스피커 크로스오버 배선 가이드: 종류 및 네트워크 회로 직접 만들기

하이파이 시스템과 라우드스피커만으로 완전한 시스템이 될까요? 다른 주파수들이 공간을 날아다니는 걸 깨닫기 전까지는 그렇습니다. 그럼 해결책은? 먼저 크로스오버 네트워크를 스피커 시스템에 결합해야 합니다. 결과적으로 고음, 중음, 저음 주파수를 분리합니다. 스피커 크로스오버 배선도에 주의를 기울여 이 작업을 할 수 있습니다.

이 주제를 더 자세히 다루며 스피커 크로스오버 정의, 제작 방법 등을 설명하겠습니다.

진행해 보겠습니다!

스피커 크로스오버란?

라우드스피커 외부 크로스오버

출처: 위키미디어 커먼즈

20~20,000Hz 소리 주파수를 듣는 건 정상입니다. 하지만 이 주파수 범위 전체를 생성할 수 있는 스피커를 찾는 건 거의 불가능합니다.

여러 스피커를 쓰면 해결될 거라 생각할 수 있습니다. 안타깝게도 모든 스피커가 동일하지 않습니다. 각 스피커는 특정 주파수 응답을 생성하도록 고유하게 제작됩니다.

따라서 스피커 드라이버가 자신의 범위보다 낮거나 높은 주파수를 내도록 하면 손상될 수 있습니다. 두 개 이상의 스피커를 비슷한 주파수와 입력 감도로 쓰면 어떻게 될까요? 이 경우 결과는 더 큰 주파수가 됩니다.

따라서 주파수 문제를 효과적으로 처리하는 회로가 필요합니다. 이상적인 회로가 크로스오버입니다. 이를 통해 특정 우퍼 출력 주파수 세트를 생성할 수 있습니다.

하지만 크로스오버가 크로스오버 포인트 위의 모든 주파수를 완전히 차단하지는 않을 수 있음을 알아야 합니다. 대신 오디오 대역 주파수를 필터링합니다. 주파수 대역이 크로스오버 포인트를 초과할 때 많은 양으로 필터링합니다.

스피커 크로스오버 카테고리

크로스오버가 주파수를 얼마나 빨리 필터링할까요? 크로스오버의 음향 성능 차수(order)에 달려 있습니다. 차수에 따라 다른 속도로 주파수를 필터링하는 예:

• 1차 – 6dB/옥타브 슬로프
• 2차 – 12dB/옥타브 슬로프
• 3차 – 18dB/옥타브 슬로프
• 4차 – 24dB/옥타브 슬로프
• 5차 – 30dB/옥타브 슬로프

로그 스케일로 주파수 측정도 가능합니다. 옥타브는 주파수의 절반 또는 두 배입니다. 감쇠 슬로프(attenuation slope)도 고려해야 할 측면입니다. 크로스오버 주파수 이후 신호가 감소하는 비율입니다. 데시벨이 높을수록 크로스오버 슬로프가 더 가파릅니다.

크로스오버 구성 요소

스피커 크로스오버 설정

출처: 플리커

커패시터와 인덕터가 크로스오버의 주요 구성 요소입니다. 주파수가 상승하면 인덕터가 더 반응성이 강해집니다. 결과적으로 교류 저항이 증가하고 드라이버의 음압이 계속 감소합니다.

커패시터도 뒤지지 않습니다. 반대 방향으로 작동합니다. 주파수가 감소하면 커패시터가 더 반응성이 강해집니다. 따라서 교류 저항이 증가합니다.

주파수를 크로스오버하는 세 가지 방법은 다음과 같습니다:

대역통과 필터 (BandPass Filter)

대역통과 필터는 로우패스와 하이패스 필터를 결합해 작동합니다. 특정 주파수 범위를 허용합니다. 일반적으로 두 개의 특정 크로스오버 주파수 위아래 범위입니다.

즉, 하나의 로우패스와 하나의 하이패스가 있습니다. 따라서 두 주파수 모두 스피커 그룹으로 통과합니다.

하이패스 필터 (High-Pass Filter)

이 필터는 선택한 차단 주파수보다 높은 주파수들이 스피커 그룹으로 통과하도록 돕습니다.

로우패스 필터 (Low-Pass Filter)

이 필터는 선택한 차단 주파수보다 낮은 주파수들을 허용합니다. 주파수들이 스피커 그룹으로 이동합니다.

크로스오버 종류

두 가지 주요 크로스오버 유형이 있습니다. 두 크로스오버의 차이는 주파수를 나누는 데 무엇을 사용하는지입니다.

수동 크로스오버 (Passive Crossover)

수동 크로스오버는 인덕터, 저항, 커패시터를 결합해 스피커 그룹에 원하는 크로스오버 포인트를 얻습니다.

흥미롭게도 이 크로스오버는 저렴합니다. 트위터와 미드레인지 간 인상적인 전환을 제공합니다. 하지만 단점은 필터가 보통 크다는 것입니다. 따라서 작은 스피커에만 사용할 수 있습니다.

서브우퍼는 무겁고 거대한 인덕터가 필요합니다. 작은 필터로만 저주파를 통과시키면서 모든 전력을 감당할 수 있습니다. 또한 하이엔드 동축 스피커와 컴포넌트에서 수동 크로스오버를 찾을 수 있습니다.

전자 크로스오버 (Electronic Crossover)

전자 크로스오버는 수동 크로스오버보다 비쌉니다. 마이크로프로세서나 DSP 칩으로 주파수를 나누기 때문이라 놀랍지 않습니다.

