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초지향성 라우드스피커 시스템

2007.10.06 23:51

장호준 조회 수:16487

초지향성 라우드스피커 시스템



대부분의 상업적 라우드스피커 시스템은 적어도 어느 정도까지는 방향성이 있다. 라인어레이 이론과 혼 형태의 웨이브가이드가 좌석의 일정 부분을 커버하거나 클러스터 어플리케이션에서의 간섭을 최소화하므로, 지향성 라우드스피커가 유용하다. 그러나 이것들은 하나의 분리된 지점으로 음을 집중화하게 될 경우에는 비효율적이다. 다시 설명하자면, 무대의 팔로우-스팟이나 레이저 빔에서 나오는 고도로 집중화된 빛과 비교해 볼 때, 라우드스피커의 장점은 거의 무용지물이라고도 말할 수 있다.
여기에 서 소개하는 초지향성 라우드스피커는 다소 색다른 형태이다. 근거리에서 쓰일 경우-약 7ft(약 2미터) 이하- 이들은 하나 또는 둘, 또는 서너 명 이하의 청중에게 이루어진 작은 구역을 커버한다. 이들 장비들의 일부는 49미터 이상의 거리로도 음을 보낼 수도 있지만, 이것의 개념은 분산 스피커나 딜레이 스피커의 배치가 어렵거나 불가능한 비교적 제한된 공간에서, 보다 높은 주파수 대역(대개 대기 중에서의 손실을 감안)의 신호를 집중화하는 것이다.

