서브우퍼 박스 설계에 대해
아르고
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2008.03.02 04:28
인클로우저의 선정방법
1. 스피커에 대한 EBP(Efficiency Bandwidth Product)를 계산해서 선택하는 방법
EBP = Fs / Qes
50 이하 : 실드 타입 및 4th Order 밴드패스 인클로우저에 적합하다.
50~90 : 유연성에서 인클로우저 타입을 선택할 수 있다.
90 이상 : 포트 타입 및 6th Order 밴드패스 인클로우저에 적합하다.
2. 박스 디자인 공식을 사용하여 선택하는 방법
스피커의 Thiele/Small 매개변수를 이용하여 실드 박스와 포트 박스에 대한 최적의
박스 부피(Vb) 및 시스템
공명 주파수(Fc, Fb), 차단 주파수(F3)를 계산해서 스피커에 적합한 박스 타입을
선택한다.
3. Xmax를 참고로 선택하는 방법
실드 박스에 적합하게 디자인된 스피커는 다른 타입의 스피커보다 Xmax값이
크다고 할 수 있다.
만약 실드 타입의 스피커(높은 Qts와 Xmax, 낮은 Fs)를 포트 타입으로 디자인했을
경우, 포트의 길이와 지름이 상당히 커지는 것을 알 수 있다.
충실 재생 타입 & 대 음량 재생 타입
서브우퍼는 구경 6" 정도의 작은 것에서부터 18" 의 큰 사이즈에 이르기까지
여러 가지 종류의 모델이 있으며, 성질상으로 음질을 중시하는
충실 재생타입(하이파이형)과 출력을 중시하는 대 음량 재생타입 2 가지로
구분할 수 있다.
이중 10" 또는 12" 정도 구경의 제품이 주를 이루며 성질상으로는 충실재생과
대 음량 재생의 중간적 성질을지니면서 양쪽 모두에 대응할 수 있게 설계된
유닛이 대부분이다.
충실 재생타입은 허용 입력의 크기보다 작은입력시에도 진동판이 진동하도록
설계되어 있고, 에지나 댐퍼가 비교적 부드러우며 손가락으로 콘을 누르면
미드 우퍼처럼 가볍게 움직인다.
대 음량 재생타입의 경우 그와 반대로 에지와 댐퍼가 딱딱하고, 손가락 끝으로
눌러도 콘이 움직이지 않는다. 그러나 그 강력한 반발력은 작은 입력시의
반응에는 둔하지만 큰 입력시에는 강하게 울리는 베이스음을 들려준다.
이것이 서브우퍼 유닛의 대략적인 성격 구분이긴 하지만 서브우퍼는
제품 그 자체가 지닌특성 못지 않게, 어떤 방법으로 장착했느냐에 따라
음질이 크게 달라짐을 유의해야 한다.
인클로저 타입유형
실드 (밀폐형)
Acoustic Suspension Design 이라고도 하며 스피커 인클로우저 중 가장 기본이며
간단한 형식이다.
스피커 후면에서 나오는 소리를 인클로우저 속에 밀폐하여 전면에서 나오는
소리와 서로 간섭하지 않도록 만든 것으로서, 내부의 공기는
외부와 차단되어 있기 때문에 진동판이 진동함에 따라서 압축, 팽창하여
공기가 탄력 작용을 한다.
다시말해 내부의 용적이 커지면 이 용수철이 작게 작용하고, 용적이 작아지면
크게 작용하는 것과 같다.
그렇기 때문에 인클로우저의 크기는 저음재생 한도와 밀접한 관계가 있으며,
사용하는 우퍼에 따라 이상적인 용적이 결정된다.
이러한 밀폐형 스피커의 저음특성을 논할 때는 시스템 댐핑(Q)이라는
용어를 사용하며 이 Q값은 대체로 0.5~1.2 사이에 존재한다.
이론적으로는 Q=0.5인 경우 가장 완벽한 과도 응답을 보이며 Q가 증가할수록
과도응답은 나빠진다. 한편 Q값과 인클로우저의 용적은 반비례 관계가 있어서
같은 유닛으로 Q값을 낮추기 위해서는 인클로우저의 용적을 늘려야 한다.
즉 인클로우저의 용적이 작으면 저음역의 특정 주파수 특성을 올릴 수 있으며,
그 주파수의 소리가 강하고 큰소리가 되며 재생범위도 좁아진다. 역으로
너무 클 때에는 주파수의 특성은 점점 내려가게 되어서 저음의 양감이 빈약한
소리가 되어서 잘 설계된 밀폐형의 저음의 음량은 작아져도 또박또박해서
상당히 낮은 주파수 소리까지 명료하고 시원시원하게 재생한다.
