KR20210132304A - 산업용음향 장치 및 음향 장치를 제조하는 방법 - Google Patents

Abstract

영역과 동작 주파수 범위를 갖는 격판(10)으로서 동작 주파수 범위에서 공진 모드를 가지는 격판(10), 격판(10)에 결합되 고 격판과 에너지를 교환하도록 구성된 구동부를 갖는 전자기계적 트랜스듀서, 및 격판에 결합되거나 격판과 통합된 적어 도 하나의 기계적 임피던스 수단(20, 22, 24)을 구비한 음향 장치로서, 트랜스듀서의 구동부(26)와 적어도 하나의 기계적 임피던스 수단(20, 22, 24)의 위치 및 질량은 격판(10)의 영역에 걸친 네트 가로축 모드 속도가 0으로 되도록 구성되어 있 다. 피스톤 대 모드 천이(Piston-to-modal Transition)를 포함하는 영역을 가지고 동작 주파수 범위를 갖는 격판을 구비 한 음향 장치를 제조하는 방법은, 동작 주파수 범위에서 공진 모드를 갖도록 격판 파라미터를 선택하는 단계; 격판과 에너 지를 교환하도록 격판에 전자기계적 트랜스듀서의 구동부를 결합하는 단계; 격판에 적어도 하나의 기계적 임피던스를 추 가하는 단계; 및 영역에 걸친 네트 가로축 모드 속도가 0으로 향하도록 적어도 하나의 기계적 임피던스 수단의 파라미터와 위치 및 트랜스듀서의 구동부의 위치와 질량을 선택하는 단계를 포함한다.

Description

산업용음향 장치 및 음향 장치를 제조하는 방법{ACOUSTIC DEVICE AND METHOD OF MAKING ACOUSTIC DEVICE}

본 발명은 확성기와 마이크로폰과 같은 음향 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 굴곡파 장치에 관한 것이다.

제 1 원칙으로부터, 피스톤형 확성기 격판에 가해진 포인트 포스(Point Force)는 자연스럽게 편평한 주파수 응답을 제공 하지만, 고주파에서는 감소하는 세기 응답을 제공한다. 이는 방출된 파장이 격판의 길이 l이나 원형 격판에 대한 반직경 즉 반경 a와 견줄 수 있게 되면서, 다시말해 ka가 2보다 크거나 kl이 4보다 큰 경우에 변화하는 방출 커플링(Radiation Coupling) 때문이다(k는 파수 주파수(Wave Number Frequency)). 그러나, 이론적인 자유 탑재형 굴곡파 패널 스피커의 경우, 순수 포스, 즉 무질량 포인트 구동은 주파수 대 편평한 음압과 편평한 음력 양자를 제공한다.

실제의 굴곡파 패널은 서스펜션상에 지지되어 있고, 질량을 포함한 복합적인 구동 포인트를 가진 여자기를 가지고 있다. 그러한 물체는 이론적인 기대에 비해 평탄하지 못한 주파수 응답을 보여주게 된다. 이는 패널의 모드 동작을 불균형 화하는 현존하는 다양한 질량과 컴플라이언스(Compliance) 때문이다. 모드 밀도가 충분히 높은 경우, 시스템은 모드가 보 다 균일한 음향 응답을 위해 주파수에 걸쳐서 유리하게 분산되도록 설계될 수 있다. 그러나, 이 분산 모드 방법은 충분한 주파수 응답을 구축하기에는 모드가 희박하고 전반적으로 불충분한 경우 낮은 굴곡 주파수에서 그렇게 효과적이지 못하 다.

피스톤형 또는 전체 몸체 범위에 대해 갭을 매워주면서 최하 굴곡 주파수까지의 편평한 압력과 세기 응답의 목적은 모드 조정의 이론적인 조건을 재설정할 것을 요구한다. 이것이 이루어질 수 있다면, 수정된 모드 조정은 원하는 이론적 조건에 대한 실제 패널의 음향 반응을 교정할 것이다. 이는, 세기나 주파수의 용어로 방출되는 응답이 구동 포인트 질량에 독립적 인 경우에, 새로운 계층의 확성기 라디에이터를 제공할 것이다.

트랜스듀서와 실제 격판을 구비한 확성기 및 구동 방법의 설계자에 대한 목표는 주파수에 본질적으로 독립적인 동작을 얻 는 것이다. 일단 1차 목적이 달성되면, 다른 필요한 특성을 설계자가 구현할 수 있다.

본 발명에 따르면, 영역을 가지고 동작 주파수 범위를 가지며, 상기 동작 주파수에서 공진 모드를 갖도록 이루어진 격판 (Diaphragm); 상기 격판에 결합되어 상기 격판과 에너지를 교환하도록 구성된 구동부를 갖는 전자기계적인(Electro- mechanical) 트랜스듀서; 및 상기 격판에 결합되거나 상기 격판과 통합된 하나 이상의 기계적인 임피던스 수단을 구비하 며, 상기 트랜스듀서의 구동부와 상기 하나 이상의 기계적인 임피던스 수단의 질량과 위치는, 상기 격판의 상기 영역에 걸 친 네트 가로축 모드 속도(Net Transverse Modal Velocity)가 0으로 향하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 음향 장치 가 제공된다.

