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KR20070001228A - 음향 장치 및 음향 장치를 제조하는 방법 - Google Patents

음향 장치 및 음향 장치를 제조하는 방법 Download PDF

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KR20070001228A
KR20070001228A KR1020067021466A KR20067021466A KR20070001228A KR 20070001228 A KR20070001228 A KR 20070001228A KR 1020067021466 A KR1020067021466 A KR 1020067021466A KR 20067021466 A KR20067021466 A KR 20067021466A KR 20070001228 A KR20070001228 A KR 20070001228A
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South Korea
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diaphragm
mass
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transducer
panel
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그래햄 뱅크
네일 해리스
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뉴 트랜스듀서스 리미티드
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Abstract

영역과 동작 주파수 범위를 갖는 격판(10)으로서 동작 주파수 범위에서 공진 모드를 가지는 격판(10), 격판(10)에 결합되고 격판과 에너지를 교환하도록 구성된 구동부를 갖는 전자기계적 트랜스듀서, 및 격판에 결합되거나 격판과 통합된 적어도 하나의 기계적 임피던스 수단(20, 22, 24)을 구비한 음향 장치로서, 트랜스듀서의 구동부(26)와 적어도 하나의 기계적 임피던스 수단(20, 22, 24)의 위치 및 질량은 격판(10)의 영역에 걸친 네트 가로축 모드 속도가 0으로 되도록 구성되어 있다. 피스톤 대 모드 천이(Piston-to-modal Transition)를 포함하는 영역을 가지고 동작 주파수 범위를 갖는 격판을 구비한 음향 장치를 제조하는 방법은, 동작 주파수 범위에서 공진 모드를 갖도록 격판 파라미터를 선택하는 단계; 격판과 에너지를 교환하도록 격판에 전자기계적 트랜스듀서의 구동부를 결합하는 단계; 격판에 적어도 하나의 기계적 임피던스를 추가하는 단계; 및 영역에 걸친 네트 가로축 모드 속도가 0으로 향하도록 적어도 하나의 기계적 임피던스 수단의 파라미터와 위치 및 트랜스듀서의 구동부의 위치와 질량을 선택하는 단계를 포함한다.

Description

음향 장치 및 음향 장치를 제조하는 방법{ACOUSTIC DEVICE AND METHOD OF MAKING ACOUSTIC DEVICE}
본 발명은 확성기와 마이크로폰과 같은 음향 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 굴곡파 장치에 관한 것이다.
제 1 원칙으로부터, 피스톤형 확성기 격판에 가해진 포인트 포스(Point Force)는 자연스럽게 편평한 주파수 응답을 제공하지만, 고주파에서는 감소하는 세기 응답을 제공한다. 이는 방출된 파장이 격판의 길이 l이나 원형 격판에 대한 반직경 즉 반경 a와 견줄 수 있게 되면서, 다시말해 ka가 2보다 크거나 kl이 4보다 큰 경우에 변화하는 방출 커플링(Radiation Coupling) 때문이다(k는 파수 주파수(Wave Number Frequency)). 그러나, 이론적인 자유 탑재형 굴곡파 패널 스피커의 경우, 순수 포스, 즉 무질량 포인트 구동은 주파수 대 편평한 음압과 편평한 음력 양자를 제공한다.
그러나, 실제의 굴곡파 패널은 서스펜션상에 지지되어 있고, 질량을 포함한 복합적인 구동 포인트를 가진 여자기를 가지고 있다. 그러한 물체는 이론적인 기대에 비해 평탄하지 못한 주파수 응답을 보여주게 된다. 이는 패널의 모드 동작을 불균형화하는 현존하는 다양한 질량과 컴플라이언스(Compliance) 때문이다. 모드 밀 도가 충분히 높은 경우, 시스템은 모드가 보다 균일한 음향 응답을 위해 주파수에 걸쳐서 유리하게 분산되도록 설계될 수 있다. 그러나, 이 분산 모드 방법은 충분한 주파수 응답을 구축하기에는 모드가 희박하고 전반적으로 불충분한 경우 낮은 굴곡 주파수에서 그렇게 효과적이지 못하다.
피스톤형 또는 전체 몸체 범위에 대해 갭을 매워주면서 최하 굴곡 주파수까지의 편평한 압력과 세기 응답의 목적은 모드 조정의 이론적인 조건을 재설정할 것을 요구한다. 이것이 이루어질 수 있다면, 수정된 모드 조정은 원하는 이론적 조건에 대한 실제 패널의 음향 반응을 교정할 것이다. 이는, 세기나 주파수의 용어로 방출되는 응답이 구동 포인트 질량에 독립적인 경우에, 새로운 계층의 확성기 라디에이터를 제공할 것이다.
트랜스듀서와 실제 격판을 구비한 확성기 및 구동 방법의 설계자에 대한 목표는 주파수에 본질적으로 독립적인 동작을 얻는 것이다. 일단 1차 목적이 달성되면, 다른 필요한 특성을 설계자가 구현할 수 있다.
본 발명에 따르면, 영역을 가지고 동작 주파수 범위를 가지며, 상기 동작 주파수에서 공진 모드를 갖도록 이루어진 격판(Diaphragm); 상기 격판에 결합되어 상기 격판과 에너지를 교환하도록 구성된 구동부를 갖는 전자기계적인(Electro-mechanical) 트랜스듀서; 및 상기 격판에 결합되거나 상기 격판과 통합된 하나 이상의 기계적인 임피던스 수단을 구비하며, 상기 트랜스듀서의 구동부와 상기 하나 이상의 기계적인 임피던스 수단의 질량과 위치는, 상기 격판의 상기 영역에 걸친 네트 가로축 모드 속도(Net Transverse Modal Velocity)가 0으로 향하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 음향 장치가 제공된다.
본 발명의 제 2 측면에 따르면, (청구항 45).
적어도 하나의 기계적 임피던스 수단의 기계적 임피던스 Z(ω)는 다음과 같이 정의된다.
Z(ω) = j·ω·M(ω) + k(ω)/(j·ω) + R(ω)
여기서, ω는 라이안/초 단위의 주파수이고, M(ω)는 요소의 질량이고, k(ω)는 요소의 경도이고, R(ω)는 요소의 댐핑이다.
적어도 하나의 기계적인 임피던스 수단은 격판에 결합된 예컨대 질량이나 서스펜션 등의 불연속적인 요소일 수 있다. 선택적으로는, 격판은 선택된 위치에서 적어도 하나의 기계적 임피던스 수단을 제공하는 영역에 따라 변하는 질량, 경도 및/또는 댐핑을 가질 수 있다. 이러한 방식으로, 기계적 임피던스 수단은 격판과 통합된다. 예컨대, 격판은 예컨대 몰딩 프로세스(Moulding Process)에 의해 격판의 한쪽 혹은 양쪽 면상의 평면으로부터 나온 리지(Ridge)나 돌기를 포함한 채 변화하는 두께로 형성될 수 있다. 리지나 돌기는 기계적 임피던스 수단으로서 동작할 수 있다.
영역에 걸친 네트 가로축 모드 속도는 위상 캔슬에 의해 영향을 받지 않는 rms(Root Mean Square) 가로축 변위를 계산함으로써 정량될 수 있다. 예를 들어, 원형 격판의 경우, rms 가로축 변위는 다음 식으로 계산된다.
Figure 112006074560912-PCT00001
여기서, R은 격판 반경이고, Ψ(r)은 모드 형태이다.
특정한 음향 장치의 이점에 대한 측정은 다음 식으로 계산 가능하다.
상대적인 평균 변위 Ψrel = Ψmean/Ψrms
여기서, 원형 격판의 경우는 다음과 같다.
Figure 112006074560912-PCT00002
평균 가로축 변위는 최상의 조정을 위해 낮아야 한다. 영역에 걸친 네트 가로축 모드 속도가 0이면, 상대적인 평균 변위도 0이 된다. 최악의 경우, 상대적인 평균 변위는 1과 같다. 영역에 걸친 네트 가로축 모드 속도가 0으로 향하는 것을 달성하기 위해, 상대적인 평균 변위는 0.25보다 작거나 0.18보다 작을 수 있다. 즉, 0으로 향하는 영역에 걸친 네트 가로축 모드 속도는 상대적인 평균 변위가 rms 가로축 속도의 25%보다 작고, 바람직하게는 18%보다 작을 때 달성 가능하다.
0인 네트 가로축 모드 속도에 대해, 격판의 모드는 "전체 몸체 변위"나 "피스톤" 모드는 제외하고 모드가 0의 평균 변위를 갖는 정도(즉, 제너레이터 평면 위의 모드 형태로 포위된 영역이 그 평면 이하의 영역과 같은 경우)까지 관성적으로 조정될 필요가 있다. 이는 네트 가속과 그에 따른 축상(On-axis) 압력 응답이 어떠한 주파수에서도 동작의 피스톤 성분에 의해서만 결정된다는 것을 의미한다.
예컨대 포인트 소스에 의해 구동되는 자유단을 가진 균일한 유닛 당 질량(Mass-per-unit) 영역의 판과 같이, 모든 비피스톤형 모드가 0의 평균 변위를 갖는 넓은 계층의 물체가 있다. 그러나, 그러한 물체는 이론적인 음향 장치를 나타내는데, 이는 실제적으로 포인트 구동과 자유단을 달성할 수 없기 때문이다.
0으로 향하는 네트 가로축 모드 속도는, 이상적인 이론적 장치의 경우(즉, 자유롭게 진동하는 격판)에 비교하여, 노드 윤곽(Nodal Contour)과 그에 따라 실제 음향 장치의 모드 및 속도 프로파일을 수학적으로 매핑함으로써 달성될 수 있다. 수학의 경우, 매핑은 1개 세트 X의 각 요소 x를 다른 세트 Y의 유일한 요소 y에 연관짓는 규칙이다. 따라서 매핑은 y=f(x)라는 함수 f로서 표현된다. x로부터 매핑되지 않은 요소가 없고 x의 각 값이 y의 단 하나의 값에만 할당되는 경우에 매핑이 존재한다고 말할 수 있다.
이를 실현하는 한가지 방법은 구동 포인트 임피던스 Zm이 최대이거나 어드미턴스 Ym이 이상적인 이론적 음향 장치의 모드에 대해 최소인 위치를 계산하고 구동부 및/또는 적어도 하나의 기계적 임피던스 수단을 이들 위치에 탑재하는 것이다. 어드미턴스는 임피던스의 역이다(Zm = 1/Ym).
예를 들어, 원형 케이스의 경우, 위치는 중앙과 주변부 사이의 격판의 구동 직경을 변경하고, 구동 직경이 변함에 따른 평균 구동 포인트 어드미턴스를 계산하고, 그 어드미턴스 최소치에 의해 주어진 위치에서 기계적 임피던스를 추가함으로써 연산될 수 있다.
임피던스 Zm과 어드미턴스 Ym은 모드 합계로부터 계산되므로, 이들 값은 함계에 포함된 모드의 개수에 따라 달라진다. 제 1 모드만 고려된다면, 그 모드의 노드 라인에 꽤나 인접하거나 그 위에 해당 위치가 놓이게 된다. 더욱 일반적으로는, 위치는 고려된 최고조 모드의 노드 근처에 존재하려는 경향이 있지만, 다른 모드의 영향으로 인해 정확히 일치하지 않을 수도 있다. 그럼에도 불구하고, 디자인 솔루션을 위해 선택된 최고조 모드의 노드 라인의 위치는 수용할만하다. 첫번째 3가지 모드로부터의 솔루션은 첫번째 2가지 모드 등으로부터의 솔루션의 정도는 아니다. 위치는 평균적인 노드 위치가 되도록 고려될 수 있으며, 그에 따라 트랜스듀서의 구동부 및/또는 적어도 하나의 기계적 임피던스 수단은 동작 주파수에 있어서 모드의 평균적인 노드 위치에 배치될 수 있다.
어드미턴스를 이용하는 것 대신에, 기계적 임피던스 수단에 대한 위치는 기계적 임피던스 수단이 시스템의 통합부인 모델을 정의하고 그 모델을 네트 볼륨 변위(Net Volume Displacement)가 0으로 향하도록 최적화함으로써 연산될 수 있다. 예컨대 원형 격판의 경우, 모델은 링의 접합부에서 원형선 질량을 가지고 동일 물질의 중앙 링을 구비한 디스크로서 정의될 수 있다. 네트 볼륨 변위는 다음으로부터 계산될 수 있다.
Figure 112006074560912-PCT00003
여기서, R은 격판 반경이고, Ψ(r)은 모드 형태이다.
선택적으로는, 기계적 임피던스 수단에 대한 위치는 기계적 임피던스 수단이 시스템의 통합부인 모델을 정의하고, 0으로 향하는 상대적인 평균 변위를 제공하도록 모델을 최적화함으로써 얻을 수 있다.
다양한 방법의 조합을 사용할 수도 있는데, 예컨대 기계적 임피던스 수단이 제 3 모드의 노드 라인에 탑재되고, 첫번째 2가지 모드를 반영하도록 최적화를 사용할 수도 있다.
트랜스듀서 위치는 평균적인 저속 위치, 즉 어드미턴스 최소점이다. 표준 분산 모드 확성기에 대한 표준 이론은 트랜스듀서를 가장 부드러운 임피던스를 갖는 위치에 탑재하여, 가능한 한 많은 모드에 가능한 한 균등하게 결합하도록 하는 것이다. 따라서, 일 관점에서 보면, 상기 발명은 분산 모드의 경우와는 다르다.
격판 파라미터는 형태, 사이즈(개구율), 굴곡 경도, 표면 영역 밀도, 절단율, 이방성 및 댐핑을 포함한다. 파라미터는 다양한 어플리케이션에 대한 성능을 최적화하기 위해 선택될 수 있다. 예컨대, 5 내지 8cm 직경 길이의 소형 격판의 경우, 격판 재료는 필요한 상부 주파수 동작 범위에서 2가지 모드만을 가지는 비교적 굳은 경량 격판을 제공하도록 선택될 수 있다. 2가지 모드만 존재하므로, 이들 모드를 조정함으로써 비교적 저렴하게 좋은 음 방출을 달성할 수 있다. 선택적으로는, 예컨대 피스톤 범위에서 좋은 저주파 세기를 갖는 길이 내지 직경이 25cm인 대형 패널에 대해, 격판 재료와 두께는 예컨대 1kHz 이상의 중역에서 제 1 모드를 배치하도록 선택될 수 있다. 7번째 이상까지의 일련의 모드는 그 후 좋은 세기 균일성을 갖는 광범위한 주파수 응답과 잘 유지되는 축 외 주파수 응답을 달성하도록 조정될 수 있다.
설계에 있어서, 파라미터 변화의 상대적인 효과는 관련성이 있으며, 모드 방출의 조정은 굴곡 경도보다 표면 영역 밀도의 균일성에 보다 의존적이다. 예를 들어, 단순 원형 격판의 경우, 2:1까지의 굴곡 경도의 이방성은 성능에 적절한 효과만을 나타내며, 4:1까지도 용인할 수준이다. 고절단(High Shear)은 높은 주파수에서 효과적인 감쇠를 형성하도록 활용 가능하다.
트랜스듀서는 천이에 있어서 격판을 이동하도록 구성될 수 있다. 트랜스듀서는 자석 시스템과 구동부를 형성하는 보이스 코일을 가진 이동 코일 장치일 수 있다. 탄력성 서스펜션은 섀시에 격판을 결합한다. 자석 시스템은 섀시에 접지될 수 있다. 서스펜션은 동작 주파수 범위에 있어서 모드의 평균 노드 위치에 배치될 수 있다. 보이스 코일이 격판에 결합되는 위치는 상기 서스펜션이 격판에 결합되는 위치에 비해 다른 위치일 수 있다.
동작 주파수 범위는 피스톤 대 모드 천이(Piston-to-modal Transition)를 포함할 수 있다. 격판 파라미터는 2개 이상의 격판 모드가 피스톤 범위 위에서 동작 주파수 범위 내에 존재하도록 될 수 있다.
격판은 원형 주변부와 질량 중심을 가지고 있다. 격판의 주변부는 제 1 격판 모드가 ka=2 이하로 되게 이루어질 수 있으며, 여기서 k는 파수이고, a는 미터 단위로 측정된 격판 반경이며, k의 단위는 m-1이다. 예를 들어, 이것은 적절한 경도를 갖는 패널 재료를 선택함으로써 달성 가능하다. 패널 재료의 경도는 방향성을 제어하는데 도움이 되도록 합치 주파수(Coincidence Frequency)를 배치하는데 사용될 수도 있다.
격판은 굴곡 경도에 관해 이방성을 가질 수 있다. 굴곡 경도의 적당한 격판 이방성은 결과적인 모드 위치를 평균내는 rms에 의해 제작 가능하다. 예들 들어 x=2y인 타원형 격판의 경우, 순수 원형 등가 모드 결과는 16:1의 대응하는 경도율로 구현될 수 있다. 이러한 방식으로, 격판은 구현이면서 이방성 재료의 원형 격판과 같이 동작하도록 굴곡 경도에 대해 이방성을 가질 수 있다.
원형 케이스의 예에 있어서 이방성은 공진 모드의 실제 주파수를 변경하지만, 원형 모드 동작은 강해서 격판에 그 자체를 고집한다. 상술한 바와 같이, 4:1까지의 적당한 이방성은 무방하다.
하나 이상의 기계적 임피던스 수단은 원형이거나 타원형일 수 있는 환형 질량의 형태로 될 수 있다. 몇몇 환형 질량은 동작 주파수 범위의 모드의 평균 노드 위치에서 격판과 결합되거나 격판에 통합될 수 있다. 질량은 격판의 중앙을 향해 중량에 있어서 감소할 수 있다. 각각의 환형 질량은 불연속적인 질량의 배열로 형성될 수 있다. 3개 이상의 그와 같은 질량은 충분할 수 있으며, 6개의 그러한 질량은 연속적인 환형 질량에 등가가 되기에 충분하다. 질량 및/또는 서스펜션의 질량은 보이스 코일 질량에 비교될 수 있다.
댐핑 수단은 높은 패널 속도의 위치에서 격판과 통합되거나 그 위에 배치될 수 있으며, 이로써 선택된 모드가 감쇠한다. 원형 혹은 타원형 패널의 경우, 댐핑 수단은 높은 패널 속도의 고리에 배치된 패드의 형태일 수 있다. 굴곡파 장치에서, 높은 패널 속도의 영역은 패널의 최대 만곡 영역이다. 댐핑(제한형 레이어 혹은 비제한형 레이어)은 가능한 최대 각도로 구부러짐으로써 최대로 팽팽하게 될 때 가장 효과적이다.
모든 주파수에 대해, 비록 중앙 댐핑이 바람직하지만, 패널의 중앙과 모서리에서의 최대 굴곡 만곡이 존재하므로, 중앙 및/또는 모서리 댐핑을 이용하는 것으로 알려져 있다. 그러나, 서로 다른 모드 차수에 대해, 중앙과 모서리 영역 사이의 서로 다른 직경 비율에서 높은 패널 속도의 영역이 역시 존재한다. 따라서, 중앙 및/또는 모서리 영역에서만의 댐핑 사용은 정확하게 감쇠하는 축상 응답을 제공하지만, 비감쇠하는 고속 영역으로부터의 축 외 기여분은 축 외 응답의 적당한 감쇠가 없음을 의미한다. 높은 패널 속도의 고리에 댐핑 패드를 배치하여 이 문제를 해결한다.
모드는 음향 응답에 있어서 원치 않는 피크를 유발하기 때문에 선택되며, 댐핑 패드의 효과는 이 피크를 줄이거나 제거하는 것이다. 댐핑은 부가적인 것이 아니며, 서로 다른 모드는 상이한 위치에서 댐핑이 존재할 것을 요구한다. 댐핑 패드는 예컨대 더 많은 댐핑 정확도가 필요한 경우에 하나 이상의 위치에 탑재될 수 있다. 그러나, 전체 패널을 덮는 전반적인 댐핑 레이어를 적용하는 것은 피해야 한다.
하나의 선택된 모드나 선택된 모드들만 감쇠시킴으로써, 전체 패널을 댐핑할 필요가 없어지고, 따라서 민감도에 있어서의 손실이 없다. 선택된 모드의 전부가 댐핑될 수 있다. 즉, 축상 및 축외가 모두 댐핑될 수도 있다. 또한, 저주파 모드는 충분히 댐핑되지 않으며, 따라서 댐핑 모드 이하의 확성기 동작은 보존된다.
댐핑 패드는 연속적인 고리형 패드일 수 있으며, 비원형 댐핑의 작은 조각이 사용되도록 구획되어 있을 수 있다. 선택적으로는, 댐핑될 필요가 있는 응답 피크의 크기에 따라서, 고리의 일부만이 감쇠될 수 있다.
원형 및 타원형 형태에 있어서, 격판 반경상에 노드 라인을 갖는 축 모드와 격판 주변부로 집중된 노드 라인을 갖는 반경 모드의 2가지 유형의 모드가 존재한다. 축 모드는 2차적인 모드로서 보통 음향적으로 중요하지 않다. 그러나, 필요하다면 이들도 기계적 임피던스 수단의 협력적인 조정에 의해 감쇠되거나 최소화될 수도 있다. 예컨대, 격판의 평면에 있어서의 경도는 반경 모드의 조정에 영향을 주지 않고 축 모드에 관해 격판을 강화한다. 축 모드는 일부 문서에서 "벨" 모드라고 부르기도 한다.
