KR20150048107A - 음향 트랜스듀서 어셈블리 - Google Patents

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KR20150048107A
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존 비. 프렌치
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하르만 베츠케르 기코찌렌세 야르토 코르라토르트 뻴레르쉬그 타르쇼샤그
하르만 베츠케르 기코찌렌세 야르토 코르라토르트 ?레르쉬그 타르쇼샤그
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Abstract

실질적으로 공기 간극으로의 동일한 길이의 이동 코일을 갖는 음향 트랜스듀서를 위한 드라이버. 공기 간극은 그 자체가 상부 또는 하부 립, 또는 양쪽 모두를 사용하여 길이가 확장될 수 있다. 고정 코일이 또한 제공된다. 이동 및 고정 코일들은 적절한 제어 블록들에 의해 감소된 왜곡을 가진 전자석-기반 트랜스듀서를 형성하도록 제어될 수 있다.

Description

음향 트랜스듀서 어셈블리{ACOUSTIC TRANSDUCER ASSEMBLY}
여기에 설명된 실시예들은 음향 트랜스듀서들에 관한 것이다. 특히, 설명된 실시예들은 음향 트랜스듀서들에서의 사용을 위한 드라이버들에 관한 것이다.
많은 음향 트랜스듀서들 또는 드라이버들은 음파들을 생성하기 위해 이동 코일 동적 드라이버를 사용한다. 대부분의 트랜스듀서 설계들에서, 자석은 공기 간극을 자기 플럭스 경로에 제공한다. 이동 코일은 드라이버를 이동시키기 위해 공기 간극에서의 자기 플럭스와 반응한다. 처음에, 전자석은 고정된 자기 플럭스 경로를 생성하기 위해 사용되었다. 이들 전자석 기반 드라이버들은 높은 전력 소비 및 손실에 시달린다. 음향 드라이버들은 또한 영구 자석들을 갖고 만들어질 수 있다. 영구 자석들은 전력을 소비하지 않지만, 그것들은 제한된 BH 제품들을 가지며, 부피가 클 수 있고, 자기 재료에 의존하여 값비쌀 수 있다. 그에 반해서 전자석 기반 드라이버들은 동일한 BH 제품 제한들로부터 시달리지 않는다.
최근에, 그것들의 단점들 중 일부의 효과를 감소시키면서 전자석들의 이점들을 통합하는 보다 효율적인 전자석-기반 음향 트랜스듀서들이 개발되어 왔다. 그러나, 전자석-기반 음향 트랜스듀서들에서, 공기 간극에 걸친 자기 플럭스에서의 비-선형성들이 재생되는 사운드에서의 바람직하지 않은 아티팩트들(artifacts)을 도입할 수 있다. 이러한 비-선형성들을 최소화하거나 또는 제거하기 위한 요구가 있다.
광범위한 양상에서, 음향 트랜스듀서(acoustic transducer)를 위한 드라이버(driver)가 제공되고 있으며, 상기 드라이버는; 이동 다이어프램; 자기 재료로 형성된 드라이버 몸체로서, 상기 드라이버 몸체는: 중앙 기둥; 상기 드라이버 몸체의 최하부 부분을 통해 상기 중앙 기둥에 결합된 외부 벽; 및 상기 외부 벽으로부터 상기 중앙 기둥을 향해 안쪽으로 연장된 링 형상 판을 포함한, 상기 드라이버 몸체; 상기 다이어프램에 결합된 이동 코일로서, 상기 이동 코일은 상기 링 형상 판 및 상기 중앙 기둥 사이에 형성된 공기 간극 내에 적어도 부분적으로 배치되는, 상기 이동 코일; 및 상기 링 형상 판, 외부 벽, 최하부 부분 및 중앙 기둥에 의해 정의된 공동 내에 배치된 고정 코일을 포함한다.
몇몇 경우들에서, 상기 링 형상 판은 상기 링 형상 판의 안쪽 단부에 배치된 상부 립을 포함하며, 상기 상부 립은 상기 공기 간극을 연장시키기 위해 상기 공동으로부터 떨어져 연장된다. 몇몇 경우들에서, 상기 공기 간극은 상기 링 형상 판의 중심 부분에서보다 상기 상부 립의 바깥쪽 부분에서 보다 큰 폭을 가진다. 몇몇 경우들에서, 상기 상부 립의 폭은 상기 상부 립이 상기 링 형상 판으로부터 떨어져 연장됨에 따라 더 좁도록 테이퍼링된다.
몇몇 경우들에서, 상기 링 형상 판은 상기 링 형상 판의 안쪽 단부에 배치된 하부 립을 포함하며, 상기 하부 립은 상기 공기 간극을 연장시키기 위해 상기 공동으로 연장된다. 몇몇 경우들에서, 상기 공기 간극은 상기 링 형상 판의 중심 부분에서보다 상기 하부 립의 바깥쪽 부분에서 보다 큰 폭을 가진다. 몇몇 경우들에서, 상기 하부 립의 폭은 상기 하부 립이 상기 링 형상 판으로부터 떨어져 연장됨에 따라 더 좁도록 테이퍼링된다.
