KR20160148943A - 스피커유닛 및 이를 가지는 음성출력장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 스피커유닛은, 제1방향을 따라 휘어진 곡면을 가지는 저면부 및 제1방향을 따라 저면부의 양측에 마련된 한 쌍의 측면부를 구비하는 프레임과; 저면부의 곡면을 따라 휘어져 연장되며, 상호 소정 간격을 두고 배치되는 복수의 자석과; 한 쌍의 측면부에 의해 지지되며, 저면부의 곡면과 평행한 면을 따라 휘어지며 복수의 자석의 상면으로부터 소정 거리 이격되도록 마련되는 진동판과; 진동판 상에 제1방향을 따라 복수의 자석 사이의 간격에 대응하는 위치에 마련되며, 음성신호의 통전에 따라 복수의 자석의 자기장에 의해 진동판이 프레임의 바닥부의 곡면에 대하여 수직한 방향으로 진동하도록 구동시키는 코일을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

스피커유닛 및 이를 가지는 음성출력장치 {LOUDSPEAKER UNIT AND AUDIO OUTPUT APPARATUS HAVING THE SAME}
본 발명은 음성신호를 음성으로 최종 출력하는 스피커유닛 및 이를 가지는 음성출력장치에 관한 것으로서, 상세하게는 설치 공간 이슈를 고려한 슬림형 구조로 스피커유닛이 구현될 때에, 사용자 입장에서 음성을 정상적으로 들을 수 있는 가청범위가 상대적으로 축소되는 것을 방지하도록 개선된 구조의 스피커유닛 및 이를 가지는 음성출력장치에 관한 것이다.
스피커유닛은 음성출력장치의 하위 구조로 포함되거나 또는 음성출력장치에 로컬 접속된 별도의 장치로 구현될 수 있는 전기 음향 변환 소자이다. 스피커유닛은 음성출력장치에서 처리되는 음성신호를 사용자가 들을 수 있는 주파수 대역, 즉 20Hz 내지 20KHz 대역의 음성으로 출력한다.
기본적으로 사람의 귀 속에는 얇은 피부로 된 고막이 있다. 고막이 진동하면, 뇌는 고막의 진동을 소리로 판단함으로써 듣는다는 행위가 발생한다. 고막의 진동은 공기 압력의 빠른 변화에 의해 발생한다. 여기서, 물체는 공기 속에서 진동하여 소리를 만들어 내는데, 물체가 진동하면 주변의 공기가 움직이고, 이러한 공기입자들의 진동이 주변의 공기입자들로 전파된다. 즉, 진동의 떨림은 공기의 전달 교란을 통해 운송된다. 스피커유닛은 공기를 매개물질로 하여, 사람의 귀에 음성을 전달한다.
스피커유닛을 포함하는 음성출력장치는 음성신호를 처리 가능한 다양한 종류의 전자장치로 구현된다. 음성출력장치는 외부에서 입력되는 처리된 음성신호를 스피커유닛에 의해 음성으로 출력하는 형태와, 자체적으로 음성신호를 처리할 수 있는 형태가 가능하다. 후자는 음성처리장치로 지칭하는 바, 음성처리장치는 단순히 음성만을 출력하는 장치로 구현되는 경우도 있지만, 일반적인 케이스에서는 영상 및 음성을 함께 재생할 수 있는 영상처리장치 또는 디스플레이장치로 구현되는 경우가 대부분이다.
영상처리장치는 외부로부터 수신되는 영상신호 또는 영상데이터를 다양한 영상처리 프로세스에 따라서 처리한다. 영상처리장치는 처리된 영상데이터를 자체 구비한 디스플레이 패널 상에 영상으로 표시하거나, 또는 패널을 구비한 타 디스플레이장치에서 영상으로 표시되도록 이 처리된 영상신호를 해당 디스플레이장치에 출력할 수 있다. 즉, 영상처리장치는 영상데이터를 처리 가능한 장치라면 영상을 표시 가능한 패널을 포함하는 경우 및 패널을 포함하지 않는 경우 모두 포함한다. 전자의 경우를 특히 디스플레이장치라고 지칭하며 그 예시로는 TV가 있고, 후자의 경우의 예시로는 셋탑박스(set-top box)가 있다.
스피커유닛은 이러한 장치들에 적용될 때에, 스피커유닛의 설치를 위해 장치에 허용되는 공간이나 장치 내에서의 스피커유닛의 조화성 등과 같은 여러 요인들에 따라서 전체적인 외관 및 내부 구조가 결정될 수 있다. 그런데, 일 구현 형태의 스피커유닛에 대해, 사용자의 위치에 따라서는 해당 스피커유닛으로부터 출력되는 음성을 사용자가 정확하게 듣기가 곤란한 경우도 발생할 수 있다. 이와 같은 경우에, 사용자가 음성을 보다 정확하게 청취할 수 있도록 하는 구조 또는 방법이 스피커유닛에 적용될 필요가 있다.
본 발명의 실시예에 따른 스피커유닛은, 제1방향을 따라 휘어진 곡면을 가지는 저면부 및 상기 제1방향을 따라 상기 저면부의 양측에 마련된 한 쌍의 측면부를 구비하는 프레임과; 상기 저면부의 곡면을 따라 휘어져 연장되며, 상호 소정 간격을 두고 배치되는 복수의 자석과; 상기 한 쌍의 측면부에 의해 지지되며, 상기 저면부의 곡면과 평행한 면을 따라 휘어지며 상기 복수의 자석의 상면으로부터 소정 거리 이격되도록 마련되는 진동판과; 상기 진동판 상에 상기 제1방향을 따라 상기 복수의 자석 사이의 간격에 대응하는 위치에 마련되며, 음성신호의 통전에 따라 상기 복수의 자석의 자기장에 의해 상기 진동판이 상기 프레임의 바닥부의 곡면에 대하여 수직한 방향으로 진동하도록 구동시키는 코일을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이로써, 슬림형 스피커유닛의 구조에서, 음성을 확산 또는 집중시키고자 하는 사용처에 따라서 음성의 출력 범위가 결정된 스피커유닛이 제공될 수 있다.
여기서, 상기 자석, 상기 코일 및 상기 진동판은 상기 제1방향에 직교하며 음성이 출력되는 제2방향을 향해 볼록한 형태로 벤딩될 수 있다. 이로써, 진동판의 진동에 의해 출력되는 음성을 들을 수 있는 사용자의 가청범위를 넓힐 수 있다.
여기서, 상기 곡면의 곡률은, 상기 제1방향을 따라서 적어도 두 영역이 서로 상이하게 마련될 수 있다.
또한, 상기 복수의 자석은 각각의 상기 상면의 극성이 교대로 나타나도록 상기 제1방향을 따라서 설치되며, 상기 코일은 상기 복수의 자석 사이에 배치될 수 있다. 이로써, 특정 곡률로 벤딩된 진동판이 전체적으로 균일하게 진동하도록 할 수 있다.
또한, 상기 코일 및 상기 진동판은 원형의 폐루프 형상을 가진 상기 자석의 외주측에 설치되며, 상기 진동판은 상기 자석의 반경방향을 향해 진동함으로써 음성을 출력할 수 있다. 이로써, 음성이 스피커유닛의 반경방향을 따라서 360도 전방향으로 출력되도록 할 수 있다.
또는, 상기 자석, 상기 코일 및 상기 진동판은 상기 제1방향에 직교하며 음성이 출력되는 제2방향의 반대방향을 향해 볼록한 형태로 벤딩될 수 있다. 이로써, 스피커유닛으로부터 출력되는 음성의 가청범위를 특정 위치로 좁게 한정함으로써, 해당 위치 이외에서는 잘 들리지 않도록 할 수 있다.
또한, 상기 곡면의 곡률은, 상기 제1방향을 따라서 균일하게 마련될 수 있다. 또는, 상기 곡면의 곡률은, 상기 제1방향을 따라서 적어도 두 영역이 서로 상이하게 마련될 수 있다.
또한, 상기 저면부는, 도전성 금속 재질을 포함하며, 상기 복수의 자석의 하면을 지지할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 음성출력장치는, 하나 이상의 스피커유닛과; 상기 스피커유닛으로부터 음성이 출력되게 음성신호를 처리하는 음성처리부를 포함하며, 상기 스피커유닛은, 제1방향을 따라 휘어진 곡면을 가지는 저면부 및 상기 제1방향을 따라 상기 저면부의 양측에 마련된 한 쌍의 측면부를 구비하는 프레임과; 상기 저면부의 곡면을 따라 휘어져 연장되며, 상호 소정 간격을 두고 배치되는 복수의 자석과; 상기 한 쌍의 측면부에 의해 지지되며, 상기 저면부의 곡면과 평행한 면을 따라 휘어지며 상기 복수의 자석의 상면으로부터 소정 거리 이격되도록 마련되는 진동판과; 상기 진동판 상에 상기 제1방향을 따라 상기 복수의 자석 사이의 간격에 대응하는 위치에 마련되며, 상기 음성처리부에 의해 처리되는 상기 음성신호의 통전에 따라 상기 복수의 자석의 자기장에 의해 상기 진동판이 상기 프레임의 바닥부의 곡면에 대하여 수직한 방향으로 진동하도록 구동시키는 코일을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이로써, 슬림형 스피커유닛을 가진 음성출력장치에서, 음성을 확산 또는 집중시키고자 하는 사용처에 따라서 음성의 출력 범위가 결정된 음성출력장치가 제공될 수 있다.
여기서, 상기 자석, 상기 코일 및 상기 진동판은 상기 제1방향에 직교하며 음성이 출력되는 제2방향을 향해 볼록한 형태로 벤딩될 수 있다. 이로써, 진동판의 진동에 의해 출력되는 음성을 들을 수 있는 사용자의 가청범위를 넓힐 수 있다.
여기서, 상기 곡면의 곡률은, 상기 제1방향을 따라서 적어도 두 영역이 서로 상이하게 마련될 수 있다.
또한, 상기 복수의 자석은 각각의 상기 상면의 극성이 교대로 나타나도록 상기 제1방향을 따라서 설치되며, 상기 코일은 상기 복수의 자석 사이에 배치될 수 있다. 이로써, 특정 곡률로 벤딩된 진동판이 전체적으로 균일하게 진동하도록 할 수 있다.
또한, 상기 코일 및 상기 진동판은 원형의 폐루프 형상을 가진 상기 자석의 외주측에 설치되며, 상기 진동판은 상기 자석의 반경방향을 향해 진동함으로써 음성을 출력할 수 있다. 이로써, 음성이 스피커유닛의 반경방향을 따라서 360도 전방향으로 출력되도록 할 수 있다.
또는, 상기 자석, 상기 코일 및 상기 진동판은 상기 제1방향에 직교하며 음성이 출력되는 제2방향의 반대방향을 향해 볼록한 형태로 벤딩될 수 있다. 이로써, 스피커유닛으로부터 출력되는 음성의 가청범위를 특정 위치로 좁게 한정함으로써, 해당 위치 이외에서는 잘 들리지 않도록 할 수 있다.
또한, 상기 곡면의 곡률은, 상기 제1방향을 따라서 균일하게 마련될 수 있다. 또는, 상기 곡면의 곡률은, 상기 제1방향을 따라서 적어도 두 영역이 서로 상이하게 마련될 수 있다.
