KR102239691B1

KR102239691B1 - Microphone

Info

Publication number: KR102239691B1
Application number: KR1020150027644A
Authority: KR
Inventors: 박병은
Original assignee: 서울시립대학교 산학협력단
Priority date: 2015-02-26
Filing date: 2015-02-26
Publication date: 2021-04-12
Also published as: KR20160104501A

Abstract

본 발명은 입력되는 음향신호를 효과적으로 전기적인 신호로 변환할 수 있도록 된 마이크로폰에 관한 것이다. 본 발명에 따른 마이크로폰은 음파 에너지를 전기적인 음성신호로 변환하는 마이크로폰에 있어서, 기판과, 상기 기판상에 구비되는 2개 이상의 서브 마이크로폰 및, 상기 서브 마이크로폰으로부터 출력되는 전기적인 음성신호를 합성하여 하나의 음성신호를 생성하는 신호합성수단을 구비하여 구성되고, 상기 상기 서브 마이크로폰 중 적어도 하나는 다른 서브 마이크로폰과 주파수 특성이 다르게 설정되는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a microphone capable of effectively converting an input sound signal into an electrical signal. A microphone according to the present invention is a microphone that converts sound wave energy into an electrical voice signal, comprising a substrate, two or more sub-microphones provided on the substrate, and an electrical voice signal output from the sub-microphone. And a signal synthesizing means for generating a voice signal of, and at least one of the sub-microphones is set differently in frequency characteristics from that of the other sub-microphones.

Description

Microphone{Microphone}

본 발명은 마이크로폰에 관한 것으로, 특히 입력되는 음향신호를 효과적으로 전기적인 신호로 변환할 수 있도록 된 마이크로폰에 관한 것이다.The present invention relates to a microphone, and more particularly, to a microphone capable of effectively converting an input sound signal into an electrical signal.

마이크로폰은 음성신호 또는 음향신호 등을 전기적인 신호로 변환하도록 된 것이다. 종래이 마이크로폰은 주로 콘덴서 마이크로폰이 주를 이루고 있다. 그러나 이러한 콘데서 마이크로폰은 구조가 복잡하고 제조비용이 많이 소요된다는 단점이 있다.The microphone is designed to convert an audio signal or an audio signal into an electrical signal. Conventional microphones are mainly condenser microphones. However, this condesor microphone has a disadvantage in that the structure is complex and the manufacturing cost is high.

또한 최근에 이르러 정보통신기기의 경박단소화가 진행되면서 이들 정보기기에 채용되는 마이크로폰의 경우에도 소형화 및 경량화가 요구되고 있다. 이러한 요구에 부응하여 최근에는 압전소자를 이용하는 마이크로폰에 대한 연구가 진행되고 있다. 압전 효과를 이용한 마이크로폰에 대해서는 대한민국 특허등록 제0158893호 및 특허공개 2014-0057640호 등에 개시되어 있다. In addition, in recent years, as information communication devices are being made light and thin, miniaturization and weight reduction are required for microphones used in these information devices. In response to these demands, research on microphones using piezoelectric elements has recently been conducted. A microphone using the piezoelectric effect is disclosed in Korean Patent Registration No. 0158893 and Patent Publication No. 2014-0057640.

종래의 압전소자나 압전효과를 이용하는 마이크로폰의 경우에는 외부로부터 가해지는 음파 에너지나 또는 이러한 음파 에너지에 의한 공기의 진동을 이용하여 압전소자를 진동시킴으로써 음파의 진동에 대응하는 전기 신호를 생성하게 된다.In the case of a conventional piezoelectric element or a microphone using a piezoelectric effect, an electric signal corresponding to the vibration of the sound wave is generated by vibrating the piezoelectric element by using the sound wave energy applied from the outside or the vibration of air by the sound wave energy.

그러나 압전소자를 이용하는 마이크로폰의 경우에는 음향신호에 대한 감도가 충분하지 않음으로 인하여 음향신호에 대한 전기 신호의 변환 효율이 불충분하다는 단점이 있다.However, in the case of a microphone using a piezoelectric element, there is a disadvantage in that the conversion efficiency of an electric signal to an acoustic signal is insufficient due to insufficient sensitivity to an acoustic signal.

