KR102060341B1 - 진동자 스피커 - Google Patents

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KR102060341B1
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박재흥
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아날로그플러스 주식회사
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Abstract

본 발명은 원통형 진동자 유닛을 수용하는 실린더 형태의 진동자 유닛 하우징의 외주면에 원주 방향으로 복수 개가 형성된 캔틸레버 및 캔틸레버 일면에 복수 개가 형성된 홈이 진동자 유닛의 외주면에 부착되는 돌기부를 안착하여 지지하고, 돌기부가 안착되는 홈의 위치가 변경됨으로써 진동자 유닛의 지지 강성, 예압, 위치를 가변 형성할 수 있는 특징이 있다.
또한, 진동자 유닛 하우징의 원주면을 따라 길이가 긴 캔틸레버 구조를 적용함으로써, 협소 공간 내에 길이가 긴 캔틸레버가 가지는 장점을 구현할 수 있는 특징이 있다.

Description

진동자 스피커{Vibrator Speaker}
본 발명은 진동자 기반 스피커의 진동자 유닛 지지 구조에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
일반 스피커는 음향 신호를 입력 받아 음향판을 진동시킴으로써 주변 공기에 음압(音壓)을 전파하여 소리를 발생시키는 반면, 진동자 스피커는 일반 스피커의 음향판을 포함하지 않으며, 진동자가 외부 매체를 직접 가진하여 외부 매체의 진동으로 소리를 발생시킨다.
진동자 스피커의 형태로는 진동자가 신체의 뼈 부분을 직접 가진하여 진동으로 음향을 달팽이관으로 직접 전달하는 골전도 스피커의 형태, 음향판 역할을 하는 패널에 부착되어 진동자가 패널을 가진하는 형태, 진동자가 충분한 질량을 가지고 진동하여 그 진동에너지가 진동자와 결합된 상대물에 전달되는 형태가 대표적이다. (특허문헌 0001 내지 0003 참조)
골전도 헤드폰의 경우, 음량이 증가하면 진동폭이 증가하여 사용자가 간지러움을 느끼거나 어지러움과 두통이 발생되는 문제가 있다. 또한, 증가된 진동폭은 음향의 왜곡도 초래한다. 진동폭이 일정 수준 이상으로 커지면, 진동의 전달을 위한 신체와 진동자 사이의 적절한 누름 상태가 유지되지 못하여 두개골로 전달되는 진동의 크기가 왜곡되기 때문이다. 이로 인해, 외부 소음이 있는 상태에서 골전도 헤드폰의 음량을 증가시키는 경우 사용감과 음향 품질이 저하되는 현상이 여전히 해소되지 못하고 있다.
패널을 진동시키는 진동자 스피커의 경우에도 음량이 커서 진동자 팁(tip)과 패널의 접촉 상태가 변화되어 음향 왜곡이 발생하는 경우가 발생될 수 있다. 한편, 큰 진동폭을 허용하기 위해 진동자 팁과 패널 사이에 개재되는 우레탄, 실리콘 등의 탄성 소재를 사용하여 허용 진폭을 확보하는 경우도 있으나, 이 경우에는 작은 음량이나 고역대 음향의 전달 성능이 저하될 수 있다.
하우징에 약하게 지지되어 자유롭게 움직일 수 있는 음향판을 직접 구동하는 일반 스피커에 비해, 고정된 음향판을 타격하여 진동시키는 진동자 스피커의 경우, 타격이 이루어지는 진동자 팁과 음향판 사이의 접촉 상태가 음향 품질에 미치는 영향이 크다. 음량과 주파수 대역의 범위를 적절히 확보하여 제공하기 위해서는 진동자 팁의 접촉 상태가 일정 수준으로 유지될 필요가 있다.
진동자 스피커는 별도의 음향판을 포함하지 않는 크기가 작은 형태의 포터블 음향기기로 구성되기에 유리하다. 언급한 바와 같은 음량 및 주파수 대역 범위에서 적절한 접촉 상태를 제공하기 위한 구조는 전체 시스템의 크기 증가가 최소화되는 것이 바람직하다.
충분히 큰 질량을 가지는 진동자가 진동하여 그 진동에너지를 진동자와 결합된 상대물에 전달하는 경우로, 주로 실내 인테리어 패널 또는 유리창 등에 설치되는 형태의 경우 왜곡에 대해서 비교적 자유로울 수 있으나 큰 질량을 지속적으로 구동하므로 포터블 기기에 적용되기는 적합하지 않다.
한편, 진동자 스피커가 헬멧과 같은 자유 곡률을 가지는 형태의 대상에 조립되는 경우, 사용자가 헬멧에 진동자 스피커를 적절히 부착하지 못하여 적절한 진동자-헬멧 접촉상태가 확보되지 못할 소지가 높다. 이로 인해 앞서 골전도 헤드폰에서 설명한 바와 유사하게, 극히 낮은 음량이나 높은 음량의 음향이 왜곡되어 전달되는 단점이 해결되지 못하고 있는 실정이다.
미국공개특허 제2008/0304680호 (2008.12.11) 미국공개특허 제2017/0280214호 (2017.09.28) 국내특허 제10-1796618호 (2017.11.06)
본 발명은 진동자 스피커의 하우징 내에 배치되는 진동자 유닛을 지지하는 개선된 구조를 개시한다. 음량이 커서 진동자 팁의 진동폭이 큰 경우나, 저역대 음향 진폭이 커서 중고역대 음향 진폭이 진동자 팁이 접촉하는 외부 매체에 적절히 전달되지 못할 우려가 있는 경우에도 적절한 예압을 가지고 진동자 팁과 외부 매체 사이의 접촉 상태를 유지할 수 있으며, 외부 매체와 진동자 팁의 접촉 상태 즉, 예압 상태를 가변하여 조정할 수 있는 지지구조를 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.
