스피커

3. 구조

스피커는 전기 신호를 받아 물리적인 소리, 즉 공기의 진동으로 바꾸는 장치이다.^[82] 소리를 내는 핵심적인 부분을 '''스피커 유닛'''(또는 단순히 “유닛”)이라고 부르며, 영어로는 “driver '''드라이버'''”라고 부르기도 한다. 이것만으로도 소리는 나지만, 일반적으로 노출된 상태로 사용되는 경우는 적고, 라디오나 텔레비전 등의 케이스나 인클로저(상자)에 내장되어 사용된다.

• 서브우퍼 (subwoofer): 초저음역 (대략 20Hz ~ 80Hz)
• 우퍼 (woofer): 저음역 (대략 40Hz ~ 1kHz)
• 미드레인지 (mid-range) 또는 '''스코커''' (squawker): 중음역 (대략 300Hz ~ 5kHz)
• 트위터 (tweeter): 고음역 (대략 2kHz ~ 20kHz)
• 슈퍼트위터 (supertweeter): 초고음역 (대략 10kHz 이상, 가청 영역을 넘어서는 주파수 포함)

4. 작동 원리

스피커는 전기 신호를 물리적인 소리, 즉 공기의 진동으로 바꾸는 장치이다. 라디오 수신기, 휴대전화 등 다양한 음향 장치에 내장되어 있다. 전기 신호를 음파로 변환시키는 원리와 방법에 따라 동전형, 전자기형, 정전형, 유전체형, 자기왜형 등으로 나뉜다.

일반적으로 입력된 전기 신호를 가능한 한 충실하게 소리로 변환하는 스피커가 “좋은 스피커” 또는 “고성능 스피커”로 여겨진다. 성능이 좋을수록 가격도 높아지는 경향이 있다. 또한 스피커의 크기가 너무 작으면 저음 신호가 소리로 거의 변환되지 않는 경향이 있다. 용도에 따라 비용과 최종적으로 구현해야 할 제품 크기를 고려하여 선택된다. 컴포넌트 스테레오, 특히 하이파이 오디오의 스피커는 고성능 유닛을 여러 개 조합하여 대형 인클로저에 조립하는 스피커 시스템 구성이 일반적이며, 신호 재생의 충실도는 높지만 크고 무거우며 가격이 높다. 반면, 휴대용 라디오 등에서는 작고 가벼운 스피커를 선택하게 되고, 음질은 어느 정도 타협하게 된다.

=== 동전형 (다이나믹형) ===

동전형 또는 다이나믹형 스피커는 가장 널리 쓰이는 방식으로, 1925년 에드워드 W. 켈로그(Edward W. Kellogg)와 체스터 W. 라이스(Chester W. Rice)가 발명하여 1929년 4월 미국 특허를 취득했다.^[4] 영구자석의 자기장 내에 있는 코일(보이스코일)에 음성 신호 전류를 흘리면, 패러데이 법칙에 따라 전류의 세기에 따라 기계적인 힘이 코일에 작용하여 코일이 빠르게 앞뒤로 진동하는 원리를 이용한 것으로, 성능이 좋은 것이 특징이다.^[3][4] 이 코일에 진동판(일반적으로 원뿔형)을 고정함으로써 다이어프램이 앞뒤로 움직여 공기를 밀어 소리파를 생성한다.^[4] 음성으로부터 전기 신호를 생성하는 다이나믹 마이크와는 반대로, 다이나믹 스피커는 전기 신호로부터 소리를 생성한다.^[4] 일반적인 음향 기기에 내장된 스피커 유닛의 대부분이 이 방식을 채택하고 있으며, 1924년 발명된 이후 현재까지 기본 구조가 변하지 않은 것은 이 방식이 간소하면서도 우수하기 때문이다.^[5]

==== 구조 ====

다이나믹형 스피커 유닛에는 도넛 모양의 영구 자석이 사용된다. 이 도넛의 구멍에 해당하는 원통형 공간에, 그보다 약간 직경이 작은 원통인 “보이스 코일”이 삽입되어 있다. 보이스 코일은 코일의 일종으로, 종이 또는 플라스틱 원통에 도선을 감은 것이다. 이 도선에 음성 신호가 흐르면 전자석이 되어 보이스 코일이 파형에 맞춰 앞뒤로 진동한다. 보이스 코일에 진동판이 직접 연결되어 있으며, 이 진동판이 함께 진동함으로써 음성 신호와 같은 파형의 소리가 공기 중에 방사된다.^[5]

각 부품은 프레임이라고 불리는 골조에 고정되어 하나의 유닛으로 완성된다. 영구 자석은 프레임에 단단히 고정되지만, 보이스 코일과 진동판은 진동해야 하므로, 보이스 코일은 댐퍼를 통해, 진동판은 그 바깥 둘레를 감싸도록 펼쳐진 “엣지”라고 불리는 유연한 막을 통해 각각 프레임에 고정된다. 댐퍼와 엣지는 진동판을 프레임에 고정하는 현가 장치이지만, 앞뒤 방향의 움직임은 방해하지 않도록 되어 있다. 또한, 댐퍼는 진동판의 고유 진동을 억제하는 역할도 한다. 프레임에는 일반적으로 나사 구멍이 있어, 이를 통해 유닛이 스피커의 상자나 용기 등에 부착된다.^[5]

