KR20050044829A - 체감음향, 골전도 및 진동모터 특성을 보유한 다기능양방향 마이크로스피커 - Google Patents

Abstract

본 특허는 광대역 고출력 마이크로 스피커로 종래의 스피커 기능 외에 Receiver 기능 및 진동모드, 골전도 특성을 갖는 다기능 구조이다. 본 고안의 가장 큰 특징은 체감진동 전달특성을 이용한 골전도형 양방향 마이크로스피커에 관한 것이다. 제2 진동판은 탄소섬유시트 성형한 것으로 제작되어진다. 전기적으로 연결되지 않는 제1진동판과 전기적으로 연결되는 제2진동판으로 구성되며, 상기 제1 및 제2 진동판 각각은, 음원 공급부와 연결되어 프레임에 적어도 일부가 삽입되어 고정되고 상기 전극 연결부로 부터 연장되는 요크 형상의 외주부는 일정한 간격을 두고 위치하며, 진동판과 에지의 경계면에 부착된다. 보이스 코일이 마련되는 형상을 내주부라 하며 상기 외주부와 내주부를 전기적으로 연결하면서 내주부를 지지하는 일정한 폭을 갖는 진동판을 포함하며, 상기 진동판을 제외한 외주부와 내주부 사이에 있는 전자기력을 발생시키는 이중 마그네트, 요크, 진동판 결합구조가 제공된다. 체감진동 전달 특성을 이용한 골전도 통화, 게임시에 활용할 수 있는 체감음향 기능, 통화의 보안을 유지할 수 있는 무음통화 기능(수신음성이 다른 사람에는 들리지 않음)과 종래에 별도로 장착되어 지는 진동 모타를 대치하여 활용할 수 있는 다기능 스피커로서 휴대용 통신기기, 유무선 전화기 , 헤드폰, 이어마이크로폰 등에 널리 상용화 될 수 있다.

Description

체감음향, 골전도 및 진동모터 특성을 보유한 다기능 양방향 마이크로스피커 {Multi-function dual mode micro speaker having function as tactile sound, bone conduction and vibration motor}

본 특허는 소형 전저기기 (핸드폰, PDA, 휴대용 게임기, 헤드셋, 유무선 전화기, 등)의 음향을 재생하고 진동을 진동을 음의 체감화와 진동을 이용한 골전도 통화를 가능하게 하여 게임등에 활용할수 있는 체감음향 제공과 소음이 많은 곳에서의 통화, 그리고 청각 장애자에게 효율적으로 음을 전달할수 있는 기술을 확립시킨 것이다. 본 고안은 전체 구조에서 음향부와 진동부가 2개의 보이스 코일로 각각 혹은 동시에 구동할수 있는 2채널 방식으로 되어있다. 그러므로 양방향 마이크로 스티커 구조에서 음향부는 음향부로 사용 할 수 있으며, 진동부도 골전도형 리시버 기능까지 구현하는 기술을 제공한다. 종래의 양방향 스피커는 리시버와 스피커 양방향 음성 및 음향만을 제공하며, 종래의 진동스피커는 주파수 폭이 제한된 음향 및 2그램 미만의 진동만을 발생할 수 있는 구조의 제한성으로 인하여 본 고안의 양방향 스피커의 기능에는 못 미치고 있다. 본 고안의 통신기기용 골전도 양방향 마이크로 스피커의 내부 결합구조에 관하여, 더욱 상세하게는 이중으로 형성된 마그네트의 이격 공간에 소정 형상의 메인 탑 플레이트를 장착시킴으로써 내,외륜

