[9강] 패시브라디에이터(Passive Radiator)를 사용하는 스피커 튜닝 - 저음이 잘 나오게 하려면 어떤 주파수를 설정해야 할까?
패시브 라디에이터(PR, Passive Radiator)를 사용하는 포터블 스피커에서 저음을 잘 구현하려면, 패시브 라디에이터의 공진 주파수를 정확히 설정하는 것이 핵심입니다. 이는 베이스 리플렉스 스피커의 포트 튜닝과 유사합니다.
✅ 패시브 라디에이터 공진 주파수 설정 기준
공진 주파수는 다음 요소에 따라 달라집니다.
- 액티브 드라이버의 크기
- 인클로저(박스) 부피
- 원하는 저음의 깊이(저역 확장)와 음압(SPL) 간의 균형
그러나 작은 포터블 스피커의 경우 일반적인 기준은 다음과 같습니다.
| 드라이버 크기 추천 | PR 튜닝 주파수(Hz) | 비고 |
| 1~2인치 드라이버 | 90–110 Hz | 작은 박스에서 타격감 있는 저음 확보 |
| 2.5~3.5인치 드라이버 | 70–90 Hz | 조금 더 깊은 저음 가능 |
| 4인치 이상 | 50–70 Hz | 깊은 저음 확보 가능 (PR 크기도 커져야 함) |
🎯 패시브 라디에이터의 공진 주파수 공식 (유사 Helmholtz 공진기 모델)
여기서
🔍 스프링 강성 K 정의 (인클로저 용적 기반)
공기 스프링의 강성 K는 인클로저(박스)의 내부 부피 Vb에 따라 결정됩니다.
📦 등가 질량 Mpr 정의
✅ 일반적인 기준 (소형 포터블 스피커)
패시브 라디에이터의 공진 주파수는 일반적으로 다음과 같은 범위로 설계됩니다.
물론 아래 사항으로 참고 사항이며 설계, 디자인 및 목표 주파수에 따라 다르게 적용됩니다.
| 드라이버 크기 | 인클로저 부피 권장 | PR 공진 주파수 |
| 1"~2" | 0.1~0.3 L | 90~110 Hz |
| 2.5"~3.5" | 0.4~0.8 L | 70~90 Hz |
| 4" 이상 | 1.0 L 이상 | 50~70 Hz |
✍️ 요약
패시브 라디에이터의 공진 주파수는 다음과 같이 정리할 수 있습니다.
🎯 효과적인 튜닝 팁
- 드라이버의 고유 공진 주파수(Fs)보다 약간 낮게 PR 주파수 설정
→ 드라이버가 재생하기 힘든 낮은 주파수 영역에서 PR이 저음을 보강해 줍니다. - PR에 무게를 추가하거나 줄여서 튜닝 주파수 조절
- 무게 ↑ → PR 공진주파수 ↓ → 더 깊은 저음
- 무게 ↓ → PR 공진주파수 ↑ → 빠른 응답성과 펀치감
- FFT 분석이나 임피던스 측정을 활용
- 임피던스 그래프의 피크는 시스템의 공진 주파수를 보여줍니다.
- 이 주파수에서 액티브 드라이버의 진폭이 줄어들고 PR이 역할을 대신합니다.
- PR 과도 진동 방지
너무 낮은 주파수로 튜닝하면 PR이 과하게 움직일 수 있으므로, 하이패스 필터(50~60Hz 컷)를 적용해 불필요한 초저역을 차단해 주세요.
📊 예시
- 2.5인치 풀레인지 드라이버
- Fs = 110Hz
➡ 이 경우 PR 튜닝을 약 80Hz로 설정하면 좋습니다.
- 대략 75Hz까지 저음 확장 가능
- 작은 박스에서도 음압 유지
- 드라이버 진폭 부담 분산
🎯 아래 이미지는 우퍼와 패시브 라디에이터의 공진 주파수 위치를 시각적으로 보여주며, EQ 부스트가 적절한 영역과 피해야 할 영역도 함께 안내합니다. 실제 그래프와 다소 상이하지만 참고사항으로 확인 바랍니다.
📌 그래프 주요 정보
- 점선 : 우퍼 공진 주파수 (Fs = 110Hz) – 날카롭고 진폭이 큼
- 실선 : 패시브 라디에이터 공진 주파수 (fₚᵣ = 80Hz) – 부드럽고 낮은 진폭
- 주황색 음영 : ✅ EQ 부스트 권장 대역 (75~95Hz)
- 빨간색 음영 : ❌ EQ 부스트 지양 대역 (20~55Hz, 서브소닉)
✅ 왜 75~95Hz 대역에서 EQ 부스트를 권장하나요?
이 주파수 대역은 보통 패시브 라디에이터(fₚᵣ)의 공진 주파수를 중심으로 설계된 구간입니다. 대부분의 포터블 스피커에서
- fₚᵣ (패시브 라디에이터 공진 주파수)는 70~90Hz 사이로 설정됨
- 이 구간은 PR이 효율적으로 저음을 방사할 수 있는 영역입니다.
