[인터뷰] 크리스탈 로즈 홈시어터 개발 엔지니어 삼성전자 김종배 책임

삼성전자의 크리스탈 로즈 홈시어터(HT-TX725) 개발을 담당한 삼성전자의 김종배 책임을 통해 신제품의 개선된 부분과 기술 포인트에 대해 자세한 설명을 들어봤다.

하이파이넷 : HT-TX715도 인상적인 제품이었습니다만,  HT-TX725가 전작인 HT-TX715이 비해 달라진 점을 설명해 주십시오.

 김종배 책임 : 우선 두 제품 모두 기존 당사HtiB 제품과 달리 사업부와 연구소의 협업에 의해 진행된 제품으로 컴퓨터 시뮬레이션에 의한 인클로우져 음향 설계, 정량적 데이터에 근거한 패시브/액티브 크로스오버 네트웍의 최적 설계를 적용하여, 기존 HTiB 시스템 대비 완성도가 높은 제품이라 자부합니다. 특히 HT-TX725 는 기존 HT-TX715 대비 여러 측면에서 개선이 되었습니다.

첫째로 새틀라이트 스피커 내부에서 발생하는 공진 현상을 제거하였습니다. 홈시어터 시스템에 사용되는 스타일리쉬 톨보이 스피커의 경우 위로 긴 형태이기 때문에 길이 방향의 모드에 의한 노이즈가 쉽게 덕트로 재생됩니다. 이와 같은 문제점은 단순한 시뮬레이션 기법으로는 해석이 불가능하기 때문에 인클로우져의 3면의 길이와 덕트와 유니트의 포지션에 따라 응답을 예측할 수 있는 고급의 시뮬레이션 기법을 새롭게 개발했습니다.

아래 그래프에서 보시듯이 처음 디자인 된 제품을 시뮬레이션한 결과 300Hz에 딥이 발생하는 것을 발견하고 내부 길이를 58cm에서 40cm만 사용하기로 결정하였습니다.

두번째로 트위터와 미드레인지의 Phase Matching을 전작 대비 향상 시켰습니다. 특히 미드레인지 우퍼는 전작 대비 음압 향상 및 네트웍 최소화를 위한 롤 오프의 위상 컨트롤을 통하여 네트웍 없이도 음향적으로 2nd Order를 갖도록 하여 트위터와의 Phase Matching이 최적화 될 수 있도록 하였습니다.

세번째로 새틀라이트 스피커의 음질 열화요소를 최대한 디자인을 나쁘게 하지 않는 수준으로 사전에 디자인 팀과 협의하에 진행하였습니다. 그 결과 특이한 구조의 장식 등이 배제 되었고, 1미터를 훨씬 넘는 Satellite의 키가 상당 부분 줄어들어 음향 소스의 안정화를 꾀하고 스피커 옆 하우징의 면적이 작아지면서 전작인 TX715 대비 강도가 향상되어 진동 현상도 거의 배제하였습니다.

그 외는 전작인 TX715 개발 시에도 적용 되었던 서브우퍼의 댐핑 및 평탄도 향상을 꾀하기 위한 베이스 얼라인먼트의 최적화를 수행하여 스타일리쉬 HTS이면서도 분리형 고음질 HTS에 근접한 음향을 느낄 수 있도록 노력하였습니다.

하이파이넷 : 트위터가 부착된 부위에 와이드 혼을 사용한 이유는 무엇입니까?

김종배 책임 : 일반적으로 혼은 지향성을 강하게 하고, 음압 측면에서 효율이 좋기 때문에 홈 오디오보다는 PA용 시스템에 적합한 음향 요소입니다. PA에서 지향성을 강하게 제어하는 이유는 아레나와 같은 곳에서 청중이 있는 위치에만 소리를 뿌려주기 위한 방법입니다. 즉 스피커 설치 위치에서 30도의 청중을 커버하기 위해 10도 -6dB 스피커를 3줄을 사용하면 되지만, 홈 오디오에서 높은 지향성을 갖는 스피커의 경우 에너지의 균일성이 떨어져 스테이지 재생 측면에서도 매우 불리하게 됩니다.

TX725에 채용된 와이드 혼의 목적은 이러한 혼의 부정적 특성을 최소화 하면서 트위터와 미드레인지의 위상 정합을 위해 트위터 배플 면에서 뒤로 10mm 위치 시키기 위해 채택한 구조입니다. 결과적으로 4Hz의 크로스오버 주파수에서 40도였던 위상 차이가 0.5정도로 최소화되었습니다.

하이파이넷 : 위상 차이가 줄어들어서 청감상으로 달라지는 부분은 어떤 것입니까?

