KR100632480B1

KR100632480B1 - 콘덴서 스피커

Info

Publication number: KR100632480B1
Application number: KR1020040094545A
Authority: KR
Inventors: 황경환
Original assignee: 황경환
Priority date: 2004-11-18
Filing date: 2004-11-18
Publication date: 2006-10-16
Also published as: US20090147972A1; WO2006054812A1; KR20060055642A; CN101061749A; TW200618658A; EP1813131A4; EP1813131A1; TWI297999B; JP2008521330A

Abstract

개시된 콘덴서 스피커는, 고분자 필름의 일면에 전극 형성용 도체가 코팅되어 도전체 코팅층이 형성되고, 상기 고분자 필름의 타면에 에어로겔(aerogel)이 도포되어 에어로겔층이 형성된 진동판과, 상기 진동판의 일면에 위치되어 진동판과 함께 양극(兩極)을 형성하고 압전 효과에 의해 음압을 발생시키는 피에조 엘리먼트와, 상기 진동판과 피에조 엘리먼트에 전기적으로 연결되어 외부의 교류전압을 인가하는 PCB와, 상기 피에조 엘리먼트 반대 방향의 진동판 타면에 위치되는 제1절연물과, 상기한 각 구성품을 수용하여 고정하고 일면에 음압 배출구가 형성된 케이스를 포함한다.

상기한 본 발명에 의하면, 피에조 엘리먼트가 콘덴서 스피커를 구동하기 위한 충분한 음압을 발생시켜 매칭 트랜스나 별도의 구동회로를 구비하지 않아도 되어 오디오 기기의 회로 구성이 간단하고 가격이 저렴하다.

콘덴서 스피커, 에어로겔, 피에조 엘리먼트, 진동판.

Description

콘덴서 스피커 {Condenser type speaker}

도 1은 종래 콘덴서 스피커의 원리를 설명하기 위한 도면,

도 2a와 도 2b는 종래 콘덴서 스피커의 분해 사시도 및 조립 단면도,

도 3은 본 발명에 따른 콘덴서 스피커의 분해 사시도,

도 4는 도 3에 의해 조립된 상태에서의 단면도,

도 5는 도 3에 나타낸 진동판의 구조를 나타낸 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 제1절연물 12 : 수용홀

20 : 진동판 22 : 고분자 필름

24 : 도전체 코팅층 26 : 도전성링

28 : 에어로겔층 30 : 피에조 엘리먼트

32 : 동판 34 : 압전 소자

36 : 전극층 40 : 판스프링

50 : PCB 60 : 케이스

62 : 음압 배출구 64 : 커링된 부분

70 : 제2절연물

본 발명은 콘덴서 스피커에 관한 것으로서, 더 상세하게는 금속판에 높은 교류전압을 인가하면 쿨롱력(전하간의 전기력)에 의하여 금속판이 진동하는 현상을 이용한 콘덴서 스피커에 관한 것이다.

스피커가 신소재 스피커로 대치되어 가면서 작고 얇아지고 있으나 음질은 갈수록 저하되는 실정이다.

한편, 콘덴서 스피커의 음질은 어떠한 방법으로도 근접할 수 없는 월등한 음질을 재연하므로 녹음실과 같은 특수한 곳에서 만들 수 있는 음질을 즐길 수 있다.

이러한 콘덴서 스피커는 도 1의 그림에서와 같이 고정극(1a,1b)과 진동막(2)으로 구성되어 있으며 쿨롱력(전하간의 전기력)에 의하여 금속판에 높은 교류전압을 걸면 진동하는 현상을 이용한 것이다.

즉, 진동막(2)과 고정전극(1a,1b)을 마주보게 설치하고 고압을 인가하여 정전계를 형성시킨 후 변조 트랜스(3)의 1차 측에 음성신호를 인가하면 전압의 변동이 정전하의 변동을 발생시켜 진동막(2)과 고정전극(1a,1b)이 밀고 당겨지는 원리에 의해 소리로 변환된다.

상기 진동막(2)은 플라스틱의 박막에 금속을 코팅한 것으로 두께가 10～20㎛로 매우 얇아 섬세한 음을 재연하고 특히 고역을 잘 살리므로 가청주파수 전 대역을 하나의 스피커로 커버할 수 있는 장점이 있다.

그러나 낮은 주파수까지 재생하려면 큰 면적이 필요하며 또 음압이 약하여 큰 소리를 재생하기에는 불합리하다.

즉, 저역을 보상하기 위한 별도의 수단이 필요하고 고출력 스피커를 제작하기 위해서는 면적이 커지는 문제점이 있다.

