Speaker Enclosure
1. 개요
간단하게 말하면 스피커 통이다. 형태에 따라 베이스 리플렉스형(Bass-reflex), 밀폐형(Closed), 개방형(Open-baffle) 등으로 나뉘는데, 인클로저의 공진을 적극적으로 활용하여 스피커의 특성으로 만드느냐, 무슨 수를 써서라도(중량화, 재질의 선택, 공진의 상쇄 설계 등) 이를 배제하느냐싼 물건은 플라스틱 케이스 안에 합성수지등을 압축시켜서 만든 진동판을 이용해 3000원에 퉁치기도 하지만, 비싼 물건은 통 알루미늄덩어리를 깎아서 인클로저를 만들기도 한다.
2. 방식
한줄로 요악하면 저음 재생과의 전쟁이다.아래 내용 중 대부분이 "저음을 어떻게 해야 효율적으로 잘 재생할 수 있을까"라는 화두와 관련이 있다. 이중 일부는 서브우퍼용으로 주로 사용되는 방식도 있다.
2.1. 개방형(Open-baffle)
| 개방형의 예 |
평판(Baffle, 널판지라고 보면 된다. 보통 합판을 쓴다.)에 스피커 유니트를 장착한 형태이다. 그래서 평판형이라고 부르는 경우가 있다. 일단 통울림은 애초에 발생할 가능성이 없고[2] 완전히 개방된 구조덕에 스피커 유니트가 댐핑 등 가외의 저항 없이 자연스럽게 동작할 수 있어 유니트의 소리를 가장 순수하게 즐길 수 있다. 다만 스피커 유니트가 동작할 때 배플 앞면과 뒷면에 정확히 위상이 반대인 소리가 울리게 되므로 앞뒷면의 음파가 배플을 벗어나게 되어 회절하면서 합쳐지게 되면 상쇄되어 버리는데 주로 저음쪽이 영향을 받는다. 이 현상을 줄이려면 배플이 충분히 넓어야 하는 관계로 가로세로 1미터...정도의 배플을 사용하게 되는 경우가 많다. 자리를 많이 차지할 수 밖에 없어지는 것. 그래서 아래의 밀폐형 등등의 인클로저가 나오게 된다.
2.2. 밀폐형(Closed)
| 밀폐형의 예 |
어쿠스틱 서스펜션 방식이라고도 한다. 말 그대로 인클로저에 스피커 유닛을 끼우기 위해 난 구멍 외에는 일절 틈이 없는 형태를 말한다. 또한 공진 제거를 위해 안에는 흡음재를 가득 채워넣는다. 안의 공기가 일종의 스프링과 같이 작용하여(댐핑) 타이트한 경향의 소리가 난다. 우퍼 스피커 유니트의 최저공진주파수 부근이 재생가능한 최저 주파수가 된다. 이 경우는 스피커 자체의 댐핑에 의하여 울림이 제약을 받을 수 있어 앰프의 출력이 좀 탄탄해야 한다.
AR의 전성기 시절 이러한 방식의 스피커로 유명했으며 AR1, AR2ax, AR3 등 많은 빈티지 명기를 남겼다.[3] 현대에는 NHT정도가 밀폐형 스피커를 만들고 있는데 여기서 나온 Super Zero라는 스피커는 매우 작은 크기임에도 대단한 스케일의 소리를 들려주어 명기의 반열에 올랐다. 그 외에 영국의 캐슬에서도 소형 기종은 저음의 한계를 극복하기 위해 밀폐형 인클로저를 채택한 제품이 있다.
