KR101273442B1 - 횡파 스피커 - Google Patents

Abstract

본 발명의 횡파 스피커는 기판과 하우징의 가로 상부측면 및 가로 하부측면 구조를 가운데에서 휘어지도록 구성하여 하우징, 진동판 및 기판의 체결 시에 진동판이 굽혀진 상태를 지속적으로 유지하도록 구성한 것을 특징으로 한 것이다. 상기와 같은 구조의 본 발명 횡파 스피커는, 진동자가 체결된 진동판과, 상기 진동판의 테두리에 삽입되는 고무 재질로 된 사각 형상의 테두리 띠와, 상기와 같이 테두리 띠가 끼워진 진동판이 안착되는 하우징과, 상기 진동판을 상기 하우징과 맞물려 안착시키는 기판과, 상기 기판을 보호하기 위한 기판의 외측면을 감싸고 하우징의 측면 내부로 삽입되는 보강판으로 구성된 것이다. 상기와 같이 구성된 본 발명 횡파 스피커는 상기 기판과 하우징의 가로 상부측면과 하부측면은 각각 내부에 상기 진동판이 안착되고 하우징의 구조에 의하여 상기 진동판이 굽힘 응력을 지속적으로 유지하면서 체결되도록 휘임부를 구비한 것을 특징으로 하는 것이다.

Description

횡파 스피커{Transverse Wave Speaker}

본 발명은 횡파 스피커의 제조 방법 및 횡파 스피커에 대한 것이다. 일반적으로 스피커는 콘형, 돔형 및 혼형 등이 있으며, 일반적인 스피커는 진동판 내에 배치된 보이스 코일에 구동 전류를 흘려 상기 진동판의 진동을 통한 종파가 형성, 상기 종파에 의하여 소리가 출력되는 구조이다. 상기와 같은 종파에 의한 스피커의 소리의 전달은 거리의 2승에 비례하여 감쇠하므로 먼 거리까지 스피커 음성을 전달하기 위해서는 대용량의 음성을 발생시켜야 한다. 또한 상기와 같은 종파에 의한 스피커의 감쇠를 개선하기 위해서는 진동판의 재질을 허니콤 코어로 구성하고 진동판에 굽힘 응력을 가하여 감쇠를 줄이는 것이 효율적이다.

본 발명 횡파 스피커와 관련한 종래의 기술은 대한민국 공개특허공고 공개번호 10-2010-0073981호에 개시되어 있다. 도 1은 종래 소리감쇠를 개선하기 위한 종래 스피커에 대한 주요 구성도이다. 상기도 1에서 종래의 거리에 따른 소리감쇠를 개선하기 위한 종래 스피커는 스피커용 진동판(10)이 하우징(21)의 측벽(21A 및 21B)에 고정되고 또한 스피커용 진동판(10)의 거의 중앙부에서 볼트·너트(23)를 통하여 압전 소자(22)가 고정되어 있으며, 상기 압전 소자(22)로부터의 진동이 볼트·너트(23)를 통하여 스피커용 진동판(10)에 전달되어 스피커용 진동판(10)이 진동하고, 진동 파형(소리)가 공기 중에 전파(傳播)되어 스피커(20)가 스피커로서의 기능을 갖게 되는 것이다. 이때, 스피커용 진동판(10)의 시트(12)에 굽힘 응력이 가해지고 있는 것에 기인하여 스피커용 진동판(10)으로부터는 횡파가 생성되는 것으로 추정되고, 스피커용 진동판(10)으로부터 발생한 진동 파형(소리)은 감쇠되지 않고 먼 곳까지 전달시킬 수 있다. 또한, 허니콤 코어(11)가 경량 및 고강성이므로, 스피커용 진동판(10)에 대해서 압전 소자(22)의 진동을 가한 경우에도 압전 소자(22)의 진동에 스피커용 진동판(10)이 추종하고, 또한 스피커용 진동판(10)에 대해서 압전 소자(22)로부터의 진동의 주파수를 재생할 수 있게 된다. 또한, 진동 파형이 천정이나 벽 등 장애물에서 반사가 적고, 잔향이 매우 적어져 지향성이나 주파수 특성 등의 음질이 우수하게 되며, 또한, 하우징(21)의 측면(21A 및 21B)에 압축 응력을 가하고, 이에 의해 스피커용 진동판(10)에 대해서 굽힙 응력을 가할 수 있으며 상기와 같은 압축 응력을 통한 굽힘 응력으로 횡파를 발생시켜 감쇠를 줄이는 효과가 있었던 것이다.

