KR20190087581A - 라우드스피커 다이어프램 - Google Patents

Abstract

직포 섬유체를 포함하는 라우드스피커 다이어프램(12)이 후향 표면(24) 상에 댐핑 재료 (25), 예를 들어 PVA 중합체를 지지한다. 직포 섬유체는 얇은 금속 코팅(32)으로 코팅된 비-금속성 섬유 재료(예를 들어 유리 섬유)의 가닥들(14)로 형성될 수 있다. 댐핑 재료(25)의 층의 질량은 직포 섬유체의 질량보다 상당히 더 클 수 있다. 원치 않는 진동을 댐핑하면서도 평평한 주파수-응답 곡선(50)을 제공하는 매력적인 반짝이는 것으로 보이는 라우드스피커 다이어프램(12)이 따라서 제공될 수 있다.

Description

라우드스피커 다이어프램

본 발명은 라우드스피커 다이어프램(loudspeaker diaphragm)과 그런 다이어프램을 제조하는 방법에 관한 것이다. 더 상세하지만 배타적이 아닌 것으로, 본 발명은 댐핑 재료를 지지하는 직포 섬유체(woven fibre body)를 포함하는 라우드스피커 다이어프램에 관한 것이다. 본 발명은 라우드스피커 구동 유닛과 라우드스피커 인클로저에 또한 관한 것이다.

GB 1 491 080(B&W 라우드스피커스 리미티드 - 또는 "B & W")은 개방형 메시 직포 섬유 재료, 예를 들어 Kevlar®로 만들어져서, 공간들이 인접한 섬유들 사이에 남겨진 열경화성 수지로 보강된 라우드스피커 다이어프램을 개시한다. 그 공간들은 댐핑 재료, 이를테면 PVA(폴리비닐-아세테이트) 에멀션으로 부분적으로 채워진다. 패브릭의 실들 사이의 그 공간들은 PVA 에멀션과 직포 섬유 재료 사이의 양호한 결합을 가능하게 한다. UK 컴퍼니, 바워스&윌킨스("B&W" - www.bowers-wilkins.co.uk 참조)는 직포 케블라® 패브릭으로 만들어지며, 수지로 보강되고 PVA로 코팅된 라우드스피커 다이어프램을 포함하는 중간-범위 구동 유닛을 상업화하였다. PVA 재료는 직포 섬유 재료 상에 하나 이상의 층들로 브러싱(brushing)되며, 통상적으로 PVA 재료는 라우드스피커 다이어프램의 총 질량의 약 10% 내지 15%를 형성하게 된다. 그 결과물은 반-가요성 콘(semi-flexible cone)(이하, "B&W의 케블라 콘")인데, 이는 이제 더 상세히 설명될 바와 같이(아직 추가의 세부사항은 http://www.bowers-wilkins.com/Discover/Discover/Technologies/Kevlar.html에서 입수 가능함) 유용한 브레이크-업 행동, 적은 컬러레이션, 및 방출된 사운드의 더욱 고른 분산을 나타낸다.

라우드스피커 다이어프램의 계속되는 진동은, 인가된 입력 신호와는 독립적으로, "타임-스미어링(time-smearing)" - 컬러레이션의 형태 - 과 주어진 입력 신호에 응답하여 생성된 사운드의 명료성과 입력 신호로부터의 사운드의 정확한 재생의 결과적인 감손으로 이어질 수 있다. PVA 재료는 댐핑을 제공하지만, B&W의 케블라 콘의 비-등방성 성질들은 중요한 것으로 언급되며: 직포될 때, B&W의 케블라 콘의 기계적 특성들은 섬유들의 방향의 각도에 상이하게 의존한다. 음파들은 이동 방향에 의존하여 상이한 시간으로 콘의 재료를 통해 이동한다. 이와 같이, B&W의 케블라 콘의 몸체를 가로질러 이동하는 음파들의 반사들은, 콘의 에지 주위에서 상이한 시간들에 일어나, 음파들의 덜 대칭적 패턴과, 정상파들의 형성으로부터의 사운드에 대한 충격의 감소로 이어진다. 그렇지 않았더라면 콘에 의해 방사되고 있는 지연된 에너지로부터 초래되었을 것보다 더 적은 사운드가 청취자에 의해 청취된다. 그 결과, 원치 않는 "타임-스미어링" 잡음은 적다. 따라서 콘은 상당히 더 또렷한 그리고 더 미세한 디테일을 전달할 수 있는 방출된 사운드들을 생성한다. 사운드 재생의 품질에 대한 제어를 제공하는 것으로 언급되는 설계 세부사항들은 직법(weave)의 유형, 콘 기하구조, 그리고 보강 수지들 및 댐핑 재료들의 유형의 선택을 포함한다.

B&W의 케블라 콘은 B&W의 라우드스피커들에서 공급되는 중간-범위 구동 유닛들에서 널리 사용되고 있는 많은 B&W의 제품들에서 사용된다(www.bowers-wilkins.eu/Speakers/Theatre_Solutions/FPM_VM_Series/Technologies.html 참조). 케블라는 위에서 언급된 유익한 성질들뿐만 아니라 매력적이고 독특한 외관도 편리하게 가지며, 이는 케블라가 라우드스피커 구동-유닛의 다이어프램의 전향(forward-facing) 사운드-방출 표면으로서 사용하기에 적합하게 한다. 그러나 그것은 값비싼 재료이고 유사하거나 또는 더 나은 음향 성능을 제공하는 방식으로 채택될 수 있는 대체 재료를 사용하는 것이 유용할 것이다. 그런 재료가 요구된 기술적 특성들을 만족시키고 기술적 성능을 충족시킬 뿐만 아니라 하이-파이 콘텍스트 내에서의 사용에 적합한 외형 또한 가지는 것이 또한 유익할 것이다.

본 발명은 위에서 언급된 문제들 중 하나 이상을 완화시키는 것을 추구한다. 대안적으로 또는 부가적으로, 본 발명은 개선된 라우드스피커 다이어프램을 제공하는 것을 추구한다. 대안적으로 또는 부가적으로, 본 발명은 위에서 설명된 바와 같은 B&W의 케블라 콘에 대한 대안에게 실질적으로 동일한 또는 더 나은 음향 성능을 제공하는 것을 추구한다.

본 발명은 전향 사운드-방사 표면과 다이어프램의 모양을 바람직하게 형성하는 댐핑 재료를 지지하는 후향(rearward-facing) 표면을 갖는 직포 섬유체를 포함하는 라우드스피커 다이어프램을 제공한다. 본 발명의 하나의 중요하지만 반드시 필수적인 것은 아닌 양태에 따르면, 직포 섬유체는 금속 코팅된 비-금속성 섬유 재료, 바람직하게는 광으로 조명될 때, 자연광이든 또는 상이한 소스로부터의 광이든 간에, 다이어프램이, 예를 들어 육안으로 보았을 때 감지되는 바와 같이 반짝이는 외관을 갖는 것으로 보이는 것으로 형성된다.

