KR101788109B1 - 공기 흡착제를 구비한 마이크로 스피커 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 소형 전자기기 등에 사용될 수 있는 마이크로 스피커에 관한 것으로, 특히 인클로져가 적용된 마이크로 스피커에 있어서 저역대 음질을 향상시키기 위해 공기 흡착제를 구비한 마이크로 스피커에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 공기 흡착제의 실리콘 대 알루미늄 질량비와 관계없이도 우수한 저역 특성 향상을 보이는 마이크로 스피커를 제공할 수 있으며, 실리콘 대 알루미늄 질량비를 낮추어 저렴하면서도 종래의 공기 흡착제를 구비한 마이크로 스피커와와 유사한 저역 특성 향상을 보이는 마이크로 스피커를 제공할 수 있다.

Description

공기 흡착제를 구비한 마이크로 스피커{MICRO-SPEAKER HAVING AN AIR ADSORBENT}
본 발명은 소형 전자기기 등에 사용될 수 있는 마이크로 스피커에 관한 것으로, 특히 인클로져가 적용된 마이크로 스피커에 있어서 저역대 음질을 향상시키기 위해 공기 흡착제를 구비한 마이크로 스피커에 관한 것이다.
스피커는 플레밍의 왼손법칙에 의하여 공극 사이에 존재하는 보이스 코일에 의해 전기적 에너지를 기계적인 에너지로 변환시켜 소리를 생성하는 장치이다. 최근에는 스마트 폰을 포함한 소형의 내장형 스피커를 필요로 하는 소형 전자기기 보급의 증가로 인해 크기가 작은 슬림한 형태의 마이크로 스피커에 대한 수요가 늘어나고 있다.
마이크로 스피커의 경우, 크기와 형상, 음 방출구의 위치 등 구조에 있어서 제약이 있기 때문에 제한된 공간 내에서도 좋은 음질을 확보하기 위한 구성이 고려되고 있다. 특히 인클로져 마이크로 스피커 모듈은 마이크로 스피커가 공명 공간의 역할을 하는 인클로져 케이스 내에 구비되고, 이 인클로져 케이스가 전자기기 내에 장착되는데, 마이크로 스피커에서 발생하는 음향이 인클로져 케이스 내에서 공명하여 방출되며 음의 간섭을 줄여 음질 및 음량을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다. 특히 스피커에 있어 공명 공간은 저역 특성에 있어 중요한 인자이며 공명 공간이 클수록 저음역의 재현이 유리해지고 재생 대역폭을 넓힐 수 있다.
최근에는 이러한 저역 특성을 더욱 강화하기 위하여 공기 흡착제를 구비한 마이크로 스피커가 개발되기 시작했다. 제올라이트(zeolite)나 활성탄(activated carbon)을 인클로져 내부에 넣어 공기분자의 흡착과 탈착을 이용하여 가상의 백볼륨(back volume), 즉 공명 공간을 만드는 것이다. 유럽 등록특허 제2424270호, 유럽 공개특허 제2015-0358721호와 미국 등록특허 제8687836호에서는 제올라이트를 구비하여 저역대를 강화시킨 스피커에 대하여 개시하고 있다.
그러나 이러한 종래의 제올라이트를 구비한 마이크로 스피커는 저역대 음질 향상의 목적을 달성하기 위하여 높은 실리콘 알루미늄 질량비를 갖는 고가의 재료를 사용하였다. 일반적으로 실리콘 대비 알루미늄의 질량비가 높을수록 제올라이트는 소수성을 띠게 되며, 따라서 실리콘 대비 알루미늄 질량비만을 제올라이트의 주요한 성능 지표로 간주하였다. 공기 흡착제가 소수성을 띨수록 물 분자를 흡착하는 경우가 줄어들며 따라서 공기 분자를 더욱 많이 흡착할 수 있기 때문이다. 그러나 이렇게 실리콘 대비 알루미늄의 질량비를 높이기 위하여 공정 비용이 크게 증가할 수 밖에 없었으며 따라서 단가가 비싸져 공기 흡착제를 구비한 마이크로 스피커의 우수한 성능에도 불구하고 현재까지의 보급률은 높지 않았다.