또한, 진동자 스피커가 포터블 음향기기에 주로 사용되는 것을 고려하여, 이러한 지지구조를 구현함에 따른 제품의 크기 증가가 최소화되는 형태인 지지구조를 확보하는 것이 목적이다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 헬멧 부착형 진동자 스피커 유닛은, 진동자 팁을 포함하는 진동자 유닛; 진동자 유닛을 수용하는 진동자 유닛 하우징; 헬멧 부착패드; 및 진동자 유닛 하우징과 결합되어 진동자 유닛을 수용하는 진동자 스피커 하우징;을 포함하되, 진동자 유닛은 측면에 복수의 돌기부를 포함하고, 진동자 유닛 하우징은 돌기부를 수용하도록 형성된 하나 이상의 홈을 포함하되, 홈은 진동자 유닛 하우징의 측면에 돌기부에 탄성력을 제공하도록 형성되고, 진동자 유닛 하우징의 원주면을 따라 복수 개가 배열된 캔틸레버(cantilever)에 포함됨으로써 진동자 유닛을 헬멧에 밀착하도록 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 헬멧 부착패드는, 진동자 유닛 하우징의 외주면에서 헬멧 부착면에 나란한 방향으로 돌출되는 복수의 날개부를 포함하되, 날개부는 헬멧 부착면의 형상을 따라 변형될 수 있도록 복수의 절곡 라인을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 캔틸레버는, 길이 방향으로 진동자 유닛의 회전축에 수직인 평면과 나란하고, 진동자 팁 방향의 일면에 복수의 홈을 포함하되, 복수의 홈은 진동자 유닛의 회전축에 수직인 평면과 나란하게 배열되는 것을 특징으로 한다.
또한, 캔틸레버는, 진동자 팁 방향의 일면에 복수의 홈을 포함하되, 복수의 홈은 캔틸레버의 지지단으로부터 자유단으로 갈수록 진동자 유닛의 팁에 가깝게 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 캔틸레버는, 진동자 팁 방향의 일면에 복수의 홈을 포함하되, 복수의 홈은 캔틸레버의 지지단으로부터 자유단으로 갈수록 진동자 유닛의 팁으로부터 멀게 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 캔틸레버의 단면적은, 캔틸레버의 지지단으로부터 자유단으로 갈수록 작아지는 것을 특징으로 한다.
또한, 진동자 유닛의 외주면과 진동자 유닛 하우징의 내주면 사이에 배치되는 오링(O-ring)을 더 포함하되, 오링은 진동자 유닛이 진동할 때 마찰 댐핑을 제공하고, 진동자 유닛의 회전 마찰력을 제공하도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 진동자 유닛의 진동자 팁 반대측 일면과 일면에 대향하는 진동자 스피커 하우징의 내측면 사이에 진동자 유닛의 진동자 팁 반대 방향의 진동을 감쇠하도록 형성되는 감쇠부재를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 감쇠부재는, 콘 스프링(cone spring) 및 벌집모양 스프링(beehive spring) 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 헬멧 부착형 진동자 스피커 유닛은, 진동자 팁을 포함하는 진동자 유닛; 진동자 유닛을 수용하는 진동자 유닛 하우징; 진동자 유닛 하우징의 상부에 결합되는 다이얼 캡; 상부 하우징; 및 하부 하우징;을 포함하되, 진동자 유닛은 측면에 복수의 돌기부를 포함하고, 진동자 유닛 하우징은 돌기부를 수용하도록 형성된 하나 이상의 홈을 포함하되, 홈은 진동자 유닛 하우징의 측면에 돌기부에 탄성력을 제공하도록 형성되고, 진동자 유닛 하우징의 원주면을 따라 복수 개가 배열된 캔틸레버에 포함됨으로써 진동자 유닛을 헬멧에 밀착하도록 형성되고, 상부 하우징은 진동자 유닛의 회전 축 중심 회전을 방지하도록 돌기부를 수용하는 복수의 가이드 슬롯을 내측면에 포함하고, 하부 하우징은 진동자 유닛 하우징의 회전을 가이드 하는 가이드 단턱 및 진동자 팁을 하부 하우징 외측으로 노출하는 개구를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 진동자 유닛은 2개의 돌기부는 포함하되, 돌기부는 동축으로 형성되고, 돌기부를 수용하는 2개의 가이드 슬롯은 하부 하우징이 헬멧에 부착되면 헬멧의 좌우 대칭면을 기준으로 대칭인 위치에 놓이도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 원통형 진동자 유닛을 수용하는 실린더 형태의 진동자 유닛 하우징의 외주면에 원주 방향으로 복수 개가 형성된 캔틸레버 및 캔틸레버 일면에 복수 개가 형성된 홈이 진동자 유닛의 외주면에 부착되는 돌기부를 안착하여 지지하고, 돌기부가 안착되는 홈의 위치가 변경됨으로써 진동자 유닛의 지지 강성, 예압, 위치를 가변 형성할 수 있는 효과가 있다.
또한, 진동자 유닛 하우징의 원주면을 따라 길이가 긴 캔틸레버 구조를 적용함으로써, 협소 공간 내에 길이가 긴 캔틸레버가 가지는 장점을 구현할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 예압구조의 개념을 나타내는 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 예압구조를 구현하기 위한 두 가지 형태의 캔틸레버 하우징을 나타낸다.