값이 비싸고 제시될 수 있는 방식에 제약을 가지는 케블라(특히 케블라의 자연 색이 크림-노란색임을 염두에 둘 때)를 사용할 필요가 없다는 잠재적 이점과 함께, 더 낫지는 않다 하더라도 B&W의 케블라 콘만큼 성능을 갖는 그런 금속-코팅된 비-금속성 섬유 재료로 라우드스피커 다이어프램을 제조하는 것이 가능하다. 본 발명은 종래 기술의 케블라 섬유 콘들에 대한 대안을 제공하는 이점을 가질 뿐만 아니라, 특히 독특하고 매력적인 외관을 갖는 라우드스피커 다이어프램을 제공한다. 직포 섬유체를 형성하기 위해 직조되는 섬유의 가닥(length)들은 다이어프램의 표면이 로컬 레벨에서(예를 들어 마이크로미터 내지 밀리미터 스케일에서) 매끄럽지 않은 기하구조를 가지도록 서로 들고나는 식으로(in and out of each other) 직조된다. 매끄럽지 않은 기하구조는 (다이어프램의 축 또는 전향 방향을 기준으로) 주어진 입사각으로 수광되는 입사 광을 다이어프램 상의 비교적 가까운 로케이션들 사이에서와 같이 상당히 상이한 방향들로 금속-코팅이 반사할 것임을 의미한다. 외부 금속성 표면은, 예를 들어 그 표면이 매트-유사 외관에 더 가까운 것이 아니라 거울-유사 외관을 가지도록 주로 경면 반사 표면인 것이 바람직하다. 따라서, 광으로 조명될 때, 자연광이든 또는 상이한 소스로부터의 광이든 간에, 다이어프램은 매력적인 반짝임을 가지거나 또는 그렇지 않으면 비정상적으로 두드러지는 외관을 가질 수 있다. 더구나, 댐핑 재료는 비매력적인 외관, 및/또는 시간이 지남에 따라 변색하는 잠재력을 가질 수 있을 것이다. 반짝이고 시각적으로 두드러진 전향 표면을 갖는 라우드스피커 다이어프램의 사용은 추가의 차폐 이점을 가지거나, 또는 그렇지 않았더라면 더욱 눈에 띌 수도 있는 댐핑 재료의 아마도 비매력적인 외관으로부터의 적어도 주의분산을 제공할 수 있다. 본 발명의 다른 양태들에서, 직포 섬유체는 금속-코팅된 비-금속성 섬유 재료의 형태가 아닌 재료로 형성될 수 있으면서도, 여전히 이점들을 제공할 수 있다.

본 발명의 다른 중요하지만 반드시 필수적이지는 않은 양태에 따르면, 댐핑 재료의 층의 질량은 직포 섬유체의 질량보다 25% 이상 더 크다. 놀랍게도, 댐핑 재료 층의 질량 대 직포 섬유체의 질량의 상대적으로 높은 비율을 갖는 것이 본 발명의 실시예들에서 개선된 음향 성능을 제공할 수 있다는 것이 발견되었다. 본 발명의 실시예에서, 6 인치 구동 유닛에 관해, 직포 섬유체의 질량과 댐핑 재료의 질량은 각각 3 그램과 5 그램일 것이다. 비교를 통해, (종래 기술의) 6 인치 B&W의 케블라 콘의 직포 섬유체의 질량과 댐핑 재료의 질량은 각각 6 그램과 1 그램일 것이다. B&W의 케블라 콘은 따라서, 댐핑 재료는 구조가 아니라 댐핑을 제공하기 위해 추가되어, 특정한 최소 레벨의 강성도와 직포 섬유체에 의한 구조적 지지를 가진다. 본 발명의 이 양태의 실시예들에서, 댐핑 재료의 성질들은 물리적 구조에서 훨씬 더 큰 역할을 담당하고 직포 섬유체를 갖는 다이어프램의 음향 성능은 더 작은 역할을 담당한다. 본 발명의 직포 섬유체의 주요 역할일 수 있는 하나의 역할은, 다이어프램의 벌크를 형성하는 댐핑 재료를 지지하는 기판, 또는 골격 구조로서 역할을 하는 것일 수 있다. 직포 섬유체의 보조 역할일 수 있는 하나의 역할은 미적으로 만족스러운 전향 표면을 제공하는 것일 수 있다.

위에서 언급된 바와 같이, 비교적 대량의 댐핑 재료를 갖는 것과, (상대적으로 얇은 층의 댐핑 재료만을 지지하는 후향 표면을 갖는 직포 섬유체를 갖는) B&W의 케블라 콘 설계의 맥락에서 지금까지 제안된 것보다 훨씬 더 큰 것을 갖는 것이 놀랍게도 유익할 수 있다는 것이 발견되었다. 댐핑 재료의 층의 질량은 직포 섬유체의 질량보다 50% 이상 더 클 수 있다. 댐핑 재료의 층은 직포 섬유체보다 적어도 두 배 더 커도 좋다. 댐핑 재료의 층의 질량은 예를 들어 100 내지 500 g/㎡의 범위에 있을 수 있다. 직포 섬유체의 질량은 댐핑 재료 층의 질량의 25%와 80%의 질량 사이에 있을 수 있다.

댐핑 재료 층의 두께는 직포 섬유체의 두께보다 더 두꺼워도 좋다. 댐핑 재료 층의 두께는 예를 들어 0.2 mm보다 더 클 수 있다. 댐핑 재료 층의 두께는 0.5 mm 미만일 수 있다.

직포 섬유체는 다이어프램의 전향 사운드-방사 표면을 형성하여도 좋다. 댐핑 재료의 층은 다이어프램의 후향 표면을 형성하여도 좋다. 따라서, 다이어프램이 샌드위치 구조의 형태로 있었던 경우와 같이 다이어프램의 후향 표면 상에 직포 섬유체가 없어도 좋다.

댐핑 층은 단일 구조라도 좋다. 댐핑 층은 균일한 조성을 갖는 모놀리식 구조라도 좋다. 따라서, 댐핑 층은 자신의 구조 내에 섬유 재료가 적고, 바람직하게는 없도록 되어도 좋다.

위에서 언급된 바와 같이, 특정한 실시예들에서, 직포 섬유체는 비-금속성 섬유 재료로 이루어져도 좋다. 직포 섬유체는 금속-코팅된 섬유들로 형성되어도 좋다. 직포 섬유체가 금속-코팅된 섬유들로 형성되는 경우 금속-코팅의 두께는 10 미크론 미만의 두께일 수 있다. 금속-코팅은 1 마이크론 미만의 두께라도 좋다.

직포 섬유체는 섬유들과 수지, 예를 들어, 경화된 수지 매트릭스 내에 (적어도 부분적으로) 통합되는 수지들을 포함할 수 있다. 그 수지는 페놀 수지일 수 있다. 그 수지는 직포 섬유체의 강성도에 기여할 수 있다. 그 수지는 따라서 보강 수지의 형태일 수 있다. 섬유체와 수지는 복합 재료 구조의 형태일 수 있다.

직포 섬유체가 적어도 부분적으로 금속성인 섬유들로 형성되는 경우, 금속성 부분들은 래커(lacquer) 층에 의해 보호될 수 있다. 래커 층이 직포 섬유 재료의 강성도에 기여할 수 있다. 섬유 재료가 래커 외에도 보강 수지의 사용으로 또한 보강될 때, 직포 섬유 재료의 단위넓이 당 적은 보강 수지를 사용하는 것이 가능할 수 있다. 래커는 바람직하게는 반투명이고, 컬러적으로 클리어, 예를 들어 실질적으로 투명할 수 있다. 수지의 단위넓이 당 질량은 래커의 단위넓이 당 질량보다 5배 이하만큼 더 커도 좋다. 수지 및 래커의 단위넓이 당 질량은 함께 20 내지 60 g/㎡의 범위에 있을 수 있다.

다이어프램은 형상이 편평할 수 있다. 다이어프램은 일반적으로 원뿔-형상을 가질 수 있다. 다이어프램은 적어도 약 50mm의 직경을 가질 수 있다. 다이어프램 약 200mm를 초과하지 않는 직경을 가질 수 있다.

