KR100998926B1 - 마이크와 스피커가 결합된 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마이크와 스피거가 일체형으로 구성된 장치에 관한 것이다. 본 발명은 마이크를 스피커 장치에 포함시켜 일체형으로 하여 하나의 장치에 마이크와 스피커를 동시에 사용할 수 있게 하기 위해서 하울링이라는 문제를 해결한 장치로서, 구성으로는 음향코일, 자석, 댐퍼을 포함하는 음향발생장치와, 상기 음향장치의 전기회로장치와, 영상이 디스플레이되는 유기 EL(OLED)소자를 포함하여 구성되는 비주얼 스피커 장치에 있어서, 상기 유기 EL소자에 매입되어 있는 마이크와,상기 마이크로부터 들어오는 전류신호로부터 마이크입력분을 제외한 스피커로 피드백되는 신호를 검출하는 임피던스 감지회로와,상기 임피던스 감지회로로부터 피드백되어 오는 마이크 신호분을 소거시키기 위하여 마이크 신호분의 역상신호를 발생시키는 역상발생회로와, 및임피던스 감지회로를 거쳐 들어오는 마이크 신호를 필터링하여 마이크 입력으로 출력하는 저역 및 고역필터을 포함하는 것을 특징으로 한다.

비주얼 스피커, 마이크 일체형, 하울링, 임피던스감지회로

Description

마이크와 스피커가 결합된 장치{speaker apparatus unified with Microphone }

본 발명은 마이크와 스피커장치가 하나의 유닛에 포함된 장치에 관한 것이다.

본 출원인의 특허번호 10-0766520호의 비주얼 스피커 장치는 일반 스피커 장치의 콘 페이퍼위에 플랙시블 OLED을 씌워 영상을 디스플레이함으로써 스피커로 출력되는 오디오에 대응한 영상을 디스플레이함으로써 스피커에 영상을 도입하는 효과를 갖는 것을 개시하고 있다. 여기에 더해서 음악을 좋아하는 매니어들은 자신의 소리가 이런 비주얼 스피커 장치에 반영되어 유기 EL(OLED) 스크린에 디스플레이되는 영상이 이에 따라 달라지는 효과를 얻고 싶어한다. 하지만, 마이크와 스크린을 근접하여 한 장소에 설치할 경우 마이크의 입력된 소리가 피드백되어 스피커에서 울리는 현상인 하울링 문제가 발생하는 문제가 있다. 즉, 스피커와 마이크를 하나의 몸체 안에 담아 사용할 수 있지만, 스피커 유닛과 마이크 유닛은 항상 분리된 상태로 존재하게 되며, 피드백 문제로 인하여 스피커 유닛과 마이크 유닛은 일정 거리를 두고 설치되거나 스피커를 사용하는 동안에는 마이크를 사용하지 못하 고, 마이크를 사용하는 동안에는 스피커를 사용하지 못하는 단방향 방식이었다.

한편, 스피커의 콘 모양은 일반적으로 안쪽으로 경사가 존재하지만 이는 얼마든지 모양을 변경할 수 있으며, 특히 스피커 콘의 모양은 아주 평탄하게 만들 수 있다. 스피커의 콘 재질은 일반적으로 종이나 플라스틱 합성섬유를 사용하지만, 본 발명과 같이 영상이 디스플레이 되는 비주얼 스피커에서는 플랙시블 OLED 소재를 사용하여 만들 수 있다. 즉, 스피커의 모양이 평탄하며 플랙시블 OLED와 같은 소재를 사용하면 OLED에 디스플레이 되는 영상을 보면서 오디오를 출력할 수 있는 스피커와 함께 구동할 수 있으며, 또한 마이크를 스피커와 같이 설치하면 마이크에 수음되는 소리를 OLED에 디스플레이되는 영상에 반영하면 사용자들이 원하는 효과를 반영할 수 있을 것이다. 결과적으로, 비주얼 영상이 디스플레이되는 OLDE, 스피커 및 마이크가 한 장치내에서 구동되는 것이다.

