KR200353279Y1 - 스피커 특성 계측기 - Google Patents

Abstract

본 고안은 스피커 특성 계측기에 관한 것으로서, 인가 된 전기 신호를 받아 가청주파수대의 소리를 출력하는 스피커의 임피던스, 출력음압레벨(Sound Pressure Level - SPL), 음질불량 등의 스피커 특성을 측정하는 스피커 특성 계측기에 있어서,

스피커(170)에 아날로그형식의 테스트용 음원신호를 인가하는 소인 정현파 발진부(Sweep Sine wave Generator)(110)와; 스피커에 인가되는 전압을 조절하는 전압 조절부(120)와; 상기 소인 정현파 발진부(110)의 전기적 신호와 전압 조절부에서 인가된 전원과 합성하여 저전압 노이즈를 감쇄시키는 볼륨부(130)와; 상기 볼륨부(130)에서 출력된 전기적 신호를 증폭하는 음원 증폭부(Audio Power Amplifier)(140)와; 상기 음원 증폭부(140)에 내부에 포함된 분류기(shunt)로 전류를 검출하여 출력 전압과 연산하여 임피던스를 검출하는 임피던스 검출부(150)와; 상기 음원 증폭부(140)에서 인가된 소인 주파수(Sweep Frequency)별 실시간 임피던스를 조합하여 공진 주파수 검출하는 최저 공진 주파수(Fo) 검출부(160)와; 상기 음원 증폭부(140)에서 증폭된 전기적 신호를 인가 받아 소리를 출력하는 스피커(170)와; 상기 스피커(170)에서 발생된 음을 감지하는 마이크(210)와; 상기 마이크(210)에서 감지된 전기적 신호를 증폭하는 감지신호 증폭부(Mic Amplifier)(220)와; 상기 감지신호 증폭부(220)에서 증폭된 전기적 신호를 음압을 측정, 표시하는 출력음압레벨(Sound Pressure Level - SPL) 검출부(230)와; 상기감지신호 증폭부(220)에서 증폭되어 인가된 전기적 신호에서 음질을 분석하는 FFT(Fast Fourier Transform)분석부(240)와; 상기 입력신호 증폭부에서 증폭된 전기적 신호를 소리신호로 증폭하는 소리신호 증폭부(250)와; 상기 소리신호 증폭부(250)에서 증폭된 소리신호를 청각으로 들을수 있도록 헤드폰(260)을 구성하여, 20HZ~20KHZ까지의 주파수를 소인 발진기(sweep oscillator)를 이용하여 스피커를 구동하고, 상기 스피커에서 발생되는 소리를 마이크를 통하여 그 소리를 감지하며, 상기 감지된 소리의 각 주파수 대역별로 불량음이나 이음(異音)등을 FFT(Fast Fourier Transform)분석부를 이용하여 검출하고, 데이타화 하고 불량계수(음질) 또한 데이타화하여 종래에는 여러 계측장치를 사용하여 계측하던것을 본 고안 단일 계측기로 모든 스피커 특성을 계측 할 수 있어, 신뢰성있는 품질관리 및 품질보증할 수 있고, 생산성과 재현성에 많은 도움이 되는 효과를 가지는 스피커 특성 계측기를 제공한다.

Description

스피커 특성 계측기{Speaker special quality measuring instrument}

본 고안은 스피커의 특성을 계측하는 스피커 특성 계측기에 관한 것으로 20HZ~20KHZ이내의 주파수를 소인 발진기(sweep oscillator)를 이용하여 스피커를 구동하고, 상기 스피커에서 발생되는 소리를 마이크를 통하여 그 소리를 감지하며, 상기 감지된 소리의 각 주파수 대역별로 불량음이나 이음(異音)등을 FFT(Fast Fourier Transform)분석부를 이용하여 검출하고, 데이타화하여 종래에는 여러 계측장치를 사용하여 계측하던것을 단일 계측기로 모든 스피커의 특성을 계측 할 수 있어 효과를 가지고 있으며, 또한 스피커의 음질에 대한 객관적인 불량계수를 계측, 대입할 수 있도록 하여, 신뢰성 있는 품질관리 및 품질보증할 수 있고, 생산성과 재현성에 많은 도움이 되는 효과를 가지고 있는 스피커 특성 계측기에 관한 것이다.

