KR200295357Y1 - 음향-진동 변환장치 - Google Patents

Abstract

본 고안에 따른 음향-진동 변환장치는 적어도 전면, 후면, 양측면을 포함하는 하우징과, 상기 하우징 내부의 일 측면에 두 극이 전후면을 바라보도록 배열되어 고정된 제1자석수단과, 상기 제1자석수단이 고정된 면과 대향하는 하우징 내부 측면에 두 극이 상기 제1자석수단의 두 극과 마주보도록 고정된 제2자석수단과, 상기 하우징 외부의 음향기기로부터 출력되는 음향신호가 입력되는 전자석을 포함하여 구성되되, 상기 전자석은 두 극이 각각 상기 제1자석수단 및 제2자석수단과 마주보도록 상기 제1자석수단과 제2자석수단 사이에 위치하여 입력되는 음향신호에 따라 제1,제2자석수단과의 자기력의 상호작용에 의하여 전후면 방향으로 진동할 수 있도록 상기 하우징에 고정되는 것을 특징으로 한다. 본 고안에 따른 음향-진동 변환장치는 종래의 음향스피커 개조방식에 의한 체감 스피커와는 달리 철심코어와 관성추를 사용한 전자석을 채용하여 대출력의 진동에너지를 얻을 수 있으며 전자석에 발생하는 열손실을 극소화할 수 있다.

Description

음향-진동 변환장치 {Sound-to-vibration conversion apparatus}

본 고안은 철심코어와 관성추를 사용하여 음향신호를 진동으로 변환하여 인체의 골도를 통해 소리를 들을 수 있는 음향-진동 변환장치에 관한 것이다.

기존에 청각 장애자용 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 생동감 있고 박진감 넘치는 사운드를 들을 수 있도록 해준다. 이러한 체감 스피커는 자동차 시트에 장착되어 오디오 매니어의 욕구를 충족시킬 수 있으며 기타 게임용 의자, 극장 등에 사용될 수 있다.

그러나, 종래에는 체감 스피커를 일반적인 음향 스피커의 구조를 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 음향스피커의 개략적인 구조를 나타내고 있다. 프레임(1)에 영구자석(3)이 고정되어 있고 영구자석(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 음을 발생하게 된다.

본 고안은 종래의 체감 스피커의 단점을 개선하기 위하여 창안된 것으로서, 종래의 음향스피커의 구조를 탈피하여 관성체를 부착한 I자 형태의 철심을 사용한 전자석에 음향신호를 인가함에 따라 발생되는 양방향의 전자기력과 이에 대향하는 영구자석 간의 인장 및 반발력을 이용하여 진동을 발생시키는 음향-진동 변환장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

특히, 본 고안의 출원인이 이미 특허출원한 발명들에 비하여 구조적으로 매우 얇은 형태의 음향진동자를 제작할 수 있고, 또한 진동방향도 일방향이 아니라 양방향으로 진동할 수 있는 음향-진동 변환장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도1은 종래의 음향스피커의 개략적 구성도

도2는 본 고안의 일 실시예의 구성도

<도면 주요부호의 설명>

1 프레임, 3 영구자석, 5 보이스코일, 7 전자석, 9 진동판, 10 하우징, 11 제1자석수단, 11' 제2자석수단, 13 전자석, 15 정첩식 조인트, 17 연결부

고안의 개요

본 고안에 따른 음향-진동 변환장치는 적어도 전면, 후면, 양측면을 포함하는 하우징,

상기 하우징 내부의 일 측면에 두 극이 전후면을 바라보도록 배열되어 고정된 제1자석수단과,

상기 제1자석수단이 고정된 면과 대향하는 상기 하우징 내부 측면에 두 극이 상기 제1자석수단의 두 극과 마주보도록 고정된 제2자석수단과,

상기 하우징 외부의 음향기기로부터 출력되는 음향신호가 입력되는 전자석을 포함하여 구성되되,

상기 전자석은 두 극이 각각 상기 제1자석수단 및 제2자석수단과 마주보도록 상기 제1자석수단과 제2자석수단 사이에 위치하여 입력되는 음향신호에 따라 제1,제2자석수단과의 자기력의 상호작용에 의하여 전후면 방향으로진동할 수 있도록 상기 하우징에 고정되는 것을 특징으로 한다.