몇몇 경우들에서, 상기 이동 코일은 상기 공기 간극의 공기 간극 길이와 실질적으로 동일한 이동 코일 길이를 가진다. 상기 이동 코일 길이는 상기 이동 코일의 최대 편위의 적어도 400%일 수 있다.
몇몇 경우들에서, 상기 드라이버 몸체는 상기 최하부 부분 및 상기 외부 벽 사이에 테이퍼링된 외부 코너를 가진다. 몇몇 경우들에서, 상기 드라이버 몸체는 상기 외부 벽 및 상기 링 형상 판 사이에 테이퍼링된 외부 코너를 가진다. 몇몇 경우들에서, 상기 드라이버 몸체는 상기 중앙 기둥의 테이퍼링된 상부 내부 부분을 가진다.
몇몇 경우들에서, 상기 링 형상 판의 안쪽 면은 상기 중앙 기둥에 평행하지 않는다. 몇몇 경우들에서, 상기 공기 간극은 상기 공기 간극의 외부 부분에서 더 넓으며 상기 공기 간극의 중심 부분에서 더 좁다.
몇몇 실시예들에서, 상기 드라이버는 적어도 하나의 부가적인 링 형상 판을 더 포함하며, 상기 적어도 하나의 부가적인 링 형상 판은 적어도 하나의 부가적인 공기 간극 및 적어도 하나의 부가적인 공동을 정의한다.
몇몇 경우들에서, 상기 적어도 하나의 부가적인 링 형상 판의 안쪽 부분은 상기 중앙 기둥의 상부 부분에 결합되며, 상기 적어도 하나의 부가적인 공동 내에 배치된 부가적인 고정 코일을 더 포함하며, 상기 부가적인 고정 코일은 상기 고정 코일의 플럭스 경로에 반대 방향으로 회전하는 부가적인 플럭스 경로를 가진다.
몇몇 실시예들에서, 상기 드라이버는 상기 적어도 하나의 부가적인 공기 간극 내에 각각 배치된 적어도 하나의 부가적인 이동 코일; 및 상기 적어도 하나의 부가적인 공동 내에 각각 배치된 적어도 하나의 부가적인 고정 코일을 더 포함한다.
또 다른 광범위한 양상에서, 음향 트랜스듀서가 제공되고 있으며, 상기 음향 트랜스듀서는: 입력 오디오 신호를 수신하기 위한 오디오 입력 단자; 제어 시스템으로서, 적어도 하나의 시변(time-varying) 고정 코일 신호를 생성하는 것으로서, 상기 고정 코일 신호는 상기 오디오 입력 신호에 대응하는, 상기 시변 고정 코일 신호를 생성하며; 적어도 하나의 시변 이동 코일 신호를 생성하는 것으로서, 상기 이동 코일 신호는 상기 오디오 입력 신호 및 상기 고정 코일 신호에 대응하는, 상기 시변 이동 코일 신호를 생성하기 위한, 상기 제어 시스템; 및 여기에 설명된 실시예들에 따른 드라이버로서, 상기 제어 시스템에 전기적으로 결합된 상기 드라이버를 포함한다.
다양한 양상들 및 실시예들의 부가적인 특징들이 이하에 설명된다.
본 발명의 여러 개의 실시예들이 이제 도면들을 참조하여 상세히 설명될 것이다.
도 1은 예시적인 전자석-기반 음향 트랜스듀서의 단면도이다.
도 2는 도 1의 예시적인 음향 트랜스듀서의 사면도이다.
도 3a 내지 도 3c는 다양한 예시적인 실시예들에 따른 음향 트랜스듀서의 공기 간극의 상세한 단면도들이다.
도 4는 예시적인 실시예에 따른 예시적인 드라이버의 투시도이다.
도 5는 도 4의 드라이버의 단면도이다.
도 6a 내지 도 6f는 도 4의 드라이버를 위한 다양한 대안적인 기하학적 구조들의 단면도들이다.
도 7은 또 다른 예시적인 드라이버의 단면도이다.
도 8은 또 다른 예시적인 드라이버의 단면도이다.
도 9는 또 다른 예시적인 드라이버의 단면도이다.
도면들의 다양한 특징들이 이하에 설명된 실시예들의 다양한 양상들을 예시하기 위해 일정한 비율로 그려지지 않는다. 도면들에서, 대응하는 요소들은, 일반적으로 유사한 또는 대응하는 참조 번호들을 갖고 식별된다.
예시적인 전자석-기반 음향 트랜스듀서(100)를 예시하는 도 1 및 도 2에 대한 참조가 먼저 이루어진다. 트랜스듀서(100)는 내부 단자(102), 제어 블록(104), 및 드라이버(106)를 가진다. 도 1은 단면에 드라이버(106)를 및 블록 다이어그램 형태로 트랜스듀서(100)의 나머지 부분들을 예시한다. 도 2는 사면도에서 보다 상세히, 드라이버(106)를 포함한, 트랜스듀서(100)의 부분들을 예시한다.
