Graham Audio의 BBC 스피커 설계-2부
2. Drive units
중저음 드라이버는 라우드 스피커의 핵심입니다. 캐비닛과 크로스 오버가 전반적인 사운드에 기여하는 반면, 드라이브 유닛의 퀄리티는 라우드 스피커에서 달성 할 수 있는 투명성과 음악성의 수준을 판가름합니다
열악한 품질의 드라이브 유닛의 단점은 복잡한 크로스 오버를 사용하여 완화 할 수 있지만 결국 또다른 문제를 만들어냅니다. 결국 드라이브 장치를 처음부터 최적화하여야만 음질적 완성도를 높은 수준으로 끌어올릴 수 있습니다. 그러기 위해선 전문기술이 절대적으로 필요합니다. Graham Audio는 이에 Derek Hughes와 David Lyth를 비롯한 영국 최고의 디자이너들과 협업하여 완성도 높은 유닛을 개발하여 스피커를 설계합니다.
① Frame
드라이버 설계의 출발점은 모든 구성 요소를 서로 완벽하게 정렬하는 기본 뼈대인 섀시입니다. 보이스 코일은 극도로 높은 자속 밀도를 유지하기 위해 가능한 작은 틈에서 움직여야 합니다. 하지만, 이런 좁은 틈으로 인해 벌어지는 마찰로 왜곡을 만들어낼 가능성까지 높아집니다.
이에 정교하게 제작된 알루미늄 프레임을 통해 완벽한 정렬이 이뤄지도록 제작되었습니다. 또한 모터 어셈블리의 냉각에도 도움을 주어 여러모로 음질적인 이점을 얻어내게 됩니다.
② Diaphragm
다이어프램은 음질에 큰 영향을 미치는 만큼 소재와 형태가 매우 중요합니다.
수년 동안 거의 중저역의 드라이버는 종이 다이어프램을 사용했습니다. 종이는 거의 모든 형태로 성형 될 수 있으며 비교적 가볍기 때문에 효율성이 좋습니다. 그러나 수십 년 전 BBC는 표면 상 동일한 드라이브 유닛이 샘플마다 다른 특성이 나타나 일관되지 않다는 사실을 발견하였습니다. 일관성을 갖추지 못한 것은 방송사의 스튜디오의 사용에서는 재앙과 같은 큰 문제입니다. 결국 BBC 스피커들은 처음엔 Bextrene에 장착했고 오늘날에는 폴리 프로필렌을 주로 사용합니다. (라우드 스피커 업계는 BBC의 연구를 통해 이익을 얻었으며 오늘날 다양한 형태의 폴리 프로필렌이 널리 사용되고 있습니다.)
LS3/5는 KEF의 5 인치 Bextrene 드라이브 장치를 사용했으며 LS5/8 및 LS5/9는 폴리 프로필렌 다이어프램을 사용했습니다.
다이어프램에 대한 이상적인 프로필을 결정하기 위해 정확한 프로파일에 대한 신중한 연구가 수행되었습니다. 특히 다이어프램이 전체 주파수에서 완벽한 균일한 피스톤운동을 하지 않는다는 사실에서 때문에 매우 복잡할 수 밖에 없는 문제입니다. 주파수가 증가함에 따라 원뿔의 안쪽 부분이 바깎보다 개별적으로 움직이기 시작하여 중역대에 음색의 왜곡을 일으킵니다. 균일하면서 일관된 움직임을 보이도록 정확한 통제가 필요합니다. 특히 lS5/8에 사용된 12인치 우퍼의 경우 설계가 더 까다롭습니다.
③ Surround
서라운드는 다이어프램의 가장자리에 연결되어 서스펜션 역할을 하는 요소 중 하나입니다. 말 그대로 진동판 일부이기 때문에 매우 중요합니다.
Graham Audio는 수년에 걸쳐 다양한 재료를 통해 실험했지만 재료마다 고유의 문제가 발생하였습니다. 예를 들어, 많이 사용하는 폼형태의 서라운드는 약 10 년 후에 붕괴되기 시작합니다.
BBC는 다이어프램의 가장자리에 좋은 성능을 제공하기 위해 PVC를 사용을 선호합니다. 이것은 특정 주파수에서 원뿔 자체 내에 생성 될 수있는 정재파가 잘 감쇠시킵니다. 그러나 PVC에는 큰 문제가 있습니다. 오랜 세월에 걸쳐 뻣뻣해지고 원래의 평평한 모양으로 다시 줄어들어 점차적으로 횡경막의 움직임을 허용하는 반 역할을 잃게 됩니다. 이 과정이 시작되면 사운드가 크게 바뀌게 됩니다. 슬프게도, 많은 BBC 라우드 스피커는 이런 문제를 겪고 있습니다.
궁극적으로, 고품질 드라이브 유닛은 서라운드 설계에 상당한 주의를 요합니다. 재료의 선택, 하프 롤의 정확한 모양과 크기, 그리고 다이어프램에 서라운드를 부착하는 데 사용되는 접착제의 선택까지 신중하게 고려하고 최적화가 필요합니다.
