KR101759042B1 - 디지털 스피커 장치의 작동 장치 및 작동 시스템 - Google Patents

Abstract

물리적 효과를 발생시키기 위한 작동 시스템으로서, 상기 시스템은, 제 1 및 제 2 힘의 활성화 각각에 대한 반응으로 제 1 및 제 2 극단 위치 각각을 향해 각자의 축을 따라 앞뒤로 교대로 이동하도록 각각 강제된 병진 요소들의 하나 이상의 배열을 포함하며; 그리고, 상기 병진 요소들의 하나 이상의 하위 세트를 제 1 및 제 2 극단 위치 각각으로 선택적으로 래치하기 위하여 제 1 및 제 2 힘을 이용하도록 기능하는 제어기를 포함한다.

Description

디지털 스피커 장치의 작동 장치 및 작동 시스템{ACTUATOR APPARATUS AND ACTUATION SYSTEM OF DIGITAL SPEAKER APPARATUS}

동시에 계류 중인 출원에 대한 참조

2007년 11월 21일자로 출원된 미국 가특허출원 제60/996,513호(발명의 명칭: "Improved Speaker Apparatus And Methods Useful In Conjunction Therewith")를 기초로 우선권을 주장한다.

동시에 계류 중인 이하의 출원, 즉, 2006년 5월 22일자로 출원된 미국 가특허출원 제60/802,126호(발명의 명칭: "Apparatus for Generating Pressure"), 2006년 12 월 4일에 출원된 미국 가특허출원 제60/872,488호(발명의 명칭: "Volume Control"), 2007년 4월 2일자로 출원된 미국 가특허출원 제60/907,450호(발명의 명칭: "Apparatus for Generating Pressure and Methods of Manufacture Thereof"), 2007년 5월 3일자로 출원된 미국 가특허출원 제60/924,203호(발명의 명칭: "Apparatus and Methods for Generating Pressure Waves"), 2007년 11월 21일자로 출원된 미국 가특허출원 제60/996,513호(발명의 명칭: "Improved Speaker Apparatus and Methods Useful in Conjunction Therewith"), 2007년 5월 21자로 출원된 PCT/IL2007/000618(발명의 명칭: "Direct Digital Speaker Apparatus Having a Desired Directivity Pattern"), 2007년 5월 21자로 출원된 PCT/IL2007/000621(발명의 명칭: "Volume and Tone Control in Direct Digital Speakers"), 2007년 5월 21일자로 출원된 PCT/IL2007/000622(발명의 명칭: "Apparatus and Methods for Generating Pressure Waves"), 2007년 5월 21자로 출원된 PCT/IL2007/000623(발명의 명칭: "Arrays of current bearing elements useful for generating pressure waves"), 그리고, 2007년 5월 21에 출원된 PCT/IL2007/000624(발명의 명칭: "Apparatus for Generating Pressure and Methods of Manufacture Thereof")에 대해서 추가적으로 참조가 이루어진다.

본 발명의 기술 분야

본 발명은 일반적으로 작동기(actuator)에 관한 것이며, 특히 그 중에서도 스피커에 관한 것이다.

마이크로 작동기의 배열을 포함하는 최신식 작동기가 이하에 의해 설명될 것이라 생각되며, 특별히 표시되어있지 않는 한 미국 특허 문서를 의미한다.

2002/0106093: 요약서, 도 1-42 및 단락(0009, 0023, 및 0028)에 전자기 복사, 작동기 및 변환기(transducer) 및 정전기 장치가 나타난다.

6,373,955: 요약서 및 4단 34줄 - 5단 55줄에 변환기의 배열이 나타난다.

JP 2001016675: 요약서에 음향 출력 변환기의 배열이 나타난다.

6,963,654: 요약서, 도 1-3, 7-9, 및 7단, 41줄 - 8단, 54줄에 전자기력에 근거한 변환기 동작이 나타난다.

6,125,189: 요약서, 도 1-4, 및 4단, 1줄 - 5단, 46줄에 정전기 작동을 포함하는 전자-음향 변환 유닛이 나타난다.

WO 8400460: 요약서에 자석의 배열을 갖는 전자기-음향 변환기가 나타난다.

4,337,379: 요약서, 3단, 28-40줄, 및 도 4, 9에 전자기력이 나타난다.

4,515,997: 요약서 및 4단, 16-20줄에 볼륨 레벨이 나타난다.

6,795,561: 7단 18-20줄에 마이크로 작동기의 배열이 나타난다.

5,517,570: 요약서에 청각 현상을 주소화 가능한 이산 사운드 픽셀에 매핑하는 단계가 나타난다.

JP 57185790: 요약서에 D/A 컨버터에 대한 필요를 제거하는 단계가 나타난다.

JP 51120710: 요약서에 어떠한 D-A 컨버터도 필요로하지 않는 디지털 스피커 시스템이 나타난다.

JP 09266599: 요약서에 디지털 신호를 스피커로 직접 인가하는 단계가 나타난다.

6,959,096: 요약서 및 4단, 50-63줄에 배열 내에 정렬된 복수의 변환기가 나타난다.

폴리머 자석을 제작하는 방법이 이하의 간행물에 기술되어 있다.

1997년 12월에 간행된, Lagorce, L. K. 및 M. G. Allen의 "Magnetic and Mechanical Properties of Micro- machined Strontium Ferrite/Polyimide Composites", IEEE Journal of Micro- electromechanical Systems, 6(4), 및

1999년 3월에 간행된, Lagorce, L. K., Brand, O. 및 M. G. Allen의 "Magnetic micro actuators based on polymer magnets", IEEE Journal of Micro-electromechanical Systems, 8(1).

Nakaya의 미국 특허 제4,337,379호에서 본 발명 도 4a의 코일형(coil-like) 구조를 포함하는 평면 전기역학 전자-음향 변환기를 기술한다.

Sotme 등의 미국 특허 제6,963,654호에서 진동판(diaphragm), 플랫형 음향 변환기, 및 플랫형 진동판을 기술한다. Sotme system은 도 7의 코일형 구조를 포함한다.

2002년 6월 11일에 등록된, Texas Instruments로 양도된, David Thomas의 미국 특허 제6,403,995호와, Sony의 미국 특허 제4,194,095호와, Walter Stinger 및 Diamond Brett M 등의 미국 특허 제4,515,997호, "CMOS-MEMS 마이크로-스피커의 배열을 이용한 디지털 사운드 재구성", 변환기 '03, 고체 상태 센서, 작동기 및 마이크로 시스템에 대한 2003년 6월 8-12일, 보스턴 12^th 국제 컨퍼런스 등에 기술된 것들, 및 BBE's DS48 디지털 확성기 관리 시스템 등의 반도체 디지털 확성기 배열이 알려져 있다.

YSP 1000이 Yamaha에 의해 제작된 위상 배열 스피커(phased array speaker)의 예시이다.

음향 도파관이 알려져 있으며, 예를 들어, 1997년 4월 22일자 Wiley-Inter-science에서 Malcolm J. Crocker에 의한 Encyclopedia of Acoustics(음향의 백과사전), Lawrence E. Kinsler에 의한 Fundamentals of Acoustics(음향의 기초), Danial R. Raichel에 의한 The Science and Applications of Acoustics(음향의 과학 및 응용), Thomas D. Rossing에 의한 Principles of Vibration and Sound(진동 및 사운드의 원리), Frank J. Fahy에 의한 Foundations of Engineering Acoustics(공학 음향의 기초)와 같은 음향에 대한 종래의 문서에 기술된 원리들을 이용하여 설계될 수 있다.

구체적으로 언급된 모든 간행물 및 특허 문서, 그리고 거기서 직접적으로 또는 간접적으로 이용된 특허 문서가 본원에서 참조로서 인용된다.

본 발명의 특정 실시예들에서 개선된 시스템을 제공하고자 한다.

따라서 본 발명의 실시예에 따라 물리적 효과를 발생시키기 위한 작동 방법이 제공되고, 이러한 물리적 효과의 하나 이상의 속성이, 클록을 따라 주기적으로 샘플링되는 디지털 입력 신호의 하나 이상의 특성에 대응하며, 상기 작동 방법은, 움직이는 요소들의 배열이 교번 자기장(alternating magnetic field)의 존재 하에 있을 때 상기 배열에 작용하는 전자기력에 대한 반응으로 각자의 축을 따라 앞뒤로 교대로 움직이도록 각각 강제된 움직이는 요소들의 하나 이상의 배열을 제공하는 단계와, 처음에, 움직이는 요소들의 배열을 하나 이상의 래칭 위치(latching position)로 가져오고 그 이후에 전자기력의 크기를 감소시키는 단계와, 하나 이상의 래치 위치에서, 움직이는 요소들의 하나 이상의 하위 세트를 선택적으로 래치함으로써 개개의 움직이는 요소들이 전자기력에 반응하는 것을 방지하는 단계와, 클록을 수신하고, 이에 따라, 움직이는 요소들의 배열에의 전자기력 인가를 제어하는 단계와, 그리고, 디지털 입력 신호를 수신하고 이에 따라 래치하는 단계를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따라 추가적으로, 일단 움직이는 요소들의 배열이 하나 이상의 래칭 위치에 이르면, 전자기력의 크기가 0까지 감소된다.

본 발명의 실시예에 따라 추가적으로, 일단 움직이는 요소들의 배열이 하나 이상의 래칭 위치에 이르면, 전자기력의 크기가 0보다 큰 레벨까지 감소된다.

또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따라, 물리적 효과를 발생시키기 위한 작동기 장치가 제공되며, 상기 물리적 효과의 하나 이상의 속성이 클록을 따라 주기적으로 샘플링되는 디지털 입력 신호의 하나 이상의 특성에 대응하고, 상기 작동기 장치는 하나 이상의 작동기 소자를 포함하고, 작동기 소자 각각은, 움직이는 요소들의 배열을 포함하며, 여기서, 개개의 움직이는 요소 각각은, 교번 자기장의 존재 하에 있을 때, 교번 자기장에 반응하고, 상기 배열에 작용하는 전자기력에 대한 반응으로 각자의 축을 따라 앞뒤로 교대로 움직이도록 강제되며; 하나 이상의 래칭 위치에서, 움직이는 요소들의 하나 이상의 하위 세트를 선택적으로 래치함으로써 개개의 움직이는 요소들이 전자기력에 반응하는 것을 방지하도록 기능하는 하나 이상의 래치를 포함하며; 클록을 수신하고, 이에 따라, 움직이는 요소들의 배열에의 전자기력 인가를 제어하도록 기능하는 자기장 제어 시스템을 포함하고; 그리고, 디지털 입력 신호를 수신하고, 이에 따라, 하나 이상의 래치를 제어하도록 기능하는 래치 제어기를 포함하며, 여기서, 자기장 제어 시스템은 일단 움직이는 요소들의 배열이 처음에 하나 이상의 래칭 위치에 이르면 전자기력의 크기를 감소시키도록 기능한다.

본 발명의 실시예에 따라, 물리적 효과를 발생시키기 위한 작동기 장치가 추가로 제공되며, 상기 물리적 효과의 하나 이상의 속성이 클록을 따라 주기적으로 샘플링되는 디지털 입력 신호의 하나 이상의 특성에 대응하고, 상기 작동기 장치는, 하나 이상의 작동기 소자를 포함하고, 작동기 소자 각각은, 움직이는 요소들의 배열을 포함하며, 여기서, 개개의 움직이는 요소 각각은, 상기 배열이 교번 자기장의 존재 하에 있을 때, 교번 자기장에 반응하고, 상기 배열에 작용하는 전자기력에 대한 반응으로 각자의 축을 따라 앞뒤로 교대로 움직이도록 강제되며; 하나 이상의 래칭 위치에서, 움직이는 요소들의 하나 이상의 하위 세트를 선택적으로 래치함으로써 개개의 움직이는 요소들이 전자기력에 반응하는 것을 방지하도록 기능하는 하나 이상의 래치를 포함하며; 클록을 수신하고, 이에 따라, 움직이는 요소들의 배열에의 전자기력 인가를 제어하도록 기능하는 자기장 제어 시스템을 포함하고; 그리고, 디지털 입력 신호를 수신하고, 이에 따라 하나, 이상의 래치를 제어하도록 기능하는 래치 제어기를 포함하며, 여기서, 상기 배열은, 단일 평면보다 좀 더 복잡한 표면 구성을 갖는 움직이는 요소들의 세트를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따라 추가적으로, 상기 표면 구성은 곡선 표면 부분을 포함한다.

본 발명의 실시예에 따라 추가적으로, 상기 곡선 표면 부분은 구의 일부를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따라 추가적으로, 상기 곡선 표면 부분은 원기둥의 일부를 포함한다.

또한 본 발명의 실시예에 따라, 상기 표면 구성은 복수의 평면 부분을 포함한다.

본 발명의 실시예에 따라 추가적으로, 상기 복수의 평면 부분이 함께 구분적 평면 부분을 형성한다.

추가적으로 본 발명의 실시예에 따라, 상기 복수의 평면 부분이 서로의 위에 적층(stack)된다.

또한, 본 발명의 실시예에 따라, 물리적 효과를 발생시키기 위한 작동기 장치가 제공되며, 상기 물리적 효과의 하나 이상의 속성이 클록을 따라 주기적으로 샘플링되는 디지털 입력 신호의 하나 이상의 특성에 대응하고, 상기 작동기 장치는, 하나 이상의 작동기 소자를 포함하고, 작동기 소자 각각은, 움직이는 요소들의 배열을 포함하며, 여기서, 개개의 움직이는 요소 각각은, 상기 배열이 교번 자기장의 존재 하에 있을 때, 교번 자기장에 반응하고, 상기 배열에 작용하는 전자기력에 대한 반응으로 각자의 축을 따라 앞뒤로 교대로 움직이도록 강제되며; 교번 자기장를 발생시키도록, 움직이는 요소들의 배열 내의 움직이는 개개의 움직이는 요소들 주위에 감겨진 자기장 발생기를 포함하고, 움직이는 요소들 내의 자석이 감겨진 자기장 발생기 위의 특정 수평 장소에 병진 가능하게 배치되며; 자기장 발생기 밑에 배치되고, 상기 자석 아래에 배치된 하나 이상의 수평 장소에서 자기장 발생기를 통과해 튀어 나와 있는 하나 이상의 강자성 요소를 포함하며; 하나 이상의 래칭 위치에서, 움직이는 요소들의 하나 이상의 하위 세트를 선택적으로 래치함으로써 움직이는 개개의 요소들이 전자기력에 반응하는 것을 방지하도록 기능하는 하나 이상의 래치를 포함하고; 클록을 수신하고, 이에 따라, 움직이는 요소들의 배열에의 전자기력 인가를 제어하도록 기능하는 자기장 제어 시스템을 포함하며; 디지털 입력 신호를 수신하고 이에 따라 하나 이상의 래치를 제어하도록 기능하는 래치 제어기를 포함한다.

본 발명의 특정 실시예에 따라 추가적으로, 강자성 요소는 평면 부분을 포함하고 상기 평면 부분 위에, 구멍이 있는 복수의 수직 부재(upstanding member)가 형성되며, 수직 부재 각각은 움직이는 요소들의 배열 내의 개개의 움직이는 요소에 포함된 자석 아래에 배치된 수평 장소에서 자기장 발생기를 통과해 튀어 나와 있고, 수직 부재 각각은 공기 통로를 형성하여 상기 공기 통로를 통해, 개개의 움직이는 요소에 의해 발생되는 음파를 전파할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따라 추가적으로, 수직 부재의 일부 또는 전부가 끝이 잘린 원추형을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따라, 물리적 효과를 발생시키기 위한 작동 방법이 제공되며, 상기 물리적 방법의 하나 이상의 속성이 클록을 따라 주기적으로 샘플링되는 디지털 입력 신호의 하나 이상의 특성에 대응하고, 상기 작동 방법은, 상기 배열이 교번 자기장의 존재 하에 있을 때 상기 배열에 작용하는 전자기력에 대한 반응으로 각자의 축을 따라 앞뒤로 교대로 움직이도록 각각 강제된 움직이는 요소들의 하나 이상의 배열을 제공하는 단계를 포함하고; 하나 이상의 래칭 위치에서, 움직이는 요소들의 하나 이상의 하위 세트를 선택적으로 래치함으로써 개개의 움직이는 요소들이 전자기력에 반응하는 것을 방지하는 단계를 포함하며; 클록을 수신하고, 이에 따라, 움직이는 요소들의 배열에의 전자기력 인가를 제어하는 단계를 포함하고; 그리고, 디지털 입력 신호를 수신하고 이에 따라 래치 단계를 제어하는 단계를 포함하며, 여기서, 래치 단계는, 배열 내의 움직이는 요소들에 지연을 도입하는 타이밍 패턴에 따라 발생하여, 배열 내의 모든 움직이는 요소들이 동시에 동작하기 위한 것이었다면 발생했을 자연적인 지향성 패턴과는 다른 미리 지정된 지향성 패턴을 갖는 사운드를 획득할 수 있도록 한다.

본 발명의 실시예에 따라 추가적으로, 미리 지정된 지향성 패턴은, 중심점을 갖는 구를 정의하는 무지향적 패턴을 포함하며, 여기서, 상기 지연은 배열 내의 각각의 움직이는 요소(P)에 대해 다음의 비율을 포함한다.

여기서, r₂는 중심점과 움직이는 요소(P) 사이의 거리이고, c는 스피커가 동작하고 있는 매질을 통과하는 사운드의 속도이다.

본 발명의 실시예에 따라 추가적으로, 미리 지정된 지향성 패턴은, 원통 축을 갖는 원통을 정의하는 원통형 패턴을 포함하며, 여기서, 상기 지연은, 배열 내의 움직이는 요소(P) 각각에 대해 다음의 비율을 포함한다.

여기서, r₁은 원통 축과 압력-생성 요소(P) 사이의 거리이고, c는 스피커가 동작하고 있는 매질을 통과하는 사운드의 속도이다.

본 발명의 실시예에 따라 추가적으로, 미리 지정된 지향성 패턴은 평면 파면과 파동 전파 방향을 갖는 빔을 정의하는 무지향적 패턴을 포함하며, 여기서, 상기 지연은, 배열 내의 움직이는 요소(P) 각각에 대한 다음의 비율을 포함한다.

여기서, r₃는 압력-생성 요소의 표면 뒤에 놓이면서 평면 파면에 평행하고 파동 전파 방향과 수직인 미리 지정된 평면과 압력-생성 요소(P) 사이의 거리이고, c는 스피커가 동작하고 있는 매질을 통과하는 사운드의 속도이다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따라, 물리적 효과를 발생시키기 위한 작동기 장치가 추가로 제공되며, 상기 물리적 효과의 하나 이상의 속성이 클록을 따라 주기적으로 샘플링되는 디지털 입력 신호의 하나 이상의 특성에 대응하고, 상기 작동기 장치는 하나 이상의 작동기 소자를 포함하고, 작동 소자 각각은, 움직이는 요소들의 제 1 배열을 포함하며, 여기서 개개의 움직이는 요소 각각은, 교번 자기장의 존재 하에 있을 때, 교번 자기장에 반응하고, 상기 배열에 작용하는 전자기력에 대한 반응으로 각자의 축을 따라 앞뒤로 교대로 이동하도록 강제되며; 원하는 지향성 패턴을 얻도록, 상기 배열에 의해 발생되는 음파를 안내하는 도파관을 포함하고; 하나 이상의 래칭 위치에서, 움직이는 요소들의 하나 이상의 하위 세트를 선택적으로 래치함으로써 개개의 움직이는 요소들이 전자기력에 반응하는 것을 방지하도록 기능하는 하나 이상의 래치를 포함하며; 클록을 수신하고, 이에 따라, 움직이는 요소들의 배열에의 전자기력 인가를 제어하도록 기능하는 자기장 제어 시스템을 포함하고; 그리고, 디지털 입력 신호를 수신하고, 이에 따라, 하나 이상의 래치를 제어하도록 기능하는 래치 제어기를 포함하며, 움직이는 요소들 사이의 간섭을 줄임으로써 원하는 지향성 패턴을 획득하도록, 개개의 움직이는 요소들의 일시적인 불안정한 운동을 포함한다.

본 발명의 실시예에 따라 추가적으로, 도파관이 배열과 교차함으로써 도파관-배열 교차점이 형성되고, 여기서, 래치 제어기는, 상기 배열 내의 개개의 움직이는 요소들이 일시적으로 불안정하게 운동하도록 기능하여, 개개의 움직이는 요소들이 도파관-배열 교차점으로부터의 그들 각자의 거리 순으로 움직이도록 한다.

본 발명을 따라 추가적으로, 도파관은 움직이는 요소들의 제 2 배열을 포함하며, 상기 제 2 배열은 제 1 배열과 함께 위 두 배열에 의해 생성되는 음파를 위한 도파관 역할을 한다.

또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따라, 물리적 효과를 발생시키기 위한 작동기 장치가 제공되며, 상기 물리적 효과의 하나 이상의 속성이 클록을 따라 주기적으로 샘플링되는 디지털 입력 신호의 하나 이상의 특성에 대응하고, 상기 작동기 장치는 하나 이상의 작동기 소자를 포함하며, 상기 작동기 소자 각각은, 움직이는 요소들의 제 1 배열을 포함하고, 여기서 개개의 움직이는 요소 각각은, 교번 자기장의 존재 하에 있을 때, 교번 자기장에 반응하고, 상기 배열에 작용하는 전자기력에 대한 반응으로 각자의 축을 따라 앞뒤로 교대로 이동하도록 강제되며; 원하는 지향성 패턴을 획득하도록, 제 2 배열에 의해 발생되는 음파를 안내하는 움직이는 요소들의 제 2 배열을 포함하는 도파관을 포함하고; 하나 이상의 래칭 위치에서, 움직이는 요소들의 하나 이상의 하위 세트를 선택적으로 래치함으로써 개개의 움직이는 요소들이 전자기력에 반응하는 것을 방지하도록 기능하는 하나 이상의 래치를 포함하며; 클록을 수신하고, 이에 따라, 움직이는 요소들의 배열에의 전자기력 인가를 제어하도록 기능하는 자기장 제어 시스템을 포함하고; 그리고, 디지털 입력 신호를 수신하고, 이에 따라 하나 이상의 래치를 제어하도록 기능하는 래치 제어기를 포함한다.

추가적으로, 본 발명의 실시예에 따라, 도파관이 배열과 교차한다.

본 발명의 실시예에 따라 추가적으로, 도파관은 표면 영역을 가지고, 배열은 평면인 주 표면을 가지며, 도파관의 표면 영역 대부분은 상기 주 표면과 평행이다.

또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따라, 물리적 효과를 발생시키기 위한 작동기 장치가 제공되며, 상기 물리적 효과의 하나 이상의 속성이 클록을 따라 주기적으로 샘플링되는 디지털 입력 신호의 하나 이상의 특성에 대응하고, 상기 작동기 장치는 하나 이상의 작동기 소자를 포함하며, 작동기 소자 각각은, 움직이는 요소들의 제 1 배열을 포함하고, 여기서 개개의 움직이는 요소 각각은, 교번 자기장의 존재 하에 있을 때, 교번 자기장에 반응하고, 상기 배열에 작용하는 전자기력에 대한 반응으로 각자의 축을 따라 앞뒤로 교대로 이동하도록 강제되고, 이로써 운동의 진폭을 정의하며, 운동의 진폭은 (a) 총 사운드 압력 레벨이 각각의 움직이는 요소에 의해 생성되는 원하는 압력(P)을 의미한다는 것과, (b) 특정-용도의 진동 주파수(f_s)를 가정함으로써 유래된 진폭 값(ε)보다 작으며, 다음의 종래 공식을 이용하여 압력(P)과 진동 주파수로부터 진폭 값을 이끌어낼 수 있다.

여기서, ρ는 매질 밀도이고, S는 피스톤 표면 영역이며, ε는 개개의 움직이는 요소의 운동 진폭(마루에서 마루)이고, R₀는 파원(source)으로부터의 거리이다. 하나 이상의 래칭 위치에서, 움직이는 요소들의 하나 이상의 하위 세트를 선택적으로 래치함으로써 개개의 움직이는 요소들이 전자기력에 반응하는 것을 방지하도록 기능하는 하나 이상의 래치를 포함하고; 클록을 수신하고, 이로 인해, 움직이는 요소들의 배열에의 전자기력 인가를 제어하도록 기능하는 자기장 제어 시스템을 포함하며; 그리고, 디지털 입력 신호를 수신하고, 이로 인해, 하나 이상의 래치를 제어하도록 기능하는 래치 제어기를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따라 추가적으로, 운동의 진폭은 진폭 값(ε)보다 작다.

본 발명의 실시예에 따라 추가적으로, 교차점에 가장 가까운 움직이는 요소들이 첫 번째로 움직인다.

또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따라, 물리적 효과를 발생시키기 위한 작동기 장치를 이용하는 방법이 제공되며, 상기 물리적 효과의 하나 이상의 속성이 클록을 따라 주기적으로 샘플링되는 디지털 입력 신호의 하나 이상의 특성에 대응하고, 상기 방법은, 하나 이상의 작동기 소자를 포함하는 작동기 장치를 제공하는 단계를 포함하고, 각각의 작동기 소자는, 움직이는 요소들의 배열을 포함하며, 여기서 개개의 움직이는 요소 각각은, 교번 자기장의 존재 하에 있을 때, 교번 자기장에 반응하고, 상기 배열에 작용하는 전자기력에 대한 반응으로 각자의 축을 따라 앞뒤로 교대로 이동하도록 강제되며, 하나 이상의 래칭 위치에서, 움직이는 요소들의 하나 이상의 하위 세트를 선택적으로 래치함으로써 개개의 움직이는 요소들이 전자기력에 반응하는 것을 방지하도록 기능하는 하나 이상의 래치를 포함하며, 클록을 수신하고, 이에 따라, 움직이는 요소들의 배열에의 전자기력 인가를 제어하도록 기능하는 자기장 제어 시스템을 포함하고, 그리고, 디지털 입력 신호를 수신하고, 이에 따라, 하나 이상의 래치를 제어하도록 기능하는 래치 제어기를 포함하며; 움직이는 요소들 중 개개의 하나 이상의 요소와 하나 이상의 래치 사이에 정전기력을 발생시키는 단계를 포함하며, 개개의 움직이는 요소는 하나 이상의 움직이는 요소 표면을 갖고, 상기 래치는 움직이는 요소 표면과 마주보는 하나 이상의 래치 표면을 가지며; 그리고, 절연층을 제공하는 단계와, 상기 절연층을 표면들 중 하나 이상의 개개의 표면에 적용하는 단계를 포함한다. 상기 절연층을 제공하는 단계는 또한, 절연층에서의 전하 트래핑을 부분적으로 또는 전체적으로 방지하기 위한 추가적인 처리를 포함한다.

본 발명의 실시예를 따라 추가적으로, 정전기력은 양극과 음극을 갖는 전압 공급원에 의해 발생되는 전압을 인가함으로써 발생되고, 상기 절연층을 제공하는 단계와 적용하는 단계는, 전압 공급원의 음극을 절연층이 적용된 개개의 표면에 연결하는 단계와 양극을 개개의 표면을 마주보는 표면에 연결하는 단계를 포함한다.

본 발명의 실시예를 따라 추가적으로, 상기 절연층을 제공하는 단계와 적용하는 단계는, 전압 공급원의 양극을 절연층이 적용된 개개의 표면에 연결하는 단계와, 음극을 상기 개개의 표면을 마주보는 표면에 연결하는 단계를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따라 추가적으로, 절연층을 얇은 전도성 층으로 코팅함으로써 전하 트래핑이 방지된다.

본 발명의 실시예에 따라 추가적으로, 배열 내의 각각의 움직이는 요소(P)는 다음의 비율을 포함하는 지연(delay)을 갖고 동작한다.

여기서, d는 교차점과 압력-생성 요소(P) 사이의 거리이고, c는 장치가 동작하고 있는 매질을 통과하는 사운드의 속도이다.

