KR100371496B1 - 다채널헤드폰 - Google Patents

Abstract

개인적인 리스닝(listening) 공간에서 3차원 입체음향을 제공하는 다채널헤드폰이 개시되어 있다. 이것은 채널별 음향의 독립성과 정확한 위상을 확보함으로써 고품위의 3차원 입체음향을 청자에게 제공하고자 한 것으로서, 청자의 양쪽 귀 각각에 대해, 둘 이상 배치되어 각기 구별된 음을 재생하는 복수의 스피커(40a,40b)와 이 복수의 스피커가 개별적으로 장착되어 있는 복수의 스피커하우징(10a,10b)을 구비한다. 스피커하우징들은 스피커에서 발생되는 음을 청자의 귀로 유도하는 음로를 형성하는 음유도판(11a,11b)을 가지며, 그 음유도판 끝 부분을 통해 청자의 귀바퀴로 음을 전달하게 되며, 특히 귀 뒤에 위치한 후방 스피커 음향의 회절효과를 유도할 수 있다. 이러한 구조에 의하면, 청자로 하여금 채널별로 의미있는 소리를 구별할 수 있게 하고 공간지각과 넓은 음장감 그리고 방향성 있는 허음상 등 3차원 입체음향에 필요한 음요소가 모두 제공되므로 완전에 가까운 3차원적 입체음향을 재현하는데 효과적으로 이용될 수 있으며, 최적화된 음전달계를 구성함으로써 4개의 스피커로도 5.1채널의 음을 충분히 재현할 수 있어 경제적이다.

Description

다채널헤드폰{MULTICHANNEL HEADPHONE}

본 발명은 개인적인 리스닝(listening) 공간을 위한 헤드폰(headphone)에 관한 것으로, 특히 청자(聽者)의 양쪽 귀 각각에 대해 스피커를 2개 이상 배치하여 3차원적 입체음향을 재생할 수 있는 다채널헤드폰에 관한 것이다.

개인적인 리스닝 공간에서 음악 등을 청취할 수 있게 하는 헤드폰이나 이어폰(earphone) 또는 전신·전화용의 헤드셋(headset)은 최근 개인용 컴퓨터를 이용한 멀티미디어 및 디지털 통신기술의 발달로 영화나 음악감상·가상현실·게임·채팅·인터넷 전화 등을 위해 그 수요가 급증하고 있다.

가상현실 등 3차원 영상을 효과적으로 즐기기 위해서는 당연히 3차원 또는 그에 가까운 입체음향이 필수적이다. 개인용 컴퓨터에서 할 수 있는 무수한 기능 중 멀티미디어 및 디지털 통신기술에서의 공통적인 요소가 바로 영상과 사운드이다. 영상은 그래픽카드와 디스플레이의 기술적인 진보로 사용자들에게 고품질로 제공되고 있으며, 이에 따라 현재의 음향기술도 종전의 2차원 입체음향(stereo)에 전후 방향의 음장을 형성하여 현장감을 더해주도록 4개의 스피커를 배치하는 서라운드(surround) 시스템이나 청자를 중심으로 전방 좌우 및 후방 좌우에 각각 배치되는 4개의 스피커와 전방 중앙에서 허음상을 만들기 위한 센터신호(center signal)스피커 그리고 방향성은 없지만 각 스피커의 저음을 보강해주기 위한 우퍼(woofer)를 포함한 총 6개의 스피커를 배치하여 되는 5.1채널 시스템 등으로 3차원에 가까운 입체음향을 구현하는 수준에까지 이르렀다.

그러나 음향기술은 사운드카드의 성능이 향상되고 있음에도 불구하고 영상기술에 비해 그 응용이 상대적으로 뒤쳐지고 있는 실정이다. 그 주된 이유의 하나로서는, 전술한 바와 같이 3차원적 입체음향을 재현하기 위해 배치되는 4개 혹은 그 이상의 스피커들은 서로 충분한 거리를 두고 배치되어야 하지만, 헤드폰을 구성하는 스피커하우징 내의 설치공간이 매우 협소하여 각 하우징에 둘 이상의 스피커를 배치하기가 용이하지 않기 때문일 것이다.