일반적으로 스피커의 원리는 북을 북채로 두드리면 가죽으로 된 북의 표면이 진동을 하기 시작한다. 이 진동으로 인하여 북 주변의 공기도 함께 진동하기 시작하고, 공기의 진동은 주변으로 전파되어 사람의 귀를 통해 들을 수 있다.

상기 북 표면의 진동을 사람의 귀에까지 전달하는 매체는 공기이며, 소리를 전달하는 매체는 공기와 같은 기체뿐만 아니라 물과 같은 액체, 나무와 같은 고체를 통해서도 전달할 수 있다.

결국 물체의 진동이 소리를 만드는 것이라고 말할 수 있는데, 나무를 두드리면 그 소리는 짧게 끊어지지만, 북을 두드리면 오랫동안 소리가 계속됨을 알 수 있으며, 진동이 오래 유지될수록 소리는 여운을 갖고 지속된다.

상기 소리를 발생시키려면 물질을 진동 시키면 되는데, 천천히 진동시키면 저음이 발생하고, 반대로 빨리 진동시키면 고음이 발생하며, 같은 진동수를 갖더라도 진동의 폭이 커지면 소리의 크기도 커지게 되는데, 스피커는 이러한 원리를 이용해서 소리를 발생시킨다.

이러한 스피커의 일반적인 구성은 다음과 같다.

스피커에 입력되는 신호는 소리의 정보를 갖고 있는 전기신호인데, 이 전기신호에는 소리의 크기, 진동수 등의 소리에 관련된 모든 정보가 포함되어 있으며, 전자석에 입력된다.

이때 전자석은 이 신호에 따라 N극·S극의 방향과 자석의 세기가 다르게 나타내며, 전자석의 뒤쪽에는 자석의 세기가 일정한 영구자석이 자리잡고 있는데, 전자석에서 N극의 방향에 따라 두 자석은 서로 밀기도 하고 당기기도 하는데, 전자석의 자석 세기에 따라 밀고 당기는 힘은 커지기도 하고 작아지기도 한다.

그리고, 전자석의 한쪽 끝은 스피커의 중앙에 있는 둥그런 모양의 콘이라는 것에 붙어 있으며, 전자석의 움직임에 따라 이 콘도 함께 움직이게 되고, 결국 콘에 붙어있는 고깔도 움직이게 된다.

이러한 스피커는 그 사용 용도에 따라 제조되는 과정도 틀릴뿐만 아니라 크기와 모양이 다르고, 그 특성 또한 상이하다.

상기 스피커의 특성은 공진 주파수 대역, 임피던스 값, 출력음압 레벨(Sound Pressure Level - SPL), 음질 등과 같이 있는데, 이는 스피커의 품질과 직접적인 연관성이 있는 것이여서, 스피커의 품질을 알수 있는 측도이기도 하다.

스피커를 제조하는 과정에서 발생할 수 있는 불량품을 가려내기 위한 방법으로 종래에는 각각의 계측기로 공진 주파수 측정, 임피던스 측정, 극성 측정, 출력음압레벨(Sound Pressure Level - SPL) 측정 등을 계측하였고, 많은 단계의 시험을 하여 왔었는데, 이는 각각의 계측기로 각각의 특성을 계측하여 왔기 때문에 계측시간이 많이 소비되었고, 생산성도 낮을 뿐만 아니라 비합리적 검사로 인하여 관리가 어려운 문제점이 있었다.

또한 종래에는 스피커의 특성 중 하나인 음질을 측정함에 있어서는 사람의 청력으로만 가능하였고, 이로인한 스피커의 객관적인 기준이 없어 음질에 대한 스피커 불량계수(음질)를 대입할 수 없어 품질관리에 어려운 문제점이 발생 하였다.

