KR20220016020A - 대칭적 보이스 코일 및 자기 회로를 갖는 마이크로 스피커 - Google Patents

Abstract

초슬림 마이크로 스피커는 보이스 코일과 다이어프램 사이에 중간 개스킷이 제공되어, 상부 플레이트의 상단과 보이스 코일의 상단 사이의 거리가 상부 플레이트의 바닥과 보이스 코일의 바닥 사이의 거리와 동일할 수 있으며, 권선 높이는 BL(x) 곡선이 더 나은 대칭을 갖는 자기 회로에서 대칭 관계를 갖는다.

Description

대칭적 보이스 코일 및 자기 회로를 갖는 마이크로 스피커

본 개시는 일반적으로 스피커에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 본 개시는 박막 구조와 대칭형 보이스 코일 및 자기 회로를 갖는 초슬림 마이크로 스피커에 관한 것이다.

오늘날, 전자 제품은 점차 집적화 및 박형화 방향으로 발전하고 있다. 시장에서 마이크로 스피커에 대한 요구 사항들도 점점 더 높아지고 있다. 예컨대 슬림해지고 감도가 높으며, 저음이 우수하고, 저주파에서 왜곡이 적은 등을 포함하여 마이크로 스피커에 특정 성능이 요구된다.

스피커는 전기 에너지를 소리로 변환한다. 기존의 초박형 마이크로 스피커의 구조는 일반적으로 다이어프램, 자석 갭이 있는 자기 회로 구조, 및 보이스 코일을 포함한다. 자기 회로 구조는 자석에 의해 생성된 자속을 자석 갭에 집중시킬 수 있다. 보이스 코일에 전기 에너지가 흐르면, 자석 갭의 자속과 상호 작용하는 유도 자기장이 생성될 수 있다. 보이스 코일은 자석들에 의해 생성된 자속의 방향에 실질적으로 수직인 방향으로 전류를 전달할 수 있으므로, 보이스 코일 전류와 자속 사이의 상호 작용은 가청음을 생성하기 위해 다이어프램을 움직이는 자석 갭의 길이 내에서 보이스 코일의 선형 진동을 유발할 수 있다.

그러나, 기존 초슬림 마이크로 스피커의 제한된 내부 공간으로 인해, 스피커가 고출력으로 작동할 경우 소프트 바닥, 하드 바닥 등 기계적 결함을 유발하기 쉬우며, 이 경우 다이어프램 또는 음성 코일과 자석 회로 구조 사이에 접촉이 발생하여 스피커 시스템으로 노이즈가 유입될 수 있다. 게다가, 자기 회로에서 비대칭 관계를 갖는 권선 높이는 자기 회로 구조에서 보이스 코일의 상이한 상부 및 하부 권선 높이에 의해 각각 생성된 상이한 힘 인자(BL)를 초래한다. 이는 스피커의 고조파 왜곡을 증가시켜, 전체 고조파 왜곡을 증가시킬 것이다.

상기 방식과 같이, 기존 초슬림 마이크로 스피커는 구조적 한계로 인해 보이스 코일과 자기 회로의 구조적 대칭성을 보장할 수 없다. 보이스 코일이 자기 회로에서 위아래로 진동하면, 보이스 코일에서 다이어프램으로 전달되는 힘이 불균형하여, 스피커에서 왜곡이 적은 사운드를 생성하는 요구 사항들을 충족하기 어렵다. 따라서, 대칭형 보이스 코일과 자기 회로를 갖는 초슬림 마이크로 스피커를 설계하는 동시에 소프트 바닥 공간과 하드 바닥 공간은 변경되지 않은 상태로 유지해야 한다.

