KR102283372B1 - 음향 벤팅을 위한 미세 다공성 멤브레인 적층체 - Google Patents

Abstract

본원에서 설명하는 기술은 일반적으로 음향 벤팅을 위한 미세 다공성 멤브레인 적층체에 관한 것이다. 일 실시예에서, 본원에 개시되는 기술은 0.05 ㎛와 2 ㎛ 사이의 평균 기공 크기를 갖는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 멤브레인 및 음향 멤브레인 적층체를 형성하도록 PTFE 멤브레인에 적층되는 스크림층이다. 음향 멤브레인 적층체는 10 ㎛와 60 ㎛ 사이의 두께를 갖고, 스크림층은 0.20 ㎟와 5.0 ㎟ 사이의 평균 스크림 개구부를 한정한다. 음향 멤브레인 적층체는 PTFE 멤브레인 단독과 비교하여 300 ㎐ 내지 3000 ㎐의 주파수 범위에서 증가된 평균 삽입 손실을 나타내고, PTFE 멤브레인 단독에 대하여 감소된 총고조파 왜곡을 갖는다. 음향 멤브레인 적층체는 PTFE 멤브레인의 물 진입 압력과 실질적으로 동일한 물 진입 압력을 갖는다.

Description

음향 벤팅을 위한 미세 다공성 멤브레인 적층체{MICROPOROUS MEMBRANE LAMINATE FOR ACOUSTIC VENTING}

관련출원

본 출원은 모든 국가들의 지정을 위해 출원인, 미국 국가 기업인, Donaldson Company, Inc. 그리고 모든 국가들의 지정을 위해 발명자, 미국 시민인, Jacob Sanders의 이름으로 2014년 10월 14일자로 PCT 국제 특허 출원으로 출원되고 있고, 2013년 10월 15일자로 출원된 미국 가출원 제 61/891,268호의 우선권을 주장하며, 그 내용은 전체가 참조로 본원에 포함된다.

기술분야

본원에서 설명하는 기술은 일반적으로 미세 다공성 멤브레인 적층체에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본원에서 설명하는 기술은 음향 벤팅을 위한 미세 다공성 멤브레인 적층체에 관한 것이다.

다양한 전자 장치의 경우, 물에의 노출은 발생할 수 있는 침수 피해로 인해 우려된다. 이러한 이유로, 많은 기업은 물 침입을 방지하는 제품 설계들로 이행하고 있다. 그렇게 해서, 그러한 제품들은 또한 디바이스에 존재하는 마이크 및 스피커에 대해 맑은 음향 효과를 유지해야 한다. 제조자들은 제조자들의 제품을 IPx7의 최저치로 등급을 매기길 원한다. 이러한 등급은 제조자들의 제품이 ½ 시간 동안 1미터의 깊이에 잠겨서 손상 없이 견뎌낼 수 있다는 것을 명시한다. 1 미터 깊이는 디바이스의 하단에서 측정되고, 물 깊이는 이러한 등급에 따라 디바이스의 상단에서 적어도 15 ㎝이다. 필터 또는 벤트는 전자 디바이스가 압력 균등화를 가능하게 하는데 필수적이어서, 변환기가 적절하게 기능하는 것을 가능하게 한다.

음향 벤트는 물 및 먼지로부터 스피커 및 마이크를 보호하는데 사용된다. 흔히 이러한 벤트는 확장된 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 멤브레인으로 구성된다. 전형적으로, 그러한 벤트는 변환기를 커버하는 전자 하우징에 접착 테이프로 고정되는 디스크의 형태를 취한다. PTFE 멤브레인은 또한 음향 신호가 최소 손실로 통과하는 것을 가능하게 하면서, 물 및/또는 먼지가 마이크 또는 스피커에 도달하는 것을 방지한다.

PTFE 멤브레인은 작은 평량 및 높은 가요성을 갖도록 제조될 수 있기 때문에 사용된다. 이러한 특성은 PTFE 멤브레인이 액체 침입을 허용하지 않고 음향 신호에 의해 여기될 때 손쉽게 진동하고, 음향 신호를 타측으로 송신하는 것을 가능하게 한다. 게다가, PTFE 멤브레인은 기체 투과성이어서, 온도 변화로 인한 차압의 균등화뿐만 아니라 응축으로 인한 수증기의 배출을 가능하게 한다. PTFE 멤브레인은 또한 높은 먼지 효율을 갖고 임의의 액체 물을 통과시키지 않고 높은 차수압을 견뎌낼 수 있다.

전자 환경들에서, PTFE 멤브레인은 기계적 마멸, 높은 차압 및 기계적 자극에 노출될 수 있다. 이러한 조건들은 홀을 생성하거나 멤브레인이 주변면에 닿을 때까지 멤브레인을 연신함으로써 PTFE를 손상시킬 수 있으므로, 음향을 진동시키고 송신하는 멤브레인의 능력을 손상시킨다. PTFE 멤브레인은 마감된 부분으로의 개조되는 동안 처리하기 어려울 수도 있다. 이러한 이유로, 지지층이 일반 비음향 벤팅 응용에서 PTFE 멤브레인에 흔히 적층된다. 지지층은 가장 흔히 중합 직물이다.

PTFE 멤브레인에 지지층의 적층이 음향 신호를 송신하는 멤브레인의 능력을 약화시킨다는 점이 일반적으로 이해된다. 일부 사람들은 이러한 약화 효과가 현대 음향 응용 특히, 벤트의 크기가 비교적 작은 휴대용 전자 응용에서 용인되기에 너무 클 수 있다는 점을 인지하였다.

지지층의 적층은 벤트가 필요한 방수 등급을 달성하는 것을 방지할 수도 있다. 전형적으로, 음향 벤트는 접착 테이프에 결합된 후 전자 기기 하우징에 결합된다. 흔히, 접착 테이프는 지지층의 상단면에 부착되고 PTFE와 시일링 접촉을 하지 않으며, 이는 적어도 부분적으로 지지층의 두께로 인한 것이다. 이에 따라, 물은 PTFE와 접착/지지층 사이의 공간으로 진입할 수 있다.

본원에서 설명하는 기술은 일반적으로 음향 벤팅을 위한 미세 다공성 멤브레인 적층체에 관한 것이다. 일 실시예에서, 본원에 개시되는 기술은 0.05 ㎛와 2 ㎛ 사이의 평균 기공 크기를 갖는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 멤브레인 및 음향 멤브레인 적층체를 형성하도록 PTFE 멤브레인에 적층되는 스크림층(scrim)이다. 음향 멤브레인 적층체는 10 ㎛와 60 ㎛ 사이의 두께를 갖고, 스크림층은 0.20 ㎟와 5.0 ㎟ 사이의 평균 스크림 개구부를 한정한다. 음향 멤브레인 적층체는 PTFE 멤브레인 단독과 비교하여 300 ㎐ 내지 3000 ㎐의 주파수 범위에서 증가된 평균 삽입 손실을 나타내고, PTFE 멤브레인 단독에 대하여 감소된 총고조파 왜곡을 갖는다. 음향 멤브레인 적층체는 PTFE 멤브레인의 물 진입 압력과 실질적으로 동일한 물 진입 압력을 갖는다.

본원에 개시되는 기술의 일부 실시예들은 음향 벤팅 조립체를 제조하는 방법에 관한 것이다. 특정 물 진입 압력 및 5 ㎛와 90 ㎛ 사이의 두께를 갖는 PTFE 멤브레인이 제공되고, 스크림층은 전자 기기 인클로저(enclosure)에서의 사용을 위해 음향 적층체를 형성하도록 PTFE 멤브레인에 적층된다. 음향 적층체는 PTFE 멤브레인 단독의 물 진입 압력과 동일한 물 진입 압력을 갖고, 음향 적층체의 두께는 적층 전의 스크림층 및 적층 전의 PTFE 멤브레인의 총두께들의 합의 30% 미만이다. 일반적으로, 음향 적층체의 두께는 적층 전의 스크림 재료의 두께 미만이다.

