KR20230136590A - 음향출력장치 - Google Patents

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KR20230136590A
KR20230136590A KR1020237000511A KR20237000511A KR20230136590A KR 20230136590 A KR20230136590 A KR 20230136590A KR 1020237000511 A KR1020237000511 A KR 1020237000511A KR 20237000511 A KR20237000511 A KR 20237000511A KR 20230136590 A KR20230136590 A KR 20230136590A
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piezoelectric
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KR1020237000511A
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광위안 주
레이 장
준지앙 푸
신 치
칭이 왕
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썬전 샥 컴퍼니 리미티드
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Abstract

본 발명은 음향출력장치를 제공한다. 상기 음향출력장치는 진동조립체와 질량소자를 포함할 수 있다. 상기 진동조립체는 압전구조와 진동소자를 포함할 수 있다. 상기 압전구조는 전기신호를 기계적 진동으로 변환시키도록 구성될 수 있고, 상기 진동소자는 상기 압전구조의 제1 위치에서 상기 압전구조에 연결되고 기계적 진동을 수신하여 음향신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 상기 질량소자는 상기 압전구조의 제2 위치에서 압전구조에 연결될 수 있다.

Description

음향출력장치
본 발명은 음향 분야에 관한 것으로서, 구체적으로는 음향장치에 관한 것이다.
압전 세라믹에 의해 구동되는 음향출력장치는 압전 세라믹 재료의 역압전 효과에 따라 진동을 생성함으로써 음파를 외부로 방출할 수 있다. 전통적인 전기역학적인 음향출력장치와 비교하여, 압전 세라믹에 의해 구동되는 상기 음향출력장치는 높은 전기기계변환 효율, 낮은 에너지 소모, 작은 체적, 및 고도의 집적도를 가진다. 그러나, 상기 전통적인 전자기 음향출력장치와 비교하여, 압전 세라믹에 의해 구동되는 상기 음향출력장치는 불충분한 저주파수 출력과 가청범위 내의 많은 진동모드들로 인해 나쁜 음질을 가진다. 빔구조는 압전 세라믹에 의해 구동되는 상기 음향출력장치에 이용되어 저주파수 출력을 향상시키고 저주파수 공진 주파수들을 감소시킨다. 그러나, 상기 빔구조는 가청범위 내에서 더 높은 수준의 진동모드들을 야기시킬 수 있으며, 특히 중주파수대역 내에서 광대역 공진 골짜기들(broadband resonance valleys)을 야기시킬 수 있으며, 이는 중주파수의 출력을 약화시킬 수 있다.
따라서, 가청범위 내에서 높은 수준의 진동모드들을 억제시키고, 중저주파수대역에서의 음향출력장치의 음질을 향상시키는 음향출력장치를 제공하는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예는 음향출력장치를 제공하며, 상기 음향출력장치는 진동조립체와 질량소자를 포함할 수 있다. 상기 진동조립체는 압전구조와 진동소자를 포함할 수 있다. 상기 압전구조는 전기신호를 기계적 진동으로 변환시키도록 구성될 수 있고, 상기 진동소자는 상기 압전구조의 제1 위치에서 상기 압전구조와 연결될 수 있으며 기계적 진동을 수신하여 음향신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 상기 질량소자는 상기 압전구조의 제2 위치에서 상기 압전구조에 연결될 수 있다.
일부 실시예들에서, 50 Hz 내지 5000 Hz의 범위 내에서, 상기 제1 위치에서의 상기 압전구조의 진동응답곡선은 공진피크와 공진 골짜기를 가질 수 있고, 상기 질량소자는 상기 공진피크와 상기 공진 골짜기 사이의 진폭차이를 감소시킬 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 압전구조는 빔구조를 가질 수 있고, 상기 제1 위치와 상기 제2 위치는 상기 빔구조의 길이방향에서 다른 위치들일 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 빔구조는 고정단부를 포함할 수 있고, 제1 위치에서의 상기 빔구조의 진동가속도 수준과 상기 고정단부의 진동가속도 수준의 차이는 20 dB보다 클 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 제2 위치와 상기 빔구조의 고정단부 사이의 거리 대 상기 빔구조의 길이의 비율은 1/3보다 클 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 질량소자와 상기 압전구조 사이의 탄성계수 대 상기 질량소자의 질량의 비율은 (100π)2 내지 (10000π)2의 범위 내일 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 질량소자의 질량은 상기 제2 위치에서 집중되어 분포될 수 있다
일부 실시예들에서, 상기 질량소자의 질량은 상기 제2 위치의 주위에 균일하게 분포될 수 있다.
일부 실시예들에서, 질량소자의 질량은 0.1 g 내지 6 g의 범위 내일 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 질량소자와 상기 압전구조 사이의 탄성계수는 9 N/m 내지 6×106 N/m의 범위 내일 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 질량소자는 또한 음향출력장치의 하우징에 연결될 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 질량소자와 상기 하우징 사이의 탄성계수 대 상기 질량소자와 상기 압전구조 사이의 탄성계수의 비율은 10보다 작을 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 질량소자와 상기 압전구조 사이의 탄성계수는 상기 질량소자와 상기 하우징 사이의 탄성계수보다 작을 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 진동소자의 질량은 0.1 g 내지 0.9 g의 범위 내일 수 있고, 상기 질량소자의 질량 대 상기 진동조립체의 질량의 비율은 5보다 작을 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 진동소자의 질량은 0.9 g 내지 1.8 g의 범위 내일 수 있으며, 상기 질량소자의 질량 대 상기 진동조립체의 질량의 비율은 2보다 작을 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 진동소자의 질량은 1.8 내지 5 g의 범위 내일 수 있으며, 상기 질량소자의 질량 대 상기 진동조립체의 질량의 비율은 1보다 작을 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 질량소자는 탄성부재를 통해 상기 압전구조에 탄성연결될 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 질량소자의 적어도 일부분은 탄성구조를 가질 수 있고, 상기 질량소자는 상기 탄성구조를 통해 상기 압전구조에 탄성연결될 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 탄성구조는 기공구조를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 댐핑재료는 기공구조 내에 설치될 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 음향출력장치는 압전 세라믹에 의해 구동되는 음향출력장치를 포함할 수 있다.
도1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 예시적인 음향출력장치를 나타내는 블록도이다.
도2는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 예시적인 진동조립체의 구조를 나타내는 개략도이다.
도3 a는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 제2 위치에서의 예시적인 빔구조의 등가구조를 나타내는 개략도이다.
도 3b는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 제2 위치에서의 빔구조에 연결되는 예시적인 질량소자의 등가구조를 나타내는 개략도이다.
도 4a는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 예시적인 빔구조의 진동을 나타내는 개략도이다.
도 4b는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 질량소자에 연결되는 빔구조의 진동을 나타내는 개략도이다.
도 4c는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 빔구조가 질량소자에 연결되거나 연결되지 않은 경우의 제1 위치에서의 빔구조의 진동응답곡선들을 나타내는 도표이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 예시적인 진동조립체들의 진동을 나타내는 개략도이다.
도 5c는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 질량소자에 연결되는 진동조립체를 나타내는 개략도이다.
도 5d는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 상기 진동조립체가 질량소자에 연결되거나 연결되지 않는 경우의 제1위치에서의 진동조립체의 진동응답곡선들을 나타내는 도표이다.
도 6은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 탄성부와 질량부의 혼합물을 구비하는 구조를 나타내는 개략도이다.
도 7은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 상기 빔구조가 탄성부와 질량부가 혼합된 질량소자에 연결되는 경우의 제1 위치에서의 빔구조의 진동응답곡선을 나타내는 도표이다.
도 8은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 균일하게 분포된 탄성을 구비하는 질량소자가 빔구조에 연결된 것을 나타내는 개략도이다.
도 9는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 불균일하게 분포된 탄성을 가지는 질량소자를 나타내는 개략도이다.
도 10은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 균일하게 분포된 질량 및/또는 균일하게 분포된 댐핑을 가지는 질량소자를 나타내는 개략도이다.
도 11은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 질량부에 연결된 예시적인 탄성부재를 나타내는 개략도이다.
도 12는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 상기 빔구조가 탄성부가 질량부로부터 분리된 질량소자에 연결된 경우의 제1 위치에서의 빔구조의 진동응답곡선을 나타내는 도표이다.
도 13은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 질량소자의 질량이 상기 압전구조의 제2 위치에 집중적으로 분포되는 경우의 제1 위치에서의 압전구조의 진동응답곡선들을 나타내는 도표이다.
도 14는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 질량소자가 집중적으로 또는 균일하게 분포된 경우의 제1 위치에서의 압전구조의 진동응답곡선들을 나타내는 도표이다.
도 15는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 복수의 질량소자들에 연결되는 압전구조를 나타내는 개략도이다.
도 16은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 압전구조가 복수의 질량소자들에 연결되는 경우의 제1 위치에서의 압전구조의 진동응답곡선들을 나타내는 도표이다.
도 17은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 압전구조와 하우징에 탄성연결되는 질량소자를 나타내는 개략도이다.
도 18은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 제1 탄성계수가 제2 탄성계수와 다른 경우의 제1 위치에서의 압전구조의 진동응답곡선들을 나타내는 도표이다.
도 19는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 진동소자의 질량이 0.5g인 경우 제1위치에서의 상이한 mr값들에 대응되는 압전구조의 진동응답곡선들을 나타내는 도표이다.
도 20은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 진동소자의 질량이 1g인 경우 제1위치에서의 상이한 mr값들에 대응되는 압전구조의 진동응답곡선들을 나타내는 도표이다.
도 21은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 진동소자의 질량이 2g인 경우 제1위치에서의 상이한 mr값들에 대응되는 압전구조의 진동응답곡선들을 나타내는 도표이다.
본 개시의 실시예들의 기술안을 더 명확히 설명하기 위해, 아래에서는 실시예들을 설명하기 위한 도면에 대해 간단히 소개한다. 물론 아래에서 기재하는 도면은 단지 본 개시의 일부 예 또는 실시예들이다. 당업계의 통상의 기술자들에 있어서, 창조적인 노력을 더하지 않고 이러한 도면들에 근거하여 본 개시를 기타 유사한 상황에 응용할 수 있다. 문맥상 명백하거나 특별히 설명하지 않는 한 도면 중의 동일한 부호는 동일한 구조나 동작을 표시한다.
여기에서 사용하는 용어 "시스템", "장치", "유닛" 및/또는 "모듈"은 상이한 부재, 소자, 부품, 부분 또는 상이한 수준의 조립체를 구분하기 위한 하나의 방법이다. 그러나 다른 단어가 동일한 목적을 달성할 수 있다면 그 단어는 다른 표현에 의해 대체될 수 있다.
본 개시와 첨부된 청구항에서 사용되는 바와 같이, 단수 형태 "하나", "일" 및 "상기"는 문맥에서 별도로 명확하게 지시하지 않는 한, 복수의 형태를 포함한다. 일반적으로, 본 명세서에서 사용된 용어 "포함", "포괄"은 명시된 절차들 및 소자들을 포함함을 의미하며, 이러한 절차들 및 소자들은 배타적인 리스트를 형성하지 않는다. 상기 방법 또는 장치는 기타 절차들 또는 소자들을 포함할 수 있다.