==== 자기 회로 ====

자기 회로에 사용되는 영구 자석에는 높은 자속 밀도가 요구된다. 비용 대비 성능이 우수한 페라이트 자석이 자주 사용되지만, 소형 스피커에는 자력이 강한 사마륨 코발트 자석이나 네오디뮴 자석도 사용된다. 이전에는 알니코 자석도 고급품을 중심으로 사용되었지만, 니켈 가격 급등으로 현재는 거의 사용되지 않는다. 알니코 자석은 자기 저항이 적다는 장점이 있지만, 감자(자력 약화)되기 쉽고 특수한 자기 회로가 필요하다는 단점도 있다. 또한, 여기자형(Field Coil)이라고 불리는, 자기 회로에 전자석을 사용한 스피커 유닛도 존재한다. 강력한 영구 자석이 없었던 1920년대부터 1960년대 무렵까지 자주 사용되었고, 현재도 일부 애호가들이 사용하며 생산되고 있지만, 자기 회로용 전용 직류 전원 장치가 필요하여 사용이 다소 복잡하다.^[5]

=== 전자기형 ===

영구자석 끝에 설치한 코일에 음성 전류를 흘려 보내어 코일 사이에 있는 철편을 진동시키고, 이 진동을 레버를 통해 진동판에 전달하여 소리를 방사하는 원리를 이용한다. 취급이 간단하지만, 고음역 특성이 나쁘고 왜곡이 많아 점차 사용이 줄고 있다.^[3]

=== 전기적 특성 ===

소리를 내기 위해, 스피커는 증폭기에서 생성된 변조된 전류에 의해 구동된다. 이 전류는 ''스피커 코일''(보이스 코일)을 통과하며, 인덕턴스에 의해 코일 주변에 자기장을 생성한다. 스피커를 통과하는 전류의 변화는 변화하는 자기장으로 변환되고, 이 자기장은 드라이버의 영구 자석 자기장과 상호 작용하여 스피커 진동판을 움직인다. 이를 통해 드라이버는 증폭기의 원래 신호와 유사한 공기의 움직임, 즉 소리를 생성한다.^[6]

드라이버가 증폭기에 제공하는 부하는 복잡한 전기 임피던스이다. 이는 저항과 용량성 및 유도성 리액턴스의 조합으로 구성된다. 이 임피던스는 드라이버 자체의 특성, 기계적 움직임, 크로스오버 부품(증폭기와 드라이버 사이의 신호 경로에 존재할 경우)의 효과, 그리고 인클로저(스피커 통)와 주변 환경에 의해 영향을 받는 공기 부하 효과가 결합된 결과이다. 대부분의 증폭기 출력 사양은 이상적인 저항성 부하에 대한 특정 전력으로 표시되지만, 실제 스피커는 주파수 범위 전체에서 일정한 임피던스를 갖지 않는다. 대신, 보이스 코일은 유도성을 가지며, 드라이버는 기계적 공진점을 가지고, 인클로저는 드라이버의 전기적 및 기계적 특성을 변화시키며, 드라이버와 증폭기 사이의 패시브 크로스오버는 자체적인 변화를 더한다. 그 결과 부하 임피던스는 주파수에 따라 크게 변하며, 전압과 전류 사이의 위상 관계 또한 주파수에 따라 변한다. 일부 증폭기는 다른 증폭기보다 이러한 임피던스 변화에 더 잘 대응할 수 있다.^[6]

5. 스피커 시스템

일반적으로 '스피커'라는 용어는 소리를 내는 핵심 부품인 개별 스피커 유닛(드라이버) 자체를 가리키거나, 하나 이상의 스피커 유닛과 인클로저, 크로스오버 등을 조합하여 완성된 시스템 전체를 의미하기도 한다.

• 서브우퍼(Subwoofer): 초저음역 (일반적으로 가정용 200Hz 미만,^[23] 전문가용 라이브 사운드 100Hz 미만,^[24] THX 인증 시스템 80Hz 미만^[25])
• 우퍼(Woofer): 저음역
• 미드레인지(Mid-range) 또는 스코커(Squawker): 중음역 (일반적으로 1~6kHz 대역)
• 트위터(Tweeter): 고음역
• 슈퍼트위터(Supertweeter): 초고음역 (때로는 가청 주파수 이상)

• 스피커 유닛 (드라이버): 실제로 소리를 발생시키는 부품. 위에서 언급한 것처럼 주파수 대역별로 특화된 유닛을 사용한다.
• 인클로저 (캐비닛): 스피커 유닛을 장착하는 상자. 유닛 후면에서 나오는 소리가 전면 소리와 간섭하여 음질을 저해하는 것을 막고, 원하는 음향 특성을 얻기 위해 사용된다. (자세한 내용은 #인클로저 섹션 참조)^[32][33]
• 크로스오버 (네트워크): 앰프로부터 입력된 전체 오디오 신호를 각 스피커 유닛이 담당할 주파수 대역별로 분리하여 전달하는 필터 회로이다. 이를 통해 각 유닛은 자신이 가장 잘 재생할 수 있는 대역의 신호만 받게 되어 왜곡을 줄이고 효율을 높일 수 있다.
• 패시브 크로스오버: 저항, 인덕터, 축전기 등 수동 소자로 구성되며, 일반적으로 앰프와 스피커 유닛 사이에 위치한다. 별도 전원이 필요 없지만, 전력 손실이 발생할 수 있다.
• 액티브 크로스오버: 연산 증폭기 등 능동 소자를 사용하며, 주로 프리앰프와 파워 앰프 사이에 위치하여 신호 레벨에서 주파수를 분리한다. 각 대역별로 별도의 파워 앰프 채널이 필요하며(바이앰핑, 트라이앰핑 등),^[29] 더 정밀한 제어가 가능하다.