도 3는 본 발명의 제1실시예에 따른 가변 예압구조가 적용된 진동자 스피커의 조립 사시도이다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 가변 예압구조가 적용된 진동자 스피커의 분해 측면도이다.
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 가변 예압구조가 적용된 진동자 스피커의 분해 사시도이다.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 가변 예압구조가 적용된 진동자 스피커의 개념도이다.
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 가변 예압구조가 적용된 진동자 스피커의 측면도이다.
도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 가변 예압구조가 적용된 진동자 스피커의 사시도이다.
도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 가변 예압구조가 적용된 진동자 스피커의 분해 측면도이다.
도 10은 본 발명의 제2실시예에 따른 가변 예압구조가 적용된 진동자 스피커의 분해 사시도이다.
도 11은 본 발명의 가변 예압구조의 다양한 캔틸레버 구조 실시예를 나타낸다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 '포함', '구비'한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 '…부', '모듈' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
진동자 유닛은 원통 혹은 동전 모양을 가지는 것이 일반적이다. 본 발명에서는 이러한 진동자 유닛을 포함하는 진동자 스피커가 오토바이 혹은 자전거 헬멧 등에 장착되는 경우를 대상으로 기술되지만, 이에 한정하는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 예압구조의 개념을 나타내는 개념도이다.
진동자 유닛의 팁은 헬멧 표면과 접촉하도록 조립된다. 이때 아무런 접촉 압력이 없다면 진동자 유닛의 진동이 헬멧 표면으로부터 멀어지도록 작용할 때 그 상황에서 진동자 유닛의 진동 신호는 헬멧으로 전달되지 못하게 된다. 헬멧과 진동자의 접촉이 해제되기 때문이다. 따라서, 진동자 유닛의 팁과 헬멧 표면은 진동자 유닛의 동작 범위에서 접촉 상태가 유지되도록 적절한 예압을 가지고 조립된 상태여야 한다. 반면, 예압이 너무 강하다면 진동자 유닛이 헬멧 표면으로 전진하여 타격하는 것을 방해하게 되므로 전달되는 음향이 급격히 감소하여 먹먹한 음향이 될 수 있다. 즉, 진동자 유닛과 헬멧 표면의 예압 상태에 따라 적절하게 전달될 수 있는 음량과 음향 주파수가 존재한다.
통상 가장 일반적인 진동자 유닛의 배치 형태는, 진동자 유닛의 전방에 점탄성을 가지는 소재가 배치되고, 진동자 유닛 혹은 진동자 유닛의 후방에는 진동자 유닛을 지지하는 하우징과의 사이에 스펀지 혹은 스프링과 같은 요소로 진동자 유닛의 후방 진동을 감쇠하는 구조이다.
특히, 포터블 스피커 유닛에 적용되는 경우에 위와 같은 형태를 가지는데, 이는 진동자 유닛을 둘러싼 구조의 크기를 최소화하기 위함이라고 할 수 있다. 크기 제약이 없는 인테리어 실내벽 혹은 유리창 등에 붙박이로 적용되는 진동자 유닛의 경우에는 진동자 유닛을 누르며 예압을 제공하도록 상당히 긴 캔틸레버 형태의 지지구조가 실시되기도 한다.
도 1은 상술한 두 가지 사례를 개념적으로 비교 설명하기 위한 것이다. 도 1은 상술한 두 가지 사례를 개념적으로 비교 설명하기 위한 것이다. 도 1에서 ΔF1은 진동자 유닛의 음압 레벨 범위에서 필요로 하는 적절한 예압 범위를 나타낸다. K1은 예컨대 진동자 유닛 전후방에 점탄성 부재와 스프링 및 댐핑 부재가 복합적으로 제공하는 탄성계수를 의미한다. Δx1은 이러한 조건에서 진동자 유닛의 진동에 의해 발생되는 진폭을 의미한다.
Δx1은 또한 진동자 유닛을 지지하는 부재들에 의해 물리적으로 제한되는 진폭 범위를 의미할 수도 있다. 진동자 유닛의 허용 진폭이 보다 넓게 확보되는 경우는 예컨대 Δx2라고 할 수 있다. 여기서 Δx2의 허용 진폭을 가지는 경우에 진동자 유닛을 지지하는 주변 부재의 복합 강성이 K1로 제공되면 앞선 예와 마찬가지로 ΔF1의 예압 범위가 확보될 수 있다.
반면, 복합 강성이 K1라고 한다면 허용 진폭 Δx1의 범위에서 확보되는 예압 범위는 ΔF2가 될 것이다. 이 경우, 진동자 유닛의 팁이 헬멧 표면을 누르는 힘이 약해지므로, 진동자 유닛에 음압이 크게 인가되는 경우, 즉 큰 볼륨에서 진동자 유닛이 헬멧 표면으로부터 튀는 현상이 발생할 것이다. 일반적으로 골전도 헤드폰에서 음량을 키울 때 음이 왜곡되며 간지럽게 느끼게 되는 경우가 이에 해당할 수 있다.
다른 관점에서, 복합 강성 K1을 가지고, 허용 진폭이 Δx1인 경우, 진동자 유닛에 인가되는 진동의 진폭이 허용 진폭을 벗어나기가 쉽다고 할 수 있다. 진동자 유닛은 전자석의 형태로서, 설계 사양에 따른 가속도 또는 운동에너지를 가지고 입력 전류에 비례하여 진동을 발생시킨다. 예컨대 ΔF1의 범위를 벗어나 그 보다 큰 범위까지 예압이 걸리는 상태가 되도록 조립된 상태라면, 진동자 유닛의 진동은 과도한 예압으로 인해 왜곡이 발생될 수 있다.
