WO2013022286A2 - 압전 구동체를 이용한 음향변환장치 - Google Patents

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WO2013022286A2
WO2013022286A2 PCT/KR2012/006341 KR2012006341W WO2013022286A2 WO 2013022286 A2 WO2013022286 A2 WO 2013022286A2 KR 2012006341 W KR2012006341 W KR 2012006341W WO 2013022286 A2 WO2013022286 A2 WO 2013022286A2
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main piezoelectric
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piezoelectric drive
plate
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Inventor
이충희
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Lee Choong Hee
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R17/00—Piezoelectric transducers; Electrostrictive transducers
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices

Definitions

  • the present invention relates to an acoustic transducer, and more particularly, to an acoustic transducer employing a piezoelectric element having improved mid and bass characteristics.
  • a piezoelectric speaker is a device that converts electrical energy into sound energy using a piezoelectric element, and generates sound when an electrical signal is supplied to a PZT-based piezoelectric material.
  • 1 is a view for explaining a conventional piezoelectric speaker.
  • both ends of the diaphragm 20 are fixed to a frame in a conventional piezoelectric speaker, and the piezoelectric drive body 10 is bonded to the center of the diaphragm 20 to generate vibration.
  • Conventional piezoelectric speakers are suitable for mainly generating high frequency sounds, and have limitations in generating low frequency sounds. Therefore, it is much shorter than the characteristics of the conventional magnetic circuit speaker.
  • the outer periphery or both ends of the diaphragm 20 is fixed in the conventional piezoelectric speaker.
  • the distance ( ⁇ / 2) of the fixed portion is the lowest frequency that can be reproduced in the piezoelectric speaker. Therefore, the conventional piezoelectric speaker is capable of only the high frequency above the lowest frequency, and is actually used only for reproducing a specific frequency or reproducing high sound.
  • the size of the diaphragm may be increased in order to generate low sound, the speaker characteristics may be degraded due to free resonance and split vibration of the piezoelectric drive body 10.
  • the present invention uses a piezoelectric element, but provides an acoustic transducer that can generate both high and low frequency sounds evenly.
  • the present invention provides an acoustic transducer capable of improving the sound generation and output of a wider range in the same similar size as compared to the conventional piezoelectric speaker.
  • the present invention provides a sound conversion device that can be expected speaker characteristics of various dimensions, even if a single sound conversion device.
  • the present invention provides an acoustic transducer having an improved physical structure to overcome the material limitations of the piezoelectric element.
  • the present invention provides a sound conversion device that can easily complete the electrical connection or assembly using a piezoelectric element.
  • the acoustic transducer includes a main piezoelectric drive body, a diaphragm physically coupled to the main piezoelectric drive body, and a fixed point located inside the outer periphery of the main piezoelectric drive body.
  • a support for supporting at least one of the main piezoelectric drive body and the diaphragm, a housing for receiving the main piezoelectric drive body and the diaphragm, and a resumption between the support part and the housing and corresponding to the operation of the main piezoelectric drive body. It is provided with an amplifying unit for increasing the movement amount, characterized in that the outer circumference of the main piezoelectric drive body and the diaphragm vibrates around the fixed point to the free end.
  • the main piezoelectric drive body and the diaphragm are integrally coupled so that vibration of the piezoelectric drive body may be transmitted through the diaphragm, and the support part supports the piezoelectric drive body or the diaphragm at a fixed point located inside the outer circumference of the piezoelectric drive body.
  • the piezoelectric drive body and the diaphragm are supported at the center or the periphery of the support rather than the outer circumference, and the outer circumference is fixed. You can make it a free end. Therefore, the piezoelectric drive body and the diaphragm of the present invention can improve the low band performance more than the conventional piezoelectric speaker, and can secure characteristics similar to those of a conventional magnetic circuit speaker.
  • the amplification part may increase the amount of movement of the support part in response to the operation of the main piezoelectric drive body between the support part and the housing.
  • the amplitude of the vibration plate is further increased by moving the support part in a direction in which the free ends of the piezoelectric drive body and the diaphragm move. You can. Therefore, the output of the acoustic transducer can be further increased, and structural limitations of the deformation of the conventional piezoelectric element can be overcome.
  • the position of the main piezoelectric drive body supported by the support part may be formed in the center of the diaphragm, it can be formed in the eccentric position otherwise.
  • the distance from the fixed point to the outer periphery of the diaphragm can be provided in various ways, which can be expected to be the same as using a speaker of various dimensions. That is, the distance from the fixed point to the outermost point of the outer periphery of the diaphragm and the most recent point can be used to provide various sound range characteristics.
  • the vibration plate may further be equipped with a flat plate, a convex plate, a concave plate, or a cone-shaped vibration expanding plate, and may further enlarge the vibration of the main piezoelectric driving body.
  • the vibration magnification plate may be bound to the outer frame of the housing, and may further add an edge portion or the like.
  • the acoustic transducer of the present invention uses piezoelectric elements but can generate both high and low frequency sounds evenly, thereby replacing the existing magnetic circuit speaker.
  • the existing piezoelectric speaker overcomes the frequency that can be reproduced, it is possible to reproduce the sound in the high and the middle and the bass, and the amplification part can further increase the movement of the support part according to the acoustic electric signal, and thus output more than the conventional piezoelectric speaker. Can be increased.
  • the shape of the diaphragm may be variously formed in addition to a circular shape such as an ellipse and a quadrangle.
  • the position of the main piezoelectric driving body is also formed at an eccentric position with respect to the diaphragm. You can expect to generate sound.
  • the acoustic transducer of the present invention can structurally improve the function of the acoustic transducer by using a single or double layer amplification plate, can overcome the limitations of the existing piezoelectric speaker, and generate an improved sound. There is a number.
  • 1 is a view for explaining a conventional piezoelectric speaker.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of an acoustic transducer according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view for describing a mechanism of the amplifier of FIG. 2.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating an operating principle of the acoustic transducer of FIG. 2.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view for explaining a coupling relationship with a support according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view for describing an acoustic transducer according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view for describing an operating mechanism of the acoustic transducer of FIG. 6.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view for describing an acoustic transducer according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view for describing an operating mechanism of the acoustic transducer of FIG. 8.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view for describing an acoustic transducer according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view for describing a sound conversion apparatus according to another exemplary embodiment of the similar structure of FIG. 10.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view for describing an acoustic transducer according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of an acoustic transducer according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining the mechanism of the amplifier of FIG. 2
  • FIG. 4 is a view for explaining the operation principle of the acoustic transducer of FIG. It is a cross section.
  • the acoustic transducer 100 includes a main piezoelectric driver 110, a diaphragm 120, a support 130, and an amplifier 170.
  • the amplifier 170 may be fixed to a housing or other structure of the device, and a support 130 may be provided over the amplifier 170.
  • the support 130 may move together according to the height change of the amplifier 170, and the main piezoelectric drive 110 and the diaphragm 120 may be coupled and bonded to the support 130 in order.
