KR101122437B1 - 음향막을 가진 라우드 스피커 - Google Patents

음향막을 가진 라우드 스피커 Download PDF

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KR101122437B1 KR1020077009837A KR20077009837A KR101122437B1 KR 101122437 B1 KR101122437 B1 KR 101122437B1 KR 1020077009837 A KR1020077009837 A KR 1020077009837A KR 20077009837 A KR20077009837 A KR 20077009837A KR 101122437 B1 KR101122437 B1 KR 101122437B1
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Abstract

본 발명은 피스톤 공진 주파수(f0)를 가진 라우드 스피커(1)에 관한 것이다. 라우드 스피커는 (1) 피스톤 모드에서 동작하며 플레이트형 바디(8)를 가진 음향 부재(4), (2) 플레이트형 바디의 주표면(8a)에 실질적으로 수직한 방향을 가진 병진 축(x)을 따라 음향 부재를 병진시키는 구동유닛(6), 및 (3) 음향 부재가 가요성있게 장착되는 프레임(2)을 포함한다. 플레이트형 바디는 피스톤 공진 주파수(f0)의 두배보다 높거나 또는 동일한 제 1 브레이크-업 주파수(f1)를 가진, 제조가 용이한 폴리카보네이트 또는 폴리메틸메타크릴레이트의 시트(sheet)이다.
피스톤 공진 주파수, 플레이트형 바디, 음향부재, 병진, 브레이크업 주파수

Description

음향막을 가진 라우드 스피커{LOUDSPEAKER WITH AN ACOUSTIC MEMBRANE}
본 발명은 피스톤 모드에서 동작하며, 피스톤 공진 주파수(f0)를 가지며 플레이트형 바디(body)를 가지는 음향 부재; 플레이트형 바디의 주표면에 실질적으로 수직하는 방향을 가진 병진 축을 따라 음향 부재를 병진시키는 구동 유닛; 및 음향 부재가 가요성 있게 장착되는 프레임을 포함하는 라우드 스피커에 관한 것이다.
US-A 6,095,280는 평면 합성 다이어프램(flat compsite diaphram)을 가진 편위 라우드 스피커(excursion loudspeaker)를 개시하고 있다. 이러한 다이어프램은 롤-장착 및 스파이더-장착에 의하여 프레임에 의하여 지지된다. 음성-코일 및 영구 자석을 가진 전기-자기 구동기는 병진 축을 따라 합성 다이어프램을 병진시키기 위하여 사용된다. 합성 다이어프램은 소위 듀얼-스킨 다이어프램, 즉 두개의 스킨사이에 배치된 코어를 가진 다이어프램이다. 이러한 다이어프램은 제조하기 어려우며 따라서 비용이 많이 든다.
이러한 이유로 인하여, 본 발명은 적절하고 제조가 용이한 음향 부재를 갖는 전술한 종류의 라우드 스피커를 제공하는데 있다.
이러한 목적은, 피스톤 모드에서 동작하며, 피스톤 공진 주파수(f0)를 가지며 플레이트형 바디(body)를 가지는 음향 부재; 플레이트형 바디의 주표면에 실질적으로 수직하는 방향을 가진 병진 축을 따라 상기 음향 부재를 병진시키는 구동 유닛; 및 상기 음향 부재가 가요성 있게 장착되는 프레임을 포함하는 라우드 스피커로서, 상기 플레이트형 바디가 폴리카보네이트(PC) 또는 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)의 시트(sheet)이며, 상기 시트가 피스톤 공진 주파수(f0)의 두배 또는 두배보다 높은 제 1 브레이크-업 주파수(f1)를 가지며, 따라서 f1≥2f0인, 라우드 스피커에 의하여 달성된다.
