KR100883241B1

KR100883241B1 - 음향의 물리적 특성을 따르는 전대역 단일체 음향막을 갖는 음향장치

Info

Publication number: KR100883241B1
Application number: KR1020070009870A
Authority: KR
Inventors: 셍-시웅 유
Original assignee: 욘 싱 인더스트리얼 컴퍼니., 리미티드.
Priority date: 2007-01-31
Filing date: 2007-01-31
Publication date: 2009-02-10
Also published as: KR20080071690A

Abstract

음향의 물리적 특성을 따르는 전대역 단일체 음향막은, 종래에 사용되는 균일한 재료 및 동일한 강도의 구조적 제약을 탈피하기 위한 단일체 음향막이다. 재료의 구조적 강도가 음향막의 일단의 림으로부터 대향단 림을 향해 점차 감소하는데, 고강도의 구조로부터 저강도의 구조로 경사형으로 방사형으로 감소한다. 따라서 단일체 음향막 구조의 각 부분을 다른 강도의 재질로 형성하여 고음, 중음역, 저음의 전대역 음향을 이상적인 음질과 특성으로 재생할 수 있다. 본 발명은 복잡한 분배기 설계시의 비용을 억제할 수 있고, 인공적인 음질과 효율 손실을 제거하고 효율을 향상시키며, 제조비용을 절감하고 진정한 원음재생을 이룰 수 있다.

Description

음향의 물리적 특성을 따르는 전대역 단일체 음향막을 갖는 음향장치 {SOUND DEVICE HAVING FULL-GAMUT SINGLE-BODY SOUND MEMBRANE THAT CONFORMS TO A PHYSICAL PROPERTY OF SOUNDING}

도 1은 종래의 스피커 음향막의 주파수 응답특성도.

도 2는 본 발명의 스피커의 단면도.

도 3은 본 발명의 스피커의 피스톤식 왕복운동 설명도.

도 4는 본 발명의 음향주파수 및 스피커의 피스톤식 왕복운동의 경사 변위 응답곡선.

도 5는 본 발명의 스피커 음향막의 국부 단면도.

도 5a는 본 발명의 스피커 음향막의 부분 확대도.

도 6은 본 발명의 스피커 음향막의 주파수 응답특성도.

도 7은 본 발명의 음향막과 보이스코일을 결합하는 조립 구조도.

도 7a는 본 발명의 음향막과 보이스코일의 조립구조체의 부분 확대도.

도 8은 본 발명의 음향막과 보이스코일을 결합하는 다른 형태의 조립 구조도.

도 8a는 본 발명의 음향막과 보이스코일의 다른 형태의 조립구조체의 부분 확대도.

도 9는 본 발명의 다른 스피커의 단면도.

도 9a는 본 발명의 다른 스피커의 부분 확대도.

본 발명은 음향의 물리적 특성을 따르는 전대역 단일체 음향막에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 스피커 내의 단일체 음향막 구조의 각 부분을 다른 강도의 재질로 형성하여 고음, 중음역, 저음의 전대역에 걸쳐서 음질 요건을 만족할 수 있는 단일의 음향막에 관한 것이다.

인류의 경제가 크게 발전함에 따라 생활의 질이 향상되고 여가생활의 질에 대한 요구가 엄격해지고 있다. 모든 여가 활동 중에서, AV(시청각) 활동(TV 프로그램과 영화 시청, 음악감상 등)에서의 요건은 AV 기기의 발전에 의존한다. 시각(비디오) 기기는 나날이 발전하고 있으며, 고해상도의 디지털 평면 디스플레이 제품도 발전되어 왔다. LCD 또는 플라즈마 TV에 있어서도 고해상도와 저전자파 제품이 급속히 개발되어 왔다. 반면에 오디오 기기의 개선과 변혁을 위한 제품 개발에 대해서는 별로 수요가 없다. 그 주요 이유는 오디오 제품의 주요 부품인 스피커의 구조가 단순하고 오랫동안 사용해 옴으로써 더 이상의 개선의 여지가 없는 것으로 인식되어 왔기 때문이다. 현존 오디오 기기의 대부분의 연구 개발은 앰프 회로에 집중되어 있기는 하지만, 이렇게 세부적인 것에 집중하며 큰 목적은 간과하고 있는 이러한 개념은 본 발명의 입장에서 보면 옳지 않은 것이다.

