[ 스피커에 대해.... ]
전자제품에 있어서, 소리가 있는 곳에 스피커가 따라 다닌다. 스피커(Speaker)는 전기 에너지를 운동에너지로 변환하여,운동에너지 가공기에 의해 음압의 변화로 귀에 전달될 수 있도록 한 디바이스 이다. 따라서,전기에너지를 운동에너지로 바꿀 수 있는 구조를 생각해 보면스피커의 종류가 어떤 것이 있는가 하는 것을 짐작해 볼 수 있다. 가장 일반적인 무빙코일형 스피커를 예로 스피커의 구동원리를 이해해 보자.
무빙코일형의 스피커 원리는 패레데이 왼손법칙(모터의 구동원리)에 의해,전류가 흐르는 도선이 자장속에서 자기장과 전류 방향의 직각으로 힘을 받는 원리를 이용한 것이다. 물론 마그네틱형 스피커도 같은 원리이기는 하지만 그 구동구조가 틀리다는 것 뿐이다.
***** 그림, 및 부연설명 *****
[그 외의 스피커 종류]
1) 마그네틱 스피커
마그네틱 스피커는 가동코일 형과 동일한 원리이지만,직접 코일이 움직이지 않고 코일에 전류가 흐를 때,변화하는 자기력에 의해 진동판이 운동하는 방식의 것으로,초기에 이 방식의 것이 많이 사용되었으나 효율면에서나 주파수특성면에서 성능이 좋지 않기 때문에 요즘은 거의 자취를 감추고 말았다.
마그네틱 스피커의 일례를 들면,아직까지는 특정 제품에 살아 남아 있는 일명 '레시버'라고 하는 이어폰이 있다. 그 소리를 들어 본 사람이라면 왜 없어질 수 밖에 없는 것인지 알 수 있을 것이다.
2) 콘덴서 스피커
콘덴서 스피커는 일명 정전형 스피커라고도 하는데,원리는 마주보는 양극판에 신호를 가하여 정전력에 의해 운동에너지를 얻는 방식이다. 주파수 특성이 아주 양호하여 메니아들만 겨우 사용할 정도의 고
가품이라고 한다. 고가로 될 수 밖에 없는 이유는 콘덴서 스피커를 동작시키기위해서는 고압의 바이어스를 걸 필요가 있는데,일반 앰프의 출력을 바로 연결해서는 변환효율이 극히 떨어지기 때문이다. 따라서,바이어스를 만들기 위한 특별한 회로가 부가 되어야 하기 때문이다. 앰프자체의 출력전압으로 고압의 바이어스를 만들 수 있도록 한 타입이 있는데, 이를일렉트레트 콘덴서 스피커라고 한다. 어느 것이던 무빙코일형보다 제품화하기에 어려움이 있는 모양이다. 필자도 말만 들었지 실제 이 스피커소리를 들어 본 경험이 없다.
3) 피에죠 스피커
에죠 스피커는 결정체에 전계를 가하면 결정체가 비틀리는 피에죠현상을 이용한 것이다.
이 스피커의 특성은 특정 높은 주파수에서 양호한 효율을 얻을 수 있으므로, 간혹 튀위터로 사용되기도 하지만 어딘지 쇠 소리가 나는 것 같아 성능이 양호하다고 보기는 힘들다.
하지만 아주 슬림형으로 만들 수 있기 때문에 장난감이나 초소형 전자제품에 사용되고 있는데,흔히 볼 수 있는 곳은 장난감의 멜로디재생용이나 버튼 작동 시 '비프(Beef)'음을 내기위해서 사용된다.
그런데, 납작한 피에죠스피커를 일반 스피커처럼 동작시키려 하다가는 낭패를 볼 수 있다. 분명히 양단에 전압을 걸리고 있지만,소리가 모기소리만 하게 나오기 쉽다. 이 피에죠스피커는 특정 주파수에 대해서만효율이 좋고 주파수가 많이 벗어나면 변환효율 급감하는 성질이 있기때문이다. 드라이브도 전류형드라이브가 아닌 전압형 드라이브 방식으로 펄스파형에 가깝게 드라이빙하는 경우가 많다.