본 발명의 제 2 측면에 따르면, (청구항 45).

적어도 하나의 기계적 임피던스 수단의 기계적 임피던스 Z(ω)는 다음과 같이 정의된다.

Z(ω) = j·ω·M(ω) + k(ω)/(j·ω) + R(ω)

여기서, ω는 라이안/초 단위의 주파수이고, M(ω)는 요소의 질량이고, k(ω)는 요소의 경도이고, R(ω)는 요소의 댐핑이다.

적어도 하나의 기계적인 임피던스 수단은 격판에 결합된 예컨대 질량이나 서스펜션 등의 불연속적인 요소일 수 있다. 선택 적으로는, 격판은 선택된 위치에서 적어도 하나의 기계적 임피던스 수단을 제공하는 영역에 따라 변하는 질량, 경도 및/또 는 댐핑을 가질 수 있다. 이러한 방식으로, 기계적 임피던스 수단은 격판과 통합된다. 예컨대, 격판은 예컨대 몰딩 프로세 스(Moulding Process)에 의해 격판의 한쪽 혹은 양쪽 면상의 평면으로부터 나온 리지(Ridge)나 돌기를 포함한 채 변화하 는 두께로 형성될 수 있다. 리지나 돌기는 기계적 임피던스 수단으로서 동작할 수 있다.

영역에 걸친 네트 가로축 모드 속도는 위상 캔슬에 의해 영향을 받지 않는 rms(Root Mean Square) 가로축 변위를 계산함 으로써 정량될 수 있다. 예를 들어, 원형 격판의 경우, rms 가로축 변위는 다음 식으로 계산된다.

여기서, R은 격판 반경이고, Ψ(r)은 모드 형태이다.

특정한 음향 장치의 이점에 대한 측정은 다음 식으로 계산 가능하다.

상대적인 평균 변위 Ψ rel = Ψ mean /Ψ rms

여기서, 원형 격판의 경우는 다음과 같다.

평균 가로축 변위는 최상의 조정을 위해 낮아야 한다. 영역에 걸친 네트 가로축 모드 속도가 0이면, 상대적인 평균 변위도 0이 된다. 최악의 경우, 상대적인 평균 변위는 1과 같다. 영역에 걸친 네트 가로축 모드 속도가 0으로 향하는 것을 달성하 기 위해, 상대적인 평균 변위는 0.25보다 작거나 0.18보다 작을 수 있다. 즉, 0으로 향하는 영역에 걸친 네트 가로축 모드 속도는 상대적인 평균 변위가 rms 가로축 속도의 25%보다 작고, 바람직하게는 18%보다 작을 때 달성 가능하다.

0인 네트 가로축 모드 속도에 대해, 격판의 모드는 "전체 몸체 변위"나 "피스톤" 모드는 제외하고 모드가 0의 평균 변위를 갖는 정도(즉, 제너레이터 평면 위의 모드 형태로 포위된 영역이 그 평면 이하의 영역과 같은 경우)까지 관성적으로 조정될 필요가 있다. 이는 네트 가속과 그에 따른 축상(On-axis) 압력 응답이 어떠한 주파수에서도 동작의 피스톤 성분에 의해서 만 결정된다는 것을 의미한다.

예컨대 포인트 소스에 의해 구동되는 자유단을 가진 균일한 유닛 당 질량(Mass-per-unit) 영역의 판과 같이, 모든 비피스 톤형 모드가 0의 평균 변위를 갖는 넓은 계층의 물체가 있다. 그러나, 그러한 물체는 이론적인 음향 장치를 나타내는데, 이 는 실제적으로 포인트 구동과 자유단을 달성할 수 없기 때문이다.

0으로 향하는 네트 가로축 모드 속도는, 이상적인 이론적 장치의 경우(즉, 자유롭게 진동하는 격판)에 비교하여, 노드 윤곽 (Nodal Contour)과 그에 따라 실제 음향 장치의 모드 및 속도 프로파일을 수학적으로 매핑함으로써 달성될 수 있다. 수학 의 경우, 매핑은 1개 세트 X의 각 요소 x를 다른 세트 Y의 유일한 요소 y에 연관짓는 규칙이다. 따라서 매핑은 y=f(x)라는 함수 f로서 표현된다. x로부터 매핑되지 않은 요소가 없고 x의 각 값이 y의 단 하나의 값에만 할당되는 경우에 매핑이 존재 한다고 말할 수 있다.

이를 실현하는 한가지 방법은 구동 포인트 임피던스 Zm이 최대이거나 어드미턴스 Ym이 이상적인 이론적 음향 장치의 모 드에 대해 최소인 위치를 계산하고 구동부 및/또는 적어도 하나의 기계적 임피던스 수단을 이들 위치에 탑재하는 것이다. 어드미턴스는 임피던스의 역이다(Zm = 1/Ym).

예를 들어, 원형 케이스의 경우, 위치는 중앙과 주변부 사이의 격판의 구동 직경을 변경하고, 구동 직경이 변함에 따른 평 균 구동 포인트 어드미턴스를 계산하고, 그 어드미턴스 최소치에 의해 주어진 위치에서 기계적 임피던스를 추가함으로써 연산될 수 있다.

