KR101901204B1 - 펌핑 스피커를 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

실시예에 따르면, 음향 펌프로 스피커를 동작시키는 방법은 제1 주파수로 음향 펌프를 여기함으로써 제1 주파수를 갖는 반송파 신호를 발생시키는 단계 및 반송파 신호를 조정함으로써 제2 주파수를 갖는 음향 신호를 발생시키는 단계를 포함한다. 이러한 실시예들에서, 제1 주파수는 가청 주파수 범위 밖에 있고 제2 주파수는 가청 주파수 범위 안에 있다. 반송파 신호를 조정하는 것은 제2 주파수에서 반송파 신호에 대한 조정들을 수행하는 것을 포함한다. 다른 실시예들은 대응하는 실시예 방법들을 수행하도록 각각 구성되는 대응하는 시스템들 및 장치를 포함한다.

Description

펌핑 스피커를 위한 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR A PUMPING SPEAKER}
본 발명은 일반적으로 스피커들, 및 특정한 실시예들에서, 펌핑 스피커를 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
트랜스듀서들은 신호들을 한 영역으로부터 또 하나의 영역으로 변환하고 보통 센서들로서 사용된다. 예를 들어, 음향 트랜스듀서들은 음향 신호들과 전기 신호들 사이에서 변환한다. 마이크로폰은 사운드 파들, 즉 음향 신호들을 전기 신호들로 변환하는 음향 트랜스듀서의 한 유형이고, 스피커는 전기 신호들을 사운드 파들로 변환하는 음향 트랜스듀서의 한 유형이다.
미세 전자기계 시스템(MEMS) 기반 센서들은 미세가공 기술들을 사용하여 제조된 일군의 트랜스듀서들(a family of transducers)을 포함한다. MEMS 마이크로폰과 같은 일부 MEMS는 트랜스듀서 내의 물리적 상태의 변화를 측정하고 MEMS 센서에 접속된 전자 소자들에 의해 처리될 신호를 전달함으로써 환경으로부터 정보를 수집한다. MEMS 마이크로스피커와 같은 일부 MEMS는 전기 신호들을 트랜스듀서 내의 물리적 상태의 변화로 변환한다. MEMS 디바이스들은 집적 회로들을 위해 사용된 것들과 유사한 미세가공 제조 기술들을 사용하여 제조될 수 있다.
MEMS 디바이스들은 발진기들, 공진기들, 가속도계들, 자이로스코프들, 압력 센서들, 마이크로폰들, 마이크로-미러들, 마이크로스피커들 등으로서 기능하도록 설계될 수 있다. 많은 MEMS 디바이스들은 물리적 현상을 전기 신호들로 변환하고 그 반대로 변환하는 용량성 감지 또는 작동 기술들을 사용한다. 이러한 응용들에서, 트랜스듀서 내의 캐패시턴스 변화는 인터페이스 회로들을 사용하여 전압 신호로 변환되고 또는 전압 신호는 용량성 구조의 요소들 간에 힘을 발생하기 위해 트랜스듀서 내의 용량성 구조에 인가된다.
예를 들어, 용량성 MEMS 마이크로폰은 백플레이트 전극 및 백플레이트 전극과 평행하게 배열된 멤브레인을 포함한다. 백플레이트 전극 및 멤브레인은 병렬 플레이트 캐패시터를 형성한다. 백플레이트 전극 및 멤브레인은 기판 상에 배열된 지지 구조에 의해 지지된다.
용량성 MEMS 마이크로폰은 백플레이트 전극과 평행하게 배열된 멤브레인에서, 사운드 압력 파들, 예를 들어 음성을 변환할 수 있다. 백플레이트 전극은 멤브레인을 가로질러 형성된 압력 차로 인해 멤브레인을 진동시키는 동안 사운드 압력 파들이 백플레이트를 통과하도록 천공된다. 그러므로, 멤브레인과 백플레이트 전극 사이의 공기 갭은 멤브레인의 진동들에 따라 변화한다. 백플레이트 전극에 대한 멤브레인의 변화는 멤브레인과 백플레이트 전극 사이의 캐패시턴스의 변화를 야기시킨다. 캐패시턴스의 이 변화는 멤브레인의 이동에 응답하는 출력 신호로 변환되고 변환된 신호를 형성한다.
