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고등학교에 다니던 시절 직접 앰프를 만들고 싶어서 청계천 벼룩 시장에서 중고 턴테이블과 스피커를 사고, 앰프는 세운상가에서 사서 앰프를 만들어서 팝음악을 들었던 기억이 있습니다.
그후 카오디오 엔지니어로 일했던 시절이 있었지만 , 그때는 내차나 집에 오디오를 만들어 놓는다든가 하는게 귀찮기만하고 다만, 설계 후 필드 테스트를 위해 차에 설계한 오디오를 설치하는 일은 있었지만 , 단지 내가 즐기기 위해 만든 적은 별로 없었던 것 같습니다.
Everyday-Practical-Electronics 2014년 10월호에 소개 된 글인데, 음질 좋은 오디오를 구비하고 싶어도 자금 사정이 넉넉치 못하다면 이 기사를 참고해서 저출력의 앰프로도 훌륭한 베이스와 고역을 즐길 수있는 인클로져를 DIY로 만들어 보고싶어하는 열정만 있으면 가능 할 것 같습니다.
이 저가의 스피커 시스템은 4” 드라이버로서 놀라울 정도의 베이스와 고음 레스폰스를 만들어 낸다. 대단히 효율적이고 이처럼 우수한 사운드 레벨에 요구되는 건 저출력 파워 앰프 뿐이다.
By Allan Linton-Smith
이 스피커 시스템이 주목을 끄는 이유는,
기존의 스피커 시스템과는 아주 달라 보인다는 점 말고도 더욱 중요한 점은 인상적인 사운드이다.
이 시스템은 커다랗고 비싼 8”,10” 혹은 12” 스피커를 사용하지 않으며, 고음용 트위터나 크로스오우버도 필요없다.
그 대신, 각각의 박스는 4” 스피커를 사용할 뿐인데 가격은 15파운드(현재 환율로 약 \ 26,000원 상당) 정도이다.
여기에 약40파운드(\ 69,500원 상당)의 베니어 합판과 접착제와 수시간 정도의 노동력이면, 현재 시장에서 팔리고 있는 고가의 상업용 제품에 견줄만한 스피커 시스템을 갖출 수 있다.
물론 시장에도 타워형 혹은 미니타워형 스피커가 있는 것은 알지만 대부분은 복수의 드라이버로 이루어져 있다.
아주 심플하지만 근래 사용해 본 그 어떤 제품보다 낫다고 확신한다.
이러한 고성능 스피커의 비밀은 캐비닛 디자인에 있으며, 기존의 단순한 베이스 리플렉스나 혹은 다른 스피커 박스 디자인과 달리 이것은 리어 로디드 혼(rear-loaded horn) 방식이다.
만들기 어려워 보이지만 합판 제작만 세심하게 주의해서 제작하면 놀라우리만치 조립은 간단하다.
드라이버(스피커)
이 디자인에서는 4” 스피커를 사용하는데, 캐비닛은 고성능의 Fostex의 FE103EN 모델에 완벽하게매치가 되도록 되어 있지만, 가격이 보다 저렴한 Altronics의 C0626과 Jaycar의 CS-2310도 시도해 보았다.
이 둘은 Fostex 스피커 보다는 레벨이 약간 떨어지기는 해도 대부분의 사람들은 가격 대비 만족할것이다.
그렇지만, 일부 동료 몇은 Altronics의 스피커가 이 인클로져에 가장 잘 어울리고 훌륭한 사운드를낸다고 말하였다.
Fostex는 싱글콘이고 Altronics C0626은 트윈 콘 모델이며, Jaycar의 CS-2310은 별도의 소형 트위터가 동축으로 되어 있는 트윈 콘인데 전해 콘덴서로 결합 되어있다.
처음 두 스피커는 심플하다는 이점이 있고 크로스오버 네트워크에서 위상 쉬프트의 문제가 없고, Jaycar 유닛은 간단한 크로스오버 캐패시터가 추가 된다.
세 모델 모두 싱글 드라이버(스피커)를 사용한다는 이점이 있으며 전 주파수 대역에 걸쳐 위상이 같은데, 이는 리얼한 보이스의 재생, 복수의 악기들이나 복잡한 관현악 연주와 정밀한 사운드 스테이지나 각각의 악기의 배치에 도움이 된다.
