KR101614480B1 - Ｍｒ 유체를 이용한 주파수 대역 이동이 자유로운 스피커 - Google Patents

Abstract

본 발명은 진동판의 진동 경계조건을 변화시켜 모든 음역대에서 소리를 낼 수 있는 스피커를 제공한다. 이를 위해, 본 발명은 진동판의 진동 경계조건을 변화시키기 위한 구성으로, 상기 진동판의 양 끝단을 내,외측으로 둘러싸는 공간부를 형성하고, 상기 공간부를 내,외측으로 둘러싸는 코일부를 배치한 상태로 상기 공간부를 MR유체로 채우고, 상기 진동판의 양 끝단과 만나는 프레임의 양 상단에 일정 크기의 연장 요부를 형성하여 이 요부에 상기 진동판의 양 끝단, 코일부 및 MR유체를 함께 수용함으로써 상기 진동판과 프레임이 MR유체로 연결되도록 구성하고, 또 상기 코일부에의 전류 공급을 통한 MR유체의 상변화에 따라 상기 진동판이 프레임에 대하여 고정 내지는 유동적인 연결상태를 유지하여 진동판의 경계조건을 변경하게 되는 것을 특징으로 한다.

Description

ＭＲ 유체를 이용한 주파수 대역 이동이 자유로운 스피커{SMART SPEAKER HAVING ALL MOVABLE FREQUENCY RANGE USING MAGNETO-RHEOLOGICAL FLUID}

본 발명은 MR유체의 활용에 관한 것으로, 보다 상세하게는 ＭＲ 유체를 이용한 주파수 대역 이동이 자유로운 스피커에 관한 것이다.

일반적으로 스피커는 진동을 통해서 소리를 내는 장치이다. 스피커에는 진동을 하는 진동판이 있고, 이 진동판에 에나멜선을 감은 것과 같은 코일(coil)을 붙인다. 이 코일을 보이스 코일(voice coil, 또는 스피커 코일)이라고 한다. 보이스 코일을 영구자석 가까이 놓고 코일에 소리 정보를 가진 전류를 흘러주면 플레밍의 왼손 법칙에 따라 코일이 힘을 받아 움직이게 되고, 그에 따라 코일과 붙어있는 진동판이 진동을 하면 공기가 진동하여 소리가 나게 된다. 이것이 스피커에서 소리가 나는 기본원리이다.

진동판을 진동시키는 방식에는 여러 가지가 있는데, 구동 방식에 따라 다이내믹 스피커, 정전형 스피커, 압전 스피커, 이온형 스피커, 진동면이 얇은 박막형 스피커 등이 있다.

도 1은 여러 방식의 스피커들 가장 널리 사용되고 있는 다이내믹 스피커의 구성을 도시한 것으로, 다음에서는 도면을 참조하여 다이내믹 스피커의 작동원리를 설명한다.

도 1의 다이내믹 스피커는 원형의 영구자석 윗면으로부터 나오는 자기장이 탑 플레이트, 폴피스, 바텀 플레이트, 영구자석 아랫면으로 이동하는 자기장을 형성한다. 스피커에는 도선을 코일 모양으로 감은 보이스 코일이 있는데, 이 보이스 코일을 폴피스와 플레이트 사이에 놓고 코일에 소리 정보를 가지고 있는 전기를 보내면 플레밍의 왼손 법칙에 따라 움직이게 된다. 플레밍의 왼손 법칙에 의하면, 엄지손가락은 힘의 방향, 집게손가락은 영구자석에서 나오는 자기장의 방향, 가운데손가락은 보이스 코일에 흐르는 전류의 방향이 된다.

즉, 보이스 코일에 교류를 보내주었을 때, 보이스 코일에 흐르는 전류의 방향이 정반대로 바뀔 때마다 힘의 방향이 정반대로 바뀌게 되어 상하로 움직이는 것이다. 그 결과 보이스 코일에 붙어있는 스피커의 진동판이 왕복운동을 하게 되고, 소리가 스피커로부터 재생이 된다. 이때, 진동판이 빠르게(진동수가 많이) 진동하면 높은 음이, 진동판이 느리게(진동수 적게) 진동하면 낮은 음이 재생이 된다. 또한, 진동판의 진폭이 크면 강한 소리가, 진폭이 작으면 약한 소리가 재생된다. 물론, 오디오 기기에 연결하여 사용하는 이어폰도 같은 원리로 소리가 재생된다.