제어 블록(104)은 고정 코일 신호 발생 블록(108) 및 이동 코일 신호 발생 블록(110)을 포함한다. 고정 및 이동 코일 신호 발생 블록들의 각각은 입력 단자(102)에 결합된다. 동작에 있어서, 입력 오디오 신호(Vi)가 입력 단자(102)에 수신되며, 고정 코일 신호 발생 블록(108) 및 이동 코일 발생 블록(110) 양쪽 모두에 송신된다. 고정 코일 신호 발생 블록(108)은 입력 신호(Vi)에 응답하여 노드(126)에서 고정 코일 신호(Is)를 발생시킨다. 유사하게, 이동 코일 신호 발생 블록(110)은 입력 신호(Vi)에 응답하여 노드(128)에서 이동 코일 신호(Im)를 발생시킨다.
드라이버(106)는 자기 재료(112)로 구성된 드라이버 몸체, 다이어프램(114), 이동 코일 포머(116), 고정 코일(118) 및 이동 코일(120)을 포함한다. 드라이버(106)는 또한 선택적 다이어프램 지지대 또는 스파이더(122) 및 서라운드(123)를 포함한다.
자기 재료(112)로 형성된 드라이버 몸체는 일반적으로 링 형상이며 링 형상 공동(134, toroidal cavity)을 가진다. 특히, 드라이버 몸체는 중앙 기둥(160), 최하부 부분(149) 및 외부 벽(148)을 포함할 수 있다. 고정 코일(118)은 공동(134) 내에 위치된다. 다양한 실시예들에서, 자기 재료(112)는 하나 이상의 부분들로부터 형성될 수 있으며, 이것은 고정 코일(118)이 공동(134) 내에 보다 쉽게 삽입되거나 또는 형성되도록 허용할 수 있다. 자기 재료(112)는 고정 코일 신호에 응답하여 자화되어, 자기 재료에 자기 플럭스를 생성한다. 자기 재료는 그것의 자기 회로(138)에 링 형상 또는 링 형상 공기 간극(136)을 가지며 자기 플럭스는 공기 간극(136)을 통해 또는 그 가까이에서 흐른다.
자기 재료(112)는 자기장의 존재시 자화될 수 있는 임의의 재료로 형성될 수 있다. 다양한 실시예들에서, 자기 재료(112)는 둘 이상의 이러한 재료들로부터 형성될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 자기 재료는 라미네이션들로부터 형성될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 라미네이션들은 방사상으로 조립될 수 있으며 복합 자기 재료가 라미네이션들 사이에 어떤 갭들도 갖지 않고 형성되도록 웨지 성형될(wedge shaped) 수 있다.
이동 코일(120)은 이동 코일 포머(116) 상에 장착된다. 이동 코일(120)은 이동 코일 신호 발생 블록(110)에 결합되며 이동 코일 신호(Im)를 수신한다. 다이어프램(114)은 다이어프램(114)이 이동 코일(120) 및 이동 코일 포머(116)와 함께 이동하도록 이동 코일 포머(116)에 장착된다. 이동 코일(120) 및 이동 코일 포머(116)는 이동 코일 신호(Im) 및 공기 간극에서의 플럭스에 응답하여 공기 간극(136) 내에서 이동한다. 이동 코일 포머와 함께 이동하는 음향 트랜스듀서의 구성요소들은 이동 구성요소들로서 불리울 수 있다. 이동 코일 포머가 움직이고 있을 때 고정되는 구성요소들은 고정 구성요소들로서 불리울 수 있다. 음향 트랜스듀서의 고정 구성요소들은 자기 재료(112) 및 고정 코일(118)을 포함한다.
다양한 실시예들에서, 음향 트랜스듀서는 더스트 캡(132) 및 자기 재료(112) 사이에서의 공기 공간을 배출하도록 적응될 수 있다. 예를 들면, 개구가 자기 재료에 형성될 수 있거나, 또는 개구들이 공기 공간을 배출하도록 허용하기 위해 이동 코일 포머에 형성될 수 있으며, 그에 의해 기압이 다이어프램의 움직임에 영향을 미치는 것을 감소시키거나 또는 방지한다.
제어 블록(104)은 다이어프램(114)이 입력 신호(Vi)에 대응하는 오디오 파형들(140)을 생성하도록 입력 신호(Vi)에 응답하여 고정 및 이동 코일 신호들을 발생시킨다.
고정 및 이동 코일 신호들은 입력 신호에 대응하며 또한 서로에 대응한다. 신호들 양쪽 모두는, 신호들의 크기가 음향 트랜스듀서의 동작 동안 단일 규모로 고정될 필요가 없다는 점에서, 시변 신호들(time-varying signals)이다. 고정 코일 신호(Is)에서의 변화들은 자기 재료(112) 및 공기 간극(136)에 상이한 레벨들의 자기 플럭스를 생성한다. 이동 코일 신호(Im)에서의 변화들은, 입력 오디오 신호(Vi)에 대응하는 사운드를 생성하기 위해, 다이어프램(114)의 움직임을 야기한다. 도시된 실시예에서, 고정 및 이동 코일 신호 발생 블록들은 서로에 결합된다. 고정 코일 신호(Is), 또는 고정 코일 신호의 버전은 이동 코일 신호 발생 블록(110)에 제공된다. 이동 코일 신호 발생 블록(110)은 입력 신호(Vi)뿐만 아니라 고정 코일 신호(Is)에 부분적으로 응답하여 이동 코일 신호(Im)를 발생시키도록 적응된다.