이를 해결하기 위하여 본 출원인은 고분자 필름의 일면에 도체를 코팅한 진동판 2개를 배극판에 이격되게 설치하고 진동판의 두께를 다르게 하여 교류전압을 인가함으로써, 저역이나 고역을 보상하여 전대역의 음질을 좋게 하고 소형으로 하여도 높은 음압을 출력할 수 있는 콘덴서 스피커에 관한 특허를 출원한(출원번호 : 10-2004-0018659) 바 있다.

기출원된 종래의 콘덴서 스피커는 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 고분자 필름(220)의 일면에 전극 형성용 도체를 코팅하여 이루어지고 그 코팅면(240)에 전극 연결과 고분자 필름(220)의 형태를 유지시키는 링(260)이 형성된 2개의 진동판(200,600)과, 상기 진동판(200,600) 사이에 일정거리 이격되어 위치되고 외측으로 돌기(420)가 형성되며 돌기(420)에서 수직으로 연장되어 연결부(440)가 형성된 배극판(400)과, 상기 하나의 진동판(600)의 링에 연결된 전기적 연결부재(700)와, 상기 연결부(440) 및 전기적 연결부재(700)와 전기적으로 연결되어 외부의 교류전압을 진동판(200,600)과 배극판(400)에 인가하는 PCB(800)와, 상기 돌기(420)가 수용되는 수용홈(140)이 형성된 돌출부(120)가 외측으로 형성되고 중앙부위에는 진동판(200,600), 배극판(400), 연결부재(700)가 수용되는 수용홀(160)이 형성된 절연물(100)과, 상기한 구성품을 수용하여 고정하고 전면에 음압 배출구(920)가 형성된 케이스(900)를 포함하여 이루어진다.

상기한 구성에서 진동판(200,600)과 배극판(400)을 양극으로 해서 외부와 연결된 PCB(800)에 교류전압을 인가하면 이 교류전압이 배극판(400)과 진동판(200,600)에 인가되고 이때 진동판의 코팅면(240)과 배극판(400)의 양극형성 진동판이 진동하여 음압을 발생한다.

이 음압이 케이스(900)에 형성된 음압 배출구(920)를 통해 배출되어 소리가 발생하게 된다.

이때 상부와 하부의 진동판(200,600)의 두께를 다르게 하여 저역 또는 고역을 보상하게 함으로써 종래 콘덴서 스피커가 소형화될 수 없었던 저역감소 및 음량이 작다는 두 가지 단점을 해결할 수 있고 소형화가 가능하다.

그러나 상기한 콘덴서 스피커는 진동판(200,600) 2개가 구비되어야 하고 2개의 진동판을 PCB와 전기적으로 연결시키기 위해 배극판(400)과 절연물(100)이 복잡한 구조를 가져야 하며 따라서 콘덴서 스피커를 소형화하는데 한계가 있다.

또한, 콘덴서 스피커를 구동하기 위해 구동회로나 높은 임피던스를 출력하기 위한 매칭 트랜스가 별도로 필요하여 오디오 기기의 회로 구성시 회로가 복잡하고 가격이 상승하는 문제가 있다.

상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은, 에어로겔층이 형성된 진동판의 댐핑 효과에 의해 저역을 보상하여 저주파수 대역의 음질을 향상할 수 있는 콘덴서 스피커를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 콘덴서 스피커를 구동하기 위한 충분한 음압을 발생시켜 매칭 트랜스나 별도의 구동회로를 구비하지 않아도 되어 오디오 기기의 회로 구성이 간단하고 가격이 저렴한 콘덴서 스피커를 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 콘덴서 스피커는, 고분자 필름의 일면에 전극 형성용 도체가 코팅되어 도전체 코팅층이 형성되고, 상기 고분자 필름의 타면에 에어로겔(aerogel)이 도포되어 에어로겔층이 형성된 진동판과, 상기 진동판의 일면에 위치되어 진동판과 함께 양극(兩極)을 형성하고 압전 효과에 의해 음압을 발생시키는 피에조 엘리먼트와, 상기 진동판과 피에조 엘리먼트에 전기적으로 연결되어 외부의 교류전압을 인가하는 PCB와, 상기 피에조 엘리먼트 반대 방향의 진동판 타면에 위치되는 제1절연물과, 상기한 각 구성품을 수용하여 고정하고 일면에 음압 배출구가 형성된 케이스를 포함한다.

