KR101386366B1 - 스피커의 공진주파수 측정방법 - Google Patents

스피커의 공진주파수 측정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 스피커의 공진주파수 측정방법 및 이를 이용한 측정장치에 관한 것으로서, 주파수 범위에 따른 임피던스의 크기 변화를 이용하여 스피커의 공진주파수를 측정하며, 실시예에 따른 본 발명은, 스피커의 구동신호인 사인파의 주파수를 일정 속도 이상으로 증가시켜 상기 스피커에서 발생하는 임피던스의 크기가 증가한 뒤 낮아지는 제1변곡점을 측정하는 제1변곡점 측정단계와; 상기 제1변곡점 측정단계에서의 주파수 증가 속도보다 상대적으로 더 낮은 속도로 주파수를 감소시켜 상기 임피던스의 크기가 증가한 뒤 낮아지는 제2변곡점을 측정하는 제2변곡점 측정단계; 및 상기 제2변곡점 측정단계에서의 주파수 감소 속도보다 상대적으로 더 낮은 속도로 주파수를 증가시켜 상기 임피던스의 크기가 증가한 뒤 낮아지는 제3변곡점을 측정함으로써 상기 제3변곡점을 공진주파수로 판단하는 공진주파수 판단단계;를 포함하는 것을 기술적 요지로 한다. 이에 따른 본 발명은, 주파수의 증가 속도를 가변시키면서 임피던스의 최고점을 찾는 방법을 이용함으로써 스피커의 공진주파수를 정확하게 측정할 수 있을 뿐만 아니라 측정속도가 대폭 향상되는 효과가 있다.

Description

스피커의 공진주파수 측정방법 및 이를 이용한 측정장치{METHOD FOR RESONANCE FREQUENCY MEASURING OF SPEAKER AND APPARATUS USING THE SAME}
본 발명은 스피커의 공진주파수 측정방법 및 이를 이용한 측정장치에 관한 것으로서, 스피커의 종류에 따라서 일정한 주파수에서 스피커 구동부의 진폭이 최대가 되는 공진주파수를 용이하게 측정하기 위한 스피커의 공진주파수 측정방법 및 이를 이용한 측정장치에 관한 것이다.
스피커에서 발생하는 찌그럼 현상이나 기타 소리의 특성상 이상이 없이 정상적으로 재생할 수 있는 주파수의 범위를 그 스피커의 재생주파수 대역이라고 한다.
이러한 재생주파수 대역은 저음대역의 공진주파수에서부터 고음대역의 공진주파수 대역 사이에서 설정된 일정한 음압에 이르는 대역의 범위를 말한다.
예를 들어, 어떤 스피커의 음압 및 주파수 대역의 그래프 상에서, 5db-20Hz에서 시작하여 80db-60Hz까지 올라간 다음 800Hz까지 평탄한 음압을 유지하다가, 800Hz 이상에서 급격히 음압이 떨어진다면, 그 스피커는 음압 80db에서 주파수 대역은 60~800Hz가 된다. 음압을 80db까지 올렸을 때에 이상음이나 정상적이지 못한 소리가 나거나 설정 주파수 대역 내에서 어느 특정 주파수 대역이 심하게 높거나 낮게 나타난다면, 즉 공진주파수가 측정되면 주파수 특성이 평탄하게 나타날 때까지 음압을 낮추어서 그때에 표기된 음압이 그 스피커의 정상적인 음압이 된다.
이와 같이, 스피커의 검사 공정에서 공진주파수를 찾는 단계는 매우 중요하며, 공진이 발생할 때에는 스피커의 임피던스가 최대가 되기 때문에 임피던스가 최대가 되는 지점의 주파수를 측정하도록 공진주파수 측정장치를 설계한다.
스피커의 공진주파수 측정은 보통 스피커가 생산되고 TV나 오디오 등의 제품에 부착하기 전의 공정에서 검사가 이루어진다.
