KR101296714B1 - 중이 특성이 반영된 정원창 구동 진동체 및 이를 이용한 보청기 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 정원창을 구동하는 진동체 및 이를 이용한 보청기에 관한 것으로서, 정원창 구동 진동체의 내부 구조물을 이용하여 공진 주파수를 설계함으로써 인간 이소골의 주파수 특성과 유사한 진동체의 특성을 구현하고, 이 방법을 이용하여 감각 신경성 난청자를 비롯하여 선천적인 요인이나 만성 중이염 등의 악성 질환으로 인해 청각 전달 경로에 문제가 생긴 전도성 난청자까지 자연스러운 소리를 청취할 수 있도록 하는 우수한 성능의 정원창 구동 진동체 및 이를 이용한 보청기에 관한 것이다.
본 발명에 따른 중이 특성이 반영된 정원창 구동 진동체는 상부면이 개방되어 있는 하우징; 상기 하우징의 내부에 안착되는 지지판; 상기 지지판의 상부에 결합되는 압전 소자; 상기 압전 소자의 상부에 안착되며, 상기 하우징의 상부면을 커버하는 진동판; 및 상기 진동판에 고정 결합되는 연결부재;를 포함하며, 상기 연결부재, 진동판 및 지지판은 공진 특성을 제어하여 이소골의 공진 특성과 유사하게 설계하기 위해 탄성체 재질로 각각 형성되거나, 탄성을 갖는 구조로 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 중이 특성이 반영된 정원창 구동 진동체는 상부면이 개방되어 있는 하우징; 상기 하우징의 내부에 안착되는 지지판; 상기 지지판의 상부에 결합되는 압전 소자; 상기 압전 소자의 상부에 안착되며, 상기 하우징의 상부면을 커버하는 진동판; 및 상기 진동판에 고정 결합되는 연결부재;를 포함하며, 상기 연결부재, 진동판 및 지지판은 공진 특성을 제어하여 이소골의 공진 특성과 유사하게 설계하기 위해 탄성체 재질로 각각 형성되거나, 탄성을 갖는 구조로 형성된 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 정원창 구동 진동체 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 정원창 입구에 설치하는 정원창 구동 진동체의 공진 주파수를 중이의 주파수 특성과 유사하게 맞춤으로써, 특히, 여러 가지 원인들로 인해 이소골이 손상된 전도성 난청자에게 자연음과 유사한 소리를 전달할 수 있는 정원창 구동 진동체에 관한 것이다.
세계 각국은 저 출산 및 수명 연장으로 인해 고령화 사회로 발전하고 있으며, 일상생활에서 소음에 노출되는 빈도의 증가에 따른 난청 환자 수의 증가로 청력 보상을 위한 의료 기기의 수요 및 청력 회복을 위한 이비인후과 수술이 늘어나고 있는 추세이다.
이러한 난청 환자의 청력을 보상해 주는 보청기는 사용자의 난청 정도 및 설치 위치에 따라 외부 거치형과 내부 이식형으로 분류할 수 있다. 외부 거치형은 외이의 귓바퀴에 간단하게 장착될 수 있다는 장점이 있으나, 고도 난청자에게 요구되는 성능 사양을 충족시키지 못하는 단점이 있다.
따라서, 고도 난청자의 경우 내부 이식형 보청기가 적합한데, 이는 중이를 대체하는 이식형 인공중이 또는 내이를 대체하는 이식형 인공 내이로 분류할 수 있다.
이식형 인공중이 보청기는 통상적으로 마이크로폰 및 진동자를 포함하는데, 이와 같은 간단한 구조로 고도 난청자에게 효과적인 음성 신호의 전달을 이룰 수 있다는 점에서 연구가 집중되고 있다. 사람의 귀는 외이(外耳), 중이(中耳) 및 내이(內耳)로 구성되며, 이들을 따라 외부의 음향 신호는 순차적으로 전달된다. 대부분의 이식형 인공중이 보청기는 이 경로를 활용하여 와우관의 난원창에 진동을 인가하는 방법으로 개발 중이다.
뿐만 아니라, 최근에는 역방향 경로인 와우관의 정원창에서 진동을 인가하는 방식도 개발되고 있다. 이 방식은 이식형 인공중이 보청기의 진동자로 이용되는 압전 또는 전자기 방식의 정원창 구동 트랜스듀서를 이용하여 난원창의 하부에 배치되어 있는 정원창을 진동시킴으로써 내이로 음향 신호를 전달하는 방법이다. 이와 같은 방식의 보청기는 감각 신경성 난청자를 비롯하여, 선천적인 요인이나 만성 중이염 등의 질환으로 인해 이소골이 손상된 전도성 난청자에 대해서도 청력을 보상할 수 있는 장점이 있다.