이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참고로 그 구성 및 작용을 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명에 따른 콘덴서 스피커의 분해 사시도이다.

도 4는 도 3에 의해 조립된 상태에서의 단면도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 콘덴서 스피커는 제1절연물(10), 진동판(20), 피에조 엘리먼트(Piezo element, (30)), 판스프링(40), PCB(50), 케이스(60) 그리고 제2절연물(70)을 포함한다.

도 5에 도시된 바와 같이, 진동판(20)은 고분자 필름(22)의 일면에 전극 형 성용 도체를 코팅하여 도전체 코팅층(24)이 이루어지고 그 도전체 코팅층(24)의 외측 인접부에 전극 연결과 고분자 필름(22)의 형태를 유지시키는 도전성링(26)이 형성되며 그 고분자 필름(22)의 타면에는 에어로겔(aerogel)이 도포되어 에어로겔층(28)이 형성된다.

상기 에어로겔은 낮은 열전도도, 낮은 굴절계수, 높은 비표면적과 기공율 등의 물성을 갖는 저밀도 물질로서, 그 종류로는 실리카(silica), 카본(carbon), resorcinol-formaldehyde 등이 있다.

이중에서 본 발명에 적용되는 실리카 에어로겔(silica aerogel)은 실리카 유리(silica glass)에 비하여 탄성율이 4배 낮으며 음의 전달속도인 음속(c)은 100m/sec로 공기보다 느리다.

그리고 밀도(ρ)가 공기 밀도의 3배 정도에 불과한 0.003g/cm³으로 매우 낮으므로 음속과 밀도의 곱으로 표기되는 음향 임피던스(acoustic impedance Z=ρc)도 매우 낮게 된다.

이와 같이 전류의 흐름을 방해하는 음향 임피던스가 작은 에어로겔을 고분자 필름(22)에 도포하여 에어로겔의 주파수 투과특성에 의한 댐핑(damping) 효과에 의해 하나의 진동판(20)으로도 저역을 보상할 수 있다.

계속하여 도 3과 도 4에서 상기와 같은 진동판(20)의 상부에 피에조 엘리먼트(30)가 위치되고 피에조 엘리먼트(30)의 상부에는 판스프링(40)이 위치되어 PCB(50) 하면에 형성된 패턴에 접촉된다.

상기 피에조 엘리먼트(30)는 압력을 받으면 전압이 발생하는 피에조 효과를 이용하는 것으로, 소리 신호를 전류로 바꾸어 공급하면 이 전류에 따라 진동(음압)이 발생한다.

상기 피에조 엘리먼트(30)는 수정(크리스탈)이나 세라믹과 같은 압전 소자(34)의 일면에 황동판과 같은 동판(32)이 부착되고 타면에 전극 물질이 도포되어 전극층(36)이 형성되어 이루어진다.

상기 전극층(36)에는 인청동과 같은 도전성 판스프링(40)이 위치되어 PCB(50)의 전류가 피에조 엘리먼트(30)에 공급된다.

상기 판스프링(40)은 링 형상에 하면(42)에서 내측 상방으로 접촉 돌기(44)가 대향되게 형성되는 구조로, 하면(42)은 전극층(36)에, 접촉 돌기(44)는 PCB(50)에 접촉된다.

상기 판스프링(40)은 중앙 부위에 공간이 형성된 링 형상으로 진동판(20)과 피에조 엘리먼트(30)가 진동하면서 발생되는 음압이 배출되도록 함으로써 떨림이 원활하게 된다.

도면에서 보아 진동판(20)의 하부에 위치되는 제1절연물(10)은 중앙 부위에 공간이 형성된 링 형상이고, 피에조 엘리먼트(30)의 상부에 위치되는 제2절연물(70)은 중앙 부위에 공간이 형성된 링 형상으로, 제2절연물(70)의 내부 공간에는 판스프링(40)이 수용된다.

상기 PCB(50)는 외부에 연결되고 상면과 하면에 서로 다른 패턴이 형성되어 상면의 패턴은 진동판(20)에, 하면의 패턴은 피에조 엘리먼트(30)에 연결된다.

즉, 진동판(20)의 도전성링(26)은 도전성의 케이스(60)에 접촉되고 이 케이스(60)의 커링된 부분(64)이 PCB(50)의 상면에 연결되어 전기적으로 연결되며, 피에조 엘리먼트(30)은 도전성 판스프링(40)을 통해 PCB(50)의 하면에 전기적으로 연결된다.

상기한 전기적 연결에 따라 피에조 엘리먼트(30)와 진동판(20)에 교류전압을 인가할 수 있다.

