KR100847674B1 - 평판 스피커 - Google Patents

Abstract

본 발명은 평판 진동판으로 구성된 스피커에 관한 것으로, 특히 진동을 전파시킨 후 2차 진동으로 진동판을 떨게 하여 음을 발생시키는 방법 이러한 스피커의 구조에 관한 것이다. 본 발명에 따른 스피커의 음원 발생 방법은 음향신호를 입력받아 진동하는 하나 이상의 진동자에 이 진동을 전달시키는 하나 이상의 오목형 진동전달판을 그 중앙부가 진동자에 맞닿도록 접촉시키고, 하나 또는 복수개의 진동판을 그 외주면이 진동전달판에 일체형으로 결합되도록 하여 진동판의 원주면에서부터 중앙부측으로 진동이 가해져 음원이 발생되도록 한다. 이와 같이 형성되는 스피커는 수십mm 이내의 두께로 만들 수 있고, 접착제 등을 사용하지 않아 친 환경적인 스피커의 제작이 가능하다.

Description

평판 스피커{Loudspeaker using flat diaphragms}

도 1 및 도 2는 보이스코일에 의해 음원이 발생되는 기존 스피커 도면이고,

도 3은 진동자에 의한 평판 스피커 도면이며,

도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 평판 스피커 단면도이고,

도 5는 도 4에서 진동판의 다른 실시예를 보인 단면도이고,

도 6 및 도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 평판 스피커 단면도 및 평면도이며, 그리고

도 8은 도 6에 도시된 진동판의 다른 실시예를 보인 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100,200 : 평판 스피커 120,220 : 진동자

130,230 : 진동전달판 140,240 : 진동판

150,250 : 고정림 160,260 : 공명실

170,270 : 흡음재 또는 방진재

본 발명은 전기신호를 음향신호로 변환시키는 스피커 및 스피커 시스템에 관 한 것으로, 특히, 스피커의 두께가 얇고 진동판의 형상이 평판인 스피커에 관한 것이다.

기존의 스피커 시스템은 전기신호를 진동신호로 변환시킨 후 음향신호를 방출하는 구동용 스피커 유닛과 유닛에 의해 방사된 전방음과 후방음의 상쇄 간섭을 방지하면서 스피커에 탄성부하를 주는 인클로저로 구성되어 있다.

도 1 내지 도 3은 종래기술에 따른 스피커를 나타낸 도면들로, 도 1은 국내 등록실용신안 제308111호(스피커의 드라이버유닛 구조)에 개시된 도면이고, 도 2는 국내 등록특허 제435850호(평판 스피커)에 개시된 도면이며, 그리고 도 3은 국내 공개특허 제2003-36075호(지지되는 여진기와 컴플라이언트 서라운드를 구비한 평판음향 방사기)에 개시된 도면이다.

도 1 및 도 2에서 보는 바와 같이 구동용 스피커(1,2)의 진동판은 보이스코일과 직결되어 있고, 보이스코일의 진폭과 보이스코일에 정적인 자기장을 공급하는 자기회로로 구성되어 있다.

또한, 도 3에서 보는 바와 같이 별도의 진동자를 이용하여 평판 진동판을 구동시키는 스피커(3)가 개시되어 있으나, 평판형 진동판을 적용하는 스피커 중 진동자를 적용한 스피커의 경우에도 진동자가 진동판에 직접 접촉되어 있다.

즉, 기존의 스피커들은 진동판을 진동시켜 음을 발생시키기 위해 보이스코일 또는 진동자가 진동판에 직접 결합 또는 부착되는 구조로 이루어져 있다.

상기와 같은 도 1 및 도 2에서의 진동판에 부착하는 방식의 스피커는 보이스코일의 진폭과 정적인 자기장을 공급하는 자기회로로 인해 성능을 구현하기 위해서 는 일정 두께 이하로 스피커를 제작하는 것이 불가능한 문제점이 있었다. 또한, 재생 주파수 대역의 확장을 위해 큰 구경의 진동판을 적용하기 위해서는 보다 더 큰 직경의 보이스코일과 자기회로를 필요로 한다.

