KR101765993B1 - 주파수 선택과 확산 기능을 갖는 가변 잔향장치 - Google Patents

Abstract

이 발명은 가변 잔향 장치에 대한 것이다. 이 발명에 따른 가변 잔향 장치(47)는, 다수개의 평면형 패널(41), 위 패널(41)의 한쪽 끝이 고정되어 회전할 수 있도록 회전축의 역할을 하는 회전봉(42), 위 회전봉(42)에 위 패널(41)의 한쪽 끝이 고정되도록 위 패널(41)의 폭과 길이만큼 세로방향으로 형성된 다수개의 홈부(43), 위 다수개의 패널들(41)이 회전봉(42)에 부착된 상태로 회전봉(42)의 한쪽 방향으로 회전할 수 있는 높이, 가로, 세로 크기를 갖고 회전봉(42)이 고정되도록 바닥 및 천정면으로 이루어지고 앞면부는 개방된 형태의 육면체 형태를 가지며 위 패널(41), 회전봉(42)을 수납하고 앞면부로는 확산된 소리를 내보내는 구조체(46), 위 다수개 패널들(41)의 일면에 형성되는 다수개의 반사면(45) 및 위 다수개의 반사면(45)이 형성된 패널의 반대편에 반사면(45)과 일체가 되도록 부착되는 다수의 흡음면(44)을 구비하여 이루어진다. 이때, 위 패널(41)의 두께 및 크기 그리고 위 홈부(43)의 깊이는 선택적으로 조정되고, 위 다수의 흡음면(44)의 각각은 서로 다른 흡음률을 가질 수 있는 것이 특징이다.

Description

주파수 선택과 확산 기능을 갖는 가변 잔향장치{Variable Reverberator with Frequency Selection and Diffusor}

이 발명은 공연장 잔향 조정에 대한 것이며, 특히 주파수 선택과 확산 기능을 갖는 가변 잔향장치에 대한 것이다. 이 발명의 가변 잔향장치에는 흡음 주파수 대역을 조절할 수 있는, 헬름홀쯔 공명기를 이용한 주파수 응답 제어기와 가변 확산 장치에 대한 기술이 포함되는 것으로 이해되어야 한다.

종래에는 건물 내부의 공연장 잔향 조정을 위하여 건물 벽체에 다공성 재료로 이루어진 흠음재를 부착하는 기술이 사용되었다. 이러한 방식의 장점은 방음처리를 쉽게 할 수 있고, 흡음재 구조가 비교적 단순하다는 점을 들 수 있다. 그러나 이 방식의 단점은 특정 주파수의 흡음이 불가능하다는 점이다. 그리고 특정 주파수의 잔향을 흡음하기 위해서는 특정 주파수에 맞는 새로운 흡음재를 다시 부착하여 시공해야 하는 문제점이 있었다.

따라서 이러한 문제점들을 해결하기 위해서 지금까지 흡음 주파수를 변경할 수 있는 반 능동형 흡음장치가 사용되고 있다. 한국특허 10-0936786호(2010.01.06 등록, "반 능동형 흡음 시스템 및 이를 이용한 흡음 방법")가 이에 해당한다. 이 특허는, 다공성 흡음판을 벽체와의 사이에 공기층이 위치하도록 설치하고, 다공성 흡음판과 벽체와의 사이 거리를 조절하는 것으로서, 공기층의 두께를 조절하여 흡음 주파수를 변경하는 것이다. 그러나 이 특허의 문제점은, 흡음 주파수의 변경량이 큰 경우에는 적용될 수 없고, 흡음 주파수의 변경량이 큰 경우에는 벽체의 이동거리를 더 길게 하여 벽체와 흡음판 사이의 공기층의 두께 변위를 더 증가시키는 것으로 해결할 수 있으나, 이 경우 실내 공간이 그만큼 줄어들게 되는 문제점이 있다.

한편 건축물의 실내공간(예로서 홀)에서는 홀 특성 반사음이 발생한다. 음원에서 음원을 청취하는 사람 사이에는 음원에서 청취하는 이에게 직접 음이 전달되는 직접음이 있고, 천정이나 바닥에 의해 반사되어 청취하는 이에게 전달되는 초기 반사음이 있다. 그리고 초기반사음 이후 잔향음이 있다. 이러한 잔향은 홀의 흡음 특성에 따라 결정되고 홀의 적정한 잔향은 음원(목소리, 음악 등)에 따라 다르다. 일반적으로 목소리(speecch)는 건조(dry)하게 음성명료도 중심으로 조정하고, 음악은 적절한 울림으로 음악명료도 중심으로 생동감있게 조정한다.

