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KR100228917B1 - 음발생장치 - Google Patents

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Publication number
KR100228917B1
KR100228917B1 KR1019960700226A KR19960700226A KR100228917B1 KR 100228917 B1 KR100228917 B1 KR 100228917B1 KR 1019960700226 A KR1019960700226 A KR 1019960700226A KR 19960700226 A KR19960700226 A KR 19960700226A KR 100228917 B1 KR100228917 B1 KR 100228917B1
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KR
South Korea
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piezoelectric
diaphragm
piezoelectric diaphragm
diaphragms
central portion
Prior art date
Application number
KR1019960700226A
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English (en)
Inventor
시게루 쓰쓰미
Original Assignee
쓰스미 시게루
신세이 코포레이션
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Publication date
Application filed by 쓰스미 시게루, 신세이 코포레이션 filed Critical 쓰스미 시게루
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    • H04R1/00—Details of transducers, loudspeakers or microphones
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    • H04R1/32—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics for obtaining desired directional characteristic only
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Abstract

음향 진동판(11)의 구동장치(14)는 스피커 프레임(10) 및 음향 진동판(11) 사이에 배열된다. 구동장치(14)는 일정 거리를 두고 상호 떨어져 배열되는 한쌍의 압전 진동판(1,2)으로 구성된다. 압전 진동판(1,2)이 외주는 환상 간격자(7)에 의해 상호 연결된다. 구동신호가 압전 진동판(1,2)에 인가될때, 압전 진동판(1,2)은 그 중심이 교대로 반대방향으로 구부러지도록 반복적으로 굽힘 운동을 행한다. 이때, 압전 진동판(1,2)의 굽힘 방향은 항상 서로 반대가 된다.

Description

음발생장치
제1도는 I형 모듈의 측단면도.
제2도는 제1도에 도시한 모듈의 정면도.
제3도는 제1도에 도시한 모듈의 동작 설명도.
제4도는 II형 모듈의 측단면도.
제5도는 제4도에 도시한 모듈의 사시도.
제6도는 제4도에 도시한 모듈의 동작 설명도.
제7도는 여러가지 구동장치의 도시도.
제8도는 제1도에 도시한 I형 모듈을 사용하는 스피커의 측단면도.
제9도는 제8도의 일부 확대 측단면도.
제10도는 또다른 실시예를 보인 스피커의 일부 측단면도.
제11도는 또다른 실시예를 보인 스피커의 일부 측단면도.
제12도는 제4도에 도시한 II형 모듈을 사용하는 스피커의 측단면도.
제13도는 제12도의 일부 확대 측단면도.
제14도는 II형 모듈의 사시도.
제15도는 또다른 실시예를 보인 스피커의 일부 측단면도.
제16도는 또다른 실시예를 보인 스피커의 일부 측단면도.
제17도는 또다른 실시예를 보인 스피커의 일부 측단면도.
제18도는 또다른 실시예를 보인 스피커의 일부 측단면도.
제19도는 제18도의 변형예를 보인 스피커의 일부 측단면도.
제20도는 또다른 실시예를 보인 스피커의 일부 측단면도.
제21도는 또다른 실시예를 보인 스피커의 일부 측단면도.
제22도는 제21도의 일부 확대 측단면도.
제23도는 주파수 f 및 음압 P의 관계도.
제24도는 또다른 실시예를 보인 스피커의 정면도.
제25도는 제24도의 XXV-XXV선 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1,2,8,9 : 압전 진동판 3,3a,3b,3c : 연결봉
4 : 압전 세라믹층 5,6 : 도선
7,19 : 환상 간격자 10 : 스피커 프레임
11 : 음향 진동판 12,14,22,24,25 : 구동장치
18 : 공기 댐퍼실
본 발명은 음발생장치에 관한 것이다.
압전 진동판의 경우, 한쪽에만 압전 세라믹층이 형성되어 있는 디스크 형상의 금속 박판으로 이루어진 유니모프 및 양쪽에 압전 세라믹층이 형성되어 있는 디스크 형상의 금속 박판으로 이루어진 바이모프가 공지되어 있다. 이들 유니모프 및 바이모프형 압전 진동판은, 압전 세라믹층에 인가되는 전압이 변할 때 압전 진동판의 중심이 교대로 반대방향으로 구부러지는 굽힘 진동을 일으킨다. 압전 진동판의 그러한 굽힘 진동을 사용하여 음을 발생시키는 스피커는 공지되어 있다. 그러한 종래의 스피커에 있어서는, 압전 진동판의 주변부가 통상적으로 스피커의 프레임에 의해 지지되어 있고, 압전 진동판의 중심은 음향 진동판에 연결되어 있고, 음향 진동판은 압전 진동판에 의해 진동하여 음을 생성할 수 있도록 되어 있다(일본국 특개소 60-182300호 참조).
그러나, 이 압전 진동판은 공명점에서 높은 자연 주파수와 높은 Q값을 가지며, 주파수가 떨어짐에 따라 음압이 감소되는 성질을 갖는다. 따라서, 종래의 경우와 같이, 압전 진동판의 진동이 단지 음향 진동판에 직접 전송될 때, 음이 왜곡되고, 베이스 음압이 공명점에서 불충분하다는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 베이스 영역에서도 충분히 높은 음압을 제공할 수 있는 음발생장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따라, 상호 양방향으로 간격을 두고 배열되는 다수의 압전 진동판을 갖춘 구동장치에 제공된 음발생장치로서, 인접한 압전 진동판의 주변부 및 중심이 상호 연결되고, 인접한 압전 진동판은 상호 반대방향으로 구부러질 수 있도록 되어 있고, 상기 다수의 압전 진동판의 일단부에 위치하는 압전 진동판은 음향 진동판에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 음발생장치가 제공된다.
