KR910007844B1 - 라우드 스피커 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

라우드 스피커

제1도는 종래 구조의 라우드 스피커에 대한 단면도.

제2도는 본 발명의 원리에 따른 라우드 스피커의 사시도.

제3도는 본 발명의 원리에 따른 라우드 스피커의 단면도이다.

본 발명은 라우드 스피커에 관한 것으로, 특히 봉입부(enclosures)를 가지는 라우드 스피커 구조체와 이 구조체에 의한 음향발생 방법에 관한 것이다.

라우드 스피커는 오늘날 무빙코일형이 가장 널리 사용되고 있는 것으로, 간단하고, 컴팩트하며, 특히 넓은 범위의 주파수 범위에 대하여 균일한 응답 주파수 기능을 가진 것으로 알려져 있다. 여기서 균일성이라함은 먼저 방사저항이 주파수의 스퀘어(square)에 따라 증가하고, 방사된 사운드 파워는 피스톤 또는 콘의 일정한 속도진폭에 대하여 거의 유사하게 증가하는 동시에, 일정하게 인가된 힘에 대하여 운동량이 제어되고, 피스톤(콘)은 주파수의 스퀘어에 따라 감소하는 속도 진폭을 가진다. 결과적으로 저주파에서 공명하도록 설계된 라우드 스피커는 방사저항이 증가함에 따라 속도를 감소시켜 흡수를 유지시킨 상태의 주파수 범위내에서 균일하게 응답한다.

즉, 라우드 스피커에는 무빙 코일을 자계안에 두고서 음성 전류를 흘리면 전류 변화에 따라 진동하게 하고, 이 코일로 진동판을 움직여 음파를 재현하는 종래 구조에 의하면 그 효율은 다음과 같다.

이다.

여기서 E : 효율

B : 갭 자속밀도(G)

I : 무빙코일 콘덕터 길이(CM)

REC : 무빙코일의 전기저항

RMA : 공기 부하의 방사저항

Xam와 Xmc는 각기 공기 부하의 질량 및 보이스 코일의 질량의 임피이던스

그러므로, 방사저항이 주파수의 스퀘어와 비례하고 공기부하의 질량과 보이스 코일의 질량의 임피이던스가 주파수와 함께 증가하므로 효율은 이론적으로 균일하다.

그러나, 이러한 가정은 콘이 일체로 이동할때의 효과를 의미하는 것이나, 실제로는 파동이 콘에서 발생하므로, 고주파에서 리액턴스는 다소 감소된다.

또, 콘의 종류는 특수한 섬유를 가열 프레스한 프레스 톤과 그냥 여과시킨 섬유를 건조시키는 논프레스콘등이 있으며, 원형외에 타원형의 것도 있다. 또 콘은 가장 자리에 프레스한 동심 원주름(코루게이션)으로 받치는 코루게이션에지, 그리고 가죽이나 천을 사이에 두고 받치는 프리에지등의 방법으로 프레임에 부착한다. 그리고 이 콘은 무빙코일을 자극간 중앙에 두고 진동에 적당한 댐핑을 걸기 위해 댐퍼를 사용하는데 이에는 많은 주름을 잡은 베이클라이트와 니스를 묻힌 천으로 만들어진 코루게이션 댐퍼, 그리고 베이클라이트 박판의 댐퍼 따위가 있다.

이러한 콘은 그의 피스톤 작용이 전체적으로 이동하는 것으로 간주되나, 실제 고주파에서 콘은 단일체로써 진동하지 않는다.

통상 콘 배면의 원형림(rim)으로부터 무빙코일가지 파장의 반사에 의해 딥(dip)이 발생한다.

그러므로 음의 균일성을 잃게 되는데, 이는 라우드 스피커에서 콘의 운동량이 제어되는 주파수의 범위에서 비선형으로 낮아지며, 낮은 주파수에서 비선형적인 콘 현가 및 균일한 에어갭 자속의 제한 이상에서의 무빙코일의 운동, 저주파에서 상당히 큰 콘 속도에 의하여 음으로 발생된 고주파의 도플러 시프트 변조와 고출력에서 콘 근처의 공기의 비선형적인 왜곡에 의하여 발생되었던 것이다.

