KR101415037B1 - 인클로저를 가지는 압전 스피커 유닛 - Google Patents

Abstract

본 발명은 대적으로 작고 소형화된 인클로저에도 불구하고 음압의 향상을 통해 음질의 구현이 양호하게 이루어지도록 하고 중량체를 부착하여 저음 특성이 향상되도록 하는 인클로저를 가지는 압전 스피커 유닛에 관한 것으로, 본 압전 스피커 유닛은 상면에 제1 관통공이 형성되고, 하면에 제2 관통공이 형성되며, 내부가 중공된 입방체 형태의 인클로저와; 음향 진동판과, 상기 음향 진동판의 외측 둘레를 따라 부착되는 제1 프레임과, 상기 음향 진동판의 전면에 부착되고 인가되는 전기 신호를 진동으로 변환하여 음향을 출력하는 압전층을 포함하고, 상기 제1 프레임의 하면이 상기 제1 관통공을 둘러싸도록 상기 인클로저의 상면에 부착되는 압전 스피커와; 합성수지 또는 종이 재질의 제1 진폭조절필름과, 상기 제1 진폭조절필름의 외측 둘레를 따라 부착되는 제2 프레임을 포함하고, 상기 제2 프레임의 상면이 상기 제2 관통공을 둘러싸도록 상기 인클로저의 하면에 부착되는 진폭조절부와; 상기 인클로저의 외측으로 상기 진폭조절부의 하면에 부착되고, 상대적으로 무거운 재질로 형성되는 중량체를; 포함한다.

Description

인클로저를 가지는 압전 스피커 유닛{Piezoelectric Speaker Unit having an enclosure}

본 발명은 인클로저를 가지는 압전 스피커 유닛에 관한 것으로, 보다 상세하게는 상대적으로 작고 소형화된 인클로저에도 불구하고 음압의 향상을 통해 음질의 구현이 양호하게 이루어지도록 하는 인클로저를 가지는 압전 스피커 유닛에 관한 것이다.

최근에 휴대폰, 스마트폰 및 노트북 등의 휴대 단말기를 비롯하여 LCD TV, LED TV 등을 포함하는 TV 제품의 슬림화가 가속됨에 따라, 기존의 자석 코일을 이용한 다이나믹 스피커의 대안으로 압전 스피커가 주목을 받고 있다.

일반적으로 압전 스피커는 기존의 다이나믹 스피커에 비하여 얇고 가벼우며 전력소모가 적은 장점을 가지고 있어 미래 선도형 스피커 기술로 부각되고 있다.

그러나 압전 스피커는 상기 장점에도 불구하고 종래의 다이나믹 스피커에 비해 출력음압이 낮고 저주파 재생이 어렵다는 단점이 있어 상용화에 어려움을 겪고 있다.

종래의 압전형 스피커에는 압전 진동자를 이용하거나, 금속 진동판 상부에 압전 디스크를 덧붙여 제작하는 방식의 압전 스피커, PVDF(Polyvinylidene Fluoride)와 같은 필름형 압전 스피커, 실리콘 MEMS(Mechanical Electronic Micromachined System) 공정을 이용하여 제작하는 방식의 초소형 압전 스피커 등이 있다.

종래의 압전 스피커로서, 압전 필름 소재를 이용한 필름형 압전 스피커는 PVDF와 같은 압전 필름 소재를 이용하여 상하부에 전극을 형성하고 전압을 인가하여 음을 발생시키는 원리를 이용한다. 필름형 압전 스피커는 압전 필름의 양측면에 고분자 전도체막을 형성하고, 그 테두리를 따라 연장된 형태로 전극을 형성한 후 전극에 전압을 인가하기 위한 단자를 형성하는 구조로 제작된다.

일반적으로 스피커 유닛은 소리를 발생시키는 스피커만을 구비하지 않고, 스피커를 인클로저에 둘러싼 형태로 구비된다. 소리는 기압의 변화를 통해 사람의 귀에 들리게 되는 것인데, 만일 스피커만이 단독으로 구비된 경우, 스피커의 전면은 음압에 의해 압력이 높아져 기압이 높아지게 되고, 반대로 스피커의 후면은 기압이 낮아지는 현상이 발생하여 스피커의 전면과 후면의 소리가 서로 상쇄되는 현상이 일어나게 된다.

따라서, 스피커의 전면과 후면에서 나오는 소리가 서로 상쇄되는 것을 방지하기 위해, 인클로저를 제공하는 것이다. 이와 같은 인클로저는 저음을 보강하기 위해 인클로저에 공기 구멍을 형성하는 구조와 공기 구멍이 없이 완전히 밀폐시키는 구조로 구분된다.

