KR20210127694A - 캐비티 및 액티브 영역 - Google Patents

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KR20210127694A
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존 피츠제럴드 코클리
페르난데스 클라우디아 소피아 레흐만
에런 윌리엄 손턴
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카본 에어 리미티드
커먼웰쓰 사이언티픽 앤 인더스트리알 리서치 오거니제이션
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Abstract

본 발명은 가청 사운드를 제공 및/또는 수신하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 i) 미세다공성 유기 중합체 (MOP) 물질, 및/또는 ii) 소수성 코팅 또는 멤브레인으로 처리된 금속 유기 구조체 (MOF) 물질을 포함하는 미립자 흡착제 물질을 포함하는 액티브 영역을 포함하는 장치, 예컨대 마이크로 스피커에 관한 것이다. 미립자 흡착제 물질은 성긴 또는 반-성긴 과립 형태이고, 또는 직조, 편조 또는 부직포 펠트 물질로 지지되거나 함침된다. 본 발명의 장치는 개선된 가청 사운드를 제공하기 위해, 전자 장치, 예를 들어 모바일 또는 휴대용 전자 장치에서 사용하기에 적합하다.

Description

캐비티 및 액티브 영역
본 발명은 가청 사운드를 제공 및/또는 수신하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 특히, 이에 한정되지는 않지만, 본 발명은 전자 장치, 예를 들어 모바일 또는 휴대용 전자 장치에 사용하기에 적합한, 가청 사운드를 제공하기 위한 장치, 예컨대 마이크로 스피커에 관한 것이다.
휴대용 소비자 전자 장치, 예컨대 이어폰, 헤드폰, 이어버드, 태블릿 및 모바일 폰 또는 기타 모바일 전자 장치는 점점 더 소형화되고 있다. 시스템 인클로저(enclosure)/케이싱이 점점 작아지고 스피커 통합에 사용할 수 있는 공간이 줄어들기 때문에, 스피커 후면 볼륨에 사용할 수 있는 공간이 줄어들고 그와 함께 낮은 주파수 음향 성능이 저하된다. 이러한 스피커는 가청 사운드를 제공하는 장치의 예이다.
이러한 성능 한계를 극복하기 위해, 흡착/탈착 효과를 사용하여 점점 더 작은 캐비티(cavity)의 음향 컴플라이언스를 증가시켜 낮은 주파수 응답을 개선하는 많은 형태의 흡착제 물질이 개발되었다. 이러한 물질은 통상적으로 제올라이트 및 다양한 형태의 활성탄 (Activated Carbon; AC) 및/또는 탄소 나노혼(nanohorns)으로 구성되었다. 이러한 물질에는 이의 사용과 관련된 주요 단점이 있다.
예를 들어, 제올라이트계 물질은 천연적으로 강한 친수성인 경향이 있으며, 이는 공기 중 수분에 노출될 때 음향 성능이 현저히 저하되는 것을 의미한다. 이를 극복하기 위해, 많은 방법들이 개발되었으며, 주로 흡착제 물질 자체의 소수성 처리와 배리어 방법으로 나뉜다. 이러한 기술은 복잡하고, 여러 후공정이 요구되며, 내구성이 의심스러울 수 있다.
탄소계 물질은 전기 전도성이어서, 물질이 전자 회로를 간섭할 경우, 단락이 유발될 수 있다는 점에서 별도의 문제를 갖는다. 이러한 유형의 물질은 물질이 위치한 임의의 장치의 무선 주파수 방출을 차폐 또는 간섭할 수도 있다. 이 문제는 많은 마이크로 스피커 하우징이 그 후면 상에 직접 인쇄된 관련된 장치의 안테나를 갖는다는 사실로 인해 더욱 악화된다.
따라서, 음향 엔지니어가 사용할 수 있는 작은 후면-볼륨 폼 팩터를 완전히 최대화하는 방식으로 활용될 수 있는, 높은 음향 성능을 갖는 비전도성 및 천연적으로 소수성인 흡착제에 대한 요구가 있다.
금속 유기 구조체 (Metal Organic Framework; MOF) 물질은 주로 여과 및 가스 저장 용도를 위해 별도로 개발되었다. 이러한 물질은 천연적으로 전기 절연체이며, 용도의 필요에 맞게 조정할 수있는 미세기공 형상을 가지고 있으며, 종래의 흡착제 물질, 예컨대 활성탄의 표면적을 크게 초과하는 표면적을 특징으로 한다.
통상적으로 이러한 물질은 취약하고, 비싸며, 불안정하지만, 산업 규모에서 실행 가능한 일부 물질, 예컨대 MOF 기반의 알루미늄 알루미늄 푸마레이트가 현재 부상하고 있다. 그러나, 마이크로 스피커 용도에서 필요한 바와 같이, 1000Hz 이하의 주파수에서 흡착/탈착이 발생하기 위해서는, 물질의 입자 크기가 매우 작아야한다. 이는 세 가지 문제를 유발한다.
첫째, 작은 입자 크기는 대부분의 제올라이트 및 기타 고도의 미세다공성 물질에서 발생하는 바와 같이, 물질의 수분 흡수 가능성을 두드러지게한다. 둘째, 작은 입자 크기는 물질을 매우 조밀한 층으로 압축하여, 물질의 유동 저항이 너무 높아질 수 있다. 이는 미세 기공이 음향 필드에 접근할 수 없게 한다. 즉, 물질이 밀집된 층으로 압축되면, 음향적으로 작동을 멈춘다. 셋째, 작은 입자 물질의 사용은 분말이 시스템에서 손실될 가능성을 증가시키고 주변 구성성분 또는 외부 공기로 이동할 가능성을 증가시킨다. 또한, 특정 선행 기술에 따르면, 물질을 고체 블록으로 결합하면 미세기공의 적어도 일부가 차폐되고 결과적으로 성능이 저하된다.
본 발명의 목적은 상기 언급된 문제 중 하나 이상을 적어도 부분적으로 완화시키는 것이다.
본 발명의 특정 구현예의 목적은 모바일 전자 장치와 함께 사용하기에 적합한, 가청 사운드를 제공 및/또는 수신하기 위한 장치, 예를 들어 마이크로 스피커를 제공하는 것이며 (여기서 사용되는 용어 "모바일 전자 장치"는 모바일 폰, 스마트 폰, 랩톱, 태블릿 또는 퍼스널 어시스턴트(personal assistant), 이미지를 표시하는 전자 장치, 예컨대 텔레비전, 모니터, 시청각 프로젝터 등, 스피커, 예컨대 휴대용 스피커, 스마트 스피커 또는 블루투스 스피커, 차량용 스피커, 웨어러블 전자 장치, 예컨대 시계, 보청기, 웨어러블 컴퓨터, 이어폰, 웨어러블 스마트 장치, 웨어러블 내비게이션 보조장치, 및 헤드폰을 포함함), 이러한 장치는 종래의 기술에 비해 우수한 음향 성능을 갖는 하나 이상의 스피커 및/또는 마이크로폰 포함한다.
본 발명의 특정 구현예의 목적은 마이크로 스피커 또는 마이크로 스피커 하우징을 제공하는 것이며, 즉 선택적으로 지지 요소에 의해 지지될 수 있는 흡착제 물질을 포함하는 하나 이상의 액티브 영역(active region)을 포함하는 소규모 스피커를 제공하는 것이다.
본 발명의 특정 구현예의 목적은 스피커 또는 마이크로폰의 제조에 사용될 수 있고 사용시 우수한 성능을 갖는 완성된 스피커 또는 마이크로폰을 생성하는 물질을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 특정 구현예의 목적은 음향 성능을 향상시키는 방식으로 통합될 수 있는 물질을 제공하는 것이다.
