KR20080073524A - 음향신호 변환장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 음향신호 변환장치에 관한 것으로, 특히 케이스내 진동이 전달되는 공간의 매질을 종래의 기체 대신 액상 또는 반고체 또는 고체화한 음향신호 변환장치에 관한 것으로, 신호의 에너지 손실을 극소화하기 위하여 밀도가 높은 액체 또는 반고체(겔상) 또는 고체 매질을 진동자가 위치한 케이스내에 봉입하여 음향이 전달되는 매질의 밀도차에 의한 음향 임피던스의 경계에서 발생하는 음향의 반사, 굴절, 산란 등에 의한 신호 손실을 최소화한 것이다.

진동자, 매질, 밀도, 골 전도.

Description

음향신호 변환장치{APPARATUS FOR TRANDUCING A SIGNAL}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 음향신호 변환장치로서의 골전도 스피커의 구성 예시도.

도 2는 일종의 마이크로폰으로 사용 가능한 음향신호 변환장치의 구성 예시도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 골전도 스피커 12: 하우징 케이스

14 : 액상 또는 반고체 또는 고체매질 16: 진동판

18: 진동자 20: 자기장 발생부

22: 진동막 24: 신호선

26: 연결단자

본 발명은 음향신호 변환장치에 관한 것으로, 특히 케이스내 진동이 전달되는 공간의 매질을 액상 또는 반고체 또는 고체 매질화한 음향신호 변환장치에 관한 것이다.

사람이 소리를 듣는 방식은 공기전도 및 골 전도로 나눌 수 있다. 공기전도는 공기 중의 음파가 외이도의 공기를 경유하여 고막을 진동시키고 고막에 연결된 세 개의 이소골을 통해 달팽이관 내의 림프액으로 전달되어 청각세포(코르티 세포)의 섬모에 진동을 일으키는 방식이며, 골 전도 방식은 두개골로 진동이 전파되어 달팽이관을 수납하는 골조직으로부터 직접 달팽이관을 진동시켜 결국 달팽이관 내의 림프액으로 전달되어 청각세포의 섬모에 진동을 일으키는 방식으로 소리를 느끼게 되는 방식이다.

이와 같이 사람이 소리를 들을 수 있는 방법은 두 가지지만, 현재까진 공기전도 방식이 일반적이다. 하지만, 공기 전도 방식을 이용한 방식은 고음에 장시간 노출됨으로서 이소골에 작용하는 조절 근육을 피로 또는 손상시켜 그 작용을 못하게 되며 그로 인한 달팽이관 내부에 과도한 음압이 도달하게 되며, 이로 인해 청각세포를 손상시킴으로서 청력 감퇴를 가져올 수 있고, 급기야 영구적으로 난청을 일으키기도 한다. 또 볼륨을 크게 하여 사용하는 경우 주위 사람들에게 원하지 않는 소음을 주는 소음 공해의 원인이 되기도 한다. 공기 전도방식에서 야기되는 문제점과 선천적 기형, 중이염 등의 질병, 소음노출 등 각종 원인에 의하여 고막 또는 이소골 등 중이의 음파 전달기관과 중이강에 영구적 손상을 일으킨 청각 장애인들에게 소리를 들을 수 있는 기회를 부여하기 위한 방안으로 많은 연구 개발이 이루어졌으며, 그 연구 개발의 산물로서 골 전도 스피커와 같은 음향신호 변환장치가 개발되기에 이르렀다. 참고적으로 하기에서 언급되는 음향신호 변환장치는 전기-음향(또는 진동) 신호 변환장치(스피커 등)는 물론 음향(또는 진동)-전기 신호 변환 장치(마이크로폰 등)를 일컫는 것으로 정의하기로 한다.

그러나 골 전도 스피커와 같은 일반적인 전기-음향 신호 변환장치는 전기신호를 전자기력 혹은 전장의 변화에 의한 힘 혹은 피에조 압전 소자 등을 이용하여 기계적 진동으로 변환하고, 이를 공기 또는 기계적 장치를 통하여 목적하는 곳까지 음향(또는 진동) 신호를 전달하는 구조로 되어 있어 신호전달효율이 높다고 할 수 없다.

