[웨이블릿디자인] OP.2 AS와 개발 진행 상황 (추가2)

안녕하세요, 웨이블릿디자인 입니다. 


오랫동안 AS가 지연되고 문제점이 수정되지 않고 있어서, 그동안 알게된 문제점의 원인과 개발 진행 상황을 보고 드리고자 알림글을 작성하게 되었습니다. 

  


 BA 이어폰 개발 (실패) 경험만으로 다이나믹형 이어폰은 상대적으로 개발이 단순할 거라 생각했던 것이 가장 큰 문제점이고, 여러번 이어폰을 발매한 개발실에서는 이미 파악하고 있는 문제일 것이지만, 기존의 OP.2에서 생겼던 문제의 원인과 해결 방향이 무엇이었는지를 저희가 파악한 수준에서 상세히 보고 드리도록 하겠습니다. 

  


 OP.2 출시 직후 발견한 불량 중 조립 불량과 마이크 버튼 문제, 케이블 내구성 문제는 원인이 명확하기 때문에 개선 방법도 쉽게 찾을 수 있었습니다.   


  

  

 개선이 가장 어려웠던 문제점은 QC에서는 문제가 없지만 사용 중에 진동판이 망가지는 현상이었습니다. 


이러한 현상으로 2,500대 판매에서 AS를 신청한 분만 약 300분이 넘고, 이런 현상을 겪는 사용 패턴을 갖는 분은 무조건 다시 망가지기 때문에 AS횟수는 약 500건이 넘었던 것 같습니다.  

 



 <스피커 파손의 원인> 

 


 저희가 파악한 스피커 파손의 원인은 3가지입니다. 

  


 1) 진동판 자체의 복원력이 약함. (단, 기존 OP.2에 사용된 스피커의 내구성은 여러 다른 회사의 스피커를 살펴본 결과, 이어폰 하우징 설계의 문제 비중이 스피커 자체의 문제보다 큰 것으로 판단됨.)   

  


 

이어폰을 귀에 넣거나 (+) 뺄 때 (-) 진동판에 압력이 가해지게 됩니다. 이 압력은 음악이 정상적으로 재생될 때 진동판에 가해지는 구동력의 20배 이상일 수 있습니다.  많은 이어폰에서 이 압력을 해소하기 위해 만들어진 해압 홀을 보실 수 있습니다.  

 


 진동판에 압력(이압)이 가해지면 압력에 반응하여 압력을 해소하는 쪽으로 움직이게 되는데, 8mm 스피커는 흔히 사용되는 10mm나 그 이상의 스피커에 비해 구조적으로 불리합니다.  위 그림처럼 동일한 압력에 대해서 동일하게 압력을 줄이려면 진동판이 동일한 부피를 확보하도록 움직여야 합니다. 면적이 작은 진동판이 더 많이 움직여야 하지만, 오히려 움직일수 있는 거리는 더 작습니다. 그렇기 때문에 진동판에 더 큰 스트레스가 가해질 수 밖에 없습니다.  

  


 하지만 이것이 기존 OP.2 스피커의 주된 파손 원인은 아닙니다. 약 20여개의 타사의 스피커 샘플을  받아본 결과 기존 스피커는 아주 튼튼한 편은 아니지만 그렇다고 내구성이 타사에 비해 많이 떨어지지도 않는 평균적인 제품으로 판단 됩니다.    


  

보시는 것처럼 다이나믹 이어폰의 진동판은 peek, TPU나 우레탄 재질의 비닐과 같은 재질로 되어 있습니다. 이러한 재질의 진동판에 강성을 더 확보하기 위해 올록볼록한 모양(corrugation)으로 성형을 하게 됩니다. 새로 만들게 되는 OP.2는 과도한 압력에 corrugation이 변형되는 것이 염려되어 알루미늄 돔을 사용한 진동판을 채택하였습니다. 단, 알루미늄 돔을 사용하더라도 진동판을 붙잡고 있는 엣지는 일반 진동판과 마찬가지 재질이고,  금속 진동판은 단지 corrugation이 변형되는 것만 방지 할 수 있습니다. 진동판의 내구성은 대게 진동판의 강성보다 진동판을 프레임 구조에 붙여 놓는 본딩 품질이 더 큰 영향을 미칩니다.

