서브우퍼 성능 측정과 해석

이 포스팅은 제가 2024년 2월 17일 소니캐스트 일산 연구소에서 진행된 서브우퍼 세미나에서 강의한 내용 일부를 정리한 것입니다.

미국 소비자기술협회 CTA_{^{(Consumer Technology Association)}}의 서브우퍼 측정 표준인 CEA/CTA-2010-B 를 통해 서브우퍼의 성능을 어떻게 측정하고 해석하는지, 그리고 그를 바탕으로 좋은 서브우퍼란 무엇인지 여러분과 나눠보려합니다.

1.좋은 서브우퍼란?

서브우퍼는 일반적인 스피커와 다른 기준으로 평가되어야 합니다.

먼저 스피커의 보편적인 평가 기준은 크게 세 가지로 볼 수 있습니다.

하지만, 서브우퍼는 어떨까요?

서브우퍼는 주 사용 대역의 파장이 엄청나게 깁니다.
50Hz 만 하더라도 파장이 약 7m 에 달하고, 서브우퍼의 사용 대역 치고 높은 주파수인 100Hz 까지 올려 보더라도 약 3.4m 로, 우리는 일반적인 실내 공간에서 반사음으로부터 자유로운 저주파수를 듣는다는 것이 불가능합니다.

따라서, 평탄함을 기대한다면? 청취 공간에 의한 왜곡이 훨씬 지배적입니다.
그리고 상식적인 사이즈의 서브우퍼는 주 사용 대역 전체에 걸쳐 무지향성이며, 설령 지향성이 있다고 해도 실내 공간에서는 의미가 없습니다.^{_{(카디오이드 방식 등의 특수 세팅 제외)}}

결론적으로 서브우퍼는 높은 출력을 위주로 성능을 보게됩니다.

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2.CEA-2010

CEA-2010은 서브우퍼 측정에 대한 미국 소비자기술협회의 표준입니다.
표준의 배경과 측정 과정, 데이터 가공을 이해하는 것이 아주 간단한 일은 아닙니다.

그럼에도 불구하고 표준을 이해하는 것은 우리에게 큰 도움이됩니다.

측정 환경과 방식 그리고 그 장단점과 한계에 대해서 이해한다면 소비자로서 주체적으로 데이터를 해석하고 그를 바탕으로 합리적인 소비를 할 수 있기 때문입니다.

시작합시다.

우선 이 표준을 사용해야하는 이유에 대해서 알아봅시다.

두 개의 서브우퍼 제품을 예시로 들어보겠습니다.
위 예시는 제조사에서 공개한 실제 제품 제원입니다.

1번 서브우퍼는 앰프 파워가 1000W, 저역 하한이 11Hz.
2번 서브우퍼는 앰프 파워가 500W, 저역 하한이 20Hz.

두 제품의 가격과 디자인이 비슷하다면, 둘 중 어떤 서브우퍼의 성능이 강력해 보이시나요?
여러분은 어떤 제품을 선택하시겠습니까?

특별한 이유가 없다면 당연히 1번 서브우퍼를 선택할 것입니다.
그리고 이것이 바로 제조사 제공 데이터의 맹점이며, 우리가 CEA-2010 을 알아야 하는 이유입니다.


좀 더 자세히 들여다봅시다.

CEA-2010은 각 주파수 별 최대 출력을 측정하고 표기하는데요,
이것이 바로 1번과 2번 서브우퍼의 측정 데이터입니다.

25Hz 에서의 최대 출력은 각각 84dB SPL, 96dB SPL 로 2번 서브우퍼의 최대 출력 성능이 훨씬 훌륭합니다.

어찌된 걸까요?

제조사가 거짓말을 한 것일까요?

결론부터 말씀드리자면, 제조사는 거짓말을 하지 않았을 겁니다.
현재의 실내용 서브우퍼 시장은 액티브 방식이 지배적이며, 거의 모든 제조사들이 자신들만의 설계 의도를 담은 EQ 보정을 적용한 제품을 내어놓습니다.

1번 서브우퍼의 경우, 만약 실내에서 적당한 볼륨으로 사용할 것을 고려하여 작은 출력과 적극적인 EQ 부스트를 기준으로 측정했다면 11Hz 까지 실제로 응답하는 것이 가능합니다.

이게 무슨 말인지 그래프로 다시 확인해봅시다.

두 서브우퍼의 Peak 응답을 Frequency vs SPL 그래프로 나타내보았습니다.
이렇게 보니 최대 출력 성능 차이가 확연히 드러납니다.


그런데 이런 두 서브우퍼의 주파수 응답을 측정하고 스펙을 결정한다고 할 때 말입니다…

1번 서브우퍼의 경우 만약 제조사에서 80dB SPL 을 기준으로 세팅한다면 20Hz 까지는 충분히 낼 수 있고, 이것이 성능 데이터로 활용될 수 있습니다.

그리고 2번 서브우퍼의 경우 엄격한 출력 기준을 적용해 100dB SPL로 측정한다면 30Hz 정도까지만 제대로 된 출력이 나오겠네요…

이렇듯 우리가 스피커의 평가기준 중 하나로 삼는 주파수 응답을 기준으로 하한 주파수를 파악하는 것은, 적어도 서브우퍼의 평가 기준으로는 적합하지 않습니다.
스피커는 100dB SPL 실내에서 이상의 레벨을 출력할 일이 아주 드물지만, 인간의 청감 특성은 저음에 훨씬 둔감하기 때문에 서브우퍼는 스피커보다 훨씬 큰 출력을 내어줄 수 있어야 하기 때문입니다.
(그래서 서브우퍼 측정 표준 CTA-2010-B 에서는 스피커의 측정 표준인 CTA-2034 와 크로스오버, 레벨 매칭을 권장하는 챕터가 있는데요, 이 챕터에선 서브우퍼의 출력을 메인 스피커보다 최소 10dB 이상 여유를 둘 것을 권장하고 있습니다.)

즉, 결론적으로 서브우퍼는 큰 출력을 기준으로 성능을 평가하는 것이 합리적입니다.

그리고 큰 출력의 관점으로 볼 때 가장 중요해지는건 진동판의 면적입니다.
정확한 표현은 아니지만, 직관적으로 간단히 생각해보아도 동일한 거리(변위)로 공기를 밀어낸다고 할 때 면적이 클수록 많은 양을 밀어낼 수 있다는 것은 어렵지 않게 이해할 수 있습니다.

그래서..
“만약 진동판의 면적이 절대적이라면, 여건이 되는 한 무조건 큰 서브우퍼를 사면 되지 않나요?”

라는 질문이 충분히 가능해지는 시점입니다.

실제로 그렇다고만 한다면 우리는 이렇게 표준까지 공부해가며 서브우퍼의 성능을 살펴볼 필요가 없겠습니다.
하지만 안타깝게도 현실은 그렇지 않습니다.

그렇다면 또 어떤 요소가 영향을 미칠까요?

스피커의 저역에는 크게 두 가지 힘이 관여합니다.
첫 번째, 영구자석과 보이스코일로 이뤄진 모터의 힘입니다. 스피커 힘의 원천이죠.(왼쪽)
두 번째, 스피커를 이루고 있는 서스펜션 파트의 복원력입니다.(오른쪽)

그런데 여기서 중요한 것은, 스피커를 움직이는 이 두 가지 힘이 ‘변위’에 따라서 달라진다는 것입니다.
즉, 멈춰있을 때의 성능과.. 작게 움직일 때, 크게 움직일 때 성능이 실시간으로 변한다는 겁니다.
위 그래프를 차분히 살펴보시면 X축 단위가 mm(변위), Y축 단위가 힘 인 것을 확인할 수 있습니다.

깊게 들어가면 정말 복잡해지니 이 파트는 간단하게 결론을 짓겠습니다.

