KR20000064419A - 음파반사기 - Google Patents

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Abstract

음파 반사기(acoustic reflector)를 발표하며, 타원 초점의 하나(F1)를 통과하는 선(L)에 대하여 약 180。 로 회전하는 타원(12)에 의해서 생성되는 표면(10)(surface)에서 음파 반사기(acoustic reflector)는 형성되며, 타원(12)에서 회전 선(L)은 예각(α)으로 주축(A)을 가로지른다. 변환기가 작동하면, 회전 선(L)의 초점(F1)에 놓인 변환기(30)(transducer)는, 생성된 타원의 제 2 초점의 호(arc)를 통하여 표면(10) 뒤쪽에서 반사되는 파(wave)를 생성한다.

Description

음파 반사기
공기로 바로 복사하는 음파로 제어할 수 있는 변환기(acoustic transducer)는 몇몇의 기본적인 설계를 제시한다. 가장 중요하게, 상기 변환기는 모든 방향으로 동등하게 모든 주파수를 복사하지 않는다. 균일치 않게 퍼지는 문제를 풀기 위한 시도는 다수의 변환기(multiple transducer)와 확산 반사기(diffusing reflector) 등을 이용하는 위상단열(位相段列, phase array)을 포함한다. 하나의 방향으로 위상 코우히어런시(phase coherency) 손실에 대하여, 위상단열(位相段列)은 다른 방향으로 코우히어런시(coherency)를 유지한다. 음파(sound wave)를 넓게 퍼지게 하는 함수로써, 확산 반사기는 모든 위상 코우히어런시(phase coherency)를 잃는다.
또 하나의 문제는, 상기 변환기에 대하여 플레이트(plate)나 배플(baffle)을 설치하는 것은, 반사기가 파괴된 간섭 모형(destructive interference pattern)과 변환기 출력의 왜곡 등을 일으키게 한다는 것이다. 변환기와 그 설치 표면 등의 사이에서 간섭 효과라는 문제를 풀기 위한 시도는, 변환기(transducer)뿐만 아니라, 보다 적은 수의 간섭 모형을 갖춘 공기에 변환기를 결합할 윤곽이 있는 설치 표면(contoured mounting surface) 등에 결합된 방사기(horn)를 이용해 왔다. 방사기는 넓게 퍼지는 확장에서 상기 목적을 달성한다. 윤곽이 있는 설치 표면(contoured mounting surface)은 간섭 효과를 줄이지만, 퍼짐을 개선하지 않는다.
하나의 시도된 해답은 포물선이나 포물면 등의 초점에 놓여진, 그리고 포물선의 표면으로 향하도록 방향이 잡힌 변환기를 포함하며, 상기 해답은 평행하게 반사 광선을 일으킨다. 같은 방식으로, 변환기가 타원의 초점이 놓인다면, 타원의 내부 면에서 반사된 파(wave)는, 타원의 다른 초점으로 방향을 잡을 것이다.
타원 반사기의 예는 페럴리(Ferralli)로써 미국 특허 4629030 (1986 년 12 월 16 일)에서 발표된다. 페럴리(Ferralli) 에서, 단 하나의 초점을 공유하는 두 개의 타원 모양을 발표한다. 실제로 두 개의 타원 모양은, 토로이드(toroid) 모양을 일반적으로 형성하는 회전 표면(surface of revolution)이다. 그 다음에, 반사기는 일반적으로 토로이드(toroid) 모양의 반이다. 반-타원 모양의 다른 초점은 변환기의 선호되는 배치이다. 하지만, 페럴리(Ferralli)에서, 토로이드(toroid) 모양의 한 면의 변환기에서 반사된 파(wave)에서의 원하지 않는 간섭이, 토로이드(toroid)의 제 2 면에서 반사되는 것을 막는 배플을 이용하는 것이 필요하다. 더욱이, 페럴리(Ferralli)에서 보여진 것과 같은 차단하는 것은 왜곡을 발생시키는 공명 구멍(resonant cavity)을 일으킨다. 따라서, 주파수에 관한 실질적인 불변 대역을 고정시키는 동안에, 페럴리(Ferralli)의 목적을 달성할 목적으로 반사기를 차단하는 것에 의하여 상당한 출력 파워를 잃어야만 하고, 사실상 파의 간섭 때문에 파의 충실도(fidelity)를 잃는다.
본 발명은 음파 반사기(acoustic reflector)에 관한 것으로써, 상세하게, 반사기(reflector)가 변환기(transducer)에 결합되었을 때, 반사기는, 왜곡이 거의 없거나 전혀 없는 주파수의 넓은 스펙트럼에서 음향(sound)이 넓게 퍼질 수 있도록 한다.