결과적으로 진동판이 평판형으로 구성되더라도 스피커의 두께는 기존의 다이나믹형 콘 스피커와 동일한 수준을 유지한다.

한편, 도 3에서의 진동자로 진동판을 진동시켜 음을 발생시키는 방식의 경우에도 진동판에 가해지는 진동원이 한 곳에 국한 되는 문제점이 있었다.

결과적으로 진동판은 진동자의 위치에 따라 분할진동을 하게 되고, 진동자의 위치에 따라 재생되는 음의 특성이 왜곡되게 된다.

또한, 저주파수의 재생을 위해 대형 진동판을 구동시켜야 하는 경우, 진동자의 크기가 커지거나 다수의 진동자를 배열하여야 한다. 이때, 다수 진동자에 의해 발생된 진동간의 영향으로 재생음의 왜곡현상이 일어날 수 있다.

특히, 진동자로 진동판을 진동시켜 음을 발생시키는 원리를 적용한 기존 스피커들의 경우, 진동판의 분할진동으로 인해 수백hz 이하의 저주파수 재생이 곤란하다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 진동자와 진동전달판 및 진동판을 이용하여 수십mm 이내의 초박형 스피커를 구현 할 수 있는 평판 스피커를 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은,

음향신호를 입력받아 진동하는 하나 이상의 진동자에 이 진동을 전달시키는 하나 이상의 오목형 진동전달판을 그 중앙부가 상기 진동자에 맞닿도록 접촉시키고, 하나 또는 복수개의 진동판을 그 외주면이 진동전달판에 일체형으로 결합되도록 하여 진동판의 원주면에서부터 중앙부측으로 진동이 가해져 음원이 발생되도록함을 특징으로 하는 평판 스피커를 제공한다.

이때, 진동전달판은 일체로 된 단일판 형상으로 구비되어 바닥판에 고정된 단일 진동자가 상기 진동전달판의 하부면상 중앙에 접하도록 구성될 수 있다.

또는, 진동전달판은 단면의 형상이 "<"자 형상을 갖는 다수의 삼각 판을 서로 겹쳐 오목한 사각판 형상으로 구비하여 진동전달판들이 모두 만나는 중앙지점에 복수개의 진동자를 각 진동전달판들에 접하도록 구성할 수 있다.

여기에서, 진동판은 진동전달판의 방사상 끝단에 클램핑 결합되는 것이 바람직 할 것이다.

또는, 진동판은 서로 이격된 복수개로 구비되며, 진동전달판의 내측 경사면상에 결합될 수도 있다.

그리고 진동전달판의 방사상 끝단 외곽에는 진동전달판을 지지하는 고정림이 더 포함될 수 있다.

그리고, 고정림의 내측면상에는 진동판을 보호하기 위한 보호망이 형성됨이 바람직하다.

또한, 진동전달판의 하측, 또는, 내측 빈 공간이 공명실로 사용되며, 어느 일측의 공명실에는 흡음재나 방진재가 충진되는 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 평판 스피커에 대해 설명한다.

<실시예 1>

도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 평판 스피커 단면도이며, 그리고 도 5는 도 4에서 진동판의 다른 실시예를 보인 단면도이다.

본 발명의 제 1 실시예에 따른 평판 스피커는 단일 진동자와 단일 진동전달판으로 구성된 스피커에 관한 것이다.

본 발명의 제 1 실시예에 따른 스피커(100)는 바닥판(110)과, 진동자(120)와, 진동전달판(130)과, 진동판(140)을 포함한다.

바닥판(110)(뒷판)은 스피커의 구성에서 외관을 결정하는 기본 구조물로 스피커를 벽에 걸거나 세울때 필요한 보조물을 부착하는 용도로도 사용된다. 이러한 바닥판(110)의 상부면상 중앙부에 진동자(120)가 장착된다. 이와 같이 진동자(120)가 장착되기 위해 바닥판(110)의 상부면상에는 상측으로 돌출된 안착부(111)가 일체로 형성된다.