보다 구체적으로, 일반적인 전기-음향 신호 변환장치에서는 진동자에서 발생한 음향 또는 진동이 하우징내 기체를 통해 전달될 때 진동자의 밀도가 높은데 반하여 음향 에너지가 전달되는 공기의 밀도는 현격하게 낮으므로, 음향 또는 진동 에너지의 대부분이 진동자 구조 물질의 내부로 전반사 되어 손실되고, 실제 공기로 전달되는 음향 또는 진동 에너지는 극히 작다.

따라서 기존의 골전도 스피커의 경우 인체 내부로 음파를 효과적으로 전파시키기 위하여 고체 진동자의 질량을 크게 하여 진동시키고, 그 진동자 또는 진동자에서 발생된 음파를 하우징으로 전파시켜 하우징 표면 일부 또는 진동자 구조물 표면 일부를 인체에 접촉하는 방식으로 되어 있다.

이러한 일반적인 음향신호 변환장치 또는 기존 골전도 방식의 음향신호 변환장치에서는 신호 전달효율이 높다고 할 수 없으며, 더 나아가 기존의 음향신호 변환장치에서는 상술한 에너지 손실분을 보상하기 위하여 보다 큰 증폭률을 가지는 증폭장치를 사용하기 때문에, 해당 증폭기 구동을 위해 대 전력이 필요한 관계로 제품의 전력소모가 높아질 수밖에 없다.

이에 본 발명의 목적은 음향 또는 진동 에너지의 손실을 최소화하여 신호 전달효율을 높일 수 있는 음향신호 변환장치를 제공함에 있으며,

더 나아가 본 발명의 또 다른 목적은 음향 또는 진동 에너지의 전달효율을 극대화함으로서 주변회로소자의 구동전력을 낮춰 결과적으로 제품의 전력 소모를 줄일 수 있는 음향신호 변환장치를 제공함에 있다.

더 나아가 본 발명의 또 다른 목적은 일종의 마이크로폰으로도 사용 가능한 음향신호 변환장치를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 음향신호 변환장치는 하우징 케이스내에서 전기 신호 인가에 따라 물리적인 진동을 발생시키는 진동 발생수단을 포함하는 음향신호 변환장치로서,

상기 진동 발생수단에 의해 발생되는 내부 진동을 외부 진동으로 전달하기 위한 진동판과;

상기 하우징 케이스내에 봉입되어 상기 내부 진동을 상기 진동판으로 전파하기 위한 기체(공기) 이외의 매질;을 포함함을 특징으로 한다.

상술한 구성에 따르면, 본 발명의 음향신호 변환장치는 기체에 비하여 밀도가 0.4

이상이고 유동이 가능한 액상 물질을 진동 발생수단과 진동판 사이에 봉입하거나 또는 영률(young's modulus)이 80GPa 이하이고 밀도가 0.6

이상인 겔상(반고체) 또는 고체 물질을 매질로 충진 또는 연결구조물을 설치함으로서, 음향 또는 진동이 전달되는 매질의 밀도 차이에 의한 신호 손실을 최소화한 것이다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 기술되는 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.

우선 본 발명의 실시예에 따른 음향신호 변환장치는 그 내부에 전기적 에너지에 의해서 진동하는 진동 발생수단을 설치하고, 공기보다 밀도가 높은 액상 또는 반고체 또는 고체 물질을 밀폐된 구조물안에 봉입하거나 연결 구조물을 설치함으로서, 음향 임피던스의 경계에서 발생하는 음향의 반사, 굴절, 산란에 의한 신호 손실을 최소화하도록 고안된 장치이다.

이러한 음향신호 변환장치의 구성과 동작을 첨부 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

우선 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 음향신호 변환장치로서 골전도 스피커의 구성을 예시한 것으로, 본 발명의 실시예에 따른 음향신호 변환장치의 구조 및 형태가 이에 국한되는 것은 아니다.

도 1을 참조하면, 우선 음향신호 변환장치로서의 골전도 스피커(10)는 액상 또는 반고체 또는 고체물질(14) 및 진동 발생수단(18,20)을 내부에 봉입하기 위한 하우징 케이스(12)를 갖는다. 이러한 하우징 케이스(12)는 외부 충격으로부터 내부 소자를 보호하는 역할을 수행할 것이다.