마그네트와 탑 플레이트의 자속 밀도를 향상시켜 전자기력을 극대화하고, 이를 통하여 요크가 움직임으로써 스피커에서 발생하는 음압과 음향효율을 상승 시킬 수있으며 요크와 진동판을 장착하여 충분한 진동발생을 가능하게 만든다. 스피커의 다기능화 및 소형화를 통해 휴대용 통신기기 내부 공간 활용을 극대화 할 수 있다. 일반적으로 휴대용 통신기기 내부에는 벨소리를 발생시키는 스피커와 수신된 통화음을 발생시키는 리시버와 진동모터가 장착되어있는데 종래에 사용되던 부저는 알람이나 단음재생만 가능하여 소비자의 다양한 욕구를 충족시키는데 한계가 있었다.따라서 근래에 상기 부저 대신 초소형 마이크로 스피커가 사용되고 있다. 상기 고안 스피커는 도면4에서와 같이 소정 형상을 가진 탑 플레이트의 중심으로 내주연과 외주연에 각각의 마그네트가 장착되어 있으며 마그네트와 탑 플레이트 사이의 자기 회로 공간에 보이스 코일의 교번 자장으로 형성된 자기력이 발생하여 외주부 진동판에 진동이 일어나면 내자형의 마그네트와 외자형 마그네트 자력선 때문에 음향부의 음향이 향상된다. 진동부는 마그네트와 탑 플레이트 사이의 자기회로 공간에 진동이 일어나면 진동판과 진동수가 일체형으로 장착되어 있으므로 진동판의 진동력을 상승시킨다. 이로 인하여 음압과 음향의 효율을 최대로 발생시킬수 있고동일한 원리에 의해 진동력도 최대로 발생시킬수 있다. 그러므로 다기능을 갖는 본 고안의 양방향 스피커는 골전도형 리시버 기능까지 확보 할 수 있는 스피커가 되며, 또한 특정 파형을 갖는 주파수를(200~300Hz) 인가하면 진동 모터로 사용이 가능하다. 상기 골전도형 양방향 스피커는 3가지의 특성을 이용하여 스피커, 리시버, 진동 모터 등 복합형 유닛으로 광범위하게 사용할 수 있다. 본 고안은 다기능 스피커로서 휴대용 통신기기, 유무선 전화기, 헤드폰, 이어마이크로폰 등에

널리 상용화 될 수 있다.

본 고안의 종래의 한정된 구조의 틀을 벗어나 더 효율적인 음향 구현과 진동 구현을 위함이며 두개의 코일을 이용하여 종래에 한정되어 있던 이용 범위를 넓혀 MULTI FUNCTION DEVICE의 본질적 특성을 구현하기 위해서이다. 종래의 이와 같은 문제점을 해소하고자 한데 있는 것으로 소정 간격으로 이격 공간부가 형성된 내 ,외륜 마그네트 사이에 소정 형상의 메인 탑 플레이트를 장착시킴으로써 내 ,외륜 마그네트와 메인 탑 플레이트에서 발생되는 자화경로를 최적화 하여 자기력선의 밀도를 증대시키고 자기력의 누설의 최소화한다. 본 고안의 음향부는 일반 마이크로스피커와 유사한 구조이나 진동부의 진동판과 진동추를 일체형으로 제작하면 진동으로 골도로 음전달이 가능한 골전도 양방향 스피커가 된다. 따라서 일체형으로 휴대용 통신기기용 마이크로 스피커와 진동전달 가능한 골전도 마이크로 양방향 스피커와 진동 모터등의 특성을 갖는 기술을 제공할 수 있다. 진동부의 진동판은 탄소섬유시트로 제작된다. 탄소섬유시트의 장점: 전도성 소재로써 마이크로스피커의 진동판으로는 응답성이 타 종류 (다이야프램, 종이류, SUS 등)보다 탄소섬유시트는 탄소성분 함유로 인하여 탁월한 효과가 있으면서 고음부, 저음부 음색이 아주 맑게 형성되는 특징이 있다

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 고안에 관하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도면1은 종래의 양방향 스피커를 도시한 단면도.

도면2는 종래의 진동 스피커 단면도

도면3는 종래의 골전도 피에조 타입스피커 단면도

도면4는 본고안의 골전도 양방향 마이크로 스피커 단면도

도면5는 본 고안에 따른 진동부 외자형 골전도 마이크로 양방향스피커의 단면도

도면6는 본 고안에 따른 음향부 내자형 골전도 마이크로 양방향스피커의 단면도

도면7는 본고안의 골전도 양방향 마이크로 스피커 3D 사시도

도면1은 일반적으로 양방향 마이크로 스피커로서는 지지프레임 역할을 겸하고 있는 2단 요홈 구조의 요크의 바닥에 예를 들어, N극이 위치된 원통형 제1마그넷이 장착되고, 제1마그넷의 S극 표면에 제1플레이트가 설치되어 요크)의 절곡부위와 제1플레이트 사이에 제1 자기갭(G11)이 형성되고, 상기 제1 자기갭 (G11)에 리시버용 진동판(16)과 결합된 제1 보이스 코일(17)이 삽입되어 리시버로 구성되어있다.

