스피커(speaker, loudspeaker)
전기 음향 신호를 음파로 변환하는 장치
'원음에서 마이크를 통해 전기 신호를 추출, 변조하고, 이를 전송, 복조, 음파로 변환'하는 음향 미디어의 재생 과정에서 제일 마지막 단계의 기능을 담당한다. 이것을 휴대용으로 만든 것이 헤드폰이다.
제품에 따라 정도는 다르지만, 스피커는 주변의 전파에 영향을 받는다. 스피커 주변에서 핸드폰과 같은 전파 기기를 사용하면 잡음이 들리는 경우가 있는데, 이는 외부 자기장의 영향으로 스피커 내부의 전자회로에 유도전류가 흐르기 때문이다. 공유기의 안테나를 스피커에 가까이 대도 잡음이 발생하거나 방송국이 있다면 라디오 신호가 수신되기도 한다. 반대로 스피커 내부 자석의 자기장에 다른 기기가 영향을 받기도 하는데, 과거 CRT 모니터나 브라운관 TV가 특히 영향을 많이 받았다. 이는 스피커에 상당히 강력한 영구자석이 쓰이기 때문이다. 최근에 나오는 스피커들은 방자형으로 설계된 경우가 많은데, 이러한 자기장을 차단하여 외부 기기에의 영향을 최소화한다.
음향기기 중 LP 재생용 카트리지를 제외하면 유일하게 물리적인 작동에 의해 동작하는 기기이므로 제작하는데 사용되는 재질에 따라 성능이나 성향이 극단적으로 바뀔 수 있고, 가격대도 천차만별로 벌어지곤 한다. 여담으로 통짜 금속을 깎아 만든 인클로저(Enclosure) 안에 다이아몬드, 베릴륨, 세라믹 등으로 만든 트위터에 종이, 케블러 등으로 정성들여 만든 우퍼를 사용하여 수천만원을 호가하는 물건도 있다. 다만 고가의 재료를 사용한다고 해서 좋은 성능을 내는 것은 아니고, 전적으로 설계자 혹은 마케팅 부서의 선택에 달린 부분. 골드문트 같은 특정 브랜드 제품들의 경우 한 조당 억 단위를 넘어가는 경우도 있다.
원리
보통은 영구자석과 코일 사이에서 일어나는 전자기 상호작용을 이용한 동전형, 즉 다이내믹 방식의 유닛을 많이 쓴다. 움직이는 원리는 음향신호의 순간적인 극성과 전압에 따라 영구자석과 인접해있는 코일이 왕복운동을 하게 되고 여기에 붙어있는 진동판이 공기를 밀고당기게 되어 음파신호로 나타나게 된다. 자석의 경우에는 스피커의 효율성을 높이기 위해서 매우 강한 자석을 사용한다. 네오디뮴 자석을 주로 사용하지만 거의 초기의 스피커 같은 경우에는 강한 자석을 만들기 어려워 영구자석 대용으로 전자석을 사용하기도 했다. 웨스턴 일렉트릭같은 구형 스피커들이 주로 그랬으며 단자를 보면 오디오 신호 단자 말고도 전자석 전원 단자도 있다.
코일 말고 다른 원리의 스피커를 쓰는 방법도 있지만, 내구성과 단가 등의 이유로 인해 찾아보기는 쉽지 않고, 결과적으로 진동판을 진동시켜 소리를 발생시킨다는 점에서는 어느 방식이든 다른 점이 없다. 다만 리본형 스피커는 트위터 스피커로써 종종 사용한다.
파워앰프
신호의 전력을 스피커를 충분히 구동시킬 수 있을만큼 증폭시키는 장치를 전력 증폭기(Power Amplifier)라고 한다. 보통은 줄여서 파워앰프라고 부른다.
그리고 유지보수 및 활용의 편리를 위해 이 파워앰프를 스피커의 인클로져 안에 함입시켜서 만들어진 물건이 나오게 되었는데, 라인레벨의 미약한 신호만 넘겨주면 뻥튀기해서 소리까지 알아서 낼 수 있다는 맥락에서 이것을 파워드 스피커 또는 액티브 스피커라 부르고, 그에 대립시켜 파워앰프가 내장되어 있지 않아 별도로 파워앰프가 필요한 스피커를 패시브 스피커라고 부르게 되었다.
최근 오디오 시장에서는(특히 PC스피커) 액티브 스피커쪽의 인기가 압도적이다. 주변기기와 전선의 양이 크게 줄어들고 설치하기 편해지기 때문. 고급 오디오 분야에서는 여전히 파워앰프와 스피커를 따로 사용하는 경우가 많지만 보통의 경우 간편한 액티브를 선호하는 편이다. 이 쪽에서는 DAC까지도 내장된 모델을 선호하는 경우도 있다.
과거 액티브 스피커가 처음 나오기 시작했을 무렵 저가 앰프를 무분별하게 사용하면서 액티브는 패시브 스피커에 비해 성능이 떨어진다는 편견이 생기곤 하였다. 오늘날엔 제대로 된 스피커라면 유의미한 차이가 없으니 액티브니 패시브니 하는 것 보다는 스피커 자체의 성능에 집중하는 것이 좋다.