그런데, 상기와 같은 종래 기술에는 다음과 같은 문제점이 있었다.

압전 스피커는 그 두께가 매우 얇은 형태를 가지는 것이 가장 중요한 특징으로써 박막형 스피커로 불리고, 그에 따라 압전 스피커에 사용되는 인클로저 또한 그 크기가 매우 제한되고 소형을 지향하게 된다.

이와 같이 압전 스피커에 구비되는 인클로저는 음질을 향상시키는 역할을 함에도 불구하고 소형화됨에 따라 스피커의 출력에 맞는 적절한 음질이 구현되지 못하고, 특히 저음 특성이 나빠지는 문제점이 있었다.

공개특허 제2012-0064984호 "압전 스피커"(2012. 06. 20)

이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로,

본 발명의 목적은, 상대적으로 작고 소형화된 인클로저에도 불구하고 음압의 향상을 통해 음질의 구현이 양호하게 이루어지도록 하고 중량체를 부착하여 저음 특성이 향상되도록 하는 인클로저를 가지는 압전 스피커 유닛을 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 진폭조절판을 부착하여 저음 특성이 보다 향상되도록 하는 인클로저를 가지는 압전 스피커 유닛을 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 "인클로저를 가지는 압전 스피커 유닛"은, 상면에 제1 관통공이 형성되고, 하면에 제2 관통공이 형성되며, 내부가 중공된 입방체 형태의 인클로저와; 음향 진동판과, 상기 음향 진동판의 외측 둘레를 따라 부착되는 제1 프레임과, 상기 음향 진동판의 전면에 부착되고 인가되는 전기 신호를 진동으로 변환하여 음향을 출력하는 압전층을 포함하고, 상기 제1 프레임의 하면이 상기 제1 관통공을 둘러싸도록 상기 인클로저의 상면에 부착되는 압전 스피커와; 합성수지 또는 종이 재질의 제1 진폭조절필름과, 상기 제1 진폭조절필름의 외측 둘레를 따라 부착되는 제2 프레임을 포함하고, 상기 제2 프레임의 상면이 상기 제2 관통공을 둘러싸도록 상기 인클로저의 하면에 부착되는 진폭조절부와; 상기 인클로저의 외측으로 상기 진폭조절부의 하면에 부착되고, 상대적으로 무거운 재질로 형성되는 중량체를; 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 "인클로저를 가지는 압전 스피커 유닛"의 상기 압전 스피커는, 상기 음향 진동판의 하면에 부착되는 합성수지 또는 종이 재질의 제1 진폭조절판을, 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 "인클로저를 가지는 압전 스피커 유닛"의 상기 압전 스피커는, 상기 압전층의 둘레로 상기 음향 진동판의 상면에 부착되는 합성수지 또는 종이 재질의 제2 진폭조절판을, 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 "인클로저를 가지는 압전 스피커 유닛"의 상기 진폭조절부는, 상기 제1 진폭조절필름보다 작은 크기로 상기 중량체의 상면과 상기 제1 진폭조절필름의 하면 사이에 부착되는 합성수지 또는 종이 재질의 제2 진폭조절필름을, 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 "인클로저를 가지는 압전 스피커 유닛"의 상기 인클로저는, 그 내부에 채워지는 액체 상태의 액상 충진물을, 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 "인클로저를 가지는 압전 스피커 유닛"의 상기 진폭조절부는, 상기 제2 관통공을 둘러싸서 밀폐하는 상태로 상기 인클로저의 내부면에 부착되는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같은 본 발명은, 상대적으로 작고 소형화된 인클로저에도 불구하고 음압의 향상을 통해 음질의 구현이 양호하게 이루어지고, 중량체를 부착하여 저음 특성이 향상되고, 그에 따라 소형화되면서 음질의 현저한 개선이 이루어지는 효과를 갖는다.

또한, 본 발명은, 진폭조절판을 부착하여 저음 특성이 보다 향상되는 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명에 따른 압전 스피커 유닛의 개략적인 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 압전 스피커 유닛의 개략적인 종단면도,
도 3은 도 2의 요부 확대도,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 압전 스피커 유닛의 종단면도,
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 압전 스피커 유닛의 개략적인 종단면도,
도 6은 본 발명에 따른 압전 스피커 유닛의 음압 레벨 대 주파수에 대한 그래프.

이하 본 발명의 바람직한 실시예가 도시된 첨부 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 다수의 상이한 형태로 구현될 수 있고, 기술된 실시예에 제한되지 않음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명에 따른 압전 스피커 유닛의 개략적인 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 압전 스피커 유닛의 개략적인 종단면도이며, 도 3은 도 2의 요부 확대도이다.

