밀폐형 서브우퍼 인클로저와 포트형 서브우퍼 인클로저: 사용 시기

인클로저 설계가 생각보다 중요한 이유

대부분의 애호가들과 심지어 일부 전문 엔지니어들도 서브우퍼 인클로저 설계를 체크박스처럼 여깁니다. 드라이버 사양서를 들고 허공에서 음량을 골라 상자를 만든 다음 제대로 작동하기를 바랍니다.그러다가 베이스가 울려 퍼지거나, 너무 일찍 터지거나, 펀치가 전혀 없을 때 놀라곤 하죠.

사실 서브우퍼 드라이버만으로는 쓸모가 없습니다.인클로저는 시스템의 절반을 차지하며 때로는 그 이상일 때도 있습니다.2세제곱피트의 밀폐 상자에 들어 있는 동일한 12인치 드라이버와 4세제곱피트의 포트 박스에 들어 있는 동일한 12인치 드라이버는 완전히 다르게 들릴 것입니다.하나는 타이트하고 컨트롤이 잘 되는 반면, 다른 하나는 소리는 더 크지만 느립니다.둘 다 틀린 것은 아닙니다. 단지 다를 뿐이며, 올바른 것을 선택하는 것은 용도에 따라 다릅니다.

이것이 바로 드라이버 파라미터가 필요한 이유입니다.Vas, Qts, Fs는 마케팅 수치가 아닙니다. Vas, Qts 및 Fs는 드라이버의 실제 물리학이며, 이를 통해 어떤 종류의 인클로저가 작동할 것인지를 결정합니다.

세 가지 주요 파라미터 이해하기

Vas: 운전자의 “공기 순응도”

Vas는 리터 또는 입방 피트 단위의 해당 부피입니다.이렇게 생각해 보세요. Vas 용량의 밀폐된 챔버가 있다면 내부 공기의 순응도 (탄력) 가 운전석 서스펜션의 컴플라이언스와 일치할 것입니다.Vas가 높을수록 운전자의 순응도가 높아지므로 이를 제어하려면 더 큰 상자가 필요합니다.Vas가 낮을수록 드라이버의 강성이 높아지므로 크기가 작은 상자에서도 잘 작동합니다.

예를 들어 일반적인 10인치 서브우퍼 드라이버의 Vas는 40리터 (1.4입방피트) 인 반면 더 큰 15인치 서브우퍼 드라이버의 Vas는 120리터 (4.2입방피트) 일 수 있습니다.이는 무작위가 아닙니다. 원뿔, 서라운드, 스파이더의 물리적 특성에서 비롯됩니다.

Qts: 댐핑 팩터

Qts는 운전자의 서스펜션과 보이스 코일 저항이 모션을 얼마나 감쇠시키는지를 측정한 Total Q입니다.낮은 Qts (예: 0.3) 는 드라이버의 감쇠가 심하다는 것을 의미하며, 더 이상 밀지 않으면 드라이버는 빠르게 움직임을 멈춥니다.Qts (예: 0.7) 가 높으면 더 많이 울리고 멈춘 후에도 계속 움직입니다.

이는 인클로저 설계에 매우 중요합니다.Qts가 낮은 드라이버는 관대하며 밀폐된 상자에서도 잘 작동합니다.Qts가 높은 드라이버는 공진 시 응답이 크게 최고조에 달하지 않도록 포팅된 박스가 필요합니다.

Fs: 프리 에어 레조넌스

Fs는 인클로저가 없을 때 운전자만 야외에 매달려 있을 때 운전자가 자연스럽게 진동하고 싶어하는 주파수입니다.일반적인 서브우퍼 드라이버의 범위는 20Hz에서 50Hz입니다.Fs가 낮을수록 깊은 저음에 적합하고 Fs가 높을수록 중저음 펀치에 적합합니다.

드라이버를 인클로저에 넣으면 공진 주파수가 위로 이동합니다.변속 정도는 박스 부피와 밀폐형 또는 포트형 여부에 따라 달라집니다.

밀폐형 박스: 단순하고 예측 가능하며 타이트한 디자인

밀폐형 인클로저는 간단합니다. 상자를 만들고, 드라이버를 장착하고, 단단히 밀봉하면 됩니다.내부 공기는 스프링 역할을 합니다.박스가 클수록 스프링이 부드러워지면 공진 주파수가 낮아집니다.박스가 작을수록 스프링이 단단할수록 공진 주파수가 높아집니다.

밀폐형 박스 공진은 다음과 같이 계산됩니다.

여기서 $V_b$ 은 박스 볼륨입니다.-3 dB 포인트 (응답이 피크보다 3dB 아래로 떨어지는 주파수) 는 Qts와 새로운 공진 주파수에 따라 달라집니다.

