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서브우퍼
서브우퍼(sub-woofer)는 저음영역의 굵고 웅장한 음을 재생하는 스피커이다. 기존에 장착된 스피커에서 부족한 저음을 보충해 주는 역할을 한다. 서브우퍼와 미드우퍼를 사용할 때는 가능하면 우퍼 전용 앰프를 사용하는 것이 좋으며, 앰프는 소리를 크게 확장시켜주는 힘이 클수록 좋다.
- 정의
일반적으로 스피커들이 낼수 있는 음역대는 정해져 있다. 청력에 문제가 없는 건강한 사람이 들을 수 있는 가청 주파수는 20 Hz ~ 20KHz 대다. 스피커는 용도별로 서브우퍼, 우퍼, 미드우퍼, 스쿼커, 트위터 (사운드), 슈퍼 트위터로 분류 된다. 분류가 있는 만큼 일반적으로 스피커 별로 재생 음역대가 정해져 있다. 우퍼는 100 Hz ~ 299 Hz, 미드우퍼는 300 ~ 499 Hz, 스코커는 500 Hz ~ 2.9KHz, 트위터는 3KHz ~ 6.9KHz,슈퍼 트위터는 7KHz ~ 20KHz 정도의 음역대가 정해져 있다 여기서 다룰 서브우퍼는 우퍼의 최소치인 100 Hz 밑의 즉, 20 Hz ~ 99Hz대역의 저음을 담당하며 주로 홈시어터 시스템에 붙어있다.
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개요[편집]
서브우퍼는 일반 스피커로는 재생할 수 없는 극저음을 내는 스피커 유닛이다. 다른 스피커 유닛과는 분리되어 있고 별도의 인클로저를 쓴다. 극저음의 경우 방향성이 약하기 때문에 스테레오나 서라운드를 고려하지 않는다. 5.1 채널의 경우 앞의 5가 일반 스피커, 뒤의 1이 서브우퍼 스피커 채널이다.
대부분 서브우퍼는 아무리 못해도 8인치는 넘으며 10인치에서 14인치 까지의 사이즈를 가장 많이 사용한다. 카오디오나 PA에서는 32인치까지 사용하기도 한다. 하지만 프로에서는 이만큼 큰 사이즈의 서브우퍼가 필요한 경우는 드물다.
이 대역대의 소리는 바람소리와 유사하며 극장이나 영화관에서 가슴을 울리는 소리는 거의 이 대역대의 소리에 해당한다. 이말인 즉슨, 서브우퍼 세팅으로 현장감 넘치는 사운드를 느낄 수 있다는 것이다. 음악에서도 북이나 현악기의 배음역시 극저음대역이 존재하기 때문에 서브우퍼 유무에 따라 전혀 다른 소리로 들린다. 이것의 반증으로 서브우퍼 없이 듣는 소리는 뭔가 박진감이 빠진 듯한 소리로 들린다.
잘 세팅된 서브우퍼의 경우 서브우퍼의 존재가 그렇게 드러나지 않으며, 메인 스피커가 재생하지 못하는 극저음 까지 평탄하게 재생하기 때문에 음악 청취나 영화 관람 등에 있어서 그 음악, 영화에서 표현하고자 하는 것들을 제대로 즐길 수 있게 된다. 만약 저음이 과하거나 캔슬링이 된다면, 서브우퍼 ON/OFF의 차이가 없다면 그것은 세팅이 잘못된 것이다.
서브우퍼는 크게 홈시어터용으로 묶어서 출시되는 모델과 서브우퍼 단독 제품으로 출시되는 모델을 구분해서 설치해야 한다. 기존에 사용하는 메인스피커의 극저음 재생능력이 다소 부족하다고 느껴서 서브우퍼를 마련한다면 반드시 서브우퍼 단독으로 판매되는 제품을 이용해야 한다. 이 두 모델의 구분은 서브우퍼의 크로스오버 조절, 위상 조절과 같은 서브우퍼로써의 필수적인 요소가 포함되어 있는지를 확인하여야 한다.
