KR20170044496A - 압전 진동 스피커 및 그 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 기술적 측면에 따른 압전 진동 스피커는, 압전 소자를 포함하는 압전 스피커 모듈 및 상기 압전 소자에 구동 신호를 제공하고 상기 압전 스피커 모듈의 설정 모드에 따라 상기 구동 신호를 조절하는 구동 신호 생성부를 포함할 수 있다.

Description

압전 진동 스피커 및 그 제어 방법 {PIEZO VIBRATION SPEAKER AND CONTROL METHOD THEREFOR}
본 발명은 압전 진동 스피커 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
압전 진동 스피커는 압전 소자를 이용한 스피커로서, 소형화가 가능하여 휴대용 전자 기기 등에 적용되고 있다.
압전 진동 스피커에서 출력되는 소리는 다양한 주파수를 가지게 된다. 그로 인하여, 압전 진동 스피커에서 출력되는 소리의 주파수가 압전 진동 스피커의 압전 소자의 공진 주파수와 연관된 경우, 압전 진동 스피커는 소리를 발생시키면서 진동도 유발하게 된다. 이 경우 압전 진동 스피커를 소리만 나거나 진동만 발생하는 모드로 사용할 수 없는 문제가 있다.
한국 공개특허공보 제2014-0028848호 일본 공개특허공보 제2006-094158호 일본 등록특허공보 제7726738호
본 발명에 따른 일 실시형태의 목적은, 압전 진동 스피커의 진동 모드 동작시 잡음이 발생하는 것을 방지하거나 스피커 모드 동작시 잡 진동이 발생하는 것을 방지할 수 있는 압전 진동 스피커 및 그 제어 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 일 기술적 측면은 압전 진동 스피커를 제안한다. 상기 압전 진동 스피커는, 압전 소자를 포함하는 압전 스피커 모듈 및 상기 압전 소자에 구동 신호를 제공하고 상기 압전 스피커 모듈의 설정 모드에 따라 상기 구동 신호를 조절하는 구동 신호 생성부를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 기술적 측면은 압전 진동 스피커의 제어 방법을 제안한다. 상기 압전 진동 스피커의 제어 방법은, 음원 신호를 입력받는 단계, 상기 압전 진동 스피커의 설정 모드를 확인하는 단계, 확인된 상기 설정 모드에 따라 상기 음원 신호에 적용될 필터를 선택하는 단계 및 선택된 필터를 상기 음원 신호에 적용하여 상기 압전 진동 스피커의 구동 신호를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기한 과제의 해결 수단은, 본 발명의 특징을 모두 열거한 것은 아니다. 본 발명의 과제 해결을 위한 다양한 수단들은 이하의 상세한 설명의 구체적인 실시형태를 참조하여 보다 상세하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 압전 진동 스피커는, 진동 모드 동작시 잡음이 발생하는 것을 방지하거나 스피커 모드 동작시 잡 진동이 발생하는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 압전 진동 스피커의 진동과 소리를 개별적으로 출력할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 진동 스피커를 도시하는 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 압전 진동 스피커의 일 구성예를 설명하는 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 압전 스피커 모듈의 일 실시예를 도시하는 도면이다.
도 4는 도 1에 도시된 구동 신호 생성부의 일 실시예를 도시하는 블록도이다.
도 5는 도 1에 도시된 구동 신호 생성부의 다른 일 실시예를 도시하는 블록도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 진동 스피커의 제어 방법을 도시하는 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다.
그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 진동 스피커를 도시하는 블록도이다.
압전 진동 스피커(10)는 압전 스피커 모듈(100) 및 구동 신호 생성부(200)를 포함한다.
압전 스피커 모듈(100)은 구동 신호 생성부(200)에서 제공된 구동 신호에 따라 동작하여 진동 또는 소리를 제공할 수 있다. 또는 실시 형태에 따라, 진동 및 소리를 동시에 제공할 수도 있다.
구동 신호 생성부(200)는 압전 스피커 모듈(100)에 구동 신호를 제공할 수 있다.
압전 진동 스피커(10)는 설정 모드에 따라 동작할 수 있으며, 구동 신호 생성부(200)는 상기 설정 모드에 따라 구동 신호를 조절할 수 있다.
구동 신호 생성부(200)는 외부 기기-예를 들어, 압전 진동 스피커를 출력 장치로서 사용하는 전자 기기-로부터 설정 모드 정보를 수신하여, 상기 설정 모드를 확인할 수 있다.
