KR20050059415A - 음향 진동 발생소자 - Google Patents

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Abstract

음향 진동발생소자에 있어서, 압전 바이모프소자 또는 유니모프 소자는 두께 방향에 수직인 적어도 두개의 면에 신축성 재료의 커버부재로 덮여진다. 이 커버부재에는 발생된 진동력을 증대하기 위해 다수의 V형태 홈이 설치된다. 대안적으로, 커버부재에는 사운드 누설을 방지하기 위해 한쪽 면에 근접하여 에어 챔버를 설치한다. 나아가, 커버부재와 귀걸이는 골 전도 스피커용 경량의 음향 진동발생소자를 제공하기 위해 신축성 재료에 의해 일체로 형성된다.

Description

음향 진동 발생소자{ACOUSTIC VIBRATION GENERATING ELEMENT}
본 발명은 음향 진동 발생소자에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 음향 사운드를 청각 신경이 감지할 수 있게 음향 전기 신호를 두개골 또는 팔과 같은 인간 신체 부분에 전달되어지도록 음향 진동으로 변환시키는 골전도(bone conduction) 스피커 등의 골전도 장치에 응용되는 것이다.
종래, 골전도 장치용 전자기계 변환기로서 전자식이 압도적으로 사용되어 왔었다. 이러한 전자식 전자기계 변환기는 다이나믹 스피커와 동일한 원리를 사용하는 것으로 코일에 흐르는 전류와 자석간의 상호작용에 의한 구동력을 기계적 진동으로 변환시킨다. 이러한 타입의 전자기계 변환기는 일본특허(JP-B) 2967777호(미국대응특허 6,141,427호)와 3358086호(미국대응특허 6,668,055호)에 제안되어 있다.
하지만, 전자식 전자기계 변환기는 다음과 같은 결점이 있다. 전자식 전자기계 변환기는 전자력을 발생시키고 이에 전류를 요구하게 된다. 코일에 전류가 흐를 때, 코일저항에 의한 부득이한 에너지 손실이 생기게 된다. 따라서, 전원으로부터 공급받은 에너지의 대부분은 줄열로서 코일에서 낭비되고 대략 1% 정도만 음향에너지로서 사용된다. 또한 저음 영역에서는, 저 임피던스 때문에 전류는 과도해 지기 쉽고 전원측의 부하가 커지게 된다. 그 결과, 사운드 출력 레벨이 부득이하게 저음 영역에서는 제한이 된다. 이에, 저음 영역에 있어서 사운드 출력 레벨이 불충분해 진다.
한편, 소수이긴 하지만, 압전소자를 사용하는 골전도 변환기와 같은 골전도 장치용 변환기에 관한 제안이 있다. 음향 진동발생소자로서 압전소자를 사용하는 골전도 변환기는 압전 사운드 발생기로서 흔히 사용되는 압전 유니모프(unimorph)소자를 포함한다. 이 압전 유니모프소자는 금속 플레이트와 이에 부착된 압전 플레이트를 포함한다. 이러한 타입의 골전도 변환기는 일본특허공개(JP-A)S59-140796호와 S59-178895호에 제안되어 있다.
하지만, 압전소자를 이용하는 골전도 변환기는 다음과 같은 결점이 있다. 특히, 압전소자를 이용하는 골전도 변환기가 실용적 크기를 가진다면 1kHz 이상의 공진주파수를 가지게 된다. 따라서, 공진주파수보다 낮은 저음영역에서의 재생은 불충분하게된다. 또한, 진동시스템의 기계적 품질 팩터 Q가 높기 때문에, 진동발생은 특정 주파수에서 강조되거나 감쇠된다. 이 결과, 사운드 재생이 자연스럽고 정상적으로 수행될 수 없게 된다.
골전도 장치의 일례로서, 또한 청각 손상자가 아닌 청각 비손상자용 골전도 스피커가 제공된다. 이 타입의 골전도 스피커는 재생된 사운드가 사용자 이외로 누설되지 않을 것이 요구된다. 하지만, 알려진 골전도 스피커의 구조에서는, 진동원의 진동이 구조체로 전파된다. 그 결과, 구조체의 진동이 재생 사운드로서 주위로 전파된다.
