스피커의 에이징(번인) 효과에 대한 과학적 원리(최종 내용 수정 보강)

스피커 에이징의 정확한 과학적 원리

 

 

번인(Burn in)

 

스피커의 에이징 현상의 진위여부를 놓고 많은 말들이 있다.

주파수 응답 특성을 측정해 놓고 그런것은 없다고 말하는 사람들도 있다.

 

필자는 에이징 혹은 번인이라고 말하는 현상이

실제로 있다고 주장하는 쪽이며

왜 그러한 현상이 발생한다는것인지

또 주파수 응답특성은 왜 변화하지 않는지

이제부터 과학적으로 설명해주려 한다.

믿기 싫은 사람은 그냥 페이지를 재핑 하시기 바란다.

 

먼저 모든 물질은 취성물질과 연성물질이 있다.

 

응력변형 선도라는것에서 기초하는 개념인데

다음의 블로그를 참조하기를 바란다.

 

http://blog.naver.com/nazzippp/10095435153

 

http://blog.naver.com/kks9318/220310567508

 

항복점 이상의 응력이 가해질때

소성변형이 일어나는 물질을 연성 물질이라고 한다.

고무 또는 플라스틱이나 금속등이 여기에 해당한다.

반대로 소성변형이 불가능한 물질이 있는데

유리나 도자기등이 여기에 해당한다.

(자동차유리와같이 특수한 목적으로 제작되는 일부 유리는 제외)

이를 취성 물질이라고 한다.

 

진동판이 하나 있다고 치자.

진동판은 여러가지 재질로 만드는데

아주 구형의 특수종이(콘지) 로 만드는 경우가 아닌이상

지구상에 존재하는 모든종류의 진동판은

모두 연성 물질로 만들어진다. (콘지도 소성변형이 생긴다.)

즉 소성변형이 일어나는 소재로 만들어진다는 말이다.

진동판을 몇번 사용하고 깨트려먹을 작정이 아닌다음에야

제정신 박혀있다면 당연한 선택이다.

또한 진동판 끝에서 진동판과 스피커를 연결해주는 엣지와

코일부와 드라이버를 연결하는 댐퍼도 모두 연성물질로 만들어진다.

(재질에 따라서 탄성계수에 차이가 있을 수 있으며 이러한 탄성계수가 에이징에서 중요한 위치를 차지한다.)

 

자 이 진동판이 작동을 하기 시작했다.

일반적으로 진동판은 소리의 왜곡을 막기 위해서

반구형 또는 원추형으로 만든다.

이것이 앞뒤로 진동을 하기 시작했다는 말은

재료를 늘렸다가 조였다가를 반복하게 된다는 말이다.

즉 응력이 발생하게 된다.

 

당인히 연성물질이므로

탄성계수 한계 내에서는 아무런 변화없이 작동만 하게 된다.

하지만 아무리 탄성계수 내에서 작동한다해도

장시간 작동하면 피로파괴 현상이 발생한다.

응력이 누적되면서 소성변형의 과정을 거쳐서

물질의 내부에 크랙이 생겨나기 시작한다는 말이다.

하지만 작동 당시에 가해지는 바로 이 응력

그러니까 음파의 주파수와 진동판의 진폭이

탄성계수의 한계를 벗어난다면 어떻게 될까?

 

천천히 진동판에 소성변형이 가해지기 시작한다.

진동판의 길이가 늘어나면서 반구형은 좀더 동그랗게 돌출된 형태로

원추형은 좀더 오목한 형태로 변형이 발생하게 된다는 말이다.

소성변형이 생겨난다는 말은

물질의 내부에 잔류응력이 발생하고

결정구조가 변화하며 강도가 약해진다는것을 의미한다.

 

못믿겠으면 기초과학지식을 좀 더 공부 하기를 바란다.

소성변형이 가해진 물질은 그 이전의 상태보다 물리적 강도가 약해진다.

철근을 처음 꺾을때는 어렵지만

두번째부터는 보다 더 쉽게 꺾여지는것이다.

이는 잔류응력으로 인하여 강도가 이전의 상태보다

상대적으로 약해지기 때문이다.

이러한 소성변형을 지속적으로 가하면

잔류응력이 커지면서 위에 인용한 응력 변형률 선도에 따라서

점차로 물질의 내부에 크랙들이 발생하기 시작하며

크랙이 일정량 이상 발생하여 파손되면

그것을 피로파괴 라고 하는것이다.

