KR101909234B1 - 하이브리드 스피커 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 하이브리드 스피커에 관한 것으로, 저음 영역의 자연스러운 소멸 제어와 고주파수의 축소 확대가 자유로운 원호 운동 방식의 다수의 진동날개로 구성 되었으며 내측 개방 형태의 능동 진동판을 갖는 전자-형 고해상 고음전용 스피커와 중고음 특성의 평탄화 내지 순화 가능한 다이내믹 저음스피커를 동축 결합함으로써 비동축시 발생되는 위상 간섭에 의한 왜곡이 최소화된 매끄러운 광대역 종합 특성 구현에 적합한 하이브리드 멀티웨이 스피커에 대한 것으로 보다 광범위한 주파수 제어가 용이하며 광대역의 고해상 구현에 적합 하므로 산업상 유용하게 이용할 수 있다.
Description
본 발명은 하이브리드 스피커에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 전자-형 고음스피커의 하부에 다이내믹 저음스피커를 동축 결합함으로써 비동축시 발생되는 위상간섭에 의한 왜곡을 최소화하여 저음스피커의 저음방출을 꾀할 수 있고 이로 인한 저음영역에서 고음영역까지의 대역확장과 고음질 구현에 적합하게 되는 하이브리드 스피커에 관한 것이다.
일반적으로, 전자-형(Electro-magnetic) 스피커는 도선이 권취된 코일에서 발생된 교류 자기력선과 영구자석에서 유도된 직류 자기력선이 상호 작용하여 힘을 발생 시키는 원리는 동전-형과 동일하나, 코일이 직접 구동되는 동전-형과는 달리, 코일은 고정되고 코일 일단에 부설된 철편이 전자석화 되어 진동함으로써 전기-음향 변환을 한다.
전자-형 스피커에는 밸런스드 아마추어 스피커(balanced armature speaker)와, 플레이트-형 스피커 등이 있는데, 이러한 전자-형 스피커 중에서 플레이트-형 스피커와 관련된 것이 아래의 특허문헌1(한국 특허등록번호 제1596894호)에 제시되어 있다.
상기 특허문헌1의 전자-형 스피커는 상부코일과 하부코일이 대응하여 배치되고 상부 및 하부 코일의 외측에 하나 이상의 영구자석이 배치되며, 상부 및 하부코일의 사이에 진동판이 배치되되 진동판의 상면 및 하면 가장자리를 상부 및 하부댐퍼부재가 지지하는 구성으로 마련된다.
상기와 같이 구성된 기존의 전자-형 스피커에서 진동판이 구동되는 과정을 설명한다. 먼저, 영구자석의 상면이 S극, 하면이 N극일 때를 전제로 전류 흐름이 양(+)의 주기일 때는 상부코일의 내부 자기장방향과 하부코일의 내부 자기장방향이 내측을 향해 상호 대향적으로 이루어지고, 이로 인하여 진동판은 N극화가 되므로 진동판은 상부방향으로 운동한다.
전류흐름이 0일 때는 진동판이 중성화가 되고 상부 및 하부영구자석의 상하 자기장 밸런싱과 진동판 자체의 복원력에 의해서 진동판 스스로가 중앙에 위치한다.
전류흐름이 음(-)의 주기일 때는 상부코일의 내부 자기장방향과 하부코일의 내부 자기장방향이 외측을 향해 상호 대향적으로 이루어지고, 이에 진동판은 S극화가 되므로 진동판은 하부방향으로 운동한다.
상기와 같은 전자-형 스피커는 진동판이 상부 및 하부코일의 전자기력에 의해 전자석화 되고 코일의 무게가 배제된 상태에서 영구자석의 자기력과 반응하여 직접적으로 구동함으로써 전기신호에 대응한 신속한 응답성을 구현할 수 있고, 이를 통해 매우 섬세하고 디테일한 음향 재생이 가능하다.
또한, 전자-형 스피커는 진동판이 스스로 능동 구동하면서 음향변환을 수행함으로써 진동부의 변환경로 왜곡율을 최소화할 수 있으며, 이를 통해 보다 깨끗한 소리의 재생에 유리하다.
그러나 상기한 바와 같은 기존의 전자-형 스피커에 있어서는, 원형이나 타원형 등의 판형으로 일체화된 단일진동판으로 마련되어 고음영역확장에 제한적이고, 돔과 콘 형상의 진동판으로 마련하면 전대역화가 가능하나 아몰퍼스 합금 소재의 특성인 강한 탄성으로 인해 성형제조가 어렵고 이로 인하여 제조원가가 상승되게 된다는 문제점이 있었다.
또한, 평면상의 일체화된 단일진동판이 상부 및 하부댐퍼부재에 의해 지지되고 그 외측에 갭 가이드가 마련되므로 진폭공간이 필요함은 물론 자기저항이 증가하여 효율이 감소하며 스피커 자체의 두께가 확대되는 문제점이 있었다.