본 개시에서 사용하는 흐름도는 시스템이 본 개시의 일부 실시예에 따라 실행하는 동작을 설명한다. 전후 동작들의 정확히 순서에 따라 실행하지 않을 수 있음을 이해해야 한다. 반대로, 절차들은 반대 순서거나 동시에 실행될 수 있다. 그리고, 하나 이상의 기타 동작들을 흐름도에 추가할 수 있거나 하나 이상의 동작들은 흐름도에서 삭제될 수 있다.
본 발명의 실시예들은 음향출력장치를 제공한다. 상기 음향출력장치는 진동조립체와 질량소자를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 진동조립체는 전기신호를 기계적 진동으로 변환시키기 위한 압전구조(예를 들면, 빔구조)와 진동소자(예를 들면, 진동막, 진동판, 등)를 포함할 수 있다. 상기 진동소자는 상기 압전구조의 제1 위치에서 상기 압전구조에 기계적으로 연결되고 기계적 진동을 수신하고 음향신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 질량소자는 상기 압전구조의 제2 위치에서 상기 압전구조에 연결(예를 들면, 탄성연결)될 수 있다. 상기 제1 위치와 상기 제2 위치는 상기 압전구조(예를 들면, 상기 빔구조)의 길이방향에서 상이한 위치들일 수 있다. 상기 압전구조에 탄성연결되는 상기 질량소자는 타겟 주파수 범위(예를 들면, 50 Hz 내지 5000 Hz) 내에서 상기 제1 위치에서 상기 압전구조의 진동응답의 공진피크와 공진골짜기 사이의 진폭차이를 감소시킬 수 있으며, 따라서 상기 소리신호의 음질을 증가시킨다. 동시에, 상기 탄성연결은 상기 압전구조에 대한 댐핑 효과를 생성할 수 있으며, 따라서 타겟 주파수 범위에서 상기 음향출력장치의 진동응답곡선은 상대적으로 평활하며, 따라서 상기 음향출력장치에 의해 생성되는 소리신호의 음질을 더 향상시킨다.
도1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 예시적인 음향출력장치를 나타내는 블록도이다. 도1에 표시하는 바와 같이, 상기 음향출력장치(100)는 진동조립체(110)와 질량소자(120)를 포함할 수 있다.
일부 실시 예들에서, 상기 음향출력장치(100)는 동적 음향출력장치, 정전기식 음향출력장치, 압전 음향출력장치, 평형 전기자 음향출력장치, 공압식 음향출력장치, 전자기 음향출력장치, 등, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 음향출력장치(100)는 압전 세라믹 음향출력장치를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 음향출력장치(100)는 안경, 스마트 팔찌, 헤드폰, 보청기, 스마트 헬멧, 스타트 시계, 스마트 옷, 스마트 배낭, 스마트 액세서리 등 또는 이들의 임의의 조합으로써 실행될 수 있다. 예를 들면, 상기 음향출력장치(100)는 근시 안경, 돋보기, 자전거용 안경 또는 선글라스, 등일 수 있으며, 지능안경(예를 들면, 이어폰 기능을 가지는 오디오 안경)일 수도 있다. 다른 예로써, 상기 음향출력장치(100)는 헬멧, 증강현실(AR)장치, 가상현실(VR)장치, 등 머리장착장치일 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 증강현실장치 또는 가상현실장치는 가상현실 헤드셋, 가상현실 안경, 가상현실 헬멧, 증강현실 안경, 등 또는 이들의 임의의 조합, 예를 들면, 가상현실장치 및/또는 상기 증강현실장치는 구글 안경, Oculus Rift, a Hololen, a Gear VR, 등을 포함할 수 있다.
상기 진동조립체(110)는 소리정보를 포함하는 신호를 소리신호로 변환시키도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 음향정보를 포함하는 신호는 전기신호, 광신호, 등을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 소리신호는 골전도 또는 기전도(air conduction)의 수단을 통해 사람 귀로 전송되는 골전도 음파 또는 기전도 음파를 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 진동조립체(110)는 전기신호를 수신하고, 기계적 진동을 생성하고, 음파를 출력할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 진동조립체(110)는 음향정보를 포함하는 신호를 기계적 진동으로 변환시키는 변환구조를 포함할 수 있다. 예시적인 변환구조는 동적 구조, 정전기식 구조, 압전구조, 평형 전기자 구조, 공압 구조, 전자기 구조, 등, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 진동조립체(110)는 기계적 진동을 소리신호로 변환하기 위한 진동소자(예들 들면, 진동막, 진동판)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 진동조립체(110)는 상기 압전구조의 제1 위치에서 상기 압전구조에 연결되는 진동소자를 포함할 수 있다. 상기 압전구조는 음향정보를 포함하는 신호를 기계적 진동으로 변환시키도록 구성될 수 있으며, 상기 진동소자는 기계적 진동을 수신하고 음향신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 진동조립체에 관한 더 많은 설명은 본 개시의 다른 부분, 예를 들면 도2 및 관련 설명에서 찾을 수 있다.
상기 질량소자(120)는 진동조립체(110)의 기계적 진동에 질량을 제공하도록 구성될 수 있으며, 따라서 진동조립체(110)에 의해 생성되는 기계적 진동의 공진피크와 공진 골짜기 사이의 진폭차이가 변한다. 압전구조를 예로 들면, 상기 질량소자(120)는 상기 압전구조의 제2 위치에서 상기 압전구조에 연결될 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 압전구조는 빔구조(예를 들면, 외팔보)를 가질 수 있다. 상기 제1 위치와 상기 제2 위치는 상기 빔구조의 길이방향에서 상이한 위치들일 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 빔구조는 고정단부를 포함할 수 있다. 상기 고정단부는 빔구조에서 진동가속도 또는 가속도 수준이 진동가속도 역치보다 작은 위치일 수 있다. 예를 들면, 상기 고정단부의 진동가속도 수준은 5 dB, 3 dB, 1 dB, 0.8 dB, 0.6 dB, 0.4 dB, 0.2 dB, 0.05 dB, 등보다 작을 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 제1 위치에서 빔구조의 진동가속도 수준과 상기 고정단부의 진동가속도 수준의 차이는5 dB, 10 dB, 20 dB, 30 dB, 40 dB, or 50 dB, 등보다 클 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 위치에서 상기 압전구조의 진동응답은 타겟 주파수 범위 내에서 공진피크와 공진 골짜기를 가질 수 있다. 상기 질량소자(120)는 상기 공진피크와 상기 공진 골짜기 사이의 진폭차이를 감소시킬 수 있다. 예를 들면, 상기 타겟 주파수 범위는 50 Hz 내지 5000 Hz, 100 Hz 내지 5000 Hz, 200 Hz 내지 4000 Hz, 500 Hz 내지 4000 Hz, 500 Hz 내지 3000 Hz, 500 Hz 내지 2000 Hz, 1000 Hz 내지 2000 Hz, 등을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 제2 위치는 타겟 주파수 범위 내에서, 상기 질량소자(120)가 상기 공진피크와 상기 공진 골짜기 사이의 규모 차이를 감소시킬 수 있도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 상기 제2 위치와 상기 고정단부 사이의 거리 대 빔구조의 길이의 비율은1/3, 2/5, 2/3, 등보다 클 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 질량소자(120)의 질량은 타겟 주파수 범위 내에서 상기 공진피크와 상기 공진 골짜기 사이의 진폭차이를 감소시킬 수 있도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 질량소자(120)의 질량은 제2 위치에서 집중되어 분포되거나 제2 위치 주위에 균일하게 분포될 수 있다. 일부 실시예들에서, 질량소자(120)의 질량은 타겟질량 범위내에 있을 수 있다. 예를 들면, 상기 타겟질량 범위는 0.01 g 내지 50 g, 0.0.2 g 내지 40 g, 0.03 g 내지 30 g, 0.04 g 내지 20 g, 0.05 g 내지 10 g, 0.07 g 내지 8 g, 0.09 g 내지 6 g, 0.1 g 내지 6 g, 0.2 g 내지 6 g, 0.5 g 내지 6 g, 1 g 내지 5 g, 등일 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 질량소자(120)의 질량은 상기 진동조립체(110)의 질량과 관련될 수 있다. 상기 진동조립체(110)의 질량은 상기 압전구조와 상기 진동소자의 총 질량일 수 있다. 예를 들면, 상기 진동소자의 질량이 변하지 않는 경우, 상기 질량소자(120)의 질량 대 상기 진동조립체(110)의 질량의 비율은 기설정된 비율 범위내일 수 있다. 예를 들면, 상기 진동소자의 질량은 0.1 g 내지 0.9 g의 범위 내일 수 있으며, 상기 질량소자(120)의 질량 대 상기 진동조립체(110)의 질량의 비율은 5보다 작을 수 있다. 다른 예로써, 상기 진동소자의 질량은 0.9 g 내지 1.8 g의 범위 내일 수 있으며, 상기 질량소자(120)의 질량 대 상기 진동조립체(110)의 질량의 비율은 2보다 작을 수 있다. 다른 예로써, 상기 진동소자의 질량은 1.8 g 내지 5 g의 범위 내일 수 있으며, 상기 질량소자(120)의 질량 대 상기 진동조립체(110)의 질량의 비율은 1보다 작을 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 질량소자(120)와 상기 압전구조 사이의 연결은 탄성연결을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 음향출력장치(100) 또는 질량소자(120)는 탄성부재 (미도시)를 포함할 수 있으며, 상기 질량소자(120)는 상기 탄성부재를 통해 상기 압전구조의 제2 위치에서 상기 압전구조에 탄성연결될 수 있다. 다른 예로써, 상기 질량소자(120)의 적어도 일부분은 탄성구조를 가질 수 있으며, 상기 질량소자(120)는 상기 탄성구조를 통해 상기 압전구조의 제2 위치에서 상기 압전구조에 탄성연결될 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 질량소자(120)와 상기 압전구조 사이의 제1 탄성계수는 타겟 주파수 범위에서, 상기 질량소자(120)가 상기 공진피크와 상기 공진 골짜기 사이의 진폭차이를 감소시킬 수 있도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 질량소자(120)와 상기 압전구조 사이의 상기 제1 탄성계수는 9 N/m 내지 6×106 N/m, 50 N/m 내지 6×106 N/m, 100 N/m 내지 6×106 N/m, 1000 N/m 내지 6×106 N/m, 104 N/m 내지 6×106 N/m, 5×104 N/m 내지 6×106 N/m, 5×105 N/m 내지 6×106 N/m, 9×105 N/m 내지 6×106 N/m, 106 N/m 내지 6×106 N/m, 등 범위 내에 있을 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 질량소자(120)는 상기 음향출력장치(100)의 하우징에 연결될 수 있다. 상기 연결은 탄성연결을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 음향출력장치(100) 또는 상기 질량소자(120)는 탄성부재(미도시)를 포함할 수 있으며, 상기 질량소자(120)는 상기 탄성부재를 통해 상기 음향출력장치(100)의 하우징에 탄성연결될 수 있다. 다른 예로써, 상기 질량소자(120)의 적어도 일부분은 탄성구조를 가질 수 있으며, 상기 질량소자(120)는 상기 탄성구조를 통해 상기 음향출력장치(100)의 하우징에 탄성연결될 수 있다. 상기 질량소자(120)와 상기 하우징 사이의 탄성연결은 제2 탄성계수를 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 제1 탄성계수는 상기 제2 탄성계수보다 작을 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 제2 탄성계수 대 상기 제1 탄성계수의 비율은 기설정 역치보다 작을 수 있다. 예를 들면, 상기 제2 탄성계수 대 상기 제1 탄성계수의 비율은 10보다 작을 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 질량소자(120)는 원기둥체, 직육면체, 원뿔체, 원뿔대, 구체 및 기타 규칙적인 구조들 또는 비규칙적인 구조들과 같은 형상을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 질량소자(120)의 재료는 플라스틱, 나무, 및 금속 등 임의의 단단한 재료를 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 일부 실시예들에서, 상기 질량소자(120)의 재료는 음의 강도재료, 입방체 강도 재료, 등과 같은 상기 음향출력장치(100)의 오디오 주파수대역을 확장하는데 유리한 다양한 메타재료들을 더 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 질량소자(120)는 진동조립체(110)의 기계적 진동에 대해 댐핑을 제공하도록 구성될 수 있다. 상기 댐핑은 저주파수대역에서 상기 음향출력장치(100)의 응답곡선을 평활하게 하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 상기 질량소자(120) 자체는 진동조립체(110)에 대해 댐핑을 제공할 수 있다. 다른 예로써, 상기 질량소자(120)는 진동조립체(110)에게 탬핑을 제공할 수 있는 댐핑부를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 질량소자(120)는 진동조립체(110)에 탄성적으로 연결됨으로써 진동조립체(110)의 기계적 진동에 대해 댐핑을 제공할 수 있다. 질량소자(120)에 관한 더 많은 설명은 본 개시의 다른 부분(예를 들면, 도3 및 관련 설명)에서 찾을 수 있다.