케이스(60)는 알루미늄과 같은 도전성 금속 재질의 사출물로서 하면에 음압 배출구(62)가 형성되고 상기한 구성품이 수용된 상태에서 케이스(60)의 상부를 커링에 의해 내측으로 절곡시켜 구성품이 움직이지 않도록 조립함으로써 콘덴서 스피커가 제작된다.

상기와 같이 조립된 상태에서 진동판(20)과 피에조 엘리먼트(30)를 양극(兩極)으로 해서 외부와 연결된 PCB(50)에 교류전압을 인가하면 이 교류전압이 피에조 엘리먼트(30)와 진동판(20)에 인가되고 이때 도 1과 같은 원리에 의해 진동판(20)의 도전체 코팅층(24)과 피에조 엘리먼트(30)의 압전 소자(34)가 진동하여 음압을 발생한다.

이때 판스프링(40)이 상하로 진동하고, 음압이 케이스(60)에 형성된 음압 배출구(62)를 통해 배출되어 소리가 발생하게 된다.

이 경우 진동판(20)의 고분자 필름(22)에 도포된 에어로겔이 가지는 주파수 투과특성에 의해 저역을 보상할 수 있다.

삭제

따라서, 콘덴서 스피커를 소형화할 수 있고 양산시 가공업체의 가공이 용이하다.

또한, 피에조 엘리먼트(30)가 콘덴서 스피커를 구동할 수 있는 충분한 음압을 발생시켜 매칭 트랜스나 별도의 구동회로를 구비하지 않아도 되어 오디오 기기의 회로 구성이 간단하다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 에어로겔층이 형성된 진동판의 댐핑 효과에 의해 저역을 보상하여 저주파수 대역의 음질을 향상할 수 있다.

또한, 콘덴서 스피커를 구동하기 위한 충분한 음압을 발생시켜 매칭 트랜스나 별도의 구동회로를 구비하지 않아도 되어 오디오 기기의 회로 구성이 간단하고 가격이 저렴하다.

본 발명은 상기에 설명되고 도면에 예시된 것에 의해 한정되는 것은 아니며 다음에 기재되는 청구의 범위 내에서 더 많은 변형 및 변용예가 가능한 것임은 물론이다.

Claims

고분자 필름의 일면에 전극 형성용 도체가 코팅되어 도전체 코팅층이 형성되고, 상기 고분자 필름의 타면에 에어로겔(aerogel)이 도포되어 에어로겔층이 형성된 진동판;

상기 진동판의 일면에 위치되어 진동판과 함께 양극(兩極)을 형성하고 압전 효과에 의해 음압을 발생시키는 피에조 엘리먼트;

상기 진동판과 피에조 엘리먼트에 전기적으로 연결되어 외부의 교류전압을 인가하는 PCB;

상기 피에조 엘리먼트 반대 방향의 진동판 타면에 위치되는 제1절연물; 및

상기한 각 구성품을 수용하여 고정하고 일면에 음압 배출구가 형성된 케이스를 포함하고,

상기 도전성 코팅층에는 전극 연결과 고분자 필름의 형태를 유지시키는 도전성링이 형성되어 케이스와 접촉되고,

상기 케이스의 상부가 커링(Curling)에 의해 내측으로 절곡되어 케이스 내부의 구성품이 고정되며,

상기 케이스의 커링된 부분이 PCB에 접촉되어 도전성링이 케이스를 통해 PCB에 전기적으로 연결됨을 특징으로 하는 콘덴서 스피커.
삭제
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제1항에 있어서,

상기 피에조 엘리먼트와 PCB는 그 사이에 위치된 도전성의 판스프링에 의해 전기적으로 연결됨을 특징으로 하는 콘덴서 스피커.
제5항에 있어서,

상기 판스프링은 링 형상에 하면에서 내측 상방으로 접촉 돌기가 대향되게 형성되는 구조로, 하면은 피에조 엘리먼트에, 접촉 돌기는 PCB에 접촉됨을 특징으로 하는 콘덴서 스피커.
제5항 또는 제6항에 있어서,

상기 피에조 엘리먼트와 PCB 사이에는 중앙 부위에 공간이 형성된 링 형상의 제2절연물이 개재되고 제2절연물의 내부 공간에는 판스프링이 수용되어 보호됨을 특징으로 하는 콘덴서 스피커.
제1항에 있어서,

상기 제1절연물은 중앙 부위에 공간이 형성된 링 형상인 것을 특징으로 하는 콘덴서 스피커.