또한, 스피커는 하 방향으로 3단 요홈 이 형성된 구조를 가지며 중앙부가 관통된 지지프레임(20)을 구비하고 있다. 지지프레임의 관통된 중앙부에는 상기 리시버의 요크 부분 중 상단 외경부가 삽입 결합되고, 상기 최상부 요홈인 바닥에는 환형의 제2마그넷과 제2플레이트가 순차적으로 하 방향으로 적층되며, 상기 요크의 하단부와 이와 대응하는 제2플레이트사이에는 제2 자기갭이 형성되어, 제2 자기갭에 스피커용 진동판(18)과 결합된 제2 보이스 코일이 삽입되어 있다.

도면2은 일반적으로 자기 회로와 진동계를 포함한다. 자기회로는 마그네트(1)와 요크(2)의 마그네트 상측에 접합되는 플레이트로 구성된다. 그리고 진동계는 상기 마그네트(40)의 내경측인 틈에 삽입하도록 되어 있으며 전류의 진입 시 자속을 발생하기 위하여 보이스코일(60)과 일체로 접착된 진동판(50)의 가장자리로부터 일체로 연장되는 에지 구성된다. 상기 자기회로 및 진동계가 본체 하우징 네에 마련된다. 상기 하우징은 프레임(10)과 진동계의 보이스코일(60)에 전원을 공급하기 위하여 프레임(10)의 하단에 고정되는 전극단자(PCB)와 프레임(10)으로 구성된다.

