[논문]하이파이용 라우드스피커 전산해석

박석태

문제 정의

현실적으로 전문 설계기술을 보유한 전문가들이 중소기업에 없는 경우가 많으므로 생산기술 을 보유한 업체와 전문 설계자가 협력을 하게 된다면 좋은 음질의 제품을 효율적으로 개발할 수 있다. 본 연구는 중소 기업 기술지도를 한 경험에 기초하여 스피커를 전문 해석 소프트웨어를 이용하여 해석한 경우를 기술하고자 한다.
현실적으로 전문 설계기술을 보유한 전문가들이 중소기업에 없는 경우가 많으므로 생산기술 을 보유한 업체와 전문 설계자가 협력을 하게 된다면 좋은 음질의 제품을 효율적으로 개발할 수 있다. 본 연구는 중소 기업 기술지도를 한 경험에 기초하여 스피커를 전문 해석 소프트웨어를 이용하여 해석한 경우를 기술하고자 한다.

가설 설정

경계조건은 기하학적 경계조건과 하중경계조건으로 구분할 수 있다. 기하학적 경계조건은 변위 경계조건 으로 다이아프램과 스파이더의 외곽이 고정단이라 가정하며 축 대칭 경계조건을 가정한다. 하중조건은 선형계를 가정하며 전류에 의해 보빈이 상하 진동하는 것을 가정한다.
경계조건은 기하학적 경계조건과 하중경계조건으로 구분할 수 있다. 기하학적 경계조건은 변위 경계조건 으로 다이아프램과 스파이더의 외곽이 고정단이라 가정하며 축 대칭 경계조건을 가정한다. 하중조건은 선형계를 가정하며 전류에 의해 보빈이 상하 진동하는 것을 가정한다.
기하학적 경계조건은 변위 경계조건 으로 다이아프램과 스파이더의 외곽이 고정단이라 가정하며 축 대칭 경계조건을 가정한다. 하중조건은 선형계를 가정하며 전류에 의해 보빈이 상하 진동하는 것을 가정한다. 보빈에 작용하는 구동력은 로렌쯔 힘 으로 T-S 매개 변수로 나타내는 전기계에 흐르는 전류 와 스피커 자기계의 힘요소의 곱으로 나타낼 수 있다.
기하학적 경계조건은 변위 경계조건 으로 다이아프램과 스파이더의 외곽이 고정단이라 가정하며 축 대칭 경계조건을 가정한다. 하중조건은 선형계를 가정하며 전류에 의해 보빈이 상하 진동하는 것을 가정한다. 보빈에 작용하는 구동력은 로렌쯔 힘 으로 T-S 매개 변수로 나타내는 전기계에 흐르는 전류 와 스피커 자기계의 힘요소의 곱으로 나타낼 수 있다.

