서브우퍼

 

Subwoofer
1. 개요
2. 왜 서브우퍼를 따로 쓰는가?
3. 일반적인 사용
4. 연결법
5. 특성
6. 특수 초저역대 전용 드라이버
7. 관련 문서


1. 개요


Sub[1] + Woofer
일반 스피커로 재생할수 없는 초저음을 재생하기 위한 전용 스피커를 가리키는 용어.

2. 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 70~40Hz, 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[2]하기 힘든 대역의 저음역 전용 스피커인 우퍼를 사용하게 된다. 우퍼는 저음 전용 스피커를 의미하고, 서브우퍼는 저음 재생용 스피커인 우퍼 중에서도 초저역 혹은 극저역이라고 부르는, 일반 저음인 Bass보다도 더 낮은 대역폭인 Sub-bass 를 주로 재생하는 우퍼를 말한다.
쉽게 생각하면, 오케스트라에서 바이올린이나 첼로가 있음에도 콘트라베이스를 쓰는 이유와 비슷하다. 음악 연주에서 저음역을 쉽게 내는 악기를 쓰는 것처럼 저음역을 위한 음향장치를 하나 별도로 두는 것이다.
서브우퍼에서 '서브'가 의미하는 것은 저음역을 보조하는 스피커라는 의미에서 보조의 뜻이 있는 Sub라는 접두사가 아니고 정확한 정의는 Sub-Bass를 재생하기 위한 우퍼라는 의미에서 Subwoofer 이다. 보통 100Hz 아랫쪽 대역을 서브우퍼가 재생하도록 한다[3].
물론 저가형 멀티채널 스피커의 경우 조그만 유니트를 사용한 위성 스피커가 재생하지 못하는 저역을 퉁 쳐서 재생하는 경우도 많다.
[image]
[image]
하만카돈의 사운드 스틱 2[4]. 위성 스피커는 1인치 금속제 역돔형 풀레인지 유니트 4개로 구성되어 있고 우퍼 모듈은 일반적인 6인치 콘형 유니트이다. 2.1채널 구성. 음질은 꽤 괜찮은 편이다.[5] 다만 해상력은 본격적인 스피커에 비해 당연히 떨어진다.
EV의 MTL4.18 18인치 유닛 4개로 만들어진 SR 서브우퍼. 상자 안쪽에 보이는 밖을 향해 붙어있는 4개의 깔때기같이 생긴 게 전부 우퍼의 진동판이다.
이를테면 이런 거.
통상적으로 스피커 유닛의 경우 입력되는 전력 신호에 따라 진동하여 공기의 떨림을 만들어 내고, 해당 공기의 진동을 우리가 흔히 말하는 소리로 듣게 된다. 일반적으로 사람이 고음대역 이상이라고 느끼는 5000Hz 이상의 음역대의 경우 요구하는 음압 생성을 위하여 앞뒤로 충분히 움직여야 함과 동시에 스피커의 진동판을 사람이 청취 가능한 음압 형성을 위해 충분히 크게 움직이며 앞뒤 방향 초당 5000번 왕복운동 을 시켜야 함을 말한다.[6] 즉, 고음역대로 갈수록 진동판을 실제 물리적으로 고속 진동시켜야 한다.
그리고 통상적으로 사람이 저음이라고 느끼는 300Hz 이하 가량의 저음역대 재생에서는 앞뒤 왕복 행정거리도 중요하지만 실질적으로 스피커 유닛만으로 해당 저음을 정상적으로 만들어 내기 위해선 필연적으로 스피거 진동판의 직경이 최저 주파수 파장의 1/4 길이는 되어야 정상적인 공기압 형성이 가능하다.[7] [8] 이 직경 문제는 스피커 가 점차 개발되면서 인클로저 형태를 이용하여 저음 재생을 보강하거나 컨트롤 함으로써 어느정도 해결되지만, 저음역 재생 유닛이 일정 크기 이상이 되어야 함은 변하지 않는다.
문제는 이런 스피커의 특성에서 기인하는데, 고속 진동하여 고음을 생성하자니 진동판 직경이 작아 저음생성이 어렵고, 저음생성을 위하여 진동판을 크게 하자니 진동판의 질량, 즉 무게가 무거워져 둔한 움직임을 보이니 이러지도 저러지도 못하는 딜레마에 빠지게 된다. 그리하여 개발된것이 고음전용 스피커[9], 저음 전용 스피커[10] [11]등으로 우리가 듣는 가청주파수 대역을 2~5 가량으로 나누어 해당 전용 스피커 드라이버를 갖춰 운용하는 소위 2Way, 3Way 등의 시스템이 나오게 된다. 음역대가 나누어 할당된 스피커 갯수 만큼 X way 라고 부른다. 다시 말하지만 나누어진 만큼. 총 개수가 아니다.
이중 일반적인 스피커 유닛과 적당한 크기의 인클로저에서는 정상적으로 생성이 힘든 100Hz 이하 대역의 저음역 전용 스피커를 두게 되는데, 이것이 Subwoofer 이다.
여기까지는 가정용의 이야기다. 무대용 음향인 SR 음향 시스템에서는 실내의 경우 가정용처럼 풍성한 저음을 기대하기 위해, 또는 홀이 너무 커서 일반 스피커로는 풍성한 저음을 낼수 없을때 설치하며 야외의 경우 탁 트인 장소의 특성상 음이 지나치게 확산되어 저음이 쉽게 손실되는 참사가 벌어진다. 스피커에서 20m만 떨어져도 저음이 사라진다. 농담이 아니고 흔히 신장개업해서 이벤트걸 불러놓고 음악 틀고 쿵짝대는 소리를 들어보면 멀리서는 고음만 쨍쨍거리다가 가까이 가면 그제야 저음이 들린다. 그래서 야외에서는 대출력 엠프에 물린 대형 서브우퍼가 필수다. 이마저도 500m를 넘으면 저음이 슬슬 떨어진다.