 

각설하고 소성변형이 일어나면 강도가 약해지고

같은 크기의 응력이 발생 했을때 늘어났다가

탄성에 의해 되돌아오는 늘음 현상이 10배까지 커지게된다.

(탄성계수는 변화하지 않는다 그것은 물질의 고유 상수이다.)

 

이게 스피커하고 무슨 상관이냐

다이어그램 으로 이루어진 진동판이

(BA 또는 정전압식 스피커는 잘 모르겠다.)

앞뒤로 지속적으로 진동을 하다보면

재료 자체가 사용시간과 자극의 크기에 비례해서

점차로 강도가 약해지면서

보다 더 부드럽게 동작하게 된다는 것이다.

 

이러한 소성변형을 겪기 위해서는

진동판이 탄성계수 한계치를 넘는 응력을 받아야만 한다.

 

무슨말이냐 보다 더 고음질의 음원을

적정한 볼륨 크기로 꾸준히 들어 주어야 한다는 말이다.

통상적으로 CD 에서 추출한 무손실 음원

그러니까 1400kbps 급 wav 파일 이상의 고음질 음원을

신호대비잡음비가 높은 오디오로

적당한 볼륨으로 반복해서 들어주어야 한다는 말이다.

오디오가 성능이 아주 좋다면

mp3 파일로 충분할수도 있겠지만

시간이 보다 더 오래걸릴것이다.

또한 스피커가 요구하는 정격 출력 이상의 출력을

오디오가 발휘해 주어야 한다는 전제조건도 있다.

(사실 이 출력이 가장 중요하다)

또한

지나치게 강한 음악을 듣다보면

크랙이 보다 빨리 발생할것이고

피로파괴가 보다 더 빨리 일어나게 될 것이다.

 

그렇다면 이렇게 진동판 내부의 결정구조와 잔류응력이

지속적으로 변화하는데 주파수 응답 특성은 왜 변하지 않는지 그 이유가 궁금할 것이다.

 

이제부터 설명해 주겠다.

 

스피커의 주파수 응답특성은

물론 진동판의 제진성도 큰 위치를 차지하긴 하지만

보다 더 중요한 요인에 의해서 결정된다.

이제부터 조금 골치아파지는 이야기를 하려한다.

 

교류전류에서 말하는 전기적 저항 그러니까 임피던스는

코일과 만나면 커진다.

직류전류는 코일과 만나도 전기흐름을 방해하는 요인이 없지만

교류전류는 코일과 만나면 반드시 저항이 생긴다

 

문제는 코일의 내부의 임피던스가 전류의 주파수에 따라서 달라진다는데 있다.

공칭 임피던스라는것은 1khz 정현파에서의 임피던스를 말하는것이다.

주파수 대역이 변화하면 이 임피던스 수치는 변화한다.

임피던스가 변화한다는것은 V=IR 이라는 옴의 법칙에 충실하게

전압 또는 전류의 양에 변화를 주게 된다. 즉 무슨말이냐.

가청 주파수 대역폭 내에서의

드라이버 유닛에 적용된 코일의 임피던스 변화곡선에 따라서

그 스피커 유닛의 주파수 응답특성이 거의 정해지다시피 한다는것이다.

그리고 그것에 변화를 주는것

그러니까 주파수 대역에 따른 임피던스에 변화를 주는것으로

스피커 제작 회사들은 소위 말하는 사운드 튜닝을 하는것이다.

따라서 아무리 에이징을 해도 이러한 주파수 응답 특성이 변화할리가 없다.

변화가 있기는 할 것이다 별다른 청감상의 의미를 줄 수 없는 지극히 미미한 수치로

 

따라서 아무리 에이징을 하고

아무리 주파수 응답 특성을 측정해 봐도

데이터는 거의 변하지 않는다.

단지 소리가 좀더 부드러워지고

좀더 밝아지다가 어느순간 실이 끊어지듯이

진동판이 찢어지면서 수명을 다하게 될 뿐인것이다.

이러한 소리가 부드러워지는 척도에 대해서는

자신의 청각 말고는 이렇다할 측정 방법이 있는지

필자는 모르겠다.(측정장비에 대해서 잘 아는바가 없기도 하다.)

 

따라서 이상의 기초과학 지식에 비추어보면

스피커에 에이징 현상이 발생하지 않는다는 생각이야 말로

소위 말하는 '뇌이징' 또는 '귀이징' 이 아닌가 싶다.