결과적으로 크게 움직일 때도 성능을 유지해주어야만 실제로 강력한 퍼포먼스를 낼 수 있게 되고
이는 비용이 듭니다.(현실..)

그러니 면적이 작아도 드라이버의 성능이 압도적으로 뛰어나면, 면적이 크면서 성능이 약한 서브우퍼보다 훨씬 강력한 성능을 내는 것이 가능하다는 것입니다.
따라서 이쯤에서 우리는 외형만을 보고서 성능을 판단하는 것이 불가능해졌다는 것을 다시 상기하게 되었습니다.

CEA-2010 공부.. 해야겠죠? 🙂 갑시다!

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CEA-2010 역사

서브우퍼 성능 측정 표준인 CEA-2010은 2006년에 처음 발표되었습니다.
그리고 2012년에 A 버젼으로 리비젼이 되었으며, 연이어 2년만에 B 버젼으로 리비젼되어 현재까지 이어지고 있습니다.

각 버젼에 대한 설명을 이어나가기 전에, 개인적으로 이 표준의 발전에 기여한 두 인물을 추려보았습니다.

Tom Nousaine
CEA-2010 표준이 세상에 나타나기 전, 이러한 형태의 측정을 처음으로 고안하고 세상에 알린 아주 위대한 인물입니다.
Sound&Vision 의 오디오 저널리스트였던 그는 스피커 중에서도 특히 서브우퍼에 엄청난 관심을 가졌던 일명 서브우퍼 광인이었습니다.

Tom은 당시 본인이 함께 주관했던 서브우퍼 블라인드 테스트를 통해 제조사 제공 데이터와 실제 성능간 상당한 괴리가 있다는 것을 알게 되고, 어떻게 하면 서브우퍼를 객관적으로 측정해서 성능을 비교할 수 있는지 고민하게 됩니다.

그 고민의 결과로 1990년대 후기부터 본격적인 서브우퍼 성능 리뷰를 작성하기 시작했는데, 방법은 이러했습니다.

– 반사음이 없는 야외 공간에서 서브우퍼와 마이크간 2m 거리를 확보하고 그라운드 플레인 방식으로 측정합니다.
– 20Hz 부터 63Hz 까지 1/3 옥타브 간격으로 중심 주파수를 설정하고 각 주파수별로 독립된 측정을 실시했습니다.
– 서브우퍼의 출력을 높여가며 마이크에 측정된 THD(총고조파 왜곡)가 10%되는 지점까지를 해당 중심 주파수에 대한 이 서브우퍼의 최대 출력 성능으로 간주했고 이를 표로 정리해 성능 지표를 완성했습니다.

이 방식은 지금 생각해봐도 정말 탁월했습니다.
Tom이 서브우퍼의 최대 출력 기준을 THD 10%로 설정한 것은 아마도 1984년 AES 학술지에 발표된 Richard Small 박사님의 논문 “Loudspeaker Large-Signal Limitations” 과 AES2-1984 표준을 근거로 삼은 것으로 추정됩니다.(제 추측입니다.)

Tom은 무엇보다도 오디오 장비가 ‘실제 조건’에서 어떻게 작동하는지에 가장 큰 관심을 뒀습니다.
특히 음악 및 영화 사운드트랙을 재생하는 실용적인 방법에 중점을 뒀는데, 서브우퍼 주 사용 대역에서 음악과 영화의 컨텐츠가 어떤 특성을 갖고 있는지 고려했을 때 결과적으로 순간적으로 짧고 폭발적인 사운드의 재생이 가장 중요할 것이라고 생각하게 됩니다.

그렇기 때문에 Burst tone_{^{(아래에서 계속)}} 을 사용했습니다.

Don Keele
위대한 오디오 엔지니어인 Don Keele 박사님은 서브우퍼의 측정 표준과 그 발전에도 막대한 영향을 끼친 분입니다.
특히 서브우퍼 관련해서는 왜곡에 대한 인간의 가청 역치 연구와 함께, CEA-2010 측정을 루틴화 한 프로그램을 제작해 무료로 배포하셨습니다.
이 루틴은 Igor pro 라는 플랫폼에서만 동작하기 때문에 완전한 무료라고 보기는 어렵지만,
2024년 현재 학생 라이센스 기준으로 1년 75달러라는 아주 착한 가격이기 때문에.. 타 표준 측정에 비해선 접근성이 상당히 좋습니다.

이 자동화 루틴의 개발과 무료 배포는 복잡하고 번거로운 측정 방식의 벽을 허물어 CEA-2010 이 세상에 널리 퍼지는 데 아주 크게 기여했습니다.

주요 리뷰어

측정 표준이 널리 알려지고 실제로 사용되기 위해선 개척자들이 필요합니다.
아래는 마찬가지로 CEA-2010 의 발전에 기여한 리뷰어들을 소개합니다.

Brent Butterworth
Wirecutter(뉴욕타임스) 저널리스트입니다.
97대의 서브우퍼를 측정했습니다.

James Larson
Audioholics 저널리스트입니다.
37대의 서브우퍼를 측정했습니다.

Ilkka Rissanen
Genelec 시니어 엔지니어입니다.
34대의 서브우퍼를 측정했습니다.

Erin Hardison
Erin’s Audio Corner 라는 독자적인 오디오 리뷰 사이트를 운영하는 리뷰어입니다.
25대의 서브우퍼를 측정했습니다.

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이제 본격적으로 CEA-2010 을 파헤쳐봅시다.

리비젼 역사입니다.

2006 – 2012(A)

최소 1m였던 권장 측정 수행 거리를 3m로 변경했습니다.
2006년 초기 버젼에서는 최소 측정 권장거리가 1m 였습니다.
하지만 포트, 패시브 라디에이터 등 다양한 방식의 서브우퍼를 고려했을 때 각 구성요소의 응답이 온전히 합산되기엔 1m라는 거리가 너무 짧았기에 3m 로 거리를 확장한 것입니다.

하지만 이 부분은 아직까지도 대부분의 측정에서 지켜지지 않고 있습니다.
왜냐구요?

표준이 등장하기 한참전부터 측정을 했던 Tom Nousaine 이 2m를 사용했고.. 이후 많은 리뷰어들이 동일 조건에서 데이터를 비교하기위해 측정 거리를 2m로 고수하면서, 결국 Tom의 세팅이 관행이 되어 지금까지 이어져오고 있기 때문입니다.


20Hz를 측정할 수 없는 경우, 임의 기재 할 수 있도록 변경되었습니다.
서브우퍼의 성능과 측정 환경의 배경 소음 수준(바람 포함)에 따라 20Hz라는 극저음은 온전히 측정하기 어려울 수 있습니다.
그래서 이 경우 중심주파수 25Hz 의 기록값으로부터 -18dB 를 적용한 값으로 20Hz 값을 임의 기재할 수 있도록 변경되었습니다.

이 부분에 대해서는 아래의 CEA-2010 Rating 파트에서 그 필요성을 이해하실 수 있게되니, 걱정마셔요!

2012(A) – 2014(B)

두 번째 리비젼입니다.

패시브 서브우퍼 항목이 추가되었습니다.
패시브 서브우퍼의 임피던스 측정과 사양 별 앰프 매칭에 대한 권장 챕터가 추가되었습니다.


Continuous SPL 측정 항목이 추가되었습니다.
2012 버젼까지는 한 주파수에서의 순간적인 피크 레벨만으로 서브우퍼를 평가했습니다.
그리고 이 방식은 제조사와 소비자 모두로부터 순간적인 출력만을 지나치게 강조하는 풍토를 만들어냈습니다.
그러나 장시간 사용 조건과 함께 실제 사용 환경을 고려하여 성능 평가 기준을 보완할 수 있는 장치가 필요했고, 그것이 바로 이 Continuous SPL 입니다.
이 항목은 CEA-2010 의 주요 평가 항목은 아니며, 어디까지나 하나의 보완책임을 알고 넘어가주시면 좋겠습니다.