세 가지 솔루션들
현재 시장에서 구매 가능한 초지향성 사운드 제품들은 반사판(리플렉터) 기반, 초음파, 그리고 빔 스티어링(조정)의 세 가지로 크게 구분된다.
반 사판 기반의 제품은 대부분 친숙한 것들이며 박물관이나 무역 전시장 같은 어플리케이션에서 주로 애용되어 왔다. 각 제품의 특성들은 관련된 “접시형”의 정밀한 형태에 따라 달라지긴 하지만, 이들 모두는 삼차원적으로 굴곡진 표면의 음향학적 특성을 활용한 것들이다. 예를 들면, 포물선 형태의 반사판의 꼭지점에서 생성된 파형은 거리의 제곱마다 3dB씩 떨어짐으로 해서 역제곱 법칙을 증명한다. 이에 대비해서, 반구형이나 하이브리드 돔들은 보다 먼 거리에서는 덜 효율적이지만, 이들 형태들은 규정된 청음 공간 내에서 스테레오 효과를 만들기 위해 사용될 수 있다.
그러나 이러한 반사판으로의 접근은 자체의 부작용도 없지는 않다. 빔 효과는 보다 높은 주파수에서 훨씬 더 효과적이며, 서로 다른 크기와 형태의 접시가 일부 특정 주파수들을 좀더 효과적으로 반사하기 때문에, 작용하는 대역폭 내에서 주파수 특성이 불규칙적이게 마련이다. 긍정적인 측면에서 보면, 설치 및 유지 관리 측면에서는 반사판 기반의 시스템이 가장 단순한 것이며, 통상적으로 장비 가격도 가장 저렴하다.
두 번째의 접근법인, 초음파 음의 변조(modu lation)는 라디오 주파수 도메인에서 오랫동안 잘 알려진 개념인 헤테로다인 수신 이론을 채용하고 있다. Helmholtz에 의해 처음으로 밝혀진 이 기초적인 물리 이론은 동일 공간에서 방출된 두 개의 오디오 주파수가 추가의 주파수를 어떻게 생성하게 되는지를 설명하고 있으며, 생성된 추가의 주파수는 두 개의 원신호의 합과 차이로 대변된다. 즉 이것은 주파수간의 차이가 가청 스펙트럼으로 떨어지는 방식으로 두 개의 초음파 주파수가 변조된다는 것을 의미한다. 들리지 않는 고주파수 캐리어 파장이 매우 짧기 때문에, 그 소리는 좁고 빡빡한 빔 형태로 전달된다. 초음파 빔이 고체 물체-직접적인 고막이나 다른 외부의 반사면 같은-에 부딪힐 경우, 차이로 인해 생기는 신호가 가청 주파수 대역에서 소리로서 들리게 된다. 이 원리는 기초적인 것이지만, 실제적으로 초음파 사운드 빔을 만드는 작업은 수많은 기술적인 문제점을 내포하고 있다.
고주파수 빔의 주요한 이점은 자유 음장에서는 들리지 않고 선택된 영역에서만 들리면서도 꽤 먼 거리에 매우 좁은 빔을 투사할 수 있는 능력에 있다. 근거리 어플리케이션에서, 예를 들면 사운드는  비디오 스크린 정면에 있는 하나의 청중으로만 집중화시킬 수 있고, 빔의 경로(바닥 같은)에 있는 다른 곳에는 들리지 않는다. 만일 그 표면이 반사재라고 한다면, 그 곳에서는 들리게 되며 음원은 원래에 나왔던 곳뿐만 아니라 그 표면도 이차적으로 음원이 되게 된다.
아래쪽이 하나의 장비로 된 것은 스테레오가 될 수가 없으며, 스테레오 효과를 내기 위해 두 개의 빔을 사용하는 것은 다소 문제가 될 수 있다. 또한, 확실한 음원이 들리게 될 때, 일부 청중들이 직접적인 빔의 효과가 혼란스럽다고 느낄 수도 있다.
세 번째 기술은 다수의 라우드스피커를 활용한 어레이 형태이며, 이러한 형태는 “빔 스티어링(조정)”이라고 잘 알려져 있는 것을 얻기 위해 양을 변화시킴으로써 라우드스피커의 지연된 신호가 생기게 되는 것이다. 이 이론을 활용한 가장 상업적인 어플리케이션에는 리니어 어레이가 포함되어 있으며, 이 리니어 어레이 기술은 사운드가 이 어레이에 직각인 평면에서 각도를 바꾸는 것에 초점을 맞출 수 있게 한다. 그러나 이제 일부 제조사들은 이차원적인 어레이를 만들어 낼 수 있으며, 이것은 하나의 조정이 가능한 초점 쪽으로 집중시키면서, 소리를 양 면에서 조정될 수 있게 하는 기술이다.
이러한 형태의 장비가 “원래의(native)”대역폭에서 작동하기 때문에, 오디오 성능은 일반적으로 다른 두 접근 방식보다 월등히 좋다. 주파수 응답 특성에서의 저주파수의 확장과 평탄함은 채용된 드라이버의 그것에 밀접하게 남아 있다. 장파 특성 또한 꽤 우수하며, 특히 “조정 가능한” 라인 어레이 제품과 하나의 고출력, 이차원 어레이와 함께라면 더욱 그러하다. 그러나 하나의 어레이는 스테레오 효과를 만들어 낼 수 없으며, 다수의 드라이버와 앰프 채널이 필요하기 때문에 시스템 비용은 높은 편이다.

반구형 반사판
Brown Innovations of Chicago는 네 개의 Localizer 반구형 돔 시스템을 생산하고 있다. 이 유니트는 이 회사의 독점기술인 Virtual Audio Imaging(VAI) 기술을 채용하고 있으며, 이 기술은 돔에서부터 아래 공간에 있는 고정된 목표점까지 두 개의 드라이버를 통해 스테레오 사운드를 반사하는 것이다. 이 시스템이 적절하게 설치되면, 청중은 확실한 스테레오 이미지를 경험할 수 있다.
반 구형의 돔은 근거리에서 날카롭게 음을 지향시키는 것과 스테레오 이미지를 만드는 것에 있어서 타고난 이점을 갖고 있다. 이 회사가 내세운 95dB ~100dB SPL과 일부 모델에서는 80Hz 정도이지만 대부분은 150Hz 정도인 주파수 특성 등과 함께, 효율과 대역폭 또한 지향 범위 내에서는 우수하다. 그러나 반구형의 디자인의 경우, 최적의 성능과 필요한 스테레오 효과를 얻기 위해서는 상대적으로 제한된 범위 내에 설치되어져야 한다.
Localizer 제품군에는 하나, 둘, 또는 넷 이상의 사람들에게 적합한 커버리지 범위를 가진 20인치, 32인치 돔을 사용하는 모델이 있다. 세 개의 32인치와 함께, 커버리지 범위, 음의 분리되는 양, 그리고 스테레오 분리는 드라이버 형태와 돔 내에서의 드라이버 배치, 그리고 돔의 설치 위치에 따라 결정된다. 일반적으로, 스테레오 분리는 6dB와 10dB 사이이며, 목표점에서부터 0.6미터의 거리에서 9dB~12dB정도로 떨어진다. 함께 쓰이는 Virtuoso 앰프에는 최적의 응답 특성을 낼 수 있게 조정된 EQ 커브가 포함되어 있다.

