스피커 인클로저 설계의 핵심은 유닛 진동판이 앞뒤로 운동할 때 발생하는 후면 에너지를 어떻게 처리하느냐에 있다. 밀폐형 구조에서는 후면으로 방사되는 에너지를 인클로저 내부에서 열로 소멸시켜 버려야 하며, 이 과정에서 발생하는 공기압이 진동판의 움직임을 억제하는 저항으로 작용한다. 따라서 충분한 저역을 확보하기 위해 물리적으로 거대한 체적이 요구되는 단점이 있다. 반면, 베이스 리플렉스 방식은 이렇게 무의미하게 버려지던 후면 방사 에너지를 외부로 끌어내어 저역 보강의 핵심 동력으로 재활용한다.

이 시스템은 인클로저에 특정 길이와 넓이를 가진 포트를 설계하여 '헬름홀츠 공명(Helmholtz Resonance)' 현상을 유도한다. 유닛 뒤쪽으로 방사되는 소리는 전면 신호와 180도 다른 역위상 상태이기에 그대로 노출되면 정면의 소리를 상쇄시켜 버리지만, 포트 시스템은 공진 과정을 통해 이 후면 에너지의 위상을 180도 지연시킨다. 이렇게 지연된 에너지는 포트를 빠져나오는 순간 전면 신호와 동일한 정위상(In-phase) 상태가 되어 서로의 에너지를 합치게 된다.

결과적으로 베이스 리플렉스는 내부 공기 저항을 줄여 인클로저 체적을 효율적으로 설계할 수 있게 할 뿐만 아니라, 우퍼 유닛이 단독으로 재현하기 힘든 낮은 주파수 대역을 포트의 공진 에너지가 대신 채워줌으로써 저역 재생 한계를 획기적으로 확장시킨다. 즉, 버려지던 에너지를 역전시켜 저음의 음압을 증폭시키는 이 방식은 스피커의 크기 대비 성능을 극대화하는 현대 음향 설계의 핵심적인 솔루션이다.

베이스 리플렉스는 스피커 우퍼 유닛이 낼 수 있는 저역 하한대에 추가로 헬름홀츠 공명 원리를 이용하여 더 낮은 저역을 재생한다. 따라서 베이스 리플렉스가 추가된 스피커는 더 낮은 저역을 재생할 수 있다.

하지만, 베이스 리플렉스에 의한 소리는 트랜지언트가 느려서 정확하지 않고,¹⁾ 공명관 자체의 울림이 추가 되기 때문에 저역이 느리게 감쇠하는 단점이 있다.

실제로 측정을 해보면, 베이스 리플렉스에 의해 재생되는 저역 주파수에서는 음이 지연되어 위상 그래프의 사이클이 돌고, 그룹 딜레이로 보면 저역이 매우 느려진다. 디케이 또한 느리게 감쇠함을 볼 수 있다.

후면 베이스 리플렉스는 스피커 유닛이 없는 후면에 베이스 리플렉스 포트를 만들 수 있다. 하지만, 스피커를 놓을 위치 바로 뒤에 벽이 있는 경우에는 저음역대가 벽의 반사 등에 영향을 받게 되어 왜곡되고 뚜렷하지 못한 저음역대를 얻을 수도 있다. 따라서, 후면 베이스 리플렉스 스피커의 경우에는 뒷벽에서 거리를 두어 설치하는 것이 좋다. 후면 베이스 리플렉스 포트는 전면 베이스 리플렉스 포트에 비하여 그 형태를 설계함에 있어서 제약을 거의 받지 않기 때문에 좀 더 의도에 맞는 정확한 저음 주파수 반응이 나오도록 설계하는 것이 쉽다.

후면 베이스 리플렉스에 의한 저역대가 벽에 반사되면 위상이 한번 반전 되어 스피커 자체의 저역대와 위상 캔슬되어 딥이 발생할 수 있는데, 이 때 이 딥이 발생하는 주파수는 벽과 스피커 후면의 거리가 가까워 질수록 점점 높아진다.

따라서, 딥이 생기는 것을 피할 수 없다면 아예 뒷벽과 스피커의 후면을 아주 가깝게 붙여버리면, 딥 주파수가 높아져서 차라리 더 나은 스피커의 주파수 반응을 얻을 수 있다.