도 1 은, 반사 표면(reflective surface)의 사시도이다.
도 2 는, 반사 표면(reflective surface)의 측면도이다.
도 3 은, 반사 표면(reflective surface)의 정면도이다.
도 4 는, 반사 표면(reflective surface)의 위에서 본 그림이다.
도 2A 는, 도 4 의 선 2A - 2A 에서 얻어진 반사 표면(reflective surface)의 단면도이며, 생성된 타원(ellipse)을 보여 준다.
도 2B 는, 생성된 타원(ellipse)의 초점의 하나에 배치된 변환기(transducer)를 갖춘 도 2A 에서 보여지는 것과 같은 단면도이다.
도 5 는, 도식적으로 반사 표면과 생성된 타원(ellipse) 등에 관하여 보여준다.
도 6 는, 데시벨(decibels)로써 주파수 영역에서 반사 표면(reflective surface)에 응답함을 보여주는 그래프다.
도 7 은, 도 5 를 변화시킨 실시예 변이(變異)이다.
*부호 설명
10 : 반사 표면(reflective surface)
회전 표면(surface of revolution)
12 : 타원(ellipse)
A : 주축(major axis, 장축)
16, 18 : 가로지르는 호(intersecting arc)
24 : 원형 곡선(circular curve)
25 : 원형 호(circular arc)
50 : 고형물 모양(solid shape)
B' : 편평한 베이스(flat base)
S1, S2: 한 쌍의 측 패널(side panel)
T : 탑(top)
52 : 후 표면(rear surface)
54, 56 : 한 쌍의 측 벽(side wall)
본 발명의 목적은, 단 하나의 타원에 의하여 만들어진 회전 표면(surface of revolution)에 토대를 둔 기하학적-모양 표면을 공급하는 것이고, 기하학적-모양 표면은 종래의 장치의 불충분함을 극복하고, 전체 주파수 영역에서 상대적으로 일정한 응답을 공급한다.
또 하나의 본 발명의 목적은, 밖으로 나아가는 신호에 대하여 파 간섭을 극복하는 차단(baffling)을 필요로 하지 않는 음파 반사기(acoustic reflector)를 공급하는 것이다.
또 하나의 본 발명의 목적은, 모든 반사된 에너지는 반사기에 대하여 위치를 잡은 유저로 향하도록 방향을 잡고 있는, 높은 효율의 음파 반사 표면을 공급하는 것이다.
본 발명은, 타원 초점의 하나를 통과하는 선 L 에 대하여 대략 180。 로 타원을 돌리는 원인이 되는 회전 표면(surface of revolution)에 의하여 형성된 음파 반사기(acoustic reflector)를 포함한다. 선 L 은 예각으로 타원의 주축을 가로지르며, 선 L 은 점 P 에서 타원을 가로지른다. 회전 표면(surface of revolution)은 평면 T 에 의하여 하나의 끝에서 경계를 정하고, 선 L 에서 직각이다. 회전 표면(surface of revolution)은 점 R 에서 선 L 에 또한 직각인 제 2 평면 S 에 의하여 다른 끝에서 경계를 정한다. 점 R 은 선 L 과 같은 공간을 차지하는 광선 위에 있으며, 선 L 은 그 위의 하나의 초점에서 뻗고, 선 L 은 점 P 를 통과한다. 점 R 은 타원의 외부에 있다. 회전 표면(surface of revolution)은, 평면 T 에 직각인 평면 S 에 의하여 한 쪽에서 경계를 정한다.
도 1 에 관하여, 반사 표면(10)(reflective surface)을 보여준다. 반사 표면(10)(reflective surface)은 도 2A 와 도 5 에서 잘 기술된 것처럼 형성된다. 타원의 초점 F1을 통과하는 선 L 은 타원(12)(ellipse)의 주축 A 를 각도 α 로 가로지르는 방식으로, 타원(12)(ellipse)을 배치한다. 상기 선 L 은 점 P 에서 타원(12)(ellipse)의 둘레를 가로지른다. 선 L 과 같은 공간을 차지하는 초점 F1에서 뻗어 있는 광선(ray) M 은, 점 P 를 통하여 타원의 밭쪽으로 적어도 점 R 까지 뻗는다. 도 5 에 관하여, 타원(12)(ellipse)은 선 L 에 대하여 대략 180。 로 회전한다. 상기 회전은 회전 표면(10)(surface of revolution)을 형성한다. 회전 표면(10)(surface of revolution)은 평면 T 에 의하여 정의되고, 평면 T 는 선 L 에 직각이고, 평면 T 는 선 L 을 초점 F1이나 그 근처에서 가로지른다. 또한 선 L 에 직각이고 선 L 을 점 R 에서 가로지르는 제 2 평면 B 는, 회전 표면(10)(surface of revolution)의 낮은 쪽 경계를 정한다. 표면(10)의 측면은 평면 S1에 의하여 결정되고, 평면 S1은 평면 T 에 직각이고, 하나의 방향으로 선 L 에서 밭쪽으로 뻗는다. 상기 평면 S1은, 도 5 에서 가로지르는 호(arc)(16, 18) 등에 의하여 정의된 표면의 한 측면을 형성한다. 일반적으로 평면 S1에서 반대되는 방향으로, 제 2 평면 S2는 선 L 에서 밭쪽으로 뻗고, 제 2 평면 S2는 가로지르는 타원 곡선(20, 22) 등에 의하여 정의된 것처럼 표면의 제 2 측면을 형성한다.
