KR200398699Y1 - 2.2 채널을 사용하는 필름 스피커 장치 - Google Patents

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Abstract

본 고안은 2.2 채널을 사용하는 필름 스피커 장치에 관한 것으로, 보다 자세하게는 누설 자기장에 의해 주변 전기장치에 미치는 영향을 감소시키고 스피커의 무게와 공간을 줄이기 위한 필름 스피커 장치에 관한 것이다.
본 고안의 2.2 채널을 사용하는 필름 스피커 장치는 입력된 오디오 신호의 저주파 성분 또는 중/고주파 성분을 조절하기 위한 이퀄라이저; 상기 오디오 신호의 주파수 특성을 평탄화하기 위한 노말라이저; 상기 오디오 신호를 증폭하기 위한 제1 앰프; 상기 증폭된 오디오 신호가 필름 스피커에서 구동할 수 있게 전압을 배가하거나 임피던스를 매칭하기 위한 드라이버; 중/고주파 대역 출력용 PVDF 재질의 스피커를 포함하는 좌/우 채널의 필름 스피커 및 입력된 오디오 신호를 차단 주파수 이상의 주파수 성분을 감쇄 또는 제거하기 위한 저역통과필터; 상기 오디오 신호를 증폭하기 위한 제2 앰프; 저주파 대역 출력용 영구자석과 무빙 코일을 사용한 스피커를 포함하는 좌/우 채널의 우퍼 스피커로 구성됨에 기술적 특징이 있다.

Description

2.2 채널을 사용하는 필름 스피커 장치{Film speaker apparatus using 2.2 channel}
본 고안은 2.2 채널을 사용하는 필름 스피커 장치에 관한 것으로, 보다 자세하게는 누설 자기장에 의해 주변 전기장치에 미치는 영향을 감소시키고 스피커의 무게와 공간을 줄이기 위한 필름 스피커 장치에 관한 것이다.
일반적으로 소리는 매질을 통해서 일정한 속도로 전달되는 유체의 진동 현상의 하나이다. 소리는 매질 속으로 전달해 가는데, 스피커는 콘이 앞뒤로 전진/후진을 거듭하며 음을 발생한다.
저음용 스피커는 우퍼의 콘이 앞으로 전진하는 순간 바로 앞쪽의 공기가 압축된다. 콘이 원래의 자리로 돌아오면 바로 앞의 공기는 처음의 압력(대기압과 같은 압력)으로 돌아오고, 콘이 뒤로 후진하면 바로 앞의 공기는 순간적으로 팽창하여 공기압이 대기압보다 낮아지게 된다. 공기는 스프링과 같이 한쪽에서 발생한 파를 자동으로(에너지를 평형상태로 만들기 위해) 다른 쪽으로 이동시킨다.
이 압력의 변화는 스피커에서 어느 정도 떨어진 점에서 관찰해도 마찬가지이다. 단, 음파가 구 모양으로 퍼져 나가므로 같은 힘=에너지로 더 많은 면적의 공기를 압축 팽창시켜야 하기 때문에 당연히 음원에서 멀리 떨어질수록 압력의 변화는 작아진다.
도 1은 종래기술에 따른 일반적인 스피커의 단면도. 도 1을 참조하면, 라우드 스피커(100)는 크게 진동판(112), 엣지(126), 보이스 코일 보빈(114), 댐퍼(122), 센터 캡(124) 등을 포함하는 진동계와, 마그네트(108), 상판부(106), 요크(102) 등을 포함하는 자기 회로 부분과, 자기회로 부분과 진동계를 지지하고 있는 프레임(110), 가스킷(130), 입력단자(128) 등을 포함한다.
보이스코일 보빈(114)은 자기회로 부분의 센터 캡(124)을 둘러싸고 있으며, 보이스코일(116)은 보이스코일 보빈(114)에 권선된다. 보이스코일 보빈(114)의 상단부 외주면과 프레임(110)의 내주면에 연결된 댐퍼(122)는 중심유지기라고도 불리며 보이스코일 보빈(114) 및 보이스코일(116)을 에어 갭(120)에서 중심을 잡도록 유지해준다.
