방송통신산업기술개발사업
SR용 고품질 스피커 유닛 및 네트워크 융합형 파워드 앰프 시스템 개발
Development of The High-Quality Speaker Unit for the SR and Powered Amplifier with Network Audio
(주)인터엠
정보통신기술진흥센터
연차보고서
사업명 방송통신산업기술개발 과제번호
과제명
국문 용 고품질 스피커 유닛 및 네트워크 융합형 파워드 앰프 시스템 개발
영문
주관기관 주 인터엠 총괄책임자 오승수
참여기관
책임자 전자부품연구원 송병철
총수행기간 개월
협약기간 개월
해당년도
수행기간 개월
협약기간 총사업비 천원
정 부 출연금
민 간 부담금
현금
계 현물
해당연도 사업비 천원
정 부 출연금
민 간 부담금
현금
계 현물
키워드 개
라인어레이 스피커 컬럼어레이 스피커 고출력 앰프 네트워크 오디오
정보통신 방송 연구개발 관리규정 제 조에 의거하여 연차보고서를 제출합니다 년 월 일
총괄책임자 오 승 수 인
주관기관장 조 순 구 직인 인감
미래창조과학부 장관 귀하
해당 연도 추진 현황
Ⅰ.
기술개발 추진 일정
Ⅰ-1
계획 실적
일련
번호 개발 내용 추진 일정 개월 달성도
방수형 초지향성 라인어레이 스피커 설계
고출력 프로페셔널 앰프 시작품 설계 네트워크 스피커 시스템
인터페이스 개발 연동 프로토콜 기능
개발
방수형 컬럼어레이 스피커 설계
초지향성 라인어레이 스피커 개발
방수형 컬럼어레이 스피커 개발
고출력 프로페셔널 앰프 시작품 개발 다채널 지원 스피커 제어
컴포넌트 개발 성능평가 및 개선
개발내용의 경우 사업계획서 내용에 근거하여 작성할 것
※
해당 연도 추진 실적
Ⅰ-2
계획 추진실적
방수형 초지향성 라인어레이 스피커 설계
라인어레이 사양서 도면 설계 차
고출력 프로페셔널 앰프 시작품 설계
차 시작품 회로 설계 진행
차 시작품의 성능 미달로 인하여 차 개선품 회로도 설계 진행
네트워크 스피커 시스템 인터페이스 개발
스피커 시스템 네트워크 및 디지털 인터페이스 설계
연동 프로토콜
기능 개발 연동 오디오 전송 연동 기능
방수형 컬럼어레이
스피커 설계 방수형 컬럼어레이 기구도 설계 차 차
초지향성 라인어레 이 스피커 개발
등급 목표에 맞는 제작 차
공인 시험기관을 통한 방진 방수 등급 시험 진행 문제점에 대한 개선 진행
성능 테스트 진행
방수형 컬럼어레이 스피커 개발
방수형 컬럼어레이 스피커 개발
공인 시험기관을 통한 방진 방수를 위한 등급 시험 문제점에 대한 개선 진행
성능 테스트 진행
고출력 프로페셔널 앰프 시작품 개발
고출력 프로페셔널 앰프 시작품 개발 차 자체 및 공인기관 성능 테스트 차
차 시작품 개발 결과 목표 미달로 인하여 차 시작품 개발 진행 자체 및 공인기관 성능 테스트 차
다채널 지원 스피커
제어 컴포넌트 개발 제어 컴포넌트 인터페이스 기능 개발
기술개발결과
Ⅱ.
논문
가 국내 발표
번 호 논문명 저자명 발표지 일시
조정 가능한 을 가지는
기반의 스피커 시스템 개발
송병철 김동현 박경원 위정욱 이동준
한국통신학회 동계학술대회
나 해외 발표
번 호 논문명 저자명 발표지 일시
송병철 김동현 박경원 이동준
지식재산권
가 국내 출원
번 호 종 류 명 칭 출원일 등록일 국 명 출원번호
특허출원 오디오 신호 세기의 자동제어가
가능한 전관방송 장치 및 방법 대한민국
특허출원 방수형 컬럼 스피커 장치와
저역대역 오디오 신호 재생 방법 대한민국
나 해외 출원
번 호 종 류 명 칭 출원일 등록일 국 명 출원번호
특허출원 미국
기술문서 및 시작품
차년도 목표는 본 과제의 최종목표인 네트워크 융합형 용 스피커 유닛 및 고출력 앰프 시스템을 구현하기 위한 시작품 개발 및 기반 기술 구현 및 테스트를 목표로 함
고출력 앰프 시작품 개발 방수성능을 만족할 수 있는 초지향성 라인어레이 스피커 인클로 저 설계 제작 및 등급 테스트 타입 컬럼어레이 스피커 인클로저 설계 제작 및 등급 테스트 컬럼어레이용 용 인치급 드라이버 유닛 개발 및 성능 시험 앰프와 컬럼 어레이 스피커에 사용할 네트워크 인터페이스 실험품 개발 및 프로토콜 전송 테 스트를 수행함
가 인터엠
고출력 앰프 시작품 개발 가 개발 목표
고출력 앰프에 표 과 같은 성능 목표를 위해 고출력 고효율 전원부 및 앰프부를 개발하고 연동한다
표 고출력 앰프 시작품 성능 목표
항목 목표
정격 출력 이상 Ω
이하
주파수 특성 이하
이상
차 시작품 개발 시 증폭 회로부의 일부 성능 미달 정격 출력 미달 미달 로 차 시작품 개발 진행하였으며 당해연도 목표를 달성하였음
나 고출력 앰프 시작품 개발 차 개발
당 과제 최종목표인 네트워크 융합형 고출력 앰프 채널 채널 당 시작품을
개발하기 위해 고효율 전원부와 증폭부를 설계 및
개발
설계 차개발
개요
는 스위치 모드 전원 공급장치 의 약자로 전력
