WO2016072817A1 - 스피커 장치의 진동판 - Google Patents

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WO2016072817A1
WO2016072817A1 PCT/KR2015/011999 KR2015011999W WO2016072817A1 WO 2016072817 A1 WO2016072817 A1 WO 2016072817A1 KR 2015011999 W KR2015011999 W KR 2015011999W WO 2016072817 A1 WO2016072817 A1 WO 2016072817A1
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WO
WIPO (PCT)
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diaphragm
axis direction
height
concave portion
convex portion
Prior art date
Application number
PCT/KR2015/011999
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
이한량
서일경
Original Assignee
주식회사 슬리비스
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Publication date
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R7/00—Diaphragms for electromechanical transducers; Cones
    • H04R7/02—Diaphragms for electromechanical transducers; Cones characterised by the construction
    • H04R7/12—Non-planar diaphragms or cones
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R7/00—Diaphragms for electromechanical transducers; Cones
    • H04R7/02—Diaphragms for electromechanical transducers; Cones characterised by the construction
    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K13/00—Cones, diaphragms, or the like, for emitting or receiving sound in general
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R7/00—Diaphragms for electromechanical transducers; Cones
    • H04R7/16—Mounting or tensioning of diaphragms or cones
    • H04R7/18—Mounting or tensioning of diaphragms or cones at the periphery
    • H04R7/20—Securing diaphragm or cone resiliently to support by flexible material, springs, cords, or strands

Definitions

  • the present invention relates to a diaphragm of a speaker device, and more particularly, to a diaphragm capable of improving acoustic characteristics by providing a rigid reinforcing structure on the surface of a diaphragm to prevent the occurrence of unwanted vibration modes.
  • the diaphragm used in the speaker device performs a function of generating sound pressure by vibrating by the speaker driver.
  • the speaker driver may be a voice coil or magnetic circuit that generates up and down vibrations by electromagnetic force caused by the interaction of magnets and currents, a piezoelectric element that generates up and down vibrations upon application of voltage, or a capacitor that generates an electric field by application of voltage. have.
  • the physical properties of the diaphragm influence the acoustic characteristics of the speaker. In order to generate high quality sound, first, the weight of the diaphragm itself should be light and second, the stiffness of the diaphragm should be high.
  • the weight of the diaphragm is related to speaker efficiency. This relationship is confirmed through the Thiel / Small parameter, and the speaker efficiency is inversely proportional to the square of the weight of the vibrometer including the diaphragm. According to this characteristic, the heavier the diaphragm weight, the lower the sound pressure level (SPL) of the speaker, and the resonance frequency f 0 increases, which is disadvantageous for low frequency reproduction. On the contrary, as the weight of the diaphragm decreases, the sound pressure level SPL of the speaker increases to generate a larger sound, and the resonant frequency f 0 decreases to increase the low range regeneration band.
  • Diaphragm stiffness is related to the frequency response of the speaker.
  • the ideal vibration plate vibration is the piston motion of the entire diaphragm uniformly moving up and down.
  • the dynamic analysis of the vibration of the diaphragm confirms the abnormal vibrations such as the split vibration and the expansion vibration. It causes extinction interference at the frequency and eventually the frequency response becomes not smooth, so the acoustic distortion occurs.
  • the frequency response distortion problem is more prominent in component speakers having different lengths in the vertical and horizontal directions.
  • Speakers for components used in electronic devices, including displays, such as televisions, monitors, notebook computers, tablet computers, smartphones, and mobile terminals, are long and short (left and right) and shortened to be mounted hidden on the bezel of the outermost part of the display.
  • the properties of general speaker materials have a relationship in that when the weight is light, the rigidity is inferior, and when the rigidity is high, the weight is heavy.
  • a metal diaphragm has an advantage in stiffness, so that a relatively good frequency response can be obtained, but there is a problem that SPL and f 0 fall due to weight increase.
  • Materials that can solve these problems include light metals such as aluminum, magnesium or duralumin, or new materials such as carbon fiber, glass fiber and kevlar.
  • Such a new material is light weight but excellent in rigidity and suitable as a diaphragm material, but there is a problem that the material itself is expensive. In other words, it is suitable as a diaphragm material of expensive music listening speakers, but is not suitable for use in low-cost parts speakers.
  • the diaphragm material of the component speaker is generally a low-cost paper or polymer film. Such materials have the advantage of being light in weight but have a problem of inferior rigidity.
  • the diaphragm 10 includes an edge portion 11, a convex portion 12, and a concave portion 13.
  • the diaphragm 10 is produced by a method of molding a paper of a certain thickness through a press.
  • the edge portion 11 is formed flat to engage with the edge (edge) of the elastic material or to the speaker frame.
  • the convex portion 12 is formed convexly in the direction of the sound generating surface of the diaphragm and is formed in an annular shape to provide additional rigidity to the entire surface of the diaphragm 10.
  • the concave portion 13 is formed inside the convex portion 12 and is formed to have the same height as the edge portion. In particular, the concave portion 13 is formed flat so that the entire area is the same height, the convex portion 12 is also formed so that the highest point in all parts have the same height.
  • the diaphragm 10 is made of paper, the weight of the diaphragm 10 is slightly enhanced by the convex portion 12 and the bending rigidity and the torsional rigidity.
  • the convex portion 220 alone does not have sufficient effect of the stiffening reinforcement, there is still a problem that the acoustic characteristic distortion problem due to the resonance mode generated at the resonance frequency due to the material characteristics of the diaphragm 10 is not solved.
  • Prior art documents include US Patent No. 8,199,962, US Patent No. 6,026,929, US Patent No. 2,960,177, and the like.
  • the diaphragm according to the present invention aims to improve the acoustic characteristics of the speaker device by reinforcing the rigidity of the diaphragm.
  • the diaphragm of the speaker device includes a diaphragm having a long axis and a short axis orthogonal to the diaphragm, the edge portion being coupled to the diaphragm edge or frame and formed in a substantially planar shape; A convex portion located inside the edge portion and formed to be convex upward; And a concave portion located inside the convex portion and formed to be concave downward.
  • the height difference between the highest point of the convex portion and the lowest point of the concave portion in the central region is based on the cross section in the uniaxial direction. It is larger than the height difference between the highest point of the convex portion and the lowest point of the concave portion in the outer region in the long axis direction where the portion starts.
  • the height difference between the highest point of the convex portion and the lowest point of the concave portion at the point where the height difference between the highest point of the convex portion and the lowest point of the concave portion is small is the height of the highest point of the convex portion and the lowest point of the concave portion. It may be less than 30% of the height difference between the highest point of the convex portion and the lowest point of the concave portion at the point where the difference is greatest.
  • the height difference between the highest point of the convex portion and the lowest point of the concave portion, based on the cross section in the short axis direction, may become smaller toward the outer side in the major axis direction in the central region.
  • the height of the highest point of the convex portion of the central region may be higher than the height of the highest point of the convex portion of the outer region in the major axis direction in which the concave portion starts.
  • the height of the highest point of the convex portion may be lowered toward the outer side in the major axis direction from the central region based on the cross section in the short axis direction.
  • the height of the lowest point of the concave portion of the central region may be lower than the height of the lowest point of the concave portion of the outer region in the major axis direction in which the concave portion starts.
  • the height of the lowest point of the concave portion based on the cross section in the short axis direction may be increased from the central region to the outer domain in the long axis direction.
  • the convex portion may be formed in a smooth curved shape in which the central portion is convex with respect to the cross section in the long axis direction.
  • the concave portion may be formed in a smooth curved shape in which the center portion is concave with respect to the cross section in the long axis direction.
  • the convex portion may include a first connection portion formed in a smooth curved shape from the edge portion to the highest point of the convex portion with respect to the cross section in the short axis direction.
  • the concave portion may include a second connecting portion having at least a portion of the convex portion formed in a smooth curved shape from the highest point of the convex portion to the lowest point of the concave portion based on the cross section in the short axis direction.
  • the first connection portion may have a radius of curvature greater than the radius of curvature of the second connection portion with respect to the cross section in the short axis direction in the central region.
  • the second connecting portion may have a radius of curvature toward the outer side in the major axis direction from the central region.
