오디오를 하면서 소리에 대해 많은 걸 따지지만, 정작은 소리에 대해 잘 모르는 경우가 많은 것 같습니다.

음향원리를 이해하면 보다 창의적이고 현명한 오디오생활에 도움이 될 것이라 생각합니다.














1. 개념



돌맹이를 호수에 떨어뜨리면 하나의 원형의 파원이 만들어집니다.



-> 이것이 점음원(point sound source)입니다.














돌맹이 두 개를 호수에 떨어뜨리면 두개의 원형의 파원이 만들어지면서, 그 파원이 서로 만나는 곳에서는 보강 및 상쇄간섭이 발생합니다.



-> 따라서 한 공간에서 여러조의 스피커를 동시에 구동하게 되면 이런 문제가 나타납니다.














그러나 만약 돌맹이 두 개가 서로 매우 가까이 있는 채로 호수에 떨어졌다면, 마치 하나의 파원처럼 되겠지요.

만약 돌맹이 세 개가 일렬로 붙어서 떨어진다면, 이것도 하나의 파원처럼 되겠지요.

만약 돌맹이 10개가 일렬로 붙어서 떨어진다면.... 하나의 파원이지만 그 진원은 길다란 선 모양이 될 것입니다.



-> 이것이 선음원(line sound source)입니다.



-> 스피커의 경우, 작은 스피커들이 일렬로 바짝 붙어 있을 때 선음원이 형성됩니다.
















-> 공연장에서 천정에 길게 매달려 있는 라인어레이(line array) 스피커가 선음원을 이용한 스피커입니다














-> 그렇다고 어떤 톨보이들과 같이, 우퍼를 서너게 세로로 주욱 박은 것을 선음원이라 볼 수는 없습니다. 불과 1미터도 되지 않는 길이에, 파장이 긴 저역만을 재생하므로, 이건 그냥 점음원에 가까운 것입니다. 왜 그런지는 본 글을 끝까지 읽으시면 이해 되실 것입니다.









그러나 선음원이라도, 멀리서 바라본다면 결국 점으로 보이게 됩니다.



-> 그렇게 일정 거리가 넘어가면, 그 성질이 점음원과 같아집니다. 그 일정 거리는 선이 길 수록, 그리고 주파수가 높을 수록 멀어집니다.
















점음원이 수직으로 배열되어 선음원을 이루고 있는 상태에서, 다시 이 선음원들이 수평으로 배열되어 면을 이루게 되면, 이것이 면음원(sulface sound source)입니다.



-> 대표적으로 보스901이 면음원을 이용한 스피커입니다.








-> 작은 스피커를 종횡으로 배열한 것 만큼의 크기의 큰 진동판의 스피커도 마찬가지로 면음원을 형성합니다.











그러나 면음원이라도 선음원과 마찬가지로 멀리서 바라본다면 결국 점으로 보이게 됩니다.



-> 그렇게 일정 거리가 넘어가면, 그 성질이 점음원과 같아집니다. 그 일정 거리는 면이 작을 수록, 그리고 주파수가 낮을 수록 짧아집니다.











2. 2. 점, 선 면에 따른 지향성과 음압감쇄 정도의 차이



점음원은 파장이 상하좌우 사방으로 방사됩니다.

그렇게 되면 파원으로부터 거리가 멀어질 수록 음의 밀도가 많이 떨어지겠죠...



-> 그 결과, 일정거리까지는 청취거리가 2배 증가함에 따라 음압이 6dB씩 감소됩니다.







선음원은 파장이 상하로는 방사되지 않고 좌우로만 방사됩니다.

선의 양 끝 간의 길이보다 짧은 파장은 상하 방향에서는 서로 상쇄간섭이 일어나 음이 소멸되기 때문입니다.



-> 그 결과, 일정거리까지는 청취거리가 2배 증가함에 따라 음압이 3dB씩 감소됩니다.



-> 단, 선의 길이보다 짧은 파장만 선음원으로 동작하고, 그 보다 긴 파장은 점음원이 됩니다.



-> 따라서, 보다 낮은 주파수(저음)까지 선음원화 하려면 스피커를 그 만큼 길게 나열해야 합니다.



-> 예를 들면, 100Hz의 파장은 340m/s(음속) ÷ 100Hz = 3.4미터입니다. 즉, 100Hz까지 선음원화 하려면 스피커의 길이는 3.4미터는 되어야 합니다.



