에, 룸 모드가 크게 발생하는 원인이 되기도 한다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 최근에는 저역대의 수평 지향각을 DSP와 추가 우퍼 유닛을 통해 제어하는 카디오이드 스피커도 개발되고 있다.

리본 트위터를 가진 스피커들은 수직 지향각이 좁은 특성이 있다.

웨이브가이드

트위터 주변에 지향성을 제한하는 형태를 구성한 것.²³⁾

초창기의 웨이브가이드 설계는 트위터의 지향성을 제한하여 스피커의 인클로저 측면 모서리에서 발생하는 회절을 방지하는 정도로만 만들어 졌으나 지금의 웨이브가이드 설계는 트위터의 지향각을 제한하여 스피커의 전체 주파수 대역에서 고른 지향각을 이루도록 만드는 수준에 이르고 있다.

우퍼에서 고역대로 주파수가 높아질 수록 급격하게 좁아지는 지향각은 아래와 같다.

그러나 스피커를 2-way 로 설계하고 우퍼보다 사이즈가 훨씬 작은 트위터가 고역대를 담당하면 지향각이 크로스오버 구간에서 급격하게 넓어질 수 있다. 유닛 사이즈가 급격하게 작아지기 때문에 지향각도 급격하게 변한다. 이것은 크로스오버 주파수 구간에서의 정확한 팬텀 이미지 형성을 방해한다.

이러한 현상을 막기 위해 트위터 주변에 웨이브가이드를 적용하여 크로스오버 주파수 부근의 지향성을 제한한다. 잘 설계된 웨이브가이드에 의한 지향각은 아래와 같은 균일한 형태를 보여주게 된다.

특히 패시브 네트워크를 적용하는 패시브 스피커의 경우에는 크로스오버 주파수 부근의 지향성이 매우 중요해지므로 잘 설계된 웨이브가이드가 매우 중요해진다.

그림 1

Reference

스테레오 이미지

Phantom image, Stereo image²⁴⁾, Phantom center, 팬텀 이미지, 스테레오 이미지, 팬텀 센터

두개의 좌,우 스피커에서 나오는 소리는 우리 귀에 각기 도달 하면서 레벨 차이와 시간 차이를 가진 소리로 인식된다. 이러한 L채널 와 R채널의 결합으로 인하여 스피커의 가운데 필드에서 소리가 나는 듯한 청감적 효과가 생기고 이것을 팬텀 이미지 또는 스테레오 이미지라고 한다

스테레오 이미지 원리

스테레오 이미지는 좌측 스피커와 우측 스피커에서 나오는 소리의 차이를 이용하여 형성됩니다.

레벨 차이(ILD, Interaural Level Difference): 좌우 스피커의 소리 레벨이 다를 경우, 해당 방향에서 소리가 더 크게 들리는 인식을 줄 수 있습니다.
시간 차이(ITD, Interaural Time Difference): 소리가 좌우 스피커 간에 도달하는 시간 차이가 있을 경우, 방향 감지를 통해 좌우 위치를 구분할 수 있습니다.

이러한 소리의 스테레오 이미지가 생성되는 원리는 시각적 스테레오 이미지의 생성 원리와도 유사하다고 볼 수 있다. 아래의 두개의 그림을 겹쳐서 보게 되면 시각적 정위감이 생성된다.

정위감

스테레오 이미지 상에서 소리의 앞뒤 좌우 위치가 구분되게 들리는 느낌

스테레오 이미지가 정확하게 전 주파수 대역에 걸쳐 일관되게 생성되는 경우에 정위감이 매우 좋은 느낌을 가지게 된다. 스테레오 이미지는 각각의 스피커의 지향각의 영향을 받기 때문에 주파수 대역별 지향각 특성이 고르지 못한 경우 정위감이 다소 떨어지게 느껴질 수 있다. 지향각이 넓고 고른 스테레오 시스템에서 생성되는 팬텀 이미지는 매우 좋은 정위감을 생성할 가능성이 높다.

특히 재생하는 음원에 포함된 잔향이 좋은 정위감을 가지고 재현되면²⁵⁾, 뛰어난 정위감의 표현은 뛰어난 공간감의 표현으로 이어질 수 있다.