진동자(120)는 전술한 바와 같이 바닥판(110)의 안착부(111)에 삽입되어 장착되는 것으로, 입력신호에 의해 진동을 발생시킨다. 이때, 사용되는 진동자(120)로는 국내 공개특허 제1999-46111호(초소형 골도 스피커), 국내 공개특허 제2005-78583호(방수 골진동스피커) 및 국내 공개특허 제1998-83959호(골도 및 기도 청각 겸용의 골도 진동자)와 동일한 원리에 의한 진동자이다. 또는, 압전소자로 제작된 소형 엑츄에이터(actuator)를 사용하는 것도 가능하다.

한편, 바닥판(110)의 하부면상으로는 진동자(120)와 접속되는 신호입력선(121)이 바닥판(110)을 관통하여 연장된다.

상기 진동자(120)의 상부에는 진동전달판(130)이 배치된다.

진동전달판(130)은 진동자(120)에서 발생된 진동신호가 전달되는 빔 또는 판으로, 상측 방향으로 방사상 벌어지는 오목한 형상을 갖는다. 이러한 진동전달판(130)의 하부면상 중앙의 첨단 부분이 진동자(120)의 상부에 접촉된다.

이와 같이 형성된 진동전달판(130)의 상부면상에는 진동판(140)이 결합된다.

이때, 진동전달판(130)과 진동판(140)의 결합은 진동신호가 진동판(140)에 손실이 없이 전달될 수 있도록 밀착된 구조를 이루어야 하므로 가능한 진동판(140)과 진동전달판(130)은 일체형으로 구성하는 것이 바람직하다.

또한, 진동전달판(130)의 진동이 진동판(140)에 손실을 최소화한 상태로 전달하기 위해 진동판(140)의 둘레가 클램핑(clamping)(131)된 상태가 되는 것이 바람직하다. 즉, 진동전달판(130)의 방사상 끝단은 상측으로 소정의 높이로 돌출되게 형성되고, 그 돌출된 사이에 진동판(140)이 밀착 결합되는 것이다.

그리고 진동판(140)의 고유 진동수(

)는 진동판(140)의 형상(원형판, 사각판 등)에 따라 달라지고 다음과 같은 수식에 의해 주어진다.

여기에서, B는 진동판의 진동모듈(mode)에 따라 주어지는 값으로 진동판의 형상에 따라 값이 결정된다(예로, 둘레가 클램핑(clamping)된 원형 진동판의 경우 1차 mode의 경우 11.84이고, 사각 진동판의 경우 10.40으로 주어진다).

는 Young's modulus이고,

는 진동판의 두께이고,

는 진동판의 밀도이고,

는 진동판의 직경이고,

는 Poission's ratio이다.

즉, 진동판의 재질과 두께, 형상에 따라 재생대역의 결정이 가능하게 된다.

또는, 진동판(140')은 복수개로 구성될 수도 있다.

즉, 진동전달판(130)보다 작은 크기를 갖는 복수개의 진동판(140')을 서로 이격시켜 진동전달판(130)의 상부면상 중앙부에 결합시키는 것도 가능하다. 이와 같이 진동판(140')을 복수개로 형성시키는 이유는 보조적인 목적으로서, 전용 재생대역을 갖도록 설치가 용이하게 함이다. 또한, 이처럼 복수개의 진동판(140')을 적용하는 경우에는 진동판(140') 사이의 압축된 공기에 의해 진동판(140')의 분할 진동을 억제할 수 있다.

한편, 진동전달판(130)의 방사상 끝단 외곽에는 진동전달판(130)을 고정 지지하는 고정림(150)이 더 구비된다.

고정림(150)은 진동전달판(130)을 고정하면서 스피커의 외관을 형성한다. 이러한 고정림(150)은 그 재질에 따라 진동전달 효율의 변화가 나타나게 되는데, 고정림(150)의 재질이 고무와 같이 부드러운 재질의 경우에는 진동전달판(130)에 방향이 반대인 진동신호가 고정림(150)의 끝에서 전달되어 2차 진동을 일으켜 고조파의 원인이 될 수 있고, 고정림(150)의 재질을 금속과 같은 재질로 하는 경우에는 위상이 반전된 신호가 반사되어 진동신호를 소멸시키는 효과를 낼 수 있으므로 고정림(150)의 재질과 진동전달판(130)의 끝의 형상을 별도로 설계하여 반사신호를 분산시킬 필요가 있는 것이다.