음원이 정지된 뒤 정상 상태의 음의 에너지가 100만분의 1 떨어진 시간/음압 레벨이 60dB 떨어진 시간을 잔향이라고 한다. 이러한 잔향 시간은 각종 공간의 목적에 따라서 다르다. 예로서 콘서트홀, 카톨릭교회, 오페라하우스, 회의장, 텔레비전 스튜디오 등의 잔향이 서로 다르고 콘서트홀이라도 서로 다른 잔향을 가질 수밖에 없다.

직접음은 음질을 표현하고 음량감으로 청감에 영향을 미친다. 그리고 반사음은 약 20~50ms 지연된 신호이고, 입사방향과 레벨이 함수 관계에 있고, 직접음을 보강해주고 명료도를 강조하며, 확산감을 주는 청감 영향을 끼친다. 잔향음은 무지향성이어서 모든 방향에서 도래하고 약 50ms 이후의 반사음을 갖는 것이 특징이고 명료도를 저하시키지만 잔향감을 준다는 청감효과가 있다.

그리고 일반적인 흡음재의 종류로는 다공성형 흡음재, 공명형 흡음재 및 판 진동형 흡음재가 있다. 다공성형 흡음재는 중고음 흡음능력이 뛰어나고, 공명형 흡음재는 좁은 대역 흡음능력이 우수하고, 판 진동형 흡음재는 저역 주파수대의 흡음능력이 뛰어나다. 그러나 이들 각각은 장점뿐 아니랄 단점도 있기에 어느 한 가지가 가장 좋다고 할 수가 없다.

그러므로 이러한 종래 기술들의 문제점을 해결할 수 있는, 주파수를 선택하고 확산하는 기능을 갖는 가변 잔향장치에 대한 필요성이 대두되어 왔다. 이러한 배경 밑에서 이 발명이 창안되었다.

이 발명관련 특허문헌으로는 한국특허 10-0936786호(2010.01.06 등록, "반 능동형 흡음 시스템 및 이를 이용한 흡음 방법"이 있다.

이 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 주파수 선택과 확산 기능을 갖는 가변 잔향장치를 제공하는 것이다. 특히 이 발명은, 가변잔향장치 및 가변 확산 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 이들 기술들은 가변 잔향장치를 중심으로 서로 밀접한 관련이 있는 일군의 발명이다.

이 발명의 다른 목적과 장점은 아래 기재된 발명의 상세한 설명을 읽고 첨부된 도면을 참조하면 더욱 명백해질 것이다.

이 발명에 따른 잔향장치의 바람직한 일 실시예는
다수개의 평면형 패널;
위 패널의 한쪽 끝이 고정되어 회전할 수 있도록 회전축의 역할을 하는 회전봉;
위 회전봉에 위 패널의 한쪽 끝이 고정되도록 위 패널의 폭과 길이만큼 세로방향으로 형성된 다수개의 홈부;
위 다수개의 패널들이 회전봉에 부착된 상태로 회전봉의 한쪽 방향으로 회전할 수 있는 높이, 가로, 세로 크기를 갖고 회전봉이 고정되도록 바닥 및 천정면으로 이루어지고 앞면부는 개방된 형태의 육면체 형태를 가지며 위 패널, 회전봉을 수납하고 앞면부로는 확산된 소리를 내보내는 구조체;
위 다수개 패널들의 일면에 형성되는 다수개의 반사면; 및
위 다수개의 반사면이 형성된 패널의 반대편에 반사면과 일체가 되도록 부착되는 다수의 흡음면;
을 구비하여 이루어지며,
이때, 위 패널의 두께 및 크기 그리고 위 홈부의 깊이는 선택적으로 조정되는 것이 특징이다.