본원에 개시되는 기술의 또 다른 양태는 음향 벤트에 관한 것이다. 음향 벤트는 외부 경계 및 대략 3 psi의 최소 물 진입 압력을 갖는 음향 멤브레인 적층체를 형성하도록 PTFE 멤브레인 및 PTFE 멤브레인의 제1 측부에 적층되는 스크림층을 갖는다. 30 분 동안 1 미터의 물에 침지될 때, PTFE 멤브레인과 스크림층 사이를 물이 지나는 것을 방지하는 수밀 시일을 확립하는 제1 접착제는 PTFE 멤브레인의 제1 측부 및 적층체 멤브레인의 경계 영역의 스크림층에 결합된다(IPx7 등급). 제2 접착제는 적층체 멤브레인과 수밀 시일을 확립하도록 적층체 멤브레인의 경계 영역에서 PTFE 멤브레인의 제2 측부에 결합된다. 제1 접착제 및 제2 접착제는 적층체 멤브레인의 접합되지 않은 영역을 연동하여 한정하고, 음향 적층체의 총고조파 왜곡은 접착제 유무에 관계 없이, PTFE 멤브레인 단독보다 더 적다.

도 1은 본 기술의 예시적 구현의 개략도를 도시한다.
도 2는 본원에 개시되는 기술과 일치하는 예시적 음향 벤팅 조립체의 평면도를 도시한다.
도 3은 도 2의 음향 벤팅 조립체의 단면도를 도시한다.
도 4는 본원에 개시되는 기술과 일치하는 예시적 미세 다공성 멤브레인 적층체의 개략 평면도를 도시한다.
도 5는 도 4와 일치하는 미세 다공성 멤브레인 적층체의 개략 단면도를 도시한다.
도 6은 광학 현미경을 통한 PTFE 멤브레인에의 적층 전의 스크림 재료의 사진이다.
도 7은 광학 현미경을 통한 PTFE 멤브레인에 도 6의 스크림 재료의 적층 후의 스크림층의 사진이다.
도 8은 PTFE 단독 멤브레인과 비교하여 본원에 개시되는 기술과 일치하는 멤브레인들의 예시적 송신 손실 테스트 결과들을 도시한다.
도 9는 평량과 비교하여 평균 송신 손실 결과들의 도표이다.
도 10은 본원에 설명되는 실험 테스트와 일치하는 테스트 캡의 단면도를 도시한다.
도 11은 주파수 응답에 대한 예시적 대조군 테스트들에 대한 결과들을 도시하는 그래프이다.
도 12는 본원에 개시되는 기술과 일치하는 다른 예시적 음향 벤팅 조립체의 평면도를 도시한다.
도 13은 도 12의 음향 벤팅 조립체의 단면도를 도시한다.
도 14는 테스트된 벤팅 조립체들에 사용되는 미세 다공성 멤브레인들 각각의 평량과 비교하여 평균 삽입 손실 결과들의 도표이다.
도 15는 상이하게 크기 조정된 벤팅 조립체들에서 PTFE 멤브레인들 및 멤브레인 적층체들의 삽입 손실의 그래프이다.
도 16은 벤팅 조립체 크기와 비교하여 평균 삽입 손실의 도표이다.
도 17은 300 ㎐ 내지 3500 ㎐ 주파수 범위에 걸친 음향 벤팅 조립체들의 삽입 손실들을 도시하는 그래프이다.
도 18은 다양한 벤팅 조립체에 대한 총고조파 왜곡의 그래프이다.
도 19는 본원에 개시되는 기술과 일치하는 미세 다공성 멤브레인 적층체들의 파열 강도들과 비교하여 PTFE 단독 미세 다공성 멤브레인의 파열 강도의 그래프이다.
본 기술은 첨부 도면들과 관련되어 본 기술의 다양한 실시예들의 이하의 상세한 설명을 고려하여 보다 완전히 이해되고 인식될 수 있다.

본 기술의 일부 실시예들에서, 멤브레인 적층체는 300 내지 5000 ㎐ 주파수 범위에서 멤브레인 적층체의 멤브레인 단독의 평균 송신 손실의 적어도 두 배인 평균 송신 손실을 나타낼 수 있다. 그러나 지지층들을 갖는 PTFE 멤브레인들의 통상적 이해에 반해서, 본원에 개시되는 멤브레인 적층체의 일부 실시예들은 멤브레인 적층체의 멤브레인 단독 대응물과 비교할 때, 개선된 음향 성능을 입증한다. 본원에 추가로 논의되는 바와 같이, 멤브레인 적층체의 일부 실시예들은 H1 주파수 응답/삽입 손실 측정값들 및 고조파 왜곡과 같은 상이한 측정 기준들을 사용하여 측정되는 바와 같이 상당히 더 열악하지 않거나 심지어 개선된 음향 성능을 입증한다.

도 1은 본 기술의 예시적 구현의 개략도를 도시한다. 전자 조립체(10)는 각각의 개구부(52)에 걸쳐 시일링 가능하게 배치되는 음향 벤팅 조립체(30)를 갖는 적어도 하나의 개구부(52)를 한정하는 인클로저(50)를 갖는다. 음향 벤팅 조립체(30)는 통과하는 음압파들을 수용하면서, 인클로저(50)의 개구부(52)를 통한 미립자들, 오염 물질 및 물의 진입을 방지하도록 일반적으로 구성된다. 음향 벤팅 조립체(30)의 필터링 효율은 일반적으로 99% 이상이며, 0.3 미크론 이상의 입자 크기는 10.5 ft/min으로 이동한다. 전자 조립체(10)는 적어도 IPx7의 침투 보호 등급을 갖는다. IPx7 등급에서의 번호 "7"은 인클로저가 30 분 동안 1 미터의 물까지 침지될 때, 유해한 양의 물의 침투가 가능하지 않게 하겠다는 것을 나타낸다. 1 미터 깊이는 인클로저의 하단에서 측정되고, 물 깊이는 이러한 등급에 따라 인클로저의 상단에서 적어도 15 ㎝이다. 테스트 절차들은 국제 전기 표준 회의(IEC)에 의해 발표되고 국제 표준 IEC 60529로 지칭되는 국제 표준에서 추가로 정의된다. IPx7 등급에서 숫자 "x"는 고체 물체들 및 먼지의 침입에 대하여 제공되는 보호를 지칭하고, 보호의 레벨은 "x"가 번호를 대신하여 사용될 때, 지정되지 않는다.

도 2는 도 1에 도시되는 구현과 일치하는 예시적 음향 벤팅 조립체의 평면도를 도시하고, 도 3은 도 2에서의 음향 벤팅 조립체의 단면도를 도시한다. 음향 벤팅 조립체(30)는 개구부(52) 주변에서 전자 기기 인클로저(50)에 결합되도록 구성되는 경계 영역(32)(이하에 "경계 접합된 영역")을 일반적으로 한정한다(도 1 참조). 음향 벤팅 조립체(30)는 또한 내부 영역(34)을 한정하며, 내부 영역(34)은 멤브레인 적층체(100) 및 전자 기기 인클로저(50)의 개구부(52)를 통한 음향 송신을 가능하게 하는 "내부 접합되지 않은 영역"으로 지칭될 것이다. 도 2 및 도 3에서, 멤브레인 적층체(100)는 경계 접합된 영역(32) 및 내부 접합되지 않은 영역(34)에 걸쳐 연장된다. 멤브레인 적층체(100)는 제1층(200) 및 제2층(300)을 가지며, 제2층(300)은 제1층(200)과 실질적으로 같은 공간을 차지한다. 접착층(36)이 경계 접합된 영역(32) 상에 배치되어, 내부 접합되지 않은 영역(34)을 실질적으로 접착제 없이 둔다. 접착층(36)은 멤브레인 적층체(100)의 하나의 측부 또는 측부들 둘 다에 있을 수 있다. 접착층(36)은 접착 테이프와 같은 압력 감지 접착 적층체일 수 있다. 접착층(36)은 양면 접착제일 수도 있다.

멤브레인 적층체의 측부들 둘 다에 접착층이 있는 일부 실시예들에서, 접착층들은 (도 3에 도시되는) 멤브레인 적층체의 접합되지 않은 영역에서 외부 경계로 일반적으로 연장될 수 있다. 적어도 하나의 다른 실시예에서, 하나의 접착층은 예를 들어, 멤브레인 적층체 및 다른 접착층의 경계들을 넘어 연장되는 탭을 한정함으로써 접착층의 다른 하나와 상이한 형상을 가질 수 있다(본원에 도시되지 않음). 대안적 실시예에서, 멤브레인 적층체는 접착층들의 외부 경계들을 넘어 연장되는 외부 경계를 갖는다(본원에 도시되지 않음).

도 1 내지 도 3의 음향 벤팅 조립체(30)는 관련 분야에 일반적으로 알려진 것과 같이, 폼(foam)층들, 접착층들 및 개스킷층들과 같은 부가 층들 및 층들의 조합들을 포함할 수 있다. 적어도 일 실시예에서, 경계 접합된 영역은 접착층에 의해 한정되지 않고, 오히려 전자 기기 하우징 또는 다른 구성 요소들에 멤브레인 적층체의 삽입 몰딩, 열 용접 또는 초음파 용접에 의해 한정된다.