상기 제1자석수단 및 제2자석수단은 영구자석인 것이 바람직하고, 또한 상기 전자석에는 관성추가 포함되어 전자석의 운동의 관성력을 증가시킴으로써 상기 전자석이 운동함에 따라 자석수단이 고정된 하우징이 진동하도록 하는 것이 바람직하다. 상기 제1자석수단과 제2자석수단의 대향하는 극이 서로 다른 극인 것을 특징으로 한다.

실시예

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시예를 설명하도록 한다. 도2는 본 발명의 일 실시예의 내부 사시도이다.

하우징(10) 내부의 일 측면에 제1자석수단(11)이 도면 상에서 볼 때 S극이 앞에 위치하고, N극이 뒤에 위치하도록 고정된다. 제1자석수단(11)이 고정된 면과 대향하는 면에는 제2자석수단(11')이 N극이 앞에 S극이 뒤에 위치하도록 고정된다. 제1자석수단(11)과 제2자석수단(11')의 두 극은 마주보게 된다. 본 실시예에서는 제1자석수단(11)과 제2자석수단(11')의 마주보는 극이 반대가 되도록 하였으나, 같은 극끼리 마주보도록 하는 것도 무방하다. 제1자석수단(11)과 제2자석수단(11')은 고정자석인 것이 바람직하나 이에 한정되는 것은 아니다.

제1자석수단(11)과 제2자석수단(11')의 사이에는 전자석(13)이 개재된다. 전자석(13)은 철심 코어의 주변에 전류를 흘림으로써 자성을 띄게 되는 물체로서, 본 고안에 있어서는 코어에 권선된 코일(19)에 하우징(10)의 외부에 있는 음향기기(도면 미도시)로부터 출력되는 음향신호가 입력된다.

전자석(13)은 제1자석수단(11)과 제2자석수단(11') 사이에서 입력되는 음향신호의 방향에 따라 진동할 수 있도록 하우징(10)에 고정된다. 본 실시예에 있어서는 하우징(10)의 하부에 경첩식 조인트(15)를 고정하고, 전자석(13)을 연결부(17)에 의해 연결함으로써 전자석(13)이 제1자석수단(11)과 제2자석수단(11') 사이에서 진동할 수 있도록 하였다. 전자석(13)의 고정방법은 이에 한정되는 것은 아니다. 전자석(13)이 제1자석수단(11)과 제2자석수단(11')의 사이에서 진동할 수 있도록만 고정시키면 된다. 예를 들면, 전자석(13)의 가운데에 중심축을 관통시키고 중심축을 하우징(10)에 고정시키면 전자석(13)은 중심축을 따라서 진동할 수 있게 하는 방법도 고려될 수 있다.

전자석(13)에는 관성추(도면 미도시)를 부착하는 것이 바람직하다. 관성추는 전자석(13)의 전체 무게를 증가시킴으로써 전자석(13)이 진동하게 되면 관성에 의해 전자석(13)보다 가벼운 하우징(10)이 진동하도록 하는 것이다.

본 실시예의 작용을 설명하면 다음과 같다. 전자석(13)의 코일(19)에 하우징(10)의 외부에 있는 음향기기로부터 음향신호가 입력되면 전자석(13)에는 자기력이 발생하고 이 자기력은 양쪽의 제1,제2자석수단(11, 11')의 자기력과 상호작용을 하게 된다. 만약, 전자석(13)의 왼쪽에 N극이 형성되었다면 오른쪽은 S극이될 것이고, 이 경우에는 전자석(13)은 도면의 앞쪽 방향으로 이동하게 될 것이다. 왜냐하면, 자석간에는 같은 극끼리는 척력이 작용하고, 다른 극끼리는 인력이 작용하기 때문이다.

전자석(13)에 입력되는 음향신호의 방향이 반대가 되어 전자석(13)의 왼쪽에는 S극이 형성되고 오른쪽에는 N극이 형성되면, 전자석(13)의 S극은 제1자석수단(11)의 N극과 인력이 작용하고, N극은 제2자석수단(11')의 S극과 인력이 작용하여 전자석(13)은 전체적으로 도면의 뒷방향으로 이동하게 된다.

전자석(13)에 입력되는 음향신호는 크기와 방향이 시간에 따라 변화하는 교류이므로 전자석(13)에 형성되는 자기력의 크기와 극성도 변하게 되고 이에 따라 제1,제2자석수단의 자기력과 상호작용에 의하여 전자석(13)은 진동하게 되는 것이다. 전자석(13)의 진동방향은 도2의 화살표 방향(21)과 같다. 이 때, 전자석(13)의 왕복거리는 음향신호의 진폭 파형을 모사하게 된다.