실험적으로, 폴리카보네이트 시트들 및 폴리메탈메타크릴레이트 시트들은 제 1브레이크-업 주파수(f1)가 피스톤 공진 주파수(f0)의 적어도 두배인 경우에 저주파수 및 중간 주파수 범위들내에서 피스톤 막으로서 양호하다는 것을 알았다. 이들 주파수들의 값들은 시트의 두께에 의존한다. 본 발명에 따른 라우드 스피커는 한 옥타브의 최소 피스톤 동작 대역폭을 가지며 이에 따라 음향 부재는 저주파수에서 피스톤 모드에서 완전하게 동작할 수 있다. 제 1브레이크-업 주파수 이상에서, 다른 고차 브레이크-업들은 이러한 주파수 영역에서의 유용한 동작을 라우드 스피커에 제공하는 음향 에너지로 변환된다. 제 1브레이크-업 주파수(f1) 이상에 동작하는 음향 부재를 최적화기 위한 요건은 없다. 오디오 신호의 전기 이퀄라이징은 이러한 주파수 영역에서 발란싱된 음향 출력이 바람직한 경우에 적용될 수 있다.
본 발명에 따른 라우드 스피커에 적용된 음향 막은 비록 비교적 작은 인클로저들(enclosures)에 적용될지라도 낮은 피스톤 공진 주파수를 가진 피스톤과 같이 이동할 수 있도록 밀도 및 단단함(stiffness)과 같은 요구된 특성들을 가진다.
폴리카보네이트 또는 폴리메틸메타크릴레이트 시트들을 사용할때의 다른 장점은 이러한 시트들이 다른 두께들로 제조하기 용이하며 이에 따라 이러한 시트로부터 음향 부재의 플레이트형 바디의 제조가 저비용으로 이루어진다는 점이다. 더욱이, 상기 플라스틱 재료들은 다양한 색들 및 투명도들로 이용가능하다. 요약하면, 폴리카보네이트 또는 폴리메틸메타크릴레이트 시트들이 플레이트형 음향 피스톤 바디들을 형성하기에 적합하다는 통찰은 편위 라우드 스피커들을 설계할때 상당한 자유도를 제공한다는 것을 알았다.
폴리카보네이트로부터 분산형 모드 라우드 스피커의 패널형 부재를 형성하는 것은 EP-A 1 084 592에 공지되어 있다. 이러한 종류의 라우드 스피커들에서, 바이브레이션 트랜스듀서(vibration transducer)는 그것이 공진하여 음향 라디에이터로서 동작하도록 패널형 부재에 파동 에너지(wave energy)를 공급하기 위하여 사용된다. 이러한 종류의 부재에 대하여 만들어진 기계적 및 음향적 요건들은 음향 피스톤 부재들에 대하여 만들어진 요건들과 완전히 다르다. EP-A 1 084 592는 음향 피스톤 부재들에 대하여 아무것도 개시하지 않고 있다. 이와 대조적으로, EP-A 1 084 592는 패널형 부재의 가장자리 부분들을 클램프 또는 억제하는 것을 개시하고 있으며 피스톤 동작을 방지하는 것을 개시하고 있다.
본 발명에 따른 라우드 스피커의 실시예에 있어서, 플레이트형 바디의 주요 표면은 중심 세로 축 및 짧은 중심 위도축을 가진다. 이러한 실시예는 바람직하게 직사각형 또는 약간 타원형 외형을 가진다. 다른 바람직한 실시예에 있어서, 플레이트형 바디는 원형 외형을 가진다.
본 발명에 따른 라우드 스피커의 실시예는 플레이트형 바디가 실질적으로 평면,즉 평면 또는 거의 평면인 것을 특징으로 한다.
최소 시트 두께(t)는 평면 플레이트형 바디가 제 1 브레이크-업 주파수(f1)에 도달하기전에 유효 주파수 대역폭 전반에 걸쳐 음향 피스톤 바디로서 이동하기에 충분한 강도를 획득하도록 하기 위하여 요구된다.