삭제

삭제

삭제

삭제

삭제

삭제

삭제

삭제

삭제

삭제

삭제

삭제

삭제

삭제

삭제

삭제

삭제

삭제

삭제

삭제

삭제

이 실시예에서, 위 회전봉의 단면은 다각형 또는 원형이며,
위 확산 공간의 잔향을 소리가 음성인 경우 흡음률값을 올려주고, 소리가 음악인 경우 흡음률값을 내려주는 것이 바람직하다.

이 실시예에서, 위 패널, 구조체 및 회전봉의 재질은 목재 또는 수지재이고,
위 다수개의 흡음면의 두께는 각각 다른 것이 바람직하다.
이 실시예에서, 위 가변 잔향 장치의 내부 체적뿐만 아니라 입구의 면적과 입구의 길이를 함께 선택적으로 변경할 수 있는 것이 바람직하다.

삭제

이 발명의 가변 전향장치는, 흡음판의 뒤편 공기층의 두께와 함께 흡음판의 원타공형 및 라인타공형 개구율과 각각의 입구길이를 선택적으로 변경할 수 있도록 함으로써, 흡음장치의 설치 면적을 줄일 수 있으며, 따라서 실내 공간의 손실률을 줄일 수 있는 효과가 있다.

도 1은 이 발명에 따른 가변 확산 장치의 바람직한 일 실시예의 사시도이다.
도 2는 도 1의 회전봉의 사시도이다.
도 3은 이 발명에 따른 가변 확산 장치의 바람직한 다른 실시예의 사시도이다.
도 4는 이 발명에 따른 가변 확산 장치의 바람직한 또 다른 실시예의 사시도이다.
도 5는 이 발명에 따른 가변 확산 장치에 적용되는 회전봉 및 회전판의 다른 실시예의 사시도이다.
도 6은 도 1에 반사면과 흡음면을 부착한 이 발명에 따른 잔향 조정장치의 바람직한 일 실시예의 사시도이다.
도 7은 도 6의 장치에 따른 흡음면과 반사면의 특성곡선이다.
도 8은 도 6의 장치에 따라 잔향을 조정한 경우의 잔향 특성곡선이다.
도 9는 건조한 소리로 조정된 음성 데이터와 알맞게 울리는 소리로 조정된 음악 데이터의 조정상태도이다.

이 발명은 공연장 잔향 조정 기술에 대한 것이다. 특히 이 발명은 흡음 주파수 대역을 조절할 수 있는, 일종의 능동형 흡음장치인, 헬름홀쯔 공명기를 이용한 주파수 응답 제어기와 가변 확산 장치에 대한 것이다. 이 두 가지 장치는 서로 밀접한 관련을 갖는 것으로서 이 발명에 따른 주파수 응답 제어기를 이루는 일 군의 발명을 이루는 것으로 이해되어야 한다. 이제 이들 각각에 대하여 아래에서 다양한 실시예들을 들어서 상세히 설명한다.

I. 가변 확산 장치

이하, 도 1 내지 도 9를 참조하여 이 발명에 따른 주파수 응답 제어기의 가변 확산 장치의 구성과 동작 원리에 대하여 상세히 설명한다.

< 구성 >

이제 도 1과 도 5를 참조하여 이 발명에 따른 가변 확산 장치에 대하여 설명한다. 이 발명에 따른 가변 확산 장치(40)의 바람직한 일 실시예는, 주어진 확산 공간에서 직접음에 대한 반사음의 감쇠 패턴이 지수함수적으로 감쇠되도록 만들어 주며,

시간이 지나도 소리의 명료도를 떨어뜨리지 않고 플러터 에코(Flutter echo)를 방지하고 IACC(Interaural cross-correlation)값을 0.5 이하로 유지한다. IACC는 청취자의 좌우측 귀에 도달하는 음의 유사도를 나타내며, 공연장 양 측면 반사음의 일치성을 확인할 때 이용된다.

기존의 확산재는 삼각형 또는 타원형 구조를 가지며 확산재의 가로길이(a)와 높이(b)의 관계는 수학식 1과 같다.

이때

는 흡음하고자 하는 소리의 파장인 것을 특징으로 한다.

