KR20200116343A - 차량용 사운드 제너레이터 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 길이방향으로 수축 또는 팽창 가능한 구조를 갖는 레조네이터 챔버; 상기 레조네이터 챔버의 전단 개방부에 장착되는 멤브레인; 상기 레조네이터 챔버의 후단 개방부에 장착되는 커버; 상기 커버와 엔진 흡기계 간에 연결되는 연결파이프; 상기 커버의 내면에 장착되는 자석; 상기 레조네이터 챔버의 전단부에 내설되는 코일; 및 상기 코일에 전류를 인가하는 사운드 제어기; 를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 차량용 능동형 사운드 제너레이터를 제공하고자 한 것이다.
Description
본 발명은 차량용 사운드 제너레이터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 레조네이터 및 멤브레인을 이용하여 엔진음의 주파수 튜닝이 가능하도록 한 차량용 능동형 사운드 제너레이터에 관한 것이다.
과거에는 차량의 운전 정숙성을 위해 엔진 소음 등이 실내로 유입되는 것을 저감시키는 기술이 주로 적용되었지만, 최근에는 다이나믹하고 스포티한 실내 주행음을 구현하기 위하여 다양한 방식으로 소리를 증폭시키고 있다.
상기 소리를 증폭시키는 방식은 멤브레인 사운드 제너레이터 방식, 전기식 사운드 제네레이터를 이용한 방식, 액티브 사운드 제너레이터를 이용한 방식 등 크게 3가지로 분류할 수 있다.
상기 멤브레인 사운드 제너레이터 방식은 대시패널(엔진룸과 실내 간을 분리하는 격벽부재)에 멤브레인을 장착하고, 엔진 흡기측과 멤브레인 간에 파이프를 연결하여, 멤브레인을 통해 엔진 토출음이 실내로 직접 전달도록 한 방식으로서, 엔진 토출음을 실내쪽으로 직접 전달하여 가장 자연적인 음색 구현이 가능한 장점이 있으나, 엔진 토출음을 원하는 주파수로 튜닝할 수 없고, 그에 따라 원하는 사운드를 구현할 수 없는 단점이 있다.
상기 전기식 사운드 제너레이터는 별도의 액츄에이터를 이용하여 대시패널을 가진시키면, 가진에 따른 사운드가 실내로 전달되는 방식으로서, 원하는 주파수 대역으로의 튜닝이 가능한 장점이 있으나, 대시패널을 직접 가진함에 따른 래틀 노이즈 및 대시패널의 내구 저하 등이 발생하는 문제점이 있다.
상기 액티브 사운드 제너레이터 방식은 실내 스피커에서 엔진음 등의 사운드를 임의로 만들어내는 방식으로서, 원하는 주파수 대역으로의 튜닝이 가능한 장점이 있으나, 가진과 같은 진동이 없어 사운드를 몸으로 체감하기 어렵고, 소리가 자연적 음색보다는 인위적인 감성을 줌에 따라 오히려 이질감을 느끼게 되는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 가장 자연적인 음색 구현이 가능한 멤브레인 사운드 제너레이터 방식을 채택하되, 레조네이터 등을 이용하여 엔진 토출음을 원하는 주파수로 튜닝하여 원하는 사운드를 구현할 수 있도록 한 차량용 능동형 사운드 제너레이터를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은: 길이방향으로 수축 또는 팽창 가능한 구조를 갖는 레조네이터 챔버; 상기 레조네이터 챔버의 전단 개방부에 장착되는 멤브레인; 상기 레조네이터 챔버의 후단 개방부에 장착되는 커버; 상기 커버와 엔진 흡기계 간에 연결되는 연결파이프; 상기 커버의 내면에 장착되는 자석; 상기 레조네이터 챔버의 전단부에 내설되는 코일; 및 상기 코일에 전류를 인가하는 사운드 제어기; 를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 차량용 능동형 사운드 제너레이터를 제공한다.