하지만 서브우퍼는 극저음을 재생하기 때문에 적잖은 진동이 생긴다. 이는 청취하는 소리의 퀄리티에 영향을 미칠뿐만 아니라 공동주택에서 층간소음의 문제로 대두되기도 한다. 물론 편안하게 청취하는 60DB/SPL에서 80DB/SPL정도라면 방음 시공 정도로 청취가 가능하나 이상적인 청취 레벨인 98DB/SP 부근에서 듣고자 한다면, 방음 부스를 설치해도 다소 어렵다. 이러한 점 때문에 많은 오디오 매니아들이 서브우퍼의 필요성을 느끼나 설치하지 못하거나 설치하더라도 소리를 많이 낮춰 들어 크게 의미없게 쓰기도 한다. 실제 설치를 고려한다면 층간소음 대책 먼저 강구해야 한다. 몸으로 느끼는 극저음은 스피커가 아니면 듣기 어려우나 귀로 들리는 극저음은 이어폰이나 헤드폰이면 쉽게 들을 수 있으니 차라리 고급 헤드폰이나 이어폰을 이용하는게 좋다.
사용하는 이유[편집]
서브우퍼를 별도로 사용하는 이유는, 메인스피커가 제대로 재생하기 어려운 20Hz ~ 60Hz까지의 극저음 대역을 재생하고자 하는 것이다. 메인 스피커가 아무리 5인치 이상 되는 유닛과 멀티 웨이 스피커라고 하더라도 20Hz ~ 60Hz의 대역을 원활히 재생하지 못한다. 대부분 스피커에서 tone generator를 이용하여 주파수별로 스피커 반응을 청취하면 '잘하면' 20Hz까지 들리긴 한다. 하지만 다른 주파수 대역대의 소리와 함께 재생하면 거의 들리지 않거나 제대로 재생되지 못하는 경우가 허다 하다. 이는 저음 재생의 특성을 이해해야 하는데, 저음은 초당 흔드는 진동이 적기 때문에 충분한 음압을 만들어내기 위해서 한번에 많은 소리를 밀어내야 한다. 즉, 구조적으로 진동판이 클수록 재생 능력이 높아지는 것이고 진동판이 작으면 아무리 출력을 높여도 충분한 저역을 재생하기 어렵다는 반증이다.
소형 스피커는 보통 70~40Hz, 조금 규모가 되는 스피커도 대체로 30Hz정도가 재생 가능한 하한선이고, 그 정도의 저음은 스피커 유닛 자체 성능이 아닌, 인클로저(스피커 케이스)의 도움을 많이 받게 된다. 그래서 일반적인 스피커에서는 정상적으로 재생하기 힘든 대역의 저음역 전용 스피커인 우퍼를 사용하게 된다. 우퍼는 저음 전용 스피커를 의미하고, 서브우퍼는 저음 재생용 스피커인 우퍼 중에서도 초저역 혹은 극저역이라고 부르는, 일반 저음인 Bass보다도 더 낮은 대역폭인 Sub-bass 를 주로 재생하는 우퍼를 말한다.
쉽게 생각하면, 오케스트라에서 바이올린이나 첼로가 있음에도 콘트라베이스를 쓰는 이유와 비슷하다. 음악 연주에서 저음역을 쉽게 내는 악기를 쓰는 것처럼 저음역을 위한 음향장치를 하나 별도로 두는 것이다.
서브우퍼에서 '서브'가 의미하는 것은 저음역을 보조하는 스피커라는 의미에서 보조의 뜻이 있는 Sub라는 접두사가 아니고 정확한 정의는 Sub-Bass를 재생하기 위한 우퍼라는 의미에서 Subwoofer 이다. 보통 100Hz 아랫쪽 대역을 서브우퍼가 재생하도록 한다.
물론 저가형 스피커의 경우 조그만 유니트를 사용한 위성 스피커가 재생하지 못하는 저역을 서브우퍼가 퉁 쳐서 재생하는 경우도 많다. 그런 이유로 서브우퍼에서 저음의 보컬이 나오는 경우도 있다.
