KR101907983B1 - 단일 지향성 서브 우퍼 장치 - Google Patents

단일 지향성 서브 우퍼 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 단일 지향성 서브 우퍼 장치는 전면에 배치되어 음향신호를 출력하기 위한 전면 스피커, 상기 전면 스피커에서 음향신호가 출력되도록 구동하기 위한 전면 드라이버, 상기 전면 스피커의 반대편인 후면에 배치되어 음향신호를 출력하기 위한 후면 스피커, 상기 후면 스피커에서 음향신호가 출력되도록 구동하기 위한 후면 드라이버, 상기 전면 스피커와 상기 후면 스피커의 외부를 포함하는 인클로저, 상기 인클로저 내부에서 상기 전면 스피커에서 출력되는 음향신호와 상기 후면 스피커에서 출력되는 음향신호가 서로 간섭하지 않도록 하기 위해, 상기 전면 스피커와 상기 후면 스피커 사이에 설치되는 격막, 입력신호를 증폭하여 상기 전면 드라이버에 전달하기 위한 제1 앰프, 상기 입력신호를 미리 정해진 시간만큼 지연시키기 위한 시간지연기, 상기 시간지연기에서 나온 신호의 위상을 반전시키기 위한 위상반전기 및 상기 위상반전기에서 나온 신호를 증폭하여 상기 후면 드라이버에 전달하기 위한 제2 앰프를 포함한다.

Description

단일 지향성 서브 우퍼 장치 {Unidirectional sub woofer apparatus}
본 발명은 서브 우퍼에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 단일 지향성을 갖는 서브 우퍼에 관한 것이다.
스피커는 전기 신호를 소리로 바꿔주는 전자기계의 변환기이다. 일반적으로 스피커들이 낼수 있는 음역대는 정해져 있는데, 청력에 문제가 없는 건강한 사람이 들을 수 있는 가청 주파수는 20Hz ~ 20KHz 대이다.
스피커는 용도별로 서브우퍼, 우퍼, 미드 우퍼, 스코커, 트위터, 슈퍼 트위터로 분류되며, 일반적으로 스피커 별로 재생 음역대가 정해져 있다. 예를 들어, 서브 우퍼는 20Hz ~ 99Hz, 우퍼는 100Hz ~ 299Hz, 미드우퍼는 300 ~ 499Hz, 스코커는 500Hz ~ 2.9KHz, 트위터는 3KHz ~ 6.9KHz, 슈퍼 트위터는 7KHz ~ 20KHz 정도의 음역대를 담당한다.
일반적인 서브우퍼는 파장의 길이가 길어 지향성을 가지지 않는다. 그래서, 공연 환경에서는 서브우퍼 전면의 관객에게 적절한 음압을 전달하고, 후면의 연주자들에게는 최소화된 음압을 전달해 공연 환경을 개선할 수 있는 스피커들이 요구되어 왔다. 이를 위하여, 기존에는 다수의 스피커(인클로저)들을 이용하여 지향성을 구현하였으나, 다수의 스피커가 사용됨에 따른 공간이 필요하고, 많은 비용이 소요되는 문제점이 있다.
대한민국 공개특허 10-2004-0045745
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 하나의 서브 우퍼 내부에서 2개의 공간으로 분리하고, 전자적으로 신호를 조절하여 단일 지향성을 갖는 서브 우퍼 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 단일 지향성 서브 우퍼 장치는 전면에 배치되어 음향신호를 출력하기 위한 전면 스피커, 상기 전면 스피커에서 음향신호가 출력되도록 구동하기 위한 전면 드라이버, 상기 전면 스피커의 반대편인 후면에 배치되어 음향신호를 출력하기 위한 후면 스피커, 상기 후면 스피커에서 음향신호가 출력되도록 구동하기 위한 후면 드라이버, 상기 전면 스피커와 상기 후면 스피커의 외부를 포함하는 인클로저, 상기 인클로저 내부에서 상기 전면 스피커에서 출력되는 음향신호와 상기 후면 스피커에서 출력되는 음향신호가 서로 간섭하지 않도록 하기 위해, 상기 전면 스피커와 상기 후면 스피커 사이에 설치되는 격막, 입력신호를 증폭하여 상기 전면 드라이버에 전달하기 위한 제1 앰프, 상기 입력신호를 미리 정해진 시간만큼 지연시키기 위한 시간지연기, 상기 시간지연기에서 나온 신호의 위상을 반전시키기 위한 위상반전기 및 상기 위상반전기에서 나온 신호를 증폭하여 상기 후면 드라이버에 전달하기 위한 제2 앰프를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 단일 지향성 서브 우퍼 장치는, 상기 전면 스피커에서 출력되어 후면으로 전달되는 음향신호를 감지하기 위한 감지부 및 상기 입력신호의 음질을 상기 감지부에서 감지된 음향신호의 음질과 동일하게 조절하기 위한 음질조절기를 더 포함할 수 있다.