반면, 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 예압구조가 적용된 진동자 스피커는 복합 강성 K2를 가지고, 허용 진폭이 Δx2인 경우를 제공하도록 형성된 것이 특징이다. 이를 위해 진동자 유닛의 지지가 진동자 유닛의 축 방향에 직렬로 배치되는 강성 또는 댐핑 부재가 아닌, 상대적으로 긴 길이와 허용 변위를 제공하도록 형성되는 캔틸레버(cantilever)에 의해 진동자 유닛이 지지되고 진동자 유닛의 팁과 헬멧 표면 사이에 예압이 형성되도록 고안된 것이다. 또한, 캔틸레버에 하중이 작용하는 지점이 가변될 수 있는 구조를 제공하여, 복합 강성이 변경될 수 있도록 고안된 것이다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 예압구조는 복합 강성이 K2보다 크거나 또는 작은 방향으로 설정되도록 조절될 수 있다.
일 실시예에 따른 가변 예압구조는 기본적으로 긴 길이를 가지는 캔틸레버에 의해 예압을 제공하기 때문에 통상 진동자 유닛의 팁과 진동자 유닛의 후방에 배치되는 스프링 등에 비해 낮은 강성을 가지고 진동자 유닛을 지지하게 되므로, 예컨대 동일한 ΔF1의 범위의 예압을 제공하면서도 예컨대 Δx2인 넓은 허용 진폭을 제공할 수 있다.
이에 따라, 진동자 유닛의 조립 시 오차가 다소간 발생하더라도 진동자 유닛의 진폭은 ΔF1의 범위 내에 놓일 수 있다. 도 1의 v2, v3는 동일한 진동자 유닛의 진폭이 조립 상태가 달라 서로 다른 범위에서 동작하는 것을 예시한다.
정리하자면, 본 발명의 캔틸레버 형태의 진동자 유닛 지지구조는 통상의 경우 보다 낮은 강성의 지지구조를 제공하되, 동일한 수준의 예압 범위를 제공하기 위해 기본적으로 보다 큰 초기 변형량 위에 동작 진폭 범위를 가지도록 제공하는 것이 특징이다. 이로 인해 진동자 유닛의 조립 허용 오차가 넓어지고, 진동자 유닛의 동작 진폭을 더 넓게 수용할 수 있는 장점이 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 예압구조를 구현하기 위한 두 가지 형태의 캔틸레버 하우징을 나타낸다.
도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 가변 예압구조는 진동자 유닛을 수용하는 실린더 형태의 진동자 유닛 하우징(100, 200)에 의해 제공된다. 도 2(a)는 진동자 유닛(110)을 회전시켜 예압을 가변하는 방식에 대한 것이며, 도 2(b)는 진동자 유닛(110)은 회전하지 않고 진동자 유닛(110)의 축 방향을 따라 전후 이동만 되고, 진동자 유닛(110)을 수용하는 진동자 유닛 하우징(200)이 회전됨으로써 예압이 가변되는 방식을 나타낸다.
일 실시예에 따른 진동자 유닛(110)은 진폭을 가지고 진동하도록 형성된 진동자 유닛(110) 및 진동자 유닛(110)의 팁(116)을 수용하는 진동자 유닛 몸체(118)의 외측 원주면(112)을 따라 복수 개의 돌기부(114)를 포함한다. 진동자 유닛(110)이 진동자 유닛 하우징(100)에 삽입되어 조립되면, 돌기부(114)는 진동자 유닛 하우징(100, 200)의 원주면(102, 202) 상에 역시 복수 개로 형성된 캔틸레버(108, 208) 구조의 홈(109, 209)에 안착된다.
도시한 일 실시예는 캔틸레버(108, 208) 구조의 하부에 3개의 홈(109, 209)을 포함하나, 이에 한정하는 것은 아니며 홈(109, 209)의 개수는 필요에 따라 선정될 수 있다. 또한, 진동자 유닛(110)은 3개의 돌기부(114)를 도시하고 있으나, 이 역시 2개 혹은 4개와 같이 필요에 따라 다른 개수로 형성될 수 있다. 예컨대, 진동자 유닛(110)의 직경이 먼저 선정된 후 필요에 따라 보다 약한 캔틸레버 강성을 가지도록 진동자 유닛 하우징(100, 200)의 외주면에 2개의 캔틸레버만 형성하여 개별 캔틸레버의 길이를 길게 형성할 수 있다.
또한, 후술하겠지만, 캔틸레버(108, 208)의 하부에 형성되는 홈(109, 209)은 서로 다른 높이(즉, 캔틸레버 하부면으로부터 형성되는 깊이)로 형성될 수 있다. 도 2에 도시된 실시예는 캔틸레버(108, 208)가 진동자 유닛(110)의 중심축에 수직인 평면과 나란한 방향으로 놓인 경우와, 또한 복수의 홈(109, 209)도 그 평면과 나란한 경우를 도시하고 있다. 즉, 돌기부(114)가 안착되는 홈(109, 209)의 위치가 변경되는 경우, 캔틸레버(108, 208)의 실질적인 유효 길이가 길어지거나 짧아져 유효 강성이 가변되는 경우를 도시하고 있다. 그러나, 이에 한정하는 것은 아니며, 캔틸레버(108, 208)의 하면은 평면과 소정의 각도를 가지고 기울어지도록 형성될 수 있으며, 이에 따라 복수의 홈(109, 209)의 위치는 결과적으로 진동자 유닛(110)의 팁(116)이 헬멧 표면과 형성하는 거리가 상대적으로 증가하거나 감소하도록 형성될 수도 있다. 마찬가지로 도 2에는 캔틸레버(108, 208)의 두께가 일정한 것을 도시하고 있으나, 이에 한정하는 것은 아니며, 필요에 따라 캔틸레버(108, 208)의 두께는 길이 방향으로 가변될 수 있다.