측정 주파수가 확장되었습니다.
기존 표준에서는 63Hz 까지만 측정했습니다.
하지만 실제 사용환경에서는 상황에 따라 크로스오버 지점을 훨씬 높게 세팅해야만 하는 경우도 있고, 120Hz 까지는 온전한 출력을 보장해야 하는 LFE(Low Frequency Effects) 채널 전용으로 서브우퍼를 사용하는 상황도 있습니다.
따라서 63Hz 까지만 성능을 측정하는 2010-A 는 실 사용환경과 괴리가 있었습니다.


Max SPL:Peak 테스트의 HD+N 임계값이 변경되었습니다.
CEA-2010 표준의 메인 테스트 항목인 Peak 테스트에선 HD+N, 고조파 왜곡과 함께 노이즈의 총합을 두고 특정 임계값을 지정합니다.
그리고 고조파 왜곡이나 노이즈 둘 중 어느 하나라도 그 임계값에 도달하면 그 출력을 한계성능으로 봅니다.
B 버젼에선 이 임계값이 변경되었고, 이 부분은 상당히 중요하기 때문에 아래에서 조금 더 깊게 다루겠습니다.


구간별 평균 SPL 항목이 삭제되었습니다.
CEA-2010(A) 까지는 저음을 극저음과 저음 두 구간으로 두고 각 구간 최대 출력 평균을 구하여 점수화 했습니다.
그러나 이 항목이 삭제되며 점수 체계가 완전히 변했습니다. 또한 아래에서 알아봅시다!


Crossover Category 등급을 사용합니다.
이것은 실용적으로 크게 중요한 부분은 아닙니다.
CEA-2010는 스피커 평가 표준인 CEA-2034와 사촌관계라고 볼 수 있습니다.
그리고 이 두 표준의 최신버젼에서는 스피커와 서브우퍼의 각 상/하한 주파수를 정하고 실제 사용 환경에서 해당 스피커와 서브우퍼가 서로 크로스오버가 가능한 제품인지 카테고리를 정해 이를 표현합니다.

상세 등급은
W : 80Hz | X : 100Hz | Y : 120Hz | Z : 150Hz 이며
스피커와 서브우퍼가 서로 동일한 크로스오버 카테고리를 충족한다면, 둘은 붙여서 사용할 수 있는 것으로 간주합니다.
예를들어 여러분이 50Hz까지 충분히 재생 가능한 스피커를 갖고 있다면, 해당 스피커는 WXYZ 등급을 모두 충족하며, 어떠한 서브우퍼와도 매칭이 가능하다는 이야기입니다.
반대로 여러분이 120Hz 까지만 재생가능한 스피커를 갖고 있다면, 해당 스피커는 YZ 등급만 충족하므로, 최소한 WXY 등급을 충족하는 서브우퍼를 사용해야함을 알 수 있습니다.

크로스오버 카테고리에 대해서는 여기까지만 설명하고 이후에 언급하지 않겠습니다.
요즘은 특수한 환경이 아니라면 시중 구할 수 있는 스피커와 서브우퍼 모두 WXYZ 를 충분히 충족하는 제품이 대부분이기 때문입니다.

그럼에도 불구하고 2013, 2014년에 나온 이 최신 표준에서 이를 사용하는 이유가 궁금하시..죠?

가장 큰 이유는 최대출력 때문입니다.
앞서 말씀드린 특수한 환경은 대표적으로 대형 홈시어터를 꼽을 수 있습니다.
메인 스피커와 서라운드 등을 예로, 이들의 주파수 하한 대역폭을 일정 부분 포기하면 그 윗대역에선 충분히 더 큰 출력을 내어줄 수 있게 설계할 수 있기 때문에 홈시어터 전문 제조사들은 주파수 하한 대역폭을 어느정도 포기하고 주 사용 대역에서의 최대 출력에 집중합니다.
이런 제품을 사용해서 크고 깨끗한 음향 환경을 구축하고자 하는 사용자에게는 여전히 유용한 등급제도입니다.

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테스트 조건

아래는 CEA-2010-B 의 측정 환경 조건입니다.

– 모든 테스트는 무반향실 또는 이에 준하는 환경에서 수행해야합니다. : 현실적으로 야외에서 측정합니다.
– 온습도 22°C(± 5°C), 30~80% 이내의 환경에서 수행해야합니다.
– 테스트 장비는 선형 범위 내에서 작동해야 합니다. : 장비 자체 비선형 왜곡이 측정에 영향을 미쳐서는 안 됩니다.
– 테스트 장비는 모두 캘리브레이션 된 상태여야 합니다. : 측정 장비의 크기/주파수 응답 편차가 0.5dB 이내여야 합니다.
– 서브우퍼에 필터 기능이 존재할 경우 최대한 넓은 대역폭을 사용할 수 있도록 조정해야합니다. : LPF, 크로스오버 필터 등을 최대값으로 열어주어야합니다.

측정 방법

Max Usable SPL : Continuous
A 버젼과 B 버젼의 가장 큰 차이 중 하나인 Continuous 측정입니다.
이 측정은 다시 강조드리지만 2010-B 의 메인 측정은 아니며, 보조적 장치인데요.
궁금하셔도 조금만 참아주세요!

측정은 아래 순서로 진행됩니다.

– Pink noise_{^{(Crest factor 12dB)}}를 사용해야합니다.
– 테스트 신호의 전압이(서브우퍼 유닛에 가해지는) 1V_rms가 되도록 레벨을 조정하고, 주파수 응답을 기록합니다.
– 이후 측정 전압을 3dB 씩 높여가며 각 출력당 최소 1분 이상 연속 측정합니다.
– 주파수 응답의 변화량이(1V_rms 기준 노멀라이징) 1dB 에 도달할 때까지 이 과정을 반복하며, 도달하면 테스트가 종료되며 Max SPL_MUCO이 결정됩니다.

Max Usable SPL : Peak
CEA-2010 메인 측정이죠. 피크 레벨을 측정합니다.

– 입력 신호는 6.5 주기의 사인파로 이루어진 Burst tone 을 사용합니다.
– 기록되는 출력 SPL은 프리필드에서의 1m 를 기준으로 환산해야합니다.
– 신호의 레벨을 높여가며 측정하고 HD+N 값이 사전에 설정된 임계값을 초과하면 다음 주파수로 넘어갑니다.
– HD+N 이 임계값을 초과하지 않지만 출력이 압축하기 시작하면 그 값을 PeaK SPL로 결정합니다.

3번 4번은 이후 실제 데이터를 살펴보며 다시 설명드리겠습니다.

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Burst tone

피크 레벨 측정에서 6.5 주기의 Burst tone 이라는 용어가 등장합니다.

정확하게는 위 이미지처럼 6.5 주기(사인파가 6.5번 반복)로 이뤄진 사인파에 Hann Window Filter 를 입힌 톤을 사용합니다.

저도 이것을 겨우 이해하고 있기 때문에 여러분께 쉽게 설명드릴 수 없어, 아쉽게도 넘어가도록 하겠습니다.(FFT)
그리고 FFT 와 별개로 서브우퍼의 동적 특성을 고려했을 때 정지 상태에서 서서히 변화시키는 편이, 보다 정확한 중심 주파수 측정을 가능하게합니다.

결과적으로 위와 같은 신호가 사용되어 측정됩니다.
붉은색과 초록색은 주파수가 2배 차이나는 신호인데요, 주기는 고정되어있고 주파수만 올라가기 때문에 결과적으로 신호의 길이(시간)가 짧아지게 됩니다.

