KR102604029B1 - 도파관을 갖는 지향성 멀티웨이 라우드스피커 - Google Patents

도파관을 갖는 지향성 멀티웨이 라우드스피커 Download PDF

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Abstract

본 발명은 라우드스피커(1)에 관한 것으로, 라우드스피커(1)는 내부 볼륨(27)을 규정하는 전면 부분(15), 측면 부분(21) 및 후면 부분(25)을 갖는 균일한 인클로저(2)로서, 전면 부분(15)은 도파관 표면(8)으로서 형성되고 도파관 표면(8)에 적어도 하나의 드라이버(12, 13)를 포함하고 라우드스피커(1)의 메인 음향 전력을 제1 음향 축(10)의 방향으로 방출할 수 있는, 균일한 인클로저(2), 인클로저(2)에 부착된 적어도 하나의 추가 드라이버(4)로서, 추가 드라이버(4)는 인클로저(2) 내부에 부착되어 서브 볼륨(22)이 내부 볼륨(27) 내부에 형성되고, 서브 볼륨(22)은 드라이버(4), 드라이버(4)와 전면 부분(15) 사이의 스페이서(33) 및 인클로저(2)의 전면 부분(15)에 의해 제한되고, 적어도 하나의 제1 포트(20)가 서브 볼륨(22)으로부터 인클로저(2)의 측면 부분(21) 또는 후면 부분(25)으로 주변 볼륨(26)으로 개방되도록 구성되는, 추가 드라이버(4), 및 서브 볼륨(22)에 음향적으로 연결된 적어도 하나의 공진기 캐비티(46)를 포함하는 적어도 하나의 공진기(40)로서, 공진기(40)는 서브 볼륨(22)의 원하지 않는 공진들 중 적어도 하나로 튜닝되는, 공진기(40)를 포함한다. 본 발명에 따르면, 공진기(40)는 균일한 인클로저(2)에 연결된 별도의 유닛(51)으로 형성된다.

Description

도파관을 갖는 지향성 멀티웨이 라우드스피커
본 발명은 라우드스피커에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 도파관을 구비한 라우드스피커에 관한 것이다.
정확하게는, 본 발명은 청구항 1의 전제부에 관한 것이다.
종래 기술에서, 특히 2개 이상의 드라이버를 갖는 라우드스피커(멀티웨이 라우드스피커)는 라우드스피커의 전방 배플 표면(Face) 상의 불연속성에 의해 생성된 소리 회절과 관련된 문제를 나타내었다. 실제로 고주파수 드라이버(트위터)는 이러한 의미에서 가장 중요한 부분이다. 본 출원의 출원인은 트위터 주변이 단지 트위터 및/또는 중간 범위 드라이버 또는 대안적으로 동축 중간 범위-트위터 드라이버에 대한 높은 범위 및 중간 범위 주파수 오디오 신호에 대한 연속 도파관으로서 형성된 해결책을 만들었다.
본 출원에서, 이러한 종류의 음원을 도파관 드라이버라고 칭하며 이는 이러한 3차원 도파관 구조의 중앙에 위치된 임의의 드라이버를 포함한다. 이러한 해결책에 의해 우수한 음질과 사운드 에너지의 정확한 지향을 달성할 수 있다. 그러나 방출의 지향성을 제어하기 위한 도파관의 주파수 범위와 효과는 도파관에 의해 덮인 표면적에 의해 크게 결정되는 도파관의 크기, 따라서 라우드스피커의 전방 배플(Face)의 크기에 의존한다. 작은 도파관 영역은 지향성 제어를 단지 트위터 범위와 같은 고주파수로 제한한다. 넓은 도파관 영역은 지향성 제어의 주파수 범위를 중간 범위 드라이버 주파수 범위와 같은 더 낮은 주파수로 확장할 수 있다.
더 작은 크기의 라우드스피커가 설계되면, 일반적으로 모든 드라이버가 (저주파수 방출기, 우퍼와 같이) 도파관의 중앙에 배치될 수 없으며, 이러한 다른 드라이버가 차지하는 표면적 및 드라이버 자체가 도파관에 이용 가능한 배플 영역을 제한하거나 추가로 오디오 에너지의 유해한 회절을 생성하여 청취자가 들을 수 있는 오디오 신호의 품질을 저하시킨다.
종래 기술에서 라우드스피커의 전면에 하나 이상의 도파관을 갖는 라우드스피커를 만들려는 시도가 있었다. 본 출원의 출원인은 이전에 예를 들어, EP-출원 14168925.7호 및 출원 PCT/FI2014/050757호에서 이와 같은 다양한 해결책을 이전에 만들었다. 이러한 출원에서 비동축 드라이버가 인클로저의 전면(Face)에 생성된 도파관 형태를 방해하지 않도록 위치되고 동일한 표면(인클로저의 전면(Face))에 위치되는 경우 선택된 주파수에서 고체 표면으로서 유리하게 기능하고 도파관이 설계된 음원(들)에 의해 방출되는 주파수의 투과를 제한하고 다른 한편으로는 다른 주파수, 더욱 구체적으로는 비동축 드라이버(들), 통상적으로 우퍼(들)에 의해 방출되는 주파수에 대해서는 투과시킬 수 있는 재료로 덮여 있는 해결책이 제시되었다.
저주파수 드라이버를 덮으면 드라이버에 의한 공기의 볼륨 변위가 공기 흐름을 허용하기 위해 충분한 개구를 필요로 하기 때문에 드라이버의 동적 성능에 몇몇 문제를 야기할 수 있다. 또한, 우퍼 전방의 서브 볼륨은 원하지 않는 공진을 유발할 수 있다.
본 발명에 따르면 상술한 문제 중 적어도 일부는 주조 인클로저의 개별 요소인 저항성 또는 리액티브 공진기를 우퍼의 서브 볼륨에 음향적으로 연결하여 라우드스피커의 전체 볼륨이 가능한 작게 유지되도록 하여 해결된다. 유리하게는 이러한 공진기는 동축 요소 주위에 적어도 부분적으로 위치된다. 또한, 본 발명의 목적은 우퍼(들)의 동적 성능을 개선하는 것이다.