또한, 상기 저면부는, 도전성 금속 재질을 포함하며, 상기 복수의 자석의 하면을 지지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 음성출력장치의 구성 블록도,
도 2는 도 1의 음성출력장치에서, 음성처리부의 구성 블록도,
도 3은 도 1의 음성출력장치에서, 스피커유닛의 구조를 나타내는 측단면도,
도 4는 도 3의 스피커유닛이 인클로저에 설치된 모습을 나타내는 측단면도,
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 스피커유닛의 사시도,
도 6은 도 5의 I-II 선을 따라서 스피커유닛을 절단한 모습을 나타내는 사시도,
도 7은 도 5의 스피커유닛에서 자석에 의해 형성되는 자속 패턴을 나타내는 예시도,
도 8은 도 5의 스피커유닛에 대한 사용자의 각 위치를 나타내는 예시도,
도 9는 도 8과 같은 사용자의 위치에 따라서, 스피커유닛의 출력 음성의 주파수 대비 음압의 변화를 나타내는 그래프,
도 10은 본 발명의 제3실시예에 따른 스피커유닛의 사시도,
도 11은 도 10의 III-IV 선을 따라서 스피커유닛을 절단한 모습을 나타내는 사시도,
도 12는 도 10의 스피커유닛에서 출력 음성의 주파수 대비 음압의 변화를 나타내는 그래프,
도 13은 도 10의 스피커유닛이 음성을 출력하는 구동 과정을 나타내는 플로우차트,
도 14는 본 발명의 제4실시예에 따른 스피커유닛의 사시도,
도 15는 도 14의 V-VI 선을 따라서 스피커유닛을 절단한 모습을 나타내는 사시도,
도 16은 본 발명의 제5실시예에 따른 스피커유닛의 사시도,
도 17은 본 발명의 제6실시예에 따른 음성출력장치의 예시도,
도 18은 본 발명의 제3실시예에 따른 스피커유닛에서 보이스코일의 설치 형태를 나타내는 예시도,
도 19는 본 발명의 제7실시예에 따른 스피커유닛에서 보이스코일 및 자석의 설치 형태를 나타내는 예시도,
도 20은 본 발명의 제8실시예에 따른 영상처리장치의 예시도,
도 21은 도 20의 영상처리장치의 구성 블록도,
도 22는 도 20의 영상처리장치에서, 신호처리부의 구성 블록도이다.
이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들에 관해 상세히 설명한다. 이하 실시예들의 설명에서는 첨부된 도면들에 기재된 사항들을 참조하는 바, 각 도면에서 제시된 동일한 참조번호 또는 부호는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 구성요소를 나타낸다.
만일, 실시예에서 제1구성요소, 제2구성요소 등과 같이 서수를 포함하는 용어가 있다면, 이러한 용어는 다양한 구성요소들을 설명하기 위해 사용되는 것이며, 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용되는 바, 이들 구성요소는 용어에 의해 그 의미가 한정되지 않는다. 실시예에서 사용하는 용어는 해당 실시예를 설명하기 위해 적용되는 것으로서, 본 발명의 사상을 한정하지 않는다.
또한, 실시예에서는 본 발명의 사상과 직접적인 관련이 있는 구성들에 관해서만 설명하며, 그 외의 구성에 관해서는 설명을 생략한다. 그러나, 본 발명의 사상이 적용된 장치 또는 시스템을 구현함에 있어서, 이와 같이 설명이 생략된 구성이 불필요함을 의미하는 것이 아님을 밝힌다. 실시예에서 "포함하다" 또는 "가지다"와 같은 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소 또는 이들의 조합이 존재함을 지정하기 위한 것이며, 하나 이상의 다른 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소 또는 이들의 조합이 존재하거나 부가되는 가능성을 배제하는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 음성출력장치(100)의 구성 블록도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 제1실시예에 따른 음성출력장치(100)는 음성신호를 음성처리 프로세스에 따라서 처리하여 출력할 수 있는 음성처리장치로 구현된다. 다만, 음성출력장치(100)는 음성신호를 자체적으로 처리하지 않고, 해당 음성출력장치(100)에 접속된 외부장치(미도시)로부터 처리되는 음성신호를 출력하는, 일반적인 의미의 스피커장치로 구현될 수도 있다. 또한, 본 실시예에서는 음성출력장치(100)에서 음성에 관련된 기본적인 구성만을 설명하지만, 실제로 구현되는 음성출력장치(100)는 음성 출력에 관련된 구성 뿐만 아니라, 장치의 구현 형태에 따라서 추가적인 기능을 수행하는 구성을 더 포함할 수 있다.
음성출력장치(100)는 외부와 통신하는 통신부(110)와, 사용자 입력이 가능한 사용자입력부(120)와, 데이터가 저장되는 저장부(130)와, 음성을 출력하는 스피커유닛(140)과, 스피커유닛(140)으로부터 음성이 출력되게 음성신호를 처리하는 음성처리부(150)를 포함한다.
통신부(110)는 다양한 음성소스로부터 전송되는 음성신호를 수신한다. 통신부(110)는 반드시 외부로부터 전송되는 음성신호를 수신하기만 할 수 있는 것은 아니며, 반대로 외부에 신호를 전송함으로써 양방향 통신을 수행할 수도 있다. 통신부(110)는 다양한 통신규격에 각기 대응하는 통신포트 및 통신모듈의 집합체에 의해 구현되는 바, 지원 가능한 프로토콜 및 통신접속대상이 어느 하나의 종류 또는 형식으로 한정되지 않는다. 예를 들면, 통신부(110)는 RF 신호를 수신하는 RFIC(미도시), 무선 네트워크 통신을 위한 와이파이 통신모듈(미도시), 유선 네트워크 통신을 위한 이더넷 모듈(미도시), USB 메모리(미도시) 등의 로컬 접속을 위한 USB 포트(미도시) 등을 포함할 수 있다.
사용자입력부(120)는 사용자의 조작 또는 입력에 따라서 기 설정된 다양한 제어 커맨드 또는 정보를 음성처리부(150)에 전달한다. 사용자입력부(120)는 사용자의 의도에 따라서 사용자의 조작에 의해 발생하는 다양한 이벤트를 음성처리부(150)에 전달한다. 사용자입력부(120)는 정보의 입력방식에 따라서 다양한 형태로 구현될 수 있는 바, 예를 들면 음성출력장치(100)의 외측에 설치된 버튼, 터치패드(touch-pad), 터치스크린(touch-screen), 음성출력장치(100)의 본체와 이격된 리모트 컨트롤러(remote controller), 그 외에 음성출력장치(100)와 통신하게 마련된 입력장치 등이 가능하다.
저장부(130)는 음성처리부(150)의 처리 및 제어에 따라서 다양한 데이터가 저장된다. 저장부(130)는 음성처리부(150)에 의해 억세스됨으로써, 데이터의 독취(read), 기록(write), 수정(edit), 삭제(delete), 갱신(update) 등이 수행된다. 저장부(130)는 음성출력장치(100)의 시스템 전원의 제공 유무와 무관하게 데이터를 보존할 수 있도록 플래시메모리(flash-memory), 하드디스크 드라이브(hard-disc drive)와 같은 비휘발성 메모리로 구현된다.
스피커유닛(140)은 음성처리부(150)로부터 출력되는 음성신호를 음성으로 전환하여 출력한다. 스피커유닛(140)은 음성신호에 따라서 공기를 진동시킴으로써 기압을 변화시키는 원리로 음성을 전달한다. 스피커유닛(140)은 자석을 사용하는 다이내믹(dynamic) 타입과, 자석을 사용하지 않는 정전 타입, 리본 타입, 이온 타입 등으로 구현될 수 있다. 본 실시예에서의 스피커유닛(140)은 다이내믹 타입에 속한다. 스피커유닛(140)의 보다 구체적인 구성에 관해서는 후술한다.
음성처리부(150)는 통신부(110)를 통해 수신되거나 또는 저장부(130)에 저장된 음성신호를 음성처리 프로세스에 따라서 처리하여, 스피커유닛(140)에 의해 음성으로 출력되도록 처리한다. 음성처리부(150)가 처리하는 음성처리 프로세스는 음성출력장치(100)가 지원하는 기능에 따라서 다양한 설계변경이 반영될 수 있으나, 가장 기본적인 프로세스로는 증폭 동작이 있다.
이하, 음성처리부(150)의 구성에 관해 보다 구체적으로 설명한다.
도 2는 음성처리부(150)의 구성 블록도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 음성처리부(150)는 음성신호인 디지털신호를 출력하는 디지털신호 공급부(151)와, 디지털신호 공급부(151)로부터 출력되는 디지털신호에 기초하여 펄스폭 변조(pulse width modulation, PWM) 신호를 출력하는 PWM 처리부(153)와, PWM 처리부(153)로부터 출력되는 PWM 신호를 증폭시키는 증폭부(155)와, 증폭부(155)에 의해 증폭된 PWM 신호를 특정 수파수 대역으로 필터링함으로써 PWM 신호를 복조하는 LC 필터(157)를 포함한다.
디지털신호 공급부(151)는 입력되는 음성신호를 펄스코드의 디지털신호로 변조하여 출력한다. 이를 위해, 디지털신호 공급부(151)는 DSP, MPEG 컨버터 IC 등의 구성을 포함한다.
PWM 처리부(153)는 디지털신호 공급부(151)로부터 출력되는 진폭이 작은 펄스코드 변조 신호를 소출력의 PWM 신호로 변환시킨다.
증폭부(155)는 PWM 처리부(153)로부터 출력되는 소출력의 PWM 신호를 스위칭회로부의 반도체 스위칭소자, 예를 들면 전계효과 트랜지스터(field effect transistor, FET)를 사용하여 대출력의 PWM 신호로 증폭시킨다. 예를 들면, 증폭부(155)는 3.3V 정도의 소출력 PWM 신호를 받아서 5 내지 40V 정도 수준의 대출력 PWM 신호로 증폭시킨다. 증폭부(155)는 이와 같이 증폭시킨 대출력 PWM 신호를 저역통과 필터링 처리하여 스피커유닛(140)으로 출력한다.
LC 필터(157)는 기본적으로 특정한 주파수 대역의 신호를 통과 또는 차단하는 기능을 수행하며, 인덕터(inductor)와 커패시터(capacitor)로 구현되는 필터이다. 인덕터 및 커패시터를 어떠한 방식으로 조합하는가에 따라서 LC 필터(157)는 저역통과필터(low pass filter, LPF), 고역통과필터(high pass filter, HPF), 대역통과필터(band pass filter, BPF) 중 어느 하나로 구현될 수 있다.
본 실시예에 따른 LC 필터(157)는 LPF로 구현되는 바, 인덕터가 부하에 대해 직렬로 접속되고 커패시터가 인덕터에 대해 병렬로 접속되는 형태를 가진다. 이에 의하여, 주파수가 낮은 영역의 신호성분은 LC 필터(157)를 문제없이 통과할 수 있다. 그러나, 인덕터의 임피던스가 높아짐에 따라서 커패시터의 임피던스가 낮아지기 때문에, 주파수가 높은 영역의 신호성분은 LC 필터(157)를 통과하기에 곤란해진다.
스피커유닛(140)은 기본적으로 어느 한 채널의 음성신호에 대응하게 마련되는 바, 복수 채널의 음성신호에 각기 대응하도록 복수 개의 스피커유닛(140)이 음성출력장치에 마련될 수도 있다. 이 경우에, 증폭부(155) 및 LC 필터(157) 또한 각 채널 별로 마련된다.
스피커유닛(140)은 출력하는 음성의 주파수 대역에 따라서 다양한 종류가 있다. 스피커유닛(140)은 20Hz 내지 99Hz 대역에 대응하는 서브우퍼(sub-woofer), 100Hz 내지 299Hz 대역의 우퍼(woofer), 300Hz 내지 499Hz 대역의 미드우퍼(mid-woofer), 500Hz 내지 2.9KHz 대역의 미드레인지(mid-range) 스피커, 3KHz 내지 6.9KHz 대역의 트위터(tweeter) 스피커, 7KHz 내지 20KHz 대역의 수퍼트위터(super-tweeter) 스피커 등이 있으며, 이 중에서 하나 이상의 종류가 선택되어 음성출력장치(100)에 적용된다.
도 3은 제1실시예에 따른 스피커유닛(140)의 구조를 나타내는 측단면도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 제1실시예에 따른 스피커유닛(140)은 콘(cone) 형태의 단면을 가지므로 콘 구조라고 지칭한다. 이하, 스피커유닛(140)를 형성하는 각 구성에 관해 설명한다. 스피커유닛(140)은 크게 진동계와 자기회로로 구분할 수 있다. 진동계로는 진동판(142), 댐퍼(146), 보이스코일(143) 등이 있으며, 자기회로로는 요크(144), 자석(145) 등이 있다.
더스트캡(dust cap)(141)은 기본적으로 스피커유닛(140)의 자기회로 내에 이물질이 들어가는 것을 방지한다. 나아가서, 더스트캡(141)은 재질, 무게, 단면형상에 따라서 스피커유닛(140)의 고역 주파수 특성을 변화시키는 역할도 수행할 수 있다.