주파수의 특성상 고주파수로 갈수록 지향각이 좁아지는 특성이 있기 때문에, 스피커 제조사들은 반대로 고음역대로 갈수록 지향각을 넓게 표현할 수 있도록, 더 작은 트위터 스피커 유닛(점음원일 수록 지향각이 넓어진다.), 웨이브 가이드 설계, 리본 트위터 등을 이용하여 고음역대로 올라갈수록 좁아지는 지향각을 보상하고자 노력한다.

Localization

The sensation of accuracy and consistency in the stereo image is greatly appreciated when the stereo image is precisely generated across the entire frequency spectrum. Stereo imaging is influenced by the directionality of each speaker, so inconsistencies in the directional characteristics across frequency ranges can slightly diminish the stereo image's quality. In a stereo system with wide and consistent directional characteristics, the phantom images created are more likely to provide an excellent stereo sensation.

Particularly, when the reverberation included in the reproduced audio contributes to a good stereo sensation, exceptional stereo imaging can lead to outstanding spatial representation.

Due to the frequency characteristics, as you move into higher frequencies, the directional characteristics tend to become narrower. Therefore, speaker manufacturers often strive to compensate for this effect by making the directional characteristics wider as you go up in the high-frequency range. This can be achieved using smaller tweeter speaker units (smaller point sources tend to have wider directional characteristics), waveguide designs, ribbon tweeters, and other techniques.

Reference

https://en.wikipedia.org/wiki/Sound_localization

Reference

https://en.wikipedia.org/wiki/Phantom_center

Reference

https://en.wikipedia.org/wiki/Directivity

스피커, 지향

¹⁸⁾

일반적인 2-way 스피커의 수직 지향각을 보게 되면 중음역대의 지향각이 매우 좁다. 트위터와 우퍼의 위치 차이때문에 발생하는 현상이다. 즉 스피커를 눞혀서 사용하게 되면 이 부분이 치명적인 단점으로 작용하게 될 수 도 있다.

¹⁹⁾

여러개의 우퍼 유닛+여러개의 앰프 + DSP 프로세서 내장. 매우 비싸다.

²⁰⁾

혼은 음량을 증폭한다.

²¹⁾

유닛에 의해 발생된 압력이 더 작은 구멍을 통해서 빠져 나가므로 음압의 증가 및 지향각의 증가를 가져온다.

²²⁾

https://www.focal.com/en/focal-teach/beryllium-tweeter

²³⁾

웨이브가이드로 지향성을 넓힐 수는 없다.

²⁴⁾

스테레오 스피커 레이아웃

²⁵⁾

스튜디오 믹싱 작업에서는 리버브를 이용하여 소리의 앞뒤 배치를 하는 것에 사용하기 때문

모니터 스피커

Anonymous (anonymous@undisclosed.example.com) — 2025-06-24T03:20:23+00:00

모니터 스피커

레코딩 스튜디오나 오디오 작업 환경에서 사용되는 스피커.

이 글의 스피커의 dB SPL에 의한 니어필드, 파필드 분류는 “기준” 이 아닙니다. 대체적으로 그렇다는 것입니다. 음향학적으로 니어필드, 파필드에 대해서는 별도의 정의가 있습니다.

니어필드 모니터 스피커

니어필드에서 소리를 청취할 수 있도록 설계된 스피커

MaxSPL이 보통 103~107dB SPL@1m 로 설계되어 있다.
MaxSPL이 103dB SPL인 경우 레퍼런스 청취 레벨 기준인 85dB SPL(RMS)에 추가로 18dB의 헤드룸을 가지게 되어 일반적인 EBU tech3276 기준의 헤드룸과 일치 한다.
MaxSPL이 105dB SPL인 경우 SMPTE RP200 기준인 85dB SPL(RMS)에 추가로 20dB의 헤드룸을 가지게 되어 일반적인 SMPTE 기준의 헤드룸과 일치 한다.
그 이상의 MaxSPL은 청취 거리상의 여유를 둘 수 있다.

파필드 모니터 스피커

파필드에서 다수의 인원이 소리를 청취할 수 있도록 설계된 스피커 MaxSPL이 보통 110~115dB @1m로 설계되어 있다.

