PA 등의 대형 음향에서는 혼과 컴프레션 드라이버를 조합하여 사용하며,
하이파이
오디오에서는 주로 돔형이나 역돔형 트위터를 사용한다. 물론 회사에 따라 하이파이 시스템에 혼형 트위터를 사용하는 경우도 있다(
클립쉬,
JBL 등). 그리고 일부 저가형 오디오에선
우퍼에 주로 사용되는 콘형 유니트를 소형화하여 사용하기도 한다.
멤브레인 재질 및 형태는 선형 매개변수인 주파수 응답 (고역 확장 등) 및 지향성에 크게 관련되어 있다. 비 선형 매개변수는 이들 요소와 관련도가 낮고 주로 모터와 인덕턴스 효과 등 모터 시스템과 관련한다.
소프트와 함께 자주 볼 수 있는 재질. 이 소재들은 가청 주파수 한계 내에서 큰 피크를 초래하는 심각한 브레이크 업을 생성 하기도 하는데, 이를 해상력/디테일 향상으로 오인하는 경우가 많다.
Aluminium
Vivid audio CDP
밀도(p): 2,700 kg/m^3
영률(E): 90 * 10^6 Pa
음속(√(E/p)): 5,020 m/s
메탈 중 상당히 흔한 재질이다.
Titanium
Yamaha PSD2013-8DIA
밀도(p): 4,500 kg/m^3
영률(E): 140 * 10^6 Pa
음속(√(E/p)): 5,080 m/s
JBL 컴프레션 드라이버 멤브레인으로 자주 사용된다.
이후 세 재질들은 상대적으로 높은 강성 대 질량 비율[3]이 알루미늄이나 타이타늄을 능가한다는 점에서, 이론적으로 더 큰 고주파 출력과 동시에 더 낮은 왜곡을 가지며, 특히 상호변조 왜곡[4]에서 뚜렷한 이점이 있다. 그 중 베릴륨으로 예를 들자면, 매우 가볍고 뻣뻣하므로 하중이 가해질 때 구조적 무결성을 유지하고 브레이크 업[5]을 완화하는 데에 더 나은 역할을 한다. 베릴륨을 통한 음속[6]은 알루미늄이나 타이타늄을 통한 음속보다 약 2.5배 더 빠른데, 이것은 1차 브레이크 업이 더 높은 주파수에서 발생한다는 것을 의미한다.
Beryllium
Rockport tweeter by Scanspeak
밀도(p): 1,840 kg/m^3
영률(E): 240 * 10^6 Pa
음속(√(E/p)): 12,830 m/s
초기 베릴륨 트위터는 물리 기상 증착(PVD) 방식으로 제조되었는데, 이는 기화된 물질을 특정 형태에 응축시켜 얇은 층을 증착하는 공정이다. 문제는, 이 방식이 트위터의 두께를 제한할 뿐만 아니라, 파손이 발생할 경우 유해한 통기성 입자를 생성할 가능성이 더 높은 비교적 거친 입자 구조를 생성했다는 것이다. 그러나, Materion Electrofusion 사의 Truextent 베릴륨 포일의 등장으로 보다 내구성 있는 입자 구조를 달성하고 잔류 내부 변형이 최소화 되었다. 즉, 훨씬 더 단단하며 파손시에 통기성 입자가 덜 생성된다는 것이다. 향상된 내구성 외에도, 제조 비용 또한 합리적으로 줄어들었기에, Bliesma, SB 어쿠스틱스 등 비교적 신생 유닛 제조사들이 비교적 합리적인 가격대에 높은 성능의 베릴륨 유닛을 생산하는 계기가 되었다.
베릴륨 트위터를 사용하는 브랜드는 과거 일본의 야마하의 미드레인지와 트위터, 1970년대 파이오니어의 TAD 드라이버에 이르기까지 그 수가 적지 않았으나, 베릴륨 포일의 공급이 원활치 않던 과정에서 대부분 단종되었으며, 수십년이 흐른 현재에서는
포칼이 고급 모델에 베릴륨 트위터를 사용하고 있다.
