KR20230057307A - 비대칭 스피커 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 스피커 시스템에 관한 것으로, 스테레오 음장감을 제공하기 위하여 각각의 인클로저에 2 개 이상으로 분리된 스피커 유닛들을 각각 배치하되, 그 분리된 유닛들이 스피커 상호간에 비대칭적으로 구성된 것을 특징으로 하는 스피커 시스템에 관한 것이다.

Description

비대칭 스피커 시스템 {asymmetric speaker system}
본 발명은 스피커 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고역·중역·저역을 담당하는 복수의 스피커 유닛을 각각의 인클로저에 서로 다르게 비대칭적으로 배치함으로써 임장감을 향상시키는 스피커 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 알려진 바와 같이 스피커는 음향 기기로서 앰프(AMP; amplifier 또는 증폭기)로부터 들어온 전기적인 신호를 사람이 들을 수 있는 어쿠스틱 에너지로 바꾸어 음파를 방출하는 장치이다.
이를 바탕으로 종래의 스테레오(듀얼 채널 혹은 2 채널) 스피커 시스템은, 청취자에게 스테레오 임장감을 제공하기 위하여 청취자를 중심으로 대칭을 이루는 좌·우 스피커를 일정 각도로 배치하고 있다.
이러한 스피커 배치방식은 현재까지 하이파이(hi-fi: high fidelity) 스피커 설치에서 가장 많이 사용되는 방식이다.
하지만, 상기의 스피커 배치방식에 사용되는 스테레오 스피커 시스템은 좌·우 스피커 유닛이 대칭되어 스윗스팟(sweet spot)을 형성하는 데에 용이한 이점이 있지만, 대칭 구조에 의해서 음장의 임장감을 제한하는 한계를 지니게 되었다.
이러한 한계를 극복하기 위한 선행기술에는 몇 가지 주목할 만한 게 있는데, 다음과 같다.
첫째, PCT 국제 특허 출원번호 PCT/CA2012/000392의 경우에는 기준이 되는 스피커 인클로저에 비해 상대적으로 작은 스피커 인클로저를 사용하는데, 이를 위하여 풀레인지(full range) 스피커 유닛의 크기를 서로 다르게 함으로써 중음역대와 고음역대를 분리한다. 하지만 풀레인지 유닛을 각각 하나만 사용함으로써 다양한 음색을 담기엔 부족하다.
둘째, 미국 특허 등록번호 7,298,862 B2의 경우는 휴대폰에 설치된 스피커 시스템에 관한 것으로써 한쪽의 스피커 인클로저에만 선택적으로 포트(ported cabinet 혹은 base-reflex; 위상반전형)를 설치한다. 이를 통하여 저음역대가 잘 나오고 고음역대는 억제되는 효과를 노리는데, 중음역대와 고음역대를 분리하기 위하여 스피커 유닛의 크기를 달리하는 PCT/CA2012/000392 기술에 비해서 그 효과가 상대적으로 미미할 것이다.
10-0636252 공간 스테레오 사운드 생성 방법 및 장치 10-0739776 입체 음향 생성 방법 및 장치 10-1355414 오디오 신호 처리 장치, 오디오 신호 처리 방법 및 오디오신호 처리 프로그램 10-1547639 사운드 포커싱 장치 및 방법 대한민국 특허 등록번호 10-1687085 2채널 오디오에서의 스테레오 음장 개선을 위한 시스템 및 방법 10-1768260 스피커를 통한 오디오에 대한 스펙트럼적으로 채색되지 않은 최적의 크로스토크 제거 대한민국 특허 등록번호 10-2468272 음향 출력 장치 및 그 제어 방법 PCT 국제 특허 출원번호 PCT/CA2012/000392 STEREO LOUDSPEAKER SYSTEM WITH ASYMMETRIC SPEAKER ENCLOSURES 미국 특허 등록번호 7,298,862 B2 Asymmetrical loudspeaker enclosures with enhanced low frequency response
(비특허문헌 0001) Griesinger, "Spaciousness and Envelopment in Musical Acoustics", in 101st Convention of the AES,1996. (비특허문헌 0002) M.Morimoto, "The Role of Rear Loudspeakers in Spatial Impression", in 103rd Convention of the AES, 1997;D. (비특허문헌 0003) D. B. Ward and G. W. Elko, "Effect of loudspeaker position on the robustness of acoustic crosstalk cancellation", IEEE Signal Process. Lett. 6, pp. 106 - 108, vol. 6, May 1999. (비특허문헌 0004) K. Hamasaki, K. Hiyama, and R. Okumura, "The 22.2 Multichannel Sound System and ItsApplication", in 118th Con-vention of the AES, 2005. (비특허문헌 0005) 濱田晴夫, "ステレオスピ-カによる高臨場感システム", 「映像情報メデイア學會誌(日本)」, 61(5), 2007, pp.629~637. (비특허문헌 0006) K. S. Lee and S. P. Lee, "A real-time audio system for adjusting the sweet spot to the listener's position", IEEE Trans. on Consumer Electronics, pp. 835 - 843, vol. 56, No. 2, May 2010. (비특허문헌 0007) Y. Lacouture Parodi and P. Rubak, "Objective Evaluation of the Sweet Spot Size in Spatial Sound Reproduction Using Elevated Loudspeakers", J. Acoust. Soc. Am., pp. 1045 ?1055, vol. 128, No. 3, September 2010. (비특허문헌 0008) 이희종, 서상원, 이명진, 김용완, "입체음향 기술", 소프트웨어 기술동향, vol.2, no.2, pp.54-80, 1998. (비특허문헌 0009) 부정용, 최수진, 김기준, 박호종, "최적 Sweet Spot 제공을 위한 스피커 구동 알고리즘", 한국방송공학회 하계 학술대회, pp. 46-49, June 2014.