특히, 기존의 전자-형 스피커들은 해상도는 좋으나, 대부분 저음과 초고음의 확장에 제한적 성능을 보이고 있어 저음과 고음의 음악적 요소가 많이 내포되고 더욱 세밀해지고 있으며, 다이내믹 레인지가 확대된 최근의 디지털 오디오 시장에 대응하기 위한 개선이 필요한 것으로 지적되고 있다. 이에 따라, 보다 뛰어난 고품질의 음향 재생을 위한 초 광폭 재생 특성의 조합형 멀티웨이 고성능 스피커가 절실히 요구되고 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래 스피커의 여러 단점을 극복하기 위하여 연구개발한 것으로, 전자-형 고음스피커의 하부에 다이내믹 저음스피커를 동축 결합함으로써 간단하게 멀티웨이 스피커를 확보할 수 있고, 비동축시 발생되는 위상간섭에 의한 왜곡을 최소화하면서 저음영역에서 고음영역까지의 대역확장과 고음질 구현이 적합하도록 한 하이브리드 스피커를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 멀티웨이 스피커들의 단점인 저음영역과 고음영역이 겹치는 크로스 오버 부분에서의 특성 기복 완화를 위한 전자-형 고음스피커와 다이내믹 저음스피커 사이에 다공질의 레지스터를 마련함으로써 저음스피커 측으로부터 방출되는 중 고역 특성이 평탄화 내지 순화된 저음방출이 이루어지고, 이로 인하여 저음으로부터 고음에 이르는 매끄러운 특성 연동이 가능한 멀티웨이 구현이 이루어지는 하이브리드 스피커를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 중앙에 적어도 하나 이상의 홀 또는 복수의 진동날개를 형성시킨 개방형의 고음진동판이 마련되고 이 고음진동판의 바디 및 진동날개 자체에서 발생되는 저음이 스스로 역위상 소멸됨을 통해 저음스피커에서 발생되는 특성과 자연스러운 연동 가능하면서 고음영역의 확대와 미세조정에 매우 유리한 하이브리드 스피커를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 개방형의 고음진동판을 공극 없이 상부 및 하부코일이나 상부 및 하부영구자석에 의해 직접적으로 밀착시킴으로써 고음부 효율이 효과적으로 향상되면서 고역부터 초고역에 이르는 고주파수 대역의 미세제어와 초고해상을 구현 할 수 있는 하이브리드 스피커를 제공하는데 그 목적이 있다.
그리고 본 발명은 연성인쇄회로기판(FPCB)인 일체형 전극부재와 양면접착패드를 마련함으로써 연성인쇄회로기판에 적어도 상부 및 하부코일이나 상부 및 하부영구자석까지 양면접착패드를 이용하여 조립할 수 있으며, 이로 인하여 조립메인공정을 10여개 공정으로 최소화는 물론 단순화할 수 있고 조립라인의 자동화에 매우 적합하도록 한 하이브리드 스피커를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 하이브리드 스피커는, 적어도 상부코일과 하부코일이 대향하여 배치되고 상부 및 하부코일 사이에는 중앙에 폐쇄형의 홀이 형성된 개방형의 고음진동판이 마련되며 상기 코일들의 외측에 배치되는 하나 이상의 영구자석을 포함하는 고음스피커; 이 고음스피커의 하부엔 저음스피커의 저음진동판으로부터 발생되는 저음이 고음스피커의 고음진동판에 형성된 홀을 통하여 발산되도록 동축 결합되는 다이내믹 저음스피커로 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 고음스피커의 고음진동판과 저음스피커의 저음진동판 사이에는 저음영역과 고음영역이 겹치는 크로스 오버 부분에서의 특성 기복 완화를 위한 다공질의 고음제어 레지스터가 마련되는 것을 특징으로 한다.
상기 고음스피커 및 저음스피커는 이들 프레임과 바스켓의 외측주면을 감쌈에 의해 동축 결합시키기 위한 동축하우징이 구비되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 하이브리드 스피커에 있어서, 상기 고음스피커의 진동판은 홀의 내측주면에서 방사상으로 절취함에 따라 다수의 진동날개가 형성되고, 각각의 진동날개마다 조정통공을 형성하거나 일부의 진동날개에 선택적으로 조정통공을 형성할 수 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 하이브리드 스피커에 있어서, 상기 고음스피커의 진동판은 철, 니켈, 규소 등의 강자성체로 마련되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 하이브리드 스피커에 있어서, 상기 상부 및 하부코일은 물론 상부 및 하부영구자석 또한 동일한 사이즈로 이루어져 상하 대칭적으로 배치되고, 상부 및 상부의 코일과 영구자석에 의해 고음진동판의 가장자리가 직접적으로 지지되게 설치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 하이브리드 스피커에 있어서, 상기 상부 및 하부코일은 그 각각의 자기력선이 상호 대향되게 흐르도록 결선되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 하이브리드 스피커에 있어서, 상기 상부코일, 하부코일, 상부영구자석, 하부영구자석 및 진동판은 프레임 내에 동심을 이루고 설치되며, 상기 프레임의 상단 중심부에는 제1음향 방사구가 형성되고, 상기 상부 및 하부영구자석은 동일한 자화방향을 가지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 하이브리드 스피커에 있어서, 상기 상부 및 하부코일은 연성인쇄회로기판(FPCB)으로 된 일체형 전극부재를 통해 상부 및 하부코일의 (+) (-)단자끼리 병렬접속이 이루어지도록 연결되는 것을 특징으로 한다.
