KR101515815B1 - 다이나믹 스피커와 압전 소자를 이용한 스피커 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 스피커는, 내측에 수용공간이 형성되는 요크; 상기 수용공간에 배치되고 상면에 플레이트가 구비되는 마그네트; 상기 요크와 상기 마그네트 사이에 배치되는 보이스코일; 상기 플레이트의 상부에 배치되고 상기 보이스코일이 고정되는 진동판; 및 금속판 및 상기 금속판의 적어도 일면에 본딩된 사각형 형태의 압전 세라믹으로 이루어지는 압전 소자가 일체로 결합되고, 상기 압전 소자가 상기 진동판 상측에 배치되도록 상기 요크의 상측 개구부에 마련되는 캡을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

다이나믹 스피커와 압전 소자를 이용한 스피커{Speaker using dynamic speaker and piezoelectric element}

본 발명은 스피커에 관한 것으로, 보다 상세하게는 저역음을 구현하는 다이나믹 스피커와 고역음을 구현하는 압전 소자를 이용하여 고음질을 제공할 수 있는 스피커에 관한 것이다.

일반적으로 스피커란 전기 신호를 진동판의 진동으로 바꾸어 공기에 소밀파를 발생시켜 음파를 복사하는 음향장치로서, 전기 신호를 음파로 변환시키는 원리와 방법에 따라 다이나믹형, 전자기형, 정전형, 유전체형, 자기왜형 등이 있다.

음악재생용이나 음성용으로는 비교적 성능이 좋은 다이나믹형이 널리 사용된다. 다이나믹형은 영구자석의 자기장 내에 있는 보이스코일에 음성신호 전류를 흘리면 그 전류의 세기에 따라 기계적인 힘이 보이스코일에 작용하여 운동을 일으키는 원리를 이용한다.

그러나 이러한 다이나믹형은 저역음을 구현하는 데에는 적합하나 고역음을 구현하기에는 상대적으로 취약한 단점이 있어서, 고음질을 제공하는데 한계가 있다. 이를 보완하기 위하여 2웨이 스피커 또는 3웨이 스피커 등이 제안된 바 있으나, 구조가 복잡하고 고가인 단점이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 저역음을 구현하는 다이나믹 스피커와 고역음을 구현하는 압전 소자를 이용하여 고음질을 제공할 수 있는 스피커를 제공하는 데 있다. 다만 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제로 한정되지 않으며, 이하의 설명으로부터 또 다른 기술적 과제가 도출될 수도 있다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 스피커는, 내측에 수용공간이 형성되는 요크; 상기 수용공간에 배치되고 상면에 플레이트가 구비되는 마그네트; 상기 요크와 상기 마그네트 사이에 배치되는 보이스코일; 상기 플레이트의 상부에 배치되고 상기 보이스코일이 고정되는 진동판; 및 금속판 및 상기 금속판의 적어도 일면에 본딩된 사각형 형태의 압전 세라믹으로 이루어지는 압전 소자가 일체로 결합되고, 상기 압전 소자가 상기 진동판 상측에 배치되도록 상기 요크의 상측 개구부에 마련되는 캡을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 압전 세라믹은 상기 금속판보다 작은 면적을 가지며, 상기 금속판에는 상기 압전 세라믹이 본딩되지 않은 부분에 적어도 하나의 구멍이 형성될 수 있다.

상기 구멍은, 상기 사각형의 제1 모서리 측에 형성된 적어도 하나의 구멍과 상기 사각형의 제2 모서리 측에 형성된 적어도 하나의 구멍을 포함할 수 있다.

상기 압전 세라믹은, 둘 이상의 압전 세라믹 층이 적층된 구조일 수 있다.

상기 압전 소자는 인서트 사출에 의하여 상기 캡에 일체로 결합된 것일 수 있다.

상기 캡의 측면에는 상기 진동판으로부터 발생된 소리가 통과할 수 있도록 상기 진동판의 상부에 위치하는 하나 또는 둘 이상의 구멍이 형성될 수 있다.

