[음향] 스피커 고음 드라이버, 크로스오버 네트워크에 관하여

 

고음 드라이버(high frequecny driver)

고음 라우드 스피커는 거의 혼 로드 타입이다. 고음은 파장이 짧고 진폭이 크지 않기 때문에 진동판이 콘을 사용하는 저음 드라이버와는 달리 돔형으로 되어 있다. 고음 드라이버는 혼 입구에 높은 음향 임피던스가 유도되도록 특별하게 설계되어 있어 압축 드라이버(compression driver)라고도 한다.

 

보이스 코일은 저음 드라이버처럼 영구 자석의 갭 안에 있으나 진동판은 콘이 없고 돔의 형태를 갖는다. 고음의 파장이 진동판의 직경보다 작기 때문에 진동판 각 부분에서 울리는 소리가 서로 시간차에 의한 간섭을 일으킬 수 있어 페이징 플러그라는 좁은 통로를 이용해 진동판의 각 지점에서 방사되는 파의 통로를 만들어 각파의 위상을 동상으로 만든다.

 

페이징 플로그는 이퀄라이저(EQ)라고도 하며 소리가 드라이버로 방사되기 전에 생길 수 있는 위상 상쇄를 감소시킨다.

 

고음 혼(high frequency horn)

고음은 파장이 짧아 회절 하지 않고 직진하기 때문에 고음 혼은 크기에 제한을 받지 않아 대부분 직선형으로 제작된다. 고음 혼에서의 중요한 문제점은 저음 혼과는 달리 분산 패턴(dispersion pattern)이다. 공연장의 형태에 따라 청중의 분포 형태가 다르기 때문에 SR에서는 다양한 분산 패턴형의 고음 혼이 사용된다. 

 

전형적인 SR 고음 혼의 수평과 수직 분산 각도는 일반적으로 서로 다르다. 넓은 청중 지역을 커버하기 위해 수평 각도는 넓게, 수직 각도는 좁게 한다. 물론 수평과 수직 각도가 같은 것도 있으나, 통상적으로 수평 각도는 80~90도, 수직각도는 30~40도이다. 소리를 좁은 지역에 국한시키려면 긴 혼을 사용하여 분산 각도를 좁힐 수 있다.

 

고은 혼은 혼의 입구로부터 거리가 멀어짐에 따라 커지는 단면적의 증가 정도가 아무 다양하나 일반적으로 지수형이 가장 널리 사용되고 있다.

 

크로스오버(crossover)

SR을 위한 스피커는 각 드라이버와 인클로저의 특성상 하나만으로 저음에서 고음까지 전 음역을 고루 재생할 수 없기 때문에 둘 이상의 드라이버와 인클로저를 조합하여 이상적인 하나의 멀티웨이 시스템(multi-way system)으로 만든다.

다음은 스피커 시스템의 일반적인 조합 방법이다. 드라이버의 개수에 따라 웨이로 구분한다. 실제 스피커 시스템은 다음의 기본 조합 방법 외에도 다양한 방법으로 조합된다.

1-way : 전 음역(full-range) 드라이버

2-way : 고음용(tweeter) 드라이버 + 저음용(woofer) 드라이버

3-way : 고음용 드라이버 _ 중음용(mid-range) 드라이버+저음용 드라이버

4-way : 3-way + 서브우퍼(sub woofer) 드라이버

 

저음과 고음 드라이버와 인클로저들은 제한된 범위 내의 주파수만을 능률적으로 재생하고 제한된 범위를 벗어난 주파수에 대해서는 보장을 못한다. 특히 진폭이 넓은 저음은 고음 드라이버를 손상시킬 수도 있다. 따라서 앰프와 드라이버 사이에 소위 크로스오버 네트워크(crossover network)라고 하는 주파수 디바이딩 네트워크(frequency dividing network)를 설치하여 저음과 고음 성분으로 나누어 해당하는 드라이버에 연결한다. 크로스오버 네트워크를 줄여서 크로스오버라고 한다.

 

주파수 분리 모형

고음과 저음 드라이버로 구성된 2웨이 스피커 시스템은 전체 오디오 신호를 하이패스 필터와 로우패스 필터를 이용하여 고음과 저음으로 분리시켜야 한다. 원래의 오디오 신호의 밸런스를 유지하기 위해선 각 필터가 3dB 떨어지는 지점을 분리시키려는 주파수에 맞춰야 한다. 이 지점의 두 드라이버 출력을 합하면 원래 신호와 같게 된다. 이 지점의 주파수를 크로스오버 주파수라고 한다.

 

크로스오버 지점에서의 레벨 감소 비율을 크로스오버 기울기라 한다. 전형적인 크로스오버 기울기는 옥타브당 6,12,18,24dB이다. SR 시스템에서는 옥타브당 12dB과 18dB을 많이 쓴다. 옥타브 당 6dB 기울기는 겹치는 부분이 너무 많고, 고음 드라이버에 전달되는 저음을 적절하게 차단하지 못한다. 크로스오버에는 패시브형(passive)과 액티브형(active)의 두 가지가 있다.

 

패시브형 크로스오버 네트워크(passive crossover network)

패시브형은 스피커 케이스 내부에 장착되는데, 기능적으로 앰프와 스피커 사이에서 라인 신호 레벨이 아닌 고출력 전기 신호를 받아 음역을 처리하기 때문에 하이 레벨 크로스오버라고도 한다.

 

패시브 네트워크는 앰프 출력 임피던스와 스피커 임피던스의 관계에 민감하다. 근래의 파워 앰프는 출력 임피던스가 거의 제로이므로 스피커 케이블을 길게 연결하지 않는다면 항상 스피커 임피던스가 문제가 된다. 임피던스가 잘못되면 소리가 아주 빈약해지거나 너무 커져 고음 드라이버를 손상시키기도 한다.

 

액티브형 크로스오버 네트워크(active crossover network)

액티브형은 믹서로부터 라인 레벨의 신호를 받아 각 스피커를 위한 음역으로 나누어 각 음역을 위한 파워 앰프로 연결된다. 이 액티브형은 낮은 레벨의 신호를 처리하기 때문에 각 음역을 위한 파워 앰프로 연결된다. 이 액티브형은 낮은 레벨의 신호를 처리하기 때문에 각 음역을 분리하여 음압레벨을 조절할 수 있는 이점이 있다. 이런 종류의 네트워크를 로레벨 크로스오버 또는 일렉트로닉 크로스오버라고도 한다.

 

액티브형 크로스오버 네트워크를 사용하는 2웨이 스피커와 각각의 다른 주파수 대역을 위한 두 개의 파워 앰프로 구성된 시스템을 바이앰프 시스템이라 하고, 액티브형 크로스오버 네트워크를 사용하는 3 웨이 스피커와 세 개의 파워 앰프로 구성된 시스템을 트라이앰프 시스템이라고 한다.