스피커는 20Hz 내지 20KHz 대역의 사운드를 재생해야 하는데 만약 공진주파수 지점의 공진값이 너무 크다면 상기 공진주파수 지점에서 사운드의 출력이 큰 폭으로 증가되는 현상이 발생한다. 또한, 공진주파수를 관리하지 못하면 제품에 부착하였을 때 상기 제품의 공진점과 겹쳐 공진음의 이상이 발생할 수 있으므로 반드시 공진주파수의 측정 및 관리가 필요하다.
도1은 종래의 스피커 공진주파수 측정방법을 설명하기 위한 주파수 범위에 따른 임피던스의 크기 변화를 도시하는 그래프이다.
도1을 참조하면, 공진주파수를 찾기 위해 가청주파수인 20Hz ~ 20KHz의 주파수를 일정 속도 이하로 증가시키면서 임피던스가 최대가 되는 지점을 찾으며, 상기 임피던스가 최대가 되는 지점이 공진주파수(Fo)가 된다.
여기서, 주파수를 일정 속도를 초과하여 빠르게 증가시켜 측정시간이 단축시킬 수도 있으나, 기계적 구조물인 스피커의 관성으로 인하여 측정되는 공진주파수의 오차가 커지게 된다. 따라서 정확한 공진주파수를 측정하기 위해서는 많은 시간이 소요되는 문제점이 있다.
KR 10-2011-0067626 A
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 정확한 공진주파수를 측정함과 동시에 측정속도를 대폭 향상시킬 수 있는 스피커의 공진주파수 측정방법 및 이를 이용한 측정장치를 제공하는 것이다.
상기한 목적은, 본 발명의 실시예에 따라, 주파수 범위에 따른 임피던스의 크기 변화를 이용하여 스피커의 공진주파수를 측정하는 방법에 있어서, 스피커의 구동신호인 사인파의 주파수를 일정 속도 이상으로 증가시켜 상기 스피커에서 발생하는 임피던스의 크기가 증가하면서 낮아지는 제1변곡점을 측정하는 제1변곡점 측정단계와; 상기 제1변곡점 측정단계에서의 주파수 증가 속도보다 상대적으로 더 낮은 속도로 주파수를 감소시켜 상기 임피던스의 크기가 증가한 뒤 낮아지는 제2변곡점을 측정하는 제2변곡점 측정단계; 및 상기 제2변곡점 측정단계에서의 주파수 감소 속도보다 상대적으로 더 낮은 속도로 주파수를 증가시켜 상기 임피던스의 크기가 증가한 뒤 낮아지는 제3변곡점을 측정함으로써 상기 제3변곡점을 공진주파수로 판단하는 공진주파수 판단단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 스피커의 공진주파수 측정방법에 의해 달성된다.
여기서, 상기 사인파의 주파수 증가 범위는 20Hz 내지 20KHz인 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 목적은, 본 발명의 다른 실시예에 따라, 주파수 범위에 따른 임피던스의 크기 변화를 이용한 스피커의 공진주파수 측정장치에 있어서, 측정 대상 스피커에 사인파를 인가하는 사인파 발생부와; 상기 스피커에 사인파를 인가함에 따라 발생하는 임피던스를 측정하는 임피던스 측정부; 및 상기 사인파 발생부 및 상기 임피던스 측정부와 전기적으로 연결되어, 제1항 또는 제2항에 따른 스피커의 공진주파수 측정방법에 따른 알고리즘을 적용하여 공진주파수를 측정하는 제어부;을 포함하는 것을 특징으로 하는 스피커의 공진주파수 측정장치에 의해 달성된다.
상기한 바와 같은 방법으로 구성되고 작용하는 본 발명에 의하면, 주파수의 증가 속도를 가변시키면서 임피던스의 최고점을 찾는 방법을 이용함으로써 스피커의 공진주파수를 정확하게 측정할 수 있을 뿐만 아니라 측정속도가 대폭 향상되는 효과가 있다.
