KR20210132125A

KR20210132125A - 다중 진동판을 포함하는 다중 범위 스피커

Info

Publication number: KR20210132125A
Application number: KR1020217030426A
Authority: KR
Inventors: 조이현; 영일 조; 크리스티안 펨리트
Original assignee: 레소나도 인코포레이티드
Priority date: 2019-02-25
Filing date: 2020-02-18
Publication date: 2021-11-03
Also published as: WO2020176292A1; JP7377877B2; US11134333B2; WO2020176285A1; EP3932089A1; JP2022522346A; CN113692749A; CA3131363A1; US20200275213A1; US20200275189A1; AU2020229695A1; AU2020229695B2; WO2020176361A1; US11595750B2; EP3932089A4; US10999673B2; US10743097B1; US20200275190A1; US20210392429A1

Abstract

막대 자석, 다중 진동판, 및 공유 평면 보이스 코일을 사용하여 다중 주파수 범위 사운드를 생성할 수 있는 스피커의 실시예가 개시된다. 평면 보이스 코일은 막대 자석 사이에 위치되며, 수신된 전기 신호를 진동판을 진동시키는 운동 에너지로 변환하여, 다중 주파수 범위 사운드를 재생한다. 일부 실시예에서, 스피커는 양방향 사운드를 생성한다.

Description

다중 진동판을 포함하는 다중 범위 스피커

본 출원은 2019. 2. 25자에 출원된 미국 가특허 출원 제62/809,866호 "막대 자석을 사용하여 다중 범위 및 양방향 사운드를 생성하는 스피커(A Speaker Capable of Producing a Multi-Range and Bidirectional Sound Using Bar Magnets)", 및 2019. 10. 21자에 출원된 미국 특허 출원 제16/659,389호 "다중 진동판을 포함하는 다중 범위 스피커(A Multi-Range Speaker Containing Multiple Diaphragms)"에 대한 우선권을 주장한다.

다중 주파수 범위의 사운드를 생성할 수 있는 스피커의 실시예가 개시된다. 상기 스피커는, 막대 자석, 다중 진동판(multiple diaphragms), 및 하나 이상의 코일 형상의 도체의 구성을 포함한다. 코일 형상 도체의 각 구성은, 막대 자석 사이에 위치되고, 수신된 전기 신호를 하나 이상의 진동판을 진동시키는 운동 에너지로 변환하고, 각 진동판은 다른 크기일 경우, 다른 주파수 범위 내에서 사운드를 생성하기에 더 적합하다. 일부 실시예에서, 상기 스피커는 양방향 사운드를 생성한다.

일반적으로 사용되는 종래 기술의 원뿔 유형 스피커(100)의 개략도가 도 1에 도시된다. 원뿔 유형 스피커(100)는 보통 원통형 형상을 가지며 원통형 영구 자석(10)을 사용한다. 원뿔 유형 스피커(100)는 또한 보이스 코일(11), 진동판(12), 바스켓/프레임(13), 및 댐퍼(14)를 포함한다. 특히, 진동판(12)이 원뿔 형상이므로, 전체 스피커 구조가 얼마나 얇은 지에 대한 제한을 설정하는 중요한 높이를 가진다. 추가로, 티-요크(T-yoke)(15)도 중요한 높이를 가지며, 전체 스피커 구조가 얼마나 얇을 수 있는 지에 대한 제한을 설정한다.

더욱이, 원통형 자석(10)의 사용은, 프레임이 폐쇄 원뿔 형상 구조를 채택하도록 강제하고, 이는 실제적인 고려를 위해, 동일한 보이스 코일에 의해 구동되는 다중 진동판을 가지는 것으로 제한된다. 종래 기술은 또한 우퍼(woofer) 내부에 내장된 트위터(tweeter)와 같은 다중 원뿔 형상 스피커가 공통 구조 내에 포함되어 있는 동축의 스피커를 포함하지만, 이 경우 각 스피커는, 동일한 보이스 코일 및 마그네틱 구조가 아닌, 별개의 보이스 코일 및 마그네틱 구조에 의해 구동된다. 따라서, 종래 기술에서, 존재하는 유일한 다중 주파수 범위 스피커는, 하나의 구조에 결합된 두개의 별개의 스피커(별개의 보이스 코일 및 자석에 의해 각각 구동되는 두개의 진동판을 구비)를 포함하며, 설계에서 더 복잡한 구조와 추가적인 사이즈 및 무게를 초래한다.

게다가, 3차원 서라운드 시스템의 최근 개발 또는 산업에서 요구하는 다양한 다른 사운드 재생을 지원하기 위해서는, 스피커는 낮은 왜곡으로 광범위한 사운드 신호를 재생할 수 있어야 한다. 각 진동판의 물리적 크기는 진동판이 효과적으로 생성할 수 있는 사운드의 주파수 범위를 본질적으로 제한한다. 상대적으로 작은 진동판은, 사운드의 파장이 진동판 자체보다 크기 때문에 저주파 사운드를 효율적으로 재생할 수 없다. 반면에, 주로 저주파 사운드를 재생하기 위해 설계된 상대적으로 큰 진동판은, 종래 기술의 더 큰 원뿔 형상 진동판은 상당한 왜곡을 초래하는 진동판 파손 및 모달 가동(modal behavior)의 발생 없이 고주파 사운드를 재생하기에 종종 충분히 단단하지 않기 때문에, 고주파 사운드 재생에 부적당할 수 있다. 종래 기술은 공간의 제약 및 넓은 범위의 주파수의 사운드에 대한 요구 모두를 처리하는 효율적 스피커 구조가 부족하다. 하나의 종래 기술 해결책은 서로로부터 일정한 거리로 이격 설정된 다른 주파수 범위의 다중 스피커를 사용하는 것이나, 이 방법은 불필요하게 큰 공간을 차지하는 결과를 초래한다. 따라서, 넓은 범위의 주파수의 사운드를 효과적으로 재생할 수 있으나, 종래 기술의 스피커에 비해 적은 공간을 차지하는 개선된 스피커에 대한 필요가 존재한다.