파워 앰프에 전자파 차폐가 되어있지 않은 경우 외부 전파가 타고 들어와서 잡음이 발생한다. 송신탑 주변이라면 튜너가 필요 없을 정도로 전파가 잘 수신된다.
이런 현상이 나타난다면 케이블 문제이지 스피커가 고장난 건 아니다. 차폐를 한 케이블을 사용하거나 소스기기를 상시 연결해두면 문제가 해결된다.
음역
인간에게 소리를 듣게 하는 물건이므로, 가청영역대인 20Hz∼20kHz의 소리를 재생해야 한다.
하지만 가청대역 내의 극저음이나 극고음의 경우 성인 인간의 청력으로는 청취하기 어렵고, 재생시에도 까다롭기 때문에 양 극단의 극저음과 극고음의 경우는 대부분 잘라낸다.
녹음된 소리를 재생하는 것이 스피커의 목적인 만큼, 비싼 고급 스피커일수록 가청음역대(20Hz∼20kHz)의 균일하고 섬세한 재생을 목표로 한다. 이는 원음에 충실하고 정확한 재생을 추구하는 것이며, 다른 말로 High Fidelity(Hi-Fi)라고 부른다. 다만, 자동차의 성능이라든가 TV 화면의 화질 처럼 성능의 우열을 확실히 구별하는 것이 힘든 편이며 그만큼 이쪽 계열에선 성능은 떨어지고 겉으로만 화려한 제품을 비싸게 팔아먹으려는 약장수도 상당히 많이 포진해 있으니 조심해야 한다.
멀티웨이
한 개의 유닛으로 가청 주파수 대역 전체를 이상적으로 잘 재생할 수 있으면 정말 좋겠지만 현실은 그렇지 못하다.
일반적으로 고역으로 보는 5000Hz 이상의 음역대의 경우 요구하는 음압 생성을 위하여 진동판을 앞뒤로 충분히 움직여야 함과 동시에 재생하는 주파수만큼 앞뒤로 왕복운동을 시킬 수 있어야 한다. 5000Hz를 재생한다 치면 초당 5000번 왕복운동 을 충분한 진폭으로 시켜야 함을 말한다. 즉, 고음역대로 갈수록 진동판을 적절한 진폭을 유지하는 것은 기본으로 깔고 실제 물리적으로 고속 진동시켜야 하는데, 이 경우는 작고 가벼우면서 단단한 물체가 빠른 떨림 및 급작스런 멈춤(반응성, 댐핑) 등에 적합하여 더 높은 주파수를 생성할 때 유리하다. 그래서 트위터에 다이아몬드 트위터가 있는 것.
임의의 스피커로 모든 주파수에서 일정한 음량을 만들려면 저주파의 소리는 상대적으로 많은 양의 진동판 이동량을 요구한다. 음량은 음파의 공기압이고, 그것은 곧 유체에서의 힘이다. 알다시피 힘은 가속과 비례하고 (F=ma), 가속은 곧 이동량을 두 번 미분한 것과 같다. 그러므로 정현파 운동에서는 가속량이 이동량을 각진동수 제곱으로 곱한 것과 같으므로, 결론적으로는 일정량의 저주파 공기압을 만드려면 더 높은 이동량을 만들어야 한다.
물론 더 큰 음량을 원한다고 진동판을 높은 양의 이동량을 부하하면 비선형적으로 움직이면서 온갖 잡음이 나오는데다 엄청난 전력을 코일에 쏟아부으며 열을 발생시켜 고장을 일으킬 수 있다. 대안으로 그냥 스피커 진동판을 크게 만들면 더 많은 양의 공기를 움직일 수 있다.
다만, 만약 스피커 진동판의 크기가 매우 커서, 재생하려 하는 최고 주파수 파장보다 크다면 그것도 문제가 된다. 간단히 설명하자면 진동판 중앙에서 나오는 공기압과 진동판 가장자리에서 나오는 공기압이 상쇄 간섭을 하면서 음량이 떨어지거나, 아니면 진동판이 고속으로 가속하면서 잡음이 날 수 있다. 이 현상을 cone breakup이라 부르기도 한다.
결론은 크면 클수록 음량이 많이 나고, 진동판을 덜 움직여도 되는데, 또 너무 크게 하면 그것도 문제다. 더 짧게 하면 적절하게 크기를 정해야 한다.(...)
위에 설명했다시피 고속 진동하여 고음을 생성하자니 진동판 직경이 작아 저음생성이 어렵고, 저음생성을 위하여 진동판을 크게 하자니 그것도 여러가지로 문제니 이러지도 저러지도 못하는 딜레마에 빠질 수 밖에. 그래서 멀티웨이(Multi-way) 스피커가 나오게 된다. 간단하게 저음은 큰 저음용 드라이버로, 고음용은 작은 고음용 드라이버로 분할 담당해서 소리를 만들어내는 것이다.
사실 아래에 나오는 5웨이 씩이나 되는 엄청난 멀티웨이는 하이파이든 PA든 어느 쪽에서도 보기 힘들다. 일반적으로 2웨이가 대부분이며 3웨이가 간혹 보이는 수준... 거기에 서브우퍼를 두는 수준까지가 한계이다. 보통 우퍼가 저음역에서 중음역까지를 담당하고 그 위는 트위터가 담당하는 2웨이가 가장 보편적이고[ 일부 PA 시스템이나 톨보이 스피커에서 우퍼와 미드우퍼를 나눠 3웨이가 되는 정도에서 그친다. 그냥 유닛별 재생대역을 나누고 또 나눈다면 이정도가 되지 않겠냐 정도로만 받아들여주었으면 한다. 진짜로 제대로 이렇게 구성할 정도의 스피커가 된다면 억 단위로 가격을 매겨야 할 것이다.