격판 파라미터는 동작 주파수 범위에서 2개의 격판 반경 모드가 존재하도록 선택될 수 있다. 환형 질량은 0.39 및 0.84의 직경 비율의 전부에서 실질적으로 배치되며, 이로써 이들 2가지 모드가 조정된다. 제 3 반경 모드가 동작 주파수 범위에 있는 경우, 댐핑 패드는 직경 비율 0.43과 0.74의 어느 하나 혹은 모두에 배치될 수 있다. 선택적으로는, 환형 질량은 0.26, 0.59 및 0.89의 직경 비율의 어느 하나 혹은 전부에서 실질적으로 배치되고, 이로써 첫번째 3가지 모드가 조정된다.
만약 제 4 반경 모드가 주파수 범위 내에 있다면, 댐핑 패드는 0.32, 0.52 및 0.77의 직경 비율 중 어느 하나 혹은 전부에서 배치될 수 있으며, 이로써 제 4 모드가 감쇠된다. 선택적으로는, 환형 질량은 0.2, 0.44, 0.69 및 0.91의 직경 비율의 어느 하나 혹은 전부에서 실질적으로 배치되며, 이로써 첫번째 4가지 모드가 조정된다.
제 5 반경 모드가 주파수 범위에 있는 경우, 댐핑 패드는 0.27, 0.48, 0.63 및 0.81의 직경 비율 중 어느 하나 혹은 전부에서 배치될 수 있으며, 이로써 제 5 모드가 감쇠된다. 선택적으로는, 환형 질량은 0.17, 0.35, 0.54, 0.735 및 0.915의 직경 비율의 어느 하나 혹은 전부에서 실질적으로 배치될 수 있다. 만약 주파수 범위에 추가적인 모드가 존재한다면, 더 많은 모드가 선택되어 설명한 기본 방식을 따라 조정이 이루어질 수 있다.
격판은 환형일 수 있다. 아래의 테이블은 패널의 반경이 0.05 내지 0.35인 범위의 홀 사이즈에 대해 보이스 코일과 질량의 가능한 환형 위치를 나타낸다. 최내측 위치는 홀 사이즈에 의해 가장 영향을 많이 받는다.
2가지 반경 모드가 고려되는 경우의 위치:
Figure 112006074560912-PCT00004
3가지 반경 모드가 고려되는 경우의 위치:
Figure 112006074560912-PCT00005
4가지 반경 모드가 고려되는 경우의 위치:
Figure 112006074560912-PCT00006
예를 들어, 격판은 직경 비율 0.20인 홀을 구비하고, 환형 질량은 0.33, 0.62 및 0.91 직경 비율의 어느 하나 혹은 전부에서 실질적으로 배치될 수 있으며, 이로써 3가지 모드가 조정된다. 선택적으로는, 환형 질량은 0.23, 0.46, 0.7 및 0.92 직경 비율의 어느 하나 혹은 전부에서 실질적으로 배치될 수 있으며, 이로써 4가지 모드가 조정된다.
격판은 전체적으로 사각형이고 질량 중심을 가질 수 있다. 격판의 파라미터는 제 1 격판 모드가 kl=4 이하로 되게 이루어질 수 있으며, 여기서 k는 모드수(단위는 m-1)이고, l은 m 단위의 패널 길이이다.
서스펜션, 트랜스듀서의 구동부 및/또는 하나 이상의 기계적 임피던스 수단은 격판의 주변부와 질량의 중심에서 먼 반대편 위치에 배치될 수 있다. 격판이 단위 면적당 균일한 질량을 갖는 경우, 이들 반대편 위치는 질량 중심으로부터 같은 거리일 수 있다. 기계적 임피던스 수단은 격판의 질량 중심에서 이격된 반대편 위치에서 배치된 한쌍의 질량의 형태일 수 있다.
격판은 연장된 사각형 표면 영역을 가진 빔 형태일 수 있으며, 모드는 그 빔의 긴 축을 따르게 된다. 트랜스듀서, 질량의 쌍 및/또는 서스펜션은 빔의 긴 축을 따라 격판에 결합될 수 있다.
동작 주파수 범위에 2가지 모드가 존재한다면, 질량 쌍은 0.29 및 0.81의 질량 중심으로부터의 비율 중 어느 하나 혹은 전부에서 실질적으로 배치될 수 있다. 질량 쌍은 0.19, 0.55 및 0.88의 질량 중심으로부터의 비율 중 어느 하나 혹은 전부에서 실질적으로 배치될 수 있으며, 이로써 3가지 모드가 조정된다. 선택적으로는, 4가지 모드가 조정되는 경우, 질량 쌍은 0.15, 0.4, 0.68 및 0.91의 질량 중심으로부터의 비율 중 어느 하나 혹은 전부에서 실질적으로 배치될 수 있다. 선택적으로는, 5가지 모드가 조정되는 경우, 질량 쌍은 0.11, 0.315, 0.53, 0.74 및 0.93의 질량 중심으로부터의 비율 중 어느 하나 혹은 전부에서 실질적으로 배치될 수 있다. 설계에 있어서, 더 큰 수의 모드를 선택하여 설명한 바와 같은 기본 방식에 따라 조정이 이루어질 수 있다.
빔형 격판의 경우, 빔의 짧은 축에 평행한 노드 라인을 갖는 모드와 빔의 긴 축에 평행한 노드 라인을 갖는 크로스 모드의 2가지 모드가 존재한다. 크로스 모드는 2차적인 모드로서 대체적으로는 고주파를 제외하고는 음향적으로 중요하지 않다. 트랜스듀서 직경 대 패널 폭의 비율은 약 0.8의 값을 가지고, 이로써 가장 낮은 크로스 모드가 효과적으로 억제될 수 있다.
빔이 가변 두께인 경우, 상술한 바와 같은 비율 개념은 경도 변화에 의해 결정되는 평균 노드 영역에 관한 거리로 대체될 수 있다. 경도의 대칭 분산에 대해, 기준으로 중앙을 사용하는 것은 중앙으로부터의 반경에 동등한 센스와 관련된 것이지만, 빔이 경도의 비대칭 분산을 갖는 경우에는 구동 및 질량에 대한 위치가 빔의 일단으로 지정된다.
상술한 실시형태 각각에 있어서, 트랜스듀서 보이스 코일은 상기 비율 중 하나로 격판에 결합될 수 있다. 원형이나 환형 격판의 경우, 보이스 코일은 격판상에 동심원적으로 탑재될 수 있다.
사각 패널의 경우, 한 쌍의 트랜스듀서가 서로 다른 비율을 갖는 2개의 반대편 위치에서 혹은 동일한 비율을 각각 갖는 반대편 위치에서 탑재될 수 있다. 선택적으로는, 단일 트랜스듀서가 그 구동부가 동일 비율을 갖는 2개의 반대편 위치를 구동하도록 탑재될 수 있다. 선택적으로는, 트랜스듀서와 조정 질량은 동일 비율을 갖는 반대편 위치에 탑재될 수 있으며, 질량은 피스톤 범위에 대해 격판을 동적으로 보상한다. 그러나, 격판의 피스톤 동작이 필요하지 않으면 그러한 격판 흔들림을 피하기 위한 질량 보상이 제한 조건이 아니라는 점에 주의한다.
확성기는 경량의 리지드(Rigid)형 커플러의 형태인 사이즈 어댑터일 수 있으며, 이는 구동이 평균적으로 노드 위치에서 존재하도록 적당한 편리한 경제적인 프레임에 맞춰지도록 선택된 보이스 코일의 사이즈를 조절한다. 커플러는 제 1 직경에서 트랜스듀서에 결합될 수 있으며, 제 2 직경에서 격판에 결합된다. 제 2 직경은 동작 주파수 범위에서 모드의 제 1 평균 노드 위치인 환형 위치일 수 있다.
커플러는 프루스토 코니컬(Frusto-conical)일 수 있다. 제 1 직경은 제 2 직경보다 크며, 이로써 대형 코일 어셈블리가 반전 커플러에 의해 소형 구동 로커스(Locus)에 적응되고, 소형 코일 어셈블리가 프루스토 코니컬 커플러의 소형 단을 보이스 코일 어셈블리에 고정하고 대형 단을 격판에 고정함으로써 대형 로커스에 적응될 수 있다.
추가적인 이점은 소형 코일 구동에서 기대되는 고주파에 대한 세기 응답을 보존하면서 고출력 용량과 효율을 위한 초과 사이즈의 보이스 코일 어셈블리를 사용하는 가능성으로 얻어질 수 있다. 반대로, 적당한 비용의 소형 보이스 코일 어셈블리는 대형 구동 서클에 이제 적응될 수 있다. 이 경우, 제 1 직경은 제 2 직경보다 더 작을 수 있다. 예를 들어, 원형 격판에 대한 최고 주파수에 대한 보다 넓은 방향성을 위해, 설계자는 직접적으로 구동되거나 감소하는 커플러를 통해서인지에 따라 소형 보이스 구동 서클을 선택한다. 선택적으로는, 고효율과 최대 소리 레벨이 필요한 경우, 예컨대 격판상에 보다 큰 반경 평균 노드 라인의 대형 구동 서클에 적응된 대형 보이스 코일을 사용한다.
서스펜션은 실질적으로 외측 비율 중 어느 것으로도 격판에 결합될 수 있다. 서스펜션에 대한 적당한 재료는 몰드형(Moulded) 고무나 탄성 폴리머 셀룰러 폼형 플라스틱(Elastic Polymer Cellular Foamed Plastic)을 포함한다. 서스펜션의 유효 질량은 주파수에 따라 조금씩 이동할 수 있으며, 질량 자체는 주파수에 따라 변할 수 있다. 이는 서스펜션의 구조와 구성이 동작이 주파수에 따라 변하는 복합적인 기계적 임피던스를 낳을 수 있기 때문이다.
설계에 있어서, 패널상의 서스펜션의 물리적 위치는 동작 주파수 범위에서의 최적의 전반적인 조합을 찾도록 조정될 수 있다. 추가적으로 혹은 선택적으로, 서스펜션의 동작은 예컨대 유효 질량 중심, 댐핑 및 경도를 확실히 하기 위해 FEA 등으로 모델링될 수 있으며, 이에 따라 패널상에서의 위치를 용이하게 한다.
기계적 임피던스 수단의 위치상에서 +/- 5% 내지 +/- 10% 사이의 오차는 격판 특성에 따라 용인된다. +/- 5% 내지 +/- 10% 사이의 오차도 용인된다. 보통, 질량을 변경하기 위한 오차는 위치 변경을 위한 것보다 크다.
격판은 바람직하게는 자기 지지의 의미에 있어서 리지드형인 것이 좋다. 격판은 단일체형, 레이어형 혹은 복합형일 수 있다. 복합형 격판은 2개 스킨 사이에 끼워진 코어를 가진 재료로 제작되며, 적당한 코어로는 페이퍼 코어, 허니콤(Honeycomb) 코어 혹은 주름형 플라스틱 코어가 포함되고, 코어는 길이 혹은 반경 방향으로 세로 홈이 파여 있을 수 있다. 적당한 스킨에는 페이퍼, 알루미늄 및 폴리머 플라스틱이 포함된다. 한가지 적당한 복합형 재료는 Correxⓡ이 있다. 사용된 재료는 이방성적으로 혹은 등방성적으로 우븐(Woven)이나 단방향성 경화 섬유에 의해 강화될 수 있다.
격판은 편명형이거나 접시형일 수 있다. "접시형"이란 용어는 접시형이든 아치형이든 돔형이든, 원형이나 타원형에 관계없이 뿔 부분과 합성 곡면을 포함하는 비평면 격판 전부를 포함하는 의미이다. 접시형 형태는 중앙에 평탄부를 가질 수 있다. 격판은 길이에 따라 변하는 폭이나 두께를 가질 수 있다.
확성기는 개구(Aperture)를 포함할 수 있다. 제2 격판은 개구 내에 탑재될 수 있다. 제 2 격판은 제 1 격판과 동작 면에서 유사하며, 예컨대 제 1 평균 노드 위치에 결합된 트랜스듀서와 제 2 평균 노드 위치에 결합된 하나 이상의 질량을 가질 수 있다. 선택적으로는, 제 2 격판은 굴곡 모드 장치로서 혹은 피스톤적으로 동작될 수 있다.
봉합 부재는 개구에 탑재되며, 이로써 그 개구는 음향 출력의 누출을 방지하도록 거의 음향적으로 봉합된다. 격판의 외측 반경에 대한 봉합의 반경 비율은 필요한 음향 응답을 구현하도록 조정 가능한 추가적인 파라미터이다.
음향 장치는 동봉물 내에 탑재될 수 있으며, 동봉물의 음향 특성은 음향 장치의 성능을 개선하도록 선택 가능하다.
음향 장치는 확성기일 수 있으며, 여기서 트랜스듀서는 굴곡파 에너지를 트랜스듀서에 인가된 전기적 신호에 응답하여 격판에 가하도록 구성되어 있고, 격판은 방출 영역에 걸쳐서 음향 출력을 내도록 구성되어 있다. 선택적으로는, 음향 장치는 마이크로폰일 수 있으며, 여기서 격판은 음향 소리가 반사할 때 진동하도록 구성되고 트랜스듀서는 그 진동을 전기적 신호로 변환하도록 구성된다.
따라서, 본 발명에 따른 방법과 음향 장치는 굴곡파 모드의 이용에 관여한다. 반대로, 종래기술에 관한 피스톤과 원뿔(Cone)은 예컨대 댐핑과 특정 구조 및 구동 커플링 측면을 이용함으로써 모드 동작을 방해하려는 것이다. 그러나, 본 발명의 음향 장치는 최저 굴곡 주파수에 관여한다. 이들 모드가 밀집하거나 균일하게 분포할 것을 요구하지 않는다. 관여되는 모드는 방출이 장려되지만, 그들의 축상 기여분은 트랜스듀서, 서스펜션 및/또는 동작 주파수 범위에서의 모드의 평균 노드 위치에서의 질량을 탑재함으로써 조정된 방출이다.
본 발명은 관련된 질량 없이 이론적인 순수 포인트 포스로 굴곡 구동되는 격판인 단순 자유 플레이트에 의해 방출된 소리의 법칙을 이용한다. 이는 예컨대 전자 동적인 트랜스듀서나 여자기의 보이스 코일 어셈블리로 인한 질량을 피할 수 없게 포함하는 메커니즘에 의해 힘이 가해져야 하는 실제에서는 구현될 수 없다. 또한, 실제 포스는 보통 단일 포인트에서 플레이트에 가해지는 것이 아니라, 선을 따라서 원형 코일 형태와 같이 제공된다.
음향 장치의 설계자는 본 발명의 원리 내에서 자유롭게 성능을 튜닝하여 네트 가로축 모드 속도를 전체적으로 혹은 선택적으로 주파수에 따라 조정함으로써 환형과 어플리케이션을 변경할 수 있다. 예컨대, 다양한 주파수 특성이 서로 다른 주파수에서 요구되고 차량과 같이 청취자가 축 외에 있는 특정 어플리케이션용으로는 상이한 방출 각이 요구될 수 있다.
본 발명의 다음의 측면들도 동일한 원리를 이용하고 동일한 부수적인 특징들을 가진다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 동작 주파수 범위를 갖는 음향 장치에 있어서, 원형 주변부와 질량 중심을 갖는 격판; 상기 격판에 결합되어 트랜스듀서에 인가되는 전기적 신호에 응답해서 굴곡파 에너지를 가하도록 구성된 트랜스듀서; 및 상기 동작 주파수 범위 내 모드의 제 2 평균 노드 위치에서 상기 격판에 결합되거나 상기 격판과 통합되어 있는 하나 이상의 질량을 구비하며, 상기 격판은 상기 동작 주파수 범위에서 공진 모드를 갖도록 되어 있고, 상기 트랜스듀서는 상기 동작 주파수 범위 내 모드의 제 1 평균 노드 위치에서 상기 격판과 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 음향 장치가 제공된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 동작 주파수 범위를 갖는 확성기에 있어서, 상기 동작 주파수 내 공진 모드를 갖도록 형성되고 질량 중심을 갖는 격판; 상기 격판에 결합되고, 트랜스듀서에 인가된 전기적 신호에 응답하여 굴곡파 에너지를 가하도록 구성되어 있으며, 상기 격판의 상기 질량 중심으로부터 이격된 반대측 위치 및 상기 동작 주파수 범위 내 모드의 제 1 평균 노드 위치에서 상기 격판에 결합된 트랜스듀서 수단; 및 상기 동작 주파수 범위 내 모드의 제 2 평균 노드 위치에 배치되고, 상기 격판의 상기 질량 중심으로부터 이격된 반대측 위치에서 상기 격판에 결합되거나 상기 격판과 통합되어 있는 하나 이상의 질량 쌍을 구비하는 것을 특징으로 하는 확성기가 제공된다.
또 다른 측면에 따르면, 본 발명은, 동작 주파수 범위를 가지고 원형 주변부와 질량 중심을 갖는 평면 격판을 가지는 확성기를 제조하는 방법에 있어서, 상기 동작 주파수 범위 내에서 공진 모드를 갖도록 상기 격판의 파라미터를 선택하는 단계; 트랜스듀서에 인가된 전기적 신호에 응답하여 굴곡파 에너지를 가하도록 상기 격판의 상기 질량 중심과 동심원적으로 하여 상기 격판에 트랜스듀서를 결합하는 단계; 및 상기 격판의 상기 질량 중심과 동심원적으로 하되, 주변부에서 떨어지고 상기 동작 주파수 범위 내 모드의 평균 노드 위치에서의 고리에 배치되도록 상기 격판에 탄성 서스펜션을 결합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법이다.
추가적인 측면에 의하면, 본 발명은, 원형 주변부와 질량 중심을 갖는 평면 격판을 구비하고 동작 주파수 범위를 가지는 확성기를 제조하는 방법에 있어서, 상기 동작 주파수 범위 내에서 공진 모드를 갖도록 상기 격판의 파라미터를 선택하는 단계; 상기 동작 주파수 범위 내 모드의 제 1 평균 노드 위치에서, 트랜스듀서에 인가된 전기적 신호에 응답하여 굴곡파 에너지를 가하도록 상기 격판에 트랜스듀서를 결합하는 단계; 및 상기 동작 주파수 범위 내 모드의 제 2 평균 노드 위치에서 상기 격판에 하나 이상의 질량을 부가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법이다.
도 1a는 본 발명의 제 1 실시형태의 평면도.
도 1b는 도 1a의 AA 라인을 따른 단면도.
도 2a는 질량이 있는 경우와 없는 경우 도 1a의 장치에 대한 주파수 대 축상 음압의 변화를 나타내는 그래프.
도 2b는 질량이 있는 경우와 없는 경우 도 1a의 장치에 대한 주파수 대 반공간 세기(즉, 실시형태에 대하여 반구에 걸친 집적된 음향 세기)의 변화를 나타내는 도면.
도 3은 각 질량에 연관된 대역으로 분할된 도 1a의 장치에 대한 주파수 대 전압 민감도의 변화를 나타내는 그래프.
도 4a는 최외곽 위치에서 2개의 서로 다른 질량을 가진 도 1a의 장치에 대한 주파수 대 전압 민감도의 변화를 나타내는 그래프.
도 4b 및 4c는 도 3a에서 측정된 장치의 외측부의 단면도.
도 5a는 배플(Baffle)에 탑재된 도 1a의 장치에 대한 단면도.
도 5b는 스텝형 배플(Stepped Baffle)과 플러쉬 피트형 배플(Flush-fitted Baffle)에 탑재된 도 1a의 장치에 대한 주파수 대 전압 민감도의 변화를 나타내는 그래프.
도 6a 및 6b는 질량이 있는 경우와 없는 경우 본 발명의 제 2 실시형태 각각에 대한 주파수 대 반공간 세기 및 축상 음압의 변화를 나타내는 그래프.
도 7a, 7b 및 7c는 2개의 이론적인 확성기 및 실제 확성기 각각에 대한 주파수 대 반공간 세기 및 축상 음압의 변화를 나타내는 그래프.
도 8은 도 7b 및 7c의 확성기에 대한 속도 프로파일의 일부를 나타내는 도면.
도 9a 내지 9e는 첫번째 모드로부터 처음 5가지 모드까지의 각각에 대한 패널 직경 대 어드미턴스 Ym의 실수부분의 평균값 변화를 나타내는 도면.
도 9f는 첫번째 5가지 모드와 고리형 위치에 대한 모드 형태를 나타내는 도면.
도 9g 및 9h는 분리형 및 확장형 질량을 가진 첫번째 8가지 모드에 대한 패널 직경 대 어드미턴스 Ym의 실수부분의 평균값 변화를 나타내는 도면.
도 9i 및 9j는 불연속 및 연속 질량을 각각 이용한 4 모드 솔루션에 대한 주파수로 변하는 음압 레벨과 음력(Sound Power) 레벨을 나타내는 도면.
도 9k는 최적화 방법 이후의 패널에 대한 첫번째 3가지 모드를 나타내는 도면.
도 10a는 원형 격판(Diaphragm)을 포함하는 확성기에 있어서 제 1 모드 내지 제 2 모드 및 제 2 모드와 그 이상 각각에 대한, 제 1 모드 이하의 주파수 응답을 나타내는 도면.
도 10b는 도 10a의 범위에 있어서 확성기에 대한 위치 변위를 나타내는 도면.
도 10c 및 10d는 도 10a의 범위에 있어서 확성기에 대한 모드 변위를 나타내는 도면.
도 10e는 안정된 2가지 모드 모두를 가진 도 10a의 확성기에 있어서 제 1 모드 내지 제 2 모드 및 제 2 모드와 그 이상 각각에 대하여 제 1 모드 이하의 주파수 응답을 나타내는 도면.
