KR101258205B1 - 스피커의 진동계를 경량화 및 슬림화하는 보이스 코일 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고출력 슬림형 스피커에서 스피커의 진동계를 경량화 및 슬림화하기 위한 보이스 코일 구조에 관한 것이다. 본 발명은 스피커 하우징과, 진동판과, 상기 진동판에 부착된 보이스 코일과, 상기 하우징의 바닥측에 배치되어 상기 보이스 코일과 상호작용하여 진동판의 구동력을 제공하는 자기회로로 이루어진 슬림형 스피커에 있어서, 상기 보이스 코일은 동일 축상에 배치된 N개의 코일이 병렬로 연결되어 이루어지고, 규정된 보이스 코일의 임피던스를 Z₀라 할 때, 상기 각 코일은 NZ₀ 임피던스를 갖도록 권선되어 N개의 코일이 모두 병렬로 연결될 경우에 전체 임피던스가 Z₀가 되고, 규정된 임피던스 Z₀를 갖도록 하나의 코일로 권선된 보이스 코일과 비교할 때 동일한 임피던스 특성을 가지면서도 보이스 코일의 높이를 낮추고 무게를 줄여 고출력 슬림화를 가능하게 하는 것이다.

Description

스피커의 진동계를 경량화 및 슬림화하는 보이스 코일 구조{VOICE COIL FOR MAKING VIBRATION PART OF SPEAKER SLIM AND LIGHT}

본 발명은 고출력 슬림형 스피커에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 하나의 코일을 사용하는 경우보다 직경이 작은 복수의 코일들을 병렬로 연결하여 동일한 임피던스 특성을 가지면서도 스피커의 진동계를 경량화 및 슬림화할 수 있는 새로운 보이스 코일 구조에 관한 것이다.

일반적으로, 스피커는 구동원이 진동판을 진동시켜 소리를 발생하는 것인데, 진동판을 진동시키는 구동방식에 따라 다이나믹형 스피커, 정전형 스피커, 압전 스피커(필름형 스피커) 등으로 구분된다.

가장 널리 사용되는 다이나믹 방식은 무빙코일(moving coil) 타입이라고도 불리우며, 기본적으로 영구자석과 보이스 코일, 그리고 보이스 코일의 움직임에 따라 진동하는 진동판으로 이루어져 있다. 보이스 코일에 전류가 흐르면 영구자석에 의해 형성된 자기장과의 상호작용에 의하여 보이스 코일이 움직이게 되며, 이때 보이스 코일의 움직임에 따라 진동판이 진동하게 되어 소리를 발생시키게 된다.

도 1은 종래의 고출력 슬림형 스피커를 도시한 개략도로서, 프레임(11)과, 요크(12), 마그넷(13), 플레이트(14), 진동판(15), 보이스 코일(16), 및 커버(17)가 도시되어 있다.

이러한 종래의 고출력 슬림형 스피커(10)는 고출력을 얻기 위해서는 보이스 코일(16)의 턴수를 증가시킬 필요가 있는데, 코일의 턴수를 증가시키게 되면 코일의 두께와 무게도 증가하게 된다. 즉, 종래의 고출력 슬림형 스피커(10)는 코일의 턴수 증가에 따라 진동계의 질량이 증가되어 출력의 효율이 떨어지게 되어 출력 레벨이 낮아지고, 코일의 두께가 증가할 경우 진동계가 진동할 수 있는 공간을 확보해주어야 하므로 전체적으로 스피커 제품의 높이가 높아지는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 직경이 작은 전선(wire)으로 권선된 코일을 두개 이상으로 동일 축상에 배치하고 각 코일들을 병렬로 연결함으로써 전체 코일의 저항값을 하나의 코일을 사용하는 경우와 동일하게 유지하면서도 보이스 코일의 두께와 무게를 낮추어 진동계를 경량화함으로써 출력을 향상시킬 수 있는 고출력 슬림형 스피커의 보이스 코일 구조를 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 스피커 하우징과, 진동판과, 상기 진동판에 부착된 보이스 코일과, 상기 하우징의 바닥측에 배치되어 상기 보이스 코일과 상호작용하여 진동판의 구동력을 제공하는 자기회로로 이루어진 슬림형 스피커에 있어서,