마이크와 스피커는 기본적으로 동일한 원리를 가지고 있는 데, 다른 점은 마이크는 소리를 수음하여 전기신호로 변환해 주는 역할을 하고, 스피커는 반대로 전기신호를 진동에너지로 변환해 주는 역할을 하는 것이다. 이런 이유로 스피커 종류인 이어폰을 마이크 단자에 꼽아 스피커에 말을 하게 되면 곧 바로 전기신호가 발생하여 마이크와 같은 역할을 하게 된다. 하지만, 반대로 스피커 단자에 마이크를 연결하면 마이크에서는 소리가 나지 않게 된다. 이것은 임피던스 때문인데, 낮은 임피던스 출력을 연결할 수 있도록 고안된 앰프의 특성 때문에 만약 높은 임피던스가 연결되는 경우 앰프의 역할을 하지 못하기 때문이다.

가장 이상적인 앰프 방식은 가능한 최대로 높은 임피던스의 입력(오디오 앰 프의 경우 일반적으로 10kΩ-20kΩ)을 가지며, 출력의 경우는 임피던스가 0Ω에 가까워야만 한다. 이렇게 설계해야만 노이즈 없이 신호를 충분히 증폭할 수 있기 때문이다. 스피커는 2-32 Ω(일반적으로 8Ω)의 낮은 임피던스를 사용하는 반면, 마이크는 250 - 10 kΩ(일반적으로 다이나믹 마이크는 600Ω, 콘덴서 마이크는 2kΩ)의 높은 임피던스를 사용한다.

스피커는 앰프를 통해 출력되는 전기신호가 스피커의 보이스코일에 전달이 되고 보이스코일 내부에 위치해 있는 자석이 코일에 발생하는 자장에 따라서 전후로 피스톤운동을 하게 되는 데, 자석의 맨 끝 부분에는 소리를 실질적으로 발생시키기 위한 콘페이퍼가 연결되어 있어 결국 앰프의 전기신호가 콘페이퍼를 흔들게 되어 소리가 나게 되는 것이다.

마이크는 동작원리에 따라 크게 두 종류로 구분되는데 무빙코일 방식인 다이나믹 마이크와 전기유도 방식인 콘덴서 마이크가 있다. 다이나믹 마이크는 스피커의 반대적인 개념으로 다이어프램(진동판), 보이스코일, 자석으로 구성되어 있는데 공기중의 소리가 다이어프램을 흔들게 되고 다이어프램에 연결되어 있는 보이스코일을 움직여 자석에 유도된 전기신호가 발생하게 된다. 콘덴서 마이크는 도 1에 도시된 바와 같이 코일을 사용하지 않고 캐패시터를 사용하여 유도전류를 만드는 방식인데, 다이어프램이 2겹으로 구성되어 있으며, 이들 다이어프램들 사이에는 일정한 전압이 가해져 소리가 없을 경우 일정한 방전이 될 수 있도록 한 것이다. 여기에 소리가 가해지면, 다이어프램들 사이가 좁아지게 되어 전류의 흐름이 많아지게 되는 원리를 사용한다. 이때 사용하는 전압은 일반적으로 48 V DC를 사용하게 되며 이를 팬텀전원이라 하기도 한다.

