KR20030019679A - A flat-type speaker - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 평판형 스피커에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 평판 형태의 진동판을 압전필름 작동기를 이용하여 진동시킴으로써 음향을 발생시키는 평판형 스피커에 관한 것이다.The present invention relates to a flat speaker, and more particularly, to a flat speaker that generates sound by vibrating a flat plate vibration plate using a piezoelectric film actuator.
일반적으로 종래의 스피커는, 감겨져 있는 코일에 전류 신호가 인가되면 코일과 영구자석 사이에 유도력이 발생하게 되고, 이러한 유도력을 이용하여 영구자석에 부착된 진동판을 강체 운동하게 함으로써 공기를 진동시켜서 음향을 발생한다.In general, when a current signal is applied to a wound coil, a conventional speaker generates an induction force between the coil and the permanent magnet, and vibrates air by causing the diaphragm attached to the permanent magnet to rigidly move using the induction force. Generate sound.
이러한 종래의 스피커는 감겨져 있는 코일과 영구자석으로 인하여 스피커의 크기, 특히 두께가 두꺼워짐으로써 공간 활용도가 떨어지는 문제점이 있었다.Such a conventional speaker has a problem in that the space utilization is inferior due to the size of the speaker, especially the thickness being thickened due to the coil and the permanent magnet wound.
따라서, 벽걸이 텔레비전이나 벽걸이 오디오 등 각종 벽걸이 가전제품과 함께 사용되기 어려웠던 문제점이 있었다.Therefore, there has been a problem that it is difficult to use with various wall-mounted home appliances such as wall-mounted television or wall-mounted audio.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 스피커의 공간 활용도를 높이고, 각종 벽걸이 제품에 적용될 수 있게 하는 평판형 스피커를 제공함에 있다.An object of the present invention for solving the above problems is to provide a flat speaker that increases the space utilization of the speaker, and can be applied to various wall products.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 압전필름 전극의 분포를 최적화하여 재생음의 각 대역간 주파수 특성을 평탄하게 함으로써 스피커의 성능을 향상시킬 수 있게 하는 평판형 스피커를 제공함에 있다.In addition, another object of the present invention is to provide a flat speaker that can improve the performance of the speaker by optimizing the distribution of the piezoelectric film electrode to flatten the frequency characteristics of each band of the reproduction sound.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은, 복합재료를 사용하여 제작된 진동판에 소정의 곡률을 형성하여 음향을 크게 만드는 평판형 스피커를 제공함에 있다.Further, another object of the present invention is to provide a flat speaker that forms a predetermined curvature in a diaphragm made of a composite material to increase the sound.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 평판형 스피커를 나타내는 사시도이다.1 is a perspective view of a flat panel speaker according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 2는 도 1의 단면도이다.2 is a cross-sectional view of FIG. 1.
도 3은 도 2의 스피커의 확대 단면도이다.3 is an enlarged cross-sectional view of the speaker of FIG. 2.
도 4는 도 1의 압전필름 전극 형상을 나타내는 평면도이다.4 is a plan view illustrating the piezoelectric film electrode shape of FIG. 1.
도 5a는 도 1의 압전필름 전극 전체면이 붙어 있을 경우 발생하는 음향의 주파수 특성을 나타내는 그래프이다.5A is a graph showing frequency characteristics of sound generated when the piezoelectric film electrode entire surface of FIG. 1 is attached.
도 5b는 도 1의 압전필름 전극 일부분이 최적화 설계로 제거된 경우 발생하는 음향의 주파수 특성을 나타내는 그래프이다.FIG. 5B is a graph showing frequency characteristics of sound generated when a portion of the piezoelectric film electrode of FIG. 1 is removed by an optimization design.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 평판형 스피커는, 섬유강화 복합재질의 얇은 판 형상인 진동판; 상기 진동판의 전후면에 각각 부착되는 압전필름 작동기; 및 상기 압전필름의 전극에 전압신호를 인가하는 전압인가수단;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.Flat plate speaker of the present invention for achieving the above object, the diaphragm of a thin plate shape of fiber reinforced composite material; Piezoelectric film actuators respectively attached to front and rear surfaces of the diaphragm; And voltage application means for applying a voltage signal to the electrode of the piezoelectric film.
