[논문]다이내믹 스피커에서 폴피스 구멍에 의한 음향특성연구

오세진

doi:10.7776/ask.2018.37.5.317

초록
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다이내믹 스피커에서 보이스 코일에 전류가 입력되면 Joule 효과에 의해 많은 열이 발생하게 된다. 이 열을 자기회로의 밖으로 방출하기 위하여 폴피스의 중앙에 구멍을 뚫기도 한다. 이 구멍은 열의 방출뿐만 아니라, 다이내믹 스피커의 음향특성도 변화시킬 수 있는 원인이 되기도 한다. 특히 공명주파수가 구멍의 지름과 정비례하여 증가하는 반면에, 구멍의 길이에 반비례하는 것을 알 수 있었다. 이러한 결과들은 위상반전형 스피커시스템의 기계적 등가회로 해석에 따른 이론적 예측과 정확하게 일치하였다. 따라서 다이내믹 스피커의 폴피스에 존재하는 구멍은 위상반전형 스피커시스템에서의 덕트로 취급할 수 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

It has been generally known that a hole presenting on the center of pole piece for the loudspeaker can be very helpful for the heat, which is radiated by Joule Effect at the voice coil, to emit to the outside of the magnetic gap. The existence of hole can also become a cause of the changes of the ac...

It has been generally known that a hole presenting on the center of pole piece for the loudspeaker can be very helpful for the heat, which is radiated by Joule Effect at the voice coil, to emit to the outside of the magnetic gap. The existence of hole can also become a cause of the changes of the acoustical properties about the loudspeaker. The resonance frequency of loudspeaker increased with the increase of hole radius. However, increasing the hole length resulted in the decrease of the resonance frequency. These results are in an excellent agreement with the theoretical predictions for the equivalent mechanical circuit of Bass-Reflex cabinet system. The acoustical property of the loudspeaker with hole can be also predicted by the theoretical interpretation of Bass-Reflex cabinet system.

주제어

표/그림 (8)

그림 Fig. 1. The cross section of a dynamic speaker.
그림 Fig. 2. The equivalent circuits for three different cabinet system.
그림 Fig. 3. The theoretical |Im(Z_mc)| with five different hole length.
그림 Fig. 4. The electrical impedance for four different hole lengths.
그림 Fig. 5. The frequency responses for four different hole lengths.
그림 Fig. 6. The theoretical |Im(Z_mc)| with five different hole radiuses.
그림 Fig. 7. The electrical impedance for three different hole radiuses.
그림 Fig. 8. The frequency responses for three different hole radiuses.

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 폴피스에 존재하는 구멍의 지름과 길이에 따른 공명주파수와 주파수특성의 변화를 조사하였고, 이들의 거동을 위상반전형 스피커시스템에 대한 등가회로를 이용하여 이론적으로 해석하였다.

제안 방법

구멍의 형태에 따른 음향특성을 조사하기 위하여, 인클로저에 스피커가 장착되었을 경우에 대한 기계적 등가회로를 이용하였다(Fig. 2). 우선 인클로저의 후면이 열려있는 스피커시스템(open-back cabinet)에서의 기계적 등가회로를 Fig.
5 mm인 금속 파이프로 구멍을 연장하는 방식을 취하였다. 그리고 구멍의 길이를 23 mm로 고정시킨 가운데 직경을 2.5 mm, 5.0 mm 그리고 7.5 mm로 변화시키며 공명주파수의 거동을 조사하였다.
그리고 스피커에서 나온 소리신호는 1/2 inch 마이크로폰(B&K 4191)으로 집음된 후에 프리앰프(B&K 2669)와 파워앰프(B&K 2716C)를 거쳐 IEC 60268-5의 규격에 따라 오디오 분석기(B&K 3560C)로 분석하였다.
다이내믹 스피커를 배플박스의 중앙에 설치하였으며, 임피던스와 주파수특성을 무향실에서 측정하였다. 이때 1 W의 출력을 갖는 20 kHz ~ 20 kHz의 정현파를 스피커에 입력하였다.
다이내믹 스피커에서 자기 갭의 내부온도를 감소시키기 위하여 폴피스의 중앙에 구멍을 제작하였다(Fig. 1). 본 연구에서는 이 구멍을 위상반전형 스피커시스템에 존재하는 덕트처럼 취급하였다.

대상 데이터

본 연구에서는 8 inch의 직경을 갖는 다이내믹 스피커를 사용하였다. 이 스피커의 하판과 폴피스의 중앙에 한 개의 구멍을 뚫었다.

성능/효과

3에 나타내었다. 덕트의 길이가 증가함에 따라서 리액턴스가 0이 되는 공명주파수가 576 Hz, 512 Hz, 457 Hz, 442 Hz 그리고 420 Hz로 감소하는 것을 볼 수 있었다. 이는 덕트 길이를 증가시키게 되면 공명주파수가 감소하게 된다는 것을 이론적으로 보여주는 것이다.
5 mm로 증가함에 따라서 첨자에 관계없이 모두에서 공명주파수가 증가하고 있음을 볼 수 있다. 따라서 구멍의 반경이 증가하면 진동판뿐만 아니라 구멍에 의한 공명주파수가 증가한다는 것을 알 수 있었다. 이러한 특성은 위상반전형 스피커 시스템의 덕트에서 이론적으로 예측한 결과와 정확하게 일치하고 있다(Fig.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	다이내믹 스피커의 부품 구성은?	다이내믹 스피커의 부품들은 크게 진동계, 지지계 그리고 자기계로 나눌 수 있다. 여기서 진동계와 지지계는 스피커의 공명주파수 뿐만 아니라 재생음의 음질에 주로 관여하는 반면에, 자기계는 출력에 중점적으로 관련된다.
	다이내믹 스피커에서 폴피스의 중앙에 구멍을 제작한 이유는?	다이내믹 스피커에서 자기 갭의 내부온도를 감소시키기 위하여 폴피스의 중앙에 구멍을 제작하였다(Fig. 1).
	스피커의 냉각효율을 높이기 위해 폴피스의 중앙에 구멍을 뚷는데, 이때 뚫은 구멍의 열할과 스피커의 음향에 어떤 영향을 끼치는가?	따라서 스피커의 냉각효율을 높이기 위해 폴피스의 중앙에 구멍을 뚫기도 한다. 이 구멍은 보이스 코일에서 발생된 열을 자기 갭의 밖으로 방출하는 역할을 하지만, 스피커의 음향특성을 변화시키는 원인이 되기도 한다.

참고문헌 (5)

M. R. Gander, "Dynamic linearity and power compression in moving-coil loudspeakers," J. Audio Eng. Soc. 34, 627-646 (1986).

상세보기
M. R. Gander, "Moving-coil loudspeaker topology as an indicator of linear excursion capability," J. Audio Eng. Soc. 29, 10-26 (1981).
S. J. Oh and H. Y. Kim, "Correlation between tensile strength of diaphragm and resonance frequency for micro-speaker" (in Korean), J. Acoust. Soc. Kr. 28, 299-307 (2009).
C. A. Henricksen, "Heat-Transfer mechanisms in loudspeakers: analysis, measurement, and design," J. Audio Eng. Soc. 35, 778-791 (1987).

상세보기
L. E. Kinsler, A. R. Frey, A. B. Coppers, and J. V. Sanders, Fundamentals of Acoustics (John Wiley & Sons Inc., New York, 4th Ed. 2000), pp. 371-374.

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