유사한 구조를 사용하여, 전압 신호는 멤브레인을 진동시키고 사운드 압력 파들을 발생하기 위해 멤브레인과 백플레이트 사이에 인가될 수 있다. 그러므로, 용량성 플레이트 MEMS 구조는 마이크로스피커로서 동작할 수 있다.
실시예에 따르면, 음향 펌프로 스피커를 동작시키는 방법은 제1 주파수로 음향 펌프를 여기함으로써 제1 주파수를 갖는 반송파 신호를 발생하는 단계 및 반송파 신호를 조정함으로써 제2 주파수를 갖는 음향 신호를 발생하는 단계를 포함한다. 이러한 실시예들에서, 제1 주파수는 가청 주파수 범위 밖에 있고 제2 주파수는 가청 주파수 범위 안에 있다. 반송파 신호를 조정하는 것은 제2 주파수로 반송파 신호에 대한 조정들을 수행하는 것을 포함한다. 다른 실시예들은 대응하는 실시예 방법들을 수행하도록 각각 구성되는 대응하는 시스템들 및 장치를 포함한다.
본 발명, 및 그 장점들의 더욱 완전한 이해를 위해, 이제 첨부 도면과 함께 취해진 다음의 설명들을 참조한다.
도 1은 실시예 펌핑 스피커 시스템의 시스템 블록도를 도시하고;
도 2a 및 2b는 예시적인 음향 신호들의 파형도들을 도시하고;
도 3a 및 3b는 실시예 펌핑 스피커들의 단면도들을 도시하고;
도 4a, 4b, 4c, 및 4d는 또 하나의 실시예 펌핑 스피커의 단면도들을 도시하고;
도 5a, 5b, 5c, 및 5d는 추가 실시예 펌핑 스피커의 단면도들을 도시하고;
도 6a 및 6b는 또 다른 실시예 펌핑 스피커의 단면도들을 도시하고;
도 7a 및 7b는 또 다른 실시예 펌핑 스피커의 상면도 및 단면도를 도시하고;
도 8a, 8b, 8c, 8d, 8e, 및 8f는 실시예 펌핑 스피커들을 위한 밸브 시스템들의 단면도들을 도시하고;
도 9a 및 9b는 실시예 펌핑 스피커 시스템들의 시스템도들을 도시하고;
도 10은 또 하나의 실시예 펌핑 스피커 시스템의 시스템도를 도시하고;
도 11은 펌핑 스피커를 위한 동작의 실시예 방법의 시스템 블록도를 도시한다.
상이한 도면들에서의 대응하는 번호들 및 기호들은 일반적으로 달리 표명하지 않는다면 대응하는 부분들을 참조한다. 도면은 실시예들의 관련된 양태들을 분명히 도시하도록 그려지고 반드시 축척에 맞게 그려지지 않는다.
다양한 실시예들을 제조하고 사용하는 것이 아래에 상세히 논의된다. 그러나, 여기에 설명된 다양한 실시예들은 광범위하게 다양한 특정한 맥락들에 적용가능하다는 것을 알아야 한다. 논의된 특정한 실시예들은 단지 다양한 실시예들을 제조하고 사용하는 특정한 방식들을 예시하는 것이고, 제한된 범위로 해석되지 않아야 한다.
특정한 맥락, 즉 음향 트랜스듀서들, 및 보다 특정적으로, MEMS 마이크로스피커들에서 다양한 실시예들에 대해 설명이 이루어진다. 여기에 설명된 다양한 실시예들 중 일부는 MEMS 마이크로스피커들, 음향 트랜스듀서 시스템들, 펌핑 스피커들, 및 펌핑 MEMS 마이크로스피커들을 포함한다. 다른 실시예들에서, 양태들이 본 기술 분야에 공지된 것과 같은 임의의 방식에 따라 물리적 신호를 또 하나의 영역으로 변환하는 임의 유형의 트랜스듀서를 포함하는 다른 응용들에 또한 적용될 수 있다.