Ceramic
Accuton C30-6-24
밀도(p): 3.800 kg/m^3
영률(E): 393 * 10^6 Pa
음속(√(E/p)): -- m/s
말 그대로 도자기 재질. 재질 특성상 디스토션이 적으나, 근본적으로 취성이 높기 때문에 내구성이 낮다.
Accuton의 대부분의 모델에 사용된다.
CVD Diamond
Magico MBD
밀도(p): 3,515 kg/m^3
영률(E): 750 * 10^6 Pa
음속(√(E/p)): 17,300 m/s
보편적으로, 고온에서 형성되는 탄소결정의 증착물을 가공하여 사용한다. 재료 자체의 가격이 높은 편이며, 상당히 얇은 두께의 돔으로 가공해야 한다. 특수한 공정을 필요로 하여 설비비용 등의 문제로 트위터 다이어프램의 제작 단가가 비싸다.
이들은 공통적으로 다이나믹 구동방식을 기반으로 콘 또는 돔 타입의 다이어프램이 진동하는 형태이다. 대체로 돔 타입은 콘 타입에 비해 고음역대 구동에 용이한 구조이며, 현재에는 돔 타입이 보편적이다. 컴프레션 드라이버도 마찬가지. 돔 타입은 대개 중간 정도의 방사각을 가진다.
이들은 공통적으로 아주 얇고 평평한 다이어 프램이 진동하는 형태이다. 트루 리본과 AMT는 음향적으로 수직 치수가 크고 수평 치수가 작다는 점을 공유한다. 즉, 공통적으로 수직보다 수평으로 더 넓은 방사각을 가진다. 문제는, 더 높은 출력과 더 낮은 크로스오버 포인트를 목표로 하는 디자인은 더 큰 다이어프램을 사용하는데[7], 이때 이들은 약 8kHz 이상의 매우 좁은 수직 범위를 갖는 고주파수 빔을 생성한다.
구동되는 방식에 따라 다음과 같은 다섯가지 유형이 존재한다.
True-ribbon
Viawave SRT-7
트루 리본 방식은 자기장에 매달린 얇고[8] 주름지고 부드러운 평면 전도성 멤브레인 호일 스트랩으로 구성된다. 스탠레이 캘리(Stanley Kelly)가 개척한 디자인이 몇가지 수정을 거쳐 현재까지 이어지고 있으며, 후면이 밀폐되지 않은 경우 후면은 정면에 대해 역 위상을 가지므로 쌍극자 즉, 다이폴(dipole)이 된다. 사용된 예로는 매사노빅 RTM-10.
리본의 극도록 얇은 두께와 가벼운 무게[9] 덕에 초고음역까지의 넓은 고역확장이 용이하며, 더불어 매우 빠르고 섬세한 반응성을 갖는다. 그러나, 이러한 양질의 재생을 제공하는 디자인이 매우 한정 되어있고, 이러한 디자인은 신뢰할 수 있는 일관성으로 제조하기 까다롭다는 점에서 RAAL 등의 일부 전문 유닛 제조사에서 고가에 판매된다. 게다가 얇은 두께 탓에 깨지기 쉽고 호일은 시간이 지남에 따라 또는 과도하게 구동될 때 기하학적 안정성을 쉽게 잃을 수 있으며, 상대적으로 제한된 동적 범위를 갖는다.
Air-motion
Mundorf AMT19CM2.1-C
AMT(Air Motion Transformer) 방식은 폴리머 기판이 있는 적층 다이어프램이 접힌 구조로 구성된다. 헤일 박사(Dr. Oscar Heil; 1908–1994)가 발명한 이 개념은 트루리본과 다른 변환 원리로 작동한다. 이때, 하나의 반 주기(half cycle)에서 주름은 다이어프램의 한 쪽에서 공기를 압축하고 다른 쪽에서 공기를 감소시키므로, 후면이 밀폐되지 않은 경우 후면은 정면에 대해 동일 위상을 가지므로 양극자 즉, 바이폴(bipole)이 된다. 독일의 대표적인 스피커 제조사인
엘락, 프로페셔널 모니터 스피커를 제조하는 아담 오디오, 이브 오디오, HEDD등이 특히 유명하다.
