1. 정의
밸런스드 아마추어(Balanced Armature - BA)는 보청기와 이어폰에서 주로 사용되는 발음체이다. 밸런스드 아마추어 트랜스듀서라는 구조는 1920년 출시된 'Baldwin Mica Diaphragm radio headphones'에서 처음 사용하였고, 높은 효율 덕분에 2차 세계대전 중에는 군용 음성전원 전화[1]에도 쓰였다.다만 저런 초기 BA는 지금의 BA보다 크기도 훨씬 컸고 구조 자체도 조금 달랐으며, 현재 쓰이는 직사각형 형태의 소형 BA는 1990년에 웨스톤랩스에서 처음 발명하였다.
현재 다이나믹 드라이버와 함께 인이어 이어폰에서 가장 많이 쓰이는 방식이다.
2. 작동 원리
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| 밸런스드 아마추어의 내부 구조 |
흔히들 BA는 진동판이 없는 방식이라고 잘못 알고 있지만, 위의 사진에서 볼 수 있듯이 막대에 연결된 작은 진동판(다이어프램)이 움직여 소리를 낸다. 진동판의 재질은 100% 금속판( SONY 등), 금속에 플라스틱 피막, 플라스틱 필름 등 다양한 소재를 사용하지만 금속판이 가장 대중적이다.
3. 특징
크게 따지면 구동 방식에서 무빙코일(진동판을 이용한 방식)과 함께 다이나믹형에 속한다. 무빙코일과의 차이점은, 진동판이 코일에 부착되어 움직이는 게 아니라 자석과 코일에 인접한, 즉 자력으로 인한 상호작용을 일으킬 만큼 가깝지만 닿거나 붙어있지는 않은[2] 진동자(armature)에 의해 구동된다는 것이다.3.1. 장점
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크기
본래에는 보청기용으로 발명된 드라이버이기 때문에 인이어 이어폰의 협소한 하우징 안에 몇 개씩 집어넣을 수 있을 정도로 크기도 작고 무게도 가볍다. 웨스톤랩스의 W80을 보면 손톱만한 하우징에 8개나 되는 BA 드라이버를 집어넣었을 정도.
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효율
일반적인 다이나믹 드라이버보다도 진동판이 자석에 더 가깝고, 진동판과 아마추어의 무게도 훨씬 가볍기 때문에 전기 신호를 소리로 변환하는 효율이 무빙코일 등의 다른 방식에 비해 뛰어다. 즉, 적은 전력으로 큰 소리를 낼 수 있어 음량 확보도 용이하고, 무선 기기의 경우 배터리타임에서 이득을 볼 수 있다.
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적은 노이즈와 잔향
작고 얇은 진동판으로 인해 공기로부터 상대적으로 더 높은 임피던스를 받아서 잔진동이 거의 없기에[3] 불필요한 노이즈가 다이나믹 방식에 비해서 훨씬 적다. 이는 평판형 드라이버나 정전식 드라이버와 공유하는 장점이다.
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깔끔한 음색
상술한 이유로 DD에 비해 잔향이 적고, 분할진동 문제에서 훨씬 자유롭기 때문에 깔끔하고 정제된 소리를 내 준다. 특히 고음부에서 이 장점이 두드러지며, 저음도 울림이 적은 깔끔하고 단단한 저음이 나온다.
3.2. 단점
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대역폭
가장 큰 한계는 재생하는 소리의 대역폭이 비교적 좁고, 개개 BA의 개성이 강해서[4] 한 개의 BA로 제조사가 원하는 소리를 튜닝하기 어렵다. 제조사도 이를 알기에 풀레인지 BA만을 출시하는게 아니라 여러 발음체와 조합해 사용할 것을 전제로 해서 한 대역에 특화되어 나오는 BA도 다수 출시하는 등 라인업을 세분화해서 판매하고 있다. Knowles나 소니온 홈페이지의 BA 부분에서 각 BA의 스펙과 측정치를 볼 수 있으니 참고.
