https://www.knowles.com/resource-news-details/the-science-of-premium-sound-using-miniature-transducers

소형 트랜스듀서를 사용한 프리미엄 사운드의 과학

균형형 아마추어 드라이버의 성능과 다재다능함은 정교한 디지털 보청기에서 웨어러블 컴퓨팅 시스템에

이르기까지 고도로 소형화된 기기에서 프리미엄 사운드를 구현합니다.Knowles Corporation은 60년 전에 원래는 청력 건강 기기에 사용하기 위해 균형형 아마추어 드라이버를 개발했고 나중에는 이어폰에 사용했습니다.이러한 발전을 통해 하루 종일 착용하고 작은 배터리로 작동할 수 있는 소형, 편안하고 고품질의 청력 건강 기기를 설계할 수 있었습니다.이러한 요구 사항은 현재 인이어 웨어러블 기기에 부과되는 것과 동일합니다.이 논문에서는 균형형 아마추어 드라이버의 구조를 설명하고 통풍구가 있는 균형형 아마추어 드라이버와 통풍구가 없는 균형형 아마추어 드라이버의 볼륨 요구 사항을 소형 동적 스피커와 비교하여 논의하고 표준 및 클래스 D 앰프를 모두 사용하여 드라이버 전력 요구 사항을 분석합니다.Knowles는 다양한 라인의 균형형 아마추어 구성 요소를 제공하지만 이 논의에서는 RAB 시리즈의 이점과 성능과 6mm 동적 스피커를 비교하는 데 중점을 둡니다.

밸런스드 아머처 드라이버의 구조

밸런스드 아머처 드라이버는 특별히 제작된 리드를 통합하여 매우 작은 크기에서도 고음질 사운드를 안정적으로 재생할 수 있습니다. 리드는 자기 투과성이 높고, 특별히 어닐링 처리되어 자석 사이의 중앙에 정확히 배치됩니다. 정적 코일의 교류(AC) 신호는 리드에 자속을 생성합니다. 이는 리드에 불균형을 생성하고 팁에서 AC 동작을 유발하여 커플링 막대를 통해 가볍고 매우 단단한 알루미늄 다이어프램으로 전달됩니다. 다이어프램은 오디오 대역에서 공진이 없어 뛰어난 선명도를 생성합니다.

코일은 동적 스피커에서는 움직이는 반면 밸런스드 아머처 드라이버에서는 고정되어 있습니다. 즉, 밸런스드 아머처 코일에서 훨씬 더 많은 구리를 사용할 수 있어 제한적 손실이 줄어듭니다. 자기 회로의 커플링도 밸런스드 아머처 드라이버에서 더 강합니다. 자기 표면적이 더 넓어 더 큰 구동 필드가 생성됩니다. 최종 결과는 주어진 크기에 비해 더 높은 출력입니다. 또한, 동적 스피커의 움직이는 부분(다이어프램 + 코일)의 더 큰 질량은 얇고 가벼운 다이어프램과 고정 코일을 사용하는 밸런스드 아머처 드라이버에 비해 고주파를 효율적으로 재생하기 어렵게 만듭니다.

밸런스드 아머처 드라이버와 동적 스피커 볼륨 요구 사항
이어폰이나 인이어 웨어러블 기기의 크기가 너무 크면 장시간 사용 후 사용자가 불편함을 느낄 수 있습니다. 종일 착용하도록 설계된 최신 청력 건강 기기(대부분이 드라이버를 귀에 직접 배치)와 마찬가지로 인이어 웨어러블 기기의 드라이버 볼륨이 작을수록 전체 기기 크기가 작아지고 착용감과 편안함이 실제로 향상됩니다. 드라이버 볼륨만 기준으로 RAB 밸런스드 아머처 드라이버는 6mm 동적 스피커 크기의 약 1/3에 불과합니다. 이를 통해 수반되는 전자 장치, 센서 및 배터리를 위한 공간이 더 많아집니다.