2.3. 저음반사형(Bass-reflex)
보통 영문을 그대로 읽어 베이스 리플렉스형이라고 한다. 인클로저에 구멍을 뚫어 내부에서 반사되는 저음을 다시 이용하는 방식이다. 하이파이 스피커에서는 덕트가 없는 스피커를 찾는게 더 어려울 정도로 주류를 이루고 있다.추가로, 반사되는 소리란 위에 한번 등장한, "정확히 위상이 반대인 소리"이다. 당연히 반사되는것은 저음뿐이 아니라 고음도 포함되지만, 고음은 회절이 잘 안 되고 지향성이 강하여 인클로저 내부에서 빠르게 소멸하기 때문에 저음만 남는 것이다. 이 소리는 스피커에서 나오는 본래 소리와 합쳐지면 상쇄되지만, 이 덕트에서 나오는 저음까지도 잘 이용하는 하는것이 이 방식의 주 목적이다.
2.3.1. 덕트 방식
| Altec 604 드라이버를 사용한 전통적인 덕트 방식의 인클로저. |
2.3.2. 포트 방식
| 포트 방식의 예 |
스피커 유니트의 경우, 최저공진주파수 이상의 대역은 소리가 일정수준으로 평탄하게 나게 되지만 최저공진주파수 이하의 주파수 대역은 음량이 급격히 떨어져 거의 재생이 되지 않는 수준이 된다. 그런데 관 모양의 포트가 있는 인클로저를 사용하면 인클로저 전체를 일종의 헬름홀츠 공진기로 활용할 수 있어 특정 주파수의 소리를 공명시켜 음량을 키울 수 있다. 그렇다면 우퍼의 최저공진주파수보다 아랫 대역의 소리를 포트가 공명시켜 우퍼가 정상적으로 재생할 때의 음량 정도로 키울 수 있다면 어떻게 될까? 우퍼의 재생대역이 포트의 공명주파수까지 확장되는 효과가 나오게 된다.
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| B&W의 CM5 스피커의 유닛별(포트-적, 우퍼-녹, 트위터-청) 주파수 응답 측정 그래프 |
주된 단점은 이 포트 때문에 스피커 설치가 약간 까다로와지게 되는 부분이 생긴다는 점이다. 그래도 크기가 좀 되는 스피커의 경우는 포트가 전면에 뚫려 있어 공간의 제약이 덜한 편이지만, 문제는 작은 인클로저를 사용하여 앞쪽엔 공간이 없어 포트를 후면에 뚫어둔 스피커에서 발생한다. 이러한 스피커를 벽에 딱 붙여 설치하게 되면 후면 포트에서 나온 저음이 스피커 뒷쪽 벽을 치고 반사되어 앞으로 퍼지게 된다. 이러면 벽의 재질, 벽과의 거리에 따라 저역 응답이 왜곡될 수 있는 것은 물론이고, 반사음과의 상쇄간섭/보강간섭으로 인해 저역 응답에 큰 딥/피크가 발생하여 소리가 이상해지기 쉬우므로 스피커 배치 시 고려해야 하는 사항이 확 늘어나게 된다. 이런 문제를 막기 위해 포트를 위나 아래쪽으로 뚫은 스피커들도 있다.
2.3.3. 패시브 라디에이터(드론 콘) 방식
| 좌 - 패시브 라디에이터, 우 - 드론 콘 |
패시브 라디에이터는 이 드론 콘의 공진주파수를 우퍼의 최저공진주파수보다 낮게 세팅하여 활용한다. 포트 방식과 원리는 유사하나, 두루뭉실하게 스피커 내부에서 울리는 게 아니라 라디에이터의 진동판을 거치도록 하므로 패시브 라디에이터 진동판의 재질과 형태를 잘 설계한다면 포트 방식보다 좀 더 특정 대역을 정제하여 보강하도록 만들 수 있다.
그러나 반대급부로 원하는 대역을 딱 보강하도록 설계하기가 굉장히 까다롭고, 패시브 라디에이터/드론 콘 유닛 자체도 국내에선 구하기가 어려운 편이라 자작으로 만들기는 난이도가 높다. 국내의 자작 스피커 공작인들이 모인 커뮤니티들에서도 패시브 라디에이터는 해외직구 외에는 구할 방법이 없다고 할 정도.