스피커들은 전기 신호들을 음향 신호들로 변환하는 트랜스듀서들이다. 음향 신호는 일정 주파수로 압력 진동들을 발생하는 스피커 구조에 의해 발생된다. 예를 들어, 사람의 가청 범위는 약 20㎐ 내지 22㎑이고, 일부 사람들은 이 범위 미만에서도 들을 수 있고 일부 사람들은 이 범위를 넘어서도 들을 수 있다. 그러므로, 가청 음향 신호들을 발생하기 위해 동작하는 스피커는 전기 신호들을 20㎐ 내지 22㎑의 주파수들을 갖는 입력 진동들로 변환한다. 일정한 주파수 신호가 피아노 상의 음과 유사한, 간단한 톤으로서 전달된다. 음성 및 예를 들어, 음악과 같은 다른 전형적인 사운드들은 수많은 주파수들을 갖는 수많은 음향 신호들로 구성된다.
마이크로스피커들은 스피커들과 동일한 원리들에 따라 동작하지만, 미세가공 또는 미세제조 기술들을 사용하여 제조된다. 그러므로, 가청 마이크로스피커들은 가청 주파수 범위에서 압력 진동들을 발생하기 위해 전기 신호들에 의해 여기되는 소형 구조들을 포함한다.
다양한 실시예들에 따르면, 스피커, 또는 마이크로스피커는 가청 주파수 범위 위의 주파수들로 진동함으로써 가청 음향 신호들을 발생하도록 구성된다. 이러한 실시예들에서, 스피커는 가청 범위 위의 주파수로 압력 진동들을 발생하고 가청 주파수 범위 내의 더 낮은 주파수에 따라 압력 진동들의 방향 및 진폭을 수정하도록 구성된다. 추가의 실시예들에서, 스피커는 가청 범위 위의 주파수로 압력 진동들을 발생하고 초음파 트랜스듀서로서 동작하기 위해 여전히 가청 주파수 범위 밖의 더 낮은 주파수에 따라 압력 진동들의 방향 및 진폭을 수정하도록 구성될 수 있다.
다양한 실시예들에서, 스피커는 펌핑 스피커라고 한다. 펌핑 스피커의 주파수는 가청 주파수 범위 밖의 동작을 유지할 수 있고 펌핑 동작은 가청 주파수 범위 안의 다른 주파수들에 따라 진동들의 진폭 및 방향을 변경한다. 이러한 실시예들에서, 펌핑 스피커는 가청 주파수 한계 위의 주파수로 펌핑하고, 펌핑의 진폭을 변화시키고, 펌핑의 방향을 제어하도록 구성되는 펌프 구조, 또는 마이크로펌프를 포함할 수 있다. 다양한 실시예들이 아래에 더 설명된다.
도 1은 마이크로스피커(102), 주문형 집적 회로(ASIC)(104), 및 오디오 프로세서(106)를 포함하는 실시예 펌핑 스피커 시스템(100)의 시스템 블록도를 도시한다. 다양한 실시예들에 따르면, 마이크로스피커(102)는 압력 진동들의 진폭 및 방향 조정들로, 가청 한계, 예를 들어, 22㎑ 위의 주파수에서의 압력 진동들을 포함하는, 음향 신호(108)를 발생한다. 압력 진동들의 진폭 및 방향은 가청 범위 내의 주파수들에서 조정된다. 그러므로, 마이크로스피커(102)는 비가청 음향 신호로부터 형성된 가청 음향 신호를 포함하는 음향 신호(108)를 발생한다.
