전편에서 이어지는 (2)편입니다

정말 대단하고 만들기 어려운 모습으로 스피커를 만들어야 할까?

위 사진의 스피커들도 그렇지만 하이엔드 스피커들 중 일부는 정말 어렵게 생긴 곡선을 가지고 있고 때로는 구형으로 만들어지기도 합니다. 그리고 그 이유는 음향학적으로 좋은 결과를 얻기 위해서입니다. 이것은 말 그대로 음향학적으로 더 나은 모습인 건 틀림없는 사실입니다. 스피커 인클로저 외관이 만들어내는 음향상의 차이점에 대해서는 여러가지로 이미 알려져있고 오래전의 테스트를 통해서도 확인된 바 있습니다. 이런 것들이 그래프로 잘 나타내져서 어떤게 좋은 소리를 낼 수 있는 형태인지도 쉽게 알 수 있습니다.

위는 스피커 인클로저의 모양에 따른 소리의 변화를 나타낸 것입니다. 위에 보면 여러가지 도형들이 보이는데 그게 스피커의 모양새라는 것입니다. 작은 원이 바로 소리가 나오는 곳입니다. 살펴보면 일단 a 같은 경우 구형인데 그래프를 보면 굉장히 평탄한 모습을 볼 수 있습니다. 제가 그래프에 파란색을 칠해놨는데 여기서 저음으로 갈수록 소리가 점점 작아지는 것을 볼 수 있습니다. 이것은 저음역대에서 발생하는 디프랙션 로스인데 뒤에 다시 설명합니다. 아무튼 위의 인클로저 모양들과 그래프를 보면 a의 구형 인클로저가 가장 우수하고, b, j, l 등이 좋아 보입니다. 그리고 그 각각을 상단 인클로저 모양으로 확인해보십시오. 구형이거나 구형과 비슷한 앞부분을 가지거나 혹은 음원(소리나오는 곳)을 제외하고는 챔퍼로 깍여나간 모습입니다. 

그래서 구형의 스피커가 존재하는 것이고 모서리가 깍여나간 스피커들이 존재하는 것이겠습니다. 오디오에 관심있는 분들이시라면 그런 형태의 스피커들이 많이 머리에 떠오를 것입니다. 바로 그래서 그런 만들기 까다로운 스피커들이 존재하는 것이겠다 싶습니다. 물론 이런 음향학적 연구를 그런 스피커를 제작하는 제조사들은 크게 선전 홍보하기도 합니다. 그런데 정말 그런 걸까요? 그래서 우리는 정말 구형의 스피커나 모서리가 왕창 깍여 있는 스피커를 구해야 하고 자작을 하더라도 그렇게 해야 하는 걸까요? 제 생각엔 그것도 별로 아니다 싶습니다. 위 그래프에서 두개만 떼어 생각해봅시다.

위 그래프는 c와 k라는 두개의 모형을 따로 떼낸 것입니다. 편의상 원통형과 톨보이형이라고 합시다. 여기서 원통형 스피커(두루마리 휴지라는 이름이 더 좋을까요?)의 경우 그래프를 보면 정말 엉망 개판입니다. 500헬츠에서 10 데시벨 상한을 쳤다가 1000 헬츠에서는 하한을 치고 다시 1000~2000 헬츠 사이에서 상한을 쳤다가 2000 헬츠에서 하한을 칩니다. 그리고 이후 이게 반복됩니다. 이런 형태의 스피커는 쓰레기라고 할 수 밖에 없습니다. 그리고 스피커 조금 관심 있는 분이시라면 이렇게 생긴 스피커가 바로 떠오르실 겁니다. 쿠르베 스피커라는 국내 제조업체가 이런 형태로 스피커를 만듭니다. 흔히 대포형이라고 부르기도 합니다. 그런데 쿠르베 스피커가 저런 쓰레기 같은 그래프를 보여주느냐면 전혀 그렇지 않습니다. 그다지 이상하지 않고 정상적입니다. 사실 위 그래프는 굉장히 이론적인 것입니다. 실제로 스피커 유닛을 측정해도 저런 식으로 나오지 않습니다. 저도 원통형의 스피커를 제작해봤지만 저렇게 해괴한 그래프가 나오지 않습니다. 위 그래프는 점음원에서 소리가 나오고 전면이 넓다는 전제하에 그려진 것입니다. 