메인 우퍼에서 뒤로 빠지는 진동을 받아 공진하기만 하면 다 패시브 라디에이터이므로 구조가 굉장히 다양한데, 위 사진의 우측에서 보이는 것처럼 일반 스피커 유니트에서 구동부만 떼 놓은 깔때기 형태는 따로 드론 콘이라고 부른다. 튜닝에 따라 콘 뿐만 아니라 타원이나 네모난 평판형 등으로 설계된 경우도 많다.
저음부를 모사하는 효율이 뛰어나기 때문에 작은 스피커에서 저역을 확장하기 위한 용도로 많이 사용한다. 소니의 블루투스/무선 스피커나 샤오미의 큐브박스, 크리에이티브의 T12, BOSE의 SoundLink Mini와 Computer Music Monitor(M2)[4] 등의 소형 스피커는 물론이고, RAZER 레비아탄 V2 등 일부 사운드바도 사용하는 설계이다.
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| Thiel CS 2.4 스피커의 유닛별 측정치 (적-패시브 라디에이터, 청-우퍼, 흑-전체 측정값) |
2.3.4. 스윙 라디에이터 방식
위의 패시브 라디에이터 방식과 매우 유사한 방식이나, 현재는 특허를 가지고 있는 야마하에서만 사용되고 있는 방식이다.
2.3.5. 트랜스미션 라인 방식
| 트랜스미션 라인 방식의 예 사진은 PMC Twenty-22의 단면이다. |
BOSE에서 어쿠스틱 웨이브 가이드라고 부르는 기술이나 PMC에서 ATL이라고 부르는 기술이 이것이며, 어쿠스틱 에너지 100, 300시리즈, 와피데일 다이아몬드 100, 200시리즈에도 적용되어 있다. 인클로저 내부 디자인이 어렵고 무거워진다는 단점이 있으나, 설계 문제는 컴퓨터가 도입되면서 해결되었고 저음 유니트의 한계치까지의 저음을 재생할 수 있기에 상대적으로 작은 인클로저에서도 그럴싸한 저역까지 재생할 수 있다는 장점이 있으며, 트랜스미션 라인을 지난 음향 에너지가 인클로저 밖으로 자연스럽게 방사되는 덕분에 인클로저에 전달되는 에너지가 줄어들어 통울림이 최소화되고 스피커 유니트에 불필요한 댐핑이 가해지지 않게 되어 전체적인 소리의 성향이 명료하고 개방적이게 된다. 실제로 보스의 어쿠스틱 웨이브 시스템은 2인치 정도의 작은 유닛을 사용함에도 상당히 박력있는 저음이 나온다.
위 그래프는 PMC의 DB1i 스피커를 실제로 계측한 그래프이다. 파란색으로 표시한 우퍼 유니트의 저음 재생특성을 보면 100Hz정도가 저역 한계이고 60Hz 대역은 약 -25bB의 음압을 보이고 있는데, 녹색으로 표시된 트랜스미션 라인 역시 공명 피크는 100 Hz정도이지만 30Hz까지의 커브를 보면 우퍼 유니트보다 음압 감소가 완만하며 60Hz 대역을 보면 -10dB밖에 음압이 줄지 않았다. 결론적으로 트랜스미션 라인의 공명이 조합되어 100Hz 대역은 약간 음압이 올라갔고 100Hz 이하 대역이 완만하게 음압이 떨어지게 되어 무향실 기준으로 70Hz정도의 재생이 가능한 수준이 되었으며 저음이 강조되기 마련인 일반 가정 환경에서는 40Hz대(스펙상으로는 50Hz)까지 재생이 가능해진다.
무향실에서는 이런 그래프였던 것이
일반 리스닝 룸에서는 이렇게 50Hz 부근의 음압이 올라간 것이다.