압전소자의 골전도 응용에 있어서, 저음영역을 중요시 한다면 압전소자의 공진주파수를 가능한 한 낮추어야만 한다. 압전소자의 공진주파수를 보다 낮게 하기 위해서는 다음 A 내지 C의 테크닉이 제안된다.
A. 진동모드를 결정하는 압전소자의 직경이나 길이를 크게 할 것.
B. 압전소자의 가요성 계수(flexural modulus) K를 낮출 것.
C. 진동의 배고리(antinode)에 질량을 가할 것.
하지만, 압전소자를 장착한 대상물이 휴대폰 등의 휴대기기라면 압전소자의 크기가 제한받기 때문에 테크닉 A는 한계가 있다.
테크닉 B는 압전 유니모프 소자의 경우 압전 세라믹 시트의 두께를 감소시킴으로써 압전 바이모프 소자의 경우 두개의 압전 세라믹 시트사이에 삽입된 금속 플레이트(틈 플레이트)의 두께를 감소시킴으로써 달성할 수 있다. 하지만, 이러한 테크닉에서, 압전소자의 기계적 세기는 낮아진다. 게다가, 압전소자 그자체의 중량은 줄어들게 되므로 공진주파수는 증가하게된다. 따라서, 실질적인 효과는 얻을 수 없다. 대안적으로, 틈(shim) 플레이트로서 작은 탄성계수를 가지는 유기재료를 선택함으로써 가요성 계수 K를 어느 정도 낮출 수 있다. 하지만, 유기재료는 일반적으로 작은 비중을 가지고 있기 때문에 압전소자의 전체 중량은 감소하게 된다. 따라서, 공진주파수는 증가하게 된다.
질량을 가하는 테크닉 C는 기계적 강도가 충격적 진동에 대해 약해진다는 결점이 있다.
압전소자를 사용하는 상술한 골전도 변환기와 같은 압전변환기에 있어, 기계적 진동은 전압에 의해 야기되는 압전 왜곡(distortion)으로 구동된다. 따라서, 압전 변환기는 상술한 바와 같은 전자식의 전자기계 변환기에서의 코일에 의한 줄열(Joule heat)의 낭비를 수반하지 않는다. 따라서, 에너지를 절약할 수 있다. 게다가, 자석과 요크(yoke)와 같은 금속 구성요소가 필요하지 않기 때문에 경량화와 박형화가 가능하다. 이러한, 압전 변환기는 많은 장점을 가진다. 상기의 장점들을 충분히 발휘하기 위해서는, 고 공진 주파수와 고 기계 품질 팩터 Q와 같은 결점을 극복하는 것이 필요하다.
한편, 주위에 사운드가 누설되는 것을 방지하는 것은 전자식이든 압전식이든 골전도 스피커의 실용화를 위한 피할 수 없는 과제이다. 압전 변환기의 특성을 더 발휘시키기 위해서는, 입력 구동 전압을 가능한 한 낮게 억제하는 것이 바람직하다. 이로써, 압전 변환기와 결합된 구동회로의 에너지 손실을 효과적으로 억제하게 된다.
나아가, 골전도 스피커가 사용될 때, 이는 일반적으로 인간의 머리부분에 부착된다. 따라서, 사용자를 위한 골전도 스피커는 가볍고 착용성이 용이한 것이 바람직하다.
본 발명의 과제는 골전도 장치, 특히, 골전도 스피커에 있어서 낮은 공진주파수, 낮은 기계적 품질 팩터 Q, 및 사운드 누설이 억제될 수 있도록 하는 것이다.
본 발명에 따른 골전도 음향 진동 발생소자는 압전 바이모프 또는 유니모프소자와 상기 압전 바이모프 또는 유니모프소자의 두께 방향에 수직인 적어도 두 개의 면을 덮고 신축성 재료로 이루어진 커버 또는 코팅 부재를 포함한다.
본 발명에 따른 골전도 음향 진동 발생소자에 있어, 압전 바이모프소자 또는 압전 유니모프소자의 전체는 커버부재로 덮여진다.
본 발명에 따른 골전도 음향 진동 발생소자에 있어, 압전 바이모프소자는 압전 세라믹 시트들과 내부전극을 포함하는 적층 구조를 가진다.
