KR20210018476A - 스피커 다이어프램 및 스피커 - Google Patents

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구오동 자오
지에 주
춘 리
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고어텍 인크
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Abstract

본 발명은 스피커 다이어프램 및 스피커를 개시한다. 해당 다이어프램은 복합된 2 개의 표면 층과 2 개의 표면 층 사이에 위치한 하나 이상의 중간 층을 포함하고, 하나 이상의 상기 표면 층은 열가소성 폴리에스테르 엘라스토머 필름층(11)이고, 하나 이상의 중간 층은 접착제 층(12)이며, 여기서, 열가소성 폴리에스테르 엘라스토머는 폴리에스테르 하드 세그먼트 A와 폴리에테르 또는 지방족 폴리에스테르 소프트 세그먼트 B로 이루어진 공중합체이며, 상기 열가소성 폴리에스테르 엘라스토머 필름층(11)의 두께는 5-70μm이고, 상기 접착제 층의 두께는 l-40μm이다.

Description

스피커 다이어프램 및 스피커
본 발명은 전기 음향 변환 기술 분야에 관한 것으로, 보다 상세하게는 스피커 다이어프램 및 스피커에 관한 것이다.
기존 스피커 다이어프램은 대부분 고 모듈러스 플라스틱 필름층(PEEK, PAR, PEL, PI 등), 연질의 열가소성 폴리우레탄 엘라스토머(TPU) 및 댐핑 필름층 (아크릴 접착제, 실리카겔 등)으로 구성된 복합 구조를 적용한다. 상기 다이어프램은 전반적인 성능이 좋지 않아 청취 불량을 유발할 수 있다.
고출력, 방수 및 고음질 등 요구 사항이 향상됨에 따라, 실리콘 고무 재질의 다이어프램이 스피커 분야에 적용되고 있다.
그러나, 실리콘 고무는 영 계수(예: Young 's modulus) 또는 경도가 상대적으로 낮다. 동일한F0 (공진 주파수) 요구를 충족하는 전제하에서 다이어프램의 강도를 보장하려면, 다이어프램 두께를 더 두껍게 제작해야 한다. 이러한 경우, 한편으로는 진동 공간의 여유가 작아지고, 다른 한편으로는 진동 시스템의 질량이 무거워져 감도가 상대적으로 낮다.
따라서, 위의 기술 문제를 해결하기 위해서는 새로운 기술방안을 제공 할 필요가 있다.
본 발명의 목적은 스피커 다이어프램에 대한 새로운 기술방안을 제공하는 것이다.
본 발명의 제 1 양태에 따르면, 스피커 다이어프램이 개시된다. 해당 다이어프램은 복합된 2 개의 표면 층과 2 개의 표면 층 사이에 위치한 하나 이상의 중간 층을 포함하고, 하나 이상의 상기 표면 층은 열가소성 폴리에스테르 엘라스토머 필름층이고, 하나 이상의 중간 층은 접착제 층이며, 여기서, 열가소성 폴리에스테르 엘라스토머는 폴리에스테르 하드 세그먼트 A와 폴리에테르 또는 지방족 폴리에스테르 소프트 세그먼트 B로 이루어진 공중합체이며, 상기 열가소성 폴리에스테르 엘라스토머 필름층(11)의 두께는 5-70μm이고, 상기 접착제 층의 두께는 l-40μm이다.
선택적으로, 상기 열가소성 폴리에스테르 엘라스토머 필름층의 두께는 5-40um이다.
선택적으로, 상기 접착제 층의 두께는2-35μm이다.
선택적으로, 상기 스피커 다이어프램의 두께는 10-100μm이다.
선택적으로, 상기 열가소성 폴리에스테르 엘라스토머의 손실 계수는 ≥0.015이다.
선택적으로, 상기 열가소성 폴리에스테르 엘라스토머 필름층이 10% 변형 후의 탄성 회복률은 ≥80 %이고, 상기 열가소성 폴리에스테르 엘라스토머 필름층의 파단 연신율은 ≥300%이다.
선택적으로, 접착제 층과 열가소성 폴리에스테르 엘라스토머 필름층의 접착력은 100g/25mm (180° 박리)보다 크다.
선택적으로, 상기 폴리에스테르 하드 세그먼트 A의 질량 백분율은 10-95%이고, 상기 지방족 폴리에스테르 소프트 세그먼트 B의 상대적 분자 질량은 600-6000이며;
상기 폴리에테르 또는 지방족 폴리에스테르 소프트 세그먼트 B의 재료는 지방족 폴리에스테르, 폴리 테트라 히드로 푸란 에테르, 폴리 페닐렌 에테르 및 폴리에틸렌 옥사이드 중 에서 선택된 하나 이상이고; 상기 폴리에스테르 하드 세그먼트 A의 재료는 이염기산과 다이올의 중합체이며, 상기 이염기산은 테레프탈산, 이소프탈산, 제아디카르복실산 및 비페닐 디카르복실산 중에서 선택된 하나 이상이고; 상기 다이올은 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 부틸렌 글리콜, 펜탄 다이올 및 헥산 다이올 중에서 선택된 하나 이상이다.
선택적으로, 상기 폴리에스테르 하드 세그먼트 A는 결정화 될 수 있으며, 상기 폴리에스테르 하드 세그먼트 A의 평균 중합도는 ≥2이고, 상기 폴리에스테르 하드 세그먼트 A의 용융 온도는 ≥150°C이다.
선택적으로, 2개의 상기 표면 층은 모두 열가소성 폴리에스테르 엘라스토머 필름층이다.
선택적으로, 상기 스피커 다이어프램은 하나의 상기 중간 층을 포함하는 3 층 구조이다.
선택적으로, 상기 스피커 다이어프램은 2 개의 상기 중간 층을 포함하고, 2 개의 상기 중간 층은 서로 다른 재료의 접착제 층이다.
선택적으로, 상기 스피커 다이어프램은 3 개의 중간 층을 포함하며, 여기서, 2 개의 상기 중간 층은 접착제 층이고, 다른 하나의 중간 층은 상기 열가소성 폴리에스테르 엘라스토머 필름층이며, 상기 열가소성 폴리에스테르 엘라스토머 필름층은 2 개의 상기 접착제 층 사이에 위치하거나; 또는 3 개의 상기 중간층은 모두 접착제 층이다.
