KR100544286B1 - 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 상기 스페이서와 대면하여 삽입되며, 상기 절연링 내측상부에 끼워지는 금속링 상부에는 후면음향홀이 형성된 인쇄회로기판이 적층되어 있으되, 상기 백일렉트릿에 형성된 음파유입홀 덮을 수 있도록 불소수지계, 아크릴계, 셀룰로오즈계, 폴리이미드계, 폴리에스테르계, 글래스파이버, 실리카계열 중 어느 하나로 이루어진 위상지연필터가 실장되어, 기존의 마이크로폰의 구조를 크게 변경하지 않고서도 단일 지향성을 얻을 수 있음과 더불어 검증된 기존의 위상지연필터를 이용하므로써 양산성을 확보할 수 있도록 한 것이다.

마이크로폰, 콘덴서, 지향성, 필터

Description

단일지향성 콘덴서 마이크로폰{AN UNIDIRECTIONAL CONDENSER MICROPHONE}

도 1a 및 도 1b는 종래의 단일지향성 콘덴서 마이크로폰의 종단면도,

도 2는 본 발명에 따른 단일지향성 콘덴서 마이크로폰의 분리사시도,

도 3a는 본 발명에 따른 단일지향성 콘덴서 마이크로폰의 종단면도,

도 3b는 본 발명의 제2실시례를 도 3a와 같이 나타낸 종단면도,

도 3c는 본 발명의 제3실시례를 도 3a와 같이 나타낸 종단면도이다.

도 4는 본 발명에 따른 콘덴서 마이크로폰의 지향응답특성도,

도 5는 본 발명에 따른 콘덴서 마이크로폰의 주파수응답특성도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

100 : 마이크로폰 101 : 케이스

102 : 전면음향홀 103 : 진동막

104 : 스페이서 105 : 절연링

106 : 백일렉트릿 107 : 금속링

108 : 전계효과트랜지스터 109 : 인쇄회로기판

110 : 후면음향홀 111 : 위상지연필터

112 : 폴러링 113 : 음파유입홀

114 : 음향챔버

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

일반적으로 콘덴서 마이크로폰은 음파에 의한 막의 진동으로 정전용량이 변하는 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 1a와 도 1b에 나타낸 바와 같이, 케이스(11) 내부 저면에 진동막(12)과 스페이서(13) 및 절연링(14)이 차례로 적층되어 있고, 상기 절연링(14) 내부에 배면전극이라고도 일컫는 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)위에는 위상지연필터(18a,18b)가 삽입되어 있고, 이 위상지연필터(18a,18b)는 상기 금속링(16)에 의해 기구적으로 고정되며, 그 재질로는 폴리에틸렌계 수지소결제품(18a) 혹은 동소결제품(18b)을 사용하였다.

그런데, 상기한 위상지연필터(18a,18b)는 마이크로폰(10) 내부에 위치되어 있으므로써 위상지연필터(18a,18b)의 두께 만큼 마이크로폰(10)의 두께가 두꺼워지거나, 기존의 마이크로폰(10) 내부의 음향챔버(19)가 작아져 음향성능이 저하되는 문제점이 있었다.

또한, 위상지연필터(18a,18b)를 고정하기 위해 기성의 마이크로폰(10) 내부구조를 대폭적으로 변경하여야 하는 문제점도 있었다.

그리고, 폴리에틸렌계 수지소결제품을 위상지연필터(18a)로 사용하는 경우 도 1a와 같이 통기도를 확보하기 위해서 그 두께(약 2mm정도)가 두꺼워지는 문제점이 있고, 도 1b와 같이 동소결제품을 위상지연필터(18b)로 사용하는 경우에는 통기도의 확보가 어려울 뿐만 아니라 양산성이 떨어진다는 문제점이 있었다.

아울러, 인쇄회로기판(17)상에 후면음향홀(17a)이 형성되어 있음에 따라 케이스(11) 내부에 먼지라든지 이물질이 유입되어 전기적인 노이즈를 일으키는 문제점도 있었다.

이에 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 기존의 마이크로폰의 구조변경을 최소화할 수 있음과 더불어 음향챔버를 충분히 확보하여 음향 특성의 저하를 방지할 수 있도록 한 단일 지향성 콘덴서 마이크로폰을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은, 통기도와 양산성이 우수한 위상지연필터를 이용하여 후면음향홀을 막으므로써 이물질의 유입에 의한 성능저하를 방지할 수 있도록 함에도 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 적층되어 있으되, 상기 인쇄회로기판에 후면음향홀을 덮을 수 있도록 위상지연필터가 실장되어, 후면음향홀을 통과하여 마이크로폰 내부로 유입되는 후면음은 위상이 180도 지연되어, 전면음향홀을 통과한 음과 상쇄됨으로서 단일지향특성을 가질 수 있게 된다.

상기 후면음향홀을 덮는 위상지연필터는 인쇄회로기판 상하면의 후면음향홀 가장자리에 설치되거나 후면음향홀 내주면에 실장되어, 마이크로폰에 지향성을 부여함과 더불어 후면음향홀을 통해 유입되는 이물질을 방지할 수 있게 된다.

상기 위상지연필터는 공지의 검증된 불소수지계, 아크릴계, 셀룰로오즈계, 폴리이미드계, 폴리에스테르계, 글래스파이버, 실리카계 제품중 어느 하나를 선택하여 사용하므로써, 통기도를 확보할 수 있음과 더불어 대량생산도 가능하게 된다.

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

도 2는 본 발명에 따른 단일 지향성 콘덴서 마이크로폰의 분리사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 단일 지향성 콘덴서 마이크로폰의 종단면도이다.

