KR200388877Y1 - 개량된 음향-진동 변환장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 자체에 설치된 중량추를 탄성적으로 왕복운동하여 음향신호의 파형을 진동으로써 모사하도록 하는 음향-진동 변환장치에 관한 것으로서, 베이스; 베이스 위에 설치되는 제1자석; 상기 제1자석 위에, 이로부터 일정 간격 떨어진 위치에 고정되는 평판; 상기 평판 중앙부에 부착되되 상하로 탄성적 운동을 하도록 상기 평판에 부착되며, 상기 제1자석의 자극 위치에 대응하는 위치에 일정 간격 떨어지도록 부착되는 제2자석으로 구성된다.

Description

개량된 음향-진동 변환장치{Improved sound-to-vibration conversion apparatus}

본 고안은 음향을 진동으로 변환하는 장치에 관한 것으로서, 구체적으로는 자체에 설치된 중량추를 탄성적으로 왕복운동하여 음향신호의 파형을 진동으로써 모사하도록 하는 장치에 관한 것이다.

기존에 청각 장애인용 음향 청취장치로서 골도스피커라는 것이 개발되어 있다. 이는 고막에 의한 청신경 자극 대신에 두개골의 진동에 의해 청신경을 자극하여 고막이 손상된 청각장애인도 소리를 들을 수 있도록 하는 음향변환 장치이다. 기본적으로 골도스피커는 음향을 공기를 매개로 재생하는 대신에 액체나 고형물(인체)을 매개로 재생하는 스피커 장치이다. 청각장애인용 골도 음향청취 장치는 실용신안등록출원 제1994-25746호(1994. 10. 7. 출원)에 개시되어 있다.

한편, 청각장애인용 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.

한편, 본 출원인도 이러한 체감 스피커 내지는 음향-진동 변환장치에 대해서 다수의 발명 및 고안을 출원한 바 있다(특허 제415052호, 특허출원 제2001-26925, 2002-18190, 2002-35276, 2002-27407, 실용신안등록 제295357호).

그러나 선출원에 관계된 음향-진동 변환장치의 경우에는 저주파용 코어를 사용하였기 때문에 출력 효율이 낮기 때문에 소출력의 진동자로 사용하기에는 곤란한 문제가 있었다. 또한 코어에 열에너지가 누적됨에 따라 발열량이 많아지기 때문에 고출력에도 사용하기가 어려웠다. 또한 그 구조상 진동이 외벽 내지는 프레임에서 발생되는 구조이기 때문에 진동의 폭(진폭)이 작았고, 장치의 크기가 커서 슬림형으로 제작하기가 어려워 각종 응용품(베개, 의자, 침대, 자동차시트 등)에 설치하기가 불편하였다. 특히 체감형 스피커로 사용할 경우에는, 코일의 권선 회수가 증가해야 하고 저주파용 코어를 사용함에 따라 음질이 나쁜 문제가 있었다.

본 고안은 상술한 바와 같은 선행기술의 단점을 개선하기 위하여 고안된 것으로서, 저주파 코어를 사용하지 않는 전자석과 중량추를 탄성적으로 왕복 운동시키는 구조를 채택한 새로운 구조의 음향-진동 변환장치를 제공한다.

본 고안에 따른 음향-진동 변환장치는, 베이스; 베이스 위에 설치되는 제1자석; 상기 제1자석 위에, 이로부터 일정 간격 떨어진 위치에 고정되는 평판; 상기 평판 중앙부에 부착되되 상하로 탄성적 운동을 하도록 상기 평판에 부착되며, 상기 제1자석의 자극 위치에 대응하는 위치에 일정 간격 떨어지도록 부착되는 제2자석으로 구성된다.

상기 베이스는 방열특성을 갖는 금속판이며, 상기 제1자석과 제2자석은, 각각의 자극이 상하로 배열되도록 설치된다.