보다 구체적으로, 본 발명에 따른 라우드스피커는 청구항 1의 특징부에 기재된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 라우드스피커는 서브 볼륨에 음향적으로 연결된 적어도 하나의 공진기를 포함하고, 공진기는 서브 볼륨의 원하지 않는 공진 중 적어도 하나에 튜닝된다.
본 발명의 도움으로 상당한 이점이 얻어진다.
본 발명의 일 실시예의 도움으로 저주파수 드라이버가 덮여질 수 있지만 우퍼의 서브 볼륨에 의해 야기되는 공진 문제는 억제될 수 있다. 일부 실시예에서 억제는 다른 주파수로 튜닝된 복수의 공진기에 의해 복수의 주파수에서 일어날 수 있다.
본 발명의 도움으로 라우드스피커의 전체 전면(Face)은 베이스(bass) 드라이버의 서브 볼륨으로부터 어떠한 방해하는 공진 없이 중간 및 높은 주파수에 대한 연속 도파관으로서 형성될 수 있지만, 라우드스피커의 전체 볼륨은 가능한 작게 유지한다. 이러한 측정에 의해 18 내지 20000 Hz의 전체 오디오 범위는 하나의 "스위트 스폿(sweet spot)"으로 정밀하게 지향될 수 있으며 또한 나머지 소리 에너지는 라우드스피커의 전체 도파관 형태로 인해 리스닝 룸(listening room)으로 나누어져 인클로저 자체는 메인 방향이 아닌 다른 방향의 주파수 응답에 본질적으로 영향을 미치지 않는다.
즉, 완전한 배플(baffle) 플레이트가 평면이거나 도파관처럼 부분적으로만 굴곡된 통상의 라우드스피커에서, "스위트 스폿"이 아닌 다른 방향으로 형성된 신호는 제어되지 않은 방식으로 리스닝 룸의 벽으로부터 반사될 것이다. 그러나, 본 발명은 음압(sound pressure)이 모든 방향으로 최적으로 분포되는 인클로저를 제공하며, 이에 의해 벽 반사도 사람의 귀에 자연스럽게 들린다.
공진기는 별도의 부품이기 때문에, 주조 인클로저와 다른 제조 절차로 다른 재료로 프로세싱될 수 있다. 이는 곡선 또는 나선형 공진 캐비티와 같은 보다 상세한 구성 요소의 제조를 용이하게 한다. 또한, 이는 동일한 주조 라우드스피커 인클로저에 대한 대체 드라이버에 대해 다른 종류의 공진기를 생산하는 것을 가능하게 한다. 공진기의 재료는 또한 플라스틱에서 목재 기반 재료까지 자유롭게 선택될 수 있으며, 심지어 금속도 사용될 수 있다.
이하에서, 본 발명의 특정의 바람직한 실시예가 첨부 도면을 참조하여 설명된다.
도 1은 종래 기술에 따른 라우드스피커의 정면도를 나타낸다.
도 2는 도 1에 따른 라우드스피커의 단면을 나타낸다.
도 3은 도 1에 따른 라우드스피커의 상세한 단면을 나타낸다.
도 4는 종래 기술에 따른 우퍼 캐비티 및 대응하는 공진기의 주파수 응답 그래프를 나타낸다.
도 5는 종래 기술에 따른 우퍼 서브 볼륨의 단면을 나타낸다.
도 6은 종래 기술에 따른 제2 우퍼 서브 볼륨의 단면을 나타낸다.
도 7은 종래 기술에 따른 제3 서브 볼륨의 단면을 나타낸다.
도 8a는 종래 기술에 따른 우퍼의 정면도를 나타낸다.
도 8b는 도 7a의 우퍼의 단면 A-A를 나타낸다.
도 9는 종래 기술에 따른 제3 우퍼 서브 볼륨의 단면을 나타낸다.
도 10은 종래 기술의 하나의 대안적인 실시예에 따른 라우드스피커의 정면도를 나타낸다.
도 11은 도 9에 따른 라우드스피커의 단면을 나타낸다.
도 12는 종래 기술에 따른 라우드스피커의 정면도를 나타낸다.
도 13은 종래 기술의 하나의 바람직한 실시예에 따른 라우드스피커 시스템의 도면을 나타낸다.
도 14는 종래 기술의 하나의 바람직한 실시예에 따른 라우드스피커의 단면도를 나타낸다.
도 15는 본 발명에 따른 공진기 유닛을 나타낸다.
도 16은 라우드스피커 내부 인클로저의 전면 부분에 연결된 본 발명에 따른 공진기 유닛을 나타낸다.
도 17은 공진기 유닛이 점선으로 나타내어지도록 한 본 발명에 따른 라우드스피커의 정면도를 나타낸다.
도 18은 공진기 유닛이 점선으로 나타내어지도록 한 본 발명에 따른 다른 라우드스피커의 정면도를 나타낸다.
사용된 용어의 목록:
1: 라우드스피커
2: 인클로저
3: 도파관 드라이버, 또한 동축 드라이브 또는 단지 트위터(tweeter)
4: 우퍼, 저주파수 드라이버, 추가 드라이버
5: 우퍼용 전면 포트(개구), 인클로저(2)의 표면 상에 외부 림(rim)을 갖는 저주파수 드라이버, 림은 전면 포트의 림의 평면을 규정함
6: 음향적으로 선택적으로 투명한 층
7: 음향적으로 투명한 층에 대한 지지 구조
8: 3차원 도파관 표면, 또한 도파관 드라이버(3)의 중심 주위에 축 대칭 피처를 갖는 평활하고 연속적인 표면을 갖는 메인 음향 전력을 방출하는 인클로저(2)의 전면(Face)
9: 복수의 라우드스피커에 대한 스위트 스폿
10: 제1 음향 축
11: 제2 음향 축
12: 트위터
13: 중간 범위 드라이버
15: 인클로저의 전면 부분(벽)(도파관 표면(8)일 수도 있음), 전면 배플 부분, 메인 음향 전력을 방출하고 도파관 표면(8)을 포함하고 제1 음향 축(10)에 수직인 평면(28)을 갖는 전면 부분
B1: 도파관 드라이버(3)의 주파수 대역
B2: 비동축 드라이버(4)의 주파수 대역
C: 대역 B1과 B2 사이의 교차 주파수 대역
d: 패널 공진기의 캐비티 깊이
20: 제1 포트, 또한 인클로저 표면 상의 제1 포트 평면을 규정하는 외부 림을 갖는 측면 개구.