을 효율적으로 변환시키는 스위칭 레귤레이터 가 포함된 전원 공급장치를 뜻한다
의 패스 트랜지스터 는 끊임없이 과 를 반복하면서 낮은 손실 지점과 높은 손실 지점 매우 짧은 시간동안만 유지되므로 전력 손실을 최소화 함 사이를 진동하며 전압 레귤레이터 는 시간 비율에 의 해 동작하여 높은 전력 변환 효율을 가진다 반면에 선형 파워 서플라이는 패스 트 랜지스터에서 지속적으로 손실되는 전력에 의해 출력 전압을 정류하는 형태로 동작 한다
또한 는 상대적으로 작고 가볍게 만들 수 있는데 선형 전원 공급장치에 비 해 트랜스포머의 크기와 무게를 줄일 수 있기 때문이다
하지만 매우 짧은 시간동안 스위칭을 하기 때문에 전류 변환 중에 고주파 노이즈 가 발생하고 이러한 고주파 노이즈가 오디오 증폭 시 영향을 주어 음질 저하에 원 인이 되기도 한다
따라서 고출력 앰프의 는 전류 변환 스위칭 시 발생하는 고주파 노이즈를 줄 이면서 대용량의 전원을 앰프부에 공급해 줄 수 있도록 설계하는 것이 관건이다 그리고 입력 오디오 신호의 전압에 대해 약 배의 전압을 증폭하여 출력해야 하 므로 증폭부 동작 시 전압 및 전류 드라이브를 충분히 할 수 있도록 전원 공급을 할 수 있어야 한다
반도체 스위치에 공진 회로를 결합하여 스위치의 전류 또는 전압을 정현파의 형 태로 변화시킴으로서 스위칭 손실을 저감시킬 수 있는데 이를 공진 스위치라고 한 다
공진형 컨버터 는 위와 같은 공진 스위치를 이용한 스위칭 전 원을 총칭하는 이름이다
그림 직렬 공진형 컨버터 회로
공진형 컨버터 중에 그림 과 같은 직렬 공진형 컨버터가 가장 간단하여 많 이 사용하고 있으나 경부하상태에서 부하측 임피던스는 공진네트에 비하여 매우 크 게되어 입력의 대부분의 전압은 부하에 걸리게 되고 전압의 안정화를 매우 어렵게 하여 이론적으로는 출력 무부하시 전압을 유지하기 위하여 주파수를 무한대로 올려 야 한다
이러한 한계를 극복하기 위하여 그림 와 같은 공진 컨버터
가 개발되었는데 이것은 공진전원을 변경하여 차 인덕턴스 사이에 션 트 인덕터를 병렬로 배치한 것이다
실질적으로 션트인덕터는 트랜스의 자화인덕턴스 를 이용 하게 되어 회로 설계 도면에서는 마치 직렬공진형과 같은 것 처럼 보인다 하지 만 직렬 공진형에서는 자화인덕턴스가 직렬공진 인덕턴스 보다 훨씬 크지만
회로의 자화인덕턴스는 보다 단지 배 정도인데 이는 트랜스의 에어갭으로 구성이 가능하다
일반 공진 컨버터 회로는 일반적인 직렬공진회로에 비해서 여러가지의 장 점이 있는데 스위칭 주파수를 조금만 변동시켜도 입출력의 변동에 대하여 전압 안정 도를 유지 할 수 있다는 것과 모든 영역에서도 영전압 스위칭이 가능하다는 것이다 그리고 트랜스 등의 기본적인 구성을 활용하여 최적화된 회로로서 구성을 단순화 할 수 있다
당 앰프 개발에서 사용한 공진 컨버터 회로는 일반 공진 컨버터 회로를 개선하여 비제어 방식을 적용하고 기생 인덕턴스 을 조정하여 고출력 앰프에 적합 하도록 설계하였다
M1
M2
+
vg - vs(t) +
-
vpri(t) +
- Ls Cs ipri(t)
Ro n:1
Lp
isec(t)
iLp(t) iLs(t)
Vo +
- irec(t)
그림 당 앰프의 회로
공진 컨버터의 특성을 살펴보면 다음과 같다 발진 주파수의 특성
그림 과 같이 로 구분할 수 있다
보장 보장 보장
그림 의 특성
의 부하 변동 특성 부하 변동에 따른 변동이 적다
부하 변동에 따른 변동이 크다
그림 의 부하 변동에 따른 특성
회로에서 부하 의 변동에 따라 특성이 변하게 되는
데 그림 과 같이 영역에서 부하의 변동이 최소가 되는 영역이 있는 데 이 영역에서의 동작 스위칭 주파수를 설정하게 되면 높은 안정성을 얻을 수 있 다
또한 증폭부 회로가 어떠한 부하 값으로 연결되더라도 전압 전류 의 변동의 영향이 적도록 설계하는 것이 가능하다
위와 같은 영역에서의 고정적인 동작 주파수를 설정하는 방식을 비제어 방식 이라 하고 당 개발의 는 고정주파수를 사용하여 어떠한 부하 값이 연결되더라도 앰프부의 출력을 유지할 수 있도록 하였다
회로 개발 시뮬레이션
그림 와 같이 회로를 구성하고 시뮬레이션하여 결과
를 확인하였다
그림
시뮬레이션 결과 전압
전류 전력
동작 확인 동작 주파수 고정 확인
그림 시뮬레이션 결과 파형 그림 시뮬레이션 결과 파형 확대
회로 설계 및 회로 설계도
그림 설계한 회로 일부 차 개발
설계
그림 차 개발
구현
설계한 회로 및 를 실물 구현
그림 개발한 부 차 개발
테스트
앞서 회로 설계시 진행한 시뮬레이션 결과와 실제 구현한 를 측정하여 결과를 비교함
측정 조건 입력전압 측정방식
측정 결과 전압 전류 전력
동작 확인
그림 측정 파형 그림 측정 파형 확대
결과
출력 전압이 시뮬레이션 결과와 차이가 있음
