KR102187488B1 - 음향의 종합적인 감지를 위한 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 음향의 종합적인 감지를 위한 장치, 바람직하게는 쿠션에 관한 것으로 진동 및 음향이 패딩(100) 내부에 둘러진 기계 장치로 생성된다. 상기 장치는 상기 패딩(100)으로 직접 기계적인 진동을 생성함으로써 상기 패딩의 외부 표면 상에서 듣거나 느낄 수 있는 음향을 방출한다. 상기 장치는 상기 패딩을 통해 공중 음향을 방출한다. 음향학적 및 기계적인 공명들을 방지하기 위해, 상기 패딩은 음향학적으로 더 밀도가 높고 손실적인 층(110) 및 음향학적으로 덜 밀도가 높고 다공성인 층(120)을 포함한다. 상기 장치는 적어도 하나의 보드(300)를 포함하고, 상기 보드의 진동은 적어도 하나의 진동하는 기계적인 엑츄에이터(400)을 이용하여 생성된다.

Description

음향의 종합적인 감지를 위한 장치{AN APPARATUS FOR COMPREHENSIVE PERCEPTION OF SOUND}
본 발명은 청각 및 촉각 모두를 이용해 음악 및 음향 컨텐츠를 청취하기 위한 장치에 관한 것이다. 본 발명의 해결책, 촉각 쿠션은 촉각적인 느낌과 함께, 헤드셋 청취와 비교할 만한 수준의 실감 청취 경험을 제공한다.
청취 외에도, 음향의 감지는 또한 촉각에 기초한다. 촉각은, 대체로 배후에서 작동하는 잠재적인 감각으로서, 몸의 상태에 대한 필수적인 정보(예. 통감(pain sensation))를 주고 또한 근육 작용을 지시한다(잡고 있는 물체를 잘 잡았을 때 피부 감각으로 알 수 있다). 청취할 때, 공기를 통해 귀로 들어오는 음향 또는 공중 음향에 주의를 기울인다. 하지만, 거의 항상 청취자 근방의, 예를 들어 의자, 의류 또는 피부에 바로 있는 기계적인 진동으로도 음향이 발생한다. 촉각적인 감각으로 느껴지는 이 음향, 구조에 의해 발생하는 음향(structure-borne sound)은 청취 경험을 더 친밀하고 강렬하게 만든다. 이 진동은 특히 낮은 주파수 음향들로 느껴진다. 또한 기저 주파수들(base frequencies)보다 다소 높은 음향들은 감지될 수 있다. 피부의 촉각은 통상 50 내지 300 헤르츠의 주파수 범위에서 가장 민감하고, 피부의 일부에서는 진동이 거의 1000 Hz까지 감지될 수 있다. 촉각을 통해 - 촉각적으로 - 또한 청각장애인들도 음향 정보, 예를 들어 음성을 감지할 수 있다.
현재 기술로 현존하는 음향 재생 시스템들에 있어서, 청취는 통상 장치에 가깝거나(헤드셋) 또는 거리가 좀 있는(확성기들) 것 중 하나에 의해 가능하다. 현재의 종래 기술은 귀 접촉을 통함과 동시에 조금 떨어진 거리에서의 청취를 위한 확성기들을 제공하지 않는다.
근접 청취를 위해 사용되는, 예를 들어 베개에 사용되는 작은 확성기들이 존재한다. 하지만, 공중 음향 방출에 기초하는 이러한 종류의 종래 기술 해법들에는 한계들이 있다: a) 음향이 확성기 요소들 바로 옆에서 가장 명확하고, b) 음향이 확성기 요소 위치들에 공간적으로 국소화되어 있고, c) 적절한 베이스(bass) 재현이 없다.
힘있는 낮은 주파수 확성기들(서브우퍼들) 또는 예를 들어 의자 또는 헤드셋에 있는 특정한 기계적인 진동자들이 청취 경험에 촉각적인 감각을 추가하는 데 사용될 수 있다는 것이 공지되어 있다.
따라서, 종래 기술 해법들에서는, 청취 경험을 보충하는 피부 감각이 통상적으로 청취 장치 그 자체와 별도인 해결책들에 의해 생성된다.