진동판(diaphragm)(142)은 스피커유닛(140)에서 진동을 발생시켜 음성을 재생하는 핵심적인 역할을 수행한다. 본 실시예에서와 같이 원추형 모양을 하고 있는 경우에, 진동판(142)은 콘 페이퍼(cone paper)라고도 지칭한다. 진동판(142)은 보이스 코일(voice coil)(143)의 움직임을 전달받아 공기의 압축변동에 의해 음파를 생성한다. 진동판(142)은 스피커유닛(140)의 재생음질을 결정하는 가장 중요한 요소이며, 진동판(142)의 재질에 따라서 음질 및 음색 등이 변화하고, 진동판(142)의 크기, 무게, 단면형상에 따라서 재생 주파수 특성이 변화한다.
진동판(142)에는 다양한 재질이 적용될 수 있는 바, 예를 들면 천연펄프, 폴리프로필렌, PVC 섬유, 탄소섬유, 직포, 복합재 등이 가능하다.
진동판(142)의 최외곽 부분은 에지(edge)(142a)에 결합된다. 에지(142a)는 진동판(142)이 진동을 원활히 수행하도록 하며, 진동판(142)이 항상 중심위치로 되돌아올 수 있도록 하는 지지부분이다. 또한, 에지(142a)는 진동판(142)에서 전방으로 방사되는 음파와 후방으로 방사되는 역위상의 음파가 혼합되어 상쇄하는 것을 방지한다.
보이스코일(143)은 증폭부(155, 도 2 참조) 및 LC 필터(157, 도 2 참조)로부터 출력되는 전기신호를 전달받아, 해당 전기입력의 에너지량의 반발에 의해 실질적인 진동력을 발생시킨다. 보이스코일(143)은 도선을 보빈(bobbin)에 권취함으로써 제조된다. 도선은 구리, 알루미늄 등의 도체에 절연층 및 접착층을 입힌 것이며, 보빈은 종이나 알루미늄 시트로 제조될 수 있다.
요크(yoke)(144)는 자석(145)의 상하에 설치된 플레이트이다. 요크(144)는 자력선이 통과하는 통로의 역할을 수행하며, 자력선의 흐름이 좋게 하도록 철의 재질로 제조된다. 요크(144)는 자석(145)의 상측에 설치된 상측플레이트(144a)와, 자석(145)의 하측에 설치된 하측플레이트(144b)와, 하측플레이트(144b)로부터 상측으로 돌출된 폴(144c)을 포함한다.
이하 실시예에서는 '상측' 및 '하측'의 표현에 대하여 다음과 같이 정의한다. 특별한 다른 설명이 없는 경우에, 일 구성의 상측은 해당 구성에 있어서 스피커유닛(140)으로부터 음성이 출력되는 방향에 있는 측방을 의미하며, 일 구성의 하측은 해당 구성에 있어서 상측의 반대측에 있는 측방을 의미한다. 예를 들면, 자석(145)의 상측은, 자석(145)에 있어서 스피커유닛(140)으로부터 음성이 출력되는 방향에 있는 측방을 뜻한다. 다만, 이러한 용어의 구분은 실시예의 설명을 간결하고 명확하게 하기 위한 것일 뿐이므로, 해당 용어가 본 발명의 사상을 한정하는 것은 아니다.
자석(145)은 스피커유닛(140)의 자기회로의 핵심 부품으로서, 영구자석을 사용한다. 자석(145)은 보이스코일(143)이 플레밍의 왼손법칙에 따라서 상하로 움직이도록 유도한다. 자석(145)은 자기회로 내에서 강하고 지속적인 직류 자속을 공급한다.
플레밍의 법칙은 전류와 자기장의 관계를 설명하기 위한 법칙으로서, 오른손법칙 및 왼손법칙이 있다. 플레밍의 오른손법칙은 사람의 오른손의 엄지손가락, 둘째손가락, 가운데손가락을 서로 직교하게 폈을 때에, 엄지손가락은 자기장 속에서 도체가 이동하는 방향, 둘째손가락은 자기장의 방향, 가운데손가락은 전류의 방향을 각각 나타낸다. 이는 발전기의 원리로서, 도체를 자기장 내에서 움직일 때에 전류가 흐르는 방향을 나타낸다.
반면, 플레밍의 왼손법칙은 자기장 속에 있는 도선에 전류가 흐를 때에 전류가 받는 힘의 방향을 나타낸다. 사람의 왼손의 엄지손가락, 둘째손가락, 가운데손가락을 서로 직교하게 폈을 때에, 둘째손가락은 자기장의 방향, 가운데손가락은 전류의 방향, 엄지손가락은 도선이 받는 힘의 방향을 나타낸다. 즉, 플레밍의 왼손법칙은 기본적으로 모터의 원리이다.
댐퍼(damper)(146)는 진동판(142)과 보이스코일(143)이 결합된 부분을 지지하고, 보이스코일(143)이 자기회로의 갭 사이에서 정확하게 이동할 수 있도록 중심을 유지시키는 기능을 수행한다.
프레임(147)은 스피커유닛(140)의 크기 및 형상을 결정하며, 스피커유닛(140)의 진동계 및 자기회로를 지지한다. 프레임(147)은 냉간압연강판, abs 수지, 알루미늄 등의 재질을 포함한다.
개스킷(gasket)(148)은 프레임(147) 및 진동판(142)의 결합 시 진동판(142)의 진동에 의해 에지(142a)가 들뜨거나 이탈하지 않도록 한다.
폴(144c)과 상측플레이트(144a) 사이에는 갭이 형성되며, 이곳에 보이스코일(143)이 위치하게 된다. 갭에는 자석(145)에 의한 자력선이 형성되는데, 보이스코일(143)에 전류를 흘리면 로렌츠 힘이 발생한다. 로렌츠 힘의 크기는 자력선의 크기, 전류의 양, 감은 코일의 길이에 비례한다. 그리고, 그 힘의 방향은 자속밀도와 전류가 이루는 평면의 직각방향, 즉 도면에서의 상하방향으로 형성된다. 예를 들어 자석(145)의 상측이 N극이고 하측이 S극이 되도록 설치된 상태라면, N극에서 나온 자기력선이 상측플레이트(144a)로부터 폴(144c)을 통해 하측플레이트(144b)를 지나서 자석(145)의 S극으로 들어가는 자기 폐회로를 형성한다. 이 때, 갭에 자기장이 집속되며, 보이스코일(143)에 전류가 흐르면 갭에서 전자기력이 작용한다. 이에, 보이스코일(143) 및 진동판(142)은 상하방향으로 움직이게 된다.
도 4는 스피커유닛(140)이 인클로저(160)에 설치된 모습을 나타내는 측단면도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 스피커유닛(140)은 음성이 출력되지 않는 후방을 박스 형태의 인클로저(incloser)(160)에 의해 둘러싸이고, 음성이 출력되는 전방이 외부로 노출되는 형태로 설치된다. 만일, 스피커유닛(140)을 인클로저(160)에 장착하지 않은 상태에서 구동시키면, 인클로저(160)에 장착된 상태에 비해 음량이 작아지거나 또는 음성이 정상적으로 나오지 않게 된다. 이러한 현상이 발생하는 이유는 다음과 같다.
음성은 기압의 변화로 인해 들리게 된다. 스피커유닛(140)으로부터 음성이 출력될 때, 스피커유닛(140) 전방의 기압은 높아지는 반면 스피커유닛(140) 후방의 기압은 낮아진다. 스피커유닛(140) 단독으로 설치되면, 스피커유닛(140) 전방으로 출력되는 음성 및 스피커유닛(140) 후방으로 출력되는 음성이 서로 상쇄효과를 일으켜서 음성이 나오는 것을 방해한다. 따라서, 스피커유닛(140) 전방으로 출력되는 음성 및 스피커유닛(140) 후방으로 출력되는 음성이 서로 상쇄되는 것을 방지하기 위해서는 칸막이가 필요하다. 이 칸막이가 유한한 경우에는 스피커유닛(140) 후방으로 출력되는 음성이 되돌아와서 간섭을 일으킨다. 또한, 저음은 주파수 파장이 중음 및 고음에 비해 길기 때문에, 매우 큰 칸막이가 필요하다, 그러나, 매우 큰 칸막이는 실용적이지 못하므로, 박스 타입의 인클로저(160)가 이러한 칸막이로 적용된다.
인클로저(160) 내부에는 흡음재(170)가 설치되며, 스피커유닛(140) 후방으로부터 출력되는 음성을 흡수하여 스피커유닛(140)을 향해 재반사되는 것을 억제한다. 인클로저(160)는 본 도면과 같이 밀폐형으로 구현될 수 있으며, 일측에 덕트가 개통된 형태로 구현될 수도 있다. 인클로저(160)는 음성출력장치(100)의 케이싱(미도시)에 결합된 형태로 구현되거나, 또는 음성출력장치(100)의 케이싱(미도시)에 일체 성형된 형태로 구현될 수 있다.
이와 같은 구조의 스피커유닛(140)은 상대적으로 진동판의 진동폭이 크기 때문에, 저대역의 음성을 출력하는 용도로 주로 사용된다. 그런데, 본 실시예에 따른 스피커유닛(140)은 진동판이 원추형을 이루는 특성 상, 그 폭이 크기 때문에 설치에 필요한 공간을 많이 차지한다. 따라서, 이러한 스피커유닛(140)을 소형 또는 슬림형의 음성출력장치(100)에 적용하기에는 곤란한 점이 발생할 수 있다.
이에, 제1실시예와 상이한 구조를 가진 제2실시예의 스피커유닛에 관해 이하 설명한다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 스피커유닛(200)의 사시도이다. 본 실시예에 따른 스피커유닛(200)은 앞선 제1실시예의 스피커유닛을 대체하여 음성출력장치(100)에 적용될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 제2실시예에 따른 스피커유닛(200)은 일방향으로 길게 연장된 사각형의 판 형상의 프레임(210)과, 프레임(210)의 중앙영역에 배치된 진동판(220)과, 진동판(220)에 임베딩(embeding)된 보이스코일(230)을 포함한다. 본 실시예에서의 스피커유닛(200)의 각 구성들은 앞선 제1실시예에서의 구성들과 기능적으로는 유사하므로, 제1실시예에서의 설명을 응용할 수 있다.
본 실시예에서는 프레임(210)의 가로방향을 X 방향, 프레임(210)의 세로방향을 Y 방향, 스피커유닛(200)으로부터 음성이 출력되는 방향을 Z 방향으로 지칭한다. X, Y, Z 방향의 반대방향은 각각 -X, -Y, -Z 방향으로 지칭한다.
프레임(210)은 X 방향을 따라서 길게 연장된다. 프레임(210)의 Z 방향을 향한 판면 상에는 개구부(211)가 형성되며, 개구부(211)는 진동판(220)을 Z 방향을 향해 노출시킨다. 여기서, 진동판(220)으로부터 음성이 출력되는 것을 방해하지 않으면서 진동판(220)에 이물질이 접촉하는 것을 방지하는 차단막(미도시)이 개구부(211)에 추가 설치될 수도 있다.
진동판(220)은 X-Y 평면에 평행하게 설치되며, 프레임(210) 상측에서 개구부(211)를 막는 형태로 프레임(210)에 지지된다.
보이스코일(230)은 포일(foil) 형태로 진동판(220)의 판면에 부착되거나 또는 진동판(220)에 프린팅된다. 이에, 보이스코일(230)에 음성신호가 인가되면, 보이스코일(230) 및 이 보이스코일(230)이 임베딩된 진동판(220)이 Z 방향을 따라서 진동한다. 보이스코일(230)은 진동판(220) 상에서 X 방향에 따라서 연장된다.
도 6은 도 5의 I-II 선을 따라서 절단한 모습을 나타내는 사시도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 스피커유닛(200)은 프레임(210)의 상측에서 진동판(220)의 가장자리를 지지하는 에지(240)와, 프레임(210)의 하측에 설치된 스틸(steel) 플레이트(250)와, 스틸 플레이트(250) 상에 진동판(220) 및 보이스코일(230)과 소정의 간격을 두고 연장된 자석(260)을 포함한다.
