KR102214788B1 - Beam forming member for controlling transmission direction of sound wave and sound wave control system of using the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 음파의 송출 방향을 제어하는 것에 관한 것이다. 상세하게는, 음파 송출 방향 제어를 위한 빔 형성 부재 및 이를 이용한 음파 제어 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to controlling the transmission direction of sound waves. In detail, it relates to a beam forming member for controlling a sound wave transmission direction and a sound wave control system using the same.
일반적으로 음향 장치 등의 음파 소스로부터 발생한 음파는 무지향성을 가지고 360도 방향으로 고르게 퍼져 나간다. 따라서 음파 소스로부터 거리가 멀어질수록 음파의 크기가 급격하게 저하되며 원거리에 위치한 음파 수신자, 예컨대 청취자나 마이크로폰 등의 수신자에게 원하는 크기의 소리를 전달하기 곤란한 문제가 있다.In general, sound waves generated from a sound wave source such as an acoustic device have omnidirectionality and spread evenly in a 360-degree direction. Accordingly, as the distance from the sound wave source increases, the size of the sound wave rapidly decreases, and there is a problem in that it is difficult to deliver the sound of a desired size to a remote sound wave receiver, for example, a listener or a receiver such as a microphone.
원거리에 위치한 수신자에게 충분한 크기의 음파를 전달하기 위해서는 음파 소스로부터 발생하는 음파의 크기를 더 세게 하는 방법이 고려될 수 있다. 그러나 음파 소스에서 음파의 크기를 증가시키는 것에는 한계가 있고 비용 증가를 유발할 뿐 아니라, 음파가 모든 방향으로 고르게 퍼지기 때문에 원하는 수신자가 아닌 다른 수신자에게도 음파가 전달되는 문제가 있다. 그리고 의도된 수신자가 아닌 자 입장에서는 음파가 소음으로 받아들여지게 된다.In order to deliver a sound wave having a sufficient size to a receiver located at a distance, a method of increasing the size of the sound wave generated from the sound wave source may be considered. However, increasing the size of the sound wave in the sound wave source is limited and causes cost increase, and since the sound wave is spread evenly in all directions, there is a problem in that the sound wave is transmitted to a recipient other than the intended recipient. And from the perspective of the person who is not the intended recipient, sound waves are accepted as noise.
이러한 이유로 특정 방향으로 음파를 집중적으로 송출하는 기술에 대한 연구가 개발 중이다.For this reason, research on a technology for intensively transmitting sound waves in a specific direction is being developed.
종래의 음파의 송출 방향을 제어, 즉 음파에 지향성을 부여하기 위한 방법으로 음파 소스 앞에 호온(horn)을 배치하거나 호온 형상으로 구현하여 음파의 송출 방향을 집중시키는 방법을 들 수 있다(특허문헌 1). 호온은 대략 깔대기 모양을 가지고 음파가 호온의 내벽에서 반사되는 특성을 이용함으로써 음파에 대략적인 지향성을 부여할 수 있다. 호온이 적용된 예로는 확성기 등을 들 수 있다. 그러나 호온을 이용할 경우 지향도가 그리 높지 않고, 특히 음파의 손실률이 크기 때문에 더 효율적으로 음파를 전달하고자 하는 기술분야에서 한계가 있는 것으로 받아들여지고 있다.As a method of controlling the transmission direction of the conventional sound wave, that is, to give directivity to the sound wave, a method of concentrating the transmission direction of the sound wave by placing a horn in front of the sound wave source or implementing it in a shape of a horn may be mentioned (Patent Document 1 ). The horn has an approximately funnel shape, and by using the characteristic that sound waves are reflected from the inner wall of the horn, it is possible to give approximate directivity to sound waves. Examples of the horn applied include a loudspeaker. However, it is accepted that there is a limit in the field of technology to transmit sound waves more efficiently because the directivity is not very high when the horn is used, and the loss rate of sound waves is particularly large.
그 외에도 복수 개의 음파 소스를 이용해서 음파의 보강 및 상쇄를 응용한 방법이 있으나, 이는 엄밀한 의미에서 음파에 지향성을 부여하는 것으로 보기 어렵고 음파 제어 시스템이 대형화되어 비효율적이라는 문제가 있다. 또한 비정형 상황에서, 즉 필요에 따라 원하는 방향으로 음파를 집중적으로 송출할 수 없고 미리 설계된 상황 하에서만 제어 가능한 한계가 있다.In addition, there is a method of applying reinforcement and cancellation of sound waves using a plurality of sound wave sources, but this is difficult to see as giving directivity to sound waves in a strict sense, and there is a problem that the sound wave control system is enlarged and thus inefficient. In addition, in an atypical situation, that is, it is not possible to intensively transmit sound waves in a desired direction as needed, and there is a limit that can be controlled only under a predesigned situation.
이에 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 음파 소스로부터 발생한 음파를 원하는 방향으로 집중적으로 송출할 수 있는 음파 송출 방향 제어를 위한 빔 형성 부재를 제공하는 것이다.Accordingly, an object to be solved by the present invention is to provide a beam forming member for controlling a sound wave transmission direction capable of intensively transmitting sound waves generated from a sound wave source in a desired direction.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 음파에 지향성을 부여하여 음파 송출 방향을 제어 가능한 음파 제어 시스템을 제공하는 것이다.Another problem to be solved by the present invention is to provide a sound wave control system capable of controlling a sound wave transmission direction by giving directivity to sound waves.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 음파 소스로부터 발생한 음파를 원하는 방향으로 제어하는 방법을 제공하는 것이다.Another problem to be solved by the present invention is to provide a method of controlling a sound wave generated from a sound wave source in a desired direction.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems of the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems that are not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 음파 빔 형성 부재는 복수의 홈이 규칙적으로 배열된 플레이트를 포함하는 음파 빔 형성 부재로서, 상기 복수의 홈 중 적어도 일부는 상이한 깊이를 가지고, 평면 시점에서, 어느 중심을 기준으로 상기 복수의 홈의 깊이는 제1 방향으로 대칭적이도록 구성되고, 상기 복수의 홈의 깊이는 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향으로 비대칭적이도록 구성된다.A sound wave beam forming member according to an embodiment of the present invention for solving the above problem is a sound wave beam forming member including a plate in which a plurality of grooves are regularly arranged, at least some of the plurality of grooves have different depths, In a plan view, the depths of the plurality of grooves are configured to be symmetrical in a first direction based on a certain center, and the depths of the plurality of grooves are configured to be asymmetrical in a second direction perpendicular to the first direction.
평면 시점에서, 상기 복수의 홈의 반복 단위는 육각 배열될 수 있다.In a plan view, the repeating units of the plurality of grooves may be hexagonally arranged.
여기서 인접한 홈 간의 배열 피치는, 상기 홈의 최대 폭의 1.4배 이상 2배 이하일 수 있다.Here, the arrangement pitch between adjacent grooves may be 1.4 times or more and 2 times or less of the maximum width of the grooves.
또 상기 홈의 최대 폭은, 제어하고자 하는 음파의 파장보다 작을 수 있다.In addition, the maximum width of the groove may be smaller than the wavelength of the sound wave to be controlled.
제어하고자 하는 음파의 주파수는 1kHz 내지 30kHz이고, 상기 복수의 홈들의 최대 깊이는 상기 홈의 최대 폭의 1.5배 내지 1.7배 범위에 있을 수 있다.The frequency of the sound wave to be controlled is 1 kHz to 30 kHz, and the maximum depth of the plurality of grooves may be in the range of 1.5 to 1.7 times the maximum width of the groove.
또 상기 복수의 홈들의 최소 깊이는 상기 홈의 최대 폭의 0.5배 내지 0.6배 범위에 있을 수 있다.In addition, the minimum depth of the plurality of grooves may be in the range of 0.5 to 0.6 times the maximum width of the groove.
또한 상기 플레이트의 최대 두께는 상기 홈의 최대 폭의 2배 내지 3.5배 범위에 있을 수 있다.In addition, the maximum thickness of the plate may be in the range of 2 to 3.5 times the maximum width of the groove.
상기 플레이트를 상기 제2 방향으로 절개한 단면에서, 최대 깊이를 갖는 홈들은 제1 홈으로 정의되고, 최소 깊이를 갖는 홈들은 제2 홈으로 정의될 수 있다.In the cross section of the plate cut in the second direction, grooves having a maximum depth may be defined as first grooves, and grooves having a minimum depth may be defined as second grooves.
여기서 상기 제1 홈은 서로 이격되어 상기 제2 방향을 따라 반복 배열되고, 상기 제2 홈은 서로 이격되어 상기 제2 방향을 따라 반복 배열될 수 있다.Here, the first grooves may be spaced apart from each other and repeatedly arranged along the second direction, and the second grooves may be spaced apart from each other and repeatedly arranged along the second direction.
또 상기 제2 방향으로 이격되어 최인접한 두 개의 제1 홈들 사이에는, 적어도 하나의 제2 홈이 위치하고, 상기 제2 방향으로 이격되어 최인접한 두 개의 제2 홈들 사이에는, 적어도 하나의 제1 홈이 위치할 수 있다.In addition, at least one second groove is located between the two first grooves spaced apart in the second direction and adjacent to each other, and at least one first groove is disposed between the two second grooves spaced apart in the second direction and adjacent to each other. This can be located.
상기 제1 홈들은, 제1-1 홈, 상기 제1-1 홈의 상기 제2 방향 일측에 위치한 제1-2 홈 및 상기 제1-1 홈의 상기 제2 방향 타측에 위치한 제1-3 홈을 포함할 수 있다.The first grooves include a 1-1 groove, a 1-2 groove located on one side of the first-first groove in the second direction, and a 1-3 groove located on the other side of the first-first groove in the second direction. It may include a groove.
이 경우 상기 제1-1 홈과 상기 제1-2 홈 사이의 최소 이격 거리는, 상기 제1-1 홈과 상기 제1-3 홈 사이의 최소 이격 거리 보다 클 수 있다.In this case, the minimum separation distance between the 1-1 groove and the 1-2 groove may be greater than the minimum separation distance between the 1-1 groove and the 1-3 groove.
또 상기 제1 홈들은, 상기 제1-2 홈의 상기 제2 방향 일측에 위치한 제1-4 홈, 및 상기 제1-3 홈의 상기 제2 방향 타측에 위치한 제1-5 홈을 더 포함할 수 있다.In addition, the first grooves further include a 1-4 groove located on one side of the 1-2 groove in the second direction, and a 1-5 groove located on the other side of the first-3 groove in the second direction. can do.
이 경우 상기 제1-2 홈과 상기 제1-4 홈 사이의 최소 이격 거리는, 상기 제1-1 홈과 상기 제1-2 홈 사이의 최소 이격 거리 보다 클 수 있다.In this case, the minimum separation distance between the 1-2 groove and the 1-4 groove may be greater than the minimum separation distance between the 1-1 groove and the 1-2 groove.
또한, 상기 제1-3 홈과 상기 제1-5 홈 사이의 최소 이격 거리는, 상기 제1-1 홈과 상기 제1-3 홈 사이의 최소 이격 거리 보다 클 수 있다.In addition, a minimum separation distance between the 1-3 grooves and the 1-5 grooves may be greater than a minimum separation distance between the 1-1 groove and the 1-3 groove.
몇몇 실시예에서, 상기 제2 홈들은, 제2-1 홈, 상기 제2-1 홈의 상기 제2 방향 일측에 위치한 제2-2 홈, 상기 제2-1 홈의 상기 제2 방향 타측에 위치한 제2-3 홈, 상기 제2-2 홈의 상기 제2 방향 일측에 위치한 제2-4 홈, 및 상기 제2-3 홈의 상기 제2 방향 타측에 위치한 제2-5 홈을 포함할 수 있다.In some embodiments, the second grooves are 2-1 grooves, a 2-2 groove located at one side of the 2-1 groove in the second direction, and the second groove at the other side of the 2-1 groove. And a 2-4 groove located on one side of the second direction of the 2-2 groove, and a 2-5 groove located on the other side of the second direction of the 2-3 groove. I can.
여기서 상기 제2-1 홈과 상기 제2-2 홈 사이의 최소 이격 거리는, 상기 제2-1 홈과 상기 제2-3 홈의 최소 이격 거리 보다 클 수 있다.Here, the minimum separation distance between the 2-1 groove and the 2-2 groove may be greater than the minimum separation distance between the 2-1 groove and the 2-3rd groove.
또, 상기 제2-2 홈과 상기 제2-4 홈 사이의 최소 이격 거리는, 상기 제2-1 홈과 상기 제2-2 홈 사이의 최소 이격 거리 보다 클 수 있다.In addition, a minimum separation distance between the 2-2 groove and the 2-4 groove may be greater than a minimum separation distance between the 2-1 groove and the 2-2 groove.
또한, 상기 제2-3 홈과 상기 제2-5 홈 사이의 최소 이격 거리는, 상기 제2-1 홈과 상기 제2-3 홈 사이의 최소 이격 거리 보다 클 수 있다.In addition, a minimum separation distance between the 2-3rd groove and the 2-5th groove may be greater than a minimum separation distance between the 2-1 groove and the 2-3rd groove.