상기의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 좌·우 스피커 유닛을 비대칭적으로 배치하여 스테레오 음장의 임장감을 향상시키는 비대칭 스피커 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 비대칭적인 유닛 배치를 갖는 스피커 시스템에 있어서, 청취자를 중심으로 제1 스피커와 제2 스피커가 배치되고 청취자를 중심으로 소정의 각도를 갖도록 형성되는 제1 및 2 스피커로 구성하되, 제1 스피커에는 고음역대 및 중음역대를 방출하는 복수의 스피커 유닛이 배치되는 반면에 제2 스피커에는 고음역대 및 저음역대를 방출하는 복수의 스피커 유닛이 배치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 복수의 스피커 유닛을 비대칭으로 배치하여 서로 다른 음역대를 방출케 함으로써 스테레오 음장의 임장감을 향상시키는 효과를 가진다.
이러한 효과는 스테레오 스피커 시스템뿐만 아니라 사운드바·이어폰·헤드폰을 포함한 다채널 스피커 시스템과 같은 다양한 음향기기 전반에 적용할 수 있다.
도 1은 본 발명인 제1 실시예에 의한 비대칭 스피커 시스템에 대한 정면도이다.
도 2은 본 발명인 제2 실시예에 의한 비대칭 스피커 시스템에 대한 정면도이다.
도 3는 본 발명인 제3 실시예에 의한 비대칭 스피커 시스템에 대한 정면도이다.
일반적으로 스테레오 스피커 시스템에서는 구동 스피커와 청취자 위치에 따라 스윗스팟 면적이 달라지는데, 더군다나 스피커로부터 청취자의 귀까지 신호가 전달되는 과정에서 임장감이 줄어들게 된다.
이러한 조건에서는 좌·우 스피커로부터 방출된 스테레오 신호가 청취자의 좌우측 귀로 제각기 들어가는 신호와 함께 좌측 스피커의 신호가 우측 귀로, 우측 스피커의 신호가 좌측 귀로 전달되는 크로스토크(cross-talk)가 생겨난다. 이 현상을 제거하기 위한 크로스토크 제거(crosstalk cancellation) 기술이 발전되어 왔다(D. B. Ward and G. W. Elko, "Effect of loudspeaker position on the robustness of acoustic crosstalk cancellation", IEEE Signal Process. Lett. 6, pp. 106 - 108, vol. 6, May 1999. 및 K. S. Lee and S. P. Lee, "A real-time audio system for adjusting the sweet spot to the listener's position", IEEE Trans. on Consumer Electronics, pp. 835 - 843, vol. 56, No. 2, May 2010.).
이렇게 크로스토크가 제거된 신호로 청취자의 좌우측 귀로 스피커의 좌·우 음파가 제각기 전달되는 영역을 스윗스팟이라고 부른다. 그런데 스윗스팟 면적은 구동 스피커 배치 및 청취자 위치에 따라 한정적인 공간에서만 나타난다. 이를 개선하기 위하여 더 많은 스피커를 사용한 다양한 배치의 다채널 스피커 시스템이 제안되고 있지만, 이는 필연적으로 불연속적인 방향성 문제나 음질 열화와 같은 또 다른 문제를 야기한다.