반면 우리가 아주 일상적으로 사용하는 톨보이 모델 같은 경우에는 그래프가 뭔가 좀 안좋아 보일 수도 있지만 가만히 살펴보면 그리 나쁘지 않은 특성을 보입니다. 일단 300~400 헬츠 사이에 봉긋하게 올라간 부분이 보입니다. 그러나 그렇게 많이 올라간 것도 아닙니다. 그저 3데시벨 정도 봉긋하게 올라간 것이니 큰 문제는 아닙니다. 더구나 이런 부분들은 네트워크를 통해 어느 정도 조절이 가능합니다. 그리고 500 헬츠 이상에서는 꽤나 평탄하다고 볼 수 있습니다. 저 그래프상에서 500 헬츠 이상의 다소 불규칙하고 오르내림이 잦은 모습은 전혀 나쁜게 아닙니다. 주파수가 올라갈 때 "잦은" 음압의 차이라는 건 나쁜게 아닙니다. 왜냐하면 인간은 1/3 옥타브 내에서의 음압의 차이를 잘 감지하지 못하기 때문입니다. 1/12 옥타브나 1/24 옥타브로 측정을 해보면 굉장히 잘게 요동치는 그래프를 볼 수 있지만 1/6 또는 1/3 옥타브로 보면 상당히 평탄한 모습을 볼 수 있습니다. 그리고 그게 어쩌면 그 스피커가 어떻게 들릴지를 더 잘 보여주는 것이기도 합니다. 인간이 들을 수도 없는 좁은 대역에서의 음압문제를 생각할 필요가 없기 때문입니다. 그러니까 가령 어떤 음원을 변형시켜서 600~800 헬츠 구간을 3 데시벨 올려 들어보면 확연한 차이를 들을 수 있습니다. 대략 1/3 옥타브 정도가 되기 때문입니다. 그런데 600~650 헬츠를 6 데시벨 올려서 들어보면 별 차이가 없습니다. 차이는 6데시벨로 두배가 늘었는데도 차이가 거의 느껴지지 않는 것은 변형된 주파수의 대역이 1/10 옥타브 정도로 매우 좁은 구간이기 때문입니다. 

현실과 이론의 괴리

위 그래프들은 꽤나 평이한 형태를 가진 두 스피커의 그래프입니다. 가격은 많이 차이가 납니다. 왼쪽은 500만원 정도고 오른쪽은 25만원 정도입니다. 둘 다 직육면체 모양을 하고 있습니다. 그리고 대역별 응답특성을 보면 전혀 나쁘지 않습니다. 왼쪽의 그래프는 아주 인상적일 정도입니다. 30헬츠부터 20000 헬츠까지 평탄성이 대단합니다. 오른쪽 그래프를 보면 이 스피커는 워낙 작은 스피커이기 때문에 저음역대는 음압이 워낙 낮습니다. 하지만 100헬츠부터 20000 헬츠까지 오르내리는 것이 ±3dB 정도 밖에 안됩니다. 이정도의 차이는 스피커의 개성으로 느껴질 수 있는 부분입니다. 손바닥만한 제품이 이정도 모습을 보여주는 것이 놀랍기도 합니다. 이 둘 모두 너무나 평이한 직육면체 모양새인데, 흔히 말하는 그냥 박스 모양일 뿐인데 응답특성이 전혀 나쁘지 않습니다. 

물론 음향학의 이론적인 저 실험이 완전히 틀린 것이라는 말은 아닙니다. 다만 저 테스트는 점음원을 가정했으며 배플의 크기도 아주 큽니다. 그래서 꽤나 유명한 저 그림에서 얻을 수 있는 것은 전면 배플이 너무 넓은 것은 좋지 않겠구나 정도에 불과합니다. 그리고 사실 거의 대부분 스피커들은 그렇게 넓은 전면배플을 가지고 있지 않습니다. 그리고 또 한가지 생각할 수 있는 부분은 전면 배플이 넓다고 하더라도 그것이 직육면체(정육면체가 아니고) 모양이라면 전혀 나쁘지 않은 결과를 기대할 수 있겠구나 생각할 수 있습니다. 즉 스피커가 구형이어야 한다거나 혹은 뭔가 더 기괴한 모습일 필요는 없다는 겁니다. 

 

여기서 스피커 유닛 제조사들이 측정한 스피커 유닛들 각각의 측정 그래프를 볼 필요도 있습니다. 왼쪽은 우퍼이고 오른쪽은 트위터입니다. 위 유닛들은 자작인들이 흔히 사용해볼만한 50~100 달러 수준의 유닛들입니다. 그래프들에 파란색이 칠해져 있는데 이부분들을 실제로 사용하게 된다는 의미입니다. 우퍼에서는 2500 헬츠 이상은 네트워크 필터에 의해서 날려버릴 것이고 트위터에서는 2500 헬츠 이하 구간은 역시 필터로 날려버리게 될 것입니다.

중요한 건 파란색이 칠해진 구간들인데 왼쪽 그래프를 보면 해당 구간에서 800 헬츠에 피크가 있지만 그렇게 나빠 보이지 않습니다. 대체로 평탄하다고 봐야겠죠. 이 구간은 네트워크를 통해 어느 정도 밟아줘야 할 것 같습니다. 그리고 오른쪽 트위터를 보면 2000 헬츠부터 약 20000 헬츠까지 매우 평탄한 것을 볼 수 있습니다. 그래프의 곡선들 중 가장 위의 진하게 칠해진 것을 보면 됩니다. 아주 평탄해서 뭐 흠잡을 데가 없어 보입니다. 임피던스도 이 구간에서 크게 변화하지 않고 있는 모습입니다. 이렇게 정말 준수한 것도 50 달러 밖에 안합니다.

