KR960002020B1 - 출력음압 특성을 개선한 전대역 스피커 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

출력음압 특성을 개선한 전대역 스피커

제1도는 종래도로써 주로 사용되는 직접방사형 다이나믹 스피커를 도시한 종래도.

제2도는 종래 스피커의 출력음압 주파수 특성을 도시한 특성곡선도.

제3도는 종래 스피커 시스템에서 분할회로를 사용하여 개량된 전대역 출력음압 주파수 특성을 도시한 특성 곡선도.

제4도의 (a), (b)는 종래 스피커 콘에 있어서, 중심으로부터 외측단에 이르는 두께분포와 강성도를 도시한 특성도.

제5도는 본 발명에 사용되는 스피커 콘을 도시한 단면도.

제6도는 (a), (b)의 제5도의 두께분포와 강성도를 도시한 특성도.

제7도는 본 발명의 실시예로써 전대역 스피커의 구성도.

제8도는 본 발명의 변형된 실시예를 도시한 구성도.

제9도는 본 발명에 의한 스피커의 출력음압 주파수 특성을 도시한 특성 곡선도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 프레임 2 : 하부플레이트

3 : 마그네트 4 : 상부플레이트

5 : 보이스코일 6 : 댐퍼

7 : 에지 10 : 콘(CONE)

본 발명은 스피커에 관한 것으로써, 특히 고음, 중음 및 저음영역에서 원음에 가까이 균일하게 재생할 수 있도록 이루어진 출력음압특성을 개선한 전대역 스피커(FULL RANGE SPEAKER)에 관한 것이다.

후술되는 가운데 명백해지겠지만 본 발명에 따른 전대역의 출력음압의 개선은 별도의 3-WAY 스피커 시스템을 대체하기에 충분한 것이다.

잘 알려진 바와같이 소리란 공기의 진동, 즉 공기의 밀도 또는 압력의 변화를 말한다.

일반적으로 대기압은 기후와 장소에 따라서 변하고 이 대기압은 1000밀리바 10^-3bar 전후값이고, 소리의 압력은 마이크로바 10^-6bar 단위의 크기이므로 대기압에 비하여 상당히 작은 값이다.

결국, 소리란 대기압속에 존재하는 극히 작은 압력의 변화를 말한다고 할 수 있는 것이다.

상기와 같은 원리를 이용하여 전기적인 신호를 기계적인 운동량으로 변환하여 소리를 재현하는 수단으로서 스피커가 다양하게 개발되어 있다.

이러한 스피커에는 콘형 다이나믹 스피커, 크리스탈형 및 콘데서형 등이 있으며 이중 다이나믹형 스피커가 주종을 이루고 있다.

상기 다이나믹 스피커를 주파수 특성에 따라서 분류하게 되면 저음전용의 스피커 유니트인 우퍼(WOOFER), 중음 전용의 스피커 유니트인 스코커(SQUAKER) 또는 미드레인지(MID-RANGE) 및 고음 전용의 스피커 유니트인 트위터(TWEETER)가 있다.

통상적인 콘형 다이나믹 스피커가 제1도에 도시되어 있으며 이는 자기회로 보이스코일 및 진동계로서 이루어진다.

즉, 종래의 스피커를 살펴보면 보이스코일(114)에 음성전류가 인가되게될 때 고정자계를 갖는 마그네트(111)로부터 요우크(112)와 플레이트(115)를 경유하는 자기회로내에 설치된 보이스코일(114)의 자계방향(음성전류의 정, 부전압)에 따라서 상기 보이스코일(114)과 일체로 결합된 콘(113)이 전, 후 진석운동을 하게되고 이에 음압이 발생되어 상기 음성전류에 상응하는 소리로서 재생되게 되는 것이다.

상기와 같은 기술사상을 갖는 스피커들은 고, 중, 저음역에서 하나의 콘형 다이나믹 스피커로서 전대역을 커버하려면 제2도에 도시된 바와같이 고음역에서의 찌그러짐의 증가와 지향성의 열호등으로 무리한 경우가 발생되게 되게, 특히 저음역에 있어서는 에지 및 댐퍼 등의 지지재료 또는 구동력의 비직선성 때문에 진폭의 찌그러짐이 발생되게 된다.

결국, 종래 기술에 의하여 제조되는 각종 스피커들은 각각 해당 주파수 대역별로 구분되어 통용되고 있으며 이를 정리하면 하기표 1과 같다.

