KR20140096642A - Small ultrasound device with acoustic directivity based on piezoelectric element - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 압전소자를 이용한 이어폰이나 헤드폰 등 소형 음향 장치에 관한 것으로, 초음파 변조된 음향 신호를 압전 소자를 통해서 출력하여 음향 신호가 지행성을 갖도록 하는 음향 지향성을 가진 압전소자 기반 소형 초음파 장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a miniature acoustic apparatus such as an earphone or a headphone using a piezoelectric element, and more particularly to a piezoelectric element-based miniaturized ultrasonic apparatus having an acoustic directivity by outputting an acoustic signal modulated by ultrasonic waves through a piezoelectric element will be.
일반적으로 초음파 변환자는 의료 및 각종 비파괴 검사에 사용되며, 감도(Sensitivity)가 높고 대역폭(Bandwidth)이 넓을수록 수신되는 신호의 크기 및 해상도가 좋아 진다. 초음파 변환자는 압전소자를 사용하여 제조되는데, 압전소자란 압전 효과를 갖는 소자로서, 외력을 가하면 전기 분극이 일어나서 전위차가 생기고, 반대로 압전소자에 전압을 가하면 변형이나 변형력이 생기는 성질을 가진 소자를 말한다.In general, ultrasonic transducers are used in medical and various non-destructive testing. The higher the sensitivity and the wider the bandwidth, the better the size and resolution of received signals. An ultrasonic transducer is manufactured using a piezoelectric element. A piezoelectric element is a device having a piezoelectric effect. When an external force is applied, electric polarization occurs to generate a potential difference, and conversely, when a voltage is applied to the piezoelectric element, deformation or strain occurs .
종래의 초음파 변환자는 단결정소자(Single crystal) 및 PZT 같은 압전소자를 사용하여 만들어지고 있다. 이들 압전소자는 송신 성능은 우수하지만 수신 감도가 상대적으로 낮고, 아울러 대역폭이 좁기 때문에 측방향 및 축방향 해상도가 저하되는 단점을 가지고 있다. Conventional ultrasonic transducers are made using piezoelectric elements such as single crystals and PZT. These piezoelectric elements are disadvantageous in that the transmission performance is excellent but the reception sensitivity is relatively low and the bandwidth is narrow, so that the lateral and axial resolution are degraded.
한편, 주변 잡음이 심한 공공 장소에서 휴대폰이나 MP3 플레이어에서 출력되는 음성 및 음악 신호를 이어폰을 사용해서 들을 경우, 외부에서 들려오는 잡음으로 인해 청취하는 음향 신호 크기가 작아지며, 이에 청취자는 이어폰의 음량을 높여 사용하게 되는데, 이 경우 고막에 무리가 가게 되어 장기적으로는 청취력 저하라는 문제가 발생한다. On the other hand, when a user listens to audio and music signals output from a mobile phone or an MP3 player in a public place with a high ambient noise, the size of the sound signal to be heard due to the noise heard from the outside is small. In this case, the tympanic membrane is crowded, and in the long term, there is a problem that the listening power is lowered.
또한, 높아진 음량으로 인해 음향 신호가 귀의 외이도에 유출되어 타인에게도 소음 노출에 따른 불편을 초래하게 된다. 특히 오픈형 이어폰의 경우 음성신호가 출력되는 이어폰 표면과 외이도 사이의 빈 공간이 많이 발생하므로 음량을 높임으로서 음성신호가 쉽게 유출될 수 있다. In addition, due to the increased volume, the acoustic signals are leaked to the ear canal and cause inconvenience to other people due to noise exposure. Especially, in the case of the open type earphone, since a lot of empty space is generated between the earphone surface and the ear canal from which the voice signal is outputted, the voice signal can be easily leaked by increasing the volume.
이에 따라, 이어폰에서 출력되는 음성신호의 유출을 최소화 하기 위해 커널형 이어폰을 사용할 수 있지만 커널형 이어폰의 경우, 이어폰 출력 면과 외이도의 빈 공간이 최소화되므로 커널형 이어폰을 장시간 사용하는 사용자들중 귀에 고통을 호소하는 사용자들이 늘어나고 있다.Accordingly, a canal type earphone can be used to minimize the leakage of the audio signal output from the earphone. However, in the case of the canal type earphone, since the empty space of the earphone output face and the ear canal is minimized, Are increasing.