본 발명의 제1 실시양태에 따르면, 가청 사운드를 제공 및/또는 수신하기 위한 장치로서,
하나 이상의 캐비티 영역을 제공하는 하우징;
상기 캐비티 영역 내 또는 상기 캐비티 영역에 근접한 진동가능한 요소; 및
액티브 영역
을 포함하고,
상기 액티브 영역은 미립자 흡착제 물질을 포함하고,
상기 미립자 흡착제 물질은 i) 미세다공성 유기 중합체 (MOP) 물질, 및/또는 ii) 소수성 코팅 또는 멤브레인으로 처리된 금속 유기 구조체 (MOF) 물질을 포함하는, 장치를 제공한다.
적절하게는 미세다공성 유기 중합체 (MOP) 물질은 폴리-디클로로자일렌 (P-DCX)이다.
적절하게는 금속 유기 구조체 (MOF) 물질은 금속 이온이 유기 리간드 (링커 또는 스트럿)가 부착되고 다른 유기 분자로 확장될 수 있는 노드 또는 조인트로서 작용하는 구조를 포함한다. 적합한 예는 알루미늄 푸마레이트이다. MOF는 소수성 코팅, 또는 플렉서블 멤브레인 또는 하기에 설명되는 멤브레인 물질을 포함하는 멤브레인으로 처리된다.
적절하게는 흡착제 물질은 하나 이상의 2차 흡착제 물질을 추가로 포함한다. 적절하게는 흡착제 물질은 50 중량% 미만의 2차 흡착제 물질을 포함한다. 적절하게는 흡착제 물질은 15 중량% 미만의 2차 흡착제 물질을 포함한다.
적절하게는 2차 흡착제 물질은 활성탄 및 제올라이트로부터 선택되는 하나 이상의 물질을 포함한다.
적절하게는 흡착제 물질은 다공성이며, 1 nm 내지 10 nm 범위의 직경의 기공을 갖는다.
적절하게는 기공은 각각 약 2nm의 평균 직경을 갖는다.
적절하게는 흡착제 물질은 미세다공성이다.
적절하게는 흡착제 물질은 메조다공성이다.
적절하게는 흡착제 물질은 혼합 다공성일 것이다.
적절하게는 흡착제 물질은 가스-흡착 물질이다.
적절하게는 흡착제 물질은 별도의 입자 형태, 예를 들어 과립 또는 분말 형태이다.
적절하게는 흡착제 물질 입자의 80 중량% 이상, 바람직하게는 95 중량% 이상은 120 마이크론의 최대 직경, 바람직하게는 100 마이크론의 최대 직경, 더욱 바람직하게는 85 마이크론의 최대 직경을 갖는다. 흡착제가 1/10 내지 1/12 mm 메쉬를 통과할 때 특히 유리한 결과를 달성할 수 있다.
적절하게는 흡착제 물질은 500 m2/g 이상의 표면적을 제공한다.
적절하게는 흡착제 물질은 케이지형(cage-like) 구조를 갖는다.
적절하게는 흡착제 물질은 비결정질인 물질이다.
적절하게는 흡착제 물질은 정렬된 구조를 갖지 않고 선택적으로 비정질 미세구조를 포함한다.
적절하게는 흡착제 물질은 전기 전도성이 아니다.
적절하게는 흡착제 물질은 절연 물질이다.
적절하게는 흡착제 물질은 천연적으로 소수성이다.
적절하게는 흡착제 물질은 성긴(반-성긴을 포함) 미립자 형태로 사용된다.
적절하게는 흡착제 물질은 적절하게 처리되어 안정화된 크러스트(crust) 또는 스킨이 형성되도록 한다.
적절하게는 흡착제 물질은 흡착제 물질의 상부 표면을 약간 용해시키는 용매로 포화시킴으로써 처리된다. 메탄올이 잘 작동하는 것으로 밝혀졌지만, 다른 비교적 저 비점 용매도 유용하다.
적절하게는 흡착제 물질은 지지 요소에 의해 본 발명의 장치 내에서 위치에 보유된다.
적절하게는 흡착제 물질은 지지 요소에 의해 액티브 영역 내에 유지된다.
적절하게는 흡착제 물질은 지지 요소에 의해 지지된다.
적절하게는 흡착제 물질은 지지 요소의 외부 표면에 코팅된다.
적절하게는 흡착제 물질은 지지 요소를 제공하는 지지 물질에 걸쳐 매립된다.
적절하게는 흡착제 물질은 지지 요소를 제공하는 지지 물질에 함침된다.
적절하게는 지지 요소는 지지 물질의 짜여진 사(interwoven thread)로 제공되는 직조 구조를 포함한다.
적절하게는 지지 요소는 지지 물질의 인터로킹 루프 사(interlocking looped thread)로 제공되는 편직 구조를 포함한다.
적절하게는 지지 요소는 부직포 펠트를 포함한다.
적절하게는 펠트는 지지 물질의 랜덤 배향 또는 유사 랜덤 배향된(pseudo randomly orientated) 스트랜드에 의해 제공된다.
적절하게는 흡착제 물질이 60% 이상의 충전 요소로 지지 요소에 함침된다.
적절하게 충전 요소는 80% 이상이다.
적절하게는 지지 요소는 일반적으로 이격된 관계로 배치되고, 복수의 공간을 획정하는 직조, 편물 또는 부직포 사 또는 스트랜드를 포함한다. 흡착제 물질은 사 또는 스트랜드에 운반 및/또는 이러한 공간 내에 함유된다.
적절하게는 지지 요소 (바람직하게는 지지 요소가 부직포 물질, 예를 들면 펠트인 경우)는 밀봉 물질의 하나 이상의 시트로 밀봉된다. 적절하게는 지지 요소 (바람직하게는 펠트)는 밀봉 물질의 제1 시트와 추가 시트 사이에서 밀봉된다.
적절하게는 지지 요소는 열 공정을 통해 밀봉된다.
적절하게는 밀봉 물질은 플렉서블 멤브레인이다.
적절하게는 플렉서블 멤브레인은 수분 불투과성이다.
적절하게는 플렉서블 멤브레인은 0.5mm 미만의 두께를 갖는다.
적절하게는 플렉서블 물질은 미세한 기공-신축성 거즈 물질이다.
적절하게는 플렉서블 멤브레인은 실크를 포함한다.
적절하게는 지지 요소는 흡착제 물질을 함유하기에 적합한 다공성 용기를 포함한다.
적절하게는 다공성 용기는 멤브레인 물질로 구성된다.
적절하게는 멤브레인 물질은 수분 불투과성이다.
적절하게는 멤브레인 물질은 0.5 mm 미만의 두계를 갖는다.
적절하게는 멤브레인 물질은 미세한 기공-신축성 거즈 물질이다.
적절하게는 멤브레인 물질은 실크를 포함한다.
적절하게는 액티브 영역은 본 발명의 장치의 하우징 영역을 포함한다.
적절하게는 액티브 영역은 하우징의 하나 이상의 벽 부재를 포함한다.
적절하게는 액티브 영역은 액티브 영역으로 제공되는 하우징의 벽을 포함한다.
적절하게는 액티브 영역은 캐비티 영역 내에 함유된 패널 또는 패널들 또는 본체 또는 본체들을 포함한다.
적절하게는 액티브 영역은 캐비티 영역에 흡착제 물질을 포함하는 플렉서블 백(bag)을 포함하거나, 또는 액티브 영역은 하우징의 하나 이상의 벽 부재 및 캐비티 영역에 패널 또는 패널들을 포함하거나, 또는 액티브 영역은 하우징의 하나 이상의 벽 부재 및 캐비티 영역에 흡착제 물질을 포함하는 하나 이상의 플렉서블 백을 포함한다.
적절하게는 플렉서블 백은 멤브레인 물질로 구성된다.
적절하게는 멤브레인 물질은 수분 불투과성이다.
적절하게는 멤브레인 물질은 0.5 mm 미만의 두께를 갖는다.
적절하게는 멤브레인 물질은 실크 물질을 포함한다.
적절하게는 본 발명의 제1 실시양태에 따른 장치를 포함하는 스피커 또는 마이크로폰이 제공된다.