임피던스 Zm과 어드미턴스 Ym은 모드 합계로부터 계산되므로, 이들 값은 함계에 포함된 모드의 개수에 따라 달라진다. 제 1 모드만 고려된다면, 그 모드의 노드 라인에 꽤나 인접하거나 그 위에 해당 위치가 놓이게 된다. 더욱 일반적으로는, 위 치는 고려된 최고조 모드의 노드 근처에 존재하려는 경향이 있지만, 다른 모드의 영향으로 인해 정확히 일치하지 않을 수 도 있다. 그럼에도 불구하고, 디자인 솔루션을 위해 선택된 최고조 모드의 노드 라인의 위치는 수용할만하다. 첫번째 3가 지 모드로부터의 솔루션은 첫번째 2가지 모드 등으로부터의 솔루션의 정도는 아니다. 위치는 평균적인 노드 위치가 되도 록 고려될 수 있으며, 그에 따라 트랜스듀서의 구동부 및/또는 적어도 하나의 기계적 임피던스 수단은 동작 주파수에 있어 서 모드의 평균적인 노드 위치에 배치될 수 있다.

어드미턴스를 이용하는 것 대신에, 기계적 임피던스 수단에 대한 위치는 기계적 임피던스 수단이 시스템의 통합부인 모델 을 정의하고 그 모델을 네트 볼륨 변위(Net Volume Displacement)가 0으로 향하도록 최적화함으로써 연산될 수 있다. 예 컨대 원형 격판의 경우, 모델은 링의 접합부에서 원형선 질량을 가지고 동일 물질의 중앙 링을 구비한 디스크로서 정의될 수 있다. 네트 볼륨 변위는 다음으로부터 계산될 수 있다.

여기서, R은 격판 반경이고, Ψ(r)은 모드 형태이다.

선택적으로는, 기계적 임피던스 수단에 대한 위치는 기계적 임피던스 수단이 시스템의 통합부인 모델을 정의하고, 0으로 향하는 상대적인 평균 변위를 제공하도록 모델을 최적화함으로써 얻을 수 있다.

다양한 방법의 조합을 사용할 수도 있는데, 예컨대 기계적 임피던스 수단이 제 3 모드의 노드 라인에 탑재되고, 첫번째 2가 지 모드를 반영하도록 최적화를 사용할 수도 있다.

트랜스듀서 위치는 평균적인 저속 위치, 즉 어드미턴스 최소점이다. 표준 분산 모드 확성기에 대한 표준 이론은 트랜스듀 서를 가장 부드러운 임피던스를 갖는 위치에 탑재하여, 가능한 한 많은 모드에 가능한 한 균등하게 결합하도록 하는 것이 다. 따라서, 일 관점에서 보면, 상기 발명은 분산 모드의 경우와는 다르다.

격판 파라미터는 형태, 사이즈(개구율), 굴곡 경도, 표면 영역 밀도, 절단율, 이방성 및 댐핑을 포함한다. 파라미터는 다양 한 어플리케이션에 대한 성능을 최적화하기 위해 선택될 수 있다. 예컨대, 5 내지 8cm 직경 길이의 소형 격판의 경우, 격판 재료는 필요한 상부 주파수 동작 범위에서 2가지 모드만을 가지는 비교적 굳은 경량 격판을 제공하도록 선택될 수 있다. 2 가지 모드만 존재하므로, 이들 모드를 조정함으로써 비교적 저렴하게 좋은 음 방출을 달성할 수 있다. 선택적으로는, 예컨 대 피스톤 범위에서 좋은 저주파 세기를 갖는 길이 내지 직경이 25cm인 대형 패널에 대해, 격판 재료와 두께는 예컨대 1kHz 이상의 중역에서 제 1 모드를 배치하도록 선택될 수 있다. 7번째 이상까지의 일련의 모드는 그 후 좋은 세기 균일성 을 갖는 광범위한 주파수 응답과 잘 유지되는 축 외 주파수 응답을 달성하도록 조정될 수 있다.

설계에 있어서, 파라미터 변화의 상대적인 효과는 관련성이 있으며, 모드 방출의 조정은 굴곡 경도보다 표면 영역 밀도의 균일성에 보다 의존적이다. 예를 들어, 단순 원형 격판의 경우, 2:1까지의 굴곡 경도의 이방성은 성능에 적절한 효과만을 나타내며, 4:1까지도 용인할 수준이다. 고절단(High Shear)은 높은 주파수에서 효과적인 감쇠를 형성하도록 활용 가능하 다.

트랜스듀서는 천이에 있어서 격판을 이동하도록 구성될 수 있다. 트랜스듀서는 자석 시스템과 구동부를 형성하는 보이스 코일을 가진 이동 코일 장치일 수 있다. 탄력성 서스펜션은 섀시에 격판을 결합한다. 자석 시스템은 섀시에 접지될 수 있 다. 서스펜션은 동작 주파수 범위에 있어서 모드의 평균 노드 위치에 배치될 수 있다. 보이스 코일이 격판에 결합되는 위치 는 상기 서스펜션이 격판에 결합되는 위치에 비해 다른 위치일 수 있다.

동작 주파수 범위는 피스톤 대 모드 천이(Piston-to-modal Transition)를 포함할 수 있다. 격판 파라미터는 2개 이상의 격판 모드가 피스톤 범위 위에서 동작 주파수 범위 내에 존재하도록 될 수 있다.