  • the main piezoelectric drive body is not coupled to the housing circumferentially, but the main piezoelectric drive body 110 and the diaphragm 120 are coupled to one point, that is, the fixed point 140, on the support 130.
  • the diaphragm or its extension may be coupled to the housing via an edge or the like as described below, but this allows a vertical movement of the diaphragm without limiting the movement of the diaphragm end as a free end rather than a fixed end.
  • the main piezoelectric driver 110 PZT series or PMN-PT (piezoelectric single crystal) containing PbO, ZrO 2 , and TiO 2 may be used. In addition, various materials using a piezoelectric effect may be used.
  • the main piezoelectric drive body 110 may be provided in a flat plate shape or other flexible three-dimensional shape.
  • the diaphragm 120 physically coupled to the main piezoelectric driver 110 may receive energy from the main piezoelectric driver 110 and transmit energy to the air.
  • the diaphragm 120 may be formed in a conical or trumpet shape in addition to a simple plate shape, and in addition to the main piezoelectric driving body 110, contact with a point or a line may be understood as a physical coupling.
  • the diaphragm 120 may be formed using a metal plate or a synthetic resin, paper, or the like, and in the case of metal, brass, aluminum, stainless steel, or an alloy thereof may be used.
  • the support part 130 is connected to the main piezoelectric drive body 110 and the diaphragm 120 through the fixing point 140. Accordingly, the main piezoelectric driver 110 and the diaphragm 120 may be fixed by the support 130 and may vibrate around the fixed point 140 in response to the acoustic electric signal.
  • the fixing point 140 may be defined at a central portion of the main piezoelectric driver 110, that is, at a point inside of the main piezoelectric driver 110.
  • the fixing point 140 stops with respect to the support part 130, and the outer circumferential portions of the main piezoelectric driver 110 and the diaphragm 120 may vibrate up and down as free ends. The vibration of the main piezoelectric driver 110 is transmitted to the diaphragm 120 to transmit sound energy to air.
  • the main piezoelectric driver 110 and the diaphragm 120 may form various waveforms around the fixing point 140.
  • waveforms of various wavelengths ⁇ may be specified, and may be variously formed from short wavelengths such as 3 to long wavelengths such as 2. have.
  • the overall band of the acoustic conversion can be extended.
  • 1 shows the length of the wavelength when compared with the conventional piezoelectric speaker of the same dimensions.
  • the amplifier 170 may change in response to the operation of the main piezoelectric driver 110.
  • the amplifier 170 may also include other piezoelectric elements, and the other piezoelectric elements may also react to the acoustic electrical signal, such that the main piezoelectric driver 110 responds to the acoustic electrical signal.
  • the material, structure, and device that can change the height at the same time corresponding to the acoustic electric signal it will be said that it can be used as an amplifier.
  • An acoustic electric signal is also applied to the amplifying unit 170, and the height h may change according to the signal.
  • the height of the amplifier 170 may also be increased by a predetermined amount ⁇ h.
  • the outer periphery of the diaphragm 120 may be changed by the change amount ⁇ w + ⁇ h increased by the predetermined amount with respect to the original change amount ⁇ w with respect to the support 130.
  • the height of the amplifier 170 may also be reduced by a predetermined amount ⁇ h.
  • the outer periphery of the diaphragm 120 may be changed by the amount of change (- ⁇ w- ⁇ h) reduced by the predetermined amount with respect to the original amount of change (- ⁇ w) with respect to the support 130.
  • the amount of change (- ⁇ w to + ⁇ w) of the outer circumference of the diaphragm 120 may be vibrated by the amount of change (- ⁇ w- ⁇ h to + ⁇ w + ⁇ h) further increased by the amplifier 170.
  • This may eventually be associated with the output of the acoustic changer, and even with the same piezoelectric ceramic as in the prior art, it is possible to generate sound with an increased output.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view for explaining a coupling relationship with a support according to another embodiment of the present invention.
  • the support 130 may be directly connected to the main piezoelectric driver 110, and the diaphragm 120 may be attached or adhered to an upper surface of the main piezoelectric driver 110.
  • a through hole is formed in the center of the main piezoelectric drive body 100 ′, and the support 130 may be coupled to the diaphragm 120 instead of the main piezoelectric drive body 110 through the through hole.
  • both the main piezoelectric drive body 110 and the diaphragm 120 may be integrally bound with the support 130.
  • the support 130 may be coupled to the bottom of the diaphragm 120, and the main piezoelectric driver 110 may be attached or attached to the opposite surface of the diaphragm 120 to face the support 130. Can be.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating an acoustic transducer according to an exemplary embodiment of the present invention
  • FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating an operation mechanism of the acoustic transducer of FIG. 6.
  • the acoustic transducer of FIG. 6 may be used for various purposes, such as a flat panel display and a built-in speaker for automobiles, and may be formed in various dimensions to suit each purpose.
  • the acoustic transducer may have, for example, a product thickness or a lightweight structure of about 15 mm or less.
  • the acoustic transducer includes a main piezoelectric driver 210, a diaphragm 220, a support 230, an amplifier 270, and a housing 290.
  • the housing 290 may be formed in a thin circular or oval box shape having an open top surface, and an amplifying unit 270 including an amplifying plate 274 and an auxiliary piezoelectric driving body 272 is provided at the center thereof.
  • the support 230 is fixed above the portion 270.
  • the main piezoelectric drive body 210, the vibration plate 220, and the vibration expansion plate 250 may be coupled to and bonded to the support 230.
  • Vibration expanding plate 250 is also a kind of diaphragm 220, the material and the vibration plate 220 may be the same or different, the vibration expansion plate 250 is pulp-based, resin-based, bio-based, synthetic fibers, plastics, rayon Can be formed using a variety of materials such as woven fabric, carbon fiber, organic fiber blended cotton and synthetic oil, such as DuPont brand name Kevlar, NOMEX, and Japan's Toyobo's ZYLON, It may be provided in various shapes corresponding to the shape of the housing. In addition, the vibration expanding plate 250 may be provided by including an edge portion to be described later.
  • the main piezoelectric drive body 210 and the diaphragm 220 are coupled around the fixing point 240 on the support part 230, and the outer circumferential end of the diaphragm 220 or the vibration expanding plate 250 has a groove shape and a corrugated shape.
  • An edge portion 260 formed of the back may be provided.
  • the edge part 260 provides a degree of freedom for the vibration plate 220 and the vibration expansion plate 250 to vibrate up and down, and blocks sound interference between the rear and front surfaces of the vibration plate 220 and the vibration expansion plate 250, The space between the outer frame 295 of the housing 290 and the vibration expanding plate 250 may be blocked to prevent dust from entering.
  • the edge part 260 may be integrally formed using the same material as the diaphragm 220 or the vibration expanding plate 250, but may be separately formed and bonded to each other using another material as shown. Of course, it may not necessarily be that the edge portion 260 and the diaphragm 220 are bonded to each other.
  • the vibration expanding plate 250 connects them between the diaphragm 220 and the housing 290 and effectively controls the vertical and split vibrations of the diaphragm 220 to improve and reinforce the mid-low range characteristics. Control to reinforce the bass range.