이렇게 각 중심 주파수를 설정하고

하나의 중심 주파수에 대해서 위처럼 점점 진폭을 키워가며 측정을 진행하게 됩니다.

32 Hz 를 예제로 들어봅시다.
저기 보이는 붉은색의 작은 직선들이 HD+N 의 임계점입니다.
현재의 출력 레벨에서는 어떤 성분도 임계점에 도달하지 않았기 때문에, 측정 전압(진폭)을 더 높여 측정을 재개하겠습니다.

측정 신호의 레벨을 더 키웠더니 어느 순간 약 3차 배음에 해당하는 곳에서 HD+N 임계점에 도달했습니다.
이것이 서브우퍼 유닛의 구동 특성에 의한 왜곡일 수도 있고, 스피커 완제품의 어떠한 노이즈일 수도 있지만 결과적으로 저 임계점을 건드렸는지 여부가 중요합니다.

임계점에 도달한 출력값이 있다면 해당 출력에서는 측정이 실패한 것이고, 임계점에 도달하기 직전의 출력값이 해당 주파수에서의 최대 피크 출력으로 결정됩니다.


그리고 이렇게 하여.. 각 주파수당 최대 피크 출력을 기록하고 표로 정리해 나타내면

위와 같은 CEA-2010 테이블이 완성됩니다.

그러니까 결론적으로 CEA-2010 테이블 상 서브우퍼 성능에 지배적인 영향을 미치는 기준은 HD+N 임계값인 셈이죠.

이 임계값을 좀 더 알아봅시다.

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HD+N : CEA-2010

A 와 B 버젼의 임계값 차이를 한 눈에 확인할 수 있습니다.

여기서 A 버젼의 한계가 바로 드러는데요,
문제는 모든 중심 주파수에 대해서 동일한 기준을 적용했다는 것입니다.

서브우퍼가 저음을 만들어내는 방식과 그 왜곡에 대해서는 서브우퍼 자체의 구조적인 특성과 청취 공간, 게다가 그것을 감상하는 청취자의 특성까지 고려를 해야 정확한 평가가 가능해집니다.
물론 이 모든 것을 완벽하게 고려하는 것은 불가능하지요.

하지만 그렇다고 하더라도 모든 주파수에 대해서 동일한 기준을 적용하는 것은 여러면에서 한계가 뚜렷했고, 이를 보완하기 위해서 등장한 것이 B 버젼입니다.

측정과 평가 기준의 변화는 제조사부터 소비자까지 모두를 혼란에 빠뜨릴 수 있습니다.
그런 리스크를 감안하고도 2년이라는 짧은 세월만에 표준이 바뀐 이유가 있지 않을까요?

이제 그 이유를 알아봅시다.

두 개의 참고할만한 연구가 있습니다.

먼저 Louis Fielder 와 Eric Benjamin 의 연구입니다. (1988, AES)

이는 Dolby Labs의 지원을 받아 실시되었으며, 음악의 저주파를 ‘가청 품질’의 저하 없이 재생할 수 있는 서브우퍼 사양에 관한 연구였습니다.

주요 내용은 인간의 청력 한계와 진폭 및 위상 편차의 가청도 연구와
비선형 왜곡(대표적으로 고조파 왜곡)의 가청도를 연구했습니다.

특히 저주파수에서의 마스킹 현상(두 개 이상의 주파수가 동시에 재생될 때 서로에 의해 청감상 가려지는 현상)을 이용해 기음 주파수와 배음 주파수 왜곡의 가청 임계값을 연구했습니다.


이 테이블을 그래프로 옮겨보겠습니다.

테이블과 그래프를 함께 확인해보며 어렴풋이 짐작 가능한 사실 중 하나는..

“저주파수에선 고조파 왜곡에 대해서 비교적 둔감해진다.” 라는 것입니다.


다른 연구를 하나만 더 참고하며 이야기를 이어나가겠습니다.



앞서 초반에 언급했던 Don Keele의 비슷한 연구입니다.

이 연구에선 고음과 저음의 마스킹을 보다 극단적으로 비교했습니다.

2차 하모닉 왜곡을 중심으로 본다면 1kHz는 약 2.0% 부터 인지하며 50Hz에서는 25%나 되어야 인지한다는 것입니다.

엄청 흥미롭지 않나요?

그리고 지금까지 우리가 놓친 것이 있습니다.

오디오, 음향 애호가들 중 일부는 고역에 비해 저역이 하모닉 왜곡에 대한 가청 임계가 관용적이라는 것을 이미 알고 있습니다.
하지만 위 두 연구를 교차 분석해서 알 수 있는 또 하나의 재미있는 사실은, 마스킹 현상에 근거한 왜곡의 가청 임계값이 “출력 레벨에 따라 다르다.” 라는 것입니다.

흔히, 80Hz 이하에선 ~% 까지는 괜찮아~ 라며 떠돌던 이야기는 ‘출력’을 고려하지 않았습니다.
하지만 실험 결과 왜곡에 대한 인간의 가청 임계값은 주파수와 크기 별 모두 상이했습니다.

설령 두 연구간 실험 환경이 달랐다고 하더라도, 첫 번째 연구에서는 동일 환경에서 출력만 달라졌기 때문에 이 차이는 유의미하다고 볼 수 있습니다.


이 어렵고 복잡한 현상 속에서 우리가 하나 남기고 가야 할 결론입니다.

“인간은 저주파수에서 왜곡에 대해 둔감합니다.”

그래서 앞선 A 와 B 의 임계값 비교로 돌아가보면
주파수별 차이를 두지 않고 획일적인 기준을 적용한 A 에서 B 로의 변화가 합리적이라는 것을 확인할 수 있습니다.

B 버젼은 주파수 범위를 크게 세 구간으로 나눕니다.
Band 1 은 20 – 32 Hz 로, 완전히 극저음 구간.
Band 2 는 40 – 63 Hz 로, 기존 표준에서의 저음 구간.
Band 3 는 80 – 160 Hz 로, 서브우퍼 치고는 꽤 높은 주파수 구간을 의미하며

극저음 구간에선 기준이 관용적으로 변했고, 고음으로 갈수록 기존 표준에 비해 기준이 훨씬 까다로워졌습니다.
특히 극저음 구간에서 기준이 지나치게 까다롭다면, 왜곡이 제법 있지만 가청 임계값에는 못 미치는 충분한 성능을 내어주는 제품들이 저평가 될 가능성이 있습니다.
결국 소비자협회의 표준이기 때문에 소비자의 권익 증진에 보탬이 되는 방향으로 개선되었다고 생각할 수 있습니다.


그래서 결과적으로 CTA-2010-B 에서는 주파수 범위에 따라 가변적인 왜곡 임계점을 사용하며
이를 클리펠 시스템을 기준으로 시각적으로 나타내면 이렇습니다.

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CEA-2010 Rating | Max SPL:Peak

Max SPL:Peak 측정을 통해 얻어낸 데이터들로 서브우퍼간 성능을 표준화하고 일명 ‘줄세우기’ 하는 방법론에 대한 파트입니다.

CEA-2010-A 까지는 서브우퍼의 주 사용 대역을 극저음과 저음 두 구간으로 나누고 각 구간별 평균을 통해 점수를 타나냈습니다.


간단한 예시와 함께 직접 확인해보겠습니다.

위 예시와 같이 20 – 31.5 Hz 의 극저음 구간과 40 – 63Hz 구간의 저음 구간의 평균을 각각 78, 94dB SPL로 나타내어 CEA-2010 Rating 을 구했습니다.

그리고 이때 아주 중요한 개념이 필요한데요, 바로 ‘평균’ 입니다.

오디오와 음향에서 빼먹을 수 없는 SPL(Sound Pressure Level)은 ‘물리량’이 아닌, ‘감각량’입니다.
철저하게 인간 중심적으로 환산된 값임을 명심해야합니다.