115dB@1m 라고 가정했을 때,
2m 에서는 109dB SPL, 4m 에서 103dB SPL로 음압 설계되어 있다고 볼 수 있다. 따라서, 이러한 스피커는 대략 4m거리까지도 85dB SPL을 표현할 수 있다. 따라서, 니어필드 모니터 스피커보다 더 먼 거리에서 사용한다. 다소 떨어진 거리에서 다수의 사람들이 청취할 수 있도록 청취 스팟이 형성된다.

미드필드 모니터 스피커

미드필드는 실제 있는 음향 공간 용어는 아니다.¹⁾ 하지만, 많은 모니터 스피커 제작사에서는 3-way 로 좀더 저음 대역폭을 확장하고, 최대 음압을 니어필드와 파필드 모니터 스피커의 중간 수준으로 만든 스피커를 미드필드 모니터 스피커 카테고리로 출시하고 있다. 일반적인 3-way 설계로는 최소 청취 거리가 2-way 설계보다 훨씬 멀어지기 때문에, 트위터와 미드레인지 유닛을 동축 유닛으로 설계한 3-way로 최소 청취 거리를 확보하는 경우도 있고, 최소 청취 거리를 2-way 와 비슷한 수준으로 확보하기 위해서 2.5-way 나 MTM 디자인을 하기도 한다. 물론 2.5-way 나 MTM 디자인도 당연히 3-way 처럼 확장된 저음 대역폭이 확보된다. 또한 니어필드가 작은 스윗스팟을 가지고 있기 때문에 소수의 인원만이 정확한 모니터링 위치에 있을 수 있는 반면, 미드필드 모니터 스피커는 파필드 모니터 스피커처럼 넓은 위치에서 청취 스팟이 형성되어 다수의 사람들이 모니터링 할 수 있다.

Hi-Fi 스피커와 모니터 스피커의 차이

일반 Hi-Fi 오디오 스피커와 모니터 스피커의 가장 큰 차이는

일반 Hi-Fi 오디오 스피커는 믹싱/마스터링이 다 완료된 음원의 레벨/헤드룸, 또는 방송국에서 정규로 송출하는 레벨/헤드룸의 소리를 재생하는 목적의 스피커
모니터링 스피커는 믹싱 작업을 위해서 녹음 중이거나, 믹싱 작업 중인 소스 레벨/헤드룸 수준에서의 체크가 가능한 스피커

라는 점이 기본적 차이라고 볼 수 있다. 믹싱 수준의 레벨/헤드룸과 마스터링 수준의 레벨/헤드룸은 분명한 차이가 있다. 이러한 차이 때문에 마스터링 스튜디오에서는 일반적인 모니터 스피커 보다 Hi-Fi 스피커를 사용하는 것이 선호되기도 한다.

니어필드 모니터 스피커의 조건

니어필드 모니터링이 가능하기 위해서는 청취 거리 범위가 크리티컬 디스턴스보다 짧아야 합니다. 그래서 니어필드 모니터 스피커들은 트위터와 우퍼 간의 거리가 가깝게 배치되어야 합니다. 트위터와 우퍼간의 거리가 멀면 두 유닛의 음상이 합쳐지는 최소 청취 거리가 멀어지기 때문입니다. 또한 가까운 거리에서도 스테레오 이미지가 생성 되기 쉽도록 트위터와 우퍼 유닛이 넓은 지향각을 만들어 내야 합니다. 따라서 트위터는 1인치 유닛이 선호 되고, 우퍼는 5인치나 6인치 유닛이 선호되고, 8인치나 10인치 이상의 우퍼 유닛이 선호 되지 않습니다.²⁾ 2-Way 북쉘프 타입이 주로 선호되며 3-Way 이상의 타입은 잘 사용되지 않습니다.³⁾ 이런 조건을 만족시키다 보면 저역 하한대가 부족한 모니터링 시스템이 되기도 하지만, 서브 우퍼를 추가하여 사용함으로써 극복이 가능합니다. 때로는 저역 하한대 모니터링을 위해 7, 8인치 모니터 스피커 사용을 추천하는 사람들도 있지만, 그럴 경우 최소 청취 거리가 멀어지고, 스피커의 출력 음압이 공간에 비해 커서 공간의 룸 모드의 영향을 크게 받아 크리티컬 디스턴스가 더 짧아지게 됩니다. 이런 조건에서는 니어필드 모니터링이 안될 수도 있습니다. 차라리, 5인치나 6인치 2-Way 모니터 스피커에 서브 우퍼를 추가하는 것이 훨씬 좋을 수 있습니다.

