KR100542177B1 - 단일지향성 콘덴서 마이크로폰 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전방에서 입사되는 음에만 반응하는 단일지향성 콘덴서 마이크로폰에 관한 것으로, 케이스 내부 저면에 진동막과 스페이서 및 절연링이 차례로 적층되고, 상기 절연링 내부에 백일렉트릿이 스페이서와 대면하여 삽입되며, 상기 절연링 내측상부에 끼워지는 금속링 상부에 인쇄회로기판이 적층된 한편, 상기 절연링 내부에 두께가 50~400㎛정도로 초박형이고, 기공사이즈가 0.025~15㎛인 위상지연필터가 삽입되어, 초박형이면서도 필터기능이 검증된 초박형의 위상지연필터를 이용하므로써 양산성을 확보하고, 마이크로폰의 내부구조를 조건에 맞게 다양하게 변형할 수 있도록 한 것이다.

마이크로폰, 콘덴서, 지향성, 필터, 금속링

Description

단일지향성 콘덴서 마이크로폰{AN UNIDIRECTIONAL CONDENSER MICROPHONE}

도 1은 종래의 단일지향성 콘덴서 마이크로폰의 종단면도,

도 2a는 본 발명에 따른 단일 지향성 콘덴서 마이크로폰의 분리사시도,

도 2b는 본 발명에 따른 단일 지향성 콘덴서 마이크로폰의 조립 종단면도,

도 3a는 본 발명에 따른 단일지향성 콘덴서 마이크로폰의 일실시례를 나타낸 종단면도,

도 3b는 본 발명의 제2실시례를 도 3a와 같이 나타낸 종단면도,

도 3c는 본 발명의 제3실시례를 도 3a와 같이 나타낸 종단면도,

도 3d는 본 발명의 제4실시례를 도 3a와 같이 나타낸 종단면도,

도 3e는 본 발명의 제5실시례를 도 3a와 같이 나타낸 종단면도,

도 4는 본 발명에 따른 콘덴서 마이크로폰의 지향응답특성도,

도 5는 본 발명에 따른 콘덴서 마이크로폰의 주파수응답특성도,

도 6a는 본 발명의 제6실시례를 도 3a와 같이 나타낸 종단면도,

도 6b는 본 발명의 제7실시례를 도 3a와 같이 나타낸 종단면도,

도 6c는 본 발명의 제8실시례를 도 3a와 같이 나타낸 종단면도,

도 6d는 본 발명의 제9실시례를 도 3a와 같이 나타낸 종단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

100 : 마이크로폰 101 : 케이스

102 : 전면음향홀 103 : 진동막

104 : 스페이서 105 : 절연링

106 : 백일렉트릿

107,117a,117b,118a,118b,119a,119b,119c : 금속링

108 : 전계효과트랜지스터 109 : 인쇄회로기판

110 : 후면음향홀 111 : 위상지연필터

112 : 폴러링 113 : 음파유입홀

114 : 음향챔버 114a : 백챔버

115,116a,116b : 걸림턱

121,122,123a,123b,124 : 제1,2,3,4 스페이서링

본 발명은 콘덴서 마이크로폰에 관한 것으로, 특히 일정방향으로 입사되는 음만을 큰 출력으로 재생시키며 일정 방향 이외의 음은 감쇠 출력시키는 단일 지향성 콘덴서 마이크로폰에 관한 것이다.

일반적으로 콘덴서 마이크로폰은 음파에 의한 막의 진동으로 정전용량이 변 하는 것을 이용하여 음성을 전기적인 신호로 변환시키는 데 사용하는 것으로, 입사하는 음파의 입사각도에 의한 감도변화를 나타내는 지향성에 따라 크게 무지향성과 양지향성 및 단일 지향성으로 구분되어진다.

여기서, 단일 지향성 콘덴서 마이크로폰(10)은 전방으로부터의 일정한 방향으로만 반응하는 것으로서, 종래에는 도 1에 나타낸 바와 같이, 케이스(11) 내부 저면에 진동막(12)과 스페이서(13) 및 절연링(14)이 차례로 적층되어 있고, 상기 절연링(14) 내부에 배면전극이라고도 불리는 백일렉트릿(Back electret; 15)이 상기 스페이서(13)와 대면하여 삽입되어 있고, 상기 절연링(14) 내측상부에 끼워지는 금속링(Metal Ring; 16) 상부에는 인쇄회로기판(17)이 적층되어 있다.