김종배 책임 : 여러가지 측면에서 위상은 중요합니다. 위상이 맞지 않을 경우 주파수 성분 간 Group Delay가 발생하게 되어 각 주파수 별로 청취점에 도달 시간이 미묘하게 차이가 발생하게 됩니다. 위상이 잘 맞지 않는 스피커의 경우 다소 저역이 늦게 나온 것 같다거나, 모든 주파수 성분이 일치되지 않고 따로 분리 된 듯이 도달하거나 심벌 등이 휘말리는 소리등이 들리는 이유등이 모두 Phase에 상관된 항목이라 볼 수 있습니다. 그 외 부수적으로 스윗 스폿에서 최적의 위상 매칭은 청취 점이 다소 위 아래로 이동 하더라도 안정 적인 토널 밸런스를 보장합니다. 그 외에 스테이지와 상관되는 수평 방향의 지향성 또한 위상이 잘 매칭이 안되었을 경우 조금만 수평적으로 각도를 벗어나도 위상 부정합에 의해 딥 등이 생기게 되기 때문에 사운드 스테이지 측면에서도 필수적인 튜닝 포인트라 하겠습니다.

하이파이넷 : 새틀라이트 스피커의 네트워크도 개선되었는지요?

김종배 책임 : 미드 우퍼의 로 패스 필터링에 사용하던 인덕터를 제거했습니다. 일단 인덕터도 또 하나의 저항으로 볼 수 있습니다. 인덕터(코일)을 제거함으로써 여러가지 이득이 있었는데요. 첫번째로 저항 성분이 없어지면서 미드레인지 음압도 높이고, 그에 따른 댐핑도 개선할 수 있었습니다. 참고로 우퍼에 저항 성분은 댐핑을 나쁘게 하는 요소입니다. 그렇기 때문에 저항이 큰 케이블을 저항이 낮은 케이블로 줄였을 경우 댐핑이 향상되는 것을 느낄 수 있게 됩니다.  또한 저가의 페라이트 코어를 쓰는 철심 인덕터에서 발생하는 왜곡 현상도 제거할 수 있는 효과도 있겠죠. 물론 부품을 줄임으로써 재료 비용을 줄이는 효과도 있었습니다.

하이파이넷 : 서브우퍼의 사이즈가 매우 작은 편입니다. 음질적으로는 대형 서브우퍼를 사용한 것과 비교하여 어떤 차이가 있는지요?

김종배 책임 : HT-TX715 이전의 당사 모델에서는 8인치 우퍼를 서브우퍼로 사용하였습니다. 물리적으로 무겁고 큰 진동판에 딱딱한 서스펜션을 사용하지만 재료비 측면에서 마그넷은 키울 수 없어 결과적으로 유니트의 댐핑이 나빠지게 되고 가속도 팩터가 낮아져 기민성도 떨어지는 것을 발견했습니다. 결과적으로 우퍼는 매우 게으른데 비해 특정 주파수는 매우 레벨이 높고 소리의 감쇠는 느려서 Boomy / Lazy / One Note Bass로 특징 지워지는 그런 우퍼 시스템이 되버린 것이죠.

그래서 HT-TX715부터는 과감하게 6.5”로 서브우퍼를 줄이고 Unit의 댐핑을 나타내는 Qts를 벤티드 시스템에 적절한 0.4 부근으로 제어 하였습니다. 하지만 포스 팩터인 마그넷은 기존 8” 시스템에 준하도록 하여 제어력을 향상시켰습니다. 그래프에서 보듯이 HT-TX715의 서브우퍼에는 특정 주파수의 응답이 솟아오르지 않으며, 기존 8” 저 댐핑 Unit 대비 가속도 팩터를 괄목할만하게 향상하였습니다. 결론적으로 청음시 One note bass 현상이 일어나지 않으면 적절히 튜닝된 분리형 Vented woofer 만큼 탄탄한 저역을 얻도록 설계 되었습니다.

하이파이넷 : 새틀라이트와 서브 우퍼로 구성된 시스템은 두 제품 사이의 연결을 얼마나 매끄럽게 하는가도 매우 중요하다고 생각합니다.

김종배 책임 : HTIB에 사용되는 스피커는 본질적으로 대역이 제한된 소형 스피커이기 때문에, 서브우퍼가 150~200Hz까지 커버해야 하는 막중한 임무를 맡게 됩니다. 그래서 둘 사이의 페이즈 매칭이 매우 중요합니다. 이는 active filter를 이용한 3way speaker라고 생각합니다. 만일 이 같은 3way speaker에서 우퍼와 미드의 레벨과 Phase를 맞추지 않고 그냥 출시 했다면 제조 업체로서 직무 유기겠지요. ^^

하이파이넷 : 페이즈 특성을 제대로 체크하는 것이 중요하다고 생각합니다만... 어떤 방법을 사용하는지요?

