KR101945630B1 - 잡음제거용 스피커 박스. - Google Patents

Abstract

본 발명은 잡음제거용 스피커 박스에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로 설명하면 스피커 박스 내측에 구조체를 삽입하여 도달면에 도달하는 시간을 동일하게 혹은 의도한 목적에 맞게 맞춰준 상태에서 잡음 처리를 실시하여 향상된 성능의 잡음처리 능력과 효율을 가지도록 한 것이다.

Description

잡음제거용 스피커 박스.{A speaker box for noise cancellation}

본 발명은 잡음제거용 스피커 박스에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로 설명하면 스피커 박스 내측에 구조체를 삽입하여 음이 도착지점에 도달하는 시간을 동일하게 혹은 의도된 목적에 맞게 조절한 상태에서 잡음을 처리하여 보다 더 향상된 성능의 잡음처리 능력과 효율을 가지도록 한 것이다.

일반적으로 잡음 제거(ANC: Adaptive Noise Cancellation)는 "반위상(antiphase)" 또는 " 반잡음(anti-noise)" 파형이라고도 불리는 잡음파의 역 상태인 파형(예컨대 동일 레벨 및 역 위상을 가짐)을 생성하여 출력함으로써 파동의 간섭원리에 의해 음향 잡음을 감소시키는 기술이다.

이러한 잡음 제거 방법(이하, ANC수단이라고 함)은 일반적으로 하나 이상의 마이크로폰을 사용하여 외부 잡음신호를 포착하고, 이 잡음신호를 기본으로 하여 반잡음 파형의 제어신호를 생성하고, 이를 믹싱하게 되면 반잡음 파형의 제어신호가 원래의 음향신호 속에 포함되어 있는 잡음신호에 간섭하여 상쇄되면서 사용자의 귀에는 잡음이 제거된 깨끗한 음향신호만 들리게 하는 것이다.

그리고 이러한 ANC 수단은, 도 2에 도시된 바와 같이 환경 잡음을 나타내는 잡음신호(D)를 수신하기 위한 하나 이상의 마이크로폰과, 상기 잡음신호(D)와 반잡음 파형의 제어신호(Y)를 믹싱(D - Y = E)하여 잡음을 제거하고 이의 에러값(E)을 피드백시키는 믹서와, 상기 반잡음 파형의 제어신호(Y)를 생성하기 위한 ANC필터를 포함하여 이루어지는 것이다.

그러나 이러한 ANC 수단에 의해 제어신호가 스피커를 통해 출력되었을 때에는, 그 음이 방사형으로 퍼지면서 외곽지점의 측음하는 위치에 따라 그 위상과 크기가 서로 달라지게 된다.

즉, 도 3에 도시된 바와 같이, "P-A"점을 기준으로 보면, 각도 θ에 따라 "P-B"와 "P-C"의 도달거리가 서로 달라지게 된다. 따라서 P지점에서 음이 송출될 때, A지점과 B지점과 C지점은 A지점을 기준으로 보면 그 위상과 크기가 서로 다르게 나타난다. 더불어 스피커로부터 d 만큼 떨어진 지점의 A'지점과 B'지점과 C'지점 역시 A'지점을 기준으로 보면 그 위상과 크기가 서로 다르게 나타난다. 참고로 음파는 1초에 340m를 이동하게 되는데, 도달거리의 차이만큼 A, B, C지점의 도달시간도 서로 달라지고, 거리에 반비례하여 그 크기도 달라지게 된다. 또한, 음파는 주파수 성분에 따라 일정한 주기를 갖고, 주기 시간은 위상과 직접 연관되어 있다.

따라서, 도 4에 도시된 바와 같이, A지점을 기준으로 B지점의 지연이 0.001초 발생하였다면 A지점보다 B지점이 34Cm 더 길다는 의미이고, 위상지연이 발생한다는 것을 의미하는 것이다.

따라서 ANC수단이 잡음신호(D)와 반잡음 파형의 제어신호(Y)를 믹싱하게 되면 위상차로 인해 잡음이 0이 되는 것(완전히 잡음이 완전히 제거되는 것)이 아니라 일정량 이상의 에러값(E)이 발생하게 되고, 특히 이러한 에러값(E)이 위상차에 의해 계속해서 발생할 수밖에 없다는 것이다.

