KR20000035228A - 압전 스피커, 이의 제조 방법 및 이를 구비한 스피커 시스템 - Google Patents

압전 스피커, 이의 제조 방법 및 이를 구비한 스피커 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 압전 스피커에 관한 것으로, 이 압전 스피커는 프레임, 진동판, 이 진동판 위에 설치된 압전 소자, 프레임 및 진동판를 지지하는 진동판에 연결되어 진동판을 선형으로 진동시키는 댐퍼, 및 진동판과 프레임 사이의 갭을 통한 누설을 방지하는 에지를 구비한다.

Description

압전 스피커, 이의 제조 방법 및 이를 구비한 스피커 시스템{Piezoelectric speaker, method for producing the same, and speaker system including the same}
본 발명은 예를 들면 오디오 장비에 사용하기 위한 압전 스피커, 이의 제조 방법 및 이와 같은 압전 스피커를 구비한 스피커 시스템에 관한 것이다.
압전 스피커의 오디오 재생 기구는 평면 공진에 기초하고 있다. 종래의 압전 스피커는 진동판의 외주부가 프레임에 고정되어 있는 구조를 가진다. 이와 같은 구조에 있어서, 진동판의 진폭은 진동판의 외주부를 향해 크게 감소된다. 그 결과, 진동판의 외주부로부터 공기로 전달될 수 있는 진동 에너지가 크게 감소된다. 이와 같은 진동판의 특성은 진동 드럼(percussion drum)의 진동면의 특성과 동일하다.
이 때문에, 종래의 압전 스피커는 높은 음압 레벨이 소리가 상대적으로 작은 진폭에서 재생되는 고주파수 범위에서 얻어지고, 한편 충분히 높은 음압 레벨이 대략 1kHz이하의 낮은 주파수 범위에서 얻어지지 않는 문제를 가지고 있다.
따라서, 종래의 압전 스피커는 예를 들면 고주파수 범위의 재생음을 위한 트위터(tweeter) 및 전화 수신기에만 응용된다.
도 22는 수지 거품체(resin foam body) 사이에 협지된 진동판을 구비한 종래의 압전 스피커(220)의 구조를 나타낸다. 압전 스피커(220)는 금속 진동판(224), 이 금속 진동판(224)에 설치된 압전 소자(223) 및 금속 진동판(224)의 외주부를 고정하기 위한 수지 거품체(222)를 구비하고 있다.
또한 금속 진동판(224)의 진폭을 증가시키기 위해 제공된 수지 거품체(222)는 금속 진동판(224)의 외주부를 고정하기 위한 지지 요소로서 반대 역할을 한다. 실제로, 수지 거품체(222)는 금속 진동판(224)의 진폭을 증가시키기 위한 것보다는 금속 진동판(224)의 외주부를 고정하기 위해 많이 제공된다. 따라서, 충분한 컴플라이언스가 얻어지지 않는다.
압전 스피커(220)의 진동판(224)은 진동 드럼의 진동면과 유사하게 행동하므로, 진동판의 외주부가 프레임에 고정되어 있는 종래의 압전 스피커에서와 같이 저주파수 범위에서 소리의 재생에 곤란성을 가지고 있다.
또, 압전 스피커(220)는 수지 거품체와 수지 거품체(222)를 유지하는 프레임(도시하지 않음)의 두께에 의해 불가피하게 증가되는 두께가 특정 레벨보다 작을 때까지 감소될 수 없는 불편함을 가지고 있다.
상기한 바와 같이, 종래의 압전 스피커는 저주파수 범위의 재생음에 곤란성을 가지는 문제를 가지고 있다. 종래의 압전 스피커는 강한 공진 모드가 특정 주파수에서 발생되기 때문에 큰 피크 ??(peak dip)이 넓은 주파수 범위에서 음향 특성에 나타나는 다른 문제점을 가지고 있다.
도 1은 본 발명에 따른 예에서의 압전 스피커의 구조를 나타낸 평면도.
도 2a는 시트(8)를 진동판(4a 내지 4d)에 접착시켜 형성된 에지(7a, 7b)를 나타낸, 도 1에 도시된 압전 스피커의 단면도.
도 2b는 진동판(4a)과 내부 프레임(2b) 사이의 갭을 수지로 충전하여 형성된 에지(7a, 7b)를 나타낸, 도 1에 도시된 압전 스피커의 단면도.
도 3a는 본 발명에 따른 다른 예에서의 압전 스피커(1b)의 구조를 나타낸 평면도.
도 3b는 본 발명에 따른 다른 예에서의 압전 스피커의 구조를 나타낸 평면도.
도 4는 본 발명에 따른 다른 예에서의 압전 스피커(1d)의 구조를 나타낸 평면도.
도 5는 본 발명에 따른 다른 예에서의 압전 스피커(1e)의 구조를 나타낸 평면도.
도 6은 JIS 표준에 부합하도록 제조된 스피커 상자에서의 압전 스피커(1a)(도 5)의 음향 특성을 나타낸 그래프.
도 7은 JIS 표준에 부합하도록 제조된 스피커 상자에서의 압전 스피커(1e)의 음향 특성을 나타낸 그래프.
도 8은 JIS 표준에 부합하도록 제조된 스피커 상자에서의 종래 압전 스피커(22)(도 22)의 음향 특성을 나타낸 그래프.
도 9a는 본 발명에 따른 다른 예에서의 압전 스피커(1f)에 사용된 나비형 댐퍼(butterfly damper)의 형상을 나타낸 도면.
도 9b는 본 발명에 따른 다른 예에서의 압전 스피커(1g)에 사용된 나비형 댐퍼를 나타낸 도면.
도 10은 JIS 표준에 부합하도록 제조된 스피커 상자에서의 본 발명에 따른 다른 예에서의 압전 스피커(1h)의 음향 특성을 나타낸 그래프.
도 11은 JIS 표준에 부합하도록 제조된 스피커 상자에서의 본 발명에 따른 다른 예에서의 압전 스피커(1i)의 음향 특성을 나타낸 그래프.
도 12는 JIS 표준에 부합하도록 제조된 스피커 상자에서의 압전 스피커(1f)의 음향 특성을 나타낸 그래프.
도 13은 JIS 표준에 부합하도록 제조된 스피커 상자에서의 압전 스피커(1g)의 음향 특성을 나타낸 그래프.
도 14a는 본 발명에 따른 스피커 시스템(140)의 외부를 등각으로 나타낸 도면.
도 14b는 도 14a에 도시된 스피커 시스템(140)에 구비된 압전 스피커(1f 내지 1i)의 접속 관계를 나타낸 도면.
도 15는 JIS 표준에 부합하도록 제조된 스피커 상자에서의 스피커 시스템(140)(도 14a)의 음향 특성을 나타낸 그래프.
도 16은 본 발명에 따른 다른 예에서의 압전 스피커(1j)에 사용된 진동판(4 a 내지 4d)을 나타낸 평면도.
도 17은 JIS 표준에 부합하도록 제조된 스피커 상자에서의 압전 스피커(1j)의 음향 특성을 나타낸 그래프.
도 18은 본 발명에 따른 다른 예에서의 압전 스피커(1k)의 구조를 나타낸 평면도.
도 19는 JIS 표준에 부합하도록 제조된 스피커 상자에서의 압전 스피커(1k)의 음향 특성을 나타낸 그래프.
도 20a는 가공전의 금속판(200)의 형상을 나타낸 도면.
도 20b는 가공후의 금속판(200)의 형상을 나타낸 도면.
도 20c는 압전 소자(3e 내지 3i)가 배치되어 있는 상태를 나타낸 도면.
도 20d는 에지(7a, 7b)가 형성되어 있는 상태를 나타낸 도면.
도 20e는 절연막(28)이 형성되어 있는 상태를 나타낸 도면.
도 20f는 와이어(29)가 형성되어 있는 상태를 나타낸 도면.
도 20g는 절연막(38a)이 형성되어 있는 상태를 나타낸 도면.
도 20h는 절연막(38b)이 형성되어 있는 상태를 나타낸 도면.
도 20i는 와이어(49a)가 형성되어 있는 상태를 나타낸 도면.
도 20j는 와이어(49b)가 형성되어 있는 상태를 나타낸 도면.
