KR100939575B1 - 다채널 헤드폰용 공명관 구조체 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 다채널 헤드폰용 공명관 구조체는, 다채널 헤드폰에 구비된 전방, 후방 및 센터스피커 재생된 음향을 공명하여 청자의 귀로 유도하는 것으로서, 전방스피커와 연결되고 내부에 형성된 전방챔버를 통해 재생된 음향을 청자의 귀 쪽으로 전달하는 원통 관형의 전방공명관과; 일단이 후방스피커와 연결되고 타단이 전방공명관의 전방챔버와 연통하여 후방스피커로부터 재생된 음향을 공명하여 상기 전방챔버로 유도하는 관형의 후방공명관; 및 일단이 센터스피커와 연결되고 타단이 전방공명관의 전방챔버와 연통하여 센터스피커로부터 재생된 음향을 공명하여 전방챔버로 유도하는 관형의 센터공명관을 구비하되, 후방공명관은 후방스피커와 연결되는 단부에 확장된 단면적을 갖는 후방챔버를 형성하여 혼(Horn)의 형상인 것을 특징으로 한다. 이러한 다채널 헤드폰용 공명관 구조체에 의하면, 음공간에서 발생하는 시간차이를 인위적으로 만들어주어, 이상적인 음장의 시간차를 발생시킬 수 있기 때문에 자연스럽고 명확한 음을 재생할 수 있을 뿐만 아니라, 별도의 추가 구성이 없이도 음장 연출이 가능하여 시스템을 간소화 할 수 있다.

다채널, 헤드폰, 공명관

Description

다채널 헤드폰용 공명관 구조체{Resonance tube structure for multi-channel headphone}

본 발명은 다채널 헤드폰용 공명관 구조체에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 인위적으로 만들어진 음의 시차에 의해 3차원적인 입체음향을 자연스럽고 명확하게 재생할 수 있도록 한 다채널 헤드폰용 공명관 구조체에 관한 것이다.

오디오 스피커 시스템(Audio speaker system)은 초기의 스테레오적인 2채널에서 5.1채널, 6.1채널, 7.1채널 등과 같은 다채널로 급속히 발전하였다. 다채널의 예로서 5.1채널 시스템은 음향기기(홈씨어터, DVD 플레이어, PC, 게임기 등)로부터 출력되는 음향신호를 입체적으로 재생하기 위하여, 센터(C), 전방좌측(FL), 전방우측(FR), 후방좌측(RL), 후방우측(RR) 스피커와 우퍼(W)로 구성된다. 여기서, 우퍼(Woofer)는 중저음 전용 재생기로서, 방향성이 없어 0.1채널로 간주하기 때문에 5.1채널 시스템이라고 부른다.

한편, 최근에는 스피커 시스템이 아닌 청자의 머리에 쓰는 헤드폰에도 다채널이 등장하였다.

도 1에는 대한민국 등록실용신안공보(등록번호:제20-0319789호)에 개시된 것 으로서, 종래 5.1채널 헤드폰 시스템을 나타낸 배선도가 도시되어 있다.

도시된 바와 같이, 종래 5.1채널 헤드폰 시스템은, 센터(C), 전방좌측(FL), 전방우측(FR), 후방좌측(RL), 후방우측(RR)의 신호를 포함하는 5.1채널 신호를 출력하는 음향기기(60)와, 이러한 음향기기(60)에서 출력되는 각 채널의 신호를 재생하기 위해 우 앞쪽 유닛· 우 중간 유닛· 우 뒤쪽 유닛· 우 진동 유닛을 포함하는 우측 유닛과, 좌 앞쪽 유닛· 좌 중간 유닛· 좌 뒤쪽 유닛· 좌 진동 유닛을 포함하는 좌측 유닛으로 구성된 헤드폰(50)과, 상기 음향기기(60)와 헤드폰(50) 사이에 위치하여 음향기기에서 출력되는 각 채널 신호를 헤드폰의 각 유닛에 전달하여 재생토록 하는 중계수단(70)을 구비한다.

그러나 위와 같은 종래 5.1채널 헤드폰 시스템에서는, 음향 재생을 위한 유닛들이 귀 부근에 인접하여 모두 위치하기 때문에 음이 귀에 도달하는 시차가 거의 발생하지 않게 되어 넓은 공간에 설치되는 스피커 시스템에 비하여 음향 분리기능이 현저히 떨어지게 되며, 결국 재생되는 음은 입체감이 결여된 평면적인 느낌을 가지게 된다.