이하, 첨부도면을 통해 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
제1도 및 제2도는 음발생장치의 음향 진동판을 구동하는 구동장치의 일예를 보인 것이다. 제1도 및 제2도에 있어서, 구동장치는 축방향으로 일정 거리를 두고 상호 떨어져 배열된 금속으로 된 한쌍의 디스크 형상 압전 진동판(1,2)으로 구성되어 있다. 이들 압전 진동판(1,2)의 중심은 금속 또는 플라스틱 연결봉(3)에 의해 상호 연결되어 있다. 압전 진동판(1,2)의 양쪽에는 환상 압전 세라믹층(4)이 형성되어 있다. 따라서, 제1도 및 제2도에 도시한 예에서, 압전 진동판(1,2)은 바이모프로 이루어져 있다.
제1도는 화살표 K에 의한 압전 진동판(1,2)의 압전 세라믹층(4)의 편광방향을 보인 것이다. 제1도에 도시한 바와 같이, 압전 진동판(1,2)은, 하나의 압전 진동판(1)의 압전 세라믹층(4)의 편광방향(K)이 다른 압전 진동판(2)의 압전 세라믹층(4)의 편광방향(K)과 반대가 되도록, 연결봉(3)에 의해 연결되어 있다. 압전 진동판(2)은 도선(5)에 통해 접지되어 있다. 동일한 구동전압이 도선(6)을 통해 압전 세라믹(4)의 표면에 형성된 박막 전극에 인가된다.
전압이 압전 진동판(1,2)의 압전 세라믹층(4)의 박막 전극에 인가되면, 압전 진동판(1,2)의 한쪽에 형성된 압전 세라믹층(4)이 방사상 방향으로 늘어나는 반면, 다른쪽에 형성된 압전 세라믹층(4)은 줄어든다. 그 결과, 압전 진동판(1,2)은 구부러진다. 제1도에 도시한 예에 있어서, 앞서 언급한 바와 같이, 압전 진동판(1,2)의 압전 세라믹층(4)의 편광방향(K)은 상호 반대가 된다. 이 경우, 양의 전압 및 음의 전압이 교대로 도선(6)을 통해 압전 세라믹층(4)의 박막 전극으로 인가되며, 압전 진동판(1,2)은 제3(a)도 및 제3(b)도에 도시한 바와 같이, 상호 반대방향으로 구부러진다. 즉, 압전 진동판(1,2)이 밖으로 구부러져서 제3(a)도에 도시한 바와 같이 볼록하게 되고, 안쪽으로 구부러져서 제3(b)도에 도시한 바와 같이 오목하게 되는 상태가 교대로 반복된다.
이 경우, 제3(a)도에 도시한 상태에서의 압전 진동판(1,2)의 주변부 사이의 거리를 S1, 제3(b)도에 도시한 상태에서의 압전 진동판(1,2)의 주변부 사이의 거리를 S2라고 하면, 압전 진동판(1,2)의 주변부의 변위량 △S=S2-S1이 된다. 따라서, 변위량이 구동장치의 출력으로서 사용되며, 구동장치의 출력 스트로크는 △S(=S2-S1)이 된다. 이 스트로크는 단일 압전 진동판을 사용하였을 때 얻는 스트로크의 두배이다. 따라서, 제1도에 도시한 구동장치의 경우, 단일 압전 진동판을 사용하였을 때의 스트로크의 출력의 두배인 스트로크 출력을 생성할 수 있다.
이렇게 한쌍의 압전 진동판(1,2)을 사용하여 출력 스트로크를 증가시킬 수 있다. 제1도에 도시한 쌍으로 된 압전 진동판(1,2)은 출력 스트로크를 증가시킬 수 있는 압전 진동판의 조압의 가장 작은 단위를 보여준다. 이 가장 작은 단위의 조압은 "모듈"로 불리워진다. 제1도에 도시한 바와 같이 쌍으로 된 압전 진동판(1,2)의 중심을 연결하여 얻어지는 모듈은, 이하에서는 "I형 모듈"로서 지칭된다.
제4도 및 제5도는 제1도에 도시한 모듈과는 다른 구성을 취하는 모듈을 보여주고 있다. 제4도 및 제5도에 있어서, 제1도와 유사한 구성요소에는 동일한 도면부호가 부여되어 있다.
제4도 및 제5도에 있어서, 쌍으로 된 압전 진동판(1,2)의 주변부는 압전 진동판(1,2)의 주변부를 따라 연장되는 환상의 금속 간격자(7)에 부착되어 있다. 따라서, 제4도 및 제5도에 도시한 예에서, 쌍으로 된 압전 진동판(1,2)은 환상 간격자(7)를 통해 상호 연결되어 있다. 제4도 및 제5도에 도시한 예에 있어서도, 하나의 압전 진동판(1)의 압전 세라믹층(4)의 편광방향(K)는 다른 압전 진동판(2)의 압전 세라믹층(4)의 편광방향(K)과 반대이고, 동일한 구동전압이 도선(6)을 통해 압전 세라믹층(4)의 박막 전극에 인가된다. 따라서, 이 경우에 있어서도, 양의 전압 및 음의 전압이 교대로 압전 세라믹층(4)의 박막 전극에 인가될 때, 압전 진동판(1,2)이 교대로 제6(a)도 및 제6(b)도에 도시한 바와 같이 반대방향으로 구부러진다.
이 경우, 제6(a)도에 도시한 상태에서의 압전 진동판(1,2)의 중심 사이의 거리를 S1, 제6(b)도에 도시한 상태에서의 압전 진동판(1,2)의 중심 사이의 거리를 S2라고 하면, 압전 진동판(1,2)의 중심의 변위량 △S=S2-S1이 된다. 따라서, 변위량이 구동장치의 출력으로서 사용되면, 구동장치의 출력 스트로크는 △S(=S2-S1)이 된다. 이 스트로크는 단일 압전 진동판을 사용하였을 때 얻는 스트로크의 두배이다. 따라서, 제4도에 도시한 구동장치의 경우, 단일 압전 진동판을 사용하였을 때의 스트로크의 출력의 두배인 스트로크 출력을 생성할 수 있다. 제4도에 도시한 바와 같이 쌍으로 된 압전 진동판(1,2)의 주변부를 연결하여 얻어지는 모듈은, 이하에서는 "II형 모듈"로서 지칭된다.