  • the concave portion may include a second connection portion having a vertical surface portion in at least some sections from the highest point of the convex portion to the lowest point of the concave portion with respect to the cross section in the short axis direction.
  • a horizontal portion may be provided at the lowest point of the concave portion with respect to the cross section in the short axis direction.
  • the concave portion In the diaphragm of the speaker device, the concave portion, the height of the lowest point may be equal to or higher than the height of the edge portion.
  • the height of the lowest point in the central region is the same as the height of the edge portion, and the height of the lowest point may be higher than the height of the edge portion at the portion excluding the center region in the major axis direction.
  • the diaphragm of the loudspeaker device according to the present invention has a convex portion whose center is formed higher in the longitudinal axis than both ends thereof, thereby providing stronger rigidity to the diaphragm, thereby suppressing vibration caused by split vibration and resonance mode, thereby reducing acoustic characteristics of the speaker device. To improve the effect.
  • the shape of the concave portion is lower in the center of the longitudinal axis than both ends thereof, thereby providing stronger rigidity to the diaphragm, thereby suppressing the vibration caused by the split vibration and the resonance mode, thereby reducing the acoustic characteristics of the speaker device. To improve the effect.
  • the diaphragm of the loudspeaker device according to the present invention is formed in a shape in which the convex portion and the concave portion are complementary to each other in the long axis direction to provide stronger rigidity to the diaphragm, thereby suppressing the vibration caused by the split vibration and the resonance mode. It provides the effect of improving the acoustic characteristics of the device.
  • FIG. 1 is a top side view of a diaphragm of a speaker device according to a first embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a bottom side view of the diaphragm of the speaker device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a top view of a diaphragm of the speaker device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG 4 is a side view of a diaphragm of the speaker device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG 5 is a side cross-sectional view taken along line AA ′ of the diaphragm of the speaker device according to the first embodiment of the present invention.
  • Figure 6 is a detailed side cross-sectional view taken along the line A-A 'of the diaphragm of the speaker device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a front view of a diaphragm of the speaker device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG 8 is a front elevational view according to B-B 'of the diaphragm of the speaker device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a top side view of a diaphragm of the speaker device according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a bottom side view of a diaphragm of the speaker device according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG 11 is a top view of a diaphragm of the speaker device according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a side view of a diaphragm of the speaker device according to the second embodiment of the present invention.
  • Figure 13 is a side cross-sectional view taken along the line A-A 'of the diaphragm of the speaker device according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a detailed side cross-sectional view taken along the line A-A 'of the diaphragm of the speaker device according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 is a front view of a diaphragm of the speaker device according to the second embodiment of the present invention.
  • 16 is a front elevational view taken along line B-B 'of the diaphragm of the speaker device according to the second embodiment of the present invention.
  • 17 is a graph showing the maximum vibration displacement for each frequency of the diaphragm and the diaphragm according to the prior art of the speaker device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 19 is a top side view of a diaphragm of the speaker device according to the prior art.
  • FIG. 1 shows an upper side of a diaphragm of a speaker device according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 shows a lower side of a diaphragm according to a first embodiment of the present invention
  • 3 shows an upper surface of a diaphragm according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 4 shows a side surface of the diaphragm according to a first embodiment of the present invention
  • FIGS. 5 and 6 show a first embodiment of the present invention.
  • the side cross section A-A 'of the diaphragm which concerns on the example is shown.
  • 7 shows a front face of the diaphragm according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 8 shows a front end surface B-B 'of the diaphragm according to the first embodiment of the present invention.
  • the diaphragm 100 of the speaker device according to the first embodiment of the present invention is configured to include the edge portion 110, the convex portion 120, and the concave portion 130 in the same manner as the speaker device according to the prior art.
  • the diaphragm 100 has a long axis and a short axis orthogonal thereto, and has a rectangular or track shape. Compared with the circular or square diaphragm, the diaphragm 100 having such a shape is suitable to be mounted on a device including a display, but the vibration transmission path of the vibration along the vibration direction is not uniform, resulting in split vibration, which results in a frequency response characteristic. There is a falling structural problem. Accordingly, there is a need for an improved rigidity reinforcement structure than the conventional diaphragm 10 structure shown in FIG. 19.
  • the material of the diaphragm 100 is not particularly limited, but when the material of the relatively low rigidity paper or polymer film is used, the frequency response characteristic by the rigid reinforcement structure described later may be greatly improved.
  • the frequency response characteristic is improved due to the additional rigidity reinforcement. It works.
  • the diaphragm 100 of the present invention is not limited to the dynamic speaker driven by the voice coil, but may be applied to other driving systems including an electrostatic speaker or a piezo speaker.
  • Edge 110 engages the diaphragm edge or frame and is formed substantially in a plane.
  • the diaphragm edge is usually formed of an elastic material such as Thermoplastic PolyUrethane (TPU), and the inner side is coupled to the edge portion 110 and coupled with the frame of the speaker device through the bottom to provide a damping force to the diaphragm 100.
  • TPU Thermoplastic PolyUrethane
  • the diaphragm 100 and the diaphragm edge may be integrally formed.
  • the edge portion 110 may further include a diaphragm edge at the outermost portion.
  • the diaphragm 100 may be directly coupled to the frame of the speaker device without a component corresponding to the edge of the diaphragm.
  • the shape of the edge portion 110 may be formed at the same height in the entire area similar to the shape of the conventional diaphragm 200.
  • the convex portion 120 is positioned inside the edge portion and is convexly formed above the sound generating surface of the diaphragm 100.
  • the direction toward the outside of the speaker is defined as the upper surface
  • the direction toward the inside of the speaker is defined as the lower side.
  • the recess 130 is located inside the convex portion and is formed to be concave downward relative to the convex portion 120.
  • the highest point of the convex portion 120 does not mean the highest point of the entire convex portion 120, but means the highest point of the convex portion with respect to the cross section B-B 'in the uniaxial direction. . This is because the convex portion 120 may be entirely curved in the cross-section B-B 'in the uniaxial direction as shown in FIG. 8 according to the embodiment. Therefore, the highest point of the convex part 120 changes with the point which takes the cross section B-B 'of a uniaxial direction.
  • the "lowest point of the concave portion 130" does not mean the lowest point of the entire concave portion 130, but the lowest of the concave portion 130 with respect to the cross section B-B 'in the uniaxial direction. It means a point.
  • the difference d 1 is a height h 2-H of the highest point of the convex portion 120 and the height h of the lowest point of the recess 130 in the outer region in the major axis direction in which the recess 130 starts. 2-L ) to be larger than the difference (d 2 ).
  • the diaphragm 100 has a structural rigidity, in particular flexural stiffness, because the stress due to the shape of the convex portion 120 and the stress due to the shape of the concave portion 130 cross each other and act on the entire surface of the diaphragm 100. There is an effect that the torsional rigidity can be greatly improved.
  • the point where the height difference between the highest point of the convex portion 120 and the lowest point of the concave portion 130 is the smallest is the outer region in the long axis direction where the concave portion 130 starts, and conversely, the highest point of the convex portion 120.
  • the point where the height difference between the lowest point of the recess 130 is greatest is the central region in the long axis direction.
  • the greater the difference in height difference at both points may provide a stronger stiffness to the diaphragm 100. However, if there is too much difference, the stiffness may be rather weakened, and manufacturing costs may increase due to a sudden change in curvature, so the highest point and the concave portion 130 of the convex portion 120 at the minimum point are considered in this regard. It is preferable to set the height difference of the lowest point to be smaller than 30% of the height difference d 1 at the maximum point.
  • the height difference between the highest point of the convex portion 120 and the lowest point of the concave portion 130 based on the cross section B-B 'in the short axis direction is shown in FIG. 5 and FIG. 6 in the central region 141. It is preferable to form smaller toward the outer side 142 in the long axis direction, the highest point of the convex portion 120 is lowered toward the outer region 142 from the central region 141, so that the convex portion 120 has a central portion It may be formed in a convex smooth curved shape.
  • the lowest point of the concave portion 130 increases from the central region 141 to the outer region 142 so that the concave portion 130 may be formed in a smooth curved shape in which the central portion is concave.
  • the shape of the diaphragm 100 of the present invention is not limited thereto and may be configured such that the highest point of the convex portion 120 forms the same height or the lowest point of the concave portion 130 forms the same height in a specific region. It may be configured such that the highest point of the convex portion 120 or the lowest point of the concave portion 130 changes in a predetermined step.