가동코일형 다이내믹 스피커를 구성하는 각 부품이 소리를 내기 위해 어떤 역할을 하는지를 살펴보면 다음과 같다.

진동판(cone)은 소리의 재생을 담당한다. 진동판에 붙어있는 보이스 코일이 진동하면 진동판이 진동하여 공기를 진동시키는 역할을 한다. 진동판의 재료로는 종이, 펄프, 활석, 운모, 폴리프로필렌, 흑연, 유리섬유, 탄소, 알루미늄 등이 사용된다. 보이스 코일은 보빈에 감긴 코일이고, 이 코일은 진동판을 진동시키는 역할을 한다. 진동판이 진동하기 위해서는 2개의 자기장이 있어야 한다. 하나는 보빈 주변에 있는 영구자석이고, 다른 하나는 보이스 코일에서 흐르는 전류에 의하여 만들어지는 자석이다. 보이스 코일에 전류가 흐르면 플레밍의 왼손 법칙에 따라 코일에 연결된 진동판이 진동하게 된다. 에지는 진동판의 바깥쪽 부분을 올바른 위치에 지지시키는 장치로서, 진동판의 상하운동을 원활하게 하는 기능을 한다. 댐퍼는 에지처럼 보이스 코일을 올바른 위치에 지지시키는 장치로서, 보이스 코일 및 진동판의 상하 운동을 잘하게 한다. 그리고, 영구자석은 플레밍의 왼손 법칙에 따라 보이스 코일을 상하로 진동하게 한다.

일반적인 스피커는 스피커 원리의 특성상 소리를 낼 수 있는 음역대가 존재한다. 따라서 특정 범위의 음역대를 벗어나면 소리가 줄어드는 현상이 나타나고, 때문에 일반적으로, 특정 음역대만을 목적으로 제작되어 판매된다.

예를 들면 비교적 높은 음인, 사람의 목소리를 내야하는 휴대폰 스피커에는 높은 음역대에서 소리를 잘 낼 수 있는 스피커가 사용된다. 하지만 낮은 음으로 갈수록 낼 수 있는 소리의 크기가 줄어들어 휴대폰 스피커로 베이스음과 같이 낮은 음의 노래를 들을 땐 소리가 거의 들리지 않는다.

보통, 진동판의 크기에 따라 진동의 경계조건이 형성되기 때문에 진동판의 크기에 따라 낼 수 있는 음역대가 정해진다. 이러한 이유로 일반적으로는 각각의 음역대에서 소리를 낼 수 있는 여러 개의 스피커가 함께 판매되지만, 그럼에도 불구하고 모든 음역대에서 소리를 완벽히 낼 수는 없다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 개발된 것으로, 모든 음역대에서 소리의 주파수를 조절할 수 있도록 주파수 대역 이동이 자유로운 스피커를 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 해결 과제에 따라서 본 발명은 진동판의 진동 경계조건을 변화시켜 모든 음역대에서 소리를 낼 수 있는 스피커를 제공한다. 이를 위해, 본 발명은 진동판의 진동 경계조건을 변화시키기 위한 구성으로, 상기 진동판의 양 끝단을 내,외측으로 둘러싸는 공간부를 형성하고, 상기 공간부를 내,외측으로 둘러싸는 코일부를 배치한 상태로 상기 공간부를 MR유체로 채우고, 상기 진동판의 양 끝단과 만나는 프레임의 양 상단에 일정 크기의 연장 요부를 형성하여 이 요부에 상기 진동판의 양 끝단, 코일부 및 MR유체를 함께 수용함으로써 상기 진동판과 프레임이 MR유체로 연결되도록 구성하고, 또 상기 코일부에의 전류 공급을 통한 MR유체의 상변화에 따라 상기 진동판이 프레임에 대하여 고정 내지는 유동적인 연결상태를 유지하여 진동판의 경계조건을 변경하게 되는 것에 특징이 있다.