SPL을 간단하게 식으로 나타내면 이렇습니다.

식에서 2 X 10^-5 가 바로 기준 주파수 1kHz 에서 인간의 감각 역치에 해당하는 값인데요,
말이 어려워졌습니다만..

쉽게 말해 1kHz 를 기준으로 인간은 2 X 10^-5 N/m2 의 압력부터 느낄 수 있다는 이야기입니다.

이를 분모로 갖고 있고 분자의 P는 대상 소리의 압력 실효치이니.. 결국 SPL은 인간이 느낄 수 있는 감각을 기반으로 계산한 값임을 우리가 알 수 있습니다.
이것에 베버의 법칙(Webber-Fechner’s law)을 근거로 로그를 취하면 실제 ‘물리량’인 압력으로부터 SPL을 환산해낼 수 있습니다.

다시 이야기를 단순화하겠습니다.

결론적으로, 서브우퍼의 성능을 표준화하는데에는 인간의 감각량이 아닌 실제 압력(물리량)이 사용된다는 이야기입니다.


이는 표준에 명시되어 있는 사항이며, MaxSPL의 평균을 구할 때 꼭 압력으로 환산 후 평균 계산, 이후 다시 SPL로 환산해주는 과정을 거쳐야만합니다.

물론 이 글을 읽고 계신 여러분은 CEA-2010 데이터를 직접 가공하실 일이 없지만, 혹여나 CEA-2010 Rating, 2010-B Rating 데이터와 여러분이 알고 계신 다른 서브우퍼의 성능 테이블을 비교하실 때 이런 실수가 없어야 정확한 비교를 하실 수 있기 때문에, 강의에 포함하게 되었습니다.

그리고 이것을 계산하는데 있어 20Hz의 측정값이 필수적이기 때문에, 앞서 A 버젼으로의 리비젼을 설명 드릴 때 “20Hz 를 측정할 수 없는 경우 25Hz 기록값에서 -18dB 를 계산한 값을 임의 기재하도록 변경” 이라는 항목이 생긴 것입니다.

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측정 신호 및 프로그램 세팅

제가 실제로 측정했던 서브우퍼들과 당시 세팅 다이어그램입니다.

Klippel Distortion Analyzer 2 와 Earthworks M30 마이크로폰을 이용해서 2m 거리의 그라운드 플레인 측정을 실시했습니다.
표준 거리를 준수했어야 하지만, 저 또한 Tom Nousaine의 관행으로 이미 굳어져버린 2m의 벽을 넘지 못 했습니다.

다른 리뷰어들과의 데이터 비교가 수월해야 하기 때문입니다.

그리고 챕터와는 살짝 거리가 있는 주제이지만 CEA-2010 의 가장 큰 장점 중 한 가지는,
측정 환경과 세팅만 준수된다면 측정된 데이터들 간 호환성이 상당히 높다는 것입니다.
각 장비가 올바르게 캘리브레이션 되었다는 전제하에 오차율이 무시할 수 있을 정도로 낮기 때문에 각 측정 데이터간 꽤 유의미한 상대 비교가 가능해집니다.



이제 제가 측정에서 사용했던 클리펠 세팅 화면을 주요 세팅값을 중심으로 재구성해서 설명드리겠습니다.

Measurement Setup – Routing
신호 연결 시 사용할 채널을 선택합니다.

Measurement Setup – IN1
사용할 센서(마이크로폰)의 종류와 감도, 측정 거리와 환경을 설정합니다.

Stimulus
측정에 사용할 자극 신호에 대한 설정입니다.
시작 전압과 종료 전압을 설정합니다. 저는 각 측정간 전압 간격을 1dB 로 설정했습니다.

Neglect Threshold Below 항목은 예시 그림 없이 이해하기는 어렵습니다.
아래에 바로 설명드리겠습니다.

그 외 측정 주파수와 Burst tone의 주기, 스무딩 대역폭 등은 표준에 명기된 사항을 그대로 따라가는 것이 필수적이기 때문에 별도로 건들지 않았습니다.


이제 이렇게 해서 얻어진 실제 데이터를 보며 이어나갑시다.

숫자가 너무 작아서 잘 보이지 않으실 수도 있는데요, 각 정확한 수치가 크게 중요하진 않습니다.
전체적인 흐름을 이해하는 것이 중요합니다.

우선 가장 왼쪽의 20Hz의 경우 0.1 V 입력에서 약 93dB SPL을 기록하며 측정이 통과되었습니다(Pass).
그러나 그 다음부터 바로 주황색으로 표시되네요.

이것이 앞서 설명드렸던 HD+N 임계값에 도달한 값이 되겠습니다.

그리고 우리가 여지껏 이해하기로는 바로 다음 주파수 측정으로 넘어가야합니다.
하지만 극저음에서 출력 레벨이 지나치게 작을 경우 주변 배경소음에 의해 HD+N 임계점이 바로 나타날 수 있습니다.

따라서 이 경우 측정 프로그램에게 “아직 진짜 한계에 도달하진 않았을 수도 있어, 조금 더 키워봐!” 하고 명령을 내리는 기준 값이 바로 Neglect Threshold Below 입니다.

측정 프로그램은 이 NTB 값 이하 측정에서는 Pass, Fail 여부와 상관없이 측정 전압을 계속 올려나갑니다.
그러다 NTB값에 도달한 이후 또다시 HD+N 임계값에 도달한다면 그제서야 해당 중심 주파수 측정을 멈추고 다음 주파수 측정으로 넘어가게 되는 것입니다.

측정 환경이 99.9% 야외인 것을 감안해서 나온 보완 기능이라고 생각할 수 있습니다.



그리고 이제, 얻어낸 최종 측정 결과가 어떻게 가공되는지 알아봅시다.

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측정 결과 표기 : Max Usable SPL : Peak

가공 전 데이터입니다.

각 출력/주파수 별 측정된 SPL 값이 기록되어 있습니다.

여태 배운 것에 근거하여 주파수별 Max SPL 값을 찾아보면 위처럼 붉은색의 Fail 이 나타나기 직전의 기록값이 이 서브우퍼의 성능이 될 것입니다.
^{(25Hz 이하의 저출력 데이터는 임의로 잘라냈습니다.)}

여기까지는 우리가 납득할 수 있습니다..
그런데 좀 이상한 것이 보이죠?

바로 이 구간인데요, 입력되는 전압은 계속해서 증가하지만 최종 출력된 SPL이 거의 멈춰있습니다.
50Hz는 116dB 에서, 63Hz는 117dB 에서 더이상 증가하지 않습니다.
근데 그렇다고 해서 붉은색이 뜨지도 않습니다.

이런 것이 바로 초반 표준 설명에서 말씀드렸던 ‘압축’ 이 되겠습니다.

만약 스피커 드라이버의 구동부의 한계에 의해 이러한 압축 현상이 발생했다면, 당연히 홀수차 하모닉의 지배적인 왜곡으로 인해 진작 붉은색의 Fail 이 나타났어야 합니다.
^{(이 이유에 대해 설명드리기 시작하면 주제를 지나치게 벗어나므로 생략하겠습니다.)}

그런데 나타나지 않았지요.
왜 Fail이 뜨지 않았는지에 대해서 정확한 원인은 알 방법이 없습니다.
왜냐하면 이 측정 도구(CEA-2010)는 개발이나 원인 분석용이 아닌, 철저히 평가용 도구이기 때문입니다.

그렇지만 이런 경우는 보통 제조사들이 완제품의 보호를 위해 앰프단에서 리미터를 걸어뒀을 가능성이 가장 높습니다.
아이러니 하게도, 성능의 적당한 제한은 소비자의 무리한 사용으로부터 제품을 지키고 A/S 비용을 줄일 수 있는 합리적인 Win-Win 전략 중 하나입니다.


