KR100867454B1 - 음·진동의 공명 분리 장치 - Google Patents

Abstract

　복수의 피아노 선 등의 진동자를 강체에 고정하고, 다양한 주파수를 포함한 음이나 진동을 즉석에서 공명 분리시켜 눈으로 보이도록 하는 음·진동의 공명 분리 장치이다. 표현을 바꾸어 나타내면 푸리에 변환을 순식간에 실행하는 청각의 모델이 되는 장치이기도 한다.

도 2에 있어서 부호 1부터 20까지는 다양한 고유 진동을 갖는 진동자이다. 도 4에 있어서 음을 전기 신호로 변환하는 마이크로부터 장치 본체에 입력되면, 전자 회로(28)에 의해 증폭·제어되어 진동 변환 장치인　스피커(24)에 출력되며, 음은 증폭된 세로 진동으로 되어 강체(21)를 세로 방향으로 진동시킨다. 그 진동은 강체에 고정된 고유 진동을 갖는 진동자(1 내지 20)에 전해지고, 그 진동의 주파수에 따른 진동자만이 진동한다. 볼륨 손잡이(25)는 진동의 크기를 조절하기 위해 있으며, 주파수 제어 손잡이는 정현파의 발신 주파수를 컨트롤한다.

Description

음·진동의 공명 분리 장치{SOUND/VIBRATION RESONANCE SEPARATING DEVICE}

본 발명은 음성·음악·소음 등의 진동을 공명 분리하고, 음에 포함되어 있는 몇개의 진동을 육안에 의해 다수의 진동수 대역의 진동 성분을 직접 검지하는 장치의 제작과 이용방법에 관한 것이다.

「캔틸레버;cantilever」에 진동을 공명시키는 것은 물리나 공학에서는 기초적인 이론으로서 완성되어 있는 것이다. 본 장치는 이와같은 개념을 응용하여 사람의 음성대역에 해당하는 100Hz 내지 1300Hz, 또는 그 이상의 주파수 공명 진동자를 몇 개라도 구비하여 사람의 소리, 음악, 소음 등을 공명 분리시켜 직접, 진동 성분으로 나누어 검지하는 장치로 발전시킨 것이다.

「음;sound」을 주파수 분리하는 것은, 푸리에 변환에 의해 컴퓨터로 계산시키는 것이나 공진회로나 필터 회로의 전자 회로에 의해 성분마다로 나누고, 그것을 디스플레이나 표시기로 표시시키는 것으로서 행해지고 있다. 그러나, 그것은 계산 또는 전자 회로에 의한 방법이다.

본 발명은, 사람이 직접 진동 현상을 느낄 수 있는「음」·「진동」을 주파 수 성분으로 분리하는 직접적인 방법으로서, 전해져 오는 음의 진동을 순식간에 분리한다. 그 분리의 결과는 사람의 청각에서 행해지는 결과와 마찬가지이다. 음의 성분 분리의 기본적인 결과가 사람의 청각과 동일한 것으로, 이 방법의 결과를 디지털 신호로서 처리하는 것은 청각 기관으로서 이용할 수 있다. 또한, 진동 수신부가 직접 진동하는 모습이 보이는 장치는, 인간의 생활이 「음」이나 「진동」에 밀접하게 연관되고 있기 때문에, 교육적, 정서적인 면으로의 새로운 이용이 고려되고 있다.

진동 공명기의 이론은 이른바 「캔틸레버」의 진동 이론으로서 물리나 진동 공학의 분야에서 밝혀지고 있다. 이론대로 음의 주파수 분리의 현상을 실제의 장치로 눈으로 보이도록 하기 위해, 진동 공명 수신기를 제작하여 실측했다. 피아노 선의 길이와 공명 진동의 실측치의 관계를 회귀 분석하여 그래프화 하면 직선으로 되어 이론과 같게된다. 공명 선, 특히 피아노 선을 강체에 고정하고 장치로부터 진동을 받아, 공명 진동수를 기록한다. 이 기초적 데이터를 해석하면 그 회귀 분석으로부터 그 소재에 따랐던 진동자의 공명 주파수와 진동자의 길이의 관계가 계산된다.