한쌍의 압전 진동판(1,2)의 사용하는 경우의 대표적인 모듈은 위에서 설명한 I형 및 II형 모듈이다. 이들 모듈은 세개 이상의 압전 진동판으로 된 여러가지 조합으로 구성되는 구동장치를 준비하기 위한 근거로서 사용될 수도 있다. 이들 구동장치의 전형적인 예가 제7도에 도시되어 있다. 제7도에 있어서, 두개의 압전 진동판과 세로로 도시된 구동장치는 상기에서 설명한 I형 및 II형 모듈이다.
제7도에는, 세개의 압전 진동판의 조합으로 구성된 구동장치가 III형 및 IV형으로 도시되어 있다. III형으로 도시된 구동장치는 II형 모듈과 단일 압전 진동판(8)의 조합으로, II형 모듈의 일부를 구성하는 압전 진동판(8)의 중심과 단일 압전 진동판(8)의 중심을 연결봉(3)을 통해 연결함으로써 형성된다. 이 구동장치에 있어서는, 구동전압이 인가될 때, 압전 진동판(2) 및 압전 진동판(8)이 상호 반대방향으로 구부러진다. 따라서, 이 구동장치는 단일 압전 진동판을 사용할 때의 출력 스트로크의 세배 크기의 출력 스트로크를 제공한다.
IV형으로서 도시된 구동장치 또한 II형 모듈과 단일 압전 진동판(9)의 조합으로, II형 모듈의 일부를 구성하는 압전 진동판(1)의 중심과 단일 압전 진동판(9)의 중심을 연결봉(3)을 통해 연결함으로써 형성된다. 이 구동장치에 있어서도, 구동전압이 인가될 때, 압전 진동판(1) 및 압전 진동판(9)이 상호 반대방향으로 구부러진다. 따라서, 이 구동장치 역시 단일 압전 진동판을 사용할 때의 출력 스트로크의 세배 크기의 출력 스트로크를 제공한다.
한편, 제7도에 도시한 바와 같이, 4개의 압전 진동판의 조합으로 구성된 구동장치는 V형 및 VI형으로서 도시되어 있다. V형으로 도시된 구동장치는 II형 모듈 및 두개의 압전 진동판(8,9)의 조합이다. 달리보면, II형 모듈은 I형 모듈의 쌍으로 된 압전 진동판(1,2) 사이에 삽입된다. 즉, 이 구동장치는 II형 모듈의 일부를 구성하는 하나의 압전 진동판(1)의 중심과 압전 진동판(9)의 중심을 연결봉을 통해 연결하고, II형 모듈을 구성하는 다른 압전 진동판(2)과 압전 진동판(8)의 중심을 연결봉(3)을 통해 연결함으로써 형성된다. 이 구동장치에 있어서는, 구동전압이 인가될 때, 압전 진동판(1) 및 압전 진동판(9)은 상호 반대방향으로 구부러지며, 압전 진동판(2) 및 압전 진동판(8)은 상호 반대방향으로 구부러짐으로써, 단일의 압전 진동판을 사용하였을 때의 출력 스트로크의 4배 크기의 출력 스트로크를 얻을 수 있다.
한편, VI형으로 도시된 구동장치는 II형 모듈의 조합으로, 상호 간격을 두고 배치된 압전 진동판(1,2)의 중심을 연결봉(3)을 통해 연결함으로써 형성된다. 이 구동장치에 있어서도, 단일의 압전 진동판을 사용하였을 때의 출력 스트로크의 4배 크기의 출력 스트로크를 얻을 수 있다.
또한, 제7도에 도시한 바와 같이, 5개의 압전 진동판의 조합으로 구성된 구동장치는 VII형 및 VIII형으로 도시되어 있다. 6개의 압전 진동판의 조합으로 구성된 구동장치는 IX형 및 X형으로 도시되어 있다. VII형, VIII형, IX형 및 X형 구동장치의 구성은 제7도에 상세히 도시되어 있으므로, 상세한 설명은 불필요하지만, VII형, VIII형, IX형 및 X형 구동장치에 있어서 구동전압이 인가될 때 상호 인접한 압전 진동판(1,2,8,9)는 상호 반대방향으로 구부러진다. 따라서, VII형 및 VIII형 구동장치에 있어서는 단일 압전 진동판을 사용하였을 때의 출력 스트로크의 5배 크기의 출력 스트로크를 얻는 반면, IX형 및 X형 구동장치에 있어서는 단일 압전 진동판을 사용하였을 때의 출력 스트로크의 6배 크기의 출력 스트로크를 얻는다. 제7도에는 도시되어 있지 않지만, 유사한 방식으로 7개 또는 그 이상의 압전 진동판으로 구성되는 구동장치를 형성할 수 있음을 주목할 필요가 있다.
이하에서는, 제7도에 도시한 구동장치를 사용하여 음향 진동판을 구동하는 음발생장치의 대표적인 예를 설명하기로 한다.
제8도 및 제9도는 본 발명을 스피커에 응용한 경우와 제1도에 도시한 I형 모듈을 스피커용 구동장치로서 사용한 것을 보인 것이다.
제8도 및 제9도에서, 도면부호 10은 스피커 프레임이고, 11은 음향 진동판이다. 음향 진동판(11)의 외주는 스피커 프레임(10)의 외주에 접합되어 있다. 또한, 패킹(11a)이 음향 진동판(11)의 외주에 접합되어 있다. 제8도 및 제9도에 도시한 실시예에서, 음향 진동판(11)은 콘페이퍼로 형성되어 있지만, 음향 진동판(11)은 나무, 플라스틱 또는 금속 박판으로 형성될 수도 있다. 음향 진동판(11)의 내주는 구동장치(12)의 압전 진동판(1)중 하나의 외주에 연결되어 있는 반면, 구동장치(12)의 다른 압전 진동판(1)의 외주는 스피커 프레임(10)에 연결되어 있다.
서두에서 설명한 바와 같이, 압전 진동판은 높은 자연 주파수를 가지며, 이 주파수가 떨어지면 음압이 떨어진다. 그러나, 제8도 및 제9도에 도시한 실시예에서, 구동장치(12)에 의해 음향 진동판에 제공되는 구동 스트로크는 단일 압전 진동판을 사용했을 경우의 구동 스트로크의 두배가 되기 때문에, 저주파수 영역에서도 음향 진동판(11)의 진폭은 더 커지며, 따라서 베이스 음압이 더욱 높아질 수 있다.