상기 보이스 코일은 동일 축상에 배치된 N개의 코일이 병렬로 연결되어 이루어지고, 규정된 보이스 코일의 임피던스를 Z₀라 할 때, 상기 각 코일은 NZ₀ 임피던스를 갖도록 권선되어 N개의 코일이 모두 병렬로 연결될 경우에 전체 임피던스가 Z₀가 되고, 규정된 임피던스 Z₀를 갖도록 하나의 코일로 권선된 보이스 코일과 비교할 때 동일한 임피던스 특성을 가지면서도 보이스 코일의 높이를 낮추고 무게를 줄여 고출력 슬림화를 가능하게 하는 것을 특징으로 한다.

N개의 코일이 병렬로 연결된 보이스 코일에 사용되는 전선의 직경은 하나의 코일로 이루어진 보이스 코일에 사용된 전선의 직경보다 가는 것이고, 상기 N개의 코일은 동일 축상에 접촉되어 배치되거나 보빈이나 스페이서에 의해 간격을 두고 배치되는 것을 특징으로 한다.

또한 N개의 코일은 트위스트된 전선(twisted wire)으로 구현될 수도 있다.

본 발명에 따르면, 보이스 코일을 하나의 코일로 권선할 때 사용하는 전선보다 가는 전선으로 권선된 코일들을 두개 이상으로 동일 축상에 배치하고 병렬로 연결함으로써 보이스 코일의 저항값을 하나의 코일을 사용할 때와 동일하게 유지하면서도 보이스 코일의 두께와 무게를 낮추어 진동계의 무게를 줄여 고출력의 슬림형 스피커를 구현할 수 있다.

또한 본 발명에 따라 트위스트된 병렬 구조를 사용할 경우에는 출력이 크게 향상되는 장점이 있다.

도 1은 종래의 고출력 슬림형 스피커를 도시한 개략도,
도 2는 본 발명에 사용되는 전선을 도시한 예,
도 3은 본 발명에 따른 보이스 코일의 개념을 도시한 개략도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 보이스 코일의 예,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 보이스 코일이 적용된 고출력 슬림형 스피커를 도시한 도면,
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 보이스 코일의 개략도,
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 보이스 코일을 도시한 도면,
도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 보이스 코일을 도시한 도면이다.

본 발명과 본 발명의 실시에 의해 달성되는 기술적 과제는 다음에서 설명하는 본 발명의 바람직한 실시 예들에 의하여 보다 명확해질 것이다. 다음의 실시예들은 단지 본 발명을 설명하기 위하여 예시된 것에 불과하며, 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것은 아니다.

도 2는 본 발명에 사용되는 전선을 도시한 예로서 (a)는 종래와 같이 하나의 코일로 보이스 코일을 구현한 경우에 사용되는 전선이고, (b)는 본 발명에 따라 다수의 코일을 병렬로 연결하여 구현한 보이스 코일에 사용되는 전선의 예이다.

도 2를 참조하면, 종래와 같이 하나의 코일로 보이스 코일을 구현할 경우에 사용되는 전선(16a)을 본 발명과 같이 다수의 코일을 병렬로 연결한 보이스 코일에 사용된 전선(100a)과 비교해보면, 본 발명의 보이스 코일에 사용되는 전선이 훨씬 가는 것을 알 수 있다. 즉, 도 2의 (a)와 같이 하나의 코일로 보이스 코일을 구현할 경우의 전선의 도체층 직경을 d1, 절연층 직경을 c1 이라 하고, 도 2의 (b)와 같이 본 발명에 따라 2개의 코일을 병렬로 연결한 보이스 코일에 사용되는 전선의 도체층 직경을 d2, 절연층 직경을 c2이라 할 경우에 c1 > c2이고, d1 > d2 이다. 그리고 self bonding wire의 경우 절연층 밖에 접착층이 쓰워져 있다.