선택적으로, 2개의 상기 표면 층의 두께는 동일하다.
본 발명의 제2양태에 따르면, 스피커가 개시된다. 해당 스피커는 진동 시스템 및 상기 진동 시스템과 상호 협력하는 자기 회로 시스템을 포함하고, 상기 진동 시스템은 상술한 스피커 다이어프램을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 스피커 다이어프램은 우수한 강성과 우수한 댐핑 성능을 구비한다.
또한, 해당 스피커 다이어프램은 영 계수가 낮고 열가소성이 우수하여,스피커 다이어프램을 매우 얇게 만들 수 있으며, 스피커 다이어프램의 품질을 저하시키고, 진동 공간의 여유를 증가시켜 감도를 향상시켰으며, 스피커 다이어프램의 F0이 더 낮다.
또한, 해당 스피커 다이어프램은 더 넓은 탄성 영역과 우수한 탄력 성능을 구비한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 예시적인 실시예에 대해 상세히 설명할 것이며, 본 발명의 다른 특징 및 이점은 이를 통해 더욱 명확해질 것이다.
명세서에 포함되고 명세서의 일부를 구성하는 도면은 본 발명의 실시예를 예시하고, 그 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하는 역할을 한다.
도 1a는 기존 다이어프램의 SmartPA(스마트 전력 증폭기) 테스트 곡선이다.
도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 스피커 다이어프램의 SmartPA 테스트 곡선이다.
도 2-4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스피커 다이어프램의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 스피커 다이어프램의 서로 다른 부위가 서로 다른 주파수에서의 진동 변위에 대한 테스트 곡선이다.
도 6은 기존 다이어프램의 서로 다른 부위가 서로 다른 주파수에서의 진동 변위에 대한 테스트 곡선이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 스피커 다이어프램의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 스피커 다이어프램과 PEEK 다이어프램의 응력-변형 곡선이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 스피커 다이어프램과 기존 다이어프램의 고조파 왜곡 테스트 곡선이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 스피커 다이어프램과 기존 다이어프램의 서로 다른 주파수에서의 음량 테스트 곡선 (SPL 곡선)이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예를 상세히 설명한다. 달리 구체적으로 언급되지 않는 한, 이들 실시예에 기재된 구성 요소 및 단계의 상대적인 배치, 숫자의 표현 및 수치는 본 발명의 범위를 제한하지 않는다는 점에 유의해야 한다.
하나 이상의 예시적인 실시예에 대한 다음의 설명은 단지 예시 일 뿐이며, 본 발명 및 그 적용 또는 사용을 제한하려는 것이 아니다.
본 발명 관련 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 알려진 기술, 방법 및 설비는 상세하게 논의되지 않을 수 있지만, 적절한 경우에 상기 기술, 방법 및 설비는 명세서의 일부로 간주되어야 한다.
본 명세서에 도시되고 논의된 모든 예에서, 임의의 특정 값은 제한이 아닌 단지 예시적인 것으로 해석되어야 한다. 따라서, 예시적인 실시예의 다른 예는 상이한 값을 가질 수 있다.
유의해야 할 점은, 유사한 참조 번호 및 문자는 이하의 도면에서 유사한 항목을 나타내므로, 하나의 도면에서 항목이 정의되면 후속 도면에서 더 이상 논의할 필요가 없다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 스피커 다이어프램이 개시된다. 해당 다이어프램은 단일 층 구조 또는 복수개의 필름 층으로 구성된 복합 구조 일 수 있다.
해당 다이어프램은 열가소성 폴리에스테르 엘라스토머 필름층을 포함한다. 열가소성 폴리에스테르 엘라스토머는 폴리에스테르 하드 세그먼트 A와 폴리에테르 또는 지방족 폴리에스테르 소프트 세그먼트 B로 구성된 공중합체이다.
구체적으로, 폴리에스테르 재료와 폴리에테르 또는 지방족 폴리에스테르 재료는 설정된 촉매의 작용하에, 에스테르 교환 반응을 거쳐 공중합체를 생성한다. 공중합체는 서로 다른 특성을 가진 2 개 이상의 중합체 세그먼트를 연결하여 제조된 일종의 중합체이다. 공중합체의 각 구성 성분 간의 고유한 불화합성으로 인해, 나노 척도에서 나노 구조로 질서있게 자기 조립되며, 형성된 마이크로 페이즈는 상분리되어 서로 다른 중합체 세그먼트의 성능을 갖는 특성을 나타낸다.
예를 들어, 다이어프램의 제작에 사용되는 공중합체 원료는 입자 형태, 분말 형태 등이다. 다이어프램을 제작할 때, 원료가 가열되어 유체를 형성한다. 유체는 사출 성형, 테이프 캐스팅 등 을 통해 필름층을 형성한다.
여기서, 폴리에스테르 하드 세그먼트 A는 상대적으로 경도가 높고 구조를 지지하는 역할을 하여, 열가소성 폴리에스테르 엘라스토머 필름층이 충분한 강성을 갖도록 한다. 폴리에테르 또는 지방족 폴리에스테르 소프트 세그먼트 B는 유동성이 강하고 필름층에 유연성을 제공하여, 열가소성 폴리에스테르 엘라스토머 필름층은 탄성력이 좋으며, 또한 열가소성 폴리에스테르 엘라스토머 필름층의 열가소성 온도가 낮다. 예를 들면, 50°C-200°C에 도달할 수 있고, 스피커 다이어프램의 성형 온도가 낮으며 가공이 더 용이하다.
폴리에스테르 하드 세그먼트 A의 질량 분율이 높을수록, 형성된 스피커 다이어프램의 경도는 더 높아지나, 스피커 다이어프램의 취성이 증가하고 손상되기 쉬우며; 폴리에스테르 하드 세그먼트 A의 질량 분율이 낮을수록, 폴리에스테르 하드 세그먼트 A는 결정을 형성할 수 없으며, 열가소성 폴리에스테르 엘라스토머 필름층이 부드러운 질감과 낮은 경도를 갖게 되어, 스피커 다이어프램의 인성과 탄성력이 저하된다.