상기 후면 드라이버는 상기 시간지연기를 통해 상기 감지부에서 감지된 음향신호와 일치하도록 상기 입력신호를 지연시킬 수 있다.
상기 후면 드라이버는 상기 제2 앰프를 통해 상기 감지부에서 감지된 음향신호의 크기와 일치하도록 상기 입력신호의 크기를 증폭시킬 수 있다.
본 발명에 의하면, 격막과 후면 스피커를 이용하여 용이하게 단일 지향성 서브 우퍼를 구현할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 하나의 서브 우퍼에서 지향성을 구현할 수 있으므로, 불필요한 공간을 차지하지 않고, 보다 적은 비용으로 단일 지향성 서브 우퍼를 구현할 수 있다는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 단일 지향성 서브 우퍼 장치의 구성을 보여주는 도면이다.
도 2는 음파의 상호작용을 비교한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 단일 지향성 서브 우퍼 장치의 각 부분에서의 파형을 도시한 도면이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 응답을 도시한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 동작 모드 체인징(mode changing) 또는 동작 모드 스위칭(mode switching)이 가능한 서브 우퍼 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 7은 무지향성 모드(omni mode)시의 패턴, 카디오이드 모드(cardioid mode)시의 패턴, 지향성 모드(directional mode)시의 패턴을 나타내는 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 갖는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 단일 지향성 서브 우퍼 장치의 구성을 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 단일 지향성 서브 우퍼 장치는 전면 스피커(210), 전면 드라이버(120), 후면 스피커(220), 후면 드라이버(170), 인클로저(10), 격막(20), 제1 앰프(110), 음질조절기(130), 시간지연기(140), 위상반전기(150), 제2 앰프(160), 감지부(180)를 포함한다.
전면 스피커(210)는 전면에 배치되어 음향신호를 출력하는 역할을 한다.
전면 드라이버(120)는 전면 스피커(210)에서 음향신호가 출력되도록 구동한다.
후면 스피커(220)는 전면 스피커(210)의 반대편인 후면에 배치되어 음향신호를 출력한다.
후면 드라이버(170)는 후면 스피커(220)에서 음향신호가 출력되도록 구동한다.
인클로저(10)는 전면 스피커(210)와 후면 스피커(220)의 외부를 포함하여 감싸는 형태로 구현된다.
격막(20)은 인클로저(10) 내부에서, 전면 스피커(210)에서 출력되는 음향신호와 후면 스피커(220)에서 출력되는 음향신호가 서로 간섭하지 않도록 하기 위해, 전면 스피커(210)와 후면 스피커(220) 사이에 설치된다. 본 발명에서는 전면 스피커(210)와 후면 스피커(220)의 공간을 분리함으로써, 내부에서 소리가 서로 간섭하지 않도록 한다.
제1 앰프(110)는 입력신호를 증폭하여 전면 드라이버(120)에 전달하는 역할을 한다.
감지부(180)는 전면 스피커(210)에서 출력되어 후면으로 전달되는 음향신호를 감지하는 역할을 한다.
음질조절기(130)는 입력신호의 음질을 감지부(180)에서 감지된 음향신호의 음질과 동일하게 조절하는 역할을 한다. 본 발명의 일 실시예에서 음질조절기(130)는 이퀄라이저(Equalizer)로 구현될 수 있다.
시간지연기(140)는 입력신호를 미리 정해진 시간만큼 지연시키는 역할을 한다.
위상반전기(150)는 시간지연기(140)에서 나온 신호의 위상을 반전시키는 역할을 한다.