KR 20-2000-0011558 U KR 10-0199881 B1 KR 10-0427614 B1 KR 10-0786645 B1

따라서 본 발명은 위상차로 인해 발생하는 에러값(E)을 최소화하여 보다 더 향상된 성능의 잡음처리 능력과 효율을 가지도록 하기 위한 것이다.

이를 위해 본 발명은 음이 송출되는 통로 내측에 구조체를 삽입하여 각 지점에 도달하는 음파의 위상과 시간을 최대한 동일하게 혹은 의도한 목적에 맞게 맞춰줌으로써, 향상된 성능의 잡음처리 능력과 효율성을 가지도록 한 것이다.

즉, 본 발명은 전면이 개구부가 형성되어 있고, 상기 개구부 안쪽으로 음이 송출되는 통로가 형성되어 있는 함체를 구비한 상태에서,

상기 함체의 통로 안쪽으로 스피커 본체를 내입시켜 고정 설치하고,

상기 통로 안쪽에 설치된 스피커 본체와 개구부 사이의 공간에는 만곡면 혹은 경사면에 의해 개구부 밖으로 출력되는 음을 지연시키는 구조체를 설치하여,

상기 스피커 본체가 음을 출력하였을 때 구조체에 의해 송출되는 음이 지연되면서 개구부 밖으로 최대한 동일한 시간대에 혹은 의도된 시간대에 맞춰 출력되게 하여, ANC수단에 의해 소음 제거할 때 위상차에 따른 에러값을 최소화하여 향상된 성능의 잡음처리 능력과 효율성을 가지도록 한 것이다.

본 발명은 구조체에 의해 각 지점에 도착하는 음의 도달시간을 의도한 목적에 맞춰준 상태에서 잡음신호에 대응하는 반잡음 파형의 제어신호를 출력함으로써 감소된 제어량과 에러값에 의해 보다 더 향상된 성능의 잡음처리 능력과 효율성을 가지게 되었다.

도 1은 종래 잡음신호와 제어신호를 보여주는 그래프.
도 2는 종래 ANC수단의 구성을 보여주는 블럭도.
도 3은 종래 스피커 구조를 보여는 예시도.
도 4는 도 3의 A와 B지점에서 측음된 결과를 보여주는 그래프
도 5 내지 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 스피커 구조의 개념 및 작동상태와 구조를 보여주는 개념도
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 스피커 구조의 구성을 보여주는 블럭도.

이하, 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용은 첨부된 도면을 참고하여 자세히 설명하기로 한다.

먼저, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 스피커 구조를 개략적으로 보여주는 것으로, 이를 참고하여 설명하면,

본 발명은 전면이 개구부(11)가 형성되어 있고, 상기 개구부(11) 안쪽으로 음이 송출되는 통로(12)를 구비하고 있는 함체(10)를 형성한 상태에서,

상기 함체(10)의 통로(12) 안쪽으로 스피커 본체(20)를 내입시켜 고정 설치하고,

상기 통로(12) 안쪽에 설치된 스피커 본체(20)와 개구부(11) 사이의 공간에는 개구부(11) 밖으로 출력되는 음이 지연되게 하는 구조체(30)를 설치하여,

상기 스피커 본체(20)가 동작하였을 때 구조체(이하, 구조물이라고도 함)에 의해 각 지점으로 송출되는 음이 최대한 동일한 시간대에 개구부(11) 밖으로 출력되게 함으로써,

소음 제거시 위상차로 인해 발생하는 에러값을 최소화하여 향상된 성능의 잡음처리 능력과 효율성을 가지도록 한 것이다.

이때의 구조체(30)는 다양한 형태로 이루어져 만곡면 또는 경사면을 따라 개구부 밖으로 출력되는 음의 속도를 지연시켜 최대한 동일한 시간대에 혹은 의도된 시간대에 음이 도착하게 한다. 이때의 도착지점은 개구부이거나 혹은 상기 개구부로부터 d 만큼 떨어진 지점일 수도 있다. 더불어 지연시간은 도착지점의 A, B, C, D, E 영역에 도달하는 각 음의 전체 평균시간을 기준으로 딜레이되게 하거나 혹은 가장 늦게 도달하는 B와 C영역의 시간대에 맞춰 지연되게 한다.

그리고 이러한 구조체(30)는 최대한 충돌없이 개구부 쪽으로 출력되게 하고, 실시 예에 따라는 함체의 형상이나 통로의 구조에 맞춰 다각형으로 이루어질 수도 있다.

