스피커 배선에는 오로지 경제적이라는 이유로 IV선 등 전력용 케이블을 사용하게 되는데 이것이 문제가 될 수 있다. 스피커선의 쉴드 상태가 좋지 않으면 노이즈를 유발하게 될 것이며 케이블이 지나치게 얇을 경우에는 Amp의 성능을 십분 발휘하기가 힘들 것이다. 특히, 노이즈와 같은 경우는 최근 무선 전화기와 무전기기의 보급이 활발하게 보급됨에 따라 이런 트러블이 더해질 수도 있다. 그래서 스피커 케이블에도 노이즈를 받기 어려운 전자 쉴드 구조의 스피커 케이블을 사용해야 한다.
전자 쉴드 구조 중에는 4심 구조로 된 선이 있는데 이와 같은 스피커 선은 방사 노이즈를 절감하게 해 주며 유전율이 낮은 폴리에틸렌을 절연체에 채용하고 외피는 PVC이며 내전압은 AC500V/ 1분간 이상 없으며 우수한 주파수 특성을 확보하고 있다.
스피커 케이블은 짧게 배선하는 것이 이상적이다. 일반 공연장에서 앰프를 스피커와 가장 가까운 곳에 위치 하는 것도 스피커 케이블에서 발생되는 손실을 최대로 줄이기 위해서이다. 그리고 대규모의 설비에서는 파워앰프의 설비장소확보, 전원배선, 보수관리, 안전대책 등이 중요하다는 사실은 언급 안 해도 될 것이다. 그리고 경제성을 무시한 굵은 케이블을 사용하는 것도 그리 좋은 방법은 아니다. 선이 너무 굵다 보면 선을 감기도 힘들기 때문이다.
물론 선이 굵다 보면 도체 저항도 많이 줄어 들 것이다. 그러나 굵지 않으면서도 도체 저항이 좋은 스피커 케이블을 구하는 것이 중요한데 경제적인 면에서 부담스러운 부분이 없지는 않다. 그래서 일반적으로 Dumping Factor를 기준으로 해서 스피커 케이블을 선정하는 것도 좋은 방법중의 하나이다.
Dumping Factor = 스피커의 임피던스 / 파워앰프의 출력임피던스 + 스피커케이블의 도체저항
위에서 파워앰프의 임피던스는 0.05Ω으로 산출한다. 위의 식에서 스피커 케이블의 도체저항이 크면 DF가 작아지고, 우수한 앰프도 능력발휘가 안 된다. 그래서 음질을 중시하는 경우의 DF는 20~50 이상이면 좋으며 경기장 등 스피치중심의 용도에서는 10~20 이상을 선택하면 좋다는 자료도 나와있다.
예를 들어 계산하면 다음과 같다.
|
Model |
도체저항(Ω/100m) |
도체단면적(mm²) |
DF에 대한 케이블 조상 |
|
DF = 20 |
DF = 50 |
|
4S6 |
1.87 |
1.00 |
9.5m |
3.0m |
|
4S8 |
0.75 |
2.5 |
22.3 |
7.3 |
|
4S10F |
0.54 |
3.5 |
31.8 |
10.0 |
|
4S11 |
0.43 |
4.3 |
40.2 |
12.6 |
|
4S12F |
0.33 |
5.6 |
53.0 |
16.7 |
|
4S14F |
0.24 |
8.0 |
74.5 |
23.4 |
|
4S18F |
0.13 |
14.2 |
129.6 |
40.7 |
|
4S30F |
0.05 |
38.3 |
388.9 |
122.2 |
(위에서 스피커 임피던스는 4.6Ω 정도로 가정하였으며 파워앰프의 임피던스는 0.05Ω으로 산출한 값임)
첫번째 4S6 의 Model을 기준으로 계산한 결과치를 알아보면
DF = 4.6 / 0.05 + 0.17765 = 약 20DF 이다
(100m : 1.87Ω = 9.5m : X (Ω) 에서 X = 0.17765(Ω) 이다)
그러므로 9.5m까지는 DF가 20이며 9.5m를 초과했을 경우에는 DF가 20이하로 떨어진다는 것을 의미한다.
도체저항이 주어지지않을 경우는 R = ρ l / A 에 의해서 구할 수 있다.
ρ = 1 / 58 x 100 / C
(C : 도전율로 단위 % , ρ : 고유저항으로 단위 Ωmm²/m, l : 선로길이로 단위 m , A : 단면적으로 단위 mm² )
도전율과 저항율은 아래 표를 참조하기 바란다.