입력 의 전압이 강하되어 전체 출력 전압이 낮아짐을 확인함 전압강하율
고출력 고음질 앰프 회로 설계 차 개발 앰프 회로 개요
앰프 증폭방식은 오디오 앰프에서 새로운 증폭방식은 아니다 하지만 기존 아날로그 방식의 앰프 증폭회로의 경우 전력손실이 높기 때문에 고출력을 구현하기 위해서는 전원부를 방식에 비해 배 높은 전력 을 공급할 수 있도록 설계해야하므로 전력 효율성이 나쁠 수 밖에 없다
당 과제 목표인 Ω 시 이상의 출력을 보장하기 위해서는 입력 전압이 일 때 이상으로 증폭 시켜야 한다 따라서 높은 전압 전류 드라이 브를 할 수 있는 증폭용 소자를 사용해야 하며 사소한 파라미터에도 영향을 받 게 된다
또한 증폭 시 입력 전압의 잡음이 함께 증폭되기 때문에 좋은 신호 대 잡음비 를 얻기 위해서는 단 회로에 대해 아주 높은 신뢰도의 저잡 음 회로를 구성해야 한다
회로 설계
증폭부 부로 설계
회로 적용 및 구현
회로 설계
그림 회로 도면 일부 차 개발
그림 증폭부 회로 일부 차 개발
구현
그림 앰프 차 개발
구현
그림 개발한 시작품 차 개발
성능 검토 차 개발
설계 및 개발한 부와 앰프부를 연결하여 고출력 앰프의 성능 시험
오디오 계측장비 를 이용하여 성능을 검증하여 설계목표 달성 여부 확인
그림 대출력 앰프 시제품 차 개발
표 고출력 앰프 실험품 성능 측정 결과 차 개발
목표 측정결과 비고
정격 출력 이상 Ω Ω 미달성
이하 미달성
주파수 특성 이하
이상
정격 출력 측정
앰프의 정격 출력 는 증폭 과정에서 신호의 일그러짐이 허용 값을 넘 지 않는 조건에서 내는 제조자가 표시하는 출력 전력을 의미함
오디오 계측장비 을 이용하여 입력 전압 대비 출력 전압을 확인하고 그에 대한 출력 파워를 계산하면 그 값은 아래와 같다
측정 결과
입력 전압 출력 전압 출력 파워
Ω Ω Ω
그림 정격 출력 측정 측정 방식 차 개발
축 입력 축 출력
측정
은 전고조파 왜율 잡음 를 의미하며 증
폭된 오디오 신호에 원하지 않는 고조파 성분의 합과 잡음이 추가된 것이며 일반적 으로 이내인 경우 사람의 청감으로 구분하기 어려움
따라서 대다수의 앰프에서는 이 이하 인 경우의 출력을 정격출력으로 표 현한다
측정 결과
Ω
그림 차 개발
축 출력 축
측정
오디오에서의 주파수 응답 특성 은 앰프를 포함하는 오디오 기 기에서 통과한 신호의 진폭이 주파수에 따라서 어떻게 변화하는가를 나타내는 것이 다
일반적으로 주파수 재생대역은 평균레벨 에서 감쇠되는 주파수로 정의한 다
스피커와 연결하는 앰프의 출력부에 Ω 부하 와 Ω 부하 를 연결하여 주
파수 응답 특성을 측정하였다
측정결과
Ω Ω
그림 차 개발
축 주파수 축
측정
신호 전력 레벨 대비 잡음 전력 레벨을 로 표시한 것으로 잡음 없이 신호가 증폭 되는 오디오 제품의 성능을 표시하는 파라미터이다
log
신호전력
잡음전력일반적인 프로페셔널 오디오용 앰프에서는 이상을 요구한다 를 적용하여 신호 대 잡음비를 측정하였다
측정결과
그림 차 개발
차 시작품 결론
앰프부 회로의 증폭 소자 특성문제 및 전원부 전압강하 및 과도한 전류 상승이 발생하 여 정격출력 목표 달성 실패함
정격출력과 관련된 파라미터인 특성도 달성 실패함 전반적인 목표 미달로 재설계를 통한 차 개발 진행함
다 고출력 앰프 시작품 개발 차 개발
설계 차 개발 개선 방법
차 개발 시 의 문제점이었던 전압강하를 개선하기 아래와 같이 수정 및 변경 하였음
트랜스포머의 권선비 변경
출력 방식 단일 채널 출력 채널을 분할 출력
회로 개발 시뮬레이션
시뮬레이션 프로그램을 이용하여 그림 과 같이 회로를 검토 하였다
그림
시뮬레이션 결과 전압 채널 당 전류 채널 당 전력 채널 당
개 채널 총 가능 확인
그림 시뮬레이션 결과 파형
회로 설계 및 회로 설계도
그림 설계한 회로 일부 차 개발
설계
그림 차 개발
구현
설계한 회로 및 를 실물 구현
그림 개발한 부 차 개발
테스트
회로 설계시 진행한 시뮬레이션 결과와 실제 구현한 를 측정하여 결과를 비교 함
측정 조건 입력전압 측정방식
측정 결과
전압 채널 채널
전류 채널 채널
전력 채널 채널
채널 채널
동작 확인
그림 측정 파형 채널 동시 구동 차 개발
결과
차 개발과 마찬가지로 출력 전압이 시뮬레이션 결과와 차이가 있음
차 개발과 동일하게 입력 의 전압이 강하는 발생하나 채널 분할을 통하 여 전체적인 전력공급이 약 배 높아 증폭부의 출력에 문제는 없음
앰프 회로 설계 차 개발 개선 방법
정격 출력 미달에 대한 증폭부 소자 변경 및 회로 변경 진행 증폭부 회로에 대해 대응을 위한 및 소자 배치 개선 증폭부 회로에 대해 개선 및 정격출력 대응을 위한 회로 재설계
회로 설계 및 회로 설계
그림 회로 도면 일부 차 개발
그림 증폭부 회로 일부 차 개발