밀폐형 박스의 경우 일반적으로 약 12dB/옥타브에서 공진 이하로 완만하게 롤오프됩니다.제대로 튜닝하면 피크나 딥 없이 부드럽고 제어된 반응을 얻을 수 있습니다.잘못 튜닝하면 울려 퍼지는 공명 피크가 울려 퍼지거나 너무 일찍 멈추는 약한 베이스가 나옵니다.

대부분의 엔지니어는 정확도가 중요한 홈 시어터나 음악 감상에 적합한 밀폐형 박스를 선호합니다.단점은 같은 크기의 포팅 박스만큼 많은 출력을 얻을 수 없다는 것입니다.

포팅된 박스: 더 시끄럽지만 더 까다롭습니다.

포팅된 (또는 통풍구가 있는) 인클로저에는 공기가 들어오고 나갈 수 있는 구멍 (보통 튜브) 이 있습니다.이 홀에는 자체 공진 주파수가 있기 때문에 포트를 적절한 주파수로 튜닝하면 마법 같은 일이 일어납니다. 포트가 해당 주파수 주위에서 드라이버의 출력을 보강하여 베이스 출력을 높여줍니다.

하지만 한 가지 문제가 있습니다.포트 튜닝 주파수를 밑돌면 응답이 24dB/옥타브로 떨어지는데, 이는 밀폐형 박스보다 두 배 빠른 속도입니다.즉, 포트를 35Hz로 튜닝하지만 20Hz의 깊은 베이스를 원한다면 운이 안 좋다는 뜻입니다.포트 튜닝 아래로 응답이 떨어집니다.

포트 튜닝 주파수는 다음과 같습니다.

여기서 $c$ 은 음속, $A$ 는 포트 영역, $V_b$ 은 박스 볼륨, $L_{eff}$ 은 유효 포트 길이 (물리적 길이+끝 보정) 입니다.

실제로는 이 값을 처음부터 계산하지 않습니다.계산기가 알아서 처리해 주지만, 중요한 사실은 포팅된 박스는 세심한 조정이 필요하다는 것입니다.포트 길이를 1인치 정도 틀리면 응답이 몇 Hz 정도 바뀌어 사운드를 망칠 수 있습니다.

실제 설계 예: 12인치 서브우퍼

소규모 홈 시어터 룸용 서브우퍼를 설계한다고 가정해 보겠습니다.다음과 같은 사양의 12인치 드라이버가 있습니다.

• 가스 = 75리터 (2.65입방피트)
• 쿼츠 = 0.42
• Fs = 28Hz

약 3세제곱피트의 상자를 넣을 공간이 있는데 밀봉된 것이 더 좋은지 아니면 포팅된 것이 더 나은지 알고 싶습니다.

밀폐형 박스 디자인

밀폐 상자 공식을 사용하여 3입방피트 크기의 상자를 만드는 경우:

따라서 박스 공진은 28Hz (프리 에어) 에서 38.4Hz (박스 내) 로 이동합니다.0.42의 Qts는 상대적으로 낮습니다. 즉, 응답은 38Hz 부근에서 완만한 피크를 이루다가 그 이하로 부드럽게 굴러갑니다.

Qts가 0.42인 밀폐형 박스의 경우 32—35Hz 부근에서 -3dB 포인트가 나올 것으로 예상됩니다.홈 시어터에서는 사용할 수 있지만 딥 베이스 음악에는 적합하지 않습니다.

포티드 박스 디자인

이제 동일한 3입방피트의 포팅 박스를 사용해 보겠습니다.계산기를 보면 균형 잡힌 응답을 얻으려면 포트를 약 32~35Hz로 조정해야 한다는 것을 알 수 있습니다.이 튜닝에서는 32~35Hz를 중심으로 출력이 향상되고, 응답은 밀폐된 박스보다 낮지만 약 25Hz 미만으로 가파르게 줄어듭니다.

어느 쪽이 이길까요?영화를 볼 때 타이트하고 절제된 베이스를 원하신다면더 큰 출력을 원하고 25Hz 미만의 주파수는 신경 쓰지 않는 경우 포팅하세요.

흔히 저지르는 실수 (그리고 이를 방지하는 방법)

실수 1: Qts 무시

엔지니어들은 종종 Vas와 Fs만 보고 Qts는 완전히 무시합니다.이것이 재앙의 지름길입니다.밀폐된 상자에 Qts = 0.7인 드라이버의 경우 박스 공진 주파수에서 최고점이 매우 희미합니다.“원노트” 붐 소리가 들릴 것입니다.포팅된 박스에 들어 있는 동일한 드라이버를 적절한 주파수로 튜닝해도 사운드가 훌륭합니다.

항상 Qts를 확인하세요.0.6보다 높으면 포팅을 진지하게 고려해 보세요.0.35 미만이면 밀폐된 상자가 제대로 작동합니다.

실수 2: 포트 속도를 잊어버리기

포팅 박스를 디자인할 때는 포트가 너무 작지 않은지 확인해야 합니다.포트가 박스 부피와 튜닝 주파수에 비해 너무 작으면 포트 내부의 풍속이 10—15m/s를 초과할 수 있으며, 이로 인해 포트 노이즈가 발생할 수 있습니다. 특히 베이스가 무거운 재료에서 치찰음이나 휘파람 소리가 들립니다.