좋은 음질과 높은 신뢰도를 바탕으로 거의 모든 종류의 시스템에 적절하다.
특히 높은 SPL 시스템에 많이 사용한다. 튜닝이 쉽고 타이트한 저음 재생이
가능하며, 밀폐된 공기가 항상 일정한 압력으로 Cone의 움직임을 제어하므로
Power Handling이 우수며 움직임이 빠르다. 또한 재생음이 모두 유닛에서
직접 재생되므로 그 순수성 측면에서는 가장 뛰어나다 할 수 있다.
하지만 포트형에 비해 효율성이 떨어지므로 와트수가 큰 파워앰프를
사용해야한다
밀폐된 공간이기에 고출력 기기를 사용할 경우, 발렬로 인한 보이스코일을
냉각하는 능력이 떨어져 스피커가 손상될 우려가 있다.
-실드 인클로우저 설계 -
Fs ( Driver's Free-air Resonance Frequency )
스피커의 공명 주파수를 나타내는 수치이며 스피커의 전기적 특성을 설명하는
수치이기도 하다. 만약 Qts가 아주 높아질 경우 Fs는 주파수 대역 그래프의 가장
높은 피크를 나타내는 주파수이다.
Qts ( Driver's Total Q at Fs )
스피커의 공명주파수에서 스피커의 전체적인 Q값을 나타내며 주파수 대역을
나타내는 그래프의 모양을 설명하는 수치이다.
보통 0.7 - 2.0 이며, Qts가 높을수록 SPL(음압) 또한 높아지긴 하지만 Qts의
수치값이 너무 높아지면 스피커를 제어하지 못하게 되고 소리 또한
원음과는 많이 달라진다.
반대로 Qts의 수치값을 0.7로 제작하면 최상으로 우퍼를 제어하게 되어
가장 깨끗한 소리를 들을 수 있다.
0.7 - 0.9 는 스피커의 제어 능력이 좋아 맑고 깨끗한 소리를 들을 수 있으며,
0.9 - 1.5는하이파이용으로 많이 사용하고,1.5 - 2.0 은 음의 효율이 좋아
음압이 높아지는 장점이 있으나 낮은 대역의 음을 재생하기 어렵다는 단점이 있다.
Fc ( Seaed Enclosure's Resonance Frequency )
실드 박스의 공명 주파수를 나타내는 수치이며 박스의 전기적 특성을 설명하는
수치이기도 하다. 만약 Qtc가 아주 높아질경우 Fc는 주파수 대역 그래프의
가장 높은 피크를 나타내는 주파수이다.
Fc = ( Qtc X Fs ) / Qts
Qtc ( Sealed Enclosure's Total Q at Fc )
실드 박스의 공명주파수에서 박스의 전체적인 Q값을 나타내며 주파수 대역을
나타내는 그래프의 기울기를 설명하는 수치로서 보통.5~2.0의 범위이며,
이 값이 높을수록 스피커 박스의 음압 또한 좋아지지만,
이 수치가 너무 많을 경우에는 스피커가 제어력을 잃기 쉽고 원음 변형을
가져오기 쉽다.
일반적으로 박스의 제작에서는 0.6~1.2 범위에서 많이 제작되며,
Qtc 값에 따라 음은 각기 다른 특성을 가진다. 0.6~0.8은 출력 효율은 낮으나
스피커의 제어력이 우수하여 보다 깊고 낮은
음역을 재생하면서 부드럽고 깨끗한 저음을 만들어 낸다. 1.0~2.0은 출력 효율을
높이면서 음압을 증가시키고, 다이나믹 저음을 만들어낸다. Qtc = ( Qtc X Fc ) / Fs
F3 ( Low-side Cutoff Frequency )
기본 0dB 라인에서 -3dB 내려간 롤 오프(Roll-Off) 포인트를 나타내며 F3 아래
포인트에서는 1옥타브당 -12dB의 비율로 출력이 감소한다. 보통 35Hz가 좋으며
35Hz-40Hz 대역은 깊은 베이스, 45Hz-60Hz 대역은 타이트한 베이스를 만들 수 있다.
F3 = {(1/Qtc^2 - 2) + [(1/Qtc^2 - 1)^2 + 4]^0.5 ]^0.5 }X 0.5 X (Qtc + Fs)/Qts
포트타입
베이스 리플렉스(Bass Reflex)형, 저음 반사형 또는 위상 반전형이라고도 한다.
