KR101445654B1 - 압전 스피커 - Google Patents

Abstract

본 발명은 진폭조절판을 구비하면서 프레임을 금속 재질로 형성하여 음향 진동판의 진폭이 적절히 조절되면서 음압이 상승되도록 하는 압전 스피커에 관한 것으로, 본 압전 스피커는 음향 진동판과; 상기 음향 진동판의 상면과 하면 둘레를 따라 부착되는 한 쌍의 프레임과; 상기 음향 진동판의 상면에 부착되고, 인가되는 전기 신호를 진동으로 변환하여 음향을 출력하는 압전층과; 상기 음향 진동판의 하면에 부착되는 합성수지 재질의 하부 진폭조절판을; 포함하고, 상기 음향 진동판은, 합성수지 또는 종이 재질로 형성되고, 상기 프레임은, 금속 재질로 형성된다.

Description

압전 스피커{Piezoelectric Speaker}

본 발명은 압전 스피커에 관한 것으로, 보다 상세하게는 진폭조절판을 구비하면서 프레임을 금속 재질로 형성하여 음향 진동판의 진폭이 적절히 조절되면서 음압이 상승되도록 하는 압전 스피커에 관한 것이다.

최근에 휴대폰, 스마트폰 및 노트북 등의 휴대 단말기를 비롯하여 LCD TV, LED TV 등을 포함하는 TV 제품의 슬림화가 가속됨에 따라, 기존의 자석 코일을 이용한 다이나믹 스피커의 대안으로 압전 스피커가 주목을 받고 있다.

일반적으로 압전 스피커는 기존의 다이나믹 스피커에 비하여 얇고 가벼우며 전력소모가 적은 장점을 가지고 있어 미래 선도형 스피커 기술로 부각되고 있다.

그러나 압전 스피커는 상기 장점에도 불구하고 종래의 다이나믹 스피커에 비해 출력음압이 낮고 저주파 재생이 어렵다는 단점이 있어 상용화에 어려움을 겪고 있다.

종래의 압전형 스피커에는 압전 진동자를 이용하거나, 금속 진동판 상부에 압전 디스크를 덧붙여 제작하는 방식의 압전 스피커, PVDF(Polyvinylidene Fluoride)와 같은 필름형 압전 스피커, 실리콘 MEMS(Mechanical Electronic Micromachined System) 공정을 이용하여 제작하는 방식의 초소형 압전 스피커 등이 있다.

종래의 압전 스피커로서, 압전 필름 소재를 이용한 필름형 압전 스피커는 PVDF와 같은 압전 필름 소재를 이용하여 상하부에 전극을 형성하고 전압을 인가하여 음을 발생시키는 원리를 이용한다. 필름형 압전 스피커는 압전 필름의 양측면에 고분자 전도체막을 형성하고, 그 테두리를 따라 연장된 형태로 전극을 형성한 후 전극에 전압을 인가하기 위한 단자를 형성하는 구조로 제작된다.

그런데, 상기와 같은 종래 기술에는 다음과 같은 문제점이 있었다.

종래의 필름형 압전 스피커는 구리선의 납땜을 통해 압전 필름에 전원을 연결함으로써, 장기간의 사용 중에 진동에 의해 구리선 자체 혹은 납땜 부위가 손상되면서 쉽게 단락되는 문제점이 있었다.

또한, 종래의 필름형 압전 스피커는 저주파 재생을 위해서는 진동판이 충분히 얇거나 커야 하므로 높은 출력음압과 저주파 재생을 위해서는 소형화가 쉽지 않은 단점이 있었다.