마이크를 스피커 장치에 포함시켜 일체형으로 하여 하나의 장치에 마이크와 스피커를 동시에 사용할 수 있게 하기 위해서는 하울링이라는 문제를 해결해야만 한다. 하울링(피드백)이란 스피커에서 나온 소리가 마이크로 다시 들어가 증폭되어 다시 출력되는 일이 반복되는 현상을 말한다. 하울링의 발생 원인은 스피커와 마이크 거리가 너무 근접해 있는 경우, 스피커에서 출력되는 소리가 마이크로 다시 입력되어 발생하게 되기 때문이다. 이런 이유로 스피커 가까이 마이크를 가져가면 하울링이 발생하게 된다. 하울링이 발생하지 않도록 하기 위한 방법으로는 스피커와 마이크의 거리를 멀리 유지하거나 스피커 유니트 부분과 마이크 유니트 부분을 특정 영역으로 분리하거나 마이크에 지향특성을 갖도록 하여 마이크가 특정부분의 소리만 수음할 수 있도록 하면 된다. 대부분의 스피커 구조에서 콘에서 소리가 나며, 돔의 경우는 소리를 내어주지 않는 것이 일반적이므로 스피커 유니트의 돔을 잘라내더라도 소리는 정상적으로 출력된다. 결국 돔 부분을 마이크의 수음위치로 결정하면 될 것이다. 하나의 평탄한 OLED 디스플레이에서 콘 역할을 하는 부분과 돔 역할을 하는 부분사이에 서로 진동이 전달하지 않도록 하는 장치를 부착하면, 기타의 줄을 튕기고 평탄면을 잡아서 음이 달라지도록 할 수 있는 것처럼 소리의 전달을 방지할 수 있을 것이다. 결국, 스피커의 진동이 마이크의 다이어프램에 전달하지 않으므로 하울링(피드백)이 직접적으로 발생하지 않게 된다.

도 2는 일반적인 마이크가 스피커와 근접하여 설치된 일체형 스피커 장치의 정면 외관도를 도시한 것이다. 마이크(A)의 외곽은 진동 감쇄의 목적으로 진동차폐소재(1)가 둘러싸여 있으며, 스피커(B)의 외곽에는 공기순환용으로 밴트(2)가 설치되어 있으며, 스피커 장치의 외곽에는 가이드(3)가 설치되어 있다. 도 3은 일반적인 벤트의 역할을 나타낸 것으로 진동이나 소리가 내부의 윤곽선을 따라 밴트(2)을 통하여 밖으로 순환배출되는 것을 나타내고 있다. 하지만 이렇게 차단막을 설치하여도 소리는 저주파로서 회절현상이 심각하기 때문에 하울링 문제를 완전하게 해소할 수가 없다.

따라서, 본 발명은 이런 하울링 문제를 해결하여 마이크와 스피커가 서로 근접하여 위치하더라도 스피커 및 마이크의 동작에 서로 간섭이 발생하지 않도록 하는데 있다. 또한 비주얼 스피커 장치에 적용하는 경우, 마이크에 입력되는 소리에 대응하여 비주얼 스피커 장치의 유기 EL(OLED) 디스플레이 스크린에 자신이 원하는 영상들을 표현할 수가 있다.

소리(음파)에서 중요한 요소중의 하나는 위상인데, 이는 어커스틱적인 면에서 대단히 중요한 요소이다. 일반적으로 교류신호가 + 일때, 이를 정상(In-Phase)으로 본다면 - 일때를 역상(Out of Phase)라고 부른다. 자연에서 나오는 소리는 매우 복잡한 음(complex sound)으로서 정상과 역상이 아주 불규칙하게 존재하게 되는데 이것은 전자기기에서 만들어지는 순음(pure sound)과는 대조적이다. 하지만, 정상의 소리와 역상의 소리가 동일선상에서 만나게 되면 서로 소멸(cancellation)현 상이 발생하게 된다. 결과적으로 정상인 소리에 위상이 180도 다른 역상신호를 주고 이를 더하게 되면 소리가 사라지게 된다. 그리하여, 본 발명은 스피커에서 출력되는 소리에 영향을 미치어 하울링 현상을 일으키는 마이크에서 입력되는 소리에 이 소리와 역상이 되는 신호를 가해서 소멸시킴으로써 하울링 현상을 없애고 스피커와 마이크가 근접하여 위치하더라도 서로 간섭이 없이 동작할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따라 영상이 디스플레이되는 비주얼 스피커장치에 마이크를 일체형으로 설치함에 따라 생길 수 있는 하울링 현상 문제를 해결함으로써 사용자들은 잡음이 없이 자신들의 목소리에 대응하는 영상을 비주얼 스피커 장치에 디스플레이할 수 있다. 또한, 스피커 장치에 마이크를 내장시킬 수 있어, 스피커 유닛 하나로 마이크의 역할까지 사용할 수 있게 되므로 휴대용 기기를 포함하는 마이크로 전자 장비를 보다 소형화할 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 실시예의 구성을 나타내는 블록도로서, 일반적인 다이나믹 마이크가 설치된 경우를 나타낸다.