포트형 인클로우저는 사각형 또는 원형의 포트가 있다는 것 외에는
밀폐형 보다는 그렇게 제작에 어렵지는 않다.
그러나 간단한 디자인에 비해 밀폐형보다 좋은 소리를 내기 위해서는 많은
노력이 필요하다.
밀폐형에서는 스피커 후면에서 나온 소리를 완전히 인클로우저 속에서
밀폐해서 이용하지 않지만, 이 후면에서 나온 소리를 적극적으로 이용해서
저음재생 범위를 넓히려고 하는 것이 베이스 리플렉스형의 목적이다.
포트와 인클로우저 용적으로 이루어진 공명계의 공진(헬름홀츠 공진)을
이용하여 유닛 뒷면으로 재생되는 역위상의 저음을 다시 180도 반전시켜
저음을 보강하는 방식이다. 여기에서 포트부의 공기는 질량으로 작용하게
되며 인클로우저의 내부 공기는 스프링으로 작용하게 된다.
이 시스템의 공진 주파수는 포트를 통한 재생음 중 공진 주파수 이하의 음은
위상이 바뀌지 않게 되므로 유닛 전면에서 발생하는 직접음과 서로 소멸된다.
반면 공진 주파수 이상의 음은 위상이 180도 반전되게 되며 유닛 뒤의 음은
이미 180도 반전된 음이기 때문에 결과적으로 직접음과 서로 보강되는 효과를
나타내게 된다.
그래서 포트형의 재생음은 유닛의 직접음과 포트의 간접음의 합성에 의해
만들어 지게 된다.
특 성
밀폐형에 비해 플랫하게 재생할 수 있는 저음의 범위를 넓힐 수 있으며
저음의 양감이 증가시킬 수 있다.
그러나 반면에 공진 주파수보다 낮은 주파수에서는 위상이 충분히 반전되지
않기 때문에 전면과 후면의 소리가 상쇄되고 저음 재생능력이 급격히 떨어진다.
인클로우저 내부의 공기와 스피커가 상호작용을 하여 튜닝 주파수 부근에서
출력은 증가 시키고 콘의 움직임을 상당히 감소시키므로 사실상 튜닝시 거의
모든 저음은 스피커에서 나오는게 아니고 포트에서 나게 되므로
정확한 인클로우저 부피와 정확한 포트의 길이가 생명이다.
정확히 설계하지 않으면 스피커가 제 성능을 발휘하지 못한다.
특히 너무 작은 인클로우저에 너무 큰 포트를 사용했을 때는 오히려 저음을 감소
시키고, 너무 작은 밀폐형에 포트를 내는 것도 전혀 저음을 증가 시키지 못한다.
포트의 위치도 매우중요한데, 포트와 인클로우저 안쪽의 모든 벽 사이에 적어도
포트의 지름만큼 거리를 두어야 한다.
장 점
1. 튜닝 주파수 부근에서의 유닛의 진폭이 밀폐형에 비해 상당히 줄어들게 되므로 음의 찌그러짐이 작아지며 저역에서의 다이나믹 함이 증가한다.
2. 튜닝 주파수 부근에서 저음이 증가하므로 특정 음악 장르에 잘 맞게
튜닝이 가능하다.
3. 동일한 와트수의 앰프를 사용할 경우 밀폐형에 비해 밀폐형보다
큰 출력을 얻을 수 있다.(약 3ｄＢ）
4. 입력당 출력의 효율이 높으므로 비교적 적은 출력의 앰프로 낮은 저음대역을
재생한다.
5. 자기회로의 효율적인 방열로 높은 내입력을 가진다.
단 점
1. 요구하는 성능을 달성하기 위해서는 인클로우저를 정확하게 제작해야 한다.
2. 튜닝 주파수(Fb) 아래에서는 스피커가 인클로우저의 댐핑성을 잃기 때문에
콘의 움직임을 제어하지 못하므로 많은 손실이 생기고 음이 찌그러지거나
스피커가 파손될 수 있다. 그래서 포트의 튜닝 주파수 아래에서는
찌그러짐이 증가하므로 컷팅해 주는 것이 좋다.
3. 실드 타입보다 F3 값은 낮지만, F3 이하의 저역 감쇠율이 약24dB/oct 전후로
밀폐형에 비해 급격하다.
4. 밀폐형에 비해 저음의 해상도가 떨어지며 잘못 튜닝하면 벙벙거리기 쉽다.
5. 민감하므로 온도, 습기, 스피커 유닛의 상태에 따라 음이 달라 질 수 있다.
