KR20000047010A - Speaker system - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 음향기기의 음을 전달하고 유도하거나 지향시키기 위한 장치에 관한 것으로서, 특히 밀폐 공간을 형성하고 그 공간에 공기보다 무거운 기체를 채움으로써 능률이 좋고 저음을 전달하면서도 그 크기를 줄일 수 있는 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a device for transmitting, guiding, or directing sound of an acoustic device, and more particularly, a device that can reduce the size while delivering high efficiency and low sound by forming a sealed space and filling a gas that is heavier than air. It is about.
기존의 일반적인 스피커 시스템이 갖는 최대의 문제점은 낮은 능률이다. 게다가 낮은 주파수의 저음을 재생하려면 큰 인클로저(Enclosure)가 필요하였다. 이를 해결하기 위해 개발된 것이 바로 혼 스피커 시스템(Horn Speaker System)이다. 이 시스템은 스피커 유니트의 진동판과 공기와의 임피던스를 매칭시켜 줌으로써, 일반적인 방식의 스피커 시스템에 비해 몇 배의 능률을 가질 수 있다. 따라서, 훨씬 적은 출력의 앰프로도 구동이 가능하다.The biggest problem with conventional general speaker systems is low efficiency. In addition, large enclosures were required to reproduce low frequency bass. The Horn Speaker System was developed to solve this problem. By matching the diaphragm of the speaker unit with the impedance of the air, the system can be several times more efficient than a conventional speaker system. As a result, it can be driven by a much smaller output amplifier.
그런데, 중간 음 영역과 고음용으로는 혼 스피커 시스템이 많이 실용화되어 있지만, 저음용은 극히 일부만 사용된다. 그 이유는 바로 거대한 크기 때문이다. 만일, 인간이 들을 수 있는 최저 주파수인 20 Hz 까지 재생되는 혼을 만들려면 다음의 조건을 만족해야 한다.By the way, the horn speaker system has been put into practical use for the mid-range and high-pitched sounds, but only a part of the low pitch is used. The reason is the huge size. If a horn is to be reproduced up to 20 Hz, the lowest frequency that humans can hear, the following conditions must be met:
여기에서 Sm = 혼 개구부(mouth)의 넓이, λ = 파장 = (음속/주파수) 이다.Where Sm = area of the horn, λ = wavelength = (sonic / frequency).
혼의 단면이 원형이고 반경을 r이라고 하면, 반경은 다음과 같이 계산된다.If the cross section of the horn is circular and the radius is r, then the radius is calculated as
20 Hz인 소리의 파장은 공기의 음속인 340 m/s를 주파수 20으로 나눈 값인 340/20 = 17 m 이다. 이를 위의 식에 대입하면 대략 지름이 5.4 m 인 거대한 원형 개구부를 가진 혼이 필요하게 된다.The wavelength of a sound at 20 Hz is 340/20 = 17 m, which is the air velocity 340 m / s divided by the frequency 20. Substituting this in the above equation requires a horn with a large circular opening approximately 5.4 m in diameter.
이렇듯, 스피커 시스템이나 악기에 사용되어 음향을 전달하고 유도하거나 지향시키는 관은 저음에 있어서는 그 크기가 커진다.As such, a tube used in a speaker system or musical instrument to transmit, guide, or direct sound becomes large in bass.
따라서, 본 발명의 목적은 능률이 좋고 저음을 잘 전달하면서도, 크기가 작은 음향을 전달하고 유도하거나 지향시키는 장치를 제공하는 것이다. 나아가, 이러한 장치를 스피커 시스템에 적용하는 것이다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a device that delivers, directs, or directs small sound while delivering high efficiency and good bass. Further, such a device is applied to a speaker system.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 혼 스피커 시스템의 단면도1 is a cross-sectional view of a horn speaker system according to an embodiment of the present invention.
도2는 본 발명에 일 실시예에 따른 트랜스미션 라인 스피커 시스템의 단면도2 is a cross-sectional view of a transmission line speaker system in accordance with an embodiment of the present invention.