또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따라, 물리적 효과를 발생시키기 위한 방법이 제공되며, 상기 물리적 효과의 하나 이상의 속성이 클록을 따라 주기적으로 샘플링되는 디지털 입력 신호의 하나 이상의 특성에 대응하고, 상기 방법은, 움직이는 요소들의 하나 이상의 배열을 제공하는 단계를 포함하고, 움직이는 요소들 각각은, 상기 배열이 교번 자기장의 존재 하에 있을 때 상기 배열에 작용하는 전자기력에 대한 반응으로 각자의 축을 따라 앞뒤로 교대로 이동하도록 각각 강제되고, 이로써 음파를 발생시키며, 도파관이 하나 이상의 배열을 교차함으로써 길게 늘어지는 배열-도파관 교차 장소를 형성하고, 상기 도파관은 미리 지정된 지향성 패턴을 획득하기 위하여 음파를 안내하도록 기능하며; 하나 이상의 래칭 위치에서, 움직이는 요소들의 하나 이상의 하위 세트를 선택적으로 래치함으로써 개개의 움직이는 요소들이 전자기력에 반응하는 것을 방지하는 단계를 포함하며; 클록을 수신하고, 이에 따라, 움직이는 요소들의 배열에의 전자기력 인가를 제어하는 단계를 포함하고; 그리고, 디지털 입력 신호를 수신하고, 이에 따라 래치하는 단계를 포함하며, 여기서, 래치하는 단계는, 개개의 극단 위치로 래치될 움직이는 요소들의 현재 하위 세트를 반복적으로 선택하는 단계를 포함하며, 상기 하위 세트의 크기를 결정하고, 개개의 극단 위치에 현재 있지 않은 움직이는 요소들 중에서 선택함으로써 현재 하위 세트의 구성원을 결정하는 단계를 포함하고, 움직이는 요소들의 세트가 교차 장소에 가장 가깝다.

본 발명의 실시예에 따라 추가적으로, LUT(Look Up Table, 룩업 테이블)가 이용되어 반복적인 선택을 수행하고, 상기 LUT는, 배열 내의 각각의 위치에 대하여, 각각의 위치와 관련되고 교차 장소로부터 각각의 위치의 거리가 위치의 함수이도록 선택되는 서수를 저장한다.

본 발명의 실시예에 따라 추가적으로, 길게 늘어져 있는 교차 장소가 복수의 행을 정의하고, 움직이는 요소들이 상기 교차 장소로 구분되며, 상기 복수의 행은 교차 장소와 평행으로 놓이고, 여기서, 상기 행을 양분하는 중간-축에 가까운 움직이는 요소들을 선호함으로써, 교차 장소에의 지정 근접성을 갖는 움직이는 요소들 중에서 상기 교차 장소에 가장 가까운 움직이는 요소들의 세트가 선택된다.

또한, 본 발명의 실시예에 따라, 물리적 효과를 발생시키기 위한 작동 방법이 제공되며, 상기 작동 방법은, 제 1 및 제 2 힘의 활성화 각각에 대한 반응으로, 제 1 및 제 2 극단 위치를 향해 각자의 축을 따라 앞뒤로 교대로 이동하도록 각각 강제된 병진 요소들의 하나 이상의 배열을 제공하는 단계와; 그리고, 병진 요소들의 하나 이상의 하위 세트를 제 1 및 제 2 극단 위치로 각각 선택적으로 래치하기 위하여 제 1 및 제 2 힘을 이용하는 단계를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따라 추가적으로, 개개의 병진하는 요소 각각에 대한 제 1 및 제 2 힘은, 개개의 병진 요소와, 어떠한 병진 요소가 이동하고 있는지에 관한 하나 이상의 각자의 전극 사이에 인가되는 하나 이상의 전압에 의해 생성된다.

본 발명의 실시예에 따라 추가적으로, 하나 이상의 병진 요소는, 처음에 제 1 극단 위치에 접근하도록 기능하고, 그 이후에, 제 1 극단 위치로부터 제 2 극단 위치로, 제 2 극단 위치로부터 다시 제 1 극단 위치로 교대로 이동하도록 기능한다.

추가적으로, 본 발명의 실시예에 따라, 개개의 병진 요소가 처음에 제 1 극단에 접근하는 동안, 제 1 힘은 제 1 주기를 갖고 제 1의 일시적 스케줄을 따라 활성화되는 거의 또는 완전히 주기적인 힘을 포함하고, 제 2 힘은 제 1 주기와 동일한 제 2 주기를 갖는 거의 또는 완전히 주기적인 하나 힘이며, 상기 제 2 힘은 제 1의 일시적 스케줄과 동일하나 이에 대해 반주기만큼 시프트된 제 2의 일시적 스케줄에 따라 제 2 주기 동안 활성화된다.

본 발명의 실시예에 따라 추가적으로, 제 1의 일시적 스케줄은 제 1 반주기 간격과 제 2 반주기 간격을 포함하며, 여기서, 상기 제 1 반주기 동안, 제 1 힘의 크기는 제 2 반주기 간격 동안의 힘의 크기에 비해 작다.

본 발명의 실시예에 따라 추가적으로, 전압은, 개개의 병진 요소가 제 2 극단 위치를 떠나서 제 1 극단 위치를 향해 이동하기 시작함에 따라 제 1 크기를 갖고, 일단 병진 요소가 이미 제 1 극단 위치에 도달하면 상기 제 1 세기보다 작은 제 2 크기를 가지며, 상기 전압은 단지 제 1 극단 위치로의 병진 요소 래치를 제공하고 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따라, 다중-층 작동기 장치가 제공되며, 상기 작동기 장치는, 제 1 층을 포함하고 상기 제 1 층의 일부분 또는 전부가 전도성이며; 동작 가능한 하나 이상의 제 2 층을 포함하고, 상기 동작 가능한 제 2 층의 일부 또는 전부가 전도성이며, 상기 동작 가능한 제 2 층은, 제 1 및 제 2 층의 전도성 부분 사이에 전압을 인가함으로써 작동되는 복수의 동작 가능한 유닛(operational unit) 내에 형성되며; 복수의 동작 가능한 유닛의 하나 이상의 하위 세트를, 복수의 동작 가능한 유닛의 하위 세트를 상기 하위 세트 외부의 모든 동작 가능한 유닛에 연결하는 연결 채널을 제외하고 하위 세트 외부의 모든 동작 가능한 유닛으로부터 고립시키는 하나 이상의 컷-아웃(cut-out) 부분을 포함하며, 이로써, 퓨즈를 형성한다.

본 발명의 실시예에 따라 추가적으로, 개개의 병진 요소 각각에 대한 제 1 힘은, 개개의 병진 요소와, 제 1 극단 위치에 배치되는 제 1 전극 사이에 인가되는 제 1 전압에 의해 발생되며, 개개의 병진 요소 각각에 대한 제 2 힘은, 개개의 병진 요소와, 제 2 극단 위치에 배치되는 제 2 전극 사이에 인가되는 제 2 전압에 의해 발생된다.

본 발명의 실시예에 따라 추가적으로, 개개의 병진 요소가 제 1 극단 위치에 대해 래치되지도 않고 상기 제 1 극단 위치를 향해 이동하지도 않는 경우라도, 제 1 전압은 균일하게 0이 되지 않으며, 이로써, 개개의 병진 요소가 제 1 극단 위치를 향해 이동하기 시작할 때 제 1 전압의 더 높은 레벨로의 후속 증가를 촉진할 수 있다.

추가적으로, 본 발명의 실시예에 따라, 하나 이상의 개개의 병진 요소가 제 1 극단 위치에 대해 래치되는 시간의 일부 또는 전부 동안, 제 2 전압은 제 1 전압보다 작으며, 이로써, 개개의 병진 요소가 제 2 극단 위치를 향해 이동하기 시작할 때 제 2 전압의 더 높은 레벨로의 후속 증가를 촉진할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예를 따라, 래치 제어기가 제공되며, 상기 제어기는, 전기 전하를 하나 이상의 제 1 전극으로부터 하나 이상의 제 2 전극으로 전달하는 전자 회로를 포함하며, 따라서, 시스템의 전력 효율을 증가시킨다.

본 발명의 실시예에 따라 추가적으로, 상기 래치 제어기는 또한, 하나 이상의 전극으로부터 전하를 수용할 수 있는 하나 이상의 전하 저장 소자를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따라 추가적으로, 전하 저장 소자는 전하를 하나 이상의 전극으로 전달할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예를 따라, 물리적 효과를 발생시키기 위한 작동 시스템이 제공되며, 상기 시스템은, 제 1 및 제 2 힘의 활성화 각각에 대한 반응으로, 제 1 및 제 2 극단 위치 각각을 향해 각자의 축을 따라 앞뒤로 교대로 이동하도록 각각 강제된 병진 요소들의 하나 이상의 배열을 포함하고; 그리고, 병진 요소들의 하나 이상의 하위 세트를 제 1 및 제 2 극단 위치로 각각 선택적으로 래치하기 위하여 제 1 및 제 2 힘을 이용하도록 기능하는 제어기를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따라 추가적으로, 상기 시스템은 또한, 제 1 층을 포함하고 상기 제 1 층의 일부분 또는 전부가 전도성이며; 동작 가능한 하나 이상의 제 2 층 내에 배열이 형성되고, 상기 동작 가능한 제 2 층의 일부분 또는 전부가 전도성이며, 상기 동작 가능한 제 2 층은 복수의 동작 가능한 유닛 내에 형성되고, 동작 가능한 유닛 각각은 하나 이상의 병진 요소를 포함하고 제 1 및 제 2 층의 전도성 부분 사이에 전압을 인가함으로써 활성화되며; 그리고, 복수의 기능층의 하나 이상의 하위 세트를, 복수의 동작 가능한 유닛의 하위 세트를 상기 하위 세트 외부의 모든 동작 가능한 유닛에 연결하는 연결 채널을 제외하고 하위 세트 외부의 모든 동작 가능한 유닛으로부터 고립시키는 하나 이상의 컷-아웃(cut-out) 부분을 포함하며, 이로써, 퓨즈를 형성한다.

본 발명의 실시예에 따라 추가적으로, 제 1 및 제 2 힘은 정전기력을 포함한다.

또한, 본 발명의 실시예에 따라, 작동 시스템이 제공되며, 상기 시스템은, 탄성 병진 요소들의 하나 이상의 배열을 포함하고, 병진 요소들 각각은 상기 배열에 작용하는 힘에 대한 반응으로 각자의 축을 따라 제 1 극단 위치에서부터 제 2 극단 위치로 이동하도록 각각 강제되며, 이로써, 일시적 위상(phase)의 제 1 절반부를 형성하고, 제 2 극단 위치에 도달시 제 1 극단 위치로 되돌아감으로써 일시적 위상의 제 2 절반부를 형성하며; 그리고, 탄성 병진 요소의 배열 중에서 개개의 탄성 병진 요소 각각에 대하여 오직 두 개의 동작 상태만을 제공하는 래칭 소자를 포함하며, 제 1 상태에서 개개의 탄성 병진 소자가 제 1 및 제 2 극단 위치 중 오직 하나의 위치로 래치되고, 제 2 상태에서 개개의 탄성 병진 소자는 자유이다.

본 발명의 실시예에 따라 추가적으로, 상기 시스템은 또한, 제 1 층을 포함하고 상기 제 1 층의 일부분 또는 전부가 전도성이며; 상기 배열은 동작 가능한 하나 이상의 제 2 층 내에 형성되고, 상기 동작 가능한 제 2 층은 복수의 동작 가능한 유닛 내에 형성되며, 동작 가능한 유닛 각각은 하나 이상의 병진 요소를 포함하고 제 1 및 제 2 층의 전도성 부분 사이에 전압을 인가함으로써 활성화되고; 그리고, 복수의 동작 가능한 유닛의 하나 이상의 하위 세트를, 복수의 동작 가능한 유닛의 하위 세트를 상기 하위 세트 외부의 모든 동작 가능한 유닛에 연결하는 연결 채널을 제외하고 하위 세트 외부의 모든 동작 가능한 유닛으로부터 고립시키는 하나 이상의 컷-아웃(cut-out) 부분을 포함하며, 이로써, 퓨즈를 형성한다.

본 발명의 실시예에 따라 추가적으로, 상기 시스템은 또한, 하나 이상의 일시적 위상을 포함하는 시간 주기 동안, 제 1 및 제 2 탄성 병진 요소를 포함하는 한 쌍 이상의 근접한 탄성 병진 요소들에 대하여 힘이 작용하도록 기능하는 제어기를 포함하며, 상기 힘은 위상 절반의 지연을 갖고 제 1 및 제 2 요소들에 교대로 작용한다.

본 발명의 실시예에 따라 추가적으로, 상기 제어기는, 하나 이상의 쌍을 언래칭(unlatching)함으로써 하나 이상의 쌍에 탄성력이 작용하도록 기능한다.

추가적으로, 본 발명의 실시예에 따라, 물리적 효과의 하나 이상의 속성이 클록을 따라 주기적으로 샘플링되는 디지털 입력 신호의 하나 이상의 특성에 대응하고, 병진 요소들의 배열에의 하나 이상의 힘의 인가가 클록을 따라 부분적으로 또는 전체적으로 제어되며, 래칭이 디지털 입력 신호를 따라 부분적으로 또는 전체적으로 제어된다.

본 발명의 실시예에 따라 추가적으로, 상기 속성은 다음의 속성 즉, 세기 및 음조(pitch)를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따라 추가적으로, 개개의 병진 요소 각각에 작용하는 제 1 및 제 2 힘은, 개개의 병진 요소와, 어떠한 병진 요소가 이동하고 있는지에 관한 하나 이상의 각자의 전극 사이에 인가되는 하나 이상의 전압에 의해 발생된다.

또한, 본 발명의 실시예에 따라, 물리적 효과를 발생시키기 위한 작동 시스템을 제작하는 방법이 제공되며, 상기 방법은, 제 1 및 제 2 힘의 활성화 각각에 대한 반응으로 제 1 및 제 2 극단 위치 각각을 향해 각자의 축을 따라 앞뒤로 교대로 이동하도록 각각 강제된 병진 요소들의 하나 이상의 배열을 제공하는 단계를 포함하고; 그리고, 병진 요소들의 하나 이상의 하위 세트를 제 1 및 제 2 극단 위치로 각각 선택적으로 래치하기 위하여 제 1 및 제 2 힘을 이용하도록 기능하는 제어기를 제공하는 단계를 포함한다.

또한, 본 발명의 실시예에 따라, 작동 시스템을 제작하는 방법이 제공되며, 상기 방법은, 탄성 병진 요소들의 하나 이상의 배열을 제공하는 단계를 포함하고, 상기 요소들 각각은 이에 작용하는 힘에 대한 반응으로 각자의 축을 따라 제 1 극단 위치에서부터 제 2 극단 위치로 이동하도록 각각 강제되며, 이로써, 일시적 위상의 제 1 절반부를 형성하고, 제 2 극단 위치에 도달시 제 1 극단 위치로 되돌아감으로써 일시적 위상의 제 2 절반부를 형성하며; 그리고, 탄성 병진 요소의 배열 중에서 개개의 탄성 병진 요소 각각에 대하여 오직 두 개의 동작 상태만을 제공하는 래칭 소자를 제공하는 단계를 포함하며, 제 1 상태에서 개개의 탄성 병진 소자가 제 1 및 제 2 극단 위치 중 오직 하나의 위치로 래치되고, 제 2 상태에서 개개의 탄성 병진 소자는 자유이다.

추가적으로, 본 발명의 실시예에 따라, 다중-층 작동기 장치를 제작하는 방법이 제공되며, 상기 방법은, 제 1 층을 제공하는 단계를 포함하고 상기 제 1 층의 일부 또는 전부가 전도성이며; 동작 가능한 하나 이상의 제 2 층을 제공하는 단계를 포함하고, 상기 동작 가능한 제 2 층의 일부 또는 전부가 전도성이며, 상기 동작 가능한 제 2 층은 제 1 및 제 2 층의 전도성 부분 사이에 전압을 인가함으로써 활성화되는 복수의 동작 가능한 유닛 사이에 형성되고; 그리고, 복수의 동작 가능한 유닛의 하나 이상의 하위 세트를, 복수의 동작 가능한 유닛의 하위 세트를 상기 하위 세트 외부의 모든 동작 가능한 유닛에 연결하는 연결 채널을 제외하고 하위 세트 외부의 모든 동작 가능한 유닛으로부터 고립시키는 하나 이상의 컷-아웃(cut-out) 부분을 포함하며, 이로써, 퓨즈를 형성한다.

본 명세서에서 사용되는 용어와 관련하여

배열(array): 이 용어는 움직이는 요소들의 임의의 세트를 포함하도록 의도되며, 상기 움직이는 요소들의 축은 상호 평행한 배향을 갖고 서로 같은 평면이 되도록 배치되어 평면 또는 곡선일 수 있는 표면을 형성하는 것이 바람직하다.

위, 아래(above, Below): 본 명세서에서 사용되는 "위", "아래" 등의 용어는 예로서 도시된 바와 같이 움직이는 요소들의 운동 방향이 위·아래인 것으로 이해되나, 반드시 이러한 경우일 필요는 없고, 대안적으로, 움직이는 요소들이 수평축과 같이 임의의 원하는 축을 따라 이동할 수도 있다.

작동기(actuator): 이 용어는 에너지 형태의 내부 변환을 위한 변환기(transducer) 또는 그 밖의 다른 소자를 포함하도록 의도된다. 변환기 용어가 사용될 때, 이는 단지 예시이며, 확성기 등의 스피커와 같은 모든 적합한 작동기들을 의미하는 것으로 의도된다.

작동기 요소(actuator element): 이 용어는, 통상적으로 많은 다른 열(column)과 함께 작동기를 형성하는 구성 요소의 임의의 "열(column)"을 포함하는 것으로 의도되며, 각각의 열은 통상적으로, 움직이는 요소, 한 쌍의 래치 또는 "래칭 요소"들을 포함하고, 따라서, 각각의 래칭 요소가 하나 이상의 전극을 포함하고, 움직이는 요소를 래치로부터 이격되도록 하는 절연성 공간 물질을 포함할 수 있다.

코일(coil): 본 발명의 특정 실시예에 따라, 움직이는 요소들의 배열에 인가되는 교번 전자기력(alternating electromagnetic force)이, 움직이는 요소들의 운동의 원하는 축과 동일선상에 있는 자기장 구배(magnetic field gradient)를 생성하도록 배향되는 교류 전기 전류에 의해 발생될 수 있다고 이해된다. 이러한 전기 전류는 적절히 배향된 전도성 코일 또는 그 밖의 다른 임의의 적합한 구성을 갖는 전도성 요소를 통과해 흐르는 전류를 포함할 수 있다. "코일"이라는 용어는 본 명세서에 걸쳐 예시로서 사용되나, 가령, 전술된 교번 전자기력을 인가하기 위한 모든 장치를 포함하는 것으로 의도된 본 발명을 제한하려는 의도는 아니다. "코일"이 컨덕터를 가리키는 것으로 사용되는 경우, 컨덕터는 임의의 적합한 구성(가령, 원형 또는 그 밖의 다른 폐쇄 형태) 또는 코일에 관한 실질적인 부분을 가질 수 있다고 이해되나, 다수의 회전수(turn)를 갖는 구성으로 제한하려는 의도는 아니다.

채널(또한, "홀(hole)" 또는 "터널(tunnel)"로도 불려짐): 이러한 채널 용어가 단지 예로서 원통형인 것처럼 도시되었지만, 반드시 이러한 경우일 필요는 없다.

전극: 정전기 래치. 하부 또는 상부 정전기 래치를 포함하며, 이들의 반대로 충전되는 장점에 의해 래치의 대응하는 움직이는 요소를 래치하여, 각각의 래치 및 이들의 움직이는 요소가 반대로 충전된 한 쌍의 전극을 구성하도록 한다.

굴곡부(flexure): 하나 이상의 연성 요소(flexible element) 위에 물체가 위치됨으로써 상기 물체에 하나 이상의 운동의 자유도를 부여하는데, 예를 들어, 가령 물질의 단일 시트 주변에 있으면서 통상적으로 완전하게 상기 단일 시트로부터 형성되는, 중심 부분을 갖는 하나 이상의 얇거나 작은 연성 요소 위에 또 다른 물체가 위치되거나 또는 위치되지 않음으로써, 상기 중심 부분 그리고 연성 요소 위에 위치된 물체에 하나 이상의 운동의 자유도를 부여할 수 있다.

래치, 래칭 층(latching layer), 래칭 메커니즘: 이 용어는 하나 이상의 움직이는 요소들을 고정 위치에서 선택적으로 움직이지 않도록 하기 위한 임의의 소자를 포함하도록 의도된다. 통상적으로, "상부" 및 "하부" 래칭 층이 제공되며, 이들 래칭 층은 나란할 수 있고 서로의 꼭대기에 있을 필요가 없으며, 각각의 래칭 층은 래치되어야 할 움직이는 요소들의 개수에 수적으로 대응하거나 대응하지 않을 수 있는 하나 또는 많은 래칭 메커니즘을 포함한다. "래치 쌍"이라는 용어는, 나란할 수 있고 서로의 꼭대기에 있을 필요가 없는, 가령, 상부 래치 및 하부 래치를 포함하는, 개개의 움직이는 요소에 대한 한 쌍의 래치를 포함한다.

움직이는 요소(moving element): 이들은 이에 작용하는 교번 전자기력에 대한 반응으로 축을 따라 앞뒤로 교대로 이동하도록 각각 강제된 임의의 움직이는 요소들을 포함하는 것으로 의도된다. 움직이는 요소들은 또한, 본 명세서에서 (독자적으로 또는 집단적으로) "마이크로-스피커", "픽셀", "마이크로-작동기", "막(membrane)" 및 "피스톤"으로도 불린다.

스페이서(또한, "공간 유지 장치(space maintainer)"라고도 불림): 전극 및 움직이는 요소들의 각자의 위치를 기계적으로 유지하는 임의의 요소를 포함한다.

"직접 디지털 스피커(direct digital speaker)"라는 용어는 본 명세서에서, 디지털 신호를 수신하고 상기 신호를 별개의 디지털-아날로그 컨버터를 이용하지 않고도 음파로 변환하는 스피커를 포함하기 위해 사용된다. 이러한 스피커들은 간혹, 디지털 신호 대신에 또는 디지털 신호에 더하여 아날로그 신호를 변환하도록 하는 아날로그-디지털 컨버터를 포함할 수 있다. 이러한 스피커들은 DDS(Direct Digital Speakers), DDL(Direct Digital Loudspeakers), DSR(Digital Sound Reconstruction) 스피커, 디지털 균일 확성기 배열(digital uniform loudspeaker array), 매트릭스 스피커, 및 MEMS 스피커를 포함할 수 있다. 본 명세서에서 사용된 "직접 디지털 스피커"라는 용어는, 다수의 압력-생성 요소들을 갖는 스피커 장치를 포함하며, 이러한 압력-생성 요소들은 가령, 본 명세서에서 구체적으로 설명된 바와 같은 이러한 요소들의 움직임의 장점에 의해, 또는 이러한 요소들이 존재하는 매질(가령, 공기)를 가열 및 냉각시키는 것에 의해, 또는 이러한 요소들이 존재하는 매질을 가속하는 것에 의해(가령, 매질을 이온화하고 축을 따라 전위차를 제공함으로써), 또는 매질의 탭 저장소를 선택적으로 밸브를 이용해 조절하는 것과 같이 동작하는 것에 의해(가령, 주위 환경과 다르게 가압한 공기) 압력을 발생시킨다. 동작하는 압력-생성 요소(즉, 압력을 발생시키도록 동작하고 있는 요소들)들의 개수는 통상적으로, 가령, 아날로그라면 입력 신호의 세기에 비례하여 단조적으로 증가하는 함수이고, 또는, 디지털이라면 입력 신호의 디지털적으로 인코딩된 세기에 비례하여 단조적으로 증가하는 함수이다.

본 명세서에서 사용되는 "클록"이라는 용어는 시스템 클록의 단일 간격과 관련되는 시간의 지속기간을 의미한다.

본 명세서에서 사용되는 "지향성 패턴"이라는 용어는 스피커 장치에 의해 발생되는 음향 에너지의 공간 분포의 패턴을 의미한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 작동 장치는,
(a) 제1 전극 및 제2 전극과,
(b) 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 삽입된 굴곡부 - 상기 굴곡부는 중심 부분에 부수적이고 통합적으로 형성된 하나 이상의 연성 요소를 포함하고, 상기 중심 부분은 제1 및 제2 전극과 굴곡부 사이에 전압을 인가하여 생성되는 정전기력에 응답하여, 제1 및 제2 전극을 향하는 각자의 축을 따라 앞뒤로 이동하도록 구성됨 - 를 포함하되,
제1 및 제2 전극은 굴곡부의 주변 연성 요소를 향하는 부분 환형 오프닝을 포함한다. 상기 제1 및 제2 전극은 쓰루 홀의 배열을 더 포함한다. 상기 쓰루 홀의 배열은 굴곡부의 중심 부분을 향한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 있어서, 작동 시스템은,
(a) 래칭 전극과,
(b) 중심 부분에 부수적이고 통합적으로 형성된 하나 이상의 주변 연성 요소를 포함하는 굴곡부 - 상기 중심 부분은 래칭 전극과 굴곡부 사이에 전압을 인가하여 생성되는 정전기력에 응답하여, 래칭 전극에 수직인 각자의 축을 따라 앞뒤로 이동하도록 구성됨 - 를 포함하되,
상기 래칭 전극은 굴곡부의 주변 연성 요소를 향하는 부분적인 환형 오프닝을 포함한다. 상기 래칭 전극은 쓰루 홀의 배열을 더 포함한다. 상기 쓰루 홀의 배열은 굴곡부의 중심 부분을 향한다.