본 고안은 상기와 같은 종래의 스피커의 특성을 계측기에서 발생하는 제반된 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 20HZ~20KHZ이내의 주파수를 소인 발진기(sweep oscillator)를 이용하여 스피커를 구동하고, 상기 스피커에서 발생되는 소리를 마이크를 통하여 그 소리를 감지하며, 상기 감지된 소리의 각 주파수 대역별로 불량음이나 이음(異音)등을 FFT(Fast Fourier Transform)분석부를 이용하여 검출하고,데이타화하여 종래에는 여러 계측장치를 사용하여 계측하던것을 단일 계측기로 모든 스피커의 특성을 계측 할 수 있어 있으며, 또한 스피커의 음질에 대한 객관적인 불량계수를 계측, 대입할 수 있도록 하여, 신뢰성 있는 품질관리 및 품질보증할 수 있고, 생산성과 재현성에 많은 도움이 되는 스피커 특성 계측기를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1는 본 고안에 따른 스피커 특성 계측기의 세부 구성을 나타낸 구성도.

도 2는 본 고안에 따른 스피커 특성 계측기에 의해 스피커의 특성을 계측하는 구상을 나타낸 구성도.

도 3은 본 고안에 따른 스피커 특성 계측기의 기준설정 프로그램의 예시를 보인 예시표.

도 4는 본 고안에 따른 스피커 특성 계측기에 의해 계측된 결과를 표시한 스피커 측정 결과표.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※

110: 소인 정현파 발진부 120: 전압 조절부

130: 볼륨부 140: 음원 증폭부

150: 임피던스 검출부 160: 공진 주파수 검출부

170: 스피커 210: 마이커

220: 감지신호 증폭부 230: 출력음압레벨 검출부

240: FFT 분석부 250: 소리신호 증폭부

260: 헤드폰

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안의 스피커 특성 계측기에 대하여 설명하면 다음과 같다.

인가 된 전기 신호를 받아 가청주파수대의 소리를 출력하는 스피커의 임피던스, 출력음압레벨(Sound Pressure Level - SPL) 등의 스피커 특성을 측정하는 스피커 특성 계측기에 있어서,

스피커(170)에 아날로그형식의 테스트용 음원신호를 인가하는 소인 정현파 발진부(Sweep Sine wave Generator)(110)와;

스피커에 인가되는 전압을 조절하는 전압 조절부(120)와;

상기 소인 정현파 발진부(110)의 전기적 신호와 전압 조절부에서 인가된 전원과 합성하여 저전압 노이즈를 감쇄시키는 볼륨부(130)와;

상기 볼륨부(130)에서 출력된 전기적 신호를 증폭하는 음원 증폭부(Audio Power Amplifier)(140)와;

상기 음원 증폭부(140)에 내부에 포함된 분류기(shunt)로 전류를 검출하여출력 전압과 연산하여 임피던스를 검출하는 임피던스 검출부(150)와;

상기 음원 증폭부(140)에서 인가된 소인 주파수(Sweep Frequency)별 실시간 임피던스를 조합하여 공진 주파수 검출하는 최저 공진 주파수(Fo) 검출부(160)와;

상기 음원 증폭부(140)에서 증폭된 전기적 신호를 인가 받아 소리를 출력하는 스피커(170)와;

상기 스피커(170)에서 발생된 음을 감지하는 마이크(210)와;

상기 마이크(210)에서 감지된 전기적 신호를 증폭하는 감지신호 증폭부(Mic Amplifier)(220)와;

상기 감지신호 증폭부(220)에서 증폭된 전기적 신호를 음압을 측정, 표시하는 출력음압레벨(Sound Pressure Level - SPL) 검출부(230)와;

상기 감지신호 증폭부(220)에서 증폭되어 인가된 전기적 신호에서 음질을 분석하는 FFT(Fast Fourier Transform)분석부(240)와;

상기 입력신호 증폭부에서 증폭된 전기적 신호를 소리신호로 증폭하는 소리신호 증폭부(250)와;