④ Motor Assembly
라우드 스피커의 기본 요소 인 보이스 코일과 마그넷의 결합은 라우드 스피커 설계자에게 또 다른 중요 영역입니다. 왜곡 및 착색은 자기 갭의 양측의 폴 피스의 기하학적 배열의 불균형으로 발생할 수 있습니다. 고온을 견디는 재료는 라우드 스피커의 장기 신뢰성을 보장하는 데 필수적입니다. 보이스 코 일 간격을 이물질로부터 보호하는 더스트 커버조차도 음질에 많은 영향을 미칩니다.
Tweeters
다행스럽게도 Audax는 LS5/8 및 LS5/9 디자인을 위해 BBC에서 선정한 34mm 소프트 돔 트위터를 여전히 생산하고 있습니다. Graham Audio는 제작시 사용하는 모든 유닛을 절대 기준에 입각하여 측정하며 품질관리의 일관성을 유지합니다
나머지 트위터의 경우, 가장 큰 드라이브 제조업체 중 하나인 SEAS와 협력하며 설계하고 있습니다. 이 회사는 음질 유지의 일관성이라는 부분에 큰 강점을 지니고 있습니다.
3. The crossover
크로스오버 설게는 입력 신호를 각 드라이브 유닛에 따라 별도의 밴드로 필터링하는 역할을 수행하지만 이 외에도 많은 것을 고려해야합니다.
크로스 오버의 필요성
어떤면에서는 필터링을 사용해야하는지 알고 보겠습니다. 작은 보이스 코일을 가진 트위터는 가능한 얇은 구리 와이어로 감겨져 있고 지름이 1 인치 정도 밖에 되지 않기 때문에 매우 작은 다이어프램에 붙어 있습니다. 고주파수 응답을 생성하려면 초당 20,000 회 앞뒤로 이동해야하기 때문에 어셈블리가 매우 작습니다.
결국 트위터 직관적으로 깨지기 쉬운 어셈블리이며, 저주파 에너지로부터 확실한 보호가 필요합니다. 실수로 트위터에 하이파이 앰프의 단자에 직접 연결하면 거의 확실하게 손상됩니다. 따라서 크로스 오버는 중역 및 고음의 중역 에너지 만이 트위터에 도달 할 수 있도록 보장해야합니다.
우퍼유닛이 움직일 때는 많은 양의 공기를 이동할 수 있어야 합니다. 트위터와 비교할 때, 보이스 코일은 더 높은 전력 입력을 흡수 할 수 있을 만큼 튼튼하게 설계됩니다. 하지만 우퍼유닛은 트위터가 사용하는 것과 같은 속도로 움직일 수 없습니다. 이것은 우퍼가 생성하는 음향 에너지가 주파수가 높아짐에 따라 자연적으로 떨어져 나가는 것을 의미합니다.
그렇다면 왜 우퍼에 필터를 제공해야합니까?
하이파이 초창기의 많은 시스템은 우퍼가 자연스럽게 돌아 다니도록 허용하고, 트위터가 적절하게 적절한 시점에 "인계"하도록 조정했습니다.
하지만, 모든 라우드 스피커의 유닛은 이러한 기술과상관없이 불완전하다는 것을 기억해야합니다. 위의 구동장치에서도 설명했듯이 다이어프램은 낮은 주파수에서 피스톤처럼 작동 할 수 있지만 원뿔의 내부 부품이 외부 섹션과 별개로 움직이기 시작하는 높은 주파수에서이 동작형태가 변경됩니다. 결국 완벽하지 않은 프로세스로 인해 특정부분에서 피크가 발생할 수 있습니다. 결국 착색을 만들어 심각한 왜곡이 일어납니다.
사실, 트위터에서도 비슷한 문제가 발생할 수 있습니다. 크로스 오버를 설계 할 때 가장 먼저해야 할 일 중 하나는 인클로저에 장착되어 있지만 크로스 오버 (를 통해 공급되지 않는 각 드라이브 유닛의 "원시"주파수 응답을 신중하게 조사하는 것입니다. 각 드라이브 장치가 예상되는 주파수 범위를 벗어나는 방식을 꼭 확인해야합니다. 크로스 오버 필터가 갑자기 작동하지 않기 때문에 이것은 중요합니다. 2 kHz 필터가 갑자기 2.1 kHz에서 신호를 통과하는 것을 멈추지 않고 비교적 부드러운 슬로프로 내려가지만 결국 작은 차이라도 청취자에게 영향을 미칩니다. 때문에 각 드라이브 유닛이 크로스 오버 포인트에서 이상적으로 잘 작동해야 합니다.
Graham Audio 크로스오버
패시브 크로스 오버를 설계 할 때는 고려해야할 사항들이 많으며 복잡하게 얽혀있습니다. 따라서 이러한 문제는 Derek Hughes처럼 경험이 많은 소수의 설계자만 제작이 가능합니다. 여기에 보다 높은 퀄리티를 확보하기 위해 프리미엄 품질의 부품을 지정하여 사용하며 인덕터부품은 Volt Loudspeakers에서 직접 손으로 감아 제작합니다. 마지막으로 Graham Audio에서 최종 테스트를 다시 거쳐 사용합니다.