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선의 종류 |
도전율(%) |
저항률(Ωmm²/m) |
|
연동선 |
100 |
1/58 |
|
경동선 |
97 |
1/55 |
|
알루미늄선 |
61 |
1/35 |
도체저항에 대해서 이해가 힘들면 멀티 테스터를 저항의 Range를 놓고 0점 조정을 한 후 스피커 케이블을 감은 상태에서 선의 끝부분과 끝부분을 체크 해보기 바란다. 그 때의 저항이 도체 저항에 가까울 것이다.
다음은 잡음에 대한 전달 과정 및 접지에 관한 사항이다.
두 케이블 간에는 잡음이 전달될 때 콘덴서가 연결된 것처럼 잡음이 한 케이블에서 다른 케이블로 침입하기도 하며 코일이 연결된 것처럼 잡음이 침입하는 경우가 있다. 전자가 정전결함에 의한 경우이며 후자가 전자유도에 의한 경우이다. 부적당한 그라운드를 사용해서 역효과를 일으키고 있는 것이 있는데 대표적인 예가 그라운드 루프이다.
그라운드 루프란 여러 대의 시스템을 동시에 접지했을 때 시스템간에 노이즈 루프가 발생하는 것으로 되도록 한 군데에만 접지하는 것이 좋다. 여기서 루프란 말 그대로 고리모양으로 잡음이 발생함을 뜻한다.
전선에 흐르는 전류는 방향이 반대이고 크기가 같을 경우가 가장 그라운드가 잘 되었다고 볼 수 있다.
위의 두 번째의 경우는 처음에 전선을 타고 흐르던 전류 I 가 나중에는 I₂의 전류만 되돌아옴으로 S 의 고리만큼 그라운드 루프를 형성하여 잡음원이 된다.
다음은 AVR(Automatic Voltage Regulator)이 왜 필요하며 어떤 종류를 사용해야 하는지를 짚고 넘어가 보도록 하겠다.
요즘 수용가측에 인입되는 전원은 대부분이 3상4선식으로 한 라인이며 이 전원으로 전구, 에어컨, 음향기기, 조명기기 등등의 전압원으로 사용되어지고 있다. 보통 수용가에 몇 kw까지 수용할 것인가에 따라 허용전력을 정해주며 이전력을 넘게 되면 다시 그전력만큼 신고해서 사용해야 한다. 아무리 전력이 충분하다 하더라도 동일한 상에서 조명과 같이 음향기기를 사용한다면 음향기기에 전기적인 노이즈의 간섭을 받게 될 것이다.
그래서 AVR을 사용함으로써 입력전압 변동 시에 자동적으로 출력전압을 일정하게 유지하여 부하에 안정된 전원을 공급해 줄 수 있고 입력전압이 불안정할 경우 변동이 없는 전원을 사용하고자 할 때도 설치해야 한다. 주의할 점은 단권이 아닌 복권의 AVR을 사용해야 한다는 것이다.
단권은 한 트랜스에서 전압의 높낮이를 조절하게 되므로 잡음 등을 차단하기는 역부족이다. 일반 220V를 110V로 변압해주는 트랜스가 단권에 속한다. 그러나 복권의 AVR 은 1차측과 2차측이 분리되어 입력으로 218V / 59.8Hz가 인입된다 하더라도 2차측에서는 220V/60Hz의 거의 원하는 전압에 가까운 값이 나올 것이다.
대부분의 음향설비가 들어가는 교회는 AVR이 필수적으로 첨가되어지고 있는 것이 현실이고, 또 바람직하다 할 수 있다. AVR의 종류도 여러 가지로 분류되지만 현재 가장 많이 사용하는 방식이 탭 절체(TAP Changing) 방식이다. 이방식은 변압기의 입력이나 출력에 전압조정 TAP을 내어 절체용 반도체(SCR,TRIAC)를 사용하는 것으로 입력전압을 그대로 출력에 전달함으로써 기기에 의한 역률 변화나 파형의 변화를 제거해주므로 잡음을 최대한으로 방지해준다.
다음은 음향의 전기에서 가장 중요하다고도 할 수 있는 접지에 대해서 알아 보기로 하겠다. 접지는 간단한 것처럼 보이지만 사실은 가장 어려운 기술이라고 해도 과언이 아닐 것이다. 접지란 대상으로 하는 시스템의 공통단자의 처리방법이라고 하면 그 일반성이 있을 것 같다. 보통 접지를 Earthing한다 , 또는 Grounding한다라고도 하는데 Earthing이나 Grounding은 다 같은 말이다.
