#1. 도전 배경
나의 2.5way 스피커는 서브우퍼를 포함하는 약간은 괴상하고도 일반적이지 않은...
그런 스피커이다.
서브우퍼가 사용된다는 것은 저음을 강조하고 싶다는 이야기이지만...
실제로 저음을 정확하게 측정하는 것은 쉽지 않다...
관련 업체에서야 당연히 무향실 (Anechoic Chamber)에서 측정하면 되겠지만...
취미로 스피커 맹그는 사람들은 언감생심...
그래서 2way 북쉘프 제작 당시, 나름은 괜찮다는 "Ground 측정법"을 사용했었다. (이신렬 박사님의 추천)
(측정법은 스피커 성능 측정 (8/12) 참조)
이 방법은 측정 결과는 만족스러웠지만...
다음의 문제점 때문에 많이 번거로웠다.
① 옥상 같은 개방된 공간을 찾아야 하는데 그것도 쉽지 않다.
② 모든 장비를 옮겨야 한다. (이번의 경우 스피커 50kg, 앰프/DAC, 마이크 합치면... 대충 70kg 정도.. ㅠㅠ)
③ 멀리서 전기를 끌어와야 한다. (옥상에는 통상 전기 콘센트가 없다. ㅠㅠ)
④ 에어컨 실외기 잡음과 싸워야 한다. (꼭 측정할 때 돌더라는...)
그래서... 집에서 편하고, 정확하게 측정할 수 있는 방법이 없는지 구글신께 물어봤다.
두둥~~!
답이 나왔다.
Measuring Loudspeaker Low-Frequency Response
일명 "근거리/원거리 측정 및 조합"...
1973년에 유명한 논문으로 나온 거니... 뭔가 효과가 있을 거야...
시도해 보기로 한다.
위 링크에는 크게 두 가지 방법이 제안되어 있다.
그중에서 내가 도전해 볼 방법은 "Keele"이라는 사람이 제안한 방법이다.
왜 저주파 측정이 어려운지...
어떻게 해야 하는지...
어떤 문제점이 있는지...
뭐 이런 거는 위 링크에 있는 원문에 친절하게 설명되어 있다.
#2. 측정 환경
여기서는 원문에 대한 이론적인 설명보다는 실질적인 측정 상황을 나의 스피커를 예를 들어 설명한다.
사실... 원문을 정확하게 이해하고 정확하게 측정했는지는 자신은 없지만...
뭔가 비슷한 결과는 나온다... ㅎ
일단, 측정 환경을 설명한다.
[그림 8-1]은 내 스피커의 우퍼를 대상으로 하여 내가 실제로 측정한 사진이다.
일단, 스피커와 전/좌/우/아래/위 장애물 간의 공간을 최대한 멀리하여 스피커를 설치한다.
나의 경우, 다섯 면 모두 1.2m 이상 되게 설치했다.
포트가 있는 경우, 다음의 세 가지를 REW를 이용하여 측정한다.
① 원거리 (스피커-마이크 간격 1m)
② 근거리 유닛 (더스트캡-마이크 간격 5mm 이내)
③ 근거리 포트 (포트-마이크 간격 5mm 이내)
여기서 중요한 것은 근거리 측정 시 유닛-마이크, 포트-마이크 간격이 충분히 짧아야 한다는 점이다.
[그림 8-1]의 가운데, 오른쪽 그림처럼 최대한 붙여서... (5mm 이내로...) 측정해야 한다.
왜 중요한지는 원문을 참고하시라...
#3. 원거리 측정 데이터 가공
일반적으로, REW로 측정한 값은 원음 이외에 각종 벽체에 반사되어 들어오는 소리가 섞여 있다.
하지만, 반사음은 일정한 지연(Delay)을 가지고 입력된다.
따라서, 반사음을 없애주면 더 깔끔한 곡선이 나온다.
그 방법은 REW 소프트웨어의 "Impulse Response" 창에서 window를 줄이면 된다.
[그림 8-2]는 내 서브우퍼를 원거리에서 측정한 데이터의 Impulse Response이다.
잘 보면... 원 신호 대비 6.3ms 이후에 반사 신호가 들어오고 있음을 알 수 있다.
하지만, window가 19.29ms로 설정되어 있어서 반사신호가 모두 다 들어온다.
그리서 [그림 8-2]의 아래 음압 그래프를 보면 들쭉날쭉한 모양을 가진다.
하지만, window를 [그림 8-3]과 같이 3.3ms로 줄이면, 보라색 영역의 신호를 제거할 수 있고...
그렇게 되면 [그림 8-3]의 아래와 같은 음압 그래프가 나온다.
3.3ms로 설정한 이유는...
300Hz 이하 특성은 보지 않는 (희생하는) 대신에 300Hz 이상은 정확하게 보겠다는 뜻이다.
이렇게 설정하면 나오는 원거리 300Hz 이상의 음압 그래프가 [그림 8-4]이다.
상당히 깔끔하다...
#4. 원거리 측정 데이터 가공
이제부터가 중요하다. 집중~~!!
