KR20230012574A - 평판형 라우드스피커 시스템(flat loudspeaker systems)용 전기역학 드라이브 - Google Patents

Abstract

자기 시스템, 프레임에 고정된 원통형 코일, 원통형 코일 포머에 부착된 음향-방출 멤브레인, 자기 갭 내에 코일을 고정하는 시스템, 및 상기 코일에 전기적 신호를 공급하기 위한 가요성 와이어가 설치된 인클로저를 갖는 평판형 라우드스피커용 전기역학 드라이브를 개시한다. 자기 시스템은 원통형 영구 자석, 상기 원통형 자석이 있는 페라이트 링과 와셔로 구성되고, 이들을 단일 구조로 결합한다.

Description

평판형 라우드스피커 시스템(flat loudspeaker systems)용 전기역학 드라이브

본 발명에 제안된 기술적 솔루션은 음향(acoustics)에 관한 것이다. 본 발명은 평판형 라우드스피커라우드스피커 시스템을 위한 전기역학 드라이브이다.

평판형 음향(acoustics) 시스템용을 위해 산업적으로 생산된 광범위한 전기역학 드라이브는: Dayton BST , Monacor , Visatone, Mechakustik 등과 같은 여러 회사에서 생산되는 것으로 알려져 있다. 이러한 라우드스피커는 일반적으로 중- 및 고-주파수 범위에서 작동하도록 설계된다. 대부분의 라우드스피커의 낮은 차단 주파수는 거의 100Hz 미만으로 확장되지 않는다. 완성된 라우드스피커 시스템에서 50Hz-10kHz의 작동 범위를 제공할 수 있는 라우드스피커는 덜 일반적이다. 산업적으로 제조된 제품 중에는, 가청 음향 방사(audible acoustic radiation)의 전체 스펙트럼(20Hz-20,000Hz)을 제공하는 여자기(exciter)가 없었다. 그 결과, 많은 제조업체에서 상업적으로 이용 가능한 전기역학 여자기는 전대역 평판형 라우드스피커 시스템을 만드는 데 적합하지 않다. 이러한 여자기의 주파수 범위는 음향 시스템(acoustic system)의 주파수 범위 확장을 보장하기 위해 다양한 조치를 취할 필요성을 야기한다: 예를 들어, 복합 음향 필터 시스템(complex acoustic filter systems)을 포함한 추가 음향 링크(acoustic links)를 사용하거나, 좁은 상위 또는 하위 레지스터 음향 범위(register acoustic range)에서 작동하도록 설계된 추가 전기역학 여자기를 사용하여, 하위 및 상위 차단 주파수(cutoff frequencies) 범위의 확장이 달성되는 멀티-밴드 시스템을 생성한다.

평판형 음향 시스템 설계(flat acoustic systems design)를 위한 기존 음향 진동 여자기(conventional acoustic vibration exciters)의 사용으로 인해 발생하는 다른 문제 중 하나는 낮은 전력이다. 결과적으로, 전문적인 환경에 적합한 고출력 음향 시스템(high-power acoustic system)을 생성하려면 라우드스피커의 음향 품질(acoustic qualities)을 저하시키는, 음향 신호(sound signal)의 변조-진폭 왜곡(modulation-amplitude diatortion)을 수반하는, 하나의 음향-방출 멤브레인 영역(sound-emitting membrane's area) 내에서 여러 음향 여자기(acoustic exciters)의 어셈블리를 생성하기 위해 절충안을 만들 필요가 있다.

이러한 복잡하고 번거로운 수단으로 이러한 기술적 문제를 해결하는 것은 비실용적이고 재료, 시간, 및 인건비의 증가와 관련이 있음은 말할 것도 없다.

2012년 2월 10일자 러시아 연방 특허 제2456764호에 평판형 라우드스피커를 설명하는 가장 유사한 기술적 해결방안 중 하나가 제시되어 있다. 이 평판형 라우드스피커는 다음 구성 요소: 자기 시스템(magnetic system), 프레임에 고정된 원통형 코일, 원통형 코일 포머에 부착된 음향-방출 멤브레인(sound-emitting membrane), 자기 갭(magnetic gap) 내에서 코일을 고정하는 시스템, 및 코일에 전기 신호를 공급하기 위한 유연한 와이어(flexible wires)가 설치된 인클로저(enclosure) 형태로 만들어진다. 이 장치의 단점은 작동 범위와 전력이 충분하지 않다는 것이다.

본 발명의 기술적 결과는 라우드스피커의 작동 범위를 확장하는 것이다.

본 발명의 기술적 결과는 다음 구성 요소들이 설치된 인클로저가 있는 광대역 평판형 라우드스피커에 의해 달성된다: 자기 시스템, 프레임에 고정된 원통형 코일, 원통형 코일 포머(former)에 부착된 음향-방출 멤브레인(sound-emitting membrane), 자기 갭 내에서 코일을 고정하는 시스템, 및 코일에 전기 신호를 공급하기 위한 유연한. . 뿐만 아니라,자기 시스템은 원통형 영구 자석, 상기 언급한 원통형 자석이 있는 페라이트 링(ferrite ring)과 와셔(washers)로 구성되고, 이들은 단일 구조로 결합된다.

