[솔다/기초다지기] 스피커는 어떻게 소리가 날까? -스피커의 원리-

안녕하세요

디바이스마트의 붐박스 사냥꾼 솔다입니다

오늘은 스피커의 원리에 대해 배워보는 시간을 갖도록 하겠습니다

생활필수품인 스마트폰에 꼭 들어가구요

TV나 시청각 기기에는 꼭 스피커가 들어가죠?

유행하는 에어팟 역시 스피커의 축소판이라고 할 수 있습니다

이렇게 주변에는 흔한데 막상 어떻게 소리를 내는가?에 대해서는

어렴풋이 알고 계시고 확실하게 설명하지는 못하실건데요

오늘은 저 솔다가 1타 강사가 되어 스피커가 어떻게 소리를 내는지

확실하게 알려드리겠습니다

요이... 땅!

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스피커의 원리를 파악하기 위해서는

스피커의 구조의 선행학습이 필요합니다

(출처 : https://blog.landr.com/how-do-speakers-work/)

스피커를 분해한 모습입니다

왼쪽부터 차례대로 설명드리겠습니다

Dust Cap : 중~저음역대에 스피커에서는 먼지 마개입니다. 고음역대에서는 먼지 마개가 아니라 '돔'이라고 하는 떨림판을 사용합니다.

Cone+Surround : 진동판입니다. 이 진동판이 앞뒤로 공기를 때리는(?) 것으로 소리를 발생시킵니다. 소리에 방향성도 주면서 표면적을 넓게 하기 위해 보통은 오목하게 설계합니다.

Spider : 거미입니다. 스파이더는 따로 한국어로 표현할수가 없네요^^; 진동판이 충분히 진동 할만한 공간을 만들기 위해 공간을 확보해주는 부속품입니다.

Voice Coil : 보이스 코일입니다. 무빙코일이라고도 부르는데요. 기본적인 스피커 구성품중에서 전기신호를 주는 유일한 부품입니다.

Basket : 바구니입니다. 다른 부품들을 연결하고 지지해주는 연결부입니다.

Top Plate : 탑 플레이트입니다. 프론트 플레이트라고도합니다. 당연히 자석이 붙을 수 있는 금속이며 리어 플레이트와 함께 전자기력이 운동에너지로 바뀌는 부분(자기회로)을 구성하는 부품입니다. 때때로 탑 플레이트와 리어 플레이트는 생략되기도 합니다.

Magnet : 영구자석입니다. 소재는 관계 없지만 큰 음량이 필요로 하는 경우 자석의 자성이 강해야해서 네오디움을 주로 사용합니다.

Pole + Rear Plate : 폴과 리어 플레이트입니다. 폴은 말 그대로 막대고 리어 플레이트는 백 플레이트라고도합니다.

여기서 실제로 소리를 만들어내는 부분은

보이스코일과 영구자석, 진동판입니다.

그래서 어떻게 소리를 내는걸까요?

제작진과 저는 비밀을 직접 확인하기 위해 현장을 찾아가보기로 하였습니다

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구조도 알아봤으니 이제 진짜 어떻게 소리가 발생하는지

순서대로 보도록 하겠습니다

1. 3.5mm 오디오 잭에서 소리의 정보를 담은 전기 신호가 나옵니다

2. 이 전기신호는 전선을 타고 보이스 코일로 전달됩니다

3. 보이스 코일에 흐르는 전류로 인해 보이스코일 주변에 전자기력
(기자력)이 발생합니다

4. 보이스 코일 주변이나 보이스 코일을 관통하는 고정자석이 있습니다
전기신호때문에 발생한 자기력으로인해
보이스 코일이 당겨지거나 밀쳐집니다

5. 보이스 코일의 운동이 진동판에 전달됩니다

6. 진동판이 공기를 때리면서 소리가 발생합니다

7. ???

8. Profit!!

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전기 신호가 있고, 코일이 움직여서, 진동판이 소리를 낸다

까지는 알겠는데

소리의 크기와 높낮이는 어떻게 결정되는 걸까요?

좋은 질문이군요

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소리의 크기 먼저 알아볼까요?

총소리를 예로 들어보겠습니다

총이나 대포소리는 매우 큰데 소리가 높다는 느낌은 잘 들지 않죠?

공기가 크고 강하게 떨릴수록 소리가 크게 느껴집니다

그럼 스피커가 공기를 크게 떨리게 하기 위해서는 어떻게 해야 할까요?

코일을 세게 밀고 당기면 진동판이 더 세게 공기를 때립니다

즉 코일에 발생하는 기자력을 세게 하거나

자성이 매우 강한 고정자석을 사용하는 방법이 있습니다

그럼 고정자석은 네오디움저럼 센 고정자석을 구하면 되는데

코일의 기자력을 세게하는 방법은 무엇일까요?

코일에 발생하는 기자력은 AT(암페어턴)으로 표기하는데요

이를 구하는 공식은 이하와 같습니다

Vm = nl

Vm은 기자력을 뜻하고

n은 코일을 감은 횟수

l은 코일에 흐르는 전류의 세기를 뜻합니다

코일을 많이 감을수록 기자력이 강해지고

코일에 전류를 많이 흐르게 할수록 기자력이 강해집니다

코일에 전류를 많이 흐르게 하는 방법은 두가지가 있습니다

1. 도선의 굵기와 전류가 비례하므로 도선의 굵기를 키운다

2. 신호를 증폭해서 높은 전류를 공급한다

1번은 코일을 감는 횟수처럼 물리적으로 해결 가능한 방법이고

2번은 Amp등의 증폭기를 연결하여 해결하는 방법입니다

그러므로

소리를 크게 만들 스피커를 만드신다면

코일의 도선을 굵게! 감긴 횟수도 많이! 해주시면되고

이미 만들어져있는 스피커에 소리를 키우려면

스피커 규격내의 앰프를 설치하여 키우시면 됩니다

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그럼 소리의 높낮이는 어떻게 결정되는 걸까요?

소리 = 공기의 떨림

소리가 높다 = 공기가 빨리 떨린다

소리가 낮다 = 공기가 천천히 떨린다

참 쉽죠?

풀피리를 불어보셨다면 아시겠지만

얇은 풀에 바람을 불어넣으면 빠르게 진동하며 높은 소리를 냅니다

진동판을 빠르고 느리게 떨리게 조절하는건 전기신호에 달려있습니다

더이상 설명할게 없네요...ㅎ

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오늘은 스피커의 원리와

스피커가 어떻게 크고 작게, 높고 낮게 음을 내는지에 대해 알아봤습니다

이 포스팅만 숙지 하시면

남들한테도 스피커는 이러이러하게 동작되는거야 라고

충분히 설명하실 수 있을 겁니다ㅎㅎ

유익한 시간 되셨기를 바라며

이만 물러가도록 하겠습니다

사라져라 얍!