우리가 사는 세상은 소리로 연결되어 있습니다. 산꼭대기에 사는 경우가 아니라면(운이 좋다면) 하루를 보내면서 수많은 스피커에서 나오는 소리를 경험할 가능성이 높습니다.

휴대폰. 텔레비전. 엘리베이터. 지하철에서 듣기 싫은 소리를 내는 블루투스 스피커.

뮤지션에게 가장 중요한 것은 스피커를 통해 자신의 음악을 생생하게 들을 수 있다는 점입니다.

그렇다면 스피커는 정확히 어떻게 작동할까요? 사운드 소시지가 어떻게 만들어지는지 궁금하지 않더라도 스튜디오에서 생활할 계획이라면 스피커 기술에 대한 기본적인 이해가 있는 것이 좋습니다.

소리의 기초

스피커를 살펴보기 전에 사운드 자체의 작동 원리에 대해 간단히 다시 한 번 살펴보겠습니다.

소리는 본질적으로 공기, 액체, 고체 등 매체를 통해 이동하는 파동 형태의 기계적 에너지입니다.

이 움직임은 조약돌(또는 휴대폰)을 물에 떨어뜨렸을 때 생기는 파문처럼 파형의 모양에 따라 압력에 국부적인 변화를 일으킵니다.

아래 이미지에서 1kHz 사인파를 볼 수 있습니다. 주변 압력에 대한 음압 레벨이 증가하다가 감소하는 것이 보이시나요? 이것이 바로 움직이는 소리입니다.

귀 안에는 수천 개의 작은 유모세포가 이러한 압력 변화에 반응하여 뇌가 니켈백으로 해석할 수 있는 전기 신호로 변환합니다. 아니면 뭐든지요.

아날로그 오디오 신호는 전압 파형으로 표현되는 전기 에너지 형태의 소리입니다. 다음은 동일한 음파를 전기 신호로 표현한 것입니다:

디지털 오디오는 저장된 아날로그 신호를 이진 형식으로 표현한 것입니다.

아날로그든 디지털이든 오디오 신호는 우리 귀가 이해할 수 있도록 음파(기계적 에너지)로 다시 변환되어야 합니다.

스피커를 입력합니다.

스피커의 작동 방식: 기본 사항

스피커 구성 요소와 그 기능에 대해 자세히 알아보기 전에 스피커가 소리를 재생하는 기능을 간략히 살펴보겠습니다.

증폭된 오디오 신호는 금속 코일로 전송됩니다. 이 코일은 스피커 내부의 자석과 상호 작용하면서 흐르는 전류에 반응하여 진동판을 진동시킵니다.

다이어프램은 공기를 움직여 원본 오디오 신호의 정확한 복사본인 음파를 생성합니다. 짜잔! 지구 반대편에서 엄마가 말하는 소리가 들립니다.

물론 이는 지나치게 단순화한 것입니다. 하지만 이제 스피커가 비즈니스를 수행하는 방식에 대한 클리프 노트 버전을 알게 되었으니 자세히 살펴봅시다.

스피커 내부에는 무엇이 있나요?

마법을 만들어내는 모든 스피커 부품을 살펴보겠습니다...

스피커 드라이버

스피커 드라이버는 전기 신호를 음파로 변환하는 역할을 합니다. 스피커의 사운드 재생을 구동하는 엔진입니다.

스피커를 구성하는 구성 요소는 내부부터 외부까지 다양합니다:

• 폴
• 후면 플레이트
• 자석
• 상판
• 보이스 코일
• 바구니
• Spider
• 콘 및 서라운드
• 더스트 캡

폴, 후면 및 상판

스피커의 극 부분은 지휘자의 지휘봉과 같아서 스피커를 통해 흘러나오는 소리의 오케스트라를 동기화합니다. 폴은 전체 자기 시스템의 중심 축입니다.

후면 플레이트는 폴 뒤에 위치하며, 당연히 상단 플레이트가 위에 위치합니다.

