다이나믹 드라이버

1. 개요2. 특징3. 대역폭?4. 내구성5. 에이징을 하면 소리가 좋아진다?6. 대표적인 DD제품

1. 개요

Electrodynamic speaker driver

오늘날 이어폰, 헤드폰, 스피커에 가장 많이 사용되며, 가장 일반적인 발음체이다. 넓은 대역폭을 가져서 작은 단일 유닛으로도 인간의 가청 영역(20 Hz ~ 20 kHz)[2]을 넉넉히 커버할 수 있다.

휴대용 기기에 최초에 사용된 것은 1937년에 등장한 최초의 헤드폰인 베이어다이나믹 DT48이며, 이후 지금까지도 수많은 이어폰과 헤드폰이 이 구조를 따르고 있다. 헤드폰은 거의 전부 DD를 사용한다고 보아도 될 정도이며 이어폰은 밸런스드 아마추어와 함께 발음체 시장을 양분하고 있다.[3] 정전식 이어폰도 없는 건 아니지만 하나같이 굉장히 고가이며 제품 수 자체도 매우 적다.

2. 특징

진동판(다이어프램, Diaphragm)에 코일을 부착하고, 그것을 자석과 가까이 배치한 후 코일에 음향 신호(교류 전기)를 인입하면 무빙 코일이 자성을 띠게 되고, 영구자석과 코일에 유도된 자력이 서로 밀고 당기는 힘으로 다이어프램에 달린 무빙코일이 진동 운동을 하게 되어 소리가 나는 원리이다.

사용되는 자석은 크게 외자형과 내자형 자석으로 나뉜다. 보이스코일을 기준으로 안쪽 동그란 부분에 자석이 들어간 형태면 내자형이며, 바깥쪽을 따라 도넛 형태를 가지면 외자형이다. 일반적으로 내자형이 싼 값 덕분에 많이 쓰이지만, 크기로 인한 자력 부족 문제를 극복하기 위해 자력이 더 강한 외자형이나 두형태를 조합한 자석을 쓰는 제품들이 늘어나고 있다.

진동판은 크게 중앙의 돔과 가장자리의 서라운드 부분으로 나뉜다. 돔은 주로 고주파 대역을 재생하고, 서라운드 부분은 주로 저주파 영역을 재생하게 되는데, 이 때문에 돔과 서라운드의 재질과 형상, 두께를 조절하여 주파수 응답을 튜닝하게 된다.

DD는 다른 구조보다 유닛의 변위와 크기가 큰 편이기 때문에 최대 출력이 높다. 따라서 다른 대역에 비해 에너지를 많이 필요로 하는 저음을 내는 데 유리하다.[4][5] 그러나, 진동판에 금속 코일이 직접 붙어 있는 형태이기에 진동하는 부분의 중량이 높은 편이라 진동판이 매우 가벼운 밸런스드 아마추어나 정전형 방식에 비해 반응 속도가 떨어지고, 진동판을 흔드는 힘이 코일이 부착된 중앙 돔 부분에 집중되기 때문에 출력을 키우거나 고음역대 중에 공진이 발생하는 특정 대역에선 분할 진동 현상[6]이 발생하는 문제가 있다.

진동판의 재질 및 면적, 코일의 재질과 굵기와 길이, 자석의 종류와 자력 등에 따라 다양한 음색이 나온다. 이 드라이버를 설계하는 기술이 헤드폰을 만드는 데 있어 큰 부분을 차지하며, 인지도 높은 헤드폰 제조사들은 대부분 직접 설계한 드라이버를 이용하여 만든다. 다른 방식에 비해 상대적으로 단가가 저렴하고 단일 유닛으로 가청 주파수 전반을 커버할만큼 대역폭이 넓지만, 진동판과 자석에 대한 소리의 의존성이 커서 드라이버의 소형화가 힘들다는 문제가 있다.

대체로 값이 싼 편이라 가격 여하를 막론하고 이어폰, 헤드폰, 스피커 등 다양한 기기에서 쉽게 찾아볼 수 있다.

DD 진동판의 재질에 대해서는 우퍼와 트위터 문서를 참조. 지금은 해당 문서에 나온 단일 재질 외에도 진동판 표면에 베릴륨이나 티타늄, 카본 등을 코팅하는 사례도 많이 찾아볼 수 있다.

3. 대역폭?

다이나믹 드라이버가 밸런스드 아마추어에 비해 단일 유닛으로 넓은 대역을 커버하기에 좋은 것은 맞지만, 무슨 5~40kHz, 4~80kHz 수준의 말도 안되는 대역폭이 나온다고 써놓는 것은 좀 걸러 듣는 편이 좋다.

저렇게 써놓는 것은 그냥 저 대역의 소리도 '나기는 한다' 정도의 단순 홍보 내지 과장광고이지, DD든 BA든 저 정도 초음파 대역에 대해선 유의미한 음압을 출력할 수는 없다. 실제 측정치를 보면 하나같이 가청주파수 대역을 넘어가면 음압이 30~40dB 이상 급락하여 소리가 안 나는 수준이 된다. 애초에 청각적 정보가 포함된 영역이 아니라서 출력이 된다고 해도 무의미하기도 하고.

때문에 DD든, BA든, 평판형이든, 정전형이든 가장 중요한 것은 제조사의 설계와 튜닝 실력이라는 것을 명심해야 한다. 단순히 이 제품은 무슨 드라이버를 썼으니까, 혹은 무슨 소재를 썼으니까 좋을거야! 라고 생각하는 것은 지양하는 편이 좋겠다.