삭제

본 발명의 특정 실시예들이 이하의 도면에 도시된다.
도 1은 실시예에 따른 시스템 타이밍의 그래프를 도시하며, 이러한 그래프에서, 도 17d에서 도시된 초기화 시퀀스가 완료된 이후에 자기장 발생기의 전력 다운(power down)이 제공된다.
도 2는 실시예에 따른 시스템 타이밍의 그래프를 도시하며, 이러한 그래프에서, 도 17d에서 도시된 초기화 시퀀스가 완료된 이후에 자기장 발생기의 전력 꺼짐(power off)이 제공된다.
도 3a-3d는 본 발명의 특정 실시예에 따라 구성되고 동작하는 움직이는 요소 배열 구성의 예시이다.
도 4는 본 발명의 특정 실시예에 따라 움직이는 요소들의 주위에 감겨진 자기장 발생기를 통과하여 튀어 나와 있는 강자성 요소를 갖는 개선된 코일층 장치의 투시도이다.
도 5a는 도 4의 세부 사항의 확대도이다.
도 5b는 도 4의 장치의 횡단면도이며, 자석 또한 도시된다.
도 6은 원형 세그먼트의 반경과는 다른 반경을 갖는 무지향적 합성 지향성 패턴을 생성하기 위하여, 움직이는 요소 동작에 적합한 일시적 스케줄과 관련해 이용될 수 있는 원형 세그먼트 구성을 갖는 움직이는 요소들의 배열을 도시한다.
도 7a 및 7b는 각각, 원통형 세그먼트의 반경과는 다른 반경을 갖는 원통형 합성 지향성 패턴을 생성하기 위하여, 움직이는 요소 동작에 적합한 일시적 스케줄과 관련해 이용될 수 있는 원통형 세그먼트 구성을 갖는 움직이는 요소들의 배열의 횡단면도 및 등각도이다.
도 8은 배열의 자연적인 지향성 패턴과는 다른 다양한 지향성 패턴을 생성하기 위하여, 움직이는 요소 동작에 적합한 일시적 스케줄과 관련해 이용될 수 있는 임의의 구성을 갖는 움직이는 요소들의 배열의 등각도이다.
도 9a 및 9b는 각각, 본 발명의 제 1 실시예에 따라 구성되고 동작하는 움직이는 요소들의 배열 및 관련 도파관의 등각도 및 횡단면도이다.
도 10a는 본 발명의 제 2 실시예에 따라 구성되고 동작하는 움직이는 요소들의 배열 및 관련 도파관의 횡단면도이다.
도 10b는 본 발명의 제 3 실시예에 따라 구성되고 동작하는 움직이는 요소들의 배열 및 관련 도파관의 횡단면도이다.
도 10c는 본 발명의 제 4 실시예에 따라 구성되고 동작하며, 다함께 도파관으로서도 기능하는 한 쌍의 움직이는 요소들의 배열의 등각도이다.
도 11은 도파관을 포함하는 본 발명의 실시예에 따라 구성되고 동작하는 스피커에 대한, 도 21의 흐름도의 움직이는 요소 결정 단계를 수행하는데 유용한 룩-업 테이블의 예시이다.
도 12a-12c는 도파관을 포함하는 스피커에 대한 LUT를 구성하는데 유용한 매트릭스이다.
도 13은 본 발명의 특정 실시예에 따라 구성되고 동작하는 작동기 장치의 간략화된 기능 블록도이다.
도 14는 배열 주위를 감싸는 코일에 의해 움직이는 요소들의 배열에 가해지는 교번 전자기력에 대한 반응으로 각자의 축을 따라 앞뒤로 교대로 이동하도록 각각 강제된 움직이는 요소들의 경사 배열(skewed array)의 등각도이다.
도 15는 하나 이상의 래칭 위치에서 움직이는 요소들의 하나 이상의 하위 세트를 선택적으로 래치함으로써 개개의 움직이는 요소들이 전자기력에 반응하는 것을 방지하도록 기능하는, 층으로 형성되는 코일 및 래치에 의해, 움직이는 요소들의 배열에 가해지는 교번 전자기력에 대한 반응으로 각자의 축을 따라 앞뒤로 교대로 이동하도록 각각 강제된 움직이는 요소들의 배열을 포함하는 작동기 소자의 분해도이다.
도 16은 본 발명의 특정 실시예에 따라 동작하는 적합한 작동기 방법의 간략화된 흐름도를 도시한다.
도 17a는 특정 예시에 대한 래치 및 코일-유도 전자기력의 제어를 도시하는 제어 다이어그램이고, 이러한 다이어그램에서, 움직이는 요소들은 각각, 선택적으로, 집단적으로 작동될 수 있게 그룹으로 정렬되며, 여기서, 래칭 층 내의 각각의 래치가 영구 자석과 관련되고, 래칭 층 내의 모든 영구 자석의 극이 모두 동일하게 배치된다.
도 17b는, 그룹에서, 래칭 제어기가 들어오는 입력 신호를 처리하고 이에 따라 움직이는 요소들의 래치를 제어할 후 있는 적합한 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 17c는 본 명세서에서 도시되고 설명되는 정전형 래치 메커니즘을 이용하는 작동기 소자 중 임의의 소자를 실질적으로 제어하는데 유용한 프로세서(가령, 도 17a의 프로세서(802))의 간략화된 기능 블록도이다.
도 17d는 도 13-17c의 장치를 초기화하는데 적합한 방법의 간략화된 흐름도이다.
도 18a는 본 발명의 특정 실시예에 따라 움직이는 요소들에 영향을 미치게 되는 힘들 중 (비록 통상적으로 전부는 아니지만) 특정 힘을 개괄하는 그래프이다.
도 18b는 본 발명의 특정 실시예에 따라 구성되고 동작하는 층을 유도하는 자기장 구배(magnetic field gradient)의 간략화된 그림을 도시한다.
도 18c-18d는 도 18b의 전도성 층의 자기장 구배 유도 기능을 도시한다.
도 19는 개개의 작동기 배열의 활성 영역의 총합인 활성 영역을 제공하는, 지지 프레임 내에서 지지되는 작동기의 등각 배열이다.
도 20a는 도 20a에서 나타난 바와 같은 특성을 갖는, 가령 도 13-19에서 도시되고 기술된 직접 디지털 스피커를 이용하여 원하는 사운드 스트림에 대한 원하는 지향성 패턴을 획득하기에 적합한 시스템에 대한 일반적으로 설명이 필요 없는 간략화된 기능 블록도이다.
도 20b는 일반적 이용 가능성이 있는 원하는 사운드 스트림에 대한 원하는 지향성 패턴을 획득하기에 적합한 시스템에 대한 일반적으로 설명이 필요 없는 간략화된 기능 블록도이며, 이러한 일반적 이용 가능성에서, 도 20a에 나타난 바와 같은 특성을 갖는, 가령 도 13-19에서 도시되고 기술된 직접 디지털 스피커를 이용할 필요가 없고, 적합한 임의의 직접 디지털 스피커를 대신 이용할 수 있다.
도 21은 본 발명의 특정 실시예에 따라 도 20의 움직이는 요소 제약 제어기의 클록-당 동작의 간략화된 흐름도이다.
도 22a는 무지향적 전파 패턴의 간략화된 다이어그램이다.
도 22b는 도 22a의 원하는 무지향적 사운드 전파 패턴의 초점에 대하여 움직이는 요소 배열의 적합한 위치 설정의 다이어그램이다.
도 23a는 본 발명의 특정 실시예에 따라 구성되고 동작하며 병진 요소들을 갖는 작은-스트로크 작동기 장치의 등각도이며, 상기 병진 요소들은, 이러한 요소들의 운동을 발생시키고 이들을 래치하는 모두에 정전기력이 이용되기 때문에 이러한 병진 요소들의 동작에 대하여 어떠한 전자기력도 필요로 하지 않는다.
도 23b는 도 23a의 장치의 분해도이다.
도 23c는 도 23a의 비누방울 모양 부분의 확대도이다.
도 24a는 모두 본 발명의 특정 실시예에 따라, 도 23a의 작동기 장치의 병진 요소의 적합한 변위의 그래프(위쪽 그래프), 및 전압 패턴이 작동기 장치의 상부(중간 그래프)와 하부(아래쪽 그래프) 전극 층에 가해진 경우의 전압 패턴의 그래프의 간략화된 복합적 그래프를 도시하며, 상부 그래프에서 나타나는 원하는 변위의 결과를 가져온다.
도 24b는, 모두가 본 발명의 특정 실시예에 따라서, 도 24a의 "시작 절차" 과정 동안, 작동기 장치의 상부(위쪽 그래프)와 하부(아래쪽 그래프) 전극 층에 가해지는 전압의 세부 그래프를 도시하며, 상기 "시작 절차" 과정에서 병진 요소들이 운동으로 투입되고, 상기 특정 실시예에서 펄스의 "최상부"는 평평하지 않고, 보이는 바와 같이 오히려 위를 향해 비스듬하고 그 후 아래를 향해 비스듬하다.
도 24c는 모두가 본 발명의 특정 실시예에 따라, 도 24a에 도시된 "위-아래 병진" 및 "아래-위 병진" 과정 동안, 작동기 장치의 상부(위쪽 그래프)와 하부(아래쪽 그래프) 전극 층에 인가되는 전압의 세부적 그래프를 도시한다.
도 25는 병진 요소를 래치하기 위한 오직 하나의 래치를 갖는 작동기 장치의 간략화된 그림을 도시하며, 상기 작동기 장치는 본 발명의 특정 실시예에 따라 구성되고 동작한다.
도 26은 본 발명의 특정 실시예에 따라, 병진 요소들의 제 2 하위 세트가 계속 운동하는 동안, 병진 요소들의 제 1 하위 세트가 래칭 전극과 가까운 경우 총 음의 압력 펄스를 생성하기 위한 명령이 수신되고 상기 명령을 따라 래치되는 실시예에 있어서, 도 25의 작동기 장치의 병진 요소들의 하위 세트의 협력 쌍에 대한 속도(실선)와 변위(점선)의 복합적 그래프를 도시한다.
도 27은, 본 발명의 실시예에 따라, 병진 요소들의 제 1 하위 세트가 계속 운동하는 동안, 병진 요소들의 제 2 하위 세트가 래칭 전극과 가까운 경우 총 음의 압력 펄스를 생성하기 위한 명령이 수신되고 상기 명령을 따라 래치되는 실시예에 있어서, 도 25의 작동기 장치의 병진 요소들의 협력 쌍에 대한 속도(실선)와 변위(점선)의 복합적 그래프를 도시한다.
도 28a 및 28b는 본 발명의 특정 실시예에 따라 구성되고 동작하는, 도 25의 작동기 장치의 등각도이다.
도 29a 및 29b는 도 28a와 28b 각각의 작동기 장치의 분해도이다.
도 30은 사운드를 발생시키기 위하여 쌍을 지어 이용될 병진 요소들의 배열의 다이어그램이다.
도 31은, 제어기가 병진 요소들의 일부를 제 1 극단 위치로, 병진 요소들의 그 밖의 다른 요소를 제 2 극단 위치로 선택적으로 래치하는(또는 래치하지 않는) 방식과 대립하는 것으로서, 제어기가 배열 내의 모든 병진 요소들을 단일 극단 위치(가령, 제 1 극단 위치)로 선택적으로 래치하는(또는 래치하지 않는) 방식과 도 30의 배열을 이용하여 발생될 사운드에 대한 압력-대-시간 그래프이다.
도 32는, 시간의 함수로서, 도 30의 배열 내의 요소들 각각의 병진운동에 대한 복합적 그래프이며, 이러한 병진 운동이 도 31에 도시된 사운드를 산출할 수 있다.
도 33은 실리콘과 같이 적합한 전도성 물질의 층으로부터 형성되는 복수의 병진 요소들을 포함하는 작동기 장치의 상부 횡단면도이며, 병진 요소들 각각은 실리콘의 지협(isthmus)을 포함하는 퓨즈 요소를 갖고, 병진 요소들 모두는 본 발명의 특정 실시예에 따라 구성되고 동작한다.

본 발명의 특정 실시예에 따라, 가령, 본 발명의 특정 실시예에 따라 제공되고 도 17d과 관련해 이하에서 기술되는 초기화 시퀀스를 완료한 이후와 같은 적합한 시점에서 전자기장 발생기를 통해 전류를 감소시키거나 전자기장 발생기를 끄는 것에 의해 전력이 보존될 수 있다. 모든 움직이는 요소들이 통상적으로 이들의 두 극단 위치 중 하나의 위치로 래치(통상적으로 움직이는 요소들 중 절반이 두 위치 중 각각의 위치로 래치됨)된 지점에서, 통상적으로 전자기장 발생기가 꺼지거나, 또는 상기 전자기장 발생기를 통해 전류가 감소된다. 이는, 움직이는 요소가 해제(release)될 때마다 이들 요소가 새로운 반대편 극단 위치로 래치되는 것을 보장하기 위하여 전자기장이 통상적으로 필요하지 않거나 거의 필요 없도록 시스템이 공진에서 동작하고 높은 Q 인자를 갖고 있기 때문에 가능하다.

도 1은, 움직이는 요소가 상부 래칭 위치로 이동하고 있다고 가정하고, 대략 6.5 밀리세컨드 이후에 상기 움직이는 요소가 상부 래칭 위치로부터 해제되고 이러한 해제 시점에 상기 움직이는 요소가 하부 래칭 위치를 향해 이동하기 시작하는 것으로 가정하여, 시스템 클록을 도시하는 그래프 A, 전자기장 발생기에 적합한 전력 그래프를 도시하는 그래프 B, 상기 B의 전력 그래프를 가정하여 개개의 움직이는 요소의 수직 변위를 도시하는 그래프 C를 포함하는 시스템 타이밍 그래프를 도시한다. 그래프 D와 E는 상부 및 하부 래치의 전압 레벨을 각각 도시한다. 특히 그래프 C로부터 명백한 바와 같이, 공진으로 인해, 대략 4.5 밀리세컨드 이후에, 움직이는 요소가 자신의 상부 래칭 위치로 정전기적으로 래치되기에 충분한 진폭에 도달기까지의 시간에 걸쳐 움직이는 요소의 주기적 운동의 진폭이 증가한다. 적절한 간격(가령, 0.5 밀리세컨드) 이후에, 전자기장 발생기는 도 1에 도시된 바와 같이 전력이 다운될 수 있고, 또는, 도 2에 도시된 바와 같이 심지어 꺼질 수도 있다. 통상적으로, 전력-다운 또는 전력 꺼짐은 래칭 전압을 증가시킴으로써 보상된다. 래칭 전압의 증가 및 전자기 발생기 전력의 감소가, 래칭 활성화가 여전히 일어나는 동안 전력을 최소화하도록 선택될 수 있다.

도 2는, 전자기장 발생기가 도 1에서처럼 전력 다운되는 것이 아니라 전력이 꺼진다는 것을 제외하고는 도 1과 유사하다. 도 1 및 2의 그래프 D와 E를 비교하는 것에 의해 명백한 바와 같이, 전자기장 발생기가 전력 다운되지 않고 전력이 꺼진다는 사실은, 래칭 전압(가령, 도시된 예시에서 도 2에 나타난 V₂보다 낮은 도 1에 나타난 V₁)을 약간 증가시킴으로써 보상된다.

전술된 바와 같이, 특정 실시예에 따라, 움직이는 요소들의 세트가 제공되며, 이러한 움직이는 요소들의 축이 통상적으로 실질적으로 평행하고 서로 동일 평면상에 있어, 평면이거나 평면이 아닐 수 있는 표면을 형성할 수 있다. 각각의 움직이는 요소는 그 밖의 다른 구성 요소(가령, 래치, 코일, 및 스페이스 층)와 관련되며, 함께 열(column)을 형성한다. 도 3a-3d는 네 개의 예시적인 열의 세트를 각각 도시하며, 오직 이러한 세트의 상부 표면(2200)만이 눈에 보인다. 보이는 바와 같이, 도 3a에서, 표면(2200)은 두 축을 따라 만곡된 주표면(2210)을 정의하고, 이러한 주표면은, 예를 들어, 반경 R을 갖고 중심점(2215)에 대해 정의되는 구표면의 일부를 포함할 수 있다. 도 3b에서, 표면(2200)은 단일 축(2225)에 대해 만곡된 주표면(2220)을 형성하고, 주 표면은 예를 들어 원통형 표면의 일부를 포함할 수 있다. 도 3c에서, 표면(2200)은 구분적 평면인 주표면(2230)을 정의하고, 이러한 구분적 평면은 연결된 복수의 평면(도시된 예시에서, 세 평면(2240, 2250 및 2260))을 포함한다. 도 3d에서, 표면(2200)은 적층된 복수의 표면(도시된 예시에서, 5 개의 표면(2270, 2280, 2290, 2300 및 2310))을 정의한다. 막힌 표면의 열(column) 또는 표면의 부분들은 효과적으로 동작하지 않기 때문에, 적층된 표면들은 통상적으로 도시된 바와 같이 순차적으로 작아진다. 상부 표면(2310)을 제외한 표면들의 막힌 부분이 실제 열들로 형성되거나 형성되지 않을 수 있으므로, 예를 들어, 하부 표면(2270)의 막힌 부분(2320)의 열들이 생략될 수 있음이 이해된다.

도 3a-3d의 구성이 다양한 각자의 지향성 특성을 발생시킨다. 예를 들어, 도 3a의 구성은 무지향적 지향성을 발생시킨다. 더욱 상세히 말하면, 열의 상부 표면(2200)이 완전한 구 표면을 형성하기 위한 것이라면, 획득된 지향성은 완전히 무지향적일 것이고, 상부 표면이 보이는 바와 같이 구 표면의 오직 일부만을 형성하기 위한 것이라면 획득된 지향성은 부분적일 것이다(즉, 무지향성의 대응하는 부분이 획득된다). 구체적으로 말하면, 주표면(2210), 및 상기 주표면(2210)의 주변부를 중심(2215)으로 연결하는 반경들의 세트에 의해 윤곽이 그려지는 가상적인 구의 일부를 포함하는 "자연적인 좋은 성능 영역"에서, 페이드(fade)를 제외하고 좋은 성능이 획득된다. 움직이는 요소들의 동작의 적절한 일시적인 흔들림(staggering)을 이용함으로써, "자연적인 좋은 성능 영역" 외부에서조차 좋은 성능을 획득하는 것이 가능하다는 것이 이해된다. 예를 들어, 주표면(2210), 및 상기 주표면을 주표면의 실제 중심(2215)과는 다른 가상 포인트(2216)로 연결하는 라인 세그먼트들의 세트에 의해 윤곽이 그려지는 가상적인 구의 일부를 포함하는 "합성(synthetic) 좋은 성능 영역"에서 좋은 성능을 획득할 것이 요구될 수 있다. 가상 포인트(2216)를 주표면(2210)으로부터의 실제 중심(2215)의 거리를 초과하는 주표면(2210)으로부터의 거리에 두는 것에 의해, 움직이는 요소들의 동작의 적절한 일시적인 흔들림을 이용함으로써 "자연적인 좋은 성능 영역"보다 좁은 영역에서 좋은 성능을 획득하는 것이 가능하다는 것이 추가로 이해된다.

이와 유사하게, 도 3b의 구성은 원통형 지향성을 발생시킨다. 더욱 상세히 말하면, 열의 상부 표면(2200)이 완전한 원통형 표면이라면, 원통형의 상부 및 하부를 형성하는 두 평면 중간에 위치되는 영역에서, 획득되는 지향성은 페이드(fade)를 제외하고 완전히 원통형일 것이고(즉, "자연적인 좋은 성능 영역"이 획득될 것이고); 표면(2220)이 보이는 바와 같이 오직 원통형 표면의 일부만을 형성하는 경우, 획득되는 지향성은 부분적(즉, 원통형 지향성의 대응하는 부분이 획득됨)이다. 구체적으로 말하면, 주표면(2220)과, 주표면(2210)의 주변부를 축(2225)으로 연결하는 법선의 세트에 의해 윤곽이 그려지는 가상 원기둥의 일부를 포함하는 "자연적인 좋은 성능 영역"에서, 페이드를 제외하고 좋은 성능이 획득된다. 움직이는 요소들의 동작의 적절한 일시적인 흔들림에 의해, 도 3b의 부분-원통형 배열의 "자연적인 좋은 성능 영역"보다 크거나 작은 영역에서 좋은 성능을 획득하는 것이 가능하다고 이해된다. 예를 들어, 주표면(2220)과, 주표면(2210)을 실제 축(2225)과 다른 가상 축으로 연결하는 가장 짧은 라인 세그먼트의 세트에 의해 윤곽이 그려지는 가상 원기둥의 일부를 포함하는 "합성 좋은 성능 영역"에서 좋은 성능이 획득될 것을 바랄 수 있다.

도 3b를 다시 참조하면, 축(2225)이 수직이고 그때 발생되는 지향성이 수평이라면, 부분적으로 또는 전체적으로, 따라서 특정 수직 장소(가령, 다중-레벨 설비의 특정 층 이내)에서만 사운드가 발생하기를 바라는 응용예에 적합하다. 도 3c 및 3d의 구성이 사실상 도 3b와 각각 유사하나, 특정 응용예에서 제작이 더 편리하거나 튼튼하다.

도 4는 개선된 코일층 장치(2400)의 투시도이다. 도 5a는 비누방울모양 부분(2405)에 의해 표시되는 바와 같은 도 4의 세부 사항이다. 도 5b는 도 5a의 장치의 횡단면도이며, 코일층 위의 특정 수평 장소에 병진적으로 배치되는 자석(2407) 또한 도시된다. 도 4-5b의 실시예에서, 가령 강자성 물질로 형성되는 하나 이상의 자기장 컨덕터층(2410)이 제공되며, 상기 자기장 컨덕터층은 코일(2400) 아래에 배치되고 또한 자석(2407) 아래에 배치된 수평 장소에서 코일을 통과해 튀어 나와 있는 것이 바람직하다. 예를 들어, 도시된 실시예에서, 강자성층(2410)이 평면 부분(2415)으로 이루어질 수 있고, 상기 평면 부분에서, 천공된(apertured) 수직 부재(2420)(가령, 각각의 자석(2407) 밑에 배치되는 천공된 끝이 잘린 원뿔(2420))의 배열이 형성된다. 각각의 수직 부재(2420)는 공기 통로(2430)를 형성하고, 상기 공기 통로를 통해, 자석(2407)과 관련되는 움직이는 요소들에 의해 발생되는 음파가 전파될 수 있다. 특정 실시예에서, 강자성층(2410)을 만드는데 사용되는 강자성 물질이 전기 절연성 또는 열악한 전도성을 갖는 물질(가령, 페라이트(ferrite), 무정질 철(Ferrum), 코바(Kovar), 또는 철 분말(Iron Powder))일 수 있어, 층 내의 유도 전류의 발생을 감소시킬 수 있다. 이러한 구조는 공기보다는 강자성 물질이 갖는 조건의 장점으로 인해 자기장을 강화하도록 기능하며, 도 5b에서 가장 잘 볼 수 있는 바와 같이 이러한 구조를 통해 주요 자기장선(2440)이 지나간다. 이러한 구조는 또한 자석에 걸친 자기장의 구배를 증가시키도록 기능하고, 따라서, 코일에 걸친 지정 전류에 대해 더 강한 힘을 획득할 수 있다. 마지막으로, 이러한 구조는 인접 자석들간 혼선을 감소시키는데, 즉, 그 밖의 다른 자석에 의해 점유되는 장소에서 각각의 자석에 의해 발생되는 자기장을 감소시킴으로써 하나의 자석이 인접 자석들에 대해 갖는 영향을 감소시킨다.

특정 실시예에서, 하나 이상의 강자성 물질층, 및 일부 실시예에서 하나 이상의 코일층이 제공될 수 있다(가령, 움직이는 요소들의 층의 각각의 측면에서의 하나의 층).

움직이는 요소들의 흔들림 활성화에 대한 지연 패턴을 이용함으로써, 사운드를 발생시키는데 이용되는 보통의 스피커 장치에 의해 자연적으로 생성되는 지향성 패턴과는 다른 특정한 합성 지향성 패턴(가령, 무지향적-지향성(구), 원통형, 단-지향적(빔) 또는 다-지향적(복수의 빔) 패턴)을 획득하는 방법의 예시를 도시한 도 6-8에 대한 참조가 이루어진다. 전자(former) 지향성 패턴은 본 명세서에서 스피커 장치의 "자연적인" 지향성 패턴으로서 언급된다. 전술된 바와 같이, 본 발명의 특정 실시예에 따라 제공되는 스피커 장치의 자연적인 지향성 패턴은 통상적으로 움직이는 요소들의 배열의 기하학적 구성에 따라 결정된다. 도 6의 예시에서, 반경(R_img)을 갖는 무지향적-지향성 패턴을 포함하는 합성 지향성 패턴이 스피커 장치를 이용하여 획득되며, 상기 스피커 장치의 자연적인 지향성 패턴이 반경(R_true)을 갖는 무지향적 패턴을 포함한다. 도 7a-7b의 예시에서, 반경(R_img)을 갖는 원통형 패턴을 포함하는 합성 지향성 패턴이 스피커 장치를 이용하여 획득되며, 상기 스피커 장치의 자연적인 지향성 패턴이 반경(R_true)을 갖는 원통형 패턴을 포함한다.

구체적으로 말하면, 도 6은, 구의 커버리지 각도

에 대응하는 횡단면 커버리지 각도(α)를 갖는 반경(R_true)의 구의 세그먼트 구성을 갖는 배열(2500)과 관련된다.

반경(R_img)과, 구의 커버리지 각도

에 대응하는 횡단면 커버리지 각도

를 갖는 합성 구형 패턴을 제공하기 위하여, 배열(2500)과 관련되는 래칭 메커니즘에 의해 타이밍 패턴이 이용될 수 있으며, 각각의 압력-생성 요소(또한 본 명세서에서, "움직이는 요소"로도 불림)(2510)가, 임의의 일시적인 기준점과 관련해, 아래에서 계산되는 바와 같이, 이를테면, 지연(delay)을 갖고 압력-생성 요소 각각의 상위 극단 위치에 도달하도록 지연을 도입한다. 보이는 바와 같이, 각각의 압력-생성 요소(2510)에 할당되는 지연은 통상적으로 상기 요소와, 압력-생성 요소들의 전체 배열(2500)의 대칭축(2520) 사이의 거리(r)에 따라 결정된다. 특히, 대칭축으로부터의 거리가 r인 개개의 압력-생성 요소에 할당되는 지연은 다음과 같다.

여기서, r은 초점(P)을 지나가는 대칭축과 개개의 압력-생성 요소 사이의 거리이고, c는 스피커가 동작하고 있는 매질을 통과하는 사운드의 속도이며, 반경(R_true)은 구 표면의 실제(하드웨어) 반경이고 반경(R_img)은 합성 구 패턴의 이미지화된 반경이다.

R_img=R_true인 경우, 요구되는 지연-대-r 분포는

이고, 이는 움직이는 요소들의 운동의 어떠한 일시적인 흔들림도 요구되지 않음을 의미한다.

도 7a 및 7b는 각각, 반경(R_true), 횡단면 커버리지 각도(α), 및 횡단면 커버리지 각도(β)를 갖는 합성 지향성 패턴의 원통형 세그먼트 구성을 갖는 배열의 횡단면도와 등각도이다. 통상적으로, 래칭 메커니즘은 다음의 공식을 이용하여 개개의 압력-생성 요소 각각에 적합한 (양(+) 또는 제로) 지연을 도입한다.

여기서, r은 대칭 평면과 개개의 압력-생성 요소 사이의 거리이고, c는 스피커가 동작하고 있는 매질을 통과하는 사운드의 속도이며, 반경(R_true)은 원통형 표면의 실제(하드웨어) 반경이고 반경(R_img)은 합성 원통형 표면의 이미지화된 반경이다. R_img=R_true를 획득하기를 바라는 경우, 요구되는 지연 대 r 분포는 다음과 같다.

이는 움직이는 모든 요소들이 좀 더 동시적으로 움직일 수 있음을 의미한다. 요구되는 지연-대-r 분포가 위의 지연 방정식으로부터 분명한 바와 같이 일정하지 않은 때, 합성 원통형 패턴의 이미지화된 커버리지 각도가 β이고 실제 커버리지 각도가 α인 경우 이미지화된 패턴 반경은

이다.

자연적인 지향성 패턴을 갖는 움직이는 요소들의 특정 배열을 이용하여 자연적인 지향성 패턴과 다른 합성 패턴을 얻기 위한 또 다른 예시로는, 대칭축을 정의하는, 구 표면의 일부를 포함하는 배열이 대칭축과 평행이 되도록 유도된 단지향적 지향성 패턴을 획득하기 위해 이용되는 경우이다. 이러한 실시예에 따라, 적합한 지연(양(+) 또는 제로)이 다음의 공식을 이용하여 개개의 압력-생성 요소 각각에 대하여 래칭 메커니즘을 통해 도입된다.

여기서, r은 초점을 지나가는 대칭축과 개개의 압력-생성 요소 사이의 거리이고, c는 스피커가 동작하고 있는 매질을 통과하는 사운드의 속도이다.

자연적인 지향성 패턴을 갖는 움직이는 요소들의 특정 배열을 이용하여 자연적인 지향성 패턴과 다른 합성 패턴을 획득하기 위한 또 다른 예시로는, 대칭축을 정의하는, 원통형 표면의 일부를 포함하는 배열이 대칭축과 평행이고 원통형 표면과 수직이 되도록 유도된 단지향적 지향성 패턴을 획득하기 위해 이용되는 경우이다. 이러한 실시예에 따라서, 적합한 지연이 다음의 공식을 이용하여 개개의 압력-생성 요소들 각각에 대해 제공된다.

여기서, r은 대칭축과 개개의 압력-생성 요소 사이의 거리이고, c는 스피커가 동작하고 있는 매질을 통과하는 사운드의 속도이다.

움직이는 요소의 위치의 함수로서, 움직이는 요소들 각각에 대한 좀 더 일반적인 지연 방정식이 다음과 같을 수 있다. 다음의 식은 임의의 구성의 움직이는 요소들의 배열이 합성 구 패턴을 획득하기 위해 사용될 수 있는 경우 이용될 수 있는 지연 방정식이다.

초점(O)(구의 중심)으로부터의 거리(r₂)에서의 개개의 압력-생성 요소(P₂) 각각에 대하여,

.

다음의 식은 임의의 구성을 갖는 움직이는 요소들의 배열이 합성 원통형 패턴을 획득하기 위해 사용되는 경우 이용될 수 있는 지연 방정식이다. 초점 라인(L)(원기둥 축)으로부터의 거리(r₁)에서의 개개의 압력-생성 요소(P₂)에 대하여,

.

다음의 공식은 임의의 구성을 갖는 움직이는 요소들의 배열이 빔(평면파) 패턴을 획득하기 위해 사용되는 경우에 이용될 수 있는 지연 방정식이다. 평면파에 평행(그리고, 파동 전파 방향에 수직)인 평면(Σ)으로부터의 거리(r₃)에서의 개개의 압력-생성 요소(P₂)에 대하여,

.

도 8은 임의의 전파 패턴(구형, 원통형, 또는 평면/빔)을 형성하기 위한 압력-생성 요소들의 임의의 배열을 도시한다. 각각의 작은 사각형은 압력-생성 요소를 이미지화한다. 평면(Σ)은 발생되어야 할 평면파의 파면 중 선택된 하나의 파면이다. 값(R₃)은 평면(Σ)과 움직이는 요소 위치(P3) 사이의 거리이다.

L은 원통형 패턴의 구현예들의 부류 내에서 발생될 원통파의 초점 라인(원통 축)이다. 값(r1)은 이러한 축과, 압력-생성 요소가 배치되는 포인트(P1) 사이의 거리이다. O는 구형 패턴의 구현예들의 부류 내에서 발생될 원통파의 초점(구의 축)이다. 값(r2)은 이러한 중심과, 압력-생성 요소가 배치되는 임의의 포인트(P2) 사이의 거리이다.