니어필드 모니터링이 가능할 정도로 짧은 최소 청취 거리

Listening Distance

스피커의 제대로 된 소리를 듣기 위한 범위는 스피커 디자인 유형이나 룸 어커스틱에 따라 달라질 수 있다.

니어필드 모니터링에서 최적의 청취 거리 범위⁴⁾는 스피커의 최소 청취 거리부터 크리티컬 디스턴스까지이다. 크리티컬 디스턴스의 경우는 룸 모드와 RT60에 의해 영향을 받기 때문에 공간의 사이즈와 룸 어커스틱의 정도에 따라 달라질 수 있으나, 최소 청취 거리의 경우는 스피커 디자인에 따라 정해진다.

그림 1

그림 2

스피커 디자인에 의한 최소 청취 거리

스피커 유닛들 사이의 거리에 의해서 스피커에 너무 가까운 곳에서는 각각 음역대의 음상이 합쳐지지 않는 구간이 존재한다. 스피커 유닛 간 거리가 가까우면 가까울 수록 최소 청취 거리는 짧아진다.

그래서 니어필드 전용으로 설계되는 모니터 스피커의 경우에는 우퍼 유닛의 사이즈를 5~6인치로 제한하여 유닛 간 거리를 최소화하여 최소 청취 거리를 확보하는데 힘을 기울인다.

일반적인 우퍼 유닛사이즈 대비 최소 청취 거리

정확히는 우퍼 사이즈와 최소 청취 거리는 연관성이 없지만, 우퍼 사이즈가 작으면 우퍼와 트위터 간의 거리를 짧게 설계 가능하기 때문에 최소 청취 거리가 줄어들게 된다.

그림 3

로빙 에러가 발생하지 않는 우퍼와 트위터간의 최적의 간격은 크로스오버 주파수의 파장의 1/4 이하이다.⁵⁾ 동축유닛의 경우는 유닛간 간격이 0 이므로 최소 청취 거리도 극단적으로 짧아지게 된다.

우퍼 사이즈	대체적인 최소 청취 거리
4“(100mm)	50cm
5”(130mm)	65cm
6.5“(165mm)	82.5cm
8”(200mm)	1m

트위터, 미드레인지, 우퍼로 구성되는 3-way 스피커의 경우에는 트위터와 우퍼 사이의 거리가 가깝기가 매우 어렵다. 그래서 3-way는 최소 청취 거리를 줄이기 위하여 아래와 같은 형태를 가지기도 한다.

그림 4

2-Way 스피커 최소 청취 거리

그림 5

그림 6

3-Way 스피커 최소 청취 거리

그림 7

동축 스피커 최소 청취 거리

그림 8

MTM, 2.5-way 스피커 최소 청취 거리

그림 9

Reference

일정한 지향각

주파수는 고음역대로 갈수록 지향성이 강해지는 특성이 있어서, 고음역대로 갈수록 스피커의 지향각은 매우 좁아지게 됩니다. 반면, 스피커 유닛은 작으면 작을 수록 면음원의 특성에서 점음원의 특성으로 변하기 때문에 지향각이 넓어지는 특성을 가지게 됩니다. 따라서 스피커의 좋은 지향각 특성을 위해서 우퍼가 담당하는 저역대의 경우에는 저주파수에 의한 무지향성을 억제하여 지향각을 좁힐 필요가 있고, 트위터가 담당하는 고역대의 경우에는 트위터 유닛의 크기를 더욱 작게 설계하여 지향각을 넓히는 설계를 할 필요가 있습니다. 또한 우퍼와 트위터의 재생영역이 교차하는 크로스오버 구간에서는 웨이브가이드를 통해 고른 지향각을 제어하는 것도 매우 중요합니다.

