본 논문에서는 지향성이 좋고, 대역폭이 넓은 초음파 스피커를 설계, 제작하는 것을 목표로 하였다. 이를 구현하기 위하여 초음파를 발생시키는데 널리 이용되고 있는 압전 세라믹인 PZT를 사용하였다. 먼저 스피커 제작을 위하여 금속진동판의 종류와 크기, 감도, 대역폭등의 최적값을 도출하여 주변고정, 마디지지, 주변지지의 형태로 스피커를 1차로 제작하여 음압을 측정하였고, 큰 음압을 구현하기 위해 동일한 성능을 가지는 마디지지의 스피커를 60개 배열하여 스피커로서 사용을 검증하였다.
최근 미디어 컨텐츠 산업의 세계화로 예술분야에 다양한 활동이 이루어지고 있으며, 이러한 예술분야의 하나인 음향에서 스피커의 중요성은 매우 높다. 스피커의 지향 특성은 음을 방사한 경우에 어느 특정 방향으로 방사되는 특성을 말하며, 공간에서 사용되는 스피커의 가장 중요한 특성중 하나이다. 현재 사용되고 있는 라우드스피커(loudspeaker, 이하 스피커)의 지향 특성을 모든 주파수에서 동일하게 유지되도록 설계하는 것은 음파의 길이와 혼(horn)이나 트랜스듀서(transducer)의 크기 때문에 어려운 문제이다. 이에 본 논문에서는 전기음향 설비에 있어서 실내 음향 특성에 영향을 미치는 전대역 스피커의 저주파수 지향 특성을 개선하기 위한 그레디언트 배열(gradient array) 방법을 제안하였다.
본 논문에서는 2차원으로 배열된 4개의 스피커를 이용한 음향 재생환경에서 청취자의 위치에 따라 최적의 sweet spot을 제공하도록 스피커를 구동하는 방법을 제안한다. 먼저 청취자의 위치를 추적하여 청취자의 귀와 스피커 쌍 후보 사이의 경로의 비율을 구한다. 다음, 청취자의 위치를 고려하여 스피커 쌍 후보들의 스피커 간 거리 비율을 구한다. 마지막으로, 앞서 구한 두 개 거리 비율의 비율이 1에 가까운 스피커 쌍을 구동 스피커로 결정하고 cross-talk cancellation을 음원에 적용하여 청취자에게 제공한다. 모의실험을 통해, 청취자의 위치가 변할 때 제안하는 스피커 구동 방법을 사용하여 기존의 방법보다 청취자에게 넓은 sweet spot을 제공할 수 있음을 확인하였다.
본 논문에서는 FXLMS(Filtered-X LMS) 알고리즘을 이용하여 지향성을 가진 배열의 스피커 시스템을 구축하고 그 방사특성을 확인하였다. 배면 위치한 스피커에서 제어대상 신호의 $180^{\circ}$ 특성에 대하여 최적화 된 필터계수에 의해 제어신호를 발생시켜 제어스피커 $0^{\circ}$ 방향 특성을 간섭시켜 제어스피커 정면 $0^{\circ}$ 특성의 억제를 하도록 하였다. 이 시스템을 이용하여 장착된 배면 스피커 배열의 방사특성을 측정하였으며 제어대상 스피커의 신호가 감쇄효과를 나타나는 것을 확인하였다. 감쇄시 적응필터계수를 이용하여 배면위치 스피커의 주파수특성과 방사특성을 구한 결과, 제어점에 있어서의 감쇄는 모든 주파수 영역에서 확인되었다. 100Hz, 200Hz, 1000Hz에서의 주파수대역에서는 정면에서 $60^{\circ}{\sim}100^{\circ}$의 범위에서 감쇄효과가 나타났다.
본 논문에서는 일반적인 loudspeaker에 비해 지향성이 높고, 광대역 특성을 가지는 초음파 스피커를 개발하고자 하였다. 스피커의 최적 구조를 위해 스피커 소자에서 압전 세라믹과 금속진동판의 재질 및 크기, 그리고 스피커 소자의 지지방식과 외장 케이스를 설계하였다. 설계결과를 바탕으로 초음파 스피커를 제작하고, 그 성능을 분석하여 설계이론의 타당성을 검증하였다. 제작에서는 큰 음압을 구현하기 위하여 초음파 배열 스피커를 설계, 제작하여 성능을 분석하였다. 본 연구에서 수립되어진 초음파 스피커의 설계 및 제작기법은 향후, 좋은 지향성과 넓은 대역폭을 가지는 스피커 개발에 유용하게 활용될 수 있을 것이다.
On this study, we improved diaphgram for micro speaker performance using Taguchi method in discrete design space. The design of diaphgram has an effect on performance of micro speaker such as, thickness of diaphgram, shape of diaphgram, etc. Therefore this study carried to decide shape of diaphgram and thickness of diaphgram for minimizing 2nd natural frequency of diaphgram using Taguchi method. we showed improved design factors that minimized 2nd natural frequency of diaphgram. Also, 2nd natural frequency of diaphgram for micro speaker is reduced up to 37 percent maintaining twist mode shape. From the results of ANOVA, 2nd natural frequency of diaphgram for micro speaker have an effect on position of the outer curved shape and thickness of diaphgram.