공개특허 제2012-0064984호 "압전 스피커"(2012. 06. 20)

이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로,

본 발명의 목적은, 진폭조절판을 구비하면서 프레임을 금속 재질로 형성하여 음향 진동판의 진폭이 적절히 조절되면서 음압이 상승되도록 하는 압전 스피커를 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 음향 진동판과 압전층의 가로 길이와 세로 길이의 비를 한정하여 최적의 음향이 생성될 수 있도록 하는 압전 스피커를 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 "압전 스피커"는, 음향 진동판과; 상기 음향 진동판의 상면과 하면 둘레를 따라 부착되는 한 쌍의 프레임과; 상기 음향 진동판의 상면에 부착되고, 인가되는 전기 신호를 진동으로 변환하여 음향을 출력하는 압전층과; 상기 음향 진동판의 하면에 부착되는 합성수지 재질의 하부 진폭조절판을; 포함하고, 상기 음향 진동판은, 합성수지 또는 종이 재질로 형성되고, 상기 프레임은, 금속 재질로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 "압전 스피커"의 상기 음향 진동판은, 열가소성 폴리우레탄 또는 종이로 형성되고, 상기 프레임은, 스테인리스강으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 "압전 스피커"의 상기 프레임의 내측에 구비되는 상기 음향 진동판의 평면 상에서 가로 길이와 세로 길이의 비는 1.4 내지 1.8 : 1이고, 상기 압전층의 평면 상에서 가로 길이와 세로 길이의 비는 1.4 내지 1.8 : 1인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 "압전 스피커"의 상기 음향 진동판의 가로 길이와 상기 압전층의 가로 길이의 비는 2.8 내지 3.2 : 1이고, 상기 음향 진동판의 세로 길이와 상기 압전층의 세로 길이의 비는 2.8 내지 3.2 : 1인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 "압전 스피커"는, 상기 압전층의 둘레로 상기 음향 진동판의 상면에 부착되는 합성수지 재질의 상부 진폭조절판을; 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같은 본 발명은, 진폭조절판을 구비하면서 프레임을 금속 재질로 형성하여 음향 진동판의 진폭이 적절히 조절되면서 음압이 상승되는 효과를 갖는다.

또한, 본 발명은, 음향 진동판과 압전층의 가로 길이와 세로 길이의 비를 한정하여 최적의 음향이 생성될 수 있도록 하는 압전 스피커를 제공함에 있다.

도 1은 본 발명에 따른 압전 스피커의 개략적인 종단면도,
도 2는 본 발명에 따른 압전 스피커의 음압 레벨 대 주파수에 대한 그래프,
도 3은 본 발명에 따른 압전 스피커의 개략적인 평면도,
도 4는 도 3에 따른 압전 스피커의 음압 레벨 대 주파수에 대한 그래프,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 압전 스피커의 개략적인 종단면도.

이하 본 발명의 바람직한 실시예가 도시된 첨부 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 다수의 상이한 형태로 구현될 수 있고, 기술된 실시예에 제한되지 않음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명에 따른 압전 스피커의 개략적인 종단면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 압전 스피커의 음압 레벨 대 주파수에 대한 그래프이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 압전 스피커는 음향 진동판(10)과, 상기 음향 진동판(10)을 둘러싸는 프레임(20)과, 상기 음향 진동판(10)의 상면에 부착되는 압전층(30)과, 상기 음향 진동판(10)의 하면에 부착되는 하부 진폭조절판(40)을 포함한다.

상기 음향 진동판(10)은 상기 프레임(20)의 내측에 장착되는 것으로, 상기 압전층(30)의 진동에 따라 진동되면서 음향을 출력하는 역할을 한다.

이와 같은 역할을 하는 상기 음향 진동판(10)은 합성수지 또는 종이 재질로 형성되고, 특히 상기 합성수지 중에 열가소성 폴리우레탄으로 형성되는 것이 바람직하고, 상기 종이 중에서 한지로 형성되는 것이 바람직하다.

상기 프레임(20)은 상하 한 쌍으로 구비되고 상기 음향 진동판(10)을 둘러싸는 형태로 부착되는 것으로, 상기 음향 진동판(10)을 상하로 맞물어서 견고히 고정시키는 역할을 한다. 이와 같은 역할을 하는 상기 프레임(20)은 상기 음향 진동판(10)이 진동할 때 내부 손실에 의한 반진동을 최소화하기 위해 금속 재질로 형성되고, 특히 금속 중에 스테인리스강으로 형성되는 것이 바람직하다.