본 발명은 하나의 종래 기술 스피커에 요구되는 공간보다 적은 공간을 사용하면서, 다른 크기의 진동판(diaphragm)의 사용을 통해 다중 주파수 범위에서 사운드를 효율적으로 재생하는 스피커를 제공함으로써, 종래 기술의 제한을 해결한다. 스피커의 외부 표면의 더 큰 비율을 사용함으로써, 본 발명의 다중 진동판 스피커는 유사한 크기의 종래 기술 스피커보다 더 큰 효율을 달성할 수 있다. 실시예는, 초박형 형태를 유지하고, 넓은 범위의 주파수를 생성한다. 실시예는 또한 재생된 사운드의 개선된 방향 제어를 위한 설계 옵션을 제시한다.

스피커의 다중 진동판 실시예에서, 다중 진동판은 동일한 보이스 코일 플레이트(보빈(bobbin)으로도 알려짐) 또는 연성 인쇄 회로 기판(FPCB), 또는 다른 임의의 재료 수단에 결합된다. 이는 단일 모터 구조 위에 사운드를 생성하는 표면을 얼마든지 포함하는 기회를 제공한다. 이들 표면은 다른 주파수 대역 및 산란을 달성하기 위해 다른 표면적, 재료, 및 곡률을 가질 수 있다. 선택적으로, 진동판은 동일 평면 또는 대략 동일 평면일 수 있다. 진동판 사이의 거리는 다양한 목표를 달성하기 위해 다양해질 수 있다. 더욱이, 각 진동판은 원형, 타원형, 직사각형 등을 포함하나, 이에 제한되지 않는 임의의 형상을 취할 수 있다.

본 발명의 예시적인 실시예는 첨부된 도면을 참조하여 설명되며:
도 1은 원뿔 형상 구조를 가진 종래의 스피커를 도시한다.
도 2는 하나의 진동판 및 한 쌍의 막대 자석을 포함하는 실시예를 도시한다.
도 3a는 표준 "점 및 십자(dot and cross)" 표기법으로 표시된 바와 같이, 제1 방향으로 전류가 흐르는 x 축을 따라 보여지는 도 2의 보이스 코일 플레이트의 단면의 실시예를 도시한다.
도 3b는 도 3a의 z축을 따라 보여지는 보이스 코일 플레이트의 측면을 도시한다.
도 3c는 표준 "점 및 십자(dot and cross)" 표기법으로 표시된 바와 같이, 반대 방향으로 전류가 흐르는 도 3a의 보이스 코일 플레이트의 개략적인 단면도이다.
도 3d는 도 3c의 z축을 따라 보여지는 보이스 코일 플레이트의 측면을 도시한다.
도 4는 막대 자석, 다중 진동판, 및 공유된 보이스 코일을 사용하여 다중 주파수 범위 사운드를 생성할 수 있는 스피커의 다중 뷰 실시예를 도시한다.
도 5는 진동판의 크기에 따른 저주파, 장 파장 사운드에 의한 부분 진동의 발생을 보여준다.
도 6a는 한 쌍의 막대 자석, 다중 진동판, 및 공유된 보이스 코일을 사용하여 다중 주파수 범위 사운드를 생성할 수 있는 스피커의 3차원 부분 도면이다.
도 6b 및 도 6c는 각각 도 6a에 도시된 평면 A-A' 및 B-B'를 따르는 단면도이다.

이상에서 설명한 본 발명의 특징 및 이점은 첨부된 도면과 함께 이하의 설명으로 명확해질 것이다. 설명에 따르면, 통상의 기술자는 관련 산업에서 본 발명에서 설명된 기술적 사상을 실행할 수 있을 것이다. 본 발명이 다양한 다른 응용을 가질 수 있고, 다른 형태 및 형상을 취할 수 있으므로, 구체적인 예만이 도면을 통해 도시되고 자세한 설명은 본문에서 찾을 수 있다. 그러나, 이는 본 발명을 개시된 특정 형태로 제한하기 위한 수단은 아니며; 그 파생물, 균등물, 및 대체물은 본 발명의 범위에 모두 포함되는 것으로 이해되어야 한다. 여기서 사용된 용어는 단지 특정한 예를 설명하기 위해 사용된 것이며, 본 발명을 제한하는 의도가 아니다.

도 2는 단일 진동판 및 한 쌍의 막대 자석을 활용하는 스피커 설계를 도시한다. 스피커(200)는 막대 자석(110, 110'), 상부 마그네틱 요크(magnetic yoke)(120, 120'), 하부 마그네틱 요크(130, 130'), 진동판(140) 및 보이스 코일 플레이트(150)를 포함한다. 스피커(200)는 스피커 프레임(160)을 더 포함한다. 막대 자석(110, 110')은, 다른 극성이 서로 마주하도록, 사이에 미리 정해진 거리를 두고 위치되는 한 쌍의 막대 자석을 포함한다. 일단 상에서, 보이스 코일 플레이트(150)는 진동판(140)을 통해 스피커 프레임(160)에 고정되고, 그리고 타단 상에서, 보이스 코일 플레이트(150)는 댐퍼(170) 또는 제2 진동판(도시되지 않음)을 통해 스피커 프레임(160)에 고정된다.