도 10f는 도 10e의 범위에 있어서 확성기에 대한 위치 변위를 나타내는 도면.
도 10g 및 10h는 도 10e의 범위에 있어서 확성기에 대한 모드 변위를 나타내는 도면.
도 10i는 도 10e의 확성기에 있어서 제 1 모드 내지 제 2 모드 및 제 2 모드와 그 이상 각각에 대한 제 1 모드 이하의 주파수 응답을 나타내는 도면.
도 10j는 도 10i의 확성기에 대한 위치 방향성을 나타내는 도면.
도 10k 및 10l은 도 10i의 범위에 있어서 확성기에 대한 모드 방향성을 나타내는 도면.
도 11a 내지 11d는 4개의 상이한 환형 위치에서 구성된 원형 패널을 갖는 확성기에 대한 주파수 대 음압 및 세기의 변화 시뮬레이션을 나타내는 도면.
도 11e는 보다 가벼운 외곽 질량을 가진 도 11d에 사용된 환형 위치에서 구동된 원형 패널을 가진 확성기에 대한 주파수 대 음압 및 세기의 변화 시뮬레이션을 나타내는 도면.
도 12a 및 12b는 본 발명의 다른 실시형태에 대한 단면도.
도 12c는 도 12a 및 12b의 실시형태의 주파수에 대한 세기 응답의 그래프.
도 13은 반경에 대한 도 12a 및 12b의 패널의 첫번째 3가지 모드의 응답의 대수적 평균을 나타내는 그래프.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시형태를 나타내는 도면.
도 15 및 16은 최내측 환형 위치에 대해 각각 질량 및 환형 위치에 있어서의 10% 변화 효과를 나타내는 주파수에 대한 음압의 그래프.
도 17a 및 17b는 중간측 환형 위치에 대해 각각 질량 및 환형 위치에 있어서의 10% 변화 효과를 나타내는 주파수에 대한 음압의 그래프.
도 18a 및 18b는 최내측 환형 위치에 대해 각각 질량 및 환형 위치에 있어서 의 10% 변화 효과를 나타내는 주파수에 대한 음압의 그래프.
도 19는 20% 만큼 환형 위치와 질량을 동시에 변경하는 효과를 나타내는 주파수(Hz)에 대한 음압(db)의 그래프.
도 20은 원하는 원형 패널을 구현하기 위해 환형 격판을 근사적으로 이용하는 효과를 나타내는 주파수(Hz)에 대한 음압(db)의 그래프.
도 21은 첫번째 2가지 모드가 조정되고 단일 댐핑(Damping) 패드가 탑재되어 있는 확성기에 대한 축상 음압 레벨(SPL)과 음력 레벨(SWL) 곡선(하부 곡선과 상부 곡선 각각)을 나타내는 도면.
도 22a는 본 발명의 다른 측면에 따른 확성기의 평면도.
도 22b는 도 22a의 확성기에 대한 축상 음압 레벨(SPL)과 음력 레벨(SWL) 곡선(하부 곡선과 상부 곡선 각각)을 나타내는 도면.
도 23은 프루스토 코니컬(Frusto-conical) 커플러의 사시도.
도 24는 도 23의 커플러를 결합한 확성기 구동 장치의 측면도.
도 25는 도 24의 구동 장치에 대한 후면도.
도 26a 내지 26d는 도 23의 구동 장치의 변화에 대한 주파수(Hz) 대 음압(db)을 나타낸 도면.
도 27a는 본 발명의 제 2 실시형태의 평면도.
도 27b는 도 27a의 AA 라인을 따른 단면도.
도 28a는 도 12b의 장치에 대한 주파수 대 반공간 세기와 축상 음압의 변화를 나타내는 그래프.
도 28b, 28c 및 28d는 158°, 174° 및 166°의 포함 각을 각각 갖는 도 27 a의 장치에 대한 주파수 대 반공간 세기 및 축상 음압의 변화를 나타내는 그래프.
도 29a는 본 발명의 또 다른 실시형태에 대한 평면도.
도 29b는 도 29a의 AA 라인을 따른 단면도.
도 30a는 본 발명의 또 다른 실시형태의 평면도.
도 30b는 도 30a의 AA 라인을 따른 단면도.
도 31은 도 29a의 패널의 첫번째 4가지 모드에 대한 패널 직경 대 어드미턴스 Ym의 실수부분의 평균값 변화를 나타내는 도면.
도 32a는 도 29a의 장치에 대한 주파수 대 반경간 세기 및 축상 음압의 변화를 나타내는 그래프.
도 32b, 32c 및 32d는 변화하는 환형 질량을 가진 도 29a의 장치에 대한 주파수 대 반공간 세기 및 축상 음압의 변화를 나타내는 그래프.
도 33a 및 33b는 본 발명에 따른 장치에 포함될 수 있는 대체 패널의 단면도.
도 34a는 본 발명의 또 다른 실시형태의 평면도.
도 35a 및 35b는 1개 질량을 가진 경우, 2개 질량을 가진 경우 및 질량을 가지지 않은 경우에 있어서 도 34a의 장치에 대해 각각 주파수 대 반공간 세기 및 축상 음압의 변화를 나타내는 그래프.
도 36a, 36b 및 36c는 2개의 이론적인 확성기와 하나의 실제 확성기 각각에 대한 주파수 대 반공간 세기 및 축상 음압의 변화를 나타내는 그래프.
도 36d 내지 36g는 각각 절반의 길이에 대한 도 34a의 패널의 첫번째 2개 내지 5개 모드의 대수 평균 어드미턴스의 그래프.
도 36h 및 36i는 2가지 모드와 5가지 모드의 솔루션 각각에 대한 주파수 대 음압 레벨의 그래프.
도 37 및 38은 본 발명의 2가지 추가적인 실시형태에 대한 평면도.
도 39a 및 39b는 질량이 있는 경우와 없는 경우 각각에 있어서 도 38의 장치에 대한 주파수 대 반공간 세기 및 축상 음압의 변화를 나타내는 그래프.
도 40a는 본 발명의 또 다른 실시형태의 평면도.
도 40b는 도 40a의 AA 라인을 따른 단면도.
도 41a는 도 40a의 실시형태의 격판에 대한 첫번째 4가지 모드 형태의 그래프.
도 41b는 도 41a의 모드 형태의 푸리에 변환 그래프.
도 41c는 도 40a의 격판의 첫번째 2가지 모드와 제 1 모드 양자에 대한 응답의 대수 평균을 나타내는 그래프.
도 41d는 도 40a의 격판의 첫번째 3가지 모드와 첫번째 4가지 모드 양자에 대한 대수 평균 어드미턴스를 나타내는 그래프.
도 42a, 42b 및 42c는 2개의 이론적인 확성기와 하나의 실제 확성기 각각에 대한 주파수 대 반공간 세기 및 축상 음압의 변화를 나타내는 그래프.
도 43a는 본 발명의 선택적인 실시형태의 평면도.
도 43b는 도 43a의 실시형태의 격판에 대한 첫번째 4가지 모드 형태의 그래 프.
도 43c는 도 43a의 격판의 첫번째 모드와 첫번째 2가지 모드 양자에 대한 대수 평균 어드미턴스를 나타내는 그래프.
도 43d는 도 43a의 격판의 첫번째 3가지 모드와 첫번째 4가지 모드 양자에 대한 대수 어드미턴스를 나타내는 그래프.
도 44a는 본 발명의 선택적인 실시형태의 평면도.
도 44b는 도 44a의 실시형태의 격판에 대한 첫번째 4가지 모드 형태의 그래프.
도 45, 46 및 47은 사각형 피스톤형 스피커, 실용적인 공진 패널형 스피커 및 이론적인 공진 패널형 스피커 각각에 대한 주파수 대 반공간 세기 및 축상 음압의 변화를 나타내는 그래프.
도 48a 및 48b는 본 발명의 또 다른 실시형태의 평면도와 측면도.
도 49 및 50은 각각 도 48a의 실시형태에 대한 주파수 대 반공간 세기 및 축상 음압의 변화를 나타내는 그래프.
도 51a 및 51b는 도 48a의 실시형태에 관한 변화에 대한 주파수 대 반공간 세기 및 축상 음압의 변화를 나타내는 그래프.
도 52a 및 52b는 커플러를 구비한 확성기의 단면도와 후면도.
도 53a 및 53b는 커플러의 제 2 실시형태를 구비한 확성기의 단면도와 후면도.
도 54는 보이스 코일(Voice Coil)의 반경 ρ에 대한 트랜스듀서 보이스 코일 의 유효 네트 포스(Net Force) F의 그래프.
도 55a 및 55b는 원형 및 빔형 격판 각각의 1/4에 대한 평면도.
도 55c는 도 55a 및 55b의 1/4 격판의 측면도.
도 56a 및 56b는 서스펜션 조정 질량을 갖지 않은 경우와 가진 경우 각각에 있어서 확성기에 대한 주파수 대 축상 음압 및 45°음압의 변화를 나타내는 그래프.
도 56c는 서스펜션 조정 질량을 갖지 않은 경우와 가진 경우에 있어서 확성기에 대한 주파수 대 반공간 세기의 변화를 나타내는 도면.
도 57a는 본 발명의 또 다른 실시형태의 평면도.
도 57b는 도 57a의 AA 라인을 따른 단면도.
도 58은 본 발명의 또 다른 실시형태의 평면도.
도 59는 본 발명의 또 다른 실시형태의 부분 단면도.
도 1a 및 1b는 원형 패널(10) 형태의 격판과 패널(10)에 동심원으로 탑재된 보이스 코일(26)을 가진 트랜스듀서(12)를 구비한 확성기를 나타낸다. 3개의 링 모양의(즉, 환형) 질량(20, 22, 24)은 접착 테이프를 이용하여 패널(10)에 동심원으로 탑재되어 있다. 보이스 코일과 질량은 위치(1)가 최내측 위치가 되고 위치(4)가 최외측인 상태로 명칭된 위치(1 내지 4)인 환형 위치에서 각각 배치되어 있다.
패널과 트랜스듀서는 원형 서스펜션(18)에 의해 패널이 부착되는 플랜지(16, Flange)를 구비하는 원형 섀시(14)에서 지지되어 있다. 플랜지(16)는 패널(10)의 주변부와 이격되어 포위하며, 서스펜션(18)은 패널(10)의 주변부로부터 이격된 고리에서 부착되어 있다. 이러한 방식으로, 패널 모서리가 자유롭게 이동하는데, 이것은 이 위치에서 안티노드(Anti-node)가 존재하기 때문에 중요하다. 마찬가지로, 이 위치에서 안티노드 또한 존재하기 때문에, 패널의 중앙에 배치된 질량은 존재하지 않는다. 트랜스듀서(12)는 섀시(14)에 접지되어 있다.
패널(10)은 이방성 재료, 소위 5mm 두께의 RohacellTM(확장형 폴리 메틸이미드)로 제작되고, 125mm의 직경을 가진다. 질량은 브래스 스트립(Brass Strip)이며, 1mm 두께이다. 보이스 코일(26), 각 질량 및 서스펜션의 위치는 동작 주파수 범위에서 나타나는 패널 모드의 평균 노드 위치이며, 도 7a 내지 10에서 설명한 바에 따라 계산된다.
질량의 값은 도 11a 내지 11e에서 설명한 보이스 코일의 질량과 위치에 관하여 비교 측량된다. 값은 아래의 테이블에 제시되어 있다.
Figure 112006074560912-PCT00007
도 2a 및 2b는 3개 링 질량을 가진 확성기(실선)와 질량이 없는(점선) 확성기에 대한 반공간 세기(Half Space Power)와 축상 압력을 나타낸다. 질량을 가진 확성기는 확장된 축 외 주파수 응답을 가지며, 가청 영역에 걸쳐서 음질과 뚜렷함 을 개선한다. 다른 이점은 질량을 가진 장치가 주파수에 대한 큰 지연과는 연관되어 있지 않다는 것이다. 따라서, 정확한 스테레오 이미지를 형성할 수 있다.
질량이 없는 확성기 격판 어셈블리의 무게는 11.8g이며, 질량은 추가로 10.8g을 더한다. 도 2a 및 2b에 도시된 바와 같이, 이러한 특정 디자인은 피스톤 영역(즉, 600Hz 이하)에서 약 6dB의 손실을 가져온다. 도 3에 도시된 바와 같이, 장치의 주파수 범위는 한정 요소 분석(FEA: Finite Element Analysis)으로 결정된 패널의 모드에 의해 여러 밴드로 분할된다(점선으로 도시됨). 각 밴드는 관련된 특정 질량을 가지며, 질량을 증가시키는 것은 해당 밴드의 민감도를 감소시키고 그 반대도 마찬가지이다. 피스톤 영역의 민감도는 최외측 위치에서 질량에 의해 제어된다. 주변부를 향해 패널의 기계적 임피던스의 감소가 있으며, 이에 따라 최외측 위치에서는 적은 질량이 요구될 수 있다.
도 4a는 위치(4)에서 전체적인 질량을 1.25g 만큼 감소한 효과를 나타낸다. 점선은 감소한 질량에 대한 응답을 나타내며, 실선은 더 높은 질량에 관한 것이다. 예상한 바와 같이 150에서 600Hz의 민감도 상승이 있다. 그러나, 중역에서는 민감도의 감소가 있으며, 이는 최외측 위치에서의 질량이 4kHz까지 주파수 응답에 영향을 미친다는 점을 나타낸다. 서스펜션의 질량 기여분은 주파수에 따라 변하며, 질량 기여분은 고주파에서 정밀하게 조정하는 관점에서는 에러의 소스일 수 있는 85Hz에서 결정되었다.
도 4b 및 4c는 최외측 위치에서의 질량 감소가 어떻게 이루어지는지를 나타낸다. 도 4b(및 도 1a)의 장치에 사용된 서스펜션(18)은 반원 섹션(34)의 측면 중 하나를 연장하며 2개의 동일 사이즈의 플랜지(30, 32)를 구비한 대칭 단면을 가진다. 플랜지(30, 32)는 패널(10)과 섀시의 플랜지(16)에 각각 붙어있다. 도 4c에서, 패널(10)에 부착된 플랜지(36)의 대부분은 0.25g 만큼 서스펜션 질량을 감소하도록 제거되었다. 질량(40)도 1.25g의 전반적인 감소를 제공하도록 1g으로 감소되었다.
도 2a 및 2b는 패널 모서리로부터의 회절이 있음을 보여준다. 도 5a는 배플(28)에 탑재된 도 1a의 장치를 나타낸다. 도 5b는 배플이 있는 경우(실선)와 배플이 없는 경우(점선)의 장치의 민감도 시뮬레이션을 나타낸다. 배플에 장치를 탑재하는 플러쉬(Flush)는 고주파에서 본 간섭 패턴을 부드럽게 한다.
제 2 실시형태에서, 패널 재료는 1mm 두께의 알루미늄으로 변경되었고, 아래의 테이블은 재료 특성과 모드값을 비교하는 것이다.
재료 RochallTM 알루미늄
모드 1(Hz) 735 615
모드 2(Hz) 3122 2628
모드 3(Hz) 7120 6000
모드 4(Hz) 12,720 10,723
모드 5(Hz) 19,921 16,797
코인시던스(Hz) 10,200 11,180
플레이트 두께(mm) 5 1
플레이트 질량(g) 6.0 28.7
애리얼 밀도(Arial Density)(kg/m2) 0.55 2.71
굴곡 경도(Nm) 1.85 7.62
알루미늄 패널은 훨씬 높은 굴곡 경도를 가진다. 이는 축상 압력이나 음력을 크게 바꾸지 않지만, 모드 주파수를 변경한다. 따라서, 보통 경도는 고주파 확장과 부드러움의 이점을 가진 양호하나 음력을 제공하기 위해 패널이 패널 직경에 비해 충분한 모드가 되도록 보정하기 위하여 선택되거나 조정될 수 있다. 또한, 모드 주파수가 각 패널 경도에 대해 상이하지만, 제 1 모드에 대한 가가 모드의 주파수 비 율은 동일하며, 아래에 제시되어 있다. 따라서, 보이스 코일, 질량 및 서스펜션에 대한 환형 위치는 동일하게 남아있다. 나아가, 제 5 모드의 주파수가 제 1 모드의 경우보다 27배이므로, 첫번째 5가지 모드에 초점을 맞춤으로써, 피스톤 범위에 부가되도록 모드 조정의 약 6옥타브를 커버하는 것이 가능하다.
모드수 상대적인 주파수
1 1.000
2 4.246
3 9.683
4 17.299
5 27.092
도 6a 및 6b는 알루미늄 패널을 이용한 장치에 대한 축상 음압과 180 세기를 나타낸다. 실선은 질량을 가진 장치를, 점선은 질량이 없는 장치를 나타낸다. 도시된 바와 같이, 질량이 없는 장치는 사용할 수 없는 반면, 3개 질량이 부가된 경우에는 상당한 성능 개선이 있다. 가장 큰 개선은 중역에서 나타나며, 특히 제 2 모드, 즉 2.6kHz의 주파수 부근에서 나타난다. 이 개선은 RohacellTM 패널을 사용한 실시형태에 대한 것으로서 표시되지는 않는데, 그 이유는 알루미늄 패널이 훨씬 더 무겁고 낮은 댐핑을 가지기 때문이다. 따라서, 패널 질량에 대한 추가된 질량의 비율은 감소하고, 전반적인 민감도 손실이 줄어든다. 16kHz에서의 큰 피크는 아마도 그것이 제 6 모드로 인한 것이기 때문에 도시되니 질량의 추가에 의해 영향을 받지 않는 것처럼 보인다.
도 7a 내지 10은 도 1a 및 6a의 장치에 대한 구동 위치와 질량 및 서스펜션의 환형 위치를 선택하는 방법을 나타낸다. 도 7a는 패널 중앙에 인가된 무질량 포인트 포스에 의해 구동되는 자유로운 원형, 편탄형, 리지드형 패널을 구비한 이론 적인 피스톤 확성기에 대한 음압과 음력 레벨을 나타낸다. 음압은 주파수와 지속되는 반면, 음력은 약 1kHz까지 지속되고, 그 이후에는 주파수 증가에 따라 점차 감소하게 된다(ka>2).
도 7b는 패널 중앙에 인가된 무질량 포인트 포스에 의해 구동되는 자유로운 공진 원형 패널을 구비한 이론적인 확성기에 대한 음압 및 음력 레벨을 나타낸다. 음압은 여전히 주파수와 거의 지속되지만, 도 7a에 나타낸 경우에 비해 음력의 강하가 많이 개선되었다. 패널 모드는 모델이 전자기계적인 댐핑을 이용하지 않기 때문에 이제 분석상에서 볼 수 있다. 모드를 볼 수 있다면, 자유로운 공진 원형 패널은 실질적으로 지속적인 음력은 물론 지속적인 축상 음압을 전달한다.
도 7c는 도 7b의 경우와 비슷하지만 25mm 직경의 보이스 코일을 가진 트랜스듀서와 보이스 코일의 디자인(재료, 권선 등)에 의존하는 유한 질량으로 구동되는 실제 확성기에 대한 음압과 음력 레벨을 나타낸다. 주파수에 대한 음력 강하는 여전히 도 7a의 경우보다 개선되어 있다. 그러나, 이제 축상 음압과 음력이 더 이상 주파수와 지속적이지 못하다.
확성기가 선대칭이기 때문에, 단순 모델링이 모델용으로 사용 가능하다. 도 8은 도 7b 및 7c의 확성기의 제너레이터 평면 내 첫번째 5가지 모드에 대한 속도 프로파일을 나타낸다. 곧은 점선은 대칭축이고, 점선이 제너레이터 평면이다. 2개 세트의 모델은 서로 잘 맞지 않는다. 도 7b의 이론적인 이상 모델은 "전체 몸체 변위"나 "피스톤" 모드는 예외로 하고 전부가 0의 평균 변위를 가지는 정도(즉, 제너레이터 평면 이상의 모드 형태로 감싼 영역이 평면 이하의 것과 동일하다)까지 관 성적으로 조정되어 있다.
반면에, 도 7c의 실제 확성기 모델은 조정되어 있지 않다. 그러나, 이러한 동작은 노드 윤곽, 그에 따라 이상적인 이론 확성기에 대한 실제 확성기의 속도 프로파일과 모드를 수학적으로 매핑함으로써 해결될 수 있다. 이는 이론적인 확성기 모델에 대해 어드미턴스 Ym이 최소인 위치를 계산하고 이 위치에 보이스 코일, 서스펜션 및/또는 질량을 탑재함으로써 달성할 수 있다.
도 8의 구부러진 파선은 평균 어드미턴스 최소치 혹은 노드를 이용하여 보정된 상황에 대응한다. 도 8에 도시된 바와 같이, 파선 세트의 모드는 점선 세트보다도 실선 세트의 모드(즉, 이론적인 이상형)에 잘 맞는다. 도 8에서, 수직의 파선은 대칭축을 나타내고 수평의 점선은 제너레이터 평면이다.
임피던스 Zm과 어드미턴스 Ym의 실수부는 모드 합계로부터 계산되므로, 이들 값은 고려된 모드수에 따라 달라진다. 어드미턴스 Ym과 반경 ρ에 따라 변하는 그 대수 평균 μ(ρ)은 다음 식으로 구해진다.
Figure 112006074560912-PCT00008
여기서, N은 모드 수이고, S는 동작 주파수 범위에 걸친 비례 계수, λi=아이겐값≒(n-1/2)·π/(1-ρ0)이고, ρ0는 0.2이며, ω는 주파수이고, γ(i,ρ)는 i 번째 모드의 모드 형태이다.