구동 신호 생성부(200)는 상기 외부 기기로부터 음원 신호를 입력받고, 상기 음원 신호를 가공하여 상기 구동 신호를 생성할 수 있다.
설정 모드는 진동 모드 또는 스피커 모드를 포함할 수 있다. 진동 모드는 압전 스피커 모듈(100)을 통하여 진동만을 제공하는 모드이다. 스피커 모드는 압전 스피커 모듈(100)을 통하여 소리만을 발생하는 모드이다. 일 실시예에서, 설정 모드는 하이브리드 모드를 더 포함할 수 있다. 하이브리드 모드는 압전 스피커 모듈(100)을 통하여 진동 및 소리를 동시에 제공하는 모드이다.
예를 들어, 진동 모드는 이어폰을 사용하는 예에서 적용될 수 있다. 즉, 소리는 이어폰으로 출력되고, 휴대폰의 압전 진동 스피커는 진동만을 출력하는 경우가 그러하다.
한편, 스피커 모드는 진동 없이 스피커 출력만 적용하는 예에 적용될 수 있다.
하이브리드 모드는, 소리와 진동을 모두 사용하는 경우, 예컨대, 게임을 실행중이거나 햅틱 기능을 사용하는 경우에 적용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는, 각 설정 모드마다 다른 필터를 적용하여, 진동 모드에서 잡음의 발생을 방지하고, 스피커 모드에서는 소리에 의하여 진동이 유발되는 것을 방지할 수 있다.
이러한 구동 신호 생성부에 대해서는 도 3 내지 도 4를 참조하여 이하에서 보다 상세히 설명한다.
도 2는 도 1에 도시된 압전 진동 스피커의 일 구성예를 설명하는 도면이다.
도 2를 참조하면, 압전 스피커 모듈(100)은 압전 소자(110)와, 진동판(120)을 포함할 수 있다.
압전 소자(110)는 구동 신호를 입력받아 진동할 수 있다. 진동판(120)은 압전 소자(110)와 접촉하여 압전 소자(110)의 진동을 전달받아 진동할 수 있다.
일 실시예에서, 진동판(120)은 압전 진동 스피커(10)가 적용된 모바일 전자 기기의 액정 또는 케이스일 수 있다.
구동 신호 생성부(200)는 설정 모드 정보에 따라 필터를 결정하고, 음원 신호에 필터를 적용하여 구동 신호를 생성할 수 있다. 구동 신호 생성부(200)는 구동 신호를 압전 소자(110)에 제공할 수 있다. 일 예로 구동 신호는 한 쌍의 아날로그 싸인파 신호일 수 있고, 이들은 각각 압전 소자(110)의 양 단자에 입력될 수 있다.
구동 신호 생성부(200)는 프로세싱 유닛으로 구현될 수 있다. 실시예에 따라, 구동 신호 생성부(200)는 메모리나 저장장치를 더 포함할 수 있다. 프로세싱 유닛은, 예를 들어, 중앙처리장치(CPU), 그래픽처리장치(GPU), 마이크로프로세서, 주문형 반도체(Application Specific Integrated Circuit, ASIC), Field Programmable Gate Arrays(FPGA) 등을 포함할 수 있으며, 복수의 코어를 가질 수 있다. 메모리는 휘발성 메모리(예를 들어, RAM 등), 비휘발성 메모리(예를 들어, ROM, 플래시 메모리 등) 또는 이들의 조합일 수 있다.
도 3은 도 1에 도시된 압전 스피커 모듈의 일 실시예를 도시하는 도면으로서, 이하 도 3을 참조하여 압전 스피커 모듈(100)에 대하여 설명한다.
도 3를 참조하면, 상기 압전 스피커 모듈(100)은 압전 소자(110)와 진동판(120)을 포함할 수 있다.
압전 소자(110)는 제1 전극(113)과 제2 전극(114)을 포함할 수 있다. 상기 제1 전극(113)과 제2 전극(114)은 각각 제1 단자(115)와 제2 단자(116)에 연결되어 구동 신호를 입력받을 수 있다.
압전 소자(110)는 단층 또는 다층 레이어로 형성될 수 있다. 압전 소자(110)가 다층 레이어인 경우 제1 전극(113)과 제2 전극(114)은 압전 소자(110)의 각 레이어마다 형성된다.