도 20k는 외부 단자(5l)가 삽입되어 있는 상태를 나타낸 도면.
도 20l은 외부 단자(51) 및 도 20k의 선 L-L'에 따라 절취한 외부 단자 근방의 단면도.
도 20m은 마스크(68a)의 형상을 나타낸 도면.
도 20n은 마스크(68b)의 형상을 나타낸 도면.
도 21은 가공후 금속판(200)의 형상을 나타낸 도면.
도 22는 종래의 압전 구조(220)를 나타낸 평면도.
도 23은 JIS 표준에 부합하도록 제조된 스피커 상자에서의 압전 스피커(1m)의 음향 특성을 나타낸 그래프.
도 24는 본 발명에 따른 다른 예에서의 압전 스피커(ln)의 음향 특성을 나타낸 그래프.
본 발명의 일 특징에 따르면, 압전 스피커는 프레임과, 진동판과, 상기 진동판 위에 제공된 압전 소자와, 상기 프레임과 상기 진동판에 연결되고 상기 진동판이 선형으로 진동할 수 있도록 상기 진동판을 지지하는 댐퍼, 및 상기 진동판과 상기 프레임 사이의 갭을 통해 공기가 누설되는 것을 방지하기 위한 에지를 포함한다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 압전 스피커는 프레임과, 복수의 진동판과, 복수의 상기 진동판 위에 제공된 적어도 하나의 압전 소자와, 상기 프레임과 상기 복수의 진동판에 연결되고 각각의 상기 복수의 진동판이 선형으로 진동할 수 있도록 상기 복수의 진동판을 지지하는 복수의 댐퍼, 및 상기 복수의 진동판과 상기 프레임 사이의 갭을 통해 공기 누설되는 것을 방지하기 위한 에지를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 적어도 하나의 압전 소자는 제 1 압전 소자와 복수의 제 2 압전 소자를 구비하고, 상기 제 1 압전 소자는 진동을 상기 복수의 진동판에 전달하고, 각각의 상기 복수의 제 2 압전 소자는 진동을 상기 제 2 압전 소자에 대응하는 상기 복수의 진동판 중 하나에 전달한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 복수의 진동판 표면의 적어도 일부 위에는 수지 부분이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 에지는 상기 복수의 진동판 표면에 제공된 상기 수지 부분의 것과 같은 종류의 수지로 형성된다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 복수의 댐퍼는 서로 다른 물리적 특성을 가진 복수의 부분을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 에지는 서로 다른 물리적 특성을 가진 복수의 부분을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 복수의 진동판은 서로 다른 중량을 가진다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 복수의 진동판에는 서로 다른 두께의 수지층이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 복수의 진동판은 서로 다른 두께를 가진다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 압전 스피커를 제조하는 방법은, 프레임, 복수의 진동판, 및 상기 프레임과 상기 복수의 진동판에 연결되고 각각의 상기 복수의 진동판이 선형으로 진동할 수 있도록 상기 복수의 진동판을 지지하는 복수의 댐퍼를 형성하기 위해 플레이트를 가공 처리하는 단계와, 적어도 하나의 압전 소자를 상기 복수의 진동판 위에 배열하는 단계와, 상기 복수의 진동판과 상기 프레임 사이의 갭을 통해 공기가 누설되는 것을 방지하기 위해 에지를 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 에지는 상기 복수의 진동판에 시트(sheet)를 접합하여 형성된다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 시트는 탄성을 갖는 얇은 고무 필름이다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 시트는 함침(impregnation) 및 코팅 중 하나에 의해 고무 탄성을 갖는 수지가 충전되어 있는 탄성을 갖는 직조된 천 및 탄성을 갖는 부직(non-woven)의 천 중 하나이다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 에지는 상기 액체 폴리머 수지의 표면 장력에 의해 생기는 모세관 작용을 이용하여 상기 복수의 진동판과 상기 프레임 사이의 갭에 액체 폴리머 수지를 유지시킴으로써 형성된다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 폴리머 수지는 용매 휘발성 경화 수지, 적어도 2가지 종류의 액체 수지 성분을 포함하는 혼합물 반응 경화 수지(mixture reaction curable resin), 및 저온 반응 경화 수지중 하나이다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 폴리머 수지는 디핑(dipping) 및 스핀-코팅(spin-coating) 중 하나에 의해 상기 갭에 유지된다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 에지를 형성하는 단계 전에 상기 복수의 진동판과 상기 폴리머 수지 사이의 접착력을 향상시키는 단계를 부가로 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 적어도 하나의 압전 소자를 전기적으로 접속하는 단계를 부가로 포함한다.
본 발명의 일 특징에 따르면, 스피커 시스템은 상기 복수의 스피커를 구비한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 복수의 스피커는 서로의 피크 딥(peak dip)을 보완하도록 하기 위해 상이한 음향 특성을 가진다.
따라서, 본 명세서에 기재된 발명은 (1) 저주파수 범위에서의 소리 재생을 위한 압전 스피커, 이의 제조 방법, 및 이와 같은 압전 스피커를 구비하는 스피커 시스템, (2) 음향 특성에 큰 피크 딥이 나타나는 것을 억제하기 위한 압전 스피커, 이의 제조 방법 및 이와 같은 압전 스피커를 구비하는 스피커를 제공하는 이점을 가능하게 한다.
상기 및 다른 목적은 첨부 도면을 참조한 다음의 상세한 설명을 통해 이 기술 분야에서 숙련된 사람은 명백하게 될 것이다.
이하, 본 발명은 첨부 도면을 참조하여 예시적인 예에 의해 설명된다.
1. 압전 스피커의 구조
도 1은 본 발명에 따른 예에서의 압전 스피커(1a)의 구조를 나타낸 평면도이다.
압전 스피커(1a)는 외측 프레임(2a), 내측 프레임(2b), 진동판(4a 내지 4d), 및 진동을 진동판(4a 내지 4d)에 전달하기 위한 압전 소자(3)를 구비한다.
진동판(4a)은 댐퍼(5a, 5b)를 통해 내측 프레임(2b)에 연결되어 있다. 진동판(4b)은 댐퍼(5a, 5d)를 통해 내측 프레임(2b)에 연결되어 있다. 진동판(4c)은 댐퍼(5e, 5f)를 통해 내측 프레임(2b)에 연결되어 있다. 진동판(4d)은 댐퍼(5g, 5h)을 통해 내측 프레임(2b)에 연결되어 있다.
내측 프레임(2b)은 댐퍼(6a 내지 6d)를 통해 외측 프레임(2a)에 연결되어 있다. 외측 프레임(2a)은 압전 스피커(1a)의 고정 소자(도시하지 않음)에 고정되어 있다.
댐퍼(5a 내지 5h, 6a 내지 6d)는 그 형상으로 인해 "나비형 댐퍼(butterfly damper)"라고 불리운다.
댐퍼(5a, 5b)는 진동판(4a)을 지지하므로 진동판(4a)은 선형으로 진동한다. 본 명세서에 있어서, 표현 "진동판(4a)이 선형으로 진동한다"는 진동판(4a)이 기준면에 대해 대략 수직인 방향으로 진동하고 한편 진동판(4a)의 표면과 기준면은 서로 평행하게 유지되어 있는 것으로 정의된다. 동일한 정의가 본 발명에 따른 압전 스피커의 다른 진동판 및 다른 진동판(4b 내지 4d)에도 적용된다. 예를 들면, 외측 프레임은 도 1의 지면과 같은 표면(즉 기준면)에 고정된 것으로 가정한다. 이 경우, 진동판(4a)은 진동판(4a)이 도 1의 면의 표면에 대략 수직인 방향으로 진동하고 진동판(4a)의 표면과 도 1의 지면의 표면이 서로 평행하게 유지되도록 지지된다.
마찬가지로, 댐퍼(5c, 5d)는 진동판(4b)이 선형으로 진동하도록 진동판(4b)을 지지하고, 댐퍼(5e, 5f)는 진동판(4c)이 선형으로 진동하도록 진동판(4c)을 지지하고, 댐퍼(5g,5h)는 진동판(d)이 선형으로 진동하도록 진동판(4d)을 지지한다.
댐퍼(6a 내지 6d)는 진동판(4a 내지 4d)이 동시에 선형으로 진동하도록 진동판(4a 내지 4d)을 지지한다.