그리고 표준은 우리에게 이런 현상이 일어날 경우 더이상 오르지 않는 SPL값을 이 제품의 Peak SPL 로 기재하라고 정하고 있습니다.
^{(그리고 이 또한 Tom Nousaine의 관행입니다.. 그는 대체..!)}


이제 이렇게 해서 얻어낸 최종 데이터를 한 번 슥 살펴봅시다!

여러분이 여태까지 CEA-2010 측정 방식과 데이터 가공에 대해 잘 따라오셨다면, 위 데이터를 어느 정도 독자적으로 해석하시는 데 무리가 없을 것이라 생각합니다.

또 재미있는 사례를 한 가지 보겠습니다.

이 스피커는 해당 측정에서 이유가 무엇이든 20Hz를 측정하는데 실패했네요!
그런데 우리는 당황할 필요가 없습니다.
앞서 표준에서 알려줬지요.
20Hz 의 측정 데이터를 얻을 수 없는 경우, 25Hz 의 기록값에서 -18dB 를 적용한 값을 임의 기재!

그렇게 해서 위 예시처럼 비어있는 데이터를 채워넣어도 전혀 무리가 없습니다.

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CTA-2010-B Rating : Max SPL 계산

드디어 Max SPL Rating 계산 파트까지 왔습니다.

CEA-2010-A 에서 CTA-2010-B 로의 변화 중 한 가지가 바로 이 Continuous SPL 파트였습니다.
^{(이름이 CEA에서 CTA로 변한 것은 협회의 정식 명칭이 변경되었기 때문입니다. 그리고 둘 중 어떤 것을 사용하더라도 의사소통에 문제가 없습니다.)}

제가 임의로 그래프를 그려 보았습니다.
위 파란색 직선은 피크 측정의 평균 SPL이며, 붉은색 직선은 Pink noise 로 측정된 Continuous SPL의 평균 SPL이 됩니다.
(이때 평균은 40Hz ~ 80Hz 구간을 사용합니다.)

CTA-2010-B 의 Rating 시스템이 A에 비해 혁신적인 부분이 바로 이것입니다.
1분 이상의 연속측정 값을 보완책으로 사용하여 지나치게 Peak 위주로 제품이 평가되는 것에 의한 부작용을 막기 위한 장치가 아닌가 생각해봅니다.

이어가보겠습니다.

아무튼 이 Peak 측정을 통해 얻어낸 평균값과 연속 측정을 통해 얻어낸 평균값을 구해보면, 당연히 순간적인 출력으로 측정한 Peak 측정 값이 크게 나타납니다.

그리고 그 피크 평균과 연속 평균의 차를 구했을 때 9dB 이상 차이가 나면 피크 성능이 다소 과장된 것으로 보고 연속 측정 평균값을 Max SPL 점수로 간주합니다.

또 반대로, 그 차가 9dB 미만이라면 Peak SPL 평균 값에서 -9dB 를 계산한 값을 최종 Max SPL로 계산합니다.

말로만 하니 어렵습니다. 예시를 봅시다!

만약 어느 서브우퍼의 Peak 평균이 105dB SPL, 연속 평균이 94dB SPL 이라면 두 값의 차는 11dB 가 됩니다.
이 경우 연속 평균에 비해 Peak 출력이 과대 평가된 것으로 간주하고 연속 평균인 94dB SPL을 최종 점수로 나타냅니다.

다른 케이스를 한 번만 더 살펴봅시다.

이 서브우퍼의 경우 1번 서브우퍼와 동일하게 Peak 평균은 105dB SPL입니다.
그런데 연속 평균은 99dB SPL로 Peak 평균과 연속 평균의 차가 6dB 밖에 되지 않습니다.

그렇다면 이 경우엔 Peak 평균에서 -9dB 를 적용한 값인 96dB SPL을 최종 점수로 나타내게 됩니다.
결과적으로 Peak SPL 은 동일했지만 두 서브우퍼의 CTA-2010-B Rating 은 다르게 계산되었습니다.

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측정 표준의 한계 : CTA-2010-B

드디어 끝나갑니다!!(제가 신난 건 아니예요..)

어떤 표준이든 한계는 존재할 수밖에 없습니다.
그러니 저는, 소비자인 우리도 이 한계를 인지하고 생각해야 실제 합리적인 소비의 마무리까지 잘 이어질 수 있다고 생각합니다.

먼저..

서브우퍼의 유형을 고려하지 않은 획일화된 평가 기준
을 예시로 들 수 있겠습니다.

앞서 인간의 가청 왜곡 역치에 대해 연구한 Louis Fielder 와 Eric Benjamin 의 논문에는 또다른 재미있는 내용이 실려있습니다.

이들이 가청 왜곡 역치를 연구한 이유 또한 실용적인 고품질 사용 범위를 연구하기 위해서였을 것입니다.
만약 이론적으로 비선형왜곡이 0에 수렴하는 서브우퍼를 만들 수 있다면 과연 그게 실제 사용에서도 가장 좋은 서브우퍼일까요?
사이즈를 고려하지 않더라도, 비용이 비현실적일수 밖에 없을 것입니다.

마찬가지로 이들은 소비자들이 실제로 즐기는 주요 음원 컨텐츠(음악, 영화)의 저주파수 스펙트럼 분포와 청취 공간을 조사하게 됩니다.
이것과 연관을 지어야만 실제 환경을 고려한 연구가 가능했기 때문입니다.

그리고 그 결과 중 하나가 아래입니다.

이들은 5개의 각각 다른 공간에서 9개의 랜덤 포지션에 서브우퍼를 배치하고 그 공간에서 측정된 응답들을 평균내었습니다.
그랬더니 놀랍게도 저주파수에서 공간에 의한 보상을 받는다는 것을 직접 확인하게됩니다.
공기의 유출이 거의 없는 이상적인 공간에서는 옥타브당 12dB 까지 보상 받는다는 것을 알게됩니다.

그렇다면 이제 본론인 서브우퍼로 들어가서 생각해봅시다.

EQ 보정을 거치지 않은 패시브 상태의 서브우퍼 응답을 보면 밀폐형은 붉은색, 포트형은 푸른색 그래프처럼 나타납니다.
진동판과 서브우퍼의 전체적인 크기까지 고려해야 할 요소가 다양하지만, 나머지는 무시한 채 형태만 보면 이렇다는 얘기입니다.

이들의 가장 큰 차이는 저음 롤오프의 경사라고 볼 수 있습니다.

그런데 말이예요.

앞서 소개한 루이스 필더와 에릭 벤자민의 연구 데이터와 이를 함께 고려하면 어떻게 될 까요?

실내 청취 공간에서는 공간의 체적과 밀폐 정도, 서브우퍼의 배치된 위치에 따라 그 양과 특성이 달라지긴 하지만, 어쨌든 저음이 보상을 받게 됩니다.

그러면 이때 특정 주파수 이하에서는 저음의 경사가 느슨하게 떨어지는 밀폐형 서브우퍼가 공간에 의한 보강을 더 잘 받게 되어 실제 대역폭, 하한 주파수가 더 낮게 떨어질 수도 있게됩니다.(붉은색)

즉 포트형과 밀폐형만 하더라도 두 디자인의 장단점을 고려하지 않은 채 그저 최대 출력만을 보기엔 무리가 있다고 판단할 수 있습니다.

물론, 표준이 이런 것까지 고려해주길 기대하는 것은 다소 무리가 있습니다.
그러므로 소비자인 우리가 표준의 측정 방식과 데이터의 한계를 잘 이해하여 나의 용도와 환경에 맞는 제품을 선택할 수 있어야 한다는 이야기입니다.