  • (b) is a normal state, and a state in which the main piezoelectric driver 210 and the diaphragm 220 are bent with respect to the support part 230 is shown in (a) and (c). .
  • the amplifying plate 274 may be bent integrally with the auxiliary piezoelectric drive body 272 to be convex.
  • the amplification plate 274 can also be concavely curved.
  • the amplifying plate 274 moves up and down the support 230 while changing with a predetermined displacement ⁇ h, the vertical vibration of the diaphragm 220 and the vibration expanding plate 250 can be further increased. This may eventually increase the output of the sound converting device, and even in the same size, the volume may vary depending on the presence or absence of the amplifier 270.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating an acoustic transducer according to an exemplary embodiment of the present invention
  • FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating an operation mechanism of the acoustic transducer of FIG. 8.
  • the acoustic transducer includes a main piezoelectric driving body 310, a diaphragm 320, a vibration expanding plate 350, a support 330, an amplifier 370, and a housing 390. do.
  • the housing 390 may be formed in a thin circular or oval box shape having an open top surface, and an amplification part 370 is provided in a two-layer structure at the center thereof, and the support part 330 and the main piezoelectric element are provided on the amplification part 370.
  • the driving body 310, the diaphragm 320, and the vibration expanding plate 350 may be coupled and bonded in order.
  • the main piezoelectric drive body 310 and the diaphragm 320 are coupled around the fixing point 340 on the support part 330, and the outer circumferential ends of the diaphragm 320 or the vibration expanding plate 350 are groove-shaped and corrugated.
  • An edge portion 360 formed of or the like may be provided.
  • the amplifier 370 has a two-layer structure, and in each layer, an amplifying plate 374 and an auxiliary piezoelectric driver 372 are provided, and the auxiliary piezoelectric driver (370) can move symmetrically with each other.
  • the direction and polarity of 372 can be determined.
  • a spacer 376 may be provided between the amplifying plates 374, and an auxiliary support 378 may be provided at the bottom of the lowermost amplifying plate 374.
  • (b) is a normal state, and a state in which the main piezoelectric drive body 310 and the diaphragm 320 are bent with respect to the support part 330 is shown in (a) and (c) up and down. .
  • the amplifying plate 374 may be bent like a convex lens to further move the support part 330 upward.
  • the amplifying plate 374 may also be bent like the concave lens to further move the support part 330 downward.
  • the amplification plate 374 of the two layers changes the support portion 330 up and down while changing at twice the displacement (2 * ⁇ h), the vibration of the diaphragm 320 and the vibration expanding plate 350 is further increased. You can increase it.
  • amplification plate of three or more layers with the above structure, and those skilled in the art will be able to easily perform it based on the contents described herein.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a sound conversion apparatus according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating an acoustic conversion apparatus according to another embodiment of a similar structure of FIG. 10.
  • a single vibration expanding plate 450 is provided in the housing 490, and the main piezoelectric driving body 410 is opposite from the opposite side of the vibration expanding plate 450.
  • the diaphragm 420, the support 430, and the amplification part 470 are each provided.
  • the housing 490 includes a lower housing 492 and an upper housing 494, and a vibration magnifying plate 450 is provided between the upper housing 494 and the lower housing 492.
  • An outer periphery of the vibration expanding plate 450 is provided with an edge portion 460.
  • the edge expanding portion 450 is engaged with an outer frame between the upper housing 494 and the lower housing 492. 490 can vibrate freely.
  • the upper and lower housings 292 and 294 may be made of a metal, and holes, for sound transmission, may be further formed, respectively.
  • a groove 496 is formed to structurally support the amplifier 470, and includes an amplifier plate 474 and an auxiliary piezoelectric driver 472 over the groove 496.
  • An amplifier 470 is provided.
  • the support part 430, the main piezoelectric driving body 410, and the diaphragm 420 are sequentially coupled and bonded onto the amplifying part 470, and the diaphragm 420 is bonded to the bottom surface of the vibration expanding plate 450.
  • the amplifier 470, the support 430, the main piezoelectric driver 410, and the diaphragm 420 may be sequentially provided below the groove.
  • the stacking order of the piezoelectric drive body and the diaphragm may vary according to the designer's choice, which is not particularly limited in the present invention.
  • the vibration expanding plate 450 is also a kind of the diaphragm 420, and may have the same or different material as the vibration plate 420.
  • the vibration expanding plate 450 may be made of pulp, resin, bio, synthetic fiber, plastic, or rayon. Can be formed using a variety of materials such as woven fabric, carbon fiber, organic fiber blended cotton and synthetic oil, such as DuPont brand name Kevlar, NOMEX, and Japan's Toyobo's ZYLON, It may be provided in various shapes corresponding to the shape of the housing.
  • the main piezoelectric driving body 410 and the diaphragm 420 are coupled around the fixing point 440 on the support part 430, and the outer circumferential end of the diaphragm 420 or the vibration expanding plate 450 has a groove shape and a corrugated shape.
  • An edge portion 460 formed of the back may be provided.
  • the edge portion 460 may be integrally formed using the same material as the diaphragm 420 or the vibration expanding plate 450, but may be separately formed and bonded to each other using another material as shown.
  • the amplifying plate 474 moves up and down the support part 430 while changing with a predetermined displacement ⁇ h, the vertical vibration of the diaphragm 420 and the vibration expanding plate 450 can be further increased, and the two amplifications are performed.
  • the plate 474 and the two diaphragms 420 can be operated to further increase the output of the acoustic transducer.
  • the structure of the present invention is substantially the same as that of the acoustic transducer of FIG. 10.
  • the position of the fixing point 441 with respect to the vibration expansion plate 450 is in an eccentric position.
  • the main piezoelectric drive body 410 may be mounted in an eccentric position with respect to the actual diaphragm 420, and the support part 430 is also eccentric rather than the center of the main piezoelectric drive body 410 or the diaphragm 420. It may also support position.
  • the support part 430 supports the centers of the main piezoelectric drive body 410 and the diaphragm 420, but the main piezoelectric drive body 410 and the vibration plate 420 are eccentric with respect to the vibration expansion plate 450. In position.
  • the support part 430 may support a position other than the exact center of the main piezoelectric driving body 410, the vibration plate 420, or the vibration expansion plate 430, and in this case, the vibration plate 420 around the fixing point 440.
  • sound characteristics that can be expected from an acoustic transducer of the same radius as the distance to the outermost point of the outer periphery of the vibration amplifying plate 430, and at the same time You can also expect the sound characteristics you would expect from other acoustic transducers of the same radius.
  • the vibration expanding plate or the diaphragm when it is not circular, it is formed in a long oval or rectangular shape, so that the position of the fixed point is eccentrically positioned instead of the center to realize various sound characteristics.