다양한 실시예들에서, 마이크로스피커(102)는 음향 펌프 또는 마이크로펌프를 포함한다. 다양한 예시적인 실시예 마이크로펌프들이 아래에 더 설명된다. 마이크로스피커(102)는 ASIC(104)으로부터 제공된 구동 신호들에 의해 구동된다. ASIC(104)은 디지털 입력 제어 신호에 기초하여 아날로그 구동 신호들을 발생할 수 있다. 일부 실시예들에서, ASIC(104) 및 마이크로스피커(102)는 동일한 회로 보드에 부착된다. 다른 실시예들에서, ASIC(104) 및 마이크로스피커(102)는 동일한 반도체 다이 상에 형성된다. ASIC(104)은 바이어싱 및 공급 회로들, 아날로그 구동 회로, 및 디지털-아날로그 변환기(DAC)를 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 마이크로스피커(102)는 예를 들어, 마이크로폰을 포함할 수 있고, ASIC(104)은 또한 증폭기 또는 아날로그-디지털 변환기(ADC)와 같은 판독 전자 소자들을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, ASIC(104) 내의 DAC는 오디오 프로세서(106)에 의해 공급된 입력에서 디지털 제어 신호를 수신한다. 디지털 제어 신호는 마이크로스피커(102)가 발생하는 음향 신호의 디지털 표현이다. 다양한 실시예들에서, 오디오 프로세서(106)는 전용 오디오 프로세서, 중앙 처리 장치(CPU)와 같은 일반 시스템 프로세서, 마이크로프로세서, 또는 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA)일 수 있다. 대안적 실시예들에서, 오디오 프로세서(106)는 별개의 논리 블록들 또는 다른 소자들로 형성될 수 있다. 다양한 실시예들에서, 오디오 프로세서(106)는 음향 신호(108)의 디지털 표현을 발생하고 음향 신호(108)의 디지털 표현을 제공한다. 다른 실시예들에서, 오디오 프로세서(106)는 음향 신호(108)의 가청 부분 만의 디지털 표현을 제공하고 ASIC(104)은 진폭 및 방향 조정들에 기초하여 보다 높은 비가청 주파수 진동들 및 가청 주파수 진동들로 음향 신호(108)를 발생한다.
다른 실시예들에서, 마이크로스피커(102)는 본 기술 분야의 통상의 기술자에게 공지된 기술들을 사용하여 제조된 임의 유형의 스피커로서 구현될 수 있다.
다양한 추가 실시예들에 따르면, 마이크로스피커(102)는 가청 범위 위에 또한 있는 주파수들로 조정된 압력 진동들의 진폭 및 방향 조정들로, 가청 한계, 예를 들어, 22㎑ 위의 주파수에서의 압력 진동들을 포함하는 음향 신호(108)를 또한 발생할 수 있다. 예를 들어, 마이크로스피커(102)는 초음파 촬영을 위한 또는 초음파 근거리 검출을 위한 초음파 트랜스듀서로서 동작할 수 있다. 이러한 실시예들에서, 마이크로스피커(102)는 예를 들어 초음파 신호와 같은, 발생된 목표 신호의 더 낮은 주파수에 따라 조정된 진폭 및 방향을 갖는 반송된 신호로서 높은 주파수로 동작한다.
도 2a 및 2b는 예시적인 음향 신호들의 파형도들을 도시한다. 도 2a는 예를 들어, 스피커에 의해 발생될 수 있는 음향 신호 ASIG를 도시한다. 음향 신호 ASIG는 진폭 Aamp 및 주파수 Afreq, 즉 주기 AT=1÷Afreq를 갖는다. 음향 신호 ASIG는 스피커에 의해 발생된 사운드를 나타낼 수 있다. 동작 중에, 사운드 파는 사람의 가청 주파수 범위 내, 예를 들어, 약 20㎐ 내지 22㎑인 주파수 Afreq를 갖는다. 도 2a는 비특정된 레벨에서 음향 신호 ASIG에 대한 진폭 Aamp를 도시한다. MEMS 마이크로스피커에 대해, 큰 사운드 압력 레벨(SPL)을 발생하는 것은 멤브레인의 작은 크기로 인해, 특히 낮은 주파수에서 도전들을 제시할 수 있다. 예를 들어, MEMS 마이크로스피커는 주파수가 가청 주파수 범위를 통해 감소함에 따라 10당 SPL의 40dB의 감소를 포함할 수 있다. 그러므로, 예를 들어, 펌핑 구조의 크기를 증가시키지 않고서, 예를 들어, 1-10㎑ 아래의 주파수들에서 보다 높은 SPL들을 발생하는 것이 도전일 수 있다.