2.4. 아이소바릭형(Isobaric)
아이소바릭형은 인클로저 자체의 방식이라기 보다는 인클로저에 우퍼를 장착하는 방식 중 하나로 보는 것이 옳을 듯 하다.인클로저를 사용하는 방식의 스피커는 아무래도 인클로저의 댐핑 효과때문에 스피커 유니트의 움직임에 제한을 받게 되는데, 이를 최소화하고 덤으로 인클로저의 부피까지도 줄이기 위한 방식이다. 일반 방식의 인클로저의 절반 정도의 부피면 된다고 한다. 방식은 여러가지가 있는데 이해하기 쉬운 예를 들자면 이렇다.
| 밀폐형으로 구현한 예 | 포트를 적용한 저음반사형으로 구현한 예 |
인클로저의 안쪽에 배플을 하나 더 단 다음 거기에 우퍼와 동일한 유니트를 장착하고 전기적으로 병렬연결하여 배플에 달린 우퍼와 내부에 숨겨진 우퍼가 동일 위상으로 움직이게 한다. 그렇게 된다면 외부 배플에 달린 우퍼가 움직이면서 일으키는 내부의 압력 변화를 숨겨진 우퍼 유니트가 둥일 위상으로 움직이면서 상쇄하게 되어 댐핑에 의한 영향을 줄일 수 있게 된다. 밀폐된 인클로저 공간의 공진 주파수가 우퍼 유니트의 최저공진주파수보다 높을 경우 발생할 수 있는 최저 공진주파수의 상승 및 저역의 부밍현상이 억제되고[7], 동작특성이 오픈형과 유사하게 유니트 고유의 소리를 내는 방향으로 바뀐다. 여기에 포트를 달아 베이스 리플렉스 방식으로 만들지, 아니면 밀폐형으로 만들지는 제조사가 결정할 문제.
요점은 스피커 유니트를 병렬로 작동시켜 불필요한 댐핑을 최대한 억제하는 것이다. 다만, 우퍼 유니트 하나가 숨겨지게 되어 밖으로 소리가 나오지 않게 되므로(베이스 리플렉스 방식을 적용하는 경우 포트를 공명시키는 역할 정도는 하겠다) 효율이 절반으로 떨어지게 되는것이 단점이다.
이 방식은 영국(스코틀랜드)의 LINN사가 특허를 가지고 있으며, 토템[8] 등의 제작사에서 제품을 내놓고 있다.
더 자세한 내용은 밀폐형 방식과 포트 방식과 패시브 래디에이터 방식에 대하여 설명한 영문 사이트에 그림과 함께 설명되어 있으니 한 번 보는 것도 괜찮다. 생각보다 종류가 제법 된다.
2.5. 밴드패스형 (Band-Pass)
| 포트를 적용한 밴드패스형의 예 |
우퍼 유닛을 인클로저 안에 가둬버리고 바깥쪽으로는 포트나 저음 혼을 적용하여 원하는 대역만 빠져나오게(bandpass) 만든 스피커. 하이파이 쪽에서는 매우 대형 스피커가 아니면 보기 힘들지만 카오디오의 우퍼박스로 많이 쓰인다. PA계통에서도 간혹 이런 구조를 적용한 우퍼를 사용하는 경우가 있다. PC용 스피커의 저음유닛 중에서 간혹 스피커유닛은 보이지 않고 안쪽으로 관이 연결된 구멍만 뚫린 경우가 있는데 이런 종류도 일종의 밴드패스형 인클로저라고 볼 수 있다.
카오디오용의 경우 큰 음량으로 들을 경우 우퍼가 좀 잘 나가는 편이라고 한다.