그림 앰프 차 개발
구현
그림 개발한 시작품 차 개발
성능 검토 차 개발
그림 와 같이 차 개발한 고출력 시작품에 대한 오디오 성능을 측정하였다
그림 고출력 앰프 시제품 차 개발
표 고출력 앰프 시작품 성능 측정 결과 차 개발
목표 측정결과 비고
정격 출력 이상 Ω Ω 달성
이하 주파수 특성
이상
정격 출력 측정 차 개발
오디오 계측장비 을 이용하여 입력 전압 대비 출력 전압을 확인하고 그에 대한 출력 파워를 계산하면 그 값은 아래와 같다
입력 전압 출력 전압 출력 파워
Ω Ω Ω
그림 정격 출력 측정 측정 방법 차 개발
축 입력 축 출력
그림 정격 출력 측정 이용 측정 차 개발
측정 차 개발
스피커와 연결하는 앰프의 출력부에 무부하 상태와 Ω 부하 를 연결하
여 특성을 측정하였다
측정결과
Ω
그림 차 개발
축 출력 축
측정
무부하 상태와 Ω 부하 를 연결하여 주파수 응답 특성을 측정하였다
또한 가청주파수 대역 에 대해 응답 특성을 측정하였다
측정 결과
Ω
그림 차 개발
축 주파수 축
그림 확대 차 개발
축 주파수 축
측정
를 적용하여 신호 대 잡음비를 측정하였다
측정 결과
그림 측정 차 개발
방수형 라인어레이 스피커 시작품 개발
가 방수형 라인어레이 스피커 설계 기본 설계
차년도 개발한 라인어레이 스피커 인클로저를 개선하여 목표하고자 하는 방수성 확보 와 성능 확보를 목적으로 함
사양
인치 급 개 인치 급 개 드라이버 사용
구성
두께의 자작나무 사용하여 내구성을 높임
기본 설계
급 방수성 도료를 이용한 도장을 회 균일 도포
방진 방수 조건을 만족하기 위한 그릴 및 그릴 내부 빙진 방수 필터 적용
그림 라인어레이 스피커 기구도
그림 라인어레이 스피커 인클로저
나 등급 시험 등급
등급이란 을 뜻하며 분진과 수분에 대한 보호등급을 의미하 는데 두 자리 코드로 되어 있습니다
당 규격은 국제규격 와 한국산업규격 으로 정의되
어 있으며 기술적인 내용은 동일하다
등급 규격의 목적
기기 접근에 대한 사람이나 가축을 보호
해충 진균 및 외부 분진 등의 침투에 대한 내부 기기를 보호 물 습기 오일 등의 침투로 인한 내부 기기를 보호
등급 표시 의미
그림 등급 표시 방법
첫째 자리수 방진등급 즉 먼지로부터의 보호정도 둘째 자리수 방수등급 즉 물로 부터의 보호정도
각각의 자리 수에는 의미가 있으며 숫자가 높을수록 안전함을 의미한다
방진 등급 분류
표 방진 등급 분류표 등급
표시 방진 보호 정도 시험조건
없음 없음
손의 접근으로 부터의 보호
직경 이상의 고형물체가 침투되지 않을 것
손가락 접근으로부터의 보호
직경 이상의 고형물체가 침투되지 않을 것
방수 등급 분류
표 방수 등급 분류표 공구 전선 등의 크기로 부터의 보호
직경 이상의 고형물체가 침투되 지 않을 것
공구 전선 등의 크기로 부터의 보호
직경 이상의 고형물체가 침투되 지 않을 것
먼지로부터의 보호 동작에 방해하는 분진이 침투되지 않을 것
먼지로부터 완벽하게
보호 분진의 침투로부터 완전하게 보호 될 것
등급
표시 방수 보호 정도 시험조건
없음 없음
수직으로 떨어지는 물 방울로부터의 보호
의 높이에서 분의
물방울을 분간 떨어뜨린다
수직 정도 들이치는 물방울로부터의 보호
의 높이에서 ˚ 범위로 분의물방울을 분간 떨어뜨린다
수직 정도 들이치는 물방울로부터의 보호
의 높이에서 ˚ 범위로 분의 물방울을 분간 뿌린다
모든 방향에서 분사되 는 물로부터의 보호
의 거리에서 모든 방향으로 분의 물을 분간 뿌린다
모든 방향에서 쏟아지 는 물로부터의 보호
의 거리에서 모든 방향으로 분 의 물을 분간 쏟아 붓는다
등급 테스트 차
등급 테스트를 위해 공인 시험기관인 한국건설생활환경시험연구원 에서 등급으로 시험을 진행하였음
그림 라인어레이 스피커 측정 시료
방수 시험 시험 방법
규격에 따라 유량 의 물을 전 후 좌 우 상 하에 분간 분사
시료 내부에 물 침투 여부 확인
모든 방향에서 강력하 게 쏟아지는 물로부터 의 보호
의 거리에서 모든 방향으로 분 의 물을 분간 쏟아 붓는다
깊이의 물에
잠겨도 보호 물속 아래에 분간 담금
장시간 침수되어 수압
을 받아도 보호 물속에 있어도 문제가 없는 장비
그림 방수 시험
시험 결과
부적합 시료 내 물 침투 흔적 확인
그림 부 물 침투 흔적 그림 내부 중앙 부 물 침투 흔적
그림 내부 물 유입 구로 추정되는 부분 그림 부분 물 침투 흔적
방진 시험 시험 방법
규격에 따라 에 시료를 시간 둔 후 시료 내 부에 먼지 여부 확인
그림 방진등급 시험용 에 있는 시료
그림 방진 시험 후 시료 내부 시험 결과
적합 시료 내부에 분진 없음을 확인
방진 방수 시험 결과 차 시험
표 라인어레이 스피커 등급 시험 결과
시험항목 시험방법 시험결과 시험환경 비고
카테고리
방진 기준 적합
방수 기준
부적합 시료 내 물 침투