또한, 상기 함체(10)는 내측에 스피커 본체(20)에서 개구부(11)까지 길게 구조체(30)를 수용할 수 있는 통로(12)를 형성하고 있으며, 상기 통로(12)는 음이 출력될 때 최대한 하울링이 발생하지 않도록 구성한다.

이때의 함체(10)는 실시 예에 따라 일측과 타측에 각각의 개구부를 형성하고, 상기 개구부 내측에 각각의 구조체를 설치하여 양방향으로 스피커 음을 출력할 수 있게 구성할 수도 있는 것이다.

더불어 상기 함체(10)는 실시 예에 따라서 구조체의 만곡면 혹은 경사면에 대응하여 동일하게 만곡되거나 경사진 벽면을 형성하여 스피커 본체에서부터 개구부까지 동일한 이동거리를 만들어줌으로써 의도된 시간지연과 의도된 위상으로 개구부 밖으로 음이 출력되게 할 수도 있는 것이다.

참고로 소음을 제거하기 위한 컨트롤러(50)의 ANC 수단은, 반잡음 파형의 제어신호를 생성하여 원래의 음향신호 속에 포함되어 있는 잡음신호에 간섭하여 상쇄되게 함으로써, 청취자의 귀에는 깨끗한 음향신호가 들리게 하는 것이다.

이때의 ANC 수단은 잡음신호와 반잡음 파형의 제어신호를 믹싱하여 잡음을 제거하기 위한 믹서와, 상기 잡음신호에 대응하는 반잡음 파형의 제어신호(Y)를 생성하는 ANC필터를 포함하여 이루어지고, 상기 믹서는 잡음신호와 반잡음 파형의 제어신호를 믹싱하여 출력할 때 발생하는 에러값을 ANC필터로 피드백시켜 준다. 이때의 상기 에러값은 최대한 동일한 시간대에 혹은 의도된 시간대에 음이 개구부 밖으로 출력되면서 위상차에 따른 에러값이 최소화되어 향상된 성능의 잡음처리 능력과 효율성을 가지면서 보다 더 깨끗한 원음을 서비스할 수 있게 되는 것이다.

또한, 도 6은 본 발명의 제2실시 예에 따른 스피커 구조를 보여주는 것으로써,

이때의 구조체(30)는 구동부에 의해 위치 및 모양이 가변하는 것일 수도 있다. 즉, 상기 구조체는 팽창되거나 축소되면서 다양한 형태로 가변하는 벌룬(Balloon)이나 볼(Ball)로 이루어질 수도 있는 것이다.

따라서 함체(10)의 통로 안쪽에 구조체를 설치하고, 이의 구조체 내측으로 유체를 주입하거나 유출시켜 통로 내측에 위치한 구조체가 차지하는 면적이 확장되거나 혹은 축소되게 함으로써 개구부 밖으로 출력되는 음의 위치별 지연시간을 조정할 수 있게 구성할 수도 있는 것이다.

또한, 도 7은 본 발명의 제3실시 예에 따른 스피커 구조를 보여주는 것으로써,

이때의 구조체(30)는 통로 내측에 고정설치되어 있을 수도 있지만, 실시 예에 따라서는 구동부에 의해 구조체가 상/하/좌/우/전/후 방향으로 움직이면서 개구부 밖으로 출력되는 음의 지연시간을 조정할 수 있게 구성한 것이다.

참고로 상기 구동부(40)는 전후방향으로 설치된 가이드 레일과 상하방향 혹은 좌우방향으로 설치된 한 쌍의 이동축(41)에 의해 구조체(30)의 위치를 조정할 수 있으며,

실시 예에 따라서는 원형의 조임링 내측에 이동축을 설치하고 이에 대응하는 함체의 벽면에 나사산을 형성하여, 상기 조임링의 정방향 회전 혹은 역방향 회전에 의해 전진 혹은 후진 이동되게 하는 한편 상기 조임링에 설치된 이동축에 의해 상하 혹은 좌우방향으로 미세하게 위치 조정되게 구성할 수도 있는 것이다. 참고로 이러한 구동부의 구성은 함체의 고조 및 구조체의 형상에 따라 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.

또한, 도 8은 본 발명은 실시 예에 따른 스피커의 전체 구성을 간략하게 보여주는 블럭도이다.