[ 스피커의 전력 및 매칭 그리고 위상에 대한 노우하우 ]
그럼, 스피커를 회로에 적용시킬 때 가장 혼동되기 쉬운 사항과 앰프설계에 대해 알아 보자.
1) 스피커의 허용소비전력과 매칭
스피커를 규정할 때, 흔히 몇 와트에 몇 오옴이라는 두 가지 규격을 사용하는 것은 익히 알고 있을 것이다.
스피커의 허용소비전력이란 말 그대로 스피커가 공급받을 수 있는 전력규정으로 그것을 초과할 경우 코일이 녹을 가능성이 있다는 의미이다.
그리고 저항이란 엄밀히 말하면 스피커의 코일이 1KHz의 신호에 대해서 갖는 임피던스 값을 의미하는데, 실제로 직류저항도 비슷한 수준이다.
이 두 가지 요소는 매칭이라는 문제와도 관련된다. 여기서 매칭이란 스피커가 감당할 수 있는 전력량과 앰프가 공급할 수 있는 전력량과의 조화를 말한다.
여기서 허용소비전력,스피커저항과 앰프출력의 상관관계를 명확히 파악할 수 있도록 예를 들어 설명하면,
가령, 30와트,8옴의 스피커가 있다고 하자.
이 스피커를 어떻게 이해할 것인가? 다음에 나열되는 순서대로 이해 해보길 바란다.
허용전력이 30W이고 저항이 8 Ohm이므로, 어떤 앰프가 있다면 이 앰프의 출력을 최대로 했을 때 스피커를 태워먹지 않으려면,
W= [V*V]/R = I*I*R 에서,
V = [ W*R ]**(1/2) = [30*8]**(1/2) = 15.5 (Vrms)
따라서,앰프의 최대출력전압이 15.5V를 넘어서서는 안된다는 결과가 나온다.
최대출력 때의 스피커에 흐르는 전류는 당연히 위의 식에서 1.94A라는 것을 알 수 있다.
당연한 말이지만 앰프의 최대출력이 30와트 이어야 된다는 것이고, 중요한 것은 앰프의 전원전압이 15볼트 근방으로 잡아야 된다는 것이다.
그럼, 8 Ohm의 스피커로 100W 출력을 내려면 어떻게 해야 하는가?
당연히,스피커의 허용전력이 100W 가 되어야한다. 하지만 앰프의 출력전압을 높여야만 된다. 즉 앰프의 전원전압을 올려야한다. 얼마로 올려야 될지는 위의 식에서 구해보길 바란다.
이번에는 앰프의 전원전압을 12V(자동차 등등)로 할 수 밖에 없는데,30W의 출력을 내고 싶을 때는 어떻게 해야 하는가?
이 문제는 오로지 한 길 뿐이다. 출력과 전압이 정해졌다면 끼워 맞출 것은 저항치 뿐이다.
스피커 임피던스를 4 Ohm으로 가져가면 위의 요구를 충족시킬 수 있을 것이다. 검증은 여러분이 해보길 바란다.
위의 사실에서 왜 앰프와 스피커의 매칭이 필요하며, 다양한 임피던스의 스피커를 운용하는 지 알 수 있었을 것이다.
마지막으로, 스피커의 위상에 대해 알아보자.
스피커를 어느 방향으로 연결해도 소리가 똑 같이 나는 것을 알았다
면,스피커 단자에 + , - 표시에 대해 궁금증을 느껴 본 독자도 있을 것이다.
모노 앰프일 경우(스피커가 하나)에는 스피커의 극성은 전혀 상관 없다. 하지만 스트레오 이거나 멀티웨이 일 경우에는 위상(스피커의 극성)은 필히 맞추어 주어야 한다.
그 필요성을 독자 스스로 한 번 테스트 해보길 바란다. 오디오 스피커중 하나의 연결선을 서로 바꾸어 놓고(적색과 흑색 코넥터) 음악을 들어 보고 밸런스 조절을 해보길 바란다. 어딘가 차이가 있을 것이다. 그차이를 못 느낀다면,자신의 음감을 의심해 볼 필요가 있으며, 클래식을좋아한다고 말할 때마다 찔리는 구석이 있을 것으로 추측되는 일이다.