6. 튜닝 주파수 부근에서는 음압이 밀폐형의 2배 가까이 되므로 공기가 새지
않도록 인클로우저 제작시 확실히 밀봉을 해야 한다.
7. 공진 효과 때문에 밀폐형에 비해 스피커의 움직임이 빠르지 않으며 약간의
위상차가 있다.
서브우퍼의 콘 재질에 따른 소리의 차이
서브우퍼의 재질인 주로 페이퍼 콘, PP 콘, 섬유재질의 케브라콘 등을 사용한다.
PP콘의 경우 주로 부드러운 사운드를 재생하며
케브라콘과 같은 재질은 강하고 단단한 사운드를 재생하는데 설계 및 제조방법에 따라 특성이 달라지기도 합니다.
우퍼박스의 제작 테크닉
보다 풍부한 저음을 만들기 위해 서브우퍼 박스의 제작시 정확한 사이즈를
산출해 내는 것도 중요하지만, 그에 못지 않게 중요한 것은 소리가 날 수 있는
박스 환경을 조성하는 것인데, 여기에 주로 사용하는 테크닉으로
Sealing, Bracing, Damping 등이 있다.
실링 ( Sealing )
모든 서브우퍼는 인피니트 배플(Infinite Baffle : 보드타입)을 제외하고는 박스
바깥으로 음이 새어 나가지 않도록 실링을 해주어야 하는데 밀폐형 뿐만 아니라
포트 박스 타입. 밴드패스 타입 등 모든 우퍼박스는 반드시 완벽한 실링을
해주어야 좋은 소리를 만들 수 있다.
박스제작시 우선 본드를 사용해 나무의 접착면에 바른 후 나사 못을 박은 다음
실리콘을 사용해 박스의 안쪽 코너 사이드에 실링을 해 주고,
서브우퍼 박스에 고정시킬 때 반드시 실리콘을 사용해 공기가 새어 나가지
않도록 해야만 한다.
브래싱 ( Bracing )
서브우퍼에서 발생된 에너지가 박스 자체를 심하게 진동 시킬 때 음의 출력이
현저하게 줄어든다. 이는 음의 재생에 사용될 에너지가
스피커 박스를 진동시켜 나무가 휘게 만드는 에너지로 사용되기 때문인데,
아무리 고출력의 앰프를 사용한다 하더라도 박스가 휘어지
는 현상을 방지해 주는 브래싱을 하지 않으면 만족할 만한 소리를 얻을 수 없다.
홈 스피커 내부구조를 살펴보면 홈 스피커 생산업체들이 브래싱에 얼마나
많은 노력을 기울였는지 알게 되며, 실제로 브래싱 테크닉을 사용했을 때
박스에 따라 적게는 2dB에서 많게는3 - 4dB까지 출력 차이가 난다.
3dB를 높이기 위해서는 앰프의 출력을 2배로 높여야 하는 것을 감안하면
브래싱 테크닉의 중요성을 충분히 파악할 수 있을 것이다.
댐핑 ( Damping )
댐핑은 박스제작시 서브우퍼 안에서 발생된 소리가 박스 안의 내벽에 반사되어
서브우퍼로 직접영향을 주는 스탠딩 웨이브
(Standing Wave)를 줄여주는 테크닉이다.
어떤 박스를 제작하든지 반드시 댐핑을 해야 하며, 이는 실제로
음에 많은 영향을 미칩니
다. 댐핑에 사용되는 재료로는 여러 가지가 있으나
흡음 스폰지, 솜, 고무재질, 섬유패드, 매트가 가장 많이 쓰인다.
흡음 스폰지나 솜은 중음 대역의 노이즈 제거에 효과적이며
고무재질이나 매트류는 인클로우저의 진동을 막아주어 저음의 SPL을 증
강에 효과적이다. 참고로 박스가 원하는 사이즈보다 작을 경우
유리섬유나 솜을 채워 넣으면 댐핑에 사용된 물질이 스피커의
Compliance에 영향을 미쳐 박스의 부피가 약 25%까지 커지는 효과를 볼 수 있다.
그러나 포트 타입 박스에 댐핑을 사용할 때에는 포트 주위가 댐퍼에 영향을
받지 않도록 주의해야 한다.
또한 방음, 방진재로 사용되는 매트는 박스 제작시 내벽에 붙이면
박스 댐핑역활도 하고 박스의 진동을 줄일 수도 있다.
특히 박스 제작 후 차체에 고정 시킬 때 단단하게 처리해 주어야
고출력 박스 자체의 진동을 최소화시킬 수 있으며 혹 사고 발생시에도
박스가 움직이지 않아 안전하다.