Jaycar CS-2310에 대한 노트;
이 스피커는 자동차 용으로서 공칭 임피던스는 4Ω 이므로 사용하는 앰프가 드라이브 가능한지 확인해야 할것이다(다행히 요즘의 앰프는 대부분 가능하다).
Fostex 와 Altronics 스피커는 양쪽 다 8Ω 용이다. 자, 어떤 것을 사용 할 것인가?
가격 대비 효과를 바란다면 Fostex의 89dB, Jaycar 83dB에 비해 Altronics가 95dB/W @ 1m로 가장효율이 높으므로 가장 좋은 선택이 될 것이다.
이런 낮은 효율을 상쇄하는 요인은 Jaycar는 다른 두 제품에 비해 앰프의 같은 볼륨 셋팅에서 (임피던스가 반이기 때문에) 두배의 파워를 받아 들인다는 점이다.
이는 외형보다 효율의 차이가 크게 부각되지 않는다는 것을 의미한다.
Altronics와 Jaycars는 가격이 25파운드와 Jaycar는 15파운드이지만, Fostex용을 위해서는 더 많은 지출을 할 것이다.
아래 표에서 3가지 모델의 스펙을 비교해 볼 수 있다.
캐비닛 설계
이 스피커에 대한 인클로져 설계는 reflex vented 인클로져와 혼 로디드 인클로져 (hornloaded enclosure)의 복합형 이라고 할 수 있다.
혼 로딩은 가벼운 공기와 상대적으로 무거운 스피커 사이의 결합에 있어 효율적인 방식으로 생각할수 있다.
혼은 오랜 기간 사용되어 왔다. 예를 들어, 수세기 동안 악기에서 사용되어 왔고 초창기 혼은 메가폰으로도 사용되었다.
물론 초기 무선 셋트나 축음기에도 혼로디드 스피커를 사용하였다.
초기 이들 모든 제품에서는 효율이 가장 우선시 되었다.
우리가 여기서 사용하려고 하는 타워 스피커는 4” 드라이버로서, 상측 주파수는 직접 방출하고 저주파수대는 혼 라디에이터로 작동한다.
타워의 내부 구조는 각 섹션의 단면이 길고 큰 이상적인 혼에 거의 가까운 지수형 테이퍼 형태의 폴디드 혼이다.
혼 스피커 시스템에서 효율이 가장 큰 이점 이지만 부드러운 베이스 레스폰스의 결과를 얻기 힘들다.
그러나, 우리 모델의 경우 작은 드라이버를 사용하므로 콘의 비교적 높은 자유 공간 공진에서 기대가능한 더욱 확장 된 베이스 레스폰스를 얻을 수 있다.
나무 가공에 능숙한 사람이라면 적당한 툴을 선택해서 이 캐비닛을 만들 수 있을 것이다.
사실, 이 스피커는 공예, 디자인을 공부하는 학생에게 있어 딱 알맞은 프로젝트가 될수 있다:
기술 혹은 전자 학과에서 목재의 자르기, 조립과 마감 처리, 스피커 장착과 배선 등, 그 중 최고는 금전적 부담이 없다는 것이다.
게다가, 최고점을 받아서 라운지 등에 전시되어 부모의 자랑거리가 될 수도 있을 것이다.
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인클로져는 Fostex FE103 드라이버용으로 설계 되었지만 Altronics C0626 혹은 Jaycar CS-2310이 훨씬 저렴하며 심지어 우리 멤버 중 한사람은 소리가 더 낫다고 한다!
합판은 필수!
박스는 15mm 합판 한장 반이면 제작 할수 있다 (1220 × 2440mm 와 1220 × 1220mm).
Fig1을 참조해서 컷팅을 하는데, 첫 번째 컷은 표시 부분에서 할 필요가 있다.
누락된 235x150mm는, 내부에 사용하므로 보이지 않기 때문에 스크랩을 사용한다.
이 컷팅 도면은 임페리얼 사이즈 판재가 아니다; 어떤 판매자는 판재 시트를 2400x1200 사이즈로 공급하는 경우가 있는데, 이 사이즈는 톱날 로스를 감안할 만큼의 사이즈가 아니다. 판재 사이즈가 이사이즈라면 두매가 필요하다.
일반 합판을 사용해서 사포로 문지른 후 페인트 칠을 하면 될 것이다.