직포 섬유체는 유리 섬유 재료로 형성될 수 있다. 유리 섬유는 쉽사리 입수 가능하고 상대적으로 저렴하지만 통상적으로 투명하며, 따라서 광이 직포 섬유 재료의 일측에서부터 유리를 통해 타측으로 투과되는 것을 허용한다. 직포 섬유체의 후향 표면 상의 댐핑 재료로의 및/또는 그 댐핑 재료로부터의 광 전달을 하는 것이 불리할 수 있고, 이러한 경우들에서 유리 섬유는 최상의 재료 선택을 나타내지는 않는 것으로 인식될 것이다. 그러나, 이러한 유리 섬유 재료가 위에서 제안된 금속 코팅에 의해 제공되는 것과 같은 불투명한 코팅으로 코팅되면, 이러한 잠재적 단점들은 감소되거나 또는 극복될 수 있다.

직포 섬유체는 비교적 규칙적인 직조를 가질 수 있다. 예를 들어 단위넓이 당 실 발의 밀도는 다이어프램의 표면 전체에 걸쳐 실질적으로 일정할 수 있다. 재료의 다른 이러한 가닥들과 서로 들고나는 식으로 직조되는 단일 재료 발을 함께 형성하는 섬유들의 컬렉션은 자체가 이 맥락에서 단일 실로서 간주될 수 있다.

다이어프램의 섬유체의 직포 성질은 재료의 가닥들이 그 섬유체를 형성하기 위해 서로 들고나는 식으로 직포되도록 될 수 있다. 재료의 인접한 가닥들 사이에 갭들이 있을 수 있다. 직포 섬유체는 이러한 갭들의 어레이를 정의할 수 있다. 갭들의 어레이는 비교적 복잡한 3차원 기하구조를 통상적으로 가질 것이고 규칙적인 어레이가 통상적으로 아닐 것임이 이해될 것이다. 인접한 섬유들의 다른 쌍을 가로 지르는 인접한 섬유의 쌍에 의해 통상적으로 형성되는 각각의 갭은, 적어도 50 미크론, 그리고 바람직하게는 적어도 100 미크론인 최대 치수를 가질 수 있다. 댐핑 재료는 그렇게 정의되는 갭들의 실질적으로 모두를 채워도 좋다.

댐핑 재료는 1kHz와 8kHz 사이의 주파수에서 적어도 0.25의 기계적 손실 팩터를 가질 수 있다. 예를 들어, 댐핑 재료 3kHz와 6kHz 사이의 주파수에서 적어도 0.5의 기계적 손실 팩터를 가질 수 있다. 손실 팩터는 다이어프램의 동작 주파수들의 범위 내의 주파수에서 0.75보다 클 수 있다. 그런 댐핑 재료는 다이어프램의 진동이 그렇지 않으면 브레이크 업을 (즉, 단순한 피스톤-유사 행동으로부터 벗어나는 것을) 시작할 주파수들에서 특히 강한 댐핑을 제공할 것이다. 댐핑 재료는 엘라스토머(elastomeric) 재료일 수 있다. 댐핑 재료는 합성 수지의 형태일 수 있다. 댐핑 재료는 적합한 중합체의 형태일 수 있다. 비닐 중합체가 적합할 수 있다. 댐핑 재료는 고도로 댐핑된 중합체 재료, 이를테면 PVA(폴리비닐 아세테이트) 재료일 수 있다. 시간이 지남에 따른 이러한 재료들의 변색은 하이-파이 라우드스피커 다이어프램들에서의 그것들의 사용이 정상적인 사용에서 가시적이지 않은 영역들로 일반적으로 제한될 것임을 의미한다. 그러므로 댐핑 재료가 금속-코팅된 섬유 재료 체에 의해 보통 마스킹되거나, 숨겨지거나 또는 그렇지 않으면 위장되는 본 발명의 실시예들이 있을 수 있다.

댐핑 재료의 두께는 그 댐핑 재료가 지지되는 후향 표면의 실질적으로 전체 범위는 아닌 대부분에 걸쳐 실질적으로 일정해도 좋다. 섬유들의 직포 성질과 직포에서의 임의의 갭들로부터 초래되는 두께에서의 작은 변화들은 이 맥락에서 무시되는데, 그것이 관련 있는 다이어프램의 거시적 형상에 관하여 보여진 댐핑 층의 두께이(고 따라서 섬유들의 직포 성질에 의해 기여되는 다이어프램의 기하구조에서의 변화를 무시하는/매끄럽게 하는 것이)기 때문이라는 것이 이해될 것이다. 댐핑 재료의 두께는 그러나 특정한 로케이션들에서, 예를 들어 브레이크업이 관찰되는 진동의 노드들/마디선들의 지역들에서 또는 그러한 지역들 내에서 더 두꺼운 것으로 선택될 수 있다. 따라서, 댐핑 재료의 (평균) 애버리지 두께가 후향 표면과 댐핑 재료 사이의 상이한 접촉 영역에서의 댐핑 재료의 (평균) 애버리지 두께보다 10% 이상 더 큰 (또한 접촉의 총 면적의 10%보다 큰 것을 나타냄) 후향 표면과 댐핑 재료 사이의 접촉 지역의 10%를 초과하는 면적을 나타내는 영역이 있어도 좋다. 댐핑 재료의 두께는 다이어프램의 직경의 적어도 5%에 걸쳐 방사 방향으로 거리를 증가시킴에 따라 단조적으로 가변해도 좋다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 예를 들어, 본 명세서에서 설명되거나 또는 청구되는 라우드스피커 다이어프램으로서의 사용을 위해 라우드스피커 다이어프램을 제조하는 방법이 또한 제공된다. 그런 방법은 스피닝하도록 초래될 수 있는, 직포 섬유체에 액체 댐핑 재료를 도포하는 단계를 포함할 수 있다. 직포 섬유체를 스피닝하는 것은 액체 댐핑 재료의 고른 도포를 촉진함에 있어서 도움이 될 수 있다. 후향 표면 상에 액체 댐핑 재료를 (예를 들어 나선 패턴으로) 처음 퇴적할 때 직포 섬유체는 비교적 낮은 각속력, 예를 들어 100rpm 미만에서 스피닝될 수 있다. 후향 표면 상의 액체 댐핑 재료의 고른 도포를 촉진하기 위해 직포 섬유체를 후속하여 스피닝할 때 직포 섬유체는 비교적 높은 각속력에서, 예를 들어 약 100 rpm과 1000 rpm 사이의 속력에서) 스피닝될 수 있다. 직포 섬유체는 상대적으로 높은 각속력에서 스피닝하는 단계 동안 500을 초과하는 rpm으로 스피닝될 수 있다. 상대적으로 높은 각속력에서 스피닝하는 공정은 약 100 rpm과 500rpm 사이의 제1 속력에서 스피닝하는 제1 단계와 그 다음에 제1 각속력보다 50% 이상 더 빠르고 바람직하게는 500rpm 보다 높은 제2 각속력에서 스피닝하는 제2 단계를 포함할 수 있다.

댐핑 재료가 액체 재료로부터 고체(비-유동) 재료로 변환하도록 댐핑 재료를 경화시키는 단계가 있을 수 있다. 액체 댐핑 재료는 에멀션, 예를 들어 워터-기반 에멀션의 형태로 도포될 수 있다. 댐핑 재료를 경화시키는 단계는 섭씨 100 도 미만의 온도에서 수행될 수 있다. 상대적으로 낮은 온도에서의 경화는 댐핑 재료가 물(water), 이를테면 PVA 재료의 물-기반 에멀션을 포함할 때 중요할 수 있다. PVA 층이 섭씨 40도와 80도 사이에서 경화될 수 있다.