또한, 쌍으로 된 압전 진동판(1,2)이 연결봉(3)에 의해 상호 연결되면, 구동장치(12)의 자연 주파수는 압전 진동판의 자연 주파수보다 현저히 낮아지며, 그 결과 공명점은 저주파수쪽으로 이동한다. 따라서, 이 관점에서도, 저주파수 영역에서의 음향 진동판의 진폭이 더욱 커지며, 따라서 베이스 음압은 더욱 높게 상승할 수 있다.
제10도는 또다른 실시예를 보인 것이다. 제10도에 도시한 바와 같이, 구동장치(13)의 자연 주파수를 더욱 낮게 하고 넓은 주파수 영역에 걸쳐서 음압을 편평하게 하기 위해, 고무로 된 환상 탄성부재(13)가 압전 진동판(2)의 외주에 부착되어 있다. 즉, 제10도에 도시한 바와 같이, 탄성부재(13)는 비교적 큰 질량이기 때문에, 구동장치(13)의 자연 주파수를 더욱 감소시킬 수 있고, 따라서 베이스 음압조차도 상승시킬 수 있다. 또한, 구동장치(13)의 자연 주파수가 감소되면, 공명점은 베이스 영역에서 나타나지만, 탄성부재(13)는 이 공명점에서의 Q값을 감소시키고 고주파수 영역에서 나타나는 다음으로 높은 공명점에서의 Q값을 감소시킨다.
즉, 탄성부재(13)는 상기에서 설명한 비교적 큰 질량을 갖기 때문에, 이 탄성부재(13)는 그 관성으로 인해 전후방향으로 압전 진동판(2)의 주변부의 운동을 억제하는 작용을 한다. 따라서, 제10도에 도시한 바와 같이, 탄성부재(13)가 스피커 프레임(10)에 의해 지지되지 않아도, 압전 진동판(1,2)이 굽힘운동을 시작할 때 음향 진동판(11)이 진동하게 된다. 그러나, 압전 진동판(2)의 굽힘 운동 속도가 느릴 때, 즉 저주파수 영역에 있을 때, 탄성 부재(13)는 전체적으로 압전 진동판(2)의 주변부의 운동에 따라 이동한다. 이와는 반대로, 압전 진동판(2)의 굽힘 운동이 빠를 때, 즉 고주파수 영역에 있을 때, 탄성 부재(13)는 전체적으로 압전 진동판(2)의 주변부의 운동에 따를 수 없으며, 따라서 탄성 부재(13)의 외주의 운동은 탄성 부재(13)의 내주의 운동 뒤로 처지게 된다. 그 결과, 탄성 부재(13)는 변형된다. 이 변형운동은 반복된다.
탄성 부재(13)의 이러한 변형은 진동 에너지로 인해 발생되며, 따라서 탄성 부재(13)의 변형량이 크면 클수록, 탄성 부재(13)의 변형을 야기하는데 소비되는 진동 에너지가 더 커지게 된다. 부연하면, 탄성 부재의 변형량이 커지면 커질수록, 탄성 부재(13)에 의해 흡수되는 진동 에너지는 더욱 커진다. 그러나, 위에서 설명한 바와 같이, 주파수가 높으면 높을수록 탄성 부재(13)의 변형량은 더 커지게 된다. 따라서, 제10도에 도시한 바와 같이, 탄성 부재(13)가 압전 진동판(2)에 부착되면, 이 탄성 부재(13)에 의한 고주파수 진동을 감쇠시킬 수 있게 된다. 그 결과, 저주파수 영역의 진폭을 비교적 증가시킬 수 있고, 따라서 베이스 음압을 상승시킬 수 있다.
한편, 공명점에서는, 진폭이 커질뿐 아니라, 압전 진동판(2)의 굽힘 운동 속도도 더욱 빨라지며, 따라서 공명점에서의 진동은 탄성 부재(13)에 의해 감쇠된다. 따라서, 탄성 부재(13)가 압전 진동판(2)에 부착되면, Q값은 더욱 작아지고, 따라서 넓은 주파수 영역에 걸쳐 음압은 편평해질 수 있다.
제11도는 또다른 실시예를 보인 것이다. 이 실시예에서, 환상 탄성 부재(13)의 외주는 스피커 프레임(10)에 부착되어 있다. 탄성 부재(13)의 외주가 이렇게 스피커 프레임(10)에 부착되면, 고주파수 진동이 일어날 때의 탄성 부재(13)의 변형량이 더욱 커지고, 따라서 고주파수 진동을 더욱 감소시킬 수 있고 Q값을 더욱 감소시킬 수 있다. 또한, 탄성 부재(13)의 외주가 스피커 프레임(10)에 부착되면, 저주파수 진동이 발생될때 전후방향으로 압전 진동판(2)의 외주의 운동량을 크게 억제할 수 있게 된다. 그 결과, 저주파수 영역에서의 음향 진동판(11)의 진폭을 증가시킬 수 있고, 따라서 베이스 음압을 증가시킬 수 있다.
제12도 내지 제14도는 제4도에 도시한 II형 모듈을 스피커의 구동장치로서 사용한 예를 보인 것이다.
제12도 및 제13도에 있어서, II형 모듈로 구성된 구성장치(14)는 음향 진동판(11) 및 스피커 프레임(10) 사이에 배열되어 있다. II형 모듈을 구성하는 하나의 압전 진동판(1)의 중심은 예를 들어 너트(15)에 의해 금속 또는 플라스틱 연결 봉(3a)을 통해 음향 진동판(11)의 중심에 연결되어 있는 반면, II형 모듈을 구성하는 다른 압전 진동판(2)의 중심은 예를 들어 너트(16)에 의해 금속 또는 플라스틱 연결봉(3b)을 통해 스피커 프레임(10)에 연결되어 있다. 이 실시예에서도, 구동장치(14)에 의해 음향 진동판(11)에 제공되는 구동 스트로크는 단일 압전 진동판을 사용하였을 때의 구동 스트로크의 두배가 됨으로써, 저주파수 영역에서도 음향 진동판(11)의 진폭이 더욱 커지게 되고, 따라서 베이스 음압을 상승시킬 수 있다.