제2 앰프(160)는 위상반전기(150)에서 나온 신호를 증폭하여 후면 드라이버(170)에 전달하는 역할을 한다.
본 발명에서 후면 드라이버(170)는 시간지연기(140)를 통해 감지부(180)에서 감지된 음향신호와 일치하도록 입력신호의 시간을 지연시킬 수 있다.
그리고, 후면 드라이버(170)는 제2 앰프(160)를 통해 감지부(180)에서 감지된 음향신호의 크기와 일치하도록 입력신호의 크기를 증폭시킬 수 있다.
도 2는 음파의 상호작용을 비교한 도면이다.
도 2 (a)는 동일한 위상의 두 신호 파형이 합쳐지는 경우로서, 두 신호의 진폭이 더해진 크기의 진폭을 갖는 신호 파형이 생성되는 것을 확인할 수 있다.
그리고, 도 2 (b)는 진폭의 크기는 같고 위상이 180°차이나는 두 신호 파형이 합쳐지는 경우로서, 파형이 없어지는 것을 확인할 수 있다.
그리고, 도 2 (c)는 진폭과 위상이 다른 두 신호 파형이 합쳐지는 경우로서, 새로운 신호 파형이 생성되는 것을 확인할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 단일 지향성 서브 우퍼 장치의 각 부분에서의 파형을 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, (a)는 전면 스피커(210)에서 출력되는 음향신호의 파형이고, (b)는 전면 스피커(210)에서 출력되는 음향신호가 후면에 전달된 경우의 후면에서의 신호 파형이다. 이때 (b) 파형은 (a) 파형에 비해 레벨이 감소하고, 신호가 지연된 것을 확인할 수 있다.
그리고, (c)는 후면 스피커(220)에서 출력되는 음향신호의 파형이고, (d)는 시간지연기(140)에 의해 시간이 지연되고, 제2 앰프(160)에 의해 크기가 조절된 파형이고, (e)는 (d) 파형의 위상을 반전시킨 신호이다. 그리고, (f)는 후면에서의 합성신호로서, (b) 신호와 (e) 신호가 합쳐진 결과 파형이다.
이처럼, 본 발명에서는 전면 드라이버(120)를 통해 전면 스피커(210)에서 출력되는 음향신호가 후면에 도달하는 경우, 후면 드라이버(170)를 통해 후면 스피커(210)에서 위상이 180°차이나는 음향신호를 발생시킴으로써, 결과적으로 후면에서의 소리를 무효화시킨다. 즉, 전면으로의 단일 지향성 서브 우퍼를 구현할 수 있다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 응답을 도시한 그래프이다.
도 4 및 도 5에서 붉은 선(410)은 후면에서의 전면 드라이버에서 재생되는 파형의 주파수 응답 곡선이고, 푸른 점선(420)은 전면에서 전면 드라이버에서 재생되는 파형의 주파수 응답 곡선이다.
도 4 및 도 5에서 보는 바와 같이, 전면 드라이버(120)에 의해 전면 스피커(210)에서 재생된 소리는 인클로저(10)와의 간섭으로 인하여 동일한 소리가 후면으로 전달되지 않는다.
이를 위하여, 본 발명에서는 음질조절기(130)를 통해 후면 드라이버(170)를 통해 후면 스피커(220)에서 출력되는 소리가, 전면 스피커(210)에서 출력되어 후면으로 전달되는 소리와 동일한 주파수 응답이 되도록 한다. 이를 통해, 본 발명에서는 후면에서의 소리 무효화를 최대화할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 동작 모드 체인징(mode changing) 또는 동작 모드 스위칭(mode switching)이 가능한 서브 우퍼 장치의 구성을 보여주는 도면이다.
체인징 또는 스위칭되는 서브우퍼 장치의 동작 모드는 무지향성 모드(omni mode), 카디오이드 모드(cardioid mode), 지향성 모드(directional mode)를 포함한다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 서브 우퍼 장치는 전면 스피커(210), 전면 드라이버(120), 후면 스피커(220), 후면 드라이버(170), 인클로저(10), 격막(20), 제1 앰프(110), 제1 음질조절기(230), 제1 시간지연기(240), 제1 위상반전기(250), 제1 감지부(260), 제2 앰프(160), 제2 음질조절기(130), 제2 시간지연기(140), 제2 위상반전기(150), 제2 감지부(180)를 포함한다.
