KR102395994B1 - 지향성 마이크로폰 - Google Patents

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Abstract

감도가 향상된 지향성 마이크로폰이 개시된다. 개시된 마이크로폰은 캐비티가 관통하도록 형성된 기판과, 적어도 하나의 공진기를 포함하며 상기 캐비티를 부분적으로 덮도록 마련되는 공진기 어레이와, 상기 캐비티 중 상기 공진기 어레이를 통해 오픈된 부분의 적어도 일부를 덮도록 마련되는 커버 부재를 포함한다.

Description

지향성 마이크로폰{Directional microphone}
마이크로폰에 관한 것으로, 상세하게는 감도가 향상된 지향성 마이크로폰에 관한 것이다.
마이크로폰은 음향 신호를 전기 신호로 변환하는 장치를 말한다. 이러한 마이크로폰은 휴대폰, 생활 가전 제품, 영상 디스플레이 장치, 가상 현실 장치, 증강 현실 장치, 인공지능 스피커 등에 장착되어 음성을 인식할 수 있는 센서로 활용될 수 있다. 최근에는 캐비티가 형성된 기판에 서로 다른 중심 주파수를 가지는 공진기들이 소정 형태로 배열된 공진기 어레이를 구비하는 지향성 마이크로폰이 개발되고 있다.
예시적인 실시예는 감도가 향상된 지향성 마이크로폰을 제공한다.
일 측면에 있어서,
캐비티가 관통하도록 형성된 기판;
적어도 하나의 공진기를 포함하며, 상기 캐비티를 부분적으로 덮도록 마련되는 공진기 어레이; 및
상기 캐비티 중 상기 공진기 어레이를 통해 오픈된 부분의 적어도 일부를 덮도록 마련되는 커버 부재;를 포함하는 지향성 마이크로폰이 제공된다.
상기 커버 부재는 박막 형태로 마련될 수 있다.
상기 적어도 하나의 공진기 각각은 일단부가 상기 기판에 고정되도록 마련될 수 있다. 상기 적어도 하나의 공진기 각각은, 상기 기판에 고정되는 고정부와, 상기 고정부에서 연장되어 마련되며 음향 신호에 반응하여 가동되는 가동부와, 상기 가동부의 움직임을 센싱하는 감지부를 포함할 수 있다.
상기 커버 부재는 상기 캐비티 중 상기 공진기 어레이를 통해 오픈된 부분의 전체를 실질적으로 덮도록 마련될 수 있다.
상기 마이크로폰은 상기 적어도 하나의 공진기 각각의 일단부를 고정하며, 상기 캐비티 중 상기 공진기 어레이 및 상기 커버 부재를 통해 오픈된 부분의 적어도 일부를 덮도록 마련되는 고정 부재를 더 포함할 수 있다.
상기 고정 부재는 상기 적어도 하나의 공진기와 연동하여 움직일 수 있도록 박막 형태로 마련될 수 있다. 상기 고정 부재는 상기 공진기와 동일한 재질을 포함할 수 있다.
상기 고정 부재는 상기 캐비티 중 상기 공진기 어레이 및 상기 커버 부재를 통해 오픈된 부분의 전체를 실질적으로 덮도록 마련될 수 있다.
다른 측면에 있어서,
캐비티가 관통하도록 형성된 기판;
적어도 하나의 공진기를 포함하며, 상기 캐비티를 부분적으로 덮도록 마련되는 공진기 어레이; 및
상기 적어도 하나의 공진기 각각의 일단부를 고정하며, 상기 캐비티 중 상기 공진기 어레이를 통해 오픈된 부분의 적어도 일부를 덮도록 마련되는 고정 부재;를 포함하는 지향성 마이크로폰이 제공된다.
상기 고정 부재는 상기 적어도 하나의 공진기와 연동하여 움직일 수 있도록 박막 형태로 마련될 수 있다.
상기 고정 부재는 상기 캐비티 중 상기 공진기 어레이를 통해 오픈된 부분의 전체를 실질적으로 덮도록 마련될 수 있다.
상기 마이크로폰은 상기 캐비티 중 상기 공진기 어레이 및 상기 고정 부재를 통해 오픈된 부분의 적어도 일부를 덮도록 마련되는 커버 부재를 더 포함할 수 있다.
상기 커버 부재는 박막 형태로 마련될 수 있다.
상기 커버 부재는 상기 캐비티 중 상기 공진기 어레이 및 상기 고정 부재를 통해 오픈된 부분의 전체를 실질적으로 덮도록 마련될 수 있다.
다른 측면에 있어서,
캐비티가 관통하도록 형성된 기판;
적어도 하나의 공진기를 포함하며, 상기 캐비티를 부분적으로 덮도록 마련되는 공진기 어레이; 및
상기 캐비티 중 상기 공진기 어레이를 통해 오픈된 부분을 채우도록 마련되는 충진 부재;를 포함하는 지향성 마이크로폰이 제공된다.
상기 충진 부재는 상기 캐비티 중 상기 공진기 어레이를 통해 오픈된 부분의 적어도 일부를 덮도록 마련되는 커버 부재를 포함할 수 있다. 상기 충진 부재는 상기 적어도 하나의 공진기 각각의 일단부를 고정하며, 상기 캐비티 중 상기 공진기 어레이 및 상기 커버 부재를 통해 오픈된 부분의 적어도 일부를 덮도록 마련되는 고정 부재를 더 포함할 수 있다.