또한, 바람직하기로는, 상기 진동판에서 발생하는 음향의 주파수 특성에 왜곡 현상이 없이 평탄하도록 상기 압전필름 작동기의 전극의 특정 부위를 제거하여 부분적으로 압전효과가 일어나지 않게 형성할 수 있다.In addition, the piezoelectric effect may be partially formed by removing a specific portion of the electrode of the piezoelectric film actuator so that the frequency characteristic of the sound generated from the diaphragm is flat without distortion.
또한, 상기 압전필름의 전극은, 전극이 붙어 있어야 할 부분에 마스킹을 한 뒤, 마스킹이 안된 부분을 에칭시켜서 전극이 붙어 있지 않아야 할 부분의 전극을 제거하여 제작되거나, 실크 스크린 등의 인쇄기법으로 전극 형상으로 제작하는 것이 바람직하다.In addition, the electrode of the piezoelectric film is manufactured by masking a portion to which the electrode should be attached, and then etching the unmasked portion to remove the electrode of the portion to which the electrode should not be attached, or by using a printing method such as a silk screen. It is preferable to produce in an electrode shape.
이하, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 평판형 스피커를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a flat panel speaker according to an exemplary embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
먼저, 도 1, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 평판형 스피커(10)는, 크게 진동판(11), 압전필름 작동기(12) 및 전압인가장치를 포함하여 이루어지는 구성이다.First, as shown in Figures 1, 2 and 3, the flat panel speaker 10 according to a preferred embodiment of the present invention, the diaphragm 11, the piezoelectric film actuator 12 and the voltage applying device It is a structure comprised.
즉, 상기 진동판(11)은, 섬유강화 복합재질의 얇은 판 형상인 것으로서, 스피커(10)의 음향을 발생시키는 것이다.That is, the diaphragm 11 is a thin plate shape made of fiber-reinforced composite material, and generates the sound of the speaker 10.
이러한 상기 진동판(11)은 질기고, 경량인 모든 복합재질이 가능하나 바람직하기로는 SK 케미컬사의 USN125BX 프리프레그 2장을 서로 같은 각도로 적층한 뒤 성형하여 제작하는 것이 바람직하다.The diaphragm 11 may be made of a tough and lightweight all composite material, but preferably, two USN125BX prepregs of SK Chemical are laminated and molded at the same angle to each other.
또한, 이러한 상기 진동판(11)은, 완전 평면형을 적용하는 것이 가능하나 발생하는 음향의 크기를 증대시키고, 구조적으로 보다 견고할 수 있도록 곡률반경이대략 60 cm 내지 200 cm 정도로 굴곡진 형상으로 성형 제작되는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하기로는 상기 진동판(11)의 크기가 15 cm ×15 cm 일 경우 곡률반경이 대략 130 cm 정도인 것이 좋다.In addition, the diaphragm 11 is capable of applying a completely planar shape, but in order to increase the magnitude of the generated sound and to be more structurally rigid, the curvature radius is formed in a curved shape of about 60 cm to 200 cm. Preferably, it is more preferable that the radius of curvature is approximately 130 cm when the size of the diaphragm 11 is 15 cm x 15 cm.
또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 압전필름의 작동기(12)는, 상기 진동판(11)의 전후면에 각각 에폭시 수지 접착제를 이용하여 부착되는 것으로서, 압전필름 작동기(12)의 분극방향은 서로 같은 방향이 되도록 부착한다.In addition, as shown in Figure 3, the actuator 12 of the piezoelectric film is attached to each of the front and rear surfaces of the diaphragm 11 using an epoxy resin adhesive, the polarization direction of the piezoelectric film actuator 12 is Attach them in the same direction.
