스피커의 그레디언트 배열 방식을 이용한 저주파수 지향성 제어 :Low-frequency Pattern Control Using Gradient Speaker Arrays

최찬규

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자료유형: 학위논문

저자정보: 최찬규 (서울과학기술대학교, 서울과학기술대학교 산업대학원)

지도교수: 이선희

발행연도: 2013

저작권: 서울과학기술대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수13

이 논문의 연구 히스토리 (2)

2013

스피커의 그레디언트 배열 방식을 이용한 저주파수 지향성 제어

최찬규 매체공학과 2013.01 학위논문

그레디언트 스피커 배열을 이용한 저주파 지향성 제어

최찬규 , 박천일 , 노정규 외 1명 한국위성정보통신학회논문지 2013.01 학술저널

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라우드스피커(loudspeaker, 이하 스피커)의 지향 특성을 모든 주파수에서 동일하게 유지되도록 설계하는 것은 음파의 길이와 혼(horn)이나 트랜스듀서(transducer)의 크기 때문에 어려운 문제이다. 전기음향 설비에 있어서 무엇보다 고려해야할 사안은 모든 좌석에 명료도 높은 소리를 양질의 음질과 균일한 음압으로 안정하게 제공해야 한다. 이를 위해서는 저주파수 대역까지 스피커의 지향성이 일관되게 유지될 수 있도록 스피커 시스템을 설계하는 것이 무엇보다 중요하다.
본 연구에서는 전기음향 설비에 있어서 실내 음향 특성에 영향을 미치는 전대역 스피커의 저주파수 지향 특성을 개선하기 위한 그레디언트 배열(gradient array) 방법을 제시하였다. 스피커의 지향 특성은 음을 방사한 경우에 어느 특정 방향으로 방사되는 특성을 말하며, 공간에서 사용되는 스피커의 가장 중요한 특성중 하나이다. 스피커의 지향각을 벗어난 지역에서는 주파수 변화에 따른 지향 특성의 차이로 주파수 특성이 평탄하지 못하고, 불필요한 반사음이 유발되어 청중지역의 명료도가 저하된다. 따라서 본 논문의 목적은 실내 공간의 음향 특성을 개선하기 위해 스피커의 지향성을 저주파수 대역까지 일관되게 유지할 수 있는 방법을 연구하고, 하나의 인클로저에 그레디언트 배열 방식을 적용한 전대역 스피커의 개발 가능성을 고찰하는 것이다.
이를 위해 본 논문에서는 주파수 대역별로 스피커의 지향성 제어 방법을 분석하였으며, 주파수 변화에 따른 스피커의 지향성 변화 차이가 실내 음향 특성에 미치는 영향을 음향 시뮬레이션을 통하여 확인하였다. 또한, 전대역 스피커의 300Hz이하 저주파수 대역의 지향 특성을 개선하기 위해 그레디언트 배열 방식을 적용하여 실험을 진행하였으며, 스피커 후방에서 6dB이상의 감쇠효과를 확인하였다.
본 연구를 통해 얻어진 지향성 제어 방법은 공연장, 종교시설, 강당과 같은 실내 공간의 음향 시스템 설비에 많은 활용이 될 것으로 판단된다. 또한 분리된 인클로저로 구성된 그레디언트 배열 방식이 아닌 하나의 인클로저로 디자인된 전대역 그레디언트 스피커 개발에 유용한 자료가 될 것으로 기대한다.

Designing a loudspeaker that can keep all of its constant directivity at all frequencies is difficult due to the wavelengths of audio frequencies and the size of horns and transducers. One of the top priorities to consider when designing a sound system is to provide clear, high quality sound with uniform sound pressure level and frequency response to all audience areas and sufficient gain before feedback. This requires the loudspeaker system to maintain pattern control down to low frequency.
This study proposed gradient array methods to improve low frequency pattern control of full-range speakers to maximize Direct to Reverberant Ratios at the listeners. The directional characteristics of a loudspeaker refer to the radiation of sound in certain directions and are among the most important features of a loudspeaker. Inconsistent polar response across the audio frequency spectrum cause inconsistent frequency response across the intended coverage area of the loudspeaker and problematic reflected sound at lower frequencies, thus lowering clarity in the audience area. The purpose of this study is to investigate methods to maintain consistent loudspeaker directivity, even in the low frequency range, to minimize room excitation of indoor spaces and review the possibility of developing a full-range loudspeaker using gradient array methods in a single enclosure.
The study analyzed methods to control loudspeaker directivity in each frequency range and how directivity across frequency impacts room acoustics through acoustic simulations. The gradient array method was applied to improve low-frequency pattern control of a full-range loudspeaker. The results of the experiment confirmed that gradient array techniques provide 6dB or more attenuation from the rear of the loudspeaker at lower frequencies.
The low-frequency pattern control methods identified in this study can be applied to the design of a sound system in indoor spaces such as performing venues, religious facilities, and auditoriums. They can also be applied to the development of full-range gradient loudspeakers in a single enclosure instead of multiple enclosures.

#그레디언트 배열 #그레디언트 스피커 #gradient speaker #지향성 제어

I. 서 론 1
1. 연구의 배경 및 목적 1
2. 연구의 내용 및 범위 2
II. 스피커의 지향성 제어 이론 3
1. 스피커의 동작 원리와 시스템 구성 3
2. 스피커의 지향 특성 10
3. 스피커의 주파수 대역별 지향성 제어 15
4. 그레디언트 배열(Gradient Array) 스피커 31
III. 주파수에 따른 지향성 패턴 차이가 실내 음향 특성에 미치는 영향 35
1. 실내 음향 특성 이론 35
2. 시뮬레이션 개요 42
3. 시뮬레이션 방법 45
4. 시뮬레이션 결과 및 고찰 46
IV. 그레디언트 배열 전대역 스피커의 저주파수 지향성 제어 실험 52
1. 그레디언트 배열 스피커 구현 시뮬레이션 52
2. 그레디언트 배열 스피커의 지향성 제어 실험 및 평가 59
3. 그레디언트 배열을 적용한 전대역 스피커 제작 및 고찰 68
V. 결 론 79
참고문헌 80
영문초록(Abstract) 83

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