KR101069067B1 - 골 전도 스피커 - Google Patents

Abstract

본 발명은 골전도 스피커를 개시한다. 본 발명은 보이스코일과 영구자석으로 이루어져 전기적인 음향신호를 진동신호로 변화하는 구동부와, 변환된 진동신호를 증폭시키는 진동판과, 보이스코일을 지지하면서 하우징의 외부로 돌출되도록 진동판에 지지되어 증폭된 진동신호를 두개골에 접촉 전달하는 매스토이드와, 하우징의 내부에 하우징의 내주와 이격되게 수용되는 코일스프링과, 진동판과 영구자석을 내부 상하에 이격되게 장착하고 코일스프링의 내부에 수용되어서 코일스프링의 상단에 지지되는 프레임을 포함한다. 프레임의 외주는 코일스프링의 내경과 이격되어 진동음향의 손실을 최소화한다.

본 발명은 매스토이드의 진동성능 증대와 하우징으로의 진동음향 손실이 없어 진동음향의 전달효율을 극대화할 수 있음은 물론 피부 접촉 시 코일스프링의 완충에 의해 장시간 착용으로 인한 압박통증도 최소화할 수 있다.

스피커, 골전도, 매스토이드, 헤드셋, 진동, 스프링

Description

골 전도 스피커{Bone conduction speaker}

본 발명은 소리를 고막을 통하지 않고 두개골에 직접 진동을 가하여 뇌에 전달하는 골 전도 스피커(Bone conduction speaker)에 관한 것으로서, 특히 두개골에 접촉하는 매스토이드(mastoide)에서 진동음향이 출력될 때 진동음향의 손실이 최소화됨과 동시에 진동음향이 증폭되어 진동음향의 두개골 전달효율이 크게 향상됨은 물론 장시간의 사용에도 접촉 부위에 압박에 의한 통증이 최소화되도록 된 골 전도 스피커에 관한 것이다.

일반적으로 사람이 소리를 들을 수 있는 방법에는 공기전도(Air Conduction)방식과 골 전도(Bone Conduction)방식이 있다.

공기전도방식은 소리의 파동이 귓속의 고막과, 이소골(耳小骨)을 거쳐 달팽이관에 전달되고, 달팽이관 내의 린바액의 진동이 전기신호로 바뀌면서 청각 신경에 전달됨으로써 뇌가 소리를 인식하게 된다.

이에 반해, 골 전도방식은 소리 파동이 고막과 이소골을 경유하는 과정을 생 략한 채 두개골(Cranial Bone)을 통해 달팽이관에 직접 전달됨으로써 청각신경을 거쳐 뇌로 전달되는 방식이다.

골 전도 스피커는 이 중 골 전도방식의 소리 인식 메카니즘을 이용한 것으로서, 통상의 공기전도방식 스피커와 달리 입력되는 전기적 음향신호를 진동신호로 변환하여 두개골의 피부표면에 직접 접촉하여 전달함으로써 귀를 통하지 않고서도 소리를 들을 수 있도록 한 것이다.

따라서 골 전도 스피커는 고막이나 이소골에 이상이 있는 난청자라 하더라도 달팽이관이나 청각 신경이 정상이라면 골 전도 경로를 통하여 확실하게 소리를 들을 수 있게 하는 바, 보청기 대용은 물론 각종 음향기기의 스피커나 이어폰 등으로 점차 그 이용이 확산되는 추세이다.

이러한 골 전도 스피커는 다양한 종류와 형태로 개발되고 있지만, 입력되는 전기적인 음향신호를 구동부의 영구자석과 보이스코일(voice coil)이 형성하는 자기장에 의해 진동신호로 변환한 뒤, 변환된 진동신호를 진동판에 고정되어 하우징의 외부로 돌출된 매스토이드를 통해서 두개골의 피부표면에 직접 접촉하여 전달하는 구성이 일반적이다.

그런데 골 전도 스피커는 보이스코일이 매스토이드에 부착되어 진동판을 가진(加振)시킴으로써 매스토이드가 두개골에 진동음향을 전달하는 바, 진동음향의 전달효율이 진동판의 진동성능에 영향을 받을 수밖에 없는데, 판재의 특성으로 인해 골전도 효율이 그다지 좋지 못한 문제가 있다.

