서브우퍼
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1. 개요
서브우퍼는 스피커의 한 종류로, 100Hz 미만의 저음을 담당하며, 주로 홈시어터 시스템에서 사용된다. 서브우퍼는 캐비닛 크기, 인클로저, 드라이버 구조 등에 따라 재현 가능한 음높이 범위가 다르며, 메인 스피커의 저음 재생을 보완하기 위해 사용된다. 1930년대부터 영화 음향, 댄스 음악, 홈 오디오 등 다양한 분야에서 활용되었으며, 액티브형과 패시브형, 전면/측면/다운 파이어링 방식 등으로 구분된다. 서브우퍼는 저음을 재생하는 특성상 소음 문제와 공진 현상에 주의해야 하며, 베이스 셰이커와 같은 기술을 통해 초저역대 베이스를 보강하기도 한다. 마터호른, Royal Device, Concept Design 60-inch, MTX 잭해머 등 세계적으로 유명한 서브우퍼들이 존재한다.
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| 서브우퍼 | |
|---|---|
| 개요 | |
| 종류 | 확성기 |
| 용도 | 저주파 오디오 재생 |
| 기술 정보 | |
| 주파수 범위 | 일반적으로 20-200 Hz |
| 작동 방식 | 공기 진동 전기 신호 변환 |
| 특징 | 깊고 풍부한 저음 영화, 음악 감상에 효과적 |
| 활용 | |
| 사용 분야 | 홈 시어터 자동차 오디오 콘서트 클럽 |
| 관련 장비 | 앰프 오디오 인터페이스 |
| 추가 정보 | |
| 음향 효과 | 저음 강화 |
| 설치 위치 | 바닥 벽 차량 내부 |
2. 정의
'''서브우퍼'''(Subwoofer)는 메인 스피커보다 낮은 대역의 저음을 재생하는 장치로, '서브'(sub-)는 "아래", "하위"를 나타내는 접두어이다. 메인 스피커에 부족한 저음을 보충한다는 의미도 있다.[130] 슈퍼우퍼라고도 부르지만, 이는 일본에서만 사용되는 용어이며 원래 야마하의 상품명이었다. 영어에서 "초월"을 의미하는 '슈퍼'(super-)는 서브우퍼의 기능을 정확하게 나타내지 않는다.
1900년대부터 1950년대까지 녹음, 방송, 음악 재생에서 "실용적인 최소 주파수"는 100Hz였다.[1] 1933년, MGM의 사운드 부서 책임자인 더글러스 쉐어러는 존 힐리어드와 제임스 B. 랜싱(나중에 알텍 랜싱과 JBL을 설립)과 협력하여 40Hz까지 내려갈 수 있는 새로운 스피커 시스템을 개발했다.[11]
서브우퍼는 구동 방식에 따라 패시브형과 액티브형으로 나뉜다. 패시브형은 일반적인 스피커처럼 생겼으며, 주로 저가형 홈시어터 시스템에 많이 사용된다. 액티브형은 고급형에 많이 쓰이며, 내부에 전용 앰프가 장착되어 있어 패시브형보다 성능이 좋다.
일반적인 스피커와 마찬가지로 밀폐형, 베이스 리플렉스형(위상 반전형), 혼형 등 여러 종류가 있다. 저역 재생에 특화된 구조이므로, 직접음을 완전히 봉쇄하는 ASW형도 존재한다. 드문 예로는 BOSE 제품과 캐논이 채용한 공명관 방식이 있다.
서브우퍼가 담당하는 저음역은 고음역에 비해 인간의 청각으로는 소리의 발생원 방향을 파악하기 어렵다. 따라서 한 대만 설치해도 청감상 위화감을 느끼는 경우가 적다.[53] 저음은 상호 간섭에 의한 음압 변화에 대한 영향이 크기 때문에, 두 대 이상 사용할 경우 세팅에 따라 저음을 서로 상쇄하는 경우가 있다.[53] 서브우퍼는 저음을 재생하는 특성상, 물리적으로 대형인 쪽이 유리하며, 저역의 하한 확장을 목적으로 할 경우 절반 용량의 서브우퍼 2대를 사용하는 것보다 대형 1대로 통합하는 것이 저음 재생 능력에 우수하다. 마찬가지로, 서브우퍼는 대형인 쪽이 좋기 때문에, 여러 대를 설치하는 것은 어려우므로 1대로 사용하는 경우가 많다.[53] 다만, 첫 번째 이유에 대해서는 이견이 있으며, 청감상의 위화감이 있다는 주장에 따라 서브우퍼를 두 대 설치하여 2채널 재생(2채널 스테레오의 경우)을 하는 경우도 있다.[53]
서브우퍼는 홈 오디오, 카오디오, 영화 음향, 음향 강화 시스템, 베이스 악기 앰프 등 다양한 분야에서 활용된다.