이 발명의 가변 확산 장치(40)는,

회전하는 다수개의 평면형 패널(41);

위 패널(41)의 한쪽 끝이 고정되어 회전할 수 있도록 회전축의 역할을 하는 회전봉(42);

위 회전봉(42)에 위 패널(41)의 한쪽 끝이 고정되도록 위 패널(41)의 폭과 길이만큼 세로방향으로 형성된 다수개의 홈부(43);

위 패널(41)의 한쪽면에 형성되는 흡음면(44);

위 흡음면(44)의 반대편 패널면에 형성되는 반사면(45);

위 다수개의 패널(41)들이 회전봉(42)에 부착된 상태로 회전봉(42)의 한쪽 방향으로 회전할 수 있는 높이와 가로, 세로 폭을 갖고 회전봉(42)이 고정되도록 바닥 및 천정면으로 이루어지고 앞면부는 개방된 형태의 육면체 형태를 가지며 위 패널(41), 회전봉(42)을 수납하고 앞면부로는 확산된 소리를 내보내는 구조체(46)를 구비하여 이루어진다.

그리고 이 발명에서 위 패널(41)의 두께와 크기는 필요에 따라 임의로 바꿀 수 있다. 이 발명의 성능 실험에서는 두께 12mm, 높이 300mm, 가로폭이 140mm인 패널이 사용되었다.

또한 이 발명에서, 위 회전봉(42)에 위 패널(41)이 끼워지는 위 홈부(43)의 깊이도 필요에 따라 임의로 바꿀 수 있으며, 이 발명의 성능 실험에서는 깊이가 20mm인 회전봉(42)이 사용되었다.

그리고 이 발명에서, 위 패널(41)의 수는 2 내지 4인 것이 바람직하다.

이 발명에서, 위 회전봉(42)의 단면은 다각형 또는 원형이며, 특히 원형인 것이 바람직하다.

특히 이 발명에서, 위 확산 공간의 잔향을 소리가 음성인 경우 건조한 소리로 만들기 위해서는 공진기 입구 면적을 적절하게 조정하는 것이 바람직하다. 그리고 위 확산 공간의 잔향을 소리가 음악인 경우 울림이 생동감 있게 하기 위해서도 공진기 입구 면적을 적절하게 조정하는 것이 바람직하다.

그리고 이 발명에서 위 패널(41), 구조체(46) 및 회전봉(42)의 재질은 목재 또는 수지재인 것이 바람직하다.

도 6은 도 1과 도 2의 가변 확산 장치(40)의 패널(41) 앞면에 흡음면(44)을 부착한 것으로서 잔향 장치(47)의 기능을 수행한다. 도 3 내지 도 5의 가변 확산 장치(40)에도 흡음면(44)을 부착하여 잔향 장치(47)를 구성할 수도 있다.

도 6에서 사용되는 흡음면(44)은 예로서, 30mm 두께의 폴리에스터 흡음재로 만들 수 있다. 그리고 도 6의 오른쪽편은 패널(41) 자체를 반사면(45)으로 사용하는 경우를 나타낸다.

도 7은 흡읍면(44)과 반사면(45)의 특성을 비교한 그래프이다. 이 그래프상의 데이터는 FFT 데이터(fast Fourier transformation data)이며 가로축은 FFT 데이터의 가청주파수 대역이고, 세로축은 신호의 크기이다. 흡음면(44)과 반사면(45)의 특성이 전체적으로는 비슷하지만, 종국에 가서는 반사면(45)의 신호값(그래프 상에서 작은 원으로 표시한 것)이 조금 더 큰 것이 관찰되며, 중간 영역에서는 흡음면(44)의 값이 약간 커졌다가 반사면(45)보다 점차 작은 값을 갖게 되는 것이 관찰되었다. 이 그래프가 보여주는 것은 공진기 입구의 단면적 크기에 따라 흡음 특성이 변화한다는 것이다.

도 8과 도 9는 음성과 음악 데이터에 대한 홀에서의 잔향이 이 발명의 잔향 조정 장치에 의해서 조정된 예를 보여준다. 도 8은 음성 데이터에 대해 음성 명료도 중심의 소리로 잔향을 조정한 예를 보여주고, 도 9는 음악 데이터에 대해 울림이 있는 음악 명료도의 소리로 잔향을 조정한 예를 보여준다. 이 예에서 보듯이 이 발명의 잔향 조정 장치에 의하면 청취자의 청음 선호도에 따라서 잔향 조정이 가능하고 이벤트에 따라 홀을 다목적으로 사용하는 것이 가능해 진다는 결론에 이른다. 도 9를 보면 잔향이 거의 지수함수적으로 감소하는 현상을 살펴볼 수 있고, 도 8도 지수함수적으로 감소하는 모양을 보여준다고 판단된다. 이것은 잘 알려진 바와 같이 이상적인 반사음 패턴은 이상적인 확산 공간에서 지수함수적으로 감쇠하는데 이 발명은 이에 부응하는 것으로 판단된다.