즉, 가장자리가 프레임에 고정되어 있는 진동판의 상하 진동폭이 짧기 때문에 진동음향이 두개골에 정확히 전달되기 어려운 것이며, 이로 인해 양질의 소리를 인식하기 곤란한 문제가 있었다.

더욱이 종래의 골 전도 스피커는 음향신호를 진동신호를 변환하는 구동부의 프레임이 대부분 스피커 하우징의 내부에 밀착 조립되는 구성을 가지는데, 이로 인해 진동음향이 매스토이드를 통해 출력될 때 매스토이드의 피부 접촉에 따른 반발작용에 의하여 진동이 프레임과 하우징을 통해 주변으로 확산되어 소음을 유발하는 문제도 있었다.

이 때문에 진동음향이 매스토이드의 전방으로 제대로 출력되지 못하고 일부가 하우징으로 손실되는 결과를 초래하여 진동 전달의 효율을 크게 떨어뜨렸으며, 이는 결국 고출력을 얻기 위한 골 전도 스피커의 대형화를 부추기는 원인이 되었다.

또한, 골 전도 스피커의 경우 정확한 골전도를 위해서 주로 헤드셋 형태로 제작되어 매스토이드가 헤드셋 프레임의 탄성에 의해 피부에 강하게 밀착되는 바, 매스토이드가 피부에 국부적으로 강한 압력을 가하게 되어 장시간 착용 시 압박에 의한 통증을 유발하는 문제도 있었다.

한편, 이와 같은 골 전도 스피커의 문제점을 해결하기 위해 기술로서 본 출원인이 제시한 한국등록특호 제0799427호를 들 수 있는데, 이 기술은 매스토이드와 영구자석 사이에 코일스프링을 개재하여 진동판의 진폭 향상을 통해 매스토이드의 골전도 효율을 증대시킴과 함께 피부 접촉 시 매스토이드의 완충으로 압박통증을 완화시키도록 되어 있다.

그러나 이 기술은 진동판은 케이스에 고정된 상태에서 코일스프링이 매스토이드를 영구자석에 대해서만 탄성 지지하기 때문에 매스토이드의 골전도 효율 증가가 높지 않을 뿐 아니라, 매스토이드의 피부 접촉 시의 완충효과도 높지 않은 문제가 있다.

즉, 코일스프링이 진동판의 내주에 고정된 매스토이드와 영구자석 간에 개재되는데, 진동판의 가장자리와 영구자석은 케이스에 고정되어 있기 때문에 매스토이드의 진동폭은 결국 일반적인 골 전도 스피커와 마찬가지로 진동판의 진동영역에서 크게 벗어날 수 없어 골전도 효율과 완충효과가 미미할 수밖에 없는 것이다.

본 발명은 상술한 종래의 제반 문제를 감안하여 창안된 것으로서, 두개골에 접촉하여 진동음향을 전달하는 매스토이드의 진동성능을 증대시켜 진동음향의 골전도 효율을 크게 향상시킬 수 있는 골 전도 스피커를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은, 진동음향이 매스토이드를 통해 출력될 때 피부 접촉에 따른 반발작용으로 진동음향이 하우징으로 확산 손실되는 현상을 최소화함으로써 소음발생을 방지하고, 진동음향의 전달효율을 극대화시킬 수 있는 골 전도 스피커를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은, 장시간 착용하더라도 접촉 부위에 매스토이드의 탄성접촉에 의한 압박통증의 발생이 최소화되어 편안한 착용감을 유지시킬 수 있는 골 전도 스피커를 제공하는 것이다.

이와 같은 목적들을 달성하기 위해 본 발명에 의한 골 전도 스피커는, 보이스코일과 영구자석으로 이루어져 전기적인 음향신호를 진동신호로 변환하는 구동부와, 변환된 진동신호를 증폭시키는 진동판과, 보이스코일을 지지하면서 하우징의 외부로 돌출되도록 진동판에 지지되어 증폭된 진동신호를 두개골에 접촉 전달하는 매스토이드를 포함하는 골 전도 스피커에 있어서, 상기 하우징의 내부에 하우징의 내주와 이격되게 수용되고, 하단부 일부는 하단 쪽으로 갈수록 점차 그 지름이 줄어드는 원뿔 형태로 구성되는 코일스프링과; 상기 진동판과 영구자석을 내부 상하에 이격되게 장착하고, 상기 코일스프링의 내부에 수용되어서 코일스프링의 상단에 지지되는 프레임:을 포함하여 이루어지는 특징이 있다.