다른 실시예들에서, 고정 코일 신호는 이동 코일 신호 및 입력 신호에 응답하여 발생될 수 있다. 몇몇 다른 실시예들에서, 이동 및 고정 코일 신호 발생 블록들은 서로에 결합되지 않을 수 있지만, 블록들 중 하나 또는 양쪽 모두는 다른 블록에 의해 발생된 코일 신호를 추정하거나 또는 모델링하도록 적응될 수 있으며 그 후 모델링된 코일 신호 및 입력 신호에 응답하여 그 자신의 각각의 코일 신호를 발생시킬 수 있다.
이동 및 고정 코일 신호 발생 블록들의 추가 세부사항을 포함하여, 전자석-기반 음향 트랜스듀서들의 설계 및 동작이 미국 특허 번호 제8,139,816호에 설명되며, 그 전체는 여기에 참조로서 통합된다.
흔히, 음향 트랜스듀서들에서, "오버헝(overhung)" 토폴로지(topology)가 이동 코일을 위해 사용되며, 여기에서 이동 코일(120)의 길이는 공기 간극(136)의 길이를 초과한다. 반대로, 몇몇 다른 음향 트랜스듀서들에서, "언더헝(underhung)" 토폴로지는 이동 코일을 위해 사용될 수 있으며, 여기에서 이동 코일(120)의 길이는 공기 간극(136)의 길이보다 작다.
이제 도 3a 내지 도 3c를 참조하면, 다양한 실시예들에 따른, 음향 트랜스듀서(100)의 공기 간극의 상세한 단면도들이 예시되어 있다.
도 3a는 음향 트랜스듀서(300A)의 모터에 대한 언더헝 토폴로지를 예시한다. 트랜스듀서(300A)에서, 공기 간극(136)은 일반적으로 길이(G1)를 가진다. 이동 코일(120A)은 길이(L1)를 가지며, 이것은 길이(G1)보다 작다. 통상적으로, 길이(L1)는 길이(G1)보다 상당히 더 작으며, 예를 들면, 길이(G1)의 80% 미만이다.
언더헝 토폴로지의 성능은 일반적으로 자기 재료(112) 최상부 판의 두께에 의해 제한될 수 있으며, 이것은 가능한 물리적 변위를 제한할 수 있다. 게다가, 언더헝 토폴로지에서의 이동 코일의 짧은 권선들은 동작 동안 높은 온도들을 야기할 수 있는 반면, 코어의 존재 및 자기 재료(112)의 바깥 지름은 높은 인덕턴스 및 플럭스 변조를 야기할 수 있다.
그러나, 이동 코일의 편위가 보통 제한되기 때문에, 및 게다가 이동 코일이 일반적으로 선형의 자기 플럭스를 갖고 공기 간극의 영역들 내에 완전히 또는 대부분 남아있기 때문에, 언더헝 토폴로지들은 일반적으로 비교적 선형의 성능 특성들을 누린다.
도 3b는 음향 트랜스듀서(300B)의 모터를 위한 오버헝 토폴로지를 예시한다. 트랜스듀서(300B)에서, 공기 간극(136)은 또한 길이(G1)를 가진다. 그러나, 이동 코일(120B)은 길이(L2)를 가지며, 이것은 길이(G1)보다 크다. 통상적으로, 길이(L2)는 길이(G1)보다 상당히 더 크며, 예를 들면, 길이(G1)의 120% 이상이다.
언더헝 토폴로지들과 대조적으로, 오버헝 토폴로지는 보다 긴 권선으로 인해 보다 낮은 온도들에서 동작할 수 있으며, 비교적 더 큰 편위를 위해 설계될 수 있다. 그러나, 공기 간극(136)의 에지들에 존재하는 자기 플럭스에서의 비-선형성들로 인해, 및 뿐만 아니라 공기 간극 바깥쪽에서의 비-선형 또는 약한 자기 플럭스로 인해, 비-선형 성능 특성들로 인한 상당한 왜곡이 오버헝 이동 코일에 의해 경험될 수 있다.
도 3c는 음향 트랜스듀서(300C)의 모터를 위한 균형 잡힌 또는 고르게-매달린 토폴로지를 예시한다. 트랜스듀서(300C)에서, 공기 간극(136)은 길이(G1)를 가지며, 이동 코일(120C)은, 길이(G1)와 실질적으로 동일한(예로서, G1의 길이의 약 5 내지 10% 내에서) 길이(L3)를 가진다.
G1이 타겟 편위와 비교하여 큰 경우에, 균형 잡힌 토폴로지는 종래의 오버헝 설계와 유사한 선형 성능(즉, 보다 적은 왜곡)을 누릴 수 있는 반면, 언더헝 설계보다 큰 편위 및 보다 양호한 온도 성능을 제공할 수 있다. 게다가, 공기 간극 및 이동 코일의 매칭된 길이는 동일한 선형 편위를 위한 감소된 자기저항을 야기하며, 이것은 상당히 더 적은 자화 전류가 동일한 총 플럭스를 생성하도록 허용한다. 그러나, 큰 G1L3를 가진 균형 잡힌 토폴로지는 자기 재료(112)의 비교적 두꺼운 최상부 판을 요구할 것이며, 이것은 트랜스듀서의 무게 및 비용을 상당히 증가시킬 수 있다.