도면3은 피에조 타입의 골전도 스피커의 구조를 나타내는 단면도이고, 도면2b 은 진동 발생부의 구조를 나타내는 정면도이며, 도면2b는 5 채널 헤드셋 을 머리에 착용하여 사용하는 경우에 스피커의 위치를 나타내는 평면도이다. 먼저, 도 2a 및 도 2b을 참조하여 설명하면, 참조번호 110은 음성주파수대역의 진동을 인체의 피부와 직접 접촉에 의하여 머리뼈를 통하여 청신경에 전달하여 청각을 느낄 수 있도록 하는 진동 발생부를 나타내고, 120은 상기 진동 발생부(110)를 고정 지지하는 고정부를 나타내고, 130은 상기 고정부(120)에 결합되고 인체의 머리 부분에 장착될 수 있는 구조를 갖는 프레임을 나타낸다. 상기 프레임(130)의 내부에는 진동 발생부(110)로 전기적 신호를 입력시키기 위한 도선(131)이 위치하게 되는데, 상기 도선(131)은 프레임(130)과 고정부(120)를 관통하여 상기 진동 발생부(110)의 압전소자(111) 및 진동판(112)에 납땜에 의해 연결된다. 또한, 상기 진동 발생부(110)는 압전소자(111), 진동판(112) 및 접촉부(113)로 이루어지는데, 상기 압전소자(111)는 입력되는 전기적 신호에 따라 물리적인 진동을 발생시키며, 상기 진동판(112)은 상기 압전소자(111)의 일 측면에 밀착 결합되어 진동을 확대시키는 역할을 하게 된다. 또한, 상기 접촉부(113)는 상기 압전소자(111) 및 진동판(112)을 감싸도록 형성되어 외부로 진동을 전달하는 역할을 하는데, 그 재질을 실리콘 재질 또는 고무재질을 사용함으로써 본 고안에 의한 골전도 스피커를 장시간 사용하는 경우에도 사용자에게 계속적으로 부드러운 느낌을 줄 수 있도록 한다. 또한, 상기 고정부(120)는 고정커버(121), 받침대(122) 및 도선 연결관(123)으로 이루어지는데, 상기 고정커버(121)는 진동 발생부(110)의 접촉부(113)를 고정시키며, 전체적으로 원통형 또는 원뿔형으로 형성되고 그 내부에 진공 공간(124)이 형성되어 항상 진공상태를 유지하게 된다. 상기 고정커버(121)의 진공 공간(124) 내부를 항상 진공상태로 유지하는 이유는 진동이 뒤로 전달되는 것을 줄이기 위함이다. 상기 받침대(122)는 접촉부(113)와 고정커버(121)의 사이에 삽입 배치되는데, 상기 진동 발생부(110)의 진동이 뒤로 전해지지 않고 앞으로 만 전달되도록 하기 위하여 금속재질을 사용하게 된다. 이때, 금속재질로는 무게가 가벼운 재질을 사용하는 것이 바람직하며, 철(Fe) 성분 또는 스테인레스(Stainless steel) 등이 사용될 수 있다. 상 기 도선 연결관(123)은 고정커버(121)의 내부에 위치하며, 중공된 원통형으로 이루어져 상기 압전소자(111)에 전기신호를 인가하는 도선(131)이 지나가게 된다. 상기와 같은 구성을 갖는 본 고안에 의한 피에조 타입의 골전도 스피커는 헤드셋 으로 구성하는 경우에 사용자의 이마에 헤어밴드와 같이 장착되도록 하되 2, 4, 5, 6, 7 채널 등의 다채널을 구현할 수 있다. 예를 들어 5 채널로 구현하는 경우에 도 2b에 도시된 바와 같이 사용자의 이마에는 센터 스피커(200)가 위치하고, 사용자의 좌측 귀의 전후에 좌측 프론트 스피커(310)와 좌측 리어 스피커(320)가 위치하며, 사용자의 우측 귀의 전후에 우측 프론트 스피커(410)와 우측 리어 스피커(420)가 위치하게 된다. 상기와 같이 구성된 본 고안의 동작을 살펴보면, 복원하고자 하는 음성 또는 음향신호에 따라 전기적인 신호가 압전소자(111)로 전달되면 압전효과에 의하여 음성주파수에 따른 진동을 발생시키게 된다. 이때, 발생된 진동은 진동판(112)과 접촉부(113)를 통해 직접 골도 을 신호전달 매체로 하여 청각신경을 이용하게 된다. 즉, 상기 진동판(112)에 의한 진동이 접촉부(113)에 의하여 피부를 통해 머리뼈에 전달되도록 함으로서 인체 내의 청신경을 자극하여 음성신호를 감지하도록 하는 것이다. 이때, 상기 고정커버(121)의 진공 공간(124) 및 받침대(122)에 의하여 진동판(112)의 진동이 뒤로 전달되는 것이 방지되는데, 그로 인하여 모든 진동이 사용자에게 전달되어 사용자는 음성 또는 음향신호를 더욱 정확하게 감지할 수 있으며, 주위의 사람들은 음성 또는 음향신호를 들을 수 없게 되어 전화기에 적용되는 경우에 보안이 유지될 수 있으며, 또한 주위의 사람들에게 소음으로 작용하는 것을 방지하여 사용상의 편의성을 향상시킬 수 있게 된다. 단점으로는 여러 종류의 제품에 활용도가 떨어진다.

도면4은 본 고안의 이중 마그네트에서 발생하는 전자기력성의 흐름을 도시한 상태로서 음방출공 이 형성된 프로텍터(60)가 상측에서 장착된 지지프레임 (100) 내부에 소정형상의 메인 탑 플레이트(20) 되며 상기 메인 탑 플레이트(21)의 중심 요입부(10)나 외주연에 마그네트 (11)가 장착되어, 상기 마그네트 (10)와 메인 탑 플레이트 (20)의 이격공간에 상측으로 진동판 (50)이 장착된 보이스코일(30) 삽입되며 요크의 진동 형성된 마이크로스피커의 내부 결합 구조로서 본 고안은 소정 형상의 메인 탑 플레이트 (20) 이주연에 이륜 마그네트 (10) 를 장착하고, 상기 메인 탑 플레이트(20)의 중심 요입부 에는 상기 외륜 마그네트 (11) 와 역극성을 가지는 내륜 마그네트(10)를 장착하며, 상기 내륜 수 있도록 장착하여서 됨을 특징으로 하는 것이다.