상부 마그네틱 요크(120, 120')는 동일한 평면에서 막대 자석(110, 110')의 상부에 부착되고, 하부 마그네틱 요크(130, 130')는 동일한 평면에서 막대 자석(110, 110')의 하부에 부착된다. 상부 마그네틱 요크(120, 120') 및 하부 마그네틱 요크(130, 130')는 보이스 코일이 상주하는 자석 사이의 영역에 자기장을 포함하고 지향한다. 상부 마그네틱 요크(120, 120') 및 하부 마그네틱 요크(130, 130')는, 선택적으로 자기 갭에서 유도되는 자속 밀도를 증가시키기 위해 막대 자석(110, 110')을 넘어 자기 갭으로 연장될 수 있다. 더욱이, 마그네틱 요크(120, 120')는 선택적으로 동일한 마그네틱 요크를 포함할 수 있고, 마그네틱 요크(130, 130')는 선택적으로 동일한 마그네틱 요크를 포함할 수 있다.

진동판(140)은 상부 요크(120, 120')의 위이거나 또는 하부 요크(130, 130')의 아래에 위치된다. 이 경우, 진동판(140)은, 진동판(140)의 크기에 따라 대응하는 주파수 범위 사운드를 생성하기 위해 구성되어야 한다. 이 실시예에서, 진동판(140)은 실질적으로 평평하다. 그러나, 대신에 진동판(140)은 볼록하거나, 오목하거나, 또는 임의의 애플리케이션(application) 관련 음향 설계를 위해 설계된 프레임의 상부 표면에 관한 임의의 형상일 수 있다.

도 3a, 도 3b, 도 3c, 및 도 3d는 도 2의 맥락에서 취해진 스피커의 작동 방법을 입증한다. 보이스 코일 플레이트(150)는 막대 자석(110, 110') 사이의 갭에서 실질적으로 단단하고, 평면의 형상으로 위치되어야 한다. 코일(151/152)은 보이스 코일 플레이트(150)의 일측 또는 양측에 배치될 수 있다. 진동판(140)은 한 쌍의 막대 자석(110, 110')에 의해 유도된 자기장과 코일(151/152)에서 흐르는 전류에 의하여 특정 주파수 범위에서 진동될 것이다.

작동 동안, 코일(151/152)은 전도체(211/211')를 통해 신호 소스(210)로부터 전기적 오디오 신호를 수신한다. 자기장은 일반적으로부터 북극(N극)으로부터 남극(S극) 방향으로 막대 자석(110, 110')에 의해 유도된다. 신호 주기의 전반부("양의 반 주기(positive half-cycle)"로 정의됨) 동안, 페이지의 평면을 관통하여 흐르는 전류에 대한 "점 및 십자(dot and cross)" 표준 규칙에 따라서, 전류는 "페이지 밖으로" 도 3a의 코일(151)을 통해 흐르고, 전류는 "페이지 안으로" 도 3a의 코일(152)을 통해 흐른다. 이 전류 흐름의 방향은 도 3b에서 다른 관점에서 보여진다. 보이스 코일 플레이트(150) 및 결합된 보이스 코일(200)이 도 2의 맥락에서 설치되면, 로렌츠 힘(Lorentz forces)은, 상부 마그네틱 요크(120, 120') 사이의 자기장과 상호 작용하는 코일(151) 및 하부 마그네틱 요크(130, 130') 사이의 자기장과 상호 작용하는 코일(152) 모두에 의해 생성되고, 힘은 동일한 방향으로 정렬된 채로 보이스 코일 플레이트(150)를 상방으로 밀어내며, 이는 신호 소스로부터 전기적 신호의 크기에 따라 진동판(140)을 상방으로 밀어낸다. 신호 주기의 후반부("음의 반 주기(negative half-cycle)"로 정의됨) 동안, 페이지의 평면을 관통하여 흐르는 전류에 대한 "점 및 십자(dot and cross)" 표준 규칙에 따라서, 전류는 "페이지 안으로" 도 3c의 코일을 통해 흐르고, 전류는 "페이지 밖으로" 도 3c의 코일(152)을 통해 흐른다. 보이스 코일(151, 152) 모두에서 전류의 방향이 반대이므로, 각각의 (120, 120') 및 (130, 130') 사이의 자기장과의 상호 작용으로의 로렌츠 힘은 보이스 코일 플레이트(150)를 하방으로 밀어내기 위해 동일한 방향으로 정렬될 것이며, 이는 신호 소스로부터의 전기적 신호의 크기에 따라 진동판(140)을 하방으로 당긴다.

본 특허에서 이미 언급되고 후에 언급될 모든 스피커의 실시예에서, 각 보이스 코일은, 구리 선의 임의의 변형, 인쇄 회로 기판, 연성 인쇄 회로 기판, 또는 다른 전도성 금속 또는 합금을 포함하나 이에 제한되지 않는 전기 전도성 재료를 포함할 수 있다.

진동판(140)은 도 2에 도시된 커넥터(153)로 프레임(160)에 연결될 수 있고, 커넥터(153)는 고무와 같은 연성 재료로 만들어질 수 있고, 진동판(140)과 프레임(160)에 연결된다. 따라서, 신호 소스로부터의 전기 오디오 신호는 진동판(140)을 이동시키기 위해 운동 에너지로 변환되어, 사운드를 재생한다.

도 4 는 막대 자석, 다중 진동판, 및 공유 평면 보이스 코일을 사용하여 다중 주파수 범위를 생성할 수 있는 스피커인, 스피커(300)를 도시한다. 도 4는 점선으로 표시된 대로 서로 관련되는, 평면도, 평면 단면도, 마그네틱 갭에 직교하는 평면을 따른 단면도(도 4의 하부에서 보여짐), 및 보이스 코일 플레이트 어셈블리가 제거된 도면(도 4의 우측에 보여짐)을 보여준다. 도 4에서 공유 보이스 코일 플레이트 상의 두 개의 진동판을 적절히 배치하는 것은 다중 주파수 범위 사운드를 재생할 수 있는 스피커의 재현을 초래할 것이다.