어쨌거나 5웨이를 가정하여 최대한 자잘하게 나눠보자. 사용되는 유닛은 각각 저음역부터 시작해서 Woofer 또는 Bass → Mid-Woofer 또는 Mid-Bass → Midrange 또는 Squawker → High 또는 Treble 또는Tweeter → Super Tweeter라고 부른다. 물론 실제로 어떻게 구성할지에 대한 절대적인 기준이 있는 것은 아니다. 그야말로 제작사 맘. 첨언하자면 각각의 유닛이 재생할 음역대가 몇 개로 나뉘었는가를 기준으로 X-way의 X가 결정된다. 사용된 유닛의 총 갯수가 아니다. 음역을 3개 대역으로 나눴는데 사정상 우퍼를 두 개 썼다면 유닛 갯수는 4개이지만 3-way 스피커이다. 그래서 스피커 뒤나 설명서의 제원을 보면 3-way 4스피커 시스템이라고 적힌걸 볼 수 있다.
앰프의 출력을 스피커가 받게 되면 스피커 내부에 설치된 패시브 크로스오버 네트워크 회로를 통해 유닛 별로 적절한 대역의 음성신호를 분담시키는데, 위에서 예를 든 5-way 스피커를 가정한다면 각각의 유닛이 재생하는 주파수대역은 우퍼 스피커 약 250Hz이하, 미드우퍼가 약 250~500Hz, 스쿼커가 약 500~2000Hz, 트위터가 2000Hz~6000Hz, 슈퍼 트위터가 6000Hz 이상 정도가 될 수 있겠다. 해당 값들은 스피커 유닛을 뭘로 쓰느냐, 누가 만들었냐, 어디에 쓸 것이냐 등에 따라 천차만별이니 참고만 할 것. 이 역시 제작사 마음이다.
일반적인 스피커가 재생할 수 있는 음역보다 더 낮은 대역을 제대로 재생해야 한다면 서브우퍼(Sub Woofer)를 별도로 두기도 한다. 이 경우 서브우퍼는 100Hz보다 낮은 저역을 재생하는 것이 보통이다.
보통 저음역에서 고음역으로 갈수록 유닛의 직경이 작아지고 진동판의 무게와 두께도 줄어든다. 미드레인지, 우퍼, 서브우퍼는 재질과 구조가 대체로 유사하지만 고음을 담당하는 트위터의 경우는 중음 이하를 재생하는 유닛과 재질과 구조가 다른 경우가 대부분이다. 서브우퍼의 경우 일반적인 스피커와는 영 다른 방식의 유닛이 존재하고 사용하는 방식도 약간 다르다.
공칭 임피던스
스피커 유닛이 저항이다 보니, 조그마한 PC스피커부터 초대형 라인어레이 스피커까지, 모든 스피커에는 임피던스가 존재한다. 1옴부터 16옴까지 다양한 임피던스를 가진 스피커들이 있으나, 시중에 파는 거의 대부분의 스피커들은 4옴이나 8옴의 임피던스를 가지고 있다.
근본적으로 스피커의 드라이버는 교류 회로에서 코일에 해당한다. 따라서 인덕터로써의 임피던스가 존재하며, 콘덴서를 내부 튜닝에 사용해 음역대를 나누기 때문에 콘덴서와 복합적인 임피던스 그래프가 나타난다. 거기에 모든 드라이버 동작은 공기를 밀고 당기면서 나타나기 때문에, 단순히 인덕터 임피던스 뿐만 아니라 어쿠스틱 임피던스로 인한 임피던스 변화까지 존재하는데, 이 모든 합을 공장에서 출고할 당시 환경 기준 임피던스를 스피커에서의 임피던스라고 한다.
여타 제품군과 다르게 스피커의 임피던스는 대부분 한 대역만 나타내지 않고 전대역, 크게는 768khz 이상의 대역폭을 나타내야하는 경우도 존재하기 때문에, 이 모든 구간에 대해서 임피던스 측정이 존재한다. 허나 모든 대역을 전부 표시하기에는 복잡한 그래프 상태로 나타내야 하기 때문에, 어쿠스틱 임피던스 영향과 여타 임피던스를 포함한 특성을 나타낸 임피던스 중, 1khz, 500hz 등 특정 구간의 임피던스를 나타낸 것을 공칭 임피던스라고 한다. 일반적으로 1khz에서 몇 옴인지 나타내는 경우가 보통이며, 공칭 임피던스는 모든 제품의 스펙란에 어떤 대역에서 몇옴인지 보통 표기한다.