그 방법은 비-금속성 섬유 재료로 형성되는 직포 섬유체를 갖는 라우드스피커 다이어프램을 생산하기 위해 수행될 수 있다. 라우드스피커 다이어프램을 제조하는 방법은, 예를 들어, 직포 섬유체의 비-금속성 섬유 재료에 금속 코팅을 도포하는 단계를 포함할 수 있다. 금속 코팅을 도포하는 단계는 기상 증착 법에 의해 수행될 수 있다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 본 명세서에서 청구되거나 또는 설명되는 바와 같은 본 발명의 임의의 양태에 따른 다이어프램을 포함하는 라우드스피커 구동 유닛이 또한 제공되고 있다. 그런 라우드스피커 구동 유닛은 하이-파이 라우드스피커를 위한 중간범위 구동 유닛으로서의 사용을 위해 구성될 수 있다. 라우드스피커 구동 유닛은 20Hz의 주파수를 포함하는 주파수들의 대역 상의 동작 범위를 가질 수 있다. 라우드스피커 구동 유닛은 적어도 6kHz만큼 높이, 그리고 아마도 적어도 8kHz만큼 높이 확장하는 주파수들의 대역 상의 동작 범위를 가질 수 있다. 예를 들어, 그 동작 범위는 200 Hz 내지 5kHz를 포함할 수 있다. 라우드스피커 구동 유닛의 다이어프램이 80mm 미만의 직경을 가질 때 드라이브 유닛은 적어도 10kHz만큼의 높이, 그리고 아마도 적어도 15kHz만큼의 높이로 확장하는 주파수들의 대역 상의 동작 범위를 가져도 좋다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 본 명세서에서 청구되거나 또는 설명되는 바와 같은 본 발명의 임의의 양태에 따른 라우드스피커 구동 유닛을 포함하는 라우드스피커 인클로저가 또한 제공되고 있다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 예를 들어, 본 명세서에서 설명되거나 또는 청구되는 라우드스피커 다이어프램으로서의 사용을 위해 라우드스피커 다이어프램을 제조하는 방법이 또한 제공된다. 이러한 방법은 유리 섬유 직조 및 댐핑 재료를 갖는 복합 구조물을 사용하여 라우드스피커 다이어프램을 제작하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 유리 섬유 직조는 EO823을 포함할 수 있고, 댐핑 재료는 PVA와 같은 중합체를 포함할 수 있다. 유리 섬유 직조는 5 또는 6 인치 직경의 라우드스피커 다이어프램에 대해 1 kHz까지의 강성 피스톤으로서 거동할 수 있다. 이 주파수를 초과하면, 라우드스피커 다이어프램은 기계적 공명을 나타낼 수 있다. 일부 실시예들에서, 라우드스피커 다이어프램에서의 물질 질량비는 25-40%의 유리 섬유 직조 및 60-75%의 PVA일 수 있다. 복합 구조물의 강성은 기계적 공명의 음향 방사를 최소화하도록 선택될 수 있다는 것을 주목한다.

일부 실시예들에서, 유리 섬유 직조는 유리, 케블라, 석영 섬유, 및 직조 탄소 섬유 복합체 중 하나 이상으로 대체되거나 그에 의해 보충된다. 더욱이, 일부 실시예들에서 댐핑 재료는 PVA(및 보다 일반적으로 중합체) 및 마이크로스피어(microsphere)의 복합체를 포함한다. 예를 들어, 마이크로스피어는 유리, 세라믹, 다이아몬드, 다이아몬드 SP3, 알루미늄 산화물, 및 붕소 탄화물 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 복합 댐핑 재료는 35-55%의 PVA 대 45-65%의 마이크로스피어의 부피비를 포함할 수 있다. 또한, 마이크로스피어는 20 내지 60㎛의 직경을 가질 수 있다. PVA와 마이크로스피어의 복합체의 부피 밀도는 0.6 내지 0.8이고, 두께는 0.2 내지 0.4 mm이고, 변형 동안 PVA에서의 전단 및 인장 트레인(shear and tensile train)의 혼합물을 낳을 수 있음을 주목한다. 추가로, PVA 및 마이크로스피어의 복합체는 PVA 에멀션을 마이크로스피어와 혼합한 다음, 혼합물을 기판 상에 브러싱 또는 분무함으로써 제작될 수 있다. PVA 및 마이크로스피어의 복합체는 -50 dB 미만, 예컨대 -60 dB인 제3 고조파 왜곡을 가질 수 있다.

본 발명의 하나의 양태에 관하여 설명되는 특징들은 본 발명의 다른 양태들 속에 통합될 수 있다는 것이 물론 이해될 것이다. 예를 들어, 본 발명의 방법은 본 발명의 장치를 참조하여 설명되는 특징들 중 임의의 것을 포함할 수 있고 반대의 경우도 마찬가지이다.

본 발명의 실시예들이 첨부된 개략적인 도면들에 관해서만 예로서 이제 설명될 것인데, 도면들 중:
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 직포 섬유 콘을 포함하는 라우드스피커 인클로저의 사시도이며;
도 2는 도 1의 직포 섬유 콘의 섬유들의 방향들을 도시하며;
도 3은 도 1의 콘의 측면도를 도시하며;
도 4는 도 1의 직포 섬유 콘의 부분의 클로즈-업 뷰를 포함하며;
도 5는 도 4에서 라인 A-A에 의해 표현된 평면을 가로질러 취해진 도 4에 도시된 직포 섬유 콘의 부분의 단면도이며;
도 6은 도 5의 재료 중 한 발의 재료의 클로즈 업 단면도이며;
도 7 및 도 8은 도 1의 라우드스피커의 음향 성능과 종래 기술의 비교 가능한 라우드스피커를 비교하는 주파수 응답 곡선들을 도시하며; 그리고
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 제조 방법을 예시하는 흐름도이다.

도 1은 일반적으로 입방 캐비닛(4)의 형태로 하이-파이 라우드스피커 인클로저(2)를 도시한다. 캐비닛(4)은 중간-범위/베이스 구동 유닛(6)과, 트위터(8)를 수용한다. 그 라우드스피커는 전향 포트(10)에 의해 통기된다. 구동 유닛(6)은 (도 1에 도시된 바와 같이) 전면에 보이는 바와 같은 일반적으로 오목한 형상을 갖는 콘 형상 다이어프램(12)을 포함한다. 그 다이어프램은 약 150mm의 직경(6 인치 구동 유닛)을 가지고 20 Hz부터 6kHz/까지의 범위의 주파수들을 통해 동작한다. 그 다이어프램은 콘 전면 및 측면도로서 각각 도시되는 도 2 및 도 3에서 개략적으로 도시된 바와 같이 직포 섬유 콘으로 형성된다. 따라서, 직포 매트를 형성하기 위해, 자신에 대해 횡단하여 계속되는 다른 대응하는 인접한 섬유 가닥들과 서로 들고나는 식으로 직조되는 대략 서로 평행하게 계속되는 인접한 섬유 가닥들(14)이 있다. 섬유 재료의 가닥들(14)은 다이어프램의 원하는 (오목한) 원뿔 모양을 정의하기 위하여 만곡되고 서로 상이한 각도들로 교차한다. 다이어프램(12)은 전향 사운드-방사 표면과 댐핑 재료를 지지하는 후향 표면을 정의한다. 도 2는 다이어프램(12)의 섬유들의 가닥들이 가지는 비선형 형상을 예시하는 섬유의 가닥들(14) 중 일부만을 길이방향으로 연장하여 도시한다.