도 3은 본 발명에 따른 보이스 코일의 개념을 도시한 개략도로서 (a)는 종래와 같이 하나의 코일로 이루어진 보이스 코일(16)을 나타내고, (b)는 본 발명에 따라 2개의 코일(110,120)이 병렬로 연결된 보이스 코일(100)을 나타내며, (c)는 본 발명에 따라 3개의 코일(110,120,130)이 병렬로 연결된 보이스 코일(100)을 나타낸다. 통상 스피커의 임피던스 특성은 보이스 코일의 임피던스와 관련이 있는데, 본 발명의 실시예에서 요구되는 보이스 코일의 임피던스를 Z₀라 한다.

도 3을 참조하면, (a)는 하나의 코일로 이루어진 보이스 코일(16)로서, 도 2의 (a)와 같이 상대적으로 굵은 전선(16a)이 2차 권선 혹은 4차 권선되어 요구되는 임피던스 Z₀를 맞춰주도록 하나의 코일로 권선되어 있다. 도 3의 (b)는 본 발명에 따라 2개의 코일이 병렬로 연결된 보이스 코일의 예로서, 제1 코일(110)은 도 2의 (b)와 같이 상대적으로 가는 전선이 2차 혹은 4차 권선되어 임피던스가 2Z₀가 되도록 권선된 코일이고, 제2 코일(120)은 도 2의 (b)와 같이 상대적으로 가는 전선(100a)이 2차 혹은 4차 권선되어 임피던스가 2Z₀가 되도록 권선된 코일이며, 이 2개의 코일(110,120)을 병렬로 연결할 경우에는 임피던스가 Z₀가 되어 하나의 코일을 사용하는 경우와 동일하게 요구되는 임피던스 특성을 충족시켜줄 수 있다. 예컨대, Z₀가 8Ω일 경우에 2개의 코일(110,120)은 각각 16Ω이 되도록 권선된다.

그리고 본 발명의 일 실시예에 따라 2개의 코일을 병렬로 연결하여 구현된 보이스 코일은 도 4에 도시된 바와 같이, 내측에 제1 코일(110)이 위치하고 있고, 외측에 제2 코일(120)이 위치하고 있으며, 2개의 코일(110,120)을 병렬로 연결하여 구현된다. 이와 같이 본 발명에 따라 2개의 코일을 병렬로 연결하여 구현한 보이스 코일을 1개의 코일로 구현한 종래의 보이스 코일과 비교할 경우에 두께(높이)가 낮아지고, 무게도 가벼워진 것을 알 수 있다.

이와 같은 사실을 수학적으로 풀어 확인하면 다음과 같다.

먼저, 도선의 저항은 다음 수학식1과 같이 정의된다.

여기서, R 은 도선의 저항,

는 도선 재질의 비저항(resistivity)

L은 도선의 길이, A는 도선의 단면적이다.

수학식 1은 도선의 체적과 밀도를 고려하면 다음 수학식2와 같이 표현할 수 있다.

여기서, δ는 도선 재질의 밀도이고, a는 면적 A인 도선의 (유효)반경이다. 유효반경이라 함은 도선의 단면 모양이 반드시 원형일 필요는 없기 때문에 사각 또는 타원 등의 형상을 고려한 경우를 포함하는 것을 의미한다.

수학식 2를 다음의 경우를 고려하여 보자.

동일한 재질로 만들어진 저항 R인 도선과 저항 Ω인 도선들이 있다. 이때, Ω > R이고 각 도선의 반경에 대해 a_Ω < a_R 하면, 각 도선의 길이에 대해 수학식 2에서 L_Ω < L_R인 관계가 성립한다. 저항 Ω인 도선을 병렬 연결하면 다음 수학식3과 같이 저항 R이 된다고 하자.