이 임피던스 값이 재미있는것이 공칭 임피던스가 멀쩡하게 8옴 등으로 표기된 스피커가 정작 앰프를 가리는 경우가 있다는것이다. 이런 경우는 특정 주파수(주로 저역쪽)의 임피던스가 공칭 임피던스(예를들어 8옴)보다 훨씬 낮은 값으로 내려가는 경우가 많다. 이를테면 공칭 임피던스가 8옴으로 알려진 제품들 중 포칼의 Electra 1008Be의 경우 최소 임피던스는 3.9옴이고 B&W DM602S3의 경우는 최소임피던스가 무려 3옴... 이런 제품들은 이른바 앰프 밥을 많이 먹는다던가 앰프를 가린다는 제품이라는 평이 나오게 된다. 이 상황에 대응하기 위해서 TR앰프와 진공관 앰프의 접근방식이 조금 다른데 개략적으로 이야기해보자면 다음과 같다.
TR 앰프의 경우 : 스피커 구동력, 또는 댐핑팩터가 높은 - 로텔 같은 경우 댐핑팩터가 600짜리 제품도 존재한다 - 제품과 매칭하라고 한다. 스피커 구동력을 수치화 한 것이 댐핑팩터라고 보면 되는데 간단히 스피커의 임피던스 / 앰프의 출력 임피던스다. 공칭 임피던스 8옴짜리 스피커에 댐핑팩터 600인 앰프를 연결했다면 앰프의 출력 임피던스는 8/600 = 0.01옴이다. 댐핑팩터가 낮은 경우는 스피커를 제때 따박따박 컨트롤하지 못하는 느낌 정도로 끝날 경우가 많지만 정말로 재수가 없을 경우는 옴의 법칙(V = IR)에 의거하여 스피커의 임피던스가 낮아지는 만큼 전류를 앰프에서 많이 가져가게 되어 그 차이만큼 열이 발생하여 앰프 소자가 타버리는 극단적인 상황이 발생할 가능성도 없쟎이 있다.
진공관 앰프의 경우 : 출력 임피던스 4옴, 8옴, 16옴 스피커 단자에 테스트삼아 스피커를 한 번씩 연결해 보고 구동력이 괜찮아 소리가 마음에 드는 단자를 확인한 후 그냥 거기 연결해 사용하라고 하는 제조사가 많다. 진공관 앰프는 대부분 출력트랜스가 장착되는데 이 출력트랜스가 음질에 악영향을 줄 가능성도 있지만 앰프에 무리가 가해지는것을 막아주는 완충장치로서의 역할도 하기 때문이라고 한다. 스피커의 최소 임피던스를 확인하여 출력 임피던스 값이 가장 가까운 출력단자에 연결하면 대체로 좋은 소리를 들려준다. 여기부터는 취향의 영역으로 넘어가니 더 이상의 설명은 생략한다.
| - 2-way 스피커는 중저역을 담당하는 우퍼(미드우퍼) 와 트위터로 구성되고, 3-way 스피커는 저역의 우퍼(서브우퍼), 중역의 미드레인지, 고역의 트위터로 구성된다. - 스피커는 크게 인클로저(Enclosure), 유닛(Unit), 네트워크(Cross-Over Network) 의 3대 요소로 구성된다. 인클로저는 스피커 박스를 의미하고, 유닛은 스피커에 달려있는 진동판 즉, 흔히 볼수 있는 스피커 단품이라고 볼 수 있다. 크로스오버 네트워크는 스피커 내부에 장착되어 있어 각 주파수 대역을 나눠 스피커에 신호를 전달해 주는 역할을 한다. - 각 스피커 유닛 별 주파수 대역은 서브우퍼 : 20Hz~200Hz, 우퍼 : 40Hz~500Hz, 미드레인지 : 250Hz~10000Hz , 트위터 : 2000Hz~20kHz 정도이다. 이 외에도 전 대역을 커버하는 풀레인지 스피커도 있다. 하지만, 스피커의 재생 대역은 IEC60268-5를 기준으로 측정하기 때문에 몇 Hz 가 정해진 대역이라고 볼 수 없다. |
스피커(speaker, 혹은 loudspeaker)라고 하는 것은 앰프에서 나온 전기신호를 사람이 들을 수 있는 ‘공기의 진동’, 즉 소리로 바꾸어주는 역할을 한다. 스피커의 내부 구조나 겉모습을 보게 되면 오디오 시스템 중에서 가장 간단한 것처럼 보인다. 하지만 스피커처럼 만들기 쉬운 것도 없지만 또 가장 어려운 것도 없다고 한다.
그 이유는 다른 오디오 컴포넌트와는 다르게, 스피커는 인간의 감성에 가장 직접적으로 커뮤니케이션을 하는 장치이기 때문이다. 사람이 들을 수 있는 소리의 범위는 생각보다 넓다. 보통 1초에 20번을 진동하는 낮은 소리부터 2만 번을 진동하는 높은 소리까지 듣는다고 하는데, 이를 가청대역이라고 한다. 보통 Hz(헤르츠)로 표기하며, 20Hz~20kHz가 사람이 들을 수 있는 범위이다. 낮은 소리를 흔히 저역이라고 하며, 높은 소리는 고역, 그리고 중간 소리를 중역이라고 한다. 원론적으로 말하자면 좋은 스피커는 저역, 중역, 고역을 충실히 잘 내주어야 한다. 즉 사람이 들을 수 있는 모든 소리의 범위를 다 재생해 주어야 한다는 뜻이다. 하지만 어떤 스피커는 가청대역을 다 내어주고도 듣는 사람이 매우 불편해 하는 경우가 있다. 또 어떤 스피커는 가청대역을 소화해내지 못함에도 불구하고 듣는 사람을 편안하게 해주는 경우도 있다. 왜 그럴까?