또한, 이어폰 출력 면과 외이도의 빈 공간이 최소화되므로 이어폰에서 출력되는 음성신호가 오픈형 이어폰 보다 높은 음압이 고막에 가해져, 높은 음압을 장시간 청취 시 두통 또는 염증을 발생시킬 수 있으며, 특히 어린이의 경우 성인보다 염증을 발생시킬 수 있는 확률이 더 높아지는 문제점이 있었다.
In addition, since the earphone output surface and the empty space of the ear canal are minimized, a sound signal output from the earphone is applied to the ear drum at a higher sound pressure than that of the open earphone, so that a headache or inflammation may occur when listening to high sound pressure for a long time. There is a problem that the probability of causing inflammation is higher.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 개선하기 위하여 창출된 것으로서, 음향 신호가 고막에 집속되므로 상대적으로 작은 음량 조절로 높은 음향 신호를 들을 수 있으며, 오픈형 이어폰의 형태를 취해도 커널형 이어폰과 같이 외부로 유출되는 음성신호를 최소화 할 수 있고, 음파를 사용한 신경질환 치료를 침습적으로 구현 할 경우에도 응용될 수 있는 음향 지향성을 가진 압전소자 기반 소형 초음파 장치를 제공함에 그 목적이 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide an earphone receiver that can receive a high sound signal with a relatively small volume control because an acoustic signal is focused on a eardrum, And it is an object of the present invention to provide a piezoelectric element-based miniature ultrasonic device having an acoustic directivity that can be applied even when invasive treatment of a neurological disease using a sound wave can be minimized.
상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 음향 지향성을 가진 압전소자 기반 소형 초음파 장치는 음성 및 음악 신호를 출력하는 음향 신호 발생기로부터 출력되는 음향 신호를 초음파 신호에 변조시켜 출력하는 음향 신호 변조장치와; 상기 음향 신호 변조장치와 연결되며 사용자의 귀속에 음향 신호를 집속시키는 압전소자가 구비된 이어폰;으로 구성되고, 상기 이어폰의 압전소자는 동일한 집속점을 가지도록 중심이 내측 방향으로 오목하게 형성된 것을 특징으로 한다.In order to achieve the object of the present invention, the piezoelectric-element-based miniature ultrasonic apparatus having the acoustic directivity of the present invention includes an acoustic wave generator for modulating an acoustic signal output from a sound signal generator for outputting voice and music signals into an ultrasonic signal, A signal modulator; And an earphone connected to the acoustic signal modulating device and having a piezoelectric element for focusing an acoustic signal at a user's ear, wherein the piezoelectric elements of the earphone are concaved inward toward the center so as to have the same focusing point .
본 발명의 상기 음향 신호 변조장치는, 상기 음향 신호 발생기와 연결되는 유무선 인터페이스와; 초음파 신호를 출력하는 초음파 신호 발생기; 상기 음향 신호 발생기로부터 출력되는 음향 신호를 상기 초음파 신호 발생기로부터 출력되는 초음파 신호에 변조시켜 출력하는 변조기; 상기 변조기를 통해 출력되는 변조된 음향 신호를 증폭하여 출력하는 증폭기; 및 상기 증폭기로부터 출력되는 변조된 음향 신호를 상기 이어폰으로 출력하는 출력 인터페이스;로 구성되는 초음파와 음파를 동시에 출력하는 것을 특징으로 한다.The acoustic signal modulating apparatus of the present invention comprises: a wired / wireless interface connected to the acoustic signal generator; An ultrasound signal generator for outputting an ultrasound signal; A modulator for modulating an acoustic signal output from the acoustic signal generator to an ultrasonic signal output from the ultrasonic signal generator and outputting the modulated ultrasonic signal; An amplifier for amplifying and outputting a modulated acoustic signal output through the modulator; And an output interface for outputting the modulated sound signal output from the amplifier to the earphone.