압전 스피커(1a)는 공기가 진동판(4a 내지 4d)과 내측 프레임(2b) 사이의 갭을 통해 누설되는 것을 방지하기 위한 에지(7a)와 공기가 내측 프레임(2b)과 외측 프레임(2a) 사이의 갭을 통해 누설되는 것을 방지하기 위한 에지(7b)를 추가로 구비한다. 공기가 진동판(4a 내지 4d)과 내측 프레임(2b) 사이의 갭 또는 내측 프레임(2b)과 외측 프레임(2a)을 통해 누설될 때 진동판(4a 내지 4d)의 각 측면에서 각각 발생된 역전된 위상의 음파가 서로 간섭하고, 그 결과 음압 레벨이 감소한다. 에지(7a, 7b)는 이와 같은 공기의 누설을 방지하므로 특성이 현저하게 열화하는 저주파수 범위에서의 음압 레벨의 감소를 피할 수 있다. 그 결과, 압전 스피커(1a)는 종래의 압전 스피커보다 저주파수 범위에서 소리를 재생한다.
또, 에지(7a, 7b)는 진동판(4a, 4d)을 지지하기 위한 지지 요소로서 기능한다. 진동판(4a 내지 4d)의 진동은 에지(7a, 7b)에 의해 진동판(4a, 4d) 각각의 외주부를 지지함으로써 도모할 수 있다. 진동판(4a 내지 4d)이 에지(7a, 7b)에 의해 지지되지 않지만 댐퍼(5a 내지 5h, 6a 내지 6d)에 의해 지지되는 경우에, 진동판(4a 내지 4d)은 특정 주파수 범위에서 임의의 방향에서 과도하게 진동하는 경향이 있다. 그 결과, 불필요한 공진이 발생될 수 있다.
도 2a는 에지(7a, 7b)의 예시적인 구조를 나타내는 압전 스피커(1a)의 단면도이다. 에지(7a, 7b)는 압전 요소(3)가 설치되는 표면 반대측에 있는 진동판(4a 내지 4d)(단 도 2a에 도시되어 있음)의 표면 위에 시트(8)를 접착함으로써 형성된다.
시트(8)는 바람직하게는 탄성 및 공기 불투과성 재료로 형성된다. 시트(8)는 예를 들면 탄성 고무의 얇은 필름 또는 고무와 같은 탄성을 가진 수지를 스며들게 하거나 도포한 탄성을 갖는 직조 또는 부직 천으로 만들어진다.
탄성 고무의 얇은 필름을 위한 예시적인 재료는 스티렌 부타디엔 고무(SBR), 부타디엔 고무(BR), 아크릴로니트릴-부타디엔 고무(NBR), 에틸렌-프로필렌 고무(EPR), 및 에틸렌 프로필렌-디엔 고무(EPDR) 등의 고무를 포함하는 고무 재료와 상기 고무 재료로부터 변성된 재료를 포함하는 고무를 기초로 하는 폴리머 수지를 포함한다.
탄성을 갖는 직조 또는 부직 천을 위한 예시적인 재료는 폴리우레탄 섬유를 포함한다.
시트(8)가 비교적 높은 내부 손실을 갖는 탄성 폴리머 재료로 만들어지는 경우에, 진동판(4a 내지 4d)의 불필요한 진동이 억제된다.
도 2b는 에지(7a, 7b)(단 도 2b에 도시되어 있음)의 다른 예시적인 구조를 나타내는 압전 스피커의 단면도이다. 에지(7a)는 진동판(4a 내지 4d)과 내측 프레임(2b) 사이의 갭을 수지(9)로 채움으로써 형성된다. 에지(7b)는 유사한 방식으로 형성된다.
도 2b에 도시된 예에서, 에지(7a)는 예를 들면 다음과 같은 방식으로 형성된다. 진동판(4a 내지 4d), 댐퍼(5a 내지 5h) 및 내측 프레임(2b)이 금속판을 에칭 또는 펀칭하여 형성된 후, 폴리머 수지 용액이 금속판에 도포된다. 사용된 폴리머 수지(9)는 경화될 때 가요성(즉 고무 탄성)을 가진다. 경화된 폴리머 수지(9)는 도 2b에 부호 9로 표시된 것과 같이 진동판(4a 내지 4d)과 내측 프레임(2b) 사이에 유지된다.
진동판(4a 내지 4d)과 내측 프레임(2b) 사이에 에지(7a)를 형성하기 위해, 액체 상태의 폴리머 수지가 폴리머 수지의 표면 장력에 의해 생긴 모세관 작용을 이용하는 여러 가지 방법에 의해 금속판에 도포될 수 있다. 예를 들면, 디핑(dipping), 스핀 코팅, 브러시에 의한 도색, 및 분무가 사용 가능하다. 따라서, 에지(7a)를 형성하기 위한 방법을 선택하는 데 있어서의 자유도가 높아 유리하다.
이하에 기술되는 것과 같이, 폴리머 수지(9)는 또한 공기가 누설되는 것을 방지하는 것 이외에 진동판(4a 내지 4d)과 댐퍼(5a 내지 5h)의 불필요한 진동을 제거하기 위해 사용될 수 있다. 따라서, 폴리머 수지(9)는 바람직하게는 비교적 높은 내부 손실과 경화 후에조차 적합한 가요성을 가진다. 특히 보다 주파수 범위에서 소리를 재생하기 위한 스피커를 제조하기 위해, 폴리머 수지(9)는 바람직하게는 약 5.0 x 104(N/cm2) 이하의 탄성을 가질 경우, 진동판(4a 내지 4d)은 충분하게 진동하지 않는 경향이 있고 따라서 최소 공진 주파수(f0)는 높은 주파수 쪽으로 이동된다. 바람직하게는 폴리머 수지(9)는 0.05 이상의 내부 손실을 가진다. 폴리머 수지(9)의 내부 손실은 약 0.05이하일 경우, 지나치게 날카로운 피크 딥이 음향 특성에 나타나는 경향이 있으므로 음압 레벨의 평탄도(flatness)가 열화하는 경향이 있다.
폴리머 수지(9)는 실온에서 사용할 수 있는 것이 바람직하므로, 에지(7a, 7b)가 형성되기 전에 형성되는 압전 소자(3)는 폴리머 수지(9)를 경화하는 데 필요한 온도에서 복극되지 않는다. 폴리머 수지(9)는 100℃ 이하에서 사용할 수 있는 것이 바람직하다.
상이한 경화 조건의 여러 종류의 수지가 폴리머 수지(9)로서 사용 가능하다. 예를 들면, 용매 휘발성 경화 수지, 2종 이상의 액체 수지 성분을 포함하는 혼합물 반응 경화 수지, 및 저온 반응 경화 수지가 사용 가능하다.
압전 스피커(1a)에 있어서, 진동판(4a 내지 4d), 댐퍼(5a 내지 5h, 6a 내지 6d, 및 에지(7a, 7b)는 동일 평면에 제공된다. 따라서, 압전 스피커(1a)는 그 두께가 만족할만한 수준으로 얇다.
도 2b에 도시된 구조는 시트(8)(도 2a)의 두께만큼 도 2a에 도시된 구조보다 얇은 압전 스피커를 실현한다.
에지(7a, 7b)가 도 2a 또는 도 2b에 도시된 구조를 가지면, 진동판(4a 내지 4d)의 불필요한 진동이 만족할만하게 높은 내부 손실과 진동판(4a 내지 4d)의 전체 표면 또는 일부 표면상에 고무 탄성을 갖는 수지를 도포함으로써 효과적으로 방지될 수 있다. 수지는 바람직하게는 상기한 이유로 인해 0.05 이상의 내부 손실을 가진다.
에지(7a, 7b)가 도 2b에 도시된 구조를 갖는 경우, 에지(7a, 7b)에 사용된 수지는 진동판(4a 내지 4d)의 표에 도포된 수지와 같은 동일 형태가 바람직하다. 이와 같은 경우, 디핑 또는 스핀 코팅에 의한 에지(7a, 7b)의 형성과 진동판(4a 내지 4d)상의 수지의 도포는 일 단계로 행해진다. 따라서, 압전 스피커(1a)의 제조 방법은 단순하게 된다.