도1은 종래의 스피커 공진주파수 측정방법을 설명하기 위한 주파수 범위에 따른 임피던스의 크기 변화를 도시하는 그래프이고,
도2는 본 발명의 실시예에 따른 스피커 공진주파수 측정방법을 설명하기 위한 주파수 범위에 따른 임피던스의 크기 변화를 도시하는 그래프이고,
도3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스피커 공진주파수 측정장치를 설명하기 위한 블록도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예에 따른, 스피커의 공진주파수 측정방법은, 도2를 참조로 하여, 주파수 범위에 따른 임피던스의 크기 변화를 이용하여 스피커의 공진주파수를 측정한다.
이에 따른 본 발명은, 스피커의 구동신호인 사인파의 주파수를 일정 속도 이상으로 증가시켜 상기 스피커에서 발생하는 임피던스의 크기가 증가한 뒤 낮아지는 제1변곡점(P1)을 측정하는 제1변곡점 측정단계와, 상기 제1변곡점 측정단계에서의 주파수 증가 속도보다 상대적으로 더 낮은 속도로 주파수를 감소시켜 상기 임피던스의 크기가 증가한 뒤 낮아지는 제2변곡점(P2)을 측정하는 제2변곡점 측정단계와, 상기 제2변곡점 측정단계에서의 주파수 감소 속도보다 상대적으로 더 낮은 속도로 주파수를 증가시켜 상기 임피던스의 크기가 증가한 뒤 낮아지는 제3변곡점(P3)을 측정함으로써 상기 제3변곡점(P3)을 공진주파수로 판단하는 공진주파수 판단단계를 포함한다. 여기서, 상기 사인파의 주파수 증가 범위는 20Hz 내지 20KHz으로서 사람이 들을 수 있는 가청주파수에 해당한다.
먼저, 제1변곡점 측정단계에서는 스피커에 동작전압을 인가하여 사인파(sine wave)를 20Hz에서부터 가능한 한 빠른 속도로 증가시켜 임의의 공진주파수 지점인 제1변곡점(P1)을 측정한다. 이때, 스피커는 내부 구조물의 관성에 의해 측정 주파수가 인가되고 난 후 약간의 시간 후에 구동하게 되므로 상기 제1변곡점(P1)은 실제 공진주파수의 지점과는 차이가 발생하게 된다.
다음으로, 제2변곡점 측정단계에서는 위 제1변곡점 측정단계와는 반대로 주파수를 감소시키면서 임의의 공진주파수 지점인 제2변곡점(P2)을 측정한다. 이때에도 스피커는 내부 구조물의 관성 때문에 상기 제2변곡점(P2)은 실제 공진주파수의 지점과는 차이가 발생하게 된다.
다음으로, 공진주파수 판단단계에서는 위 제2변곡점 측정단계와는 반대로 주파수를 증가시키면서 임피던스의 크기가 증가한 뒤 낮아지는 지점인 제3변곡점(P3)을 측정하는데, 상기한 제3변곡점(P3)을 공진주파수 지점으로 확정 판단한다.
상기한 본 발명의 실시예를 바탕으로 공진주파수가 61Hz인 스피커의 측정 시간을 기존의 방법과 비교하여 테스트한 결과, 기존의 방법으로는 정확한 공진주파수를 측정하기 위해 13초가 소요된 반면에 본 발명의 방법으로는 제1변곡점(P1) 측정까지 1.2초, 제2변곡점(P2) 측정까지 1.3초, 제3변곡점(P3) 측정까지 1.5초, 즉 정확한 공진주파수라고 볼 수 있는 제3변곡점(P3)까지 총 4초가 소요되었다. 따라서 본 발명은 기존에 비해 공진주파수의 측정 시간을 9초나 앞당긴 약 3배 이상 측정 속도가 향상되는 것을 알 수 있다. 여기서, 상기 스피커의 공진주파수에 따라 측정 속도에 차이가 발생할 수 있음은 자명한 사항이다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 스피커의 공진주파수 측정장치는, 도3에 도시된 바와 같이, 측정 대상 스피커에 사인파를 인가하는 사인파 발생부(20)와, 상기 스피커에 사인파를 인가함에 따라 발생하는 임피던스를 측정하는 임피던스 측정부(40)와, 상기 사인파 발생부(20) 및 상기 임피던스 측정부(40)와 전기적으로 연결되어 상술한 제1실시예에 따른 스피커의 공진주파수 측정방법을 적용한 알고리즘을 통해 공진주파수를 측정하는 제어부(60)을 포함한다.