5. 1. 인클로저

• '''밀폐형''' (Sealed Box): 가장 기본적인 방식으로, 상자를 완전히 밀폐하여 유닛 후면파를 내부에 가두어 외부로 나오지 못하게 차단한다. 구조가 간단하고 유닛의 움직임을 내부 공기압으로 제어하여 비교적 정확하고 왜곡이 적은 소리를 내는 경향이 있다. 하지만 유닛이나 인클로저 용적 설계에 따라 내부 공기의 저항(공기 스프링 효과)으로 인해 진동판의 움직임이 제한되어 저음 재생 능력이 다른 방식에 비해 부족하게 느껴질 수 있다.
• '''베이스 리플렉스형''' (Bass Reflex, Ported Box, Vented Box): 밀폐형 인클로저에 포트(Port) 또는 덕트(Duct)라고 불리는 통로를 뚫어 놓은 형태이다. 유닛 후면에서 발생한 저음 중 특정 대역이 이 포트를 통해 외부로 방출되는데, 이때 헬름홀츠 공명 원리에 의해 위상이 반전되어 전면파의 저음을 보강하는 효과를 낸다. 밀폐형에 비해 낮은 저음을 더 풍부하게 재생할 수 있어 가장 널리 사용되는 방식 중 하나이다. 하지만 공진 주파수보다 낮은 초저음 재생은 급격히 감소하며, 설계가 정밀하지 않으면 특정 저음이 부자연스럽게 강조되거나(boomy sound) 포트에서 바람 소리 같은 잡음이 발생할 수 있다.
• '''패시브 라디에이터형''' (Passive Radiator): 베이스 리플렉스형과 유사하게 후면파를 이용하지만, 포트 대신 보이스 코일과 자석이 없는 스피커 유닛처럼 생긴 패시브 라디에이터(드론 콘)를 사용한다. 패시브 라디에이터가 포트 역할을 하여 저음을 보강한다. 포트에서 발생할 수 있는 잡음이 없고, 비교적 작은 인클로저에서도 낮은 저역까지 재생하기 유리할 수 있다.
• '''백로드혼형''' (Back-loaded Horn): 인클로저 내부에 점차 단면적이 넓어지는 긴 소리 길(혼, Horn)을 만들어 유닛 후면파가 이 길을 통과하도록 설계한 방식이다. 저음은 혼 구조를 통해 증폭되어 효율적으로 방사되고, 중고음은 긴 경로를 지나면서 자연스럽게 감쇠된다. 저음 증강 효과가 매우 크고 독특한 음색을 가지지만, 구조가 복잡하고 인클로저 크기가 매우 커지는 단점이 있다. 설계 및 제작이 어려워 주로 자작 스피커나 일부 고가 제품에서 볼 수 있다.
• '''트랜스미션 라인형''' (Transmission Line): 인클로저 내부에 길고 흡음재가 채워진 경로(음향 전송 라인)를 만들어 유닛 후면파를 통과시키는 방식이다. 후면파 에너지를 점진적으로 흡수, 감쇠시키면서 특정 저역 에너지만을 외부로 방출하여 깊고 정확한 저음을 재생하는 것을 목표로 한다. 설계가 복잡하고 크기가 커지는 경향이 있다.
• '''평면 배플''' (Open Baffle): 가장 단순한 형태로, 평평한 판에 유닛을 장착하는 방식이다. 인클로저가 없으므로 후면파가 차단되지 않아 배플의 크기보다 파장이 긴 저주파수 대역에서는 전면파와 후면파가 만나 상쇄된다. 이론적으로 무한한 크기의 배플은 이러한 상쇄를 막을 수 있지만 현실적으로 불가능하다. 개방적이고 자연스러운 소리를 낸다고 평가받기도 하지만, 충분한 저음을 얻기 어렵고 넓은 설치 공간이 필요하다.

6. 스피커의 종류

스피커는 개별 트랜스듀서(드라이버라고도 함) 또는 인클로저와 하나 이상의 드라이버로 구성된 완벽한 스피커 시스템을 지칭할 수 있다.

넓은 주파수 범위를 균일하게, 특히 높은 음압 레벨(SPL)이나 최대 정확도로 재생하기 위해 대부분의 스피커 시스템은 하나 이상의 드라이버를 사용한다. 개별 드라이버는 서로 다른 주파수 범위를 재생하도록 설계되는데, 초저주파용 서브우퍼, 저주파용 우퍼, 중주파용 미드레인지 스피커, 고주파용 트위터, 때로는 최고 가청 주파수 이상을 위한 슈퍼트위터 등으로 나뉜다. 여러 드라이버를 사용하는 시스템에서는 오디오 크로스오버라고 하는 필터 네트워크가 입력 신호를 주파수 대역별로 분리하여 각 드라이버로 보낸다. 'n'개의 주파수 대역을 가진 스피커 시스템은 'n-웨이 스피커'라고 불린다. 예를 들어, 2웨이 시스템은 우퍼와 트위터, 3웨이 시스템은 우퍼, 미드레인지, 트위터를 사용한다.