몇몇 실시예에서, 상기 제1-2 홈의 기저면은 상기 제2 방향 일측을 향해 상향 경사진 경사면을 형성하고, 상기 제1-3 홈의 기저면은 경사를 형성하지 않을 수 있다.In some embodiments, the base surface of the first-second groove may form an inclined surface inclined upward toward one side in the second direction, and the base surface of the first-third groove may not form a slope.
또, 상기 제2 홈 중 적어도 일부의 기저면은 경사면을 형성할 수 있다.Further, at least a portion of the base surface of the second groove may form an inclined surface.
이 경우 상기 제1-2 홈의 기저면의 경사각은 상기 제2 홈의 기저면의 경사각 보다 클 수 있다.In this case, an inclination angle of the base surface of the 1-2 groove may be greater than an inclination angle of the base surface of the second groove.
상기 정의된 제1 홈들 중에서, 서로 최인접한 두 개의 제1 홈들 사이의 이격 거리는 제1 이격 거리로 정의되고, 상기 정의된 제2 홈들 중에서, 서로 최인접한 두 개의 제2 홈들 사이의 이격 거리는 제2 이격 거리로 정의될 수 있다.Among the defined first grooves, a separation distance between the two first grooves closest to each other is defined as a first separation distance, and among the defined second grooves, a separation distance between two second grooves closest to each other is second It can be defined as the separation distance.
이 경우 상기 제1 이격 거리 및 상기 제2 이격 거리는 각각, 상기 음파 빔 형성 부재의 중앙부에서 가장자리부로 갈수록 점차 커질 수 있다.In this case, the first separation distance and the second separation distance may be gradually increased from the center portion to the edge portion of the sound wave beam forming member, respectively.
또, 상기 음파 빔 형성 부재는, 상기 플레이트의 두께 방향으로 입사된 음파를, 상기 제2 방향 측을 향해 기울어지도록 지향성을 부여할 수 있다.Further, the sound wave forming member may impart directivity so that the sound wave incident in the thickness direction of the plate is inclined toward the second direction side.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 음파 빔 형성 부재는 복수의 홈이 규칙적으로 배열된 플레이트를 포함하는 음파 빔 형성 부재로서, 상기 복수의 홈들 중 적어도 일부는 상이한 깊이를 가지고, 적어도 일부는 동일한 깊이를 가지되, 어느 홈의 깊이(d)와 평면상 위치(x, y) 간의 관계는, 하기 수식을 만족하도록 구성된다.A sound wave beam forming member according to another embodiment of the present invention for solving the above problem is a sound wave beam forming member including a plate in which a plurality of grooves are regularly arranged, at least some of the plurality of grooves have different depths, At least some of them have the same depth, but the relationship between the depth d of a groove and the position on the plane (x, y) is configured to satisfy the following equation.
[수식][Equation]
여기서, A1, A2, A3, A4, A5 및 A6는 각각 소정의 값을 갖는 양수이고, B는 0.8 내지 1.5 사이의 양수이고, M은 0.5 내지 0.7 사이의 양수이고, λ는 변조하고자 하는 음파의 파장이고, n은 1.3 내지 1.5 사이의 양수이고, θ는 굴절시키고자 하는 각도이고, d는 상기 홈의 깊이이고, x 및 y는 각각 임의의 중심을 기준으로 하는 제1 방향 및 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향으로의 좌표값이다.Here, A 1 , A 2 , A 3 , A 4 , A 5 and A 6 are positive numbers each having a predetermined value, B is a positive number between 0.8 and 1.5, M is a positive number between 0.5 and 0.7, λ Is the wavelength of the sound wave to be modulated, n is a positive number between 1.3 and 1.5, θ is the angle to be refracted, d is the depth of the groove, and x and y are each first based on an arbitrary center. It is a direction and a coordinate value in a second direction perpendicular to the first direction.
상기 음파 빔 형성 부재는, 상기 플레이트의 두께 방향으로 입사된 음파를, 상기 일 방향 측을 향해 기울어지도록 지향성을 부여할 수 있다.The sound wave forming member may impart directivity so that the sound wave incident in the thickness direction of the plate is inclined toward the one direction side.
상기 다른 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 음파 제어 시스템은 음파 소스; 및 음파 빔 형성 부재를 포함한다. 여기서 음파 빔 형성 부재는 본 발명에 따른 것일 수 있다.A sound wave control system according to an embodiment of the present invention for solving the above other problems includes a sound wave source; And a sound wave beam forming member. Here, the sound wave beam forming member may be according to the present invention.
상기 음파 빔 형성 부재는, 상기 홈이 형성된 일면 및 평탄한 타면을 가지되, 상기 음파 빔 형성 부재는 상기 타면이 음파 소스를 향하도록 배치될 수 있다.The sound wave beam forming member may have one surface on which the groove is formed and the other flat surface, and the sound wave beam forming member may be disposed such that the other surface faces the sound wave source.
기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명에 포함되어 있다. Details of other embodiments are included in the detailed description.
본 발명의 실시예들에 따르면, 복수의 홈을 가지되 홈의 깊이를 이용하여 제어된 표면 어드미턴스를 갖는 빔 형성 부재를 이용하여 원하는 방향으로 집중적으로 송출되는 음파 빔 형성(beam forming) 내지는 빔 스티어링(steering)을 달성할 수 있다.According to embodiments of the present invention, using a beam forming member having a plurality of grooves but having a surface admittance controlled using the depth of the grooves, sound wave forming or beam steering intensively transmitted in a desired direction (steering) can be achieved.
이를 통해 음파 소스로부터 발생한 음파에 지향성을 부여하여 음파 안테나와 같이 기능할 수 있고, 종래에 비해 원거리까지 음파의 실질적인 손실 없이 음파의 전달이 가능할 수 있다. 또한 종래의 음향 제어 장치 및 제어 시스템에 비해 보다 효율적으로, 특히 소형화될 수 있어 음파 제어 분야에 있어서 유망한 응용으로 이어질 수 있다.Through this, directivity is given to sound waves generated from a sound wave source to function like a sound wave antenna, and transmission of sound waves to a long distance may be possible without substantial loss of sound waves compared to the prior art. In addition, compared to the conventional acoustic control device and control system, it can be more efficiently, particularly downsized, leading to a promising application in the field of sound wave control.
본 발명의 실시예들에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.Effects according to the embodiments of the present invention are not limited by the contents illustrated above, and more various effects are included in the present specification.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 음파 빔 형성 부재의 사시도이다.
도 2는 도 1의 음파 빔 형성 부재의 홈 배열을 나타낸 레이아웃이다.
도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ' 선을 따라 절개한 단면사시도이다.
도 4는 도 3의 단면도이다.
도 5는 도 1의 Ⅴ-Ⅴ' 선을 따라 절개한 단면사시도이다.
도 6은 도 5의 단면도이다.
도 7은 도 1의 음파 빔 형성 부재의 표면 어드미턴스 등고선을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 음파 빔 형성 부재의 단면도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 음파 빔 형성 부재의 단면도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 음파 빔 형성 부재의 단면도이다.
도 11 및 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 음파 제어 시스템을 나타낸 모식도이다.
도 13 내지 도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 음파 제어 시스템을 나타낸 모식도이다.
도 16 및 도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 음파 제어 시스템을 나타낸 모식도이다.
도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 음파 제어 시스템을 나타낸 모식도이다.
도 19 내지 도 21은 각각 실시예 1, 실시예 2 및 실시예 3에 따른 음파 빔 형성 부재의 평면상 표면 어드미턴스 패턴을 나타낸 이미지이다.
도 22 내지 도 24는 각각 실시예 1, 실시예 2 및 실시예 3에 따른 음파 제어 시스템에서의 음압 레벨을 시뮬레이션한 결과 이미지이다.1 is a perspective view of a sound wave beam forming member according to an embodiment of the present invention.
2 is a layout showing a groove arrangement of the sound wave beam forming member of FIG. 1.
3 is a cross-sectional perspective view taken along line III-III' of FIG. 1.
4 is a cross-sectional view of FIG. 3.
5 is a cross-sectional perspective view taken along line V-V' of FIG. 1.
6 is a cross-sectional view of FIG. 5.
7 is a diagram showing a surface admittance contour line of the sound wave beam forming member of FIG. 1.
8 is a cross-sectional view of a sound wave beam forming member according to another embodiment of the present invention.
9 is a cross-sectional view of an acoustic beam forming member according to another embodiment of the present invention.
10 is a cross-sectional view of a sound wave beam forming member according to another embodiment of the present invention.
11 and 12 are schematic diagrams showing a sound wave control system according to an embodiment of the present invention.
13 to 15 are schematic diagrams showing a sound wave control system according to another embodiment of the present invention.
16 and 17 are schematic diagrams showing a sound wave control system according to another embodiment of the present invention.
18 is a schematic diagram showing a sound wave control system according to another embodiment of the present invention.
19 to 21 are images showing planar surface admittance patterns of sound wave beam forming members according to Examples 1, 2, and 3, respectively.
22 to 24 are images obtained by simulating sound pressure levels in the sound wave control systems according to the first, second and third embodiments, respectively.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 즉, 본 발명이 제시하는 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있다. 아래 설명하는 실시예들은 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 이들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Advantages and features of the present invention, and a method of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described below in detail together with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in various forms different from each other, and only the embodiments make the disclosure of the present invention complete, and those skilled in the art to which the present invention pertains. It is provided to fully inform the person of the scope of the invention, and the invention is only defined by the scope of the claims. That is, various changes may be made to the embodiments suggested by the present invention. The embodiments described below are not intended to be limited to the embodiments, and should be understood to include all changes, equivalents, and substitutes thereto.
도면에 도시된 구성요소의 크기, 두께, 폭, 길이 등은 설명의 편의 및 명확성을 위해 과장 또는 축소될 수 있으므로 본 발명이 도시된 형태로 제한되는 것은 아니다.The size, thickness, width, length, etc. of the components shown in the drawings may be exaggerated or reduced for convenience and clarity of description, so the present invention is not limited to the illustrated form.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used in the present specification may be used as meanings that can be commonly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. In addition, terms defined in a commonly used dictionary are not interpreted ideally or excessively unless explicitly defined specifically.
공간적으로 상대적인 용어인 '위(above)', '상부(upper)', ‘상(on)’, '아래(below)', '아래(beneath)', '하부(lower)' 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 '아래(below 또는 beneath)'로 기술된 소자는 다른 소자의 '위(above)'에 놓일 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 '아래'는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다.Spatially relative terms such as'above','upper','on','below','beneath', and'lower' are As shown, it may be used to easily describe the correlation between one device or components and other devices or components. Spatially relative terms should be understood as terms including different directions of the device when used in addition to the directions shown in the drawings. For example, when an element shown in the figure is turned over, an element described as'below or beneath' another element may be placed'above' another element. Therefore, the exemplary term'below' may include both the lower and upper directions.
본 명세서에서 사용되는 '최인접(most adjacent)'은 복수의 구성요소가 반복 배치된 경우 그 중 가장 가깝거나(closest) 가장 인접한 것을 의미한다. 예를 들어, 인접(adjacent)한 복수의 구성요소 사이에, 상기 구성요소와 실질적으로 동일한 것으로 지칭되거나 분류될 수 있는 구성요소가 존재하지 않는 경우, 상기 복수의 구성요소는 서로 최인접하다.As used herein,'most adjacent' means the closest or closest among a plurality of elements in the case of repeated arrangements. For example, when there is no component that can be classified or referred to as being substantially the same as the component between a plurality of adjacent components, the plurality of components are closest to each other.
본 명세서에서, '및/또는'은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 본 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. '내지'를 사용하여 나타낸 수치 범위는 그 앞과 뒤에 기재된 값을 각각 하한과 상한으로서 포함하는 수치 범위를 나타낸다. '약' 또는 '대략'은 그 뒤에 기재된 값 또는 수치 범위의 20% 이내의 값 또는 수치 범위를 의미한다.In this specification,'and/or' includes each and every combination of one or more of the recited items. In addition, the singular form also includes the plural form unless otherwise stated in the text. As used herein,'comprises' and/or'comprising' does not exclude the presence or addition of one or more other elements other than the mentioned elements. Numerical ranges indicated using'to' represent numerical ranges including the values listed before and after them as lower and upper limits, respectively. "About" or "approximately" means a value or numerical range within 20% of the value or numerical range described thereafter.