상기와 같은 허니콤 코어와 굽힘 응력에 의한 종래의 횡파 스피커는 그 제조비용이 많이 소요되는 문제점이 있으며, 또한, 굽힘 응력을 발생시키기 위하여 하우징의 상하 측벽에 압축 응력을 상시 가해야 하며 상기와 같이 하우징의 상하 측벽에 압축 응력을 가하는 방법은 시간이 경과 할수록 압축력이 떨어지는 문제점이 있다.

상기와 같은 종래 굽힘 응력에 의한 횡파 스피커의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 횡파 스피커(100)는 기판(140)과 하우징(110)의 가로 상부(111) 및 가로 하부(116) 측면 구조를 중앙부에서 휘어지도록 구성하여 하우징(110), 진동판(120) 및 기판(140)의 체결 시에 진동판이 굽혀진 상태를 지속적으로 유지하도록 구성한 것을 특징으로 한다. 상기와 같은 구조의 본 발명 횡파 스피커는, 진동자가 체결된 진동판(120)과, 상기 진동판의 테두리에 삽입되는 고무 재질로 된 사각 형상의 테두리 띠(130)와, 상기와 같이 테두리 띠(130)에 삽입된 진동판이 안착되는 하우징(110)과, 상기 테두리 띠(130)가 장착된 진동판(120)을 상기 하우징(110)과 맞물려 안착시키는 기판(140)과, 상기 기판을 보호하기 위한 기판의 외측면을 감싸고 하우징의 측면 내부로 삽입되는 보강판(150)으로 구성된 것이다. 상기에서 상기 기판(140)과 하우징(110)은 볼트와 너트 방식 등으로 체결 결합하는 것이다. 또한 상기에서 기판과 하우징의 가로 상부 측면과 가로 하부 측면은 각각 내부에 상기 진동판이 안착되고 상기 진동판이 굽힘 응력을 유지하면서 체결되도록 휘임부(117)를 구비한 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 본 발명 횡파 스피커는 평판의 진동판이 하우징 내부에 위치하며, 상기 하우징과 기판 체결 시에 하우징과 기판의 가로 상부 측면과 가로 하부 측면의 휘임부 형성을 통하여 상기 진동판이 휘어지면서 체결되도록 함으로써 횡파 스피커의 제조 비용이 절감되는 효과가 있으며, 또한 하우징과 기판의 형상에 의하여 진동판이 상시 적으로 휘임 응력을 유지하도록 하는 효과가 있다.

도 1은 종래 횡파 스피커의 구성도,
도 2는 본 발명의 횡파 스피커 사시도,
도 3은 본 발명 횡파 스피커 분해 사시도,
도 4는 본 발명 횡파 스피커의 다른 방향에서 본 횡파 스피커의 분해 사시도,
도 5는 본 발명에 적용된 횡파 스피커의 이면 사시도,
도 6은 본 발명의 횡파 스피커 제조 방법에 관한 흐름도,
도 7은 스피커의 거리에 따른 감쇄 측정 결과를 나타낸 그래프,
도 8은 주파수 대역 0 ~ 1kHz 구간의 음압을 측정한 그래프,
도 9는 주파수 대역(5kHz ~ 10kHz) 구간에 대한 음압 측정 결과를 나타내는 그래프,
도 10은 전체 주파수 대역을 일정 구간(옥타브)으로 구분하고 각 옥타브를 다시 3 등분하여 분석한 음압을 나타낸 그래프,
도 11은 음의 세기를 비교한 그래프,
도 12는 음의 거칠기를 나타내는 그래프,
도 13은 음의 선명도를 나타낸 그래프,
도 14는 음의 변동 강도를 나타내는 그래프,
도 15는 주파수 대역 0 ~ 1kHz 구간을 확대한 음압 그래프,
도 16은 주파수 대역 5kHz ~ 10kHz 구간을 확대한 음압 그래프이다.