상기된 본 발명에 의하면, 저역음을 구현하는 다이나믹 스피커와 고역음을 구현하는 압전 소자를 이용하여 간단한 구조로 고음질을 제공할 수 있는 효과가 있다. 다만 본 발명의 효과는 상기된 바와 같은 효과로 한정되지 않으며, 이하의 설명으로부터 또 다른 기술적 효과가 도출될 수도 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스피커의 측면도를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스피커의 사시도를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스피커의 정면도를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스피커의 단면 사시도를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 스피커의 분해 사시도를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 스피커의 단면 분해 사시도를 나타낸다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이하 설명 및 첨부된 도면들에서 실질적으로 동일한 구성요소들은 각각 동일한 부호들로 나타냄으로써 중복 설명을 생략하기로 한다. 또한 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

도 1 내지 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 스피커의 도면들이다. 도 1은 본 실시예에 따른 스피커의 측면도를 나타내고, 도 2는 본 실시예에 따른 스피커의 사시도를 나타내며, 도 3은 본 실시예에 따른 스피커의 정면도를 나타낸다. 그리고 도 4는 본 실시예에 따른 스피커의 단면 사시도를 나타내고, 도 5는 본 실시예에 따른 스피커의 분해 사시도를 나타내며, 도 6은 본 실시예에 따른 스피커의 단면 분해 사시도를 나타낸다.

본 실시예에 따른 스피커는, 내측에 수용공간이 형성되는 요크(10)와, 상기 수용공간에 배치되고 상면에 플레이트(22)가 구비되는 마그네트(20)와, 요크(10)의 하부 외측에 결합되는 회로기판(50)과, 마그네트(20), 플레이트(22) 및 회로기판(50)을 요크(10)에 결합고정하는 리벳(26)을 포함한다. 요크(10)의 바닥면 중심부에는 리벳구멍이 형성되어 있고, 마그네트(20), 플레이트(22) 및 회로기판(50)에는 요크(10)의 리벳구멍과 동일축상을 갖는 구멍이 형성되어 있다. 본 실시예에서 마그네트(20), 플레이트(22) 및 회로기판(50)은 리벳(26)을 이용하여 요크(10)에 결합고정되는 것으로 설명하나, 이들은 리벳 이외의 다른 결합수단, 예컨대 접착을 이용하여 서로 결합고정될 수도 있음은 물론이다.

본 실시예에 따른 스피커는, 요크(10)와 마그네트(20) 사이에 배치되는 보이스코일(24)과, 플레이트(22)의 상부에 배치되고 가장자리가 요크(10)에 고정되며 보이스코일(24)이 고정되는 진동판(28)을 포함한다. 마그네트(20)에서 나온 자기장은 마그네트(20) 위에 있는 플레이트(22)를 통해 하측의 요크(10)로 이동하고, 다시 마그네트(20)로 이동하는 폐회로를 구성한다. 플레이트(22)와 하측의 요크(10)와의 사이의 공간으로 이동하는 자기장은 보이스코일(24)에 전류가 인가되어 보이스코일(24)이 자성을 띠게 되면 보이스코일(24)의 자력 극성에 따라 보이스코일(24)을 당기거나 밀어내게 된다. 즉, 보이스코일(24)의 자력 극성이 플레이트(22)와 하측의 요크(10)의 자력 극성과 같으면 상호 반발하여 보이스코일(24)을 밀어내어 보이스코일(24)을 앞으로 이동시키고, 플레이트(22)와 하측의 요크(10)의 자력 극성과 다르면 서로 흡인하여 보이스코일(24)을 뒤로 당기게 된다. 이와 같이 보이스코일(24)이 움직이면 보이스코일(24)이 고정되어 잇는 진동판(28)이 앞뒤로 이동하면서 공기를 진동시켜 소리를 발생시키게 된다. 도시되지는 않았으나 본 실시예에 따른 스피커는 전기 신호(+, -)를 보이스코일(24)에 인가하기 위한 도선이 구비되며, 도선은 스피커의 외부로 인출된다.

또한 본 실시예에 따른 스피커는, 금속판(32) 및 금속판(32)에 본딩된 압전 세라믹(31)으로 이루어지는 압전 소자(30)가 결합되고 상기 압전 소자(30)가 진동판(28)의 상측에 배치되도록 요크(10)의 상측 개구부에 배치되어 요크(10)와 결합되는 캡(40)을 더 포함한다.