본 발명의 상기 음향 신호 변조장치에 연결되는 상기 이어폰은 커널형 또는 오픈형 이어폰이며, 압전소자가 구비된 헤드폰 또는 침습적 의료기기를 연결하여 사용할 수 있는 것을 특징으로 한다.The earphone connected to the acoustic signal modulating apparatus of the present invention is a canal type or an open type earphone, and can be connected to a headphone or an invasive medical device equipped with a piezoelectric element.
본 발명은 상기 압전소자가 평면인 경우, 압전소자의 외측 방향으로 오목 렌즈 또는 볼록 렌즈를 더 배치시켜 동일한 집속점을 가지도록 하는 것을 특징으로 한다.
The present invention is characterized in that when the piezoelectric element is plane, a concave lens or a convex lens is further disposed in the outer direction of the piezoelectric element to have the same focusing point.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 최소화된 음량 증가로 높은 수신 감도를 이룰 수 있으며, 오픈형 이어폰의 형태를 취하면서도 커널형 이어폰이 가지고 있는 장점인 외부로 유출되는 음향 신호를 최소화하는 효과를 얻을 수 있다.As described above, according to the present invention, it is possible to achieve a high reception sensitivity with a minimized volume increase, and it is possible to obtain an effect of minimizing an acoustic signal leaked to the outside, which is an advantage of a canal type earphone while taking the form of an open type earphone .
또한, 본 발명은 청력 손실 방지 및 높은 수신 감도 그리고 최소화된 주변 소음이 발생하므로 실내 및 실외에서 유용하게 사용할 수 있고, 휴대폰 핸즈프리나 음악용 이어폰 및 헤드폰 등에 적용될 수 있다. Further, the present invention can be effectively used indoors and outdoors because of prevention of hearing loss, high reception sensitivity, and minimized ambient noise, and can be applied to a cellular phone hands-free, a music earphone, and a headphone.
또한, 본 발명은 귀를 통해서 음향 에너지 전달이 가능하므로 음향 에너지를 사용한 침습방식 신경 질환 치료 등에 적용이 가능하다.
Further, since the present invention can transmit acoustic energy through the ear, it can be applied to the treatment of an invasive neurological disease using acoustic energy.
도 1은 본 발명에 따른 음향 지향성을 가진 압전소자 기반 소형 초음파 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 음향 신호 변조장치의 내부 구성을 나타낸 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 음향 신호 변조장치로 입출력되는 신호 파형을 나타낸 파형도이다.BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS FIG. 1 is a block diagram schematically showing the configuration of a piezoelectric element-based miniature ultrasonic apparatus having an acoustic directivity according to the present invention.
2 is a block diagram showing an internal configuration of an acoustic signal modulating apparatus according to the present invention.
3 is a waveform diagram illustrating signal waveforms input to and output from the acoustic signal modulator according to the present invention.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 음향 지향성을 가진 압전소자 기반 소형 초음파 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 음향 신호 변조장치의 내부 구성을 나타낸 구성도이며, 도 3은 본 발명에 따른 음향 신호 변조장치로 입출력되는 신호 파형을 나타낸 파형도이다.FIG. 1 is a block diagram schematically showing the configuration of a piezoelectric element-based small-sized ultrasonic apparatus having an acoustic directivity according to the present invention, FIG. 2 is a diagram showing the internal structure of an acoustic signal modulating apparatus according to the present invention, 1 is a waveform diagram illustrating signal waveforms input to and output from an acoustic signal modulator according to an embodiment of the present invention;