본 발명은 상기 종래 기술이 가지고 있던 문제점에 착안하여 이루어진 것으로, 공기 흡착제의 실리콘 대 알루미늄 질량비와 관계없이 우수한 저역 특성 향상을 보이는 마이크로 스피커를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 제작 단가가 싸면서도 우수한 저역 특성 향상을 보이는 마이크로 스피커를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 실시 예에 따라, 인클로져와 그 내부에 수용되는 스피커 유닛과 그 둘 사이에서 정의되는 공명공간과 공명공간의 일측에 구비되는 공기흡착제를 포함하는 마이크로 스피커에 있어서, 공기 흡착제는 크기가 0.4nm 내지 0.6nm인 채널이 채널 전체 중 35% 이상으로 구성된 제올라이트인 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 실시 예에 따라, 제올라이트 중 적어도 일부는 그 프레임워크가 FER, MFI, MEL, TON, MFS 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 실시 예에 따라, 제올라이트는 비표면적(BET)이 400m2/g 이상인 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 실시 예에 따라, 제올라이트는 알갱이의 크기가 0.2mm 내지 0.5mm인 과립 형태인 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 실시 예에 따라, 제올라이트는 단위 질량당 내부 미세기공의 체적이 0.25cm3/g 내지 0.35cm3/g의 값을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 공기 흡착제의 실리콘 대 알루미늄 질량비와 관계없이도 우수한 저역 특성 향상을 보이는 마이크로 스피커를 제공할 수 있다.
또한 실리콘 대 알루미늄 질량비를 낮추어 저렴하면서도 종래의 공기 흡착제를 구비한 마이크로 스피커와와 유사한 저역 특성 향상을 보이는 마이크로 스피커를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 흡착제를 구비한 마이크로 스피커(10)의 개략 단면도,
도 2는 공기 채널의 분포 비율을 각기 달리하는 제올라이트를 공기 흡착제(300)로 적용한 뒤 측정한 주파수별 음압 레벨의 변화를 나타낸 그래프,
도 3은 비표면적을 각기 달리하는 제올라이트를 공기 흡착제(300)로 적용한 뒤 측정한 주파수별 음압 레벨의 변화를 나타낸 그래프,
도 4는 알갱이의 크기를 각기 달리하는 제올라이트를 공기 흡착제(300)로 적용한 뒤 측정한 주파수별 음압 레벨의 변화를 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명에 따른 실시예 및 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 명세서에서, 도면의 가독성을 위하여 도면상 대응되는 구조이거나 동일한 구성임이 용이하게 확인될 수 있는 경우에는 일부 도면상의 부호를 생략하였다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 흡착제를 구비한 마이크로 스피커(10)의 개략 단면도이다. 마이크로 스피커(10)는 스피커 유닛(100)과 인클로져(200) 및 그 둘 사이에서 정의되는 공명공간(R)에 위치할 수 있는 공기 흡착제(300)를 포함할 수 있다. 스피커 유닛(100)은 인클로져(200) 내부에 수용되며, 이로써 외부로부터 보호될 수 있다. 스피커 유닛(100)은 전기적 신호를 받아 음향을 생성해 내는 장치이며 예를 들어 진동판, 보이스 코일, 마그넷을 포함할 수 있다.
인클로져(200)는 내부에 스피커 유닛(100)을 수용할 수 있으며, 동시에 스피커 유닛(100)에서 발생한 음향이 공명할 수 있는 공명 공간(R)을 내부에 포함하고 있다. 그 일측에는 음 방출구(210)가 형성될 수 있다. 공명 공간(R) 내의 일측에는 공기 흡착제(300)가 형성될 수 있다. 공기 흡착제(300)는 예를 들어 알루미늄 규산염 광물인 제올라이트(zeolite)일 수 있다. 상업적으로 쓰이는 제올라이트는 많은 수가 인공적으로 합성되며, 사용의 편리함을 위하여 과립(granules)의 형태로 제작되어서 쓰이는 경우가 일반적이다. 제올라이트에는 미세기공이 형성되어 있어 미세기공의 채널 크기에 따른 선택적인 분자 흡착 특성을 보인다. 제올라이트는 그 성분과 구조에 따라 다양한 종류로 구분되는데 그에 따라 미세기공의 채널 크기 내지 채널 크기의 조성비가 달라질 수 있다.
