KR101843424B1 - 중고역 오디오 신호와 저역 오디오 신호 사이의 밸런스를 정확히 맞추도록 하는 멀티웨이 스피커 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 중고역 오디오 신호와 저역 오디오 신호 사이의 밸런스를 정확히 맞추도록 하는 멀티웨이 스피커 시스템에 있어서, 제1 파워 앰프로부터 입력되는 오디오 신호에서 중고역 오디오 신호를 추출하여 중고역 스피커로 인가하는 중고역 네트워크; 및 상기 중고역 네트워크에서 출력되는 상기 중고역 오디오 신호와 출력 신호 스펙트럼이 대칭되는 시메트릭 신호를 제2 파워 앰프를 통해 저역 스피커로 인가하는 저역 네트워크; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

중고역 오디오 신호와 저역 오디오 신호 사이의 밸런스를 정확히 맞추도록 하는 멀티웨이 스피커 시스템{MULTI-WAY SPEAKER SYSTEM FOR ADJUSTING EXACTLY BALANCE BETWEEN HIGH FREQUENCY AUDIO SIGNAL AND LOW FREQUENCY AUDIO SIGNAL}

본 발명은 중고역 오디오 신호와 저역 오디오 신호 사이의 밸런스를 정확히 맞추도록 하는 멀티웨이 스피커 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 중고역 네트워크에서 추출되는 중고역 오디오 신호에 대응하여 자동적으로 중고역 오디오 신호와 대칭되는 저역 오디오 신호를 추출할 수 있도록 하여 중고역 오디오 신호와 저역 오디오 신호 사이의 밸런스를 정확히 맞추도록 하는 멀티웨이 스피커 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 스피커는 하나의 스피커로 전 음향대역을 재생하는 풀 레인지(full-range) 방식과 고음, 중 저음 혹은 고음, 중음, 저음으로 2개 이상 여러 개의 각기 다른 대역의 소리를 재생하는 멀티웨이(multi-way)방식이 있다.

이중 풀 레인지 방식은 하나의 스피커로는 가청 주파수 대역 전체를 커버하기 어렵고 고 음질(HiFi)을 구현하기 어려워 주로 PA(public address)등 의 저렴한 곳에 많이 사용되고, 일반적으로 고 음질이 필요한 곳에는 멀티웨이 스피커가 사용되고 있다.

한편, 멀티웨이 스피커는 입력된 오디오 신호를 파워앰프로 증폭한 후 그 구동 신호를 수동 소자로 이루어진 RC 또는 RL 등으로 구성된 네트워크 회로에 인가하여 주파수 대역 별로 분배한 후, 고, 중, 저 음역 별 스피커(트위터, 스코커, 우퍼)에 독립적으로 인가하여 스피커들을 구동하여 소리를 낸다.

그러나, 이와 같은 방법에 의해 멀티웨이를 구성하는 방법은 Passive(수동) 소자인 대용량의 전해 콘덴서 및 코일(또는 저항)을 사용함으로써 크로스오버 주파수 및 레벨을 정확히 맞추기가 어려우며, 부품의 특성 및 온도 등에 따라 원하지 않는 크로스오버 왜곡 및 과증폭이 발생할 수 있는 문제점이 있다.