진동판(4a 내지 4d)의 전체 표면 또는 일부 표면상에 도포된 수지는 방수성을 가질 수도 있다. 이와 경우에, 진동판(4a 내지 4d)은 높은 습윤 환경 또는 수중에서도 부식하지 않는 경향이 있다. 다른 방법으로는, 수지는 내환경성, 예를 들면 내습윤성, 내용해성, 내열성, 또는 내산화성을 가져도 된다. 따라서, 진동판(4a 내지 4d)과 압전 소자(3)가 이와 같은 내환경성 수지로 코팅되어 있을 경우, 압전 스피커(1a) 전체에 대한 내환경성이 향상된다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 다른 예의 압전 스피커(1b, 1c)의 평면도를 각각 나타낸다.
압전 스피커(1b, 1c)는 각각 4개의 진동판(4a 내지 4d)(도 1) 대신에 단일의 진동판(14)과 이 진동판(14)에 진동을 전달하는 압전 소자(13)를 각각 포함한다.
진동판(14)은 프레임(12)에 댐퍼(16a 내지 16d)를 통해 연결되어 있다. 댐퍼(16a 내지 16d)는 진동판(14)을 지지하므로 진동판(14)은 선형으로 진동한다.
프레임(12)은 압전 스피커(1b, 1c) 각각의 고정 요소(도시하지 않음)에 고정된다. 댐퍼(16a 내지 16d)의 위치, 개수 및 형상은 도 3a 및 도 3b에 도시된 것에 한정되지 않는다. 댐퍼(16a 내지 16d)는 진동판(14)이 선형으로 진동하도록 하기 위해 이들이 진동판(14)을 지지하는 기능을 가지는 한 임의의 위치에, 임의의 개수로 임의의 형상으로 제공될 수 있다.
압전 스피커(1b, 1c) 각각은 공기가 진동판(14)과 프레임(12) 사이의 갭을 통해 누설되는 것을 방지하기 위한 에지(17)를 가진다. 에지(17)는 에지(7a, 7b)에 관한 상기 재료 및 방법에 의해 형성된다.
도 4는 본 발명에 따른 다른 예에서의 스피커(1d)의 구조를 나타낸 평면도이다.
압전 스피커(1d)는 압전 소자(3)(도 1) 대신에 4개의 압전 소자(3a 내지 3d)를 포함한다. 압전 소자(3a 내지 3d)는 각각 진동을 대응하는 진동판(4a 내지 4d)에 전달하도록 배열된다.
압전 소자(3a 내지 3d)는 동시에 구동되므로, 저주파수 범위에서의 음압 레벨은 상승되고 단일 진동판(14)을 포함하는 압전 스피커(1b, 1c)(도 3a, 도 3b)에 비해, 큰 피크 딥이 음향 특성에 나타나는 것이 방지된다.
저주파수 범위에서의 음압 레벨은 다음과 같은 이유로 인해 상승될 수 있다. 저주파수 범위에서의 진동판(4a 내지 4d)의 작은 진폭은 함께 합성되므로 진동판94a 내지 4d)은 합성 진폭을 가지고 진동한다.
큰 피크 딥이 다음과 같은 이유로 인해 음향 특성에 나타나는 것이 방지될 수 있다. 각 진동판(4a 내지 4d)은 단일 진동판(14)보다 작은 면적을 가지므로, 굽는 경향이 있다. 그러므로, 큰 피크 딥은 공진 모드가 진동판(4a 내지 4d)에 발생되어도 잘 나타나지 않는다. 또 공진은 각각의 진동판(4a 내지 4d)이 보다 선형으로 진동하기 때문에 발생되기 어렵다.
도 5는 본 발명에 따른 다른 실시예에서의 압전 스피커(1e)의 구조를 나타낸 평면도이다.
압전 스피커(1e)는 압전 소자(3)(도 1) 대신에 5개의 압전 소자(3e 내지 3i)를 포함한다. 압전 소자(3e)는 진동을 모든 진동판(4a 내지 4d)에 전달하도록 배열되고 압전 소자(3f 내지 3i)는 진동을 대응하는 진동판(4a 내지 4d)에 전달하도록각각 배열된다.
압전 소자(3e)는 저주파수 범위에서의 재생을 완성하기 위해 사용되고 압전 소자(3f 내지 3i)는 고주파수 범위에서의 재생을 완성하기 위해 사용되므로, 압전 스피커(1e)에는 의사 투웨이(pseudo two way) 스피커 구조가 제공된다. 그 결과, 음압 레벨의 평탄도가 넓은 주파수 범위에서 향상된다.
압전 스피커 에지의 재료는 약 0.15의 내부 손실과 약 1.0 x 104(N/cm2)의 탄성을 가진다.
100Hz 이하의 전압을 본 발명에 따른 압전 스피커의 압전 소자에 인가함으로써, 압전 스피커는 진동 기능을 가진 진동기로서 사용될 수 있다. 이와 같은 진동기는 예를 들면 사용자에게 호출이 있음을 알릴 수 있는 이동 전화에 사용될 수 있다.
2. 압전 스피커의 오디오 특성
본 발명에 따른 압전 스피커(1a)(도 1)와 압전 스피커(1e)(도 5)의 음향 특성을 금속 진동판을 협지하는 수지 거품체(222)를 포함하는 종래의 압전 스피커(220)(도 22)의 것과 비교하여 설명한다.
도 6은 JIS 표준에 부합하도록 제조된 스피커 상자에서의 압전 스피커91A(도 1)의 음향 특성을 나타낸 그래프이다. 도 7은 JIS 표준에 부합하도록 제조된 스피커 상자에서의 압전 스피커(1e)(도 5)의 음향 특성을 나타낸 그래프이다. 도 8은 JIS 표준에 부합하도록 제조된 스피커 상자에서의 종래의 압전 스피커(220)(도 22)의 음향 특성을 나타낸 그래프이다.
이러한 특성은 압전 스피커(1a)(도 1), (1e)(도 5) 및 (220)(도 22)에 2V의 전압이 각각 공급되는 동안 0.5m의 거리에서 측정된다.
도 6 및 도 8을 비교하면, 압전 스피커(1a)(도 1)는 종래의 압전 스피커(220)(도 22)보다 낮은 최소 공진 주파수를 가지는 것을 알 수 있다. 따라서, 압전 스피커(1a)는 종래의 압전 스피커(220)보다 낮은 주파수 범위의 소리를 재생한다.
표 1에 도시된 것과 같이, 종래의 압전 스피커(220)(도 22)의 최소 공진 주파수는 300Hz이고 한편 압전 스피커(1a)(도 1)의 최소 공진 주파수는 130Hz이다.
압전 스피커(1a)(본 발명) 종래의 압전 스피커(220)
최소 공진 주파수 130 300
도 8로부터 알 수 있는 것과 같이, 종래의 압전 스피커(220(도 22)에 있어서, 음압 레벨은 주파수 범위가 낮아짐에 따라 감소한다. 이것은 종래의 압전 스피커(220)가 저주파수 범위에서 소리를 재생하는 데 곤란성을 가지고 있음을 입증하는 것이다.
도 6과 도 7을 비교하면, 압전 스피커(1e)(도 5)는 압전 스피커(1a)(도 1)보다 주파수 범위 2kHz 내지 5 kHz(중간 주파수 범위)에서 보다 높은 음압 레벨의 딥을 가지는 것을 알 수 있다. 이것은 진동을 대응하는 진동판(4a 내지 4d)에 전달하도록 하기 위해 압전 소자(3f 내지 3i)를 제공함으로써 달성되는 효과이다. 압전 스피커(1e)는 이러한 방식으로 의사 투웨이 스피커 구조를 가지므로, 딥은 중간 주파수 범위에서 보안된다. 그 결과, 중간 주파수 범위에서의 음압 레벨의 평탄도가 보완된다.
압전 스피커(1e)(도 5)는 약 100Hz 내지 500Hz(저주파수 범위)의 주파수 범위에서 약 3dB만큼 압전 스피커(1a)(도 10보다 높은 음압 레벨을 가진다. 이것은 압전 소자(3f 내지 3i) 각각이 압전 소자(3e)에 의해 구동되는 것보다 작은 면적을 가진 진동판을 구동하는 구조에 의해 달성되는 효과이다. 압전 소자(3f 내지 3i)에 의해 재생되는 음압 레벨의 합성은 저주파수 범위에서 음압 레벨을 향상시킨다.