프레임에 고정된 원통형 코일은 원통형 자석의 상부에서 원통형 자석과 페라이트 링 사이의 갭에 위치하고,

코일을 자기 갭(magnetic gap) 내에서 고정하는 시스템은, 동심원 주름 디스크와 같이, 코일에 부착되는 내부 구멍과 본체(body)에 부착되는 외부 둘레(outer perimeter)가 있는, 서로 일정 거리에 고정된 직경이 다른 두 개의 센터링 와셔로 구성되고,

코일에 전기 신호를 공급하는 유연한 와이어는 센터링 와셔 중 하나 내에 꿰어지고 한쪽 끝은 코일 단자에 납땜되고 다른 쪽 끝은 외부 컨택트 그룹(outer contact group)에 납땜된다.

센터링 와셔는 처리되지 않은 직물 또는 이에 적합한 기타 재료로 만들어진다.

본 발명은 도면으로 설명된다.
도 1은 제시된 전기역학 드라이브의 개요와 평판형 라우드스피커에서의 적용 예를 도시한다.
도 2는 분해된 전기역학 드라이브를 도시하고;
도 3은 평판형 라우드스피커의 전기역학 드라이브를 도시하고;
도 4는 섹션이 있는 3D의 전기역학 드라이브를 도시한다.
부재번호는 다음을 나타낸다.
1. 인클로저(Enclosure),
2. 원통형 영구 자석(Permanent cylindrical magnet),
3. 페라이트 링(Ferrite ring),
4. 스틸 와셔(Steel washer),
5. 직경이 다른 두 개의 센터링 와셔로 구성된 자기 갭 내에서 코일을 고정하는 시스템,
6. 코일에 전기 신호를 공급하는 와이어(Wires),
7. 링(Ring),
8. 컨택트(Contacts),
9. 원통형 코일(Cylindrical coil),
10. 음향-방출 멤브레인(Sound-emitting membrane).

본 발명에서 제안된 평판형 라우드스피커 전기역학 드라이브는 전력 증폭기의 전기 신호를 해당 주파수 진동의 기계적 에너지로 변환하여, 공진형 음향-방출 멤브레인(resonating type sound-emitting membrane)을 자극시키는 장치이고; 평판형 라우드스피커에서의 적용은 도 1에 설명되어 있다.

이 장치는 도 2-4에 설명되어 있고 다음의 요소들로 구성된다:

- 플라스틱 인클로저(1)(자기 시스템이 부착되는 지지대' 자기 갭에 코일을 고정하는 시스템, 일련의 나사산 구멍으로 만들어진 지지 프레임에 대한 장착부 역할을 함);

- 원통형 영구 자석(2)(NeFeB), 자기 시스템의 환형 공간의 외부 둘레를 형성하는 페라이트 링(3), 및 이들을 단일 구조로 결합하는 강철 와셔(4)를 포함하는 자기 시스템의 부분들;

- 텍스톨라이트(textolite) 또는 기타 재료로 만들어진 원통형 프레임에 고정되고 동선(copper wire)으로 감겨진 원통형 코일(9);

- 서로 어느 정도 거리를 두고(실제로, 거리는 5 내지 15 mm) 고정되고 스풀(spool)에 고정된 내부 구멍(inner hole)과 지지 프레임에 고정되는 외부 둘레(outer perimeter)가 있는 동심원 주름 디스크(concentrically corrugated discs) 형태로 압착하여 처리되지 않은 직물로 만들어진 직경이 다른 두 개의 센터링 와셔로 구성되는, 자유로운 왕복 운동(reciprocating movement)을 보장하기 위해 자기 갭 내에 코일을 고정하는 시스템(5)으로,

- 증폭기로부터 전기 신호를 공급하기 위해 센터링 와셔 중 하나에 꿰어지고 한쪽 끝이 코일 단자에 납땜되고 다른 쪽 끝은 외부 컨택트 그룹에 납땜되는, 코일에 전기 신호를 공급하는 유연한 와이어(6);

- 음향-방출 멤브레인(sound-emitting membrane) 10의 표면에 코일 포머(coil former)를 고정하기 위한 링(7);

- 전기 신호 공급용 컨택트(8)