상기 충진 부재는 상기 적어도 하나의 공진기 각각의 일단부를 고정하며, 상기 캐비티 중 상기 공진기 어레이를 통해 오픈된 부분의 적어도 일부를 덮도록 마련되는 고정 부재를 포함할 수 있다. 상기 충진 부재는 상기 캐비티 중 상기 공진기 어레이 및 상기 고정 부재를 통해 오픈된 부분의 적어도 일부를 덮도록 마련되는 커버 부재를 더 포함할 수 있다.
예시적인 실시예에 의하면, 기판에 형성된 캐비티의 오픈된 부분을 덮도록 커버 부재를 마련함으로써 공진기 어레이의 상부와 하부 사이의 압력차를 증대시킬 수 있으므로 마이크로폰의 감도를 향상시킬 수 있다. 또한, 공진기 어레이의 일단부를 고정하는 동시에 캐비티의 오픈된 부분을 덮도록 고정 부재를 마련함으로써 커플링 효과에 의해 공진기들의 변위를 증대시킬 수 있고, 공진기 어레이의 상부와 하부 사이의 압력차를 크게 할 수 있으므로 마이크로폰의 감도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 예시적인 실시예에 따른 마이크로폰을 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 I-I'선을 따라 본 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 하나의 공진기 단면을 도시한 것이다.
도 4는 도 1에 도시된 마이크로폰의 방향성 특성을 측정한 결과를 도시한 것이다.
도 5는 다른 예시적인 실시예에 따른 마이크로폰을 도시한 단면도이다.
도 6a는 기존 마이크로폰의 예시적인 모델을 도시한 것이다.
도 6b는 도 1에 도시된 실시예에 따른 마이크로폰의 예시적인 모델을 도시한 것이다.
도 7a는 도 6a에 도시된 마이크로폰에서 공진기 어레이의 상부와 하부에서의 압력을 도시한 시뮬레이션 결과이다.
도 7b는 도 6b에 도시된 마이크로폰에서 공진기 어레이의 상부와 하부에서의 압력을 도시한 시뮬레이션 결과이다.
도 8a는 도 6a에 도시된 마이크로폰에서 공진기 어레이의 주파수 응답 특성을 도시한 시뮬레이션 결과이다.
도 8b는 도 6b에 도시된 마이크로폰에서 공진기 어레이의 주파수 응답 특성을 도시한 시뮬레이션 결과이다.
도 9a는 도 6a에 도시된 마이크로폰의 감도를 측정한 결과를 도시한 것이다.
도 9b는 도 6b에 도시된 마이크로폰의 감도를 측정한 결과를 도시한 것이다.
도 9c는 도 6b에 도시된 마이크로폰에서 커버 부재의 주파수 응답 특성을 측정한 결과를 도시한 것이다.
도 10은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 마이크로폰을 도시한 사시도이다.
도 11은 도 10에 도시된 마이크로폰의 일부를 확대하여 도시한 평면도이다.
도 12는 도 10의 II-II'선을 따라 본 단면도이다.
도 13a는 기존 마이크로폰의 예시적인 모델을 도시한 것이다.
도 13b는 도 10에 도시된 실시예에 따른 마이크로폰의 예시적인 모델을 도시한 것이다.
도 14a는 도 13a에 도시된 마이크로폰에서 공진기들의 변위를 도시한 시뮬레이션 결과이다.
도 14b는 도 13b에 도시된 마이크로폰에서 공진기들의 변위를 도시한 시뮬레이션 결과이다.
도 15는 도 10에 도시된 실시예에 따른 마이크로폰의 다른 예시적인 모델을 도시한 것이다.
도 16a는 도 15에 도시된 마이크로폰의 감도를 측정한 결과를 도시한 것이다.
도 16b는 도 15에 도시된 마이크로폰에서 고정 부재의 주파수 응답 특성을 측정한 결과를 도시한 것이다.
도 17은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 마이크로폰을 도시한 사시도이다.
도 18은 도 17의 III-III'선을 따라 본 단면도이다.
도 19는 또 다른 예시적인 실시예에 따른 마이크로폰을 도시한 사시도이다.
도 20은 도 17의 IV-IV'선을 따라 본 단면도이다.
도 21은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 마이크로폰을 도시한 사시도이다.
도 22는 도 21의 V-V'선을 따라 본 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명하기로 한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. 한편, 이하에 설명되는 실시예는 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시예들로부터 다양한 변형이 가능하다.
이하에서, "상부" 나 "상"이라고 기재된 것은 접촉하여 바로 위에 있는 것뿐만 아니라 비접촉으로 위에 있는 것도 포함할 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
“상기”의 용어 및 이와 유사한 지시 용어의 사용은 단수 및 복수 모두에 해당하는 것일 수 있다. 방법을 구성하는 단계들에 대하여 명백하게 순서를 기재하거나 반하는 기재가 없다면, 상기 단계들은 적당한 순서로 행해질 수 있다. 반드시 상기 단계들의 기재 순서에 한정되는 것은 아니다. 모든 예들 또는 예시적인 용어(예를 들어, 등등)의 사용은 단순히 기술적 사상을 상세히 설명하기 위한 것으로서 특허청구범위에 의해 한정되지 않는 이상 상기 예들 또는 예시적인 용어로 인해 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 예시적인 실시예에 따른 마이크로폰(100)을 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 I-I'선을 따라 본 단면도이다. 그리고, 도 3은 도 1에 도시된 하나의 공진기(120) 단면을 도시한 것이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 마이크로폰(100)은 기판(110), 공진기 어레이 및 커버 부재(150)를 포함한다. 기판(110)에는 캐비티(115)가 관통하도록 형성되어 있다. 기판(110)으로는 예를 들면 실리콘 기판이 사용될 수 있다. 하지만, 이는 단지 예시적인 것으로, 기판(110)은 다른 다양한 재질을 포함할 수 있다.