도 1에 표시하는 상기 음향출력장치(100)에 관한 설명은 단지 설명의 목적에 의해서만 제공되는 것이고 본 개시의 범위를 한정하려는 의도는 아님을 이해할 수 있다. 본 발명의 제시하에서 본 분야의 기술자들은 다양한 변화와 수정을 진행할 수 있다. 이러한 변화들과 수정들은 본 설명의 보호범위내에 있을 수 있다. 일부 실시예들에서, 도면에 표시하는 부재들은 실제 조건에 따라 조절될 수 있다. 예를 들면, 상기 음향출력장치(100)는 복수의 질량소자들을 포함할 수 있다. 다른 예로써, 상기 음향출력장치(100)는 상기 질량소자와 상기 진동조립체 사이의 탄성을 제공하기 위한 탄성소자를 포함할 수 있다.
도2는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 예시적인 진동조립체의 구조를 나타내는 개략도이다. 도2에 표시한 바와 같이, 상기 진동조립체는 압전구조(211)와 진동소자(212)를 포함할 수 있다. 상기 진동소자(212)는 상기 압전구조(211)에 연결될 수 있다. 상기 연결은 나사연결, 리벳팅, 죔쇠 끼워맞춤, 스냅연결, 접착, 사출성형, 용접, 자력, 등, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
상기 압전구조(211)는 전기신호를 기계적 진동으로 변환시키도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 압전구조는 압전 재료를 포함할 수 있다. 예시적인 압전 재료들은 압전 결정, 압전 세라믹, 압전 폴리머, 등을 포함할 수 있다. 도2에 표시하는 바와 같이, 상기 압전구조(211)는 빔구조(예를 들면, 외팔보)를 가질 수 있고, 상기 빔구조는 압전재료층(2111)과 금속기판(2112)을 포함할 수 있다. 상기 금속기판(2112)은 빔구조의 길이방향을 따라 연장될 수 있다. 상기 빔구조의 길이방향(예를 들면, 도 2에서 길이방향L)에 수직이 되는 방향에서, 상기 금속기판(2112)은 상기 압전재료층(2111)과 중첩될 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 빔구조는 n(n은 1보다 큰 양의 정수이다) 층의 압전재료층들(2111)과 n-1 층의 금속기판들(2112)을 포함할 수 있다. 상기 금속기판들(2112)과 상기 압전재료층들(2111)은 빔구조의 길이방향에 수직이 되는 방향에 따라 중첩될 수 있다.
상기 빔구조는 고정단부(2113)와 자유단부(2114)를 포함할 수 있다. 상기 고정단부는 빔구조에서 진동 가속도 또는 가속도 수준이 진동 가속도 역치보다 작은 위치일 수 있다. 예를 들면, 상기 고정단부(2113)의 진동가속도 수준은 5 dB, 3 dB, 1 dB, 0.8 dB, 0.6 dB, 0.4 dB, 0.2 dB, 또는 0.05 dB, 등보다 작을 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 고정단부(2113)는 음향출력장치의 고정위치 또는 구조에 연결될 수 있다. 상기 고정위치 또는 구조는 음향출력장치에서 진동 가속도 또는 가속도 수준이 상기 진동 가속도 역치보다 작은 위치일 수 있다. 예를 들면, 상기 음향출력장치는 하우징(도2에 미도시)을 포함할 수 있으며, 상기 빔구조는 상기 하우징 내에 설치될 수 있으며, 상기 빔구조의 고정단부(2113)는 상기 하우징에 고정연결될 수 있다. 다른 예로써, 상기 음향출력장치는 평형추를 포함할 수 있으며, 상기 빔구조의 고정단부(2113)는 상기 평형추에 고정연결될 수 있다. 상기 자유단부(2114)는 상기 빔구조의 자유롭게 진동할 수 있는 단부일 수 있다.
상기 진동소자(212)는 기계적 진동를 수신하고 기계적 진동을 소리신호로 변환시켜 출력하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 진동소자(212)는 상기 압전구조(211)의 제1 위치(또는 빔구조)에서 상기 압전구조(211)(또는 빔구조)에 연결되어 압전구조(211)에 의해 생성되는 기계적 진동을 수신할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 제1 위치는 상기 빔구조에서 기계적 진동의 진폭이 상대적으로 큰 위치일 수 있다. 상기 제1 위치에서 빔구조의 진동가속도 수준과 상기 고정단부(2113)의 진동가속도 수준 사이의 차이는 차이 역치보다 클 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 위치의 진동가속도 수준과 상기 고정단부(2113)의 진동가속도 수준 사이의 차이는 5 dB, 10 dB, 20 dB, 30 dB, 40 dB, 50 dB, 등보다 클 수 있다. 예를 들면, 진동소자(212)가 연결될 수 있는 상기 제1 위치는 상기 자유단부(2114)일 수 있다. 일부 실시예들에서, 음향출력장치가 기전도 음향출력장치인 경우, 상기 진동소자(212)는 진동막일 수 있다. 상기 진동막은 상기 압전구조(211)에 의해 생성되는 기계적 진동을 수신하고 공기를 더 밀어 진동하여 소리신호를 생성할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 음향출력장치가 골전도 음향출력장치인 경우, 상기 진동소자(212)는 진동판일 수 있으며, 상기 진동판은 사람 신체와 접촉되어 진동을 전달할 수 있으며, 따라서 소리신호를 생성할 수 있다.
질량소자(도2에 미도시)는 상기 압전구조(211)의 제2 위치에서 상기 압전구조(211)에 연결될 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 제1 위치와 상기 제2 위치는 상기 빔구조의 길이방향에서 상이한 위치일 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 제2 위치는 빔구조의 고정단부(2113)와 상기 제1 위치 사이에 위치할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 빔구조의 상기 제2 위치와 상기 고정단부(2113) 사이의 거리 대 상기 빔구조의 길이의 비율은 1/3, 2/5, 2/3, 등보다 클 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 압전구조(211)는 전기신호를 기계적 진동으로 변환시킬 때 공진할 수 있다. 상응하게, 제1 위치에서의 상기 압전구조(211)의 진동응답은 공진피크와 공진 골짜기를 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 타겟 주파수 범위에서, 제1 위치에서의 상기 압전구조(211)의 진동응답은 공진피크와 공진 골짜기를 가질 수 있다. 예시적인 타겟 주파수 범위들은 50 Hz 내지 5000 Hz, 100 Hz 내지 5000 Hz, 200 Hz 내지 4000 Hz, 500 Hz 내지 4000 Hz, 500 Hz 내지 3000 Hz, 500 Hz 내지 2000 Hz, 1000 Hz 내지 2000 Hz, 등을 포함할 수 있다. 상기 질량소자는 공진피크와 공진 골짜기가 발생하는 위치들과 제1 위치에서의 상기 공진피크와 상기 공진 골짜기 사이의 진폭차이를 감소시키도록 구성될 수 있으며, 따라서 제1 위치에서의 상기 진동소자의 진동파형은 상대적으로 평활할 수 있다. 일부 실시예들에서, 특정된 주파수에서 상기 제2 위치는 상기 빔구조의 기계적 진동의 파복(즉, 최대진폭을 가지는 위치)에 위치함으로써, 상기 특정된 주파수에서 파복 범위(즉, 상기 최대진폭을 가지는 위치의 좌측 및/또는 우측의 일정한 범위 내의 진동 범위)의 상기 기계적 진동은 상기 질량소자에 의해 감쇄될 수 있으며, 상기 진동 에너지는 부분적으로 상기 제1 위치에 전달될 수 있다. 이런 경우, 상기 제1 위치에서 상기 기계적 진동은 특정된 주파수에서 향상될 수 있다. 상기 특정된 주파수는 상기 압전구조의 제1 위치에서의 공진 골짜기에 대응되는 주파수일 수 있다. 상기 압전구조의 제1 위치에서의 진동이 상기 공진 골짜기에서 향상되기 때문에, 공진피크에서의 진동은 질량소자에 의해 제공되는 감쇠에 의해 감소될 수 있으며, 상기 압전구조의 제1 위치에서의 진동모드는 평활할 수 있으며, 따라서 음질을 효과적으로 향상시킨다.
질량소자가 상기 압전구조의 진동모드를 변화시키는 원리는 아래에서 도3a 및 도3b를 참고하여 예시적으로 설명할 수 있다. 도3 a는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 제2 위치에서의 예시적인 빔구조의 등가구조를 나타내는 개략도이다. 도 3b는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 제2 위치에서의 빔구조에 연결되는 예시적인 질량소자의 등가구조를 나타내는 개략도이다.