이에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 압전 스피커 유닛은 인클로저(10)와, 상기 인클로저(10)의 상면에 부착되는 압전 스피커(20)와, 상기 인클로저(10)의 하면에 부착되는 진폭조절부(30)와, 상기 진폭조절부(30)에 부착되는 중량체(40)를 포함한다.

상기 인클로저(10)는 상면에 제1 관통공(11)이 형성되고 하면에 제2 관통공(12)이 형성되며 내부가 중공된 입방체 형태로 구비되는 것으로, 상기 압전 스피커(20)와 진폭조절부(30)가 설치되는 장소를 제공하면서 상기 압전 스피커(20)에 의해 출력되는 음향에 대한 상쇄를 방지시키면서 음질을 향상시키는 역할을 한다.

상기 제1 관통공(11)은 상기 압전 스피커(20)가 설치되는 부위로, 상기 압전 스피커(20)의 부착에 의해 밀폐되면서 상기 압전 스피커(20)에 의해 출력되는 음향이 상기 인클로저(10)의 내부로 유입되는 통로의 역할을 한다.

상기 제2 관통공(12)은 상기 진폭조절부(30)가 설치되는 부위로, 상기 진폭조절부(30)의 부착에 의해 밀폐되면서 상기 인클로저(10)의 내부로 유입된 음향을 상기 진폭조절부(30)를 통과한 후에 외부로 배출되는 통로의 역할을 한다.

상기 압전 스피커(20)는 음향 진동판(21)과, 상기 음향 진동판(21)의 외측 둘레를 따라 부착되는 제1 프레임(22)과, 상기 음향 진동판(21)의 전면에 부착되고 인가되는 전기 신호를 진동으로 변환하여 음향을 출력하는 압전층(23)을 포함하는 것으로, 상기 제1 프레임(22)의 하면이 상기 제1 관통공(11)을 둘러싸도록 상기 인클로저(10)의 상면에 부착된다.

상기 음향 진동판(21)은 상기 제1 프레임(22)의 내측에 장착되는 것으로, 상기 압전층(23)의 진동에 따라 진동되면서 음향을 출력하는 역할을 하고, 고무, 실리콘 및 우레탄 등과 같은 합성수지 재질이나 한지와 같은 종이 재질로 제작된다.

상기 제1 프레임(22)은 상하 한 쌍으로 구비되고 상기 음향 진동판(21)을 둘러싸는 형태로 부착되는 것으로, 상기 음향 진동판(21)을 상하로 맞물어서 견고히 고정시키는 역할을 한다. 이와 같은 역할을 하는 상기 제1 프레임(22)은 상기 음향 진동판(21)이 진동할 때 내부 손실에 의한 반진동을 최소화하기 위해 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리아세탈(POM) 및 폴리카보네이트(PC) 등을 포함하는 플라스틱이나 알루미늄, 또는 스테인리스 스틸을 포함하는 금속이나 합금을 제작될 수 있다.

상기 압전층(23)은 상기 음향 진동판(21)의 상면에 부착되는 것으로, 와이어와 같은 전극 등에 의해 전원이 연결되어 인가되는 전기 신호를 진동으로 변환하여 음향을 출력하는 역할을 한다.

이와 같은 역할을 하는 상기 압전층(23)은 후막 형태의 압전 세라믹에 대해 연마 공정을 수행하여 얇은 단층 박막으로 형성되거나, 적층 구조의 박막을 증착 또는 코팅하여 형성된다.

또한, 상기 압전층(23)은 PZT와 같은 다결정 세라믹뿐 아니라, PMN-PT, PZN-PT, PIN-PT, PYN-PT 등의 단결정 압전 소재, PVDF, PVDF-TrFE 등의 유연 압전 폴리머 소재, BNT, BZT-BCT 등의 무연 압전 신소재 등을 포함할 수 있다. 아울러, 상기 압전층(23)은 평면 상에서 볼 때 사각형뿐만 아니라, 원형, 타원형 및 다각형 등 다양한 형태를 가질 수 있다.

상기 압전 스피커(20)는 상기 음향 진동판(21)의 하면에 부착되는 합성수지 또는 종이 재질의 제1 진폭조절판(24)을 더 포함한다. 상기 제1 진폭조절판(24)은 상기 음향 진동판(21)의 진폭을 조절하여 음압을 향상시키면서 음의 왜곡을 저감시키는 역할을 한다. 이와 같은 상기 제1 진폭조절판(24)은 실리콘이나 플라스틱 등과 같은 연성이나 강성을 가지는 합성수지 재질로 형성되거나 한지와 같은 종이 재질로 형성되는 것이 바람직하다.