도 2b는 MEMS 마이크로스피커와 같은, 실시예 펌핑 스피커 또는 마이크로스피커에 의해 발생될 수 있는 펌핑 음향 신호 PASIG를 도시한다. 다양한 실시예들에 따르면, 펌핑 음향 신호 PASIG는 진폭 PAamp 및 주파수 PAfreq, 즉, 주기 PAT=1÷PAfreq를 갖고, 가변 진폭 Camp 및 주파수 Cfreq, 즉, 주기 CT=1÷Cfreq를 갖는 반송파 신호 CSIG로 형성된다. 도시한 바와 같이, 주파수 Cfreq는 주파수 PAfreq보다 훨씬 높다. 구체적으로, 주파수 Cfreq는 사람의 가청 주파수 범위 위, 즉 22㎑ 위이고, 주파수 PAfreq는 사람의 가청 주파수 범위 내, 즉, 약 20㎐ 내지 22㎑이다. 이러한 실시예들에서, 진폭 Camp는 펌핑 음향 신호 PASIG의 상승 및 하강 파형을 형성하기 위해 조정된다. 또한, 진폭 Camp의 방향은 펌핑 음향 신호 PASIG의 상승 및 하가 파형을 형성하기 위해 특정한 방향들에서 펌핑을 가능하게 하도록 또한 조정된다. 반송파 신호 CSIG의 진폭 Camp 및 방향의 변화는 주파수 PAfreq를 갖는 펌핑 음향 신호 PASIG를 형성하기 위해 특정한 주파수에서 수행된다.
특정한 실시예들에서, 음향 신호 PASIG의 진폭 PAamp는 가청 주파수에서 진동하는 비펌핑 스피커보다 더 클 수 있다. 특정한 실시예들에서, 펌핑 스피커의 진동은 주파수 PAfreq가 예를 들어, 약 1-10㎑ 아래이고 약 10㎐ 위일 때 펌핑 음향 신호 PASIG의 SPL이 많이 또는 전혀 증가하지 않도록 보다 높은 주파수에 남는다.
다양한 실시예들에서, 주파수 Cfreq는 진폭 Camp로서 일정하게 유지될 수 있고 반송파 신호 CSIG의 방향은 변화된다. 특정한 실시예들에서, 주파수 Cfreq는 멤브레인 또는 펌핑 구조의 보다 큰 진동들을 발생하기 위해 스피커 또는 마이크로스피커의 공진 주파수에 정합될 수 있다. 다른 실시예들에서, 주파수 Cfreq는 가변일 수 있다. 특정한 예들에서, 주파수 Cfreq는 50㎑ 내지 10㎒이다. 보다 특정한 실시예들에서, 주파수 Cfreq는 100㎑ 내지 300㎑이다. 이러한 다양한 실시예들에서, 주파수 PAfreq는 25㎑ 아래이다. 구체적으로, 주파수 PAfreq는 사람의 가청 주파수 범위 내, 즉 20㎐ 내지 22㎑이고, 여기서 이 범위는 어떤 사람들에게는 확장될 수 있고 다른 사람들에게는 좁아질 수 있다. 대안적 실시예들에서, 주파수 PAfreq는 25㎑ 위일 수 있다. 이러한 실시예들에서, 펌핑 음향 신호 PASIG는 음향 신호 대신에, 초음파 촬영 또는 근거리 검출을 위한 초음파 트랜스듀서에서 사용되는 초음파 신호일 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, MEMS 마이크로스피커들과 같은 스피커들 또는 마이크로스피커들이 펌핑 음향 신호를 가청 주파수 범위 내에 형성하기 위해 가청 주파수 범위 위의 반송파 신호를 사용함으로써 도 2b를 참조하여 설명된 것과 같이 동작된다. 다양한 실시예 스피커들은 용량성 플레이트 구조들 및 다른 펌핑 구조들을 포함하는 특정한 응용들 중 일부를 예시하기 위해 아래에 설명된다.
도 2a 및 2b를 보면서 도 1을 다시 참조하면, 펌핑 스피커 시스템(100) 내의 ASIC(104)은 일부 실시예들에서 마이크로스피커(102)의 공진 주파수를 결정하도록 구성된다. 이러한 실시예들에서, ASIC(104)은 복수의 주파수로 마이크로스피커(102)를 여기할 수 있고 각각의 주파수에 대한 응답을 측정할 수 있다. 측정된 응답에 기초하여, ASIC(104)은 마이크로스피커(102)의 공진 주파수를 결정한다. 이러한 실시예들에서, ASIC(104)은 반송파 신호 CSIG에 대한 주파수 Cfreq를 결정된 공진 주파수로 설정할 수 있다. 다른 대안적 실시예들에서, ASIC(104)은 반송파 신호 CSIG에 대한 주파수 Cfreq에 정합하도록 공진 주파수를 조정하기 위해 마이크로스피커(102)의 요소들을 제어할 수 있다. 한 실시예에서, 요소들을 제어하는 것은 마이크로스피커(102)의 기계적 소자들을 조정하는 것을 포함한다. 대안적 실시예에서, 요소들을 제어하는 것은 마이크로스피커(102)의 능동 또는 수동 전기적 소자들을 조정하는 것을 포함할 수 있다.
