KR100396416B1 - 구동 회로, 전기기계 음향 변환기 및 휴대 단말 장치 - Google Patents

구동 회로, 전기기계 음향 변환기 및 휴대 단말 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 회로는 공진 주파수에서 공진하는 기계식 진동 시스템을 구비한 진동기를 구동하는 구동 회로이다. 구동 회로는 공진 주파수를 포함하는 주파수 범위에 포함되는 상이한 주파수들의 적어도 2개의 신호들을 진동기에 출력한다. 진동기는 전기 신호를 사운드와 진동 중 적어도 하나로 변환하는 기능을 갖는다.

Description

구동 회로, 전기기계 음향 변환기 및 휴대 단말 장치{Driving circuit, electro-mechanical-acoustic transducer, and portable terminal apparatus}
발명의 분야
본 발명은 휴대 전화, 페이저 혹은 PHS(personal handy phone set)와 같은 휴대 단말장치용의 링잉(ringing) 톤 혹은 링잉 진동을 발생시키는 전기기계 음향 변환기, 및 이를 구동하는 방법에 관한 것이다.
관련 기술 설명
종래의, 휴대 전화, 페이저 혹은 PHS와 같은 휴대 단말 장치는 다수의 진동기들을 포함하며, 이 진동기는 사용자에게 착신 호출(incoming call)을 경보하는 벨 톤이나 진동을 선택적으로 발생시키기 위해 전기 신호 발생기에 접속된다.이 기술에서는 휴대 단말 장치의 크기와 무게를 감소시키려는 요구사항이 있다. 예를 들면, 모토로라사의 일본 특개평 제 8-275293 호 공보에는 톤 및 진동을 발생시킬 수 있는 단일 유닛의 전기기계 음향 변환기를 사용하는 휴대 전화가 개시되어 있다.
도 32는 이러한 종래의 전기기계 음향 변환기(3200)의 구조를 도시한 것이다. 도 32를 참조하면, 가동 질량부(movable mass)(1)는 평면 비선형 스프링 부재(2)에 의해 지지되어 있다. 전자석 코일(4)은 코일 형(coil form)(3) 내에 둘러싸여 있다. 영구 자석(5)은 전자석 코일(4)에 대향하는 가동 질량부(1)의 주변에 고정되어 있다. 도 32에 도시되어 있지는 않지만, 코일 형(3)의 주변은 사운드보드(예를 들면, 휴대 전화의 케이스)에 부착된다.
전기기계 음향 변환기(3200)에서, 전자석 코일(4)에 인가된 구동 신호에 응답하여 교류 자기장이 발생되어, 전자석 코일(4)과 영구자석(5) 사이에 교류 여자력이 생성되고 이에 따라 가동 질량부(1)를 진동시킨다. 이 진동은 사운드보드로 전달되어, 휴대 전화가 착신 호출을 수신할 때 진동성 경보 신호를 제공하게 된다. 변환기(3200)는 또한 유사한 원리에 기초하여 가청신호를 발생시킨다. 큰 진동력을 얻기 위해서, 가동 질량부(1)를 지지하기 위한 부재(2)로서 평면 비선형 스프링 부재가 사용된다. 도 33은 평면 비선형 스프링 부재의 변위와 주파수간의 관계를 도시한 그래프이다. 비선형 스프링 부재는 "점핑 현상"(예를 들면, YOSHIHISA "스피커", Rikokenkyusha (1973년 3월) 참조)이라고 하는 진동 특성을 나타낸다는 것이 이 기술에서 알려져 있다. 이것은 주파수가 증가될 때 비선형 스프링 부재의 변위는 A→B→C→D로 변하고 주파수가 감소될 때는 D→C→E→F→A로 변하는 현상이다.
F-B 주파수 범위에서, 변위 특성들은 인가된 주파수 신호의 방향(즉, 주파수가 증가되는지 또는 감소되는지 여부)에 영향을 받는다. 따라서, 안정된 진동이 얻어질 수 없다. 이러한 점에서, 종래의 전기기계 음향 변환기(3200)는 A-F 주파수 범위에서 스위프(sweep)하는 구동 신호를 사용하며, 변위 특성들은 주파수 신호의 방향에 영향을 받지 않는다. A-F 주파수 범위가 사용되는 경우, 진동력은 주파수 F에서 크며 주파수 A에서는 매우 작다. 그러므로, 주파수 신호가 A-F 주파수 범위에 걸쳐 스위프하는 동안 얻어진 진동 출력은 효과적이지 않을 수 있다. 특히, 구동원이 밧데리인 휴대 전화와 같은 이동 정보 단말 장치에 있어서는 장기간 동안 장치를 사용할 수 있도록 변환기의 효율을 최대화하여 전력 소비를 감소시키려는 강한 소망이 존재한다.
본 발명의 일면에 따라, 공진 주파수에서 공진하는 기계식 진동 시스템을 갖는 진동기를 구동하는 구동 회로가 제공된다. 구동 회로는 공진 주파수를 포함하는 주파수 범위 내에 포함되는 상이한 주파수들의 적어도 2개의 신호들을 진동기에 출력한다. 진동기는 전기 신호를 사운드 및 진동 중 적어도 하나로 변환하는 기능을 갖는다.
본 발명의 일실시예에서, 적어도 2개의 신호들은 공진 주파수보다 작은 주파수를 갖는 제 1 신호 및 공진 주파수보다 큰 주파수를 갖는 제 2 신호를 포함한다.
본 발명의 일실시예에서, 적어도 2개의 신호들은 제 1 신호 및 제 2 신호를 포함한다. 구동 회로는 제 1 신호 및 제 2 신호를 함께 더하여 얻어진 합성된 신호를 진동기에 출력한다.
본 발명의 일실시예에서, 적어도 2개의 신호들은 제 1 신호 및 제 2 신호를 포함한다. 구동 회로는 제 1 신호의 위상과 제 2 신호의 위상을 서로 이동시키면서 제 1 신호 및 제 2 신호를 함께 더하여 얻어진 합성된 신호를 진동기에 출력한다.
본 발명의 일실시예에서, 적어도 2개의 신호들은 제 1 신호 및 제 2 신호를 포함한다. 제 1 신호 및 제 2 신호 중 적어도 하나는 정현파 신호를 포함한다.
본 발명의 일실시예에서, 적어도 2개의 신호들은 제 1 신호 및 제 2 신호를 포함한다. 제 1 신호 및 제 2 신호 중 적어도 하나는 직사각파 신호를 포함한다.
본 발명의 일실시예에서, 구동 회로는 합성된 신호의 피크 출력전압을 제한하는 리미터를 더 포함한다.
본 발명의 일실시예에서, 합성된 신호는 복수의 그룹의 주파수 신호들을 함께 합성하여 얻어지는 정현파 신호이며, 각 그룹은 제 1 쌍의 인접 주파수 신호들과 제 2 쌍의 인접 주파수 신호들을 포함하며, 제 1 쌍의 인접 주파수 신호들은 역상으로 함께 합성되며, 제 2 쌍의 인접 주파수 신호들은 동상으로 함께 합성된다.
본 발명의 일실시예에서, 진동기는 자기 회로부 및 적어도 하나의 서스펜션을 포함한다.
본 발명의 일실시예에서, 서스펜션은 선형 서스펜션을 포함한다.
본 발명의 일실시예에서, 구동 회로는 진동용 주파수 신호 혹은 사운드용 전기음향 신호를 발생하는 전기 신호 발생기이다.
본 발명의 또 다른 면에 따라서, 소정의 진동력 대 주파수 특성들을 갖는 기계식 진동 시스템을 갖는 진동기를 구동하는 구동 회로가 제공된다. 기계식 진동 시스템은 소정의 주파수 범위 내에서 증가하는 주파수 스위프(sweep)와 감소하는 주파수 스위프에 대해서, 상이한 진동력 대 주파수 특성들을 갖는다. 소정의 주파수 범위는 그 소정의 주파수 범위에서 가장 낮은 주파수를 나타내는 하한 주파수와 소정의 주파수 범위에서 가장 높은 주파수를 나타내는 상한 주파수 사이에서 규정된다. 구동 회로는 주파수 범위 내의 주파수를 갖는 제 1 신호와 하한 주파수보다 더 낮은 주파수를 갖는 제 2 신호를 진동기에 출력한다. 제 2 신호는 제 1 신호와 동시에 혹은 제 1 신호에 앞서 진동기에 출력된다. 진동기는 전기 신호를 사운드와 진동 중 적어도 하나로 변환하는 기능을 갖는다.
본 발명의 일실시예에서, 진동기는 자기 회로 및 적어도 하나의 서스펜션을 포함한다.
본 발명의 일실시예에서, 서스펜션은 비선형 서스펜션을 포함한다.
본 발명의 일실시예에서, 서스펜션은 스티프니스(S)이 변위(X)에 관하여 다차원 함수로 표현될 때, 다차원 함수의 X2항은 0이 아닌 값을 갖도록 스티프니스(S)를 갖는다.
본 발명의 일실시예에서, 구동 회로는 진동용 주파수 신호 혹은 사운드용 전기음향 신호를 발생시키는 전기 신호 발생기이다.
본 발명의 일실시예에서, 제 2 신호는 시간에 걸쳐 주파수가 계속 변하는 스위프된 주파수 신호를 포함한다.
본 발명의 일실시예에서, 제 2 신호는 복수의 포인트 주파수 신호들을 포함한다.
본 발명의 일실시예에서, 제 1 신호 및 제 2 신호 중 적어도 하나는 주파수가 시간에 걸쳐 증가하는 증가 신호를 포함한다.
본 발명의 일실시예에서, 제 1 신호는 주파수가 시간에 걸쳐 계속 변하는 스위피된 주파수 신호를 포함한다. 제 1 신호는 제 1 신호의 주파수가 증가하는 것을 멈추고 감소하기 시작하는 제 1 터닝(turning) 주파수와, 제 1 신호의 주파수가 감소하는 것을 멈추고 증가하기 시작하는 제 2 터닝 주파수를 갖는다. 제 1 터닝 주파수는 상한 주파수보다 더 낮다. 제 2 터닝 주파수는 하한 주파수보다 더 높다.
본 발명의 일실시예에서, 제 1 신호는 적어도 하나의 포인트 주파수 신호를 포함한다.
본 발명의 일실시예에서, 구동 회로는 제 1 신호 및 제 2 신호를 함께 더하여 얻어진 합성된 신호를 진동기에 출력한다.
본 발명의 일실시예에서, 구동 회로는 제 1 신호의 위상과 제 2 신호의 위상을 서로 이동시키면서 제 1 신호와 제 2 신호를 함께 더하여 얻어진 합성된 신호를 진동기에 출력한다.
본 발명의 일실시예에서, 제 1 신호 및 제 2 신호 중 적어도 한 신호는 정현파 신호를 포함한다.
본 발명의 일실시예에서, 제 1 신호 및 제 2 신호 중 적어도 한 신호는 직사각파 신호를 포함한다.
본 발명의 일실시예에서, 구동 회로는 합성된 신호의 피크 출력 전압을 제한하는 리미터를 더 포함한다.
본 발명의 일실시예에서, 합성된 신호는 복수의 그룹의 주파수 신호들을 함께 합성하여 얻어지는 정현파 신호이며, 각 그룹은 제 1 쌍의 인접 주파수 신호들과 제 2 쌍의 인접 주파수 신호들을 포함하며, 제 1 쌍의 인접 주파수 신호들은 역상으로 함께 합성되며, 제 2 쌍의 인접 주파수 신호들은 동상으로 함께 합성된다.
