KR20010078914A - 대출력 음향-진동 변환장치 - Google Patents

대출력 음향-진동 변환장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 음향신호를 진동으로 변환하여 인체의 골도를 통해 소리를 들을 수 있는 것으로서, 철심코어와 관성추를 사용하여 대출력을 발휘하는 음향-진동 변환장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 음향-진동 변환장치는 프레임에 고정된 자석수단과, 자석수단의 N극 또는 S극에 대향하여 위치하는 전자석으로 구성되는 음향-진동 변환장치인데, 상기 전자석은, 코일에 인가되는 음성신호에 의해 전자석에 형성되는 극성과 이에 대향하고 있는 자석수단의 극성간의 상호작용에 따라 자석수단에 접근하고 자석수단으로부터 멀어지는 왕복운동을 하는 것을 특징으로 한다. 위의 구성에서, 상기 전자석에는 관성추가 포함되어 전자석의 왕복 운동의 관성력을 증가시킴으로써 상기 전자석의 왕복 회전운동에 따라 자석수단이 고정된 프레임이 진동하게 함으로써 진동력을 증대시킬 수 있다.

Description

대출력 음향-진동 변환장치{Sound-to-vibration conversion apparatus}
본 발명은 음향신호를 진동으로 변환하여 인체의 골도를 통해 소리를 들을 수 있는 것으로서, 철심코어와 관성추를 사용하여 대출력을 발휘하는 음향-진동 변환장치에 관한 것이다.
기존에 청각장애자용 음향 청취장치로서 골도스피커라는 것이 개발되어 있다. 이는 고막에 의한 청신경 자극 대신에 두개골의 진동에 의해 청신경을 자극하여 고막이 손상된 청각장애자도 소리를 들을 수 있도록 하는 음향변환 장치이다. 기본적으로 골도스피커는 음향을 공기를 매개로 재생하는 대신에 액체나 고형물(인체)을 매개로 재생하는 스피커 장치이다. 청각장애자용 골도 음향청취 장치는 특허출원 제1994-25746호(1994. 10. 7. 출원)에 개시되어 있다.
한편, 청각장애자용 음향청취의 목적에서 확대되어, 스피커에서 출력되는 음향을 청각으로 청취하는 것이 아니라 인체의 촉각으로 느낄 수 있도록 하는 이른바 "체감 스피커"라는 것이 개발되었다. 체감 스피커는 음향을 진동으로 변환하여 인체에 전달되는 진동으로써 청신경을 자극하는 스피커로서, 타인에게 큰 소음을 주지 않으면서도 종래의 음향 스피커보다 생동감있고 박진감 넘치는 사운드를 들을 수 있다. 이러한 체감 스피커는 자동차 시트에 장착되어 오디오 매니어의 욕구를 충족시키며 기타 게임용 의장, 극장 등에 사용될 수 있다.
그러나, 종래에는 체감 스피커를 일반적인 음향 스피커의 구조(도1 참조)를 그대로 사용하여 제작하고 있기 때문에 높은 출력을 얻을 수가 없었다. 그러다보니, 출력을 높이게 되면 전류가 많이 흐르게 되어 발열에 의한 코일의 수명이 단축되는 문제가 있고, 진동자의 고유진동수와 증폭된 신호의 주파수가 일치할 경우에는 진동자가 동조를 일으켜 이상발진이 발생하고 특정 대역 이상의 주파수는 출력하지 못하는 단점이 있다.
도1은 종래의 음향 스피커의 개략적인 구조를 나타내고 있다. 프레임(1)에 영구자석(3)이 고정되어 있고 자석(3)의 일극에는 보이스코일(5)이 감겨있는 전자석(7)이 삽입된다. 이 전자석(7)에는 진동판(9)이 붙어있어서, 전자석(7)과 함께 앞뒤로(도1에서는 Y화살표 방향) 왕복 진동을 할 수 있다. 보이스코일(5)에 음향신호 V가 인가되면 보이스코일(5)에 발생하는 기자력에 의해 영구자석(3)과 상호작용하여 전자석(7)이 왕복운동하고 그에 따라 진동판(9)이 떨리면서 주위의 공기를 진동시켜 사운드를 발생하게 된다.