공기는 질소 기체(N2)와 산소 기체(O2) 및 수증기(H2O) 등으로 구성되며 건조 공기를 기준으로 한다면 거의 일정하게 질소 기체는 공기의 78%, 산소 기체는 공기의 21%를 차지한다. 공기 흡착제를 구비한 마이크로 스피커가 생성할 수 있는 가상 백볼륨(back volume)은 공기 흡착제가 충분한 양의 공기 즉 질소 기체와 산소 기체를 흡착할 수 있어야 원활히 생성될 수 있으므로, 제올라이트의 미세기공의 채널 크기는 공기 분자의 크기보다 클 필요가 있다. 질소 기체 분자의 크기는 약 0.4nm 내외로 알려져 있으며 산소 기체 분자의 크기는 그보다 미세하게 작은 것으로 알려져 있는데, 이러한 질소 기체 분자 크기와 산소 기체 분자 크기보다 채널 크기가 커야만 제올라이트가 이들 분자들을 원활히 흡수할 수 있다. 그러나 제올라이트는 그 구조, 즉 프레임워크(framework)에 따라 고유의 미세기공 크기의 분포를 가지고 있어, 어느 정도의 크기 분포가 마이크로 스피커의 저역대 음질에 있어서 유의미한 성능 향상을 가져올 수 있을지에 대하여는 최적화가 필요하다.
도 2는 크기가 0.4nm 내지 0.6nm인 채널(이하 공기 채널)의 분포 비율을 각기 달리하는 제올라이트를 도 1의 마이크로 스피커(10)의 공기 흡착제(300)로 적용한 뒤 측정한 주파수(단위: Hz)별 음압 레벨(sound pressure level, 단위: dB)의 변화를 나타낸 그래프이다. 본 그래프에서 볼 수 있듯이 주파수가 낮은 구간, 즉 저역대 구간에서의 음압 향상은 공기 채널의 분포 비율이 40% 이상일 때부터 공기 흡착제를 사용하지 않은 경우와 비교하여 유의미하게 이루어짐을 관찰할 수 있었다. 여유를 좀 더 고려하면, 바람직하게는 공기 채널을 35% 이상 보유한 제올라이트가 공기 흡착제(300)로서 효율적으로 사용될 수 있다. 이러한 제한사항에 부합하는 제올라이트의 프레임워크는 적어도 FER, MFI, MEL, TON, MFS를 포함한다(Database of Zeolite Structures, Princeton University, http://helios.princeton.edu/zeomics/cgi-bin/list_structures.pl).
도 3은 BET식(Brunauer-Emmett-Teller equation)을 이용하여 측정한 비표면적을 각기 달리하는 제올라이트를 도 1의 마이크로 스피커(10)의 공기 흡착제(300)로 적용한 뒤 측정한 주파수(단위: Hz)별 음압 레벨(sound pressure level, 단위: dB)의 변화를 나타낸 그래프이다. 흡착은 공기 흡착제의 표면에서 일어나는 현상이므로 공기 흡착제의 비표면적이 클수록 흡착 효율은 높아진다. 따라서 공기 흡착제를 구비한 마이크로 스피커(10)에 있어서 사용되는 공기 흡착제의 비표면적이 클수록 저역대 향상 효과가 더욱 높아질 수 있다. 본 그래프에서 볼 수 있는 것처럼 바람직하게는 BET 비표면적이 400m2/g 이상의 제올라이트를 사용하였을 때 저역대 향상 효과가 두드러짐을 관찰할 수 있었다. 제올라이트의 단위 질량당 미세기공의 체적의 경우, 0.25cm3/g 내지 0.35cm3/g의 범위에서 충분한 공기 분자 흡착 능력을 보장한다.