이하의 4개의 공개 문헌들은 종래 기술을 대표한다. 일본 공개 JP2004057261은 그 안에 확성기를 가지는 베개를 개시한다. 확성기 외에, 베개는 패딩을 더 포함한다. 확성기는 사용자가 베개에 머리를 누일 때 사용자의 목을 터치하는 부분들을 포함한다. 미국 특허 출원 US20130228392에는, 고분자 발포제(polymer foam)의 방수 층에 의해 둘러싸인 확성기가 있다. 방수가 되는 것 외에, 이러한 층은 음향을 발생시키는 진동들을 증진시킨다. 미국 특허 출원 US20120039057에는, 패딩이 압전 보드를 전기적으로 절연시킬 것이다. 독일 공개 DE 102011015747은 벽이 장착된 확성기를 위한 플레이트를 개시한다. 이 보드는 세라믹 물질의 발포제를 포함하고, 이 보드는 부분적으로 줄이 그어져 있다.
본 발명의 하나의 목적은 하나 또는 그 이상의 음원들이 쿠션 또는 다른 패딩된 제품 내에 배치되지만, 이 쿠션 또는 패딩된 제품이, 정상 사용시, 사용자에 직접 접촉될 때, 훌륭한 음향 재생 및 촉각적인 감각을 제공하는 데 있다. 다시 말하면, 음원, 또는 그 일부는 패딩을 통해 사용자를 간접적으로 터치한다 - 음원에 의해 생성되는 음향의 제1 부분은 공기를 통해 나오고, 다른 부분은 촉각을 통해 촉각적으로 경험되는 음향이다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 쿠션 또는 패팅은 고품질의 음향들을 위한 특정한 종류일 필요가 있으며, 따라서 특히 낮은 음향들은 고품질을 가지고, 사용자는 자신의 머리, 목 및/또는 신체의 다른 부분으로 쿠션의 진동을 느낀다. 이 출원에서, 패딩(padding)은 포장(wrapping)으로 지칭된다.
본 발명의 목적은 종래 기술의 음향 재생 시스템들에 존재하는 한계들 및 단점들을 피하는 데 있다: 다양한 상황들에서 음악을 청취하고, 또한 촉각적인 감각에 의한 실감나는 경험을 즐기는 것이 가능하다. 특히, 음원에 매우 근접하여, 직접적인 귀 접촉으로까지도, 좋은 청취 경험을 가지는 것이 가능하다. 이것이 본 발명이 힘있는 베이스 음향들을 사방으로 퍼트려 지장을 주지 않으면서 잘 균형잡힌 청취 경험을 가능하게 하는 이유이다. 또한, 청취가 주변으로부터의 어떠한 음향들도 받아들일 수 있게 남아 있다는 점도 유익하다.
종래 기술은 예를 들어 차량 또는 홈 시네마를 위해, 의자 요동 효과 진동자들 및 분리된 베이스 확성기들(서브우퍼들)을 제공한다. 본 발명의 장치는 작은 크기로, 진동 효과 및 베이스 재현 둘 다를 생성한다. 이에 촉각적인 감각을 더하는 것은 모든 사람들이 즐거워하고, 특별한 그룹들에게는 필수적인, 포옹받는 느낌을 수반한다. 촉각적인 감각을 통해 전달되는 낮은 음향들은 또한 마사지 같은 편안한 경험을 생성한다.
본 발명은 진동 장치(판) 및 그의 포장을 포함한다. 이들의 목적은 사용자가 표면 접촉을 통해 듣고 느낄 수 있게 효율적이고 균형있게 음향 및 진동을 전달하는 것이다.
보드는 음원, 바람직하게는 진동하게 만드는, 기계적인 엑츄에이터를 가진다. 엑츄에이터는 충분히 넓은 작동 주파수 범위를 가지는 어떠한 기계적인 진동자 또는 변형-생성 부분(deformation-generating part)일 수 있다. 보드는 충분히 견고해서, 근접 청취 동안, 음원을 확성기 요소 하나가 허용하는 것보다 큰 영역에서 들을 수 있도록 퍼트린다. 나아가, 보드가 기계적으로 적절히 감쇠되는 것이 유익하다(에너지 소실 또는 손실을 가지는 것). 보드에서의 기계적인 손실은 이하의 유익한 특성들을 가능하게 한다: a) 주파수 응답을 왜곡시키는 첨예한 공명들이 없고, b) 엑츄에이터에 의해 야기되는 진동은 정상파들(standing waves)을 구성하지 않고 공간 위상 차이들을 가지는 진행파들(propagating waves)을 구성한다.
