[논문]D 클래스 오디오 앰프의 세라믹 평판스피커 구현

양원우; 이선복; 송영준; 이제훈; 홍유식; 안재형

D 클래스 오디오 앰프의 세라믹 평판스피커 구현
Implementation of Ceramic Flat speaker with a D Class Audio Amplifier 원문보기

電子工學會論文誌. Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea. CI, 컴퓨터, v.48 no.6 = no.342, 2011년, pp.56 - 61

양원우 ((주)임베디드솔루션) , 이선복 ((주)임베디드솔루션) , 송영준 (오송첨단의료산업진흥재단) , 이제훈 (강원대학교 전자정보통신공학부) , 홍유식 (상지대학교 컴퓨터공학부) , 안재형 (충북대학교 정보통신공학과)

초록
AI-Helper

본 논문은 코일형 스피커에 사용되는 D 클래스 오디오 앰프를 세라믹 평판스피커에 적용하는 기술을 제안하였다. 제안 방법은 전압 구동 방식의 G class와는 달리 전력 구동 방식의 D class 방식을 사용하였고 매칭 트랜스미터를 사용하여 결과적으로 보다 더 큰 전압 구동을 할 수 있었다. 목재, 플라스틱, 종이 등의 다양한 매질을 활용하여 음량에 대한 성능을 평가한 결과, 기존의 G class 오디오 앰프 방식에 비해 제안 방법이 약 10% 이상의 성능 향상을 보여주었다. 본 시스템은 휴대용 정보기기들의 외장 스피커 시스템으로 활용할 수 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

A class-D audio amplifier is widely used in coil speaker. This paper presented the technique for applying a class-D audio amplifier to the ceramic flat speaker. This technique can be achieved by employing a matching transmitter in order to replace class-G amplifier that is drven by voltage level to class-D amplifier employing power driving method. Consequently, the presented technique can improve the efficiency by making the voltage driving level a litter larger. We evaluate the sound-level efficiency using the various mediums such as wood, plastic, and paper. From the simulation results, the proposed technique employing a class-D audio amplifier rather than a class-G one showed a 10% improvement. The proposed system can be applicable for the mobile appliances as an external slim speaker.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 논문에서는 D class 오디오 앰프를 이용한 평판세라믹 스피커 구동 회로를 설계하여 구현하였다. 세라믹 스피커는 대부분 G class 오디오 앰프를 사용하여 시스템을 구성하지만 20 Vpp 이상의 고출력 시스템을 구현하기가 어렵다.
본 논문은 세라믹으로 제작된 평면 스피커(25mm x 25mm x 0.7mm(두께))를 효율적으로 구동하기 위한 구동 회로에 관한 연구 결과를 보여주고, 기존의 G Class 세라믹 스피커와 제안하는 D Class 세라믹 스피커의 성능을 비교 분석하였다.
일반 코일형 스피커가 세라믹 스피커보다 음량면에서 효과적인 것은 확실하나 소형화하는데 치명적인 약점이 있다. 본 연구는 세라믹 스피커의 슬립화와 음량, 음질면에서 개량한 D Class 세라믹 스피커를 설계하고 구현하였다.