또한 두 경우 모두 백 볼륨이 필요하다는 점도 고려해야 합니다. 동적 스피커는 일반적으로 최적의 주파수 응답을 달성하기 위해 상당한 백 볼륨이 필요합니다. 한 가지 옵션은 하우징에 개방된 공기로 통하는 통풍구를 제공하는 것이지만, 이는 모든 날씨에서 야외에서 사용하도록 설계된 기기에는 적합하지 않을 수 있습니다. 다른 옵션은 인클로저 내부에 백 볼륨을 제공하는 것입니다. 6mm 동적 스피커의 일반적인 백 볼륨은 드라이버 볼륨 자체와 거의 같거나 약 100mm3입니다. 반면, 외부 백 볼륨이 전혀 필요 없는 통풍구 없는 밸런스드 아머처 드라이버를 사용할 수 있습니다. 통풍구 없는 드라이버는 특히 음성 애플리케이션과 음악에 적합한 균형 잡힌 음향 시그니처를 제공합니다. 설계자가 고음역을 제공하고자 하는 경우 통풍구 있는 밸런스드 아머처 드라이버가 필요합니다. 백 볼륨에 대한 일반적인 경험칙은 드라이버의 외부 볼륨의 최소 50%를 제공하는 것입니다. 이는 동적 스피커에 필요한 것보다 상당히 적습니다. 예를 들어 RAB 시리즈를 사용하면 일반적인 백 볼륨은 20mm3입니다. 체적 효율성을 고려할 때 또 다른 요소는 원형 동적 스피커와 직사각형 밸런스드 아머처의 폼 팩터입니다. 밸런스드 아머처 드라이버를 사용하면 다른 구성 요소(예: 칩셋 또는 Bluetooth 트랜시버)를 더 쉽게 단단히 포장할 수 있기 때문에 전반적인 체적 효율성을 개선할 수 있습니다. 밸런스드 아머처 드라이버의 사운드 포트 개구부를 튜브가 있거나 없는 여러 표면(가장자리, 측면 또는 상단)에 배치할 수 있기 때문에 추가적인 설계 유연성을 얻을 수 있습니다.

전체 볼륨 요구 사항
밸런스드 아머처 시리즈(RAB) 대 6mm 동적 스피커

밸런스드 아머처와 동적 효율 비교
트랜스듀서의 효율을 측정하는 한 가지 방법은 고정된 레벨의 볼트•암페어에 대해 2cc 테스트 챔버에서 생성된 음압을 측정하는 것입니다.(그래프 1). 음향 출력 전력 대신 음압 측정을 기록한 이유는 테스트 챔버가 실제로 전력을 흡수하지 않기 때문에 트랜스듀서에서 전달되는 전력을 측정할 수 없기 때문입니다. 사용되는 측정 단위는 와트가 아닌 볼트•암페어인데, 전압과 전류 간의 위상각은 배터리, 증폭기, 트랜스듀서의 총 전력 소모에 거의 영향을 미치지 않는 경우가 많기 때문입니다.

효율성 측정에서 3데시벨(dB)마다 전력 소비가 두 배로 증가함을 나타냅니다. 따라서 그래프 1에 표시된 나란히 배치된 테스트 결과에 따르면 동적 스피커는 2kHz~300Hz의 주파수 범위에서 RAB 드라이버보다 6배 더 많은 전력을 소비했습니다. 실제로 이는 트랜스듀서가 음악 시스템에서 전력을 주로 소비하는 경우 밸런스드 아머처 드라이버 기술로 구동되는 청취 장치에서 일주일 동안 지속되는 배터리 충전은 동적 스피커에서는 하루도 채 가지 못할 것임을 의미합니다. 인이어 웨어러블에서 밸런스드 아머처 드라이버를 사용하여 얻는 총 전력 절감은 물론 다양한 작동 모드에서의 칩셋 전력 소비에 따라 달라집니다. 칩셋 전력 효율성이 향상됨에 따라 오디오 트랜스듀서 전력 소비가 더 중요해집니다. 클래스

D 시스템의 밸런스드 아머처 드라이버 효율성
클래스 D 스위칭 앰프는 크기 제약과 과도한 전력 소비를 극복하는 실행 가능한 옵션으로 점점 더 주목받고 있습니다. 가장 일반적인 스위칭 주파수에서 밸런스드 아머처 드라이버는 상당한 전력 절감을 제공할 수 있습니다. 또한, 클래스 D 앰프와 함께 사용할 경우, 밸런스드 아머처 드라이버는 높은 효율을 달성하기 위해 외부 인덕터가 필요하지 않습니다. 이는 설계자가 효율과 추가 구성 요소 크기 및 비용 중에서 선택해야 하는 동적 스피커에는 해당되지 않습니다. 이러한 유형의 설정은 보청기, 자동차 및 전문 사운드 시스템과 같이 크기와 전력이 중요한 요소인 곳에서 이미 널리 사용되고 있습니다. 무선 이어폰 및 인이어 웨어러블 기기에서 클래스 D 시스템의 사용은 크기와 전력을 줄여야 할 필요성이 증가함에 따라 증가할 가능성이 높습니다. 클래스 