1. 스피커에 대한 EBP(Efficiency Bandwidth Product)를 계산해서 선택하는 방법
EBP = Fs / Qes
50 이하 : 실드 타입 및 4th Order 밴드패스 인클로우저에 적합하다.
50~90 : 유연성에서 인클로우저 타입을 선택할 수 있다.
90 이상 : 포트 타입 및 6th Order 밴드패스 인클로우저에 적합하다.
2. 박스 디자인 공식을 사용하여 선택하는 방법
스피커의 Thiele/Small 매개변수를 이용하여 실드 박스와 포트 박스에 대한 최적의
박스 부피(Vb) 및 시스템
공명 주파수(Fc, Fb), 차단 주파수(F3)를 계산해서 스피커에 적합한 박스 타입을
선택한다.
3. Xmax를 참고로 선택하는 방법
실드 박스에 적합하게 디자인된 스피커는 다른 타입의 스피커보다 Xmax값이
크다고 할 수 있다.
만약 실드 타입의 스피커(높은 Qts와 Xmax, 낮은 Fs)를 포트 타입으로 디자인했을
경우, 포트의 길이와 지름이 상당히 커지는 것을 알 수 있다.
충실 재생 타입 & 대 음량 재생 타입
서브우퍼는 구경 6" 정도의 작은 것에서부터 18" 의 큰 사이즈에 이르기까지
여러 가지 종류의 모델이 있으며, 성질상으로 음질을 중시하는
충실 재생타입(하이파이형)과 출력을 중시하는 대 음량 재생타입 2 가지로
구분할 수 있다.
이중 10" 또는 12" 정도 구경의 제품이 주를 이루며 성질상으로는 충실재생과
대 음량 재생의 중간적 성질을지니면서 양쪽 모두에 대응할 수 있게 설계된
유닛이 대부분이다.
충실 재생타입은 허용 입력의 크기보다 작은입력시에도 진동판이 진동하도록
설계되어 있고, 에지나 댐퍼가 비교적 부드러우며 손가락으로 콘을 누르면
미드 우퍼처럼 가볍게 움직인다.
대 음량 재생타입의 경우 그와 반대로 에지와 댐퍼가 딱딱하고, 손가락 끝으로
눌러도 콘이 움직이지 않는다. 그러나 그 강력한 반발력은 작은 입력시의
반응에는 둔하지만 큰 입력시에는 강하게 울리는 베이스음을 들려준다.
이것이 서브우퍼 유닛의 대략적인 성격 구분이긴 하지만 서브우퍼는
제품 그 자체가 지닌특성 못지 않게, 어떤 방법으로 장착했느냐에 따라
음질이 크게 달라짐을 유의해야 한다.
인클로저 타입유형
실드 (밀폐형)
Acoustic Suspension Design 이라고도 하며 스피커 인클로우저 중 가장 기본이며
간단한 형식이다.
스피커 후면에서 나오는 소리를 인클로우저 속에 밀폐하여 전면에서 나오는
소리와 서로 간섭하지 않도록 만든 것으로서, 내부의 공기는
외부와 차단되어 있기 때문에 진동판이 진동함에 따라서 압축, 팽창하여
공기가 탄력 작용을 한다.
다시말해 내부의 용적이 커지면 이 용수철이 작게 작용하고, 용적이 작아지면
크게 작용하는 것과 같다.
그렇기 때문에 인클로우저의 크기는 저음재생 한도와 밀접한 관계가 있으며,
사용하는 우퍼에 따라 이상적인 용적이 결정된다.
이러한 밀폐형 스피커의 저음특성을 논할 때는 시스템 댐핑(Q)이라는
용어를 사용하며 이 Q값은 대체로 0.5~1.2 사이에 존재한다.
이론적으로는 Q=0.5인 경우 가장 완벽한 과도 응답을 보이며 Q가 증가할수록
과도응답은 나빠진다. 한편 Q값과 인클로우저의 용적은 반비례 관계가 있어서
같은 유닛으로 Q값을 낮추기 위해서는 인클로우저의 용적을 늘려야 한다.
즉 인클로우저의 용적이 작으면 저음역의 특정 주파수 특성을 올릴 수 있으며,
그 주파수의 소리가 강하고 큰소리가 되며 재생범위도 좁아진다. 역으로
너무 클 때에는 주파수의 특성은 점점 내려가게 되어서 저음의 양감이 빈약한
소리가 되어서 잘 설계된 밀폐형의 저음의 음량은 작아져도 또박또박해서
상당히 낮은 주파수 소리까지 명료하고 시원시원하게 재생한다.