본 발명에 따른 골전도 음향 진동 발생소자에 있어, 커버부재는 그 표면에 다수의 홈이 형성된다.
본 발명에 따른 골전도 음향 진동 발생소자에 있어, 커버부재는 그 한쪽면에 에어챔버(air chamber)가 형성된다.
본 발명에 따른 골전도 음향 진동 발생소자는 신축재료로 구성되고 커버부재와 일체화된 귀걸이(ear hook)부를 가진다.
이제, 도면을 참조하면서 본 발명에 대해 기술하기로 한다.
먼저, 도 1A, 도 1B, 도 2, 및 도 3을 참조하면서 본 발명의 기본 구조와 원리에 대해 상세하게 설명한다.
도 1A에서, 본 발명에 따른 음향 진동 발생소자는 압전 바이모프소자(또는 압전 유니모프소자)(1-1)와 압전 바이모프소자(1-1)의 두께 방향에 수직인 두개의 표면에 부착된 한쌍의 커버부재(1-2)를 포함한다.
도 1B에서, 커버부재(1-2')로 완전히 덮인 압전 바이모프소자(또는 압전 유니모프소자)(1-1)를 포함하는 본 발명에 따른 또 다른 음향 진동 발생소자가 도시되어 있다. 커버부재(1-2, 1-2')는 신축재료로 구성된다.
도 2에서, 도 1A에서의 음향 진동 발생소자는 압전 바이모프소자(1-1)와 압전 바이모프소자와 마주보는 면 즉, 압전 바이모프소자(1-1)의 두께 방향에 수직인 두개의 면에 부착된 커버부재(1-2)를 포함한다. 압전 바이모프소자(1-1)는 두개의 압전 세라믹 시트(1-11)와 그 사이에 삽입된 틈 플레이트(1-12)를 포함한다.
도 2를 참조하면서, 본 발명의 기본원리에 대해 기술하기로 한다. 기술의 편의를 위해 압전 바이모프소자는 직사각형인 것으로 가정한다. 압전 바이모프소자(1-1)는 지지구조에 따라 달라지는 공진주파수(Fr)를 가진다. 만일 압전 바이모프소자(1-1)의 양단이 자유단이라면, 공진주파수(Fr)는 다음의 수학식(1)에 따른다. 수학식(1)에서 α는 진동모드에 의해 결정되는 값이며 제1차 공진에서 4.73이다. L은 압전 바이모프소자(1-1)의 길이를, K는 가요성 계수, ρS는 단위길이당 중량을 나타낸다.
음향 진동발생의 가요성 계수 K는 압전 바이모프소자(1-1)를 구성하는 압전 세라믹 시트(1-11)와 틈 플레이트(1-12) 각각의 재료와 크기 및 커버부재(1-2) 같은 다양한 팩터에 의해 결정된다. 특히, 압전 세라믹 시트(1-11)와 틈 플레이트(1-12) 각각의 폭(w), 압전 세라믹 시트(1-11) 각각의 두께(tc)와 탄성계수(Ec), 틈 플레이트의 두께(2ts)와 탄성계수(Es), 및 커버부재(1-2) 각각의 두께(tp)와 탄성계수(Ep)에 의해 가요성 계수(K)는 결정되는데 다음 수학식(2)에 표현된다.
단위길이당 중량(ρS)은 압전 세라믹 시트(1-11), 틈 플레이트(12), 및 커버부재(1-2) 각각의 두께(tc,2ts,tp)와 비중(ρc,ρS,ρp) 뿐만 아니라 압전 바이모프소자(1-1)의 폭(w)에 의해 결정되는데 다음 수학식(3)에 표현된다.