이 발명의 또 다른 면에 따라서, 전기기계 음향 변환기가 제공되는데, 이는 공진 주파수에서 공진하는 기계식 진동 시스템을 갖는 진동기; 및 진동기를 구동하는 구동 회로를 포함한다. 구동 회로는 공진 주파수를 포함하는 주파수 범위에 포함된 상이한 주파수들의 적어도 2개의 신호들을 진동기에 출력한다.
본 발명의 일실시예에서, 적어도 2개의 신호들은 공진 주파수보다 더 낮은 주파수를 갖는 제 1 신호 및 공진 주파수보다 더 높은 주파수를 갖는 제 2 신호를 포함한다.
본 발명의 일실시예에서, 적어도 2개의 신호들은 공진 주파수보다 더 낮은 주파수를 갖는 제 1 신호와 공진 주파수보다 더 높은 주파수를 갖는 제 2 신호를 포함한다. 구동 회로는 제 1 신호 및 제 2 신호를 함께 더하여 얻어진 합성된 신호를 진동기에 출력한다. 구동 회로는 제 1 신호의 주파수, 제 2 신호의 주파수, 제 1 신호의 주파수와 제 2 신호의 주파수 사이의 주파수 간격, 제 1 신호의 위상, 제 2 신호의 위상, 제 1 신호의 전압 레벨, 및 제 2 신호의 전압 레벨 중 적어도 하나를 변경함으로써 합성된 신호를 선택적으로 변경한다.
본 발명의 또 다른 면에 따라서, 전기기계 음향 변환기가 제공되는데, 이는 소정의 진동력 대 주파수 특성들을 갖는 기계식 진동 시스템을 갖는 진동기; 및 진동기를 구동하는 구동 회로를 포함한다. 기계식 진동 시스템은 소정의 주파수 범위 내에서 증가하는 주파수 스위프와 감소하는 주파수 스위프에 대해서, 상이한 진동력 대 주파수 특성들을 갖는다. 소정의 주파수 범위는 소정의 주파수 범위에서 가장 낮은 주파수를 나타내는 하한 주파수와 소정의 주파수 범위에서 가장 높은 주파수를 나타내는 상한 주파수 사이에서 규정된다. 구동 회로는 주파수 범위 내의 주파수를 갖는 제 1 신호와 하한 주파수보다 더 낮은 주파수를 갖는 제 2 신호를 진동기에 출력한다. 제 2 신호는 제 1 신호와 동시에 혹은 제 1 신호에 앞서 진동기에 출력된다.
본 발명의 일실시예에서, 구동 회로는 제 1 신호 및 제 2 신호를 함께 더하여 얻어진 합성된 신호를 진동기에 출력한다. 구동 회로는 제 1 신호의 주파수, 제 2 신호의 주파수, 제 1 신호의 주파수와 제 2 신호의 주파수 사이의 주파수 간격, 제 1 신호의 위상, 제 2 신호의 위상, 제 1 신호의 전압 레벨, 및 제 2 신호의 전압 레벨 중 적어도 하나를 변경함으로써 합성된 신호를 선택적으로 변경한다.
본 발명의 또 다른 면에 따라서, 휴대 단말 장치가 제공되는데, 이는 공진 주파수에서 공진하는 기계식 진동시스템을 갖는 진동기; 착신 호출 신호를 수신하는 안테나; 전기 신호를 진동기에 출력하기 위해서 착신 호출 신호를 처리하는 수신신호 처리부; 및 진동기를 구동하는 구동 회로를 포함한다. 구동 회로는 공진 주파수를 포함하는 주파수 범위에 포함되는 상이한 주파수들의 적어도 2개의 신호들을 진동기에 출력한다.
본 발명의 일실시예에서, 적어도 2개의 신호들은 공진 주파수보다 더 낮은 주파수 및 공진 주파수보다 더 높은 주파수를 갖는 제 2 신호를 포함한다.
본 발명의 일실시예에서, 휴대 단말 장치는 수신 신호 처리부로부터의 출력에 기초하여 진동기를 구동 회로 및 수신 신호 처리부 중 하나에 접속하는 스위칭부를 더 포함한다.
본 발명의 일실시예에서, 휴대 단말 장치는 수신 신호 처리부로부터의 전기 신호 출력과 상기 구동 회로로부터의 출력을 함께 합성하기 위한 신호 합성부를 더 포함한다.
본 발명의 일실시예에서, 휴대 단말 장치는 수신 신호 처리부와 신호 합성부간에 제공된 제 1 스위치; 구동 회로와 신호 합성부간에 제공된 제 2 스위치; 및 신호 합성부와 진동기간에 제공된 제 3 스위치를 더 포함한다.
본 발명의 일실시예에서, 제 1 스위치, 제 2 스위치 및 제 3 스위치는 수신 신호 처리부로부터 출력되는 신호에 기초하여 동작한다.
본 발명의 일실시예에서, 적어도 2개의 신호들은 공진 주파수보다 더 낮은 주파수를 갖는 제 1 신호와 공진 주파수보다 더 높은 주파수를 갖는 제 2 신호를 포함한다. 구동 회로는 제 1 신호 및 제 2 신호를 함께 더하여 얻어진 합성된 신호를 진동기에 출력한다. 구동 회로는 제 1 신호의 주파수, 제 2 신호의 주파수, 제 1 신호의 주파수와 제 2 신호의 주파수 사이의 주파수 간격, 제 1 신호의 위상, 제 2 신호의 위상, 제 1 신호의 전압 레벨, 및 제 2 신호의 전압 레벨 중 적어도 하나를 변경함으로써 합성된 신호를 선택적으로 변경한다.
본 발명의 또 다른 면에 따라, 휴대 단말 장치가 제공되는데, 이는 소정의 진동력 대 주파수 특성들을 갖는 기계식 진동 시스템을 갖는 진동기; 착신 호출 신호를 수신하는 안테나; 전기 신호를 진동기에 출력하기 위해 착신 호출 신호를 처리하는 수신 신호 처리부; 및 진동기를 구동하는 구동 회로를 포함한다. 기계식 진동 시스템은 소정의 주파수 범위 내에서 증가하는 주파수 스위프와 감소하는 주파수 스위프에 대해서, 상이한 진동력 대 주파수 특성들을 갖는다. 소정의 주파수 범위는 소정의 주파수 범위에서 가장 낮은 주파수를 나타내는 하한 주파수와 소정의 주파수 범위에서 가장 높은 주파수를 나타내는 상한 주파수 사이에서 규정된다. 구동 회로는 주파수 범위 내의 주파수를 갖는 제 1 신호와 하한 주파수보다 더 낮은 주파수를 갖는 제 2 신호를 진동기에 출력한다. 제 2 신호는 제 1 신호와 동시에 혹은 제 1 신호에 앞서 진동기에 출력된다.
본 발명의 일실시예에서, 휴대 전화 장치는 수신 신호 처리부로부터의 출력에 기초하여 진동기를 구동 회로 및 수신 신호 처리부 중 하나에 접속하는 스위칭부를 더 포함한다.
본 발명의 일실시예에서, 휴대 전화 장치는 수신 신호 처리부로부터의 전기 신호 출력과 구동 회로로부터의 출력을 함께 합성하기 위한 신호 합성부를 더 포함한다.
본 발명의 일실시예에서, 휴대 전화 장치는 수신 신호 처리부와 신호 합성부간에 제공된 제 1 스위치; 구동 회로와 신호 합성부간에 제공된 제 2 스위치; 및 신호 합성부와 진동기간에 제공된 제 3 스위치를 더 포함한다.
본 발명의 일실시예에서, 구동 회로는 제 1 신호 및 제 2 신호를 함께 더하여 얻어진 합성된 신호를 진동기에 출력한다. 구동 회로는 제 1 신호의 주파수, 제 2 신호의 주파수, 제 1 신호의 주파수와 제 2 신호의 주파수 사이의 주파수 간격, 제 1 신호의 위상, 제 2 신호의 위상, 제 1 신호의 전압 레벨, 및 제 2 신호의 전압 레벨 중 적어도 하나를 변경함으로써 합성된 신호를 선택적으로 변경한다.
본 발명의 일실시예에서, 구동 회로는 제 1 신호와 제 2 신호를 함께 더하여 얻어진 합성된 신호를 진동기에 출력한다.
본 발명의 일실시예에서, 구동 회로는 제 1 신호의 위상과 제 2 신호의 위상을 서로 이동시키면서 제 1 신호와 제 2 신호를 함께 더하여 얻어진 합성된 신호를 진동기에 출력한다.
본 발명의 일실시예에서, 제 1 신호와 제 2 신호 중 적어도 하나는 정현파 신호를 포함한다.
본 발명의 일실시예에서, 제 1 신호와 제 2 신호 중 적어도 하나는 직사각파 신호를 포함한다.
따라서, 본 명세서에 기술된 본 발명은 안정하고 효율적인 진동출력을 제공할 수 있는 전기기계 음향 변환기를 제공할 수 있다는 이점이 있다.
본 발명의 이런 및 다른 이점은 첨부한 도면들에 관련하여 다음의 상세한 설명을 읽고 이해할 때 이 분야에 숙련된 자들에서 명백하게 될 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 전기기계 음향 변환기의 주요한 부분을 도시한 블록도.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 전기기계 음향 변환기의 예시적인 진동기를 도시한 분해 조립도.
도 3a는 배플을 제거한 본 발명의 실시예 1에 따른 진동기를 도시한 상면도.
도 3b는 본 발명의 실시예 1에 따른 진동기를 도시한 단면도.
도 4는 본 발명의 실시예 1에 따른 진동기의 서스펜션(suspension)의 변위와 인가된 힘간의 관계를 도시한 그래프.
도 5는 서스펜션의 변위와 스티프니스(stiffness)간의 관계를 도시한 그래프.
도 6은 본 발명의 실시예 1에 따른 진동기의 진동력과 주파수간의 관계를 도시한 그래프.
도 7은 진동기의 진동력과 주파수간의 관계를 도시한 다른 그래프.
도 8은 선형 서스펜션을 사용한 종래의 진동기의 진동력과 주파수간의 관계를 도시한 그래프.
도 9는 본 발명의 실시예 1에 따른 제 2 비선형 서스펜션의 변위와 스티프니스간의 관계를 도시한 그래프.
도 10은 본 발명의 실시예 1에 따른 진동기의 진동력과 주파수간의 관계를 도시한 그래프.
도 11은 본 발명의 실시예 1에 따른 진동기의 진동력과 주파수간의 관계를 도시하며, 또한 입력 주파수 포인트들을 도시한 그래프.
도 12는 본 발명의 실시예 1에 따른 진동기의 진동력과 주파수간의 관계를 도시한 그래프.
도 13a 내지 13d는 본 발명의 실시예 1에 따른 전기기계 음향 변환기에 단일 주파수가 입력될 때 얻어지는 입력/출력 특성들을 도시한 도면.
도 14a 및 도 14b는 본 발명의 실시예 1에 따른 전기기계 음향 변환기에 합성된 주파수 신호가 입력될 때 얻어지는 입력/출력 특성들을 도시한 도면.
도 15는 본 발명의 실시예 1에 따른 진동기의 진동력 대 주파수 특성들에서의 변화들을 도시한 그래프.
