KR101374025B1

KR101374025B1 - 평면파를 재현하는 스피커

Info

Publication number: KR101374025B1
Application number: KR1020130009561A
Authority: KR
Inventors: 양철훈
Original assignee: 양철훈
Priority date: 2013-01-29
Filing date: 2013-01-29
Publication date: 2014-03-12

Abstract

본 발명은 기존의 스피커는 구면파를 재생하는 구조로 소리가 왜곡되고, 먼거리까지 선명하게 들리지 못하는 단점이 있었으나, 소리를 평면파로 만들어 소리가 선명하고, 멀리까지 전달할 수 있는 평면파 스피커에 관한 것이다.
본 발명을 구현하기 위해서는 기존의 스피커 신호를 전원이 인가된 유도코일로 각각 흘려보낸뒤 유도코일에 연결된 진동자가 주파수를 가진 전기 신호를 증폭해서 진동을 하게 되고, 다수개의 진동자에서 발생하는 진동을 저음에서 고음까지 재생할 수 있는 재생막을 이용하여 평면파로 소리를 재현하는 스피커에 관한 것이다.

Description

평면파를 재현하는 스피커{Speakers to reproduce the plane wave structure}

본 발명은 입체적인 음향의 느낌을 주는 평면파를 재현하기 위한 스피커 구조에 관한 것이다.

(문헌의 경우)

참고문헌김윤철(2007). 『디지털 사운드 제작』. 동아방송예술대학출판사.

장인석(1996). 『사운드리코딩테크닉』. 셀룰러퍼블리싱.

장인석(2001). 『리코딩아트』. 샤프랫뮤직.

Alten, S. R.(2007). Audio in Media. 김윤철(2008). 『미디어 음향』. 커뮤니케이션북스.

온라인사이트 《믹스》 명예의 전당(1925). "Chester Rice & Edward Kellogg, General Electric Co. Modern Dynamic Loudspeaker", (2007. 9. 1). http://mixonline.com/TECnology-Hall-of-Fame/1925-dynamic-loudspeaker/

《믹스》 명예의 전당(1926). "Western Electric 555-w First Compression Driver"(2011. 1. 1). http://mixonline.com/TECnology-Hall-of-Fame/1926_western_electric_552_driver/

《믹스》 명예의 전당(1944). "Altec Lansing 604 Duplex Speaker"(2006. 9. 1). http://mixonline.com/TECnology-Hall-of-Fame/altec-lansing-speaker-090106/

(인터넷에서 검색한 문서의 경우)

네이버 검색, 스피커, 검색일 2013.01.29

네이버 검색, 테슬라코일, 검색일 2013.01.29

네이버 검색, LC회로, 검색일 2013.01.29

네이버 검색, 평면파, 검색일 2013.01.29

네이버 검색, 구면파, 검색일 2013.01.29

스피커는 전기 신호 형태의 음을 귀에 들리는 소리로 변환하는 장치. 진동판을 진동시켜 공기를 직접 진동시킨 것(콘 스피커 등)과 진동을 ‘혼(horn)’으로 받아들여 음을 내보내는 방식(혼 스피커)이 있다. 진동판의 형태, 구동 방법, 재생 가능한 주파수 대역(帶域) 등으로 분류된다.

기존의 음향을 재현하기 위한 스피커 구조에서는 곡면파를 재생한다. 곡면파는 공간의 한 지점에서 다른 모든 방향으로 둥글게 퍼져나가는 파동. 동시에 출발한 파동들은 모두 위상과 진폭이 같다. 구면파의 진폭은 진행한 거리에 반비례하고, 에너지는 진행한 거리의 제곱과 반비례한다. 파동이 전파될 때 위상이 같은 점을 모으면 하나의 파면을 이룬다. 이 파면이 구면을 이루면 구면파, 평면을 이루면 평면파라고 한다. 작은 파원(波源)으로부터 모든 방향으로 똑같이 파동이 퍼져나갈 때, 그 파면은 구면을 이룬다. 이때 공간의 각 점의 상태는 파원으로부터의 거리와 시간의 함수로 표현할 수 있다. 일정한 에너지가 구면 전체에 고르게 퍼지므로, 구면파의 에너지는 구면의 반지름의 제곱에 반비례하고 진폭은 반지름에 반비례한다.