바람직하게는, 상기 레조네이터 챔버는: 대시패널에 장착되는 중공 챔버와; 전단부는 중공챔버에 연결되고 후단부는 커버와 연결되는 벨로우즈관; 으로 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 중공 챔버의 내면에는 코일이 삽입 체결되는 코일 체결홈이 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 중공 챔버의 전단 개방부에 멤브레인이 장착되어, 대시패널에 형성된 음파 전달홀에 배열되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 커버의 내면에는 자석이 삽입 체결되는 자석 체결홈이 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 구현예로서, 상기 연결파이프는 고무 재질의 파이프로 채택되어, 소정의 처짐량을 가지면서 상기 커버와 엔진 흡기계 간에 연결되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 구현예로서, 상기 연결파이프는 금속 재질의 파이프로 채택되고, 커버와 연결되는 전단부에 커버의 두께에 비하여 큰 길이를 갖는 슬라이드 홈이 형성된 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 연결파이프의 슬라이드 홈에 커버의 내경부가 삽입되어, 레조네이터 챔버의 팽창 또는 수축시 커버가 슬라이드 홈의 길이 구간을 따라 이동하도록 한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 사운드 제너레이터는 상기 사운드 제어기에 엔진 RPM 신호를 전송하는 엔진 ECU를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 사운드 제어기는 엔진 RPM에 따라 달라지는 엔진 주파수의 음압을 증폭시킬 수 있도록 엔진 RPM에 따라 코일에 인가되는 전압을 가변 제어하도록 구성된 것임을 특징으로 한다.
상기한 과제 해결 수단을 통하여 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.
첫째, 본 발명의 사운드 제너레이터는 기존의 멤브레인 사운드 제너레이터 방식과 달리 레조네이터 등을 이용하여 엔진 토출음을 원하는 주파수로 튜닝하여 원하는 사운드를 구현할 수 있다.
둘째, 본 발명의 사운드 제너레이터는 기존의 전기식 사운드 제네레이터와 액티브 사운드 제너레이터가 인위적인 소리를 만들어내는 것과 달리, 멤브레인 방식을 채택함에 따라 엔진음을 가장 자연적인 음색으로 구현할 수 있을 뿐만 아니라 원하는 주파수 대역의 사운드로 튜닝할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 차량용 사운드 제너레이터를 도시한 분리 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 차량용 사운드 제너레이터의 장착 상태를 도시한 외관 사시도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 사운드 제너레이터를 도시한 단면도,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량용 사운드 제너레이터를 도시한 단면도,
도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 차량용 사운드 제너레이터의 작동 상태를 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 차량용 사운드 제너레이터의 장착 상태를 도시한 외관 사시도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 사운드 제너레이터를 도시한 단면도,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량용 사운드 제너레이터를 도시한 단면도,
도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 차량용 사운드 제너레이터의 작동 상태를 도시한 도면.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.
첨부한 도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 차량용 사운드 제너레이터의 장착 상태를 도시한 외관 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 사운드 제너레이터를 도시한 단면도로서, 각 도면에서 도면부호 10은 레조네이터 챔버를 지시한다.
상기 레조네이터 챔버(10)는 길이방향으로 수축 또는 팽창 가능한 구조로 구비된다.
바람직하게는, 상기 레조네이터 챔버(10)는 대시패널(100)에 고정 장착되는 중공 챔버(12)와, 중공 챔버(12)에 팽창 또는 수축 가능하게 체결되는 벨로우즈관(14)으로 구성된다.
이에, 상기 레조네이터 챔버(10)의 전체 내부 체적은 벨로우즈관(14)의 수축시 줄어들고 벨로우즈관(14)의 팽창시 늘어나게 된다.
이때, 상기 레조네이터 챔버(10)의 전단 개방부에 멤브레인(20)이 장착되고, 레조네이터 챔버(10)의 후단 개방부에는 홀을 갖는 커버(30)가 장착된다.
보다 상세하게는, 상기 레조네이터 챔버(10)의 중공 챔버(12)의 전단 개방부에 멤브레인(20)이 장착되고, 상기 레조네이터 챔버(10)의 벨로우즈관(14)의 후단 개방부에 커버(30)가 장착된다.
또한, 상기 중공 챔버(12)의 전단부가 대시패널(100)에 장착되면, 중공 챔버(12)의 전단 개방부에 장착된 멤브레인(20)이 대시패널(100)에 형성된 음파 전달홀(102)에 배열되는 상태가 된다.