또한 표면은 다음과 같이 정의된다 : 도 1 에 관하여 고형물 모양(50)(solid shape)은 한 쪽에 표면(10)을 가진다. 점 P 에서 위쪽의 표면(10)은 타원(12)의 회전에 의하여 형성된 타원 토로이드(elliptical toroid)의 내부에 있다면, 점 P 에서 아래쪽의 표면(10)은 타원(12)의 회전에 의하여 형성된 타원 토로이드(elliptical toroid)의 내부 표면에 있다.
또한 고형물 모양(50)(solid shape)은 평면 T, 편평한 베이스(flat base) B' 그리고 후 표면(52)(rear surface) 등에 의하여 정의된 탑(top)을 가진다. 한 쌍의 측 패널(side panel) S1 ,S2등은 앞 표면의 나머지를 정의한다. 한 쌍의 측 벽(side wall)(54, 56) 등은, 후 표면(52)(rear surface)에 측 패널(side panel) S1 ,S2를 각각 연결한다.
회전 표면(surface of revolution)을 가진 평면 T 의 가로지름(inter section)은, 원형 곡선(24)(circular curve)에 의하여 정의된다면, 평면 B 와 회전 표면 등의 가로지름(intersection)은, 평면 B 에서 원형 호(25)(circular arc)에 의하여 정의된다. 곡선(20)과 그 확장 곡선(18) 등은 타원의 분할을 형성하며, 마찬가지로 곡선(16)과 곡선(22) 등이 타원의 분할을 형성함을 안다. 또한, 평면 S1 ,S2등은 단 하나의 평면이며, 회전 표면을 형성하는 타원을 지적하는 것은 단지 180˚로 회전시킨다. 같은 방식으로, 각도 β로 가로지르는 평면 S1 ,S2등은 180˚보다 다소 작거나 또는 다소 많은 각도로 가로지른다. 반사 표면 작용의 감소 없이 각도 β 는 대략 140˚에서 220˚로 다양함을 알 수 있다.
도 2A 에 관하여, 주축 A 가 선 L 에서 40˚의 각도를 이루는 방식으로, 즉 각도 α 는 대략 40˚로, 회전 표면(10)(surface of revolution)에 토대를 둔 타원(12)은 방향을 잡는다. 각도 α 가 더 커질수록, 반사 음향은 더 넓게 퍼지는 방식으로, 일반적으로 상기 각도는 수직 평면에서 퍼짐을 제어한다. 또한 주축(장축) A 와 단축 B 사이의 비(比)는 1.5 : 1 인 방식으로 타원은 형성된다. 상기 반사기 특성의 감소 없이 상기 비(比)는 약 1.25 : 1 에서 약 3.00 : 1 까지 다양할 수 있다.
도 2B 에 관하여, 휴대용 장치 모양인 변환기(30)는 타원에서 일반적으로 가리키는 방향으로 초점 F1에 놓인다. 타원 표면에 대하여 변환기의 각도를 변화시키는 것은, 수직 응답을 다양하게 한다. 도 2B 에서 잘 보여지는 것처럼, 그 다음에 변환기(30)에서 방사되는 음파는 생성되는 타원의 제 2 초점 F2를 통하여 표면(10) 뒤쪽에서 반사될 것이다. 보여지듯이, 제 2 초점 F2를 통하여 뒤쪽에서 반사되는 음파는 호 F2s 에 수렴하고, 그 다음에 거기서 밭쪽으로 일정하게 발산한다. 도 2 에서 보여지듯이, 반사 표면(10)의 특성은, 도 2B 에서 보여지는 구조의 각도 방향(angular orientation)을 통하여 반사되는 음파를 넓게 퍼지게 하는 것이다(도 2B 에서 보여진 구조는, 변환기(30)를 지적되는 위치에 배치하도록 추가된 크기(36)(dimension)를 가진다).