격판은 원형 주변부와 질량 중심을 가지고 있다. 격판의 주변부는 제 1 격판 모드가 ka=2 이하로 되게 이루어질 수 있으며,

여기서 k는 파수이고, a는 미터 단위로 측정된 격판 반경이며, k의 단위는 m -1 이다. 예를 들어, 이것은 적절한 경도를 갖는

패널 재료를 선택함으로써 달성 가능하다. 패널 재료의 경도는 방향성을 제어하는데 도움이 되도록 합치 주파수 (Coincidence Frequency)를 배치하는데 사용될 수도 있다.

격판은 굴곡 경도에 관해 이방성을 가질 수 있다. 굴곡 경도의 적당한 격판 이방성은 결과적인 모드 위치를 평균내는 rms 에 의해 제작 가능하다. 예들 들어 x=2y인 타원형 격판의 경우, 순수 원형 등가 모드 결과는 16:1의 대응하는 경도율로 구 현될 수 있다. 이러한 방식으로, 격판은 구현이면서 이방성 재료의 원형 격판과 같이 동작하도록 굴곡 경도에 대해 이방성 을 가질 수 있다.

원형 케이스의 예에 있어서 이방성은 공진 모드의 실제 주파수를 변경하지만, 원형 모드 동작은 강해서 격판에 그 자체를 고집한다. 상술한 바와 같이, 4:1까지의 적당한 이방성은 무방하다.

하나 이상의 기계적 임피던스 수단은 원형이거나 타원형일 수 있는 환형 질량의 형태로 될 수 있다. 몇몇 환형 질량은 동작 주파수 범위의 모드의 평균 노드 위치에서 격판과 결합되거나 격판에 통합될 수 있다. 질량은 격판의 중앙을 향해 중량에 있어서 감소할 수 있다. 각각의 환형 질량은 불연속적인 질량의 배열로 형성될 수 있다. 3개 이상의 그와 같은 질량은 충분 할 수 있으며, 6개의 그러한 질량은 연속적인 환형 질량에 등가가 되기에 충분하다. 질량 및/또는 서스펜션의 질량은 보이 스 코일 질량에 비교될 수 있다.

댐핑 수단은 높은 패널 속도의 위치에서 격판과 통합되거나 그 위에 배치될 수 있으며, 이로써 선택된 모드가 감쇠한다. 원 형 혹은 타원형 패널의 경우, 댐핑 수단은 높은 패널 속도의 고리에 배치된 패드의 형태일 수 있다. 굴곡파 장치에서, 높은 패널 속도의 영역은 패널의 최대 만곡 영역이다. 댐핑(제한형 레이어 혹은 비제한형 레이어)은 가능한 최대 각도로 구부러 짐으로써 최대로 팽팽하게 될 때 가장 효과적이다.

모든 주파수에 대해, 비록 중앙 댐핑이 바람직하지만, 패널의 중앙과 모서리에서의 최대 굴곡 만곡이 존재하므로, 중앙 및/ 또는 모서리 댐핑을 이용하는 것으로 알려져 있다. 그러나, 서로 다른 모드 차수에 대해, 중앙과 모서리 영역 사이의 서로 다른 직경 비율에서 높은 패널 속도의 영역이 역시 존재한다. 따라서, 중앙 및/또는 모서리 영역에서만의 댐핑 사용은 정확 하게 감쇠하는 축상 응답을 제공하지만, 비감쇠하는 고속 영역으로부터의 축 외 기여분은 축 외 응답의 적당한 감쇠가 없 음을 의미한다. 높은 패널 속도의 고리에 댐핑 패드를 배치하여 이 문제를 해결한다.

모드는 음향 응답에 있어서 원치 않는 피크를 유발하기 때문에 선택되며, 댐핑 패드의 효과는 이 피크를 줄이거나 제거하 는 것이다. 댐핑은 부가적인 것이 아니며, 서로 다른 모드는 상이한 위치에서 댐핑이 존재할 것을 요구한다. 댐핑 패드는 예컨대 더 많은 댐핑 정확도가 필요한 경우에 하나 이상의 위치에 탑재될 수 있다. 그러나, 전체 패널을 덮는 전반적인 댐 핑 레이어를 적용하는 것은 피해야 한다.

하나의 선택된 모드나 선택된 모드들만 감쇠시킴으로써, 전체 패널을 댐핑할 필요가 없어지고, 따라서 민감도에 있어서의 손실이 없다. 선택된 모드의 전부가 댐핑될 수 있다. 즉, 축상 및 축외가 모두 댐핑될 수도 있다. 또한, 저주파 모드는 충분 히 댐핑되지 않으며, 따라서 댐핑 모드 이하의 확성기 동작은 보존된다.

댐핑 패드는 연속적인 고리형 패드일 수 있으며, 비원형 댐핑의 작은 조각이 사용되도록 구획되어 있을 수 있다. 선택적으 로는, 댐핑될 필요가 있는 응답 피크의 크기에 따라서, 고리의 일부만이 감쇠될 수 있다.