이러한 압전필름 작동기(12)는, 내부에 폴리머형태의 압전필름층(14)이 형성되고, 그 전후면에 전극(13)이 설치되는 구성이다.The piezoelectric film actuator 12 has a structure in which a piezoelectric film layer 14 having a polymer form is formed therein, and electrodes 13 are provided on the front and rear surfaces thereof.
또한, 도시하진 않았지만 상기 전압인가장치는, 상기 압전필름의 전극(13)에 전압신호를 인가하는 것으로서, 상기 압전필름 전극(13)의 규격에 맞는 스피커의 네트워크 회로를 사용할 수 있다.In addition, although not shown, the voltage application device applies a voltage signal to the electrode 13 of the piezoelectric film, and may use a network circuit of a speaker meeting the standard of the piezoelectric film electrode 13.
한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 진동판(11)에서 발생하는 음향의 주파수 특성에 왜곡 현상이 없이 평탄하도록 상기 압전필름 전극(13)의 특정 부위를 제거하여 부분적으로 압전효과가 일어나지 않게 형성할 수 있다.On the other hand, as shown in Figure 4, by removing a specific portion of the piezoelectric film electrode 13 so that the frequency characteristics of the sound generated in the diaphragm 11 is flat without distortion phenomenon, the piezoelectric effect is not formed partially. can do.
즉, 압전필름은 전후면에 각각 증착되어 있는 전극(13)을 이용하여 전압을 가하면 진동하게 되는 데, 이러한 전극(13) 중 특정 부위의 전극을 제거하면 그 부위에서의 압전효과가 나타나지 않게 된다.That is, the piezoelectric film vibrates when a voltage is applied using the electrodes 13 respectively deposited on the front and rear surfaces. When the electrodes of a specific portion of the electrodes 13 are removed, the piezoelectric effect is not shown at the portions. .
여기서, 도 4의 검은 부분은 전극(13)이 붙어 있는 부분이고, 흰 부분은 전극이 붙어 있지 않은 부분으로서, 이러한 전극(13) 형상을 제작할 경우, 압전필름의 전기적 주축을 진동판의 기계적 주축과 일치시키는 것이 바람직하다.Here, the black part of FIG. 4 is a part to which the electrode 13 is attached, and the white part is a part to which the electrode is not attached. When manufacturing the shape of the electrode 13, the electrical main axis of the piezoelectric film is connected to the mechanical main axis of the diaphragm. It is desirable to match.
이러한, 특정 부위가 제거된 전극(13)의 형상은, 제작된 진동판(11)의 진동특성을 수치해석, 즉 유한요소법을 이용하여 진동판(11)의 진동모드를 계산한 다음, 음향 방사 특성에 따라 음향의 왜곡이 없도록 유전자 알고리즘을 이용하여 최적 설계하는 제 1 프로그램과, 자유 음장으로 방사되는 음향해석에서 효과적으로 사용되는 수치 해석 기법인 경계요소법을 이용하여 설계 주파수 대역에 대해 방사된 음향 파워를 계산하는 제 2 프로그램을 서로 반복하여 설계되는 것이 가능하다.The shape of the electrode 13 from which the specific part is removed is calculated by analyzing the vibration characteristics of the manufactured diaphragm 11, that is, by using the finite element method, and then calculating the vibration mode of the diaphragm 11. Calculate the radiated sound power for the design frequency band by using the first program designed optimally using genetic algorithm to avoid the distortion of the sound and the boundary element method, which is a numerical analysis technique effectively used in the acoustic analysis radiated into the free sound field. It is possible to design the second program to repeat each other.