원뿔-형상 다이어프램(12)의 일반적으로 오목한 모양은 중앙 축(12a) 주위로 360도 연장하는 벽에 의해 형성되며, 그 벽(16)은 단면으로 보았을 때 완만하게 만곡하는 볼록한 형상을 갖는다는 것을 도 3으로부터 알 수 있을 것이다. 도 3은 다이어프램의 전향 사운드-방사(22) (또한 도 1에서 도시된 바와 같음) 표면과 후향 표면(24)을 또한 도시한다.

도 4는 콘(12)과 그것의 한 부분의 확대된 뷰(18)를 도시한다. 도 4로부터 알 수 있는 바와 같이, 섬유의 각각의 가닥들(14)은 주어진 방향으로 계속되는 인접한 일반적인-평행한 섬유 가닥들(14) 사이에 공간들(20)이 있도록 비교적 개방 직조로 함께 직조된다. 도 5는 섬유 재료의 세 개의 평행한 가닥들(14)을 단면으로 고도로 개략적으로 도시하며, 그 단면은 도 4에 도시된 바와 같은 라인 A-A를 따라 취해진다. 전향 사운드-방사(22) 표면은 도 5의 상단인 한편 후향 표면(24)은 도 5의 하단이다. 직포 유리 섬유 재료의 층은 약 0.2mm 내지 0.3mm의 두께(T_f)를 가진다. 다이어프램의 후향 표면(24)은, 직조된 섬유 가닥들(14) 사이의 공간들(20)을 채우는 댐핑 재료 층(25)을 지지한다. 댐핑 재료는 경화된 PVA 중합체의 형태이고 약 240 g/㎡의 질량을 가진다. 그것은 약 0.2mm 내지 0.3mm인 유리 섬유 층의 두께 T_f와는 매우 상이하지 않은 평균 두께(T_d)를 가진다. 경화된 PVA 층(25)은 섬유 재료의 가닥들(14) 사이의 갭들(20)을 채우고 따라서 밀봉제로서 역할을 한다(콘은 그러한 PVA층 없이 다공성일 수 있다).

섬유 재료의 개개의 발(14)이 도 6에서 단면으로 도시된다. 섬유 재료의 발은 실(28)을 형성하기 위해 평행하게 배열된 (도 6에서 개별적으로 도시되지 않은) 개개의 유리 섬유들(26)의 컬렉션을 포함한다. 직포 유리 섬유들은 (건조할 때) 약 120 g/㎡의 질량 밀도를 갖는 개방형 직포를 가진다.

섬유들의 가닥들(14) 사이의 갭들(20)은 약 400 내지 500 ㎛의 폭을 가진다. 실(28)을 형성하는 섬유들(26)은, 외부 표면 상에서 래커 층(34)으로 결국 보호되는 얇은 알루미늄 층(32)으로 코팅되는 수지 매트릭스(30) 내에 매립된다. 단위넓이 당 사용되는 수지의 양은 그것만으로는 유리 섬유 층에서의 바람직한 양의 강성도를 제공하기 위해 이상적으로 요구되는 것보다 더 적다. 래커 층(34)은 그러나 직포 섬유 재료의 강성도에 기여하고 수지보다 단위넓이 당 더 낮지만 여전히 동일한 크기자릿수인 질량을 가진다. 수지 및 래커의 단위넓이 당 질량은 함께 특정 애플리케이션에 의존하여 20 내지 60 g/㎡의 범위에 통상적으로 있을 것이다. (수지 및 래커를 포함하는 직포 유리 섬유들은 따라서 약 160 g/㎡ ± 20 g/㎡ 정도의 질량 밀도를 가진다). 알루미늄 층(32)은 약 0.1 ㎛ 두께이고 그러므로 다이어프램의 다른 컴포넌트 재료들의 질량과 비교하여 무시해도 될 정도의 질량을 가진다. 알루미늄 층(32)의 존재는 불투명성을 제공하며 이 층이 없으면 유리 섬유 실들 뒤의 PVA 층(25) 및/또는 주위의 수지 매트릭스(30)가 더 많은 광에 노출되고 원하는 것보다 더 많이 가시적이 될 수 있다. 알루미늄 층(32)은 은(silver) 외관을 가지고 실들의 반짝거리는 반사형 외부 표면을 제공한다. 실들의 직조로, 입사 광은 다양한 상이한 방향들로 반사되어, 다이어프램에게 반짝이거나 또는 빛나는 외관을 제공한다. 날실(warp)과 씨실(weft)은 상이한 방식들로 광을 포착하며, 이는 시각적으로 두드러진 외관에 또한 기여한다. 더욱이 시야각에서의 약간의 시프트는 광이 반사되는 방식에 대해 눈에 띄는 효과를 가지며, 이는 특히 두 눈으로 보았을 때 그리고/또는 관람자와 다이어프램 사이의 약간의 상대적인 움직임으로 스피커 다이어프램에 대해 이례적인 광학적 특성들과 외관을 가지는 다이어프램을 또한 초래할 수 있다.

본 명세서에서 설명되는 실시예들에서 사용되는 PVA 댐핑 재료의 양은 (또한 브레이크-업들로서 설명되는) 기계적 공명들과 비교하여 다이어프램의 개선된 성능을 제공한다. 기계적 공명들을 적절히 다루는 것은 라우드스피커 다이어프램의 성능에 매우 중요하다. 약 500Hz까지의 주파수들에서 동작하는 더 작은 주파수 유닛들에 대해, 올바른 형상 및 재료를 선택함으로써 대역 외의 기계적 공명을 갖는 콘을 설계할 수 있다. 재료 특정 모듈러스(밀도에 의해 나누어진 영률(Young's modulus))는 구조체의 강성도를 정량화하는 양호한 메트릭이다. 높은 비 모듈러스(specific modulus) 재료(알루미늄 또는 탄소 섬유와 같음)를 선택함으로써, 콘 브레이크-업들은 500Hz 위로 잘 푸시되고 그 유닛은 그러므로 피스톤 같은 방식으로만 행동한다. 중간범위 또는 베이스-중간범위 구동 유닛들의 경우, 문제는 그렇게 쉽게 처리되지 않는데, 이들 유닛들이 예를 들어 20 Hz부터 6 kHz까지의 넓은 범위의 주파수들을 커버해야 하며 이것이 이 (넓은) 대역에서 브레이크업을 나타내지 않는 콘을 설계하는 것을 더욱 어렵게 하기 때문이다. 종래 기술 다이어프램들의 케블라 직조의 비-등방성 성질 및 다른 기계적 특성들은 동작 주파수 범위에서 브레이크-업 모드들에 연관된 문제들을 감소시키기 위해 사용되어 왔다.