종래기술을 참조하면, 헤드폰에서의 3차원적 입체음향 재현을 위한 여러 가지 스피커 배치형태가 특허공보 공고번호 78-399와 공개실용신안공보 공개번호 실1998-058453 등에 개시되어 있다. 또한 특허 제124394호는 5채널 이상의 고품위 음향을 청자가 원하는 음감으로 바꾸어 청취할 수 있도록 헤드폰 배플(baffle)에 지지되는 지지대를 이용, 복수의 스피커를 배열변경가능하게 지지하는 구조를 보인다.

이와같이 종래에는 다채널헤드폰을 구성함에 있어서, 기존 스테레오용 헤드폰 처럼 양쪽 귀를 완전히 덮는 폐쇄형 스피커하우징을 사용하고, 각기 채널이 다른 음을 재생하는 둘 이상의 스피커를 그 폐쇄형 스피커하우징에 함께 장착한 것이다.

일반적으로 음원의 방향을 지각하는 데는 음파가 양쪽 귀에 도달하는 강도의 차이에 의해서뿐만 아니라 음파의 위상차이에 의해서도 결정되는 것으로 알려져 있다. 기존 스테레오용 헤드폰은 R 및 L채널의 음원(스피커)이 양쪽으로 분리되어 있기 때문에 양이효과(binaural effect)에 의해 각 음원의 방향을 2차원적으로 지각할 수 있도록 하는 데 아주 적합하다. 그러나 같은 귀에 2채널 이상의 음원(스피커)를 배치하여야 하는 3차원적 입체음향에는 적합하지가 않은 것이다.

즉, 종래와 같이 한 개의 하우징 내에 둘 이상의 스피커를 배치할 경우, 하우징 내벽에서의 반사음이 다른 스피커의 음과 간섭하게 된다. 이러한 간섭은 채널별 음향이 섞여 위상이 불명확해지고, 반향에 의한 공간지각 효과를 떨어트리며, 심지어 공진함으로써 이상소음을 유발시키는 등의 주 원인이 되고 있다. 결과적으로 공간지각 효과와 함께 양이효과마저 크게 저하되어 음상이 청자의 머리 정중앙에 정위함으로써 3차원적 입체감을 느낄 수 없게 되고, 특히 청자가 의미있는 소리를 구분하지 못하여 종종 혼란스러워 하게 되는 문제가 있었던 것이다.

따라서 본 발명의 목적은, 상기한 문제점들을 감안, 양쪽 귀 각각에 대해 배치되는 둘 이상의 스피커를 분리된 하우징에 각각 장착하는 개방형 구조로써 각 채널별 음향의 독립성과 정확한 위상을 확보할 수 있게 창안한 다채널헤드폰을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 3차원적 입체음향의 공간지각을 위한 충분한 반향 및 허음상을 고려한 다채널헤드폰을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 각 스피커들의 음전달계 최적화를 통해 4개의스피커로도 5채널 이상의 3차원 입체음향을 효과적으로 재현할 수 있는 다채널헤드폰을 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 다채널헤드폰을 청자의 머리에 착용하기 위한 한 형태를 보인 측면도.

도 2는 본 발명에 따른 다채널헤드폰을 청자의 머리에 착용하기 위한 또한 형태를 보인 측면도.

도 3a는 본 발명에 따른 다채널헤드폰에서 청자의 귀 전방에 배치되는 스피커하우징의 내부구조를 보인 종단면도.

도 3b는 본 발명에 따른 다채널헤드폰에서 청자의 귀 후방에 배치되는 스피커하우징의 내부구조를 보인 종단면도.

도 4a는 도 3a에 도시된 스피커하우징의 내부구조를 A-A선상에서 바라본 단면도.

도 4b는 도 3b에 도시된 스피커하우징의 내부구조를 B-B선상에서 바라본 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10a,10b : 스피커하우징 11a,11b : 음유도판

13a,13b : 울림부 40a,40b : 스피커

50a,50b : 안내리브 60a,60b : 음로

70a,70b : 음반사판 80a,80b : 돌기

상기한 첫 번째 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는, 양쪽 귀 각각에 대해, 둘 이상 배치되어 각기 구별된 음을 재생하는 복수의 스피커와 이 복수의 스피커가 개별적으로 장착되어 있는 복수의 스피커하우징을 구비함으로써 각 스피커에서 발생되는 음간의 간섭에 의한 영향을 피할 수 있고 개인적 리스닝 공간을 제공하도록 머리에 쓰도록 된 다채널헤드폰을 창안하였다.