도 16a는 동상의 복수의 주파수 신호들을 함께 더하여 얻어진 합성된 신호의 파형을 도시한 도면.
도 16b는 합성된 신호에 의해 얻어진 진동력의 파형을 도시한 도면.
도 17a는 본 발명의 실시예 1에 따른 전기기계 음향 변환기에 의해 위상을 조정하면서 복수의 주파수 신호들을 함께 더하여 얻어진 합성된 신호의 파형을 도시한 도면.
도 17b는 합성된 신호에 의해 얻어진 진동력의 파형을 도시한 도면.
도 18a는 진동기의 진동력 대 주파수 특성들이 저주파측으로 이동될 때 본 발명의 실시예 1에 따른 전기기계 음향 변환기에 의해 얻어진 진동력의 파형을 도시한 도면.
도 18b는 진동기의 진동력 대 주파수 특성들이 고주파측으로 이동될 때 본 발명의 실시예 1에 따른 전기기계 음향 변환기에 의해 얻어진 진동력의 파형을 도시한 도면.
도 19는 본 발명의 실시예 2에 따른 선형 서스펜션을 도시한 평면도.
도 20은 본 발명의 실시예 2에 따른 선형 서스펜션을 사용한 전기기계 음향 변환기의 진동력과 주파수간의 관계를 도시한 그래프.
도 21a는 본 발명의 실시예 2에 따른 전압 레벨의 파형을 도시한 도면.
도 21b는 본 발명의 실시예 2에 따른 진동력의 파형을 도시한 도면.
도 22a는 본 발명의 실시예 2에 따른 진동력의 파형을 도시한 도면.
도 22b는 본 발명의 실시예 2에 따른 진동력의 파형을 도시한 도면.
도 23은 본 발명의 실시예 2에 따른 전기 신호 발생기를 도시한 블록도.
도 24는 본 발명의 실시예 2에 따라 상이한 Q값들을 갖는 여러 가지 선형 서스펜션들에 대한 진동력과 주파수간의 관계를 도시한 그래프.
도 25a는 본 발명의 실시예 2에 따른 진동력의 파형을 도시한 도면.
도 25b는 본 발명의 실시예 2에 따른 진동력의 파형을 도시한 도면.
도 25c는 본 발명의 실시예 2에 따른 진동력의 파형을 도시한 도면.
도 26a는 본 발명의 실시예 2에 따른 전압 레벨의 파형을 도시한 도면.
도 26b는 본 발명의 실시예 2에 따른 진동력의 파형을 도시한 도면.
도 27a는 본 발명의 실시예 2에 따른 전압 레벨의 파형을 도시한 도면.
도 27b는 본 발명의 실시예 2에 따른 진동력의 파형을 도시한 도면.
도 28은 본 발명의 실시예 3에 따른 전기기계 음향 변환기의 주요한 부분을 도시한 블록도.
도 29는 본 발명의 전기기계 음향 변환기를 포함하여, 본 발명의 실시예 4에 따른 휴대 전화를 도시한 사시도.
도 30은 본 발명의 실시예 4에 따른 전기기계 음향 변환기의 주요한 부분을 도시한 블록도.
도 31은 본 발명의 실시예 5에 따른 전기기계 음향 변환기의 요부를 도시한 블록도.
도 32는 종래의 전기기계 음향 변환기의 구조를 도시한 단면도.
도 33은 종래의 전기기계 음향 변환기의 변위와 주파수간의 관계를 도시한 그래프.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
6 : 진동기 7, 100, 200 : 전기 신호 발생기
11 : 지지 부재 12 : 다이아프램
13 : 음성 코일 101-108 : 주파수 신호발생기
110-117 : 위상 제어기 120 : 신호 가산기
300, 400 : 휴대 전화
본 발명의 각종 실시예들은 첨부한 도면들을 참고로 이제 설명될 것이다.
(실시예 1)
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 전기기계 음향 변환기(100)를 도시한 블록도이다. 도 1을 참조하면, 전기기계 음향 변환기(100)는 진동기(6), 전기 신호 발생기(7) 및 발생된 전기 신호를 턴 온/오프하는 스위치(SW1)를 포함한다.
도 2, 3a 및 3b는 본 발명의 전기기계 음향 변환기(100)에 사용되는 진동기(6)의 예시적인 구조를 도시한 것이다. 도 2는 분해 조립도이고, 도 3a는 배플(baffle)이 제거된 상태의 평면도이고, 도 3b는 단면도이다.
도 2, 3a, 3b를 참조하면, 진동기(6)는 요크, 자석 및 판이 일체로 형성된 자기 회로부(8), 및 자기 회로부(8)에 결합된 상부 서스펜션(9)과 하부 서스펜션(10)을 포함한다. 상부 서스펜션(9)은 이 상부 서스펜션(9)의 대향하는 에지들을 따라 연장하는 한 쌍의 연장부들(9a 및 9b)을 포함한다. 하부 서스펜션(10)은 이 하부 서스펜션(10)의 대향하는 에지들을 따라 연장하는 한 쌍의 연장부들(10a 및 10b)을 포함한다. 연장부들(9a, 9b)은 연장부들(10a, 10b)이 연장하는 방향과는 다른 방향으로 연장한다. 이 실시예에서, 자기 회로부(8)의 무게는 3g이다.
진동기(6)는 플라스틱 지지 부재(11) 및 티타늄 물질이나 플라스틱으로 만들어진 비자성 다이아프램(12)을 더 포함한다. 플라스틱 지지 부재(11)는 상부 개구(11e), 하부 개구(11f), 및 연장부들(9a, 9b, 10a, 10b)을 각각 수용하기 위한 수납부들(11a, 11b, 11c, 11d)을 포함한다. 다이아프램(12)의 주변은 지지 부재(11)의 하부 개구(11f)를 규정하는 하부 테두리(rim)에 의해 수용된다. 음성 코일(13)은 동심원으로 다이아프램(12)에 접착되며, 음성 코일의 상부 에지는 상부 및 하부 서스펜션들(9 및 10) 사이에 지지된, 도 3b에 도시된 바와 같은 자기 회로부(8)의 자기 갭(8a)에 삽입된다.
진동기(6)는 지지 부재(11)의 상부 개구(11e)를 규정하는 상부 테두리에 부착된 배플(14)을 더 포함한다. 지지 부재(11)는 음성 코일(13)의 리드선에 접속되는 외부 입력 단자(11g)를 포함한다.
상부 및 하부 서스펜션들(9 및 10) 각각은 스테인레스 물질이나 베릴륨 합금 물질로 만들어진 스프링이다. 서스펜션들(9, 10)의 크기 및 모양은 서스펜션들(9, 10)이 진폭 변위량에 관하여 비선형 스티프니스 특성들을 갖도록 설계된다. 도시된 예에서, 각각의 연장부들(9a, 9b, 10a, 10b)은 길이가 8mm, 폭은 1mm, 두께는 0.085mm이다.
도 4는 상부 및 하부 서스펜션들(9 및 10)의 변위와 인가된 힘간의 관계를 도시한 그래프이다. 이 그래프는 자기 회로부(8)에 힘이 인가되었을 때 얻어지는 힘 대 변위 특성들을 도시한 것이며, 상부 및 하부 서스펜션들(9 및 10)의 연장부들(9a, 9b, 10a, 10b)이 서로 고정되어 있고 자기 회로부(8)가 이들 사이에 동심원으로 개재되어 있다. 그래프의 수평축은 변위를 나타내며, 그 수직축은 인가된 힘을 나타낸다. 도 5는 도 4에 도시된 그래프로부터 얻어진 서스펜션들(9, 10)의 스티프니스 특성들을 도시한 그래프이며, 여기서 수평축은 변위를 나타내며, 수직축은 스티프니스를 나타낸다. 서스펜션들(9, 10) 각각은 변위가 증가함에 따라 스티프니스값이 증가하는 비선형 특성들을 나타낸다. 도 6은 입력 주파수 신호에 관하여 이러한 비선형 서스펜션들(9, 10)을 포함하는 진동기(6)의 진동력 특성들을 도시한 그래프이다(자기 회로부(8)의 질량은 약 3g이다). 도 6은 주파수가 증감될 때 얻어지는 진동력 대 주파수 특성들을 도시한 것이다. 주파수가 계속 증가될 때, 진동력은 a→b→c→d로부터 변한다. 주파수가 계속 감소될 때, 진동력은 d→c→e→f→a로부터 변한다. 이는 도 33에 관하여 종래 기술 부분에서 전술한 바와 같이 비선형 서스펜션과 실질적으로 동일한 점핑 현상이다.
이러한 진동기(6)를 포함하는 전기기계 음향 변환기(100)의 동작이 설명될 것이다.
전기 신호 발생기(7)에 의해 발생된 주파수 신호들은 스위치(SW1)가 턴온될 때 진동기(6)에 입력된다. 입력 주파수 신호들 중 적어도 하나는 하한 주파수(fL)와 상한 주파수(fH) 사이에 규정된 주파수 범위(Wb) 내의 주파수를 포함한다. 하한 주파수(fL) 및 상한 주파수(fH)는 비선형 서스펜션들(9, 10)의 진동력 특성들을 도시한 도 6의 그래프에서 포인트 f 및 포인트 b에 각각 대응한다. 주파수 범위(Wb)는 주파수가 증감될 때 서스텐션들(9 및 10)이 상이한 진동력 특성들을 나타내는 주파수 범위이다. 이는 진동기(6)에 의해 발생된 진동력이 주파수 범위(Wb)에서 최대로 되는 것을 나타난다. 그러나, 주파수 범위(Wb) 내에서, 140Hz의 주파수를 갖는 신호가 진동기(6)에만 인가되었을 때, 감소하는 주파수 스위프에 대한 하부 특성 라인을 따라 포인트 g(140Hz에 대응함)에 대응하는 진동력이 얻어졌으며, 증가하는 주파수 스위프에 대한 상부 특성 라인을 따라 포인트 h(140Hz에 또한 대응함)에 대응하는 의도된 진동력은 얻어지지 않았다. 주파수가 포인트 b에 대응하는 상한 주파수(fH)에서 포인트 f에 대응하는 하한 주파수(fL)로 감소될 때, 증가하는 주파수 스위프에 대해서 포인트 f와 포인트 b간의 진동력 특성 라인은 나타나지 않는다. 큰 진동력이 얻어지는 포인트 f에서 포인트 b까지의 특성 라인이 안정되게 하기 위해서, 주파수 범위(Wb)의 하한 주파수(fL)보다 더 낮은 적어도 한 주파수가 진동기(6)에 입력되는 신호들 내에 포함되어야 한다.
도 7을 참조하면, 스위프된 주파수 신호의 주파수가 fL보다 낮은 포인트 i부터 주파수 범위(Wb) 내에 있는, 포인트 h로 증가하며, 또한 주파수 범위(Wb) 내에 있는, 포인트 h에서 포인트 j까지 감소하고, 그후에 포인트 h와 포인트 j간에 반복하여 스위프되는 것이(즉, 초기에 i→h, 그후에 h→j→h→j→h→...) 보다 바람직하다. 이러한 경우에, 입력 신호의 주파수는 큰 진동력이 얻어지는 주파수 범위(Wb) 내에서 스위프됨으로써 큰 진동력이 확보된다.