도 3a에 표시하는 바와 같이, 기계적 진동상태하의 빔구조에 있어서, 상기 제2 위치에서의 진동은 단일 자유도 시스템의 강제 진동과 동등할 수 있으며, 그 진동 방정식은 아래와 같을 수 있다(시스템에서 댐핑의 영향을 무시한다):
(1)
여기서, 은 상기 제2 위치(즉, 상기 파복구역)에서의 상기 빔구조의 질량을 표시하고, 은 상기 제2 위치에서의 탄성계수와 동등하고, 는 제2 위치에서의 진동변위를 표시하고, 는 여기력을 표시하고, 는 상기 여기력의 각속도를 표시하고, 는 상기 제2 위치의 진동방향에서의 여기력의 분력을 표시한다. 방정식(1)의 특수해는 아래와 같을 수 있다.
(2)
여기서, ()는 상기 제2 위치에서의 고유 각주파수를 표시한다. 상기 댐핑을 무시하면, 상기 여기력의 각주파수 가 상기 제2 위치에서의 고유 각주파수 와 동등한 경우, 상기 제2 위치에서 공진이 발생할 수 있으며, 상기 진폭(변위 )은 무한할 수 있다. 댐핑의 효과를 고려하면, 상기 제2 위치에서의 진동피크, 즉, 상기 제2 위치(또는 상기 파복구역)는 상기 빔구조에서 상기 길이 방향에 수직이 되는 방향에서 최대 변위를 가지는 위치일 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 질량소자는 상기 압전구조에 탄성연결될 수 있다. 예를 들면, 상기 질량소자는 탄성소자(예를 들면, 상기 질량소자와 독립접으로 설치된 탄성소자)를 통해 상기 압전구조에 탄성연결될 수 있다. 다른 예로써, 상기 질량소자는 그 자체의 탄성구조(예를 들면, 상기 질량소자와 일체로 형성된 탄성구조)를 통해 상기 압전구조에 탄성연결될 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 질량소자는 상기 제2 위치에서 상기 빔구조에 탄성연결될 수 있다. 상기 질량소자가 상기 빔구조에 연결되는 경우, 상기 제2 위치에서의 상기 빔구조의 진동은 도 3b에 표시하는 2개의 자유도 시스템의 강제 진동과 동등할 수 있다. 도 3b에 표시하는 바와 같이, 질량 를 가지는 질량부와 탄성계수 를 가지는 탄성부는 상기 빔구조에 탄성연결된 질량소자를 표시할 수 있으며, 그 진동 방정식은 아래와 같을 수 있다(상기 시스템에서의 탬핑이 영향을 무시한다):
(3)
여기서, 는 질량소자의 진동변위를 표시하고, 다른 부호의 의미는 방정식(1) 및 그(여기서 은 과 같다) 관련 설명에서 찾을 수 있다. 방정식의 특수해 (3)는 아래와 같을 수 있다:
(4)
여기서, ()는 상기 질량소자의 고유 각주파수를 표시하고, 는 제2 위치에서의 상기 질량소자의 질량비를 표시한다. 상응하게, 상기 질량소자의 고유 각주파수 는 상기 여기력의 각주파수 와 동등하게 조절될 수 있으며, 따라서 상기 제2 위치의 진동변위 는 0일 수 있다. 이런 경우, 상기 질량소자의 진동방정식은 아래와 같을 수 있다.
(5)
방정식 (5)은 아래와 같이 기재할 수 있다.
(6)
방정식 (6)에 의하면, 상기 질량소자의 탄성계수 와 상기 빔구조의 제2 위치에서의 여기력 의 합력은 0이다. 상기 댐핑을 무시하면, 상기 파복의 진동은 상기 빔구조의 제 2 위치에 질량소자를 추가함으로써 상기 질량소자에 전달될 수 있으며, 이는 상기 빔구조의 제2 위치에서의 큰 진동을 감소시킬 수 있다. 상기 댐핑의 효과를 고려하면, 상기 제2 위치에서의 상기 빔구조의 진동모드는 상기 빔구조의 상기 제2 위치에 질량소자를 추가함으로써 선명히 억제되거나 또는 파괴될 수 있다. 이런 경우, 상기 빔구조에 의해 생성되는 기계적 진동은 상기 제1 위치에 전달될 수 있으며, 따라서 상기 제1 위치의 진동진폭은 증가될 수 있고, 상기 진동모드는 더 평활하게 될 수 있으며, 따라서 상기 음향출력장치에 의해 출력되는 음질을 효과적으로 향상시킨다.
일부 실시예들에서, 상기 질량소자의 고유 각주파수 는 로 기재될 수 있다. 따라서, 상기 질량소자와 상기 압전구조 사이의 탄성계수 및/또는 상기 질량소자의 질량은 상기 질량소자의 고유 각주파수 를 설정하도록 구성될 수 있으며, 따라서 상기 질량소자는 상기 제1 위치에서의 상기 타겟 주파수에서의 상기 공진피크와 상기 공진 골짜기 사이의 진폭차이를 감소시키도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 상기 탄성계수 및/또는 상기 질량소자의 질량은 상기 질량소자의 상기 고유 각주파수가 기설정된 타겟 주파수와 같거나 유사할 수 있으며, 따라서 상기 제1 위치에서의 타겟 주파수에서의 상기 공진피크와 상기 공진 골짜기 사이의 진폭차이를 감소시키도록 구성될 수 있다. 단지 예로써, 상기 타겟 주파수 범위는 50 Hz 내지 5000 Hz의 범위 내일 수 있다. 상응하게, 상기 탄성계수 및/또는 상기 질량소자의 질량은 질량소자와 상기 압전구조 사이의 탄성계수 대 상기 질량소자의 질량의 비율이 (100π)2 내지 (10000π)2의 범위 내에 있도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 질량소자의 질량은 타겟질량 범위 내에 있을 수 있다. 예를 들면, 상기 타겟질량 범위는 0.01 g 내지 50 g, 0.0.2 g 내지 40 g, 0.03 g 내지 30 g, 0.04 g 내지 20 g, 0.05 g 내지 10 g, 0.07 g 내지 8 g, 0.09 g 내지 6 g, 0.1 g 내지 6 g, 0.2 g 내지 6 g, 0.5 g 내지 6 g, 1 g 내지 5 g, 등을 포함할 수 있다. 상응하게, 타겟 주파수 범위에서 상기 공진피크와 상기 공진 골짜기 사이의 진폭차이를 감소시키고, 상기 질량소자와 상기 압전구조 사이의 탄성계수는 9 N/m 내지 6×106 N/m의 범위 내일 수 있다.
상기 진동조립체와 상기 질량소자에 관한 상술한 설명은 단지 예 및 해석을 위한 것이며 본 발명의 응용 범위를 한정하기 위한 것이 아님에 유의해야 한다. 본 분야의 통상의 기술자들에 있어서, 상기 진동조립체 및 상기 질량소자에 대한 다양한 변화 및 수정은 본 발명의 제시하에서 진행될 수 있다. 그러나, 이러한 변화와 수정은 여전히 본 발명의 범위 내에 있다. 예를 들면, 도 2에 표시하는 상기 고정단부(2113)는 상기 빔구조의 단부에 위치할 수 있다. 상기 고정단부(2113)는 상기 빔구조의 다른 위치들에 배치될 수 있음에 유의해야 한다. 다른 예로써, 상기 질량소자는 각각 독립적으로 배치된 복수의 질량들을 포함할 수 있다.
상기 질량소자의 상기 빔구조의 진동상태에 대한 영향은 아래에서 도 4a 내지 도 4c 및 도 5a 내지 도 5c 를 결합하여 설명할 수 있다. 도 4a는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 예시적인 빔구조의 진동을 나타내는 개략도이다. 도 4b는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 질량소자에 연결되는 빔구조의 진동을 나타내는 개략도이다. 도 4c는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 빔구조가 질량소자에 연결되거나 연결되지 않은 경우의 제1 위치에서의 빔구조의 진동응답곡선을 나타내는 도표이다.
도 4a에 표시하는 상기 빔구조(411a)는 기계적 진동(예를 들면, 모드 형상에서 상기 기계적 진동의 각주파수 또는 주파수가 빔구조(411a)의 각주파수 또는 주파수와 동등한 경우)시 공진할 수 있다. 상기 빔구조(411a)가 공진하는 경우, 상기 빔구조(411a)의 중간부의 진동진폭이 가잘 클 수 있고, 작은 기계적 진동은 상기 자유단부(즉, 상기 제1 위치)로 전달될 수 있으며, 결과적으로 제1 위치에서의 진동진폭이 상대적으로 작게 될 수 있다. 상응하게, 상기 제1 위치에서 상기 빔구조(411a)의 진동응답은 공진 골짜기를 포함할 수 있다. 상기 제1 위치에서 상기 빔구조(411a)의 진동응답곡선은 도4c에서 점선으로 표시된다. 도 4c에 표시하는 바와 같이,상기 제1 위치에서 상기 빔구조(411a)의 진동응답곡선은 100 Hz 내지 1000 Hz의 범위 내(즉, 상기 중저주파수대역들)에서 선명한 공진피크(430)와 공진 골짜기( 440)를 가질 수 있으며, 이는 결과적으로 중저주파수대역들에서 상기 음향출력장치의 진동의 출력이 감쇄되는 것으로 나타나며, 따라서 출력되는 소리의 음질에 영향을 준다.
중주파수대역에서 상기 음향출력장치의 진동의 출력은 상기 제1 위치에서의 진동진폭을 증가시킴으로써 향상될 수 있다. 도 4b에 표시하는 바와 같이, 상기 질량소자(420)는 상기 빔구조(411a)의 기계적 진동의 파복구역(즉, 상기 제2 위치)에 탄성연결될 수 있다. 상기 질량소자(420)는 상기 파복구역의 진동모드를 억제하고, 상기 제1 위치의 진동모드를 변화시키도록 구성될 수 있으며, 따라서 상기 빔구조는 상대적으로 평활한 진동응답곡선을 가질 수 있으며, 따라서 중주파수대역에서 상기 음향출력장치의 출력을 향상시킨다. 상기 질량소자(420)가 빔구조(411a)에 연결된 경우의 상기 제1 위치에서 상기 빔구조(411a)의 진동응답곡선은 도4c에서 실선으로 표시한 바와 같다. 도 4c에 표시하는 바와 같이, 100 Hz 내지 1000 Hz의 범위 내(예를 들면, 500 Hz 좌우)에서, 상기 제1 위치에서 상기 빔구조(411a)의 진동응답곡선은 공진피크(450)를 포함할 수 있다. 상기 질량소자를 구비하지 않는 상기 빔구조(411)와 비교하여, 상기 제1 위치에서의 진동응답곡선의 상기 공진피크와 상기 공진 골짜기 사이의 진폭차이는 선명히 감소되며, 중저주파수대역들에서 상기 진동응답곡선은 상대적으로 평탄하며, 따라서 중저주파수대역들에서 상기 음향출력장치의 음질은 향상될 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 질량소자와 상기 빔구조(411a) 사이의 탄성연결은 특정된 댐핑효과를 가질 수 있으며, 따라서 중저주파수대역들에서 공진피크와 공진 골짜기 사이의 과도(transition)가 그 과도로 인해 지나치게 예리하지 않게 하고 평활하게 하며, 따라서 음질을 향상시킨다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 예시적인 진동조립체들의 진동을 나타내는 개략도이다. 도 5c는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 질량소자에 연결되는 진동조립체를 나타내는 개략도이다. 도 5d는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 상기 진동조립체가 질량소자에 연결되거나 연결되지 않는 경우의 제1위치에서의 진동조립체의 진동응답곡선을 나타내는 도표이다.