일례로, 폴리에스테르 하드 세그먼트 A의 질량 백분율은 10-95 %이다. 즉, 폴리에스테르 하드 세그먼트 A 재료의 양이 반응물 총 질량인 폴리에스테르 하드 세그먼트 A 재료 및 지방족 폴리에스테르 소프트 세그먼트 B 재료 총 질량에서 차지하는 백분율이다. 해당 범위는 스피커 다이어프램이 경도, 인성 및 탄력 성능을 갖도록 한다.
바람직하게는, 폴리에스테르 하드 세그먼트 A의 재료의 질량 백분율은 30-90 %이며, 이 범위 내에서 스피커 다이어프램의 두께를 더 얇게 만들 수 있으며, 경도와 인성 및 탄력 성능이 더 우수하다.
선택적으로, 폴리에스테르 하드 세그먼트 A의 재료는 이염기산과 다이올의 중합체이다. 이염기산과 다이올은 설정된 반응 조건에서 중합 반응을 거쳐 폴리에스테르 하드 세그먼트 A를 형성한다. 해당 중합체는 폴리에테르 또는 지방족 폴리에스테르 소프트 세그먼트 B의 재료와 쉽게 반응하여 열가소성 엘라스토머 중합체를 형성한다.
예를 들면, 이염기산은 테레프탈산, 이소 프탈산, 제아디카르복실산 및 비페닐 디카르복실산 중 에서 선택된 하나 이상이다. 상기 이염기산과 다이올의 반응 속도는 매우 빠르며 높은 전환율을 갖는다.
예를 들면, 다이올은 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 부틸렌 글리콜, 펜탄 다이올 및 헥산 다이올 중에서 선택된 하나 이상이다. 상기 다이올과 이염기산의 반응 속도는 매우 빠르며 높은 전환율을 갖는다.
물론, 이염기산과 다이올의 종류는 전술한 실시예에 의해 제한되지 않으며, 당업자들은 실제 필요에 따라 선택할 수 있다.
해당 실시예에서, 폴리에스테르 하드 세그먼트 A는 결정화 될 수 있으며, 폴리에스테르 하드 세그먼트 A의 평균 중합도는 ≥2이다. 해당 평균 중합도에서, 폴리에스테르 하드 세그먼트 A는 결정화 특성이 우수하여 스피커 다이어프램이 높은 강성, 높은 구조적 강도 및 우수한 내구성을 갖게 된다.
일례로, 폴리에스테르 하드 세그먼트 A의 용융 온도는 ≥150 ° C이다. 용융 온도는 재료가 고체상에서 액체상으로 변하는 온도를 나타낸다. 폴리에스테르 하드 세그먼트 A의 용융 온도는 열가소성 폴리에스테르 엘라스토머의 용융 온도에 대해 결정적인 역할을 한다. 용융 온도가 높을수록 열가소성 폴리에스테르 엘라스토머의 사용 온도 범위가 더 넓어진다. 해당 용융 온도 범위는 스피커 다이어프램의 적용 온도 범위를 넓히고 고온 작업 환경에서 정상적으로 작동할 수 있도록 한다.
선택적으로, 폴리에테르 또는 지방족 폴리에스테르 소프트 세그먼트 B의 재료는 지방족 폴리에스테르, 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리 프로필렌 옥사이드, 폴리 테트라 하이드로 푸란 에테르 및 폴리 페닐렌 에테르 중에서 선택된 하나 이상이다. 이로 인해, 열가소성 폴리에스테르 엘라스토머는 우수한 유동성을 가지며, 스피커 다이어프램의 컴플라이언스와 유연성이 좋게 된다.
또한, 상술한 재료는 폴리에스테르 하드 세그먼트 A의 재료와 쉽게 중합되기 때문에 스피커 다이어프램의 가공이 쉬워진다.
선택적으로, 폴리에테르 또는 지방족 폴리에스테르 소프트 세그먼트 B의 재료의 상대 분자질량은 600-6000이고, 폴리에테르 또는 지방족 폴리에스테르 소프트 세그먼트 B의 상대적 분자질량이 낮을수록, 폴리에스테르 하드 세그먼트 A에 의해 더 심하게 분산되고, 다이어프램의 취성이 높아지고 다이어프램의 인성과 탄성력이 떨어지며; 폴리에테르 또는 지방족 폴리에스테르 소프트 세그먼트 B의 상대적 분자 질량이 높을수록, 경도가 높아지고 그 특성이 폴리에스테르 하드 세그먼트 A에 더 근접하며, 이로 인해 스피커 다이어프램의 탄성력이 낮아지고, 사슬 절단 연신율이 더 작아진다. 상대 분자질량 범위는 스피커 다이어프램이 충분한 강성과 인성을 갖도록하며 인장 강도와 사슬 절단 연신율이 비교적 높다.
일례로, 열가소성 폴리에스테르 엘라스토머 필름층의 두께는 5-70um이다. 열가소성 폴리에스테르 엘라스토머의 두께가 얇을수록 스피커 다이어프램의 강성이 불충분하여 진동 중 분극이 발생하기 쉬우며; 이와 반대로, 두께가 클수록 형성된 진동 시스템의 진동 공간 여유가 작아지고, 진동 시스템의 품질이 향상되어, 형성된 진동 시스템의 감도가 나빠진다. 해당 두께 범위는 스피커 다이어프램이 비교적 높은 강성과 감도를 구비하게 하며, 진동 시스템의 진동 공간 여유가 더 커진다.
또한, 열가소성 폴리에스테르 엘라스토머 필름층의 두께는 5 ~ 40㎛이다. 이 두께 범위에서 스피커 다이어프램의 감도가 더 높으며, 구동 파워 다이어프램의 진폭이 크고, 음량이 높으며, 진동 시스템의 진동 공간 여유가 더 크게 된다.