서브우퍼는 주로 100Hz 이하의 저음역을 담당하지만, 소형 스피커와 함께 사용할 때는 차단 주파수가 더 높게 설정될 수 있다. 홈 시어터 시스템에서는 주로 20Hz에서 99Hz 사이의 저음을 재생하며, 이 범위의 저음은 방향성이 없는 무지향성이다.
일반적으로 판매되는 단품 서브우퍼는 앰프가 내장된 액티브 방식이다.
3. 역사
1964년, 레이몬 도네스는 현대 스테레오 시스템의 저주파 범위를 전방향으로 보강하도록 특별히 설계된 서브우퍼에 대한 최초의 특허를 받았다.[66] 도네스의 스피커는 1960년대 초부터 1970년대 중반까지 "The Octavium"이라는 상표명으로 미국에서 판매되었으며, 그레이트풀 데드 등의 여러 녹음 아티스트들이 사용했다.[66]
1974년 영화 ''지진''은 센서라운드 시스템을 통해 서브우퍼를 활용하여 지진의 굉음을 재현, 큰 홍보 효과를 얻었다. 1970년대 후반, 댄스 클럽에서 서브우퍼를 활용하여 댄서들이 온몸으로 느낄 수 있는 저음을 재생하기 시작했다.
1990년대 중반부터 서브우퍼는 다양한 크기와 음향 출력 기능을 갖춘 형태로 대중화되었다.[31] CD의 인기는 녹음에 더 많은 저주파 콘텐츠를 추가하고 더 많은 소비자를 만족시키는 데 기여했다.[19] 가정용 서브우퍼는 기존 멀티미디어 스피커 설정에 쉽게 추가할 수 있고, 설치하거나 숨기기 쉬워 인기가 높아졌다.[33]
DVD 플레이어와 소프트웨어가 1996년(일본 시장에서) 출시되면서, 홈 시어터용 세트 판매 등이 증가하여, 서브우퍼의 설치가 쉬워지고 인지도도 늘었다.
4. 종류
유닛 설치 방식에 따라서는 전면 설치형, 측면 설치형, 다운 파이어링(down-firing)형(우퍼 유닛이 바닥을 향하는 방식)으로 나뉜다. 서브우퍼는 소리의 방향성이 없기 때문에 가까이에서 듣지 않으면 유닛의 위치를 구분하기 어렵다. 따라서 유닛 위치는 음질에 큰 영향을 주지 않으며, 소음 방지를 위해 우퍼를 벽 반대 방향으로 설치하기도 한다.
액티브형 서브우퍼는 캐비닛 내부에 자체 앰프를 포함하며, 일부는 사용자가 조절 가능한 이퀄라이제이션 기능을 통해 특정 주파수 출력을 조절할 수 있다. 일부 시스템은 자동 이퀄라이저와 보정된 마이크를 사용하여 룸 모드의 영향을 최소화하고 저주파 성능을 향상시키기도 한다.
패시브 서브우퍼는 앰프를 포함하지 않지만, 때로는 내부 패시브 크로스오버를 통합하여 필터 주파수를 결정하기도 한다. 제3자 파워 앰프와 함께 사용되며, 저렴한 홈 시어터 인 어 박스(HTIB) 패키지에서 다중 채널 앰프로 증폭되는 경우가 많다. 고급 홈 시네마 시스템에서는 패시브 서브우퍼를 거의 사용하지 않지만, 전문 음향 산업에서는 여전히 인기가 있다.[48]
일부 액티브 서브우퍼는 서보 피드백 메커니즘을 사용하여 콘 움직임을 기반으로 보이스 코일에 전송되는 신호를 수정한다. 이를 통해 왜곡을 줄이고 더 작은 인클로저를 사용할 수 있지만, 비용과 복잡성이 증가한다.[64]
서보 제어 서브우퍼는 톰 댄리의 ServoDrive 서브우퍼와는 다르다. ServoDrive는 고속 벨트 구동 서보모터를 사용하여 출력 전력을 높이고, 고조파 왜곡을 줄이며, 파워 압축을 사실상 제거한다.[67][68][69]
5. 구조
6. 특징
7. 활용
홈 오디오:1960년대에 정전형 스피커의 저음 부족을 보완하기 위해 개발된 초기 서브우퍼는 오디오 애호가들 사이에서 인기를 얻었다. 1990년대 중반에는 다양한 크기와 출력을 갖춘 서브우퍼가 대중화되었으며, 특히 CD의 인기로 인해 녹음에 더 많은 저주파 콘텐츠가 추가되면서 가정용 서브우퍼의 수요가 증가했다.[19] 설치와 숨기기가 쉽다는 장점 덕분에, 서브우퍼는 홈 오디오 시스템의 필수 요소로 자리 잡았다.[33]
일반적으로 홈 시네마 시스템은 하나의 서브우퍼를 사용하지만, 일부 애호가들은 방에서 저음 분포를 개선하고 저음 응답이 약해지는 현상을 방지하기 위해 두 개의 서브우퍼를 사용하기도 한다.[72]
카오디오:차량 내 공간 제약으로 인해 서브우퍼는 주로 트렁크나 뒷좌석에 설치된다. 일부 카오디오 애호가들은 매우 높은 음압을 내기 위해 경쟁하기도 하지만, 이는 청력 손실이나 이명을 유발할 수 있으므로 주의해야 한다.[80]
영화 음향:1974년 영화 '대지진'에서 센서라운드 방식의 서브우퍼 시스템을 도입하여 지진의 굉음을 재현하면서 서브우퍼가 영화 음향에 적극적으로 활용되기 시작했다. 돌비 스테레오 70mm 6트랙은 저주파 스테레오 재생을 위해 두 개의 서브우퍼 채널을 사용했으며, 1983년 THX 영화관 사운드 인증은 서브우퍼 성능 수준에 대한 요구 사항을 제시했다.[83] 1992년 돌비 디지털은 단일 LFE 채널을 통합하여 5.1 서라운드 사운드 시스템을 구축했다.