새로운 층으로서 커버부재(1-2)가 압전 바이모프소자(1-1)의 양면 각각에 부착될 때, 가요성 계수(K)와 단위길이당 중량(ρS)은 변화되고 이에 공진주파수에 영향을 미친다. 커버부재(1-2)로서 선택된 재료에 따라 음향 진동발생소자의 공진주파수는 높아질 수 있다. 하지만, 대부분 공진주파수는 낮아진다. 특히, 소정의 값보다 크지 않은 탄성계수를 가진 신축성 재료에 의해 커버부재가 형성될 경우, 예를 들어 3×106Pa 내지 8×106Pa 의 작은 탄성계수를 가지는 고무일 경우, 음향 진동발생소자의 전체 가요성 계수 K는 새로운 층의 부가에 의해 증가된다. 하지만, 가요성 계수 K의 증가율은 단위길이당 중량(ρS)의 증가율에 비해 적다. 이에, 음향 진동발생소자의 공진주파수는 낮아진다.
도 3은 신축성 재료로서 실리콘 고무가 사용되고 신축성 재료의 커버 두께가 변화될 때의 공진주파수의 변화를 나타낸다. 도 3으로부터, 신축성 재료가 공진주파수의 저하 및 동시에 기계적 품질 팩터 Q가 저하되어 주파수대역이 넓어지는 효과를 가지는 것을 알 수 있다. 골전도 스피커로서 음향 진동발생소자의 음향출력이 고려사항이 된다. 음향 진동발생소자는 인간 피부에 밀착하여 음향 에너지를 방출하기 때문에 신축성 재료로 덮인 압전 소자와 같은 구조는 음향 진동 발생소자와 인간 피부간의 음향 임피던스 매칭면에서 적합하다. 특히, 신축성 재료로 압전 바이모프소자가 덮여져 있는 경우, 사운드 누설 즉, 주위로 불필요한 사운드가 방출되는 것을 억제한다는 효과를 가진다.
상술한 바와 같이, 본 기술은 음향 진동발생소자가 직사각형인 경우에 관한 것이었지만, 원형의 압전 바이모프 또는 유니모프소자를 사용한 경우에도 그 효과는 동일하다.
이하, 몇몇의 바람직한 실시예와 함께 본 발명을 기술하기로 한다.
제 1실시예
[직사각형 압전 바이모프소자]
길이 32mm, 폭 8mm, 두께 0.15mm를 가지는 두 개의 압전 세라믹 시트(NEPEC10?瑛繭? 상표명으로 NEC Tokin 제조)와 압전 세라믹 시트와 동일한 길이와 폭을 가지고 두께가 50㎛인 황동 틈 플레이트를 포함하는 직사각형의 압전 바이모프소자가 준비된다. 이 압전 바이모프소자는 에폭시 접착제로 두 개의 압전 세라믹 시트 사이에 틈 플레이트가 접착된 구조를 가진다. 이하, 상술한 구조를 단판 구조(single-plate)라 부르기로 한다.
한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 또 다른 압전 바이모프소자가 다음 방식에 의해 제조된다. 적층 압전 세라믹부재(5-1) 두 세트가 준비된다. 적층 압전 세라믹부재(5-1)의 각각은 세개의 압전 세라믹시트(5-11)와 인접한 압전 세라믹시트(5-11) 사이에 삽입된 두개의 내부 전극(5-12)을 포함한다. 압전 세라믹 시트(5-11)의 각각은 상술한 압전 세라믹 시트와 동일한 재료로 이루어지고 상술한 압전 세라믹 시트와 동일한 길이와 폭을 가지며 두께는 50㎛이다. 적층 압전 세라믹부재(5-1) 두개의 세트 사이에는, 내부전극(5-13)을 통하여 금속 틀 플레이트(5-14)가 삽입된다. 적층 압전 세라믹부재(5-1) 각각은 외부전극(5-15)이 설치된 외부표면을 가진다. 내부전극(5-12)들 중 첫번째 것은 측면전극(5-16)을 통해 내부전극(5-13)에 연결되어 있다. 내부전극(5-12)들 중 두번째 것은 측면전극(5-17)을 통해 내부전극(5-15)에 연결되어 있다. 이하, 상술한 구조를 적층 구조(laminated structure)라 칭한다.