또, 본 명세서에서, 제1 방향(X)은 평면 내 임의의 방향을 의미하고, 제2 방향(Y)은 상기 평면 내에서 제1 방향(X)과 교차하는 다른 방향을 의미한다. 또, 제3 방향(Z)은 상기 평면과 수직한 방향을 의미한다. 여기서 제2 방향(Y)은 일측 방향을 향하는 제2 방향 일측(Y1)과 그 반대 방향을 향하는 제2 방향 타측(Y2)을 포함하는 의미이다. 다르게 정의되지 않는 한, '평면'은 제1 방향(X)과 제2 방향(Y)이 속하는 평면을 의미한다. 또, 다르게 정의되지 않는 한, '중첩'은 상기 평면 시점에서 제3 방향(Z)으로 중첩하는 것을 의미한다.In addition, in the present specification, the first direction (X) refers to an arbitrary direction in the plane, and the second direction (Y) refers to another direction in the plane that intersects the first direction (X). In addition, the third direction Z means a direction perpendicular to the plane. Here, the second direction Y is meant to include one side Y1 in the second direction toward one direction and the other side Y2 in the second direction toward the opposite direction. Unless otherwise defined, a'plane' means a plane to which the first direction X and the second direction Y belong. Further, unless otherwise defined, "overlapping" means overlapping in the third direction (Z) from the plane viewpoint.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 음파 빔 형성 부재(11)의 사시도이다. 도 2는 도 1의 음파 빔 형성 부재(11)의 홈(200) 배열을 나타낸 레이아웃이다.1 is a perspective view of a sound wave
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 음파 빔 형성 부재(11)는 일면 상에 홈이 형성된 플레이트(101)를 포함한다. 도 1은 플레이트(101)가 평면상 원 형상인 경우를 예시하고 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며 플레이트(101)는 평면상 타원 형상이거나, 편심 타원 형상일 수도 있다. 또, 플레이트(101)는 평면상 사각 형상 등의 다각형 형상을 가질 수도 있다.1 and 2, the sound wave
플레이트(101)의 상면(일면)에는 홈(200)이 마련될 수 있다. 홈(200)은 플레이트(101)의 표면 어드미턴스 분포를 형성할 수 있다. 홈(200)은 상면 측으로부터 타면 측으로 움푹하게 함몰되어 소정의 깊이를 형성할 수 있다. 도면으로 표현하지 않았으나, 플레이트(101)의 배면(타면)은 평탄한 상태일 수 있다. 이하 홈(200)의 형상 및 배열에 대하여 설명한다.A
예시적인 실시예에서, 홈(200)은 제1 방향(X) 및 제2 방향(Y)이 속하는 평면 상에서 규칙적인 배열을 가질 수 있다. 예컨대, 홈(200)은 제1 방향(X)을 따라 반복 배열되고, 홈(200)은 제1 방향(X)과 제2 방향(Y)이 교차하는 대각 방향을 따라 반복 배열될 수 있다. 제1 방향(X)과 상기 대각 방향이 형성하는 각도는 약 60도일 수 있다. 즉, 복수의 홈(200)은 규칙적으로 배열되되, 홈(200)의 반복 단위는 육각 배열을 가질 수 있다. 더 구체적으로 설명하면, 임의의 정육각형의 각 꼭지점과 상응하는 위치에 홈(200)의 중심이 위치하고, 상기 정육각형의 중심점과 상응하는 위치에 홈(200)의 중심이 위치할 수 있다. 이에 따라 서로 최인접한 세개의 홈(200)의 중심을 연결하면 정삼각형이 형성될 수 있다.In an exemplary embodiment, the
평면 시점에서, 홈(200)은 원 형상일 수 있다. 다만 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며 홈(200)은 반복 단위를 이루어 규칙적인 배열을 이루기에 용이한 형상이면 무방하다. 예를 들어, 홈(200)은 사각 형상, 육각 형상 등을 가질 수도 있다.In a plan view, the
후술할 바와 같이 홈(200)은 특정한 최대 폭(W), 이격 거리(D), 배열 피치(P) 및 깊이(미도시) 등을 갖도록 설계되어 음파에 지향성을 부여할 수 있다. 홈(200)의 최대 폭(W)은 제어하고자 하는 음파의 파장의 약 1.5배 이하, 또는 약 1.4배 이하, 또는 약 1.3배 이하, 또는 약 1.2배 이하, 또는 약 1.1배 이하이거나, 제어하고자 하는 음파의 파장 보다 작거나 같을 수 있다. 바람직하게는, 최대 폭(W)은 제어하고자 하는 음파의 파장 보다 작은 것이 이득 측면에서 바람직하나 본 발명이 이에 반드시 제한되는 것은 아니다. 반면, 최대 폭(W)이 상기 파장에 비해 1.5배를 초과할 경우 파동 변조 구조로서 기능하지 못할 수 있다. 예를 들어, 최대 폭(W)은 약 1.3mm 내지 1.5mm, 또는 약 1.4mm일 수 있다. 여기서, 홈(200)이 평면상 원형인 경우 최대 폭(W)은 상기 원의 직경으로 표현될 수 있다.As will be described later, the
특히 제어하고자 하는 음파가 1kHz 내지 30kHz 범위의 주파수를 갖는 가청 주파수일 경우 상기 최대 폭(W)의 범위가 바람직하다. 몇몇 실시예에서, 제어하고자 하는 음파는 약 10kHz 내지 30kHz, 또는 약 15kHz 내지 25kHz, 또는 약 20kHz일 수 있다.In particular, when the sound wave to be controlled is an audible frequency having a frequency in the range of 1 kHz to 30 kHz, the range of the maximum width W is preferable. In some embodiments, the sound wave to be controlled may be about 10 kHz to 30 kHz, or about 15 kHz to 25 kHz, or about 20 kHz.
또, 서로 최인접한 두 개의 홈(200) 간의 배열 피치(P)는 최대 폭(W)의 약 1.4배 이상 2배 이하일 수 있다. 예를 들어, 배열 피치(P)는 약 1.8mm 내지 약 2.8mm, 또는 약 1.9mm 내지 약 2.5mm, 또는 약 2.0mm일 수 있다. 여기서 배열 피치(P)는 홈(200)의 평면상 중심 간의 거리로 표현될 수 있다. 배열 피치(P) 또한 제어하고자 하는 음파의 파장 보다 작을 수 있다.In addition, the arrangement pitch P between the two
또한 서로 인접한 두 개의 홈(200) 간의 이격 거리(D)는 배열 피치(P)에서 최대 폭(W)을 제외한 길이로 표현될 수 있다. 즉, 이격 거리(D)는 약 0.5mm 내지 1.3mm, 또는 약 0.4mm 내지 1.0mm, 또는 약 0.6mm일 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.In addition, the separation distance D between the two
본 실시예와 같이 최대 폭(W), 배열 피치(P), 깊이 등을 갖는 복수의 홈(200)은 반복적 및 규칙적 구조를 가져 플레이트(101)가 메타 물질과 같이 기능하도록 할 수 있다. 본 명세서에서, 용어 '메타 물질' 또는 '메타 구조'는 자연적으로 존재하는 원자나 분자와 다른 특성을 구현하기 위한 인공적인 물질, 구조, 구조체 및 시스템을 포함하는 의미이다. 상기 특성은 유전율(permittivity), 투자율(permeability), 굴절률(refractive index) 및 전파 특성(scattering parameter) 등을 들 수 있다. 특히 메타 물질은 광, 전자파, 음파 등 파동 특성을 갖는 에너지의 제어를 위해 다양한 연구가 진행되고 있다.As in this embodiment, the plurality of
도 1은 표현의 편의를 위해 플레이트(101)에 수백개 수준의 홈(200)이 형성된 경우를 예시하고 있으나, 본 발명이 이에 제한되지 않음은 물론이다. 다른 실시예에서, 플레이트(101)는 수천개 수준의 홈(200)을 갖거나, 수만개 수준의 홈(200)을 갖거나, 수십만개 수준의 홈(200)을 갖거나, 또는 수백만개 이상 수준의 홈(200)을 가질 수도 있다.FIG. 1 illustrates a case in which hundreds of
이하, 도 3 내지 도 7을 더 참조하여 홈(200)의 깊이에 대하여 설명한다.Hereinafter, the depth of the
도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ' 선을 따라 절개한 단면사시도이다. 도 4는 도 3의 단면도로서, 플레이트(101)를 제1 방향(X)을 따라 절개한 단면도이다. 도 5는 도 1의 Ⅴ-Ⅴ' 선을 따라 절개한 단면사시도이다. 도 6은 도 5의 단면도로서, 플레이트(101)를 제2 방향(Y)을 따라 절개한 단면도이다. 도 7은 도 1의 음파 빔 형성 부재(11)의 표면 어드미턴스 등고선을 나타낸 도면이다.3 is a cross-sectional perspective view taken along line III-III' of FIG. 1. 4 is a cross-sectional view of FIG. 3, which is a cross-sectional view of the
도 3 내지 도 7을 더 참조하면, 본 실시예에 따른 음파 빔 형성 부재(11)의 플레이트(101)의 홈(200) 중 적어도 일부는 상이한 깊이를 가지고, 홈(200) 중 적어도 일부는 실질적으로 동일한 깊이를 가질 수 있다. 홈(200)들은 평면에 대해 수직한 방향, 즉 제3 방향(Z)으로의 내측벽을 가질 수 있다.3 to 7, at least some of the
우선, 도 3 및 도 4에 표현된 것과 같이, 플레이트(101)를 제1 방향(X)으로 절개한 단면에서, 복수의 홈(200)들은 하나 이상의 제1 홈(210) 및 하나 이상의 제2 홈(220)을 포함한다. 제1 홈(210)은 제1 방향(X)으로 절개한 단면에서 최대 깊이를 갖는 홈으로 정의되고, 제2 홈(220)은 제1 방향(X)으로 절개한 단면에서 최소 깊이를 갖는 홈으로 정의된다.First, as shown in FIGS. 3 and 4, in the cross section of the
또, 복수의 홈(200)들의 깊이는 제1 방향(X)으로 대칭적이도록 구성될 수 있다. 본 명세서에서, '일 방향으로 대칭적'이란 상기 일 방향에 수직한 가상의 중심선을 중심으로, 일 방향 일측에 위치한 구조와 일 방향 타측에 위치한 구조가 대칭적임을 의미한다.In addition, the depths of the plurality of
즉, 도 4에 표현된 것과 같이 플레이트(101)의 제1 방향(X) 대략 중심이 음파의 발생 지점과 대략 일치하는 경우 상기 중심에 상응하는 위치에 제1 홈(210)이 위치하고, 중심에 상응하는 위치를 기준으로 제1 방향(X) 일측(도면상 우측)과 제1 방향(X) 타측(도면상 좌측)이 실질적으로 동일한 구조를 가질 수 있다.That is, as illustrated in FIG. 4, when the center of the
제1 홈(210)의 깊이(T1), 즉 홈(200)의 최대 깊이(T1)는 최대 폭(W)의 약 1.5배 내지 1.7배, 또는 약 1.6배일 수 있다. 예를 들어, 제1 홈(210)의 깊이(T1)는 약 1.9mm 내지 2.3mm, 또는 약 2.0mm 내지 2.2mm 범위에 있을 수 있다. 제1 홈(210)들은 서로 이격되어 제1 방향(X)을 따라 반복 배열될 수 있다. 또, 제1 방향(X)으로 이격되어 최인접한 두 개의 제1 홈(210)들 사이에는 적어도 하나의 제2 홈(220)이 위치할 수 있다.The depth T 1 of the
또, 제2 홈(220)의 깊이(T2), 즉 홈(200)의 최소 깊이(T2)는 최대 폭(W)의 약 0.5배 내지 0.6배일 수 있다. 예를 들어, 제2 홈(220)의 깊이(T2)는 약 0.7mm 내지 0.8mm 범위에 있을 수 있다. 제2 홈(220)들은 서로 이격되어 제1 방향(X)을 따라 반복 배열될 수 있다. 또, 제1 방향(X)으로 이격되어 최인접한 두 개의 제2 홈(220)들 사이에는 적어도 하나의 제1 홈(210)이 위치할 수 있다.In addition, the depth T 2 of the
서로 최인접한 제1 홈(210)과 제2 홈(220) 사이에는 제1 홈(210) 보다 작은 깊이를 가지고 제2 홈(220) 보다 큰 깊이를 갖는 하나 이상의 제3 홈이 위치할 수도 있다. 이에 따라 제1 방향(X)을 따라 절개한 단면에서, 복수의 홈(200)은 증감이 반복되는 깊이를 가질 수 있다.One or more third grooves having a depth smaller than the
음파는 매질 내에서 매질의 교란 상태 변화로 인해 에너지가 전달되는 탄성파로 분류될 수 있다. 즉, 음파는 매질을 통해 에너지가 전달될 수 있다. 일반적으로 음파는 무지향성을 가지고 소스로부터 360도 방향으로 고르게 퍼져 나갈 수 있다. 본 실시예와 같이 소정의 깊이를 가지고 규칙적으로 배열된 홈(200)이 마련될 경우 플레이트(101)의 상면은 소정의 정현 변조된 어드미턴스를 가질 수 있고, 플레이트(101)의 상면을 따라 진행하는 표면파(surface wave) 내지는 누설파(leaky wave)는 변조된 어드미턴스 표면에 의해 방사파(field wave)로 변환되어 특정 방향으로 굴절되고 높은 이득을 유지할 수 있다.Sound waves can be classified as elastic waves in which energy is transmitted due to changes in the disturbing state of the medium within the medium. That is, energy can be transferred through the medium of sound waves. In general, sound waves have omni-directional properties and can evenly spread in a 360-degree direction from the source. In the case where the