일반적으로 스피커 유닛의 경우 입력되는 전력 신호에 따라 진동하여 공기의 떨림을 만들어 내고, 해당 공기의 진동을 우리가 흔히 말하는 소리로 듣게 된다. 일반적으로 사람이 고음대역 이상이라고 느끼는 5000Hz 이상의 음역대의 경우 요구하는 음압 생성을 위하여 앞뒤로 충분히 움직여야 함과 동시에 스피커의 진동판을 사람이 청취 가능한 음압 형성을 위해 충분히 크게 움직이며 앞뒤 방향 초당 5000회 왕복운동을 시켜야 함을 말한다. 말 그대로 20kHz라면 초당 20000회 즉, 고음역대로 갈수록 진동판을 실제 물리적으로 고속 진동시켜야 한다.
그리고 사람이 저음이라고 느끼는 300Hz 이하 가량의 저음역대 재생에서는 앞뒤 왕복 행정거리도 중요하지만 실질적으로 스피커 유닛만으로 해당 저음을 정상적으로 만들어 내기 위해선 필연적으로 스피거 진동판의 직경이 최저 주파수 파장의 1/4 길이는 되어야 정상적인 공기압 형성이 가능하다. 기압 형성에서 해당 주파수의 한 주기중 최대 음압이 형성되는 파장길이 1/4 지점에 해당하는 직경이 필요하기 때문. 이는 최저 목표 주파수가 낮아질수록 감당안되는 크기의 유닛을 요구하게 된다. 예를 들어 100Hz 를 정상 재생하기위해선 이론상 스피커 직경은 상온 15도 기준 음속(m/s)÷주파수(Hz)÷4 = 340m÷100÷4 = 0.85(m) = 85cm 즉 진동판 직경이 85cm = 33인치라는 정신나간 크기의 스피커 유닛을 요구하게 된다. 이 직경 문제는 스피커 가 점차 개발되면서 인클로저 형태를 이용하여 저음 재생을 보강하거나 컨트롤 함으로써 어느정도 해결되지만, 저음역 재생 유닛이 일정 크기 이상이 되어야 함은 변하지 않는다.
문제는 이런 스피커의 특성에서 기인하는데, 고속 진동하여 고음을 생성하자니 진동판 직경이 작아 저음생성이 어렵고, 저음생성을 위하여 진동판을 크게 하자니 진동판의 질량, 즉 무게가 무거워져 둔한 움직임을 보이니 이러지도 저러지도 못하는 딜레마에 빠지게 된다. 그리하여 개발된것이 고음전용 스피커[10], 저음 전용 스피커[11] 등으로 우리가 듣는 가청주파수 대역을 2~5 가량으로 나누어 해당 전용 스피커 드라이버를 갖춰 운용하는 소위 2Way, 3Way 등의 시스템이 나오게 된다. 음역대가 나누어 할당된 스피커 개수 만큼 X way 라고 부른다.
이중 일반적인 스피커 유닛과 적당한 크기의 인클로저에서는 정상적으로 생성이 힘든 100Hz 이하 대역의 저음역 전용 스피커를 두게 되는데, 이것이 Subwoofer 이다.
여기까지는 가정용의 이야기다. 무대용 음향 혹은 프로 스튜디오를 함께 포함한 PA. 음향 시스템에서는 실내의 경우 가정용처럼 풍성한 저음을 기대하기 위해, 또는 홀이 너무 커서 일반 스피커로는 풍성한 저음을 낼수 없을때 설치하며 야외의 경우 탁 트인 장소의 특성상 음이 지나치게 확산되어 저음이 쉽게 손실되는 참사가 벌어진다. 스피커에서 20m만 떨어져도 저음이 사라진다. 농담이 아니고 흔히 신장개업해서 이벤트걸 불러놓고 음악 틀고 쿵짝대는 소리를 들어보면 멀리서는 고음만 쨍쨍거리다가 가까이 가면 그제야 저음이 들린다. 그래서 야외에서는 대출력 엠프에 물린 대형 서브우퍼를 사용하고, CSA를 사용해서 서브우퍼의 방사패턴을 지향성으로 조정한다. 이마저도 500m를 넘으면 저음이 슬슬 떨어진다.