그런데 스피커 유닛 제조사들은 이걸 어떻게 측정할까요? 물론 무향실에서 측정하는게 보통입니다만 그렇다면 스피커 유닛을 덩그러니 하나 놔두고 테스트할까요? 물론 그건 아닙니다. 보통 아주 넓은 판에 유닛을 장착하고 측정합니다. 전면에 아주 넓은 판을 만들고 후면에서 나오는 소리를 완전히 차단해 테스트합니다. 머리속에 두가지를 상상하시면 됩니다. 벽에 구멍을 뚫어 유닛을 장착하는게 첫번째 입니다. 그러면 유닛 뒤에서 나오는 소리는 벽뒤 공간으로 퍼져나가버리겠죠. 또 하나는 아주 커다란 박스를 만들어 밀폐시키고 내부에 솜을 채워넣어 내부 공기의 진동을 억제한 뒤 유닛 하나만 전면에 장착하는 것입니다. 이 두가지 모두 유닛의 후면에서 만들어지는 소리가 전면의 소리와 상호작용하지 않도록 하는 것입니다. 이것을 무한 배플이라고도 합니다만 중요한 것은 이런 테스트가 구형 인클로저에서 행해지는 것은 아니라는 점입니다. 그럼에도 불구하고 위 그래프들을 보면 평탄성이 아주 좋습니다. 

결론적으로 말해서 스피커 외형이 어떤 모습이 되더라도 그렇게 드라마틱하게 소리가 쓰레기가 되지는 않습니다. 물론 두루마리 화장지 같은 형태로 만드는 것은 조금 지양해야 하는 것도 사실입니다. 하지만 이 또한 전면 배플이 별로 존재하지 않게 만든다면 큰 문제가 되지는 않습니다. 그리고 전면배플이 넓다고 하더라도 그게 점음원을 기준으로 거리가 딱딱 동일하게 만들어지지 않으면 나쁘지 않습니다. 가령 정육면체인데 전면 배플이 넓다면 꽤 문제가 발생합니다. 하지만 조금 길쭉하게 만들어서 유닛을 배치한다면 딱히 큰 문제가 되지도 않습니다. 사실 이 부분에서는 음향학의 이론적인 부분이 상업적으로 너무 많이 활용된 측면이 있습니다. 구형으로 만들면 좋지만 사실 우리가 흔히 사용하는 궤짝형 스피커와 큰 차이도 없으니 말입니다.

측정과 네트워크 튜닝

이전 글에서 네트워크 튜닝은 까다롭고 노가다성 작업인데다 측정이라는 건 애당초 개인이 자작하는 수준에서는 불가능하다고 볼 소지가 있다고 했습니다. 하지만 이 부분에서도 꼭 그렇지만은 않다는게 제 생각입니다. 수백만원대 중상급기의 배를 따서 내부 네트워크를 살펴본 분들은 대부분 일정정도 공감하실 겁니다. 사실 아무런 기술도 없다는 걸 말이죠. 심지어 싸구려 소자를 쓰는 경우도 흔합니다. 수백만원 정도 하는 스피커이고 오디오에 발을 들인 사람이라면 모르는 사람이 없는 유명 브랜드인데 통을 까보니 트위터에 3달러짜리 싸구려 콘덴서 하나와 2~3 달러짜리 저항이 붙어 있는 것을 보게 되는 경우도 있습니다. 뭐랄까. 이건 너무하지 않나 싶은 느낌이 듭니다. 자작하는 사람들은 심리적 안정감 때문에 캐패시터의 경우엔 문도르프 오디오파일러 정도는 써주는데 그 가격의 반밖에 안되는 소자들을 쓴 스피커가 몇백만원이니까요. 

사실 네트워크라는 기술은 백년 가까이 된 기술들입니다. 그것이 오디오에 접목되어 필터로 쓰이는데에는 여러 사람들의 이론적인 기여가 있기도 하고, 네트워크 이론중에 꽤 유명한 링크비츠-라일의 지그프리트 링크비츠씨는 2018년에 사망한 아주 가까운 인물이지만 그가 이 이론을 만든 것은 50년이 넘었습니다. 네트워크에 대한 것은 사실 이론이 별로 없습니다. 무지 오래된 이론들이고 그것을 적용하는데엔 언제나 상황과 오차가 따르기 때문에 노가다만이 존재합니다. 이외에 노치 필터라던가 드라이버 어테뉴에이터 회로라던가 회절 손실 보상 회로라던가 다 뻔한 원리에 의한 뻔한 구조를 가지고 있습니다. 사실 네트워크라는 건 어려운게 아니고 노가다 작업이 수반되는 지리한 상황이 곤란할 뿐입니다. 그리고 이건 자작이나 전문기업이나 차이가 없습니다.

측정의 어려움

진짜 문제는 측정에 있습니다. 위에 네트워크 소자를 바꿔가며 측정한다고 했는데 측정 자체가 까다롭기 때문에 네트워크 튜닝도 더 어려운 일이 아닐 수 없습니다. 때로 측정을 제대로 한다는 건 아예 불가능한게 아닐까 생각하기도 합니다. 아래 그림은 통상적인 스피커 자작시의 측정 위치를 나타낸 것입니다. 보통은 유닛으로부터 30센티쯤 앞에서 측정을 합니다. 