즉, 고정림(150)의 탄성에 따라 반사파의 영향이 존재하므로 진동전달판(130)과의 역학적 임피던스 정합을 별도로 고려하여야 한다.

이를 위해서는, 고정림(150)의 재질이 가능한 진동전달판(130)과 같은 재질로 구성된 부분을 진동전달판(130)과 결합시키고 고정림(150)의 외부로 갈수록 점차 밀도가 작으면서 내부손실이 큰 물질로 구성하는 것이 고정림(150)에 의한 반사파를 최소화하는 방법 중의 하나이다.

또 다른 하나의 방법으로는 도 4의 예시와 같이 진동전달판(130)의 끝부분을 꺽어 진동전달 경로를 바꾸어 주는 것이다. 이 방법을 적용하는 경우에는 진동전달판(130)의 꺽임 각도가 가능한 완만하도록 하여야 진동신호의 분산이 최소화된다.

그리고 진동판(140)의 상측에는 고정림(150)의 내측을 연결하여 고정된 보호망(151)이 더 구비된다.

한편, 진동전달판(130)과 바닥판(110)과의 사이에는 진동전달판(130)이 상측 방향으로 방사상 벌어지는 형상을 갖기 때문에 그 사이에 공간이 형성되게 된다.

이와 같은 공간은 외부로 개방시켜 공명음이 발생되는 공명실(160)이 자연적으로 형성된다. 이러한 공명실(160)은 진동판(140)에 의해 발생된 음을 확성 또는 저주파수 음의 재생을 위해 공명이 필요한 경우, 진동전달판에 기공을 형성하여 기존 스피커 시스템에서 적용되고 있는 미로형 인클로저의 역할을 하도록 할 수 있다.

그리고 타측의 공명실(160)에는 흡음재 또는 방진재(170)를 충진시킨다. 흡음재 또는 방진재(170)는 공명실(160)의 역할을 억제 또는 조절하기 위한 용도로써, 흡음재 또는 방진재를 삽입하여 재생대역의 주파수 응답특성을 개선할 수 있다.

이와 같이 형성된 스피커(100)는 진동자(120)에서 발생된 진동이 진동전달판(130)을 따라 전달되고, 이 전달된 진동은 진동판(140)이 결합된 곳(클램핑)에서 진동판(140)으로 전달되고, 결과적으로 진동판(140)의 둘레로부터 진동판(140)의 중심쪽으로 진동판을 진동시키게 된다.

<실시예 2>

도 6 및 도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 평판 스피커 단면도 및 평면도이며, 그리고 도 8은 도 6에 도시된 진동판의 다른 실시예를 보인 단면도이다.

본 발명의 제 2 실시예에 따른 스피커는 복수개의 진동자와 복수개의 진동전달판으로 구성된 스피커에 관한 것이다.

제 2 실시예에 따른 스피커(200)는 복수개의 진동전달판(230)과, 복수개의 진동자(220)와, 진동판(240)을 포함한다.

이때, 복수개의 진동전달판(230)을 상측으로 방사상 벌어지게 오목 형상으로 형성시키면서 서로 겹쳐지게 형성시키기 위해 동일한 크기의 삼각형 판을 서로 겹쳐서 전체적인 형상이 사각판 형상을 갖도록 형성됨이 바람직하다.

즉, 경사진 네 개의 삼각형 판을 서로 겹치게 되면, 가운데가 오목하면서 사각 모서리부가 상측으로 올라가게 된다. 여기에서 진동전달판(230)은 그 단면의 형상이 "<"자 형상으로 형성된다. 따라서 네 개의 진동전달판(230)이 가운데서 만나는 지점에 진동자(220)를 각 진동전달판(230) 방향으로 부착시키게 된다. 이때, 각 진동자(220)의 사이에는 진동의 간섭을 방지하도록 진동자 분리판(222)이 구비된다.

그리고 각 진동전달판(230)의 상, 하부 방사상 끝단에는 제 1 실시예에서와 마찬가지로 진동판(240)이 클램핑(231) 결합된다.

또한, 진동전달판(230)의 외주면상에는 제 1 실시예에서와 동일한 고정림(250)이 구비되어 진동전달판(230)을 지지한다.