또한 최근에는 강유전 필름을 이용하는 마이크로폰에 대해서도 개발이 진행되고 있다. 그러나 강유전 필름을 이용하는 마이크로폰의 경우에도 음향신호를 전기신호로 변환하는 효율이 충분하지 못하고, 특히 저음역에 대한 감도가 불충분하여 양호한 마이크로폰을 구현하기 어렵다는 단점이 있다.In addition, recently, development of a microphone using a ferroelectric film is underway. However, even in the case of a microphone using a ferroelectric film, there is a disadvantage in that the efficiency of converting an acoustic signal into an electric signal is not sufficient, and in particular, it is difficult to implement a good microphone due to insufficient sensitivity to a low range.

이에 본 발명은 상기한 사정을 감안하여 창출된 것으로서, 음파 에너지에 대한 전기 신호로의 변환효율을 제고할 수 있도록 된 마이크로폰을 제공함에 기술적 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been created in view of the above circumstances, and has a technical object to provide a microphone capable of improving conversion efficiency of sound wave energy into an electric signal.

상기 목적을 실현하기 위한 본 발명의 제1 관점에 따른 마이크로폰은 음파 에너지를 전기적인 음성신호로 변환하는 마이크로폰에 있어서, 음파 에너지를 전기적인 음성신호로 변환하는 마이크로폰에 있어서, 기판과, 상기 기판상에 구비되는 2개 이상의 서브 마이크로폰을 구비하여 구성되는 것을 특징으로 한다.A microphone according to the first aspect of the present invention for realizing the above object is a microphone that converts sound wave energy into an electrical voice signal, in which a microphone converts sound wave energy into an electrical voice signal, comprising: a substrate; It characterized in that it is configured with two or more sub-microphones provided in the.

또한 상기 서브 마이크로폰은 압전 소자를 구비하는 것을 특징으로 한다.In addition, the sub microphone is characterized in that it has a piezoelectric element.

또한 상기 서브 마이크로폰은 프레임과, 상기 프레임의 상측에 결합되는 진동패널을 구비하여 구성되고, 상기 진동 패널은 강유전체층과, 상기 강유전체층의 상측 및 하측에 형성됨과 더불어 도전성 재질로 구성되는 제1 및 제2 전극층 및, 상기 제1 및 제2 전극층에 각각 전기적으로 결합되는 전극을 구비하여 구성되는 것을 특징으로 한다.In addition, the sub-microphone includes a frame and a vibration panel coupled to an upper side of the frame, and the vibration panel includes a ferroelectric layer, a first and a first made of a conductive material while being formed on the upper and lower sides of the ferroelectric layer. It is characterized in that it comprises a second electrode layer and an electrode electrically coupled to the first and second electrode layers, respectively.

또한 상기 강유전체층이 PVDF로 구성되는 것을 특징으로 한다.In addition, it is characterized in that the ferroelectric layer is made of PVDF.

또한 상기 PVDF가 β상 PVDF인 것을 특징으로 한다.In addition, the PVDF is characterized in that the β-phase PVDF.

또한 상기 강유전체층에 금속이 추가로 혼합되는 것을 특징으로 한다.In addition, it is characterized in that the metal is further mixed with the ferroelectric layer.

또한 상기 금속이 철(Fe)인 것을 특징으로 한다.In addition, it is characterized in that the metal is iron (Fe).

또한 상기 서브 마이크로폰 중 적어도 하나는 다른 서브 마이크로폰과 주파수 특성이 다르게 설정되는 것을 특징으로 한다.In addition, at least one of the sub microphones is characterized in that the frequency characteristic is set differently from the other sub microphones.

본 발명의 제2 관점에 따른 마이크로폰은 음파 에너지를 전기적인 음성신호로 변환하는 마이크로폰에 있어서, 기판과, 상기 기판상에 구비되는 2개 이상의 서브 마이크로폰 및, 상기 서브 마이크로폰으로부터 출력되는 전기적인 음성신호를 합성하여 하나의 음성신호를 생성하는 신호합성수단을 구비하여 구성되는 것을 특징으로 한다.A microphone according to the second aspect of the present invention is a microphone that converts sound wave energy into an electrical voice signal, comprising: a substrate, two or more sub microphones provided on the substrate, and an electrical voice signal output from the sub microphone. And a signal synthesizing means for synthesizing and generating one voice signal.