직사각형 모드의 제 1 브레이크-업 모드의 주파수는 중심 세로축을 따른 방향을 가지며 다음과 같이 정의될 수 있다.
Figure 112007032464583-pct00001
, 여기서
t=두께(m)
l=길이(m)
E=탄성계수(Pa)
Figure 112007032464583-pct00002
=부피밀도(kg/m3)이다.
원형 바디의 제 1 브레이크-업 모드의 주파수는 다음과 같이 정의될 수 있다.
Figure 112007032464583-pct00003
, 여기서
t=두께(m)
r=반경(m)
E=탄성계수(Pa)
Figure 112007032464583-pct00004
=부피밀도(kg/m3)이다.
명확화를 위하여, 제 1 브레이크-업 주파수(f1)는 플레이트형 바디가 순수 피스톤으로서 작동하지 않는 저주파수인 것을 의미한다는 것에 유의해야 한다.
음향 부재의 피스톤 공진 주파수는 다음과 같이 정의된다.
Figure 112007032464583-pct00005
, 여기서
k=전체 강도(N/m)
m=전체 질량(kg)이다.
전체 강도(k)는 라우드 스피커 프레임에 음향 부재를 장착하는 것에 의하여 정의된다. 전체 질량(m)은 라우드 스피커의 전체 이동 질량에 의하여 정의된다. 이러한 질량은 플레이트형 바디의 요구된 강도 및 최소로 요구된 시트 두께(t)에 의하여 부분적으로 결정된다. 다른 한편으로, 피스톤 공진 주파수(f0) 및 제 1브레이크-업 주파수(f1)사이의 주파수 거리는 두께(t)를 변경시킴으로서 변경될 수 있다. 증가된 두께(t)는 피스톤 공진 주파수(f0)를 감소시키며, 제 1 브레이크-업 주파수(f1)를 높이며, 따라서 피스톤 동작 대역폭을 증가시킨다. 다시 말해서, 두께(t)는 본 발명에 따른 라우드 스피커의 피스톤 동작 주파수 대역폭을 결정하는 파라미터이다.
바람직하게, 본 발명에 따른 라우드 스피커는 병진 축을 따라 음향 부재의 병진 이동을 제한하는 제한기를 가진다. 이러한 방식에 있어서, 음향 부재의 너무 긴 스트로크들로 인한 손상들이 방지된다.
바람직한 실시예에 있어서, 구동 유닛은 프레임에 고정된 고정 구동 섹션(stationary drive section) 및 음향 부재에 고정된 병진 가능 구동 섹션(translatable drive section)을 포함한다. 구동 유닛은 공지된 전자기 타입을 가질 수 있으며, 즉 병진 가능 구동 섹션은 에너지 공급 코일을 가지며 고정부는 영구 자석을 가지며, 이에 대한 역도 가능하다.
중심 위도축에 비하여 비교적 긴 중심 세로축을 가진 본 발명의 라우드 스피커의 실시예는 병진 가능 서브섹션들과 상호작용하는 두개의 고정 서브섹션들을 가지며, 한 쌍의 고정 및 병진 가능 서브섹션들은 상기 중심 세로축의 절반 중심 근처의 영역에서 상기 제어 위도축의 한 측면에 배치되며, 다른 한 쌍의 고정 및 병진 가능 서브섹션들은 상기 중심 세로축의 다른 절반의 중심 근처의 영역에서 상기 중심 위도축의 다른 측면에 배치된다. 이러한 방식에 있어서, 이러한 종류의 실시예에 충분한 피스톤 동작 주파수 대역폭이 보장된다. 더욱이, 더 안정한 피스톤 이동이 음향 부재의 로킹을 방지하기 때문에 획득된다.