또한 상기 평판은 자석에 붙지 않는 자기 절연체이며, 상기 평판은 상기 베이스 위에 설치된 적어도 두 개 이상의 스페이서에 고정되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 평판의 제2자석에 인접하여서는(바람직하게는 제2자석의 반대면 평판) 상대적으로 진동체의 무게를 늘리기 위한 중량체가 부착될 수 있다.

상기 평판은, 탄성소재의 평판 본체; 평판 본체의 내부 공간 일부를 절개하여 형성한 공동; 상기 공동이 이루는 공간의 적어도 두 곳 이상에서 내측으로 돌출하도록 형성된 연결지지부를 포함하며, 상기 제2자석을, 상기 공동 내에 포함되도록 상기 연결지지부 위에 부착하여 상하로 탄성 운동을 하도록 하는 것을 특징으로 한다. 이와는 달리, 상기 평판은, 평판 본체; 이 평판 본체의 중앙부에 형성된 공동; 이 공동을 가로질러서 공동의 위에 중첩되어 상기 평판 본체와 적어도 두 곳에서 고정되되, 상기 공동의 일부 공간은 중첩되지 않고 노출되도록 하는 탄성 소재의 제2자석 부착판을 포함하여, 이 제2자석 부착판에 상기 제2자석이 부착되어 상하로 탄성 운동을 할 수도 있다.

상기 고안에서, 제1자석은 전자석이고, 제2자석은 영구자석인 것이 바람직하다. 상기 베이스와 전자석 간, 및/또는 상기 베이스와 평판 사이에는 열전달을 저지하는 열차단막을 삽입하는 것이 바람직하다.

이하, 도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시예에 대해서 구체적으로 설명한다.

도1은 본 고안에 따른 음향-진동 변환장치의 전체 외관 분해사시도이고, 도2는 도1을 도1에 표시한 눈동자 방향에서 바라본 측면도이다. 둥근 원판 형태의 베이스(10) 위에 모든 구성요소가 조립된다. 이 베이스(10)는 전자석에서 발생되는 열을 발산하는 방열 특성을 갖는 두께 약 3mm의 금속판을 사용하였지만, 이에 한정되지는 않는다. 견고한 합성수지나 목재 등으로도 제작가능하며, 합성수지/목재와 방열용 금속을 조합하여 사용할 수도 있다.

베이스(10) 위의 중앙에는 보이스코일이 감긴 전자석(16)이 설치된다. 전자석(16)의 보이스코일에는 와이어(20)를 통해 음향신호가 음향기기(오디오기기, TV, 카스테레오, 라디오, 마이크, 악기 등)로부터 인가된다. 한편, 상기 방열성 베이스(10) 이외에, 본 고안에 따른 장치에서의 방열 효과를 더욱 높히기 위하여, 베이스(10)와 전자석(16) 사이에는 열의 전달을 저지하는 열차단막(18)을 삽입할 수 있다. 열차단막(18)으로는 열적 부도체(가령, 목재, 합성수지, 직물, 종이 등)인 한 어떤 소재든지 사용가능하다.

상기 전자석(16)의 위로부터 일정 간격 떨어지도록 평판(24)이 고정된다. 본 실시예에서 평판(24)은 탄성을 갖는 얇은 판(가령, SUS 재질, 브라스 등의 금속, 또는 에폭시, 폴리에틸렌, ABS 등의 합성수지)을 원형으로 형성하여 사용하였다. 평판(24)은 베이스(10)에 고정되는데 일정 높이의 스페이서(12)와 스크루(22)를 통해 베이스(10)에 고정한다. 한편, 스페이서(12)의 하면 또는 상하면 모두에는, 베이스(10)에 설치될 때 베이스(10)에서 방출되는 열이 평판(24)으로 전달되는 것을 저지하는 열차단막(미도시)을 삽입할 수 있다. 이 열차단막도 앞에서 설명한 열차단막(18)과 같이 목재, 합성수지, 직물, 종이 등의 소재로 사용가능하다.