도 1 내지 도 3이 음향 벤팅 조립체(30) 및 접합되지 않은 영역(34)의 전체 형상을 원형으로 도시하지만, 통상의 기술자는 음향 벤팅 조립체, 음향 벤팅 조립체의 경계 접합된 영역 및 음향 벤팅 조립체의 내부 접합되지 않은 영역이 본원에 개시되는 기술과 일치하는 다양한 형상을 모두 상호 교환 가능하게 가질 수 있다는 점을 이해할 것이다. 예를 들어, 음향 벤팅 조립체 및/또는 음향 벤팅 조립체의 접합되지 않은 영역은 알 형상 또는 직사각형 형상을 가질 수 있다. 적어도 일 실시예에서, 음향 벤팅 조립체는 2개 이상의 접합되지 않은 영역을 한정할 수 있다.

본원에 사용되는, 적층체란 용어는 재료의 적어도 2개의 층으로 구성된 구조체, 그리고/또는 재료의 적어도 2개의 층으로 구성된 구조체를 생성하는 프로세스를 의미한다. 다양한 실시예들에서, 미세 다공성 멤브레인 적층체의 하나의 층은 PTFE 멤브레인이고, 미세 다공성 멤브레인 적층체의 다른 층은 열가소성 직조 섬유 스크림이다.

도 4 및 도 5의 개략도들은 본원에 개시되는 기술과 일치하는 미세 다공성 멤브레인 적층체(100)의 보다 상세한 도면을 제공하며, 도 4는 멤브레인 적층체(100)의 일부의 평면도이고 도 5는 도 4의 미세 다공성 멤브레인 적층체(100)의 단면도이다. 미세 다공성 멤브레인 적층체(100)는 일반적으로 도 1에 도시되는 것과 같은 음향 벤팅 조립체에 사용될 스크림층(300)에 결합되는 미세 다공성 멤브레인층(200)이다. 일부 실시예들에서, 미세 다공성 멤브레인층(200)은 스크림층(300)에 직접 결합되며, "직접 결합되는"이란 용어는 접착 기면들을 개재하지 않고 함께 연결되는 것으로 정의된다. 스크림층(300)은 캘린더링(calendaring), 열 적층, 초음파 적층, 접착 적층 등을 통해 미세 다공성 멤브레인층(200)에 직접 결합된다. 앞서 언급된 바와 같이, 미세 다공성 멤브레인층(200)은 PTFE 멤브레인일 수 있고 스크림층(300)은 열가소성 직조 섬유 스크림일 수 있다. 스크림층(300) 및 미세 다공성 멤브레인층(200)은 미세 다공성 멤브레인층(200)의 융점 미만이고 스크림층(300)의 융점 이상의 온도에서 함께 압착된다.

미세 다공성 멤브레인층(200) 및 스크림층(300)은 미세 다공성 멤브레인층(200) 쪽으로 스크림층(300)을 평탄화하도록 충분한 압력, 온도 및 속도로 함께 압착된다. 일부 실시예들에서, 스크림층(300)의 재료 중 적어도 일부는 접촉하는 영역들에서 미세 다공성 멤브레인층(200)의 기공들로 용융된다. 일반적으로, 미세 다공성 멤브레인 적층체(100)는 적층 전에 스크림 재료 및 미세 다공성 멤브레인 재료의 총두께의 합의 부분인 두께(t)를 갖는다. 다양한 실시예들에서, 미세 다공성 멤브레인 적층체(100)의 두께(t)는 적층되지 않은 스크림 재료 및 미세 다공성 멤브레인 재료의 결합된 두께의 50% 미만이다. 일부 실시예들에서, 미세 다공성 멤브레인 적층체(100)의 두께(t)는 적층되지 않은 스크림 재료 및 미세 다공성 멤브레인 재료의 결합된 두께의 30% 미만이다. 적어도 일 실시예에서, 미세 다공성 멤브레인 적층체(100)의 두께(t)는 적층되지 않은 스크림 재료 및 미세 다공성 멤브레인 재료의 결합된 두께의 20% 미만이다. 일반적으로, 미세 다공성 멤브레인 적층체(100)는 5 ㎛와 90 ㎛ 사이의 두께(t)를 가질 수 있다. 다양한 실시예들에서, 미세 다공성 멤브레인 적층체(100)는 10 ㎛와 60 ㎛ 사이의 두께(t)를 가질 수 있다. 하나의 특정 실시예에서, 미세 다공성 멤브레인 재료가 적층 전에 20.32 ㎛의 두께를 갖고 스크림 재료가 적층 전에 177.8 ㎛의 두께를 갖는 경우, 미세 다공성 멤브레인 재료 및 스크림 재료의 적층에 기인하는 미세 다공성 멤브레인 적층체는 38.1 ㎛의 두께, 또는 적층 전에 미세 다공성 멤브레인 재료 및 스크림 재료의 두께들의 합의 19.2%를 갖는다.

적층과 연관되는 매우 다양한 온도 및 압력 설정이 스크림층(300)의 충분한 평탄화를 달성하는데 사용될 수 있다는 점이 이해될 것이다. 하나의 특정 실시예에서, PTFE 멤브레인 및 스크림층은 닙 롤러로 적층되고 4 ft/min 내지 12 ft/min의 닙 롤러 속도에서 대략 550 ℉의 온도 및 60과 100 psi 사이의 압력을 거친다.

도 4 및 도 5와 일치하는 다수의 실시예들에서, 미세 다공성 멤브레인층(200)은 PTFE이지만, 다른 실시예들에서, 대략 2 ㎛ 이하의 직경들을 갖는 기공들을 갖는 상이한 재료가 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 미세 다공성 멤브레인층(200)은 대략 10㎛ 내지 대략 100 ㎛의 두께를 갖는다. PTFE가 미세 다공성 멤브레인층(200)으로서 사용되는 실시예들에서, PTFE는 0.05 ㎛과 2.0 ㎛ 사이의 평균 기공 크기를 갖는다. 다양한 실시예들에서, PTFE는 10 체적% 초과의 다공성을 갖는다. 일부 실시예들에서, PTFE는 50 체적% 초과의 다공성을 갖는다. 일부 실시예들에서, PTFE는 색상이 흑색이고, 바람직하게는 2013년 3월 15일자로 출원된 동시 소유의, 계류 중인 미국 특허 출원 제 13/839,046호(참조로 포함됨)에서 설명하는 기술과 일치하는 합성물일 수 있다.

대부분의 실시예들에서, 스크림층(300), 그리고 그러므로 스크림층(300)을 형성하는데 사용되는 스크림 재료는 일반적으로 복수의 별개의 스크림 개구부(310)를 한정하는 격자 프레임워크에서 구조화되는 직조 섬유들로 구성되는 층이다. 격자 구조체는 도 4에 도시되는 그리드(grid) 구성과 같은 다양한 구성을 가질 수 있지만, 다른 형성물들이 또한 고려된다.

적층 이전에, 스크림 재료의 격자 프레임워크는 일반적으로 대략 0.002 인치 내지 대략 0.01 인치의 범위에 있고, 일반적으로 단지 대략 0.008 인치 이하이고, 적어도 일 실시예에서 대략 0.006 인치인 격자폭(w)을 갖는다. 격자 프레임워크를 특성화하는데 사용될 때의 "폭"이란 용어는 도 4 및 도 5에 반영되는 바와 같이, 인접한 스크림 개구부들 사이의 평균 거리를 지칭한다. 일부 실시예들에서, 다수의 섬유는 스크림 재료의 격자 프레임워크를 형성하도록 인접하게 뻗는다. 그러한 실시예들에서, 그러한 섬유들의 결합된 직경들은 격자 프레임워크의 폭(w)의 근사치일 수 있지만, 그러한 섬유들이 얼마나 단단히 직조되는지가 또한 격자 프레임워크의 실제 폭에 기여할 것이다.

스크림 재료는 미세 다공성 멤브레인에 적층될 수 있는 다양한 열가소성 재료로 구성될 수 있다. 본원에 개시되는 미세 다공성 멤브레인 적층체(100)가 음향 응용들에 관한 것이므로, 스크림층(300)의 스크림 재료는 음향 신호의 약화의 감소된 가능성과 같은 음향 응용들에 적절한 특성들에 기반하여 선택될 수 있다. 비음향 특성들이 상업 및 생산 목적으로 고려될 수도 있다. 예를 들어, 고려될 수 있는 비음향 특성은 PTFE 멤브레인에 적층의 용이함이다.