  • the lowest point of the concave portion 130 has the same height in the major axis direction, but the height of the highest point of the convex portion 120 of the central region is higher than the height of the highest point of the convex portion 120 of the outer region.
  • the peaks of the convex portions 120 may all have the same height in the major axis direction, but the height of the lowest point of the recess 130 in the central region may be lower than the height of the peak of the outer region.
  • the rigidity reinforcing effect is reduced than the embodiment in which both the concave portion 130 and the convex portion 120 are changed.
  • FIG. 7 is a front view of the diaphragm 100 according to the exemplary embodiment of the present invention
  • FIG. 8 is a longitudinal cross-sectional view of the diaphragm 100 along the line B-B '.
  • the convex portion 120 may include a first connection portion formed in a smooth curved shape from the edge portion 110 to the highest point of the convex portion 120 based on the cross section in the short axis direction
  • the concave portion 130 may include
  • the second connection part may be formed to have a smooth curved shape from the highest point of the convex part 120 to the lowest point of the concave part 130 based on the cross section of the short axis direction.
  • the radius of curvature of the first connection portion located outside the center of the axial direction in the central region is larger than the radius of curvature of the second connection portion located inside.
  • the second connecting portion connecting the convex portion 120 and the concave portion 130 may be formed as the radius of curvature of the central portion is smaller and toward the outside.
  • Such a structure provides an effect of preventing the split vibration in the long axis direction because the concave portion 130 of the center portion has a steeper slope, thereby increasing the tension of the center portion that is most flexible.
  • the height of the lowest point of the recess 130 is preferably formed to be equal to or higher than the height of the edge portion 110 coupled with the edge.
  • the height of the lowest point in the central region is the edge portion 110. It is preferable that the height of the lowest point is higher than the height of the edge portion 110 at the same height as the height and the center region.
  • a convex shape is formed in the bottom portion of the diaphragm 100 in the region corresponding to the concave portion 130 in the downward direction, and in the case of the dynamic speaker, The portion may cause interference with the voice coil attached to the bottom of the diaphragm 100.
  • the lowest point height of the recess 130 may be lower than the height of the edge part 110.
  • FIG. 9 illustrates an upper side of the diaphragm of the speaker device according to the second embodiment of the present invention
  • FIG. 10 illustrates a lower side of the diaphragm according to the second embodiment of the present invention
  • 11 shows an upper surface of a diaphragm according to a second embodiment of the present invention
  • FIG. 12 shows a side of a diaphragm according to a second embodiment of the present invention
  • FIGS. 13 and 14 show a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 shows a front face of the diaphragm according to the second embodiment of the present invention
  • FIG. 16 shows a front end surface B-B 'of the diaphragm according to the second embodiment of the present invention.
  • the diaphragm 100 of the speaker device according to the second embodiment of the present invention also has a shape having a long axis and a short axis orthogonal thereto, and has a substantially rectangular or track shape.
  • the diaphragm of the second embodiment has a shape in which the extension portion extending outwardly from the edge portion 110 extending in the long axis direction is partially cut out. This is to provide a damping force to the vibrating surface of the diaphragm and further suppress split vibration.
  • the convex portion 120 positioned inside the edge portion 110 is convexly formed above the sound generating surface of the diaphragm 100, and the concave portion 130 positioned inside the convex portion is viewed from the side when viewed from the side. It is formed concave downward.
  • the width of the concave portion is uniform along the major axis direction except for both ends.
  • the point where the height difference between the highest point of the convex portion 120 and the lowest point of the concave portion 130 is the smallest is the outer region in the long axis direction where the concave portion 130 starts, and conversely, the highest point of the convex portion 120.
  • the point where the height difference between the lowest point of the recess 130 is greatest is the central region in the long axis direction.
  • the height difference between the highest point of the convex portion 120 and the lowest point of the concave portion 130 in the axial cross-section B-B ′ is outwardly in the long axis direction in the central region 141. It is preferable to form smaller toward the side 142, and the highest point of the convex portion 120 is lowered toward the outer region 142 from the central region 141, so that the convex portion 120 has a smooth curved shape in which the central portion is convex. It can be formed as. On the contrary, the lowest point of the concave portion 130 increases from the central region 141 to the outer region 142 so that the concave portion 130 may be formed in a smooth curved shape in which the central portion is concave.
  • the convex portion 120 may include a first connection portion formed in a smooth curved shape from the edge portion 110 to the highest point of the convex portion 120 based on the cross section in the short axis direction.
  • the concave portion 130 may include a second connection portion having a vertical surface portion 132 from the highest point of the convex portion 120 to the lowest point of the concave portion 130 with respect to the cross section in the short axis direction. Can be.
  • the rigidity of the diaphragm can be more secured, and the divided vibration can be further prevented.
  • the height of the lowest point of the recess 130 may not be lowered indefinitely, and the height of the lowest point of the central region is preferably the same as the height of the edge 110.
  • the lowest point of the recess 130 forming the second connection part in the second embodiment is as shown in FIGS. 15 and 16 in order to secure the maximum length of the vertically shaped portion in the state where the lowest point of the recess is determined.
  • 134 may be provided. That is, forming the horizontal portion 134 is to ensure the height of the vertical surface shape portion 132 as much as possible.
  • the vibration characteristics of the conventional diaphragm 10 and the diaphragm 100 of the present invention will be described with reference to the simulation data.
  • the materials, sizes, and applied pressures of the conventional diaphragm 10 and the diaphragm 100 of the present invention are set to be the same.
  • the length of the diaphragm 100 short axis was set to 10 mm
  • the length of the long axis is 71 mm.
  • the material of the diaphragm 100 was set to polyethylene.
  • the diaphragm 100 is surrounded by the edge of the TPU material, a bobbin of 13 mm diameter is coupled to the bottom of the diaphragm 100, and the voice coil wound on the bobbin has a force of 10 kpa upwards.
  • Fig. 19 shows the top of a conventional diaphragm 10 system used for stress simulation
  • Figs. 1 and 2 show the top and bottom of the diaphragm 100 system according to the invention used for stress simulation, respectively.
  • the first resonance mode is a vibration in which the center portion of the diaphragm 100 repeatedly moves up and down according to the driving force of the voice coil, and in the second resonance mode, the sides facing each other in the short axis direction of the diaphragm 100 are crossed in opposite directions.
  • the third resonant mode is a vibration that repeats rising and falling
  • the third resonant mode is a vibration in which the ends facing each other in the long axis direction of the diaphragm 100 repeats the rising and falling in the opposite direction
  • the fourth resonant mode is the vibration plate 100.
  • the vibration is twisted in the short axis direction, and the fifth-order resonant mode is confirmed through stress simulation as vibrations in which the ends facing each other in the long axis direction of the diaphragm 100 repeat the rising and falling in the same direction.
  • the first resonant mode, the third resonant mode, and the fifth resonant mode that vibrate in the long axis direction are mainly affected by the bending rigidity of the diaphragm 100
  • the second resonant mode and the fourth resonant mode that vibrate in the short axis direction are mainly the diaphragm.
  • the torsional stiffness of 100 is affected.
  • the resonance mode is generated due to the resonance frequency (resonance frequency) by the material and shape of the diaphragm 100, even if the material is the same, the maximum width of the vibration displacement at a particular frequency varies depending on the structural shape of the diaphragm.
  • the resonance mode vibration due to the resonance frequency is relatively amplified vibration irrespective of the audio signal, so it is preferable to suppress the output sound as much as possible.
  • the rigid reinforcement structure according to the present invention has a maximum displacement of only about 1/10 in the most peripheral primary resonance mode and the secondary resonance mode compared to the conventional simple track type rigid reinforcement structure. do.
  • the diaphragm 100 according to an embodiment of the present invention is only 1.346 mm in the same conditions It will have only a maximum displacement.
  • the complementary shapes of the convex portion 120 and the concave portion 130 of the present invention can effectively suppress the first resonance mode due to the split vibration by reinforcing the bending rigidity in the longitudinal direction of the diaphragm 100 in particular.
  • the asymmetrical shape of the first connection part and the second connection part may reinforce the torsional rigidity in the short axis direction of the diaphragm 100 to effectively suppress the secondary resonance mode.