에지(240)는 프레임(210)의 상판면 가장자리를 따라서, 개구부(211)의 주위에 설치된다. 에지(240)는 진동판(220)의 4방향 모서리를 지지함으로써, 보이스코일(230) 및 자석(260)의 상호작용에 의해 진동판(220)이 진동할 때에, 진동판(220)의 위치를 원복시키고 음성의 상쇄작용을 방지한다.
스틸 플레이트(250)는 진동판(220)을 향한 상판면 상에 자석(260)이 적층된다. 스틸 플레이트(250)는 적층된 자석(260)에 의한 자력선의 통로 역할을 수행한다. 본 실시예에서는 스틸 재질을 포함하기 때문에 스틸 플레이트(250)라고 지칭하지만, 이러한 플레이트(250)의 재질은 스틸 이외에도 도전성을 가지는 기타 금속, 예를 들면 구리, 알루미늄, 이들의 합금 등 다양한 종류를 포함할 수 있다.
자석(260)은 보이스코일(230)의 연장방향과 평행하게 X 방향을 따라서 연장된다. 자석(260)은 보이스코일(230)의 구현 형태에 따라서 하나 이상의 개수가 설치될 수 있으며, 이 경우에 각각은 동일한 방향을 따라서 평행하게 연장된다. 진동판(220)을 향한 자석(260)의 상판면과 진동판(220) 사이에는 소정의 갭을 형성한다. 이 갭은 진동판(220)의 진동이 가능한 범위 내에서, 그리고 자석(260)에 의한 자기장이 진동판(220)에 임베딩된 보이스코일(230)에 영향을 미치는 범위 내에서, 다양한 수치가 적용될 수 있다.
본 실시예에서, 자석(260) 및 보이스코일(230)은 X 방향 축선을 따라서 평행하게 실질적으로 직선으로 연장된다.
본 실시예에서는 자석(260)이 제1자석(261), 제2자석(262) 및 제3자석(263)의 3개를 포함하는 것으로 설명하지만, 이는 하나의 실시예에 불과할 뿐이며 자석(260)의 개수가 본 발명의 사상을 한정하는 것은 아니다.
다만, 각 자석(260)에서 진동판(220)을 향한 상측의 극성은, 서로 인접하는 자석(260)들이 서로 반대가 되도록 마련된다. 즉, 제1자석(261)의 진동판(220)을 향한 상측의 극성이 N극이고 스틸 플레이트(250)에 접하는 하측의 극성이 S극이면, 제1자석(261)에 인접한 제2자석(262)의 상측의 극성은 S극이고 하측의 극성은 N극이 된다. 또한, 제2자석(262)에 인접한 제3자석(263)의 상측의 극성은 N극이고 하측의 극성은 S극이 된다. 즉, Y 방향을 따라서 제1자석(261), 제2자석(262) 및 제3자석(263)이 순차적으로 배치되었다고 할 때, 각 자석(260)의 상측의 극성은 N극과 S극이 교대로 나타나도록 배치된다.
또한, 보이스코일(230)의 위치는 각 자석(260)의 사이에 배치되도록 마련된다. 즉, 보이스코일(230)은 제1자석(261) 및 제2자석(262)의 사이와, 제2자석(262) 및 제3자석(263)의 사이에 각각 위치하며, 제1자석(261), 제2자석(262) 및 제3자석(263) 각각의 상측의 바로 위에는 위치하지 않는다.
도 7은 스피커유닛(200)에서 자석(260)에 의해 형성되는 자속 패턴을 나타내는 예시도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 제1자석(261) 상측의 N극에서 나온 자속은 제2자석(262) 상측의 S극으로 들어가며, 제2자석(262) 하측의 N극에서 나온 자속은 제1자석(261) 하측의 S극으로 들어간다. 또한, 제3자석(263) 상측의 N극에서 나온 자속은 제2자석(262) 상측의 S극으로 들어가며, 제2자석(262) 하측의 N극에서 나온 자속은 제3자석(263) 하측의 S극으로 들어간다. 이에 의하여, 자석(260)의 상측에 전자기장이 형성된다.
이 때, 보이스코일(230)에 전압이 인가되면, 인가된 전압이 전자기장과 상호작용함으로써 진동판(220)을 Z 방향 축선을 따라서 상하로 진동시킨다.
본 실시예와 같은 구조에서는 진동판(220) 및 보이스코일(230)이 평면 형태를 가지므로, 앞선 제1실시예에 비해 보다 슬림한 스피커유닛(200)을 구현할 수 있다. 다만, 진동판(220)의 진동폭이 제1실시예의 경우에 비해 상대적으로 작으므로, 본 실시예에 따른 스피커유닛(200)은 저주파수 대역의 음성을 출력하는 것은 곤란하며 고주파수 대역의 음성을 출력하는 경우에 적용된다.
그런데, 이와 같이 진동판(220)이 Y 방향을 따라서 평행한 형태의 스피커유닛(200)은, 사용자의 위치에 따라서 사용자가 정상적으로 음성을 청취하는 것에 문제가 있을 수 있다. 이에 관하여 이하 설명한다.
도 8은 스피커유닛(200)에 대한 사용자의 각 위치를 나타내는 예시도이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 스피커유닛(200)이 Y 방향 축선에 평행하게 배치되고, 음성이 출력되는 방향이 Z 방향인 경우를 고려한다. 스피커유닛(200) 중앙으로부터의 Z 방향 축선 상에 있는, 즉 on axis 상태의 사용자의 위치를 U0라고 한다. 또한, on axis에 대해 각도 d1만큼 경사진 축선 상에 있는 사용자의 위치를 U1, on axis에 대해 각도 d2만큼 경사진 축선 상에 있는 사용자의 위치를 U2, on axis에 대해 각도 d3만큼 경사진 축선 상에 있는 사용자의 위치를 U3, on axis에 대해 각도 d4만큼 경사진 축선 상에 있는 사용자의 위치를 U4라고 한다. 각도 d1은 10도, d2는 20도, d3은 30도, d4는 40도이다.
진동판(220, 도 7 참조)이 Z 방향을 따라서 진동하는 특성 상, 스피커유닛(200)으로부터 출력되는 음파는 Z 방향 축선을 따라서 전파된다. 이 경우에, 사용자가 U1에 있을 때에는 스피커유닛(200)으로부터 출력되는 음파를 정면으로 마주하는 상태가 되지만, 사용자가 U1 내지 U4에 있을 때에는 스피커유닛(200)으로부터 출력되는 음파를 정면으로 마주하지 못하고 경사지게 위치한 상태가 된다. 특히, 각도가 d1에서 d4로 커질수록, 이와 같이 사용자가 경사지게 위치한 상태는 심해진다.
이하, 스피커유닛(200)에 대한 사용자의 위치에 따른 사용자의 청취 능력의 차이에 관해 설명한다.
도 9는 도 8과 같은 사용자의 위치에 따라서, 출력 음성의 주파수 대비 음압의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 본 그래프는 사용자가 on axis 상태로 위치할 때, on axis 상태로부터 10도, 20도, 30도, 40도로 각각 경사진 곳에 위치할 때에, 출력 음성 대비 음압(sound pressure level, SPL)의 변화를 나타낸다. 그래프의 가로축은 출력 음성의 주파수이며, 세로축은 음압이다. on axis 상태로부터 10도, 20도, 30도, 40도로 각각 경사진 곳에 위치할 때를 off axis 상태라고 지칭한다.
본 그래프를 도출하기 위한 실험에 사용된 스피커유닛은 가로 60mm에 세로 10mm의 크기를 가지며, 스피커유닛 및 사용자 사이의 거리는 1m이다.
출력 음성의 주파수가 2000Hz 이하일 때에는 다섯 가지의 사용자 위치 모두 최소 80dB 이상의 음압을 유지하며, 다섯 가지의 사용자 위치 각각의 음압 사이에는 큰 차이를 나타내지 않는다. 즉, 스피커유닛이 상대적으로 저주파수 대역의 음성을 출력할 때에는, 사용자가 음성을 정상적으로 듣기 위한 위치는 큰 문제가 되지 않는다는 점을 알 수 있다.
그런데, 출력 음성의 주파수가 3000Hz를 넘어가게 되면, 음압은 on axis 상태에서만 그대로 85dB을 유지할 뿐, off axis 상태에서는 현저히 저하된다. 출력 음성의 주파수가 5000Hz를 넘어가면, 음압의 저하 현상은 더욱 심화된다. 이는, 사용자가 off axis 상태에서는 스피커유닛으로부터 출력되는 고주파 대역의 음성을 정상적으로 들을 수 없다는 것을 의미한다. 즉, 사용자가 스피커유닛으로부터 고주파 대역의 음성을 정상적으로 듣기 위해서는, 사용자의 위치가 문제가 된다. 이러한 문제를, 스피커유닛의 horizontal orientation의 off axis 특성이 좋지 않다고 표현한다.
본 실시예에 따른 스피커유닛은 슬림형의 구조를 가짐으로써 설치에 소요되는 공간을 줄일 수 있지만, 고주파 대역의 음성을 출력하는 경우에 그 구조의 특성 상 사용자의 위치에 따른 가청 능력에 문제가 발생할 수 있다.
이에, 이러한 문제점을 개선한 제3실시예에 관해 설명한다.
도 10은 본 발명의 제3실시예에 따른 스피커유닛(300)의 사시도이다. 본 실시예에 따른 스피커유닛(300)은 앞선 제1실시예의 스피커유닛을 대체하여 음성출력장치(100)에 적용될 수 있다.
도 10에 도시된 바와 같이, 제3실시예에 따른 스피커유닛(300)은 기 설정된 곡률을 가지고 벤딩되며 일방향으로 길게 연장된 사각형의 판 형상의 프레임(310)과, 프레임(310)의 중앙영역에 배치된 진동판(320)과, 진동판(320)에 임베딩된 보이스코일(330)을 포함한다. 본 실시예에서의 스피커유닛(300)의 각 구성들은 앞선 실시예들에서의 구성들과 기능적으로는 유사하므로, 앞선 실시예들에서의 설명을 응용할 수 있다.
프레임(310)은 X 방향을 따라서 길게 연장된다. 다만, 본 실시예의 프레임(310)은 X 방향 축선을 따라서 실질적인 직선으로 연장된 제2실시예의 경우와 달리, 기 설정된 곡률을 가지고 벤딩된다. 즉, 프레임(310)의 중앙이 X 방향 축선에 대해 소정의 간격 b1만큼 이격된다. 간격 b1는 프레임(310)의 벤딩 곡률에 따라서 결정된다.
프레임(310)의 벤딩 곡률은 다양한 요소를 고려하여 결정되는 값인 바, 구체적인 수치를 한정할 수 없다. 곡률이 상대적으로 작으면 스피커유닛(300)은 실질적으로 제2실시예의 경우와 큰 차이가 없으므로 horizontal orientation의 off axis 특성은 크게 개선되지 않는다. 곡률이 상대적으로 크면 스피커유닛(300)은 horizontal orientation의 off axis 특성을 개선할 수 있다. 다만, 곡률을 크게 하기 위해서는 스피커유닛(300)의 길이 또한 상대적으로 길어져야 하고, 후술할 스피커유닛(300)의 내부 구성들 제조 측면에서 구현할 수 있는 곡률에 한계가 있다. 따라서, 이러한 여러 요인들을 고려하여, 다양한 수치로 곡률이 결정될 수 있다.
본 실시예에서의 스피커유닛(300)의 벤딩 곡률은 X 방향 축선을 따라서 일정한 것으로 나타나 있다. 그러나, 설계 방식에 따라서, 스피커유닛(300)의 벤딩 곡률은 X 방향 축선을 따라서 일정하지 않고, 각 영역 별로 상이하게 마련될 수도 있다. 예를 들면, 스피커유닛(300)이 디스플레이장치의 좌우측에 편향되게 설치된다면, 설치 위치에 대응하여 스피커유닛(300)로부터의 음파의 출력범위 또한 디스플레이장치의 좌우측 각각에 대응하도록 편향되는 것이 바람직하다. 이 경우에, 스피커유닛(300)의 벤딩 곡률은 X 방향 축선을 따라서 일단의 영역이 타단의 영역에 비해 곡률이 높게 마련될 수도 있다. 즉, 스피커유닛(300)의 벤딩 곡률은 X 방향 축선을 따라서 균일할 수 있고, 불균일할 수도 있다.