그리고 댐퍼(122)는 보이스코일(116)의 왕복운동이 가능하게 하는 쭈글쭈글한 콤플라이언스(Compliance)를 갖고 있다. 보이스코일 보빈(114)의 상부는 진동판(112)의 넥(neck) 부분의 내주면을 따라 설치되는 센터 캡(124)에 견고하게 밀착 고정되어 있다. 센터 캡(124)은 더스트 커버(Dust Cover)라고도 불려지며 에어 갭(120) 내로 먼지나 다른 이물질들이 유입하지 못하게 한다.
보이스코일 보빈(114)과 진동판(112)은 보이스코일 보빈(114)의 상단부 외주면과 프레임(110)의 내주면을 연결하는 댐퍼(122)와 프레임(110)의 상부에 연결되며 외부에 노출된 금속형의 엣지(126)에 의하여 지지된다.
상기 구성요소들로 라우드 스피커가 만들어지는데, 보이스코일 보빈(114)의 일단부는 진동판(112), 댐퍼(122), 센터 캡(124)에 연결되어 있으며, 센터폴 요크(104)의 외주면부에 현수 지지된다. 입력단자(128)에 전기적 음성신호가 입력되면 보이스코일 보빈(114)에 권선된 코일은 오디오 앰프(118)로부터 공급된 전류, 그리고 자기회로에 의해 형성된 자장의 영향으로 보이스코일 보빈(114)은 센터폴 요크(104)의 외주면과 외각 극(106, 108)을 중심으로 잘 알려진 플레밍의 왼손 법칙에 따라서 상하로 진동하게 된다.
즉, 보이스코일 보빈(114)이 상측으로 동작되면 진동판(112)이 보이스코일 보빈(114)의 동작에 의해 상측으로 이동하게 되며 '+' 음압이 발생하게 되고, 보이스코일 보빈(114)이 하측으로 동작되면 진동판(112)이 보이스코일 보빈(114)의 동작에 의해 하측으로 이동하게 되며 '-' 음압이 발생하게 된다. 주파수의 범위가 대략 20 Hz ~ 20,000 Hz 정도일 때 비로소 소리로서 인간의 귀로 감지할 수 있다.
그러나, 상기와 같은 종래의 보이스 코일 진동판 스피커는 마그네트와 보이스코일을 이용하여 제작되었기 때문에, 스피커의 주변으로 마그네트에 의한 자기장이 형성되어 주변 전기장치에 영향을 주게 되고, 구동 원리상 스피커의 구성요소를 마그네트, 보이스코일, 이를 고정하기 위한 프레임과 가스킷 등의 철제 부품으로 구성할 수 밖에 없어 무게가 무겁고 큰 부피를 차지하는 문제점이 있었다.
또한, 필름형 스피커는 압전성이 뛰어나고 유연하고 강인한 폴리비닐리덴플로라이드(PVDF) 수지를 이용하여 PVDF 필름 양면에 전도체를 피복하여 사용하고 있다.
그러나 PVDF 및 이의 유도체, 또는 VDF/TrFE(Vinylidene Fluoride/Tri fluoroethylene) 등과 같은 수지는 자체적으로 약 270만 kg/㎡.sec의 음성 임피던스를 나타낼 뿐 아니라, 이를 이용하여 박막 형태의 스피커를 제작하면 콘덴서의 특징을 가지게 되므로 주파수 변화에 따라 음성 임피던스도 크게 변하게 된다. 아울러 필름형 스피커로만 스피커 장치로 구성할 경우에는 저주파수 대역의 음질을 제공하기가 힘든 문제점이 있었다.
따라서, 본 고안은 상기와 같은 종래 기술의 제반 단점과 문제점을 해결하기 위한 것으로, PVDF(Polyvinylidene Fluoride) 기반의 필름 스피커를 이용하여 중, 고주파수 대역의 출력을 담당하고, 저주파수 대역의 출력은 기존의 우퍼 스피커를 결합하여 필름 스피커가 갖는 음질 문제를 일반 스피커와 동일한 특성을 갖도록 구현한 2.2 채널을 사용하는 필름 스피커 장치를 제공함에 본 고안의 목적이 있다.
또한, 본 고안은 PVDF 필름 스피커의 특성과 코일 스피커의 특성이 상이하기 때문에 저주파수 대역을 별도의 채널로 분리하여 신호의 증폭과 전달을 채널별로 각기 다르게 동작되도록 구현한 필름 스피커 장치를 제공함에 다른 목적이 있다.