그래서 본 발명자는 기존의 스테레오 스피커 시스템으로부터 스테레오 음장의 임장감을 향상시키는 방법을 모색하게 되었다. 그 출발점은 '실생활에서 과연 스윗스팟 공간이 어디일까?'였다. 즉, 실제 연주가 이루어지는 공연장에서 가장 좋은 소리를 들을 수 있는 스윗스팟 위치가 어디일까?
범위를 좀 더 좁혀서 클래식 공연을 예로 들면, 그 종류에 따라 독주 혹은 실내악, 관현악 등의 규모가 달라진다. 결과적으로, 최적의 위치 또한 변하기 마련이다. 따라서 공연장은 사용 목적에 적합한 특성을 사전에 고려하여 공연장의 형태와 크기를 음향 설계에 반영한다.
그렇다고 할지라도 공연 시에 발생하는 크로스토크 현상을 완벽하게 막을 수는 없다. 즉, 실생활에서 크로스토크 현상은 자연발생적이며, 이를 최소화하기 위한 노력이 있을 뿐이다. 이는 스테레오 스피커 시스템도 예외가 아니다.
그래서 인위적으로 크로스토크 현상을 제거하려고 노력하기보다는 이 현상을 변수로 인정하고, 스테레오 음장의 임장감을 향상시키는 방법을 찾기 시작하였다.
관현악단 편성에 있어서 지휘자를 중심으로 앞부분을 크게 둘로 구분할 수 있다. 좌측은 현악기 파트로 제1 및 제2 바이올린, 그리고 목관악기 파트로는 피콜로, 플롯, 클라리넷이 위치하며, 우측의 현악기 파트에는 비올라, 첼로, 콘트라베이스, 목관악기 파트엔 오보에, 바순, 더블바순이 각각 위치하고 있다. 또한 타악기 파트와 금관악기 파트는 그 뒤에 별도로 위치한다.
악기 편성에 관하여 역사적으로 살펴볼 때, 처음에는 현악기 위주의 단순한 편성이었지만 고전파를 거치면서 관현악의 편성이 급속하게 변모하였고, 낭만파를 지나 근대음악에 이르러서 더욱 변화하였음은 주지의 사실이다.
이와 같은 관현악 편성을 고려하여 이를 스테레오 스피커 시스템에 도입할 수 있는 방법에 더욱 집중하였다.
청취자를 중심으로 좌측 스피커는 상대적으로 고음역대를, 반면에 우측 스피커는 저음역대를 배치하는 게 자연스러울 거라고 결론을 지었다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 제1 실시예는 다음과 같다.
도 1에 도시된 바와 같이 소정의 인클로저(10)에서, 좌측의 경우에는 상단에서 순차적으로 1인치 베릴륨 트위터(11) [제조사: 스캔스픽(Scanspeak), 제품명: D3004/6040-10; 이하 이 순서로 표기한다.], 3인치 실크 돔 미드레인지(12) [스캔스픽, D7608/920010], 4.5인치 유리섬유 돔 미드레인지(13) [스캔스픽, 12W/8524G00]를 배치한다.
반면에 우측의 경우에는 1인치 실크 돔 트위터(14) [스캔스픽, D2905/930000], 8인치 페이퍼 콘 우퍼(15) [비파(Vifa), M21WJ-09-08]를 배치한다.
이때 좌측 스피커에는 상대적으로 더 큰 고주파 출력을 위하여 450Hz의 공진 주파수를 갖는 베릴륨 트위터를, 반면에 우측 스피커엔 650Hz의 공진 주파수를 갖는 실크 돔 트위터를 배치하였다.
뿐만 아니라 좌측 스피커의 크로스오버는 2.5~4.5kHz 범위에서, 우측의 경우엔 1.5~3.5kHz 범위에서 선택하되, 좌측의 경우가 좀 더 높은 주파수를 갖게 한다. 좀 더 구체적으로는, 우측의 경우와 비교하여 좌측의 경우에는 크로스오버 주파수가 1 ~ 1.5kHz 정도로 좀 더 높게 형성된다.
제1 실시 예를 응용한 제2 실시 예로는 도 2에 도시된 바와 같이, 소정의 인클로저(20)에서, 좌측의 경우에는 상단으로부터 순차적으로 알루미늄 리본 트위터(21) [아우룸칸투스(AurumCantus), G2], 3인치 실크 돔 미드레인지(22) [스캔스픽, D7608/920010], 6인치 가죽합성 미드레인지/우퍼(23) [소노다인(Sonodyne), Hummer625]를 배치하며, 우측의 경우에는 1인치 실크 돔 트위터(24) [스캔스픽, D2905/970000], 8인치 페이퍼 콘 우퍼(25) [비파, M21WJ-09-08]를 배치한다.