본 발명의 목적은 박막 구조를 필요로 하고, 음향 이론에서 자기 회로 대칭의 설계 요구 사항을 충족할 필요가 있으며, 초슬림 마이크로 스피커의 구조 설계에 존재하는 문제들을 해결해야 하는, 초슬림 마이크로 스피커의 기술적 솔루션을 제공하는 것이다. 즉, 박막 구조를 전제로, 보이스 코일과 자기 회로의 대칭 구조를 설계한다. 큰 진폭의 출력을 적용할 때 적은 왜곡을 얻을 수 있고, 초슬림 마이크로 스피커의 사운드 재생 품질을 향상시켜, 사용자들이 이를 사용할 때 보다 사실적인 사운드들을 들을 수 있다.

본 개시의 일 실시예는 다이어프램, 자기 회로 구조 및 보이스 코일을 포함하는 초슬림 마이크로 스피커의 구조를 제공한다. 자기 회로 구조는 요크, 측면 상부 플레이트, 측면 자석, 상부 플레이트 및 자석을 포함할 수 있다. 자기 회로 구조는 자석에 의해 생성된 자속을 상부 플레이트와 측면 상부 플레이트들 사이의 자석 갭에 집중시킬 수 있다. 보이스 코일을 통해 전류가 흐를 때, 보이스 코일은 그 선형 진동을 일으킬 수 있으며, 이는 다이어프램을 보이스 코일과 함께 움직여서 가청음을 생성하도록 한다.

본 개시의 또 다른 실시예는 보이스 코일과 다이어프램 사이에 중간 개스킷을 배치하여 초슬림 마이크로 스피커의 성능을 향상시키기 위한 구조적 설계에 최적화된 솔루션을 제공하며, 동시에, 소프트 바닥 공간에 영향을 주지 않고, 스피커의 속도 전력이 유지될 수 있다. 추가된 중간 개스킷으로, 보이스 코일은 상부 플레이트의 중심 수평면을 기준으로 자기 회로 내에서 대칭으로 위치될 수 있으며, 그런 다음 상부 플레이트의 상단과 보이스 코일의 상단 사이의 거리는 상부 플레이트의 바닥과 보이스 코일의 바닥 사이의 거리와 동일할 수 있으며, 이는 권선 높이가 자기 회로에서 대칭 관계를 갖도록 하고 BL(x) 곡선을 더 나은 대칭으로 반영한다. 이 경우, 비선형 파라미터 BL(x) 곡선은 또한 보이스 코일이 위아래로 움직일 때 상대적으로 대칭이 될 것이므로, 스피커는 총 고조파 왜곡을 낮출 수 있다.

본 개시는 첨부된 도면들을 참조하여 비제한적인 실시예들의 다음 설명을 읽음으로써 더 잘 이해될 수 있다. 도면들의 구성 요소들은 반드시 일정한 비율로 될 필요는 없으며, 대신 본 발명의 원리들을 설명하는 데 중점을 둔다. 게다가, 도면들에서, 유사한 참조 부호들은 다양한 뷰(view)들에 걸쳐 대응되는 부분들을 지시한다:
도 1a 및 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 초슬림 마이크로 스피커의 구조를 예시하는 개략도이다.
도 1c는 도 1b의 초슬림 마이크로 스피커의 부분(E)을 예시하는 클로즈업 뷰이다.
도 2a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 초슬림 마이크로 스피커의 구조를 예시하는 개략도이다.
도 2b는 도 2a의 초슬림 마이크로 스피커의 부분(D)을 예시하는 클로즈업 뷰이다.
도 3은 도 2a-2b에 도시된 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 초슬림 마이크로 스피커 구조의 일 예를 예시하는 분해도이다.
도 4는 도 1a-1c의 초슬림 마이크로 스피커와 도 2a-2b의 초슬림 마이크로 스피커 사이의 BL(x) 곡선 비교를 예시하는 그래프이다.