음향 성능에 관련될 수 있는 예시적 특성들에 대하여, 스크림 재료의 비교적 더 낮은 평량이 재료가 음향 신호에 의해 여기될 때, 더 작은 이동 질량을 야기하는 것으로 일반적으로 예상된다. 다른 예에서, 스크림 재료가 재료를 통과하는 음압파들에 덜 저항성이도록 높은 가요성 및/또는 탄성을 갖는 것이 바람직할 수 있다. 스크림 재료의 스크림 개구부들의 두께, 백분율 개방 면적 및 크기가 스크림 재료가 음압파들을 수용할 것인지 여부를 결정하는 것과 마찬가지로 관련될 수 있다. 예를 들어, 스크림 재료의 비교적 높은 백분율 개방 면적들 및 비교적 큰 스크림 개구부들은 음향 송신을 위해 PTFE 멤브레인에 미치는 최소 영향을 시사할 수 있다. 일부 실시예들에서, 스크림 재료는 30%와 60% 사이의 백분율 개방 면적을 가질 수 있으며, 백분율 개방 면적은 스크림 재료의 전체 면적에 대한 스크림 개구부들의 면적을 기술한다.

스크림 재료의 일부 특성은 하나의 측정 기준에 따른 더 열악한 음향 성능이지만, 다른 측정 기준에 따른 더 양호한 음향 성능을 시사할 수 있다. 예를 들어, 비교적 높은 평량은 스크림 재료의 사용이 감소된 음향 송신을 야기할 것을 나타낼 수 있지만, 비교적 높은 평량은 스크림 재료의 사용이 감소된 고조파 왜곡을 야기할 것을 나타낼 수도 있으며, 이는 보다 상세히 후술할 것이다.

다수의 실시예들에서, 스크림 재료는 폴리에스테르로 구성된다. 폴리에스테르 섬유들은 비교적 작은 직경들을 가질 수 있고 PTFE에 열 적층될 수 있다. 폴리에스테르는 또한 비교적 가요성의 직물이다. Middletown, Delaware에 기반을 둔 Delstar, Inc.에서의 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 및 폴리프로필렌 네트 재료들은 또한 위의 기준들 중 일부를 또한 만족시킨다. 이러한 재료들은 또한 비교적 낮은 평량인, 별개의 개방 면적들을 갖고, 매우 가요성이고, 적층체를 가열하는데 용이하다. 일반적으로, 스크림 재료는 대략 100 g/㎡ 미만인 평량을 갖는다. 보다 상세하게는, 스크림 재료는 대략 70 g/㎡ 미만인 평량을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 스크림 재료는 대략 40 g/㎡ 미만인 평량을 갖는다. 일 실시예에서, 스크림 재료는 대략 27 g/㎡의 평량을 갖는다. 스크림 재료의 스크림 개구부들은 0.20 ㎟ 와 5.0 ㎟ 사이의 평균 면적을 가질 수 있다. 하나의 특정 실시예에서, 스크림 개구부들은 평균 3 ㎟ 미만이 된다.

스크림층(300) 그리고 그러므로, 스크림 재료의 격자 구조체는 스크림 개구부들(310)이 멤브레인 적층체(100)에 걸쳐 비교적 일관되게 분포되고 비교적 일관된 크기들을 갖도록 일반적으로 구성된다. 스크림층(300)의 격자 구조체는 (도 1 및 도 2에 도시되는 요소(34)와 같은) 음향 벤팅 조립체들의 내부 접합되지 않은 영역들이 조립체들에 걸친 성능 일관성을 보장하기 위해 복수의 스크림 개구부(310)를 각각 한정하도록 구성된다. 예를 들어, 가로질러 2.9 ㎜인 접합되지 않은 영역을 갖는 음향 벤팅 조립체들에서, 벤트 조립체들에 걸친 성능 불일치들은, 일부 조립체들이 내부 접합되지 않은 영역에 걸쳐 놓이는 섬유들을 가질 것이고, 일부 조립체들이 내부 접합되지 않은 영역에 걸쳐 놓이는 섬유들을 가지지 않을 것이므로, 스크림 개구부들(310)이 가로질러 3.0 ㎜이면, 일어날 수 있다. 적어도 일 실시예에서, 내부 접합되지 않은 영역은 다수의 벤팅 조립체에 걸쳐 비교적 일관된 음향 성능을 보장하기 위해 스크림 재료의 각각의 스크림 개구부의 평균 면적보다 적어도 2.5배 더 큰 면적을 가질 것이다.

다른 한편으로, 스크림 재료의 스크림 개구부들은 미세 다공성 멤브레인층에 스크림층을 적층하는 것이 미세 다공성 멤브레인 단독의 물 진입 압력에 대한 미세 다공성 멤브레인 적층체의 물 진입 압력의 현저한 증가를 야기하지 않도록 일반적으로 충분히 크도록 구성된다. 물 진입 압력의 현저한 증가는 멤브레인 적층체의 최대 기공 크기가 미세 다공성 멤브레인층 단독의 최대 기공 크기와 실질적으로 유사한 지시자가 될 수 없다. 다양한 실시예들에서, 미세 다공성 멤브레인 적층체의 물 진입 압력은 3 psi 초과이다. 일부 실시예들에서, 미세 다공성 멤브레인 적층체의 물 진입 압력은 4 psi 초과이다.

스크림 재료의 스크림 개구부들은 미세 다공성 멤브레인에의 적층 후에, 스크림층(300)을 시일링 가능하게 계합시키는 접착 적층체가 스크림층(300)만을 계합시키기보다는 오히려, 또한 미세 다공성 멤브레인층(200)을 시일링 계합시킬 수도 있도록 일반적으로 충분히 크다. 본 발명과 일치하는 다양한 실시예들에서, 접착 적층체는 본원에 정의된 바와 같이, IPx7 이상인 스크림층(300) 및 미세 다공성 멤브레인층(200)과의 수밀 시일을 형성한다. 본 발명과 일치하는 다양한 실시예들에서, 접착 적층체는 30 분 동안 1 미터의 물에 침지될 때, 스크림층(300)과 미세 다공성 멤브레인층(200) 사이에서 물이 지나가는 것을 방지하는 스크림층(300) 및 미세 다공성 멤브레인층(200)과의 수밀 시일을 형성한다. "1 미터의 물에 침지된"에 대해서는, 1 미터 깊이가 접착 적층체를 포함하는 디바이스의 하단에서 측정되고, 물 깊이가 디바이스의 상단에서 적어도 15 ㎝라고 의미된다.

일반적으로, 스크림층(300) 및 멤브레인층의 적층은 개선된 상호 섬유 접착력을 갖는 섬유망을 생성하는 스크림층(300)의 섬유 형태를 증대시킬 수 있다. 도 6 및 도 7은 적층 전후에 3개의 직조 섬유에 의해 한정되는 격자 프레임워크를 갖는 예시적 스크림층의 광학 현미경을 통한 사진들이다. 다양한 실시예들에서, 미세 다공성 멤브레인 및 스크림층의 적층은 스크림층의 섬유들을 평탄화하고 스크림층의 섬유들을 함께 용융시킨다. 그러한 실시예들에서, 스크림 개구부들(310)의 평균 크기는 미세 다공성 멤브레인층(200)에 스크림층(300)의 적층 후에 감소하고, 격자 프레임워크의 폭(w)은 미세 다공성 멤브레인층(200)에 스크림층(300)의 적층 후에 증가한다. 이에 따라, 스크림층(300)의 백분율 개방 면적은 적층 전의 스크림 재료의 백분율 개방 면적과 비교하여 감소된다. 다양한 실시예들에서, 적층 후의 스크림층(300)은 적층 전의 스크림 재료의 개구부들보다 적어도 5% 더 작은 스크림 개구부들을 갖는다. 적어도 일 실시예에서, 적층 후의 스크림층(300)은 적층 전의 스크림 재료에 의해 한정되는 스크림 개구부들보다 8% 그리고 심지어 12% 더 작은 스크림 개구부들(310)을 한정한다. 적어도 일 실시예에서, 스크림층(300)을 형성하는 재료 중 적어도 일부는 스크림 개구부들 사이의 접촉 지점들에서 미세 다공성 멤브레인층(200)의 기공들로 대체된다.

