KR20110130658A - 압전스피커 - Google Patents

Abstract

본 발명은 비교적 간단한 구조로 이루어지고, 이로 인해 스피커를 소형, 박형화시켜 최근에 각광을 받고 있는 평판용 디스플레이, 자동차용 내장 스피커 등 다양한 응용제품에 적용할 수 있으며, 특히 저음 영역 특성을 효과적으로 개선하여 기존의 자기회로 또는 보이스 코일형 스피커와 유사한 음향특성을 보여주는 압전스피커를 제공한다.

Description

압전스피커{.}

본 발명은 압전스피커에 관한 것으로, 본 출원인이 기 출원한 대한민국 특허출원번호 제2009-93733호를 개량한 발명이다.

압전세라믹의 가공기술 및 제조공정의 향상으로 압전세라믹을 이용한 응용제품은 광범위한 분야로 전개되고 있다. 특히 압전세라믹은 음향변환기로 응용될 수 있고, 다양한 연구가 수행되고 있으며, 일예로 본 출원인에 의해서 안출된 대한민국 특허출원번호 제2009-93733호에는 압전세라믹을 이용한 압전스피커가 개시되어 있다.

이러한 상기 특허출원은 압전세라믹인 음향변환압전기의 중심을 관통하여 고정된 서포터에 의해서 중저역 특성에 상응하는 음향기기에는 적용하도록 하고 있으나, 음향변환압전기의 관통이라는 가공공정을 더 포함하는 문제점이 발생하였다.

대한민국 특허출원번호 제2009-93733호 압전스피커

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 음향변환압전기를 관통하지 않고 서포터를 고정시켜 중저역 특성을 향상시키기 위한 압전스피커를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 비교적 간단한 구조로 이루어지고, 이로 인해 스피커를 소형, 박형화시켜 최근에 각광을 받고 있는 평판용 디스플레이, 자동차용 내장 스피커 등 다양한 응용제품에 적용할 수 있으며, 특히 저음 영역 특성을 효과적으로 개선하여 기존의 자기회로 또는 보이스 코일형 스피커와 유사한 음향특성을 보여주는 압전스피커를 제공한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은

음향변환압전기와,

음향변환압전기가 부착된 제1진동판과,

음향변환압전기의 중심에 고정된 서포터와,

서포터를 지지하는 지지프레임을 포함하고,

지지프레임은 외곽프레임을 더 포함하여 이루어지며,

제1진동판과 접착된 후 외측방향으로 연장되어 외곽프레임에 접착되는 제2진동판을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은

음향변환압전기와,

음향변환압전기에 부착된 제1진동판과,

제1진동판의 중심에 고정된 서포터와,

서포터를 지지하는 지지프레임을 포함하고,

지지프레임은 외곽프레임을 더 포함하여 이루어지며,

제1진동판과 접착된 후 외측방향으로 연장되어 외곽프레임에 접착되는 제2진동판을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은

음향변환압전기와,

음향변환압전기에 부착된 제1진동판과,

음양변환압전기 및 제1진동판의 중심에 고정된 제1, 2서포터와,

제1서포터를 지지하는 지지프레임을 포함하고,

지지프레임은 외곽프레임을 더 포함하여 이루어지며,

제1진동판과 접착된 후 외측방향으로 연장되어 외곽프레임에 접착되는 제2진동판을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 상기 음향변환압전기와 제1진동판은 그 중심이 편심되어 부착되어 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 적용된 상기 제2진동판은 그 외주면이 볼록 또는 오목 형상으로 이루어져 마감되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 적용된 상기 제2진동판은 그 외주면이 평면으로 이루어져 마감되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 적용된 상기 제2진동판으로는 제2진동판의 외주면에 접착되고, 외측방향으로 연장된 후 오목, 볼록, 다단으로 주름진 형상 중 어느 하나로 마감된 외주면을 포함하는 에지를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 목적 및 효과는 이하의 상세한 설명으로부터 명확하게 되고, 본 고안의 바람직한 실시예를 나타내는 상세한 설명 및 실시예는 본 고안의 범주를 제한하는 것이 아니다.

본 발명에 따른 압전스피커는 일반 보이스코일 스피커와 대비할 때 아래와 같은 주파수 특성을 갖는다.