MDF는 권장하고 싶지 않은데, 그 이유는 MDF는 두께가 16mm이므로 6mm 누적에 위해 1mm 정도혼의 넓이가 감소 하게 되어 성능을 감소 시킨다.
사진과 다이아그램을 보면 혼은 합판을 적층해서 만드는데, 한장 한장 절취 사이즈가 정밀하게 잘라야 한다.
만일 밀리미터 단위로 정밀하게 자를 도구나 숙련도가 없다면 주방용 캐비닛을 만드는 업자에게 부탁하는 편을 추천하는 바이다.
다만, 절대 주방용 싱크대에 흔히 사용하는 MDF는 절대 사용하지 않도록 한다.
만일, 도색 만 하기로 한다고 해도 얼마 간의 샌드페이퍼와 도료가 필요하다.
Fig1. 절취 사이즈가 타이트하고, 7번은 1220x2440x15mm에서 절취한다.
이 그림은 톱날 두께가 2.5mm인 것으로 상정 했는데, 주방용 찬장 메이커에서는 보편적인 것이다.
첫번째와 두번째 컷을 자른 경계를 유의하기 바란다.
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Fig2. 사이드 판넬 없이 우측을 내려다 보면 로디드 혼이 어떻게 접착 Fig3.사이드판넬 부착시 전면도이고 13은 리어 판넬
구성이 이루어졌는지 볼 수 있다.
앰프
이 스피커의 다른 능력은 일련의 앰프를 핸들링 하는 것이 가능 하다는 것이다. 저 출력 앰프용 이라하더라도 좀더 그 이상의 출력과 매칭할 수 있다. 앞에서 말한 3가지 스피커 드라이버는 15W 최대입력이 정격이라서 고출력 앰프에서는 구동이 어렵다.
5W 출력의 앰프로 구동을 해보고, 그 이상의 높은 출력으로도 구동을 해 보았다, 그러나, 5W 앰프로도 작업장이 사운드로 꽉 채워졌다.
성능
3가지 스피커 드라이버를 모두 시험해 보았는데, 예상과 같이 Fostex 드라이버가 가장 좋은 베이스레스폰스를 들려 주었다 – 그러나, 그만큼 비싸다. 다른 것들의 사운드도 우람했다.
Fig.4는 혼로디드 캐비닛에서의 Altronics 스피커의 두개의 주파수 레스폰스를 보이고 있는데, 빨간색의 그래프는 마이크를 트위터 콘에 가깝게 한 것으로 10KHz까지 비교적 flat한 레스폰스를 보이며18KHz에서 피크를 보인다.
파란색 그래프는 마이크를 혼 섹션에 가까이해서 측정한 것으로서, 혼로딩의 증강 효과를 나타낸다.
그래프에서 보듯이 레스폰스는 60Hz 아래까지 유지가 잘 된다 ( 값비싼 Fostex 스피커와 아주 유사하다).
일반적으로 말해서, 2m 이상의 거리에서 레스폰스는 두 곡선의 조합으로 될 것이다.
Fig.5는 Altronics 와 Fostex의 임피던스 곡선을 보이고 있다.
이들은 베이스 리플렉스 인클로져에서 볼 수 있는 것과는 아주 다른 곡선을 보이는데, 대개 저주파수 영역에서 두개의 임피던스 피크를 보인다.
혼로딩에서 복수의 피크가 발생하는 것의 일부는 스피커 콘의 후방 상단부에 위치하기 때문이다.
이것은 또한 베이스에서도 더 나은 결과를 보이는데 Fig.4와 Fig.6에 Altronics와 Fostex 드라이버의고조파 왜율을 보이고 있는데, 이번에도 값싼 Altronics 드라이버가 훌륭한 결과를 보이고 있다.
오디오 영역 대부분에서 아주 낮은 왜율을 보이고 있으나, 저역 끝단에서 상승하고 있는데 일부는혼로딩의 영향일 것 이며, 또한 아주 낮은 저역에서 기초 출력이 현저히 떨어지고 있다.
스피커 장착
제작시 문제 발생 여지를 줄이기 위해 각 단계를 단순화 하였는데, 한번에 하나의 스피커 박스를 만들어 실수를 줄이기로 한다. 서둘지 말고 뛰어들기 전에 각 단계를 충분히 숙지 하도록 한다.