  


 2) 외부 압력이 아닌 진동판이 움직이면서 만든 AC압력이 DC 압력을 만들어서 한쪽으로 달라붙는 현상 

 

다이나믹 이어폰은 하우징에 위 그림과 같은 3군데의 통기 구멍을 선택적으로 만들어 놉니다. 구멍을 내고 댐퍼로 통기량을 조절하기도 합니다.  


백홀의 통기량이 많을수록 진동판이 자유롭게 움직일수 있어서 저역이 증가하게 되고 (stiffness 감소), 이퀄라이저 홀과 프론트홀은 통기량이 생기면 초저역부터 빠지게 됩니다. (저역의 accoustic shortage, leakage) 

 


 DC가 발생하는 원인은 완전히 밀폐된 구조(진동판 뒷쪽의 백 볼륨)에 있는 미세한 틈입니다. 미세한 틈이 생기면 틈 사이로 진동판이 앞뒤로  움직여서 만든 AC 압력으로 인한 공기 흐름이 한쪽으로는 잘흐르고 반대쪽으로는 잘 흐르지 않게 되고, 진동판을 기준으로 앞과 뒤의 압력 차이(DC 압력)가 발생하게 됩니다. 한마디로 미세한 틈 혹은 제한된 통기구멍이 one-way 밸브처럼 작동하게 됩니다. 이론적으로는 완벽하게 밀폐된 공간은 진동판의 강성을 더해주는 쪽으로 작동하겠지만, 실제로는 이어폰 하우징은 완벽하게 밀폐가 되도록 조립하기가 매우 어렵습니다.  


  

<출처 : KLIPPEL 세미나 handout (2015)>

 

 이 문제를 해결하는 방법은 각 홀의 통기량을 늘려주는 방법인데, 기존의 OP.2는 무식하게도 3개의 홀이 전부 막혀있는 완전 밀폐형으로 설계되었습니다. 이 때문에 이압에도 취약하고 DC 압력도 발생돼서 진동판이 쉽게 구겨지는 현상이 발생했습니다.  

  


  이런 설계를 택한 변명을 하자면, 홀들이 막혀있게 되면 조립 후에 스피커 자체의 편차를 줄이고, 과다한 스피커의 저역을 조절하기가 아주 쉽기 때문입니다. 스피커의 강성(stiffness)이 복원력을 만들어 준다면 아무 문제가 없겠지만,  다이나믹 스피커의 진동판은 강성(stiffness)이 아주 작기 때문에, 아주 작은 DC 압력에도 한쪽으로 밀립니다. 게다가 같은 모델의 스피커들의 내구성 품질에도 편차가 있어서, 설계시에 평균 내구성이 아니라, 가장 나쁜(하한) 내구성과 복원력을 기준으로 설계를 해야 문제를 줄일 수 있다는 것을 놓진 것 같습니다.    

  


  3) 노즐에 있는 음향 댐퍼가 막히는 현상 


 이 문제는 사실 스피커 파손과 관련이 없는 발란스 이상 문제입니다. 영디비에도 올라와 있고, 인터넷을 검색하다 보면 주 원인을 습기로 진단하고 있는 것 같습니다.  차가와지기 쉬운 금속성 하우징과 습하고 더운 공기가 만나서 음향 댐퍼에 결로가 생기는 것으로 설명하고 있습니다. 다행인 것은 이 결로 현상은 아주 특별한 조건이 생겨야만 발생하는 드문 현상인 것 같습니다. 일단 이어폰 착용 중에는 하우징이 체온으로 덥혀지기 때문에 결로의 필요 조건인 온도차가 크게 만들어지지 않습니다. 이를 재현해 보기 위해 저희 이어폰을 지난 겨울에 외부에서 1시간 정도 착용하고 걷기를 해보았지만 재현되지 않았습니다. 억지로 재현해 본 상황은 이어폰을 냉동고에서 얼렸다가  착용해보니까 댐퍼가 축축해진 것은 확인하였습니다만, 댐퍼가 완전히 막히지는 않았었습니다. 귓속이 상대적으로 많이 습한 사용자분들은 좀 더 쉽게 나타날지도 모르겠습니다. 이런 현상이 일어난다면 댐퍼를 공기 중에서 말리면 바로 해결되는 문제일 것 같습니다.