평판(24)의 중앙에는 영구자석(14)이 부착된다. 도1, 2에서 평판(24)은 그 자체의 탄성에 의해서 주변부를 수평 기준으로 할 때 중앙부가 위로 볼록하게 그리고 아래로 오목하게 형상 변형을 할 수 있다. 본 실시예에서는 평판(24)의 중앙부를 절개하여 공동(28)을 형성하되, 이 공동(28)의 두 곳에서 내측을 향해 연결지지부(25)가 돌출되는 형상으로 공동(28)을 형성하고, 공동(28)이 이루는 공간 내에 포함되도록 연결지지부(25)의 하면에 영구자석(14)을 부착하였다. 이로써, 영구자석(14)은, 평판(24)의 중앙에 형성된 공동(28) 내에서 연결지지부(25)에 의해 탄성적으로 지지된 상태에서 상하로 탄성 운동을 할 수 있게 된다.

영구자석(14)의 탄성 운동을 위한 구조는 도1에 나타낸 구조에 한정되지 않는다. 다른 실시예로서, 도6에는, 탄성 소재인 평판의 중앙부에 공동(28)을 형성하되, 연결지지부(25)가 세 곳에서 내측으로 돌출하는 형상으로 공동(28)을 형성하고 여기에 영구자석(14)을 부착하는 것을 나타내고 있다. 도7은 또다른 실시예를 나타내는데, 도1과 도6에서 탄성 소재의 평판을 일체로 사용하여 영구자석(14)에 탄성력을 주는 것과는 달리, 비탄성 소재의 평판 본체의 중앙부를 절개하여 공동(28)을 형성하고, 이 공동(28)을 가로질러서 공동(28)의 위에 중첩되면서 상기 평판 본체에 용접, 스크루, 접착제 또는 리벳 등에 의해 고정되되, 상기 공동(28)의 일부 공간은 중첩되지 않고 노출되도록 하는 탄성 소재의 영구자석 부착판(29)을 별도로 부착한 구성을 나타내고 있다. 도7의 실시예에서는 평판 자체가 탄성체일 필요는 없고, 별도의 탄성판을 영구자석 부착판(29)으로 사용하여 영구자석(14)이 상하로 탄성 운동하도록 하는 구조이다. 물론, 도7에서도 평판 본체를 탄성소재로 사용할 수 있다. 그러나 본 고안에서는 기본적으로, 영구자석(14)만이 탄성 운동을 하는 것이 바람직하므로 평판 본체의 탄성은 영구자석(14) 부착판(29)의 탄성보다는 훨씬 약해야 할 것이다.

상기 전자석(16)과 영구자석(14)의 자극은 상하로 배열되도록 설치된다. 그러나 전자석과 영구자석의 자극 방향이 동일할 필요는 없다. 본 실시예에서는 전자석(16)을 아래에, 영구자석(14)을 위에 배치한 예를 들었지만, 본 고안이 이에 한정되지는 않는다. 즉, 영구자석을 아래에 설치하고, 영구자석 위에 전자석을 설치하더라도 본 고안의 목적은 달성될 수 있다.

다시 도1, 2로 돌아가서, 본 실시예에서는 상기 평판(24)에 부착한 영구자석(14)의 진동력을 증가시키기 위하여 영구자석(14)의 상면에 중량추(26)를 부착하였다. 이 중량추(26)의 작용은 각종 구동기구에 사용되는 균형추(balance weight), 플라이휠(fly wheel), 관성추(inertial weight) 등과 같은 작용을 하는 것이므로 자세한 설명은 생략한다.