대신에, 같은 초점 F1을 가지는, 그리고 장축(주축)과 단축 사이의 비(比)가 다른 생성되는 타원(12')은 있을 수 있다. 같은 제 2 초점 F2을 가질 수도 있고, 아니 가질 수도 있다. 그러므로 도 1 에서 보여지듯이 점 P 위쪽 부분은 점 P 아래쪽 부분과 다르다. 이제 도 7 에서 보여진 또 하나의 조건에서, 도 1 에서 보여진 호(20, 16) 등은 평면 S1 ,S2등을 제외하고 평면 S1',S2''등에 의하여 정의됨으로써, 점 P 위쪽 오목 부분은, 점 P 아래쪽의 각도 β' 보다 더 큰 β''을 가진다. 상기 조건은 도 7 에서 잘 보여진다.
이용에 있어서, 상기에서 발표된 원리에 따라서, 음파 반사기(acoustic reflector)는 작동한다. 상세하게, 변환기(30)는 초점 F1에 배치되고, 작동됨으로써, 둘러싸인 공기에서 생성된 음파는 반사 표면(10)을 향하여 방향을 잡는다. 타원의 특성에 의하여, 초점 F1에서 타원의 어떤 점 C 까지의 거리에 그 점 C 에서 초점 F2까지의 거리를 더한 거리는, 일정하고, 또한 타원 주축의 거리와 같다. 결과로써, 변환기(30)에서 방사되는 모든 음향은, 같은 시간으로 표면(10)에서 반사되고, 그리고 제 2 초점 F2를 통하여 뒤쪽에서 반사되는 하나의 점에서, 움직이는 같은 거리를 가진 초점 F2에서 같은 위상으로 도착한다. 본 발명에서 변환기에서 듣는 사람까지 바로 움직이는 음파는, 종래 기술의 경우에서처럼 반사된 음향과 간섭하지 않지만, 실질적으로 반사된 음향과 같은 위상으로 음파가 더해짐을 알 수 있다. 결과로써 일어나는 응답은 잘 동작하고, 종래의 장치에서 분명한 제거하는 필터작업 없이, 결과로써 일어나는 응답은 효과가 있다. 그러므로, 초점 F2에서 파의 간섭 때문에, 파워의 감소나 손실 등이 없다. 결과로써, 상기 표면에서 반사된 음향의 충실도(fidelity)는 종래에 설계된 표면보다 훨씬 크다.
도 6 는, 방금 기술된 두 개의 반사 표면 응답 그래프이다. 이 그래프는, 400 ㎐ 밑에서 20000 ㎐ 까지의 주파수에 대하여 데시벨로써(y 축) 나타난 음압(sound pressure) 레벨의 플랏(plot)이다. 보이듯이, 실질적으로 응답은 400 ㎐ 밑에서 16000 ㎐ 까지에서 일정하다.
선호되는 실시예로써 기술되면서, 본 발명은 추가된 청구항이 본 발명을 제한하는 한도에서만 제한된다.

Claims (14)

  1. 타원 초점의 하나 F1를 통과하는 선 L 에 대하여 약 180。 로 상기 타원을 돌리는 것에 의하여 형성된 회전 표면(surface of revolution)을 포함하고, 상기 선 L 은 각도 α 로 상기 타원의 주축(장축) A 를 가로지르며, 상기 선 L 은 점 P 에서 상기 타원을 가로지르며, 상기 회전 표면(surface of revolution)은 초점 F1근방에서 선 L 을 가로지르는, 그리고 상기 선 L 에서 직각인 평면 T 에 의하여 하나 끝에서 경계를 정하며, 상기 회전 표면(surface of revolution)은 점 R 에서 상기 선 L 에 직각인 평면 B 에 의하여 상기 다른 끝에서 경계를 정하며. 광선 위의 상기 점 R 은 상기 점 P 를 통과하는 상기 하나의 초점 F1에서 뻗으며, 상기 점 R 은 상기 타원의 외부에 있으며, 상기 표면(surface)은 그 측면에서 한 쌍의 평면 S1과S2에 의하여 경계를 정하며, 평면 S1과S2등은 선 L 과 같은 공간을 차지하는 교차(intersection)에서 선을 형성하며, 상기 평면 S1과S2등은 각도 β로 가로지르는 것을 특징으로 하는 음파 반사기(acoustic reflector).
  2. 제 1 항에 있어서, 각도 α 는 20˚ 내지 60˚ 등의 사이에 있는 것을 특징으로 하는 음파 반사기(acoustic reflector).