원형 및 타원형 형태에 있어서, 격판 반경상에 노드 라인을 갖는 축 모드와 격판 주변부로 집중된 노드 라인을 갖는 반경 모드의 2가지 유형의 모드가 존재한다. 축 모드는 2차적인 모드로서 보통 음향적으로 중요하지 않다. 그러나, 필요하다면 이들도 기계적 임피던스 수단의 협력적인 조정에 의해 감쇠되거나 최소화될 수도 있다. 예컨대, 격판의 평면에 있어서의 경도는 반경 모드의 조정에 영향을 주지 않고 축 모드에 관해 격판을 강화한다. 축 모드는 일부 문서에서 "벨" 모드라고 부 르기도 한다.

격판 파라미터는 동작 주파수 범위에서 2개의 격판 반경 모드가 존재하도록 선택될 수 있다. 환형 질량은 0.39 및 0.84의 직경 비율의 전부에서 실질적으로 배치되며, 이로써 이들 2가지 모드가 조정된다. 제 3 반경 모드가 동작 주파수 범위에 있 는 경우, 댐핑 패드는 직경 비율 0.43과 0.74의 어느 하나 혹은 모두에 배치될 수 있다. 선택적으로는, 환형 질량은 0.26, 0.59 및 0.89의 직경 비율의 어느 하나 혹은 전부에서 실질적으로 배치되고, 이로써 첫번째 3가지 모드가 조정된다.

만약 제 4 반경 모드가 주파수 범위 내에 있다면, 댐핑 패드는 0.32, 0.52 및 0.77의 직경 비율 중 어느 하나 혹은 전부에서 배치될 수 있으며, 이로써 제 4 모드가 감쇠된다. 선택적으로는, 환형 질량은 0.2, 0.44, 0.69 및 0.91의 직경 비율의 어느 하나 혹은 전부에서 실질적으로 배치되며, 이로써 첫번째 4가지 모드가 조정된다.

제 5 반경 모드가 주파수 범위에 있는 경우, 댐핑 패드는 0.27, 0.48, 0.63 및 0.81의 직경 비율 중 어느 하나 혹은 전부에 서 배치될 수 있으며, 이로써 제 5 모드가 감쇠된다. 선택적으로는, 환형 질량은 0.17, 0.35, 0.54, 0.735 및 0.915의 직경 비율의 어느 하나 혹은 전부에서 실질적으로 배치될 수 있다. 만약 주파수 범위에 추가적인 모드가 존재한다면, 더 많은 모 드가 선택되어 설명한 기본 방식을 따라 조정이 이루어질 수 있다.

격판은 환형일 수 있다. 아래의 테이블은 패널의 반경이 0.05 내지 0.35인 범위의 홀 사이즈에 대해 보이스 코일과 질량의 가능한 환형 위치를 나타낸다. 최내측 위치는 홀 사이즈에 의해 가장 영향을 많이 받는다.

2가지 반경 모드가 고려되는 경우의 위치:

3가지 반경 모드가 고려되는 경우의 위치:

4가지 반경 모드가 고려되는 경우의 위치:

예를 들어, 격판은 직경 비율 0.20인 홀을 구비하고, 환형 질량은 0.33, 0.62 및 0.91 직경 비율의 어느 하나 혹은 전부에서 실질적으로 배치될 수 있으며, 이로써 3가지 모드가 조정된다. 선택적으로는, 환형 질량은 0.23, 0.46, 0.7 및 0.92 직경 비율의 어느 하나 혹은 전부에서 실질적으로 배치될 수 있으며, 이로써 4가지 모드가 조정된다.

격판은 전체적으로 사각형이고 질량 중심을 가질 수 있다. 격판의 파라미터는 제 1 격판 모드가 kl=4 이하로 되게 이루어

질 수 있으며, 여기서 k는 모드수(단위는 m -1 )이고, l은 m 단위의 패널 길이이다.

서스펜션, 트랜스듀서의 구동부 및/또는 하나 이상의 기계적 임피던스 수단은 격판의 주변부와 질량의 중심에서 먼 반대편 위치에 배치될 수 있다. 격판이 단위 면적당 균일한 질량을 갖는 경우, 이들 반대편 위치는 질량 중심으로부터 같은 거리일 수 있다. 기계적 임피던스 수단은 격판의 질량 중심에서 이격된 반대편 위치에서 배치된 한쌍의 질량의 형태일 수 있다.

격판은 연장된 사각형 표면 영역을 가진 빔 형태일 수 있으며, 모드는 그 빔의 긴 축을 따르게 된다. 트랜스듀서, 질량의 쌍 및/또는 서스펜션은 빔의 긴 축을 따라 격판에 결합될 수 있다.

동작 주파수 범위에 2가지 모드가 존재한다면, 질량 쌍은 0.29 및 0.81의 질량 중심으로부터의 비율 중 어느 하나 혹은 전 부에서 실질적으로 배치될 수 있다. 질량 쌍은 0.19, 0.55 및 0.88의 질량 중심으로부터의 비율 중 어느 하나 혹은 전부에 서 실질적으로 배치될 수 있으며, 이로써 3가지 모드가 조정된다. 선택적으로는, 4가지 모드가 조정되는 경우, 질량 쌍은 0.15, 0.4, 0.68 및 0.91의 질량 중심으로부터의 비율 중 어느 하나 혹은 전부에서 실질적으로 배치될 수 있다. 선택적으로 는, 5가지 모드가 조정되는 경우, 질량 쌍은 0.11, 0.315, 0.53, 0.74 및 0.93의 질량 중심으로부터의 비율 중 어느 하나 혹 은 전부에서 실질적으로 배치될 수 있다. 설계에 있어서, 더 큰 수의 모드를 선택하여 설명한 바와 같은 기본 방식에 따라 조정이 이루어질 수 있다.