즉, 크로스오버 주파수 대역 부근에서는 2개의 스피커 유닛에서 같은 주파수 음이 방사되게 되며, 중고역 오디오 신호와 저역 오디오 신호가 만나는 크로스오버 포인트가 정확하지 않을 경우 또는 슬로프에서의 기울기 등이 다를 경우 해당 주파수 대역에서의 과증폭 등에 의해 서로 간의 사운드가 간섭을 일으켜 저역의 양이 줄어들고 사운드의 질 또한 떨어지게 되는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 모두 해결하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 중고역 오디오 신호와 저역 오디오 신호 사이의 밸런스를 정확히 맞추도록 하는 멀티웨이 스피커 시스템을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 중고역 패스 필터에 의한 중고역 오디오 신호에 대응하여 자동적으로 중고역 오디오 신호와 대칭되는 저역 오디오 신호를 추출할 수 있도록 하는 멀티웨이 스피커 시스템을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하고, 후술하는 본 발명의 특징적인 효과를 실현하기 위한, 본 발명의 특징적인 구성은 하기와 같다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 중고역 오디오 신호와 저역 오디오 신호 사이의 밸런스를 정확히 맞추도록 하는 멀티웨이 스피커 시스템에 있어서, 제1 파워 앰프로부터 입력되는 오디오 신호에서 중고역 오디오 신호를 추출하여 중고역 스피커로 인가하는 중고역 네트워크; 및 상기 중고역 네트워크에서 출력되는 상기 중고역 오디오 신호와 출력 신호 스펙트럼이 대칭되는 시메트릭 신호를 제2 파워 앰프를 통해 저역 스피커로 인가하는 저역 네트워크; 를 포함하는 시스템이 제공된다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 중고역 네트워크는, 입력단이 상기 파워 앰프의 출력단에 연결되고 출력단이 상기 중고역 네트워크의 출력단에 연결된 콘덴서 C; 를 포함하되, 상기 저역 네트워크는, 상기 콘덴서 C의 양단 전압에 대응되는 신호를 출력하는 시스템이 제공된다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 저역 네트워크는, 상기 콘덴서 C에 인가되는 전류에 대응하는 전압을 유도함으로써, 상기 콘덴서 C의 양단 전압에 대응되는 신호를 출력하는 트랜스포머를 포함하는 시스템이 제공된다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 저역 네트워크는, 상기 콘덴서 C의 양단 전압을 증폭하여 출력하는 차동 증폭기; 를 포함하는 시스템이 제공된다.

본 발명은 중고역 네트워크에서 추출되는 중고역 오디오 신호의 스펙트럼과 크로스오버 포인트를 기준으로 대칭되는 스펙트럼을 가지는 시메트릭 신호를 저역 네크워크가 중고역 네트워크로부터 추출함으로써, 별도의 세팅 등이 필요없이 중고역 오디오 신호에 대응하여 중고역 오디오 신호와 저역 오디오 신호의 크로스오버 포인트가 자동적으로 세팅되도록 하며, 크로스오버 주파수 대역에서 중고역 오디오 신호와 저역 오디오 신호의 스펙트럼의 각각의 슬로프에서의 기울기에 대한 절대값이 동일하게 되도록 함으로써, 중고역 오디오 신호와 저역 오디오 신호 사이의 밸런스를 정확히 맞출 수 있어 멀티웨이 스피커에서의 서로 간의 사운드가 간섭을 일으키지 않아 저역 사운드의 양이 풍부하고 사운드의 질 또한 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티웨이 스피커 시스템을 개략적으로 도시한 것이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티웨이 스피커 시스템에서의 중고역 오디오 신호와 저역 오디오 신호의 스펙트럼을 개략적으로 도시한 것이고,
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 멀티웨이 스피커 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티웨이 스피커 시스템을 개략적으로 도시한 것으로, 도 1을 참조하면, 멀티웨이 스피커 시스템은 중고역 네트워크(20)와 저역 네트워크(40)를 포함할 수 있다.

먼저, 중고역 네트워크(20)는 제1 파워 앰프(10)로부터 입력되는 오디오 신호에서 중고역 오디오 신호를 추출하여 중고역 스피커(30)로 인가하여 줄 수 있다.

이때, 제1 파워 앰프(10)는 인가되는 오디오 신호를 증폭하여 출력하는 것으로, 중고역용 앰프일 수 있다.

그리고, 중고역 네트워크(20)는 제1 파워 앰프(10)로부터 입력되는 오디오 신호 중에서 저역 오디오 신호를 차단하며, 중고역 오디오 신호만을 통과시키는 하이패스필터를 포함할 수 있다.

일 예로, 중고역 네트워크(20)는, 입력단이 제1 파워 앰프(10)의 출력단에 연결되고 출력단이 중고역 네트워크의 출력단에 연결된 콘덴서 C를 포함할 수 있으며, 중고역 스피커(30)의 부하 저항인 저항 R1을 통해 하이패스필터를 형성할 수 있다.