수학식 2와 수학식 3을 이용하여 저항 R과 Ω를 병렬 연결한 도선의 저항를 구하면 다음 수학식 4와 같다.

수학식4 를 정리하면 다음 수학식 5와 같이 표현할 수 있다.

a_Ω < a_R 일때, L_Ω < L_R 이므로,

이고,

가 성립한다.

즉, 보다 단면적이 작은 도선을 병렬로 연결하여 보다 단면적이 큰 도선과 같은 저항 값을 만드는 경우, 병렬로 연결된 코일의 무게 합은 단일도선의 무게보다 가볍다. 두 도선의 경우 외에도, 3개의 선 4개의 선들로 병렬연결을 확장하는 경우, 수학식 5에서 좌측 항의 2 대신 3, 4, ...로 동일하게 확장이 가능하다.

이상에서 수학적으로도 입증되는 바와 같이, 본 발명에 따른 보이스 코일은 진동계의 무게를 줄여 슬림형 스피커에서 고출력을 가능하게 한다.

한편, 도 3의 (b)는 본 발명에 따라 3개의 코일이 병렬로 연결된 보이스 코일의 예로서, 제1 코일(110)은 도 2의 (b)와 같이 상대적으로 가는 전선이 2차 혹은 4차 권선되어 임피던스가 3Z₀인 코일이고, 제2 코일(120)은 도 2의 (b)와 같이 상대적으로 가는 전선이 2차 혹은 4차 권선되어 임피던스가 3Z₀인 코일이며, 제3 코일(130)은 도 2의 (b)와 같이 상대적으로 가는 전선이 2차 혹은 4차 권선되어 임피던스가 3Z₀인 코일이고, 이 3개의 코일(110,120,130)을 병렬로 연결할 경우에는 임피던스가 Z₀가 되어 하나의 코일을 사용하는 경우와 동일하게 된다. 이러한 방식으로 본 발명은 보이스 코일을 N개의 코일을 병렬로 연결할 경우까지 확장 가능하다. 여기서 N은 2 이상의 자연수이다.

그리고 본 발명에 따라 3개의 코일을 병렬로 연결하여 구현한 보이스 코일을 1개의 코일로 구현한 종래의 보이스 코일과 비교할 경우에 두께(높이)가 낮아지고, 무게도 가벼워진 것을 알 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 보이스 코일은 진동계의 무게를 줄여 슬림형 스피커에서 고출력을 가능하게 한다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 보이스 코일이 적용된 고출력 슬림형 스피커를 도시한 도면이다.

본 발명에 따른 보이스 코일(100)이 적용된 고출력 슬림형 스피커(20)는 도 5에 도시된 바와 같이, 프레임(11)과, 요크(12)와, 마그넷(13), 플레이트(14), 보이스 코일(100)이 부착된 진동판(15)과 커버(17)로 구성된다.

그리고 본 발명에 따른 보이스 코일(100)은 도 5의 확대도면 및 도 4에 도시된 바와 같이, 2개의 코일(110,120)이 동일 축상에 배치되어 병렬로 연결된 후 진동판(15)에 부착되어 있다.

도 5를 참조하면, 프레임(11)은 스피커의 전체 형상을 유지시켜주며, 요크(12)와 마그넷(13), 플레이트(14)는 자기회로를 형성하고, 진동판(15)과 진동판에 부착된 보이스 코일(100)은 진동계를 형성하며, 프레임(11)과 커버(17)로 이루어진 하우징에 의해 보호된다. 그리고 요크(12)와 플레이트(14) 사이의 자기갭에 위치한 보이스 코일(100)에 전류가 흐르면 자기회로와의 상호작용에 의해 진동판(15)이 진동하게 되어 소리를 발생하는데, 본 발명에 따른 보이스 코일(100)은 종래의 보이스 코일의 전선보다 가는 전선을 2개의 코일(110,120)로 권선한 후 2개의 코일(110,120)을 병렬로 연결하여 사용하므로 종래와 동일한 특성 임피던스를 가지면서도 보이스 코일의 무게와 두께를 줄일 수 있다.