단판 구조의 압전 바이모프소자에 있어서, 리드선들은 틈 플레이트의 외부표면과 전극을 통과하는 가장 바깥쪽 양면의 압전 세라믹 시트에 연결되어 있기 때문에, 전계가 분극방향과 동일한 방향으로 압전 세라믹 시트 중 어느 하나에 가해질 때, 나머지 압전 세라믹 시트에 반대의 전계가 가해진다. 유사하게, 적층구조의 압전 세라믹 바이모프소자의 경우, 분극 방향과 동일한 방향으로 전계가 압전 세라믹 시트들 중 어느 하나에 가해지면, 리드선들이 연결되어 있어 그 시트에 인접한 또 다른 압전 세라믹 시트들에 반대의 전계가 가해진다.
이어서, 브래스 다이(brass die)를 이용하여, 압전 바이모프소자의 전면(全面)에 걸쳐 신축성 재료로서 실리콘 고무의 용액이 부어진다. 경화 또는 양생과정을 거쳐, 단판구조 및 적층구조의 음향 진동발생소자가 제작되었다. 음향 진동발생소자의 각각에는 두께방향에 수직인 두 개의 면에 두께 2㎛ 그리고 잔존 면들에 두께 1㎛를 가지는 고무커버가 제공되었다.
단판 구조의 음향 진동발생소자에 대략 18Vrms의 음향 신호가 인가되고 음향 진동발생소자의 일측면이 사용자의 머리에 압착될 때, 골전도에 의해 명확한 사운드가 확인되었다. 적층구조의 음향 진동발생소자에서는 단판구조에 비해 1/3에 해당하는 대략 6Vrms의 입력에 응답하여 동등한 레벨의 출력을 얻을 수 있었다.
또한, 누설 사운드를 평가하기 위해, 울림이 없는 챔버내에서 50cm의 거리에서 100Hz 내지 10KHz의 음압을 계측하였다. 그 결과로서, 단판 구조와 적층 구조 각각에 있어 음압 레벨이 50dB보다 크지 않다는 것이 확인되었다. 이와같이 사운드 누설은 극히 작았다.
다음으로, 신축성 재료의 음향 효과를 정량적으로 확인하기 위해, 인공 내부 귀(B&K에서 제작된 인공돌기 타입)를 사용하여 신축성 재료의 커버링 전과 후에 인간몸체의 청각 신경에 상당하는 위치에서의 가속도를 측정하고 비교하였다. 내부 귀에서의 가속도의 크기는 청각 신경에 수신된 음향 신호의 세기에 비례하는 것에 유념할 필요가 있다.
도 5에는 인공 내부 귀에서의 가속도(G) 비교 결과가 나타나 있다. 도 5에서 명백한 바와 같이, 신축성 재료로 덮인 음향 진동발생소자의 경우, 가속도는 저음 영역에서의 출력이 개선되어 있으며 공진부의 예리함이 상당히 완화되어 있음을 확인되었다.
제 2 실시예
[원형 압전 바이모프소자]
직경 30mm, 두께 0.15mm를 가지는 두 개의 압전 세라믹 시트(NEPEC10?瑛繭? 상표명으로 NEC Tokin 제조)와 압전 세라믹 시트와 동일한 직경을 가지고 두께가 50㎛인 황동 틈 플레이트를 포함하는 원형의 압전 바이모프소자가 준비되어 있다. 압전 바이모프소자는 에폭시 접착제로 두 개의 압전 세라믹 시트 사이에 틈 플레이트를 접착한 구조를 가진다. 이하, 상술 구조를 단판구조라 칭한다.
상술한 압전 세라믹 시트와 동일한 재료로 이루어지고 동일한 직경 그리고 두께 50㎛인 압전 세라믹 시트를 사용하여, 도 4에 도시된 것과 동일한 방식으로 적층 구조의 원형 압전 바이모프소자가 준비된다.
선 연결은 제 1실시예와 동일한 방식으로 수행된다.
이어, 브래스 다이를 이용하여, 실리콘 고무 용액을 압전 바이모프소자의 전면에 붓는다. 경화 또는 양생과정을 거쳐, 단판구조와 적층구조의 음향 진동발생소자를 제조하였다. 음향 진동발생소자의 각각에는 두께 방향에 수직인 두 개의 면에 두께 2mm 그리고 잔존면들에 두께 1mm를 가지는 고무 커버가 제공되었다.