상기 하우징 케이스(12)내에는 인가되는 전기신호에 따라 물리적인 진동을 발생시키기 위한 진동 발생수단(18,20)이 위치한다. 이러한 진동 발생수단은 사용재료와 동작원리에 따라 다양한 방식(예를 들면 전자기력 혹은 전장 변화에 의한 힘을 이용하는 방식 혹은 압전 소자와 같은 진동자를 이용하는 방식과 같이)중 어느 하나의 방식으로 구현될 수 있다. 하기 설명에서는 설명의 편의상 인가되는 전기신호에 따라 물리적인 진동을 발생시키는 진동자(18)(진동 구조물, 보이스코일, 피에조 압전소자 등)와, 그 진동자(18)와 상호 작용하여 진동을 유인하는 자기장 발생부(20)(자석 등)를 진동 발생수단으로 언급하기로 한다.

참고적으로 상기 진동자(18)의 보이스 코일에는 전기신호를 인가하기 위한 신호선이 결합 가능한 전극들이 형성되어 있을 것이다. 신호선은 하우징 케이스(12)의 일측에 형성되어 있는 연결단자(26)에 연결될 수 있으며, 경우에 따라서는 하우징 케이스(12)에 형성되어 있는 홀을 통해 외부 신호선(24)으로 직접 사용될 수도 있을 것이다.

한편 본 발명의 실시예에 따른 골전도 스피커(10) 하우징 케이스(12) 일측면에는 케이스(12)내에서 발생된 내부 진동을 외부 진동으로 전달하기 위한 진동판(16)이 형성되어 있다. 이러한 진동판(16)은 내부 진동을 외부 진동으로 전달하는 역할뿐만 아니라 그 자체가 하우징 케이스의 일부를 형성하는 것으로 볼 수 있다. 한편 진동 발생수단(18,20)이 삽입되어 있는 케이스(12)내에는 상기 진동 발생수단(18,20)에 의해 발생된 내부 진동을 에너지 손실을 최소화하면서 진동판(16)으로 전파하기 위한 액상 또는 반고체 또는 고체 매질(14)이 봉입되어 있다. 액상 매질의 예를 들면 탄화수소계열의 액상 매질 또는 액체 수은 매질을 들 수 있 수 있 다. 이는 예시에 불과하며 다양한 종류의 액상 매질을 사용할 수 있을 것이다.

참고적으로 진동이 전파되는 케이스(12)내의 매질 밀도와 진동발생수단(18,20)의 밀도 차이가 크면 클수록 진동발생수단(18,20)의 표면에 형성되는 음향 임피던스의 경계면에서 음향이 반사, 굴절, 산란을 일으켜서 에너지 손실이 크기 때문에, 상기 액상 또는 반고체 또는 고체 매질(14)의 밀도와 진동발생수단(18,20)과의 밀도비는 0.05 내지 16의 값을 가지는 것이 에너지 손실을 최소화하기 위해 바람직하다. 예를 들면, 탄화수소계열의 액상 매질(비중 0.76)과 금속소재(비중 12)간의 밀도 비는 약 0.05 이상이 되도록, 그리고 액체 수은 매질(비중 13.6)과 플라스틱 소재(비중 0.85)간의 밀도비는 약 16 이하의 값을 가지도록 하는 것이 바람직하다.

한편 액상 또는 반고체 또는 고체 매질(14)이 봉입되는 케이스(12)내에는 전기신호가 인가되는 진동 발생수단(18,20)의 전극이 위치한다. 따라서 전극간 절연을 위한 별도의 방안을 강구해야 하지만, 만약 부도체 특성을 가지는 액상 또는 반고체 또는 고체 매질(14)을 봉입한다면 전극간 절연을 위한 별도의 방안 및 공정이 필요 없을 것이다. 따라서 케이스(12)내에 봉입되는 액상 또는 반고체 또는 고체 물질(14)은 부도체 특성을 가지는 물질(고밀도의 광물성 반고체, 그리스 또는 광물성 액상유 등)을 선택하여 사용하는 것이 바람직할 것이다.

또한 케이스(12)내 액상 또는 반고체 또는 고체매질은 일정 비율의 기체와 함께 봉입될 수도 있을 것이다.

상술한 구성 외에 본 발명의 실시예에 따른 골전도 스피커(10)는 하우징 케 이스(12)내에서 상기 진동 발생수단(18,20)의 진동자(18)와 결합되어 그 진동자(18)에 의해 발생된 진동을 효과적으로 전파하기 위한 진동막(22)을 더 포함할 수도 있다. 이러한 진동막(22) 역시 진동 발생수단의 형상 및 위치에 따라 그 형상 및 위치가 가변될 수 있다.

