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KR102740092B1 - 진동센서 - Google Patents

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KR102740092B1
KR102740092B1 KR1020227033038A KR20227033038A KR102740092B1 KR 102740092 B1 KR102740092 B1 KR 102740092B1 KR 1020227033038 A KR1020227033038 A KR 1020227033038A KR 20227033038 A KR20227033038 A KR 20227033038A KR 102740092 B1 KR102740092 B1 KR 102740092B1
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vibrating
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웬빙 저우
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풍운 랴오
신 치
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썬전 샥 컴퍼니, 리미티드
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Abstract

본 개시의 실시예는 음향변환기; 및 상기 음향변환기에 연결되는 진동조립체를 포함하며, 상기 진동조립체는 외부의 진동신호를 상기 음향변환기에 전송하여 전기신호를 생성하도록 구성되고, 상기 진동조립체는 한 조 이상의 진동막과 질량블록을 포함하고, 상기 질량블록은 상기 진동막에 물리적으로 연결되며, 상기 진동조립체는 하나 이상의 타겟 주파수대역에서 상기 진동센서의 민감도가 상기 음향변환기의 민감도보가 크게 되도록 구성되는 진동센서를 개시한다.

Description

진동센서
본 개시는 센서 분야에 관한 것으로서, 구체적으로는, 진동조립체를 구비하는 진동센서에 관한 것이다.
상기 진동센서는 진동신호를 전기신호로 변환시키는 에너지변환장치이다. 이는 마이크로폰(예를 들면 기전도 마이크로폰, 골전도 마이크로폰, 등) 또는 감시장치, 등으로 사용될 수 있다. 상기 진동센서는 진동의 진폭과 방향과 같은 데이터를 얻을 수 있으며, 얻은 데이터를 전기신호 또는 분석과 처리를 위해 요구되는 기타 형식으로 변환할 수 있다.
본 개시는 임의의 변환기도 없이 민감도가 개선되는 진동센서를 제공한다.
본 개시의 실시예는 음향변환기 및 상기 음향변환기에 연결되는 진동조립체를 포함하는 진동센서를 개시한다. 상기 진동조립체는 외부의 진동신호를 상기 음향변환기에 전송하여 전기신호를 생성하도록 구성될 수 있고, 상기 진동조립체는 한 조(group) 이상의 진동막과 질량블록을 포함하고, 상기 질량블록은 상기 진동막에 물리적으로 연결될 수 있다. 상기 진동조립체는 하나 이상의 타겟 주파수대역에서 상기 진동센서의 민감도가 상기 음향변환기의 민감도가 크게 되도록 구성될 수 있다.
일부 실시예에서는, 한 조 이상의 진동막과 질량블록은 진동막의 진동방향에 따라 순차로 배치될 수 있다. 상기 진동조립체에서 인접한 진동막 사이의 거리는 상기 인접한 진동막의 최대 진폭 이상일 수 있다.
일부 실시예에서는, 질량블록의 투영구역은 진동막의 진동방향에서 상기 진동막의 투영구역내에 위치할 수 있다.
일부 실시예에서는, 한 조 이상 중 각 조의 진동막과 질량블록은 하나 이상의 상이한 타겟 주파수대역 중 하나에 대응되며, 따라서 상기 진동센서의 민감도는 상기 상응한 타겟 주파수대역에서 상기 음향변환기의 민감도보다 클 수 있다.
일부 실시예에서는, 한 조 이상의 진동막과 질량블록의 공진 주파수는 상기 진동센서의 공진 주파수보다 작을 수 있으며, 따라서 상기 진동센서의 민감도는 하나 이상의 타겟 주파수대역에서 상기 음향변환기의 민감도보다 클 수 있다.
일부 실시예에서는, 상기 한 조 이상의 진동막과 질량블록의 공진 주파수와 음향변환기의 공진 주파수 사이의 차이는 1kHz ~ 10kHz일 수 있다.
일부 실시예에서는, 한 조 이상 중 적어도 2개 조의 진동막과 질량블록의 공진 주파수는 다를 수 있다.
일부 실시예에서는, 진동막과 질량블록 조의 공진 주파수 중에서, 2개의 인접한 공진 주파수 사이의 차이는 2kHz 보다 작을 수 있다.
일부 실시예에서는, 진동막과 질량블록 조의 공진 주파수 중에서, 2개의 인접한 공진 주파수 사이의 차이는 1kHz 이하일 수 있다.
일부 실시예에서는, 상기 한 조 이상의 진동막과 질량블록의 공진 주파수는 1kHz와 10kHz 사이일 수 있다.
일부 실시예에서는, 상기 한 조 이상의 진동막과 질량블록의 공진 주파수는 1kHz와 5kHz 사이일 수 있다.
일부 실시예에서는, 상기 한 조 이상의 진동막과 질량블록의 공진 주파수는 상기 진동막 및/또는 상기 질량블록의 파라미터와 관련되며, 상기 파라미터는 진동막의 계수, 상기 음향변환기와 상기 진동막 사이에 형성된 캐비티의 체적, 질량블록의 반지름, 상기 질량블록의 높이 또는 밀도 중의 적어도 하나를 포함한다.
일부 실시예에서는, 상기 진동막의 계수는 1GPa와 10GPa 사이일 수 있다.
일부 실시예에서는, 상기 질량블록의 반지름은 500μm와 3 mm 사이일 수 있다.
일부 실시예에서는, 한 조 이상의 진동막과 질량블록하에서 상기 진동센서의 주파수 곡선은 복수의 공진피크를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서는, 상기 진동조립체는 한 조 이상의 진동막과 질량블록을 지지하도록 구성된 지지구조를 더 포함하고, 상기 지지구조는 상기 음향변환기에 물리적으로 연결될 수 있고, 상기 한 조 이상의 진동막과 질량블록은 상기 지지구조에 연결될 수 있다.
일부 실시예에서는, 상기 지지구조는 기밀재료로 제작될 수 있다.
일부 실시예에서는, 상기 질량블록에 연결된 상기 진동막의 표면에 수직이 되는 방향에서, 상기 질량블록의 투영면적은 상기 지지구조의 투영면적과 중첩되지 않는다.
일부 실시예에서는, 상기 질량블록은 상기 진동막에 동심일 수 있다.
일부 실시예에서는, 상기 진동막은 통기되도록 구성될 수 있다.
일부 실시예에서는, 상기 진동막 중에서, 상기 음향변환기로부터 가장 멀리 떨어진 진동막은 통기되지 않도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서는, 상기 진동막은 복수의 홀을 구비할 수 있다.
일부 실시예에서는, 상기 진동막은 통기막을 포함할 수 있다.
일부 실시예에서는, 상기 진동막은 폴리테트라플루오로에틸렌, 확장형 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리에테르술폰, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 나일론, 피록실린 또는 혼합 셀룰로오스 중의 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서는, 상기 진동조립체는 제한구조를 더 포함하며, 상기 제한구조는 상기 진동조립체에서 인접한 진동막 사이의 거리가 상기 인접한 진동막의 최대진폭 이상이 되도록 구성될 수 있다.
일부 실시예에서는, 상기 음향변환기는 기전도 마이크로폰일 수 있고, 하나 이상의 타겟 주파수대역의 공진 주파수는 1kHz~10kHz로써 상기 기전도 마이크로폰의 공진 주 파수보다 낮게 구성될 수 있다.
일부 실시예에서는, 상기 기전도 마이크로폰은 소리픽업홀을 포함하고, 한 조 이상의 진동막과 질량블록은 상기 소리픽업홀에서 상기 소리픽업홀의 반지름 단면에 평행하게 배치되거나, 또는 상기 소리픽업홀의 밖에 배치된다.
일부 실시예에서는, 상기 질량블록은 상기 소리픽업홀의 내벽에 접촉하지 않을 수 있다.
본 개시의 하나의 실시예는 상술한 어느 하나의 진동장치를 구비하는 소리입력장치를 제공한다.
본 개시는 예시적인 실시예들의 측면에서 더 설명된다. 이러한 예시적인 실시예들은 도면들을 참고하여 상세히 설명된다. 이러한 실시예들은 한정적이 아니며, 여러 도면에서 유사한 부호는 유사한 구조를 표시한다.
도 1은 본 개시의 일부 실시예들에 따른 진동센서를 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 개시의 일부 실시예들에 따른 진동센서의 구조를 나타내는 개략도이다.