그리고, 상기 백일렉트릿(15)과 금속링(16)사이에는 위상지연필터(18)가 삽입되어 있고, 이 위상지연필터(18)는 하면이 상기 백일렉트릿(15)과 면접됨과 더불어 상기 금속링(16)에 의해 상면 가장자리가 하방으로 눌려져 기구적으로 고정되며, 그 재질로는 폴리에틸렌계 수지소결제품 혹은 동소결제품을 사용하였다.

그런데, 상기한 위상지연필터(18)는 위상지연필터로서 폴리에틸렌계 수지소결제품을 사용하는 경우 통기도를 확보하기 위해서 그 두께(약 2mm정도)가 두꺼워지거나 기존의 마이크로폰(10) 내부의 음향챔버가 작아져 음향성능이 저하되는 문제점이 있고, 동소결제품을 사용하는 경우에도 두께 증가에 의한 문제점과 아울러 통기도의 확보가 어려울 뿐만 아니라 양산성도 떨어진다는 문제점이 있었다.

또한, 두꺼운 위상지연필터(18)를 고정 및, 백일렉트릿(15)과 인쇄회로기판(17) 상호간의 도전성 확보를 위하여 기존의 마이크로폰(10) 내부구조의 배치가 제한적이라는 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 초박판이면서도 통기도와 양산성이 우수한 위상지연필터를 사용하여 지향성을 부여하므로써, 음향챔버를 충분히 확보하여 음향특성의 저하를 방지할 수 있고, 마이크로폰의 내부구조를 다양하게 변형시킬 수 있도록 한 단일지향성 콘덴서 마이크로폰을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 단일지향성 콘덴서 마이크로폰은, 케이스 내부 저면에 진동막과 스페이서 및 절연링이 차례로 적층되고, 상기 절연링 내부에 백일렉트릿이 상기 스페이서와 대면하여 삽입되며, 상기 절연링 내측상부에 끼워지는 금속링 상부에는 후면음향홀이 형성된 인쇄회로기판이 적층된 한편, 상기 절연링내부에 상기 후면음향홀을 통해 유입된 후면음을 감쇠시키기 위한 위상지연필터가 삽입되어 있으되, 상기 위상지연필터는 초박형의 불소수지계, 아크릴계, 셀룰로오즈계, 폴리이미드계, 폴리에스테르계, 글래스파이버, 실리카계 제품중 어느 하나를 선택하여 사용하므로써, 마이크로폰의 내부구조를 다양하게 변화시킬 수 있게 되는 것이다.

또한, 위와 같은 위상지연필터는 박판형이면서도 필터로서의 통기도를 확보 할 수 있으므로써, 음향챔버 감소에 의한 음향특성의 저하도 방지할 수 있게 된다.

이하 본 발명의 바람직한 실시례를 첨부한 예시도면을 참조하여 자세히 설명하기로 한다.

도 2a는 본 발명에 따른 단일 지향성 콘덴서 마이크로폰의 분리사시도이고, 도 2b는 본 발명에 따른 단일 지향성 콘덴서 마이크로폰의 조립 종단면도이다.

도시된 바와 같이 본 발명의 마이크로폰(100)은, 케이스(101) 내부 저면에 진동막(103)과 스페이서(104)가 적층되어 있고, 상기 스페이서(104) 상면에 절연링(105)이 적층되어 있다.

상기 절연링(105) 내부에는 백일렉트릿(106)이 상기 스페이서(104)와 대면하여 삽입되어 있으며, 상기 절연링(105) 내측상부에 금속링(107)과 위상지연필터(111)가 끼워져 있다.

상기 금속링(107) 상부에는 그 저면에 전계효과트랜지스터(FET; 108)를 구비한 인쇄회로기판(109)이 적층되어 있고, 상기 인쇄회로기판(109)에는 후면음이 통과하는 후면음향홀(110)이 형성되어 있다.