이소골이 손상된 난청자에 대해서 정원창 구동 방식의 보청기를 적용할 경우, 소리 신호는 마이크로폰 -> 신호처리회로 -> 정원창 구동 진동체 -> 달팽이관 (정원창)의 경로로 신호가 전달된다. 이 경우에는 정상적인 청각 전달 경로와 다른 경로가 이용되는 것이기 때문에 소리의 전달 과정에 있어서 이소골의 특성이 반영되지 못한 상태로 보청기가 동작하게 된다. 즉, 난청자는 이소골의 특성이 반영되지 않은 소리를 청취하게 되는 것이므로, 정상인이 청취하는 소리에 비하여 부자연스러운 소리를 청취하게 되는 것이다.
따라서, 정원창 구동 방식의 보청기를 난청자에게 적용했을 때 정상인처럼 자연스러운 소리 청취를 유발하기 위해서는, 정원창 구동 보청기의 동작 과정에서 이소골의 특성을 첨가해야만 한다. 정원창 구동 보청기의 동작 단계는 마이크로폰 (입력부), 신호처리회로 (신호처리부), 트랜스듀서 (출력부)의 3단계로 생각할 수 있으며, 각 단계에서 이소골의 특성을 반영하면 자연스러운 소리 청취가 가능하다.
우선 마이크로폰에 이소골의 특성을 반영하는 경우를 살펴보면, 정원창 구동 보청기의 이식 형태(부분 이식형 또는 완전 이식형)에 따라 서로 다른 특성을 가지도록 마이크로폰을 설계해야 한다. 특히, 완전 이식형에 사용되는 이식형 마이크로폰의 경우, 피부에 의해 감소되는 감도를 보완할 수 있는 구조로 설계되어야 한다. 여기에 공진 형태의 이소골 특성까지 추가하려면 고려할 점이 많아질 뿐만 아니라, 그에 따른 마이크로폰의 구조가 매우 복잡해지기 때문에 바람직한 방법이라 할 수 없다.
다음으로 신호처리회로를 통해 이소골의 특성을 반영할 경우, 이소골의 특성이 반영된 전용 보청기 프로세서를 제작함으로써 실현할 수 있다. 그렇지만 위와 같이 구현된 보청기 프로세서를 사용할 경우 기존 보청기 프로세서와는 다른 특성을 나타내기 때문에, 범용의 보청기 피팅 알고리즘을 그대로 활용할 수 없으며 이소골 특성이 반영된 전용 피팅 알고리즘을 구현해야 하는 단점이 있다.
상기의 2가지 방법이 가지는 단점들로 인하여, 난청자가 자연스러운 소리를 청취하기 위한 방법으로 정원창 구동 보청기의 출력부인 트랜스듀서에 이소골의 특성을 반영하는 것이 가장 바람직하다. 일반적인 정원창 구동 보청기의 출력부는 대부분 전자기형 또는 압전형으로 구현되고 있다.
앞서 언급했듯이 이소골의 특성은 공진 형태로 나타나기 때문에, 전자기형 트랜스듀서의 경우 자석과 코일에 의해 발생하는 자체적인 공진 특성을 이소골의 특성과 유사하도록 설계함으로써 용이하게 구현할 수 있다. 그러나, 압전형 트랜스듀서는 가청 대역에서 평탄한 특성을 나타내기 때문에, 이소골의 특성을 반영하기 위해서는 공진을 발생시킬 수 있는 요소를 첨가하여 설계할 필요가 있다.
본 발명은 난청자의 청력 보상을 위하여 달팽이관의 정원창에 진동을 인가하는 방식의 보청기에 사용하는 트랜스듀서에 관한 것이며, 난청자에게 자연음에 가까운 소리를 청취하게 할 수 있는 정원창 구동 트랜스듀서를 제공하는 것이다.