일반적인 사용[편집]
다른 유닛은 정수로 표시하는데 서브우퍼만큼은 소수점 첫째 자리로 표시한다. 2.1채널, 4.1채널, 5.1채널 등. 서브우퍼가 2개일 경우 x.2가 된다.서브우퍼 10대면 뭐라고 표기해야 하냐는 사람이 있는데, 사실 서브우퍼 10채널을 쓸 일이 없는 것이, 서브우퍼 대역의 저음은 사람이 방향성을 느낄 수 없어서 어디서 들리는지 분간을 못하고 그냥 소리가 들린다는 것만 인식한다. 그럼에도 불구하고, 괴랄한 셋업에서 진짜 우퍼 10개를 설치했다면 대충 x.10 채널쯤으로 표기한다. 그래서 출력이 워낙 감당이 안 되고 거리 차이가 심해 딜레이가 문제되는 곳에서나 여러 개 쓰는 것이지, 일반적인 시스템은 절대 x.2채널을 넘지 않는다. 보통 공연장이나 영화관 등에서는 x.2채널, 가정용은 x.1채널로도 심장을 두들기는 강한 서브우퍼 사운드를 느낄 수 있다. 그리고 서브우퍼를 여러개 설치하면 서브우퍼간의 위상을 맞추는 게 엄청나게 힘들다. 특히나 저역대라서 위상이 조금만 빗나가면 특유의 왜곡과 함께 심각한 출력 저하를 야기하므로 어지간해선 2개 이상 쓰지 않는다. 과거 인기있던 나카미치 홈시어터는 서브우퍼를 2개 사용하긴 했다. 단, 여러 개의 서브우퍼를 잘 이용하면 오히려 위상과 룸 에러를 극복하여 청취지점을 늘릴 수 있다. 그리고 서브우퍼가 방향성이 없긴 하지만 아예 없는 것도 아니고 거리가 충분하지 않으면 서브우퍼의 발산지가 약간 느껴질 수 있다.
다만 야외 무대의 경우 규모에 따라 우퍼 스피커가 좌우에 각각 최소 2개 이상은 붙어있는데 이는 출력과 음량을 보강하고 방사 패턴을 지향성으로 만들기 위한 것으로 스피커 프로세서에서 나오는 서브 우퍼용 시그널은 2개뿐이다.
야외 콘서트장 같이 음향 설비를 제대로 갖춘 곳에서 DJ가 EDM 같이 비트가 강력한 음악을 틀고 공연을 하면 서브 우퍼의 파워를 제대로 체험할수 있는데 농담이 아니라 온몸의 장기가 다 뒤흔들리는 것 같은 강렬한 저음을 뿜어낸다.
종류[편집]
패시브형과 액티브형이 있다. 패시브형은 흔히 볼 수 있는 일반 스피커처럼 생겼으며 삼성이나 LG에서 파는 저가형 홈시어터의 우퍼가 대부분 이런 형태인 경우가 많다. 성능은 액티브형 보다 떨어지는 편이다. 액티브형은 고급형에 많이 쓰이며 뒤에 전용 앰프가 장착 되어 있다. 우퍼 유닛의 설치 방식은 전면 설치형, 측면 설치형, 바닥을 보고 있는 다운 파이어링 형 3가지다. 다만, 무지향성이기 때문에 가까이에서 듣는게 아니라면 어느쪽에 유닛이 있는지 구분하기 어렵다. 따라서 유닛 위치는 어디에 두든 큰 차이가 없다. 다만, 소음 방지를 위해 우퍼의 스피커 방향을 벽면을 바라보지 않게 설치하기도 한다.
설치[편집]
오디오 리시버에 모노 출력 단자나 서브우퍼 출력 단자가 있다면 해당 단자를 서브우퍼의 라인레벨 단자를 통해 서브우퍼와 연결한다.