도 9a 내지 9e는 1개 내지 5개 모드 각각에 대한 패널 직경 대 Ym의 변화를 나타낸다. 최소값이 아래에 표로 나타나 있다.
도면 고려한 모드 수 최소값
9a 1 0.68
9b 2 0.39, 0.84
9c 3 0.26, 0.59, 0.89
9d 4 0.2, 0.44, 0.69, 0.91
9e 5 0.17, 0.35, 0.54, 0.735, 0.915
작은 댐핑을 갖는 패널의 경우, 각 최소값의 폭은 아주 좁다. 이는 환형 위치에서의 탑재가 매우 중요하며 오차율이 2% 정도로 낮다는 것을 의미한다. 이는 특히 제 1 모드 하나만 취할 경우에 두드러진다. 폴리머 필름을 입힌 폼(Foam) 코어 패널과 같은 보통의 댐핑을 갖는 패널의 경우, 오차율은 10% 정도로 증가하며, 이는 도 9d 및 9e에서도 볼 수 있고, 이후에 예컨대 유사한 도 36e 및 36f에서도 볼 수 있다.
동작 주파수 범위에 걸쳐서 평균이 취해지면, 이 범위 밖의 주파수에서의 모드는 결과에 영향을 미치지 않는다는 점에 주의한다. 이는, 부분적으로는, 모드 5 이상이 일반적으로 그 전단계보다 적은 영향을 미치는지를 설명한다. 따라서, 고차 모드는 처음 4가지 모드가 고차 모드가 관심 있는 주파수 대역 밖에 있을 때 매핑되고, 패널이 어느 정도 응력에 있어서 단단하다면, 만족스럽게 매핑될 수 있다. 이것이 맞지 않는 경우에는, 고차 모드 고정이 가능하다.
상기 방법은 설계자가 특정 모드만을 매핑하도록 하는데 있어 충분히 유연하다. 처음 4개 혹은 5개 모드에 대해 계산된 환형 위치는 도 1a 및 6a의 장치에 있 어서 보이스 코일과 질량의 위치에 대응한다.
도 9f는 이론적인 확성기의 모드 형태와 환형 위치를 비교한다. 제 1 모드에서, 노드 라인(54)의 내측의 2개의 환형 위치(50, 52)와 2개의 외측(56, 58)이 존재한다. 모드 순서가 증가함에 따라, 노드 라인(54)의 반대측상에 배치된 환형 위치가 존재한다.
도 9g는 고정된 모드 수가 증가함에 따라 관찰 결과 점근선으로 보이는 어드미턴스 곡선의 패턴이 존재하는 것처럼 보이는 것을 나타낸다. 내측 및 외측 최소값의 비율은 0.13과 0.95 정도의 값에서 각각 안정되기 시작한다. 또한, 모드 차수가 증가하면서, 임피던스의 최소값은 훨씬 더 가까워져서 연속체로 되어 간다.
최소값에 탑재될 질량은 여전히 작고 불연속적이며, 불연속 서클로 보여진다. 보이스 코일과 서스펜션의 위치는 C와 S로 각각 표시되어 있다. 실제로, 질량은 확장된 사이즈일 수 있고 도 9h에 도시된 바와 같이 표시될 수 있다. 여기서, 불연속 질량은 확장된 사각형으로서 도시되어 있고, 거의 닿으려고 한다. 불연속 질량은 이 질량이 패널을 경화시키지 않는다면 단일 연속 질량으로 대체 가능하다.
도 9i 및 9j는 불연속 질량 M1과 M2(실선)를 이용한 확성기 및 연속 질량(점선)을 이용한 확성기에 대한 음향 음력과 음향 음압을 나타낸다. 솔루션은 작은 양의 구조적인 댐핑을 적용받는다(5%).
불연속 솔루션에 있어서의 질량에 대한 위치는 다음과 같다.
성분 비율
코일 0.2
M1 0.44
M2 0.69
서스펜션 0.91
연속 질량 솔루션에 대한 위치는 다음과 같다.
성분 비율
코일 0.11
질량 시작 0.17
질량 종료 0.88
서스펜션 0.95
연속 질량은 적당한 밀도를 가졌지만 매우 낮은 영 계수를 가지고 그에 따라 격자의 경화를 회피하는 매우 유연하고 얇은 껍질로 모델링되었다. 비록 도 9i 및 9j가 확성기의 응답이 일치하지 않는 것을 보여주지만, 연속 질량 솔루션은 수용 가능한 결과를 제공한다. 전체적인 민감도에 있어서 약간의 패널티가 있고, 연속 질량 대안이 구현하기에 더 간단하다. 그럼에도 불구하고, 불연속 질량 솔루션은 여전히 특히 바람직한데, 그 이유는 연속 질량 솔루션의 설계가 보다 제한되어 있고, 코일과 서스펜션 위치에 대한 점근선 값이 사용되어야 하기 때문이다.
소량의 내재적 댐핑을 연속 질량이 가진다면 연속 질량 솔루션에서 원치 않는 일부 피크를 진폭의 측면에서 줄이는 것이 가능하다. 이는 유연한 고무 시트 등과 같은 재료를 이용하여 달성할 수 있으며, 이는 정확한 질량과 소량의 추가적인 댐핑을 제공한다.
어드미턴스를 이용하는 것 대신에, 0으로 향하는 네트 가로축 모드 속도가 다음과 같은 최적화에 의해 달성될 수 있다. 우선, 예컨대 링의 접합부에서 원형 선 질량을 가진 동일 재료의 동심원 링을 구비한 디스크를 원형 격판으로 고려한 모델을 정의하는데, 모드 주파수와 모드 형태는 다음과 같이 해결된다.
N 모드 고정; μI는 링 질량의 단위 길이당 질량인 경우,
섹션 0
Figure 112006074560912-PCT00009
섹션 n = 1...N
Figure 112006074560912-PCT00010
경계선
연속성
Figure 112006074560912-PCT00011
포스 밸런스
Figure 112006074560912-PCT00012
여기서, Ψ0은 원형 중앙 섹션의 모드 형태이고, Ψn은 n번째 링의 모드 형태이고, k는 파수이고, r은 반경이며, μl은 링 질량의 단위 길이당 질량이고, N은 해결할 최고 모드의 수이며, J(0)는 제 1 유형이고 차수 0인 베셀 함수이며, Y(0)은 차수 0이고 제 2 유형인 베셀 함수이며, I(0)는 제 1 유형의 변형된 베셀 함수 이고, K(0)는 제 2 유형의 변형된 베셀 함수이며, An, Bn, Cn 및 Dn은 상수이며, MR은 굴곡 모멘트의 반경 성분이고, QR은 쉬어 포스(Shear Force)의 반경 성분이고, α는 길이당 참조 질량 대 링의 길이당 질량의 비율로서, 보통 보이스 코일의 경우이고, 최외측 링을 제외하고는 보통 모든 링에 대해 α=1이다.
네트 볼륨 변위는 다음으로 계산된다.
Figure 112006074560912-PCT00013
네트 볼륨 변위가 0으로 되도록 r의 고정값에 대해 최외측 αN을 최적화하는 것은 rn의 정확한 값에 따라 약 0.75 및 0.80 사이의 αn값을 제공한다. 상술한 어드미턴스 방법을 사용하여 계산한 평균 노드 위치는 약 0.79 내지 0.80의 최적의 αn값을 제공한다. 만약 최종 모드에 대한 실제 노드 위치가 사용되면, 약 0.74 내지 0.76의 αn값이 최적으로 된다.
예시한 바와 같이, 최적화 방법은 32mm 보이스 코일을 갖는 트랜스듀서에 의해 구동되는 92mm 직경의 패널을 제작하는데 사용된다. 어드미턴스 방법을 이용해서 계산한 2개의 모드 솔루션은 보이스 코일에 대해 0.4 및 0.84의 반경 위치를 제공한다. 그러나, 패널에 대한 코일 반경의 비율은 0.348이다.
B = 7Nm, μ=0.45kg/m2, υ=1/3, R = 0.046m, 코일 질량 = 1.5gm으로 정의하고, 최적화 방법에 있어서 2개 모드, 즉 N = 2에 대한 외측 링의 질량과 위치를 변 경함으로써 다음이 얻어진다.
Figure 112006074560912-PCT00014
따라서, 직경 75.14mm(0.816764×2R = 0.816764×92mm) 및 질량 3,224gm(0.915268×75.14/32×1.5gm)의 링을 선택된 트랜스듀서로 구동되는 패널에 탑재함으로써, 첫번째 2개 모드에 대한 모드 여분 볼륨 변위(Modal Residual Volume Displacement)는 도 9k에 도시된 바와 같이 사라진다. 제 3 모드는 여전히 밸런싱되지 않은 상태이다.
제 2 예로서, 질량이 제 3 모드의 각 노드 라인에 배치되고, 첫번째 2개 모드를 조정하기 위한 질량 값이 그 후 최적화를 이용해서 결정된다. 결과는 다음과 같다.
위치(반경 비율): 0.257, 0.591 및 0.893
최적화된 단위 길이당 질량은 또한 다음의 비율 1, 0.982 및 0.744에 제시된 바로 조율된다.
본 발명의 첫 2가지 실시형태에 있어서, 패널은 최내측 환형 위치(0.2)에서 구동된다. 그러나, 다른 환형 위치가 평균 노드 라인이므로, 패널은 하나 이상의 이들 위치에서 트랜스듀서의 질량을 조정하도록 나머지 위치에서의 환형 질량으로 구동될 수 있다. 질량의 조정 작용은 패널의 중심 및/또는 구동 포인트로부터의 상대적인 거리에 관계한다. 예컨대, 단일 8g 트랜스듀서가 0.91 구동 포인트에서 탑재된 경우, 다른 위치에서 좋은 근사치에 대한 질량값은 다음과 같다.
Figure 112006074560912-PCT00015
도 10a는 원형 격판을 구비한 확성기에 대한 3가지 서로 다른 범위에 대한 주파수 응답을 나타낸다. 도 10a는 제 1 모드 이하의 피스톤 범위, 제 1 모드에서 제 2 모드까지의 범위 및 제 2 모드와 그 이상의 범위를 나타낸다. 어떤 주파수에서의 응답도 모드의 선형 합산과 피스톤 기여분으로 고려될 수 있다. 동작 주파수 내의 모든 모드는 음향 응답에 기여한다.
도 10b는 각 범위에서 도 10a의 확성기에 대한 피스톤 변위를 나타낸다. 피스톤 변위는 이들 범위 각각에 공통되고 동일하다. 도 10c는 각 범위에 대한 제 1 모드의 모드 변위를 나타낸다. 피스톤 범위에서 제 1 모드 이하에서, 모드 변위는 없다. 모드는 조정되지 않고, 피크 356과 응답에 있어서 레벨 358의 강하를 낳는 초과 마이너스 기여분을 가지며, 이 둘은 모두 들을 수 있다. 마찬가지로, 도 10d는 제 2 모드에 대한 변위 형태가 조정되지 않은 것을 나타낸다. 다시, 피크 356과 응답에 있어서 레벨 358의 강하를 낳는 초과 마이너스 기여분이 존재하는데, 이 둘은 모두 들을 수 있다.
도 10e는 제 1 및 제 2 모드가 조정되는 확성기에 대한 3개의 서로 다른 범위에 대한 주파수 응답을 나타낸다. 도 10f는 각 범위에서의 확성기에 대한 피스톤 변위를 나타낸다. 도 10b에 나타낸 바와 같이, 피스톤 변위는 이들 범위 각각에 대 해 동일하고 공통된다.
도 10f 및 10g는 각 범위에 대한 제 1 및 제 2 모드의 모드 변위를 나타낸다. 피스톤 범위에서, 모드 변위는 존재하지 않는다. 각 모드는 조정, 즉 평균 가로축 변위의 합이 0으로 되며, 이에 따라 그 네트 기여분이 조정된다. 따라서, 응답에 있어서 레벨 변화는 없다. 간단한 날카로운 노치(360, Notch)는 음향 심리학적으로 양성이다.
도 10i는 도 10e에 대응한다. 도 10j 내지 10l은 3가지 범위에서의 극 응답을 나타낸다. 도 10j에 나타낸 바와 같이, 저주파에서는 단순 피스톤의 예견된 반구 출력이 있다. 중간 범위의 주파수에서는, 피스톤 성분의 방향성이 소스 사이즈로 인해 좁아지기 시작한다. 도 10k에 나타낸 바와 같이, 제 1 모드 방출도 나타나고, 피스톤 범위로부터의 출력에 부가되며, 이에 따라 유용하게 방향성을 확장한다. 더 높은 주파수에서는, 피스톤 성분은 좁은 로드(Lobe)로서, 제 1 굴곡 모드로부터의 성분에 의해 지원되고 이제는 제 2 모드의 추가 기여분에 의해 도 10l에 도시된 더 넓은 방출 각도로 증대된다. 따라서, 모드 기여분은 주파수 범위에 걸쳐서 넓은 방향성을 유지하는데 유리한 효과를 가진다.
도 11a는 상술한 바와 같은 조정 질량으로 비율 0.91에서의 질량 8g을 갖는 트랜스듀서에 의해 구동된 원형 패널에 대하여 주파수 대 음압과 세기 변화를 나타내고 있다. 도 11b, 11c 및 11d는 질량이 6.06g, 3.864g 및 1.76g 각각인 트랜스듀서로 비율 0.69, 0.44 및 0.2에서 구동되는 동일한 패널에 대한 주파수 대 음압 및 세기 변화를 나타낸다. 상술한 바와 같은 값의 질량은 구동되지 않는 각각의 환형 위치에서 탑재된다. 각각의 시뮬레이션은 구조적 댐핑 없이 계산된다. 작은 보이스 코일은 고주파에서 파워를 저장하지만, 낮은 모드는 조정되지 않는다. 외측 질량을 7g까지 낮춤으로써, 성능이 도 11e에 도시된 바와 같이 개선된다.
도 12a는 원형 패널 격판이 원형 패널(60)로 대체된 점을 제외하고는 도 1a의 것과 유사한 본 발명의 선택적인 실시형태를 나타낸다. 환형 패널(60)은 외측 반경의 0.2인 내측 반경을 가진다. 컴플라이언트(Compliant) 음향 봉합(61)은 패널의 중앙 개구 내에 탑재된다. 트랜스듀서의 보이스 코일(62)은 반경의 0.33인 환형 위치에서 탑재되며, 링 질량(64, 66)이 반경의 0.62 및 0.91인 환형 위치에 배치된다. 0.62 위치의 링 질량(64)과 보이스 코일(62)은 같은 질량을 가지며, 0.91 위치의 링 질량(66)은 보이스 코일(62)의 질량의 3/4이다.
도 12b는 보이스 코일(62)이 반경의 0.62인 환형 위치에 탑재되고 링 질량(64, 66)이 0.33 및 0.91 위치에 탑재된 경우에 있어서 도 12a의 변화를 나타낸다. 보이스 코일과 링 질량의 상대적인 질량은 그대로이다.
도 12c는 도 12a 및 12b(파선과 실선 각각)의 장치에 대한 세기 응답의 변화를 동일 사이즈의 피스톤 환형 라디에이터의 경우와 함께(점선) 나타낸다. 제 2 케이스는 부분적으로 억제된 제 1 모드를 가지며, 그래서 그 세기 응답이 제 2 모드 이하에서 피스톤을 따르게 된다. 중앙 구동이 불가능하므로, 편평한 세기는 얻을 수 없다. 그러나, 제 2 모드 이후에는, 양자 모두 피스톤보다 많은 음력을 방출한다.
질량과 보이스 코일의 환형 위치가 상술한 임피던스에 대한 식을 이용하여 비슷한 방식으로 계산된다.
도 13은 패널 반경이 변함에 따라서 도 12a 및 12b의 패널의 처음 3가지 모드(N=3)의 응답에 관한 대수 평균을 나타내는 도면이다. 계산을 위해, 임의의 재료가 패널용으로 선택되어서 제 1 모드가 400Hz에서, 제 4 모드가 약 9.6kHz에서 발생하도록 한다. 환형 패널의 처음 4가지 모드가 비율 1:5:12:23인 주파수를 가지기 때문에, 장치가 꽤 넓은 대역폭을 처리할 수 있는 처음 3가지 모드를 처리한다. 최소값은 반경의 0.33, 0.62, 0.91에서 발생하며, 이에 따라 보이스 코일 및/또는 질량이 이들 위치에서 배치된다. 최외측 환형 위치는 도 1a의 원형 패널에 대한 것과 대응한다.
도 14는 외 측 반지름의 0.2인 내측 반지름을 갖는 환형 패널(72)와 환형 패널(72)의 구경 내에 동심으로 결착된 원형 패널(72)을 포함한 장치를 도시한다. 원형 패널(70)은 어쿠스틱 실(acoustic seal)로 작용하는 순응 서스펜션(compliant suspension, 74)에 의해 환형 패널(72)에 결착된다.
환형 패널(72)은 패널 반지름의 0.62에서 결착된 보이스 코일(voice coil, 82)을 갖는 동심 결착된 트랜스듀서(transducer)에 의해 구동된다. 링 질량(78)은 반경의 0.91인 환형 위치에서 환형 패널에 결착된다. 환형 패널(72)은 0.91 환형 위치에서 결착된 환형 서스펜션(annual suspension, 80)에 의해 도 1a와 같이 섀시(chassis)에 결착된다.
원형 패널(70)은 패널 반지름의 0.62에서 결착된 보이스 코일(voice coil, 84)을 갖는 동심 결착된 트랜스듀서(transducer)에 의해 구동된다. 링 질량(86)은 반지름의 0.91인 환형 위치에서 원형 패널에 동심 결착된다.
도 15 내지 19는 환형 위치와 질량에서 내성 효과(tolerance effect)를 도시한다. 도 15는 0.26 환형 위치에서 결착된 32㎜ 보이스 코일 트랜스듀서(voice coil transducer)와 0.59와 0.89 직경 비율에서 결착된 질량을 갖는 121㎜ 직경의 원형 패널에 대한 주파수 반응(frequency response)을 도시한다. 이 주파수 반응(frequency response)은 "nominal"라고 레이블되어지고, 물질의 비뚤어짐 효과(shear effect) 때문에 예상 주파수대역폭(bandwidth)은 약 11-12㎑이다. 또한, 도 15는 최대 가능한 내부 환형 위치에서 질량의 10% 증감에서도 동일한 장치에 대한 주파수 반응(frequency response)을 나타낸다. 도 16은 도 15의 nominal 주파수 반응(frequency response)과 함께 환형 위치가 10% 증감된 장치에 대한 주파수 반응(frequency response)을 도시한다. 도 17a와 18a는 0.59와 0.89 반경 비율에서 질량에 대한 10%와 20% 변화의 효과를 도시하며, 도 17b와 18b는 이러한 반경 비율에서 반경의 10%와 5% 변화의 효과를 도시한다. 도 19는 최대 가능한 내부 환형 위치에서 동시에 20% 변화된 질량과 환형 위치의 효과를 도시한다.
일반적으로, 질량 변화에 대한 내성(tolerance)은 위치 변화에 대한 그것보다 크다. 또한, 위치 변화의 주파수 반응(frequency response)에서 효과는 주파수에서 최후 평형된 모드(balanced mode) 이상으로 가장 심하다. 전체적으로, 변화에 대한 내성(tolerance)은 질량 중심에 가까운 위치에서 가장 크다. 이러한 위치에서 직경 비율이나 질량에 대한 매우 넓은 변화에 대해서도 내성이 있을 뿐만 아니라, 패스-밴드(pass-band)에서 변화가 보완되는 것이 관찰된다. 단위 길이당 질량이 변 화하지 않는다면, 질량 또는 반경 비율에서 30% 증감까지의 변화를 수용할 수 있을 것이다. 외부 위치는 비율 변화에 더 민감하나, 질량 변화에 덜 민감할 수 있다.
최적의 해에 대해, 상대적 평균 변위는
Figure 112006074560912-PCT00016
= 0이다. 두 개 모드 최적 고정에 대해, 외부 질량의 반경을 변화하는 것은 다음 식에 따라 최적에서부터 이동된다.
Figure 112006074560912-PCT00017
여기서, r2는 평면 반지름에 의해 분할된 질량의 반지름이다.
한편, r2에서 1% 변화는
Figure 112006074560912-PCT00018
에서 1.75%이다. 상술한 것은 r2에서 ±5%에서부터 ±10%까지의 내성(tolerance)을 수용할 수 있다. 이것은
Figure 112006074560912-PCT00019
에서 8%에서 18%의 내성(tolerance)에 각각 대응한다.
도 9a 내지 9e 및 이후 유사한 도면에서는 평균 임피던스(impedance)의 그래프에서 최저치들이 광범위하여 질량의 위치에서 약간의 내성(tolerance)을 기대해야한다. 이것은 도 15 내지 19에 의해 지지된다.
비뚤어짐 유연성(shear flexibility)을 고려한다면, 모드의 주파수는 실질적으로 얇은-접시 이론(thin-plate theory)에 의해 기대되는 것에서부터 변화할 것이다. 그러나, 모드의 형태는 주로 변화되지 않는다. 예를 들면, 통상적으로 사용되는 물질을 가지고, 약 0.01부터 0.02까지 반경 비율을 감소시키면, 모드에 대한 약간 더 좋은 평형을 이룬다. 이러한 개선은 이전 단락에서 기술된 주어진 내성처럼 주로 학문적이다. 간단한 동등 보상은 통상적으로 1 또는 2㎜에 의해 패널을 약간 크게 만드는 것이다.