도 7은 (x-축을 따르는) 사인곡선 입력 신호의 주파수를 증가시키면서, 다이어프램의 외부 직경의 면으로부터 1 미터의 거리에서 제1 실시예의 다이어프램의 축을 따라 마이크로폰 포지션에 의해 측정된 (y-축을 따르는) 사운드 압력 레벨의 그래프로서 주파수 응답 곡선(50)을 도시한다. 비교를 허용하기 위해, 대응하는 주파수 응답 곡선(52)이 라우드스피커에 대한 그래프 상에, 라우드스피커는 그렇지 않으면 모든 관점들에서 동일한, 동등한 직경의 B&W의 케블라 콘을 사용하여 또한 도시된다. 도 7의 그래프의 부분(54)이 도 8의 확대된 뷰로서 도시된다. 200Hz 내지 6kHz 범위에 걸쳐 B&W의 케블라 콘의 주파수 응답 곡선(52)이 상대적으로 편평하며 추가의 개선의 여지가 있다는 것을 도 7 및 도 8로부터 알 수 있을 것이다. PVA-기반 댐핑 재료가 댐핑을 제공하기 위해 (종래 기술) 케블라 다이어프램에서 이미 사용되고 있지만, 본 실시예는 케블라로 만들어진 것보다는 유리-섬유 직포 콘과 연계하여 훨씬 더 많은 양을 제안한다. 아마도 놀랍게도, 케블라 섬유 대신 유리 섬유의 사용은, 훨씬 더 많은 양들의 PVA 재료를 사용할 때, 더 나은 결과들을 산출할 수 있다. 따라서, 제1 실시예의 다이어프램의 주파수 응답(도 8에서의 곡선(50) 참조)은 케블라 다이어프램의 주파수 응답(도 8에서의 곡선(52) 참조)과 유리하게 비교된다는 것을 알 수 있다. 케블라 다이어프램의 주파수 응답은 3.5kHz 및 5kHz 주위에서 두 개의 피크들(56)을 가지는 한편, 제1 실시예의 다이어프램의 주파수 응답은 이러한 주파수들에서 더 평평하다. 제1 실시예의 다이어프램의 주파수 응답(도 8에서의 곡선(50) 참조)은 더 낮은 주파수들에서의 케블라 다이어프램의 주파수 응답(도 8에서의 곡선(52) 참조)만큼 평평하다는 것을 도 7로부터 또한 알 수 있을 것이다.

사용될 고도로 댐핑된 중합체 재료의 유형, 이를테면 PVA 재료는, 관심 있는 주파수 대역들에서 (위에서 설명된 제1 실시예에서는 약 3.5kHz에서 그리고 약 5kHz에서) 높은 (0.5 위의) 기계적 손실 팩터를 나타낼 수 있다. 기계적 손실 팩터는 DMTA(dynamic mechanical thermal analysis) 테스트에 의해 측정될 수 있다. 그런 테스트는 섭씨 25도에서 편리하게 행해진다.

도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 방법을 예시하는 흐름도를 도시한다. 따라서, 정렬된 유리 섬유들의 다발들의 가닥들(114)이 섬유 재료 매트를 형성하기 위해 직조되는 제1 단계 162에서처럼 직포 디스크-형상 유리 섬유 매트가 제공된다. 다음의 단계 164로서, 이 섬유 재료는 그러면 수지로 코팅되어서, 섬유들은 비경화 수지(130)로 코팅(되고 비경화 수지로 부분적으로 사전-함침)된다(따라서 "프리-프레그(pre-preg)" 매트를 형성한다). 수지-코팅된 매트는 그 다음에 결과적인 수지-확산된 유리 섬유 매트의 모양이 다이어프램의 요구된 콘-형상을 띠게 하는 몰드를 사용하여, 진공-형성 몰드 장치에서 열처리된다. 갭들(120)은 일단 수지가 경화되면 제품에서 유리 섬유들의 수지-주입된 번들의 가닥들 사이에 유지된다. 다음의 단계(도 9에서의 박스(166)) 동안, 금속-기상 증착 시스템이 알루미늄 코팅(132)을 섬유들의 가닥들에 도포하기 위해 그 다음에 사용된다. 금속 코팅은 그 다음에, 래커 스프레이 시스템을 사용하여 도포된 래커(134)를 가진다(단계 168). PVA 재료(125)의 두꺼운 층이 그 다음에 아래에서 더 상세히 설명되는 콘-스피닝 도포 시스템을 사용하여 재료의 콘의 배면 표면에 도포된다(단계 170). 콘은 그 다음에 트리밍되고, 본 기술분야의 기존의 방식으로 라우드스피커 구동 유닛 속에 통합된다.

콘-스피닝 PVA 도포 단계 170의 결과는 콘 표면 전체에 걸쳐 액체를 분산시키는 원심력을 사용한 뒤집힌 콘의 배면 상의 액체 형태의 다량의 PVA(워터-기반 에멀션에서 유지되는 PVA)의 퇴적이다. 이는 다음과 같이 성취된다. 액체의 연속 비드(PVA)가 (분 당 100 회전 미만의) 느린 속력으로 회전하고 있는 재료의 콘의 배면 표면 상에 나선 경로로 압출 퇴적된다. 공기 흐름이 콘 표면 상에 액체를 분산시키는데 사용되어 콘 상에 액체의 연속하는 비중단된 커버리지를 생성한다. 사용되는 공기 흐름은 직포 섬유 재료의 직조 시에 PVA를 갭들 속으로 또한 강요한다. 콘은 그때 다음과 같이 두 스테이지 공정으로 고속으로 스피닝된다. 스핀의 제1 단계는 제2 단계 전에 콘 전체에 걸쳐 PVA를 시험해 보고 매끄럽게 하는 것이다. 스피닝의 제1 단계는 제2 단계가 적절히 스피닝하도록 하기 위하여 비 PVA의 임의의 아일랜드들을 제거하는 것이 목적이다. 제1 단계의 회전의 속력은 약 150 rpm이고 대략 5 초 동안 지속된다. 스핀의 제2 단계는 약 5 동안 750 rpm이다(하지만 더 큰 직경 콘들에 대해 지속기간이 더 긴 것이 필요할 수 있다). 이들 고속 회전 스테이지들은 콘의 표면 전체에 걸쳐 PVA를 매끄럽게 하고 콘의 전체 영역에 걸쳐 PVA의 비교적 일정한 두께로 깨끗한 마무리를 제공하는 놀라운 효과를 가진다. PVA는 그러면 그것이 핸들링될 수 있도록 액체를 건조하기 위해 그리고 PVA 유동과 그것의 형상을 잃어버리는 위험을 줄이기 위해 섭씨 약 65도에서 즉시 경화된다. 에멀션에서의 물이 비등할 위험을 줄이기 위해서 비교적 낮은 온도(<100℃)가 PVA를 경화시키는데 사용된다. 본 실시예에서, 사용되는 PVA 중합체는 25℃에서 5kHz에서 0.5를 넘는 손실 팩터를 가진다. PVA 층은 그것이 콘의 총 질량의 2/3(삼분의 이)를 형성하도록 퇴적된다. PVA 층이 절반보다 상당히 더 많은 콘의 질량을 형성하는 콘을 가지면, 위에서 언급된 바와 같이, 특히 유익한 댐핑 레벨을 제공한다. PVA 층은 자유-층 댐핑 시스템 같이 동작하지만 다이어프램을 밀봉하도록 또한 동작한다(콘은 그 PVA 층 없이는 다공성일 것이다).

본 발명이 특정 실시예들을 참조하여 설명되고 예시되었지만, 본 발명은 본 명세서에서 구체적으로 예시되지 않은 많은 상이한 변형들을 자신에게 제공할 것임이 본 기술분야의 통상의 기술자들에게는 이해될 것이다. 단지 예로서, 특정한 가능한 변형들이 이재 설명될 것이다.

PVA 층이 절반보다 상당히 더 많은 콘의 질량을 형성하는 콘을 가지는 것이 특히 유익한 댐핑 레벨을 제공한다는 위에서 언급되어 있다. 절반보다 상당히 더 많은 콘의 질량인 것으로 판단될 콘의 62.5% 이상의 질량을 형성하는 PVA 층이 특히 유익함을 제공한다는 것이 이해될 것이다.