오디오 리시버에 스피커 출력 단자만 있다면 스피커 신호선을 먼저 서브우퍼의 하이 레벨 입력 단자에 연결하고 서브우퍼의 하이 레벨 출력 단자와 오디오 스피커를 연결한다. 그리고 서브우퍼의 크로스오버 네트워크의 주파수 노브를 오디오 스피커에서 출력될수 있는 최소 저음까지 올린다. 그 다음 볼륨 노브를 조절하여 밸런스를 맞춘다.
PA나 카오디오용 서브우퍼는 보통 앰프가 내장되어 있지 않은 패시브 서브우퍼이기 때문에, 액티브 크로스오버 네트워크를 사용해서 서브우퍼 대역을 분리하여 주고 서브우퍼에 사용할 고출력 앰프를 따로 구해서 연결해주어야 한다.
특성[편집]
유닛을 최대한 많이 분리해낸다면, 보편적인 우퍼 스피커는 약 100~250Hz이며 미드우퍼가 약 250~500Hz를, 스쿼커가 약 500~2000Hz를, 트위터가 2000Hz~10000Hz, 슈퍼 트위터가 10000Hz 이상을 맡게 된다. 때문에 서브 우퍼는 ~100Hz를 재생하게 된다.
100Hz 이하의 음역대는 회절이 쉽고 방이나 가정집과 같은 공간에서는 공명이 생기기 쉬운 음역이기 때문에 설치가 비교적 까다롭고 환경에 따라 여러가지 조건이 따른다. 특히 유리창에서 공명이 일어나면 소리가 이상하게 변할 수 있고, 코너에 박아놓으면 저음이 벽에 반사돼 저음이 약 4배는 크게 들릴 수도 있다. 또한 큰 진동을 만들어내기 때문에 바닥과 직접 닿아 있으면 층간소음 문제가 발생할 수 있으므로 반드시 대리석 판이나 고무판을 까는 형태로 사용해야 한다.
대다수의 서브우퍼는 초저역 재생을 위하여 유니트의 크기를 작게는 8인치부터 크게는 18인치까지 키우기도 하는 관계로 크기가 매우 크고 아름답다. 유닛이 이렇게 크고 무겁다보니, 이를 제대로 작동시키기 위해서는 상당한 힘이 필요하고, 큰 힘을 위해 자연스럽게도 높은 출력의 앰프를 요구하게 된다. 따라서 용도를 막론하고 서브우퍼의 경우에는 스피커 자체적으로 앰프를 내장하고 있는 액티브 방식의 스피커인 경우가 많으며, 경우에 따라 서브우퍼 작동을 위해 고출력 앰프 하나를 브릿지 연결해서 사용하는 경우가 많다.
일반적인 pc 스피커에서의 서브우퍼도 대개 위성 스피커의 출력보다 최소 1.5배는 높게 잡는데, 당연히 출력빨이 되어야 제대로 들리던 말던 하니까 그런 거다. 실제로 제원을 살펴보면 가정용 고급 홈시어터가 위성 스피커가 100W, 서브우퍼가 200W 정도로 설계된다. 물론, 이 출력이 정격 출력은 아니고, 최대 출력이므로 이를 정격출력으로 바꿔보면 위성스피커 50W, 서브우퍼 100W 이하일 것이다.] 또한 서브우퍼에 쓰이는 스피커 유닛은 네오디뮴 자석 같이 강력한 자력을 가진 자석과 두껍게 감은 보이스 코일 여러개로 강력한 힘을 낼수 있게 설계하며, 그로 인한 발열 해소를 위해 유닛에 통풍구를 뚫어놓는 경우도 있을 정도다.
통상적인 북셸프의 저역 하한선이 40~50Hz라고 할 때 서브우퍼는 3~150Hz 정도를 재생하게 되는데, 이와 같이 저역에서 일부 영역이 겹치게 되므로 세팅 시 이를 감안하여 조정하는 것이 필수. 대부분의 AV 앰프에서는 서브우퍼를 사용하는 경우 메인 스피커 쪽에는 해당 주파수를 잘라내고 내보내는 등의 기능을 제공하고 있으며, 중상급 서브우퍼의 경우는 서브우퍼 쪽에서도 별도로 설정을 조정할 수 있다.