방수 등급 관련 문제점 검토 및 조치 원인 분석
출력부분이 내부 물 유입구가 되는 부분 문제 해결 필요
마운팅 부분에 물이 고이면서 내부로 스며드는 문제 해결 필요
조치
물 유입구 부분에 대해 개스킷 부착하고 부분에 부착하여 물이 유입되 지 않도록 조치
그림 방수용 캐스킷 부착 그림 내부 적용
마운팅 부분 내부에 방수 처리
재 시험 진행
시료 건조 주일간 진행 자연 건조 후 문제점 보완 조치 진행 차 시험 진행 중
다 성능 검토
차세대음향산업지원센터 무향실에서 성능 측정 측정 시스템
현재 측정 진행중
방수형 컬럼어레이 스피커 개발
가 컬럼어레이 스피커 설계 설계
인치 드라이버를 사용할 수 있는 수직 구조 설계 구조 적용
방수를 위한 알루미늄 샤시 구조의 인클로저와 커버 개발 개발한 인치 풀레인지 용 스피커 드라이버 유닛 사용
그림 컬럼어레이 인클로저 설계도
그림 컬럼어레이용 배플 보드 설계 도면
그림 컬럼어레이용 그릴 설계 도면
개발
알루미늄 샤시 구조의 인클로저 배플 보드에 방수성 도료 도포
배플 보드에 개발한 방수콘 인치 드라이버 유닛 장착 인클로저 내부에 흡음재 설치 후 배플 보드와 결합 배플보드와 인클로저 이음새 부분에 대한 방수 처리 함 전면부 그릴 부분에 방수필터 적용
그림 방수형 컬럼어레이 스피커
그림 방수형 컬럼어레이 스피커
등급 측정 차
등급 테스트를 위해 공인 시험기관인 한국건설생활환경시험연구원 에서 등 급으로 시험을 진행하였음
방진 시험 시험 방법
규격에 따라 에 시료를 시간 둔 후 시료 내 부에 먼지 여부 확인
시험 결과
부적합 내부 분진 유입
그림 내부 분진 유입 흔적 그림 내부 분진 유입 흔적
방진 방수 시험 결과 차 시험
표 컬럼어레이 스피커 등급 시험 결과
시험항목 시험방법 시험결과 시험환경 비고
카테고리
방진 기준 부적합
방수 기준
방진 부적합으 로 미진행
방진 시험 결과 문제점 검토 및 조치 원인 분석
상대적으로 취약하다고 생각되었던 상 하단 부분의 틈 사이를 통해 분진 유입 내부 상 하단 글루건 작업의 한계로 인한 문제로 분석
전면 배플 설계 로 인한 분진 유입 유닛 마운팅 부 양 부
조치
전면 배플 재설계 진행 마운팅 부 자리파기 추가
가스켓 자재추가 및 흡음재 보강하여 분진 물로 부터 완전 밀폐작업 조치
나 전자부품연구원
네트워크 스피커 인터페이스 시제품 개발
가 차 스피커 인터페이스 플랫폼 설계 규격
l 기능을 제어하기 위한 차 스피커 인터페이스 플랫폼의 구조 설계는 차년도 기본 구조를 따르나 몇 가지의 보완기능을 추가 하였고 외부 인터페이스를
로 단일 화 하였으며 기능의 안정성 고려를 위하여 채용된 부품일부를 변경하 였음
그림 차 스피커 인터페이스 플랫폼 블록도
l 인터페이스 전체 시스템 기능을 담당하는 는 칩을 사용하며 부분 설계 보완하여 개발
l 이더넷 기능은 데이지체인 네트워크 연결을 위하여 듀얼 포트로 설계하였다 이것은 칩을 통해 구현한다
l 디버그 블록을 설계하여 프로그램 업로드 및 디버깅을 할 수 있도록 설계하였 다
l 네트워크를 통해 오디오 데이터가 전달되면 스피커 내부의 로 채널로 전달될 수 있는 인터페이스를 설계하였다 컨트롤 정보 전달용 채널로 로 단일화 설계함
l 외부 아날로그 입력을 받아서 로 전달할 수 있는 칩 회로부를 설계하여 디지털 데이터로 전달할 수 있도록 하였다
l 오디오 보드의 특성을 고려하여 탄탈리움 커패시터를 알루미늄 전해 커패시터로 부 품 변경
l 디지털 그라운드 와 아날로그 그라운드의 분리
나 차 스피커 인터페이스 플랫폼 회로도
그림 를 이용한 부 회로도
주요 기능 l
l l l l l
변경사항 설계로 의 외부 인터에이스 핀 중 모드용 핀 제거
주요 기능 l
l l
그림 듀얼 부 회로도
그림 회로도
l l l l
그림 부 회로도
l 시스템에서 사용하지 않는 마스터 모드 제거를 위해 크리스털 회로 제거 l 코덱 관련 탄탈리움 커패시터를 알루미늄 전해 커패시터로 변경
l 디지털 및 아날로그 그라운드 분리 l
l
그림 회로도
l l l l
다 차 스피커 인터페이스 플랫폼 시제품
스피커 네트워크 인터페이스 개발 시제품
그림 스피커 네트워크 인터페이스 플랫폼
스피커 네트워크 인터페이스 전송 레이턴시 측정 결과
그림 네트워크 전송 레이턴시 측정 결과
연동 프로토콜 기능 개발 및 테스트
가 시간 동기화 블록 구현
l 시간동기화 절차
시간동기화는 메시지 수신으로부터 시작되며 두 메시지로부터 마스터 단 말과 슬레이브 단말 사이의 주파수 오차를 추정함 추정된 주파수 오차를 기반으로 마 스터 시간과 슬레이브 단말의 로컬 시간을 보정함
그림 슬레이브 단말에서 시간동기화 절차 및 로컬 시간변환
l 마스터 시간과 로컬 시간을 보정하기 위한 조정계수 갱신
로컬 시간과 시간을 자유롭게 변환하기 위해서 조정계수를 정의하고 이를 갱신