공진기 어레이는 기판(110)의 캐비티(115) 상에 소정 형태로 배열된 복수의 공진기(120)를 포함할 수 있다. 이러한 공진기들(120)은 서로 겹침 없이 평면적으로 배열될 수 있다. 공진기들(120) 각각은 일단부가 기판(110)에 고정되어 있으며, 캐비티(115) 쪽을 향하여 연장되도록 마련될 수 있다. 공진기들(120) 각각은 기판(110)에 고정되는 고정부(121)와, 음향 신호에 반응하여 움직이는 가동부(122)와, 가동부(122)의 움직임을 센싱하는 감지부(123)를 포함할 수 있다. 또한, 공진기(120)는 가동부(122)에 소정의 질량을 제공하기 위한 질량체(124)를 더 포함할 수도 있다.
공진기 어레이를 구성하는 공진기들(120)은 예를 들면, 서로 다른 대역의 음향 주파수를 감지하도록 마련될 수 있다. 즉, 공진기들(120)은 서로 다른 중심 주파수를 가지도록 마련될 수 있다. 이를 위해, 공진기들(120)은 서로 다른 치수(dimension)를 가지도록 마련될 수 있다. 예를 들면, 공진기들(120)은 서로 다른 길이, 폭 또는 두께를 가지도록 마련될 수 있다. 캐비티(115) 상에 마련되는 공진기들(120)의 개수는 설계 조건에 따라 다양하게 변형될 수 있다.
도 1에는 서로 다른 길이를 가는 공진기들(120)이 캐비티(115)의 양측 가장 자리를 따라 2열로 서로 나란하게 배치되는 경우가 예시적으로 도시되어 있다. 하지만 이는 단지 예시적인 것으로, 이외에도 공진기들(120)은 다양한 형태로 배열될 수 있다. 예를 들면, 공진기들(120)은 1열로 배치될 수도 있다. 또한, 기판(110)에 캐비티(115)가 원형으로 형성되어 있고, 공진기들(120)이 캐비티(115)의 가장 자리를 따라 원형으로 배치되는 것도 가능하다. 이러한 공진기들(120)로 구성된 공진기 어레이는 기판(110)에 형성된 캐비티(115)를 부분적으로 덮을 수 있다.
기판(110)에 형성된 캐비티(115) 중 공진기 어레이를 통해 오픈된 부분은 충진 부재로 채워질 수 있다. 본 실시예에서, 충진 부재는 캐비티(115) 중 공진기 어레이를 통해 오픈된 부분의 적어도 일부를 덮도록 마련되는 커버 부재(150)를 포함할 수 있다. 이러한 커버 부재(150)는 음향 저항(acoustic resistance)을 증대시킴으로써 공진기 어레이의 상부와 하부 사이의 압력차(pressure gradient)를 크게 하는 역할을 할 수 있다. 이와 같이, 공진기 어레이의 상부와 하부 사이의 압력차가 커지게 되면 공진기 어레이를 구성하는 공진기들(120)의 변위(displacement)가 증가함에 따라 마이크로폰(100)의 감도(sensitivity)가 향상될 수 있다.
커버 부재(150)는 박막 형태로 마련될 수 있다. 예를 들면, 커버 부재(150)는 공진기들(120)과 비슷한 두께를 가지는 박막 형태로 마련될 수 있다. 이 경우, 커버 부재(150)는 공진기들(120)과 동일한 재질을 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 커버 부재(150)는 공진기 어레이의 상부와 하부 사이의 압력차를 최대로 할 수 있도록 캐비티(115) 중 공진기 어레이를 통해 오픈된 부분의 전체를 실질적으로 덮도록 마련될 수 있다.
도 4는 도 1에 도시된 마이크로폰(100)의 방향성 특성을 측정한 결과를 도시한 것이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 마이크로폰(100)은 양방향성(bi-directionality), 즉 0도 방향인 +z 축 방향으로의 방향성과 180도 방향인 -z 축 방향으로의 방향성을 가지고 있음을 알 수 있다. 이와 같이, 본 실시예에 따른 마이크로폰(100)은 지향성(directionality)를 가질 수 있다. 한편, 이하에서 설명되는 실시예에 따른 마이크로폰들도 도 1에 도시된 마이크로폰(100)과 마찬가지로 지향성을 가질 수 있다.
본 실시예에 따른 마이크로폰(100)에 의하면, 기판(110)에 형성된 캐비티(115) 중 공진기 어레이를 통해 오픈된 부분을 덮도록 커버 부재(150)를 마련함으로써 공진기 어레이의 상부와 하부 사이의 압력차를 크게 할 수 있고, 이에 따라, 마이크로폰(100)의 감도를 향상시킬 수 있다.
한편, 이상에서는 공진기 어레이가 서로 다른 중심 주파수를 가지는 복수의 공진기(120)로 구성되는 경우가 설명되었으나 이는 단지 예시적인 것이다. 예를 들어, 공진기 어레이를 구성하는 공진기들 중 적어도 일부가 동일한 중심 주파수를 가지도록 구성되거나 또는 공진기 어레이가 하나의 공진기 만을 가지도록 구성될 수도 있다.
도 5는 다른 예시적인 실시예에 따른 마이크로폰을 도시한 단면도이다. 도 5에 도시된 마이크로폰(100')은 커버 부재(150')가 두껍게 마련된다는 점을 제외하면 도 1에 도시된 마이크로폰(100)과 동일하다. 도 5를 참조하면, 커버 부재(150')는 예를 들면 기판(100)과 비슷한 두께를 가지도록 마련될 수 있다. 한편, 이외에도 커버 부재(150')는 다른 다양한 두께를 가질 수도 있다.