여기서 에어갭 자속의 불균질성에 의한 왜곡은 갭폭에 따라 무빙코일이 길이를 적당히 조절하므로 감소시킬 수 있고 도플러 왜곡은 고주파와 저주파를 분리시키므로 제거할 수 있는 것들이다.

그 다음 콘 현가에 의한 왜곡은 콘 현가의 컴플리언스(물리적 변위)를 증가시키고 스피커의 배면의 봉입부(enclosure)의 용적이 가능한 크도록 설계하여 음의 스티프니스(stiffness)를 개선한다. 왜냐하면 봉입부 용적의 용량성이 등가 회로에서는 추가의 직렬 접속된 캐패시터로써 표시되므로, 불충분한 용적을 가질 경우 그 캐패시터에 의해 콘이 음향적으로 경직되고, 공진 주파수를 높이며 저주파수의 범위를 제한하기 때문이다.

또 공기의 과부하 왜곡은 방사 영역을 증가시킴으로써 피할 수 있으나, 과도 왜곡은 콘에 인접한 공진 주파수의 요인으로 작용하여 콘 피이크에서 반대 효과를 나타내며 콘팀으로부터의 1/4파장의 거리에서 반사하여 딥을 발생시키게 된다.

또한 저주파에서 효율을 좋게 하기 위하여 스피커 전면의 음과 배면의 음이 콘림의 가장자리를 돌아 간섭하는 것을 막기 위하여 배풀을 설치하여 전면파와 후면파를 분리한다.

봉입부는 공기 과부하 왜곡을 감소시키고자 뒷면이 개방되거나 밀폐되고 또 케이스 일부가 천공되는 형태의 구조로 되어 있으니, 뒷면이 개방된 경우는 오픈-파이프와 같이 음향적인 공명에 의하여 발생되는 큰 주파수 응답 피이크가 발생되며, 밀폐된 케비넷 형인 경우는 저주파에서 음향의 경직성이 나타나며 고주파에서는 내부 고명에 의한 주파수 응답성의 불균일성을 발생시켜 인클로져 내부에서 음의 흡수를 필요로 하게 된다. 마지막으로 케비넷의 일부를 천공하고 그 내부에 흡수재에 의하여 음의 통로를 형성한 경우는, 케비넷에 천공한 구멍이 콘 공진 주파수에 대해 한 옥타부 정도 이하 주파수에서 봉입부 용탕성에 따라 필히 공지되어야 한다는, 조건이 따르게 되어 구멍의 크기를 결정하기가 어렵다.

이와 같은 점들을 감안할때 본 발명의 목적은 스티프니스(강도)를 향상시킨 콘을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 라우드 스피커에서 봉입부에 의하여 발생하는 비선형 왜곡과 공기 과부하에 의한 왜곡이거나 과도왜곡(여기서는 콘이 음성신호에 따라 진동할때 크루게이션의 여진작용)을 개선하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 목적을 달성하기 위하여 봉입부와 일체로 결합되는 라우드 스피커의 구조체를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이를 위하여 본 발명은 종래의 콘지에 형성되는 동심원등의 단순한 패턴에서 벗어나 콘지에는 기하학적으로 여러가지 모양의 패턴을 형성시키되, 진동막을 중심으로 삼각형 케이스(터널) 또는 반원형 케이스가 방사상으로 접착제등에 의하여 콘의 전면에 부착되고, 또 진동막 부근에 인접하여 방사상으로 고정된 케이스들 사이에 또 다른 케이스들이 서로에 대하여 일측에서는 180이하의 각을 타측에서는 180이상의 각을 형성하는 형태로 동심원을 이루어 진동막과 함께 운동하게 함으로서 콘지 전체에 고른 힘을 안정되게 분배하여 전체적으로 동시에 진동되게 하여 콘지의 여진에 의한 과도 왜곡을 감소시킴과 동시에 케이스 사이의 여백에는 소정수의 구멍을 천공하여 림의 전면과 배면에서 발생하는 음의 간섭을 배제하고 이후 기술되는 바와 같이 봉입부에서 발생하는 음의 비선형 왜곡을 감소시키도록 한다.