도 3a 및 3b는 실시예 펌핑 스피커들(110 및 111)의 단면도들을 도시한다. 도 3a는 기판(112), 멤브레인(114), 하부 백플레이트(116), 및 구조적 재료(120)를 포함하는 단일 백플레이트 펌핑 스피커(110)를 도시한다. 다양한 실시예들에 따르면, 단일 백플레이트 펌핑 스피커(110)는 용량성 플레이트 트랜스듀서로서 동작한다. 금속화(122)를 통해 멤브레인(114) 및 금속화(124)를 통해 하부 백플레이트(116)에 인가된 전압은 멤브레인(114)과 하부 백플레이트(116) 사이에 인력을 발생한다. 멤브레인(114)과 하부 백플레이트(116) 사이의 인력은 멤브레인(114)을 편향시킨다. 이들 2개의 플레이트에 인가된 전압은 멤브레인을 진동시키기 위해 일정 주파수로 인가될 수 있다. 멤브레인이 진동함에 따라, 압력 변화들은 공기 내의 멤브레인에 의해 발생되어, 음향 신호들, 예를 들어, 사운드 파들을 발생시킨다. 멤브레인(114) 및 하부 백플레이트(116)에의 전압의 인가는 진동들의 다양한 주파수들 및, 결과적으로, 음향 신호들을 발생하도록 튜닝될 수 있다. 다양한 실시예들에서, 전압은 도 2b를 참조하여 위에 설명된 바와 같이 펌핑 음향 신호 PASIG를 발생하는 반송파 신호 CSIG에 따라 멤브레인(114)을 진동시키기 위해 멤브레인(114) 및 하부 백플레이트(116)에 인가될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 기판(112)은 반도체 웨이퍼이다. 기판(112)은 예를 들어 실리콘으로 형성될 수 있다. 다른 실시예들에서, 기판(112)은 예를 들어, 갈륨-비소, 인듐-인화물, 또는 다른 반도체들과 같은 다른 반도체 재료들로 형성된다. 다른 실시예들에서, 기판(112)은 폴리머 기판이다. 대안적 실시예들에서, 기판(112)은 금속 기판이다. 다른 실시예들에서, 기판(112)은 유리이다. 예를 들어, 특정한 실시예에서, 기판(112)은 실리콘 이산화물이다. 다양한 실시예들에서, 기판(112)은 하부 백플레이트(116) 및 멤브레인(114)에 의해 형성된 트랜스듀서 플레이트들 아래의 기판(112) 내에 형성된 캐비티(118)를 포함한다. 캐비티(118)는 기판(112)의 배면으로부터의 보쉬 에치로 형성될 수 있다.
다양한 실시예들에서, 구조적 재료(120)는 멤브레인(114) 및 하부 백플레이트(116)를 지지하기 위한 구조적 층들을 발생하기 위해 다중 퇴적들에서 형성되고 패턴된다. 특정한 실시예에서, 구조적 재료(120)는 실리콘 산화물의 층들을 형성하기 위해 테트라에틸 오르토실리케이트(TEOS) 퇴적을 사용하여 형성된다. 다른 실시예들에서, 구조적 재료(120)는 다른 재료들 또는 다중 재료들로 형성된다. 이러한 실시예들에서, 구조적 재료(120)는 폴리머들, 반도체들, 산화물들, 질화물들, 또는 산화질화물들을 포함하는 재료들로 형성된다.