좋은 음질과 높은 신뢰도를 바탕으로 거의 모든 종류의 시스템에 적절하다.
특히 높은 SPL 시스템에 많이 사용한다. 튜닝이 쉽고 타이트한 저음 재생이
가능하며, 밀폐된 공기가 항상 일정한 압력으로 Cone의 움직임을 제어하므로
Power Handling이 우수며 움직임이 빠르다. 또한 재생음이 모두 유닛에서
직접 재생되므로 그 순수성 측면에서는 가장 뛰어나다 할 수 있다.
하지만 포트형에 비해 효율성이 떨어지므로 와트수가 큰 파워앰프를
사용해야한다
밀폐된 공간이기에 고출력 기기를 사용할 경우, 발렬로 인한 보이스코일을
냉각하는 능력이 떨어져 스피커가 손상될 우려가 있다.
-실드 인클로우저 설계 -
Fs ( Driver's Free-air Resonance Frequency )
스피커의 공명 주파수를 나타내는 수치이며 스피커의 전기적 특성을 설명하는
수치이기도 하다. 만약 Qts가 아주 높아질 경우 Fs는 주파수 대역 그래프의 가장
높은 피크를 나타내는 주파수이다.
Qts ( Driver's Total Q at Fs )
스피커의 공명주파수에서 스피커의 전체적인 Q값을 나타내며 주파수 대역을
나타내는 그래프의 모양을 설명하는 수치이다.
보통 0.7 - 2.0 이며, Qts가 높을수록 SPL(음압) 또한 높아지긴 하지만 Qts의
수치값이 너무 높아지면 스피커를 제어하지 못하게 되고 소리 또한
원음과는 많이 달라진다.
반대로 Qts의 수치값을 0.7로 제작하면 최상으로 우퍼를 제어하게 되어
가장 깨끗한 소리를 들을 수 있다.
0.7 - 0.9 는 스피커의 제어 능력이 좋아 맑고 깨끗한 소리를 들을 수 있으며,
0.9 - 1.5는하이파이용으로 많이 사용하고,1.5 - 2.0 은 음의 효율이 좋아
음압이 높아지는 장점이 있으나 낮은 대역의 음을 재생하기 어렵다는 단점이 있다.
Fc ( Seaed Enclosure's Resonance Frequency )
실드 박스의 공명 주파수를 나타내는 수치이며 박스의 전기적 특성을 설명하는
수치이기도 하다. 만약 Qtc가 아주 높아질경우 Fc는 주파수 대역 그래프의
가장 높은 피크를 나타내는 주파수이다.
Fc = ( Qtc X Fs ) / Qts
Qtc ( Sealed Enclosure's Total Q at Fc )
실드 박스의 공명주파수에서 박스의 전체적인 Q값을 나타내며 주파수 대역을
나타내는 그래프의 기울기를 설명하는 수치로서 보통.5~2.0의 범위이며,
이 값이 높을수록 스피커 박스의 음압 또한 좋아지지만,
이 수치가 너무 많을 경우에는 스피커가 제어력을 잃기 쉽고 원음 변형을
가져오기 쉽다.
일반적으로 박스의 제작에서는 0.6~1.2 범위에서 많이 제작되며,
Qtc 값에 따라 음은 각기 다른 특성을 가진다. 0.6~0.8은 출력 효율은 낮으나
스피커의 제어력이 우수하여 보다 깊고 낮은
음역을 재생하면서 부드럽고 깨끗한 저음을 만들어 낸다. 1.0~2.0은 출력 효율을
높이면서 음압을 증가시키고, 다이나믹 저음을 만들어낸다. Qtc = ( Qtc X Fc ) / Fs
F3 ( Low-side Cutoff Frequency )
기본 0dB 라인에서 -3dB 내려간 롤 오프(Roll-Off) 포인트를 나타내며 F3 아래
포인트에서는 1옥타브당 -12dB의 비율로 출력이 감소한다. 보통 35Hz가 좋으며
35Hz-40Hz 대역은 깊은 베이스, 45Hz-60Hz 대역은 타이트한 베이스를 만들 수 있다.
F3 = {(1/Qtc^2 - 2) + [(1/Qtc^2 - 1)^2 + 4]^0.5 ]^0.5 }X 0.5 X (Qtc + Fs)/Qts
포트타입
베이스 리플렉스(Bass Reflex)형, 저음 반사형 또는 위상 반전형이라고도 한다.