마스터 단말이 메시지를 전송한 시간 는 메시지에 연
달아 전송되는 메시지의 패이로드로 전송되는 으로 계산됨
이 시간은 으로 부터 전파된 기준 시간이 되며 이 기준 시간과 슬레이브의 을 동기화하기 위해서는 어느 정도 비율 로 조정해야 하는 지에 대한 조정 계수를 계산
아래 그림에서 마스터 포트와 로컬 포트 사이에 클럭 오차가 이라면
는 동일한 값을 지니지만 만일 둘 사이에 클럭 오차가 존재하면 만큼의 오차가 발생
그림 타임스탬핑 위치
조정계수 은 다음과 같은 수식을 이용하여 계산
식에서 은 두 메시지 사이의 마스터 포트의 의 간격 즉
을 의미하고 는 에 수신된 두 메시지 사이의 사이의 간격
즉 을 의미 또한 은 를 로 변환시
필요한 을 의미함
나 듀얼포트 시스템에서 전파지연 측정
l 기반으로 설계한 스피커 보드 개 개 개 와
스위치를 데이지 체인 방식으로 연결하여 와 의 최대시간 동 기 오차 값과 시간 오류의 제곱평균제곱근 값을 측정
그림 스피커보드와 스위치의 데이지 체인 연결
l 측정결과 아래 그림에서 보이는 봐와 같이 파랑색 에서 빨간 색 로 결선이 길어질수록 전파지연 시간이 점점 길어진다 규격에서 제시 한 오차 혀용 범위인 보다 약 정도의 낮은 오차를 보여 안정적이고 정밀한 동기화가 수행됨
그림 전파지연 측정 결과
다 연동 인터페이스 구현
l 프로토콜은 기본적으로 인접한 가 요청한 를 등록 하고 이를 다시 인접한 다른 에 전송하여 등록을 요청 하며 는 이러
한 을 통해 를 전파
l 하나의 유닛에서 보면 항상 인접 가 요청한 등록을 처리해야 하는 과 등록된 를 다른 인접한 에 요청하는 두 가지로 구성
그림 기본적인 메시지 전파 구조도
l 에서의 연결 설정 과정은 다음 그림과 같다 기본적으로
는 디바이스가 초기화가 되고 가 로 변경되면
메시지를 전송한다 는 대역폭 예약을 위해서
메시지를 전송한다 로 부터 를 확보하고 있는 경우에는 가 수신되지 않은 상태에서도
메시지가 먼저 전송될 수도 있다
그림 기본 절차
l 는 시스템에서는 역할을 하며 자원할당 절차는 다음과 같 음
수신
가 로 요청
스피커 제어 컴포넌트 개발
가 스피커 및 앰프용 제어 기술자 설계 및 구현 l 스피커 보드 제어 기술자 설계
스피커 보드에는 오디오 칩을 사용하기 때문에 을 직접 제어하여 음소거 볼륨 제어 및 오디오 루프백 기능을 제공 또한 기술자를 통하여
장치의 을 제어
l 앰프 보드 제어 기술자
앰프보드의 경우에 별도의 칩이 없기 때문에 음소거 볼륨 제어 및 제어가 스피커 보드와 다르게 동작 음소거 볼륨 제어는 내에서 오디오 신호의 크기를 직접 스케일하여 제어하며 제어 기술자에서 채널을 지원할 수 있도록
바이트가 할당된다
표 스피커 및 앰프의 제어 기술자 목록
비고
바이트및
바이트를 통해 제어
바이트 바이트 앰프
음소거
바이트 바이트 앰프
볼륨제어
바이트입력 마이크 출력 스피커 채널 포트 리맵핑바이트
은 임
나 음소거 볼륨 제어 컴포넌트 설계 및 구현 l 기본적인 음소거 및 볼륨 제어 방식
오디오 신호의 크기를 직접 조정
이 볼륨을 제어할 수 있는 기능 내장
l 전자의 경우에 하드웨어 오디오 코덱과는 상관없이 내의 데이터 크기를 조 정하여 오디오 볼륨 및 음소거를 제어 가능
l 스피커 보드에서 사용되는 와 같이 오디오 코덱이 볼륨제어 기능을 지원하 는 경우 코덱의 레지스터 설정을 통해 까지 볼륨의 크기를 제어 가능하며
이를 지원할 수 있는 드라이버 설계
l 앰프 보드는 오디오 코덱칩이 없기 때문에 스피커 보드처럼 코덱을 제어하여 볼륨 을 제어할 수 없음 보드의 음소거 볼륨 제어는 내에서 오디오 신호의 크기를 직접 스케일하여 제어하며 디스크립터에서 채널을 지원할 수 있도록 바이트가 할당 되어 구현됨
다 제어 컴포넌트 설계 및 구현
l 장치의 고유 제어 프로토콜을 지원할 수 있는 제어 기술자를 설계
의 제어 프로토콜은 벤더 특정적인 프로토콜이지만 표준 프로 토콜 상에서 전송될 수 있도록 구현됨
l 제어 메시지 형식
기본 송신 메시지 및 응답 메시지는 바이트로 구성 송신 메시지 구조
수신 메시지 구조
라 제어 인터페이스 구현
l 보드 제어를 위한 인터페이스는 차년도에는 인터페이스와 인터페이스 를 모두 고려하여 보드를 설계하였으나 차년도에는 안정성을 고려하여 인터페 이스를 주 제어 인터페이스로 선정
l 인터페이스는 인터페이스에 비하여 요구되는 핀의 수가 개로 매우 적은 장 점이 있는 반면에 전송속도가 비교적 낮으며 송수신 블록에 대해 각각 가 할당되어 야 하는 단점이 있음
l 구현된 모듈은 최대 까지 지원
l 전송한 바이트 길이의 명령어가 에서 잘 수신되었는지 확인하기 위해서는 동일한 길이의 응답메시지를 확인
그림 제어 인터페이스 블록도