전술한 예에서, 입력 신호의 주파수는 초기에 포인트 i에서 포인트 h까지 스위프되고, 그후에 반복하여 증감된다. 대안으로, 입력 신호의 주파수는 포인트 i부터 증가된 후 포인트 h에서 멈추며, 그후에 주파수가 포인트 h에 고정된 입력 신호를 연속하여 인가한다. 이러한 경우에, 진동력은 포인트 h 혹은 g에 대응하는 주파수가 단독으로 입력되는 경우에서처럼, 감소하는 주파수 스위프에 대해서, 아래쪽 특성 라인을 따른 포인트 g로 점프하지 않고 따라서 큰 진동력이 유지된다. 그러므로, 주파수 범위(Wb)의 상한 주파수(fH) 근처에 포인트 h을 연속하여 설정함으로써 큰 진동력을 얻을 수 있다.
진동기(6)의 각각의 서스펜션의 스티프니스 특성은 특히 중요하다. 도 8은 비선형성이 없는 서스펜션에 의해 지지되는 자기 회로부를 구비한 진동기의 진동력 특성을 도시한 것이다. 선형 서스펜션에 의해서는 진동력 특성들은 증가하는 주파수 스위프와 감소하는 주파수 스위프간에 변하지 않는다. 그러나, 큰 진동력이 얻어지는 주파수는 서스펜션의 스티프니스(stiffness)와 자기 회로부의 질량에 기초하여 결정되는 기계식 시스템의 공진 주파수(fo)로 한정된다. 공진 주파수(fo) 이외의 주파수들에 의해서는 진동력이 현저하게 감소한다. 따라서, 이러한 경우엔 공진 주파수(fo)를 갖는 구동 신호의 주파수에 정합하기 위한 공진 주파수 검출 수단을 제공할 필요가 있다. 그렇지 않으면, 진동기의 공진 주파수가 소정의 구동 주파수에 정합되도록 생산공정 동안 공진 주파수를 정밀하게 제어할 필요가 있다. 도 6에 도시한 바와 같은 비선형 서스펜션의 진동력 특성들에 의해서는, 큰 진동력은 넓은 주파수 대역(f→b)에서 얻어지나, 선형 서스펜션이 사용되는 경우에 fo와 같은 협소한 주파수 대역에서는 그렇지 않다. 이러한 넓은 주파수 대역에서 큰 진동력을 얻기 위해서는, 서스펜션(예를 들면, 9 혹은 10)의 특정 비선형 진동력 특성들이 바람직하다. 예를 들면, 도 6에 도시된 진동력 특성들은 다음과 같이 얻어질 수 있다. 도 4에 도시된 변위(x) 대 진동력(F) 특성들은 다음 다차원 함수로서 표현된다.
더욱이, 도 5에 도시된 변위(x) 대 스티프니스(S) 특성들은 다음 식으로 표현된다.
예를 들면, 식 2에서 S1, S2, S3가
S1= 503.6
S2=0
S3= 5.5 x 108와 같이 설정되며
변위(x)는 1mm로 설정되고, 식 2의 각각의 항의 값들은 표 1에 도시된다.
S1[N/m] S2x[N/m] S3x2[N/m]
503.6 0 550
따라서, 비선형 항(S3X2)이 증가하는 주파수 스위프와 감소하는 주파수 스위프간의 진동력 특성들을 야기하며, 큰 진동력이 넓은 주파수 대역 내에서 얻어지게 하는 인자(factor)임을 알 수 있다.
그러므로, 지지 부재(11)에서 사용되는 진동기(6)의 서스펜션들(9 혹은 10) 중 적어도 하나는 x2항이 0이 아닌 값을 갖도록 구성되는 것이 바람직하다.
S1, S2및 S3이
S1=0
S2=0
S3=8.0 x 108으로 설정될 때,
식 2의 스티프니스 함수의 S1항 및 S2항은 S3항보다 작게 되고, 이에 의해서 단지 S3항만이 실질적으로 값을 가지며, 얻어진 변위 대 스티프니스 특성들은 도 9에 도시된 바와 같으며, 진동기(6)에 의해 제공된 얻어진 진동력 특성들은 도 10에 도시된 바와 같다. 도 10에서 알 수 있는 바와 같이, 진동력이 증가하는 주파수 스위프와 감소하는 주파수 스위프간에 변하는 주파수 범위 f'-b'는 도 6 및 도 7에 도시한 것보다 넓으며, 증가하는 주파수 스위프에 대한 진동력 특성 라인의 기울기(gradient)는 도 6 및 도 7에 도시한 것보다 작다. 따라서, 입력 신호의 주파수에서 변화에 대한 진동력에서의 변화량이 감소되고, 이에 의해서 큰 진동력을 보다 안정되게 얻는 것이 가능하다.
전술한 2개의 예들에서, S2항은 0으로 가정된다. 그러나, S2항이 0이 아닐 때, 진동력 특성들이 증가하는 주파수 스위프와 감소하는 주파수 스위프간에 변하는 점핑 현상은 거의 동일한 방식으로 일어난다. 이것은 또한 식이 우수 고차 항을 갖는 경우에 적용된다.
x2항이 0이 아닌 값을 갖는 비선형 서스펜션은 변위가 증가함에 따라 진폭이 제한되는 스티프니스 특성들에 의해 실현될 수 있다. 이러한 비선형성은 서스펜션의 진폭을 제한하기 위해서 예를 들면 서스펜션의 길이를 줄이거나, 혹은 작은 연성(ductility)을 갖는 물질을 사용함으로써 실현될 수 있다.
더욱이, 본 발명의 전기기계 음향 변환기(100)에 의해서, 전기 신호 발생기(7)에 의해 발생되어 진동기(6)에 공급되는 주파수 신호는 연속적으로 스위프되는 주파수 신호에 국한되지 않는다. 대안으로, 주파수 신호는 일련의 이산 포인트 주파수들일 수도 있다. 일련의 포인트 주파수들은 바람직하게 초기 입력 주파수로서 주파수 범위(Wb)의 하한 주파수(fL)보다 더 낮은 적어도 하나의 주파수를 포함한다. 도 11은 이러한 일련의 포인트 주파수들의 예를 도시한다. 진동기(6)의 입력 주파수는 P1에서 시작하여 이어서 P2→P3→P4→P5로 변한다. 입력 신호의 주파수는 마지막 주파수 P5에서 정지될 수 있고 그후에 고정된 주파수 P5가 연속하여 제공될 수 있다. 이러한 경우, 진동기(6)는 큰 진동력을 연속적으로 출력할 수 있다. 대안으로, 입력 주파수는 초기에는 P1→P2→P3→P4→P5로 증가되고, 이어서 주파수 범위(Wb) 내에서 예를 들면, P5→P4→P3→P4→P5와 같이 주기적으로 증감될 수 있다. 포인트 주파수가 초기 주파수에서 최대 주파수로 전환될 때, 이러한 주파수들은 예를 들면 P1→P5와 같이, 서로 과도하게 떨어져 있게 된다. 따라서, 안정된 동작이 실현될 수 없다. 그러므로, 초기 주파수와 최대 주파수간 이러한 주파수 갭을 주파수 범위(Wb) 내의 P3와 같은 하나 또는 그 이상의 포인트 주파수들로 보간(interpolate)하는 것이 바람직하다. 그러나, 이는 초기 주파수(P2)가 하한 주파수(fL)보다 더 낮고 목적 주파수(P3)가 주파수 범위(Wb) 내에 있더라도, 초기 주파수와 목적 주파수(예를 들면, P2 및 P3)가 하한 주파수(fL)의 근처에 있는 경우를 필요로 하지 않을 수도 있다.
전술한 바와 같이, 전기기계 음향 변환기(100)는 비선형 서스펜션을 사용하는 진동기(6)의 사용으로 인해 넓은 주파수 대역에 걸쳐 큰 진동력을 효율적으로 제공할 수 있다.
입력 신호의 파형은 바람직하게는 정현파이나, 그 기본 주파수가 전술한 주파수 조건들을 만족한다면 직사각파 입력 신호로 전술한 바와 유사한 효과를 기대할 수 있다. 그러나, 이러한 경우에, 고조파 성분은 음성 코일(13)에 인가될 수 있어, 진동기(6)가 진동하고 있을 때 필요 없는 톤이 발생한다. 그러므로, 전기 신호 발생기(7)와 진동기(6) 사이에 고역 주파수를 차단하는 고역 차단 필터(151)를 삽입하는 것이 바람직하다.
전기 신호 발생기(7)에 의해 발생되고 진동기(6)에 공급되는 입력 신호가 고주파수 성분을 포함하는 음성 혹은 음악 신호인 경우, 다이아프램(12)이 진동하여 스피커로서 기능할 수 있으므로, 음향을 재생하게 된다. 이러한 경우, 음향 신호의 하한 주파수가 주파수 범위(Wb)의 하한 주파수(fL)보다 더 높게 설정된다면, 자기 회로부(8)를 실질적으로 진동시키지 않고 다이아프램(12)만을 진동시킴으로서 소리를 낼 수 있다. 이것은 진동 및 사운드를 개별적으로 재생하는 것이 바람직한 경우에 효과적이다.
전기 신호 발생기(7)에 의해 발생된 주파수 신호는 바람직하게는 주파수 범위(Wb)보다 더 낮은 적어도 하나의 주파수를 포함하는 복수의 신호들을 함께 더함으로써 얻어진 합성된 신호이다.
이러한 주파수 신호를 발생시키는 전기 신호 발생기(7) 및 비선형 서스펜션을 갖는 진동기(6)를 포함하는 전기기계 음향 변환기(100)의 동작이 이제 기술될 것이다.
전기 신호 발생기(7)로부터 주파수 신호는 진동기(6)에 입력된다. 주파수 신호는 도 12에 도시한 주파수 범위(Wb) 내에 포인트 t에 대응하는 주파수(이 경우 비선형 서스펜션(9, 10)의 진동력 특성들은 증가하는 주파수 스위프와 감소하는 주파수 스위프 사이에서 변한다)와 주파수 범위(Wb)보다 더 낮은 포인트 h에 대응하는 주파수를 함께 더함으로써 얻어진 합성된 신호이다
도 13a 내지 도 13d는 입력 파형 및 주파수들 f1 및 f2(포인트들 s 및 t에 각각 대응함)가 개별적으로 진동기에 입력될 때 얻어진 출력 파형을 도시한 것이다. 도 13a는 주파수가 f2이고, 도 13c에 도시한 주파수 f1를 갖는 다른 입력 신호의 진폭의 거의 2배인 피크 전압 진폭을 갖는 입력 신호의 파형을 도시한 것이다. 도 13b는 주파수 f2를 갖는 신호가 입력될 때 얻어지는 진동력 파형을 도시한 것이다. 도 13c는 주파수 f1을 갖는 입력 신호를 도시한 것이다. 도 13d는 주파수 f1을 갖는 신호가 입력될 때 얻어지는 진동력 파형을 도시한 것이다. 포인트 g에 대응하는 주파수 신호 f2는 주파수 범위(Wb) 내의 주파수를 갖는 신호이다. 도 12와 관련하여 전술한 바와 같이, 증가하는 주파수 스위프에 의해 진동기(6)로부터 큰 진동 출력이 얻어진다. 그러나, 주파수 신호 f2가 단독으로 인가될 때, 진동력은 감소하는 주파수 스위프에 대한 특성 라인을 따른 포인트 u의 값으로 감소된다. 포인트 s에 대응하는 주파수 f1은 주파수 범위(Wb)보다 더 낮은 주파수이다. 주파수 f1로, 진동력 특성들은 증가하는 주파수 스위프와 감소하는 주파수 스위프 사이에서 변하지 않는다. 그러므로, 입력 주파수 신호 f1이 입력 주파수 신호 f2의 피크 전압 진폭의 1/2인 피크 전압 진폭을 갖는다고 해도, 얻어진 출력 파형(진동력 파형)은 도 13b 및 13d에서 알 수 있듯이, 입력 주파수 신호 f1로 얻어지는 것보다 더 큰 진폭을 갖는다.