또한, 이 실시예에서와 같이 쌍으로 된 압전 진동판(1,2)이 환상 간격자(7)에 의해 상호 연결될 때, 구동장치(14)의 자연 주파수는 압전 진동판의 자연 주파수보다 현저히 낮아지게 되고, 그 결과, 공명점은 저주파수 쪽으로 이동한다. 따라서, 이관점에서도, 저주파수 영역에서의 음향 진동판(11)의 진폭을 증가시킬 수 있으며, 따라서 베이스 음압이 더욱 높이 상승한다. 또한, 이 실시예에서, 구동장치(13)의 자연 주파수를 더욱 낮추고 넓은 주파수 영역에 걸쳐 음압을 편평하게 하기 위해, 환상 간격자(7) 내에는 다수의 소통 구멍(17)이 형성되며, 이들 소통 구멍(17)을 통해 외부 공기와 소통하는 공기 댐퍼실(18)이 쌍으로 된 압전 진동판 사이에 형성된다.
압전 진동판(1,2)의 굽힘 운동으로 인해 공기 댐퍼실(18)이 체적이 증가하면, 외부 공기가 소통 구멍(17)을 통해 공기 댐퍼실(18) 안쪽으로 유입되는 반면, 공기 댐퍼실(18)의 체적이 감소하면, 공기 댐퍼실(18)내의 공기는 소통 구멍(17)을 통해 외부로 빠져나간다. 이 경우, 소통 구멍(17)을 통해 공기를 유입하고 배출하기 위한 시간이 필요하므로, 압전 진동판(1,2)의 굽힘 운동 속도는 더욱 빨라진다. 즉, 진동 주파수가 높으면 높을수록, 압전 진동판(1,2)은 구부러지기 힘들게 된다. 즉, 압전 진동판(1,2)이 바깥쪽으로 구부러져서 제6(b)도에 도시한 바와 같은 볼록한 형상을 취하려고 하면, 공기 댐퍼실(18)내의 압력이 떨어져서, 압전 진동판(1,2)의 굽힘 운동이 억제되는 반면, 압전 진동판(1,2)이 안쪽으로 구부러져서 제6(a)도에 도시한 바와 같은 오목한 형상을 취하려고 하면, 공기 댐퍼실(18)내의 압력이 상승하여, 압전 진동판(1,2)의 굽힘 운동이 억제된다. 이렇게 공기 댐퍼실(18)의 댐퍼 작용으로 인해, 압전 진동판(1,2)의 굽힘 운동이 빨라지면 빨라질수록, 압전 진동판(1,2)의 굽힘 운동은 더욱 억제된다. 부연하면, 압전 진동판(1,2)의 굽힘 운동 속도가 빨라지면 빨라질수록, 즉 진동 주파수가 높으면 높을수록, 압전 진동판(1,2)의 진동은 더욱 억제된다. 따라서, 그러한 공기 댐퍼실(18)을 제공함으로써, 베이스 음압을 상대적으로 증가시킬 수 있고, 공명점에서의 Q값을 더욱 감소시킴으로써, 넓은 주파수 영역에서 걸쳐 음압을 편평하게 할 수 있다.
제15도는 또다른 실시예를 보인 것이다. 이 실시예에서, 압전 진동판(1,2)의 주변부를 연결하는 환상 간격자(19)는 함께 고무 따위의 탄성부재로부터 형성되며, 공기 댐퍼실(18)을 외부 공기와 소통시키는 다수의 소통 구멍(20)은 압전 진동판(1,2)의 주변부내에 형성된다. 따라서, 이 실시예에서도, 고주파수 진동에 대한 공기 댐퍼실(18)의 감쇠운동에 의해 베이스 음압을 상대적으로 상승시킬 수 있고, 넓은 주파수 영역에 걸쳐 음압을 편평하게 할 수 있다. 또한, 이 실시예에서, 주파수가 높으면 높을수록, 타성 부재(19)의 변형 주파수는 더욱 커짐으로써, 주파수가 높으면 높을수록, 탄성 부재(19)에 의한 진동 흡수량은 더욱 커진다. 따라서, 이 실시예에 있어서, 고주파수 진동이 더욱 감쇠되도록 할 수 있다.
제16도는 또다른 실시예를 보인 것이다. 이 실시예에 있어서는, 고무로 이루어진 탄성 판(21)의 중심의 너트(16)에 의해 연결봉(3b)을 통해 압전 진동판(2)에 연결되어 있다. 이 탄성 판(21)은 제10도에 도시한 탄성 부재(13)와 동일하게 작용한다.
즉, 탄성 판(21)은 비교적 큰 질량을 가지며, 따라서 탄성 판(21)은 그 관성에 의해 전후방향으로 압전 진동판(2)의 중심의 이동을 억제한다. 따라서, 제16도에 도시한 바와 같이, 탄성 판(21)이 스피커 프레임(10)에 의해 지지되지 않더라도, 압전 진동판(1,2)이 굽힘 운동을 시작할 때, 음향 진동판(11)이 진동을 하게 된다. 한편, 압전 진동판(1,2)의 굽힘 운동 속도가 느리면, 즉 저주파수 영역에 있으면, 탄성 판(21)은 전체적으로 압전 진동판(2)의 중심의 운동에 따라 이동하게 된다. 이와는 반대로, 압전 진동판(1,2)의 굽힘 운동 속도가 빠르면, 즉 고주파수 영역에 있으면, 탄성 판(21)이 전체적으로 압전 진동판(2)의 중심의 운동을 따르지 않으며, 따라서 탄성 판(21)의 외주의 운동은 탄성 판(21)의 중심의 운동 뒤에 처지게 된다. 그 결과, 탄성 판(21)은 변형되고 이 변형운동은 반복된다.