상기 압전 스피커(20)는 상기 압전층(23)의 둘레로 상기 음향 진동판(21)의 상면에 부착되는 합성수지 또는 종이 재질의 제2 진폭조절판(25)을 더 포함한다. 상기 제2 진폭조절판(25)은 상기 제1 진폭조절판(24)과 마찬가지로 상기 음향 진동판(21)의 진폭을 조절하여 음압을 향상시키면서 음의 왜곡을 저감시키는 역할을 한다. 이와 같은 상기 제2 진폭조절판(25)은 실리콘이나 플라스틱 등과 같은 연성이나 강성을 가지는 합성수지 재질로 형성되거나 한지와 같은 종이 재질로 형성되는 것이 바람직하다.

상기 진폭조절부(30)는 합성수지 또는 종이 재질의 제1 진폭조절필름(31)과, 상기 제1 진폭조절필름(31)의 외측 둘레를 따라 부착되는 제2 프레임(32)을 포함하고 상기 제2 프레임(32)의 상면이 상기 제2 관통공(12)을 둘러싸도록 상기 인클로저(10)의 하면에 부착되는 것으로, 상기 압전 스피커(20)에 의해 출력되어 상기 인클로저(10)를 통과한 음의 진폭을 조절하여 저음 특성을 향상시키는 역할을 한다.

상기 제1 진폭조절필름(31)은 상기 제2 관통공(12)을 통과하는 음의 진폭을 조절하여 저음 특성을 향상시키는 역할을 한다. 상기 제2 프레임(32)은 상하 한 쌍으로 구비되고 상기 제1 진폭조절필름(31)을 둘러싸는 형태로 부착되는 것으로, 상기 제1 진폭조절필름(31)을 전후로 맞물어서 견고히 고정시키는 역할을 한다. 이와 같은 역할을 하는 상기 제2 프레임(32)은 상기 제1 진폭조절필름(31)이 진동할 때 내부 손실에 의한 반진동을 최소화하기 위해 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리아세탈(POM) 및 폴리카보네이트(PC) 등을 포함하는 플라스틱이나 알루미늄, 또는 스테인리스 스틸을 포함하는 금속이나 합금을 제작될 수 있다.

상기 진폭조절부(30)는 상기 제1 진폭조절필름(31)보다 작은 크기로 상기 중량체(40)의 상면과 상기 제1 진폭조절필름(31)의 하면 사이에 부착되는 합성수지 또는 종이 재질의 제2 진폭조절필름(33)을 더 포함한다. 상기 제2 진폭조절필름(33)은 상기 제1 진폭조절필름(31)과 마찬가지로 상기 제2 관통공(12)을 통과하는 음의 진폭을 조절하여 저음 특성을 향상시키는 역할을 한다.

상기 중량체(40)는 상기 인클로저(10)의 외측으로 상기 진폭조절부(30)의 하면에 부착되고 상대적으로 무거운 재질로 형성되는 것으로, 상기 제1 진폭조절필름(31)의 중량을 증가시켜 상기 제1 진폭조절필름(31)의 진동에 의해 생성되는 저음 특성을 향상시키는 역할을 한다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 압전 스피커 유닛의 종단면도이다.

이에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 압전 스피커 유닛의 상기 인클로저(10)는 그 내부에 채워지는 액체 상태의 액상 충진물(13)을 더 포함한다. 상기 액상 충진물(13)은 공기보다 밀도가 높은 액체상의 매질로써, 상기 인클로저(10)의 내부로 공기 대신에 충진되어 상기 음향 진동판(21)에 의해 생성되고 상기 인클로저(10)의 내측으로 출력되어 상기 인클로저(10)의 내부를 통과하는 음압을 증대시키는 역할을 한다.

이와 같이 상기 액상 충진물(13)에 의해 상기 압전 스피커(20)에서 출력되는 음압이 증대됨에 따라 상기 인클로저(10)가 상대적으로 소형으로 형성되어도 적절한 음질을 구현하게 된다.

상기 액상 충진물(13)은 물, 오일 등일 수 있고, 물과 오일에 천연물질이나 화학물질이 녹아 있는 용액 등일 수 있다.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 압전 스피커 유닛의 개략적인 종단면도이다.

이에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 압전 스피커 유닛의 상기 진폭조절부(30)는 상기 제2 관통공(12)을 둘러싸서 밀폐하는 상태로 상기 인클로저(10)의 내부면에 부착된다.