삭제

상기 프레임의 외주는 코일스프링의 내경과 이격되어 진동음향의 손실을 최소화하도록 하는 것이 바람직하다.

상기 프레임의 외주 상단에는 코일스프링의 상단부가 끼워지는 거터플랜지(gutter flange)가 구비되어 프레임이 코일스프링과 간격을 유지하면서 안정된 지지상태를 유지할 수 있도록 한다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 하우징 내에서 구동부와 진동판을 내장 지지하는 프레임 자체가 코일스프링의 상단에만 지지되어 하우징 내에서 공중에 부상(浮上)하기 때문에 진동판에 의한 매스토이드의 진동음향이 크게 증대되고, 이에 따라 매스토이드를 통해 출력되는 진동음향을 골전도 효율이 대폭 향상되어 진동음향을 정확히 인식할 수 있게 된다.

더욱이 구동부와 진동판을 지지하는 프레임이 하우징과 이격되어 있기 때문에 매스토이드가 피부에 접촉하여 진동음향을 출력할 때에도 접촉 반발작용에 의한 하우징으로의 진동음향의 손실도 최소화되어 진동음향의 전달효율이 극대화 되며, 이는 결국 고출력을 위한 골 전도 스피커의 대형화 요구도 만족시킬 수 있게 한다.

또한, 매스토이드가 두개골의 피부 표면에 탄성적으로 접촉할 때에도 프레임 자체가 코일스프링의 압축변형으로 후퇴하기 때문에 완충효과가 대단히 우수한 바, 장시간 착용하더라도 접촉 부위에 매스토이드의 탄성접촉에 의한 압박통증의 유발도 최소화할 수 있다.

그러므로 본 발명은, 골 전도 스피커의 착용감과 신뢰성 및 성능 향상과 더불어 소형화 등에 크게 기여하는 매우 우수한 효과가 있다.

이와 같은 본 발명의 구체적 특징과 다른 잇점들은 첨부된 도면을 참조한 이하의 바람직한 실시 예의 설명으로 더욱 명확해질 것이다.

도 1 및 도 2에서, 본 발명에 의한 골 전도 스피커는, 하우징(10)과, 이 하우징(10)의 내부에 장착되어 전기적인 음향신호를 그에 대응하는 진동음향신호로 변환시키는 구동부(20)와, 이 구동부(20)에서 변환된 진동음향신호를 증폭시키는 진동판(30)과, 진동판(30)과 구동부(20)를 지지하여 하우징(10) 내에 회동 가능하게 장착되는 프레임(40)과, 이 프레임(40)을 하우징(10) 내에 부상시켜 지지하는 코일스프링(50) 및 두개골의 피부 표면에 접촉하여 진동음향을 전달하는 매스토이드(60)로 구성된다.

하우징(10)은 상부가 개방된 원통형의 몸체(11)와, 이 몸체(11)의 상부 개구를 덮어주는 커버(12)로 구성된다. 몸체(11)의 하면(11b)은 후술하는 코일스프링(50)의 형태에 대응하도록 아래로 볼록한 대략 구면(球面) 형태를 취하며, 하면의 내부 바닥 중앙에는 코일스프링(50)의 하단부가 끼워져 지지되는 스프링안착홈(13)을 갖는다.

그리고 커버(12)의 중앙에는 매스토이드(60)의 접촉면(61)이 외부로 돌출되는 것을 허용하는 허용슬롯(14)이 형성된다.

구동부(20)는 외부로부터 입력되는 전기신호에 의해 진동발생을 위한 자기회로를 구성하는 것으로, 지름 방향으로 간격을 두고 배치되는 한 쌍의 영구자석(21)과, 이 영구자석(21)의 상부에 위치하여 전기적인 음향신호가 입력되는 보이스코일(22)로 구성되어 프레임(40) 내에 지지된다.

한 쌍의 영구자석(21)은 원형의 내측자석(21a)과 환형의 외측자석(21b)으로 이루어지고, 판상의 요크(yoke:23) 상에 지지되어 프레임(40)의 내주 하부에 구비된 조림홈(41)에 끼워져 고정된다. 내측자석(21a)과 외측자석(21b)은 요크(23)의 일부를 밴딩하여 구성한 스페이서부(spacer部:23a)에 의해 지름 방향으로 일정한 간격을 유지한다.