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Abstract

본 발명에 따른 스피커 장치의 진동판은, 장축과 그에 직교하는 단축을 갖는 형상의 진동판에 있어서, 진동판 에지 또는 프레임과 결합하고, 실질적으로 평면으로 형성되는 가장자리부; 상기 가장자리부의 내측에 위치하고, 상부로 볼록하게 형성되는 볼록부; 및 상기 볼록부의 내측에 위치하고, 하부로 오목하게 형성되는 오목부;를 포함하여 구성되고, 단축방향의 단면을 기준으로, 중앙영역에서의 상기 볼록부의 최고점과 상기 오목부의 최저점의 높이 차이는 상기 오목부가 시작되는 장축 방향으로 바깥쪽 영역에서의 상기 볼록부의 최고점과 상기 오목부의 최저점의 높이 차이보다 큰 것을 특징으로 한다.

Description

스피커 장치의 진동판
본 발명은 스피커 장치의 진동판에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 진동판 표면에 강성보강 구조를 구비하여 원하지 않는 진동모드의 발생을 방지함으로써 음향특성을 개선할 수 있는 진동판에 관한 것이다.
스피커 장치에 사용되는 진동판은 스피커 드라이버에 의해 진동하여 음압을 발생시키는 기능을 수행한다. 스피커 드라이버는 자석과 전류의 상호작용에 의한 전자기력으로 상하진동을 발생시키는 보이스코일 및 자기회로이거나, 전압의 인가에 따라 상하진동을 발생시키는 압전소자이거나 전압의 인가에 의해 전기장을 발생시키는 콘덴서 등일 수 있다. 진동판의 물성은 스피커의 음향특성을 좌우한다. 고품질의 음향을 발생시키기 위해서는 첫째 진동판 자체의 무게가 가벼워야 하고, 둘째 진동판의 강성(stiffness)이 높아야 한다.
진동판의 무게는 스피커 효율과 관계되는데 이러한 관계는 틸/스몰(Thiele/Small) 파라미터를 통해 확인되며, 스피커 효율은 진동판을 포함한 진동계 무게의 제곱에 반비례하는 관계를 갖는다. 이러한 특성에 따라 진동판 무게가 무거울수록 스피커의 음압레벨(SPL : Sound Pressure Level)은 낮아지고, 공진주파수(f0)가 증가하여 저역 재생에 불리하다. 반대로 진동판 무게가 낮아질수록 스피커의 음압레벨(SPL)은 증가하여 보다 큰 음향을 발생시킬 수 있으며, 공진주파수(f0)가 감소하여 저역 재생대역이 높아진다.
진동판 강성은 스피커의 주파수 응답특성과 관계된다. 이상적인 진동판의 진동은 진동판 전체면이 균일하게 위아래로 움직이는 피스톤 운동이지만, 실제 진동판의 진동을 역학적으로 분석해보면 진동판 일부면에서의 분할진동, 팽창진동 등의 이상진동이 확인되는데, 이러한 이상진동은 특정 주파수에서 소멸간섭을 일으키고 결국 주파수 응답특성이 매끄럽지 않게되어 음향왜곡이 발생한다. 특히 주파수 응답특성 왜곡 문제는 상하 방향 및 좌우 방향의 길이가 다른 부품용 스피커에서 더욱 두드러진다. 텔레비전, 모니터, 노트북 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터, 스마트폰, 이동통신 단말기와 같이 디스플레이를 포함하는 전자장치에 사용되는 부품용 스피커는 디스플레이의 최외곽부의 베젤에 은닉되어 장착되기 위해 장축(좌우방향)과 단축(상하방향)을 갖는 긴 직사각형 형상의 평면을 갖는 경우가 많다. 이 경우 상하방향의 진동경로와 좌우방향의 진동경로의 길이가 상이하며, 서라운드가 결합하는 경계조건이 상하방향과 좌우방향이 상이하기 때문에 원형 스피커 또는 정사각형 스피커와 비교하여 주파수 응답특성이 매우 떨어지는 문제가 있다.
한편, 일반적인 스피커 재료의 성질은 무게가 가벼우면 강성이 떨어지고 반대로 강성이 높으면 무게가 무거워지는 관계를 갖는다. 예컨대 금속 진동판을 사용하면 강성에서 이점을 가지게 되어 비교적 우수한 주파수 응답특성을 얻을 수 있지만 무게가 증가하게 되어 SPL 및 f0가 떨어지는 문제가 있다. 이러한 문제를 해결할 수 있는 소재로는 알루미늄, 마그네슘 또는 두랄루민 등의 경금속 또는 탄소섬유, 유리섬유, 케블라 등의 신소재가 있다. 이러한 신소재는 무게가 가벼우면서도 강성이 우수하여 진동판 소재로 적합하지만, 소재자체의 가격이 비싼 문제가 있다. 즉, 고가의 음악 감상용 스피커의 진동판 소재로는 적합하나 저가의 부품용 스피커에서 사용하기에는 적합하지 않다.
부품용 스피커의 진동판 소재는 저가의 페이퍼 또는 폴리머 필름이 일반적이다. 이러한 소재는 무게가 가벼운 장점이 있지만 강성이 떨어지는 문제가 있다.
도 19는 종래기술에 따른 부품용 스피커 장치의 진동판(10)을 도시한다. 종래기술에 따른 진동판(10)은 가장자리부(11), 볼록부(12) 및 오목부(13)를 포함하여 구성된다. 진동판(10)은 일정한 두께의 종이를 프레스를 통해 성형하는 방법으로 제작된다. 가장자리부(11)는 탄성소재의 에지(edge)와 결합하거나 스피커 프레임에 결합하기 위해 평평하게 형성된다. 볼록부(12)는 진동판의 음향발생면 방향으로 볼록하게 형성되고 진동판(10) 전체면에 추가적인 강성을 제공하도록 환형으로 형성된다. 오목부(13)는 볼록부(12)의 내측에 형성되며, 가장자리부와 같은 높이를 갖도록 형성된다. 특히 오목부(13)는 전체면적이 동일한 높이가 되도록 평평하게 형성되고, 볼록부(12) 역시 모든 부분에서 최고점이 동일한 높이를 갖도록 형성된다.
이러한 종래의 구조에 따르면 진동판(10)은 종이로 구성되기 때문에 무게가 가벼우면서도 볼록부(12)에 의해 휨 강성 및 비틀림 강성이 다소 보강되는 효과가 있다. 그러나 볼록부(220)만으로는 강성보강의 효과가 충분하지 않기 때문에 여전히 진동판(10) 소재 특성에 기인한 공진주파수에서 발생하는 공진모드에 의한 음향특성 왜곡문제가 해결되지 않는 문제가 있다. 특히 종래기술에 따르면 볼록부(12)의 강성 보강에도 불구하고 1차 공진모드의 억제에 매우 취약한 점이 확인되었다. 예컨대 10kpa의 외력이 종래기술에 따른 진동판(10)에 가해지는 경우 1차 공진모드가 발생하는 215 Hz에서 진동판의 최대변위는 11.292mm에 이르는 것이 확인되었고 인간의 청력에 민감한 영역에 해당하는 해당 주파수에서 음의 왜곡이 심하게 발생하는 문제가 있다.
선행기술문헌으로는 미국특허공보 제8,199,962호, 미국특허공보 제6,026,929호, 미국특허공보 제2,960,177호 등이 있다.
본 발명에 따른 진동판은, 진동판의 강성을 보강하여 스피커 장치의 음향특성을 개선하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 스피커 장치의 진동판은, 장축과 그에 직교하는 단축을 갖는 형상의 진동판에 있어서, 진동판 에지 또는 프레임과 결합하고, 실질적으로 평면으로 형성되는 가장자리부; 상기 가장자리부의 내측에 위치하고, 상부로 볼록하게 형성되는 볼록부; 및 상기 볼록부의 내측에 위치하고, 하부로 오목하게 형성되는 오목부;를 포함하여 구성되고, 단축방향의 단면을 기준으로, 중앙영역에서의 상기 볼록부의 최고점과 상기 오목부의 최저점의 높이 차이는 상기 오목부가 시작되는 장축 방향으로 바깥쪽 영역에서의 상기 볼록부의 최고점과 상기 오목부의 최저점의 높이 차이 보다 크다.