  


 습기보다 더 염려되는 부분은 귓속의 귀지 같은 오일 성분입니다. 오일 성분은 증발하지 않고 누적되는데, 단순 그릴이 아닌 음향 댐퍼를 사용하는 이어폰은 모두 같은 문제를 갖고 있습니다.  

  


 댐퍼 오염 여부는 쉽게 진단이 가능합니다. 진동판 손상 증상과 다르게 주로 고역이 나오지 않아서 소리가 아주 먹먹하게 들립니다. 이 때 댐퍼에 구멍을 내보면 바로 소리가 정상 레벨 이상으로 나오게 됩니다. 임피던스 측정이 가능하면 F0의 Q가 커지는 것(임피던스의 피크가 크게 올라감)으로도 진단 가능합니다.  

 
 <추가 사항>  

 우연히 입으로 불어서 진동판을 손상시키는 테스트를 하던 도중에 댐퍼가 침에 오염되는상황이 었었는데, 이 때에도 '파츠츠'하는 비닐이 구겨지는 소리와 유사한 소리가 나는 것을 발견하였습니다. 여짓것 저희쪽에서는 재현이 되지 않아서 제외했던 습기도 일단 주요 불량 가능 요소로 보고 분석 중입니다. 임피던스 측정으로 바로 확진이 가능하지만, 이 경우는 고장 시료가 도착하면 분석이 불가능한 상태가 되기 때문에, 사용자 분들께 도움을 요청 드립니다. 이러한 소리를 들은 후 소리가 죽어버리면, 즉시 노즐 쪽 댐퍼(금속 그릴 부분)을  휴지로 톡톡 두드린 후 휴지에 물기가 묻어나는지와 소리가 회복되는지 확인을 해주셨으면 합니다. 특히 r 1차와 2차 버전 사용자 분들의 제보가 있으면 정말 큰 도움이 될 것 같습니다.


  
  <추가사항 2> 

 AS 2차 버전에 적용된 댐퍼가 기존 사용하던 댐퍼보다 습기에 더 취약한 것이 발견되어 다시 기존 OP2의 댐퍼 종류로 돌아갔습니다. 가격이 더 비싸지만 음향 특성이 더 좋아 채택한 것인데, 습기에 상대적으로 더 취약합니다. 3차 버전은 기존의 댐퍼가 적용됩니다. 

  

 영디비 회원이신 "불량"님의 분석에 따라 댐퍼 폐색에 영향을 주는 요소를 테스트하기 위해 다음과 같은 장치를 구성하였습니다. 

  

 

주사기 속에 약 0.05cc의 물을 머금은 1cm^2 부피의 휴지를 넣고,  주사기는 표면이 40도 가량이 유지되는 곳에 올려 놓아 가열하고, 이어폰은 공기중에 매달아 온도 차이가 유지되도록 하였습니다. 주사기 속이 사람 귀의 습도를 흉내내는지 여부는 알수 없지만 (아마도 아주 습한 사람의 귀 정도 될 것 같긴 합니다.) 상대적으로 어떤 환경에서 더 쉽게 댐퍼가 습기로 막히는 지는 판단할 수 있었습니다. 