도3은 본 발명에 다른 실시예에 따른 트랜스미션 라인 스피커 시스템의 단면도3 is a cross-sectional view of a transmission line speaker system according to another embodiment of the present invention.
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 파이프 오르간의 단면도4 is a cross-sectional view of a pipe organ according to an embodiment of the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings
10,50,100: 스피커 시스템 12: 혼10,50,100: Speaker system 12: Horn
14,52,102: 스피커 유니트 16: 목부14,52,102: Speaker Unit 16: Neck
18: 개구부 24,55,154: 제1 멤브레인18: openings 24,55,154: first membrane
26,56,156: 제2 멤브레인 30,60,152: 밀폐 공간26,56,156: Second membrane 30,60,152: Enclosed space
54,104,150: 음향공진기(공명관) 106,110: 진동판54,104,150: acoustic resonator (resonance tube) 106,110: diaphragm
108: 변환기 112: 지지부108: transducer 112: support
본 발명에 따르면, 관으로 이루어진 음향을 전달하고 유도하거나 지향시키는 장치의 양끝부분을 차단하여 밀폐시키고, 그 밀폐된 공간에는 공기보다 무거운 기체가 수용된다. 공기보다 무거운 기체에서는 음속이 작아져 그 관의 크기를 줄일 수 있다.According to the present invention, the both ends of the device for transmitting, directing, or directing a sound made of a pipe are blocked and sealed, and a gas that is heavier than air is accommodated in the sealed space. In gases heavier than air, the speed of sound decreases, reducing the tube size.
본 발명의 한 측면에 따르면, 스피커 유니트와, 상기 스피커 유니트가 그 일단부에 부착되는 음향 임피던스 매칭기를 구비한 스피커 시스템에 있어서,According to an aspect of the present invention, in a speaker system having a speaker unit and an acoustic impedance matcher to which the speaker unit is attached at one end thereof,
상기 음향 임피던스 매칭기의 길이 방향 일단부 부근을 차단하기 위한 제1 차단부재와, 상기 음향 임피던스 매칭기의 길이 방향 다른 단부 부근을 차단하기 위한 제2 차단부재를 구비함으로써, 상기 제1 차단부재와 상기 제2 차단부재에 의해 밀폐된 공간이 형성되고,And a first blocking member for blocking the vicinity of one end in the longitudinal direction of the acoustic impedance matcher, and a second blocking member for blocking the vicinity of the other end in the longitudinal direction of the acoustic impedance matcher. A space enclosed by the second blocking member is formed,
상기 밀폐공간에는 공기보다 무거운 기체가 수용되는 것을 특징으로 하는 스피커 시스템이 제공된다.The enclosed space is provided with a speaker system, characterized in that gas that is heavier than air is accommodated.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 스피커 시스템 또는 악기에 사용되는 음향 공진관에 있어서,According to another aspect of the invention, in the acoustic resonator tube used in a speaker system or musical instrument,
길이 방향 일단부 부근에 설치되어 그 단부를 차단하기 위한 제1 차단부재와, 길이 방향 다른 단부 부근에 설치되어 상기 다른 단부를 차단하기 위한 제2 차단부재를 구비함으로써, 상기 제1 차단부재와 상기 제2 차단부재에 의해 밀폐된 공간이 형성되고,The first blocking member and the second blocking member provided near the one end in the longitudinal direction to block the end, and the second blocking member disposed near the other end in the longitudinal direction to block the other end. A space enclosed by the second blocking member is formed,
상기 밀폐공간에는 공기보다 무거운 기체가 수용되는 것을 특징으로 하는 음향 공진관이 제공된다.The sealed space is provided with an acoustic resonator tube, characterized in that a gas that is heavier than air is accommodated.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 도1을 참조하면, 혼 스피커 시스템(10)은 혼(horn; 12)과 스피커 유니트(speaker unit, 구동기[driver]라고도 함; 14)를 갖는다. 혼(12)은 목부(throat; 16)와 개구부(mouth; 18)를 가진다. 단면이 원형인 혼(12)의 벽(19)은 목부(16)에서 시작하여 개구부(18)까지 연장되는데, 벽(19)은 목부(16)에서 개구부(18)로 갈수록 바깥쪽으로 벌어진(flared)다. 혼(12)의 단면적은 어떤 일정한 함수에 따른 비율로 증가한다. 이 비율이 지수함수에 따르면 지수형의 혼이 된다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Referring to Figure 1, the horn speaker system 10 has a horn 12 and a speaker unit (also called a driver) 14. Horn 12 has throat 16 and mouth 18. The wall 19 of the horn 12 having a circular cross section extends from the neck 16 to the opening 18, where the wall 19 flared outwards from the neck 16 to the opening 18. )All. The cross-sectional area of the horn 12 increases in proportion to some constant function. This ratio is an exponential horn according to the exponential function.