역사적으로 스피커 기술은 꾸준히 발전해왔다. 1930년대에는 주파수 응답과 음압 레벨을 개선하기 위해 여러 드라이버를 결합하기 시작했다.^[10] 1937년 메트로 골드윈 메이어는 극장용 2웨이 시스템인 "Shearer Horn System"을 선보였고,^[11] 알텍 랜싱은 1943년 유명한 동축 드라이버 "604"를 출시했다.^[13] 1954년 에드가 빌추어가 개발한 음향 서스펜션 원리는 더 작은 인클로저로도 깊은 저음을 재생할 수 있게 만들었다.^[16][17] 이후 콘 재료, 자석, 접착제 등의 소재 기술과 측정 및 설계 기술(컴퓨터 지원 설계, 틸레/스몰 파라미터)의 발전으로 성능이 지속적으로 향상되었다.^[19]

스피커는 다양한 기준에 따라 분류될 수 있다.

• 재생 음역대 분담 방식: 하나의 유닛으로 전 음역대를 재생하는 풀레인지 방식과, 여러 유닛이 음역을 나누어 담당하는 멀티웨이 방식으로 나뉜다. 멀티웨이 방식에는 유닛 배치에 따라 버티컬 트윈(가상 동축)이나 동축 유닛 등의 세부 방식이 있다.
• 유닛의 변환 방식: 전기 신호를 음파로 변환하는 원리에 따라 분류된다. (자세한 내용은 하위 섹션 참고)
• 진동판의 형태: 소리를 내는 진동판의 모양에 따라 분류된다. (자세한 내용은 하위 섹션 참고)
• 형태 및 크기: 설치 방식이나 크기에 따라 책꽂이형, 스탠드형(톨보이형 포함), 매립형, 휴대형, 웨어러블 스피커(헤드폰, 넥 스피커 포함) 등으로 나뉜다. (자세한 내용은 하위 섹션 참고)
• 인클로저 방식: 스피커 유닛을 감싸는 통(인클로저)의 구조에 따라 분류된다. (예: 밀폐형, 베이스 리플렉스형, 혼형 등. 자세한 내용은 하위 섹션 참고)
• 용도: 사용 목적에 따라 하이파이 오디오 감상용, 모니터용, PA/SR(확성)용, 악기용, 로터리 스피커, 수중용, 전자기기 내장용 등으로 구분된다. (자세한 내용은 하위 섹션 참고)
• 내장 앰프 유무: 앰프 내장 여부에 따라 액티브 스피커와 패시브 스피커로 나뉜다. (자세한 내용은 하위 섹션 참고)

6. 1. 유닛의 변환 방식에 따른 분류

6. 2. 진동판의 형태에 따른 분류

• '''콘형 (Cone Type)'''

• '''돔형 (Dome Type)'''

• '''평면형 (Flat Type)'''

• 평면 자석 스피커 (Planar Magnetic Speaker): 평평하고 유연한 멤브레인 위에 보이스 코일을 인쇄하거나 부착한 형태이다. 이 멤브레인을 자석 사이에 두고 전류를 흘리면 라플라스 힘에 의해 멤브레인 전체가 비교적 균일하게 진동한다. 구동력이 넓은 면적에 분포하여 콘형 스피커의 분할 진동 문제를 줄일 수 있다. 주로 양쪽 방향(앞뒤)으로 소리를 방사하는 쌍극자(dipole) 형태로 제작된다.
• 리본 스피커 (Ribbon Speaker): 매우 얇고 가벼운 금속 박막(리본)을 자기장 안에 매달아 놓고 전류를 흘려 진동시키는 방식이다. 리본의 질량이 극히 작아 매우 빠른 움직임이 가능하여 고주파수 응답 특성이 뛰어나다. 하지만 구조적으로 매우 약하고, 임피던스가 매우 낮아 대부분 증폭기와 직접 연결하기 어렵기 때문에 승압 변압기가 필요하다. 이 변압기는 비용과 복잡성을 증가시키는 요인이 된다. 평면 자석 스피커와 혼동되기도 하지만, 구조적으로 다르다.
• 엑사이터/패널 드라이버 (Exciter/Panel Driver): 평평한 패널(판)에 '엑사이터'라고 불리는 진동자를 부착하여 패널 전체를 진동시켜 소리를 내는 방식이다.^[60] 패널을 그림으로 장식하거나 벽에 거는 등 디자인 자유도가 높지만, 평평한 판은 콘 형태보다 구조적으로 약해 분할 진동이 발생하기 쉽고, 패널의 공진을 제어하기 어려워 왜곡이 발생할 수 있다. 스티로폼과 같은 가볍고 단단한 소재를 사용하는 등 개선 노력이 있었으며, 일부 상업 제품이 출시되었다.^[61]

• '''벤딩웨이브형 (Bending Wave Type)'''

• '''월시 유닛 (Walsh Unit)'''

• '''멍거 유닛 (Manger Unit)'''

• '''하일 드라이버 (Heil Driver / AMT)'''