적절하게는 액티브 영역은 진동가능한 요소의 적어도 후방 표면과 유체 연통하고, 및/또는 선택적으로 캐비티 영역과 유체 연통한다.
본 발명의 제2 실시양태에 따르면, 상술한 바와 같은 모바일 전자 장치로서,
케이스 본체; 및
상기 케이스 본체 내의 하나 이상의 스피커 유닛 또는 마이크로폰 유닛
을 포함하고,
각각의 스피커 유닛 또는 마이크로폰 유닛은 하나 이상의 캐비티 영역을 획정하는 하우징, 상기 캐비티 영역 내 또는 상기 캐비티 영역에 근접한 진동가능한 요소, 및 액티브 영역을 포함하고, 상기 액티브 영역은 미세다공성 유기 중합체 (MOP) 물질 및/또는 소수성 코팅 또는 멤브레인으로 처리된 금속 유기 구조체 (MOF) 물질을 포함하는 흡착제 물질을 포함하는, 모바일 전자 장치를 제공한다.
적절하게는 하나 이상의 스피커 유닛은 모바일 전자 장치의 메인 외부 스피커 유닛 및/또는 모바일 전자 장치의 이어 스피커 유닛을 포함한다.
적절하게는 모바일 전자 장치는 모바일 폰을 포함한다.
적절하게는 모바일 폰은 스마트 폰을 포함한다.
적절하게는 모바일 전자 장치는 이어폰 또는 태블릿 또는 랩톱 또는 디지털 어시스턴트 또는 시계 또는 스마트 웨어러블 또는 내비게이션 보조장치 또는 헤드폰 또는 TV 또는 모니터 또는 휴대용 스피커 또는 스마트 스피커 또는 블루투스 스피커 또는 차량용 스피커를 포함한다.
적절하게는 모바일 전자 장치는 웨어러블이다.
적절하게는 모바일 전자 장치는 각각의 스피커 유닛에 스피커 드라이버; 및
스피커 드라이버에 드라이브 신호를 제공하기위한 컨트롤러
를 추가로 포함한다.
적절하게는 각각의 스피커 드라이버는 보이스 코일 또는 하나 이상의 MEMS 장치 및 하나 이상의 다이어프램 요소를 포함한다.
적절하게는 모바일 전자 장치는 디스플레이를 포함한다.
적절하게는 디스플레이는 터치 스크린이다.
본 발명의 제3 실시양태에 따르면, 마이크로 스피커 또는 라우드 스피커 구성에서 사용하기 위한 볼륨-향상 물질로서, 흡착제 물질은 소수성 코팅 또는 멤브레인으로 처리된 금속 유기 구조체 (MOF) 물질, 및/또는 타고난 소수성을 갖는 구성성분 물질을 특징으로 하는 비정질 미세다공성 유기 중합체 (MOP), 예컨대 폴리-디클로로자일렌 (P-DCX)을 포함한다.
본 발명의 제4 실시양태에 따르면, 스피커 시스템으로서,
스피커 유닛; 및
소수성 코팅 또는 멤브레인으로 처리된 금속 유기 구조체 물질을 포함하는 미립자 볼륨-향상 흡착제 물질, 및/또는 비정질 미세다공성 유기 중합체 (MOP), 예컨대 폴리-디클로로자일렌 (P-DCX)으로 크게 충전된 스피커 유닛의 측면 영역 또는 후면 영역에 챔버를 형성하는 캐비닛
을 포함하고,
선택적으로 상기 볼륨-향상 흡착제 물질의 입자는 처리되어, 안정화된 크러스트를 형성되도록 하고, 예를 들면 플렉서블 멤브레인 바람직하게는 미세한 기공-신축성 거즈 물질 또는 실크를 포함하는 플렉서블 멤브레인으로 커버되기 전에, 볼륨 향상 흡착제 물질의 입자를 메탄올로 포화하는, 스피커 시스템을 제공한다.
본 발명의 제5 실시양태에 따르면, 스피커 시스템으로서,
스피커 유닛; 및
기체 투과성 상부층, 바인더를 사용하지 않고 섬유질 매트릭스 내에 고농도로 분산된 흡착제 물질의 입자, 및 투과성 또는 불투과성 후면층으로 구성된 펠트 지지 요소로 크게 충전된 스피커 유닛의 측면 영역 또는 후면 영역에 챔버를 형성하는 캐비닛
을 포함하고,
상기 흡착제 물질은 소수성 코팅으로 처리된 금속 유기 구조체 물질, 및/또는 타고난 소수성을 갖는 구성성분 물질을 특징으로 하는 비정질 미세다공성 유기 중합체 (MOP) 물질, 예컨대 폴리-디클로로자일렌 (P-DCX)을 포함하는, 스피커 시스템을 제공한다.
본 발명의 제6 실시양태에 따르면, 마이크로폰 시스템으로서,
사운드를 전기 신호로 전환하기 위한 하나 이상의 변환기 요소;
선택적으로 상기 변환기 요소로부터 출력을 수신하는 전치 증폭기;
상기 변환기 요소의 후면 영역 또는 측면 영역에 있는 하우징 또는 캐비닛; 및
미세다공성 유기 중합체 (MOP) 물질, 및/또는 소수성 코팅 또는 멤브레인으로 처리된 금속 유기 구조체 (MOF) 물질을 포함하는 흡착제 물질을 포함하는 액티브 영역
을 포함하는, 마이크로폰 시스템을 제공한다.
적절하게는 변환기 요소는 음파와 관련된 기압 변화를 전기 신호로 전환한다.
적절하게는 마이크로폰 시스템은 다이나믹 마이크로폰 또는 콘덴서 마이크로폰 또는 피에조일렉트릭 마이크로폰이다.
적절하게는, 본 발명의 제6 실시양태에 따른 마이크로폰 시스템을 포함하는 모바일 전자 장치가 제공된다.
적절하게는 모바일 전자 장치는 모바일 폰 또는 보청기이다.
본 발명의 특정 구현예는 액티브 영역이 앞서 설명된 흡착제 물질을 포함하고, 종래 기술에 비해 음향 성능을 향상시키는, 가청 사운드를 제공 및/또는 수신하기 위한 장치를 제공한다.
본 발명의 특정 구현예는 펠트 또는 직조, 편직 또는 부직포 물질 본체일 수 있는 지지 요소 상에 또는 그 내에 지지된 미세다공성 유기 중합체(MOP) 물질 및/또는 금속 유기 구조체 (MOF) 물질을 이용한다.
본 발명의 특정 구현예는 마이크로폰 및/또는 스피커, 예컨대 마이크로 스피커 또는 라우드 스피커를 제조하는 방법을 제공한다.
본 발명의 특정 구현예는 비용 효율적이고, 매우 안정적이고, 소수성 형태로, 종래 기술에 비해 라우드 스피커 또는 마이크로폰에 대한 성능 이점을 달성하는 금속 유기 구조체 기반 기반 물질, 및/또는 미세다공성 유기 중합체 기반 물질을 제공한다. 이는 성긴 물질로서, 또는 지지 요소을 위한 코팅 또는 함침물로서, 미립자 금속 유기 구조체 물질 및/또는 미립자 미세다공성 유기 중합체 물질을 사용하여 달성될 수 있다.
본 발명의 특정 구현예는 본질적으로 소수성인 구성성분 부분으로부터 합성된 미세다공성 유기 중합체 기반 물질을 제공하며, 이는 높은 수준의 천연 소수성을 갖는 물질을 결과로 한다.