본 발명에 따른 장치는 영상이 디스플레이되는 OLED(Organic Light Emitting Device) 스크린이 포함된 비주얼 스피커(4)와, 마이크(5)와, 비주얼 스피커와 관련된 자석(6), 스피커 무밍 코일(7),마이크의 무밍코일(8), 마이크의 무빙코일과 관련된 자석(9), 스피커의 + 신호에 대한 역상발생회로(AGC회로 포함)(10), 스피커의 - 신호에 대한 역상발생회로(AGC회로 포함)(11), 임피던스 감지회로(12) , 저역필터(13), 고역필터(14) 등을 포함하는 것을 특징으로 한다.

영상이 디스플레이되는 OLED 스크린이 포함된 비주얼 스피커의 일반적인 구성에 대한 것은 본 출원인의 특허번호 10-0766520호에 자세히 기술되어 있으므로 생략한다. 본 발명에서 스피커는 OLED 스크린이 스피커의 콘(cone)역할을 대신하게 되며, OLED 스크린의 가장 끝 부분에 영구자석(6)이 부착되고 무빙 코일(Moving Coil)이 고정되도록 설치하는 MM(Moving Magnetic)방식을 사용한다. 또한, OLED 디스플레이 스크린의 모양에 따라서 특정 부분에만 자석이 존재하고 해당하는 부분에 코일이 감겨 있는 멀티 마그네틱 방식으로도 구성할 수 있다.

마이크는 OLED 스크린이 다이어프램(diaphram)역할을 하며, 다이어프램에 코일(8)이 연결되고 자석(9)이 고정되는 방식인 MC(Moving Coil)방식을 사용한다. 이것은 다이나믹 마이크의 원리와 동일하다. 소리가 마이크를 통해 입력되면 소리의 진동이 코일(8)과 자석(9)을 거쳐 전류가 만들어지고, 만들어진 전류는 임피던스 감지회로(12)를 거쳐 마이크 레벨로 입력되어 진다.

하지만, OLED 스크린이 부드럽지 못할 경우 충분히 코일을 움직여 줄 수 없기 때문에 전기신호가 거의 발생하지 않을 수도 있다. 이런 문제를 해결하기 위해서 본 실시예에서의 다이나믹 방식이 아닌 도 1과 같은 콘덴서 방식의 마이크를 사용하면 된다.

소리가 OLED 스크린의 마이크(5)을 통해 입력되면 마이크의 코일(8)과 자석(9)을 통해 전류가 생성되고 이 전류는 마이크 입력으로 되는데, 보통 마이크 를 통해 입력된 전류는 피드백효과에 의해 스피커로 + 출력(15) 및 - 출력(16)으로 피드백되어 지며 이것이 스피커에 의해 잡음이 출력되어 하울링 현상이 생기는 것이다. 이때 스피커 임피던스는 일반적으로 8 Ω 이며 , 마이크 임피던스는 600 Ω 수준이므로 임피던스 감지회로(12)에 의해 정확하게 마이크에 수음되는 소리와 스피커로 출력되는 소리를 구분할 수가 있다.

그리하여, 본 발명은 이런 마이크에서 입력된 소리가 스피커로 피드백되어 출력되는 것을 막기 위하여 임피던스 감지회로(12)에서 구분된 마이크의 스피커 + 출력분(15)을 보상하여 소멸시키기 위한 역상발생회로(10)와 마이크의 스피커 - 출력분(16)을 보상하여 소멸시키기 위한 역상발생회로(11)을 포함하여 이들 소리의 전류분(15,16)에 위상이 180도 다른 역상전류를 가하면 마이크(5)에 들어와 마이크 입력분(18)으로 되는 이외에 스피커로 피드백되는 소리는 이들 역상 부분에 의해 서로 상쇄되어 소멸되어 진다. 이들 역상발생회로(10,11)들은 자동이득회로(AGC Circuit, Auto Gate Control Circuit)을 포함하여 이득제어도 동시에 수행한다.