하이브리드 돔 스타일
유타 주, 파크 시에 있는 SoundTube Enter tainment사 는 두 개의 유사 시스템을 제공하고 있으며, 제품은 이 회사의 독점 기술인 Dual Parabolic 설계를 기반으로 하고 있고, 20.25인치의 FP6020과 30.75인치의 FT6030이 있다. SoundTube의 듀얼 커브 방식은 높이 조정을 위해 약간 높이의 스테레오 이미지를 만들기 위한 보다 낮게 곡률을 조정하면서 포물선 형태의 반사판의 태생적인 투사 특성을 조정할 수 있게 설계된다. 돔은 PETG 순정 폴리머로 몰딩 되며, 두 버전 모두 동일한 듀얼의 1인치, 높은 효율, 돌출형의 알루미늄 드라이버로 되어 있다. 물리학적 특성 때문에, 커버리지 패턴은 주파수에 따라 변한다. FP6030의 경우, 이 회사는 동일 주파수에서 14.23의 Q값과 26.48의 DI 수치에서, 평균 41도 정도의 지향각(2kHz에서 -6dB)을 확보하고 있다. FP6020의 사양은 27.9의 Q값과 14.5 DI, 그리고 43도의 평균 지향각이다.

포물선 스타일 : 근거리 및 원거리용
캘리포니아, 산 안젤모에 있는 Museum Tools사 는 거의 20년 동안 Secret Sound라는 포물선 형태의 장비를 판매하고 있으며, 이 시스템은 다수의 박물관에서 친숙한 장비가 되고 있다. 단순한 30인치 돔 디자인은 접시의 꼭지점 부분에 위치한 몰딩된 장치에 하나의 2인치 콘 드라이버로 되어 있다. 5W정도로 효율은  높다. 주파수 특성은 500Hz~ 18kHz이며, 음원에서의 규정 대역폭 이하의 원하지 않는 소리를 제거하기 위해 하이패스 필터 조합이 포함되어 있다. 스테레오 효과는 불가능하지한, Secret Sound 돔의 순수한 포물형 디자인은 가변적인 설치 높이의 측면에서 매우 높은 평가를 받고 있다.
포물선 스타일 장비 시장에 신규로 진입한 Meyer Sound는 업계의 복병으로 등장했다. 이 회사의 제품들은 상당히 크고, 훨씬 더 강력해서 훨씬 더 먼 거리를 요하는 어플리케이션에 적합하다.
SB -1은 하이브리드 트랜듀서 디자인이며, 포물선 스타일의 반사판과 직접적인 복사체(radiator) 모두를 채용하고 있다. 꼭지점에 있으며, 접시에서 뒷부분으로 겨냥되어지는 고주파수 장치는 반사판으로 향해 있는 비구면 혼에 커플링된 4인치 다이어프램을 쓰고 있다. 54인치 접시의 중심부에 내장된 하나의, 대역이 제한된 12인치 콘 드라이버가 전방으로 신호를 내보낸다. 전체 시스템은 파워드 형식(2×620W)이며, 사이드 로빙을 최소화하기 위해 다중 위상 조정 프로세싱을 사용할 수 있다. 주파수 특성은 91미터 이상에서 110dB의 최대음압과 10도(-6dB)의 추가 커버리지 패턴과 함께 500Hz~15kHz이다. 제한된 시장성으로 인해 고가의 가격이 책정되어 있지만, 이 장비들은 점 음원(point-source) 클러스터의 일환으로써 풋볼 경기장의 먼 코너 부분으로 직접 소리를 보낼 수 있는 어플리케이션에서 주로 활용되고 있다.
Meyer Sound의 SB-2는 소리를 반사시키지 않는 포물선 스타일 장비로서 보다 더 독특하다. 대신 28개의 4인치 콘 드라이버가 지향성을 위해 포물선 형태의 표면의 정면에 설치되며, 디지털 딜레이가 없이, 반사판에 의해 수용될 수 있는 것 보다 더 낮은 주파수들에서 좀 더 많은 음압을 낼 수 있다. 그러나 콘 드라이버가 빈약한 반사판을 만들기 때문에 하나의 4인치 다이어프램의 컴프레션 드라이버에서 만들어진 고주파수는 20도의 대칭 혼으로 보내어진다. 동작 주파수 범위는 130Hz~ 18kHz이며, 1kHz~16kHz는 20도(-6dB)이고, 500Hz에서는 40도이다. 이 장비는 하이엔드 어플리케이션에 적합하며, 예를 들면, SB-2는 라스베가스에 있는 Celine Dions Colo sseum에 설치되어 있는 프런트필 라우드스피커로 사용되고 있다.