모니터 스피커는 일반적으로 가청 주파수내에서 저역부터 고역까지 +70도~-70도의 고른 지향각을 형성하는 것을 목표로 만들어집니다. 아래의 측정 데이터의 경우 300Hz 이하의 저역은 무지향성, 300Hz~ 10kHz 까지는 +70도~-70도의 고른 지향각(Nice and Controlled Up to 10kHz)을 형성했으며, 10kHz 위로는 다소 지향각이 좁아지는 모습을 보여주고 있습니다.⁶⁾

스테레오 스피커나 서라운드 스피커 레이아웃에서는 전 주파수 대역의 고른 지향각이 전 주파수 대역의 고른 스테레오 이미지나 서라운드 이미지를 생성하는 것에 큰 도움이 됩니다.

음성 명료도를 위한 크로스오버 설계

1kHz~4kHz

모니터 스피커는 음성 명료도에 관련이 매우 깊은 1kHz~4kHz 사이의 주파수가 매우 중요합니다. 대부분의 2-way 스피커들의 경우 크로스오버가 이 지점 근처에 있기 때문에 트위터와 우퍼가 크로스오버 구간에서 재생 주파수가 겹쳐서 위상 차이 등으로 인해 음성 명료도가 많이 떨어질 수 있습니다. 이것은 모니터 스피커로는 큰 단점이 될 수 있습니다. 따라서, Bi-amping 을 이용하여 크로스오버 필터의 차수를 높게 설계하여 크로스오버 주파수 범위를 좁게 만들거나⁷⁾, 더 작은 트위터를 사용하면서 트위터 쪽의 출력을 높히는 방법을 통해 크로스오버 주파수를 높은 주파수로 끌어올린다던지, 아니면 최근에는 위상의 변이가 없는 FIR 디지털 필터를 이용한 크로스오버를 사용하는 방법으로 음성 명료도를 개선하고 있습니다.

오랜 시간동안 스튜디오의 모니터 스피커 표준으로 많은 사랑을 받았던 Yamaha의 NS10M의 패시브 크로스오버 주파수가 바로 3.8kHz 로 매우 높은 주파수에 위치하고 있습니다. 또한 Genelec의 8030과 같은 스피커는 액티브 bi-amping을 하면서 매우 구간을 좁힌 3kHz 지점의 크로스오버 설계를 가지고 있습니다.

반면, Hi-Fi 스피커들의 경우에는 명료도와 디테일을 개선하기 위해서 이러한 방법보다는 3-way 설계를 통해 미드레인지가 해당 1kHz ~ 4kHz 주파수 대역을 담당하고 나머지 우퍼와 트위터가 해당 주파수를 벗어나는 방법 등을 택하기도 합니다.

그래서, Hi-Fi 스피커 중에서도 3-way 로 만들어지고 베이스 리플렉스 없이 극 저음역대까지 스피커가 재생하는 방식의 경우엔 매우 좋은 저역 반응, 1kHz~4kHz 사이의 주파수 구간을 크로스오버를 피하고 미드레인지 유닛이 담당하여 매우 높은 명료도와 디테일을 가지게 되므로 이러한 경우 마스터링 스튜디오의 레퍼런스 스피커로 사용하는 경우가 있습니다. 최종적으로 소비자에게 들려질 소리를 모니터링 한다는 관점에서 Hi-Fi 스피커의 사용이 의미를 가지기도 합니다. 다만 이 경우는 스피커의 규모가 커진만큼, 소리도 커지고 최소 청취 거리도 멀어지기 때문에, 룸 어커스틱의 영향도 크게 받을 수 있어서 마스터링 스튜디오들은 청취 거리 확보와 그로 인해 스피커 자체 음압을 크게 재생해야 하므로 룸 어커스틱 트리트먼트에도 상당한 신경을 쓰게 됩니다.

하지만, 그렇다고 해서 트위터와 우퍼의 크로스오버를 무작정 높힐 수는 없습니다. 트위터와 우퍼의 간격은 크로스오버에 해당하는 주파수의 파장의 1/4 안쪽으로 들어와야 최소 청취 거리를 짧게 줄일 수 있기 때문입니다. 만약 두 유닛의 간격이 그것보다 멀어지면 겹치는 주파수에서 위상 캔슬로 인한 로빙 에러가 발생하기 때문입니다. 따라서 크로스오버는 스피커의 유닛 간격에 맞춰서 결정되어야 합니다.

최근에는 FIR 필터 크로스오버의 도입과 여러가지 스피커 관련 기술의 발전으로 작은 사이즈의 3-way 설계 방식의 모니터 스피커들도 등장하고 있습니다.

