나만의 스피커 만들기 귀인초부설영재학급 6 학년 박 원근 6 학년 윤 성원

목차 연구 동기 및 목적 이론적 배경 연구 방법 및 과정 결론 및 고찰 연구 결과

연구동기 및 목적 요즘 우리나라뿐만 아니라 전 세계가 k- pop 의 열풍에 빠져 있다. 핸드폰이나 이 어폰 속에도 작은 스피커가 들어 있다는 게 신기하고 그 원리가 궁금했다. 그래서 모든 음향장비나 컴퓨터에 필수적인 스 피커의 원리나 구조를 연구하고 그 재료 의 모양이나 재질에 따라 어떻게 다양하 게 소리가 나는지 나만의 스피커를 만들 어 연구해 보기로 했다.

이론적 배경 1. 소리의 전달 소리는 파동의 일종으로 공기 중의 입자간의 에너지전달로 일어난다. 소리의 전파속도는 매질의 밀도에 의해 결정되는데 예를 들어 우주공간은 매질이 없는 상태이므로 소리의 전파가 불가능하다.

이론적 배경 2. 소리의 크기와 측정 진폭 : 진폭은 소리의 크기로 나타낸다. 음파가 셀수록 소리도 크고 진폭도 크다. 진폭은 파동이 진동하는 폭을 의미하므로 그 폭이 클수록 소리가 더 크다. 진동수 : 진동수란 음파가 1 초 동안 진동하는 횟수를 말한다. 진동수가 높을수록 소리의 음이 높으며 진동수는 헤르츠 (hertz, Hz) 라는 단위로 나타낸다.

이론적 배경 음 : 음이란 한가지 진동수를 가진 소리를 말한다. 대부분의 소리는 많은 음이 뒤섞인 것이다. 공명 : 공명은 특정 진동수를 가진 진동이 어떤 물체에 부딪힐 때 일어난다. 그러면 그 물체도 같은 진동수로 진동하며 진동이 점점 더 세져 소리는 더 커 진다 화음 : 화음이란 특정 진동수의 배음 ( 즉, 기본 진동수의 2 배, 3 배, 4 배...) 들로 이루어진 소리를 말한다. 화음은 음악의 기본이며 화음이 제대로 나오면 소리가 듣기 좋다.

이론적 배경 스피커의 원리 스피커는 음악신호가 전류신호로 들어오면 전류신호의 세기에 따라 코일에 흐르는 전류의 세기도 달라져 받는 힘의 변화가 생긴다. 이 힘의 변화로 스피커 앞의 진동 판이 떨리는 정도가 바뀌면서 다양한 음파를 발생시킨 다. 코일 형태의 전선에 전류가 흐르게 되면 코일은 하 나의 전자석이 되어 코일 안쪽에 있는 자석을 밀거나 당 기게 되고 이때 진동하는 자석에 의해 주변의 공기가 진 동하면서 소리가 나게 되는 것이다.

이론적 배경 전자기력 자석의 주변에는 자기력의 미치는 공간인 자기장이 형성되듯이 전류가 흐르는 도선 주변에도 자기장이 생긴다. 자기장이 만나 서로 상쇄되거나 강화되면 밀거나 당기는 힘이 생긴다. 이렇게 전류에 의한 자기장과 자석의 자기장 사이에도 힘이 작용하는 데 이 힘을 전자기력이라고 한다. 자석에 의한 자기장 내에 코일을 두고 전류를 흘려주면 코일이 힘을 받아 움직인다. 전자기력의 세기는 전류의 세기가 클수록, 자기장의 세기가 클수록 크며 전류의 방향과 자기장의 방향이 직각일 때 가장 큰 힘을 받고, 나란하면 힘을 받지 않는다.

이론적 배경 스피커의 구조 그림과 같이 자석이 있고 그 주변을 코일이 감싸고 쉽게 앞뒤로 진동할 수 있는 판이 있다. mp3 나 오디오에서 코 일로 전류를 흘려 보내면 이 전류에 의해 코일 주변에는 자기장이 만들어진다. 자기장과 자석에 의한 자기장이 서 로 상호 작용 하면서 진동판을 앞뒤로 밀게 되고 진동판 앞의 공기도 진동판에 의해 압축을 반복하면서 음파가 만 들어진다.