한편, 이러한 라우드 스피커는 개별적으로 그의 크기보다 다소 큰 봉입부를 가지는데 봉입부의 지면을 개방상태로 하도록 지지대를 사용하여 스피커를 지지하고 전면의 상자체 내주면에는 계단형상의 음의 반사면을 형성하여 라우드 스피커의 배면에서 발생되는 음이 반사되게 함으로써 스피커의 전면에서의 음향과 결합하여 음향 레벨을 높이도록 하는 동시에 이러한 봉입부는 종래 구조에서와는 달리 음의 비선형 왜곡을 최소화한다.

왜냐하면 전면이 개방되므로, 봉입부에 의한 추가의 용량성을 제거할수 있기 때문이다.

따라서 본 발명은 음성신호에 콘이 응답할때 개선된 재생효율을 가지므로 원음과 거의 흡사하여 음이 아주 선명하고 세밀하여 원음의 입체감을 그대로 표현하기 때문에 현장감이 있는 동시에 멀리서도 재생음을 뚜렷이 감지할 수 있다.

그러므로 본 발명이 라우드 스피커의 전면에서 발생되는 음향과 후면에서 발생되는 음향을 적당히 조합하면서 비선형 왜곡과 공기 과부하 왜곡에 의한 과도 왜곡을 제거한 것임을 알 수 있다.

본 발명을 첨부 도면에 의거하여 상세히 기술하면 다음과 같다.

제1도에는 무빙코일형의 다이나믹 스피커의 종래 구조가 상세히 도시되어 있다.

이 스피커(1)는 요크(2)를 가지는데, 요크(2) 내부에는 영구자석(3)과 센터폴(4)이 적층 구조로 지지판(5)에 의하여 적당히 배열되어 있다. 센터폴(4)의 상부에는 무빙코일(6)이 권회된 진동막(7)이 소정 자속을 갖도록 소정 에어갭을 유지하도록 배설된다.

또, 요크(2)의 상부에는 나사(8)등에 의하여 지지되는 프레임(9)이 고정된다. 이 프레임(9)는 그의 배면의 여러부위가 절단되어 개구부(도시안됨)가 형성되어 있으며, 요크(2)에 인접하여서는 그의 원주둘레로 댐퍼(10)에 의해 콘 일측이 고정되고, 요크(2)에서 먼 단부는 원주둘레로 림 형상의 에지(11)가 형성되어 있다.

댐퍼(10)의 타측 단부는 진동판(7)에 콘(12)의 일측과 함게 고정되어 있다. 콘(12)의 타측은 코루게이션(13)이 고정되고 이 코루게이션(13)에 의하여 에지(11)에 고정된다.

이와 같은 구성의 스피커의 작동은 이 기술에서 잘 알려져 있는 바와 같으므로 그 설명은 생략된다.

제2도 및 제3도에서는 본 발명의 원리에 따라 스피커와 봉입부가 결합된 라우드 스피커 구조체가 도시되어 있다.

도면의 도시와 같이 스피커(1)의 콘(12)의 전면에는 케이스(14)로 된 패턴이 형성되는데, 도면상에서의 패턴은 본 발명을 제한하는 것이 아닌 설명을 위한 실시예이다.

본 실시예에서, 스피커(1)는 그보다 다소 큰 봉입부(20)를 가진다.

즉 스피커(1)의 에지(11)는 봉입부(20)의 전면 중앙에 배열되는데. 그의 주변부 둘레로는 일측이 봉입부(20) 전면 가장자리에 고정된 다수의 지지대(21)들로 고정되어 지지된다.