상기 일체형 전극부재는 상부코일의 상면을 덮는 상면전극부재와, 하부코일의 하면을 덮는 하면전극부재와, 상기 상면 및 하면전극부재를 서로 연결하는 연결트랙 및 상기 연결트랙과 일직선을 이루도록 하면전극부재로부터 연장된 외부전극단자부재가 일체로 마련되며, 상기 상면 및 하면전극부재의 한쪽에 각각 2개의 전극단자가 마련되고 외부전극단자부재의 끝단에 2개의 전극단자가 마련되되 상부 및 하부코일의 각 인출선을 개별적으로 접속하여 회로를 이루도록 한 쌍의 전극패턴이 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 일체형 전극부재는 상면전극부재에 상부코일 및 상부영구자석이 동심을 이루도록 양면접착패드로 부착하고 하면전극부재에 하부코일 및 하부영구자석이 동심을 이루도록 양면접착패드로 부착한 다음, 상기 상부코일과 하부코일 사이에 진동판을 개재시키되 상부 및 하부코일은 물론 진동판이 동심을 이루도록 연결트랙의 양단을 구부려 디귿자형으로 성형한 후 프레임 내에 삽입하여 조립하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 하이브리드 스피커에 있어서, 상기 프레임은 캡-형 부재로 이루어지며 그 상면의 중심부에는 제1음향 방출구가 형성되고 그 한쪽에는 코일선 몰딩구가 형성되며 다른 한쪽에는 전극인출용의 전극인출절개 홈이 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 하이브리드 스피커는, 중앙에 홀 또는 진동날개가 형성된 개방형의 고음진동판을 포함하는 전자-형 고음스피커의 하부에 다이내믹 저음스피커가 동축 결합함으로써, 비동축시 발생되는 위상간섭에 의한 왜곡과 손실이 배제된 광대역 멀티웨이 스피커를 확보할 수 있게 되는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 전자-형 고음스피커와 다이내믹 저음스피커의 사이에 마련된 다공질의 레지스터를 통해 저음스피커에서 방출되는 중 고음 특성이 평탄화 내지 순화되어 고음스피커 측으로의 저음방출이 이루어지게 되며, 이로 인하여 고음과 저음영역이 교차되는 크로스오버 영역의 매끄러운 특성연동이 가능하다는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 고음진동판이 그 중앙에 복수의 진동날개를 가진 개방형으로 마련되므로 진동날개들이 극소질량으로 되고 진동날개들 사이의 간격 조정을 통해 불필요한 저음을 제거할 수 있음과 동시에 고음영역의 확대와 미세조정에 매우 유리한 장점이 있다.
또한, 본 발명은 개방형의 고음진동판이 공극 없이 상부 및 하부코일이나 상부 및 하부영구자석에 의해 직접적으로 밀착 지지되어 결합되므로 자기저항이 감소되고, 이를 통해 고주파수 대역의 효율이 증가되는 효과를 가짐과 동시에 외형적 슬림 구현이 가능한 장점이 있다.
또한, 본 발명은 연성인쇄회로기판(FPCB)인 일체형 전극부재와 양면접착패드를 이용하여 적어도 상부 및 하부코일이나 상부 및 하부영구자석까지 부착하여 일체화시킴같이 조립하고, 이로 인하여 조립메인공정을 10여개 공정으로 최소화는 물론 단순화시키면서 조립라인의 자동화를 꾀하는데 매우 적합하게 되는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 일체형 전극부재의 코일유도트랙으로 상부 및 하부코일의 끝단이 인출되게 조립한 후 롤러 등을 이용하여 한쪽으로 일괄적으로 절곡 성형할 수 있고 이로 인하여 조립라인의 자동화는 물론 생산성향상을 꾀하는데 매우 적합하게 되는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 하이브리드 스피커를 나타낸 단면도이다.
도 2는 도 1의 평면도이다.
도 3은 도 2의 A-A선을 따라 잘라 본 상태의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 하이브리드 스피커에서 고음스피커와 저음스피커로 분해하여 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명의 하이브리드 스피커에서 고음스피커를 발췌하여 나타낸 분해사시도이다.
도 6은 본 발명의 고음스피커에 적용된 프레임을 나타낸 평면도와 종단면도이다.
도 7은 본 발명의 고음스피커에 적용된 코일을 나타낸 평면도와 종단면도이다.
도 8은 본 발명의 고음스피커에 적용된 진동판을 발췌하여 나타낸 사시도이다.
도 9는 본 발명의 고음스피커에 적용된 일체형 전극부재를 발췌하여 나타낸 평면도와 저면도이다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 고음스피커에 적용되는 다른 실시예의 진동판들을 나타낸 평면도이다.
도 12 내지 도 19는 본 발명의 하이브리드 스피커에 적용된 고음스피커의 조립과정을 설명하기 위하여 나타낸 도면들이다.
도 20은 본 발명에 따른 다른 실시예의 하이브리드 스피커를 나타낸 도면이다.
도 21은 본 발명에 따른 하이브리드 스피커의 주파수 응답특성과 종래 스피커의 주파수 응답특성을 비교하여 나타낸 그래프이다.
도 2는 도 1의 평면도이다.
도 3은 도 2의 A-A선을 따라 잘라 본 상태의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 하이브리드 스피커에서 고음스피커와 저음스피커로 분해하여 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명의 하이브리드 스피커에서 고음스피커를 발췌하여 나타낸 분해사시도이다.
도 6은 본 발명의 고음스피커에 적용된 프레임을 나타낸 평면도와 종단면도이다.
도 7은 본 발명의 고음스피커에 적용된 코일을 나타낸 평면도와 종단면도이다.
도 8은 본 발명의 고음스피커에 적용된 진동판을 발췌하여 나타낸 사시도이다.
도 9는 본 발명의 고음스피커에 적용된 일체형 전극부재를 발췌하여 나타낸 평면도와 저면도이다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 고음스피커에 적용되는 다른 실시예의 진동판들을 나타낸 평면도이다.
도 12 내지 도 19는 본 발명의 하이브리드 스피커에 적용된 고음스피커의 조립과정을 설명하기 위하여 나타낸 도면들이다.
도 20은 본 발명에 따른 다른 실시예의 하이브리드 스피커를 나타낸 도면이다.
도 21은 본 발명에 따른 하이브리드 스피커의 주파수 응답특성과 종래 스피커의 주파수 응답특성을 비교하여 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따라 첨부된 하이브리드 스피커의 도면을 참조하여 상세하게 설명하고자 한다. 참고로, 본 발명을 설명하는데 참조하는 도면에 도시된 구성요소의 크기, 선의 두께 등은 이해의 편의상 다소 과장되게 표현되어 있을 수 있다. 또, 본 발명의 설명에 사용되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의한 것일 뿐인바 사용자, 운용자 의도, 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서 용어에 대한 정의는 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 내리는 것이 마땅하겠다.
도 1 내지 도 9는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 하이브리드 스피커를 설명하기 위하여 나타낸 도면들이다.