한편, 전자석(13)에 관성추를 부착하면 전자석(13)의 왕복운동의 관성력을 증가시킨다. 따라서, 전자석(13)이 진동하게 되면 관성력이 상대적으로 작은 하우징(10)이 진동하게 된다. 하우징(10)이 진동하게 되면 하우징(10)이 설치되어 있는 시트, 침대, 의자 등에 진동이 전달되고 이 진동은 인체의 촉각을 자극하게 된다.

여기서 주의할 점은 관성추의 무게에 따라 전자석(13)의 고유 진동 주파수가 변하게 되므로, 오디오 제너레이터 등을 이용하여 정확한 주파수를 파악하고 증폭기에 주파수 트랩장치를 삽입하여 이를 조절하여야 한다. 이렇게 해야만 동조파형 재생시 왜곡과 발진을 막을 수 있다. 주파수 트랩장치는 특정 주파수를 제거하는일종의 필터로서 당업자가 용이하게 실시할 수 있을 것이다.

이상에서는 본 고안에 따른 일 실시예를 중심으로 그 구성과 작용을 설명하였으나, 본 고안의 기술적 범위가 상기의 실시예에 한정되어 해석되어서는 아니된다. 본 고안의 기술적 범위는 실용신안등록청구범위에 기재된 사항의 합리적 해석에 의하여 결정되어야 한다.

본 고안에 따른 음향-진동 변환장치는 종래의 음향스피커 개조방식에 의한 체감 스피커와는 달리 철심코어와 관성추를 사용한 전자석을 채용하여 대출력의 진동에너지를 얻을 수 있으며 전자석에 발생하는 열손실을 극소화할 수 있다. 또한, 구조가 간단하며 생산성이 좋아서 생산원가가 적게 드는 장점이 있다. 특히, 본 고안에 따른 음향-진동 변환장치는 I자 형태의 코어를 이용한 전자석을 사용하기 때문에 매우 얇고 소형의 음향-진동 변환장치를 제공할 수 있는 효과가 있다.

본 고안의 음향-진동 변환장치는 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 고안에 따른 음향-진동 변환장치를 장착하면 건반을 누르는 손에서 진동을 직접 느낄 수 있어서 청각장애자들도 음을 느끼면서 피아노 연주를 할 수 있으며, 전자피아노의 약점인 진동이 없다는 점을 해결하여 고가의 현식 피아노를 고집할 필요가 없게 된다. 또한, 본 고안고안른 음향-진동 변환장치는 음향공명 장치로의 응용이 가능하다. 즉, 차량 소음, 화장실 소음 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 푸는데도 활용될 수 있다.

Claims (6)

1. 적어도 전면, 후면, 양측면을 포함하는 하우징,

   상기 하우징 내부의 일 측면에 두 극이 전후면을 바라보도록 배열되어 고정된 제1자석수단,

   상기 제1자석수단이 고정된 면과 대향하는 상기 하우징 내부 측면에 두 극이 상기 제1자석수단의 두 극과 마주보도록 고정된 제2자석수단,

   상기 하우징 외부의 음향기기로부터 출력되는 음향신호가 입력되는 전자석을 포함하여 구성되되,

   상기 전자석은 두 극이 각각 상기 제1자석수단 및 제2자석수단과 마주보도록 상기 제1자석수단과 제2자석수단 사이에 위치하여 입력되는 음향신호에 따라 제1,제2자석수단과의 자기력의 상호작용에 의하여 전후면 방향으로 진동할 수 있도록 상기 하우징에 고정되는 것을 특징으로 하는 음향-진동 변환장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제1자석수단 및 제2자석수단은 영구자석인 것을 특징으로 하는 음향-진동 변환장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 전자석에는 관성추가 포함되어 전자석의 운동의 관성력을 증가시킴으로써 상기 전자석이 운동함에 따라 자석수단이 고정된 하우징이 진동하는 것을 특징으로 하는 음향-진동 변환장치.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 제1자석수단과 제2자석수단의 대향하는 극이 서로 다른 극인 것을 특징으로 하는 음향-진동 변환장치.
5. 제3항에 있어서,

   상기 제1자석수단과 제2자석수단의 대향하는 극이 서로 다른 극인 것을 특징으로 하는 음향-진동 변환장치.
6. 제5항에 있어서,

   상기 전자석은 경첩에 의해 하우징에 고정되는 것을 특징으로 하는 음향-진동 변환장치.