도 14a는 전술한 2개의 주파수 신호들 f1 및 f2를 함께 더함으로써 얻어진 합성된 입력 신호의 파형을 도시한 것이다. 도 14b는 도 14a에 도시한 합성된 입력 신호가 진동기(6)에 입력될 때 얻어진 진동력 특성들을 도시한 것이다. 입력 파형은 진폭 피크값이 주기적으로 증감하는 진폭 변조된 신호이다. 진동력 특성들의 출력 파형의 진폭 피크값은 시간에 걸쳐 증감한다. 도 13a 내지 도 13d에 도시한 바와 같이 단일의 주파수가 단독으로 사용될 때에 비해 출력 파형의 피크 진폭값이 크다는 것을 도 14b로부터 알 수 있다. 따라서, 증가하는 주파수 스위프동안 주파수 f2로 얻어지는 포인트 t에 대응하는 진동력은 2개의 주파수들을 함께 합성함으로써 얻어지는 신호를 사용하여 얻어짐을 알 수 있다.
전기 신호 발생기(7)가 멜로디 신호, 음악 신호, 혹은 음성 신호와 같은 음향 신호를 발생할 때, 음성 코일(13)이 접해 있는 진동기(6)의 다이아프램(12)이 진동하고, 그럼으로써 음향 신호를 생성한다. 이러한 경우, 음향 신호의 저주파 성분은 주파수 범위(Wb)에 포함되어도, 발생된 진동력은 작다. 그러므로, 진동 경보 기능 및 사운드 경보 기능이 실질적으로 서로 분리된다. 진동 신호 및 음향 신호 모두 동시에 진동 신호 및 사운드 신호를 재생하도록 입력될 수 있다. 따라서, 신호 주파수 대역을 조정하고 복수의 신호들을 함께 합성함으로써, 진동기(6)는 진동 신호 및 음향 신호를 재생할 수 있는 다중 기능 변환기로서 기능할 수 있다.
주파수 범위(Wb) 내에 주파수 신호로부터 얻어진 진동력은 주파수 범위(Wb)보다 더 낮은 주파수 신호로부터 얻어진 진동력보다 더 크다. 그러므로, 전력소비를 감소시키기 위해서, 주파수 범위(Wb) 내의 주파수 신호로부터 출력된 안정된 진동력을 확보하면서 저주파 신호의 입력 전압 레벨이 최소화되는 것이 바람직하다. 이 실시예에서 입력 주파수 신호들로서 2개의 정현파 신호들이 사용되지만, 대안으로 3개 또는 그 이상의 정현파 신호들이 동일한 효과들을 달성하도록 사용될 수도 있다. 각각의 입력 주파수 신호의 전압 레벨은 이 실시예에서 사용된 것과 유사한 원리에 기초하여 결정될 수 있다. 입력 신호는 대안으로 그 기본 주파수가 전술한 주파수 조건들을 만족한다면 2개의 직사각파 신호들을 함께 더함으로써 얻어진 합성된 신호일 수도 있다. 그러나, 이러한 경우, 신호에 포함된 고조파 성분은 다이아프램(12)으로부터 재생된 신호에 왜곡이 생기게 할 것이다. 그러므로, 진동기(6) 전단에 고주파 대역을 차단하는 고역 차단 필터를 삽입하는 것이 바람직하다.
도 15는 비선형 서스펜션을 갖는 진동기(6)의 대량 생산에서 진동들로 생긴 다양한 진동력 대 주파수 특성들 L, M, H를 도시한 것이다. 도 15는 주파수를 연속적으로 증가시키면서 관측된 특성들만을 도시한 것이나, 점핑 현상(증가하는 주파수 스위프와 감소하는 주파수 스위프간에 특성이 변하는 현상)은 도 6 및 도 12에 도시한 바와 같이, 주파수가 연속하여 감소될 때 유사하게 관측될 것이다.
전기 신호 발생기(7)에 의해 발생된 주파수 신호는 서로에 관하여 신호들의 위상들을 이동시키면서 복수의 주파수 신호들(P1-P8)을 함께 더함으로써 얻어진 합성된 신호이다. 주파수 신호들(P1-P8) 중 적어도 하나는 저주파측쪽으로 이동된 진동력 특성 라인 L의 주파수 범위(Wb)보다 더 낮은 주파수를 가지며, 주파수 신호들(P1-P8) 중 적어도 하나는 고주파측쪽으로 이동된 진동력 특성 라인 H의 주파수 범위(Wb)보다 더 높은 주파수를 갖는다.
전술한 바와 같은 주파수 신호를 발생하는 전기 신호 발생기(7) 및 비선형 서스펜션을 갖는 진동기(6)를 포함하는 전기기계 음향 변환기(100)의 동작을 기술한다.
전기 신호 발생기(7)로부터의 주파수 신호는 진동기(6)에 입력된다. 이 예에서 사용된 주파수 신호들은 일련의 포인트 주파수들(P1-P8)이다. 가장 낮은 주파수는 저주파측쪽으로 이동된 진동력 특성 라인 L의 주파수 범위(Wb)보다 더 낮은 P1이고, 가장 높은 주파수는 고주파측쪽으로 이동된 진동력 특성 라인 H의 주파수 범위(Wb)보다 더 높은 P8이다. 다른 주파수들(P2-P7)은 P1과 P8 사이에 서로 동일하게 떨어져 있다.
본 실시예의 효과들을 기술한다. 도 16a는 동상의 8 포인트 주파수들을 함께 더함으로써 얻어지는 전기 신호의 파형을 도시한 것이다. 전기 신호는 도 7에 도시한 진동 대 주파수 특성들 M을 갖는 진동기(6)에 입력된다. 도 16b는 진동기(6)의 출력 진동 특성들의 파형을 도시한 것이다. 전기 신호의 피크 진폭은 각각의 주파수들간 주파수 간격의 역수와 같다(즉, 5Hz 간격에 대해 200ms). 따라서, 출력 진동 파형은 각 주기의 시작 포인트에서 큰 피크 진폭을 갖지만 진동력은 다음 주기가 시작될 때까지 감쇠한다.
이러한 진동 파형은 주기적으로 증가하는 진동력을 생성하나, 보다 바람직한 진동 파형은 큰 진동력이 시간에 걸쳐 유지되는 것이다.
도 17a는 가장 낮은 주파수(P1)가 다음 주파수(P2)에 대해 역상이고, P3 는 P4에 대해 동상이고, P5는 P6에 대해서 역상이며, P7은 P8에 대해 동상일 때, 8 포인트 주파수들(P1-P8)을 함께 더하여 얻어진 전기 신호의 파형을 도시한 것이다. 도 17b는 입력 전기 신호에 대해 얻어진 출력 진동 특성들의 파형을 도시한 것이다. 전압 레벨의 피크값이 증가하는 주기는 도 16a에 도시된 것으로부터 감소됨을 도 17a에서 알 수 있다. 따라서, 출력 진동 파형의 피크값은 도 16b에서처럼 각 주기의 시작후에 감쇠하지 않고, 비교적 큰 진동 출력이 연속하여 얻어진다.
도 18a 및 도 18b는 합성된 신호가 도 15에 도시한 특성 라인들 L 및 H에 각각 적용될 때 얻어진 출력 진동들의 파형들을 도시한 것이다. 도 17b에 도시한 특성 라인 M에 대해 얻어진 파형과 유사하게, 큰 진동출력이 연속하여 생성된다. 이것은 진동기(8)의 진동력 특성들이 변할 때라도 안정된 진동출력이 확보됨을 나타낸다.
전기 신호 발생기(7)가 멜로디 신호, 음악 신호, 혹은 음성 신호와 같은 음향 신호를 발생하는 경우, 음성 코일(13)이 접해 있는 진동기(6)의 다이아프램(12)이 진동하고, 그럼으로써 음향 신호를 생성한다. 이러한 경우, 음향 신호의 저주파 성분이 주파수 범위(Wb)에 포함되어도, 발생된 진동력은 작다. 그러므로, 진동 경보 기능 및 사운드 경보 기능이 실제적으로 서로 분리된다. 진동 신호 및 음향 신호 모두 동시에 진동 신호 및 사운드 신호를 재생하도록 입력될 수 있다. 따라서, 신호 주파수 대역을 조정하고 복수의 신호들을 함께 합성함으로써, 진동기(6)는 진동 신호 및 사운드 신호를 재생할 수 있는 다중 기능 변환기로서 기능할 수 있다.
대안으로 입력 신호는 그 기준 주파수가 전술한 주파수 조건들을 만족한다면 복수의 직사각파 신호들을 함께 더하여 얻어진 합성된 신호일 수도 있다. 그러나, 이 경우, 신호에 포함된 고조파 성분은 다이아프램(12)으로부터 재생된 신호에 왜곡이 생기게 할 것이다. 그러므로, 진동기(6) 전단에 고주파 대역을 차단하는 고역 차단 필터(151)를 삽입하는 것이 바람직하다.
전술한 바와 같이, 본 실시예의 전기기계 음향 변환기(100)는 진동기(6)와, 복수 그룹의 주파수 신호들을 포함하는 전술한 합성된 신호를 이용할 수 있드며, 각 그룹은 제 1 쌍의 인접한 주파수 신호들과 제 2 쌍의 인접한 주파수 신호들을 포함한다. 제 1 쌍의 인접한 주파수 신호들은 역상으로 함께 합성되며, 제 2 쌍의 인접한 주파수 신호들은 동상으로 함께 합성된다. 따라서, 복수의 포인트 주파수들이 큰 간격을 가질 때라도, 주파수들 중 적어도 한 주파수는 점핑 현상 때문에 큰 진동력이 얻어지는 주파수 범위(Wb) 내에 확실하게 있게 된다. 더욱이, 전기 신호 파형의 전압 레벨의 피크값이 증가하는 주기가 감소됨으로써, 큰 진동력이 연속적으로 얻어진다. 더욱이, 진동기(6)의 진동력 대 주파수 특성들이 변할 때에도, 포인트 주파수들의 주파수 범위는 큰 진동력이 생성되는 주파수 범위를 포함하도록 설정될 수 있고, 이에 의해서 안정된 진동 출력을 항시 얻을 수 있게 된다. 더구나, 진동 신호 및 사운드 신호는 인가될 신호의 주파수 범위에 기초하여 선택적으로 재생될 수 있다.
(실시예 2)
전술한 실시예 1에서, 진동기(6)는 점핑 현상이 일어나는 비선형 서스펜션을 사용한다. 점핑 현상이 일어나지 않는 선형 서스펜션이 사용되어도, 공진 주파수의 고주파측 및 저주파측의 2개의 주파수들을 포함하는 주파수 대역 내에 있는 신호들로부터 비선형 서스펜션의 경우와 같이 얻어진 합성된 신호를 입력함으로써 얻어질 수 있다. 공진 주파수 특성들은 또한 선형 서스펜션에 의해 변한다. 그러나, 비선형 서스펜션의 경우에서 처럼, 이러한 변화들에서 생기는 모든 주파수들을 커버하도록 복수의 주파수 신호들을 사용함으로써, 안정된 진동출력을 얻는 것이 가능하다.