스피커 구조에는 음향막이 포함되는데, 종이 음향막, 최근의 알루미늄 음향 막, 플라스틱 음향막, 기타 다양한 재료로 만든 음향막을 포함하는 기존의 음향막에 있어서, 고음 진동, 중역 진동, 저음 진동이 일어나는 위치는 모두 동일한 재료, 밀도, 강도의 단일 음향막에 존재하게 된다. 이에는 다음과 같은 단점을 내포하고 있다.

1. 특성 측면에서 보면, 도 1의 특성 곡선은 좁은 대역폭, 비평탄 파형, 큰 왜곡을 나타내고 있다. 동일한 자기회로 설계시, 왜곡의 최대(peak-to-valley) 차이는 보통 10~15dB이며, 대역폭은 약 20~25%Hz로서 좁다. 음향 주파수를 10kHz로 설계한 경우에는 음향주파수가 하강하기 전에 8kHz만을 실제로 얻을 수 있고, 20kHz로 설계하면 10~13kHz의 주파수만을 얻을 수 있게 된다. 그렇게 되지 않으려면, 짧은 루프 방식으로 설계해야 하고, 트위터(H-CONE)를 채용해야 하며, 진동질량을 감소시켜야 하고, 보이스코일의 구조와 무게를 변경해야 하고, 보이스코일선의 순수 직경을 감소시키거나 보이스코일 몸체의 형상을 변경해야 한다. 그러나 이렇게 할 경우에는 원가가 상승하고 좋지 않은 음질을 발생하는 등 오디오의 요건에 부합되지 않는 나쁜 특성이 나오게 된다.

2. 음질 측면에서, 동일한 음향막에서 균일한 재료로는 고음, 중음역, 저음의 음색을 동시에 내게 할 수 없다. 이렇게 균일한 재료를 이용하여 제작한 종래의 음향막의 구조상 한계는 시소 이론을 통해 설명할 수 있다. 즉, 저음 톤을 강조하게 되면 중음역의 톤이 희생되어서 음이 모호하고 불선명한 사운드가 나게 되며, 반면에 중음역을 강조하게 되면 저음 톤을 잃게 되어 날카롭고 불유쾌한 사운드가 나게 된다. 하나를 얻기 위해서는 다른 하나를 희생할 것을 고려해야 함이 분명하 다. 그러나 불행하게도 아직까지는 판매자에 의해서 이러한 한계에 대한 돌파구가 마련되고 있지 않고 있다.

3. 효율성 측면에서, 동일한 음향막에서는 그 재료, 구조, 밀도가 일정하기 때문에, 단일체 음향막으로는 고음, 중음역, 저음톤 진폭을 모두 갖는 음색을 재생할 수 없어서, 자연스러운 음색을 내지 못하고 있다. 따라서 음향막의 효율은 향상될 수 없으며, 이러한 음향막으로 최상의 음색을 재생할 수 없다.

이러한 고음, 중음역, 저음톤의 완전한 음색을 왜곡없이 재생하기 위하여, 기존의 오디오 기기에 분배기(crossover)와 트위터, 중음역 스피커, 우퍼를 설치할 수 있다. 분배기는 음악의 고음, 중음역, 저음톤을 분리하고 음질 특성과 음색을 보정한 다음에 각 특성에 상응하는 트위터, 중음역 스피커, 우퍼로 보내어 적절한 음질의 재생을 이루고 있다.

그러나 이러한 분배기와 트위터, 중음역 스피커, 우퍼를 사용하여 고음, 중음역, 저음톤의 각 음색을 재생할 수는 있지만, 이때 재생되는 사운드는 전자 분배기를 이용하여 보정되고 변경된 것으로 실제음이 아니라 자연스럽지 못하고 비용이 높다. 그런데도, 세계의 오디오 기술계에서는 오랫동안 이러한 단점에 의해 제약을 받고 있었다.

본 발명의 주요 목적은 음향의 물리적 특성을 따르는 전대역 단일체 음향막을 제공함으로써 고음, 중음역, 저음의 전대역의 음색 및 음질의 완전한 재생을 가능케 한다.