상기와 같은 목적을 가진 본 발명의 횡파 스피커 및 그 제조 방법에 대하여 도 2 내지 도 16을 참고로 하여 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 횡파 스피커 사시도 및 부분 확대도 이다. 상기도 2에서 본 발명의 횡파 스피커(100)는 하우징(110) 및 기판(140)의 가로 상부와 가로 하부에 각각 형성된 휘임부(117) 구조를 통하여 진동판(120)에 휘임 응력이 발생하도록 한 것으로 하우징(110) 내측으로 진동판(120)에 체결되며, 상기 진동판(120)이 가로 상부 측면(111)과 가로 하부 측면(116)에 각각 형성된 휘임부(117)를 통하여 체결되므로 진동판(120)의 가운데 부분이 휘어지도록 체결되는 구조임을 나타내고 있다. 상기 휘임부(117)는 가로 상부 측면과 가로 하부 측면이 중앙부가 하우징 내측으로 휘어지도록 곡선 형태로 라운드되는 구조이다.

도 3은 본 발명의 횡파 스피커 분해 사시도 이다. 상기도 3에서 본 발명의 횡파 스피커(100)의 하우징(110)은 사각 형상으로 구성되고, 하우징의 가로 하부 측면(116)과 가로 상부 측면(111)에 각각 형성된 휘임부(117)의 형상을 중앙 부분의 중앙 부(114)의 깊이가 양끝 부분의 단부(113)의 깊이보다 내측으로 깊게 형성한 것으로 내부에 진동판(120)을 위치시키고 상기 기판(140)과의 체결 시에 진동판(120)이 하우징 내측으로 휘어지도록 체결되는 것을 나타내고 있다. 또한 상기 하우징(110)과 기판(140)의 내부에 안착하는 진동판(120)은 그 테두리를 고무 재의 테두리 띠(130)에 삽입된 후 안착하는 구조임을 나타내고 있다. 또한, 상기 기판(140)은 사각 형상으로 기판 가로 하부 측면(142)과 기판 가로 상부 측면(144)에 중앙부가 양끝부분의 단부보다 내측으로 깊게 파인 기판 휘임부(141)가 각각 형성된 구조이고, 하우징(110)과 체결하기 위한 다수의 기판 체결구(147)를 구비한 것이다. 또한, 하우징 내측으로 삽입되는 "ㄷ"자형 보강판(150)은 상기 기판(140) 외측을 둘러싸고 상기 보강판의 보강판 체결구(153)와 기판의 기판 제2체결구(146)들을 볼트로 체결하여 결합하는 것이다. 상기 "ㄷ"자형 보강판(150)의 끝단(151)에는 다수의 보강판 제2체결구(151)를 다수 구성하여 상기 보강판 제2체결구(151)들이 상기 하우징의 제2체결구(119)들과 일치하도록 형성한 것으로 고리 형상의 지지구를 삽입하고 천정이나, 벽체 등에 부착할 수 있도록 하는 것이다.

도 4는 본 발명 횡파 스피커를 다른 방향에서 본 횡파 스피커의 분해 사시도 이다. 상기도 4에서, 본 발명의 횡파 스피커(100)는 하우징(110)의 가로 상부 측면(111)과 가로 하부 측면(116)의 후부 내측으로 각각의 휘임부(117)를 형성한 것을 특징으로 한 것을 나타내는 것이고, 상기 하우징(110)의 후부 내면으로는 다수의 하우징 체결구(118)들이 형성되어 상기 기판(140)에 형성된 다수의 기판 체결구(147)들과 결합하여 체결되는 구조이다. 또한, 고무재의 테두리 띠(130)에 삽입된 진동판(120)에는 1 이상의 진동자(125)들이 체결되는 구조이다. 또한, 상기 진동판(120)을 둘러싸서 보호하는 기판(140)에는 다수의 기판 제2체결구(146)들이 형성되어 상기 보강판(150)의 보강판 체결구(153)와 볼트 등으로 삽입하여 체결하는 것이다.

도 5는 본 발명에 적용된 횡파 스피커의 이면 사시도 이다. 상기도 5에서 본 발명의 횡파 스피커는 이면에서 기판(140)이 하우징(110)과 체결되는 것이고, 상기 기판(140)은 보강판(150)에 의하여 둘러싸지며 상기 보강판(150)의 양 끝단(151)은 상기 하우징(110)과 기판(140) 사이의 틈으로 삽입될 수 있는 구조임을 나타내고 있다.

도 6은 본 발명의 횡파 스피커 제조 방법에 관한 흐름도이다. 상기도 6에서 본 발명에 의한 횡파 스피커의 제조 방법은 사각 형상의 하우징 가로 상부 측면과 가로 하부 측면에 각각 휘임부를 형성하는 단계(S11)와, 상기 하우징과 체결하는 기판에 상기 기판의 기판 가로 상부 측면과 기판 가로 하부 측면 각각에 휘임부를 형성하는 단계(S12)와, 고무재 테두리 띠에 진동판을 삽입하는 단계(S13)와, 상기 휘임부가 형성된 하우징과 휘임부 형성된 상기 기판 사이에 테두리 띠에 삽입된 진동판을 안착시키고 체결하는 단계(S14)와, 상기 기판의 후면에 보강판을 덧대어 체결을 완료하고(S15) 종료하는 것을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 것이다.