본 발명의 특정 실시예에 따라 구성되고 동작하는 스피커 장치에 대한 각각 등각도 및 횡단면도인 도 9a 및 9b에 대한 참조가 이루어지며, 상기 도면은, 가령 본 명세서에서 도시되고 설명된 임의의 실시예에 따른 움직이는 요소들의 배열(2700)과, 상기 배열(2700)과 관련되는 도파관(2710)을 포함한다. 도파관은 움직이는 요소들의 배열(2700)에 의해 발생되는 사운드의 지향성을 변화시키도록 의도되며, 가령, 응용예의 지오메트리(기하학적 구조)가 배열에 대한 특정 배향을 지시하기 때문에, 결과적으로 이러한 응용예의 요건에 따르지 않는 자연적인 지향성을 초래한다.

예를 들어, 휴대용 전화기에서, 전화기의 평평한 앞면과 평행으로 정렬된 평면 배열을 제공하기를 바랄 수 있으나, 전화기의 측면에서 발산하는 사운드의 빔을 제공하기를 바랄 수도 있다. 도 9a-9b에 도시된 특정 도파관(2710)이 화살표(2720)에 의해 지시되는 방향으로 유도되는 단지향적 사운드의 빔을 제공하도록 의도된다. 보이는 바와 같이, 도파관(2710) 평면이 배열(2700)과 교차함으로써 도파관-배열 교차축(2730)을 정의할 수 있다.

간소화를 위해 도 9a의 장치에서 단지 비교적 적은 개수의 움직이는 요소들이 도시되었음이 이해된다. 배열(2700)은 적합한 임의의 개수의 움직이는 요소들(가령, 수천 개의 움직이는 요소들)을 포함할 수 있다.

바람직하게는, 움직이는 요소들의 배열이 본 명세서에서 자세히 기술된 바와 같은 래치 제어기와 관련되는 래치들을 포함한다. 그러나, 이러한 실시예에서, 래치 제어기는 하나 이상의 래치를 제어하여 개개의 움직이는 요소들의 운동이 일시적으로 흔들리도록 기능하여, 움직이는 요소들 간의 간섭을 줄임으로써 원하는 지향성 패턴(가령, 도시된 실시예의 화살표(2720)에 의해 지시되는 바와 같이)을 획득할 수 있다. 통상적으로, 래치 제어기는 배열 내의 개개의 움직이는 요소들의 운동이 일시적으로 흔들리도록 하여, 개개의 움직이는 요소들이 도파관-배열 교차점으로부터의 이들 각자의 거리의 순으로 움직이도록 한다. 도시된 실시예에서, 움직이는 요소들의 배열은 교차 축(2730)으로부터 점점 더 멀리 떨어져 있는 행(A, B, C, D,...)을 포함하고, 래치 제어기는 이들 행들 각각에 대한 래치를 제어하여, 행(A)에서부터 시작하여 교차 축(2730)으로부터 가장 멀리 떨어져 있는 행(2735)에 도달할 때까지(가령, A 행과 B 행, B 행과 C 행, C 행과 D 행, 등의 사이)계속되는 지연(Δt)을 도입할 수 있다. 지연(Δt)은 통상적으로 d/c와 동일하고, 여기서, d는 인접 행들 사이의 거리이고, c는 스피커가 동작하고 있는 매질을 통과하는 사운드의 속도이다.

도파관은 가령, 도 9b, 10a 및 10b에 각각 보이는 바와 같이 다양한 구성을 가질 수 있다. 도 10a의 장치의 특정 이점은, 도파관의 주표면(2735)이 배열(2700)에 평행하고 이로써 소형화를 제공할 수 있다는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 10c에서 볼 수 있는 바와 같이, 도파관은 그 자체로서 움직이는 요소(2750)들의 한 쌍의 통상적인 교차 배열(2700 및 2740)을 포함할 수 있고, 이러한 한 쌍의 교차 배열은 두 배열(2700 및 2740) 모두에 의해 생성되는 파동에 대한 도파관으로서 기능한다. 움직이는 요소들의 제 2 배열(2740)이 도 10c에 보이는 바와 같이 평면일 필요는 없으며, 대신에, 도 10a 및 10b의 도파관(2712 및 2714)과 같은(단, 이에 한정되는 것은 아님) 적합한 임의의 구성을 가질 수 있다. 제 2 배열에 대한 래치 제어는 필요한 변경을 가하여 제 1 배열에서와 동일할 수 있다. 즉, 래치 제어기는 제 2 배열(2740)의 행(A', B', C',...) 각각에 대한 래치를 제어하여, 행(A)에서부터 시작하여 교차 축(2760)으로부터 가장 먼 거리에 있는 행에 도달할 때까지(가령, A' 행과 B', B' 행과 C', C' 행과 D', 등의 사이) 계속되는 인접 행들 사이에 지연(Δt)을 도입할 수 있다.

도 21의 동작의 방법이 스피커 시스템에 일반적으로 적합하며, 상기 스피커 시스템의 움직이는 요소 배열들이 본 명세서에서 도 1-10c에서 도시되고 기술된 바에 따른다. 가령, 도 9a-10c에 관해 본 명세서에서 기술된 바와 같이 도파관이 제공되는 경우, 도 21의 단계(3200)에서 이용될 LUT는 통상적으로 도파관의 존재를 고려하여 구성되고 동작된다. 20 x 20의 움직이는 요소들을 포함하는 배열에 적합한 하나의 LUT가 도 11에 제공된다. 보이는 바와 같이 배열 내의 움직이는 요소 각각에 서수를 할당하고 동작될 움직이는 요소들의 세트를 서수의 오름차순으로 선택함으로써, LUT가 이용되어 배열 내의 움직이는 요소들의 동작의 순서를 결정한다. 구체적으로 말하면, 래치 제어기가 N 개의 움직이는 요소들이 제 1 극단 래칭 위치(가령, 하부 위치)로부터 제 2 극단 래칭 위치(가령, 상부 위치)로 움직여야 하는 것으로 결정하는 경우에서, 선택된 요소들은 하부 래칭 위치에 현재 존재하는 것들 중에서 N 개의 요소들이며, LUT에서 이러한 선택된 요소들 각각의 서수가 가장 작다.

래치 제어기가 M 개의 움직이는 요소들이 제 2 극단 래칭 위치로부터 다시 제 1 극단 래칭 위치로 되돌아가야 하는 것으로 결정하는 경우에서, 선택된 요소들은 마찬가지로 제 2 래칭 위치에 현재 존재하는 것들 중에서 M 개의 요소들이며, LUT에서 이러한 선택된 요소들 각각의 서수가 가장 작다.

더욱 상세히 말하면, 배열을 동작시키는 단계는 통상적으로, 상승 동작(lifting operation)(하부 래칭 위치로부터 상부 래칭 위치로 이동시킴)과 하강 동작(dropping operation)(상부 래칭 위치로부터 하부 래칭 위치로 이동시킴)을 포함한다. 통상적인 예시에서, 도 21의 단계(3100)에서 계산되는 바와 같이 움직이는 Nl, N2, N3 개의 요소들을 각각 포함하는 움직이는 요소들의 세트의 시퀀스가 상승되고, Ml, M2, M3 개의 움직이는 요소들의 세트의 하강 동작이 그 뒤를 따른다. 이러한 예시에서, 배열의 초기 상태가 모든 움직이는 요소들이 그들의 하부 래칭 위치에 있도록 가정하면, N1+N2+N3는 M1+M2+M3과 동일하거나 이보다 커야 하고, 그렇지 않으면, 상승 단계가 끝난 이후에 상부 위치에서의 요소들보다 더 많은 다른 요소들이 하강되어야 한다.

본 발명의 특정 실시예에 따라, 상승되어야 할 움직이는 요소들의 제 1 세트가 1, ... Nl로 번호가 매겨진 움직이는 요소들을 포함하고, 제 2 세트가 Nl + 1, ... Nl + N2로 번호가 매겨진 움직이는 요소들을 포함하며, 제 3 세트가 음직이는 요소들(Nl + N2 + 1, .... Nl + N2 + N3)을 포함한다. 이러한 단계의 마지막에서, 1...Nl + N2 + N3로 번호가 매겨진 요소들이 상부 래칭 위치에서 래치되고, 나머지 요소들이 하부 래칭 위치에서 래치된다. 제 1 하강 동작이 1..Ml로 번호가 매겨진 움직이는 요소들의 세트(그 이후에 요소들(Ml + 1...N1 + N2 + N3)이 그들의 상부 위치에 있고 나머지 요소들이 그들의 하부 위치에 있음)를 포함하고, 제 2 세트가 Ml+ 1, ... Ml + M2로 번호가 매겨진 움직이는 요소들을 포함하며, 제 3 세트가 움직이는 요소들(Ml + M2 + 1, ....Ml + M2 + M3)을 포함한다. 이러한 단계의 마지막에서, 1...Ml + M2 + M3로 번호가 매겨진 요소들이 그들의 하부 래칭 위치로 래치되고, 요소들(Ml + M2 + M3 + 1...N1 + N2 + N3)이 그들의 상부 위치로 래치되며, Nl + N2 + N3 +1 및 그 이상으로 번호가 매겨진 요소들이 그들의 하부 위치에서 래치된다.

보이는 바와 같이, 일반적으로, LUT는 움직이는 요소들이 행(A)에 가깝도록 강제되고, 상기 행은 도파관과 배열 사이의 교차점에 가장 가까우며 행(A)으로부터 좀 더 멀리 있는 움직이는 요소들 이전에 동작되는 경향이 있다. 또한, 시스템 샘플링율과 관련되는 파장에 비해 비교적 넓은 움직이는 요소들의 배열(동작을 위해 선택된 움직이는 요소들의 세트 각각)이 선택되어, 중간 축(2800)으로부터 더 멀리 떨어져 있는 움직이는 요소들에 걸쳐 도 10a-10c의 행(A, B, C, ... 또는 A', B', C)을 이등분하는 중간 축(2800)에 가까운 움직이는 요소들이 선호될 수 있다.

이러한 세트의 움직이는 요소들은, 서로 다른 행(가령, 10a-10c의 A, B, C)에 배치되는 경우, 동시적으로 동작하기보다는 행(가령 A 행)으로부터 요소들 각자의 거리에 대응하는 지연 이후에 동작한다. 예를 들어, 현재 동작하는 세트를 구성하는 N 개의 움직이는 요소들이 라인(C, D 및 E)에 배치되고, 인접 라인간의 거리가 d로 동일하며, △t=d/c(c는 스피커가 배치되는 매질에서의 사운드의 속도임)이고, 동작 명령어가 시간 t에서 발송되는 경우, 행(C, D 및 E)의 요소들이 시간((t+2xΔt), (t+3xΔt) 및 (t+4xΔt))에 각각 동작하도록 야기될 수 있다. 오직 라인 A에 배치된 요소들만이 동작 명령어 발송 즉시, 좀 더 정확하게는, 내부 하드웨어 및 소프트웨어 대기시간을 할당하자마자 그 이후에 동작하도록 야기된다.

도파관을 포함하는 스피커를 위한 LUT를 만드는 방법이 지금부터 기술된다. 상기 방법은 통상적으로 적절한 순서(가령 다음의 순서)로 수행되는 다음의 단계를 포함한다.

을 이용하여, 시스템의 샘플링율(클록)과 동일한 주파수를 갖는 음파(sonic wave)의 파장을 결정한다. 여기서 λ- 파장[m], fs - 샘플링율[Hz], C - 사운드의 속도[Hz]. STD에서의 공기에 있어서, C

340m/s.

사운드가 따라 전파되는 축과 같은 배열의 주축을 정의한다. 배열이 좁은지 또는 넓은지 결정하고, 이에 따라서 아래의 좁은 배열 방법 또는 넓은 배열 방법 중 하나를 이용한다. 예를 들어, 이러한 결정을 내리기에 적합한 기준은, 폭(즉, 주축에 직각인 차원)(즉, 배열의 행(A, B, C, ...)의 거리)이 λ와 동일하거나 이보다 작은 경우, 후술되는 "좁은 배열"방법이 이용될 수 있다. 다른 경우라면 "넓은 배열" 방법이 이용될 수 있다.

N x M 요소들을 갖는 배열(배열의 각각의 열(가령, 도 9b A, B, C, D)이 N 개의 요소를 갖고, 총 M 개의 열을 가짐)을 가정하여, 가령, 도 11에서 보이는 바와 같이 M 개의 행과 N 개의 열을 갖는 LUT를 그린다. 제 1 열(A)이 요소들((1)... (N))을 보유한다. 제 2 열(B) 요소들은 (N+l)...(2xN)이다. 제 3 열(C) 요소들은 (2xN+l)...(3xN) 등이다. 마지막 열은 요소들([(M-l)xN+l]... (MxN))을 보유한다. 일반적으로, i^th 열이 요소들([(i-1)xN+1]...(ixN))을 보유한다. 각각의 열 내의 요소들의 순서가 후술되는 "좁은 배열" 또는 "넓은 배열" 방법 중 하나에 의해 결정된다.

좁은 배열 방법: 좁은 배열에서, 각각의 열의 N 개의 요소들의 배치(ordering)는 거의 중요하지 않은 것으로 여겨진다. 따라서, 특정 실시예에서, 랜덤 배치가 이용될 수 있다. 또 다른 실시예에서, "비트-역전(bit-reversal)" 순서가 이용될 수 있다. 다음의 예시가, N이 8과 동일하고 M이 10과 동일한 경우에 있어서의 "비트-역전" 배치를 나타낸다.

2진 형태로 숫자(0..(N-1)) 쓰기

000

001

010

011

100

101

110

111

각각의 행에서 비트의 순서 역전하기

000

100

010

110

001

101

011

111

10진법으로 전환하고 1 더하기

1

5

3

7

2

6

4

8

복사하여, 배열 내의 모든 열에서 끝이 난다. 제 2 열에 8을 더한다. 제 3 열에 16을 더한다. 제 4 열에 24를 더한다. 일반적으로 도 12a에서 볼 수 있는 바와 같이 i^th 열에 (i-l)*8을 더한다.

넓은 배열 방법: 가능한 일 실시예에서, 각각의 열의 요소들이 열의 중심으로부터 상기 요소들의 거리에 따라 배치된다(N/2에 가장 가까운 셀). 다음의 실시예에서, N이 8과 동일하고 M이 10과 동일하다. 다음의 단계들이 가령 다음의 순서로 수행될 수 있다. 즉, 열의 4^th 셀에 숫자 1을 쓴다. 나머지 숫자(2...8)가 가령 도 12b에서 보이는 바와 같이 4^th 셀의 양 측면에 오름차순으로 쓰여진다. 복사하여 배열 내의 모든 열에서 끝이 난다. 제 2 열에 8을 더한다. 제 3 열에 16을 더한다. 제 4 열에 24를 더한다 등등. 일반적으로 가령 도 12c에서 보이는 바와 같이 i^th 열에 (i-l)*8를 더한다.

본 명세서에서 도시되고 설명되는 LUT, 및 구성되는 LUT를 위한 방법이 도 21의 수행 단계(3200)에 적합하다(단, 이에 한정되는 것은 아님). 도 10c의 실시예의 경우에서, 개별적인 LUT가, 보이는 두 배열 각각에 대하여 만들어진다(행(A, B, C)을 갖는 제 1 배열과 행(A', B', C')을 갖는 제 2 배열). 행(A, B, C)을 갖는 제 1 배열에 대한 LUT가 도 11에서와 같을 수 있고, 또는, 위에서 도시되고 설명된 방법을 이용하여 구성될 수도 있다. 행(A', B', C')을 갖는 제 2 배열에 대한 LUT는 통상적으로, 제 2 배열 내의 각각의 움직이는 요소가 제 1 배열에서 상기 움직이는 요소를 마주보는 움직이는 요소와 함께 동작하도록 하기 위한 것이다. 따라서, 예를 들어, 움직이는 요소(2810')는 움직이는 요소(2810)와 함께 동작할 수 있고, 움직이는 요소(2820')는 움직이는 요소(2820)와 함께 동작할 수 있고, 움직이는 요소(2830')는 움직이는 요소(2830)와 함께 동작할 수 있다.

본 명세서에서 도시되고 설명되는 LUT가 지정된 움직이는 요소 선택 기준의 가능한 일 구현예일 뿐이라는 것이 이해된다. 대안적으로, 특정한 움직이는 선택 기준의 그 밖의 다른 임의의 적합한 구현예(가령, 본 명세서에서 기술된 것들이거나 또는 본 명세서에서 기술된 LUT의 맥락으로부터 암시되는 것들)(가령, 알고리즘 구현예)가 이용될 수도 있다.

본 발명의 특정 실시예에 따라, 그리고 예상 외로, 본 명세서에서 도시되고 설명되는 시스템 중 임의의 시스템에 이용되는 움직하는 요소들의 진폭이 종래의 음향 방정식에 의해 예측되는 것보다 훨씬 (가령, 1/10 범위까지)작을 수 있다.

구체적으로 말하면, 무한 배플(infinite baffle)의 진동하는 피스톤에 의해 생성되는 압력을 계산하기 위한 종래의 방정식이 다음과 같다.

여기서,

P - 피스톤에 의해 생성되는 압력[Pascal]

ρ- 매질 밀도(공기에 있어서, ATP에서 ρ= 1.2)[KG/m3]

S - 피스톤 표면 영역[m²]

ε- 피스톤의 운동 진폭(마루에서 마루)[m]

f_s - 진동 주파수[Hz]

R₀ - 파원(source)으로부터의 거리[m]

움직이는 요소들(각각의 요소는 피스톤을 포함함)이 제공되는 경우, 생성되는 총 압력은 모든 요소들에 의해 생성되는 압력의 합과 같다. 압력들이 모두 동일한 경우, 배열에 의해 생성 가능한 최대 압력은 다음과 같다.

여기서,

P_T - 배열에 의해 생성되는 총 압력[Pascal]

N - 배열 내의 요소들의 개수

통상적으로, 본 명세서에서 도시되고 기술된 스피커에서, 모든 요소들보다 적은 요소들이 항상 작동하고 있다. 샘플링율과 다른 주파수에서 생성되는 압력을 계산하기 위하여, 다음의 식이 이용될 수 있다.

SPL(사운드 압력 레벨)을 계산하기 위하여, 다음의 공식이 이용될 수 있다.

여기서,

SPL - 사운드 압력 레벨[dBSPL]

P₀ - 기준 OdB 압력[Pascal] - 통상적으로 20μPa

본 명세서에서 특정-용도 스피커의 세 가지 예시가 기술된다. 예시 1은 다음의 파라미터들을 이용한다.

d - 움직이는 요소 직경이 450μ

ε- 움직이는 요소 마루-마루 진폭이 150μ

f_s - 동작하는 샘플링 주파수가 32000Hz

f - 스피커는 대역폭이 300Hz-3.5KHz인 텔레콤 응용예에서 작동하도록 가정된다. 움직이는 요소들의 배열의 SPL이 주파수와 함께 증가하고, 따라서 충분한 사운드의 세기(loudness)가 관심 있는 가장 낮은 주파수에서 확고한 경우, 작용하는 전체 대역폭에서의 적절한 SPL이 보장된다. 따라서, 이러한 예시에서 f는 300Hz이다.

N - 배열 내의 요소들의 개수가 1000

R₀ - 기준 거리가 1m

따라서, 각각의 요소의 영역은 다음과 같다.

각각의 요소에 의해 생성되는 압력이 다음과 같다.

따라서 배열의 총 압력은 다음과 같다.

따라서 관심 있는 가장 낮은 주파수에서 생성되는 압력은 다음과 같다.

그리고, 따라서 SPL은 다음과 같다.

이는 9OdB이었던 이러한 스피커를 위한 설계 기준에 부합한다.

이러한 파라미터 값들을 조사하기 위해 실험이 수행되었다. 다음의 파라미터들을 갖는 움직이는 요소들이 구성되었다.

d - 움직이는 요소 직경이 450μ

ε- 움직이는 요소 마루-마루 진폭이 lOOμ

f_s - 동작하는 샘플링 주파수가 32000Hz

R₀ - 기준 거리가 1m

이러한 요소들의 예상된 압력이 다음과 같았다.

그러나, 실험 코스에서 이들 요소들에 대한 측정은 사실 이들 요소가 0.4Pa-0.5Pa 또는 예상된 압력의 약 10배 가량의 압력 레벨을 생성하도록 지시되었다. 예상 외로 증가된 SPL의 관점에서, 진폭(ε)을 원시값의 10% 즉, lOμ까지 감소시키는 것이 가능했다. 반복된 측정에서 목표 응용예에 적합한 0.04Pa-0.05Pa의 압력 레벨이 나타났다.

본 발명의 특정 실시예에 따라 제공되는, 움직이는 요소와 전극이 이들 사이에 전압(본 명세서에서 "래칭 전압"이라 칭함)을 인가함으로써 래치되는 경우, 래칭 힘이, 가령, 전하 트래핑 효과로 인해 점진적으로 감소할 수 있다. 효과적인 래칭을 유지하기 위하여, 래칭 전압은 통상적으로 시간이 지남에 따라 점진적으로 증가하여 래칭 힘의 원하는 레벨을 유지할 수 있다.

전극 층이 얇은 유전성 층(절연체)(가령, 실리콘 니트라이드 또는 사파이어)으로 코팅될 수 있다. 전력 공급원의 음극이 움직이는 요소에, 양극이 전극에 연결될 수 있다. 그 후 두 요소를 충전하기 위하여 전압이 인가된다. 통상적으로, 움직이는 요소와 전극이 근접하여 있는 경우, 이들 표면 사이의 정전기장의 세기가 너무 강하여 이러한 정전기장이 이들 표면 사이의 작은 공극(air gap)에 갇힌 분자들을 찢는다(이온화한다). 방출된 전자들이 양극을 향해 가속된다. 이러한 전자들은 이들 중 일부가 유전 물질을 관통하여 침투하도록 하기에 충분히 높은 속도와 에너지 레벨로 유전 물질에 부딪힌다. 유전 물질의 비-전도성 성질로 인해, 침투하는 전자들은 유전체 내에 트랩되어 전극의 양전하의 일부가 그들 자신의 음전하로 마스킹(masking)될 수 있고, 따라서 전극과 움직이는 요소 사이의 끌어당기는 래칭 힘을 감소시킨다. 이러한 프로세스는, 전자들이 유전체를 통해 자유롭게 이동하는 것을 허락하지 않는 (절연체가 되는)유전체로 리버스(reverse)하기 어려울 수 있다. 이러한 문제는 인가되는 전압의 극성을 역으로 하여 양극을 움직이는 요소에, 음극을 전극에 연결하도록 함으로써 피할 수 있다. 가속된 전자들이 그 후 움직이는 요소와 충돌하고, 유전체가 아니며, 움직이는 요소가 전도성(또는 전도체로 코팅됨)이기 때문에, 과잉 전하가 전력 공급원에 의해 쉽게 소산되고 흡착된다.

유전층이 전극의 표면보다는 움직이는 요소의 표면에 적용될 수 있고, 이러한 경우, 전압의 양극이 전극에 음극이 움직이는 요소에 연결됨이 이해된다.

전하 트래핑을 극복할 수 있는, 해당 업계에서 알려진 기법들이 또한 존재한다. 한 예시는 유전층을 얇은 전도성 층으로 코팅하는 것이다. 이러한 층은 전자에 충격을 가함으로써, 인가된 전하를 소산시킨다. 이러한 전도체가 움직이는 요소와 접촉하고 있기 때문에, 과잉 전하를 움직이는 요소에 대해 막는다.

본 발명의 기술분야는, 좀 더 긴 이동(longer-travel) 작동기 및/또는 변환기 크기에 비해 더 큰 부피를 갖는 유체(공기 또는 액체)의 변위로부터의 이점을 필요로하거나 이들로부터 이점을 획득할 수 있는 다양한 응용예(가령, 오디오 스피커, 생물 의학 조제 응용예, 의학 및 산업 감지 시스템, 광학 스위칭, 디스플레이 시스템을 위한 광반사, 및 그 밖의 다른 임의의 응용예)를 위한 저비용 장치를 생산하기 위하여, 가공 재료와 기법을 이용하여 구성되는 긴 스트로크 전자기계적 마이크로 작동기의 디지털 변환기 배열을 포함한다.

본 발명의 특정 실시예들은 변환기 구조, 디지털 제어 메커니즘 및 다양한 제작 기법들을 제공하여 N 개의 마이크로 작동기를 갖는 변환기 배열을 형성할 것을 추구한다. 이러한 변환기 배열은 통상적으로 세 개의 주요 층을 갖는 구조로 구성되고, 이러한 세 개의 주요 층은, 특정 실시예에서, 자기 코팅이 정렬되고 N개의 독특한 "뱀과 같은" 모양으로 에칭된 특정 극을 갖는 양 측면 위에 통상적으로 층을 이루고 있는 특정한 낮은 피로(low-fatigue) 속성의 물질로 제작되는 막층(membrane layer)을 포함할 것이며, 이로써, 막의 양방향적 선형 자유도(작동기)의 부분들을 활성화할 수 있다. 막의 각각의 움직이는 섹션의 양방향적 선형 이동이 챔버(작동기 채널) 내로 한정되며, 상기 챔버는, 막의 N 개의 뱀형 에칭과 수적으로 동일한 정확히 크기를 잰 N 개의 쓰루 홀(through hole)을 이용해 통상적으로 제작되고 막의 각각의 뱀형 에칭과 각각의 쓰루 홀을 정확히 정렬하는 패턴으로 통상적으로 정확히 위치되는 절연성 실리콘, 폴리머 또는 그 밖의 다른 임의의 절연 기판으로 구성된 두 개의 거울 이미지 지지 구조 사이에 막층을 끼워 넣음으로써 통상적으로 자연적으로 형성된다. 통상적으로 정전기 전하를 인가함으로써 각각의 작동기가 스트로크의 단부에 도달할 때 상기 각각의 작동기를 끌어당기고 고정하는 역할을 하는 전도성 링 또는 디스크("주소 설정 가능한 전극")와 같은 전도성 돌출 표면이 통상적으로 지지 구조의 상부 및 하부 모두의 외부 표면에 추가로 부착된다.

본 발명의 특정 실시예에 따라 구성되고 동작하는 장치가 지금부터 기술된다.

도 14는 본 발명에 적합한 일 실시예의 투시도이다. 도 15는 본 발명의 특정 실시예에 따라 구성되고 동작하는 장치의 분해도이다.

도 16은 본 발명의 특정 실시예에 따라 동작하는 적합한 작동 방법의 간략화된 흐름도이다.

도 17a는 본 발명의 특정 실시예에 따라 구성되고 동작하는 스피커 시스템의 블록도이다. 도 17b는 본 발명의 특정 실시예에 따라 구성되고 동작하는 스피커 시스템의 흐름도이다. 도 18a는 움직이는 요소들에 가해지는 서로 다른 힘들 간의 절절한 관계를 도시한다.

반면, 도 14는 본 발명의 실시예에 따라 구성되고 동작하는 벌집 모양 구성인 요소들의 배열을 도시하고, 도 19는 복수의 소자(배열)를 이용하는 장치를 도시한다.

선택 전극(select electrode)과 독특한 신호 처리 알고리즘 간의 상호 연결의 독특한 패턴을 통해 효과적인 주소 설정이 통상적으로 획득되고, 이러한 주소 설정은, 변환기 내의 모든 N 개의 작동기가 그룹화될 때까지, 하나의 작동기의 그룹에서 시작하여 이전 그룹의 작동기 개수의 두 배인 그룹으로 이어지면서, 통상적으로 단일 변환기 내의 작동기의 총 개수를 서로 다른 크기의 N 개의 주소 설정 가능한 작동기 그룹으로 효과적으로 분할한다. 작동기 스트로크를 달성하기 위하여, 변환기는 전기 전류가 인가될 때 통상적으로 와이어 코일로 둘러싸여서 전체 변환기에 걸쳐 전자기장을 형성한다. 전자기장은 막의 움직이는 부분이 통상적으로 작동기 채널을 통과해 선형 방식으로 움직이도록 한다. 전류가 자신의 극성을 교대하는 경우, 상기 전류는 막의 움직이는 부분이 진동하도록 한다. 정전기 변화가 주소 설정 가능한 특정 전극 그룹에 가해지는 경우, 이러한 정전기 변화는 통상적으로 상기 그룹 내의 모든 작동기가 스트로크의 단부에서 응용예 요구사항에 따라 지지 구조의 상부 또는 하부에 고정되도록 한다. 집단적으로, 변환기에 의해 제공되는 변위가, 임의의 특정 간격(중첩)에 고정되지 않은 N 개의 작동기의 총 합으로부터 획득된다.