도면5 에서와 같이 지지프레임 (100) 상측에 상부 탑 플레이트 (20) 가 장착된 외륜 마그네트 (11) 를 삽입 장착하고, 상기 외륜 마그네트 (11) 하단으로는 하부 탑 플레이트 (20) 가 장착된 내륜 마그네트 (10)를 요입부 (10`) 에 삽입 장착한 메인 탑 플레이트(20)를 장착 후 상기 외륜 마그네트 (11) 와 메인 탑 플레이트(20) 의 이격공간에 진동판(51) 이 장착된 보이스 코일(31) 을 삽입 장착한 후 상기 진동판 (51) 상단중심으로 요크 고정한 후 진동 추 밑 부분과 진동판 중앙에 장착하여 음방출공(60)이 형성된 프로텍터 (60)를 장착하여 골전도 스피커로 완성 된다.그리고 본고안의 실시 예 따른 내 외륜 마그네트 (10) (11) 와 메인 탑 플레이트(20) 사이에서 발생하는 전자기력의 흐름에 대해 설명이다,

도면6은 상단이 N극성을 가지고 하단은 S극성을 지니는 내륜 마그네트 (10)로 인하여 상기 내륜 마그네트 (10)가 삽입된 메인 탑 플레이트(20)는 자화되어 S극성을 지니게 되고 내륜 마그네트(10) 하단의 하부 탑 플레이트(21)는 N극성을 지니게 된다. 또한 상기 내륜 마그네트(10)와는 역극성을 가짐으로 인하여 상단이 S극성을 지니고 하단은 N극성을 지니는 외륜 마그네트(11) 의 상부 탑 플레이트(20)또한 자화되어 N극성을 지니게 되고 하당의 메인 탑 플레이트(21)는 S극성을 지니게 된다. N극성에서 S극성으로 흐르는 자기장의 흐름에 따라 상 하부 탑 플레이트(20) (21) 에서 메인 탑 플레이트(20)로 흐르는 고밀도의 전자기력이 발생하게 된다. 상기에서 증대된 전자기력을 통해 내륜 마그네트(10) 와 외륜 마그네트(11)사이의 이격 공간에 삽입되어져 있는 보이스코일(30)은 플레밍의 왼손법칙을 통해 상기 보이스코일(30) 상단의 진동판 (50)을 진동 시키면서 고음질의 음향을 출력하게 된다. 진동음향은 진동판(탄소성분 시트)이 진동하면서 요크와 같이 장착되어 동시에 같이 움직임으로 인하여 같은 위상에서 나오는 진동으로 진동전달이 가능하게 출력이 된다. 이와 같이 본 고안의 스피커는 이중으로 장착된 내.외륜 마그네트(10)(11)와 메인 탑 플레이트(20) 의 요크 결합구조에 의하여 자기력 누설방지 하여 전자기력을 증대시키고 증대된 전자기력으로 마그네트(10) (11) 의 크기와 중량을 소형화할 수 있을 뿐만 아니라, 청각 장애자, 난청지역(공장)등 통화가능하게 할 수 있는 진동전달 스피커를 제작 할 수 있으면 통신기기 내부의 공간 소모를 최소화 할 수 있게 된다. 도면6은 본 고안에 따른 진동모듈을 채용한 외 ,내자형 골전도 마이크로스피커의 3D 사시도이다. 도면4에서 볼 수 없는 2D도면을 3D형식의 사시도의거 나타 낸 것이다.

스피커의 본래 한정되어 있는 기능을 보완하여 다기능(MULTI FUNCTION DEVICE)으로 음향, 진동, 리시버, 체감음향 등의 기능이 유닛의 각각의 구동으로 생성되는 에너지 소비를 최소화 하며 스피커 구동에 필요한 에너지만으로 모든 유닛의 역할을 다 할 수 있는 것이다. 그리고 궁극적으로 스피커 본래의 기능인 음향의 구현에 있어 본 고안의 구조적 특징으로 더 뛰어난 성능의 음향을 구현하는데 있으며 골전도 음을 이용하여 소음이 많은 지역이나 난청자들에게 깨끗하고 정확한 음을 전달 할 수 있다. 생산성에 있어도 종래의 진동 스피커의 까다로운 제조 공정에 비해 제조공정이 간단하게 고안하여 제조원가 절감에도 기여할 수 있다. 이와 같이 본 고안은 소정형상의 메인 탑 플레이트 (20) 요입부(20) 에 내륜 마그네트(10)를 장착하면서 진동판을 장착한다. 또한 상기 메인 탑 플레이트(20)의 외주연에 외륜 마그네트(11) 장착함으로써 내,외륜 마그네트(10) (11)을 통하여 자기력손실을 최소화 하면서 진동을 최대화하고, 이로 인하여 전자기력을 증대시켜 음압, 진동, 음향효율을 극대화 시킬 뿐만 아니라 전자기력 증대를 통하여 내,외륜 마그네트(10)(11)의 크기를 소형화하면서 양방향 스피커로써 음향부에서는 일반 마이크로스피커이고 다른 방향의 스피커는 진동전달을 할 수 있는 골전도 스피커(리시버(receiver))기능을 가진 스피커가 되면서 통신기기 내부의 공간소모를 저하시키고 조립 및 생산효율, 청각장애자 및 난청(소음이 심한 곳) 지역에서도 통화가 가능 할 수 있는 효과를 극대화 시키는데 그 효과가 있다.