제1 전극(113)과 제2 전극(114)은 각각 (+) 단자와 (-) 단자에 해당할 수 있으며, 백금(Pt), 티탄(Ti), 은(Ag) 중 적어도 하나로 형성될 수 있다.
제1 단자(115)와 제2 단자(116)는 구동 신호 생성부와 연결되어, 구동 신호를 입력받을 수 있다. 구동 신호는 상술한 바와 같이 한 쌍의 교류 신호일 수 있으며 각각 제1 단자(115)와 제2 단자(116)에 입력될 수 있다.
따라서, 압전 소자(110)의 제1 전극(113)과 제2 전극(114)에 각각 교류 전압이 인가되는 경우, 역압전 효과에 의하여 압전 소자(110)는 수축과 이완을 반복하게 된다. 이러한 수축과 이완의 반복에 따라 압전 소자(110)는 진동하게 되며, 진동판(120)은 압전 소자(110)에서 발생된 진동을 전달받아 진동하여 소리를 발생할 수 있다.
압전 소자(110)의 외부에는 코팅층(111, 112)이 형성될 수 있다. 코팅층(111, 112)은 압전 소자(110)을 진동판(120) 또는 외부 구조물과 접착시키고, 압전 소자(110)를 보호할 수 있다. 코팅층(111, 112)은 폴리우레탄(Polyurethane) 또는 기타 합성재료로 형성될 수 있다.
도 4는 도 1에 도시된 구동 신호 생성부의 일 실시예를 도시하는 블록도이다. 도 4에 도시된 구동 신호 생성부는 음원 신호로서 아날로그 음원 신호를 입력받는 예에 관한 것이다.
도 4를 참조하면, 구동 신호 생성부(200)는 스위치(210), 필터들(220 내지 240) 및 증폭기(260)를 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 구동 신호 생성부(200)는 보정기(250)를 더 포함할 수 있다.
스위치(210)는 아날로그 음원 신호를 입력받고, 이를 필터에게 제공할 수 있다. 스위치(210)는 설정 모드 정보에서 설정 모드를 확인하고, 설정 모드에 따라 아날로그 음원 신호를 제공할 필터를 선택할 수 있다.
예를 들어, 설정 모드가 설정 모드가 진동 모드이면, 스위치(210)는 아날로그 음원 신호를 로우 패스 필터(LPF)(230)에 제공할 수 있다. 다른 예로, 설정 모드가 스피커 모드이면, 스위치(210)는 아날로그 음원 신호를 하이 패스 필터(HPF)(240)에 제공할 수 있다.
이는, 음원 신호의 주파수는 대략 20Hz 내지 20KHz의 주파수대역을 가지는 반면, 휴대용 전자 기기에 적용되는 압전 소자의 공진점은 대략 100Hz 내지 300Hz의 대역폭을 가지기 때문이다.
따라서, 스피커 모드의 경우에는, 음원 신호에서 일정한 대역 이하(예를 들어, 300Hz 이하)의 주파수를 제거하여 압전 소자의 진동을 방지함으로써, 압전 스피커 모듈의 소리 출력에 의한 잡진동을 방지할 수 있다.
한편, 진동 모드 의 경우에는, 음원 신호에서 일정한 대역을 초과(예를 들어, 300Hz 초과)하는 주파수를 제거함으로써, 압전 스피커 모듈에 의하여 진동이 발생하더라도 이에 의하여 소리가 유발되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 설정 모드는 소리와 스피커를 모두 활용하는 하이브리드 모드를 포함할 수 있다. 하이브리드 모드는, 예를 들어, 핸드폰에서 진동과 사운드를 동시에 활용하는 게임 등과 같은 경우에 적용될 수 있다.
하이브리드 모드에서는 진동 및 사운드가 모두 적용되어야 하므로 필터를 적용하지 않는다. 다만, 스피커 모드나 진동 모드에서 필터에 의한 처리를 보상하기 위하여, 구동 신호 생성부(200)는 버퍼(220)를 포함할 수 있다. 따라서, 스위치(210)는 설정 모드가 하이브리드 모드이면, 아날로그 음원 정보를 버퍼(220)에 제공할 수 있다.
보정기(250)는 피에조 소자의 특성에 따라 입력받은 신호에 대한 보정 처리를 수행할 수 있다. 예를 들어, 보정기(250)는 이퀄라이저 일 수 있다.