위와 같이 1,000KHz 이하 특히 500 Hz 이하의 중저역 특성을 확연히 개선하여 기존 압전스피커에서 볼 수 없는 기존 자기회로 또는 보이스코일형 스피커와 유사한 특성을 확보했다

도 1은 본 발명에 따른 압전스피커의 제1실시예의 사시도.
도 2는 도 1의 분해사시도.
도 3a는 도 1의 부분단면도.
도 3b 내지 도 3h는 본 발명에 적용된 음향변환압전기와 제1진동판이 다르게 부착된 상태를 보여주는 실시예들.
도 3i와 도 3j는 서포터의 다른 실시예.
도 4 및 도 5는 본 발명에 적용된 음향변환압전기와 제1진동판이 서포터에 의해서 지지되어 굴곡진동되는 상태를 보여주는 도면.
도 6는 본 발명에 따른 제2진동판의 다른 실시예.
도 7은 본 발명에 따른 제2진동판의 또 다른 실시예.
도 8은 본 발명에 따른 압전스피커의 다른 실시예.
도 9a는 본 발명에 따른 압전스피커의 또 다른 실시예.
도 9b는 도 9a의 분해사시도.

이하, 본 발명에 따른 하나의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다. 먼저, 도면에 걸쳐 기능적으로 동일하거나, 유사한 부분에는 동일한 부호를 부여한다.

도 1은 본 발명에 따른 압전스피커의 제1실시예의 사시도이고, 도 2는 도 1의 분해사시도이고, 도 3a는 도 1의 부분단면도이다.

우선 본 발명의 제1실시예에 따라 적용되는 압전스피커의 형태는, 도 1을 통해 압전스피커를 통해 전체적인 형상을 파악할 수 있으며, 도 2에 도시된 바와 같이 압전스피커의 활용은 평면디스플레이, 자동차용 내장 스피커 등의 목적에 적합하도록, 예를 들면 15mm 이하의 제품 두께 또는 경량의 구조를 갖는다.

여전히 본 발명은 예시한 모델의 활용에 한정되지는 않는다.

위와 같은 목적을 위한 본 발명의 제1실시예에 따른 압전스피커는 도 1 및 도 2의 분해사시도에 도시된 바와 같이, 음향변환압전기(10)와, 음향변환압전기(10)가 중심에 부착 또는 적층된 제1진동판(20)과, 음향변환압전기(10)의 중심을 관통하여 고정된 서포터(30)와, 서포터(30)를 지지하는 지지프레임(40)과, 제1진동판(20)과 접착되어 외측방향으로 연장된 제2진동판(50)으로 구성되어 있다.

여기에서 음향변환압전기(10)는 제1진동판(20)의 표면 또는 이면에 부착되어도 무방하다.

음향변환압전기(10)는 재료 표면의 전류변화에 따른 형상변화 즉, 진동을 일으키는 구조를 가진 모든 것을 포함하고 있으며, 평탄한 플랫형 구조 또는 평탄한 구조에 플렉시블한 소재로 이루어질 수도 있다.

이러한 음향변환압전기(10)에 전압, 특히 교류전압을 인가하면 굴곡진동을 일으키게 되고, 후술하는 제1진동판(20)에 굴곡진동을 전달하게 된다.

제1진동판(20)은 음향변환압전기(10)의 굴곡진동에 연동되어 일체로 굴곡진동을 일으키게 되며, 금속판이 적용된다.

제1진동판(20)에 적용된 금속판은 황동, 알루미늄, 스테인레스 등이 적용되며, 전술한 재료들의 개별적이고, 선택적으로 결합된 합금으로 이루어진 금속판이 적용될 수 있다.

도 3a에 도시된 바와 같이, 음향변환압전기(10)와 제1진동판(20)은 부착 또는 적층되어 있으며, 음향변환압전기(10)는 제1진동판(20)의 중심에 위치하고 있다.

이러한 음향변환압전기(10)와 제1진동판(20)의 구성은 통상적인 압전세라믹을 이용한 발음체의 모델과 기본적으로 같다. 단, 본 발명의 저음영역 특성을 위해서는 나중에 설명하는 특별한 구성요소들을 더 필요로 한다.

서포터(30)는 상기 음향변환압전기(10)의 중심에서 고정된다.

한편, 도 3b에 도시된 바와 같이 제1진동판(20)의 중심(C)은 음향변환압전기(10)의 중심(C')과 서로 편심되어 부착 또는 적층되어 있을 수도 있으며, 서포터(30)가 중심(C')에 위치하고 있다.

또한, 도 3c 내지 도 3h에 도시된 바와 같이 음향변환압전기(10)는 원형외에 장방형, 타원형 등으로 형성될 수 있으며, 이때 제1진동판(20) 역시 원형, 타원형, 장방형 등으로 형성될 수 있다.