제올라이트는 전술한 대로, 취급의 편리함을 위하여 과립형태로 제작되어 사용된다. 특히 마이크로 스피커의 공기 흡착제(300)로서 사용될 경우, 2차 성형되지 않은 분말 그 자체로 사용되거나 너무 작은 알갱이 크기로 미세 분급된 경우에는 마이크로 스피커(10)의 다른 구성부위로 공기 흡착제(300)가 유입되며 해당 부위를 오염시킬 수 있다. 또한 이러한 공기 흡착제(300)의 유출이 가상 백볼륨의 감소로 이어짐은 당연하다. 그러나 또 한편으로는 이러한 2차 성형이 공기 흡착제(300)의 공기 분자 흡착 능력에 악영향을 줄 수도 있다. 과립 알갱이의 크기가 커질수록 알갱이 자체의 단위 질량당 표면적, 즉 비표면적이 감소하기 때문이다.
도 4는 과립 형태로 2차 성형한 제올라이트에 있어서 그 알갱이의 크기를 각기 달리하는 제올라이트를 도 1의 마이크로 스피커(10)의 공기 흡착제(300)로 적용한 뒤 측정한 주파수(단위: Hz)별 음압 레벨(sound pressure level, 단위: dB)의 변화를 나타낸 그래프이다. 즉 동일한 타입의 제올라이트를 각기 다른 알갱이 크기로 2차 성형한 뒤, 공기 흡착제(300)를 사용하지 않은 경우(Empty)와 저역대 향상 능력을 비교한 것이다. 알갱이 크기가 0.21mm 내지 0.42mm 범위인 제올라이트 그룹과, 0.21mm 내지 0.5mm인 제올라이트 그룹, 0.42mm 내지 0.6mm인 제올라이트 그룹 모두 거의 동일한 저역대 음압 향상 능력을 보였다. 그 중에서도 알갱이 크기가 0.21mm 내지 0.42mm 범위인 제올라이트 그룹과, 0.21mm 내지 0.5mm인 제올라이트 그룹이 거의 동일한 수치를 보이면서도 알갱이 크기가 0.42mm 내지 0.6mm인 제올라이트 그룹보다는 조금 더 나은 저역대 향상 효과를 보이고 있다. 따라서 취급의 용이성을 고려한다면 알갱이 크기가 너무 작지 않으면서도 저역 향상 성능은 거의 뒤쳐지지 않는, 알갱이 크기가 0.2mm 내지 0.5mm인 제올라이트 내지 그것들로 구성된 그룹을 사용하는 것이 가장 바람직하다.
이상의 설명에서 확인할 수 있듯이, 종래와는 달리 질량비가 아닌 기공의 다른 특성으로 제올라이트를 선택하는 것만으로도 유의미한 저역대 향상의 결과가 도출된다는 것을 실험으로 확인할 수 있었다. 또한 이상의 설명은 본 발명의 실시에 대한 이해를 돕기 위한 것으로 본 발명의 권리범위는 상술한 특정의 실시예에 한정되지 않는다고 할 것이다.
10: 마이크로 스피커 100: 스피커 유닛
200: 인클로져 300: 공기 흡착제

Claims (5)

  1. 인클로져와 그 내부에 수용되는 스피커 유닛과 그 둘 사이에서 정의되는 공명공간과 공명공간의 일측에 구비되는 공기흡착제를 포함하는 마이크로 스피커에 있어서,
    공기 흡착제는 크기가 0.4nm 내지 0.6nm인 채널이 채널 전체 중 40% 이상으로 구성된 제올라이트이고,
    상기 제올라이트는 알갱이의 크기가 0.2mm 내지 0.5mm인 과립 형태인 것을 특징으로 하는 마이크로 스피커.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제올라이트 중 적어도 일부는 그 프레임워크가 FER, MFI, MEL, TON, MFS 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 마이크로 스피커.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제올라이트는 비표면적(BET)이 400m2/g 이상인 것을 특징으로 하는 마이크로 스피커.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제올라이트는 단위 질량당 내부 미세기공의 체적이 0.25cm3/g 내지 0.35cm3/g인 것을 특징으로 하는 마이크로 스피커.
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