여기서, 상기 제 1 프로그램은, 수치해석 기법 중에 구조 해석에 효과적으로 사용되는 수치해석 기법인 유한요소법을 이용하는 것으로서, 압전필름 작동기(12)를 포함한 진동판(11)의 진동특성을 해석할 수 있는 수치해석적 모델을 이용하여 탄성체의 운동 지배 방정식을 아래와 같은 행렬방정식으로 변환한다.Here, the first program uses a finite element method, which is a numerical method that is effectively used for structural analysis, and is capable of analyzing vibration characteristics of the diaphragm 11 including the piezoelectric film actuator 12. The equation of motion governance of elastic body is transformed into matrix equation using
Ma + Ku = FMa + Ku = F
이때, 상기 행렬식에서 M은 질량행렬, K는 강성행렬, a는 가속도 벡터, u는 변위벡터 그리고 F는 외력벡터이다.In this determinant, M is a mass matrix, K is a rigid matrix, a is an acceleration vector, u is a displacement vector, and F is an external force vector.
이러한 상기 압전필름 작동기(12)의 전극(13) 형상은 상기 행렬식에서 외력벡터 F 에 영향을 주고, 진동 모드를 계산하여 음향 방사 특성에 따라 음향의 왜곡이 없도록 압전필름의 전극(13) 형상을 설계할 수 있는 것이다.The shape of the electrode 13 of the piezoelectric film actuator 12 affects the external force vector F in the determinant, and calculates the vibration mode to form the shape of the electrode 13 of the piezoelectric film so that there is no distortion of the sound according to the acoustic radiation characteristics. It can be designed.
또한, 상기 제 2 프로그램은, 자유 음장으로 방사되는 음향해석에서 효과적으로 사용되는 수치 해석 기법인 경계요소법을 이용하는 것으로서, 설계 주파수 대역에 대해 방사되는 음향 파워를 계산한다.In addition, the second program uses a boundary element method, which is a numerical analysis technique effectively used in acoustic analysis radiated into a free sound field, to calculate acoustic power radiated for a design frequency band.
이러한 상기 제 1 프로그램과 제 2 프로그램 수행을 반복함으로써 압전필름의 전극(13) 형상을 최적화 설계할 수 있는 것이다.By repeating the first program and the second program, it is possible to optimize the shape of the electrode 13 of the piezoelectric film.
이러한 상기 압전필름의 전극은, 통상 전극이 일체로 붙어 있는 형태의 제품이 있고, 전극이 붙어 있지 않은 형태의 제품이 있는데, 우선 전극이 붙어 있는 형태의 제품을 이용하여 전극의 형상을 제작할 때는 전극이 붙어 있어야 할 부분에 마스킹을 한 뒤, 마스킹이 안된 부분을 에칭시켜서 전극이 붙어 있지 않아야 할 부분의 전극을 제거하여 제작된다.The electrode of the piezoelectric film is usually a product in which the electrode is integrally attached, and there is a product in which the electrode is not attached. First, when manufacturing the shape of the electrode using the product in which the electrode is attached, the electrode After masking the part to be attached, the unmasked part is etched to remove the electrode of the part to which the electrode should not be attached.
또한, 전극이 붙어 있지 않은 형태의 제품을 이용하여 전극의 형상을 제작할 때는, 실크 스크린 등의 인쇄기법으로 전극 형상을 제작하는 것이 가능하다.In addition, when manufacturing the shape of an electrode using the product of the form which does not have an electrode, it is possible to produce an electrode shape by printing techniques, such as a silkscreen.
따라서, 압전필름의 전극이 전면에 걸쳐서 덮여 있는 평판형 스피커를 사용할 경우, 도 5a에 도시된 바와 같이, 발생되는 음향의 주파수 특성이 진동판의 고유 진동 특성에 의해 특정 대역에서의 음향은 매우 커지고, 특정 대역에서의 음향은 매우 작아지는 등 들쭉날쭉한 음향의 왜곡현상이 발생한다.Therefore, in the case of using a flat panel speaker in which the electrode of the piezoelectric film is covered over the entire surface, as shown in FIG. 5A, the frequency characteristic of the generated sound becomes very large in a specific band due to the intrinsic vibration characteristic of the diaphragm, The sound in a specific band becomes very small, and the distortion of the jagged sound occurs.