따라서, 일 실시예에 따른 가변 예압구조는 가변 강성구조, 팁 위치 가변구조 등으로 다양하게 확장하여 이해될 수도 있다. 본 발명을 기술함에 있어 편의상 가변 예압구조로 기술하고 있으나, 실질적으로는 보다 넓은 개념을 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다.
도 3는 본 발명의 제1실시예에 따른 가변 예압구조가 적용된 진동자 스피커의 조립 사시도이다.
도 3을 참조하면, 제1실시예는 진동자 유닛(110)을 회전시켜 예압을 가변하는 방식에 대한 것이다. 추가로 도 2(a)을 참조하면, 제1실시예에서 진동자 유닛 하우징(100)은 복수의 헬멧 부착패드(104)를 더 포함한다. 진동자 유닛 하우징(100)은 외주면(102)에서 헬멧 부착면에 나란한 방향으로 돌출되는 복수의 날개부(104)를 포함하되, 다양한 헬멧 형상에 대응되어 헬멧 부착면을 따라 나란한 형상으로 변형될 수 있도록 진동자 유닛 하우징(100)의 외주면(102)으로부터 소정의 간격을 가지고 복수의 홈(106)이 형성된, 즉 복수의 절곡 라인(106)을 헬멧 부착패드(104) 상면에 포함할 수 있다. 헬멧 부착패드(104) 하면은 헬멧 표면과 헬멧 부착패드(104)의 부착을 위한 양면 테이프가 부착된 것일 수 있다. 복수의 헬멧 부착패드(104)는 그 개수가 6개인 것을 도시하였으나 이에 한정하는 것은 아니다. 또한, 진동자 유닛 하우징(100)과 헬멧 부착패드(104)는 별개의 부품으로 제작되어 결합된 형태일 수도 있다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 가변 예압구조가 적용된 진동자 스피커의 분해 측면도이다.
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 가변 예압구조가 적용된 진동자 스피커의 분해 사시도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 제1실시예에 따른 가변 예압구조가 적용된 진동자 스피커(10)는 진동자 유닛 팁(116), 진동자 유닛 몸체(118), 진동자 유닛 몸체(118)의 외주면(112)에 결합된 복수의 돌기부(114)를 포함하는 진동자 유닛(110), 진동자 유닛(110)을 수용하고 복수의 캔틸레버(108) 구조가 외주면(102)을 따라 형성된 진동자 유닛 하우징(100), 진동자 유닛(110)의 후방부에 배치되어 진동자 유닛(110)의 후방을 향한 진동을 흡수하도록 형성된 감쇠부재(310) 및 진동자 유닛 하우징(100)과 결합되고 감쇠부재(310)를 지지하는 진동자 스피커 하우징(300)을 포함한다.
상세하게 도시하지는 않았으나 진동자 유닛(110), 감쇠부재(310), 진동자 스피커 하우징(300)은 조립되면 하나의 진동자 서브 모듈로 조립된 상태로 유지될 수 있다. 사용자는 헬멧에 헬멧 부착패드(104)를 부착한 후 진동자 서브 모듈을 조립할 수 있다. 진동자 서브 모듈 상태에서 돌기부(114)가 육안으로 확인되지 않더라도 사용자는 진동자 유닛 하우징(100)에 구비된 슬롯(107)에 용이하게 진동자 유닛(110)의 돌기부(114)를 맞춰 삽입할 수 있다. 진동자 서브 모듈은 진동자 유닛 하우징(100)의 축 방향으로 삽입 후 캔틸레버(108)의 하부 홈(109)에 진동자 유닛(110)의 돌기부(114)가 안착되도록 회전시켜(도시한 예에서는 반 시계방향으로 회전시켜) 조립될 수 있다.
도시된 예에서 삽입 시 첫번째 홈에 안착되면 가장 낮은 캔틸레버 강성을 제공하게 되고, 가장 안쪽 세번째 홈에 안착되면 가장 높은 캔틸레버 강성을 제공하게 된다. 사용자는 실제 음향을 재생하며 적절한 홈 위치를 선정할 수 있다. 도시하지는 않았으나, 진동자 유닛(110)의 외주면(112)과 진동자 유닛 하우징(100)의 내주면 사이에는 오링(O-ring)이 삽입될 수 있다. 적절한 마찰력을 가지고 오링이 삽입되어 진동자 유닛(110)의 축 방향으로 마찰 감쇠를 제공하거나, 사용자가 의도적으로 진동자 서브 모듈을 회전시키는 경우가 아니라면 임의의 회전이 방지되도록 진동자 서브 모듈이 내부 혹은 외부 진동에 의해 회전하는 (예컨대 시계방향으로) 것을 방지할 수 있다.
