서브우퍼

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Sub Woofer

1 왜 서브우퍼를 따로 쓰는가?

일반적인 스피커는 합리적인 수준의 주파수 대역을 재생 가능할 수 있도록 설계가 되어 있으나 초저역 재생이라는 관점으로 접근하면 불충분할 수 있다.

소형 스피커는 보통 40~70Hz, 조금 규모가 되는 스피커도 대체로 30Hz정도가 재생 가능한 하한선이고 스피커 유닛 자체 성능이 아닌, 인클로저(스피커 케이스)의 도움을 많이 받게 된다. 그래서 일반적인 스피커에서는 정상적으로 재생[1]하기 힘든 대역의 저음역 전용 스피커를 두게 되는데, 이것이 저음역을 보조한다는 의미의 Sub 가 붙은 Sub-Woofer 이다. 보통 100Hz 아랫쪽 대역을 서브우퍼가 재생하도록 한다[2].

물론 저가형 멀티채널 스피커의 경우 조그만 유니트를 사용한 위성 스피커가 재생하지 못하는 저역을 퉁 쳐서 재생하는 경우도 많다. 이게 우퍼일까? 아니면 서브우퍼일까?

하만카돈의 사운드 스틱 2[3]. 위성 스피커는 1인치 금속제 역돔형 풀레인지 유니트 4개로 구성되어 있고 우퍼 모듈은 일반적인 6인치 콘형 유니트이다. 2.1채널 구성. 음질은 꽤 괜찮은 편이다.2000년대 초반에 많이 보급되던 2.1체널 스피커의 서브우퍼 부분. 물론 당시에 나온 PC용 스피커중엔 100Hz 미만으로 재생되던게 이것 뿐이라 가성비론 최강을 자랑하던 과거가 존재한다. 우퍼단 앰프의 출력은 7.5W, OTL,OTC 구조의 BTL 방식.

이를테면 이런 거. 이게 저가형이라고? 아무리 그래도 듣보잡을 보여드릴 수는 없어서 그랬습니다. 하지만 누군가는 듣보잡을 추가하지.

2 일반적인 사용

다른 유닛은 정수로 표시하는데 서브우퍼만큼은 소수점 첫째 자리로 표시한다. 2.1채널, 4.1채널, 5.1채널 등. 서브우퍼가 2개일 경우 x.2가 된다. 서브우퍼가 10개면 어쩌라고 사실 서브우퍼 10채널을 쓸 일이 없는 것이, 서브우퍼 대역의 저음은 사람이 방향성을 느낄 수 없어서 어디서 들리는지 분간을 못하고 그냥 소리가 들린다는 것만 인식한다. 그래서 출력이 워낙 감당이 안되고 거리차이가 심해 딜레이가 문제되는 곳에서나 여러 개 쓰는 것이지, 일반적인 시스템은 절대 x.2채널을 넘지 않는다.[10] 보통 공연장이나 영화관 등에서는 x.2채널, 가정용은 x.1채널로도 심장을 두들기는 강한 서브우퍼 사운드를 느낄 수 있다. 그리고 서브우퍼를 여러개 설치하면 서브우퍼간의 위상을 맞추는 게 엄청나게 힘들다. 특히나 저역대라서 위상이 조금만 빗나가면 특유의 왜곡과 함께 심각한 출력저하를 야기하므로 어지간해선 2개 이상 쓰지 않는다. 과거 인기있던 나카미치 홈시어터는 서브우퍼를 2개 사용하긴했다 단, 여러개의 서브우퍼를 잘 이용하면 오히려 위상과 룸 에러를 극복하여 청취지점을 늘릴 수 있다. 그리고 서브우퍼가 방향성이 없긴 하지만 아예 없는 것도 아니고 거리가 충분하지 않으면 서브우퍼의 발산지가 약간 느껴질 수 있다.

3 특성

저역을 재생하는 것이 주된 역할이다 보니 일반적인 스피커와는 조금 특성이 다르다. 방향성이 거의 없고 벙벙대며 울리기 쉬운데다 설상가상으로 소리가 건물의 벽체를 울리기 쉬운 저음의 특성상 방음과 방진에 공을 들여야한다.