자석

영구 자석은 자기장을 집중시키기 위해 극과 판으로 둘러싸여 있으며 스피커 바스켓에 부착되어 있습니다.

영구 자석이라고 불리는 이유는 항상 자석을 붙잡고 있기 때문입니다.

반면 보이스 코일은 전류가 공급될 때만 자석(정확히 말하면 전자석)이 됩니다.

보이스 코일

보이스 코일은 보빈이라고도 하는 작은 원통에 단단히 감긴 와이어를 말합니다. 요요처럼 생겼습니다.

전기 신호가 코일을 통과하면 전자석이 되어 영구 자석과 상호 작용합니다.

과학 수업을 기억하신다면 같은 힘은 밀어내고 반대되는 힘은 끌어당긴다는 사실을 기억하실 것입니다. 이러한 자기력의 상호 작용이 코일을 밀어내는 움직임을 만들어내고 궁극적으로 음파를 만들어냅니다.

스파이더 및 서라운드

스파이더는 보이스 코일을 지지하는 주름진 소재의 조각입니다. 코일이 앞뒤로 자유롭게 움직이도록 하면서 코일을 제자리에 고정합니다.

모순처럼 들리지만 그렇지 않습니다. 거미의 주요 역할은 보이스 코일이 한 방향, 즉 위아래로만 움직일 수 있도록 하는 것입니다. 스파이더가 없었다면 보이스 코일은 스피커 하우징 안에서 이리저리 움직이고 있었을 것입니다.

서라운드는 바구니 상단의 원뿔을 제자리에 고정한다는 점을 제외하면 스파이더와 비슷한 기능을 수행합니다.

원뿔

다이어프램이라고도 하는 스피커 콘은 스피커에서 볼 수 있는 몇 안 되는 부품 중 하나입니다.

보이스 코일의 자기 펄스에 반응하여 콘이 앞뒤로 움직입니다. 콘의 움직임은 주변 공기 중에 압력 파를 생성하여 들리는 소리를 만들어냅니다.

먼지 캡

이 작은 친구는 스피커 어셈블리에 먼지나 이물질이 들어와 엉망이 되는 것을 막아줍니다.

바구니

모든 스피커 부품을 하나로 묶어주는 하우징을 멋지게 표현한 용어일 뿐입니다. 실제로는 바구니처럼 생겼습니다.

이것이 실제 스피커를 구성하는 모든 것입니다. 하지만 일상적인 언어에서 스피커에 대해 이야기할 때는 스피커 전체를 의미합니다.

그렇다면 스피커를 작동시키기 위해 또 무엇이 필요할까요?

전기 부품

잼으로 보이스 코일을 작동시키려면 전기 신호를 보내야 합니다. 이 작업은 스피커 단자와 편조 와이어로 수행됩니다.

단자는 오디오 케이블을 스피커에 연결하는 금속 탭 또는 연결 포트입니다.

이 단자에는 보이스 코일에 연결된 편조 와이어가 연결되어 있어 보이스 코일에 필요한 연료를 공급합니다.

주택

스피커가 제대로 작동하려면 여러 가지 이유로 캐비닛이라고도 하는 하우징 인클로저가 필요합니다.

첫째, 먼지, 오물, 강아지 털과 같은 것들로부터 운전자를 구성하는 다양한 구빈을 보호하기 위해 밀폐된 환경을 제공합니다.

둘째, 위상 상쇄를 완화합니다. 스피커 진동판이 움직이면 양방향으로 음파가 발생합니다. 하우징이 없으면 이러한 음파는 서로 상쇄됩니다.

마지막으로 인클로저는 사운드가 분배되는 방식에 영향을 미칩니다. 사운드를 특정 방향으로 보낼 수 있고 저주파를 적절하게 튜닝할 수 있습니다.

하우징 인클로저는 유연하지 않은 두꺼운 재질로 만들어집니다. 플라스틱도 사용되지만 목재 또는 중간 밀도의 MDF가 일반적입니다.