이때 마이크의 위치는 트위터와 우퍼의 중간쯤이 됩니다. 1번과 같은 경우가 가장 흔한 측정 위치라고 할 수 있습니다. 이렇게 하는 건 이유가 있기도 합니다. 원래 스피커의 주파수 대역별 음압을 측정할 때는 트위터의 축에서 2번과 같은 높이로 1미터 거리에서 하게 됩니다. 하지만 그렇게 멀리 떨어져 있으면 반향이 너무 많이 들어와서 정확한 측정이 어렵습니다. 그래서 30센티 정도로 가깝게 측정하는 것입니다. 지난 편에서 말한 바대로 그렇게 되면 스피커에서 직접 나온 소리는 더 클 것이고 반향되는 소리는 작게 측정되기 때문입니다. 그런데 그렇게 가깝게 마이크를 가져다 대다 보니 트위터 정면에서, 트위터 축에서 측정을 하게 되면 우퍼에서 나오는 소리는 상대적으로 작게 측정될 것입니다. 그러니까 트위터 축에서 측정하는 것이 아니라 트위터와 우퍼의 가운데 정도에서 측정하게 되는 것입니다.

그런데 측정해보신 분들은 다들 아실테지만 위 그림 중 1, 2, 3, 4번 위치에서의 측정은 다 다르게 나옵니다. 가끔은 정말 몇센티 움직이지도 않았는데 측정 결과가 확실히 다르다는게 보여서 의아해하기도 합니다. 그래서 같은 자리에서 두번 측정하면 완전히 같은 결과가 나옵니다. 좀 황당하죠. 이렇게 되는 이유는 여러가지가 있습니다. 첫째 측정용 마이크가 스피커의 트위터와 우퍼의 어디 쪽에 치우치느냐에 따라 두 유닛으로부터 나오는 소리의 크기가 다르게 측정되기 때문입니다. 그런데 제가 경험하기에는 그보다는 두번째 요인이 더 큽니다. 트위터와 우퍼는 크로스오버 근처에서 소리가 겹치는 대역이 발생하는데 두 점음원에서 발생하는 소리는 반드시 보강간섭과 상쇄간섭을 일으키기 때문입니다. 만약 크로스오버 지점이 3400 헬츠라면 보강간섭과 상쇄간섭이 일어나는 거리는 불과 10 센티밖에는 안됩니다. 게다가 가까이서 측정하기 때문에 더 그렇습니다. 이때 보강간섭을 하게 되면 한개 유닛이 소리내는 크기 보다 6데시벨 커지는데 상쇄 간섭이 되면 6데시벨 작아집니다. 즉 보강과 상쇄 간섭의 격차가 무려 12 데시벨이나 되는 것입니다. 따라서 측정 마이크의 위치를 조금만 바꿔도 그래프는 상당히 다르게 나오는 것입니다.

그런데 이런 어려움은 저음에서 더 심합니다. 대략 100헬츠나 200헬츠 이하의 영역은 공간에 크게 지배를 받습니다. 공간은 마주보는 벽을 가지고 있고 이런 마주보는 벽은 반드시 정재파를 만들어냅니다. 그리고 이 정재파는 상당히 강하게 만들어지는 것이라 100헬츠 이하는 측정해봐야 그 그래프를 믿을 수가 없습니다. 또 한가지 재미있는 사실은 저음일 경우 소리는 확산성이 매우 큰데 100 헬츠 이하의 소리라면 앞으로나 옆으로 소리가 확산될 뿐만 아니라 스피커의 뒤로도 갑니다. 이때 스피커 뒤로 갔던 저음이 스피커 앞으로 다시 돌아오게 마련이고 스피커 앞에서 나오는 소리와 겹쳐집니다. 그러면 스피커와 벽의 위치가 얼마나 되느냐에 따라 일정한 주파수에 상쇄나 보강 간섭이 발생합니다. 이건 정말 너무 어려운 일이 되는 거죠.

측정에 있어서의 꼼수와 발상의 전환

측정에서도 스피커 인클로저를 만들 때와 같이 꼼수가 존재하고 꼼수를 넘어서버리는 발상의 전환이 가능합니다. 일단 스피커 인클로저에서 30센티 앞에서 측정한다는 것도 꼼수의 하나이긴 합니다. 반향음에 비해 직접음이 더 크게 입력되도록 하는 것이기 때문에 무향실 환경이 아닌 곳에서 좀 더 정확한 대역별 응답을 측정하는 방법입니다. 이것도 꼼수입니다. 

활용가능한 각종 꼼수

또 저음의 측정이 매우 어렵다고 했는데 이에도 꼼수가 존재합니다. 근접측정입니다. 아래의 사진이 바로 그런 근접측정을 보여줍니다. 측정 마이크를 우퍼의 아주 가까이에 가져다 가서 측정하는 것입니다. 사진에서는 유닛에서 2센티미터 정도 떨어진 것으로 보이는데 실제로는 유닛이 전후운동하면서 부딪히지는 않을 정도까지 가까이 가져가 측정을 합니다. 그냥 5~10밀리미터 정도 떼어서 측정한다고 보면 됩니다. 그리고 이렇게 측정하게 되면 저음도 정재파나 반향에 많이 영향받지 않고 측정이 가능합니다. 그리고 이렇게 측정되는 것은 대략 500~600헬츠 정도까지라고 보면 됩니다.