본 고안의 상기 목적은 입력된 오디오 신호의 저주파 성분 또는 중/고주파 성분을 조절하기 위한 이퀄라이저; 상기 오디오 신호의 주파수 특성을 평탄화하기 위한 노말라이저; 상기 오디오 신호를 증폭하기 위한 제1 앰프; 상기 증폭된 오디오 신호가 필름 스피커에서 구동할 수 있게 전압을 배가하거나 임피던스를 매칭하기 위한 드라이버; 중/고주파 대역 출력용 PVDF 재질의 스피커를 포함하는 좌/우 채널의 필름 스피커 및 입력된 오디오 신호를 차단 주파수 이상의 주파수 성분을 감쇄 또는 제거하기 위한 저역통과필터; 상기 오디오 신호를 증폭하기 위한 제2 앰프; 저주파 대역 출력용 영구자석과 무빙 코일을 사용한 스피커를 포함하는 좌/우 채널의 우퍼 스피커로 구성된 2.2 채널을 사용하는 필름 스피커 장치에 의해 달성된다.
이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 고안자는 그 자신의 고안을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 고안의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 고안의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 고안의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 고안에 따른 필름 스피커 장치의 전체 블럭도. 도 2를 참조하면, 본 고안의 스피커 장치는 2.2 채널을 지원한다. 2.2 채널이란 중, 고주파 대역 좌/우 채널 2개와 저주파 대역 좌/우 채널 2개를 포함한다.
저주파수 대역의 소리는 주파수 범위가 좁아 0.1 채널의 주파수 대역만으로도 충분히 소리를 전달할 수 있으며, 본 고안이 중/고주파 대역의 소리를 좌/우 2개의 채널로 중/고주파 대역용 필름 스피커(240)로 구성된 것처럼 저주파수 대역도 좌/우가 구분된 0.2 채널로 저주파 대역용 우퍼 스피커(270)로 구성한다.
입력된 오디오 신호는 이퀄라이저(Equalizer)(200)를 통해 주파수 대역별로 오디오 신호를 각기 다르게 감쇄된다. 주파수 대역별로 감쇄된 오디오 신호는 노말라이저(Normalizer)(210)를 통해 필름 스피커(240)의 주파수 특성을 보상하기 위한 형태로 가공된다. 이렇게 가공된 오디오 신호는 제1 앰프(220)를 통해 증폭된다. 이퀄라이저(200)는 여러 개의 밴드패스필터를 모아 놓은 필터뱅크(Filter Bank)이며 각기 다른 주파수 대역과 각기 다른 감쇄치를 갖고 있어 특정 대역별로 음량을 조절하게 되어 있다.
이때 필름 스피커(240)의 효율을 감안해 손실분을 포함하여 필름 스피커(240)를 구동시키기에 충분한 크기의 음량을 유지할 수 있도록 제1 앰프(230)의 증폭도를 조절한다. 이렇게 증폭된 오디오 신호로는 정전 특성을 갖는 필름 스피커(240)의 특성상 직접 필름 스피커(240)를 구동할 수 없기 때문에 필름 스피커의 특성에 맞춰 구동이 가능하도록 드라이버(Driver)(230)를 거쳐 필름 스피커(240)를 구동시킨다. 필름 스피커(240)는 PVDF 재질을 기반으로 한 정전형 스피커이다.
필름 스피커(240)는 저주파 대역에서 출력이 약하고 중/고주파 대역에서는 출력이 강한 주파수 특성을 갖고 있기 때문에 필름 스피커(240)에서 출력되는 오디오 신호의 주파수 특성을 개선하기 위하여 입력된 오디오 신호의 저주파 성분을 키우고 중/고주파 성분을 줄이는 역할을 이퀄라이저(200)에서 한다.
이퀄라이저(200)를 거친 오디오 신호의 주파수 특성은 리플(Ripple) 성분을 갖고 있어 평탄한 주파수 특성을 갖기 어려워 신호의 왜곡이 발생할 수 있으므로 노말라이저(210)에서 보정한다.
제1 앰프(220)는 필름 스피커(240)를 구동하기에 충분한 크기로 오디오 신호를 증폭하는데, 이때 필름 스피커(240)의 입력 감도와 출력 효율, 필름 스피커(240) 구동시 발생하는 손실분을 고려하여 오디오 신호를 증폭한다.