도 19는 선형 서스펜션(130)를 도시한 평면도이다. 자기 회로부(8)는 중앙부(132)에 고정되며, 연장부들(133a, 133b)은 지지 부재(11)에 고정된다. 선형 서스펜션(130)는 암(arm)(131)의 길이 L이 충분히 클 때 선형 힘 대 변위 특성 라인을 나타낸다.
도 20은 선형 서스펜션(130)를 사용하는 진동기(6)의 진동력과 주파수간의 관계를 도시한 그래프이다. 도 20은 각각 상이한 공진 주파수들(f01, f02, f03)에 대응하는 3개의 특성 라인들 I, II, III을 도시한 것이다. 서스펜션(130)이 선형 서스펜션이기 때문에, 점핑 현상은 일어나지 않는다.
도 20에 도시한 공진 주파수에서의 변화들은 진동기(6)의 특성 변화를 나타낸다. 화살표 P1-P8은 인가될 포인트 주파수 신호들이다. 포인트 주파수들은 각각 특성 라인들 I, II, III에 대응하는 모든 공진 주파수들(f01, f02, f03)을 포함하는 주파수 범위를 규정하도록 선택된다.
도 21a는 그 위상을 제어하면서 8 포인트 주파수들을 합성하여 얻어진 입력 신호의 파형을 도시한 것이다. 각각의 도 21b, 22a 및 22b는 이러한 입력 신호가 선형 서스펜션(130)에 입력될 때 생성되는 진동력 특성들의 파형을 도시한 것이다. 이 예에서, 자기 회로부의 무게는 1.4g이며, 선형 서스펜션 및 자기 회로부를 포함하는 기계식 공진 시스템은 공진 주파수들 f01=125Hz, f02=135Hz, f03=145Hz를 갖는다. 포인트 주파수들 P1-P8의 범위는 5Hz 간격들로 120Hz 내지 155Hz이다. P2 및 P6 은 다른 포인트 주파수들에 관하여 역상에 있다.
도 23은 전기 신호 발생기(7)의 예를 도시한 것이다. 도 23을 참조하면, 전기 신호 발생기(7)는 주파수 신호 발생기들(101 내지 108), 위상 제어기들(110 내지 117) 및 신호 가산기(120)를 포함한다.
진동기(6)에 인가될 합성된 신호는 다음과 같이 주파수들(P1 내지 P8)로부터 얻어진다. 먼저, 주파수 신호 발생기들(101 내지 108)은 다음의 주파수들, f1=120Hz, f2=125Hz, f3=130Hz, f4=135Hz, f5=140Hz, f6=145Hz, f7=150Hz, f8=155Hz를 각각 발생한다. 이들 주파수 신호들은 위상 제어기들(110 내지 117)에 각각 입력된다. 주파수 신호들(f2 및 f6)의 위상은 다른 주파수 신호들이 모두 동상일 때 다른 주파수 신호에 관하여 역상에 있도록 180도만큼 지연된다. 주파수 신호는 신호 가산기(120)에 의해 함께 합성되고, 신호 가산기(120)로부터 출력은 진동기(6)에 제공된다.
도 21a는 포인트 주파수들(P1-P8)을 함께 더하여 얻어진 입력 신호의 파형을 도시한 것이다. 도 21b는 전술한 합성된 신호가 진동기(6)에 인가될 때 진동기(6)(공진 주파수 f01=135Hz)의 진동력 특성의 파형을 도시한 것이다. 도 22a 및 22b는 다른 공진 주파수들, 즉 f2=125Hz 및 145Hz 각각에 대해 진동기(6)의 진동력 특성들의 파형을 도시한 것이다. 진동기(6)의 공진 주파수가 생산 공정, 진동될 장치로의 부착, 혹은 사용된 조건의 변화에 기인하여 변화할지라도, 진동기(6)가 넓은 주파수 대역을 커버하는 포인트 주파수들에 의해 구동되기 때문에 안정된 진동력이 얻어질 수 있다.
진동기(6)의 진동력 특성들은 서스펜션 및 자기 회로부를 포함하는 기계식 공진 시스템의 Q값에 의존하여 변한다. 도 24는 상이한 Q값들, 즉 Q=5, Q=10, Q=20를 각각 갖는 상이한 선형 서스펜션들의 진동력 대 주파수 특성들 IV, V, VI 각각을 도시한 것이다. 도 20에 도시한 특성들은 Q=20에 대한 것이다. 도 25a 내지 25c 각각은 8 포인트 신호가 상이한 Q값들, 즉 Q=5, Q=10, Q=20, 각각에 대해 진동기(6)에 인가될 때 얻어지는 진동력의 파형을 도시한 것이다. Q값이 작을 때, 진동력 대 주파수 특성들은 평탄해진다. 그러므로, 포인트 주파수들의 수를 줄이는 것이(예를 들면, 5보다 작거나 같은 Q값에 대해 4개 혹은 2개의 포인트들) 바람직할 수 있고, 이에 의해서 합성된 신호의 전압 레벨에서의 변동을 감소시킬 수 있으며, 이에 따라 큰 진동력이 얻어진다. Q값이 10 이상일 때, 진동력 레벨은 높을 것이며 전동력 곡선은 공진 주파수 근처에서 가파르게 될 것이다. 예를 들면 Q=20의 곡선과 Q=30의 곡선간에는 공진 주파수에 가까운 매우 협소한 대역 내의 주파수에 대해 진동력 레벨에서 실질적인 차이가 있다. 그러나, 진동력 레벨은 공진 주파수로부터 적어도 수 Hz 떨어진 주파수들에 대해서 실질적으로 동일하다. 그러므로, 넓은 주파수 대역(예를 들면, 공진 주파수로부터 각각의 방향으로 적어도 수 Hz 넓은)에 걸쳐 분포된 8 또는 그 이상의 포인트 주파수들로부터 합성된 신호를 사용할 때 진동력 레벨에서 실질적인 차이는 전혀 일어나지 않는다. 그러므로, 선형 서스펜션에 의해서는, Q값에 기초하여 입력 신호를 합성할 포인트 주파수들의 수를 최적으로 선택하는 것이 바람직하다. Q값이 진동기의 설계에 의존하는 반면, Q값을 줄이는 한 효과적인 방법은 음성 코일의 전자기 댐핑 저항을 증가시키기 위해서 자기 회로에 강한 자석을 사용하는 것이다. Q값을 줄이는 또 다른 효과적인 방법은 기계 저항을 증가시키기 위해서 서스펜션의 물질로서 에너지의 큰 내부 손실을 갖는 진동 억제 물질을 사용하는 것이다. 그러나, 전자기 댐핑 저항이 증가될 때, 자기 회로의 크기도 증가되고 이에 의해 작은 진동기를 실현하는 것이 곤란하다. 더욱이, 기계 저항이 증가될 때, 공진 레벨은 억제되고, 그럼으로써 큰 진동력을 얻기 위해 큰 전기 입력이 필요하게 되고, 따라서 진동기의 효율이 감소된다. 전술한 바와 같이, 비선형 서스펜션에 의해서는, 큰 진동력이 얻어질 수 있는 주파수 범위(Wb)는 전자기 댐핑저항이 크지 않을 때라도 서스펜션의 점핑 현상에 의해 넓어진다. 그러므로, 선형 서스펜션에 비해 비선형 서스펜션에 의해서는 작지만 큰 진동력을 제공할 수 있는 진동기를 실현할 수 있다. 그러나, 본 발명의 전술한 신호는 서스펜션의 선형성에 관계 없이 효과적이다.
진동 특성들은 입력 신호의 파형을 변화시킴으로써 쉽게 변경될 수 있다. 따라서, 여러 가지 진동들로 착신 호출을 사용자에게 경보할 수 있으며, 여러 가지 멜로디들이 링잉 톤들로서 사용된다. 예를 들면, 상이한 호출자에 대해 상이한 진동 모드를 사용할 수 있는 것이다.
도 26a는 비선형 서스펜션을 사용하는 진동기(6)에 입력될 것으로서 5Hz 간격으로 배열된 8 포인트 신호들을 포함하는 전압 신호의 파형을 도시한 것이다. 도 26b는 도 26a에 도시한 입력 신호에 응답하여 진동기(6)의 진동력 특성들의 파형을 도시한 것이다. 도 27a는 4Hz 간격들로 배열된 8 포인트 신호들을 포함하는 진동기(6)에 입력되는 전압 신호의 파형을 도시한 것이다. 도 27b는 도 27a에 도시한 입력 신호에 응답하여 진동기(6)의 진동력 특성들의 파형을 도시한 것이다. 도면들에 도시한 바와 같이, 진동력 특성들은 포인트 주파수들간 간격을 변경함으로써 변경될 수 있다. 따라서, 여러 가지 진동 모드들은 서로 쉽게 전환될 수 있다. 대안으로 진동모드는 포인트 주파수들의 수, 각 포인트 주파수 신호의 위상 등에 기초하여 변경될 수도 있다.
입력 신호는 연속한 것으로 도시되었다. 대안으로, 입력 신호는 인터럽트된 신호일 수도 있다. 이 경우, 진동 경보 신호는 반복하여 진동하며 진동을 멈추는데, 이것은 사람이 더 명료하게 인식할 수 있는 것이다.
(실시예 3)
본 발명의 실시예 3에 따른 전기기계 음향 변환기(200)를 도 28을 참고하여 기술한다. 실시예 1에서 이미 기술된 전기기계 음향 변환기(200)의 요소들에는 동일한 참조 부호들이 제공될 것이고 이하 더 기술하지 않는다. 실시예 1과 비교해 볼 때, 전기기계 음향 변환기(200)는 전기 신호 발생기(7) 외에 음향 신호 발생기(12)를 포함해서, 전기 신호 발생기(7)나 음향 신호 발생기(12) 중 하나로부터 전기 신호가 스위치(SW2)를 통해 진동기(6)에 선택적으로 제공된다.
전기 신호 발생기(7)는 안정된 진동들을 제공하기 위해서 스위프된 주파수 신호 혹은 복수의 포인트 주파수들로부터 얻어지는 합성된 신호를 발생시킨다. 부가적으로, 전기 신호 발생기(7)는 음성 신호 혹은 음악신호를 발생시킬 수 있다. 그러나, 이 경우, 회로 구성은 복잡해질 수 있다. 본 발명의 실시예 3은 다음과 같이 전기기계 음향 변환기(200)를 설계함으로써 이 문제를 해결한다. 진동 경보 신호가 재생될 때, 스위치(SW2)는 이를 통해 전기 신호 발생기(7)로부터 신호를 전송하도록 제어된다. 음악신호나 음성 신호와 같은 음향 신호가 재생될 때, 스위치(SW2)는 이를 통해 음향 신호 발생기(12)로부터 신호를 전송하도록 제어된다. 따라서, 회로구성을 단순화하면서 진동 경보 기능 및 사운드 경보 기능은 서로 분리된다.
전기 신호 발생기(7)는 의도된 신호 파형을 기록/재생할 수 있는 반도체 메모리와 같은 기록매체일 수 있으며, 대안으로 DSP(디지털 신호 프로세서)일 수도 있다.