그 이유는 사람마다 가지고 있는 감성이 다 다르기 때문이다. 한 예를 들어보자. 일본인은 깔끔하고 샤프한 고역을 선호하는 반면 한국인은 풍성한 저역에 일반적으로 매력을 느낀다고 한다. 한마디로 나라마다 소리의 취향이 다르다는 이야기이다. 그렇다고 국가별로 스피커를 따로 만들기는 어렵다. 결국 스피커를 만들기 힘들다고 하는 가장 큰 이유는, 국적을 불문하고 많은 사람들이 공감해 줄 수 있는 스피커를 만들기 어렵다는 뜻이다.
스피커 구성요소, 인클로저, 유닛, 네트워크
스피커는 크게 인클로저(enclosure), 유닛(unit), 네트워크(cross-over network)의 3대 요소로 구성된다. 인클로저는 스피커 통(box)을 말하며, 유닛은 스피커 통에 달려있는 진동판이다. 주로 둥근 형태의 모양이 많다. 한편 네트워크는 스피커 내부에 장착되어 있어 보이지 않지만, 전기회로로 구성되어 있다.
스피커의 ‘음질’은 이상의 3대 요소, 인클로저의 재질 및 형태, 스피커 유닛의 성능, 네트워크의 특성에 따라서 결정된다. 이제부터 각 구성요소들을 하나씩 살펴보도록 하겠다.
인클로저는 딱딱한 나무나 금속으로 만드는 단순한 통에 불과하다. 그런데 재미있게도 이 인클로저가 스피커 음질에 주는 영향은 매우 크다. 인클로저는 그 구조에 따라 크게 베이스 리플렉스형과 밀폐형으로 크게 구분되는데 베이스 리플렉스(Bass Reflex, 위상반전형)형은 스피커 통에 덕트(Duct)라는 구멍을 뚫어 놓은 것이다. 덕트는 그 모습도 위치도 다양하지만 기본적인 목적은 모두 같다. 인클로저 내부의 공기를 덕트를 통해 외부로 내보내는 역할을 하는 것이다. 이러면 비교적 저음을 쉽게 낼 수 있다. 반대되는 형식은 구멍이 전혀 없는 밀폐형(Acoustic Suspension)이 있다.
두 방식 모두 장단점이 있어 어느 방식이 더 좋다고 말할 수는 없다. 서로 다른 특성을 보여주기 때문이다. 밀폐형 스피커로 음악을 들어보면 전체적으로 중후한 느낌 혹은 안정된 느낌이 든다. 대신에 밀폐형은 상대적으로 큰 소리를 내기가 쉽지 않기 때문에 스피커를 움직이는 앰프의 출력이 커야 되는 경우가 많다. 반면, 베이스 리플렉스형은 앰프의 출력이 낮아도 충분하게 동작이 가능하고 음악을 들어보면 밀폐형에 비해 조금 더 탁 트인 느낌이다. 여기까지는 베이스 리플렉스형이 더 좋아 보이지만, 밀폐형은 나름의 장점이 있다. 저역의 양은 부족할지 몰라도 더 또렷하게 들리기 때문이다.
결국 베이스 리플렉스형과 밀폐형은 구조적인 차이로 인해서 재생되는 음질 특성이 다르다. 저음이 풍부하기를 원하는 분들은 아무래도 베이스 리플렉스형을 선택하는 것이 좋고 자연스럽고 중후한 음을 원하는 분들은 밀폐형이 좋을 듯하다.
한편 현재 인클로저의 재질은 자작나무, MDF, 금속 등으로 만들어지는데 두드려 봐서 단단한 느낌이 나는 제품을 선택하는 것이 일반적이다. 통이 지나치게 울리면 음이 명료하지 못하거나 반대로 너무 딱딱하게 만들어지게 되면 자연스럽지 못한 음이 나오는 경우도 있다. 기왕에 같은 부피라면 더 단단하고 무거운 것을 선택하는 것이 요령이라면 요령이겠다.
스피커 유닛(Unit)
스피커를 보게 되면 앞면에 조그만 것부터 큰 사이즈까지 무엇인가가 장착되어 있는 것을 쉽게 볼 수 있다. 어떤 것은 2개가 달려있는 경우도 있고 어떤 것은 많이 달려 있는 것도 있는데, 이것들을 통칭해서 유닛(Unit)이라고 부른다. 스피커 유닛은 진동판(diaphragm)을 움직여서 소리를 내는 부품이다. 진동판이 움직이는 원리에 따라 여러 방식이 있지만, 보통은 자석(영구자석), 보이스코일(voicecoil) 그리고 진동판으로 구성된 다이내믹형(electrodynamic)형이 가장 일반적이다.
동작 원리는 의외로 간단하다. 보이스코일이라는 것은 진동판 뒷면에 얇은 구리선 등을 원통형으로 감아 놓은 것인데, 앰프에서 보이스코일로 전류가 들어오면 보이스코일은 자장을 띄게 된다. 이때 보이스코일 뒷면에 있는 자석과의 상호 작용에 의해 진동판이 앞뒤로 움직이면서 소리를 내게 되는 것이 기본 원리이다.