열가소성 폴리에스테르 엘라스토머 필름층은 스피커 다이어프램에 강성을 제공하는 것 외에도, 일부 댐핑 성능을 제공 할 수도 있다. 이는 열가소성 폴리에스테르 엘라스토머 필름층이 폴리에스테르 하드 세그먼트 A와 폴리에테르 또는 지방족 폴리에스테르 소프트 세그먼트 B로 구성되기 때문이며, 실온에서 폴리에테르 또는 지방족 폴리에스테르 소프트 세그먼트 B의 분자 세그먼트는 이동할 수 있지만, 폴리에스테르 하드 세그먼트 A의 존재는 분자 세그먼트의 움직임에 큰 마찰 감쇠의 영향을 주기에 우수한 감쇠 특성을 나타낸다.
손실 계수는 재료의 감쇠성 크기를 나타낼 수 있으며, 열가소성 폴리에스테르 엘라스토머 필름층의 손실 계수는 ≥0.015이다. 이는 스피커 다이어프램의 감쇠성이 향상되고, 진동 시스템이 진동 과정에서 분극 현상을 억제하는 강력한 능력을 가지고 있으며 진동 일관성이 우수하다는 것을 보여준다. 일반적으로 사용되는 엔지니어링 플라스틱 필름층은 감쇠가 낮고 손실 계수는 일반적으로 0.01 미만이며 감쇠성이 상대적으로 작다.
엔지니어링 플라스틱에 비해, 열가소성 폴리에스테르 엘라스토머 필름층은 스피커 다이어프램이 더 넓은 탄성 영역과 양호한 탄성력을 구비하게 한다. 일례로, 열가소성 폴리에스테르 엘라스토머 필름층이 10% 변형 후의 탄성 회복률은 ≥80 %이다. 스피커 다이어프램의 우수한 탄성력으로 인해, 스피커는 더 나은 과도 응답과 낮은 왜곡을 구비하게 된다.
PEEK와 같이 일반적으로 사용되는 엔지니어링 플라스틱 다이어프램은 항복점이 약 5 %인 반면, 열가소성 폴리에스테르 엘라스토머는 상온에서도 양호한 탄성력을 구비하며, 재료가 힘을 받을 때 크게 항복하지 않으며, 항복점 없거나 또는 항복점>10 %이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 스피커 다이어프램과 PEEK 다이어프램의 응력-변형 곡선이다.
여기서, 점선은 본 발명의 실시예에서 제공하는 스피커 다이어프램의 응력-변형 곡선이고; 실선은 PEEK 다이어프램의 응력-변형 곡선이다.
도 8에서 동일한 응력 하에서 본 발명의 실시예에 의해 제공되는 스피커 다이어프램의 변형이 PEEK 다이어프램의 변형보다 훨씬 더 크다는 것을 알 수 있다. 이는 본 발명의 실시예에서 제공하는 스피커 다이어프램의 영 계수가 PEEK 다이어프램보다 현저히 작다는 것을 의미한다.
또한, PEEK 다이어프램은 약 0.4-0.5 % 변형률인 명백한 항복점을 가진다. 그러나, 본 발명에 의해 제공되는 다이어프램은 명백한 항복점이 없다. 항복이 발생하는 변형률은 >10 %이다. 이는 본 발명에 의해 제공되는 스피커 다이어프램이 더 넓은 탄성 영역을 가지며 우수한 탄성력을 가지고 있음을 보여준다.
열가소성 폴리에스테르 엘라스토머 필름층은 스피커 다이어프램이 우수한 유연성을 구비하게 하며, 예를 들면 파단 연신율은 ≥300 %이다. 폴리에스테르 하드 세그먼트 A 및 폴리에테르 또는 지방족 폴리에스테르 소프트 세그먼트 B의 재료는 파단 연신율에 중요한 영향을 미치며, 당업자들은 실제 수요에 따라 선택할 수 있다. 이는 스피커 다이어프램의 진동 변위와 음량을 더 크게 한다. 또한, 신뢰성과 내구성을 양호하게 한다. 재료의 유연성이 좋을수록 파단 연신율이 더 높으며, 스피커 다이어프램의 손상에 대한 내성이 더 강해진다. 스피커 다이어프램이 진폭이 큰 상태에서 진동하면 재료가 큰 변형을 일으키며, 장시간 진동하면 필름 접힘, 필름 균열 또는 필름 파열의 위험이 있다. 열가소성 폴리에스테르 엘라스토머 필름층을 기본 소재로 사용하는 스피커 다이어프램은 유연성이 우수하고 다이어프램 손상 위험을 낮출 수 있다.
폴리에스테르 하드 세그먼트 A 와 폴리에테르 또는 지방족 폴리에스테르 소프트 세그먼트 B 재료의 비율을 조절하여 열가소성 폴리에스테르 엘라스토머 필름층의 유리화 전이 온도를 조절할 수 있다. 예를 들어, 폴리에스테르 하드 세그먼트 A의 질량 백분율은 10 ~ 95 %이며, 이는 열가소성 폴리에스테르 엘라스토머 필름층의 유리화 전이 온도를 ≤20° 가 되게 한다. 해당 유리화 전이 온도는 스피커 다이어프램이 실온에서 높은 탄성 상태를 유지할 수 있도록 하며 우수한 탄성력을 갖는다.
바람직하게는, 열가소성 폴리에스테르 엘라스토머 필름층의 유리화 전이 온도는 -90°C-0°C이다. 0 ° C 미만인 경우에, 스피커 다이어프램은 항상 양호한 고무 탄성력을 유지하여 스피커가 더 높은 음질을 구현하도록 한다. 동시에, 저온 환경에서 스피커 다이어프램의 손상 위험을 낮추고 신뢰성을 향상시킨다.
본 발명 실시예의 스피커 다이어프램은 고온 및 저온 환경에서의 사용요구를 충족시킬 수 있다. 저온 성능은 PEEK 다이어프램과 같은 일반적인 다이어프램보다 더 뛰어나다. 저온 환경에서 사용될 때, 본 발명의 실시예의 다이어프램은 여전히 우수한 강도와 인성을 가지며, 장기간 저온 환경에서도 필름층 파손의 위험이 낮다.