스피커(300)는 도 2에서의 스피커(200)와 공통되는 특정 구성, 즉 막대 자석(110, 110'), 상부 마그네틱 요크(120, 120') 및 하부 막대 요크(130, 130')를 포함한다. 도 3b 및 도 3d에서와 같이, 신호 소스(210)는 전도체(211, 211')를 통해 코일(151/152)에 제공되는 전기 오디오 신호를 생성한다.

스피커(300)는 진동판(340), 진동판(340'), 보이스 코일 플레이트(350) 및 스피커 프레임(360)을 더 포함한다. 즉, 실질적으로 동일한 평면 내에 있는 두개 이상의 진동판(340, 340')이 보이스 코일 플레이트(350)의 상측에 부착된다. 선택적으로, 이는 각각 커넥터(353, 354)를 사용하여 수행될 수 있다. 결과 어셈블리는 다중 진동판 스피커로, 동시에 다른 주파수 범위를 재생하며, 이는 다중 범위 사운드를 재생할 수 있는 이 스피커 구조의 결과로서 더 풍부하고 더 다양한 오디오의 재생을 가능하게 한다.

막대 자석(110, 110')은, 다른 극성이 서로 마주한 채 서로로부터 미리 정해진 거리에 이격하여 위치된다. 상부 마그네틱 요크(120, 120')는 막대 자석(110, 110')의 상부에 부착되고, 하부 마그네틱 요크(130, 130')는 막대 자석(110, 110')의 하부에 부착된다. 상부 마그네틱 요크(120, 120') 및 하부 마그네틱 요크(130, 130')는 막대 자석(110, 110')에 의해 유도된 자속을 제어하기 위해 사용된다. 이를 위해, 상부 마그네틱 요크(120, 120') 및 하부 마그네틱 요크(130, 130')는 막대 자석(110, 110') 보다 큰 폭을 가지고, 이에 따라 자속을 코일(151/152) 상에 집중시킨다. 선택적으로 마그네틱 요크(120, 120')는 본 발명의 다른 실시예에서 실질적으로 동일한 부품일 수 있고, 그리고 선택적으로 마그네틱 요크(130, 130')는 본 발명의 다른 실시예에서 실질적으로 동일한 부품일 수 있다.

1차 진동판(340)은 보이스 코일 플레이트(350)에 부착되고, 프레임(360)의 상부 상에 위치된다. 2차 진동판(340')은 1차 진동판(340)과 실질적으로 동일 평면에 위치되고, 보이스 코일 플레이트(350)에 부착된다. 1차 진동판(340) 및 2차 진동판(340')은 모두 보이스 코일 플레이트(350)의 상부에 위치되며, 보이스 코일(151/152) 내에 수신된 전류에 응답하여 보이스 코일 플레이트(150)로부터 진동 에너지를 수신한다.

이 예에서, 1차 진동판(340) 및 2차 진동판(340')의 크기는 다르며, 따라서 1차 진동판(340) 및 2차 진동판(340') 각각은 다른 것에 의해 재생되는 주파수 범위와는 다른 주파수 범위를 재생한다. 각 진동판의 크기는, 더 낮은 또는 더 높은 주파수 사운드를 생성하기 위해 증가 또는 감소될 수 있고, 다음 식에 의해 대략적으로 결정된다:

여기서

= 차단 주파수(Cutoff Frequency)

여기서

= 공기 중 사운드의 속도

여기서

= 진동판의 치수

예를 들어, 1차 주파수 범위(1차 진동판(340)의 이상적인 주파수 범위에 해당)는, 1차 진동판(340)의 크기를 2차 진동판(340')의 크기보다 작게 만드는 것에 의해 2차 주파수 범위(2차 진동판(340')의 이상적인 주파수 범위에 해당)보다 높게 만들어질 수 있다. 즉, 진동판의 크기가 작아질수록, 그 진동판을 통해 효율적이고 정확하게 전달되는 주파수 범위가 더 높게 만들어질 수 있다.

대안으로, 1차 진동판(340)의 주파수 범위는, 1차 진동판(340)의 크기를 2차 진동판(340')의 크기보다 크게 만드는 것에 의해 2차 진동판(340')의 주파수 범위보다 낮게 만들어질 수 있다. 즉, 진동판의 크기가 커질수록, 그 진동판을 통해 효율적이고 정확하게 전달되는 이상적인 주파수 범위는 낮아진다.

보이스 코일 플레이트(350)는 자석 (110, 110')을 포함하는 평면에 수직한 평면에서의 막대 자석 (110, 110') 사이의 공간 내에 위치되고, 요소(151, 152)를 포함하는 하나 이상의 코일은 보이스 코일 플레이트(350)의 일측 또는 양측에 결합된다. 보이스 코일을 포함하는 요소(151, 152)를 통해 흐르는 전류 및 한 쌍의 막대 자석(110, 110')에 의해 유도된 자기장의 상호작용에 의해 생성된 로렌츠 힘에 대한 응답으로, 1차 진동판(340)은 제1 주파수 범위 내에서 효과적으로 진동할 것이고, 2차 진동판(340')은 제2 주파수 범위 내에서 효과적으로 진동할 것이다.

보이스 코일 플레이트(350)는 1차 및 2차 진동판(340, 340')에 연결될 수 있다. 보이스 코일 플레이트(350)는, 1차 진동판(340) 및 2차 진동판(340')을 보이스 코일 플레이트(350)를 각각 연결하는 커넥터(353)(1차 접합) 및 커넥터(354)(2차 접합)를 포함하기 위해 선택적으로 1차 및 2차 진동판(340, 340')을 포함하는 평면으로부터 연장할 수 있다. 커넥터(353, 354)는 영구 자기장과 상호 작용하는 코일(151/152)에서 전류로부터 초래되는 로렌츠 힘에 의해 생성되는 진동 에너지가 1차 및 2차 진동판(340, 340')에 효과적으로 전달되도록 한다. 도 4의 표준 평면도에서, 점선에 의해 표시된 것처럼, 각 진동판 아래 그들 각각의 연결 지점을 명확히 하기 위해 1차 접합 및 2차 접합이 진동판(340, 340') 아래에 위치함에도 불구하고, 이러한 커넥터는 진동판(340, 340')을 통해 보여진다.