압전 스피커(1e)(도 5)는 5kHz 내지 20kHz의 주파수 범위(고주파수 범위)에서 압전 스피커(1a)(도 1)에 비해 더욱 높은 음압 레벨과 더욱 작은 피크 딥을 가진다. 이것은 다음과 같은 이유로 인해 일어난다. 각각의 압전 소자(3f 내지 3i)는 고주파수 범위에서 재생하는 역할을 하고 있다. 따라서, 음압은 상승되고, 복수의 압전 소자에 의한 공진 모드는 압전 소자의 공지 모드와 합성된다. 그 결과, 공진 모드가 전체 진동판에 분포된다.
본 발명에 따른 압전 스피커에 포함되는 압전 소자(들), 진동판(들), 댐퍼 및 에지는 상기한 형상 또는 특성을 가질 필요는 없다. 이들 소자는 원하는 음향 특성에 따라 여러 가지 방식으로 변형될 수 있다.
일반적으로 압전 스피커는 진동판의 공진에 기초한 오디오 재생 기구 때문에 진동판에 공진 모드를 발생하는 경향이 있다. 더욱이, 진동판 및 압전 소자에 사용되는 비교적 높은 내부 손실을 갖는 금속 또는 세라믹 재료로 인해 공진이 발생하면, 매우 날카로운 피크 딥이 음향 특성에 나타난다.
이하, 음향 특성상의 여러 가지 패러미터의 영향을 피크 딥을 감소시킬 목적으로 설명한다.
3. 나비형 댐퍼 및 에지의 물리적 특성
나비형 댐퍼 또는 댐퍼들 및 진동판을 지지하는 에지 또는 에지들의 물리적 특성 변경시 음향 특성상의 영향을 설명한다.
도 9a에 도시된 나비형 댐퍼(26a)를 포함하는 압전 스피커는 압전 스피커(1f)로서 정의된다. 도 9b에 도시된 나비형 댐퍼(26b)를 포함하는 압전 스피커는 압전 스피커(1g)로서 정의된다. 나비형 댐퍼(26b)는 나비형 댐퍼(26a)보다 높은 탄성을 가진다. 그러므로, 압전 스피커(1g)의 진동판(4a 내지 4d)은 압전 스피커(1f)의 진동판(4a 내지 4d)보다 덜 진동하는 경향이 있다(즉, 진동판(4a 내지 4d)의 공진 모드는 더욱 영향을 받는다).
도 2에 도시된 것과 같이, 약 0.1의 내부 손실과 약 1.7 x 104(N/cm2)의 탄성을 가진 에지 또는 에지들을 포함하는 압전 스피커는 압전 스피커(1h)로서 정의된다. 약 0.2의 내부 손실과 약 0.7 x 104(N/cm2)의 탄성을 갖는 에지 또는 에지들을 포함하는 압전 스피커는 압전 스피커(1i)로서 정의된다.
물리적 특성이외에, 압전 스피커(1f, 1g)의 나비형 댐퍼의 패러미터는 압전 스피커(1e)(도 5)의 것과 동일하다. 물리적 특성이외에, 압전 스피커(1h, 1i)의 나비형 댐퍼의 패러미터는 압전 스피커(1e)(도 5)의 것과 동일하다.
압전 스피커(1h) 압전 스피커(1i)
에지 재료의 내부 손실 0.1 0.2
에지 재료의 탄성(N/cm2) 1.7 x 104 0.7 x 104
도 10은 JIS 표준에 부합하도록 제조된 스피커 상자에서의 압전 스피커(1h)(도 1)의 음향 특성을 나타낸 그래프이다. 도 11은 JIS 표준에 부합하도록 제조된 스피커 상자에서의 압전 스피커(1i)의 음향 특성을 나타낸 그래프이다. 도 12는 JIS 표준에 부합하도록 제조된 스피커 상자에서의 압전 스피커(1f)의 음향 특성을 나타낸 그래프이다. 도 13은 JIS 표준에 부합하도록 제조된 스피커 상자에서의 압전 스피커(1g)의 음향 특성을 나타낸 그래프이다.
도 10 내지 도 13에 있어서, 곡선(A)은 음압 레벨 대 주파수 특성을 나타내고, 곡선(B)은 2차 왜곡 특성을 나타낸다. 음향 특성은 압전 스피커(1f 내지 1i)에 3.3V의 전압을 각각 공급하면서 0.5m의 거리에서 측정된다.
도 10과 도 11을 비교하면, 에지가 높은 내부 손실을 갖는 압전 스피커(1i)는 더욱 평탄한 음압 레벨과 압전 스피커(1h)보다 낮은 왜곡율을 제공하는 것, 즉, 보다 높은 내부 손실은 더욱 평탄한 음압 레벨과 더욱 낮은 왜곡율에 기여하는 것을 알 수 있다.
도 12와 도 13을 비교하면, 압전 스피커(1f)에 비해, 나비형 댐퍼의 보다 높은 탄성을 갖는 압전 스피커(1g)는 최소 공진 주파수로부터 보다 높은 주파수 범위로 이동되는 중간 주파수 범위까지의 피크(peak)를 제공하므로 공진 모드가 변경되는 것을 알 수 있다.
음향 특성은 나비형 댐퍼와 진동판을 지지하는 에지의 물리적 특성에 따라 변경된다. 이것은 지지 요소의 물리적 특성이 진동판의 공진 모드에 영향을 주기 때문에 발생한다.
하나의 압전 스피커에 포함된 단일 나비형 댐퍼 또는 복수의 나비형 댐퍼는 상이한 물리적 특성을 가진 복수의 부분을 포함할 수 있으며, 하나의 압전 스피커에 포함된 단일 에지 또는 복수의 에지는 상이한 물리적 특성을 가진 복수의 부분을 포함할 수 있다. 피크 딥은 복수의 진동판의 공긴 주파수를 서로 다르게 함으로써 감소된다.
4. 스피커 시스템의 오디오 특성
도 14a는 스피커 시스템(140)의 외부를 등각으로 나타낸 도면이다. 스피커 시스템(140)은 스피커 상자(142)와 이 스피커 상자(142)에 고정된 압전 스피커(1f 내지 1i)를 포함한다.
상기 단락 3에서 설명한 것과 같이, 압전 스피커(1f 내지 1i)의 지지 요소(나비형 댐퍼와 에지)의 물리적 특성은 서로 상이하다.
도 14b는 압전 스피커(1f 내지 1i) 서로의 접속 관계를 나타낸 도면이다. 압전 스피커(1f 내지 1i)는 플러스(+) 와이어(144)와 마이너스(-) 와이어(146)에 서로 전기 접속되어 있다. 따라서, 압전 스피커(1f 내지 1i)는 동시에 구동될 수 있다.
도 15는 압전 스피커(1f 내지 1i)가 JIS 표준에 부합하도록 제조된 스피커 상자에서 동시에 구동될 때 얻어지는 스피커 시스템(140)의 음향 특성을 나타낸 그래프이다.
도 15에 있어서, 곡선(A)은 음압 레벨 대 주파수 특성을 나타내고, 곡선(B)은 2차 왜곡 특성을 나타낸다. 음향 특성은 압전 스피커(1f 내지 1i)에 3.3 V의 전압을 각각 공급하면서 0.5m의 거리에서 측정된다.
도 15와 도 10 내지 도 13의 각각을 비교하면, 음압 레벨의 평탄도는 압전 스피커(1f 내지 1i)를 조합함으로써 개선되는 것을 알 수 있다. 이것은 압전 스피커(1f 내지 1i)가 서로의 피크 딥을 보완하기 때문에 일어난다.
이러한 방식으로, 만족한 할 만한 평탄 음압 레벨을 갖는 스피커 시스템이 복수의 압전 스피커를 동시에 구동함으로써 제공되고, 서로의 피크 딥을 보완하도록 의도적으로 상이하게 만들어진 지지 요소의 물리적 특성에 의해 제공된다.
5. 진동판의 중량비(weight ratio)
이하, 진동판의 중량비의 음향 특성에 대한 영향을 설명한다.