제안 방법

세라믹 스피커는 대부분 G class 오디오 앰프를 사용하여 시스템을 구성하지만 20 Vpp 이상의 고출력 시스템을 구현하기가 어렵다. 세라믹 스피커에서 고출력 시스템을 구현하기 위해 D class 오디오 앰프를 사용하는 방법을 고안하였다.
오디오 앰프의 출력과 매칭트랜스의 입력단(그림2의 3번)은 D Class의 출력인 PWM(Pulse Width Modulation) 신호이고 매칭트랜스의 출력은 Noise에 의한 신호 왜곡이 발생하므로 제안하는 시스템에서는 lowpass Filter를 부착하여 그림 4와 같이 상당 부분 감쇄시켰다.
입력단의 Filter(2)중 HighPass Filter는 100Hz 이상의 신호, Lowpass Filter는 15KHz 이하의 신호만 통과하도록 설계하였다. 제안 방법은 50배 이상의 증폭을 구현하기 위하여 충분한 출력이 보장되는 D Class 오디오 앰프를 사용하여 그림 3과 같이 회로를 설계하였다.
입력단의 Filter(2)중 HighPass Filter는 100Hz 이상의 신호, Lowpass Filter는 15KHz 이하의 신호만 통과하도록 설계하였다. 제안 방법은 50배 이상의 증폭을 구현하기 위하여 충분한 출력이 보장되는 D Class 오디오 앰프를 사용하여 그림 3과 같이 회로를 설계하였다. 오디오 앰프 입력부에는 lowpass filter와 highpass filter를 연속으로 연결하여 DC 신호와 고조파 잡음을 차단하였다.
제안하는 방법은 세라믹 스피커에서 요구하는 수십 Vpp의 구동 전압을 D Class 오디오 앰프를 사용하여 음원을 1차 증폭하게 된다^[6]. 제안하는 시스템은 D Class 오디오 앰프에서 증폭된 음원은 매칭 트랜스를 이용하여 적정 신호레벨까지 다시 증폭하도록 설계하였다.
. 제안하는 시스템은 D Class 오디오 앰프에서 증폭된 음원은 매칭 트랜스를 이용하여 적정 신호레벨까지 다시 증폭하도록 설계하였다.
제안한 D Class 오디오 앰프를 사용하는 평판스피커 시스템의 성능은 거리별, 매질별로 구분하여 기존의 G Class 오디오 앰프를 사용하는 평판스피커 시스템과 표 1과 같이 음량을 비교하였다. 실험 환경은 43 dB 소음의 일반 사무실에서 MP3 Digital Player를 사용하여 음원을 공급하고, ONO SOKKI 사의 LA-210 Sound level meter 계측기를 사용하여 음량을 측정하였다.

대상 데이터

그림 6은 제안하는 스피커 시스템을 구현한 보드이다. Top면에는 구동회로인 D class 오디오 앰프 및 전원 제어 및 충전 회로들이 탑재되어 있고 Bottom 면에는 커넥터와 트랜스미터, 그리고 건전지를 탑재하였다.
제안한 D Class 오디오 앰프를 사용하는 평판스피커 시스템의 성능은 거리별, 매질별로 구분하여 기존의 G Class 오디오 앰프를 사용하는 평판스피커 시스템과 표 1과 같이 음량을 비교하였다. 실험 환경은 43 dB 소음의 일반 사무실에서 MP3 Digital Player를 사용하여 음원을 공급하고, ONO SOKKI 사의 LA-210 Sound level meter 계측기를 사용하여 음량을 측정하였다.
제안한 D Class 오디오 앰프를 사용하는 세라믹 평판스피커 시스템은 그림 7과 같이 초소형(4.5cm X 4.5cm)으로 기구를 제작하였다.

성능/효과

제안 방법은 전압 구동 방식의 G class와는 달리 전력 구동 방식의 D class 방식을 사용하였고 매칭 트랜스미터를 사용하여 결과적으로 보다 더 큰 전압 구동을할 수 있었다. 다양한 매질을 활용하여 음량의 성능 평가 결과, 기존의 G class 오디오 앰프 방식에 비해 제안 방법이 약 10% 이상의 성능 향상을 보여주었다.
반면에 D class 오디오 앰프와 트랜스 매핑 회로로 구현한 제안 시스템은 같은 거리(10cm)에서 목제 및 플라스틱 평판은 약 87dB, 그리고 플라스틱 원통과 종이는 약 90dB 이상이 측정되었다. 또한 가까운 거리가 아닌 약 1m 거리에서의 성능 평가 결과도약 7dB(10%) 이상의 성능 향상을 얻었다.
표 1은 기존의 G class 오디오 앰프를 이용하는 시스템의 성능으로서, 10cm 인 경우 목제 및 플라스틱 평판에서 약 78dB, 플라스틱 원통에서 최대 87dB의 음량을 보여주고 있다. 반면에 D class 오디오 앰프와 트랜스 매핑 회로로 구현한 제안 시스템은 같은 거리(10cm)에서 목제 및 플라스틱 평판은 약 87dB, 그리고 플라스틱 원통과 종이는 약 90dB 이상이 측정되었다. 또한 가까운 거리가 아닌 약 1m 거리에서의 성능 평가 결과도약 7dB(10%) 이상의 성능 향상을 얻었다.
본 시스템에서 제안한 회로의 응답 특성은 그림 5와같이 500mV의 정현파 신호를 100Hz, 1KHz, 10KHz 20KHz 등의 주파수별로 입력하여 출력 파형을 측정한 결과로서 매우 우수함을 보여준다.
제안 방법은 전압 구동 방식의 G class와는 달리 전력 구동 방식의 D class 방식을 사용하였고 매칭 트랜스미터를 사용하여 결과적으로 보다 더 큰 전압 구동을할 수 있었다. 다양한 매질을 활용하여 음량의 성능 평가 결과, 기존의 G class 오디오 앰프 방식에 비해 제안 방법이 약 10% 이상의 성능 향상을 보여주었다.

