Speaker enclosure port shape(스피커 인클로저 포트 모양)에 대해 그리고 웨이브 가이드(Wave guide)

아래 유튜브 채널의 영상 내용을 그대로 가져와서 요약했습니다.

https://www.youtube.com/watch?v=jN-E1dfMfO0&t=117s&ab_channel=HexiBase 

https://www.youtube.com/watch?v=jN-E1dfMfO0&t=117s&ab_channel=HexiBase  

 

포트의 모양을 왜 대부분 둥글도 긴 형태(실린더)가 대표 되는지 의문이 들어 검색해보았다.

정답은 '실린더 형태가 좋아서 그런 것은 아니다'이다. 그냥 많이들 그렇게 하니까 하는 것.

흥미로운 건, 관의 크기나 형태도 영향을 미치지만 모서리 부분 처리에 따라 주파수 응답 특성이 바뀐 다는 것.

 

아래사진 처럼 동일 설치 면적 대비해서 더 많은 공기가 더 많이 흐르는 것도 아니다.

https://www.youtube.com/watch?v=jN-E1dfMfO0&t=117s&ab_channel=HexiBase  

 

그리고 여기부터는 포트를 활용해서 주파수 음압 특성을 바꾸는 것에 대한 이야기를 한다.

플레어(Flare)와 테이퍼(Taper)에 대한 이야기 라고 표현한다. 둘을 묶는 이유는, 어렵게 표현하면 음향의 Velocity와 임피던스를 바꾸기 때문. 즉 Port의 굴곡에 따른 주파수별 음압 변화에 대한 이야기이다.

 

결국에는 음향 임피던스가 바뀌는 것을 활용한 것이다.

음향 임피던스는 여러가지로 표현이 가능하지만 아래 사이트(http://www.ktword.co.kr/test/view/view.php?m_temp1=5617)의 글을 인용하면 체적 속도와 음압의 비율을 말한다.(평면파의 경우임)

  ㅇ 즉, 소리 전파에 대한 `저항성 성질`을 다음과 같이 `전기량`과 대응시켜보면,
     - (음향 임피던스)  Z  = p/U  ≒  V / I  (전기 임피던스)
        . 전기계의 `전류 I`를 음향계의 `체적속도 U`, 
        . 전기계의 `전압 V`을 음향계의 `음압 p`으로 대응 등가화

 

(아래 왼쪽 그림)목표하는 파장의 1/4보다 포트의 전체 길이가 같거나 길면 음압이 증폭된다. 하지만 파장의 1/4보다 작으면 거리에 따라 특정 주파수에서 음압이 증폭되거나 감소될 수 있다. 

(아래 오른쪽 그림) 또한 스피커 안의 구조에 따라(Waveguide의 구조에 따라) 공기의 속도(Velocity)가 바뀌면서 주파수 응답 특성이 바뀔 수 있음에 유의하여 디자인 해야 한다. 

특히 HexiBase 유튜버에 따르면, TV나 블루투스 스피커 같이 포터클 시스템을 만드는(작은 스피커들)의 경우에 웨이브 가이드를 잘못 디자인하는 경우가 많다고 한다. 스피커 드라이버의 위상과 디자인된 포트의 위상이 90도가 되면 공진이 일어나면서 문제가 생길 수 있다.

스피커 드라이버의 위상과 디자인된 포트의 위상이 90도가 되면 공진이 일어나면서 문제가 생길 수 있다

 

 

다음으로 Passive Radiator에 대해 다룬다.

Passive Radiator는 전통적인 Vent의 air-mass 개념과 같으며 물리적으로 Mass처럼 움직이고 Compliance는 Speaker의 Suspension에 따라 달라진다. Passive Radiator의 장점은, 인클로저의 공간을 차지 하지도 않고, 포트 노이즈에 대한 걱정도 하지 않아도 된다. 하지만 단점으로는 기계학적 서스펜션(Mechanical suspension)은 높은 속도(High veloity)를 만들고 전통적인 Vent들보다 덜 선형적인 결과를 낳는다.(즉 노이즈 문제 원인 파악 및 해결이 더 어려워질 수 있음)

 

Periodic vent라는 개념을 이야기한다.

공진이 아니고 공기 누수(air leak) 개념인데, 주파수나 속도(velocity)에 거의 관련 없이 공기의 흐름에 저항하는 것을 말한다. 

이것은 본통 Selaed enclosure에서 발견되고 챔버의 사이즈를 키우지 않고도 댐핑과 군지연(Group delay)을 증가 시킬 수 있다.

https://diyaudioprojects.com/Technical/Aperiodic/ 의 사진과 글(아래 그림 오른쪽)을 인용해보면,

만약 드라이브 크기가 Sealed 인클로저 보다 너무 작으면 특정 주파수에서 Q값 이 너무 커지게 되고 Peak 주파수가 생길 수 있다.(주파수 대비 저항 값이 너무 커서 평탄한 주파수별 그래프를 얻기 어렵다는 것이다.) 이럴때 인클로저에 누수 (air to leak)를 만들어주면 Q값이 작아지면서 주파수반응과 임피던스가 어느정도 진정이 될 수 있다. 효과를 정리하면 저음에 대한 컨트롤이 더 용이해진다.

Vent별 특성(좌), aperiodic design vent(우)(출처 : diyaudioprojects)