도 3i에 도시된 바와 같이, 서포터(30)는 전술한 도 3c 내지 도 3h에 적용된 음향변환압전기(10)의 저면 및 제1진동판(20)의 상면에 고정되어 있음을 보여주고 있고, 도 3j는 음향변환압전기(10)가 편심된 위치에서 서포터(30)의 고정위치를 보여주고 있다.

위와 같이 서포터(30)는 도 3c 내지 도 3h에 도시된 다양한 제1진동판(20)과 음향변환압전기(10)의 장착 상태에 따라 변형가능하게 음향변환압전기(10)의 중심 저면에만 설치될 수 있고, 음향변환압전기(10)의 저면과 제1진동판(20)의 상면 동시에 설치 고정될 수 있다.

일예로서, 서포터(30)가 관통되는 상태의 일 예에 불과한 도 3c의 음향변환압전기(10), 제1진동판(20), 서포터(30)의 결합은 도 4에 도시되고, 도시된 방향에서 보이는 바와 같이 제1진동판(20)의 진동지점에 서포터(30)가 되고, 진동지점인 서포터(30)를 기준으로 제1진동판(20)의 양측은 외팔보(캔틸레버)의 형상으로 이루어지게 된다.

이 외팔보의 형상으로 인해 일정한 전압을 가하게 되면 굴곡진동하는 음향변환압전기(10)를 따라 진동하는 제1진동판(20)은 눈에 보이지는 않지만 오목 또는 볼록 형상을 반복하면서 음향재생에 유리한 상, 하 진동 및 분할진동을 하게 된다.

제1진동판(20)은 서포터(30)만 지지되어 있다는 가정하에 진동하게 되면 진동 그래프는 도 5에 도시된 바와 같이, 무한대로 연장된다는 것을 보여주고 있다. 이러한 진동 그래프는 통상 스피커 제조업계에서 공지된 바와 같이 낮은 공진주파수 특성과 음향변환압전기(10)의 작은 질량으로 인해 효율은 좋으나, 저음영역 특성이 매우 불량한 것으로 알려져 있다.

즉, 공진주파수는 "

, M은 진동계{음향변환압전기(10)와 제1진동판(20)}의 질량, S는 지지계{후술하는 서포터(30), 제2진동판(50)와 에지(60) 등}의 강성"와 같은 식으로 정의되고, 본 발명에 적용된 음향변환압전기(10)와 제1진동판(20)은 작은 부피 및 질량을 갖고 있으므로 공진주파수가 높아지게 된다.

따라서, 통상적으로 알려진 바와 같이 공진주파수가 높아지게 되면 저역주파수 재생에 불리하게 된다.

본 발명은 위와 같은 음향변환압전기(10)와 제1진동판(20)이 가지고 있는 결점을 극복하기 위한 것 즉, 작은 질량을 극복함으로써 저음영역을 충실히 재생할 수 있도록 하기 위한 것으로 도 2, 도 3a에 도시된 바와 같이 서포터(30)를 지지하는 지지프레임(40)이 설치되어 있다.

지지프레임(40)은 서포터(30)의 하단과 결합되어 있으며, 서포터(30)와 일체 또는 분리되어 설치될 수 있다.

이러한 서포터(30)와 지지프레임(40)의 구조로 인해 외팔보 형식의 진동은 전술한 바와 같이 제1진동판(20)을 통해 발생되는 낮은 공진주파수 특성을 유지할 수 있으며, 이러한 낮은 공진주파수 특성을 이용하면 저음영역을 충실히 재생할 수 있게 되는 것이다.

또한, 지지프레임(40)은 전술한 바와 같이 음향변환압전기(10)와 제1진동판(20)의 질량이 일정하면 낮은 값을 갖는 것이 공진주파수를 낮게 하는 것이므로 합성수지 재질이 적용됨이 바람직하게나, 이에 한정하지 않고 금속재질을 적용하여도 무방하다.

이러한 지지프레임(40)의 구조에 대한 자세한 설명은 제2진동판(50)의 설명에서 상술한다.

그러나, 본 발명은 위와 같은 서포터(30)와 지지프레임(40)을 통해 제1진동판(20)을 지지한다 하더라도 외팔보 특유의 진동 특성상 굴곡진동은 왜곡이 발생할 수 있으므로 일정한 상태에서 제어되어야 한다.

이를 위한 제2진동판(50)은 외팔보 특유의 진동 즉, 제1진동판(20)의 굴곡진동을 기계적으로 제어하는 것으로 왜곡이 발생할 수 있는 제1진동판(20)의 진동을 낮은 공진주파수로 유지시킨다.