도 6a는 기존 마이크로폰의 예시적인 모델(10)을 도시한 것이다. 도 6b는 도 1에 도시된 실시예에 따른 마이크로폰의 예시적인 모델(200)을 도시한 것이다.
도 6a를 참조하면, 기판(11)에 캐비티(15)가 관통하도록 형성되어 있으며, 이 캐비티(15) 상에 서로 다른 길이를 가지는 64개의 공진기들(12)이 캐비티(15)의 양측 가장 자리에 2열로 서로 나란하게 배열되어 공진기 어레이를 구성하고 있다. 이에 따라, 공진기 어레이는 캐비티(15)의 일부를 덮도록 마련되어 있으며, 캐비티(15)의 다른 일부는 오픈되어 있다.
도 6b를 참조하면, 기판(210)에 캐비티(미도시)가 관통하도록 형성되어 있으며, 이 캐비티 상에 서로 다른 길이를 가지는 64개의 공진기들(220)이 캐비티(15)의 양측 가장 자리에 2열로 서로 나란하게 배열되어 공진기 어레이를 구성하고 있다. 이에 따라, 공진기 어레이는 캐비티의 일부를 덮도록 마련되어 있다. 그리고, 커버 부재(250)가 캐비티의 오픈된 부분을 전체적으로 덮도록 마련되어 있다.
도 7a는 도 6a에 도시된 마이크로폰 모델(10)에서 공진기 어레이의 상부와 하부에서의 압력을 도시한 시뮬레이션 결과이다. 그리고, 도 7b는 도 6b에 도시된 마이크로폰 모델(200)에서 공진기 어레이의 상부와 하부에서의 압력을 도시한 시뮬레이션 결과이다. 도 7a 및 도 7b에는 도 6a에 도시된 마이크로폰 모델(10)과 도 6b에 도시된 마이크로폰 모델(200)에 각각 1kHz 의 음향 주파수가 입력되었을 때 계산된 결과가 각각 도시되어 있다. 도 7a 및 도 7b에서, 양(+)의 z 값은 공진기 어레이의 상부 위치를 나타내며, 음(-)의 z 값은 공진기 어레이의 하부 위치를 나타낸다.
도 7a 및 도 7b를 참조하면, 도 6a에 도시된 기존 마이크로폰 모델(10)에서는 공진기 어레이의 상부 및 하부 사이의 압력차가 0.016Pa 이었으며, 6b에 도시된 예시적인 실시예에 따른 마이크로폰 모델(200)에서는 공진기 어레이의 상부 및 하부 사이의 압력차가 0.036Pa 이었다. 이러한 결과들로부터 6b에 도시된 실시예에 따른 마이크로폰 모델(200)이 도 6a에 도시된 기존 마이크로폰 모델(10)에 비해 감도가 대략 6.5dB 정도 증가했음을 알 수 있다.
도 8a는 도 6a에 도시된 마이크로폰 모델(10)에서 공진기 어레이의 주파수 응답 특성을 도시한 시뮬레이션 결과이다. 그리고, 도 8b는 도 6b에 도시된 마이크로폰 모델(200)에서 공진기 어레이의 주파수 응답 특성을 도시한 시뮬레이션 결과이다.
도 8a 및 도 8b를 참조하면, 도 6a에 도시된 기존 마이크로폰 모델(10)의 공진기들(12)에 비해 도 6b에 도시된 실시예에 따른 마이크로폰 모델(200)의 공진기들(220)에서 증가된 변위가 증가하였다. 이러한 결과들로부터 6b에 도시된 실시예에 따른 마이크로폰 모델(200)이 도 6a에 도시된 기존 마이크로폰 모델(10)에 비해 감도가 대략 6.2dB 정도 증가했음을 알 수 있다.
도 9a는 도 6a에 도시된 마이크로폰 모델(10)의 감도를 측정한 결과를 도시한 것이다. 도 9b는 도 6b에 도시된 마이크로폰 모델(200)의 감도를 측정한 결과를 도시한 것이다.
도 9a 및 도 9b에 도시된 바와 같이 실제 측정 결과들로부터도 도 6b에 도시된 실시예에 따른 마이크로폰 모델(200)이 도 6a에 도시된 기존 마이크로폰 모델(10)에 비해 감도가 향상되었다는 것을 알 수 있다.
도 9c는 도 6b에 도시된 마이크로폰 모델(200)에서 커버 부재(250)만의 주파수 응답 특성을 측정한 결과를 도시한 것이다. 도 9c에 도시된 바와 같이, 도 6b에 도시된 마이크로폰 모델(200)에서는 음향 신호가 입력되면 커버 부재(250)에도 변위가 발생되고 있음을 알 수 있다. 그리고, 이렇게 발생된 커버 부재(250)의 변위가 공진기 어레이를 구성하는 공진기들(220)의 변위에도 영향을 줌으로써 감도를 보다 향상시킬 수도 있다.
도 10은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 마이크로폰(300)을 도시한 사시도이고, 도 11은 도 10에 도시된 마이크로폰(300)의 일부를 확대하여 도시한 평면도이다. 그리고, 도 12는 도 10의 II-II'선을 따라 본 단면도이다.