6. 3. 특정 진동판이 없는 진동 스피커

6. 4. 형태 및 크기에 따른 분류

• 책꽂이형
• 스탠드형
• * 톨보이형
• 매립형
• 휴대형
• 웨어러블 스피커
• * 헤드폰
• * 넥 스피커

6. 5. 용도에 따른 분류

• 하이파이 오디오용: 일반적으로 고성능 유닛을 여러 개 조합하여 대형 인클로저에 조립한 스피커 시스템을 구성한다. 신호 재생의 충실도는 높지만 크고 무거우며 가격이 높은 경향이 있다.
• 모니터 스피커용
• PA/SR/확성용
• 악기용: 구조상으로는 액티브 스피커와 유사하지만, 대상 악기의 일부로 간주된다.
• 로터리 스피커: 스피커를 회전시키는 등으로 비브라토와 같은 음향 효과를 내는 스피커이다.
• 수중용
• 내장용: 휴대전화, 라디오 수신기 등 다양한 음향 장치에 내장되는 소형 스피커이다. 일반적으로 크기와 비용을 우선 고려하여 음질은 타협되는 경우가 많다.
• 군용: 음향 무기 등 특수 목적으로 사용된다.
• 기타 특수 용도

6. 6. 내장 앰프 유무에 따른 분류

7. 기타 스피커 설계

다이나믹 콘형 스피커가 가장 인기 있는 선택이지만, 다른 많은 스피커 기술도 존재한다.^[1]

=== 무빙 아이언 스피커 ===

최초의 스피커 디자인은 무빙 아이언(moving iron) 방식이었다. 최근의 다이나믹(moving coil) 방식과 달리, 무빙 아이언 스피커는 고정된 코일을 사용하여 자화된 금속 조각(아이언, 리드 또는 아마추어라고 함)을 진동시킨다. 이 금속은 다이어프램에 부착되거나 다이어프램 자체일 수 있다. 이 디자인은 원래 초기 전화기에 등장했다.

무빙 아이언 드라이버는 비효율적이며 작은 음역대의 소리만 생성할 수 있다. 힘을 증가시키려면 큰 자석과 코일이 필요하다.^[47]

밸런스드 아마추어 드라이버(무빙 아이언 드라이버의 한 종류)는 시소 또는 다이빙 보드처럼 움직이는 아마추어를 사용한다. 감쇠되지 않기 때문에 매우 효율적이지만 강한 공진을 생성하기도 한다. 소형 크기와 높은 효율이 중요한 고급 이어폰과 보청기에서 여전히 사용되고 있다.^[48]

=== 압전 스피커 ===

압전 스피커는 시계 및 기타 전자 장치에서 삐 소리를 내는 부저로 자주 사용되며, 컴퓨터 스피커 및 휴대용 라디오와 같은 저렴한 스피커 시스템에서 트위터로 사용되기도 한다. 압전 스피커는 기존의 스피커에 비해 여러 가지 장점이 있다. 일반적으로 대부분의 고주파 드라이버를 파손시키는 과부하에 강하고, 전기적 특성으로 인해 크로스오버 없이 사용할 수 있다. 단점도 있다. 대부분의 압전 소자처럼 용량성 부하를 구동할 때 일부 증폭기가 발진하여 왜곡이 발생하거나 증폭기가 손상될 수 있다. 또한 대부분의 경우 주파수 응답이 다른 기술보다 열등하다. 이것이 단일 주파수(부저) 또는 중요하지 않은 용도로 일반적으로 사용되는 이유이다.

압전 스피커는 고주파 출력을 확장할 수 있으며, 이는 특수한 상황에서 유용하다. 예를 들어, 압전 변형체가 출력 장치(수중 소리를 생성)와 입력 장치( 수중 마이크로폰의 감지 구성 요소 역할) 모두로 사용되는 소나 응용 프로그램에서 유용하다. 이러한 응용 프로그램에서 압전 스피커는 리본이나 콘 기반 장치보다 해수에 대한 내성이 뛰어난 간단하고 견고한 고체 구조를 가지는 등 여러 가지 장점이 있다.

2013년, 경세라(Kyocera)는 55인치 OLED TV에 두께 1mm, 무게 7g의 초박형 중형 필름 스피커를 출시했으며, PC와 태블릿에도 사용될 것으로 기대하고 있다. 중형 외에도 대형과 소형이 있으며, 모두 180도 범위 내에서 비슷한 음질과 볼륨을 제공할 수 있다. 반응성이 뛰어난 스피커 소재는 기존 TV 스피커보다 선명도가 우수하다.^[49]

=== 정전형 스피커 ===

정전형 스피커는 얇은 정전기적으로 대전된 멤브레인을 구동하기 위해 자기장 대신 고전압 전기장을 사용한다. 작은 보이스 코일이 아닌 전체 멤브레인 표면에서 구동되기 때문에 일반적으로 다이나믹 드라이버보다 더 선형적이고 왜곡이 적은 움직임을 제공한다. 또한 상대적으로 좁은 분산 패턴을 가지고 있어 정확한 사운드 필드 포지셔닝을 가능하게 한다. 그러나 최적 청취 영역이 좁고 효율이 높지 않다. 실제 구조적 제한으로 인해 다이어프램의 움직임이 심하게 제한된다는 단점이 있다. 스테이터(고정자) 간의 간격이 멀어질수록 허용 가능한 효율을 달성하기 위해 더 높은 전압이 필요하다. 이는 전기 아크의 경향을 증가시킬 뿐만 아니라 스피커의 먼지 입자 유인을 증가시킨다. 특히 패널에 먼지나 이물질이 쌓이고 높은 신호 레벨로 구동될 때 아크는 현재 기술에서도 잠재적인 문제로 남아 있다.