상기 스피커 장치의 진동판에 있어서, 상기 볼록부의 최고점과 상기 오목부의 최저점의 높이 차이가 가장 작은 지점에서의 상기 볼록부의 최고점과 상기 오목부의 최저점의 높이 차이는 상기 볼록부의 최고점과 상기 오목부의 최저점의 높이 차이가 가장 큰 지점에서의 상기 볼록부의 최고점과 상기 오목부의 최저점의 높이 차이의 30% 보다 작을 수 있다.
상기 스피커 장치의 진동판에 있어서, 단축방향의 단면을 기준으로, 상기 볼록부의 최고점과 상기 오목부의 최저점의 높이 차이는 중앙 영역에서 장축방향으로 바깥쪽으로 갈수록 작아질 수 있다.
상기 스피커 장치의 진동판에 있어서, 단축방향의 단면을 기준으로, 중앙영역의 상기 볼록부의 최고점의 높이는 상기 오목부가 시작되는 장축방향으로 바깥쪽 영역의 상기 볼록부의 최고점의 높이 보다 높을 수 있다.
상기 스피커 장치의 진동판에 있어서, 단축방향의 단면을 기준으로, 상기 볼록부의 최고점의 높이는 중앙 영역에서 장축방향으로 바깥쪽으로 갈수록 낮아질 수 있다.
상기 스피커 장치의 진동판에 있어서, 단축방향의 단면을 기준으로, 중앙영역의 상기 오목부의 최저점의 높이는 상기 오목부가 시작되는 장축 방향으로 바깥쪽 영역의 상기 오목부의 최저점의 높이 보다 낮을 수 있다.
상기 스피커 장치의 진동판에 있어서, 단축방향의 단면을 기준으로, 상기 오목부의 최저점의 높이는 장축 방향으로 중앙 영역에서 바깥쪽 영영으로 갈수록 높아질 수 있다.
상기 스피커 장치의 진동판에 있어서, 상기 볼록부는, 장축방향의 단면을 기준으로 중앙부가 볼록한 부드러운 곡선형상으로 형성될 수 있다.
상기 스피커 장치의 진동판에 있어서, 상기 오목부는, 장축방향의 단면을 기준으로 중앙부가 오목한 부드러운 곡선형상으로 형성될 수 있다.
상기 스피커 장치의 진동판에 있어서, 상기 볼록부는, 단축방향의 단면을 기준으로 상기 가장자리부에서 상기 볼록부의 최고점까지 부드러운 곡선 형상으로 형성되는 제 1 연결부를 포함할 수 있다.
상기 스피커 장치의 진동판에 있어서, 상기 오목부는, 단축방향의 단면을 기준으로 상기 볼록부의 최고점에서 상기 오목부의 최저점까지 적어도 일부 구간이 부드러운 곡선 형상으로 형성되는 제 2 연결부를 포함할 수 있다.
상기 스피커 장치의 진동판에 있어서, 상기 제 1 연결부는, 중앙영역에서의 단축방향의 단면을 기준으로 상기 제 2 연결부의 곡률반경보다 큰 곡률반경을 가질 수 있다.
상기 스피커 장치의 진동판에 있어서, 상기 제 2 연결부는, 중앙영역에서 장축방향으로 바깥쪽으로 갈수록 곡률반경이 커질 수 있다.
상기 스피커 장치의 진동판에 있어서, 상기 오목부는 단축방향의 단면을 기준으로 상기 볼록부의 최고점에서 상기 오목부의 최저점까지 적어도 일부 구간에서 수직면 형상부를 구비하는 제 2 연결부를 포함할 수 있다.
상기 스피커 장치의 진동판에 있어서, 단축방향의 단면을 기준으로 상기 오목부의 최저점에는 수평부가 구비될 수 있다.
상기 스피커 장치의 진동판에 있어서, 상기 오목부는, 최저점의 높이가 상기 가장자리부의 높이와 같거나 그 보다 높을 수 있다.
상기 스피커 장치의 진동판에 있어서, 상기 오목부는, 중앙영역에서 최저점의 높이는 상기 가장자리부의 높이와 동일하고, 장축방향으로 중앙역역을 제외한 부분에서는 최저점의 높이가 상기 가장자리부의 높이보다 높을 수 있다.
본 발명에 따른 스피커 장치의 진동판은, 볼록부의 형상이 장축방향으로 중앙이 양 끝단에 비해 높게 형성되어 진동판에 보다 강한 강성을 제공함으로써 분할진동 및 공진모드에 의한 진동을 억제하여 스피커 장치의 음향특성을 개선하는 효과를 제공한다.
본 발명에 따른 스피커 장치의 진동판은, 오목부의 형상이 장축방향으로 중앙이 양 끝단에 비해 낮게 형성되어 진동판에 보다 강한 강성을 제공함으로써 분할진동 및 공진모드에 의한 진동을 억제하여 스피커 장치의 음향특성을 개선하는 효과를 제공한다.
본 발명에 따른 스피커 장치의 진동판은, 볼록부의 형상과 오목부의 형상이 장축방향으로 서로 상보적으로 엇갈리는 형상으로 형성되어 진동판에 보다 강한 강성을 제공함으로써 분할진동 및 공진모드에 의한 진동을 억제하여 스피커 장치의 음향특성을 개선하는 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 스피커 장치의 진동판의 상측면도.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 스피커 장치의 진동판의 하측면도.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 스피커 장치의 진동판의 상면도.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 스피커 장치의 진동판의 측면도.
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 스피커 장치의 진동판의 A-A'에 따른 측단면도.
도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 스피커 장치의 진동판의 A-A'에 따른 상세 측단면도.
도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 스피커 장치의 진동판의 정면도.
도 8은 본 발명의 제1실시예에 따른 스피커 장치의 진동판의 B-B'에 따른 정다면도.
도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 스피커 장치의 진동판의 상측면도.
도 10은 본 발명의 제2실시예에 따른 스피커 장치의 진동판의 하측면도.
도 11은 본 발명의 제2실시예에 따른 스피커 장치의 진동판의 상면도.
도 12는 본 발명의 제2실시예에 따른 스피커 장치의 진동판의 측면도.
도 13은 본 발명의 제2실시예에 따른 스피커 장치의 진동판의 A-A'에 따른 측단면도.
도 14는 본 발명의 제2실시예에 따른 스피커 장치의 진동판의 A-A'에 따른 상세 측단면도.
도 15는 본 발명의 제2실시예에 따른 스피커 장치의 진동판의 정면도.
도 16은 본 발명의 제2실시예에 따른 스피커 장치의 진동판의 B-B'에 따른 정다면도.
도 17은 본 발명의 실시예에 따른 스피커 장치의 진동판과 종래기술에 따른 진동판의 주파수별 최대진동변위를 도시하는 그래프.
도 18은 본 발명의 실시예에 따른 스피커 장치의 진동판과 종래기술에 따른 진동판의 주파수별 최대진동변위를 표시하는 비교표.
도 19는 종래기술에 따른 스피커 장치의 진동판의 상측면도.
부호의 설명은 다음과 같다.
100 : 진동판 110 : 가장자리부
120 : 볼록부 130 : 오목부
132: 수직면 형상부 134: 수평부
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명에 따른 스피커 장치의 진동판의 제1실시예를 설명한다. 도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 스피커 장치의 진동판의 상측면을 도시하고, 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 진동판의 하측면을 도시한다. 도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 진동판의 상면을 도시하고, 도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 진동판의 측면을 도시하고, 도 5 및 도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 진동판의 측단면(A-A')을 도시한다. 도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 진동판의 정면을 도시하고, 도 8은 본 발명의 제1실시예에 따른 진동판의 정단면(B-B')을 도시한다.
본 발명의 제1실시예에 따른 스피커 장치의 진동판(100)은 종래기술에 따른 스피커 장치와 동일하게 가장자리부(110), 볼록부(120), 및 오목부(130)를 포함하여 구성된다.