스피커 단자에 새겨진 +,-의 극성표시는 바로 스피커에 전압이 가해 졌을 때, 스피커의 코운지가 운동하는 방향을 나타내고 있다. 통상 전지를 같은 방향으로 연결했을 때 스피커 전면으로 내미는 힘이 작용함을 뜻한다. 스테레오 시스템에서 이 위상을 맞추어 주어야 하는 이유는 스테레오의 원리 상 각 채널에 다른 소리가 날 경우도 있지만 중간에서나는 소리(보통 저음이나 목소리)는 양 스피커에 동일한 위상으로 실리게 되어 있다. 좌우의 편이는 그 신호의 강약에 따라 위치가 정해진다.
양 채널에 같이 실린 소리일 경우 한 쪽에서 공기를 전면으로 밀고 있을 때 다른 쪽에서도 같이 미는 방향이어야 소리에 박력이 더해진다.
위상이 반대로 될 경우는 한 쪽은 밀고 한 쪽은 당기면 음이 죽어 버린다.
위상을 반대로 연결해 놓을 경우 특히 저음부분이 박력이 없게 되며, 어디서 소리가 나는지 잘 모르겠다는 감이 들게 된다. 그리고 밸런스를 조정해보면 잘 못 된 경우에는 소리가 좌우로 자연스럽게 이동하지 않는다.
오디오에는 항상 코넥터를 색으로 구분해 놓았고 선도 색깔로 구별해 놓았다. 또한 양 쪽 다 바뀌면 정상과 마찬가지로 된다.
가정에서 제일 말이 많은 스피커를 이야기하다보니 말할 것 다 했지만 조금 더 떠들고 이 주제를 마쳐야겠다.
사실 위의 스피커에 대한 설명은 할 말 다 하면서도 10줄 이내로 끝낼 수 있는 것이라 생각되는데, 독자를 편하게 이해시키려는 맘이 글을 이끌다보니 국민교육헌장 두 편 정도의 분량이 되어 버린 것 같다. .
도가사상의 대표적인 인물인 노자 님의 유명한 말 중에 ' 道可道非常道'라는 명구가 있다.
'도를 도라고 말한다면,이미 본래의 도가 아니다'라는 말로 도라는 본질의 의미를 인간의 생각을 표현하는 한정된 수단의 말(단어)로써 설명한다면, 그 말의 뜻의 한정됨으로 인해서 본래의 뜻에 접근하기 어렵게된다는 말일 것이다.
여기서 골치 아픈 문제를 발견할 수 있다. 위의 말은 도를 안다함은 도를 말하지 않음이다. 물론 이 말이 도가들의 입을 막기 위한 수단은 아닐 것이다. 그 만큼 도에 가깝게 접해 본 노자가 도의 말로 표현하기 어려운 지경을 그나마 있는 말로써 나타내 본 최고의 도에 대한 표현일것이다.
노자 님도 위의 말의 뜻을 2장 정도(기억하기론...?)의 긴 글로 풀이해놓으셨다. 설명할 수록 더 멀어지는 도에 대해서 더 말하지 않으면 안되는 것은 정말 아이러니 한 것이지만, 아마 그 방법밖에 없을 것이다. 그 말만 해 놓으면 道 비슷한 것이라도 알 수 없고, 그 말도 알 수 없기 때문일 것이다.
사람의 사고의 폭은 자신이 습득한 언어(단어)로 한정된다고 합니다.
아무거나 생각해보고 자신이 무얼 생각하고 있는지 되물어 보면, 자신이 습득한 단어들이 튀어 나오겠지요. 보다 창조적인 공학도가 되려면,기술로부터 자유로와 져야 될 것이라 생각됩니다. 어려운 학문을 하면서도 왜 스스로 공돌이라는 자조적인 감상에 젖게 되는가를 생각해 볼 필요도 있지 않나 생각합니다.
선조들의 삐뚤어진 시각이라고 생각하기 전에, 기술자 스스로가 '쟁이곤조(근성)'라는 편협 된 자기정서를 가지고 있지 않는지 한 번 돌이켜 볼 수 있었으면 합니다.