[표 1 통용되는 스피커의 규격]

이러한 콘형 다이나믹 스피커는 콘지의 직경이 커짐에 따라서 저음영역의 출력음압레벨(dB)이 비례적으로 증가하게 됨은 공지의 사실이나 스피커콘의 크기를 무한하게 크게 할 수는 없는 것이다.

일반적으로 낮은 주파수까지 재생하려면 콘의 길이와 개구부 직경이 커져야만 하나 현실적으로 그 크기는 제한될 수 밖에 없어서 다양한 주파수대역을 양호하게 재생할 수 없는 문제를 갖는다.

또한 종래의 기술에 의하면 중,저음역에서 음압이 방사되게될 때 소리의 흐름은 개구부 부근에서 급히 공간에 접하기 때문에 혼란이 생겨 콘의 움직임에 반사하는 작용이 생기고 이 현상으로 출력음압 레벨은 큰요철이 나타나게 되는 폐단과 콘이 마치 터널과 같은 구조로 이루어져 소리의 울림이 발생되어 잡음을 일으키는 악영향이 발생된다는 점, 그리고 중,저음역을 보강하고자 스피커콘의 직경을 크게하는 경우에 있어서는 콘의 무분별 분할진동의 문제와 설치공간이 과도하게 필요한 점 등의 문제점을 갖는다.

또한 상술된 바와같이 전대역에 걸쳐 원활한 재생이 곤란함으로써 고, 중, 저음의 스피커가 각기 대역의 주파수만을 감당하여 이를 종합적으로 개생할 수 있도록 된 멀티웨이 시스템(MULTY-WAY SYSTEM)을 형성한다.

즉 각음역의 재생에 적합하도록 된 스피커들과 이들 스피커가 재생하게될 주파수 대역만을 통과시키는 필터회로를 채택하여 잡음대역을 휠터링하게 하는바, 이를 통상적으로 네트워크(NET WORK)라 하며 결국 다수의 각 음역재생스피커와 부수의 회로를 구성하여 인위적인 재생을 하게 하는 것으로써 제3도에 도시된 바와같이 복합적인 재생을 시도함으로 설비가 과다하게 되고 원음재생이 불충분한 커다란 단점을 갖는다.

또한 종래기술에 의하면 전대역 스피커에 있어서 고음 및 중음역의 재생은 그나마 다소 원활한 면을 갖으나, 저음역의 재생에 있어서는 콘의 직경이 증가하는 관계로 콘의 분할진동을 방지하고자 콘에 주름모양으로된 코루게이션(CORRUGATION)을 형성하여 주고 이에 콘이 휘어지지 않도록 하며, 동시에 콘의 강성도(STIFFNESS)를 전체적으로 일정하게 하는 동시에 적절하게 설계하고 있으며 이는 최저공진주파수 fo=(Hz)가 되도록 하는 것이다.

따라서 최저공진주파수(fo)는 댐퍼나 에지에 의한 진동계의 강성도(So)와 보이스코일과 콘(진동판)의 실효질량(mo)에 의하여 결정된다.

결국, 저역 재생한계를 낮추기 위해서는 최저공진 주파수(fo)를 낮게 하여야 하고 이렇게 하자면 강성도(So)를 작게 하거나 또는 실효질량(mo)을 크게하여야 한다.

그러나 강성도를 작게하려면 댐퍼나 에지를 부드럽게하여 진동판이 움직이기 쉬운 상태로 만들면 되나 자기회로의 공극(空隙)에 보이스코일이 닿거나 동작중에 옆으로 흔들리게 만드는 요인이 되고, 실효질량을 크게하기 위해서는 진동판이나 보이스코일의 중량을 증가시키는 것인데 이 경우 이들을 지탱시키는 댐퍼나 에지를 단단하게 해야하므로 상기 강성도가 증가하는 모순이 있으며 중량이 있는 보이스코일과 콘을 구동시키기 위해서는 강력한 자기회로가 소요되나 여기에도 한계가 있으며 과도한 발열이 수반되는 폐해가 있어 기술적으로 해소하기에 매우 곤란한 현실이다.

결국 상술된 종래기술에 따른 콘의 제조기술을 정리하면 균일한 진동을 획득하고자 제4도에 도시된 바와 같이 스피커의 중심(Lc)으로부터 외측단부(LS)에 이르기까지 균일한 두께(t)와 동일한 강성도를 갖도록 형성된다.

