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MTX Sound LAB. Technical Report >> 1. 이어폰의 역사

스피커( 혹은 이어폰 )는 전기적 신호를 기계 진동으로 바꾸고,

그 기계적 진동이 소리 진동으로 변환되는 장치를 말한다.

1. 크리스털 이어폰

1940 년경에 널리 유행했던 ( 진공관 Radio 시대 이전 ) 크리스털 이어폰은,

압전 효과 ( 광물의 결정 구조에 전압을 인가하면 결정 구조가 변형 되는 성질 )

를 이용한 것인데, 감도가 매우 좋아 광석 수신기 이어폰으로 많이 애용이 되었다.

2. 마그네틱 스피커

보다 좋은 음질과 더 큰 소리를 내기 위한 목적으로 마그네틱 스피커가 대량

생산 공급 되면서 , 진공관 Radio 시대의 대세가 되었다.

“U”자형 말굽자석 내부에 고정된 coil이 있고 이 코일에 전기 신호가 인가되면,

코일 속에 있는 자성 철편이 말굽자석과 밀고 당기면서, 이 철편이 다시

더 큰 진동판을 진동 시키는 방식으로,

큰 소리를 내는 데는 성공 했으나 , 코일 내부에 있는 자성 철편의 움직임이

원할 하지 못하는 구조적인 결점으로 인해 음질 특성이 그다지 좋지 않았다.

또한 생활수준의 향상과 더불어 원음을 더욱더 충실히 재현할 수 있는 시스템을

갈구하는 오디오 마니아들의 욕구에는 한참 미치고 못했다.

이 시대의 헤드폰 ( 이어폰은 크리스털 방식이 주류 )은

원리적으로는 마그네틱 스피커와 같은데 , 자성 철편이 직접 진동판이 되는 구조였다.

3. 다이내믹 스피커

다이내믹 스피커의 원리는 1924년 세상에 나왔으나,

산업 제조 기술의 발달 미숙으로 그 우수한 특성은 빛을 발휘하지 못하고 ,

극소수의 사람에게만 매우 고가인 제품으로 취급 되었다.

진동판에 moving coil이 직접 부착이 되어서 움직이는 구조로,

원음을 가장충실하게 재현하는 획기적인 방식이었다.

90년이 지난 지금 아직까지도 이에 대적 할 만 한 구조의 새로운 개념의 speaker는

이 세상에 나오지 않고 있다.

1960년대 이후 생산 제조 기술의 발전과 더불어 대량 생산 저가 공급이 가능하게

된 후 이제는 스피커라면 다이내믹 스피커를 지칭함이 상식으로 되었다.

4. 다이내믹 이어폰

40여 년 전에 출시된 SONY에서 walkman이라는 제품이 출시되었다.

이 제품은 전 세계인의 관심을 한 몸에 받으며 선풍적인 인기를 끌었는데,

이 배경에는 ‘마이크로 다이내믹 스피커’가 있다.

‘마이크로 다이내믹 스피커’란 다이내믹 스피커 구조를 극초소형화한 것으로,

이를 탑재해서 만든 이어폰 음질 특성이 당시에는 이어폰이라는 고정 관념을

파격적으로 뛰어 넘었고,

또한 한국 SONY 전자 제조 기술 team (SEK : Sony Electronic of Korea) 이

마이크로 다이내믹 스피커의 자동화 생산을 세계 최초로 실현, 양질의 제품을

대량 공급함으로써 새로운 이어폰 시대를 여는데 큰 기여를 했다.

지금의 전 세계 각처에서 대량 생산 공급되고 있는 이어폰의 원천 기술이

SONY였음은 일반적으로 사실로 인정하고 있는 부분이다.

5. BA ( Balanced Armature ) 이어폰

스피커의 진동판은 신호의 세기와 관계없이 평행으로 움직이어야 원하는 음을

충실하게 재현 하게 된다.

진동판이 평행으로 움직이기 위해서는 진동판에 부착된 코일이 마그넷 자력선에

대해서 정확하게 수직 방향으로 움직이어야 하는데,

마이크로 다이내믹 스피커에는 크기의 한계 때문에 코일의 수직 방향 움직임에

대해서 흔들림을 잡아주는 구조가 생략되어 있다.

이로 인하여 원하지도 않는 불필요한 소리의 성분인 고조파(원음의 체배 주파수

성분)가 발생하는 치명적인 결함을 가지고 있다.

현 다이내믹 이어폰의 고조파 문제점을 개선하기 위해서 상기의 ‘2. 마그네틱

스피커’ 를 이용한 Balanced Armature 가 출현하게 된다.

BA는 보청기와 같은 유사한 구조로 되어 있고 , 고조파 성분을 상당히 억제하는

효과가 있다.

그러나 BA 한 개로는 아주 좁은 주파수 대역폭 만을 갖고 있기 때문에

대역폭이 다른 BA 두개 혹은 세개를 사용해서 각각의 대역폭을 중첩시키는 방법으로

넓은 대역폭을 갖도록 한다.

이때 각각의 대역폭을 중첩하는데는 기술적으로 상당한 테크닉이 필요하고,

까다로운 작업이 수반되기 때문에 BA를 사용하면서도 고조파 발생이 거꾸로

증가되는 경우가 허다하다.

또한 BA로써는 초저음 및 저역 주파수 표현에는 한계가 있기 때문에 ,

최근에는, 마이크로 다이내믹 스피커는 저음 영역을 전담하고 중역 고역을

전담하는 BA를 복합 사용하는 제품이 등장하고 있다.

그러나 BA 개수를 많이 사용할수록 무게가 무거워지고, 다른 대역폭을

중첩시키는 작업의 난이도 때문에 제품 COST상승의 요인으로 작용되고 있다.

최근에는 광대역 BA가 도입되기 시작했는데 이 또한 매우 고가 제품으로

인식되고 있고, 아직 초저음 영역에서의 특성은 기대에 못 미치고 있다.