지향성 서브우퍼_CD18 첫번째

사무실에서 NX242를 가지고 몇가지 실험을 해봤습니다.

위의 그림은 NX242 digital speaker controller에서 NEXO CD18 서브우퍼 출력을 Smaart acoustic tool을 이용하여 Device under test 상태에서 MLS를 이용한 Impulse response를 측정한 그래프 입니다.

*Impulse response: 이그림은 주파수 특성이 아닙니다. 사람마다 고유의 지문이 있듯이 Impulse reponse는 그 측정 대상(장비나 공간에서의 스피커...)의 응답특성을 나타내는 지문 입니다. 이것을 이용하여 장비나 공간에서의 잔향이나 반사음의 특성, 명료도 등을 알수 있습니다.

먼저 녹색의 그래프는 Front unit의 패턴을 나타내며 파란색의 선은 rear unit의 그래프 입니다.

뭐가 뭔지 좀 복잡하죠? ㅎㅎㅎ

녹색의 위쪽 Peak지점과 파란색의 아랫쪽 피크 지점의 가로축에서의 시간차이가 약 6.2ms가 나옵니다. 그리고 그 시간은 기압, 온도의 변수를 대충 무시하고 초당 343미터의 소리의 이동속도를 적용해 보면 2.127미터이며, 이 거리는 대충 메뉴얼의 Spec을 기초로 계산해 보면 Front unit의 중심에서부터 Port를 나와서 스피커를 돌고 돌아 Rear unit의 중심까지의 거리 입니다.

즉 그만큼의 시간차이를 가지고 서로 역상으로 동작하며 Cardioid pattern을 만들고 있는것입니다.

그러나 여기에는 조건이 있습니다.

CD18이나 CD12와 같은 단일지향 패턴의 특성을 같는 우퍼는 반드시 좌우, 뒤로 1미터이상의 공간이 있어야 합니다. 그와 같은 조건이 충족될때 위와같은 특성을 만들어내는것이 가능합니다.

그러나 라이브 현장에서는 여러가지 무대나 조명등 상황의 제약으로 위와같은 조건을 만족하기 어려운 경우가 종종 있죠.

그러나 가능한 지켜줘야 합니다. 알고서 못하는 것과, 모르고 못하는것은 차이가 있겠죠.

그러나 여기에 또 다른 함정이 있습니다.

위의 이론은 1미터의 공간 조건이 지켜졌다고 하여도 어디까지나 벽면이나 천정등의 Reflection을 계산하지 않은 원칙적인 이론입니다.

또한 스피커가 딸랑 1개만 사용하는것이 아니죠.

우퍼가 여러 박스가 조합될때 그 상호간의 거리나 각도 등에 의해서도 예기치 못한, 의도하지 않은 패턴을 만들어내는 등의 또 다른 변수가 존재 합니다.

아래의 그림은 지향성 우퍼를 하나만 재생 하였을때의 위에서 내려다본 지향 특성을 나타낸 그림입니다.
보시다 시피 스피커가 지향하고 있는 오른쪽 전면 방향으로 지향특성을 나타내죠.
여기서 중요한건 비록 지향성 우퍼라고 하여도 그것이 우리가 마이크나 Full range speaker의 지향각과 같이 특정 각을 갖는 완전한 지향성은 아닙니다.
스피커의 뒤로, 즉 무대로 유입되는 회절 현상을 현저히 떨어 뜨리며, 동시에 스피커의 전면으로의 지향성을 만드는 것이죠. 그림에서 보면 약 180도(CD18=120도)의 특성을 갖는다고 볼수 있습니다
그리고 그것은 스피커의 바로 뒤에서 느끼는 것보다 4미터 이상 뒤로 떠어져서 들을 때 그 효과를 더욱 크게 느낄수 있습니다.

이번에는 2개의 스피커를 완전히 붙여서 재생할때 입니다.
위 그림과 비교할때 아직까지 큰 변화는 없죠
캐비넷의 각도는 0도 이며, 즉 나란히 수평으로 하였을때 입니다.

이번에는 동일하게 0도의 수평배치로 스피커와 스피커의 사이를 1미터를 띄어 놓았을때 입니다.
그런데 위의 그림과는 다르게 훨씬 강력한 지향성(약45도)을 같는것을 볼수 있습니다.
즉 스피커의 좌우(그림에서는 상하)로 회절되는 부분이 위의 그림에 비하여 현저하게 줄어드며 훨씬 좁은 지향성을 갖는것을 볼수 있습니다.

자 그럼 이번에는 각도를 좀 벌려 볼까요?

아래는 스피커의 사이의 각도를 45도 각을 벌린 그림입니다.

스피커의 좌우(그림의 상하)와 뒤로 약간 회절음이 더 유입되는 특성이 보이죠.

즉 위의 수평배치 보다는 못합니다만 꼭 나쁘다고만 볼수는 없겠죠.

때로는 아래와같은 의도적인 패턴이 필요할 경우도 있지 않을까요?

