SEG - Sound Expert Group

리본형과 발란스드 아마추어 스피커

  스피커는 소리를 발생시키는 도구이다. 전기 신호가 스피커의 코일에 입력되면 코일이 입력된 전기 신호와 동일하게 힘을 받아 위, 아래로 움직이면서 동시에 진동판을 움직여서 소리를 발생시킨다. 결국, 전기신호의 파형(waveform)과 소리의 파형은 동일하다. 마이크(microphone)로 입력된 소리를 기록하는 방법이 아날로그냐, 디지털이냐 로 다를 수 있지만 최종적으로 스피커에 입력되는 신호는 아날로그이다.

[리본형 스피커]

  리본형 스피커는 코일이 따로 있지 않으며, 변압기용 코일이 있을 뿐이고, 보통 고음역을 재생하는 트위터(tweeter)로 이용된다. 주름을 준 알루미늄 계열의 가벼운 금속이 리본모양이라서 리본스피커라고 부르며, 진동판 역할을 하는 금속 리본이 입력된 전기 신호와 동일한 파형으로 전자기력을 받아 진동하여 소리를 발생시킨다.

                     [그림1] 리본 트위터 외형(a), 리본 트위터 구조도(b), 리본 트위터 원리도(c)

  리본형 스피커의 기본 구조도는 [그림1]의 (b)와 같다. 자석에 의해 만들어진 자기장에 주름진 가벼운 금속 리본모양의 진동판을 놓아 만든다. (c)와 같이 전압을 걸어 전류(i)가 흐르도록 하면, 리본 진동판이 마치 전류가 흐르는 도선과 같이 자기장 안에서 전자기력을 받는다. 현재 [그림1]의 (c)와 같이 자기력선(H)이 왼쪽에서 오른쪽으로 주어지고, 전류가 아래에서 위로 흐르면 플레밍의 왼손법칙에 따라 금속리본은 지면의 뒤쪽으로 힘을 받아 운동한다. 전류의 방향이 바뀌면 리본 진동판은 지면의 앞쪽으로 전자기력을 받아 움직일 것이다. 따라서 전류의 방향이 바뀌는 교류 음향 전기신호가 자기장 내에 놓인 리본 진동판에 입력되면 진동판은 앞뒤로 진동하게 되고, 소리가 발생한다. 즉, 소리가 난다.

  단, 리본형 스피커의 경우 비교적 큰 전류가 요구되기 때문에 [그림1]의 (c)와 같이 변압기가 필요하다. 음향 신호가 앰프(Amp.)를 통해 1차 코일에 입력되면, 1차 코일에 비하여 1/n번 감은 2차 코일에는 전압은 1/n이 되지만 전류는 1차 코일보다 n배 많이 유도되어 흐르게 된다. 따라서 리본 진동판이 큰 진동력을 받게 됨으로서 강한 소리가 발생한다.

[발란스드 아마추어 스피커]

  스피커를 많이 아는 사람도 발란스드 아마추어 스피커하면 좀 생소하게 느낄만하다. 발란스드 아마추어 스피커(Balanced Armature Speaker = BA Speaker)는 우리말로 번역하기도 쉽지 않다. 굳이 번역하면 ‘균형잡힌 외팔보 스피커’ 정도가 될 수 있다. 그래서 그냥 BA 스피커라고 부른다.

                                                    [그림2] BA 스피커 외형과 보청기

  BA 스피커는 원래 보청기용 스피커로 개발되었다. 모양도 특이해서 직육면체다. 앞쪽에 음홀을 원통형으로 만들어 붙인 이유도 실제 튜브를 꽂기 위함이다. 그런데 지금은 인이어(In ear)형 이어폰에 BA 스피커를 적용하면서 모바일 오디오의 총아로 떠오른 상황이다.

                                   [그림3] 아마추어 스피커 내부와 진동판, BA 스피커 구동원리도

  BA 의 구조는 [그림3]과 같다. 니켈(Ni)과 철(Fe)의 합금인 퍼멀로이(Permalloy)로 만든 아마추어를 코일 속을 통과 시킨 후 코어를 지나게 한다. 코어의 위, 아래에는 AlNiCo 마그네트를 붙여 놓았다. 고정된 코일에 직류전류를 입력하면 코일 속을 지나는 아마추어가 극이 변하지 않는 전자석이 되지만, 교류전류를 코일에 입력하면 아마추어 끝단이 N, S극으로 바뀌는 전자석이 된다.

  [그림3]의 구동원리도처럼 코어에 자석의 극을 구성하도록 붙였다고 가정하면, 아마추어의 끝단이 N극이 되면 아래쪽으로 힘을 받고, 아마추어의 끝단이 S극이 된다면 아마추어는 위쪽으로 힘을 받게 된다. 따라서 교류인 음향신호를 코일에 입력하면 음향신호에 맞추어 아마추어가 위, 아래로 진동하게 된다. 이 아마추어 끝단에 드라이브 로드(drive rod)를 붙이고, 이 드라이브 로드위에 진동판을 붙이면 아마추어의 진동이 드라이브 로드를 통해 진동판에 전달된다. 그러면 진동판에서 음향전기신호와 동일한 파형을 갖는 소리가 발생한다. 

  다이내믹 스피커의 경우는 코일이 진동판에 붙어 있어 코일의 무게가 더해져서 진동이 용이하지 못한 관계로 저음이 맑지 못하고, 특히 고음의 재생능력이 떨어진다. 반면에 BA 스피커에서는 아마추어로 진동을 발생시켜 드라이브 로드로 진동을 전달하여 진동판을 통해 소리가 나도록 하기 때문에 고음 재생능력이 좋다. 이어폰용 다이내믹 스피커의 고음 재생한계는 6~8kHz이지만 BA 스피커는 11~13kHz의 소리까지도 재생할 수 있다. BA스피커는 가격이 높아서 고가의 이어폰에 적용된다. BA 스피커의 음 재생의 해상도는 높지만 음량이 크지 않기 때문에 인이어(in-ear)형 즉, 커널타입의 이어폰이나 보청기에 사용된다. 

  발란스드(balanced) 즉, 균형 잡힌 아마추어 스피커라고 이름붙인 이유는 코어에 붙인 두 개의 자석이 균일한 자기장을 만들어 아마추어가 위, 아래로 받는 힘에 비례하는 진폭(변위)으로 진동하기 때문이다.

            -------------- by   Dajaehun