내구성이 리본에 비해 비교적 좋으며, 비용 효율적이라는 점에서 리본보다 사용되는 방식이다.[10] 하지만 단점 또한 상당히 명확하다. 우선, 고출력 재생 시 빠르게 가열되고 모양이 왜곡되어 내부 응력과 왜곡이 발생한다. 뿐만 아니라, 접힌 다이어 프램은 아코디언 패턴을 가지고 있어 당연히 비선형적이고 변조효과를 관찰할 수 있다.[11] 더욱이, 좁은 주름 사이의 공기가 비선형 및 점성이 되어 더 높은 손실, 압축 및 상호 변조로 이어지는 더 큰 변위를 필요로 한다. 또 다른 문제점은 도체의 약 50%는 자석으로 닫혀 있고 약 50%는 소리가 빠져나갈 수 있는 구멍이 되어 구동력 분포가 고르지 않고 다양한 형태의 왜곡이 발생한다. 마지막으로, 다이어프램이 접혀서 제자리에 유지되는 방식이 도체에 대해 동일한 폼 팩터와 위치를 안정적으로 제공하지 않기 때문에 필연적으로 유닛 별 매개변수 편차가 증가한다.
Magnetostatic
정자기 방식 즉, 플래너 마그네틱. 후면이 밀폐되지 않은 경우 후면은 정면에 대해 역 위상을 가지므로 쌍극자 즉, 다이폴(dipole)이 된다.
Electrostatic
정전 방식은 한 쌍의 전기 전도성 그리드 사이에 작은 공극을 두고 끼워진 전도성 코팅된 마일러 혹은 알루미늄 필름 등의 얇고[12] 평평한 다이어프램으로 구성되어 있다. 증폭된 오디오 신호가 그리드에 전달되어 다이어프램을 극성화하고 결과적인 정전기력이 시트의 움직임을 생성하여 파동으로 변환된다. 후면이 밀폐되지 않은 경우 후면은 정면에 대해 역 위상을 가지므로 쌍극자 즉, 다이폴(dipole)이 된다.
Piezoelectric
압전 방식은 고분자 요소로서 폴리비닐리덴 플루오라이드 필름[13]으로 이루어진 평평한 다이어프램으로 구성되어 있다. 압전식 전기장으로 구동되며, 후면이 밀폐되지 않은 경우 후면은 정면에 대해 역 위상을 가지므로 쌍극자 즉, 다이폴(dipole)이 된다.
현재, 널리 사용되는 발음 체는 소리 에너지를 주변 공기로 전달하기 위해 움직이는 멤브레인으로 구성된다. 이는 필연적으로 다른 비 선형성[14] 과 함께 움직이는 멤브레인의 질량으로 인한 왜곡/채색을 생성한다. 이를 개선하기 위한 공기의 이동 질량을 제외한 질량이 0에 가까운 발음 체를 달성하기 위한 여러 시도가 있었는데, 한 가지 방법은 대기 플라스마를 사용하여 공기를 이동 시는 것이다. 대기 플라스마는 대기 부피에 큰 전기 장을 가함으로서 쉽게 생성된다. 전기 장은 공기 분자를 분해하는데, 공기 분자가 분해될 때, 이온화 되면서 작용하는 전기 장의 기울기 방향으로 이동하며 자체의 관성을 주변 공기에 전달한다. 이때, 전기 장 생성을 오디오 신호에 맞게 조정하면, 음파가 생성된다.
현재 이온 트위터에는 플라스마 아크, 테슬라 코일, 발화 방식이 있다. 먼저, 플라스마 아크 방식은 위의 기본 원리를 그대로 재현한 방식이나, 높은 전기 장으로 인해 필연적인 부식이 발생하며, 상당히 위험하다.(
산소 에서
오존 이 생성된다, 고농도의 오존은 인체에 독성이 있고 전선이나 회로를 부식시킨다. 이러한 스피커를 환기가 잘 되는 공간에서 쓴다고 보기에는 어려우므로 간과해서는 안 되는 문제다.) 둘째로, 테슬라 코일 방식은 상당한 전기적 간섭을 일으킨다. 마지막으로, 발화 방식은 분젠 버너를 이용한다. 세 방식 모두 반 영구적인 실용화가 불가능하며 주파수 대역폭과 고음압에서 상당한 성능 상 제약이 존재한다.