그러나, 이 경우, 탄성 판(21)의 변형량이 많으면 많을수록, 탄성 판(21)에 의해 흡수되는 진동 에너지는 더욱 커진다. 주파수가 높으면 높을수록, 제16도에 도시한 탄성 판(21)의 변형량은 더욱 커지게 된다. 따라서, 제16도에 도시한 바와 같이, 탄성 판(21)이 압전 진동판(2)에 부착되면, 고주파수 진동이 탄성 판(21)에 의해 감쇠될 수 있다. 그 결과, 저주파수 영역에서의 진폭을 상대적으로 증가시킬 수 있으며, 따라서 베이스 음압을 상승시킬 수 있다.
또한, 위에서 설명한 바와 같이, 공명점에서 진폭이 더욱 커질 뿐 아니라, 압전 진동판(1,2)의 굽힘 운동 속도도 증가한다. 따라서, 공명점에서의 진동은 탄성 판(21)에 의해 감쇠된다. 따라서, 탄성 판(21)이 압전 진동판(2)에 부착되면, Q값은 더욱 작아지고, 따라서 넓은 주파수 영역에 걸쳐 음압을 편평하게 할 수 있다.
제17도는 또다른 실시예를 보인 것이다. 이 실시예에서, 탄성 판(21)의 외주는 스피커 프레임(10)에 부착되어 있다. 탄성 판(21)의 외주가 이렇게 스피커 프레임(10)에 부착되면, 고주파수 진동이 일어날 때의 탄성 판(21)의 변형량이 더욱 커지고, 따라서 고주파수 진동을 더욱 더 감쇠시킬 수 있고, Q값을 더욱 더 떨어뜨릴 수 있다. 또한, 탄성 판(21)의 외주가 스피커 프레임(10)에 부착되면, 저주파수 진동이 일어날 때 전후방향에서의 압전 진동판(2)의 중심의 운동량은 크게 억제될 수 있다. 그 결과, 저주파수 영역에서의 음향 진동판(11)의 진폭을 증가시킬 수 있고, 따라서 베이스 음압을 증가시킬 수 있다.
지금까지, 본 발명은 I형 모듈로 된 구동장치(12) 및 II형 모듈로 된 구동장치(14)와 관련하여 설명되었지만, 지금까지 설명된 실시예의 구성은 제7도에 도시한 III형 내지 X형으로서 도시된 구성의 여러가지 구동장치에 적용될 수도 있다. 이하에서는, 상기에서 설명한 실시예의 구성을 III형 내지 X형으로서 도시된 구성의 구동장치에 적용한 전형적인 실시예에 대해 설명하기로 한다.
제18도는 제7도에 도시한 VI형 구동장치를 스피커의 구동장치로서 사용하는 경우를 보인 것이다. 즉, 제18도에 도시한 실시예에서, 구동장치(22)는 직렬로 연결된 제4도의 두개의 II형 모듈의 구성을 취한다. 4개의 압전 진동판(1,2) 사이의 중심에 위치한 두개의 압전 진동판의 중심은 연결봉(3c)에 의해 상호 연결되어 있다. 이 실시예에 있어서는, 앞서 설명한 바와 같이, 단일 압전 진동판을 사용하였을 때의 출력 스트로크의 4배 크기인 출력 스트로크를 얻을 수 있다.
제19도는 제18도에 도시한 구동장치(22)의 변형예를 보인 것이다. 이 변형예에 있어서는, 4개의 압전 진동판(1,2) 사이의 중심에 위치한 두개의 압전 진동판(1,2)의 중심이 중공 슬리브(23)에 의해 연결되어 있다. 따라서, 이 실시예에 있어서, 모듈내에 형성된 공기 댐퍼실(18)은 중공 슬리브(23)를 통해 상호 소통한다.
제20도는 제7도에 도시한 III형 구동장치를 스피커의 구동장치로서 사용하고, 제11도에 도시한 환상 탄성 부재(13)를 사용하여 구동장치(24)의 고주파수 진동을 감쇠시키는 구성을 적용한 경우를 보인 것이다. 즉, 구동장치(24)에 있어서, II형 모듈의 일부를 구성하는 압전 진동판(2)의 중심과 단일 압전 진동판(8)의 중심은 연결봉(3b)을 통해 상호 연결되어 있다. 단일 압전 진동판(8)의 주변부는 고무로 된 환상 탄성 부재(13)를 통해 스피커 프레임(10)에 연결되어 있다.
제21도 및 제22도는 제7도에 도시한 V형 구동장치를 스피커의 구동장치로서 사용하고 제11도에 도시한 환상 탄성 부재(13)를 사용하여 구동장치(25)의 고주파수 진동을 감쇠시키는 구성을 적용한 경우를 보인 것이다. 즉, 구동장치(25)에 있어서, II형 모듈의 일부를 구성하는 압전 진동판(2)의 중심과 단일 진동판(8)의 중심은 볼트(26) 및 너트(16)에 의해 연결봉(3b)을 통해 상호 연결되어 있다. 단일 압전 진동판(8)의 주변부는 고무로 된 환상 탄성 부재(13)를 통해 스피커 프레임(10)에 연결되어 있다. 또한, 이 구동장치(25)에 있어서, II형 모듈의 일부를 구성하는 압전 진동판(1)의 중심과 단일 압전 진동판의 중심은 중공 슬리브(27)를 통해 상호 연결되어 있다. 단일 압전 진동판(9)의 주변부는 음향 진동판(11)의 내주에 연결되어 있다.
또한, 이 구동장치(25)에 있어서, 중공 슬리브(27)의 전방 단부는 바깥쪽으로 개방되어 있다. 중공 슬리브(27)의 개구는 예를 들어 플라스틱 재료로 만들어진 플러그(28)에 의해 폐쇄되어 있다. 플러그(28)는 구동장치(25)가 조립되기 전에는 삽입되지 않는다. 구동장치(25)가 조립될 때, 플러그(28)는, 압전 진동판(2,8)이 볼트 체결된 후에, 중공 슬리브(27)의 개구내로 삽입된다. 이것은 압전 진동판(1,2) 사이에서 공기 댐퍼실(18)을 형성한다. 또한, 이 구동장치(25)에서는, 다이어프램(29)이 부착되어 단일 압전 진동판(9)을 덮고 있다.