프레임(310)의 Z 방향을 향한 판면 상에는 개구부(311)가 형성되며, 개구부(311)는 진동판(320)을 Z 방향을 향해 노출시킨다. 여기서, 진동판(320)으로부터 음성이 출력되는 것을 방해하지 않으면서 진동판(320)에 이물질이 접촉하는 것을 방지하는 차단막(미도시)이 개구부(311)에 추가 설치될 수도 있다.
진동판(320)은 X-Y 평면에 대해 평행하지 않고, 프레임(310)의 벤딩 곡률에 대응하는 곡률로 벤딩된다. 앞선 제2실시예의 진동판은 X-Y 평면에 대해 평행하므로 해당 진동판으로부터 Z 방향으로 전파되는 음파의 파면이 X-Y 평면에 평행하다고 가정하면, 본 실시예에 따른 진동판(320)으로부터 Z 방향으로 전파되는 음파의 파면은 X-Y 평면에 대해 Z 방향으로 볼록한 형태를 가진다고 볼 수 있다. 즉, 이와 같은 구조에 의해, 진동판(320)은 Z 방향의 한 방향 뿐만 아닌, Z 방향 축선을 중심으로 여러 방향으로 방사되는 형태로 음파를 전달할 수 있다.
보이스코일(330)은 보이스코일(330)은 진동판(320)의 길이방향을 따라서 연장되며, 포일 형태로 진동판(320)의 판면에 부착되거나 또는 진동판(320)에 프린팅된다. 즉, 보이스코일(330) 또한 진동판(320) 및 프레임(310)에 대응하는 곡률로 벤딩된다. 보이스코일(330)에 음성신호가 인가되면, 보이스코일(330) 및 이 보이스코일(330)이 임베딩된 진동판(320)이 진동한다.
이와 같이, 본 실시예에 따른 스피커유닛(300)은 그 중앙영역이 음성의 출력방향 쪽으로 볼록한 형태가 되도록, 프레임(310), 진동판(320) 및 보이스코일(330)이 벤딩된 구조를 가진다. 프레임(310), 진동판(320) 및 보이스코일(330) 각각의 곡률은 실질적으로 동일하게 마련된다.
도 11은 도 10의 III-IV 선을 따라서 절단한 모습을 나타내는 사시도이다.
도 11에 도시된 바와 같이, 스피커유닛(300)은 프레임(310)의 상측에서 진동판(320)의 가장자리를 지지하는 에지(340)와, 프레임(310)의 하측에 설치된 스틸 플레이트(350)와, 스틸 플레이트(350) 상에 진동판(320) 및 보이스코일(330)과 소정의 간격을 두고 연장된 자석(360)을 포함한다.
에지(340)는 프레임(310)의 상판면 가장자리를 따라서, 개구부(311)의 주위에 설치된다. 에지(340)는 진동판(320)의 4방향 모서리를 지지함으로써, 보이스코일(330) 및 자석(360)의 상호작용에 의해 진동판(320)이 진동할 때에, 진동판(320)의 위치를 원복시키고 음성의 상쇄작용을 방지한다.
또한, 에지(340)는 실질적으로 일 곡률로 벤딩된 진동판(320)이 동일 곡률로 벤딩된 프레임(310)에 지지되도록, 프레임(310)을 따라서 벤딩된다. 다만, 진동판(320)의 4방향 모서리 중에서 Y 방향에 평행한 모서리는 벤딩되지 않았으므로, 해당 모서리를 지지하는 에지(340)는 벤딩되지 않는다.
스틸 플레이트(350)는 진동판(320)을 향한 상판면 상에 자석(360)이 적층된다. 스틸 플레이트(350)는 적층된 자석(360)에 의한 자력선의 통로 역할을 수행한다.
또한, 스틸 플레이트(350)는 프레임(310)의 저면부 역할을 수행하며, 자석(360)이 적층될 수 있도록 벤딩된다. 스틸 플레이트(350)의 좌우 양측에는 프레임(310)의 한 쌍의 측면부가 지지된다.
자석(360)은 진동판(320) 및 보이스코일(330)의 연장방향을 따라서, 동일한 곡률로 X 방향 축선에 대해 벤딩된다. 따라서, 진동판(320)을 향한 자석(360)의 상판면과 진동판(320) 사이에 형성된 갭은 일정한 간격을 유지한다. 이 갭은 진동판(320)의 진동이 가능한 범위 내에서, 그리고 자석(360)에 의한 자기장이 진동판(320)에 임베딩된 보이스코일(330)에 영향을 미치는 범위 내에서, 다양한 수치가 적용될 수 있다.
본 실시예에서는 자석(360)이 제1자석(361), 제2자석(362) 및 제3자석(363)의 3개를 포함하는 것으로 설명하지만, 이는 하나의 실시예에 불과할 뿐이며 자석(360)의 개수가 본 발명의 사상을 한정하는 것은 아니다.
다만 앞선 제2실시예의 경우와 동일하게, 각 자석(360)에서 진동판(320)을 향한 상측의 극성은, 서로 인접하는 자석(360)들이 서로 반대가 되도록 마련된다. 즉, 제1자석(361)의 진동판(320)을 향한 상측의 극성이 N극이고 스틸 플레이트(350)에 접하는 하측의 극성이 S극이면, 제1자석(361)에 인접한 제2자석(362)의 상측의 극성은 S극이고 하측의 극성은 N극이 된다. 또한, 제2자석(362)에 인접한 제3자석(363)의 상측의 극성은 N극이고 하측의 극성은 S극이 된다. 즉, Y 방향을 따라서 제1자석(361), 제2자석(362) 및 제3자석(363)이 순차적으로 배치되었다고 할 때, 각 자석(360)의 상측의 극성은 N극과 S극이 교대로 나타나도록 배치된다.
또한, 보이스코일(330)의 위치도 각 자석(360)의 사이에 배치되도록 마련된다. 즉, 보이스코일(330)은 제1자석(361) 및 제2자석(362)의 사이와, 제2자석(362) 및 제3자석(363)의 사이에 각각 위치하며, 제1자석(361), 제2자석(362) 및 제3자석(363) 각각의 상측의 바로 위에는 위치하지 않는다. 자석(360) 및 보이스코일(330)의 상호작용에 의해 진동판(320)이 진동하는 원리에 대해서는 앞선 실시예에서 이미 설명한 바 있다.
정리하면, 본 실시예의 스피커유닛(300)은 음성의 출력방향에 직교하는 방향의 축선에 대해, 음성의 출력방향을 향해 볼록한 형태로 벤딩된다. 특히, 음성의 출력에 직접적으로 관여하는 진동판(320), 보이스코일(330) 및 자석(360)이 동일한 곡률로 벤딩됨으로써, 음성의 출력방향 축선이 일방향이 아닌 복수의 방향으로 방사형태를 나타내도록 한다.
이로써, 제2실시예의 경우에 비해 스피커유닛(300)의 horizontal orientation의 off axis 특성이 개선되는 바, 사용자가 on axis 상태에 있지 않더라도 정상적으로 출력 음성을 청취할 수 있다.
도 12는 제3실시예에 따른 스피커유닛에서 출력 음성의 주파수 대비 음압의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 12에 도시된 바와 같이, 본 그래프는 사용자가 on axis 상태로 위치할 때, on axis 상태로부터 10도, 20도, 30도, 40도로 각각 경사진 곳에 위치할 때에, 출력 음성 대비 음압의 변화를 나타낸다. 그래프의 가로축은 출력 음성의 주파수이며, 세로축은 음압이다. 기본적인 실험 환경은 앞선 도 9의 경우와 동일하다.
출력 음성의 주파수가 2000Hz 이하일 때에는 다섯 가지의 사용자 위치 모두 최소 80dB 이상의 음압을 유지하며, 다섯 가지의 사용자 위치 각각의 음압 사이에는 큰 차이를 나타내지 않는다. 스피커유닛이 상대적으로 저주파수 대역의 음성을 출력할 때에 사용자가 음성을 정상적으로 듣기 위한 위치가 큰 문제가 되지 않는다는 점은, 앞선 제2실시예의 경우와 동일하다.
이러한 상태는, 출력 음성의 주파수가 3000Hz 내지 4000Hz 정도의 범위에서도 유지된다. 앞선 제2실시예의 경우에는, 출력 음성의 주파수가 3000Hz를 넘어가게 되면 off axis 상태에서 음압이 현저히 저하되는 모습을 나타낸 바 있다. 이를 고려하면, 본 실시예가 해당 주파수 범위에서 off axis 특성이 개선되었다는 점을 알 수 있다.
출력 음성의 주파수가 5000Hz를 넘어가면, off axis 상태의 음압의 저하 현상이 나타난다. 그러나, 이 경우에도 음압이 저하되는 정도는 제2실시예의 경우에 비해 향상되는 모습이 나타난다.
이와 같이, 본 실시예에 따른 스피커유닛은 앞선 제2실시예에 따른 스피커유닛에 비해 horizontal orientation의 off axis 특성이 개선되며, 사용자의 가청 범위가 확대된다.
이하, 스피커유닛으로부터 음성이 출력되기 위한 스피커유닛의 구동 과정에 관해 설명한다.
도 13은 스피커유닛이 음성을 출력하는 구동 과정을 나타내는 플로우차트이다.
도 13에 도시된 바와 같이, S110 단계에서 스피커유닛은 자석에 의해 자기장을 형성한다. 진동판에 임베딩된 보이스코일은 자기장의 영향권 내에 위치한다.
S120 단계에서 스피커유닛은 음성신호를 수신한다.
S130 단계에서 스피커유닛은 수신되는 음성신호에 대응하는 전기신호를 보이스코일에 인가한다.
S140 단계에서 보이스코일은 인가되는 전기신호 및 자기장의 상호작용에 의해 구동한다.
S150 단계에서 보이스코일의 구동에 의해 진동판이 진동한다. 이에 의하여, 스피커유닛은 음성을 출력한다.
이상 본 실시예에서는, 스피커유닛을 음성이 출력되는 방향을 향해 볼록하게 벤딩함으로써, horizontal orientation의 off axis 특성을 개선하여 사용자의 가청 범위를 확대시킨다. 그러나, 스피커유닛의 사용처에 따라서는, 오히려 사용자의 가청 범위를 축소해야 하는 특수한 경우도 있을 수 있다.
이하, 이러한 실시예에 관해 설명한다.
도 14는 본 발명의 제4실시예에 따른 스피커유닛(400)의 사시도이다. 본 실시예에 따른 스피커유닛(400)은 앞선 제1실시예의 스피커유닛을 대체하여 음성출력장치(100)에 적용될 수 있다.
도 14에 도시된 바와 같이, 제4실시예에 따른 스피커유닛(400)은 기 설정된 곡률을 가지고 벤딩되며 일방향으로 길게 연장된 사각형의 판 형상의 프레임(410)과, 프레임(410)의 중앙영역에 배치된 진동판(420)과, 진동판(420)에 임베딩된 보이스코일(430)을 포함한다. 본 실시예에서의 스피커유닛(400)의 각 구성들은 앞선 실시예들에서의 구성들과 기능적으로는 유사하므로, 앞선 실시예들에서의 설명을 응용할 수 있다.
본 실시예에 따른 스피커유닛(400)은 제3실시예의 경우와 반대방향으로 벤딩된다. 제3실시예의 경우와 달리, 본 실시예에 따른 스피커유닛(400)은 horizontal orientation의 off axis 특성을 반대로 더 저하시킨다. 즉, 스피커유닛(400)은 사용자가 off axis 상태에 있을 때에는 음성을 정상적으로 듣는 것이 곤란해지며, on axis 상태에 있을 경우에 음성을 정상적으로 들을 수 있다. 이에 따라서, 스피커유닛(400)은 음성이 특정 위치 밖에 있는 사용자에게 들리는 것을 배제하기 위한 특수 환경에서 사용될 수 있다.