보다 자세하게 설명하면, 이는 압전 또는 전자기 방식으로 제작되며 정원창 입구에 설치되는 정원창 구동 진동체의 공진 주파수를 이소골의 특성과 유사하게 설계하는 것을 통하여 품질이 우수한 음향을 난청자에게 제공할 수 있다. 일차적으로 선천적인 원인 또는 만성 중이염 등의 질환 등으로 인한 이소골의 손상으로 청각 전달 경로에 문제가 생긴 전도성 난청자에게 더욱 효과가 있을 것으로 생각되며, 감각 신경성 난청자에게도 적용할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 인간 중이 특성이 반영된 정원창 구동 진동체는 상부면이 개방되어 있는 하우징; 상기 하우징의 내부에 안착되는 지지판; 상기 지지판의 상부에 결합되는 압전 소자; 상기 압전 소자의 상부에 안착되며, 상기 하우징의 상부면을 커버하는 진동판; 및 상기 진동판에 고정 결합되는 연결부재;를 포함하며, 상기 연결부재, 진동판 및 지지판은 공진 특성을 제어하여 이소골의 공진 특성과 유사하게 설계하기 위해 탄성체 재질로 각각 형성되거나, 탄성을 갖는 구조로 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 인간 중이 특성이 반영된 정원창 구동 진동체는 상부면이 개방되어 있는 하우징; 상기 하우징의 내부에 안착되는 지지판; 상기 지지판의 상부에 결합되는 영구 자석; 상기 영구 자석의 외주 면을 둘러싸도록 감기는 코일 부재; 상기 영구 자석의 상부에 안착되며, 상기 하우징의 상부면을 커버하는 진동판; 및 상기 진동판에 고정 결합되는 연결부재;를 포함하며, 상기 연결부재, 진동판 및 지지판은 공진 특성을 제어하여 이소골의 공진 특성과 유사하게 설계하기 위해 탄성체 재질로 각각 형성되거나, 탄성을 갖는 구조로 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 중이 특성이 반영된 정원창 구동 진동체는 지지판의 상부에 안착되는 압전 소자를 하우징의 내부에 배치하고, 상기 압전 소자의 상부에 안착되어 하우징의 상부면을 커버하는 진동판에 고정 결합되는 연결부재를 탄성체 또는 탄성을 가지는 구조로 형성함으로써, 정원창 구동 진동체의 공진형 진동 특성을 구현할 수 있게 된다. 마찬가지로, 지지판 및 진동판의 구조나 재료를 변경하여 정원창 구동 진동체의 공진 특성을 구현하는 것도 가능하다.
그리고, 전자기 방식의 정원창 구동 진동체의 경우 다수의 자석, 다수의 코일, 진동판 등의 구성 요소들로 인해 자연적인 공진점이 발생하며, 이 공진 특성이 이소골의 공진 특성과 유사하도록 설계하는 방법으로도 본 발명의 정원창 구동 기술을 실현할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 정원창 구동 진동체는 공진형 진동 특성을 각 구성 요소에 맞게 조절하여 최적화 및 구체화할 수 있으므로, 무엇보다 선천적인 요인이나 만성 중이염 등의 질환으로 이소골이 손상된 전도성 난청자에게 적합하다.
따라서, 본 발명에 따른 정원창 구동 진동체를 보청기에 적용할 경우, 정원창 구동 진동체의 공진 특성이 이소골의 특성과 유사하게 설계됨으로써 난청자가 자연스러운 소리를 효과적으로 청취할 수 있도록 맞춤 제작하는 것이 가능해질 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 정원창 구동 진동체를 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 정원창 구동 진동체를 나타낸 분해 사시도이다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 지지판들을 확대하여 나타낸 사시도 및 평면도들이다.
도 6은 미국재료시험협회(ASTM)에서 규정한 인간 중이의 특성으로, 94 dB SPL의 소리를 고막에 인가했을 때의 주파수에 따른 이소골의 진동 속도를 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 정원창 구동 진동체를 나타낸 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 정원창 구동 진동체를 나타낸 분해 사시도이다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 지지판들을 확대하여 나타낸 사시도 및 평면도들이다.
도 6은 미국재료시험협회(ASTM)에서 규정한 인간 중이의 특성으로, 94 dB SPL의 소리를 고막에 인가했을 때의 주파수에 따른 이소골의 진동 속도를 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 정원창 구동 진동체를 나타낸 분해 사시도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 중이 특성이 반영된 정원창 구동 진동체에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 정원창 구동 진동체를 나타낸 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 정원창 구동 진동체를 나타낸 분해 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 정원창 구동 진동체(100)는 하우징(110), 지지판(120), 압전 소자(130) 및 진동판(140)을 포함한다.