21: 인클로저의 측면 부분(벽)
22: 서브 볼륨, 또한 우퍼의 전방 공간, 저주파수 드라이버, 내부 볼륨(27)의 일부
W: 서브 볼륨의 폭
L: 서브 볼륨의 길이
23: 드라이버(4)와 인클로저(2) 사이에 스페이서를 형성하는 서브 볼륨(전방 공간)의 측벽, 측벽(23)의 중간에서 접선은 전면 부분(15)의 평면(28)에 대해 0과 다른 각도를 가지며, 통상적으로 약 90도 각도를 가짐.
25: 전면 부분(15)의 평면과 통상적으로 평행한 후면 부분(25)의 중간에 형성된 접선에 의해 규정된 평면을 갖는 인클로저의 후면 부분. 후면 부분(25)의 평면은 본 발명에 따라 다양한 상이한 각도를 가질 수 있다.
26: 주변 볼륨
27: 인클로저(2)의 내부 볼륨
28: 전면 부분의 평면
29: 이 부분의 중심의 접선에 의해 결정되는 측면 부분(21)의 평면
30: 이 부분의 중심의 접선에 의해 결정되는 후면 부분의 평면
31: 전면 포트(5)의 평면
32: 제1 포트(20)의 평면, 전면 포트(5)의 평면(31) 및 임의의 제1 포트(20)의 평면(32)은 제1 포트(20)가 후면 부분(25) 상에 위치되지 않은 경우에 0 도 초과의 각도 α, 바람직하게는 45 도 초과의 각도를 갖는다.
33: 스페이서, 우퍼와 전면 부분(15) 사이의 부분, 인클로저(2)의 일체형 부품 또는 별개의 요소
34: 반사 포트
α: 전면 포트(5)의 평면(31)과 제1 포트(20)의 평면(32) 사이의 각도
40: 공진기
40': 서브 공진기
41: 공진기의 억제 재료
43: 서브 볼륨의 주파수 응답
44: 공진기의 주파수 응답
fo: 공진 주파수
45: 헬름홀츠(Helmholtz) 공진기의 개구 또는 목(neck)
46: 공진기 또는 헬름홀츠 공진기의 캐비티
47: 우퍼 커버
48: 커버 튜브
50: 패널 공진기의 패널
51: 공진기 유닛
52: 부착 러그(lug)
도 1에 따르면, 본 발명과 관련하여 적어도 부분적으로 사용될 수 있는 종래 기술의 라우드스피커(1)는 트위터(12) 및 그 주변의 중간 범위 드라이버(13)를 포함하는 동축 도파관 드라이버(3)를 포함한다. 동축 드라이버(3)는 3차원 도파관 표면(8)의 중심, 또한 인클로저(2)의 전면(Face)에 위치된다. 인클로저는 통상적으로 주조 금속, 유리하게는 알루미늄으로 만들어진다. 또한, λtic 조합과 같은 다른 주조 가능 또는 몰딩 가능한 재료가 인클로저의 재료로 사용될 수 있다.
도파관 표면(8)은 드라이버(3)의 메인 음향 전력을 방출한다. 도파관(8)은 도파관 드라이버(3)의 중심 주위에 축 대칭 피처를 갖는 평활한 연속 표면을 갖는다. 2개의 우퍼 드라이버(4)는 인클로저(2) 및 좁은 포트(개구)(20) 내부에서 도파관 드라이버(3)의 양측 상에 대칭적으로 위치되고, 제1 포트는 인클로저(2)로부터 음향 에너지를 내보내도록 우퍼(4)에 대한 도파관 표면 바로 뒤에 형성된다. 이러한 제1 포트(20)는 이 실시예에서 인클로저(2)의 좁은 전면 단부에 있고, 이러한 포트는 청취 방향으로부터 부분적으로 보인다. 즉, 제1 포트(20)는 U자형 슬롯이다.
점선으로 우퍼(4)와 우퍼 서브 볼륨(22)의 윤곽과 우퍼 서브 볼륨(22)에 연결된 공진기(40)가 나타내어진다. 공진기(40)의 기능은 우퍼 서브 볼륨(22)의 공진을 억제하는 것이다. 이러한 공진기(40)는 부분적으로 동축 드라이버(3) 뒤에 위치되고, 각각의 서브 볼륨(22)은 동축 드라이버(3)의 양측 상에 2개의 공진기를 갖는다. 서브 볼륨(22)은 W/H 비율이 약 1.8이고 통상적으로 1.0 내지 5의 범위가 되도록 폭 W 및 높이 H를 갖는다. 공진기(40)는 통상적으로 인클로저의 일체형 부품이다.
공진기는 가장 긴 치수, 이 시간에 길이 L이 억제될 파장의 λ/4 또는 대안적으로 λ/2가 되도록 치수가 정해진다. 즉, 서브 볼륨(22)이 파장 λ에서 원하지 않는 공진을 갖는다면, 공진기는 길이가 λ/4의 길이여야 한다. 주파수 영역에서 이는 공진 f0에서, λ = v/f0를 의미하며, 여기서 v는 음속이다. 유리하게는 공진기(40)는 PES 울(wool), 개방-셀 발포 재료, 유리 섬유, 미네랄 울, 펠트 또는 다른 섬유질 또는 개방 셀 또는 다공성 재료, 또는 대안적으로 셀 크기 또는 섬유 크기가 1 um(마이크로미터) 내지 1 mm(밀리미터)의 치수 영역과 같이 재료가 개방 셀 또는 섬유질 구조인 볼륨 대신 제조되는 임의의 고체 재료와 같은 억제 재료(41)로 채워진다.