3. 일반적인 사용


다른 유닛은 정수로 표시하는데 서브우퍼만큼은 소수점 첫째 자리로 표시한다. 2.1채널, 4.1채널, 5.1채널 등. 서브우퍼가 2개일 경우 x.2가 된다.서브우퍼 10대면 뭐라고 표기해야 하냐는 사람이 있는데, 사실 서브우퍼 10채널을 쓸 일이 없는 것이, 서브우퍼 대역의 저음은 사람이 방향성을 느낄 수 없어서 어디서 들리는지 분간을 못하고 그냥 소리가 '''들린다'''는 것만 인식한다.[12][13] 그래서 출력이 워낙 감당이 안 되고 거리 차이가 심해 딜레이가 문제되는 곳에서나 여러 개 쓰는 것이지, 일반적인 시스템은 절대 x.2채널을 넘지 않는다.[14] 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 출력 저하를 야기하므로 어지간해선 2개 이상 쓰지 않는다. 과거 인기있던 나카미치 홈시어터는 서브우퍼를 2개 사용하긴 했다. 단, 여러 개의 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.
다만 야외 무대의 경우 규모에 따라 우퍼 스피커가 좌우에 각각 최소 2개 이상은 붙어있는데 이는 출력과 음량을 보강하기 위한 것으로 스피커 프로세서에서 나오는 서브 우퍼용 시그널은 2개뿐이다. 두 개를 여러 대의 엠프에 분산해서 큰 소리로 나오게 하는 것.
야외 콘서트장 같이 음향 설비를 제대로 갖춘 곳에서 DJ가 EDM 공연을 하면 서브 우퍼의 파워를 제대로 체험할수 있는데 온몸의 장기가 다 뒤흔들리는 것 같은 강렬한 저음을 뿜어낸다.