다음은
HD+N Threshold 의 맹점 입니다.
특정 임계값을 두어 왜곡과 노이즈를 기준으로 제품의 성능을 평가하겠다는 아이디어는 매우 훌륭합니다.

하지만 이렇게 보면 어떨까요?

이 두 서브우퍼는 25Hz 에서 동일한 Max SPL:Peak 값을 기록했습니다.
만약 Peak Table 만을 보고 성능을 평가한다면 두 제품은 동일한 점수를 받았을 거예요.

그런데 만약 두 제품의 가격이 동일하다면 여러분은 둘 중 어느 제품을 구매하고 싶으세요?

이건 물어보나 마나 당연히 왼 쪽 제품일 것입니다.
그리고 아쉽지만 측정 표준에 각 중심 주파수 통과 출력별 스펙트럼을 공개해야 한다는 항목이 존재하지 않고, 존재한다 하더라도 이러면 데이터의 양이 매우 방대해지기 때문에 현실성이 없습니다.

제가 보이지 않는 적을 앞세워 여러분을 겁주는 것 같지만..
대책이 아예 없는 것은 아닙니다.

되도록 예산에서 비슷하게 훌륭한 제품을 선택 후 구조가 단순하고 무게가 무거운 제품을 선택하는 것이 도움이 됩니다.
마치 약을 파는 듯한 문구이지만..
구조가 단순하면 구동부 외 구성요소에서 예상치 못한 노이즈가 올라올 가능성이 줄어들며,
무게가 무거우면 서브우퍼 스스로의 구동력으로 인한 떨림 노이즈를 듣게될 가능성이 줄어들기 때문입니다.

출력에 대한 지나친 강조 또한 이 표준의 한계라고 볼 수 있습니다.
물론 처음부터 강조했지만, 출력 외에는 서브우퍼의 성능을 정량적, 객관적으로 평가할 마땅한 방법이 없는 것도 사실입니다.
하지만 CTA-2010-B 는 40-80Hz 를 중심으로 최대 출력을 평가하는 점수 체계를 갖고 있기 때문에, 제한된 대역폭으로 최대 출력에 집중한 제품이 고득점을 받을 가능성이 높습니다.
^{(그래서인진 몰라도.. 이 평균 점수를 사용하지 않는 분위기입니다.)}

피크 출력에 대한 지나친 강조를 보완하기 위한 대책으로 Continuous SPL, 연속 측정에 대한 항목이 있음에도 불구하고 사실상 유명무실입니다.
^{(저 또한 사용하지 않았기에 이 부분에 대해선 할 말이 없습니다.)}
이 표준의 존재를 알고 해석법까지 아는 소비자들 조차도 여전히 Peak Value Table을 위주로 평가합니다.

물론, 스피커 드라이버의 구조를 알고 생각해본다면 특히 서브우퍼에서는 Peak SPL 을 잘 내어주지만 다른 문제가 발생할 가능성이 매우 낮기는 합니다.
역시.. 피크 레벨이 높으면서 다른 곳이 부실한 제품을 만드는 것 또한 쉽지 않을 거예요.

다음으로는 낮은 인지도를 꼽을 수 있습니다.
아직도 많은 제조사, 오디오 저널에서 CEA-2010-A 를 더 많이 활용합니다.
그리고 제조사가 표준을 준수해 측정하더라도, 스펙 시트에 직접적으로 활용하거나 공개하지 않습니다.

실제로 2024년 2월 현재 기준으로 유일하게 CTA-2010-B 표준을 사용했음을 공식적으로 밝히고 있는 제조사 Ascendo 자세한 테이블이나 스펙트럼, 연속 측정 데이터를 공개하지는 않습니다.

그리고 이것 또한 중요한 한계 중 하나입니다만..

또 등장하네요! Tom Nousaine…

아직도 여전히 대부분의 리뷰어가 Tom Nousaine 의 관행을 존중?해 2m 측정을 고수하고 있습니다.
물론 이 부분에 대해선 현실적인 한계 또한 존재합니다.(같은 리뷰어로서 변명입니다.)

측정 방식 특성상(야외, 극저음) 프리필드에 가까운 환경을 만들고 동시에 배경소음으로부터 충분히 분리하려면 측정 거리가 멀어질수록 그 난이도가 급격하게 상승합니다.

따라서 여전히 표준의 권고와는 달리, 측정 거리가 2m로 굳혀져 있다는 점을 확실히 알아야겠습니다.

그리고 저는.. 낮은 인지도에 대해서 현황을 조사하다 많이 놀랬습니다.

2024년 2월을 기준으로 세상에 알려진 CEA-2010 서브우퍼 측정 데이터는 총 476개 입니다.
(중복 또는 각 모드별 포함)

참 대단하죠..

그런데 이들 중 CTA-2010-B 는…

총 11대에 불과합니다.
그중 1대는 앞서 언급한 제조사 Ascendo 의 자체 데이터이며(테이블 x)
1 대는 AudioExpress 에서 측정한 KEF KC62 이며..
나머지 9대가 전부 제가 측정해 공유한 것입니다.

졸지에 세상에서 가장 많은 CTA-2010-B 리뷰를 남긴 사람이 되어버렸습니다만..
당장은 A버젼과의 호환이 어렵더라도 앞으로 많은 리뷰어들이 함께 힘써주어 A, B의 병기를 통해 차차 B 버젼으로의 자연스러운 통합이 이뤄지길 소망합니다.

A – B 리비젼이 2014년이고 벌써 10년이 지난 것을 생각해보면.. 여전히 크게 아쉬움이 남는데요, 많은 리뷰어들이 힘써주길 바래봅니다!

드디어 결론이 코앞입니다.

그래서, 좋은 서브우퍼는 어떻게 선택하나요?

참 어려운 주제입니다.
저는 초창기 REW 로 스피커 성능 측정을 시작해 클리펠 장비를 거쳐 이 글을 작성하는 시점을 기준으로..
약 160대의 스피커를 측정했습니다.

해외는 모르겠지만, 국내만 보았을 때 제가 정말 많은 스피커를 직접 경험해보고 측정해봤다고 생각합니다.
그렇지만 아직도 무작정 “좋은 스피커란?” 이라는 질문이 들어왔을 때 답을 내리기가 쉽지 않습니다.

만약 그런 것이 가능했다면 이 세상에 스마트폰보다 까마득하게 먼저 등장한 이 ‘스피커’라는 제품도 이미 시장 지배적인 단일 디자인/설계로 수렴되었을 것입니다.

그러한 이유로..
결론을 내리기 참 쉽지 않은데도 불구하고, 감히 이어나가보겠습니다.

서브우퍼는 스피커에 비해 더욱 더 공간과 배치에 지배적인 영향을 받고 또, ‘지향성’이라는 무자비한 변수가 존재하지 않기 때문에 일부 요소에 대해선 단정 짓는 것이 가능할 것이라 생각합니다.

먼저, “나는 왜 서브우퍼가 필요한가?” 라는 질문에 대한 대답을 완성하셔야합니다.

누구는 서브우퍼의 전통적인 역할을 생각해 영화 및 음악 컨텐츠를 위한 대역폭 확장의 용도로 사용할 수도 있고
누구는 여러 대의 서브우퍼를 사용해 실내 공간에서의 저음 응답 평탄화를 위한 용도로 사용할 수도 있습니다.

또한 누군가는 메인 스피커에 대한 보조적 역할로 사용할 수도 있습니다.
이것은 서브우퍼를 서브우퍼로 생각하기 보다는 메인 스피커의 저역 하단 way 를 하나 더 확장해주는 개념으로 접근합니다. (2way -> 3way)

위 내용들에 얹어서 한 가지 더 생각해 볼 수 있는 것은

스피커와 벽의 상호작용에 의한 ‘딥’의 제어입니다.

