(기술) '다이내믹 스피커의 작동 원리'-주관식, 객관식 문제(2020 EBS 독서 독해의 원리)

 

 

※ 다음 글을 읽고 물음에 답하시오.

 

북을 치면 소리가 난다. 북을 쳤을 때 북의 가죽에서 진동이 일어나고 이로 인해 공기가 진동하여 소리를 내는 것이다. 이때 공기가 가죽의 진동을 받아 생기는 진동수가 크면 높은 음이, 작으면 낮은 음이 난다. 그리고 공기의 진폭이 크면 강한 소리가, 작으면 약한 소리가 난다. 스피커도 이와 같은 원리로 전류의 진동수나 진폭에 따라 다양한 소리를 재생한다.

일반적으로 널리 사용되는 스피커로는 다이내믹 스피커가 있다. 다이내믹 스피커는 영구 자석에 의해 형성되는 자기장이 보이스 코일에 흐르는 전류와 수직 방향을 이루도록 하여 진동판을 움직이는 힘이 위아래로 작용하게 함으로써 소리를 재생하는 메커니즘을 갖는다. 이러한 메커니즘은 왼쪽의 <그림>에서와 같이 자기장과 전류의 방향이 수직을 이룰 때 생성되는 힘이 자기장과 전류의 수직 방향으로 작용한다는 플레밍의 왼손 법칙으로 설명할 수 있다.

다이내믹 스피커의 주요 부품으로는 영구 자석, 탑 플레이트, 보이스 코일, 보빈, 진동판, 댐퍼, 폴피스 등이 있다. 영구 자석은 자기장을 형성하고, 탑 플레이트는 이 자기장을 보이스 코일 방향으로 제어하는 역할을 한다. 보이스 코일은 보빈에 감겨 있는 도선으로, 이 코일에 전류가 흐르면 영구 자석이 형성하는 자기장과 상호 작용을 하여 생성되는 힘이 보이스 코일을 위아래로 움직이게 한다. 보이스 코일에 고정되어 있는 보빈은 보이스 코일이 받는 힘을 진동판에 그대로 전달하여 소리를 재생하게 한다. 댐퍼는 스피커의 외형을 이루는 단단한 프레임에 보빈을 지지시켜 보빈에 감겨 있는 보이스 코일이 위아래로 원활하게 움직일 수 있도록 보이스 코일의 중심을 잡아 준다. 그리고 폴피스는 전류가 흐르면서 보이스 코일에서 발생하는 열을 영구 자석과 탑 플레이트로 분산시켜 식혀 주는 역할을 한다.

다이내믹 스피커에서 소리를 재생하기 위해서는 보이스 코일이 위아래로 반복하여 움직이면서 진동판을 진동시켜야 한다. 진동판의 반복 운동은 전류의 방향이 계속해서 바뀌는 교류 전류를 보이스 코일에 흘려줌으로써 이루어진다. 영구 자석에서 나오는 자기장의 방향은 동일하지만 보이스 코일에 흐르는 교류 전류의 방향이 전환됨에 따라 보이스 코일이 받는 힘이 이전과 반대 방향으로 작용하게 된다. 그렇게 되면 진동판이 위아래로 반복 운동을 하며 소리가 재생된다.

한편 자기장(B)과 전류(I)의 세기가 커짐에 따라 보이스 코일에 작용하여 진동판을 진동시키는 힘(F)은 커진다. 그런데 영구 자석에서 형성되는 자기장의 세기는 항상 일정하기 때문에 스피커에서 재생되는 소리의 크기는 보이스 코일에 흐르는 전류의 변화에 따라 달라진다.

 

 

 

[해설]

「다이내믹 스피커의 작동 원리」

해제

스피커는 북을 칠 때 가죽이 진동하고, 이 진동이 공기를 진동시켜 소리를 내는 것과 같이 진동판을 진동시켜서 소리를 재생한다. 다이내믹 스피커는 영구 자석에 의해 형성되는 자기장과 보이스 코일에 흐르는 전류의 상호 작용에 의해 보이스 코일에 작용하는 힘을 활용해 진동판을 진동시킨다. 보이스 코일에는 교류 전류가 흐르기 때문에 보이스 코일에 작용하는 힘의 방향은 상하로 반복하게 된다. 영구 자석에 형성되는 자기장의 방향은 일정하지만 보이스 코일에 흐르는 교류 전류의 방향은 계속 방향이 전환되어 보이스 코일에 작용하는 힘의 방향도 계속 반대 방향으로 바뀌기 때문이다. 이렇게 반대 방향으로 바뀌며 작용하는 힘이 보이스 코일에 작용하여 보이스 코일이 움직이고 이 움직임이 보빈을 통해 진동판에 전달되어 진동판이 진동하며 소리가 재생된다. 이때 진동판의 진동수가 크면 높은 음이, 진동수가 작으면 낮은 음이 재생된다. 그리고 전류가 세면 강한 소리가, 약하면 약한 소리가 나게 된다.

주제 : 다이내믹 스피커의 작동 원리

 

 

 

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