(실시예 4)
본 발명의 실시예 4에 따른 휴대 단말 장치를 도 29 및 도 30을 참조하여 기술한다. 실시예 1에서 이미 기술된 휴대 단말 장치의 요소들에는 동일한 참조 부호들이 제공될 것이고 이하 더 기술하지 않는다. 도 29는 실시예 1에서 앞서 기술한 진동기(6)를 포함하는 본 발명의 예시적인 휴대 단말 장치인 휴대 전화(300)를 도시한 사시도이다. 도 30은 실시예 1의 진동기(6)를 사용하는 휴대 전화(300)의 주요한 부분을 도시한 블록도이다.
도 29을 참조하면, 진동기(6)는 휴대 전화(300)의 외장 케이스(13)에 부착된다. 도 30을 참조하면, 휴대 전화(300)는 안테나(14), 수신신호 처리부(15), 전기 신호 발생기(16), 및 수신 신호 처리부(15) 및 전기 신호 발생기(16)로부터 전기 신호들 중 한 신호를 선택적으로 진동기(6)에 전송하기 위한 스위치(SW3)를 포함한다.
다음에, 휴대 전화(300)의 동작에 대해 설명한다. 안테나(14)는 다른 휴대 전화(도시안됨)의 송신기로부터 착신 호출 신호를 수신한다. 착신 호출 신호는 착신 호출을 사용자에게 경보하는 수신 신호, 및 호출자로부터의 음성 신호를 포함한다. 수신 신호 처리부(15)는 착신 호출 신호를 처리하고 착신 호출을 사용자에게 경보하는 수신 신호에 응답하여 신호(K)를 발생시킨다. 신호(K)가 발생되었을 때, 보통 턴오프된(즉, 수신신호 처리부(15)나 전기 신호 발생기(16)에 접속되지 않는) 스위치(SW3)는 수신신호 처리부(15) 혹은 전기 신호 발생기(16)에 접속된다. 스위치(SW3)가 전기 신호 발생기(16)에 접속될 때, 실시예 1에 기술된 주파수 신호가 발생된다. 이 주파수 신호는 비선형 서스펜션에 의해 지지된 진동기(6)의 자기 회로부가 진동되게 하여, 휴대 전화(300)를 진동시킨다. 따라서, 진동기(6)는 진동 경보 신호를 발생하기 위한 진동기로서 기능한다. 전기 신호 발생기(16)가 링잉 톤을 발생할 때, 진동기(6)는 음향 신호를 재생하기 위한 스피커로서 기능한다. 착신 호출을 진동 경보 신호나 링잉 톤으로 통보 받은 수신자(사용자)가 휴대 전화(300)를 턴온할 때, 휴대 전화(300)는 호출을 수신할 준비가 되어 있고, 수신 신호 처리부(15)로부터의 신호(K)는 스위치(SW3)로 하여금 수신 신호 처리부(15)에 접속되도록 한다. 수신 신호 처리부(15)로부터의 신호는 호출자 음성 신호이다. 이어서, 진동기(6)는 수신자로서 기능한다. 대안으로, 진동기(6)는 휴대 단말장치로부터 분리될 수 있는 호출자의 음성을 재생하는 스피커일 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예 4에 따른 휴대 전화(300)로서, 스위프된 주파수 신호 혹은 복수의 포인트 주파수들로부터 얻어진 합성된 신호는 전기 신호 발생기(16)로부터 발생되어 진동기(6)에 제공될 수 있어, 진동기(6)로부터 큰 진동량을 효과적으로 사용하는 것을 가능하게 할 수 있다. 그러므로, 휴대 전화들에서는 중대한 문제인, 밧데리 전력 소비를 감소시킬 수 있다.
전술한 예에서, 링잉 톤은 전기 신호 발생기(16)에 의해 발생된다. 대안으로, 링잉 톤은 수신신호 처리부(15)로부터 신호에 기초하여 발생될 수 있다. 이러한 경우, 수신신호 처리부(15)는 링잉 톤, 호출자의 음성 신호 및 스피커 사운드 신호를 발생한다.
(실시예 5)
본 발명의 실시예 5에 따른 휴대 단말 장치를 도 31을 참조하여 설명한다.
도 31은 실시예 1에서 기술된 진동기(6)를 사용한 휴대 전화(400)의 주요한 부분을 도시한 블록도이다. 도 31에 도시되지는 않았지만, 진동기(6)는 실시예 4와 같이, 휴대 전화(400)의 본체에 부착된다. 도 31을 참조하면, 휴대 전화(400)는 안테나(14), 전기 신호 발생기(16), 수신 신호 처리부(17), 신호 합성부(18)를 포함한다. 휴대 전화(400)는 수신 신호 처리부(17)와 신호 합성부(18)간에 설치된 스위치(SW4), 전기 신호 발생기(16)와 신호 합성부(18)간에 설치된 스위치(SW5), 및 신호 합성부(18)와 진동기(6)간에 설치된 스위치(SW6)를 더 포함한다.
다음에, 휴대 전화(400)의 동작을 설명한다. 안테나(14)는 다른 휴대 전화(도시없음)의 송신기로부터 착신 호출 신호를 수신한다. 착신 호출 신호는 착신 호출을 사용자에게 경보하는 수신신호, 및 호출자로부터의 음성 신호를 포함한다. 수신 신호 처리부(17)는 착신 호출 신호를 처리하여 착신 호출을 사용자에게 경보하는 수신 신호에 응답하여 신호들(K1, K2, K3)을 발생시킨다. 신호들(K1, K2, K3)이 발생될 때, 스위치들(SW4, SW5, SW6)은 신호들(K1, K2, K3) 각각에 응답하여 턴온/오프된다.
신호들(K1, K2, K3)이 각각 오프 신호, 온 신호 및 온 신호일 때, 스위치들(SW4, SW5, SW6)이 그에 따라 각각 턴오프, 턴온 및 턴온되고, 이에 의해서 전기 신호 발생기(16)로부터 진동 신호는 신호 합성부(18)에 입력되며, 수신신호 처리부(17)로부터 신호는 스위치(SW4)에 의해 정지된다. 따라서, 신호 합성부(18)는 전기 신호 발생기(16)로부터의 진동 신호를 진동기(6)에 인가한다.
진동 신호에 의해서, 비선형 서스펜션에 의해 지지된 진동기(6)의 자기 회로부가 진동하게 되며, 그럼으로써 휴대 전화(400)를 진동시킨다. 따라서, 진동기(6)는 진동 경보 신호를 발생하는 진동기로서 기능한다.
신호들(K1, K2, K3)이 각각 온신호, 오프 신호 및 온 신호일 때, 스위치들(SW4, SW5, SW6)은 그에 따라 각각 턴온, 턴오프 및 턴온되고, 이에 의해서 수신 신호 처리부(17)로부터 음향 신호는 신호 합성부(18)에 입력되며, 전기 신호 발생기(16)로부터 신호는 스위치(SW5)에 의해 정지된다. 따라서, 신호 합성부(18)는 수신 신호 처리부(17)로부터의 음향 신호를 진동기(6)에 인가한다. 이 경우, 진동기(6)는 음향 신호를 재생하기 위해 스피커로서 기능한다. 구체적으로, 진동기(6)는 링잉 톤 발생기, 수신기 혹은 스피커로서 기능한다.
신호들(K1, K2, K3)이 모두 온 신호일 때, 스위치들(SW4, SW5, SW6)은 모두 턴온되고, 이에 의해서 수신신호 처리부(17)로부터의 음향 신호 및 전기 신호 발생기(16)로부터 진동 신호는 동시에 신호 합성부(18)에 입력되며, 이 신호 합성부(18)는 이때 합성된 신호를 제공하기 위해 음향 신호 및 진동 신호를 합성하며, 이 합성된 신호는 진동기(6)에 인가된다. 따라서, 진동기(6)는 착신 호출을 사용자에게 경보하는 진동 및 사운드를 생성할 수 있다. 대안으로, 제 1 호출자와 통화하면서 제 2 호출자로부터의 호출을 사용자가 수신할 때, 진동기(6)는 사용자에게 제 2 호출자로부터의 착신 호출을 진동으로 경보할 수 있다. 이러한 진동은 제 1 호출자의 음성에 간섭하지 않는다. 따라서, 사용자가 이미 통화중에 있을 때 통화중 사운드 품질을 저하시키지 않고, 제 2 호출을 수신할 수 있는 휴대단말 장치를 실현할 수 있다.
상기 실시예들 1-5에서, 진동기(6)는 자장에 삽입되는 음성 코일에서 발생되는 자력을 이용하는 동전기식 변환기이다. 대안으로, 진동기(6)는 전술한 바와 같이 변환기가 비선형 진동력 특성들을 제공할 수 있는 한, 압전기 변환기, 전자석 변환기, 등일 수도 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 전기기계 음향 변환기는 넓은 주파수 대역에서 큰 진동력을 얻기 위해서, 비선형 서스펜션을 포함하는 진동기를 포함한다. 또한 선형 서스펜션이 사용될 때, 복수의 포인트 주파수들을 함께 더함으로써 얻어진 합성된 신호가 입력될 수 있어서, 진동기의 진동 특성들의 변화에 기인한 진동력 변화를 실제로 제거하고 이를 위한 구동 회로를 단순화시킬 수 있어, 안정된 진동력이 항시 얻어질 수 있다. 그러므로, 본 발명의 전기기계 음향 변환기는 회로구성을 단순화하면서 전력소비를 줄여 휴대 전화의 크기 및 무게를 감소시킴으로서 휴대 전화에 사용될 수 있다.
본 발명의 범위 및 정신으로부터 벗어남이 없이 이 분야에 숙련된 자들에 의해 여러 가지 다른 수정예들이 명백해질 것이며, 쉽게 행해질 수 있다. 따라서, 본 명세서에 첨부된 청구범위들은 본 명세서에 개시된 설명으로 한정되지 않으며, 넓게 해석되게 한 것이다.
본 발명의 전기기계 음향 변환기는 넓은 주파수 대역에서 큰 진동력을 얻기 위해서 비선형 서스펜션을 포함하는 진동기를 포함한다. 또한 선형 서스펜션이 사용될 때, 복수의 포인트 주파수들을 함께 더함으로써 얻어진 합성된 신호가 입력될 수 있어서, 진동기의 진동 특성들의 변화에 기인한 진동력 변화를 실제로 제거하고 이를 위한 구동 회로를 단순화시킬 수 있어, 안정된 진동력이 항시 얻어질 수 있다. 그러므로, 본 발명의 전기기계 음향 변환기는 회로구성을 단순화하면서 전력소비를 줄여 휴대 전화의 크기 및 무게를 감소시킴으로서 휴대 전화에 사용될 수 있다.