본 발명은 종래의 체감 스피커의 단점을 개선하기 위하여 발명된 것으로서, 종래의 음향 스피커를 개조한 구조(도1 참조)를 탈피하여 관성체를 부착한 철심을 사용한 전자석을 왕복 운동시켜서 진동 에너지를 증대시키는 음향-진동 변환장치를 제공함을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 음향-진동 변환장치는 프레임에 고정된 자석수단과, 자석수단의 N극 또는 S극에 대향하여 위치하는 전자석으로 구성되는 음향-진동 변환장치인데, 상기 전자석은, 코일에 인가되는 음성신호에 의해 전자석에 형성되는 극성과 이에 대향하고 있는 자석수단의 극성간의 상호작용에 따라 자석수단에 접근하고 자석수단으로부터 멀어지는 왕복운동을 하는 것을 특징으로 한다. 위의 구성에서, 상기 전자석에는 관성추가 포함되어 전자석의 왕복 운동의 관성력을 증가시킴으로써 상기 전자석의 왕복 회전운동에 따라 자석수단이 고정된 프레임이 진동하게 함으로써 진동력을 증대시킬 수 있다.
위에서, 전자석은 일방향으로 3개의 돌출부를 갖는 E자형 철심 코어의 중앙 돌출부에 코일이 감겨서 제작되는 것이 바람직하며, 전자석이 자석수단에 접근할 때 및 전자석이 자석수단으로부터 멀어질 때에 전자석의 운동방향과 반대방향으로 저항력을 주는 탄성체, 및 전자석이 자석수단에 최근접하더라도 자석수단과 일정한 간격을 유지하도록 전자석과 자석수단 사이에 간격유지 수단이 추가로 포함되는 것이 바람직하다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구성과 작용을 구체적으로 설명한다.
도1은 종래의 음향 스피커의 개략적 구조.
도2는 본 발명의 실시예도.
<도면부호의 설명>
프레임(1); 영구자석(3); 보이스코일(5); 전자석(7); 진동판(9); 자석수단(11); 전자석(13); 돌출부(13a,b,c); 코일(15); 관성추(17); 탄성체(19a,b); 간격유지 수단(21); 하우징(23); 프레임(25)
도2는 본 발명에 따른 음향-진동 변환장치의 구성을 나타내는 단면도이다. 크게, 하우징(23)에 고정된 자석수단(11)과, 자석수단의 N극 또는 S극에 대향하여 (도2에서는 N극에 대향하는 것으로 표시되나, 이에 한정되지는 않음) 위치하는 전자석(13)으로 구성된다.
이러한 구성에서, 상기 전자석(13)은, 코일(15)에 인가되는 음성신호에 의해 전자석(13)에 형성되는 극성과 이에 대향하고 있는 자석수단(11)의 극성간의 상호작용에 따라 자석수단(11)에 접근하거나 자석수단(11)으로부터 멀어지는 왕복운동을 하게 된다.
도2에서, 자석수단(11)은 하우징(23)에 고정되어 있다. 하우징(23)은 자동차 시트 또는 침대, 의자 등에 부착될 것이다. 자석수단(11)으로서는 영구자석을 사용할 수 있다. 그러나, 영구자석이 아닌 전자석을 사용해도 본 발명의 범위에 있어서는 전혀 관계가 없다. 이하, 실시예의 설명에서는 자석수단을 "영구자석"으로 한정하여 설명하기로 한다.