여기서 좌·우측 스피커의 크로스오버는 제1 실시예의 범주를 따른다.
바람직한 제3 실시예는 도 3에 도시된 바와 같이, 소정의 인클로저(30)에서, 좌측의 경우에는 상단으로부터 순차적으로 4.5인치 유리섬유 돔 미드레인지(31) [스캔스픽, 12W/8524G00], 1인치 베릴륨 트위터(32) [스캔스픽 D3004/6040-10], 3인치 실크 돔 미드레인지(33) [스캔스픽, D7608/920010], 6인치 가죽합성 미드레인지/우퍼(34) [소노다인, Hummer625]를 배치한다.
이와는 다르게 우측의 경우에는 순차적으로 4.5인치 유리섬유 돔 미드레인지(35) [스캔스픽, 12W/8524G00], 알루미늄 리본 트위터(36) [아우룸칸투스, G2], 11인치 페이퍼 콘 우퍼(37) [에톤(Eton), 11-612/C8/50]를 배치한다.
여기서 좌측 스피커의 크로스오버는 500 ~ 1000Hz, 2 ~ 4kHz 범위를 갖되 좀 더 상세하게는 650 ~ 850Hz 및 2.5 ~ 3.5kHz이며, 반면에 우측의 경우엔 1 ~ 3kHz 범위를 갖되 좀 더 상세하게는 1.5 ~ 2.5kHz이다.
본 발명은 이러한 실시예에 국한되지 않는다. 예를 들어 사운드바·이어폰·헤드폰·휴대폰 스피커를 포함하여 홈시어터를 위한 다채널 스피커 시스템과 같은 다양한 음향기기에 적용할 수 있다.
글로벌 스피커 시장 규모는 2021년 680억 달러로 평가되었으며, 연간 30.7%씩 성장하여 2030년에는 7,560억 달러의 기대가치에 도달할 것으로 평가되고 있다(출처 https://straitsresearch.com/report/speaker-market).
본 발명은 이러한 스피커 산업에서 즉각적으로 이용 가능한 기술이다.
10, 20, 30: 인클로저
11, 32: 1인치 베릴륨 트위터
12, 22, 33: 3인치 실크 돔 미드레인지
13, 31, 35: 4.5인치 유리섬유 돔 미드레인지
14, 24: 1인치 실크 돔 트위터 15, 25: 8인치 페이퍼 콘 우퍼
21. 36: 알루미늄 리본 트위터 23, 34: 6인치 가죽합성 미드레인지/우퍼
37: 11인치 페이퍼 콘 우퍼

Claims (8)

  1. 스테레오 음장감을 제공하기 위하여 각각의 인클로저에 2 개 이상으로 분리된 스피커 유닛들을 각각 배치하되, 그 분리된 유닛들이 스피커 상호간에 비대칭적으로 구성된 것을 특징으로 하는 스피커 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 각각의 스피커에서 유닛 개수가 서로 다른 비대칭 스피커 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 각각의 스피커에 배치된 스피커 유닛들 간에 재질, 크기, 형태 중 최소한 하나 이상 서로 다른 비대칭 스피커 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 하나의 스피커는 중고음 영역을, 다른 하나는 저음 영역을 각각 강조하는 것을 특징으로 하는 비대칭 스피커 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 각각의 스피커에서 크로스오버 주파수가 서로 다른 비대칭 스피커 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 각각의 스피커에 배치된 트위터의 공진 주파수가 서로 다른 비대칭 스피커 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 각각의 스피커에서 우퍼 유닛이 없거나 미드레인지 유닛이 없는 비대칭 스피커 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 스테레오 스피커 시스템뿐만 아니라 사운드바·이어폰·헤드폰·휴대폰 스피커를 포함하여 홈시어터를 위한 다채널 스피커 시스템과 같은 다양한 음향기기에 적용하는 비대칭 스피커 시스템.
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PCT 국제 특허 출원번호 PCT/CA2012/000392 STEREO LOUDSPEAKER SYSTEM WITH ASYMMETRIC SPEAKER ENCLOSURES
미국 특허 등록번호 7,298,862 B2 Asymmetrical loudspeaker enclosures with enhanced low frequency response

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