상기 소리신호 증폭부(250)에서 증폭된 소리신호를 청각으로 들을수 있도록 헤드폰(260)을 구성하여, 16비트의 20HZ~10KHZ 이내의 소인 정현파 신호를 연결적인 아날로그 소인 발진기(Analog Sweep Oscillator)를 통해 테스트할 스피커에 신호를 인가하면, 상기 테스트할 스피커에서 테스트음이 발생하는데, 상기 스피커에서 발생하되는 테스트음을 마이커를 통해 감지하며, 10KHZ 이상의 주파수 성분을 검출하여 그 값을 데이타화 함으로써 이득(gain)값의 조절 및 설정으로 스피커 음질을 계측하거나, 또는 16비트의 20HZ~20KHZ이내의 소인 정현파 신호를 연결적인 아날로그 소인 발진기(Analog Sweep Oscillator)를 통해 테스트할 스피커에 인가하면, 상기 테스트할 스피커에서 테스트음이 발생하는데, 상기 스피커에서 발생된 테스트음은 마이크를 통해 감지하며, 실시간으로 소인(sweep)되는 주파수 성분 이외의 주파수 성분을 검출하여 이값을 데이타화 함으로써 이득(gain)값의 조절 및 설정으로 스피커 음질을 계측할 수 있을 뿐만아니라 공진 주파수 측정, 임피던스 측정, 극성 측정, 출력음압레벨(Sound Pressure Level - SPL) 측정을 통합적으로 계측가능하다

이하 본 고안의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 따라서 상세히 설명한다.

도 1a은 본 고안에 따른 스피커 특성 계측기의 전체적인 구성을 나타낸 구성도이고, 도 1b는 본 고안에 따른 스피커 특성 계측기의 세부 구성을 나타낸 구성도이며, 도 2는 본 고안에 따른 스피커 특성 계측기에 의해 스피커의 특성을 계측하는 구상을 나타낸 구성도이고, 도 3은 본 고안에 따른 스피커 특성 계측기의 기준설정 프로그램의 예시를 보인 예시표이며, 도 4는 본 고안에 따른 스피커 특성 계측기에 의해 계측된 결과를 표시한 스피커 측정 결과표이다.

도 1a와 도 1b에 도시된 바와 같이 본 고안에 따른 스피커 특성 계측기의 테스트 신호 발생 수단을 살펴보면, 상기 아날로그 소인 발진기(Analog sweep oscilator)는 컴퓨터의 소프웨어로 제어되며, 상기 컴퓨터의 사운드 카드를 통하여 출력된다. 이때 아날로그 소인 신호(Analog sweep signal)를 저전압에서 출력할 시에는 상기 컴퓨터의 잡음성분이 많이 포함된 아날로그 소인 신호를 발생하는데, 상기 잡음을 제거하기 위하여 컴퓨터내에 설치된 사운드 카드의 출력을 최대로 하고, 인아웃(I/O) 카드의 전압조절부를 제어하여 0~10V의 직류전압을 제어 출력 하도록 하고, 신호의 진폭을 변조하는 진폭변조(AM modulation)회로와 상기 직류전압을 제어하여 이득(gain)을 조절하는 볼륨부를 구성하여 잡음성분을 제거하여, 음원 증폭부(Audio Power Amplifier)를 통해 나온 신호를 증폭하여 테스트할 스피커에 신호를 인가한다.

이때 상기 음원 증폭부(Audio Power Amplifier) 증폭된 20HZ~20KHZ 이내의 정현파(sine)가 상기 테스트 할 스피커에 인가될 때 분류기(Resistor Shunt)를 이용하여 흐르는 전류를 검출하고 스피커에 공급된 전압을 검출 상기 전류와 대입 연산수단인 컴퓨터에서 연산하여 스피커의 임피던스를 측정할 수 있다.

이며

이므로

유도식에 의해 스피커의 임피던스를 구할 수 있다.

V: 음원 출력부의 출력 전압 Vsp: 스피커에 인가되는 전압

Vr: 분류기에 인가되는 전압 R: 분류기의 저항

Rsp: 스피커 임피던스

따라서, 20HZ~20KHZ이내에서 임의의 한 주파수를 선택하면 임피던스검출부에서 설정한 주파수의 임피던스와 디스플레이 수단을 통해 화면에 표시하되, 미리 설정한 범위내에 있는지 비교하여 합격/불합격 판정을 한다.