이와 같이 상기 음향 진동판(10)은 합성수지인 열가소성 폴리우레탄으로 형성되고, 상기 프레임(20)이 금속 재질인 스테인리스강으로 형성됨으로써, 상기 프레임(20)이 상기 음향 진동판(10)을 적절히 지지하게 된다.

이와 같은 상기 금속재 프레임(20)에 의한 상기 음향 진동판(10)의 지지력의 향상은 본 압전 스피커의 음압의 상승을 유발하는데, 이는 도 2에 도시된 그래프와 같이 본 발명에 따른 압전 스피커에 해당하는 '본 샘플'과 일반적인 압전 스피커인 '범용 샘플'의 주파수에 대한 음압 레벨(SPL : Sound Pressure Level)을 실험한 결과를 통해 입증된다.

즉, 도 2의 그래프에 따르면, 본 발명에 따른 압전 스피커에 해당하는 '본 샘플'이 일반적인 압전 스피커인 '범용 샘플'에 비해 그 음압이 5 내지 7 dB(데시벨) 정도 상승하는 것을 보인다.

상기 압전층(30)은 상기 음향 진동판(10)의 상면에 부착되는 것으로, 와이어와 같은 전극 등에 의해 전원이 연결되어 인가되는 전기 신호를 진동으로 변환하여 음향을 출력하는 역할을 한다.

이와 같은 역할을 하는 상기 압전층(30)은 후막 형태의 압전 세라믹에 대해 연마 공정을 수행하여 얇은 단층 박막으로 형성되거나, 적층 구조의 박막을 증착 또는 코팅하여 형성된다.

또한, 상기 압전층(30)은 PZT와 같은 다결정 세라믹뿐 아니라, PMN-PT, PZN-PT, PIN-PT, PYN-PT 등의 단결정 압전 소재, PVDF, PVDF-TrFE 등의 유연 압전 폴리머 소재, BNT, BZT-BCT 등의 무연 압전 신소재 등을 포함할 수 있다. 아울러, 상기 압전층(30)은 평면 상에서 볼 때 사각형뿐만 아니라, 원형, 타원형 및 다각형 등 다양한 형태를 가질 수 있다.

상기 하부 진폭조절판(40)은 상기 음향 진동판(10)의 하면에 부착되고 합성수지 재질로 형성되는 것으로, 상기 음향 진동판(10)의 진폭을 조절하여 음압을 향상시키면서 음의 왜곡을 저감시키는 역할을 한다. 이와 같은 상기 하부 진폭조절판(40)은 실리콘이나 플라스틱 등과 같은 연성이나 강성을 가지는 합성수지 재질로 형성되는 것이 바람직하다.

도 3은 본 발명에 따른 압전 스피커의 개략적인 평면도이고, 도 4는 도 3에 따른 압전 스피커의 음압 레벨 대 주파수에 대한 그래프이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 압전 스피커의 상기 프레임(20)의 내측에 구비되는 상기 음향 진동판(10)은 사각형으로 형성되고, 상기 음향 진동판(10)의 평면 상에서 가로 길이(A)와 세로 길이(B)의 비는 1.4 내지 1.8 : 1이며, 상기 압전층(30)은 사각형으로 형성되고, 상기 압전층(30)의 평면 상에서 가로 길이(a)와 세로 길이(b)의 비는 1.4 내지 1.8 : 1인 것이 바람직하다.

또한, 상기 음향 진동판(10)의 가로 길이(A)와 상기 압전층(30)의 가로 길이(a)의 비는 2.8 내지 3.2 : 1이고, 상기 음향 진동판(10)의 세로 길이(B)와 상기 압전층(30)의 세로 길이(b)의 비는 2.8 내지 3.2 : 1인 것이 바람직하다.

이와 같은 상기 음향 진동판(10)의 가로 길이(A)와 세로 길이(B)의 비, 상기 압전층(30)의 가로 길이(a)와 세로 길이(b)의 비, 상기 음향 진동판(10)의 가로 길이(A)와 압전층(30)의 가로 길이(a)의 비 및 상기 음향 진동판(10)의 세로 길이(B)와 압전층(30)의 세로 길이(b)의 비는 반복적인 실험을 통해 도출된 결과로써, 도 4의 그래프를 통해 입증된다.

