스피커(speaker)에서 소리가 안 나거나 잡음이 날 때 고장 위치를 찾습니다

왜 스피커의 저항과 소리가 서로 다른 정보를 주나요?

일반적인 움직이는 코일형 스피커에는 가느다란 전선을 감은 보이스 코일(voice coil)이 있습니다. 코일에 흐르는 전류가 자석의 자기장과 상호작용하면 코일과 붙어 있는 진동판(cone)이 앞뒤로 움직여 공기를 흔듭니다. 서라운드(surround)와 스파이더(spider)는 진동판과 코일을 중심에 붙잡아 자석 틈과 닿지 않도록 돕는 탄성 부품입니다. 코일이 감긴 원통을 코일 포머(voice-coil former)라고 합니다.

스피커에 적힌 4 Ω이나 8 Ω은 보통 공칭 임피던스(nominal impedance)입니다. 소리가 재생될 때 교류 전압과 전류 사이의 관계를 나타내는 임피던스는 주파수에 따라 변합니다. 멀티미터(multimeter)의 저항 모드에서 재는 직류저항(DC resistance, R_e)과 같은 숫자가 아닙니다. R_e는 코일 권선, 접속부, 온도의 영향을 받습니다. 따라서 8 Ω 스피커에서 8 Ω이 나오지 않는다는 이유만으로 고장이라고 판정하지 않습니다.

코일 권선이 끊어지면 전류가 흐를 길이 없어집니다. 권선 사이 절연이 손상되어 일부 턴이 서로 닿으면, 전류가 정상 경로의 일부를 건너뛰는 턴간 단락(shorted turns)이 생길 수 있습니다. 이때 낮아진 부하는 증폭기에도 부담을 줄 수 있습니다. 그러나 케이블 단선이나 커넥터 접촉 불량도 무음의 원인이며, 코일 온도가 달라져도 R_e가 달라집니다. 저항값 한 번만 보고 권선 상태를 확정할 수 없는 이유입니다.

먼저 전원을 끄고 스피커 쪽을 분리해서 봅니다

1. 증폭기의 전원을 끄고, 회로에 남은 전하가 방전될 때까지 제조사 절차를 따릅니다. 스피커를 증폭기 출력에서 분리하십시오. 저항 모드로 전원이 켜진 출력을 측정하지 않습니다. 통합 앰프나 고전압 전원부를 임의로 열지 말고 접근 가능한 단자에서만 검사합니다.
2. 케이블의 빠진 단자, 느슨한 커넥터, 탄 자국, 찢어진 진동판, 떨어진 접착부를 살펴봅니다. 외관은 원인을 좁히는 단서이지 보이스 코일 단락을 확정하는 증거는 아닙니다.
3. 소리를 직접 내는 개별 유닛인 드라이버(driver)의 두 단자에서 저항을 잽니다. 여러 드라이버와 크로스오버(crossover, 음역을 나눠 각 드라이버에 보내는 회로)가 들어간 완성 스피커의 외부 단자 값은 개별 코일의 R_e와 다를 수 있습니다. 낮은 저항을 정확히 비교해야 한다면 계측선의 저항을 보정하고, 제조사 데이터시트(data sheet)에 기재된 R_e 또는 같은 모델의 정상품을 비슷한 온도에서 기준으로 삼습니다.
4. 계측기에 개방 회로가 보이면 케이블 끝, 스피커 단자, 드라이버 단자로 측정 위치를 옮깁니다. 바깥 단자만 개방이면 연결 경로도 의심해야 합니다. 드라이버 자체의 두 단자에서 개방이 재현되어야 내부 코일이나 접속선의 단선을 의심할 근거가 생깁니다. 반대로 기준보다 낮은 값이 보이면 단락 가능성을 살피되, 온도와 측정 위치를 다시 확인하십시오. 미세한 턴간 단락은 일반 멀티미터 한 번으로 확정하거나 배제할 수 없습니다.

코일의 저항이 정상 범위여도 스피커가 정상이라는 뜻은 아닙니다. 코일이 자석 틈에 닿거나 접착부가 들뜬 경우에는 전기적 연결은 유지하면서 소리만 거칠어질 수 있습니다.

새 스피커를 연결하기 전에 증폭기 출력을 확인합니다

스피커를 떼어 둔 상태에서 증폭기에 정격이 맞는 시험 저항(dummy load)을 연결해 출력 파형과 전류를 확인할 수 있습니다. 시험 저항은 스피커를 대신해 전력을 열로 소비하는 부품이므로 부하 임피던스, 허용 전력, 방열 조건을 해당 증폭기 설명서에 맞춰 고릅니다. 고장 난 출력단을 무작정 큰 음량으로 켜지 말고, 제품의 보호 기능과 허용 시험 절차부터 확인하십시오. 시험 저항에서 얻은 전력값은 증폭기의 부하 구동 상태를 살피는 값입니다. 주파수에 따라 임피던스가 달라지는 실제 스피커 코일의 발열량과 그대로 같다고 놓지 않습니다.