혼(12)의 목부(16)에는 스피커 유니트(14)가 부착되어 있다. 스피커유니트(14)는 소리를 발생시키는 진동판과 변환기를 구비한다. 상기 변환기는 전기적인 신호를 기계적인 움직임으로 변환해주는 것으로서, 변환기는 보이스코일 시스템이나 압전체로 이루어질 수 있다. 혼(12)의 목부(16)는 스피커 유니트(14)의 목부와 동일한 크기인 것이 바람직하나, 더 작을 수도 있다.The speaker unit 14 is attached to the neck 16 of the horn 12. The speaker unit 14 includes a diaphragm and a transducer for generating sound. The transducer converts an electrical signal into mechanical movement. The transducer may be a voice coil system or a piezoelectric body. The neck 16 of the horn 12 is preferably the same size as the neck of the speaker unit 14, but may be smaller.
혼(12)의 목부(16)에는 혼의 길이 방향과 대체로 수직을 이루도록 제1 멤브레인(24)이 부착되어 목부를 막는다. 개구부(18)에도 제2 멤브레인(26)이 부착되어 개구부를 막는다. 제1 및 제2 멤브레인은 고무, 또는 실리콘 고무의 막으로 이루어진다. 제1 멤브레인(24)과 제2 멤브레인(26) 및 혼의 벽(19)에 의해 외부 공기와는 격리되는 밀폐된 공간(30)이 형성된다.To the neck 16 of the horn 12 a first membrane 24 is attached to block the neck substantially perpendicular to the longitudinal direction of the horn. A second membrane 26 is also attached to the opening 18 to block the opening. The first and second membranes consist of a film of rubber or silicone rubber. An enclosed space 30 is formed which is isolated from the outside air by the first membrane 24, the second membrane 26 and the wall 19 of the horn.
밀폐 공간(30)에는 공기 보다 무거운 기체가 수용된다. 수용되는 기체를 그 분자량이 큰 것일수록 좋으나, 멤브레인과는 화학적으로 작용하지 않으며, 인체에 무해한 것이 바람직하다. 예를 들면, 크세논(Xe) 가스를 사용할 수도 있다.In the sealed space 30, a heavier gas than air is accommodated. The larger the molecular weight of the gas to be contained, the better. However, it is preferable that the gas to be contained does not act chemically and is harmless to the human body. For example, xenon (Xe) gas may be used.
무거운 기체는 혼의 크기를 실용이 가능하도록 줄이기 위한 것이다. 혼의 크기를 줄이기 위해서는 파장을 짧게 만드는 방법이 가장 좋은 방법임을 알 수 있다. 즉, 혼(12) 내부의 음속을 줄이는 것이 필요하다는 사실을 다음 식에서 알 수 있다.Heavy gases are intended to reduce the size of the horn to make it practical. In order to reduce the size of the horn, it is best to shorten the wavelength. That is, it can be seen from the following equation that it is necessary to reduce the speed of sound inside the horn 12.