도 3은 본 개시의 일부 실시예들에 따른 진동센서의 구조를 나타내는 개략도이다.
도 4는 본 개시의 일부 실시예들에 따른 진동조립체를 나타내는 개략도이다.
도 5는 본 개시의 일부 실시예들에 따른 진동센서의 주파수 반응곡선도를 나타내는 개략도이다.
도 6은 본 개시의 일부 실시예들에 따른 진동센서의 구조를 나타내는 개략도이다.
본 개시의 실시예들의 기술안을 설명하기 위해, 아래에서는 실시예들을 설명하기 위한 도면에 대해 간단히 소개한다. 물론, 아래의 설명에서 도면은 단지 본 개시의 일부 예 또는 실시예임이 명확하다. 본 분야의 통상의 기술자들에 있어서 창조적 노력을 더하지 않고 이러한 도면들에 의거하여 본 개시를 다른 유사한 상황에 응용할 수 있다. 예시적인 실시예들은 단지 당업계의 통상의 기술자들이 본 개시를 더 잘 이해하고 응용하게 하기 위해 제공되는 것이며, 본 개시의 범위를 한정하기 위함이 아님을 이해해야 한다. 상하문에서 명백하거나 특별히 설명하지 않는 한 도면 중의 동일한 부호는 동일한 구조나 동작을 표시한다.
여기에서 사용되는 바와 같이, 단수 형태 "하나", "일" 및 "상기"는 문맥에서 별도로 명확하게 지시하지 않은 한 복수의 형태를 포함한다. 본 명세서에서 사용한 용어 "포함", “포괄” 및/또는 "함유"는 주장한 특징, 정수, 절차, 동작, 소자, 및/ 또는 조립체들의 존재를 구체화하는 것이며, 하나 이상의 기타 특징, 정수, 절차, 동작, 소자, 조립체 및/또는 이들의 그룹을 배제하는 것이 아니다. 용어 “기초상에서”는 “적어도 국부적으로 …의 기초상에서”의 의미이다. 용어 "일 실시예"는 "적어도 하나의 실시예에서"를 표시한다. 용어 "다른 하나의 실시예"는 "적어도 하나의 다른 실시예에서"를 표시한다. 다른 용어들에 대한 관련 정의는 아래의 설명에서 제공한다.
일부 실시예에서는, 진동센서가 마이크로폰(이를테면 기전도 마이크로폰, 골전도 마이크로폰, 등)으로써 사용될 때, 진동을 전기신호로 변환하는 장치는 음향변환기를 포함할 수 있다. 일반적으로, 단일 음향변환기는 하나만의 공진피크를 가지고, 상기 음향변환기는 상기 공진피크의 주파수 부근에서만 높은 민감도를 가질 수 있다. 일부 실시예에서는, 상기 진동센서의 민감도를 개선하기 위해, 상이한 공진피크를 가지는 복수의 음향변환기는 상기 주파수 수신범위와 민감도를 향상시키도록 구성될 수 있다. 그러나,음향변환기의 개수를 증가시키면 상기 진동센서의 체적과 생산비용의 증가를 초래할 수 있다.
이 점에 비추어, 본 개시는 진동센서에 관한 것이다. 상기 진동조립체가 상기 음향변환기에 연결되므로써, 상기 진동센서의 민감도는 타겟 주파수대역에서 상기 음향변환기의 민감도보다 높을 수 있다. 상기 진동센서는 외부의 진동신호를 수신하고 상기 진동신호를 소리정보를 반영하는 전기신호로 변환시킬 수 있다. 상기 외부신호는 기계적 진동신호 또는 음향신호를 포함할 수 있다. 상기 진동조립체는 물리적으로 서로 연결된 한 조 이상의 진동막과 질량블록을 포함할 수 있다. 상기 진동조립체는 하나 이상의 타겟 주파수대역에서 상기 진동센서의 민감도가 상기 음향변환기의 민감도보다 크도록 구성될 수 있다.
도 1에 표시하는 바와 같이, 진동센서(100)는 음향변환기(120)와 진동조립체(130)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서는, 상기 음향변환기(120)는 상기 진동조립체(130)에 연결될 수 있고, 상기 진동조립체(130)는 상기 외부 진동신호를 상기 음향변환기에 전송하여 전기신호를 생성할 수 있다. 상기 외부 환경송에서 진동이 발생할 때, 상기 진동조립체(130)는 상기 진동에 반응하여 상기 진동신호를 상기 음향변환기(120)에 전송하고, 상기 진동신호는 상기 음향변환기(120)에 의해 전기신호로 변환될 수 있다. 상기 진동센서(100)는 이동장치, 웨어러블장치, 가상현실장치, 증강현실장치, 등 또는 이들의 조합에 응용될 수 있다. 일부 실시예에서는, 상기 이동장치는 스마트폰, 태블릿, PDA(Personal Digital Assistant), 게임 장치, 내비게이션 장치 등 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서는, 상기웨어러블 기기는 스마트 팔찌, 헤드폰, 보청기, 스마트 헬멧, 스마트 시계, 스마트 의류, 스마트 백팩, 스마트 액세서리, 등 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서는, 가상현실장치 및/또는 증강현실장치는 가상현실 헬멧, 가상현실 안경, 가상현실 패치, 증강현실 헬멧, 증강현실 안경, 증강현실 패치 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 가상현실장치 및/또는 증강현실장치는 구글 안결, 오큘러스 리프트, 홀로렌즈, 기어VR, 등을 포함할 수 있다.
도 1에 표시하는 바와 같이, 상기 진동조립체(130)는 진동막(131)과 질량블록(132)을 포함할 수 있다. 상기 질량블록(132)은 상기 진동막(131)에 물리적으로 연결될 수 있다. 상기 진동조립체(130)는 하나 이상의 타겟 주파수대역에서 상기 진동센서(100)의 민감도가 상기 음향변환기(120)의 민감도보다 크도록 구성될 수 있다.
일부 실시예에서는, 한 조 이상의 진동막(131)과 질량블록(132)은 상기 진동막(131)의 진동방향에 따라 순차로 설치될 수 있고; 상기 진동조립체(130)에서 인접된 진동막(131) 사이의 거리는 상기 인접된 진동막(131)의 최대 진폭 이상일 수 있다. 일부 실시예에서는, 상기 진동막(131)은 공기를 통과시킬 수 있다.
일부 실시예에서는,각 조의 진동막(131)과 질량블록(132)은 하나 이상의 상이한 타겟 주파수대역 중 하나에 대응될 수 있으며, 따라서 상기 상응한 타겟 주파수대역에서 상기 진동센서(100)의 민감도는 상기 음향변환기(120)의 민감도보다 클 수 있다. 일부 실시예에서는, 한 조 이상의 질량블록(132)과 진동막(131)하에서, 상기 타겟 주파수대역의 상기 진동센서(100)의 민감도는 상기 음향변환기(120)의 민감도와 비교하여2dB 내지 30dB 증가될 수 있다. 일부 실시예에서는, 한 조 이상의 질량블록(132)과 진동막(131)을 추가한 후, 질량블록(132)과 진동막(131) 조가 상기 동일한 공진피크를 공유하는 경우, 상기 진동센서(100)의 민감도는 상기 음향변환기(120)의 민감도에 비교하여30dB 증가될 수 있음에 유의해야 한다.
일부 실시예에서는, 상기 진동센서(100)와 상기 음향변환기(120)의 민감도를 측정하는 방식은 고정된 가속도(예를 들면 1g, g는 상기 중력 가속도)의 자극하에서, 상기 전기신호가 수집되고 (예를 들면 -30 dBV), 상기 민감도가 -30 dBV/g일 수 있는 것이다. 일부 실시예에서는, 상기 음향변환기(120)가 기전도 마이크로폰인 경우, 상기 민감도를 측정하는 경우, 상술한 자극원은 음압에 의해 대체될 수 있으며, 즉, 지정된 주파수대역의 음압은 자극으로써 입력될 수 있고 상기 수집장치의 전기신호가 측정될 수 있다.
일부 실시예에서는, 상기 진동센서(100)의 주파수 반응곡선은 한 조 이상의 상기 질량블록(132)과 진동막(131)의 작용하에서 복수의 공진피크를 가질 수 있다.