분배기 없이 단일의 스피커를 사용한다는 전제하에 고음, 중음역, 저음 톤의 각 음색을 왜곡없이 완전하게 재생하는 음질 효율을 달성할 수 있다고 믿을 수 있다. 따라서 스피커와 오디오 기기의 획기적인 혁신과 발전을 가져오게 된다. 스피커에서 음향을 재생하는데 음향막이 가장 중요한 역할을 하기 때문에, 사운드의 특헝과 음질을 결정하는 데에는 음향막이 주요 요소가 된다. 따라서, 고성능의 음향막을 개발하는 것은 필수적이며, 본 발명에 의해 음향막의 신기원적인 발전이 가능해진다.

따라서 본 발명의 음향막 구조에 있어서, 음향막의 각 부분은 서로 다른 재료 강도로 형성된다. 특히 재료의 구조적 강도와 밀도가 음향막의 내측단에서 외측단을 향해 경사형 및 방사형으로 점차 감소한다. 따라서 동일한 음향막의 각 위치 및 부분은 각각 고음, 중음역, 저음 톤에 대한 음향 요건을 충분히 만족할 수 있게 되어, 고음, 중음역, 저음 톤의 완전한 음색, 음질 및 특성을 얻을 수 있게 된다.

본 발명의 상기 목적과 기술적 방식에 대하여 보다 더 이해할 수 있도록, 이하에서는 도면의 간단한 설명과 함께 바람직한 실시예의 상세한 설명이 따른다.

도 2에 나타낸 스피커(1) 단면도에는, 음향막(2), 먼지커버(3), 보이스코일(4), 철심(5), 자석(8), 와셔(7), 댐퍼(8), 프레임(9)이 포함된다.

스피커(1)에 포함되는 오디오 장치에 대해서 살펴보면, 전기에너지는 운동에너지로 변환되어 스피커(1)가 피스톤식의 왕복운동을 하게 되어(도 3 참조), 공기가 밀리면서 사운드가 발생한다.

도 4에서 나타낸 것과 같이, 고음, 중음역, 저음 톤에 대한 경사 변위(gradient displacement)(즉, 피스톤 운동의 변위)는 동일하지 않다. 고음톤의 피스톤 변위는 작고, 중음역 톤의 피스톤 변위는 고음 톤의 경우보다 더 크며, 저음 톤의 피스톤 변위가 가장 크다. 이러한 원리에 따라, 본 발명의 단일체 음향막(2)은 다른 톤의 피스톤운동 변위를 동시에 만족할 수 있어야 할 것이다.

도 5를 참조하면, 중앙의 먼지커버(3)를 둘러싸고 있는 내측 림으로부터 음향막(2)의 외측 림으로, 구조적 강도·밀도·고해도(beating degree), 즉, Schopper-Reglar(SR)가 변하고 있다. 즉, 구조적 강도가 위에서 아래로 경사형 및 방사형으로(with gradient and radiant variation) 점차 감소하고 있는데, 이로써 음향막(2)은 고강도의 촘촘한 섬유막(21), 중간 강도의 중간 섬유막(22), 저강도의 성긴 섬유막(23)으로 대략 구분된다.

고강도의 촘촘한 섬유막(21)은 고음 사운드를 담당하며 주로 고강도의 비팅 구조를 갖는 재료로 제작한다. 고해도는 대략 SR28°이지만, 이는 고강도 막구조에 부착되는 실제의 재료 구조에 따라서 조절할 수 있다. 막 재료는 삼(hemp), 굴곡 선재(flax), 고강도 화학섬유, 나노급 화학섬유, 기타 적절한 재료 등으로 만들 수 있다.

중간 강도의 중간 섬유막(22)은 중음역 사운드를 담당하며 주로 중간 강도의 비팅 구조를 갖는 재료로 제작한다. 고해도는 대략 SR23°이지만, 중간 강도 막구조에 부착되는 실제의 재료 구조에 따라서 조절할 수 있다. 막 재료는 아황산염 펄프(sulfite pulp), 크라프트 펄프(kraft pulp), 기타 적절한 재료 등으로 만들 수 있다.