한편, 감쇠부재(310)는 콘 스프링(cone spring) 또는 벌집모양 스프링(beehive spring) 일 수 있다. 콘 스프링은 바람직하게는 단일 선경(wire diameter) 수준으로 압축될 수 있으며, 비선형 구간에서 사용되는 것이 진동자 유닛(110)의 후방 진동을 감쇠하는데 더 바람직할 수 있다. 벌집모양 스프링은 압축 높이가 콘 스프링의 경우보다는 높을 수 있으나 고진동 상태에서 댐핑 효과가 더 우수할 수 있다.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 가변 예압구조가 적용된 진동자 스피커의 개념도이다.
도 6은 진동자 유닛(110)은 회전하지 않고, 본 발명에 따른 외주면 캔틸레버(208)를 복수 개 포함하여 형성되는 진동자 유닛 하우징(200)이 회전함으로써 가변 예압구조가 구현되는 경우를 예시한다.
제2실시예에 따른 진동자 유닛 하우징(200)은 진동자 스피커(20)의 상부 하우징(400)과 하부 하우징(420) 사이에 조립되어 회전 가능하도록 형성되며, 도시한 예에서는 이와 더불어 생활 방수 및 의도한 회전 이외의 회전을 방지하기 위한 적절한 마찰력을 제공하기 위한 오링(430)이 축 방향으로 압축되어 설치되도록 배치된 경우를 나타낸다.
또한, 진동자 유닛(110)의 돌기부(114)는 진동자 유닛 하우징(200)의 캔틸레버(208) 내 홈(209)에 안착되고, 홈(209)을 지나 가이드 슬롯(440)에 수용될 수 있다. 가이드 슬롯(440)은 상부 하우징(400)의 내측에 형성된 경우를 예시하고 있으며, 돌기부(114)에 대응하여 같은 개수로 형성되고, 돌기부(114)를 수용하여 돌기부(114)의 상하 이동은 허용하되, 진동자 유닛 하우징(200)이 회전되더라도 진동자 유닛(110)이 회전하는 것은 억제하는 역할을 한다.
제2실시예의 경우, 상부 하우징(400), 하부 하우징(420)은 원반형 외관을 가지는 것으로 도시하였으나, 이는 단지 개념적인 것이며, 실제로는 내부를 밀폐하는 하우징 중 진동자 유닛(110)과 관련된 부분만을 나타내기 위해 일부만 도시한 것이다. 제2실시예에서는 헬멧과 결합되기 위한 적절한 형상의 하부 하우징 형상을 가질 수 있다. 하부 하우징(420)은 헬멧과 양면 테이프 등으로 부착 및 결합될 수도 있고, 혹은 진동자 유닛(110)의 팁(116)은 헬멧과 예압을 가지고 접촉할 수 있고, 하부 하우징(420)은 헬멧과 결합될 수 있는 형태의 브라켓(미도시)을 통해 헬멧과 결합되는 형태일 수 있다.
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 가변 예압구조가 적용된 진동자 스피커의 측면도이다.
도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 가변 예압구조가 적용된 진동자 스피커의 사시도이다.
도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 가변 예압구조가 적용된 진동자 스피커의 분해 측면도이다.
도 10은 본 발명의 제2실시예에 따른 가변 예압구조가 적용된 진동자 스피커의 분해 사시도이다.
도 7 내지 도 10을 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 가변 예압구조가 적용된 진동자 스피커(20)는 진동자 유닛 팁(116), 진동자 유닛 몸체(118), 진동자 유닛 몸체(118)의 외주면(112)에 결합된 복수의 돌기부(114)를 포함하는 진동자 유닛(110), 진동자 유닛(110)을 수용하고, 복수의 캔틸레버(208) 구조가 외주면(202)을 따라 형성된 진동자 유닛 하우징(200), 진동자 유닛 하우징(200)과 결합되어 외부에서 진동자 유닛 하우징(200)을 회전시키는 다이얼 역할을 하는 다이얼 캡(410), 진동자 유닛(110)의 회전 축 중심 회전을 방지하도록 돌기부(114)를 수용하는 복수의 가이드 슬롯(440)을 내측면에 포함하는 상부 하우징(400), 진동자 유닛 하우징(200)의 회전을 가이드 하도록 형성된 가이드 단턱(450)을 포함하고, 진동자 유닛(110)의 팁(116)이 노출되는 개구(460)를 포함하는 하부 하우징(420)을 포함한다.
진동자 유닛(110)은 진동자 유닛 하우징(200)에 삽입되어 돌기부(114)가 캔틸레버(208)의 홈(209)에 안착되도록 조립된 후, 다이얼 캡(410)과 결합되어 하나의 진동자 서브 모듈로 조립될 수 있다. 디이얼 캡(410)의 플랜지 상부면에는 오링(430)을 수용하기 위한 오링 홈(470)을 포함할 수 있다. 마찬가지로 진동자 유닛 하우징(200)의 하부의 플랜지 하부면에는 오링(430)을 수용하기 위한 오링 홈(480)을 포함할 수 있다.
조립된 진동자 서브 모듈은 상부 하우징(400)에 마련된 가이드 슬롯(440)에 진동자 유닛(110)의 돌기부(114)가 수용되도록 삽입한 후 하부 하우징(420)을 조립하면 제2실시예에 따른 진동자 스피커(20)의 조립이 완료될 수 있다.
제2실시예에서 예압 가변은 다이얼 캡(410)을 (반시계 방향으로) 회전시키면 다이얼 캡(410)과 결합된 진동자 유닛 하우징(200)이 회전하여 회전이 억제된 진동자 유닛(110)에 포함된 돌기부(114)가 이전과 다른 위치의 홈(209)에 안착됨으로써 캔틸레버(208)의 실질적인 유효 길이 즉, 유효 강성이 가변될 수 있다. 마찬가지로 앞서 기술한 바와 같이 캔틸레버(208)의 구조 및 홈(209)의 형성 방식을 변경함으로써 가변되는 내용은 강성, 예압, 진동자 팁 위치 중 어느 하나 혹은 그 조합일 수도 있다.
