보고서 정보
주관연구기관 |
포항공과대학교 Pohang University of Science and Technology |
연구책임자 |
문원규
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보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
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발행년월 | 2017-12 |
과제시작연도 |
2016 |
주관부처 |
미래창조과학부 Ministry of Science, ICT and Future Planning |
과제관리전문기관 |
한국연구재단 National Research Foundation of Korea |
등록번호 |
TRKO201900027221 |
과제고유번호 |
1711046976 |
사업명 |
개인연구지원 |
DB 구축일자 |
2020-09-19
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키워드 |
지향성 스피커.파라메트릭 어레이.비선형 음향.요철판 PA 지향성 스피커.초음파 트랜스듀서.압전체 열 발생.방열장치.음향 방사효율.Directional Speaker.Parametric Array.Nonlinear Acoustics.Stepped Plate PA Speaker.SSBAM/SRAM.Ultrasonic Transducer.Heat generation in PZT.Heat Sink.Acoustic Radiation Efficiency.
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초록
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□ 연구의 목적 및 내용
본 연구에서는 저렴한 가격의 PA 지향성 스피커 시스템 구성에 반드시 필요한 요소 기술들의 개발을 수행하였다. 완성된 제품 개발에 반드시 필요한 기술은 음질 향상을 위한 신호처리기술, 음파 방사기에 최적화되어 낮은 소모전력을 가진 전력증폭기 기술, 그리고 경쟁력 향상을 위한 목표 기술로써 압전체 열발생 억제 기술과 전기음향 에너지 변환 효율 향상 기술이 필요하며 본 연구에서 이에 대한 연구를 수행하였다.
□ 연구결과
● 높은 효율의 지향성 스피커 설계 및 제작 기술 개발
방사판
□ 연구의 목적 및 내용
본 연구에서는 저렴한 가격의 PA 지향성 스피커 시스템 구성에 반드시 필요한 요소 기술들의 개발을 수행하였다. 완성된 제품 개발에 반드시 필요한 기술은 음질 향상을 위한 신호처리기술, 음파 방사기에 최적화되어 낮은 소모전력을 가진 전력증폭기 기술, 그리고 경쟁력 향상을 위한 목표 기술로써 압전체 열발생 억제 기술과 전기음향 에너지 변환 효율 향상 기술이 필요하며 본 연구에서 이에 대한 연구를 수행하였다.
□ 연구결과
● 높은 효율의 지향성 스피커 설계 및 제작 기술 개발
방사판 두께에 따른 기계-음향 효율 계산을 통해 방사판의 두께가 얇아질수록 높은 음향 방사 효율을 나타낼 수 있다는 것을 확인하였다. 그러나 방사판의 두께가 요철의 두께보다 매우 얇아질 경우, 방사판의 굽힘 모드로 발생하는 위상차이를 보상하기 위한 요철이 방사판 모드에 미치는 영향이 두드러져 오히려 굽힘 모드를 보상할 수 없게 된다. 따라서 본 연구에서는 요철을 방사판을 이루는 금속보다 매우 가벼운 물질로 제작하여 이러한 설계 제약을 극복하였다. 하지만 초기에 높은 효율을 얻고자 했던 의도와는 다르게 실제 제작된 방사기는 6% 수준의 낮은 효율을 보였다. 이는 요철을 구비하기 전 방사기의 음향 방사 효율이 53%로 계산된 것으로 보아 설계 제약을 극복하기 위해 구비된 복합재 요철의 예상치 못할 수준의 높은 댐핑으로 인한 것이라고 판단하였다. 그러나 이러한 댐핑은 보다 안정적인 구동 조건을 제공하였으며, 더욱이 현재 가공의 한계로 인해 1mm 수준으로 제작한 것을 감안한다면 향후 연구를 통해 적정 수준의 댐핑을 가진 요철, 그리고 극도로 낮은 수준의 두께를 가지는 요철판을 개발하여 충분히 개선될 수 있는 점이라고 판단된다.
● 지향성 스피커에 최적화된 신호처리 기술 개발
PA를 통해 발생되는 가청 음파의 음질을 향상시키기 위해 일반적인 DSBAM 기법보다 왜곡이 적다고 알려진 SSBAM 기법과 더욱 개선된 SRAM 기법이 고려되었다. 이를 구현하기 위해 LABVIEW 프로그램을 개발하였으며, 제작된 복합재 요철을 구비한 요철판형 방사기에 SSBAM 기법을 적용하였을 경우, 5.5%의 낮은 THD를 나타내었고, SRAM 기법을 적용하였을 경우에는 34.5%의 높은 THD를 나타내었다. 그러나 SRAM 기법은 두 가지 이상의 차주파수 발생 시 차주파수로 인해 나타나는 3차, 4차 음파가 형성되지 않아 음원을 재생할 경우에는 SRAM도 충분히 고려될 수 있다고 판단하였다.