일부 응용들에 대하여, 바람직하게 이동 질량을 충분한 변경시키지 않고 보강 수단(stiffening means)에 의하여 플레이트형 바디의 강도를 강화하는 것이 바람직하다. 이는 주표면에 평행하게 연장하는 유리 플레이트와 같은 고체 패널 또는 보강 리브들 또는 추가 경량 강도와 같은 보강 물체들을 추가함으로써 수행될 수 있다. 다른 옵션은 약간 구부러진 형상, 예컨대 약간 돔형 형상을 플레이트형 바디에 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 라우드 스피커는 TV-, 하이파이-, 홈-, 차량- 및 멀티미디어-오디오 시스템들의 사운드 음전조절(registration)에 적합하다.
또한, 본 발명은 본 명세서에 개시된 플레이트형 바디의 특징들을 제공하고 명백히 본 발명에 따른 라우드 스피커에 사용하기 위하여 설계 및 구성된 플레이트형 바디에 관한 것이다.
게다가, 본 발명은 본 발명에 따른 플레이트형 바디를 포함하는 음향 부재에 관한 것이다.
청구범위와 관련하여, 청구항들에 기술된 특징들 및 실시예들의 다양한 결합이 가능하고 본 발명의 범위내에 있다는 것에 유의해야 한다. 따라서, 이러한 결합들은 본 발명의 일부분이다.
본 발명은 동일한 또는 대응하는 부분이 동일한 도면부호를 가진 도면들을 참조로하여 지금 예로서 상세히 기술될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 라우드 스피커의 제 1실시예를 개략적으로 도시한 단 면도.
도 2a는 본 발명에 따른 라우드 스피커의 제 2실시예를 개략적으로 도시한 단면도.
도 2b는 도 2a의 실시예를 개략적으로 도시한 평면도.
도 3은 본 발명에 따른 라우드 스피커의 제 3실시예를 개략적으로 도시한 단면도.
도 1에 도시된 라우드 스피커(1)는 프레임(2), 음향 부재(4) 및 전자기 구동 유닛(6)을 포함한다. 음향 부재(4)는 대체로 폴리카보네이트 시트(8')에 의하여 형성된 평면 플레이트형 바디(8)를 가진다. 플레이트형 바디(8)는 직사각형 외형들(10a, 10b)을 각각 가진 두개의 평행 주표면(8a, 8b)을 가진다. 주표면(8a, 8b)에 대하여 수직한 방향을 가진 병진 축 x를 따라 음향 부재(4)를 병진시키는 구동 수단(6)은 프레임(2)에 고정된 고정 구동 섹션(6a) 및 음향 부재(4)에 고정된 병진 가능 구동 섹션(6b)으로 구성된다. 고정 구동 섹션(6a)은 영구 자석(7a)을 가진 자석 시스템 및 에어 갭(air gap)(9)을 형성하는 자기 요크(magnetic yoke; 7b)를 포함한다. 병진 가능 구동 섹션(6b)은 코일 지지부(11a)를 가진 코일 시스템 및 에어 갭(9)에서 연장하는 보이스 코일(11b)을 포함한다. 이러한 구동 유닛은 공지되어 있으며 이러한 이유로 인하여 여기에서 추가로 설명되지 않을 것이다. 선택적으로, 고정 구동 섹션은 코일 시스템을 포함할 수 있으며, 병진 가능 구동 섹션은 자석 시스템을 포함할 수 있다.
라우드 스피커(1)는 두개의 가요성 장착부들(flexible suspensions; 12, 14)을 가진 장착 시스템을 가진다. 장착부(12)는 공지되고 예컨대 고무 또는 발포제로 형성된 링형 아치모양 롤을 가진 소위 롤-장착부이다. 장착부(12)의 내부 원주 에지(12a)는 음향 부재(4)에 고정되며, 장착부(12)의 외부 원주 에지(12b)는 배플(baffle; 16)을 통해 프레임(2)에 접속된다. 장착부(14)는 공지되고 텍스타일로 형성된 링형 코로게이트 바디를 가진 소위 스파이더 장착부이다. 장착부(14)의 내부 원주 에지(14a)는 코일 지지부(11a)를 통해 음향 부재(4)에 접속되며, 외부 원주 에지(14b)는 프레임(2)에 고정된다. 라우드 스피커(1)는 음향 부재(4)의 내부적으로 향하는 축 편위를 제한하기 위하여 하나 이상의 제한기들(18), 본 예에서는 4개의 제한기들(18)을 가진다.