도면에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 하이브리드 스피커는 적어도 중앙에 폐쇄형의 홀(43)과 함께 진동날개(44)가 형성된 개방형의 고음진동판(40)을 포함하는 고음스피커(T)와, 이 고음스피커(T)의 하부엔 저음스피커(W)의 저음진동판(140)으로부터 발생되는 저음이 고음스피커(T)의 고음진동판(140)에 형성된 홀(43)을 통하여 발산되도록 동축 결합되는 다이내믹 저음스피커(W)로 구성된다.
상기 고음스피커(T)의 고음진동판(40)과 저음스피커(W)의 저음진동판(140) 사이에는 저음스피커(W)의 저음진동판(140)으로 발생되는 중음부터 고음까지 미세 음을 제어하기 위한 고음제어 레지스터(90)가 마련된다. 상기 고음제어 레지스터(90)는 일체형 전극부재(70)의 제2부재통공(72b)을 덮도록 하면전극부재(72)에 마련된다. 또한, 상기 고음제어 레지스터(90)는 다공질 소재이면 족하나 일예를 들면 부직포, 마이크로 타공소재 등이 사용된다.
상기 고음스피커(T) 및 저음스피커(W)는 이들 프레임(10)과 바스켓(120)의 외측주면을 감싸도록 씌워지는 동축하우징(100)에 의해 동축 결합된다. 상기 동축하우징(100)은 후술되는 프레임(10)과 동일형상인 캡-형 단면으로 마련되되 그 상면의 중앙엔 음향방사를 위한 통공이 형성되며, 알루미늄 등과 같은 비자성체 소재로 이루어진다.
상기 고음스피커(T)는 캡-형 단면의 프레임(10)과, 이 프레임(10) 내부의 상부공간에 장착되는 상부코일(20)과, 이 상부코일(20)의 하부에 대향하여 배치되는 하부코일(30)과, 상기 코일들 사이에 배치되는 고음진동판(40)과, 상기 코일들의 외측에 배치되는 상부 및 하부영구자석(50, 60)을 포함하여 구성된다. 상기 고음스피커(T)의 상부 및 하부코일(20, 30)은 일체형 전극부재(70)에 의해 제어되도록 회로를 이루고 연결된다. 상기 일체형 전극부재(70)는 도 4의 가상선 및 도 20과 같이 절곡하여 저음스피커(W)의 저음기판(150)과 회로를 이루고 연결될 수 있다.
상기 프레임(10)은 그 내부에 상부 및 하부코일(20, 30), 고음진동판(40), 상부 및 하부영구자석(50, 60), 일체형 전극부재(70) 등의 설치공간을 가져야 하므로 전체적인 형상이 캡-형 단면으로 이루어지고, 알루미늄 등과 같은 비자성체 소재로 이루어짐이 바람직하다. 상기 프레임(10)은 그 상면의 중심부에는 음향방출구(11)가 형성되고 그 한쪽에는 코일선 몰딩구(12)가 형성되어 있으며 다른 한쪽에는 일체형 전극부재(70)의 연결트랙(73)부분이 노출되어 손상을 방지하도록 하는 전극인출을 위한 전극인출절개 홈(13)이 형성된다.
상기 상부코일(20)의 한쪽에는 +극 인출선, -극 인출선 등과 같은 인출선(21)이 인출되고, 상부코일(20)의 인출선(21)들은 일체형 전극부재(70)의 상면전극부재(71)에 형성되는 제1전극단자(71a)에 접속된다. 상부코일(20)은 상부 영구자석(50)의 내측에 조립되어 프레임(10)의 상부공간에 설치된다.
상기 하부코일(30)은 상부코일(20)의 하부에 대향되어 고음진동판(40)의 두께만큼 이격되게 배치되되, 프레임(10)의 하부공간에서 하부영구자석(60)의 내측에 위치하도록 설치된다.
상기 하부코일(30)의 한쪽에는 +극 인출선, -극 인출선 등과 같은 인출선(31)이 인출되고, 하부코일(30)의 인출선(31)들은 일체형 전극부재(70)의 하면전극부재(72)에 형성되는 제2전극단자(72a)에 접속된다.
위에서 언급한 바와 같이, 상기 상부영구자석(50)은 상부코일(20)의 외측에 배치되고, 하부영구자석(60)은 하부코일(30)의 외측에 배치되되 이들은 모두 와셔타입으로 마련된다.
또한, 상부코일(20) 및 하부코일(30)은 그 각각의 자기력선이 상호 대향되게 흐르도록 결선되고, 이를 통해 전자석화 되는 고음진동판(40)은 두 개의 상부 및 하부코일(20, 30)로부터 구동력을 얻는다. 상기 고음진동판(40)은 상기 상부 및 하부코일(20, 30)에 인가되는 전기적 양(+)의 주기 및 음(-)의 주기신호에 대응하여 상하진동을 행하게 된다.
상기 고음진동판(40)은 상하 대칭적으로 배치되는 상부코일(20)과 하부코일(30) 사이에 공극 없이 밀착되게 직접적으로 설치되되, 상기 상부 및 하부코일(20, 30)과 동심을 이루도록 설치된다. 또, 상기 고음진동판(40)은 진동의 메인기능을 하는 바디(41, body)와, 이 바디(41)의 외측에 마련된 에지(42, edge)를 가지며, 상기 바디(41)의 중앙에 폐쇄형의 홀(43)이 천공되고 홀(43) 주위에 방사상으로 다수개의 진동날개(44)가 형성된 개방형의 고음진동판으로 마련된다. 상기 고음진동판(40)은 철, 니켈, 규소 등의 강자성체로 마련된다.
이러한 고음진동판(40)은 동일한 사이즈로 이루어지면서 상부 및 하부에 대칭적으로 배치되는 코일과 영구자석 사이에 직접적으로 설치되어 진폭공간이 필요 없어 외형적으로 슬림하게 구현되며, 상부코일(20) 및 하부코일(30)의 전자기력에 의해 직접적으로 구동되므로 자기저항이 감소하여 효율이 증가하고, 이로 인하여 전기신호에 대응한 신속한 응답성을 가지므로 매우 섬세한 음향재생이 가능하게 된다.