이하 상술한 골전도 스피커(10)의 동작을 설명하면, 우선 신호선(24)을 통하여 입력되는 전기 음향신호는 케이스(12)내의 진동자(18)에 인가된다. 이에 진동자(18)는 단독 혹은 자기장 발생부(20)와 상호 작용하여 진동하게 된다. 이러한 진동은 액상 매질(14) 또는 반고체 또는 고체매질(14)을 통해 전파되어 진동막(22)을 통해 확대된 후 진동판(16)으로 전달된다. 이러한 경우 케이스(12)내에 봉입된 액상 또는 반고체 또는 고체매질(14)의 밀도와 진동자(18) 및 진동막(22)의 밀도 비가 0.05 이상이면 음향 또는 진동의 전반사가 거의 일어나지 않기 때문에 음향 임피던스가 현저히 줄어들게 되므로, 결과적으로 진동자(18)에 의해 발생된 진동 에너지는 손실 없이 진동판(16)으로 전달되며, 이후 진동판(16)으로 전달된 진동은 접촉하고 있는 인체 연 조직(A), 골 조직(B)을 통해 내부 조직(C)을 전파되어 간다.

따라서 본 발명의 골전도 스피커는 일반 골전도 스피커에 비해 현저히 효율이 개선된 스피커로 작동할 수 있게 되는 것이다.

더 나아가 본 발명의 골전도 스피커는 음향 또는 진동 에너지의 전달효율이 높기 때문에 증폭률이 낮은 증폭기 사용을 가능하게 하여 결과적으로 제품의 전력 소모를 줄일 수 있는 효과를 얻게 되는 것이다.

이상의 실시예에서는 전기 신호를 진동 에너지로 변환하는 골전도 스피커를 이용하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 상술한 음향신호 변환장치를 가동 코일형 다이내믹 마이크로폰, 콘덴서 마이크로폰, 피에조 장치를 사용한 마이크로폰과 같은 신호 변환장치로 사용할 수도 있다. 이를 도 2를 참조하여 구체적으로 설명하면,

우선 진동 에너지를 전기 에너지로 변환하기 위한 음향신호 변환장치는 도 2에 도시한 바와 같이 하우징 케이스(32) 일측면에 형성되어 외부 진동을 장치 내부 진동으로 전달하기 위한 진동판(36)과, 상기 케이스(32)내에 봉입되어 상기 진동판(36)에 의해 전달되는 내부 진동을 진동자(38)측으로 전파하기 위한 액상 또는 반고체 또는 고체 매질(34)과, 상기 케이스(32)내에서 자기장을 발생시키기 위한 자기장 발생부(자석)(40)와, 자기장내에서 상기 액상 등의 매질(34)을 통해 전달된 내부 진동의 힘으로 이동하여 전기신호를 발생시키고 이를 신호선(44)으로 출력하기 위한 진동자(38)를 기본적으로 포함하며, 경우에 따라서는 상기 진동판(36)에서 발생된 내부 진동을 확대 매질의 진동을 받아 진동자(38)측으로 효율적으로 전파시키기 위한 진동막(42)을 더 포함할 수도 있다. 참고적으로 상기 진동자(38)에는 가동 코일이 부착되어 있다.

상술한 음향신호 변환장치에서도 에너지 손실을 최소화하기 위하여 액상 또는 반고체 또는 고체 매질(34)의 밀도와 진동판(36)과의 밀도비는 0.05 이상의 값을 가지는 것이 바람직하며, 경우에 따라서는 상기 액상 등의 매질(34)이 전기적으로 부도체 특성을 가질 수도 있다.