도 2를 참조하면, 공진기(40)는 또한 적어도 부분적으로 동축 드라이버(3) 뒤에 위치될 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 동축 드라이버 주위에 대칭적으로 위치된 2개의 우퍼(4)는 우퍼가 자체 음향 축(11)을 갖고 있음에도 불구하고 도파관 드라이버(3)와 포트(20)를 통해 본질적으로 동일한 음향 축(10)을 따라 방출하는 등가의 대형 우퍼를 형성한다.
즉, 라우드스피커(1)는 제1 주파수 대역(B1) 및 대응하는 제1 음향 축(10)을 생성하도록 구성된 제1 드라이버(3) 및 제1 주파수 대역(B1)과 상이하지만 교차 영역에서 중첩될 수 있는 제2 주파수 대역(B2)을 생성하도록 구성된 제2 드라이버(4)를 포함하며, 제2 주파수 대역(B2)은 제2 음향 축(11)을 갖는다. 인클로저(2)는 상기 드라이버(3, 4)를 둘러싸고 인클로저(2)의 전면 상에 그리고 제1 드라이버(3) 주변에 위치된 3차원 도파관(8)을 포함한다.
상술한 바와 같이 개별 우퍼 드라이버의 제2 음향 축(11)은 제1 음향 축(10)과 동축이 아니지만, 함께 작동하는 복수의 대칭 우퍼(등가 우퍼 드라이버)의 결과적인 축은 동축 드라이버, 도파관 드라이버(3)와 동일한 음향 축을 갖는다. 그러나, 이러한 대칭은 본 발명의 모든 실시예에서 요구되는 것은 아니다. 축(10 및 11)은 평행하거나 평행하지 않을 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 우퍼(4)는 인클로저(2) 내부에 위치되어 서브 볼륨(22)이 우퍼(4) 전방에 형성되고 우퍼(4) 자체 및 측벽(23)에 의해 제한된다. 공진기(40)는 서브 볼륨(22)에 음향적으로 연결된다. 원하지 않는 주파수를 더욱 감쇠시키기 위해 공진기(40) 내부에 적절한 억제 재료(41)가 사용될 수 있다.
서브 볼륨(전방 공간)(22)의 측벽(33)은 드라이버(4)와 인클로저(2) 사이에 스페이서를 형성하여 인클로저(2)의 내부 볼륨(27)의 나머지로부터 서브 볼륨(22)을 시일링(sealing)한다. 보다 상세하게는 내부 볼륨(27)은 인클로저(2) 벽, 즉, 전면 부분(15), 측면 부분(21) 및 후면 부분(25)에 의해 제한된다.
통상적으로 제1 포트(20)는 제1 축(10) 및 제2 축(11)에 대해 실질적으로 직교하도록, 가장 바람직하게는 이러한 축에 대해 60 내지 120 도 범위로 지향된다. 그러나, 제1 포트(20)가 예를 들어, 채널에 의해 인클로저(2)의 후면 부분(25)으로 전도될 때, 제1 포트(20)의 방향과 축(10 및 11)의 방향 사이의 차이가 심지어 180 도일 수 있다.
제1 포트(20)의 전체 면적은 중요한 피처이므로, 제1 포트(20)는 도면에 나타낸 바와 같이 각각의 우퍼(4)에 대해 단 하나의 단일 제1 포트(20)일 수 있거나 하나의 단일 포트에 대응하는 영역을 갖는 그리드와 같이 복수의 제1 포트(20)로 형성될 수 있다.
제1 포트(20)는 3차원 도파관 표면(8)을 방해해서는 안 되며, 따라서 유리하게는 인클로저(2)의 측면 부분(21) 상에 위치된다. 물론 이러한 제1 포트(20)는 적절한 튜브 또는 채널(미도시)에 의해 인클로저(2)의 후면 부분(25)에 연결될 수 있다. 즉, 제1 포트(20)는 인클로저(2)의 전면 부분(15)의 3차원 도파관(8) 외부 영역에 대한 공기 통로를 형성한다.
도 4의 그래프는 f0에서 하나의 공진을 갖는 우퍼(4)(실선)의 서브 볼륨(22)의 주파수 응답 및 서브 볼륨(22)(점선)에 음향적으로 연결된 공진기(40)의 대응하는 주파수 응답을 도시하며, 공진기(40)는 서브 볼륨(22)의 원하지 않는 공진을 보상한다.
도 5는 서브 볼륨의 2개의 원하지 않는 주파수에 대해 상이한 길이 L을 갖는 2개의 저항성 공진기(40)를 갖는 대안적인 실시예를 도시한다. 또한, 하나 또는 2개의 저항성 광대역 공진기가 사용될 수 있으며, 유리하게는 억제 재료로 채워진다. 이 경우 공진기 캐비티의 기계적 치수(길이, 폭 및 깊이)는 공진기의 튜닝 주파수 또는 주파수를 규정한다.
도 6은 하나의 리액티브 헬름홀츠 공진기(40)를 갖는 대안적인 실시예를 도시한다. 일반적으로 리액티브 공진기는 높은 품질 계수를 가지며 매우 효과적인 협대역 공진기이다. 또한 이러한 유형의 공진기는 몇몇 날카로운 원하지 않는 공진이 있는 경우 하나의 서브 볼륨(22)에 여러 개로 설치될 수 있다. 이러한 유형의 공진기는 또한 원하지 않는 주파수 또는 주파수들 f0으로 튜닝된다. 헬름홀츠 공진기의 치수 결정은 다음과 같이 설명된다.
공진은 공진기(40)의 음향 공기 덩어리 목(air mass neck)과 공진기 챔버의 공기 볼륨의 음향 순응도에 의해 생성된 직렬 공진 회로의 영향으로 발생한다. 공명 주파수에 근접하면, 헬름홀츠 공진기는 서브 볼륨(22)의 원하지 않는 공진을 감쇠시킨다. 공진기(40)의 목-캐비티 시스템은 공진기 캐비티의 공기 볼륨과 목의 직경 및 길이로부터 도출될 수 있다.
여기서, f0는 공진 주파수이고, c는 음속이고, A는 목의 단면적이고, L은 목의 길이이고, V는 챔버의 볼륨이다.