일례로, 열가소성 폴리에스테르 엘라스토머 필름층의 영 계수는1-1000 MPa이다. 다른 특정 조건에서, 영 계수는 스피커의 F0 (공진 주파수)에 정비례한다. 열가소성 폴리에스테르 엘라스토머 필름층은 스피커의 영 계수를 낮게 하여 더 낮은 F0를 가지며, 스피커의 저주파 효과를 향상시킨다.
해당 스피커 다이어프램은 영 계수가 낮고 열가소성이 우수하다. 이이로 인해 스피커 다이어프램을 매우 얇게 만들수 있기에, 스피커 다이어프램의 품질을 저하 시키고 진동 공간의 여유를 증가시켜 감도를 향상시키며, 스피커의 F0이 더 낮게 된다.
해당 스피커 다이어프램의 탄성 영역은 더 넓고 탄성력이 더 우수하다.
또한, 열가소성 폴리에스테르 엘라스토머 필름층의 영 계수는 2-700 MPa이다. 이러한 방식으로 스피커의 F0을 더 줄일 수 있다. 당업자들은 상이한 스피커 다이어프램의 사운드 요건에 따라, 폴리에스테르 하드 세그먼트 A 재료 및 폴리에테르 또는 지방족 폴리에스테르 소프트 세그먼트 B 재료의 종류, 비율 등 을 조절함으로써 적합한 영 계수를 얻을 수 있다.
일례로, 스피커 다이어프램은 복합 구조이다. 복합 구조는 복합된 2 개의 표면 층과 2 개의 표면 층 사이에 위치한 하나 이상의 중간 층을 포함한다. 하나 이상의 표면 층은 열가소성 폴리에스테르 엘라스토머 필름층이고, 하나 이상의 중간 층은 접착제 층이다.
접착제 층은 스피커 다이어프램에 필요한 댐핑 성능 및 접착성을 제공한다. 접착제 층은 열가소성 폴리에스테르 엘라스토머 필름층과 직접 결합되어 복합 구조를 형성한다. 이로 인해 스피커 다이어프램의 제작이 매우 용이하게 된다.
손실 계수는 댐핑 성능의 크기를 반영할 수 있다. 일례로, 접착제 층의 손실 계수는 ≥0.1이다. 해당 접착제 층은 니들 시스템이 진동시의 분극을 효과적으로 억제하여, 진동 일관성이 향상되어 청취 효과를 향상시킨다.
일례로, 접착제 층과 열가소성 폴리에스테르 엘라스토머 필름층의 접착력은 100g/25mm (180° 박리)보다 크다. 높은 접착력으로 인해 접착제 층의 상하 필름층이 진동 과정에서 조화 일관성이 양호하며, 음질이 순수하고 스피커 다이어프램이 장기간 진동 후에도 원래 상태를 유지하며 성능 안정성이 높다.
선택적으로, 접착제 층은 아크릴 접착제, 유기 실리콘 접착제 및 폴리우레탄 접착제 중 에서 선택된 하나 이상이다. 상술한 접착제는 우수한 접착력과 댐핑 성능을 구비한다. 당업자들은 실제 수요에 따라 선택할 수 있다.
해당 실시예에서, 접착제 층의 두께는 1-40㎛이고, 접착제 층의 접착력은 그 두께가 증가함에 따라 증대된다. 두께가 너무 얇으면 접착력이 불충분하고, 진동 과정에서 접착제 층의 상하 표면 층의 움직임의 일관성을 효과적으로 보장 할 수 없다. 동시에, 접착제 층이 제공하는 댐핑 효과도 두께가 감소함에 따라 작아진다. 접착제 층의 두께가 너무 두꺼우면 진동 공간 여유가 감소되며, 스피커 다이어프램의 가장자리는 접착제 오버플로와 같은 문제가 발생하여 공정 수율에 영향을 미치기 쉽다. 해당 두께 범위의 접착제 층은 충분한 접착력, 우수한 댐핑 효과 및 진동 시스템을 위한 충분한 진동 공간 여유를 제공할 수 있다. 더욱 바람직하게, 접착제 층의 두께는 2-35㎛이다.
바람직하게, 스피커 다이어프램의 두께는 10-100㎛이다. 해당 두께 범위는 진동 시스템이 충분한 진동 공간 여유를 가지게 하며, 스피커의 얇고 가벼우며 소형화된 디자인에 도움이 된다.
일례로, 도 2에 도시된 바와 같이, 스피커 다이어프램은 중간 층을 포함하는 3 층 구조를 가진다. 중간 층은 접착제 층(12)이다. 2 개의 표면 층은 모두 열가소성 폴리에스테르 엘라스토머 필름층(11)이다. 해당 스피커 다이어프램은 강성이 강하고 댐핑 효과가 양호하다.
또한, 해당 스피커 다이어프램은 층이 적고 얇게 만들 수 있으며, 진동 감도가 더 높다.
일례로, 2 개의 표면 층은 모두 열가소성 폴리에스테르 엘라스토머 필름층(11)이다. 이는 스피커 다이어프램의 경도, 인성 및 탄성력을 더욱 향상시킨다. 다이어프램의 두 표면층의 재질이 균일하기 때문에 다이어프램의 내구성도 더욱 우수하다.
일례로, 스피커 다이어프램은 2 개의 중간 층을 포함한다. 2 개의 표면 층은 모두 열가소성 폴리에스테르 엘라스토머 필름층(11)이다. 여기서, 도 3에 도시된 바와 같이 2 개의 중간층은 서로 다른 재료의 접착제 층(12, 12a)이다.
해당 스피커 다이어프램은 강성이 강하고 댐핑 효과가 양호하다.
일례로, 스피커 다이어프램은 3 개의 중간 층을 포함한다. 2 개의 표면 층은 모두 열가소성 폴리에스테르 엘라스토머 필름층(11)이다. 도 4에 도시 된 바와 같이, 2 개의 중간 층은 접착제 층(12)이고, 다른 중간 층은 열가소성 폴리에스테르 엘라스토머 필름층(11)이며, 열가소성 폴리에스테르 엘라스토머 필름층(11)은 2 개의 접착제 층(12) 사이에 위치한다. 열가소성 폴리에스테르 엘라스토머 필름층(11)과 접착제 층(12)은 상호 교체되게 배열된다.