저강도의 성긴 섬유막(23)은 저음 사운드를 담당하며 주로 저강도의 비팅 구조를 갖는 재료로 제작한다. 고해도는 대략 SR18°이지만, 저강도 막구조에 부착되는 실제의 재료 구조에 따라서 조절할 수 있다. 막 재료는 울(wool), 케이폭(kapok), 방탄용 화학섬유, 기타 적절한 재료 등으로 만들 수 있다.

각 범위의 특성에 따라서는, 적절한 비율에 따른 적절한 재료의 조합으로 상기 설명한 본 발명의 음향막을 제조할 수 있다. 가령 동물성 섬유, 식물성 섬유, 화학섬유, 미네랄, 유리섬유, 탄소섬유, 화학적 보조재료, 기타 적절한 재료 등을 들 수 있다.

따라서, 단일의 음향막(2)의 단면에 있어서, 각 부분의 재료 성분, 고해도, 구조적 강도, 밀도는 모두 다르다. 특히, 구조적 강도는 내측에서 외측으로 점진적으로 변화하게 된다. 고해도는 고강도의 촘촘한 섬유막(21)의 SR28°에서 중간 강도의 중간 섬유막(22) SR23°까지, 그리고 저강도의 성긴 섬유막(23)의 SR18°까지 서서히 감소한다. 그러나 실제 재료 구조에 있어서 고해도는 모든 종류의 강도의 막에 부착할 수 있도록 조절할 수 있다. 단적으로, 고강도의 촘촘한 섬유막(21)으로부터 저강도의 성긴 섬유막(23)에 이르기까지, 고해도는 약 SR28°에서 SR18°까지 경사지게 서시히 감소한다. 따라서 단일의 음향막(2)에 있어서 각 단면 부위의 구조적 강도가 다르기 때문에 서로 다른 피스톤 운동이 일어나게 된다. 이에 따라 사운드의 물리적 특성에 따라 고음, 중음, 저음 톤의 모든 주파수의 사운드를 출력해야 할 요건을 만족할 수 있고, 그에 따라 단일의 음향막(2)로써 고음, 중음, 저 음을 커버하는 전범위의 완전한 음질을 충분히 재생할 수 있게 된다.

상술한 음향막 구조를 채용함에 의해, 본 발명은 적어도 다음과 같은 효과를 갖게 된다.

1. 최상의 음질을 얻는 것 뿐만 아니라, 단일의 스피커로 효율을 향상시킬 수 있고 자석의 자계에 대한 요건을 경감시키며, 자계에서의 에너지 소비를 감소시켜, 제조원가를 절감할 수 있다.

2. 톤의 경사도, 방사성, 자연스런 음질 설계에 의해서 분배기(crossover)의 설계원가를 절감할 수 있다.

3. 전기에너지의 운동에너지로의 변환 효율이 향상될 수 있으므로, 음질에 관계된 앰프의 출력과 변경 설계가 단순화될 수 있어서, 출력 효율의 손실이 감소되고 단일체 스피커의 적용성과 기능성이 증대된다.

기존 기술에 비하여, 상술한 세 가지 구체적인 효과로써 원가의 적어도 약 15~20%를 줄일 수 있어서 에너지 절약을 위한 목적을 달성할 수 있게 된다.

본 발명을 실현함에 의해 아래와 같은 이득을 얻을 수 있다.

1. 음질 왜곡 성분을 교정할 수 있어서 평탄하고 경사도를 갖는 응답효과를 얻을 수 있다. 도 1에서 보는 바와 같이, 역 공진에 의해서 기존 음향막 구조의 주파수 응답의 파형 왜곡은 컸다. 반면에 도 5에서와 같이 본 발명의 주파수 응답 곡선은 평탄하고 경사면에서만 약간의 왜곡이 있으며, 높은 주파수 응답 효율을 갖고 있다. 따라서 기존 구조에 비해서 음질이 크게 향상된다. 또한, 그 대역폭이 기존 구조보다 약 20% 정도 더 넓다. 또한, 본 발명에서는 왜곡 파형에 상응하는 음향막 부분에서의 구조적 강도를 적절히 조절할 수 있어서, 왜곡없이 자연스런 음질을 얻을 수 있다.