본 연구는 선음원과 점음원의 이론에 근거하여 개발된 혼타입 스피커와 라인어레이 타입 스피커에 대해 비교분석하여 실제에서 이론대로 적용되는지에 대해 연구하였다. 이론적으로 점음원은 거리가 2배 됨에 따라 6dB 감쇄하며, 선음원은 거리가 2배 됨에 따라 3dB 감쇄한다. 선음원 이론에 근거하여 개발된 라인어레이 스피커 시스템이 선음원의 이론대로 작은 음압감쇄가 일어나는지에 대하여 분석하여 사용 목적과 환경에 따른 올바른 스피커의 배열 구성이 선택되도록 하는 것이 본 연구의 목적이다. 이를 위해 점음원과 선음원의 이론을 분석하였으며, 이론을 바탕으로 설계된 혼타입 스피커와 라인어레이 스피커를 시뮬레이션으로 파라메터 값들을 분석하였다.
현재 전세계적으로 멀티미디어나 고화질 TV(HDTV)등의 매체를 이용한 고품위의 미디어가 빠른 속도로 발전하고 있다. 국내에서도 앞으로의 HDTV둥의 효과적 재생 방법이나 녹음 방법에 관한 여러가지 연구가 필요하다. 그러나 현재 재생이나 녹음에 관련된 연구는 상대적으로 전송등에 관련된 연구에 비해 많은 관심을 끌지는 못한 실정이다. 다른 나라의 경우 디지털 TV에 알맞은 밀티 채널 재생방법에 대해 연구하고 최적화 방법 등의 실험이 이루어져 왔다. 그러나 국내에는 아직 이러한 연구가 미흡한 실정이며 나름대로의 국내 가정환경에 알맞는 멀티채널 스피커의 배열 방법 등에 관한 연구와 표준에 대한 필요성이 있다. 여기에서는 일반적인 가정 환경에서 5.1채널에 대응하는 스피커 배열의 최적화 실험시 고려되어야 할 사항들과 그 시스템의 평가방법에 대하여 살펴보기로 한다.
Including a TV set and a monitor, personal audio system is raising a great interest. In this study, we applied a method to make a good bright zone around the user and dark zone to other region by maximizing the ratio of sound energy between the bright and dark zone. It has been well known as acoustic contrast control. We have attempted to use a line loudspeaker array system to localize the sound in our listening zone. It depends on the size of the zone and array parameters, for example, array size, loudspeaker unit spacing, wave length of sound. We have considered these parameters as spatial variables and studied the effects. And we have found that each spatial variable has its own characteristic and shows very different effect. Genetic algorithms are introduced to find out the optimum value of spatial variables. As a result, we can improve the result of the acoustic contrast control by optimum value of spatial variables.
선천적인 원인으로 인해 언어 장애를 겪고 있는 사람들이나 후두암 등 후천적 질환이 원인이 되어 의사 소통에 불편을 겪는 사람들이 있다. 본 논문에서 제안하는 '손으로 말해요'는 이러한 사람들의 의사 표현을 돕기 위한 장치이다. 뇌에 손상이 있거나 성대에 손상이 있어 말하는 것이 어려운 장애인들이 장갑모양의 입력장치와 목 부위에 부착된 스피커를 이용해 말할 수 있다. 이 스피커를 통해 흘러나오는 인공의 목소리로 의사 소통할 수 있다. 언어장애인을 위한 본 웨어러블 PC 의 특징은 먼저 블루투스 모듈을 이용한 간단한 손가락 동작만으로도 입력이 가능한 장갑 모양의 입력장치이다. 사용이 불편한 엄지 손가락을 제외한 나머지 네 손가락에 각 하나씩 양손 총 8 개의 스위치가 부착되어 있다. 사용자는 손가락을 굽혀 손바닥에 스위치가 닿도록 하거나 책상 등과 같이 편평한 탁자에 손가락 끝을 닿게 하여 스위치를 누를 수 있다. 장갑의 키 배열은 PC 키보드의 배열과 같아 사용자가 쉽게 적응할 수 있다. 다음으로 본 장치는 자연스러운 목소리가 흘러나오는 음성 합성 모듈을 탑재하였다. 모듈의 출력 음성은 실제 말하는 것과 같은 자연스러운 억양을 지니고 있으며, 스피커는 목소리가 흘러나오는 위치가 자연스럽도록 목 부위에 부착되어 있다. 그리고 HMD(Head Mounted Display)를 탑재하여 자신이 텍스트를 정확하게 입력하고 있는지 이를 통해 확인할 수 있다. 장갑을 제외한 모든 장비는 가방에 탑재하여 착용이 편리하도록 하였고, 장갑은 블루투스 모듈을 이용하여 이용에 불편을 주는 전선을 제거하였다. 본 논문에서 제안하는 '손으로 말해요'는 간단한 손가락 동작을 이용하여 자연스러운 목소리로 말하고자 하는 내용을 전달할 수 있기 때문에 언어장애로 불편함을 겪는 사람들에게 도움을 줄 수 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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