  

 위 실험을 통한 저희 판단으로, 댐퍼 폐색에 영향을 주는 요소는, 

 1) 막힌 구조 : 습한 공기가 빠져나갈 곳이 없는 구조 일수록 댐퍼가 빨리 막힘. (2번째 사진의 주사기 부분을 보면, 가열되고 있는 플라스틱 부분이지만 뒤가 피스톤으로 막힌 좁은 공간이기 때문에 물방울이 맺힘, 밀폐구조의 플라스틱 하우징에서도 댐퍼가 막힘) 

 2) 댐퍼의 재질 : 습기를 잘 저장하는 조밀한 재질 일수록  빨리 막힘. 

 3) 금속성 하우징 : 열전도율이 높은 재질의 하우징 일수록 빨리 막힘. (재질 자체가 원인이아니라, 금속의 열전도가 빨라서 온도차를 발생시키기 쉬움) 

  

 (* 외부 온도가 낮을수록 물기가 빨리 발생될 것으로 예상되지만, 외부 온도는 이어폰 자체의 요인은 아님.) 

  

 OP2의 구조에서 이것을 해결하기 위해서는 1)습기의 버퍼를 만들어주는 것과, 2)단열의 2가지 방법이 있는데,  어떤 것이 효율적인지 테스트 중에 있습니다.

 

 애플사 같은 경우 개발시에 금속 그릴에 귀지 테스트를 한다고 합니다. 에티모틱이나 포낙 등의 제품들이 음향 댐퍼를 추가로 제공하는 이유도 귓속 오일 성분으로 댐퍼가 손상되면 사용자가 교환하여 사용하도록 한 것 입니다. 저희도 댐퍼 교환 AS 방법을 최대한 비용이 덜 들고 구매자가 편리한 방법으로 강구해 보겠습니다.      


  
 <개발 진행 상황>  

  


 기존 OP.2 발매 이후, AS가 증가하면서 설계 수정을 결정하게 되었습니다. 이 후 거의4개월 가량이 지났는데 아직 AS가 마무리 되지 않고 있습니다.   

 


초반에는 통기량보다는 새 스피커를 선정하는데 대부분의 시간을 보냈습니다. 기존의 스피커에 저희가 생각하는 최대의 통기량을 적용한 후(백홀과 이퀄라이저 홀 적용)에도 불량률은 줄었지만 여전히 스피커 불량이 나타났기 때문에 기존 스피커 사용을 포기하였습니다. 이 후 몇몇 스피커 제조사와 연결된 분들에게 의뢰하여 샘플 수령과 테스트, 수정 요청, 재수령을 반복하게 되었습니다.    


  

사진 외 샘플까지 대략 20 종류의 샘플을 받았었는데, 한번 수정 요청을 하면 1주~2주 후에나 수정 제품이 오기 때문에 스피커 선정에 아주 오랜 시간이 걸렸습니다. 그나마 국내 시장에서 판매량면에서 성공한 SF 드라이버 개발 참여 이력을 "과장"해서, 저희 회사 규모와 주문량으로는 거래가 어려운 회사의 샘플도 받아 볼 수 있었고, 기존 샘플의 모델을 구매하고, 추후에 수정(modify) 요청도 할 수 있었던 점은 다행인 것 같습니다.  

  


8월 초에 저희 판단으로 내구성이 좀 더 나은 스피커가 수급이 되어, 급하게 OP.2r(AS 버전 1차)를 제작, 배포하게 되었습니다. OP.2r버전의 통기 구조는 기존 OP.2 하우징에 이퀄라이징 홀을 추가하여 제작하였습니다. 수급된 스피커의 내구성이 더 낫다고 판단되어, 일단은 이퀄라이징 홀만으로 진동판 앞 뒤의 압력을 맞춰주는 설계를 하게 되었습니다.  수급된 스피커의 저역량이 많고 고역량은 상대적으로 작아서 백홀의 통기량을 늘리는 방법(저역이 증가하는 방법)을 채택하지 않았습니다.   

 


 그런데 약 150대 가량을 제작, 배포한 후에 불량률이 여전히 저희 기준 불량률을 초과하였고, 현재는 OP.2r 버전의 배포는 중단된 상태입니다.  부득이 백홀의 통기량을 늘려서 저역을 늘려서 진동판 내구성을 확보하는 설계로 변경하여, 이번 주 금요일 다시 납품받을 예정입니다.      