단판구조의 음향 진동발생소자와 적층구조의 음향 진동발생소자 각각에 대략 18Vrms와 6Vrms의 음향 신호가 인가되었다. 음향 진동발생소자 각각의 일측면은 사용자의 머리에 압착되었다. 그 결과, 골전도에 의한 명료한 사운드가 확인되었다.
더구나, 누설 사운드를 평가하기 위해, 울림없는 챔버내에서 50cm 거리에서 100Hz 내지 10KHz의 음압을 측정하였다. 이에, 단판구조와 적층구조 각각에 있어서 음압레벨이 50dB보다 크지 않음을 확인 할 수 있었으며, 사운드 누설은 극히 작았다.
이어서, 신축성 재료의 음향효과를 정량적으로 확인하기 위해, 인공 내부 귀(B&K에서 제작된 인공돌기 타입 4930)를 사용하여 신축성 재료의 커버링 전과 후에 인간몸체의 청각 신경에 상당하는 위치에서의 가속도를 측정하고 비교하였다. 내부 귀에서의 가속도의 크기는 청각 신경에 수신된 음향 신호의 세기에 비례하는 것을 유념할 필요가 있다.
도 6에는 인공 내부 귀에서의 가속도(G) 비교 결과가 나타나 있다. 도 6에서 명백한 바와 같이, 신축성 재료로 덮인 음향 진동발생소자의 경우, 가속도는 저음 영역에서 또한 개선되어 있으며 공진부의 예리함이 상당히 완화되어 있음이 확인되었다. 신축성 재료에 의한 공진주파수의 저감, 기계적 품질 팩터 Q의 완화, 및 사운드 누설의 방지의 효과는 신축성 재료로서 실리콘 고무를 몰딩함으로써 뿐만 아니라 압전 소자의 표면에 신축성 재료로 부착시킴으로써도 얻을 수 있다.
제 3 실시예
[표면에 V형태 홈을 가지는 커버부재]
신축성 재료(본 실시예에서는 실리콘 고무)의 커버부재의 두개의 주 표면상에 다수의 V형태 홈을 형성하기 위해 제 1실시예에서 실험적으로 준비된 음향 진동발생소자에 기계 가공처리를 행하였다. V형태 홈의 각각은 깊이 0.6mm를 가지며 길이방향에 수직인 방향으로 연장되어 있다. 이렇게 본 제 3실시예에 따른 음향 진동발생소자가 제작되었다.
도 7에는 제 3실시예에 따른 음향 진동발생소자가 도시된다. 압전 바이모프소자(1-1)는 커버부재(1-2')에 의해 덮여져 있다. 커버부재(1-2')에는 그 두개의 주표면에 다수의 V형태의 홈(6-1)이 설치된다.
도 7에 도시된 음향 진동발생소자에 대해 상술 실시예에 관련하여 기술한 동일한 방식으로 인공 내부 귀를 이용하여 측정을 행하였다.
도 8에는 인공 내부 귀의 가속도(G) 비교 결과를 나타내고 있다. 도 8에서 명백한 바와 같이, V형태 홈을 가지는 음향 진동발생소자의 가속도는 V형태 홈이 없는 음향 진동발생소자의 가속도보다 약간 크다. 사운드 누설은 동등한 레벨을 가진다. V형태의 홈의 존재는 휨이나 변형을 용이하게 하여 가요성 계수 K가 외관상으로 감소하기 때문에 발생하는 힘이 증대하고 출력레벨이 증가된다. 나아가, 저음 영역에서 출력레벨은 증가된다. 이는 가요성 계수 K가 저하됨에 따라 동일하게 얻어지는 효과이다. 특히, 수학식(1)에서 알 수 있듯이, 공진 주파수(Fr)은 가요성 계수 K의 저하에 따라 낮아진다. 커버부재의 표면에 형성된 홈의 형태는 V형태에 한하지 않는다. 반원형이나 그 밖의 적당한 형태를 가지는 홈에 의해 동일한 효과를 얻을 수 있다.