상기 사인파 발생부(20)는 사인파형의 신호를 발생시키는 신호발생기(22)와, 상기 사인파형 신호를 증폭시키는 증폭기(24)로 구성된다.
상기 임피던스 측정부(40)는 전류 검출을 위한 저항(41)과, 상기 저항(41) 양단의 차등 전류를 측정하는 전류측정 프리앰프(43)와, 상기 스피커 양단의 차등 전압을 측정하는 전압측정 프리앰프(44)와, 상기 전류측정 및 전압측정 프리앰프(43,44)의 출력단에 각각 연결되어 출력되는 교류를 직류로 변환하는 한 쌍의 AC/DC컨버터(46)와, 상기 한 쌍의 AC/DC컨버터(46)와 각각 연결되어 출력되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 한 쌍의 A/D컨버터(48)로 구성된다.
상기 제어부(60)는 연산처리와 데이터의 저장 및 입출력이 가능한 통상의 컴퓨터 단말기가 될 수 있으나, 비용 절감 및 제품 크기의 소형화를 위해 마이크로컨트롤러유닛(MCU; Micro Controller Unit)으로 이루어지는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 제어부(60)의 데이터 입출력을 위한 입출력부(80)를 더 포함할 수 있으며, 데이터 입력을 위한 키보드(82)와 데이터 출력을 위한 모니터(84)로 구성된다.
상기와 같이 구성되는 스피커의 공진주파수 측정장치는, 앞서 설명한 스피커의 공진주파수 측정방법을 수행하기 위한 하드웨어적인 구성으로서, 스피커의 공진주파수를 정확하게 측정함과 동시에 측정속도를 대폭 향상시켜 생산성을 높일 수 있도록 한다.
전술한 내용은 후술할 발명의 청구범위를 더욱 잘 이해할 수 있도록 본 발명의 특징과 기술적 장점을 다소 폭넓게 상술하였다. 상술한 실시예들은 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술적 사상의 범위에서 다양한 수정 및 변경이 가능할 것이다. 이러한 다양한 수정 및 변경 또한 본 발명의 기술적 사상의 범위 내라면 하기에서 기술되는 본 발명의 청구범위에 속한다 할 것이다.
20: 사인파 발생부 22: 신호발생기
24: 증폭기 40: 임피던스 측정부
41: 저항 43: 전류측정 프리앰프
44: 전압측정 프리앰프 46: AC/DC컨버터
48: A/D컨버터 60: 제어부
80: 입출력부 82: 키보드
84: 모니터

Claims (3)

  1. 주파수 범위에 따른 임피던스의 크기 변화를 이용하여 스피커의 공진주파수를 측정하는 방법에 있어서,
    스피커의 구동신호인 사인파의 주파수를 일정 속도 이상으로 증가시켜 상기 스피커에서 발생하는 임피던스의 크기가 증가한 뒤 낮아지는 제1변곡점을 측정하는 제1변곡점 측정단계;
    상기 제1변곡점 측정단계에서의 주파수 증가 속도보다 상대적으로 더 낮은 속도로 주파수를 감소시켜 상기 임피던스의 크기가 증가한 뒤 낮아지는 제2변곡점을 측정하는 제2변곡점 측정단계; 및
    상기 제2변곡점 측정단계에서의 주파수 감소 속도보다 상대적으로 더 낮은 속도로 주파수를 증가시켜 상기 임피던스의 크기가 증가한 뒤 낮아지는 제3변곡점을 측정함으로써 상기 제3변곡점을 공진주파수로 판단하는 공진주파수 판단단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 스피커의 공진주파수 측정방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 사인파의 주파수 증가 범위는 20Hz 내지 20KHz인 것을 특징으로 하는 스피커의 공진주파수 측정방법.
  3. 삭제
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