정전형 스피커는 본질적으로 다이폴 방사체이며, 얇고 유연한 멤브레인으로 인해 일반적인 콘 드라이버와 같이 인클로저를 사용하여 저주파 간섭을 줄이는 데 적합하지 않다. 이러한 이유와 낮은 움직임 능력으로 인해 풀레인지 정전형 스피커는 본질적으로 크며, 저음은 가장 좁은 패널 치수의 4분의 1 파장에 해당하는 주파수에서 롤오프된다. 상용 제품의 크기를 줄이기 위해 때로는 저주파를 효과적으로 처리하는 기존의 다이나믹 드라이버와 함께 고주파 드라이버로 사용된다.

정전형 스피커는 일반적으로 파워 앰프에서 생성된 전압 변화를 증폭하는 승압 변압기를 통해 구동된다. 이 변압기는 정전형 트랜스듀서에 내재된 용량성 부하도 증폭하므로 파워 앰프에 제공되는 유효 임피던스는 주파수에 따라 크게 달라진다. 명목상 8옴인 스피커는 고주파에서 실제로 1옴의 부하를 나타낼 수 있으며, 이는 일부 앰프 설계에 어려움을 준다.

=== 자기변형 스피커 ===

자기변형(magnetostriction)을 기반으로 하는 자기변형 트랜스듀서(Magnetostrictive transducers)는 주로 소나(sonar) 초음파 방출기에 사용되어 왔지만, 오디오 스피커 시스템에도 사용이 확대되었다. 자기변형 스피커 드라이버는 몇 가지 특별한 장점이 있다. 다른 기술보다 더 큰 힘을 (더 작은 진폭으로) 제공할 수 있으며, 작은 진폭은 다른 설계에서처럼 큰 진폭으로 인한 왜곡을 피할 수 있다. 또한, 자화 코일은 고정되어 있으므로 더 쉽게 냉각될 수 있고, 섬세한 서스펜션과 보이스 코일이 필요하지 않아 내구성이 뛰어나다. 포스텍(Fostex)^[50][51][52]과 FeONIC^{[53][54][55][56]}에서 자기변형 스피커 모듈을 생산했으며, 서브우퍼 드라이버도 생산되었다.^[57]

=== 리본 및 평면 자석 스피커 ===
리본 스피커는 자기장에 매달린 얇은 금속 박막 리본으로 구성된다. 리본에 전기 신호가 인가되면 리본이 움직여 소리를 생성한다. 리본 드라이버의 장점은 리본의 질량이 매우 작다는 것이다. 따라서 매우 빠르게 가속할 수 있어 매우 우수한 고주파 응답을 제공한다. 리본 스피커는 종종 매우 취약하다. 대부분의 리본 트위터는 쌍극자 패턴으로 소리를 방출한다. 몇몇은 쌍극자 방사 패턴을 제한하는 백킹을 가지고 있다. 다소 직사각형 리본의 양 끝 위아래로는 위상 상쇄로 인해 가청 출력이 줄어들지만, 정확한 지향성의 정도는 리본 길이에 따라 달라진다. 리본 설계는 일반적으로 매우 강력한 자석이 필요하며, 이로 인해 제조 비용이 많이 든다. 리본은 저항이 매우 낮아 대부분의 증폭기가 직접 구동할 수 없다. 결과적으로, 리본을 통과하는 전류를 증가시키기 위해 일반적으로 단계별 변압기를 사용한다. 증폭기는 리본의 저항에 변압기 권선비의 제곱을 곱한 부하를 "본다". 변압기는 주파수 응답과 기생 손실이 소리를 저하시키지 않도록 신중하게 설계되어야 하며, 이는 기존 설계에 비해 비용과 복잡성을 더욱 증가시킨다.
평면 자석 스피커(평평한 다이어프램에 인쇄되거나 내장된 도체를 가짐)는 때때로 리본으로 설명되지만, 실제로 리본 스피커는 아니다. 평면이라는 용어는 일반적으로 양극(즉, 앞뒤) 방식으로 방사하는 거의 직사각형 평면을 가진 스피커에 대해 사용된다. 평면 자석 스피커는 그 위에 음성 코일이 인쇄되거나 장착된 유연한 멤브레인으로 구성된다. 코일을 통과하는 전류는 다이어프램의 양쪽에 있는 자석의 자기장과 상호 작용하여 멤브레인이 거의 균일하게 진동하고 많은 굽힘이나 주름 없이 진동하게 한다. 구동력은 멤브레인 표면의 큰 비율을 차지하고 코일 구동 평면 다이어프램에 고유한 공진 문제를 줄인다.

=== 굽힘파 스피커 ===

굽힘파 트랜스듀서(Bending wave transducers)는 의도적으로 유연한 진동판을 사용한다. 재료의 강성은 중앙에서 바깥쪽으로 증가한다. 짧은 파장은 주로 내부 영역에서 방사되는 반면, 긴 파장은 스피커 가장자리에 도달한다. 바깥쪽에서 중앙으로 반사되는 것을 방지하기 위해 긴 파장은 주변 감쇠기(damper)에 의해 흡수된다. 이러한 트랜스듀서는 넓은 주파수 범위(80 Hz ~ 35,000 Hz)를 커버할 수 있으며 이상적인 점음원에 가깝다고 홍보되었다.^[58] 이러한 드문 방식은 매우 적은 수의 제조업체에서 매우 다양한 배열로 채택되고 있다.