Reference

https://en.wikipedia.org/wiki/Studio_monitor

모니터, 스피커

¹⁾

음향 공간에서는 니어필드와 파필드 구분을 한다.

²⁾

트위터와 우퍼의 중심축이 너무 멀어지기 때문입니다. 그에 따라 니어필드 셋팅이 잘 안될 수가 있습니다.

³⁾

유닛들의 거리가 멀어지며 음상의 합치가 일어나는 최소 청취 거리가 멀어지기 때문입니다. 하지만 제네렉의 일부 모니터 스피커는 동축 유닛을 사용한 3-Way로 이와같은 문제를 극복하기도 합니다. 3-way는 니어필드보다는 미드필드 용도로 주로 사용됩니다.

⁴⁾

Optimal range of Listening distance

⁵⁾

하지만 크로스오버가 3kHz인 경우 파장은 10cm이고, 그 1/4은 2.5cm입니다. 이렇게 가까이 배치 하려면 동축 유닛을 사용해야 한다.

⁶⁾

300Hz 이하의 경우는 저역 주파수의 특성상 무지향성으로 형성되었고, 300Hz~10kHz 구간은 주파수의 특성 및 웨이브 가이드, 1인치 사이즈 트위터에 의해 고른 지향각을 형성했으나, 10kHz 이상의 고역대의 경우는 고역 주파수의 특성으로 인하여 좁아진 지향각으로 형성되었다.

⁷⁾

그래서, 모니터 스피커는 일반적으로 액티브 스피커로 만들어집니다.

우퍼

Anonymous (anonymous@undisclosed.example.com) — 2025-05-16T17:07:31+00:00

우퍼

스피커의 저음역대를 재생하는 유닛

아래의 스피커는 Yamaha의 HS7 모델이고 하단부의 하얀색 폴리프로필렌 재질로 만들어진 유닛이 바로 우퍼이다.

일반적으로 스피커의 저음 재생 능력은 스피커가 밀어낼 수 있는 공기의 체적과 비례하므로, 우퍼의 사이즈가 클수록 저음 재생 능력이 증가한다. 또는, 우퍼의 앰프 설계과 우퍼의 익스커션(Excursion)에 관련한 설계를 매우 개선하여 작은 사이즈 대비 우퍼가 앞뒤로 움직이는 변위량을 늘리게 되면 마찬 가지로 우퍼가 밀어내는 공기의 체적이 증가 하므로, 이 역시도 저음 재생 능력이 좋아진다. 고전의 스피커들에서는 앰프의 설계의 제한 사항 때문에 우퍼의 사이즈를 크게 만드는 설계를 위주로 하였지만, 최근의 모던한 스피커 설계 트랜드는 우퍼의 사이즈는 줄이고 앰프의 설계과 스피커의 재질 및 익스커션에 관련한 설계를 개선하여 스피커 자체의 사이즈를 줄이면서도 충분한 저음 재생이 가능한 스피커를 만드는 쪽으로 발전 하고 있다. 이렇게 개선하는 쪽이 댐핑 팩터에도 매우 유리하고 음의 트랜지언트 표현도 매우 우수 해지기 때문이다. 아무래도 스피커 유닛이 크면 댐핑 제어가 되지 않아 스피커가 웅웅거리게 될 가능성이 높고, 재빠르게 움직이지 못하기 때문에 트랜지언트 표현도 아쉽게 될 가능성이 높다. 반대로 스피커 유닛이 작으면 댐핑 제어가 잘되어 웅웅거리지 않고, 트랜지언트 표현이 우수해지게 된다. 다만 스피커가 앞뒤로 더 많이 움직이기 때문에 분할 진동이 발생할 가능성이 높아진다. 따라서 분할 진동이 발생하지 않는 특수한 소재의 우퍼 재질²⁶⁾을 사용해야 한다.

Woofer

A unit in a speaker that reproduces the low-frequency range.

The speaker below is Yamaha's HS7 model, and the white polypropylene material unit at the bottom is the woofer.

