원형 진동판에서의 기음(Fundamental Frequency)은 아래의 공식을 따른다.

$$f_1 \approx 0.766 \cdot \frac{\sqrt{T/d}}{D}$$

• $T$ : 진동판의 텐션 (Tension)
• $d$ : 진동판의 면적당 밀도 (Surface Density)
• $D$ : 진동판의 직경 (Diameter)

원형 진동판의 최저 공진 주파수($f_1$)는 실제 음향 기기(스피커 유닛 및 마이크 캡슐)의 설계 목적에 따라 전혀 다른 방식으로 활용된다.

질량 제어 영역의 활용

스피커 유닛은 공기를 힘차게 밀어내어 음압을 만들어내야 하므로, 진동판의 직경($D$)이 크고 면적당 밀도($d$)가 높은 편이다. 이로 인해 최저 공진 주파수 $f_1$(흔히 스펙시트상의 $f_0$ 또는 $f_s$)은 저역대(수십~수백 Hz)에 위치하게 된다.

• 동작 대역: 스피커는 $f_1$ 이하의 구간에서는 댐퍼와 엣지의 강성(Stiffness)에 가로막혀 진동판이 제대로 움직이지 못한다. 따라서 $f_1$보다 높은 주파수 대역인 질량 제어 영역을 메인 재생 대역으로 사용한다. 이 영역에서는 주파수가 높아져도 진동판의 가속도가 일정하게 유지되어 평탄한 음압을 재생할 수 있다.
• 고차 모드의 억제: 주파수가 더욱 높아져 2차 공진($f_2$) 이상의 대역으로 진입하면, 진동판이 한 몸으로 움직이지 못하고 부분적으로 따로 노는 분할 진동(Break-up modes) 현상이 발생한다. 이는 주파수 응답의 왜곡을 초래하므로, 크로스오버 네트워크를 통해 $f_2$가 발생하기 전 대역을 차단하는 것이 일반적이다.

강성 제어 영역의 활용

마이크 캡슐(특히 라지 다이어프램 콘덴서 마이크)은 외부에서 들어오는 음파의 압력 변화를 정밀하게 전압 신호로 복사하는 것이 목적이다. 따라서 진동판의 두께와 밀도($d$)를 극도로 낮추고, 텐션($T$)을 매우 강하게 가하여 최저 공진 주파수 $f_1$을 가청 주파수의 최상한선(10kHz ~ 20kHz 이상)으로 밀어 올린다.

• 동작 대역: 마이크는 공진 점인 $f_1$보다 낮은 주파수 대역인 강성 제어 영역을 메인 수음 대역으로 사용한다. 이 영역에서는 입력되는 음압이 동일하다면 주파수에 상관없이 진동판의 물리적 변위(움직이는 거리)가 항상 일정하게 유지되므로, 매우 평탄한 주파수 특성을 얻을 수 있다.