상기 평판(24)은 자석에 붙지 않는 성질의 자기 절연체인데, 상기 중량추(26)의 재질은 어느 것이라도 관계없다. 중량추(26)는 전자석의 보이스코일에 인가되는 음향신호에 상응하여 영구자석(14)의 상하 진동에 의해 함께 진동하는 역할을 하면 되기 때문이다. 중량추(26)가 진동을 함에 따라, 곧 음향신호가 진동으로 변환되는 것이므로 중량추(26)는 상대적으로 무거운 재질을 사용해야 하며, 그 무게나 크기, 부착위치는 본 고안에 따른 음향-진동 변환장치를 사용할 용도, 원하는 진동 세기 등에 따라 당업자가 임의로 설계할 수 있다.

이하에서는 상기 구조를 갖는 본 고안의 실시예의 작용을 설명한다. 도3은 본 고안에 따른 음향-진동 변환장치의 원리를 설명하기 위한 개념도로서, 전자석(16), 영구자석(14), 스프링작용을 하는 평판(24), 중량추(26)가 간략하게 묘사되어 있다, 도4와 도5는 영구자석(14) 및 중량추(26)의 상하 진동을 나타내는 모식도이다.

도3에서, 전자석(16)과 영구자석(14)은 각각 상하로 자극이 배치되어 있기 때문에 그 자계(30)가 서로 수직 방향으로 형성되어 있다(상쇄방향이든 보강방향이든 관계없음). 이 상태에서 전자석(16)의 보이스코일에 아무런 신호가 인가되지 않으면 중량추(26)는 평판(24) 자체에 의해 기계적으로 지지되어 원위치에서 중립 상태에 있게 된다. 음향신호가 보이스코일에 인가되면, 전자석(16)의 자기장(Ee라 함) 방향이 영구자석(14)의 자기장(Ep라 함) 방향과 같게 또는 반대로 수시로 변화하기 때문에 Ee와 Ep가 보강 또는 상쇄되고 그 정도에 따라 실질자기장의 방향이 변화되고 이 방향 및 그 절대값의 크기에 따라 영구자석(14)이 음향신호의 파형을 모사하여 왕복운동을 하게 되고, 이로써 진동이 발생하게 된다. 도4와 도5에는 판체(24) 중앙의 영구자석(14) 및 중량추(26)가 연결지지부(25)에 의해 지지되어 상하로 탄성 왕복운동을 하는 것을 측면에서 본 모습을 묘사하고 있다.

이와 같이, 본 고안에서는 영구자석(14) 및/또는 중량추(26)가 상하로 운동하는 외에 다른 부분은 모두 고정되어 있기 때문에, 본 고안의 본체를 특정 응용제품에 설치하면 영구자석(14) 및/또는 중량추(26)가 직접 진동하여 인체가 느끼도록 하기 때문에, 기존의 진동장치와 같이 프레임 내지는 하우징이 진동하는 것에 비하여 진동이 음향신호를 정확하게 모사할 수 있고, 장치의 소형화가 가능하며, 보다 섬세한 진동을 표현할 수 있게 된다.

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 결정되는 것이다.

본 고안에 따른 음향-진동 변환장치에 따르면, 코어를 사용하지 않기 때문에 출력 효율을 높일 수 있어서 소출력의 진동자로 사용하기에 적당하다. 또한 코어가 없고 베이스를 방열판으로서 사용가능하기 때문에 전체적으로 발열이 적어서 고출력으로도 사용하는 것이 가능하며, 진동이 하우징 내지는 프레임에서 일어나지 않고 자체의 중량추 및 탄성판에 의해서 발생하므로 진폭이 크며 음향신호의 파형을 충분히 모사할 수 있어서 섬세한 촉각을 느낄 수 있게 한다. 또한, 위에서와 같이 장치의 크기가 출력대비 소형화되고 장치의 구조도 간단하기 때문에, 슬림형으로 제작하기가 용이하고 설치가 쉽다. 이 밖에도 동일 출력 대비, 코일 권회수가 줄어들고 코일의 지름은 증가되므로 주파수특성이 개선되어 진동의 품질(또는 음질)이 향상되는 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 부착하여 사용자가 마치 현장에 있는 듯한 박력있는 사운드를 체감할 수 있다. 또한 베개, 침대 매트, 피아노나 기타 등 청각장애인용 악기 등에 장착하여 진동을 통해서 음향을 느낄 수 있다.