제 4 실시예
[한쪽면에 형성된 에어 챔버를 가지는 커버부재]
제 2실시예에서 실험적으로 준비된 음향 진동발생소자의 한쪽면에 대해, 음향 진동발생소자의 직경과 동일한 연질 고무 원형링(외부직경 30mm, 내부직경 25mm, 및 두께 1mm)과 동일 재료의 원형 플레이트(직경 30mm 및 두께 1mm)가 고무계 접착제로 연속적으로 접착되어 있다. 또, 직경 25mm 두께 1mm인 에어 챔버가 음향 진동발생소자의 한쪽면에 형성된다. 본 발명의 제 4실시예에 따른 음향 진동발생소자는 이렇게 제작되었다.
도 9에 제 4실시예에 따른 음향 진동발생소자를 도시하고 있다. 압전 바이모프소자(1-1)는 신축성 재료의 커버부재(1-2')로 덮여져 있다. 음향 진동발생소자의 한쪽면에 에어 챔버(8-1)가 형성된다. 외부표면, 즉 에어 챔버가 없는 음향 진동발생소자의 다른 면은 사용자의 머리부분에 압착되어 지고 음향 신호가 인가된다. 에어 챔버(8-1)가 존재함으로써, 상기 한쪽면상의 개구면으로부터의 사운드 누설은 감소된다.
본 실시예에서, 에어챔버(8-1)는 고무 링과 원형 플레이트에 의해 형성된다. 여기에 한정되는 것이 아니며, 에어챔버는 다른 적당한 방식, 예를 들어 커버부재와 일체화되어 형성될 수 있다. 에어챔버가 몰딩 처리로 외부공기와 연결되는 구조라고 하더라도, 동일한 효과가 얻어진다. 용이하게 이해할 수 있듯이, 상술한 효과는 원형 압전 바이모프소자 뿐만 아니라 제 1실시예에서 기재한 것과 동일한 직사각형 압전 바이모프소자에서도 얻어진다.
제 5 실시예
[신축성 재료로 커버부재와 귀걸이를 일체로 몰딩]
도 10에는 제 1실시예에서 실험적으로 사용된 압전 바이모프소자(1-1)와 커버링 실리콘 고무로 귀 걸이(1-9)와 커버부재를 일체로 몰딩한 음향 진동발생소자가 도시되어 있다.
도 11에는 도 10의 음향 진동발생소자가 인간 귀(1-10)에 부착된 상태를 나타낸다. 도 11에 도시된 바와 같이, 음향 진동발생소자는 인간 귀(1-10)에 부착된다. 음향 신호가 인가될 때, 외부 귀의 연골과 귀 뒤의 두개골은 동시에 자극되기 때문에 골전도에 의한 사운드는 보다 명확하게 감지될 수 있다.
제 1실시예에서 제 5실시예의 각각은 음향 진동발생소자에 관련하여 기재되어 있으며 여기서 압전 바이모프소자의 전부는 커버부재로 덮여져 있다. 하지만, 압전 바이모프소자가 압전 바이모프소자의 두께방향에 수직인 적어도 두 개의 면에 커버부재로 덮이는 음향 진동발생소자에서 동일한 효과를 얻을 수 있다. 물론, 이는 압전 유니모프소자에 대해서도 적용된다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 공진 주파수의 저감, 기계적 품질 팩터 Q의 감소, 및 사운드 누설의 방지 효과를 가지는 음향 진동발생소자를 제공하는 것이다.
이 음향 진동발생소자는 견고하고 경량의 구조를 가지며 또 넓은 주파수 대역을 가진다. 따라서, 본 발명에 따른 음향 진동발생소자는 골전도 디바이스 특히, 골전도 스피커에 적합하다.
본 발명은 바람직한 실시예에 관련하여 기재되어 있지만, 본 발명의 청구범위를 벗어나지 않는 한 당업자가 본 발명에 대해 다양한 변형을 가할 수 있다는 것은 극히 자명한 일이다.
본 발명은 공진 주파수의 저감, 기계적 품질 팩터 Q의 감소, 및 사운드 누설의 방지 효과를 가지는 음향 진동발생소자를 제공하는 것이다.
또한 본 발명에 따른 음향 진동발생소자는 견고하고 경량의 구조를 가지며 또 넓은 주파수 대역을 가진다. 따라서, 음향 진동발생소자는 골전도 디바이스 특히, 골전도 스피커에 적합하다.
도 1A는 신축성 재료로 양면이 덮인 압전소자를 가지는 본 발명에 따른 음향 진동 발생소자의 사시도.