  • the diaphragm 420 may be provided as a metal plate and may be integrally bonded to the main piezoelectric driver 410 and integrally provided. Therefore, one of the wires applied to the main piezoelectric driver 410 may be supplied to the metal diaphragm 420, and the other may be supplied to the bottom surface of the main piezoelectric driver 410.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view for describing an acoustic transducer according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • a vibration expanding plate 550 is provided in the housing 590, and the amplifying part 570, the supporting part 530, and the main piezoelectric driving body 510 are provided between the vibration expanding plate 550 and the housing 590. ) And the diaphragm 520 are mounted.
  • the outer periphery of the vibration expanding plate 550 is provided with an edge portion 560, the edge portion 560 is coupled to the outer frame of the housing 590, the vibration expansion plate 550 freely in the housing 590 It can vibrate.
  • a groove 596 is formed at the bottom of the housing 590 to structurally support the amplifier 570, and includes an amplifier plate 574 and an auxiliary piezoelectric driver 572 above the groove 596. 570 is provided.
  • the support part 530, the main piezoelectric driver 510, and the diaphragm 520 are sequentially coupled to and adhered to the amplifying part 570, so that the diaphragm 520 is adhered to the bottom surface of the vibration expanding plate 550.
  • the vibration expansion plate 550 including the central cap may be provided in the shape of a cone on the vibration plate 520.
  • the vibration expanding plate 550 may be provided in a conventional speaker shape as a kind of diaphragm, and may be fixed integrally with the diaphragm 520 in the central cap.
  • the vibration expanding plate 550 may be formed using various materials such as paper, synthetic resin, and resin film, and may be provided in various shapes corresponding to the shape of the housing.

Abstract

음향변환장치는 메인 압전 구동체, 메인 압전 구동체와 물리적으로 결합되는 진동판, 메인 압전 구동체의 외주(外周)보다 내측에 위치한 일 고정점(固定點)에서 메인 압전 구동체 및 진동판 중 적어도 하나를 지지하는 지지부(支持部), 메인 압전 구동체 및 진동판을 수용하는 하우징, 및 지지부와 하우징 사이에 재개되며 메인 압전 구동체의 작동에 대응하여 지지부의 이동량을 증가시키는 증폭부를 구비하며, 상기 고정점을 중심으로 메인 압전 구동체 및 진동판의 외주가 자유단으로 진동할 수 있다.

Description

압전 구동체를 이용한 음향변환장치
본 발명은 음향변환장치에 관한 것으로서, 보다 자세하게는, 중음 및 저음 특성을 개선한 압전소자를 응용한 음향변환장치에 관한 것이다.
압전 스피커는 압전 소자를 이용하여 전기적 에너지를 소리 에너지로 변환하는 장치로서, PZT 계열 압전 물질에 전기 신호를 공급하면 소리를 발생시킨다.
도 1은 종래의 압전 스피커를 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래의 압전 스피커에서 진동판(20)의 양단이 프레임에 고정되고, 진동판(20)의 중심에서 압전 구동체(10)가 접착되어 진동을 발생시킨다. 종래의 압전 스피커는 고역대의 소리를 주로 발생시키는 데에 적합하며, 저역대의 소리를 발생시키는 데에 한계가 있다. 따라서, 종래의 자기회로형 스피커의 특성에 비해 많이 부족하다.
도면에서 점선으로 도시된 바와 같이, 종래의 압전 스피커에서는 진동판(20)의 외주 또는 양단이 고정된다. 이때 고정되는 부분의 거리(λ/2)가 압전 스피커에서 재생 가능한 최저주파수이다. 따라서, 종래의 압전 스피커는 상기 최저주파수 이상의 고음주파수만 가능하고, 실제로 특정주파수 재생용 또는 고음재생용으로만 사용되고 있다. 반대로, 저음을 발생시키기 위해 진동판의 크기를 증가시키면 되지만, 압전 구동체(10)의 자유공진 및 분할진동에 의해서 스피커 특성이 저하될 수 있다.
본 발명은 압전 소자를 이용하되 고역대 및 저역대 소리를 모두 고르게 발생할 수 있는 음향변환장치를 제공한다.
본 발명은 종래의 압전 스피커와 대비하여 동일 유사한 크기에서 더 넓은 음역대의 소리 발생 및 출력을 향상시킬 수 있는 음향변환장치를 제공한다.
본 발명은 하나의 음향변환장치임에도 다양한 치수의 스피커 특성을 기대할 수 있는 음향변환장치를 제공한다.
본 발명은 압전 소자가 갖는 재료적 한계를 극복할 수 있도록 개선된 물리적 구조를 갖는 음향변환장치를 제공한다.
본 발명은 압전 소자를 이용하되 전기적 연결이나 조립을 간단하게 완료할 수 있는 음향변환장치를 제공한다.
본 발명의 예시적인 일 실시예에 따르면, 음향변환장치는 메인 압전 구동체, 메인 압전 구동체와 물리적으로 결합되는 진동판, 메인 압전 구동체의 외주(外周)보다 내측에 위치한 일 고정점(固定點)에서 메인 압전 구동체 및 진동판 중 적어도 하나를 지지하는 지지부(支持部), 메인 압전 구동체 및 진동판을 수용하는 하우징, 및 지지부와 하우징 사이에 재개되며 메인 압전 구동체의 작동에 대응하여 지지부의 이동량을 증가시키는 증폭부를 구비하며, 상기 고정점을 중심으로 메인 압전 구동체 및 진동판의 외주가 자유단으로 진동하는 것을 특징으로 한다.
메인 압전 구동체 및 진동판은 일체로 결합되어 압전 구동체의 진동이 진동판을 통해 전달될 수 있으며, 압전 구동체의 외주보다 내측에 위치한 고정점에서 지지부가 압전 구동체 또는 진동판을 지지한다. 전술한 바와 같이, 종래의 압전 스피커에서 압전 세라믹의 외주를 고정하여서 그 용도가 제한되었지만, 본 발명에서는 압전 구동체 및 진동판을 지지부가 외주가 아닌 중앙부 또는 그 주변에서 지지하고, 오히려 외주가 고정단이 아닌 자유단(自由端)이 되도록 할 수가 있다. 따라서, 종래의 압전 스피커보다 본 발명의 압전 구동체 및 진동판은 저역대 성능을 더 개선할 수 있으며, 기존의 자기회로방식의 스피커와 유사한 특성을 확보할 수가 있다.
또한, 증폭부는 지지부 및 하우징 사이에서 메인 압전 구동체의 작동에 대응하여 지지부의 이동량을 증가시킬 수 있는데, 압전 구동체 및 진동판의 자유단이 이동하는 방향으로 지지부를 이동시켜 진동판의 진폭을 더욱 증가시킬 수 있다. 따라서 음향변환장치의 출력을 더욱 증가시킬 수 있으며, 종래의 압전 소자가 갖는 변형의 한계를 구조적으로 극복할 수가 있다.
지지부에 의해서 지지되는 메인 압전 구동체의 위치를 진동판의 중심에 형성할 수도 있지만, 다르게는 편심된 위치에 형성할 수가 있다. 고정점을 중심으로 진동판의 외주까지의 거리는 다양하게 제공될 수 있으며, 이는 마치 다양한 치수의 스피커를 사용하는 것과 같은 효과를 기대할 수가 있다. 즉, 고정점으로부터 진동판의 외주 중 최원점(最遠點) 및 최근점(最近點)까지의 거리가 다름을 이용하여 다양한 음역대의 특성을 제공할 수 있다.