빔형 격판의 경우, 빔의 짧은 축에 평행한 노드 라인을 갖는 모드와 빔의 긴 축에 평행한 노드 라인을 갖는 크로스 모드의 2 가지 모드가 존재한다. 크로스 모드는 2차적인 모드로서 대체적으로는 고주파를 제외하고는 음향적으로 중요하지 않다. 트랜스듀서 직경 대 패널 폭의 비율은 약 0.8의 값을 가지고, 이로써 가장 낮은 크로스 모드가 효과적으로 억제될 수 있다.

빔이 가변 두께인 경우, 상술한 바와 같은 비율 개념은 경도 변화에 의해 결정되는 평균 노드 영역에 관한 거리로 대체될 수 있다. 경도의 대칭 분산에 대해, 기준으로 중앙을 사용하는 것은 중앙으로부터의 반경에 동등한 센스와 관련된 것이지 만, 빔이 경도의 비대칭 분산을 갖는 경우에는 구동 및 질량에 대한 위치가 빔의 일단으로 지정된다.

상술한 실시형태 각각에 있어서, 트랜스듀서 보이스 코일은 상기 비율 중 하나로 격판에 결합될 수 있다. 원형이나 환형 격 판의 경우, 보이스 코일은 격판상에 동심원적으로 탑재될 수 있다.

사각 패널의 경우, 한 쌍의 트랜스듀서가 서로 다른 비율을 갖는 2개의 반대편 위치에서 혹은 동일한 비율을 각각 갖는 반 대편 위치에서 탑재될 수 있다. 선택적으로는, 단일 트랜스듀서가 그 구동부가 동일 비율을 갖는 2개의 반대편 위치를 구 동하도록 탑재될 수 있다. 선택적으로는, 트랜스듀서와 조정 질량은 동일 비율을 갖는 반대편 위치에 탑재될 수 있으며, 질 량은 피스톤 범위에 대해 격판을 동적으로 보상한다. 그러나, 격판의 피스톤 동작이 필요하지 않으면 그러한 격판 흔들림 을 피하기 위한 질량 보상이 제한 조건이 아니라는 점에 주의한다.

확성기는 경량의 리지드(Rigid)형 커플러의 형태인 사이즈 어댑터일 수 있으며, 이는 구동이 평균적으로 노드 위치에서 존 재하도록 적당한 편리한 경제적인 프레임에 맞춰지도록 선택된 보이스 코일의 사이즈를 조절한다. 커플러는 제 1 직경에 서 트랜스듀서에 결합될 수 있으며, 제 2 직경에서 격판에 결합된다. 제 2 직경은 동작 주파수 범위에서 모드의 제 1 평균 노드 위치인 환형 위치일 수 있다.

커플러는 프루스토 코니컬(Frusto-conical)일 수 있다. 제 1 직경은 제 2 직경보다 크며, 이로써 대형 코일 어셈블리가 반 전 커플러에 의해 소형 구동 로커스(Locus)에 적응되고, 소형 코일 어셈블리가 프루스토 코니컬 커플러의 소형 단을 보이 스 코일 어셈블리에 고정하고 대형 단을 격판에 고정함으로써 대형 로커스에 적응될 수 있다.

추가적인 이점은 소형 코일 구동에서 기대되는 고주파에 대한 세기 응답을 보존하면서 고출력 용량과 효율을 위한 초과 사 이즈의 보이스 코일 어셈블리를 사용하는 가능성으로 얻어질 수 있다. 반대로, 적당한 비용의 소형 보이스 코일 어셈블리 는 대형 구동 서클에 이제 적응될 수 있다. 이 경우, 제 1 직경은 제 2 직경보다 더 작을 수 있다. 예를 들어, 원형 격판에 대 한 최고 주파수에 대한 보다 넓은 방향성을 위해, 설계자는 직접적으로 구동되거나 감소하는 커플러를 통해서인지에 따라 소형 보이스 구동 서클을 선택한다. 선택적으로는, 고효율과 최대 소리 레벨이 필요한 경우, 예컨대 격판상에 보다 큰 반경 평균 노드 라인의 대형 구동 서클에 적응된 대형 보이스 코일을 사용한다.

서스펜션은 실질적으로 외측 비율 중 어느 것으로도 격판에 결합될 수 있다. 서스펜션에 대한 적당한 재료는 몰드형 (Moulded) 고무나 탄성 폴리머 셀룰러 폼형 플라스틱(Elastic Polymer Cellular Foamed Plastic)을 포함한다. 서스펜션 의 유효 질량은 주파수에 따라 조금씩 이동할 수 있으며, 질량 자체는 주파수에 따라 변할 수 있다. 이는 서스펜션의 구조 와 구성이 동작이 주파수에 따라 변하는 복합적인 기계적 임피던스를 낳을 수 있기 때문이다.