도 1B는 신축성 재료가 전면에 덮인 압전소자를 가지는 본 발명에 따른 또 다른 음향 진동 발생소자의 사시도.
도 2는 도 1A에 있어 압전소자가 압전 바이모프 소자인 음향 진동 발생소자의 단면도.
도 3은 커버부재로서의 실리콘 고무가 두께가 변화할 때 도 2에서의 음향 진동 발생소자의 공진주파수가 변화하는 것을 나타내는 특성그래프.
도 4는 본 발명에 사용되는 적층 구조를 가지는 압전 바이모프 소자의 사시도.
도 5는 본 발명의 제 1실시예에 따라 신축성 재료로 덮인 음향 진동 발생소자와 신축성 재료로 덮이지 않은 음향 진동 발생소자간의 인공 내부 귀에서의 가속도의 비교 결과를 나타내는 특성그래프.
도 6은 본 발명의 제 2실시예에 따라 신축성 재료로 덮인 음향 진동 발생소자와 신축성 재료로 덮이지 않은 음향 진동 발생소자간의 인공 내부 귀에서의 가속도의 비교 결과를 나타내는 특성그래프.
도 7은 본 발명의 제 3실시예에 따라 신축성 재료 표면에 V형태의 홈이 형성된 음향 진동 발생소자의 사시도.
도 8은 도 7의 음향 진동 발생소자와 V형태의 홈이 없는 음향 진동 발생소자간의 인공 내부 귀에서의 가속도의 비교 결과를 나타내는 특성그래프.
도 9는 신축성 재료의 한쪽면에 에어 챔버가 형성된 본 발명의 제 4실시예에 따른 음향 진동 발생소자의 단면도.
도 10은 신축성 재료의 커버부재와 귀걸이를 일체화한 본 발명의 제 5실시예에 따른 음향 진동 발생소자를 나타내는 도면.
도 11은 도 10의 음향 진동 발생소자를 인간 귀에 부착하였을 때를 나타내는 도면.

Claims (12)

  1. 압전 바이모프 또는 유니모프 소자와 상기 바이모프 또는 유니모프 소자의 두께 방향에 수직인 적어도 두개의 면에 부착되고 신축성 재료로 구성되는 커버부재를 포함하는 골전도 음향 진동 발생소자.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 각 커버부재에는 상기 커버부재의 표면에 형성되는 다수의 홈이 설치되는 골전도 음향 진동 발생소자.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 커버부재 중 하나에는 에어챔버가 설치되는 골전도 음향 진동 발생소자.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압전 바이모프소자는 압전 세라믹 시트와 내부전극을 포함하는 적층구조를 가지는 골전도 음향 진동 발생소자.
  5. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    신축성 재료로 구성되고 상기 커버부재에 일체로 형성되는 귀걸이부를 더 포함하는 골전도 음향 진동 발생소자.
  6. 제 4항에 있어서,
    신축성 재료로 구성되고 상기 커버부재에 일체로 형성되는 귀걸이부를 더 포함하는 골전도 음향 진동 발생소자.
  7. 압전 바이모프 또는 유니모프 소자와 상기 바이모프 또는 유니모프 소자의 전체를 덮고 신축성 재료로 구성되는 커버부재를 포함하는 골전도 음향 진동 발생소자.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 커버부재에는 상기 커버부재의 표면에 형성되는 다수의 홈이 설치되는 골전도 음향 진동 발생소자.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 커버부재에는 상기 커버부재의 한쪽면에 형성되는 에어챔버가 설치되는 골전도 음향 진동 발생소자.
  10. 제 7항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압전 바이모프소자는 압전 세라믹 시트와 내부전극을 포함하는 적층구조를 가지는 골전도 음향 진동 발생소자.
  11. 제 7항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,
    신축성 재료로 구성되고 상기 커버부재에 일체로 형성되는 귀걸이부를 더 포함하는 골전도 음향 진동 발생소자.
  12. 제 10항에 있어서,
    신축성 재료로 구성되고 상기 커버부재에 일체로 형성되는 귀걸이부를 더 포함하는 골전도 음향 진동 발생소자.
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