필요에 따라, 본 발명의 상세한 실시예들이 본원에 개시된다; 그러나, 개시된 실시예들은 다양하고 대안적인 형태들로 구현될 수 있는 본 발명의 예시일 뿐임을 이해해야 한다. 도면들이 반드시 비례하지는 않는다; 일부 특징들은 구성 요소들의 세부 사항들을 도시하기 위해 과장되거나 최소화될 수 있다. 따라서, 본원에 개시된 특정한 구조적 및 기능적 세부사항들은 제한하는 것으로 해석되어서는 안 되며, 단지 당업자에게 본 발명을 다양하게 채용하도록 교시하기 위한 대표적인 기초로서 해석되어야 한다.

본 개시의 일 실시예에서, 도 1a 내지 1c는 다이어프램(101), 자기 회로 구조 및 보이스 코일(106)을 포함하는 초슬림 마이크로 스피커(100)의 구조를 예시한다. 자기 회로 구조는 요크(105), 측면 상부 플레이트들(103), 측면 자석들(104), 상부 플레이트(107) 및 자석(108)을 포함할 수 있다. 도 1a에 도시된 바와 같이, 측면 자석들(104) 및 자석(108)은 각각 요크(105) 상에서 동일한 레벨에 배치되고 그들 사이에 자석 갭을 형성하도록 이격된다. 상부 플레이트(107)는 자석(108)의 상부에 배치되고, 측면 상부 플레이트들(103)은 상부 플레이트(107)와 동일한 레벨에서 측면 자석들(104)의 상부에 각각 배치된다. 상부 플레이트(107)와 측면 상부 플레이트들(103) 사이에도 자석 갭이 존재한다. 보이스 코일(106)은 다이어프램(101)에 연결되고 자석 갭에 매달려 있다. 따라서, 보이스 코일(106)과 다이어프램(101) 사이에 결속면이 형성된다. 초슬림 마이크로 스피커는 내부에 자석 회로를 고정하기 위한 프레임(102)을 더 포함할 수 있다. 프레임(102)은 가요성 폴딩 링과 같은 자유 에지를 통해 다이어프램(101)에 연결된다. 자기 회로 구조는 자석에 의해 생성된 자속을 자석 갭에 집중시킬 수 있다. 보이스 코일(106)에 전기 에너지가 흐르면, 자석 갭의 자속과 상호 작용하는 유도 자기장이 생성될 수 있다. 보이스 코일(106)은 자석들(104, 108)에 의해 생성된 자속의 방향에 실질적으로 수직인 방향으로 전류를 전달할 수 있으므로, 보이스 코일 전류와 자속 사이의 상호 작용은 가청음을 생성하기 위해 다이어프램(101)을 움직이는 자석 갭의 길이 내에서 보이스 코일(106)의 선형 진동을 유발할 수 있다.

도 1a에 도시된 바와 같은 초슬림 마이크로 스피커의 내부 공간은 항상 한정되어 있기 때문에, 특히 한정된 소프트 바닥 공간(110)과 하드 바닥 공간(111)의 경우, 스피커가 고출력으로 작동할 때 소프트 바닥, 하드 바닥 등의 기계적 결함들이 발생하기 쉬우며, 이 경우 다이어프램(101) 또는 보이스 코일(106)과 자기 회로 구조 사이에 접촉들이 발생하여, 스피커 시스템으로 노이즈가 유입될 수 있다. 게다가, 도 1b 및 1c를 참조하면, 초슬림 마이크로 스피커에 사용된 보이스 코일(106)은 일반적으로 보빈이 없기 때문에, 보이스 코일의 상하 움직임을 위한 충분한 스트로크 공간을 확보하기 위해, 상부 플레이트(107)의 상단과 보이스 코일(106)의 상단 사이의 거리(도 1c에서 거리 B)는 일반적으로 상부 플레이트(107)의 바닥과 보이스 코일(106)의 바닥 사이의 거리(도 1c에서 거리 A)보다 더 길다. 상부 플레이트(107)의 상단과 바닥에 기초하여, 거리 A는 거리 B와 동일하지 않다. 이 경우, 자기 회로에서 비대칭 관계를 갖는 권선 높이는 자기 회로 구조에서 보이스 코일(107)의 상이한 상부 및 하부 권선 높이에 의해 각각 생성된 상이한 힘 인자(BL)를 초래한다. 이는 스피커의 고조파 왜곡을 증가시켜, 전체 고조파 왜곡을 증가시킬 것이다.