본원에 개시되는 기술은 광범위한 크기 및 형상을 갖는 음향 벤트 조립체들에 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 벤트 조립체에서 미세 다공성 적층체의 내부 접합되지 않은 영역은 1 ㎟ 내지 1000 ㎟의 범위에 있는 면적을 가질 수 있다. 하나의 특정 실시예에서, 벤트 조립체는 대략 20.2 ㎟의 내부 접합되지 않은 영역을 갖는다.

다양한 타입의 미세 다공성 멤브레인 적층체들의 테스트가 송신 손실 테스트를 통한 음향 송신 성능을 예측하도록 행해졌다. 주파수 응답/삽입 손실 테스트가 또한 조립된 벤팅 조립체의 실제 음향 송신 성능을 결정하도록 행해졌다. 송신 손실 테스트는 음향 송신 성능을 예측하기 위해 전형적으로 관련 분야에서 사용되었지만, 본원에 입증될 것인 바와 같이, 송신 손실 테스트는 표준 크기가 아니고/아니거나 PTFE 단독 멤브레인 또는 직물로 구성되지 않은 작은, 마감된 부분들에 대해 더 적은 예측값을 가질 수 있다.

멤브레인 적층체들의 송신 손실

송신 손실 테스트는 표준 크기에서의 재료의 평평한 시트의 음향 임피던스를 측정하도록 설계되고, 음향 벤트 조립체들의 음향 송신을 예측하는데 전형적으로 사용된다. 송신 손실 테스트들이 일부가 본원에 개시되는 기술과 일관되게 구성되었던 다수의 미세 다공성 멤브레인 상에서 수행되었다. ASTM E2611-09에 의해 확립되는 테스트 지표들은 37 ㎜ 튜브에 장착되는 37 ㎜-직경 멤브레인 샘플들과 함께 이용되었다. 도 8은 500 ㎐ 내지 5000 ㎐ 주파수 범위에서 본원에 개시되는 기술과 일치하는 PTFE 멤브레인 및 2개의 멤브레인 적층체에 대한 그래프로 된 송신 손실 데이터를 표시한다. 샘플 5는 지지 스크림층이 (앞서 논의된 도 6 및 도 7에 도시되는 스크림으로서) (Westlake, OH에 기반을 둔) Dodenhoff Industrial Textiles에 의해 공급되는 20 Tulle과 같은 3줄 스레드를 갖는 초경량의, 사선 직조물, 폴리에스테르 지지 스크림인 PTFE 멤브레인 적층체이다. 샘플 G는 지지 스크림이 (Middletown, Delaware에 기반을 둔) DelStar Technologies에서의 X540NAT-E/E Delnet®와 같은 비교적 단단한 직조물을 갖는 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 및 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA)인 PTFE 멤브레인 적층체이다. 도 8에 보이는 바와 같이, 테스트된 재료들의 응답들은 불규칙하여, 다양한 주파수 및 주파수 범위에서 스파이크(spike)들 및 험프(hump)들을 포함한다. 스파이크 또는 험프는 벤트가 특정 주파수들 주변의 진동들에 저항성인 것을 나타낸다. 이러한 주파수 범위에 걸쳐, PTFE는 다른 2개의 적층체보다 더 양호한 성능을 나타낸다.

이하의 표 1은 명확성을 위해 도 8의 그래프에서 생략되었던 샘플들을 포함하여 테스트된 재료 샘플들 및 샘플의 평량 각각에 대한 송신 손실 데이터를 표시한다. 음향 품질 PTFE 단독 멤브레인인 멤브레인 #0은 대조군이다. 도 9는 재료의 평량과 평균 송신 손실 사이의 관계를 도시하는 도표 그래프이다. 도 9는 매체의 평량이 증가함에 따라, 송신 손실이 또한 증가한다는 것을 입증한다.

송신 손실 테스트들은 송신 손실에 대해 테스트되는 샘플 멤브레인보다 훨씬 더 작을 수 있는 제품 형태의 음향 벤트들의 음향 송신을 예측하는데 일반적으로 사용된다. 송신 손실 테스트의 결과들이 벤트 재료들의 일부 일반적 경향들을 반영하지만, 데이터에서의 험프들 및 스파이크들은, 샘플이 매우 작은 부분으로 개조될 때 어떻게 작동할 수 있는지를 예측하기 위해 배제된다. 재료의 작은 피스들은 재료의 큰 샘플과 동일한 동적 음향 응답을 가지지 않으며; 오히려, 재료의 작은 피스들의 응답들은 훨씬 덜 복잡하다. 송신 손실 테스트만을 사용하여, PTFE 단독 구성들과 일치하는 PTFE 적층체의 음향 성능을 예상하지 않을 것이다. 주파수 응답 및 삽입 손실 테스트는 후술하는 바와 같이 제품 구성들에서 음향 벤트의 실제 음향 성능을 더 정확하게 알아내는데 사용될 수 있다.

H1 주파수 응답 및 삽입 손실 설명

일반적으로, 주파수 응답은 자극에 응하여 시스템 또는 디바이스의 출력 스펙트럼의 정량적인 측정이다. 주파수 응답은 입력과 비교해 볼 때, 주파수에 따른 출력의 크기 및 위상의 측정이다. 음향 벤트의 맥락에서, 주파수 응답 함수(FRF)는 음파들이 특정 음향 범위에 걸쳐 각각의 주파수에서 음향 벤트를 통과하기 전의 음파들과 비교해 볼 때 음향 벤트를 통과했던 음파들의 크기 및 위상의 측정이다.

앞서 논의된 송신 손실과는 달리, 주파수 응답 및 삽입 손실은 음향 벤트가 송신 손실 테스트에서 테스트될 수 있는 표준 크기들보다 훨씬 더 작을 때, 특히 유용할 수 있는 사용되는 음향 벤트의 구성에서의 음향 벤트와 연관되는 측정들이다. 더욱이, 주파수 응답 및 삽입 손실 테스트는 음향 벤트가 어떻게 사용될 수 있는 지와 일치하는 측정들을 결정할 수 있다. 일 예로서, 음향 벤트는 마이크 응용들의 성능을 결정하기 위해 마이크 벤트로서 테스트될 수 있고, 음향 벤트는 스피커 응용들의 성능을 결정하기 위해 스피커 벤트로서 테스트될 수 있다.

마이크 벤트 테스트

관심 있는 음향 벤트의 H1 주파수 응답 함수에 대한 실험적 테스트의 일 예에서, 백색 잡음과 같은 무작위 음향 신호들은 무반향 테스트실 내부의 확성기를 통하여 생성된다. 2개의 마이크 즉, 기준 마이크 및 출력 마이크가 음향 신호를 측정하기 위해 챔버에 설치된다. 마이크들 각각은 마이크의 활성 영역 위에 설치되는 캡을 갖고, 출력 마이크의 캡은 캡 상에 설치되는 관심 있는 음향 벤트를 갖는다. 기준 마이크 위에 설치되는 캡은 음향 벤트가 없다. 이에 따라, 어떤 음향 벤트도 통과하지 않은 기준 마이크를 통해 수신되는 음향 신호들은 관심 있는 음향 벤트를 통과하기 이전의 음향 신호와 균등한 것으로 해석되고, 이에 상응하게 처리 소프트웨어에 의해 입력 데이터, 또는 기준 데이터가 지정된다. 관심 있는 음향 벤트를 통과했던 출력 마이크를 통해 수신되는 음향 신호들은 출력 데이터로 지정된다. 2개의 마이크로부터의 음향 신호들은 그 다음 스펙트럼에 걸쳐 H1 FRF를 생성하기 위해 소프트웨어에 의해 비교된다.

도 10은 제1 마이크(810) 위에 설치되는 예시적 테스트 캡(800)의 단면도를 도시한다. 캡(800)과 제1 마이크(810) 사이에 시일을 생성하는 O-링은 캡(800)에 의해 한정되는 개구부(822)에 배치된다. 본 도면에 도시되지 않았지만, 개구부는 테스트되는 벤트의 크기 및 형상과 일치하도록 캡(800)의 후단벽(824)의 축중심에서 기계 가공되며, 벤트는 도 1 내지 도 3을 참조하여 상술한 바와 같이, 벤트가 전자 하우징에 의해 한정되는 개구부에 걸쳐 설치되는 방식과 마찬가지로 설치된다. 일반적으로, 기계 가공된 개구부는 예를 들어, 도 1 내지 도 3에 대하여 상술하는 관심 있는 음향 벤트의 접합되지 않은 내부 영역 부분의 크기 및 형상과 일치할 것이고, 제2 마이크와 연관되는 제2 테스트 캡은 내부에 기계 가공되는 실질적으로 동일한 개구부를 가질 것이다.