다이내믹형 스피커에서 진동판은 콘(cone)형과 돔(dome)형이 많고, 재질은 종이(pulp), 플라스틱, 섬유(textile), 금속재질 등을 다양하게 사용하고 있다. 한편 스피커 유닛은 다이내믹형 이외에도 정전형, 리본형 등 매우 다양한 형태가 있다.
유닛은 또 그 소리를 내는 대역에 따라 분류할 수 있는 명칭이 있다. 보통 2종류로 나누면, 중저역을 담당하는 유닛을 우퍼(woofe r) 혹은 미드우퍼(midwoofer)라 하고, 고역을 담당하는 것을 트위터(tweeter)라고 부른다. 만일 3종류로 나누면 저역을 담당하는 것을 우퍼, 중역을 담당하는 것을 미드레인지(midrange), 그리고 고역은 트위터가 담당하게 되는 식이다. 이밖에도 음악 감상에는 자주 사용하지 않지만 영화감상용으로 아주 낮은 저역을 담당하는 유닛을 사용한 서브우퍼(sub-woofer)도 있으며, 자신의 취향에 따라 초고역을 담당하는 수퍼 트위터(super-tweeter)라는 유닛을 사용하기도 한다. 유닛의 크기는 낮은 대역을 담당하는 우퍼가 크고 고역을 담당하는 트위터가 작으며, 우퍼는 주로 콘형을 트위터는 돔형을 사용하는 것이 보편적이다.
대부분의 스피커에는 다양한 여러 유닛이 여러 개 장착되어 있다. 이렇게 여러 유닛을 조합해서 쓰는 이유는 하나의 유닛으로는 소리의 모든 대역을 소화하기 힘들기 때문이다. 그래서 대역별로 각각의 유닛에게 역할을 분담시켜 소리를 내게 하는 것이다. 이 때 들어온 신호를 각 유닛에게 역할을 분담시킬 무엇인가가 필요하게 된다. 스피커 속에는 이런 두뇌 같은 역할을 하고 있는 부품들이 감추어져 있는데, 네트워크 혹은 크로스오버 네트워크(Crossover Network)라고 불린다. 네트워크가 하는 중요한 일은 앰프로부터 들어오는 신호를 소리의 대역별로 구분해주는 일종의 필터 역할이다. 네트워크가 앰프로부터 들어오는 신호 대역을 중저역과 고역, 두 가지로 나누면 2웨이(2way) 방식이라고 하며, 저역, 중역, 고역 세 가지로 나누면 3웨이 방식이라고 한다. 역시 더 세분화가 가능해서 4웨이, 5웨이 등도 가능하다. 한편 네트워크에서 소리의 대역을 나누는 기준점을 크로스오버 주파수(cross-over frequency)라고 한다. 소리의 대역을 나눌 때는 모든 스피커가 똑같은 기준으로 나누는 것은 아니며 스피커 제조회사마다 조금씩 차이가 있다. 일반적으로 나누어진 대역은 하나의 유닛이 담당을 하지만, 반드시 그렇지는 않다. 즉, 중역을 2개의 유닛이 담당할 수도 있고, 저역을 여러 개의 유닛이 담당할 수도 있다는 뜻이다.
좋은 스피커는 유닛, 인클로저, 네트워크가 조화
주의할 점은 유닛이 많다고 해서 좋은 스피커는 아니라는 사실이다. 실제로 가격을 떠나 ‘명품’ 칭호를 듣는 스피커들 중에서는 가장 보편적인 2웨이 2스피커가 많다. 물론 유닛이 많이 달려 있으면 비싸 보이기는 하지만 유닛의 가격도 천차만별이라 그 스피커를 만드는 데 반드시 더 많은 원가가 들어갔다는 보장은 없다. 그러면 비싼 유닛을 쓰면 좋은 소리가 보장되느냐 그것도 아니다. 심지어는 같은 유닛과 비슷한 형태의 인클로저를 쓰면서도 전혀 다른 음질을 제공하는 스피커를 보는 경우는 놀랄만한 일이 아니다. 왜냐하면 스피커 시스템은 유닛, 네트워크 그리고 인클로저의 3대 요소가 서로 조화를 이루어야 좋은 소리가 나기 때문이다. 그러면 스피커가 좋은 소리를 내는지는 어떻게 알 수 있을까?
스피커는 와트가 크면 좋다는 것은 오해
스피커는 사실 앰프나 방의 크기 등 주변 환경에 영향을 매우 많이 받는 오디오 시스템이기 때문에 본인의 공간에 직접 설치해서 들어보기 전까지는 결과적인 음질을 알기 매우 어렵다. 그러나 스피커의 기본적인 성능에 대해서는 자료를 통해 쉽게 알 수 있어, 자신에게 적합한 스피커를 선택하는 데 여러모로 도움이 된다. 스피커의 성능을 나타내는 여러 사항을 담고 있는 자료를 보통 스펙(Spec, Specification)이라고 부른다. 그러면 다음의 사례를 통해 일반적인 스피커의 스펙에 대해 살펴보도록 하자.