2.6. 저음 혼형 (Bass Horn)
| 여러 겹으로 접혀진 저음 혼의 단면 |
우퍼 유닛의 저음의 파장이 충분히 나올 수 있도록 하며 능률을 개선할 수 있게끔 우퍼의 앞에 혼을 설치한 방식이다. 고음 혼에서 보는 것 같은 나팔을 붙이게 되면 엄청나게 커지므로(...)[9] 보통 위 사진처럼 몇 겹으로 접혀진 형태를 가지고 있으며, 회절이 잘 되는 저음의 지향 특성 상 이런 모양이 되어도 큰 상관이 없다. 보통 저음 유닛의 뒤를 막고 앞쪽에 혼을 만들어놓는 식으로 사용하나 일부 PA나 카오디오 우퍼박스에서는 스피커 앞을 밀폐하고 뒤쪽으로 혼을 다는 경우도 있고 설계에 따라 다양하다. PA 계통에서 18인치 우퍼는 거의 이 형식의 인클로저에 담겨 나온다.[10] 그리고 클립쉬의 전설적인 가정용(...) 스피커인 클립쉬혼, 라 스칼라도 저음 혼을 사용하였으며 그에 따라 앞에서는 우퍼 유닛이 보이지 않는 형태이다.
베이스 리플렉스 방식 중 트랜스미션 라인 방식의 경우 저음 혼을 응용한 것으로 우퍼 유닛의 뒤쪽의 반사음을 저음 혼을 이용해 최대한 저음역을 확장하여 사용하는 것이다.
3. 인클로저의 사이즈 및 형태에 따른 분류
이하 분류는 보통 오디오 업계에서 자주 쓰이는 용어다.- 톨 보이(Tall Boy)
보통 세로 높이가 1m50cm 이상의 길쭉한 인클로저를 가진 스피커는 톨보이로 구분된다. - 북셸프(Book Shelf)[11]
북셸프는 책장이라는 뜻으로 책장안에 쏙 들어가는 사이즈의 인클로저를 가리킨다. 사이즈 특성상 2-Way 방식이 많다. - 큐브(Cube)
정사각형의 작은 인클로저를 가리키는 용어. BOSE 사의 홈시어터에서 자주 볼수 있는 형태다.
4. 재질
주의할 점은 비싼 재질을 쓴다고 해서 더 좋은 인클로저는 아니라는 것이다. 스피커 인클로저의 재질로 어떤 것을 선호하느냐 아니냐는 해당 스피커 메이커의 제조 철학(?)에 따라 다르다고 보는 것이 타당하다.- 플라스틱
대량생산과 재질의 단단함, 가공의 용이함 등으로 AV나 PC-FI에 자주 쓰이는 재질. Bose에서 특히 많이 쓴다. 같은 플라스틱 재질이라도 밀도나 두께 등에 따라 특성이 천차만별이다. - 나무(Wooden)
나무결의 아름다움과 나무 특유의 공진음이 매력적인 재질. 그 중에서도 통짜가 제일 좋다고들 한다. 하지만 아래의 Fiberboard재질에 비해 균일한 품질을 보이지 않아 커스텀 스피커를 만들 때를 제외하면 규격생산되어야 하는 스피커에는 어울리지 않는 재질이다. 현재 '어느 정도 알려진 브랜드'로는 이탈리아의 디아파송이 원목을 주소재로써 사용한 인클로져를 제작하는 유일한 브랜드다. 그 외의 브랜드에서는 주로 겉에 원목 비니어를 붙여서 고급스러운 느낌을 주거나 인클로저 일부에 원목재질을 사용하는 정도이다. - Fiberboard
목재를 해섬(섬유질로 분해)하여 접착제를 도포한 뒤 고온, 고압으로 압착 가공한 목질판상재. 원목에 비해 매우 균일한 품질을 보이기 때문에 음향적으로 훌륭한 소재이다. 공진에 강하고 가공이 용이하여 의도된 대로 설계하기 편리하기 때문에 거의 대부분의 하이파이 스피커에서는 고밀도 섬유판(High Density Fiberboard)[12]을 가장 많이 사용한다. 고급 스피커의 경우 여기에 원목 비니어를 씌우거나 하이그로시 피아노 도장을 하는 식으로 마감하는 경우가 많다. - 파티클 보드 (PB)