PVA 코팅의 일정한 두께가 필요하지 않다. 사실상 가변하는 두께를 갖는 PVA 코팅을 제공함에 있어서 장점들이 있을 수 있다.

PVA 이외의 재료들, 이를테면 높은 기계적 손실을 갖는 다른 합성 수지 엘라스토머 재료들이 관련 주파수들에서 적절히 높은 손실들을 야기하는 한 사용될 수 있다. 높은 점성도 및 높은 히스테리시스를 갖는 재료들이 적합한 대안들일 수 있다. 바렛 바니시 코(Barrett Varnish Co)에 의해 Cone Edge Dampener E-5525로서 판매된 비닐 수지-계 열가소성 재료는 적합한 대안일 수 있다. 다른 잠재적 후보가 에멀션으로서 또한 입수 가능하고 양호한 댐핑 성질들을 나타내는 PVB(Polyvinyl Butyl)이다.

스피닝 콘을 이용하는 PVA 애플리케이션 방법을 사용하기 보다는, 연속하는 중합체 층들을 브러싱, 스펀징(sponging), 또는 그렇지 않으면 추가함으로써, 중합체가 도포될 수 있다. 많은 층들이 요구된 두께를 성취하기 위해 요구될 수 있다.

"직포 재료(woven material)"라는 용어(예를 들어 "직포 섬유 재료"의 맥락에서임)는 공간들을 사이에 갖는 메시-유사 구조를 가지는 패브릭을 형성하기 위해 직조(woven)되는, 편조(knitting)되는, 또는 그렇지 않으면 인터링킹(interlinking) 형태로 배열되는 재료의 실들 또는 가닥들로부터 형성되는 임의의 재료를 포함하기 위해 본 명세서에서 사용되며, 실들(또는 재료의 가닥들)이 그 재료의 메인 서브-구조체를 형성한다. 설명된 실시예들에서, 사용되는 재료는 직조된 유리-섬유 패브릭의 형태이지만, 다른 직포 또는 편포(knitted) 재료들이 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시예들은 섬유 재료가, 예를 들어, 아라미드(방향족 폴리아미드) 섬유 또는 유사한 재료들, 이를테면 케블라로부터 만들어지는 응용을 가질 수 있다.

직포 섬유 재료가 함침되는 수지(그 수지는 보강 재료로서 사용됨)는 합성 수지, 예를 들어, 페놀성, 에폭시 또는 멜라민 수지일 수 있다. 그러나, 임의의 다른 가요성 내열 열경화 수지 또는 고온 열-가소성 수지 재료가 사용될 수 있다.

라우드스피커 다이어프램에 대한 추가적 변동을 설명하기 전에, 설계 제약의 논의가 제공된다. 라우드스피커 다이어프램과 같은 전기역학 트랜스듀서는, 부분적으로는 진동 피스톤의 음향 방사가 해석 방정식을 이용하여 기술될 수 있기 때문에, 전기 신호를 음향 압력으로 변환시키는 강성 피스톤의 개념에 의존한다. 그러나, 이러한 개념의 실제적인 구현은 전형적으로 유한 강성을 갖는 물질을 사용하기 때문에, 조립체에서 기계적 공명이 자연적으로 발생한다(때때로 '브레이크-업 모드'로 지칭됨).

기계적 공명 주파수들에서, 라우드스피커 다이어프램의 가속은 콘 표면에 걸쳐서 균일하지 않다(즉, 콘 표면상의 점들은 더 이상 모두 동위상으로 이동하지 않는다). 대신에, 콘 표면은, 예컨대 원형 막의 진동 모드의 경우에서와 같이 노드들 및 앤티노드(antinode)들을 가질 수 있다. 따라서, 이러한 기계적 공명은 축상에서 및 축을 벗어난 상태 둘 다에서 음향 응답의 피크(peak) 및 딥(dip)을 생성한다(따라서, 트랜스듀서 파워 응답이 또한 영향을 받는다). 더욱이, 대부분의 재료가 고유의 기계적 댐핑을 거의 갖지 않기 때문에, 압력 크기는 종종 브레이크-업 주파수들에서 높다.

전형적으로, 높은 Q의 기계적 공명(들)이 들리지 않을 것이라는 희망 하에서, 조립체를 매우 강성으로 만듦으로써 트랜스듀서는 기계적 공명을 대역 밖으로(예컨대 100 Hz 미만 및 10 kHz 초과) 이동시키거나 또는 배치하도록 설계될 수 있다.

라우드스피커 다이어프램(이는 때때로 '컨티넘 콘(continuum cone)'으로 지칭됨)은 콘 구조물을 사용함으로써 이러한 도전과제를 해결할 수 있고, 이는 대단히 순응적이다. 기계적 관점에서 보면, 이는 라우드스피커 다이어프램이 단지 비교적 낮은 주파수(예를 들어, 5 또는 6 인치 직경 콘에 대해 약 1 kHz까지)에서 강성 피스톤으로서 거동할 수 있다는 것을 의미한다. 이 주파수 범위를 초과하면, 라우드스피커 다이어프램은 구조물 또는 조립체에 기계적 댐핑(구조 손실 팩터에 의해 정량화됨)을 추가함으로써 제어되는 브레이크-업 모드들을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 라우드스피커 다이어프램에서의 베이스 구조물은 낮은 강성도(예컨대, 20-140 GPa의 영률(Yong's modulus))의 개방 유리 섬유 직조로 제조될 수 있다. 더욱이, 라우드스피커 다이어프램은 유리 직조에 적용되는 고 댐핑 재료(예컨대, 중합체, 예를 들어 PVA)로 된 두꺼운 층을 포함할 수 있다. 더욱이, 라우드스피커 다이어프램에서의 재료 질량비는 25-40%의 유리 및 60-75%의 PVA일 수 있다. 일부 실시예들에서, 재료 대 질량비는 약 33%의 유리 및 66%의 PVA이다.

베이스 유리 구조물의 순응도는 라우드스피커 다이어프램의 성능을 향상시킬 수 있는데, 그 이유는 순응성 구조가 뻣뻣한 것보다 댐핑하기에 더 쉬울 수 있기 때문이다. 예를 들어, 여러 실시예들에서의 경우에서 그런 것처럼, 샌드위치 재료에 대해, 복합 손실 팩터는 층들 둘 다의 기계적 모듈러스 비의 함수일 수 있다. 다시 말해서, 주어진 댐핑 층에 있어서, 복합 손실 팩터는 베이스 층 강성이 증가됨에 따라 감소될 수 있다.

더욱이, 라우드스피커 다이어프램에서의 복합 구조물의 강성은 브레이크-업 모드들의 방사를 최소화하도록 선택될 수 있다. 이는 물질에서의 기계적 파장(이는 다음으로, 복합 모듈러스 및 밀도와 관련될 수 있음)과 동일 주파수에서의 음향 파장 사이의 관계성과 관련될 수 있다. 복합 모듈러스 및 밀도는 공명 방사를 최소화하도록 선택될 수 있고, 추가된 댐핑은 진폭을 추가로 댐핑시킬 수 있다.

라우드스피커 다이어프램의 변동에서, EO823 유리 직조, 유리, 케블라, 석영 섬유, 직조 탄소 섬유 복합재 등을 포함하여 다양한 재료가 베이스 재료에 대해 사용될 수 있다.