도 7은 공진기로서 하나의 리액티브 패널 공진기를 갖는 대안적인 실시예를 도시한다. 이러한 실시예는 유닛 당 패널 50 질량 및 캐비티 깊이 d에 기초하여 다음과 같은 방식으로 치수 결정된다.
패널 공진기/멤브레인 흡수기 공진 주파수 f는 이하의 방식으로 규정된다.
여기서 m = 패널 50의 단위 면적 당 음향 질량(kg/m2)
d = 캐비티 깊이이다.
멤브레인 고정의 강성은 무시할 수 있는 것으로 가정한다.
도 8a는 튜브가 목이고 커버와 우퍼 콘(woofer cone) 사이의 볼륨이 공진기의 볼륨을 형성하는 헬름홀츠 공진기도 형성하는 평면 커버(47)와 짧은 튜브(48)를 갖는 우퍼(4)의 평면도를 도시한다. 도 8b에서, 이러한 해결책은 A-A 단면으로 나타내어진다. 튜닝 원리는 도 5 및 도 6과 동일하다.
도 9는 공진기(40)가 전면 배플 부분(15)과 우퍼의 서브 볼륨(22) 사이에 형성되는 다른 대안적인 해결책을 도시한다. 공진기는 어떠한 목 부분도 없는 저항성 유형이거나 서브 볼륨(22)에 대한 개구가 튜브로서 만들어지는 경우 리액티브 유형일 수 있다. 튜닝 원리는 앞의 도면과 같다.
통상적으로 본 발명에 따른 라우드스피커는 공지된 베이스 반사 원리에 따라 기능하며, 여기서 저주파수 드라이버(4)는 인클로저(27) 내부에 포함된 공기 볼륨과 도 2의 반사 포트(34) 내부에 포함된 공기 볼륨의 순응성의 도움으로 공진으로 튜닝된다.
본 발명(도 10 및 도 11)과 함께 적어도 부분적으로 사용될 수 있는 종래 기술의 일 실시예는 또한 다음과 같은 방식으로 설명될 수 있다.
라우드스피커(1)는 내부 볼륨(27)을 규정하고 전면 배플 부분(15)(전면 부분)을 포함하는 인클로저(2)를 포함하며, 이는 내부 볼륨(27)과 인클로저(2)의 주변 볼륨(26) 사이에 유체 통로를 제공하기 위한 전면 포트(5) 및 배플 부분(15)의 주변으로부터 후방으로 연장되는 측면 부분(21)을 포함한다. 측면 부분(21)은 측벽 또는 인클로저(2)를 형성한다. 인클로저는 통상적으로 전면 배플 부분(15)과 본질적으로 평행하고 인클로저(2)의 후면을 형성하는 후면 부분(25)을 추가로 포함한다. 라우드스피커(1)는 인클로저(2)에 부착된 드라이버(4)를 추가로 포함하여, 드라이버(4)가 배플 부분(15)으로부터 거리를 두고 배열되어 인클로저(2) 내부에 서브 볼륨(22)을 형성하여, 서브 볼륨(22)이 스페이서(33)에 의해 드라이버(4)와 배플 부분(15) 사이에 형성되고, 여기서 상기 전면 포트(5)는 인클로저(2)의 서브 볼륨(22)과 주변 볼륨(28) 사이의 전면 포트로서 작용한다. 이러한 실시예에 따르면, 서브 볼륨(22)과 주변 볼륨(26)을 서로 연결하기 위해 제1 포트(20)가 측면 부분(21) 또는 후면 부분(25)에서 인클로저(2)에 형성된다.
도 10에 따르면, 본 발명의 일 실시예에서, 2개의 우퍼 드라이버(4)는 인클로저(2) 내부의 도파관 드라이버(3)의 양측 상에 위치되며, 인클로저(2)로부터 음향 에너지를 내보내도록 적절한 포트(개구)(5)가 우퍼(4)에 대해 형성된다.
도 11을 참조하면, 개구(5)는 도파관 표면(8)의 일부를 형성하는 음향적으로 투명한 층(6)으로 덮여 있다. 필요한 경우 음향적으로 투명한 층(6)은 지지 바(bar)(7)로 아래로부터 지지될 수 있다. 우퍼 드라이버(4)는 통상적으로 음향적으로 투명한 층(6)으로부터 이격되어 있다.
도 10을 참조하면, 2개의 우퍼(4)는 우퍼가 자체 음향 축(11)을 갖고 있더라도 본질적으로 도파관 드라이버(3)와 동일한 음향 축(10)을 따라 방출하는 등가의 대형 우퍼를 형성한다.
즉, 라우드스피커(1)는 제1 주파수 대역(B1) 및 대응하는 제1 음향 축(10)을 생성하도록 구성된 제1 드라이버(3) 및 제1 주파수 대역(B1)과 상이할 수 있지만 교차 영역에서 중첩될 수 있는 제2 주파수 대역(B2)을 생성하도록 구성된 제2 드라이버(4)를 포함하며, 제2 주파수 대역(B2)은 제2 음향 축(11)을 갖는다. 인클로저(2)는 상기 드라이버(3, 4)를 둘러싸고, 인클로저(2)의 전면 상에 그리고 제1 드라이버(3) 주변에 위치된 3차원 도파관(8)을 포함한다. 3차원 도파관(8)은 제1 음향 축(10)에 대해 각을 이루는 방향으로 전파하는 제1 주파수 대역(B1)의 음파를 음향적으로 본질적으로 반사하는 음향적으로 선택적으로 투명한 부분(6)을 포함하며, 도파관 부분(6)은 도파관 부분(6)을 통해 제2 음향 축 방향으로 전파하는 제2 주파수 대역(B2)의 음파에 본질적으로 투명하며, 제2 드라이버(4)는 음향적으로 선택적으로 투명한 부분(6) 뒤의 인클로저(2) 내부에 위치된다.