드라이버(230)는 고전압 구동 방식을 특징으로 갖는 필름 스피커의 특성에 맞게 제1 앰프(220)에서 출력된 오디오 신호를 필름 스피커(240)를 구동할 수 있게 오디오 신호를 변환한다.
필름 스피커(240)를 구동하기 위해서는 100V 이상의 구동 전압이 필요한데 제1 앰프(220)의 출력이 이에 미치지 못할 경우 신호의 전압을 키워주어야 한다. 이를 위해 드라이버(230)를 구동하기 위해 제1 앰프(220)의 최대 출력 전압이 적은 경우에는 드라이버(230) 즉, 트랜스포머를 사용하여 전압을 배가시킨다.
이때 제1 앰프(220)의 출력 임피던스와 트랜스포머(230)의 1차측 임피던스는 일치하여야 한다. 임피던스가 일치되지 않으면 신호의 왜곡이 발생하고 제1 앰프(220)의 출력을 트랜스포머(230)에 전달하는데 있어 손실이 생기게 된다. 제1 앰프(220)의 출력 임피던스는 4 ~ 32 ohm을 사용한다.
또한, 트랜스포머(230)의 1차측은 제1 앰프(220)의 출력 전력을 충실하게 전달하기 위해 최대 허용 전류를 결정하고 이 최대 허용 전류를 흘리는데 충분한 굵기의 선경(Wire Diameter)을 유지하여야 한다.
트랜스포머(230)의 2차측은 제1 앰프(220)의 최대 출력 전압과 필름 스피커(240)의 구동 전압의 비(ratio)로써 감는 회수를 결정한다. 트랜스포머(230)의 2차측은 필름 스피커(240)를 구동하기에 충분한 전압을 발생시켜야 하므로 1차측의 10배 이상의 턴(Turn) 수를 선정한다.
또한, 필름 스피커(240)를 구동하기 위해서는 100V 이상의 구동 전압이 필요한데 제1 앰프(220)를 고전압 구동 앰프를 사용할 경우에는 제1 앰프(220) 회로 자체가 100V 이상의 고전압에서 구동되는 회로이고, 제1 앰프(220)의 최대 출력 전압이 필름 스피커(240)를 구동하기에 충분히 높다면 트랜스포머(230)는 단순히 임피던스 매칭용으로만 사용된다.
필름 스피커(240)의 입력 임피던스가 매우 높기 때문에 제1 앰프(220)의 출력 임피던스와 상당한 차이가 나며 이로 인해 신호의 왜곡과 손실이 발생하게 된다. 이를 방지하기 위해서는 트랜스포머(230)의 1차측은 제1 앰프(220)의 출력 임피던스와 동일하게 맞추고 2차측은 필름 스피커(240)의 입력 임피던스와 동일하게 맞춘다. 필름 스피커(240)의 입력 임피던스는 수 백 킬로 ohm을 넘는다.
트랜스포머(230)의 1차측은 제1 앰프(220)의 출력 전력을 충실하게 전달하기 위해 최대 허용 전류를 결정하고, 이 최대 허용 전류를 흘리는데 충분한 굵기의 선경을 유지하여야 한다.
다음, 입력된 오디오 신호는 저역통과필터(Low Pass Filter, LPF)(250)에서 특정 차단 주파수 이상의 오디오 신호를 대폭 감쇄 또는 제거시키게 된다. 이렇게 특정 차단 주파수 이상의 고주파 성분을 제거시키거나 특정 차단 주파수 이하의 오디오 신호의 저주파 성분만을 제2 앰프(260)에서 증폭하여 우퍼 스피커(270)를 구동시킨다. 상기 우퍼 스피커(270)는 좌/우 채널별로 특정 차단 주파수 이하의 저주파 대역 신호를 혼합하지 않고 각각 분리된 채로 재생하는 것이 바람직하다.
제2 앰프(260)는 우퍼 스피커(270)를 구동할 수 있게 오디오 신호를 증폭한다. 이때 우퍼 스피커(270)의 출력 효율과 우퍼 스피커(270) 구동시 발생하는 손실분을 고려하여 오디오 신호를 증폭한다. 우퍼 스피커(270)는 영구자석과 무빙 코일 등의 부품으로 만들어진 저주파 대역 신호 출력용 스피커이다.
상기와 같이 본 고안의 필름 스피커 장치는 중/고주파용 필름 스피커와 저주파용 우퍼 스피커를 2.2 채널로 구성하여 사용한다.