4. 연결법


보통 홈오디오용 서브우퍼의 뒷면을 보면 입력이 비디오플레이어나 DVD 플레이어에서 많이 보던 RCA 단자로 로우레벨 입력을, 스피커 입력단자로 하이레벨 입력을 받는다. 홈시어터용 리시버 엠프 같이 앰프쪽에서 서브우퍼 신호를 따로 보내주면 로우레벨로 연결하면 되지만 그렇지 않을 경우 스테레오 스피커 아웃을 우퍼의 하이레벨 입력에 물리고 하이레벨 출력에 스피커를 물리는 식으로 연결한다. 그리고 우퍼 뒤에서 커트될 주파수 영역을 설정해주면 된다.

5. 특성


유닛을 최대한 많이 분리해낸다면, 보편적인 우퍼 스피커는 약 100~250Hz이며 미드우퍼가 약 250~500Hz를, 스쿼커가 약 500~2000Hz를, 트위터가 2000Hz~10000Hz, 슈퍼 트위터가 10000Hz[15] 이상을 맡게 된다. 때문에 서브 우퍼는 ~100Hz를 재생하게 된다.
100Hz 이하의 음역대는 회절이 쉽고 방이나 가정집과 같은 공간에서는 공명이 생기기 쉬운 음역이기 때문에 설치가 비교적 까다롭고 환경에 따라 여러가지 조건이 따른다. 특히 유리창에서 공명이 일어나면 소리가 이상하게 변할 수 있고, 코너에 박아놓으면 저음이 벽에 반사돼 저음이 약 4배는 크게 들릴 수도 있다. # 또한 큰 진동을 만들어내기 때문에 바닥과 직접 닿아 있으면 층간소음 문제가 발생할 수 있으므로 반드시 대리석 판이나 고무판을 까는 형태로 사용해야 한다.
대다수의 서브우퍼는 초저역 재생을 위하여 유니트의 크기를 18인치[16]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[17] 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 [18]으로 순간 최대 출력[19] 에 맞춰 스피커를 구성하고 고성능 스피커 드라이버 를 사용할 경우 출력은 상상을 초월한다 또한 서브우퍼에 쓰일 스피커 유닛은 네오디뮴 자석 같이 강력한 자력을 가진 자석과 두껍게 감은 보이스 코일 여러개로[20] 강력한 힘을 낼수 있게 설계한 유닛을 많이 애용한다.
통상적인 북셸프의 저역 하한선이 40~50Hz라고 할 때 서브우퍼는 3~150Hz 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[21].
서브우퍼는 일반적인 스피커 시스템 뿐만 아니라 혼 시스템에서도 찾아볼 수 있는데, 아니나 다를까 서브우퍼 역할을 하는 혼은 그 크기가 6m나 되는 거대한 몸집을 가진다.[22] 국내에서 찾아보기 드문 혼 스피커만을 사용한 오디오파일러의 음감실 사진 한장을 보면,
[image]
이거일 것 같다면 아니다. 이거보다 더 크다.
[image]
[image]
이거다! 저 장엄한 크기의 서브우퍼 혼을 보라!
국내 유일인 것으로 알려져 있으니 오디오 파일들에게 수소문 해보자.

6. 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 아주 높은 출력[23] 의 전동기(3~7kW)를 장착하고 있으며, 날개는 실리콘이나 고무로 되어있고, 날개의 피치각을 조절하는 보이스코일이 있다.
[image]
이렇게 생겼다. 작동 영상
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 '''음압'''이다.
저역대에서 높은 효율을 보유하지만, 일단 기본적으로 잡음이 좀 있고, 바람소리가 많이나기 때문에 저 기계를 설치한 곳은 꼼꼼하게 저역통과 설계를 하여 잡소리를 죽여야한다. 그리고 로터리 우퍼는 50Hz 쯤만 되도 반응을 안 하기 때문에 오직 초극저음 재생용으로만 쓸 수 있다.