따라서, 이러한 구면파로 음향을 재생하면 각 주파수가 거리와 벽면이나 천장, 바닥의 반사재질에 따라서 원래의 음원에 비해서 상당히 왜곡된다.

이와 같이 기존의 스피커구조가 구면파를 재현하여 음향이 거리와 벽면이나 천장, 바닥의 반사재질에 따라서 원래의 음원에 비해서 상당히 왜곡되는 단점을 보완하기 위해서 평면파 음향을 재현하는 스피커로 과제를 해결하고자 한다.

파동이 진행할 때 그 위상이 같은 점을 연결한 선 또는 면을 파면이라고 하며, 파면과 파동의 진행 방향은 서로 수직이다. 파동은 파면의 모양에 따라서 평면파와 구면파로 나눌 수 있는데, 파면의 모양이 직선 또는 평면을 이루면서 진행하는 파동을 평면파라고 하고, 파면의 모양이 원 또는 구면을 이루면서 퍼지는 파동을 구면파라고 한다. 긴 막대로 물결파를 만들면 평면파가 만들어지며, 구면파도 멀리 퍼져 나가면 평면파에 가까워진다. 구면파는 멀리 퍼져 나감에 따라 파동에너지가 보존되어야 하므로 진폭이 줄어들지만, 평면파는 멀리 퍼져 나가도 진폭에 거의 변함이 없다. 간단하게 말하면 평면파는 파도가 칠때 긴 파도라인에서 생기는 소리이라고 말할 수 있고, 구면파란 물방울이 떨어지면 나는 소리하고 할 수 있다. 같은 소리라도 파도가 칠때 나는 소리는 울림이 거의 없고, 멀리까지 왜곡이 없이 전달되며 머리속에서 입체적인 느낌을 가지게 되어 청량감과 상쾌함을 느끼게 된다.평면파와 구면파를 빛으로 표현한다면 평면파는 태양빛으로 표현할 수 있다. 빛이 넓고 밝게 와 전체를 고루 비춘다. 반면 구면파는 어두운 밤에 전구에 표현할 수 있다. 전구는 멀어질 수 록 빛이 약해진다.

이와 같이 소리를 평면파로 재생하기 위해서는 기존의 콘이나 혼형 스피커 구조가 아닌 새로운 형태로 발명되어야 한다. 본 발명은 전기적인 신호인 음성신호를 공진주파수 특징을 가진 2개의 LC회로에 연결된 직선형 진동자에 공진을 유도하여 상기 진동장에서 생기는 공진이 질량이 매우 낮고 다양한 주파수를 재생가능한 물질로 구성된 진동막을 진동시켜 소리를 재생시킨다.

음성신호는 주파수를 가진 전원으로 LC회로에 연결이 되면 공진주파수를 가지며 두개의 LC회로에 연결되고 그 사이에 막대형 진동자를 평면파 진동이 생기는데 이때 평면파 진동을 진동막에서 받아들여 소리를 재현한다.