도5a 및 도5b에 표시하는 진동조립체는 빔구조(511a) 및 진동소자(512a)를 포함할 수 있다. 상기 진동소자(512a)는 상기 빔구조(511a)의 자유단부(즉, 상기 제1 위치)에 연결될 수 있다. 도5a 및 도5b에 표시하는 상기 진동조립체는 각각 상이한 주파수들에서 상기 빔구조의 진동모드들에 대응될 수 있다. 도5a 및 도5b에 대응되는 진동모드들에서, 제1 위치에서 상기 빔구조의 진동진폭은 상대적으로 작을 수 있으며, 동시에 다른 위치들에서 상기 진동진폭이 상대적으로 클 수 있다. 예를 들면, 도 5a에 표시하는 바와 같이, 상기 빔구조(511a)는 위치 A에서 최대 진동진폭을 가지고, 작은 기계적 진동은 상기 자유단부(즉, 상기 제1 위치)에 전달될 수 있다. 이런 경우, 상기 빔구조(511a)는 제1 위치에서 작은 진동진폭을 가질 수 있다. 상기 제1 위치에서 상기 빔구조(511a)의 진동응답곡선은 도5d에서 점선으로 표시된다. 도5d에 의하면, 500 Hz 내지 1000 Hz의 범위 내에서, 상기 제1 위치에서 진동조립체의 진동응답곡선은 공진 골짜기(530)를 포함할 수 있다. 다른 예로써, 도 5b에 표시하는 바와 같이, 상기 빔구조(511a)는 위치 B에서 최대 진동진폭을 가지고, 작은 기계적 진동은 자유단부(즉, 상기 제1 위치)로 전달될 수 있다. 이런 경우, 상기 빔구조(511a)는 상기 제1 위치에서 작은 진동진폭을 가질 수 있다. 도5d에 의하면, 1000 Hz 내지 2000 Hz의 범위 내에서, 상기 제1 위치에서 상기 진동조립체의 진동응답곡선은 공진 골짜기(540)를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 도 5a에 표시하는 바와 같이 500 Hz 내지 1000 Hz의 범위 내에서 공진 골짜기(530)는 2차 골짜기일 수 있으며, 도 5b에 표시하는 바와 같이 1000 Hz 내지 2000 Hz의 범위 내에서 공진 골짜기(540)는 3차 골짜기일 수 있다.
상기 2차 골짜기와 상기 3차 골짜기를 개선하기 위해, 도 5c에 표시하는 바와 같이, 질량소자(520)는 상기 빔구조(511a)의 기계적 진동의 상기 3차 골짜기의 파복구역(즉, 위치 B가 있는 구역)에 탄성연결될 수 있다. 상기 질량소자(520)는 상기 파복구역의 상기 진동모드를 억제하여 상기 제1 위치에서의 상기 빔구조(511a)의 진동모드를 변경하도록 구성될 수 있다. 질량소자(520)가 상기 진동조립체에 연결된 경우의 상기 제1 위치에서의 상기 진동조립체의 진동응답곡선은 도5d에 표시하는 실선 곡선이다. 도 5d에 표시하는 바와 같이, 상기 원래의 2차 골짜기와 상기 원래의 3차 골짜기는 선명히 개선된다. 상기 질량소자를 구비하지 않는 상기 진동조립체와 비교하여, 상기 공진피크와 상기 공진 골짜기 사이의 진폭차이는 선명히 감소되며, 따라서 중저주파수대역들에서 상기 응답곡선은 상대적으로 평탄하며, 이는 중저주파수대역들에서 상기 음향출력장치의 음질을 향상시킬 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 질량소자는 질량을 가지는 질량부와 탄성을 가지는 탄성부를 포함할 수 있다. 상기 질량소자는 상기 탄성부를 통해 상기 압전구조에 탄성연결될 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 질량소자는 상기 압전구조의 진동댐핑을 증가시키기 위한 댐핑부를 더 포함할 수 있다, 상기 댐핑부는 상기 진동응답곡선의 과도를 평활화시키도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 질량부는 금속, 비금속 재료들, 등을 포함할 수 있다. 상기 재료의 밀도는 기설정된 밀도 범위 내에 있을 수 있다. 상기 기설정된 밀도 범위는 0.01~100 g/cm3, 0.05~80 g/cm3, 0.1~60 g/cm3, 0.2~50 g/cm3, 0.3~40 g/cm3, 0.4~30 g/cm3, 0.5~20 g/cm3, 등을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 댐핑부는 고무 등과 같은 댐핑재료로써 실행될 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 탄성부는 질량부와 혼합될 수 있다. 대안으로써, 상기 탄성부는 상기 질량소자의 일부분일 수 있다. 예를 들면, 상기 질량소자의 적어도 일부분은 탄성구조일 수 있다. 상기 질량소자는 상기 탄성구조를 통해 상기 압전구조에 탄성연결될 수 있다. 예시적인 탄성구조들은 스트링 구조를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 탄성구조는 탄성재료로 만들어질 수 있다. 예시적인 탄성재료들은 고무, 라텍스, 실리콘, 스펀지, 등, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 탄성구조는 상기 탄성부 및 상기 질량부로 사용될 수 있다. 예를 들면, 상기 탄성구조는 큰 질량 및/또는 밀도를 가지는 금속고무를 포함할 수 있다. 다른 예로써, 고품질 재료는 상기 탄성구조에 결합될 수 있으며, 예를 들면 금속 분말이 스펀지에 결합될 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 탄성구조는 탬핑부분을 포함할 수 있다. 예를 들면 탄성구조는 댐핑재료(예를 들면, 니트릴)로 만들어질 수 있다. 다른 예로써, 예를 들면 상기 탄성구조의 표면에 코팅되거나 또는 상기 탄성구조의 내부를 관통한 댐핑 페인트와 같이 상기 댐핑재료는 상기 탄성구조에 추가될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 탄성부와 질량부의 혼합물을 구비하는 구조를 나타내는 개략도이다. 도 6에 표시하는 바와 같이, 일부 실시예들에서, 상기 고품질 재료는 상기 탄성구조(621a)에 균일하게 분포될 수 있다. 예를 들면, 상기 실리카 겔은 특정된 품질의 금속 분말에 균일하게 도핑되고 일체로 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 고품질 재료(6211b)는 상기 탄성구조(621b)의 중심에 배치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 고품질 재료(6211c )는 상기 탄성구조(621c)의 복수의 위치들에 배치될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 상기 빔구조가 탄성부와 질량부가 혼합된 질량소자에 연결되는 경우의 제1 위치에서의 빔구조의 진동응답곡선을 나타내는 도표이다. 도7에 표시하는 바와 같이, "M_r2=5.1722E-4 kg, E_r=1E6 Pa"는 질량소자의 총 질량이 0.51722 g이고 질량소자와 빔구조 사이의 탄성계수가 106 Pa인 경우의 상기 제1 위치에서의 진동응답곡선을 표시한다. 도7에 의하면, 상이한 질량소자들이 상기 빔구조에 연결되는 경우, 100 Hz 내지 1000 Hz의 범위 내에서, 빔구조의 제1 위치에서의 진동응답곡선의 공진 골짜기(720)는 효과적으로 향상되고, 상기 공진피크(710)와 상기 공진 골짜기(720) 사이의 진폭차이는 감소된다. 그러므로, 탄성부와 질량부와 혼합한 상기 질량소자를 상기 압전구조에 연결함으로써, 상기 타겟 범위 내에서 상기 압전 구조의 상기 공진피크와 상기 공진 골짜기 사이의 진폭차이는 감소될 수 있다. 이 외에, 상기 질량소자의 질량이 증가되기 때문에, 상기 저주파수 범위(예를 들면, 80 Hz 내지 300 Hz)에서 상기 공진피크는 가로좌표의 영점으로 이동한다. 상응하게, 상기 음향출력장치의 저주파수 민감도가 증가될 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 음향출력장치의 저주파수 민감도를 확보하기 위해, 탄성부가 질량부로부터 분리된 질량소자의 총 질량은 타겟질량 범위 내에 있을 수 있다. 예를 들면, 상기 타겟질량 범위는 0.01 g 내지 50 g, 0.0.2 g 내지 40 g, 0.03 g 내지 30 g, 0.04 g 내지 20 g, 0.05 g 내지 10 g, 0.07 g 내지 8 g, 0.09 g 내지 6 g, 0.1 g 내지 6 g, 0.2 g 내지 6 g, 0.5 g 내지 6 g, 1 g 내지 5 g, 등을 포함할 수 있다.
예를 들면, 도 8 내지 도10은 상기 탄성부재가 상기 질량부와 혼합된 질량소자가 상기 빔구조에 연결된 일부 실시예들을 나타낸다. 도 8은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 균일하게 분포된 탄성을 구비하는 질량소자가 빔구조에 연결된 것을 나타내는 개략도이다. 도 9는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 불균일하게 분포된 탄성을 가지는 질량소자를 나타내는 개략도이다. 도 10은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 균일하게 분포된 질량 및/또는 균일하게 분포된 댐핑을 가지는 질량소자를 나타내는 개략도이다.
도 8에 표시하는 바와 같이, 상기 질량소자는 탄성구조(821)를 포함할 수 있다. 상기 탄성구조(821)는 빔구조(811)의 길이방향을 따라 연장될 수 있다. 상기 탄성구조(821)는 복수의 질량부들(822)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 탄성구조(821)의 탄성은 상기 빔구조(811)의 길이방향을 따라 균일하게 분포될 수 있다. 상기 탄성구조(821)에서 상기 질량부들(822)은 상기 빔구조(811)의 길이방향을 따라 불균일하게 분포될 수 있다. 예를 들면, 도8에 표시하는 바와 같이, 상기 빔구조(811)의 상이한 주파수대역들에서의 진동모드는 도면에서의 점선으로포 표시한 바와 같을 수 있다. 상기 탄성구조(821)에서 상기 질량부들(822)은 복수의 제2 위치들에 분포될 수 있다. 상기 복수의 제2 위치들은 각각 상이한 주파수대역들에서 상기 빔구조(811)의 진동들의 파복구역들에 배치될 수 있으며, 따라서 상기 상이한 주파수대역들에서 상기 제1 위치에서 상기 공진피크들과 상기 공진 골짜기들 사이의 진폭차이는 감소될 수 있으며, 따라서 상기 상이한 주파수대역들에서의 상기 음향출력장치의 음질을 개선한다.
도 9에 표시하는 바와 같이, 상기 질량소자는 탄성구조(921)를 포함할 수 있다. 상기 탄성구조(921)는 상기 빔구조(911)의 길이방향을 따라 연장될 수 있으며, 상기 탄성구조(921)는 복수의 질량부들(922)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 탄성구조들(921)은 상기 빔구조(911)의 길이방향을 따라 불균일하게 분포될 수 있다. 예를 들면, 상기 탄성구조(921)의 상기 질량부(922)가 분포된 구역은 상기 질량부(922)를 구비하지 않는 구역보다 더 큰 탄성을 가질 수 있다. 다른 예로써, 더 큰 질량의 질량부(922)가 분포된 상기 탄성구조(921)의 구역은 작은 질량의 질량부(922)를 구비하는 구역보다 더 큰 탄성을 가질 수 있다.