특히, 고음진동판(40)은 그 외측주연부가 상부 및 하부코일(20, 30)에 의해 지지된 상태에서 상부 및 하부코일(20, 30)의 내경인 동일원주(도 5의 진동판에 표시된 가상선)를 기준으로 하여 진동날개(44)가 도 3의 가상선과 같이 원호운동을 하면서 진동하게 된다.
이를 보다 자세하면 설명하면, 바디(41) 외측주연부와 근접한 에지(42)측인 진동날개(44)의 뿌리부분을 기준으로 하여 외팔보와 같이 자유롭게 호형으로 구동되므로 상부 및 하부코일(20, 30)의 전자기력에 의해 전자석화 되어 상부 및 하부영구자석(50, 60)의 자기력과 직접 반응하여 자체 구동을 하게 된다. 이렇게 고음진동판(40)의 진동날개(44)가 자유롭게 호형으로 구동될 때, 진동날개(44) 자체에서 발생되는 저음은 상하로 움직이는 원호운동을 하기 때문에 역위상 소멸되게 되고 고음만이 발생되어 방출되게 된다.
상기 고음진동판(40)이 상부 및 하부코일(20, 30)이나 상부 및 하부영구자석(50, 60)에 의해 공극 없이 직접적으로 밀착 지지됨으로써 상부 및 하부코일(20, 30)에 흐르는 전기신호와 교번 쇄교되는 전자기장과 자화되면서 스스로 구동하는 능동형 진동체로 되며, 이로 인하여 전기신호에 대응한 매우 신속한 응답성을 가지므로 매우 섬세하고 더욱 디테일한 음향재생이 가능함은 물론 고역부터 초고역에 이르는 고주파수 대역의 초고해상 구현이 가능하게 된다.
상기 고음진동판(40)은 중앙의 홀(43)에서 방사상으로 진동날개(44)가 형성된 것으로 도시하였으나 도 10과 같이 폐쇄형인 원형의 홀(43)만으로 마련할 수 있다. 이러한 경우는 상부 및 하부코일(20, 30)의 내경인 동일원주를 기준으로 하여 홀(43) 주위의 바디(41)가 상하로 원호운동을 하면서 진동하게 된다. 이에 따라 진동판(40)의 홀(43)에 의해 진동판(40)의 바디(41) 자체에서 발생되는 저음영역은 역위상으로 스스로 소멸되게 되면서 진동판(40)의 바디(41)가 원호운동에 의해 발생되는 고음만 방출되게 된다.
상기 폐쇄형의 홀(43)은 원형 이외에 타원형, 사각형 등의 다양한 폐쇄형으로도 마련할 수도 있다. 상기 고음진동판(40)의 홀(43)은 그 사이즈 및 면적의 변화시킴에 따라 저음소멸영역 또한 변화되게 된다. 상기 홀(43)의 사이즈 및 면적이 작으면 저음소멸영역은 낮고 홀(43)의 사이즈 및 면적이 커질수록 저음소멸영역이 점점 고음영역으로 확대되게 된다.
상기 고음진동판(40)은 홀(43)의 사이즈 및 그 면적에 따라 저음 소멸영역이 가변됨과 동시에 이와 상응하여 고음영역이 가변되므로 홀(43) 사이즈 및 그 면적을 다양하게 설계 변경할 수 있고 이로 인하여 고음영역의 확대 및 다변화는 물론이고 미세조정에도 매우 유리한 장점이 있다.
상기 상부 및 하부코일(20, 30)은 연성인쇄회로기판(FPCB)으로 된 일체형 전극부재(70)를 통해 병렬접속이 이루어지도록 상부 및 하부코일의 +극은 +극끼리 연결하고 -극은 -극 끼리 연결한다.
상기 일체형 전극부재(70)는 상면전극부재(71)와 하면전극부재(72)가 연결트랙(73)을 통해 연결되고 상기 하면전극부재(72)의 한쪽에 외부전극단자부재(74)가 연결트랙(73)과 일직선을 이루도록 연장되어 있다.
상기 상면 및 하면전극부재(71, 72)는 상부 및 하부코일(20, 30)의 평면형상과 동일한 사이즈의 형상으로 형성되되, 상기 상면 및 하면전극부재(71, 72)의 한쪽에 각각 2개의 제1 및 제2전극단자(71a, 72a)가 마련되고 외부전극단자부재(74)의 끝단에 2개의 제3전극단자(74a)가 마련된다. 상기 일체형 전극부재(70)의 제1 및 제2전극단자(71a, 72a)는 상부 및 하부코일(20, 30)의 각 인출선이 개별적으로 접속되어 제3전극단자(74a)와 회로를 이루도록 한 쌍의 전극패턴(75a, 75b, 75c)이 형성되어 있다.
상기 상면전극부재(71)에는 그 중앙의 제1부재통공(71b)이 형성되고 제1부재통공(71b)의 한쪽에 상부코일(20)의 인출선들을 빼내는 U자 형상의 코일유도트랙(71c)이 결합된 형상으로 형성되어 있으며, 상기 코일유도트랙(71c)주위에 상부코일(20)의 인출선(21)을 납땜고정하기 위한 2개의 제1전극단자(71a)가 마련된다.
상기 하면전극부재(72)에는 그 중앙의 제2부재통공(72b)이 형성되고 제2부재통공(72b)의 한쪽에 하부코일(30)의 인출선(31)들을 빼내는 U자 형상의 코일유도트랙(72c)이 결합된 형상으로 형성되어 있으며, 상기 코일유도트랙(72c)주위에 하부코일(30)의 인출선(31)을 납땜고정하기 위한 2개의 제2전극단자(72a)가 마련된다.