일부 실시예에서는, 상기 한 조 이상의 질량블록(132)과 진동막(131)의 공진 주파수는 1kHz ~ 10kHz 이내일 수 있다. 일부 실시예에서는, 상기 한 조 이상의 질량블록(132)과 진동막(131)의 공진 주파수는 1kHz ~ 5kHz 이내일 수 있다. 일부 실시예에서는, 복수 조의 질량블록(132)과 진동막(131) 중 적어도 2개 조의 질량블록(132)과 진동막(131)의 공진 주파수는 다를 수 있다. 일부 실시예에서는, 복수 조의 질량블록(132)과 진동막(131)의 공진 주파수 중 2개의 인접한 공진 주파수 사이의 차이는 2kHz보다 작을 수 있다. 상기 2개의 인접한 진동 주파수는 인접한 크기값을 가지는 2개의 공진 주파수이다. 상기 공진 주파수 밖의 상기 진동센서(100)의 주차수에 대응되는 민감도가 대폭 작아지기 때문에, 상기 공진 주파수 차이를 제어하므로써, 상기 진동센서(100)는 넓은 주파수대역에서 상대적으로 높은 민감도를 가질 수 있으며, 동시에 상기 민감도는 크게 변동하지 않을 수 있다. 일부 실시예에서는, 질량블록(132)과 진동막(131) 조의 공진 주파수 중 2개의 인접한 공진 주파수 사이의 차이는 1.5kHz 이하 일 수 있다. 일부 실시예에서는, 상기 질량블록(132)과 진동막(131) 조의 공진 주파수 중 2개의 인접한 공진 주파수 사이의 차이는 1kHz 이하, 예를 들면 500Hz, 700Hz 또는 800Hz, 등일 수 있다. 일부 실시예에서는, 질량블록(132)과 진동막(131) 조의 공진 주파수 중 2개의 인접한 공진 주파수 사이의 차이는 500Hz 이하 일 수 있다.
일부 실시예에서는, 상기 진동막(131)은 통기막을 포함할 수 있다. 진동조립체에 관한 더 많은 설명은 도2 내지 도6에서 찾을 수 있다.
도 2는 본 개시의 일부 실시예들에 따른 진동센서의 구조를 나타내는 개략도이다.
도 2에 기재된 진동센서(200)는 도 1 중 상기 진동센서(100)의 실시예일 수 있다. 일부 실시예에서는, 상기 진동센서(200)는 음향변환기(220)와 진동조립체(230)를 포함할 수 있다. 상기 음향변환기(220)는 기전도 마이크로폰을 포함할 수 있다. 상기 기전도 마이크로폰은 소리픽업구역(예를 들면 소리픽업홀(211))에서 음압변화를 획득하고 상기 음압변화를 전기신호로 변환할 수 있다. 쉽게 설명하기 위해, 아래의 설명에서는, 상기 음향변환기는 상기 기전도 마이크로폰로 설명한다. 일부 기타 실시예에서는, 상기 음향변환는 기타 형식, 예를 들면 액체 마이크로폰 및 레이저 마이크로폰일 수도 있음에 유의해야 한다.
도 2를 참조하면, 일부 실시예에서는, 상기 기전도 마이크로폰은 셸(210) 및 소리픽업장치(211)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서는, 상기 소리픽업장치(211)는 변환 원리에 따라 용량식, 압전식, 등의 변환기를 포함할 수 있으며, 이는 본 개시에 한정되지 않는다 .
일부 실시예에서는, 상기 셸 구조(210)의 형상은 정육면체, 근사 정육면체, 원기둥, 구 또는 다른 모든 형상일 수 있다. 상기 셸 구조(210)는 수용공간을 에워쌀 수 있으며, 상기 소리픽업장치(211)는 상기 수용공간에 설치될 수 있다. 일부 실시예에서는, 상기 소리픽업장치(211)와 상기 셸 구조(210)는 물리적 방식을 통해 연결될 수 있다. 구체적으로는, 상기 물리적 연결방식은 용접, 클램핑, 접착, 또는 일체성형, 등을 포함할 수 있으며, 이는 본 개시에 한정되지 않는다. 일부 실시예에서는, 상기 셸 구조(210)는 일정한 경도를 가지는 재료로 만들어질 수 있으며, 따라서 상기 셸 구조(210)는 상기 소리픽업장치(211)와 내부 소자들을 보호할 수 있다. 일부 실시예에서는, 상기 셸 구조(210)의 재료는 금속, 합금 재료(예를 들면 알루미늄 합금, 크롬 몰리브덴강, 캐시미어 합금, 마그네슘 합금, 티타늄 합금, 마그네슘 리튬 합금, 니켈 합금, 등), 유리섬유 또는 탄소섬유, 폴리머재료(이를테면 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 클러스터, 폴리염화비닐, 폴리카보네이트, 폴리프로필렌, 등) 중의 하나 이상을 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
일부 실시예에서는, 상기 셸 구조(210)는 소리픽업을 위한 소리픽업홀(211)를 구비할 수 잇다. 일부 실시예에서는, 상기 진동조립체(230)는 상기 셸 구조(210)의 소리픽업홀(211) 가까이에 설치될 수 있다. 일부 실시예에서는, 한 조 이상의 진동막과 질량블록은 상기 소리픽업홀의 외측에 위치할 수 있다. 일부 실시예에서는, 상기 진동조립체(230)는 물리적 방식을 통해 상기 셸 구조에 연결될 수 있다. 구체적으로는, 상기 물리적 연결방식은 용접, 클램핑, 접착, 또는 일체성형, 등을 포함할 수 있으며, 여기서는 한정하지 않는다.일부 실시예에서는, 한 조 이상의 제2 세대 진동막과 질량블록은 상기 소리픽업홀에서 상기 소리픽업홀의 반지름 단면에 평행되도록 설치될 수 있음에 유의해야 한다. 구체적인 정보는 도 5 및 뒤의 관련 기재를 참고할 수 있다.
일부 실시예에서는, 상기 진동센서(200)가 기전도 소리픽업에 사용될 때, 상기 외부 환경이 진동을 발샐하는 경우(예를 들면, 음파), 한 조 이상의 진동막과 상기 진동막에 위치한 상기 질량블록은 상기 외부 환경의 진동에 반응하여 진동할 수 있다. 상기 진동막이 통기시키기 때문에, 상기 진동막 및 상기 질량블록이 상기 외부 진동신호 (예를 들면, 음파)와 함께 생성한 진동은 상기 소리픽업홀(211)의 내압변화(또는 공기 진동)을 일으킬 수 있으며, 따라서 상기 진동신호는 상기 소리픽업홀(211)을 통해 소리픽업장치(221)에 전송되고 상기 진동신호는 전기신호로 변환될 수 있으므로써, 하나 이상의 타겟 주파수대역에서 증폭된 후 진동신호를 전기신호로 변환하는 처리를 실현할 수 있다. 타겟 주파수대역은 진동막과 질량블록 조에 대응되는 공진 주파수의 주파수 범위일 수 있다. 예를 들면, 상기 진동센서(200)가 마이크로폰으로써 사용될 때, 상기 타겟 주파수대역은 200Hz ~ 2kHz일 수 있다. 구체적으로는, 일부 실시예에서는, 상기 음향변환기의 공진 주파수는 2kHz일 수 이으며, 상기 진동조립체(230)의 공진 주파수는 1kHz일 수 있다.
일부 실시예에서는, 상기 진동센서(200)가 골전도 소리픽업에 이용되는 경우, 전도셸은 상기 소리픽업홀(211)의 외측에 설치될 수 있고, 상기 음향변환기(220)와 상기 전도셸은 수용공간을 에워쌀 수 있으며, 한 조 이상의 진동막과 상기 질량블록은 상기 수용공간에 설치될 수 있다. 일부 실시예에서는, 상기 진동조립체(이를테면 진동부품)는 상기 셸에 물리적으로 연결될 수 있다. 외부 환경에서 진동이 생성하는 경우, 상기 진동은 상기 전도셸을 통해 수신되고 상기 진동조립체의 진동을 일으킬 수 있다. 상기 진동조립체의 진동은 상기 수용공간내에서 공기진동을 일으키고, 상기 수용공간내의 상기 진동막과 상기 질량블록의 진동은 상기 진동신호와 함께 상기 소리픽업홀(211)을 통하여 상기 소리픽업장치(211)에 전송될 수 있다.