도 3a 내지 도 3c는 본 고안에 따른 주파수 특성 그래프이고, 도 4는 본 고안에 따른 필터 뱅크로 구성된 이퀄라이저의 구성도이다. 도 3a 내지 도 3c 및 도 4를 참조하면, 오디오 입력 신호는 여러 개의 밴드패스필터(Band Pass Filter, BPF)(400, 410, 420, 430)로 구성된 이퀄라이저를 거쳐 저주파 대역이 강조된 주파수 특성을 갖는 신호로 가공된다. 이퀄라이저를 거친 오디오 신호의 주파수 특성은 리플 성분을 갖고 있어 평탄한 주파수 특성을 갖기 어렵기 때문에 신호의 왜곡이 발생할 소지가 크므로 노말라이저에서 이를 보정한다.
본 고안은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 고안의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
따라서, 본 고안의 2.2 채널을 사용하는 필름 스피커 장치는 중, 고주파수 대역은 PVDF의 스피커로 출력하고, 저주파수 대역은 우퍼 스피커로 출력함으로써, 스피커 장치의 무게와 부피를 획기적으로 줄일 수 있고, 스피커 장치로부터 발생하는 자기장을 비용의 증가없이 최소화하는 효과가 있다.
또한, 본 고안은 좌/우 채널별로 오디오 신호의 저주파 성분을 분리된 그대로 출력함으로써, 저주파 성분도 현장감을 느낄 수 있고, 다양한 디자인의 적용과 인쇄도 가능한 효과가 있다.
도 1은 종래기술에 따른 일반적인 스피커의 단면도,
도 2는 본 고안에 따른 필름 스피커 장치의 전체 블럭도,
도 3a 내지 도 3c는 본 고안에 따른 주파수 특성 그래프,
도 4는 본 고안에 따른 필터 뱅크로 구성된 이퀄라이저의 구성도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
200 : 이퀄라이저 210 : 노말라이저
220 : 제1 앰프 230 : 드라이버
240 : 필름 스피커 250 : 저역통과필터
260 : 제2 앰프 270 : 우퍼 스피커
400 ~ 430 : 밴드패스필터

Claims (5)

  1. 입력된 오디오 신호의 저주파 성분 또는 중/고주파 성분을 조절하기 위한 이퀄라이저; 상기 오디오 신호의 주파수 특성을 평탄화하기 위한 노말라이저; 상기 오디오 신호를 증폭하기 위한 제1 앰프; 상기 증폭된 오디오 신호가 필름 스피커에서 구동할 수 있게 전압을 배가하거나 임피던스를 매칭하기 위한 드라이버 및 중/고주파 대역 출력용 PVDF 재질의 스피커를 포함하는 좌/우 채널의 필름 스피커; 및
    입력된 오디오 신호를 차단 주파수 이상의 주파수 성분을 감쇄 또는 제거하기 위한 저역통과필터; 상기 오디오 신호를 증폭하기 위한 제2 앰프 및 저주파 대역 출력용 영구자석과 무빙 코일을 사용한 스피커를 포함하는 좌/우 채널의 우퍼 스피커
    를 포함하는 2.2 채널을 사용하는 필름 스피커 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 우퍼 스피커는 좌/우 채널별로 특정 차단 주파수 이하의 저주파 대역 신호를 혼합하지 않고 각각 분리된 채로 재생하는 것을 특징으로 하는 2.2 채널을 사용하는 필름 스피커 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 이퀄라이저는 여러 개의 밴드패스필터를 모아 놓은 필터 뱅크인 것을 특징으로 하는 2.2 채널을 사용하는 필름 스피커 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 앰프의 최대 출력 전압이 100V 이하인 경우에 트랜스포머를 사용하여 전압을 배가하는 것을 특징으로 하는 2.2 채널을 사용하는 필름 스피커 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 앰프의 최대 출력 전압이 100V 이상인 경우에 트랜스포머는 임피던스 매칭용으로 사용하는 것을 특징으로 하는 2.2 채널을 사용하는 필름 스피커 장치.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101376179B1 (ko) * 2012-08-20 2014-03-20 주식회사 이엠텍 음압 조절 기능을 지닌 음향변환장치

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WO2014027793A1 (ko) * 2012-08-14 2014-02-20 주식회사 이엠텍 음압 조절 기능을 지닌 음향변환장치
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