그러므로, 요구되는 것은, 트랜스듀서의 최상부 판을 비현실적으로 두껍게 만들지 않고, 오버헝 설계와 유사한, 이동 코일의 길이를 연장시키는 방식, 및 언더헝 설계와 유사한, 공기 간극의 길이를 연장시키기 위한 방식이다.
이제 도 4 및 도 5를 참조하면, 균형 잡힌 토폴로지 드라이버(400)를 가진 예시적인 전자석-기반 음향 트랜스듀서가 예시되어 있다. 도 4는 투시도에 드라이버(406)를 예시하며 도 5는 단면도에 드라이버(406)를 예시한다.
드라이버(406)는 일반적으로 도 1 및 도 2의 드라이버(106)와 유사하다. 특히, 드라이버(406)는 자기 재료(412), 다이어프램(414), 이동 코일 포머(416), 고정 코일(418) 및 이동 코일(420)을 포함한다.
자기 재료(412)는 일반적으로 링 형상이며 링 형상 공동(434)을 가진다. 고정 코일(418)은 공동(434) 내에 위치된다. 다양한 실시예들에서, 자기 재료(412)는 하나 이상의 부분들로부터 형성될 수 있으며, 이것은 고정 코일(418)이 보다 쉽게 공동(434) 내에 삽입되거나 또는 형성되도록 허용할 수 있다. 자기 재료(412)는 고정 코일 신호에 응답하여 자화되어, 자기 재료에 자기 플럭스를 생성한다. 자기 재료는 그것의 자기 회로(438)에 링 형상 공기 간극(436)을 가지며, 자기 플럭스는 공기 간극(436)을 통해 및 그 가까이에서 흐른다.
자기 재료(412)는 자기장의 존재시 자화될 수 있는 임의의 재료로 형성될 수 있다. 다양한 실시예들에서, 자기 재료(412)는 둘 이상의 이러한 재료들로부터 형성될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 자기 재료는 라미네이션들로부터 형성될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 라미네이션들은 방사상으로 조립될 수 있으며 복합 자기 재료가 라미네이션들 사이에 어떤 갭들도 갖지 않고 형성되도록 웨지 성형될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 자기 재료(412)는 둘 이상의 조각들로부터 형성될 수 있으며, 이것은 마찰 결합 또는 또 다른 적절한 조립 방법을 통해 함께 조립될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 자기 재료는 그것의 최상부 판, 최하부 판 또는 측벽에 형성된 하나 이상의 개구들(452)을 가질 수 있으며, 이것은 제어 블록들로부터 와이어들을 라우팅하기 위해, 또는 환기를 위해 사용될 수 있다.
이동 코일(420)은 이동 코일 포머(416) 상에 장착된다. 이동 코일(420)은 트랜스듀서(100)에서의 블록(110)과 같은, 이동 코일 신호 발생 블록에 결합될 수 있다. 다이어프램(414)은 다이어프램(414)이 이동 코일(420) 및 이동 코일 포머(416)와 함께 이동하도록 이동 코일 포머(416)에 장착된다. 이동 코일(420) 및 이동 코일 포머(416)는 이동 코일 신호 및 공기 간극에서의 플럭스에 응답하여 공기 간극(436) 내에서 이동한다. 이동 코일 포머와 함께 이동하는 드라이버의 구성요소들은 이동 구성요소들로서 불리울 수 있다. 이동 코일 포머가 움직이고 있을 때 고정되는 구성요소들은 고정 구성요소들로서 불리울 수 있다. 음향 트랜스듀서의 고정 구성요소들은 자기 재료(412) 및 고정 코일(418)을 포함한다.
자기 재료(412)는 자기 재료(412)의 외부 말단부로부터 떨어져, 중앙 기둥(460)을 향해 안쪽으로 연장되는 최상부 판(440)을 포함한다. 공기 간극(436)에 근접하여, 최상부 판(440)은 링 형상 판의 안쪽 단부에 배치되며 공기 간극(436)의 길이를 연장하기 위해 공동(434) 및 최상부 판(440)으로부터 떨어져 연장되는 상부 립(442), 또는 링 형상 판의 안쪽 단부에 배치되며 공기 간극(436)의 길이를 또한 연장하기 위해 공동(434)으로 연장된 하부 립(444), 또는 예시된 바와 같이 양쪽 모두를 가진다. 최상부 판(440)은 일반적으로 자기 재료(412)의 링 형상 형태에 대응하는, 링 형상(annular), 또는 링 형상 판(toroidal plate)을 형성한다. 상부 립(442) 및 하부 립(444) 양쪽 모두는 또한 일반적으로 링 형상(annular) 또는 링 형상(toroidal)이며 공기 간극에 인접한 최상부 판의 두께를 증가시키도록 작용하고, 그에 따라 공기 간극의 유효 길이를 증가시킨다. 몇몇 경우들에서, 상부 또는 하부 립은 그것이 최상부 판으로부터 떨어져 연장됨에 따라 테이퍼링될 수 있다.