상기 단락 3에서 설명된 압전 스피커(1h)의 진동판 대신에, 도 16에 도시된 것과 같은 진동판(4a 내지 4d)을 구비하는 압전 스피커는 압전 스피커(1j)로서 정의된다. 진동판(4a, 4b, 4c, 4d)의 중량은 1:2:3:4의 비가 되도록 설정된다.
이와 같은 진동판(4a 내지 4d)의 중량비는 예를 들면 상이한 양의 폴리머 수지를 진동판(4a 내지 4d)에 인가하고 진동판(4a 내지 4d)에 상이한 두께를 갖는 폴리머 수지층을 형성함으로써 얻어진다. 진동판(4a 내지 4d) 위에 형성된 폴리머 수지층은 수지의 진동감쇄 효과에 의해 음압 레벨의 평탄도를 개선하는 이점을 제공한다.
다른 방법으로는, 진동판(4a 내지 4d)의 상기 중량비는 상이한 밀도의 폴리머 수지를 진동판(4a 내지 4d)에 인가함으로써 얻어질 수 있다.
진동판(4a 내지 4d)에 인가된 폴리머 수지는 에지를 형성하기 위해 사용된 수지와 같은 종류이어도 된다.
도 17은 JIS 표준에 부합하도록 제조된 스피커에서의 압전 스피커(1j)의 음향 특성을 나타낸 그래프이다.
도 17에 있어서, 곡선(A)은 음압 레벨 대 주파수 특성을 나타내고, 곡선(B)은 2차 왜곡 특성을 나타낸다. 음향 특성은 압전 스피커(1j)에 3.3V의 전압을 인가하면서 0.5m의 거리에서 측정된다.
도 17과 도 10을 비교하면, 압전 스피커(1J)는 더욱 제한된 공진 피크와 압전 스피커(1h)보다 평탄한 음압 레벨을 가지는 것을 알 수 있다. 이것은 진동판(4a 내지 4d)의 상이한 중량이 진동판(4a 내지 4d)의 공진 모드를 서로 다르게 하기 때문에 발생한다.
이러한 방식으로, 압전 스피커의 음향 특성은 진동판의 중량을 변경함으로써 제어될 수 있다.
동일한 효과가 진동판(4a 내지 4d)을 형성하기 위해 사용된 금속판을 하프-에칭(half-etching)하여 진동판(4a, 4b, 4c, 4d)이 1:2:3:4의 중량비를 가지도록 진동판(4a 내지 4d)의 두께를 서로 다르게 함으로써 제공된다. 이것은 진동판(4a 내지 4d)의 공진 모드가 이러한 방식으로 서로 다르게 만들어지기 때문에 발생한다.
또한 압전 스피커의 음향 특성은 상기 단락 3에 기술된 에지 또는 나비형 댐퍼의 물리적 특성을 변경하고 진동판의 중량비를 변경함으로써 제어될 수 있다.
6. 압전 소자
도 18은 본 발명에 따른 다른 예에서의 압전 스피커(1k)의 구조를 나타낸 평면도이다. 압전 소자(180)는 압전 스피커(1k)의 진동판(4a 내지 4d)위에 제공된다. 압전 소자(18)의 패러미터 이외에, 압전 스피커(1k)의 패러미터는 압전 스피커(1e)(도 5)의 패러미터와 동일하다.
압전 소자(180)는 좁은 브리지에 의해 도 5에 도시된 압전 소자(3e 내지 3i)를 연결함으로써 얻어진 형상을 가진다. 따라서, 압전 스피커(1k)의 제조는 압전 스피커(1e)(도 5)를 제조하는 데 필요로 되는 압전 소자(3e 내지 3i)를 전기적으로 접속하는 단계를 필요로 하지 않는다.
도 18에는 도시하지 않았지만, 24mm의 직경을 갖는 압전 소자는 압전 스피커(1e)(도 5)에서와 같이, 압전 소자(180)가 제공되는 표면에 대향하는 진동판(4a 내지 4d)의 표면상에 제공된다.
도 19는 JIS 표준에 부합하도록 제조된 스피커 상자에서의 압전 스피커(1k)의 음향 특성을 나타낸 그래프이다.
도 19에 있어서 곡선(A)은 음압 레벨 대 주파수 특성을 나타내고, 곡선(B)은 2차 왜곡 특성을 나타낸다. 음향 특성은 압전 스피커(1k)에 3.3V의 전압을 공급하면서 측정된다.
도 19에 도시된 것과 같이, 압전 스피커(1k)는 저주파수 범위에서의 소리를 재생한다.
압전 스피커(1k)(도 18)의 진동판을 도 21에 도시된 진동판(24)으로 변경함으로써 얻어진 압전 스피커는 압전 스피커(1m)로서 정의된다. 2개의 형태소를 갖는 구조를 만들기 위해 진동판(24)의 바닥면 위에 제공된 압전 소자(3e)의 직경은 32mm이다. 압전 소자(3e)는 진동판(24)의 중심에는 설치되지 않지만 댐퍼(5f, 5g)를 향해 이동된 위치에 설치되어 압전 소자(3e)가 거의 댐퍼(5f, 5g)를 덮는다. 이와 같은 구조로 인해, 공진 모드가 변경된다.
압전 스피커(1m) 에지의 재료는 압전 스피커(1e)(도 5)에서와 같이, 약 0.15의 내부 손실과 약 1.0 x 104(N/cm2)의 탄성을 가진다.
도 23은 JIS 표준에 부합하도록 제조된 스피커에서의 압전 스피커(1m)의 음향 특성을 나타낸 그래프이다. 음향 특성은 압전 스피커(1m)에 7.0V의 전압을 공급하면서 측정된다.
압전 스피커(1M)에 있어서, 압전 소자(3e)는 진동판(24)의 중심에서 이동된 위치에 제공된다. 따라서, 공진 모드가 이동된다. 그 결과, 압전 스피커(1a 내지 1k)에서 1kHz 내지 2kHz의 주파수 범위에서 발생되는 피크 딥은 도 23으로부터 이해할 수 있는 것과 같이 억제될 수 있다.
압전 스피커(1m)의 진동판(24)에 약 0.4의 내부 손실과 약 0.5 x 104(N/cm2)의 탄성을 가진 고무를 기본으로 하는 수지를 도포하여 얻어진 압전 스피커는 압전 스피커(1n)로서 정의된다.
도 24는 JIS 표준에 부합하도록 제조된 스피커 상자에서의 압전 스피커의 음향 특성을 나타낸 그래프이다.
도 24에 있어서, 곡선(A)은 음압 레벨 대 주파수 특성을 나타내고, 곡선(B)은 2차 왜곡 특성을 나타낸다. 음향 특성은 압전 스피커(1n)에 7.0V의 전압을 공급하면서 0.5m의 거리에서 측정된다.
도 24에 도시된 것과 같이, 왜곡은 압전 스피커(1n)에서와 같이, 진동판에 비교적 높은 내부 손실을 갖는 재료를 도포함으로써 음압 레벨의 평탄도를 개선하기 위해 효과적으로 감소된다.
7. 에지를 형성하기 위해 사용되는 폴리머 수지의 접착성
에칭 또는 펀칭에 의해 소정 형상을 가지도록 처리된 금속 진동판의 표면은 2.0cm 떨어져 위치되어 있는 70W의 저압 램프에 의해 60초 동안 자외선 광으로 조사된다. 자외선 광은 저압 수은 램프의 광원으로부터 발생되었다. 금속 진동판으로 향하는 자외선 광의 80퍼센트는 253.7nm의 파장을 가졌으며 자외선 광의 6%는 184.9nm의 파장을 가졌다.
금속 진동판의 표면은 자외선 광 에너지에 의해 세정된다(즉, 표면상의 불순물이 분해된다). 자외선 광의 에너지에 의해 발생된 오존을 분해함으로써 얻어지는 활성 산소는 예를 들면 -OH- 및 -COOH 등의 친수성 기능기를 갖는 금속 진동판의 표면을 제공한다. 그 결과, 금속 진동판은 분극된다. 따라서, 에지를 형성하기 위해 사용된 수지에 대핸 금속 진동판의 습윤성이 개선되어 폴리머 수지와 금속 진동판 사이의 접착성을 향상시킨다.