7. 관련 문서





[1] '보조'라는 뜻도 있으나, 여기에서는 '하위, 낮은' 이라는 의미로 사용된다.[2] 베이스 리플렉스나 패시브 라디에이터의 도움을 받지 않고 온전히 유니트의 힘으로 재생하는 것을 말한다.[3] 돌비 스탠다드 기준으로는 120Hz 이하 대역을 서브우퍼로 재생한다[4] 현재는 단종되어 사운드 스틱 3와 사운드 스틱 와이어리스 제품이 판매되지만 기본적인 구조는 변하지 않고 있다. 자세한 내용은 여기.[5] 재생 주파수 대역이 44Hz ~ 20kHz로 웬만한 북셸프 스피커 정도는 된다.[6] 말 그대로 20kHz라면 초당 20000 번(...)[7] 기압 형성에서 해당 주파수의 한 주기중 최대 음압이 형성되는 파장길이 1/4 지점에 해당하는 직경이 필요하기 때문. 자세한 설명은 [8] 예를 들어 100Hz 를 정상 재생하기위해선 이론상 스피커 직경은 상온 15도 기준 음속(m/s)÷주파수(Hz)÷4 = 340m÷100÷4 = 0.85(m) = 85cm 즉 진동판 직경이 85cm = 33인치라는 정신나간 크기의 스피커 유닛을 요구하게 된다. 이는 최저 목표 주파수가 낮아질수록 감당안되는 크기의 유닛을 요구하게 된다.[9] Tweeter 트위터[10] Woofer 우퍼[11] 중음 전용 스피커는 squaker 스쿼커 라고 하나, 어려운 영어 단어 대신 흔히 Mid Range Driver. 추가적으로는 중고음, 중저음 으로 나뉠경우 High-Mid 등으로 부른다 [12] 그럼에도 불구하고, 괴랄한 셋업에서 진짜 우퍼 10개를 설치했다면 대충 x.10 채널쯤으로 표기한다.[13] 20만원 이하의 PC 스피커에 있는 x.1 의 우퍼 스피커는 중저역대를 같이 재생하는 경우가 많아서 엄밀히 말하자면 서브우퍼라고 부르기 애매한 물건이다. 그래서 서브우퍼처럼 아무데나 두면 안 되고, 되도록 청음자 기준으로 중심쪽에 배치하는 것이 좋다. 하지만 대부분 공간상의 이유로 왼쪽이나 오른쪽에 두게 되는데, 이럴 거면 방향성이 치우쳐져서 평범한 2채널 스피커보다 못한 소리를 들려주게 된다.[14] 스테레오 하이파이 시스템의 경우는 좌우 채널에 각각 서브우퍼를 다는 사례가 있는데 이게 x.2 시스템이 될 수도 있겠다. 영국 셀레스천의 SL600 북셸프를 포함한 시스템 6000이 그렇다.[15] 해당 값들은 스피커마다 천차만별이고 가능한 경우 설정하기 나름이니 참고만 할 것.[16] 약 45.7cm. 사실상 상용 스피커 유닛의 최대크기이다.[17] 새틀라이트 스피커. 따로 떨어져 있다는 의미에서.[18] 스피커를 장시간 운용 가능한 최대 입력. RMS 또는 Program 등으로 표기한다.[19] 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. 아무리 좋게 봐줘도 6W인 스피커의 정격 출력이 60W다? 100% 순간 최대 출력을 가지고 구라친거다. 주의 요망.[20] 보이스 코일 뭉치 하나로는 강한 힘을 낼 수 없어서 보통 3개 이상의 보이스 코일 뭉치를 이용해서 출력을 높힌다.[21] 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). [22] 이상적인 혼의 길이 또는 출구 직경이 목표 최저 주파수 파장의 1/4 길이 임을 생각해보자.[23] 7키로와트면 '''일상에서 볼 수 있는 모터 중에선 굉장히 강한 축에 든다'''. 3~4인승짜리 가정용(단독주택용) 엘리베이터가 5~10키로와트 정도 나온다. 또는 저속 전기차의 모터 출력이 대충 그정도 된다. 상술한 3인승짜리 승강기의 적재용량은 200kg이다. 즉, 저 드라이버에 들어가는 모터를 빼다가 물건을 드는 데 쓰면 성인 남성 세명,혹은 가정용 냉장고 한 대는 가뿐히 들어올린다(...)라는 이야기다.