상술한 바와 같이 개별 우퍼 드라이버의 제2 음향 축(11)은 제1 음향 축(10)과 동축이 아니지만, 함께 작동하는 복수의 우퍼(등가 우퍼 드라이버)의 결과적인 축은 동축 드라이버, 도파관 드라이버(3)와 동일한 음향 축을 갖는다. 그러나, 이러한 대칭은 본 발명의 모든 실시예에서 요구되는 것은 아니다. 축(10 및 11)은 평행하거나 평행하지 않을 수 있다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 우퍼(4)는 인클로저(2) 내부에 위치되어 서브 볼륨(22)이 우퍼(4) 앞에 형성되고 우퍼(4) 자체, 측벽(23) 및 음향적으로 선택적으로 투명한 층(6)에 의해 제한된다. 서브 볼륨(22)에 의해 생성된 원하지 않는 주파수로 조정되는 공진기(40)가 서브 볼륨(22)에 연결된다. 공진기(40)는 저항성 또는 리액트성일 수 있다. 저항성 공진기를 사용하면 억제 특성이 광대역 유형이다. 즉, 저항성 공진기에 의해 생성된 중심 주파수 fo 주변의 노치는 리액티브 공진기에서처럼 그렇게 날카롭지 않다. 서브 볼륨(전방 공간)(22)의 측벽(33)은 드라이버(4)와 인클로저(2) 사이에 스페이서를 형성하여 인클로저(2)의 내부 볼륨(27)의 나머지로부터 서브 볼륨(22)을 시일링한다. 보다 상세하게는, 내부 볼륨(27)은 인클로저(2) 벽, 즉, 전면 부분(15), 측면 부분(21) 및 후면 부분(25)에 의해 제한된다.
본 발명의 일부 실시예에서 음향적으로 선택적으로 투명한 층(6)은 기계적으로 보호하는 그리드로 대체될 수 있으며, 이 경우 그리드는 서브 볼륨뿐만 아니라 내부 볼륨(27)을 제한한다. 유리하게는 제1 포트(20)는 우퍼(4)의 동작을 최적화하기 위해 서브 볼륨(22)의 측벽(23) 및 인클로저(2)의 측면 부분(21)에 형성된다. 이러한 제1 포트(20)가 없으면, 우퍼(4)의 성능이 손상될 수 있다. 제1 포트(20)는 임의의 측면 부분(21), 예를 들어, 도면에 도시된 바와 같이 또는 대안적으로 긴 측면 부분(21)에 대해 짧은 측면 부분(21) 상에 위치될 수 있다.
통상적으로, 제1 포트(20)는 제1 축(10) 및 제2 축(11)에 대해 실질적으로 직교하게, 가장 바람직하게는 이러한 축에 대해 60 내지 120 도 범위로 지향된다. 그러나, 제1 포트(20)가 예를 들어, 채널에 의해 인클로저(2)의 후면 부분(25)으로 전도될 때, 제1 포트(20)의 방향과 축(10 및 11) 사이의 차이가 심지어 180 도일 수 있다.
이러한 제1 포트(20)의 면적은 통상적으로 우퍼(4)용 개구(5) 면적의 5 내지 50%이고, 가장 유리하게는 우퍼(4)용 개구(5) 면적의 10 내지 20% 범위이다. 제1 포트(20)의 전체 면적이 중요한 피처이므로, 제1 포트(20)는 도면에 나타낸 바와 같이 각각의 우퍼(4)에 대해 단 하나의 단일 제1 포트(20)일 수 있거나 하나의 단일 포트에 대응하는 영역을 갖는 그리드와 같이 복수의 제1 포트(20)로 형성될 수 있다.
제1 포트(20)는 3차원 도파관 표면(8)을 방해해서는 안 되며, 따라서 유리하게는 인클로저(2)의 측면 부분(21) 상에 위치된다. 물론 이러한 제1 포트(20)는 적절한 튜브 또는 채널(미도시)에 의해 인클로저(2)의 후면 부분(25)에 연결될 수 있다. 즉, 제1 포트(20)는 인클로저(2)의 전면 부분(15)의 3차원 도파관(8) 외부 영역에 대한 공기 통로를 형성한다.
통상적으로 제2 드라이버(4)는 음향적으로 선택적으로 투명한 부분(6) 뒤의 인클로저(2) 내부에 위치되고 이로부터 이격되어, 서브 볼륨(22)이 인클로저(2) 내부에 형성되고 드라이버(4) 및 드라이버(4)와 인클로저(2)의 전면 부분(15) 사이에 스페이서로서 형성된 측벽(23)에 의해 내부 볼륨(27)으로부터 분리된다.
음향적으로 선택적으로 투명한 층(6)과 관련하여 본질적으로 반사한다는 것은 음향 에너지의 적어도 50 내지 100%, 바람직하게는 80 내지 100% 범위의 반사 또는 흡수를 의미한다.
동일한 방식으로 본질적으로 투명하다는 것은 음향 에너지의 적어도 50 내지 100%, 바람직하게는 80 내지 100% 범위의 투명도를 의미한다.
음향적으로 선택적으로 투명한 층(6)의 다음과 같은 추가적인 유리한 특성이 제시된다.
층(6)의 두께는 유리하게는,
■ 펠트, 약 1...5 mm의 두께
■ 개방 셀 플라스틱 발포체, 약 1 내지 20 mm의 두께, 1 mm 미만의 기공 직경
■ 층(6)과 같은 또는 층(6)의 일부로서의 얇은 패브릭
층(6)은 도파관 드라이버(3)의 음향 방사를 감쇠시켜야 하며, 이는 통상적으로 600 Hz 초과의 주파수를 의미한다.