패딩은
- 보드보다 더 넓어야 하며, 따라서 더 멀리 음향을 퍼트리고 근접 청취 동안 공간 감각을 더한다.
- 기계적으로 손실이 있어야 하며, 따라서 기계적인 손실들 또는 보드의 감쇠(damping)를 더한다.
- 음향학적으로 손실이 있어야 하며, 따라서 머리와 보드 사이의 음향학적 공명들이 감쇠된다.
- 표면에서 적절하게 유연하고 또한 적절하게 음향학적으로 투명해야 한다.
패딩의 이러한 바람직한 특성들은, 귀와 직접적인 표면 접촉에 있어서, 감지되는 음향 품질을 저하시킬 수 있는 기계적 또는 음향학적 공명들의 형성을 피하도록 도와준다. 나아가, 이러한 보드와 패딩의 바람직한 특성들은, 장치와 머리 사이의 진동 음향적인 임피던스의 조건을 달성하도록 도와주어, 이로써 촉각 쿠션으로부터 귀로 음향학적인 에너지 전달에 있어 좋은 전체 효율성을 가능하게 한다.
다음으로, 본 발명은 이하의 도면들을 참조하여 보다 상세하게 설명된다.
도 1은 본 발명에 따라 구조화된 촉각 쿠션이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예의 구현이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예의 구현이다.
도 4는 모노 음향 컨텐츠(monophonic sound content)를 듣고 있는, 사용시의 장치이다.
도 5는 스테레오 음향 컨텐츠를 듣고 있고 그 사용이다.
도 6은 유연한 구조를 가지는 실시예이다.
도 7은 물질, 메쉬(mesh) 또는 막(membrane)을 이용한 장치의 확장을 갖는 실시예이다.
본 발명의 몇몇의 바람직한 실시예들은 도 1 내지 도 7에 개시되어 있다. 개시된 실시예들은 예들로서 기능하고, 특정 실시예를 설명하는 내용이 다른 실시예를 언급할 때조차도, 이것은 보통 하나의 가능한 옵션으로 언급할 뿐이다. 다른 실시예들의 특성들은 조합될 수 있고 이로써 새로운 실시예들이 생성된다.
도 1은 둘러싸인 관성 질량 엑츄에이터에 기초한, 촉각 쿠션(1)의 일 실시예이다. 장치(200)는 엑츄에이터(400) 및 보드(300)로 구성된다. 엑츄에이터(400)는 유연하게 매달린 관성 질량체(410, mass)와 보드(300) 사이에 진동하는 힘을 생성하여, 보드(300)가 진동하도록 야기시킨다. 이 진동은 포장의 표면에서 느껴지고 들을 수 있는, 포장(100)에 직접 기계적인 진동 및 포장(100)을 관통해 공기를 거쳐 나오는 음향 모두를 야기시킴으로써 음향을 방출한다.
보드(300)의 진동은 2 가지 방법으로 기계적인 에너지를 방출한다. 첫번째로, 이것은 포장(100)이 진동하도록 만들어, 진동 에너지를 포장의 표면으로 안내한다. 두번째로, 이것은 포장(100)을 관통해 공기를 거쳐 나오는 음향을 방출한다. 메카니즘들 각각은 함께 작동하여 표면 상에 진동으로 귀결되며, 공기를 관통해 나오는 음향 및 촉각에 의해 느껴지고, 귀로 들을 수 있다. 그러므로, 진동 에너지는 청취자에게 구조적으로 발생하는 음향 및 공중 음향의 균형잡힌 조합으로서 전달된다.