아울러, 본 발명은 진동판이 프레임에 고정되는 정도를 조절하기 위해 상기 코일부에 가해지는 전류의 세기를 조절하도록 구성되고, 진동판이 프레임에 고정되는 정도에 의해 상기 진동판의 경계조건을 변경하여 진동판의 주파수 대역을 자유자재로 이동시킴으로써 하나의 스피커로 복수의 음역대, 바람직하게는 모든 음역대의 소리를 낼 수 있게 되는 것에 또 다른 특징이 있다.

본 발명에 따르면, 진동판의 주파수 대역을 자유자제로 이동시킴으로써, 하나의 스피커로 모든 음역대의 소리를 낼 수 있다. 따라서 기존의 스피커가 갖고 있는 음역대를 벗어나면 소리가 줄어드는 현상을 해결할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 일반적인 스피커 구성을 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 스피커 구성을 도시한 도면,
도 3은 도 2의 일부 확대 도면,
도 4는 도 2의 평면 개략도.

이상 설명한 기본 개념을 토대로 첨부된 도면들을 참조하여 이제 본 발명의 바람직한 실시형태들을 설명하기로 한다.

참고로, 아래의 실시형태는 본 발명을 설명함에 있어서 필연적인 부분을 제외하고는 그 도시와 설명을 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 유사한 구성요소에 대하여는 동일한 참조부호를 부여하고 그에 대한 상세한 설명을 반복하지 않고 생략하였다.

도 2 내지 4는 본 발명에 따른 스피커의 구성을 도시한 것으로, 본 발명은 MR유체를 이용하여 진동판의 진동의 경계조건을 변화시키고 이를 통해 모든 음역대에서 소리를 낼 수 있는 스피커를 제공한다.

진동판의 진동의 경계조건을 변화시키기 위한 구성은 다음과 같다.

도 2에 따르면, 본 발명의 스피커는 진동판(10)과 프레임(20)이 하나로 고정된 도 1의 스피커와 달리 진동판(10)과 프레임(20)이 MR(Magneto-rheological) 유체(30)로 연결되어 MR유체의 상변화에 따라 진동판(10)이 프레임(20)에 대하여 고정 내지는 유동적인 연결상태를 유지하게 되는 구성이다.

이를 위해 도 3에 따르면, 진동판(10)의 에지 부분(11)과 프레임(20)이 만나는 부위에서 진동판(10)의 양 끝단에 일정한 형상의 연장부분(41)이 형성되고, 이 연장부분들의 내,외측에 이를 둘러싼 일정 크기의 공간부(42)를 형성하고 그 공간부를 MR유체(30)로 채운다. 또한, 진동판(10)의 연장부분(41)들을 둘러싼 MR유체(30)로 채워진 각 공간들의 내,외측에는 코일부(43)를 배치하여 도 4와 같이 코일부(43)들 사이에 MR유체(30)가 개재된 형태로 구성하고, 이들 배치형태를 수용하기 위해 프레임(20)의 양 상단에 일정 크기의 요부를 갖는 연장부분(44;연장 요부)을 형성하여 진동판의 연장부분(41)과 그의 내,외측 공간부(42)에 채워진 MR유체(30), 그리고 MR유체를 감싸는 코일부(43)가 프레임(20) 상단의 연장 요부(44)에 함께 수용된 구조를 갖춘다.

이상의 구성에서 본 발명의 스피커는 보이스 코일(50)에 전기를 가해주면 플레밍의 왼손 법칙에 따라 움직이게 되는데, 보이스 코일(50)에 흐르는 전류의 방향이 정반대로 바뀔 때마다 힘의 방향이 정반대로 바뀌어 코일이 상하로 동작하고, 그로부터 보이스 코일(50)에 붙어있는 스피커의 진동판(10)이 왕복운동을 하여 소리가 스피커로부터 재생되는 것이다.