좀 더 부연 설명하면, 사람의 귀는 두개이며 이 두 귀가 좌우로 약 20cm 정도 떨어져 있다. 따라서 소리가 왼쪽 전면에서 들려올 때 양쪽 귀에 도달하는 소리는 시간차가 생기며 그 소리의 크기도 약간 다르게 된다. 그리고 발음체와 오른쪽 귀 사이에는 얼굴이 장애물로 작용하며 이 장애물 때문에 오른쪽 귀가 듣는 소리는 왼쪽 귀가 듣는 소리보다 크기가 작게 된다. 한편 진동수가 낮은 소리는 장애물을 쉽게 회절하며 넘어가지만 진동수가 높은 소리는 직진성이 강하므로 장애물을 회절 하여 넘어가기 어렵다. 그러므로 오른쪽 귀가 듣는 소리는 왼쪽 귀가 듣는 소리보다 이미 고역이 감쇠된 것이다. 즉, 양쪽 귀가 듣는 소리에는 시간차, 음량차, 음색차이가 있으며 이러한 차이를 사람의 두뇌가 데이터를 처리하여 방향을 알아낸다고 할 수 있다. 이러한 이유로 동시에 하나의 헤드폰에 스피커를 모아놓으면 거리감이 사라지게 된다.

위와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 대한민국 등록실용신안공보(등록번호:제20-0319770호)에서는, 도 2에 도시된 바와 같이 입력되는 음향신호를 지연시키거나, 감쇠하여 혼합하는 다채널 헤드폰 시스템을 개시하고 있다.

도면을 참조하면, 상기한 바와 같은 종래 다채널 헤드폰 시스템은, 앞쪽 유닛과 뒤쪽 유닛을 포함하는 다채널 헤드폰(20)과, 보정수단(30)을 구비한다.

여기서 상기 보정수단(30)은, 앞쪽 유닛에 입력되는 각 음향신호를 지연시키는 제1지연소자(32a,32b)와, 오른쪽 유닛에 입력되는 각 음향신호의 일부를 감쇠시켜서 외쪽유닛에 입력되는 음향신호에 혼합하는 제1신호감쇠/혼합기(34)와, 왼쪽 유닛에 입력되는 각 음향신호의 일부를 감쇠시켜서 오른쪽 유닛에 입력되는 음향신호에 혼합하는 제2신호감쇠/혼합기(34')를 포함한다.

그리고 도시하지는 않았지만, 상기 제1, 제2신호감쇠/혼합기(34,34')는, 이러한 제1, 제2신호감쇠/혼합기(34,34')에 입력되는 각 음향신호를 소정 시간 지연시켜서 왼쪽 유닛 또는 오른쪽 유닛에 입력시키는 제2지연소자를 추가로 포함한다.

따라서 위와 같은 종래 다채널 헤드폰 시스템에 의하면, 실제 음환경에 부합하도록 좌,우의 귀가 느낄 수 있는 음량을 보상하고, 음의 시간차를 인위적으로 만 들어 줌으로써, 헤드폰으로도 일반 다채널 스피커 시스템의 음향 입체감과 현장감을 어느 정도 느끼도록 할 수 있다.

그러나 위와 같은 종래 다채널 헤드폰 시스템에 있어서도, 음향 재생을 위한 유닛들이 귀 부근에 인접하여 위치하기 때문에 같은 에너지량을 가지는 각각의 음역대가 간섭을 일으켜 소리가 사라지는 마스킹 현상이 발생하게 되어 섬세한 음의 재생이 어렵고, 각 음역대의 고른 재생 또한 불가능하다는 단점을 갖는다.