즉, 층(6)은 주파수의 함수로서 음향 임피던스(또는 흡수)를 가져야 하므로 다음과 같은 방식으로 음향 필터로 기능한다.
o 우퍼 드라이버(4)로부터의 소리가 통과할 때 저역 통과
o 도파관 드라이버(3)의 고주파수에 대한 감쇠(예를 들어, 난류 또는 높은 손실의 흡수로 인해 발생)는 중간 주파수 및 높은 주파수에서 음향파의 강한 반사를 유발
o 드라이버(3)의 높은 주파수에 대한 높은 반사율
유리하게는 층(6)은 다음과 같은 방식으로 구멍 또는 기공 또는 이들의 조합으로 형성된다.
o 단일 층(6)이 사용되는 경우 구멍은 1 mm 미만의 직경을 가져야 한다.
o 복수의 층(6)이 사용되는 경우 1 mm 미만의 직경을 갖는 구멍이 작동할 수 있다.
o 또한, 복수의 층(6)이 사용되는 경우 1 mm 초과의 직경을 갖는 구멍이 작동할 수 있다(아직 테스트되지 않음).
o 펠트 및 개방 셀 플라스틱 작업과 같은 미세 구조
층(6)에 대한 이상적인 재료의 특성은 이하와 같다.
o 가스 투과성(= 다공성)
o 교차 주파수 C(우퍼(4))까지 낮은 음향 손실
o 교차 주파수 c보다 약간 위의 높은 음향 반사율
o 알려진 재료는 이상의 기준을 충족한다.
■ 펠트, 약 1...5 mm의 두께
■ 개방 셀_플라스틱 발포체, 약 1 내지 20 mm의 두께, 1 mm 미만의 기공 직경
층(6)은 라우드스피커 전면(트위터(12) 제외) 또는 구멍(5)만을 덮을 수 있다.
층(6)은 또한 다공성 및 주파수 특성에 대한 위의 요건에 따라 하나 또는 몇몇 층을 갖는 메시(mesh) 또는 그리드와 같은 금속 구조로서 형성될 수 있다. 이러한 종류의 구조는 예를 들어, 천공된 금속 시트 또는 약 0.2 내지 2 mm 두께의 플레이트의 스택에 의해 형성될 수 있다. 이러한 종류의 스택의 특성은 구멍 또는 기공의 배치(분포), 구멍 또는 기공의 백분율(개방도) 및 서로의 플레이트의 간격에 의해 조정될 수 있다. 구멍 또는 개구 직경은 통상적으로 약 0.3 내지 3 mm로 다양할 수 있다. 시트 또는 플레이트 사이의 간격은 통상적으로 약 0.2 내지 2 mm이다.
상술한 금속 구조는 특성이 자유롭게 조정될 수 있고 컬러와 같은 외부 특성도 제한 없이 선택될 수 있기 때문에 유리하다.
교차 주파수 C는 통상적으로 다음과 같다.
o 저주파수 f < 600 Hz(우퍼 출력 범위)
o 고주파수 f > 600 Hz(중간 범위 및/또는 트위터 출력 범위)
대형 도파관(8)과 결합된 본 발명에 따르면,
o 우퍼(4)는 도파관 표면(8) 뒤에 배치된다.
o 지향성을 획득하기 위해 2개 이상의(예를 들어, 4개) 우퍼(4)가 사용될 수 있으며, 우퍼는 동축 드라이버와 관련하여 대칭적으로 위치될 수 있다.
하나의 우퍼만 있는 실시예도 가능하지만, 저주파수에 대한 지향성은 라우드스피커 인클로저의 전면 배플 크기와 함께 우퍼의 공기 변위 표면 크기에 의해 제공되는 것 이상으로 획득되지 않을 것이다.
본 발명의 대안적인 실시예에서, 선택적으로 투명한 부분(6)은 선택적인 투명성의 완전한 특성을 갖지 않는 기계적으로 보호하는 그리드로 대체될 수 있다.
도 12에 따르면, 공진기는 각각 자체의 공진 주파수를 갖는 복수의 독립적인 서브 공진기(40')로 분할될 수 있다.
도 13은 본 발명에 따른 라우드스피커(1)의 통상적인 위치 결정을 도시하며, 여기서 라우드스피커는 청취 위치인 스위트 스폿(9)으로 지향된다. 인클로저(2)의 완전한 전면이 도파관(8)으로서 형성된다는 사실로 인해, 매우 우수한 지향성이 달성된다. 또한 도파관 형태(8)는 리스닝 룸의 모든 방향으로 모든 주파수의 균일한 분포(uniform distribution)를 유발하므로, 벽, 천장 및 바닥으로부터의 반사가 소리의 착색(coloration)을 야기하지 않는다. 도 13은 또한 라우드스피커(1) 인클로저(2)의 전면 부분(15), 측면 부분(21) 및 후면 부분(25)을 나타낸다.
도 14에는 억제 재료(41)가 공진기 캐비티(40)에 위치되는 라우드스피커가 나타내어진다. 도면의 상부 캐비티(40)만 재료로 채워져 있지만 실제로는 상부 및 하부 캐비티(40) 모두가 억제 재료로 채워질 것이다.
도 15에 따르면, 공진기 유닛(51)은 통상적으로 플라스틱으로 만들어진다. 몰딩 가능한 목재 또는 금속과 같은 다른 재료도 사용될 수 있다. 도 15는 주조 인클로저의 전면 플레이트(15)에 부착될 공진기(51)의 측면을 도시한다. 부착은 통상적으로 부착 러그(52)의 스크류에 의해 만들어진다. 공진기 유닛은 통상적으로 유닛의 가장 높은 부품이 공진기 개구(45)에 가까운 중심에 있고 유닛(51)의 가장자리가 대응하게 낮도록 원뿔형이다. 공진기 유닛(51)이 대형 주조 금속 인클로저와 분리되어 있기 때문에 또한 상세한 구조가 만들어질 수 있다. 이 경우, 공진기 유닛(51)에 대한 가능한 작은 전체 치수에서 공진기 캐비티에 대한 원하는 길이(L)를 얻기 위해 공진기 캐비티는 강하게 굴곡된다.
도 16은 공진기 개구(45)가 트위터(12) 및 중간 범위 드라이버(13)를 포함하는 동축 드라이버로 지향되도록 주조 금속 인클로저, 특히 인클로저의 전면 부분(15)에 연결된 공진기 유닛(51)을 도시한다. 따라서, 공진기 유닛(51)의 개구(45)는 라우드스피커의 제1 포트(20)로부터 멀어지게 지향된다. 도 16에서 또한 캐비티에 위치되고 캐비티의 개구(45)까지 연장되는 억제 재료(41)를 볼 수 있다.