본 발명의 특정 구현예는 사운드 장에 비압축되고 바인더 없는 가스첨가된 (aerated) 현탁액으로 물질이 존재하는 스피커, 및/또는 마이크로폰, 및/또는 스피커 및/또는 마이크로폰을 위한 캐비닛을 제공한다. 이는 초음파 또는 정전기 동반(entrainment) 방법을 사용하여 미세한 부직포 펠트 구조를 함침시켜 달성될 수 있다. 이러한 초음파/정전기 방법은 80%의 충전 요소를 달성할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 특정 구현예가 첨부된 도면을 참조하여 실시예로서만 설명될 것이다:
도 1은 이어 스피커의 분해도를 도시한다;
도 2는 이어 스피커를 통한 단면을 도시한다;
도 3은 대안적인 스피커의 분해도를 도시한다;
도 4는 액티브 영역으로 충전된 측면 챔버를 가지며, 나머지 중앙 영역은 비어있는 대안적인 스피커를 도시한다;
도 5는 스피커를 통한 단면을 도시한다;
도 6은 스피커를 통한 단면을 도시한다;
도 7은 비어 있고 본 발명에 따른 선택된 부분적으로 충전된 마이크로 스피커의 저 주파수 응답을 도시한다;
도 8은 비어 있고 본 발명에 따른 선택된 부분적으로 충전된 마이크로 스피커의 더 높은 범위의 주파수 응답을 도시한다;
도 9는 본 발명에 따른 선택된 부분적으로 충전된 마이크로 스피커의 주파수 응답 차이 (SR 충전됨-SR 비어 있음)을 도시한다;
도 10은 빈 케이스와 선택된 충전을 갖는 본 발명에 따른 마이크로 스피커의 전기 임피던스를 도시한다;
도 11는 입자 크기 효과를 도시한다;
도 12a 내지 도 12f는 다른 충전을 갖는 주파수 응답을 도시한다;
도 13은 전기 임피던스 응답을 도시한다;
도 14은 주파수 응답 차이를 도시한다.
도면에서 동일한 참조 번호는 동일한 부분을 지칭한다.
본 발명의 특정 구현예는 모바일 전자 장치 및 가청 사운드를 생성하기위한 모바일 전자 장치의 장치에 관한 것이다. 상술한 바와 같이, 모바일 전자 장치는 모바일 폰, 예컨대 스마트 폰, 또는 랩톱 또는 이어폰 또는 이어버드 또는 헤드폰 또는 내비게이션 장치 또는 TV 또는 모니터 또는 스마트 스피커 또는 블루투스 스피커 또는 차량용 스피커일 수 있으며, 웨어러블 전자 장치, 예컨대 스마트 워치 또는 스마트 의류일 수 있다. 가청 사운드를 제공하는 장치는 스피커 등일 수 있다. 스피커는 작을 수 있으며, 미니 스피커 또는 마이크로 스피커라고 지칭될 수 있다. 마이크로 스피커의 예로는 스마트 폰의 이어 스피커 또는 메인 외부 스피커가 있다.
통상적인 스마트 폰 (예를 들어, 삼성 갤럭시 S8 스마트 폰)은 이어 스피커용 그릴을 갖는 후면 케이싱을 포함한다. 작동 시, 이어 스피커가 청취자에 대해 그릴의 다중 관통 구멍을 통해 위치한 하우징 내부 영역에서 나올 때 사람의 귀에 들리는 사운드를 제공하는 음압 파를 생성한다. 이어 스피커에 추가하여, 스마트 폰은 또한 하나 이상의 추가 스피커 유닛을 포함할 수 있으며, 일반적으로 이러한 추가 스피커 유닛 중 하나는 스마트 폰의 측면 패널에 있는 출구 구멍을 통해 가청 사운드를 제공하도록 설계된 메인 외부 스피커로 지정된다. 측면 패널은 스마트 폰을 위한 하우징을 형성하고 터치 스크린을 지지하는 전체 스마트 폰 케이싱의 일부가 될 수 있다.
도 1은 이어 스피커의 분해도를 도시한다. 스피커(200)는 볼륨-향상 액티브 영역에 의해 (부분적으로 또는 완전히) 점유될 수 있는 "후면 볼륨"을 포함하는 캐비닛 하우징(410)을 포함한다. 도 1에 도시된 구현예에서, 캐비닛 하우징 (410)은 미세다공성 유기 중합체 물질 및/또는 소수성 코팅으로 선택적으로 처리될 수 있는 금속 유기 구조체 물질을 포함하는 흡착제 물질을 포함하는 볼륨 향상 물질 (420)이 차지하는 후면 볼륨을 포함한다. 볼륨 향상 물질(420)은 성긴/반-성긴 상태 또는 지지 요소와 함께 적용될 수 있는 과립 또는 분말 형태의 흡착제 물질을 포함한다. 도시된 바와 같이, 흡착제 물질은 물질의 유출을 방지하고, 수분 침투로부터 액티브 영역을 보호하는데 도움이 되는 얇은 멤브레인(430)에 의해 커버된다. 얇은 멤브레인은 액티브 영역과 사운드로 들을 수 있는 음파를 제공하는 요소인 진동가능한 요소(470)를 포함하는 위쪽 (도 1에서)을 향하는 라우드 스피커 드라이버(440) 사이에 위치한다. 적절하게는, 플렉서블 멤브레인의 두께는 0.5 mm 미만이다. 스피커용 하우징은 복합 인클로저를 완성하는데 도움이 되는 전면 플레이트(450)를 갖는다. 대안적인 구현예에서, 도 1에 도시된 이어 스피커(200)는 대신 사운드를 수신하기 위한 마이크로폰 유닛일 수있다. 이러한 구현예에서, 라우드 스피커 드라이버(440)는 음파를 수신하고 음파와 관련된 기압 변화를 전기 신호로 전환하는 요소인 진동가능한 요소를 포함하는 변환기 요소와 같은 사운드 수신 유닛으로 대체될 수 있다. 선택적으로 전치증폭기는 변환기 요소에서 출력을 수신한다. 본 발명의 특정 실시양태에 따르면, 마이크로폰 유닛은 스피커 유닛에 근접하거나 스피커 유닛과 다른 위치에 제공될 수 있다고 인식될 것이다. 예를 들어, 스마트 폰 케이싱은 마이크로폰 유닛에 의한 수신을 위해 가청 사운드가 스마트 폰으로 통과될 수 있게 하는 추가 구멍을 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 특정 구현예에 따르면, 하나, 둘, 셋 또는 그 이상의 마이크로폰 유닛이 모바일 장치에 제공될 수 있다고 인식될 것이다. 추가적인 구현예에서, 하나 이상의 스피커 유닛 및 하나 이상의 마이크로폰 유닛이 복합 유닛으로서 제공될 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 이어 스피커의 단면을 보다 자세히 도시한다.
도 3은 예를 들어 외부 스피커로서 사용될 수 있는 대안적인 스피커(600)의 분해도를 도시한다. 이는 스마트 폰 케이싱의 출구 구멍을 통해 사운드를 공급하기 위한 채널을 포함하는 혼형(horn-like) 음향 넥(acoustic neck)(610)을 포함한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 스피커(600)는 볼륨 향상 물질(718)의 액티브 영역이 제공되는 외부 하우징(717)에 의해 제공되는 외부 캐비티(715)에 위치되는 스피커 하우징(710)을 포함한다. 도 3에 도시된 구현예에서 액티브 영역은 일반적으로 C-형상 영역이다. 진동가능한 요소(790)를 포함하는 라우드 스피커 드라이버(740)는 더 작은 내부 스피커 하우징(710) 내에 위치되고 그러한 더 작은 스피커 하우징(710)은 커버(750)에 의해 부분적으로 폐쇄된다. 메인 외부 하우징(717)에 의해 획정된 외부 캐비티는 커버 플레이트(760)에 의해 폐쇄된다. 따라서 스피커는 볼륨 향상 물질(718)에 의해 증대된 외부 하우징(717, 760)에 의해 획정된 더 큰 볼륨 내에 위치하는 내향 라우드 스피커(710, 740, 750)를 포함한다. 드라이버(740)는 내부 하우징(710) 내의 캐비티(770) 내에서 압력 변동을 발생시키도록 작용하는 아래를 향한다 (도 7에서). 이러한 혼형 캐비티(770)는 음향 채널(780)을 통해 장치 외부로 사운드를 공급한다. 하부 하우징(717) 및 플레이트 또는 커버(760)에 의해 획정된 외부 캐비티는 드라이버의 후방에 의해 작동된다. 이러한 캐비티 내의 액티브 영역의 볼륨 향상 물질은 캐비티 내부 공기의 음향 컴플라이언스를 증가시켜 저 주파수 응답을 개선한다.