크로스 오버라는 음 분리 장치를 통해 세세하게 분리시 우퍼 스피커는 약 100~250Hz이며 미드우퍼가 약 250~500Hz를, 스쿼커가 약 500~2000Hz를, 트위터가 2000Hz~6000Hz, 슈퍼 트위터가 6000Hz[11] 이상을 맡게 된다. 때문에 ~100Hz를 재생하며 우퍼를 서브(SUB)해줘서 서브우퍼(SUB WOOFER)로 부른다. 이렇게 자잘하게 쪼개는건 엑티브 크로스오버를 사용해야하고 흔히 스피커 네트워크라고 불리는 패시브 크로스오버는 전기적 교류신호로 재생성된 전기신호를 가지고 작업하게 되는데, 뭐든지 강제로 꺾고 막으면 무리가 따르듯이, 전기신호도 주파수를 강하게 자르거나, 깎아내는만큼의 위상차 왜곡이 발생하게 되는데, 이 위상간섭 왜곡은 일반적인 EQ를 통한 복원이 불가능 에 가깝다. 만약 180도에 가까운 위상차 가 날 수록 해당 주파수 대역이 그냥 증발 해버리기 때문. 때문에 적당한 선에서 타협을 보거나 극단적인 기술개발로 왜곡을 줄이면서 잘라내거나 둘중 하나

서브우퍼의 경우 설치에 신경 써야 한다. 방향성 없는 저역이라 아무곳에나 처박아 두면 장땡인줄 아는데 절대 아니다. 유리 창 근처이면 유리창이 공진하며 생기는 고조파 왜곡으로 인하여 소리가 이상하게 울린다. 코너에 박아 놓으면 저음이 기괴하게 커진다. 이건 장점 사실 일반 우퍼든 서브 우퍼든 바닥에 놓고 코너에 몰면 저역이 4배로 늘어난다.참고 당연히 저역이 감당 불가능의 영역까지 치솟는다. 그리고 서브우퍼는 엄청난 진동을 동반하므로 대리석 판이나 진동 흡수용 고무볼, 스파이크 같은 장치를 해야한다. 안 그러면 층간소음 크리...그걸 노리고 쓸 수 도 있다 여러가지로 다루기 힘든 스피커가 서브우퍼다.

대다수의 서브우퍼는 초저역 재생을 위하여 유니트의 크기를 18인치[12]까지 키우기도 하는 관계로 크기가 매우 크고 아름답다. 또한 가청 외 대역과 진동을 충분한 기압차로 만들어내야 하기 때문에 매우 높은 출력을 요구하는 관계로 별도의 앰프를 내장하고 있는 액티브 방식이 많다. 일반적인 pc 스피커에서의 서브우퍼도 대개 위성 스피커[13] 2개의 출력을 합한것보다 최소 1.5배는 높게 잡는데, 당연히 출력빨이 되어야 제대로 들리던 말던 하니까 그런 거다. 보통 가정용 삼성or LG 5.1 ch 홈시어터에서 서브우퍼의 출력은 대략 1.5kW, 보통 2kW RMS란 것에서부터 이미 끝. 저 출력도 정격 입력 [14] 으로 순간 최대 출력[15] 에 맞춰 스피커를 구성하고 고성능 스피커 드라이버 를 사용할 경우 출력은 상상을 초월한다 애초에 홈시어터가 못버틸지도(...)

통상적인 북쉘프의 저역 하한선이 40~50Hz라고 할 때 서브우퍼는 15~150Hz 정도를 재생하게 되는데, 이와 같이 저역에서 일부 영역이 겹치게 되므로 세팅 시 이를 감안하여 조정하는 것이 필수. 대부분의 AV 앰프에서는 서브우퍼를 사용하는 경우 메인 스피커 쪽에는 해당 주파수를 잘라내고 내보내는 등의 기능을 제공하고 있으며, 중상급 서브우퍼의 경우는 서브우퍼 쪽에서도 별도로 설정을 조정할 수 있다[16].

서브우퍼는 일반적인 스피커 시스템 뿐만 아니라 혼 시스템에서도 찾아볼 수 있는데, 아니나 다를까 서브우퍼 역할을 하는 혼은 그 크기가 6m나 되는 거대한 몸집을 가진다.[17] 국내에서 찾아보기 드문 혼 스피커만을 사용한 오디오파일러의 음감실 사진 한장을 보면,


이거일 것 같다면 아니다. 이거보다 더 크다. 여기 아파트인 것 같은데 이거 풀로 틀면 아파트 주민들 엄청 열받을 듯 그걸 노리고 산 건가

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이거다! 저 장엄한 크기의 서브우퍼 혼을 보라!

국내 유일인 것으로 알려져 있으니 오디오 파일러들에게 수소문 해보자.

4 특수 초저역대 전용 드라이버

한편으로, 영화관 또는 특수 음감실 등에서 당연하지만 일반적인 우퍼로는 영화에서 나오는 극저음을 다 재생할 수 없기에 사용하는 것으로 로터리 우퍼라는 것이 있다. 선풍기처럼 생겼는데, 뒤에는 꽤 높은 출력의 전동기(3~7kW)를 장착하고 있으며, 날개는 실리콘이나 고무로 되어있고, 날개의 피치각을 조절하는 보이스코일이 있다.