그러나, 압전필름의 전극이 부분 제거되어 최적화 설계된 도 4의 전극 형상(13)을 갖는 본 발명의 평판형 스피커(10)를 사용할 경우, 도 5b에 도시된 바와 같이, 발생되는 음향의 주파수 특성이 진동판의 고유 진동 특성을 억제하여 전 주파수 대역에서 재생 음향이 매우 평평하게 되어 음향의 왜곡현상이 발생하지 않기 때문에 청취자에게 정확한 음향을 그대로 재생할 수 있는 것이다.However, when using the flat-shaped speaker 10 of the present invention having the electrode shape 13 of FIG. 4 designed to partially remove the electrodes of the piezoelectric film, as shown in FIG. By suppressing the intrinsic vibration characteristic of the diaphragm, the reproduction sound becomes very flat in all frequency bands, so that no distortion occurs in the sound, so that accurate sound can be reproduced to the listener.
이러한 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상을 해치지 않는 범위 내에서 당업자에 의한 변형이 가능함은 물론이다.The present invention is not limited to the above-described embodiment, and of course, modifications can be made by those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention.
예컨대, 본 발명의 일 실시예에서는 진동판의 크기가 15 cm ×15 cm 인 정사각형의 액자형 평판형 스피커를 예시하였으나, 이외에도 크고 작은 크기의 직사각형이나 원형이나 타원형인 평판형 스피커가 제작될 수 있고, 각 진동판의 형상에 따라 압전필름의 전극이 최적화 설계될 수도 있는 것이다.For example, in one embodiment of the present invention, the diaphragm has a square frame-type flat speaker having a size of 15 cm × 15 cm, but in addition to the rectangular or round or oval flat type speaker of a large and small size can be manufactured, each Depending on the shape of the diaphragm, the electrode of the piezoelectric film may be optimally designed.
따라서, 본 발명에서 권리를 청구하는 범위는 상세한 설명의 범위 내로 정해지는 것이 아니라 후술되는 청구범위와 이의 기술적 사상에 의해 한정될 것이다.Therefore, the scope of the claims in the present invention will not be defined within the scope of the detailed description, but will be defined by the following claims and the technical spirit thereof.
이상에서와 같이 본 발명의 평판형 스피커에 의하면, 스피커의 공간 활용도를 높이고, 각종 벽걸이 제품에 적용될 수 있으며, 압전필름 전극의 분포를 최적화하여 재생음의 각 대역간 주파수 특성을 평탄하게 함으로써 스피커의 성능을 향상시킬 수 있고, 복합재료를 사용하여 제작된 진동판에 소정의 곡률을 형성하여 음향을 크게 하는 효과를 갖는 것이다.As described above, according to the flat panel speaker of the present invention, it is possible to increase the space utilization of the speaker, and to be applied to various wall-mounted products, and to optimize the distribution of the piezoelectric film electrodes to flatten the frequency characteristics of each band of the reproduction sound, thereby improving the performance of the speaker. It is possible to improve, and to have a predetermined curvature on the diaphragm produced using the composite material has the effect of enlarging the sound.
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| KR100789322B1 (en) * | 2005-10-19 | 2007-12-28 | (주)필스 | Poly-sides electrode film speaker and sounds apparutus thereof |
| KR100829976B1 (en) * | 2006-07-11 | 2008-05-16 | 이돈응 | Door-frame type flat speaker having a structure of separating a permanent magnet from a voice coil |
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| JP7265625B2 (en) | 2019-06-28 | 2023-04-26 | 富士フイルム株式会社 | Electroacoustic conversion film and electroacoustic transducer |
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| KR100396001B1 (en) | 2003-08-27 |
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