옴 월시(Ohm Walsh) 스피커는 제2차 세계 대전 당시 레이더 개발 엔지니어였던 린컨 월시(Lincoln Walsh)가 설계한 독특한 드라이버를 사용한다. 그는 오디오 장비 설계에 관심을 갖게 되었고, 그의 마지막 프로젝트는 단일 드라이버를 사용하는 독특한 일방향 스피커였다. 콘(cone)은 밀폐된 기밀 인클로저(enclosure) 안으로 향했다. 기존 스피커처럼 앞뒤로 움직이는 대신, 콘은 물결치듯 움직여 RF 전자공학에서 "전송선(transmission line)"으로 알려진 방식으로 소리를 생성했다. 이 새로운 스피커는 원통형 사운드 필드를 생성했다. 린컨 월시는 스피커가 대중에게 공개되기 전에 사망했다. 옴 어쿠스틱스(Ohm Acoustics)사는 그 이후로 월시 드라이버 설계를 사용하는 여러 스피커 모델을 생산해 왔다. 독일의 오디오 장비 회사인 저먼 피직스(German Physiks)도 이러한 방식을 사용하는 스피커를 생산한다.

독일의 망거(Manger)사는 처음에는 일반적인 것처럼 보이는 굽힘파 드라이버를 설계하고 생산했다. 사실, 보이스 코일(voice coil)에 부착된 원형 패널은 신중하게 제어된 방식으로 휘어져 풀레인지 사운드를 생성한다.^[59] 요제프 W. 망거(Josef W. Manger)는 독일 발명 연구소로부터 뛰어난 개발 및 발명에 대한 루돌프 디젤 메달(Rudolf-Diesel-Medaille)을 수상했다.

=== 평판 스피커 ===

스피커 시스템의 크기를 줄이거나, 또는 눈에 띄지 않게 만들려는 많은 시도가 있었다. 그러한 시도 중 하나는 평판에 장착된 '엑사이터' 트랜스듀서 코일을 음원으로 사용하는 기술의 개발이었는데, 이는 가장 정확하게 엑사이터/패널 드라이버라고 불린다.^[60] 이러한 스피커는 중성적인 색상으로 만들어져 눈에 덜 띄도록 벽에 걸 수 있거나, 또는 의도적으로 패턴을 칠하여 장식적인 기능을 할 수 있다. 평판 방식에는 두 가지 관련 문제가 있다. 첫째, 같은 재료로 만들어진 원뿔 모양보다 평판은 필연적으로 더 유연하여 단일 장치로서의 움직임이 더 적고, 둘째, 패널의 공진을 제어하기 어려워 상당한 왜곡이 발생한다. 스티로폼과 같은 가볍고 단단한 재료를 사용하여 약간의 진전이 있었으며, 최근 몇 년 동안 여러 평판 시스템이 상업적으로 생산되었다.^[61]

=== 하일 에어 모션 트랜스듀서 (AMT) ===

오스카 하일(Oskar Heil)은 1960년대에 에어 모션 트랜스듀서(AMT)를 발명했다. 이 방식에서는 주름진 다이어프램이 자기장에 장착되어 음악 신호에 따라 열리고 닫힌다. 주름 사이에서 공기가 부과된 신호에 따라 밀려 나와 소리를 생성한다. 이 드라이버는 리본 트위터보다 덜 취약하고, 리본, 정전식 또는 평면 자기 트위터 설계보다 훨씬 효율적이며 (더 높은 절대 출력 레벨을 생성할 수 있다). 캘리포니아 제조업체인 ESS는 이 설계에 대한 라이선스를 취득하고 하일을 고용하여 1970년대와 1980년대에 그의 트위터를 사용하는 다양한 스피커 시스템을 생산했다. 미국의 대형 소매 체인점인 라파예트 라디오(Lafayette Radio)도 한때 이러한 트위터를 사용하는 스피커 시스템을 판매했다. 이러한 드라이버를 제조하는 업체는 여러 곳이 있으며 (독일에는 최소 두 곳이 있으며, 그중 한 곳은 이 기술을 기반으로 하는 트위터와 미드레인지 드라이버를 사용하는 다양한 하이엔드 전문 스피커를 생산한다), 전문 오디오에서 점점 더 많이 사용되고 있다. Martin Logan은 미국에서 여러 AMT 스피커를 생산하고 있으며, GoldenEar Technologies는 모든 스피커 라인에 AMT를 통합하고 있다.

=== 투명 이온 전도 스피커 ===

2013년, 한 연구팀은 투명한 전도성 젤 두 장과 그 사이에 투명 고무층을 사용하여 고전압 및 고작동을 통해 양질의 음향을 재현하는 투명 이온 전도 스피커를 소개했다. 이 스피커는 로봇 공학, 모바일 컴퓨팅 및 적응 광학 분야에 적합하다.^[62]

=== 디지털 스피커 ===

디지털 스피커는 1920년대부터 벨 연구소에서 실험 대상이 되어 왔다.^[63] 설계는 간단하다. 각 비트는 구동기를 제어하며, 구동기는 완전히 '켜짐' 또는 '꺼짐' 상태가 된다. 하지만 이 설계의 문제점으로 인해 제조업체들은 현재로서는 비실용적이라고 판단하여 이를 포기했다. 첫째, 적절한 음향 재생 품질에 필요한 적정 수의 비트를 사용하려면 스피커 시스템의 물리적 크기가 매우 커진다. 둘째, 고유한 아날로그-디지털 변환 문제로 인해 앨리어싱 효과는 불가피하며, 따라서 오디오 출력은 나이퀴스트 한계(샘플링 주파수의 절반)의 반대쪽 주파수 영역에서 동일한 진폭으로 '반사'되어 원하는 출력과 함께 허용할 수 없을 정도로 높은 수준의 초음파가 발생한다. 이 문제를 적절하게 해결할 수 있는 실용적인 방법은 아직 발견되지 않았다.