소정 파장(λ)을 갖는 음파에 대해 상기 의도된 정현 변조된 표면 어드미턴스 설계를 위해서, 플레이트(101) 상면의 표면 어드미턴스는 약 0.2 내지 1.8의 범위를 가지고 연속적으로 변화하여야 한다. 이를 위해 상기와 같은 제1 홈(210) 및 제2 홈(220)의 깊이(T1, T2)를 구성하여 이를 달성할 수 있다.For the intended sinusoidal modulated surface admittance design for a sound wave having a predetermined wavelength λ, the surface admittance of the upper surface of the
본 실시예와 같이 제1 방향(X)으로 대칭적 구조를 갖는 플레이트(101)를 포함하는 음파 빔 형성 부재(11)는 제1 방향(X) 측으로 굴절된 방사파를 실질적으로 형성하지 않거나, 적어도 후술할 것과 같이 제2 방향(Y) 측으로 굴절된 방사파에 비해 적은 수준의 방사파만을 형성할 수 있다.As in the present embodiment, the sound wave
다음으로, 도 5 및 도 6에 표현된 것과 같이, 플레이트(101)를 제2 방향(Y)으로 절개한 단면에서, 복수의 홈(200)들은 하나 이상의 제1 홈(210) 및 하나 이상의 제2 홈(220)을 포함한다. 제1 홈(210)은 제2 방향(Y)으로 절개한 단면에서 최대 깊이를 갖는 홈으로 정의되고, 제2 홈(220)은 제2 방향(Y)으로 절개한 단면에서 최소 깊이를 갖는 홈으로 정의된다. 제2 방향(Y)으로 절개한 단면의 제1 홈(210)은 제1 방향(X)으로 절개한 단면의 제1 홈(210)과 실질적으로 동일한 깊이를 가지고, 제2 방향(Y)으로 절개한 단면의 제2 홈(220)은 제1 방향(X)으로 절개한 단면의 제2 홈(220)과 실질적으로 동일한 깊이를 가질 수 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.Next, as shown in FIGS. 5 and 6, in a cross section in which the
제1 홈(210)의 깊이(T1), 즉 홈(200)의 최대 깊이(T1)는 최대 폭(W)의 약 1.5배 내지 1.7배, 또는 약 1.6배일 수 있다. 예를 들어, 제1 홈(210)의 깊이(T1)는 약 1.9mm 내지 2.3mm, 또는 약 2.0mm 내지 2.2mm 범위에 있을 수 있다. 제1 홈(210)들은 서로 이격되어 제2 방향(Y)을 따라 반복 배열될 수 있다. 또, 제2 방향(Y)으로 이격되어 최인접한 두 개의 제1 홈(210)들 사이에는 적어도 하나의 제2 홈(220)이 위치할 수 있다.The depth T 1 of the
또, 제2 홈(220)의 깊이(T2), 즉 홈(200)의 최소 깊이(T2)는 최대 폭(W)의 약 0.5배 내지 0.6배일 수 있다. 예를 들어, 제2 홈(220)의 깊이(T2)는 약 0.7mm 내지 0.8mm 범위에 있을 수 있다. 제2 홈(220)들은 서로 이격되어 제2 방향(Y)을 따라 반복 배열될 수 있다. 또, 제2 방향(Y)으로 이격되어 최인접한 두 개의 제2 홈(220)들 사이에는 적어도 하나의 제1 홈(210)이 위치할 수 있다.In addition, the depth T 2 of the
서로 최인접한 제1 홈(210)과 제2 홈(220) 사이에는 제1 홈(210) 보다 작은 깊이를 가지고 제2 홈(220) 보다 큰 깊이를 갖는 하나 이상의 제3 홈이 위치할 수도 있다. 이에 따라 제2 방향(Y)을 따라 절개한 단면에서, 복수의 홈(200)은 증감이 반복되는 깊이를 가질 수 있다. 몇몇 실시예에서, 상기 제3 홈은 중심의 제2 방향 일측(Y1)에는 위치하되, 제2 방향 타측(Y2)에는 위치하지 않을 수 있다.One or more third grooves having a depth smaller than the
또한, 복수의 홈(200)들의 깊이는 제2 방향(Y)으로 비대칭적이도록 구성될 수 있다. In addition, the depths of the plurality of
예시적인 실시예에서, 제1 홈(210)들은 제1-1 홈(211), 제1-2 홈(212) 및 제1-3 홈(213)을 포함하고, 제1-4 홈(214)을 더 포함할 수 있다.In an exemplary embodiment, the
제1-1 홈(211)은 대략 중심이 음파의 발생 지점과 일치하는 홈일 수 있다. 즉, 플레이트(101)의 중심부에 위치하는 홈일 수 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 후술할 제1-2 홈(212) 내지 제1-4 홈(214)의 위치상 기준이 되는 홈이면 무방하다.The 1-
제1-2 홈(212)은 제1-1 홈(211)의 제2 방향 일측(Y1)에 위치한 홈일 수 있다. 예를 들어, 제1-2 홈(212)은 제1-1 홈(211)의 제2 방향 일측(Y1)에 이격 위치하며, 제1-1 홈(211)과 최인접한 제1 홈(210)일 수 있다. 또, 제1-3 홈(213)은 제1-1 홈(211)의 제2 방향 타측(Y2)에 위치한 홈일 수 있다. 예를 들어, 제1-3 홈(213)은 제1-1 홈(211)의 제2 방향 타측(Y2)에 이격 위치하며, 제1-1 홈(211)과 최인접한 제1 홈(210)일 수 있다.The 1-
이 경우 제1-1 홈(211)과 제1-2 홈(212) 사이의 최소 이격 거리(L12)는 제1-1 홈(211)과 제1-3 홈(213) 사이의 최소 이격 거리(L13) 보다 클 수 있다.In this case, the minimum separation distance L 12 between the 1-1
마찬가지로, 도면 부호로 표현하지 않았으나 제2 홈(220)은 제2-1 홈, 제2-1 홈의 제2 방향 일측(Y1)에 위치한 제2-2 홈, 제2-1 홈의 제2 방향 타측(Y2)에 위치한 제2-3 홈을 포함하고, 제2-1 홈과 제2-2 홈 사이의 최소 이격 거리는 제2-1 홈과 제2-3 홈 사이의 최소 이격 거리 보다 클 수 있다. 여기서 제2-2 홈은 제2-1 홈과 최인접한 제2 홈(220)이고, 제2-3 홈은 제2-1 홈과 최인접한 제2 홈(220)일 수 있다.Likewise, although not indicated by reference numerals, the
또, 제1-4 홈(214)은 제1-2 홈(212)의 제2 방향 일측(Y1)에 위치한 홈일 수 있다. 예를 들어, 제1-4 홈(214)은 제1-2 홈(212)의 제2 방향 일측(Y1)에 이격 위치하며, 제1-2 홈(212)과 최인접한 제1 홈(210)일 수 있다. In addition, the 1-
이 경우 제1-2 홈(212)과 제1-4 홈(214) 사이의 최소 이격 거리(L24)는 제1-1 홈(211)과 제1-2 홈(212) 사이의 최소 이격 거리(L12) 보다 클 수 있다. In this case, the minimum separation distance L 24 between the 1-2
마찬가지로, 도면 부호로 표현하지 않았으나 제2 홈(220)은 제2-2 홈의 제2 방향 일측(Y1)에 위치한 제2-4 홈을 더 포함할 수 있다. 여기서 제2-4 홈은 제2-2 홈과 최인접한 제2 홈(220)일 수 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 또, 제2-2 홈과 제2-4 홈 사이의 최소 이격 거리는 제2-1 홈과 제2-2 홈 사이의 최소 이격 거리 보다 클 수 있다.Likewise, although not indicated by reference numerals, the
즉, 플레이트(101)를 제2 방향(Y)을 따라 절개한 단면에서, 복수의 홈(200)은 복수의 제1 홈(210) 및 복수의 제2 홈(220)을 포함하여 증감이 반복되는 깊이를 형성하되, 제2 방향 일측(Y1)으로의 대략적인 반복 주기는 제2 방향 타측(Y2)으로의 대략적인 반복 주기 보다 클 수 있다.That is, in the cross section of the
다시 말해서, 플레이트(101)를 제2 방향(Y)으로 절개한 단면에서, 제1 홈(210)들 중에서 서로 최인접한 두 개의 제1 홈(210)들 사이의 이격 거리를 제1 이격 거리로 정의하고, 제2 홈(220)들 중에서 서로 최인접한 두 개의 제2 홈(220)들 사이의 이격 거리를 제2 이격 거리로 정의할 경우, 상기 제1 이격 거리 및 상기 제2 이격 거리는 각각 플레이트(101)를 포함하는 음파 빔 형성 부재(11)의 중앙부에서 가장자리부로 갈수록 점차 커지는 경향을 가질 수 있다.In other words, in the cross section of the
나아가 제1 이격 거리 및 제2 이격 거리는 각각 제2 방향 일측(Y1) 방향으로는 점차 커지되, 제2 방향 타측(Y2) 방향으로는 변하지 않고 실질적으로 규칙적인 배열 및 이격 거리를 유지할 수 있다.Furthermore, the first separation distance and the second separation distance gradually increase in the direction of one side Y1 in the second direction, but do not change in the direction of the other side Y2 in the second direction, and a substantially regular arrangement and separation distance may be maintained.
앞서 설명한 것과 같이 소정의 깊이를 가지고 규칙적으로 배열된 홈(200)이 마련될 경우 플레이트(101)의 상면은 소정의 정현 변조된 어드미턴스를 가질 수 있다. 또, 플레이트(101)의 상면을 따라 진행하는 표면파는 변조된 어드미턴스 표면에 의해 특정 방향으로 굴절될 수 있다.As described above, when the
본 실시예와 같이 제2 방향(Y)으로 비대칭적 구조를 갖는 플레이트(101)를 포함하는 음파 빔 형성 부재(11)는 제2 방향(Y) 측으로 굴절된 방사파를 형성할 수 있다. 특히 제1 방향(X)과 제2 방향(Y)이 속하는 평면에 대한 법선 방향(즉, 제3 방향(Z))에 대해 제2 방향 일측(Y1)으로 기울어진 방사파를 형성할 수 있다. 이에 따라 플레이트(101)의 두께 방향인 제3 방향(Z)으로 입사 및 진행하는 음파를 제2 방향 일측(Y1)으로 굴절시켜 지향성을 갖는 음파 빔을 형성할 수 있다.As in the present embodiment, the sound wave
이를 위해 플레이트(101)의 제3 방향(Z)으로의 두께(T)는 홈(200)의 최대 폭(W) 및 깊이(T1, T2)와 소정의 관계에 있을 수 있다. 예시적인 실시예에서, 플레이트(101)의 최대 두께(T)는 홈(200)의 최대 폭(W)의 약 2배 내지 3.5배, 또는 약 2배 내지 3배, 또는 약 2배 내지 2.5배 범위에 있을 수 있다. 이에 따라 홈(200)이 플레이트(101)를 관통하지 않은 잔존 두께(T3)는 최대 폭(W)의 약 0.3배 내지 2배, 또는 약 0.3배 내지 1.5배, 또는 약 0.3배 내지 1배 범위에 있을 수 있다. 특히 홈의 최대 폭(W)이 약 1.3mm 내지 1.5mm 범위인 경우, 잔존 두께(T3)는 약 0.45mm 내지 2.0mm, 또는 약 0.45mm 내지 1.5mm 범위에 있을 수 있다. 만일 잔존 두께(T3)가 지나치게 크면 표면파의 크기가 커져 지향성 부여 효율이 낮아지고 의도치 않은 위치로 진행하는 방사파의 크기가 커질 수 있다. 반면 잔존 두께(T3)가 지나치게 작으면 지향성 부여 효율이 낮아지고, 제3 방향(Z)으로 진행하는 음파의 크기가 커질 수 있다.To this end, the thickness T of the
본 실시예에 따른 음파 빔 형성 부재(11)는 도 7에 표현된 것과 같이 임의의 중심을 기준으로 정형화된 표면 어드미턴스 값의 등고선이 정의되되, 상기 등고선은 대략 타원형 내지는 편심 타원형 내지는 계란형일 수 있다. 즉, 상기 등고선은 완전한 원형이 아닌 폐곡선 형상일 수 있다. 예를 들어, 도 7에서 실선으로 표현된 위치는 최대 표면 어드미턴스 값의 등고선이고, 점선으로 표현된 위치는 최소 표면 어드미턴스 값의 등고선일 수 있다. In the sound wave
또 소정 값의 표면 어드미턴스 등고선은 중심점을 기준으로 방사 방향으로 반복될 수 있다. 또, 소정 값을 갖는 표면 어드미턴스 등고선의 방사 방향으로의 대략적인 반복 주기는 음파 빔 형성 부재(11)의 중앙부에서 가장자리부로 갈수록 점차 커지는 경향을 가질 수 있다.In addition, the surface admittance contour line of a predetermined value may be repeated in the radial direction based on the center point. In addition, the approximate repetition period in the radial direction of the surface admittance contour line having a predetermined value may have a tendency to gradually increase from the center portion to the edge portion of the sound wave
예시적인 실시예에서, 음파 빔 형성 부재(11)의 플레이트(101)의 상면의 표면 어드미턴스는 하기 수식 1을 통해 정형화되며, 어드미턴스는 해당 위치의 홈(200)의 깊이를 통해 제어될 수 있다. 표면 어드미턴스 값과 홈(200)의 깊이는 비례할 수 있다. 다시 말해서, 도 7에 표현된 어드미턴스 값의 등고선은 홈의 깊이에 관한 등고선과 대략 일치할 수 있다.In an exemplary embodiment, the surface admittance of the upper surface of the
[수식 1][Equation 1]
여기서 상기 좌변은 홈(200)의 깊이에 관한 함수이며, 상기 우변은 홈(200)의 평면상 위치에 관한 함수이다.Here, the left side is a function of the depth of the
또, 상기 수식 1의 좌변은 하기 수식 2로 표현될 수 있다.In addition, the left side of
[수식 2][Equation 2]
여기서, A1, A2, A3, A4, A5 및 A6는 각각 소정의 값을 갖는 양수인 상수이다. 예를 들어, A1은 5 내지 6 사이의 양수이고, A2는 20 내지 25 사이의 양수이고, A3은 25 내지 30 사이의 양수이고, A4는 20 내지 25 사이의 양수이고, A5는 6 내지 8 사이의 양수이고, A6는 0 내지 1 사이의 양수일 수 있다. 또, d는 홈의 깊이이다.Here, A 1 , A 2 , A 3 , A 4 , A 5, and A 6 are positive constants each having a predetermined value. For example, A 1 is a positive number between 5 and 6, A 2 is a positive number between 20 and 25, A 3 is a positive number between 25 and 30, A 4 is a positive number between 20 and 25, A 5 Is a positive number between 6 and 8, and A 6 may be a positive number between 0 and 1. Also, d is the depth of the groove.