결과를 도 1a 내지 도 1c에 종합했다. 도 1a 내지 도 1c에는, 0.5mm와 1.0mm의 피아노 선 및 0.005mm 브러시 섬유, 1.5mm형광 파이버, 0.5 mm의 광 파이버의 계산 데이터를 포함하고 있다. 0.3mm 공명 선, 특히 피아노 선에 관해서는 순정률의 음계의 주파수 데이터와 진동자의 길이 계산 결과의 데이터도 부가했다. 또한, 피아노 선은 JISG 3522를 사용했다. 또한, 이 피아노 선 대용으로 0.008mm 스테인리스 선으로 바꾸어 측정하면, 1300Hz 이상의 공명 진동수를 계측할 수 있다.

이러한 진동자에 진동을 전달하는 강체로서는, 예를 들면 나무나 수지의 봉을 이용한다. 간단하게 제작하기 위해서는 시판의 스트로(straw)라도 좋다. 이러한 강체에 피아노 선을 고정하는 구멍을 동일 간격으로 뚫는다. 이 동일 간격의 구멍에 피아노 선을 길이 순서로 끼워 넣어 수지로 고정하여 진동 수신기로 한다.

보통의 음 에너지는 이 진동 수신 공명기의 진동자를 충분히 공명 시킬만큼 크지 않다. 그 때문에, 음압을 받아 진동을 진동 수신 공명기에 전달하는 도중에 진동을 증폭하는 장치를 부가한다. 음은 마이크로부터 입력되어 증폭·제어하는 회로를 거쳐 진동 변환장치(스피커)로부터 진동 수신 공명기에 전해진다.

진동자의 일반적인 진동의 감도는 그 진동 대역에 의해 달라진다. 저음이라면 진동자의 공명 감도는, 예를 들면 지름이 0.3mm의 피아노 선 고유 진동수가 30Hz라고 하면, 그 전후 1Hz까지 진동하지만, 보다 고음의 400Hz에서는 그 전후 5 내지 10Hz까지 공명 진동한다. 이와 같이 진동 대역에 의해 공명 진동의 감도 폭이 다른 것을 고려하여 진동자의 공명 주파수를 설정한다. 특히, 저 진동에서 진동자는 잘 공명하고 크게 진동하기 쉽지만, 고음이 될 수록 진동자의 길이는 짧아지고, 눈으로 보이는 레벨로 진동하는 것이 어려워지기 때문에 보다 가늘은 진동자를 사용한다.

도 1a 내지 도 1c은 본 장치의 경험적 수치이다.

도 2는 장치 본체의 입체도이다.

도 3은 스피커와 고정대에 접합한 진동 공명기의 입체도이다.

도 4는 전자 회로의 블록도이다.

도 5는 진동자의 또다른 장착법의 예로서, 흑나방의 형태를 한 것이다.

도 6은 도 5의 진동자를 실제로 고정한 때의 입체도이다.

도 7은 진동자를 전기 신호로 변환하기 위해 압전 소자로 제작한 예이다.

도 8은 컴퓨터가 음을 감지하기 위한 인공 청각기의 블록도이다.

도 2는 음 공명 분리 장치 본체의 입체도이다. 진동자(1 내지 20)는 다양한 고유 진동을 가진 진동자이다. 음의 진동은 마이크로부터 전기 신호로 변환되고, 마이크 입력단자(27)로부터 장치에 입력되면, 전자 회로(28)에 의해 증폭 제어된다. 또한 전기 신호는 진동 발생장치(스피커)(24)에 출력되고, 음의 진동은 증폭된 종파 이동되며, 강체(21)를 세로 방향으로 진동시킨다. 그 진동은 강체에 고정된 고유 진동을 갖는 진동자(1 내지 20)에 전해지고, 그 진동의 주파수에 따른 진동자만이 진동한다. 볼륨 손잡이(25)는 진동의 크기를 조절하기 위해 있다. 또한 주파수 제어 손잡이(26)는 정현파의 발신 주파수를 컨트롤한다.

도 3은 복수의 공명 진동자로 되는, 스피커에 접합된 공명 분리기의 입체도 이다. 그 재질의 영율·단면적·길이·선밀도에 의해 고유 진동수는 다르게 된다. 예를 들면 도 1a 내지 도 1c의 표 값을 이용하여 50Hz로부터 250Hz까지 10Hz마다 20개의 진동자를 강체(21)에 고정한다. 이 강체(21)는 가볍고 튼튼한 재질이 좋다.

진동 발생장치인　스피커의 진동 중심에는, 직접 진동 공명기를 고정한다. 고정 방법은, 스피커라면 진동 중심에 고정대(23)를 접착한다. 하중이나 그 밖의 힘의 부하가 작도록 하여, 진동이 전해져도 마찰로 벗어나거나 쓰러지거나 하지 않도록 진동 공명기의 강체 부분을 고정대(23)와 접합한다.