상기와 같은 상기 음향 진동판(10)의 가로 길이와 세로 길이의 비, 상기 압전층(30)의 가로 길이와 세로 길이의 비, 상기 음향 진동판(10)과 압전층(30)의 가로 길이의 비 및 상기 음향 진동판(10)과 압전층(30)의 세로 길이의 비로 한정된 본 발명에 따른 샘플인 '샘플2'와 나머지 다른 길이로 한정된 '샘플1', '샘플3', '샘플4', '샘플5'에 대하여 주파수에 대한 음압 레벨을 실험한 결과, 도 4의 그래프의 노란선으로 표시된 바와 같이 본 발명에 따른 비를 가지는 샘플인 '샘플2'가 가장 좋은 음압 레벨을 형성하는 것으로 나타났다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 압전 스피커의 개략적인 종단면도이다.

이에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 압전 스피커는 상기 압전층(30)의 둘레로 상기 음향 진동판(10)의 상면에 부착되는 합성수지 재질의 상부 진폭조절판(50)을 더 포함한다.

상기 상부 진폭조절판(50)은 상기 압전층(30)에서 유발되어 상기 음향 진동판(10)으로 전해지는 진동에 의한 상기 음향 진동판(10)의 진폭을 조절하여 음압을 향상시키면서 음의 왜곡을 저감시키는 역할을 하고, 동시에 상기 음향 진동판(10)의 상면을 지지하여 상기 음향 진동판(10)의 영구 변형을 방지시키는 역할을 한다. 이와 같은 상기 상부 진폭조절판(50)은 실리콘이나 플라스틱 등과 같은 연성이나 강성을 가지는 합성수지 재질로 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 음압의 보다 적극적인 향상과 음의 왜곡의 저감을 위해 상기 음향 진동판(10)의 하면에 상기 하부 진폭조절판(40)이 부착될 수도 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.

한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해서 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함을 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명하다할 것이다.

10 : 음향 진동판
20 : 프레임
30 : 압전층
40 : 하부 진폭조절판
50 : 상부 진폭조절판

Claims (5)

1. 음향 진동판(10)과;
   상기 음향 진동판(10)의 상면과 하면 둘레를 따라 부착되는 한 쌍의 프레임(20)과;
   상기 음향 진동판(10)의 상면에 부착되고, 인가되는 전기 신호를 진동으로 변환하여 음향을 출력하는 압전층(30)과;
   상기 음향 진동판(10)의 하면에 부착되는 합성수지 재질의 하부 진폭조절판(40)을; 포함하고,
   상기 음향 진동판(10)은, 합성수지 또는 종이 재질로 형성되고,
   상기 프레임(20)은, 금속 재질로 형성되며,
   상기 압전층(30)의 둘레로 상기 음향 진동판(10)의 상면에 부착되는 합성수지 재질의 상부 진폭조절판(50)을; 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 스피커.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 음향 진동판(10)은, 열가소성 폴리우레탄으로 형성되고,
   상기 프레임(20)은, 스테인리스강으로 형성되는 것을 특징으로 하는 압전 스피커.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 프레임(20)의 내측에 구비되는 상기 음향 진동판(10)의 평면 상에서 가로 길이와 세로 길이의 비는 1.4 내지 1.8 : 1이고,
   상기 압전층(30)의 평면 상에서 가로 길이와 세로 길이의 비는 1.4 내지 1.8 : 1인 것을 특징으로 하는 압전 스피커.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 음향 진동판(10)의 가로 길이와 상기 압전층(30)의 가로 길이의 비는 2.8 내지 3.2 : 1이고,
   상기 음향 진동판(10)의 세로 길이와 상기 압전층(30)의 세로 길이의 비는 2.8 내지 3.2 : 1인 것을 특징으로 하는 압전 스피커.
   
5. 삭제

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