패널의 크기는 트랜스듀서 보이스 코일(transducer voice coil)의 크기에 의해 제한된다. 주어진 산업 표준 코일 크기에서, 패널의 크기는 제한된다. 그러나, 위에서 기술된 것처럼, 장치의 주파수 반응(frequency response)은 최대 가능한 내부 비율에서 변화에 대해 매우 내성이 있으며, 패널 반경에서 도표화된 값들로부터 최소 ±10% 변화를 허용하는 것은 이롭게 사용될 수 있다. 예를 들면, 그 방법은 우선 트랜스듀서(transducer)의 보이스 코일(voice coil)이 최대 가능한 내부 반경 비율에 설정되는 것에 요구되는 가장 가까운 패널/트랜스듀서(panel/transducer) 조합을 찾고, 올바른 패널 크기를 얻기 위하여 보이스 코일(voice coil)에 대한 것을 제외한 모든 반경 비율과 질량을 조절하여 적용될 것이다.
대안적으로, 환형의 패널에 대한 것은 디자이너가 패널 크기에 대한 제한을 면제시켜 사용될 수 있다. 그 근거는 홀이 작으면, 그 효과도 작아질 것이기 때문에 제한이 필요치 않을 수 있다. 환형 패널에 대한 관계에 대한 설정된 테이블은 0.1 보다 작은 반경 비율을 갖는 홀 크기가 환형 위치에서 최소 효과를 갖는 것을 제안한다. 따라서, 그 방법은 환형 패널을 디자인하거나 원형 패널을 만들어서 적용될 수 있다. 예를 들면, 32㎜ 코일(coil)을 갖는 108㎜의 패널 직경은 0.14의 홀 비율을 갖는 환형 패널을 디자인함으로써 얻을 수 있다. 가장 근접한 원형 디자인은 28㎜의 코일(coil)을 요구할 것이다. 도 20은 28㎜ 또는 32㎜ 보이스 코일 트랜스듀서(voice coil transducer)에 의해 구동되는 원형 패널과 32㎜ 보이스 코일 트 랜스듀서(voice coil transducer)에 의해 구동되는 환형 패널에 대한 주파수 반응(frequency response)을 도시한다. 환형 패널에 대한 패스-밴드 반응(pass-band response)은 조금 울뚱불뚱하나, 아웃-오브 밴드 반응(out-of band response)은 어쩌면 더 낫을 수 있다.
또한, 주로 내성에 사용되는 위에서 논의된 방법이나 패널 크기에 제한을 완화하는 환형 모형은 더 높은 주파수에서 밋밋한 반응으로부터 더 우아한 변경이 되도록 패스-밴드 모달 밸런스(pass-band modal balance)를 "디듄(detune)"하도록 사용될 수 있다. 이것은 제기된 모드(mode)의 수가 의도된 주파수 대역폭을 완전히 커버하지 못하거나 패널 물질의 비뚤어짐이 주파수에서 인-밴드(in-band)인 지점까지 감소시키는 높은 차수의 모드로 귀결되는 곳에서 중요하다. 주파수 반응(frequency response)은 종종 이들보다 더 높은 모드 근처에서 불규칙적이며, 특히 보이스-코일(voice-coil)이 이들 모드 중의 하나의 안티노드(anti-node)가 되거나 가까워질 때 불규칙적이다. 이러한 더 높은 차수 모드에 대한 개선은 내성(tolerance)을 이용하거나 환형 형태를 선택함으로써 고려될 수 있다.
도 21은 첫 번째 두 개 모드가 평형을 이뤘고, 단일 제동 패드(single damping pad)가 결착된 확성기에 대해 각각 하부와 상부 곡선인 온-엑시스(on-axis) 사운드 프레셔 레벨(sound pressure level: SPL)과 사운드 파워 레벨(sound power level: SWL) 곡선을 도시한다. 확성기는 32㎜ 보이스 코일 트랜스듀서(voice coil transducer)에 의해 구동되는 85㎜의 직경을 갖는 원형 패널을 포함한다. 71㎜ 직경의 환형 링은 패널에 결착되며, 제동 패드(damping pad)는 패널의 중심에 결착된다. 이러한 제동 패드(damping pad)는 9㎜×9㎜이며, 에틸렌 프로필렌 디엔 고무(ethylene propylene diene rubber: EPDR)로 만들어진다.
중심 제동 디스크(central damping disc)는 원형 패널에 대해 항상 패널 에지와 같은 안티노드(antinode)에 있기 때문에, 이들의 사용은 전통적인 가르침을 따른다. 그러나, 이것은 모든 모드가 약간의 제동을 적용할 것이며, 불행히도 모든 속도 프로파일(velocity profile)이 동일하게 제동되지 않을 것을 의미한다. 결국, 도 21에서 도시된 것처럼, 제동 패드(damping pad)의 효과는 SPL 곡선의 제 3 모드를 제동할 것이다. 그러나, 여전히 제 3 모드는 11㎑의 사운드 파워 반응(sound power response)인 SWL 곡선에서 확실히 가시적이다. 따라서, 온-엑시스 반응(on-axis response)은 개선된 것처럼 보이지만, 파워 반응은 그렇지 않다.
제 3 모드에서 이러한 피크가 어떻게 효과적으로 제동될 수 있을 것인가를 이해하기 위해서, 3 개의 모드를 갖는 패널에 대한 패널 어드미턴스 곡선(panel admittance curve)인 도 9c를 다시 한번 검토해 볼 필요가 있다. 이전에 설명한 것처럼, 평형된 질량은 그래프에서 좁은 골인 낮은 속도 영역에서 추가된다. 높은 속도 영역은 최대 패널 굽음으로 나타나기 때문에, 제동(damping)에 대해서는 이러한 높은 속도 영역에만 관심이 있다. 도 9c에서 도시된 것처럼, 패널의 중심과 에지가 모든 모드에서 최대이기 때문에, 최대 속도의 고전적 위치는 패널의 중심과 에지이다.
또한, 패널의 중심과 에지는 0.42와 0.74의 패널 직경에서 피크인 높은 속도의 다른 두 개 넓은 영역이다. 선택적 제동(damping)은 이들 영역에서 유용하게 적 용될 수 있다. 이들 영역이 넓은 어드미턴스(admittance)이기 때문에, 제동 위치(damping location)는 평형 질량 위치처럼 중요하지 않다. 도 21a에 도시된 확성기에 대해, 이들 비율은 35.7㎜과 63㎜에 있다. 그러나, 트랜스듀서 보이스 코일(transduce voice coil)은 출력에서 큰 피크인 32㎜에 있어, 35.7㎜에서 제동(damping)을 추가하는 것은 이상적이지 않다. 전체 모드 형태의 충분한 선택적 제동(selective damping)에 영향을 주기 위해서 직경 63㎜가 적합하며, 최소 제 2 영역이 요구된다. 또한, 0.2와 0.27 비율 사이에서 영역은 높은 속도를 갖는다. 이러한 영역이 중심 영역으로 겹치기 시작한다 하더라도, 이곳은 속도가 매우 빠르게 증가되는 곳이기에 표면 제동 물질(surface damping material)은 장력일 것이다.
도 22a는 32㎜ 보이스 코일 트랜스듀서(voice coil transducer, 92)에 의해 구동되는 직경 85㎜인 원형 패널(90)을 포함한 확성기를 도시한다. 직경 71㎜인 환형 평형 링(annular balancing ring, 94)은 직경 63㎜인 제동 링(damping ring, 96)과 직경 9㎜인 중앙 제동 패드(central damping pad)와 함께 패널에 결착된다. 이러한 제동 링들(damping ring, 96, 98)은 에틸렌 플로필렌 디엔 고무(ethylene propylene diene rubber)로 만들어진다.
도 22b는 도 22a의 확성기에 대한 온-엑시스(on-axis) 사운드 프레셔 레벨(sound pressure level: SPL)과 사운드 파워 레벨(sound power level: SWP) 곡선들을 나타낸다. 11㎑에서 이들 곡선에선 피크가 없어, 제 3 모드는 환형 링(annular ring)의 사용에 의해 효과적으로 제동되었다.
제동 링(damping ring)의 위치는 평형된 모드 수에 의해 결정된다. 도 9a 내 지 9e를 이용할 때, 제 2 모드부터 제 5 모드까지 제동하기 위한 제동 링(damping rings)의 환형 위치(annular locations)는 아래와 같다.
위치 (비율)
모드 수 1 2 3 4
2 0.58
3 0.43 0.74
4 0.32 0.52 0.77
5 0.27 0.48 0.63 0.81
예를 들면, 만약 제 4 모드가 제동된다면, 제동 패드(damping pad)는 0.32, 0.52 및 0.77의 직경 비율에 결착되어야 한다.
도 23은 플루스토-코니컬 커플러(frusto-conical coupler, 100)를 도시한다. 도 24에서 도시된 것처럼, 커플러(100)는 원형 패널 진동판(circular panel diaphragm, 102)과 트랜스듀서 보이스 코일(transducer voice coil, 104) 사이에 위치된다. 진동판(diaphragm, 102)은 환형 서스펜션(annular suspension, 106)에 의해 섀시(chassis, 108)에 지지된다. 점선은 커플러의 끼인각 θ을 나타내다.
도 25에 도시된 것처럼, 커플러는 보이스 코일(voice coil)의 직경인 제 1 직경(110)에 트랜스듀서 보이스 코일(transducer voice coil)과 결합된다. 이 커플러는 제 1 직경보다 큰 제 2 직경(112)에서 진동판(diaphragm)과 결합된다. 이러한 방식으로, 중간 정도의 가격인 작은 보이스 코일 조립(voice coil assembly)은 더 큰 구동 원에 순응된다. 더욱이, 이러한 커플러는 상대적으로 저 비용에서 부적절한 보이스 코일(voice coil) 직경을 올바른 구동 직경에 정합한다.
도 26a 내지 26d는 유한 요소법(finite element analysis)에 의해 얻어진 사운드 프레셔(sound pressure)와 사운드 파워 레벨(sound power level)을 도시한다. 도 26a는 발명에 따른, 즉 패널 진동판에 결착된 환형 질량을 갖는 패널 진동판을 구비한 확성기의 모델에 대한 출력을 나타낸다. 관형 커플러(tubular coupler)는 진동판(diaphragm)과 트랜스듀서 보이스 코일(transducer voice coil) 사이에 결착된다. 이 커플러는 0.5㎜ 두께 콘 종이(cone paper)이며, 25.8㎜ 직경을 갖고, 진동판(diaphragm)으로부터 보이스 코일(voice coil)까지의 거리는 5㎜로 설정하며, 결국 끼인각은 0°이다.
도 26b 내지 26d에서, 보이스 코일(voice coil)의 직경은 변경되지 않고 남아있는 진동판(diaphragm)에서 이 커플러(coupler)의 직경을 갖는 2㎜ 내로 감소되어, 이 커플러(coupler)는 양의 가파른 측면을 갖으며 관(tubular)으로부터 플루스토-코니컬(frusto-conical)까지 변경된다. 보이스 코일(voice coil) 직경은 0° 끼인각부터 도 26b에서는 23°의 끼인각까지, 도 26c에서는 44°의 끼인각까지, 그리고 도 26d에서는 62°의 끼인각까지의 단계로 감소되었다.
도 26a에서, 모델에서 제동(damping)이 거의 없거나 아예 없으나, 실제에선 합리적으로 부드러운 축 주파수 반응(axial frequency response)의 결과이다. 도 26b 내지 26d에서 커플러 공명(coupler resonance)은 고 주파수 제한(high frequency limit)에서 명백히 가시적이며, 이러한 커플러 공명(coupler resonance)은 코일 직경이 감소함에 따라, 즉 커플러 각이 증가함에 따라 주파수에서 감소하는 것으로 보게 될 것이다. 만약 커플러 공명(coupler resonance)이 스피커의 동작 범위를 벗어나면, 성능에서 부작용(adverse effect)은 없다. 따라서, 이러한 공명(resonance)이 주파수 대역폭의 제한에 있기 때문에, 직경에서 작은 변화는 수용 될 수 있다.
모델에서 이러한 커플러(coupler)는 얇은 종이로 만들어졌으나, 직경 정합의 비율, 수용가능한 커플러 질량 및 비용에 따라 커플러(coupler)는 더 단단한 셀 구조인 송진으로 강화된 탄소 섬유와 같은 것으로도 가능하며, 벡트라(Vectra)와 같은 결정 지향적 주조된 가열 가소물(crystal orientated moulded thermoplastic)로도 가능하다. 모델에서 커플러(coupler)가 단일 플로스토-코니컬(frusto-conical) 단면이였으나, 커플러(coupler)를 화염 장치에 처리할 수도 있어 전통적으로 곡선으로 된 확성기 콘과 유사하게 할 수 있다.
도 27a와 27b는 진동판(diaphragm, 120)이 158°의 콘 각을 갖는 콘과 유사한 도 12b의 실시 예에서 변화를 나타낸다. 이전 실시 예에서처럼, 보이스 코일(voice coil, 122)은 반경이 0.62인 환형 위치에서 결착되며, 링 질량(ring masses, 124, 126)은 0.33 및 0.91 위치에서 결착된다.
이들 실시 예들에서, 패널(110)은 등방성 물질, 주로 5㎜ 두께의 확장된 폴리 메티리미데(expanded poly methylimide)인 로하셀(Rohacell™)으로 만들어지며, 100㎜ 직경의 외부 원주(outer periphery)와 20㎜ 직경의 내부 원주(inner periphery)를 갖는다. 질량의 평형 작용은 구동 점 및/또는 패널의 중심으로부터의 상대적인 거리와 관계된다. 질량 값은 다음과 같이 평형된다.
요소 직경 비율 상대적 비율 상대적 질량 실제 질량(gm)
질량 16 0.90 1.45 1.45 5.60
코일 12 0.62 1.00 1.00 4.15
질량 14 0.33 0.53 0.53 2.15
도 28a 및 28b는 도 12b와 27a의 확성기에 대한 각각의 온-엑시스 프레 셔(on-axis pressure)와 하프-스페이스 파워(half-space power)를 도시한다. 도 28b는 158°의 끼인각을 갖고, 콘에 대한 3개 질량 평형 해에 대해 근사적 제한한 경우를 설명하도록 선택됐다. 이 두 확성기들은 여전히 확장된 오프-엑시스(off-axis) 주파수 반응과 경청 영역에 대해 좋은 소리 품질과 명료함을 얻는다. 도 28c와 28d는 콘 각이 174°과 166°으로 줄어든 경우, 도 27a의 3개 질량 장치의 변화에 대해 성능이 얼마나 향상되는 지를 도시한다. 도 28a 내지 28d의 각각에서, 사운드 파워(sound power)가 제 2 모드에서 낮아지고, 고주파 제한(high frequency limit)에 대해 이 레벨에서 유지한다.
도 29a 및 29b는 상기 질량부(mass) 및 보이스 코일의 설치가 4개 모드에 대해 보충하도록 선택된 도 12b의 디바이스상에서의 변이를 나타낸다. 상기 조리개(diaphragm)는 0.92의 직경비로 상기 패널에 중앙 집중적으로 장착된 보이스 코일(132)을 구비한 트랜스듀서를 갖춘 고리 형상의 패널(130)이다. 3개의 링 형상(또는 고리 형상) 질량부(134, 136, 138)는 직경비 0.23, 0.46, 및 0.7로 접착 테이프를 이용하여 상기 패널(130)에 중앙 집중적으로 장착된다. 외곽선과 같이, 상기 질량부의 값은 상기 보이스 코일의 값에 비례하며, 보이스 코일이 8gm의 질량을 갖기 때문에 상기 질량부는 각각 1.76g, 3,864gm, 6.06gm의 값을 갖는다. 상기 질량부의 값은 패널의 중앙부를 향하여 감소한다.
도 30a 및 30b는 조리개(140)가 158°의 원뿔각을 갖는 원뿔형인 도 29a의 실시 형태상에서의 변이를 나타낸다. 이전의 실시 형태에서와 같이, 상기 보이스 코일(142)은 반경이 0.92인 고리 형상으로 장착되고, 상기 링 형상 질량부(144, 146, 148)는 0.23, 0.46, 0.70으로 장착된다. 상기 보이스 코일의 각 질량부와 링 형상 질량부는 변동되지 않는다.
도 31은 상기 패널의 반경이 변화하므로 도 29a의 패널의 제1의 4개 모드(N=4)의 응답인 대수 평균을 나타낸다. 최소치들은 도 29a 및 29b에 사용되는 보이스 코일과 질량부의 위치인 0.23, 0.46, 0.70, 0.92의 반경에서 생긴다. 상기 제1의 4개 모드로부터의 해상도(solution)는 제1의 3개 모드로부터의 해상도의 확장은 아니다.
도 32a 및 32b는 도 29a 및 30a의 라우드스피커에 대한 축상(on-axis)에서의 압력 및 하프-스페이스 파워를 각각 나타낸다. 상기 라우드스피커는 모두 확장된 축하(off-axis)의 주파수 응답을 갖고, 청취 영역상에서 양호한 양해도(intelligibility)와 고음질을 구비한다. 상기 디바이스의 주파수 범위는 한정된 구성 요소의 분석(FEA)에 의해 규정되는 바와 같이 상기 패널의 모드에 의해 밴드(band)로 분할된다. 각각의 밴드는 그와 관련된 증가하는 특정 질량부를 가지며, 상기 질량부는 밴드의 민감도를 감소 및 증가시킨다. 상기 피스톤 영역의 민감도는 최외곽 위치에서 상기 질량부에 의해 제어된다. 바같둘레를 향하여 상기 패널의 메커니컬 임피던스에서 감소하고, 이에 따라 보다 작은 질량부가 최외곽 위치에서 구해진다. 다음의 위치에서의 질량 감소도 유용할 것이다.
도 32c 및 32d는 도 29a 및 29b에 나타난 디바이스의 변이를 각각 나타내며, 상기 질량부의 값은 실행을 향상시키도록 변한다.
도 32c는 상기 트랜스듀서의 질량을 6g으로 감소시키고, 상기 평평한 패널상 에서 0.7 위치에서의 질량값을 6.06gm에서 5.8gm으로 감소시키는 효과를 나타낸다. 도 32d는 상기 트랜스듀서의 질량을 5.4g으로 감소시키고, 0.7 위치에서의 상기 질량값을 158°원뿔상에서 6.06gm에서 5.6gm으로 감소시키는 효과를 나타낸다. 민감도의 증가가 원하는 바대로 되고, 반응이 두 실시 형태 모두에 대하여 일반적으로 향상된다. 도 32d에서, 원뿔 공동(cavity)의 효과인 3kHz에서 시작하는 넓은 트러프(trough)가 있다. 일반적으로, 두 실시 형태 보두의 실행은 3개의 모드만 고려된 디바이스에 비해 향상된다.
도 33a 및 33b는 이전 실시 형태에서 조합된 별도의 조리개를 나타낸다. 도 33a 및 33b에서, 상기 조리개는 내부 및 외부 바깥둘레(170, 172)를 갖는 고리 형상이다. 도 33a에서, 상기 조리개(174)는 바깥둘레 사이에서 위에서 봤을 때 볼록한 굴곡을 갖고, 도 33b에서 조리개(176)는 바깥둘레 사이에서 위에서 봤을 때 오목한 굴곡을 갖는다.
상기 실시 형태 각각에서, 고리 형상의 질량부는 패널에 장착된 분리된 질량부이다. 상기 질량부의 폭 또는 면적의 넓이는 중요한 것으로 도시하지 않으며 질량부의 중앙은 정확한 고리 형상의 설치를 고려한 것으로 제공된다. 또한, 상기 질량부는 상기 보이스 코일에 대향하는 상기 패널의 표면상에 장착될 필요는 없다. 여분의 질량부는 상기 위치에서 패널 밀도를 증가시키도록 고리 형상으로 제공된다. 상기 패널은 고리 형상의 설치에서 추가 질량부를 갖고 몰드된 주사(injection)이다.
도 34a 및 34b는 빔 형상의 패널(220)의 형체의 조리개와, 이에 장착된 2개 의 트랜스듀서를 구성하는 라우드스피커를 나타낸다. 두 쌍의 질량부(228, 226)는 패널의 대칭 라인(또는 중앙)에서부터 엣지까지의 거리(즉, 패널 길이의 반 정도)의 0.19 및 0.88의 지점에 장착된다. 각 트랜스듀서의 상기 보이스 코일(222, 224)은 상기 패널의 중앙에서부터 0.55인 지점에 장착된다. 상기 패널(220)은 0.88 지점에 장착된 서스펜션(223)을 통과하여 체이시스(chassis)(221)에 장착된다.
0.19 지점에서 상기 보이스 코일(222, 224)과 질량부(228)는 동일한 질량을 갖는다. 상기 빔이 일정한 폭의 것이기 때문에, 상기 유닛의 길이당 질량은 질량에 비례하지만 위치와는 독립적이다. 그러나, 엣지의 효과로 인해, 상기 패널의 엣지에 가장 가까운 질량부는 값이 효율적으로, 통상 약 30%만큼 적게 된다.
도 35a 및 35b는 두 쌍의 질량부(실선), 한 쌍의 질량부(점선) 및 무질량부(파선)를 갖는 도 34a의 라우드스피커에 대하여 축상에서의 압력 및 하프-스페이스 파워를 나타낸다. 무질량의 디바이스에서, 상기 트랜스듀서는 패널의 노드에 장착된다.모델링을 위하여, 길이가 200mm이고 약 280Hz의 제1 모드를 갖는 패널이 선택된다. 상기 보이스 코일은 중앙에서부터 55mm인 지점에 장착되고, 한 쌍의 질량부 각각은 19mm 및 88mm인 지점에 장착된다. 55mm 지점에서의 상기 보이스 코일과 내부 질량부는 각각 550mg이고, 외부 질량부는 400mg이다.