도 4는 도 3에 도시된 것과 유사한 스피커를 도시하지만, 하나 이상의 (3 개 도시됨) 측면 챔버(910, 920, 930)로 증대된 기본 직사각형 디자인으로 액티브 영역을 나타내기 위해 커버 플레이트(960)가 제거되어있다. 도 4에 도시된 구현예에서, 측면 챔버는 볼륨 향상 물질 (액티브 영역)로 가득찬 반면, 후면 볼륨 (캐비닛 하우징 (840))에는 충전 물질이 없다.
도 4의 유사하지만 대안적인 구현예 (도시되지 않은 대안적인 구현예)에서, 모든 측면 챔버 및 메인 챔버는 볼륨 향상 물질 (액티브 영역)로 충전된다.
도 5는 도 4에 도시된 것과 유사하게 혼형 내부 음향 캐비티를 특징으로 하는 스피커의 단면을 도시한다. 도 5는 측면 챔버(930)가 어떻게 멤브레인(1025)에 의해 커버된 액티브 영역을 포함하는지 설명하는 데 도움이 된다. 액티브 영역은 미세다공성 유기 중합체 물질 및/또는 소수성 코팅으로 처리된 금속 구조체 물질을 포함하는 흡착제 물질을 포함한다. 흡착제 물질은 성긴/반-성긴 과립 또는 지지 요소와 함께 적용되는 미립자 형태이다. 도 5는 또한 액티브 영역(930)이 라우드 스피커 드라이버(740)의 외부 영역과 유체 연통하여 캐비티 내부 공기의 음향 컴플라이언스를 증가시켜 저 주파수 응답을 어떻게 개선하는지를 설명하는 데 도움이 된다.
도 6은 또한 혼형 내부 음향 캐비티를 포함하고, 도 5에 도시된 것과 유사한 스피커를 통한 단면을 도시한다. 이러한 구현예에서, 후면 볼륨이 선택적으로 멤브레인에 의해 커버된 흡착제 물질의 성긴/반-성긴 과립으로 선택적으로 제공되는 볼륨 향상 물질에 의해 증대된다. 대안적으로, 볼륨 향상 물질은 지지 요소, 예를 들면 미세다공성 유기 중합체 (MOP) 물질, 및/또는 소수성 코팅 또는 멤브레인으로 처리된 금속 유기 구조체 (MOF) 물질로 코팅되거나 함침된 펠트 물질과 조합하여 제공될 수 있다. 혼 캐비티를 형성하는 캐비닛은 통상적인 플라스틱 벽으로 형성된다. 후면 볼륨 주변의 음향 인클로저는 고밀도 불투과성 쉘 구성성분(1110)로 형성된다. 불투과성 쉘은 후면-볼륨 인클로저가 음향적으로 밀봉되도록 적절한 중첩된 탭과 함께 접착제 (또는 바인더 또는 기타 이러한 요소)를 사용하여, 혼 구성성분의 플라스틱 벽에 결합된다.
본 발명의 특정 구현예는 스마트 폰 마이크로 스피커에 관한 것이다.
폰 안테나의 동작을 전자기 차폐하지 않고, 모바일 폰의 저 주파수 응답 (900Hz 이하) 동작에 액티브 영역을 제공하는 음향적 이점이있는 것으로 확인되었다. 약 3 dB 개선이 달성될 수 있다. 일 구현예에서, 액티브 영역은 성긴/반-성긴 형태 또는 지지 요소와 함께 적용되어 마이크로 스피커 인클로저의 후면 볼륨에 통합될 수 있다.
본 발명의 특정 구현예에 따르면, 3.49 dB의 평균 게인(gain)이 성긴/반-성긴 분말의 빈 마이크로 스피커로의 실크-메쉬-지지된 삽입으로 달성된다.
마이크로 스피커의 전기 임피던스 및 근거리장 주파수 응답은, 위치 고정이 가능하고 스피커 출력에서 마이크로폰 거리는 10mm인 구조 내에 장착된 Bruel 및 Kjaer 방음 박스 내에서 측정될 수 있다. 오디오마티카(Audiomatica) SRL-CLIO 장비 및 소프트웨어, 릴리즈 1.4, 포켓 버전이 측정을 수행하는 데 사용되었다.
장비는 CP-01 오디오 인터페이스 박스 및 콘덴서 일렉트릿 마이크로폰 (20 Hz 내지 10 kHz에서 1 dB의 정확도)로 구성된다. 아날로그 RCA 연결과 96 및 48 kHz의 샘플링 주파수를 갖는 오디오 인터페이스는,
- 0.01 %의 주파수 정확도 및 0.01 Hz의 분해능을 갖는 1 Hz-45 kHz의 신호 발생기
- +40 dBV 내지 -40 dBV까지의 입력 범위 및 24 비트 시그마 델타 A/D 컨버터의 AC 분석기
- +6.5 V ~ -6.5 V 입력 범위를 갖는 12 비트 A/D 컨버터의 DC 분석기
를 함유한다.
마이크로 스피커의 성능 향상은 실크 직물로 밀봉된 성긴/반-성긴 MOP 분말 형태의 흡착제 물질로 캐비티의 대략 85-90 %를 충전한 후 측정되었다. 물론 다른 충전 요소를 사용할 수 있다. 비어 있고 부분적으로 충전된 마이크로 스피커는 이러한 방식으로 측정되어, 전기 임피던스 및 주파수 응답을 얻었다. 성능 개선은 부분적으로 충전된 마이크로 스피커 및 비어있는 마이크로 스피커의 주파수 응답 사이의 차이로 나중에 계산되었다. 마이크로폰 및 스피커의 위치와 관련된 오류를 고려하기 위해, 여러 번 측정을 수행하였고, 표준 편차를 통해 상관 관계를 설정하였다. 비 제한적인 예로서, MOP 물질은 중합된 디클로로자일렌 (P-DCX) 일 수 있다.
시험 결과
총 28 개의 마이크로 스피커가 액티브 영역에서 시험되었다.
적합한 접착제 및 충전 절차 (적절한 밀봉 메시)를 선택한 후, 11 개의 마이크로 스피커가 성공적으로 향상되었지만 비율은 상이하다.
표 1: 마이크로 스피커의 충전 특성 실시예
Figure pct00001
표 1은 최고의 주파수 응답 향상을 나타내는 마이크로 스피커의 충전 특성과그 성능 요약을 나타낸다. 폰 내부에서 작동하였을 때 스피커 내부에 분말을 보유하기 위해 추가 단계가 필요하다고 인식되었기 때문에, 선택항목은 성긴 미세다공성 유기 중합체 (MOP) 물질로 부분적으로 충전된 두 개의 마이크로 스피커를 포함하였다. 이러한 목적으로, 마이크로 스피커는 경질화된 표면을 제공하는 습식 MOP로 충전되었고, 작동 중에 스피커 외부로 누출되어 약간의 성능이 저하되는 것을 막았다.
도 7 내지 도 10은 빈 마이크로 스피커 (도 7-10에서 "
Figure pct00002
"'로 표시됨), 성긴 MOP를 갖는 마이크로 스피커 샘플 (실크 보호됨) (도 7-10에서 "_ _ _ _"로 표시되는 스피커 B), 및 경질화된 성긴 MOP (실크 보호됨)를 포함하는 마이크로 스피커 샘플 (도 7-10에서 "_._._."로 표시되는 스피커 D) 의 저 주파수 응답, 더 넓은 범위의 주파수 응답, 주파수 응답 차이 및 전기 임피던스(공진 주파수)를 도시한다.