서브우퍼는 일반적인 스피커 시스템 뿐만 아니라 혼 시스템에서도 찾아볼 수 있는데, 아니나 다를까 서브우퍼 역할을 하는 혼은 그 크기가 6m나 되는 거대한 몸집을 가진다.
배치[편집]
서브우퍼의 특성을 이해하고 서브우퍼를 잘 배치하여야 좋은 품질의 저음을 들을 수 있다.
다른 하이파이 스피커에도 해당 되는 내용이지만 서브우퍼를 벽과 너무 떨어뜨려 배치할 경우 벽에서 반사된 소리가 서브 우퍼에서 직접 출력되는 소리와 간섭을 일으켜 특정 대역이 증폭되고 특정 대역은 감소되는 등 좋지 않은 주파수 특성을 만들어내기 때문이다. 흡음재를 사용하더라도 서브우퍼는 흡음재로 흡수가 어려운 저역대를 담당함으로 효과가 적다.
서브우퍼의 저음은 무지향성 가지고 사방으로 퍼지기 때문에 거리가 멀어지면 크게 감쇄되게 된다. 그래서 우퍼에서 멀리 떨어진 관중석에서는 저음이 잘 들리지 않고, 가까운 관중석에서는 너무 강하게 들리는 문제가 생긴다. 또한 사방으로 소리가 퍼져 무대 위의 마이크에도 서브우퍼의 저음이 도달하여 마이크와 발진을 이르키게 된다.
PA에서는 이를 해결하기 위해 CSA(지향성 서브우퍼 어레이)라는 것을 사용한다. 서브 우퍼 스피커를 여려개를 일렬로 배치해 두고 딜레이를 통해 위상을 조절하여 후면으로는 의도적으로 상쇄 간섭을, 전면으로는 보강 간섭을 발생시켜서 방사 패턴이 지향성이 되도록 우퍼를 설치하는 방법이다.
서브우퍼의 재생 대역은 매우 낮다. 낮은 주파수일수록 지향성이 낮아진다. 즉, 사방으로 잘 펴지기 쉽다. 또한 인간의 청감으로는 저역대는 2ms정도의 차이는 크게 느끼지 못한다. 그렇기 때문에 서브우퍼의 위치가 반드시 청취자의 정중앙 혹은 뒷편이 아니어도 되며, 메인스피커와 스윗스팟의 거리와 동일하게 서브우퍼를 세팅하지 않아도된다. 다만, 저역은 고역에 비해 공기중 속도가 느려서 되도록 메인스피커의 고음 유닛보다는 청자에 가깝거나 비슷하게 두도록하는게 좋다. 지향성이 낮은 탓에 사각형의 방에서는 공명이 일어나기 쉽다는 점을 이용해 방의 모서리에서 약 6인치 정도의 거리를 띄우고 설치하기도 한다. 일부 엔지니어들은 서브우퍼를 청취자 귀높이 왼쪽에 놓으라고 하는데, 이는 서브우퍼 제조사의 메뉴얼이라면 메뉴얼대로 따르고 그렇지 않다면 이곳 저곳에 놓아보고 가장 잘 맞는 위치에 두는 '서브우퍼 크롤링'을 하면 된다. 간혹 책상 아래 짱박아 두면된다. 안된다. 논쟁이 있는데 이 역시 직접 설치하고 세팅해서 세팅이 되면 두면되고 안되면 다른데 두면 된다. 즉, 정답이 없다.
동영상[편집]
참고자료[편집]
- 〈서브우퍼〉, 《나무위키》
- 〈서브우퍼〉, 《위키백과》
- 〈서브우퍼〉, 《쇼핑용어사전》
- 〈그 시절 우리가 사랑했던 서브우퍼는?〉, 《카오디오매거진》, 2021-06-07
같이 보기[편집]