증폭기(260)는 필터 또는 버퍼의 출력을 입력받고, 이를 증폭하여 구동 신호를 출력할 수 있다. 구동 신호는 한 쌍의 차동 신호일 수 있으며, 실시예에 따라, 증폭기(260)는 입력 신호를 증폭하는 제1 증폭기와, 입력 신호를 반전 증폭하는 제2 증폭기를 포함할 수 있다.
도 5는 도 1에 도시된 구동 신호 생성부의 다른 일 실시예를 도시하는 블록도이다. 도 5에 도시된 구동 신호 생성부는 음원 신호로서 디지털 음원 신호를 입력받는 예에 관한 것이다.
도 5를 참조하면, 구동 신호 생성부(201)는 스위치(211), 필터들(221 내지 241), 디지털 아날로그 변환기(DAC)(261) 및 증폭기(271)를 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 구동 신호 생성부(201)는 보정기(251)를 더 포함할 수 있다.
로우 패스 필터(231) 및 하이 패스 필터(241)는 디지털 필터 일 수 있다. 따라서, 본 일 실시예는 소형화된 디지털 필터를 사용할 수 있어 구동 신호 생성부(201)의 소형화가 가능하다. 버퍼(221) 또한 디지털 버퍼 일 수 있다.
디지털 아날로그 변환기(DAC)(261)는 버퍼(221), 로우 패스 필터(231) 및 하이 패스 필터(241)의 출력을 디지털 아날로그 변환하여 증폭기(271)에 제공할 수 있다.
스위치(211), 보정기(251) 및 증폭기(271)는 도 4에서 상술한 바로부터 쉽게 이해할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 진동 스피커의 제어 방법을 도시하는 순서도이다. 도 6에 도시된 압전 진동 스피커의 제어 방법은 도 1 내지 도 5를 참조하여 상술한 구동 신호 생성부에서 수행될 수 있다. 따라서, 상술한 설명을 참조하여 이하의 압전 진동 스피커의 제어 방법을 쉽게 이해할 수 있다.
도 1 및 도 6을 참조하면, 구동 신호 생성부(200)는 음원 신호를 입력받을 수 있다(S610).
구동 신호 생성부(200)는 압전 진동 스피커의 설정 모드를 확인할 수 있다(S620).
구동 신호 생성부(200)는 확인된 설정 모드에 따라, 음원 신호에 적용될 필터를 선택할 수 있다(S630).
일 실시예에서, 상기 설정 모드는 진동 모드를 포함할 수 있다. 구동 신호 생성부(200)는 설정 모드가 진동 모드이면, 필터로서 로우 패스 필터를 선택할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 설정 모드는 스피커 모드를 포함할 수 있다. 구동 신호 생성부(200)는 설정 모드가 스피커 모드이면, 필터로서 하이 패스 필터를 선택할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 설정 모드는 하이브리드 모드를 포함할 수 있다. 구동 신호 생성부(200)는 설정 모드가 하이브리드 모드이면, 소정의 필터링 없이, 음원 신호를 증폭하여 구동 신호를 생성할 수 있다.
구동 신호 생성부(200)는 선택된 필터를 음원 신호에 적용하여 압전 진동 스피커의 구동 신호를 생성할 수 있다(S640).
일 실시예에서, 구동 신호 생성부(200)는 선택된 필터를 음원 신호에 적용하고, 이와 같이 필터링된 음원 신호를 증폭하여 구동 신호를 생성할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고 후술하는 특허청구범위에 의해 한정되며, 본 발명의 구성은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 그 구성을 다양하게 변경 및 개조할 수 있다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 쉽게 알 수 있다.
10 : 압전 진동 스피커
100 : 압전 스피커 모듈
110 : 압전 소자
111, 112 : 코팅층
113 : 제1 전극
114 : 제2 전극
115 : 제1 단자
116 : 제2 단자
120 : 진동판
200 : 구동 신호 생성부
210, 211 : 스위치
220, 221 : 버퍼
230, 231 : 로우 패스 필터
240, 241 : 하이 패스 필터
250, 251 : 보정기
260, 271 : 증폭기
261 : 디지털 아날로그 변환기

Claims (15)

  1. 압전 소자를 포함하는 압전 스피커 모듈; 및
    상기 압전 소자에 구동 신호를 제공하고, 상기 압전 스피커 모듈의 설정 모드에 따라 상기 구동 신호를 조절하는 구동 신호 생성부;
    를 포함하는 압전 진동 스피커.
  2. 제1항에 있어서, 상기 구동 신호 생성부는
    입력받은 음원 신호에 필터를 적용하여 상기 구동 신호를 생성하는 압전 진동 스피커.