엑츄에이터(400)를 구현하는 한 방법은 보드(300)에 기계적으로 부착되는 원추를 가지는 확성기 요소를 사용하여, 확성기 요소의 나머지 질량체가 관성 질량체(410)로서 기능하도록 야기시킨다. 보드(300)는 또한 외부의 진동하는 힘이 보드(300)에 기계적으로 안내되는 해법들, 및 보드(300)에 내부의 기계적인 변형들을 생성하는 해법들을 포함하는, 다른 종류의 엑츄에이터들로 진동하도록 만들어질 수 있다.
엑츄에이터(400)로부터 보드의 모서리를 향해 전진하고 또한 부분적으로 다시 모서리로부터 반사되는, 보드(300) 상에 형성되는 굴곡파 필드가 있다. 이 반사들은 감지되는 음향학적 및 촉각적인 주파수 응답에 부정적으로 영향을 미칠 수 있는 첨예한 기계적인 공명들을 야기시킬 수 있다. 반사들은 주파수 밴드 20 - 1000 Hz 내에 있는 주파수 응답에 뚜렷한 공명 피크들을 야기시킬 수 있다. 이러한 원하지 않는 공명들을 피하기 위해, 장치(200) 및 포장(100)이 손실적인 특성들을 포함하는 것이 유용하다.
기계적인 손실들은, 예를 들어 다른 구조들에 의해, 또는 보드(300)를 위한 손실적인 물질 선택들로 직접 야기될 수 있다. 구조들은 보드(300)에 있어서 국소적인 경도(stiffness) 및 감쇠 집중물들(damping concentrations)이거나, 에너지를 소실시키는 합성 부분들, 예를 들어 최저의 진동 모드들이 변형을 가지는 부분들일 수 있다. 예를 들어, 엑츄에이터(400)와 보드(300) 사이의 접촉에 있어서의 변형은 국소적인 감쇠 배치로서 사용될 수 있다.
손실적인 구조(lossy structure)의 한 종류는 보드(300)에 부착되는 포장(100)의 손실적인 감쇠 특성들을 이용하는 것이다. 이 포장은 천연 섬유들, 합성 섬유들 또는 둘 다를 포함할 수 있다. 이 포장은 예를 들어, 면, 비스코스 또는 발포 플라스틱을 포함할 수 있다.
포장(100)은 2 또는 그 이상의 음향학적으로 다른 층들로 구성될 수 있다. 하나의 바람직한 실시예는 외부 층(120)에 비해 더 높은 흐름 저항을 가지고 음향학적으로 더 밀도가 높고 더 손실적이며 더 무거운 내부 층(110), 및 내부 층(110)에 비해 더 낮은 흐름 저항을 가지고 음향학적으로 밀도가 더 낮고 더 다공성이며 공중 음향을 잘 전달하는 외부 층(120)을 이용한다. 층진 구조(layered structure)는 또한 서로 다른 흐름 저항들 및 밀도들을 가지고, 다공성의 물질들의 점진적인 분포일 수 있다. 바람직한 배치는 임피던스 일치(impedance matching)를 제공하는데, 보드(300)의 (복합) 방출 임피던스(radiation impedance)는 패딩(100) 내부에서 점진적으로 변하면서 자유장(free field)에서의 공기의 특징적인 음향학적인 임피던스인 400 Pa s/m의 값으로 근접한다. 높은 흐름 저항을 가지는 밀도가 높고 다공성인 층들의 예들은 밀도가 높은 발포 플라스틱 또는 부직포이다. 음향을 잘 전달하고 낮은 흐름 저항을 가지는 층들의 예들은 목화솜(cotton wool), 울(wool) 또는 경량의 직물이다.
도 2는 장치의 일 실시예를 개시한다. 장치(200)는 음향학적으로 개방된 엑츄에이터(420) 및 손실을 추가하기 위해 그 사이에 탄성 층(330)을 가지는 2 개의 층 보드(310 및 320)로 구성되는 손실적인 구조(350)로 구성된다. 이 탄성 층은 예를 들어, 양면 테이프, 접착된 막 또는 점성탄력적인 접착제일 수 있다. 보드는, 예를 들어 목재, 플라스틱 또는 금속으로 구성된다. 이 탄성 층은 같은 물질인 2 개의 보드들 또는 다른 물질들로 만들어진 2개의 보드들에 서로 부착될 수 있다. 아크릴판, 금속 합판(metallic laminates) 또는 합판(plywood)은 이용가능한 보드 물질들의 예들이다. 보드들(310 및 320)은 평면 또는 곡면들을 포함하는, 어떠한 형태일 수 있고, 또한 주름진 측면 및/또는 불균등 경도 특성들(non-isotropic stiffness properties)을 가질 수 있다.