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 음향 지향성을 가진 압전소자 기반 소형 초음파 장치(100)는, 예를 들어 휴대폰, MP3 플레이어, 의료기기 등에서 출력되는 음성 및 음악 신호를 초음파 신호에 변조(modulation)시켜 이를 증폭하고, 증폭된 변조 신호는 압전소자가 구비된 이어폰을 통해 사용자의 고막에 전달하는 것으로, 음성 및 음악 신호를 출력하는 음향 신호 발생기(10)로부터 출력되는 음향 신호를 초음파 신호에 변조시켜 출력하는 음향 신호 변조장치(20)와, 상기 음향 신호 변조장치(20)와 연결되며, 사용자의 귀속에 음향 신호를 집속시키는 압전소자(32)가 구비된 이어폰(30)으로 구성된다.As shown in FIGS. 1 to 3, the piezoelectric-element-based miniature
상기 이어폰(30)의 압전소자(32)는 동일한 집속점을 가지도록 중심이 내측 방향으로 오목하게 형성되도록 제조된다. 여기서, 상기 압전소자(32)의 만입 정도는 음향 신호를 집속시키고자 하는 거리에 따라 변경 제조될 수 있다. 또한, 상기 압전소자(32)의 표면이 평면인 경우, 압전소자(32)의 외측 방향으로 오목 렌즈 또는 볼록 렌즈 등을 배치시켜 동일한 집속점을 가지도록 한다.The
상기 음향 신호 변조장치(20)는, 초음파와 음파를 동시에 출력하는 것으로 상기 음향 신호 발생기(10)와 연결되는 유무선 인터페이스(22)와, 초음파 신호를 출력하는 초음파 신호 발생기(24), 상기 음향 신호 발생기(10)로부터 출력되는 음향 신호를 상기 초음파 신호 발생기(10)로부터 출력되는 초음파 신호에 변조시켜 출력하는 변조기(26), 상기 변조기(26)를 통해 출력되는 변조된 음향 신호를 증폭하여 출력하는 증폭기(28) 및 상기 증폭기(28)로부터 출력되는 변조된 음향 신호를 상기 이어폰(30)으로 출력하는 출력 인터페이스(29)로 구성된다.The
상기 변조기(24)의 변조 방법은 진폭 변조, 위상 변조, 주파수 변조 중에 어느 하나의 방법으로 이루어진다.The modulation method of the
상기 음향 신호 변조장치(20)에 연결되는 상기 이어폰(30)은 커널형 또는 오픈형 이어폰이며, 상기 이어폰(30)은 압전소자(32)가 구비된 헤드폰 또는 침습적 의료기기를 연결하여 사용할 수 있다.The
이와 같이 구성된 본 발명은 압전소자(32)를 구비한 이어폰(30)을 이용하여 적은 음량 조절로도 수신 성능을 높일 수 있으며, 오픈형 이어폰과 커널형 이어폰이 지니고 있는 단점을 개선하여 오픈형 이어폰에서도 커널형 이어폰과 같이 외부로 유출되는 음성신호를 최소화할 수 있다.The present invention having the above-described structure can improve the reception performance even with a small volume control by using the
또한, 본 발명은 잡음이 많은 실외에서도 음향 신호가 사용자의 고막에 집속되므로 음향 신호의 크기를 무리하게 높이지 않아도 높은 음향 신호를 청취할 수 있으며, 외부로 음향 신호가 유출되는 것을 최소화할 수 있기 때문에, 공공장소 등에서 발생할 수 있는 소음을 방지할 수 있다.In addition, since the acoustic signal is focused on the user's eardrum even in a noisy outdoor environment, it is possible to listen to a high sound signal without excessively increasing the size of the sound signal, and to minimize leakage of the acoustic signal to the outside Therefore, it is possible to prevent noise that may occur in a public place or the like.
아울러, 본 발명은 핸즈프리 혹은 음악 청취용 이어폰, 헤드폰 등에 적용될 수 있으며, 음파를 사용한 신경질환치료를 침습적으로 구현할 경우에도 응용될 수 있다.
In addition, the present invention can be applied to hands-free or earphones for listening to music, headphones, and the like, and can also be applied to invasive implementations of neurological diseases using sound waves.
이상, 전술한 본 발명의 실시예는, 예시의 목적을 위해 개시된 것으로, 통상의 기술자라면, 이하 첨부된 특허청구범위에 개시된 본 발명의 기술적 사상과 그 기술적 범위 내에서, 또 다른 다양한 실시예들을 개량, 변경, 대체 또는 부가 등이 가능할 것이다.