스피커 B에서 가장 높은 성능을 달성하였으며 평균 게인은 대략 3.5 dB이고, 공진 주파수의 이동은 약 140Hz이고, 캐비티가 ~18% 더 큰 것처럼 거동하고 있음을 확인하였다. 경질화된 MOP 스킨을 갖는 스피커 D는 공진 주파수 이동이 약간 줄어들면서 약 3 dB의 메인 게인을 달성하였고, 볼륨을 ~12%까지 증가시켰다.
도 7은 매우 낮은 주파수 말단에서, 성긴 충전도니 마이크로 스피커가 상당한 향상을 생성했음을 보여준다.
도 8은 6000 Hz에 이르는 더 넓은 주파수 범위에 대해 선택된 부분적으로 충전된 마이크로 스피커의 주파수 응답을 보여준다. 성긴 MOP 충전된 마이크로 스피커는 피크 성능이 약 250 Hz 우측 이동하며, 약 4000 Hz의 주파수에서 최대 성능에 도달함을 알 수 있다.
도 9는 저 주파수 범위에 걸쳐서 빈 케이스에 다양한 충전된 스피커의 상대 주파수 응답을 보여준다. 매우 낮은 주파수 범위의 개선은 성긴 MOP 충전된 마이크로 스피커에서 훨씬 더 높다.
도 10은 빈 마이크로 스피커와 비교한 MOP 충전된 마이크로 스피커의 전기 임피던스를 보여준다. 가장 큰 컴플라이언스 향상은 스피커 B에서 성긴 MOP의 충전에 의해 보여지고; 피크는 ~18 %의 초기 캐비티 볼륨의 증가에 해당하는 약 140 Hz 만큼 이동하였다. 스피커 D에서 메탄올-경질화된 MOP의 포함은 보다 댐핑된 공진 응답 (~11.5 %의 명백한 볼륨 증가와 동일하게, 피크가 약 100 Hz 이동함)을 나타내고, 이는 이러한 제조 방법이 MOP가 잠재적인 향상 성능에 도달하도록 하지 않을 수 있다는 결론에 도달하는 것을 보여준다.
특히, 마이크로 스피커 캐비티의 약 85-90 %를 충전하는 실크 메쉬 내에 건조 분말로서 MOP를 도입함으로써, 마이크로 스피커에 대해 약 3 dB의 900Hz 미만에서 평균 주파수 응답 차이가 달성되었다.
이러한 캡슐화 방법은 스피커에서 물질이 누출될 위험이 제한적인 것으로 확인되었고, 이에 추가의 방법이 시험되었으며 3 dB 게인에 가깝게 달성하는 것을 확인하였다.
- 분말을 메탄올로 포화시켜 (전처리) 크러스트를 남기고, 이후 실크 메쉬로 커버됨
성긴 MOP 분말이 최고의 성능을 달성하며, 전처리된 성긴 MOP 라우드 스피커는 매우 낮은 주파수 말단에서 최고의 개선을 달성한다.
리드(lead) 후보 물질로 변형되며, 이전에 열악한 성능을 보였던 PolMOF 물질 (P-DCX)과 함께 물질의 입자 크기를 줄이면 목표 범위 내에서 성능에 상당한 효과를 갖는 것으로 밝혀졌다 (도 11 참조). 특히, 1/10 mm 내지 1/12 mm 범위의 메시를 통과하는, 선별된 PolMOF 물질 (선별된 P-DCX, 이하 "PolMOFg2"라고 지칭함)은 75 %로 충전된 1 cm 깊이의 라우드 스피커 캐비티에서 400-700 Hz 주파수 범위에서 약 3-5 dB의 주파수 응답 개선을 보여준다. MOP 물질은 제올라이트, 펄라이트 및 실리카 참고 물질을 능가하였으며, 고활성 탄소 분말과 매우 유사한 성능을 생성하였다.
약 58 mL 볼륨의 대표적인 스피커 상자의 물질의 경우, MOF 및/또는 MOP 물질의 60 % 내지 80 % 충전은 저 주파수 스펙트럼에서 ~1.5 dB의 이점을 얻을 수 있는 반면 스피커의 공진 주파수 이상에서 성능은 감소하는 것으로 확인되었다.
"PolMOF"로 지칭될 수 있는 MOP 물질 (예를 들어 P-DCX) 및/또는 소수성 코팅 또는 멤브레인으로 처리된 여기서 "NewMOF"로 지칭될 수 있는 MOF 물질 (예를 들어 MOF 기반 알루미늄 푸마레이트)을 갖는 마이크로 스피커의 저 주파수 응답이 활성탄 분말에 대해 얻은 결과에서 약간 낮더라도, 그럼에도 불구하고 MOP/MOF 물질은 더 적은 댐핑을 도입하는 등 상당한 추가적인 이점을 제공하고 따라서 이들의 포함을 통해 더 나은 성능이 달성될 수 있다. 성능은 도 12a 내지 도 12f에 도시되어 있으며, PolMOFg2 물질에 대한 가장 유리한 결과가 도 12e 및 도 12f에 도시되어 있다.
이어서, 실크 메쉬가 부착된 성긴 분말 형태의, 12 개의 MOP 부분적으로 충전된 마이크로 스피커에 대해 얻은 결과를 나타낸다.
하기 표 2는 각각 부분적으로 충전된 마이크로 스피커에 대한 충전 특성과 주요 측정 수득된 매개변수를 나타낸다.
도 13 및 도 14는 향상된 마이크로 스피커의 임피던스 이동 (공진 주파수)과 각 경우에 대한 주파수 응답 차이를 표시한다. 스피커 P는 높은 향상을 나타내며, 유사한 충전 절자로 스피커 B보다 성능이 우수하였음에 주목해야한다.
개선된 마이크로 스피커 전체 목록
표 2: 마이크로 스피커의 충전 특성의 전체 목록
Figure pct00003
마이크로 스피커를 충전하는 절차에는 스피커의 접합부를 열 및 메스(scalpel)로 탈접착하는 것을 수반하였다. 장치를 개방하고, 두 부분으로 나눈 후, 물질 충전이 도입되었다.
- 스피커 B: 스피커 볼륨의 약 80 %를 성긴 MOP로 충전하고 후면 캐비티 부분의 형상으로 자른 두 개의 실크 조각을 후면 캐비티의 내부 경계에 접착하여, 성긴 MOP가 해당 지역을 벗어나지 않도록 보호하였다. 이후, 스피커의 후면 및 전면 원래 부분을 액체 빠른 작용 접착제를 사용하여 다시 접착하고, 접착제의 경화 공정 중에 고정하여 기밀 밀봉을 형성하였다.
- 스피커 D: 스피커의 후면 캐비티에 더 쉽게 부을 수 있을 만큼 충분히 성긴 농도가 달성될 때까지 습윤시키기 위해 MOP에 메탄올을 부었다. 습식 공정은 볼륨의 약 80 %를 충전하는 건조될 때보다 더 많은 MOP를 부을 수 있다. 다시, 두 개의 실크 조각 (후면 캐비티 부분의 모양으로 절단됨)을 후면 캐비티의 내부 경계에 접착하였다. 이후, 스피커의 후면 및 전면 원래 부분을 액체 빠른 작용 접착제를 사용하여 다시 접착하고, 접착제의 경화 공정 중에 고정하여 기밀 밀봉을 형성하였다. 접착된 스피커를 MOP에서 메탄올을 증발시키기 위해 약 12시간 동안 약 70 ℃의 온도에 두었다.
금속-유기 구조체 (MOF) 물질은 유기 및 무기 다공성 물질 모두의 특성을 활용하는 하이브리드 물질이며, 안정적이고 질서있는 고 표면적 구조를 형성한다.
금속 유기 구조체 (MOF) 물질은 다공성 배위 네트워크, 다공성 배위 중합체 (PCP) 등으로 알려져 있다.