변환기 구성은 통상적으로, 변환기 당 작동기의 개수, 각각의 작동기의 크기, 각각의 작동기의 스트로크의 길이, 및 주소 설정 가능한 작동기 그룹의 개수를 전적으로 조정할 수 있다(scalable). 특정 실시예에서, 다양한 형태를 특정 물질로 에칭함으로써, 유연 물질로 코팅된 층을 이룬 금속 디스크를 이용함으로써, 또는, 자유로운 부동 작동기 요소들을 이용함으로써 작동기 요소들이 구성될 수 있다. 막(굴곡부) 물질이 실리콘, 베릴륨 구리, 구리 텅스텐 합금, 구리 티타늄 합금, 스테인리스 스틸, 또는 그 밖의 다른 임의의 낮은 피로 물질을 포함할 수 있다. 변환기 응용예에 적합한 주소 설정을 획득하기 위하여 지지 구조의 주소 설정 가능한 전극이 임의의 패턴으로 그룹화될 수 있다. 주소 설정 가능한 전극은 막 작동기와 접촉이 형성되도록, 또는, 막과 어떠한 물리적 접촉도 없는 방식으로 부착될 수 있다. 기판 물질은 임의의 절연 물질(가령, FR4, 이산화 규소, 세라믹, 또는 임의의 다양한 플라스틱)일 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 절연 물질은 페라이트 입자를 포함할 수 있다. 막에 에칭된 뱀 모양의 개수 또는 부동 작동기 요소들의 개수가 달라질 수 있고, 지지 구조의 대응하는 채널이 원형, 사각형, 또는 그 밖의 다른 임의의 형태일 수 있다. 전자기장은, 전체 변환기 주변, 변환기의 섹션 주변, 또는 각각의 변환기 요소의 주변을 코일로 감음으로써, 또는, 하나 이상의 작동기 요소들 옆에 위치된 하나 이상의 코일을 위치시킴으로써 형성될 수 있다.

특정 실시예에서, 직접 디지털 방법이 이용되어, 마이크로-스피커의 배열을 사용한 사운드를 생산할 수 있다. 디지털 사운드 재구성은 음파(sound-wave)를 생성하기 위한 압력의 이산 음향 펄스의 총합과 관련된다. 이러한 펄스는 오디오 전자기기 또는 디지털 미디어에서 나오는 디지털 신호에 근거할 수 있고, 이러한 오디오 전자기기 또는 디지털 미디어에서, 각각의 신호 비트가 마이크로-스피커의 그룹을 제어한다.

본 발명의 적합한 일 실시예에서, 입력되는 디지털 신호의 n^th 비트가 배열 내의 2ⁿ 개의 마이크로-스피커를 제어하고, 상기 2ⁿ 개의 마이크로-스피커에서 최상위 비트(MSB)가 마이크로-스피커의 절반에 관해 제어하고 최하위 비트(LSB)가 최소한 단일 마이크로-스피커를 제어한다. 특정 비트에 대한 신호가 하이(high)인 경우, 상기 비트에 할당된 그룹 내의 모든 스피커가 통상적으로 샘플 간격에 대해 활성화된다. 배열 내의 스피커의 개수와 펄스 주파수가 최종 음파의 분해능을 결정한다. 통상적인 실시예에서, 펄스 주파수는 음원(sourse)-샘플링율일 수 있다. 사람의 귀 또는 그 밖의 다른 음원로부터 음향 저역 통과 필터의 사후 응용예(post application)를 통하여, 듣는 사람은 통상적으로 디지털 신호에 의해 나타난 본래의 아날로그 파형과 동일한 음향학적으로 매끄러운 신호를 듣는다.

본 명세서에서 기술된 사운드 재구성 방법에 따라, 발생되는 사운드 압력은 동작하는 스피커의 개수에 비례한다. 시간이 지남에 따라 스피커 펄스의 개수가 달라짐으로써 서로 다른 주파수가 생성된다. 아날로그 스피커와는 달리, 개개의 마이크로-스피커는 통상적으로 비선형 영역에서 동작하여, 여전히 낮은 주파수 사운드를 생성할 수 있을 때 동적 범위를 최대화할 수 있다. 배열의 최종 선형성이 통상적으로 개개의 스피커간의 균일성 및 음향 파동 방정식의 선형성으로부터 유래한다. 생성되는 음파에서 비-선형 성분의 총 개수가 소자 내의 마이크로-스피커의 개수와 통상적으로 역으로 관련된다.

특정 실시예에서, 디지털 변환기 배열이 이용되어 진정한 직접 디지털 사운드 재구성을 구현할 수 있다. 생성된 사운드의 동적 범위가 배열 내의 마이크로-스피커의 개수에 비례한다. 최대 사운드 압력이 각각의 마이크로-스피커의 스트로크에 비례한다. 따라서, 긴 스트로크 변환기를 생성하고, 가능한 한 많이 이용하는 것이 바람직하다. 몇몇 디지털 변환기 배열 소자가 수년에 걸쳐 개발되었다. 특히 말할 가치가 있는 한가지는 Carnegie Mellon University에서 개발된 CMOS-MEMS 마이크로-스피커이다. CMOS 제작 과정을 이용하여, Carnegie Mellon University는 255개의 사각형 마이크로-스피커를 갖는 8-비트 디지털 스피커를 설계하였다(한 측면에서 각각의 마이크로-스피커가 216μm임). 막은, 폴리머를 이용해 그물눈 모양으로 코팅된 뱀형 Al-SiO₂이고, CMOS 금속 스택 및 실리콘 기판 사이에 변화하는 전기 전위를 가함으로써 정전기적으로 활성화될 수 있다. 평면 운동의 결과로 나오는 것이 사운드를 생성하는 압력파의 파원이다. 각각의 막이 약 lOμm의 스트로크를 가진다. 이러한 짧은 스트로크는 불충분하고, 생성된 사운드 레벨이 확성기에 대해 지나치게 부드럽다. 또 다른 쟁점은 소자가 40V의 작동 전압을 요구한다는 것이다. 이러한 전압은 복잡하고 비싼 스위칭 전자기기를 필요로 한다. 본 명세서에서 기술된 소자의 적합한 실시예에서 이러한 제한의 일부 또는 전부를 극복하고, 높은 스위칭 전압의 필요성을 제거하면서 훨씬 큰 사운드 레벨을 생성한다. 각각의 변환기의 형태가 스피커의 음향 성능에 어떠한 유의한 효과도 가지지 않는다고 여겨진다. 변환기는 특히 사각형, 삼각형, 또는 6각형 그리드로 꾸려질 수 있다.

본 발명은 통상적으로 자기력과 정전기력의 조합을 이용하여 종래의 자기 또는 정전기 작동기와 관련되는 문제들을 피하면서 충분히 긴 스트로크를 허용할 수 있다.

변환기 배열의 움직이는 요소들은 통상적으로 전기를 전도하도록 제작되며, 자극(magnetic pole)이 변환기 배열 표면에 수직이도록 자화될 수 있다. 적당한 전도성이면 충분하다. 코일이 전체 변환기 배열을 둘러싸거나 각각의 요소 옆에 놓이며, 작동력을 생성한다. 교류 전류 또는 교류 전류 펄스를 코일에 인가함으로써, 모든 움직이는 요소들을 상기 교류 전류와 동일한 주파수에서 위·아래로 움직이도록 강제하는 교번 자기장 구배를 형성한다. 각각의 움직이는 요소를 제어하기 위하여, 두 개의 전극(한 전극은 움직이는 요소들 위에, 다른 하나는 움직이는 요소들 아래에)이 이용될 수 있다.

코일에 인가되는 전류는 통상적으로 상부 및 하부 전극과 인접한 움직이는 요소들을 차례로 작동시킨다. 작은 정전기 전하가 움직이는 요소들에 인가된다. 반대 전하를 전극 중 하나에 인가함으로써 움직이는 요소와 전극 사이에 인력을 발생시킨다. 움직이는 요소가 전극에 매우 가까운 경우, 인력은 코일 자기장 및 수축하는 스프링에 의해 발생되는 힘보다 통상적으로 커지고, 움직이는 요소는 전극에 대해 래치된다. 전극으로부터 전하 또는 전하의 일부를 제거함으로써 통상적으로 코일 자기장과 굴곡부(flexure)의 영향 하에서, 움직이는 요소가 나머지 모든 움직이는 요소들과 함께 움직이도록 한다. 특정 실시예에 따라서, 작동기 배열은 5 개의 판 또는 층으로부터 제작될 수 있다.

- 상부 전극 층

- 상부 스페이서(층(402)으로서 함께 도시됨)

- 움직이는 요소(403) - 하부 스페이서

- 하부 전극 층(층(404)으로서 함께 도시됨)

특정 실시예에 따라, 배열은 큰 코일(401)에 의해 둘러싸인다. 이러한 코일의 직경은 통상적으로 종래 기술의 자기 작동기에서 사용된 종래의 코일의 직경보다 훨씬 크다. 코일은 종래의 생산 방법을 이용하여 제작될 수 있다. 특정 실시예에서, 움직이는 요소는 전도성 및 자성 물질로 이루어질 수 있다. 보통의 전기 전도성이면 통상적으로 충분하다. 움직이는 요소는 고무, 실리콘, 또는 금속 및 이들의 합금 등(단, 이에 한정되는 것은 아님)의 여러 유형의 물질을 이용하여 제작될 수 있다. 이러한 물질이 자화될 수 있거나, 또는 더 강한 자석이 요구되는 경우, 자석이 상기 물질에 부착될 수 있고, 또는, 상기 물질이 자성 물질로 코팅될 수도 있다. 이러한 코팅은, 에폭시 또는 자기 분말이 적재된 또 다른 수지에 의해, 해당 기술분야에서 알려진 스크린 인쇄 공정 또는 그 밖의 다른 기법들을 이용하는 응용예에 의해 통상적으로 이루어진다. 일부 실시예에서, 스크린 인쇄가 포토-리소그래피 공정을 통해 형성된 수지 마스크를 이용하여 수행될 수 있다. 이러한 층은 통상적으로 수지/자기 분말 매트릭스를 경화(cure)한 이후에 제거된다. 특정 실시예에서, 소자가 강한 자기장의 영향을 받는 동안 에폭시 또는 수지가 경화되어, 수지 매트릭스 내의 분말 입자들이 원하는 방향으로 배향될 수 있다. 움직이는 요소들의 지오메트리가 달라질 수 있다. 또 다른 실시예에서, 운동 요소들 중 일부가, 자석으로 코팅될 수 있고, 나머지 요소들이 이후에 코팅되는 동안 한 방향으로 배향된 자기장을 이용해 경화될 수 있으며, 반대되는 자기장에서 경화되어 상기 운동 요소들 중 일부가 동일한 외부 자기장 하에서 반대 방향으로 움직이도록 할 수 있다. 적합한 일 실시예에서, 움직이는 요소는 얇은 포일로부터 통상적으로 잘린 판을 포함하며, 상기 판은 이를 둘러싸는 뱀 모양을 가진다. 대안적으로, 특정 실시예에서, 오직 굴곡 영역에서만 얇아지는 두꺼운 물질을 이용하는 것이 가능하고, 또는, 비교적 두꺼운 판을 굴곡과 같이 패턴화된 얇은 층에 결합함으로써 두꺼운 물질을 이용하는 것이 가능하다. 이러한 형태는 뱀 모양이 완만한 굴곡의 역할을 하면서 포일의 부분이 움직이도록 한다. 그 밖의 다른 특정 실시예에서, 움직이는 부분은 상부 및 하부 전극 사이 주변을 자유롭게 움직이는 원통형 또는 구형이다.

도 14 및 15를 다시 참조하면, 특정 실시예에서, 전체 변환기 배열 주위를 감싸는 코일(304)이 전체 배열 구조에 걸쳐 전자기장을 발생시켜, 전류가 인가될 때 상기 전자기장은 피스톤(302)이 위·아래로 움직이도록 한다. 도 15는 본 발명의 특정 실시예에 따라 구성되고 동작하는 소자의 분해도를 도시한다. 보이는 바와 같이, 변환기 배열 구조의 분해도가, 변환기 배열 구조가 통상적으로 이하를 포함한다는 것을 보여준다.

(a) 전체 변환기 배열을 둘러싸는 코일(401)이, 배열 구조에 전압이 인가될 때 전체 배열 구조에 걸쳐 전자기장을 발생시킨다. 코일에 대해 가능한 일 실시예가 본 명세서에서 도 18b-18d와 관련해 기술된다.

(b) 특정 실시예에서, 상부 층 구조(402)가 스페이서 층과 전극 층을 포함할 수 있다. 특정 실시예에서, 이러한 층은, 통상적으로 각각의 공동(cavity)의 상부에 부착되는 전극 링을 각각 갖는 정확히 일정한 간격을 둔 공동들의 배열이 있는 인쇄 회로 기판(이하에서는, "PCB"라 함)을 포함할 수 있다.

(c) 현재의 실시예에서 움직이는 요소들(피스톤)(403)은, 포일에 특정 측정치의 자유도를 부여하는 완만한 굴곡의 역할을 하는 "뱀" 모양으로 통상적으로 둘러싸인 매우 정확한 여러 판들을 이용해 잘리거나 에칭된 전도성 있는 자화된 물질의 얇은 포일로 구성될 수 있다.

(d) 하부 층 구조(404)가 스페이서 층과 전극 층을 포함할 수 있다. 특정 실시예에서, 이러한 층은, 통상적으로 각각의 공동(cavity)의 하부에 부착되는 전극 링을 각각 갖는 정확히 일정한 간격을 둔 공동들의 배열이 있는 유전층을 포함할 수 있다.

도 17a-17b에 대해 다시 참조가 이루어진다. 도 17a는 본 발명의 특정 실시예에 따른 스피커 시스템의 블록도를 도시한다. 특정 실시예에서, 디지털 입력 신호(공통 프로토콜이 I2S, I2C 또는 SPDIF임)(801)가 논리 프로세서(802)로 입력되고, 상기 논리 프로세스에서 차례로 상기 신호를 전환하여 움직이는 요소들의 각각의 그루핑의 래칭 메커니즘을 정의한다. 그룹 주소 설정이 통상적으로 두 주요 그룹으로 분류되며, 한 그룹은 움직이는 요소들의 스트로크의 상부에서 상기 움직이는 요소들을 래치하기 위한 것이고, 나머지 한 그룹은 스트로크의 하부에서 움직이는 요소들을 래치하기 위한 것이다. 그 후 각각의 그룹은 통상적으로, 전체 배열의 모든 움직이는 요소들이 그룹화될 때까지, 하나 이상의 움직이는 요소의 그룹에서 통상적으로 시작하는 논리 주소 설정 그룹으로 추가로 분류되고, 뒤이어, 이전 그룹의 움직이는 요소들의 두 배인 또 다른 그룹으로 분류되며, 그 후, 이전 그룹의 움직이는 요소들의 개수를 또 다시 두배로 하는 또 다른 그룹으로 분류된다. N^th 그룹은 2^N-1 개의 움직이는 요소들을 포함한다.

도 17a의 블록도에 도시된 실시예에서, 변환기 배열 조립체의 움직이는 요소들의 총 개수가 주소 설정되어 프로세서(802)로부터 제어 신호를 수신할 수 있을 때까지, 1-요소 그룹(803), 2-요소 그룹(804) 그리고 그 후 4-요소 그룹(805)의 상위 그룹 등이 도시된다.

동일한 그루핑 패턴이 하부 래칭 메커니즘에 대하여 통상적으로 반복되며, 상기 메커니즘에서, 변환기 배열 조립체의 움직이는 요소들의 총 개수가 주소 설정되어 프로세서(802)로부터 제어 신호를 수신할 수 있을 때까지 1-요소 그룹(807), 뒤이어 2-요소 그룹(808), 그리고 그 후 4-요소 그룹(809) 등이 뒤따른다.

프로세서(802)는 또한, 전체 변환기 배열(812)을 둘러싸는 코일로 흐르는 교류 전류를 제어하고, 따라서, 전체 배열에 걸쳐 자기장을 생성 및 제어할 수 있다. 특정 실시예에서, 전력 증폭기(811)를 이용하여 코일로 흐르는 전류를 증가시킬 수 있다.

도 17b는 스피커 시스템의 흐름도를 도시한다. 디지털 입력 신호(813)의 샘플링율이 소자의 자연적인 샘플링률과 다를 수 있는 특정 실시예에서, 재-샘플링 모듈(814)이 상기 신호를 재-샘플링하여, 상기 신호의 샘플링율이 소자의 샘플링율과 정합될 수 있다. 다른 경우라면, 재-샘플링 모듈(814)은 수정되지 않은 대로 이를 통해 신호를 통과시킨다.

비율-조정 모듈(815)은 통상적으로, 입력 신호(813) 분해능이 샘플 당 M 비트이고 샘플 값(X)이 -2^(M-1)과 2^(M-1)-1 사이의 범위라고 가정하면서, 상기 신호에 바이어스 레벨을 더하여 신호를 비율-조정한다.

또한, 특정 실시예에서, 도 17a에서 도시된 바와 같이, 스피커 배열이 N 요소 그룹(1..N으로 번호가 매겨짐)을 가진다고 가정된다.

K가 K=N-M라고 정의된다.

통상적으로, 입력 분해능이 스피커 내의 그룹의 개수보다 높은 경우(M>N), K는 음(-)이고, 입력 신호는 작게 비율-조정된다. 입력 분해능이 스피커 내의 그룹의 개수보다 낮은 경우(M<N), K는 양(+)이고, 입력 신호는 크게 비율-조정된다. 입력 분해능이 그룹의 개수와 동일한 경우, 입력 신호는 비율-조정되지 않고 오직 바이어스만 된다. 비율-조정 모듈(815)의 출력(Y)이 Y=2^K[X+2^M-1]일 수 있다. 출력(Y)은 가장 가까운 정수로 반올림된다. Y의 값은 지금부터 0에서 2N-1의 범위이다.

Y의 2진 값을 포함하는 비트가 조사된다. 각각의 비트는 움직이는 요소들의 서로 다른 그룹을 제어한다. 최하위 비트(비트l)가 가장 작은 그룹(그룹 1)을 제어한다. 그 다음 비트(비트2)가 두 배로 큰 그룹(그룹 2)을 제어한다. 그 다음 비트(비트3)가 그룹 2보다 두 배로 큰 그룹을 제어한다. Y를 포함하는 모든 비트들의 상태가 통상적으로, 블록(816, 823, ... 824)으로서 동시에 조사된다.

비트들이 유사한 방법으로 다루어진다. 이하는, 비트1을 조사하기에 적합한 방법이다.

블록(816)에서 Y의 비트1(최하위 비트)을 확인한다. 비트1이 하이인 경우, 비트1은 이전 상태(817)와 비교된다. 비트1인 이전에 하이였던 경우, 그룹 1의 움직이는 요소의 위치를 변경할 필요가 없다. 이 전에, 비트1이 로우였던 경우, 프로세서는 도면 부호(818)에 의해 나타나는 바와 같이 자기장이 위를 가리키기를 기다리고, 그 후, 도면 부호(819)에 의해 나타나는 바와 같이, 프로세서는 통상적으로, 상부 래칭 메커니즘(T1)에 관여하는 동안 하부 래칭 메커니즘(B1)을 해제(release)하고, 이로써, 그룹 1의 움직이는 요소들이 소자의 하부에서부터 상부로 이동할 수 있다.

블록(816)에서 Y의 비트1이 로우라고 판단하는 경우, 비트1은 이전 상태(820)와 비교된다. 비트1이 이전에 로우였던 경우, 그룹 1의 움직이는 요소들의 위치를 변경할 필요가 없다. 비트1의 이전 상태가 하이였던 경우, 프로세서는 도면 부호(822)에 의해 나타나는 바와 같이 자기장이 아래를 가리키기를 기다리고, 프로세서는 하부 래칭 메커니즘(B1)에 관여하는 동안 상부 래칭 메커니즘(T1)을 해제하고, 이로써, 그룹 1의 움직이는 요소들이 소자의 상부에서부터 하부로 이동할 수 있다.

도 18a를 다시 참조하면, 움직이는 요소들에 가해지는 서로 다른 두 힘 사이의 일반적인 관계가 나타난다. 움직이는 요소들에 가해지는 서로 다른 힘들은 일반적으로 서로 균형을 이루기 위해 조화롭게 작용하여 원하는 기능을 획득할 수 있다. 중심을 향한 힘이 음(-)의 힘으로서 나타나고, 요소를 중심으로부터 좀 더 멀리 이동시키는 힘이 양(+)의 힘으로서 나타난다.

본 발명에서, 움직이는 요소는 3 가지 주요 힘들에 의해 영향을 받는다.

a. 자기장과 경자석의 상호작용에 의해 형성되는 자기력. 이러한 힘의 방향이 복수의 움직이는 요소 자석, 자기장의 방향, 및 자기장 구배에 따라 달라진다.

b. 특정 전하를 전극에 인가하고 그 반대 전하를 움직이는 요소에 인가함으로써 통상적으로 형성되는 정전기력. 이러한 힘의 방향은, 가령, 움직이는 요소를 전극으로 끌기 위한 것이다(상기 도면에서 양(+)으로서 정의됨). 이러한 힘은, 움직이는 요소와 전극 사이의 거리가 매우 좁아진 경우, 및/또는, 이러한 간격이 높은 유전 상수를 갖는 물질로 이루어진 경우, 상당히 증가한다.

c. 굴곡에 의해 형성되는 수축하는 힘(스프링처럼 행동함). 이러한 힘의 방향은 항상 소자의 중심을 향한다(상기 도면에서 음(-)으로서 정의됨). 이러한 힘은, 굴곡이 완만하기 때문에 일반적으로 작고, 사실상 선형이다.

힘들 사이의 관계는, 움직이는 요소가 점점 자신의 스트로크의 단부에 가까워짐에 따라 일반적으로 (래칭 메커니즘에 의해 발생되는)정전기력이 증가하여 궁극적으로 움직이는 요소를 끌고 래치하기에 충분한 힘을 획득할 수 있음을 나타낸다. 래치가 해제(release)될 때, 수축하는 힘과 자기력은 일반적으로, 움직이는 요소를 래치로부터 떼어서 중심을 향하도록 할 수 있고, 이로써 움직이는 요소의 이동을 유도할 수 있다. 움직이는 요소가 중심을 향해 이동함에 따라, 일반적으로, 굴곡의 수축력이 감소하여 궁극적으로 무력화되고, 그 후 전자기력과 움직이는 요소의 운동 에너지에 의해 제어된다.

도 19는 복수의 소자(배열)를 포함하는 장치를 도시한다. 이러한 구조는, 비교적 큰 사운드 압력 레벨을 생성할 수 있는 소자(1901) 형성, 또는, 지향성 음파를 형성하기 위한 (본 발명의 범위를 넘어 뻗어 있는)빔-형성 기법 이용에 관한 배열 변환기(1902)의 특정 실시예에서의 복수의 사용을 도시한다.

배열은 원하는 임의의 형태를 가질 수 있고, 본 명세서에서의 원형은 오직 예시적 목적을 위한 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따라 구성되고 동작하며, 특히 도 14, 15, 17a-17b 및 19에 관해 전술된 소자가 지금부터, 가령 도 13과 관련해 좀 더 일반적으로 그리고 좀 더 상세하게 기술된다. 대안적 실시예 또한 기술된다. 물리적 효과를 발생시키는 작동기 장치의 간략화된 기능 블록도인 도 13을 참조하면, 물리적 효과의 하나 이상의 속성이 클록을 따라 주기적으로 샘플링되는 디지털 입력 신호의 하나 이상의 특성에 대응한다는 것이 이해된다. 본 발명의 특정 실시예에 따라, 도 13의 장치는 하나 이상의 작동기 소자를 포함하고, 각각의 작동기 소자는, 움직이는 요소들의 배열(10)에 가해지는 교번 전자기력에 대한 반응으로 각자의 축을 따라 앞뒤로 교대로 이동하도록 통상적으로 각각 강제된 움직이는 소자들의 배열(10)을 포함한다. 각각의 움직이는 소자는 전자기력에 반응하도록 구성되고 동작된다. 따라서 각각의 움직이는 요소는 컨덕터를 포함할 수 있고, 강자성 물질로 형성될 수 있고, 영구 자석을 포함할 수 있고, 그리고, 전류-베어링(current-bearing) 코일을 포함할 수 있다.

래치(20)가 하나 이상의 래칭 위치에서 움직이는 요소의 하나 이상의 하위 세트를 선택적으로 래치하도록 기능하여 개개의 움직이는 요소들(10)이 전자기력에 반응하는 것을 방지할 수 있다. 전자기장 제어기(30)는 클록을 수신하고, 이에 따라, 움직이는 요소들의 배열에의 자기장 발생기(40)에 의한 전자기력 인가를 제어하도록 기능한다. 래치 제어기(50)가 디지털 입력 신호를 수신하고, 이에 따라 래치를 제어하도록 기능한다. 래치 제어 동작의 하나 이상의 모드에서, 래치 제어기(50)는, 자신이 수신하는 디지털 입력 신호로 코딩된, 사운드의 세기에 실질적으로 비례하는 자기장 발생기(가령, 코일(40))에 의해 가해지는 전자기력에 반응하여 자유롭게 진동하는 움직이는 요소들(10)의 개수를 설정하도록 기능한다. 바람직하게, 디지털 입력 신호로 코딩된 사운드의 세기가 양의 극대값에 있을 때, 모든 움직이는 요소들은 제 1 극단 위치로 래치된다. 디지털 입력 신호로 코딩된 사운드의 세기가 음의 극대값에 있을 때, 모든 움직이는 요소들은 반대되는 제 2 극단 위치로 래치된다. 바람직하게, 후술되는 바와 같이 통상적으로 재샘플링되고 비율-조정된 이후에, 극단 위치(가령, 본 명세서에서 기술된 바와 같은 상부 위치)에서의 움직이는 요소들의 개수를 디지털 샘플 값에 정함시킴으로써 입력 신호를 닮은 물리적 효과(가령, 사운드)가 획득된다. 예를 들어, 디지털 샘플 값이 현재 10인 경우, 본 명세서에서 MEl, .... MElO이라 불리는 10 개의 움직이는 요소들이 자신들의 상부 위치에 있을 수 있다. 그 후 디지털 샘플 값이 13으로 바뀌는 경우, 본 명세서에서 ME1l, ME12 및 ME13이라 불리는 3 개의 추가적인 움직이는 요소들이 이를 반영하기 위해 자신들의 상부 위치까지 상승될 수 있다. 그 다음 샘플 값이 여전히 13인 경우, 이를 반영하기 위해 어떠한 움직이는 요소도 운동으로 들어갈 필요가 없다. 그 후 디지털 샘플 값이 16으로 바뀌는 경우, 본 명세서에서 M14, M15 및 M16이라 불리는 서로 다른 3 개의 움직이는 요소들(ME1l, ME12 및 ME13은 이미 자신들의 상부 위치에 있으므로)이 이를 반영하기 위해 자신들의 상부 위치까지 상승될 수 있다.

일부 실시예에서, 이하에서 기술되는 바와 같이 움직이는 요소들은, 가령, 움직이는 요소들의 개수가 모두 순차적인 2의 승값(가령, 각각 1, 2, 4, 8, 16 개의 움직이는 요소들을 각각 갖는 그룹으로 동작되도록 구성되는 31 개의 움직이는 요소들)인 그룹들의 세트와 같이, 그룹으로 집단적으로 동작되도록 구성되고 동작한다.

이러한 경우에서, 위의 예시를 이용하여, 샘플 값이 이를테면 10인 경우, 각각 8 개와 2 개의 움직이는 요소들을 포함하는 두 그룹 모두가 이를테면 업(up)이다(즉, 그룹의 모든 움직이는 요소들이 자신들의 상부 위치에 있다). 그러나, 샘플 값이 13으로 바뀌는 경우, 3 개의 움직이는 요소를 그들의 하부 위치로부터 상부 위치로 직접 이동시키는 것이 통상적으로 비현실적이며, 이러한 예시에서 2진 그룹핑으로 인해, 이는 1 개와 2 개의 움직이는 요소들을 각각 포함하는 두 그룹을 상승시킴으로써만 이루어질 수 있으나, 두 개의 움직이는 요소들을 포함하는 그룹은 이미 상승되었다. 그러나 다른 경우라면 상부 픽셀의 개수가 샘플 값 13에 정합될 수 있는데, 13 = 8 + 4 + 1이므로, 4 개와 1 개의 픽셀을 포함하는 두 그룹이 상승될 수 있고, 두 개의 픽셀을 포함하는 그룹이 낮아질 수 있고, 이로써 +3의 최종 압력 변화를 발생시키며, 이로 인해, 일반적으로 재샘플링 및 비율-조정 이후에, 기술된 바와 같이 입력 신호와 닮은 사운드를 발생시킬 수 있다.