도 35a 및 35b에 도시된 바와 같이, 상기 무질량의 패널은 거의 1500Hz인, 즉 제2 모드에 이르는 대역폭만을 갖는다. 반대로, 두 쌍의 질량부를 갖는 패널은 확장된 축하의 주파수 응답을 갖고, 약 7kHz에 이르는, 즉 제4 모드에 이르는 향상된 고음질과 양해도를 갖는다.
도 36a 내지 36g는 도 34a의 디바이스에 대하여 질량부의 위치와 드라이브 설치를 선택하는 방법을 나타낸다. 도 36a는
패널 중앙에 공급된 무질량 포인트에 의해 구동된 자유로운 빔 형상의 평평하고 견고한 패널을 구성하는 이론상의 피스톤식 라우드스피커에 대한 음향 압력 및 음향 파워 레벨을 나타낸다. 상기 음향 압력은 주파수와 함께 일정하며, 또한 음향 파워는 거의 1kHz가 될때까지 일정하고, 그 다음 주파수의 증가에 따라 서서히 떨어진다.
도 36b는 패널 중앙의 지점에 공급된 무질량의 포인트에 의해 구동된 자유로운 공명의 빔 형상 패널을 구성하는 이론상의 라우드스피커에 대하여 음향 압력 및 음향 파워 레벨을 나타낸다. 상기 음향 압력은 실질적으로 주파수와 함께 일정하지만, 음향 파워의 하락은 도 36a에 도시된 바에 비해 현저히 향상된다. 패널 모드는 상기 모델이 전기 기계의 댐핑(damping)을 사용하지 않기 때문에 분석시에 볼 수 있다. 상기 모드를 볼수 없다면 상기 자유로운 공명의 패널은 일정한 축상에서의 음향 압력뿐만 아니라. 실질적으로 일정한 음향 파워를 전달한다.
도 36c는 특정 라우드스피커에 대한 음향 압력 및 음향 차워 레벨이 도 36d의 것과 유사하지만 25mm의 직경을 갖는 보이스 코일과 보이스 코일(재료, 턴 등)의 설계에 의존적인 유한 질량부를 구비한 트랜스듀서에 의해 구동된다. 주파수와 함께 하락하는 음향 파워는 도 36a의 것에 비해 향상된 것이다. 그러나, 축상에서의 압력과 음향 파워 모두 주파수와 함께 더이상 일정하지 않다.
상기 라우드스피커가 의견상 1차원이기 때문에, 심플한 모델링은 상기 모드 에 사용된다. 그 결과는 도 36b의 의론상으로 이상적인 모드가 확장되도록 자동력없이 밸런스화되는 도 8에 도시된 바와 유사하며, 다른 점은 "전체 본체의 변위" 모드이고, 제로를 갖는 모든 것은 변위를 의미한다. 반대로, 도 36c의 특정 라우드스피커의 모드는 밸런스화되지 않는다. 그러나, 이러한 실행은 노드의 윤곽을 수학적으로 맵핑함으로써 아웃라인된 바와 같이 지정되고, 이에 따라 모드와 속도는 특정 라우드스피커의 윤곽을 그려서 이상적인 이론상의 라우드스피커가 되게 한다.
아웃라인된 바와 같이, 상기 설치는 평균적으로 낮은 속도의 위치, 즉 최소의 허용리 지점에서 한다. 빔 형상의 패널에 있어서 허용치 Ym 및 그 대수는 변동에 따라 μ(ξ)를 의미하고, 하프-길이 ξ는 다음 식을 이용하여 계산된다.
Figure 112006074560912-PCT00020
N=모드 수
S=작동 주파수 범위에 대한 비례 요소
λi=고유치
Figure 112006074560912-PCT00021
(n-1/4)ㆍπ
ω=주파수
γ(i,ξ)=ith모드의 모드 형상
도 36d는 패널의 대칭 라인(또는 중앙)에서부터 엣지까지(즉, 패널의 하프-길이에 걸쳐서)의 거리에 따라 변동하는 것으로 도 34a의 패널의 제1의 2개 모드(N=2)의 허용치를 의미하는 대수를 나타낸다. 최소치들은 하프 길이의 0.29 및 0.81인 지점에서 생기고, 이에 따라 보이스 코일 및/또는 질량부는 상기 위치에 놓인다.
도 36e는 패널의 대칭 라인(또는 중앙)에서부터 엣지까지(즉, 패널의 하프-길이에 걸쳐서)의 거리에 따라 변동하는 것으로 도 34a의 패널의 제1의 3개 모드(N=3)의 허용치를 의미하는 대수를 나타낸다. 상기 빔 형상의 패널의 제1의 5개 모드는 1:5.4:13:25:40의 비율인 주파수를 갖기 때문에, 상기 제1의 3개 모드를 지정하는 것은 상기 디바이스가 아주 넓은 대역폭을 커버할 수 있다는 것을 의미한다. 최소치들은 하프 길이의 0.19, 0.55, 0.88인 지점에서 생기고, 이에 따라 보이스 코일 및/또는 질량부는상기 위치에 설치된다(도 34a 및 34b에 예로 나타낸 바와 같음).
도 36f는 패널의 대칭 라인(또는 중앙)에서부터 엣지까지(즉, 패널의 하프-길이에 걸쳐서)의 거리에 따라 변동하는 것으로 도 34a의 패널의 제1의 4개 모드(N=4)의 허용치를 의미하는 대수를 나타낸다. 상기 최소치들은 하프 길이의 0.15, 0.40, 0.68, 0.91인 지점에서 일어난다. 이에 따라 제1의 4개 모드의 해상도는 제1의 3개 모드로부터의 해상도의 확장은 아니다.
보다 높은 단위의 모드가 제1의 4개 모드가 맵핑된 경우에 보다 높은 모드가 조목되는 주파수 밴드 밖에 있을 때 만족스럽게 맵핑되고, 상기 패널은 전단 응력 내에서 합리적으로 견고하다. 이것이 사실이 아닌 경우, 보다 높은 단위의 모드, 예컨데 5개 이상의 모드 밸런싱이 가능하다.
도 36g는 패널의 대칭 라인(또는 중앙)에서부터 엣지까지(즉, 패널의 하프-길이에 걸쳐서)의 거리에 따라 변동하는 것으로 도 34a의 패널의 제1의 5개 모드(N=5)의 허용치를 의미하는 대수를 나타낸다. 허용치 Ym에서의 최소치들은 고려 대상인 5개 모드가 하프 길이의 0.11, 0.315, 0.53, 0.74, 0.93인 지점에 각각 있을 때 일어난다.
상기 변동형 최소치들은 패널상에서의 트랜스듀서의 위치를 제한하고, 이에 따라 전체 패널 사이즈는 산업 표준 보이스 코일 사이즈에 의해 규정된다. 그러나, 패널상의 하나 이상의 트랜스듀서를 갖는 것이 가능하고, 이에 따라 패널 사이즈상의 제한이 느슨해진다. 크로스 모드의 표시상에서 패널 폭에 대한 트랜스듀서의 직경 비율의 효과는 크며, 이 비율에서 약 0.8의 값은 가장 낮은 크로스 모드를 효과적으로 억제한다.
도 36h는 조리개로부터의 출력을, 상기 한 쌍의 트랜스듀서를 갖는 동일한 조리개를 갖고 장착된 한 쌍의 트랜스듀서(점선)와 비교하고, 주파수 범위에서 2개의 모드의 평균 모드의 위치에 장착된 한 쌍의 질량부(실선)와 비교한다. 상기 제1의 모드는 상기 트랜스듀서의 위치로 인해 그외의 경우에는 보이지 않는다. 상기 제2의 모드는 질량부의 추가에 의해 밸런스화된다. 상기 평균 모드의 위치는 0.29, 0.81이고, 상기와 동일한 방법을 이용하여 계산된다. 상기 모드의 위치는 상기 조리개의 길이의 조각으로서 표현했을 때 0.095, 0.355, 0.645, 0.905의 위치로 변한 다.
도 36i는 조리개로부터의 출력을, 상기 트랜스듀서를 갖는 동일한 조리개를 갖고 장착된 하나의 트랜스듀서(점선)와 비교하고, 주파수 범위에서 5개의 모드의 평균 모드의 위치에 장착된 한 쌍의 질량부(실선)와 비교한다. 상기 평균 모드의 반경은 0.035, 0.13, 0.235, 0.3425, 0.445, 0.555, 0.6575, 0.765, 0.87, 0.965의 (조리개의 길이의 조각으로서) 위치로 변하는 0.11, 0.315, 0.53, 0.74, 0.93이다.
도 37은 단일 트랜스듀서가 도 34a의 디바이스에 사용되는 빔 형상 패널에 장착되는 본 발명의 추가 실시 형태를 나타낸다. 상기 트랜스듀서는 패널상의 중앙에 장착되어서 드라이브가 근본적으로 0.19 위치에 있게 되는 대형 보이스 코일(242)을 갖는다.
두 쌍의 질량부(244, 246)는 0.55 및 0.88 위치에 장착된다. 상기 보이스 코일은 두 위치에 의해 이등분됨에 따라 상기 질량부는 전체 코일 질량부의 절반 위치에 설정된다. 도 34a의 디바이스와 같이, 상기 질량부와 보이스 코일의 우치는 3개 모드에 대해 보충하도록 선택된다.
도 38은 질량부와 보이스 코일의 위치가 4개 모드에 대해 보충하도록 선택된 도 34a의 디바이스상에서의 다른 변이를 나타낸다. 상기 빔 형상 패널(230)은 상기 패널의 중앙에서부터 0.40 떨어진 대칭 위치에서 쌍으로 장착된 각각의 트랜스듀서의 보이스 코일(231, 232, 233, 234)을 갖고 장착된 4개의 트랜스듀서를 구비한다. 대칭으로 설치된 쌍의 질량부(235, 238, 240)는 상기 패널의 중앙에서부터 0.15, 0.68, 0.91 떨어진 위치에 설치된다. 상기 질량부는 엣지 효과가 보다 낮은, 약 30% 이하에 이르는 값이 유용하다는 것을 의미하는 위치인 0.91의 지점에서만 제외하고, 산업용 보이스 코일 질량부의 2배와 같다. 그러므로, 예를 들어 상기 보이스 코일 질량부가 225mg이면, 상기 질량부는 400mg로 감소된 위치 0.91의 지점에서의 질량부만을 제외하고 550mg이다.
도 39a 및 39b는 3 쌍의 질량부(실선)와 무질량(파선)을 갖는도 38의 라우드스피커에 대한 축상에서의 압력 및 하프-스페이스 파워를 나타낸다. 상기 무질량의 디바이스에서, 상기 트랜스듀서는상기 패널의 노드에 장착된다. 도 38의 상기 라우드스피커의 대역폭은 도 34a의 것과 비교할 때 4kHz반큼 증가된다. 그러나, 고주파수에서 상기 패널은 상기 보이스 코일 사이즈가 중요하기 때문에 2차원 물체로서 동작하기 시작한다. 3개에서 4개까지의 모드의 확장에 관한 다른 해상도는 분리된 트랜스듀서보다 바 커플러를 이용하는 것이 선호되며, 이에 따라 제4의 모드도 밸런스화된다. 추가 향상도 최외곽 질량부를 분리함으로써 가능함에 따라 가장 낮은 크로스 모드의 모드 라인상에 놓여지게 된다. 도 39a 및 39b에 도시된 바와 같이, 제4의 모드를 고정시키는 것은 압력 응답에 대하여 확실하게 자유자재로 제5의 모드를 제공하는 것을 나타낸다.
도 40a 및 40b는 빔 형상 패널(250)기 길이가 변하는 두께는 갖는 본 발명의 다른 실시 형태를 나타낸다. 상기 패널(250)의 전체 길이는 306mm이고, 그 두께는 각 엣지에서 t1=2mm 부터 중앙의 t2=5mm 로 선형적으로 증가한다. 각 트랜스듀서의 상기 보이스 코일(252, 254)은 상기 빔의 중앙으로부터 0.08 떨어져 있는 위치에 장착된다. 질량부 쌍들(256, 258, 260)은 대칭 라인에서부터 상기 패널의 엣지까지 의 거리의 0.28, 0.53, 0.80인 지점에 장착된다. 0.28, 0.53에 장착된 질량부는 보이스 코일(252, 254)에 대한 질량과 동일한 반면, 0.80에서의 질량부 쌍들(260)은 감소된 질량을 갖는다. 이에 따라, 목적을 이루기 위하여, 장착 위치는 12mm, 45mm, 85mm, 128mm인다. 상기 보이스 코일과 내부 두 쌍의 질량부는 각각 550mg이고, 외부 질량부는 400mg이다.
패널은 대칭적이기 때문에, 도 41a는 도 40a에 사용된 실시예의 패널의 각 절반에 대한 첫번째 4개 모드들의 형태를 보여준다. 도 41b는 이러한 4개의 모드들에 대한 퓨리에 변환들을 보여준다. λa = k.a.sin(θ), 여기에서 k는 음향 파동수, a는 패널의 절반 길이, 그리고, θ는 패널의 축(axis)에서부터 측정된 방사각을 나타낸다. 강체(rigid body) 모드 FTC(0, λa)를 제외하고, 변환들은 λa = 0에 대해 모두 소실된다. 이는 주파수 0 또는 각도 0 - 즉 중심축(on-axis)에 대응된다.
도 41c 및 도 41d는 패널의 대칭선(또는 중심)에서부터 에지까지(즉, 절반 길이에 걸쳐)의 거리에 따라 변화되는 바와 같이 도 40a의 패널의 첫번째 4개 모드들(N=1…4)의 응답에 대한 로그평균을 나타낸다. 그 최소치들은 아래와 같이 도표화되었다.
고려된 모드들의 번호 최소 위치 상대적 최소 위치
1 65.5㎜ 0.41
2 25.5㎜, 65.5㎜ 0.16, 0.65
3 17.5㎜, 62,5㎜, 119㎜ 0.11, 0.39, 0.75
4 12㎜, 45㎜, 85㎜, 128㎜ 0.08, 0.28, 0.53, 0.80
도 9a 내지 도 9e와 연관되어 상술된 바와 같이, 그 방법은 설계자가 단지 특정 모드들을 맵핑하는 것을 허용할 만큼 유연성이 있다. 첫번째 4개 모드들에 대해 계산된 위치들은, 도 40a의 장치에 있는 덩어리들(masses) 및 음성 코일의 위치들에 대응된다.
아래에 도시된 테이블은 1과 4.5㎜ 사이에서 가변되는 최소폭 t1에 대한 도 40a의 쐐기 모양(wedge)의 첫번째 5개 자유대칭적인 모드들에 대한 주파수들을 보여준다. 중앙에서의 두께는 5㎜로 있게 된다.
t1/mm 모드 1/Hz 모드 2/Hz 모드 3/Hz 모드 4/Hz 모드 5/Hz
4.5 505 2670 6573 12210 19580
4 492 2540 6228 11560 18560
3.5 478 2405 5873 10880 17430
3 463 2265 5504 10180 16290
2.5 448 2120 5118 9446 15100
2 431 1967 4711 8670 13840
1.5 413 1840 4274 7834 12490
1 393 1625 3792 6909 10980
그 첫번째 4개 모드들에 대한 마디선(nodal line)의 근사적 위치들은 아래와 같이 제시된다. 패널은 대칭적이기 때문에, 단지 패널의 어느 한 절반에 있는 마디선들만 도시되었으며; "x"에 있는 선은 "200-x"에 있는 어느 한 선을 의미한다.
t1/mm 첫번째 모드 두번째 모드 세번째 모드
마디선 1st 마디선 2nd 마디선 1st 마디선 2nd 마디선 3rd 마디선
4.5 45 18 70 12 45 82
4 44 18 70 12 44 82
3.5 44 18 70 12 44 81
3 44 18 70 11 43 80
2.5 43 17 69 11 42 80
2 43 16 68 10 41 79
1.5 42 16 68 10 40 78
1 42 15 66 9 37 77
t1/mm 네번째 모드
1st 마디선 2nd 마디선 3rd 마디선 4th 마디선
4.5 9 33 60 86
4 8 32 59 86
3.5 8 31 58 86
3 8 31 57 85
2.5 8 30 56 85
2 7.5 29 55 84
1.5 7 27 53 83
1 7 26 52 82
도 41c 및 41d의 것들과 결과를 비교하면, t1=2에 대해서, 두번째 모드에 대한 마디선들의 위치들은 0.16 및 0.68에 있으며, 두 모드들에 대한 평균 마디 위치들은 0.16 및 0.65에 있다. 세번째 모드에 대한 마디선들의 위치들은 0.10, 0.41 및 0.79에 있으며 세 모드들에 대한 평균 마디 위치들은 0.11, 0.39 및 0.75에 있다. 따라서, 위에서 지적된 바와 같이 평균 마디 위치는 고려되어지고 있는 가장 높은 모드의 마디선에 근접하게 된다.
도 42a는 자유 대칭적 쐐기 모양을 구비하며, 패널 중심에 가해지는 질량없는(massless) 점가진력(point force)에 의해 구동되는 강판(rigid panel)인 이론적인 확성기에 대한 음압(sound pressure)과 음향파워(sound power) 레벨을 나타낸다. 패널은 200㎜의 길이 및 20㎜의 폭을 가지며, 중앙에서 5㎜ 두께에서부터 어느 한쪽 끝에서 2㎜ 두께까지 테이핑된다. 비록 4.8 kHz 및 9.5 kHz에서 모드들의 일부 돌파(break-through)가 있으나, 음압 및 음향파워는 일반적으로 대략 10 kHz 까지는 주파수에 대해 일정하다. 원방(far-field)에서 중심축(on-axis) 압력은 균일해야 하나, 200㎜에서 모의 실험된 압력은 변동적이었다.
도 42b는 25 ㎜의 직경과 음성 코일의 설계(재질, 모양 등)에 의존하는 한정된 질량을 갖는 음성 코일을 가지는 변환기에 의해 구동되는 자유 대칭적 쐐기 모양의 패널을 구비하는 실제의 확성기에 대한 음압과 음향파워 레벨을 나타낸다. 음압 및 음향파워는 도 42에 보여진 것과 비교하여 상당히 손상되어지고 있다.
도 42c는 도 42b의 확성기와 유사하나 도 42a에 보여진 이상적으로 매핑되어진 실제 확성기에 대한 음압 및 음향파워 레벨들을 보여준다. 따라서 도 40에서 학습되어진 것과 같이 균형된 덩어리들(balancing masses)이 적용되어진다. 도 42b에서와 비교하여 성능에 있어서 향상이 되었다. 더욱이, 이 음압은 원방(far-fiedl) 이라기보다는 200 ㎜에서 모의 실험되었기 때문에, 장치는 도 42c에 도시된 것보다 더 좋을 수 있다.
도 42a 내지 도 42c 각각에 있어서, 음압 레벨(re 20.4 uPa)은 200 ㎜에서 모의 실험되었으며 음향파워 레벨(re 1W)은 입력 1N으로 모의 실험되었다. 측정은 중심축, 빔의 장축을 따라 90° 비축(off-axis) 및 빔의 단축을 따라 90° 비축에서 이루어졌다.
도 43a는 길이에 따라 변화되며 대칭적이지 않은 두께를 갖는 빔 형태의 패널(270)에 있어서 본 발명의 선택적 실시예를 보여준다. 패널(270)의 전체 길이는 153 ㎜ 이며 두께는 어느 한 종단에서 2 ㎜ 에서부터 반대편 종단에서 5 ㎜ 까지 제곱근에 의존하여 증가한다. 각 변환기의 음성 코일(274, 272)은 패널의 얇은 종단으로부터 0.23 및 0.43 떨어진 위치에 장착된다. 덩어리들의 쌍들(276, 278, 279)은 패널의 얇은 종단으로부터 0.06, 0.66 및 0.88 거리의 위치에 장착된다. 0.66 및 0.68에 장착된 덩어리들(masses)은 질량적으로 음성 코일들(272, 274)과 동일하며 반면에 0.06에서의 덩어리들의 쌍들(280)은 질량이 감소되어지고 있다. 따라서 모델링을 목적으로, 장착 위치는 9 ㎜, 35 ㎜, 66 ㎜, 101 ㎜ 및 134 ㎜가 된다. 음성 코일들 및 내부의 두 쌍의 덩어리들은 각각 550mg이며, 외부 덩어리들은 400 mg이다.
도 43b는 도 43a에 사용된 실시예의 패널에 대한 첫번째 4개 모드들의 형태 를 나타낸다. 도 43c 및 도 43d는 패널의 길이(얇은 종단에서부터 두꺼운 종단까지)에 따라 변화되는 이러한 첫번째 4개 모드들(N=1…4)의 로그 평균 허용치를 나타낸다. 그 최소치들은 아래와 같이 도표화되었다.
고려된 모드들의 수 최소치의 위치(mm) 최소치의 상대적 위치
1 31, 111 0.21, 0.73
2 17.6, 67.3, 123 0.12, 0.44, 0.80
3 12.3, 46, 86, 128 0.08, 0.30, 0.56, 0.84
4 9.4, 35, 66, 101, 134 0.06, 0.23, 0.43, 0.66, 0.88
도 9a 내지 도 9e의 도면과 연관되어 상술된 바와 같이, 그 방법은 설계자가 단지 특정 모드들을 맵핑하는 것을 허용할 만큼 유연성이 있다. 첫번째 4개 모드들에 대해 계산된 위치들은 도 43a의 장치에 있는 덩어리들 및 음성 코일의 위치에 대응된다.