이 크로스오버는 유연한 시스템입니다. 선호하는 크로스오버 유형을 선택하고 그에 맞게 조정할 수 있습니다.

크로스오버 주파수 조정 시 즉각적인 변경이 가능합니다. 채널별 증폭으로 스피커 시스템을 미세 조정하려면 고급 DSP가 있는 걸 선택하세요. 또한 기본 전자 크로스오버는 로우패스 출력 대역과 하이패스 기능만 제공하는 경우가 많습니다.

스피커 크로스오버 회로 동작 원리

회로 시스템은 필터링 시스템으로 작동합니다. 입력 오디오 신호가 회로로 들어가면 커패시터와 인덕터가 필터링합니다.

앞서 언급했듯 커패시터는 고주파에서 낮은 리액턴스, 저주파에서 높은 리액턴스를 가집니다.

결과적으로 커패시터는 저주파 신호를 허용하지 않습니다. 하지만 고주파는 통과시킵니다. 이게 커패시터가 고주파 서라운드 사운드를 트위터로 보내는 방식입니다.

커패시턴스 리액턴스는 아래 공식으로 계산할 수 있습니다:

• Xc = 1 / (2πfC)

각 항목:

• C – 커패시터 정전용량
• f – 오디오 신호 주파수

반면 인덕터는 저주파에서 낮은 리액턴스, 고주파에서 높은 리액턴스를 가집니다. 따라서 인덕터는 고주파 신호를 허용하지 않습니다. 하지만 저주파 신호는 허용합니다. 이게 인덕터가 저주파 신호를 우퍼로 보내는 방식입니다.

이 네트워크로 스피커 크로스오버 네트워크가 형성됩니다. 우퍼가 저주파 사운드를 완벽하게 재생하고, 트위터가 고주파 사운드를 효과적으로 생성합니다. 따라서 이 두 스피커를 단일 범용 스피커 대신 시스템에 연결하면 더 나은 시스템이 됩니다.

인덕터 리액턴스는 아래 공식으로 계산할 수 있습니다:

• Xc = 2πfL

각 항목:

• f – 오디오 신호 주파수
• L – 인덕터 인덕턴스

스피커 크로스오버 네트워크 회로 직접 만들기

스피커 크로스오버 회로도

출처: Research Gate ℅ René Christensen

앰프 파워 스피커 크로스오버 네트워크 회로 제작을 시작하기 전에 다음 부품들을 준비해야 합니다:

• 2.55mH 인덕터

• 나사 (10개)

• 접착제
• 우퍼
• 1/4" 두께 아크릴 또는 일반 회로 기판 (1개)

• 바나나 잭 (2개)
• 1/4" 플라스틱 튜브 (4개)
• 하드보드
• 리그 (Rig)
• 39uF 전해 커패시터
• 트위터
• 3/4" 다월 (dowel)
• 너트 (2개)

이 값들과 근접한 인덕터와 커패시터를 써도 됩니다. 정확한 부품을 구할 수 없다면요.

스피커 크로스오버 배선도 – 단계 (Speaker Crossover Wiring Diagram – Steps)

1단계

먼저 스피커 크로스오버 배선도를 참조해 부품 연결을 이해해야 합니다. 필터가 180° 위상 차로 신호를 내보내기 때문입니다. 우퍼에 역배선(reverse wiring)부터 시작할 수 있습니다.

2단계

우퍼 감도가 트위터보다 낮으면 L-패드를 추가하세요. L-패드는 감도 차이를 줄이는 데 효과적입니다. 간단한 와인딩을 만드세요. 하드보드와 다월(3/4")로 할 수 있습니다.

3단계

풀 코일을 리그에 올리세요. 결과적으로 인덕터가 풀리면서 고정됩니다. 코일을 미세 조정하세요. 이때 코일 인덕턴스에 영향을 주는 요소들을 기억하세요. 예: 구멍 직경, 감김 조임 정도, 와인딩 높이. 작은 코일 두 개와 큰 코일 두 개가 있어야 합니다.

4단계

회로 기판을 준비하세요. 이 부품은 보통 가운데 구멍이 있습니다. 구멍들은 타이 스트랩용으로, 커패시터와 코일을 단단히 고정하는 데 효과적입니다. 작업 완료 후 보드 가장자리의 구멍들을 확인하세요. 연결 단자들입니다.

5단계

로우패스 구성 요소들을 회로 기판에 단단히 고정하세요. 깔끔하고 빠르고 쉽게 설치하려면 바나나 잭을 사용하세요. 잭을 뒤에 고정해 스피커 와이어를 연결하세요. 각 잭에 너트 두 개를 끼우고 뜨거운 접착제나 아주 진한 접착제로 고정하세요. 그러면 너트가 빠지지 않습니다.

6단계

크로스오버 보드 장착 전 상자에 1/4" 플라스틱 튜브들을 배치하세요. 그런 다음 나사를 박으세요. 모서리마다 하나씩.

7단계

이 단계에서 바나나 잭에서 나오는 와이어들이 오른쪽에서 보여야 합니다. 왼쪽에는 트위터와 우퍼로 가는 와이어들이 있어야 합니다.

마무리

스피커 크로스오버 배선도는 장치를 제대로 연결하는 방법을 이해하는 단계 중 하나입니다. 하지만 크로스오버 스피커 설정에 사용하는 부품에도 주의를 기울이는 게 중요합니다. 최종 결과 품질을 결정하는 데 큰 역할을 하기 때문입니다.

이 오디오 크로스오버 프로젝트에 대해 어떻게 생각하시나요? 프로젝트에 가장 적합한 회로 기판 구하는 데 도움이 필요하신가요? 언제든 연락 주세요.