Claims (48)

  1. 공진 주파수에서 공진하는 기계식 진동 시스템을 갖는 진동기와, 상기 진동기를 구동하는 구동 회로를 구비하는 전기 기계 음향 변환 장치에 있어서,
    상기 구동 회로는, 상기 공진 주파수를 포함하는 주파수 영역에 포함되는 주파수를 갖는 적어도 2개의 신호를 상기 진동기에 출력하고,
    상기 진동기는, 전기 신호를 사운드 및 진동 중 적어도 하나로 변환하는, 전기 기계 음향 변환 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 2개의 신호는 상기 공진 주파수보다 더 낮은 주파수를 갖는 제 1 신호와 상기 공진 주파수보다 더 높은 주파수를 갖는 제 2 신호를 포함하는, 전기기계 음향 변환 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 2개의 신호는 제 1 신호와 제 2 신호를 포함하고,
    상기 구동 회로는 상기 제 1 신호와 상기 제 2 신호를 가산한 합성 신호를 상기 진동기에 출력하는, 전기기계 음향 변환 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 2개의 신호는 제 1 신호와 제 2 신호를 포함하고,
    상기 구동 회로는 상기 제 1 신호와 상기 제 2 신호를 위상을 변경하여 가산한 합성 신호를 상기 진동기에 출력하는, 전기기계 음향 변환 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 2개의 신호는 제 1 신호와 제 2 신호를 포함하고,
    상기 제 1 신호와 상기 제 2 신호 중 적어도 하나는 정현파 신호를 포함하는, 전기기계 음향 변환 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 2개의 신호는 제 1 신호와 제 2 신호를 포함하고,
    상기 제 1 신호와 제 2 신호 중 적어도 하나는 직사각형파 신호를 포함하는, 전기기계 음향 변환 장치.
  7. 제 3 항에 있어서, 상기 구동 회로는 상기 합성 신호의 출력 전압의 피크를 제한하는 리미터를 포함하는, 전기기계 음향 변환 장치.
  8. 제 3 항에 있어서, 상기 합성 신호는 정현파 신호이고,
    상기 합성 신호는 서로 인접하는 2개의 주파수 신호를 1쌍의 신호로 하여, 제 1 쌍은 역상으로 하여 합성하고, 제 2 쌍은 정상으로 합성하고, 상기 제 1 쌍, 제 2 쌍의 신호를 또한 1쌍의 조합으로 하여 복수 개, 이것을 합성하여 구성되는 주파수 신호인, 전기기계 음향 변환 장치.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 진동기는 자기 회로부와 적어도 1개의 서스펜션을 포함하는, 전기기계 음향 변환 장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 서스펜션은 선형 서스펜션을 포함하는, 전기기계 음향 변환 장치.
  11. 제 1 항에 있어서, 구동 회로는 진동의 주파수 신호 혹은 사운드의 전기 음향 신호를 발생하는 전기 신호 발생 장치인, 전기기계 음향 변환 장치.
  12. 공진 주파수에서 공진하는 기계식 진동 시스템을 갖는 진동기와, 상기 진동기를 구동하는 구동 회로를 구비하는 전기 기계 음향 변환 장치에 있어서,
    상기 기계식 진동 시스템은, 소정의 주파수 범위에서 주파수의 상승과 하강에서 상이한 진동력 주파수 특성을 갖고,
    상기 주파수 범위는, 상기 주파수 범위에서 가장 낮은 주파수를 나타내는 저역 한계 주파수와 상기 주파수 범위에서 가장 높은 주파수를 나타내는 고역 한계 주파수를 포함하고,
    상기 구동 회로는, 상기 주파수 범위에 포함되는 주파수를 갖는 제 1 신호와, 상기 저역 한계 주파수보다 낮은 주파수를 갖는 제 2 신호를 상기 진동기에 출력하고,
    상기 제 2 신호는, 상기 제 1 신호와 동시이거나 혹은 그 이전에 상기 진동기에 출력되고, 상기 진동기는, 전기 신호를 사운드와 진동 중 적어도 하나로 변환하는, 전기 기계 음향 변환 장치.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 진동기는 자기 회로부와 적어도 1개의 서스펜션을 포함하는, 전기기계 음향 변환 장치.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 서스펜션은 비선형 서스펜션을 포함하는, 전기기계 음향 변환 장치.
  15. 제 13 항에 있어서, 상기 서스펜션은 스티프니스(S)를 변위(X)의 다차 함수로 나타낸 경우, X2항이 값을 갖는, 전기기계 음향 변환 장치.
  16. 제 12 항에 있어서, 구동 회로는 진동의 주파수 신호 혹은 사운드의 전기 음향 신호를 발생하는 전기 신호 발생 장치인, 전기기계 음향 변환 장치.
  17. 제 12 항에 있어서, 상기 제 2 신호는 주파수가 연속적으로 변화하는 스위프된 신호를 포함하는, 전기기계 음향 변환 장치.
  18. 제 12 항에 있어서, 상기 제 2 신호는 복수 개의 포인트 주파수 신호를 포함하는, 전기기계 음향 변환 장치.
  19. 제 12 항에 있어서, 상기 제 1 신호와 상기 제 2 신호의 적어도 하나는 주파수가 낮은 쪽으로부터 높은 쪽으로 변화하는 상승 신호를 포함하는, 전기기계 음향 변환 장치.
  20. 제 12 항에 있어서, 상기 제 1 신호는 주파수가 연속적으로 변화하는 스위프된 신호를 포함하고, 상기 제 1 신호는 상승으로부터 하강으로의 제 1 전환 주파수와 하강으로부터 상승으로의 제 2 전환 주파수를 갖고,
    상기 제 1 전환 주파수는 상기 고역 한계 주파수보다 낮고,
    상기 제 2 전환 주파수는 상기 저역 한계 주파수보다 높은, 전기기계 음향 변환 장치.
  21. 제 12 항에 있어서, 상기 제 1 신호는 적어도 1개의 포인트 주파수 신호를 포함하는, 전기기계 음향 변환 장치.
  22. 제 12 항에 있어서, 상기 구동 회로는 상기 제 1 신호와 상기 제 2 신호를 가산한 합성 신호를 상기 진동기에 출력하는, 전기기계 음향 변환 장치.
  23. 제 12 항에 있어서, 상기 구동 회로는 상기 제 1 신호와 상기 제 2 신호를 위상를 변경하여 가산한 합성 신호를 상기 진동기에 출력하는, 전기기계 음향 변환 장치.
  24. 제 12 항에 있어서, 상기 제 1 신호와 상기 제 2 신호 중 적어도 하나는 정현파 신호를 포함하는, 전기기계 음향 변환 장치.
  25. 제 12 항에 있어서, 상기 제 1 신호와 상기 제 2 신호 중 적어도 하나는 직사각형파 신호를 포함하는, 전기기계 음향 변환 장치.
  26. 제 22 항에 있어서, 상기 구동 회로는 상기 합성 신호의 출력 전압의 피크를 제한하는 리미터를 포함하는, 전기기계 음향 변환 장치.
  27. 제 23 항에 있어서, 상기 합성 신호는 정현파 신호이고,
    상기 합성 신호는 서로 인접하는 2개의 주파수 신호를 1쌍의 신호로 하여, 제 1 쌍은 역상으로 하여 합성하고, 제 2 쌍은 정상으로 합성하고, 상기 제 1 쌍, 제 2 쌍의 신호를 또한 1 쌍의 조합으로 하여 복수 개, 이것을 합성하여 구성되는 주파수 신호인, 전기기계 음향 변환 장치.
  28. 삭제
  29. 삭제
  30. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 2개의 신호는, 상기 공진 주파수보다도 낮은 주파수를 갖는 제 1 신호와 상기 공진 주파수보다도 높은 주파수를 갖는 제 2 신호를 포함하며,
    상기 구동 회로는, 상기 제 1 신호와 상기 제 2 신호를 가산한 합성 신호를 상기 진동기에 출력하고,
    상기 구동 회로는, 상기 제 1 신호의 주파수, 상기 제 2 신호의 주파수, 상기 제 1 신호의 주파수와 상기 제 2 신호의 주파수 사이의 주파수 간격, 상기 제 1 신호의 위상, 상기 제 2 신호의 위상, 상기 제 1 신호의 전압 레벨, 상기 제 2 신호의 전압 레벨 중 1개를 변화시킴으로써, 상기 합성 신호를 선택적으로 변화시키는, 전기 기계 음향 변환 장치.
  31. 삭제
  32. 제 12 항에 있어서, 상기 구동 회로는 상기 제 1 신호와 상기 제 2 신호를 가산한 합성 신호를 상기 진동기에 출력하고,
    상기 구동 회로는, 상기 제 1 신호의 주파수, 상기 제 2 신호의 주파수, 상기 제 1 신호의 주파수와 상기 제 2 신호의 주파수 사이의 주파수 간격, 상기 제 1 신호의 위상, 상기 제 2 신호의 위상, 상기 제 1 신호의 전압 레벨, 상기 제 2 신호의 전압 레벨 중 1개를 변화시킴으로써, 상기 합성 신호를 선택적으로 변화시키는, 전기기계 음향 변환 장치.
  33. 공진 주파수에서 공진하는 기계식 진동 시스템을 갖는 진동기와,
    착신 신호를 수신하는 안테나와,
    상기 착신 신호를 신호 처리하여 전기 신호를 상기 진동기에 출력하는 수신 신호 처리 수단과,
    상기 진동기를 구동하는 구동 회로를 구비하고,
    상기 구동 회로는 상기 공진 주파수를 포함하는 주파수 영역에 포함되는 주파수를 갖는 적어도 2개의 신호를 상기 진동기에 출력하는, 휴대 단말 장치.
  34. 삭제
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  40. 소정의 진동력 주파수 특성을 갖는 기계식 진동 시스템을 갖는 진동기와 착신 신호와 수화 신호를 수신하는 안테나와,
    상기 착신 신호를 신호 처리하여 전기 신호를 상기 진동기에 출력하는 수신 신호 처리 수단과.
    상기 진동기를 구동하는 구동 회로를 구비하고,
    상기 기계식 진동 시스템은 소정의 주파수 범위에서 주파수의 상승과 하강에서 상이한 진동력 주파수 특성을 갖고,
    상기 주파수 범위는 상기 주파수 범위에서 가장 낮은 주파수를 나타내는 저역 한계 주파수와 상기 주파수 범위에서 가장 높은 주파수를 나타내는 고역 한계 주파수를 포함하며,
    상기 구동 회로는 상기 주파수 범위에 포함되는 주파수를 갖는 제 1 신호와, 상기 저역 한계 주파수보다 낮은 주파수를 갖는 제 2 신호를 상기 진동기에 출력하고,
    상기 제 2 신호는 상기 제 1 신호와 동시이거나 혹은 그 이전에 상기 진동기에 출력되는, 휴대 단말 장치.
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  45. 제 2 항에 있어서, 상기 적어도 2개의 신호는 제 1 신호와 제 2 신호를 포함하고,
    상기 구동 회로는 상기 제 1 신호와 상기 제 2 신호를 가산한 합성 신호를 상기 진동기에 출력하는, 전기기계 음향 변환 장치.
  46. 제 2 항에 있어서, 상기 적어도 2개의 신호는 제 1 신호와 제 2 신호를 포함하고,
    상기 구동 회로는 상기 제 1 신호와 상기 제 2 신호를 위상을 변경하여 가산한 합성 신호를 상기 진동기에 출력하는, 전기기계 음향 변환 장치.
  47. 제 2 항에 있어서, 상기 적어도 2개의 신호는 제 1 신호와 제 2 신호를 포함하고,
    상기 제 1 신호와 상기 제 2 신호의 적어도 하나는 정현파 신호를 포함하는, 전기기계 음향 변환 장치.
  48. 제 2 항에 있어서, 상기 적어도 2개의 신호는 제 1 신호와 제 2 신호를 포함하고,
    상기 제 1 신호와 상기 제 2 신호의 적어도 하나는 직사각형파 신호를 포함하는, 전기기계 음향 변환 장치.
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