설계에 있어서, 패널상의 서스펜션의 물리적 위치는 동작 주파수 범위에서의 최적의 전반적인 조합을 찾도록 조정될 수 있 다. 추가적으로 혹은 선택적으로, 서스펜션의 동작은 예컨대 유효 질량 중심, 댐핑 및 경도를 확실히 하기 위해 FEA 등으 로 모델링될 수 있으며, 이에 따라 패널상에서의 위치를 용이하게 한다.

기계적 임피던스 수단의 위치상에서 +/- 5% 내지 +/- 10% 사이의 오차는 격판 특성에 따라 용인된다. +/- 5% 내지 +/ - 10% 사이의 오차도 용인된다. 보통, 질량을 변경하기 위한 오차는 위치 변경을 위한 것보다 크다.

격판은 바람직하게는 자기 지지의 의미에 있어서 리지드형인 것이 좋다. 격판은 단일체형, 레이어형 혹은 복합형일 수 있 다. 복합형 격판은 2개 스킨 사이에 끼워진 코어를 가진 재료로 제작되며, 적당한 코어로는 페이퍼 코어, 허니콤 (Honeycomb) 코어 혹은 주름형 플라스틱 코어가 포함되고, 코어는 길이 혹은 반경 방향으로 세로 홈이 파여 있을 수 있

다. 적당한 스킨에는 페이퍼, 알루미늄 및 폴리머 플라스틱이 포함된다. 한가지 적당한 복합형 재료는 Correx ⓡ 이 있다. 사

용된 재료는 이방성적으로 혹은 등방성적으로 우븐(Woven)이나 단방향성 경화 섬유에 의해 강화될 수 있다.

격판은 편명형이거나 접시형일 수 있다. "접시형"이란 용어는 접시형이든 아치형이든 돔형이든, 원형이나 타원형에 관계없 이 뿔 부분과 합성 곡면을 포함하는 비평면 격판 전부를 포함하는 의미이다. 접시형 형태는 중앙에 평탄부를 가질 수 있다. 격판은 길이에 따라 변하는 폭이나 두께를 가질 수 있다.

확성기는 개구(Aperture)를 포함할 수 있다. 제2 격판은 개구 내에 탑재될 수 있다. 제 2 격판은 제 1 격판과 동작 면에서 유사하며, 예컨대 제 1 평균 노드 위치에 결합된 트랜스듀서와 제 2 평균 노드 위치에 결합된 하나 이상의 질량을 가질 수 있다. 선택적으로는, 제 2 격판은 굴곡 모드 장치로서 혹은 피스톤적으로 동작될 수 있다.

봉합 부재는 개구에 탑재되며, 이로써 그 개구는 음향 출력의 누출을 방지하도록 거의 음향적으로 봉합된다. 격판의 외측 반경에 대한 봉합의 반경 비율은 필요한 음향 응답을 구현하도록 조정 가능한 추가적인 파라미터이다.

음향 장치는 동봉물 내에 탑재될 수 있으며, 동봉물의 음향 특성은 음향 장치의 성능을 개선하도록 선택 가능하다.

음향 장치는 확성기일 수 있으며, 여기서 트랜스듀서는 굴곡파 에너지를 트랜스듀서에 인가된 전기적 신호에 응답하여 격 판에 가하도록 구성되어 있고, 격판은 방출 영역에 걸쳐서 음향 출력을 내도록 구성되어 있다. 선택적으로는, 음향 장치는 마이크로폰일 수 있으며, 여기서 격판은 음향 소리가 반사할 때 진동하도록 구성되고 트랜스듀서는 그 진동을 전기적 신호 로 변환하도록 구성된다.

따라서, 본 발명에 따른 방법과 음향 장치는 굴곡파 모드의 이용에 관여한다. 반대로, 종래기술에 관한 피스톤과 원뿔 (Cone)은 예컨대 댐핑과 특정 구조 및 구동 커플링 측면을 이용함으로써 모드 동작을 방해하려는 것이다. 그러나, 본 발명 의 음향 장치는 최저 굴곡 주파수에 관여한다. 이들 모드가 밀집하거나 균일하게 분포할 것을 요구하지 않는다. 관여되는 모드는 방출이 장려되지만, 그들의 축상 기여분은 트랜스듀서, 서스펜션 및/또는 동작 주파수 범위에서의 모드의 평균 노 드 위치에서의 질량을 탑재함으로써 조정된 방출이다.

본 발명은 관련된 질량 없이 이론적인 순수 포인트 포스로 굴곡 구동되는 격판인 단순 자유 플레이트에 의해 방출된 소리 의 법칙을 이용한다. 이는 예컨대 전자 동적인 트랜스듀서나 여자기의 보이스 코일 어셈블리로 인한 질량을 피할 수 없게 포함하는 메커니즘에 의해 힘이 가해져야 하는 실제에서는 구현될 수 없다. 또한, 실제 포스는 보통 단일 포인트에서 플레 이트에 가해지는 것이 아니라, 선을 따라서 원형 코일 형태와 같이 제공된다.