좀 더 일반적으로, 제 1 극단 위치를 향해(가령, 위쪽으로) 병진하는 움직이는 요소들이 본 명세서에서 양의 압력이라 불리는 제 1 방향의 압력을 발생시킨다. 반대편 극단 위치를 향해(가령, 아래쪽으로) 병진하는 움직이는 요소들이 본 명세서에서 음의 압력이라 불리는 반대 방향의 압력을 발생시킨다. 일정한 양의 양 또는 음의 압력은, 통상적으로 재샘플링 및 비율-조정 이후에, 대응하는 방향으로 적절한 개수의 움직이는 요소들을 병진시킴으로써, 또는, n-m 차이가 샘플링된 신호값에 대응(가령, 일치)하도록, 대응하는 방향으로 n 개의 움직이는 요소들을 그리고 그 밖의 다른 수적으로 m 개의 요소들을 반대 방향으로 병진시킴으로써 획득될 수 있다.

음직이는 요소들은 통상적으로, 적어도 적절하게 전기적으로 전도성인 물질(가령, 실리콘, 또는 금과 같은 금속에 의해 코팅된 실리콘)로 형성된다. 움직이는 요소들이 영구 자석을 포함하는 경우, 영구 자석은 자기 극(magnetic pole)이 운동의 원하는 축과 동선형상에 있도록, 제작 동안 통상적으로 자화된다. 통상적으로 전체 변환기 배열을 둘러싸는 코일이 작동력을 발생시킨다. 각각의 움직이는 요소를 제어하기 위하여, 두 개의 래치 요소(통상적으로 정전형 래치 또는 "전극"을 포함함)가 통상적으로 이용되는데, 가령, 한 래치 요소는 움직이는 요소들 위에, 다른 하나의 래치 요소는 움직이는 요소들 아래에서 이용된다.

일 실시예에 따라, 작동기는 스피커이고, 움직이는 요소들(10)의 배열은 유체 매질 내에 배치된다. 거 후 제어기(30 및 50)가, 디지털 입력 신호의 하나 이상의 특성에 대응하는 사운드의 하나 이상의 속성을 정의하도록 기능한다. 사운드가 하나 이상의 파장을 가지고, 이로써 사운드에 존재하는 가장 짧은 파장을 정의하고, 각각의 움직이는 요소(10)는 통상적으로, 움직이는 요소의 축에 수직이고 상기 움직이는 요소에 관하여 가장 큰 치수를 정의하는 교차 섹션을 정의하며, 각각의 교차 섹션의 가장 큰 치수는 가장 짧은 파장에 비해 통상적으로 작다(가령, 가장 짧은 파장보다 1/10배 범위까지 더 작다).

도 14-15를 다시 참조하면, 도 14는, 가령, 보이는 바와 같이 배열의 주위를 감싼 코일(40)에 의해, 움직이는 요소들(10)의 배열에 가해지는 교번 전자기력에 대한 반응으로 각자의 축을 따라 앞뒤로 교대로 이동하도록 각각 강제된 움직이는 요소들(10)의 경사 배열의 등각도이다. 도 15는 층을 이룬 작동기 장치의 분해도이며, 상기 작동기 소자는, 코일(401)에 의해 움직이는 요소들(403)의 배열에 가해지는 교번 전자기력에 대한 반응으로 각자의 축을 따라 앞뒤로 교대로 이동하도록 각각 강제된 움직이는 요소들(403)의 배열과, 하나 이상의 래칭 위치에서 움직이는 요소들(403)의 하나 이상의 하위 세트를 선택적으로 래치함으로써 개개의 움직이는 요소들(403)이 전자기력에 반응하는 것을 방지하도록 기능하는, 하나 이상의 층으로서 형성되는 래치를 포함한다. 통상적으로, 전자기력은 보이는 바와 같이 배열(403)을 둘러싼 코일(401)을 이용해 생성된다.

래치는 통상적으로 한 쌍의 층을 포함한다. 즉, 충전될 때, 그리고 움직이는 요소들이 본 명세서에서 기술된 바와 같은 적합한 전자기장에 있을 때 움직이는 요소들을 상부 및 하부 극단 위치로 각각 래치하는 상부 래치 층(402)과 하부 래치 층(404)을 포함한다. 래치 층(402 및 404) 각각은 통상적으로 전극 층과 스페이서 층을 포함한다. 스페이서 층(402 및 404)은 임의의 적합한 유전 물질로부터 일반적으로 형성될 수 있다. 선택사항으로, 페라이트 입자 또는 강자성 입자가 유전 물질에 더해져서 자석층 내의 자석들 간의 바람직하지 않은 상호작용을 감소시킬 수 있다.

도 16은 본 발명의 특정 실시예에 따라 동작하는 적합한 작동 방법의 간략화된 흐름도를 도시한다. 도 16에서 물리적 효과가 발생되며, 상기 물리적 효과의 하나 이상의 속성이 시스템 클록 신호에 따라 주기적으로 샘플링되는 디지털 입력 신호의 하나 이상의 특성에 대응한다. 보이는 바와 같이, 상기 방법은 통상적으로, 가령 자기장 발생기(40)에 의해, 움직이는 요소들(10)의 배열에 가해지는 교번 전자기력에 대한 반응으로 축을 따라 앞뒤로 교대로 이동하도록 각각 강제된 움직이는 요소들(10)의 하나 이상의 배열을 제공하는 단계(단계 150)를 포함한다. 단계(160)에서, 움직이는 요소들(10)의 하나 이상의 하위 세트가 래치(20)에 의해 하나 이상의 래칭 위치에서 래치되고, 이로써, 개개의 움직이는 요소들(10)이 자기장 발생기(40)에 의해 가해지는 전자기력에 반응하는 것을 방지할 수 있다. 단계(470)에서, 시스템 클록 신호가 수신되고, 이에 따라, 움직이는 요소들의 배열에의 전자기력 인가가 제어된다. 단계(480)에서, 디지털 입력 신호가 수신되고, 래칭 단계(160)가 이에 따라 제어된다. 통상적으로, 전술된 바와 같이, 래치(20)는 한 쌍의 층을 포함하고, 각각의 층은 정전형 래치 요소들의 배열을 포함하며, 하나 이상의 공간 유지 층이 정전형 래치 층들을 분리하고 절연 물질로 형성된다. 통상적으로, 래치와 하나 이상의 공간 유지부(space maintainer)가 PCB 생산 기법을 이용하여 제작된다(도 16, 단계 450). 움직이는 요소들의 배열은 통상적으로, 한 쌍의 유전 스페이서 층에 의해 자기층과 이격되어 있는 한 쌍의 전극층 사이에 끼어 있는 자기층(magnetic layer)을 포함한다. 통상적으로, 층들 중 하나 이상의 층이 웨이퍼 본딩 기술, 층 박판 기술, 및/또는 PCB 생산 기술 및/또는 이들 기술의 조합을 이용하여 제작된다(도 16, 단계 455).

도 17a-17b를 다시 참조하면, 도 17a는, 움직이는 요소들(10)이, 선택적으로, 집단적으로 각각 작동될 수 있는 그룹(Gl, G2, ... GN)으로 정렬되는 특정 예시로서, 여기서, 래칭 층 내의 각각의 래치가 통상적으로 영구 자석과 관련되고 모든 영구 자석들의 극이 모두 동일하게 배치되는 이러한 특정 예시에 있어서, 도 13의 래치 제어기(50)에 의한 래치(20)의 제어를 도시하고, 도 13의 제어기(30)에 의한 통상적인 코일-유도 전자기력의 제어를 도시하는 제어 다이어그램이다. 래치는 통상적으로, 각각의 그룹 또는 각각의 그룹 내의 각각의 움직이는 요소에 대하여, 상부 래치와 하부 래치를 포함한다. 그룹Gk(k = 1, ..., N)에 대한 상부 및 하부 래치는 Tk 및 Bk라고 각각 칭한다. 도 17a에서, 두 개의 제어기가 프로세서(802)에서 모두 구현된다.

도 17b는, 도 13의 래칭 제어기(50)가 들어오는 입력 신호(801)를 처리하고, 이에 따라 그룹 내의 움직이는 요소들(10)의 래치(20)를 제어할 수 있는 적절한 방법을 도시하는 흐름도이다. 도 17b에 도시된 실시예에서, 시간 t에서 재-비율-조정된 PCM 신호의 LSB가 1인 경우(단계 816), 이는 그룹(G1)의 스피커 요소들이, 선택된 최종-위치에 있을 수 있음을 나타낸다. 그룹(G1)이 이미 선택된 최종-위치에 있는 경우(단계 817), 어떠한 추가적인 행위도 요구되지 않으나, 그룹(G1)이 아직 선택된 최종-위치에 있지 않은 경우, 래칭 제어기(50)는 전자기장이 위를 향하기를 기다리고(단계 818), 그 후 세트 B1에서 하부 래치를 해제(release)하고, 상부 래치를 세트 T1에 관여시킨다. 이는 또한 필요한 변경을 가하여 모든 그 밖의 다른 모든 그룹(G2, ... GN)에 대한 경우일 수도 있다.

도 17b에서, 위를 가리키는 화살표 또는 아래를 가리키는 화살표가 뒤따르는 기호(Tk 또는 Bk)는 움직이는 요소들의 k'th 그룹의 래치의 상부 또는 하부(T 또는 B 각각)의 래칭 또는 해제(위를 향한 화살표 또는 아래를 향한 화살표 각각)를 의미한다.

도 17c는 본 명세서에서 도시되고 설명된 정전형 래치 메커니즘을 이용하여 작동기 소자 중 임의의 것을 실질적으로 제어하는데 유용한 프로세서(가령, 도 17a의 프로세서(802))의 간략화된 기능 블록도이다. 도 17c의 실시예에서, 단일 프로세서가 전자기장 제어기(30)와 래치 제어기(50) 모두를 구현한다. 전자기장 제어기(30)는, 통상적으로 구형파이고 동일한 주파수 및 위상을 갖는 사인파를 생성하는 시스템 클록(805)을 통상적으로 수신하여, 이를 작동 신호로서 코일(40)에 제공할 수 있다. DSP(810)는, 예를 들어, Texas Instruments로부터 상업적으로 입수 가능한 적절하게 프로그래밍된 TI 6000 digital signal processor를 포함할 수 있다. DSP(810)를 위한 프로그램은 적합한 메모리 칩(820)(가령, 플래시 메모리)에 존재할 수 있다. 래치 제어기(50)는, 래치 제어 동작의 하나 이상의 모드에서, 코일(40)에 의해 가해지는 전자기력에 반응하여 자유롭게 진동하는 움직이는 요소들의 개수가 디지털 입력 신호로 코딩된 사운드의 세기에 실질적으로 비례하게 설정하도록 기능한다.

전자기장 제어기(30)는 통상적으로, 움직이는 요소들(10)의 전체 배열을 통상적으로 둘러싸는 코일(40)로의 교류 전류 흐름을 제어하고, 따라서, 전체 배열에 걸쳐 자기장을 형성 및 제어할 수 있다. 특정 실시예에서, 전력 증폭기(811)가 이용되어 코일(40)로의 전류를 증가시킬 수 있다. 전자기장 제어기(30)는 통상적으로 교번 전자기력을 발생시키고, 이러한 전자기력의 교번(alternation)이 시스템 클록(805)과 동위상이다.

래치 제어기(50)는 디지털 입력 신호(801)를 수신하고, 이에 따라 래칭 메커니즘(20)을 제어하도록 기능한다. 통상적으로, 개개의 움직이는 요소(10) 각각이 클록 당 많아야 한 번의 변환을 수행하는데, 즉, 한 지정 클럭 동안, 각각의 움직이는 요소는, 자신의 하부 위치로부터 상부 위치까지 이동할 수 있고, 또는, 자신의 상부 위치로부터 하부 위치까지 이동할 수 있으며, 또는, 이러한 두 위치 중 어느 하나에 남아있을 수도 있다. 본 발명의 특정 실시예에 따라, 움직이는 요소들(10)의 적절한 최종 위치에 이들을 보유하는 것이 래칭 제어기(50)에 의해 영향을 받는다.

바람직하게, 래칭 제어기(50)는 본 명세서에서 "제어된 그룹"이라 불리는 그룹 내의 움직이는 요소들에 작용한다. 움직이는 요소들의 임의의 지정 그룹 내의 모든 움직이는 요소들이 그들의 상부 위치로, 또는 그들의 하부 위치로 래치되거나, 또는 래치되지 않는다. 바람직하게, "제어된 그룹"이 시퀀스(Gl, G2, ...)를 형성하고, 각각 제어된 그룹(Gk) 내의 스피커 요소들의 개수가 (k-1)의 승값까지의 정수(가령, 2)이며, 이로써, 임의의 지정 개수가 가령 2 또는 10 또는 또 다른 적합한 정수의 승값의 합으로서 표현될 수 있기 때문에 임의의 원하는 개수의 스피커 요소들이 동작(위, 아래, 또는 전혀 래치되지 않음)하도록 할 수 있다. 스피커 요소들의 총 개수가 2의 정수승 값(N)(가령, 2047)보다 1이 작게 선택되는 경우, 스피커 요소들의 총 수를 N이라 이름지어진 정수 개의 제어 그룹으로 분할하는 것이 가능하다. 예를 들어, 2047 개의 스피커 요소들이 있는 경우, 시퀀스(Gl, G2, ...) 내의 제어된 그룹의 개수는 11 개이다.

이러한 실시예에서, 재-비율-조정된 PCM 신호의 개개의 임의의 값이 2의 정수승 값의 합으로 표현될 수 있기 때문에, 적절한 제어된 그룹의 모든 구성원들을 선택된 최종-위치로 집단적으로 가져감으로써 적절한 개수의 스피커 요소들이 상기 선택된 최종-위치에 언제나 놓일 수 있다. 예를 들어, 시간 t에서 재-비율-조정된 PCM 신호의 값이 100인 경우, 그렇다면 100 = 64 + 32 + 4이므로, 그룹(G3, G6 및 G7)은 다함께 정확히 100 개의 스피커 요소들을 포함하고, 따라서, 시간 t에서, 이러한 세 그룹의 모든 구성원들이 선택된 최종 위치(가령, "위" 또는 "상부" 위치)에 집단적으로 놓이고, 이와 동시에, 이들 세 그룹을 제외한 모든 그룹들의 모든 구성원들은 선택되지 않은 최종 위치(가령, "아래" 또는 "하부" 위치)에 집단적으로 놓인다. 각각의 움직이는 요소가 하부 및 상부 래치를 가진다는 것이 이해되며, 이들 래치 각각은 움직이는 요소를 "아래" 및 "위" 위치로 각각 래치하는데 관련되는 적절한 지역 정전기력을 선택적으로 인가함으로써 통상적으로 생성된다. 그룹(Gk) 내의 스피커 요소들의 하부 및 상부 래치의 세트가 각각 Bk 및 Tk 래치라고 불린다.

도 17d는 도 13-17c의 장치를 초기화하는데 적합한 방법의 간략화된 흐름도이다. 도 17d의 방법에 따라, 움직이는 요소들(10)의 배열이, 움직이는 요소들의 배열 내의 각각의 움직이는 요소(10)를 하나 이상의 래칭 위치로 가져오는 단계를 포함하는 초기 운동에 놓인다. 본 명세서에서 기술된 바와 같이, 상부 및 하부 래칭 위치 모두가 각각의 움직이는 요소(10)에 대해 통상적으로 제공되며, 이러한 경우에서, 배열 내의 각각의 움직이는 요소를 하나 이상의 래칭 위치로 가져오는 단계는 통상적으로 배열 내의 움직이는 요소들의 제 1 하위 세트를 그들의 상부 래칭 위치로 가져오는 단계를 포함하고, 배열 내의 나머지 모든 요소들을 그들의 하부 래칭 위치로 가져오는 단계를 포함한다. 제 1 및 제 2 하위 세트는, 제 1 및 제 2 하위 세트의 움직이는 요소들이 그들의 상부 및 하부 래칭 위치에 각각 있는 경우, 제 1 하위 세트의 움직이는 요소들(10)에 의해 변위되는 유체(가령, 공기)에 의해 생성되는 총 압력이 제 2 하위 세트의 움직이는 요소들에 의해 변위되는 유체(가령, 공기)에 의해 생성되는 총 압력의 크기와 동일하고 방향이 반대이도록 선택되는 것이 바람직하다.

움직이는 요소들(10)은 통상적으로 미리 지정된 극성을 갖는 전하를 띠고 있고, 움직이는 요소들 각각은 개개의 자연 공진 주파수를 정의하며, 이들 공진 주파수는 생산 공차로 인해 그 밖의 다른 움직이는 요소들의 공진 주파수와는 약간 다른 경향이 있고, 따라서 움직이는 요소들의 배열에 대하여 가령, 42 - 46 KHz의 자연 공진 주파수 범위를 정의할 수 있다. 본 명세서에서 기술된 바와 같이, 일반적으로, 움직이는 요소들(10)을 상부 및 하부 래칭 위치로 각각 래치하도록 기능하는 제 1 및 제 2 정전형 래칭 요소들이 제공되며, 움직이는 요소들의 배열을 운동에 놓는 단계가 이하를 포함한다(도 17d).

단계(850): 극과 반대인 극성을 갖는 제 1 하위 세트에 포함되는 각각의 움직이는 요소의 제 1 (상부 또는 하부) 정전형 래치를, 상기 래치와 마주보는 움직이는 요소에서 충전시킨다. 제 1 및 제 2 하위 세트는 움직이는 요소들의 총 개수의 50%를 각각 포함할 수 있다.

단계(855): 극과 반대인 극성을 갖는 제 2 하위 세트에 포함되는 각각의 움직이는 요소의 제 2 (하부 또는 상부) 정전형 래치를, 상기 래치와 마주보는 움직이는 요소에서 충전시킨다.

단계(860): 전술된 바와 같이, 움직이는 요소들은 특정 자연 공진 주파수(fr)를 갖도록 설계된다. 설계 툴에는 FEA(finite elements analysis), 소프트웨어와 같은 컴퓨터를 이용한 모델링 툴이 포함될 수 있다. 단계(860)에서, 움직이는 요소들이 배치되는 전자기장의 교번의 타이밍을 결정하는 시스템 클록의 주파수(f_CLK)가, 가장 낮은 자연 공진 주파수(f_min로 언급되며, 실험적으로 또는 컴퓨터-이용 모델링에 의해 통상적으로 결정됨)를 갖는 배열 내의 움직이는 요소의 자연 공진 주파수로 설정된다.

단계(865-870): 시스템 클록 주파수는 그 후, 시스템 클록 주파수가 가장 높은 자연 공진 주파수(f_max로서 언급되고, 실험적으로 또는 컴퓨터-이용 모델링에 의해 통상적으로 결정됨)를 갖는 배열 내의 움직이는 요소의 자연 공진 주파수에 도달할 때까지, f_min의 초기 값에서부터 Δf에 의해 구획되는 후속 주파수 값까지 단조적으로 증가될 수 있다. 그러나, 대안적으로 시스템 클록 주파수가 f_max에서부터 f_min까지 단조적으로 감소될 수 있고, 또는, 비-단조적으로 달라질 수도 있음이 이해된다.

움직이는 요소(10)가 자신의 자연 공진 주파수(fr)에서 여기(excite)되는 경우, 움직이는 요소는 이하에서 A_max라 불리는 특정 최대 진폭에 도달할 때까지 모든 사이클에서 자신의 진폭을 증가시킨다. 통상적으로, 움직이는 요소가 A_max에 도달하는데 요구되는 지속 시간(Δt)이 설정(set-up) 동안 기록되고, 초기화 시퀀스 동안 가해지는 자기력은, 움직이는 요소가 유휴 상태에서 상부 또는 하부 래치 중 하나로 이동하는데 필요한 간격보다 A_max가 두 배만큼 크도록 선택된다.

Q 인자 즉, 품질 인자는 알려진 인자이며, 이러한 품질 인자는, 진동하는 물리적 시스템의 진폭의 감쇠에 대한 시간 상수를 상기 시스템의 진동 주기와 비교한다. 등가적으로, 품질 인자는, 시스템이 진동하는 주파수와, 시스템이 시스템의 에너지를 소산시키는 속도를 비교한다. 비교적 높은 Q는 진동 주파수에 비하여 비교적 낮은 에너지 소산 속도를 나타낸다. 바람직하게, 움직이는 요소들의 Q 요인은 계산적으로 또는 실험적으로 결정된다. 결정된 Q 요인은, 진폭이 A_max의 50%까지로 떨어지기 전에, 주파수(f_CLK)가 f_r로부터 얼마나 멀리 떨어질 필요가 있는지를 나타낸다(가능한 두 개의 값, 하나는 f_r 미만, 나머지 하나는 f_r 초과). 가능한 두 개의 값 사이의 차이가 Δf이다.

위의 단계들의 결과로서, 교번 극성의 전자기력의 시퀀스가 움직이는 요소들의 배열에 적용된다. 동일한 극성의 힘의 연속적인 인가 사이의 시간 간격이 시스템 클록에서 유도된 변화로 인해 시간에 따라 달라지고, 이로써, 시퀀스에 대하여 변화하는 주파수 레벨을 정의할 수 있다. 이는, 임의의 시간 t에서, 모든 움직이는 요소들의 진동의 진폭의 증가의 결과를 가져오며, 이러한 요소들의 개개의 자연 공진 주파수는 시간 t에서의 주파수 레벨과 충분히 유사하다. 주파수 레벨은, 자연 공진 주파수가 현재 주파수 레벨과 유사한 움직이는 요소들의 세트 S가, 움직이는 요소들의 세트 S의 진동의 주파수 증가를 중지하도록 전자기장 교번(alteration) 주파수 레벨이 상기 요소들의 자연 공진 주파수와 매우 유사하지 않게 되기 전에 래치되도록 상기 세트 S를 활성화하기 위하여 충분히 천천히 달라진다(즉, 모든 반복에서 동일하거나 동일하지 않을 수 있는 적절한 간격 Δt 이후에만). 통상적으로, 초기화 시퀀스(단계 872)의 마지막에서, 시스템 클록(f_CLK)은, 통상적으로 배열 내의 움직이는 요소들의 평균 또는 중위수 자연 공진 주파수인 미리 지정된 시스템 주파수(즉, 44KHz)로 설정된다.

움직이는 요소들의 자연 공진 주파수의 범위를 결정하는 한 방법은, 진동계를 이용하여 움직이는 요소들의 배열을 실험하고 서로 다른 주파수에서 상기 배열을 여기시키는 것이다.

도 18a-18d를 다시 참조하면, 도 18a는 본 발명의 특정 실시예에 따라, 움직이는 요소들(10)에 영향을 미치도록 된 여러 힘들을 개괄하는 그래프이다. 도 18b는 본 발명의 특정 실시예에 따라 구성되고 동작하는 층을 유도하고, 유전성 기판(2605)에 박혀 있는 하나 이상의 굽은 전도성 요소(2600)를 포함하며, 통상적으로 채널(2610)의 배열 사이를 감싸도록 구성된 전자기장 구배의 간략화된 그림을 도시한다. 통상적으로, 도 18b의 전도성 층의 주변부를 따라 채널(2610)이 존재하지 않아, 주변부에 인접한 채널 내에 유도된 구배가 전도성 층의 중심에 인접한 채널에서 유도된 구배와 실질적으로 동일하다.

도 18b의 층이 전술된 스페이서 층과 이격되어 있는 경우, 도 18b의 층 내의 채널은 후술되는 스페이서 층의 연장으로서 반대로 배치된다. 채널(2610)의 횡단 치수(가령, 직경)가 스페이서 층의 채널의 직경과 다를 수 있다. 대안적으로, 도 18b의 층은 스페이서 층과, 층을 유도하는 자기장 모두의 기능을 할 수 있고, 이러한 경우에서, 도 18b의 채널(2610)은 정확히, 전술된 스페이서 층 채널이다. 간결함을 위해, 스페이서 층의 일부를 형성하는 전극이 도 18b에 도시되지 않음이 이해된다.

도 18c 및 18d는 도 18b의 전도성 층의 자기장 구배 유도 기능을 도시한다. 도 18c에서, 굽은 요소(2600)를 통해 흐르는 전류가 화살표(2620)에 의해 표시된다. 최종 자기장의 방향이, 최종 자기장이 페이지의 내부와 외부를 각각 가리키는 표시 장소인 X의 점(2630) 및 둥글게 에워싸인 점(2640)에 의해 표시된다.

도 19를 다시 참조하면, 지지 프레임 내에서 지지되는 작동기의 등각 배열이, 개개의 작동기 배열의 활성 영역의 총합인 활성 영역을 제공한다. 바꾸어 말하면, 도 19에서, 단일의 작동 소자 대신에 복수의 작동 소자가 제공된다. 이러한 소자들은 동일할 필요가 없으며, 각각 서로 다른 특성(가령, 서로 다른 클록 주파수, 서로 다른 작동기 소자 크기, 및 서로 다른 변위, 단 이에 한정되는 것은 아님)을 가질 수 있다. 이러한 소자들은 구성 요소(가령, 코일(40) 및/또는 자기장 제어기(30) 및/또는 래치 제어기(50), 단 이에 한정되는 것은 아님)를 공유할 수도 있고 아닐 수도 있다.

"활성 영역"이라는 용어는 각각의 배열 내의 모든 작동기 요소들의 횡단 영역의 총합을 가리킨다. 일반적으로, 본 발명의 특정 실시예에 따라 구성되고 동작하는 사운드 볼륨의 범위(또는, 스피커 이외의 일반적인 작동기, 이득에 대하여)가 종종 활성 영역에 의해 제한된다. 더욱이, 생성될 수 있는 사운드 볼륨의 분해능이, 제공되는 작동기 요소들의 개수에 비례하며, 사운드 볼륨의 이득이 활성 영역에 의해 종종 제어된다. 통상적으로, 가령, 각각의 작동기 배열이 웨이퍼 상에 존재하는 경우, 각각의 작동기 배열의 크기에 실질적인 제한이 존재한다.

스피커가 헤드폰의 역할을 하기 위한 것인 경우, 필요한 사운드 볼륨 중 비교적 좁은 범위만이 제공된다. 가정 스피커가 통상적으로 중간 사운드 볼륨 범위를 요구하고, 대중 연설 스피커가 통상적으로 넓은 사운드 볼륨 범위를 가진다(가령, 대중 연설 스피커들의 최대 볼륨이 120dB일 수 있음). 스피커 응용예는 또한, 스피커에 이용 가능한 물리적 공간의 양이 다르다. 마지막으로, 특정 응용예를 위한 사운드 볼륨의 분해능은 원하는 사운드 품질에 의해 결정되나(가령, 휴대용 전화기는 통상적으로 높은 사운드 품질을 요구하지 않음), 공간이 제한되어 있다.

본 발명의 특정 실시예에 따라, 움직이는 요소들 상의 자석의 층이 자화되어, 요소들의 움직임의 방향을 제외한 방향으로 분극됨으로써, 원하는 요소 이동 방향으로 정렬되는 전자기장 구배를 따라 최대 힘을 획득할 수 있다.

본 발명의 특정 실시예의 특정한 특징은, 움직이는 요소들에 인가되는 장(field)이 자성이고 이에 따라 움직이는 요소들과 자기장을 생성하는 전류 사이의 거리에 반비례하는 속도로 감쇠되기 때문에, 움직이는 요소들에 의해 수행되는 운동의 스트로크가 비교적 길다. 이와 반대로, 움직이는 요소들과 정전기장을 생성하는 전기 전하 사이의 거리의 제곱에 반비례하는 속도로 전기장이 감쇠된다. 움직이는 요소들에 의해 획득되는 긴 스트로크의 결과로써, 획득되는 속도가 증가되고, 따라서, 움직이는 요소의 고속도 운동에 의해 생성되는 공기압력이 증가되기 때문에, 획득될 수 있는 사운드의 세기가 증가한다.

본 명세서에서 구체적으로 도시된 실시예는, 가령, 움직이는 요소들이 모두 동일한 크기일 필요가 없고, 움직이는 요소들의 그룹 또는 개별적으로 작동되는 경우 개개의 움직이는 요소가 동일한 클록을 이용해 동일한 공진에서 동작할 필요가 없으며, 움직이는 요소들이 변위의 동일한 진폭을 가질 필요도 없다는 의식에 제한하려는 의도가 아님이 이해된다.