원목을 파쇄하여 톱밥만한 크기로 삭편하여 접착제로 압착 가공한 목질판상재. 습기에 취약하고 밀도가 낮아 음향적으로도 별로 좋지 않다. 가격이 저렴하기 때문에 저가형 AV스피커나 PA용으로 쓰인다. 저렴한 PA용 스피커의 겉의 마감재가 벗겨지면 흔히 보게되는 재질이며 일부 저가형 2.1채널 스피커의 서브우퍼 인클로저로도 볼 수 있다. - 합판
빈티지 스피커나 PA에서 많이 쓰이는 소재이다. 하이파이에서도 독특한 구조의 합판을 쓰기도 한다. 나무를 여러 겹 쌓아올린 구조의 일명 "적층" 재질의 스피커가 일부 매니아층에서 유행하기도 했다. - 기타
[1] 불필요한 공진을 질색하는 업체의 색깔로 인하여 스피커 스탠드, 방진 받침 등의 제품에도 주력하고 있는 메이커. 원래 주철 제련업체였는데 음향기기 쪽으로 진출했다. 덕분에 무거운 철재 재질을 사용하는 노하우에는 탁월하다는 평[2] 그런데 이 배플이 울리는 것도 음질에 영향을 주기 때문에 좋은 음질을 위하여 자작나무합판이나 미송합판이나 벚나무 합판 등을 많이 사용하고 있다고 한다.[3] 나중에 티볼리 오디오 모델 원을 남긴 헨리 크로스가 이 시절 AR에서 활약했다.[4] 우유곽만한 크기인데 크기에 비해 믿을 수 없을 정도로 저역이 재생된다. 단순히 둥둥 빵빵하는 중저음으로 저역을 모사하는 척만 하는 C20에 비해, M2는 저역을 그럴싸하게 모사하는 수준으로 크게 개선된 성능을 보인다. 약칭인 M2는 제품명에 M이 두 번 나오기 때문이라나.[5] 우퍼의 공진 주파수(Fs)의 1/4 파장 길이의 트랜스미션 라인이 최적이라고 한다.[6] 이 경우에는 트랜스미션 라인이 너무 단순해지는 탓에 단점이 크지만 없는 것보단 나으니까...[7] 인클로저의 내부 부피가 적정한 용량보다 작을 경우 발생하는 현상이다. 역으로 말해 이 현상을 잡을 수 있으면 그만큼 인클로저의 크기를 줄일 수 있다는 말이다. 인클로저의 용적에 따른 변화가 궁금하다면 이 블로그 글을 한 번 보자.[8] 이 회사의 Mani-2가 호평을 받고 있다. 다만, 이 물건은 앰프의 구동력이 아주 중요한지라 제대로 굴리기가 쉽지 않다고 한다.[9] 근데 옛날 극장용 스피커 등에는 실제로 앞에 혼을 붙인 경우도 있었다(...). 빈티지 알텍랜싱, 웨스턴 일렉트릭 등에 보면 이런 인클로저가 종종 보인다. 사실 이건 중역 혼으로 보는 것이 더 타당하긴 하다. 중역 혼이 사용된 탄노이 웨스트민스터[10] 앞쪽으로 엄청 큰 구경의 혼을 보이는 경우에도 2-3겹은 접은게 그 정도인 것이다.[11] 북'쉘'프로 잘못 적는 경우가 흔하다.[12] 일반적으로 저가형 가구등에 사용되는 MDF에 비해 상당히 무겁고 단단하다.[13] 매지코 제품이 요즘 유명한데, 가격대가 억 소리 나올 정도다.[14] 이것만으로 인클로저를 만드는것보단 인클로저의 차음성을 강화하기 위해 내부에 칠하거나 아스팔트 패드를 붙이는 식으로 사용한다.