왜곡을 완화시키기 위해, 이동 코일(420)은 적어도 400%, 및 일반적으로 원하는 편위의 길이의 400% 및 500% 사이에 있는 길이를 가질 수 있다. 대안적으로, 또는 또한, 공기 간극은 왜곡을 완화시키기 위해 연장될 수 있다. 마찬가지로, 다른 기술들이, 여기에 보다 상세히 설명되는 바와 같이, 자기 플럭스를 성형하기 위해 사용될 수 있다.
이제 도 6a 내지 도 6f를 참조하면, 드라이버를 위한 다양한 대안적인 기하학적 구조들의 단면도들이 도시되어 있다. 이동 코일(420) 및 고정 코일(418)과 같은, 예시된 드라이버들의 다양한 요소들은 각각의 기하학적 구조들을 모호하게 하지 않도록 도시되지 않는다.
이제 도 6a를 참조하면, 중앙 기둥(460)을 포함한 자기 재료(412)를 가진 드라이버(606A)가 예시되어 있다. 드라이버(606A)는 일반적으로 하부 립(444A)보다 짧으며 그보다 좁은 상부 립(442A)을 가진다.
이제 도 6B를 참조하면, 중앙 기둥(460)을 포함한 자기 재료(412)를 가진 드라이버(606B)가 예시되어 있다. 드라이버(606B)는 선택적으로 하부 립(444B)보다 짧은 상부 립(442B)을 가진다. 드라이버(606B)의 자기 재료(412)의 부분들은 612, 614, 및 616에서 제거되어, 최하부 부분 및 외부 벽 사이에 및 외부 벽 및 링 형상 판 사이에 테이퍼링된 외부 코너들을 야기한다. 중앙 기둥의 상부 내부 부분이 또한 테이퍼링된다. 제거된 부분들은 나머지 자기 재료(412)에 비교하여 비교적 낮은 플럭스 밀도를 가진 재료의 볼륨들에 대응한다. 따라서, 낮은 플럭스 밀도 부분드르이 제거는 드라이버의 플럭스 또는 성능에 적은 영향을 미치거나 또는 어떤 영향도 미치지 않는 반면, 동시에 무게 및 재료 비용을 감소시키다.
이제 도 6c를 참조하면, 중앙 기둥(460)을 포함한 자기 재료(412)를 가진 드라이버(606C)가 예시되어 있다. 드라이버(606C)는 상부 립(442C) 및 하부 립(444C)을 가진다. 드라이버(606C)는 또한 성형된 공기 간극(436C)을 가지며, 여기에서 중앙 기둥(460)으로부터 상부 립(442C)의 외부 에지까지의 공기 간극, 또는 하부 립(444C)의 외부 에지, 또는 양쪽 모두는 각각의 외부 에지들의 안쪽으로 위치된 공기 간극(436C')보다 더 크다. 따라서, 공기 간극은 링 형상 판의 중심 부분에서보다 상부 립(또는 하부 립)의 바깥쪽 부분에서 보다 큰 폭을 가질 수 있다. 더욱이, 링 형상 판 및 임의의 상부 또는 하부 립들에 의해 형성된 안쪽 면은 중앙 기둥에 평행하지 않아서, 공기 간극의 외부 부분에서 더 넓으며 공기 간극의 중심 부분에서 더 좁은 공기 간극을 야기한다.
비록 부드럽게 곡선을 이룬, 볼록한 또는 타원형 형태가 도 6c에 예시되지만, 다른 기하학적 구조들이 또한 공기 간극의 중심 부분에서 공기 간극 거리를 감소시키기 위해 사용될 수 있다. 예를 들면, 삼각형 형태, 계단식 형태, 포물선 형태, 정규 곡선 형태 또는 다른 형태들이 사용될 수 있다.
공기 간극의 곡선 또는 테이퍼링된 형태는 공기 간극의 중심 부분에서 비교적 더 높은 플럭스 밀도를 야기한다. 이것은 일반적으로 중심 부분에서의 BL(즉, 이동 코일 길이×플럭스 밀도)이 이동 코일에 의해 여전히 연계되기 때문에 높은 편위에서 선형성을 증가시킨다. 이것은 또한 높은 편위 길이들에 대한 BL을 증가시키는 결과를 가진다.
이제 도 6d를 참조하면, 중앙 기둥(460D)을 포함한 자기 재료(412D)를 가진 드라이버(606D)가 예시되어 있다. 드라이버(606D)는 상부 립(442D) 및 하부 립(444D)을 가진다. 드라이버(606D)의 자기 재료(412D) 및 중앙 기둥(460D) 양쪽 모두는 방사상으로 둥근 프로필을 가진다. 도 6c의 드라이버(606C)와 마찬가지로, 둥든 프로필은 비교적 낮은 플럭스 밀도를 포함하는 자기 재료의 부분들을 제거한다.
이제 도 6e를 참조하면, 자기 재료(412) 및 중앙 기둥(460)을 가진 드라이버(606E)가 예시되어 있다. 드라이버(606E)는 단지 하부 립(444E)만을 가진다.