도 1에 개시되어 있는 둘러싸인 엑츄에이터(400)에 대한 대체안으로서, 도 2에 개시된 음향적으로 개방된 엑츄에이터(420)가 사용될 수 있다. 그때 엑츄에이터의 관성 질량체(410)의 움직임 또한 공기를 통해 더 많은 음향을 국소적으로 방출한다. 비록 포장이 공기를 통과하는 직접적인 음향을 소거시키지만, 이 실시예에서는 포장이 또한 활용될 수 있고 촉각 쿠션의 다른 면을 더 확성기와 유사하도록 만들어줘 더 멀리서 더 잘 들리게 하는 측면이 있다.
도 3은 장치(200)의 다른 실시예를 개시하는데, 여기서 손실적인 구조(350)는 하나의 타공판(perforated board)을 포함한다. 천공(perforation, 340)은 이하의 유용한 특성들을 야기시킨다:
- 포장의 음향학적인 손실들과 함께 이들은 구조에 유용한 감쇠를 가져오고
- 이들은 음향학적인 단락 회로와 함께 보드의 중간에서 더 힘있는 음향 발산을 소거하기 때문에, 이들은 특히 근접 청취시, 엑츄에이터(410) 근처 음향의 첨예한 국소화(sharp localization)를 감소시킨다.
보드 상의 작은 천공들(바람직한 구멍의 지름은 4 mm 이하임)은 공기의 점성으로 인해, 또한 패딩(100)의 흐름 저항으로 인해 감쇠를 야기시킨다. 이보다 큰 천공들 또한 사용될 수 있다. 필요하다면, 더 큰 구멍들이 주파수 응답 및 음향 국소화를 조절하는 방법을 제공한다. 천공들은 보드(300) 안에서 또는 관성 질량체(410) 안에서 또는 둘 다의 안에서 사용될 수 있다. 천공의 하나의 사용법은 미세-천공(micro-perforation)으로, 다공성 물질 행동에 근접하는 매우 작은 구멍들을 이용한다.
소프트 패딩 내 천공의 다른 사용법은 압축(compression)으로 인한 물질의 적응적인 행동을 허용하는 것이다: 예를 들어, 사용자의 머리가 촉각 베개에 놓일 때, 패딩의 압축은 천공의 일부가 부분적으로 폐쇄되는 것을 야기시킨다. 나아가, 천공은 그렇지 않다면 빽빽하고 밀도가 높은 포장 물질들에 음향학적인 투명성을 부가(흐름 저항을 감소)하기 위해 사용될 수 있다.
나아가, 천공의 또 다른 사용법은 연장된 길이 차원을 가지는, 장치를 관통하는 구멍들 또는 파이프들일 수 있다. 예를 들어, 10 내지 40 mm 범위의 길이를 가지는 구멍들은 음향학적인 또는 촉각적인 주파수 응답의 진폭 및/또는 위상 조절을 위한 파이프 공명기들(헬름홀츠 공명기들)로서 작동한다.
작은 구멍들을 이용하는 천공을 이용하는 것에 더하여, 천공 요소들은 (바이올린 음향판 상의 f자형 구멍들과 같이) 복잡한 형태를 가질 수 있다. 이 천공 배치는 예를 들어 기계적인 진동 모드 형태들을 조정하기 위해, 또는 보드로부터 음향 방출의 공간적인 특성들을 조정하기 위해 사용될 수 있다.