증폭

이 모든 것이 훌륭하고 좋지만 스피커 자체만으로는 유용한 기능을 제공하지 못합니다.

스피커는 다양한 형태와 크기로 제공되지만 모두 동일한 요구 사항을 공유하는데, 바로 TV나 오디오 인터페이스와 같은 재생 장치에서 보내는 라인 레벨 신호보다 더 강한 오디오 신호입니다.

파워 앰프는 라인 레벨에서 스피커 레벨로 신호를 증폭하는 데 사용됩니다. 스피커에 따라 외부 장치이거나 스피커 하우징 자체에 내장되어 있을 수 있습니다.

액티브 라우드스피커

앰프가 내장된 액티브 스피커 야마하 HS5는 스튜디오 모니터링용으로 널리 사용되는 액티브 스피커입니다.

패시브 라우드스피커

패시브 스피커는 오디오 신호에서 음파를 생성하기 위해 외부 파워 앰프가 필요합니다.

JBL PRX412는 패시브 라우드스피커의 견고한 예로, 외부 파워앰프가 있어야 충분한 노이즈 효과를 낼 수 있습니다.

스피커는 어떻게 다른 주파수를 생성하나요?

지금까지 스피커가 전기 에너지(신호)를 공기 중의 압력파로 바꾸어 소리로 변환하는 방법을 살펴봤습니다.

그러나 모든 주파수가 똑같이 만들어지는 것은 아니며, 모든 주파수를 커버하려고 하는 한 명의 스피커(말장난을 용서하세요)는 정말 형편없는 스피커가 될 것입니다.

그렇기 때문에 공연장에서 거대한 라우드스피커 더미를 볼 수 있습니다. 일부는 저음 주파수(서브우퍼와 우퍼), 일부는 중음역대, 그리고 작은 트위터가 모든 고음역대를 담당합니다.

이 스피커는 모두 각기 다른 주파수를 처리하기 위해 다르게 제작되었습니다.

하지만 모든 사람이 스튜디오(또는 거실)에 거대한 라우드스피커를 쌓아놓고 파워 앰프와 크로스오버를 어지럽히는 것을 원하는 것은 아닙니다.

멀티 드라이버 스피커를 입력합니다.

멀티 드라이버 스피커

멀티 드라이버 스피커는 다양한 크기의 2개, 3개 또는 4개의 드라이버를 사용하여 서로 다른 주파수를 처리합니다. 이 중 가장 일반적인 것은 듀얼 드라이버 스피커로, 2웨이 스피커라고도 합니다.

2웨이 스피커 캐비닛 내부에는 하이패스 및 로우패스 필터를 통해 모든 고주파를 트위터로, 미드 레인지와 저주파를 우퍼로 전송하는 크로스오버가 있습니다.

이러한 방식으로 크로스오버를 사용하면 스피커가 단일 드라이버만으로는 달성할 수 없는 음질을 유지하면서 전체 주파수 범위의 출력을 생성할 수 있습니다.

홈 스튜디오에서 음악을 만드는 경우 위에서 언급한 야마하 HS5나 아래 사진의 KRK Rokit 5 G4와 같은 모니터링용 2웨이 스피커를 사용할 가능성이 높습니다.

스튜디오에서 녹음하고 믹싱할 때는 듀얼 드라이버 스피커가 좋습니다. 하지만 마스터링( eMastered와 같은 온라인 서비스를 사용하든, 실제 사람에게 맡기든)을 할 때는 좀 더 디테일이 필요하므로 3 또는 4웨이 스피커가 더 좋습니다.

상업용 녹음 스튜디오도 마찬가지입니다. 녹음과 모니터링에는 한 쌍의 파워 모니터 스피커를 사용할 수 있지만 믹스다운을 할 때는 나쁜 녀석들을 켜게 됩니다.

스피커 임피던스란 무엇인가요?

스피커 임피던스는 기본적으로 스피커에서 전류 흐름의 총 저항을 측정하는 방식입니다.