상술한 실험 설정과 일치하게, 사용될 수 있는 하나의 분석 시스템은 (Nærum, Denmark에 위치되는) Bruel & Kjær 음향 & 진동 측정 A/S에 의한 펄스 분석기 플랫폼이다. 스피커는 백색 잡음을 생성하기 위해 펄스 분석기 플랫폼 소프트웨어에 의해 전력이 공급된다. Bruel & Kjær 타입 2670 마이크들이 이러한 테스트를 관리하기 위해 펄스 분석기 플랫폼과 함께 사용될 수 있다. 펄스 분석기 플랫폼 소프트웨어는 5초 동안 마이크 데이터를 기록하고 주파수 범위에 걸쳐 결과의 평균치를 구한다. 기준 마이크로부터의 음향 데이터는 주파수 범위에 걸쳐 구간들에서의 데시벨(㏈)의 출력값을 제공하는 H1 FRF(주파수 응답 함수) 계산 방법을 사용하여 펄스 분석기 플랫폼 소프트웨어에 의해 출력 마이크로부터의 음향 데이터와 비교된다. 데시벨의 음향 벤트에 대한 주파수 응답이 더 낮을 수록, 벤트를 통한 음성 송신은 더 양호하다.

H1 FRF 계산은 주로 음향 벤트에 기인하는 음향 신호의 손실을 입증한다. 그러나, 음향 신호의 손실의 작은 부분은 2개의 마이크 사이의 장비 결함들, 2개의 마이크의 위치 선정, 그리고 스피커에 의해 생성되는 음장에 의한 것이다. 이에 따라, H1 FRF 대조군 곡선을 생성하기 위해 대조군 테스트를 또한 행하는 것이 바람직할 수 있다. 그러한 FRF 대조군 테스트는 기준 마이크 및 출력 마이크와 연관되는 각각의 캡이 음향 벤트가 없는 것을 제외하고, 관심 있는 음향 벤트를 테스트하는 것에 대하여 상술한 것과 유사한 테스트 설정을 갖는다. H1 FRF 계산 결과들은 테스트 설정의 결함들에 기인한다. 이에 따라, 완벽한 테스트에서, H1 FRF는 스펙트럼에 걸쳐 0 ㏈을 야기할 것이다. 도 11은 상술한 테스트 장비를 사용하는 예시적 대조군 테스트들과 연관되는 결과들을 도시한다.

삽입 손실을 계산하기 위해, 대조군 H1 FRF 결과들은 이하의 식을 통해 테스트 H1 FRF 계산 결과들을 조정한다:

IL(f) = H1_벤트(f) - H1_대조군(f),

여기서 IL(f)는 삽입 손실이고; H1_벤트(f)는 관심 있는 음향 벤트에 대한 H1 FRF이고; H1_대조군(f)는 상술한 대조군 구성에 대한 H1 FRF이다.

완벽하거나, 거의 완벽한 실험 설정으로, 삽입 손실이 관심 있는 음향 벤트에 대한 H1 FRF와 수치적으로 균등하거나, 거의 균등할 것이라는 점을 통상의 기술자가 이해할 것이다. 그러나 실제로, 장비 품질이 달라질 수 있고 그러므로 음향 신호에 미치는 구성 요소의 영향을 결정할 때 삽입 손실을 사용하는 것이 통상적이다. 이러한 특정 테스트 절차에서, 삽입 손실은 출력 신호 마이크를 커버하는 음향 벤트를 갖는 마이크 그리고 음향 벤트가 없는 마이크 사이의 FRF의 비교이다.

이해될 것인 바와 같이, 삽입 손실 결과들은 사실상 복잡할 수 있다. 동일한 방식으로 테스트되는 2개의 상이한 재료의 결과들을 비교하는 것을 시도할 때, 관심 있는 특정 주파수 범위에 걸쳐 평균 삽입 손실의 ㏈을 계산하는 것이 유용할 수 있다. 이것은 평균 삽입 손실로 지칭된다. 이러한 계산에 대한 식은 하기에 주어진다:

여기서 IL(f)는 주어진 주파수 f에서 삽입 손실 함수의 값이고, 주파수 범위는 500 ㎐ 내지 5000 ㎐이다. 대안적 주파수 범위의 평균 삽입 손실이 요구될 때, 통상의 기술자에 의해 이해될 것인 바와 같이, 적분이 대안적 주파수 범위에 걸쳐 계산되고 그 다음 대안적 주파수 범위에서의 최대 주파수와 최소 주파수 사이의 차이로 나누어진다.

마이크 벤트 조립체들의 삽입 손실 테스트 - 멤브레인 비교

본원에 개시되는 기술과 일관되게 구성되는 일부 마이크 벤팅 조립체를 포함하여 상이한 미세 다공성 멤브레인들을 갖는 다양한 마이크 벤트 조립체가 삽입 손실에 대해 테스트되었다. 마이크 벤팅 조립체들에서 테스트된 미세 다공성 멤브레인들은 앞서 논의된 송신 손실 테스트를 받는 것들과 일치하였다.

벤트 조립체들은 도 12 및 도 13에 도시되는 예시적 벤트 조립체와 일관되게 구성되었으며, 도 13은 도 12에 도시되는 구성 요소의 단면도이다. 각각의 벤트 조립체(400)는 10.58 ㎜의 길이, 5.9 ㎜의 폭을 갖는 타원형 형상을 갖는 PTFE 멤브레인 또는 멤브레인 적층체(410), 그리고 내부 접합되지 않은 영역(460)을 둘러싸는 1.5 ㎜의 폭을 갖는 경계 접합된 영역(420)을 가졌다. 경계 접합된 영역(420)은 멤브레인(410)의 일측부 상에서 폼적층체 단일면 접착제(430) 그리고 멤브레인(410)의 다른, 반대 측부 상에서 폴리에스테르 필름 양면 접착제(440)에 접합되었다. 폴리에스테르 필름 양면 접착제(440)는 압력 감지 접착제였다. 제조의 결과로서, 다양한 실시예들에서, 폴리에스테르 필름 양면 접착제(440)의 다른 노출된 외부 접착면(442)은 사용을 위해 제거되는 연속 해제 라이너에 결합될 수 있다. 그러한 연속 해제 라이너는 복수의 실질적으로 동일한 벤트 조립체에 결합될 수도 있다. 대안적 실시예에서, 폼적층체는 양면 접착제이며, 폼적층체 양면 접착제의 다른 노출된 접착면은 해제 라이너에 결합된다.

예를 들어, 도 10에 대하여 상술한, 2개의 테스트 캡은 벤트 조립체(400)의 내부 접합되지 않은 내부 영역(460)의 크기 및 형상과 일치하는 개구부들을 한정하도록 기계 가공되었다. 압력 감지 양면 접착제(440)는 내부 접합되지 않은 영역(460)이 기계 가공된 개구부에 맞추어 조정되도록 기계 가공된 개구부 주변의 테스트 캡들 중 하나에 결합되었다.

벤트 조립체들(400)은 상술한 주파수 응답/삽입 손실 테스트 방법에 따라 테스트되었다. 이하의 표 2는 도 14에 도시되는 그래프에서 도표화되는 500 내지 5000 ㎐ 주파수 범위의 평량과 평균 삽입 손실 사이의 비교들을 도시한다. 도 14에 의해 입증되는 바와 같이, 음향 멤브레인/멤브레인 적층체의 평량과 음향 멤브레인/멤브레인 적층체의 삽입 손실 사이에 약한 상관 관계가 나타나며, 이는 평량이 반드시 음향 벤트의 실제 음향 성능의 강한 예측 변수는 아님을 나타낸다.

마이크 벤트 조립체들의 삽입 손실 테스트 - 크기 비교

삽입 손실에 대해 테스트되는 벤트 조립체의 크기는 성능 상의 중요한 결과를 갖는다. PTFE 단독 멤브레인들 및 (폴리에스테르 스크림을 갖는) PTFE 멤브레인 적층체들을 갖는 마이크 벤트 조립체들이 음향 송신 상의 내부 접합되지 않은 영역들의 크기의 영향을 비교하도록 테스트되었다. "5"와 연관되는 데이터는 앞서 논의된 샘플 5와 일치하고, 멤브레인 "0"과 연관되는 데이터는 또한 앞서 논의된 대조군 음향 품질 PTFE 단독 멤브레인이다. 그래프로 된 결과들이 도 15에 도시되고, 내부 접합되지 않은 영역 크기의 크기와 비교하여 평균 삽입 손실 결과들이 이하의 표 3에 기록되며, 이는 또한 도 16에 도표화 된다. 입증되는 바와 같이, 접합되지 않은 영역의 크기가 감소함에 따라, 재료의 삽입 손실은 상당히 증가한다.