도 17 및 도 18은 공진기 유닛의 실시예를 점선으로 도시한다. 각각의 라우드스피커에 대해 단 하나의 공진기 유닛(51)이 나타내어지지만, 물론 제2 공진기 유닛도 각각의 라우드스피커의 바닥 부분에 위치된다.
공진기 캐비티(46)의 치수 결정은 다른 도면, 특히 도 4 내지 도 9와 관련하여 설명된 것과 동일한 원리로 도 15 내지 도 18과 관련하여 이루어진다.
통상적으로 균일한 라우드스피커 인클로저(2)는 금속, 플라스틱 또는 목재 기반 재료의 주조 또는 몰딩에 의해 만들어진다.

Claims (18)

  1. 라우드스피커(1)로서,
    내부 볼륨(27)을 규정하는 전면 부분(15), 측면 부분들(21) 및 후면 부분(25)을 갖는 균일한 인클로저(uniform enclosure)(2)로서,
    상기 전면 부분(15)은 도파관 표면(8)으로서 형성되고 상기 도파관 표면(8)에 적어도 하나의 드라이버(12, 13)를 포함하고 상기 라우드스피커(1)의 메인 음향 전력을 제1 음향 축(10)의 방향으로 방출할 수 있는, 균일한 인클로저(2);
    상기 인클로저(2)에 부착된 적어도 하나의 추가 드라이버(4)로서,
    상기 추가 드라이버(4)는 상기 인클로저(2) 내부에 부착되어 서브 볼륨(22)이 상기 내부 볼륨(27) 내부에 형성되고, 상기 서브 볼륨(22)은 상기 드라이버(4), 상기 드라이버(4)와 상기 전면 부분(15) 사이의 스페이서들(33) 및 상기 인클로저(2)의 상기 전면 부분(15)에 의해 제한되고,
    적어도 하나의 제1 포트(20)가 상기 서브 볼륨(22)으로부터 상기 인클로저(2)의 상기 측면 부분(21) 또는 상기 후면 부분(25)으로 주변 볼륨(26)으로 개방되도록 구성되는, 추가 드라이버(4); 및
    상기 서브 볼륨(22)에 음향적으로 연결된 적어도 하나의 공진기 캐비티(46)를 포함하는 적어도 하나의 공진기(40)로서,
    상기 공진기(40)는 상기 서브 볼륨(22)의 원하지 않는 공진들 중 적어도 하나로 튜닝되는, 적어도 하나의 공진기(40);를 포함하고,
    상기 공진기(40)는 상기 균일한 인클로저(2)와는 별도의 부품인 공진기 유닛(51)으로서 형성되며,
    상기 공진기 유닛(51)은 상기 인클로저(2)의 상기 전면 부분(15)의 내부 표면에 연결되는 것을 특징으로 하는, 라우드스피커.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 공진기 유닛(51)은 플라스틱, 목재 기반 재료 또는 금속으로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 라우드스피커.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 공진기 유닛(51)은 개구들(45)을 갖는 하나 이상의 굴곡된 캐비티들(46)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 라우드스피커.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 공진기 유닛(51)의 상기 개구들(45)은 상기 라우드스피커의 상기 제1 포트(20)로부터 멀어지게 지향되는 것을 특징으로 하는, 라우드스피커.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 공진기(40)는 광대역 특성들을 갖는 저항성 공진기인 것을 특징으로 하는, 라우드스피커.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 공진기(40)는 PES 울(wool), 개방-셀 발포 재료, 유리 섬유, 미네랄 울, 펠트(felt) 또는 다른 섬유질 또는 개방 셀 또는 다공성 재료, 또는 대안적으로 상기 볼륨을 대신하여 제조되는 임의의 고체 재료와 같은 감쇠 재료(41)를 포함하여, 상기 재료는 셀 크기 또는 섬유 크기가 1 ㎛(마이크로미터) 내지 1 mm(밀리미터)의 치수 영역과 같은 개방 셀 또는 섬유 구조인 것을 특징으로 하는, 라우드스피커.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 공진기(40)는 패널 공진기 또는 헬름홀츠(Helmholtz) 공진기와 같은 리액티브 공진기인 것을 특징으로 하는, 라우드스피커.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 서브 볼륨(22)은 W/L 비율이 1.2 내지 2.5의 범위, 또는 W/L 비율이 1.8이 되는 폭(W) 및 길이(L)를 갖는 것을 특징으로 하는, 라우드스피커.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 포트(20)가 상기 후면 부분(25) 상에 위치되지 않을 때 전면 포트(5)의 평면(31)과 임의의 상기 제1 포트(20)의 평면(32)은 0 도 초과, 또는 45 도 초과의 각도 α를 갖는 것을 특징으로 하는, 라우드스피커.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 추가 드라이버(4)에 의해 생성된 주파수 대역의 제2 음향 축(11)이 상기 제1 음향 축(10)과 동축이 아닌 것을 특징으로 하는, 라우드스피커(1).
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 추가 드라이버(4)에 의해 생성된 주파수 대역의 제2 음향 축(11)은 상기 제1 음향 축(10)과 평행하지 않는 것을 특징으로 하는, 라우드스피커(1).
  12. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 드라이버(12, 13)가 서로 동축인 2개의 드라이버(12, 13)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 라우드스피커(1).
  13. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 드라이버(12, 13)는 단지 하나의 드라이버(12, 13)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 라우드스피커(1).
  14. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 라우드스피커(1)는 베이스-반사형 라우드스피커인 것을 특징으로 하는, 라우드스피커(1).
  15. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 균일한 인클로저(2)는 금속, 플라스틱 또는 목재 기반 재료의 주조 또는 몰딩에 의해 만들어지는 것을 특징으로 하는, 라우드스피커(1).
  16. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 균일한 인클로저(2)는 금속, 플라스틱 또는 목재 기반 재료의 기계 가공에 의해 만들어지는 것을 특징으로 하는, 라우드스피커(1).
  17. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 드라이버(12, 13)는 상기 도파관 표면(8)의 중심에 있는 것을 특징으로 하는, 라우드스피커(1).
  18. 삭제
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