진동판에는 평판, 볼록판, 오목판 또는 콘 형상의 진동확대판이 추가로 장착될 수 있으며, 메인 압전 구동체의 진동을 더 확대시킬 수가 있다. 진동확대판은 하우징의 외곽 프레임에 결속될 수 있으며, 엣지부 등을 더 추가할 수도 있다.
본 발명의 음향변환장치는 압전 소자를 이용하되 고역대 및 저역대 소리를 모두 고르게 발생할 수 있어 기존의 자기회로방식 스피커를 대체할 수가 있다. 또한, 기존의 압전 스피커가 재생 가능한 주파수를 극복하여 고음과 중저음에서도 재생이 가능하며, 증폭부를 이용하여 음향 전기신호에 따라 지지부의 이동을 더욱 증가시킬 수 있기 때문에, 기존의 압전 스피커보다 출력을 더욱 증가시킬 수 있다.
본 발명의 음향변환장치에서 진동판의 형상은 원형 이외에도 타원형, 사각형 등 다양하게 형성될 수 있으며, 메인 압전 구동체의 위치도 진동판에 대해 편심된 위치에 형성함으로써 다양한 치수의 스피커를 사용할 때처럼 여러 특성의 음향발생을 기대할 수 있다.
종래의 압전 스피커는 압전 세라믹의 소재에 의존하는 경향이 크지만, 압전 세라믹의 개발 자체가 더디게 진행되어 압전 스피커의 기능 개선이 전반적으로 만족할만한 수준이 아니었다. 반면, 본 발명의 음향변환장치는 단층 또는 복층의 증폭판을 이용하여 음향변환장치의 기능을 구조적으로 개선할 수 있으며, 기존의 압전 스피커가 갖는 한계를 극복할 수 있으며, 개선된 음향을 발생시킬 수가 있다.
도 1은 종래의 압전 스피커를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 음향변환장치의 단면도이다.
도 3은 도 2의 증폭부의 메커니즘을 설명하기 위한 단면도이다.
도 4는 도 2의 음향변환장치의 작동 원리를 설명하기 위한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따라 지지부와의 결합관계를 설명하기 위한 단면도들이다.
도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 음향변환장치를 설명하기 위한 단면도이다.
도 7은 도 6의 음향변환장치의 작동 메커니즘을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 음향변환장치를 설명하기 위한 단면도이다.
도 9는 도 8의 음향변환장치의 작동 메커니즘을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 음향변환장치를 설명하기 위한 단면도이다.
도 11은 도 10의 유사한 구조의 다른 실시예에 따른 음향변환장치를 설명하기 위한 단면도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 음향변환장치를 설명하기 위한 단면도이다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 참고로, 본 설명에서 동일한 번호는 실질적으로 동일한 요소를 지칭하며, 이러한 규칙 하에서 다른 도면에 기재된 내용을 인용하여 설명할 수 있고, 당업자에게 자명하다고 판단되거나 반복되는 내용은 생략될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 음향변환장치의 단면도이며, 도 3은 도 2의 증폭부의 메커니즘을 설명하기 위한 단면도이고, 도 4는 도 2의 음향변환장치의 작동 원리를 설명하기 위한 단면도이다.
도 2를 참조하면, 음향변환장치(100)는 메인 압전 구동체(110), 진동판(120), 지지부(130) 및 증폭부(170)를 포함한다. 증폭부(170)는 장치의 하우징 또는 다른 구조체에 고정될 수 있으며, 증폭부(170) 위로 지지부(130)가 제공될 수 있다. 지지부(130)는 증폭부(170)의 높이 변화에 따라 함께 이동할 수 있으며, 지지부(130)에 메인 압전 구동체(110) 및 진동판(120)이 차례로 결합 및 접착될 수 있다.
종래의 압전 스피커와 달리 메인 압전 구동체가 하우징에 외주 결합되는 것이 아니라, 메인 압전 구동체(110)와 진동판(120)이 지지부(130) 상에서 일 지점, 즉 고정점(140)을 중심으로 결합된다. 후술하는 바와 같이 엣지 등을 통해서 진동판 또는 그 연장이 하우징과 결합될 수 있지만, 이는 고정단이 아닌 자유단으로서 진동판 단부의 움직임을 제한하지 않고 진동판의 수직 운동을 허용한다.
메인 압전 구동체(110)로는 PbO, ZrO2, TiO2를 배합한 PZT계열 또는 PMN-PT(압전단결정)을 사용할 수 있으며, 그 외에도 압전 효과를 이용한 다양한 재질이 사용될 수도 있다. 메인 압전 구동체(110)는 평판 형상 또는 기타 플렉시블한 입체 형상으로 제공될 수가 있다.
메인 압전 구동체(110)와 물리적으로 결합되는 진동판(120)은 메인 압전 구동체(110)의 진동을 전달 받아 공기 중으로 에너지를 전달할 수 있다. 진동판(120)은 단순한 판 형상 외에도 원추형 또는 나팔형으로 형성될 수도 있고, 메인 압전 구동체(110)와 면접하는 것 외에도 점이나 선으로 접촉하는 것도 물리적 결합으로 이해할 수 있다. 진동판(120)은 금속판 또는 합성수지, 종이 등을 이용하여 형성될 수 있으며, 금속인 경우 황동, 알루미늄, 스테인리스스틸 또는 이들의 합금 등을 이용할 수도 있다.
지지부(130)는 고정점(140)을 통해서 메인 압전 구동체(110) 및 진동판(120)과 연결된다. 따라서 메인 압전 구동체(110) 및 진동판(120)은 지지부(130)에 의해서 고정되며, 음향 전기신호에 대응하여 고정점(140)을 중심으로 진동할 수 있다. 여기서 고정점(140)은 메인 압전 구동체(110)의 중앙부, 즉 외주가 아닌 그 내측의 일 지점에 정의될 수 있다. 음향 전기신호가 인가됨에 따라 지지부(130)에 대해서 고정점(140)은 정지하며, 메인 압전 구동체(110) 및 진동판(120)의 외주 부분은 자유단으로서 위아래로 진동할 수 있다. 메인 압전 구동체(110)의 진동은 진동판(120)으로 전달되어 소리 에너지를 공기로 전달한다.
도 4을 참조하면, 고정점(140)을 중심으로 메인 압전 구동체(110) 및 진동판(120)은 다양한 파형을 형성할 수가 있다. 이 경우, 고정점(140)이 고정되어 있기 때문에, 다양한 파장(λ)의 파형이 특정될 수 있으며, ③과 같은 단파장(短波長)에서 ②와 같은 장파장(長波長)까지 다양하게 형성될 수 있다. 따라서, 음향변환의 전반적인 대역이 확장될 수가 있다. 참고로 ①은 동일 치수의 종래 압전 스피커와 비교할 때, 파장을 길이를 도시한 것이다.