도시된 바와 같이 본 발명의 마이크로폰(100)은, 케이스(101) 내부 저면에 진동막(103)과 스페이서(104) 및 절연링(105)이 차례로 적층되어 있고, 상기 절연링(105) 내부에 백일렉트릿(106)이 상기 스페이서(104)와 대면하여 삽입되어 있으며, 상기 절연링(105) 내측상부에 금속링(107)이 삽입되어 있다.

그리고, 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 있으며, 상기 인쇄회로기판(109)의 소정위치에는 후면음향홀(110)을 통과하는 후면음을 감쇠하여 지향성을 부여하기 위한 위상지연필터(111)가 실장되어 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, 재질은 통상 알루미늄 재질로 이루어지고, 형상은 원통형상으로 되어 있으며, 전면(도면에서 저면)에는 소정 갯수의 전면음향홀(102)이 형성되어 마이크로폰(100) 전방으로부터의 유입되는 전면음이 통과할 수 있도록 되어 있다.

상기 진동막(103)은 통상 PET 또는 PPS필름에 금(Au),니켈(Ni)등을 진공증착 하여 형성되는 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 있는 바, 이 백일렉트릿(106)에는 음파유입홀(113)이 다수개 형성되어 있고, 통상적으로 동판 또는 SUS판 등에 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 스페이서(104)는 상기 진동막(103)과 상기 백일렉트릿(106)의 사이에 개재되어 상호 일정한 간격을 유지시키는 간극체 역할 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 갖게 되고, 대개는 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 전 기적 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 음에 대한 저항체로서, 상기 인쇄회로기판(109)의 후면음향홀(110)을 통과하는 음의 위상을 180도 지연시켜 전면음향홀(102)을 통해 유입된 음과 상쇄를 통해 마이크로폰(100)에 지향특성을 갖도록 하는 것이다.

이러한 위상지연필터(111)는 상기 인쇄회로기판(109)에 형성된 후면음향홀(110)의 가장자리 상부 혹은 하부에 부착되거나 후면음향홀(110) 내주면에 압입하여 인쇄회로기판(109)과 일체화시켜 제작할 수도 있다.

이에 따라, 후면음향홀(110)을 통과하여 음향챔버(114)로 유입되는 후면음을 감쇠할 수 있고, 또한, 외부로부터 마이크로폰(100) 내부로 유입되는 먼지 등 이물질의 유입을 방지되어 이물질에 의한 전기적 노이즈의 발생을 방지할 수 있게 된다.

여기서, 인쇄회로기판(109)에 위상지연필터(111)를 장착하는 방법은, 인쇄회로기판(109)의 후면음향홀(110)에 위상지연필터(111)를 압입하여 제조하거나, 공지의 양면테이프를 사용하여 부착할 수도 있고, 인쇄회로기판(109) 제작 시 위상지연 필터 레이어(layer)를 삽입하여 일체화시킬 수도 있다.

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

여기서, 상기 위상지연필터(111)는 우수한 지향특성을 얻기 위해 두께가 50~400㎛이고, 기공의 크기가 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), 폴리메틸아클릴레이트(Polymethtylacylate; PMA), 폴리아크릴로니트릴(Polyacrylon trile; PNA) 필터중 어느 하나를 선택하여 사용할 수 있다.

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

도 3a를 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 전계효과트랜지스터(108)에서 검출되어 음성신호를 검출하게 된다.

반면, 케이스(101) 후방으로부터 유입되는 후면음은 상기 인쇄회로기판(109)의 후면음향홀(110)을 통과시 음파저항체로서의 상기 위상지연필터(111)를 직접 통과하면서 위상이 지연되고, 그 위상이 지연된 음파가 상기 백일렉트릿(106)을 통과하여 상기 진동막(103)을 진동시키게 된다.

따라서, 후면음과 전면음과 상쇄되어 전방향 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 않으며, 본 발명의 기술적사상이 허용되는 범위내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 단일 지향성 콘덴서 마이크로폰에 의하면, 위상지연필터가 음향챔버에 내장되어 있지 않고 후면음향홀을 막을 수 있을 정도의 작은 크기로 인쇄회로기판에 실장되어 있으므로써, 기존의 마이크로폰의 두께를 두껍게 할 필요가 없으며, 음향챔버의 크기도 기존의 것과 대비할 때 거의 동일하므로 음향성능의 저하를 방지할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 위상지연필터를 별도의 기구에 의해 고정하는 것이 아니라 양면테이프를 통해 부착하거나 인쇄회로기판과 일체화시켜 실장하므로써, 기존의 마이크로폰 내부구조를 변경하지 않고서도 위상지연필터에 의한 지향특성을 얻을 수 있는 효과가 있다.

그리고, 초박형이면서 통기도 내지 음에 대한 저항성 등 이미 검증된 기존의 위상지연필터를 사용하고, 기존의 마이크로폰의 내부구조를 거의 변경하지 않으므로써, 대량생산에 기여할 수 있게 된다.

한편, 인쇄회로기판상의 후면음향홀을 위상지연필터를 통해 막아줌에 따라 외부로부터 먼지라든지 이물질의 유입이 방지되어 성능저하를 억제할 수 있는 효과도 아울러 얻을 수 있다.

Claims (3)

1. 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) 상부에는 인쇄회로기판(109)이 적층되어 이루어진 단일지향성 콘덴서 마이크로폰에 있어서,

   상기 인쇄회로기판(109)에 다수개의 후면음향홀(110)이 형성됨과 더불어 후면음을 감쇠하기 위한 위상지연필터(111)가 실장되고,

   상기 위상지연필터(111)는 상기 후면음향홀(110)을 덮을 수 있도록

   상기 인쇄회로기판(109)의 상부면, 하부면, 후면음향홀 내주면중 어느 하나에 실장된 것을 특징으로 하는 단일지향성 콘덴서 마이크로폰.
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