상기 수식 2에는 플레이트(101)의 밀도 및/또는 플레이트(101)의 두께(T) 등 매질에 관한 속성이 반영될 수 있다.In
또한, 상기 수식 1의 우변은 하기 수식 3으로 표현될 수 있다.In addition, the right side of
[수식 3][Equation 3]
여기서, B는 평균 표면 어드미턴스 상수값으로 0.8 내지 1.5 사이의 양수이고, M은 변조 상수로 0.5 내지 0.7 사이의 양수이다. 또, λ는 변조하고자 하는 음파의 파장(m)이고, n은 1.3 내지 1.5 사이의 양수이고, θ는 굴절시키고자 하는 각도로, 음파 빔 형성 부재의 법선 방향에 대한 각도이다. 또한 x 및 y는 평면 시점에서 음파 빔 형성 부재의 중심점을 원점으로 하는 좌표값(m)으로, 각각 양수 또는 음수값이다. 예를 들어, 원점으로부터 제1 방향(X) 일측(도 4 기준 우측)으로 이격된 좌표는 양의 x값을 가지고, 제1 방향(X) 타측(도 4 기준 좌측)으로 이격된 좌표는 음의 x값을 가질 수 있다. 또, 원점으로부터 제2 방향 일측(Y1)으로 이격된 좌표는 양의 y값을 가지고, 제2 방향 타측(Y2)으로 이격된 좌표는 음의 y값을 가질 수 있다.Here, B is an average surface admittance constant, which is a positive number between 0.8 and 1.5, and M is a modulation constant and is a positive number between 0.5 and 0.7. In addition, λ is the wavelength (m) of the sound wave to be modulated, n is a positive number between 1.3 and 1.5, θ is the angle to be refracted, and is the angle to the normal direction of the sound wave beam forming member. In addition, x and y are coordinate values m using the center point of the sound wave beam forming member as the origin at a plane viewpoint, and are positive or negative values, respectively. For example, coordinates spaced from the origin in the first direction (X) in one side (right as in FIG. 4) have a positive x value, and coordinates in the first direction (X) in the other side (as in FIG. 4) are negative. It can have x value of. In addition, a coordinate spaced apart from the origin to one side Y1 in the second direction may have a positive y value, and a coordinate spaced apart from the origin to the other side Y2 may have a negative y value.
상기 수식 3에는 플레이트(101)의 밀도 및/또는 플레이트(101)의 두께(T) 등 매질에 관한 속성이 반영될 수 있다.In
상기 수식 2와 수식 3의 매칭을 통해 특정 좌표에서의 홈의 깊이를 도출할 수 있고 이를 토대로 도 7과 같은 어드미턴스 등고선 및 홈의 깊이에 관한 등고선을 도출할 수 있다.By matching
본 실시예에 따른 플레이트(101)를 포함하는 음파 빔 형성 부재(11)는 초지향성 스피커, 장거리 초음파 센서, 음향 마이크로 유체 장치 및 수중 음파 탐지기 등 다양한 형태로 구현될 수 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.The sound wave
이하, 본 발명의 다른 실시예에 따른 음파 빔 형성 부재에 대하여 설명한다. 다만, 전술한 일 실시예에 따른 음파 빔 형성 부재(11)와 동일하거나 유사한 구성에 대한 설명은 생략하며, 이는 첨부된 도면으로부터 본 기술분야에 속하는 통상의 기술자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.Hereinafter, a sound wave beam forming member according to another embodiment of the present invention will be described. However, a description of the same or similar configuration as the sound wave
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 음파 빔 형성 부재(12)의 단면도로서, 음파 빔 형성 부재(12)의 플레이트(102)를 제2 방향(Y)을 따라 절개한 단면도이다.8 is a cross-sectional view of the sound wave
도 8을 참조하면, 본 실시예에 따른 음파 빔 형성 부재(12)의 플레이트(102)는 플레이트(102)의 제2 방향(Y) 대략 중심이 음파의 발생 지점과 대략 일치하는 경우 상기 중심에 상응하는 위치에 제1 홈(210)이 아닌 제2 홈(220)이 위치하는 점이 도 1 등의 실시예에 따른 음파 빔 형성 부재(11)와 상이한 점이다.Referring to FIG. 8, the
즉, 플레이트(102)를 제2 방향(Y)으로 절개한 단면도에서, 최대 깊이를 갖는 제1 홈(210) 및 최소 깊이를 갖는 제2 홈(220)이 정의되고 제1 홈(210) 및 제2 홈(220)은 각각 제2 방향(Y)을 따라 반복 배열될 수 있다. 이 때 상기 중심에 해당하는 위치에 제2 홈(220)이 위치할 수 있다. That is, in the cross-sectional view of the
또, 제2 방향 일측(Y1)에 있어서, 서로 최인접한 제1 홈(210)들 간의 제1 이격 거리 및 서로 최인접한 제2 홈(220)들 간의 제2 이격 거리는 점차 증가하는 경향을 가질 수 있다. 반면, 제2 방향 타측(Y2)에 있어서, 서로 최인접한 제1 홈(210)들 간의 제1 이격 거리 및 서로 최인접한 제2 홈(220)들 간의 제2 이격 거리는 실질적으로 동일할 수 있다. 이에 따라 홈(210, 220)의 깊이는 제2 방향(Y)을 따라 비대칭적 구조를 가질 수 있다.In addition, in one side (Y1) in the second direction, the first separation distance between the
한편, 플레이트(102)를 제1 방향(X)을 따라 절개한 단면도는 표현하지 않았으나, 제1 방향(X)을 따라 홈(210, 220)의 깊이가 대칭적 구조를 가짐은 전술한 바와 동일하므로 중복되는 설명은 생략한다.On the other hand, the cross-sectional view of the
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 음파 빔 형성 부재(13)의 단면도로서, 음파 빔 형성 부재(13)의 플레이트(103)를 제2 방향(Y)을 따라 절개한 단면도이다.9 is a cross-sectional view of the acoustic
도 9를 참조하면, 제2 방향(Y)으로 절개한 단면도에서, 제2 방향 타측(Y2)에 있어서, 서로 최인접한 제1 홈(210)들 간의 제1 이격 거리 및 서로 최인접한 제2 홈(220)들 간의 제2 이격 거리가 점차 커지는 점이 도 1 등의 실시예에 따른 음파 빔 형성 부재(11)와 상이한 점이다.Referring to FIG. 9, in a cross-sectional view cut in the second direction (Y), in the other side (Y2) in the second direction, a first separation distance between the
플레이트(103)를 제2 방향(Y)으로 절개한 단면도에서, 최대 깊이를 갖는 제1 홈(210) 및 최소 깊이를 갖는 제2 홈(220)이 정의되고 제1 홈(210) 및 제2 홈(220)은 각각 제2 방향(Y)을 따라 반복 배열될 수 있다. 이 때 상기 중심에 해당하는 위치에 제1 홈(210)이 위치할 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며 다른 실시예에서 제2 홈(220)이 위치할 수도 있다. 또, 서로 최인접한 제1 홈(210)과 제2 홈(220) 사이에는 제1 홈(210) 보다 작은 깊이를 가지고 제2 홈(220) 보다 큰 깊이를 갖는 하나 이상의 제3 홈이 위치할 수도 있다. 이에 따라 제2 방향(Y)을 따라 절개한 단면에서, 복수의 홈(210, 220)은 증감이 반복되는 깊이를 가질 수 있다. 또한 복수의 홈(210, 220)들의 깊이는 제2 방향(Y)으로 비대칭적이도록 구성될 수 있다.In the cross-sectional view of the
예시적인 실시예에서, 제1 홈(210)들은 제1-1 홈(211), 제1-2 홈(212), 제1-3 홈(213) 및 제1-4 홈(214)을 포함하고, 제1-5 홈(215)을 더 포함할 수 있다. In an exemplary embodiment, the
여기서 제1-1 홈(211)과 제1-2 홈(212) 사이의 최소 이격 거리(L12)는 제1-1 홈(211)과 제1-3 홈(213) 사이의 최소 이격 거리(L13) 보다 클 수 있다. 또, 제1-2 홈(212)과 제1-4 홈(214) 사이의 최소 이격 거리(L24)는 제1-1 홈(211)과 제1-2 홈(212) 사이의 최소 이격 거리(L12) 보다 클 수 있다. 제1-1 홈(211) 내지 제1-4 홈(214)에 대해서는 도 5 및 도 6과 함께 전술한 바 있으므로 중복되는 설명은 생략한다.Here, the minimum separation distance L 12 between the 1-1
제1-5 홈(215)은 제1-3 홈(213)의 제2 방향 타측(Y2)에 위치한 홈일 수 있다. 예를 들어, 제1-5 홈(215)은 제1-3 홈(213)의 제2 방향 타측(Y2)에 이격 위치하며, 제1-3 홈(213)과 최인접한 제1 홈(210)일 수 있다.The 1-
이 경우 또, 제1-3 홈(213)과 제1-5 홈(215) 사이의 최소 이격 거리(L35)는 제1-1 홈(211)과 제1-3 홈(213) 사이의 최소 이격 거리(L13) 보다 큰 점이 도 1 등의 실시예에 따른 음파 빔 형성 부재(11)와 상이한 점이다.In this case, the minimum separation distance L 35 between the 1-3
또한 제1-2 홈(212)과 제1-4 홈(214) 사이의 최소 이격 거리(L24)는 제1-3 홈(213)과 제1-5 홈(215) 사이의 최소 이격 거리(L35) 보다 클 수 있다.In addition, the minimum separation distance L 24 between the 1-2
마찬가지로, 도면 부호로 표현하지 않았으나, 제2 홈(220)은 제2-1 홈, 제2-2 홈, 제2-3 홈 및 제2-4 홈을 포함하고, 제2-5 홈을 더 포함할 수 있다. 제2-5 홈은 제2-3 홈과 제2 방향 타측(Y2)으로 최인접한 제2 홈(220)일 수 있다.Likewise, although not represented by reference numerals, the
여기서 제2-1 홈과 제2-2 홈 사이의 최소 이격 거리는 제2-1 홈과 제2-3 홈 사이의 최소 이격 거리 보다 크고, 제2-2 홈과 제2-4 홈 사이의 최소 이격 거리는 제2-1 홈과 제2-2 홈 사이의 최소 이격 거리 보다 클 수 있다.Here, the minimum separation distance between the 2-1 groove and the 2-2 groove is greater than the minimum separation distance between the 2-1 groove and the 2-3 groove, and the minimum distance between the 2-2 groove and the 2-4 groove The separation distance may be greater than the minimum separation distance between the 2-1 groove and the 2-2 groove.