하우징(110)은 상부면이 개방되는 형태로 이루어질 수 있다. 이때, 하우징(110)은 상부가 개방되는 원통 또는 다각형 구조로 이루어지되, 일반적으로 큰 변위를 확보하기 위하여 밑면으로부터 윗면으로 갈수록 단면적이 증가하는 형상으로 형성되지만 이 형상에 국한되는 것은 아니다. 상기 하우징(110)은 다양한 재질로 형성될 수 있으나, 이식을 위해 생체 적합성 재질인 티타늄 또는 스테인리스 계열로 형성하는 것이 바람직하다.
지지판(120)은 하우징(110)의 내부에 안착된다. 지지판(120)은 생체 적합성 재질 중에서도 강성이 우수한 재질로 형성하는 것이 바람직하다. 하지만, 이소골의 특성과 유사한 공진 특성을 얻기 위해 탄성이 있는 판 스프링 구조로 설계할 수도 있다.
일 예로, 지지판(120)은 50 ~ 300㎛의 두께로 형성될 수 있다. 지지판(120)의 두께가 50㎛ 미만일 경우에는 강성이 부족하여 고주파 대역의 공진점을 조절하는 데 어려움이 따를 수 있을 뿐만 아니라 진동판 방향으로 힘의 전달 효율이 낮아진다. 반대로, 지지판(120)의 두께가 300㎛를 초과할 경우에는 탄성이 저하되는 문제로 저주파 대역의 공진점을 조절하는 것이 어렵기 때문에 이소골의 공진 특성을 반영하기 어려운 문제가 있다.
이러한 지지판(120)은 반드시 설계해야 하는 것은 아니며, 필요에 따라 생략하는 것도 무방하다. 만일, 지지판(120)을 설계하지 않을 경우에는 하우징(110)의 재질로는 강성이 우수한 재질을 이용하는 것이 바람직한 데, 이는 하우징(110)을 지지판(120)으로 활용하기 위함이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 지지판을 나타낸 사시도이고, 도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 지지판들을 나타낸 평면도들로, 이를 참조로 지지판에 대하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
도 3을 참조하면, 지지판(120)은 원형 또는 다각형 구조를 갖는 몸체(122)와, 상기 몸체(122)의 일부를 절개하는 절개부(124)를 포함할 수 있다. 여기서, 몸체(122)는 절개부(124)에 의하여 하우징(도 1의 110)에 적합한 원형 또는 다각형의 테 형태를 가질 수 있다. 절개부(124)는 지지판(120)의 중심을 기준으로 상호 대칭되는 형태로 배치될 수 있다.
한편, 도 4 및 도 5를 참조하면, 지지판(120)은 원형 또는 다각형 구조를 갖는 몸체(122)와, 상기 몸체(122)의 중앙부를 관통하는 하나 이상의 절개부(124)를 포함할 수 있다.
도 1 및 도 2를 다시 참조하면, 압전 소자(130)는 지지판(120)의 상부에 안착된다. 압전 소자(130)는 제1 극성의 전압을 인가받는 제1 전극(132)과, 상기 제1 전극(132)과 대향하도록 이격 배치되며, 상기 제1 극성과 반대되는 제2 극성의 전압을 인가받는 제2 전극(134)과, 상기 제1 전극(132)과 제2 전극(134)의 이격된 사이에 형성되는 압전층(136)을 포함할 수 있다. 압전층의 형태는 단결정 또는 적층형으로 제작된 것을 모두 사용할 수 있다.
이때, 도면으로 도시하지는 않았지만, 상기 제1 전극(132)과 제2 전극(134)은 이들에 각각 연결되는 제1 및 제2 전력공급배선(미도시)을 통하여 외부로부터 전력을 공급받는다. 제1 및 제2 전력공급배선은 하우징(110)에 구비되는 관통 홀(미도시)에 의하여 제1 및 제2 전극(132, 134)과 전기적으로 연결될 수 있다.
압전층(136)은 Pb(Zr,Ti)O3＋Pb(Zn,Nb)O3, Pb(Zr,Ti)O3＋PVDF 폴리머, Pb(Zr,Ti)O3＋Pb(Ni,Nb)O3, Pb(Zr,Ti)O3＋실리콘 폴리머 및 Pb(Zr,Ti)O3+에폭시 폴리머 중 하나 이상의 제1 재질로 형성될 수 있다. 이와 다르게, 압전층(136)은 (Na, K)NbO3, (Na, K, Li)NbO3, BiFeO3 및 BaTiO3 중 하나 이상의 제2 재질로 형성될 수도 있다. 이 중, 압전층(136)은 인체에 이식되는 물질이므로 특히 납을 함유하는 제1 재질보다는 제2 재질을 이용하는 것이 바람직하며, 인체에 노출되지 않게 하기 위한 기밀 용접 기술이 반드시 수반되어야 한다.