이 구동장치(25)를 사용하면, 단일 압전 진동판을 사용하였을 때의 출력 스트로크의 4배 크기의 출력 스트로크를 얻게 된다. 또한, 이 구동장치(25)를 사용하면, 구동장치(25)의 공명 주파수가 더욱 작아지게 되고, 공기 댐퍼실(18)의 고주파수 감쇠작용 및 탄성 부재(13)의 고주파수 감쇠작용에 의해 고주파수 진동이 크게 감쇠됨으로써, Q값이 매우 낮아진다. 그 결과, 전반적으로 높은 음압을 유지할 수 있으며, 넓은 주파수 영역에 걸쳐 편평한 음압을 얻을 수 있다.
제23도는 주파수 f와 음압 P 사이의 관계를 실험적으로 조사한 결과를 나타낸 것이다. 제23도에서, A는 제12도에 도시한 구성의 스피커를 나타내고, B는 제21도에 도시한 구성의 스피커를 나타낸다. 제23도는 1000Hz의 주파수에서 사실상 동일한 음압 P을 제공하는 구동전압을 구동장치(14,25)에 인가하는 경우를 보인 것이다. 제23도로부터, 제21도에 도시한 구성의 스피커는 넓은 주파수 영역에 걸쳐 편평한 음압 P을 가지는 것을 알 수 있다.
제24도 및 제25도는 또다른 실시예를 보여주고 있다. 제24도 및 제25도에 있어서, 도면부호 30은 스피커 프레임을 나타내고, 31은 음향 진동판을 나타낸다. 이 실시예에서, 제7도에 도시한 VI형의 다수의 구동장치(22)는 스피커 프레임(30) 및 음향 진동판(31) 사이에서 나란하게 배열되어 있다. 따라서, 이 실시예에 있어서, 음향 진동판(31)은 다수의 구동장치(22)에 의해 동시에 구동된다. 이 경우, 제7도에 도시한 어떠한 형태의 구동장치도 사용할 수 있음을 주목할 필요가 있다.
본 발명의 압전 진동판을 사용하는 스피커는 종래의 다이나믹 스피커와 비교하여 중량이 매우 가벼울 뿐만 아니라, 다이나믹 스피커와 같이 영구자석을 사용할 필요가 없기 때문에, 비자기 장치를 필요로 하지 않는다는 장점을 갖는다.
이상과 같이, 본 발명이 스피커에 적용한 경우와 관련하여 설명되었지만, 본 발명은 전화기 또는 부저와 같이 음을 생성하는 모든 음생성장치에도 적용될 수 있다. 또한, 유니모프는 압전 진동판으로 사용될 수도 있다.

Claims (39)

  1. 음향 진동판, 적어도 하나의 압전 진동판을 갖는데, 상기 압전 진동판의 중심부는 상기 음향 진동판에 연결되어 상기 음향 진동판을 구동시키는 구동 장치와, 상기 압전 진동판의 주변부에 부착되어, 상기 압전 진동판의 주변부로부터 방사상 외부로 연장하는 탄성판 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 음발생장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 음 발생 장치에는 프레임이 제공되고, 상기 탄성판 부재의 주변부는 상기 프레임에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 음발생장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 탄성판 부재는 고무로 구성되는 것을 특징으로 하는 음발생장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 구동장치는 서로 일정한 간격을 이루어 축 방향으로 배치된 다수의 압전 진동판을 가지고, 인접한 압전 진동판의 주변부 또는 중심부의 어느 하나가 서로 연결되며, 인접한 압전 진동판은 서로 대향 방향으로 구부러질 수 있도록 되어 있고, 상기 다수의 압전 진동판의 한 단부에 위치된 압전 진동판은 음향 진동판에 연결되며, 상기 탄성판 부재는 상기 다수의 압전 진동판의 다른 단부에 위치된 상기 압전 진동판의 주변부에 부착되는 것을 특징으로 하는 음발생장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 구동 장치는 서로 중심부에 접속된 한쌍의 압전 진동판으로 구성되고, 상기 압전 진동판의 하나의 주변부는 상기 음향 진동판에 연결되며, 상기 탄성판 부재는 다른 압전 진동판의 주변부에 부착되는 것을 특징으로 하는 음발생장치.
  6. 제4항에 있어서, 상기 구동 부재는 외부주변에서 서로 연결된 한쌍의 압전 진동판으로 구성된 적어도 하나의 모듈을 가지는 것을 특징으로 하는 음발생장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 쌍의 압전 진동판의 외부 주변은 압전 진동판의 외부 주변을 따라 연장하는 환상 간격자(annular spacer)에 의해 서로 연결되고, 상기 환상 간격자에 의해 둘러싸여 고주파 진동을 감쇠시키는 공기 댐퍼실(damper chamber)은 상기 쌍의 압전 진동판 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 음발생장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 구동 장치에는 다수의 모듈이 제공되고, 상호 인접한 모듈의 압전 진동판의 중심부는 중공 슬리브(hollow sleeve)에 의해 서로 연결되며, 상기 모듈내에 형성된 공기 댐퍼실은 상기 중공 슬리브를 통해 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 음발생장치.
  9. 제7항에 있어서, 공기 댐퍼실의 내부와 외부 공기를 소통시키는 관통 구멍이 상기 환상 간격자 및 압전 진동판중 적어도 하나에 형성되는 것을 특징으로 하는 음발생장치.
  10. 제7항에 있어서, 상기 환상 간격자는 금속 재료로 만들어지는 것을 특징으로 하는 음발생장치.
  11. 제7항에 있어서, 상기 환상 간격자는 탄성 재료로 만들어지는 것을 특징으로 하는 음발생장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 탄성 재료로 고무로 구성되는 것을 특징으로 하는 음발생장치.
  13. 제6항에 있어서, 상기 쌍의 압전 진동판의 하나의 압전 진동판의 중심부는 연결봉을 통해 음향 진동판에 연결되는 것을 특징으로 하는 음발생장치.
  14. 제6항에 있어서, 상기 구동장치에는 상기 모듈에 인접 배치된 단일 압전 진동판이 제공되어 있고, 상기 단일 압전 진동판의 중심부는 모듈을 구성하는 하나의 압전 진동판의 중심부에 연결되어 있고, 상기 단일 압전 진동판의 주변부는 음향 진동판에 연결되는 것을 특징으로 하는 음발생장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 단일 압전 진동판의 중심부와 상기 하나의 압전 진동판의 중심부는 연결봉을 통해 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 음발생장치.