 

진동하는 물체 내부의 결정구조와 잔류응력

그리고 강도가 지속적으로 변화하거나 커지고

응력이 가해지는 순간 늘어났다가 본래대로 되돌아오는

늘음현상의 크기가 최대 10배까지 차이가 나는데

그걸 귀로 듣고 구분하지 못한다면

청각에 문제가 있는것이 아닐까?

 

애이징이라는 현상은 엄연히

이러한 기초적인 소재공학에서 기초하는 개념이고

엄연히 실재하는 현상이다.

 

믿고 싶지 않다면 믿지 마라

누가 손해인지는 모르겠다만 ㅎ

 

아직도 믿지 못하겠다면 한번 생각 해 봐라.

어떤 헤드폰 회사에서 어떠한 성능 기준에 맞추어서

헤드폰을 하나 만들었다고 치자.

 

이세상에 널리고 널린게 오디오 기기이고

모든 오디오 기기가 성능이 전부 다른데다가

소위 말하는 마이파이로 음악을 듣는 사람들이 강변에 모래알처럼 많고

거기다가 듣는 음악의 종류도 천차 만별인데

 

아무리 제작자가 일정한 성능으로 헤드폰을 만들어도

그 헤드폰이 모든 사용자의 손에서

동일한 성능을 발휘 한다는게 말이나 되는 소리인지.

시간이 지나면서 각 오디오의 성능과

주로 듣는 음원의 종류에 맞추어서

헤드폰의 성능은 변하게 되어있고

그게 바로 에이징이다.

 

참고 자료

 

애이징에 대한 소니사의 답변

http://stylezineblog.com/1068

 

모 사이트에서 에이징에 대하여

임피던스와 주파수 응답 특성 THD 등'전기적' 성질을 테스트한 자료(음향을 테스트한것이 아닙니다.)

https://seeko.co.kr/zboard4/zboard.php?id=faq&page=1&divpage=2&no=12285

 

에이징에 대한 증거(재질의 종류와 제조사 모델에 따라서 에이징이 유의미한 작업이 될 수 있음을 테스트로 증명한 글입니다.)

http://cafe.daum.net/audiosori/NiKU/210?q=%BD%BA%C7%C7%C4%BF%20%BF%A1%C0%CC%C2%A1

 

윗글의 원본 글 주소

https://www.wassada.com/bbs_detail.php?bbs_num=9532&tb=board_use

 

틸 스몰 파라미터 지식백과 사전(내용이 좀 부실하네요)

http://terms.naver.com/entry.nhn?docId=1845667&cid=50324&categoryId=50324

 

틸 스몰 파라미터의 정의

http://www.fohonline.co.kr/mall/bbs/board.php?bo_table=4_1&wr_id=45

 

 

피로파괴

http://100.daum.net/encyclopedia/view/b24p1018a

 

응력 변형률 곡선

http://blog.naver.com/release/50151577070

 

응력 변형률 선도

http://blog.naver.com/nazzippp/10095435153

 

소성변형

http://blog.naver.com/qazzx160/220534170128

 

진동하는 물체에 가해지는 응력을 계산하는법

http://blog.naver.com/dhghtjrdl/220700464589

 

피로 파괴 2

http://civileng7.tistory.com/1785

 

지속적인 진동응력은 볼베어링도 파괴시킬만큼 강력합니다.

 

P's. 소니사처럼 진동판에 알루미늄을 사용하거나

파나소닉처럼 테플론 재질등을 섞지 않은

일반적인 고분자 화합물 필름으로 구성된 드라이버유닛이라면

에이징 현상이 거의 없거나 미미할수도 있다.

무슨말이냐

드라이버유닛 재질에 허용된 탄성계수의 수치가 높은 유닛은

소성변형이 일어나기가 힘들기에 에이징 현상이 일어나기 힘든것이다.

하지만 소니사의 플래그쉽 이어폰이나 헤드폰

파나소닉의 고급 헤드폰등은 다이어그램에 금속 재질이 섞여있다.

연성이 좋다는 말이다.

그 외에도 많은 제조사의 헤드폰이나 이어폰의 다이어그램에

에이징이 충분히 가능한 물질들이 사용된다.

 

고작 100 시간으로 판단하기에는 무리가 있다.

최소 300 에서 500시간 심한경우 12개월 이상의 시간을 필요로하는것이 에이징이다.