프레임(410)은 X 방향을 따라서 길게 연장된다. 다만, 본 실시예의 프레임(410)은 음성이 출력되는 방향을 향해 볼록한 형태로 벤딩된 제3실시예의 경우와 달리, 프레임(410)의 중앙이 X 방향 축선에 대해 음성의 출력방향의 반대방향으로 소정의 간격 b2만큼 이격된다. 간격 b2는 프레임(410)의 벤딩 곡률에 따라서 결정된다. 사용자가 스피커유닛(400)의 전방에서 스피커유닛(400)을 마주볼 때, 프레임(410)은 중앙이 오목하게 후퇴한 형태로 나타난다.
프레임(410)의 Z 방향을 향한 판면 상에는 개구부(411)가 형성되며, 개구부(411)는 진동판(420)을 Z 방향을 향해 노출시킨다. 여기서, 진동판(420)으로부터 음성이 출력되는 것을 방해하지 않으면서 진동판(420)에 이물질이 접촉하는 것을 방지하는 차단막(미도시)이 개구부(411)에 추가 설치될 수도 있다.
진동판(420)은 X-Y 평면에 대해 평행하지 않고, 프레임(410)의 벤딩 곡률에 대응하는 곡률로 벤딩된다. 앞선 제3실시예에서의 진동판이 Z 방향 축선을 중심으로 여러 방향으로 방사되는 형태로 음파를 전달할 수 있는 것에 비해, 본 실시예에 따른 진동판(420)은 음파의 확산을 억제하고 특정 위치로 집중시킨다.
보이스코일(430)은 보이스코일(430)은 진동판(420)의 길이방향을 따라서 연장되며, 포일 형태로 진동판(420)의 판면에 부착되거나 또는 진동판(420)에 프린팅된다. 즉, 보이스코일(430) 또한 진동판(420) 및 프레임(410)에 대응하는 곡률로 벤딩된다. 보이스코일(430)에 음성신호가 인가되면, 보이스코일(430) 및 이 보이스코일(430)이 임베딩된 진동판(420)이 진동한다.
이와 같이, 본 실시예에 따른 스피커유닛(400)은 그 중앙영역이 음성의 출력방향의 반대방향으로 후퇴한 형태가 되도록, 프레임(410), 진동판(420) 및 보이스코일(430)이 벤딩된 구조를 가진다. 프레임(410), 진동판(420) 및 보이스코일(430) 각각의 곡률은 실질적으로 동일하게 마련된다.
도 15는 도 14의 V-VI 선을 따라서 절단한 모습을 나타내는 사시도이다.
도 15에 도시된 바와 같이, 스피커유닛(400)은 에지(440)와, 스틸 플레이트(450)와, 스틸 플레이트(450) 상에 진동판(420) 및 보이스코일(430)과 소정의 간격을 두고 연장된 자석(460)을 포함한다.
에지(440)는 개구부(411)의 주위에 설치되며, 진동판(420)의 4방향 모서리를 지지한다. 에지(440)는 실질적으로 일 곡률로 벤딩된 진동판(420)이 동일 곡률로 벤딩된 프레임(410)에 지지되도록, 프레임(410)을 따라서 벤딩된다. 다만, 진동판(420)의 4방향 모서리 중에서 Y 방향에 평행한 모서리는 벤딩되지 않았으므로, 해당 모서리를 지지하는 에지(440)는 벤딩되지 않는다.
스틸 플레이트(450)는 진동판(420)을 향한 상판면 상에 자석(460)이 적층된다. 스틸 플레이트(450)는 적층된 자석(460)에 의한 자력선의 통로 역할을 수행한다.
자석(460)은 진동판(420) 및 보이스코일(430)의 연장방향을 따라서, 실질적으로 동일한 곡률로 X 방향 축선에 대해 벤딩된다. 따라서, 진동판(420)을 향한 자석(460)의 상판면과 진동판(420) 사이에 형성된 갭은 일정한 간격을 유지한다. 이 갭은 진동판(420)의 진동이 가능한 범위 내에서, 그리고 자석(460)에 의한 자기장이 진동판(420)에 임베딩된 보이스코일(430)에 영향을 미치는 범위 내에서, 다양한 수치가 적용될 수 있다.
본 실시예에서는 자석(460)이 제1자석(461), 제2자석(462) 및 제3자석(463)의 3개를 포함하는 것으로 설명하지만, 이는 하나의 실시예에 불과할 뿐이며 자석(460)의 개수가 본 발명의 사상을 한정하는 것은 아니다.
각 자석(460)에서 진동판(420)을 향한 상측의 극성이 서로 인접하는 자석(460)들이 서로 반대가 되도록 마련되는 구성과, 보이스코일(430)의 위치가 각 자석(460)의 사이에 배치되도록 마련되는 구성은, 앞선 실시예들과 동일하다.
정리하면, 본 실시예의 스피커유닛(400)은 음성의 출력방향에 직교하는 방향의 축선에 대해, 음성의 출력방향의 반대방향으로 후퇴하는 형태로 벤딩된다. 특히, 음성의 출력에 직접적으로 관여하는 진동판(420), 보이스코일(430) 및 자석(460)이 동일한 곡률로 벤딩됨으로써, 음성이 off axis 상태에 위치한 사용자에게 들리는 것을 가능한 한 억제시킨다.
한편, 앞선 제3실시예서는, 스피커유닛이 기 설정된 길이로 연장된 상태에서 음성출력방향을 향해 볼록하게 벤딩됨으로써, 스피커유닛의 전방에 있는 사용자에 대한 가청범위를 확장시키는 구성에 관해 설명한 바 있다. 이러한 가청범위는 스피커유닛이 길수록, 또한 곡률이 클수록 확장된다. 이러한 점을 고려하면, 스피커유닛을 폐루프 형상으로 구현하면 가청범위를 360도로 확장시키는 구성도 가능한 바, 이러한 실시예에 관하여 이하 설명한다.
도 16은 본 발명의 제5실시예에 따른 스피커유닛(500)의 사시도이다.
도 16에 도시된 바와 같이, 제5실시예에 따른 스피커유닛(500)은 개구부(511)를 가진 프레임(510)과, 개구부(511)에 설치되는 진동판(520)과, 진동판(520) 상에 임베딩된 보이스코일(530)을 포함한다. 스피커유닛(500)의 기본적인 구조는 앞선 제3실시예의 경우와 실질적으로 동일하므로 자세한 설명을 생략한다.
다만, 본 실시예의 스피커유닛(500)은 프레임(510), 진동판(520), 보이스코일(530), 자석(미도시)의 곡률을 제3실시예보다 증가시켜 원형의 폐루프를 형성하도록 마련된다. 이에, 진동판(520)의 진동에 의한 음파는 360도로 전파되므로, 사용자가 가청 범위를 사방으로 확장시킬 수 있다.
도 17은 본 발명의 제6실시예에 따른 음성출력장치(600)의 예시도이다.
도 17에 도시된 바와 같이, 제6실시예에 따른 음성출력장치(600)는 설치면 상에 기립된 원통 형상의 스탠드프레임(610)과, 스탠드프레임(610)의 외주면에 하나 이상 설치된 스피커유닛(500)을 포함한다. 본 실시예의 스피커유닛(500)은 앞선 제5실시예의 스피커유닛(500)과 동일하다.
스탠드프레임(610)의 내부에는 음성출력장치(600)의 동작을 위한 대부분의 구성이 수용되며, 이러한 구성은 앞선 도 1 및 도 2 관련하여 이미 설명한 바 있다. 스탠드프레임(610)의 외측 직경은 적어도 스피커유닛(500)의 내측 직경보다 작게 마련됨으로써, 스피커유닛(500)이 스탠드프레임(610)의 외측에 설치될 수 있도록 한다. 스탠드프레임(610)은 스피커유닛(500)에 전기신호를 공급하고 스피커유닛(500)을 지지할 수 있는 구성을 가진다.
스피커유닛(500)은 음성출력장치(600)가 복수 채널의 음성신호의 출력을 지원하는 경우에, 각 채널 별로 하나 이상이 마련될 수 있다. 다만, 본 실시예와 같은 구조의 스피커유닛(500)의 특성 상, 저음 대역의 채널을 재생하는 것은 적합하지 않을 수도 있는 바, 이 경우에 음성출력장치(600)는 저음 대역의 채널에 대해서는 본 실시예와 상이한 구조의 스피커유닛을 추가적으로 포함할 수도 있다.
이러한 구조에 의해 음성출력장치(600)는 스탠드프레임(610)의 반경방향에 대해 전방향으로 음성이 출력되도록 할 수 있다.
한편, 앞선 제3실시예 및 제4실시예에서는 자석 및 보이스코일이 스피커유닛의 길이방향에 평행하게 연장되는 것으로 설명한 바 있다.
도 18은 본 발명의 제3실시예에 따른 스피커유닛(300)에서 보이스코일(330)의 설치 형태를 나타내는 예시도이다.
도 18에 도시된 바와 같이, 스피커유닛(300)이 X 방향을 따라서 연장되는 바, 보이스코일(330) 또한 X 방향을 따라서 연장된다. 보이스코일(330)은 도면 상측에 위치한 상측트랙(331) 및 도면 하측에 위치한 하측트랙(332)을 포함한다. 상측트랙(331) 및 하측트랙(332)은 프레임(310)의 우측 가장자리에서 접속되며, 프레임의 좌측 가장자리에서 각각 음성신호에 대응하는 플러스 전기신호 및 마이너스 전기신호가 인가되도록 마련된다.
스피커유닛(300)에 음성신호가 수신되면, 음성신호에 대응하는 전기신호의 플러스 전압이 상측트랙(331)에 인가되고 음성신호에 대응하는 전기신호의 마이너스 전압이 하측트랙(332)에 인가됨으로써, 보이스코일(330)은 루프회로를 형성한다. 그리고, 전압이 인가되는 보이스코일(330)은 자석(미도시)의 자기장에 의해 구동함으로써, 진동판(320)을 진동시킨다.
이러한 구조의 스피커유닛(300)은 보이스코일(330)이 하나의 루프회로만을 형성하므로, 하나의 스피커유닛(300)만으로 음성의 엘리베이션(elevation) 효과를 내는 것은 곤란하다. 엘리베이션 효과는, 예를 들면 자동차가 좌측에서 우측으로 이동하는 영상이 표시될 때에, 이러한 이동에 대응하여 자동차에 대응하는 소리 또한 좌측에서 우측으로 이동하도록 사용자에게 인지시키는 기술이다.
이하, 이와 같은 엘리베이션 효과를 달성하기 위한 스피커유닛의 구조의 실시예에 관해 설명한다.
도 19는 본 발명의 제7실시예에 따른 스피커유닛(700)에서 보이스코일(730) 및 자석(760)의 설치 형태를 나타내는 예시도이다.
도 19에 도시된 바와 같이, 제7실시예에 따른 스피커유닛(700)은 X 방향으로 길게 연장된 프레임(710)과, 진동판(720)과, 진동판(720)에 임베딩된 보이스코일(730)과, 보이스코일(730)의 후방에서 자기장을 형성하는 자석(760)을 포함한다. 본 실시예에서의 스피커유닛(700)은 가로축의 중앙이 음성출력방향인 전방을 향해 볼록하게 벤딩되며, 프레임(710) 및 진동판(720)은 이에 대응하여 볼록하게 벤딩된. 그러나, 보이스코일(730) 및 자석(760)은 Y 방향을 따라서 실질적인 직선으로 연장된다.
보이스코일(730)은 X 방향을 따라서 제1트랙(731), 제2트랙(732) 및 제3트랙(733)이 순차적으로 배치된다. 제1트랙(731), 제2트랙(732) 및 제3트랙(733) 각각은, Y 방향을 따라서 연장되며 각기 전기신호가 개별적으로 인가된다. 즉, 본 실시예에 따른 보이스코일(730)은 복수의 루프회로를 포함한다.