이를 참고하여 설명하면, 본 발명의 스피커 박스(1)는 잡음을 측정하기 위한 하나 이상의 검출기(60)가 설치되고,

상기 검출기는 잡음 제거하기 위한 ANC 수단을 포함하고 있는 컨트롤러(50)와 연결되고,

상기 컨트롤러는 스피커 본체와 연결하는 한편 상기 검출된 잡음 레벨에 따라 지연시간을 조정하기 위한 구동부(40)와 연결되고,

상기 구동부는 함체의 통로 내측에 설치된 구조체(30)와 연결되어 측정된 잡음신호를 기반으로 구조체의 모양 및 위치를 조정하여 주는 것이다.

참고로, 검출기(60)는 잡음신호를 측정하기 위한 마이크로폰이고, 개구부의 A, B, C, D, E 영역 별로 잡음신호를 측정할 수 있도록 복수 개로 이루어질 수도 있는 것이다.

또한, 컨트롤러(50)는 ANC 수단을 포함하여 이루어져, 검출기를 통해 인가된 잡음신호에 대응하는 반잡음 파형의 제어신호를 생성하여 원음 속에 포함되어 있는 잡음신호를 제거하도록 한다. 더불어 상기 컨트롤러는 실시 예에 따라 구조체와 연결되어 버튼조작에 따라 구조체의 위치가 상/하/좌/우/전/후 방향으로 움직이도록 지시하거나, 혹은 내장된 메모리에 잡음신호의 세기 및 위상에 따라 구조체의 위치값을 데이터베이스화하여 상기 검출기를 통해 측정된 잡음신호에 따라 구조체의 위치를 특정 지점으로 움직이도록 컨트롤할 수도 있는 것이다.

또한, 구동부(40)는 구조체의 위치를 전/후/좌/우/상/하 방향으로 움직여주기 위 한 것으로, 대표적으로 모터 구동에 의해 구조체를 움직여주는 드라이버이며, 한정하지 않고 다양하게 실시될 수 있다.

또한, 상기 스피커 본체(20)는 프레임 안쪽으로 자성체 및 코일이 권취되어 진동판의 움직임에 의해 음이 출력되는 것으로, 실시 예에 따라 다양하게 변형하여 실시할 수 있는 것이다.

따라서 본 발명은 구조체에 의해 개구부의 각 지점에 도착하는 음의 도달시간을 동일하게 맞춰준 상태에서 잡음신호에 대응하는 반잡음 파형의 제어신호를 출력함으로써, 감소된 제어량과 에러값에 의해 향상된 성능의 잡음처리 능력과 효율성을 가지게 되는 것이다. 그리고 이러한 스피커(1)에 의해 사용자에게 보다 더 깨끗한 음을 들려줄 수 있게 되는 것이다.

1:스피커 박스 10:함체
11:개구부 12:통로
20:스피커본체 30:구조체
40:구동부 41:이동축
50:컨트롤러 60:검출기

Claims (4)

1. 전면이 개구부가 형성되어 있고, 상기 개구부 안쪽으로 음이 송출되는 통로가 형성되어 있는 함체를 구비한 상태에서,
   상기 함체의 통로 안쪽으로 스피커 본체를 내입시켜 고정 설치하고,
   상기 통로 안쪽에 설치된 스피커 본체와 개구부 사이의 공간에는 개구부 밖으로 출력되는 음을 지연시키는 구조체를 설치하여,
   상기 스피커 본체가 음을 출력하였을 때 구조체에 의해 송출되는 음이 지연되면서 개구부 밖으로 동일한 시간대에 출력되게 하여, ANC수단에 의해 소음 제거할 때 위상차에 따른 에러값을 최소화하여 향상된 성능의 잡음처리 능력과 효율성을 가지도록 한 것을 특징으로 하는 잡음제거용 스피커 박스.
2. 제1항에 있어서,
   상기 구조체는 음의 지연을 제어하기 위하여 구동부에 의해 그 부피가 팽창하거나 축소하면서 개구부 밖으로 출력되는 음의 지연시간을 조정하는 것임을 특징으로 하는 잡음제거용 스피커 박스.
3. 제1항에 있어서,
   상기 함체의 외벽은, 구조체에 대응하여 동일한 각도로 경사지게 형성되거나 만곡되어져, 개구부 밖으로 의도된 시간대에 음이 출력되게 한 것을 특징으로 하는잡음제거용 스피커 박스.
4. 제1항에 있어서,
   상기 구조체는 검출기를 통해 검출된 신호를 기반으로 컨트롤러의 지시에 따라 구조체의 위치 또는 형상을 가변시켜 주는 구동부를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 잡음제거용 스피커 박스.

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