Generally, a speaker's ability to reproduce low frequencies is proportionate to the volume of air it can push, so a larger woofer size increases its ability to reproduce low frequencies. Alternatively, by greatly improving the amplifier design and the woofer's excursion, which is the back-and-forth movement of the woofer, the displacement of air pushed by the woofer also increases, resulting in improved low-frequency reproduction. In the past, classic speaker designs primarily focused on increasing the woofer size due to limitations in amplifier design. However, recent trends in modern speaker design aim to reduce the size of the woofer while improving amplifier design and the materials and design related to the woofer's excursion, thereby creating speakers with smaller dimensions that still provide sufficient low-frequency reproduction. This approach is advantageous for the damping factor and also results in excellent representation of transient response. It seems that larger speaker units tend to lack damping control, potentially causing the speaker to produce unwanted resonances and limiting its ability to represent transients effectively. On the other hand, smaller speaker units benefit from better damping control, avoiding unwanted resonances, and offering superior transient response. However, smaller units may experience higher levels of divided vibrations. Therefore, special materials for woofer diaphragms1) must be used to prevent divided vibrations.

재질

우퍼 스피커의 다이어프램 또는 커넥터 재질에는 여러 가지 다양한 옵션이 있으며, 이러한 재질은 스피커의 음질, 효율성 및 사용 용도에 영향을 미칩니다. 다음은 일반적으로 사용되는 우퍼 스피커 다이어프램 및 커넥터 재질 몇 가지 예시입니다:

펄프(일반 종이) 다이어프램

일반 종이를 사용한 다이어프램은 저렴하고 가볍기 때문에 일반적인 우퍼 스피커에 많이 사용된다.
일부 고품질 종이 다이어프램은 우수한 음질을 제공하며, 목소리와 중음을 잘 재생한다.
가볍기 때문에 댐핑 제어가 잘되는 편이지만, 분할 진동에 매우 취약하다.
내구성이 매우 취약하다.

폴리프로필렌(Polypropylene) 다이어프램

플라스틱 다이어프램은 가벼우면서도 강한 특성을 가지며, 스피커의 내구성을 높입니다.
중저음 스피커에서 많이 사용되며, 음압의 안정성을 높이는 데 도움을 줍니다.
매우 가볍기 때문에 댐핑 제어가 잘된다. 분할 진동 억제력도 종이 재질보다 우수하다.

케블러(Carbon Fiber) 다이어프램

카본 파이버²⁷⁾ 다이어프램은 가벼우면서도 강한 특성을 가지며, 고품질 음질을 제공합니다.
일부 우퍼 스피커에서 사용되며, 고음과 중음을 잘 재생하는데 사용됩니다.
절대 휘어지지 않는 재질이기 때문에 분할 진동 억제력이 최상급이다. 따라서 앞뒤 변위를 크게 만들어 낼 수 있다.

스피커, 우퍼

²⁶⁾

주로 많이 사용되는 재질은 케블러 소재이다.

²⁷⁾

케블러라고 보통 명칭 하지만, Kevlar는 상표 이름이고 정식 명칭은 카본 파이버이다.

MaxSPL

Anonymous (anonymous@undisclosed.example.com) — 2025-06-05T16:38:19+00:00

MaxSPL

스피커의 MaxSPL은 청취 거리 1미터에서 스피커가 낼 수 있는 최대 dB SPL(Peak)를 말한다.

패시브 스피커가 최대로 견딜 수 있는 한계는 Power handling이라고 한다. 많은 사람들이 MaxSPL과 Power handling(Peak 파워)을 혼동한다. 이 둘은 서로 다른 개념이다.

스피커 유닛은 앰프없이 음압(SPL)을 낼 수 없다.

앰프가 내장된 액티브 스피커들은 제조사의 스펙 제시에서 MaxSPL 값을 쉽게 찾아볼 수 있으며, 앰프와 따로 매칭하여 사용하는 패시브 스피커의 경우 앰프의 최대 Peak 출력과 패시브 스피커의 감도(dB SPL/W) 값을 통해 MaxSPL 값을 계산 할 수 있다.

일반적인 니어필드 소형 모니터 스피커의 스펙에 해당하는 64Watt(Peak)에 85dB SPL/W의 감도 값을 넣었을 때의 결과는 아래와 같다.

정확히 레퍼런스 청취 레벨에 맞는 결과가 도출되었다.²⁸⁾

Reference

SPL, 스피커

²⁸⁾

하지만 실제 스피커의 설계는 앰프의 과부하 방지를 위한 마진 설계를 하기 때문에 이보다 높은 출력의 앰프를 사용하고 약간의 마진을 두어 설계하게 된다.