상기 위상지연필터(111)는 후면음향홀(110)과 후술할 음파유입홀(113)사이에 끼워져 후면음향홀(110)을 통하여 유입되어 음파유입홀(113)쪽으로 유입되는 후면음은 위상이 180도 지연되어, 전방 음향홀을 통과한 음과 상쇄됨으로서 단일 지향특성을 가질 수 있도록 되어 있다.

이하 구성요소별로 자세히 설명하면 다음과 같다.

상기 케이스(101)는 마이크로폰(100)의 각 구성요소를 밀봉/압착하여 일체화 시켜 외부로부터 이물질이나 전기적 잡음의 유입을 방지하는 역할을 하는 것으로, 그 재질은 통상 알루미늄 재질로 이루어지고, 형상은 원통형상으로 되어 있으며, 전면(도면에서 저면)에는 전면음향홀(102)이 다수개 형성되어, 마이크로폰(100) 전방으로부터의 유입되는 전면음이 통과할 수 있도록 되어 있다.

상기 진동막(103)은 통상 PET 또는 PPS필름에 금(Au), 니켈(Ni)등을 진공증착하여 형성된 것으로, 대면된 상기 백일렉트릿(106)과 미세한 간격을 유지한 상태에서 음파에 의해 진동하여 거리변화를 일으키면 그 거리변화가 전기적인 정전용량의 변화로 일어나도록 하는 작용을 하며, 폴러링(112)에 의해 케이스(101)의 내측저면에 지지된다.

상기 스페이서(104)에 의해 상기 진동막(103)과 일정한 간격만큼 이격된 위치에 백일렉트릿(106)이 적층되어 있고, 그 가장자리는 상기 금속링(107) 하단과 면접되면서 눌려져 있으며, 그 외주연은 상기 절연링(105) 내주연에 면접되어 있다.

이러한 백일렉트릿(106)은 소정위치에 음파유입홀(113)이 하나 이상 형성되어 있고, 통상적으로 동판 또는 SUS판에 FEP필름이 접착된 패널을 프레스금형으로 타발하여 제조되고, 수KV의 고전압으로 대전되어 배극판 역할을 행하게 되는 바, 그 대전 전위는 해당하는 지향성 마이크로폰(100)의 감도를 결정하게 된다.

상기 위상지연필터(111)는 음에 대한 저항체로서, 후면음향홀(110)을 거쳐 음향챔버(114)로 유입된 후면음을 상기 백일렉트릿(106)의 음파유입홀(113)로 유입되기 전에 감쇠시켜 마이크로폰(100)에 대해 전면지향특성을 갖도록 하는 것이다.

여기서, 상기 위상지연필터(111)의 재질은, 음의 감쇠능력이나 통기성 등에서 품질을 검증받은 공지의 불소수지계, 아크릴계, 셀룰로오즈계, 폴리이미드계, 폴리에스테르계, 글래스파이버, 실리카계 필터중 어느 하나를 선택하여 사용할 수 있다.

상기 위상지연필터(111)는 우수한 지향특성과 그 두께에 의한 음향챔버(114)의 감소를 최소화하기 위해 두께가 50∼400㎛ 정도의 초박형이고, 기공의 크기를 0.025~15㎛ 정도로 하는 것이 바람직하다.

상기 불소수지계로서는 폴리테트라플로로에틸렌(Polytetrafluorethyelene; PTFE), 퍼플로로알콕시(Perfluoroalkoxy; PFA), 폴리비닐리덴플로라이드(Polyviny lidene fluoride; PVDF) 필터중 어느 하나를 선택하여 사용할 수 있다.

아크릴수지계로서는 폴리메틸메타크릴레이트(Polymethylmethacylate; PMMA), 폴리메틸아크릴레이트(Polymethtylacylate; PMA), 폴리아크릴로니트릴(Polyacrylon trile; PNA) 필터중 어느 하나를 선택하여 사용할 수 있다.

셀룰로오즈계로서는 셀룰로오즈(cellulose), 셀룰로오즈 나이트레이트 (Cellulose nitrate), 셀룰로오즈 아세테이트(Cellulose acetate) 필터중 어느 하나를 선택하여 사용할 수 있다.