일반적으로 소리의 크기는 dB(데시벨)로 표기를 하며, 스피커 시스템에서는 음압레벨(SPL, Sound Pressure Level) 또는 능률이라고 표기를 하게 된다. 이 뜻은 ‘앰프에서 1와트(2.83v)의 출력을 스피커에 보내줄 때 스피커에서 1m 떨어진 곳에서 들을 수 있는 평균적인 소리의 크기’라는 뜻이다. 따라서 음압이 크면 클수록 동일한 앰프의 출력으로도 보다 큰 소리가 재생된다.
위의 표에서 표기되어 있는 스피커의 음압은 90dB인데 도대체 90dB면 어느 정도의 소리 크기일까? 도로나 공사장에서 사용되고 있는 ‘굴착기’를 잘 아실 것이다. 그 굴착기의 소음을 1미터 떨어진 곳에서 듣는 정도의 매우 큰 소리가 약 90dB에 해당된다. 즉 이 스피커로는 1와트의 출력만으로도 충분히 큰 소리를 낼 수 있다는 뜻이다.
일반적으로 능률이 87dB 미만은 저능률 스피커, 92dB 이상은 고능률 스피커라고 하지만 큰 의미는 없다. 대다수의 스피커가 86dB ~ 92dB 정도의 음압을 가지고 있고 프로용 대형스피커들은 엄청난 음암을 가지고 있으니까...
재생 주파수 대역, 주파수 응답특성 (Frequency Response)
재생 주파수 대역(Frequency Response, 주파수응답)이라는 의미는 스피커가 재생할 수 있는 음역을 표기한 것이다. 인간의 소리에 대한 청취능력이 20Hz ~ 20kHz 라고 할 때 이 대역을 얼마나 충실히 재생해줄 수 있는가를 따져보는 것이다. 위의 사례는 최저 34Hz의 저역부터 최고 28kHz의 고역까지를 평균적인 음압으로 재생할 수 있다는 뜻이다. 여기서 눈 여겨 봐야 할 부분은 ±3dB라는 표시이다. 이 뜻은 이 스피커는 표시한 대역(34Hz ~ 28kHz)내의 소리를 완전히 평탄하게 재생하는 것은 아니고 ±3dB라는 편차 내에서 재생한다는 뜻이다. 스피커마다 차이는 존재하지만 대부분의 스피커가 어느 정도의 편차는 있다. 결국 편차의 기준이 같다면 재생 주파수 대역은 넓을수록 좋다는 것은 당연하다. 그러나 편차의 기준이 다르다면 재생주파수 대역이 더 크다고 해서 더 좋다고 말할 수는 없다. 예컨대 ‘40Hz~20kHz ±6dB’와 ‘45Hz~18kHz ±3dB'는 양쪽의 편차의 기준이 다르니 반드시 전자가 더 좋다고 말할 수 없다.
한편 재생주파수 대역에서 고려해야 할 부분은 자신의 환경과 스피커의 저역특성이다. 즉 스피커의 저역이 좋다고 하더라도 청취공간의 크기 따라 재생 가능한 저역이 제한되기 때문이다. 왜냐하면 ‘소리’는 1초에 340m, 즉 음속으로 전달이 되므로, 특정 주파수 소리의 파장은 ‘340m ÷ 주파수’가 된다. 그런데 특정 주파수의 소리를 인식하려면 최소한 파장의 절반에 해당되는 거리가 확보되어야 한다. 따라서 일반적인 소재로 된, 직육면체의 텅 빈 시청공간을 기준으로 했을 때, ‘340m÷청취공간거리÷2’를 계산하면 제대로 들을 수 있는 저역의 주파수를 알 수 있다. 만일 스피커와의 청취거리가 4미터라면 최저 하한의 주파수는 42.5hz 가 되며, 이 이하의 주파수는 스피커에서 나오긴 하겠지만 벽에서 반사된 소리와 겹쳐지면서 부정확해진다는 의미이다. 앞의 사례에서 34hz의 저역이라면 파이프 오르간의 최저역과 비슷한데, 이 소리를 들으려면 최소 5m~10m 정도의 공간이 확보되어야 한다는 이야기다. 결론적으로 재생주파수 대역은 방의 크기와 저역 특성을 가늠해볼 수 있는 스펙이라고 생각하면 될 것이다.
허용입력, 권장앰프출력(Power Handling)
많은 사람들이 대표적으로 잘못 알고 있는 스펙 중 하나가 허용입력 또는 권장앰프출력이다. 본래 이 의미는 ‘앰프에서 나온 신호(출력)를 보내주었을 때 스피커가 왜곡 없이 재생해줄 수 있는 한계’ 라는 의미이다. 즉 어떤 스피커의 허용입력이 100와트라고 할 때, 100와트 이상의 신호가 앰프로부터 연속적으로 유입이 되면 스피커의 안전을 보장하지 못한다는 말이다. 위의 스피커의 경우 50와트 ~ 1,000와트가 권장앰프출력으로 표기가 되어 있는데 이 경우 1000와트 이상의 출력이 앰프로부터 유입이 되어야 스피커가 망가진다고 생각하시면 된다. 결국 허용입력이 크다는 의미는 튼튼하게 만들어졌다고 보면 된다. 그러나 튼튼하다고 해서 소리가 좋다는 보장은 없기에, 이 허용 입력으로 스피커를 평가하는 것은 무의미하다.