제2진동판(50)은 제1진동판(20)과 이종의 재질로 구비되며, 제1진동판(20)의 외주면과 서로 접착된 후 제1진동판(20) 중심에서 외측 방향으로 연장되어 있다.

여기에서 제1진동판(20)의 외주면(24)은 제1진동판(20)이 마감되는 최외곽의 측면에서 중심방향으로의 상면 또는 저면의 일정부분이라 할 수 있다.

이러한 제2진동판(50)은 도 5에 도시된 바와 같이 무한대로 연장될 우려가 있는 제1진동판(20)의 진동을 제어하여 사인파 형식의 진동으로 균일하게 유지시키는 역할을 수행하며, 그 재질은 펄프계, 수지계, 바이오계, 합성섬유, 플라스틱, 레이온, 면과 합성성유를 혼방한 직물, 카본화이버, 유기섬유로서 듀퐁사의 상표명 케블라(KEVLAR), 모멕스(NOMEX) 및 일본 토요보사의 자일론(ZYLON) 등이 적용될 수 있다.

한편, 전술한 지지프레임(40)은 지지프레임(40)보다 높은 위치에서 형성되는 외곽프레임(42)을 더 포함하여 이루어져 있다. 이러한 지지프레임(40)은 서포터(30)를 지지하고, 외곽프레임(42)은 제2진동판(50)의 외주면(52)과 접착된다.

여기에서 제2진동판(50)의 외주면(52)은 제2진동판(50)이 마감되는 최외곽의 측면에서 중심방향으로의 상면 또는 저면의 일정부분이라 할 수 있다.

이때, 제2진동판(50)의 외주면(52)은 도시된 바와 같이 일 예이지만 평면으로 마감되어 있다. 이러한 평면마감은 특히 제2진동판(50)의 평면적이 커질수록 매우 유리하고, 평면으로 마감되는 평판형 스피커에 매우 유용하다.

위와 같은 접착으로 인해 제2진동판(50)은 제1진동판(20)과 지지프레임(40) 사이에서 이들을 연결하고 제1진동판(20)의 수직진동과 분할진동을 효과적으로 제어하여 중저역 특성을 개선 보강하게 되고, 이는 재생되는 낮은 공진주파수대를 제어하여 저음영역을 보강하게 된다.

한편, 제2진동판(50)은 도 6에 도시된 바와 같이 변형하여 실시될 수 있다. 즉, 제2진동판(50)의 외주면(52)은 볼록 형상으로 성형된 후 평탄한 접착면(54)으로 마감되고, 접착면(54)는 지지프레임(40)의 외곽프레임(42)과 접착될 수 있다. 특히, 상기 도시된 볼록 형상은 상향으로 돌출된 형상이지만, 도 7에 도시된 바와 같이 하향으로 돌출된 오목 형상으로(미도시 되었지만 오목 또는 도 6의 볼록 형상이 측방향으로 다단을 이루며 주름진 형상으로 성형된 후 평탄한 부착면을 이루며 마감되어 있다) 성형된 후 평탄한 접착면(54)을 이루며 마감되어 접착면(54)이 외곽프레임(42)과 접착될 수 있다. 그러나, 도 1 내지 도 4에서와 같이 외주면(72)이 평탄할 경우에는 외주면(74)이 곧 접착면이다.

이러한 제2진동판(50)의 성형된 형상으로 인해 제2진동판(50)의 수직진동 또는 분할진동을 이상적으로 지지하면서 주파수 특성을 유지하고 후배면의 음향을 차단하는 효과를 나타낼 수 있다.

본 발명은 위와 같은 구조 외 아래와 같이 다양하게 실시될 수 있음은 당연하다.

도 8은 도 1, 2 및 도 3a에 개시된 구조에 제1진동판(20)의 중앙부위에서 제2진동판(50) 또는 제1진동판(20)과 접착되는 더스트캡(60)을 더 포함하여 이루어져 있다.

이러한 더스트캡(60)은 플라스틱, 펠트, 알루미늄, 펄트, 직물 등으로 이루어질 수 있으며, 전술한 제2진동판(50)과 동일한 재질로도 이루어질 수 있고, 그 형상은 스피커 업계에서 통용되는 통상의 형상이고, 스피커 업계에서 알려진 바와 같이 이는 고음영역에 특성의 제어와 이물질의 유입을 방지하게 된다.