상기한 구성으로 된 본 발명에 의하면, 각각 서로 다른 주파수 특성을 갖는 다수의 서브 마이크로폰이 조합되어 하나의 마이크로폰을 구성하게 된다. 외부로부터 음파 에너지가 인가되어 매질, 즉 공기가 진동하게 되면 각 서브 마이크로폰의 그 진동 에너지를 전기 에너지로 변환하여 외부 음파 에너지에 대응하는 전기적인 음성 신호를 생성하게 된다. 그리고 이와 같이 생성된 전기적인 음성신호는 하나의 음성 신호로서 합성되어 외부로 출력되게 된다. 따라서 본 발명에 따른 마이크로폰은 음향 신호를 전기적인 음성 신호로 변환함에 따른 신호감도가 우수하여 전체적인 음성 주파수 대역에 대해 양호한 음성신호 변환특성을 갖는 마이크로폰이 제공된다.According to the present invention having the above configuration, a plurality of sub-microphones each having different frequency characteristics are combined to form one microphone. When sound wave energy is applied from the outside and the medium, that is, air vibrates, the vibration energy of each sub-microphone is converted into electrical energy to generate an electric voice signal corresponding to the external sound wave energy. And the electrical voice signal generated in this way is synthesized as one voice signal and output to the outside. Accordingly, the microphone according to the present invention provides a microphone having excellent voice signal conversion characteristics for the entire voice frequency band because of excellent signal sensitivity by converting an acoustic signal into an electrical voice signal.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 마이크로폰의의 구성을 나타낸 평면도.
도 2는 도 1의 마이크로폰(21~23)으로 채용될 수 있는 마이크로폰의 구성 예를 나타낸 단면도.1 is a plan view showing the configuration of a microphone according to a first embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view showing an example of a configuration of a microphone that can be employed as the microphones 21 to 23 of FIG. 1.

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시 예를 설명한다. 단, 이하에서 설명하는 실시예는 본 발명의 하나의 바람직한 구현 예를 나타낸 것으로서, 이러한 실시예의 예시는 본 발명의 권리범위를 제한하기 위한 것이 아니다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the embodiments described below represent one preferred embodiment of the present invention, and examples of these embodiments are not intended to limit the scope of the present invention.

도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 마이크로폰의 주요부 구성을 개략적으로 나타낸 평면도이다.1 is a plan view schematically showing a configuration of a main part of a microphone according to a first embodiment of the present invention.

본 발명에 따른 마이크로폰은 기판(10)과, 이 기판(10)상에 설치되는 다수의 마이크로폰(21~23)을 구비하여 구성된다. 여기서 기판(10)에 구비되는 다수의 마이크로폰(21~23)이 결합되어 전체적으로 하나의 마이크로폰을 구성한다는 관점에서 상기 마이크로폰(21~23)을 서브 마이크로폰이라 칭한다.The microphone according to the present invention includes a substrate 10 and a plurality of microphones 21 to 23 installed on the substrate 10. Here, the microphones 21 to 23 are referred to as sub microphones from the viewpoint of combining a plurality of microphones 21 to 23 provided on the substrate 10 to form a single microphone as a whole.

상기 서브 마이크로폰(21~23)으로서는 외부로부터 인가되는 음파 에너지에 대하여 상이한 주파수 특성을 갖는 것이 채용된다. 예를 들어 서브 마이크로폰(21)으로서는 저음역대의 음파 에너지를 효율적으로 음성신호로서 변환할 수 있는 특성을 갖고 있는 것이 채용되고, 서브 마이크로폰은(22)으로서는 중음역대의 음파 에너지를 효율적으로 음성신호로서 변환할 수 있는 특성을 갖고 있는 것이 채용되며, 서브 마이크로폰(23)으로서는 고음역대의 음파 에너지를 효율적으로 음성신호로서 변환할 수 있는 특성을 갖고 있는 것이 채용된다. 물론 이 경우 각 주파수 대역에 대응하는 서브 마이크로폰의 개수나 그 배치 방식은 특정한 방법에 한정되지 않는다.As the sub-microphones 21 to 23, ones having different frequency characteristics with respect to sound wave energy applied from the outside are employed. For example, as the sub-microphone 21, a sound wave energy in the low-frequency range is efficiently converted into an audio signal, and the sub-microphone (22) efficiently converts the sound wave energy in the mid-range into an audio signal. The sub-microphone 23 is adopted as the sub-microphone 23, and the sub-microphone 23 is used as the sub-microphone 23 to efficiently convert the energy of a high-frequency sound wave into an audio signal. Of course, in this case, the number of sub-microphones corresponding to each frequency band and the arrangement method thereof are not limited to a specific method.