김종배 책임 : 기준은 다음과 같습니다. 5.1ch Reference가 되는 동심 거리 세팅(Satellite와 Woofer가 동거리) 측정 거리는1.5m, 2m 이상을 채택합니다. 왜냐하면 book shelf와 달리 분리형 시스템 혹은 대형 3웨이 스피커의  경우 1m 측정이 매우 불합리 합니다. 상대적으로 마이크에서 우퍼와의 거리가 더 멀게 되어 레벨도 낮게 측정 되며 위상도 맞지 않게 되죠. 그래서 저희는 최대한 1.5m, 2m 이상 거리에서 새틀라이트와 우퍼의 Magnitude와 Real Phase(Impulse Response에서 FFT하여 얻은 Phase 사용)를 고려하여 새틀라이트와 서브우퍼의 Phase와 Magnitude를 세팅합니다. 트위터와 우퍼가 근접해 있는 북셀프 스피커와 달리 분리형 HTS와 대형 우퍼가 바닥에 근접해 있는3웨이 스피커의 경우 우퍼의 Magnitude 측면에서 무향실과 사뭇 다르게 레벨이 높게 됩니다. 이부분에 대한 것도 고려해야 합니다.

여담으로, 일반적으로 스피커의 필터 order는 passive 혹은 active filter에 의해서 간단히 결정된다고 믿는 사랍들이 많습니다만 Speaker의 Phase는 Speaker의 고유 Roll off slope와 Passive 혹은 Active의 필터 Slope 이 함께 고려된 acoustical slope에 의해서 결정됩니다. 즉 간단하게 책에 나온대로 Butterworth, Bessel  필터 등을 적용한다 해도 Phase가 맞지 않게 되죠.

특히 Passive Filter의 경우 Unit의 임피던스가 고려되지 않을 경우 그 필터의 전달함수는 실제 계산해 보기 전에는 정확하다 볼 수 없습니다. 그래서 정확한 계측에 의해 튜닝되지 않은 자작 스피커들의 경우 주파수 평탄도가 매우 불량하고 위상도 맞지 않게 되는 것입니다.

하이파이넷 : 언급하신 무향실에서 측정한 측정치와 실제 사용 공간에서의 특성에 차이를 어떻게 튜닝하는지 알고 싶습니다.

김종배 책임 : 간단하게 설명하면 HTS의 서브우퍼는 바닥에 밀착되기 때문에 바닥에 의한 게인이 상승하게 됩니다. 이상적 바닥 반사 조건하에서 완전무향실(바닥도 반사가 없는)대비 6dB가 상승하게 됩니다. 근본 원인은 아까도 언급 드렸던 실 청취 공간에서는 새틀라이트와 서브우퍼와의 바닥과의 거리가 다르기 때문에 일반적으로 새틀라이트 스피커에 비해 약 3~6dB 정도의 레벨 상승이 발생합니다. 따라서 Room 내에서 Power Response 측면 계측을 하고 최종적인 레벨 조정을 결정합니다. 아래 그래프를 보시면 무향실과 실제 청취실에서의 차이를 보실 수 있습니다.

하이파이넷 : 다양한 그래프를 통해서 자세히 설명해주셨는데요. HTIB 제품 개발에도 이처럼 하이엔드 오디오 개발 과정에서와 같은 측정 방식을 적용하고 또 측정 결과를 적극적으로 활용하는 부분이 인상적입니다.

김종배 책임 : 제품 개발에 제한이 따르는 만큼 오히려 주어진 리소스를 최대한 활용해야 하기 때문에 좀 더 정량적인 시뮬레이션과 측정 결과에 기반한 튜닝이 중요성을 갖게 되었고, 그때문에 고급 오디오 개발에 필요한 것 이상으로 기술적인 요소가 더 많이 고려되었다는 점을 말씀 드리고 싶습니다.

일전에 오디오 전문 컨설팅을 운영하며, 스테레오파일 컬럼을 기고하고, Hifi Critic(英) 저널을 운영하고 있는 마틴 콜롬즈 씨를 만난 적이 있습니다. 당 연구소의 설계기법과 개발 모델에 대한 소개와 청취 및 측정 등에 대해 소개 받은 후, 당 연구소의 엔지니어링 기법에 대해 많은 칭찬을 아끼지 않았습니다.


하이파이넷 :  자세한 설명 감사합니다. 제품의 특성에 최적화된 계측 과정과 해외의 유명 전문가의 청취 평가까지 더해서 탄생한 HT-TX725가 많은 사랑을 받기를 기대해 봅니다. 앞으로 등장할 신제품도 무척이나 기대가 큽니다.

Hifinet