l 수신 함수를 통해 데이터를 수신할 경우에 요구한 데이터의 수만큼 수신이 될 때까지 함수가 블록되기 때문에 프로토콜 상에 문제가 발생할 가능성이 있음
l 이러한 문제를 해결하기 위해서 지정된 시간이상 데이터가 수신되지 않는다면 타임아웃 을 발생시킬 수 있는 기능을 추가로 구현
마 연결 제어
l 는 와 를 연결하거나 해제하는 기능을 수행 연결모드
는 가 연결을 시작하는 일반연결 모드와 없
이 가 연결을 시작할 수 있는 고속연결 을 지원
그림 가 연결시작
그림 없이 가 연결 시작
l 스택은 수신 메시지 종류에 따라 다른 함수가 호출되도록 구현됨 예를 들어 스피커 및 앰프 같은 가 가 전송한
가 수신되면 함수가 호출됨
l 함수는 내부적으로 자원예약을 위해 프로토콜로
를 전송하고 예약이 완료되면 가 오디오 패킷을 전송하기 시작하 고 는 오디에 패킷이 수신되면 파싱하여 오디오 코덱으로 전송하여 재생함
표 스택의 함수
수신 메시지 타입 호출 함수
네트워크 앰프 인터페이스 설계 및 실험품 개발
가 차 앰프 인터페이스 플랫폼 설계 규격
l 네트워크 기능 제공 및 오디오 패스를 제공하기 위한 플랫폼의 구조 설 계는 크게 다음과 같다
그림 앰프 인터페이스 플랫폼 블록도
l 인터페이스 전체 시스템 기능을 담당하는 는 칩을 사용함
l 이더넷 기능은 데이지체인 네트워크 연결을 위하여 듀얼 포트로 설계하였다 이것은 칩을 통해 구현하였음
l 디버그 블록을 설계하여 프로그램 업로드 및 디버깅을 할 수 있도록 설계함
l 네트워크를 통해 오디오 데이터가 전달되면 스피커 내부의 로 채널로 전달될 수 있고 로부터 디지털 입력 채널을 입력 받아 네트워크로 전송할 수 있는 인터페이스를 설계하였음
l 시스템 보드의 동작 확인 및 개발의 용이성을 고려하여 외부의 인터페이스 검증용 코덱 보드를 추가 하여 설계하였음
나 차 앰프 인터페이스 플랫폼 회로도
그림 를 이용한 부 회로도
주요 기능 l
l l l l
그림 회로도
l l l
그림 회로도
l l l l
그림 외부 인터페이스 회로도
l l l l l l l l l l l
다 앰프 인터페이스 플랫폼 결과물
그림 앰프 네트워크 인터페이스 실험 시제품
기반 관리 제어 플랫폼 설계 및 실험품
기반의 제어 프로토콜을 제어 관리에 맞게 변경하여 구현하였음 플랫폼의 주요 기능 및 제어 절차는 다음과 같음
➀ 플랫폼이 실행되면 의 메시지를
전송함
➁ 메시지를 수신한 각 단말 프로토콜을 탑재한
등 은 의 메시지를 송신함
➂ 플랫폼은 메시지를 수신하여 각 단말의 기본 정보를 획득하여 와 를 구분하여 저장하고 단말 중에 로 표시된 장비를 별 도로 저장함
➃ 또한 메시지를 받은 장비 중에 의 경우 현재 연결 상태를 확인하기
위해 의
메시지를 전송하고 를 수신하여 대상 에 연결된
단말 수를 획득함
➄ 에 연결된 단말이 하나 이상 있을 경우 의
메시지를 전송하여 연결된 의 정보를 수 신함
➅ 사용자가 연결을 설정하면 플랫폼은 선택된 장비에게
의 메시지를 전송함
➆ 의 를 확인하여 연결성공 여부를 확인하고 ➃ ➄의 절차를 통해 확인하여 연결 상태를 업데이트 함
➇ 단말 중 에 대해서는 등의 제어를 수행할 수 있으
며 의 메시지를 이
용하여 상태를 제어함
가 관리 제어 플랫폼
플랫폼은 다음 그림과 같이 구성됨
네트워크 어댑터 선택 부분 창 장비 중에 만 출력
하는 창 각 스피커를 제어하는 부분 와 를 연결하는 부분으로 구성됨 네트워크 어댑터 선택 부분은 현재 플랫폼에 장착된
의 목록을 보여주며 선택한 를 통해 제어 관리를 수행함
리스트 창은 네트워크에 연결된 단말들을 와 로 구분하여 보여주며 장비 이름과 를 보여줌
영역 부분은 장비 중 스피커 제어에 관련된 부분으로 선택 부 분 및 조정 등의 제어부분으로 구성됨
그림 플랫폼
나 연결 설정
와 의 연결을 위해서는 버튼을 클릭하여 수행함
버튼 클릭 시 다음과 같은 팝업창이 실행되며 와 리스트 를 보여줌
그림 클릭 시 실행되는 팝업 창
그림에서 왼쪽의 선택 영역은 하나의 만 선택되며 선택한 와 연결할
를 오른쪽 선택 영역에서 선택하여 및 을 수행
함
는 복수 선택이 가능하여 동시에 여러 개의 연결이 가능함
다른 를 선택하면 다른 와 연결되어 있는 는 선택이 불가능함
그림 와 연결 선택 예 계속
그림 와 연결 선택 예 계속
그림 와 연결 선택 예
다 제어
스피커 제어를 위해서 의 를 이용하며 메시지 중
에 정의된 기능만 사용하므로 다음 표의 값만 사용함
플랫폼의 경우 제어 명령을 송신하므로 메시지만 사용하며 각 단말의 경우 메시지만 사용함
표
Value Message Type 15
0 AEM_COMMAND Command for the AVDECC Entity Model 1 AEM_RESPONSE Response for the AVDECC Entity Model