또한, 상기 상면 및 하면전극부재(71, 72)에는 양면에 +극과 -극이 회로를 이루도록 형성되는 전극패턴(75a, 75b)이 전기적으로 연결되어야 하므로 하면의 전극패턴(75c)을 상면의 전극패턴(75b)에 전기적으로 연결하기 위한 연결통공(76a, 76b)이 마련될 수 있다.
상기 일체형 전극부재(70)는 각 전극단자 부분을 제외하고 그 표면에 여타 부품과의 절연을 위한 절연시트가 씌워짐이 바람직하다.
상기 양면접착패드(80)는 상부 및 하부코일(20, 30)과 일체형 전극부재(70)와의 조립작업성을 향상키기 위해 마련되는 2개의 얇은 패드이다. 이러한 양면접착패드(80)는 상부코일(20) 및 상부영구자석(50)이 결합되거나 하부코일(30) 및 하부영구자석(60)이 결합되었을 때의 평면형상으로 형성되되, 중앙엔 상부 및 하부코일(20, 30)의 내경과 동일한 사이즈의 통공(81)이 천공되고 한쪽의 외측주연에는 상부 및 하부코일(20, 30)의 인출선(21, 31)을 빼냄에 장애받지 않도록 따낸 호형의 코일인출부(82)가 형성된다. 상기 양면접착패드(80)는 상면 및 하면이 접착력을 갖는 것이면 어떠한 것이라도 무방하며, 접착력을 갖는 상면 및 하면에는 박리지가 구비됨이 바람직하다.
상기 저음스피커(W)는 저음영역에 적합한 가동코일방식의 다이내믹 저음스피커로 구비된다. 저음스피커(W)는 속이 빈 요크(110)의 상단외측에 바스켓(120)이 장착되되 상기 요크(110)내에 저음용 영구자석(130)과 함께 폴-피스(132)가 마련되고 상기 바스켓(120)에 외측주연이 고정된 저음진동판(140)이 마련되며, 상기 요크(110) 상단과 폴-피스(132) 사이에 마련되는 에어 갭(134)의 공간으로 저음진동판(140)의 중앙하부에 마련된 보이스코일(142)이 상하로 움직일 수 있도록 설치된다.
저음기판(150)은 요크(110)의 저면외측에 마련되고 상기 보이스코일(142)은 저음기판(150)에 의해 제어되도록 회로를 이루고 연결된다.
상기 바스켓(120)에는 적어도 하나이상의 후면통기공(122)이 형성되고 상기 후면통기공(122)에는 저음공진주파수의 제어를 위한 다공질의 저음제어 레지스터(124)가 덮일 수 있다.
상기 저음스피커(W)의 구동은 기존의 가동철심방식과 동일하므로 간략하게 설명하면 보이스코일(142)에서 발생된 교류 자기력선과 저음용 영구자석(130)에서 유도된 직류 자기력선이 상호 작용하면서 보이스코일(142)이 저음진동판(140)과 함께 승강됨으로써 저음을 발생하게 된다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 하이브리드 스피커에서 고음스피커(T)의 조립과정을 설명해 본다. 먼저, 상부 및 하부영구자석(20, 30)을 작업테이블 위에 정렬하고 상기 상부 및 하부영구자석(50, 60)의 내측에 각각 하나의 상부 및 하부코일(20, 30)을 삽입함으로써 상부 및 하부자기회로를 얻는다(도 12 참조). 이때, 상부 및 하부코일(20, 30)의 인출선(21, 31)이 상부로 인출되어 돌출된 상태이다.
위와 같이 상부자기회로의 상부영구자석(50)위에 하나의 양면접착패드(80)를 부착하고 하부자기회로의 하부영구자석(60)위에 또 다른 하나의 양면접착패드(80)를 부착한다(도 13 참조). 이때, 상부 및 하부코일(20, 30)의 인출선(21, 31)들은 양면접착패드(80) 외측의 코일인출부(82) 내에 위치되어 소성변형이 발생되지 않도록 주의하여야 한다.
이후에 상부 및 하부코일(20, 30)위의 양면접착패드(80) 상면에 일체형 전극부재(70)를 올려놓아 부착하되, 상부코일(20)위엔 상면전극부재(71)가 위치되고 하부코일(30)위엔 하면전극부재(72)가 위치되도록 부착한다(도 14 참조). 이때, 상면 및 하면전극부재(71, 72)의 상부 및 제2부재통공(71b, 72b)이 자기회로를 이루는 상부 및 하부코일(20, 30)의 내경과 일치되도록 부착함과 동시에 상부 및 하부코일(20, 30)의 인출선(21, 31)들은 상면 및 하면전극부재(71, 72)의 코일유도트랙(71c, 72c)을 통해 인출되어야 한다.
위와 같이 양면접착패드(80)를 이용하여 일체형 전극부재(70)에 상부자기회로인 상부코일(20) 및 상부영구자석(50)은 물론 하부자기회로인 하부코일(30) 및 하부영구자석(60)을 부착하는 이유는 부품의 유닛화가 가능하고, 이러한 부품의 유닛화로 인해 프레임(10)에 고음진동판(40)과 함께 조립하는 작업이 보다 용이하게 이루어지므로 작업능률 및 생산성의 향상을 꾀할 수 있기 때문이다.
상기와 같이 상부 및 하부코일(20, 30)위에 일체형 전극부재(70)를 부착한 후 가압롤러를 이용하여 상부 및 하부코일(20, 30)의 인출선(21, 31)들의 한쪽에서 상면 및 하면전극부재(71, 72)의 코일유도트랙(71c, 72c) 한쪽에 마련된 제1 및 제2전극단자(71a, 72a)방향으로 살며시 가압하면서 밀어 굴림으로써 상부 및 하부코일(20, 30)의 인출선(21, 31)들이 코일유도트랙(71c, 72c) 한쪽의 제1 및 제2전극단자(71a, 72a)와 맞닿는 수평상태로 절곡된다(도 15 참조).