또한 실제 음공간에서 귓바퀴의 역할 때문에 똑같은 발음체에서 나오는 소리라도 앞에 있을 때와 뒤에 있을 때 현저하게 다르게 들리며, 이러한 차이가 전후를 느끼게 하는데 결정적 역할을 하게 된다. 그런데, 상기한 종래 다채널 헤드폰 시스템은, 좌,우의 귀가 느낄 수 있는 음량을 보상하고, 음의 시간차를 인위적으로 만들어 주었으나, 전후 방향에 따라 청자의 귀가 느끼는 음의 시간차 및 음량에 대해서는 고려하지 못하였다는 한계를 갖는다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 인위적으로 만들어진 음의 시차에 의해 3차원적인 입체음향을 자연스럽고 명확하게 재생할 수 있는 다채널 헤드폰용 공명관 구조체를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다채널 헤드폰용 공명관 구조 체는, 다채널 헤드폰에 구비된 전방, 후방 및 센터스피커 재생된 음향을 공명하여 청자의 귀로 유도하는 것으로서, 상기 전방스피커와 연결되고 내부에 형성된 전방챔버를 통해 재생된 음향을 청자의 귀 쪽으로 전달하는 원통 관형의 전방공명관과; 일단이 상기 후방스피커와 연결되고 타단이 상기 전방공명관의 전방챔버와 연통하여 상기 후방스피커로부터 재생된 음향을 공명하여 상기 전방챔버로 유도하는 관형의 후방공명관; 및 일단이 상기 센터스피커와 연결되고 타단이 상기 전방공명관의 전방챔버와 연통하여 상기 센터스피커로부터 재생된 음향을 공명하여 상기 전방챔버로 유도하는 관형의 센터공명관을 구비하되, 상기 후방공명관은, 상기 후방스피커와 연결되는 단부에 확장된 단면적을 갖는 후방챔버를 형성하여 혼(Horn)의 형상인 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 센터공명관은, 상기 센터스피커와 연결되는 단부에 확장된 단면적을 갖는 센터챔버를 형성하여 혼(Horn)의 형상인 것이 바람직하다.

또한 상기 후방공명관의 길이는 상기 센터공명관의 길이보다 더 긴 것이 바람직하다.

더욱이 상기 전방공명관의 원주방향을 기준으로 하여, 상기 전방챔버와 연통하는 상기 후방공명관의 단부는, 상기 전방챔버와 연통하는 상기 센터공명관의 단부와 위상이 다르도록 배치된 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 다체널 헤드폰용 공명관 구조체에 의하면, 다음과 같은 효과를 갖는다.

첫째, 음공간에서 발생하는 시간차이를 인위적으로 만들어주는 공명관 구조를 채용하여, 이상적인 음장의 시간차를 발생시킬 수 있기 때문에 자연스럽고 명확한 음을 재생할 수 있다.

둘째, 직접음이 아닌 공명관을 통한 간접음 재생방식을 채용함으로써, 난청 예방 효과를 갖는다.

셋째, 우퍼에 대응하는 유닛이 없어도, 스피커와 연결된 후방 및 센터공명관의 단부에 관악기의 공명관과 같은 혼(Horn) 구조의 챔버를 가져서 자체 공진을 할 수 있도록 함으로써, 자연스러운 저역의 음 재생이 가능하다.

넷째, 공명관 길이의 조정 및 최적화에 따라, 인위적인 공간의 연출 및 음의 지연을 자연스럽게 발생할 수 있다.

다섯째, 별도의 추가 구성이 없이도 음장 연출이 가능하므로 시스템을 간소화 할 수 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 다채널 헤드폰 시스템에 구비된 공명관 구조체를 나타낸 사시도, 도 4는 도 3에 나타낸 헤드폰의 정면도, 도 5는 도 3의 "X"방향에서 본 부분 단면 사시도, 도 6은 도 3의"Y"방향에서 본 부분 단면 사시도, 도 7은 도 3에 나타낸 헤드폰의 작용을 설명하기 위한 개념도이다.

먼저, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 다채널 헤드폰용 공명관 구조체는, 청자의 양쪽 귀 각각에 배치되는 한 쌍의 헤드폰(100)에 각각 포함되는 것으로써, 전방공명관(112)과, 후방공명관(122)과, 센터공명관(132)을 구비한다. 이러한 전방, 후방 및 센터공명관(112)(122)(132)은 전방, 후방 및 센터유닛(110)(120)(130)에 각각 구비된다. 한편 도면에서는 편의상 청자의 왼쪽 귀에 배치되는 하나의 헤드폰(100)을 도시하였다. 다만, 청자의 오른쪽 귀에 배치되는 헤드폰도 왼쪽 귀에 배치되는 헤드폰(100)과 동일한 구성을 가지기 때문에, 여기서는 반복적인 설명을 생략하도록 한다.

상기 전방공명관(112)은, 일단이 전방스피커(111)와 연결되고 내부에 전방챔버(113)를 형성한다. 이러한 전방공명관(112)은 원통의 관 형상을 갖는다. 그리고 전방스피커(111)에서 재생된 음은 전방챔버(112)를 통해 청자의 귀 쪽으로 전달된다.