멀리에서도 보일 수 있는 대형 진동자의 경우는, 스피커 등의 진동 발생장치(24) 본체에 진동자의 하중이 쉽게 부하되지 않도록 위로부터 매다는 등으로 하여, 진동 본체와의 접합부분을 보다 강고하게 접착 또는 고정한다. 이 장치는 음의 공명 진동을 보기 위해 제작하는 것이기 때문에, 많은 경우 음량을 억제할 필요가 있다. 그 경우는, 스피커의 예로서는 콘의 일부를 잘라낸다.

도 4는 전자 회로의 블록도이다. 위의 점선으로 둘러 싸여진 본체의 블록도(32)는 도 2의 전자 회로(28)의 보다 구체적인 블록도이다. 한쪽의 점선으로 둘러싸여진 무선 입출력의 블록도(39)에는, 후술하는 것 같은 이용법도 고려되고, 먼 곳에서 음의 입력을 위해, FM 발신기(40)와 FM 수신기(41)의 회로도 도시했다. (라디오나 텔레비젼 등의 출력을 본체의 마이크 단자에 연결하는 것과 마찬가지이다. )또한, 전술한 바와 같이 저 진동에서는 진동자는 크게 흔들리지만 진동 감도의 폭이 작고, 고음 영역으로는 공명 진동의 감도 폭은 크지만 흔들림의 크기가 눈으로 보이기 어렵다는 것을 고려하여 필요에 따라 입력 신호의 제어·증폭 회로(38)에 기능을 부가할 필요가 있다. 실험용으로 정밀도를 필요로 하는 용도를 위해 정현 커브 출력용의 저주파 발신기(36, 37)를 회로에 부가 하였다. (단, 발신기는 외부 장치에서도 대용할 수 있다)음성 입력용의 마이크는 부호 33, 34이고, 부호 33은 반드시 필요하다.

도 5는 진동자를 장식용을 위해 가공한 공명기이며, 도 6은 그 입체도이다. 도 7은 압전소자 등의 진동자를 사용하고, 진동수에 따라 전압을 발생하는 진동자로 제작한 예이다. 그리고 도 8은 인간의 청각기와 동일한 정보를 얻을 수 있도록 작동한 때의 전자 회로 블록도이다.

본 발명은 음의 자극을 순식간에 많은 주파수 성분으로 나누고, 분리된 성분을 동시에 눈으로 볼 수 있는 장치이다. 이하에 기재하는 것과 같은 효과를 이룬다.

(1) 물리분야 :「파동」의 학습 교재

(2) 생물분야 :「청각」의 학습 교재

(3) 수학분야 : 푸리에 변환의 실제 모델

(4) 유아 교육분야 : 아이가 스스로 나타내는 음이나 소리에 반응하는 완구

(5) 장애아 교육분야 : 청각이나 발성기관에 상해가 있는 사람의 청각 이해와 발성연습의 도입 기기

(6) 음향분야 : 음의 반응을 보고 즐기는 오디오 기기의 부장품 또는 실내장식품

(7) 인공 청각기 : 푸리에 변환의 결과를 순식간에, 연속되게 얻을 수 있는인공 청각기 등으로서,

또한 FM 전파로 음의 신호를 먼 곳에서 송신하는 연구에 의해 상기의 사용 효과를 높이는 것을 고려할 수 있다.

Claims (3)

1. 삭제
2. 음성을 전기 신호로 변환하기 위한 회로와, 상기 신호를 음성 신호로 변환하기 위한 스피커와, 상기 음성 신호로부터 나온 진동을 상기 스피커로부터 전달하는 강체와 상기 강체에 고정된 진동자를 포함하며, 상기 회로는 상기 음성 신호의 특정한 대역을 증폭하고 제어·조정하는 증폭 및 제어 부분을 포함하며, 상기 진동자는 복수의 선을 포함하며, 각각의 선은 상기 강체에 의해 전해진 상기 진동내의 지정 주파수 성분에 대응해서 공명하여 상기 진동을 주파수 성분으로 분리하며, 상기 선은 상기 선의 일부의 공명이 어느 추가의 기구없이 관찰자에게 쉽게 관찰할 수 있도록 크기가 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 진동 공명 분리장치.
3. 삭제

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