이하 동작을 설명하면, 우선 성대 혹은 기타 신체 특정 부위로부터 진동이 발생되면 이러한 외부 진동은 하우징 케이스(32)의 일측면을 형성하는 진동판(36)을 통해 내부 진동으로 전달된다. 이러한 내부 진동은 다시 액상 또는 반고체(겔상) 또는 고체 매질(34)을 통해 진동막(42)을 통해 혹은 직접 자기장내에 위치하는 진동자(38)에 전달됨으로서, 그 진동자(38)는 전달된 내부 진동에 의해 자기장 내에서 이동하게 된다. 이러한 경우 진동자(38)에 붙어 있는 가동 코일에는 전자기 유도 법칙에 따라 전압이 유기됨으로서, 결국 신호선(44)을 통해 전기 에너지로 변환된 전기신호가 출력됨으로서 본 발명의 신호변환장치는 일종의 마이크로폰으로 작동할 수 있게 되는 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명은 밀도가 0.4

이상이고 유동이 가능한 액상 물질을 진동 발생수단과 진동판이 삽입되어 있는 공간(케이스)내에 봉입하거나 또는 영률(young's modulus)이 80GPa 이하이고 밀도가 0.6

이상인 겔상(반고체) 또는 고체 물질을 매질로 충진 또는 연결구조물을 설치함으로서, 음향 또는 진동이 전달되는 매질의 밀도 차이에 의한 신호 손실을 최소화하여 에너지 전달효율을 극대화할 수 있다.

더 나아가 본 발명의 음향신호 변환장치는 음향 또는 진동 에너지의 전달효율이 높기 때문에 증폭률이 낮은 증폭기 사용을 가능하게 하여 결과적으로 제품의 전력 소모를 줄일 수 있는 효과를 얻을 수 있으며,

전기신호를 진동 에너지로 변환함은 물론 진동 에너지를 전기 신호로 변환할 수 있어 다용도로 사용 가능한 장점이 있다.

한편 본 발명은 도면에 도시된 실시예들을 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에 통상의 지식을 지닌자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (11)

1. 전기신호 인가에 따라 진동을 발생시키는 진동 발생수단을 하우징 케이스내에 포함하는 음향신호 변환장치에 있어서,

   상기 진동 발생수단에 의해 발생되는 케이스 내부의 진동을 케이스 외부 진동으로 전달하기 위한 진동판과;

   상기 케이스내에 봉입되어 상기 진동 발생수단에 의해 발생되는 내부 진동을 상기 진동판으로 전파하기 위한 기체 이외의 매질;을 포함함을 특징으로 하는 음향신호 변환장치.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 진동 발생수단과 결합되어 상기 진동 발생수단에서 발생된 진동을 상기 진동판으로 전파시키기 위한 진동막;을 더 포함함을 특징으로 하는 음향신호 변환장치.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 매질과 경계면을 이루는 진동판 및 진동발생수단간의 밀도비는 0.05 내지 16의 값을 가짐을 특징으로 하는 음향신호 변환장치.
4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 기체 이외의 매질은 액상 매질, 반고체 매질, 고체 매질중 어느 하나임을 특징으로 하는 음향신호 변환장치.
5. 청구항 4에 있어서, 상기 반고체 매질 또는 고체 매질은 영률(young's modulus)이 80GPa 이하이고 밀도가 0.6

   

   이상인 것을 특징으로 하는 음향신호 변환장치.
6. 청구항 4에 있어서, 상기 액상 매질은 밀도가 0.4

   

   이상이며 유동이 가능한 액상 물질임을 특징으로 하는 음향신호 변환장치.
7. 청구항 4에 있어서, 상기 액상 또는 반고체 또는 고체 매질은 부도체 매질로서 일정 비율의 기체와 함께 봉입됨을 특징으로 하는 음향신호 변환장치.
8. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 진동판은 하우징 케이스의 일측면을 형성함을 특징으로 하는 음향신호 변환장치.
9. 하우징 케이스 일측면에 형성되어 외부 진동을 장치 내부 진동으로 전달하기 위한 진동판과;

   상기 케이스내에 봉입되어 상기 진동판에 의해 전달된 내부 진동을 전파하기 위한 공기 이외의 매질과;

   상기 케이스내에서 자기장을 발생시키기 위한 자기장 발생부와;

   자기장내에서 상기 매질을 통해 전달되는 내부 진동에 따라 이동하여 소정의 전기신호를 발생시키는 진동자;를 포함함을 특징으로 하는 음향신호 변환장치.
10. 청구항 9에 있어서, 상기 진동판에서 발생된 내부 진동을 상기 진동자측으로 전파시키기 위한 진동막;을 더 포함함을 특징으로 하는 음향신호 변환장치.
11. 청구항 9 또는 청구항 10에 있어서, 상기 매질과 경계면을 이루는 진동판 및 진동자간의 밀도비는 0.05 내지 16의 값을 가짐을 특징으로 하는 음향신호 변환장치.

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