Array 방법론(1) - 수평어레이
1) 클러스터
스피커의 성능을 알기 위해서 많은 사람은 먼저 스팩을 검토하는 과정을 거치게 되는데, 하지만 스팩을 측정하는 방법은 각기 각 제조사마다 약간의 차이를 가질 수 있다. 하지만 우리는 이 스팩이 무향실의 콘트롤된 환경하에서 측정한 아주 제한적인 정보라는 것을 인식할 필요가 있다. 그래서 스피커는 음향특성이 다른 여러 장소에 설치되고 또한 여러 개의 스피커가 조합된 다양한 형태의 클러스터는 주파수 응답특성에 여러 가지 영향을 미치게 된다.
여러 개의 스피커가 조합되어 있는 클러스터 혹은 스피커 그룹을 스피커 어레이라고 한다.
여기서 우리는 스피커의 어레이를 왜 필요로 하는 가는 알아봐야 할 것이다. 이것은 아마 공간의 변화에 따른 에너지의 지향의 변화가 요구됨으로 이에 따른 에너지의 효율적 전달을 위한 필수적인 방법일 것이다. 이것은 아마 구체적으로, 높은 음압(SPL)에 대한 방법, 넓은 커버리지에 대한 방법론으로 해답을 찾아야 할 것이다.
2) 수평 어레이
두개의 스피커를 수평방향에서 놓는 방식을 수평 어레이 방식인데, 객석의 구조와 스피커의 지향 위치에 따라 디자이너가 그 방법을 선택하는데, 크게 Parallel Array, Narrow Point Source Array, Wide Point Source Array로 크게 나뉠 수 있다.
먼저, 두 개의 스피커를 수평으로 나란히 놓는 방식인 Parallel Array에 대해서 알아보자.
예를 들어 두 개의 스피커를 그림 1의 첫번째 보듯이 바로 옆으로 어레이한 것을 의미한다.
스피커 커버리지 와 음압
그림 2 에서 스피커 혼에 의해 지향조정이 된 주파수의 수평 음압 분포를 볼 수 있다.독립적으로 각각의 스피커의 음압 분포와 합쳐진 음압 분포가 표시되어 있다.
음압 그래프는 스피커 지향축을 0도로 기준 삼아 커버리지(-6dB)의 각도는 좌우 각 50도이다. 두 스피커가 간섭을 하게 되는데, 음압이 6dB 증가하여 커버리지 양끝이 0dB 가 되는 것을 볼 수 있다.
각각의 스피커의 커버리지가 100도 이고 간섭에 의한 결과가 나타나는 커버리지 역시 100도 이다.
우리는 이런 형태의 스피커 배열이 하나의 스피커에 커버지리를 그대로 유지하면서 강한 음압을 얻을 수 있는 형태라는 것을 그림 2에서 쉽게 확인 할 수 있다.
또한, 여기서 주목해야 할 점은 스피커 커버리지 라는 것은 단지 스피커 지향축선 상의 음압보다 -6dB 줄어든 점을 이야기 하고 그 밖의 지역에서도 언제나 사운드가 존재한다는 것이다.
경로차(path differences)
그림 3에서 보는 것처럼 4개의 포인트를 지정하여 경로차를 계산해 볼 수 있을 것이다.
A 지점에서의 경로차가 2cm 로 0.05 msec의 딜레이가 발생하게 된다. 이런 딜레이도 A점에서 D으로 가면서 더 크게 된다.
이로 인해 발생하는 특성들을 정리해 보면,
A점에서 D점으로 서서히 고음의 특성이 감쇄한다.
컴필터링 현상이 발생하는데, 경로/시간차가 증가하게 되면서 상쇄되는 주파수는 더욱 저음 지역으로 이동한다.
만약 2개의 스피커를 쓰는 대신 3개나 그 이상을 사용한다면 더욱 심각하게 된다.
이런 결과를 나타내는 Parallel 방식은 좋지 못한 배열방식이다.
그래서 이런 간섭현상을 줄이기 위해서 그림 1의 Narrow 방식이나 Wide 방식을 이용하여 스피커를 배열하게 되는데, 배열각의 선택은 앞서 언급했던 객석의 형태나 지향 위치에 따라 결정해야 할 문제이다.
그림 4는 Wide Point Source 어레이 방식으로 그림 2에서의 수평어레이 방식과 다르게 지향 각이 2배로 상당히 넓어 지는 것을 관찰할 수 있다. 스피커의 커버지는 각각 100도이며,
합쳐진 결과의 커버리지는 그 두배인 200도이다. 결과적으로 커버리지 증가하였는데, 면밀히 보면 각각의 스피커 커버리지가 어레이의 중심축에서 -6dB 감쇄해 있는 것을 볼 수 있는데, 결과적으로 지향축선상의 음압은 +6dB가 아니라 0dB가 된다. 이런 이유로 가 스피커의 좌우측 끝의 읍압이 -6dB 이므로 커버리지가 200도가 되는 것이다.
Wide Point Source 어레이도 앞서의 수평 어레이와 마찬가지로 A점에서 D 점으로 이동할수록 경로/시간차는 점점 증가하게 된다. 앞서의 수평어레이와 다르게 두개의 스피커의 음압차가 커지는 것을 알 수 예상할 수 있다.
이것은 오른쪽의 스피커의 음압이 A점에서 D으로 가면서 경로차가 증가하는 것과 마찬가지로 음압차도 계속 증가하는 것을 관찰할 수 있다. 이것으로 주파수 응답의 결과도 예측할 수 있을 것이다. 비록 A 지점은 짧은 경로차이지만 두 스피커의 음원의 세기가 같기 때문에 강한 상쇄가 발생하지만, D 쪽으로 이동할수록 경로차가 크지만 상대적으로 오른쪽 스피커의 음압이 거의 무시할 정도로 주파수 간섭을 발생시키지 않는 것을 예상 할 수 있을 것이다. 이것이 경로차에 의한 간섭현상이 크더라도 상대적으로 두 음원 간의 음압차을 크게 하여 간섭을 억제하는 Amplitude Tapering방법이기도 하다.
여기서 스피커의 배열은 가급적 스피커 간의 경로차를 적게 배열하고 만약 경로차가 클 경우에는 두 스피커 간의 음압차가 크게 하는 배열을 이끌어 내야 한다는 결론을 얻을 수 있을 것이다. 상대적으로 강한 음압을 얻게 되는 부분, 즉 두개의 스피커 음원이 겹쳐지는 부분에서는 주파수 응답 특성이 좋지 못하고, 반대인 곳에서는 주파수 응답특성이 좋은 대신 음압이 낮은 단점이 있다는 것을 알 수 있다.
이런 점을 잘 활용해 실제 배치할 장소의 객석의 배열이나 지향 위치를 고려하여 그 배열의 각과 위치를 잘 설정해야 할 것이다