참고로, 상기 멤브레인(20)은 일반 스피커에도 적용하는 얇은 판으로서, 음압 차이에 의해 떨림 운동을 하면서 외부로 음파를 전달하는 역할을 한다.
특히, 상기 커버(30)와 엔진 흡기계(예, 흡기파이프) 간에는 연결파이프(40)가 연결된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 3에서 보듯이 상기 연결파이프(40)를 팽창 또는 수축 가능한 고무 재질의 파이프로 채택하는 동시에 소정의 처짐량을 가지면서 상기 커버(30)와 엔진 흡기계 간에 연결하는 것이 바람직하다.
이에, 상기 벨로우즈관(14)의 팽창 또는 수축시, 벨로우즈관(14)과 연결파이프(40) 간을 연결하고 있는 커버(30)도 벨로우즈관(14)과 함께 팽창 또는 수축 방향으로 용이하게 움직일 수 있는 상태가 된다.
반면, 상기 연결파이프(40)를 금속 재질의 파이프로 채택하는 경우에는 고무 재질과 달리 길이방향으로 늘어나지 않기 때문에 벨로우즈관(14)의 팽창 또는 수축시 커버(40)가 함께 팽창 또는 수축 방향으로 움직일 수 없으므로, 결국 벨로우즈관(14)의 팽창 또는 수축 동작이 불가능해질 수 있다.
이를 해소하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 도 4에서 보듯이 상기 연결파이프(40)를 금속 재질로 채택하는 경우에는 커버(40)와 연결되는 연결파이프(40)의 전단부에 커버(40)의 두께에 비하여 큰 길이를 갖는 슬라이드 홈(42)이 형성된다.
이에, 상기 연결파이프(40)의 슬라이드 홈(42)에 커버(40)의 내경부가 삽입되도록 함으로써, 레조네이터 챔버(10)의 벨로우즈관(14)이 팽창 또는 수축할 할 때 커버(40)가 슬라이드 홈(42)의 길이 구간을 따라 이동하게 되므로, 벨로우즈관(14)의 팽창 또는 수축 동작을 보장할 수 있게 된다.
통상, 레조네이터는 마치 페트병과 같이 특정 용량을 가지는 볼륨체와, 이 볼륨체의 입구에 형성되는 넥(neck)으로 구성되어, 소리의 공명효과를 이용하여 특정 주파수 대역의 소리를 저감시키는데 주로 사용되며, 볼륨체의 용량과 넥 직경 및 길이 등에 따라 레조네이터 주파수 대역이 결정된다.
참고로, 상기 레조네이터의 내부에서 특정 주파수의 음압(dB)이 높게 발생하는데, 레조네이터의 한쪽 면에 멤브레인을 장착하면 멤브레인을 통해 해당 주파수 대역의 음파가 외부로 집약적으로 전달되는 등의 사운드 증폭 효과를 얻을 수 있다.
따라서, 상기 중공 챔버(12)와 벨로우즈관(14)으로 구성된 레조네이터 챔버(10)가 레조네이터 역할을 하게 되고, 중공 챔버(12)의 전단부에 장착된 멤브레인(20)이 특정 주파수 대역의 음파가 외부로 전달되도록 한 사운드 증폭 역할을 하게 된다.
이에, 상기 연결파이프(40)를 통하여 엔진음이 레조네이터 역할을 하는 벨로우즈관(14) 및 중공 챔버(12)를 지나서 멤브레인(20)에 작용하게 됨으로써, 멤브레인(20)을 통해 엔진음이 실내로 전달될 수 있다.
한편, 상기 레조네이터 챔버(10)를 구성하는 중공 챔버(12)의 내면에는 코일(50)이 삽입 체결되는 코일 체결홈(13)이 형성된다.
이에, 수회 내지 수십회 이상 원형으로 권취된 코일(50)이 코일 체결홈(13) 내에 삽입 체결될 수 있다.
이때, 상기 코일(50)에는 전류 및 전압 인가를 위한 사운드 제어기(60)가 도전 가능하게 연결된다.