그리고, 상기 스피커 임피던스를 20HZ~20KHZ 이내에서 실시간으로 지속적으로 측정하여 디스플레이 수단을 통해 화면에 표시하면, 테스트 할 스피커의 각 주파수 별 임피던스 변화를 볼 수 있으며, 상기 최저 공진 주파수(Fo) 검출부에서는 임피던스의 변화로 최초공진점을 찾아 공진점을 표시하며, 이미 설정해놓은 영역과 비교하여 합격/불합격 판정을 한다. 이때 출력음압레벨(Sound Pressure Level - SPL)의 합격/불합격의 범위를 0.1dB 단위로 설정할 수 있다.

또한, 신호음 검출 및 측정수단을 살펴보면, 상기 스피커의 출력음에서 발생된 20HZ~20KHZ 이내의 각각의 주파수대역에서 발생한 연결음을 마이크를 통해 감지하여, 감지된 신호를 감지신호 증폭부로 인가 한다. 상기 감지 신호 증폭부에 인가된 신호를 출력음압레벨(Sound Pressure Level - SPL)을 디스플레이 수단을 통해 화면에 표시하고, 상기 연산수단 인 컴퓨터에 미리 설정하여, 상기 컴퓨터의 데이터베이스에 저장된 데이터 값과 비교연산하여, 상기 테스터 할 스피커 출력음압레벨(Sound Pressure Level - SPL)의 합격/불합격 판정을 하여 화면에 표시한다.

그리고, 상기 감지 신호 증폭부에서 감지하여 증폭된 신호를 FFT 분석부(Fast Fourier Transform)로 인가 되면, 10KHZ 이상의 주파수 성분을 검출하여 그 값을 데이타화 함으로써 이득(gain)값의 조절 및 설정으로 스피커 음질을 측정하거나, 실시간으로 소인(sweep)되는 주파수 성분 이외의 주파수 성분을 검출하여 이값을 데이타화 함으로써 이득(gain)값의 조절 및 설정으로 스피커 음질을 측정하여, 합격/불합격 판정을 상기, 연산수단을 통해 비교 연산되어, 디스플레이 수단 통해 화면에 표시된다.

또한 본 고안의 객관적, 주관적 계측 신뢰성을 향상 시키기 위해, 상기 감지 신호 증폭부에서 발생한 신호를 소리신호 증폭부로가 인가 받아 증폭하여 헤드폰으로 테스트 할 스피커에서 발생한 연결음을 그대로 재현함으로써, 본 고안은 연산수단을 이용한 자동 계측검사 및 검사원의 청력으로 합격/불합격 판정할 수 있도록 하여 계측 신뢰도를 향상 시켰다.

본 고안의 실시예로 도 2에 도시된 바와 같이 테스트 할 스피커를 내부에 반사음을 제거하는 흡음재가 설치된 지그의 하측에는 상기 마이크를 설치하고, 상측에는 테스트 할 스피커를 가설한다.

그리고, 도 3에 도시된 바와 같이 테스트 할 스피커의 기준항목 설정 및 계측 항목을 프로그램에 의해 제어 가능한데, 그 구성은 제품정보(a), SPL의 합부판정을 위한 상하한 설정(b), 기준데이타(c), 미리보기(d), SPL검사 주파수 범위(e), 스윕 설정(f), Fo/Ze 설정(g), 검사(h), 전압설정(i) 등의 항목으로 이루어 진다.

상기 제품정보(a)는 테스트 할 스피커의 정보, 즉 모델명, 로트번호, 시리얼번호 등을 입력하거나, 순차적으로 부여 하는 기능을 수행하며, 상기 상하한 설정(b)은 테스트 할 스피커의 음의 범위 설정은 dB단위로 설정하는 기능을 수행한다.

그리고, 상기 기준 데이타(c)는 이미 입력된 스피커 특성의 데이타를 불러오거나 테스트 된 스피커의 데이타를 저장하는 기능을 가지고, 상기 SPL검사 주파수범위(e)에서 출력음압레벨을 설정하면, 상기 미리보기(d)에서 상기 설정된 출력음압레벨을 그래프로 표시한다.