자석(760)은 보이스코일(730) 사이사이에 배치된 제1자석(761), 제2자석(762), 제3자석(763), 제4자석(764), 제5자석(765), 제6자석(766) 및 제7자석(767)을 포함한다. 이들 자석(760)은 각기 제1트랙(731), 제2트랙(732) 및 제3트랙(733)의 사이에 배치되어 자기장을 형성한다.
보이스코일(730)이 각기 개별적으로 전기신호가 인가되는 복수의 루프회로를 포함하므로, 제1트랙(731), 제2트랙(732) 및 제3트랙(733) 각각에 상이한 음성신호에 대응하는 전기신호를 인가하거나, 또는 제1트랙(731), 제2트랙(732) 및 제3트랙(733) 중 일부만에 대해 전기신호를 인가하는 동작이 가능하다.
이러한 구조 하에서, 자동차가 왼쪽에서 오른쪽으로 이동하는 영상이 표시되는 동안에, 음성 또한 이에 대응하여 왼쪽으로 오른쪽으로 이동하는 것처럼 스피커유닛(700)으로부터 출력하고자 하는 경우를 고려한다. 이 경우에, 음원이 X 방향으로 이동하는 것처럼 스피커유닛(700)으로부터 음성이 출력되어야 한다.
이에, 스피커유닛(700)은 제1트랙(731), 제2트랙(732) 및 제3트랙(733)을 동시에 구동시키는 것이 아닌, 시간적으로 차이를 두어 구동시킨다. 예를 들면, 스피커유닛(700)은 제1트랙(731), 제2트랙(732) 및 제3트랙(733) 중에서 먼저 제1트랙(731)만을 구동시키고, 다음 제2트랙(732)만을 구동시키고, 그 다음 제3트랙(733)만을 구동시킬 수 있다. 이에 따라서, 진동판(720)은 진동하는 위치에 편차가 발생하므로, 사용자는 음원이 왼쪽에서 오른쪽으로 이동하는 것처럼 스피커유닛(700)으로부터 출력되는 음성을 인지한다.
이와 같은 구조에 의해, 스피커유닛(700)은 음성의 엘리베이션 효과를 달성할 수 있다.
한편, 앞선 실시예들에서는 스피커유닛이 음성을 출력하는 음성출력장치에 장착되는 형태에 관해 설명한 바 있다. 다만, 구현 예시에 따라서는, 음성출력장치는 음성을 출력하거나 또는 처리하는 기능만 있는 것이 아닌, 그 외의 다양한 기능을 지원할 수 있다. 이러한 음성출력장치의 구현 예시로는 영상처리장치 또는 디스플레이장치가 있다.
도 20은 본 발명의 제8실시예에 따른 영상처리장치(800)의 예시도이다.
도 20에 도시된 바와 같이, 제8실시예에 따른 영상처리장치(800)는 TV로서 구현되지만, 태블릿, 모바일 폰, 멀티미디어 재생기, 전자액자, 디지털 광고판 등 영상을 표시 가능한 장치나, 셋탑박스와 같이 영상을 자체적으로 표시하지 않고 처리하는 장치로 구현될 수 있다. 또는, 본 발명의 사상은 영상처리와 무관하게 음성처리를 수행하기 위한 제반 전자장치에도 적용될 수 있다.
영상처리장치(800)는 외부로부터 수신되는 영상컨텐츠의 전송스트림을 처리하여 영상을 표시한다. 영상컨텐츠의 전송스트림은, 방송국의 송출장비(미도시)로부터 전송되는 RF 방송신호이거나, 서버(미도시)로부터 네트워크를 통해 전송되는 데이터 패킷이거나, 영상처리장치(800)에 로컬 접속된 멀티미디어 재생기(미도시)로부터 재생 및 전송되는 신호일 수 있다. 또는 영상컨텐츠의 전송스트림은 영상처리장치(800)에 저장된 데이터로부터 생성될 수도 있다.
일반적인 영상컨텐츠는 단지 영상만을 포함하는 것 뿐만이 아니며, 음성 또는 부가데이터를 더 포함하기도 한다. 예를 들어 영상처리장치(800)는 전송스트림으로부터 영상신호성분 및 음성신호성분을 추출하고, 각 성분을 개별적으로 처리 및 출력한다. 이를 위해, 영상처리장치(800)는 영상을 표시하는 표시부(820) 및 음성을 출력하는 스피커유닛(830)을 포함한다. 이 과정에서, 영상처리장치(800)는 영상의 표시 및 음성의 출력을 상호 동기화시킴으로써, 영상컨텐츠가 사용자에게 정상적으로 제공되도록 한다.
스피커유닛(830)이 영상처리장치(800)에 설치되는 형태 및 위치는 한정되지 않는다. 예를 들면, 스피커유닛(830)은 표시부(820)의 하측 중앙에 설치됨으로써, 스피커유닛(830)으로부터 출력되는 음성이 좌우로 균일하게 전파될 수 있도록 할 수 있다.
이하, 영상처리장치(800)의 보다 구체적인 구성에 관해 설명한다.
도 21은 영상처리장치(800)의 구성 블록도이다.
도 21에 도시된 바와 같이, 영상처리장치(800)는 외부로부터 영상컨텐츠의 전송스트림을 수신하는 신호수신부(810)와, 신호수신부(810)에 수신되는 전송스트림의 영상데이터에 기초하여 영상을 표시하는 표시부(820)와, 신호수신부(810)에 수신되는 전송스트림의 음성데이터에 기초하여 음성을 출력하는 스피커유닛(830)과, 사용자에 의한 입력 동작이 실행되는 사용자입력부(840)와, 데이터가 저장되는 저장부(850)와, 영상처리장치(800)의 제반 동작의 제어 및 연산을 실행하는 신호처리부(860)를 포함한다.
신호수신부(810)는 다양한 영상소스로부터 전송되는 전송스트림을 수신한다. 신호수신부(810)는 외부로부터 전송되는 신호를 수신하기만 할 수 있는 것은 아니며, 반대로 외부에 신호를 전송함으로써 양방향 통신을 수행할 수 있다. 신호수신부(810)는 복수의 통신규격에 각기 대응하는 통신포트 또는 통신모듈의 집합체에 의해 구현되는 바, 지원 가능한 프로토콜 및 통신접속대상이 어느 하나의 종류 또는 형식으로 한정되지 않는다. 예를 들면, 신호수신부(810)는 RF 신호를 수신하는 RFIC(미도시), 무선 네트워크 통신을 위한 와이파이 통신모듈(미도시), 유선 네트워크 통신을 위한 이더넷 모듈(미도시), USB 메모리(미도시) 등의 로컬 접속을 위한 USB 포트(미도시) 등을 포함할 수 있다.
표시부(820)는 신호처리부(860)에 의해 처리되는 영상신호를 영상으로 표시한다. 표시부(820)의 구현 방식은 한정되지 않으며, 예를 들면 액정(liquid crystal), 플라즈마(plasma), 발광 다이오드(light-emitting diode), 유기발광 다이오드(organic light-emitting diode), 면전도 전자총(surface-conduction electron-emitter), 탄소 나노 튜브(carbon nano-tube), 나노 크리스탈(nano-crystal) 등의 다양한 디스플레이 방식으로 구현될 수 있다.
표시부(820)는 영상을 표시하는 패널 구조 이외에, 패널의 구현 방식에 따라서 부가적인 구성을 추가적으로 포함할 수 있다. 예를 들면, 액정 방식인 경우에, 표시부(820)는 액정 디스플레이 패널(미도시)과, 액정 디스플레이 패널(미도시)에 광을 공급하는 백라이트유닛(미도시)과, 액정 디스플레이 패널(미도시)을 구동시키는 패널구동기판(미도시) 등을 포함한다.
스피커유닛(830)은 신호처리부(860)에 의해 처리되는 음성신호를 음성으로 출력한다. 본 실시예에 따른 스피커유닛(830)은 앞선 실시예들의 구성을 적용할 수 있는 바, 자세한 설명을 생략한다.
사용자입력부(840)는 사용자의 조작 또는 입력에 따라서 기 설정된 다양한 제어 커맨드 또는 정보를 신호처리부(860)에 전달한다. 사용자입력부(840)는 사용자의 의도에 따라서 사용자의 조작에 의해 발생하는 다양한 이벤트를 신호처리부(860)에 전달한다. 사용자입력부(840)는 정보의 입력방식에 따라서 다양한 형태로 구현될 수 있는 바, 예를 들면 영상처리장치(800)의 외측에 설치된 버튼, 영상처리장치(800)의 본체와 이격된 리모트 컨트롤러(remote controller), 표시부(820)에 일체화된 터치스크린(touch-screen), 그 외에 영상처리장치(800)와 통신하게 마련된 입력장치 등이 가능하다.
저장부(850)는 신호처리부(860)의 처리 및 제어에 따라서 다양한 데이터가 저장된다. 저장부(850)는 신호처리부(860)에 의해 억세스됨으로써, 데이터의 독취(read), 기록(write), 수정(edit), 삭제(delete), 갱신(update) 등이 수행된다. 저장부(850)는 영상처리장치(800)의 시스템 전원의 제공 유무와 무관하게 데이터를 보존할 수 있도록 플래시메모리(flash-memory), 하드디스크 드라이브(hard-disc drive)와 같은 비휘발성 메모리로 구현된다.
신호처리부(860)는 신호수신부(810)에 수신되는 전송스트림에 대해 다양한 프로세스를 수행한다. 신호수신부(810)에 전송스트림이 수신되면, 신호처리부(860)는 전송스트림으로부터 추출되는 영상신호에 대해 영상처리 프로세스를 수행하고, 이러한 프로세스가 수행된 영상신호를 표시부(820)에 출력함으로써 표시부(820)에 영상이 표시되게 한다.
신호처리부(860)가 수행하는 영상처리 프로세스의 종류는 한정되지 않으며, 예를 들면 입력되는 전송스트림을 영상신호, 음성신호, 부가데이터의 각 하위 스트림으로 구분하는 디멀티플렉싱(de-multiplexing), 영상신호의 영상 포맷에 대응하는 디코딩(decoding), 인터레이스(interlace) 방식의 영상신호를 프로그레시브(progressive) 방식으로 변환하는 디인터레이싱(de-interlacing), 영상신호를 기 설정된 해상도로 조정하는 스케일링(scaling), 영상 화질 개선을 위한 노이즈 감소(noise reduction), 디테일 강화(detail enhancement), 프레임 리프레시 레이트(frame refresh rate) 변환 등을 포함할 수 있다.
신호처리부(860)는 신호 또는 데이터의 종류, 특성에 따라서 다양한 프로세스를 수행할 수 있으므로 신호처리부(860)가 수행 가능한 프로세스를 영상처리 프로세스로 한정할 수 없으며, 또한 신호처리부(860)가 처리 가능한 데이터가 신호수신부(810)에 수신되는 것만으로 한정할 수 없다. 예를 들면, 신호처리부(860)는 전송스트림으로부터 추출되는 음성신호에 대해 음성처리 프로세스를 수행하고, 이러한 프로세스가 수행된 음성신호를 스피커유닛(830)으로 출력한다. 또는, 신호처리부(860)는 영상처리장치(800)에 사용자의 발화가 입력되면 기 설정된 음성인식 프로세스에 따라서 해당 발화를 처리한다. 신호처리부(860)는 이러한 여러 기능을 통합시킨 SOC(system-on-chip)로 구현되거나, 또는 각 프로세스를 독자적으로 수행할 수 있는 개별적인 칩셋(chip-set)들이 인쇄회로기판 상에 장착된 영상처리보드(미도시)로 구현된다.
이와 같은 영상처리장치(800)의 하드웨어적인 구성은, 영상처리장치(800)가 구현되는 형태 및 영상처리장치(800)가 지원하는 기능에 따라서 세부적으로 차이가 있을 수 있다. 예를 들면, 영상처리장치(800)가 TV나 셋탑박스라면 방송신호를 특정 주파수로 튜닝하기 위한 구성을 필요로 하겠지만, 영상처리장치(800)가 태블릿이라면 해당 구성이 제외될 수도 있다.
이하, 영상처리장치(800)가 TV인 경우에 신호처리부(860)의 구체적인 구성에 관해 설명한다.