만약 위와 같은 방법으로 측정한 결과가 있다고 합시다. 그러면 두개의 결과가 나옵니다. 아래 그래프에 그려진 것인데 빨간색 곡선은 스피커 정면 트위터와 우퍼의 중간지점 30센티 떨어진 곳에서 측정된 것을 그린 것입니다. 그리고 파란색 곡선은 위 그림과 같은 측정방법으로 측정된 것입니다. 그러면 두 그래프가 300~500 헬츠에서 겹쳐지도록 설정을 해주어야 합니다. 그리고 그 기준점(아래 그래프의 회삭 수직선) 이하의 주파수에 대해서는 근접측정한 파란색 곡선을 보면 되고, 기준점 이상의 주파수에 대해서는 빨간 곡선을 보면 됩니다. 이 방법으로 사실 200 헬츠 이하의 주파수 대역별 응답에 상당한 정확성을 얻을 수 있습니다.

포트도 같은 방식으로 측정합니다. 포트에서 나오는 소리도 거의 전부가 200 헬츠 이하이기 때문에 근접측정하는 것이 좋습니다. 이때는 포트의 입구가 시작되는 곳까지 가까이 가져가서 측정을 합니다. 포트 안으로 넣으면 안되고 포트에서 떨어져 있는 것도 좋지 않습니다. 스피커 인클로저 면과 같은 정도로 포트에 대고 측정하면 됩니다. 그리고 그 세기는 다시 보정을 해줘야 합니다. 이것은 스피커 우퍼의 구경과 포트 구경의 차이에 근거해 계산되는데 -6데시벨이라던가 -12 데시벨이라는 값을 계산할 수 있습니다(인터넷에서계산기가 있습니다).그래서 포트에서 측정된 그래프는 우퍼의 근접측정 그래프보다 10 데시벨 정도 높다고 보고 이 격차를 줄여서 봐야 합니다. 

이런 것들이 측정에 있어서의 꼼수들이라고 할 수 있습니다. 하지만 이런 꼼수들이 여럿 존재함에도 불구하고 정말 어려운 부분들도 여전히 존재합니다. 위에서 근접측정을 하면 좀 더 정확한 저음의 응답특성을 알 수 있다고 했습니다. 그런데 이렇게 근접측정을 하게 되면 스피커 인클로저 자체에 의해 만들어지는 효과가 완전히 배제됩니다. 말 그대로 우퍼 유닛이 움직이는 것 자체를 측정한 것과 다를 바가 없다는 뜻입니다. 스피커 유닛이 스피커 인클로저에 들어가면 어떤 결과가 발생하느냐 하면 거의 절대 예외없이 디프랙션 로스, 회절 손실이 발생하기 때문입니다. 소리는 저음일수록 확산성이 좋고 고음일수록 직진성이 좋습니다. 즉 저음은 낮아질수록 잘 퍼져나가게 되고 고음은 높아질수록 더 모아져 나간다는 말입니다. 그러면 스피커 인클로저를 떠올리며 생각해봅시다. 고음은 스피커 인클로저의 정면으로만 쏘아지게 됩니다. 반면 저음은 인클로저 전면으로 뿌려지는 것 뿐만 아니라 옆으로도 퍼지고 뒤로도 퍼져 나갑니다. 그리고 퍼져나간다는 것의 의미는 동일한 에너지가 발생한다 하더라도 일정한 거리에서 들을 때 그 에너지의 일부를 받게 된다는 것과 같습니다.

위의 그래프는 이 디프랙션 로스가 어떻게 일어나는지, 그래서 결과적으로 근접측정과는 어떻게 달라지는지를 보여줍니다. 먼저 위에 니어필드라고 한 것은 우퍼의 코앞에 마이크를 놓고 측정한 결과입니다. 그리고 아래는 언애코익 룸, 무향실에서 측정한 결과입니다. 서로 음압의 수준이 다르다는 것은 문제가 아닙니다. 그보다 중요한 것은 500헬츠 이하의 구간에 대해서만 봐도 음압의 양상이 서로 많이 다르다는 것입니다. 위에 근접측정한 것을 보면 700헬츠 정도부터 100헬츠까지 굉장히 평탄하게 비슷한 음압을 유지한 것을 볼 수 있습니다. 하지만 아래 무향실 측정의 결과를 보면 700-100 헬츠로 가면서 대략 6데시벨 정도가 줄어든 것을 볼 수 있습니다. 이것이 디프랙션 로스, 회절 손실의 결과입니다. 즉 유닛 자체가 만들어내는 대역별 음압은 위 그래프의 근접측정 그래프처럼 상당히 평탄하게 상당 대역에 대해 균일한 모습을 보여주지만 그 유닛을 인클로저에 붙이게 되면 바로 아래와 같이 700-100 헬츠에서 6데시벨 가량 손실이 발생하는 것입니다. 그리고 이런 손실은 어떻게 얼마가 발생하는지 정확하게 계산하기 어렵습니다. 대략 6 데시벨이 줄어든다는 것은 공통인데 어디서 더 많이 줄어들고 어디서 더 적게 줄어들지는 우퍼 유닛의 위치가 어디인지, 스피커 인클로저의 좌우 폭이 얼마인지 높이가 얼마인지에 따라 달라집니다. 굉장히 짜증나는 대목이죠.