한편, 상기 스페이서(104)는 상기 진동막(103)과 상기 백일렉트릿(106)의 사 이에 개재되어 상호 일정한 간격을 유지시키는 간극체 및 전기절연체 역할을 하게 되고, 대개 PET필름을 프레스금형으로 타발하여 제조된다.

상기 금속링(107)은 전계효과트랜지스터(108)의 게이트와 상기 백일렉트릿(106)을 전기적으로 연결시키는 기능을 갖는 것으로, 통상 황동을 프레스타발한 다음 금으로 도금하여 제조된다.

상기 절연링(105)은 내부에 상기 백일렉트릿(106)과 상기 금속링(107)이 삽입되며, 기구적 지지물 및 절연체로서 작용하게 되고, 통상 ABS 또는 PBT(Polybutylene Terephthalate)재질로 사출성형해서 제조된다.

상기 전계효과트랜지스터(108)는 상기 백일렉트릿(106)에 의해 검출되는 전기적 용량변화를 임피던스의 변화로 출력하여 후단의 증폭기(도시하지 않음)에 변화신호를 전달하는 임피던스 컨버터로서 기능을 하는 것으로, 인쇄회로기판(109) 저면에 설치되어 있다.

상기 인쇄회로기판(109)은 마이크로폰(100)의 후면 커버 및 출력단자 역할을 수행하는 것으로, 그 용도에 따라 접촉형, 핀형 및 납땜형으로 구분되며, 소정위치에 다수개의 마이크로폰(100) 후방으로부터의 음(후면음)이 유입되는 후면음향홀(110)이 형성되어 있다.

상기 위상지연필터(111)는 전술한 바와 같이, 두께가 초박형이면서도 통기도와 강도가 우수하기 때문에, 마이크로폰(100) 내부의 구조는 도 3a 내지 도 3e에 나타낸 바와 같이 다양하게 변화시킬 수 있다.

3a와 도 3b는 금속링(107)에 걸림턱을 형성하여 위상지연필터(111)를 고정하는 것을 나타낸 것으로, 도 3a는 금속링(107)내주면에 하단으로부터 위상지연필터(111)의 두께에 해당하는 높이에 원주방향으로 걸림턱(115)를 형성하여 하단에 위상지연필터(111)를 고정할 수 있도록 되어 있다. 여기서 위상지연필터(111)는 백일렉트릿(106)과 면접되어 있다.

도 3b는 금속링(107) 내주면 중간부위에 일정간격을 두고 두개의 걸림턱(116a,116b)이 원주방향으로 형성되고, 이 걸림턱(116a,116b)사이에 상기 위상지연필터(111)의 상하 가장자리 부분이 걸리어 고정되도록 되어 있다. 여기서, 상기 위상지연필터(115)는 백일렉트릿(106)과 소정 간격만큼 이격설치되어 백챔버(114a)를 형성하는 바, 이러한 백챔버(114a) 형성에 의해 우수한 주파수응답특성을 얻을 수 있게 된다.

도 3c 내지 도 3e는 금속링(107)을 내경이 다르게 다수개로 분할 제작하여 위상지연필터(111)을 견고하게 고정하고 간단하게 조립할 수 있도록 한 것이다.

도 3c는 상기 금속링(107)을 상하 두개의 금속링(117a,117b)으로 구성한 것으로, 상부금속링(117a)은 그 내경을 위상지연필터(111)의 외경보다 작게 하여 하단에서 위상지연필터(111)의 가장자리를 하방으로 눌러 고정하도록 되어 있고, 하부금속링(117b)은 상하면이 상기 상부금속링(117a)과 백일렉트릿(106)과 면접되게 끼워져 있음과 더불어 그 내경이 위상지연필터(111)의 외경보다 약간 크게 형성되어 내부에 위상지연필터(111)을 수용할 수 있도록 되어 있다.