이러한 제조기술에 의하여는 특정대역만이 양호하게 재생될 분 전대역을 원음에 가깝게 재생한다는 것은 불가능하며 딱딱한 기계적 재생음을 실감하게 되는 문제점을 갖는 것이다.

상술한 바와 같은 종래기술이 갖는 문제를 해소하기 위하여 본 출원인은 국내 특허출원제 93-327호로 돌출된 콘을 갖는 자동차용 스피커를 안출한 바 있으며 이를 좀더 개선하여 전대역에 걸쳐 우수한 원음 재생이 가능하게 하고자 본 발명을 인출하기에 이르렀다.

본 발명과 같이 돌출된 콘을 갖는 여러 장점은 선원에서 상세하게 다룬바와 같으며 본 발명은 상기 선원의 제목적과 더불어 다음과 같은 목적을 갖는다.

첫째, 본 발명은 전대역에 걸쳐 고른 출력음압을 얻을 수 있도록된 스피커를 제공하고자 하는 것이다.

둘째, 본 발명은 콘의 휨 진동에 의하여 각 대역에서 진동이 원활하고 따라서 보이스코일의 발열을 억제하므로 열화를 방지할 수 있도록된 스피커를 제공하고자 하는 것이다.

셋째, 본 발명은 전대역에 걸쳐 고른 원음의 재생이 가능하므로, 중, 고음스피커가 불필요하게 되고, 네트워크를 사용한 3-WAY 시스템의 대체가 가능한 스피커를 제공하는데 있다.

기타 다른 목적들은 본 발명을 살펴 보는 가운데 명백해 질 것이다.

상기 목적을 구현하고자 본 발명은 콘의 형상을 전방향으로 돌출되어 측방으로 갈수록 직선으로 형성되는 것이 아니라 전방으로 일정 곡률을 가지도록 형성하고 동시에 상기 콘은 중심으로부터 외측단부로 갈수록 그 두께가 점차적으로 증가되도록 하고, 이 콘의 강성도는 상기 두께에 역비례 하도록 중심으로부터 외측에 지단으로 갈수록 점차적으로 약화되도록 형성하여 이루어지는 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 기술 구성을 상세하게 살펴보고자 한다.

우선 본 발명에 사용되는 스피커콘의 형태를 살펴보면, 제5도에 도시한 바와같이, 콘(10)을 전방으로 돌출되게 만곡 형성하되 콘(10)의 소재두께가 중심으로부터 외측단부에 이르기까지 점점 증가하도록하여 이루어진다.

이때 소재의 두께(t)는 제6도의 (a)에 도시한 바와같이 중심(Lc)으로부터 외측단부(Ls)에 이르기까지 소정의 구배를 갖도록 하여 그 두께 차이로 인한 고음, 중음 및 저음영역으로서의 역할을 수행하게 되는데, 실제로 강성도(S)에 있어서는 제6도의 (b)에 도시한 바와같이 중심(Lc)으로부터 외측단부(Ls)에 이르기까지 전술한 두께(t)와는 반대로 반비례적으로 감소되도록 제작함이 바람직하다.

또한 콘(10)의 형태는 제5도에 도시한 바와같이, 외측 제1곡면부(10a, 10a)와 내측 제2곡면부(10b, 10b)가 연접되게 콘(10)이 차지하는 용적을 상대적으로 적게 차지하도록 할 수 있고, 미도시 하였으나 외측 제1곡면부(10a, 10a)와 내측 제2곡면부(10b, 10b)의 형태로 전체를 형성할 수 있는데 반드시 중심으로부터 외측단부에 이르기까지 그 두께를 소정의 구배를 갖도록 하여 제작할 수 있다.

물론, 콘(10)의 소재는 종이, 수지, 금속등 기존과 같이 다양하게 선택하여 사용할 수 있는데, 중심으로부터 외주면에 이르기까지 두께를 달리 하도록 하는 방법은 소재의 특성상 성형시에 금형의 형태를 허용두께에 맞도록 간극을 유지시켜 성형제작하거나 동일두께의 소재의 표면에 도장 또는 박막코팅의 두께를 달리하여 행함으로써 제작이 이루어질 수 있다.