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이렇게 생겼다.

스피커와 달리 음압을 형성하는 과정이 특이한데, 보이스코일의 움직임에 따라 날개의 피치가 바뀌고, 그러면 바람이 불어들어갔다 나갔다 한다. 이 과정에서 밀폐된 음감실 내부의 압력은 처음 입력된 소리의 파형에 따라 바뀌게 되는데, 알다시피 저 압력변화가 음압이다.

저역대에서 높은 효율을 보유하지만, 일단 기본적으로 잡음이 좀 있고, 바람소리가 많이나기 때문에 저 기계를 설치한 곳은 꼼꼼하게 저역통과 설계를 하여 잡소리를 죽여야한다. 그리고 저거 50Hz 쯤 되면 반응 안 한다.

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  1. ↑ 온전히 유니트의 힘으로 재생하는것을 말한다.
  2. ↑ 돌비 스탠다드 기준으로는 120Hz 이하 대역을 서브우퍼로 재생한다
  3. ↑ 현재는 단종되어 사운드 스틱 3와 사운드 스틱 와이어리스 제품이 판매되지만 기본적인 구조는 변하지 않고 있다. 자세한 내용은 여기.
  4. ↑ 말 그대로 20kHz 라면 초당 20000 번(...)
  5. ↑ 기압 형성에서 해당 주파수의 한 주기중 최대 음압이 형성되는 파장길이 1/4 지점에 해당하는 직경이 필요하기 때문 자세한 설명은 지면이 좁기때문에 생략(...)
  6. ↑ 예를들어 100Hz 를 정상 재생하기위해선 이론상 스피커 직경은 상온 15도 기준 {초당 음속거리 (단위m)/주파수(Hz)} / 4 = 340m /100 /4 = 85cm 즉 진동판 직경이 85cm. 33인치라는 정신나간 크기의 스피커 유닛을 요구하게 된다. 이는 최저 목표 주파수가 낮아질수록 감당안되는 크기의 유닛을 요구하게 된다.
  7. ↑ Tweeter 트위터
  8. ↑ Woofer 우퍼
  9. ↑ 중음 전용 스피커는 squaker 스쿼커 라고 하나, 영어쓰는 자기네도 듣보잡인 어려운 영어단어 대신 흔히 Mid Range Driver. 추가적으로는 중고음, 중저음 으로 나뉠경우 High-Mid 등으로 부른다
  10. ↑ 스테레오 하이파이 시스템의 경우는 좌우 채널에 각각 서브우퍼를 다는 사례가 있는데 이게 x.2 시스템이 될 수도 있겠다. 영국 셀레스천의 SL600 북쉘프를 포함한 시스템 6000이 그렇다.
  11. ↑ 해당 값들은 스피커 유닛을 뭘로 쓰느냐, 누가 만들었냐, 어디에 쓸것이냐 등에 따라 천차만별이다. 참고만 할 것.
  12. ↑ 사실상 상용 스피커 유닛의 최대크기이다.
  13. ↑ 세틀라이트 스피커. 따로 떨어져 있다는 의미에서.
  14. ↑ 스피커를 장시간 운용 가능한 최대입력. RMS 또는 Program 등으로 표기한다
  15. ↑ 스피커의 보이스 코일이 파손직전에서 단시간 입력을 받아 최대출력을 할 수 있는 능력. 피크(Peak) 파워라고도 부른다. 대개 정격 입력의 2배값을 가지나, 스피커 유닛에 따라 10배가 될수도 있으며 최장 30분 가량을 허용하는 값이다. 간혹 저가 브랜드에선 이 순간 최대 출력을 정격 출력으로 속이므로 표기를 잘봐야 한다. PC 스피커가 피크파워로만 보면 올림픽 경기장을 꽉채우는 파워를 받는다 뭥미 아무리 좋게 봐줘도 6W인 스피커의 정격 출력이 60W다? 100% 순간 최대 출력을 가지고 구라친거다. 주의 요망.
  16. ↑ 서브우퍼용 신호와 위성 스피커로 보낼 신호를 1차로 교통정리하는 크로스오버 네트워크의 컷오프 주파수를 조절하는 것. 액티브 방식이라면 여기에 서브우퍼용 신호를 증폭하기 위한 앰프가 더해진다. 서브우퍼에 다이얼이 두 개 보이게 된다. 하나는 컷오프 주파수 조정 다이얼, 다른 하나는 앰프 볼륨 컨트롤 다이얼(액티브 방식 한정). 아... 전원 스위치가 빠졌네.
  17. ↑ 이상적인 혼의 길이 또는 출구 직경이 목표 최저 주파수 파장의 1/4 길이 임을 생각해보자