도 22는 신호처리부(860)의 구성 블록도이다. 본 도면의 신호처리부(860)는 제품에서 실제로 구현되는 구성 중에서 기본적인 것만을 나타낸 바, 영상처리장치(800)가 실제 제품으로 구현될 때에는 본 실시예에서 설명하는 것 이외의 구성을 추가적으로 포함한다.
도 22에 도시된 바와 같이, 신호수신부(810)는 수신되는 방송스트림을 특정 주파수로 튜닝하는 튜너(tuner)(811)를 포함한다. 그리고, 신호처리부(860)는 튜너(811)로부터 전달되는 방송스트림을 복수의 서브신호들로 구분하여 출력하는 디먹스(deMUX)(861)와, 디먹스(861)로부터 출력되는 서브신호 중 영상신호를 영상처리 프로세스에 따라서 처리하여 표시부(820)로 출력하는 영상처리부(863)와, 디먹스(861)로부터 출력되는 서브신호 중 음성신호를 음성처리 프로세스에 따라서 처리하여 스피커유닛(830)으로 출력하는 음성처리부(865)와, 신호처리부(860)의 동작을 위한 연산 및 제어를 수행하는 CPU(central processing unit)(867)를 포함한다.
튜너(811)는 RF 안테나(미도시)에 방송스트림이 수신되면, 지정된 특정 채널의 주파수로 방송스트림을 튜닝하여 전송스트림으로 변환한다. 튜너(811)는 안테나(미도시)로부터 전달되는 고주파 반송파를 중간주파수 대역으로 변환하고, 이를 디지털 신호로 변환함으로써, 전송스트림을 생성한다. 이를 위해 튜너(811)는 A/D 컨버터(미도시)를 가질 수 있는데, 설계 방식에 따라서는 A/D 컨버터(미도시)는 튜너(811)가 아닌 디모듈레이터(demodulator)(미도시)에 포함될 수도 있다.
디먹스(861) 또는 디멀티플렉서(demultiplexer)는 기본적으로 멀티플렉서(미도시)와 반대의 역할을 수행한다. 즉, 디먹스(861)는 하나의 입력단을 복수의 출력단과 연결하여, 입력단에 입력되는 스트림을 선택신호에 따라서 각 출력단에 출력하는 분배 역할을 수행한다. 예를 들면, 하나의 입력단에 대해 네 개의 출력단이 있다면, 디먹스(861)는 0 또는 1의 상태를 가지는 두 개의 선택신호의 상태를 조합함으로써 네 개의 출력단 각각을 선택할 수 있다.
디먹스(861)는 특히 영상처리장치(800)에 적용되는 경우에, 튜너(811)로부터 전달되는 전송스트림을 영상신호 및 음성신호의 서브신호들로 구분하여 각 출력단으로 출력한다.
디먹스(861)가 전송스트림을 서브신호들로 구분하는 방법은 여러 가지가 적용될 수 있는데, 예를 들면 디먹스(861)는 전송스트림 내의 패킷(packet)들에 각기 부여된 식별자인 PID(packet identifier)에 따라서 전송스트림을 각 서브신호들로 구분한다. 전송스트림 내의 채널 별 서브신호를 독립적으로 압축되어 패킷화되어 있으며, 어느 한 채널에 해당하는 패킷에는 동일한 PID가 부여됨으로써 다른 채널의 패킷과 구별되도록 마련된다. 디먹스(861)는 전송스트림에서 PID 별로 패킷들을 분류하여, 동일한 PID를 가지는 서브신호들을 추출한다.
영상처리부(863)는 디먹스(861)로부터 출력되는 영상신호를 디코딩 및 스케일링한다. 이를 위해, 영상처리부(863)는 특정 포맷에 의해 인코딩된 상태의 영상신호에 대해 해당 인코딩 과정을 역으로 수행함으로써 영상신호를 인코딩 이전 상태로 복원시키는 디코더(decoder)(미도시)와, 디코딩된 영상신호를 표시부(120)의 해상도 또는 별도로 지정된 해상도에 맞게 스케일링하는 스케일러(scaler)(미도시)를 포함한다. 만일 디먹스(861)로부터 출력되는 영상신호가 특정 포맷으로 인코딩되어 있지 않은 무압축 상태라면, 영상처리부(863)는 해당 영상신호에 대해서는 디코더(미도시)에 의한 처리를 수행하지 않는다.
음성처리부(865)는 디먹스(861)로부터 출력되는 음성신호를 증폭 처리한다. 음성처리부(865)에 관한 내용은 앞선 실시예들을 응용할 수 있는 바, 자세한 설명을 생략한다.
CPU(867)는 신호처리부(860) 내의 제반 구성들이 동작하기 위한 중심적인 연산을 수행하는 구성으로서, 기본적으로 데이터의 해석 및 연산의 중심 역할을 수행한다. CPU(867)는 내부적으로, 처리할 명령어들이 저장되는 프로세서 레지스터(미도시)와, 비교, 판단, 연산을 담당하는 산술논리 연산 유닛(arithmetic logic unit, ALU)(미도시)와, 명령어의 해석과 올바른 실행을 위하여 CPU(867)를 내부적으로 제어하는 컨트롤 유닛(control unit)(미도시)과, 내부 버스(BUS)(미도시)와, 캐시(cache)(미도시) 등을 포함한다.
CPU(867)는 디먹스(861), 영상처리부(863) 및 음성처리부(865)와 같은 신호처리부(860)의 각 구성의 동작에 필요한 연산을 수행한다. 다만, 신호처리부(860)의 설계 방식에 따라서, 신호처리부(860)의 구성 중에는 CPU(867)의 데이터 연산 없이 동작하거나 또는 별도의 마이크로 컨트롤러(micro-controller)(미도시)에 의해 동작하는 구성도 있을 수 있다.
본 발명의 예시적 실시예에 따른 방법들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 이러한 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 예를 들어, 컴퓨터 판독 가능 매체는 삭제 가능 또는 재기록 가능 여부와 상관없이, ROM 등의 저장 장치와 같은 휘발성 또는 비휘발성 저장 장치, 또는 예를 들어, RAM, 메모리 칩, 장치 또는 집적 회로와 같은 메모리, 또는 예를 들어 CD, DVD, 자기 디스크 또는 자기 테이프 등과 같은 광학 또는 자기적으로 기록 가능함과 동시에 기계(예를 들어, 컴퓨터)로 읽을 수 있는 저장 매체에 저장될 수 있다. 이동 단말 내에 포함될 수 있는 메모리는 본 발명의 실시 예들을 구현하는 지시들을 포함하는 프로그램 또는 프로그램들을 저장하기에 적합한 기계로 읽을 수 있는 저장 매체의 한 예임을 알 수 있을 것이다. 본 저장 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어의 기술 분야에서 숙련된 기술자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.
상기한 실시예는 예시적인 것에 불과한 것으로, 당해 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 하기의 특허청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
200, 300, 400, 500, 700 : 스피커유닛
210, 310, 410, 510, 710 : 프레임
211, 311, 411, 511 : 개구부
220, 320, 420, 520, 720 : 진동판
230, 330, 430, 530, 730 : 보이스코일
240, 340, 440 : 에지
250, 350, 450 : 스틸 플레이트
260, 360, 460, 760 : 자석

Claims (16)

  1. 스피커유닛에 있어서,
    제1방향을 따라 휘어진 곡면을 가지는 저면부 및 상기 제1방향을 따라 상기 저면부의 양측에 마련된 한 쌍의 측면부를 구비하는 프레임과;
    상기 저면부의 곡면을 따라 휘어져 연장되며, 상호 소정 간격을 두고 배치되는 복수의 자석과;
    상기 한 쌍의 측면부에 의해 지지되며, 상기 저면부의 곡면과 평행한 면을 따라 휘어지며 상기 복수의 자석의 상면으로부터 소정 거리 이격되도록 마련되는 진동판과;
    상기 진동판 상에 상기 제1방향을 따라 상기 복수의 자석 사이의 간격에 대응하는 위치에 마련되며, 음성신호의 통전에 따라 상기 복수의 자석의 자기장에 의해 상기 진동판이 상기 프레임의 바닥부의 곡면에 대하여 수직한 방향으로 진동하도록 구동시키는 코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 스피커유닛.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 자석, 상기 코일 및 상기 진동판은 상기 제1방향에 직교하며 음성이 출력되는 제2방향을 향해 볼록한 형태로 벤딩된 것을 특징으로 하는 스피커유닛.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 곡면의 곡률은, 상기 제1방향을 따라서 적어도 두 영역이 서로 상이하게 마련된 것을 특징으로 하는 스피커유닛.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 자석은 각각의 상기 상면의 극성이 교대로 나타나도록 상기 제1방향을 따라서 설치되며, 상기 코일은 상기 복수의 자석 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 스피커유닛.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 코일 및 상기 진동판은 원형의 폐루프 형상을 가진 상기 자석의 외주측에 설치되며, 상기 진동판은 상기 자석의 반경방향을 향해 진동함으로써 음성을 출력하는 것을 특징으로 하는 스피커유닛.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 자석, 상기 코일 및 상기 진동판은 상기 제1방향에 직교하며 음성이 출력되는 제2방향의 반대방향을 향해 볼록한 형태로 벤딩된 것을 특징으로 하는 스피커유닛.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 곡면의 곡률은, 상기 제1방향을 따라서 적어도 두 영역이 서로 상이하게 마련된 것을 특징으로 하는 스피커유닛.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 저면부는, 도전성 금속 재질을 포함하며, 상기 복수의 자석의 하면을 지지하는 것을 특징으로 하는 스피커유닛.
  9. 음성출력장치에 있어서,
    하나 이상의 스피커유닛과;
    상기 스피커유닛으로부터 음성이 출력되게 음성신호를 처리하는 음성처리부를 포함하며,
    상기 스피커유닛은,
    제1방향을 따라 휘어진 곡면을 가지는 저면부 및 상기 제1방향을 따라 상기 저면부의 양측에 마련된 한 쌍의 측면부를 구비하는 프레임과;
    상기 저면부의 곡면을 따라 휘어져 연장되며, 상호 소정 간격을 두고 배치되는 복수의 자석과;
    상기 한 쌍의 측면부에 의해 지지되며, 상기 저면부의 곡면과 평행한 면을 따라 휘어지며 상기 복수의 자석의 상면으로부터 소정 거리 이격되도록 마련되는 진동판과;
    상기 진동판 상에 상기 제1방향을 따라 상기 복수의 자석 사이의 간격에 대응하는 위치에 마련되며, 상기 음성처리부에 의해 처리되는 상기 음성신호의 통전에 따라 상기 복수의 자석의 자기장에 의해 상기 진동판이 상기 프레임의 바닥부의 곡면에 대하여 수직한 방향으로 진동하도록 구동시키는 코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 음성출력장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 자석, 상기 코일 및 상기 진동판은 상기 제1방향에 직교하며 음성이 출력되는 제2방향을 향해 볼록한 형태로 벤딩된 것을 특징으로 하는 음성출력장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 곡면의 곡률은, 상기 제1방향을 따라서 적어도 두 영역이 서로 상이하게 마련된 것을 특징으로 하는 음성출력장치.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 복수의 자석은 각각의 상기 상면의 극성이 교대로 나타나도록 상기 제1방향을 따라서 설치되며, 상기 코일은 상기 복수의 자석 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 음성출력장치.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 코일 및 상기 진동판은 원형의 폐루프 형상을 가진 상기 자석의 외주측에 설치되며, 상기 진동판은 상기 자석의 반경방향을 향해 진동함으로써 음성을 출력하는 것을 특징으로 하는 음성출력장치.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 자석, 상기 코일 및 상기 진동판은 상기 제1방향에 직교하며 음성이 출력되는 제2방향의 반대방향을 향해 볼록한 형태로 벤딩된 것을 특징으로 하는 음성출력장치.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 곡면의 곡률은, 상기 제1방향을 따라서 적어도 두 영역이 서로 상이하게 마련된 것을 특징으로 하는 음성출력장치.
  16. 제9항에 있어서,
    상기 저면부는, 도전성 금속 재질을 포함하며, 상기 복수의 자석의 하면을 지지하는 것을 특징으로 하는 음성출력장치.
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