본 개시의 다른 실시예에서, 도 2a 내지 2b는 다이어프램(201)과 보이스 코일(206) 사이의 접합 표면에 배열되고 끼워져 둘 다에 연결된 추가적인 중간 개스킷(209)을 갖는 개선된 초슬림 마이크로-스피커(200)를 예시한다.

도 2a에 도시된 바와 같이, 일반적으로 도 1a에 도시된 것과 유사한 구조를 갖는 초슬림 마이크로 스피커(200)는 다이어프램(201), 자기 회로 구조 및 보이스 코일(206)을 포함한다. 자기 회로 구조는 요크(205), 측면 상부 플레이트들(203), 측면 자석들(204), 상부 플레이트(207) 및 자석(208)을 포함할 수 있다. 자기 회로 구조는 자석들에 의해 생성된 자속을 상부 플레이트(207)와 측면 상부 플레이트들(203) 사이에 형성된 자석 갭에 집중시킬 수 있다. 중간 개스킷(209)은 보이스 코일(206)과 다이어프램(201) 사이에 끼워져 연결되고, 중간 개스킷(209)은 도 2a에 도시된 바와 같이 자석 갭에 매달려 있다. 게다가, 초슬림 마이크로 스피커는 내부에 자석 회로를 고정하기 위한 프레임(202)을 더 포함할 수 있다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 프레임(202)은 가요성 폴딩 링과 같은 자유 에지를 통해 다이어프램(201)에 연결된다. 보이스 코일(206)에 전기 에너지가 흐르면, 자석 갭의 자속과 상호 작용하는 유도 자기장이 생성될 수 있다. 보이스 코일(206)은 자석들(204, 208)에 의해 생성된 자속의 방향에 실질적으로 수직인 방향으로 전류를 전달할 수 있으므로, 보이스 코일 전류와 자속 사이의 상호 작용은 가청음을 생성하기 위해 다이어프램(201)을 움직이는 자석 갭의 길이 내에서 보이스 코일(206)의 선형 진동을 유발할 수 있다.

또한 도 2a를 참조하면, 본 개시에 제공된 초슬림 스피커(200)의 구조에서, 중간 개스킷(209)은 보이스 코일(206)이 상부 플레이트 및 측면 상부 플레이트들의 중심 수평면(도 2b의 라인 C)에 대해 자기 회로 구조와 대칭되도록 구성될 수 있도록 추가된다. 이 경우에, 상부 플레이트(207)의 상단 및 바닥에 기초하여, 보이스 코일의 섹션 대신에 중간 개스켓을 추가함으로써, 상부 플레이트(207)의 바닥과 보이스 코일(206)의 바닥 사이의 거리 A는 도 2b에 도시된 바와 같이 수직 방향으로 상부 플레이트(207)의 상단과 보이스 코일(206)의 상단 사이의 거리 B와 동일하며, 소프트 및 하드 바닥 구조는 영향을 받지 않을 것이다. 즉, 중간 개스킷(209)이 추가되어 보이스 코일(206)과 자기 회로 구조가 대칭 방식으로 설계되도록 하고, 동시에 소프트 바닥 공간 및 하드 바닥 공간은 변하지 않으며, 스피커의 정격 전력이 유지될 수 있다.