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 각도 β는 140˚ 내지 220˚ 등의 사이에 있는 것을 특징으로 하는 음파 반사기(acoustic reflector).
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 각도 α 는 30˚ 내지 60˚ 등의 사이에 있으며, 상기 각도 β는 140˚ 내지 220˚ 등의 사이에 있는 것을 특징으로 하는 음파 반사기(acoustic reflector).
  5. 제 1 항에 있어서, 변환기(transducer)가 생성하는 파(wave)는 점 F1에 배치되는 것을 특징으로 하는 음파 반사기(acoustic reflector).
  6. 편평한 베이스(flat base), 탑(top), 그리고 탑을 베이스에 연결하는 후 표면(rear surface), 그리고 상기 후 표면(rear surface)의 말단에 배치되고, 상기 탑에 연결된 반사 표면(reflected surface) 등을 가지는 고형물 부재(solid member)를 포함하며, 상기 반사 표면(reflected surface)은 상기 타원의 평면에서 선에 대하여 회전하는 타원의 회전 표면(surface of revolution)으로써 형성되며, 상기 타원은 제 1 초점과 제 2 초점 등을 가지며, 상기 선은 타원의 제 1 초점을 통과하며, 상기 선은 상기 편평한 베이스에 직각이고, 상기 선은 상기 타원을 점 P 에서 가로지르며, 상기 타원의 주축은 예각으로 상기 회전 선을 가로지르며, 상기 제 2 초점은 상기 베이스와 상기 베이스의 상기 제 1 초점의 말단 등에 가까이 있으며, 상기 반사 표면(reflected surface)은 점 P 위쪽에 상기 회전 표면의 외부에 있고, 점 P 아래쪽에 상기 타원 회전 표면의 외부에 있는 것을 특징으로 하는 음파 반사기(acoustical reflector).
  7. 제 6 항에 있어서, 일반적으로 상기 후 패널(rear panel)에 평행한 제 1 측 패널(side panel)과 제 2 측 패널(side panel) 등을 포함하고, 각각은 회전 선에서의 평면에 의하여 형성되고, 각각은 점 P 를 통과하는 것을 특징으로 하는 변환기 반사기(transducer reflector).
  8. 제 6 항에 있어서, 점 P 를 통과하는 평면에 의하여 형성되는 제 1 편평한 패널(flat side panel)과 제 2 편평한 측 패널(flat side panel) 등을 포함하는 변환기 반사기(transducer reflector)에 있어서, 상기 회전 선은 상기 평면에 있는 것을 특징으로 하는 변환기 반사기(transducer reflector).
  9. 제 6 항에 있어서, 상기 제 1 패널(panel)과 상기 제 2 패널(panel) 등은 상기 후 벽(rear wall)에 연결하는 측 벽(side wall)을 포함하는 것을 특징으로 하는 변환기 반사기(transducer reflector).
  10. 제 6 항에 있어서, 상기 하나의 초점에 배치된 변환기(transducer)를 포함하는 것을 특징으로 하는 변환기 반사기(transducer reflector).
  11. 제 6 항에 있어서, 상기 제 1 초점에 배치된 파-생성(wave-producing) 변환기(transducer)를 포함하는 것을 특징으로 하는 음파 반사기(acoustical reflector).
  12. 제 6 항에 있어서, 타원의 상기 주축(장축)의 교차(intersection)와, 회전 선 등의 사이에서 각도는 20˚ 내지 60˚ 등의 사이에 있는 것을 특징으로 하는 음파 반사기(acoustical reflector).
  13. 제 8 항에 있어서, 제 1 측 패널(side panel)과 제 2 측 패널(side panel) 등은, 회전 선에서 160˚ 내지 210˚ 사이의 각도에서 교차하는 것을 특징으로 하는 음파 반사기(acoustical reflector).
  14. 제 8 항에 있어서, 점 P 를 통과하는 평면에 의하여 형성되는 제 3 편평한 패널(flat side panel)과 제 4 편평한 측 패널(flat side panel) 등을 포함하는 변환기 반사기(transducer reflector)에 있어서, 상기 회전 선은 상기 평면에 있으며, 상기 제 1 패널(panel)과 상기 제 2 패널(panel) 등은 점 P 위쪽에 반사 표면(reflected surface)을 정의하고, 상기 제 3 편평한 패널(flat side panel)과 상기 제 4 편평한 측 패널(flat side panel) 등은 점 P 아래쪽에 반사 표면(reflected surface)을 정의하는 것을 특징으로 하는 변환기 반사기(transducer reflector).
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