또, 제2-3 홈과 제2-5 홈 사이의 최소 이격 거리는 제2-1 홈과 제2-3 홈 사이의 최소 이격 거리 보다 크고, 제2-2 홈과 제2-4 홈 사이의 최소 이격 거리는 제2-3 홈과 제2-5 홈 사이의 최소 이격 거리 보다 클 수 있다.In addition, the minimum separation distance between the 2-3rd groove and the 2-5 groove is greater than the minimum separation distance between the 2-1 groove and the 2-3rd groove, and between the 2-2 groove and the 2-4 groove The minimum separation distance may be greater than the minimum separation distance between the 2-3rd groove and the 2-5th groove.
즉, 플레이트(103)를 제2 방향(Y)을 따라 절개한 단면에서, 복수의 홈(210, 220)은 복수의 제1 홈(210) 및 복수의 제2 홈(220)을 포함하여 증감이 반복되는 깊이를 형성하되, 제2 방향 일측(Y1)으로의 대략적인 반복 주기는 제2 방향 타측(Y2)으로의 대략적인 반복 주기 보다 클 수 있다.That is, in the cross section of the
다시 말해서, 앞서 정의된 제1 이격 거리 및 제2 이격 거리에 있어서, 상기 제1 이격 거리 및 상기 제2 이격 거리는 각각 플레이트(103)를 포함하는 음파 빔 형성 부재(13)의 중앙부에서 가장자리부로 갈수록 점차 커지는 경향을 가질 수 있다.In other words, in the first separation distance and the second separation distance defined above, the first separation distance and the second separation distance are respectively from the center of the sound wave
나아가 제1 이격 거리 및 제2 이격 거리는 각각 제2 방향 일측(Y1) 및 제2 방향 타측(Y2) 방향으로 점차 커질 수 있다.Furthermore, the first separation distance and the second separation distance may gradually increase in the direction of one side Y1 in the second direction and the other side Y2 in the second direction, respectively.
한편, 플레이트(103)를 제1 방향(X)을 따라 절개한 단면도는 표현하지 않았으나, 제1 방향(X)을 따라 홈(210, 220)의 깊이가 대칭적 구조를 가짐은 전술한 바와 동일하므로 중복되는 설명은 생략한다.On the other hand, the cross-sectional view of the
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 음파 빔 형성 부재(14)의 단면도로서, 음파 빔 형성 부재(14)의 플레이트(104)를 제2 방향(Y)을 따라 절개한 단면도이다.10 is a cross-sectional view of the sound wave
도 10을 참조하면, 본 실시예에 따른 음파 빔 형성 부재(14)의 플레이트(104)에 형성된 홈 중 적어도 일부는 경사진 기저면을 갖는 점이 도 9의 실시예에 따른 음파 빔 형성 부재(13)와 상이한 점이다.Referring to FIG. 10, at least some of the grooves formed in the
플레이트(104)를 제2 방향(Y)으로 절개한 단면도에서, 제1 홈은 제1-1 홈(211), 제1-2 홈(212), 제1-3 홈(213), 제1-4 홈(214) 및 제1-5 홈(215)을 포함할 수 있다. 제1-1 홈(211) 내지 제1-5 홈(215)의 위치 관계에 대해서는 전술한 바와 같다. 즉, 제1-1 홈(211)은 대략 중심에 위치한 제1 홈이고, 제1-2 홈(212) 및 제1-4 홈(214)은 제1-1 홈(211)에 비해 제2 방향 일측(Y1)에 위치한 제1 홈이고, 제1-3 홈(213) 및 제1-5 홈(215)은 제1-1 홈(211)에 비해 제2 방향 타측(Y2)에 위치한 제1 홈일 수 있다.In the cross-sectional view of the
플레이트(104)의 형상이 평면상 원형인 예시적인 실시예에서, 제2 방향 일측(Y1) 반원면에 위치한 홈들 중 적어도 일부의 기저면은 경사면을 가지되, 제2 방향 타측(Y2) 반원면에 위치한 홈들의 기저면은 경사를 갖지 않는 평탄한 기저면을 가질 수 있다. In an exemplary embodiment in which the shape of the
예를 들어, 제1-2 홈(212) 및 제1-4 홈(214)의 기저면은 제2 방향 일측(Y1)을 향해 상향 경사진 기저면을 가지되, 제1-3 홈(213) 및 제1-5 홈(215)의 기저면은 제1 방향(X) 및 제2 방향(Y)이 속하는 평면과 평행한 기저면을 가질 수 있다. 평면상 중심에 위치한 제1-1 홈(211)의 기저면 또한 제2 방향 일측(Y1)을 향해 상향 경사진 기저면을 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 제1-1 홈(211)의 기저면은 경사를 형성하지 않을 수도 있다.For example, the base surface of the 1-2
다른 예를 들어, 도면 부호로 표현하지 않았으나 제2-2 홈 및 제2-4 홈의 기저면은 제2 방향 일측(Y1)을 향해 상향 경사진 기저면을 가지되, 제2-3 홈 및 제2-5 홈의 기저면은 경사를 갖지 않을 수 있다.For another example, although not indicated by reference numerals, the base surfaces of the 2-2 grooves and the 2-4 grooves have a base surface inclined upward toward one side (Y1) in the second direction, but the 2-3 groove and the second -5 The base surface of the groove may not have a slope.
본 실시예에 따른 음파 빔 형성 부재(14)는 제3 방향(Z)으로 입사 및 진행하는 음파를 평면상 법선에 대해 제2 방향 일측(Y1)을 향해 경사지도록 굴절시킬 수 있다. 이 경우 제2 방향 일측(Y1)에 위치한 홈들의 기저면을 제2 방향 일측(Y1)을 향해 상향 경사지도록 구성하여 플레이트(104)의 표면을 따라 진행하는 표면파를 방사파로 변환함에 있어 고이득을 구현할 수 있다.The sound
몇몇 실시예에서, 홈들의 경사진 기저면의 경사각은 부분적으로 상이할 수 있다. 예를 들어, 깊이가 깊은 홈의 기저면의 경사각은 깊이가 작은 홈의 기저면의 경사각 보다 클 수 있다. 본 명세서에서, 경사면의 경사각은 제1 방향(X) 및 제2 방향(Y)이 속하는 평면에 대해 상기 경사면이 이루는 각도를 의미한다.In some embodiments, the angle of inclination of the inclined base surface of the grooves may be partially different. For example, the inclination angle of the base surface of the deep groove may be greater than the inclination angle of the base surface of the small depth groove. In this specification, the inclination angle of the inclined surface refers to an angle formed by the inclined surface with respect to a plane to which the first direction (X) and the second direction (Y) belong.
즉, 제1-2 홈(212) 및 제1-4 홈(214)을 포함하는 제1 홈의 기저면의 제1 경사각(θ1)은 제2 홈(220)의 기저면의 제2 경사각(θ2) 보다 클 수 있다. 또, 제1 홈 보다 작은 깊이를 가지고 제2 홈(220) 보다 큰 깊이를 갖는 제3 홈(230)의 기저면의 제3 경사각(θ3)은 제1 경사각(θ1) 보다 작고 제2 경사각(θ2) 보다 클 수 있다.That is, the first inclination angle θ 1 of the base surface of the first groove including the 1-2
앞서 설명한 것과 같이 플레이트(104)의 표면을 따라 진행하는 표면파 내지 부설파는 플레이트(104)의 중심으로부터 방사상으로 진행하다 홈의 깊이에 의해 결정되는 표면 어드미턴스로 인해 방사파로 전환될 수 있다. 이 때 의도된 영역 내의 홈의 기저면 각도를 이용하여 전환 효율을 증가시킬 수 있다.As described above, a surface wave or a subsurface wave traveling along the surface of the
한편, 플레이트(104)를 제1 방향(X)을 따라 절개한 단면도는 표현하지 않았으나, 제1 방향(X)을 따라 홈(210, 220)의 깊이가 대칭적 구조를 가짐은 전술한 바와 동일하므로 중복되는 설명은 생략한다.On the other hand, the cross-sectional view of the
이하, 전술한 음파 빔 형성 부재들을 이용한 음파 제어 시스템에 대하여 설명한다.Hereinafter, a sound wave control system using the aforementioned sound wave beam forming members will be described.
도 11 및 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 음파 제어 시스템(1)을 나타낸 모식도로서, 도 11은 음파 빔 형성 부재(11)를 중첩 배치하지 않은 경우를 나타낸 모식도이고, 도 12는 음파 빔 형성 부재(11)를 중첩시킨 경우를 나타낸 모식도이다.11 and 12 are schematic diagrams illustrating a sound
도 11 및 도 12를 참조하면, 본 실시예에 따른 음파 제어 시스템(1)은 음파 소스(20) 및 음파 소스(20) 상에 배치된 음파 빔 형성 부재(11)를 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 음파 빔 형성 부재(11)는 음파 소스(20) 상에서 제2 방향(Y)을 따라 이동할 수 있도록 구성될 수 있다.11 and 12, the sound
여기서 음파 빔 형성 부재(11)는 홈이 형성된 일면 및 평탄한 타면을 가지되, 음파 빔 형성 부재(11)는 상기 평탄한 타면이 음파 소스(20)를 향하도록 배치될 수 있다.Here, the sound wave
도 11과 같이 음파 빔 형성 부재(11)가 배치되지 않은 경우 음파 소스(20)로부터 발생한 음파는 전방을 향해 대략 고르게 퍼져 나갈 수 있다. 반면 도 12와 같이 음파 빔 형성 부재(11)가 음파 소스(20)의 제3 방향(Z) 일측으로 이동하여 배치될 경우 음파는 제2 방향 일측(Y1)으로 기울어져 음파 빔을 형성할 수 있다. 이에 따라 나머지 방향, 예컨대 제2 방향 타측(Y2) 및 제3 방향(Z)을 향하는 음파의 크기는 현저하게 감소될 수 있다.When the sound wave
본 실시예에서는 음파 빔 형성 부재(11)로서 도 1 등의 실시예에 따른 음파 빔 형성 부재를 이용한 경우를 예시하고 있으나, 본 발명이 이에 제한되지 않음은 물론이다.In the present embodiment, the case of using the sound wave beam forming member according to the embodiment of FIG. 1 as the sound wave
도 13 내지 도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 음파 제어 시스템(2)을 나타낸 모식도로서, 도 13은 음파 빔 형성 부재를 중첩 배치하지 않은 경우를 나타낸 모식도이고, 도 14는 제2 음파 빔 형성 부재(11')를 중첩시킨 경우를 나타낸 모식도이고, 도 15는 제1 음파 빔 형성 부재(11)를 중첩시킨 경우를 나타낸 모식도이다.13 to 15 are schematic diagrams showing a sound
도 13 내지 도 15를 참조하면, 본 실시예에 따른 음파 제어 시스템(2)은 음파 소스(20) 및 복수의 음파 빔 형성 부재(11, 11')를 포함하고 제1 음파 빔 형성 부재(11) 및 제2 음파 빔 형성 부재(11')는 음파 소스(20) 상에서 제2 방향(Y)을 따라 이동하도록 구성될 수 있다. 여기서 제1 음파 빔 형성 부재(11) 및 제2 음파 빔 형성 부재(11')는 각각 제3 방향(Z)으로 진행하는 음파가 제2 방향 일측(Y1) 및 제2 방향 타측(Y2)을 향해 경사를 가지고 굴절되도록 어드미턴스 패터닝된 상태일 수 있다.13 to 15, the sound
도 13과 같이 음파 빔 형성 부재가 중첩 배치되지 않은 경우 음파 소스(20)로부터 발생한 음파는 전방을 향해 대략 고르게 퍼져 나갈 수 있다.When the sound wave beam forming members are not overlapped as shown in FIG. 13, sound waves generated from the
반면 도 14와 같이 제2 음파 빔 형성 부재(11')가 음파 소스(20)와 제3 방향(Z)으로 중첩하도록 배치될 경우 음파는 제2 방향 타측(Y2)으로 기울어져 음파 빔을 형성할 수 있다.On the other hand, as shown in FIG. 14, when the second sound wave
또 도 15와 같이 제1 음파 빔 형성 부재(11)가 음파 소스(20)와 제3 방향(Z)으로 중첩하도록 배치될 경우 음파는 제2 방향 일측(Y1)으로 기울어져 음파 빔을 형성할 수 있다.In addition, as shown in FIG. 15, when the first sound wave
즉, 본 실시예에 따른 음파 제어 시스템(2)은 상호 다른 방향으로 음파 빔을 형성하도록 구성된 복수의 음파 빔 형성 부재를 포함하여 음파의 진행 방향을 자유롭게 변형 가능하다. 특히 음파 제어 시스템(2)을 소형화시킬 수 있어 다양한 응용을 기대할 수 있다.That is, the sound
본 실시예에서는 음파 빔 형성 부재(11, 11')로서 도 1 등의 실시예에 따른 음파 빔 형성 부재를 이용한 경우를 예시하고 있으나, 본 발명이 이에 제한되지 않음은 물론이다.In the present embodiment, a case in which the sound wave beam forming member according to the exemplary embodiment of FIG. 1 is used as the sound wave
도 16 및 도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 음파 제어 시스템(3)을 나타낸 모식도로서, 도 16은 음파 소스 상에 음파 빔 형성 부재(11)가 중첩 배치된 경우를 나타낸 모식도이고, 도 17은 음파 빔 형성 부재(11)가 회전된 상태를 나타낸 모식도이다.16 and 17 are schematic diagrams showing a sound
도 16 및 도 17을 참조하면, 본 실시예에 따른 음파 제어 시스템(3)은 음파 빔 형성 부재(11)가 음파 소스(20) 상에서 회전 가능하도록 구성될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 음파 빔 형성 부재(11)는 회전 뿐만 아니라 제2 방향(Y)을 따라 이동 가능하도록 구성될 수도 있다.16 and 17, the sound
도 16과 같이 음파 빔 형성 부재(11)가 음파 소스(20) 상에 중첩 배치될 경우 음파 소스(20)로부터 발생한 음파는 제2 방향 일측(Y1)으로 기울어져 음파 빔을 형성할 수 있다.As shown in FIG. 16, when the sound wave
반면 도 17과 같이 음파 빔 형성 부재(11)가 제1 방향(미도시) 및 제2 방향(Y)이 속하는 평면 내에서 회전할 경우, 음파 소스(20)로부터 발생한 음파는 제2 방향 타측(Y2)으로 기울어져 음파 빔을 형성할 수 있다.On the other hand, as shown in FIG. 17, when the sound wave
즉, 본 실시예에 따른 음파 제어 시스템(3)은 하나의 음파 빔 형성 부재(11)만을 포함하여 음파의 진행 방향을 자유롭게 변형 가능하기 때문에 음파 제어 시스템(3)을 더욱 소형화시킬 수 있다.That is, since the sound
도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 음파 제어 시스템(4)을 나타낸 모식도로서, 음파 소스 상에 음파 빔 형성 부재(11)를 배치하되 틸트(tilt)한 상태를 나타낸 모식도이다.18 is a schematic diagram showing a sound
도 18을 참조하면, 본 실시예에 따른 음파 제어 시스템(4)은 음파 소스(20) 및 음파 빔 형성 부재(11)를 포함하고, 음파 빔 형성 부재(11)는 음파 소스(20) 상에서 각도 조절 내지는 틸트 가능하도록 구성될 수 있다. 즉, 음파 소스(20) 상에서 그 법선과 음파 빔 형성 부재(11)의 상면(패턴면)이 이루는 각도에 따라 음파가 기울어지는 정도가 달라질 수 있다.Referring to FIG. 18, the sound
몇몇 실시예에서, 음파 제어 시스템(4)은 본 실시예와 같이 음파 빔 형성 부재(11)가 틸팅 제어될 뿐 아니라 회전하거나, 직선 운동이 가능하도록 구성될 수도 있다.In some embodiments, the sound
본 실시예에서는 음파 빔 형성 부재(11)로서 도 1 등의 실시예에 따른 음파 빔 형성 부재를 이용한 경우를 예시하고 있으나, 본 발명이 이에 제한되지 않음은 물론이다.In the present embodiment, the case of using the sound wave beam forming member according to the embodiment of FIG. 1 as the sound wave
이하 실험예를 참조하여 본 발명에 대해 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to experimental examples.