연구 과정 및 방법 1. 연구 기간 및 계획

2. 연구 방법

울림통에 네오디뮴 자석을 붙인다 에나멜선을 동그랗게 감아서 코일을 만든다. 울림통바닥에 진동판을 붙인다. 코일이 자석 위에 오도록 진동판을 울림통 바닥에 붙인다. 이것을 증폭기의 스피커 단자에 연결한다

실험재료 준비코일 만들기완성된 코일종이컵에 자석과 코일 설치 스피커 만들기완성된 스피커소리 측정 하기

실험 1: 진동판의 재질에 따라 소리의 크기와 음질을 비교 < 천, ohp 필름, 호일, 비닐 순으로 소리가 크고 높을 것이다.> 실험 2: 코일의 감은 횟수에 따라 소리의 크기를 비교 실험 3: 울림통의 재질에 따라 소리의 크기와 음질을 비교

연구 내용 Text 진동판 재질에 따른 소리의 비교 에나멜선을 감은 횟수에 따른 소리의 비교 울림통 재질에 따른 소리의 비교

연구 결과 1 진동판의 재질에 따른 실험에서 소리의 크기는 ohp 필름 > 종이 > 호일 > 천 > 랩 순 이였고 소리의 매끄러운 정도는 종이, 천 > 랩 >ohp 필름 > 호일 순 이였다. 이렇게 소리의 차이가 나는 것은 진동판 재질의 강도와 탄성력에 따라 다르게 나타나는데 탄성력이 좋을수록 소리가 크고 딱딱하게 들리며, 좋지 않을수록 소리가 작고 부드럽게 들린다.

연구 결과 2 랩에 코일을 감는 횟수가 30 회 <10 회 <20 회 <40 회 순으 로 소리가 크다. 30 회의 크기가 작은 것은 실험 과정에 다른 요인이 발생한 것으로 생각되어 10 회, 20 회, 40 회를 비교하였다. 그 결과 코일을 감은 횟수가 많을수 록 전류의 힘이 강해져서 전자기력이 커지므로 진동판 의 울림이 더 강해져서 소리가 더욱 크게 나타났다. 그런데 코일을 많이 감을수록 전류가 세게 흘러 40 회 감았을 때는 코일을 고정시킨 글루건이 녹을 정도로 자석에 열이 났으며 소리에 잡음이 많이 났다.

연구 결과 3 소리파형을 보았을 때 소리의 세기는 대나무 > 맥주 캔 > 병 > 플라스틱 > 종이의 재질로 된 울림통의 순으 로 나타났다. 특히 대나무의 소리가 다른 것들과 차 이 나게 크고 부드럽게 들렸다. 또한 병과 플라스틱 울림통은 파형의 높낮이가 규칙적으로 오르락 내리 락 하였으며 이것은 공명이 발생한 것으로 보인다. 공명을 파형으로 관찰해보게 되어 신기했다.

결론 및 고찰 결론 진동판의 재질에 따른 실험에서 진동판 재질의 탄성이 클수록 크고 딱딱한 소리가 났고 탄성이 작을수록 매끄러운 소리가 났다. 에나멜선의 감은 횟수에 따른 소리비교 실험에서는 감은 횟수가 많을수록 더 소리가 크다는 것을 깨달았다. 울림통의 재료에 따른 실험에서는 대나무 통이 다른 재료에 비해 두껍고 단단하여 소리가 잘 모아지고 울림이 잘 되는 것으로 짐작할 수 있다. 위 세 가지 실험을 통해서 우리는 좋은 스피커를 만들기 위해서는 울림통의 재료는 악기의 재료로 주로 사용되는 나무가 우리 귀로 듣기에 가장 좋고, 진동판은 탄성이 좋으면서 부드러운 재질로 만들며 에나멜선의 감은 횟수를 목적에 맞게 적당히 조정하여야 한다는 것을 알게 되었다.

결론 및 고찰 느낀점 처음 연구를 시작할 때는 스피커를 잘 만들 수 있을지 걱정이 됐지만 실제로 만들어 보니 다양한 소리의 스피커를 성공적으로 만들 수 있어서 재미있었다. 실험 과정에서는 코일을 감을 때가 가장 힘들고 시간이 많이 걸려서 지루했으며 스피커의 네오디뮴 자석이 서로 붙어서 스피커가 부서지는 바람에 처음부터 다시 만들어야만 했었다. 그래서 많이 힘든 실험이었지만 우리가 처음으로 만든 스피커에서 소리가 났을 때 신기하고 기뻤고 실험결과도 잘 나와 주어서 매우 뿌듯했다. 실험을 끝내고 우리는 우리주변에서 볼 수 있는 여러가지 악기의 소리에 대해서도 더 연구해 보고 싶어졌다.

실험재료 준비코일 만들기완성된 코일종이컵에 자석과 코일 설치 스피커 만들기완성된 스피커 소리 측정 하기