도 10 내지 도 12를 참조하면, 마이크로폰(300)은 기판(310), 공진기 어레이 및 고정 부재(370)를 포함한다. 기판(310)에는 캐비티(315)가 관통하도록 형성되어 있다. 기판(310)으로는 예를 들면 실리콘 기판이 사용될 수 있다. 하지만, 이는 단지 예시적인 것으로, 기판(310)은 다른 다양한 재질을 포함할 수 있다.
공진기 어레이는 기판(310)의 캐비티(315) 상에 소정 형태로 배열된 복수의 공진기(320)를 포함할 수 있다. 여기서, 복수의 공진기(320)은 예를 들면, 서로 다른 중심 주파수를 가지도록 서로 다른 길이를 가질 수 있다. 도 10에는 캐비티(315)의 가운데 부분에 서로 다른 길이를 가지는 복수의 공진기(320)가 2열로 서로 나란하게 배열된 경우가 도시되어 있다. 하지만, 이는 단지 예시적인 것으로, 이외에도 공진기들(320)은 다른 다양한 형태로 배열될 수 있다. 이러한 공진기 어레이는 기판(310)에 형성된 캐비티(315)를 부분적으로 덮을 수 있다.
기판(310)과 공진기 어레이 사이에는 공진기들(320) 각각의 일단부를 고정하는 고정 부재(370)가 마련되어 있다. 고정 부재(370)는 일측이 기판(310)에 고정되어 있으며, 다른 일측은 공진기들(320) 각각의 일단부를 고정하도록 마련되어 있다. 또한, 고정 부재(370)는 기판(310)에 형성된 캐비티(315)의 오픈된 부분을 덮도록 마련될 수 있다. 고정 부재(370)는 캐비티(315) 중 공진기 어레이를 통해 오픈된 부분의 적어도 일부를 덮도록 마련될 수 있다. 이와 같이, 고정 부재(370)는 캐비티(315)의 오픈된 부분을 채우는 충진 부재로서의 역할도 할 수 있다. 도 10에는 캐비티(315)의 가운데 부분에 공진기들(320)이 2열로 배열되어 있으며, 고정 부재가 캐비티(315)의 양측에 각각 마련되는 경우가 도시되어 있다.
고정 부재(370)는 후술하는 바와 같이 커플링 효과(coupling effect)에 의해 공진기들(320)의 변위를 증대시키고, 캐비티(315)의 오픈된 부분을 덮어서 공진기 어레이의 상부와 하부 사이의 압력차를 증대시킴으로써 마이크로폰의 감도를 보다 향상시킬 수 있다.
고정 부재(370)는 공진기들(310)의 움직임과 연동하여 움직일 수 있으며, 캐비티(315)의 적어도 일부를 덮도록 마련될 수 있다. 이러한 고정 부재(370)는 박막 형태로 마련될 수 있다. 예를 들면, 고정 부재(370)는 공진기(320)와 비슷한 두께를 가지는 박막 형태로 마련될 수 있다. 고정 부재(370)는 공진기(320)와 동일한 재질을 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
고정 부재(270)가 공진기들(310)의 움직임과 연동하여 움직이게 되면 커플링 효과에 의해 공진기 어레이를 구성하는 공진기들(320)의 변위가 증가할 수 있으며, 이에 따라 마이크로폰(300)의 감도가 향상될 수 있다. 구체적으로, 공진기 어레이의 특정 공진기(320)가 움직이는 경우에는 이 특정 공진기(320)의 움직임과 연동하여 고정 부재(370)도 움직이게 된다. 그리고, 이러한 고정 부재(370)의 움직임은 특정 공진기(320)에 인접하는 공진기들(320)의 움직임에도 영향을 주게 됨으로써 공진기들(320)의 변위가 증대될 수 있으며, 이에 따라 마이크로폰(300)의 감도가 향상될 수 있다.
또한, 고정 부재(370)는 캐비티(315)의 오픈된 부분을 덮도록 마련되어 공진기 어레이의 상부 및 하부 사이의 압력차를 증대시킴으로써 마이크로폰(300)의 감도를 보다 향상시킬 수 있다. 구체적으로, 고정 부재(370)는 캐비티(315) 중 공진기 어레이를 통해 오픈된 부분의 적어도 일부를 덮도록 마련되어 있다. 이에 따라, 공진기 어레이의 상부 및 하부 사이의 압력차가 증대될 수 있으므로 마이크로폰(300)의 감도가 보다 향상될 수 있다. 고정 부재(370)는 공진기 어레이의 상부와 하부 사이의 압력차를 최대로 할 수 있도록 캐비티(315)의 오픈된 부분을 전체적으로 덮도록 마련될 수 있다.
본 실시예에 따른 마이크로폰(300)에 의하면, 공진기들(320) 각각의 일단부를 고정하는 고정 부재(370)가 공진기들(320)과 연동하여 움직이도록 마련됨으로써 커플링 효과에 의해 공진기들(320)의 변위를 증대시킬 수 있으며, 이에 따라 마이크로폰의 감도를 향상시킬 수 있다. 또한, 고정 부재(370)는 기판(310)에 형성된 캐비티(315)의 오픈된 부분을 덮도록 마련됨으로써 공진기 어레이의 상부 및 하부 사이의 압력차를 증대시킬 수 있으며, 이에 따라 마이크로폰(300)의 감도를 보다 향상시킬 수 있다.
도 13a는 기존 마이크로폰의 예시적인 모델(50)을 도시한 것이다. 도 13b는 도 10에 도시된 실시예에 따른 마이크로폰의 예시적인 모델(400)을 도시한 것이다.