압전 소자(30)는, 압전 효과를 가지는 압전 세라믹(31)과 금속판(32)에 전기적 교류 신호가 인가되면 이에 연동하여 압전 세라믹(31)의 지름이 신장하고 수축함에 따라 압전 소자(30)가 상하로 굴곡 운동을 함으로써 소리를 발생시키게 된다. 본 실시예에서 압전 소자(30)는 금속판(32)의 상면에 압전 세라믹(31)이 본딩되는 것으로 설명하나, 금속판(32)의 하면에 압전 세라믹이 본딩될 수도 있고, 금속판(32)의 상면과 하면에 각각 압전 세라믹이 본딩될 수도 있다. 압전 세라믹(31)은 압전 소자(30)의 굴곡 운동을 위하여 통상적으로 금속판(32)보다 작은 면적을 가지며, 따라서 금속판(32)은 일부가 외부로 노출된다. 도시되지는 않았으나 압전 세라믹(31)은 접착제에 의해 금속판(32)에 본딩되며, 접착제로는 예컨대 도전성 에폭시 접착제, 실버페이스트 등이 사용될 수 있다. 보이스코일(24)에 인가되는 전기 신호(+, -)는 압전 소자(30)의 압전 세라믹(31)과 금속판(32)에도 함께 인가된다. 예컨대 (+) 신호는 압전 세라믹(31)에 인가되고, (-) 신호는 금속판(32)에 인가된다. 도시되지는 않았으나 본 실시예에 따른 스피커에는 압전 세라믹(31)과 금속판(32)에 전기 신호를 인가하기 위한 전극과 도선이 구비되며, 이 도선 역시 스피커의 외부로 인출된다.

보이스코일(24)과 압전 소자(30)에는 동일한 전기 신호가 인가되므로, 보이스코일(24)과 압전 소자(30)에서 각각 전기 신호에 상응하는 소리가 발생하게 된다. 보이스코일(24)에 전기 신호가 인가됨에 따라 진동판(28)에서 발생하는 소리는 저음역에는 충실하지만 고음역에는 상대적으로 충실하지 않은 소리인 반면, 압전 소자(30)에 전기 신호가 인가됨에 따라 압전 소자(30)에서 발생하는 소리는 저음역에는 상대적으로 충실하지 않지만 고음역에는 충실한 소리이다. 따라서 본 실시예에 따른 스피커에서는 저음역 및 고음역에서 모두 충실도가 높은 소리가 나오게 된다.

압전 소자(30)는 캡(40)에 의해 지지되는데, 본 발명의 실시예에서 압전 소자(30)는 인서트 사출에 의하여 캡(40)에 일체로 결합된다. 종래의 압전 스피커에서 압전 소자는 접착제(예컨대 실리콘 접착제)를 이용하여 케이스 또는 지지 수단에 고정되는데, 이러한 경우 접착 작업이 어렵고 지지 강도가 충분하지 않은 문제가 있었다. 본 발명의 실시예에서는 압전 소자(30)를 인서트 사출을 이용하여 캡(40)에 일체로 결합시킴으로써 제조 공정을 단순화하고 충분한 지지 강도를 얻을 수 있다. 예컨대 본 발명의 실시예에서는 압전 소자(30)를 미리 준비하여 두고, 압전 소자(30)와 캡(40)을 인서트 사출하기 위한 금형을 제작한 다음, 인서트 사출 성형을 통하여 압전 소자(30)가 일체로 결합된 캡(40)을 제작할 수 있다.

압전 소자(30)의 금속판(32)은 가장자리의 적어도 일부(예컨대, 구멍(37a, 37b)을 제외한 부분)가 캡(40)에 결합될 수 있도록 대체적으로 원형을 띤다. 금속판(32)과 달리, 압전 세라믹(31)은 원형이 아니라 도시된 바와 같이 사각형 형태를 띨 수 있다. 본 실시예에서 압전 세라믹(31)은 정사각형 형태인 것으로 도시되어 있으나, 꼭 정사각형일 필요는 없으며 정사각형에 가까운 사각형이거나 직사각형이어도 무방하다.