도 3을 참조하면, 증폭부(170)는 메인 압전 구동체(110)의 작동에 대응하여 변화할 수 있다. 일 예로, 증폭부(170) 역시 다른 압전 소자를 포함할 수 있으며, 메인 압전 구동체(110)가 음향 전기신호에 반응하는 것과 같이, 다른 압전 소자도 음향 전기신호에 반응하도록 할 수가 있다. 이 외에도 음향 전기신호에 대응하여 동시에 높이를 변화시킬 수 있는 소재 및 구조, 장치라면 증폭부로서 사용이 가능하다고 할 것이다.
증폭부(170)에도 음향 전기신호가 인가되며, 그 신호에 따라 높이(h)가 변화하게 할 수 있다. 도 3의 (a)를 보면, 메인 압전 구동체(110) 및 진동판(120)의 외주가 위로 향하는 것에 대응하여, 증폭부(170)의 높이도 일정량(Δh)만큼 증가하게 할 수 있으며, 이 경우 지지부(130)에 대한 원래 변화량(Δw)에 대해서 상기 일정량만큼 증가한 변화량(Δw+Δh)만큼 진동판(120)의 외주가 변화하도록 할 수 있다. 또한, (b)를 보면, 메인 압전 구동체(110) 및 진동판(120)의 외주가 아래로 향하는 것에 대응하여, 증폭부(170)의 높이도 일정량(Δh)만큼 감소하게 할 수 있으며, 이 경우 지지부(130)에 대한 원래 변화량(-Δw)에 대해서 상기 일정량만큼 감소한 변화량(-Δw-Δh)만큼 진동판(120)의 외주가 변화하도록 할 수 있다.
결국, 증폭부(170)에 의해서 진동판(120) 외주의 변화량(-Δw~ +Δw)은 더 진폭이 증가한 변화량(-Δw-Δh ~ +Δw+Δh)으로 진동을 할 수가 있다. 이는 결국 음향변화장치의 출력과 연관될 수 있으며, 종래와 동일한 압전 세라믹을 사용하더라도 더욱 증가된 출력으로 소리를 발생시킬 수가 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따라 지지부와의 결합관계를 설명하기 위한 단면도들이다.
도 5를 보면, 지지부(130)가 메인 압전 구동체(110)와 직접 연결되며, 메인 압전 구동체(110)의 상면으로 진동판(120)이 부착 또는 접착될 수 있다. (b)를 참조하면, 메인 압전 구동체(100')의 중앙에 관통홀이 형성되며, 지지부(130)는 관통홀을 통해 메인 압전 구동체(110)가 아닌 진동판(120)과 결속될 수가 있다. (c)를 참조하면, 메인 압전 구동체(110) 및 진동판(120)이 모두 일체로 지지부(130)과 결속될 수도 있다. (d)를 참조하면, 진동판(120)의 저면으로 지지부(130)가 결속될 수 있으며, 지지부(130)에 대향하여 진동판(120)의 반대면으로 메인 압전 구동체(110)가 접착 또는 부착될 수 있다.
도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 음향변환장치를 설명하기 위한 단면도이고, 도 7은 도 6의 음향변환장치의 작동 메커니즘을 설명하기 위한 단면도들이다.
참고로, 도 6의 음향변환장치는 평면디스플레이, 자동차용 내장 스피커 등 다양한 용도로 사용될 수 있으며, 각 용도에 맞게 다양한 치수로 형성될 수 있지만, 기존의 자기회로방식 스피커와 다르게 본 실시예에 따른 음향변환장치는 예를 들어, 약 15mm 이하의 제품 두께 또는 경량의 구조를 가질 수 있다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 음향변환장치는 메인 압전 구동체(210), 진동판(220), 지지부(230), 증폭부(270) 및 하우징(290)을 포함한다. 하우징(290)은 상면이 개방된 얇은 원형 또는 타원형 상자 형상으로 형성될 수 있으며, 그 중앙으로 증폭판(274) 및 보조 압전 구동체(272)를 포함하는 증폭부(270)가 제공되며, 증폭부(270) 위로 지지부(230)가 고정된다. 그리고, 지지부(230)에는 그 위로 메인 압전 구동체(210), 진동판(220) 및 진동확대판(250)이 차례로 결합 및 접착될 수 있다. 진동확대판(250) 역시 진동판(220)의 일종으로서, 진동판(220)과 재질을 동일 또는 다르게 할 수 있으며, 진동확대판(250)은 펄프계, 수지계, 바이오계, 합성섬유, 플라스틱, 레이온, 면과 합성성유를 혼방한 직물, 카본화이버, 유기섬유로서 듀퐁사의 상표명 케블라(KEVLAR), 모멕스(NOMEX) 및 일본 토요보사의 자일론(ZYLON) 등 다양한 재질을 이용하여 형성될 수 있고, 하우징 형상 등에 대응하여 다양한 형상으로 제공될 수도 있다. 또한, 진동확대판(250)은 후술하는 엣지부를 일체로 포함하여 제공될 수도 있다.
메인 압전 구동체(210)와 진동판(220)이 지지부(230) 상에서 고정점(240)을 중심으로 결합되며, 진동판(220) 또는 진동확대판(250)의 외주 단부로는 홈 형상, 주름 형상 등으로 형성된 엣지부(260)가 제공될 수 있다. 엣지부(260)는 진동판(220) 및 진동확대판(250)이 상하로 진동할 수 있도록 자유도를 제공하며, 진동판(220) 및 진동확대판(250) 배면 및 전면 간의 소리 간섭을 차단하고, 하우징(290)의 외곽 프레임(295)과 진동확대판(250) 사이의 공간을 차단하여 먼지 유입 등을 방지할 수 있다. 엣지부(260)는 진동판(220) 혹은 진동확대판(250)과 동일 재질을 이용하여 일체로 형성될 수 있지만, 도시된 바와 같이, 다른 재질을 이용하여 별도로 형성되고 상호 접착될 수 있다. 물론, 반드시 엣지부(260)와 진동판(220)이 접착되어야 하는 것도 아닐 수 있다.
진동확대판(250)은 진동판(220)과 하우징(290) 사이에서 이들을 연결하고 진동판(220)의 수직진동과 분할진동을 효과적으로 제어하여 중저역 특성을 개선 보강하게 되고, 이는 재생되는 낮은 공진주파수대를 제어하여 저음영역을 보강하게 된다.
도 7을 참조하면, (b)는 정상 상태이며, 상하로 (a), (c)에는 지지부(230)에 대해 메인 압전 구동체(210) 및 진동판(220)이 굴곡된 상태를 도시하고 있다. (a)와 같이 메인 압전 구동체(210) 및 진동판(220)의 외주가 위로 향한 경우, 증폭판(274)도 보조 압전 구동체(272)와 일체로 굴곡되어 볼록하게 형성되도록 할 수가 있다. 또한, (c)와 같이, 메인 압전 구동체(210) 및 진동판(220)의 외주가 아래로 향한 경우, 증폭판(274)도 오목하게 굴곡되도록 할 수가 있다.