옴 단위로 측정되는 임피던스는 보이스 코일 와이어의 저항과 해당 와이어를 코일에 감았을 때 발생하는 인덕턴스 모두에서 비롯됩니다. 인덕턴스는 주파수에 따라 변하기 때문에 저항과는 다른데, 이를 유도 리액턴스라고 합니다.

이 변수 때문에 임피던스는 '일반적인' 저항과는 다르며, 뮤지션이 이해할 필요가 없는 복잡한 공식을 사용하여 계산됩니다.

대신 스피커와 앰프의 임피던스를 일치시키는 것이 중요하다는 것을 알아두세요. 임피던스가 일치하지 않으면 오디오 품질이 저하되고 과열되며 심한 경우 장비가 손상될 수 있습니다.

어린이 여러분, 항상 스피커를 호환되는 앰프와 페어링하세요.

스피커 출력과 스피커 감도 비교

큰 것이 좋은 거죠?

항상 그렇지는 않습니다. 대부분의 사람들은 스피커를 비교할 때 정격 출력(와트)이 높을수록 볼륨이 크다고 생각합니다. 하지만 실제로 그 와트를 최대한 활용할 수 있을까요?

스피커를 비교하는 더 좋은 방법은 스피커 감도를 살펴보는 것입니다. 이는 데시벨 단위로 측정되며 스피커가 전력을 소리로 얼마나 효과적으로 변환하는지를 정량화합니다.

감도 등급이 높을수록 스피커가 주어진 전력량으로 더 많은 소리를 낼 수 있다는 뜻입니다. 즉, 전기를 음파로 변환하는 데 더 효율적이라는 뜻입니다.

스피커 감도를 측정하면 스피커의 효율성과 출력을 비교할 때 공평한 경쟁이 이루어집니다.

그러나 외부 앰프를 사용하는 경우 스피커의 전력 처리 능력을 고려하는 것도 중요합니다. 이 측정값은 스피커가 손상되지 않고 처리할 수 있는 전력의 양을 나타내므로 앰프의 출력 정격이 스피커와 동일한지 확인하는 것이 중요합니다.

고감도 스피커를 선택할지 저감도 스피커를 선택할지는 설정의 요구 사항에 따라 다릅니다. 휴대용 스피커나 카 스테레오 시스템과 같이 전력 효율이 중요한 경우에는 고감도가 가장 좋지만, 전문 오디오 설정에서는 더 높은 용량의 스피커가 필요할 수 있습니다.

주파수 응답

스피커의 주파수 응답에 대해 이야기할 때는 다양한 주파수 범위에서 소리를 재생하는 스피커의 능력을 말합니다.

완벽한 스피커는 없으므로 주파수 응답 그래프를 통해 주파수의 최고점과 최저점을 파악하면 스피커가 강조되거나 성능이 저하될 수 있는 위치를 파악할 수 있습니다.

특정 스피커 또는 스피커의 주파수 응답이 중요한 이유는 몇 가지가 있습니다.

먼저 멀티 스피커 시스템을 설계하고 크로스오버를 어디에 설정할지 고민할 때 도움이 됩니다.

둘째, 특정 오디오 작업에 가장 적합한 스피커를 선택할 때 도움이 됩니다.

많은 소비자용 스피커는 오디오를 달콤하게 만들기 위해 주파수 응답에 약간의 '미소'가 있지만, 음악 제작자는 평탄한 주파수 응답을 가진 스피커를 원합니다.

이렇게 하면 생성된 주파수의 하락으로 인해 악기나 샘플이 가려지거나 그래프의 피크로 인해 실제보다 더 크게 들리지 않습니다.

기본적으로 스피커의 주파수 응답이 평탄하면 듣는 모든 소리가 최대한 실제에 가깝게 들립니다.

헤드폰은 어떤가요?

헤드폰은 라우드스피커와 동일한 스피커 드라이버 기술을 사용합니다. 헤드폰은 실제로 귀 위에(또는 귀 안에) 장착하는 작은 스피커입니다.