이때, 중고역 네트워크를 통해 형성되는 하이패스필터에서의 전압은 V = iXc + iXr 과 같이 나타낼 수 있으며, 콘덴서 C의 임피던스는 Xc = 1/2πfc와 같이 나타낼 수 있다. 따라서, 고주파 신호일 경우 콘덴서 C의 임피던스는 0에 가까워지며, 전압은 저항 R1에 다 걸리게 되며, 그에 따라 출력 전압은 높아지므로 중고역 신호를 통과시키게 된다. 반대로, 저주파 신호일 경우 콘덴서 C의 임피던스는 높아지므로 콘덴서 C에는 높은 전압이 걸리고, 저항 R1에는 작은값의 전압이 걸리게 되어 저주파 신호를 차단하게 된다.

그러면, 중고역 네트워크(20)을 통해 추출된 중고역 오디오 신호는 중고역 스피커(30), 일 예로, 트위터, 스코커 등으로 인가되며, 중고역 스피커(30)는 인가되는 중고역 오디오 신호에 대응하는 사운드를 방사하여 준다.

그리고, 저역 네트워크(40)는 중고역 네트워크(20)에서 출력되는 중고역 오디오 신호와 출력 신호 스펙트럼이 대칭되는 시메트릭 신호를 저역용 앰프인 제2 파워 앰프(50)를 통해 저역 스피커(60)로 인가하여 줄 수 있다. 그러면, 저역 스피커(60), 일 예로 우퍼 등은 제2 파워 앰프(50)를 통해 저역 네트워크(40)로부터 인가되는 시메트릭 신호에 대응하여 사운드를 방사하여 준다.

이때, 제2 파워 앰프(50)는 인가되는 오디오 신호를 증폭하여 출력하는 것으로, 저역용 앰프일 수 있다.

그리고, 시메트릭 신호는, 중고역 네트워크(20)에서 출력되는 중고역 오디오 신호의 스펙트럼과 크로스오버 포인트를 기준으로 대칭되는 스펙트럼을 가질 수 있다. 또한, 크로스오버 주파수 대역에서, 크로스오버 포인트를 기준으로 대칭되는 시메트릭 신호와 중고역 오디오 신호의 스펙트럼의 각각의 슬로프에서의 기울기에 대한 절대값이 동일할 수 있다.

즉, 도 2에서와 같이, 중고역 오디오 신호의 스펙트럼(20S)과 시메트릭 신호의 스펙트럼(40S)은 크로스오버 주파수 대역의 영역에서 주파수의 출력 감소가 -3dB가 되는 크로스오버 포인트(FC)가 생성되는 주파수 대역이 일치할 수 있다. 이때, 음압 dB은 dB = 10log(P/Pref) = 10log(V/Vref)²와 같이 나타내어 질 수 있으며, 음압의 2배는 10log2로 약 3dB이 된다. 따라서, 크로스오버 포인트(FC)에서는 음압이 각각 1/2로 반감된 중고역 오디오 신호와 저역 오디오 신호가 출력되므로 과증폭 등의 문제가 발행되지 않는다.

만약, 중고역 오디오 신호의 스펙트럼(20S)과 시메트릭 신호의 스펙트럼(40S)에서 크로스오버 포인트(FC)가 일치하지 않을 경우, 즉, 양 신호 사이의 밸런스가 맞지 않을 경우 과증폭 등이 발생할 수 있으나, 본 발명의 실시예에서는 저역 오디오 신호를 별도의 로우패스필터를 사용하지 않고 중고역 오디오 신호로부터 대칭되도록 추출함으로써 크로스오버 포인트에 따른 양 신호의 밸런스가 항상 자동적으로 맞추어질 수 있다. 또한, 크로스오버 주파수 대역에서, 크로스오버 포인트(FC)를 기준으로 대칭되는 시메트릭 신호(40S)와 중고역 오디오 신호(20S)의 스펙트럼의 각각의 슬로프에서의 기울기에 대한 절대값 또한 동일하게 맞추어질 수 있다.

그리고, 저역 네트워크(40)는 콘덴서 C에 인가되는 전류에 대응하는 전압을 유도함으로써 콘덴서 C의 양단 전압에 대응되는 신호를 출력하는 트랜스포머(TF)를 포함할 수 있다.