전면 스피커(210)는 전면에 배치되어 음향신호를 출력하는 역할을 한다.
전면 드라이버(120)는 전면 스피커(210)에서 음향신호가 출력되도록 구동한다.
후면 스피커(220)는 전면 스피커(210)의 반대편인 후면에 배치되어 음향신호를 출력한다.
후면 드라이버(170)는 후면 스피커(220)에서 음향신호가 출력되도록 구동한다.
인클로저(10)는 전면 스피커(210)와 후면 스피커(220)의 외부를 포함하여 감싸는 형태로 구현된다.
격막(20)은 인클로저(10) 내부에서, 전면 스피커(210)에서 출력되는 음향신호와 후면 스피커(220)에서 출력되는 음향신호가 서로 간섭하지 않도록 하기 위해, 전면 스피커(210)와 후면 스피커(220) 사이에 설치된다. 본 발명에서는 전면 스피커(210)와 후면 스피커(220)의 공간을 분리함으로써, 내부에서 소리가 서로 간섭하지 않도록 한다.
제1 감지부(260)는 후면 스피커(220)에서 출력되어 전면으로 전달되는 음향신호를 감지하는 역할을 한다.
제1 음질조절기(230)는 입력신호의 음질을 제1 감지부(260)에서 감지된 음향신호의 음질과 동일하게 조절하는 역할을 한다. 본 발명의 일 실시예에서 제1 음질조절기(230)는 이퀄라이저(Equalizer)로 구현될 수 있다.
제1 시간지연기(240)는 입력신호를 미리 정해진 시간만큼 지연시키는 역할을 한다.
제1 위상반전기(250)는 제1 시간지연기(240)에서 나온 신호의 위상을 반전시키는 역할을 한다.
제1 앰프(110)는 제1 위상반전기(250)에서 나온 신호를 증폭하여 전면 드라이버(120)에 전달하는 역할을 한다.
제2 감지부(180)는 전면 스피커(210)에서 출력되어 후면으로 전달되는 음향신호를 감지하는 역할을 한다.
제2 음질조절기(130)는 입력신호의 음질을 제2 감지부(180)에서 감지된 음향신호의 음질과 동일하게 조절하는 역할을 한다. 본 발명의 일 실시예에서 제2 음질조절기(130)는 이퀄라이저(Equalizer)로 구현될 수 있다.
제2 시간지연기(140)는 입력신호를 미리 정해진 시간만큼 지연시키는 역할을 한다.
제2 위상반전기(150)는 제2 시간지연기(140)에서 나온 신호의 위상을 반전시키는 역할을 한다.
제2 앰프(160)는 제2 위상반전기(150)에서 나온 신호를 증폭하여 후면 드라이버(220)에 전달하는 역할을 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 서브 우퍼 장치에서는, 제1 앰프(110), 제1 음질조절기(230), 제1 시간지연기(240), 제1 위상반전기(250), 제2 앰프(160), 제2 음질조절기(130), 제2 시간지연기(140), 제2 위상반전기(150)의 설정값을 변경함으로써, 서브우퍼 장치의 동작 모드를 무지향성 모드(omni mode), 카디오이드 모드(cardioid mode), 지향성 모드(directional mode) 중 어느 하나의 모드로 스위칭할 수 있다. 도 7의 (a)는 무지향성 모드(omni mode)시의 패턴을 나타내고, (b)는 카디오이드 모드(cardioid mode)시의 패턴을 나타내고, (c)는 지향성 모드(directional mode)시의 패턴을 나타낸다.
예를 들어, 제1 앰프(110)와 제2 앰프(160)에만 설정값을 부여하고, 나머지 제1 음질조절기(230), 제1 시간지연기(240), 제1 위상반전기(250), 제2 음질조절기(130), 제2 시간지연기(140), 제2 위상반전기(150)에는 특별한 설정값을 부여하지 않은 경우에는 서브 우퍼 장치로부터 출력되는 음향이 무지향성 모드의 패턴을 나타낼 수 있다.