상기한 두 번째 및/또는 세 번째 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 상기한 스피커하우징들을 청자의 귀를 중심으로 하여 전후로 거리를 두고 배치하고, 각 스피커하우징에는 장착된 스피커에서 발생되는 음을 청자의 귀로 유도하는 음로를 형성하는 음유도판을 형성함으로써, 그 유도판의 음로를 따라 이동하는 동안의 충분한 잔향효과를 꾀하였다.

여기서 바람직하게는 각 스피커하우징에 형성한 유도판 끝 부분, 즉 상기 음로의 출구에 음반사판을 더 연장시키고 그 음반사판이 상기 청자의 귀바퀴를 향해 음을 반사하도록 구성하는 것이다.

또한 더 바람직하게는 상기한 음유도판 내의 음로를 수갈래로 구분하기 위해 수개의 안내리브(guide rib)를 그 음로방향으로 나란히 형성해주고, 음유도판 내벽 및 음반사판 상에는 반사음을 산란시키기 위해 조그마한 돌기를 규칙 또는 불규칙적으로 다수 형성하는 것이다.

그리고 청자의 귀를 중심으로 전방에 위치하게 되는 스피커하우징의 음반사판은 상기 귀바퀴의 상측부위를 향하게 하고, 후방에 위치하는 스피커하우징의 반사판은 그 하측부위를 향하게 하여 귀 뒤에 위치한 후방 스피커 음향의 원할한 회절효과를 유도하고, 또한 그 후방스피커하우징 내에서 음향증폭 작용을 위해 울림부를 확장시켰다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서, 상기한 바와 같은 본 발명에 따른 다채널헤드폰의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다.

도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 다채널헤드폰의 착용상태로서 청자의 얼굴 좌측면만을 도시한 것이며, 청자의 얼굴 우측면은 대칭하게 놓이므로 편의상 생략하였다. 이들 도면을 참조하면, 본 발명에 따른 다채널헤드폰은 청자의 귀(1)를 중심으로 하여 전후방으로 약간의 거리를 두고 배치된 2개의 스피커하우징(10a, 10b)을 구비한다. 이같이 청자의 한쪽 귀에 2개씩 배치되는 스피커하우징(10a,10b)을 머리에 착용하는 구조로서, 도 1은 통상의 헤드밴드(20a)를 사용하여 머리 위에 걸치는 형태를 보인다. 여기서 부호 30은 헤드밴드(20a) 끝에 2개의 스피커하우징(10a,10b)를 연결하면서 청자의 귀(1)에 걸어서 안정적으로 착용할 수 있도록 알맞게 굽어진 연결지지부재를 나타낸다. 도 2는 머리 뒤쪽으로 두르게 된 형태의 헤드밴드(20b)에 2개의 스피커하우징(10a,10b)을 직접 연결하면서 역시 그 단부를 이용, 청자의 귀(1)에 안정감있게 걸칠 수 있게 된 또다른 착용형태를 보인다. 별도로 예시하지는 못했으나 머리에 착용하고 2개 또는 그 이상의 스피커하우징들을 연결지지하는 수단은 다양하게 구현할 수 있을 것이다.

청자의 귀를 중심으로 하여 전후방으로 간격을 두고 배치된 2개의 스피커하우징(10a,10b)은 대체로 조개같은 외형을 한 것으로서, 각각 청자의 귀(1)에서 먼 부분에 스피커(40a,40b)를 하나씩 장착하고 있으며, 스피커(40a,40b)에서 발생되는 음을 각기 청자의 귀바퀴 상측부위(2a)와 하측부위(2b)로 유도하도록 연장된 음유도부(11a,11b)를 가지고 있다.

내부구조가 도시된 도 3a 및 3b을 참조하면, 스피커하우징(10a,10b)은 그 본체부분에 스피커(40a,40b)를 꼭맞게 수납하기 위한 스피커수납부(12a,12b)를 가지는데, 스피커수납부(12a,12b)는 음유도부(11a,11b)의 안쪽을 향해 개구되어 있고, 그 바닥면(부호생략)은 청자의 얼굴면에 접하는 부분으로서 막혀있다.

스피커(40a,40b)는 통상적인 것으로 내부에 보이스코일(41a,41b)을 가지고 있으며, 그 스피커수납부(12a,12b)의 개구측에서 진동판(42a,42b)을 진동시킴으로써 음을 발생시킨다.