도 3d는 상기 금속링(107)을 상중하 세개의 금속링(118a,118b,118c)으로 구성한 것으로, 상하부 금속링(118a,118c)은 그 내경을 위상지연필터(111)의 외경보다 작게 하여 하상단에서 위상지연필터(111)의 가장자리를 하상방으로 눌러 고정하도록 되어 있고, 중앙금속링(118b)은 상기 상하부 금속링(118a,118c) 사이에 삽입적층되고 그 내경이 위상지연필터(111)의 외경보다 약간 크게 형성되어 내부에 위상지연필터(111)을 수용할 수 있도록 되어 있다. 여기서, 상기 위상지연필터(111)는 하부금속링(118c)의 두께만큼 백일렉트릿(106)과 이격되어 백챔버(114a)를 형성하는 바, 이와 같이 형성된 백챔버(114a)는 우수한 주파수응답특성을 얻을 수 있도록 한다.

도 3e는 상기 금속링(107)을 도 3c에 나타낸 바와 같이 상하 두개의 금속링(119a,119b)으로 구성하여 위상지연필터(111)를 고정하고, 백일렉트릿(106) 상단에 원주방향으로 챔버턱(106a)을 두어 상기 위상지연필터(111)와 백일렉트릿(106)사이에 백챔버(114a)를 형성할 수 있도록 되어 있다.

도 2b를 참조하여 본 발명의 작용에 대해 설명하면, 케이스(101) 전방으로부터 유입되는 전면음은 상기 케이스(101)의 전면음향홀(102)로 유입되어 진동막(103)을 진동시키게 되고, 이 진동막(103)의 진동에 의해 상기 백일렉트릿(106)과의 사이에 거리변화가 생기면 그 거리변화에 대한 정전용량의 변화가 상기 금속링(107)을 매개로 전계효과트랜지스터(108)에서 검출되어 음성신호를 검출하게 된다.

반면, 케이스(101) 후방으로부터 유입되는 후면음은 상기 인쇄회로기판(109) 의 후면음향홀(110)과 음향챔버(114)를 통과한 후 음파저항체로서의 상기 위상지연필터(111)를 직접 통과하면서 위상이 180도 지연되고, 그 위상이 지연된 음파가 상기 백일렉트릿(106)의 음파유입홀(113) 통과하여 상기 진동막(103)을 진동시키게 된다.

따라서, 후면음과 전면음과 상쇄되어, 단일지향성의 특성을 갖게 되는 바, 이러한 단일지향성 마이크로폰(100)은 도 4에 도시된 지향특성과 도 5와 같은 주파수응답 특성을 보이게 된다.

본 발명은 상기한 실시례에 국한되지 않고, 본 발명의 기술적 사상이 허용되는 범위에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있음은 물론이다.

예컨데, 도 6a는 본 발명의 제6실시례로서, 금속링(107)내부에 별도의 제1스페이서링(121)을 삽입하여, 하면이 상기 백일렉트릿(106)에 면접된 위상지연필터(111)의 가장자리를 하방으로 눌러 견고하게 고정할 수 있도록 되어 있다.

도 6b는 본 발명의 제7실시례로서, 금속링(107) 내주면에 제2스페이서링(122)을 상기 백일렉트릿(106)과 면접되게 삽입하고, 상기 제2스페이서링(122)위에 상기 위상지연필터(111)를 적층 혹은 일체화한 것이다.

즉, 상기 백일렉트릿(106)과 위상지연필터(111)사이에 제2스페이서링(122)을 개재하여 백챔버(114a)를 형성하므로써, 주파수응답특성을 향상시킬 수 있게 된다.

도 6c는 본 발명의 제8실시례로서, 상기 금속링(107)을 내부에 2개의 제3스페이서링(123a,123b)을 삽입하고, 두개의 제3스페이서링(123a,123b)사이에는 위상지연필터(111)가 삽입 고정되어 있다.

이에 따라, 위상지연필터(111)는 견고하게 고정되어짐과 더불어 백일렉트릿 (106)사이에 백챔버(114a)를 형성하므로써 주파수음답특성을 향상시킬 수 있게 된다.