스테레오 스피커는 어떻게 작동하나요?

일반적으로 하나의 스피커는 모노로 사운드를 전송합니다. 스테레오 음장을 얻으려면 왼쪽과 오른쪽 오디오 신호를 각각 공급하는 두 개의 모노 스피커를 적절히 배치해야 합니다.

하지만 사운드바를 보면서 스테레오 필드가 어떻게 만들어지는지 궁금한 적이 있으신가요?

스테레오 이미지를 생성하도록 설계된 단일 스피커 유닛에는 여러 개의 드라이버가 유닛 전체에 배치되어 있습니다.

스테레오 신호는 왼쪽과 오른쪽 채널로 분할되어 각 드라이버에 다양한 양으로 전송되어 완전한 스테레오 이미지를 얻습니다.

이러한 스피커에는 저주파를 처리하기 위한 추가 스피커인 서브우퍼와 배트맨의 음성을 처리하기 위한 스피커가 함께 제공되는 경우가 많습니다.

스피커는 누가 발명했나요?

20세기에 접어들면서 많은 발명품이 그랬듯이 라우드스피커도 누가 발명했는지 정확히 밝히기는 어렵습니다. 과학자들과 발명가들이 음파와 전류에 대해 더 많이 이해하기 시작하면서 시간이 지남에 따라 등장했습니다.

전화기 발명으로 유명한 알렉산더 그레이엄 벨은 19세기 후반에 초기 버전의 확성기를 개발하는 등 소리 관련 기술에 크게 기여했습니다.

그 세기 말에 올리버 로지는 최초의 움직이는 코일 라우드스피커를 고안해 냈습니다. 그 후 1915년 덴마크의 엔지니어 Peter L. Jensen과 Edward Pridham은 자기장에 놓인 다이어프램에 와이어 코일을 부착한 전기역학 스피커 설계를 발명하여 특허를 받았습니다.

연못 건너편에서는 1925년 에드워드 켈로그와 체스터 라이스가 원뿔형 다이나믹 스피커를 설계했고, 이는 결국 RCA에 라이센스를 부여했습니다. 이 디자인에는 현대 라우드스피커 기술의 기초로 간주되는 많은 측면이 포함되어 있습니다.

온 마을이 필요하죠. 오늘날 니켈백 콘서트를 온전히 즐길 수 있도록 수많은 콘 헤드가 수많은 시간을 투자했다고 해도 과언이 아닙니다.

스피커의 미래

기술은 점점 더 작아지고 저렴해지고 있습니다. 우리 모두 알고 있는 사실입니다. 하지만 스피커의 경우 기술의 기본은 발명된 이래로 크게 변하지 않았습니다.

사실 스피커는 오늘날 우리가 사용하는 기술 중 가장 비효율적인 기술 중 하나입니다. 스피커에 들어가는 에너지의 99% 이상이 소리가 아닌 다른 것을 생성합니다. 대부분은 열로 전환됩니다.

EPA가 에너지 성능이 좋지 않다는 이유로 스피커 사용을 금지하지 않은 것은 다소 의외입니다.

하지만 2004년에 발견된 새로운 소재 덕분에 미래의 스피커는 달라질 수 있습니다.

그래핀은 매우 가벼운 소재이기 때문에 압력 파를 생성하기 위해 앞뒤로 움직이는 데 훨씬 적은 에너지가 필요합니다. 트위터 사용자라면 희소식입니다.

과학자들이 그래핀의 대규모 생산을 성공적으로 구현하고 이를 상용 애플리케이션에 통합하는 방법을 알아낼 수 있다면 미래의 스피커는 더 가볍고 훨씬 더 에너지 효율적일 수 있습니다.

그 날까지 우리는 전기 신호로 기압 변화를 일으키는 미니 히터, 일명 스피커를 사용해야 했습니다.

이제 나가서 음악을 들어보세요!