[그림 8-5]의 ①번은 Port에서 근접 측정한 데이터, ③번은 유닛에서 근접 측정한 데이터 되겠다.
자세히 보면... 30Hz 부근에서 ①번은 Peak가, ③번은 Dip이 관찰된다.
여기가 Port의 공진주파수 되겠다.
Port로 공기가 빠져나가니깐... Unit에서는 Dip이 발생하는...
링크에서 설명한 데로 뭔가가 나온다. 신기하다.
그다음은...
일단 ①번 그래프의 레벨을 8.6dB 내린다. 그 결과 그래프는 ②번 그래프 되겠다.
8.6dB의 산정 근거는... 20log10(5/13.4)
여기서 "5"는 포트 구멍의 유효 지름 (5cm), "13.4"는 서브우퍼 유닛의 콘지 유효 지름 (13.4mm)이다.
그 말인즉슨... 이 측정법은 유효 지름이 작은 넘이 그만큼 큰 소리가 나니까... 그걸 맞춰준다는 말씀...
자세한 건 논문을 찾아보셔야... 흠흠흠...
그리고는 ②번과 ③번 그래프를 합친다.
결과 그래프는 ④번 되겠다...
여기서 중요한 것은 이 넘은 300Hz 이상의 특성은 맞지 않는다는 점이다.
#5. 두 데이터 합치기
300Hz 이상의 그래프는 [그림 8-4]에서 구했고...
300Hz 이하의 그래프는 [그림 8-5]에서 구했다...
그럼 이 두 개를 합치면 되겠네?
두 그래프를 같이 그려본 것이 [그림 8-6]이다.
①번은 LowBand 그래프...
②번은 HighBand 그래프...
근데.. 서로 레벨이 맞지 않는다... 당연한 결과다.
그래서 둘의 레벨을 맞춘다. 300Hz에서 두 그래프의 음압이 서로 맞아지도록...
그림 ①에서 18.5dB를 낮춘 그래프가 바로 ③ 되겠다.
나름 스무스하게 맞아 들어간다.
지금까지의 처리는 REW 소프트웨어에서 처리가 가능했다.
그런데... 두 그래프를 이어 붙이는 거는 안되는 것 같다.
①번, ③번 그래프를 export 해서 저장하고...
두 개를 메모장에서 열어서...
20~300Hz 데이터만 바꾼다...
합쳐진 데이터 파일을 import...
짜잔~~~~~!!
챔버에서 측정한 거와 정확한 건지는 잘 모르겠지만...
내 서브우퍼의 전대역 특성이 나왔다... [그림 8-8]
내가 적용한 "Keele"의 방법은...
굉장히 직관적이고.. 좋은 측정법이라고는 알려져 있지만... 다음의 단점을 갖는다는 것 또한 유념해야 한다고 링크에 적혀있다.
① 이 방법은 무한 베플(Infinite Baffle) 가정하에 성립한다. 유한 베플인 실제 상황에서는 저음이 부풀려져 있을 가능성이 존재한다.
② 근접 측정값은 사실은 복소수(complex number)이기 때문에... 크기(magnitude)만을 합치면 오차가 다소 발생할 수 있다.
③ 포트와 유닛이 너무 근접해 있으면... 정보가 서로 오염(contaminated)될 수 있다.
④ 동일한 지름의 유닛에 비해 포트의 유효한 저음 최대 주파수가 생각보다 많이 낮다.
위 단점을 알고 있지만...
챔버에서 측정할 수 없는 환경이라면...
효과적인 대안이 될 수 있을 듯하다...
실제로 조금 숙달이 되고 나니...
측정 및 데이터 가공에 소요되는 시간은 약 10분 정도였다.
#6. 내 스피커 측정 데이터
위에서 제시한 방법을 사용해서 내 스피커 세 유닛 (서브우퍼: 빨강, 우퍼: 초록, 트위터:파랑) 특성 그래프가 [그림 8-9]이다.
그럴듯하다.
이 측정 환경은 나름 튜닝을 한 결과이다.
튜닝 상황은 다음과 같다.
① 서브우퍼에 최대 체적 할당 ([그림 8-10] 참조)
② 서브우퍼/우퍼 포트 길이: 둘 다 15cm
위와 같이 설정한 이유는 [그림 8-9]의 30Hz 대역에서 서브우퍼와 우퍼의 음압이 비슷해지게 하면...
결국은 합쳐졌을 때 3dB 이득이 생길 거라는 생각 때문이었다.
#7. 비축 특성 측정
내친김에... 스피커의 방향을 각도별로 틀어가면서... 비축 (Off-axis} 특성을 측정한다.
측정 결과는 [그림 8-11]과 같다.
오~~오~~~~~!!!
생각보다 비축 특성이 좋다...
트위터의 앞면에 차음벽을 원형으로 부가한 것이 효과를 보는 것일까?
암튼 좋은 특성이다.
우퍼의 비축특성이 열화 되기 시작하는 2.5kHz 부근을 Crossover Point로 잡으면...
딱이겠다... 싶다.
늘 그랬듯...
뭔가 잘 풀려가는 게...
느낌이 쎄~~~하다...
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