도2에 표시하는 바와 같이, 일부 실시예에서는, 상기 진동센서(200)는 3개 조의 진동막과 질량블록을 포함할 수 있다. 구체적으로는, 상기 3개 조의 진동막과 질량블록은 상이한 공진 주파수를 가질 수 있다. 각 조의 진동막과 질량블록은 상기 외부 진동신호 중의 상이한 진동 주파수하에서 공진할 수 있으며, 따라서 상기 진동센서(200)에 의해 획득한 상기 소리신호에서, 3개의 타겟 주파수대역 중의 상기 음향변환기(220)의 민감도는 상기 음향변환기(220)의 민감도보다 클 수 있다. 일부 실시예에서는, 복수 조의 진동막과 질량블록은 동일한 공진 주파수를 가져서 상기 타겟 주파수대역내의 민감도를 대폭 향상시킬 수 있음에 유의해야 한다. 예를 들면, 상기 진동센서(200)가 5kHz와 5.5kHz 사이의 기계적 진동을 테스트하는데 이용되는 경우, 복수 조의 진동막과 질량블록의 공진 주파수는 상기 테스트 범위(예를 들면 5.3kHz)내의 값으로 설정될 수 있으며, 따라서 상기 진동센서(200)는 한 조만의 진동막과 질량블록이 상기 진동센서에 설치된 상황과 비교하여 상기 테스트 범위내의 높은 민감도를 가질 수 있다. 도2 에 표시하는 상기 진동막과 질량블록 조의 수량은 단지 설명을 위한 것이며, 본 개시의 범위에 한정되지 않음에 유의해야 한다. 예를 들면, 진동막과 질량블록 조의 수량은 하나, 둘, 또는 넷 등일 수 있다.
일부 실시예에서는, 상기 진동조립체(230)가 복수의 진동막을 구비하는 경우, 상기 음향변환기(220)로부터 가장 멀리 떨어진 상기 진동막은 공기를 통과시키지 않을 수 있다. 도 2에 표시한 바와 같이, 상기 제3 진동막(2313)은 공기를 통과시키지 않을 수 있다. 상술한 바와 같이 설치되므로써, 상기 제3 진동막(2313)과 상기 음향변환기(220)는 폐쇄된 공간을 형성할 수 있으며, 진동정보에 더 잘 반응할 수 있다. 일부 실시예에서는, 상기 음향변환기(220)로부터 가장 멀리 떨어진 상기 진동막은 공기를 통과시킬 수 있음에 유의해야 한다. 예를 들면, 상기 소리픽업홀(211)의 외측에 전도셸을 구성한 경우, 상기 전도셸과 상기 음향변환기(220)는 수용공간을 에워쌀 수 있으며, 상기 공간의 공기는 진동정보에 완벽하게 반응할 수 있다.
도 3은 본 개시의 일부 실시예들에 따른 진동센서의 구조를 나타내는 개략도이다.
도3에 표시하는 바와 같이, 일부 실시예에서는, 진동센서(300) 중의 진동조립체(330)는 지지구조(333)를 통해 소리센서(220)에 연결된 한 조의 진동막(331)과 질량블록(332)일 수 있다. 구체적으로는, 상기 질량블록(332)은 상기 진동막(331)에 물리적으로 연결될 수 있으며, 상기 질량블록(332)은 상기 진동막(331)의 외측에 배치될 수 있다. 일부 실시예에서는, 상기 질량블록(332)은 상기 외부 환경의 진동에 반응하여 동일한 시간에 공진할 수 있다. 상기 진동막(331), 상기 질량블록(332) 및 상기 외부의 진동신호에 생성되는 공진은 상기 음향변환기(320)에 전송될 수 있으며, 따라서 상기 진동조립체(330)의 공진 주파수 부근의 민감도를 강화하고, 상기 타겟 주파수대역내에서 강화된 후의 상기 진동신호를 전기신호로 변환시키는 처리를 구현할 수 있다.
일부 실시예에서는, 상기 진동센서(300)가 한 조만의 진동막(331)과 질량블록(332)을 포함하기 때문에, 비교적 좋은 소리픽업 효과를 확보하고, 일부 실시예에서는, 상기 진동막(331)은 불침투성일 수 있다.
일부 실시예에서는, 각 조의 진동막과 질량블록의 공진 주파수는 상기 진동막 및/또는 상기 질량블록의 파라미터와 관련될 수 있다. 상기 파라미터는 상기 진동막의 계수, 상기 음향변환기와 상기 진동막 사이에 형성된 상기 캐비티의 체적, 상기 질량블록의 반지름, 상기 질량블록의 높이, 및 상기 질량블록의 밀도, 등, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 구체적으로는, 상기 공진 주파수와 상기 파라미터의 수학적 관계는 본 개시 중의 방정식 1과 관련될 수 있다 .
도 2를 돌이켜보면, 상기 실시예에서, 상기 진동조립체(230)는 상기 진동방향에 따라 순차로 배치된 제1 진동막(2311), 제2 진동막(2312) 및 제3 진동막(2313)을 포함할 수 있다. 상기 질량블록은 상기 진동방향에 따라 순차로 배치된 제1 질량블록(2321), 제2 질량블록(2322), 및 제3 질량블록(2323)을 포함할 수 있으며, 상기 제1 진동막(2311)은 상기 제1 질량블록(2321)과 연결될 수 있고, 상기 제2 진동막(2312)은 상기 제2 질량블록(2322)과 연결될 수 있고 상기 제3 진동막(2313)은 상기 제3 질량블록(2323)과 연결될 수 있다. 일부 실시예에서는, 상기 제1 진동막(2311), 상기 제2 진동막(2312), 및 상기 제3 진동자(2313) 중 임의의 2개의 인접된 진동막 사이의 거리는 상기 2개의 인접한 진동막의 최대 진폭 이상일 수 있으며, 따라서 진동막은 진동할 때 상기 인접한 진동막과 간섭하지 않고, 이는 상기 진동신호의 전송효과에 영향을 줄 수 있다. 일부 실시예에서는, 상기 진동조립체(230)가 복수 조의 진동막과 질량블록을 포함하는 경우, 상기 진동막은 상기 진동막의 진동방향과 수직이 될 수 있다. 일부 실시예에서는, 인접한 진동막 사이의 거리는 동일하거나 다를 수 있다. 일부 실시예에서는, 진동막은 상기 인접한 진동막과 함께 복수의 캐비티를 형성할 수 있으며, 복수의 캐비티와 상기 진동막은 공기를 수용하고 상기 진동막이 복수의 캐비티와 함께 진동하게 할 수 있다.
일부 실시예에서는, 상기 진동조립체(230)는 제한구조 (미도시)를 더 포함할 수 있으며, 제한구조는 상기 진동조립체 중의 인접한 진동막 사이의 거리가 상기 2개의 인접한 진동막의 최대 진폭 이상이 되도록 확보할 수 있다. 일부 실시예에서는, 상기 제한구조는 상기 2개의 인접한 진동막 중 하나의 가장자리에 연결될 수 있으며, 상기 제한구조의 댐핑을 제어하므로써, 상기 제한구조는 상기 막의 진동을 간섭하지 않는다.
일부 실시예에서는, 복수의 질량블록은 복수 조의 진동조립체(230)를 포함할 수 있으며, 복수의 질량블록은 진동막의 양측에 배치될 수 있다. 예를 들어, 진동조립체가 2개의 질량블록을 포함한다고 가정하면, 상기 2개의 질량블록은 상기 진동막의 양측에 대칭되게 설치될 수 있다. 일부 실시예에서는, 복수 조의 진동조립체(230) 중의 질량블록은 상기 진동막의 동일한 측에 위치할 수 있다. 상기 질량블록은 상기 진동막의 외측 또는 내측에 배치될 수 있다, 상기 음향변환기(220)의 가까이의 진동막의 측은 내측이고, 상기 음향변환기(220)로부터 멀리 떨어진 측은 외측임에 유의해야 한다. 일부 실시예에서는, 복수 조의 진동조립체 중의 질량블록은 상기 진동막의 상이한 측에 위치할 수 있으며, 예를 들면, 상기 제1 질량블록(1321)과 상기 제2 질량블록(2322)은 상기 상응한 진동막의 외측에 위치할 수 있고, 상기 제3 질량블록(2323)은 상기 상응한 진동막의 내측에 위치할 수 있다.