특히 도 8과 도 9를 보면 이 발명에서는 에코효과가 없는 것으로 확인되고, 플러터 에코(Flutter echo) 현상도 발생하지 않는 것으로 확인되어 이 발명이 매우 우수한 기능을 가지고 있음이 입증되었다. 또한 이 발명의 경우 IACC 값이 0.5 이하를 유지하여 바람직한 음장을 확보할 수 있는 것도 확인되었다.

이 발명의 실시로 인해 양 측벽이 평행하고 딱딱한 벽면 에코를 방지할 수 있고, 박수나 발소리 등이 다중 반사되는 현상을 예방할 수 있고, 부르르 떨리는 음도 방지할 수 있는 효과가 얻어진다.

또한 이 발명은 흡음장치(가변 잔향 장치를 뜻함)의 내부 체적뿐만 아니라 입구의 면적과 입구의 길이를 함께 선택적으로 변경함이 가능하여, 원하는 흡음 주파수를 정밀하게 조정함이 가능하며, 동일한 공간 내에서 흡음 주파수 대역을 넓힐 수 있게 된다.

이 밖에도 이 발명의 실시로 인해 흡음장치의 설치 면적을 줄일 수 있으며, 이 결과 실내 공간의 손실률을 줄일 수 있다.

이처럼 이 발명은 다양하게 변형될 수 있고 여러 가지 형태를 취할 수 있으며 위 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시예에 대해서만 기술하였다. 하지만 이 발명은 위 발명의 상세한 설명에서 언급된 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 이 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

이 발명은 공연장의 잔향 조정장치에 관한 것으로 산업상 이용가능성이 있다.

40: 가변 확산 장치 41: 패널
42: 회전봉 43: 홈부
44: 흡음면 45: 반사면
46: 구조체 47: 잔향 장치

Claims (12)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 다수개의 평면형 패널;
   위 패널의 한쪽 끝이 고정되어 회전할 수 있도록 회전축의 역할을 하는 회전봉;
   위 회전봉에 위 패널의 한쪽 끝이 고정되도록 위 패널의 폭과 길이만큼 세로방향으로 형성된 다수개의 홈부;
   위 다수개의 패널들이 회전봉에 부착된 상태로 회전봉의 한쪽 방향으로 회전할 수 있는 높이, 가로, 세로 크기를 갖고 회전봉이 고정되도록 바닥 및 천정면으로 이루어지고 앞면부는 개방된 형태의 육면체 형태를 가지며 위 패널, 회전봉을 수납하고 앞면부로는 확산된 소리를 내보내는 구조체;
   위 다수개 패널들의 일면에 형성되는 다수개의 반사면; 및
   위 다수개의 반사면이 형성된 패널의 반대편에 반사면과 일체가 되도록 부착되는 다수의 흡음면;
   을 구비하여 이루어지며,
   이때, 위 패널의 두께 및 크기 그리고 위 홈부의 깊이는 선택적으로 조정되는 것이 특징인, 가변 잔향 장치.
9. 제 8항에서, 위 회전봉의 단면은 다각형 또는 원형이며,
   위 확산 공간의 잔향을 소리가 음성인 경우 흡음률값을 올려주고, 소리가 음악인 경우 흡음률값을 내려주는 것이 특징인, 가변 잔향 장치.
10. 삭제
11. 제 8 항 또는 제 9항에서, 위 패널, 구조체 및 회전봉의 재질은 목재 또는 수지재이고,
    위 다수개의 흡음면의 두께는 각각 다른 것을 특징으로 하는, 가변 잔향 장치.
12. 제 8항에서, 위 가변 잔향 장치의 내부 체적뿐만 아니라 입구의 면적과 입구의 길이를 함께 선택적으로 변경할 수 있는 것이 특징인, 가변 잔향 장치.

Images