진동판(100)은 장축과 그에 직교하는 단축을 갖는 형상으로 직사각형 또는 트랙형의 형상을 갖는다. 원형 또는 정사각형의 진동판과 비교하여 이러한 형상의 진동판(100)은 디스플레이를 포함하는 장치에 장착되기 적합하지만, 진동방향에 따른 진동의 전달경로가 균일하지 못해 분할진동이 발생하고 이로 인해 주파수 응답특성이 떨어지는 구조적 문제가 있다. 따라서 도 19에 도시된 종래의 진동판(10) 구조 보다 개선된 강성보강 구조가 요구된다. 진동판(100)의 소재는 특별히 제한되지 않으나 상대적으로 강성이 낮은 종이 또는 폴리머 필름의 소재를 이용할 경우 후술하는 강성보강 구조에 의한 주파수 응답특성이 크게 개선될 수 있다. 물론 상대적으로 강성이 높은 스테인리스, 알루미늄, 마그네슘, 두랄루민, 탄소섬유, 유리섬유, 케블라 등의 소재의 진동판(100)에 본 발명에 따른 강성구조를 적용하는 경우에도 추가적인 강성보강으로 인한 주파수 응답특성 개선 효과가 있다.
한편 본 발명의 진동판(100)은 보이스코일에 의해 구동되는 다이나믹 스피커에만 제한되는 것은 아니고 정전형 스피커 또는 피에조 스피커를 포함하는 다른 구동방식의 스피커에도 적용이 가능하다.
가장자리부(110)는 진동판 에지 또는 프레임과 결합하고, 실질적으로 평면으로 형성된다. 진동판 에지는 통상 TPU(Thermoplastic PolyUrethane) 등의 탄성소재로 형성되며 가장자리부(110)에 내측이 결합하고 저면을 통해 스피커 장치의 프레임과 결합함으로써 진동판(100)에 감쇄력을 제공하는 기능을 수행한다. 다른 실시예에 있어서 진동판(100)과 진동판 에지가 일체로 형성될 수 있다. 이 경우 가장자리부(110)는 최외곽에 진동판 에지를 더 포함할 수 있다. 또한 마이크로 스피커와 같은 초소형 스피커의 경우 진동판 에지에 해당하는 구성요소 없이 진동판(100)이 직접 스피커 장치의 프레임과 결합할 수도 있다. 가장자리부(110)의 형상은 종래의 진동판(200)의 형상과 유사하게 전체 면적에 있어서 동일한 높이로 형성될 수 있다.
볼록부(120)는 가장자리부의 내측에 위치하고 진동판(100)의 음향발생면 상부로 볼록하게 형성된다. 본 명세서에서는 스피커의 바깥쪽을 향하는 방향을 상면으로 정의하고, 스피커의 내부를 향하는 방향을 하부로 정의한다.
오목부(130)는 볼록부의 내측에 위치하고 볼록부(120)와 비교하여 상대적으로 하부로 오목하게 형성된다.
이하에서는, 도 3 내지 도 8을 참조하여 볼록부(120)와 오목부(130)의 형상에 대해 상세히 설명한다. 본 명세서에서 "볼록부(120)의 최고점"은 전체 볼록부(120) 중 가장 높은 지점을 의미하는 것이 아니고, 단축방향의 단면(B-B')을 기준으로 볼록부의 가장 높은 지점을 의미한다. 이는 실시예에 따라 도 8에 도시된 바와 같이 단축방향의 단면(B-B')에서 볼록부(120)는 전체적으로 곡선형상일 수 있기 때문이다. 따라서 볼록부(120)의 최고점은 단축방향의 단면(B-B')을 취하는 지점에 따라서 달라진다. 동일한 이유에서 "오목부(130)의 최저점"은 전체 오목부(130) 중 가장 낮은 지점을 의미하는 것이 아니고, 단축방향의 단면(B-B')을 기준으로 오목부(130)의 가장 낮은 지점을 의미한다.
도 6에 도시된 바와 같이 단축방향의 단면을 기준으로, 중앙영역에서의 볼록부(120)의 최고점의 높이(h1-H)와 오목부(130)의 최저점의 높이(h1-L)의 차이(d1)는 오목부(130)가 시작되는 장축 방향으로 바깥쪽 영역에서의 볼록부(120)의 최고점의 높이(h2-H)와 오목부(130)의 최저점의 높이(h2-L)의 차이(d2) 보다 크도록 형성한다. 이러한 구조에 따르면 진동판(100)은 볼록부(120)의 형상에 의한 응력과 오목부(130)의 형상에 의한 응력이 서로 교차되어 진동판(100) 전면에 작용하기 때문에 구조적인 강성 특히 휨 강성과 비틀림 강성이 크게 향상될 수 있는 효과가 있다.
이때 볼록부(120)의 최고점과 상기 오목부(130)의 최저점의 높이 차이가 가장 작은 지점은 오목부(130)가 시작되는 장축 방향의 바깥쪽 영역이 되고, 반대로 볼록부(120)의 최고점과 오목부(130)의 최저점의 높이 차이가 가장 큰 지점은 장축 방향으로 중앙영역이 된다. 양 지점에서의 높이 차이의 차이가 클수록 진동판(100)에 강한 강성을 제공할 수 있다. 하지만 지나치게 차이가 있는 경우 오히려 강성이 약화될 수 있으며, 급격한 곡률변화로 인해 제조상의 비용이 증가할 수 있기 때문에 이러한 점을 고려하여 최소지점에서의 볼록부(120)의 최고점과 오목부(130)의 최저점의 높이 차이는 최대지점에서의 높이 차이(d1)의 30% 보다 작게 설정하는 것이 바람직하다.
한편 단축방향의 단면(B-B')을 기준으로, 볼록부(120)의 최고점과 오목부(130)의 최저점의 높이 차이는 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 중앙 영역(141)에서 장축방향으로 바깥쪽(142)으로 갈수록 작아지게 형성하는 것이 바람직하며, 중앙영역(141)에서 바깥쪽 영역(142)으로 갈수록 볼록부(120)의 최고점은 낮아져서, 볼록부(120)는 중앙부가 볼록한 부드러운 곡선 형상으로 형성될 수 있다. 반대로 중앙영역(141)에서 바깥쪽 영역(142)으로 갈수록 오목부(130)의 최저점은 높아져서 오목부(130)는 중앙부가 오목한 부드러운 곡선 형상으로 형성될 수 있다. 그러나 본 발명의 진동판(100)의 형상은 이에 제한되는 것은 아니고 특정 영역에서 볼록부(120)의 최고점이 동일한 높이를 형성하거나 오목부(130)의 최저점이 동일한 높이를 형성하도록 구성할 수도 있고, 일정한 스텝으로 볼록부(120)의 최고점 또는 오목부(130)의 최저점이 변화하도록 구성할 수도 있다.
실시예에 따라서는 오목부(130)의 최저점은 장축방향으로 모두 동일한 높이를 가지되, 중앙영역의 볼록부(120)의 최고점의 높이는 바깥쪽 영역의 볼록부(120)의 최고점의 높이 보다 높게 형성하거나, 반대로 볼록부(120)의 최고점은 장축방향으로 모두 동일한 높이를 가지되, 중앙영역의 오목부(130)의 최저점의 높이는 바깥쪽 영역의 최고점의 높이 보다 낮게 형성하는 것도 가능하다. 다만 이러한 실시예에 따르면 오목부(130)와 볼록부(120)가 모두 변화되는 실시예 보다 강성보강 효과가 저감된다.
이하에서는, 단축방향 단면의 형상특징에 대해 설명한다. 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 진동판(100)의 정면도이고, 도 8은 진동판(100)의 중앙부인 B-B'에 따른 단축방향 종단면도이다. 볼록부(120)는 단축방향의 단면을 기준으로 가장자리부(110)에서 볼록부(120)의 최고점까지 부드러운 곡선 형상으로 형성되는 제 1 연결부를 포함하여 구성될 수 있고, 오목부(130)는, 단축방향의 단면을 기준으로 볼록부(120)의 최고점에서 오목부(130)의 최저점까지 부드러운 곡선 형상으로 형성되는 제 2 연결부를 포함하여 구성될 수 있다. 물론 실시예에 따라서는 곡선 형상이 아닌 직선 형상으로 형성할 수도 있으나, 진동판(100) 제조의 편의성 및 진동판(100)의 내구성을 고려했을 때 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이 곡선 형상으로 형성하는 것이 바람직하다.