일부 실시예에서는, 상기 진동막은 통기시키는 박막모양 구조로 구성될 수 있다. 일부 실시예에서는, 상기 진동막은 통기막일 수 있다. 상기 진동막은 통기되도록 구성될 수 있으며, 따라서 상기 진동신호는 상기 진동조립체(230)를 진동시키고, 상기 진동신호는 상기 통기막을 통과하여 상기 음향변환기에 의해 수신될 수 있으며, 따라서 상기 타겟 주파수대역에서의 민감도를 향상시킬 수 있다. 일부 실시예에서는, 상기 진동막의 재료는 일정한 범위내에서 변형을 일으킬 수 있는 재료일 수 있다. 구체적으로는, 상기 막은 적어도 PTFE(폴리테트라플루오로에틸렌), EPTFE(확장형 폴리테트라플루오로에틸렌), PES(폴리에테르술폰), PVDF(폴리비닐리덴플루오라이드), PP(폴리프로필렌), PETE(폴리에틸렌테레프탈레이트), 나일론, NC(니트로셀룰로오스), MCE(혼합 셀룰로오스) 등 재료 또는 이들의 조합 중의 하나 이상으로 만들어 질 수 있다. 일부 실시예에서는, 상기 진동막과 상기 질량블록은 클램핑, 접착, 또는일체성형, 등을 통해 연결될 수 있으며, 여기에 제한하지 않는다. 일부 실시예에서는, 상기 진동막의 두께는0.05μm ~ 100μm의 범위내에 있을 수 있다. 구체적으로는, 상기 진동막의 두께는 진동재료와 관련될 수 있다. 예를 들면, 상기 진동막이 EPTFE(확장형 폴리테트라플루오로에틸렌 (expended polytetrafluoroethylene))를 포함하는 경우, 상기 진동막의 두께는 0.5μm ~ 100μm의 범위내에 있을 수 있다. 바람직하게는, 상기 EPTFE 막의 두께는 1μm ~ 10μm의 범위내에 있을 수 있으며, 예를 들면 2μm, 5μm, 7μm, 등일 수 있다. 일부 실시예에서는, 바람직하게는, 상기 EPTFE막의 최소 투과율은 10L/HR 이상으로써 우수한 통기성을 확보할 수 있다. 동시에, 상기 EPTFE막은 일정한 등급의 방수기능을 제공하여 내부 조립체들을 보호할 수 있다. 일부 실시예에서는, 기타 통기성 재료들의 계수는 1GPa~10GPa이며, 또는 상기 음향변환기(220) 중의 민감소자(222)의 계수의 1/10 또는 1%, 여기에 열거하지 않은 수치에서 선택할 수 있다. 민감소자는 상기 음향변환기(220) 중의 진동신호를 수신하는 장치이다. 일부 실시예에서는, 상기 진동조립체(230) 중의 복수의 진동막의 재료와 크기는 상이하거나 같을 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 진동막(2311)은 나일론으로 제작되고, 상기 제2 진동막(2312)은 EPTFE 재료로 제작될 수 있다. 상기 제3 진동막(2313)의 반지름은 상기 제1 진동막(2311)의 반지름 및 상기 제2 진동막(2312)의 반지름 보다 클 수 있다.
일부 실시예에서는, 상기 진동막이 기밀성으로 구성된 경우, 진동막은 폴리머 막, 예를 들면 폴리우레탄, 에폭시, 폴리우레탄, 등으로 제작된 막일 수 있다. 또는 상기 진동막은 금속막, 예를 들면 구리, 알루미늄, 주석으로 만들어진 막이거나, 또는 기타 합금 및 복합막일 수 있다. 일부 실시예에서는, 상기 진동막은 처리 상기 통기막 (예를 들면 상기 통기홀을 커버함)을 통해 얻을 수 있다.
일부 실시예에서는, 상기 진동막은 관통홀을 구비하는 박막일 수 있다. 구체적으로는, 상기 관통홀의 구멍은 0.01μm ~ 10μm의 범위내에 있을 수 있다. 바람직하게는, 상기 관통홀의 구멍은 0.1μm ~ 5μm의 범위내, 예를 들면 0.2μm, 0.5μm, 0.8μm, 1μm, 2μm, 등일 수 있다. 일부 실시예에서는, 상기 진동조립체(230)의 복수의 진동막에서 상기 관통홀의 직경은 동일하거나 다를 수 있으며, 단일 진동막의 관통홀의 직경은 동일하거나 다를 수도 있다. 일부 실시예에서는, 상기 관통홀의 구멍은 5μm보다 클 수 있다. 상기 구멍은 5μm보다 클 수 있으며, 기타 재료(예를 들면 실리콘, 등)는 상기 진동막에 설치되어 상기 관통홀 부분 또는 관통홀의 일부분을 통기성에 영향을 주지 않는 전제하에서 커버할 수 있다
일부 실시예에서는, 상기 질량블록의 재료는 구리, 주석 중의 하나 이상, 또는 기타 합금과 그들의 복합재료일 수 있다. 일부 실시예에서는, 상기 진동센서(200)는 MEMS장치의 설계에 응용될 수 있다. 상기 MEMS장치의 처리에서, 상기 진동막은 Si, SiO2、SiNx、SiC, 등의 단층재료로 진동막의 두께방향을 따라 제작될 수 있고, 또는Si/SiO2, SiO2/Si, Si/SiNx, SiNx/Si/SiO2, 등의 두층 또는 더 많은 층의 다층 복합재료로 제작될 수 있다. 질량블록은Si, Cu, 등의 단층재료로 제작될 수 있고, 또는 상기 질량블록은 Si/SiO2, SiO2/Si, Si/SiNx, SiNx/Si/SiO2, 등의 2층 또는 다층 복합재료로 제작될 수 있다.
일부 실시예에서는, 상기 진동조립체(230)는 한 조 이상의 진동막과 질량블록을 지지하는데 이용되는 지지구조(233)를 더 포함할 수 있다. 상기 지지구조(233)는 상기 음향변환기(220)(예를 들면, 상기 셸 구조(210))에 물리적으로 연결될 수 있으며, 한 조 이상의 진동막과 질량블록은 상기 지지구조(233)에 연결될 수 있다. 구체적으로는, 상기 지지구조(233)와 상기 셸 구조(210)는 물리적으로 연결될 수 있다. 상기 물리적 연결방식 클램핑, 접착, 또는 일체성형, 등을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서는, 바람직하게는, 상기 지지구조(233)와 상기 셸 구조(210)는 접착을 통해 연결될 수 있으며, 상기 접착 재료는 에폭시 접착제와 실리카 겔을 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
일부 실시예에서는, 상기 지지구조는 상기 지지구조(233)에도 연결되어 상기 인접한 진동막 사이의 거리를 제어하도록 고정지지를 달성할 수 있으며, 따라서 상기 진동신호의 전송효과를 확보할 수 있다.
도 4는 본 개시의 일부 실시예들에 따른 진동조립체를 나타내는 개략도이다.
도 2와 도 4를 참고하면, 일부 실시예에서는, 상기 진동조립체의 한 조 이상의 진동막과 질량블록은 지지구조(233)에 의해 둘러싸인 공간에 위치하며 상기 지지구조(233)에 물리적으로 연결될 수 있다. 구체적으로는, 상기 물리적 연결방식은 클램핑, 접착, 등을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 상기 물리적 연결방식은 접착을 포함할 수 있으며, 상기 접착재료는 에폭시 접착제와 실리카 겔을 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 일부 실시예에서는, 상기 지지구조(233)는 양단에 개구를 구비하는 공심관 구조내에 있을 수 있으며, 상기 관구조의 횡단면은 직사각형, 삼각형, 원 또는 다른 모양일 수 있다. 일부 실시예에서는, 상이한 위치의 상기 관구조의 횡단면적은 같거나 다를 수 있다. 예를 들면, 상기 음향변환기(220) 부근의 관구조의 단부는 비교적 큰 횡단면적을 가질 수 있다. 일부 실시예에서는, 상기 진동조립체(230)에서 한 조의 진동막과 질량블록은 상기 지지구조(233)의 개구에 장착될 수 있다.
일부 실시예에서는, 상기 진동막은 상기 지지구조(233)의 내벽에 배치되거나 또는 상기 지지구조(233)에 감입될 수 있다. 일부 실시예에서는, 상기 진동막은 상기 지지구조(233)내의 공간에서 진동할 수 있으며 상기 지지구조의 개구단부를 완전히 막을 수 있으며, 즉, 상기 진동막의 면적은 지지구조의 개구의 면적 이상일 수 있으므로써, 상기 외부 환경에서의 공기진동(이를테면 음파)은 될 수 있는 한 상기 진동막을 완전히 통과하고, 상기 소리픽업장치(221)는 상기 진동을 픽업할 수 있으며, 따라서 상기 소리픽업 품질을 효과적으로 개선할 수 있다.