주로 빈티지 스피커나 PA용 스피커에서 볼 수 있는 형식. 컴프레션 드라이버[15] 앞에 혼(나팔)을 달아서 고음의 지향성을 컨트롤하는 방식이다.
지향성을 좁히는 만큼, 소리가 멀리 나가고 게인이 발생하므로, 능률이 좋은 특성을 지진다. 허나, 특유의 혼 특유의 왜곡[16]을 컨트롤하기 어려워서 거칠고 과도하게 밝은 소리가 나는 경우가 있어 가정용 스피커에는 일부(클립쉬, JBL 등)의 경우를 제외하면 찾아보기 힘들다.
Waveguide Horn
가정용 스피커에 사용된 돔 트위터에도 "웨이브가이드"라는 짧은 혼을 앞에 달아서 지향성을 개선하기도 한다. 배플에 바로 트위터가 장착될 경우 배플이나 모서리의 영향으로 지향성이나 페이즈 왜곡이 일어나는 경우가 있는데 이것을 정리해 주는 것이다.
[1]
새가 지저귀는 소리 tweet에서 온 말. SNS서비스인 Twitter와는 스펠링이 다르다.
[2]
과거의 풀레인지 시스템에서는 하나의 유닛이 모든 대역을 담당하였으나, 고음과 저음에 어울리는 구조와 방식의 스피커가 다르다는 점에 착안하여, 고음 영역에 특화된 유니트를 고음에만 사용하도록 제작한 것을 트위터라고 한다. 여기엔 좀더 음향학적인 이유도 있다. 유닛이 한개만 있을 경우 저음에 의해 콘이 심하게(크게) 흔들리게 되고, 이에 따라 소리가 발생하는 위치도 매 순간 변하게 된다. 즉 소리의 위상이 틀어지게 되는데, 아무래도 떨림이 작고 주파수가 높은 고역대가 영향을 심하게 받는다. 이런 현상을 막기 위해 저음부와 고음부를 나눈 것이기도 하다.
[3]
stiffness-to-mass ratio
[4]
intermodulate distorton
[5]
break-up; 이상적인 진동판 다이어프램은 모든 지점이 균일하게 원하는 방향으로만 움직이는, 즉 완벽한 피스톤 운동을 한다. 그러나, 현실에서는 다이어프램에 작용하는 힘이 구조적 무결성을 압도하고 표면의 다른 지점이 서로에 대해 다른 시간에 움직이므로 필연적으로 파손 (분리), 즉 브레이크 업 (break-up) 이 발생한다. 브레이크 업은 일반적으로 시간 영역에서 긴 감쇠 (ringing) 를 유발하는 거친 피크주파수 응답을 초래한다.
[6]
12800 m/s
[7]
이때 다이어프램의 너비는 1인치 보다 넓고 높이는 3인치 보다 길어진다.
[8]
약 2-20 µm
[9]
코일의 부재로 인한
[10]
또한 이론적으로 AMT의 접혀있는 구조상 동일한 동작에 대해 리본보다 더 많은 공기를 이동 시킬 수 있으므로 주어진 음압(SPL)에 대해 트루리본 보다 더 낮은 주파수를 재생할 수 있다.
[11]
접힌 부분이 안쪽으로 이동하여 공기를 압착하면 출구 영역이 작아지고 접힌 부분이 멀어지면 방사 영역이 커지기 때문이다.
[12]
약 2-20 µm
[13]
PVDF; polyvinylidene fluoride film
[14]
magnetic and suspension nonlinearities
[15]
컴프레션 드라이버 자체는 돔형의 다이어프렘(진동판)을 사용한다 재질은 보통 가볍고 강한 알루미늄이나 타이타늄 등 금속 소재를 사용하나 합성소재를 사용하는 경우도 있다.
[16]
그냥 말하는 것과 입 앞에 손나팔을 대고 말하는 것을 생각해 보자.