에 정의된 의 다양한 중에서 에
서 필요한 기능만 다음 표와 같이 정의하여 구현함
와 는 단말의 제어권한을 위해 사용되며 단말의 세부
적인 정보를 획득하기 위해 와 가 사용됨
스피커의 제어 명령과 제어 상태를 획득하기 위해서 과 가 사용됨
표
Value Name Description
000016 ACQUIRE_ENTITY Acquire the AVDECC Entity for single Control access 000116 LOCK_ENTITY Lock or unlock the AVDECC Entity for atomic access 000416 READ_DESCRIPTOR Read a descriptor from the AVDECC Entity 001116 GET_NAME Get the value of a name within a descriptor 001816 SET_CONTROL Set the value of a Control
001916 GET_CONTROL Get the current values of a Control
의 제어를 위해 사용되는 은 다음 표와 같음
표준의 기본 제어 일부와 제어를 위해 영역의 일부를 사 용하여 구현함
표
Control Control Descriptor Index Definition Control Descriptor Index
Control Value
Type Note
Device
Identify DESCRIPTOR_INDEX_CONTROL_IDENTIFY 0 LINEAR_UINT8 - 1 Byte
-LED_1 및 LED_2 On/Off DSP
Control DESCRIPTOR_INDEX_CONTROL_DSP 1 UNITS_EXPANSION - 12 Bytes
-UART/SPI를 통해 DSP 제어 Mute
Control DESCRIPTOR_INDEX_CONTROL_MUTE 2 LINEAR_UINT8 - 2 Bytes (LR)
- Mute (0: OFF, 0xff: On) Volume
Control DESCRIPTOR_INDEX_CONTROL_VOLUME 3 LINEAR_UINT8
- 2 Bytes (LR) - Volume control - 0: 0dB ~ 127: -127 dB Audio
Codec Loopback
DESCRIPTOR_INDEX_CONTROL_LOOPBACK 4 LINEAR_UINT8
- 1 Byte (0: Off, 0xff: On) - ADC Input(Mic)
DAC Output(Speaker)
⟶ Channel
Remapping DESCRIPTOR_INDEX_CONTROL_MAPPING 5 UNITS_EXPANSION
- 4 Bytes (0 ~ 3 ch) - Channel port remapping - Audio codec: 0/1 ch
고용 창출 효과
가 인터엠
년 월에 명의 신규인력 박준홍 연구원 권준오 연구원 을 채용하여 앰프회 로 개발과 스피커 인클로저 설계에 투입하고 있음
결론 및 차년도 계획
Ⅲ.
가 결론
개발 결과
가 정량적 목표 항목
평가 항목
주요성능 단위
전체 항목 에서 차지하는
비중
세계최고 수준 보유국 보유기업
연구개발 전 국내수준
개발 목표치
개발 결과
평가 방법
성능수준 성능수준
차 년도
년
차 년도
년
스웨덴 자체평가
자체평가 공인시험
주파수응답 공인시험
임피던스 공인시험
이태리 자체평가
지향특성 수평
수직
수평
수직 공인시험 최대지연시간
영국 자체평가
방수 미국 공인시험
나 결과
고출력 앰프
차년도 결과물을 개선하여 전원부 및 앰프부 회로 개선
차년도 목표인 채널당 Ω 이상의 출력의 채널 프로페셔널 앰프 시작품 개발 을 완료
고출력 앰프를 위한 전원설계 저잡음 앰프 회로 설계 원천기술을 확보하였음
방수형 라인어레이 스피커
차년도 개발한 라인어레이 스피커 인클로저 기반으로 방진 방수 성능 개선
과 방수성 확보 간의 관계에 대한 최적화 기술을 확보하였음
방수형 컬럼어레이 스피커
방수성 개선을 위한 구조 설계 기술 확보하였음
네트워크 스피커
네트워크 스피커 인터페이스 시제품 개발로 네트워크 기반 액티브 컬럼어레이 스 피커의 기반 기술을 확보하였음
기반 스피커 제어 컴포넌트 개발로 스피커 제어 기반 기술을 확보하였음
네트워크 전송 레이턴시 목표인 이하 검증으로 네트워크 스피커 및 앰프의 전 송 기반 기술을 확보하였음
검토 및 개선 필요 사항
가 고출력 앰프
동일한 크기에서 더 높은 전력을 공급할 수 있는 회로를 적용한 회로 개선 진행
적용에 따른 증폭부 소자의 내전압 상승에 대한 회로 개선 및 소자 변경
나 컬럼어레이 스피커 구조 개선
차년도 목표 달성을 위한 네트워크 앰프 내장을 위한 컬럼어레이 스피커 구조 개선 경량화 인클로저 소재 검토
고역대역 특성 개선을 위한 방법 검토