  16. 제14항에 있어서, 상기 단일 압전 진동판의 중심부와 상기 하나의 압전 진동판의 중심부는 공기 댐퍼실과 외부 공기를 소통시키는 중공 슬리브를 통해 서로 연결되고, 상기 중공 슬리브는 플러그를 통해 폐쇄됨으로써, 외부 공기로부터 공기 댐퍼실을 차단하는 것을 특징으로 하는 음발생장치.
  17. 제6항에 있어서, 상기 구동장치에는 직렬로 접속 연결된 다수의 모듈이 제공되는 것을 특징으로 하는 음발생장치.
  18. 제17항에 있어서, 상기 모듈의 압전 진동판의 중심부는 연결봉을 통해 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 음발생장치.
  19. 제1항에 있어서, 다수의 구동 장치는 음향 진동판에 대해 병렬로 제공되어, 음향 진동판을 구동시키는 것을 특징으로 하는 음발생장치.
  20. 제1항에 있어서, 상기 압전 진동판은 바이모프(bimorph)로 구성되는 것을 특징으로 하는 음발생장치.
  21. 음향 진동판, 적어도 하나의 압전 진동판을 갖는데, 상기 압전 진동판의 중심부는 상기 음향 진동판에 연결되어 상기 음향 진동판을 구동시키는 구동 장치와, 연결봉을 통해 상기 압전 진동판을 중심부에 부착되어, 상기 연결봉으로부터 방사상 외부로 연장하는 탄성판 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 음발생장치.
  22. 제21항에 있어서, 상기 음발생장치에는 프레임이 제공되고, 상기 탄성판 부재의 주변부는 상기 프레임에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 음발생장치.
  23. 제21항에 있어서, 상기 탄성판 부재는 고무로 구성되는 것을 특징으로 하는 음발생장치.
  24. 제21항에 있어서, 상기 구동장치는 서로 일정한 간격을 이루어 축방향으로 배치된 다수의 압전 진동판을 가지고, 인접한 압전 진동판의 주변부 또는 중심부의 어느 하나가 서로 연결되며, 인접한 압전 진동판은 서로 대향 방향으로 구부러질 수 있도록 되어 있고, 상기 다수의 압전 진동판의 한 단부에 위치된 압전 진동판은 음향 진동판에 연결되며, 상기 탄성판 부재는 상기 다수의 압전 진동판의 다른 단부에 위치된 상기 압전 진동판의 중심부에 부착되는 것을 특징으로 하는 음발생장치.
  25. 제21항에 있어서, 상기 구동 부재는 외부주변에서 서로 연결된 한쌍의 압전 진동판으로 구성된 적어도 하나의 모듈을 가지는 것을 특징으로 하는 음발생장치.
  26. 제25항에 있어서, 상기 압전 진동판의 하나의 중심부는 상기 음향 진동판에 연결되며, 상기 탄성판 부재는 다른 압전 진동판의 중심부에 부착되는 것을 특징으로 하는 음발생장치.
  27. 제25항에 있어서, 상기 쌍의 압전 진동판의 외부주변은 압전 진동판의 외부주변을 따라 연장하는 환상 간격자에 의해 서로 연결되고, 상기 환상 간격자에 의해 둘러싸여 고주파 발진을 감쇠시키는 공기 댐퍼실은 상기 쌍의 압전 진동판 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 음발생장치.
  28. 제27항에 있어서, 상기 구동 장치에는 다수의 모듈이 제공되고, 상호 인접한 모듈의 압전 진동판의 중심부는 중공 슬리브에 의해 서로 연결되며, 상기 모듈내에 형성된 공기 댐퍼실은 상기 중공 슬리브를 통해 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 음발생장치.
  29. 제27항에 있어서, 공기 댐퍼실의 내부와 외부 공기를 소통시키는 관통 구멍이 상기 환상 간격자 및 압전 진동판중 적어도 하나에 형성되는 것을 특징으로 하는 음발생장치.
  30. 제27항에 있어서, 상기 환상 간격자는 금속 재료로 만들어지는 것을 특징으로 하는 음발생장치.
  31. 제27항에 있어서, 상기 환상 간격자는 탄성 재료로 만들어지는 것을 특징으로 하는 음발생장치.
  32. 제31항에 있어서, 상기 탄성 재료는 고무로 구성되는 것을 특징으로 하는 음발생장치.
  33. 제25항에 있어서, 상기 구동 장치에는 직렬로 연결된 다수의 모듈이 제공되는 것을 특징으로 하는 음발생장치.
  34. 제33항에 있어서, 상기 모듈의 압전 진동판의 중심부는 연결봉을 통해 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 음발생장치.
  35. 제24항에 있어서, 상기 구동 장치에는 상기 모듈에 인접배치된 단일 압전 진동판이 제공되어 있고, 상기 단일 압전 진동판의 중심부는 모듈을 구성하는 하나의 압전 진동판의 중심부에 연결되어 있고, 상기 단일 압전 진동판의 주변부는 음향 진동판에 연결되는 것을 특징으로 하는 음발생장치.
  36. 제35항에 있어서, 상기 단일 압전 진동판의 중심부와 상기 하나의 압전 진동판의 중심부는 연결봉을 통해 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 음발생장치.
  37. 제35항에 있어서, 상기 단일 압전 진동판의 중심부와 상기 하나의 압전 진동판의 중심부는 공기 댐퍼실과 외부 공기를 소통시키는 중공 슬리브를 통해 서로 연결되고, 상기 중공 슬리브는 플러그를 통해 폐쇄됨으로써, 외부 공기로부터 공기 댐퍼실을 차단하는 것을 특징으로 하는 음발생장치.
  38. 제21항에 있어서, 다수의 구동 장치는 음향 진동판에 대해 병렬로 제공되어, 음향 진동판을 구동시키는 것을 특징으로 하는 음발생장치.
  39. 제21항에 있어서, 상기 압전 진동판은 바이모프로 구성되는 것을 특징으로 하는 음발생장치.
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