이때 중앙영역에서의 단축방향 단면을 기준으로 바깥쪽에 위치하는 제 1 연결부의 곡률반경은 안쪽에 위치하는 제 2 연결부의 곡률반경보다 크게 형성하는 것이 바람직하다. 이러한 형상은 응력분석 시뮬레이션 결과 보다 우수한 강성보강 효과를 제공하는 것으로 확인된다.
한편, 볼록부(120)와 오목부(130)를 연결하는 제 2 연결부는 중앙부의 곡률반경이 중앙부가 작고 바깥쪽으로 갈수록 크게 형성될 수 있다. 이러한 구조는 중앙부의 오목부(130)가 보다 가파른 경사를 갖도록 하여 가장 휘어지기가 쉬운 중앙부의 텐션을 상대적으로 크게 하기 때문에 장축방향으로의 분할진동을 방지하는 효과를 제공한다.
오목부(130)의 최저점의 높이는 엣지와 결합하는 가장자리부(110)의 높이와 같거나 그 보다 높게 형성하는 것이 바람직하며, 이 경우 오목부(130)는 중앙영역에서 최저점의 높이는 가장자리부(110)의 높이와 동일하고, 중앙역역을 제외한 부분에서는 최저점의 높이가 가장자리부(110)의 높이보다 높게 형성하는 것이 바람직하다. 오목부(130)의 최저점 높이가 가장자리부(110) 보다 낮아지면 진동판(100)의 저부에 오목부(130)에 대응하는 영역에서 아래 방향으로 볼록한 형상이 생성되고, 다이나믹 스피커의 경우 저면의 볼록한 부분이 진동판(100) 저면에 부착되는 보이스코일과 간섭을 발생시킬 수 있다. 물론 진동판(100) 저부에 다른 구성요소가 부착되지 않는 정전형 스피커 또는 피에조 스피커의 경우는 오목부(130)의 최저점 높이는 가장자리부(110)의 높이 보다 낮게 형성될 수 있다.
다음으로는 본 발명에 따른 스피커 장치의 진동판의 제2실시예를 설명한다. 다만 중복되는 피하기 위해 제1실시예와 중복되는 사항에 대해서는 그 설명을 생략하기로 한다. 도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 스피커 장치의 진동판의 상측면을 도시하고, 도 10은 본 발명의 제2실시예에 따른 진동판의 하측면을 도시한다. 도 11은 본 발명의 제2실시예에 따른 진동판의 상면을 도시하고, 도 12는 본 발명의 제2실시예에 따른 진동판의 측면을 도시하고, 도 13 및 도 14는 본 발명의 제2실시예에 따른 진동판의 측단면(A-A')을 도시한다. 도 15는 본 발명의 제2실시예에 따른 진동판의 정면을 도시하고, 도 16은 본 발명의 제2실시예에 따른 진동판의 정단면(B-B')을 도시한다.
본 발명의 제2실시예에 따른 스피커 장치의 진동판(100) 역시 장축과 그에 직교하는 단축을 갖는 형상으로 실질적으로 직사각형 또는 트랙형의 형상을 갖는다. 다만 제1실시예와 대비하여 제2실시예의 진동판은 장축방향으로 연장되는 가장자리부(110) 부분에서 외향 연장되는 연장부가 일부 절취된 형태를 가진다. 이는 진동판의 진동면에 감쇄력을 제공하고, 분할진동을 더욱 억제하기 위한 것이다.
가장자리부(110)의 내측에 위치하는 볼록부(120)는 진동판(100)의 음향발생면 상부로 볼록하게 형성되며, 볼록부의 내측에 위치하는 오목부(130)는 측면에서 보았을 때 볼록부로부터 하부로 오목하게 형성된다. 오목부의 폭은 양단부를 제외하면 장축 방향을 따라 균일하다.
도 14를 참조하면, 장축 방향의 중앙영역에서의 볼록부(120)의 최고점의 높이(h1-H)와 오목부(130)의 최저점의 높이(h1-L)의 차이(d1)는 오목부(130)가 시작되는 장축 방향으로 바깥쪽 영역에서의 볼록부(120)의 최고점의 높이(h2-H)와 오목부(130)의 최저점의 높이(h2-L)의 차이(d2)보다 크다. 이때 볼록부(120)의 최고점과 상기 오목부(130)의 최저점의 높이 차이가 가장 작은 지점은 오목부(130)가 시작되는 장축 방향의 바깥쪽 영역이 되고, 반대로 볼록부(120)의 최고점과 오목부(130)의 최저점의 높이 차이가 가장 큰 지점은 장축 방향으로 중앙영역이 된다.
도 13 및 도 14에 도시된 바와 같이 단축 방향 단면(B-B')에서 볼록부(120)의 최고점과 오목부(130)의 최저점의 높이 차이는, 중앙 영역(141)에서 장축방향으로 바깥쪽(142)으로 갈수록 작아지게 형성하는 것이 바람직하며, 중앙영역(141)에서 바깥쪽 영역(142)으로 갈수록 볼록부(120)의 최고점은 낮아져서, 볼록부(120)는 중앙부가 볼록한 부드러운 곡선 형상으로 형성될 수 있다. 반대로 중앙영역(141)에서 바깥쪽 영역(142)으로 갈수록 오목부(130)의 최저점은 높아져서 오목부(130)는 중앙부가 오목한 부드러운 곡선 형상으로 형성될 수 있다.
도 15 및 도 16을 참조하면, 볼록부(120)는 단축방향의 단면을 기준으로 가장자리부(110)에서 볼록부(120)의 최고점까지 부드러운 곡선 형상으로 형성되는 제 1 연결부를 포함하여 구성될 수 있고, 오목부(130)는, 단축방향의 단면을 기준으로 볼록부(120)의 최고점에서 오목부(130)의 최저점까지 수직면 형상부(132)를 구비하는 제 2 연결부를 포함하여 구성할 수 있다. 특히 제 2 연결부에 수직면 형상부를 형성하면 진동판의 강성을 더욱 크게 확보할 수 있어 분할 진동을 더욱 방지할 수 있다.
앞서 제1실시예와 관련하여 설명한 바와 같이 오목부(130)의 최저점의 높이는 무한정 밑으로 내려갈 수 없으며, 중앙영역의 최저점의 높이는 가장자리부(110)의 높이와 동일한 것이 바람직하다. 이처럼 오목부의 최저점의 높이가 정해져 있는 상태에서 수직면 형상부의 길이를 최대한 확보하기 위해 제2실시예에서는 제 2 연결부를 이루는 오목부(130)의 최저점이 도 15와 도 16에 도시된 바와 같이 수평부(134)를 구비하도록 할 수 있다. 즉 수평부(134)를 형성하는 것은 최대한 수직면 형상부(132)의 높이를 확보하기 위한 것이다.
이하에서는, 종래의 진동판(10)과 본 발명의 진동판(100)의 진동특성을 시뮬레이션 데이터를 참조하여 설명하도록 한다. 시뮬레이션을 위해 비교대상인 종래의 진동판(10)과 본 발명의 진동판(100)의 재질, 크기 및 인가되는 압력은 동일하게 설정하였다. 구체적으로 진동판(100) 단축의 길이는 10mm, 장축의 길이는 71mm으로 설정하였다. 진동판(100)의 소재는 폴리에틸렌으로 설정하였다. 일반적인 부품용 스피커 구조와 동일하게, 진동판(100)은 TPU 소재의 엣지가 둘러싸고, 진동판(100)의 저부에는 지름 13 mm의 보빈이 결합하고, 보빈에 권취된 보이스코일은 상부로 10 kpa의 힘을 전달하도록 설정하였다. 도 19는 응력 시뮬레이션에 사용한 종래의 진동판(10) 시스템의 상부를 도시하고, 도 1 및 도 2는 응력 시뮬레이션에 사용한 본 발명에 따른 진동판(100) 시스템의 상부 및 하부를 각각 도시한다.
응력 시뮬레이션의 결과는 아래 표 1과 같다. 도 17은 전체 주파수별 최대변위는 그래프를 도시하고, 도 18은 전체 주파수별 최대변위값을 표시한다.