선택적으로, 1차 및 2차 진동판(340, 340')은 밀봉된 스피커 프레임의 외부의 일부를 형성할 수 있고, 스피커 프레임(360)에 직접적으로 연결될 수 있거나, 커넥터(363, 364)와 같은 커넥터를 통해 간접적으로 연결될 수 있다.

로렌츠 힘은, 여기서는 보이스 코일 플레이트(350)가 진동판(340, 340') 모두에 작용하는 것을 제외하고는, 도 2에서 설명한 것과 같은 방식으로 생성된다.

도 5는 진동판의 크기에 기초한 저주파 및 고주파 신호에 대한 부분 진동의 원인을 도시한다. 예를 들어, 음속이 340m/s로 가정하고, 1차 진동판(340)의 그 최대 크기의 폭이 10cm 이면, 제1 주파수 범위는 효과적으로 3400Hz 또는 이상일 것이다. 만일 2차 진동판(340')이 그 최대 크기가 30cm 이면, 제2 주파수 범위는 대략 1100Hz 또는 이상일 것이다. 그 결과로, 1차 진동판(340)은 3400Hz 보다 높은 주파수를 가진 신호를 성공적으로 출력할 수 있으나, 3400Hz 보다 낮은 신호는, 오디오 신호의 파장이 진동판 자체보다 크기 때문에 1차 진동판(340)의 부분 진동을 유발할 수 있다. 유사하게, 2차 진동판(340')은 대략 1100Hz 보다 높은 주파수를 가진 신호를 성공적으로 출력할 수 있으나, 대략 1100Hz 보다 낮은 신호는, 오디오 신호의 파장이 진동판 자체보다 크기 때문에 2차 진동판(340')의 부분 진동을 유발할 수 있다. 진동판의 부분 진동은, 왜곡된 사운드와 신호 소스(210)로부터의 사운드의 부정확한 재생을 유발한다.

1차 및 2차 진동판(340, 340')의 크기는 그들의 x 축에 따른 길이와 z 축에 따른 폭으로 설명될 수 있다. 또한, 진동판(340, 340')의 형상은 원형, 타원형, 직사각형 또는 이들에 대한 임의의 조합이 될 수 있고, 그들은 y 축을 따라 평평하거나, 볼록하거나, 또는 오목할 수 있다. 도시된 예에서, 1차 및 2차 진동판(340, 340')은 평평하고, y 축을 따라 최소 높이를 가지며, 이는 스피커(300)가 스피커(100) 보다 얇을 수 있도록 하여, 스피커(100)에서의 진동판(12)과 상당한 차이가 있다. 이러한 변형은 선택적이며, 본 발명에 의해 구현하기 위해 보다 실용적으로 만들어진다.

진동판(340, 340')의 크기가 x 축 및/또는 z 축을 따라 증가함에 따라, 진동판(340, 340') 사이의 거리는 필요에 따라 증가되거나 감소될 수 있다. 진동판(140, 140') 사이의 거리는 1차 및 2차 주파수 범위 사이의 간섭 또는 왜곡 효과에 기초하여 결정될 수 있다.

도 6a, 6b 및 6c는 막대 자석을 사용하는 다중 주파수 범위 스피커의 다른 실용적인 예시의 상세한 개략도를 포함한다. 도 6a, 6b 및 6c에 도시된 스피커(400)는, 스피커의 상부에 다중 진동판을 포함하고, 스피커의 하부에 다중 진동판을 포함하며, 함께 적어도 4개의 다른 주파수 범위를 재생할 수 있다. 도 6a는 스피커(400)의 3차원 부분 도면이고, 도 6b 및 6c는 다른 진동판을 포함하는 스피커(400)의 A-A' 및 B-B' 따르는 각각의 단면도이다.

스피커(400)는, 한 쌍의 막대 자석(210, 210'), 상부 마그네틱 요크(220, 220'), 하부 마그네틱 요크(230, 230'), 진동판(240, 240', 240'', 240'''), 보이스 코일 플레이트(250), 및 스피커 프레임(260)을 포함한다. 선택적으로, 스피커(400)는 보이스 코일 플레이트(250)의 연장이며 진동판(240, 240')에 각각 접촉하는 커넥터(253, 254)를 더 포함하고, 각각 보이스 코일 플레이트(250)의 연장이며 진동판(240'', 240''')에 접촉하는 유사 커넥터(도시되지 않음)를 더 포함한다. 막대 자석(210, 210'), 상부 마그네틱 요크(220, 220'), 하부 마그네틱 요크(230, 230') 및 스피커 프레임(260)은, 도 2 및 도 3에서의 스피커(200 및 300)에서의 막대 자석(110, 110'), 상부 마그네틱 요크(120, 120'), 하부 마그네틱 요크(130, 130') 및 스피커 프레임(160, 360)과 동일하고, 도 2 및 도 3에서 이전에 설명된 것과 동일한 원리에 따라 작동한다.

도 6a, 6b 및 6c에 도시된 바와 같이, 진동판(240, 240', 240'', 240''')은 각각 W1, W2, W3 및 W4의 폭을 가지고, 이 특정 예에서 W4 > W3 > W2 > W1와 같이 서로 다르다. 진동판(240, 240', 240'', 240''')의 폭은 다른 주파수 범위에 맞게 수정될 수 있다. 여기서, 스피커(400)는 4개의 진동판을 포함하나, 더 적거나 더 많은 수의 진동판이 사용될 수 있음이 이해되어야 한다.