도2에서, 전자석은 일방향으로 3개의 돌출부(13a,b,c)를 갖는 E자형 철심 코어의 중앙 돌출부(13a)에 코일(15)이 감겨서 제작된다. 코일(15)에는 앰프 등의 증폭회로로부터 음성신호가 인가된다. 본 발명에 따른 음향-진동 변환장치의 작동원리는 증폭회로(앰프)로부터 출력되는 음향신호가 코일(15)에 인가되면 음향신호의진폭 및 위상에 따라 전자석(13)의 극성 및 자력크기가 변화되어서 영구자석(11)과의 사이에 인력 및 반발력이 작용하게 되어 전자석(13)이 왕복 운동을 하게 된다. 이때, 전자석(13)의 운동은, 음향신호의 진폭에 따라 왕복거리가 달라지게 된다.
이상과 같이 본 발명에 따른 음향-진동 변환장치도 기존의 체감 스피커와 유사하게 음향신호를 진동으로 변환하기 위하여 자력을 이용하고 있다. 따라서 영구자석과 코일은 필수적으로 이용되고 있다. 그러나, 종래의 체감 스피커와는 달리, 본 발명은 철심 코어로 제작된 전자석(13)을 왕복 운동시켜, 전자석의 무게에 의한 관성력으로 힘의 작용과 반작용을 일으키는 새로운 방식을 채택하고 있다. 철심 코어를 사용하기 때문에 자력의 집중(힘의 집중)을 이룰 수 있어 진동에 박진감이 있으며 코일(15)에서 발생하는 자력의 손실이 줄어든다.
한편, 도2에서 보는 바와 같이, 상기 전자석(13)에는 관성추(17)가 포함되어 전자석(13)의 왕복회전 운동의 관성력을 더욱 배가시킨다. 따라서, 상기 전자석(17)이 영구자석(11)과 마주보면서 왕복 운동을 하려고 하지만 관성추(17)의 무게 때문에 관성력이 상대적으로 작은 영구자석(11) 및 하우징(23)이 반작용에 의해 진동하게 되는 것이다. 따라서, 훨씬 더 본 발명에 따른 음향-진동 변환장치의 진동에너지가 커지게 된다. 하우징(23)의 진동은 하우징이 부착되어 있는 자동차 시트, 침대, 의자 등에 전달되어 인체의 촉감을 자극하게 된다.
여기서 주의할 점은 관성추(17)의 무게에 따라 전자석의 고유진동 주파수가 변하게 되므로, 오디오 제너레이터 등을 이용하여 정확한 주파수를 파악하고 증폭기에 장착한 트랩을 조절하여야 한다. 이렇게 해야만 동조파형 재생시 왜곡과 발진을 막을 수 있다.
또한, 도2를 보면, 전자석(13)이 영구자석(11)에 접근할 때 및 전자석(13)이 영구자석(11)으로부터 멀어질 때에 전자석(13)의 운동방향과 반대방향으로 저항력을 주는 탄성체(19a,b)가 추가로 포함되어 있다. 그리고, 전자석(13)이 영구자석(11)에 최근접하더라도 영구자석(11)과 일정한 간격을 유지하도록 전자석(13)과 영구자석(11) 사이에 간격유지 수단(21)이 추가로 포함되어 있다. 이 간격유지 수단(21)으로서는 완충 패드가 사용될 수 있는데, 이 완충 패드를 사이에 두고 전자석(13)과 영구자석(11)이 충돌하게 된다. 이러한 구조는 특히 전자게임이나 영화감상시에 폭발 등의 효과음을 충실히 체감하게 해준다. 이로써 원음의 재생 이외에도 인위적인 충격진동을 발생시킬 수 있다. 이렇게 하여 폭발음, 충돌음 등이 재생될 때에 출력이 급상승하여 사용자가 강한 충격파를 느끼게 되어 실제로 폭발이나 충돌이 일어나는 느낌을 체감할 수 있게 된다.