도 11은 본 발명의 가변 예압구조의 다양한 캔틸레버 구조 실시예를 나타낸다.
도 11은 캔틸레버(108, 208)의 구조 및 홈(109, 209)의 변형 실시예를 나타낸다. 도 11(a)는 앞서 도시한 바와 같은 수평 캔틸레버(108, 208)와 수평 배열된 홈(109, 209)의 경우로, 돌기부(114)가 안착되는 홈(109, 209)의 위치가 변경되면 캔틸레버(108, 208)의 유효 길이가 변경되어 강성이 바뀌는 예를 나타낸다.
도 11(b)는 캔틸레버(108, 208)의 자유단(510)이 캔틸레버(108, 208)의 지지단(520) 보다 진동자 유닛 팁(116) 측으로 가깝게 형성되는 경우, 또한 홈(109, 209)의 위치도 캔틸레버(108, 208)의 자유단(510)에 가까울수록 진동자 유닛 팁(116) 측에 가깝게 형성되는 경우를 나타낸다. 이 경우, 캔틸레버(108, 208) 자유단(510)에 가장 가까운 홈에 돌기부(114)가 안착되는 경우, 진동자 유닛 팁(116)은 헬멧을 향해 가장 밀려나오도록 배치되며, 캔틸레버(108, 208)가 제공하는 강성도 가장 작은 수준으로 설정될 수 있다.
도 11(c)는 캔틸레버(108, 208)의 자유단(510)이 캔틸레버(108, 208)의 지지단(520) 보다 진동자 유닛 팁(116) 측에서 멀게 형성되는 경우, 또한 홈(109, 209)의 위치도 캔틸레버(108, 208)의 자유단(510)에 가까울수록 진동자 유닛 팁(116) 측으로부터 멀게 형성되는 경우를 나타낸다. 이 경우, 캔틸레버(108, 208) 자유단(510)에 가장 가까운 홈에 돌기부(114)가 안착되는 경우, 진동자 유닛 팁(116)은 헬멧으로부터 가장 먼 위치에 배치되며, 캔틸레버(108, 208)가 제공하는 강성도 가장 작은 수준으로 설정될 수 있다.
도 11(d)는 도 11(b)와 도 11(c)가 복합된 경우를 예시한다.
앞서 기술한 바와 같이, 캔틸레버(108, 208)의 구조는 길이 방향으로 변하는 두께를 포함하여 다양한 형태로 용이하게 변경 설계가 가능하다. 또한, 일 실시예를 기술함에 있어 복수의 캔틸레버(108, 208)는 진동자 유닛 하우징(100, 200)의 외주면(102, 202)에 일체로 형성되는 것 만을 포함하지만, 단순한 원통형 부재에 캔틸레버(108, 208) 부분을 포함하는 별도의 부재가 진동자 유닛 하우징(100, 200)에 결합되는 구조도 포함할 수 있음은 통상의 기술자에게 자명한 정도일 것이다.
한편, 도시하지 않았으나, 진동자 유닛(110)이 회전하지 않는 제2실시예의 경우 돌기부(114)가 2개인 경우가 바람직할 수 있다. 대부분의 오토바이 헬멧의 형상을 고려하면, 진동자 유닛(110)이 부착되는 바람직한 위치는 헬멧 후방의 중앙일 수 있다. 이 위치에서 헬멧의 외부 부착면 형상은 상하 방향으로는 헬멧마다 다양한 곡률과 형상을 가지더라도 좌우 방향으로는 일반적으로 대칭인 경우가 대부분이다. 이때 돌기부(114)를 2개만 형성하면 진동자 유닛 하우징(200)의 캔틸레버 홈(209)에 대해 진동자 유닛(110)의 팁(116)은 한 방향으로만 회전(틸트)이 구속되고, 돌기부(114)의 회전축을 중심으로 한 회전은 일부 허용되는 측면이 있다. 즉, 돌기부(114)의 회전축이 헬멧 후방의 좌우 대칭축의 중심에 놓이고, 헬멧 후방의 좌우 방향과 나란히 놓이도록 배치됨으로써 다양한 헬멧 곡면에 대해 진동자 유닛(110)의 팁(116)이 헬멧 표면에 대해 자동 조심(self-aligning)이 이루어질 수 있다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (15)

  1. 진동자 팁을 포함하는 진동자 유닛;
    상기 진동자 유닛을 수용하는 진동자 유닛 하우징;
    헬멧 부착패드; 및
    상기 진동자 유닛 하우징과 결합되어 상기 진동자 유닛을 수용하는 진동자 스피커 하우징;
    을 포함하되,
    상기 진동자 유닛은 측면에 복수의 돌기부를 포함하고,
    상기 진동자 유닛 하우징은 상기 돌기부를 수용하도록 형성된 하나 이상의 홈을 포함하되,
    상기 홈은 상기 진동자 유닛 하우징의 측면에 상기 돌기부에 탄성력을 제공하도록 형성되고, 상기 진동자 유닛 하우징의 원주면을 따라 복수 개가 배열된 캔틸레버(cantilever)에 포함됨으로써 상기 진동자 유닛을 헬멧에 밀착하도록 형성된
    헬멧 부착형 진동자 스피커 유닛.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 헬멧 부착패드는,
    상기 진동자 유닛 하우징의 외주면에서 헬멧 부착면에 나란한 방향으로 돌출되는 복수의 날개부를 포함하되,
    상기 날개부는 상기 헬멧 부착면의 형상을 따라 변형될 수 있도록 복수의 절곡 라인을 포함하는
    헬멧 부착형 진동자 스피커 유닛.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 캔틸레버는,
    길이 방향으로 상기 진동자 유닛의 회전축에 수직인 평면과 나란하고, 상기 진동자 팁 방향의 일면에 복수의 홈을 포함하되, 상기 복수의 홈은 상기 진동자 유닛의 회전축에 수직인 평면과 나란하게 배열되는
    헬멧 부착형 진동자 스피커 유닛.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 캔틸레버는,
    상기 진동자 팁 방향의 일면에 복수의 홈을 포함하되, 상기 복수의 홈은 상기 캔틸레버의 지지단으로부터 자유단으로 갈수록 상기 진동자 유닛의 팁에 가깝게 형성되는
    헬멧 부착형 진동자 스피커 유닛.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 캔틸레버는,
    상기 진동자 팁 방향의 일면에 복수의 홈을 포함하되, 상기 복수의 홈은 상기 캔틸레버의 지지단으로부터 자유단으로 갈수록 상기 진동자 유닛의 팁으로부터 멀게 형성되는
    헬멧 부착형 진동자 스피커 유닛.