상기 스윕 설정(f)은 스윕 방법 및 스윕시간, 시작 주파수, 종료 주파수, 스윕횟수 등을 설정하는 기능을 수행하고, 상기 Fo/Ze 설정(f)은 공진 주파수 대역 설정 및 Ze 주파수 대역을 설정하는 기능을 수행하며, 상기 검사(h)는 테스트 할 스피커의 특성항목을 설정하는 기능을 수행하고, 상기 전압 설정(i)은 테스트 할 스피커에 인가 전압을 설정하는 기능을 수행한다.

상술한 바와 같이 테스트 할 스피커의 테스트항목 설정 및 범위를 설정하고, 상기 스피커를 테스트 하면, 도 4a와 도 4b에 도시된 바와 같이 스피커의 특성들이 그래프화 되어 표시되고, 그 특성들의 합격 및 불합격이 판정되어 화면에 표시된다.

이상에서와 같이 본 고안의 스피커 특성 검사기에 따르면, 20HZ~20KHZ이내의 주파수를 소인 발진기(sweep oscillator)를 이용하여 스피커를 구동하고, 상기 스피커에서 발생되는 소리를 마이크를 통하여 그 소리를 감지하며, 상기 감지된 소리의 각 주파수 대역별로 불량음이나 이음(異音)등을 FFT분석부를 이용하여 검출하고, 데이타화하여 종래에는 여러 계측장치를 사용하여 계측하던것을 단일 계측기로 모든 스피커의 특성을 계측 할 수 있어 효과를 가지고 있으며, 또한 스피커의 음질에 대한 객관적인 불량계수를 계측, 대입할 수 있도록 하여, 신뢰성 있는 품질관리 및 품질보증할 수 있고, 생산성과 재현성에 많은 도움이 되는 효과를 가지고 있다.

Claims (1)

1. 스피커(170)에 아날로그형식의 테스트용 음원신호를 인가하는 소인 정현파 발진부(Sweep Sine wave Generator)(110)와;

   스피커에 인가되는 전압을 조절하는 전압 조절부(120)와;

   상기 소인 정현파 발진부(110)의 전기적 신호와 전압 조절부에서 인가된 전원과 합성하여 저전압 노이즈를 감쇄시키는 볼륨부(130)와;

   상기 볼륨부(130)에서 출력된 전기적 신호를 증폭하는 음원 증폭부(Audio Power Amplifier)(140)와;

   상기 음원 증폭부(140)에 내부에 포함된 분류기(shunt)로 전류를 검출하여 출력 전압과 연산하여 임피던스를 검출하는 임피던스 검출부(150)와;

   상기 음원 증폭부(140)에서 인가된 소인 주파수(Sweep Frequency)별 실시간 임피던스를 조합하여 공진 주파수 검출하는 최저 공진 주파수(Fo) 검출부(160)와;

   상기 음원 증폭부(140)에서 증폭된 전기적 신호를 인가 받아 소리를 출력하는 스피커(170)와;

   상기 스피커(170)에서 발생된 음을 감지하는 마이크(210)와;

   상기 마이크(210)에서 감지된 전기적 신호를 증폭하는 감지신호 증폭부(Mic Amplifier)(220)와;

   상기 감지신호 증폭부(220)에서 증폭된 전기적 신호를 음압을 측정, 표시하는 출력음압레벨(Sound Pressure Level - SPL) 검출부(230)와;

   상기 감지신호 증폭부(220)에서 증폭되어 인가된 전기적 신호에서 음질을 분석하는 FFT(Fast Fourier Transform)분석부(240)와;

   상기 입력신호 증폭부에서 증폭된 전기적 신호를 소리신호로 증폭하는 소리신호 증폭부(250)와;

   상기 소리신호 증폭부(250)에서 증폭된 소리신호를 청각으로 들을수 있도록 헤드폰(260)을 구성한 것을 특징으로 하는 스피커 특성 계측기.