이렇게 고역대로 이동한 딥 주파수는 EQ를 이용해 쉽게 보정이 된다.

일부 스피커의 경우 베이스 리플렉스를 아예 바닥에 설계하는 경우가 있는데, 이것은 위와 마찬가지로 뒷벽에 스피커를 붙여버리는 것과 같은 효과를 얻기 위함으로 보인다. 특히 스피커의 우퍼의 위상과 정반대를 피하기 때문에 위상 캔슬로 발생하는 딥이 좀 더 덜 할 것으로 보인다.

전면 베이스 리플렉스의 경우에는 스피커의 전면에 베이스 리플렉스 포트가 차지할 공간이 없는 경우가 많기 때문에, 베이스 리플렉스 포트 설계에 많은 제약을 받는다. 그래서 포트 설계가 조금 이상하게 될 가능성이 존재한다. 실제로 많은 전면 베이스 리플렉스 포트 설계는 정확한 원형의 설계보다는 긴 직사각형 모양이나 두개의 작은 원형 포트, 타원형 등의 다소 복잡하고 어려운 설계로 되어 있는 경우가 많다.²⁾

좀 더 포트의 입구가 세로는 좁고 가로로 넓은 모양새를 가지게 되어서 넓은 주파수 대역을 커버하는 방식의 베이스 리플렉스

https://www.stereophile.com/content/aerial-acoustics-5t-loudspeaker-measurements

붉은색 : 베이스 리플렉스 홀에서 나오는 주파수 대역폭, 자세히 보면 2군대의 주파수 공진점이 있다. 낮은 주파수는 세로의 좁은 포트 입구에 의한 공진이고, 높은 주파수는 가로의 넓은 포트 입구에 의한 공진으로 보인다. 즉 타원형같은 비대칭형 형태를 가진 경우 공진 주파수가 여러개가 나올 수 있다.

• 파란색 : 우퍼 유닛에서 나오는 주파수 대역폭
• 녹색 : 트위터 유닛에서 나오는 주파수 대역폭

세가지 대역폭의 조합으로 이 스피커는 아래와 같은 주파수 반응을 가진다.

원통형의 모양을 가진 베이스 리플렉스 포트의 경우 좁고 정확한 주파수 대역폭의 설계가 가능하다.

https://www.stereophile.com/content/bowers-wilkins-805-d3-loudspeaker-measurements

• 붉은색 : 전면 베이스 리플렉스의 주파수 대역폭
• 파란색 : 우퍼 유닛의 주파수 대역폭
• 녹색 : 트위터 유닛의 주파수 대역폭

앞의 전면 베이스 리플렉스 설계인 스피커보다 정확한 주파수 대역폭의 설계로 인하여 좀 더 저음역대가 확장이 잘 된 것을 볼 수 있다.

Genelec의 일부 스피커에는 아래와 같은 베이스 리플렉스 포트를 가지고 있다. 헬름홀츠 공명 공식에 의하면, 내부 체적이 넓고, 관의 길이가 길며 입구가 좁을 수록 공명 주파수는 낮아진다. 또한, 이러한 설계의 특징은 일반적인 원통형 베이스 리플렉스보다 더 빠른 유속을 가지게 되어 재생되는 저역의 트랜지언트 표현이 좀 더 정확하게 된다.

아래와 같은 하만 카돈 스피커와 같은 경우 서브우퍼³⁾는 작은 사이즈 유닛의 스피커에 다운 파이어링을 하고 있고 베이스 리플렉스 포트는 상단으로 배치 하여 무지향성의 극저음역대를 재생한다.

중고음역대를 담당하는 위성 스피커의 경우는 작은 사이즈의 스피커를 컬럼 어레이로 배치하여 좌우로 넓은 지향각을 가질 수 있도록 설계⁴⁾하여 스테레오 이미지와 정위감이 매우 극대화 되어 있다. 스피커의 디자인이 조금 진보적이긴하지만, 매우 효율적인 스피커 설계의 대표적인 케이스라고 볼 수 있다.

https://en.wikipedia.org/wiki/Bass_reflex