또한 본 발명의 횡파 스피커에 대한 음질 비교 측정 결과를 도 7 내지 도 16에서 설명하면 다음과 같다. 본 발명 횡파 스피커에 대한 시험은 2011년 1월 27일 군자 차량기지(294편성 2294호)에서 뮐러비비엠 코리아가 서울메트로 정비처의 백종구 선임, (주)이건산전 유경철 이사의 입회하여 뮐러비비엠 PAK 시스템으로 시험한 시험 성적을 기초로 한 것이다.

도 7은 스피커의 거리에 따른 감쇄 측정 결과를 나타낸 그래프이다. 상기도 7에서 그래프의 세로축은 음압차, 가로축은 거리를 나타내는 것으로 횡파(coherent) 스피커가 콘(corn) 스피커에 비하여 먼 거리까지의 전달력이 우수함을 알 수 있다.

도 8은 주파수 대역 0 ~ 1kHz 구간의 음압을 측정한 그래프이다. 저주파 대역(0 ~ 1kHz)에서의 음압은 콘, 혼용, 횡파 스피커 순으로 음압이 높게 측정되었다. 따라서 저주파대역에서 음압이 가장 낮은 횡파 스피커가 소리의 울림 현상이 가장 적음을 알 수 있다.

도 9는 주파수 대역(5kHz ~ 10kHz) 구간에 대한 음압 측정 결과를 나타내는 그래프이다. 상기도 9에서 고주파 대역(5kHz ~ 10kHz)에서는 횡파, 혼용, 콘 스피커 순으로 음압이 높게 측정되었으며 따라서 고주파 대역에서 음압이 높은 횡파 스피커의 소리가 가장 선명하게 들림을 알 수 있다.

도 10은 전체 주파수 대역을 일정 구간(옥타브)으로 구분하고 각 옥타브를 다시 3 등분하여 분석한 음압을 나타낸 그래프이다. 상기도 10에서 주파수 1kHz 이하에서는 콘, 혼용, 횡파 스피커 순으로 음압이 높게 측정되었으며, 3.15kHz 이상의 고주파수 대역에서는 횡파, 혼용, 콘 스피커 순으로 음압이 높게 측정되었다. 따라서 횡파 스피커는 저주파수 대역에서는 소리의 울림 현상이 감소되고 고주파수 대역에서는 가장 명료한 소리를 전달하는 것을 알 수 있다.

도 11은 음의 세기를 비교한 그래프이다. 상기도 11에서 세로축은 sone/bark를 나타내고 가로축은 bark를 나타내는 것으로 bark는 심리음향에서 사용되는 주파수 단위로 주파수를 24등분하여 표현되는 값이고, sone은 소리의 크기의 단위이며 1 sone는 임의의 표준 준위(최소의 가청값)보다 40dB 높은 1,000Hz 음의 세기와 같은 값이다. 또한, 상기도 11에서 저주파수에서는 혼용, 콘, 횡파 스피커의 순으로 음의 세기가 높게 나왔으며, 고주파수에서는 횡파, 혼용, 콘 스피커의 순으로 음의 세기가 높음을 알 수 있다. 따라서 횡파 스피커가 저주파수에서 세기가 작게 나타남으로써 열차 공간상의 울림 현상이 많이 제거될 수 있음을 알 수 있다.

도 12는 음의 거칠기를 나타내는 그래프이다. 상기도 12에서 세로축은 asper/bark를 나타내고, 가로축은 bark를 나타내고 있는 것이다. 상기에서 bark는 심리음향에서 사용되는 주파수 단위이며 주파수를 24등분하여 표현되는 값이고, asper는 음의 거칠기를 나타내는 단위로 기준값은 1kHz, 60dB의 음을 70Hz로 변조하였을 때 생성되는 값중 100% 변조가 일어난 값을 1 asper로 정의한 것이다. 또한 상기도 12에서 콘, 혼용, 횡파 스피커 순으로 거칠기가 높은 대역이 많음을 알 수 있다. 따라서 횡파 스피커가 많은 주파수 대역에서 음의 거칠기가 낮음을 알 수 있는 것이다. 즉 횡파 스피커가 부드러운 음색을 낸다고 할 수 있는 것이다.