BA는 DD보다 제조 난이도가 높고, DD처럼 발음체가 있는 공간의 모양을 바꿔서 소리를 튜닝하기가 어렵다. 때문에 단일 BA로는 음향 튜닝에 한계가 있어서 대부분의 BA 사용 제품은 두 개 이상의 BA를 쓰거나, DD 등 다른 발음체와 조합해 탑재하고 입력 주파수를 각각의 유닛으로 나눠주는
크로스오버 네트워크를 구성하여 대역폭 문제를 해결한다.[5]
에티모틱 리서치의 ER4 시리즈 등 단일 BA로 풀레인지를 훌륭하게 소화하는 제품도 소수 존재하나, [1991년에] 대부분 저음을 확보하는데 어려움을 겪거나 대중적이지 않은 튜닝이라는 단점을 안고 있다.
다만, BA의 이 특성을 자기 멋대로 곡해하여 발음체를 많이 넣을수록 좋다는 주장을 하는 사람들도 존재했다.
듀만콘댐 참조. 듀서가 많으면 넓은 대역을 커버하기에 유리해지기는 하지만 단순히 듀서가 많다고 좋은 제품이 되지는 않는다. 실제로는 발음체의 개수가 아니라 튜닝과 (다중 발음체를 탑재할 경우) 크로스오버 회로, 사운드튜브 설계와 댐퍼의 구성이 BA의 개수보다 훨씬 중요하다.
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저음 재생의 불리함
BA 드라이버는 깊은 저음 표현이 다이나믹 드라이버(진동판)에 비하여 불리하다. 1~3kHz보다 낮은 주파수 영역에서는 진폭이 같다 하더라도, 진동수가 낮아질수록(=저주파일수록) 사람에 의해 감지되는 음량의 크기가 작아지는데, 이를 보상하기 위해서는 진폭을 키워 해당 대역의 주파수가 가진 에너지를 키워야 한다. 그런데 진폭을 키우기 위해서는 발음체가 물리적으로 진동하는 폭이 커져야 하는데, 작은 크기를 가지는 BA 유닛은 물리적인 한계로 인해 다이나믹 방식에 비해 저음 재생에 불리하다.
물론 이는 단일 BA에 해당하는 이야기고, 다른 BA와 조합하여 사용할 것을 전제로 한 큼지막한
저음용 BA를 탑재한 이어폰들은 저음의 깊이나 타격감도 확보가 되는 편이다. 그러나 이러한 저음용 BA라도 보통 DD보다는 반응이 빠르고 잔향이 적은, 단단한 저음이 나온다. 이 부분은 개인 취향이며, 반드시 저 공식대로 소리가 따라가는 것도 아니니 다양한 제품을 직접 청음해보고 판단하는 것이 좋겠다. 이 때문에 BA와 DD의 장점을 모두 취하려는 목적으로 중, 고음부는 BA, 저음부는 DD가 출력하게 제작한 하이브리드 제품들도 많이 존재한다.
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가격
매우 작은 케이싱 안에 다수의 정밀 가공된 부품을 집어넣어 제작해야 하기 때문에 제작 난이도가 높고, 따라서 가격도 높다. 설계에 상당한 기술력과 노하우가 요구되다 보니 DD는 신생 회사들도 자체적으로 제작해 쓰는 경우가 많지만 BA는 대부분 다른 제조사의 완성품을 사다가 조합해서 쓴다.
지금에야 중국 BA 제조사들이 등장하여 단가경쟁을 벌이며 가격이 많이 저렴해졌지만, Knowles와 Sonion이 BA 업계를 사실상 양분하다시피 하던 과거엔 BA 드라이버를 탑재한 이어폰은 DD 탑재 제품들에 비하면 훨씬 비쌌다. Knowles의 2BA를 탑재한
애플 인이어가 10만원 정도였는데, 당시에는 10만원에 2BA를 탑재했다는 것만으로도 가성비가 좋다는 평가를 받았을 정도.
4. 내구성
BA는 구조상 90도로 꺾인 상태로 소리가 난다. 이때 좁아터진 내부 공간에 물이 들어가게 되면 진동판이 물을 먹어 소리가 제대로 나지 않는 것은 물론이고 심하면 아예 유닛 자체가 맛이 가버릴 수 있다. 일상생활에서 귀에 착용하는 정도로 쉽게 고장나지 않지만, 일단 물이 들어가면 빼는 건 사실상 불가능하고 AS를 보내게 될 확률이 높으니 조심해야 한다.두 자석 사이에 얇은 철판을 어느 쪽에도 붙지 않도록 띄워둔 구조이기 때문에, 큰 충격이 가해져 철판이 어느 한쪽 자석에 붙어버리면 BA 자체를 갈지 않는 이상 회복 불가능한 고장이 발생한다.