음향 장치의 설계자는 본 발명의 원리 내에서 자유롭게 성능을 튜닝하여 네트 가로축 모드 속도를 전체적으로 혹은 선택적 으로 주파수에 따라 조정함으로써 환형과 어플리케이션을 변경할 수 있다. 예컨대, 다양한 주파수 특성이 서로 다른 주파 수에서 요구되고 차량과 같이 청취자가 축 외에 있는 특정 어플리케이션용으로는 상이한 방출 각이 요구될 수 있다.

본 발명의 다음의 측면들도 동일한 원리를 이용하고 동일한 부수적인 특징들을 가진다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 동작 주파수 범위를 갖는 음향 장치에 있어서, 원형 주변부와 질량 중심을 갖는 격판; 상 기 격판에 결합되어 트랜스듀서에 인가되는 전기적 신호에 응답해서 굴곡파 에너지를 가하도록 구성된 트랜스듀서; 및 상기 동작 주파수 범위 내 모드의 제 2 평균 노드 위치에서 상기 격판에 결합되거나 상기 격판과 통합되어 있는 하나 이상의 질량을 구비하며, 상기 격판은 상기 동작 주파수 범위에서 공진 모드를 갖도록 되어 있고, 상기 트랜스듀서는 상기 동작 주 파수 범위 내 모드의 제 1 평균 노드 위치에서 상기 격판과 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 음향 장치가 제공된다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 동작 주파수 범위를 갖는 확성기에 있어서, 상기 동작 주파수 내 공진 모드를 갖도록 형 성되고 질량 중심을 갖는 격판; 상기 격판에 결합되고, 트랜스듀서에 인가된 전기적 신호에 응답하여 굴곡파 에너지를 가 하도록 구성되어 있으며, 상기 격판의 상기 질량 중심으로부터 이격된 반대측 위치 및 상기 동작 주파수 범위 내 모드의 제 1 평균 노드 위치에서 상기 격판에 결합된 트랜스듀서 수단; 및 상기 동작 주파수 범위 내 모드의 제 2 평균 노드 위치에 배 치되고, 상기 격판의 상기 질량 중심으로부터 이격된 반대측 위치에서 상기 격판에 결합되거나 상기 격판과 통합되어 있는 하나 이상의 질량 쌍을 구비하는 것을 특징으로 하는 확성기가 제공된다.

또 다른 측면에 따르면, 본 발명은, 동작 주파수 범위를 가지고 원형 주변부와 질량 중심을 갖는 평면 격판을 가지는 확성 기를 제조하는 방법에 있어서, 상기 동작 주파수 범위 내에서 공진 모드를 갖도록 상기 격판의 파라미터를 선택하는 단계; 트랜스듀서에 인가된 전기적 신호에 응답하여 굴곡파 에너지를 가하도록 상기 격판의 상기 질량 중심과 동심원적으로 하 여 상기 격판에 트랜스듀서를 결합하는 단계; 및 상기 격판의 상기 질량 중심과 동심원적으로 하되, 주변부에서 떨어지고 상기 동작 주파수 범위 내 모드의 평균 노드 위치에서의 고리에 배치되도록 상기 격판에 탄성 서스펜션을 결합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법이다.

추가적인 측면에 의하면, 본 발명은, 원형 주변부와 질량 중심을 갖는 평면 격판을 구비하고 동작 주파수 범위를 가지는 확 성기를 제조하는 방법에 있어서, 상기 동작 주파수 범위 내에서 공진 모드를 갖도록 상기 격판의 파라미터를 선택하는 단 계; 상기 동작 주파수 범위 내 모드의 제 1 평균 노드 위치에서, 트랜스듀서에 인가된 전기적 신호에 응답하여 굴곡파 에너 지를 가하도록 상기 격판에 트랜스듀서를 결합하는 단계; 및 상기 동작 주파수 범위 내 모드의 제 2 평균 노드 위치에서 상 기 격판에 하나 이상의 질량을 부가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법이다.

Claims (4)

1. 영역을 가지고 동작 주파수 범위를 가지며, 상기 동작 주파수에서 공진 모드를 갖도록 이루어진 격판(Diaphragm);
   
   상기 격판에 결합되어 상기 격판과 에너지를 교환하도록 구성된 구동부를 갖는 전자기계적인(Electro-mechanical) 트랜 스듀서; 및
   
   상기 격판에 결합되거나 상기 격판과 통합된 하나 이상의 기계적인 임피던스 수단을 구비하며,
   
   상기 트랜스듀서의 구동부와 상기 하나 이상의 기계적인 임피던스 수단의 질량과 위치는, 상기 격판의 상기 영역에 걸친 네트 가로축 모드 속도(Net Transverse Modal Velocity)가 0으로 향하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 음향 장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   
   상기 격판의 파라미터는 상기 동작 주파수 범위 내에 2개의 격판 모드가 존재하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 음향 장치.
   
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   
   상기 동작 주파수 범위는, 피스톤으로부터 모드로의 천이(Transition)를 포함하고, 상기 트랜스듀서는, 천이 시 상기 격판 을 움직이도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 음향 장치.
   
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   
   상기 트랜스듀서의 상기 구동부는, 상기 동작 주파수 범위 내 모드의 평균 노드(Average Nodal) 위치에서 상기 격판과 결 합되어 있는 것을 특징으로 하는 음향 장치.