좋은 봄날이네요.. 좋은 날씨지만 좀 골치 아픈 문제제기를 합니다.
뭐 아시는분은 아시겠지만 과연 주파수특성이 더 넓은 대구경 스피커가 더 많은 앰프의 출력을 요구하느냐의 논제에서 시작하여 그럼 과연 같은 스피커에서 공진주파수 위의 정상적인 음압출력이 되는 구간과 공진주파수 아래의 음압이 떨어지는 구간에서 각각의 정현파를 출력했을 때 앰프의 출력은 어떤 것이 더 먹느냐까지 발전을 했습니다..
[문제 제기]
스피커의 공진점아래로 주파수가 내려가면서 실측되는 전류치가 어떻게 되는지 한번 알아보죠..
[이론적 배경]
스피커는 기본적으로 앰프의 전력을 이용해서 소리라는 현상을 만드는 기계입니다. 즉 소리가 커지면 앰프출력은 당연히 커지는 것이고 또 출력이 작아지면 소리가 작아지게 되어 있습니다. 하지만 일반적인 저항처럼 모든 주파수에서 똑 같은 반응을 보이면 좋을 터인데 그렇지 않다는 문제가 있습니다.
그림1. 스피커의 주파수특성
보다시피 일정한 전압을 앰프에서 인가를 하였을 때 각 주파수별로 음압치를 나타내주는 그래프입니다. A 부분은 별 문제가 없습니다. 전압치에 맞는 소리를 내고 있고 물론 이부분의 임피던스는 바뀌지만 전압치가 일정하다면 전류값이 그에 맞게 움직이면 일정한 출력은 유지할 수가 있습니다. 물론 오디오에서 앰프는 전압우선신호를 보내니까 전류값이 움직이지만 이론적으로나마 만약 전류우선신호를 보내는 기기가 있다면 이번에는 전압이 임피던스에 맞게 움직이면서 출력만 유지하면 됩니다. 즉 일반적인 상식인 R=V/I 라는 옴의 법칙이 아주 쉽게 성립이 되는 구간이죠..
하지만 문제는 B구간입니다. 이 부분은 일정한 전압신호를 인가해 주어도 그것이 음압이라는 소리에너지로 원활히 변환이 안 되는 구간입니다. 복잡한 계산식이 있고 메커니즘이 있자만 결과는 그렇습니다. 그런데 이부분의 임피던스 역시 유지가 됩니다…. 그럼 A구간과 전혀 다른 물리적인 현상이고 다르게 생각을 해야 합니다..
그림2. 스피커공학의 한 페이지
가장 일목요연하게 표로 나온 페이지의 사진입니다.
스피커에서 생기는 전기적 현상과 스피커의 기계적 움직임 그리고 최종적으로 음향으로 변할 때 각각이 서로 매칭이 되어서 그 역할이 바뀌는 것을 말합니다. 이것을 회로적으로 이야기하면 등가회로라고 합니다..
임피던스 해석법에서는 스피커에 걸리는 전압은 음압으로 표현이 됩니다. 다시 임피던스의 역수로 표현이 되는 기계적 해석법에서는 이번에는 전류값이 음압이 됩니다. 또 전류값과 전압값은 서로 보완적인 성분을 갖기 때문에 하나가 떨어지면 다른 하나도 떨어지게끔 되어있는 현상들이 아주 자주 일어납니다. 그리고 스피커에서는 비록 스피커의 주파수특성에서 보이듯 음압이 떨어지는 주파수 대에서도 스피커의 임피던스는 떨어지지만 어느 정도 DCR위에서 유지가 됩니다….
다시 정리하자면 스피커의 등가적 해석에는 보는 관점에 따라 음압이 전압일수도 있고 전류이기 때문에 음압이 증가한다면 전류값이나 전압값이 증가해야 하고 반대로 음압이 떨어진다면 전류값이나 전압값이 떨어져야 하는데 전류와 전압은 서로 보완적 관계가 있고 임피던스가 어느정도 유지가 될려면 전류 전압모두가 떨어져야 한다는 것을 유추할 수 있습니다.
R=V/I입니다.. 즉 R값이 어느정도 유지가 되면서 V나 I중 하나만 떨어지면 다른 하나는 자동으로 떨어진다는 것이죠…..
그럼 여기서 그림1의 실제 B구간에서는 전압과 전류가 같이 떨어져서 주파수특성곡선의 음압곡선과 상당히 유사한 값의 변화를 가질 것으로 예상이 됩니다…
전 그것을 증명하자고 합니다…..
2편으로 갑니다……… ^^
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