초음파 솔루션
메사츄세츠의 워터타운에 있는 Holosonic Research Labs는 Audio Spotlight 시스템으로 설치 시장에 이 기술을 최초로 도입한 회사이다. 표준 사이즈는 18인치와 24인치이지만, 특별 주문 제작도 가능하다. 트랜듀서는 0.5인치로 매우 얇으며 4파운드로 매우 가볍다. 통상적인 커버리지 패턴은 여기에서 언급하기는 힘들지만, 빔의 형태는 고압의 소방호스에서 뿜어져 나오는 물과 같은 형태라고 한다. 목표한 지역 외에서는 거의 들리지 않으며, 대부분의 실내 어플리케이션에서 어느 방향으로든 레벨은 2피트에서 20dB 정도로 떨어진다. 음압도 예외(6.6피트에서 100dB 정도)는 없지만, 이 빔은 최대 유효 거리 66피트까지는 유지되며, 660피트에서도 들린다고 한다. 고주파수는 최대 16kHz 까지 효과적으로 복조가 되지만, 저주파수에는 출력 파워와의 균형이 포함되어 있으며, 이 회사의 자료에 따르면, 200Hz~400Hz 정도의 실제적인 사용 제한 범위가 있다. 모든 장비들에는 앰프 프로세서가 포함되어 있다.
초지향성 스피커의 신흥 시장에서 두 번째로 큰 회사인 샌디에이고의 American Technology (ATC)사 는 2005년 4/4분기에 데뷔 제품인 HSS H450을 선적할 예정으로 있다. 12″×6″×4″로 Audio Spotlight보다 작은 HSS 장비는 또한 2.1미터의 높이에서 보다 낮은 85dB SPL정도의 출력을 낼 수 있으며, 15미터의 거리에서 60dB 정도 떨어진다. 커버 범위는 2.1미터의 거리에서 직경 0.3미터 내이며 8미터 거리에서 직경 1.5미터까지 확장된다.

DSP 빔 스타일
네덜란드 비스마르크에 있는 Dakota Audio사 는 커버 범위 조정이 자유롭고, 음을 집중하기 위해 서로 다른 딜레이 시간을 사용하는 멀티 스피커 어레이로 근거리 전시용 장비 시장에 진출하였다. 이러한 이차원적인 빔 조정 기술은 다수의 드라이버를 특정 패턴으로 배열하여, 원하는 거리에서 초지향성을 얻기 위해 드라이버들을 묶어서 딜레이를 주는 방식이다.
대표적인 이 회사의 제품은 FA-501이며, 이것은 120개의 기다란 장치인 2인치 콘 드라이버로 구성된 36인치 디스크이다. 이 드라이버들은 원하는 초지향 거리를 얻기 위해 각 그룹으로 딜레이된(내장된 디지털 프로세서와 8채널 앰프에 의해) 신호와 함께, 8개의 동심 그룹으로 배열된다.
Dakota Audio사의 공식 자료에 의하면, 80Hz ~15kHz의 매우 평탄한 주파수 특성을 갖고 있으며, 로우 및 로우-미드 주파수는 이러한 접근 방식에 의해 확실히 보다 더욱 향상되었다고 한다. 3피트에서 최대 음압은 95dB이며, 중심축에서 5피트 정도에서 28dB로 떨어진다. FA-501은 사용자가 지향 거리를 프리셋으로 저장하여 선택 사용할 수 있다. 보다 작은 장비와 고정된 지향 거리를 가진 장비도 보다 낮은 가격대에서 구매할 수 있다.
Duran Audio(네덜란드 짤봄멜 소재)는 자사의 Intelli-Disc의 출력과 성능에서 한 두 단계 상승된 개념을 사용하였다. 원형의 37인치 어레이는 360W 파워앰프로 구동되며, 32개의 4인치 광대역 드라이버와 9개의 전용 고주파수 드라이버로 구성되어 있다. 사양은 20도의 지향각과 100피트 정도에서 95dB의 최대음압이다.