상기 압전층(136)은 제1 및 제2 전극(132, 134)에 각각 전압이 인가될 때, 각 전극(132, 134)으로 인가되는 전압 크기의 차이에 따라 팽창하거나 또는 수축하게 된다. 이 결과, 압전 소자(130)가 진동하고, 압전 소자(130)의 진동은 진동판(140)에 전달되어 진동판(140)을 진동시키게 된다.
진동판(140)은 압전 소자(130)의 상부에 안착되며, 상기 하우징(110)의 상부면을 커버한다. 일 예로, 진동판(140)의 직경(d1)은 수술 공간을 고려하여 3 ~ 4mm로 제한하고, 상기 지지판(120)의 직경(d2)은 진동판(140)의 직경(d1) 보다 작은 1 ~ 2mm로 설계한다. 진동판(140)의 직경(d1)이 3mm 미만일 경우에는 진동판(140)의 진동 효과를 제대로 발휘할 수 없다. 반대로, 진동판(140)의 직경(d1)이 4mm를 초과할 경우에는 정원창으로의 수술적 접근이 어려울 수 있다. 이와 같이 진동판(140)의 직경(d1)과 두께(t1)는 대체적으로 지지판(120)의 직경(d2)과 두께(t2)보다 넓고 얇게 제작하지만 반드시 이 형태로 국한될 필요는 없다. 여기서, 지지판(120)의 직경(d2)을 진동판(140)의 직경(d1)보다 작게 형성하는 것은 압전 소자(130)의 구동 시, 지지판(120)에 가해지는 떨림을 보다 효과적으로 진동판(140)으로 전달하여 큰 진동 변위를 획득하기 위함이다.
상기 진동판(140)과 지지판(120)은 상호 평행하게 이격 배치되되, 상기 진동판(140)과 지지판(120)의 이격 거리(D)는 2 ~ 3mm로 설계하는 것이 바람직하다. 이격 거리(D)가 2mm 미만일 경우에는 내부 공간이 협소해지는 문제로 충분한 진동량을 갖는 압전 소자(130)를 제작하는 데 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 이격 거리(D)가 3mm를 초과할 경우에는 수술 공간을 확보할 수 없는 문제가 생길 수 있다.
또한, 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 정원창 구동 진동체(100)는 진동 전달 부재(150) 및 연결부재(160)를 더 포함할 수 있다.
진동 전달 부재(150)는 진동판(140)과 압전 소자(130) 사이에 배치될 수 있다. 이때, 진동 전달 부재(150)는 압전 소자(130)에 의해 생성되는 진동을 진동판(140)에 보다 효과적으로 전달하는 역할을 한다.
연결부재(160)는 진동판(140)에 일단이 고정 결합된다. 정원창 구동 진동체(100)의 이식 수술시, 연결부재(160)는 정원창의 멤브레인(미도시)에 부착되도록 삽입시키게 된다. 이때, 연결부재(160)는 정원창의 멤브레인에 부착되어 압전 소자(130) 및 진동판(140)으로부터 발생하는 진동을 정원창에 전달하는 역할을 한다. 이러한 연결부재(160)는 실리콘, 티타늄, 형상기억합금 등의 생체적합성 물질로 형성될 수 있다. 이 경우, 연결부재(160)는 정원창의 음향 임피던스가 높기 때문에 임피던스 매칭을 위하여 고탄성의 물질보다 약한 강성과 탄성을 동시에 가지는 구조와 재질을 선택하는 것이 바람직하다.
이와 같이, 연결부재(160)의 재질로 약탄성체를 이용할 경우, 강성 재질을 이용할 때보다 압전 소자(130)의 진동 전달 효율이 떨어지기는 하나, 지지판(120), 진동판(140)과 더불어 정원창 구동 진동체의 공진 주파수를 제어할 수 있다. 즉, 상기 정원창 구동 진동체(160)는 지지판(120), 진동판(140), 연결부재(160)를 이용하여 이소골의 공진 특성을 부여하는 것이 가능하다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 정원창 구동 진동체(100)는 지지판(120)의 상부에 안착되는 압전 소자(130)를 하우징(110)의 내부에 배치하고, 상기 압전 소자(130)의 상부에 안착되어 하우징(110)의 상부면을 커버하는 진동판(140)에 고정 결합되는 연결부재(160)를 형성함으로써, 정원창 구동 진동체(100)의 주파수(공진) 특성을 구현할 수 있게 된다.