 


  


 이퀄라이저 홀과 백홀 통기량을 늘린 OP.2r-2의 응답입니다. 빠르면 다음 주 초부터 다시 배포될 예정입니다.  


저음이 약간 많고, 주파수 응답 피크가 2.5kHz이하에서 생겨서 고음이 선명한 느낌은 없습니다. 대신 치찰음이 적어서 저음의 양감을 원하는 경우나 치찰음이 거슬리는 경우에 선호되는 응답인 것 같습니다. 


이 제품은 추후 OP.2w(가칭 warm bass)로 출시할 예정입니다.   

  


 최근 r버전용 스피커를 납품한 회사(건영)로부터 수정된 샘플이 지난주에 도착하였는데, 이 제품으로 통기량을 최대로 하여 만든 샘플 (가칭 OP.2c)의 주파수 응답은 아래와 같습니다.   

  


 

전체 레벨을 맞출 때 어디를 기준으로 하느냐에 따라 전혀 다르게 보일 수도 있지만, 청감적으로는 기존 OP.2에 비해 초저역의 양감만 조금 부족한 것처럼 느껴집니다.  이 OP.2c(가칭 clear voice)는 저한테는 약간 저역 양감 부족으로 느껴지고, 약간 고역이 쎈 약 고음형으로 느껴집니다. AS가 마무리되면 우선 이 c버전이 먼저 출시될 예정입니다. 다만 스피커를 지금 주문하면 인도에 약 한 달 정도 걸리기 때문에, 밀린 as 는 w버전으로 보내드리고, 추후 c버전이 출시되면 c버전을 원하는 분들께 교환해 드리려고 합니다. 생산 일정이 확정 된 것이 아니라 되도록 c버전을 기다리지 마시고, 추후 교환할 것을 부탁드립니다.  

  


 두 버전 모두 저희가 임의로 정한 스트레스 테스트에서는 문제가 없는 것으로 나타났습니다. 


 

저희가 정한 스트레스 테스트 방법은 노즐에 주사기를 밀착시키고, +/- 0.3cc 정도의 체적 변화 (풀 수윙)를 2Hz로 50회 가하는 방식입니다.이렇게 하면 진동판이 맥스 변위 이상으로 움직이게 되고, 이 변위를 감당하지 못하거나 통기홀에 DC가 있다면 내부 하우징에 DC 압력이 발생하면서 진동판이 파손되게 됩니다. 통기홀이 없는 기존의 OP2는 약 30%가, 이퀄라이저 홀만 있는 OP2r은 약 10%가 파손되었고, 백홀과 이퀄라이저 홀이 있는 두 버전은 파손되는 경우가 없었습니다.  

  


 물론 모든 불량요소를 해결했다고 확신하진 않기 때문에, 출시는 좀 더 검토 한 후에 될 것입니다. 다만 이 검토 과정에 AS를 신청하신 구매자분들이 여러번 택배를 받고, AS 신청을 하는 등의 번거로움을 겪게 해서 너무 죄송스럽습니다. 본의 아니게 저희 회사의 필드 내구성 테스트에 강제로 동원되신 구매자 분들께는 불편이 최소화되도록 노력할 것을 약속드리고, AS 리스트 (전번 마지막 4자리와 이름)는 계속 회사에 보관하면서, 차기 버전 출시 때 시용 샘플 제공이나 원가 구매권 등을 제공하는 방법 등으로 보상할 방법을 강구해 보겠습니다. 

  


 부품 소싱에 도움을 주신 삼성사(댐퍼류 제작사)와 스피커 샘플 제공 회사, 그리고 개발 대응을 해주신 OEM 사 개발실 분들께 감사드리고, 특히 영디비 회원분들 중에도 계실 텐데, 지연된 AS기간 동안 거의 개발에 관여하여 주신것과 마찬가지인 구매자 분들께 진심으로 감사드립니다.