KR101439935B1 - 음향 출력 장치 - Google Patents

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이종배
이성수
정경일
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Abstract

본 발명은, 음향 진동판 및 압전체가 한쪽으로 편향된 비대칭 구조를 가지는 음향 출력 장치로, 진동폭을 크게 하여 높은 출력음압을 얻어 보다 풍부하고 음향을 얻을 수 있으며, 진동 단면적을 기존보다 넓히고, 진동판의 장력을 낮추어 최저공진주파수 (
Figure 112013065219630-pat00003
)을 낮추어 해당 주파수까지의 저음역대를 충분히 재생할 수 있게 하는 음향 출력 장치이다.

Description

음향 출력 장치 {Sound Output Device}
본 발명은 압전체를 이용한 음향 출력 장치에 관한 것이다.
기존의 스피커는 주로 보이스-코일(Voice Coil)을 이용한 다이나믹 스피커가 대부분이다.
스마트폰 및 태블릿 PC 등의 휴대 단말기를 비롯하여 LED TV 등을 포함하는 디스플레이 제품의 슬림화가 가속됨에 따라 기존의 스피커에 대한 대안이 필요하였다.
최근, 이에 대한 대안으로 전력을 적게 소모하며, 두께가 얇고, 무게가 가벼운 음향 출력 장치로 구현 가능한 압전 스피커에 대한 검토가 적극적으로 진행되고 있는 추세이다.
대한민국 공개특허공보 제 2009-0049675 호는 새로운 형태의 압전 소재로 별도의 진동부를 구성하여 필름 형태의 스피커를 구현하면서 품질을 개선하기 위한 구조를 적용하고 다양한 기능을 효과적으로 부가하여 복합 기능을 구비하도록 한 필름형 스피커 및 그 제조 방법에 관해 기재되어 있다.
일반적으로, 압전체를 이용하는 음향 출력 장치의 경우, 압전체로부터 발생된 진동을 효율적으로 증폭시키기 위해 음향 진동판의 재질을 금속을 재료로 사용한다.
하지만, 금속 재질의 음향 진동판은 다이나믹 스피커에 사용되는 음향 진동판에 비해 상대적으로 두껍고 무거워 저음역을 출력하기에 무리가 있으며, 음의 감쇠성능 및 출력 음압이 낮은 것 또한 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하고자 도출된 것으로, 기존의 압전체를 이용한 음향 출력 장치보다 높은 출력음압과 저음역의 확보하기 위한 발명이다.
본 발명은, 진동에 의해 음향을 발생시키는 음향 진동판, 상기 음향 진동판에 결합되어 상기 음향 진동판에 진동을 발생시키는 압전체 및 상기 음향 진동판을 고정시키는 프레임을 포함하고,
상기 음향 진동판은, 탄성 복원이 가능한 경질의 제 1 진동판 및 상기 제 1 진동판에 부착되어 있으며, 상기 제 1 진동판보다 낮은 강성 재질의 제 2 진동판을 포함하고, 상기 제 1 진동판의 가장자리 중 일 부분은 상기 프레임에 직접 고정되는 구조로 지지되고, 상기 제 1 진동판의 가장자리 중 상기 일 부분을 제외한 나머지 부분은 상기 제 2 진동판에 부착됨으로써 상기 제 2 진동판을 통해 상기 프레임에 간접 고정되는 구조로 지지되며, 상기 제 1 진동판의 일측 끝단에 치우친 소정 지점에 결합된다.
또한, 상기 제 2 진동판에 의해 프레임에 간접 고정되는 제 1 진동판 외측의 진동폭은 상기 프레임에 직접 고정되는 제 1 진동판의 내측의 진동폭보다 더 큰 것을 특징으로 한다.
압전체를 제 1 진동판의 일측에 편향되게 위치하도록 하여 압전체가 진동할 때 스윙 운동을 하게 함으로써, 진동폭을 크게 하고 높은 출력음압을 얻어 풍부하고 음향을 얻을 수 있다.
음향 진동판이 비대칭 구조를 취함으로써, 진동 단면적을 넓히고 최저공진주파수(
Figure 112013065219630-pat00001
)를 낮추어 저음역대를 충분히 재생할 수 있다.
도 1는 본 발명의 음향 출력 장치에 대한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 음향 출력 장치에 대한 평면도이다.
도 3은 본 발명의 음향 출력 장치에 대한 측면도이다.
도 4는 본 발명의 음향 출력 장치의 음향 출력 원리를 나타낸 도이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 더 구체적으로 설명하되, 이미 주지된 기술적 부분에 대해서는 설명의 간결함을 위해 생략하거나 압축하기로 한다.
본 발명에 따르는 음향 출력 장치는 하기의 구성에 의해 이루어 질 수 있으며, 도 1, 도 2, 도 3 및 도 4을 참조하여 설명한다.
본 발명에 따르는 음향 출력 장치(100)은, 압전체(110), 음향 진동판(120), 프레임(130)을 포함한다.
압전체(110)는, 역압전 효과(inverse piezoelectric effect)를 이용하여 압전체(110)에 전압을 인가하여 발생하는 수축 및 팽창에 의해 진동을 발생시킨다.
압전체(110)로부터 발생된 진동은 압전체(110)와 부착된 제 1 진동판(121)으로 전달된다.
음향 진동판(120)은, 압전체(110)가 역압전 효과에 의해 발생하는 진동을 전달받아 음향을 출력하는 부분이며, 제 1 진동판(121)과 제 2 진동판(122)으로 구비된다.
음향 진동판(120)의 진동방식에 따라 음질이 크게 변화한다.
일반적으로 음향 출력 장치(100)에 요구되는 성능은 입력된 전기신호를 손실없이 충실하게 재생하는 것이다. 저음부터 고음까지의 보다 넓은 주파수 범위에까지 크고 그러면서도 일정 음압의 재생음을 얻을 수 있는 것이 바람직스럽다.
주파수 특성 곡선에서 보면, 최저공진주파수(저음재생주파수의 한계) 부터 고역공진주파수(Fb, 고음재생주파수의 실질적인 한계)의 범위가 넓으면서도, 음압이 높고, 요철이 적은 평평한 형태를 묘사하는 것이 요구된다.
하지만, 압전체를 이용한 기존의 음향 출력 장치는 재질 및 구성등에 있어서 보이스코일을 사용하는 일반적인 음향출력장치보다 최저공진주파수가 높기 때문에, 저음을 풍부하게 재생하지 못하는 단점이 있다.
상기의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 제 1 진동판(121)의 재질은 알루미늄 등의 금속재가 사용되며 제 2 진동판(122)보다 경질이다. 또한, 제 2 진동판(122)의 재질은 실리콘막 등의 얇은 필름재를 사용하여 탄성 복원이 가능하며 제 1 진동판(121) 보다 낮은 강성의 재질을 구비한다.
본 발명의 실시예인 도 3을 참조하여 설명하면, 제 1 진동판(121) 일 측면의 가장자리에서 소정거리를 두고 떨어진 내측에 소정의 지점에 압전체(110)가 부착되며, 제 1 진동판(121)은 압전체(110)가 편향된 방향으로 제 1 진동판(121)의 가장자리의 일측면이 프레임(130)의 일측에 의해 고정된다.
제 2 진동판(122)의 내측은 제 1 진동판(121)이 프레임(130)에 고정된 일측면을 제외한 나머지 타측면과 결합하고, 제 2 진동판(122)의 외측은 프레임(130)과 직접 결합되는 구조를 지닌다.
따라서, 제 1 진동판(121)은 제 2 진동판(122)에 의해 간접적으로 프레임(130)에 고정되는 음향 진동판 비대칭 구조를 형성하게 된다.
압전체(110)가 역압전 효과에 의해 진동을 하게 될 때, 1차로 압전체(110)와 직접 결합된 제 1 진동판(121)이 진동하게 되고, 2차로 제 1 진동판(121)의 진동이 제 2 진동판(122)에 전달되어 음향 진동판(120) 전체가 진동하게 된다.
본 발명이 상기의 재질과 비대칭 구조로 음향 진동판(120)이 형성되는 이유는, 제 1 진동판(121)이 프레임(130)에 고정된 측면이 제 2 진동판(122)에 비해 상대적으로 고정단(fixed end, 固定端)화되고, 제 1 진동판(121)이 프레임(130)에 고정되지 않은 나머지 측면이 자유단(free end, 自由端)화되기 위함이다.
대칭 구조를 가지는 일반적인 음향 진동판(120)의 경우, 압전체(110)에 의해 발생하는 진동은 음향 진동판(120)으로 전달되어, 음향 진동판(120)이 상하로 움직이는 단진동 운동을 하게 된다.
하지만, 비대칭 구조의 음향 진동판(120)의 경우, 본 발명의 실시예를 나타낸 도 4에 도시된 바와 같이 제 1 진동판(121) 일 측을 제외한 나머지 측면이 자유단화되어, 압전체(110)에 의해 진동이 발생하였을 때 제 1 진동판(121) 자유단측이 원꼴모양으로 스윙운동 한다.
대칭구조에서 발생하는 음향 진동판(120)의 단진동 진폭보다 비대칭 구조로 형성되는 음향 진동판(120)의 스윙운동의 진동진폭이 더 크다.
따라서, 비대칭 구조의 음향 진동판(120)은 기존보다 진동 단면적을 넓히고 출력 음압을 높힐 수 있으며, 최저공진주파수 (
Figure 112013065219630-pat00002
)를 기존 대칭 구조를 지니는 음향 출력 장치보다 낮출 수 있어 저음대역을 더욱 확보할 수 있는 이점을 지닌다.
본 발명의 기술사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 보호범위는 아래 청구범위에 의하여 해석되어야하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다
100 : 음향 출력 장치
110 : 압전체
120 : 음향 진동판 121 : 제 1 진동판 122 : 제 2 진동판
130 : 프레임