이를 통해, 본 발명의 일 실시예에 따른 정원창 구동 진동체(100)는 진동 변위량의 공진점을 최적화 및 구체화할 수 있으므로, 선천적인 요인이나 만성 중이염 등의 질환으로 이소골이 손상된 전도성 난청자에게 인간 중이의 특성을 첨가하여 자연음에 가까운 최적의 소리를 전달할 수 있도록 맞춤 제작할 수 있다.
도 6은 미국재료시험협회 (ASTM)에서 규정한 인간 중이의 특성으로, 94 dB SPL의 소리를 고막에 인가했을 때의 주파수에 따른 이소골의 진동 속도를 나타낸 그래프이다.
도 6을 참조하면, 94 dB SPL의 소리를 고막에 인가했을 경우, 100Hz ~ 1,000Hz 구간에서는 주파수가 상승함에 따라 이소골의 진동 속도가 상향하는 것을 알 수 있다. 반면, 1,000Hz ~ 10,000Hz 구간에서는 주파수가 상승함에 따라 이소골의 진동 속도가 하향하는 것을 확인할 수 있다.
이를 토대로, 정원창 구동 진동체(100)의 지지판(120), 진동판(140), 연결부재(160)을 설계한다면, 선천적인 요인이나 만성 중이염 등의 질환으로 이소골이 손상된 전도성 난청자에게 자연음에 가까운 소리를 재현하는 것이 가능해질 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 정원창 구동 진동체를 나타낸 단면도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 정원창 구동 진동체(200)는 하우징(210), 지지판(220), 영구 자석(230), 코일 부재(235), 진동판(240), 및 연결부재(260)를 포함한다. 또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 정원창 구동 진동체(200)는 진동 전달 부재(250) 및 진동 제어 부재(252)를 더 포함할 수 있다.
하우징(210)은 상부면이 개방되는 형태로 이루어질 수 있다. 이때, 하우징(210)은 상부가 개방되는 원통 또는 다각형 구조로 이루어질 수 있으며, 이 형상에 국한되는 것은 아니다. 상기 하우징(210)은 다양한 재질로 형성될 수 있으나, 이식을 위해 생체적합성 재질인 티타늄 또는 스테인리스 계열로 형성하는 것이 바람직하다.
지지판(220)은 하우징(210)의 내부에 안착된다. 지지판(220)은 생체적합성 재질 중에서도 강성이 우수한 재질로 형성하는 것이 바람직하다. 하지만, 이소골의 특성과 유사한 공진 특성을 얻기 위해 탄성이 있는 판 스프링 구조로 설계할 수도 있다. 이러한 지지판(220)은 반드시 설계해야 하는 것은 아니며, 필요에 따라 생략하는 것도 무방하다. 만일, 지지판(220)을 설계하지 않을 경우에는 하우징(210)의 재질로는 강성이 우수한 재질을 이용하는 것이 바람직한 데, 이는 하우징(210)을 지지판(220)으로 활용하기 위함이다.
영구 자석(230)은 지지판(220)의 상부에 결합된다. 영구 자석(230)은 동일한 극성이 상호 마주보도록 부착되는 한 쌍의 자석으로 이루어질 수 있다. 이때, 영구 자석(230)은 중앙부가 정극성(+)이고, 상부 및 하부가 부극성(-)인 SNS의 3극 타입일 수 있다. 반대로, 영구 자석(230)은 중앙부가 부극성(-)이고, 상부 및 하부가 정극성(+)인 NSN의 3극 타입일 수도 있다. 이러한 영구 자석(230)은 원통 형상으로 설계될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 직육면체 또는 육각 기둥 형상 등 다양한 형태로 설계 변경될 수 있다.
코일 부재(235)는 영구 자석(230)의 외주 면을 둘러싸도록 감긴다. 이러한 코일 부재(235)와 영구 자석(230)은 적정 간격이 유지되도록 이격 배치될 수 있다.
진동판(240)은 영구 자석(230)의 일단과 연결되도록 배치된다. 진동판(240)은 영구 자석(230)과 코일 부재(235)에 의해 발생한 진동을 전달받는다.