[실시예 1][Example 1]
3D 프린터를 이용하여 규칙적인 홈을 갖는 음파 빔 형성 부재를 제조하였다. 음파 빔 형성 부재는 직경 100mm의 원반 형태로 제작하였다.A sound wave beam forming member having regular grooves was manufactured using a 3D printer. The sound wave beam forming member was manufactured in the form of a disk having a diameter of 100 mm.
홈은 약 1.42mm의 직경을 갖는 원 형으로 구성하였다. 그리고 원형의 복수의 홈들은 육각 배열되었다. 육각 배열에 있어서 인접한 홈 간의 배열 피치는 2mm로 하였다. The groove was formed in a circular shape with a diameter of about 1.42 mm. And a plurality of circular grooves were hexagonally arranged. In the hexagonal arrangement, the arrangement pitch between adjacent grooves was 2 mm.
홈의 깊이는 다음과 같은 과정을 통해 설계되었다. 즉, 30kHz 주파수를 갖는 음파(파장: 약 11.43mm)에 대하여 홈의 깊이에 따른 파수(wave number)를 계산하고 이 때의 어드미턴스 변화를 5차 다항식 회귀법으로 추정하여 하기 수식 1을 도출하였다.The depth of the groove was designed through the following process. That is, for a sound wave having a frequency of 30 kHz (wavelength: about 11.43 mm), the wave number according to the depth of the groove was calculated, and the admittance change at this time was estimated by a 5th-order polynomial regression method to derive
[수식 1][Equation 1]
그리고 법선에 대해 30도 방향으로 기울어진 방향으로 굴절되는 어드미턴스 패턴을 설계하기 위해 하기 수식 2를 도출하였다.And the following
[수식 2][Equation 2]
상기 수식 1 및 수식 2에서 각 상수 및 변수는 앞서 정의한 바와 같다. In
또 상기 수식 1 및 수식 2를 매칭시켜 x 및 y에 따른 d 값을 도출하였다. x 및 y는 각각 상기 원반의 정중심을 원점으로 하는 직교 좌표계에 따른 수치였다. 도출된 d에 따라 홈의 깊이를 결정하고 해당 좌표에서 결정된 깊이를 갖도록 구성하였다.In addition, by matching
그리고 하기 수식 3으로 표현되는 표면 어드미턴스 값을 계산하고 이를 이미지화하여 도 19에 나타내었다. 도 19에서 적색 영역의 어드미턴스는 약 1.8이고 보라색 영역의 어드미턴스는 약 0.2였다. 하기 수식 3에서 Y0는 공기의 어드미턴스이다.Then, the surface admittance value represented by
[수식 3][Equation 3]
[실시예 2][Example 2]
법선에 대해 45도 방향으로 기울어진 방향으로 굴절되는 어드미턴스 패턴을 설계하고 홈의 깊이를 조정한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 원반 형태의 음파 빔 형성 부재를 제조하였다.A disk-shaped acoustic beam forming member was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the admittance pattern refracted in the direction inclined in the direction of 45 degrees to the normal was designed and the depth of the groove was adjusted.
즉, 수식 2를 실시예 1과 다르게 하기와 같이 적용하고 수식 1과 수식 2를 매칭시켜 x 및 y에 따른 d 값을 도출하여 홈의 깊이를 조정하였다.That is, the depth of the groove was adjusted by applying
[수식 2][Equation 2]
그리고 전술한 수식 3에 따라 표면 어드미턴스 값을 계산하고 이를 이미지화하여 도 20에 나타내었다.In addition, the surface admittance value was calculated according to
[실시예 3][Example 3]
법선에 대해 60도 방향으로 기울어진 방향으로 굴절되는 어드미턴스 패턴을 설계하고 홈의 깊이를 조정한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 원반 형태의 음파 빔 형성 부재를 제조하였다.A disk-shaped acoustic beam forming member was manufactured in the same manner as in Example 1, except that an admittance pattern that was refracted in a direction inclined in a direction inclined to a normal line was designed and the depth of the groove was adjusted.
즉, 수식 2를 실시예 1과 다르게 하기와 같이 적용하고 수식 1과 수식 2를 매칭시켜 x 및 y에 따른 d 값을 도출하여 홈의 깊이를 조정하였다.That is, the depth of the groove was adjusted by applying
[수식 2][Equation 2]
그리고 전술한 수식 3에 따라 표면 어드미턴스 값을 계산하고 이를 이미지화하여 도 21에 나타내었다.Then, the surface admittance value was calculated according to
[실험예][Experimental Example]
300mm×300mm×300mm 형태의 정육면체 밀폐 공간을 구성하였다. 그리고 한쪽 벽면 중앙에 음파 소스로서 스피커를 부착하고 스피커 전면에 앞서 제조된 음파 빔 형성 부재를 배치하였다. 스피커의 공간 상의 좌표를 (0,150)으로 정의하였다. 그리고 공간 좌표 (0,0)에서 (300,300)까지 각 좌표 위치에서의 음압 레벨(sound pressure level, SPL)을 마이크로폰을 이용하여 측정하였다. 음압 레벨의 측정은 x 좌표 및 y 좌표 각각에 대해 1mm 단위로 수행하였다. 측정된 결과를 토대로 300mm×300mm 공간 상의 평면상 음압 분포를 시뮬레이션하고, 그 결과를 도 22 내지 도 24에 나타내었다. 도 22 내지 도 24는 각각 실시예 1, 실시예 2 및 실시예 3에 따른 음파 제어 시스템에서의 음압 레벨을 시뮬레이션한 결과이다.A 300mm×300mm×300mm type of enclosed space was constructed. In addition, a speaker was attached as a sound wave source in the center of one wall, and a previously manufactured sound wave forming member was placed in front of the speaker. The coordinates of the speaker's space were defined as (0,150). And the sound pressure level (SPL) at each coordinate position from spatial coordinates (0,0) to (300,300) was measured using a microphone. The measurement of the sound pressure level was performed in units of 1 mm for each of the x coordinate and y coordinate. Based on the measured results, a planar sound pressure distribution in a 300mm×300mm space was simulated, and the results are shown in FIGS. 22 to 24. 22 to 24 are results of simulations of sound pressure levels in the sound wave control systems according to Examples 1, 2, and 3, respectively.
우선 도 22를 참조하면, 스피커 및 음파 빔 형성 부재의 위치 (0,150)를 기준으로 법선에 대해 약 30도 만큼 기울어진 방향으로 음압이 집중된 것을 확인할 수 있다. 또, 상대적으로 먼 거리까지도 균일한 음압을 나타내어 음파의 손실 없이 원거리까지 음파 전달이 가능함을 알 수 있다.First, referring to FIG. 22, it can be seen that the sound pressure is concentrated in a direction inclined by about 30 degrees with respect to the normal based on the position (0,150) of the speaker and the sound wave forming member. In addition, it can be seen that sound pressure can be transmitted to a long distance without loss of sound waves as it exhibits a uniform sound pressure even over a relatively long distance.
도 22의 상측 도면에서 세로축은 x 좌표를 의미하고, 가로축은 y 좌표를 의미한다. 또 적색에 가까워질수록 음압이 높음을, 즉 음파 빔이 형성되었음을 나타낸다. 도 22의 하측 도면에서 연녹색에 가까워질수록 음압이 높음을 의미한다.In the upper view of FIG. 22, the vertical axis means x coordinate and the horizontal axis means y coordinate. In addition, the closer to red, the higher the sound pressure, that is, indicating that a sound wave beam is formed. In the lower view of FIG. 22, the closer to light green, the higher the sound pressure.
다음으로 도 23을 참조하면, 법선에 대해 약 45도 만큼 기울어진 방향으로 음압이 집중된 것을 확인할 수 있다. 또, 음파의 손실 없이 원거리까지 음파 전달이 가능함을 알 수 있다.Next, referring to FIG. 23, it can be seen that the sound pressure is concentrated in a direction inclined by about 45 degrees with respect to the normal. In addition, it can be seen that sound waves can be transmitted to a long distance without loss of sound waves.
도 23의 상측 도면에서 세로축은 x 좌표를 의미하고, 가로축은 y 좌표를 의미한다. 또 적색에 가까워질수록 음압이 높음을 나타낸다. 도 23의 하측 도면에서 연녹색에 가까워질수록 음압이 높음을 의미한다.In the upper drawing of FIG. 23, the vertical axis means the x coordinate, and the horizontal axis means the y coordinate. Also, the closer to red, the higher the sound pressure. In the lower drawing of FIG. 23, the closer to light green, the higher the sound pressure.
다음으로 도 24를 참조하면, 법선에 대해 약 60도 만큼 기울어진 방향으로 음압이 집중된 것을 확인할 수 있다. 또, 음파의 손실 없이 원거리까지 음파 전달이 가능함을 알 수 있다.Next, referring to FIG. 24, it can be seen that the sound pressure is concentrated in a direction inclined by about 60 degrees with respect to the normal. In addition, it can be seen that sound waves can be transmitted to a long distance without loss of sound waves.
도 24의 상측 도면에서 세로축은 x 좌표를 의미하고, 가로축은 y 좌표를 의미한다. 또 적색에 가까워질수록 음압이 높음을 나타낸다. 도 24의 하측 도면에서 연녹색에 가까워질수록 음압이 높음을 의미한다.In the upper drawing of FIG. 24, the vertical axis indicates the x coordinate and the horizontal axis indicates the y coordinate. Also, the closer to red, the higher the sound pressure. In the lower drawing of FIG. 24, the closer to light green, the higher the sound pressure.
이상에서 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. The embodiments of the present invention have been described above, but these are only examples and do not limit the present invention, and those of ordinary skill in the field to which the present invention pertains should not depart from the essential characteristics of the embodiments of the present invention. It will be appreciated that various modifications and applications not illustrated above are possible.
따라서 본 발명의 범위는 이상에서 예시된 기술 사상의 변경물, 균등물 내지는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성요소는 변형하여 실시할 수 있다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.Therefore, the scope of the present invention should be understood to include modifications, equivalents, or substitutes of the technical idea exemplified above. For example, each component specifically shown in the embodiment of the present invention can be modified and implemented. And differences related to these modifications and applications should be construed as being included in the scope of the present invention defined in the appended claims.