어디 부딪히거나 떨어뜨리는 정도의 가벼운 충격에 쉽게 고장날 정도로 약한 것은 아니나, DD에 비해 내구도가 약한건 사실이며 다중 BA를 탑재한 이어폰은 작은 크기의 유닛에 크로스오버 회로를 비롯한 많은 부품을 넣어 둔 특성 상 외부 충격에 상당히 약하니 되도록 조심히 다루는 게 좋다.
5. 제조사
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Knowles(놀즈)
1946년 설립된 미국 회사로, BA 외에도 소형 마이크와 커패시터, 진동센서 등을 제조한다.[7] 현재 BA 시장에서 점유율로 최선두를 달리는 회사로, 최초의 BA 이어폰인 에티모틱 리서치의 ER4에도 놀즈의 BA가 사용되었다. Knowles 공식 BA 선택 가이드
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Sonion(소니온)
1974년 설립된 덴마크 회사로, 놀즈 바로 다음가는 점유율과 인지도를 가지고 있다. 보통 고급 BA 제조사 하면 놀즈와 소니온을 꼽을 정도. BA 외에도 이어폰용 정전식 트위터를 만드는 걸로 유명하며, 소형 안테나와 사운드 댐퍼, 마이크 등 보청기에 들어가는 부품 일체를 다 만든다.
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웨스톤오디오
1959년 설립된 미국 회사. 최초의 이어폰용 BA 제조사 타이틀을 지니고 있다. 다만 한동안 IEM 제조는 얼티밋 이어 등 다른 회사와 협력하기만 하다가 2002년이 되어서야 자사 타이틀을 건 BA 탑재 이어폰을 만들기 시작했다. 주로 자사 제품이나 보청기에 탑재할 BA를 제조하는 듯.
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SONY
XBA 시리즈, IER 시리즈 등 자사 IEM에 들어가는 BA를 직접 생산한다.
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Bellsing(벨싱)
Knowles의 직원이 나와 차린 중국 회사로, 생산기계까지 똑같이 베끼는 등 대놓고 기술 도둑질을 했다. 이에 놀즈는 2019년 벨싱을 특허 침해로 고소했으며, 2021년에 승소함에 따라 벨싱 BA와 벨싱 BA를 탑재한 제품은 추후 26년간(2047년까지) 미국 수입이 막혔다. 미 국제무역위원회 판결문 이 때문인지 최근 벨싱의 BA를 탑재한 제품은 거의 나오질 않고 있다.
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Hisound Audio / DTS Acoustics / Yutai Electronics
중국 둥관시에 위치한 BA 제조사들이다. 이들은 제품들의 외관과 음향적 특성이 이상하리만치 유사하기 때문에 간판만 바꾼 같은 기업이라 의심받기도 하나, 중국 정부에게 지원받는 기업이 다 그렇듯 사실관계를 명확히 확인하기는 어렵다. 프리미엄 이어폰이라도 딱히 제조사를 명시하지 않은 BA가 들어갔다면 KZ나 이러한 이름없는 중국 회사들의 OEM BA라고 생각하면 된다.
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크레신/
피아톤
서울시 서초구 소재의 한국 회사로, 피아톤은 크레신의 고급형 브랜드이다. BA와 DD을 자체 생산하며, 이를 탑재한 이어폰과 헤드폰을 내놓고 있다. BA 탑재 무선 이어폰도 발매한 것이 특이한 점. 다만 오디오필용 고급 제품은 딱히 내놓지 않고 있다.