이 여자기(exciter)의 특징은 자기 회로(magnetic circuit)에 페라이트 재질의 링(ferrite ring)을 사용한다는 점이다. 이 물질은 전기 전도성이 매우 낮음에도 불구하고 높은 자기 투자율(magnetic permeability)을 갖는다. 이 성질은 가동 코일의 자력선(magnetic lines)이 자기 회로 물질의 두께에서 교차할 때 푸코 전류(Foucault currents)가 유도되는 것을 허용하지 않는다. 이 효과로 인한 역기전력(back-EMF)의 부재는, 코일 진동 진폭이 더 커질 때, 더 낮은 주파수 레지스터(약 수십 헤르츠)에서 전기역학 여자기의 높은 효율을 제공한다. 자기 회로의 본체를 가로지르는 자력선의 이동 속도가 높을수록, 푸코 전류의 유형이 이 속도를 생성하는 힘의 적용 벡터에 저항한다. 따라서, 일반적으로 허용되는 것처럼, 강철 자기 회로가 사용되면, 가동 코일은 자기 갭에서 자체 운동의 영향으로 반대 자기장에 "고정(stick)"된다. 페라이트를 자기 회로 재료로 사용하면, 특히 저주파 범위에서, 효율성 증가와 같은 유용한 음향 효과(acoustic effect)가 발생하여, 20Hz의 가청 하한까지, 장치의 작동 범위의 상당한 확장 가능성을 수반한다.

제시된 전기역학 드라이브의 자기 회로(magnetic circuit)는 복합적이고 원통형 또는 다른 모양의 영구 자석(2), 강철 와셔(4) 및 페라이트 링(3)의 세 부분을 포함한다.

직경이 다른 두 개의 센터링 와셔를 사용하면 다음과 같은 기술적 결과를 얻을 수 있다: 와셔 자체 공진 주파수와 일치하는 특정 주파수에서 현저한 기계적 공진(resonance)이 감소한다. 기하학적 파라미터와 강성(rigidity)이 다른 와셔는 두 가지 다른 공진 여기 주파수(frequencies of resonance excitation)를 가질 것이다. 본 발명의 이러한 기술적 솔루션의 결과로서, 이러한 드라이브가 장착된 라우드스피커의 진폭-주파수 응답(amplitude-frequency reponse) 그래프는 진폭의 상당한 감?로써 설명된 부품의 여기 주파수(excitation frequency)에 해당하는 주파수 분출의 스무딩 아웃(smoothing out)을 한다. 결과적으로, 음향(sound) 특성의 품질이 향상된다.

그 결과, 멤브레인이 장착된 라우드스피커는 광범위한 스펙트럼의 음향(acoustic) 신호를 재생하고; 신호 필터링 도구가 필요하지 않으며; 다중-채널 대신 2채널 전력 증폭기가 필요하고; 소비자 품질을 유지하면서 제품 크기를 감소시키고; 음향(acoustic) 시스템의 객관적인 품질 관리 파라미터(진폭-주파수 다이어그램, 스펙트럼-주파수 크기의 분석 그래프, (스펙트럼 신호 밀도), 음향(sound) 신호 방출의 방향 다이어그램, 위상 비선형 왜곡 측정...)는 다른 음향(acoustic) 시스템보다 눈에 띄는 이점을 보여준다. 이는 제시된 광대역 평판형 라우드스피커가 장착된 제품이 음향(sound) 재생 품질에 대한 요구가 증가하는 음향(sound) 기술에 사용하기에 완전히 적합하도록 한다. 여기에는 클래식 음악 콘서트의 음향(sound) 시스템과 같은 "도전적인" 영역이 포함된다.

Claims (3)

1. 자기 시스템, 프레임에 고정된 원통형 코일, 원통형 코일 포머(cylindrical coil former)에 부착된 음향-방출 멤브레인(sound-emitting membrane), 자기 갭 내에 코일을 고정하는 시스템, 및 코일에 전기 신호를 공급하기 위한 유연한 와이어(flexible wires)가 설치된 인클로저(enclosure)를 갖는 평판형 라우드스피커 시스템용 전기역학 드라이브로서, 상기 자기 시스템은 원통형 영구 자석, 상기 원통형 자석이 있는 페라이트 링과 와셔(washers)로 만들어지고, 이들을 단일 구조로 결합하며;
   상기 프레임에 고정된 상기 원통형 코일은 상기 원통형 자석의 상부 및 상ㅅ기 원통형 자석과 상기 페라이트 링 사이의 갭에 위치하고;
   상기 자기 갭(magnetic gap) 내에서 상기 코일을 고정하는 시스템은, 동심원 주름 디스크 형태로, 서로 일정 거리에 고정된 직경이 다른 두 개의 센터링 와셔로 구성되고, 내부 구멍이 프레임에 부착된 원통형 코일에 부착되고, 외부 둘레가 인클로저에 부착되며, 대한 외부 둘레가 있는, 코일에 전기 신호를 공급하는 유연한 와이어는 상기 센터링 와셔 중 하나 내에 꿰어지고 한쪽 끝은 코일 단자에 납땜되고 다른 쪽 끝은 외부 컨택트 그룹(outer contact group)에 납땜되는 것을 특징으로 하는 평판형 라우드스피커 시스템용 전기역학 드라이브.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 센터링 와셔들은 처리되지 않은 직물로 만들어진 것을 특징으로 하는 평판형 라우드스피커 시스템용 전기역학 드라이브.
   
3. 제1항에 있어서, 상기 음향-방출 멤브레인은 중간 링에 의해 원통형 코일 포머에 부착된 것을 특징으로 하는 평판형 라우드스피커 시스템용 전기역학 드라이브.

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