본 명세서에서 도시되고 기술된 스피커 소자는 통상적으로 사운드를 발생시키도록 기능하며, 이러한 사운드의 세기가 입력 디지털 신호로 코딩된 세기 값에 대응한다. 임의의 적합한 프로토콜(가령, PCM 또는 PWM(SACD) 프로토콜, 단 이에 한정되는 것은 아님)이 이러한 입력 디지털 신호를 발생시키는데 이용될 수 있다. 대안적으로, 또는 이에 더하여, 이러한 스피커 소자는 압축된 디지털 프로토콜(가령, ADPCM, MP3, AAC, DTS, 또는 AC3)을 지원할 수 있고, 이러한 경우에서, 디코더가 통상적으로, 압축된 신호를 압축되지 않은 형태(가령, PCM)로 변환한다.

본 명세서에서 도시되고 기술된 실시예 중 임의의 실시예에 따른 디지털 확성기의 설계가 특정-용도 컴퓨터 모델링 및 시뮬레이션에 의해 용이해질 수 있다. 사운드의 세기 계산은 가령, 유체 동적 유한-요소 컴퓨터 모델링 및 경험주의 실험을 이용하여 전통적으로 수행될 수 있다.

일반적으로, 더 많은 스피커 요소들(움직이는 요소들)이 제공됨에 따라, 동적 범위(생성될 수 있는 가장 큰 볼륨과 가장 작은 볼륨 사이의 차이)가 좀 더 넓어지고, 왜곡(입력 신호와 닮은 사운드가 적음)이 좀 더 작아지며, 주파수 범위가 좀 더 넓어진다. 다른 한편으로는, 더 적은 스피커 요소들이 제공되는 경우, 장치는 좀 더 작아지고, 비용이 더 적어진다.

일반적으로, 움직이는 요소들이 더 큰 직경을 갖는 경우, 활성 영역과 비활성 영역 사이의 비(채움 인자(fill factor))를 향상시키고, 임의로, 진동 변위가 동일하게 유지된다고 가정하는 경우, 굴곡에 대하여 더 적은 응력(stress)이 존재하며, 이는 설비에 대하여 더 긴 수명 기대치로 전환한다. 다른 한편으로, 움직이는 요소들이 작은 직경을 갖는 경우, 더 많은 요소들이 유닛 영역마다 제공되고, 더 적은 질량으로 인해, 원하는 움직임을 발생시키기 위해 더 적은 전력이 요구된다. 일반적으로, 움직이는 요소들의 진동 변위가 큰 경우, 지정 크기의 배열에 의해 더 큰 볼륨이 생성되고, 반면 동일한 수량이 적은 경우, 굴곡에 대하여 더 작은 응력이 존재하며, 만약 있다면, 전력 요구치가 더 낮아진다.

일반적으로, 샘플링율이 높은 경우, 생성 가능한 가장 높은 주파수는 높고, 가청 노이즈는 감소된다. 한편, 샘플링율이 낮은 경우, 만약 있다면, 굴곡에 대한 가속, 힘, 응력 및 전력 요구치가 더 낮아진다.

예를 들어, 2002년 6월 11일에 등록되고 Texas Instruments에 양도된 David Thomas의 미국 특허 제6,403,995로와, Diamond Brett M.의 "Digital sound reconstruction using array of CMOS-MEMS micro-speakers"와, 변환기 '03, 고체 상태 센서, 작동기 및 마이크로 시스템에 대한 2003년 6월 8-12일, 보스턴 12^th 국제 컨퍼런스서 도시되고 기술된 것들을 포함할 수 있는 종래의 직접 디지털 스피커, 또는 도 13-19에서 도시된 것과 같은 직접 디지털 스피커를 이용하여, 원하는 사운드 스트림에 대한 원하는 지향성 패턴을 획득하기에 적합한 시스템에 대한 일반적으로 설명이 필요 없는 기능 블록도를 도시하는 도 20a-20b에 대한 참조가 이루어진다.

도 13의 직접 디지털 스피커가 원하는 사운드 스트림에 대한 원하는 지향성 패턴을 획득하기 위해 사용되는 경우, 통상적으로, 도 20a의 블록(3020, 3030 및 3040)이 도 13의 블록(20, 30 및 40)을 각각 포함하고, 블록(3050)이, 가령, 도 21과 관련해 본 명세서에서 도시되고 기술된 바와 같이, 블록(3050)의 클록-당 동작을 구현하도록 프로그래밍된, 도 13의 래치 제어기(50)를 포함한다.

도 21은, 본 발명의 특정 실시예에 따라, 도 20a-20b의 움직이는 요소 제약 제어기(3050)의 클록-당 동작의 간략화된 흐름도이다.

단계(3100)는 현재 클록 동안 얼마나 많은 움직이는 요소들이 이동해야 하는지를 결정한다. 통상적으로, 그리고 도 13-19와 관련해 전술된 바와 같이, 지정 클록 동안 움직이기 위한 움직이는 요소들의 개수는 상기 지정 클록 동안, 가령, 도 17b의 재-샘플링기(814) 및 비율-조정기(815)와 관련해 전술된 바와 같이 적절하게 표준화된 입력 신호의 세기에 일반적으로 비례한다.

단계(3200)는 일부 실시예에서, 공장 설정(set up) 동안 도 20a-20b의 제약 제어기(3050)의 메모리로 통상적으로 로드되는 적합한 움직이는 요소 선택 LUT를 이용하여, 현재 클록 동안 어떤 움직이는 요소들이 이동되어야 하는지 결정한다. 이러한 각각의 LUT는 통상적으로, 특히 배열 크기와 배열이 경사졌는지 아닌지를 고려하는 특정 움직이는 요소 배열에 대해 만들어진다. 획득하도록 요구되는 각각의 지향성 패턴이 통상적으로 자기 고유의 LUT를 필요로 한다.

단계(3300)는 지연의 양을 결정하고, 이러한 지연의 양을 갖고 도 20a-20b의 움직이는 요소 배열(3010 또는 3012)의 움직이는 요소 각각을 동작시킨다.

단계(3200)가 지금부터 자세히 기술된다. 단계(3200)를 수행하기에 적합한 방법이 지금부터 기술된다. 단계(3200)는 통상적으로, 배열 내의 압력-생성 요소에 일대일 대응하는 셀들을 갖는 LUT(룩업 테이블)를 이용한다. 예를 들어, 배열이 장방형의 100 x 200 압력-생성 요소들을 포함하는 경우, LUT는 100 x 200 셀을 가질 수 있다. 각각의 셀은 1과, 압력-생성 요소들의 총 개수(가령, 도시된 예시에서의 2000) 사이의 독특하게 나타나는 정수를 보유한다. 따라서, LUT는 하나의 서수를 배열 내의 각각의 압력-생성 요소에 할당한다. LUT가 메모리에서 정수 파라미터(P)와 관련되며, 상기 정수 파라미터는 두 동작 구성 중에서 제 1 동작 구성에 현재 존재하는 압력-생성 요소들의 개수의 표시를 저장하며, 이러한 개수의 표시는 두 동작 구성 간의 압력-생성 요소의 전환이 본 발명의 장치가 배치되어 있는 매질(가령, 공기)에서 압력을 생성한다는 것을 특징 짓는다. 일부 실시예에서, 요소들이 제 2 구성으로부터 제 1 구성으로 이동하는 것에 대립하는 것으로서, 요소들이 제 1 구성으로부터 제 2 구성으로 이동하는 경우, 반대 방향의 압력이 획득된다. 그 밖의 다른 실시예에서, 요소들이 제 1 구성에 있는 한 압력이 획득되고, 요소들이 제 2 구성에 있는 경우 어떠한 압력도 획득되지 않는다.

통상적으로, P는, 전술된 바와 같은 설정 동안 초기화되고, 그 후, 단계(3100)에 의해 각각의 클록에서의 현재 값이 할당된다. 동일한 클록에서 바로 그 다음 단계(3200)에서, P 개의 압력-생성 요소들이 그들의 제 1 동작 구성에 이르고, N-P 개의 압력-생성 요소들이 그들의 동작 구성에 이르며, 여기서, N은 배열 내의 압력-생성 요소들의 개수이다. 제 1 동작 구성에 있도록 선택된 P 개의 요소들은 LUT에 의해 결정된 바와 같은 서수가 P보다 작은 요소들이다. 동작 가능한 제 2 구성에 있도록 선택된 N-P 개의 요소들은 LUT에 의해 결정된 바와 같은 서수가 P와 동일하거나 또는 그보다 큰 요소들이다.

이들 구성 중 하나, 이를테면 제 1 구성이 통상적으로 "양"의 구성으로 임의적으로 고려되고, 그 밖의 다른 구성, 이를테면 제 2 구성이 "음"의 구성으로 고려된다. 대안적으로, 일부 실시예에서, 구성들 중 특정한 한 구성을 양의 구성이도록 선택하는 물리적 이유가 있을 수 있다. 압력-생성 요소가 제 2 구성으로부터 상기 제 1 구성으로 이동할 때 생성되는 압력이 "양의 압력"이라 불리고, 압력-생성 요소가 제 1 구성으로부터 상기 제 2 구성으로 이동할 때 생성되는 압력이 "음의 압력"이라 불린다. 하나의 구성으로부터 나머지 다른 하나의 구성으로의 단일 전환에 의해 생성되는 압력이 본 명세서에서 압력 "펄스"라 불린다. 설정 동안, 파라미터(P)는 일반적으로, 배열 내의 압력-생성 요소의 개수(가령, 현재 예시에서 10000)의 절반과 동일한 지정된 초기 값이다. 배열은 그 후, LUT에 의해 결정되는 서수가 P보다 작은 각각의 압력-생성 요소가 이들의 제 1 구성에 이르고, 나머지 압력-생성 요소들이 이들의 제 2 구성에 이르도록 초기화된다. 1에서부터 N까지의 정수를 저장하는, 배열 내의 N 개의 압력 생성 요소들에 일대일 대응하는 셀들을 갖는 적절한 LUT(룩업 테이블)가 다음과 같이 생성될 수 있다.

LUT 품질에 대한 기준이 첫째로 결정되고, 이러한 기준은 특정-용도일 수 있다. LUT 품질에 적합한 하나의 기준이 지금부터 기술된다.

1과 N 사이의 범위를 갖는 전도성 정수들의 가능한 모든 하위 집합의 목록이 준비되어 있다. 현재 예시에서, 두 개의 정수를 포함하는 모든 하위 세트에 대하여, 제 1 하위 세트(이하에서, S2₁이라 칭함)가 2 개의 정수(1 및 2)를 포함하고, 제 2 하위 세트(S2₂)가 정수(2 및 3)를 포함한다. 마지막 2-요소 하위 세트(S2₁₉₉₉₉)가 정수(19999 및 20000)를 포함한다. 이러한 목록은 또한 모든 가능한 3-요소 하위 세트, 상기 예제에 계속하여, S3₁(정수 1, 2, 3을 포함함), S3₂(정수 2, 3, 4를 포함함), ... S3₁₉₉₉₈(정수 19998, 19999, 20000)를 포함한다. 상기 목록은 또한, 4-요소 하위 세트, 5-요소 하위 세트 등을 포함한다. 마지막 하위 세트(S20000₁)가 모든 20000 개의 요소들을 포함한다. 일반적으로, i에서 시작하는 K 개의 정수를 포함하는 하위 세트가 SK_i라 이름붙여진다. N 개의 셀을 포함하는 LUT에 있어서, 가능한 하위 세트의 개수(M)가 M=(N-l)*N/2과 동일하다.

각각의 하위 세트(SK_i)에 있어서, 좌표가, 현재 LUT를 따라 서수가 i, i+1, ... i+k-1가 되는 압력-생성 요소들의 위치를 나타내도록 좌표 세트가 정의된다((X_i,Yi), (X_i+1,Y_i+1), ...(X_{i +K- i},Y_{i +K-i})).

각각의 하위 세트(SK_i)에 있어서, 가령, 분석적 또는 분수 계산 방법을 이용하여, 적합한 컴퓨터 시뮬레이션 애플리케이션(가령, 매틀랩, MatCAD, 매스매티카(Mathematica))을 통상적으로 이용하여, 전파 각도(θK_i)가 계산된다. 음파의 전파 각도는, 모두가 시스템 샘플링율과 동일한 주파수(가령, 44100Hz)에서 동일한 위상의 정현파를 생성하는, 위치((X_i,Y_i), (X_i+1,Y_i+1), ...(X_{i +K- 1},Y_{i +K-1}))에 배치된, K 개의 간섭성 파원에 대하여 계산된다.

"하위 세트의 전파 각도"가 다음과 같이 정의된다. 각각의 하위 세트는 압력-생성 요소들의 하위 세트에 대응한다. 압력-생성 요소들의 배열의 질량의 중심을 통과하고, 요소들의 주표면에 수직인 기준 축이 정의된다. 사운드가 기준 축을 따라 압력-생성 요소들의 배열로부터 후퇴하기 때문에, 압력-생성 요소들의 하위 세트에 의해 발생되는 사운드의 세기가 최대치에 접근한다. 따라서, 하위 세트에 대한 최대 세기가, 기준 축 상에 있고 배열로부터 충분히 떨어져 있는 장소 L에서의 세기를 측정함으로써 정의되어, 장소 L과 하위 세트의 압력-생성 요소들 각각의 거리 사이의 차이가 시스템 클록과 관련되는 파장(λ)보다 (가령, 1/10까지)작다는 것을 보장할 수 있다. 기준 축을 포함하는 하나 이상의 기준 평면이 정의된다. 무한 개의 이러한 기준 평면이 존재한다는 것이 이해된다. 초점 축이 정의되는 원통형 전파 응용예에 있어서, 초점 축을 포함하는 기준 축을 선택한다. 또한, 이러한 기초 위에 구성된 LUT가 통상적으로 무지향적 응용예에 적합하다는 것이 이해된다. 본 명세서에서 기술된 바와 같이 초점이 정의되는 전파 응용예에 있어서, 초점을 포함하는 기준 평면을 선택한다. 둘 이상의 이러한 기준 평면이 존재하는 경우, 상호간에 수직인 두 개의 이러한 기준 평면을 선택한다.

하위 세트의 전파 각도(본 명세서에서 θK_i라 칭함)가, 이하와 같이, 하위 세트에 대해 선택된 각각의 기준 평면에 대해 정의된다. 기준 평면 내에 가상의 원을 정의하며, 상기 가상의 원의 중심이 기준 축과 배열의 주표면 사이의 교차점에 있고, 상기 가상의 원의 반경이 L과 배열의 주표면 사이의 거리이다. 기준 축의 양 측면 상의 원의 원주 상에 두 장소를 선택하며, 상기 장소에서, 압력-생성 요소들의 하위 세트에 의해 발생되는 사운드의 세기가 L에서 측정된 최대 세기의 절반이다. 원의 중심을 이러한 두 장소에 각각 연결하는 두 반경 사이에서 정의되는 각도가 상기 기준 평면에 대한 하위 세트의 전파 각도라고 불린다. 하위 세트가 전술된 바와 같은 두 개의 수직 기준 평면을 가지는 경우, 두 전파 각도의 단순 평균 또는 가중치 평균이 계산되어 하위 세트에 대한 단일한 전파 각도(θK_i)를 획득할 수 있다. 특정 기준 평면(가령, 수직(vertical) 평면)에 걸친 지향성 패턴이 그 밖의 다른 연직(perpendicular) 기준 평면보다 좀 더 중요한 경우, 더 큰 가중치가 좀 더 중요한 평면에 할당된다. 예를 들어, 특정 응용예에서, 가장 중요한 고려 사항은 원하지 않는 노이즈가 서로 다른 플로어(floor)의 장소들에 도달하는 것을 방지하기 위한 것일 수 있고, 이러한 경우에서, 수직(vertical) 기준 평면이 수평 기준 평면보다 좀 더 무겁게 가중될 것이다. 특정 LUT의 "최상(best-ness)"에 적합한 기준의 예시가 다음과 같다.

LUT_score = 1/[(모든 θK_i의 평균) x (모든 θK_i의 표준 편차)]

가장 적합한 LUT를 결정하기 위하여, 컴퓨터 시뮬레이션을 이용하여 가능한 모든 순열(즉, 가능한 모든 N-셀 LUT)을 시험 및 평가할 수 있고, 그 중에서 최고의 하나를 선택할 수 있다.

LUT의 개수(각각은 N 개의 셀을 포함)가 N!(N 팩토리얼)이다. N이 충분히 큰 경우, 가능한 모든 LUT(즉, LUT 셀 내의 정수들의 가능한 모든 순열)를 시험 및 평가하는 것은 비현실적이다. 그런 이유라면, 더 적은 개수의 LUT 순열이 가령 랜덤으로 선택될 수 있고, 그 중에서 최고의 하나가 선택된다.

대안적으로, 설정 동안 저장된 고정 LUT에 의지하지 않고 단계(3200)가 수행될 수 있다. 대신에, 제 2 동작 구성에 현재 존재하는 압력-생성 요소들의 세트 중에서 P_t-P_t-1 요소들의 최고 하위 세트를 선택함으로써, 활성화될 P_t-P_t-1 압력-생성 요소들의 세트가 선택될 수 있다. 이는, P_t-P_t-1 요소들의 가능한 각각의 하위 세트에 대한 전파 각도(θ)를 추정하고, 원하는 전파 패턴에 가장 잘 부합하는 하위 세트를 선택함으로써 이루어질 수 있다.

P_t는 P의 현재 값을 가리키고, P_t-1은 이전 시스템 클록에서 P의 값을 가리킨다.

더욱이, 지향성 패턴이 중요하지 않은 이러한 응용예에서, 압력-생성 요소들의 임의의 세트를 이용하여 입력 신호에 의해 결정되는 일시적 압력 패턴을 획득할 수 있다.

도 20a-20b의 움직이는 요소 배열(3010 또는 3012)의 움직이는 요소들 각각이 지연(delay)의 양을 갖고 동작하는, 상기 지연의 양이 계산되는 단계(3300)에서, 스피커에 의해 발생되는 사운드의 지향성을 결정한다. 가능하다면, 전파의 원하는 지향성의 함수로서, 움직이는 요소 배열을 선택 사항으로 위치 설정하기에 적합한 방법 및 공식, 그리고, 전파의 원하는 지향성의 함수로서 또한 지연을 계산하기에 적합한 방법 및 공식이, 본 명세서에서 무지향적, 원통형 및 단지향적이라 칭하는 세 가지 예시적 전파 패턴에 대하여 지금부터 기술된다. 여기에서 특히 논의되는 세 전파 패턴은 단지 예시로서 논의된다는 것이 이해된다.

함께 취해지는 도 22a-22b에서, 무지향적 사운드 즉, 본 명세서에서 무지향적 사운드의 "초점"이라 불리는 지정 포인트 장소로부터 3차원 공간을 통과해 외부로 전파하는 사운드가 획득되기를 바라는 경우의 단계(3300) 수행의 해법의 간략화된 예시를 기술한다. 구체적으로 말하면, 도 22a는 초점(3400)을 갖는 무지향적 전파 패턴의 간략화된 다이어그램이고, 도 22b는 도 22a의 원하는 무지향적 사운드 전파 패턴의 초점에 대하여 움직이는 요소의 적절한 위치 설정의 다이어그램이다. 도시된 실시예에서, 도 20a-20b의 블록(2010 또는 3012)에서 일반적으로 참조되는 움직이는 요소들의 배열이, 단지 예시로서, l4 x 21 움직이는 요소들의 통상적으로 경사지지 않은 배열(3410)을 포함한다. 보이는 바와 같이, 움직이는 요소들의 배열이, 도 22b에 도시된 바와 같이, 움직이는 요소들의 배열의 기하학적 중심(11^th 열에서, 7^th 및 8^th 행 사이에 위치됨)이 도 22a에서 보이는 바와 같이 무지향적 패턴을 나타내는 동심원의 중심에 위치되는 무지향적 패턴의 초점(3400)과 일치하도록 위치되는 것이 바람직하지만 반드시 위와 같이 위치되어야 하는 것은 아니다. 배열의 중심은 또한, 움직이는 요소 배열(3410)의 평면상의 무지향적 패턴의 초점의 투영 부위에 위치될 수 있다. 배열이 도시된 대로 위치될 필요는 없고, 대신에 임의의 적합한 장소(가령, 사용자에 의해 현재 선택된 특정 전파 패턴에 독립적인 고정 장소)에 위치될 수 있음이 이해된다.

배열이 특정 치수 또는 모양일 필요가 없음이 이해된다. 사실, 직접 디지털 스피커의 적절한 실시예들이 수천에서 수백 수천의 압력-생성 요소들을 포함한다. 배열의 모양은 이용예 및/또는 사용에 따라 변할 수 있다.

본 명세서에서 언급되는 초점이 압력-생성 요소들의 배열에 의해 정의되는 주표면 상에 위치될 필요가 없다는 것 또한 이해된다. 초점과, 압력-생성 요소들의 배열의 주표면 사이의 거리를 변화시킴으로써 소자의 지향성 패턴이 변화하는데, 예를 들어, 초점을 표면 상에 위치시킴으로써(제로 거리), 사운드 세기를 사운드가 전파하는 각도와 상관 없이 본질적으로 동등하게 유지하는 진정한 무지향적 지향성 패턴을 생성할 것이다. 특정 거리(d)에서 초점을 압력-생성 요소들의 표면 뒤에 위치시킴으로써, 헤드 각도가 180도보다 좁은 특징이 있는 투영 원뿔(둥근 배열의 경우) 또는 투영 피라미드(정사각형 또는 장방형 배열의 경우)를 정의한다. 무한 거리에서 초점을 압력-생성 요소들의 주표면 뒤에 위치시킴으로써(압력-생성 요소들에 의해 발생되는 사운드가 주표면 앞에 발생된다는 것이 주어짐), 매우 좁고 진정한 무지향적 지향성 패턴을 생성하는 투영 원뿔 또는 투영 피라미드를 통상적으로 정의한다. 통상적으로, 투영 원뿔 또는 투영 피라미드 전체에 걸친 사운드 세기가 본질적으로 동등하게 유지되고, 원뿔 또는 피라미드 외부에서의 세기는 사실상 더 낮다. 특정 응용예에서, d는 0 또는 무한대일 수 있음이 이해된다. 특정 응용예에서, d는 사용자 제어의 함수로서 결정될 수 있다.

도 22a를 다시 참조하면, 도시된 각각의 원은 반위상을 나타내고, 다음의 공식을 이용하여 계산되는 반경(r)을 가진다.

r=(Ndλ/2+N²λ/4)^0.5

여기서, N = 1에서부터 시작하여 중심으로부터 외부로 카운팅한, 원의 일련의 숫자이고,

d = 무지향적 사운드의 초점으로부터, 비-경사 배열의 평면의 거리이다.

λ=cT, 여기서, c = 스피커가 동작하고 있는 매질(통상적으로, 공기)을 통과하는 사운드의 속도, 그리고, T = 도 20a 또는 20b의 시스템 클록의 주기(도시되지 않음)이다.

도 22a의 무지향적 패턴을 획득하기에 적합한, 배열(3410) 내의 움직이는 요소들에 대한 특정 지연 값이 다음과 같이 결정된다는 것이 이해된다.

(a) 일련 번호가 N인 원과 일치하는 임의의 움직이는 요소에 NT/2의 지연 값이 할당된다.

(b) 다음의 두 값, NT/2 및 (N+l)T/2 사이에 가령 선형적으로 삽입함으로써, 원과 일치하지 않고 대신에 일련 번호가 N과 N+1인 원들의 쌍 사이에 놓이는 임의의 움직이는 요소에 지연 값이 할당된다.

대안적으로, 지연을 결정하기에 적합한 공식이 이하에서 자세히 기술된다.

본 발명의 범위가, 디지털 입력 신호를 수신하고 이에 따라 사운드를 발생시키는 직접 디지털 스피커 장치를 제어하기 위한 방법을 포함(단, 이에 한정되는 것은 아님)하며, 상기 방법은, 압력-생성 요소들의 배열을 제공하는 단계와, 원하는 지향성 패턴을 얻기 위하여 각각의 압력-생성 요소가 압력-생성 펄스를 생성하도록 기능하는 경우 및 시점을 결정하는 타이밍 패턴을 계산하는 단계를 포함한다. 상기 배열은 그 후 타이밍 패턴을 따라 동작되어 원하는 지향성 패턴을 갖는 사운드를 획득할 수 있다.

선택 사항으로, 제공하는 단계와 계산하는 단계가 복수 번 수행됨으로써, 대응하는 복수의 지향성 패턴을 정의하는 대응하는 복수의 배열 및 대응하는 복수의 타이밍 패턴을 획득할 수 있다. 상기 방법은 또한, 대응하는 복수의 타이밍 패턴 각각을 따라 복수의 배열을 동시에 동작시킴으로써, 복수의 타이밍 패턴에 대응하는 지향성 패턴의 조합을 포함하는 단일 지향성 패턴을 획득할 수 있는 단계를 포함한다. 복수의 배열은, 사실, 더 큰 단일 배열의 일부를 구성할 수 있다. 따라서, 예를 들어, 본 명세서에서 도시되고 기술된 것들 중 임의의 것과 같은 압력-생성 요소들의 단일 배열이 영역(가령, 4등분)으로 분할될 수 있고, 각각의 영역에서의 압력-생성 요소들은 자신 고유의 특정 타이밍 패턴 또는 지연 패턴에 따라 동작될 수 있다. 예를 들어, 이는, 서로 다른 몇몇의(이를테면, 네 개) 무지향적 빔의 패턴이 획득될 수 있도록 한다. 대안적으로, 또 다른 예를 들면, 이는, 이를테면, 무지향적 배경 사운드가, 각자 고유의 이를테면 단지향적, 원통형 또는 무지향적 전파 패턴을 각각 갖는 하나 이상의 서로 다른 전면(foreground) 사운드 스트림 위에 겹쳐지도록 한다. 다중-지향적 실시예에서, 단지향적 빔 각각이 서로 다른 디지털 입력 신호(가령, 스테레오 신호의 좌·우 채널)를 생성할 수 있음이 이해된다.

전자기장 제어기(30)는, 움직이는 요소들(10)이 지나치게 빠르게 움직이거나 충돌의 결과로서 요소들 자신 또는 정전형 래치(20)가 손상을 입는 것을 방지하면서, 움직이는 요소들(10)과 정전형 래치(20) 사이의 충분한 근접이 래칭을 활성화하도록 하는 모든 조건 하에서, 그리고 언제나, 코일을 통과하여 흐르는 교류 전류가 적절한 자기장 세기를 유지하는 것을 보장하도록 설계되는 것이 바람직하다는 것이 이해된다.

일부 응용예에서, 적절한 동작을 위해 병진 요소들의 작은 변위(통상적으로 최대 5 마이크론)면 충분하다. 이러한 스피커에서, 전자기 작동 코일이 제거될 수 있다. 이러한 경우에서, 래칭 요소들로서 기능하도록 설계된 동일한 전극들에 의해 설정이 영향을 받을 수 있다. 이는, 짧은 스트로크 병진 요소들에서, 굴곡부와 전극 요소들 사이(최대 공극이 발생하는 초기 굴곡부 위치에서조차)의 정전기력이 공진 조건 하에서 굴곡부를 흔들기(swing)에 충분하기 때문에 가능하다.

도 23a는 전술된 바와 같은 작은 스트로크 병진 요소 장치의 등각도이다. 도 23b는 도 23a의 장치의 분해도이다. 도 23c는 도 23a의 비누방울 모양 부분의 확대도이다. 절연층(4020 및 4040)에 의해 굴곡부(flexure)(4030)와 이격되어 있는 두 경성 전극(4010 및 4050) 사이에 굴곡부(4030)가 놓인다. 적절한 동작을 제공하기 위하여, 전극은 충분한 공기 통과를 제공하는 쓰루 홀(4055)(through-hole)의 배열을 포함하여 응용예에 의해 요구되는 것과 같은 사운드를 발생시킬 수 있다.