표 3: 상이한 크기 조정된 SBF들에 대한 평균 삽입 손실 데이터

입증되는 바와 같이, 마이크 벤트에서 미세 다공성 적층체의 음향 송신은 복잡한 세트의 특성들에 의존하고, 평량과 강하게 상관하는 것으로 나타나는 송신 손실 테스트와 비교하여, 평량과 높은 상관 관계를 나타내지 않는다. 송신 손실 테스트가 표준 크기에서 행해지므로, 훨씬 더 작은 벤트 조립체의 음향 송신을 예측하기 위해 송신 손실 데이터의 외삽법에 행해진다. 앞서 논의된 송신 손실 데이터가 송신 손실 테스트가 PTFE 단독의 상대적 음향 송신을 정확하게 예측할 수 있다는 것을 입증하였지만, 송신 손실 테스트는 지지 스크림을 갖는 미세 다공성 멤브레인 적층체의 음향 송신을 정확하게 예측할 수 없다.

스피커 벤트 테스트

상술한 바와 같이, 주파수 응답 및 삽입 손실은 음향 벤트가 어떻게 사용될 지와 일치하는 성능을 반영할 수 있다. 상술한 실험 설정 및 결과들이 마이크를 커버하는 음향 벤트들에 특히 관련되어 있지만, 테스트는 또한 스피커를 커버하는 음향 벤트들에 대해 행해졌다. 스피커들을 커버하는 음향 벤트들은 마이크들을 커버하는 음향 벤트들과 상이한 조건들을 겪는다. 예를 들어, 스피커들을 커버하는 음향 벤트들은 마이크를 커버하는 음향 벤트들보다 훨씬 더 높은 에너지를 겪을 수 있다. 이에 따라, 주파수 응답 및 삽입 손실 측정값들은 음향 벤트가 어떻게 사용되고 있는지에 따라 상이한 것으로 예상된다.

상술한 마이크 벤트 주파수 응답 및 삽입 손실 테스트에서와 일부 유사한 장비가 사용되었지만, 테스트 설정은 변경되었다. 스피커 벤트 테스트에서, 음향 벤트는 스피커에 바로 인접하게 위치되었다. 마이크 벤트들을 테스트하는데 사용되는 6 인치 확성기는 스피커 벤트들이 어떻게 사용될 수 있는 지와 일치하는 테스트 설정을 만들도록 휴대폰들과 같은 개인용 전자 디바이스들에서의 작은 스피커들의 크기와 상응하는 작은 스피커로 대체되었다. 스피커 플레이트가 스피커의 크기와 일치하는 기계 가공된 개구부를 가졌던 스피커 위에 배치되었다. 테스트에서, 스피커 및 스피커 플레이트에서의 기계 가공된 개구부는 대략 7.5 ㎜의 길이 및 대략 3 ㎜의 폭인 알 형상을 가졌다.

스피커 벤트로서 테스트된 각각의 음향 벤트는 상술한 (그리고 도 12에 도시되는) 실시예와 일치하였고 음향 벤트들이 상술한 테스트 캡을 통해 어떻게 위치되었는지와 유사한 스피커 플레이트에서의 개구부를 통해 위치되었다. 이에 따라, 음향 벤트는 스피커에서 대략 1.0 ㎜ 떨어져 위치되었다. 테스트 설정에서, 대략 1.0 ㎝ 떨어져 스피커를 직접 향하도록 위치되었던 단일 마이크가 사용되었다. 스피커 및 마이크는 무반향 테스트실 내에서 강성 지지 구조체들 상에 별도로 장착된다.

수집되는 측정값들이 사용되는 특정 장비 및 설정들에 매우 의존할 수 있다는 점이 주목된다. 이에 따라 이 문서의 목적으로, 스피커 벤트 삽입 손실은 본원에 지정된 테스트 프로토콜들에 의해 결정된다. 본원에 설명하는 바와 같은 테스트의 경우, Knowles 2403 260 00041(4.8 x 10 x 2.2 ㎜) 스피커가 사용되었다. 사용된 마이크는 Bruel & Kjær 모델 2238-B 마이크 및 음향 레벨 미터이었다. 사용된 분석 시스템은 (Kastel Luksic, Croatia에 위치된) Artalabs에 의한 오디오 실시간 분석(ARTA) 소프트웨어였고 실행되었던 테스트는 FR2 테스트였다. 스피커는 백색 잡음을 생성하도록 ARTA 소프트웨어에 의해 전력 공급되었고, 용적은 마이크가 스피커 벤트 없는 스피커로부터 89 ㏈(A) 평균치를 기록하도록 설정되었다. ARTA 소프트웨어는 마이크 데이터를 기록하고 주파수 범위에 걸친 결과의 평균치를 구한다.

데이터는 테스트를 완료하기 위해, 데이터가 스피커에 제공되는 동일한 양의 전력으로 두 번: 한 번은 입력 데이터, 또는 기준 데이터로서 지정되는 스피커 플레이트에 위치되는 음향 벤트 없이, 그리고 한 번은 출력 데이터로서 지정되는 스피커 플레이트에 배치되는 관심 있는 음향 벤트를 갖고 수집된 것을 제외하고 마이크 벤트 테스트에 대해 상술한 바와 마찬가지로 수집되고 처리된다. 입력 데이터 및 출력 데이터가 비교되어 스펙트럼에 걸친 주파수 응답을 생성한다. 입력 데이터 및 출력 데이터가 상이한 실행에서 수집되고 음향 벤트의 주파수 응답이 출력 데이터와 입력 데이터의 비교이므로, 어떤 H1 FRF 대조군 곡선(상술한 마이크 벤트 테스트 참조)도 테스트 설정에서의 결함들을 설명하는데 필요하지 않다. 이에 따라, 이러한 테스트에서 스피커 벤트의 삽입 손실은 스피커 벤트의 주파수 응답과 동일하다.

도 17은 주파수 범위 300 ㎐ 내지 3000 ㎐에 걸쳐 통상적 멤브레인 적층체들 및 PTFE 단독 멤브레인들과 비교하여 본원에 개시되는 기술과 일치하는 적층체들을 갖는 스피커 벤트들에 대한 평균 삽입 손실 테스트 결과들을 도시한다. 벤트 조립체들은 도 12 및 도 13에 도시되고 상술한 예시적 벤트 조립체와 일관되게 구성되었다. "통상적 적층체 1"은 PTFE 멤브레인에 적층되는 직조되지 않은 폴리에틸렌 테레프탈레이트층(PET) 그라비어(gravure)이다. "통상적 적층체 2"는 PTFE 멤브레인에 열 적층되는 직조되지 않은 PET층이다. "베이스 PTFE"는 백색 미세 다공성 PTFE 멤브레인이고, "흑색 PTFE"는 색상이 흑색인 (앞서 논의된) 계류 중인 미국 특허 출원 제 13/839,046호에 개시된 기술과 일관되게 처리되는 PTFE 멤브레인이다. "음향 적층체"는 스크림층이 베이스 PTFE 멤브레인층으로 열 적층되고 압착되는 상술한 20 Tulle 스크림인 본원에 개시되는 기술과 일치하는 미세 다공성 멤브레인 적층체이다. "흑색 음향 적층체"는 스크림층이 "흑색 PTFE"와 일치하는 흑색 PTFE 멤브레인층으로 열 적층되고 압착되는 20 Tulle 스크림인 본원에 개시되는 기술과 일치하는 미세 다공성 멤브레인 적층체이다.

도 17은 통상적 적층체들과 비교되는 본원에 개시되는 미세 다공성 멤브레인 적층체들을 갖는 스피커 벤트들의 개선된 음향 송신, 그리고 PTFE 단독 멤브레인들과 비교되는 본원에 개시되는 미세 다공성 멤브레인 적층체들의 약간 감소된 음향 송신을 입증한다. 이하의 표 4는 도 17에 도시되는 바와 같이, 300 내지 3000 ㎐ 주파수 범위에 걸쳐 멤브레인들 각각에 대한 평균 삽입 손실을 도시한다.