한편, 진동전달판(230)의 내부에는 제 1 실시예에서와 유사한 공간인 공명실(260)이 형성되는데, 이 공명실(260)의 타측에 흡음재 또는 방진재(170)가 충진된다.

따라서 제 2 실시예에 따른 스피커(200)는 상, 하방향으로 음향이 발생되게 되는 것이다.

또는, 제 2 실시예에 따른 스피커(200)는 제 1 실시예에서와 마찬가지로 진 동판(240)을 복수개로 구비하여 구성될 수도 있다.

전술한 바와 같이 본 발명에 따른 평판 스피커는 초소형 진동자와 판상의 진동전달판을 적용하므로서 수십mm 이내의 두께를 가진 스피커의 제작이 가능하다.

본 발명은 2차 진동을 이용하는 방법에 의해 진동판의 설치 위치, 크기 변경에 따른 재생대역의 변화가 가능하다.

또한, 본 발명은 다수의 보조적인 목적으로 진동판의 설치가 가능하다. 즉, 전용 재생대역을 갖는 복수개의 진동판의 설치가 용이하다.

또한, 본 발명은 진동력이 진동판의 둘레로부터 균일하게 작용하므로 진동판의 분할 진동을 억제할 수 있다.

또한, 복수개의 진동판을 적용하는 경우, 진동판 사이의 압축된 공기에 의해 진동판의 분할 진동을 억제할 수 있다.

또한, 기존 스피커들은 진동판과 코일, 진동판과 프레임, 자기회로의 조립시 다양한 종류의 접착제를 사용하여 왔지만, 본 발명에서는 접착제 등의 사용을 배제할 수 있어 친 환경적이다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당기술분야의 숙련된 당업자는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (9)

1. 삭제
2. 음향신호를 입력받아 진동하는 진동자에 이 진동을 전달시키는 오목형 진동전달판을 그 하부면상 중앙부가 상기 진동자에 맞닿도록 접촉시키고, 상기 진동전달판에 진동판의 외주면이 일체형으로 결합되도록 하는 평판 스피커에 있어서,

   상기 진동전달판의 방사상 끝단 외곽에는 상기 진동전달판을 지지하는 고정림이 더 포함되어 상기 진동판의 원주면에서부터 중앙부측으로 진동이 가해져 음원이 발생되도록함을 특징으로 하는 평판 스피커.
3. 음향신호를 입력받아 진동하는 네개의 진동자에 이 진동을 전달시키는 진동전달판을 단면의 형상이 "<"자 형상을 갖는 네개의 삼각 판을 서로 겹쳐 오목한 사각판 형상으로 구비하여 상기 진동전달판들이 모두 만나는 중앙지점에 상기 진동자들을 각 진동전달판들에 접하도록 구성하고, 상기 진동전달판에 진동판의 외주면이 일체형으로 결합되도록 하는 평판 스피커에 있어서,

   상기 진동전달판의 방사상 끝단 외곽에는 상기 진동전달판을 지지하는 고정림이 더 포함되어 상기 진동판의 원주면에서부터 중앙부측으로 진동이 가해져 음원이 발생되도록함을 특징으로 하는 평판 스피커.
4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 진동판은 상기 진동전달판의 방사상 끝단에 클램핑 결합되는 것을 특징으로 하는 평판 스피커.
5. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 진동판은 서로 이격된 두개로 구비되며, 상기 진동전달판의 내측 경사면상에 결합되는 것을 특징으로 하는 평판 스피커.
6. 삭제
7. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 고정림은 상기 진동전달판과 결합될 부분을 상기 진동전달판과 동일한 재질로 구성시키면서 외부로 갈수록 점차 밀도가 작으면서 내부손실이 큰 물질로 구성하는 것을 특징으로 하는 평판 스피커.
8. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 고정림의 내측면상에는 상기 진동판을 보호하기 위한 보호망이 형성됨을 특징으로 하는 평판 스피커.
9. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 진동전달판의 하측, 또는, 내측 빈 공간이 공명실로 사용되며, 상기 어느 일측의 공명실에는 흡음재나 방진재가 충진되는 것을 특징으로 하는 평판 스피커.

Images