6. 변종
6.1. Siren BA (놀즈 SR 시리즈)
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| Siren BA의 구조 |
세이렌은 놀즈 SR 시리즈 또는 MINI SR 드라이버로 불리기도 했다. 세이렌은 긴 직육면체 모양의 일반적인 BA와는 구조가 상이하고, 비상전화기에 쓰이는 구식 BA 설계와 비슷한 형태이며, 다이어프램의 재질도 보통 금속을 쓰는 일반 BA와 달리 원형 플라스틱 필름을 사용하여 제조단가를 크게 낮추는데 성공했다.
이 드라이버의 특징은 BA의 단점인 공간감이나 입체감이 약간은 개선되지만 소리의 세밀함은 현격히 떨어진다는 것이다. 또한 다이어프램의 강성 문제 탓인지 초고역 대역폭이 일반적인 BA에 비하여 형편없는 수준이다. EXS X10이나 노부나가 AM-90 등이 이 드라이버를 사용한 대표작.
세이렌이 등장할 당시에는 BA를 탑재했다 하면 수십만원 이상을 호가하는게 기본이던 시절로, 애플 인이어가 단지 10만원대 가격에서 놀즈 2BA를 탑재했다는 이유만으로 이목을 끌던 시대였다. 이러한 시기에 세이렌 탑재 이어폰은 (유사)BA를 탑재하였음에도 불과 2만~4만원대의 저렴한 가격으로 나왔기에 음질적인 단점에도 불구하고 상당한 가격 경쟁력을 갖추고 있었다.
그러나 시간이 지날수록 BA의 단가가 낮아지면서 세이렌은 얼마 지나지 않아 설 자리를 잃었다. 지금은 BA 제조사가 늘어나고 하이파이 이어폰 시장이 커지면서 BA의 단가가 크게 하락했고 제품들의 음질도 상향평준화되었다. 따라서 10만원 이하에서도 진짜 BA를 넣은 잘 만든 이어폰을 찾아볼 수 있게 되면서 세이렌은 장점이 전무한 수준이 되었기 때문이다.
6.2. tia™ 드라이버
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64audio가 개발한 개방형 BA. 소리가 ㄱ자로 꺾여서 좁은 구멍을 통해 나온다는 아마추어 드라이버의 단점을 해소하기 위해 하우징의 뚜껑을 따서 다이어프램을 그대로 노출시킨 구조다. 64오디오에서 처음 적용한 이후, AAW의 NOVA™ 등 이름만 다르고 거의 같은 구조의 BA들이 알음알음 늘어가고 있다.
놀랍게도 한국인이 개발하였다.
이런 형태의 BA는 소리가 발음체 내부에서 반사되지 않고 바로 출력되기 때문에 제조사의 설명대로 일반 BA보다 왜곡이나 해상력 면에서 소폭 유리하지만, 실제로 들었을 때 딱 이거다 하는 느낌은 없다.[9] 실제 기기의 성능이나 성향은 무슨 드라이버를 썼냐보다는 해당 제품의 튜닝에 따라 좌우되니 유의.
7. 현황
BA는 특성 상 일정 이상 크기를 키우기는 비효율적이기 때문에 보청기 외에는 인이어형 이어폰에만 사용되고 있다. 구조적인 특징으로 인해 오픈형 이어폰이나 헤드폰[10], 특히 스피커에는 적용하는 게 거의 불가능하다고 보는 게 좋다. 또한 에어덕트(공기구멍)가 필요 없으므로 완전 밀폐형 하우징으로 제작 되는 경우가 많아 차음성이 굉장히 높지만, 밀폐형 하우징은 이압 문제 때문에 호불호가 갈린다.지금 사용되는 무빙코일식 외에도 초기 라디오 등에서 사용되던 크리스털형, 카본형 등 몇몇 다른 작동방식의 BA가 있었으나, 무빙코일형의 대중화 이후엔 저런 형식의 BA는 모두 사라졌으며 라디오 등 대형 기기는 모두 저렴하고 단순한 DD를 사용한다.