도10에 표시하는 바와 같이, 상기 탄성구조(1021)는 기공구조(1023)를 포함할 수 있다. 상기 기공구조(1023)는 적어도 하나의 구멍을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 기공구조는 상기 탄성구조(1021)에 균일하게 분포될 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 기공구조(1023)는 댐핑재료를 포함할 수 있다. 상기 댐핑재료는 음향출력장치의 진동응답곡선의 과도를 평활하게 할 수 있으며, 따라서 상기 음질을 효과적으로 향상시킨다.
일부 실시예들에서, 상기 탄성부는 상기 질량부로부터 분리될 수 있다. 예를 들면, 상기 탄성부는 탄성부재를 포함할 수 있으며, 상기 탄성부재를 통해 상기 질량소자는 압전구조에 탄성연결될 수 있다. 예시적인 탄성부재들은 폼, 실리콘, 스프링, 압축 스프링, 등, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 질량부는 금속, 비금속 재료, 등으로써 실행될 수 있다. 상기 재료의 밀도는 기설정된 범위 내에 있을 수 있다. 상기 기설정된 밀도 범위는 0.01 g/cm3 내지 100 g/cm3, 0.05 g/cm3 내지 80 g/cm3, 0.1 g/cm3 내지 60 g/cm3, 0.2 g/cm3 내지 50 g/cm3, 0.3 g/cm3 내지 40 g/cm3, 0.4 g/cm3 내지 30 g/cm3, 0.5 g/cm3 내지 20 g/cm3, 등을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 질량부는 금속(예를 들면, 철, 구리, 또는 합금, 등) 블록, 캡슐화된 액체, 등, 또는 상기 음향출력장치의 배터리, 회로판, 등과 같은 장치로써 실행될 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 질량부는 상기 탄성부재에 연결될 수 있다. 예시적인 연결은 나사연결, 리벳팅, 좀쇠끼워맞춤, 스냅결합, 접착, 사출성형, 용접, 자기흡입, 등, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 질량부와 상기 탄성부재의 양자는 기둥체, 정육면체, 원뿔, 원뿔대, 및 구형과 같은 규칙적인 구조, 또는 불규칙적인 구조와 같은 임의의 형상을 가질 수 있다.
도 11은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 질량부에 연결된 예시적인 탄성부재를 나타내는 개략도이다. 도 11에 표시하는 바와 같이, 상기 질량부(1122)는 상기 탄성부재(1121)의 일단부에 연결될 수 있다. 또한, 상기 탄성부재(1121)의 다른 단부는 압전구조(도 6에 미도시)에 연결될 수 있다.
도 12 는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 상기 빔구조가 탄성부가 질량부로부터 분리된 질량소자에 연결된 경우의 제1 위치에서의 빔구조의 진동응답곡선을 나타내는 도표이다. 도 12에 표시하는 바와 같이, "M_r2=2.3889E-4 kg, E_r=1E6 Pa"는 질량소자의 총 질량이 0.23889 g이고, 상기 질량소자와 상기 빔구조 사이의 탄성계수가 106 Pa인 경우의 제1 위치에서의 진동응답곡선을 표시한다. 도12에 의하면, 상기 탄성부들이 상기 질량부로부터 분리된 상이한 질량소자들이 상기 빔구조에 연결된 경우, 100 Hz 내지 1000 Hz의 범위 내에서, 빔구조의 진동응답곡선에서 상기 공진 골짜기(1220)는 상기 제1 위치에서 효과적으로 개선되고, 상기 공진피크(1210)와 상기 공진 골짜기(1220) 사이의 진폭차이가 증가된다. 이 외에, 상기 질량소자의 질량이 증가되기 때문에, 상기 공진피크는 상기 저주파수 범위(예를 들면, 80 Hz 내지 300 Hz)에서 가로좌표의 영점으로 이동하여 나타난다. 상응하게, 상기 음향출력장치의 저주파수 민감도는 증가될 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 음향출력장치의 저주파수 민감도를 확보하기 위해, 탄성부가 상기 질량부로부터 분리된 질량소자의 총 질량은 타겟질량 범위 내에 있을 수 있다. 예를 들면, 상기 타겟질량 범위는 0.01 g 내지 50 g, 0.0.2 g 내지 40 g, 0.03 g 내지 30 g, 0.04 g 내지 20 g, 0.05 g 내지 10 g, 0.07 g 내지 8 g, 0.09 g 내지 6 g, 0.1 g 내지 6 g, 0.2 g 내지 6 g, 0.5 g 내지 6 g, 1 g 내지 5 g, 등을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 도 7 및 도 12에 의하면, 동일한 주파수에서 유사한 공진 골짜기 개선을 달성하기 위해, 상기 탄성부가 상기 질량부로부터 분리된 경우 상기 질량은 상기 탄성부가 상기 질량부와 혼합된 경우보다 작을 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 음향출력장치의 휴대성 및 사람 신체의 착용 편안감을 고려하면, 동일한 음질의 최적화 및 상기 음향출력장치의 무게 감소를 달성하기 위해, 탄성부가 상기 질량부로부터 분리된 질량소자가 채택될 수 있다.
도 6 내지 도 12는 단지 설명을 위한 것으로서 본 발명의 범위를 한정하지 않음을 이해해야 한다. 본 발명의 제시하에서 본 분야의 기술자들은 다양한 변화와 수정을 진행할 수 있으며, 예를 들면, 상기 기공구조(1023)는 상기 탄성구조에 불균일하게 분포될 수 있다. 다른 예로써, 상기 질량소자에서 상기 질량부는 상기 탄성부로부터 분리되며, 상기 질량부는 상기 탄성부의 측면에 설치될 수 있다. 이러한 변화들과 수정들은 본 설명의 보호 범위 내에 떨어질 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 질량소자의 질량은 상기 압전구조의 상기 제2 위치에서 집중되어 분포될 수 있다. 집중되어 분포되는 상기 질량소자는 상기 질량소자의 질량이 제2 위치가 있는 구역(예를 들면, 제2 위치를 기하학적 중심으로 하는 구역)에 집중됨을 의미할 수 있다. 일부 실시예들에서, 구역의 크기(예를 들면, 면적, 측면 길이, 직경, 등)는 기설정된 값보다 작을 수 있다. 예를 들면, 상기 구역은 정사각형 구역이고, 상기 정사각형 구역의 측면 길이는 25 mm, 20 mm, 18 mm, 16 mm, 12 mm, 등보다 작을 수 있다. 다른 예로써, 상기 구역은 원형 구역일 수 있으며, 상기 원형 구역의 직경은 25 mm, 20 mm, 18 mm, 16 mm, 12 mm, 등보다 작을 수 있다. 도 13은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 질량소자의 질량이 상기 압전구조의 제2 위치에 집중적으로 분포되는 경우의 제1 위치에서의 압전구조의 진동응답곡선들을 나타내는 도표이다. 도 13은 상기 질량소자의 질량이 상기 제2 위치에서 집중되어 분포된 경우와 상기 질량소자 및 상기 압전구조가 상이한 탄성계수들을 가지는 경우의 상기 제1 위치에서의 상기 압전구조의 진동응답곡선을 나타낸다. 예를 들면, "7.5*1 col"은 상기 질량소자가 7.5 mm 길이의 한줄의 직사각형 폼을 통해 상기 압전구조에 연결된 경우의 제1 위치에서의 응답곡선을 표시하고, "7.5*2 col l"은 질량소자가 15 mm 길이의 2줄의 직사각형 폼을 통해 상기 압전구조에 연결된 경우의 제1 위치에서의 응답곡선을 표시한다. 상기 직사각형 폼의 길이는 압전구조(또는 상기 빔구조)의 길이방향에서의 상기 직사각형 폼의 치수일 수 있다. 상이한 길이의 직사각형들은 동일한 폭과 동일한 두께를 가질 수 있다. 상기 직사각형 폼의 길이 및/또는 줄의 수량이 증가되기 때문에, 상기 질량소자와 상기 압전구조 사이의 탄성계수가 증가된다. 도 13에 의하면, 상기 질량소자의 질량이 상기 제2 위치에 집중되어 분포된 경우, 상기 질량소자와 상기 압전구조 사이의 상이한 탄성계수들에 있어서, 상기 제1 위치에서의 상기 압전구조의 진동응답곡선의 공진 골짜기(1310)는 효과적으로 개선될 수 있다. 이 외에, 상기 탄성계수가 증가됨에 따라, 중주파수대역에서의 질량소자에 대응되는 상기 공진피크(1320)는 가로좌표를 따라 오른쪽으로 움직이고, 상기 댐핑의 평활한 과도 효과가 향상된다. 그러므로, 일부 실시예들에서, 상기 질량소자의 탄성을 조절함으로써, 중주파수대역에서의 상기 음향출력장치의 공진피크에 대응되는 상기 주파수와 중주파수대역에서 상기 음향출력장치의 민감도는 조절될 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 질량소자의 질량은 상기 제2 위치의 주위에 균일하게 분포될 수 있다. 상기 질량소자가 균일하게 분포된다는 것은 질량이 상기 제2 위치 주위의 구역에 균일하게 분포되는 것을 의미한다. 일부 실시예들에서, 상기 구역의 면적은 기설정된 면적 범위일 수 있다. 예를 들면, 상기 기설정된 면적 범위는 0.1*0.1 mm2 내지 50*50 mm2, 0.5*0.5 mm2 내지 40*40 mm2, 0.5*1 mm2 내지 35*35 mm2, 1*1 mm2 내지 30*30 mm2, 1*2 mm2 내지 30*20 mm2, 2*2 mm2 내지 30*15 mm2, 3*3 mm2 내지 30*10 mm2, 등을 포함할 수 있다. 도 14는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 질량소자가 집중적으로 또는 균일하게 분포된 경우의 제1 위치에서의 압전구조의 진동응답곡선들을 나타내는 도표이다. 도 14는 상이한 질량들이 상기 제2 위치에 집중적으로 또는 균일하게 분포된 경우 및 상기 질량소자와 상기 압전구조 사이의 탄성계수가 동일한 경우의 상기 제1 위치에서의 진동응답곡선을 나타낸다. 예를 들면, "15*2 col+1.5 g"는 상기 질량소자가 15 mm 길이의 두줄 직사각형 폼을 통해 상기 압전구조에 연결되는 경우의 상기 제1 위치에서의 응답곡선을 표시하고, 상기 질량소자는 1.5 g이고 집중적으로 분포되며, "15*2 col+1.5 g 분포"는 질량소자가 15 mm 길이의 두줄의 직사각형 폼을 통해 압전구조에 연결되는 경우의 제1 위치에서의 응답곡선을 표시하며, 상기 질량소자는 1.5 g이고 균일하게 분포된다. 도 14에 표시하는 바와 같이 질량소자가 집중되어 분포된 경우의 진동응답곡선과 비교하여, 질량소자가 균일하게 분포된 경우의 상기 제1 위치에서의 진동들의 공진피크(1410)는 증가되고, 상기 댐핑 효과는 향상된다. 집중되어 분포된 질량이 균일하게 분포된 질량에 추가되는 경우, 상기 제1 위치에서의 진동들의 상기 공진피크(1410)의 주파수는 증가되고 댐핑효과는 유지된다. 그러므로, 일부 실시예들에서, 상기 질량소자의 질량 분포를 조절함으로써 중주파수대역에서의 음향출력장치의 공진피크에 대응되는 주파수는 조절될 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 질량소자의 질량이 변하지 않는 경우, 상기 압전구조의 상기 제2 위치에 집중되어 분포된 질량과 비교하여, 상기 압전구조의 제2 위치 주위에 균일하게 분포된 질량은 중주파수대역에서의 음향출력장치의 공진피크에 대응되는 주파수는 증가시킬 수 있으며, 중주파수대역에서의 음향출력장치의 민감도를 개선할 수 있다.