● 지향성 스피커에 최적화된 전력 증폭기 개발
다공진 구동 범위에서 음파발생기에 공급되는 전압과 전류의 위상차가 거의 없음을 실험적으로 확인함으로써 정합회로가 불필요하다는 결론을 내렸다. 또한 신호처리기와 음파 발생기의 전압 입출력 요구조건을 고려하여 전력 증폭기를 설계/제작하였으며 실험을 통해 설계대로 제작되었음을 검증하였다.
□ 연구결과의 활용계획
본 연구에서 제안된 지향성 스피커 시스템은 나만 들을 수 있는 오디오 시스템의 적용이 가장 큰 활용 방안이라고 할 수 있다. 또한 기존 음향 방사기술이 구현해 내지 못하거나 실용화에 문제가 되었던 부분에 대한 문제를 해결하여 혁신적인 응용분야를 창출해 낼 수 있는 차세대 음향발생기술로서의 큰 가능성을 가지고 있다. 그 예로 개인별 홈시어터, 전시장 등의 넓은 공간에서 많은 사람들에게 독립적/동시적 음성전달이 가능하게 될 것이다.
(출처 : 한글요약문 5p)
Abstract
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□ Purpose& contents
In this study, we developed the necessary element technologies for low - priced PA directional speaker system. The researched essential technologies for the development of the product are the improvement of the signal processing technology to improve the sound quality, the pow
□ Purpose& contents
In this study, we developed the necessary element technologies for low - priced PA directional speaker system. The researched essential technologies for the development of the product are the improvement of the signal processing technology to improve the sound quality, the power amplifier technology which is optimized for the sound wave radiator and the efficiency improvement technology for low consumption power to improve the competitiveness.
□ Result
● Development of design and manufacturing technology for fabricated directional speaker
The mechano-acoustic efficiency of the radiation plate according to the thickness of the radiation plate is confirmed to be higher as the thickness of the radiation plate becomes thinner. However, when the thickness of the plate becomes much thinner than the thickness of the step, the influence of the steps for compensating the phase difference occurring in the bending mode of the plate during driving is conspicuous, and the bending mode can not be compensated. Therefore, this study overcomes these design constraints by fabricating the steps as a material that is much lighter than the metal of the radiation plate. But, unlike the intention to obtain high efficiency at the initial stage, the actual radiator efficiency was as low as 6%. This is because the acoustic radiation efficiency of the radiator before the unevenness is calculated to be 53%, which is considered to be due to unexpectedly high damping of the unevenness of the composite material provided to overcome the design constraint. However, this damping provides a more stable driving condition, and furthermore, considering the fact that it is manufactured at 1mm level due to the limitation of the current processing, future researches have shown that the damping with proper damping and the extremely low- It can be improved sufficiently.
● Development of signal processing technology optimized for fabricated directional speaker
SSBAM method, known to be less distorted than the conventional DSBAM method, and the improved SRAM method are considered to generate PA sound waves with improved sound quality. We developed a LABVIEW program to realize this, and when SSBAM method was applied to the uneven plate radiator with composite irregularities, it showed low THD of 5.5% and high THD of 34.5% when SRAM method was applied . However, SRAM method does not show the generation of the third sound wave when generating the difference frequency of two or more components, and it is considered that the SRAM can be sufficiently considered when reproducing the sound source.
● Development of power amplifier optimized for fabricated directional speaker
It is concluded that a matching circuit is unnecessary by experimentally confirming that there is almost no phase difference between voltage and current supplied to the sound wave generator in the multi-resonance driving range. In addition, the power amplifier is designed/manufactured considering the input and output requirements of the signal processor and the sound generator.
□ Expected Contribution
The directional speaker system proposed in this study is the most effective application of audio system that can be heard only oneself. Also, it has a great potential as a next sound generation technology by solving the problems of the conventional acoustic emission technology. For example, independent / simultaneous voice transmission will be possible to many people in a wide space such as individual home theater, museum, exhibition hall, department store.
(출처 : SUMMARY 6p)
목차 Contents
- 표지 ... 1
- 목차 ... 3
- 연구계획 요약문 ... 4
- 연구결과 요약문 ... 5
- 한글요약문 ... 5
- SUMMARY ... 6
- 연구내용 및 결과 ... 7
- 1. 연구개발과제의 개요 ... 7
- 2. 국내외 기술개발 현황 ... 8
- 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 9
- 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 23
- 5. 연구결과의 활용계획 ... 25
- 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 26
- 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 26
- 8. 참고문헌 ... 26
- 9. 연구성과 ... 28
- 10. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설·장비 현황 ... 29
- 11. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 29
- 12. 기타사항 ... 30
- [별첨1] 대 표 연 구 성 과 ... 31
- [별첨2] 세부 목표 관련 증빙 ... 42
- 끝페이지 ... 42
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