도 13a를 참조하면, 기판(51)에 캐비티(55)가 관통하도록 형성되어 있으며, 서로 다른 길이를 가지는 9개의 공진기들(52)이 캐비티(55)의 일측에 1열로 배열되어 공진기 어레이를 구성하고 있다. 이러한 공진기 어레이는 캐비티(55)의 일부를 덮도록 마련되며, 캐비티(55)의 다른 일부는 오픈되어 있다.
도 13b를 참조하면, 기판(410)에 캐비티(415)가 관통하도록 형성되어 있으며, 서로 다른 길이를 가지는 9개의 공진기들(420)이 캐비티(415)의 일측에 1열로 배열되어 공진기 어레이를 구성하고 있다. 그리고, 기판(410)과 공진기 어레이는 사이에는 고정 부재(470)가 공진기들(420) 각각의 일단부를 고정하면서 캐비티(415)의 일부를 덮도록 마련되어 있다.
도 14a는 도 13a에 도시된 마이크로폰 모델(50)에서 공진기들(52)의 변위를 도시한 시뮬레이션 결과이다. 도 14b는 도 13b에 도시된 마이크로폰 모델(400)에서 공진기들(420)의 변위를 도시한 시뮬레이션 결과이다.
도 14a 및 도 14b를 참조하면, 도 13b에 도시된 실시예에 따른 마이크로폰 모델(400)의 공진기들(420)이 13a에 도시된 기존 마이크로폰 모델(50)의 공진기들(52)에 비해 변위가 증가하였음을 알 수 있다. 보다 구체적으로, 도 14b에 도시된 바와 같이 특정 공진기(420)에 변위가 발생되었을 때 커플링 효과에 의해 이 특정 공진기에 인접한 공진기들(420)의 변위가 증대되었음을 알 수 있다. 따라서, 도 13b에 도시된 실시예에 따른 마이크로폰(400)은 13a에 도시된 기존 마이크로폰 모델(50)에 비해 감도가 향상될 수 있다.
도 15는 도 10에 도시된 실시예에 따른 마이크로폰의 다른 예시적인 모델(500)을 도시한 것이다.
도 15를 참조하면, 기판(510)에 캐비티(515)가 관통하도록 형성되어 있으며, 이 캐비티(515)의 가운데 부분에 서로 다른 길이를 가지는 64개의 공진기들(520)이 2열로 배열되어 공진기 어레이를 구성하고 있다. 그리고, 캐비티(515) 양측의 기판(510)과 공진기 어레이 사이에는 고정 부재(570)가 공진기들(520) 각각의 일단부를 고정하도록 마련되어 있다. 공진기 어레이 및 고정 부재(570)는 캐비티(515)를 전체적으로 덮도록 마련되어 있다. 구체적으로, 공진기 어레이는 캐비티(515)의 가운데 부분을 덮도록 마련되어 있으며, 고정 부재(570)는 캐비티(515)의 양측 부분을 덮도록 마련되어 있다.
도 16a는 도 15에 도시된 마이크로폰 모델(500)의 감도를 측정한 결과를 도시한 것이다.
전술한 바와 같이, 도 9a에는 도 6a에 도시된 기존 마이크로폰 모델(10)의 감도를 측정한 결과가 도시되어 있다. 도 9a와 도 16a에 도시된 측정 결과들을 비교하면, 도 15에 도시된 실시예에 따른 마이크로폰 모델(500)이 도 6a에 도시된 기존 마이크로폰 모델(10)에 비해 감도가 향상되었음을 알 수 있다.
도 16b는 도 15에 도시된 마이크로폰 모델(500)에서 고정 부재(570) 만의 주파수 응답 특성을 측정한 결과를 도시한 것이다. 도 16b에 도시된 바와 같이, 도 15에 도시된 마이크로폰 모델(500)에 음향 신호가 입력되면 고정 부재(570)는 공진기들(570)의 움직임과 연동하여 움직이면서 변위를 발생시키고 있음을 알 수 있다. 이러한 고정 부재(570)의 움직임은 공진기들(520)의 변위를 증대시킴으로써 마이크로폰(500)의 감도를 향상시킬 수 있다.
도 17은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 마이크로폰(600)을 도시한 사시도이고, 도 18은 도 17의 III-III'선을 따라 본 단면도이다.
도 17 및 도 18을 참조하면, 마이크로폰(600)은 기판(610), 공진기 어레이 및 고정 부재(670)를 포함한다. 기판(610)에는 캐비티(615)가 관통하도록 형성되어 있다. 공진기 어레이는 기판(610)의 캐비티(615) 상에 소정 형태로 배열된 복수의 공진기(620)를 포함할 수 있다. 도 17에는 서로 다른 길이를 가지는 복수의 공진기(620)가 캐비티(615)의 양측에 2열로 배열된 경우가 도시되어 있다. 이러한 공진기 어레이는 기판(610)에 형성된 캐비티(615)를 부분적으로 덮도록 마련될 수 있다.
양측으로 배열된 공진기들(620) 사이에 있는 캐비티(615)의 가운데 부분에는 고정 부재(670)가 마련되어 있다. 여기서, 고정 부재(670)의 양측은 각각 공진기들(620) 각각의 일단부를 고정하도록 마련되어 있다. 이 고정 부재는 캐비티(615)의 가운데 부분을 덮도록 마련될 수 있다.
고정 부재(670)는 공진기들(610)의 움직임과 연동하여 움직일 수 있으며, 캐비티(615)의 적어도 일부를 덮도록 마련될 수 있다. 이러한 고정 부재(670)는 박막 형태로 마련될 수 있다. 고정 부재(670)는 공진기 어레이의 상부와 하부 사이의 압력차를 최대로 할 수 있도록 캐비티(615) 중 공진기 어레이를 통해 오픈된 부분을 전체적으로 덮도록 마련될 수 있다.