다시 한번 판넬 절취 시에 아주 정밀해야 한다는 것을 강조한다. 핸드헬드 톱을 사용한다면 에러로인해 에어 리크나 판넬이 잘 맞지 않는 일이 발생 할 수 있다. 판넬은 접착을 해서 직각도를 유지하도록 하고 남아있는 접착제는 닦아낸다. 또한, 완벽하게 조립이 될 수 있도록 평평한 장소에서 조립을 할수 있도록 한다- 평평하고 안정된 작업대가 좋을 것 이나 여의치 않을 경우 콘크리트 바닥에신문지를 깔고 작업 한다.
Fig4. Altronics 드라이버의 혼로디드캐비넷 주파수 레스폰스 Fig5. Altronics와 Fostex 드라이버의 혼로딩으로 인한 복수 피크
적색은플랫 레스폰스, 청색은 혼섹션의 개구부 출력 곡선 이는 드라이버 콘의 배면 상단 위치에 일부 기인함.
Fig6. Altronics와 Fostex 드라이버의 고조파 왜율. 둘다 가청 영역 대부분에서 왜율이 낮은데 이는 일부 혼로딩의 결과이다.
캐비닛 조립
1단계 – 모든 재료가 다 컷팅이 되어있고 도면에 보인 것처럼 넘버가 부착 되어 있을 것 – 포스트잇같은 것을 사용해서 접착제 성분이 남지 않도록 하며, 합판의 앞쪽이 아닌 배면에 부착 하도록 한다.
2단계 – Fig2를 가이드로 해서 연필로 판조각1의 배면에 모든 조각이 부착될 곳을 표시한다.
3단계 – 조각2와 3을 칫수 체크후 둘을 접착시킬 것인데, 일단 접착하고 나면 다시 떼기가 어려움을명심할 것.
2~3개의 작은 못이나 패널핀을 사용해서 둘을 고정한 다음, 못이 구부러지지 않도록 둘을 뗴어서
접착제를 바른 후 못을 다시 끼워서 망치로 가볍게 두드려 박은 다음 남은 접착제를 닦아낸다.
만약 잘못된 부분이 있다면 접착제가 굳기까지 10분 정도 시간이 있으므로 망치로 가벼게두드려 수정.
클램프나 바이스를 사용해서 30분 정도 고정하면 단단하게 접착 하는게 가능하다.
완성된 부분 조각들을 사이드 패널 위에 위치에 맞추어서 놓아두되 아직 접착은 하지 않는다.
우리는 코킹건과 Parfix Maxi Nails의 수성 접착제를 사용하였는데, 목재와 다른 어떤 물체와도 접착이 잘된다.
가격도 싸고 20분이면 굳어지지만, 완전히 굳기 전 약 10분 정도, 필요 시 수정할 시간이 있다.
철물점에서 구입이 가능하다, 폴리초산비닐계 접착제는 권장하지 않는다.
- 한국 내에서는 적절한 목재용 접착제를 선택 해야겠습니다.
4단계 – 조각4와 5에 대해 3단계 반복
5단계 – 조각2와3 그리고 4와5를 접착한다.
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평평한 바닥위에 모든 부품을 배열 해본다. 모든 조각들을 접착해서 마르면, 좌측면 패널에 접착
조각마다 포스트 잇 부착
6단계 – 똑바르게 되도록 조각21, 22와 10을 접착 한다, 한 시간 정도 접착제가 굳도록 놔두었다가5단계에서 만든 조각(조각3에 접착됨)에 접착한다.
7단계 – 11과 12를 접착해서 1시간 경과 후 6단계 조각에 접착한다( 10번 조각에 접착됨).
8단계 – 조각 7,8과 9를 접착해서 건조 시킨다.
9단계 – 입력 바나나잭을 13에 설치한다- 위로부터 50mm 떨어진 지점에 3.5mm 홀 두개를 25mm간격으로
뚫는다.
10단계 – 16,17,18,19와 20을 서로 접착 시킨다.
11단계 – 6과 13을 접착을 하는데, 세팅하는 동안 사이드 패널을 이용해서 직각을 유지 시킨다.
12단계 – 13과 14를 접착하는데 역시 사이트 패널을 이용해서 직각 유지.
13단계 – 10 단계에서 만든 모든 부분 조립품들을 13과 14에 접착.
14단계 – 이제 모든 부분품들을 사이드 패널에 접착하는데 정확하게 제자리에 접착하도록 한다.