도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 보이스 코일의 개략도이다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 보이스 코일은 도 6에 도시된 바와 같이, 보빈(150)의 내측에 제1 코일(110)을 부착하고, 보빈(150)의 외측에 제2 코일(120)을 부착한 후 보빈(150)을 진동판(15)에 부착하는 방식으로 구현될 수 있다.

도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 보이스 코일을 도시한 도면이다.

본 발명의 제3 실시예에 따른 보이스 코일은 도 7에 도시된 바와 같이, 제1 코일(110)과 제2 코일(120)이 스페이서(160)를 통해 간격을 갖도록 배치된 후, 서로 병렬로 연결되고, 진동판(15)과는 스페이서(160)를 통해 부착되어 있다.

도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 보이스 코일을 도시한 도면이다.

본 발명의 제4 실시예에 따른 보이스 코일(200)은 도 8의 (a)에 도시된 바와 같이, 제1 전선(210)과 제2 전선(220)이 트위스트되어 있고, 이 트위스트된 전선(twisted wire)을 소정 형상으로 권선하여 도 8의 (b)와 같이 형성된 것이다. 본 발명의 제4 실시예에서와 같이 트위스트된 병렬 구조를 사용할 경우에는 출력이 크게 향상되는 장점이 있다. 도 8에서는 2개의 전선(210,220)이 트위스트된 것을 예로 들었으나 3개 이상 다수의 전선이 트위스트된 다중 코일도 가능하다.

이상에서 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

11: 프레임 12: 요크
13: 마그넷 14: 플레이트
15: 진동판 16,100: 보이스 코일
16a,100a: 전선 110: 제1 코일
120: 제2 코일 130: 제3 코일
150: 보빈 160: 스페이서

Claims (4)

1. 스피커 하우징과, 진동판과, 상기 진동판에 부착된 보이스 코일과, 상기 하우징의 바닥측에 배치되어 상기 보이스 코일과 상호작용하여 진동판의 구동력을 제공하는 자기회로로 이루어진 슬림형 스피커에 있어서,
   상기 보이스 코일은
   동일 축상에 배치된 N개의 코일이 병렬로 연결되어 이루어지고,
   규정된 보이스 코일의 임피던스를 Z₀라 할 때, 상기 각 코일은 NZ₀ 임피던스를 갖도록 권선되어 N개의 코일이 모두 병렬로 연결될 경우에 전체 임피던스가 Z₀가 되고,
   규정된 임피던스 Z₀를 갖도록 하나의 코일로 권선된 보이스 코일과 비교할 때 동일한 임피던스 특성을 가지면서도 보이스 코일의 높이를 낮추고 무게를 줄여 고출력 슬림화를 가능하게 하고,
   상기 N개의 코일은, 트위스트된 전선(twisted wire)인 것을 특징으로 하는 스피커의 진동계를 경량화 및 슬림화하기 위한 보이스 코일 구조.
2. 제1항에 있어서, 상기 N개의 코일이 병렬로 연결된 보이스 코일에 사용되는 전선의 직경은 하나의 코일로 이루어진 보이스 코일에 사용된 전선의 직경보다 가는 것을 특징으로 하는 스피커의 진동계를 경량화 및 슬림화하는 보이스 코일 구조.
3. 제1항에 있어서, 상기 N개의 코일은
   동일 축상에 접촉되어 배치되거나 보빈이나 스페이서에 의해 간격을 두고 배치되는 것을 특징으로 하는 스피커의 진동계를 경량화 및 슬림화하기 위한 보이스 코일 구조.
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