아래의 테이블은 1과 4.5 ㎜ 사이에서 변화되는 최소폭 t1에 대해 도 43a의 쐐기 모양의 첫번째 5개 자유대칭 모드들에 대한 주파수들을 보여준다. 최대폭은 5 ㎜로 고정된다. 패널 물질은 실용되고 있는 물질로서, 즉 플라스틱으로 형성된 Rohacell TM이다.
t1/mm 모드 1/Hz 모드 2/Hz 모드 3/Hz 모드 4/Hz 모드 5/Hz
4.5 1966 5420 10620 17560 26240
4 1860 5125 10040 16600 24800
3.5 1752 4821 9445 15610 23310
3 1640 4508 8825 14580 21770
2.5 1525 4182 8178 13500 20160
2 1406 3839 7495 12370 18450
1.5 1281 3474 6763 11140 16620
1 1146 3075 5955 9788 14580
첫번째 4개 모드들에 대한 마디선들의 근사적 위치들은 아래와 같이 제시되었다.
t1/mm 첫번째 모드 두번째 모드
1st 마디선 2nd 마디선 1st 마디선 2nd 마디선 3rd 마디선
4.5 22 77 13 49 87
4 22 77 13 49 86
3.5 22 77 12.5 48 86
3 21.5 77 12 48 86
2.5 21 77 12 47 85.5
2 21 76 115 46 85
1.5 20.5 76 11 45 84.5
1 20 75.5 10 43 84
t1/mm 세번째 모드
1st 마디선 2nd 마디선 3rd 마디선 4th 마디선
4.5 9 35 64 90
4 9 34.5 63 90
3.5 9 34 63 90
3 9 33 62 90
2.5 8 32 61 89.5
2 8 31 60 89
1.5 7.5 30 59 89
1 7 28 57 88
t1/mm 네번째 모드
1st 마디선 2nd 마디선 3rd 마디선 4th 마디선 5th 마디선
4.5 7 27 49 72 95
4 7 27 49 71.5 92
3.5 7 26 48 71 92
3 6.5 25.5 47 70 92
2.5 6.5 24.5 46 69 92
2 6 24 45 68 91.5
1.5 6 22.5 43.5 67 91
1 5 21 41 65 90.5
도 43c 및 43d의 것들과 결과를 비교하면, t1=2에 대해, 두번째 모드에 대한 마디선들의 위치들은 0.115, 0.46 및 0.85에 있으며, 두 모드들에 대한 평균 마디 위치들은 0.12, 0.4 및 0.80에 있다. 세번째 모드에 대한 마디선들의 위치들은 0.08, 0.31, 0.60 및 0.89에 있으며 세 모드들에 대한 평균 마디 위치들은 0.08, 0.30, 0.56 및 0.84에 있다. 따라서, 위에서 지적된 바와 같이 평균 마디 위치는 고려되고 있는 가장 높은 모드의 마디선에 근접한다. 두 세트의 비율들은 0으로 향하는 순수 평균 변위에 대한 원하는 효과를 발생시킬 것이다.
도 44a는 길이 x를 따라 두께가 선형적으로 변화하는 빔을 나타낸다. 만약 x에서 폭을 가로질러 취해지는 빔의 폭이 좁은 부분을 고려한다면, 균일한 특성의 개념상의 다른 빔을 가지게 된다. 도 44a에 도시된 바와 같이, 빔의 폭은 x를 따라 선형적으로 변화한다. 모드 주파수들은 아래와 같이 비교된다.
Case F0 F1 F2 F3 F4 F5 F6
두께 가변 0.0 149.062 407.023 794.660 1311.093 1956.505 2730.926
폭 가변 0.0 150.789 409.324 797.187 1313.754 1959.251 2733.731
폭이 가변되는 빔의 모드 형태들은 도 44b에 도시되었다. 두 실시예들에 대한 모드 형태들 및 모드 주파수들은 실제 매우 유사하게 보여질 수 있다. 이것은, 실제적으로 이행하는데 대해서, 설계 규칙들에 대한 해석에 있어서의 일부 "예술적인 자유"로서 허용되는 해결책들에 있어서 일부 허용될 수 있는 것이 될 수 있다. 이는 또한 설계자가 "개념상의" 크로스 모드(cross-mode)를 일정한 주파수로 설정하는 것도 허용한다. 이것이 1/폭2 x √(B/μ)에 비례(여기에서 B는 xp+2로서 가변됨)함에 따라, 폭이 길이의 제곱근에 따라 변화되는 패널은 이러한 기준을 만족한다.
각 모드에 대한 평균 체적 속도 Vn는 아래와 같이 설정되며, 여기에서 V0는 "피스톤" 모드에 대한 평균 체적 속도이다.
Case V0 V1 V2 V3 V4 V5
두께 가변 1.0 5.587e-11 1.432e-14 1.556e-13 -1.178e-14 -2.159e-13
폭 가변 1.0 2.513e-9 -1.106e-9 -1.215e-8 7.438e-11 5.777e-13
두 경우에 있어서, 모든 벤딩 모드들의 평균 체적 속도는 0 이며(계산에 대한 허용치 범위내에서), 따라서 두 실시예들은 실제 음향 장치의 불균형한 모드들이 매핑되어질 수 있는 이론적으로 이상적으로 사용되어 질 수 있다.
도 45는 그 중앙에 가해지는 질량없는 점가진력에 의해 구동되는 자유 (대칭적) 직사각 피스톤을 구비하는 이론적인 확성기에 대한 음압 및 음향파워 레벨을 보여준다. 음향파워는 근사적으로 k × L 까지 일정하다가 그 후 주파수가 증가함에 따라 점점 감소되는 반면에 음압은 주파수에 대해 일정하다. 도 46은 패널 중앙(점선)에 가해지는 질량없는 점가진력에 의해 구동되는 자유 (대칭적) 직사각 패널을 구비하는 확성기에 대한 음압 레벨을 나타낸다. 실선은 음성 코일의 설계(재질, 모양 등)에 의존하는 한정된 질량을 갖는 실질적으로 25 ㎜ 직경의 모터에 의해 구동되는 동일한 패널을 나타낸다.
도 47은 도 46의 음압 레벨에 대응되는 음향 파워 레벨들을 나타낸다. 음향 파워에 있어서 주파수에 따른 폴 오프(fall-off)는 도 45에서의 그것과 비교하여 괄목할만하게 향상되었다. 그러나, 실제 경우에 있어서, 중심축 압력 및 음향 파워 모두 주파수에 따라 더이상 일정하지 않다. (높은 주파수들에서 모달(modal) 밀도는 증가하며 이에 따라 성능은 모달 인터리빙(interleaving) 및 최적의 구동점 커플링에 대한 분포된 모드 학습으로부터 이익을 얻을 수 있다는 것을 주목하라.)
도 48a 및 48b는 직사각 패널(280) 및 거기에 장착된 두 변환기들(282)이 형성된 진동판을 구비하는 확성기를 나타낸다. 패널은 얇고 철심된 경량 합성 물질로 만들어진다. 두 쌍의 덩어리들(288, 286)은 패널의 중앙에서부터 어느 한 코너까지의 거리(즉, 패널의 대각선 절반(half-diagonal)에 걸쳐)의 19% 및 88%의 위치에 장착된다. 각 변환기(282)의 음성 코일은 대각선 절반을 따라 패널의 중앙으로부터 55% 떨어진 위치에 장착된다. 패널은 서스펜션(283)에 의해 밑판(281)에 장착되며 배플(baffle)(미도시)에 밀봉된다.
변환기 및 덩어리들의 위치들은 이전의 실시예들에서와 유사한 방법으로 계 산된다. X축 및 Y축에 대한 모드 형태들은 분리된 것으로 고려되며 패널의 구부림 강성도(bending stiffness) 및 표면적 질량으로부터 계산될 수 있다. 평균 마디 위치들은 최소치들로부터 임피던스로 계산되어 진다. 도시된 실시예에 있어서, 각각의 첫번째 3개 모드들이 고려되어 질 때 덩어리들 및 변환기들의 위치들은 양 축들에 대한 평균 마디 위치들이 된다. 만약 4개 모드들이 처리되어 진다면 대각선을 따라 추가적인 유효 위치들이 존재하게 된다. 390 ㎜ 에서 460 ㎜ 의 패널에 대해, 각 덩어리들 및 변환기들의 (x, y) 위치들은 다음과 같이 주어진다.
성분 첫번째 (x, y) 위치 두번째 (x, y) 위치
1.38g 덩어리들 (186mm, 158mm) (274mm, 232mm)
6.4ㅎ 덩어리들 (28mm, 23mm) (432mm, 367mm)
변환기들 (104mm, 88mm) (356mm, 302mm)
각 음성 코일은 질량 4g를 갖고, 질량 값은 다음과 같이 음성코일 값에 스케일(scale)된다.
반 대각선 비(half-diagonal ratio) 상대비 상대질량 실제 질량(gm)
0.88 1.35 1.35 6.40
0.55 1.00 1.00 4.00
0.19 0.35 0.35 1.38
코일 질량은 각 트랜스듀서가 그것이 구동하는 축에만 관련되기 때문에 균형 질량에 대한 값을 획득시에 합산되지 않는다.
도 49 및 50은 도 48a의 확성기에 대한 음압과 음향 파워 레벨을 보여준다. 균형 질량이 없는 도 47의 확성기와 비교할 때 40Hz까지 저주파 균일성에서 실질적인 개선이 있다. 응답은 저주파 모드에 대해 댐핑(damping)을 적용함으로써 예를 들면 서스펜션(suspension) 특성을 통해 더 평탄하게 될 수 있다. 질량은 또한 위치 좌표를 ±5%(또는 8% 조차도) 만큼 변화시킴으로써 미세하게 조정될 수 있다. 미세 조정은 저주파 영역에서 음향 출력의 특정 측면을 최적화할 수 있다.
외부 서스펜션이 상당한 질량을 가지고 있는 경우에 이러한 질량이 패널 외주 근처에 분포된다는 것을 주목하여 설계자가 이러한 질량을 분포할 기회가 존재한다. 장점은 댐핑 및 고차 로딩(loading)을 통해, 예를 들면 일축(single axis) 모드 균형 기술이 허용되지 않는 2D 결합 모드를 통해 추가적인 제어가 가능하다는 것이다.
도 51a 및 51b는 도 48a의 확성기의 변형예에 대한 음압과 음향 출력 레벨을 보여준다. 외부 질량은 더 이상 이산적이지 않고 서스펜션에서 그 전체 질량을 균일하게 분포함으로써 대체된다. 내부 질량 값은 거의 효과가 없이 완전히 생략될 정도로 작다.
하기 표는 도 48a의 직사각형 패널에 대한 모드를 보여준다. 첫번째 모드는 72.3Hz이다.
Figure 112006074560912-PCT00022
적당한 모드 밀도는 250Hz 이상인 것으로 보이며, 여기서 종횡비와 같이 선택된 패널 파라미터는 이러한 고 주파수에서 분포 모드 동작을 부가적으로 참조한다. 이러한 형태의 실시예가 전체 영역에서 요구되지 않는다면 모드 균형화만으로 도 공진 패널 진동판(diaphragm)으로부터 저주파 영역에서, 확장되고 피스톤(piston)과 균등한 성능을 제공한다.
또한 진동판이 보다 높은 주파수, 예를 들면 분포 모드(Distributed Mode)에서 유용한 모드 동작을 하도록 요구된다면, 균형 구동 위치에 대한 이용가능한 옵션이 보다 높은 주파수에서 양호한 모드 결합에 대해 바람직한 구동점과 관련하여 반복될 수 있다. 이는 중점을 벗어나고 또한 십자축을 벗어나는 위치에 대한 선호도를 가리킨다. 그러한 조합 위치는 패널 영역에 걸쳐 주파수로 모드 분포를 분석함으로써 발견될 수 있다.
확성기로부터 더 많은 출력이 요구된다면, 두번째 경사재(diagonal)를 이용하고 8개의 덩어리를 작업대상으로 하여 4개의 여자기가 사용될 수 있다. 전형적으로 모든 여자기는 신호원에 동상 연결방법으로 배선될 것이다.
도 52a 및 52b는 빔 형태의 패널 확성판(302)과 트랜스듀서 음성 코일(304)사이에 배치된 커플러(300)를 보여준다. 트랜스듀서의 자석 결합체는 명료함을 위해 생략되었다. 도 52b에 도시된 바와 같이, 커플러는 트랜스듀서 음성 코일에 결합되는 원형의 하나의 사이즈(306)와, 진동판에 결합하는 직사각형의 두번째 사이즈(308)로 간략히 표시된다. 직사각 형태는 원 형태보다 상당히 큰 사이즈이므로 소형 음성 코일 결합체는 보다 큰 구동에 적합하도록 변형된다. 더군다나, 커플러는 부적절한 음성 코일 직경과도 조화를 이루어 구동점을 수정한다. 이러한 방식으로, 적당한 비용을 갖는 표준 크기의 트랜스듀서가 본 발명에 적합하도록 변형된다.
도 53a 및 53b는 빔 형태의 패널 확성판(302)과 트랜스듀서 음성 코일(304)사이에 배치된 커플러(310)를 보여준다. 트랜스듀서의 자석 결합체는 명료함을 위해 생략되었다. 도 53b에 도시된 바와 같이, 커플러는 트랜스듀서 음성 코일에 결합되는 원형의 하나의 사이즈(312)와, 진동판에 결합하는 나비 매듭 형태의 두번째 사이즈(314)로 간략히 표시된다. 나비 매듭 형태는 원 형태보다 상당히 큰 사이즈이므로 소형 음성 코일 결합체는 보다 큰 구동에 적합하도록 변형된다. 더군다나, 커플러는 부적절한 음성 코일 직경과도 조화를 이루어 구동점을 수정한다.
도 52a 및 53a 모두에서, 커플러는 0.5mm 두께 콘 페이퍼(cone paper)로 된 속빈 쉘(shell) 형태이다. 두번째 사이즈에 대한 첫번째 사이즈의 비, 허용가능한 커플러 중량 및 비용에 따라, 탄소 섬유 강화 수지 및 벡트라(Vectra)와 같은 결정 배열 성형 열가소성 물질과 같이 커플러에 대한 보단 강한 쉘 구성이 가능하다.
도 54는 음성 코일의 반경 ρ에 대한 트랜스듀서 음성 코일의 유효 알짜 힘(effective net force) F의 그래프이다. F는 코일 주변에 모드 형태의 변위에 의해 가해지는 힘을 통합함으로써 정확히는 코일 반경 ρ에 대하여 계산된다.
Figure 112006074560912-PCT00023
여기서
Figure 112006074560912-PCT00024
는 n번째 모드에 대한 모드 형태이다.
특정 모드를 여자하는 것을 피하기 위하여, 해당 평균 알짜 힘은 사라져야 한다. 다시 말해서, 노드 라인에서 효과적으로 구동하는 F(n,ρ)의 영 교차 점(zero-crossings)이 필요하다. 결과는 원점에 가장 가까운 노드 라인과 함께 4개의 모드까지 도표화된다. 이 결과로부터, 음성 코일의 실제 직경은 음성코일의 유효 구동 직경의 약
Figure 112006074560912-PCT00025
배임을 알 수 있다.
모드 번호 노드 라인 F(n)의 제로점 비
1 0.552 0.803 1.455
2 0.288 0.444 1.539
3 0.182 0.278 1.531
4 0.133 0.204 1.531
또한, F(1)은 약 0.8에서 영 교차점을 갖는다는 것을 알 수 있다. 0.8의 비에서 직경을 갖는 음성 코일을 패널의 폭에 장착함으로써 최저 교차모드는 억압될 것이다.
상기의 사항은 서스펜션을 진동판 주변으로부터 떨어져 장착하는 것을 제시한다. 도 55a 및 55b는 보다 실제적인 예를 나타낸 것으로서, 롤 서라운드(roll surround) 형태의 서스펜션(316,320)이 진동판 모서리에 장착되어 있다. 부가적인 서스펜션 균형 질량(318,322)은 노드 라인 근처에 장착되어 모서리 서스펜션 및 서스펜션 균형 질량의 결합 효과는 패널 모서리의 내부에 장착된 서스펜션과 균등하다.
도 55c는 진동판의 1/4에 대한 단면을 보여주며, M1은 노드 라인 근처에 장착된 질량, Ms는 서스펜션의 접착 영역의 질량, Md는 서스펜션 활동 파트의 질량, ξ0 및 ξ1은 각각 진동판 중심에서 노드 라인 및 노드라인 근처의 질량까지의 거리이고 1-ξ2는 접착영역의 폭이다. 서스펜션 균형 질량 및 모서리 서스펜션이 내부(inboard) 서스펜션과 동일한 것을 보장하는 3가지 기본적인 방법이 있다.
가장 간단한 방법은 접착 영역의 질량이 서스펜션의 활동 파트의 질량과 한 덩어리로 고려되는 경우이다. 빔에 대하여 이는 수식
Figure 112006074560912-PCT00026
을 푸는 것을 의미한다.
여기서 y(n,ξ1)은 모드 형태이다.
예를 들면, 직경 32mm와 질량 1.5g의 음성 코일을 갖는 트랜스듀서로부터 시작하여 진동판은 폭 40mm 및 156.8mm를 갖는다. 폭은 음성 코일 직경이 그것의 약 80%가 되도록 길이는 네번째 모드의 유효 알짜 힘이 0 즉, F(4)=0이 되도록 선택된다.
모드 4의 노드 라인은 해당 위치 및 질량을 따라 하기와 같이 도표화된다.
Figure 112006074560912-PCT00027
서스펜션은 다음과 같은 특성을 갖는다.
Figure 112006074560912-PCT00028
따라서, M1=M-Md-Ms=528mg이다. 상기의 일체화된 근사법로부터 ξ1=0.897, 즉 서스펜션 균형 질량의 위치가 진동판의 일단으로부터 측정된 8.1mm 및 148.77mm에 있다는 것을 알 수 있다. 일체화 단순화법을 사용하지 않고, 위치는 7.9mm 및
148.9mm로(즉, 매우 유사하게) 계산될 수 있다. 두 가지 경우에서, 부착점은 노드 라인보다 진동판 모서리로부터 적어도 1mm 더 먼 곳에 있다.
도 56a 및 56b는 각각 서스펜션 균형 질량이 없는 경우와 있는 경우에 대해 확성기의 응답을 보여준다. 도 56c는 서스펜션 균형 질량이 없는 경우와 있는 경우에 파워 응답을 비교한 것이다. 두가지 측정에서, 서스펜션 균형 질량을 사용함으로써 확성기의 개선은 상당히 향상된다.
원형 진동판에 대한 방정식은
Figure 112006074560912-PCT00029
이다.
이는 전체 질량 또는 단위 길이당 전체 질량을 보존함으로써 해결될 수 있다. ξ0(즉, 노드 라인의 위치)가 4번째 모드에 대해 0.919라면 전체 질량을 보존시 ξ1=0.8947 및 M1=3.4이고 단위 길이당 전체 질량을 보존시 유사한 결과 즉, ξ1=0.8946 및 M1=3.387이다.
또한 서스펜션 균형 질량이 접착 영역까지 돌출하도록 보장함으로써 서스펜션 균형 질량을 서스펜션의 일부로서 편입하는 것도 가능하다. 식은 더 복잡하며, 빔 진동판에 대해 예를 들면,
Figure 112006074560912-PCT00030
이다.
여기서μ1은 접착 영역의 단위 길이당 질량이고 M은 필요한 전체 질량이다.
도 57a 및 57b는 도 1a 및 1b의 확성기와 대체로 유사한 마이크로폰을 도시 한다. 마이크로폰은 원형 패널(324)의 형태인 진동판과, 0.2비율로 패널(324)에 동심으로 장착되는 음성 코일을 갖는 트랜스듀서를 포함한다. 세개의 링 형태(또는 환상)를 갖는 질량(326,330,332)은 0.44, 0.69 및 0.91 비율로 패널(324)에 동심으로 장착된다. 패널과 트랜스듀서는 원형 서스펜션(334)에 의해 패널(324)에 부착되는 원형 섀시(chassis)(336)로 지지된다. 서스펜션(334)은 0.91 비율로 부착된다. 트랜스듀서는 섀시(336)에 접지된다.
입력되는 음향 에너지(338)는 패널이 진동하도록 하며, 진동은 트랜스듀서에 의해 감지되어 전기신호로 전환된다. 신호는 전선 및 마이크로폰 출력 연결(340)을 통해 출력된다.
도 58은 패널이 일정치 않은 폭을 갖도록 모서리가 원형인 직사각형 패널(342)을 도시한다. 패널은 길이 100mm, 폭 36mm, 두께 3.2mm이고, 경제적인 수지 결합 페이퍼 복합체, 예를 들어 "Honipan HHM-PGP"로 만들어진다. 직경 25mmm의 음성 코일을 갖는 트랜스듀서는 28mm의 경량의 결합 링(344)으로 패널에 장착된다. 트랜스듀서는 그리하여 효과적으로 두개의 반대 위치(또는 패널 폭을 횡단하는 구동 라인)를 구동하게 되며, 그 위치는 중앙에서 13mm 즉 0.26의 비율이다. 스트립 질량(346) 형태의 기계적인 임피던스 수단은 중앙에서 41.5mm되는 반대 위치에 놓이며 0.83의 비율이다. 트랜스듀서와 기계적인 임피던스 수단의 위치에 의해 어드레스(address)되는 동작 주파수 범위에는 두개의 모드가 있다.