제7도는 본 발명인 스피커의 일례를 도시한 것으로서, 이는 프레임(1)에 고정된 하부 플레이트(2)상에 마그네트(3) 및 상부플레이트(4)를 설치하고 상부플레이트(4)내측에 보이스코일(5)을 댐퍼(6)로서 고정설치하며, 프레임(1)에 일측이 고정되는 에지(7)와 상기댐퍼(6) 사이에 콘을 설치하여 이루어지는 통상의 스피커에 있어서, 콘(10)을 전방으로 돌출되게 만곡형성하되 콘(10)의 소재두께가 중심으로부터 외측단부에 이르기까지 점점 증가하도록하여 이루어진다.

물론 이때 중심엔 종래와 같이 더스트캡(8)을 씌울 수 있고, 프레임(1)의 외주단에 에지(8)를 설치하기 위하여 콘링(9)을 고정설치하게 되며 전면에 보호용 금속망(12)을 설치할 수 있다.

제8도는 본 발명인 스피커의 다른 변형례를 보여준다.

여기에서 더스트캡(8)의 대신에 내부에 밀폐된 공간(21)을 갖도록 호형단면 형태로서, 내,외측 박판(23, 25)을 결합구성한 캡(20)을 콘(10)의 중심에 씌워 설치한 구성을 도시하고 있는데, 콘(10)의 중심부분에서 주도 발생하게 되는 고음의 음압을 보다 효율적으로 얻을 수 있게 된다.

즉, 작동시 콘(10)의 중심에서 발생되는 음압은 고음영역을 차지하는 음압이 효율적으로 발생되어야 함에도 불구하고, 콘의 승하강 폭이 중, 저음의 영향으로 커지게 될 수 밖에 없는 취약점을 방지하고자 캡(20)의 내부에 밀폐공간(21)을 형성하여 상기 취약점을 제외한 형태를 보여준다.

또한, 상기캡(20)의 상부위치에 중심에 통공(31)이 형성되고 외주염 중간부에 다수의 개공(33)의 형성된 돔형태의 음압상승기구(30)를 설치하여 마치 혼스피커에 있어서 혼의 역할과 같이 고음의 상승된 음압을 얻을 수 있도록 구성한다.

더욱이 프레임(1)의 외주연 하부엔 전광후협형태의 후방가이더(50)를 설치하여 콘(10)의 중심부분이 아닌 중간 및 외주부분에서 발생되는 중, 저음중 전방으로 발산되는 것을 제외하고 후방으로 발생되는 공압을 가이드하여 음압을 상승시키도록 구성한다.

미설명부호로서 15는 개공, 16은 리드선, 5a는 보빈,5b는 코일, 40은 확개형 가이더를 각각 나타낸다.

다음은 전술한 바와같이 이루어진 본발명의 작용 및 효과를 구체적으로 살펴보기로 한다.

우선 본 발명인 스피커는 보이스코일(5)에 음성전류가 인가될 때 마그네트(3)와 상,하부플레이트(4, 2) 사이에 형성되는 자계회로와 보이스코일(5)의 자계방향에 따라 보이스코일(5)에 결합되어 있는 콘(10)이 전,후직선운동을 행하게 되는에 콘(10)의 경우 콘(10)을 전방으로 돌출되게 만곡 형성하고 콘(10)의 소재 두께가 중심으로부터 외측단부에 이르기까지 점점 증가하도록 이루어지므로 콘(10)의 중심으로부터 외주연에 이르기까지 각각 두께에 맞는 즉 고,중,저음역에 일치하는 부분에서 고르게 음압이 방사하게 된다.

특히 저음역으로 갈수록 콘(10)의 소재 두께는 커지나 강성도(s)의 경우 상대적으로 작아지므로 최저 공진주파수(fo) 역시 낮아져 보다 효과적으로 성능을 향상시킬 수 있게 된다.

더욱이 고음역의 경우 캡(20) 및, 음압상승기구(30)를 부가적으로 설치하여 보다 상승된 고음압을 얻을 수 있으며, 중,저음역에 있어서도 후방가이더(50)를 부가적으로 설치하여 음압의 상승효과를 얻을 수 있다.