그리고 도면에 구체적으로 나타내지는 않았으나 바람직하게는 기판(10)의 배면에 서브 마이크로폰(21~23)으로부터 생성된 다수의 음성신호를 하나의 음성신호로서 합성하는 합성회로와 증폭회로 등이 구비된다.In addition, although not specifically shown in the drawings, preferably, a synthesis circuit and an amplification circuit for synthesizing a plurality of audio signals generated from the sub-microphones 21 to 23 as one audio signal are provided on the rear surface of the substrate 10.

상기 서브 마이크로폰(21~23)으로서는 압전 소자나 강유전 필름을 채용하는 통상적인 마이크로폰을 채용할 수 있다. 도 2는 상기 서브 마이크로폰(21~23)으로서 채용할 수 있는 마이크로폰의 구성 예를 나타낸 단면도로서, 도 2에서는 서브 마이크로폰(21~23)의 대표 참조번호로서 40이 부가되어 있다.As the sub-microphones 21 to 23, a conventional microphone employing a piezoelectric element or a ferroelectric film may be employed. Fig. 2 is a cross-sectional view showing an example of a configuration of a microphone that can be employed as the sub microphones 21 to 23, and in Fig. 2, 40 is added as a representative reference number of the sub microphones 21 to 23.

도 4에서 서브 마이크로폰(40)은 프레임(41)과, 이 프레임(41)의 상측에 결합되는 진동패널(42)을 구비한다. 또한 진동 패널(42)은 강유전 필름으로 구성되는 강유전체층(421)과, 이 강유전체층(421)의 상, 하측에 각각 결합되는 제1 및 제2 도전층(4222) 및, 이 제1 및 제2 도전층(422)에 결합되는 전극(423)을 구비하여 구성된다.In FIG. 4, the sub microphone 40 includes a frame 41 and a vibration panel 42 coupled to an upper side of the frame 41. In addition, the vibration panel 42 includes a ferroelectric layer 421 made of a ferroelectric film, first and second conductive layers 4222 coupled to the upper and lower sides of the ferroelectric layer 421, respectively, and the first and second conductive layers. It is configured with an electrode 423 coupled to the 2 conductive layer 422.

상기 강유전제층(421)은 바람직하게는 PVDF로 구성되고, 보다 바람직하게는 β상을 갖는 PVDF로 구성된다. 또한 보다 바람직하게는 상기 강유전체층(421)에는 예컨대 철(Fe), 구리(Cu), 니켈(Ni), 코발트(Co) 등의 금속 물질이 혼합된다. 이때 금속 물질이 혼합비는 대략 2 중량% 이하로 설정된다.The ferroelectric layer 421 is preferably composed of PVDF, more preferably composed of PVDF having a β-phase. In addition, more preferably, metal materials such as iron (Fe), copper (Cu), nickel (Ni), and cobalt (Co) are mixed with the ferroelectric layer 421. At this time, the mixing ratio of the metal material is set to approximately 2% by weight or less.

상기 β상 PVDF 필름은 통상적인 방법으로 PVDF 필름을 형성하고, 이를 β상을 나타내는 온도, 예컨대 65도에서 PVDF 필름을 급속 냉각하는 방법으로 구현한다.The β-phase PVDF film is implemented by forming a PVDF film by a conventional method, and rapidly cooling the PVDF film at a temperature representing the β-phase, for example, 65 degrees Celsius.