15단계 – 모든 부품을 접착한다. 접착제가 과다하지 않도록 주의하고, 접착제가 굳는데 10~20분 사이 이므로
비교적 빠른 속도로 작업해야 한다.
16단계 – 다되었으면 다른 쪽 패널(15)을 접착제를 바르지 말고 15단계에서 조립한 부품을 눕힌 상태 위에 올려
놓고 무거운 물건으로 눌러놓는다. 접착제가 마르기 전에 캐비닛의 전면이 측면과 같은 높이가 되도록
조정해서 맞추는게 중요하다. 전면 다음에는 후면 패널도 조정해서 맞춘다.
17단계 – 접착제가 말랐으면300mm 케이블을 터미널에 납땜하는데, hot과 cold 단자 색을 잊지 않도록 한다.
케이블의 다른 쪽 끝을 스피커 구멍 밖으로 내놓는다.
18단계 – 인클로져를 완성해야 하는 단계이다. 모든 모서리에 접착제를 바르고 사이트 패널을 정위치 시키고
다시 한번 조정해서 전면 패널과 사이드 패널을 똑바로 맞춘다음 무거운 물체로 눌러놓고 건조 시킨다.
<!--[endif]-->
접착이 완료된 스피커인데, 마지막 정리와 색칠을 하고 4인치 스피커를 장착한다.
접착제를 바를 동안 작은 패널 핀과 클램프를 사용해서
스피커를 고정한다, 흠집은 추후 수정. 투명 폴리우레탄 처리를 한 상태. 사진은 스피커의 배면을 보이고 있는데 입력 터미널이 설 치 되어있고 위쪽과 후면 패널이 사이드 패널보다 5mm 정도 단차가 나있다.
이제 거친 모서리나 새어 나온 굳은 접착제, 얼룩를 샌드 페이퍼로 문지르고 좋아하는 색으로 도색 한다.
우리는 단순히 폴리우레탄 클리어 코팅을 하였는데, 이렇게 하는 게 자작나무 합판에 윤기가 흐르게 한다.
캐비닛이 완전히 건조가 되면 양모 천을(innerbond라는 브랜드 이름으로 판매중) 150mm x 245mm 크기로 두장 잘라서 스피커 위치 후방에 설치한다 – 혼의 입구는 막지 않도록 한다.
혼에 어떠한 물체가 있을 때 약 6dB정도 베이스의 손실이 있었지만, 스피커 후방의 작은 물체는 베이스에 어떠한 영향을 주지 않는 것을 알았다.
그러나, 중간 주파수의 정재파와 반사파에 의해 발생하는 텅 빈듯한 hollow 사운드를 감소 시켰다.
스피커를 박스에 고정하고 양쪽 박스의 +, - 극성을 확인 하도록 한다.
마지막 점검 단계로 입력 터미널에 1.5V 배터리를 잠깐 대보면서 ( +를 빨강, - 를 검정) 콘을 육안으로 확인한다.
양쪽 스피커가 같은 방법으로 배터리에 접촉 시 같은 방향으로 콘이 움직여야 하는데, 위상이 같다는 의미이다.
스피커는 목재와의 사이에 가스켓 같은 것으로 밀봉을 하여야 한다.
실리콘 실란트 같은 것은 권장하지 않는데, 밀봉은 잘되지만 수정을 하기 위해 떼내려 할 때 아주 어렵기 때문이다.
커다란 오링이 가장 좋은데 큰 고무 밴드 같은 것이 좋을 것이다.
스크류 4개를 조일 때 전 방향으로 밀봉이 되는지 확인 한다.
Jaycar를 스피커를 사용할 때는 그릴을 각 스피커 앞에 씌운다. 물론, Altronics 나 Fostex 스피커에그릴을 사서 씌울 수도 있는데, 만약 호기심으로 손가락으로 콘을 찌를만한 어린 아이가 있다면 그릴은 필수이다.
트레이닝 스피커라는 말이 있는데, 믿거나 말거나 모든 스피커 드라이버는 막 가동을 시작하면 약간뻣뻣한 느낌 이라서 얼마간 가동을 해주는 게 좋다.
약 두시간 정도 지속되는 음악을 적당한 볼륨으로 틀어 만족할 만하게 만든다.
이렇게 하면 아마, 특히 베이스 레스폰스에서 시간에 따라 분명히 나아지는 느낌을 얻게 될 것이다.
[출처] 스피커 인클로져 DIY|작성자 phil7724