4. 내구성

사실상 다이나믹 드라이버만 사용된다 볼 수 있는 스피커에서는 금속이나 비교적 튼튼한 재료로 두껍게 설계되기 때문에 노후화 문제만 제외하면 별다른 이슈가 없지만, 이어폰의 경우에는 마이크로 단위의 두께로 매우 얇게 만들어지기 때문에 내구성 문제가 간혹 언급되는 편이다. 이어폰에 쓰이는 경우에 얇은 필름 소재의 진동판은 쉽게 찢어지거나 뚫려버리기도 한다. 심지어 이압이 해소가 잘 되지 않는 구조적 결함과 겹치면 귀에 꽂을때 발생하는 이압만으로도 구겨져 버리는 경우도 있다. 한편, 다른 방식인 밸런스드 아마추어에 비해서는 내충격성이 좋고, 습기에 대해 영향을 덜 받기 때문에 일반적으로 쓰이는 방법 중에서는 내구성 문제가 가장 적은편이다.

한편, 다이나믹 드라이버의 내구성은 분할진동 현상과 성능상 비례 관계에 있으며, 반대로 이어폰의 효율(음압)과는 상극에 있다. 진동판을 튼튼하게 만들면 내구성이 좋아지며 분할 진동이 줄어들지만, 입력대비 효율이 떨어져 이어폰에서 일정 수준 이상으로 튼튼하게 만들기는 어렵기 때문에 대부분의 제조사는 어느정도 출력 효율과 진동 특성 사이에서 타협을 본다. 얇으면서도 튼튼한 소재들이 많이 개발되기 시작한 2000년대 중반부터 다이나믹 드라이버를 활용한 이어폰들의 성능이 급격히 좋아진 것도 이런 점과 관련이 크다.

5. 에이징을 하면 소리가 좋아진다?

음향기기 에이징 항목 참조.

6. 대표적인 DD제품

극소수의 평판형, 정전형 드라이버가 사용된 제품을 제외하고 대부분의 스피커와 헤드폰은 다이나믹 드라이버를 사용하고 있다. 그래서 대표적인 제품을 고르기도 힘들 정도. 헤드폰 중 레퍼런스 3대장이라고 불리는 HD600, DT880, K701 등을 포함해 대부분의 제품이 다이나믹 드라이버를 사용하고 있다.

그러나 이어버드형, 인이어형 제품의 경우 밸런스드 아마추어와 다이나믹 드라이버가 혼용되고 있으므로 아래는 이어버드/인이어형 제품의 목록이다.

[1] 실제로 이어폰이나 헤드폰에 있는 유닛은 정상적인 출력(착용 시 110 dB 이하)이라면 진동판이 저렇게 과격하게 움직이는 것이 거의 불가능하고, 스피커 유닛도 어지간히 볼륨을 올리지 않는 한 이렇게 눈에 띌 정도로 움직이는 것을 보기 힘들다. 그리고 저런 스피커 쇼를 보겠다고 너무 과한 전력을 먹이면 코일이 검게 타버리기 십상이므로 절대 그러지 말 것! 정 하고 싶다면 알리익스프레스 천원마트 등에서 2000원, 3000원짜리 헤드폰을 판매하므로 그걸 사서 해보자.[2] 이것은 막 태어난 신생아 수준의 거의 손상되지 않은 청각기관의 경우이고, 귀를 혹사시킬수록, 혹은 단순히 나이가 많아질수록 초고음 가청영역이 좁아져서 16~18 kHz 정도까지 줄어든다.[3] 크기가 작고 고음 표현에 유리하다는 장점을 가진 BA와, 크기가 크지만 풍부한 저음 표현에 유리한 DD를 동시에 사용한 하이브리드 이어폰도 다수 등장했다. 최초의 하이브리드 이어폰은 약 138만원에 출시된 AKG의 K3003이며, 현재는 불과 몇 만원으로도 하이브리드 제품을 만나볼 수 있다.[4] 고음은 직진성이 강해 공간에 상관 없이 약한 출력으로도 사람이 들을 만한 수준의 음압을 쉽게 구현할 수 있지만, 저음은 저주파 진동의 특성상 회절이 매우 잘되며 사방으로 퍼져버리는 특성이 있어 저음을 전달하기 위해서는 공간 전체를 울릴 힘이 필요하다. 딱 극저음만 재생하기 위한 스피커인 서브우퍼를 두는 것이 이 때문이다.[5] 한편, 유닛의 저음을 키우기 위해서는 이어폰 유닛 내의 공기가 댐퍼 역할을 하는 것을 최소화 하기 위해서 에어 벤트(공기 구멍)을 뚫어서 공기의 출입을 원활하게 하는데, 이를 통해 저음량을 조절하기도 한다. 대신 구멍을 뚫으면 차음성이 떨어진다는 것이 단점.[6] 매우 긴 플라스틱 자를 들고 흔들면 힘을 가하는 부분과 자의 끝 부분이 따로 진동하는 걸 생각하는 것을 생각하면 이해하기 쉽다. 한편, 이런 현상을 없애기 위해서는 진동판이 쉽게 변형되지 않도록 튼튼하게 설계해야 하는데, 진동판을 튼튼하게 하기 위해 두께를 늘리면 무거워진 진동판 때문에 더많은 출력을 필요로 하게 되고, 반응성도 떨어지며, 고역대 출력과 대역폭이 줄어드는 반대급부가 있다. 따라서, 상대적으로 낮은 출력에서 구동해야하는 이어폰의 진동판이 얇게 설계되는 경우가 많아 분할 진동 문제가 크게 발생하는 편이며, 최근엔 가벼우면서도 얇게 만들어도 튼튼한 신소재가 유난히 이어폰에서 각광받는 것이 이러한 이유이다. 본격적으로 고강도 재료가 도입되기 이전에 만들어진 구형 이어폰들에서 발생하는 고질적인 3k 딥이나 대역폭 부족은 바로 이런 문제에서 기인한다.