라우드 스피커(1)의 실제 예는 이하의 파라미터들을 가진다. 플레이트형 바디(8)를 형성하는 폴리카보네이트 시트(8')는 1.55mm의 두께, 76mm의 길이 및 46mm의 폭을 가진다. 탄성계수(E)는 약 3Gpa이며, 부피밀도
Figure 112007032464583-pct00006
는 1200kg/m3이다. 전체 이동 질량 m, 즉 음향 부재(4), 병진 가능 구동 섹션(6b) 및 장착부(12, 14)의 이동 부분들의 조립된 질량은 7.5g이다. 전체 강도 k, 즉 롤 장착부의 강도 및 스파이더 장착부의 강도에 의하여 형성된 강도는 3000N/m이다.
피스톤 공진 주파수(f0)는 약 100Hz인 반면에, 제 1 브레이크-업 모드 주파수는 425Hz이다. 따라서, 이러한 라우드 스피커(1)의 유효 피스톤 동작 주파수는 본 예에서 약 2 옥타브이다.
폴리카보네이트 시트 대신에 폴리메틸메타크릴레이트의 시트가 사용되는 유사한 예는 탄성계수 및 부피밀도에 대한 비슷한 값을 가진다.
도 2a 및 도 2b에 도시된 라우드 스피커(3)는 피스톤 모드에서 동작하도록 된 음향 부재(4), 병진 축 x를 따라 음향 부재(4)를 병진시키는 구동 유닛(6), 및 음향 부재(4)가 장착되는 프레임(2)을 가진다. 음향 부재(4)는 폴리카보네이트 시트(8')에 의하여 형성된 플레이트형 바디(8)에 의하여 구성된다. 병진 축 x는 플레이트형 바디(8)의 주표면(8a)에 수직한 방향을 가진다. 주표면(8a)은 직사각형 형상을 가지며 중심 세로축 L 및 중심 위도축 W을 가진다. 본 예에서, 세로축 L은 위도축 W의 길이 크기와 비교하여 비교적 긴 길이 크기를 가진다. 구동 유닛(6)은 프레임(2)에 고정된 고정 구동 섹션 및 음향 부재(4)에 고정된 병진 가능 구동 섹션을 포함한다. 고정 구동 섹션은 병진 가능 구동 섹션의 병진 가능 서브섹션들(6b1, 6b2)와 상호작용하는 두개의 고정 서브섹션들(6a1, 6a2)을 가진다. 고정 서브섹션(6a1) 및 병진 가능 서브섹션(6b1)에 의하여 형성된 서브섹션들의 쌍은 중심 위도축 W의 한 측면에 배치되며, 특히 중심 세로축 L의 절반 중심(c1) 근처의 영역에서 배치된다. 서브섹션들(6a2, 6b2)의 다른 쌍은 축 W의 다른 측면에 배치되며 특히 축 L의 다른 절반의 중심(c2) 근처의 영역에 배치된다.
라우드 스피커(3)는 소위 롤-장착부의 형태의 가요성 장착부(12) 및 소위 스파이더-장착부의 형태의 가요성 장착부(14)의 쌍으로 이루어진 장착 시스템을 가진 다.
동작시, 플레이트형 바디(8)는 피스톤 공진 주파수(f0)의 두배보다 높은 제 1 브레이크-업 주파수(f1)을 가진다.
도 3에 도시된 라우드 스피커(5)는 사운드를 재생하기 위한, 음향 부재(4)로 언급되는 피스톤 바디, 음향 부재(4)가 가요성 있게 장착되는 프레임(2) 및 구동 유닛(6)을 포함한다. 구동 유닛(6)은 병진 축 x를 따라 음향 부재를 병진시킨다.