상기 후방공명관(122)은, 도 5에 도시된 바와 같이 일단(122a)이 후방스피커(121)와 연결되고 타단(122b)이 상기 전방공명관(112)의 전방챔버(113)와 연통한다. 이러한 후방공명관(122)은 후방스피커(121)로부터 재생된 음향을 공명하여 전방챔버(113)로 유도한다. 여기서 상기 후방공명관(122)은, 후방스피커(121)와 연결되는 단부(122a)에 확장된 단면적을 갖는 후방챔버(123)를 형성하여 관악기의 공명관과 같은 혼(Horn)의 형상을 이룬다.

상기 센터유닛(130)에 포함된 센터공명관(132)은, 일단(132a)이 센터스피커(131)와 연결되고 타단(132b)이 상기 전방공명관(112)의 전방챔버(113)와 연통한다. 이러한 센터공명관(132)은 센터스피커(131)로부터 재생된 음향을 공명하여 전방챔버(113)로 유도한다. 또한 상기 센터공명관(132)도, 상기 후방공명관(122)과 유사하게 센터스피커(131)와 연결되는 단부(132a)에 확장된 단면적을 갖는 센터챔버(133)를 형성하여 혼(Horn)의 형상을 이룬다.

한편, 전후 방향에 따라 청자의 귀가 느끼는 음의 시간차 및 음량을 보정하여 음의 입체감과 공간감을 형성하기 위하여, 상기 후방공명관(122)의 길이는 센터공명관(132)의 길이보다 더 긴 구조를 갖는다. 다만 관의 실제 길이는 소리의 특성에 맞게 조절함으로써 시간차를 형성하고, 소리가 적절히 회절하여 입체감을 느낄 수 있도록 설계될 수 있다.

또한 상기 전방챔버(113)와 연통하는 후방공명관(122)의 단부(122b)는, 상기 전방공명관(112)의 원주방향을 기준으로 하여 볼 때, 상기 전방챔버(113)와 연통하는 센터공명관(132)의 단부(132b)와 위상이 다르도록 배치된 것이 바람직하다. 이 와 같이 후방공명관(122)과 센터공명관(132)의 삽입형태가 서로 간섭을 일으키지 않도록 위상을 비끼어 배치함으로써, 진동에너지의 압력이 서로 상승작용을 하여 와류형태의 공진을 일으키고, 이에 따라 자연스러운 음압의 증가가 가능하게 된다.

한편 미설명된 "참조번호 140"은, 전방공명관(113)의 외벽에 설치되어 전방공명관(113)을 전후로 구분하는 분할판을 나타낸다.

이하, 상술한 바와 같은 다채널 헤드폰용 진공관 구조체의 작용에 대해 첨부 도면을 참조하여 설명하도록 한다.

도 3 내지 도 7을 참조하면, 전방스피커(111)가 플러그 또는 잭에 의해 연결된 음향기기로부터 전방에 대응하는 음향신호를 입력 받아 재생하면, 재생된 음은 멀티 돔(Multi-Dome) 구조를 갖는 원통 관형의 전방공명관(112) 내에 형성된 전방챔버(113)를 통해 청자의 귀로 이동한다.

그리고 후방스피커(121)가 후방에 대응하는 음향신호를 입력 받아 재생하면, 재생된 음은 후방공명관(122)을 통해 공명되어 전방챔버(113)로 유도된다. 여기서 상기 후방공명관(122)의 양 단부(122a,122b) 중, 후방스피커(121)와 연결되는 단부(122a)에 확장된 단면적을 갖는 후방챔버(123) 부위는 관악기의 공명관과 같은 혼(Horn)의 형상을 이룬다. 즉, 저주파수에서 높은 흡음 특성을 보이는 항아리형의 헬름홀쯔 공명기의 역상의 구조를 가짐으로써, 우퍼에 대응하는 유닛이 없어도 자체 공진에 의한 자연스러운 저역 발생이 가능해진다.

또한 센터스피커(111)가 센터에 대응하는 음향신호를 입력 받아 재생하면, 재생된 음은 센터공명관(132)을 통해 공명되어 전방챔버(113)로 유도된다. 여기서 도 상기 센터공명관(132)의 양 단부(132a,132b) 중, 후방스피커(131)와 연결되는 단부(132a)에 확장된 단면적을 갖는 후방챔버(133) 부위가 혼(Horn)의 형상을 가짐으로써, 자체 공진에 의한 자연스러운 저역 발생이 가능해진다.

한편, 상기 전방챔버(113)와 연통하는 후방공명관(122)의 단부(122b)와 상기 전방챔버(113)와 연통하는 센터공명관(132)의 단부(132b)는, 전방공명관(112)의 원주방향을 기준으로 하여 볼 때, 위상이 다르도록 배치어 서로 간섭을 일으키지 않을 뿐만 아니라, 진동에너지의 압력이 서로 상승작용을 하여 와류형태의 공진을 일으키고, 이에 따라 자연스러운 음압의 증가가 가능하게 된다.