이와 같이 상기 진폭조절부(30)의 제2 프레임(32)이 상기 인클로저(10)의 상기 제2 관통공(12)의 내측으로 상기 인클로저(10)의 내부면에 부착됨으로써, 본 압전 스피커 유닛이 보다 콤팩트해진다.

도 6은 본 발명에 따른 압전 스피커 유닛의 음압 레벨 대 주파수에 대한 그래프이다.

이에 제시된 바와 같이, 본 발명에 따른 압전 스피커 유닛, 즉 인클로저에 압전 스피커, 진폭조절부 및 중량체가 부착된 압전 스피커 유닛에 해당하는 '본 샘플'과 일반적인 압전 스피커 유닛인 '범용 샘플'의 주파수에 대한 음압 레벨(SPL : Sound Pressure Level)을 실험한 결과를 보면, 본 발명에 따른 압전 스피커 유닛에 해당하는 '본 샘플'이 일반적인 압전 스피커 유닛인 '범용 샘플'에 비해 그 음압이 5 내지 7 dB(데시벨) 정도 상승하는 것을 보인다.

따라서, 상기한 실험에 따라 음압이 상승된 레벨만큼 상기 인클로저의 소형화가 가능해진다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.

한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해서 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함을 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명하다할 것이다.

10 : 인클로저
11 : 제1 관통공 12 : 제2 관통공
13 : 액상 충진물
20 : 압전 스피커
21 : 음향 진동판 22 : 제1 프레임
23 : 압전층 24 : 제1 진폭조절판
25 : 제2 진폭조절판
30 : 진폭조절부
31 : 제1 진폭조절필름 32 : 제2 프레임
33 : 제2 진폭조절필름
40 : 중량체

Claims (6)

1. 상면에 제1 관통공(11)이 형성되고, 하면에 제2 관통공(12)이 형성되며, 내부가 중공된 입방체 형태의 인클로저(10)와;
   음향 진동판(21)과, 상기 음향 진동판(21)의 외측 둘레를 따라 부착되는 제1 프레임(22)과, 상기 음향 진동판(21)의 전면에 부착되고 인가되는 전기 신호를 진동으로 변환하여 음향을 출력하는 압전층(23)을 포함하고, 상기 제1 프레임(22)의 하면이 상기 제1 관통공(11)을 둘러싸도록 상기 인클로저(10)의 상면에 부착되는 압전 스피커(20)와;
   합성수지 또는 종이 재질의 제1 진폭조절필름(31)과, 상기 제1 진폭조절필름(31)의 외측 둘레를 따라 부착되는 제2 프레임(32)을 포함하고, 상기 제2 프레임(32)의 상면이 상기 제2 관통공(12)을 둘러싸도록 상기 인클로저(10)의 하면에 부착되는 진폭조절부(30)와;
   상기 인클로저(10)의 외측으로 상기 진폭조절부(30)의 하면에 부착되고, 상대적으로 무거운 재질로 형성되는 중량체(40)를;
   포함하는 것을 특징으로 하는 인클로저를 가지는 압전 스피커 유닛.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 압전 스피커(20)는,
   상기 음향 진동판(21)의 하면에 부착되는 합성수지 또는 종이 재질의 제1 진폭조절판(24)을,
   더 포함하는 것을 특징으로 하는 인클로저를 가지는 압전 스피커 유닛.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 압전 스피커(20)는,
   상기 압전층(23)의 둘레로 상기 음향 진동판(21)의 상면에 부착되는 합성수지 또는 종이 재질의 제2 진폭조절판(25)을,
   더 포함하는 것을 특징으로 하는 인클로저를 가지는 압전 스피커 유닛.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 진폭조절부(30)는,
   상기 제1 진폭조절필름(31)보다 작은 크기로 상기 중량체(40)의 상면과 상기 제1 진폭조절필름(31)의 하면 사이에 부착되는 합성수지 또는 종이 재질의 제2 진폭조절필름(33)을,
   더 포함하는 것을 특징으로 하는 인클로저를 가지는 압전 스피커 유닛.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 인클로저(10)는,
   그 내부에 채워지는 액체 상태의 액상 충진물(13)을,
   더 포함하는 것을 특징으로 하는 인클로저를 가지는 압전 스피커 유닛.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 진폭조절부(30)는,
   상기 제2 관통공(12)을 둘러싸서 밀폐하는 상태로 상기 인클로저(10)의 내부면에 부착되는 것을 특징으로 하는 인클로저를 가지는 압전 스피커 유닛.

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