증폭판(274)이 소정의 변위(Δh)로 변화하면서 지지부(230)를 상하로 승강하기 때문에, 진동판(220) 및 진동확대판(250)의 상하 떨림을 더욱 증가시킬 수가 있다. 이는 결국 음향변환장치의 출력을 증가시킬 수 있으며, 같은 크기에서도 증폭부(270)의 유무에 따라 볼륨이 달라지게 할 수가 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 음향변환장치를 설명하기 위한 단면도이고, 도 9는 도 8의 음향변환장치의 작동 메커니즘을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 음향변환장치는 메인 압전 구동체(310), 진동판(320), 진동확대판(350), 지지부(330), 증폭부(370) 및 하우징(390)을 포함한다. 하우징(390)은 상면이 개방된 얇은 원형 또는 타원형 상자 형상으로 형성될 수 있으며, 그 중앙으로 2층 구조로 증폭부(370)가 제공되며, 증폭부(370) 위로 지지부(330), 메인 압전 구동체(310), 진동판(320) 및 진동확대판(350)이 차례로 결합 및 접착될 수 있다.
메인 압전 구동체(310)와 진동판(320)이 지지부(330) 상에서 고정점(340)을 중심으로 결합되며, 진동판(320) 또는 진동확대판(350)의 외주 단부로는 홈 형상, 주름 형상 등으로 형성된 엣지부(360)가 제공될 수 있다.
증폭부(370)는 2층 구조로서, 각 층에서는 증폭판(374) 및 보조 압전 구동체(372)가 제공되고, 상기 증폭판(374)이 서로 대칭적으로 움직일 수 있도록 보조 압전 구동체(372)의 방향 및 극성이 결정될 수 있다. 증폭판(374) 사이로는 스페이서(376)가 제공될 수 있으며, 가장 하부에 있는 증폭판(374)의 저면으로 보조 지지부(378)가 제공될 수 있다.
도 9를 참조하면, (b)는 정상 상태이며, 상하로 (a), (c)에는 지지부(330)에 대해 메인 압전 구동체(310) 및 진동판(320)이 굴곡된 상태를 도시하고 있다. (a)와 같이 메인 압전 구동체(310) 및 진동판(320)의 외주가 위로 향한 경우, 증폭판(374)이 마치 볼록렌즈와 같이 굴곡되어 지지부(330)를 위로 더욱 이동시킬 수 있으며, (c)와 같이, 메인 압전 구동체(310) 및 진동판(320)의 외주가 아래로 향한 경우, 증폭판(374)도 오목렌즈와 같이 굴곡되어 지지부(330)를 아래로 더욱 이동시킬 수가 있다.
2개 층의 증폭판(374)이 2배만큼의 변위(2*Δh)로 변화하면서 지지부(330)를 상하로 승강하기 때문에, 진동판(320) 및 진동확대판(350)의 상하 떨림을 더욱 증가시킬 수가 있다. 물론, 상기와 같은 구조로 3층 이상의 증폭판을 이용하는 것도 가능하며, 여기 기재된 내용을 기초로 해당 분야의 종사자라면 용이하게 실시할 수가 있을 것이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 음향변환장치를 설명하기 위한 단면도이고, 도 11은 도 10의 유사한 구조의 다른 실시예에 따른 음향변환장치를 설명하기 위한 단면도이다.
도 10을 참조하면, 음향변환장치는 하우징(490) 내에서 하나의 진동확대판(450)이 제공되고, 그 진동확대판(450)을 중심으로 반대되는 양측에서 메인 압전 구동체(410), 진동판(420), 지지부(430) 및 증폭부(470)가 각각 제공되는 것을 특징으로 한다.
하우징(490)은 하부 하우징(492) 및 상부 하우징(494)을 포함하여 구성되며, 상부 하우징(494) 및 하부 하우징(492) 사이로 진동확대판(450)이 제공된다. 진동확대판(450)의 외주로는 엣지부(460)가 제공되며, 엣지부(460)가 상부 하우징(494) 및 하부 하우징(492) 사이의 외곽 프레임에 맞물리면서 진동확대판(450)이 하우징(490) 내부에서 자유롭게 진동할 수가 있다. 상부 및 하부 하우징(292, 294)은 금속으로 이루어져 제공될 수 있으며, 각각 소리 전달을 위한 홀 등이 추가로 형성될 수가 있다.
하부 하우징(492)을 기준으로 볼 때, 증폭부(470)를 구조적으로 지지하기 위한 홈(496)이 형성되며, 홈(496) 위로 증폭판(474) 및 보조 압전 구동체(472)를 포함하는 증폭부(470)가 제공된다. 그리고, 증폭부(470) 위로 지지부(430), 메인 압전 구동체(410), 진동판(420)이 차례로 결합 및 접착되면서, 진동판(420)은 진동확대판(450)의 저면과 접착된다.
반대로 상부 하우징(494)을 기준으로 볼 때, 홈 아래로 증폭부(470), 지지부(430), 메인 압전 구동체(410) 및 진동판(420)이 차례로 제공될 수 있다. 물론, 여기서 압전 구동체와 진동판의 적층 순서는 설계자의 선택에 따라 달라질 수 있으며, 이에 대해서는 본 발명에서 특별히 한정하지 아니한다.
진동확대판(450) 역시 진동판(420)의 일종으로서, 진동판(420)과 재질을 동일 또는 다르게 할 수 있으며, 진동확대판(450)은 펄프계, 수지계, 바이오계, 합성섬유, 플라스틱, 레이온, 면과 합성성유를 혼방한 직물, 카본화이버, 유기섬유로서 듀퐁사의 상표명 케블라(KEVLAR), 모멕스(NOMEX) 및 일본 토요보사의 자일론(ZYLON) 등 다양한 재질을 이용하여 형성될 수 있고, 하우징 형상 등에 대응하여 다양한 형상으로 제공될 수도 있다.
메인 압전 구동체(410)와 진동판(420)이 지지부(430) 상에서 고정점(440)을 중심으로 결합되며, 진동판(420) 또는 진동확대판(450)의 외주 단부로는 홈 형상, 주름 형상 등으로 형성된 엣지부(460)가 제공될 수 있다. 엣지부(460)는 진동판(420) 혹은 진동확대판(450)과 동일 재질을 이용하여 일체로 형성될 수 있지만, 도시된 바와 같이, 다른 재질을 이용하여 별도로 형성되고 상호 접착될 수 있다.
증폭판(474)이 소정의 변위(Δh)로 변화하면서 지지부(430)를 상하로 승강하기 때문에, 진동판(420) 및 진동확대판(450)의 상하 떨림을 더욱 증가시킬 수 있으며, 2개의 증폭판(474) 및 2개의 진동판(420)이 작동을 하여 음향변환장치의 출력을 더욱 증가시킬 수 있다.