도 13은 음의 선명도를 나타낸 그래프이다. 상기도 13에서 세로축은 acum을 나타내고, 가로축은 시간을 나타내고 있는 것이다. 상기에서 acum은 선명도를 나타내는 단위이고, 선명도는 1kHz를 중심으로 한 규격내의 주파수 대역이 60dB를 갖는 경우를 1acum으로 정의하는 것으로 acum이 클수록 음의 선명도는 높은 것이다. 또한, 상기도 13에서 횡파, 혼용, 콘 스피커의 순서로 선명도가 높은 시간대가 많음을 알 수 있는 것이다.

도 14는 음의 변동 강도를 나타내는 그래프이다. 상기도 14에서 세로축은 vacil을 나타내며 가로축은 시간을 나타내는 것이다. 상기에서 vacil은 음의 변동강도를 나타내는 단위이고, 기준값은 1kHz, 60dB의 음을 4Hz로 변조하였을 때 생성되는 값 중 100% 변조가 일어난 값을 1vacil로 정의한 것으로 수치가 높을수록 음의 변동을 많고 이는 심하게 들림으로 보다 딱딱한 소리로 들리는 것이다. 상기도 14에서 콘, 혼용, 횡파 스피커 순으로 변동강도가 높은 시간대가 많음을 나타내고 이는 많은 시간대에서 횡파 스피커의 변동강도가 낮음을 알 수 있는 것이다.

도 15는 주파수 대역 0 ~ 1kHz 구간을 확대한 음압 그래프이다. 상기도 15에서 세로축은 음압을 가로축은 주파수를 나타내는 것으로 저주파수에서는 콘, 횡파 스피커 순으로 음압이 높게 측정되었다. 따라서 저주파수 대역에서 음압이 낮은 횡파 스피커가 소리의 울림이 적다고 할 수 있는 것이다.

도 16은 주파수 대역 5kHz ~ 10kHz 구간을 확대한 음압 그래프이다. 상기도 16에서 고주파 대역에서는 횡파, 콘 스피커 순으로 음압이 높게 측정되었으며 이는 고주파 대역에서 횡파 스피커의 소리가 명료하게 들림을 알 수 있는 것이다.

상기에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 횡파 스피커는 저주파수 대역에서는 음의 울림 현상이 적으며 고주파수에서는 음의 전달력이 우수한 장점이 있어 전동차와 같은 소음이 많은 곳에서 사용하기 편리한 장점이 있는 것을 알 수 있다.

10,120 : 진동판, 21, 110 : 하우징,
22 : 압전소자, 100 : 횡파 스피커,
111 : 가로 상부측면, 113 : 단부,
114 : 중앙부, 116 : 가로 하부측면,
117 : 휘임부, 118 : 하우징 체결구,
130 : 테두리 띠, 140 : 기판,
141 : 기판 휘임부, 147 : 기판 체결구,
150 : 보강판, 151 : 보강판 제2체결구,
153 : 보강판 체결구

Claims (5)

1. 삭제
2. 진동판에 휘임 응력을 유지하도록 구성된 횡파 스피커에 있어서,
   상기 횡파 스피커는,
   사각 형상으로 구성되고, 가로 하부 측면(116)과 가로 상부 측면(111)에 중앙 부의 깊이가 양끝 부분의 단부의 깊이보다 내측으로 깊게 형성한 휘임부(117)를 구비한 하우징(110)과;
   상기 하우징 내에 삽입하여 안착되는 진동판(120)과;
   상기 진동판의 테두리에 삽입되는 테두리 띠(130)와;
   및 사각 형상으로 기판 가로 하부 측면(142)과 기판 가로 상부 측면(144) 각각에 중앙 부의 깊이가 양끝 부분의 단부의 깊이보다 내측으로 깊게 형성한 기판 휘임부(141)가 형성되며 상기 테두리 띠가 장착된 진동판(120)을 내부에 안착시키고 상기 하우징(110)과 체결하여 상기 휘임부(117, 141)에 의하여 진동판이 휘어지도록 체결되는 기판을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 횡파 스피커.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 횡파 스피커는,
   기판 외측으로 체결되는 보강판을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 횡파 스피커.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 테두리 띠는 고무 재인 것을 특징으로 하는 횡파 스피커.
   
   
5. 삭제

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