스피커하우징(10a,10b)의 음유도부(11a,11b)에는 도 4a 및 4b에 잘 나타난 바와같이 그 길이방향으로 나란하고 횡방향으로 적당한 간격으로 형성된 수개의 안내리브(50a,50b)에 의해 수갈래로 갈라진 음로(60a,60b)를 형성한다. 이 음유도부(11a,11b)의 끝, 즉 음로(60a,60b)의 출구에는 음반사판(70a,70b)이 설치되어 있고, 그 음유도부(11a,11b) 및 음반사판(70a,70b) 내부에 조그마한 돌기(80a,80b)가 다수 형성되어 있다.

여기서 음반사판(70a,70b)은, 음로(60a,60b)를 따라 이동한 음이 도 1 및 도 2에 보인 청자의 귀바퀴 상측부위(2a) 또는 하측부위(2b)로 향해 반사 및 회절하도록 하는 적절한 각도로 기울여져 설치된 것이며, 무수한 돌기(80a,80b)들은 음을 귀로 유도하는 과정에서 확산될 수 있게 산란시키기 위한 것으로, 음의 산란조건에 따라 높이나 간격 등이 규칙적으로 또는 비규칙적으로 형성될 수 있다. 돌기(80a,80b)들은 또한 음의 산란과 동시에 불필요한 파동이나 진동을 일으키지 않고 안정적인 감쇠작용을 겸하도록 별도의 탄성체 재질로 하여 부착할 수 있다.

한편, 도 3a 및 4b에서 보는 바와 같이 전후방측 스피커하우징(10a,10b)은 스피커수납부(12a,12b)의 일측 옆으로 확장되어진 음울림부(13a,13b)를 더 가지고 있으며, 이중에서 후방측 스피커하우징(12b)의 그 음울림부(13b)가 도 2에서 보는 바와 같이 청자의 귀볼(3)에서 후하방으로 약간 떨어진 부위에 접하도록 되어 있다.

상기와 같이 실시된 본 발명의 다채널헤드폰에 있어서, 도시하지 않은 통상의 3차원 입체음향처리장치로부터 처리된 다채널의 음향신호가 스피커(40a,40b)의 보이스코일(41a,41b)에 인가되면, 그 보이스코일(41a,41b)과 함께 진동판(42a,42b)이 진동하여 각 채널에 대응하여 파장과 위상 및 음색 등이 각각 다른 음들이 발생된다.

본 발명에서는 스피커(40a,40b)가 분리된 스피커하우징(10a,10b)에 각각 장착되어 있으므로, 음간의 간섭에 의한 영향이 배제된 채널별로 독립된 음을 발생시킬 수 있는 것이다. 특히, 본 발명에서는 이렇게 각 스피커(40a,40b)의 직접음간의 간섭을 피하는 것 외에도, 청자가 수음하는 위치에 가장 가깝게 놓인 각 스피커하우징(10a,10b)의 음유도부(11a,11b) 끝에 설치한 음반사판(70a,70b)이 청자의 귀바퀴 상측부위(2a)와 하측부위(20b)에 놓이게 함으로써 수음직전의 간섭도 피할 수 있게 한 것이다.

스피커(40a,40b)로부터 발생된 각 음은 일단 음유도부(11a,11b) 안쪽을 향해 직접음으로서 방사된다. 그 직접음은 음로(60a,60b)를 따라 그 출구를 향해 이동하게 되며, 그 출구에 설치된 음반사판(70a,70b)을 수없이 반사 및 회절하여 청자의 귀로 안내된다. 이렇게 청자의 귀로 안내되는 과정에서 직접음은 그 일부가 청자의 귀에 직접 수음되기도 하고 또 나머지 일부는 그 음로(60a,60b)상에 노출되어 있는 음유도부(11a,11b) 및 안내리브(50a,50b)의 벽면을 무수히 반사한 반사음으로서 수음된다. 즉, 청자의 귀에는 음원인 스피커(40a,40b)의 직접음과 함께 반사음이 수음되며, 이러한 작용을 통해 청자로 하여금 마치 콘서트홀에서 청취하는 것과 같은 공간지각을 느낄 수 있게 하는 것이다.

또한 음을 산란시키는 무수한 돌기(80a,80b)들은 결국 음을 확산시키게 되며, 따라서 청자의 공간음장감을 넓혀서 더욱 현장감을 높여준다. 이러한 공간지각과 함께 넓게 느껴지는 공간음장감을 통해 보다 효과적인 3차원적 입체음향이 구현가능함은 물론일 것이다.