이제 도 6f를 참조하면, 자기 재료(412) 및 중앙 기둥(460)을 가진 드라이버(606F)가 예시되어 있다. 드라이버(606F)는 단지 상부 립(444F)만을 가진다.
이제 도 7을 참조하면, 자기 재료(412) 및 중앙 기둥(460)을 가진 드라이버(706)가 예시되어 있다. 도 4의 드라이버(406)와 대조적으로, 드라이버(706)는 복수의 링 형상 판들(740A, 740B, 및 740C)을 가지며, 그 각각은 각각의 하부 립들(744A, 744B, 및 744C)을 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 링 형상 판(740A, 740B, 및 740C)의 각각은 단독으로, 또는 각각의 하부 립들과 조합하여 상부 립(도시되지 않음)을 가질 수 있다.
하부 립들에 의해 형성된 공동 부분들(734A, 734B, 및 734C) 또는 존재하는 경우 링 형상 판들의 상부 립들은 별개의 고정 코일들(도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 마찬가지로, 중앙 기둥(460) 및 하부 립들(744A, 744B, 및 744C) 사이에 형성된 각각의 공기 간극들(736A, 736B, 및 736C)에 대응하는, 복수의 이동 코일들(도시되지 않음)이 제공될 수 있다.
인접한 코일들로부터 자기장의 소거를 방지하기 위해, 고정 코일들을 위한 권선 윈도우의 영역은 공동 부분(734A)에서 공동 부분(734C)으로 점진적으로 증가하며, 따라서 고정 코일은 "최상부"에서 "최하부"로 크기가 증가한다. 이것은 플럭스를 드라이버(706)의 중앙으로 이끈다.
이제 도 8을 참조하면, 자기 재료(412) 및 중앙 기둥(460)을 가진 드라이버(806)가 예시되어 있다. 드라이버(806)는 일반적으로, 링 형상 판들(840A, 840B, 및 840C)이 상부 또는 하부 립들이 부족하다는 것을 제외하고, 드라이버(706)와 유사하다.
드라이버(806)에서, 공기 간극들(836A, 836B, 및 836C)은 각각 고정 코일들(818A, 818B, 및 818C)의 높이들에 대하여 두꺼운 공기 간극을 생성하기 위해 사이징된다. 이러한 두꺼운 공기 간극의 생성은 자기 플럭스의 프린징을 야기하며, 이것은 공기 간극을 통해 플럭스 밀도의 제거를 야기한다.
이제 도 9를 참조하면, 자기 재료(912) 및 중앙 기둥(960)을 가진 드라이버(906)가 예시되어 있다. 드라이버(906)는 일반적으로 드라이버(906)의 최상부 부분이 중앙 기둥(960)과 접촉한다는 점을 제외하고, 드라이버(406)와 유사하며, 따라서 공기 간극(936)은 드라이버(906) 내에 포함된다.
드라이버(906)는 두 개의 고정 코일들(918A 및 918B)을 포함하며, 이것은 푸시-풀 방식(push-pull fashion)으로 배열된다. 따라서, 고정 코일(918A)은 자기 플럭스 경로(991)에 기여하는 반면, 고정 코일(918B)은 플럭스 경로(991)에 반대 방향으로 회전하는 반대의 자기 플럭스 경로(992)에 기여한다. 그 결과, 대부분의 또는 모든 자기 플럭스가 자기 재료(912) 내에 완전히 포함될 수 있으며, 따라서 그것은 이동 코일(도시되지 않음)을 통과한다. 이것은 개방 공기 간극 설계에 비해 20 내지 30% 사이에서의 효율성 이득을 야기할 수 있다. 그러나, 스피커 콘(speaker cone)으로의 보이스 코일(voice coil)에 대한 적절한 부착이, 예를 들면, 자기 재료에서의 하나 이상의 개구들을 통과하는 하나 이상의 기둥들을 제공함으로써, 제공되어야 한다.
상기 설명된 다양한 실시예들이 실시예들을 예시하기 위해 블록 다이어그램 레벨에서 및 몇몇 별개의 요소들의 사용과 함께 설명된다. 상기 설명된 것들을 포함한, 본 발명의 실시예들은 디지털 신호 프로세스 디바이스에서 구현될 수 있다.
본 발명은 단지 예로서 여기에 설명되었다. 다양한 수정 및 변형들이 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고 이들 대표적인 실시예들에 대해 이루어질 수 있으며, 이것은 단지 첨부된 청구항들에 의해서만 제한된다.