이처럼 압전 세라믹(31)을 사각형 형태로 하는 것은, 첫째로는 양산성을 높이기 위함이다. 압전 소자에 사용할 압전 세라믹을 제작하기 위해서는 커다란 압전 세라믹판을 절단하여야 하는데, 원형으로 절단하려면 특별한 절단 기구가 필요하고 작업이 용이하지 않을뿐더러, 절단하고 남은 부분이 버려지게 되는 문제가 있다. 그러나 본 실시예에서와 같이 압전 세라믹(31)을 사각형 형태로 하면 단순한 절단 기구를 사용할 수 있고 작업 또한 용이하며, 버려지는 부분을 최소화할 수 있다.

또한 압전 세라믹(31)을 사각형 형태로 하는 것은 둘째로, 압전 소자(30)에서 발생하는 소리의 주파수 특성을 개선하기 위함이다. 본 출원의 발명자는 압전 세라믹을 금속판(32)과 마찬가지로 원형으로 제작한 경우와 본 실시예에서와 같이 사각형으로 제작한 경우의 주파수 특성을 비교해 본 결과, 사각형으로 제작한 경우가 주파수 특성이 보다 평탄해지고 넓어짐을 확인할 수 있었다. 음질 역시 압전 세라믹(31)을 사각형으로 제작한 경우에 보다 부드러운 음질이 얻어짐을 확인할 수 있었다.

또한 압전 세라믹(31)은, 둘 이상의 압전 세라믹 층이 적층된 구조일 수 있다. 이렇게 하면 압전 세라믹(31)의 용량이 증가하여 음압을 상승키는 효과를 가져올 수 있다. 음압이 상승되면 출력이 커지고 보다 다이나믹한 음질이 구현될 수 있다.

압전 소자(30)의 금속판(32)에는 진동판(28)으로부터 발생된 소리가 통과할 수 있도록 압전 세라믹(31)이 본딩되지 않은 부분에 적어도 하나의 구멍이 형성된다. 예컨대 도시된 바와 같이, 금속판(32)이 캡(40)과 결합된 상태에서 구멍이 형성될 수 있도록 금속판(32)의 가장자리 일부가 내측으로 파여진 형태의 구멍(37a, 37b)이 형성될 수 있다. 즉, 금속판(32)은 구멍(37a, 37b)에 해당하는 부분이 내측으로 파여 있고, 구멍(37a, 37b)에 해당하지 않는 가장자리를 따라 캡(40)과 결합될 수 있다.

또한 금속판(32)에는 가장자리와 이격된 구멍들로, 압전 세라믹(31)의 사각형의 제1 모서리 측에 형성된 구멍(36a, 36b)과, 제1 모서리와 대향하는 제2 모서리 측에 형성된 구멍(36c, 36d)이 구비될 수 있다. 이처럼 금속판(32)에 구멍들(36a, 36b, 36c, 36d)을 형성함으로써, 약 8~10KHz 대역의 상승된 음압을 약 5~10dB 낮출 수 있어서, 악기나 보이스에서 나오는 거친 소리와 치잘음을 안정적으로 변화시켜 음질을 최적화할 수 있다. 또한 이러한 구멍들(36a, 36b, 36c, 36d)은 진동판(28)에서 발생하는 소리가 원활하게 나올 수 있도록 함으로써 소리를 더욱 풍부하고 깊이 있게 하며, 압전 소자(30)에서 발생하는 고음과의 밸런스를 적절히 맞추는데 도움을 준다.

나아가, 본 발명의 실시예에서는 캡(40)의 측면에도 진동판(28)으로부터 발생된 소리가 통과할 수 있도록 적어도 하나의 구멍이 형성될 수 있다. 예컨대 도 2, 도 4 내지 6을 참조하면, 캡(40)의 측면에 진동판(28)의 상부에 위치하는 구멍들(42)이 형성된다.

저음역의 소리와 고음역의 소리는 지향성에 있어서 차이를 보이는데, 저음역의 소리는 지향성이 약한 반면, 고음역의 소리는 지향성이 강한 특성을 나타낸다. 즉, 저음역의 소리는 음원으로부터 넓게 퍼지는 경향이 있지만 고음역의 소리는 음원으로부터 넓게 퍼지지 않고 같은 방향으로 진행하는 경향이 있다.