또 이 스피커(1)는 그의 콘(12)의 전면에 파이프 형상의 삼각 케이스 또는 삼각 터널이거나 반원 케이스(14)들이 부착된다. 도면에서 이 삼각 케이스(14)들은 진동막(7)을 중심으로 방사상으로(5-16방향으로) 배열되고, 또 진동막(7)에 인접하여 정다각형으로 곡지점을 이루며 방사상 배열된 삼각 케이스(14)들 사이사이에는 동심 원상으로 또 다른 삼각 케이스(14)들은 서로 인접하여 서는 일측이 외부로 향하여 둔각을 이루고 타측이 180이상의 각을 이루는 형상으로 꽃무늬 모양을 형성한다. 또 삼각 케이스(14)들로 이루어진 패턴 부위의 여백에 소정수의 구멍(15)들이 소정 배열로 천공되어 있다.

봉입부(20)는 일반적인 상자체이며 그의 배면(22)은 음흡수체로 되거나 음흡수체가 내부로 피복되어 있고, 그의 동체 주변둘레의 내부로는 계단형상의 반사면(23)이 설치되어 있다.

이와 같이 구성된 삼각 케이스(14)의 작용 및 효과는 다음과 같다.

스피커는 앞서 설명한 바와 같이 전기신호를 기계적인 진동으로 바꾸는 무빙코일과 이 무빙코일에 부착되어 기계적 진동을 음파로 변환시키는 진동판인 콘으로 구성된다.

이 진동판의 진폭량은 주파수에 반비례해서 변화하기 때문에 주파수 대역을 20Hz에서 20kHz로 하더라도 그 비는 1000배에 달해 동일 형태, 동일 중량의 진동판 하나로 이 범위를 커버하려면 그 진동이 불균일한 주파수가 생긴다.

따라서, 무빙코일의 진동을 유효하게 전달하기 위하여 콘 형상의 진동판이 널리 사용되고 있다. 그러나 이 진동판에도 문제점은 있으며 그 중의 하나가 분할 진동이다. 무빙코일은 전후로 움직이는데 이와 똑같이 콘 형상의 진동판이 전 주파수에 걸쳐서 전후로 움직이는 것이 가장 바람직한 진동상태이다.

그런데 콘이 약하거나 주파수가 높아진다고 하면 콘 전체가 균일하게 움직이지 않고 물결치면서 진동한다.

이것을 방지하기 위한 방법으로 콘을 금속으로 만들거나, 탄소를 섞은 플라스틱(폴리머 그래파이트)을 사용하여 콘의 스티프니스를 높이는 방법과, 코루게이션이라는 동심원의 주름을 콘에 형성하는 방법이 있다.

상기 코루게이션이 형성된 콘은 원의 중심으로부터 방사상으로 발생하는 분할 진동을 억제할 수 있으나, 축방향으로 발생하는 진동의 불일치를 막을 수 없다.

종래 콘의 스티프니스를 보강하기 위한 콘의 전면부에 단면이 삼각형인 기둥모양의 삼각 케이스(14)를 일정간격으로 형성한다. 이때 기둥의 단면은 반원모양도 가능하고 그 갯수는 8-16개 정도가 적당하다.

삼각 케이스(14)는 콘의 곡지부에서 주변 부분으로 부채살처럼 형성되었기 때문에 콘의 꼭지부와 주변부가 동시에 진동하도록 지지하여 보이스코일의 진동을 콘 전체에 고루 전달하는 작용을 한다.

또 센터켑 주위에는 정5각형의 모양으로 삼각 케이스(14)를 형성하여 정5각형의 삼각 케이스(14)가 센터켑의 주위에 정8각형의 각 변에 형성되도록 하여 무빙코일의 진동이 콘에 효율적으로 전파되도록 하낟.

상기와 같이 코루게이션에 더하여 삼각 케이스(14)를 형성함으로써 콘의 스티프니스가 향상되어 분할진동이 발생하는 것을 방지한다.