도 4는 촉각 쿠션을 위한 하나의 사용법을 개시하는데, 이때 청취자의 머리(5)가 쿠션(1)에 놓여 있고 포장의 표면의 진동을 느낀다. 귀는 유연하고 숨을 쉴 수 있는 (낮은 흐름 저항을 가지는) 패딩(120) 상에 놓이기 때문에, 음향 품질은 좋고, 귀를 위해서는 자유장에서 음향을 감지하기 위해 근접되어 있는 상황이다. 또한, 감지된 음향은 엑츄에이터에 국소화되어 있지 않지만, 보드의 다른 부분들에서 공평하게 들릴 수 있고 느껴질 수 있다. 이러한 결합된 측면들은 자연스럽게 느끼는 경험을 가능하게 한다.
도 4에 개시된 사용법은 또한 감지된 음향의 품질을 실제로 잃지 않으면서 다른 귀 또는 양쪽 귀들이 쿠션(1)의 표면에 접촉되도록 할 수 있다.
도 5의 실시예에 있어서 동일한 보드(300)는 결합된 적어도 2개의 엑츄에이터들(400)을 가지는데, 이것은 스테레오 또는 멀티채널 음향 컨텐츠를 가지는 공간의 느낌 형성을 가능하게 한다.
도 6의 실시예는 엑츄에이터들 각각을 위한 그 자체의 보드(300 및 301)를 이용하고, 이것은 예를 들어 머리 받침에 구부러지는 것을 가능하게 만든다.
도 7의 실시예에서 보드들(300 및 301)은 매다는 부분들(suspension parts, 370)로부터 지지 요소로 사용될 수 있고 보드의 음향학적 영역을 확장시키는, 더 큰 직물, 메쉬 또는 막(360)에 부착되어 있다.

Claims (9)

  1. 음향의 종합적인 감지를 위한 장치로서, 진동 및 음향이 패딩(100) 내부에 배치되는 기계 장치(200)로 생성되고,
    (a) 상기 기계 장치(200)는 상기 패딩(100)으로 직접 기계적인 진동을 생성함으로써 상기 패딩의 외부 표면 상에서 듣거나 느낄 수 있는 음향을 방출하고, 또한
    (b) 상기 기계 장치(200)는 상기 패딩(100)을 통해 공중 음향을 방출하고,
    (c) 상기 기계 장치(200)는 적어도 하나의 보드(300)를 포함하고, 상기 보드(300)의 진동은 적어도 하나의 진동하는 기계적인 엑츄에이터(400)를 이용하여 생성되며,
    상기 기계 장치(200)는 상기 패딩(100) 내부에 포장되며, 상기 패딩(100)은 내부층(110) 및 외부층(120)을 포함하는 음향학적으로 다른 둘 이상의 층들로 구성되되, 상기 내부층(110)은 음향학적 및 기계적인 공명들을 방지하기 위해, 상기 외부층(120)에 비해 더 높은 흐름 저항을 가지며 음향학적으로 더 밀도가 높고 더 손실적이며, 상기 외부층(120)은 상기 내부층(110)에 비해 더 낮은 흐름 저항을 가지며 음향학적으로 밀도가 더 낮고 더 다공성인 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 보드(300)는 주파수 범위 200 Hz 내지 1000 Hz에서 음향학적 및 촉각적인 주파수 응답을 조절하기 위한 손실적인 구조(350)를 포함하는, 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 손실적인 구조(350)는 탄성적으로 서로 부착되어 있는, 적어도 2개의 플레이트들을 포함하는, 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 손실적인 구조(350)는 적어도 하나의 타공판을 포함하는, 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 장치는 타공 관성 질량체(410), 타공 커버(420) 중 적어도 하나를 가지는 엑츄에이터(400)를 포함하는, 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 보드(300)는 5 mm와 100 mm 사이의 길이를 가지고 또한 공명기들로서 작용하는 구멍들 또는 공동들을 포함하는, 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 기계 장치(200) 내 상기 보드(300)의 능동적인 기능 영역은 모서리들까지 연장되는, 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 엑츄에이터는 상기 기계 장치(200)의 상기 보드(300)에 기계적으로 연결되는 확성기 원추 요소를 이용해 구현되는, 장치.
  9. 음원을 제1항에 따른 장치에 연결함으로써 녹음되거나 또는 합성된 음향 신호를 촉각 및 청각 감각들을 통해 감지되는 종합적인 방식으로 변환하는 청취 경험을 제공하는 방법.
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