본원에 개시되는 기술과 일치하는 미세 다공성 멤브레인 적층체들 중 일부는 스피커 벤트 조립체들에서의 사용에 특히 적당하지만, 미세 다공성 멤브레인 적층체들의 일부 다른 실시예들은 마이크 벤트 조립체들에서의 사용에 특히 적당하다. 본원에 개시되는 기술과 일치하는 미세 다공성 멤브레인 적층체들을 갖는 음향 벤팅 조립체들은 미세 다공성 멤브레인 그 자체만을 포함하는 음향 벤팅 조립체와 비교하여 증가된 평균 삽입 손실을 일반적으로 나타낸다. 일부 실시예들에서, 미세 다공성 멤브레인을 갖는 음향 벤팅 조립체의 평균 삽입 손실은 PTFE 단독 멤브레인을 갖는 벤팅 조립체의 평균 삽입 손실의 적어도 두 배일 수 있다. 그러나 많은 구현들에서, 증가된 삽입 손실은 다른 개선들과 균형을 이룰 때, 허용할 수 있다. 예를 들어, 본원에 개시되는 기술과 일치하는 벤팅 조립체들은 감소된 고조파 왜곡, 및 개선된 처리 및 강도와 같은 PTFE 단독 벤팅 조립체를 능가하는 다수의 이점을 갖는다.

도 18은 PTFE 단독 멤브레인들 및 PTFE 멤브레인에 열 적층되는 직조되지 않은 PET인 통상적 적층체와 비교하여 (앞서 논의된) 본원에 개시되는 기술과 일치하는 흑색 음향 멤브레인 적층체에 대한 총고조파 왜곡을 도시한다. 도 18은 PTFE 단독 멤브레인들과 비교하여 음향 멤브레인 적층체들의 감소된 총고조파 왜곡을 입증한다. 상술한 스피커 벤트 삽입 손실 측정값들과 마찬가지로, 총고조파 왜곡은 사용되는 특정 테스트 설정에 의존한다. 이에 따라 본 발명의 목적으로, 총고조파 왜곡은 본원에 지정된 테스트 프로토콜들에 의해 한정된다.

총고조파 왜곡은 상술한 스피커 벤트 삽입 손실 테스트와 일치하는 테스트 설정 및 구성 요소들을 사용하는 (Kastel Luksic, Croatia에 위치되는) Artalabs에 의한 STEPS 소프트웨어를 사용하여 결정되었다. 총고조파 왜곡에 대한 데이터는 한 번에 하나의 주파수로 주파수 범위를 통해 단계를 밟음으로써 수집되었다. 총고조파 왜곡은 총고조파 왜곡 = (P₂+P₃+P₄... P_∞)/P₁인 기본 주파수의 전력에 대하여 고조파 주파수들 (두번째, 세번째, 네번째...) 모두의 총전력을 비교함으로써 계산되었다. 스피커의 총고조파 왜곡은 기준으로서 벤트 없이 측정되었다. 스피커 용적은 마이크가 스피커 벤트 없는 스피커로부터 1000 ㎐에서 80 ㏈을 기록하도록 설정되었다.

도 19는 하나가 본원에 개시되는 기술과 일치하는 2개의 미세 다공성 멤브레인 적층체의 파열 강도와 비교하여 PTFE 단독 멤브레인의 파열 강도의 그래프이다. 파열 강도는 TAPPI T403 표준과 일관되게 결정되었다. 멤브레인 적층체들 각각은 PTFE 멤브레인에 적층되었던 상술한 바와 같은, Tulle 20 스크림으로 만들어졌다. 적층체들 둘 다가 닙 롤러를 통과시킴으로써 550 ℉에서 적층되었지만, 본 기술과 일치하는 "대량 접합" 적층체는 4 ft/min의 속도로 닙 롤러가 통과되었고 PTFE 표면과 거의 같은 높이가 되도록 압착되었다. 다른 한편으로, "경량 접합" 적층체는 스크림이 평탄화되기 보다는 오히려 단지 PTFE 멤브레인에 접합되는 표면이 되도록 더 적은 압력으로 15 feet/min로 닙 롤러가 통과되었다. 도 19에서 입증되는 바와 같이, 본원에 개시되는 기술과 일치하는 미세 다공성 멤브레인 적층체는 PTFE 단독 멤브레인보다 더 큰 강도, 그리고 경량 접합 적층체보다 더 적은 강도를 입증하였다.

본 명세서 및 첨부된 청구항들에 사용되는 "구성되는"이란 어구는 특정 과제를 수행하거나 특정 구성을 적용하도록 고안되거나 구성되는 시스템, 장치 또는 다른 구조체를 설명한다는 점이 또한 주목되어야 한다. "구성되는"이란 어구는 "배열되는", "배열되고 구성되는", "고안되고 배열되는", "고안되는", "제조되고 배열되는" 등과 같은 다른 유사한 어구들과 상호 교환 가능하게 사용될 수 있다.

본 명세서의 모든 공보들 및 특허 출원들은 본 발명이 속하는 관련 분야의 통상의 기술자의 레벨을 나타낸다. 모든 공보들 및 특허 출원들은 각각의 개별 공보 또는 특허 출원이 상세하게 그리고 개별적으로 참조로 나타내어졌던 경우와 동일 정도로 참조로 본원에 포함된다.

본 출원은 본 대상의 개조들 또는 변형들을 포함하도록 의도된다. 상기 설명은 제한적이 아닌 예시적인 것으로 의도된다는 점이 이해되어야 한다.

Claims (64)

1. 0.05 ㎛와 2 ㎛ 사이의 평균 기공 크기를 갖는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 멤브레인; 및
   10 ㎛와 60 ㎛ 사이의 두께를 갖는 음향 멤브레인 적층체를 형성하도록 상기 PTFE 멤브레인에 적층되어, 0.20 ㎟와 5.0 ㎟ 사이의 평균 스크림 개구부를 한정하는 스크림층을 포함하며;
   상기 음향 멤브레인 적층체는 상기 PTFE 멤브레인 단독과 비교하여 300 ㎐ 내지 3000 ㎐의 주파수 범위에서 증가된 평균 삽입 손실을 나타내고, 상기 음향 멤브레인 적층체는 상기 PTFE 멤브레인 단독에 대하여 감소된 총고조파 왜곡을 갖고, 상기 음향 멤브레인 적층체는 상기 PTFE 멤브레인과 실질적으로 동일한 물 진입 압력을 갖고, 상기 음향 멤브레인 적층체의 평량이 26.2 g/㎡ 이상인, 음향 멤브레인 적층체.
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21. 음향 벤팅 조립체를 제조하는 방법으로서:
    3 psi의 최소 물 진입 압력 및 5 ㎛와 90 ㎛ 사이의 두께를 갖는 PTFE 멤브레인을 제공하는 단계; 및
    전자 기기 인클로저에서의 사용을 위해 음향 적층체를 형성하도록 상기 PTFE 멤브레인에 스크림층을 적층하는 단계를 포함하며;
    상기 음향 적층체는 상기 PTFE 멤브레인 단독의 물 진입 압력과 동일한 물 진입 압력을 가지며, 상기 음향 적층체의 두께는 적층 전의 상기 스크림층 및 PTFE 멤브레인의 총두께의 30% 미만이며, 상기 음향 적층체의 평량이 26.2 g/㎡ 이상인, 방법.
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39. 제1 측부 및 제2 측부를 갖는 PTFE 멤브레인;
    외부 경계 및 3 psi의 최소 물 진입 압력을 갖는 음향 멤브레인 적층체를 형성하는 상기 PTFE 멤브레인의 상기 제1 측부에 적층되는 스크림층;
    상기 PTFE 멤브레인의 상기 제1 측부 및 상기 음향 멤브레인 적층체의 경계 영역에서의 상기 스크림층에 결합되며, 30 분 동안 1 미터의 물에 침지될 때, 상기 PTFE 멤브레인과 상기 스크림층 사이를 물이 지나는 것을 방지하는 수밀 시일을 확립하는 제1 접착제; 및
    상기 음향 멤브레인 적층체의 상기 경계 영역에서 상기 PTFE 멤브레인의 상기 제2 측부에 결합되며, 상기 음향 멤브레인 적층체와 수밀 시일을 확립하는 제2 접착제를 포함하며, 상기 제1 접착제 및 상기 제2 접착제는 상기 음향 멤브레인 적층체의 접합되지 않은 영역을 연동하여 한정하고, 음향 벤트의 총고조파 왜곡은 상기 PTFE 멤브레인 단독보다 더 적으며, 상기 음향 멤브레인 적층체의 평량이 26.2 g/㎡ 이상인, 음향 벤트.
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