3 개의 중간 층은 모두 접착제 층(12)이다.
해당 스피커 다이어프램은 강성이 강하고 댐핑 효과가 좋으며 탄성력이 양호하다.
선택적으로, 복수의 열가소성 폴리에스테르 엘라스토머 필름층의 영 계수는 동일하거나 상이할 수 있다. 여기서, 영 계수가 동일한 경우, 각 열가소성 폴리에스테르 엘라스토머 필름층의 진동 일관성이 더 좋다. 영 계수가 다른 경우, 영 계수를 조절하여 스피커 다이어프램의 상하 진동 난이도를 조절할 수 있으며, 이로써 진동 균형성을 최적화 할 수 있다.
또한, 복수의 열가소성 폴리에스테르 엘라스토머 필름층, 접착제 층의 손실 계수 및 두께 등은 동일하거나 상이할 수 있다. 당업자들은 상기 파라미터를 조절하여 스피커 다이어프램의 강성, 댐핑 특성, 컴플라이언스, 탄성력 등을 조절할 수 있다.
바람직하게, 2 개의 표면 층의 두께는 동일하며, 이로 인해 스피커 다이어프램의 균일성이 양호하고 권취되거나 구겨지기 쉽지 않다.
열가소성 폴리에스테르 엘라스토머 필름층과 접착제 층이 복합되는 경우에, 형성된 스피커 다이어프램의 영 계수는 그에 따라 상응하게 변화한다. 접착제 층의 영 계수가 비교적 작기 때문에, 스피커 다이어프램의 영 계수는 감소한다. 예를 들어, 열가소성 폴리에스테르 엘라스토머 필름층의 영 계수는 l-1000MPa이고, 복합되어 형성된 스피커 다이어프램의 영 계수는5-600 MPa이다.
다른 예에서, 2 개의 표면 층 중 하나는 열가소성 폴리에스테르 엘라스토머 필름층이고, 다른 하나는 실리콘 고무 층, 엔지니어링 플라스틱 층 등과 같은 기타 재료의 필름 층이다. 접착제 층을 통해 복수의 필름 층을 접착시킨다. 이러한 방식으로, 스피커 다이어프램은 양호한 물리적 및 음향 성능을 갖는다.
일례로, 도 7에 도시 된 바와 같이, 스피커 다이어프램은 에지 다이어프램이며, 에지부(17), 에지부(17)의 내부로부터 내측으로 연장되어 형성된 중심부(13)과 에지부(17)의 외부로부터 외측으로 연장되어 형성된 연결부(16)를 포함한다. 예를 들어, 중심부(13)에 보강층을 배치하면, 스피커 다이어프램의 구조적 강도를 증가하고 스피커 다이어프램의 분할 진동을 줄일 수 있다. 보이스 코일의 일단은 중심부(13)에 연결된다. 연결부(16)는 스피커의 하우징과 연결하는데 사용된다. 에지부(17)의 두께는 정점 부위에서 중심부(13) 및 연결부(16)에 가까운 부분으로 점차 증가하도록 구성된다.
정점 즉 에지부(17)는 반경 방향을 따른 단면의 최고점 또는 최저점이다. 이와 같이, 정점 부근의 두께가 상대적으로 얇기 때문에 스피커 다이어프램의 진동 감도가 더 높다. 중심부(13) 및 연결부(16)에 가까운 부분의 두께가 크기에 다이어프램의 구조 강도를 향상시킬 수 있다.
일례로, 도 7에 도시 된 바와 같이, 보강층은 FPCB(14)이다. FPCB(14)는 중심부(13)에 내장된다. FPCB(14)는 전도성 금속층 및 전도성 금속층의 상부, 하부 양측을 덮는 절연층을 포함한다. 전도성 금속층은 FPCB(14)가 높은 강도를 갖게 하고, 절연층은 FPCB(14)가 강한 인성을 갖도록 한다. FPCB(14)는 스피커 다이어프램의 분할 진동을 효과적으로 줄일 수 있다.
또한, 보이스 코일의 인출단과 인입단은 FPCB(14)과 연결되고, FPCB(14)를 통해 외부 회로와 연통된다. 이러한 방법으로 보이스 코일의 전기적 연결이 더 용이해지고 높은 신뢰성을 가지게 된다.
도 1a는 기존 다이어프램의 Smart PA(스마트 전력 증폭기) 테스트 곡선이다. 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 스피커 다이어프램의 Smart PA 테스트 곡선이다.
여기서, 가로축은 테스트 시간(s), 세로축은 변위(mm)이다.
본 발명의 실시예에서, 기존 다이어프램의 구조는 본 발명의 실시예에서의 다이어프램의 구조와 동일하고, 그 재료는 본 발명의 실시예에서의 다이어프램의 재료와 다르다는 점에 유의해야 한다. 예를 들어, 기존 다이어프램과 본 발명 실시예에서 다이어프램은 모두 3 층 구조를 가지며, 기존 다이어프램은 2 개의 PEEK 표면층과 2 개의 표면층 사이에 위치하는 접착제 층을 포함한다. 본 발명 실시예의 다이어프램도 3 층 구조로서, 2 개의 열가소성 폴리에스테르 엘라스토머 표면층 및 2 개의 표면층 사이에 위치한 접착제 층을 포함한다. 두 종류의 다이어프램의 해당 접착제 층의 두께는 동일하고, 구조도 동일하다. 2 개의 다이어프램과 연결된 보이스 코일과 자기 회로 시스템은 동일하다. 이하의 실시예에서 비교하는 기존 다이어프램의 구조와 본 발명의 다이어프램 구조는 본 실시예와 동일한 구조를 적용하므로 이에 대한 설명은 생략한다.
오디오 신호가 스피커에 입력되면, F=BIL에 따라 알 수 있다시피, 보이스 코일과 자기 회로 시스템의 설계가 고정된 경우(BL 값이 고정됨), 보이스 코일이 전자기장에서 받는 작용력은 동일하며, 다이어프램이 보이스 코일에서 받는 구동력도 동일하다.