  3. 제2항에 있어서, 상기 구동 신호 생성부는
    상기 설정 모드에 따라 상기 음원 신호에 적용되는 상기 필터를 다르게 설정하는 압전 진동 스피커.
  4. 제2항에 있어서, 상기 설정 모드는
    진동 모드를 포함하고,
    상기 구동 신호 생성부는
    상기 설정 모드가 상기 진동 모드이면, 상기 음원 신호에 로우 패스 필터를 적용하는 압전 진동 스피커.
  5. 제2항에 있어서, 상기 설정 모드는
    스피커 모드를 포함하고,
    상기 구동 신호 생성부는
    상기 설정 모드가 상기 스피커 모드이면, 상기 음원 신호에 하이 패스 필터를 적용하는 압전 진동 스피커.
  6. 제1항에 있어서, 상기 설정 모드는
    하이브리드 모드를 포함하고,
    상기 구동 신호 생성부는
    상기 설정 모드가 하이브리드 모드이면, 음원 신호에 필터를 적용하지 않고 상기 구동 신호를 생성하는 압전 진동 스피커.
  7. 제1항에 있어서, 상기 구동 신호 생성부는
    버퍼;
    로우 패스 필터;
    하이 패스 필터;
    입력받은 음원 신호를 상기 버퍼, 상기 로우 패스 필터 및 상기 하이 패스 필터 중 어느 하나에 제공하는 스위치; 및
    상기 버퍼, 상기 로우 패스 필터 및 상기 하이 패스 필터의 출력을 증폭하는 증폭기;
    를 포함하는 압전 진동 스피커.
  8. 제7항에 있어서, 상기 음원 신호는
    디지털 음원 신호이고,
    상기 구동 신호 생성부는
    상기 버퍼, 상기 로우 패스 필터 및 상기 하이 패스 필터의 출력을 디지털 아날로그 변환하여 상기 증폭기에 제공하는 디지털 아날로그 변환기;
    를 더 포함하는 압전 진동 스피커.
  9. 제1항에 있어서, 상기 압전 스피커 모듈은
    상기 압전 소자와 접촉되고, 상기 압전 소자에서 발생한 진동에 의하여 소리를 발생시키는 진동판;
    을 더 포함하는 압전 진동 스피커.
  10. 제9항에 있어서, 상기 진동판은
    상기 압전 진동 스피커가 적용된 모바일 전자 기기의 액정 또는 케이스인 압전 진동 스피커.
  11. 음원 신호를 입력받는 단계;
    압전 진동 스피커의 설정 모드를 확인하는 단계;
    확인된 상기 설정 모드에 따라, 상기 음원 신호에 적용될 필터를 선택하는 단계; 및
    선택된 필터를 상기 음원 신호에 적용하여 상기 압전 진동 스피커의 구동 신호를 생성하는 단계;
    를 포함하는 압전 진동 스피커의 제어 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 설정 모드는
    진동 모드를 포함하고,
    상기 필터를 선택하는 단계는
    상기 설정 모드가 상기 진동 모드이면, 상기 음원 신호에 적용될 필터로서 로우 패스 필터를 선택하는 단계;
    를 포함하는 압전 진동 스피커의 제어 방법.
  13. 제11항에 있어서, 상기 설정 모드는
    스피커 모드를 포함하고,
    상기 필터를 선택하는 단계는
    상기 설정 모드가 상기 스피커 모드이면, 상기 음원 신호에 적용될 필터로서 하이 패스 필터를 선택하는 단계;
    를 포함하는 압전 진동 스피커의 제어 방법.
  14. 제11항에 있어서, 상기 설정 모드는
    하이브리드 모드를 포함하고,
    상기 압전 진동 스피커의 제어 방법은
    상기 설정 모드가 하이브리드 모드이면, 상기 음원 신호를 증폭하여 상기 구동 신호를 생성하는 단계;
    를 포함하는 압전 진동 스피커의 제어 방법.
  15. 제11항에 있어서, 상기 압전 진동 스피커의 구동 신호를 생성하는 단계는
    선택된 필터를 상기 음원 신호에 적용하는 단계;
    필터링된 음원 신호를 증폭하여 상기 구동 신호를 생성하는 단계;
    를 포함하는 압전 진동 스피커의 제어 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US11205062B2 (en) 2019-03-11 2021-12-21 Samsung Display Co., Ltd. Display device and method of driving the same

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