발상의 전환

위에서 말한 바대로 측정에는 여러가지 꼼수들이 존재함에도 불구하고 결국 어떻게 말끔하게 해결이 되지 않는 답답한 부분들이 존재합니다. 이건 어쩔 수가 없는 부분입니다. 그런데 그런 답답함에서 벗어나기 위해서는 발상의 전환이 필요합니다. 보통 스피커 제조사나 혹은 이를 평가하는 기관들이 하는 측정의 방법은 무향실에서 마이크를 트위터 축에 맞춰 1미터 떨어진 곳에서 측정하는 것입니다. 그리고 그에 따른 주파수 대역별 음압을 측정해 그래프로 나타내줍니다. 보통 스피커를 자작하게 되면 바로 그 아이디얼, 이상에 최대한 다가가고자 합니다. 그래서 측정에서 여러가지 꼼수를 쓰게 되고 여러가지 계산도 같이 해가면서 별짓을 다 하기도 합니다. 

그래서 여기서 발상을 전환할 필요가 있습니다. 스피커 자작을 하게 되면 위에서 말한 바대로 '무향실' '트위터 축으로부터 1미터 거리에서' 같은 이상을 자꾸 떠올리고 매달리고 꼼수를 동원합니다만 이 '이상'이라는 것 자체를 의심해볼 필요가 있습니다. 무향실에서 테스트한 결과가 과연 좋은 것일까요? 무향실에서 트위터 축으로 1미터 거리에서 측정한 것이 완벽하면 그게 좋은 걸까요? 대부분의 사람들은 스피커를 1미터 거리에서 듣지 않습니다. 책상위 데스크파이를 제외하면 1미터 거리에서 듣는 사람은 별로 없습니다. 거실에 놓고 듣는다고 하면 보통 3~5 미터 떨어져서 듣습니다. 사실 1미터 거리와 3미터 거리는 전혀 다른 측정 결과를 내놓습니다. 이건 무향실에서 해도 마찬가집니다. 1미터, 1.5미터, 2미터, 2.5미터 다 다른 측정 결과가 나옵니다. 그러면 1미터 거리에서 측정한다는게 무슨 의미가 있을까요? 

그리고 무향실이라는 환경도 그렇습니다. 세상에 무향실에서 음악 듣는 분 계실까요? 국내에 있는 어느 불완전한 무향실의 경우에는 대략 70~80 헬츠 이상의 구간에 대해서는 무향이라고 봐도 된다고 합니다. 즉 80헬츠 이하의 구간에 대해서는 무향실이라 볼 수 없지만 그 이상의 구간에 대해서는 무향실이라 할만한다는 거죠. 그리고 그 방을 구성하고 제작하는데 억대가 들었다더군요. 그런 억대의 비용을 들여서 공간 튜닝을 하고 그 안에서 음악 듣는 분이 있을까요?

스피커를 측정할 때 무향실 1미터 거리라는 규칙이 만들어진 것은 그 규칙이 이상적이어서라기 보다는 그저 표준이 되어주기 때문입니다. 현실적으로 무향실은 존재하지도 않고 스피커를 1미터 거리에 두고 그것도 좌우가 아닌 하나만 놓고 듣는 사람은 없습니다. 하지만 하나의 표준으로 제시되어 서로 비교될 수 있기 때문에 그렇게 하는 것일 뿐입니다.

반향은 반향이라고 하더라도 정재파의 경우를 생각해봅시다. 공간에는 당연히 정재파가 발생합니다. 아래의 그림은 정재파가 무엇인지를 설명해줍니다. 스피커에서 소리가 나면 소리가 퍼져나가다가 벽에 부딪히면 되돌아옵니다. 그런데 그 파장의 길이와 벽의 길이가 일정한 비율로 딱 맞아떨어지면 벽으로 가는 소리와 돌아오는 소리가 서로 중첩되어 보강간섭과 같은 현상이 발생합니다. 그래서 그 주파수 대역에서는 피크가 일어납니다. 

이런 현상은 마주보는 벽면이 있다면 어디서나 발생합니다. 전후면, 좌우면, 상하면 모두에서 발생할 수 있습니다. 그래서 음악을 듣는 공간은 깨끗한 맨벽이 아니라 이런저런 것들이 놓여 있는 것이 좋습니다. 마주보는 벽의 거리가 서로 다를 수 있기 때문에 정재파의 발생도 적어집니다. 그런데 여기서 가장 문제가 되는 것이 바로 위아래면입니다. 일단 윗면(천정)에는 뭘 놓기가 곤란합니다. 그리고 방에 무언가 가득 채워놓을 게 아니라면 바닥면도 그렇게 많이 커버하기 어렵습니다. 그런데 사실 따지고 보면 천정과 바닥처럼 일정한 높이로 아주 넓게 형성된 마주보는 면도 없습니다. 통상 우리나라 아파트의 천정고는 2.3 미터입니다. 이 높이라면 74 헬츠 정도에서 피크가 형성됩니다. 즉 아파트에서 음악을 들으면 74헬츠 정도에서는 당연히 음압이 높게 나온다는 의미입니다. 거기에 더해서 그 두배와 세배의 주파수에서도 피크가 발생합니다. 150헬츠와 220 헬츠 정도죠. 이게 현실이고 그런 현실에서 벗어나는 공간은 존재하지 않습니다. 존재한다면 무향실 밖에 없는 거죠.