🔍 75~95Hz 대역에서 EQ 부스트를 하면
- PR의 자연스러운 공진을 활용할 수 있음
- 액티브 드라이버의 무리한 움직임 없이 저음이 강하게 느껴짐
- 효율이 높고 왜곡이 적음
- PR이 대부분의 에너지를 방사해 주기 때문에 시스템에 부하가 적음
❌ 70Hz 이하 (예: 20~55Hz) 부스트 시 생기는 문제
이 영역은 서브소닉(subsonic) 대역으로, 작은 스피커에서는 재생이 비효율적이고 위험한 주파수 대역입니다.
주요 문제점
- PR이 공명하지 않음 → 드라이버가 과도한 진폭을 가짐
- fₚᵣ보다 낮은 주파수에서는 PR이 제대로 움직이지 않음
- 액티브 드라이버가 무리하게 움직이면서 과도한 Xmax(진폭) 발생 → 왜곡, 댐퍼 파손 위험 증가
- 출력 대비 효과 미미 → 전력 낭비
- 앰프 출력은 소비되는데 실제 소리는 거의 나지 않음
- 배터리 소모 많고 시스템 발열 증가
- 위상 문제로 저음 상쇄 가능성
- PR과 액티브 드라이버가 위상이 어긋나며 서로 소리를 상쇄하는 현상 발생 가능
❌ 100Hz 이상을 부스트 하면?
PR의 영향력은 거의 사라지고, 이 영역은 주로 드라이버가 자체적으로 커버하는 대역입니다.
- 저음이 뭉개지거나 붕붕거리는 느낌(Boomy) 발생
- 중음대 해상도를 가릴 수 있음
✅ 요약: 왜 75~95Hz가 최적의 부스트 대역인가?
| 주파수 대역 | 결과 | 권장 여부 |
| 20~55Hz | 서브소닉 → 진폭 과도, 출력 낭비 | ❌ 부스트 금지 |
| 60~70Hz | PR 공진 약함, 시스템 불안정 | ⚠️ 주의해서 부스트 |
| 75~95Hz | PR 최대 효율, 저음 보강 최적화 | ✅ 적극 추천 |
| 100Hz 이상 | PR 영향 없음, 저음 뭉침 가능성 | ⚠️ 소량만 부스트 |
❌ EQ 부스트 대역이 임피던스 최소 지점(DCR 근처)에 위치하면 왜 위험한가요?
1. 최소 임피던스 구간에서 전류가 최대치로 흐름
- 오옴의 법칙
- → Z(임피던스)가 낮을수록 전류(I)는 급격히 증가합니다.
- 저역에 EQ 부스트를 걸면 해당 대역의 출력 전압(V)이 커지는데,
이때 임피던스가 DCR 수준으로 낮다면 전류가 과도하게 흐릅니다.
✅ 결과:
→ 보이스 코일이 열 과부하에 빠지고, 파워 컴프레션, 심하면 코일이 타는 고장까지 발생할 수 있습니다.
2. 앰프에 과부하가 걸려 클리핑 위험 증가
- EQ 부스트 + 낮은 임피던스 → 앰프는 무거운 부하를 받습니다.
- 특히 포터블 스피커처럼 소형 배터리 기반의 앰프일 경우:
- 전압 클리핑 조기 발생
- 배터리 소모 가속화
- 왜곡 급증
3. 임피던스가 가장 낮은 구간에서는 드라이버 제어력이 가장 약함
- PR 튜닝보다 약간 높은 주파수 대역(100Hz)은 보통 임피던스가 가장 낮고,
이 구간은 드라이버의 댐핑(제동력)이 약해지는 지점입니다.
→ 여기서 EQ를 부스트 하면
- 콘이 제어되지 않고 과도하게 움직임
- IMD(상호변조 왜곡) 증가
- 저음의 응답이 뭉개짐
✅ 권장 튜닝 방법
임피던스가 가장 낮은 지점(DCR 근처)에서는 EQ 부스트를 피하세요.
대신,
- PR 공진 주파수(fₚᵣ) 중심으로 살짝 위쪽 대역에서 부스트 하세요.
- 이 구간은
- PR이 진폭 부담을 대신해줌
- 임피던스가 조금 더 높아 앰프 안정성 확보
- 효율이 높아 EQ 부스트의 효과가 크고 위험이 적음
🔁 시각적 예시 요약
▲ EQ 부스트 권장
___|___ ← PR 공진 피크 (~80–90Hz)
/ \____
/ \___ ← Fs 피크 (~110Hz)
| |
| |______ 임피던스 최저점 (DCR, 보통 90–100Hz)
→ 곡선이 가장 낮은 지점에서는 부스트를 피하세요.
📌 구성 요약
- 파란 선: 임피던스 커브 (PR + Fs 포함)
- 빨간 점선: EQ 부스트 곡선 (85Hz 중심)
- 🟧 주황색 음영: 권장 부스트 대역 (75–95Hz)
- 🟥 붉은 음영: DCR 인접 위험 영역 (90–100Hz)