-> 따라서, 스피커가 충분히 길지 못하다면, 중고역만 선음원으로 동작을 하니, 거리가 멀어지면 중고역만 강조되어 들리겠죠.



-> 점음원보다 거리에 따른 음압감쇄가 적기 때문에, 보다 먼 거리까지 소리를 보낼 필요가 있는 경우에 이 선음원의 원리를 활용하는데, 그곳은 곧 공연장입니다.

곧, 선음원은 점음원보다 적은 출력으로, 보다 멀리까지 소리를 보낼 수 있습니다.

또한, 점음원보다 선음원 쪽이 공연장의 앞자리와 뒷자리간에 음량차이를 줄일 수 있습니다. 공연장 앞은 귀청이 떨어지고 뒤는 들릴락 말락 한다면 곤란하겠죠...

더불어, 소리가 상하로는 방사되지 않기에 불필요한 바닥 또는 천정반사를 줄일 수 있어, 소리가 보다 명료해 지는 장점도 있습니다.









면음원은 파장이 상하좌우로 방사되지 않고 전방으로만 직진합니다.

면의 양 끝 간의 길이보다 짧은 파장은 상하좌우 방향에서는 서로 상쇄간섭이 일어나 음이 소멸되기 때문입니다.



-> 그 결과, 일정거리까지는 청취거리가 증가해도 음압이 감소되지 않습니다.



-> 단, 면의 길이보다 짧은 파장만 면음원으로 동작하고, 그 보다 긴 파장은 점음원이 됩니다.



-> 따라서, 보다 낮은 주파수(저음)까지 면음원화 하려면 스피커의 면적이 그 만큼 커야 합니다.



-> 따라서, 스피커가 충분히 크지 못하다면, 중고역만 면음원으로 동작을 하니, 거리가 멀어지면 중고역만 강조되어 들리겠죠.



-> 2웨이 미드우퍼를 예를 든다면, 6.5인치 경우 진동판 직경은 대략 14cm 정도 되는데, 이는 2429Hz의 파장길이에 해당이 됩니다.(340m/s / 0.14m = 2429Hz)

이는 주파수가 올라갈수록 지향각이 좁아지다가 2429Hz 부터는 소리가 옆으로는 퍼지지 않고 전방으로만 쏘아지는 면음원으로 작동한다는 의미입니다.

이렇게 되면 청취위치가 스피커 전방에서 비껴나면 2429Hz 이상 대역은 거의 들리지 않게 된다는 것이죠.

따라서, 만약 이 스피커의 크로스오버 주파수가 2429Hz 보다 높다면, 스윗스팟이 매우 좁아질 것임을 예상할 수 있습니다.

이렇게 크로스오버 주파수 파장이 진동판 면적보다 짧아 지향각이 매우 좁아지는 것을 마치 빔을 쏘는 듯하다 하여 beaming 현상이라 하고 이는 면음원의 다른 표현이라 할 수 있습니다. 이러면 스윗스팟이 매우 좁아지기에, 이를 피하기 위하여 멀티웨이 스피커 설계시 이를 크로스오버 주파수의 상한선으로 간주합니다.

만약, 이 스피커의 크로스오버 주파수가 2429Hz 보다 낮다면, 그 윗대역은 트위터가 담당하는 바, 트위터는 직경이 14cm 보다 훨씬 작으므로 점음원으로 동작하여 소리를 사방으로 방사시키기에 그런 문제는 생기지 않을 것이겠죠.

이 현상의 극단적인 케이스가 풀레인지 스피커들입니다. 파장 짧은 중고역도 파장보다 큰 진동판으로 재생하기에 중고역대의 좌우 스윗스팟이 매우 좁고, 또한 거리가 멀어져도 중고역은 에너지가 떨어지지 않아 청취거리가 멀어질 수록 중고역이 강해져 전후 스윗스팟도 좁게 됩니다.

그러나 소리가 사방으로 방사되지 않고 직진만 하기에 스윗스팟에서 청자에게 도달하는 음은 반사음이 아닌 거의 직접음뿐이므로 포커싱이 또렷해지는 장점이 있습니다.

흔히 풀레인지를 아무 위치에서나 편안하게 적당히 듣는 만만한 스피커로 여기는 경향이 있는데, 오히려 그 반대인, 신경을 써서 집중하여 들어야 하는 스피커라는 것입니다.