이와 관련해서 많은 분들이 공통적으로 물어보는 질문이 있다. ‘허용입력이 100와트인 스피커에 200와트 짜리 앰프는 매칭이 가능한가?’이다. 이것은 현실적으로는 신경 쓸 필요가 없다. 그 이유는 앰프에서 표기되는 출력은 ‘최대’ 기준이기 때문이다. 앞서 ‘음압’ 부분에서 말씀 드렸다시피 90dB의 음압을 가진 스피커라면 1와트만 유입이 되더라도 매우 큰 소리가 난다.
유의하셔야 될 점은 앰프의 최대 출력이 오히려 작은 경우 스피커가 탈이 나는 경우가 많다는 점이다. 앰프는 최대 출력 이상으로 작동을 하게 되면 클리핑(Clipping)이라는 현상이 나타나는데, 이 때 전기적으로 이상한 신호가 스피커로 들어가서 유닛을 파손시킬 수 있다. 이런 경우를 제외하고는 현재 대부분의 앰프와 스피커에서는 아무런 문제가 없으니 참고사항 정도로 이해하시면 될 것이다.
임피던스(Impedance)
스피커에는 8옴이니 4옴이니 하는 임피던스(Impedance) 라는 용어가 붙어 다닌다. 임피던스 혹은 공칭임피던스라고 하는데, 그 정확한 의미는 전공자가 아니라면 이해하기가 어렵다. 대략 설명하면 직류의 저항에 해당되는 교류의 개념이라고 보면 되겠다. 그래서 보통 옴(Ohm)으로 표기를 한다. 임피던스가 중요한 이유는 역시 앰프와의 관계를 고려해야 되기 때문이다. 실제 스피커의 임피던스가 앰프를 설계할 때 가정한 스피커의 임피던스 보다 높으면 앰프는 그 만큼 수월하게 작동을 하지만 앰프의 출력은 낮아지게 된다. 반대가 되면 앰프가 부담은 커지나, 출력을 올라가게 된다.
앰프의 출력은 옴의 법칙을 따라 스피커의 임피던스에 대체로 반비례하게 된다. 만일 이상적인 앰프가 있다면 앰프 출력과 스피커의 임피던스는 정확히 반비례할 것이다. 이 관계를 간단히 표로 정리하면 다음과 같다.
예를 들어 8옴 기준 최대 출력 100와트의 앰프라고 하더라도 스피커의 임피던스가 절반으로 떨어지면 앰프는 두 배의 출력을 내어준다는 의미이다. 그러나 문제는 스피커의 임피던스가 항상 일정한 것이 아니라 재생 주파수 대역(음악)에 따라 항상 변하기 때문이다. 즉 앞서의 스펙에서 8옴(최저 3.5옴)이라고 표기 되어 있는 이유는 ‘특정대역기준 혹은 평균적인 임피던스는 8옴이지만 주파수에 따라 최저 3.5옴으로 변한다’ 라는 의미이다. 이 수치가 중요한 이유는 스피커의 임피던스가 지나치게 낮으면 앰프에 과부하가 걸려서 망가지기 때문이다. 그러나 대부분의 스피커는 4~8옴의 임피던스를 가지고 있고, 앰프도 4~8옴의 스피커를 기준으로 제작하고 있으니 크게 신경을 쓸 필요는 없다. 드물지만 최저 임피던스가 1옴 이하까지 떨어지는 스피커가 있는데 이런 스피커는 전원부가 튼튼한 앰프와 매칭해서 사용하는 것이 좋다.
극성, 위상(Polarity, Phase)
주의해야 할 사항이 있는데 바로 극성이다. 스피커 뒷면을 보면 연결해야 하는 단자가 두 개가 있는데 하나는 붉은색, 다른 하나는 검은색으로 표기되어 있다. 보통 붉은색은 (+)로 검은색은 (-) 로 표기한다. 특별한 일이 아니라면 앰프와 스피커를 연결할 때 같은 색끼리 연결하면 된다. 문제는 실수로 바꾸어서 연결할 때이다. 연결이 바뀐다고 앰프나 스피커에 큰 문제가 발생하는 것은 아니지만 음상 정위가 잡히지 않는다. 즉 가수가 나와서 노래를 부를 때 극성이 바뀌지 않았을 때는 정 중앙에 청감적으로 위치가 잡히지만 극성이 바뀌었을 때는 포지션이 잡히지 않는다. 특히나 오케스트라나 밴드의 음악은 레코딩시 청감적으로 각 포지션을 잡기 때문에 그 정위를 느낄 수가 없다. 또한 유닛이 앞으로 튀어나오는 것이 아니라 반대로 안으로 들어가기 때문에 극성은 중요한 부분이다.
스피커를 고르는 방법
기왕이면 좋은 가격에 좋은 스피커를 선택하려는 것이 인지상정이다. 물론 비싼 스피커가 좋을 가능성은 높지만 그 스피커가 여러분이 직접 설치할 공간에서도 좋은 음질을 제공해준다는 보장은 없다. 위에서 열거한 스펙은 가장 기본적인 참고사항이다. 제일 중요한 것은 여러분의 귀로 직접 들어서 확인해야 한다는 점이다. 모양이나 스타일은 잠시 접어두고 본인의 귀로 가장 좋게 들리는 것을 선택하면 된다.