일부 실시예에서는, 상기 지지구조(233)는 기밀재료로 제조될 수 있다. 공기 중에서 상기 진동신호의 전송처리에서, 기밀재료로 제조된 상기 지지구조(233)는 상기 지지구조(233)내의 음압(또는 공기진동)의 변화를 일으킬 수 있으며, 따라서 상기 지지구조(233)의 내부 진동신호는 상기 소리픽업홀(211)을 통해 상기 음향변환기(220)에 전송되고 상기 지지구조(233)를 통해 외부로 누설되지 않으며, 따라서 음압 강도를 확보하고 전송효과를 개선한다. 일부 실시예에서는, 상기 지지구조(233)는 금속, 합금 재료 (예를 들면 알루미늄 합금, 크롬 몰리브덴강, 캐시미어 합금, 마그네슘 합금, 티타늄 합금, 마그네슘 리튬 합금, 니켈 합금, 등), 단단한 플라스틱, 거품, 폼, 등 중 하나 이상을 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
도 4를 참고하면, 일부 실시예에서는, 상기 진동막의 진동방향에서, 상기 질량블록의 투영구역은 상기 진동막의 투영구역내에 위치할 수 있으며, 즉, 상기 진동막(즉, 상기 진동방향에 수직이 됨)에 연결된 상기 질량블록의 표면의 평행방향에서, 상기 질량블록의 횡단면적은 상기 진동막의 횡단면적보다 작을 수 있다. 도 2를 결합하면, 예를 들면, 상기 제1 질량블록(2321)은 상기 제1 진동막(2311)의 투영구역내에 위치할 수 있으며, 상기 제2 질량블록(2322)은 상기 제2 진동막(2312)의 투영구역내에 위치할 수 있으며, 상기 제3 질량블록(2323)은 상기 제3 진동막(2313)의 투영구역내에 위치할 수 있다. 상기 질량블록의 횡단면적이 상기 진동막의 횡단면적보다 작게끔 확보함으로써, 상기 질량블록은 상기 진동막의 진동을 간섭하지 않을 수 있다.
일부 실시예에서는, 상기 진동막 (즉, 상기 진동방향에 수직이 됨)에 연결된 상기 질량블록의 표면에 수직이 되는 방향에서, 상기 질량블록의 투영구역과 상기 지지구조의 투영구역은 중첩되지 않으며, 따라서 상기 진동막과 상기 질량블록의 진동이 상기 지지구조(233)에 의해 제한되는 것을 방지한다.
일부 실시예에서는, 상기 진동막의 형상은 원형, 직사각형, 삼각형 또는 불규칙적인 형상 등을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서는, 상기 진동막의 형상은 상기 지지구조 또는 관의 형상에 대응하여 구성될 수 있으나, 이는 본 개시에 한정되지 않는다. 일부 실시예에서는, 상기 질량블록의 형상은 원통, 원뿔, 원형 원뿔, 정육면체, 삼각형, 등일 수 있으며 상기 질량블록의 크기와 재료는 본 개시의 다른 부분에서 찾을 수 있으며, 이는 본 개시에 한정되지 않는다.
일부 실시예에서는, 상기 질량블록 또는 진동막이 원형 윤곽을 가지는 경우, 상기 질량블록은 상기 진동막과 동심으로 설치될 수 있다. 상기 진동막과 동심으로 설치된 상기 질량블록이 진동하는 경우, 운동 에너지는 상기 상기 진동막에 고르게 분산되며, 따라서 상기 진동막은 상기 진동에 더 잘 반응할 수 있다. 일부 실시예에서는, 상기 질량블록은 상기 진동막의 다른 위치, 예를 들면 편심위치에 설치될 수도 있다. 상기 편심위치는 상기 진동막과 동심으로 설치되지 못하는 위치이다. 바람직하게는 상기 질량블록과 상기 진동막 사이의 편심거리는 50μm를 초과하지 않을 수 있다. 일부 실시예에서는, 한 조 이상의 진동막과 질량블록의 공진 주파수는 상기 음향변환기의 상기 공진 주파수보다 작을 수 있다, 따라서 하나 이상의 타겟 주파수대역에서의 상기 진동센서의 민감도는 상기 음향변환기의 민감도보다 클 수 있다. 일부 실시예에서는, 상기 진동막, 상기 질량블록, 및 상기 음향변환기의 공진 주파수와 민감도 사이의 차이는 도 5에서의 상기 진동센서의 주파수 공진곡선을 참고할 수 있다.
구체적으로는, 일부 실시예에서는, 복수 조의 질량블록과 진동막의 공진 주파수는 1kHz ~ 10kHz, 예를 들면 2kHz, 3kHz, 5kHz, 또는 7.5kHz, 등으로써, 상기 음향변환기의 공진 주파수보다 작을 수 있으며, 따라서 상기 진동센서의 전체적 민감도는 개선될 수 있다. 일부 실시예에서는, 상기 음향변환기가 상기 실시예 중의 기전도 마이크로폰인 경우, 상기 복수 조의 질량블록과 진동막은 하나 이상의 타겟 주파수대역에서 상기 진동센서의 민감도가 상기 음향변환기의 민감도보다 크도록 구성될 수 있다. 하나 이상의 타겟 주파수대력의 공진 주파수는 1kHz~10kHz로써 상기 기전도 마이크로폰의 공진 주파수보다 낮을 수 있다. 구체적으로는, 복수 조의 질량블록과 진동막의 공진 주파수는 1.5kHz, 2kHz, 3kHz, 또는 5kHz, 등으로써, 상기 기전도 마이크로폰의 공진 주파수보다 낮을 수 있다.
도 5는 본 개시의 일부 실시예들에 따른 진동센서의 주파수 반응곡선도를 나타내는 개략도이다.
도 5에 표시하는 바와 같이, 일부 실시예에서는, 한 조 이상의 진동막과 질량블록의 작용하에서 진동센서의주파수 반응곡선은 복수의 공진피크를 가질 수 있다. 상기 도면에서, f1, f2 및 f3는 질량블록과 진동막 조의 공진피크에 대응되고, f0는 상기 음향변환기의 공진피크이다. 일부 실시예에서는, 한 조 이상의 각조의 진동막과 질량블록은 하나 이상의 상이한 타겟 주파수대역의 타겟 주파수대역에 대응되며, 상기 상응한 타겟 주파수대역에서의 상기 진동센서의 민감도가 상기 음향변환기의 민감도보다 크도록 한다. 상기 도면에서, 실선은 질량블록과 진동막 조를 추가한 후의 진동센서의 주파수 반응곡선 500이다. 한 조 이상의 진동막과 질량블록을 추가한 후의 공진 주파수는 상기 음향변환기의 공진 주파수보다 작으며, 상기 진동센서의 하나 이상의 공진피크는 상응하게 추가된다.
상기 도면에서 상기 진동센서의 상기 주파수 반응곡선 500이 4개의 공진피크를 가지고, 상기 진동센서의 민감도는 상기 음향변환기에 비교하여 적어도 Δs 증가됨을 알 수 있다. 동시에, 상기 음향변환기(즉, 공진피크가 위치하는 곳의 곡선)의 주파수 반응곡선은 상기 진동센서가 상기 주파수대역 f1~f3에서 높은 민감도를 가지고, 높은 민감도를 가지는 상기 진동센서의 주파수대역의 폭은 상기 진동막과 상기 질량블록에 의해 증가되며, 이는 상기 진동센서로 하여금 비교적 큰 주파수범위에서 더 민감하게 진동신호를 수신하게 함을 나타내다. 상이한 공진피크를 구비하는 복수 조의 음향변환기를 추가하는 방식과 비교하여 수신주파수 범위를 넓히고, 진동막과 질량블록을 추가하는 방식은 상기 장치의 전체적 체적을 감소시키고, 생산비용을 감소시키고, 상기 장치로 하여금 더 높은 집적화를 기반으로 더 강력한 기능을 제고하도록 한다.