실제로 콘(10)을 종이를 소재로 하고 중심부의 두께를 0.05㎜, 외주연의 두께를 0.8㎜로 하며 중심부로부터 외주연에 이르는 두께를 동일 비율로 두껍게 형성하되, 콘(10)의 지름을 250㎜ 형태로 제작하여 제7도에 도시한 바와같이 설치하고 출력음압 주파수 특성을 실험해본 결과 제9도에 도시한 그래프중 일점쇄선과 같은 결과를 얻었다. 또한 제8도에 도시한 바와같이, 캡(20), 음압상승기구(30) 및 후방가이더(50)를 설치하고 다시 출력음압 주파수 특성을 실험해본 결과 제9도에 도시한 그래프중 실선과 같은 결과를 얻었다.

즉, 본 발명에 사용되는 콘(10)만을 설치하여도 고, 중, 저음역 모두에서 고른 출력음압 주파수 특성을 갖게됨을 알 수 있고, 더욱이 캡(20), 음압상승기구(30) 및 후방가이더(50)를 부가적으로 설치한 경우에 상기 콘(10)만을 설치한 경우보다 고르고 향상된 음압주파수 범위가 보다 확장된 출력음압 주파수 특성을 갖게됨을 확인할 수 있다.

이상 살펴본 바와같이 본 발명인 전대역 스피커는 콘(10)의 경우 중심으로부터 외측단부에 이르기까지 소재의 두께가 점점 증가하도록 구성하고, 필요시엔 캡(20), 음압 상승기구(30) 및 후방가이더(50)를 설치하여, 고,중,저 전대역에 걸쳐 고른 출력음압을 얻을 수 있고, 콘(10)의 두께차 및 만곡형상에 의한 휨진동이 고르게 발생하여, 고,중,저 각 대역에서 고른분할 진동이 원활하게 이루어져 보이스코일(5)의 발열을 억제하게 되고 결국 열화를 방지할 수 있는 부수적인 이점과 함께, 기존과 같은 중,고음 스피커가 별도로 필요치 아니하며, 더욱이 네트워크를 사용한 3-WAY 시스템의 대체가 가능한 장점을 갖는다.

또한 구체적으로 언급하지는 아니하였으나 본 발명이 갖는 기본적인 기술사상인 콘의 중심으로부터 외주연에 이르도록 그 두께를 달리하여 두께를 점점 두껍게 구성하는 기술적인 내용은 전술한 바 있는 설치예와는 달리, 기존의 다른 형태의 콘스피커, 평면스피커, 호온스피커, 헤드폰, 이어폰등의 진동판이나 마이크에 내장되는 진동판등과 같이 전기적 신호에 의해서 음을 재생하거나 반대로 음을 전기적 신호로 변환하는 변환기구에 내장되는 진동수단으로 광범위하게 적용이 가능하고 실제로 적용시 본 발명의 기술적 사상의 범주를 벗어나지 않는 한 본 발명의 보호 범위에 속할 수 있음을 밝혀 두고자 한다.

Claims (5)

1. 프레임(1)에 고정된 하부 플레이트(2)상에 마그네트(3) 및 상부플레이트(4)를 설치하고 상부플레이트(4)내측에 보이스코일(5)을 댐퍼(6)로서 고정설치하며, 프레임(1)에 일측이 고정되는 에지(7)와 상기 댐퍼(6) 사이에 콘을 설치하여 이루어지는 통상의 스피커에 있어서, 콘(10)을 전방으로 돌출되게 만곡형성하되 콘(10)의 소재두께가 중심으로부터 외측단부에 이르기까지 점점 증가하도록하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 출력음압특성을 개선한 전대역 스피커.
2. 제1항에 있어서, 콘(10)이 외측 제1곡면부(10a, 10a)와 내측 제2곡면부(10b, 10b)가 연접되게 형성하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 출력음압특성을 개선한 전대역 스피커.
3. 제1항에 있어서, 내부에 밀폐된 공간(21)을 갖도록, 내, 외측 박판(23, 25)을 결합구성한 캡(20)을 콘(10)의 중심에 씌워 이루어지는 것을 특징으로 하는 출력음압특성을 개선한 전대역 스피커.
4. 제3항에 있어서, 중심에 통공(31)이 형성되고 외주연 중간부에 다수의 개공(33)이 형성된 돔형태의 음압상승기구(30)를 상기 캡(20)의 상부에 설치하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 출력음압특성을 개선한 전대역 스피커.
5. 제1항 내지 제4항중 어느 한 항에 있어서, 프레임(1)의 외주연 하부엔 전광후협형태의 후방가이더(50)를 설치하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 출력음압특성을 개선한 전대역 스피커.