음성 코일은 질량 1g를 갖지만 분리된 위치에서 구동하는 것은 각 위치에서 유효 질량이 반으로 분할되는 것을 의미한다. 질량(346)은 각 위치에서 음성 코일 의 유효 질량을 균형화시키는 질량 즉, 0.5g를 갖는 보통의 고무로 된 스트립이다.
패널은 성형된 플라스틱 프레임(350)에서 낮은 기계 임피던스를 갖는 서스펜션에 의해 지지되며, 이로 인해 패널은 본질적으로 자유롭게 공진한다. 그러한 확성기는 고 품질의 평면 패널 TV 및 모니터 응용제품에 적합하며 균일한 주파수 및 양호한 파워 응답과 함께 명목상 100Hz에서 20kHz의 대역폭을 갖는다.
도 59는 중앙 구멍이 평면 영역(354)에 의해 채워진 빈 환형 콘(cone)(352) 형태의 진동판을 도시한다. 평면 영역은 중앙에서 과도하게 경직된 돌기를 도입하지 않고 실질적으로 음향학적으로 중앙 구멍을 봉합하며 이는 콘이 어떤 지점까지 계속된다면 사실일 것이다.
콘(352)의 외경(R)에 대한 평면 영역(354)의 반경(r)의 비는 추가적인 진동판 파라미터이며, 바람직한 음향 응답을 얻도록 조절될 수 있다. 이러한 조절은 많은 중간적인 목적으로 행해진다.
예를 들면, 1) 콘이 실제적인 음향 장치의 비균형 모드가 매핑(mapping)되는 다른 이론적인 목표이도록 상기 비는 조절될 수 있다. 이러한 이론적 목표에 대한 평균 노드 위치는 계산되어 코일 및 질량의 배치를 제시하도록 이용될 것이다.
2)영을 향하는 순수 횡단 모드 속도를 획득하도록 질량 형태의 기계 임피던스가 추가될 수 있다.
변화될 수 있는 추가 파라미터는 높이(h), 형태 및 오목한 부분의 각도이며, 이들 모두는 평면 영역에 협조적으로 관계된 것으로 파악된다. 예를 들면, 후자는 구동 수단이 노드 라인 상에 있는 모드를 균형화하는 것으로 파악된다. 그렇다면 해법은 단지 하나의 추가적인 균형기로써 발견된다. 구동 수단의 위치와 균형 기계 임피던스는 제시되지 않는다. 기계 임피던스는 다른 파라미터 및 의도된 동작 범위에 따라 추가될 수 있다.

Claims (88)

  1. 영역을 가지고 동작 주파수 범위를 가지며, 상기 동작 주파수에서 공진 모드를 갖도록 이루어진 격판(Diaphragm);
    상기 격판에 결합되어 상기 격판과 에너지를 교환하도록 구성된 구동부를 갖는 전자기계적인(Electro-mechanical) 트랜스듀서; 및
    상기 격판에 결합되거나 상기 격판과 통합된 하나 이상의 기계적인 임피던스 수단을 구비하며,
    상기 트랜스듀서의 구동부와 상기 하나 이상의 기계적인 임피던스 수단의 질량과 위치는, 상기 격판의 상기 영역에 걸친 네트 가로축 모드 속도(Net Transverse Modal Velocity)가 0으로 향하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 음향 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 격판의 파라미터는 상기 동작 주파수 범위 내에 2개의 격판 모드가 존재하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 음향 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 동작 주파수 범위는, 피스톤으로부터 모드로의 천이(Transition)를 포함하고, 상기 트랜스듀서는, 천이 시 상기 격판을 움직이도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 음향 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 트랜스듀서의 상기 구동부는, 상기 동작 주파수 범위 내 모드의 평균 노드(Average Nodal) 위치에서 상기 격판과 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 음향 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 기계적인 임피던스 수단은, 상기 동작 주파수 범위 내 모드의 평균 노드 위치에서 상기 격판과 결합되어 있거나 통합되어 있는 것을 특징으로 하는 음향 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 트랜스듀서는, 상기 구동부와 자석 시스템을 형성하는 보이스 코일(Voice Coil)을 가지고 상기 동작 주파수 내 모드의 평균 노드 위치에서 상기 격판에 상기 보이스 코일을 결합시키는 수단을 포함하는 이동 코일 장치인 것을 특징으로 하는 음향 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    섀시와 상기 섀시에 상기 격판을 결합시키는 탄성 서스펜션을 구비하며,
    상기 서스펜션은 상기 동작 주파수 범위 내 모드의 평균 노드 위치에서 상기 격판에 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 음향 장치.
  8. 제 6 항의 종속항인 제 7 항에 있어서,
    상기 자석 시스템은 상기 섀시에 접지되어 있는 것을 특징으로 하는 음향 장치.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 트랜스듀서 구동부가 상기 격판에 결합된 위치는 상기 서스펜션이 상기 격판에 결합된 위치와 다른 위치인 것을 특징으로 하는 음향 장치.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 격판은 전체적으로 원형인 주변부와 질량 중심(Centre of Mass)을 가지는 것을 특징으로 하는 음향 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 격판의 파라미터는 제 1 격판 모드가 ka = 2 이하가 되도록 되어 있으며, 여기서 k는 파수(Wave Number)이고 a는 격판 반경인 것을 특징으로 하는 음향 장치.
  12. 제 4 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항의 종속항인 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 평균 노드 위치는 고리에 존재하며, 상기 격판 직경에 대한 상기 고리 직경의 비는 상기 동작 주파수 범위 내 모드의 수에 의존적인 것을 특징으로 하는 음향 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    축 모드(Axial Mode)가 추가적으로 고려되는 것을 특징으로 하는 음향 장치.
  14. 제 11 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 트랜스듀서의 상기 구동부는 상기 격판의 상기 질량 중심과 동심원적으로 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 음향 장치.
  15. 제 7 항의 종속항인 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
    상기 서스펜션은 상기 격판의 상기 질량 중심과는 동심원적으로, 그리고 그 주변부와는 떨어져서 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 음향 장치.
  16. 제 11 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 기계적인 임피던스 수단은 환형 질량(Annular Mass)의 형태인 것을 특징으로 하는 음향 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 동작 주파수 범위 내 모드의 평균 노드 위치에서 상기 격판과 결합되거나 통합된 복수의 환형 질량을 구비하는 것을 특징으로 하는 음향 장치.
  18. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 격판은 전체적으로 사각형이고 질량 중심을 가지는 것을 특징으로 하는 음향 장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 격판의 상기 파라미터는 제 1 격판 모드가 kl = 4 이하가 되도록 되어 있으며, 여기서 k는 파수이고, l은 상기 격판의 길이인 것을 특징으로 하는 음향 장치.
  20. 제 4 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항의 종속항인 제 18 항 또는 제 19 항에 있어서,
    상기 평균 노드 위치는 반대측 위치의 한 쌍에 존재하며, 상기 격판의 절반 길이에 대한 질량 중심으로부터의 각 반대측 위치의 거리 비율이 상기 동작 주파수 범위 내 모드의 수에 의존적인 것을 특징으로 하는 음향 장치.
  21. 제 20 항에 있어서,
    그 쌍 중 하나씩이 상기 반대측 위치 중 하나에 각각 탑재되어 있는 한 쌍의 트랜스듀서를 구비하는 것을 특징으로 하는 음향 장치.
  22. 제 20 항에 있어서,
    상기 트랜스듀서는 그 구동부가 2개의 반대측 위치를 구동하도록 상기 격판상에 중앙으로 탑재된 것을 특징으로 하는 음향 장치.
  23. 제 7 항의 종속항인 제 20 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 서스펜션은 상기 반대측 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 음향 장치.
  24. 제 20 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기계적인 임피던스 수단은 한 쌍의 질량의 형태이고, 그 각각은 상기 반대측 위치 중 하나씩에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 음향 장치.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 격판과 결합되거나 통합된 복수의 질량 쌍을 구비하는 것을 특징으로 하는 음향 장치.
  26. 제 18 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 격판은 빔 형태이고, 상기 모드는 상기 빔의 긴 축을 따라 존재하는 것을 특징으로 하는 음향 장치.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 트랜스듀서 수단의 상기 구동부 및 상기 하나 이상의 기계적인 임피던스 수단은 상기 빔의 상기 긴 축을 따라 상기 격파에 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 음향 장치.
  28. 제 18 항 내지 제 27 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 격판의 폭에 대한 상기 트랜스듀서 구동부 직경의 비는 최저 크로스 모드(Cross-mode)를 억제하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 음향 장치.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 격판의 폭에 대한 상기 트랜스듀서 구동부 직경의 비는 약 0.8인 것을 특징으로 하는 음향 장치.
  30. 제 16 항 또는 제 25 항에 있어서,
    상기 질량은 상기 격판의 중앙을 향해서 값이 감소하는 것을 특징으로 하는 음향 장치.
  31. 제 16 항, 제 25 항 또는 제 30 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 질량은 상기 트랜스듀서 구동부 질량에 스케일링(Scaling)되는 것을 특징으로 하는 음향 장치.
  32. 제 1 항 내지 제 31 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 격판은 굴곡 경도에 관해 등방성인 것을 특징으로 하는 음향 장치.
  33. 제 1 항 내지 제 32 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 격판과 높은 격판 속도의 위치에서 모드를 감쇠하기 위해 탑재되거나 통합된 댐핑 수단(Damping Means)을 구비하는 것을 특징으로 하는 음향 장치.
  34. 제 10 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항의 종속항인 제 33 항에 있어서,
    상기 댐핑 수단은 상기 격판의 상기 질량 중심과 동심원으로 결합된 환형 패드(Annular Pad)인 것을 특징으로 하는 음향 장치.
  35. 제 1 항 내지 제 34 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 트랜스듀서를 상기 격판에 결합시키는 경량 리지드형(Rigid) 커플러 형태의 사이즈 어댑터(Size Adaptor)를 구비하는 것을 특징으로 하는 음향 장치.
  36. 제 35 항에 있어서,
    상기 커플러는 제 1 직경에서 상기 트랜스듀서와 결합되고, 제 2 직경에서 상기 격판과 결합되는 것을 특징으로 하는 음향 장치.
  37. 제 35 항 또는 제 36 항에 있어서,
    상기 커플러는 프루스토 코니컬(Frusto-conical)인 것을 특징으로 하는 음향 장치.
  38. 제 1 항 내지 제 37 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 격판은 개구를 포함하는 것을 특징으로 하는 음향 장치.
  39. 제 38 항에 있어서,
    상기 개구 내에 탑재되고, 영역을 가지고, 동작 주파수 영역을 포함하며, 상기 동작 주파수 모드에서 공진 모드를 갖도록 되어 있는 제 2 격판;
    상기 격판에 결합되어 상기 격판과 에너지를 교환하도록 구성된 구동부를 갖는 전자기계적인 트랜스듀서; 및
    상기 격판과 결합되거나 통합된 하나 이상의 기계적인 임피던스 수단을 구비하며,
    상기 트랜스듀서의 상기 구동부 및 상기 하나 이상의 기계적인 임피던스 수단의 질량과 위치는 상기 제 2 격판의 상기 영역에 걸친 네트 가로축 모드 속도가 0으로 향하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 음향 장치.
  40. 제 38 항에 있어서,
    상기 개구에 탑재된 부재를 구비하며, 이로써 상기 개구가 실질적으로는 음향적으로 봉합되는 것을 특징으로 하는 음향 장치.
  41. 제 1 항 내지 제 40 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 격판은 실질적으로 평면형인 것을 특징으로 하는 음향 장치.
  42. 제 7 항의 종속항인 제 1 항 내지 제 41 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 서스펜션의 질량은 상기 트랜스듀서 구동부의 질량에 스케일링되는 것을 특징으로 하는 음향 장치.
  43. 제 1 항 내지 제 42 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 음향 장치는 확성기이고, 상기 트랜스듀서는 상기 트랜스듀서에 가해진 전기적 신호에 응답하여 상기 격판에 굴곡파 에너지를 인가하도록 구성되어 있으며, 상기 격판은 방출 영역에 걸쳐서 음향 소리를 방출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 음향 장치.
  44. 제 43 항에 있어서,
    상기 격판의 상기 방출 영역을 포위하는 배플을 구비하는 것을 특징으로 하는 음향 장치.
  45. 영역을 가지고 동작 주파수 범위를 갖는 격판을 구비한 음향 장치를 제조하는 방법에 있어서,
    상기 동작 주파수 범위에서 공진 모드를 갖도록 상기 격판의 파라미터를 선택하는 단계;
    상기 격판과 에너지를 교환하도록 상기 격판에 전자기계적인 트랜스듀서의 구동부를 결합하는 단계;
    상기 격판에 하나 이상의 기계적인 임피던스 수단을 부가하는 단계; 및
    상기 트랜스듀서의 상기 구동부의 질량과 위치 및 상기 하나 이상의 기계적인 임피던스 수단의 위치와 파라미터를, 상기 영역에 걸친 네트 가로축 모드 속도가 0으로 향하도록 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  46. 제 45 항에 있어서,
    자유롭게 진동하는 격판의 속도 프로파일을 상기 격판의 것과 매핑하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  47. 제 45 항 또는 제 47 항에 있어서,
    상기 격판의 파라미터를, 상기 동작 주파수 범위 내에 2개의 격판 모드가 존 재하도록 구성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  48. 제 45 항 내지 제 47 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 동작 주파수 범위를, 피스톤에서 모드로의 천이를 포함하도록 구성하는 단계; 및
    천이 시 상기 격판을 이동시키도록 상기 트랜스듀서를 구성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  49. 제 45 항 내지 제 48 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 동작 주파수 범위 내 모드의 평균 노드 위치에서 상기 격판에 상기 트랜스듀서 구동부를 결합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  50. 제 45 항 내지 제 49 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 기계적인 임피던스 수단이 상기 동작 주파수 범위 내에 상기 격판 모드의 평균 노드 위치에 존재하도록 구성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  51. 제 45 항 내지 제 50 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 트랜스듀서는, 상기 구동부와 자석 시스템을 형성하는 보이스 코일(Voice Coil)을 가지는 이동 코일 장치이며,
    상기 동작 주파수 내 모드의 평균 노드 위치에서 상기 격판에 상기 보이스 코일을 결합시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  52. 제 45 항 내지 제 51 항 중 어느 한 항에 있어서,
    탄성 서스펜션을 상기 동작 주파수 범위 내 모드의 평균 노드 위치에서 상기 격판에 결합하는 단계; 및
    상기 서스펜션을 섀시에 결합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  53. 제 51 항의 종속항인 제 52 항에 있어서,
    상기 자석 시스템을 상기 섀시에 결합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  54. 제 52 항 또는 제 53 항에 있어서,
    상기 서스펜션이 상기 격판에 결합된 위치와 다른 위치에서, 상기 트랜스듀서 구동부를 상기 격판에 결합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  55. 제 52 항 내지 제 54 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 서스펜션의 질량을 상기 트랜스듀서 구동부의 질량에 스케일링하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  56. 제 45 항 내지 제 55 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 격판이 실질적으로 원형인 주변부와 질량 중심을 갖도록 구성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  57. 제 56 항에 있어서,
    상기 격판의 파라미터를, 제 1 격판 모드가 ka = 2 이하로 되도록 구성하는 단계를 포함하며, 여기서 k는 파수이고 a는 격판 반경인 것을 특징으로 하는 방법.
  58. 제 56 항 또는 제 57 항에 있어서,
    상기 격판 모드를 상기 격판의 구동 직경을 그 중앙과 주변부 사이에서 변경함으로써 조정하는 단계;
    상기 구동 직경이 조정됨에 따라 평균 구동 포인트 어드미턴스를 계산하는 단계; 및
    상기 어드미턴스의 최소값에 의해 주어진 위치에서 기계적인 임피던스를 부가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  59. 제 50 항 내지 제 55 항 중 어느 한 항의 종속항인 제 56 항 내지 제 58 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 평균 노드 위치가 고리에 존재하도록 구성하는 단계; 및
    상기 동작 주파수 범위 내 반경 모드의 수로부터 상기 격판 직경에 대한 상기 고리 직경의 비를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  60. 제 59 항에 있어서,
    축 모드를 고려하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  61. 제 56 항 내지 제 60 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 격판에 대해 상기 트랜스듀서 구동부를 상기 격판의 상기 질량 중심과 동심원이 되도록 결합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  62. 제 56 항 내지 제 61 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 격판의 상기 질량 중심과 동심원이 되게 상기 서스펜션을 결합하되, 그 주변부로부터는 멀리 되도록 결합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  63. 제 56 항 내지 제 62 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 기계적인 임피던스 수단은 환형 질량이 되도록 구성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  64. 제 63 항에 있어서,
    복수의 환형 질량을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  65. 제 45 항 내지 제 55 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 격판이 전체적으로 사각형이 되고 질량 중심을 가지도록 구성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  66. 제 65 항에 있어서,
    상기 격판의 파라미터를, 제 1 격판 모드가 kl = 4 이하가 되도록 선택하는 단계를 포함하고, 여기서 k는 파수이고, l은 상기 격판의 길이인 것을 특징으로 하는 방법.
  67. 제 50 항 내지 제 55 항 중 어느 한 항의 종속항인 제 65 항 또는 제 66 항에 있어서,
    상기 평균 노드 위치가 한 쌍의 반대측 위치에 존재하도록 구성하는 단계; 및
    상기 동작 주파수 범위 내 모드의 수로부터 상기 격판의 절반 길이에 대한 상기 질량 중심으로부터의 각 반대 위치의 거리 비를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  68. 제 67 항에 있어서,
    상기 각 반대측 위치에 트랜스듀서를 탑재하는 단계를 포함하는 것을 특징으 로 하는 방법.
  69. 제 67 항에 있어서,
    상기 구동부가 상기 2개의 반대측 위치를 구동하도록 상기 격판상에 중앙으로 트랜스듀서를 탑재하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  70. 제 52 항의 종속항인 제 67 항 내지 제 69 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반대측 위치에 상기 서스펜션을 배치하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  71. 제 67 항 내지 제 70 항 중 어느 한 항에 있어서,
    한 쌍의 질량 형태로 기계적인 임피던스 수단을 부가하는 단계; 및
    상기 반대측 위치 중 하나씩에 각 질량을 배치하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  72. 제 71 항에 있어서,
    상기 격판에 복수의 질량 쌍을 부가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  73. 제 65 항 내지 제 72 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 격판을 빔 형태가 되고 상기 격판의 긴 축을 따라 모드를 갖도록 구성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  74. 제 73 항에 있어서,
    상기 트랜스듀서 수단의 상기 구동부와 상기 하나 이상의 기계적인 임피던스 수단을 상기 격판의 상기 긴 축을 따라 결합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  75. 제 65 항 내지 제 74 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 격판의 폭에 대한 상기 트랜스듀서 구동부의 직경 비를 최저 크로스 모드를 억제하도록 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  76. 제 75 항에 있어서,
    상기 격판의 폭에 대한 상기 트랜스듀서 구동부의 직경 비를 약 0.8로 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  77. 제 64 항 내지 제 72 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 질량이 상기 격판의 중앙을 향해 그 값이 감소하도록 구성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  78. 제 64 항, 제 72 항 또는 제 77 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 질량을 상기 트랜스듀서 구동부의 질량에 대해 스케일링하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  79. 제 45 항 내지 제 78 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 격판이 굴곡 경도에 대해 등방성이 되도록 구성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  80. 제 45 항 내지 제 79 항 중 어느 한 항에 있어서,
    모드를 감쇠하도록 선택하는 단계; 및
    댐핑 수단을 높은 격판 속도의 위치에서 상기 격판에 부가하여 선택된 모드가 감쇠되도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  81. 제 56 항 내지 제 64 항 중 어느 한 항의 종속항인 제 80 항에 있어서,
    상기 격판의 질량 중심과 동심원으로 환형 댐핑 패드의 형태로 댐핑 수단을 결합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  82. 제 45 항 내지 제 81 항 중 어느 한 항에 있어서,
    경량 리지드형 어댑터의 형태의 사이즈 어댑터를 이용하여 상기 격판에 상기 트랜스듀서를 결합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  83. 제 82 항에 있어서,
    제 1 직경에서 상기 커플러를 상기 트랜스듀서에 결합하는 단계; 및
    제 2 직경에서 상기 커플러를 상기 격판에 결합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  84. 제 45 항 내지 제 83 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 격판에 개구를 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  85. 제 84 항에 있어서,
    상기 격판의 상기 개구 내에 제 2 격판을 구성하는 단계를 포함하며,
    상기 제 2 격판은 영역과 동작 주파수 범위를 가지며,
    상기 동작 주파수 모드에서 공진 모드를 갖도록 상기 제 2 격판을 선택하는 단계;
    상기 격판과 에너지를 교환하도록 트랜스듀서 구동부를 상기 제 2 격판에 결합하는 단계; 및
    상기 격판에 하나 이상의 기계적인 임피던스 수단을 적용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  86. 제 84 항에 있어서,
    상기 개구 내에 봉합 부재를 탑재하여 상기 개구가 실질적으로는 음향적으로 봉합되게 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  87. 제 45 항 내지 제 86 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 격판이 실질적으로 평면이 되도록 구성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  88. 제 52 항의 종속항인 제 45 항 내지 제 87 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 서스펜션의 질량을 상기 트랜스듀서 구동부의 질량에 스케일링하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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