예시적으로, 도 4에서 상기 3개 조의 진동막과 질량블록을 예로 든다. 상기 3개 조의 진동막의 공진피크의 상응한 공진 주파수 f1, f2 및 f3는 1.5kHz, 2kHz, 및 2.5kHz일 수 있다. 일부 실시예에서는, 이러한 설정을 통해, 상기 진동센서는 더 나은 소리픽업 능력을 달성할 수 있으며, 특히, 음성의 상기 상응한 주파수대역에서 소리정보를 더 잘 획득할 수 있다.
일부 실시예에서는, 한 조 이상의 진동막과 질량블록의 공진 주파수는 상기 진동막 및/또는 질량블록의 파라미터와 관련될 수 있다. 상기 파라미터는 상기 진동막의 계수, 상기 진동막과 상기 질량블록 사이에 형성된 상기 캐비티의 체적, 상기 질량블록의 반지름, 상기 질량블록의 높이 또는 밀도 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서는, 상기 복수 조의 진동막과 질량블록의 공진 주파수와 상기 민감도 사이의 관계는 아래와 같이 표시할 수 있다.
(1)
여기서, S는 상기 진동조립체를 구성한 후의 상기 진동센서의 민감도, f는 상기 진동조립체의 공진 주파수이고, K film 는 상기 진동막의 강도, K foam 는 상기 지지구조의 강도, V cavity 는 상기 캐비티의 체적, R m 는 상기 질량블록의 반지름, h m 는 상기 질량블록의 높이, r m 는 상기 질량블록의 밀도이다. 상기 캐비티 체적은 기 소리픽업장치(221)의 민감소자(222)와 상기 민감소자(222)(예를 들면 도 2에서 상기 제1 진동막(2311)) 가까이의 상기 진동조립체(230)의 진동막 사이에 형성된 공간의 체적이다.
구체적으로는, 일부 실시예에서는, 상기 민감도S는 상기 진동막의 강도 K film 가 증가됨에 따라 감소되고, 상기 지지구조의 강도가 증가됨에 따라 감소된다. 상기 캐비티 체적 V cavity 가 증가됨에 따라 S 는 먼저 증가되고 후에 감소되고, 상기 질량블록의 반지름 R m 이 증가됨에 따라 S 는 먼저 증가되고 후에 감소되고, 또한, S는 상기 질량블록의 높이 h m 의 증가 및 상기 질량블록의 밀도 r m 의 증가에 따라 감소된다. 일부 실시예에서는, 상기 민감도 및 상기 공진 주파수의 값은 상기 진동막의 강도, 상기 캐비티의 체적, 및 상기 질량블록의 상기 재료 및 크기를 조절하므로써 조절될 수 있다.
도 6은 본 개시의 일부 실시예들에 따른 진동센서의 구조를 나타내는 개략도이다.
일부 실시예에서는, 진동센서(600)의 한 조 이상의 진동막과 질량블록은 상기 소리픽업홀에서 상기 반지름 단면 (즉 상기 진동방향에 수직이 된)에 평행하게 배치될 수 있다. 도 6에 표시하는 바와 같이, 일부 실시예에서는, 관(611)은 상기 소리픽업홀에 설치될 수 있다. 상기 진동막과 상기 질량블록은 상기 소리픽업홀에서 상기 소리픽업홀이 반지름 단면에 평행하게 배치된 제1 진동막(6311), 제2 진동막(6312), 및 제1 질량블록(6321), 제2 질량블록(6322)을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서는, 상기 관(611)은 기밀재료로 제작될 수 있고, 상기 관(611)의 작용은 상기 진동센서(200) 중의 지지구조(233)와 유사할 수 있다. 상기 진동조립체의 민감도와 공진 주파수를 계산할 때, 상기 관(611)의 재료의 강도는 상기 지지구조의 강도 K foam 를 취할 수 있다. 일부 실시예에서는, 상기 질량블록의 자유진동을 확보하기 위해, 상기 질량블록은 상기 소리픽업홀 또는 상기 관(611)의 내벽에 접촉되지 않는다. 관(611)은 단지 특정된 실시예에만 설치되고 본 개시의 범위를 한정하지 않음에 유의해야 한다. 한 조 이상의 진동막과 질량블록은 직접 상기 소리픽업홀에 연결될 수 있으며, 또는 상기 지지구조는 상기 소리픽업홀에 설치되어, 한 조 이상의 진동막과 질량블록을 지지하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예에서는, 상기 제1 질량블록(6321)과 상기 제2 질량블록(6322)은 외부 환경의 진동에 반응하여 진동되어 동시에 공진을 생성할 수 있다. 상기 제1 진동막(6311), 상기 제2 진동막(6312), 및 상기 제1 질량블록(6321), 상기 제2 질량블록(6322)이 상기 외부 진동신호와 함께 생성한 공진은 상기 관(611)을 통해 음향센서(620)에 전송될 수 있으며, 따라서 하나 이상의타 겟 주파수대역에서 강화된 후의 진동신호를 전기신호로 변환시키는 처리를 달성한다. 도6에 표시하는 상기 2개 조의 진동막과 질량블록은 단지 설명의 목적에만 의한 것이며, 본 개시의 보호범위를 한정하지 않음에 유의해야 한다. 예를 들면, 한 조, 3개 조, 또는 기타 수량의 조의 진동막과 질량블록이 존재할 수 있다.
본 개시의 일부 실시예에서는, 상술한 실시예 중의 진동센서를 포함하는 소리입력장치를 더 제공한다. 상기 소리는 상기 진동센서에 의해 픽업되고 전기신호로 변환되어 진일보 처리된다.
이상에서 기본 원칙을 설명하였다. 본 분야의 기술자들에 있어서 상기의 상세설명은 하나의 실시예 뿐이고 본 개시에 대한 한정이 아니다. 여기에서 명기하지 않았지만 본 분야의 기술자들에 있어서 본 개시에 대하여 다양한 변화, 개진, 또는 수정이 가능하다. 이러한 변화, 개진, 또는 수정은 본 개시의 제시를 받았으며, 이는 본 개시의 바람직한 실시예의 요지와 범위내에 있는 것이다.
또한 본 개시의 실시예들을 설명하는데 사용된 용어 이를테면 “하나의 실시예”, “일 실시예”, 및/또는 “일부 실시예”는 실시예와 관련하여 설명한 상세한 특징, 구조 또는 특성은 본 개시의 적어도 하나의 실시예에 포함됨을 의미한다. 따라서 본 명세어의 상이한 부분에서 기술한 2개 이상의 “하나의 실시예”, “일 실시예”, 또는 “하나의 변형 실시예”는 전부 동일한 실시예로 여길 필요가 없음을 강조하고 인정한다. 그리고 하나 이상의 실시예의 본 개시에서 일부 특징, 구조 또는 특성은 적당히 조합될 수 있다.
또한 한 분야의 기술자들에 있어서 본 공개의 각 방면은 임의의 새롭고 유용한 처리, 기계, 제품 또는 이들의 조합 또는 물질의 조합 또는 그들의 새롭고 유양한 개진을 포함하는 여러가지 특허 가능한 종류 또는 상황을 통해 기술하고 설명될 수 있다. 상응하게 본 개시의 각 방면은 전체적으로 하드웨어, 전체적으로 소프트웨어(펌웨어, 상주 소프트웨어, 마이크로 코드 등) 또는 소프트웨어와 하드웨어를 조합하여 구현될 수 있다. 상기 하드웨어, 소프트웨어는 “데이터 블록”, “모듈”, “엔진”, “유닛”, “부재”, 또는 “시스템”을 의미할 수 있다. 또한 본 공개의 각 방면들은 하나 이상의 컴퓨터 판독가능한 매체내에 있는 컴퓨터 제품, 컴퓨터 판독가능한 프로그램 코드를 내장한 제품의 형식을 취할 수 있다.
또한, 처리 요소 또는 순서, 또는 숫자, 문자 또는 기타 명칭의 사용은 청구범위에 명시된 경우를 제외하고 주장된 프로세스 및 방법을 제한하기 위한 것이 아니다. 상기 공개는 상기 공개의 여러 다양한 유용한 실시예를 통해 현재 본 공개의 다양한 유용한 실시예로 간주되는 것이 무엇인지를 논의하지만, 이러한 상세내용은 오로지 그 목적을 위한 것이며, 첨부된 청구범위들이 개시된 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 그 반대로, 수정과 공개된 실시예들의 요지와 범위내에 있는 방안과 동등한 방안을 포괄하기 위한 것임을 이해하여야 한다. 예를 들어, 위에서 설명한 다양한 구성 요소의 구현이 하드웨어 장치에 구현될 수 있지만, 소프트웨어 전용 솔루션(예를 들면 기존 서버나 모바일 장치에 설치하는)으로 구현될 수도 있다.