후속연구

본 시스템은 음량을 크게 하고 보다 슬립화된 세라믹 기반의 스피커 시스템으로서, MP3 시스템, 휴대폰, 태블릿 PC와 같은 정보가전기기들의 외장 스피커 시스템으로 활용 가치가 높을 것으로 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	과거와 현재의 텔레비전의 두께는 얼마나 차이나는가?	최근에 개발되는 텔레비전, 모니터, 네비게이션, 휴대 전화 등 정보, 가전기기들은 점차 두께가 얇아지는 슬립화가 대세를 이루면서 더 얇은 박형의 소자에 대한 요구가 증가되고 있다. 과거에는 텔레비전의 두께가 40～50Cm이었지만 최근에는 3D TV의 경우에도 10Cm 이내로 줄어드는가 하면 스마트폰 및 태블릿 PC도 수mm 이내의 두께로 생산되고 있다.
	얇은 박형의 소자에 대한 요구가 증가되고 있는 이유는?	최근에 개발되는 텔레비전, 모니터, 네비게이션, 휴대 전화 등 정보, 가전기기들은 점차 두께가 얇아지는 슬립화가 대세를 이루면서 더 얇은 박형의 소자에 대한 요구가 증가되고 있다. 과거에는 텔레비전의 두께가 40～50Cm이었지만 최근에는 3D TV의 경우에도 10Cm 이내로 줄어드는가 하면 스마트폰 및 태블릿 PC도 수mm 이내의 두께로 생산되고 있다.
	정보 가전기기의 스피커는 다양한 기계적 구조물을 필요로 하고 있어 박막형태로 만드는데 제한 요소가 많은데 이를 해결하기 위해 출시된 스피커는 무엇인가?	정보 가전기기의 스피커는 자성체, 코일, 진동판 등 다양한 기계적 구조물을 필요로 하고 있어 박막형태로 만드는데 제한 요소가 많았다. 이를 해결하기 위하여 박막형태이면서 전기신호를 기계적 진동으로 변환하여 소리를 발생시키는 세라믹 스피커나 필름 스피커가 출시되고 있다. 세라믹 스피커의 두께는 1mm 이하로 제작될 수 있어 크기의 부담을 줄이면서 비용적인 면에서도 충분한 경쟁력을 가지고 있다.

참고문헌 (6)

강경식, 최영길, 노형동, 남현석, 노정진, "1-비트 4차 델타-시그마 변조기법을 이용한 D급 디지털 오디오 증폭기," 전자공학회논문지, 제 45권 SD편, 제 3호, 44-53쪽, 2008년 3월
조준기, 노진호, 정태성, 유창식, "디지털 입력 시그마-델타 변조 기반의 D급 오디오 증폭기," 전자공학회논문지, 제 47권 SD편, 제 11호, 6-12쪽, 2010년 10월
권혁진, "Class-D Amplifier를 이용한 디지털 앰프 설계 및 구현," 충주대학교 석사학위논문, 1-42쪽, 2007년 2월
변홍정, "스피커 제작 기술의 국내외 동향," 전자공학회지, 제 13권, 제 6호, 1986년 12월
최형욱, "자기변형 구동기를 이용한 평판 진동형 스피커 설계 및 실험적 검증," 충남대학교 석사학위논문, 1-67쪽, 2009년 8월
http://www.national.com

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

D 클래스 오디오 앰프의 세라믹 평판스피커 구현
Implementation of Ceramic Flat speaker with a D Class Audio Amplifier 원문보기

초록
AI-Helper

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

성능/효과

후속연구

질의응답

참고문헌 (6)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

D 클래스 오디오 앰프의 세라믹 평판스피커 구현 Implementation of Ceramic Flat speaker with a D Class Audio Amplifier 원문보기

초록 용어보기논문에서 용어와 풀이말을 자동 추출한 결과로, 시범 서비스 중입니다. AI-Helper

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

성능/효과

후속연구

질의응답

참고문헌 (6)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

이제훈 (20) 홍유식 (103) 안재형 (41)

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

D 클래스 오디오 앰프의 세라믹 평판스피커 구현
Implementation of Ceramic Flat speaker with a D Class Audio Amplifier 원문보기

초록
AI-Helper

AI 본문요약
AI-Helper