여기에서 Sm = 혼 개구부(18)의 넓이, λ = 파장, C = 음속, f = 주파수이다. 한편, 음속은 분자량의 제곱근에 반비례한다.Where Sm = area of the horn opening 18, lambda = wavelength, C = sound velocity, and f = frequency. On the other hand, the speed of sound is inversely proportional to the square root of the molecular weight.
밀폐된 공간(30)에 분자량이 131인 크세논이 채워져 있다고 하면, 그 내에서의 음속은 약 160 m/s가 된다(여기에서 공기 중의 음속을 340 m/s, 공기의 분자량을 29로 가정하였음). 이를 수학식 3에 대입하고 개구부가 원형임을 가정하면, 혼(12)의 개구부(18)의 직경은 공기로 이루어진 혼 개구부의 약 0.46 배가 되어 줄어드는 것을 알 수 있다.Assuming that the enclosed space 30 is filled with xenon having a molecular weight of 131, the speed of sound therein is about 160 m / s (here, the speed of sound in air is assumed to be 340 m / s and the molecular weight of air is 29). ). Substituting this in Equation 3 and assuming that the opening is circular, it can be seen that the diameter of the opening 18 of the horn 12 is reduced by about 0.46 times the opening of the horn made of air.
한편, 플레어상수 m은 다음 식으로 구할 수 있다.On the other hand, the flare constant m can be obtained by the following equation.
일반 공기의 경우, 저역 차단주파수를 실용 한계인 60 Hz 로 잡았을 경우, m 값은In the case of general air, when the low cutoff frequency is set at the practical limit of 60 Hz, the m value is
가 된다. 분자량이 큰 Xe 같은 기체에서는 음속이 약 160 m/s라 할 때,Becomes In a gas such as Xe with a high molecular weight, the sound velocity is about 160 m / s,
이 된다.Becomes
각각의 m 값을 수학식3에 대입하여 혼 개구부의 크기를 비교한다. 공기의 경우,Substitute the values of m into Eq. 3 to compare the size of the horn openings. In the case of air,
분자량 131인 Xe인 경우Xe having a molecular weight of 131
이 되어, 위의 경우와 마찬가지로 공기의 경우의 약 2/9 정도로 그 크기가 줄어든다는 것을 알 수 있다.As a result, it can be seen that the size is reduced to about 2/9 as in the case of air.
이제 길이를 비교한다. 혼의 길이는 지수 혼의 경우,Now compare the lengths. The length of the horn is the
(Sm = 혼 개구부의 면적, St = 혼 목의 면적, m = 플레어상수, x = 혼의 길이)가 되며, 따라서 길이 x 는(Sm = area of the horn opening, St = area of the horn, m = flare constant, x = length of the horn), so the length x is
가 된다. 만일, St 를 0.049 m로 한다면, 공기에서의 혼의 길이는Becomes If St is 0.049 m, the length of the horn in air
가 되며, 음속이 160 m/s 인 기체 Xe의 경우에는,For aircraft Xe with a sound velocity of 160 m / s,
가 되어, 길이 역시 공기에서의 혼 길이의 1/3.4 정도로 짧아짐을 알 수 있다. 따라서, 혼의 크기와 길이 모두 상당히 줄어들게 되어 실용적인 크기의 저음용 혼이 가능하다.It can be seen that the length is also shortened to about 1 / 3.4 of the horn length in air. Thus, both the size and length of the horn are significantly reduced, allowing a low-end horn of practical size.
상기 실시예에서는 단면이 원형인 혼을 설명하였으나, 혼의 단면 형상은 이에 제한되는 것은 아니다. 정사각형 또는 직사각형의 다각형일 수도 있으며, 타원형일 수도 있다. 상기 실시예에서는 혼의 플레어 비율을 지수함수로 하였으나, 이와는 달리 하이퍼볼릭, 코니컬, 파라볼릭 함수일 수도 있다.In the above embodiment, the horn having a circular cross section has been described, but the cross sectional shape of the horn is not limited thereto. It may be square or rectangular polygon, or elliptical. In the above embodiment, the flare ratio of the horn is an exponential function. Alternatively, the horn flare ratio may be a hyperbolic, conical or parabolic function.