이는 주로 크리티컬 니어필드 모니터링 환경을 구축하기 위한 프로 작업자를 위한 가이드로..
스피커는 저음 영역에서 거의 무지향에 가깝습니다.
즉, 정면이 아닌 다른 방향으로도 저음을 방사하는데요.. 이때 가까이 있는 벽에 맞고 반사되어 다시 돌아온 소리와 스피커 정면으로 방사되는 소리가 서로 역위상으로 만나 물리적으로 ‘사라져 버리는’ 현상입니다.

이 현상은 벽과의 거리가 가까울 수록 높은 주파수에서, 벽과의 거리가 멀 수록 낮은 주파수에서 일어나는데, 만약 적당히 벽에 붙어 스피커 우퍼 중심부와 뒷벽까지의 거리가 약 30cm 정도라고 한다면, 이 캔슬 현상은 약 280Hz 를 중심으로 일어나게 됩니다.

주요 악기들과 보컬의 기음역대지요?
충분히 치명적일 수 있습니다.

만약 스튜디오의 공간이 충분해서 뒷벽 거리를 1m 이상 떨어뜨릴 수 있다면?
이 딥을 7~80Hz 부근까지 끌어내릴 수 있습니다.
그리고 그렇게 떨어진 딥을 서브우퍼로 채운다는 전략입니다.

다음은 나의 청취 공간에서 실전 배치가 가능한 사이즈인가? 를 꼭 고려하셔야합니다.
어찌보면 이것 보다 중요한 것은 없습니다.

실내 공간에서 서브우퍼는 배치 위치에 따라 체감 성능이 크게 변합니다.
아주.. 크게 변합니다.

따라서 아무리 고성능 서브우퍼라고 하더라도, 서브우퍼에게 양보해줄 공간이 충분하지 않다면 무용지물입니다.
결국.. 타협과 타협 끝에 서브우퍼를 배치할 수 있는 후보군 위치를 몇 군데 정해두고, 해당 위치에 가능한 사이즈의 제품으로 결정해야합니다.

마지막으로.. 표준 측정 데이터의 존재 유무 또한 꼭 살펴보시는 것이 좋습니다.
만약 이것을 살펴보지 않으실 것이라면.. 이 긴 글을 고생해서 따라오실 이유가 없었을 겁니다.

초반부에 설명드렸듯, 서브우퍼는 진동판의 면적이 성능에 크게 기여합니다.
하지만 결코 그것이 전부는 아니며, 작고 좋은 제품이 ‘존재’합니다.
^{(저는 10인치 드라이버를 사용해서 가로 세로 크기가 30cm 인 소형 서브우퍼를 자작해서 사용하고 있습니다만, 그 서브우퍼가 12인치 적당한 기성품보다 강력한 성능을 보여주었습니다.)}

그러므로 소비자로서 합리적인 소비를 위해 여기까지 표준을 공부하셨다면, 기꺼이 내가 구매하고자 하는 서브우퍼 제품의 표준 측정 데이터를 살펴볼만 합니다!


그걸 어디서 찾아보냐구요?

업적만 보아서는 표준에 기여한 인물로 꼭 넣고 싶었던 분입니다만.. 이때 소개하기 위해 아꼈습니다.

Audio Science Review 멤버인 이 분은 구글 문서를 활용해 이때까지 세상에 소개되었던 모든 서브우퍼의 CEA-2010 데이터를 취합하고 소개하고 있습니다.
정말 까다롭고 위대한 작업인데, 존경스럽습니다..

https://docs.google.com/spreadsheets/d/1dU5OOnf3nVgctJszmfyBjaxK69dkXte6ZL6anVTW2_M/edit#gid=834598950

위 링크로 들어가셔서 확인해보실 수 있습니다.

유형별 차이
국내 시장에서 구할 수 있는 보급 제품들은 크게 세 가지 형태가 지배적입니다.

밀폐형 vs 포트형 vs DOS

각 서브우퍼 제품의 구조와 장단점을 이야기하면서 주관과 취향을 섞지 않는 다는 것이 불가능하다는 것을 알고 있습니다.
그러므로 간단한 특징만 정리하면서 이 글을 마치도록 하겠습니다.

밀폐형
완만한 저음 롤오프가 특징입니다. 공간에 의한 보상을 기대해볼 수 있습니다.
동급 드라이버를 사용했을 때 사이즈가 가장 작습니다.
구조가 단순하기 때문에 동일 가격대에서 가성비 좋은 제품을 구하실 가능성이 높습니다.

포트형
높은 출력과 함께 낮은 왜율을 자랑합니다. 내부 공기가 닫혀서 강력한 공기 스프링 역할을 하는 밀폐형과는 달리, 유닛의 움직임이 매우 자유롭기 때문입니다.
아무래도 큰 사이즈가 단점으로 작용할 수 있습니다. 동일한 체급에서 포트형의 경우 밀폐형에 비해 그 사이즈가 커질 수밖에 없습니다.
포트는 포트형 스피커의 장점이자 단점으로 작용하기도 합니다. 포트의 노이즈 뿐만 아니라 완제품 내부의 자잘한 이음이 포트의 뚫린 구멍을 통해 쉽게 누출됩니다. 물론 잘 만든 제품에선 이런 현상이 최대한 억제됩니다.

DOS
Dual Opposed Subwoofer 의 약자로, 제조사별 부르는 이름이 상이합니다.

KEF KC62가 대표적이며, 두 우퍼가 서로 등을 맞대고 배치된 형태입니다.

기존 전통적인 방식의 싱글 유닛 서브우퍼 디자인에서는 유닛의 운동에 의해(반작용, 관성) 서브우퍼 몸통 자체가 진동하는 경우가 허다합니다.
만약 아주 가벼운 몸통에 지나치게 힘 좋은 드라이버를 장착했을 경우, 실제로 특정 주파수에서 제품이 걸어다닐 수도 있습니다. (농담이 아닙니다..)

그러나 이렇게 두 유닛을 서로 반대로 배치하는 경우 진동을 서로 상쇄하여 이론적으로 아주 평온한 몸통을 얻을 수 있습니다.

단점이라면 아무래도.. 단일 밀폐형에 비해 필요한 내부 용적이 두 배가 됩니다.
또한 설계 비용이 기본적으로 높기 때문에 가격이 비쌉니다.

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이제 마치며 인사를 드려야하는데요..

글 읽어주신 여러분께 진심으로 감사드립니다.
음향과 오디오에 대한 관심으로 여기까지 찾아와주셨다는 것 만으로도 제게는 큰 보람이고 기쁨입니다.
앞으로도 가끔씩, 진득한 음향 이야기로 인사드릴 수 있도록 하겠습니다.

이 글은 제가 웹사이트를 운영하며 올렸던 글 중 가장 긴 분량이기에 끝내는 인사까지 길게 적기가 참으로 죄스러워집니다.
이만 줄이겠습니다.

감사합니다.

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여러분의 소중한 후원은 액수에 관계 없이 측정 리뷰 및 웹사이트 운영에 큰 힘이됩니다.
웹사이트 유지를 위해 패트론과 페이팔을 이용한 후원 방식을 고민해보았지만, 현실적으로 어려움이 있습니다.(조금 불편하시더라도 넓은 마음으로 이해 부탁드립니다.)
위 QR 코드를 통해 카카오페이로 Audio-re 를 후원하실 수 있습니다.

그리고 카카오페이 특성상 입금자명을 제외하곤 드러나는 정보가 없어, 익명을 고집하시는 것이 아니라면 감사 인사를 드릴 방법이 없습니다.
후원 후 제가 감사 인사를 드릴 수 있게 Kakao ID : seyun0915 또는
메일 주소 tpdus0915@naver.com 으로 연락 남겨주시면, 꼭 인사 드리도록 하겠습니다.

감사합니다 🙂