연결부재(260)는 진동판(240)에 일단이 고정 결합된다. 정원창 구동 진동체(200)의 이식 수술시, 연결부재(260)는 정원창의 멤브레인(미도시)에 부착되도록 삽입시키게 된다. 이때, 연결부재(260)는 정원창의 멤브레인에 부착되어 영구 자석(230) 및 코일 부재(235)로부터 발생하는 진동을 진동판(240)을 매개로 정원창에 전달하는 역할을 한다. 이러한 연결부재(260)는 실리콘, 티타늄, 형상기억합금 등의 생체적합성 물질로 형성될 수 있다. 이 경우, 연결부재(260)는 정원창의 음향 임피던스가 높기 때문에 임피던스 매칭을 위하여 고탄성의 물질보다 약한 강성과 탄성을 동시에 가지는 구조와 재질을 선택하는 것이 바람직하다.
이와 같이, 연결부재(260)의 재질로 약탄성체를 이용할 경우, 강성 재질을 이용할 때보다 진동 전달 효율이 떨어지기는 하나, 지지판(220), 진동판(240)과 더불어 정원창 구동 진동체(200)의 공진 주파수를 제어할 수 있다. 즉, 상기 정원창 구동 진동체(200)는 지지판(220), 진동판(240), 연결부재(260)를 이용하여 이소골의 공진 특성을 부여하는 것이 가능하다.
한편, 진동 전달 부재(250)는 진동판(240)과 영구 자석(230) 사이에 배치되고, 진동 제어 부재(252)는 지지판(220)과 영구 자석(230) 사이에 배치된다. 이러한 진동 전달 부재(250)는 강성이 있는 물질이나 탄성이 있는 물질 등으로 형성될 수 있으며, 코일 스프링 형태로 이루어질 수 있으나, 이는 일 예에 불과하며, 다양한 형태로 설계 변경될 수 있다.
그리고, 진동 제어 부재(252)는 강성이 있는 물질이나 탄성이 있는 물질 등으로 형성될 수 있으며, 코일 스프링 형태 등 다양하게 적용될 수 있다.
이와 같이, 코일 스프링 형태로 진동 전달 부재(250) 및 진동 제어 부재(252)를 형성하는 것은 선천적인 요인이나 만성 중이염 등의 질환으로 이소골이 손상된 전도성 난청자에게 인간 중이의 특성을 첨가하여 자연음에 가까운 최적의 소리를 전달할 수 있도록 맞춤 제작하기 위함이다.
이러한 진동 제어 부재는(252)는 반드시 설계해야 하는 것은 아니며, 필요에 따라 생략하는 것도 무방하다. 만일, 진동 제어 부재(252)를 설계하지 않을 경우에는 지지판(220)의 형상을 도3 ~ 도5에서 나타난 예시와 같이 제작함으로써 진동 제어 부재(252)의 기능을 대체할 수 있으며, 재질로는 강성이 우수한 재질을 이용하는 것이 바람직하다.
따라서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 정원창 구동 진동체(200)와 같은 전자기형 트랜스듀서의 경우, 영구 자석(230)과 코일 부재(235)에 의해 발생하는 자체적인 공진 특성을 이소골의 특성과 유사하도록 설계할 수 있다.
즉, 본 발명의 다른 실시예에 따른 정원창 구동 진동체(200)는 지지판(220)의 상부에 안착되는 영구 자석(230) 및 코일 부재(235)를 하우징(210)의 내부에 배치하고, 상기 영구 자석(230)의 상부에 안착되어 하우징(210)의 상부면을 커버하는 진동판(240)에 고정 결합되는 연결부재(260)를 형성함으로써, 정원창 구동 진동체(200)의 주파수(공진) 특성을 구현할 수 있게 된다.
이를 통해, 본 발명의 다른 실시예에 따른 정원창 구동 진동체(200)는 진동 변위량의 공진점을 최적화 및 구체화할 수 있으므로, 선천적인 요인이나 만성 중이염 등의 질환으로 이소골이 손상된 전도성 난청자에게 인간 중이의 특성을 첨가하여 자연음에 가까운 최적의 소리를 전달할 수 있도록 맞춤 제작할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 기술자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형은 본 발명이 제공하는 기술 사상의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.