2. 오디오 기기의 요건을 만족할 수 있게 되어, 최상의 오디오 효율을 얻을 수 있다. 특성 곡선의 평탄도를 ±2dB로 가져갈 수 있고, 대역폭을 전대역에 걸쳐서 정확하게 유지할 수 있게 된다.

본 발명에 의해서 얻을 수 있는 오디오 기기 설계상의 이점은 다음과 같다.

1. 단일체 스피커의 측면에서, 본 발명의 효율이 높기 때문에 필요한 자계 강도를 낮출 수 있고, 값비싼 큰 자석 대신에 작은 자석을 사용해도 된다.

2. 사운드박스 설계에 있어서, 복잡한 사운드박스 분배기의 설계가 필요없으므로, 하드웨어의 생산원가를 줄일 수 있다.

3. 앰프에 있어서, 본 발명의 효율이 향상되기 때문에, 앰프를 저출력으로 설계할 수 있어서, 회로의 제조원가 및 에너지 소모가 줄어들 수 있다.

본 발명의 스피커(1)에 들어가는 음향막(2)과 보이스코일(4)의 조립구조체에 대해 설명한다. 도 7에서, 음향막(2)의 내측 림은 먼지커버(3)와 일체로 연결되는데, 이 연결 부위가 구체적으로 조립구조체(31)가 된다. 이 조립구조체(31)에는 내측링(311)과 외측링(312)이 포함되며, 이 내측링(311)과 외측링(312)의 하부에는 조립슬롯(313)이 형성되어 있다. 조립구조체(31)의 단면형상은 ∧ 또는 ∩ 형상이며, 조립 슬롯(313)은 보이스코일(4)의 상부가 삽입되어 조립되도록 한다. 음향막(2)의 피스톤 운동은 보이스코일(4)의 미는 힘에 의해서 이루어지기 때문에, 보이스코일(4)과 음향막(2)의 이상적인 조립 구조가 매우 중요하다. 본 발명에서, 보이스코일(4)의 연결부는 양호한 미는 힘과 연결효과를 제공받을 수 있도록, 음향막(2)의 내측 하부에 있는 조립 슬롯(313)에 위치한다. 기존에 음향막의 측면에 보이스코일이 연결되어 있는 구조와 비교할 때, 본 발명은 보다 더 양호한 조립 효과를 얻을 수 있다. 이러한 구조는 또한 도 8과 같은 방식으로도 구현가능하다. 여기서는 조립 구조체(41)가 보이스코일(4)의 상부에 위치하며, 조립 슬롯(413)의 단면이 ∨ 또는 ∪자 형상이며, 조립 슬롯(413)에는 음향막(2)의 하단에 있는 확장부(32)가 삽입되어 조립될 수 있다.

도 9는 본 발명의 스피커(1)의 다른 실시예를 나타내는데, 이전 실시예와의 주요 차이점은 음향막(2), 먼지커버(3), 보이스코일(4)의 연결부와 연결방식에 대한 것이다. 음향막(2)과 먼지커버(3)가 제1조립부(33)에 조립되며, 음향막(2)과 보이스코일(4)은 제2조립부(42)에 조립된다.

본 발명에서는, 고음, 중음역, 저음 톤의 전대역에 걸쳐 양호한 음질을 단일의 음향막에서 재생할 수 있다. 또한, 주변 기기의 가격을 낮출 수 있고 응답 효율을 향상시킬 수 있다. 따라서 종래의 기술에 비교하여 본 발명은 획기적인 발전을 이룬 것이며, 스피커의 음향막의 적용성 및 기능성을 크게 증대시킬 수 있다.

물론, 이상에서 설명한 실시예는 본 발명의 사상을 설명하기 위한 것으로서, 당업자는 이하의 청구범위에 기재된 발명의 사상과 범위를 일탈하지 않고 상기 설명한 실시예에 대해서 광범위한 변경을 가할 수 있다.