1: 음파 제어 시스템
11: 음파 빔 형성 부재
101: 플레이트
200: 홈
210: 제1 홈
220: 제2 홈1: sound wave control system
11: sound wave beam forming member
101: plate
200: home
210: first groove
220: second groove
Claims (18)
평면 시점에서, 상기 복수의 홈의 반복 단위는 육각 배열되고,
인접한 홈 간의 배열 피치는, 상기 홈의 최대 폭의 1.4배 이상 2배 이하인 음파 빔 형성 부재.The method of claim 1,
In a plan view, the repeating units of the plurality of grooves are hexagonally arranged,
An arrangement pitch between adjacent grooves is 1.4 times or more and less than 2 times the maximum width of the grooves.
상기 홈의 최대 폭은, 제어하고자 하는 음파의 파장보다 작은 음파 빔 형성 부재.The method of claim 1,
The maximum width of the groove is a sound wave forming member smaller than the wavelength of the sound wave to be controlled.
평면 시점에서,
어느 중심을 기준으로 상기 복수의 홈의 깊이는 제1 방향으로 대칭적이고, 상기 복수의 홈의 깊이는 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향으로 비대칭적이도록 구성된 음파 빔 형성 부재.The method of claim 1,
In the plane view,
A sound wave beam forming member configured such that the depths of the plurality of grooves are symmetrical in a first direction with respect to a center, and the depths of the plurality of grooves are asymmetrical in a second direction perpendicular to the first direction.
상기 플레이트의 최대 두께는 상기 홈의 최대 폭의 2배 내지 3.5배 범위에 있는 음파 빔 형성 부재.The method of claim 1,
The maximum thickness of the plate is a sound wave beam forming member in the range of 2 to 3.5 times the maximum width of the groove.
상기 플레이트를 상기 제2 방향으로 절개한 단면에서, 최대 깊이를 갖는 홈들은 제1 홈으로 정의되고, 최소 깊이를 갖는 홈들은 제2 홈으로 정의되며, 상기 제1 홈과 상기 제2 홈은 상기 제2 방향을 따라 이격 배열되고,
상기 제2 방향으로 이격되어 최인접한 두 개의 제1 홈들 사이에는, 적어도 하나의 제2 홈이 위치하고,
상기 제2 방향으로 이격되어 최인접한 두 개의 제2 홈들 사이에는, 적어도 하나의 제1 홈이 위치하는 음파 빔 형성 부재.A sound wave beam forming member including a plate in which a plurality of grooves are arranged, the depth of the plurality of grooves is symmetrical in a first direction based on a certain center, but is asymmetric in a second direction crossing the first direction,
In the cross section of the plate cut in the second direction, grooves having a maximum depth are defined as first grooves, grooves having a minimum depth are defined as second grooves, and the first groove and the second groove are the Arranged spaced apart along the second direction,
At least one second groove is located between the two first grooves spaced apart in the second direction and adjacent to each other,
A sound wave beam forming member in which at least one first groove is positioned between the two second grooves spaced apart in the second direction and adjacent to each other.
상기 제1 홈들은,
제1-1 홈, 상기 제1-1 홈의 상기 제2 방향 일측에 위치한 제1-2 홈 및 상기 제1-1 홈의 상기 제2 방향 타측에 위치한 제1-3 홈을 포함하고,
상기 제1-1 홈과 상기 제1-2 홈 사이의 최소 이격 거리는, 상기 제1-1 홈과 상기 제1-3 홈 사이의 최소 이격 거리 보다 큰 음파 빔 형성 부재.The method of claim 6,
The first grooves,
A 1-1 groove, a 1-2 groove located on one side of the first-first groove in the second direction, and a 1-3 groove located on the other side of the first-first groove in the second direction,
A minimum separation distance between the 1-1 groove and the 1-2 groove is greater than the minimum separation distance between the 1-1 groove and the 1-3 groove.
상기 제1 홈들은, 상기 제1-2 홈의 상기 제2 방향 일측에 위치한 제1-4 홈, 및 상기 제1-3 홈의 상기 제2 방향 타측에 위치한 제1-5 홈을 더 포함하고,
상기 제1-2 홈과 상기 제1-4 홈 사이의 최소 이격 거리는, 상기 제1-1 홈과 상기 제1-2 홈 사이의 최소 이격 거리 보다 크고,
상기 제1-3 홈과 상기 제1-5 홈 사이의 최소 이격 거리는, 상기 제1-1 홈과 상기 제1-3 홈 사이의 최소 이격 거리 보다 큰 음파 빔 형성 부재.The method of claim 8,
The first grooves further include a 1-4 groove located on one side of the 1-2 groove in the second direction, and a 1-5 groove located on the other side of the 1-3 groove in the second direction, ,
The minimum separation distance between the 1-2 groove and the 1-4 groove is greater than the minimum separation distance between the 1-1 groove and the 1-2 groove,
A minimum separation distance between the 1-3 grooves and the 1-5 grooves is greater than the minimum separation distance between the 1-1 grooves and the 1-3 grooves.
상기 제2 홈들은,
제2-1 홈,
상기 제2-1 홈의 상기 제2 방향 일측에 위치한 제2-2 홈,
상기 제2-1 홈의 상기 제2 방향 타측에 위치한 제2-3 홈,
상기 제2-2 홈의 상기 제2 방향 일측에 위치한 제2-4 홈, 및
상기 제2-3 홈의 상기 제2 방향 타측에 위치한 제2-5 홈을 포함하고,
상기 제2-1 홈과 상기 제2-2 홈 사이의 최소 이격 거리는, 상기 제2-1 홈과 상기 제2-3 홈의 최소 이격 거리 보다 크고,
상기 제2-2 홈과 상기 제2-4 홈 사이의 최소 이격 거리는, 상기 제2-1 홈과 상기 제2-2 홈 사이의 최소 이격 거리 보다 크고,
상기 제2-3 홈과 상기 제2-5 홈 사이의 최소 이격 거리는, 상기 제2-1 홈과 상기 제2-3 홈 사이의 최소 이격 거리 보다 큰, 음파 빔 형성 부재.The method of claim 9,
The second grooves,
2-1 groove,
A 2-2 groove located on one side of the 2-1 groove in the second direction,
A 2-3rd groove located on the other side in the second direction of the 2-1 groove,
A 2-4 groove located on one side of the 2-2 groove in the second direction, and
It includes a 2-5 groove located on the other side of the second direction of the 2-3 groove,
The minimum separation distance between the 2-1 groove and the 2-2 groove is greater than the minimum separation distance between the 2-1 groove and the 2-3 groove,
The minimum separation distance between the 2-2 groove and the 2-4 groove is greater than the minimum separation distance between the 2-1 groove and the 2-2 groove,
A minimum separation distance between the 2-3rd groove and the 2-5th groove is greater than a minimum separation distance between the 2-1 groove and the 2-3rd groove.
상기 제1-2 홈의 기저면은 상기 제2 방향 일측을 향해 상향 경사진 경사면을 형성하고,
상기 제1-3 홈의 기저면은 경사를 형성하지 않는 음파 빔 형성 부재.The method of claim 8,
The base surface of the 1-2 groove forms an inclined surface inclined upward toward one side in the second direction,
A sound wave beam forming member that does not form an inclined base surface of the first-3 groove.
상기 제2 홈 중 적어도 일부의 기저면은 경사면을 형성하고,
상기 제1-2 홈의 기저면의 경사각은 상기 제2 홈의 기저면의 경사각 보다 큰 음파 빔 형성 부재.The method of claim 11,
At least a portion of the base surface of the second groove forms an inclined surface,
An inclination angle of the base surface of the 1-2 groove is larger than the inclination angle of the base surface of the second groove.
상기 정의된 제1 홈들 중에서, 서로 최인접한 두 개의 제1 홈들 사이의 이격 거리는 제1 이격 거리로 정의되고,
상기 정의된 제2 홈들 중에서, 서로 최인접한 두 개의 제2 홈들 사이의 이격 거리는 제2 이격 거리로 정의되고,
상기 제1 이격 거리 및 상기 제2 이격 거리는 각각, 상기 음파 빔 형성 부재의 중앙부에서 가장자리부로 갈수록 점차 커지는 음파 빔 형성 부재.The method of claim 6,
Among the first grooves defined above, a separation distance between the two first grooves closest to each other is defined as a first separation distance,
Among the defined second grooves, a separation distance between the two second grooves closest to each other is defined as a second separation distance,
The first separation distance and the second separation distance are each of the sound wave forming member gradually increasing from the center portion to the edge portion of the sound wave forming member.
상기 음파 빔 형성 부재는,
상기 플레이트의 두께 방향으로 입사된 음파를, 상기 제2 방향 측을 향해 기울어지도록 지향성을 부여하는 음파 빔 형성 부재.The method of claim 6,
The sound wave beam forming member,
A sound wave forming member for imparting directivity so that the sound waves incident in the thickness direction of the plate are inclined toward the second direction.
어느 홈의 깊이(d)와 평면상 위치(x, y) 간의 관계는, 하기 수식을 만족하도록 구성되는 음파 빔 형성 부재.
[수식]
(여기서, A1, A2, A3, A4, A5 및 A6는 각각 소정의 값을 갖는 양수이고, B는 0.8 내지 1.5 사이의 양수이고, M은 0.5 내지 0.7 사이의 양수이고, λ는 변조하고자 하는 음파의 파장이고, n은 1.3 내지 1.5 사이의 양수이고, θ는 굴절시키고자 하는 각도이고, d는 상기 홈의 깊이이고, x 및 y는 각각 임의의 중심을 기준으로 하는 제1 방향 및 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향으로의 좌표값임)A sound wave beam forming member comprising a plate in which a plurality of grooves are regularly arranged, wherein at least some of the plurality of grooves have different depths, and at least some have the same depth,
The relationship between the depth (d) of the groove and the position (x, y) on the plane is a sound wave beam forming member configured to satisfy the following equation.
[Equation]
(Where A 1 , A 2 , A 3 , A 4 , A 5 and A 6 are each positive number having a predetermined value, B is a positive number between 0.8 and 1.5, M is a positive number between 0.5 and 0.7, λ is the wavelength of the sound wave to be modulated, n is a positive number between 1.3 and 1.5, θ is the angle to be refracted, d is the depth of the groove, and x and y are the first values based on an arbitrary center, respectively. 1 direction and the coordinate value in the second direction perpendicular to the first direction)
상기 음파 소스와 인접 배치된 제1항 내지 제6항 및 제8항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 음파 빔 형성 부재를 포함하는 음파 제어 시스템.Sound wave source; And
A sound wave control system comprising a sound wave beam forming member according to any one of claims 1 to 6 and 8 to 15 disposed adjacent to the sound wave source.
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11551661B2 (en) * | 2018-03-07 | 2023-01-10 | Korea Institute Of Machinery & Materials | Directional sound device |
WO2023219228A1 (en) * | 2022-05-10 | 2023-11-16 | 부산대학교 산학협력단 | Holographic-based directional audio device capable of sound wave scanning |
WO2024087904A1 (en) * | 2022-10-27 | 2024-05-02 | 华为技术有限公司 | Audio module and vehicle |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20180127226A (en) | 2017-05-18 | 2018-11-28 | 하만인터내셔날인더스트리스인코포레이티드 | Loudspeaker system and configurations for directionality and dispersion control |
KR101974664B1 (en) * | 2010-10-21 | 2019-05-02 | 오쿠스틱 3디 홀딩스 리미티드 | Acoustic diffusion generator |
KR101975022B1 (en) * | 2018-03-07 | 2019-05-03 | 한국기계연구원 | Directional Sound Apparatus |
KR102151358B1 (en) * | 2019-10-23 | 2020-09-02 | 부산대학교 산학협력단 | Holographic based directional sound appartus |
-
2020
- 2020-02-25 KR KR1020200022932A patent/KR102214788B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101974664B1 (en) * | 2010-10-21 | 2019-05-02 | 오쿠스틱 3디 홀딩스 리미티드 | Acoustic diffusion generator |
KR20180127226A (en) | 2017-05-18 | 2018-11-28 | 하만인터내셔날인더스트리스인코포레이티드 | Loudspeaker system and configurations for directionality and dispersion control |
KR101975022B1 (en) * | 2018-03-07 | 2019-05-03 | 한국기계연구원 | Directional Sound Apparatus |
KR102151358B1 (en) * | 2019-10-23 | 2020-09-02 | 부산대학교 산학협력단 | Holographic based directional sound appartus |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11551661B2 (en) * | 2018-03-07 | 2023-01-10 | Korea Institute Of Machinery & Materials | Directional sound device |
WO2023219228A1 (en) * | 2022-05-10 | 2023-11-16 | 부산대학교 산학협력단 | Holographic-based directional audio device capable of sound wave scanning |
WO2024087904A1 (en) * | 2022-10-27 | 2024-05-02 | 华为技术有限公司 | Audio module and vehicle |
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