D 앰프의 상당한 효율성 이득은 밸런스드 아머처 드라이버와 동적 스피커의 임피던스 특성이 다르기 때문입니다(그래프 2). 밸런스드 아머처 드라이버는 초음파 주파수에서 높은 임피던스로 인해 스위칭 앰프와 특히 잘 작동합니다. 클래스 D 앰프는 작동 방식에 따라 초음파 주파수에서 상당한 에너지를 생성합니다. 이렇게 생성된 에너지는 더 높은 효율을 달성하기 위해 유도 필터로 차단해야 합니다. 초음파 주파수에서 밸런스드 아머처 드라이버의 고유한 인덕턴스는 앰프의 자연스러운 에너지 절약 필터 역할을 합니다. 반면, 동적 스피커가 있는 시스템은 더 높은 전력 손실의 영향과 대형 유도 필터의 추가된 크기와 비용 사이에서 균형을 찾아야 합니다. 동적 스피커는 오디오 대역 전체에서 주로 저항성이 있으며 오디오 대역보다 최대 10배 높습니다. 이 주파수 이상에서는 음성 코일의 인덕턴스로 인해 임피던스가 상승합니다. 매우 높은 주파수에서는 음성 코일과 케이블의 기생 커패시턴스로 인해 임피던스가 떨어집니다.

균형형 아머처 드라이버의 효율적인 자기 결합은 높은 인덕턴스의 원인입니다. 저항성에서 유도성으로의 전환은 일반적으로 약 100~300Hz인 동적 드라이버보다 훨씬 낮은 오디오 주파수에서 발생합니다. 이 특성으로 인해 균형형 아머처 드라이버의 임피던스는 100kHz 범위 근처의 동적 스피커보다 100배 더 큽니다. 이를 통해 균형형 아머처 드라이버는 자연스럽게 클래스 D 앰프의 초음파 출력을 거부할 수 있습니다. 그래프 2의 테스트 대상 장치는 약 200kHz에서 피크를 보입니다. 이 주파수 이상에서는 기생 커패시턴스가 발생하기 시작합니다. 임피던스 피크가 최대 2MHz의 주파수일 수 있는 확장 대역폭 균형형 아머처 드라이버를 사용할 수 있습니다. 오디오 신호가 없는 경우에도 클래스 D 앰프의 유휴 신호는 임피던스가 충분히 높지 않으면 지속적으로 스피커에 상당한 전력을 공급합니다. 클래스 D 앰프는 레일-투-레일 사각파의 듀티 사이클을 변조합니다. 오디오 신호가 없는 경우 듀티 사이클은 50%에 가깝습니다. 따라서 사각파를 사용하여 위에 표시된 임피던스 곡선을 적용하여 클래스 D 증폭기의 유휴 전류를 계산할 수 있습니다. 클래스 D 증폭기는 광범위한 스위칭 주파수로 작동할 수 있습니다. 대형 증폭기는 100kHz에 가까운 낮은 스위칭 주파수를 사용하는 경향이 있는 반면, 보청기에 사용되는 매우 작은 증폭기는 최대 3MHz의 스위칭 주파수를 사용합니다. 이어폰 및 웨어러블용 증폭기는 약 400~800kHz의 중간 범위에 속하는 경향이 있습니다.

1dd 는완벽하다고 무시하는방구석엠생이 장사치라고 폄훼한 놀스 수석엔지니어와 놀스부사장.

글요약:  dd는ba 보다 전기를 5배이상쳐먹는다.  

           1k 이상 하이프리퀸시 기간에서dd는 ba에비해 바닥을기어가는 임피던스를 보여준다.

           1k이하에서도 중저역구간 중역구간 등에서 ba 대비 개같이 쳐발리는걸 볼수있다.

           dd는 ba대비 정확성 , 전기효율성이나쁘다 = 기기의 신뢰성이 떨어진다.= 

           세부응답에서 같은 성능을 내기위해 dd는전기를 5배이상 +피크시 @수배수십배를 쳐먹고도 더많은 열과 그로인한지연응답 즉, 정확성을 상실한다.

           BA는 물설특성으로 저역 주파수구간 (1M 이하)에서 열적파괴나 피로파괴를 겪지않는다

           DD는열로인해 파괴되거나 피로 파괴될 수 있다 ( 오디오썩은물들이좋아하는 에이징?)

           아무도 단일 DD로 구성된 스피커를 사지않는다 - 2024년현재 아마존기준.