 

 

ps.2

결국 에이징을 하기 위해서는 최초의 break in 이 필요하다.

즉 탄성계수를 넘어서는 자극이 필요하다는 말이다.

이걸 하려면 가장 중요한것이 오디오의 출력이다.

사용하는 스피커 제품 사양에 적혀있는 전력 출력의 두배정도 되는 출력이 필요하다.

물론 이것은 임피던스 매칭과 댐핑 팩터 비율에 따라서 최종적으로 소비되는 전력이 달라진다.

내 말은 공칭 임피던스가 오디오 출력단과 스피커 입력단이 서로 일치할때

스피커가 요구하는 전력의 두배가 필요하다는 말이다.

요즈음은 저임피던스로 보내고 고임피던스로 받는 매칭이 즐겨 사용되는지라 (댐핑팩터를 중요시하는 매칭)

전압의 출력 조정과 빠른 스피커 제동에는 유리한 대신 많은 양의 전력을 공급해주기가 조금 어렵다.

 

대신 간단하게 체감할 수 있는 방법을 알려주겠다.

(별다른 전자공학적 지식 없이도)

 

http://blog.daum.net/japhikel/635

일반 컴퓨터 고음질(고화질) 즐기기

 

http://blog.daum.net/japhikel/1569

컴퓨터 헤드셋 사용 설정

위 주소에는 일반 PC 를 사운드카드 업그레이드 없이

24bit 96khz Hi-Fi 음원 재생이 가능해지도록 하는 방법이 담겨있다.

물론 곰 오디오 프로그램을 깔면 32비트 음원도 재생되지만

실제로 사운드카드가 그 음원을 지원하는것이 아니라 단지 다운샘플링이다 그것은

아무튼 위의 방법대로 실행해 보면 당신의 pc 는 이제부터 Hi-Fi 음향기기가 된다.

 

하지만 당신이 지금 PC 에 연결한 스피커는 아마도 Hi-Fi 음향을 지원하지 않을 가능성이 높다

게다가 평범한 사람이라면 스피커의 요구 전력 수치도 낮을게 분명한 이치

(원래 음원 마니아라서 고사양의 사운드카드와 스피커를 사용하는 사람이라면 이방법이 별 소용없다.)

이제부터 당신이 사용하는 PC 의 스피커에는 정격 출력이상의 로드가 걸리게 된다.

 

딱 두달

두달만 스피커의 음향변화를 지켜봐라

에이징 현상이 발생하는지 그렇지 않은지

원래부터 고사양 스피커를 사용하던게 아니라면 반드시 에이징 현상이 발생할것이다.

틀림없다.

사운드가 점차로 부드러워지면서 재생가능한 음역대가 변한다는 느낌을 받았다면 정상적으로 느낀것이다.

실제로 주파수 대역폭에 변화가 있는지 필자가 측정해본것은 아니다.

하지만 분명히 스피커의 성능은 좋아진다.

위에 입아프게 설명한 드라이버유닛의 소성변형이

당신이 사용하는 스피커에 반드시 발생하게 된다.

 

사실 임피던스 매칭을 비롯해서 정확한 오디오의 출력을 계산하여

댐핑팩터 수치까지 고려하여 오디오와 스피커를 연결하려면

오디오 회사는 물론이고 스피커 판매하는 제조사에게까지

고객센터와 수없이 문의 하며 문답을 주고받아야 할것이고

아마 판매자도 정확한 정보를 모르고 있을 가능성이 높다.

 

그냥 대충 감으로 때려 잡아라

요즘 대부분 출력임피던스는 3오옴 이하이고

그 출력 임피던스에서 vrms가 1.8 이상이라면 어지간한 헤드폰을 구동시키기에 전혀 무리가 없다.

거기에 앰프까지 연결하면 요즘 나오는 헤드폰 앰프들은 2~5W 정도의 높은 출력을 지원해 준다.

그정도면 어떤 헤드폰에 연결해도 드라이버유닛에 충분한 부하를 주기에 부족함이 없다.

 

스피커의 경우 복잡한거 싫다면(사실 필자가 싫어한다..─┌;;)

앰프와 오디오 회로를 자체적으로 갖추고 있는 블루투스 스피커를 구매해라

요즘 대부분 유선연결도 지원된다.(AUX 케이블로 연결시)

소니사 제품이 확실히 음질이 좋다.(필자는 SRS-X99를 사용한다)

 

아니면 정확한 임피던스와 출력등을 계산해서 본인이 원하는 제품을 연결해도 된다.