이렇게 음속이 느린 기체를 사용하는 시도는 혼 스피커 시스템뿐만 아니라 도2에 도시한 바와 같은 트랜스미션 라인(또는 quarter wave loading, 음향미로) 스피커 시스템(50)에도 마찬가지로 적용할 수 있다. 트랜스미션 라인 스피커 시스템(50)은 스피커 유니트(52)와, 단면의 면적이 일정한 원통형의 관으로 이루어진 음향공진기(공명관)(54)를 구비한다. 스피커 유니트(52)는 진동판과 변환기로 이루어진 것이다. 음향공진관(54)에는 스피커 유니트(52)에 인접하여 제1 멤브레인(55)이 부착된다. (다른 실시예에서는 제1 멤브레인이 생략되고 진동판이 차단부재로 작용할 수도 있다.) 반대쪽 개구부에도 제2 멤브레인(56)이 부착된다. 제1 및 제2 멤브레인은 고무, 또는 실리콘 고무의 막으로 이루어진다. 제1 멤브레인(55)과 제2 멤브레인(56) 및 음향공진관(54)의 벽(58)에 의해 외부 공기와는 격리되는 밀폐된 공간(60)이 형성된다.This attempt to use a slow sound gas is equally applicable to the horn speaker system as well as to the transmission line (or quarter wave loading) speaker system 50 as shown in FIG. The transmission line speaker system 50 includes a speaker unit 52 and an acoustic resonator (resonance tube) 54 made of a cylindrical tube having a constant cross-sectional area. The speaker unit 52 is composed of a diaphragm and a transducer. The first resonator 55 is attached to the acoustic resonance tube 54 adjacent to the speaker unit 52. (In other embodiments, the first membrane may be omitted and the diaphragm may act as a blocking member.) The second membrane 56 is also attached to the opposite opening. The first and second membranes consist of a film of rubber or silicone rubber. The enclosed space 60 is formed by the first membrane 55, the second membrane 56 and the wall 58 of the acoustic resonator tube 54 to be isolated from the outside air.
밀폐 공간(60)에는 공기 보다 무거운 기체가 수용된다. 수용되는 기체를 그 분자량이 큰 것일수록 좋으나, 멤브레인과는 화학적으로 작용하지 않으며, 인체에 무해한 것이 바람직하다. 예를 들면, 크세논(Xe) 가스를 사용할 수도 있다.In the sealed space 60, a heavier gas than air is accommodated. The larger the molecular weight of the gas to be contained, the better. However, it is preferable that the gas to be contained does not act chemically and is harmless to the human body. For example, xenon (Xe) gas may be used.
이 스피커 시스템은 음향공진관(54)의 길이가 특정한 주파수의 파장의 4분의 1 이 될 경우, 공진을 일으키는 원리를 사용한 것이다. 파장은 음속을 주파수로 나눈 것이므로,This speaker system uses the principle of causing resonance when the length of the acoustic resonance tube 54 is one quarter of the wavelength of a specific frequency. Wavelength is the speed of sound divided by frequency,
(여기에서, λ : 파장, C : 음속, F : 주파수)(Here, λ: wavelength, C: sound velocity, F: frequency)
만일, 60 Hz 까지 재생하는 트랜스미션라인을 만드는 경우, 파장은If you make a transmission line that reproduces up to 60 Hz, the wavelength
이므로, 음향공진관(54)의 길이 L은 파장의 4분의 1인 1.42 m 가 되어야 한다. 만일 밀폐된 공간을 Xe으로 채운다면, 음속은 160 m/s 가 되고 음향공진관(54)의 길이는 2.67 m 가 된다. 즉, 공기의 경우에 해당하는 길이의 0.67 배가 되어 역시 상당히 짧아진다.Therefore, the length L of the acoustic resonance tube 54 should be 1.42 m, which is one quarter of the wavelength. If the enclosed space is filled with Xe, the sound velocity is 160 m / s and the length of the acoustic resonance tube 54 is 2.67 m. That is, 0.67 times the length corresponding to that of air, which is also considerably shorter.