포트형 인클로우저는 사각형 또는 원형의 포트가 있다는 것 외에는
밀폐형 보다는 그렇게 제작에 어렵지는 않다.
그러나 간단한 디자인에 비해 밀폐형보다 좋은 소리를 내기 위해서는 많은
노력이 필요하다.
밀폐형에서는 스피커 후면에서 나온 소리를 완전히 인클로우저 속에서
밀폐해서 이용하지 않지만, 이 후면에서 나온 소리를 적극적으로 이용해서
저음재생 범위를 넓히려고 하는 것이 베이스 리플렉스형의 목적이다.
포트와 인클로우저 용적으로 이루어진 공명계의 공진(헬름홀츠 공진)을
이용하여 유닛 뒷면으로 재생되는 역위상의 저음을 다시 180도 반전시켜
저음을 보강하는 방식이다. 여기에서 포트부의 공기는 질량으로 작용하게
되며 인클로우저의 내부 공기는 스프링으로 작용하게 된다.
이 시스템의 공진 주파수는 포트를 통한 재생음 중 공진 주파수 이하의 음은
위상이 바뀌지 않게 되므로 유닛 전면에서 발생하는 직접음과 서로 소멸된다.
반면 공진 주파수 이상의 음은 위상이 180도 반전되게 되며 유닛 뒤의 음은
이미 180도 반전된 음이기 때문에 결과적으로 직접음과 서로 보강되는 효과를
나타내게 된다.
그래서 포트형의 재생음은 유닛의 직접음과 포트의 간접음의 합성에 의해
만들어 지게 된다.
특 성
밀폐형에 비해 플랫하게 재생할 수 있는 저음의 범위를 넓힐 수 있으며
저음의 양감이 증가시킬 수 있다.
그러나 반면에 공진 주파수보다 낮은 주파수에서는 위상이 충분히 반전되지
않기 때문에 전면과 후면의 소리가 상쇄되고 저음 재생능력이 급격히 떨어진다.
인클로우저 내부의 공기와 스피커가 상호작용을 하여 튜닝 주파수 부근에서
출력은 증가 시키고 콘의 움직임을 상당히 감소시키므로 사실상 튜닝시 거의
모든 저음은 스피커에서 나오는게 아니고 포트에서 나게 되므로
정확한 인클로우저 부피와 정확한 포트의 길이가 생명이다.
정확히 설계하지 않으면 스피커가 제 성능을 발휘하지 못한다.
특히 너무 작은 인클로우저에 너무 큰 포트를 사용했을 때는 오히려 저음을 감소
시키고, 너무 작은 밀폐형에 포트를 내는 것도 전혀 저음을 증가 시키지 못한다.
포트의 위치도 매우중요한데, 포트와 인클로우저 안쪽의 모든 벽 사이에 적어도
포트의 지름만큼 거리를 두어야 한다.
장 점
1. 튜닝 주파수 부근에서의 유닛의 진폭이 밀폐형에 비해 상당히 줄어들게 되므로 음의 찌그러짐이 작아지며 저역에서의 다이나믹 함이 증가한다.
2. 튜닝 주파수 부근에서 저음이 증가하므로 특정 음악 장르에 잘 맞게
튜닝이 가능하다.
3. 동일한 와트수의 앰프를 사용할 경우 밀폐형에 비해 밀폐형보다
큰 출력을 얻을 수 있다.(약 3ｄＢ）
4. 입력당 출력의 효율이 높으므로 비교적 적은 출력의 앰프로 낮은 저음대역을
재생한다.
5. 자기회로의 효율적인 방열로 높은 내입력을 가진다.
단 점
1. 요구하는 성능을 달성하기 위해서는 인클로우저를 정확하게 제작해야 한다.
2. 튜닝 주파수(Fb) 아래에서는 스피커가 인클로우저의 댐핑성을 잃기 때문에
콘의 움직임을 제어하지 못하므로 많은 손실이 생기고 음이 찌그러지거나
스피커가 파손될 수 있다. 그래서 포트의 튜닝 주파수 아래에서는
찌그러짐이 증가하므로 컷팅해 주는 것이 좋다.
3. 실드 타입보다 F3 값은 낮지만, F3 이하의 저역 감쇠율이 약24dB/oct 전후로
밀폐형에 비해 급격하다.
4. 밀폐형에 비해 저음의 해상도가 떨어지며 잘못 튜닝하면 벙벙거리기 쉽다.
5. 민감하므로 온도, 습기, 스피커 유닛의 상태에 따라 음이 달라 질 수 있다.