도 11을 참조하면, 도 10의 음향변환장치와 대략 동일한 적층 구조를 가진다. 다만, 진동확대판(450)을 기준으로 고정점(441)의 위치가 편심된 위치에 있다. 이 외에도 메인 압전 구동체(410)가 실제 진동판(420)에 대해서 편심된 위치에 장착될 수도 있고, 지지부(430) 역시 메인 압전 구동체(410) 혹은 진동판(420)에 대해서 정중앙이 아닌 편심된 위치를 지지할 수도 있다. 본 실시예에서는 지지부(430)가 메인 압전 구동체(410) 및 진동판(420)의 중심을 지지하지만, 메인 압전 구동체(410) 및 진동판(420)가 진동확대판(450)에 대해서 편심된 위치에 있다.
이렇게 지지부(430)가 메인 압전 구동체(410), 진동판(420) 또는 진동확대판(430)의 정중앙 아닌 다른 위치를 지지하도록 할 수 있으며, 이 경우 고정점(440)을 중심으로 진동판(420) 또는 진동확대판(430)의 외주 중 최원점(最遠點)까지 거리와 동일한 반지름의 음향변환장치에서 기대할 수 있는 소리특성을 기대할 수 있으며, 그와 동시에 최근점(最近點)까지 거리와 동일한 반지름의 다른 음향변환장치에서 기대할 수 있는 소리특성도 기대할 수 있다. 그리고, 최원점 및 최근점 사이의 치수를 가지는 다른 음향변환장치 특성도 일부 반영할 수가 있다.
특히, 진동확대판이나 진동판이 원형이 아니더라도 긴 타원형이나 직사각형으로 형성된 경우, 고정점의 위치를 중앙이 아닌 편심되게 위치시켜 다양한 소리 특성을 구현하게 할 수가 있다.
참고로, 진동판(420)은 금속판으로 제공될 수 있으며, 메인 압전 구동체(410)와 상호 접착되어 일체로 제공될 수가 있다. 따라서 메인 압전 구동체(410)로 인가되는 전선 중 하나는 금속 진동판(420)으로 공급되고, 다른 하나는 메인 압전 구동체(410)의 저면으로 공급될 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 음향변환장치를 설명하기 위한 단면도이다.
도 12를 참조하면, 하우징(590) 내에 진동확대판(550)이 제공되고, 진동확대판(550) 및 하우징(590) 사이로 증폭부(570), 지지부(530), 메인 압전 구동체(510) 및 진동판(520)이 장착된다. 또한, 진동확대판(550)의 외주로는 엣지부(560)가 제공되며, 엣지부(560)가 하우징(590)의 외곽 프레임에 결합되면서 진동확대판(550)이 하우징(590)에서 자유롭게 진동할 수가 있다.
하우징(590)의 바닥으로 증폭부(570)를 구조적으로 지지하기 위한 홈(596)이 형성되며, 홈(596) 위로 증폭판(574) 및 보조 압전 구동체(572)를 포함하는 증폭부(570)가 제공된다. 그리고, 증폭부(570) 위로 지지부(530), 메인 압전 구동체(510), 진동판(520)이 차례로 결합 및 접착되면서, 진동판(520)은 진동확대판(550)의 저면과 접착된다.
본 실시예에 따르면, 진동판(520) 상으로 중앙 캡을 포함하는 진동확대판(550)이 콘 형상으로 제공될 수 있다. 진동확대판(550)은 일종의 진동판으로서 기존의 스피커 형상으로 제공될 수 있으며, 중앙 캡에서 진동판(520)과 일체로 고정될 수가 있다. 진동확대판(550)은 종이, 합성수지, 수지필름 등 다양한 재질을 이용하여 형성될 수 있고, 하우징 형상 등에 대응하여 다양한 형상으로 제공될 수도 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (12)

  1. 메인 압전 구동체;
    상기 메인 압전 구동체와 물리적으로 결합되는 진동판;
    상기 메인 압전 구동체의 외주(外周)보다 내측에 위치한 일 고정점(固定點)에서 상기 메인 압전 구동체 및 상기 진동판 중 적어도 하나를 지지하는 지지부(支持部);
    상기 메인 압전 구동체 및 상기 진동판을 수용하는 하우징; 및
    상기 지지부 및 상기 하우징 사이에 재개되며 상기 메인 압전 구동체의 작동에 대응하여 상기 지지부의 이동량을 증가시키는 증폭부;를 구비하며,
    상기 고정점을 중심으로 상기 메인 압전 구동체 및 상기 진동판의 외주가 자유단으로 진동하는 것을 특징으로 하는 메인 압전 구동체를 이용한 음향변환장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고정점은 상기 메인 압전 구동체의 중심 또는 편심된 위치에 제공되는 것을 특징으로 하는 메인 압전 구동체를 이용한 음향변환장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 메인 압전 구동체는 상기 진동판의 중심에서 상기 진동판과 물리적으로 결합되는 것을 특징으로 하는 메인 압전 구동체를 이용한 음향변환장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 메인 압전 구동체는 상기 진동판의 편심된 위치에서 상기 진동판과 물리적으로 결합되어, 상기 고정점으로부터 상기 진동판의 외주 중 최원점(最遠點) 및 최근점(最近點)까지의 거리가 다름을 이용하여 다양한 음역대의 특성을 제공하는 것을 특징으로 하는 메인 압전 구동체를 이용한 음향변환장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 증폭부는 보조 메인 압전 구동체를 포함하며, 상기 메인 압전 구동체의 작동에 동기화되어 상기 진동판의 운동을 증가시키는 것을 특징으로 하는 메인 압전 구동체를 이용한 음향변환장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 증폭부는 상기 하우징에 외주가 지지되어 상기 보조 메인 압전 구동체가 부착되는 증폭판을 더 포함하며, 상기 증폭판은 상기 지지부와 직접 또는 간접적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 메인 압전 구동체를 이용한 음향변환장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 증폭부는 상기 증폭판 및 상기 보조 메인 압전 구동체를 적어도 하나의 층 구조로 제공하는 것을 특징으로 하는 메인 압전 구동체를 이용한 음향변환장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 지지부를 직접 또는 간접적으로 지지하는 하우징 및 상기 진동판과 결합되는 진동확대판을 더 포함하며, 상기 진동확대판은 상기 하우징의 외곽 프레임에 결속되는 것을 특징으로 하는 메인 압전 구동체를 이용한 음향변환장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 진동확대판 및 상기 외곽 프레임의 사이에 엣지부가 개재되는 것을 특징으로 하는 메인 압전 구동체를 이용한 음향변환장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 엣지부는 상기 진동확대판과 일체로 형성되거나 별도로 접착되는 것을 특징으로 하는 메인 압전 구동체를 이용한 음향변환장치.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 진동확대판은 평판, 볼록판, 오목판 또는 콘(cone) 형태로 제공되는 것을 특징으로 하는 메인 압전 구동체를 이용한 음향변환장치.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 하우징은 전면(前面) 하우징 및 후면(後面) 하우징을 포함하며, 상기 지지부는 상기 전면 및 상기 후면 하우징 중 적어도 하나에 제공되어 상기 메인 압전 구동체 또는 상기 진동판을 지지하는 것을 특징으로 하는 메인 압전 구동체를 이용한 음향변환장치.
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