Claims (3)

  1. 진동에 의해 음향을 발생시키는 음향 진동판,
    상기 음향 진동판에 결합되며, 상기 음향 진동판에 진동을 발생시키는 압전체; 및
    상기 음향 진동판을 고정시키는 프레임;을 포함하고,
    상기 음향 진동판은,
    탄성 복원이 가능한 경질의 제 1 진동판;
    상기 제 1 진동판에 부착되어 있으며, 상기 제 1 진동판보다 낮은 강성 재질의 제 2 진동판;을 포함하고,
    상기 제 1 진동판의 가장자리 중 일 부분은 상기 프레임에 직접 고정되는 구조로 지지되고, 상기 제 1 진동판의 가장자리 중 상기 일 부분을 제외한 나머지 부분은 상기 제 2 진동판에 부착됨으로써 상기 제 2 진동판을 통해 상기 프레임에 간접 고정되는 구조로 지지되는 것을 특징으로 하는 음향 출력 장치.
  2. 제 1 항에 있어,
    상기 압전체는 상기 제 1 진동판의 일측 끝단에 치우친 소정 지점에 결합되는 것을 특징으로 하는 음향 출력 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 진동판에 의해 프레임에 간접 고정되는 제 1 진동판 외측의 진동폭은 상기 프레임에 직접고정되는 제 1 진동판의 내측의 진동폭보다 더 큰 것을 특징으로 하는 음향 출력 장치.
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