한편, 전후방측 스피커하우징(10a,10b) 내에서는 스피커(40a,40b)의 직접음이 일단 일측에 확장되어진 음울림부(13a,13b)를 순환하면서 증폭된다. 이중에서 후방측 스피커하우징(10b)의 음울림부(13b)의 바닥면은 청자의 귀볼에서 후하부로 약간 떨어진 부위에 접하고 있으며, 이러한 환경은 청자의 반대편 얼굴에도 똑같이 조성되어 있다. 따라서 양이효과와 함께 후방 스피커 음의 원할한 회절효과로 방향성 있는 허음상을 포함하는 3차원에 가까운 거의 완전한 입체음향을 감상할 수 있게 될 것이다.

이상의 실시예를 통하여 설명된 바와 같이, 본 발명에 따른 다채널헤드폰은 스피커하우징을 분리시켜 각 채널별 음향의 독립성과 정확한 위상을 청자의 귀에 전달하고, 그 전달과정에서 반사와 산란을 일으킴으로써 분명한 의미있는 소리와 함께 공간지각과 넓은 음장감 그리고 방향성 있는 허음상 등 3차원 입체음향에 필요한 음요소가 모두 갖춰진 완전에 가까운 3차원적 고품위 입체음향을 재현하는데 효과적이다.

특히 본 발명은 청자의 양쪽 귀 각각에 대해 전후방으로 배치한 2개의 스피커하우징만으로도 3차원 입체음향에 필요한 음요소를 모두 제공할 수 있으므로 4개의 스피커로 5.1채널의 음을 효과적으로 재현할 수 있다. 따라서 보다 경제적인 3차원 입체음향용 다채널헤드폰을 제공할 수 있는 것이다.

이와같은 본 발명에 따른 다채널헤드폰은 컴퓨터를 이용한 멀티미디어 및 디지털통신 기술의 발달과 함께 매우 유익하게 이용될 수 있을 것이다. 예를 들면, 가상현실을 위한 3차원 영상을 제공하는 개인용 디스프레이와 함께 실전과 같은 군사훈련이나 모의 비행훈련 등에도 그 성과를 높이는데 기여하게 될 것이다.

Claims (8)

1. 청자의 양쪽 귀 각각에 대해, 둘 이상 배치되어 각기 구별된 음을 재생하는 복수의 스피커와 이 복수의 스피커가 개별적으로 장착되어 있는 복수의 스피커하우징을 구비한 다채널헤드폰.
2. 청구항 1에 있어서, 상기한 복수의 스피커하우징중 적어도 하나가 허음상을 만들도록 상기 스피커에서 발생되는 음을 증폭시킬 수 있는 음울림부를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 다채널헤드폰.
3. 청구항 1 또는 2에 있어서, 상기한 스피커하우징들이 청자의 귀를 중심으로 하여 전후로 거리를 두고 배치되어 있고, 각 스피커하우징이 장착된 스피커에서 발생되는 음을 청자의 귀로 유도하는 음로를 형성하는 음유도판을 더 가지고 있는 것을 특징으로 하는 다채널헤드폰.
4. 청구항 3에 있어서, 상기한 청자의 귀 후방에 배치되는 스피커하우징의 위치는 청자의 귀바퀴에서 그 스피커 음향의 원할한 회절이 이뤄지도록 고려된 것을 특징으로 하는 다채널헤드폰.
5. 청구항 4에 있어서, 상기한 음유도판에 그 음로를 수갈래로 가르는 복수의안내리브가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 다채널헤드폰.
6. 청구항 4 또는 5에 있어서, 상기 각 스피커하우징들이 상기 유도판 끝 부분에서 청자의 귀바퀴를 향해 음을 반사하도록 설치된 음반사판을 더 가지고 있는 것을 특징으로 하는 다채널헤드폰.
7. 청구항 6에 있어서, 상기한 음유도판 내면과 음반사판상에 음을 산란시키기 위한 다수의 돌기가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 다채널헤드폰.
8. 청구항 6에 있어서, 상기한 유도판 끝 부분에 설치된 음반사판이 청자의 퀴바퀴 상측부위나 하측부위를 향해 음을 반사하도록 놓인 것을 특징으로 하는 다채널헤드폰.