또한 금속 진동판의 품질은 유사로 이유 때문에 플라즈마 조사 또는 코로나 조사로 그 표면을 처리함으로써 개선될 수 있다. 따라서, 폴리머 수지와 금속 진동판 사이의 접착성이 개선될 수 있다.
상기 실험에 사용된 압전 재료는 약 100℃에서 분해된다. 그러므로, 열 용융을 필요로 하는 수지가 사용되는 경우에 있어서는, 진동판과 폴리머 수지는 낮은 온도에서 서로 접착성을 가질 필요가 있다.
8. 압전 스피커의 제조 방법
이하, 압전 스피커(1e)(도 5)의 제조 방법을 본 발명에 따른 예시적인 압전 스피커로서 설명한다. 상기한 다른 압전 스피커, 즉 압전 스피커(1a 내지 1d, 1f 내지 1j)는 유사한 방식으로 제조된다. 이 방법은 판을 처리하고, 압전 소자를 배열하고, 에지를 형성하고, 와이어를 형성하는 단계를 포함한다.
각 단계는 도 20a 내지 20n을 참조하여 상세히 설명한다.
8.1 판을 가공 처리하는 단계
도 20a에 도시된 금속판(200)은 도 20b에 도시된 것과 같이, 외측 프레임(2a), 내측 프레임(2b), 진동판(4a 내지 4d), 및 댐퍼(5a 내지 5h, 6a 내지 6d)를 형성하기 위해 처리된다.
댐퍼(5a, 5b)는 진동판(4a)이 선형으로 진동하도록 하기 위해 진동판(4a)을 지지하도록 형성된다. 댐퍼(5c, 5d)는 진동판(4b)이 선형으로 진동하도록 하기 위해 진동판(4b)을 지지하도록 형성된다. 댐퍼(5e, 5f)는 진동판(4c)이 선형으로 진동하도록 하기 위해 진동판(4c)을 지지하도록 형성한다. 댐퍼(5g, 5h)는 진동판(4d)이 선형으로 진동하도록 하기 위해 진동판(4d)을 지지하도록 형성된다.
상기 요소는 예를 들면 금속판(200)을 에칭 또는 펀칭함으로써 형성된다. 금속판(200)은 예를 들면 약 100㎛ 두께의 42 합금 판이다. 금속판(200) 대신에, 소정 위치에 전극이 제공되어 있는 도전성 플라스틱 판 또는 플라스틱 판을 사용해도 된다.
도 20b에 있어서, 참조 부호(10a)는 진동판(4a 내지 4d)과 내측 프레임(2b) 사이의 갭을 나타내고, 참조 부호(10b)는 내측 프레임(2b)과 외측 프레임(2a) 사이의 갭을 나타낸다.
압전 소자(3e)는 도 21에서 점선으로 나타낸 위치에 나중의 단계에서 형성된다. 제공될 압전 소자(3e)에 대응하는 영역은 에칭 또는 펀칭될 필요가 없다.
8.2 압전 소자를 배열하기 위한 단계
2개의 압전 소자가 사용된다.
압전 소자(3e)는 약 50㎛의 두께와 약 24mm의 직경을 가지며 PZT(lead zirconate titanate)로 형성된다. 압전 소자(3e)의 2 표면은 모두에는 도전성 페이스트 전극이 설치된다.
압전 소자(3f 내지 3i)는 각각 약 10mm이 직경을 가지며 PZT로 형성된다. 압전 소자(3f 내지 3i) 각각의 2표면 모두에는 도전성 페이스트 전극이 설치된다.
압전 소자(3e)는 예를 들면 아크릴 접착제로 도 20c에 도시된 위치(X)에 접합된다. 압전 소자(3e)는 진동판(4a 내지 4d)의 상면에 형성되고 또한 2개의 형태소를 갖는 구조를 형성하도록 진동판(4a 내지 4d)(즉, 진동판(4a 내지 4d)을 협지하도록 하기 위해)의 바닥면에 형성된다. 따라서, 압전 소자(3e)는 진동을 진동판(4a 내지 4d)에 전달한다.
압전 소자(3f 내지 3i)는 각각 예를 들면 아크릴 접착제에 의해 도 20c에 도시된 위치(Y)에 접합된다. 압전 소자(3f 내지 3i)는 2형태소 구조를 형성하기 위해 진동판(4a 내지 4d)의 양면(즉 상면)에 형성된다. 따라서, 압전 소자(3f 내지 3i)는 각각 진동을 대응하는 진동판(4a 내지 4d)에 전달한다.
압전 소자(3f 내지 3i)는 압전 소자(3e)의 극성이 압전 스피커(1e)의 상면에서 보았을 때 압전 소자(3f 내지 3i) 각각의 극성과 동일하다.
8.3 에지를 형성하는 단계
도 20d를 참조하면, 에지(7a)는 진동판(4a 내지 4d)과 내측 프레임(2b) 사이의 갭(10a)(도 20b)에 형성되고, 에지(7b)는 내측 프레임(2b)과 외측 프레임(2a) 사이의 갭(10b)에 형성된다. 에지(7a, 7b)는 진동판(4a 내지 4d)을 지지하는 기능과 공기가 갭(10a, 10b)을 통해 누설되는 것을 방지하는 기능을 가지도록 형성된다.
에지(7a, 7b)는 예를 들면 다음과 같은 방식으로 형성될 수 있다. 갭(10a, 10b)은 압착을 이용하여 스티렌- 부타디엔 고무(SBR) 용액으로 충전된다. 폴리머 수지 용액은 용액의 표면 장력(모세관 작용)을 이용하여 에지(10a, 10b)에 유지되어 있는 동안 약 30분 동안 실온에서 건조된다. 따라서, 폴리머 수지 용액은 경화된다. 이후 경화된 폴리머 수지는 약 1시간 동안 약 50℃의 온도인 탱크에 계속해서 남아 있으므로 더욱 건조되어 경화된다.
물리적 특성(내부 손실 및 탄성)은 SBR의 성분비를 변경함으로써 변경될 수 있다.
압전 소자가 분극되는 온도 범위(즉 100℃에서 실온까지)에서 경화 가능한 폴리머 수지 용액이 사용되는 경우에 있어서는, 에지를 형성하는 데 필요한 기간이 건조에 의해 짧아 질 수 있다. 소정 종류의 폴리머 수지가 사용되는 경우에 있어서는, 에지를 형성하는 데 필요한 시간은 교차결합에 의해 짧아 질 수 있다.
수지 용액은 에지(7a, 7b)의 제조 방법을 단순화하기 위해 침지(dipping) 또는 스핀 코팅에 의해 갭(10a, 10b)에 도포될 수 있다. 이 경우에는 마스크를 사용하여 압전 소자(3e 내지 3i)의 전극이 폴리머 수지로 완전히 덮이는 것을 방지할 필요가 있다. 왜냐 하면 전극이 수지로 전체가 덮이는 것에 의해 전극이 절연되기 때문이다.
도 2a를 참조한 상기 단락 1에서 설명한 것과 같이, 에지(7a, 7b)는 진동판(4a, 4d)의 바닥면 위에 수지로 함침된 시트(8)를 접합함으로써 교대로 형성될 수 있다.
8.4 와이어를 형성하는 단계
도 20e를 참조하면, 압전 소자(3e 내지 3i)와 진동판(4a 내지 4d) 사이의 단락을 방지하기 위한 절연막(28)은 스크린 인쇄하고, 약 30분 동안 실온에서 수지를 건조하고, 이후 약 1시간 동안 약 50℃의 항온 탱크에서 수지를 건조하여 압전 소자(3e 내지 3i)와 진동판(4a 내지 4d) 위에 부분적으로 절연 수지를 도포함으로써 형성된다.
절연 수지는 에지(7a, 7b)를 형성하는 데 사용되는 수지와 같은 동일 종류이어도 된다.
절연막(28)은 압전 소자(3e 내지 3i)를 진동판(4a 내지 4d)과 절연하기 위해 주로 설치된다. 절연막(28)은 이들이 핀홀(pinhole)을 가지지 않는 한 이러한 목적을 달성하고 충분하게 절연하고 있다. 절연막(28)은 특정 형상에 한정되지 않으며, 또한 사용된 수지는 특정 량에 한정되지 않는다. 절연막(28)은 바람직하게는 비교적 높은 내부 손실 및 가요성을 갖는 재료로 만들어진다.