예를 들어, 진동판(240, 240', 240'', 240''')의 크기를 증가시킴으로써, 도 3의 스피커(300)에 비해 스피커가 보다 넓은 범위를 재생할 수 있도록 하는 1차 내지 4차 주파수 범위를 감소시킬 수 있다. 반면에, 진동판(240, 240', 240'', 240''')의 크기를 감소시킴으로써, 주파수 범위를 증가시키는 것이 가능하다. 도 6a, 6b 및 6c에 도시된 예시에서, 1차 내지 4차 진동판(240, 240', 240'', 240''')의 크기가 순서대로 증가함에 따라, 1차 내지 4차 주파수 범위가 각각 감소한다. 이 경우, 진동판(240, 240', 240'', 240''')은 공유 보이스 코일 플레이트(250)에 의해 진동 된다.

여기서, 만일 입력 신호 주파수가 1차 주파수 범위보다 높으면 1차 진동판(240)에 의해 출력되고, 만일 입력 신호 주파수가 1차 및 2차 주파수 범위 사이이면 2차 진동판(240')에 의해 출력되고, 만일 입력 신호 주파수가 2차 및 3차 주파수 범위 사이이면 3차 진동판(240'')에 의해 출력되고, 또는 만일 입력 신호 주파수가 3차 주파수 범위 보다 낮으면 4차 진동판(240''')에 의해 출력되도록 신호를 제어할 수 있다.

반면에, 만일 1차 내지 4차 진동판(240, 240', 240'', 240''')의 크기가 순서대로 감소(도 6a, 6b 및 6c에 보여지는 것과 반대 방식)하면, 1차 내지 4차 주파수 범위는 각각 증가한다. 여기서, 만일 입력 신호 주파수가 2차 주파수 범위보다 낮으면 1차 진동판(240)에 의해 출력되고, 만일 입력 신호 주파수가 2차 및 3차 주파수 범위 사이이면 2차 진동판(240')에 의해 출력되고, 만일 입력 신호 주파수가 3차 및 4차 주파수 범위 사이이면 3차 진동판(240'')에 의해 출력되고, 또는 만일 입력 신호 주파수가 3차 주파수 범위 보다 높으면 4차 진동판(240''')에 의해 출력되도록 신호를 제어할 수 있다.

로렌츠 힘은, 여기서는 보이스 코일 플레이트(250)가 진동판(240, 240', 240'', 240''') 상에 작용하는 것을 제외하고는, 도 2에서 앞서 설명한 것과 같은 방식으로 생성된다.

앞서 논의한 예시에 따르면, 스피커(100)와 같은 종래 스피커와 달리, 보이스 코일 플레이트 및 다중 진동판을 고정하는 부품을 단순화하고, 진동판의 크기를 다르게 함으로써 동시에 다중 주파수 범위 사운드를 재생하고, 일반적인 넓은 범위의 사운드를 재생하기 위해, 원형 대신 직사각형 형상의 평평한 스피커를 실현하는 것이 가능하다.

본 발명에 따르면, 보이스 코일 플레이트에서 전류 흐름의 방향을 변경함으로써 스피커의 출력 방향이 제어될 수 있고, 다른 크기의 진동판을 가짐으로써 다중 주파수 범위 사운드가 효과적으로 재생될 수 있다.

본 발명에 따르면, 다른 크기의 진동판을 배치하고, 진동판 사이의 거리를 조절함으로써, 초박형 형상을 가지면서 음압 레벨의 향상 및 다중 범위 사운드를 재생하는 능력이 달성될 수 있다.

본 발명은 얇고 가벼운 물체에 사용되는 스피커에 대한 요구에 완벽하게 부합하도록, 스피커가 초경량 및 초박형이 되도록 한다.

본 발명에서 제안하는 스피커는 다른 크기의 진동판을 가짐으로써 다중 범위 사운드를 효과적으로 생성할 수 있다. 신호 주파수의 적절한 범위를 결정하고 출력할 적절한 진동판을 선택하는 제어 신호는 컨트롤러 또는 프로세서에 의해 생성될 수 있다. 제어 신호를 생성을 담당하는 이러한 컨트롤러 또는 프로세서는 하드웨어와 소프트웨어의 조합으로 구현될 수 있다.

소프트웨어 구현에서, 본 문서에 설명된 절차 및 기능뿐 아니라, 본 발명의 각 구성 및 작동은 적절한 프로그래밍 언어를 사용하여 구현될 수 있다. 각 소프트웨어 모듈은 본 문서에 설명된 하나 이상의 절차 또는 기능을 담당한다. 구현된 소프트웨어 코드는 전자 메모리에 저장될 수 있고, 컨트롤러 또는 프로세서에 의해 실행될 수 있다.

본 발명을 이용하여, AC 전기 신호를 사용하여 보이스 코일(들)을 자극하고, 보이스 코일(들)에 결합되고 그에 따라 움직이는 다른 크기의 진동판을 구현함으로써, 넓은 범위의 주파수의 사운드가 효율적으로 재생될 수 있다. 이 유형의 스피커는 초박형 폼 팩터(ultra-thin form factor)를 요구하는 제품에서도 이상적인 사운들 출력을 생성하기 위해 소형화 및 최적화될 수 있다. 또한, 진동판 사이의 거리는 각 진동판에 대한 선택된 주파수 범위 사이의 간섭 또는 왜곡 효과를 처리하도록 결정될 수 있다.

많은 산업에 걸쳐 본 기술을 사용하기 위한 여러 기회가 존재한다. 예를 들어, 자동차, 또는 보트, 기차, 및 비행기와 같은 다른 유형의 운송 수단은, 초박형 폼 팩터를 유지하면서, 전체 가청 스펙트럼을 효과적으로 커버하기 위해 다중 주파수 범위를 밀접하게 동일 위치에 배치 시키기 위한 기능으로부터 이점을 얻을 수 있다. 게다가, 홈 IoT 제품은, 다중 진동판에 의해 생성되는 광대역 사운드의 보다 효과적인 동일 평면 통합을 즐길 수 있다. 마지막으로, "하이-파이(hi-fi)" 홈 오디오 시스템은, 보다 미적인 디자인 및 공간을 고려한 유연성을 위한 옵션을 제공하는 새로운 구성의 이점을 얻을 수 있다.