제안 방법

다이아프램 두께변화에 따라 음향특성 변화를 분석 하였다. 다이아프램 두께를 50% 했을때와 200%로 했을 경우를 각각 Fig.
다이아프램 두께변화에 따라 음향특성 변화를 분석 하였다. 다이아프램 두께를 50% 했을때와 200%로 했을 경우를 각각 Fig.
다이아프램 재질이 종이인 경우(Fig.5)와 알루미늄 (Fig.8)과 탄소섬유(Fig.9)를 비교하였다. 알루미늄을 사용한 경우에는 breakup 은 9kHz 에서 발생 하였으나 질량이 증가하여 음압레벨이 감소하며 탄소섬유를 사용한 경우에는 5.
다이아프램 재질이 종이인 경우(Fig.5)와 알루미늄 (Fig.8)과 탄소섬유(Fig.9)를 비교하였다. 알루미늄을 사용한 경우에는 breakup 은 9kHz 에서 발생 하였으나 질량이 증가하여 음압레벨이 감소하며 탄소섬유를 사용한 경우에는 5.
첫번째는 다이아프램 두께 변화에 따라 즉, 동적질량과 컴플 라이언스의 변화에 따라 우퍼의 음향변화와 다이아 프램과 서라운드, 스파이더등의 breakup 변화를 분석 하였다. 두번째는 다이아프램의 재질이 변경되었을 경우이고 세번째는 자기장 힘 요소의 변화가 음향 특성에 어떤 영향을 미치는가를 분석하였다.
첫번째는 다이아프램 두께 변화에 따라 즉, 동적질량과 컴플 라이언스의 변화에 따라 우퍼의 음향변화와 다이아 프램과 서라운드, 스파이더등의 breakup 변화를 분석 하였다. 두번째는 다이아프램의 재질이 변경되었을 경우이고 세번째는 자기장 힘 요소의 변화가 음향 특성에 어떤 영향을 미치는가를 분석하였다.
이 제품을 주성대학 음향공학과에서 교육용으로 부품상태 로 구입하여 스피커제작 실습에 사용하였다. 우퍼의 음향특성에 관심이 있으므로 음향해석을 수행하였다. 이를 위해서 먼저 진동해석 과정을 수행하여 구한 진동 해석결과를 음향해석을 위한 경계조건으로 사용하였다.
이 제품을 주성대학 음향공학과에서 교육용으로 부품상태 로 구입하여 스피커제작 실습에 사용하였다. 우퍼의 음향특성에 관심이 있으므로 음향해석을 수행하였다. 이를 위해서 먼저 진동해석 과정을 수행하여 구한 진동 해석결과를 음향해석을 위한 경계조건으로 사용하였다.
우퍼의 음향특성에 관심이 있으므로 음향해석을 수행하였다. 이를 위해서 먼저 진동해석 과정을 수행하여 구한 진동 해석결과를 음향해석을 위한 경계조건으로 사용하였다. 사용한 소프트웨어는 Loudsoft 사의 Finecone vl.
우퍼의 음향특성에 관심이 있으므로 음향해석을 수행하였다. 이를 위해서 먼저 진동해석 과정을 수행하여 구한 진동 해석결과를 음향해석을 위한 경계조건으로 사용하였다. 사용한 소프트웨어는 Loudsoft 사의 Finecone vl.
이장에서는 샘플 스피커의 여러 특성 변화에 따라 음향특성이 변화하는 양상을 분석하였다[2]. 첫번째는 다이아프램 두께 변화에 따라 즉, 동적질량과 컴플 라이언스의 변화에 따라 우퍼의 음향변화와 다이아 프램과 서라운드, 스파이더등의 breakup 변화를 분석 하였다.
이장에서는 샘플 스피커의 여러 특성 변화에 따라 음향특성이 변화하는 양상을 분석하였다[2]. 첫번째는 다이아프램 두께 변화에 따라 즉, 동적질량과 컴플 라이언스의 변화에 따라 우퍼의 음향변화와 다이아 프램과 서라운드, 스파이더등의 breakup 변화를 분석 하였다.
이장에서는 샘플 스피커의 여러 특성 변화에 따라 음향특성이 변화하는 양상을 분석하였다[2]. 첫번째는 다이아프램 두께 변화에 따라 즉, 동적질량과 컴플 라이언스의 변화에 따라 우퍼의 음향변화와 다이아 프램과 서라운드, 스파이더등의 breakup 변화를 분석 하였다. 두번째는 다이아프램의 재질이 변경되었을 경우이고 세번째는 자기장 힘 요소의 변화가 음향 특성에 어떤 영향을 미치는가를 분석하였다.
이장에서는 샘플 스피커의 여러 특성 변화에 따라 음향특성이 변화하는 양상을 분석하였다[2]. 첫번째는 다이아프램 두께 변화에 따라 즉, 동적질량과 컴플 라이언스의 변화에 따라 우퍼의 음향변화와 다이아 프램과 서라운드, 스파이더등의 breakup 변화를 분석 하였다. 두번째는 다이아프램의 재질이 변경되었을 경우이고 세번째는 자기장 힘 요소의 변화가 음향 특성에 어떤 영향을 미치는가를 분석하였다.
하이파이용 라우드스피커에 대한 전산해석을 수행 하였다. 해석시간을 줄이기 위하여 음향해석은 Rayleigh 방법을 사용하여 외부음장 해석을 수행하였다.
따라서, 음향응답결과는 정성적인 분석이 의미가 있었다. 하중 조건은 T-S 매개변수를 사용하여 해석한 결과와 시험으로 구한 전기 임피던스를 매개변수를 조정하여 교정하였다. 다음 장에서는 여러가지 특성변화에 따른 음향변화를 예측하고자 한다.
힘요소의 크기에 따른 음향특성 변화를 해석하였다. 50% 인 경우(Fig.
힘요소의 크기에 따른 음향특성 변화를 해석하였다. 50% 인 경우(Fig.

대상 데이터

세번째 단계는 후처리 과정 (postprocess)으로 해석 결과를 관심있는 방식으로 분석하는 과정이다. 본 연구에서의 해석대상 우퍼는 직경이 5.25 인치, 공칭 저항 8 오옴으로 하이파이용으로 개발된 제품이다. 이 제품을 주성대학 음향공학과에서 교육용으로 부품상태 로 구입하여 스피커제작 실습에 사용하였다.
이를 위해서 먼저 진동해석 과정을 수행하여 구한 진동 해석결과를 음향해석을 위한 경계조건으로 사용하였다. 사용한 소프트웨어는 Loudsoft 사의 Finecone vl.7 이었다. 이 소프트웨어는 축 대칭 문제에 대하여 진동해석 및 음향해석을 수행할 수 있게 개발된 것이다.
25 인치, 공칭 저항 8 오옴으로 하이파이용으로 개발된 제품이다. 이 제품을 주성대학 음향공학과에서 교육용으로 부품상태 로 구입하여 스피커제작 실습에 사용하였다. 우퍼의 음향특성에 관심이 있으므로 음향해석을 수행하였다.
25 인치, 공칭 저항 8 오옴으로 하이파이용으로 개발된 제품이다. 이 제품을 주성대학 음향공학과에서 교육용으로 부품상태 로 구입하여 스피커제작 실습에 사용하였다. 우퍼의 음향특성에 관심이 있으므로 음향해석을 수행하였다.