6. 튜닝 주파수 부근에서는 음압이 밀폐형의 2배 가까이 되므로 공기가 새지
않도록 인클로우저 제작시 확실히 밀봉을 해야 한다.
7. 공진 효과 때문에 밀폐형에 비해 스피커의 움직임이 빠르지 않으며 약간의
위상차가 있다.
서브우퍼의 콘 재질에 따른 소리의 차이
서브우퍼의 재질인 주로 페이퍼 콘, PP 콘, 섬유재질의 케브라콘 등을 사용한다.
PP콘의 경우 주로 부드러운 사운드를 재생하며
케브라콘과 같은 재질은 강하고 단단한 사운드를 재생하는데 설계 및 제조방법에 따라 특성이 달라지기도 합니다.
우퍼박스의 제작 테크닉
보다 풍부한 저음을 만들기 위해 서브우퍼 박스의 제작시 정확한 사이즈를
산출해 내는 것도 중요하지만, 그에 못지 않게 중요한 것은 소리가 날 수 있는
박스 환경을 조성하는 것인데, 여기에 주로 사용하는 테크닉으로
Sealing, Bracing, Damping 등이 있다.
실링 ( Sealing )
모든 서브우퍼는 인피니트 배플(Infinite Baffle : 보드타입)을 제외하고는 박스
바깥으로 음이 새어 나가지 않도록 실링을 해주어야 하는데 밀폐형 뿐만 아니라
포트 박스 타입. 밴드패스 타입 등 모든 우퍼박스는 반드시 완벽한 실링을
해주어야 좋은 소리를 만들 수 있다.
박스제작시 우선 본드를 사용해 나무의 접착면에 바른 후 나사 못을 박은 다음
실리콘을 사용해 박스의 안쪽 코너 사이드에 실링을 해 주고,
서브우퍼 박스에 고정시킬 때 반드시 실리콘을 사용해 공기가 새어 나가지
않도록 해야만 한다.
브래싱 ( Bracing )
서브우퍼에서 발생된 에너지가 박스 자체를 심하게 진동 시킬 때 음의 출력이
현저하게 줄어든다. 이는 음의 재생에 사용될 에너지가
스피커 박스를 진동시켜 나무가 휘게 만드는 에너지로 사용되기 때문인데,
아무리 고출력의 앰프를 사용한다 하더라도 박스가 휘어지
는 현상을 방지해 주는 브래싱을 하지 않으면 만족할 만한 소리를 얻을 수 없다.
홈 스피커 내부구조를 살펴보면 홈 스피커 생산업체들이 브래싱에 얼마나
많은 노력을 기울였는지 알게 되며, 실제로 브래싱 테크닉을 사용했을 때
박스에 따라 적게는 2dB에서 많게는3 - 4dB까지 출력 차이가 난다.
3dB를 높이기 위해서는 앰프의 출력을 2배로 높여야 하는 것을 감안하면
브래싱 테크닉의 중요성을 충분히 파악할 수 있을 것이다.
댐핑 ( Damping )
댐핑은 박스제작시 서브우퍼 안에서 발생된 소리가 박스 안의 내벽에 반사되어
서브우퍼로 직접영향을 주는 스탠딩 웨이브
(Standing Wave)를 줄여주는 테크닉이다.
어떤 박스를 제작하든지 반드시 댐핑을 해야 하며, 이는 실제로
음에 많은 영향을 미칩니
다. 댐핑에 사용되는 재료로는 여러 가지가 있으나
흡음 스폰지, 솜, 고무재질, 섬유패드, 매트가 가장 많이 쓰인다.
흡음 스폰지나 솜은 중음 대역의 노이즈 제거에 효과적이며
고무재질이나 매트류는 인클로우저의 진동을 막아주어 저음의 SPL을 증
강에 효과적이다. 참고로 박스가 원하는 사이즈보다 작을 경우
유리섬유나 솜을 채워 넣으면 댐핑에 사용된 물질이 스피커의
Compliance에 영향을 미쳐 박스의 부피가 약 25%까지 커지는 효과를 볼 수 있다.
그러나 포트 타입 박스에 댐핑을 사용할 때에는 포트 주위가 댐퍼에 영향을
받지 않도록 주의해야 한다.
또한 방음, 방진재로 사용되는 매트는 박스 제작시 내벽에 붙이면
박스 댐핑역활도 하고 박스의 진동을 줄일 수도 있다.
특히 박스 제작 후 차체에 고정 시킬 때 단단하게 처리해 주어야
고출력 박스 자체의 진동을 최소화시킬 수 있으며 혹 사고 발생시에도
박스가 움직이지 않아 안전하다.