대부분의 계산기는 이에 대해 경고하지 않습니다.경험상 35Hz로 튜닝된 3입방피트 박스의 경우 직경이 3인치 이상인 포트를 사용하는 것이 좋습니다.5입방피트 박스의 경우 4인치입니다.슬롯 포트를 사용하는 경우 전체 면적이 동일한지 확인하세요.

실수 3: 내부 볼륨 손실 과소평가

3입방피트의 상자를 계산하면 내부 공간이 3세제곱피트인 상자를 만들게 됩니다.그런 다음 드라이버를 장착하고 브레이싱, 단열재 및 포트 튜브를 추가합니다.갑자기 유효 부피가 2.7입방피트에 불과합니다.공진 주파수가 올라가고 튜닝이 꺼집니다.

내부 구성 요소의 볼륨 손실이 10~ 15% 에 달하도록 계획하세요.3입방피트의 음향 볼륨을 원한다면 3.4입방피트의 상자를 만드세요.

실수 4: 잘못된 Vas 값 사용

드라이버 사양은 제조업체에 따라 다르며 경우에 따라 테스트 조건에 따라 다를 수도 있습니다.드라이버는 Vas를 한 데이터시트에는 70리터, 다른 데이터시트에는 75리터라고 표시할 수 있습니다.별것 아닌 것 같지만 밀폐형 박스의 공명을 1~2Hz 정도 변화시킬 수 있습니다.

진지하게 생각하신다면 질량추가법이나 테스트 박스를 사용하여 직접 Vas를 측정해 보세요.대부분의 애호가들은 그렇게 하지 않습니다. 하지만 적어도 사양표를 다시 한 번 확인하고 마케팅 자료가 아닌 운전자의 실제 테스트 보고서에서 나온 값을 사용하세요.

실수 5: 포팅된 박스 출력과 정확도를 혼동하기

튜닝 범위에서는 포팅된 박스가 밀폐형 박스보다 소리가 더 큽니다.일부 엔지니어들은 “소리가 크면 클수록 좋다”고 생각합니다.그렇지 않아요.정확하고 평탄한 베이스 응답이 필요한 경우 실드가 거의 항상 더 좋습니다.특정 범위 (예: 액션 영화) 에서 최대 출력이 필요한 경우 포팅이 적합합니다.무엇을 위해 최적화하고 있는지 파악하세요.

계산기 사용 시기

드라이버도 있고 공간도 제약이 있는데 밀폐형인지 포팅형인지 결정해야 합니다.아니면 둘 다 살펴보면서 어떤 반응을 보일지 알아보고 싶을 수도 있습니다.

바로 그때 서브우퍼 인클로저 볼륨 열기 를 찾으실 수 있습니다.Vas, Qts, Fs를 연결하면 다음과 같은 결과를 얻을 수 있습니다.

• 밀폐형 박스 용량 권장 사항
• 포팅 박스 용량 권장 사항
• 포트 튜닝 주파수
• 밀폐형 설계의 경우 -3dB 포인트

여기에서 정보에 입각한 결정을 내릴 수 있습니다.“2.5입방피트의 밀폐형 박스에 장착된 이 드라이버는 30Hz에서 -3dB 포인트를 가지며 응답이 원활할 것입니다.”“32Hz로 튜닝된 3세제곱피트 포트 박스의 경우 출력은 더 높아지지만 롤오프는 25Hz 이하로 더 가파르게 올라갑니다.”

그런 다음 빌드하고, 측정하고, 반복하세요.이것이 바로 실제 작업입니다.

더 큰 그림

인클로저 디자인은 마법이 아닙니다.응용물리학입니다. 운전자의 컴플라이언스와 댐핑이 박스 안의 공기와 상호작용하여 시스템 반응을 일으킵니다.숫자를 정확히 맞히면 원하는 사운드를 얻을 수 있습니다.잘못 이해하면 카드보드 붐 머신 같은 소리가 나는 상자가 나옵니다.

계산기는 시작점을 제공합니다.나머지는 여러분에게 달렸습니다. 신중하게 건물을 짓고, 할 수 있는지 측정하고, 비판적으로 경청하세요.평범한 서브우퍼와 훌륭한 서브우퍼의 차이점은 대부분 드라이버가 아니라 박스에 있습니다.

사용해보기

서브우퍼 드라이버 사양서가 있으세요?꺼내세요.가스, Qts, Fs를 찾아보세요.서브우퍼 인클로저 볼륨 열기 로 가서 권장 사항을 확인하세요.그런 다음 청취 공간, 우선 순위 (정확도 대 출력), 용도에 맞게 밀폐형 또는 포팅형 중 어느 것이 적합한지 생각해 보십시오.이것이 실제 설계가 이루어지는 방식입니다.