이제는 BA를 독자 개발하는 업체가 나날이 많아지고 있다. 특히 단가로 승부를 보는 중국 업체들이 등장함에 따라 Knowles와 Sonion 등의 기존 제조사들도 대량 발주의 기준을 크게 낮추고 단가도 인하하는 등 본격적인 경쟁에 뛰어들어서 결과적으로 BA 탑재 제품의 가격대가 크게 내려갔다. 15년 전까지만 해도 BA가 들어간 이어폰은 대부분 고가품이라 아는 사람만 아는 수준이었으나, 지금은 다양한 저가 제품들도 출시되어서 상당히 대중화되었다. 차이파이 이어폰들 중에서는 몇만원대 가격에 DD+BA+피에조 세라믹 드라이버까지 탑재한 제품도 있을 정도.[11]
한편, 일반적으로 잘 쓰이지 않는, 고급품이라는 인상의 드라이버라는 점이 마케팅으로 활용되기 너무 좋은 탓에 고급제품에는 BA를 일단 넣어놓고 보는 경우도 많아졌다. 튜닝이 매우매우 중요한 BA 드라이버 특성상 오히려 일반 DD 제품보다도 못한 제품들이 판을 치고 있으므로 무조건 BA라고 좋다고 생각하기 보단 본인 취향에 잘 맞는지 청음이 필수.
[1]
별도의 전원 연결 없이 사람 목소리의 음압을 전력으로 변환하여 작동하는 전화기. 지금도 선박 등에서 비상전화로 쓰인다.
[2]
신호가 없을 때에는 진동판에 가해지는 알짜힘이 0이다. 밸런스드라는 이름은 이에 착안해서 붙여진 것.
[3]
더 가볍고, 얇은 물체가 보다 높은 임피던스를 받는다는 것은 같은 두께를 가진 철사와 실을 가지고 실험해 보면 이해하기 쉽다. 유연한 철사를 자유롭게 흔들릴 수 있을 정도로 길게 매단 후에 충격을 주면 자체 무게로 인해 한참을 흔들거리지만, 같은 길이만큼 실을 매단뒤 충격을 주면 공기 저항에 의해 금방 진동을 멈추고 가라앉는다.
[4]
1955년에 발명되었지만 1990년까지 보청기용으로만 쓰였던 또 한 가지 이유. 음성 내용을 식별하는 데는 그리 넓은 대역이 필요하지 않지만 음악 감상을 위해서는 가청음역의 70% 이상을 고르게 잘 내줘야 한다. 현재는 보청기도 더 자연스러운 소리를 위해 대역을 나눠서 2~3개의 발음체를 탑재하는 경우가 많아졌다.
[5]
이어폰은 스피커와 달리 소리가 이어폰 내부의 통로를 지나 귀에 바로 도달하게 되므로 반드시 전기적인 크로스오버가 들어가는 것은 아니다. 회로 없이 사운드튜브의 직경과 길이, 덕트, 어쿠스틱 필터만을 이용해 대역을 분리하는 제품도 상당히 많다.
[1991년에]
등장한 풀레인지 단일 BA 제품이지만, 귀 속에 매우 깊게 집어넣어서 저음을 확보하는 방식이라 일반적으로 사용하는 방식은 아니다.
[7]
소형 마이크 쪽에서도 근본있는 회사로, 홈페이지 회사 소개에서
달에서 닐 암스트롱의 목소리를 녹음한 마이크도 놀즈 제품이라고 자랑하는걸 볼 수 있다.
[8]
그냥 대놓고 22955s, 29689s. 30095s 하는 식으로 놀즈 드라이버를 고대로 베끼고 이름 뒤에 s만 붙여서 내놓는 제품들도 있다.
[9]
사실 기존 BA부터 이미 높은 해상력과 적은 왜율을 지녔으며, 이어폰의 구조 상 이런 발음체를 썼더라도 결국 소리는 이어폰 내부에서 이리저리 반사된 뒤에 귀로 들어오기에 더 그렇다.
[10]
final의 SONOROUS IV, VI 등 극히 일부 헤드폰에 다이나믹 드라이버와 함께 채용되기도 하는 경우도 있지만 하나같이 가격도 굉장히 비쌌고 제품들도 흥행에 실패했다.
[11]
물론 이렇게 과하게 저렴한 제품에 쓰이는 BA는 KZ 등 중국 회사의 제품 중에서도 하위 라인업의 BA인데다, 제조사에서 싸구려 제품에 그렇게 정밀하고 섬세한 튜닝을 하지도 않으니 매끄럽고 해상력 높은 소리를 기대하기는 어렵다.