Claims

전대역 단일체 음향막을 갖는 음향장치에 있어서,

상기 음향장치는 먼지커버, 상기 먼지커버를 둘러싸고 있으며 아랫부분에서 상기 먼지커버와 결합되는 음향막, 및 상기 먼지커버 및 상기 음향막의 하부에 배치되고 상기 먼지커버 및 상기 음향막 중 적어도 하나와 결합하는 보이스코일을 포함하고,

상기 음향막은 복수의 부분으로 구분되고, 상기 음향막의 복수의 부분 각각은 서로 다른 고해도(beating degree)를 갖는 서로 다른 재료로 만들어져 상기 음향막의 강도가 상기 음향막의 일단에서의 림(rim)으로부터 상기 음향막의 반대되는 단부의 림으로 갈수록 점차 변화되는 것을 특징으로 하는 음향장치.
제1항에 있어서,

상기 음향막은 상기 음향막의 재료가 더 높은 고해도를 가질수록 상기 음향막은 더 큰 강도를 갖도록 만들어진 것을 특징으로 하는 음향장치.
제1항에 있어서,

상기 음향막은 제1부분, 제2부분 및 제3부분의 적어도 3개의 부분으로 구분되고, 상기 제1부분, 상기 제2부분 및 상기 제3부분은 일체로 마련되며,

상기 제1부분은 상기 음향막의 내부부분으로 정의되고, 상기 제3부분은 상기 음향막의 바깥 부분으로 정의되며, 상기 제2부분은 상기 제1부분과 상기 제3부분 사이에 배치되어 있고,

상기 음향막의 강도 및 상기 음향막의 섬유의의 밀도는 상기 제1부분으로부터 상기 제3부분으로 갈수록 변화되는 것을 특징으로 하는 음향장치.
제3항에 있어서,

상기 제1부분은 SR28°±5°의 고해도를 가지며, 상기 제1부분의 재료는 삼(hemp), 굴곡 선재(flax), 및 화학섬유로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 음향장치.
제3항에 있어서,

상기 제2부분은 SR23°±5°의 고해도를 가지며, 상기 제2부분의 재료는 아황산염 펄프(sulfite pulp)와 크라프트 펄프(kraft pulp)로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 음향장치.
제3항에 있어서,

상기 제3부분은 SR18°±5°의 고해도를 가지며, 상기 제3부분의 재료는 울(wool), 케이폭(kapok), 및 화학섬유로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 음향장치.
제1항에 있어서,

상기 음향막의 고해도 및 강도는 경사형태로 방사형으로(radiantly in a gradient) 변하는 것을 특징으로 하는 음향장치.
제3항에 있어서,

상기 음향막의 각 부분의 재료는 동물성 섬유, 식물성 섬유, 화학섬유, 미네랄, 및 탄소섬유로 이루어진 군으로부터 적어도 두 개 선택된 것을 특징으로 하는 음향장치.
제1항에 있어서,

상기 음향막의 전대역의 조정 범위는 가청 주파수를 포함하는 것을 특징으로 하는 음향장치.
제1항에 있어서,

상기 먼지커버와 상기 음향막은 서로 결합되어 조립구조체를 이루며, 상기 조립구조체는 내측링과 외측링을 포함하고, 상기 내측링과 상기 외측링은 상기 보이스코일의 윗부분이 삽입되어 조립되도록 하는 조립 슬롯을 형성하기 위해 서로 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 음향장치.
제10항에 있어서,

상기 조립 슬롯의 단면은 역∨ 또는 역∪자 형상인 것을 특징으로 하는 음향장치.
제1항에 있어서,

상기 먼지커버와 상기 음향막은 서로 결합되어 일체로 마련된 확장부를 형성하며, 상기 보이스코일의 상부에는 상기 확장부가 삽입되어 조립되도록 하는 조립 슬롯을 갖는 조립구조체가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 음향장치.
제12항에 있어서,

상기 조립 슬롯의 단면은 ∨ 또는 ∪자 형상인 것을 특징으로 하는 음향장치.
제1항에 있어서,

상기 음향막과 상기 먼지커버는 아랫부분에서 서로 조립되는 제1조립부를 형성하며, 상기 음향막과 상기 보이스코일은 상기 제1조립부 아래에서 서로 조립되는 제2조립부를 형성하는 것을 특징으로 하는 음향장치.