이제 도 3을 참조하면, 예로서, 본 개시에서 제공되는 초슬림 마이크로 스피커의 제품 분해도는 도 3에 조립된 순서대로 도시되어 있으며, 이는 차례로 다이어프램(201), 중간 개스킷(209), 보이스 코일(206), 측면 상부 플레이트들(203), 프레임(202), 상부 플레이트(207), 자석(208) 및 측면 자석들(204)을 포함한다. 예로서, 도 3에 도시된 초슬림 마이크로 스피커의 제품은 직사각형 형태이므로 이 스피커에 사용되는 모든 구성요소들은 그 직사각형 형태에 따라 배열되거나 형상화된다. 따라서, 중간 개스킷(209)은 직사각형 링으로 구성된다. 그러나, 중간 개스킷(209)은 대안적으로는 이에 제한되는 것은 아니나, 다양한 실제 사용 장면들에 따라 정사각형, 원형, 레이스트랙 등과 같은 다양한 형상들로 형상화될 수 있다. 일 실시예에서, 중간 개스킷(209)은 또한 하나 이상의 노치들을 갖는 다중-세그먼트로 개별적으로 분할되도록 구성될 수 있다. 중간 개스킷(209)은 이에 제한되는 것은 아니나, 금속, 플라스틱, 종이, 또는 기타 고온 내성 또는 경량 재료들을 포함하여, 다양한 재료들로 제조될 수 있으며, 이는 스피커의 전체 중량을 더욱 감소시킬 수 있다. 게다가, 도 3에 도시된 초슬림 마이크로 스피커(200)의 자석 회로 구조는 자석(8)과 2개의 측면 자석들(204)을 포함한다. 그러나, 자석 회로는 단일 자석 구조로 형성된 자석 회로를 포함할 수 있다. 대안으로, 자석 회로는 3개의 자석, 5개의 자석 등과 같이, 다중 자석 구조일 수 있다.

도 4는 도 1a-1c의 초슬림 마이크로 스피커와 도 2a-2b의 초슬림 마이크로 스피커 사이의 BL(x) 곡선 비교 그래프를 예시한다. BL(x) 곡선 그래프에서, 수직 좌표는 BL(x)의 값을 나타내고, 수평 좌표는 자기 회로 구조에 대한 보이스 코일의 변위를 나타낸다. BL(x) 곡선의 대칭은 상단 플레이트 또는 측면 상단 플레이트에 대한 보이스 코일의 변위에 의해서만 영향을 받을 수 있다. 도 4에서, 점선으로 그려진 BL(x) 곡선은 도 1a-1c에 도시된 바와 같이 보이스 코일과 스피커의 자기 회로의 비대칭을 반영한다. 점선이 있는 BL(x) 곡선은 중심 길이방향 축(도 4에서 x=0)에 대해 비대칭이며, 이는 도 1a-1c의 스피커의 자기 회로와 보이스 코일의 비대칭 관계를 나타낸다. BL(x) 곡선의 비대칭은 초슬림 마이크로 스피커가 큰 변위 진동에서 작동할 때 자기 회로 구조와 보이스 코일 사이에 불균형 힘 계수를 갖도록 할 것이다. 그에 반해, 실선으로 그려진 BL(x) 곡선은 중앙 길이방향 축(X=0)에 대해 훨씬 더 나은 대칭을 나타내며, 이는 도 2a 및 2b에 도시된 바와 같이 본 개시에서 제공되는 스피커의 대칭적인 보이스 코일 및 자기 회로를 반영한다. 이 경우에, BL(x) 곡선의 대칭이 더 우수하며, 이는 권선 높이가 자기 회로에서 대칭 관계를 가지며, 상부 및 하부 권선 높이가 동일한 자속 밀도를 받는다는 것을 의미한다. 즉, 박막 구조를 전제로, 이 설계는 보이스 코일과 자기 회로의 대칭 구조이며, 큰 진폭 출력을 가할 때 더 적은 왜곡을 얻을 수 있으며, 초슬림 마이크로 스피커의 사운드 재생 품질을 향상시켜 주어, 사용자들이 스피커를 사용할 때 보다 사실적인 사운드를 들을 수 있도록 한다.