일 예로, 트랜스포머(TF)는 일단이 콘덴서 C의 입력단에 연결되고 타단이 콘덴서 C의 출력단에 연결된 1차 코일 L1, 1차 코일 L1의 전류에 의해 유기되는 자장에 대응되는 전압을 유도하는 2차 코일 L2, 및 일단이 2차 코일 L2의 일단과 연결되고 타단이 2차 코일 L2의 타단과 연결되어 2차 코일 L2에서 유도되는 전압에 대응하는 전류의 흐름을 형성하는 저항 R2를 포함할 수 있다.

이와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티웨이 스피커 시스템은 도 2에서와 같이 중고역 네트워크(20)에 의해 추출된 중고역 오디오 신호(20S)와 저역 네트워크(40)에 의해 생성된 저역 오디오 신호(40S)가 대칭되므로 중고역 오디오 신호와 저역 오디오 신호 사이의 밸런스를 맞추기 위한 별도의 동작이 필요 없게 된다.

또한, 중고역 네트워크(20)에 의한 중고역 오디오 신호에 대응하여 저역 네트워크(40)에서 자동적으로 중고역 오디오 신호와 대칭되는 저역 오디오 신호를 생성하는 간단한 구성으로 로우패스필터 등을 필요로 하지 않으므로 경제적으로 시스템을 구축할 수 있게 된다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 멀티웨이 스피커 시스템을 개략적으로 도시한 것으로, 도 3을 참조하면, 멀티웨이 스피커 시스템은 제1 파워 앰프(10)로부터 입력되는 오디오 신호에서 중고역 오디오 신호를 추출하여 중고역 스피커(30)로 인가하는 중고역 네트워크(20), 및 중고역 네트워크(20)에서 출력되는 중고역 오디오 신호와 출력 신호 스펙트럼이 대칭되는 시메트릭 신호를 제2 파워 앰프(50)를 통해 저역 스피커(60)로 인가하는 저역 네트워크(40)를 포함할 수 있다.

먼저, 중고역 네트워크(20)는 도 1에서 설명한 바와 동일하므로 이에 대한 설명은 생략한다

그리고, 저역 네트워크(40)는 콘덴서 C의 양단 전압을 증폭하여 출력하는 차동 증폭기 OP를 포함할 수 있다.

즉, 저역 네트워크(40)는 중고역 네트워크(20)의 콘덴서 C의 양단 전압차에 의한 입력 신호의 전압차를 증폭하여 출력하는 차동 증폭기 OP를 포함할 수 있다.

일 예로, 차동 증폭기 OP는 부(-) 입력단이 저항 D1을 통해 콘덴서 C의 입력단에 결합되며, 정(+) 입력단이 저항 D2를 통해 콘덴서 C의 출력단에 결합될 수 있다. 그리고, 저항 D3이 정(+) 입력단과 저항 D2사이의 노드와 그라운드 사이에 위치하며, 저항 D4가 부(-) 입력단과 출력단 사이에 위치할 수 있다.

이와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티웨이 스피커 시스템은, 도 2에서와 같이, 중고역 오디오 신호의 스펙트럼(20S)과 차동 증폭기 OP의 출력 신호의 스펙트럼(40S)은 크로스오버 주파수 대역의 영역에서 주파수의 출력 감소가 -3dB가 되는 크로스오버 포인트(FC)가 생성되는 주파수 대역이 일치할 수 있다. 즉, 저역 스피커(60)로 인가하는 오디오 신호를 별도의 로우패스필터를 사용하지 않고 차동 증폭기 OP를 이용하여 중고역 오디오 신호로부터 대칭되도록 추출함으로써 크로스오버 포인트에 따른 양 신호의 밸런스가 항상 자동적으로 맞추어질 수 있으며, 크로스오버 주파수 대역에서, 크로스오버 포인트(FC)를 기준으로 대칭되는 시메트릭 신호(40S)와 중고역 오디오 신호(20S)의 스펙트럼의 각각의 슬로프에서의 기울기에 대한 절대값 또한 동일하게 맞추어질 수 있다.