상기 서브 마이크로폰(40)에 있어서는 필요에 따라 강유전체층(421)의 두께나 강유전체층(421)에 혼합되는 금속 물질의 종류 및 양이 적절하게 변경 설정된다. 이는 해당 마이크로폰(40)의 주파수 특성을 저음역, 중음역, 고음역 중심으로 적절하게 설정하기 위한 것이다.In the sub-microphone 40, the thickness of the ferroelectric layer 421 or the type and amount of metal materials mixed with the ferroelectric layer 421 are appropriately changed and set as necessary. This is to properly set the frequency characteristics of the microphone 40 to the center of the low, mid, and high frequencies.

상기한 구조로 된 마이크로폰에 있어서는 외부로부터 음파 에너지가 가해져서 공기가 진동하게 되면, 각각의 서브 마이크로폰(21~23)이 작동하게 된다. 즉 공기의 진동에 의해 서브 마이크로폰(21~23)을 구성하는 진동패널(42)이 상측 및 하측으로 진동하게 된다. 그리고 이와 같은 진동 에너지는 강유전체층(421)에 의해 전기 에너지로 변환되고, 이러한 변환 동작에 의해 생성된 전기 신호는 강유전체층(421)의 상하측에 형성되어 있는 도전층(4222)을 통해 전극(423)으로 인가되게 된다.In the microphone having the above structure, when the air is vibrated due to the application of sound wave energy from the outside, each of the sub microphones 21 to 23 is operated. That is, the vibration panel 42 constituting the sub-microphones 21 to 23 vibrates upward and downward by the vibration of the air. And such vibration energy is converted into electric energy by the ferroelectric layer 421, and the electric signal generated by this conversion operation is transmitted through the conductive layer 4222 formed on the upper and lower sides of the ferroelectric layer 421. 423).

특히 상기 구조에서 서브 마이크로폰(21~23)은 그 주파수 특성이 서로 상이하기 때문에 외부로부터 인가되는 음향 신호의 주파수 대역에 따라 서브 마이크로폰(21~23) 중 특정 서브 마이크로폰(21~23)으로부터 생성되는 전기적인 음성신호의 강도가 제일 높게 나타나게 된다.In particular, in the above structure, since the frequency characteristics of the sub-microphones 21 to 23 are different from each other, the sub-microphones 21 to 23 are generated from a specific sub-microphone 21 to 23 according to the frequency band of the sound signal applied from the outside. The strength of the electrical voice signal is the highest.

그리고 이들 서브 마이크로폰(21~23)으로부터 얻어지는 전기적인 신호는 합성되어 하나의 음성신호로서 출력되게 된다.In addition, electrical signals obtained from these sub-microphones 21 to 23 are synthesized and output as a single audio signal.

이에 따라 상기한 마이크로폰은 기본적으로 미약한 음향 신호가 인가되더라도 이에 효과적으로 대응하여 양호한 음성 신호를 생성하게 되고, 인가되는 음향 신호의 주파수 대역에 관계 없이 양호한 레벨의 음성 신호를 생성할 수 있게 된다. 즉, 음성-전기 변환 감도가 매우 우수한 마이크로폰이 구현되게 된다.Accordingly, even if a weak sound signal is applied to the microphone, the microphone effectively responds to the applied sound and generates a good sound signal, and it is possible to generate a sound signal of a good level regardless of the frequency band of the applied sound signal. That is, a microphone having very excellent voice-to-electricity conversion sensitivity is implemented.

이상으로 본 발명에 따른 실시예를 설명하였다. 그러나 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않고 그 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다양하게 변형시켜 실시할 수 있다.The embodiments according to the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the technical spirit thereof.

10 : 기판, 21~23 : 서브 마이크로폰.10: substrate, 21 to 23: sub microphone.

Claims

In a microphone that converts sound wave energy into an electrical voice signal,
The substrate,
Consisting of having two or more sub-microphones provided on the substrate,
The sub-microphone includes a frame and a vibration panel coupled to an upper side of the frame, and the vibration panel includes a ferroelectric layer, and first and first made of a conductive material while being formed on the upper and lower sides of the ferroelectric layer. 2 electrode layers and electrodes electrically coupled to the first and second electrode layers, respectively,
At least one of the sub microphones is a microphone, characterized in that the thickness of the ferroelectric layer is set differently from the other.

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The method of claim 1,
A microphone, characterized in that a metal is further mixed with the ferroelectric layer.

The method of claim 6,
The microphone, characterized in that the metal is iron (Fe).

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