이때, MR유체(30) 주변의 코일부(43)에 전류를 흘려주면 코일 주변에 자기장이 발생되고, 자기장이 발생하면 MR유체(30)의 점도가 높아져 단단하게 굳게 된다. 이에 따라 진동판(10)과 프레임(20)의 연결은 고정된 상태를 유지하게 된다.

즉, MR유체(30) 주변의 코일부(43)에 전기를 가하여 코일부 주위에 자기장이 형성되면 MR유체(30)는 굳게 되고 진동판(10)이 프레임(20)에 고정됨에 따라 진동판(10)의 경계조건이 설정되므로 진동판의 주파수 대역은 높아지게 된다. 이것은 스피커가 높은 음을 낼 수 있는 음역대를 갖는다는 것을 의미한다.

반대로, MR유체(30) 주변의 코일부(43)에 전기를 가하지 않으면 진동판(10)이 프레임(20)에 고정되지 않고 유동적인 상태로 유지되므로 진동판(10)의 주파수 대역은 낮아진다. 이것은 스피커가 낮은 음을 낼 수 있는 음역대를 갖는다는 것을 의미한다.

한편, 본 발명은 코일에 가해지는 전류의 세기에 의해 진동판이 프레임에 고정되는 정도를 조절할 수 있으며, 이를 통해 진동판의 경계조건을 변경하여 진동판의 주파수 대역을 자유자제로 이동시킬 수 있게 된다. 또한, 진동판의 주파수 대역을 자유자제로 이동시킴으로써 하나의 스피커로 모든 음역대의 소리를 낼 수 있게 된다. 이를 통해, 본 발명은 종래의 스피커가 갖고 있는 음역대를 벗어나면 소리가 줄어드는 현상을 해결할 수 있게 된다.

이상 다양한 실시예와 작동형태들을 통해 본 발명의 기술적 사상을 구체적으로 설명하였으나, 지금까지 설명한 내용들은 본 발명의 바람직한 실시예들 중 그 일부를 예시한 정도에 불과하다. 따라서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 범위내에서 발명의 요지를 변경시키지 않고 본 발명에 대하여 다양한 변형을 가할 수 있음은 물론이다.

10 : 진동판
11 : 에지 부분
20 : 프레임
30 : MR유체
41 : 연장부분
42 : 공간부
43 : 코일부
44 : 연장 요부
50 : 보이스 코일

Claims (2)

1. 진동판의 진동 경계조건을 변화시켜 모든 음역대에서 소리를 낼 수 있는 스피커로서, 진동판의 진동 경계조건을 변화시키기 위한 구성으로, 상기 진동판의 양 끝단을 내,외측으로 둘러싸는 공간부를 형성하고, 상기 공간부를 내,외측으로 둘러싸는 코일부를 배치한 상태로 상기 공간부를 MR유체로 채우고, 상기 진동판의 양 끝단과 만나는 프레임의 양 상단에 일정 크기의 연장 요부를 형성하여 이 요부에 상기 진동판의 양 끝단, 코일부 및 MR유체를 함께 수용함으로써 상기 진동판과 프레임이 MR유체로 연결되도록 구성하고, 또 상기 코일부에의 전류 공급을 통한 MR유체의 상변화에 따라 상기 진동판이 프레임에 대하여 고정 내지는 유동적인 연결상태를 유지하여 진동판의 경계조건을 변경하게 되는 것을 특징으로 하는 주파수 대역 이동이 자유로운 스피커.
2. 제 1항에 있어서,
   진동판이 프레임에 고정되는 정도를 조절하기 위해 상기 코일부에 가해지는 전류의 세기를 조절하도록 구성되고, 진동판이 프레임에 고정되는 정도에 의해 상기 진동판의 경계조건을 변경하여 진동판의 주파수 대역을 자유자재로 이동시킴으로써 하나의 스피커로 복수의 음역대의 소리를 낼 수 있는 것을 특징으로 하는 주파수 대역 이동이 자유로운 스피커.

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