본 개시에서 제공되는 전술한 기술 솔루션은 구조를 초슬림으로 유지하면서 마이크로 스피커가 상대적으로 대칭적인 BL(x) 곡선을 얻을 수 있도록 하여, 특히 다음의 측면들에서 저주파 왜곡이 최소화되도록 한다:

● 진동 시스템을 조립할 때, 보이스 코일과 다이어프램 사이에 중간 개스킷이 추가된다;

● 보이스 코일 설계 시, 권선 높이와 자기 회로 구조를 일치시켜 대칭 구조를 설계할 수 있다.

본 개시는 음향 이론에서 자기 회로 대칭성의 설계 요구 사항을 충족하는 박막 구조의 초슬림 마이크로 스피커의 기술적 솔루션을 제공한다. 초슬림 마이크로 스피커는 보이스 코일과 자기 회로의 대칭 구조로 제공되고 사운드 재생 품질을 향상시켜, 사용자들이 이를 사용 시 보다 실감나는 사운드들을 들을 수 있다. 따라서, 본 발명의 초슬림 마이크로 스피커는 다양한 분야에서 폭넓게 사용될 수 있고, 향상된 성능을 가져올 수 있으며, 예를 들어, 이에 제한되는 것은 아니나, 모바일 폰, 태블릿, 컴퓨터 또는 오디오 재생 장치와 같은, 일체화되고 박형화된 모든 전자제품에 사용될 수 있다.

예시적인 실시예들이 위에서 설명되었지만, 이러한 실시예들이 본 발명의 모든 가능한 형태들을 설명하는 것은 아니다. 오히려, 본 명세서에서 사용된 단어들은 한정이 아닌 설명의 단어들로, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변경들이 가능함을 이해해야 한다. 추가로, 다양한 구현 실시예들의 특징들은 본 발명의 추가 실시예들을 형성하도록 결합될 수 있다.

Claims (13)

1. 스피커에 있어서,
   다이어프램;
   자석 갭을 포함하는 자기 회로 구조;
   상기 자석 갭에 매달려 있는 보이스 코일;
   상기 다이어프램과 상기 보이스 코일 사이에 끼워져 있어 둘 다와 연결된 중간 개스킷을 포함하는, 스피커.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 자기 회로 구조는 상부 플레이트 및 적어도 측면 상부 플레이트를 더 포함하며, 그 사이에 상기 자석 갭이 형성되는, 스피커.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 보이스 코일은 상부 플레이트 및 측면 상부 플레이트의 중심 수평면에 대해 상기 자기 회로 구조와 대칭되도록 구성되는, 스피커.
4. 청구항 1에 있어서, 상기 보이스 코일의 상단과 상기 상부 플레이트의 상단 사이의 거리는 수직 방향으로 상기 보이스 코일의 바닥과 상기 상부 플레이트의 바닥 사이의 거리와 동일한, 스피커.
5. 청구항 1에 있어서, 상기 중간 개스킷은 링으로 구성될 수 있는, 스피커.
6. 청구항 5에 있어서, 상기 중간 개스킷은 직사각형, 원형, 레이스트랙 등의 형태로 형성될 수 있는, 스피커.
7. 청구항 1에 있어서, 상기 자기 회로 구조는 단일 자석으로 형성된 자석 구조를 더 포함하는, 스피커.
8. 청구항 1에 있어서, 상기 자석 구조는 3개의 자석, 5개의 자석 등과 같은 다중 자석으로 형성된, 스피커.
9. 청구항 1에 있어서, 상기 중간 개스킷은 경량 재료로 만들어진, 스피커.
10. 청구항 9에 있어서, 상기 중간 개스킷은 금속, 플라스틱, 종이 등 중에서 적어도 하나로 만들어진, 스피커.
11. 청구항 1에 있어서, 상기 스피커는 초슬림 마이크로 스피커인, 스피커.
12. 청구항 1에 있어서, 상기 스피커는 일체화되고 박형화된 모든 전자 제품에 사용될 수 있는, 스피커.
13. 청구항 12에 있어서, 상기 제품은 적어도 모바일 폰, 태블릿, 컴퓨터 또는 오디오 재생 장치일 수 있는, 스피커.

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