도 15는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 복수의 질량소자들에 연결되는 압전구조를 나타내는 개략도이다. 일부 실시예들에서, 도15에 표시하는 바와 같이, 상기 압전구조(1511)는 복수의 제2 위치들을 가질 수 있으며, 상기 진동소자(1512)는 상기 압전구조(1511)의 제1 위치에서 상기 압전구조(1511)에 연결될 수 있다. 질량소자들(1520)은 각각 복수의 제2 위치들에 연결될 수 있다. 상기 압전구조(1511)에서의 상기 복수의 제2 위치들은 상기 타겟 주파수 범위들에서 상기 압전구조(1511)의 진동모드들에 근거하여 결정될 수 있다. 예를 들면, 도 3a 및 도 3b 및 관련 설명에 의하면, 특정된 타겟 주파수 범위에서, 상기 제2 위치는 타겟 주파수 범위에서 상기 압전구조(1511)가 공진하는 경우의 파복위에 설치될 수 있다. 도 16은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 압전구조가 복수의 질량소자들에 연결되는 경우의 제1 위치에서의 압전구조의 진동응답곡선들을 나타내는 도표이다. 도 16에 표시하는 바와 같이, "실리카 겔 3차 골짜기 Esi1=5.5255E6 Pa"는 5.5255*106 Pa의 탄성계수를 가지는 질량소자가 상기 3차 골짜기에 대응되는 주파수에서 상기 빔구조의 상기 파복구역에 연결된 경우의 상기 제1 위치에서의 진동응답곡선을 표시한다. 도 5d 및 도 16에 의하면, 질량소자들이 각각 상기 2차 골짜기 및 3차 골짜기에 대응되는 주파수들에서 상기 빔구조의 파복구역에 연결된 경우 , 상기 제1 위치에서의 상기 압전구조(1511)의 진동의 상기 2차 골짜기(1610)와 상기 3차 골짜기(1620)는 개선된다. 이 외에, 댐핑질량소자는 상기 제1 위치에서의 진동응답곡선을 평탄화시킬 수 잇으며, 따라서 상기 음향출력장치의 음질을 개선한다. 그러므로, 복수의 질량소자들을 상기 압전구조에 추가함으로써, 복수의 주파수대역들에서의 상기 음향출력장치의 출력이 개선될 수 있으며, 이는 전체 주파수대역에서의 음질을 개선할 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 질량소자는 상기 음향출력장치(예를 들면, 배터리, 하우징, 등)의 기타 조립체들에 연결되어 상기 질량소자의 고정을 달성할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 질량소자의 고정은 상기 진동조립체의 진동모드가 상기 질량소자의 진동의 영향을 받는 것을 방지할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 질량소자와 상기 음향출력장치 사이의 연결은 탄성연결일 수 있다. 상기 탄성연결은 상기 음향출력장치의 진동이 상기 질량소자를 통해 상기 진동조립체에 영향을 주는 것을 감소시킬 수 있으며, 상기 질량소자와 상기 음향출력장치 사이의 연결이 상기 질량소자의 진동에 주는 영향을 감소시킨다. 일부 실시예들에서, 상기 질량소자는 상기 음향출력장치의 하우징에 탄성적으로 연결될 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 질량소자와 상기 하우징 사이의 탄성연결은 상기 질량소자와 상기 압전구조 사이의 탄성연결과 유사할 수 있으며, 여기에서 중복하여 설명하지 않는다. 도 17은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 압전구조와 하우징에 탄성연결되는 질량소자를 나타내는 개략도이다. 도 17에 표시하는 바와 같이, 질량소자(1720)의 일측은 탄성구조 또는 탄성부재를 통해 상기 압전구조(1711)에 탄성연결될 수 있으며, 질량소자(1720)의 다른 일측은 탄성구조 또는 탄성부재를 통해 상기 하우징(도 17에 미도시)에 탄성연결될 수 있다.
일부 실시예들에서, 질량소자의 제1 위치에서의 상기 압전구조의 진동모드에 대한 조절은 상기 질량소자와 압전구조 사이의 탄성과 상기 질량소자와 상기 하우징 사이의 탄성을 조절함으로써 구현될 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 질량소자와 상기 압전구조 사이의 탄성계수(즉, 제1 탄성계수)는 상기 질량소자와 상기 하우징 사이의 탄성계수(즉, 제2 탄성계수) 보다 작을 수 있으며, 따라서 타겟 주파수 범위에서 상기 제1 위치에서의 진동의 상기 공진피크와 상기 공진 골짜기 사이의 진폭차이는 감소될 수 있으며, 상기 제1 위치에서의 상기 진동응답곡선은 더 평활해질 수 있다. 도 18은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 제1 탄성계수가 제2 탄성계수와 다른 경우의 제1 위치에서의 압전구조의 진동응답곡선들을 나타내는 도표이다. 도 18에 대응되는 탄성은 직사각형 폼에 의해 달성될 수 있다. 도 18에 표시하는 바와 같이, n1과 n2는 각각 상기 질량소자와 상기 압전구조 사이의 직사각형 폼의 층수와 상기 질량소자와 상기 하우징 사이의 직사각형 폼의 층수를 표시한다. 직사각형 폼의 층이 더 많을 수록, 상응한 탄성계수가 더 작다. 도 18에 표시하는 바와 같이, 상기 제1 탄성계수가 상기 제2 탄성계수보다 크거나 작으면, 상기 중주파수대역과 저주파수대역에서 상기 제1 위치에서의 진동의 공진피크(1810)와 공진 골짜기(1820) 사이의 진폭차이를 감소시킬 수 있다. 이 외에, 상기 제1 탄성계수가 상기 제2 탄성계수보다 작으면 상기 제1 위치의 진동응답곡선이 더 평활하게 하며, 이는 상기 음향출력장치의 음질을 향상시킬 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 제2 탄성계수 대 상기 제1 탄성계수의 비율은 기설정된 역치보다 작을 수 있다. 예를 들면, 상기 제2 탄성계수 대 상기 제1 탄성계수의 비율은 50보다 작을 수 있다. 다른 예로써, 상기 제2 탄성계수 대 상기 제1 탄성계수의 비율은 40보다 작을 수 있다. 다른 예로써, 상기 제2 탄성계수 대 상기 제1 탄성계수의 비율은 30.보다 작을 수 있다. 다른 예로써, 상기 제2 탄성계수 대 상기 제1 탄성계수의 비율은 20보다 작을 수 있다. 다른 예로써, 상기 제2 탄성계수 대 상기 제1 탄성계수의 비율은 10보다 작을 수 있다. 다른 예로써, 상기 제2 탄성계수 대 상기 제1 탄성계수의 비율은 5보다 작을 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 질량소자 대 상기 진동조립체의 질량비 mr가 조절됨으로써 상기 질량소자가 상기 타겟 주파수 범위에서 상기 제1 위치에서의 진동응답곡선의 상기 공진피크와 상기 공진 골짜기 사이의 진폭차이를 감소시킬 수 있도록 한다. 일부 실시예들에서, 상기 질량소자 대 상기 진동조립체의 질량비 mr가 조절됨으로써 상기 타겟 주파수 범위(예를 들면, 상기 질량소자에 대응되는 상기 공진피크 위의 구역) 외의 주파수대역에서 상기 진동응답곡선이 평활하게 할 수 있으며, 따라서 상응한 주파수대역의 음질을 향상시킨다. 상기 진동조립체의 질량은 상기 압전구조와 상기 진동소자의 총 질양일 수 있다.
도 19는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 진동소자의 질량이 0.5g인 경우 제1위치에서의 상이한 mr값들에 대응되는 압전구조의 진동응답곡선들을 나타내는 도표이다. 도 19에 표시하는 바와 같이, "M_z=5E-4 kg, mr=0.1"는 상기 진동소자의 질량이 0.5 g이고 mr가 0.1인 경우의 상기 제1 위치에서의 상기 진동응답곡선을 표시한다. 도 19에 의하면, 일부 실시예들에서, 상기 진동소자의 질량이 0.1 g 내지 0.9 g의 범위 내에 있는 경우, mr는 5보다 작을 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 진동소자의 질량이 0.1 g 내지 0.9 g의 범위 내에 있는 경우, mr는 2보다 작을 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 진동소자의 질량이 0.1g 내지 0.9 g의 범위 내에 있는 경우, mr는 1보다 작을 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 질량소자에 대응되는 상기 공진피크(1910) 뒤의 중주파수대역에서 상기 진동응답곡선을 평활하게 하기 위해, mr는 1보다 클 수 있다.
도 20은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 진동소자의 질량이 1g인 경우 제1위치에서의 상이한 mr값들에 대응되는 압전구조의 진동응답곡선들을 나타내는 도표이다. 도 19에 의하면, 일부 실시예들에서, 상기 진동소자의 질량이 0.9g 내지 1.8 g의 범위 내에 있는 경우, mr는 2보다 작을 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 진동소자의 질량이 0.9g 내지 1.8 g의 범위 내에 있는 경우, mr는 1.5보다 작을 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 진동소자의 질량이0.9g 내지 1.8 g의 범위 내에 있는 경우, mr는 0.8보다 작을 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 진동소자의 질량이 0.9g 내지 1.8 g의 범위 내에 있는 경우, 상기 질량소자에 대응되는 상기 공진피크(2010) 뒤의 중주파수대역에서 상기 진동응답곡선을 평활하게 하기 위해, mr는 0.8보다 클 수 있다.
도 21은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 진동소자의 질량이 2g인 경우 제1위치에서의 상이한 mr값들에 대응되는 압전구조의 진동응답곡선들을 나타내는 도표이다. 도 19에 의하면, 일부 실시예들에서, 상기 진동소자의 질량이 1.8 g 내지 5 g의 범위 내에 있는 경우, mr는 1보다 작을 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 진동소자의 질량이 1.8 g 내지 5 g의 범위 내에 있는 경우, mr는 0.5보다 작을 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 진동소자의 질량이 1.8 g 내지 5 g의 범위 내에 있는 경우, mr는 0.2보다 작을 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 진동소자의 질량이 1.8 g 내지 5 g의 범위 내에 있는 경우, 상기 질량소자에 대응되는 상기 공진피크(2110) 뒤의 중주파수대역에서 상기 진동응답곡선을 평활하게 하기 위해, mr는 0.2보다 클 수 있다.