It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are intended to provide further explanation of the invention as claimed. Modification, substitution, addition, or the like.
100 : 음향 지향성을 가진 압전소자 기반 소형 초음파 장치
10 : 음향 신호 발생기 20 : 음향 신호 변조장치
22 : 유무선 인터페이스 24 : 초음파 발생기
26 : 변조기 28 : 증폭기
29 : 인터페이스
30 : 이어폰 32 : 압전소자100: Piezoelectric device-based miniature ultrasonic device with acoustic directivity
10: acoustic signal generator 20: acoustic signal modulator
22: wired / wireless interface 24: ultrasonic generator
26: modulator 28: amplifier
29: Interface
30: earphone 32: piezoelectric element
Claims (4)
상기 음향 신호 변조장치와 연결되며 사용자의 귀속에 음향 신호를 집속시키는 압전소자가 구비된 이어폰;으로 구성되고,
상기 이어폰의 압전소자는 동일한 집속점을 가지도록 중심이 내측 방향으로 오목하게 형성된 것을 특징으로 하는 음향 지향성을 가진 압전소자 기반 소형 초음파 장치.
An acoustic signal modulator for modulating an acoustic signal output from the acoustic signal generator for outputting voice and music signals into an ultrasonic signal and outputting the modulated acoustic signal;
And an earphone connected to the acoustic signal modulator and having a piezoelectric element for focusing an acoustic signal on a user's ear,
Wherein the piezoelectric elements of the earphone are concaved in the center in the inner direction so as to have the same focal point.
상기 음향 신호 변조장치는,
상기 음향 신호 발생기와 연결되는 유무선 인터페이스와;
초음파 신호를 출력하는 초음파 신호 발생기;
상기 음향 신호 발생기로부터 출력되는 음향 신호를 상기 초음파 신호 발생기로부터 출력되는 초음파 신호에 변조시켜 출력하는 변조기;
상기 변조기를 통해 출력되는 변조된 음향 신호를 증폭하여 출력하는 증폭기; 및
상기 증폭기로부터 출력되는 변조된 음향 신호를 상기 이어폰으로 출력하는 출력 인터페이스;로 구성되는 초음파와 음파를 동시에 출력하는 것을 특징으로 하는 음향 지향성을 가진 압전소자 기반 소형 초음파 장치.
The method according to claim 1,
The acoustic signal modulating apparatus includes:
A wired / wireless interface connected to the sound signal generator;
An ultrasound signal generator for outputting an ultrasound signal;
A modulator for modulating an acoustic signal output from the acoustic signal generator to an ultrasonic signal output from the ultrasonic signal generator and outputting the modulated ultrasonic signal;
An amplifier for amplifying and outputting a modulated acoustic signal output through the modulator; And
And an output interface for outputting the modulated acoustic signal output from the amplifier to the earphone, wherein the ultrasonic wave and the sound wave are simultaneously output.
상기 음향 신호 변조장치에 연결되는 상기 이어폰은 커널형 또는 오픈형 이어폰이며, 압전소자가 구비된 헤드폰 또는 침습적 의료기기를 연결하여 사용할 수 있는 것을 특징으로 하는 음향 지향성을 가진 압전소자 기반 소형 초음파 장치.
3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the earphone connected to the acoustic signal modulator is a canal type or an open type earphone, and a headphone or an invasive medical instrument having a piezoelectric element can be connected and used.
상기 압전소자가 평면인 경우, 압전소자의 외측 방향으로 오목 렌즈 또는 볼록 렌즈를 더 배치시켜 동일한 집속점을 가지도록 하는 것을 특징으로 하는 음향 지향성을 가진 압전소자 기반 소형 초음파 장치.
The method of claim 3,
Wherein when the piezoelectric element is flat, a concave lens or a convex lens is further disposed in the outer direction of the piezoelectric element to have the same focusing point.
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2013
- 2013-01-28 KR KR1020130009447A patent/KR20140096642A/en not_active Application Discontinuation
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| AMND | Amendment | ||
| E601 | Decision to refuse application | ||
| AMND | Amendment | ||
| E90F | Notification of reason for final refusal |