특정 금속 유기 구조체 (MOF) 물질은 다음 특성 중 하나 이상을 가진다:
1. 다작용성 하이브리드 (무기-유기) 물질
2. 유기 리간드 (링커 또는 스트럿)이 다른 리간드 분자에 부착되고 확장되는 금속 이온 (노드 또는 조인트)으로 형성됨 - 구성성분은 무한한 가능성을 제공함
3. 3D 결정 구조 (1D 또는 2D 일 수도 있음)
4. "비제한된(indefinite)" 범위를 가짐
5. 나노다공성 - 큰 기공 크기 및 매우 높은 다공성 (최대 90 % 자유 부피)을 가짐
6. 통상적으로 매우 큰 내부 표면적≫1,000 m2/g (6,000 m2/g 이상 확장)
7. 선택적으로 작은 분자를 흡수
8. 게스트 포함에 대해 광학적 또는 자기적 반응을 가질 수 있음
9. 분자 빌딩 블록의 합성은 결과 MOF의 특성을 조정할 수 있는 가능성을 보유함
11. 분자 스펀지와 유사하게 행동
12. 유기 단위의 기능적 이온은 예측 가능한 기능화된 기공을 제공할 수 있음.
통상적으로 MOF는 상대적으로 낮은 온도 (섭씨 300도 이하)에서 용매열 반응에서 유기 리간드 및 금속 염을 조합하여 합성된다.
결과 MOF의 특성/구조는 다음에 의해 영향을 받는다:
1. 리간드의 특성 (결합 각도, 리간드 길이, 벌키성 키랄성 등)
2. 사용된 금속 이온: 특정 형상을 채택하는 경향
고 비점 극성 용매, 예를 들어 물, 디알킬 포름아미드, 디메틸 설폭사이드 또는 아세토니트릴 등에 혼합된 반응물.
넓은 범위, 반응물의 용해도, 용액의 pH에 걸쳐 변할 수 있는 금속염 및 유기 리간드 모두의 농도.
처리를 위한 몇 가지 다른 방법, 예를 들어 전기 화학, 마이크로파 조사 등이 있다.
보조 빌딩 유닛 (secondary building unit; SBU)은 구조체의 최종 토폴로지에 영향을 준다. 유기 링커는 어셈블리 중에 구조를 거의 변경하지 않는다. SBU는 종종 금속 클러스터 기반이며, 금속 이온 및 브리징 리간드 사이의 초기 결합의 결합이다. 여러 형상, 예를 들어 삼각 평면, 정사각형 평면 사면체를 형성할 수 있다. SBU의 형상은 리간드의 구조, 금속 유형, 금속 대 리간드의 비율, 용매 및 금속 이온 전하의 균형을 맞추기 위한 음이온의 소스에 따른다.
기공은 게스트 분자가 제거될 때 MOF 내에 형성되는 빈 공간이다.
일반적으로, 큰 기공은 호스트-게스트 화학작용, 예컨대 촉매작용을 수행하는 데 유리하며, 따라서 메조다공성 (개구 20 내지 500 Å) 또는 매크로다공성 (500Å 초과) 물질이 유리하다.
미세다공성 (20 Å 미만) 물질은 기공이 더 작아 기체 분자와 기공 벽 사이에 강한 상호 작용을 일으켜 기체 저장 또는 기체 분리 응용 분야에 적합하다.
게스트 분자가 접근할 수있는 공간을 제공하기 위해 반데르발스 반경을 빼면서 원자에서 원자로 개구부의 측정을 수행한다.
기공은 일반적으로 대부분의 응용 분야에서 제거되어야하는 용매 분자가 차지한다. 구조적 붕괴가 발생할 수 있으며, 기공이 클수록 붕괴가 발생할 가능성이 더 높다. 구조체가 온전하게 유지되는 경우, 영구 다공성이 발생한다.
구조체는 서로 침투하여 패킹 효율성을 극대화할 수 있다.
MOF는 구조체를 장식하는 데 추가적인 화학 반응이 사용될 수 있는 후-합성 변형 (post-synthetic modification; PSM)에 참여할 수 있다. 이는 표면 특성 및 기공 형상을 수정하는 데 적용될 수 있다.
본 발명의 특정 구현예에 따라 액티브 영역을 제공하기 위해 다양한 MOF 및 비정질 미세다공성 유기 중합체 (MOP) 물질이 이용될 수 있다. 이들은 통상적인 라우드 스피커 향상 물질의 성능 이점을 달성할 수 있으며, 지지 물질 덕분에 비용 효율적이고 매우 안정적이고 소수성 형태로 내부에 함침될 수 있다.
이는 초음파 또는 정전기 동반을 사용하여 미세다공성 유기 중합체 (MOP) 물질을 미세한 부직포 펠트 구조에 함침시켜 달성될 수 있다. 바람직하게는 80%의 충전 요소가 달성된다.
이후, 펠트가 열 밀봉되어, 수분의 영향에 대한 물질 내성을 추가로 첨가하는 얇은 플렉서블 불투과성 멤브레인을 사용하여 분말을 유지할 수 있다. 높은 흡착제 물질 함량을 갖는 캡슐화된 펠트는 하우징 내의 라우드 스피커 요소에 가까이에 고정될 수 있다.
MOP 물질의 경우, 미세다공성 함침 물질 자체는 소수성이 높아 이점을 갖는다.
MOP 물질은 타고난 소수성을 갖는 구성성분 부분에서 합성될 수 있으며, 결과물 인 경우 높은 수준의 천연 소수성을 생성한다. 물질은 바람직하게는 비압축되고 및 바인더없는 가스첨가된 현탁액으로 사운드 장에 존재한다.
도 7은 마이크로 스피커에 대한 주파수 응답 곡선을 도시한다 (예를 들면 도 6에 도시된 스피커 기준).
검은색 실선 (A)은 충전 물질이 없는 빈 마이크로 스피커의 음향 주파수 응답을 나타낸다.
점선 (B)은 측면 챔버가 실크 멤브레인으로 커버된 성긴, 건조 MOP 분발에 의해 약 80 % 차지될 때, 마이크로 스피커의 주파수 응답을 보여준다. 빈 케이스에 대해 개선은 900 Hz 미만에서 약 3.5 dB 이다.
체인 점선(C)은 동일한 부피의 MOP 분말에 대한 마이크로 스피커의 응답 곡선을 보여주며, 이번에는 실크 멤브레인으로 커버되기 전에 증발되는 메탄올에 의해 포화를 통해 고정되었다. 빈 케이스에 대해 개선은 900Hz 미만에서 2.87 dB이지만 곡선의 형상이 상이하며, 매우 낮은 주파수(200Hz 미만)에서 더 많은 개선이 보이고, 800-1000Hz에서 공진 피크가 약 4 dB 감소되었다. 이러한 효과의 조합은 더 넓고, 더 세련된 (약간 더 조용한 경우) 음질을 제공합니다.
이러한 범위의 결과는 소비자의 요구에 따라 유리한 대응을 조정할 수 있는 기회를 나타낸다.
본 명세서의 설명 및 청구범위 전반에 걸쳐, 단어 "포함하다" 및 "함유하다" 및 이들의 변형은 "포함하지만 이에 제한되지 않음"을 의미하며, 다른 부분, 첨가제, 성분, 정수 또는 단계를 배제하려는 의도가 아님 (그리고 배제하지 않음)을 의미한다. 본 명세서의 설명 및 청구범위 전체에서, 단수는 문맥이 달리 요구하지 않는 한 복수를 포함한다. 특히, 부정 관사가 사용되는 경우, 문맥이 달리 요구하지 않는 한, 명세서는 단일성과 복수를 고려하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명의 특정 실시양태, 구현예 또는 실시예와 관련하여 설명된 특징, 정수, 특성 또는 그룹은 그와 양립할수 없는 것이 아닌 한 여기에 설명된 임의의 다른 실시양태, 구현예 또는 실시예에 적용 가능한 것으로 이해되어야 한다. 본 명세서 (첨부된 청구 범위, 요약 및 도면 포함)에 개시된 모든 특징 및/또는 이렇게 개시된 임의의 방법 또는 공정의 모든 단계는 적어도 일부 특징 및/또는 단계가 상호 배타적인 조합을 제외하고, 임의의 조합으로 결합될 수있다. 본 발명은 임의의 전술한 구현예의 세부 사항으로 제한되지 않는다. 본 발명은 본 명세서 (첨부된 청구범위, 요약 및 도면 포함)에 개시된 특징의 임의의 신규, 또는 신규 조합, 또는 개시된 임의의 방법 또는 공정 단계의 임의의 신규 또는 임의의 신규 조합으로 확장된다.