  6. 제3항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 캔틸레버의 단면적은,
    상기 캔틸레버의 지지단으로부터 자유단으로 갈수록 작아지는
    헬멧 부착형 진동자 스피커 유닛.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 진동자 유닛의 외주면과 상기 진동자 유닛 하우징의 내주면 사이에 배치되는 오링(O-ring)을 더 포함하되,
    상기 오링은 상기 진동자 유닛이 진동할 때 마찰 댐핑을 제공하고, 상기 진동자 유닛의 회전 마찰력을 제공하도록 형성되는
    헬멧 부착형 진동자 스피커 유닛.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 진동자 유닛의 상기 진동자 팁 반대측 일면과 상기 일면에 대향하는 상기 진동자 스피커 하우징의 내측면 사이에 상기 진동자 유닛의 상기 진동자 팁 반대 방향의 진동을 감쇠하도록 형성되는 감쇠부재를 더 포함하는
    헬멧 부착형 진동자 스피커 유닛.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 감쇠부재는, 콘 스프링(cone spring) 및 벌집모양 스프링(beehive spring) 중 어느 하나인
    헬멧 부착형 진동자 스피커 유닛.
  10. 진동자 팁을 포함하는 진동자 유닛;
    상기 진동자 유닛을 수용하는 진동자 유닛 하우징;
    상기 진동자 유닛 하우징의 상부에 결합되는 다이얼 캡;
    상부 하우징; 및
    하부 하우징;
    을 포함하되,
    상기 진동자 유닛은 측면에 복수의 돌기부를 포함하고,
    상기 진동자 유닛 하우징은 상기 돌기부를 수용하도록 형성된 하나 이상의 홈을 포함하되, 상기 홈은 상기 진동자 유닛 하우징의 측면에 상기 돌기부에 탄성력을 제공하도록 형성되고, 상기 진동자 유닛 하우징의 원주면을 따라 복수 개가 배열된 캔틸레버에 포함됨으로써 상기 진동자 유닛을 헬멧에 밀착하도록 형성되고,
    상기 상부 하우징은 상기 진동자 유닛의 회전 축 중심 회전을 방지하도록 상기 돌기부를 수용하는 복수의 가이드 슬롯을 내측면에 포함하고,
    상기 하부 하우징은 상기 진동자 유닛 하우징의 회전을 가이드 하는 가이드 단턱 및 상기 진동자 팁을 상기 하부 하우징 외측으로 노출하는 개구를 포함하는
    헬멧 부착형 진동자 스피커 유닛.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 캔틸레버는,
    길이 방향으로 상기 진동자 유닛의 회전축에 수직인 평면과 나란하고, 상기 진동자 팁 방향의 일면에 복수의 홈을 포함하되, 상기 복수의 홈은 상기 진동자 유닛의 회전축에 수직인 평면과 나란하게 배열되는
    헬멧 부착형 진동자 스피커 유닛.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 캔틸레버는,
    상기 진동자 팁 방향의 일면에 복수의 홈을 포함하되, 상기 복수의 홈은 상기 캔틸레버의 지지단으로부터 자유단으로 갈수록 상기 진동자 유닛의 팁에 가깝게 형성되는
    헬멧 부착형 진동자 스피커 유닛.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 캔틸레버는,
    상기 진동자 팁 방향의 일면에 복수의 홈을 포함하되, 상기 복수의 홈은 상기 캔틸레버의 지지단으로부터 자유단으로 갈수록 상기 진동자 유닛의 팁으로부터 멀게 형성되는
    헬멧 부착형 진동자 스피커 유닛.
  14. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 캔틸레버의 단면적은,
    상기 캔틸레버의 지지단으로부터 자유단으로 갈수록 작아지는
    헬멧 부착형 진동자 스피커 유닛.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 진동자 유닛은 2개의 상기 돌기부를 포함하되,
    상기 돌기부는 동축으로 형성되고, 상기 돌기부를 수용하는 2개의 상기 가이드 슬롯은 상기 하부 하우징이 상기 헬멧에 부착되면 상기 헬멧의 좌우 대칭면을 기준으로 대칭인 위치에 놓이도록 형성되는
    헬멧 부착형 진동자 스피커 유닛.
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