그리고 내측자석(21a)과 외측자석(21b) 위에는 자력을 증대시키기 위한 인플레이트(24)와 링플레이트(25)가 각각 구비된다.

보이스코일(22)은 원통형의 보빈(bobbin:26) 외주에 감겨지는데, 보빈(26)은 상단이 매스토이드(60)의 하단에 고정되고, 그 하단 부위가 내측 및 외측 자석(21a)(21b) 사이의 간격으로 약간 진입한다.

이 보이스코일(22)은 전원선과 직접 연결되어 신호를 인가받을 수도 있고, 진동판(30)과 접속되어 진동판(30)에 전원선을 연결함으로써 전기 신호를 인가받을 수도 있다.

후자의 경우, 프레임(40)의 외주에 중심 방향으로 전선홈(44)을 형성하여 프레임(40)의 내주 상단부에 지지되는 진동판(30)에 전원선을 연결하는 구성이 강구될 수 있다.

진동판(30)은 환형의 얇은 금속판으로 구성되고, 프레임(40) 내측 상단에 구비된 지지턱(42)에 그 가장자리가 고정된다.

진동판(30)은 구동부(20), 즉 한 쌍의 영구자석(21)과 보이스코일(22)이 형성하는 자기 회로에 의해 발생된 진동의 효율 향상을 위해 적어도 하나의 장공(31)이 더 형성될 수 있다.

이러한 진동판(30)은 독립적으로 구성되어 매스토이드(50)와 고정될 수도 있지만, 매스토이드(40)의 성형 시 일체로 인서트(insert) 형성하는 것이 바람직하다.

프레임(40)은 상부가 개구된 원형의 형태로 구성되는데, 하우징(10)의 내부에서 하우징 몸체(11)의 측벽(11a)과 간격을 두고 배치되어 하우징(10)과의 접촉을 피하도록 되어 있고, 이 프레임(40)은 전체가 코일스프링(50)의 내부에 수용되면서 코일스프링(50)의 상단에 지지됨으로써 하우징(10)의 내부에서 공중에 부상되는 형태로 설치된다.

이 때, 프레임(40)은 그 측벽(40a)이 코일스프링(50)의 내주에 접촉되지 않도록 이격되게 지지되는데, 이는 프레임(40)이 하우징(10)과 접촉되는 것을 피하는 것과 마찬가지로 매스토이드(60)의 진동음향이 코일스프링(40)으로 확산 손실되는 것을 최소화하기 위함이다.

이를 위해 프레임(40)은 그 측벽(40a)의 외주 상단에 코일스프링(50)의 상단이 끼워지는 거터플랜지(43)를 구비하여, 코일스프링(50) 내에서의 횡방향 유동을 방지한다.

코일스프링(50)은 프레임(40)의 외경보다 큰 내경을 가지면서 하우징(10)의 내경보다 작은 외경을 갖도록 구성되어 하우징(10)의 내부에 그와 동심(同心)으로 장착됨으로써 하우징(10)의 내벽과 이격된다.

이러한 코일스프링(50)은 단순히 그 양단이 동일한 지름으로 구성되어도 무방하나, 바람직하기로는 도시된 바와 같이 프레임(40)이 수용되는 부위를 제외한 하단부 일부가 하단 쪽으로 갈수록 점차 지름이 줄어드는 대략 원뿔대 형태를 취하게 된다.

이는 코일스프링(50)의 하단부의 탄성을 프레임(40)을 수용 지지하는 상부보다 크게 하여 프레임(40)의 과도한 상하진동을 억제하기 위함이다.

매스토이드(60)는 원반상으로 형성되어 진동판(30)의 내주에 고정됨으로써 진동판(30)을 통해서 프레임(40)에 지지된다. 이에 따라 매스토이드(60)는 얇은 판상의 진동판(30)에 의지한 채 내측자석(21a)의 상부에 떠 있는 형태를 취하게 됨으로써 진동판(30)과 함께 상하로 진동하게 된다.

다음 이와 같이 구성된 본 발명에 의한 골 전도 스피커의 작용에 대해 설명한다.

본 발명의 골 전도 스피커는 예컨대 헤드셋(도시하지 않음)에 장착되어 사용되는데, 헤드셋을 착용하여 하우징(10)의 외부로 돌출되어 있는 매스토이드(60)를 귀 근처의 두개골 피부 표면에 접촉시키면 코일스프링(50)이 접촉압력에 따라 압축변형되면서 프레임(40)이 약간 후퇴하게 된다.