도1은 본 고안에 따른 음향-진동 변환장치의 외관 분해사시도.

도2는 도1을 측면에서 바라본 측면도.

도3은 본 고안에 따른 음향-진동 변환장치의 작용을 설명하기 위한 개념도.

도4와 도5는 중량추(26)가 상하로 탄성 운동하는 모습을 나타내는 모식도.

도6과 도7은 각각 평판의 다른 실시예를 나타내는 평면도.

Claims (12)

1. 베이스,

   베이스 위에 설치되는 제1자석,

   상기 제1자석 위에, 이들로부터 일정 간격 떨어진 위치에 고정되는 평판,

   상기 평판 중앙부에 부착되되 상하로 탄성적 운동을 하도록 상기 평판에 부착되며, 상기 제1자석의 자극 위치에 대응하는 위치에 일정 간격 떨어지도록 부착되는 제2자석을 포함하여,

   상기 제1자석 또는 제2자석에 음향신호를 인가함에 따라 상기 제1자석과 제2자석간의 자기장의 상호 작용에 의해 상기 제2자석이 평판에 탄성적으로 지지된 채 상하로 진동하여 상기 음향신호의 파형을 모사하는 것을 특징으로 하는 음향-진동 변환장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 베이스는 방열특성을 갖는 판인 것을 특징으로 하는 음향-진동 변환장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 제1자석과 제2자석은, 각각의 자극이 상하로 배열되도록 설치되는 것을 특징으로 하는 음향-진동 변환장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 평판은 자석에 붙지 않는 성질의 자기 절연체인 것을 특징으로 하는, 음향-진동 변환장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 평판은 상기 베이스 위에 설치된 적어도 두 개 이상의 스페이서에 고정되는 것을 특징으로 하는 음향-진동 변환장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 평판은, 탄성소재의 평판 본체; 평판 본체의 내부 공간 일부를 절개하여 형성한 공동; 상기 공동이 이루는 공간의 적어도 두 곳 이상에서 내측으로 돌출하도록 형성된 연결지지부를 포함하며,

   상기 제2자석을, 상기 공동 내에 포함되도록 상기 연결지지부 위에 부착하여 상하로 탄성 운동을 하도록 하는 것을 특징으로 하는 음향-진동 변환장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 평판은, 평판 본체; 이 평판 본체의 중앙부에 형성된 공동; 이 공동을 가로질러서 공동의 위에 중첩되어 상기 평판 본체와 적어도 두 곳에서 고정되되, 상기 공동의 일부 공간은 중첩되지 않고 노출되도록 하는 탄성 소재의 제2자석 부착판을 포함하며,

   상기 제2자석을 이 제2자석 부착판에 부착하여 상하로 탄성 운동을 하도록 하는 것을 특징으로 하는 음향-진동 변환장치.
8. 제1항에 있어서, 상기 제1자석과 베이스 사이에, 열차단막이 개재되는 것을 특징으로 하는 음향-진동 변환장치.
9. 제5항에 있어서, 상기 스페이서와 베이스 사이에, 열차단막이 개재되는 것을 특징으로 하는 음향-진동 변환장치.
10. 제1항에 있어서, 상기 평판에는 제2자석에 인접하여 중량추가 추가로 부착되는 것을 특징으로 하는 음향-진동 변환장치.
11. 제1~10항 중 한 항에 있어서, 상기 제1자석은 전자석이고, 상기 음향신호는 제1자석에 인가되는 것을 특징으로 하는 음향-진동 변환장치.
12. 제1~10항 중 한 항에 있어서, 상기 제2자석은 전자석이고, 상기 음향신호는 제2자석에 인가되는 것을 특징으로 하는 음향-진동 변환장치.