바람직하게는, 상기 사운드 제어기(60)에는 엔진 RPM 신호를 전송하는 엔진 ECU(80)가 연결됨으로써, 상기 사운드 제어기(60)는 엔진 ECU(80)의 엔진 RPM 신호를 수신하고, 수신된 엔진 RPM에 따라 달라지는 엔진 주파수의 음압을 증폭시킬 수 있도록 엔진 RPM에 따라 상기 코일(50)에 인가되는 전압을 가변 제어하게 된다.
또한, 상기 커버(30)의 내면에는 자석(70)이 삽입 체결되는 자석 체결홈(32)이 형성되며, 이 자석 체결홈(32) 내에 링 형상으로 구비된 영구 자석(70)이 삽입 체결된다.
이에, 상기 자석(70)은 코일(50)에 인가되는 전류 방향에 따라 코일(50)과 멀어지려는 척력을 발휘하거나 또는 코일(50)로 붙으려는 인력을 발휘하게 된다.
여기서, 상기한 구성으로 이루어진 본 발명의 사운드 제너레이터에 대한 작동 흐름을 살펴보면 다음과 같다.
첨부한 도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 차량용 사운드 제너레이터의 작동 상태를 나타낸다.
먼저, 상기 엔진 ECU(80)에서 사운드 제어기(60)에 엔진 RPM 신호를 전송하면, 사운드 제어기(60)는 아래 표 1에서 보듯이 엔진 RPM에 따라 엔진 C2 성분 주파수가 달라지는 점을 감안하여 엔진 RPM에 따라 상기 코일(50)에 인가되는 전압을 가변시킨다.
참고로, 상기 엔진 C2 성분 주파수는 엔진의 진동 기본 주파수를 크랭크축 회전수의 2배로 하여 전개하였을 때의 진동성분을 C2로 기호화하여 표시한 것이며, 임의의 n기통 엔진에 대해서 C2 성분 주파수를 크랭크축 회전수의 n/2의 주파수를 갖는 진동성분으로 표시할 수 있다.
예를 들어, 엔진 2700 RPM에서 C2 주파수가 기준치보다 낮은 90Hz이면, 도 5a에서 보듯이 상기 사운드 제어기(60)에서 상기 코일(50)에 인가하는 전류방향을 일방향으로 인가함으로써, 상기 코일(50)에 자기장이 생성되는 동시에 코일(50)의 전단부와 후단부가 각각 N극과 S극을 띠게 되어, S극과 N극 배열을 갖는 자석(70)을 밀어내는 척력을 발휘하게 된다.
이에, 상기 자석(70)이 내설된 커버(30)가 후진하는 동시에 커버(30)와 연결된 벨로우즈관(14)이 팽창하여, 레조네이터 챔버(10) 내의 볼륨이 증대되는 상태가 됨으로써, 연결파이프(40)를 통하여 레조네이터 챔버(10)로 유입되는 엔진음의 증폭이 가능한 상태가 된다.
따라서, 상기와 같이 레조네이터 챔버(10)의 볼륨이 증대됨으로써, 연결파이프(40)를 통하여 레조네이터 챔버(10)로 유입되는 엔진음 저주파수(예를 들어, 엔진 2700 RPM에서 C2 성분 주파수 90Hz)가 레조네이터 챔버(10) 내에서 증폭되는 튜닝을 거쳐 멤브레인(20)에 작용하게 됨으로써, 멤브레인(20)을 통해 튜닝된 엔진음이 실내로 전달될 수 있다.
반면, 엔진 6030 RPM에서 C2 주파수가 기준치보다 높은 201Hz이면, 도 5b에서 보듯이 상기 사운드 제어기(60)에서 상기 코일(50)에 인가하는 전류방향을 타방향으로 인가함으로써, 상기 코일(50)에 자기장이 생성되는 동시에 코일(50)의 전단부와 후단부가 각각 S극과 N극을 띠게 되어, S극과 N극 배열을 갖는 자석(70)을 당기는 인력을 발휘하게 된다.
이에, 상기 자석(70)이 내설된 커버(30)가 전진하는 동시에 커버(30)와 연결된 벨로우즈관(14)이 수축하여, 레조네이터 챔버(10) 내의 볼륨이 일정 수준 감소되는 상태가 된다.