상이한 실시예들은 상이한 유익 효과을 가질 수 있음에 유의해야 한다. 상이한 실시예들에서, 가능한 유익 효과는 상술한 유익 효과 중 임의의 하나 또는 이들의 조합일 수 있다. 예를 들면, 상기 질량소자 대 상기 진동조립체의 질량비(mr)와 제2 위치에서의 상기 질량소자의 질량의 분포방식을 동시에 조절함으로써 상기 음향출력장치의 음질은 최적으로 최적화될 수 있다.
이상에서 기본 원칙을 설명하였다. 물론 본 분야의 기술자들에 있어서 상기의 상세설명은 하나의 실시예뿐이고 본 개시에 대한 한정이 아니다. 여기에서 명기하지 않았지만 본 분야의 기술자들에 있어서 본 개시에 대하여 다양한 변화, 개진, 또는 수정이 가능하다. 이러한 변화, 개진, 또는 수정은 본 개시의 제시를 받았으며, 따라서, 이러한 변화, 개진, 또는 수정은 본 개시의 바람직한 실시예의 요지와 범위내에 있는 것이다.
또한 본 개시의 실시예들을 설명하는데 특정된 용어를 사용한다. 예를 들면, "하나의 실시예", "일 실시예", 및/또는 "일부 실시예"는 특정된 특징, 구조 또는 특성은 본 개시의 적어도 하나의 실시예에 연관됨을 의미한다. 따라서 본 명세어의 상이한 부분에서 기술한 2개 이상의 "하나의 실시예", "일 실시예", 또는 "하나의 변형 실시예"는 전부 동일한 실시예로 여길 필요가 없음을 강조하고 인정한다. 그리고 본 개시의 하나 이상의 실시예의 특정된 특징, 구조 또는 특성은 적당히 조합될 수 있다.
또한, 본 개시에 사용된 처리 요소 또는 순서, 또는 숫자, 문자 또는 기타 명칭의 사용은 청구범위에 명시된 경우를 제외하고 주장된 프로세스 및 방법을 제한하기 위한 것이 아니다. 상기 공개는 상기 공개의 여러 다양한 유용한 실시예를 통해 현재 본 공개의 다양한 유용한 실시예로 간주되는 것이 무엇인지를 논의하지만, 이러한 상세내용은 오로지 그 목적을 위한 것이며, 첨부된 청구범위들이 개시된 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 그 반대로, 수정과 공개된 실시예들의 요지와 범위내에 있는 방안과 동등한 방안을 포괄하기 위한 것임을 이해하여야 한다. 예를 들어, 위에서 설명한 다양한 구성 요소의 구현이 하드웨어 장치에 구현될 수 있지만, 소프트웨어 전용 솔루션(예를 들면 기존 서버나 모바일 장치에 설치하는)으로 구현될 수도 있다.
유사하게, 본 개시의 실시예들의 상기 설명에서, 개시를 간단화하고 하나 이상의 다양한 실시예의 이해를 돕기 위해, 다양한 특징들이 어떤 경우 하나의 실시예, 도면 또는 그에 대한 기재에 함께 집중될 수 있음을 이해해야 한다. 그러나 이러한 개시는 각 청구항들에서 언급된 특징보다 더 많은 특징을 요구한다는 의미가 아니다. 오히려, 청구된 주제는 상기 공개된 하나의 실시예의 모든 특징들보다 적은 특징을 가질 수 있다.
일부 실시예에서는 본 출원의 어떤 실시예에서 기술 및 주장하는데 이용되는 양 및 속성의 개수를 표시하는 여러가지 숫자는 용어 "약", "유사", 또는 "기본상" 등으로 수정하여 이해하여야 한다. 별도의 설명이 없는 경우 "약", "유사" 또는 "기본상"은 그 묘사하는 값이 ±20%의 변화가 있음을 표시할 수 있다. 따라서 일부 실시예에서 설명과 첨부 청구범위에서 사용한 수치 계수는 유사치이며, 그 유사치는 구체적인 실시예에서 얻으려는 성질에 따라 변화할 수 있다. 일부 실시예에서 수치 계수는 보고된 유효 숫자를 고려하고 일반적인 숫자 보유 방법을 채택해야 한다. 본 개시에서 사용된 수치 범위와 계수는 범위의 범위를 확인하는데 이용되지만, 이러한 수치의 설정은 구체적인 실시예에서 가능한 범위에서 될수록 정확하다.
본 명세서에서 인용한 각 특허, 특허출원, 특허출원의 출판물과 기타 자료, 예를 들면 문장, 서적, 명세서, 출판물, 서류, 등은 인용되어 그 전부가 본 명세서에 결합되었다. 본 개시의 내용과 불일치하거나 충돌되는 출원역사서류에 관해서는, 본 개시(본 출원에 현재 또는 후속 추가되는 개시)의 청구범위를 한정하는 서류는 본 개시에서 제외된다. 예를 들면, 본 개시의 첨부된 출원에서 사용된 기술, 정의 및/또는 용어 사용이 본 개시에 기재된 내용과 불일치하거나 또는 충돌되면, 본 개시에서의 기술, 정의 및/또는 용어를 기준으로 한다.
마지막으로, 본 개시에서 설명한 실시예들은 단지 본 출원의 실시예들의 원칙들을 예시하는 것임을 이해할 수 있다. 기타 수정은 본 개시의 범위내에 있을수 있다. 따라서, 예를 들어, 본 개시의 실시예들의 비한정적인 대안 형태는 여기에서 주는 제시에 따라 이용될 수 있다. 그러므로 본 개시의 실시예들은 보여주고 묘사된대로 정확하게 한정된 것이 아니다.
100, 음향출력장치; 110, 진동조립체; 120, 질량소자; 211, 압전구조; 212, 진동소자; 2111,압전재료층; 2112, 기판; 2113, 고정단부; 2114, 자유단부; 411a, 빔구조; 430, 공진피크; 440, 공진 골짜기; 420,.질량소자; 450, 공진피크; 511a, 빔구조; 512a, 진동소자; 530, 공진 골짜기; 540, 공진 골짜기; 520, 질량소자; 621a, 탄성구조; 621b, 탄성구조; 6211b, 고품질재료; 621c, 탄성구조; 6211c, 고품질재료; 720, 공진 골짜기; 710, 공진피크; 821, 탄성구조; 811, 빔구조; 822, 질량부; 921, 탄성구조; 911, 빔구조; 922, 질량부; 1021, 탄성구조; 1023, 기공구조; 1122, 질량부; 1121, 탄성부재; 1220, 공진 골짜기; 1210, 공진피크; 1310, 공진 골짜기; 1320, 공진피크; 1410, 공진피크; 1511, 압전구조; 1520, 질량소자; 1512, 진동소자; 1610, 2차 골짜기; 1620, 3차 골짜기; 1720, 질량소자; 1711, 압전구조; 1810, 공진피크; 1820, 공진 골짜기; 1910, 공진피크; 2010, 공진피크; 2110, 공진피크

Claims (21)

  1. 음향출력장치로서,
    진동조립체와 질량소자를 포함하며,
    상기 진동조립체는 압전구조와 진동소자를 포함하고,
    상기 압전구조는 전기신호를 기계적 진동으로 변환시키도록 구성되고,
    상기 진동소자는 상기 압전구조의 제1 위치에서 상기 압전구조와 연결되고, 기계적 진동을 수신하여 음향신호를 생성하도록 구성되며,
    상기 질량소자는 상기 압전구조의 제2 위치에서 상기 압전구조에 연결되는, 음향출력장치.
  2. 제1항에 있어서,
    50 Hz 내지 5000 Hz의 범위 내에서, 상기 제1 위치에서의 상기 압전구조의 진동응답곡선은 공진피크와 공진 골짜기(resonance valley)를 가지고, 상기 질량소자는 상기 공진피크와 상기 공진 골짜기 사이의 진폭차이를 감소시키는, 음향출력장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 압전구조는 빔구조를 가지고, 상기 제1 위치와 상기 제2 위치는 상기 빔구조의 길이방향에서 다른 위치들인, 음향출력장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 빔구조는 고정단부를 포함하고, 제1 위치에서의 상기 빔구조의 진동가속도 수준과 상기 고정단부의 진동가속도 수준의 차이는 20 dB보다 큰, 음향출력장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2 위치와 상기 빔구조의 고정단부 사이의 거리 대 상기 빔구조의 길이의 비율은 1/3보다 큰, 음향출력장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 질량소자와 상기 압전구조 사이의 탄성계수 대 상기 질량소자의 질량의 비율은 (100π)2 내지 (10000π)2의 범위 내인, 음향출력장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 질량소자의 질량은 상기 제2 위치에서 집중되어 분포되는, 음향출력장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 질량소자의 질량은 상기 제2 위치의 주위에 균일하게 분포되는, 음향출력장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 질량소자의 질량은 0.1 g 내지 6 g의 범위 내인, 음향출력장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 질량소자와 상기 압전구조 사이의 탄성계수는 9 N/m 내지 6×106 N/m의 범위 내인, 음향출력장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 질량소자는 또한 음향출력장치의 하우징에 연결되는, 음향출력장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 질량소자와 상기 하우징 사이의 탄성계수 대 상기 질량소자와 상기 압전구조 사이의 탄성계수의 비율은 10보다 작은, 음향출력장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 질량소자와 상기 압전구조 사이의 탄성계수는 상기 질량소자와 상기 하우징 사이의 탄성계수보다 작은, 음향출력장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 진동소자의 질량은 0.1 g 내지 0.9 g의 범위 내이고, 상기 질량소자의 질량 대 상기 진동조립체의 질량의 비율은 5보다 작은, 음향출력장치.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 진동소자의 질량은 0.9 g 내지 1.8 g의 범위 내이고, 상기 질량소자의 질량 대 상기 진동조립체의 질량의 비율은 2보다 작은, 음향출력장치.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 진동소자의 질량은 1.8 내지 5 g의 범위 내이고, 상기 질량소자의 질량 대 상기 진동조립체의 질량의 비율은 1보다 작은, 음향출력장치.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 질량소자는 탄성부재를 통해 상기 압전구조에 탄성연결되는, 음향출력장치.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 질량소자의 적어도 일부분은 탄성구조를 가지고, 상기 질량소자는 상기 탄성구조를 통해 상기 압전구조에 탄성연결되는, 음향출력장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 탄성구조는 기공구조를 포함하는, 음향출력장치.
  20. 제19항에 있어서,
    댐핑재료가 상기 기공구조 내에 설치되는, 음향출력장치.
  21. 제1항에 있어서,
    상기 음향출력장치는 압전 세라믹에 의해 구동되는 음향출력장치를 포함하는, 음향출력장치.
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