입력 신호를 넣지 않은 상태에서는 스피커가 실제로 연결될 두 출력 단자 사이의 직류 전압을 확인합니다. 음악 신호가 없는 데도 두 단자 사이에 지속적인 직류가 걸리면 코일은 소리를 내지 않는 동안에도 전류를 받아 열이 날 수 있습니다. 또 코일의 정지 위치가 치우쳐 움직일 수 있습니다. 측정된 직류가 허용 범위인지 판단할 숫자는 증폭기 데이터시트와 측정 조건에서 찾아야 합니다.

여기서 단자 배치를 먼저 확인해야 합니다. 브리지 출력(BTL, Bridge-Tied Load)은 스피커의 양쪽 단자를 모두 증폭기가 구동합니다. 이 구조에서 스피커의 ‘−’ 단자는 반드시 접지가 아닙니다. 일반 접지형 오실로스코프(oscilloscope)의 접지 클립을 그 단자에 직접 물리면 출력이 단락될 수 있습니다. 적합한 차동 프로브(differential probe)로 두 단자의 전압차를 보거나, 계측기와 회로의 공통 접지 조건을 확인한 다음 두 채널을 각각 기준 접지에서 재고 파형을 빼는 방법을 사용합니다. 클래스 D(Class D) 출력이라면 스위칭 성분 때문에 전압계 표시값과 직류 판독이 왜곡될 수 있으므로 제조사가 정한 필터·대역·측정 방법을 따릅니다.

그다음 작은 시험 신호부터 넣어 출력 파형이 입력을 따라가는지, 공급 전압의 한계에서 피크가 눌리는 클리핑(clipping)이 나타나는지 확인합니다. 클리핑은 주어진 전원과 부하에서 증폭기가 요구된 파형의 꼭대기를 더 이상 재현하지 못하는 현상입니다. 계속 볼륨을 높이면 평균 출력과 발열이 커질 수 있지만, 파형이 한 번이라도 잘렸다는 이유만으로 코일 손상 원인을 확정하지 않습니다. 같은 최대 전압이라도 파형과 지속 시간이 다르면 평균 전력이 다릅니다. 증폭기의 왜곡, 출력 전압·전류, 사용한 시험 저항의 정격과 발열을 같은 조건에서 기록해야 합니다.

과대 입력을 의심할 때는 스피커 제조사가 표시한 연속·프로그램·피크 전력 정격(continuous, program, peak power ratings)이 각각 어떤 시험 신호와 시간 조건에서 정해졌는지 먼저 확인합니다. 순간 피크 허용값을 오래 지속되는 입력의 허용값처럼 쓰면 안 됩니다. 재생하던 신호의 레벨과 지속 시간, 증폭기의 실제 부하 조건을 함께 기록해야 과열 경로를 좁힐 수 있습니다. 이미 손상된 드라이버에 큰 신호를 다시 넣어 정격 한계를 시험하지는 마십시오.

출력이 정상이라면 작은 소리에서 기계적 이상을 가립니다

증폭기의 출력과 스피커 연결이 정상 범위인 것을 확인한 뒤, 스피커를 작은 소리로 구동합니다. 음량을 서서히 올리되 이상한 마찰음이나 버징(buzzing, 부품이 떨리며 나는 잡음)이 들리면 바로 멈춥니다. 특정 음역·진폭에서만 나타나는 잡음은 코일 문지름, 접착부 이탈, 움직이는 유연한 접속선(tinsel lead)의 접촉, 스피커 상자(enclosure)의 느슨한 부품처럼 여러 원인에서 생깁니다. 스피커를 꾹 눌러 소리가 잠깐 달라졌다는 시험만으로 특정 부품의 고장을 확정하지 않습니다.

열과 오랜 사용은 접착부와 서스펜션(suspension)의 상태를 바꿀 수 있습니다. 서스펜션은 앞서 본 서라운드와 스파이더처럼 코일을 움직이게 하면서 중심을 잡는 부품입니다. 코일 포머의 변형도 코일이 자석 틈에서 움직이는 데 영향을 줄 수 있습니다. 이 부품들이 코일의 위치를 유지하지 못하면 코일 문지름이나 진동판의 비정상 움직임으로 이어집니다. 반면 코일이 과열된 흔적이 보인다고 해서 과대 입력, 클리핑, 출력 직류 중 어느 경로가 원인이었는지 사진만으로 알 수 없습니다. 과열은 여러 전기적 원인에서 공통으로 생길 수 있는 결과이기 때문입니다.

스피커가 손상된 뒤 새 드라이버로 바꾼다고 해서 증폭기 고장까지 고쳐지는 것은 아닙니다. 교체하기 전에 출력의 직류, 클리핑 여부, 부하 조건을 같은 절차로 다시 확인하면 새 스피커를 같은 원인에 노출시키는 일을 줄일 수 있습니다.