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사물의 원리 – 오디오는 어떻게 소리를 낼까?

  • 2015.08.10.
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아주 오래 전 사람들은 TV를 보고 소인족, 즉, 작은 사람들이 안에 들어가 있는 줄 알고 깜짝 놀랐다고 합니다.

오디오도 마찬가지 입니다. 지금이야 당연하게 생각하지만, 처음 접한 사람들은 도대체 왜 소리가 나는지 도통 알 수 없었습니다.

하지만 지금의 우리는 일상에서 오디오가 없는 것을 상상도 할 수 없습니다. 이제 우리는 오디오를 통해 우리는 오랜 시간 듣고 싶은 소리를 반복해서 듣는 것이 가능해졌습니다.

오디오는 라틴어의 ‘audire(듣다)’에서 유래한 말로 ‘음악, 사람의 목소리, 자연의 소리 등을 전기에너지로 변환하여 녹음하거나 재생하는 시스템’을 의미합니다.

이러한 오디오는 어떠한 원리로 작동하는 것일까요?

 

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◆ 오디오의 각 부분의 기능

오디오가 소리는 내는 방식에 대한 이해를 돕기 위해 우선 오디오를 사람의 신체로 비유해 보도록 하겠습니다. 오디오는 사람의 발성원리와 기관들이 기계로 재구성 되었다고 보시면 이해하기 편합니다.

간단히 말하자면, ‘입’과 ‘성대’는 ‘스피커’로, ‘근육’들은 ‘앰프’가 되어 전기신호를 받아 그 신호대로 스피커를 작동시키는 에너지 공급원의 역할을 하며, ‘신경계’는 음을 발생시키는 ‘소스기기’로 이루어져 있다고 생각하시면 되겠습니다.

이는 소리가 시작되는 전기적 신호의 원천이 되는 곳으로서 아날로
그에서 시작해서 첨단 디지털 재생기까지 동일한 구조를 가집니다. 세부적인 기능을 살펴보겠습니다.

 

1. ‘소스기기’는 음반을 읽어내어 전기신호를 생성하는 장치입니다.

예를 들면, ‘LP플레이어’의 경우 회전하는 레코드 판의 가느다란 틈새의 모양에 따라 바늘을 움직여 전기신호를 발생시키며, CD의 경우 신호를 ‘0’과 ‘1’의 조합으로 된 비트 단위로 변환시키고 읽어냅니다. 또한 디지털파일을 읽어내는 기술로 MP3가 있습니다.

 

2. ‘앰프’는 소스기기로부터 유입된 작은 신호 전류를 ‘증폭’시켜 흘려줌으로써 스피커를 진동시키는 전기장치입니다.

증폭이란 소리를 더 크고 확장시켜, 또렷하게 들리게 하기 위한 것입니다. 앰프는 입력된 신호를 처리하는 장치인 ‘프리앰프’와 신호를 증폭하여 출력시키는 장치인 ‘파워앰프’로 구성됩니다.

 

3. ‘스피커’는 자체적으로 움직이지 않고 앰프에서 흘려주는 전기를 운동에너지인 진동으로 전환해서 소리의 파동을 발생시키는 장치로 인체의 공명원리에 따라 폐쇄된 공간을 울려 소리를 내게 만들어져 있으며, 박스형의 구조를 아예 해체시켜서 얇은 판을 떨게 만드는 방식도 존재합니다.

 

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◆ 오디오에서 소리가 나는 원리

이제 이들이 어떻게 소리는 내는지 그 작동원리에 대하여 설명 드리겠습니다.
소리는 ‘소스기기’-‘앰프’-‘스피커’의 순서대로 발생됩니다.

 

1. 최초 아주 미세한 ‘전기 신호’가 발생합니다.

LP플레이어의 경우에는 레코드 판의 미세한 틈을 따라 운동하는 바늘의 움직임이 만들어낸 운동에너지의 변환신호이고, CD플레이어라면 레이저가 ‘0’과 ‘1’로 읽어낸 조합의 집합신호입니다. 이 신호는 케이블, 기판 등을 거쳐 앰프로 흘러갑니다.

 

2. 소스기기로부터 넘어온 전기 신호가 ‘앰프’에 도착하면, 앰프는 소스에서 온 전기 신호를 스피커를 움직일 만한 크기로 증폭됩니다.

그 크기는 볼륨에 따라 따라 흐르는 양이 조절됩니다. 이 때 증폭에 필요한 것이 바로 ‘트랜지스터’ 혹은 ‘진공관’입니다. 이 과정에서 스피커로 흐르는 전류를 원활하게 흐르게 하기 위해서 앰프는 미리 기어장치인 ‘전원트랜스’로 전압을 조절하고, 저장 탱크인 ‘콘덴서’에 전기를 저장해둡니다.

 

3. 이렇게 앰프에서 증폭된 전기신호가 스피커에 도착하게 되고, 스피커에 전기가 흐르게 되면 진동판은 그 전류의 변화에 맞추어 앞뒤로 움직이게 됩니다.

이는 자석을 붙인 진동판에 전류가 흐르면 자기장이 생기는 원리를 이용한 것입니다. 스피커의 진동판에서 울림이 생기면 전기신호는 이내 곧 소리로 변하게 됩니다. 이처럼 오디오의 역할은 크고 작은 전기적 신호를 스피커에까지 전달하는 것이라고 할 수 있습니다.

 

원리를 더 쉽게 설명하기 위한 예를 들자면, ‘북’을 치면 당연히 소리가 납니다. 또한 북을 세게 칠수록 북의 가죽이 크게 진동하고, 주변에 있는 공기의 진동도 커져서 소리의 세기가 커지게 됩니다.

즉, 북의 가죽에서 진동이 일어나 소리를 냈다고 할 수 있는 것입니다. 그리고, 북의 진동수가 크면 높은 소리가 나고, 진동수가 작으면 낮은 소리가 납니다. 스피커도 이와 마찬가지로 진동을 통해서 소리를 내는 것입니다.

오늘은 이처럼 소리가 어떠한 방식으로 오디오에서 나오는지에 대해 알아보았습니다.
유익한 시간 되셨기를 바라며, 더욱 유용한 지식으로 찾아뵙겠습니다.

 

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