결국 무향실이라는 환경은 말 그대로 가상의 공간일 뿐입니다. 어떤 물체에 힘을 가하지 않는다면 그 물체는 등속직선운동 할 것입니다. 그런데 우리는 그런 상상을 하기 어렵습니다. 왜냐면 그게 현실에 존재하지 않으니까요. 저격수들이 총을 쏠 때도 그 총알이 등속직선운동 할 것이라고 생각하고 쏘지 않습니다. 발사된 총알은 지구 중력의 영향을 받아서 천천히 아래로 떨어질 것이고 바람의 영향 때문에 어느 한쪽으로 편향될 수 밖에 없습니다. 그리고 이것이 현실입니다. 이 비유가 정확한지 모르겠지만 무향실과 트위터 축 1미터 거리를 이상으로 두고 측정에 오만 꼼수를 동원하는 것은 마치 50 미터 앞 표적과 1킬로미터 앞 표적에 대해서 동일하게 겨냥해서 총을 쏘려는 저격수와 같습니다. 스피커 자작을 하려는 사람들은 어느 공간에서도 정확하지 않지만 '이상'으로 생각하는 공간에서 음악을 들으려는 것 같은 목표를 가질 필요가 없습니다. 그저 자기 공간에 맞게, 자기가 듣는 위치에 맞게 튜닝하면 됩니다.

위 사진의 왼쪽은 무향실에서 측정하는 모습입니다. 오른쪽은 오디오가 배치되어 있는 어느 거실입니다. 우리는 왼쪽에서 음악을 듣는게 아니라 구체화되고 현실화된 오늘쪽과 같은 공간에서 음악을 듣습니다. 그러니 측정을 할 때는 오른쪽의 저 구체화된 공간에서, 그리고 측정 마이크의 위치도 소파 거리로 그리고 소파에 앉았을 때의 귀높이에서 측정하면 됩니다. 그게 현실을 반영한 것이고 자신의 공간에 완벽하게 맞춰진 말 그대로 맞춤 제작이 되는 거죠. 포트의 측정과 같은 부분은 여전히 꼼수를 동원하는게 낫다고 보이긴 합니다만 스피커 자작을 할 때 측정이란 바로 이렇게 맞춤화가 답이라는 것입니다. 

네트워크의 문제

네트워크는 까다롭고 귀찮은 작업입니다. 그게 아주 힘든 작업이기도 한게 사실입니다. 그러나 그 노가다가 그렇게 엄청난 것까지는 아닙니다. 각 소자가 가지는 값 외의 다른 변수들을 함께 계산해줄 수도 있습니다. 가령 코일은 인덕턴스를 가진 소자인데 당연한 일이겠지만 저항도 함께 가지고 있습니다. 이 저항들이 스피커 임피던스와 함께 어떤 문제를 일으킬지 예측 가능합니다. 사실 그렇지 않다고 하더라도 그렇게 엄청난 노가다가 수반되지는 않습니다.

그보다 중요한 것은 실제 청감상 어떠냐 하는 것입니다. 측정을 통해 아주 플랫하다는 것을 확인했는데 실제로 들어보면 뭔가 좀 모자란다거나 아쉽다는 느낌을 받는 경우가 거의 대부분입니다. 이럴 때는 측정도 하면서 실제 청취도 하면서 변경시켜야 합니다. 소자값을 조금씩 조절하면서 들어보는 것입니다. 플랫한 상황에서 벗어날 수도 있지만 자신이 듣는 음악에서 자신이 원하는 어떤 소리가 되는 지점을 찾을 필요가 있습니다. 물론 저음역대 왕창 부스팅해버리거나 중음역대를 지나치게 밟아버리거나 해서는 안됩니다. 그렇게 되면 지나치게 왜곡된 소리를 듣는 것이기 때문입니다. 대략 ±3dB 안의 편차가 생기는 수준으로 만들어나가야 합니다. 

그런데 이런 네트워크 튜닝의 어려움을 그냥 씹어먹어버릴 수도 있습니다. 이걸 기술의 발전 때문이라고 해야 할지는 모르겠지만 네트워크의 기능을 그대로 해주는 전자 부품들이 있습니다. 네트워크를 장착하는 이유는 대역별로 신호를 나눠서 트위터와 우퍼와 혹은 미드레인지 유닛에 보내기 위해서입니다. 그리고 어느 정도 대역별 평탄성을 맞춰줄 수도 있습니다. 이게 네트워크가 하는 일입니다. 그런데 이걸 애당초 앰프에 신호를 보내기 전에 대역을 나누고 보내면 되지 않을까요? 앰프로 증폭되기 이전에 신호를 고음역대와 저음역대로 나누고 고음역대 앰프, 저음역대 앰프로 나누어 보낸 다음 스피커에 연결하고 스피커에서는 네트워크가 없이 바로 트위터와 앰프로 연결할 수 있습니다.

위 그림은 바로 그런 상황을 그린 것입니다. 왼쪽이 전통적인 방식의 네트워크입니다. 먼저 약한 음악신호가 앰프로 들어가면 이것이 증폭되어 스피커로 보내집니다. 그러면 스피커에서는 네트워크로 이 신호가 들어가고, 여기에서 고음 신호와 저음신호가 나뉘어 각각 트위터와 우퍼에 전달됩니다. 흔히 말하는 패시브 스피커 혹은 대부분의 하이파이 스피커가 바로 이런 방식입니다.