안전사고나 잡음을 제거하기 위해서는 접지의 필요성을 절대적으로 인식 해야 할 것이다. 전로가 대지로부터 절연되어있지 않으면 전류가 누설되어 감전이나 화재의 위험이 발생하여 전력손실에도 영향을 미친다. 그러나 부득이한 이유로 대지로부터 절연할 수 없는 부분이 있는데 이러한 부분을 최소한으로 유지하지 않으면 안 된다.
접지의 종류에는 계통 접지 와 기기접지가 있는데 계통접지란 배전용 변압기의 2차 측전로접지 공사를 뜻하며 기기접지란 저압계통에 접속되는 전기기계 기구의 금속제 외함이나 철대 등에 실시하는 기기의 비충전금속 부분의 접지를 말한다.
음향에서는 두 번째의 기기접지를 필수적으로 할 필요가 있다. 즉 땅을 회로의 일부로서 이용하는 것이다. 우리는 보통 마이크로 감전되어 무대 위에서 쓰러지는 예를 매스컴에서 종종 접할 수 있다. 이런 감전사고의 대부분이 믹싱 콘솔에서 역 전류가 순식간에 흘러 발생하게 된다. 그러나 이런 역 전류도 기기접지를 미리 해놓으면 마이크로 흐르기 전에 섀시를 통해서 접지극으로 보내주기 때문에 안전사고를 방지할 수 있다 그리고 전원부에서는 AVR(Automatic Voltage Regulator)로 전원을 안정화 시키고 조명 및 그 외 전기기기로부터 들어오는 잡음을 제어 해주지만 음향자체에서 생기는 잡음은 접지를 통해서도 최대한 잡을 수 있는데 그 과정이 매우 어렵다. 실제로 모 교회의 음향공사에서 AVR(Automatic Voltage Regulator)을 사용하지 않고 접지만을 통해서 잡음을 제거하는 예도 있었다. 그 정도로 전기적인 접지가 중요하다.
다음은 접지의 방법에 대해서 알아보기로 한다.
분전반에서 음향전원의 채널이 정해지면 2 가닥의 전선은 AVR(Automatic Voltage Regulator)을 거쳐서 기기로 연결될 것이다. 위의 사진처럼 분전반은 3상4선식이며 접지가 100%되었음을 확인해야 한다. R, S, T, N의 4선 중 R,S,T 중 어느 한 선과 N선이 아닌 녹색의 접지 단자(분전반 섀시)를 전압측정기로 시험하면 220V의 전압을 표시하여야만 100%접지가 됨을 알 수 있다. 위에서는 약 216V를 가리키고 있다.
그리고 이 분전반의 접지 단자에서 믹싱 콘솔의 접지단자에 연결하면 된다. 접지하기 전 전압측정기로 믹싱 콘솔과 접지선과의 전압을 측정해서 100V 이상이 흐르면 필히 접지를 해야 하며 100V 미만이라 하더라도 .안전하게 접지를 시켜주는 게 좋다.
위 그림은 인입선이 변압기를 거쳐서 왔다고 가정한 것이다. 건축법에는 높이 20m 이상의 건축물에는 적당한 피뢰설비를 설치하도록 규정되어있는데 피뢰침접지와 일반접지는 되도록 겹치지 않아야 할 것이다. 왜냐하면 피뢰침을 통한 낙뢰가 일반기기에 손상을 줄 수 있기 때문이다. 그리고 피뢰침의 구조는 돌침부, 피뢰도선, 접지전극으로 나누어 지는데 접지전극은 보통 지상에서 75cm이상(겨울에 땅이 어는 두께가 75cm를 넘지 않기 때문으로 본다)의 깊이로 묻어야 할 것이며 접지 전극은 가스관으로부터 1.5m이상 떨어져야 한다. 그리고 무선의 송수신을 위한 안테나에 대응하는 접지는 해줄 필요가 없다. 만일 이들을 대지에 접속해 둘 필요가 있다면 자동차, 비행기에도 모두 지면에 연결하지 않으면 안 될 것이다.
다음 사진은 벽 콘센트에서 접지의 유무를 측정하는 사진이다.
사진에서 벽전원은 ELB를 거쳐서 나오는데 R : N, S : N, T : N 중에서 한 선이다. 그래서 한 선은 220V를 나타내고 다른 한 선은 0V를 나타낼 때 접지가 잘되어 있다고 볼 수 있다.