이후에 상부 및 하부코일(20. 30)의 인출선(21, 31)끝단이 제1 및 제2전극단자(71a, 72a)를 벗어나지 않고 제1 및 제2전극단자(71a, 72a) 내에 위치하도록 적당하게 절단하고 이어서 납땜한다.
그런 다음 프레임(10)의 음향방출구(11)가 하방에 위치되게 작업테이블에 세팅한 후 일체형 전극부재(70)의 상면전극부재(71)를 상기 프레임(10) 내에 안착시키되 프레임(10)의 코일선 몰딩구(12)에 상면전극부재(71)의 제1전극단자(71a)가 위치되도록 안착됨과 동시에 일체형 전극부재(70)의 연결트랙(73)이 프레임(10)의 전극인출절개 홈(13)내에 위치되도록 삽입하여 가조립한다(도 16 참조).
이후에 상부코일(20) 및 상부영구자석(50)위에 고음진동판(40)을 도 17과 같이 배치하되 상기 상부코일(20)과 고음진동판(40) 중앙의 홀(43)이 동심을 이루도록 배치한 다음 일체형 전극부재(70)의 연결트랙(73) 양단부분을 각각 90ㅀ씩 구부리면서 고음진동판(40)위에 하부코일(30) 및 하부영구자석(60)이 위치되게 가조립한다(도 18 참조). 이때, 상부자기회로인 상부코일(20) 및 상부영구자석(50)과 하부자기회로인 하부코일(30) 및 하부영구자석(60)은 물론 그 중간에 개재된 고음진동판(40)의 중심이 동심을 이로도록 배치되어야 한다.
이후에 프레임(10)을 프레스에 안착세팅하고 프레임(10)의 하단을 그 내측으로 90ㅀ절곡하여 성형함으로써 프레임(10) 내에 고음진동판(40)과 함께 상부 및 하부자기회로가 장착되게 된다(도 19 참조). 이로써 완제품의 고음전용 스피커를 얻게 되고 필요에 따라서는 프레임(10)의 코일선 몰딩구(12)에 에폭시수지 등을 채워 넣어 상부코일(20)의 인출선(21)을 몰딩할 수도 있다.
도 11은 본 발명의 하이브리드 스피커에 적용되는 고음진동판의 다른 실시 예들을 나타낸 도면이다. 여기서는, 고음진동판(40)의 홀(43)에서 방사상으로 절취함에 따라 다수의 진동날개(44)를 형성시킨 개방형의 고음진동판으로 마련되되 각각의 진동날개(44)마다 조정통공(45)이 천공된 것이다. 상기 조정통공(45)은 각각의 진동날개마다 마련하는 것으로만 나타내었으나 일부의 진동날개에만 선택적으로 형성할 수도 있다.
상기와 같은 본 발명의 하이브리드 스피커에서 다른 실시예의 고음진동판을 적용하면, 진동날개(44)들 사이의 틈새로 인하여 홀(43)의 면적이 증대되게 되므로 저음소멸영역이 고음영역으로 높아질 수밖에 없다. 이로 인하여, 얻고자하는 고음영역의 주파수에 따라 바디(41)중앙의 홀(43) 직경은 물론 진동날개(44)사이의 간격 및 조정통공(45) 또한 적절하게 조합하고 조절할 수 있다.
다시 말해서, 상기 홀(43)의 직경 및 진동날개(44)사이의 간격을 작게 할수록 저음소멸영역은 낮아지고, 홀(43)의 직경 및 진동날개(44) 사이의 간격을 크게 할수록 소멸되는 저음영역이 점점 높아져 고음영역으로 이동하게 되므로 더욱 고음만을 얻을 수 있다.
도 20은 본 발명에 따른 다른 실시예의 하이브리드 스피커를 나타낸 도면이다. 여기서는, 고음스피커(T)측 일체형 전극부재(70)의 외부전극단자부재(74)가 저음스피커(W)의 저음기판(150)에 이르기까지 절곡 성형되고, 상기 외부전극단자부재(74) 끝단의 제3전극단자(74a)가 저음스피커(W)측 저음기판(150)에 회로를 이루도록 연결된다.
상기와 같이 구성된 다른 실시예의 하이브리드 스피커에 의하면, 고음스피커(T)의 일체형 전극부재(70)가 외부로 노출되지 않고 깔끔하게 정리되며, 이로 인하여 스피커의 설치가 간편하게 된다.
도 21은 본 발명에 따른 하이브리드 스피커의 주파수 응답특성과 종래 스피커의 주파수 응답특성을 비교하여 나타낸 그래프이다.
단일스피커로서의 종래 전자-형 스피커 특성이 약 200㎐부터 10㎑대의 영역인데 반하여, 저음부인 다이내믹 스피커는 보다 낮은 저음주파수의 구현에 전혀 무리가 없고, 스스로 저 주파수를 소멸시키면서 고주파수만을 재현하는 개방형 고음진동판으로 구성된 전자-형 고음전용 고해상 스피커는 진동판 자체의 질량이 매우 낮고 원호 운동을 하므로 초고주파수 영역까지 매우 확장된 고음영역을 빠른 속도로 디테일하게 재현하는 특징을 보인다.