스티어링 라인 어레이 스타일
완 곡하게 표현하자면, 이 기사의 주요 초점은 이차원적으로 소리를 초지향성으로 보내기 위해 반사판을 사용하거나 그 외의 다른 수단을 사용하는 제품들에 관한 것이다. 그러나 주된 내용은 다른 제품들로 구성되어지며, 이것들은 높이 조정을 할 수 있는 쐐기 모양의 소리 형태를 내보내거나 집중시키기 위해 보다 높은 출력의 어레이로 된, 정교한 빔 조정 기술이 사용되는 것들이다.
이들 시스템 모두는 동일한 이론으로 작동하며, 이 이론은 조정성과 집중성을 얻기 위해 어레이에서 각각의 드라이버를 선택적으로 지연시키는 소프트웨어 제어의 DSP와 함께 어레이에 있는 각 드라이버가 자체 내장된 앰프로 구동되는 것을 말한다. 대부분의 경우, 소프트웨어 제어 프로그램과 내장된 DSP 또한 포괄적인 신호 컴프레션과 EQ 기능을 제공하고 있다.
Duran Audio는 이러한 기술을 1996년에 Axys Intellivox 어레이에 도입함으로써 상업적 시스템에 최초로 적용한 회사였다. 현재의 시스템은 Intellivox 1b(6개의 4인치 드라이버와 두개의 돔 트위터)에서 16피트 길이의 6c(32개의 4인치 드라이버)까지 총 7개가 있다.
EAW의 디지털로 조정 가능한 DSA 시리즈 어레이 라우드스피커는 두 개의 보완 모듈인, 투웨이의 DSA250(8×4인치와 8×1인치의 드라이버)과 DSA230(8개의 4인치 드라이버)을 사용하여 유사한 기능을 제공하고 있다. Duran Audio의 장비들처럼 제어 소프트웨어는 보다 높은 출력과 향상된 빔 스티어링 기능을 얻기 위해 동일 모델의 다수 장비나 두 장비의 조합을 쉽게 수용할 수 있다.
Renkus-Heinz사는 IC8 모듈로 초지향성 스피커 시장에 진출하였다. EAW의 투웨이 시스템과 마찬가지로, IC8은 4인치와 1인치 트랜듀서로 된 8개의 장비로 구성되지만, 이런 경우에는 두 개의 드라이버가 동축(coaxial) 장비로 통합된다. 소프트웨어와 DSP 기능들은 일반적으로 호환이 되지만, 이 시장에 신규 진입한 회사로서, 일부 IC8의 사양과 세부 사항들은 여전히 임시적인 것이다.  이 장비는 프로세싱, 파워앰프, 그리고 컨트롤 소프트웨어뿐만 아니라 일반적인 라인 어레이에서 가능한 것 보다 월등한 패턴 제어 유연성을 제공할 수 있어서 꽤 고가로 시판되고 있다.

- Bruce Borgerson은 오레건주 애쉬랜드에 있는 AV 산업계의 잡지 및 컨설팅 업체인 Wave length Communications의 대표이다. 


For More Information

American Technology  www.atcsd.com
Brown Innovations  www.browninnovations.com
Dakota Audio  www.dakotaaudio.com
Duran Audio  www.duran-audio.com
EAW  www.chungbo.co.kr
Holosonic Research Labs  www.holosonics.com
Meyer Sound  www.avixtech.co.kr
Museum Tools  www.museumtools.com
Renkus-Heinz  www.dkvascom.co.kr
Sound Tube Entertainment  www.soundline.co.kr



Sound & Video Contractor / 2006년 1월호
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