도 6d는 본 발명의 제9실시례로서, 상기 금속링(107)과 백일렉트릿(106)사이에 상기 금속링(107)의 내경보다 더 작은 내경을 갖는 도전성의 제4스페이서링 (124)이 삽입되어 있고, 제4스페이서링(124) 내주면 가장자리 상부에 상기 위상지연필터(111)가 부착되어 있다. 이에 따라, 위상지연필터(111)는 제4스페이서링(124)만큼 이격되게 배치되어 백일렉트릿(106) 사이에 백챔버(114a)를 형성하게 되는 것이다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 단일 지향성 콘덴서 마이크로폰에 의하면, 초박형이면서도 통기성과 필터기능이 우수한 위상지연필터를 사용하여 지향성을 부여하므로써, 위상지연필터의 삽입에 의한 음향챔버의 감소를 최소화하여 음향특성의 저하를 방지할 수 있게 된다.

그리고, 박판형 위상지연필터를 사용하므로써 마이크로폰의 내부구조를 지향 및 음향특성에 맞도록 다양하게 변형하여 제작할 수 있게 된다.

한편, 음향저항체로서 이미 품질이 검증된 기존의 이화학용 또는 산업용 필 터를 사용하므로써 대량생산에도 기여할 수 있게 된다.

Claims (10)

1. 삭제
2. 케이스(101) 내부 저면에 진동막(103)과 스페이서(104) 및 절연링(105)이 차례로 적층되고, 상기 절연링(105) 내부에 백일렉트릿(106)이 상기 스페이서(104)와 대면하여 삽입되며, 상기 절연링(105) 내측상부에 끼워지는 금속링(107) 상부에 인쇄회로기판(109)이 적층된 한편, 상기 금속링(107)을 매개로 하여 상기 절연링(105)내부에 삽입되어 고정되는 위상지연필터(111)로 이루어진 단일지향성 콘덴서 마이크로폰에 있어서,

   상기 위상지연필터(111)가

   두께가 50~400㎛이고, 기공사이즈가 0.025~15㎛인 불소수지계, 아크릴계, 셀룰로오즈계, 폴리이미드계, 폴리에스테르계, 글래스파이버, 실리카계 제품중 어느 하나이고,

   상기 금속링(107)이

   내주면 하부에 걸림턱(115)이 형성되어, 상기 백일렉트릿(106)과 면접된 상기 위상지연필터(111)를 하방으로 눌러 고정할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 단일지향성 콘덴서 마이크로폰.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 금속링(107)이

   내주면 중간부위에 일정간격을 두고 원주방향으로 두개의 걸림턱(116a,116b)이 형성되고,

   상기 걸림턱(116a,116b)사이에 상기 위상지연필터(111)의 상하 가장자리 부분이 각각 걸리어 고정되는 것을 특징으로 하는 단일지향성 콘덴서 마이크로폰.
4. 케이스(101) 내부 저면에 진동막(103)과 스페이서(104) 및 절연링(105)이 차례로 적층되고, 상기 절연링(105) 내부에 백일렉트릿(106)이 상기 스페이서(104)와 대면하여 삽입되며, 상기 절연링(105) 내측상부에 끼워지는 금속링(107) 상부에 인쇄회로기판(109)이 적층된 한편, 상기 금속링(107)을 매개로 하여 상기 절연링(105)내부에 삽입되어 고정되는 위상지연필터(111)로 이루어진 단일지향성 콘덴서 마이크로폰에 있어서,

   상기 위상지연필터(111)가

   두께가 50~400㎛이고, 기공사이즈가 0.025~15㎛인 불소수지계, 아크릴계, 셀룰로오즈계, 폴리이미드계, 폴리에스테르계, 글래스파이버, 실리카계 제품중 어느 하나이고,

   상기 금속링(107)은

   그 내경이 상기 위상지연필터(111)의 외경보다 작으며 상기 위상지연필터(111)의 가장자리를 하방으로 눌러 고정하는 상부금속링(117a)과,

   상하면이 상기 상부금속링(117a)과 백일렉트릿(106)과 면접되게 끼위짐과 더불어 그 내경이 위상지연필터(111)의 외경보다 약간 크게 형성되어 내부에 상기 위상지연필터(111)을 수용하는 하부금속링(117b)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 단일지향성 콘덴서 마이크로폰.
5. 삭제
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