그리하여, 스피커와 마이크를 한 장치에 근접하여 설치할 때 생기는, 마이크에 입력된 소리가 피드백되어 하울링 현상을 일으키는 문제를 해결할 수가 있는 것이다.

그 밖에 사람이 인지할 수 있는 가청 주파수 대역이 20-20,000 Hz 인데 반해, 사람의 목소리는 대부분 300-3400 Hz 범위내이기 때문에, 사람 목소리 영역을 제외한 낮은 주파수와 높은 주파수의 소리는 각각 저역필터(13) 및 고역필터(14)로 필터링하면 보다 정확하고 깨끗한 마이크의 수음이 가능하다.

한편, 본 실시예에서는 비주얼 스피커 장치에 마이크가 함께 결합된 것을 설명하고 있지만, 일반스피커 장치에도 본 실시예에서 설명한 영상이 디스플레이되는 유기 EL(OLED)소자대신에 일반 콘페이퍼가 구성되면 본 발명을 적용할 수가 있음을 당업자라면 알 수 있을 것이다. 그리하여 본 발명에 따라 스피커 장치에 마이크를 내장할 수가 있어, 스피커 유닛 하나로 마이크 역할까지 사용할 수 있으므로 휴대용기기를 포함하는 마이크로 전자 장비를 보다 소형화할 수 있다.

도 1은 콘덴서 방식의 마이크의 구조를 나타낸 도면

도 2는 일반 마이크를 포함하는 스피커의 외관을 나타낸 도면

도 3은 일반 저음 스피커의 구조를 나타낸 도면

도 4는 본 발명에 따른 마이크 일체형 비주얼 스피커 장치의 구성을 나타낸블록도

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1: 차폐재 2: 밴트(VENT)

3: 가이드 4: 유기 EL소자

5: 마이크 6,9: 자석

7:스피커 무빙코일 8: 마이크 무빙코일

10: + 신호에 대한 역상발생회로 11: -신호에 대한 역상발생회로

12: 임피던스 감지회로 13:저역필터

14: 고역필터 15:마이크의 + 피드백신호

16:마이크의 - 피드백신호 18: 마이크의 입력신호분

A: 마이크 B: 스피커

Claims (2)

1. 음향코일, 자석, 댐퍼을 포함하는 음향발생장치와, 상기 음향발생장치의 전기회로장치와, 영상이 디스플레이되는 유기 EL(OLED)소자를 포함하여 구성되는 비주얼 스피커 장치에 있어서,

   상기 유기 EL소자에 매입되어 있는 마이크(5)와,

   상기 마이크(5)로부터 들어오는 전류신호에서 스피커로 피드백되는 신호를 검출하는 임피던스 감지회로(12)와,

   상기 임피던스 감지회로로부터 피드백되어 오는 마이크 신호분을 소거시키기 위하여 마이크 신호분(15,16)의 역상신호를 발생시키는 역상발생회로(10,11)와, 및

   임피던스 감지회로를 거쳐 들어오는 마이크 신호를 필터링하여 마이크 입력(18)으로 출력하는 저역 및 고역필터(13,14)을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크가 일체형으로 구성된 비주얼 스피커 장치.
2. 음향코일, 자석, 댐퍼을 포함하는 음향발생장치와, 상기 음향발생장치의 전기회로장치와, 콘페이퍼를 포함하여 구성되는 스피커 장치에 있어서,

   상기 콘페이퍼에 매입되어 있는 마이크와,

   상기 마이크로부터 들어오는 전류신호에서 스피커로 피드백되는 신호를 검출하는 임피던스 감지회로와,

   상기 임피던스 감지회로로부터 피드백되어 오는 마이크 신호분을 소거시키기 위하여 마이크 신호분의 역상신호를 발생시키는 역상발생회로와, 및

   임피던스 감지회로를 거쳐 들어오는 마이크 신호를 필터링하여 마이크 입력으로 출력하는 저역 및 고역필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크와 스피커가 일체형으로 구성된 스피커 장치.

Images