음향 강화:스타디움 록 콘서트, 댄스 음악 공연장, DJ 공연 등에서 매우 낮은 주파수와 높은 저음 출력을 필요로 하는 전문 오디오 서브우퍼가 사용된다. Cerwin-Vega는 서브우퍼를 기존 스피커 시스템에 추가하면 주 PA 스피커의 부담을 줄여 효율성과 음량을 높일 수 있다고 설명한다.[106]
베이스 악기 앰프:일부 베이스 연주자나 신스 베이스 연주자는 표준 악기 스피커로는 얻을 수 없는 서브 베이스 응답을 얻기 위해 서브우퍼를 사용하기도 한다.
7. 1. 보조 채널 서브우퍼
콘서트 서브우퍼는 믹싱 콘솔의 별도 믹스 버스(aux)에서 자체 신호를 공급받을 수 있다. 종종 보조 전송("aux" 또는 "auxes") 중 하나가 사용된다. 이러한 구성을 "보조 공급 서브우퍼"라고 하며, 무대 위에 여러 개의 마이크가 있고 각 마이크가 저주파수를 수집하며 각기 다른 위상 관계를 갖는 콘서트 음향 시스템에서 발생할 수 있는 저주파수 "모호함"을 크게 줄이는 것으로 관찰되었다.[4] 보조 공급 서브우퍼 방식은 서브우퍼에 공급되는 소스의 수를 줄여, 베이스 드럼, 베이스 기타, 샘플러 및 건반 악기와 같이 원하는 저주파수 정보를 가진 악기만 포함시킨다. 이는 서브우퍼로 전송되는 신호를 단순화하여 더욱 선명하고 펀치감 있는 저음을 만들어 준다.[95] 필요하다면 두 개의 보조 믹스 버스를 사용하여 보조 공급 서브우퍼를 스테레오로 만들 수도 있다.
서브우퍼는 메인 스피커가 2대인 스테레오 재생의 경우나, 5.1채널 등 멀티 채널 재생에서 더 많은 수의 스피커를 사용하는 경우에도 1대로 사용하는 경우가 많다. 여기에는 몇 가지 이유가 있다.
# 서브우퍼가 담당하는 저음역은 고음역에 비해 인간의 청각으로는 음의 발생원 방향을 파악하기 어렵다. 따라서 1대라도 청감상의 위화감을 느끼게 하는 경우가 적다.
# 저음은 상호 간섭에 의한 음압 변화에 대한 영향이 크기 때문에, 2대 이상 사용할 경우 세팅에 따라 저음을 서로 상쇄하는 경우가 있다.
# 서브우퍼는 저음을 재생하는 특성상, 물리적으로 대형인 쪽이 유리하다. 저역의 하한 확장을 목적으로 할 경우, 절반 용량의 서브우퍼 2대를 사용하는 것보다 대형 1대로 통합하는 것이 저음 재생 능력에 우수하다.
# 마찬가지로, 서브우퍼는 대형인 쪽이 좋기 때문에, 여러 대를 설치하는 것은 어려우므로 1대로 사용한다.
다만, 1번의 이유에 대해서는 이견이 있으며, 청감상의 위화감이 있다는 주장에 따라 서브우퍼도 2대 설치하여 2채널 재생(2채널 스테레오의 경우)을 하는 경우도 있다.