실시예에 의해 제공되는 또 다른 이점은 자연스럽고 효율적인 광대역 주파수 커버리지이다. 종래의 스피커와 마찬가지로, 스피커의 주파수 범위 기능은 진동판의 표면적, 형상, 및 재료에 크게 좌우된다. 그러나, 종래의 설계에서, 각 스피커의 표면은 다른 주파수 범위를 다루기 위해 개별로 설계되어야 한다. 이 다중 진동판 구조는, 다른 길이 및 폭을 가진 진동판 표면이 동일한 스피커 모터 구조 내에 포함되도록 한다. 보이스 코일에 접착제 또는 다른 방법으로 직접 부착되는 그 특성으로 인해, 동일 평면(coplanar) 또는 유사하게 작동되는, 동일 위상 표면이 되도록 설계될 수 있다. 그러나, 이러한 표면은 다르게 설계되었으며, 하나의 자석 및 보이스 코일 모터 구조의 움직임에 의해 모두 작동된다.

그러나 실시예에 의해 제공되는 또 다른 이점은 표면 설계의 협동적 변형이다. 종래 사운드 시스템은, 종종 다른 특성을 달성하기 위해 다른 표면 재료로 다른 스피커 드라이브를 구현하였다. 이러한 스피커는, 개별 부품 하나 보다 더 높은 전체 사운드 퀄리티를 달성하기 위해 협동할 수 있는 방식과 같이 개별 구성으로 설치된다. 그러나, 이러한 다른 재료를 사용하기 위하여는, 다중 스피커 드라이버를 사용해야 한다는 제한이 있다. 예를 들어, 더스트 캡(dust cap) 설계 및 다축 스피커와 같은 몇 가지 설계 변형이 존재하나, 그들은 여전히 그들 구조 내의 다중 스피커를 위해 다중 전기 기계식 모터를 포함한다. 본 발명에서, 원래의 스피커 구조를 향상시키기 위해, 이 다중 진동판은 구성 및 보이스 코일 플레이트에의 부착물에 더해 다른 재료 및 다른 곡률로 구현될 수 있다. 예를 들어 한 표면은, 다른 표면이 서브 우퍼(subwoofer)를 위해 단단한 재료로부터 설계되면서, 소프트 돔 트위터(soft-dome tweeter)로 설계될 수 있다. 또한, 다양한 표면의 재료 및 배열은 움직이는 부분 하나의 무게 중심 단독 또는 전체 시스템에 영향을 주는 것으로 해석될 수 있다.

실시예에 의해 제공되는 마지막 이점은 사운드 방향성의 제어이다. 스피커의 최종 용도는 종종 넓은 산란, 좁은 살란, 또는 그 사이 어떤 것과 같은 특정 유형의 방향성을 요구한다. 표면 방향 및 곡률은, 목표가 사운드를 특정 방향으로 집중시키는 것이든 산란을 넓히는 것이든 상관 없이 사운드의 방향성에 대한 더 좋은 제어를 제공할 수 있다.

전술한 것은 단지 개시의 원리를 보여준다. 설명된 실시예에 대한 다양한 수정 및 변경은 여기의 가르침을 고려하여 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 따라서 통상의 기술자는, 여기 명시적으로 개시되거나 도시되지 않았어도 본 개시의 원칙을 실현하고 이에 따라 본 개시의 사상 및 범위 내에 있을 수 있는, 수 많은 시스템, 배열, 및 절차를 창안할 수 있을 것으로 이해될 것이다. 통상의 기술자에 의해 이해되는 바와 같이, 다양한 다른 예시적인 실시예가 서로 함께 사용될 수 있을 뿐 아니라 그와 상호교환적으로 사용될 수 있다. 또한, 발명의 설명, 도면 및 청구항을 포함하여 본 개시에서 사용되는 특정 용어는, 예를 들어, 데이터 및 정보를 포함하나 이에 국한되지 않는 특정 경우에 동의어로 사용될 수 있다. 이들 단어 및/또는 서로 동의어가 될 수 있는 다른 단어가 여기서 동의어로 사용될 수 있으나, 이러한 단어가 동의어로 사용되지 않도록 의도될 수 있는 경우가 있을 수 있음이 이해되어야 한다. 또한, 선행 기술 지식이 여기서 위의 참조에 의해 명시적으로 통합되지 않은 한, 그 전체는 여기에 명시적으로 통합된다. 참조된 모든 공개 문헌은 그 전체로서 참조로 여기에 통합된다.