종래기술 본 발명의 진동판(100)
주파수 변위 주파수 변위
1차 공진모드 215 Hz 11.292mm 214 Hz 1.346 mm
2차 공진모드 225 Hz 7.891mm 234 Hz 0.541 mm
3차 공진모드 452 Hz 0.029 mm 446 Hz 0.029 mm
4차 공진모드 593 Hz 0.022 mm 660 Hz 0.035 mm
5차 공진모드 702 Hz 1.402 mm 683 Hz 0.073 mm
1차 공진모드는 진동판(100)의 중앙부가 보이스코일의 구동력에 따라 상승 및 하강을 반복하는 진동이고, 2차 공진모드는 진동판(100)의 단축 방향으로 서로 마주하는 측면이 서로 반대방향으로 엇갈리게 상승 및 하강을 반복하는 진동이고, 3차 공진모드는 진동판(100)의 장축 방향으로 서로 마주하는 끝단이 서로 반대방향으로 상승 및 하강을 반복하는 진동이고, 4차 공진모드는 진동판(100)의 단축 방향으로 비틀리는 진동이고, 5차 공진모드는 진동판(100)의 장축 방향으로 서로 마주하는 끝단이 서로 같은 방향으로 상승 및 하강을 반복하는 진동으로 응력 시뮬레이션을 통해 확인된다. 장축 방향으로 진동하는 1차 공진모드, 3차 공진모드, 5차 공진모드는 주로 진동판(100)의 휨 강성의 영향을 받고, 단축 방향으로 진동하는 2차 공진모드, 4차 공진모드는 주로 진동판(100)의 비틀림 강성의 영향을 받는다.
한편, 공진모드는 진동판(100)의 소재 및 형상에 의한 공진주파수(resonance frequency)에 기인하여 발생하며, 소재가 동일하더라도 진동판의 구조적 형태에 따라 특정 주파수에서 진동변위의 최대폭이 달라진다. 오디오 신호의 인가에 의해 발생하는 정상진동과 달리 공진주파수에 기인한 공진모드 진동은 오디오 신호와 무관하게 상대적으로 증폭된 진동이기 때문에 출력음향을 왜곡시키기 때문에 최대한 억제하는 것이 바람직하다.
위 표에서와 같이 본 발명에 따른 강성보강 구조는 종래의 단순 트랙형 강성보강 구조와 비교하여 가장 주위적인 1차 공진모드 및 2차 공진모드에 있어서 약 1/10에 불과한 최대변위를 갖는 것이 확인된다. 특히 종래의 진동판(10)에서는 215 Hz에서는 10kpa의 외력에 의해 최대 변위가 무려 11.292 mm인 1차 공진모드를 나타내는 반면, 본 발명의 실시예에 따른 진동판(100)은 동일조건에서 불과 1.346 mm에 불과한 최대 변위를 갖게 된다. 즉, 본 발명의 볼록부(120)와 오목부(130)의 상보적 형상은 특히 진동판(100)의 장축 방향으로의 휨 강성을 보강하여 분할진동에 의한 1차 공진모드를 효과적으로 억제할 수 있을 뿐 아니라 제 1 연결부 및 제 2 연결부의 비대칭 형상은 진동판(100)의 단축 방향으로의 비틀림 강성을 보강하여 2차 공진모드 역시 효과적으로 억제할 수 있다.
상술한 발명이 산업상 이용 가능함은 자명하다.

Claims (17)

  1. 장축과 그에 직교하는 단축을 갖는 형상의 진동판에 있어서,
    가장자리부;
    상기 가장자리부의 내측에 위치하고, 상부로 볼록하게 형성되는 볼록부; 및
    상기 볼록부의 내측에 위치하고, 하부로 오목하게 형성되는 오목부;를 포함하여 구성되고,
    단축방향의 단면을 기준으로, 중앙영역에서의 상기 볼록부의 최고점과 상기 오목부의 최저점의 높이 차이는 상기 오목부가 시작되는 장축 방향의 바깥쪽 영역에서의 상기 볼록부의 최고점과 상기 오목부의 최저점의 높이 차이보다 큰 것을 특징으로 하는 스피커 장치의 진동판.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 볼록부의 최고점과 상기 오목부의 최저점의 높이 차이가 가장 작은 지점에서의 상기 볼록부의 최고점과 상기 오목부의 최저점의 높이 차이는 상기 볼록부의 최고점과 상기 오목부의 최저점의 높이 차이가 가장 큰 지점에서의 상기 볼록부의 최고점과 상기 오목부의 최저점의 높이 차이의 30% 보다 작은 것을 특징으로 하는 스피커 장치의 진동판.
  3. 제 1 항에 있어서,
    단축방향의 단면을 기준으로, 상기 볼록부의 최고점과 상기 오목부의 최저점의 높이 차이는 중앙 영역에서 장축방향으로 바깥쪽으로 갈수록 작아지는 구간을 포함하는 것을 특징으로 하는 스피커 장치의 진동판.
  4. 제 1 항에 있어서,
    단축방향의 단면을 기준으로, 중앙영역의 상기 볼록부의 최고점의 높이는 상기 오목부가 시작되는 장축방향으로 바깥쪽 영역의 상기 볼록부의 최고점의 높이 보다 높은 것을 특징으로 하는 스피커 장치의 진동판.
  5. 제 4 항에 있어서,
    단축방향의 단면을 기준으로, 상기 볼록부의 최고점의 높이는 중앙 영역에서 장축방향으로 바깥쪽으로 갈수록 낮아지는 것을 특징으로 하는 스피커 장치의 진동판.
  6. 제 1 항에 있어서,
    단축방향의 단면을 기준으로, 중앙영역의 상기 오목부의 최저점의 높이는 상기 오목부가 시작되는 장축 방향으로 바깥쪽 영역의 상기 오목부의 최저점의 높이 보다 낮은 것을 특징으로 하는 스피커 장치의 진동판.
  7. 제 6 항에 있어서,
    단축방향의 단면을 기준으로, 상기 오목부의 최저점의 높이는 장축 방향으로 중앙 영역에서 바깥쪽 영영으로 갈수록 높아지는 것을 특징으로 하는 스피커 장치의 진동판.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 볼록부는, 장축방향의 단면을 기준으로 중앙부가 볼록한 부드러운 곡선형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 스피커 장치의 진동판.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 오목부는, 장축방향의 단면을 기준으로 중앙부가 오목한 부드러운 곡선형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 스피커 장치의 진동판.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 볼록부는, 단축방향의 단면을 기준으로 상기 가장자리부에서 상기 볼록부의 최고점까지 부드러운 곡선 형상으로 형성되는 제 1 연결부를 포함하는 것을 특징으로 하는 스피커 장치의 진동판.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 오목부는, 단축방향의 단면을 기준으로 상기 볼록부의 최고점에서 상기 오목부의 최저점까지 적어도 일부 구간이 부드러운 곡선 형상으로 형성되는 제 2 연결부를 포함하는 것을 특징으로 하는 스피커 장치의 진동판.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 연결부는, 중앙영역에서의 단축방향의 단면을 기준으로 상기 제 2 연결부의 곡률반경보다 큰 곡률반경을 갖는 것을 특징으로 하는 스피커 장치의 진동판.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 2 연결부는, 중앙영역에서 장축방향으로 바깥쪽으로 갈수록 곡률반경이 커지는 것을 특징으로 하는 스피커 장치의 진동판.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 오목부는, 단축방향의 단면을 기준으로 상기 볼록부의 최고점에서 상기 오목부의 최저점까지 적어도 일부 구간에서 수직면 형상부를 구비하는 제 2 연결부를 포함하는 것을 특징으로 하는 스피커 장치의 진동판.
  15. 제 14 항에 있어서,
    단축방향의 단면을 기준으로 상기 오목부의 최저점에는 수평부가 구비되는 것을 특징으로 하는 스피커 장치의 진동판.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 가장자리부는 실질적으로 평면으로 형성되고,
    상기 오목부는, 최저점의 높이가 상기 가장자리부의 높이와 같거나 그보다 높은 것을 특징으로 하는 스피커 장치의 진동판.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 오목부는, 중앙영역에서 최저점의 높이는 상기 가장자리부의 높이와 동일하고, 장축방향으로 중앙역역을 제외한 부분에서는 최저점의 높이가 상기 가장자리부의 높이보다 높은 것을 특징으로 하는 스피커 장치의 진동판.
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