LC회로는 C 즉, 축전기에 일정량의 전력을 충전시켜 주면 LC 회로에 전류가 흐르기 시작한다. L 이라는 코일에서 이 전류를 처음에는 정방향으로 보내주다가 유도기전력이라는 것이 발생하여 전류를 반대방향으로 다시 되돌려 흐르게 하며 전류가 순환반복을 하게 된다. 완전히 방전된 C와 L이 있다고 판단하고, 전원을 가하게 되면,서로 다른 동작을 하게 된다. C의 경우에는 완전히 Short 회로와 같이 동작을 하며, 반대로 L의 경우에는 역기전력이 생기면서, 완전 충전되어 있는 듯한 동작을 한다.전원이 변경된 순간을 판단하게 되면 C는 저항이 0에 가깝고, L의 무한대에 가깝게 된다. 전원이 인가된 순간이 반복된다면 무한대의 주파수가 가해져야 하나 전원의 경우에도 수직으로 증가하는 것이 아니고, 기울기를 가진다. 주파수를 가진 전원을 가해 보면, 주파수의 변동이 높을 수록 C 성분이 포함된 회로는 낮은 임피던스를 가질 것이고, L은 높은 임피던스를 가지게 된다. 이 두개가 직렬로 연결된 경우에 특정 주파수에서 최소 임피던스를 가지게 되며 이때 공진 주파수가 발생한다. 본 발명은 스피커를 구성하는 케이스 내부에는 1차, 2차 LC회로를 구성하는 유도코일이 있고, 상기 LC회로가 정상동작이 될 수 있도록 3~24V의 직류전원을 인가시켜 트랜스 포머를 작동시킨다. 상기 1차,2차 LC회로에 유도코일부분에는 공진을 할 수 있는 막대형 진동자가 연결되어 있고, 상기 유도코일에 앰프에서 오는 주파수를 지닌 전기신호(스피커 단자의 + 신호)를 인가를 시킨다. 상기 주파수를 가진 전기신호가 1차 코일과 2차 코일 사이에 형성된 전자기장에 의해 2차 코일은 에너지를 흡수하고 전압이 크게 증폭된다. 이러한 이론은 테슬라코일의 원리에서 이미 증명되었으니 본 발명문서에는 불필요한 기재를 생략한다. 상기 1차 코일과 2차 코일에 생긴 주파수를 지닌 전기신호를 막대형진동자에 흘려 보내면 주파수만큼 공진이 된다. 이때 막대형 진동자는 소리를 재현할 수 있는 진동이 생기는데 2개의 진동자가 각각 증폭된 전압으로 큰 공진을 하게 되며 기존의 마그네틱 스피커에 비해 진동 폭은 수십배 크고, 진동속도는 원음의 2배이상 빠르기 때문에 음원이 재현될때 원음의 2 배이상 해상력을 가지게 된다. 상기 1차코일에서 생긴 주파수를 전달하는 진동자와 2차코일에서 증폭된 주파수를 전달하는 진동자사이에 진동막을 세우면 소리가 재생된다. 이때 진동자는 아래에서 상단까지 다수개가 일렬로 배열되어 소리가 변환된 주파수를 실은 전기신호를 받아서 똑같이 진동한다. 상기 2개의 진동자 사이에 설치된 진동막이 진동을 받아 소리를 재생한다. 이때 진동막이 가청주파수범위인 20~2000Hz가 고루 재생할 수 있도록 진동막을 이루는 물질의 배열을 밀도와 입자의 크기를 조절하여 만들 수 있다. 즉, 아래면은 저음이 풍부하게 나오게 입자의 크기를 크게하고, 밀도를 적게하여 저음의 영역을 보강하고 상단으로 갈 수 고음을 날 수 있도록 입자의 크기를 적게하고 밀도를 높혀서 전 주파수 대역에서 풍부하게 소리가 날 수 있도록 한다.

이와 같은 구조를 통한 본 발명의 효과는 다음과 같다.

스피커에서 재생 되는 소리를 주파수가 다른 전기적인 신호를 증폭하여 진동자에 의한 진동막으로 구면파에서 평면파로 전환하여 소리가 왜곡되지 않고 멀리까지 전달이 된다. 따라서 교회, 성당, 학교등 공공 시설이나 광장에서 멀리 있는 사람들에게 소리가 왜곡되지 않게 전달할 수 있다.

종래 스피커 구조에서 갖는 자기장으로 진동을 주는 방식은 질량에너지등으로 인해 원래 소리에 비해 해상력이 떨어지나 본 발명은 전기적인 진동을 증폭하여 원음에 비해 해상력이 오히려 높아진다.

소리가 왜곡되지 않는 평면파로 재생되어 머리속에서 3차원 음향공간이 형성되므로 영화를 볼 경우의 별도의 서라운드가 필요 없이 입체적인 영화 감상을 할 수 있다.

소리가 재현할때 불필요한 진동을 억제하여 아파트같은 공동주택에서 음악을 감상할 때 층간소음이 발생하지 않는다.

도 1 은 본 발명을 구현하기 위한 회로도.
도 2 는 본 발명을 입체적적으로 구현한 사용상태도.
도 3 은 본 발명에서 소리를 재현하기 위한 진동막의 밀도구조를 나타낸 표면표시도.