Claims

N극 및 S극을 포함하는 제1 막대 자석;
N극 및 S극을 포함하는 제2 막대 자석으로, 상기 제2 막대 자석의 N극이 상기 제1 막대 자석의 S극과 마주하고, 상기 제2 막대 자석의 S극이 상기 제1 막대 자석의 N극과 마주하며, 상기 제1 막대 자석으로부터 미리 정해진 거리에 상기 제1 막대 자석과 평행하게 위치되는 제2 막대 자석;
상기 제1 막대 자석 및 상기 제2 막대 자석의 사이에 위치되는 보이스 코일 플레이트로서, 전기적 신호를 수신하기 위한 코일을 포함하는 보이스 코일 플레이트;
제1 커넥터에 의해 상기 보이스 코일 플레이트의 제1 단부에 부착되는 제1 진동판; 및
제2 커넥터에 의해 상기 보이스 코일 플레이트의 제1 단부에 부착되는 제2 진동판을 포함하고,
상기 보이스 코일 플레이트는 상기 코일의 전기적 신호에 의해, 그리고 상기 제1 막대 자석과 상기 제2 막대 자석 사이의 자기장에 의해 생성된 힘에 대한 응답으로 상기 제1 진동판 및 상기 제2 진동판을 진동시키는 스피커.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 진동판 및 상기 제2 진동판은 다른 크기인 스피커.
청구항 2에 있어서,
상기 제1 진동판은 제1 주파수 범위 내의 사운드를 재생할 수 있고, 상기 제2 진동판은 상기 제1 주파수 범위와 상이한 제2 주파수 범위 내의 사운드를 재생할 수 있는 스피커.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 막대 자석의 제1 측에 부착되는 제1 마그네틱 요크(yoke);
상기 제2 막대 자석의 제1 측에 부착되는 제2 마그네틱 요크;
상기 제1 막대 자석의 제2 측에 부착되는 제3 마그네틱 요크; 및
상기 제2 막대 자석의 제2 측에 부착되는 제4 마그네틱 요크를 더 포함하는 스피커.
청구항 1에 있어서,
상기 스피커를 둘러쌀 수 있는 프레임을 더 포함하는 스피커.
청구항 1에 있어서,
와이어의 감겨진 코일이 상기 보이스 코일 플레이트의 일측 또는 양측에 부착되는 스피커.
청구항 1에 있어서,
상기 보이스 코일 플레이트는, 식각된 코일을 포함하는 인쇄 회로 기판을 포함하고, 상기 식각된 코일은 상기 인쇄 회로 기판 내에서 복수의 층으로 식각되는 스피커.
청구항 7에 있어서,
상기 복수의 층에서 두개 이상의 층은, 각 층의 식각된 코일을 직렬 또는 병렬로 결합하기 위해 하나 이상의 전기적 비아(via)에 의해 연결되는 스피커.
청구항 8에 있어서,
하나 이상의 층은 상기 스피커의 임피던스를 변경하기 위해 턴 온 또는 턴 오프될 수 있는 컨트롤 게이트에 부착되는 스피커.
N극 및 S극을 포함하는 제1 막대 자석;
N극 및 S극을 포함하는 제2 막대 자석으로, 상기 제2 막대 자석의 N극이 상기 제1 막대 자석의 S극과 마주하고, 상기 제2 막대 자석의 S극이 상기 제1 막대 자석의 N극과 마주하며, 상기 제1 막대 자석으로부터 미리 정해진 거리에 상기 제1 막대 자석과 평행하게 위치되는 제2 막대 자석;
상기 제1 막대 자석 및 상기 제2 막대 자석의 사이에 위치되는 보이스 코일 플레이트로서, 전기적 신호를 수신하기 위한 코일을 포함하는 보이스 코일 플레이트;
제1 커넥터에 의해 상기 보이스 코일 플레이트의 제1 단부에 부착되는 제1 진동판;
제2 커넥터에 의해 상기 보이스 코일 플레이트의 제1 단부에 부착되는 제2 진동판;
제3 커넥터에 의해 상기 보이스 코일 플레이트의 제2 단부에 부착되는 제3 진동판; 및
제4 커넥터에 의해 상기 보이스 코일 플레이트의 제2 단부에 부착되는 제4 진동판을 포함하고,
상기 보이스 코일 플레이트는 상기 코일의 전기적 신호에 의해, 그리고 상기 제1 막대 자석과 상기 제2 막대 자석 사이의 자기장에 의해 생성된 힘에 대한 응답으로 상기 제1 진동판, 상기 제2 진동판, 상기 제3 진동판 및 상기 제4 진동판을 진동시키는 스피커.
청구항 10에 있어서,
상기 제1 진동판, 상기 제2 진동판, 상기 제3 진동판 및 상기 제4 진동판은 다른 크기인 스피커.
청구항 11에 있어서,
상기 제1 진동판은 제1 주파수 범위 내의 사운드를 재생할 수 있고, 상기 제2 진동판은 제2 주파수 범위 내의 사운드를 재생할 수 있고, 상기 제3 진동판은 제3 주파수 범위 내의 사운드를 재생할 수 있고, 상기 제4 진동판은 제4 주파수 범위 내의 사운드를 재생할 수 있고;
상기 제1 주파수 범위, 상기 제2 주파수 범위, 상기 제3 주파수 범위, 및 상기 제4 주파수 범위는 각각 서로 다른 스피커.
청구항 10에 있어서,
상기 제1 막대 자석의 제1 측에 부착되는 제1 마그네틱 요크;
상기 제2 막대 자석의 제1 측에 부착되는 제2 마그네틱 요크;
상기 제1 막대 자석의 제2 측에 부착되는 제3 마그네틱 요크; 및
상기 제2 막대 자석의 제2 측에 부착되는 제4 마그네틱 요크를 더 포함하는 스피커.
청구항 10에 있어서,
상기 스피커를 둘러쌀 수 있는 프레임을 더 포함하는 스피커.
청구항 10에 있어서,
와이어의 감겨진 코일이 상기 보이스 코일 플레이트의 일측 또는 양측에 부착되는 스피커.
청구항 10에 있어서,
상기 보이스 코일 플레이트는, 식각된 코일을 포함하는 인쇄 회로 기판을 포함하고, 상기 식각된 코일은 상기 인쇄 회로 기판 내에서 복수의 층으로 식각되는 스피커.
청구항 16에 있어서,
상기 복수의 층에서 두개 이상의 층은, 각 층의 식각된 코일을 직렬 또는 병렬로 결합하기 위해 하나 이상의 전기적 비아에 의해 연결되는 스피커.
청구항 17에 있어서,
하나 이상의 비아는 상기 스피커의 임피던스를 변경하기 위해 턴 온 또는 턴 오프될 수 있는 컨트롤 게이트에 부착되는 스피커.