도3은 다른 실시예를 도시한다. 도3을 참조하면, 다른 실시예에 따른 트랜스미션 라인 스피커 시스템(100)에도 스피커 유니트(102)와, 단면의 면적이 일정한 원통형의 관으로 이루어진 음향공진기(104)를 구비한다. 스피커 유니트(102)는 진동판(106)과 변환기(108)로 이루어진 것이다. 음향공진관(104)의 일측은 상기 진동판(106)에 의해 차단된다. 다른 일측에는 변환기가 부착되지 않은 패시브 라디에이터(passive radiator)로 기능하는 진동판(110)이 부착된다. 상기 진동판(108)에는 변환기가 부착되지 않는다. 진동판(106,110)의 외주 테두리와 음향공진관(104) 사이에는 유연한 재료의 지지부(112)가 개재되어 진동판(110)을 음향공진관(104)에 부착해준다.3 shows another embodiment. Referring to FIG. 3, the transmission line speaker system 100 according to another embodiment also includes a speaker unit 102 and an acoustic resonator 104 made of a cylindrical tube having a constant cross-sectional area. The speaker unit 102 is composed of a diaphragm 106 and a transducer 108. One side of the acoustic resonance tube 104 is blocked by the diaphragm 106. The other side is attached to the diaphragm 110 which functions as a passive radiator (without a transducer). No transducer is attached to the diaphragm 108. Between the outer periphery of the diaphragm 106 and 110 and the acoustic resonator tube 104, a support 112 of flexible material is interposed to attach the diaphragm 110 to the acoustic resonator tube 104.
진동판(106,110)과 음향공진관(104)의 벽(105)에 의해 외부 공기와는 격리되는 밀폐된 공간(114)이 형성된다. 밀폐 공간(114)에는 공기 보다 무거운 기체가 수용된다. 수용되는 기체를 그 분자량이 큰 것일수록 좋으나, 진동판(106,110) 및 지지부(112)의 재료와는 화학적으로 작용하지 않으며, 인체에 무해한 것이 바람직하다. 예를 들면, 크세논(Xe) 가스를 사용할 수 있다.The enclosed space 114 is isolated from the outside air by the diaphragms 106 and 110 and the wall 105 of the acoustic resonance tube 104. In the sealed space 114, a gas that is heavier than air is accommodated. The larger the molecular weight of the gas to be accommodated, the better, but it is preferable that the gas is not chemically active with the materials of the diaphragms 106 and 110 and the support 112, and is harmless to the human body. For example, xenon (Xe) gas can be used.
도4는 악기(파이프 오르간)의 음향공진관에 본 발명의 개념을 적용한 것이다. 음향공진관(150)의 양측에 밀폐된 공간(152)을 형성하기 위하여, 제1 멤브레인(154)과 제2 멤브레인(156)을 부착한다. 상기 밀폐 공간(152)에는 공기 보다 무거운 기체가 수용된다.4 shows the concept of the present invention applied to an acoustic resonance tube of an instrument (pipe organ). The first membrane 154 and the second membrane 156 are attached to form a closed space 152 on both sides of the acoustic resonance tube 150. In the sealed space 152, a heavier gas than air is accommodated.
본 발명에 따른 스피커 시스템은 저음을 재생하면서도 혼 또는 음향공진관의 크기를 작게 할 수 있다. 특히, 저음을 재생하는 스피커 시스템에서도 크기를 줄인 혼 또는 음향미로를 사용할 수 있다. 악기의 경우에도 공진관의 크기를 작게 할 수 있다.The speaker system according to the present invention can reproduce the bass while reducing the size of the horn or the acoustic resonance tube. In particular, a speaker system that reproduces bass can be used with a reduced horn or acoustic maze. In the case of musical instruments, the size of the resonator tube can be reduced.
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