스피커를 만들어보자 1편 https://m.youngan.or.kr/free/15068

전 MBC 기자분이 만드셨다는 쿠르베 스피커는 (c)형에 해당합니다. 특이하고 심미적으로 멋진 디자인이지만 주파수 특성을 잡기 위한 노하우가 중요해 보이네요. 예전에 탐라에 올렸는데 저도 시도해 본 적이 있습니다. https://m.youngan.or.kr/timeline3/51727 결국은 기본적인 직육면체 디자인으로 돌아왔지만요.

기본적인 디자인을 정했다면 이제 필요한 크기를 찾아야겠죠. 크기를 정하는데는 다양한 요인이 있습니다만 가장 큰 요소는 내 공간의 크기에 맞는 사이즈는 무엇인가이죠. 3인치 우퍼를 사용한 북쉘프로 일반적인 34평 거실을 채울 수 없고, 또한 8인치 우퍼를 쓴 3웨이를 책상위에 둘 수도 없습니다. 결국 제일 중요한 어디에서 쓸 것인가를 정해야겠죠. 다음은 우퍼의 크기입니다. 지난 편에 말씀드린 대로 우퍼 직경이 클수록 더 낮은 저음까지 낼 수 있습니다. 인클로저의 공진을 활용해도 일반적인 3인치는 8~90Hz, 육반이라고 부르는 6.5인치는 되어야 50Hz 까지 맛이라도 볼 수 있죠. 스피커 제조회사들이야 많은 테스트를 거쳐 주어진 우퍼 사이즈로 낼수 있는 최대한의 저역을 찾을 수 있겠지만 자작인들이 그러기는 쉽지 않아서 pcfi는 2.1가 많이 활용되는 편입니다. 오디오파일들이 서브우퍼를 도외시하는 경향이 있지만 저는 그정도로 애호가는 아닌 실용주의자라서 2.1채널도 좋아하죠. 흐흐

스피커를 둘 공간에 대한 고민과 이에따른 우퍼 크기를 대략 정했다면 이제 유닛을 찾아봅니다. https://loudspeakerdatabase.com/ 에 들어가보면 이리저리 조건을 설정해 드라이버를 검색해 볼 수 있습니다. 일단 거실에서 간단하게 쓸 2웨이 북쉘프를 상정하고 찾아봅시다. 크기가 너무 크다면 동거인들의 원성을 사기 쉽기 때문에 5인치 이내로 찾아봅니다. 아무리 그래도 60Hz 정도는 나와야 하니 공진 주파수도 제한을 걸고요. 2웨이이기 때문에 고역도 무시할 수 없습니다. 간략한 주파수 특성으로 보고 3~4kHz까지 내주는 놈들을 찾아봅시다.

찾다보니 이녀석이 나오는군요. 중저가 가성비 유닛으로 유명한 Dayton, Peerless, Vifa 삼대장입니다. 이중 Vifa가 Peerless 그룹에 속하게 되어 Peerless 브랜드로 통합되었죠. 이놈은 Peerless 브랜드를 달고는 있지만 앞의 두 브랜드보다는 윗 등급의 Vifa 브랜드 유닛입니다. 중고역까지 쭉쭉 뻗는 SPL이 인상적이네요. https://loudspeakerdatabase.com/Peerless/NE149W-08 에서 자세한 정보를 찾을 수 있습니다.

여러가지 스펙 데이터들이 있지만 하나하나 들여다보기는 어렵고 적정 용적을 찾기위해 박스 시뮬레이터를 사용해 봅시다.스피커 용적 시뮬레이터 프로그램은 많이 있지만 저는 WinISD를 주로 사용합니다. 다시 loudspeakerdatebase로 가면 WinISD용으로 만들어진 데이터시트를 다운받을 수 있습니다.

WinISD를 설치하고 실행해서 새 프로젝트를 만들어봅시다. 그러면 다음과 같은 창이 뜰 텐데 load를 눌러 다운 받은 데이터시트를 불러옵니다. 그리고 다음을 누르며 진행합니다. 박스 옵션은 Vented(포트형)와 Closed(밀폐형)중에 선택해 줍니다.

이렇게 진행을 마치면 다음과 같은 화면이 나오는데 저는 용적과 포트 공진을 살짝 조정해 주었습니다. 100Hz에서 0.5dB정도 완만한 감쇄가 있지만 크게 신경쓰지 않아도 될 것 같군요. 이렇게 결정된 용적은 10L 튜닝 주파수는 53Hz 되겠습니다. 비교를 위해 같은 용적의 밀폐형도 파란색으로 그려보았습니다. 저역으로 가면서 완만한 감쇄가 이루어집니다. 많이 봐줘도 -6dB 70Hz이하의 저음은 기대할 수 없겠네요.

다음은 튜닝 주파수를 유지한 채 용적을 2배 크게, 작게 해보겠습니다. 빨강이 용적 20L 파랑이 용적 5L입니다. 5L는 부족한 용적으로 보이고 20L는 공진주파수 부근에 과하게 뭉쳐있네요.

이를 해소하기 위해 공진주파수를 내려봅니다. 드라이버 자체의 응답과 포트 응답 사이에 감쇄가 유의미하게 나타납니다. 결국 적정 용적은 10리터 언저리가 될 것 같네요.

적정 용적보다 큰 스피커는 다른 문제가 생기기도 합니다. 다음의 그림은 진동판의 전후 움직임을 나타냅니다. 이 드라이버의 고유한 특성인 최대 진동폭 Xmax는 5mm인데 30W를 입력했을 때 50Hz에서 80Hz에 걸쳐 Xmax를 넘어가게 됩니다. 그렇게 되면 저역에서 스피커가 찢어지는 듯한 불쾌한 잡음이 발생하게 됩니다. 하지만 10L를 사용한 초록색 선은 Xmax 안쪽에서 진동하는 것을 볼 수 있습니다.

10L 용적 53Hz 포트 공진주파수를 가정하고 WinISD가 도출하는 포트의 크기는 Vents 탭으로 가면 시뮬레이션 가능합니다. 5cm 직경을 갖는 원통형 포트의 경우 17.25cm의 길이가 필요하네요. 같은 공진주파수를 갖을 때 직경이 작을수록 짧아지고 직경이 클수록 길어집니다. Shape을 누르면 직사각형 형태의 포트도 계산할 수 있습니다

이렇게 계산된 적정용적을 실제 스피커 사이즈로 바꿀 때에는 고려할 것이 많습니다. 일단 스피커 내부에서 드라이버나 포트가 차지하는 공간은 빼 주어야 합니다. 그리고 흡음재를 넣게 되면 약 30% 정도의 용적 증가 효과가 있습니다. 따라서 10L에서 흡음재를 고려하면 8L 포트와 유닛이 대략 0.5L를 차지한다고 가정하면 최종 박스 크기는 8.5L가 되겠습니다. 이 용적을 정상파가 발생하지 않게 적당히 가로, 세로, 폭으로 나누어주면 되겠습니다.

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아마 다음편이 마지막이 될 것 같습니다. 다음음 인클로저의 재료와 마감에 대해 써보겠습니다.