본 실시예에 따른 마이크로폰(600)에 의하면, 고정 부재(670)가 공진기들(620) 각각의 일단부를 고정하면서 공진기들(620)과 연동하도록 마련됨으로써 커플링 효과에 의해 공진기들(620)의 변위를 증대시킬 수 있으며, 이에 따라 마이크로폰(600)의 감도를 향상시킬 수 있다. 또한, 고정 부재(670)는 캐비티(615) 중 공진기들(620)에 의해 오픈된 부분을 덮도록 마련됨으로써 공진기 어레이의 상부 및 하부 사이의 압력차를 증대시킬 수 있으며, 이에 따라 마이크로폰(600)의 감도를 보다 향상시킬 수 있다.
도 19는 또 다른 예시적인 실시예에 따른 마이크로폰(700)을 도시한 사시도이고, 도 20은 도 17의 IV-IV'선을 따라 본 단면도이다.
도 19 및 도 20을 참조하면, 마이크로폰(700)은 기판(710), 공진기 어레이 및 충진 부재를 포함한다. 기판(710)에는 캐비티(715)가 관통하도록 형성되어 있다. 공진기 어레이는 기판(710)의 캐비티(715) 상에 소정 형태로 배열된 복수의 공진기(720)를 포함할 수 있다. 도 19에는 서로 다른 길이를 가지는 복수의 공진기(720)가 캐비티(715)의 가운데 부분에 2열로 배열된 경우가 도시되어 있다.
충진 부재는 캐비티(715) 중 공진기 어레이를 통해 오픈된 부분을 채우도록 마련될 수 있다. 이 충진 부재는 커버 부재(750) 및 고정 부재(770)를 포함할 수 있다. 도 19에서 고정 부재(770)는 2열로 배열된 공진기들(720) 사이에 있는 캐비티(715)를 덮도록 마련될 수 있으며, 커버 부재(750)는 공진기들(720)의 양측에 있는 캐비티(715)를 덮도록 마련될 수 있다.
고정 부재(770)의 양측은 각각 공진기들(720) 각각의 일단부를 고정하도록 마련되어 있다. 이러한 고정 부재(770)는 공진기들(720)의 움직이과 연동하여 움직일 수 있는 박막 형태로 마련될 수 있다. 그리고, 커버 부재(750)는 캐비티(715) 중 공진기 어레이 및 고정 부재(770)를 통해 오픈된 부분을 덮도록 마련될 수 있다. 여기서, 고정 부재(770) 및 커버 부재(750)는 공진기 어레이의 상부와 하부 사이의 압력차를 최대로 할 수 있도록 캐비티(715)의 오픈된 부분을 전체적으로 덮도록 마련될 수 있다.
본 실시예에 따른 마이크로폰(700)에 의하면, 기판(710)에 형성된 캐비티(715) 중 공진기 어레이를 통해 오픈된 부분의 일부를 덮도록 커버 부재(750)를 마련함으로써 공진기 어레이의 상부와 하부 사이의 압력차를 크게 할 수 있으며, 이에 따라 마이크로폰(700)의 감도를 향상시킬 수 있다. 또한, 공진기들(720)의 일단부를 고정하고, 캐비티(715) 중 공진기 어레이 및 커버 부재(750)를 통해 오픈된 부분을 덮도록 고정 부재(770)를 마련함으로써 공진기들(720)의 변위를 증대시키는 동시에 공진기 어레이의 상부와 하부 사이의 압력차를 증대시킬 수 있으며, 이에 따라 마이크로폰(700)의 감도를 보다 향상시킬 수 있다.
도 21은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 마이크로폰(800)을 도시한 사시도이고, 도 22는 도 21의 V-V'선을 따라 본 단면도이다.
도 21 및 도 22를 참조하면, 마이크로폰(800)은 기판(810), 공진기 어레이 및 충진 부재를 포함한다. 기판(810)에는 캐비티(815)가 관통하도록 형성되어 있다. 공진기 어레이는 기판(810)의 캐비티(815) 상에 소정 형태로 배열된 복수의 공진기(820)를 포함할 수 있다. 도 21에는 서로 다른 길이를 가지는 복수의 공진기(820)가 캐비티(815)의 가운데 부분에 2열로 배열된 경우가 도시되어 있다.
충진 부재는 캐비티(815) 중 공진기 어레이를 통해 오픈된 부분을 채우도록 마련될 수 있다. 충진 부재는 커버 부재(850) 및 고정 부재(870)를 포함할 수 있다. 도 21에서 커버 부재(850)는 2열로 배열된 공진기들(820) 사이에 있는 캐비티(815)를 덮도록 마련될 수 있으며, 고정 부재(870)는 공진기들(820)의 양측에 있는 캐비티(815)를 덮도록 마련될 수 있다.
고정 부재(870)는 일측이 공진기들(820) 각각의 일단부를 고정하도록 마련되고, 타측은 기판(810)에 고정되도록 마련되어 있다. 이러한 고정 부재(870)는 공진기들(820)의 움직임과 연동하여 움직일 수 있는 박막 형태로 마련될 수 있다. 그리고, 커버 부재(850)는 캐비티(815) 중 공진기 어레이 및 고정 부재(870)를 통해 오픈된 부분을 덮도록 마련될 수 있다. 여기서, 고정 부재(870) 및 커버 부재(850)는 공진기 어레이의 상부와 하부 사이의 압력차를 최대로 할 수 있도록 캐비티(815)의 오픈된 부분을 전체적으로 덮도록 마련될 수 있다.