다음에, 도전성 페이스트가 스크린 인쇄에 의해 도 20f에 도시된 것과 같이 도포되므로, 압전 소자(3e)와 압전 소자(3f 내지 3i)의 각각을 서로 전기적으로 접속하기 위한 와이어(29)를 형성한다.
절연막(38a)은 유사한 방식으로 도 20g에 도시된 것과 같이 진동판(4a 내지 4d)의 상면 위의 소정 위치에 형성된다. 절연막(38b)은 유사한 방식으로 도 20h에 도시된 것과 같이 진동판(4a 내지 4d)의 바닥면 위의 소정 위치에 형성된다. 와이어(47a)는 도 20i에 도시된 것과 같이 절연막(38a) 위에 형성된다. 와이어(49b)는 도 20j에 도시된 것과 같이 절연막(38b) 위에 형성된다.
다음에, 도 20k에 도시된 것과 같이, 외부 단자(51)는 와이어(49a, 49b)를 협지하도록 삽입된다. 도 20l은 외부 단자(51)와 도 20k의 선 L-L'에 따라 절취한 외부 단자 근방의 단면도이다.
절연 수지는 에지(7a, 7b)를 형성하는 단계와 같은 동일한 단계에서 도포될 수 있다. 이 경우, 마스크(68a)는 도 20m에 도시된 것과 같이 상면 위에 절연 수지를 도포하기 위해 사용되고, 마스크(68b)는 도 20n에 도시된 것과 같이 바닥면 위에 절연 수지를 도포하기 위해 사용된다.
여기에 사용된 도전성 페이스트는 용매 휘발 경화 가능한 수지이며 압전 소자가 분해되는 온도 또는 그 이하에서 도전성을 갖는다.
본 발명의 일 특징에 따르면, 압전 스피커는 진동판이 선형으로 진동하도록 지지된 진동판과, 진동판과 프레임 사이의 갭을 통해 공기 누설되는 것을 방지하고 진동판의 보다 평탄한 진폭을 유지하기 위해 진동판을 지지하는 적어도 하나의 에지를 구비한다. 이와 같은 구조로 인해, 저주파수 범위의 소리가 종래의 압전 스피커에서보다 양호하게 발생될 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 압전 스피커는 각각의 진동판이 선형으로 진동하도록 지지된 복수의 진동판을 구비한다. 이와 같은 구조로 인해, 압전 스피커의 평면 형상에 의해 생긴 공진이 복수의 진동판에 분배된다. 그 결과, 큰 피크 딥이 음향 특성에 나타나는 것을 방지할 수 있다.
본 발명에 따른 압전 스피커의 제조 방법은 상기 구조를 갖는 압전 스피커를 제공한다.
만족할 만하게 평탄한 음압 레벨을 갖는 스피커 시스템은 상기한 복수의 압전 스피커를 조합함으로써 제공된다.
여러 가지 다른 변형예가 본 발명의 범위 및 사상을 일탈하지 않고 이 기술 분야에서 숙련된 사람에 의해 명백하고 용이하게 이루어질 수 있다. 따라서, 다음의 특허청구범위의 범위는 본 명세서에 기재된 상세한 설명에 한정시키고자 하는 것은 아니며 오히려 다음의 특허청구범위는 넓게 해석되는 것이다.

Claims (21)

  1. 프레임과,
    진동판과,
    상기 진동판 위에 제공된 압전 소자와,
    상기 프레임과 상기 진동판에 연결되고 상기 진동판이 선형으로 진동할 수 있도록 상기 진동판을 지지하는 댐퍼, 및
    상기 진동판과 상기 프레임 사이의 갭을 통해 공기가 누설되는 것을 방지하기 위한 에지를 포함하는 압전 스피커.
  2. 프레임과,
    복수의 진동판과,
    복수의 상기 진동판 위에 제공된 적어도 하나의 압전 소자와,
    상기 프레임과 상기 복수의 진동판에 연결되고 각각의 상기 복수의 진동판이 선형으로 진동할 수 있도록 상기 복수의 진동판을 지지하는 복수의 댐퍼, 및
    상기 복수의 진동판과 상기 프레임 사이의 갭을 통해 공기 누설되는 것을 방지하기 위한 에지를 포함하는 압전 스피커.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 압전 소자는 제 1 압전 소자와 복수의 제 2 압전 소자를 구비하고, 상기 제 1 압전 소자는 진동을 상기 복수의 진동판에 전달하고, 각각의 상기 복수의 제 2 압전 소자는 진동을 상기 제 2 압전 소자에 대응하는 상기 복수의 진동판 중 하나에 전달하는 압전 스피커.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 복수의 진동판 표면의 적어도 일부 위에는 수지 부분이 제공되는 압전 스피커.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 에지는 상기 복수의 진동판 표면에 제공된 상기 수지 부분의 것과 같은 종류의 수지로 형성되는 압전 스피커.
  6. 제 2 항에 있어서, 상기 복수의 댐퍼는 서로 다른 물리적 특성을 가진 복수의 부분을 포함하는 압전 스피커.
  7. 제 2 항에 있어서, 상기 에지는 서로 다른 물리적 특성을 가진 복수의 부분을 포함하는 압전 스피커.
  8. 제 2 항에 있어서, 상기 복수의 진동판은 서로 다른 중량을 가지는 압전 스피커.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 복수의 진동판에는 서로 다른 두께의 수지층이 제공되는 압전 스피커.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 복수의 진동판은 서로 다른 두께를 가지는 압전 스피커.
  11. 압전 스피커를 제조하는 방법에 있어서,
    프레임, 복수의 진동판, 및 상기 프레임과 상기 복수의 진동판에 연결되고 각각의 상기 복수의 진동판이 선형으로 진동할 수 있도록 상기 복수의 진동판을 지지하는 복수의 댐퍼를 형성하기 위해 플레이트를 가공 처리하는 단계와,
    적어도 하나의 압전 소자를 상기 복수의 진동판 위에 배열하는 단계와,
    상기 복수의 진동판과 상기 프레임 사이의 갭을 통해 공기가 누설되는 것을 방지하기 위해 에지를 형성하는 단계를 포함하는 압전 스피커의 제조 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 에지는 상기 복수의 진동판에 시트(sheet)를 접합하여 형성되는 압전 스피커의 제조 방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 시트는 탄성을 갖는 얇은 고무 필름인 압전 스피커의 제조 방법.
  14. 제 12 항에 있어서, 상기 시트는 함침(impregnation) 및 코팅 중 하나에 의해 고무 탄성을 갖는 수지가 충전되어 있는 탄성을 갖는 직조된 천 및 탄성을 갖는 부직(non-woven)의 천 중 하나인 압전 스피커의 제조 방법.
  15. 제 11 항에 있어서, 상기 에지는 상기 액체 폴리머 수지의 표면 장력에 의해 생기는 모세관 작용을 이용하여 상기 복수의 진동판과 상기 프레임 사이의 갭에 액체 폴리머 수지를 유지시킴으로써 형성되는 압전 스피커의 제조 방법.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 폴리머 수지는 용매 휘발성 경화 수지, 적어도 2가지 종류의 액체 수지 성분을 포함하는 혼합물 반응 경화 수지(mixture reaction curable resin), 및 저온 반응 경화 수지 중 하나인 압전 스피커의 제조 방법.
  17. 제 15 항에 있어서, 상기 폴리머 수지는 디핑(dipping) 및 스핀-코팅(spin-coating) 중 하나에 의해 상기 갭에 유지되는 압전 스피커의 제조 방법.
  18. 제 15 항에 있어서, 상기 에지를 형성하는 단계 전에 상기 복수의 진동판과 상기 폴리머 수지 사이의 접착력을 향상시키는 단계를 부가로 포함하는 압전 스피커의 제조 방법.
  19. 제 11 항에 있어서, 적어도 하나의 압전 소자를 전기적으로 접속하는 단계를 부가로 포함하는 압전 스피커의 제조 방법.
  20. 제 4 항에 기재된 복수의 스피커를 구비하는 스피커 시스템.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 복수의 스피커는 서로의 피크 딥(peak dip)을 보완하도록 하기 위해 상이한 음향 특성을 가지는 스피커 시스템.
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