[음향] 스피커 크로스오버(CROSSOVER)

Crossover Network(크로스오버 네트워크)

우리는 스피커 시스템을 Crossover network(크로스 네트워크) 혹은 Spectral Dividing Network(스펙트럴 디바이딩 네트워크)

라고 부릅니다.

이 처럼 믹스 프로그램의 오디오 신호들을 주파수 대역별로 분류하여

전용 드라이버에 공급하면 스피커 시스템은 한층 효율적으로 프로그램을 재생할 수 있다.

요약하면 crossover network는 파워앰프(혹은 콘솔)의 출력 신호를

각 드라이버에 필요한 주파수 대역별로 분할하는 전기 필터입니다.

 

Crossover Frequency(크로스오버 주파수)

crossover란 교차 혹은 융합리는 뜻이고 

스피커 시스템에서 crossover frequency란 저음과 고음 혹은 중음과 고음이

교차되는 지점의 주파수를 말한다.

고음 저음 그리고 중음 등을 분류하는 기준 주파수로 불 수 있다.

둘 이상의 드라버를 사용해 스피커 시스템을 구성하는 것이 일반적이고

두 개의 드라이버를 사용하는 것을 2 - way방식이라 하며 3개의 드라이버를 사용 하는 것을 

3 - way방식이라 부른다.

하나의 스피커 캐비닛으로 전체 주파수 대역을 재생하는 것을 풀레인지 스피커라고 하며

초저음 대역을 재생하는 독립적인 스피커를 sub woofer라고 한다.

crossover는 앰프로 증폭된 신호를 스피커 내부에서 각각 고음 저음 등으로 나누어 주는

passive crossover 방식과 믹싱 콘솔 출력에서 라인 레벨의 신호를 고음 저음 등으로 나누어

앰프로 전달해주는 active crossover 방식으로 나눌 수 있다.

Crossover Slope(크로스오버 기울기)

crossover frequency 이하의 음을 우퍼 이상의 음을 트위터에 단칼에 자라는 필터는 매우 드문 편이다.

crossover pianot의 주변 주파수 대역들은 우퍼와 트위터 양쪽에서 동시에 재생되면서 음의 변질을 유발할 수 있다.

crossover slope는 드라이버 사이에서 겹치는

음의 주파수 대역을 조정하며 일반적으로 dB/octave로 나타낸다

종류는 6db/oct 12db/oct 18db/oct 24db/oct 등이 있는데

수치가 높을수록 겹치는 대역이 좁아지면서 양쪽 드라이버에서 재생되는 주파수 범위를 줄일 수 있다.

따라서 언듯 생각하면 24 db/oct 필터가 가장 우수한 것으로 볼 수 있지만

기울기가 급격할수록 필터 자체에서 위상 변이라는 부작용이 발생한다.

crossover slipe가 완만하면(6db/oct) 우퍼와 트위터에서 함께 재생되는 주파수 범위가

넓어지면서 두 드라이버 사이의 음향 간섭이 심하게 발생하고 또한 프로그램의 저음 성분이 트위터 드라이버를 위험하게 할 수 있는 문제점이 있지만 필터의 위상 변이로 인한 음질 변화가 적은 장점이 있고 crossover slope를 가파르게 하면(24db/oct) 이와는 반대 현상이 발생한다.

Butterworth filter(버터워스 필터)

주파수 응답이 매우 평탄하다는 평가 받고 있으며 일명 Maximally Flat Magnitude Filter라고 한다.

Bessel Filter(베셀 필터)

위상 응답이 가장 우수하다는 평가를 받고 있다.

Linkwitz-Riley Filter, L-R(링크비츠-라일리 필터)

평탄한 주파수 응답과 부드러운 위상 응답을 제공하는 필터이며

일명, Butterworth Square Filter라고 한다.

크로스오버 필터의 배열 개수

때로는 crossover frequency를 1st-order 2nd-order, 3rd-order 그리고 4th-order등으로

표기 하는데 여기서 order란 필터의 배열 개수를 의미하며 일반적으로 하나의 필터로 만들 수 있는 길구기는

옥타브당 6db이다. 따라서 1st-order는 기울기가 6db/oct이며 버터워스 필터 특성을 지니고 있습니다.

2nd-order는 12db/oct이며 베셀 링크비츠 라일리 혹은 버터워스 특성을 지니고 있으며

3rd-order는 18db/oct이며 일반적으로 버터워스 필터 특성을 지니고 있고

마지막으로 4th-order는 24db/oct이며 링크비츠 라일리와 버터워스 필터가 결합된 특성을 지니고 있다.

 

passive crossover network(패시브 크로스오버 네트워크)

하나의 앰프로 우퍼와 트위터를 동시에 동작시킬 수 있어 가격이 저렴하다는 장점이 있지만

네트워크로는 파워앰프의 강력한 출력이 바로 전해지므로 왜곡이 우려되고 또한 우퍼와 트위터 레벨을 개별적으로 저정할 수 없다는 취약점이 있다. 그래서 가정용 하이파이 시스템과 스튜디오 니어필드 스피커에 주로 사용되며 네트워크 크로스오버 주파수와 기울기가 고정되어 있다.

active crossover network(액티브 크로스오버 네트워크)

우퍼와 트위터에 전용 앰프(bi-amp)를 사용하므로 가격이 비싸다는 단점이 있지만

네트워크로는 콘솔의 미약한 라인 출력 전압이 전해지므로

왜곡이 거의 발생하지 않고 각 드라이버의 레벨을 환경에 적합하게 조정할수 있다.

그 이외에도 액티브 타입은 우퍼 드라이버에서 발생한 왜곡이 트위터에 전해지는 것을 방지하고

프로그램의 피크 신호에 왜곡이 적은 편이며 트랜션트 응답이 매우 우수하므로

드럼의 어택 음과 베이스 기타의 저음을 충실하게 재생한다.

통상적으로 트위터 능률이 우퍼보다 높기 때문에 트위터 앰프는 우퍼 앰프 파워의 1/4정도이면 충분하다.

따라서 스튜디오 라우드스피커와 라이브 사운드 시스템에 좋은 평가를 받고 있으며

크로스오버 주파수와 기울기를 직접 조정할수 있다.