과거의 돌비 서라운드(민생용)에서는 저음 재생이 필요한 것은 프론트 2채널뿐이었으며, 현대의 5.1채널에서도 "0.1채널"로 필수적인 단일 서브우퍼에, 다른 채널의 스피커에서 저음이 부족한 경우에는 대체하는 것이 일반적이다.
7. 2. 지향성 베이스
저주파 사운드가 청중 영역에 집중되도록 하고, 저주파가 이벤트 공간 외부의 사람들을 방해하지 않도록 하기 위해, 콘서트 사운드에서는 서브우퍼의 자연스러운 무지향성 방사를 보다 지향적인 패턴으로 바꾸기 위한 다양한 기술이 개발되었다. 사운드 엔지니어가 보다 지향적인 저음 사운드를 제공하려는 음향 강화 시스템 응용 분야의 예로는 음악 축제(여러 밴드가 서로 다른 무대에서 동시에 공연하는 경우가 많음), 대규모 레이브 또는 EDM 이벤트(여러 DJ가 서로 다른 방이나 무대에서 동시에 공연), 멀티플렉스 영화관(공통 벽을 공유하는 강당에서 여러 영화가 동시에 상영) 등이 있다. 이러한 기술에는 서브우퍼를 수직 배열로 설치하는 것, 지연 및 극성 반전을 조합하여 사용하는 것, 지연 쉐이딩 시스템을 설정하는 것 등이 있다. 심장형 지향성 패턴을 사용하면 두 개의 종단형 서브우퍼를 앞뒤로 배치할 수 있다. 청취자에 가장 가까운 인클로저는 몇 밀리초 지연된다. 두 번째 서브우퍼는 스피커 그릴 사이의 거리를 소리가 이동하는 데 걸리는 시간에 해당하는 정확한 시간만큼 지연된다.[1]
8. 문제점 및 주의사항
서브우퍼는 낮은 저음역대를 재생하기에 엄청난 진동과 공진을 일으킨다. 따라서 방진 장치 미설치 시 소음 피해를 일으킬 가능성이 있다. 자체적으로 소음 방지 장치가 되어 있을 수도 있지만, 만약을 위해 대리석, 고무패드, 스파이크, 고무볼 등의 방진 장치를 설치하는 것이 좋다. 소음 방지 장치가 있어도 탁상에 서브우퍼를 놓으면 진동이 탁상의 다리를 통해 바닥으로 그대로 전해지므로 되도록이면 바닥에 놓아야 한다.[130] 설치 장소에 따라 공진 현상을 일으켜 굉음으로 변질될 수 있는데, 구석에 설치하면 저음이 이상 증폭될 수 있다.[130]
극저음역(20Hz 이하)은 저주파 소음으로 분류되어 환경 문제로 다루어지기도 한다. 저음 증폭을 지나치게 하면 옆집으로 소리가 새어 나가는 등 소음 문제를 유발할 수 있다. 특히 아파트 등 집합 주택에서는 바닥, 벽 등을 통해 소리가 전달될 수 있으므로 주의해야 한다.
8. 1. 베이스 셰이커
베이스 셰이커(bass shaker)는 촉각 변환기(tactile transducer)를 이용하여 서브 베이스를 보강하는 장치이다. 저주파 진동을 생성하여 몸으로 느낄 수 있도록 한다. 드럼 연주자의 의자, 게이머의 의자, 홈 시네마 좌석 등에 부착하여 사용한다.bass shaker영어9. 세계 기록
다양한 기준에 따라 세계에서 가장 크거나, 가장 강력하거나, 가장 낮은 소리를 낸다고 주장하는 여러 서브우퍼가 있다.
- 마터호른(Matterhorn): 댄리 사운드 랩스(Danley Sound Labs)에서 제작한 서브우퍼로, 15~20Hz의 연속 사인파를 재생할 수 있다. 혼 입구에서 측정한 음악 재생 시 140dB 이상의 음압을 발생시키며,[113] 15~80Hz의 평탄한 주파수 응답을 가지고, 12Hz에서 3dB 감쇠한다.[114] 약 6.10m 길이, 8x 크기의 컨테이너 내부에 제작되었으며,[117] 40개의 롱스트로크 15인치(40cm) MTX 스피커 드라이버로 구동되는 탭 혼이 내장되어 있다.[115][116]
- Royal Device: 이탈리아 Royal Device에서 제작한 맞춤형 서브우퍼로, 청음실 기초에 내장되어 있다.[119] 혼 로드 서브우퍼는 각각 2.2m2의 바닥 입구와 9.5m의 혼 길이를 가지며, 청음실 바닥 아래 1m의 공간에 위치한다. 각 서브우퍼는 100mm 음성 코일을 가진 8개의 18인치 서브우퍼 드라이버로 구동된다.
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