그러나, PEEK의 영 계수가 본 발명 실시예의 다이어프램보다 훨씬 크기 때문에, 작용력이 동일한 경우에, 본 발명 실시예의 다이어프램은 더 쉽게 탄성 변형이 일어나 원하는 변위를 달성할 수 있다. 두 종류의 다이어프램의 Smart PA 테스트 곡선에서 알 수 있다시피, 동일한 음악이 재생 될 때, 본 발명 실시예의 다이어프램은 진동 과정에서 더 큰 변위를 가지므로 음량도 더 크다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 스피커 다이어프램의 서로 다른 부위가 서로 다른 주파수에서의 진동 변위에 대한 테스트 곡선이다. 도 6은 기존 다이어프램의 서로 다른 부위가 서로 다른 주파수에서의 진동 변위에 대한 테스트 곡선이다.
여기서, 다이어프램은 직사각형의 에지 다이어프램이다. 가로축은 주파수(Hz)이고 세로축은 음량 변위(mm)이다. 다이어프램 중심부의 가장자리 위치와 중앙 위치에서 테스트를 수행했다.
도 5의 각 곡선이 더 집중된 반면, 도 6의 각 곡선은 상대적으로 분산되었다. 이는 본 발명 실시예의 스피커 다이어프램의 각 부분의 진동 일관성이 더 좋고, 진동 과정에서 다이어프램의 흔들림이 적고, 음질 및 청취 안정성이 더 우수하다는 것을 보여준다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 스피커 다이어프램과 기존 다이어프램의 고조파 왜곡 테스트 곡선이다. 다이어프램은 에지 다이어프램이다. 가로축은 주파수(Hz)이고 세로축은 총 고조파 왜곡 THD(%)이다.
여기서, 점선은 본 발명 실시예에서 제공하는 스피커 다이어프램의 총고조파 왜곡 테스트 곡선이다. 실선은 기존 PEEK 다이어프램의 총 고조파 왜곡 테스트 곡선이다.
도 9에서 본 발명의 실시예의 스피커 다이어프램은 PEEK 다이어프램에 비해 THD (총 고조파 왜곡)가 낮고 스파이크가 없음을 알 수 있다. 이는 본 발명의 실시예의 스피커 다이어프램이 더 우수한 분극 저항 능력과 더 나은 음질을 가지고 있음을 보여준다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 스피커 다이어프램과 기존 다이어프램의 서로 다른 주파수에서의 음량 테스트 곡선 (SPL 곡선)이다. 다이어프램은 에지 다이어프램이다. 가로축은 주파수(Hz)이고 세로축은 음량이다.
여기서, 점선은 본 발명 실시예에서 제공하는 스피커 다이어프램의 테스트 곡선이다. 실선은 기존 PEEK 다이어프램의 테스트 곡선이다.
도 10을 보면, SPL 곡선에서 알 수 있다시피, 2 개의 스피커 다이어프램의 중간 주파수 성능이 유사함을 알 수 있다. 도 10의 c부분에서와 같이 본 발명 실시예의 다이어프램을 적용한 스피커의 F0은 815Hz이고, 도 10의 d부분에서와 같이 PEEK 다이어프램을 적용한 스피커의 F0은 860Hz이다. 이는 본 발명 실시예에 따른 스피커 다이어프램의 저주파 감도가 PEEK 다이어프램보다 더 높다는 것을 보여준다. 즉, 본 발명 실시예의 스피커 다이어프램을 적용한 스피커는 더 높은 음량과 쾌적도를 구비한다.
본 발명의 다른 실시예에서는 스피커가 개시된다. 해당 스피커에는 진동 시스템 및 진동 시스템과 협력하는 자기 회로 시스템이 포함된다. 진동 시스템은 본 발명에 의해 제공되는 스피커 다이어프램을 포함한다. 예를 들어, 다이어프램은에지 다이어프램 또는 플랫 다이어프램이다. 해당 스피커는 좋은 사운드 효과와 좋은 내구성의 특성을 가진다.
해당 스피커의 F0은 영 계수와 두께에 정비례하며, 스피커 다이어프램의 두께 및 영 계수를 변경하여 F0을 변경할 수 있다. 구체적인 조절 원리는 다음과 같다.
Figure pct00001
여기서, Mms는 스피커의 동등한 진동 질량이고 Cms는 스피커의 동등한 컴플라이언스이다.
Figure pct00002
여기서, Cms1은 댐퍼 컴플라이언스이고, Cms2는 다이어프램 컴플라이언스이다. 댐퍼 없이 설계될 때, 스피커의 동등한 컴플라이언스는 바로 다이어프램 컴플라이언스이다.
Figure pct00003
여기서, w는 다이어프램의 에지부의 총 너비, t는 다이어프램의 두께; dvc는 다이어프램 보이스 코일 결합 외경; E는 다이어프램 재질의 영 계수; u는 다이어프램 재질의 푸아송비이다.
이로부터 스피커의 F0은 모듈러스와 두께에 비례함을 알 수 있다. 완전한 저음과 편안한 청취를 위해, 스피커가 비교적 낮은 F0을 가져야 하는 동시에, 다이어프램은 충분한 강성과 댐핑을 구비해야 한다. 당업자들은 스피커 다이어프램의 영 계수 및 두께를 조절함으로써 F0의 크기를 조절할 수 있다. 바람직하게, 영 계수는 5-600MPa이다. 스피커 다이어프램의 두께는 10-100μm이다. 이로 인해 스피커의 F0이 150-1500Hz에 도달 할 수 있어 스피커의 저주파 성능이 우수하다.
바람직하게, 스피커 다이어프램의 진폭은 0.25mm-1.0mm이고, 본 실시예에서 설명된 “진폭”은 평형 위치 편차의 단방향 최대 값을 의미한다. 열가소성 폴리에스테르 엘라스토머 필름층을 포함하는 스피커 다이어프램은해당 진동 범위에서 여전히 좋은 청취 효과를 가진다. 그러나 PEEK 필름층과 같은 엔지니어링 플라스틱 필름층의 진폭은 통상적으로 상기 범위에 도달 할 수 없으며, 설령 상기 범위에 도달한다 하더라도, 좋은 청취 효과를 얻을 수 없다.