이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.

따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

10: 제1 파워 앰프, 20: 중고역 네트워크,
30: 중고역 스피커, 40: 저역 네트워크,
50: 제2 파워 앰프, 60: 저역 스피커

Claims (9)

1. 중고역 오디오 신호와 저역 오디오 신호 사이의 밸런스를 정확히 맞추도록 하는 멀티웨이 스피커 시스템에 있어서,
   입력단이 제1 파워 앰프의 출력단에 연결되고 출력단이 중고역 스피커의 입력단에 연결되며, 상기 제1 파워 앰프로부터 입력되는 오디오 신호에서 중고역 오디오 신호를 추출하여 상기 중고역 스피커로 인가하는 콘덴서 C; 및
   입력단이 상기 콘덴서 C의 입력단 및 출력단에 각각 연결되고 출력단이 제2 파워 앰프를 통해 저역 스피커의 입력단에 연결되며, 상기 콘덴서 C에 인가되는 전류에 대응하는 전압을 유도함으로써 상기 콘덴서 C의 양단 전압에 대응되는 신호로서 상기 중고역 오디오 신호와 출력 신호 스펙트럼이 대칭되는 시메트릭 신호를 상기 제2 파워 앰프를 통해 상기 저역 스피커로 인가하는 트랜스포머;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 시메트릭 신호는, 상기 콘덴서 C에서 출력되는 상기 중고역 오디오 신호의 스펙트럼과 크로스오버 포인트를 기준으로 대칭되는 스펙트럼을 가지는 것을 특징으로 하는 시스템.
3. 제2항에 있어서,
   크로스오버 주파수 대역에서, 상기 크로스오버 포인트를 기준으로 대칭되는 상기 시메트릭 신호와 상기 중고역 오디오 신호의 스펙트럼의 각각의 슬로프에서의 기울기에 대한 절대값이 동일한 것을 특징으로 하는 시스템.
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 제1항에 있어서,
   상기 트랜스포머는,
   일단이 상기 콘덴서 C의 입력단에 연결되고 타단이 상기 콘덴서 C의 출력단에 연결된 1차 코일 L1;
   상기 1차 코일 L1의 전류에 의해 유기되는 자장에 대응되는 전압을 유도하는 2차 코일 L2; 및
   일단이 상기 2차 코일 L2의 일단과 연결되고 타단이 상기 2차 코일 L2의 타단과 연결되어 상기 2차 코일 L2에서 유도되는 전압에 대응하는 전류의 흐름을 형성하는 저항 R2;
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
8. 중고역 오디오 신호와 저역 오디오 신호 사이의 밸런스를 정확히 맞추도록 하는 멀티웨이 스피커 시스템에 있어서,
   입력단이 제1 파워 앰프의 출력단에 연결되고 출력단이 중고역 스피커의 입력단에 연결되며, 상기 제1 파워 앰프로부터 입력되는 오디오 신호에서 중고역 오디오 신호를 추출하여 상기 중고역 스피커로 인가하는 콘덴서 C; 및
   입력단이 상기 콘덴서 C의 입력단 및 출력단에 각각 연결되고 출력단이 제2 파워 앰프를 통해 저역 스피커의 입력단에 연결되며, 상기 콘덴서 C에 인가되는 전류에 대응하는 전압을 증폭하여 출력함으로써 상기 콘덴서 C의 양단 전압에 대응되는 신호로서 상기 중고역 오디오 신호와 출력 신호 스펙트럼이 대칭되는 시메트릭 신호를 상기 제2 파워 앰프를 통해 상기 저역 스피커로 인가하는 차동 증폭기 OP;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
9. 제8항에 있어서,
   상기 차동 증폭기 OP는,
   부(-) 입력단이 저항 D1을 통해 상기 콘덴서 C의 입력단에 결합되며, 정(+) 입력단이 저항 D2를 통해 상기 콘덴서 C의 출력단에 결합되고, 저항 D3이 상기 정(+) 입력단과 상기 저항 D2사이의 노드와 그라운드 사이에 위치하며, 저항 D4가 부(-) 입력단과 출력단 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 시스템.
   

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