Claims (18)

  1. 음향 트랜스듀서(acoustic transducer)를 위한 드라이버(driver)에 있어서,
    - 이동 다이어프램;
    - 자기 재료로 형성된 드라이버 몸체로서, 상기 드라이버 몸체는:
    - 중앙 기둥;
    - 상기 드라이버 몸체의 바닥부를 통해 상기 중앙 기둥에 결합된 외부 벽; 및
    - 상기 외부 벽으로부터 상기 중앙 기둥을 향해 안쪽으로 연장되는 링 형상 판을 포함한, 상기 드라이버 몸체;
    - 상기 다이어프램에 결합된 이동 코일로서, 상기 이동 코일은 상기 링 형상 판 및 상기 중앙 기둥 사이에 형성된 공기 간극(air gap) 내에 적어도 부분적으로 배치되는, 상기 이동 코일; 및
    - 상기 링 형상 판, 외부 벽, 바닥부 및 중앙 기둥에 의해 형성되는 공동(cavity) 내에 배치된 고정 코일을 포함하는, 음향 트랜스듀서를 위한 드라이버.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 링 형상 판은 상기 링 형상 판의 안쪽 단부에 배치된 상부 립을 포함하며, 상기 상부 립은 상기 공동으로부터 멀어지는 방향으로 연장되어 상기 공기 간극을 연장시키는, 음향 트랜스듀서를 위한 드라이버.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 공기 간극은 상기 링 형상 판의 중심 부분에서보다 상기 상부 립의 바깥쪽 부분에서 더 큰 폭을 갖는, 음향 트랜스듀서를 위한 드라이버.
  4. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
    상기 상부 립의 폭은, 상기 상부 립이 상기 링 형상 판으로부터 멀어지는 방향으로 연장됨에 따라 더 좁아지도록 테이퍼링되는, 음향 트랜스듀서를 위한 드라이버.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 링 형상 판은 상기 링 형상 판의 안쪽 단부에 배치된 하부 립을 포함하며, 상기 하부 립은 상기 공동 내로 연장되어 상기 공기 간극을 연장시키는, 음향 트랜스듀서를 위한 드라이버.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 공기 간극은 상기 링 형상 판의 중심 부분에서보다 상기 하부 립의 바깥쪽 부분에서 더 큰 폭을 갖는, 음향 트랜스듀서를 위한 드라이버.
  7. 청구항 5 또는 청구항 6에 있어서,
    상기 하부 립의 폭은 상기 하부 립이 상기 링 형상 판으로부터 멀어지는 방향으로 연장됨에 따라 더 좁아지도록 테이퍼링되는, 음향 트랜스듀서를 위한 드라이버.
  8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이동 코일은 상기 공기 간극의 공기 간극 길이와 실질적으로 동일한 이동 코일 길이를 갖는, 음향 트랜스듀서를 위한 드라이버.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 이동 코일 길이는 상기 이동 코일의 최대 편위(excursion)의 적어도 400%인, 음향 트랜스듀서를 위한 드라이버.
  10. 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 드라이버 몸체는 상기 바닥부 및 상기 외부 벽 사이에 테이퍼링된 외측 코너를 갖는, 음향 트랜스듀서를 위한 드라이버.
  11. 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 드라이버 몸체는 상기 외부 벽 및 상기 링 형상 판 사이에 테이퍼링된 외측 코너를 갖는, 음향 트랜스듀서를 위한 드라이버.
  12. 청구항 1 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 드라이버 몸체는 상기 중앙 기둥의 테이퍼링된 상부 내부 부분을 갖는, 음향 트랜스듀서를 위한 드라이버.
  13. 청구항 1 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 링 형상 판의 안쪽 면은 상기 중앙 기둥에 평행하지 않는, 음향 트랜스듀서를 위한 드라이버.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 공기 간극은 상기 공기 간극의 외측 부분에서 더 넓으며 상기 공기 간극의 중심 부분에서 더 좁은, 음향 트랜스듀서를 위한 드라이버.
  15. 청구항 1 내지 청구항 14 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 부가적인 링 형상 판을 더 포함하며, 상기 적어도 하나의 부가적인 링 형상 판은 적어도 하나의 부가적인 공기 간극 및 적어도 하나의 부가적인 공동을 형성하는, 음향 트랜스듀서를 위한 드라이버.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 적어도 하나의 부가적인 링 형상 판의 안쪽 부분은 상기 중앙 기둥의 상부 부분에 결합되며, 상기 적어도 하나의 부가적인 공동 내에 배치된 부가적인 고정 코일을 더 포함하고, 상기 부가적인 고정 코일은 상기 고정 코일의 플럭스 경로(flux path)와 반대 방향으로 회전하는 부가적인 플럭스 경로를 갖는, 음향 트랜스듀서를 위한 드라이버.
  17. 청구항 15에 있어서,
    상기 적어도 하나의 부가적인 공기 간극 내에 각각 배치된 적어도 하나의 부가적인 이동 코일; 및 상기 적어도 하나의 부가적인 공동 내에 각각 배치된 적어도 하나의 부가적인 고정 코일을 더 포함하는, 음향 트랜스듀서를 위한 드라이버.
  18. 음향 트랜스듀서에 있어서,
    - 입력 오디오 신호를 수신하기 위한 오디오 입력 단자;
    - 제어 시스템으로서,
    - 상기 오디오 입력 신호에 대응하는 적어도 하나의 시변(time-varying) 고정 코일 신호를 생성하며;
    - 상기 오디오 입력 신호 및 상기 고정 코일 신호에 대응하는 적어도 하나의 시변 이동 코일 신호를 생성하기 위한, 상기 제어 시스템; 및
    - 청구항 1 내지 청구항 17 중 어느 한 항에 따른 드라이버로서, 상기 제어 시스템에 전기적으로 결합된, 상기 드라이버를 포함하는, 음향 트랜스듀서.
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