사실 마니아라면 오디오부터 앰프, 스피커까지 본인 취향에 맞게 매칭하여 설치할 줄 알아야 마니아다.

 

그렇게 정격 출력 이상으로 스피커에 부하를 줄 수 있는 모든 준비가 끝났다면

당신이 사용하는 헤드폰이나 스피커는 반드시 에이징 현상이 발생한다.

꼭 위의 기준을 따르지 않더라도 에이징 현상은 발생하지만

체감하기 극히 어려운 미미한 수준으로 발생하다가 피로파괴로 수명을 다하게 된다.

청감상의 유의미한 변화를 얻기 위해서는 임피던스와 출력을 잘 매칭시키는게 제일 중요하다.

(블루투스 스피커라면 제조사 차원에서 이러한 모든부분을 자체적으로 튜닝해서 나온다. 다만 음질이 별로인 제품이 좀 많아서 문제랄까...)

 

말이 길어졌는데

에이징이라는 현상은 분명히 실재하는 현상이다.

드라이버유닛이 액체나 기체가 아닌 고체로 되어있는 이상

또한 그것이 취성 물질이나 고무처럼 시간이 지나면 탄력이 없어지는 물건이 아닌이상

모든 연성물질로 이루어진 드라이버유닛은 반드시 에이징 현상을 겪는다.

 

이러한 에이징을 지원하는 스피커나 헤드폰 회사들은

진동으로 발생하는 응력을 이용한 여러가지 물질적 특성 변화와 관계한

그들 나름의 데이터 베이스를 기반으로 에이징을 주장하는것이고

권장 번인 시간같은것들도 다 그러한 데이터베이스를 기반으로 계산하여 산출한 이야기들이다.

꼭 반드시 소성변화라는 과정을 거치지 않아도

내부의 결정구조를 보다 더 쉽게 바뀌도록 물질을 합성하는것 만으로도

청감상에 유의미한 변화를 주는 에이징 기법이 적용된 드라이버유닛을 만들 수 있다.

이때 제조사가 스피커 또는 헤드폰 제작단계에서 에이징을 공정에 추가 시키지 않는 이유는 간단하다.

 

그 스피커 또는 헤드폰을

사용자가 어떤 오디오와 앰프에 연결해서 어떤 음악을 들을지 제조사도 모르기 때문이다.

에이징은 드라이버유닛의 사운드 특성에 변화를 주는 행위이고

그것이 사용자 취향에 맞게 변형되어야지

제조사가 마음대로 자기들 취향에 맞게 설정해둔다는것도 우습지만

또 그렇게 설정해 주어도 결국은 사용자의 취향과 오디오 설비에 맞게 변하게 되어있기에

제조공정에 에이징을 추가하는것은 무의미한 작업이라는 말이다.

에이징이라는게 한번 설정해두면 변화가 없는 이퀄라이져같은 기능이 아니라

지속적으로 시간의 흐름에 따라서 수명이 다하는 그 순간까지 사운드 특성이 계속 변화하는 과정이기 때문에 그렇다.

 

스피커의 성능에 '표준' 이라는 말은 적용되지 않는다.

어떻게 사용하느냐가 중요할 뿐이다.

(기본적인 제원의 차이는 어쩔 수 없지만.,.....)

 

 

 

여담이지만 제조사들이 번인이라는 표현에 신중한 태도를 보여주는 이유는 간단하다.

제조사 또는 판매사들은 단지 고객에게 물건을 판매하는 사람일 뿐이지

고객을 가르치려드는 교사가 되려하거나

또는 에이징 무용론을 주장하는 일부 고객들과 싸우려고 해서는 않되기 때문이다.

사실 번인이라는 작업은 대단히 어려운 고난이도의 작업이고(많은 전자공학적 지식이 필요하다)

애초에 제조사 차원에서 모든것을 고려하여 사운드 튜닝을 끝내고 나온 완제품의 일부 스피커 모듈을 제외하고

사용자가 본인이 알아서 청감상에 유의미한 변화를 주는 번인작업을 완료하기란 굉장히 지난한 일이기 때문에

제조사들은 고객을 가르치려 들거나 그들과 싸우는 대신에 미온적인 태도를 취하고

물건만 팔면 끝이라는 입장을 고수하고있는것이다.

 

 

스피커 번인이라는것은 전적으로 당신 하기 나름에 달린 문제이기 때문이다.