도면1은 종래의 양방향 스피커를 도시한 단면도

도면2는 종래의 진동 스피커 도시한 단면도

도면3는 종래의 골전도 피에조 타입 스피커 단면도

도면4는 본고안의 골전도 양방향 마이크로 스피커 단면도

도면5는 본 고안에 따른 진동부 외자형 골전도 마이크로 양방향 스피커의 단면도

도면6는 본 고안에 따른 음향부 내자형 골전도 마이크로 양방향 스피커의 단면도

도면7는 본고안의 골전도 양방향 마이크로 스피커 3D 사시도

(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)

10: 내륜마그네트 11: 외륜마그네트 20: 상탑플레이트 21: 하탑플레이트

40: 요크 100: 프레임 30: 내륜 보이스코일 31: 외륜 보이스코일 50: 1차 진동판

51: 2차 진동판 60: 상부 프로텍터 61: 상부 프로텍터 41: 클램프

Claims (10)

1. 음향, 음성전달 기능을 갖는 음향부와 골전도 음 전달 및 진동모터 특성을 갖는 진동부가 일체형으로 결합되며 체감음향 기능까지 제공하는 다기능 양방향 tm피커 유닛으로써 진동판에 장착된 요크를 중심으로 음향부와 진동부에 각각 장착된 2개의 코일이 요크의 위, 아래 각각의MAGNET에 의해 구동되는 방식의 마이크로 스피커 구조
2. 제 1항에 있어서 스피커 구조가 진동부 와 음향부로 각각의 기능을 가진 스피커
3. 제 2항에 있어서 분리된 구조의 스피커와 진동부의 전극이 서로 각각 연결되어 음향부와 진동부을 각각 사용하는 구조 및 방식의 마이크로 스피커
4. 제 3항에 있어서 분리된 진동부의 진동을 이용한 골전도 음전달 스피커.
5. 제 4항에 있어서 골전도 음 전달을 이용한 음향 출력기기용 마이크로 리시버.
6. 제 3항에 있어서 분리된 진동자의 진동을 이용한 체감스피커.
7. 통신기기용 골전도 양방향 마이크로스피커의 내부결합구조와 진동 전달형 진동추 와 진동판 일체형구조
8. 전도성 고분자소재(탄소섬유시트)의 내부결합 구조 및 양방향 스피커 내부구조
9. 진동부 하부 프로텍터의 음방출공 홀(hole)이 없다는 하부프로텍터 형상구조
10. 다기능 양방향 마이크로스피커의 구조를 형성함에 있어 상부 음향부는 음방출공이 형성된 프로텍터가 장착된 지지프레임 내부에 소정 형상의 메인 탑 플레이트가 장착되고, 탑 플레이트의 중심 요입부의 외주연에 마그네트가 장착되어 상기 마그네트와 메인 탑 플레이트의 이격 공간의 상측으로 상부진동판에 장착된 하부 보이스 코일이 삽입되어 형성된 구조와 하부 진동부는 요크와 하부 진동판을 조립하고 소정형상의 메인 탑 플레이트의 외주연에 마그네트를, 요크를 하부 진동판 중앙에 고정하고 내륜 마그네트 하단에는 하부 탑 플레이트를 외륜 마그네트 상단에는 상부 탑 플레이트를 장착되어 있고 하부 보이스 코일은 하부진동판에 장착되어 지는 내부 구조