이와 같이 후방공명관(122)의 단부(122b)와 센터공명관(132)의 단부(132b)를 통해 회절하여 들어온 후방과 센터의 음은, 전방의 음과 합쳐져서 풍부한 음량과 자연스러운 음장감을 얻을 수 있기 때문에 음악 홀과 같은 공간감을 느낄 수 있다.

또한 서로 길이가 다른 공명관(112,122,132) 구조를 채용함으로써, 음공간에서 발생하는 시간차이를 인위적으로 만들어줌에 따라 이상적인 음장의 시간차를 발생시킬 수 있고, 이로 인해 자연스럽고 명확한 음을 재생할 수 있다.

더욱이 직접음이 아닌 공명관을 통한 간접음 재생방식을 채용함으로써, 난청 예방 효과를 갖는다. 또한 공명관 길이의 조정 및 최적화에 따라, 인위적인 공간의 연출 및 음의 지연을 자연스럽게 발생할 수 있다. 그리고 별도의 추가 구성이 없이도 음장 연출이 가능하므로 시스템을 간소화 할 수 있다.

한편, 이상에서 설명된 본 발명의 실시예에서는 다채널 헤드폰 중 5.1채널 헤드폰을 기준으로 설명하였으나, 음의 시간차를 인위적으로 만들어주기 위해 공명 관 구조를 채용한다는 본 발명의 개념은 6채널, 7채널 헤드폰과 같은 다채널 헤드폰에 적용될 수 있음은 자명하다고 할 것이다.

도 1 및 도 2는 종래 다채널 헤드폰 시스템을 나타낸 배선도들,

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 공명관 구조체를 구비한 다채널 헤드폰을 나타낸 사시도,

도 4는 도 3에 나타낸 헤드폰의 정면도,

도 5는 도 3의"X"방향에서 본 부분 단면 사시도,

도 6은 도 3의"Y"방향에서 본 부분 단면 사시도,

도 7은 도 3에 나타낸 공명관 구조체의 작용을 설명하기 위한 개념도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100...헤드폰 110...전방유닛

111...전방스피커 112...전방공명관

113...전방챔버 120...후방유닛

121...후방스피커 122...후방공명관

123...후방챔버 130...센터유닛

131...센터스피커 132...센터공명관

133...센터챔버 140...분할판

Claims (4)

1. 다채널 헤드폰에 구비된 전방, 후방 및 센터스피커에서 재생된 음향을 공명하여 청자의 귀로 유도하는 다채널 헤드폰용 공명관 구조체에 있어서,

   상기 전방스피커와 연결되고 내부에 형성된 전방챔버를 통해 재생된 음향을 청자의 귀 쪽으로 전달하는 원통 관형의 전방공명관과;

   일단이 상기 후방스피커와 연결되고 타단이 상기 전방공명관의 전방챔버와 연통하여 상기 후방스피커로부터 재생된 음향을 공명하여 상기 전방챔버로 유도하는 관형의 후방공명관; 및

   일단이 상기 센터스피커와 연결되고 타단이 상기 전방공명관의 전방챔버와 연통하여 상기 센터스피커로부터 재생된 음향을 공명하여 상기 전방챔버로 유도하는 관형의 센터공명관을 구비하되,

   상기 후방공명관은, 상기 후방스피커와 연결되는 단부에 확장된 단면적을 갖는 후방챔버를 형성하여 혼(Horn)의 형상인 것을 특징으로 하는 다채널 헤드폰용 공명관 구조체.
2. 제1항에 있어서, 상기 센터공명관은,

   상기 센터스피커와 연결되는 단부에 확장된 단면적을 갖는 센터챔버를 형성하여 혼(Horn)의 형상인 것을 특징으로 하는 다채널 헤드폰용 공명관 구조체.
3. 제1항에 있어서,

   상기 후방공명관의 길이는 상기 센터공명관의 길이보다 더 긴 것을 특징으로 하는 다채널 헤드폰용 공명관 구조체.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 전방공명관의 원주방향을 기준으로 하여, 상기 전방챔버와 연통하는 상기 후방공명관의 단부는, 상기 전방챔버와 연통하는 상기 센터공명관의 단부와 위상이 다르도록 배치된 것을 특징으로 하는 다채널 헤드폰용 공명관 구조체.

Images