보이는 바와 같이, 장치는 짧은 스트로크 장치이며, 이러한 짧은 스트로크 장치에서, 절연층(4020 및 4040)의 두께에 의해 통상적으로 결정되는 스트로크가, 전극(4010 및 4050)과 병진 요소 층(4030) 사이에 인가되는 전압에 의해 발생되는 전자기력의 동작 가능 범위 내에 놓인다. 특히, 도 23a-23c의 장치는, 병진 요소들이 관련 전극에 접근하도록 이전에 야기되었던 경우만이 아니라 병진 요소들이 어디에 위치되든지 정전기력이 병진 요소들의 병진 운동을 야기할 수 있도록 구성된다. 잘 알려진 바와 같이, 절연체(그리고 공기)의 한 특성이 "파괴 전압(breakdown voltage)"이고, 이러한 파괴 전압 각각이 절연체가 붕괴하여 전도하기 전에 물질 양단에 인가될 수 있는 최대 전압차를 정의한다. 따라서, 병진 운동 층(4030)과 전극 층(4010 및 4050) 사이에 인가될 수 있는 전압은 절연 층(4020 및 4040)의 파괴 전압과 주변 공기에 의해 제한된다. 그 결과로서, 인가될 수 있는 제한 전압이 병진 요소들(4030)의 장소에 관계없이 이들 병진 요소들(4030)의 병진 운동을 유도하도록 하기에 충분히 작도록 스트로크가 선택된다.

장치가 시작 절차 및 정상 동작 모드에 있는 경우, 이들 병진 요소들 내의 전극에 인가될 수 있는 적절한 전압이 지금부터 기술된다. 시작 절차에서, 도 24a에서 볼 수 있는 바와 같이, 두 전극이 상호 반주기만큼 시프트된 공진 주파수에서 동시에 동작한다. 도 24b에서 볼 수 있는 바와 같이, 제로에서부터 최대 레벨까지 변할 수 있는 주기 전압이 각각의 전극에 인가된다. 선택 사항으로, 제로 또는 본질적으로 제로 전압이 반주기 동안 유지될 수 있다.

시간 t_0에서 적합한 제어기에 의해 발송되는 "위치 병진 운동(position translation)" 명령에 반응하여, 래칭 전극(4010)이 짧은 시간(도 24c의 위쪽 그래프 상의 "해제(release)" 구간) 동안 굴곡부와 단락되고 그 후 낮은 "유휴" 전압으로 복귀한다. 이러한 유휴 구간을 통과한 절반의 방법에 대하여, 도 24b의 아래쪽 그래프에서 볼 수 있는 바와 같이, 전극(4050)이 짧은 지속시간 동안 고전압에 연결되고, 이러한 짧은 지속시간은 또한 본 명세서에서 "캐칭(catching)" 지속 시간이라고도 불린다. 제 1 전극(4010)이 그 후 래칭 전압으로 전달하여 래칭을 제공할 수 있다.

"해제" 구간 동안 래칭 전극(4010)을 굴곡부와 단락시키는 대신에, "고정(hold)" 구간 동안의 전압보다 통상적으로 낮은 전압을, 어쩌면 반대 극성 중 하나일 지라도, 굴곡부와 래칭 전극(4010) 사이에 인가하는 것이 바람직할 수 있고, 따라서, 래칭 전극(4010)으로부터의 전하의 소산을 촉진시킬 수 있다.

본 발명의 특정 실시예에 따라서, 전하를 배치하기보다는 전하를 전극으로부터 적합한 전하 저장 소자(가령, 커패시터)로 전달하도록, 적합한 전자 회로가 제공될 수 있다. 새로운 전하를 발생시키기보다는 저장된 전하가 추후 단계에서 재사용될 수 있고, 따라서, 시스템의 전기 효율성을 향상시킬 수 있다.

또한, 전하를 전하 저장 소자에 저장하는 대신에, 전하를 "해제" 단계 전극으로부터, 가령, 전하가 제거되는 곳과 반대되는 래칭 위치에 래칭 전극(4050)이 배치되는 시점에서 "캐치" 단계에 있을 수 있는 서로 다른 래칭 전극으로 전달하는 것이 바람직할 수 있다.

도 24a의 위쪽 그래프가 시간-대-도 23a의 탄성 병진 요소들의 변위의 그래프이다. 도 24a의 중간 그래프가 굴곡부와 제 1 전극(4010) 사이의 시간-대-전압의 그래프이다. 도 24a의 아래쪽 그래프가 굴곡부와 제 2 전극층(4050) 사이의 시간-대-전압의 그래프이다.

정상 동작 모드에서, 도 24a에서 볼 수 있는 바와 같이, 처음에 병진 요소가, 최대 전압(위쪽 그래프)의 10-20%와 같이 비교적 낮은 래칭 전압(래칭 전압)에 의해 래칭 전극(410)에 대해 래치된다. 그 밖의 다른 전극(4050)(아래쪽 그래프)은 비교적 낮은 전압(유휴 전압) 하에서 유지될 수 있다.

적합한 제어기로부터의 "위-아래 병진 운동" 명령의 수령 이후에, 매우 낮은 "해제" 전압이 짧은 시간(통상적으로 주기의 10%-60%) 동안 제 1 래칭 전극에 통상적으로 인가된다. 제 1 래칭 전극이 병진 요소 층(4030)까지로 단축될 수도 있다. 이러한 전압은 그 후, 최대 전압의 약 30-40%를 통상적으로 포함하는 "유휴" 레벨까지 증가할 수 있다. 이와 병행하여, 제 2 전극의 전압(처음에 유휴 레벨이었음)이 매우 짧은 시간(제 1 전극에서의 해제 전압의 초기화 이후의 약 반주기) 동안 최대 "캐치" 레벨까지 급등한다. "캐치" 평탄역(plateau) 이후에, 제 2 전극의 전압은 그 후 보이는 바와 같이 비교적 낮은 래칭 전압까지 감소한다. 적합한 제어기로부터의 "위-아래 병진 운동" 명령의 수령 이후에, "아래-위 병진 운동" 명령의 다음의 수령이 발생함에 따라, 시퀀스가 전술된 것과 정확히 반대된다. 매우 낮은 "해제" 전압이 짧은 시간 동안(통상적으로 주기의 10%에서 60% 동안) 제 2 전극에 인가된다. 제 2 전극의 전압은 그 후, 통상적으로 최대 전압의 약 30-40%인 "유휴" 레벨까지 증가한다. 이와 병행하여, 유휴 레벨로 유지되는 제 1 전극의 전압이 매우 짧은 시간(해제가 발생한 이후의 약 반주기) 동안 최대 "캐치" 레벨까지 급등하고, 그 이후에 비교적 낮은 래칭 전압까지 아래로 감소한다.

보이는 바와 같이, 통상적으로 위-아래 병진 운동 시간 간격 및 아래-위 병진 운동 시간 간격의 길이가 동일하다. 위-아래 병진 운동은 통상적으로, 위-아래 병진 운동 명령의 영수로부터 (위-아래 병진 운동 명령의 영수로부터 카운팅하여)T 시간이 경과하기 전(통상적으로 0.5T 가까이에, 가령, 대략 0.52-0.55T)에 통상적으로 충분히 종료된다.

가령, 시작 절차가, 보이는 바와 같이 적은 개수의 펄스 뿐만 아니라 최대 몇백 개의 펄스를 통상적으로 포함하기 때문에, 특히 도 24a 및 24b의 그래프가 간략화되었음이 이해된다. 임의의 적합한 개수의 펄스가 시작 절차에 제공될 수 있고, 이러한 임의의 적합한 개수의 펄스가 병진 요소들을 그들의 극단 위치로 가져갈 수 있다는 것을 가정할 수 있다. 이러한 임의의 적합한 개수의 펄스는, 특히, 병진 요소의 최대 전압 레벨, 스트로크 길이, 및 음향 임피던스 중 일부 또는 전부에 기초하여 결정될 수 있다. 일반적으로, 더 높은 전압 레벨과 더 낮은 펄스가 이용될 필요가 있다. 더 큰 스트로크와 더 많은 개수의 펄스가 이용될 필요가 있다. 그리고, 더 높은 음향 임피던스와 더 많은 펄스가 이용될 필요가 있다. 예시로서, 400um 직경의 원형 활성 표면을 갖는 병진 요소에 대하여, 병진 요소 각각은 자신의 전극으로부터 2um 떨어져 있고(즉, 2um 스트로크를 가짐), 120V의 전압 레벨, 수십 개의 펄스(가령, 대략 20 개의 펄스)가 이용될 수 있다.

시작 절차 동안 각각의 펄스의 "최상부"가 도 24a에서와 같이 평평할 필요도 없고, 도 24b에서 간략성을 위해 도시된 바와 같이 구체적으로 선형으로 위로 기울어지고 그 후 아래로 기울어질 필요도 없다.

도 25는 병진 요소들을 래치하기 위해 오직 하나의 래치만을 갖는 작동기 장치의 간략화된 그림이며, 상기 장치는 본 발명의 특정 실시예에 따라 구성되고 동작된다. 도 25에서, 각각의 병진 요소는 오직 하나의 래칭 전극(4450)만을 포함하여, 굴곡부(4230)가 오직 단일의 "래치되는" 위치(4335)로 래치될 수 있도록 한다. 해제될 때, 굴곡부(4430)는, 래칭 없이 반대편 극단 위치(4245)에 도달하는 화살표(4440)에 의해 표시되는 바와 같이 앞뒤로 움직인다. 이전 실시예에서와 같이 동일한 음향 효과를 제공하기 위하여, 공통 알고리즘에 따라 동시에 동작하는 병진 요소들의 두 개의 동일한 하위 세트가 제공될 수 있다. 병진 요소들의 두 하위 세트에 대한 시간-대-적절한 속도 및 시간-대-적절한 변위 시퀀스와, 병진 요소들의 두 하위 세트에 대한 총 압력 효과 각각이 도 26-27에 도시된다.

병진 운동 명령 이전에, 모든 병진 요소들이 그들의 단일 래칭 위치(4335)로 래치된다. 시간(4331)에서 "전방 병진(translate forward)" 명령어 수신시, 제 1 하위 세트의 병진 요소들이 해제되고, 제 2 하위 세트의 병진 요소들의 해제는 상대적으로 반주기(하나의 클록)만큼 뒤쳐진다. 시간(4332)으로부터 병진 요소들 각자의 해제 이후에, 모든 하위 세트는 래칭 없이 요소들의 극단 위치 사이에서 조화적으로 움직인다. 시간(4370)에서 "후방 병진(translate back)" 명령어 수신시, 상기 명령어 수신 순간에 래칭 위치에 가까워지는 하위 세트에 속하는 병진 요소들이 래치된다. 도 26은 제 1 하위 세트가 막 래치되려는 때의 상황을 도시하고, 도 27은 제 2 하위 세트가 막 래치되려는 때의 상황을 도시한다. 도 26에서, 일단 제 1 하위 세트의 병진 요소들이 래치되면, 시간-포인트(4371)에서 반주기(하나의 클록) 지체 이후에 제 2 하위 세트의 병진 요소들이 래치된다. 도 27에서, 일단 제 2 하위 세트의 병진 요소들이 래치되면, 시간-포인트(1371)에서 반주기(하나의 클록) 이후에 제 1 하위 세트의 병진 요소들이 래치된다. 병진 요소들 각자의 래치 이후에, 모든 하위 세트는 새로운 "전방 병진" 명령을 수신할 때까지 정적으로 유지된다.

그래프(4342 및 4344)는 병진 요소들의 제 1 및 제 2 하위 세트의 변위를 각각 나타낸다. 그래프(4352 및 4354)는 병진 요소들의 제 1 및 제 2 하위 세트의 속도(압력)를 각각 나타낸다. 결과적으로, 포인트(4331 및 4332) 사이의 시간 클록에서, 총 양(+)의 압력 펄스(4351)가 형성된다, 포인트(4370 및 4371) 사이의 시간 클록에서, 총 음(-)의 압력 펄스(4371)가 형성된다. 그리고, 시간 포인트(4332 및 4370) 사이에서 제로(ni) 총 압력 효과가 획득된다.

도 28a 및 28b는 오직 하나의 래치를 이용하여 동작하도록 설계된 작동기 장치의 예시적 실시예의 등각도이다. 도 28a에서 전극에 쓰루-홀이 제공되고, 도 28b에서는 이러한 쓰루-홀이 막 내에 존재한다. 도 29a 및 29b는 도 28a 및 28b의 소자 각각의 분해도이다. 이러한 실시예에서의 작동력은 정전기력일 필요가 없고, 전자기력, 또는 정전기력과 전자기력의 조합과 같이(단, 이에 한정되는 것은 아님) 그 밖의 다른 임의의 유형일 수 있다. 도 28의 작동기 장치는 통상적으로 굴곡부(4430)와, 보이는 바와 같이 절연층(4440)에 의해 상기 굴곡부(4430)와 이격되어 있는 전극(4450)을 포함한다.

예시:

도 30은 사운드를 발생시키기 위하여 쌍을 지어 이용되는 병진 요소들의 배열의 다이어그램이다. 간결성을 위하여, 도 30의 배열이, 12 쌍의 요소들을 산출하는 비교적 적은 개수의 요소들(가령, 24 개)만을 포함하는 것으로 도시된다는 것이 이해된다. 실제로, 사운드 품질의 고려 사항은, 일반적으로, 배열이 좀 더 많은 요소들의 쌍(가령, 일천 개 이상의 요소들)을 포함할 것을 요구한다.

도 31은 도 30의 배열을 이용하여 생성되는 사운드, 그리고, 배열 내의 모든 병진 요소들을 단일 극단 위치(가령, 제 1 극단 위치)로 선택적으로 래치하는(또는 래치하지 않는) 방식을 이용하여 생성되는 사운드에 대한 시간-대-압력 그래프이다.

도 32는 시간의 함수로서, 도 30의 배열 내의 요소들 각각의 병진 운동의 그래프를 포함하는 복합적 그래프이며, 이러한 병진 운동은 도 31에 도시된 사운드를 산출할 수 있다.

도 30-32의 예시에서, 두 개의 병진 요소들 각각은 서로 영구적으로 쌍을 이룬다는 것이 이해된다. 예를 들어, 위의 예시에서의 요소(1-1)는 요소(1-2)와 언제나 쌍을 이룬다. 그러나, 특정 응용예에서, 랜덤 쌍짓기 시스템조차 포함하는 변동성 있는 쌍짓기 시스템을 가지는 것이 바람직할 수 있는데, 이러한 응용예에서, (이를테면) 요소(1-1)는 처음에 요소(1-2)와 쌍을 이룰 수 있지만, 그 이후에, 가령, 다양한 인접 병진 요소들의 현재 능력에 관하여 가변적(on-the-fly) 결정의 결과로서, 그 밖의 다른 요소들과 쌍을 이룰 수 있다.

도 30에서 볼 수 있는 바와 같이 중심 요소가 비어 있는 5 x 5 매트릭스에 정렬된 24 개의 병진 요소들을 포함하는 작동기 장치에 대하여, 본 발명의 특정 실시예에 따른 동작이 예시로서 기술된다. 24 개의 활성 병진 요소들(1-1, ... 3-2 및 3-4, ...5-5)이 다음의 12 개의 협동 쌍((1-1,2-1), (1-2,2-2), (1-3,1-4), (1-5,2-5), (2-3,2-4), (3-1,3-2), (3-4,3-5), (4-1,4-2), (4-3,4-4), (4-5, 5-5), (5-1,5-2), (5-3,5-4))으로 분할된다. 대안적으로, 그 밖의 다른 임의의 쌍들도 정의될 수 있음이 이해된다.

도 31은 도 30의 작동기 장치를 이용하여 형성될 사운드 압력파의 그래프이다. 형성되어야 할 사운드 압력파(12 개의 시간 클록과 동일한 주기를 갖는 정현파)가 12 개의 시간 클록을 통해 각각 분포되는 12 개의 압력 펄스로 어림잡아질 수 있다.

도 32는, 조합으로, 도 32의 위쪽 그래프에서 볼 수 있는 총 압력 효과를 제공하는 도 30의 병진 요소들(1-1, ... 3-2 및 3-4, ... 5-5) 각자의 변위의 복합적 그래프이다. 도시된 특정 예시에서, 요소들(1-1,2-1)이 이용되어 총 압력 효과에서 펄스(1 및 7)를 형성할 수 있다. 시간 클록 "1"의 시작에서, 요소(1-1)가 방출되고, 진동하기 시작한다. 하나의 클록 이후에, (요소(1-1)에 대한 협력 요소로 "할당된")병진 요소(2-1)가 방출되고, 병진 요소(1-1)와 동시에 진동하기 시작한다. 시간 클록 "7"의 시작에서, 병진 요소(1-1)가 래치되고, 하나의 클록 이후에 병진 요소(2-1)가 래치된다.

펄스(1 및 7)의 높이에 각각 두 배인 펄스(2 및 8)를 형성하기 위하여, 두 쌍의 협력 병진 요소들((1-2,2-2) 및 (1-3,1-4))이 이용된다. 시간 클록 "2"의 시작에서, 병진 요소들(1-2 및 1-3)이 방출되고 진동하기 시작한다. 하나의 클록 이후에, 협력 병진 요소들(2-2 및 1-4)이 방출되고, 병진 요소들(1-2 및 1-3)과 동시에 각각 진동하기 시작한다. 시간 클록 "8"의 시작에서, 병진 요소들(1-2 및 1-3)이 래치되고, 하나의 클록 이후에 병진 요소들(2-2 및 2-4)이 래치된다. 펄스 쌍(3 및 9, 4 및 10, 5 및 11, 및 6 및 12)이 유사하게 형성된다.

도 24a-24b의 실시예가 이용되는지 이용되지 않는지에 관계 없이 굴곡 설계에 내장 퓨즈가 추가될 수 있다. 이러한 퓨즈는 고장을 겪은 임의의 병진 요소가 즉시 끊어지도록 한다. 특정 병진 요소들의 그룹 동작이 제공되는 경우, 퓨즈 공급의 특정한 이점으로는, 동일한 그룹에 속하는 나머지 병진 요소들(이러한 병진 요소들 모두가 통상적으로 서로 병렬로 연결되어 있음)의 적절한 동작이 고장에 불구하고 유지된다는 것이다.

도 33에 대한 참조가 이루어지며, 상기 도 33은, 충전 전류를 전도하는 좁은 지협(isthmus)(4014)을 형성하도록 병진 요소 굴곡부(4011)가 비-폐쇄 좁은 간격(non-closed narrow gap)(4013)에 의해 둘러싸인 특징의 개선된 스피커 장치 굴곡층의 평면도이다. 병진 요소와 병진 요소들 각자의 전극 중 임의의 한 전극을 분리하는 절연층에서의 결함의 경우, 절연 파괴와 동작 전압이 가해진 전극으로의 단락 회로의 결과를 초래하고, 단락 전류가 지협(4014)을 통과하여 흘러서 상기 지협(4014)을 태우며, 문제의 소지가 있는 병진 요소와의 연결을 끊어서 동일 그룹 내의 나머지 병진 요소들이 적절한 동작을 할 수 있도록 한다.

정상 동작 조건 하에서, 어떠한 절연층의 파괴도 일어나지 않으며, 지협(4014)을 통과하여 흐르는 충전 전류가 상기 지협을 태우는데 요구되는 전류보다 실질적으로 (가령, 1/10배 범위까지)작고, 절연 결함의 경우에 지협(4014)을 통과하여 흐르는 파괴 전류가 지협(4014)을 태우는 것을 보장하기 위해 요구되는 전류보다 실질적으로 (가령, 10배 범위까지)크도록, 지협(4014)의 치수(폭, 길이 및/또는 두께)가 선택될 수 있다.

"스트로크"라는 용어는 본 명세서에서 병진 요소에 의해 정의되는 마루-마루 거리의 절반을 가리키기 위해 사용되는 것으로 이해된다.

"인접"이라는 용어는, 병진 요소들 서로의 거리가, 요소들 중 임의의 한 요소의 탄성 병진 운동에 의해 발생되는 사운드의 파장에 비해 짧은 병진 요소들을 가리킨다는 것이 이해된다. 따라서, "인접 요소들"은 배열에서 이웃 요소들을 포함할 수 있으나, 반드시 포함해야 하는 것은 아니다. 통상적으로, 인접 병진 요소들은 가급적 서로 가깝다. 인접 병진 요소들 사이의 거리가, 예를 들어, 응용예에 따라서, 요소들 중 임의의 한 요소의 탄성 병진 운동에 의해 발생되는 사운드의 파장의 1 내지 10 퍼센트일 수 있다.

본 명세서에서 이용되는 사운드는, 가령, 진동 주파수가 사람 귀에 의해 검출될 수 있는 진동(단, 이러한 진동에만 한정되는 것은 아님)과 같이 고체, 액체, 또는 기체를 통과해 전달되는 진동을 가리키는 것임이 이해된다.

래칭 소자는 통상적으로 몇몇 또는 많은 래치를 포함하고, 이들 래치 각각은, 단일 병진 요소에 대하여 개별적으로, 또는 배열 내의 탄성 병진 요소들의 총 합의 하위세트에 대하여, 두 개의 동작 상태를 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 따라, 하나의 개별적인 래치가 자신의 대응하는 병진 요소 또는 병진 요소들을 제 1 위치로 래치할 수 있고, 또 다른 개별적인 래치가 자신의 대응하는 병진 요소 또는 병진 요소들을 제 2 위치로 래치할 수 있다. 개개의 쌍 내의 제 1 및 제 2 요소들에 대한 래치들이 제 1 요소를 제 1 극단 위치로 래치하는 제 1 래치와, 제 2 요소를 제 2 극단 위치로 래치하는 제 2 래치를 포함하는 경우까지도 될 수 있다. 대안적으로, 개개의 쌍 내의 제 1 및 제 2 요소들에 대한 래치가, 제 1 및 제 2 요소들을 두 극단 위치 중 동일한 하나의 위치(가령, 제 1 극단 위치)로 래치하는 하나 또는 두 개의 래치를 포함한다. 본 발명의 또 다른 실시예에 따라, 래치들 모두가 각자의 대응하는 병진 요소 또는 요소들을 두 극단 위치 중 임의의 동일한 하나의 위치(가령, 제 1 극단 위치)로 래치한다.

특정 도면에 관하여, 도시된 특정 사항이 예시로서, 그리고 오직 본 발명의 적합한 실시예의 예시적 논의의 목적으로 강조되었으며, 본 발명의 원리와 개념적 형태의 설명이 즉시 이해되고 무엇이 가장 유용하다고 여겨지는 지를 제공하기 위한 이유로 제시되었다. 이러한 점에서, 본 발명의 근본적인 이해에 필요한 것보다 더 세부적으로 본 발명의 구조적 사항을 나타내려는 시도는 하지 않았다. 도면과 함께 이루어진 설명은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 몇몇 형태를 어떻게 실제에서 구현할 수 있는지를 분명하게 해 준다.

개별적인 실시예들의 맥락에서 기술된 본 발명의 특징들이 또한, 단일 실시예의 조합으로 제공될 수도 있다. 반대로 말하면, 간결함을 위해 단일 실시예의 맥락에서 기술된 본 발명의 특징들이 개별적으로 또는 임의의 적합한 하위 조합으로 제공될 수도 있다. 예를 들어, 움직이는 요소들은 자유롭게 부유할 수 있고, 또는, 필라멘트형 굴곡부에 위치될 수 있으며, 또는, 유연 물질로 형성되는 주위의 부분을 가질 수도 있다. 이와 독립적으로, 장치는 전술된 바와 같이 장치를 통한 공기 누출을 줄이도록 구성될 수 있고, 구성되지 않을 수도 있다. 이 모든 것들과 독립적으로, 움직이는 요소는, 예를 들어, 컨덕터, 코일, 링 모양/디스크 모양 영구 자석, 또는 링 모양/디스크 모양 강자성체, 및 자석을 포함할 수도 있고, 제공된다면, 자석의 일부(가령, 자석의 50%)의 극이 자석의 나머지(가령, 50%)의 극과 반대쪽으로 배치될 수 있고 또는 그렇지 않을 수도 있다.

이 모든 것들과 독립적으로, 래치 모양은, 횡단면에서, 큰 중심 부분을 갖거나 갖지 않도록 구멍이 뚫린 고체 고리형일 수 있고, 또는 V자형일 수 있으며, 또는 그 밖의 다른 임의의 적합한 구성을 가질 수도 있다. 이 모든 것들과 독립적으로, 래치의 제어가 개별적으로 또는 그룹으로 또는 이들의 임의의 조합으로 이루어질 수 있다. 이 모든 것들과 독립적으로, 배열 각각이 경사지거나 경사지지 않을 수 있는, 작동기 요소들의 하나 이상의 배열이 있을 수 있고, 각각의 작동기 요소의 횡단면은 원형, 사각형, 삼각형, 육각형, 또는 그 밖의 다른 임의의 적합한 모양일 수 있다.

프로그램과 데이터를 포함하는, 본 발명의 소프트웨어 구성요소가, 원하는 경우, CD-ROM, EPROM 및 EEPROM를 포함하는 ROM(read only memory) 형태에서 구현될 수 있고, 또는, 다양한 종류의 디스크, 다양한 종류의 카드, 및 RAM과 같은(단, 이에 한정되는 것은 아님) 그 밖의 다른 적합한 컴퓨터-판독 가능 매체에 저장될 수도 있다. 대안적으로, 소프트웨어로서 본 명세서에서 기술된 구성요소는, 원하는 경우, 종래의 기법들을 이용하여, 전체적으로 또는 부분적으로 하드웨어에서 구현될 수도 있다.

본 발명은 또한, 내장된 컴퓨터-판독 가능 프로그램 코드를 갖는 컴퓨터-이용 가능 매체를 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품을 포함하며, 상기 컴퓨터-판독 가능 프로그램 코드는 본 명세서에서 도시되고 기술된 방법 모두 또는 임의의 방법의 구현을 위해 실행되도록 적응되어 있다.

본 발명은 일정한 정도로 상세히 기술되었으나, 해당 업계 종사자라면 이하의 청구항의 범위를 포함하기 위하여 다양한 변형과 수정이 수행될 수 있음을 즉시 이해할 것이다.

Claims (11)

1. (a) 제1 전극 및 제2 전극과,
   (b) 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 삽입된 굴곡부 - 상기 굴곡부는 중심 부분에 부수적이고 통합적으로 형성된 하나 이상의 연성 요소를 포함하고, 상기 중심 부분은 제1 및 제2 전극과 굴곡부 사이에 전압을 인가하여 생성되는 정전기력에 응답하여, 제1 및 제2 전극을 향하는 각자의 축을 따라 앞뒤로 이동하도록 구성됨 - 를 포함하되,
   제1 및 제2 전극은 굴곡부의 주변 연성 요소를 향하는 부분 환형 오프닝을 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 스피커 장치의 작동 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 굴곡부를 제1 및 제2 전극에서 분리시키는 절연층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 스피커 장치의 작동 장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 전극은 쓰루 홀의 배열을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 스피커 장치의 작동 장치.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 쓰루 홀의 배열은 굴곡부의 중심 부분을 향하는 것을 특징으로 하는 디지털 스피커 장치의 작동 장치.
5. 제 1 항에 있어서, 제1 및 제2 전극은 래칭 요소로서의 기능을 하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 디지털 스피커 장치의 작동 장치.
6. (a) 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 따른 하나 이상의 디지털 스피커 장치의 작동 장치와,
   (b) 디지털 입력 신호의 적어도 하나의 특징에 대응하는 적어도 하나의 속성을 갖는 사운드를 생성하기 위해 하나 이상의 디지털 스피커 장치의 작동 장치를 제어하기 위한 프로세서를 포함하는 작동 시스템.
7. (a) 래칭 전극과,
   (b) 중심 부분에 부수적이고 통합적으로 형성된 하나 이상의 주변 연성 요소를 포함하는 굴곡부 - 상기 중심 부분은 래칭 전극과 굴곡부 사이에 전압을 인가하여 생성되는 정전기력에 응답하여, 래칭 전극에 수직인 각자의 축을 따라 앞뒤로 이동하도록 구성됨 - 를 포함하되,
   상기 래칭 전극은 굴곡부의 주변 연성 요소를 향하는 부분적인 환형 오프닝을 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 스피커 장치의 작동 장치.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 굴곡부를 상기 래칭 전극에서 분리시키는 절연층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 스피커 장치의 작동 장치.
9. 제 7 항에 있어서, 상기 래칭 전극은 쓰루 홀의 배열을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 스피커 장치의 작동 장치.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 쓰루 홀의 배열은 굴곡부의 중심 부분을 향하는 것을 특징으로 하는 디지털 스피커 장치의 작동 장치.
11. (a) 제 7 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 하나 이상의 디지털 스피커 장치의 작동 장치와,
    (b) 디지털 입력 신호의 적어도 하나의 특징에 대응하는 적어도 하나의 속성을 갖는 사운드를 생성하기 위해 하나 이상의 디지털 스피커 장치의 작동 장치를 제어하기 위한 프로세서를 포함하는 디지털 스피커 장치의 작동 시스템.

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