그 결과 두 개의 스피커가 동축 조합된 하이브리드 스피커의 종합 특성은 80㎐ 이하의 주파수로부터 가청영역 한계 주파수인 20㎑ 이상을 재현하는 초 광대역 재생을 구현한다. 다이내믹 저음스피커의 고음한계주파수와 전자-형 고해상 스피커의 저음한계주파수가 한 몸체 내부에서 융합되어 자연스럽게 연계되므로 비동축에 따르는 손실과 왜곡이 극소화되고, 이에 따라 맑으면서도 분리도가 매우 뛰어난 고품질 음향을 재생하며 저음부와 고음부가 교차되는 크로스오버 영역에서의 특성 연동이 매끄럽게 이루어졌다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 하이브리드 스피커의 구동과정을 간략하게 설명해본다. 본 발명에 따른 하이브리드 스피커의 고음스피커(T)가 구동되면, 위에서 설명한 바와 같이 고음스피커(T)의 고음진동판(40)이 진동날개(44)에 의해 저음은 역위상으로 소멸되고 고음만이 발생되게 된다.
저음스피커(W)가 구동되면, 저음스피커(W)의 저음진동판(140)이 진동됨에 따라 저음이 발생되게 된다. 이때, 저음 중에 혼합되어 발산되는 중음부터 고음까지의 음은 고음제어 레지스터(90)에 의해 주파수특성의 기복이 완화되고 음이 순화된 후 고음스피커(T)의 고음진동판(40)에 형성된 폐쇄형 홀(43) 및 진동날개(44) 사이의 홈을 통해 저음만이 발산되게 된다.
상기 고음스피커(T)와 저음스피커(W)는 각각 구동시킬 수도 있고, 고음스피커(T) 및 저음스피커(W)를 동시에 일괄적으로 구동시킴으로써 멀티웨이 스피커의 효과를 얻을 수 있음은 당연하다.
이상, 본 발명의 구체적인 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 이 명세서에 개시된 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 한정되지 않으며 본 발명의 기술적 사상이 벗어나지 않는 범위 내에서 당업자에 의하여 다양하게 변형될 수 있고, 또한 구동원리와 부품의 배열이 본 발명의 등가적 개념과 일치하는 한 일부의 설계적 변경 요소는 전부 본 발명에 포함된다 할 것이다.
T: 고음스피커 W: 저음스피커
10: 프레임 11: 음향방출구
12: 코일선 몰딩구 13: 전극인출절개 홈
20: 상부코일 21, 31: 인출선
30: 하부코일 40: 고음진동판
41: 바디 42: 에지
43: 홀 44: 진동날개
45: 조정통공 50: 상부영구자석
60: 하부영구자석 70: 일체형 전극부재
71: 상면전극부재 72: 하면전극부제
73: 연결트랙 74: 외부전극단자부재
80: 양면접착패드 90: 고음제어 레지스터
100: 동축하우징 110: 요크
120: 바스켓 130: 저음용 영구자석
140: 저음진동판 150: 저음기판
10: 프레임 11: 음향방출구
12: 코일선 몰딩구 13: 전극인출절개 홈
20: 상부코일 21, 31: 인출선
30: 하부코일 40: 고음진동판
41: 바디 42: 에지
43: 홀 44: 진동날개
45: 조정통공 50: 상부영구자석
60: 하부영구자석 70: 일체형 전극부재
71: 상면전극부재 72: 하면전극부제
73: 연결트랙 74: 외부전극단자부재
80: 양면접착패드 90: 고음제어 레지스터
100: 동축하우징 110: 요크
120: 바스켓 130: 저음용 영구자석
140: 저음진동판 150: 저음기판
Claims (9)
- 적어도 상부코일과 하부코일이 대향하여 배치되고 상부 및 하부코일 사이에는 중앙에 폐쇄형의 홀이 형성된 개방형의 고음진동판이 마련되며 상기 코일들의 외측에 배치되는 하나 이상의 영구자석을 포함하는 고음스피커;
이 고음스피커의 하부엔 저음스피커의 저음진동판으로부터 발생되는 저음이 고음스피커의 고음진동판에 형성된 홀을 통하여 발산되도록 동축 결합되는 다이내믹 저음스피커로 구성되며,
상기 고음진동판의 홀은 그 내측주면에서 방사상으로 절취되어 다수의 진동날개가 형성되는 하이브리드 스피커. - 제1항에 있어서,
상기 고음스피커의 고음진동판과 저음스피커의 저음진동판 사이에는 다공질의 고음제어 레지스터가 마련되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 스피커. - 제1항에 있어서,
상기 고음스피커 및 저음스피커는 고음스피커의 프레임과 저음스피커의 바스켓 외측주면을 감싸서 동축 결합시키기 위한 동축하우징이 구비되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 스피커. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 고음진동판의 진동날개에 조정통공이 형성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 스피커. - 제1항에 있어서,
상기 상부 및 하부코일은 각각의 (+)단자 및 (-)단자끼리 병렬접속이 이루어지도록 상부코일의 상면에서 상부 및 하부코일의 한쪽측면을 거쳐 하부코일의 하면을 덮을 수 있는 연성인쇄회로기판(FPCB)으로 된 일체형 전극부재가 마련되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 스피커. - 제6항에 있어서,
상기 일체형 전극부재는 상부코일의 상면을 덮는 상면전극부재와, 하부코일의 하면을 덮는 하면전극부재와, 상기 상면 및 하면전극부재를 서로 연결하는 연결트랙 및 상기 연결트랙과 일직선을 이루도록 하면전극부재로부터 연장된 외부전극단자부재가 일체로 마련되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 스피커. - 제7항에 있어서,
상기 상면전극부재에는 상부코일 및 상부영구자석이 양면접착패드로 부착되고 하면전극부재에는 하부코일 및 하부영구자석이 양면접착패드로 부착되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 스피커. - 제6항에 있어서,
상기 일체형 전극부재는 고음스피커와 저음스피커를 각각 구동시킬 수도 있고 동시에 일괄적으로 구동시켜 멀티웨이 스피커의 효과를 얻을 수 있도록 일체형 전극부재의 외부전극단자부재를 절곡하여 저음스피커의 저음기판과 회로를 이루고 연결되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 스피커.
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