따라서, 상기와 같이 연결파이프(40)를 통하여 레조네이터 챔버(10)로 유입되는 엔진음이 일정 수준 이상의 고주파수(예를 들어, 엔진 6030 RPM에서 C2 성분 주파수 201Hz)이므로 상기 레조네이터 챔버(10)의 볼륨을 일정 수준 감소시키더라도 엔진음이 레조네이터 챔버(10) 내에서 증폭되는 튜닝을 거쳐 멤브레인(20)에 작용하게 됨으로써, 멤브레인(20)을 통해 튜닝된 엔진음이 실내로 전달될 수 있다.
이와 같이, 엔진음 주파수를 원하는 수준으로 튜닝하여 실내로 전달되도록 함으로써, 엔진음을 가장 자연적인 음색으로 구현하여 실내로 전달할 수 있다.
10 : 레조네이터 챔버
12 : 중공 챔버
13 : 코일체결홈
14 : 벨로우즈관
20 : 멤브레인
30 : 커버
32 : 자석 체결홈
40 : 연결파이프
42 : 슬라이드 홈
50 : 코일
60 : 사운드 제어기
70 : 자석
80 : 엔진 ECU
100 : 대시패널
102 : 음파전달홀
12 : 중공 챔버
13 : 코일체결홈
14 : 벨로우즈관
20 : 멤브레인
30 : 커버
32 : 자석 체결홈
40 : 연결파이프
42 : 슬라이드 홈
50 : 코일
60 : 사운드 제어기
70 : 자석
80 : 엔진 ECU
100 : 대시패널
102 : 음파전달홀
Claims (10)
- 길이방향으로 수축 또는 팽창 가능한 구조를 갖는 레조네이터 챔버;
상기 레조네이터 챔버의 전단 개방부에 장착되는 멤브레인;
상기 레조네이터 챔버의 후단 개방부에 장착되는 커버;
상기 커버와 엔진 흡기계 간에 연결되는 연결파이프;
상기 커버의 내면에 장착되는 자석;
상기 레조네이터 챔버의 전단부에 내설되는 코일;
상기 코일에 전류를 인가하는 사운드 제어기;
를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 차량용 사운드 제너레이터.
- 청구항 1에 있어서,
상기 레조네이터 챔버는:
대시패널에 장착되는 중공 챔버와;
전단부는 중공챔버에 연결되고 후단부는 커버와 연결되는 벨로우즈관;
으로 구성된 것을 특징으로 하는 차량용 사운드 제너레이터.
- 청구항 2에 있어서,
상기 중공 챔버의 내면에는 코일이 삽입 체결되는 코일 체결홈이 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 사운드 제너레이터.
- 청구항 2에 있어서,
상기 중공 챔버의 전단 개방부에 멤브레인이 장착되어, 대시패널에 형성된 음파 전달홀에 배열되는 것을 특징으로 하는 차량용 사운드 제너레이터.
- 청구항 1에 있어서,
상기 커버의 내면에는 자석이 삽입 체결되는 자석 체결홈이 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 사운드 제너레이터.
- 청구항 1에 있어서,
상기 연결파이프는 고무 재질의 파이프로 채택되어, 소정의 처짐량을 가지면서 상기 커버와 엔진 흡기계 간에 연결되는 것을 특징으로 하는 차량용 사운드 제너레이터.
- 청구항 1에 있어서,
상기 연결파이프는 금속 재질의 파이프로 채택되고, 커버와 연결되는 전단부에 커버의 두께에 비하여 큰 길이를 갖는 슬라이드 홈이 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 사운드 제너레이터.
- 청구항 7에 있어서,
상기 연결파이프의 슬라이드 홈에 커버의 내경부가 삽입되어, 레조네이터 챔버의 팽창 또는 수축시 커버가 슬라이드 홈의 길이 구간을 따라 이동하도록 한 것을 하는 차량용 사운드 제너레이터.
- 청구항 1에 있어서,
상기 사운드 제어기에 엔진 RPM 신호를 전송하는 엔진 ECU를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 사운드 제너레이터.
- 청구항 9에 있어서,
상기 사운드 제어기는 엔진 RPM에 따라 달라지는 엔진 주파수의 음압을 증폭시킬 수 있도록 엔진 RPM에 따라 코일에 인가되는 전압을 가변 제어하도록 구성된 것임을 특징으로 하는 차량용 사운드 제너레이터.
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