따라서 진동판(28)에서 발생하는 소리 중 고음역의 소리는 압전 소자(30)에 의하여 일부 차단되고, 저음역의 소리는 넓게 퍼지는 경향이 있으므로 압전 소자(30)의 금속판(32)에 형성된 구멍들(36a~d, 37a~b)을 통하여 방출된다. 한편 압전 소자(30)에서 발생하는 소리는 그대로(혹은 예컨대 이어폰의 경우 이어폰 고무캡을 통하여) 방출된다.

그런데, 음원으로 진동판(28)과 압전 소자(30)의 두 개의 음원이 존재하므로, 진동판(28)에서 나오는 소리와 압전 소자(30)에서 나오는 소리의 보강 간섭으로 인한 왜곡이 발생할 수 있으며, 특히 고음역에서 문제가 될 수 있다. 그러나 본 발명의 실시예에서는 진동판(28)의 상측에 압전 소자(30)가 배치되어 진동판(28)으로부터 나오는 고음역의 소리를 압전 소자(30)가(특히, 압전 소자(30)의 가운데의 압전 세라믹(31) 부분에서) 차단하여 주는 한편, 진동판(28)으로부터 나오는 저음역의 소리는 압전 소자(30)의 금속판(32)에 형성된 구멍들(36a~d, 37a~b) 및 캡(40)에 형성된 구멍들(42)을 통하여 방출되도록 함으로써 이러한 간섭을 최소화할 수 있다.

저음역의 소리는 지향성이 약하므로 압전 소자(30)의 금속판(32)에 형성된 구멍들(36a~d, 37a~b) 및 캡(40)의 측면에 형성된 구멍들(42)을 통하여 비교적 원활하게 스피커의 외부로 방출된다. 특히 캡(40)의 측면에 구멍들(42)을 형성함으로써, 일부이지만 압전 소자(30)에 의해 차단되는 저음역의 소리를 외부로 더욱 원활하게 방출할 수가 있다. 그러나 고음역의 소리는 지향성이 강하기 때문에 압전 소자(30)에 의해 차단되고 압전 소자(30)의 금속판(32)에 형성된 구멍들(36a~d, 37a~b) 및 캡(40)의 측면에 형성된 구멍들(42)을 통하여 거의 방출되지 않는다. 따라서 본 발명의 실시예에 의하면, 진동판(28)에서 나오는 소리와 압전 소자(30)에서 나오는 소리의 보강 간섭으로 인한 왜곡을 방지하면서, 저음역 및 고음역에서 모두 충실도가 높은 소리를 제공할 수 있다.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (6)

1. 내측에 수용공간이 형성되는 요크;
   상기 수용공간에 배치되고 상면에 플레이트가 구비되는 마그네트;
   상기 요크와 상기 마그네트 사이에 배치되는 보이스코일;
   상기 플레이트의 상부에 배치되고 상기 보이스코일이 고정되는 진동판; 및
   금속판 및 상기 금속판의 적어도 일면에 본딩된 사각형 형태의 압전 세라믹으로 이루어지는 압전 소자가 일체로 결합되고, 상기 압전 소자가 상기 진동판 상측에 배치되도록 상기 요크의 상측 개구부에 마련되는 캡을 포함하고,
   상기 압전 세라믹은 상기 금속판보다 작은 면적을 가지며, 상기 금속판에는 상기 압전 세라믹이 본딩되지 않은 부분에 적어도 하나의 구멍이 형성되며,
   상기 구멍은, 상기 사각형의 제1 모서리 측에 형성된 적어도 하나의 구멍과 상기 사각형의 제2 모서리 측에 형성된 적어도 하나의 구멍을 포함하는 것을 특징으로 하는 스피커.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 압전 세라믹은, 둘 이상의 압전 세라믹 층이 적층된 구조인 것을 특징으로 하는 스피커.
5. 제1항에 있어서,
   상기 압전 소자는 인서트 사출에 의하여 상기 캡에 일체로 결합된 것을 특징으로 하는 스피커.
6. 제1항에 있어서,
   상기 캡의 측면에는 상기 진동판으로부터 발생된 소리가 통과할 수 있도록 상기 진동판의 상부에 위치하는 하나 또는 둘 이상의 구멍이 형성된 것을 특징으로 하는 스피커.

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