=== 플라스마 아크 스피커 ===

플라스마 아크 스피커는 방사 요소로 전기 플라스마를 사용한다. 플라스마는 질량이 매우 작지만 전하를 띠고 있으므로 전기장에 의해 조작될 수 있기 때문에 가청 범위를 훨씬 넘는 고주파에서 매우 선형적인 출력을 얻을 수 있다. 하지만 이러한 방식은 유지 보수 및 신뢰성 문제로 인해 대량 시장용으로는 적합하지 않은 경향이 있다. 1978년 뉴멕시코주 알버커키에 있는 공군 무기 연구소의 Alan E. Hill은 헬륨 가스로 플라스마를 생성하는 트위터인 플라즈마트로닉스 Hill Type I을 설계했다.^[64] 이것은 초기 세대의 플라스마 트위터에서 발생하는 오존과 NOx^[65]를 피할 수 있었다. 초기 세대의 플라스마 트위터는 DuKane Corporation이 제작한 것으로, 1950년대에 Ionovac(영국에서는 Ionofane으로 판매됨)을 생산했다.^[66]

이와 비슷하지만 저렴한 변형으로는 드라이버로 불꽃을 사용하는 방법이 있다. 불꽃에는 이온화된(전기적으로 대전된) 가스가 포함되어 있기 때문이다.^[67]

=== 열음향 스피커 ===

2008년, 칭화대학교(Tsinghua University) 연구진은 열음향 효과를 이용한 탄소나노튜브(carbon nanotube) 박막 열음향 스피커(thermoacoustic loudspeaker, 또는 thermophone)^[68]를 시연했다. 음파 주파수의 전류를 사용하여 탄소나노튜브를 주기적으로 가열함으로써 주변 공기 중에 소리가 생성된다. 탄소나노튜브 박막 스피커는 투명하고, 신축성 있으며, 유연하다.

2013년, 칭화대학교(Tsinghua University) 연구진은 탄소나노튜브 얇은 실을 이용한 열음향 이어폰과 열음향 표면 장착 장치를 추가로 발표했다.^[69] 이들은 모두 완전히 통합된 장치이며, 실리콘 기반 반도체 기술과 호환된다.

=== 회전형 우퍼 ===

회전형 우퍼는 날개의 피치를 지속적으로 변경하는 팬과 본질적으로 같으며, 이를 통해 공기를 앞뒤로 쉽게 밀어낼 수 있다. 회전형 우퍼는 전통적인 다이어프램 스피커로는 달성하기 어렵거나 불가능한 초저주파음을 효율적으로 재현할 수 있다. 이들은 폭발음과 같은 웅장한 저음 효과를 재현하기 위해 영화관에서 자주 사용된다.^[70][71]

8. 관련 기술

스피커는 전기 신호를 물리적인 소리, 즉 공기의 진동으로 바꾸는 장치이다.^[23][24][25] 소리를 내는 핵심 부품을 '''스피커 유닛'''(또는 단순히 "유닛"), 영어로는 '''드라이버'''(driver)라고 부른다. 이것만으로도 소리는 나지만, 일반적으로 라디오나 텔레비전 등의 케이스에 내장되거나, 스피커 인클로저라는 상자에 조립된 상태로 사용된다. 용어 "라우드스피커"는 개별 드라이버 또는 인클로저와 하나 이상의 드라이버로 구성된 완벽한 스피커 시스템을 지칭할 수 있다.

넓은 주파수 범위를 균일하게, 특히 높은 음압 레벨(SPL)이나 최대 정확도로 재현하려면 대부분의 스피커 시스템에서 하나 이상의 드라이버를 사용한다. 각 드라이버는 서로 다른 주파수 범위를 담당하도록 설계되었다. 하나의 유닛으로 사람의 가청 영역(약 20 ~ 20,000 Hz) 전체를 재생하는 것은 어렵기 때문에, 특정 주파수 대역 재생에 특화된 여러 종류의 유닛을 조합하여 넓은 주파수 영역을 커버한다. 주파수 대역에 따라 다음과 같이 분류된다.

• '''서브우퍼''' (Subwoofer): 초저음역 재생용. 일반적으로 가정용 시스템에서는 200Hz 미만,^[23] 전문 라이브 사운드에서는 100Hz 미만,^[24] THX 인증 시스템에서는 80Hz 미만^[25]의 소리를 담당한다.
• '''우퍼''' (Woofer): 저음역 재생용.
• '''미드레인지''' (Mid-range) 또는 스코커(Squawker): 중음역 재생용. 보통 1~6kHz 대역을 담당한다.
• '''트위터''' (Tweeter): 고음역 재생용.
• '''슈퍼트위터''' (Supertweeter): 초고음역 재생용.

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