다시 이번에는 90도로 더 볼려 보겠습니다.
이번에는 볼 것도 없이 더더욱 Bad 하군요.... 뒤쪽으로 들어오는 파장이 너무 와이드 합니다.
회절 특성이 일반적인 서브 우퍼와 별반 다를것이 없습니다.
그러나 여기서 잠깐....90도 인데 지향성은 그 중간에서 만들어지고 있는것을 볼수 있습니다.
바로 여기서 이전의 블로그 포스크인 실내 체육관에 설치된 Geo-S의 특성을 추측해 볼수 있습니다. 물론 그것도 해 봤죠....


지금까지는 2개의 스피커를 가지고 해 봤습니다.
그러나 3개의 스피커를 가지고 하면 위와는 또 다릅니다. 바로 실험 들어갑니다.
이전의 2개의 스피커 배치 에서는 스피커 사이의 각도가 나란히 수평일 때에 이상적인 지향패턴이 만들어졌죠.
이번에는 3개의 스피커를 가지고 실험을 해 보았습니다. 그러나 3개의 스피커는 전혀 다릅니다.
아래의 그림은 3개의 스피커를 완전히 붙여서 수평으로 배치했을때 위에서 본 그림입니다.

아래는 역시 붙인 상태에서 양쪽 스피커를 45도 각도로 벌린 그림입니다.
위의 그림에 비하여 훨씬 좁은 지향패턴을 보입니다.

이번에는 역시 붙인 상태에서 90도로 벌린 그림입니다. 뒤로 회절현상이 너무 크군요.

자 그럼 이번에는 스피커의 사이를 1미터를 벌리고 수평으로 배치 했을때 입니다.
제일 윗쪽 그림의 스피커를 붙이고 했을때에 보다는 스피커의 좌우 (그림에서 상하)의 회절 특성이 확실이 줄어드는것을 볼수 있습니다. 여기에서 1미터 간격의 필요성이 다시한번 증명되죠.

이번에는 1미터 간격을 준 상태에서 45도 벌렸습니다. 2통 실험때와 같이 좌우, 뒤로 약간 들어오긴 하지만 전면 으로는 훨씬 좁은 지향각을 만들어 냅니다. 이번 실험에서 가장 이상적인 강력한 지향 패턴 입니다.

이번은 90도 입니다.
전혀 이상한 그림이 나옵니다. 좌우및 뒷쪽 Center방향의 회절도 보입니다.

위의 결론에서 보았듯이 지향성 서브우퍼는 약1미터의 간격을 유지해야만이 그 특성이 제대로 발휘될수 있습니다. 그러나 스피커가 2개 일 경우에는 그 사이의 각도가 수평일때 가장 이상적인 패턴을 만들지만, 3개 일때에는 좌우 끝 스피커의 각도가 45도 일때에 강력한 지향 패턴을 만들어 내는것을 볼수 있습니다.

아래의 그림이 바로 지난해 NEXO의 System engineer인 David가 등촌동 88체육관에서 Geo-T의 Rigging및 Tunning 세미나에서 설치한 우퍼의 디자인 입니다.
당시에 위와같은 내용까지 교육을 하지는 않았지만 위와같은 실험을 해보니 당시에 David 이 CD18을 가지고 살짝 살짝 각도를 조정하던 모습이 생각나며 그 이유가 자연스럽게 검증이 되는군요.
예전 저의 글에 외국 아이들이  일하는것을 유심히 관찰을 해볼 필요가 있다고 쓴기억이 납니다. 잔향이 많은 시내체육관의 특성을 고려하여 최대한 좁은 지향각을 만들려는 의도였던 것이죠. 폼으로 멋있으라고 아래와같이 한 것만은 아닌듯 하네요....ㅎㅎㅎ

그럼 일반적인 서브 우퍼는 어떠냐구요?
아래와 같습니다.
서브우퍼의 주파수 대역은 에너지가 크고 파장이 깁니다. 그리고 회절현상이 크게 일어납니다.
그래서 고음에 비하여 상대적으로 스피커의 뒤로 유입되는 소리가 더욱 큽니다.
하지만 이런 특성을 역으로 이용하여 회절을 억제시키는것 또한 서브주파수에서 가능합니다.

그리고 위의 모든 실험은 125Hz기준입니다.
그리고 사용한 도구는 MAPP online입니다.
비록 CD18은 아니지만 근본적으로 동일한 이론에 근거한 동일한 원리의 지향성 우퍼입니다.

Geo-S manual 11page에 보면 CD12의 주변으로 1미터의 공간을 두어야 하며(수평으로 1통, 또는 수직배열 기준 이겠죠), Link bar를 이용하여Geo-S 의 뒤에 배치할 때에는 Geo-S의 뒷면과 최소 50cm이상 간격을 두어야 한다고 정의하고 있습니다.
위의 실험은 대략 1미터의 간격을 두었습니만 2미터등 거리를 다르게 하여 실험해 보면 또 다른 패턴들이 만들어 집니다. 이 거리에 매우 민감한듯 합니다.

Eddikim_