오른쪽 그림은 네트워크가 없습니다. 먼저 DSP(디지틀 시그널 프로세서)에 약한 음악신호를 보냅니다. 그러면 여기서 고음과 저음을 분리합니다. 그리고 분리된 저음과 고음의 약한 신호를 두대의 앰프에 따로따로 보냅니다. 그러면 한 앰프는 고음만 증폭시키고 다른 앰프는 저음만 증폭시킵니다. 그렇게 해서 스피커로 보내게 되면 스피커에는 네트워크가 필요없습니다. 이미 그 과정이 해결되었기 때문이죠. 그렇게 되면 네트워크를 구성한다는 고생이 필요없는 일이 될 수도 있습니다. 아래는 그런 일에 사용되는 기기들입니다. 이 부분은 두가지 정도의 역할을 합니다. 첫째는 대역을 분리하는 것입니다. 둘째는 대역별 평탄성을 만들어주기 위해 이콜라이징을 하는 것입니다. 보드를 따로 사서 연결할 수도 있고 완제품을 하나 사서 쓸 수도 있습니다. 해보면 완제품이나 보드 사서 이렇게 저렇게 구성하나 가격은 비슷하게 나오는 편입니다. 대략 100 달러 정도면 해결이 됩니다. 아래는 그런 부품들이나 제품들입니다.

이 방식의 문제점은 2웨이 스피커를 만든다면 앰프가 두대 필요하고 3웨이를 만든다면 앰프가 세대 필요하다는 것입니다. 이 부분은 조금 골치아프긴 하죠. 하지만 네트워크 튜닝의 까다롭고 노가다에 가까운 작업을 손쉽게 해결할 수 있습니다. 거기에 더해서 네트워크 소자들에 의해 음질 열화가 일어날 수 있는 부분을 완전히 제거할 수 있습니다. 매우 좋은 방식이 아닌가 개인적으로 생각합니다만 그렇다고 하더라도 측정을 통한 튜닝은 당연히 해나가야 합니다. 특히 포트 튜닝이라던가 스피커 체적이 좋은지를 튜닝하는 일은 단독적으로 수행해야 하는 일입니다. 그러나 네트워크 튜닝을 이런 기계들로 손쉽게 해결한다는 것은 상당한 장점이 있습니다. 물론 여기에도 우퍼의 공명 주파수 부분을 함부로 손대면 안된다거나 어느 부분을 지나치게 부스팅시키면 음질적인 손실이 발생한다는 등의 유의사항이 있습니다. 그리고 이런 DSP의 역할을 컴퓨터로 할 수도 있습니다. 다만 그런 경우에는 그 컴퓨터에 연결해서만 음악을 들어야 한다는 한계는 있겠죠.

결론과 사족

결론적으로 말해서 스피커 자작이란 좋은 취미입니다. 손으로 뭔가를 만드는 일에 재미를 느끼시는 분이라면 충분히 도전해볼만한 영역입니다. 또한 스피커 자작은 일정 수준 이상의 스피커를 만들려는 목적이라면 분명 좋은 스피커를 저렴하게 제작하는 일이 될 것이고, 자신만이 꿈꾸는 멋진 모습의 스피커를 만드는 일인 동시에 자신이 들을 공간에 정확하게 맞춰진 스피커를 만들 수 있는 일입니다. 그리고 오랜 기간 동안 지속시키며 이런 저런 스피커를 만드는 재미를 느낄 수 있습니다.

사족으로 덧붙이자면 초기에 대단한 비용을 들여 대단한 스피커를 만들려고 하지는 마세요. 처음부터 좋은 스피커가 만들어지기는 어렵습니다. 유닛간의 조합은 상성이 있고 이를 알게 되는 것은 경험 밖에 없습니다. 목공이나 네트워크 튜닝도 하나하나 노하우가 쌓여야 하는 일입니다. 그러나 어지간한 유닛들을 가지고 또 많이 생각하면서 만드시기 바랍니다. 사실 그 많이 생각하고 알아보고 새로운 스피커를 구상하는 것도 굉장히 즐거운 일이기도 합니다. 

또 한가지 충고라면 스피커를 몇일만에 혹은 한달 내로 만들어낼 생각을 하지 않으시기 바랍니다. 그렇게 빠르게 만들어나가다 보면 점점 스피커가 쌓이는 일이 발생합니다. 하나의 스피커를 한 계절 또는 반년의 프로젝트로 생각하고 진행하시기 바랍니다. 가다듬고 가다듬어서 좋은 스피커를 하나 만든다고 생각하십시오.

뭐 이렇게 나열할 조심할 것이나 생각해둘 일은 너무 많습니다. 스스로 하나하나 알아나가는 것들이 대부분이니까요. 가령 스위핑 웨이브를 쏘면서 측정할 때는 통상 듣는 볼륨의 절반 정도로만 측정을 하십시오. 저는 생각없이 측정하다 유닛 태워먹은게 여러갭니다.

간혹 주변을 보면 성인 남성이라는 사람들은 취미라는게 거의 없습니다. 특히나 중년쯤 된 남성들은 골프 정도 외에 취미가 흔치 않죠. 뭐 사실 남성들의 특징, 술마시는게 취미인 사람들이 많아서 그런게 아닌가 싶기도 합니다. 술 좀 줄이시고 여러가지 다양한 취미를 가져보는게 좋지 않나 싶습니다. 음악 듣기나 혹은 스피커 자작 처럼요.