또한, 스피커 다이어프램의 진폭은 0.4mm-0.6mm이다. 해당 범위에서 진동 시스템은 더욱 양호한 청취 효과를 얻을 수 있으며, 충분한 진동 공간 여유를 구비한다.
비록 예시를 통해 본 발명의 일부 특정 실시예가 상세하게 설명되었지만, 당업자들은 상기 실시예가 단지 예시를 위한 것이며 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것이 아님을 이해할 것이다. 당업자들은 본 발명의 범위 및 사상을 벗어나지 않는 범위내에서, 상기 실시예를 변경할 수 있으며, 본 발명의 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 한정된다.
11: 열가소성 폴리에스테르 엘라스토머 필름층; 12: 접착제 층; 12a, 다른 접착제 층; 13: 중심부; 14: FPCB; 16: 연결부; 17: 에지부

Claims (15)

  1. 스피커 다이어프램에 있어서, 복합된 2 개의 표면 층과 2 개의 표면 층 사이에 위치한 하나 이상의 중간 층을 포함하고, 하나 이상의 상기 표면 층은 열가소성 폴리에스테르 엘라스토머 필름층이고, 하나 이상의 중간 층은 접착제 층이며, 열가소성 폴리에스테르 엘라스토머는 폴리에스테르 하드 세그먼트 A와 폴리에테르 또는 지방족 폴리에스테르 소프트 세그먼트 B로 이루어진 공중합체이며, 상기 열가소성 폴리에스테르 엘라스토머 필름층의 두께는 5-70μm이고, 상기 접착제 층의 두께는 l-40μm인 것을 특징으로 하는 스피커 다이어프램.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 열가소성 폴리에스테르 엘라스토머 필름층의 두께는 5-40um인 것을 특징으로 하는 스피커 다이어프램.
  3. 제1 또는 2항에 있어서,
    상기 접착제 층의 두께는2-35μm인 것을 특징으로 하는 스피커 다이어프램.
  4. 제1 내지 3항 중 임의의 한 항에 있어서,
    상기 스피커 다이어프램의 두께는 10-100μm인 것을 특징으로 하는 스피커 다이어프램.
  5. 제1 내지 4항 중 임의의 한 항에 있어서,
    상기 열가소성 폴리에스테르 엘라스토머의 손실 계수는 ≥0.015인 것을 특징으로 하는 스피커 다이어프램.
  6. 제1 내지 5항 중 임의의 한 항에 있어서,
    상기 열가소성 폴리에스테르 엘라스토머 필름층이 10% 변형 후의 탄성 회복률은 ≥80 %이고, 상기 열가소성 폴리에스테르 엘라스토머 필름층의 파단 연신율은 ≥300%인 것을 특징으로 하는 스피커 다이어프램.
  7. 제1 내지 6항 중 임의의 한 항에 있어서,
    상기 접착제 층과 상기 열가소성 폴리에스테르 엘라스토머 필름층의 접착력은 100g/25mm (180° 박리)보다 큰 것을 특징으로 하는 스피커 다이어프램.
  8. 제1 내지 7항 중 임의의 한 항에 있어서,
    상기 폴리에스테르 하드 세그먼트 A의 질량 백분율은 10-95%이고, 상기 지방족 폴리에스테르 소프트 세그먼트 B의 상대적 분자 질량은 600-6000이며;
    상기 폴리에테르 또는 지방족 폴리에스테르 소프트 세그먼트 B의 재료는 지방족 폴리에스테르, 폴리 테트라 히드로 푸란 에테르, 폴리 페닐렌 에테르 및 폴리에틸렌 옥사이드 중 에서 선택된 하나 이상이고; 상기 폴리에스테르 하드 세그먼트 A의 재료는 이염기산과 다이올의 중합체이며, 상기 이염기산은 테레프탈산, 이소프탈산, 제아디카르복실산 및 비페닐 디카르복실산 중에서 선택된 하나 이상이고; 상기 다이올은 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 부틸렌 글리콜, 펜탄 다이올 및 헥산 다이올 중에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 스피커 다이어프램.
  9. 제1 내지 8항 중 임의의 한 항에 있어서,
    상기 폴리에스테르 하드 세그먼트 A는 결정화 될 수 있으며, 상기 폴리에스테르 하드 세그먼트 A의 평균 중합도는 ≥2이고, 상기 폴리에스테르 하드 세그먼트 A의 용융 온도는 ≥150°C인 것을 특징으로 하는 스피커 다이어프램.
  10. 제1 내지 9항 중 임의의 한 항에 있어서,
    2개의 상기 표면 층은 모두 열가소성 폴리에스테르 엘라스토머 필름층인 것을 특징으로 하는 스피커 다이어프램.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 스피커 다이어프램은 하나의 상기 중간 층을 포함하는 3 층 구조인 것을 특징으로 하는 스피커 다이어프램.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 스피커 다이어프램은 2 개의 상기 중간 층을 포함하고, 2 개의 상기 중간 층은 서로 다른 재료의 접착제 층인 것을 특징으로 하는 스피커 다이어프램.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 스피커 다이어프램은 3 개의 중간 층을 포함하며, 여기서, 2 개의 상기 중간 층은 접착제 층이고, 다른 하나의 중간 층은 상기 열가소성 폴리에스테르 엘라스토머 필름층이며, 상기 열가소성 폴리에스테르 엘라스토머 필름층은 2 개의 상기 접착제 층 사이에 위치하거나; 또는
    3 개의 상기 중간층은 모두 접착제 층인 것을 특징으로 하는 스피커 다이어프램.
  14. 제1 내지 13항 중 임의의 한 항에 있어서,
    2개의 상기 표면 층의 두께는 동일한 것을 특징으로 하는 스피커 다이어프램.
  15. 진동 시스템 및 상기 진동 시스템과 상호 협력하는 자기 회로 시스템을 포함하고, 상기 진동 시스템은 제1 내지 14항 중 임의의 한 항에 따른 스피커 다이어프램을 포함하는 것을 특징으로 하는 스피커.
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