이와 같이 삼각 케이스(14)들은 음성 전류에 따라 진동하는 진동막의 운동을 콘(12)의 전체에 고루 분산시켜 힘의 안정을 도모하고 동시에 코루게이션의 여진을 최소화하여 원음과 거의 같은 음을 재생할 수 있다.

상기와 같이 구성된 콘에 구멍을 뚫어서 얻을 수 있는 효과를 다음에 설명한다.

통상의 스피커에서 무빙코일의 기계적 진동에 따라, 그 무빙코일에 부착된 콘이 진동을 하여 음이 발생한다. 콘은 축방향으로 전후 직진운동을 함으로써, 콘 주위의 공기에 진동을 주어 음파를 발생한다. 콘이 전방을 향해 진행할때 콘 전면부에 있는 공기는 압축되어 그 밀도가 커지고, 반대로 콘이 후방으로 진행할때, 콘 전면부에 있는 공기는 팽창되어 그 밀도가 작아진다. 상기와 같은 운동을 초당 수회에서 수만회까지 반복함으로써 음파가 발생한다. 이때 콘이 전방을 향해 진행한 후 원래의 위치로 복귀할때, 콘의 전면에 접촉하고 있는 공기가 순간적으로 압력이 낮아진다. 이 압력의 감소는 보이스코일에서 전달된 진동에 의한 것이 아니기 때문에 가능한한 작게 할 필요가 있다. 따라서, 콘에 다수의 구멍을 뚫어 콘 전면부의 공기와 콘 후면부의 공기가 서로 교환되게 하면 콘의 진동에 의해 생기는 콘 주위의 공기압의 변화를 어느 정도 상쇄할 수 있다. 이때, 구멍을 너무 많이 뚫으면 콘의 진동에 의해 음파가 발생하지 않으므로 음파의 발생을 방해하지 않는 범위에서 콘에 구멍을 형성한다.

또 봉입부(20) 내부에 형성된 반사면(23)은 스피커 배면에서 음이 반사면(23)에서 반사되도록 하여 이 반사된 음이 봉입부(20)의 개방부를 통하여 전면으로 진행하여 스피커 전면에서의 음과 공진하게 하여 음의 레벨을 높이는 효과를 가짐을 알 수 있다.

특히, 음원이 커지면 원음과 거의 같은 음색을 공명없이 재생시킬 수 있으며, 멀리 스피커 시스템에 개별적으로 적용되어서도 동일한 효과를 가질수 있다.

따라서 본 발명은 라우드 스피커의 전면에서 발생되는 음향과 후면에서 발생되는 음향을 적당히 조합할 수 있는 방법을 제공한다.

그러므로 본 발명은 원음에 가까운 음을 재생하므로, 음이 아주 선명하고 세밀하며 원음이 입체감을 그대로 표현하기 때문에 현장감이 있고 멀리서도 뚜렷한 음을 감지할 수 있다.

Claims (3)

1. 스피커와 그 스피커를 지지하고 그 스피커에서 발생된 음파를 주변공기와 결합시키는 봉입부를 구비한 라우드 스피커 시스템에 있어서, 상기 스피커를 구성하는 콘의 전면상에 삼각 기둥의 모양을 가지며 중심에서 방사상으로 형성된 케이스와, 상기 콘에 형성된 케이스들 사이에 소정 간격으로 뚫려진 소정 크기의 구멍과, 상기 스피커를 상기 봉입부에 지지하는 지지대와, 상기 스피커를 개방된 전면에 수납하여, 그 4측면에 계단상의 반사면을 형성시킨 봉입부로 구성된 것을 특징으로 하는 라우드 스피커.
2. 제1항에 있어서, 상기 케이스는 반원기둥 모양으로 형성된 라우드 스피커.
3. 제1항에 있어서, 상기 반사면은 콘의 후면에서 발생된 음파가 그 후면과 수직으로 진행하여 상기 반사면에 입사되어 상기 스피커의 전면을 향하여 수평으로 진행하도록 그 각도가 정해진 것을 특징으로 하는 라우드 스피커.

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