더욱이, 유리 마이크로스피어(GMS)를 기재로 하는 PVA 복합체를 포함하여, 다양한 재료가 고 댐핑 재료에 대해 사용될 수 있다. 이러한 PVA-GMS 복합체는 PVA와 함께 연결된 GMS의 단단한 네트워크를 형성하기 위해 중공 GMS로 크게 로딩되는 PVA(예를 들어, 35-55%의 PVA 대 45-65%의 GMS의 부피비, 예컨대 45%의 PVA 대 55%의 GMS의 부피비)를 포함할 수 있다. GMS는 20 내지 60 ㎛, 예컨대 40 ㎛의 평균 직경을 가질 수 있다. 더욱이, PVA-GMS 복합체는 PVA로 함침된 저 강성의 개방 유리 섬유 직조와 유사한 복합 모듈러스; 및 0.6 내지 0.8의 낮은 부피 밀도, 예를 들어 0.7의 낮은 부피 밀도(이는 약 60%의 구 패킹 밀도에 대응함)를 가질 수 있다. PVA-GMS 복합체는 변형 동안 PVA에 대한 전단 및 인장 스트레인의 혼합을 초래하는 토폴로지를 가질 수 있다는 것을 주목한다(그 이유는 PVA가 강성 구들 사이에서 변형되기 때문이다). 이는 인장 변형이 지배하는 설계보다 더 높은 레벨의 댐핑을 초래할 수 있다. 추가로, PVA-GMS 복합체는 PVA 에멀션을 GMS와 혼합한 후, 혼합물을 기판 상에 브러싱 또는 분무함으로써 제조될 수 있음을 주목한다. 일부 실시예들에서, PVA-GMS 복합체의 두께는 0.2 내지 0.4 mm이다. 댐핑이 스트레인 진폭들 및 이와 같은 비선형성들을 감소시킬 수 있으므로 PVA-GMS 복합체는 매우 낮은 고조파 왜곡(예컨대, -50 dB 미만, 예를 들어 -60 dB 또는 0.1% 미만의 제3 고조파 왜곡)을 가질 수 있고, 또한 콘 질량의 감소를 촉진할 수 있다.

일부 실시예들에서, PVA-GMS 복합체는 패킹 비(packing ratio)를 증가시키기 위해 더 넓은 범위 또는 분포의 마이크로스피어 직경들을 사용할 수 있다. 이는 밀도를 추가로 감소시킬 수 있다. 더욱이, 마이크로스피어들은 강성 재료, 예컨대 세라믹 또는 다이아몬드를 포함할 수 있다. 예를 들어, 마이크로스피어들은 규소 크로뮴(silicon chromium), 다이아몬드 SP3, 알루미늄 산화물(Al₂O₃), 붕소 탄화물(B₄C) 등을 포함할 수 있다. 이는 마이크로스피어를 PVA 강성비로 증가시킬 수 있고, 이는 PVA에서 더 많은 스트레인 집중을 초래할 수 있고, 따라서 더 댐핑적일 수 있다. 더 나아가, PVA 대 마이크로스피어 계면을 개선하기 위해(따라서, 콘 강도를 개선하기 위해) 마이크로스피어 표면이 화학적으로 관능화될 수 있다.

앞서의 설명에서, 알려진, 자명한 또는 예측가능 동등물을 가지는 완전체들 또는 엘리먼트들이 언급되는 경우, 그러한 동등물들은 본 명세서에서 개별적으로 언급된 것처럼 포함된다. 본 발명의 진정한 범위를 결정하기 위해 청구항들에 대해 참조가 이루어져야 하며, 본 발명의 진정한 범위는 임의의 이러한 동등물들을 포함하도록 해석되어야 한다. 바람직한, 유익한, 편리한 등으로서 설명되는 본 발명의 완전체들 또는 특징부들은 옵션적이고 독립 청구항들의 범위를 제한하지 않는다는 것이 독자에 의해 또한 이해될 것이다. 더구나, 이러한 옵션적인 완전체들 또는 특징부들은, 본 발명의 일부 실시예들에서의 가능한 이점이지만 바람직하지 않을 수 있고, 그러므로 다른 실시예들에서 부재할 수 있다.

Claims (15)

1. 전향 사운드-방사 표면과 후향 표면을 갖는 라우드스피커 다이어프램으로서,
   상기 다이어프램의 모양을 형성하는 댐핑 재료를 지지하는 직포 섬유체를 포함하며,
   상기 댐핑 재료의 질량은 상기 직포 섬유체의 질량보다 25%를 초과해 더 큰, 라우드스피커 다이어프램.
2. 제1항에 있어서, 상기 직포 섬유체는 금속-코팅된 비-금속성 섬유 재료로 형성되는, 라우드스피커 다이어프램.
3. 제2항에 있어서, 상기 금속-코팅의 두께는 1 ㎛ 미만인, 라우드스피커 다이어프램.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 직포 섬유체는 상기 직포 섬유체의 강성도에 기여하는 수지를 포함하고,
   상기 금속-코팅은 상기 직포 섬유 재료의 강성도에 또한 기여하는 래커로 코팅되고,
   상기 수지의 단위넓이 당 질량은 상기 래커의 단위넓이 당 질량보다 5배 이하만큼 더 큰, 라우드스피커 다이어프램.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다이어프램은 상기 직포 섬유체를 형성하기 위해 서로 들고나는 식으로 직조되는 재료의 가닥들을 포함하며,
   상기 직포 섬유체가 갭들의 어레이를 정의하도록 재료의 인접한 가닥들 사이에 갭들이 있으며, 각각의 갭은 적어도 100 미크론인 최대 치수를 가지고,
   상기 댐핑 재료는 상기 갭들의 모두를 실질적으로 채우는, 라우드스피커 다이어프램.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 댐핑 재료는 1kHz와 8kHz 사이의 주파수에서 적어도 0.5의 기계적 손실 팩터를 가지는, 라우드스피커 다이어프램.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 댐핑 재료는 합성 수지 엘라스토머 재료인, 라우드스피커 다이어프램.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 댐핑 재료는 폴리비닐 아세테이트 재료인, 라우드스피커 다이어프램.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 댐핑 재료의 두께는 상기 다이어프램의 직경의 적어도 5%에 걸쳐 방사 방향으로 거리를 증가시킴에 따라 단조적으로 변화하는, 라우드스피커 다이어프램.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 라우드스피커 다이어프램을 제조하는 방법으로서,
    스피닝 직포 섬유체에 액체 댐핑 재료를 도포하는 단계를 포함하는 방법.
11. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 라우드스피커 다이어프램을 제조하는 방법으로서,
    라우드스피커 다이어프램을 형성하는 직포 섬유체는 비-금속성 섬유 재료로 형성되고,
    상기 방법은 기상 증착 법에 의해, 상기 비-금속성 섬유 재료에 금속 코팅을 도포하는 단계를 포함하는 방법.
12. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 다이어프램 및 또는 제10항 또는 제11항 중 어느 한 항의 방법에 의해 만들어진 다이어프램을 포함하는 라우드스피커 구동 유닛.
13. 제12항에 있어서, 중간범위 구동 유닛으로서 라우드스피커 인클로저에서의 사용에 적합한 라우드스피커 구동 유닛.
14. 제12항 또는 제13항에 기재된 라우드스피커 구동 유닛을 포함하는 라우드스피커 인클로저.
15. 라우드스피커 다이어프램으로서,
    전향 사운드-방사 표면과 댐핑 재료를 지지하는 후향 표면을 갖는 직포 섬유체를 포함하며,
    상기 직포 섬유체는 금속-코팅된 비-금속성 섬유 재료로 형성되어서, 광으로 조명될 때 다이어프램이 반짝이는 외관을 갖는 것으로 보이게 하는, 라우드스피커 다이어프램.

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