본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 첨부된 도면과 함께 설명을 하면 다음과 같다.

먼저 스피커를 구성하는 케이스 내부에는 LC회로를 구성하는 1차유도코일(30)과 2차유도코일(40)이 있고, 상기 1차유도코일(30)과 2차유도코일(40)이 정상동작이 될 수 있도록 직류전원(20)을 인가시켜 1차유도코일(30)과 2차유도코일(40)을 작동시킨다. 상기 1차유도코일(30)과 2차유도코일(40)의 일부분에는 공진을 할 수 있는 막대형 진동자(60)가 연결되어 있고, 상기 1차유도코일(30)과 2차유도코일(40)에 앰프에서 오는 주파수를 지닌 전기신호인 스피커신호(10)를 인가를 시킨다.

상기 주파수를 가진 전기신호인 스피커신호(10)가 1차 코일(30)과 2차 코일 사이(40)에 형성된 전자기장에 의해 2차 코일은 에너지를 흡수하고 전압이 크게 증폭된다. 이러한 이론은 테슬라코일의 원리에서 이미 증명되었으니 본 발명문서에는 불필요한 기재를 생략한다. 상기 1차 코일(30)과 2차 코일(40)에 스피커신호(10)를 막대형 진동자(60)에 흘려 보내면 스피커신호(10)의 주파수만큼 공진이 된다. 이때 막대형 진동자(60)는 소리를 재현할 수 있는 진동이 생기는데 2개의 진동자(60)가 각각 증폭된 전압으로 큰 공진을 하게 되며 기존의 마그네틱 스피커에 비해 진동 폭은 수십배 크고, 진동속도는 원음의 2배이상 빠르기 때문에 음원이 재현될때 원음의 2 배이상 해상력을 가지게 된다. 상기 1차코일에서 증폭된 스피커신호(30)를 전달하는 진동자(60)와 2차코일에서 증폭된 스피커신호(30)를 전달하는 진동자(60)사이에 진동막(50)을 세우면 소리가 재생된다. 이때 진동자(60)는 아래에서 상단까지 다수개가 일렬로 배열되어 소리가 변환된 주파수를 실은 전기신호를 받아서 똑같이 진동한다. 상기 2개의 진동자(60) 사이에 설치된 진동막(50)이 진동을 받아 소리를 재생한다. 이때 진동막(50)이 가청주파수범위인 20~2000Hz가 고루 재생할 수 있도록 진동막(50)을 이루는 물질의 배열을 밀도와 입자의 크기를 조절하여 만들 수 있다. 즉, 아래면은 저음이 풍부하게 나오게 입자의 크기를 크게하고, 밀도를 적게하여 저음의 영역을 보강하고 상단으로 갈 수 고음을 날 수 있도록 입자의 크기를 적게하고 밀도를 높혀서 전 주파수 대역에서 풍부하게 소리가 날 수 있도록 한다.

10 스피커 신호
11 + 음성신호
12 - 음성신호
20 입력전원
30 1차코일
40 2차코일
50 진동막
60 진동자
70 사운드

Claims

주파수를 가진 전기신호로 소리를 재현하는 스피커 구조에 있어서,
각각 LC회로로 구성된 1차유도코일(30)과 2차유도코일(40)에 각각 극성에 맞게 전원을 인가하고,
상기 1차유도코일(30)과 2차유도코일(40)에 앰프로부터 소리의 주파수가 실린 전기신호를 +,- 인 스피커신호(10)을 극성에 맞게 각각 접속하고,
상기 1차유도코일(30)과 2차유도코일(40)에 일단부에 각각 다수개로 배열된 진동자(60)가 연결되어 평면형 소리진동을 구현되고,
상기 진동자(60) 사이에는 소리를 재생할 수 있는 진동막(50)을 가진 것을
특징으로 하는 평면파를 재현하는 스피커.
상기 1 항에 있어서 상기 진동막(50)은 표면에 소리를 재생할 수 입자의 크기를 소에서 대의 사이즈로, 입자의 밀도를 낮은 수준에서 높은 수준으로 분포하여 만들어 주파수 대역을 20~20000Hz까지 재생할 수 있는 것을 특징으로 하는 평면파를 재현하는 스피커.