도 9a와 도 9b는 본 발명에 적용된 에지(70)의 일 예를 보여주는 도면으로서, 에지(70)는 도 1 또는 도 2 및 도 3a 내지 도 3g, 도 8에 개시된 구조 중에 선택적으로 적용될 수 있으며, 제2진동판(50)의 외주면(52)에 접착되어 외측 방향으로 연장된 후 도 6과 도 7에 도시된 제2진동판(50)의 외주면(52) 형상과 같이 에지(70)의 외주면(72) 역시 오목 또는 볼록, 다단으로 주름진 형태로 성형된 후 다시 평탄한 접착면(74)을 형성한 다음 마감되는 형상이거나 위와 같이 굴곡진 형상이 아닌 단순한 평면의 형상으로 마감될 수 있다.

이때, 에지(70)의 내주면(74)과 접착되는 제2진동판(50)의 외주면(52)은 평탄한 형상이다.

여기에서 에지(70)의 외주면(72)은 에지(70)가 마감되는 최외곽의 측면에서 중심방향으로의 상면 또는 저면이라 할 수 있으며, 접착되는 부위인 접착면(74)은 상기 굴곡진 형상이 형성된 후 일정 평면을 이루는 부위이고, 외주면(72)이 평탄할 경우에는 외주면(74)이 곧 접착면이다.

도 9b에서는 일 예로 에지(70)의 외주면 중 볼록 형상으로 돌출된 후 일정 평면으로 마감된 상태에서 에지(70)의 부착면(74)이 외곽프레임(42)에 접착된 상태를 보여주고 있다.

본 발명에 적용된 에지(70)는 제2진동판(50)과 다른 재질로 이루어지며, 제2진동판(50)의 불필요한 수직진동과 분할진동을 지지하고 진동을 흡수하여 소멸시키는 역할을 수행한다.

위와 같은 구성으로 이루어진 본 발명은, 다양한 소재로 이루어진 음향전환 압전소재를 이용하여 종래에 압전스피커가 재생하지 못하였던 중저역대역 음압특성을 개선하여 기존 자기회로 또는 보이스코일형 스피커의 특성에 근접함으로서 초박 또는 경량을 요구하는 다양한 음향기기에 적용될 수 있다

본 발명의 범위는 특허청구의 범위에 의해서 나타내는 것으로써, 명세서 본문에 의해서는 아무런 구속도 되지 않는다. 다시, 특허청구범위의 균등 범위에 속하는 변형이나 변경은, 모두 본 발명의 범위 내의 것이다.

10: 음향변환압전기 12: 관통구멍
20: 제1진동판 22: 고정구멍
30: 서포터 40: 지지프레임
42: 외곽프레임 50: 제2진동판
60: 더스트캡 70: 에지

Claims (7)

1. 음향변환압전기와,
   음향변환압전기가 부착된 제1진동판과,
   음향변환압전기의 중심에 고정된 서포터와,
   서포터를 지지하는 지지프레임을 포함하고,
   지지프레임은 외곽프레임을 더 포함하여 이루어지며,
   제1진동판과 접착된 후 외측방향으로 연장되어 외곽프레임에 접착되는 제2진동판을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 압전스피커.
2. 음향변환압전기와,
   음향변환압전기에 부착된 제1진동판과,
   제1진동판의 중심에 고정된 서포터와,
   서포터를 지지하는 지지프레임을 포함하고,
   지지프레임은 외곽프레임을 더 포함하여 이루어지며,
   제1진동판과 접착된 후 외측방향으로 연장되어 외곽프레임에 접착되는 제2진동판을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 압전스피커.
3. 음향변환압전기와,
   음향변환압전기에 부착된 제1진동판과,
   음양변환압전기 및 제1진동판의 중심에 고정된 제1, 2서포터와,
   제1서포터를 지지하는 지지프레임을 포함하고,
   지지프레임은 외곽프레임을 더 포함하여 이루어지며,
   제1진동판과 접착된 후 외측방향으로 연장되어 외곽프레임에 접착되는 제2진동판을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 압전스피커.
4. 청구항 1항 내지 청구항 3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 음향변환압전기와 제1진동판은 그 중심이 편심되어 부착되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 압전스피커.
5. 청구항 1항 내지 청구항 3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제2진동판은 그 외주면이 볼록 또는 오목 형상으로 이루어져 마감되는 것을 특징으로 하는 압전스피커.
6. 청구항 1항 내지 청구항 3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제2진동판은 그 외주면이 평면으로 이루어져 마감되는 것을 특징으로 하는 압전스피커.
7. 청구항 1항 내지 청구항 3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제2진동판으로는 제2진동판의 외주면에 접착되고, 외측방향으로 연장된 후 오목, 볼록, 다단으로 주름진 형상 중 어느 하나로 마감된 외주면을 포함하는 에지를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 압전스피커.

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