데이터처리

하이파이용 라우드스피커에 대한 전산해석을 수행 하였다. 해석시간을 줄이기 위하여 음향해석은 Rayleigh 방법을 사용하여 외부음장 해석을 수행하였다.

이론/모형

3 에는 전용 해석 소프트 웨어에서 읽어들인 3 차원 단면 형상을 나타냈다. 스피커를 가진하는 힘을 모델링하기 위하여 스피커 T-S 매개변수를 사용하였으며 이때 생성된 가진력을 하중 조건으로 사용하였다.
3 에는 전용 해석 소프트 웨어에서 읽어들인 3 차원 단면 형상을 나타냈다. 스피커를 가진하는 힘을 모델링하기 위하여 스피커 T-S 매개변수를 사용하였으며 이때 생성된 가진력을 하중 조건으로 사용하였다.
이 소프트웨어는 축 대칭 문제에 대하여 진동해석 및 음향해석을 수행할 수 있게 개발된 것이다. 진동해석은 유한요소법을 사용하였고 음향해석은 진동 해석결과를 이용하여 Rayleigh 방법으로 수행하도록 되어있다. 음향해석을 Rayleigh 방법으로 해석하면 계산시간이 짧은 장점이 있으나 인클로져 효과등의 내부 음장 해석은 수행할 수 없고 외부 음장해석만 가능하다.
이 소프트웨어는 축 대칭 문제에 대하여 진동해석 및 음향해석을 수행할 수 있게 개발된 것이다. 진동해석은 유한요소법을 사용하였고 음향해석은 진동 해석결과를 이용하여 Rayleigh 방법으로 수행하도록 되어있다. 음향해석을 Rayleigh 방법으로 해석하면 계산시간이 짧은 장점이 있으나 인클로져 효과등의 내부 음장 해석은 수행할 수 없고 외부 음장해석만 가능하다.
하이파이용 라우드스피커에 대한 전산해석을 수행 하였다. 해석시간을 줄이기 위하여 음향해석은 Rayleigh 방법을 사용하여 외부음장 해석을 수행하였다. 같은 재질의 다이아프램의 두께가 얇아지면 음압레벨은 상승하고 평탄한 범위가 넓어지나 breakup 은 더 낮은 주파수에서 발생하였고 두께가 커지면 반대현상이 발생하였다.
하이파이용 라우드스피커에 대한 전산해석을 수행 하였다. 해석시간을 줄이기 위하여 음향해석은 Rayleigh 방법을 사용하여 외부음장 해석을 수행하였다. 같은 재질의 다이아프램의 두께가 얇아지면 음압레벨은 상승하고 평탄한 범위가 넓어지나 breakup 은 더 낮은 주파수에서 발생하였고 두께가 커지면 반대현상이 발생하였다.

성능/효과

7)는 음압이 표준상태보다 작아졌고 breakup 은 조금 더 고주파수 쪽으로 이동함을 나타냈다. 정리하면, 다이아프램의 두께가 감소하면 음압은 상승하고 평탄한 음압범위가 넓어지나 breakup 은 상대적으로 낮은 주파수에서 발생함을 알 수 있었다.
7)는 음압이 표준상태보다 작아졌고 breakup 은 조금 더 고주파수 쪽으로 이동함을 나타냈다. 정리하면, 다이아프램의 두께가 감소하면 음압은 상승하고 평탄한 음압범위가 넓어지나 breakup 은 상대적으로 낮은 주파수에서 발생함을 알 수 있었다.
어느 경우에나 breakup 형태는 변함이 없음을 보였다. 즉, 힘 요소는 breakup 에 아무런 영향을 주지 않음을 보였다.
어느 경우에나 breakup 형태는 변함이 없음을 보였다. 즉, 힘 요소는 breakup 에 아무런 영향을 주지 않음을 보였다.
즉, 재료가 바뀔 경우에 복합적인 고려를 하여야 함을 나타냈다. 힘 요소를 크게 하면 저주파 특성이 악화되었으며 자력을 감소시키면 저주파특성은 개선되었다. 어느 경우에나 breakup 특성은 변화가 없었다.
즉, 재료가 바뀔 경우에 복합적인 고려를 하여야 함을 나타냈다. 힘 요소를 크게 하면 저주파 특성이 악화되었으며 자력을 감소시키면 저주파특성은 개선되었다. 어느 경우에나 breakup 특성은 변화가 없었다.

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