또한, 예를 들어, 후면 드라이버(170)가 제2 시간지연기(140)를 통해 제2 감지부(180)에서 감지된 음향신호와 일치하도록 입력신호의 시간을 지연시키고, 후면 드라이버(170)가 제2 앰프(160)를 통해 제2 감지부(180)에서 감지된 음향신호의 크기와 일치하도록 입력신호의 크기를 증폭시키도록 제2 시간지연기(140)와 제2 앰프(160)의 설정값이 부여되면, 카디오이드 모드의 패턴을 나타낼 수 있다.
또한, 예를 들어, 음질조절기(130, 230), 시간지연기(140, 240), 위상반전기(150, 250), 앰프(110, 160)의 설정값을 다양하게 조절하여 전면 또는 후면으로부터 출력되는 음향의 지향성이나 강도를 조절함으로써 다양한 지향성 음향 패턴을 제공할 수도 있다.
이상 본 발명을 몇 가지 바람직한 실시예를 사용하여 설명하였으나, 이들 실시예는 예시적인 것이며 한정적인 것이 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 사상과 첨부된 특허청구범위에 제시된 권리범위에서 벗어나지 않으면서 다양한 변화와 수정을 가할 수 있음을 이해할 것이다.
10 인클로저 20 격막
110 제1 앰프 120 전면 드라이버
130 음질조절기 140 시간지연기
150 위상반전기 160 제2 앰프
170 후면 드라이버 180 감지부
210 전면 스피커 220 후면 스피커

Claims (5)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 전면에 배치되어 음향신호를 출력하기 위한 전면 스피커;
    상기 전면 스피커에서 음향신호가 출력되도록 구동하기 위한 전면 드라이버;
    상기 전면 스피커에서 음향신호가 출력되도록 구동하기 위한 후면 드라이버;
    상기 전면 스피커의 반대편인 후면에 배치되어 음향신호를 출력하기 위한 후면 스피커;
    상기 후면 스피커에서 음향신호가 출력되도록 구동하기 위한 후면 드라이버;
    상기 전면 스피커와 상기 후면 스피커의 외부를 포함하는 인클로저;
    상기 인클로저 내부에서 상기 전면 스피커에서 출력되는 음향신호와 상기 후면 스피커에서 출력되는 음향신호가 서로 간섭하지 않도록 하기 위해, 상기 전면 스피커와 상기 후면 스피커 사이에 설치되는 격막;
    상기 후면 스피커에서 출력되어 전면으로 전달되는 음향신호를 감지하기 위한 제1 감지부;
    입력신호의 음질을 상기 제1 감지부에서 감지된 음향신호의 음질과 동일하게 조절하기 위한 제1 음질 조절기;
    상기 제1 음질 조절기에서 나온 신호를 미리 정해진 시간만큼 지연시키기 위한 제1 시간지연기;
    상기 제1 시간지연기에서 나온 신호의 위상을 반전시키기 위한 제1 위상반전기;
    상기 제1 위상반전기에서 나온 신호를 증폭하여 상기 전면 드라이버에 전달하기 위한 제1 앰프;
    상기 전면 스피커에서 출력되어 후면으로 전달되는 음향신호를 감지하기 위한 제2 감지부;
    입력신호의 음질을 상기 제2 감지부에서 감지된 음향신호의 음질과 동일하게 조절하기 위한 제2 음질 조절기;
    상기 제2 음질 조절기에서 나온 신호를 미리 정해진 시간만큼 지연시키기 위한 제2 시간지연기;
    상기 제2 시간지연기에서 나온 신호의 위상을 반전시키기 위한 제2 위상반전기; 및
    상기 제2 위상반전기에서 나온 신호를 증폭하여 상기 후면 드라이버에 전달하기 위한 제2 앰프를 포함하며,
    상기 후면 드라이버가 상기 제2 시간지연기를 통해 상기 제2 감지부에서 감지된 음향신호와 일치하도록 입력신호의 시간을 지연시키고, 상기 제2 위상반전기를 통해 입력신호의 위상을 반전시키고, 상기 제2 앰프를 통해 상기 제2 감지부에서 감지된 음향신호의 크기와 일치하게 입력신호의 크기가 증폭되도록 상기 제2 앰프를 구동하면, 카디오이드 모드의 패턴을 나타내는 것을 특징으로 하는 서브 우퍼 장치.
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