음향 부재(4)는 주파수가 라우드 스피커의 피스톤 공진 주파수(f0)의 적어도 두배인 제 1브레이크-업 주파수(f1)를 가진 폴리카보네이트 시트(8')인 플레이트형 바디(8)를 포함한다. 플레이트형 바디(8)는 원형 외형(10)을 가진 두개의 주표면들(8a, 8b)을 가진다.
본 예에서, 플레이트형 바디(8)는 플레이트형 바디(8)의 강도 및 음향 부재(4)의 강도를 강화하기 위하여 보강 장치를 가진다. 보강 장치는 외형(10) 근처에서 주표면(8b)상에 제공된 스트립들 또는 빔들(16)을 보강함으로서 형성된다. 선택적으로, 주표면(8a)은 예컨대 0.4mm의 두께를 가진 얇은 유리 플레이트와 같은 마무리 커버 플레이트를 가질 수 있다.
기술된 예들의 변형은 본 발명의 범위내에 있다는 것에 유의해야 한다. 예컨대, 약간 구부러진 바디를 사용하는 것은 본 발명의 범위내에 있다.

Claims (10)

  1. 피스톤 모드(piston mode)에서 동작하도록 의도되며, 피스톤 공진 주파수(piston resonance frequency; f0)를 가지며, 플레이트형 바디(body)를 포함하는 음향 부재;
    상기 플레이트형 바디의 주표면에 수직인 방향을 갖는 병진 축(translation axis)을 따라 상기 음향 부재를 병진시키는 구동 유닛 - 상기 플레이트형 바디는 평평한(flat) 주표면을 가짐 - ; 및
    상기 음향 부재가 가요성 있게 장착되는(flexibly suspended) 프레임
    을 포함하며,
    상기 플레이트형 바디는 폴리카보네이트 또는 폴리메틸메타크릴레이트의 시트(sheet)이며, 상기 시트는 상기 피스톤 공진 주파수(f0)의 두배 또는 두배보다 높은 제 1 브레이크-업 주파수(f1)를 가지는, 라우드 스피커.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 플레이트형 바디의 주표면은 중심 세로축, 및 상기 중심 세로축보다 짧은 중심 위도축을 가지는, 라우드 스피커.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 플레이트형 바디의 주표면은 원형 외형을 가지는, 라우드 스피커.
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서, 상기 프레임은 상기 병진 축을 따라 상기 음향 부재의 병진 이동을 제한하는 제한기를 구비하는, 라우드 스피커.
  6. 제 2항에 있어서, 상기 구동 유닛은 상기 프레임에 고정된 고정 구동섹션 및 상기 음향 부재에 고정된 병진 가능(translatable) 구동섹션을 포함하는, 라우드 스피커.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 고정 구동섹션은 상기 병진 가능 구동섹션의 병진 가능 서브섹션들과 상호작용하는 두개의 고정 서브섹션들을 가지며, 한 쌍의 고정 및 병진 가능 서브섹션들은 상기 중심 세로축의 절반 중심 근처의 영역에서 상기 중심 위도축의 한 측면에 배치되며, 다른 한 쌍의 고정 및 병진 가능 서브섹션들은 상기 중심 세로축의 다른 절반의 중심 근처의 영역에서 상기 중심 위도축의 다른 측면에 배치되는, 라우드 스피커.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 플레이트형 바디는 보강형 수단(stiffening means)을 포함하는, 라우드 스피커.
  9. 제1항 내지 제3항 또는 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기술된 플레이트형 바디의 모든 특징들을 제공하고 따라서 제1항 내지 제3항 또는 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 라우드 스피커에서 사용하도록 구성되는, 플레이트형 바디.
  10. 제 9항에 따른 플레이트형 바디를 구비하는, 음향 부재.
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