정격 출력

Anonymous (anonymous@undisclosed.example.com) — 2025-05-22T02:45:14+00:00

정격 출력

Rated Power, Power Rating

앰프의 정격 출력은 기기가 안정적으로 출력할 수 있는 최대 전력을 의미합니다. 이는 주로 파워 앰프, 헤드폰 앰프 등의 오디오 장비에서 중요한 사양으로 표시되며, 해당 기기가 손상 없이 작동할 수 있는 전력 범위를 나타냅니다. 정격 출력은 일반적으로는 RMS 기준으로 표기합니다.

주요 개념

정격 출력의 정의:
1. 정격 출력은 기기가 왜곡 없이 안정적으로 출력할 수 있는 전력량(Watt)입니다. 일반적으로 오랜 시간 동안 장비가 안전하게 작동할 수 있는 기준치로 설정됩니다.
2. “정격”이라는 용어는 기기의 성능을 테스트할 때 표준 조건(예: 특정 전압, 임피던스, 온도)에서 측정된 값을 기준했다는 의미입미다.
표기 단위와 의미:
1. THD: 정격 출력은 보통 특정 THD 이하일 때를 기준으로 합니다. 예를 들어 “0.1% THD에서 100W”라고 하면 THD 0.1%에서 안정적으로 100W를 출력할 수 있다는 의미입니다.

정격 출력 예시

파워 앰프의 정격 출력은 일반적으로 정격 임피던스와 같이 쓰여있습니다.

앰프의 정격 출력: “200W @ 8Ω” → 임피던스가 8Ω인 스피커를 연결했을 때, 앰프가 안정적으로 제공할 수 있는 전력이 200W라는 뜻.
앰프의 정격 출력: “200w @ 8Ω” → 임피던스가 4Ω인 스피커를 연결했을 때, 앰프가 안정적으로 제공할 수 있는 전력이 400W라는 뜻.

정격 출력과 실제 사용

스피커와 앰프 매칭:
1. 앰프의 정격 출력은 스피커의 허용 전력(Power handling)과 잘 맞아야 합니다.
2. 예를 들어, 허용 전력이 100W인 스피커에는 100~150W 출력의 앰프를 사용하는 것이 일반적입니다.(헤드룸 확보와 Safety Margin을 위해 약간 더 큰 출력의 앰프를 권장)
과출력 방지:
1. 앰프의 출력이 스피커의 허용 전력을 초과하면 스피커 손상 가능성이 높아집니다.
2. 반대로, 앰프 출력이 너무 낮으면 앰프가 과부하 동작하여 출력에 고조파 왜곡 성분이 많아지게 되고 결론적으로 클리핑이 발생할 수 있어 스피커에 손상을 줄 수 있습니다. 클리핑은 앰프의 출력 파형을 사각파로 만들어 버려서 상당한 고음역대 THD를 발생시키고, 이 THD는 과도한 열 에너지의 원인이 되어 스피커의 고역대 재생 유닛인 트위터의 무빙 코일을 과열시켜 코일이 끊어지는 결과를 초래할 수 있습니다.

정격 출력의 측정

파워 앰프의 정격 출력은 다음과 같은 방식으로 측정됩니다.

테스트 환경 설정

앰프 출력 단자에 특정 임피던스(예: 4Ω, 8Ω)에 맞는 무유도 고정저항을 연결합니다.
입력 단자에는 신호 발생기(예: 1kHz 사인파)를 연결합니다.

출력 파형 관찰

오실로스코프를 사용해 출력 파형을 관찰하며, 입력 신호 크기를 서서히 올립니다.
출력 파형이 왜곡되기 시작하기 직전의 값을 기록합니다.

출력 계산

측정된 V_RMS(출력 전압의 RMS)를 이용해 아래 공식을 사용하여 계산합니다:
- 여기서 은 부하 저항값입니다.

정격 출력 조건

정격 출력은 특정 임피던스와 왜곡률(THD) 조건에서 측정되며, 앰프가 안정적으로 낼 수 있는 최대 전력을 의미합니다.

Reference

파워, 앰프, 정격, 출력