유사하게, 본 개시의 상기 실시예에 대한 설명에서, 하나 이상의 다양한 실시예의 이해를 돕는 개시를 능률화하기 위해 어떤 경우 다양한 특징들이 하나의 실시예, 도면 또는 그에 대한 기재에 함께 집중될 수 있음을 이해해야 한다. 그러나 이러한 개시 방범은 각 청구항들에서 언급된 특징보다 더 많은 특징을 요구한다는 의미가 아니다. 오히려, 청구된 주제는 상기 공개된 하나의 실시예의 모든 특징들보다 적은 특징을 가질 수 있다.
일부 실시예에서는, 본 출원의 특정된 실시예를 설명하고 주장하는데 사용된 량 및 속성의 개수를 표시하는 숫자는 일부 예에서 용어 “약”, “유사”, 또는 “기본상” 등으로 수정하여 이해하여야 한다. 별도의 설명이 없는 경우 “약”, “유사” 또는 “기본상”은 그 묘사하는 값이±1%, ±5%, ±10%, ±20%의 변화가 있음을 표시할 수 있다. 따라서, 일부 실시예에서, 설명과 청구범위에서 사용한 수치 계수는 유사치이며, 그 유사치는 구체적인 실시예에서 얻으려는 성질에 따라 변할 수 있다. 일부 실시예에서 수치 계수는 보고된 유효 숫자를 고려하고 일반적인 숫자 보유 방법을 채택해야 한다. 본 출원의 일부 실시예에서 범위를 확인하는데 사용된 수치 범위와 계수는 유사치이지만 구체적인 실시예에서 설명한 이러한 수치는 가능한 범위에서 될수록 정확하다.
마지막으로, 상술한 바와 같이 여기에서 공개한 본 출원의 실시예들은 본 출원의 실시예들의 원칙들을 예시하는 것임을 이해할 수 있다. 기타 수정은 본 출원의 범위내에서 응용될 수 있다. 따라서 예를 들어 본 출원의 실시예들의 비한정적인 대안 형태는 여기에서 주는 암시에 따라 이용될 수 있다. 그러므로 본 출원의 실시예들은 보여주고 묘사된대로 정확하게 한정된 것이 아니다.

Claims (29)

  1. 진동센서로서,
    음향변환기; 및
    상기 음향변환기와 연결되는 진동조립체를 포함하고,
    상기 진동조립체는 외부의 진동신호를 상기 음향변환기에 전송하여 전기신호를 생성하도록 구성되고, 상기 진동조립체는 하나 이상의 조들(groups)의 진동막들과 질량블록들을 포함하고, 상기 하나 이상의 조들 중 각각의 조는 진동막 및 질량블록을 포함하고, 상기 질량블록들은 상기 진동막들과 물리적으로 연결되며,
    상기 진동조립체는 하나 이상의 타겟 주파수대역들에서 상기 진동센서의 민감도가 상기 음향변환기의 민감도보다 크게 되도록 구성되고, 상기 하나 이상의 조들의 진동막들 및 질량블록들은 상기 진동막들의 진동방향에 따라 순차적으로 배열되고, 상기 진동조립체에서 인접한 진동막들 사이의 거리는 상기 인접한 진동막들의 최대 진폭 이상인, 진동센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 질량블록들의 투영구역은 상기 진동막들의 진동방향에서 상기 진동막들의 투영구역 내에 위치되는, 진동센서.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 조들의 진동막들 및 질량블록들 중 각각의 조는 하나 이상의 상이한 타겟 주파수대역들 중 하나에 대응하며, 따라서 상기 진동센서의 민감도는 대응하는 타겟 대역에서의 상기 음향변환기의 민감도보다 큰, 진동센서.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 하나 이상의 조들의 진동막들 및 질량블록들의 공진 주파수들은 상기 진동센서의 공진 주파수보다 작으며, 따라서 상기 진동센서의 민감도는 상기 하나 이상의 타겟 주파수대역들에서의 상기 음향변환기의 민감도보다 큰, 진동센서.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 하나 이상의 조들의 진동막들 및 질량블록들의 공진주파수들 중 하나와 상기 음향변환기의 공진 주파수 사이의 차이는 1kHz ~ 10kHz인, 진동센서.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 하나 이상의 조들의 진동막들 및 질량블록들은 복수의 조들의 진동막들 및 질량블록들을 포함하고,
    상기 복수의 조들의 진동막들 및 질량블록들 중 적어도 2개 조의 공진 주파수들은 상이한, 진동센서.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 복수의 조들의 진동막들 및 질량블록들의 공진 주파수들 중에서, 2개의 인접한 공진 주파수들 사이의 차이는 2kHz 보다 작거나 1kHz 이하인, 진동센서.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 하나 이상의 조들의 진동막들 및 질량블록들의 공진 주파수들은 1kHz와 10kHz 사이 이내 또는 1kHz와 5kHz 사이 이내인, 진동센서.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 진동조립체는 상기 하나 이상의 조들의 진동막들 및 질량블록들을 지지하도록 구성된 지지구조를 더 포함하고,
    상기 지지구조는 상기 음향변환기와 물리적으로 연결되고, 상기 하나 이상의 조들의 진동막들 및 질량블록들은 상기 지지구조와 연결되는, 진동센서.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 지지구조는 기밀재료로 제작되는, 진동센서.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 하나 이상의 조들의 진동막들 및 질량블록들 중 각각의 질량블록에 대해, 질량블록과 연결된 진동막의 표면에 수직이 되는 방향에서 상기 질량블록의 투영면적은 상기 지지구조의 투영면적과 중첩되지 않는, 진동센서.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 질량블록들은 상기 진동막들에 동심인, 진동센서.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 진동막들은 통기되도록 구성되는, 진동센서.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 진동막들에는 관통홀들이 제공되거나 또는 상기 진동막들은 통기막을 포함하는, 진동센서.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 진동막들 중에서, 상기 음향변환기로부터 가장 멀리 떨어진 진동막은 통기되지 않도록 구성되는, 진동센서.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 진동조립체는 제한구조를 더 포함하고,
    상기 제한구조는 상기 진동조립체에서 인접한 진동막들 사이의 거리가 상기 인접한 진동막들의 최대진폭 이상이 되도록 구성되는, 진동센서.
  17. 제1항에 있어서, 상기 음향변환기는 기전도 마이크로폰이고,
    상기 하나 이상의 조들의 진동막들 및 질량블록들의 공진 주파수들은 1kHz~10kHz로써 상기 기전도 마이크로폰의 공진주파수보다 낮도록 구성되는, 진동센서.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 기전도 마이크로폰은 소리픽업홀을 포함하고,
    상기 하나 이상의 조들의 진동막들 및 질량블록들은 상기 소리픽업홀에서 상기 소리픽업홀의 반지름 단면에 평행하게 배치되거나, 또는 상기 소리픽업홀의 밖에 배치되는, 진동센서.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 질량블록들은 상기 소리픽업홀의 내벽에 접촉하지 않는, 진동센서.
  20. 소리입력장치에 있어서,
    진동센서를 포함하고, 상기 진동센서는:
    음향변환기; 및
    상기 음향변환기와 연결되는 진동조립체를 포함하고,
    상기 진동조립체는 외부의 진동신호를 상기 음향변환기에 전송하여 전기신호를 생성하도록 구성되고, 상기 진동조립체는 하나 이상의 조들(groups)의 진동막들 및 질량블록들을 포함하고, 상기 하나 이상의 조들 중 각각의 조는 진동막 및 질량블록을 포함하고, 상기 질량블록들은 상기 진동막들과 물리적으로 연결되며,
    상기 진동조립체는 하나 이상의 타겟 주파수 대역들에서 상기 진동센서의 민감도가 상기 음향변환기의 민감도보다 크게 되도록 구성되고, 상기 하나 이상의 조들의 진동막들 및 질량블록들은 상기 진동막들의 진동방향에 따라 순차로 배열되고, 상기 진동조립체에서 인접한 진동막들 사이의 거리는 상기 인접한 진동막들의 최대 진폭 이상인, 소리입력장치.
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