본 실시예에 따른 마이크로폰(800)에 의하면, 기판(810)에 형성된 캐비티(815) 중 공진기 어레이를 통해 오픈된 부분의 일부를 덮도록 커버 부재(850)를 마련함으로써 공진기 어레이의 상부와 하부 사이의 압력차를 크게 할 수 있으며, 이에 따라 마이크로폰(800)의 감도를 향상시킬 수 있다. 또한, 공진기들(820)의 일단부를 고정하고, 캐비티(815) 중 공진기 어레이 및 커버 부재(850)를 통해 오픈된 부분을 덮도록 고정 부재(870)를 마련함으로써 공진기들(820)의 변위를 증대시키는 동시에 공진기 어레이의 상부와 하부 사이의 압력차를 증대시킬 수 있으며, 이에 따라 마이크로폰(800)의 감도를 보다 향상시킬 수 있다.
한편, 이상의 실시에들에서는 공진기 어레이가 서로 다른 중심 주파수를 가지는 복수의 공진기로 구성되는 경우가 설명되었으나 이에 한정되지는 않는다. 따라서, 예를 들면, 공진기 어레이를 구성하는 공진기들 중 적어도 일부가 동일한 중심 주파수를 가지도록 구성되거나 또는 공진기 어레이가 하나의 공진기 만을 가지도록 구성될 수도 있다.
이상의 예시적인 실시예들에 따르면, 기판에 형성된 캐비티의 오픈된 부분을 덮도록 커버 부재를 마련하여 공진기 어레이의 상부와 하부 사이의 압력차를 크게 함으로써 공진기들의 변위를 증대시킬 수 있으며, 이에 따라 마이크로폰의 감도를 향상시킬 수 있다. 또한, 공진기 어레이의 일단부를 고정하는 동시에 캐비티의 오픈된 부분을 덮도록 고정 부재를 마련함으로써 커플링 효과에 의해 공진기들의 변위를 증대시킬 수 있고, 공진기 어레이의 상부와 하부 사이의 압력차를 크게 할 수 있으며, 이에 따라 마이크로폰의 감도를 보다 향상시킬 수 있다.
100,200,300,400,500,600,700,800.. 마이크로폰
110,210,310,410,510,610,710,810.. 기판
115,215,315,415,515,615,715.815.. 캐비티
120,220,320,420,520,620,720,820.. 공진기
121.. 고정부 122.. 가동부
123.. 감지부 124.. 질량체
150,150',250,750,850.. 커버 부재
370,470,570,670770,870.. 고정 부재

Claims (20)

  1. 캐비티가 관통하도록 형성된 기판;
    적어도 하나의 공진기를 포함하며, 상기 캐비티를 부분적으로 덮도록 마련되는 공진기 어레이; 및
    상기 공진기 어레이와 동일 평면 상에 마련되며, 상기 캐비티 중 상기 공진기 어레이를 통해 오픈된 부분의 전체를 덮도록 마련되는 커버 부재;를 포함하는 지향성 마이크로폰.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 커버 부재는 박막 형태로 마련되는 지향성 마이크로폰.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 공진기 각각은 일단부가 상기 기판에 고정되도록 마련되는 지향성 마이크로폰.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 공진기 각각은, 상기 기판에 고정되는 고정부와, 상기 고정부에서 연장되어 마련되며 음향 신호에 반응하여 가동되는 가동부와, 상기 가동부의 움직임을 센싱하는 감지부를 포함하는 지향성 마이크로폰.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 캐비티가 관통하도록 형성된 기판;
    적어도 하나의 공진기를 포함하며, 상기 캐비티를 부분적으로 덮도록 마련되는 공진기 어레이; 및
    상기 공진기 어레이와 동일 평면 상에 마련되고, 상기 적어도 하나의 공진기 각각의 일단부를 고정하며, 상기 캐비티 중 상기 공진기 어레이를 통해 오픈된 부분의 전체를 덮도록 마련되는 고정 부재;를 포함하는 지향성 마이크로폰.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 고정 부재는 상기 적어도 하나의 공진기와 연동하여 움직일 수 있도록 박막 형태로 마련되는 지향성 마이크로폰.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 캐비티가 관통하도록 형성된 기판;
    적어도 하나의 공진기를 포함하며, 상기 캐비티를 부분적으로 덮도록 마련되는 공진기 어레이; 및
    상기 공진기 어레이와 동일 평면 상에 마련되며, 상기 캐비티 중 상기 공진기 어레이를 통해 오픈된 부분의 전체를 덮도록 마련되는 충진 부재;를 포함하는 지향성 마이크로폰.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 충진 부재는 상기 캐비티 중 상기 공진기 어레이를 통해 오픈된 부분의 적어도 일부를 덮도록 마련되는 커버 부재를 포함하는 지향성 마이크로폰.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 충진 부재는 상기 적어도 하나의 공진기 각각의 일단부를 고정하며, 상기 캐비티 중 상기 공진기 어레이 및 상기 커버 부재를 통해 오픈된 부분을 덮도록 마련되는 고정 부재를 더 포함하는 지향성 마이크로폰.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 충진 부재는 상기 적어도 하나의 공진기 각각의 일단부를 고정하며, 상기 캐비티 중 상기 공진기 어레이를 통해 오픈된 부분의 적어도 일부를 덮도록 마련되는 고정 부재를 포함하는 지향성 마이크로폰.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 충진 부재는 상기 캐비티 중 상기 공진기 어레이 및 상기 고정 부재를 통해 오픈된 부분을 덮도록 마련되는 커버 부재를 더 포함하는 지향성 마이크로폰.
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