한편 본 발명에 따른 진동작용은 특정 주파수의 파형에 동조가 될 수 있기 때문에 증폭회로에는 주파수 트랩장치를 삽입하는 것이 바람직하다. 주파수 트랩은 특정 주파수를 제거하는 일종의 필터로서 당업자가 용이하게 실시할 수 있다.
도2에서 설명하지 않은 구성요소, "25"는 전자석(13), 탄성체(19a,b), 관성추(17)를 지지하기 위한 프레임으로서, 영구자석(11)이 고정되며 시트나 의자 등에 설치되는 하우징(23)과는 분리되어 있다.
본 발명에 따른 음향-진동 변환장치는 종래의 음향 스피커 개조방식에 의한체감 스피커와는 달리 대출력의 진동에너지를 얻을 수 있기 때문에, 차량시트에 내장하여 카오디오 매니어의 욕구를 충족시켜 줄 수 있고, 컴퓨터, 게임기 의자, 극장 의자, 차량의 바닥이나 천장, 벽면 등에 장착하여 사용자가 마치 현장에 있는 듯한 박력있는 사운드를 체감할 수 있다. 또한, 침대의 매트리스에 내장하여 임산부의 태교나 불면증 환자의 수면유도에 효과적이며, 부부생활의 극적 분위기 연출이 가능해진다.
전자피아노의 건반부에 본 발명의 음향-진동 변환장치를 장착하면 건반을 누르는 손에서 진동을 직접 느낄 수 있어서 청각장애자들도 음을 느끼면서 피아노연주를 할 수 있으며, 전자피아노의 약점인 진동이 없다는 점을 해결하여 고가의 현식 피아노를 고집할 필요가 없게 된다. 또한, 본 발명에 따른 음향-진동 변환장치는 음향공명 장치로의 응용이 가능하다. 즉, 차량 소음, 화장실 소리 등의 감쇠와 회의실 벽이나 창문 등에 장착하여 도청을 방지할 수 있다.
이 밖에도 액체나 고체를 매개체로 한 통신수단에 이용될 수 있고, 기존의 모터식 안마기의 단순한 진동이 아닌 음률을 이용한 안마기능으로써 심신의 피로를 푸는 데도 활용될 수 있다.

Claims (6)

  1. 하우징에 고정된 자석수단과, 자석수단의 N극 또는 S극에 대향하여 위치하는 전자석으로 구성되는 음향-진동 변환장치로서,
    상기 전자석은, 코일에 인가되는 음성신호에 의해 전자석에 형성되는 극성과 이에 대향하고 있는 자석수단의 극성간의 상호작용에 따라 자석수단에 접근하고 자석수단으로부터 멀어지는 왕복운동을 하는 것을 특징으로 하는 음향-진동 변환장치.
  2. 청구항 1에서, 상기 전자석에는 관성추가 포함되어 전자석의 왕복 운동의 관성력을 증가시킴으로써 상기 전자석의 왕복 회전운동에 따라 자석수단이 고정된 프레임이 진동하는 것을 특징으로 하는 음향-진동 변환장치.
  3. 청구항 1 또는 2에서, 상기 자석수단은 영구자석인 것을 특징으로 하는 음향-진동 변환장치.
  4. 청구항 1 또는 2에서, 전자석은 일방향으로 3개의 돌출부를 갖는 E자형 철심 코어의 중앙 돌출부에 코일이 감겨서 제작되는 것을 특징으로 하는 음향-진동 변환장치.
  5. 청구항 1 또는 2에서, 전자석이 자석수단에 접근할 때 및 전자석이 자석수단으로부터 멀어질 때에 전자석의 운동방향과 반대방향으로 저항력을 주는 탄성체가 추가로 포함되는 음향-진동 변환장치.
  6. 청구항 1 또는 2에서, 전자석이 자석수단에 최근접하더라도 자석수단과 일정한 간격을 유지하도록 전자석과 자석수단 사이에 간격유지 수단이 추가로 포함되는 음향-진동 변환장치.
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