100 : 진동체 110 : 하우징
120 : 지지판 122 : 몸체
124 : 절개부 130 : 압전 소자
132 : 제1 전극 134 : 제2 전극
136 : 압전층 140 : 진동판
150 : 진동 전달 부재 160 : 연결부재
200 : 진동체 210 : 하우징
220 : 지지판 230 : 영구 자석
235 : 코일 부재 240 : 진동판
250 : 진동 전달 부재 252 : 진동 제어 부재
260 : 연결부재
120 : 지지판 122 : 몸체
124 : 절개부 130 : 압전 소자
132 : 제1 전극 134 : 제2 전극
136 : 압전층 140 : 진동판
150 : 진동 전달 부재 160 : 연결부재
200 : 진동체 210 : 하우징
220 : 지지판 230 : 영구 자석
235 : 코일 부재 240 : 진동판
250 : 진동 전달 부재 252 : 진동 제어 부재
260 : 연결부재
Claims (13)
- 상부면이 개방되어 있는 하우징;
상기 하우징의 내부에 안착되는 지지판;
상기 지지판의 상부에 결합되는 압전 소자;
상기 압전 소자의 상부에 안착되며, 상기 하우징의 상부면을 커버하는 진동판; 및
상기 진동판에 고정 결합되는 연결부재;를 포함하며,
상기 연결부재, 진동판 및 지지판은 공진 특성을 제어하기 위해 탄성체 재질로 각각 형성된 것을 특징으로 하는 중이 특성이 반영된 정원창 구동 진동체.
- 제1항에 있어서,
상기 지지판은
원형 또는 다각형 구조를 갖는 몸체와,
상기 몸체의 일부를 절개하는 하나 이상의 절개부를 포함하는 것을 특징으로 하는 중이 특성이 반영된 정원창 구동 진동체.
- 제1항에 있어서,
상기 지지판의 직경은
상기 진동판의 직경보다 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 중이 특성이 반영된 정원창 구동 진동체.
- 제1항에 있어서,
상기 압전 소자는
제1 극성의 전압을 인가받는 제1 전극과,
상기 제1 전극과 대향하도록 이격 배치되며, 상기 제1 극성과 반대되는 제2 극성의 전압을 인가받는 제2 전극과,
상기 제1 전극과 제2 전극의 이격된 사이에 형성되는 압전층을 포함하는 것을 특징으로 하는 중이 특성이 반영된 정원창 구동 진동체.
- 제4항에 있어서,
상기 압전층은
압전 재질로 이루어지며, 단결정 형태 또는 적층 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 중이 특성이 반영된 정원창 구동 진동체.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 진동체는
상기 진동판과 압전 소자 사이에 배치되는 진동 전달 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 중이 특성이 반영된 정원창 구동 진동체.
- 상부면이 개방되어 있는 하우징;
상기 하우징의 내부에 안착되는 지지판;
상기 지지판의 상부에 결합되는 영구 자석;
상기 영구 자석의 외주 면을 둘러싸도록 감기는 코일 부재;
상기 영구 자석의 상부에 안착되며, 상기 하우징의 상부면을 커버하는 진동판; 및
상기 진동판에 고정 결합되는 연결부재;를 포함하며,
상기 연결부재, 진동판 및 지지판은 공진 특성을 제어하기 위해 탄성체 재질로 각각 형성된 것을 특징으로 하는 중이 특성이 반영된 정원창 구동 진동체.
- 제8항에 있어서,
상기 영구 자석 및 코일 부재 각각은
복수 개로 이루어진 것을 특징으로 하는 중이 특성이 반영된 정원창 구동 진동체.
- 제8항에 있어서,
상기 진동체는
상기 진동판과 영구 자석 사이에 배치되는 진동 전달 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 중이 특성이 반영된 정원창 구동 진동체.
- 제8항에 있어서,
상기 진동체는
상기 지지판과 영구 자석 사이에 배치되는 진동 제어 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 중이 특성이 반영된 정원창 구동 진동체.
- 삭제
- 제8항에 있어서,
상기 영구 자석은
SNS 또는 NSN의 3극 타입인 것을 특징으로 하는 중이 특성이 반영된 정원창 구동 진동체.
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2011
- 2011-11-10 KR KR1020110116874A patent/KR101296714B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004500734A (ja) | 2000-06-06 | 2004-01-08 | フォーナック アーゲー | 耳内補聴器及びその製造方法 |
| JP2008526416A (ja) | 2005-01-13 | 2008-07-24 | センティエント メディカル リミテッド | 聴覚インプラント |
| KR20100108434A (ko) * | 2008-12-23 | 2010-10-06 | 고어텍 인크 | 콘덴서 마이크로폰 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 논문1 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20130051621A (ko) | 2013-05-21 |
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Legal Events
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