독자의 주의는 본원과 관련하여 본 명세서와 동시에 또는 이전에 제출되고 본 명세서와 함께 공개 검사를 받을 수 있는 모든 논문 및 문서에 대한 것이며, 이러한 모든 논문 및 문서의 내용은 여기에 참조로 원용된다.

Claims (30)

  1. 가청 사운드를 제공 및/또는 수신하기 위한 장치로서,
    하나 이상의 캐비티 영역을 제공하는 하우징;
    상기 캐비티 영역 내 또는 상기 캐비티 영역에 근접한 진동가능한 요소; 및
    미립자 흡착제 물질을 포함하는 액티브 영역
    을 포함하고,
    상기 미립자 흡착제 물질은 미세다공성 유기 중합체 (MOP) 물질을 포함하는, 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 흡착제 물질은 다공성이고, 1 nm 내지 10 nm 범위의 직경의 기공을 갖는, 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 흡착제 물질은 미세다공성인, 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 흡착제 물질은 케이지형(cage-like) 구조를 갖는, 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 흡착제 물질은 500 m2/g 이상의 BET 표면적을 제공하는, 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 흡착제 물질은 정렬된 구조를 갖지 않는 물질인, 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 흡착제 물질의 80 중량% 이상은 120 마이크론의 최대 직경을 갖는, 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 미세다공성 유기 중합체 (MOP) 물질은 폴리-디클로로자일렌 (P-DCX)를 포함하는, 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 미세다공성 유기 중합체 (MOP) 물질은 1/12 mm 메시를 통과하는 입자 크기를 갖는, 장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 흡착제 물질은 하나 이상의 2차 흡착제 물질을 포함하는, 장치.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 흡착제 물질은 성긴 미립자 형태이고, 상기 흡착제 물질의 표면 상에 안정화된 크러스트 또는 스킨을 형성하도록 처리될 수 있는, 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 흡착제 물질은 지지 요소에 의해 장치 내의 위치에 보유되는, 장치.
  13. 제1항 내지 제10항, 및 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 흡착제 물질은 지지 요소의 외부 표면에 코팅되는, 장치.
  14. 제1항 내지 제10항, 및 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 흡착제 물질은 지지 요소를 제공하는 지지 물질에 걸쳐 매립되는, 장치.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 흡착제 물질은 지지 요소를 제공하는 지지 물질에 함침되는, 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 흡착제 물질은 지지 요소의 60 부피% 이상의 충전 요소로 지지 요소에 함침되는, 장치.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 지지 요소는 지지 물질의 짜여진 사에 의해 제공되는 직조 구조, 지지 물질의 인터로킹 루프 사로 제공되는 편직 구조, 또는 부직포 물질을 포함하는, 장치.
  18. 제12항에 있어서,
    상기 지지 요소는 밀봉 물질의 하나 이상의 시트 사이에 밀봉되는, 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 밀봉 물질은 플렉서블 멤브레인인, 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 플렉서블 멤브레인은 수분 불투과성인, 장치.
  21. 제1항에 있어서,
    상기 액티브 영역은 캐비티 영역에 흡착제 물질을 포함하는 플렉서블 백을 포함, 또는 상기 액티브 영역은 하우징의 하나 이상의 벽 부재 및 캐비티 영역에 패널 또는 패널들을 포함, 또는 상기 액티브 영역은 하우징의 하나 이상의 벽 부재 및 캐비티 영역에 흡착제 물질을 포함하는 하나 이상의 플렉서블 백을 포함하는, 장치.
  22. 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 따른 장치를 포함하는 스피커 또는 마이크로폰.
  23. 모바일 전자 장치로서,
    케이스 본체; 및
    상기 케이스 본체 내의 하나 이상의 스피커 유닛 또는 마이크로폰 유닛
    을 포함하고,
    각각의 스피커 유닛 또는 마이크로폰 유닛은 하나 이상의 캐비티 영역을 획정하는 하우징, 상기 캐비티 영역 내 또는 상기 캐비티 영역에 근접한 진동가능한 요소, 및 미립자 흡착제 물질을 포함하는 액티브 영역을 포함하고,
    상기 미립자 흡착제 물질은 미세다공성 유기 중합체 (MOP) 물질을 포함하는, 모바일 전자 장치.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 모바일 전자 장치는 모바일 폰, 스마트 폰, 랩톱, 태블릿 또는 퍼스널 어시스턴트(personal assistant), 이미지를 표시하는 전자 장치, 예컨대 텔레비전, 모니터, 시청각 프로젝터 등, 스피커, 예컨대 휴대용 스피커, 스마트 스피커 또는 블루투스 스피커, 차량용 스피커, 웨어러블 전자 장치, 예컨대 시계, 보청기, 웨어러블 컴퓨터, 이어폰, 웨어러블 스마트 장치, 웨어러블 내비게이션 보조장치, 및 헤드폰으로부터 선택되는, 모바일 전자 장치.
  25. 마이크로 스피커 또는 라우드 스피커 구성에서 사용하기 위한 볼륨-향상 물질로서,
    상기 볼륨-향상 물질은 미세다공성 유기 중합체 (MOP) 물질을 포함하는 미립자 흡착제 물질을 포함하는, 불륨-향상 물질.
  26. 스피커 시스템으로서,
    스피커 유닛; 및
    볼륨-향상 비정질 미세다공성 유기 중합체, 예컨대 폴리-디클로로자일렌 (P-DCX)으로 충전된 스피커 유닛의 측면 영역 또는 후면 영역에 챔버를 형성하는 캐비닛
    을 포함하고,
    선택적으로 상기 입자는 메탄올로 포화되어, 물질이 미세한 기공-신축성 거즈 물질 또는 실크로 커버되기 전에 안정화된 크러스트를 형성되도록 하는, 스피커 시스템.
  27. 스피커 시스템으로서,
    스피커 유닛; 및
    기체 투과성 상부층, 바인더를 사용하지 않고 섬유질 매트릭스 내에 분산된 가스 흡착 물질의 초미립자, 및 투과성 또는 불투과성 후면층으로 구성된 펠트로 충전된 스피커 유닛의 측면 영역 또는 후면 영역에 챔버를 형성하는 캐비닛
    을 포함하고,
    상기 가스 흡착 물질은 타고난 소수성을 갖는 구성성분 물질을 특징으로 하는 비정질 미세다공성 유기 중합체 (MOP), 예컨대 폴리-디클로로자일렌 (P-DCX)인, 스피커 시스템.
  28. 마이크로폰 시스템으로서,
    사운드를 전기 신호로 전환하기 위한 하나 이상의 변환기 요소;
    선택적으로 상기 변환기 요소로부터 출력을 수신하는 전치 증폭기;
    상기 변환기 요소의 후면 영역 또는 측면 영역에 있는 하우징 또는 캐비닛; 및
    하나 이상의 지지 요소 및 흡착제 물질을 포함하는 액티브 영역
    을 포함하고,
    상기 흡착제 물질은 미세다공성 유기 중합체 (MOP) 물질을 포함하는, 마이크로폰 시스템.
  29. 제28항에 따른 마이크로폰 시스템을 포함하는 모바일 전자 장치.
  30. 제29항에 있어서,
    상기 모바일 전자 장치는 모바일 폰 또는 보청기인, 모바일 전자 장치.
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