따라서 헤드셋 프레임의 강한 탄성작용에도 불구하고 두개골 피부에는 균일하게 밀착되면서도 매스토이드(60)의 탄성 밀착에 따른 압박은 상당부분 해소시킬 수 있게 되어 장시간의 착용에도 압박통증을 최소화 할 수 있다.

이 상태에서 보이스코일(22)에 전기적인 음향신호가 인가되면, 보이스코일(22)과 내측 및 외측 자석(21a)(21b) 사이에 인가된 전기신호의 세기에 비례하여 자기장이 형성된다.

이와 같이 발생된 자기장은 음향에 따른 전기 신호의 세기에 따라 변화하게 되고, 이에 따라 한 쌍의 영구자석(21) 상부에서 진동판(30)에 지지되어 있는 보이스코일(22)이 음향의 전기 신호 세기에 대응하여 상하로 진동하게 된다.

이러한 보이스코일(22)의 진동은 진동판(30)에 의해 증폭되어 진동판(30)의 내주에 고정되어 있는 매스토이드(60)를 증대된 진폭으로 진동시키게 되는데, 본 발명은 구동부(20)와 진동판(30)을 지지하는 프레임(40)이 코일스프링(50)에 의해 하우징(10)의 바닥에서 부상된 상태로 탄성 지지되어 있으므로 매스토이드(60)의 진동이 크게 증대된다.

즉, 진동판(30)은 그 가장자리가 프레임(40)에 고정되어 있는 바, 보이스코일(22)의 상하 진동에 의해 진동판(30)이 진동하면 코일스프링(50)에 지지되어 높은 자유도를 갖는 프레임(40)이 코일스프링(50)에 의해 함께 진동하게 되고, 결국 진동판(30)에 의한 진동에 코일스프링(50)의 진동이 복합적으로 작용하게 됨으로써 매스토이드(60)의 진동성능이 크게 증대되는 것이다.

이에 따라 매스토이드(60)를 통해 출력되는 진동음향을 두개골에 확실하게 전달할 수 있게 된다.

그러면 피부에 접촉된 매스토이드(50)의 진동으로 두개골에 진동음향이 전달되는데, 본 발명은 매스토이드(60)를 지지하는 프레임(40)이 하우징(10)과 간격을 두고 결합되어 하우징(10)과 접촉되지 않기 때문에 매스토이드(60)의 피부 접촉으로 인한 반발작용으로 진동음향이 하우징(10)으로 확산 손실되지 않고 모두 매스토이드(60)를 통해 두개골로 전달되게 된다.

따라서 매스토이드(60)의 진동음향 전달능력이 극대화되어 양질의 음향청취가 가능해 질 뿐 아니라 진동음향의 일부가 하우징(10)으로 확산되어 발생되는 소음도 동시에 제거할 수 있게 된다.

도1은 본 발명에 의한 골 전도 스피커를 나타낸 분해 사시도,

도2는 도1의 결합상태 단면도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

10: 하우징 13: 스프링안착홈

14: 허용슬롯 20: 구동부

21: 영구자석 21a, 21b: 내측 및 외측 자석

22: 보이스코일 23: 요크

30: 진동판 40: 프레임

43: 거터플랜지 50: 코일스프링

60: 매스토이드

Claims (4)

1. 보이스코일과 영구자석으로 이루어져 전기적인 음향신호를 진동신호로 변환하는 구동부와, 변환된 진동신호를 증폭시키는 진동판과, 상기 보이스코일을 지지하면서 하우징의 외부로 돌출되도록 진동판에 지지되어 증폭된 진동신호를 두개골에 접촉 전달하는 매스토이드를 포함하는 골 전도 스피커에 있어서,

   상기 하우징(10)의 내부에서 하우징(10)의 내주와 이격되게 수용되고, 하단부 일부는 하단 쪽으로 갈수록 점차 그 지름이 줄어드는 원뿔 형태로 구성되는 코일스프링(50)과;

   상기 진동판과 영구자석을 내부 상하에 이격되게 장착하고, 상기 코일스프링(50)의 내부에 수용되어서 코일스프링(50)의 상단에 지지되는 프레임(40): 을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 골 전도 스피커.
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