다양한 실시예들에서, 멤브레인(114) 및 하부 백플레이트(116)는 도전성 재료들로 형성된다. 특정한 실시예들에서, 멤브레인(114) 및 하부 백플레이트(116)는 폴리실리콘으로 형성된다. 다른 실시예들에서, 멤브레인(114) 및 하부 백플레이트(116)는 도핑된 반도체들 또는 예를 들어, 알루미늄, 백금, 또는 금과 같은 금속들로 형성될 수 있다. 또한, 멤브레인(114) 및 하부 백플레이트(116)는 상이한 재료들의 다중 층들로 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 멤브레인(114)은 편향가능하고 하부 백플레이트(116)는 강성이다. 하부 백플레이트(116)은 다양한 실시예들에서 천공된다.
다양한 실시예들에서, 금속화(122)는 구조적 재료(120) 내에 형성되고 멤브레인(114)과 전기적으로 접촉하고, 금속화(124)는 구조적 재료(120) 내에 형성되고 하부 백플레이트(116)와 전기적으로 접촉하고, 금속화(126)는 구조적 재료(120) 내에 형성되고 기판(112)과 전기적으로 접촉한다.
다양한 실시예들에서, 멤브레인(114)은 (도시한 바와 같이) 하부 백플레이트(116) 위에 배열된다. 다른 실시예들에서, 멤브레인(114)은 하부 백플레이트(116) 아래에 배열된다(도시 안됨). 유사하게, 사운드 포트가 단일 백플레이트 펌핑 스피커(110) 주위의 패키징(도시 안됨) 내에 포함될 수 있다. 사운드 포트는 기판(112)에 부착된 회로 보드에서와 같이, 캐비티(118) 아래에 형성될 수 있고, 그에 음향적으로 결합될 수 있다. 다른 실시예들에서, 사운드 포트는 예를 들어, 단일 백플레이트 펌핑 스피커(110) 위에 있는 패키지 뚜껑에서와 같이, 단일 백플레이트 펌핑 스피커(110) 위에 형성될 수 있다.
도 3b는 기판(112), 멤브레인(114), 하부 백플레이트(116), 상부 백플레이트(117), 및 구조적 재료(120)를 포함하는 이중 백플레이트 펌핑 스피커(111)를 도시한다. 다양한 실시예들에 따르면, 이중 백플레이트 펌핑 스피커(111)는 상부 백플레이트(117) 및 구조적 재료(120) 내에 형성되고 상부 백플레이트(117)에 전기적으로 접촉하는 금속화(128)의 추가로, 도 3a를 참조하여 위에 설명된 것과 같은 요소들을 포함한다. 다양한 실시예들에서, 상부 백플레이트(117)는 도 3a 내의 하부 백플레이트(116)를 참조하여 위에 유사하게 설명된 것과 같은 재료들 및 구조들을 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 이중 백플레이트 펌핑 스피커(111)는 멤브레인(114) 상에 인력들을 발생하는 상부 백플레이트(117)의 추가로, 단일 백플레이트 펌핑 스피커(110)를 참조하여 유사하게 전술한 것과 같이 동작한다. 이러한 실시예들에서, 전압들은 어느 한 방향으로 인력들을 발생하기 위해 상부 백플레이트(117)와 멤브레인(114) 사이 또는 하부 백플레이트(116)와 멤브레인(114) 사이에 인가될 수 있다. 전압들은 도 2b를 참조하여 위에 설명된 바와 같이 펌핑 음향 신호 PASIG를 발생하는 반송파 신호 CSIG에 따라 멤브레인(114)을 진동시키기 위해 멤브레인(114), 하부 백플레이트(116), 및 상부 백플레이트(117)에 인가된다.
다양한 실시예들에서, 반송파 신호 CSIG의 진폭 Camp 및 방향은 도 2b를 참조하여 위에 설명된 바와 같이 펌핑 음향 신호 PASIG를 발생하기 위해 조정된다. 단일 백플레이트 펌핑 스피커(110) 및 이중 백플레이트 펌핑 스피커(111)는 반송파 신호 CSIG의 방향을 제어하기 위해 비대칭 편향들(asymmetric deflections), 환기 홀들, 또는 밸브들을 포함할 수 있다. 다양한 다른 실시예들이 예시적인 실시예 펌핑 메커니즘들로서 아래에 설명된다.
도 4a, 4b, 4c, 및 4d는 분할된 멤브레인(132), 상부 백플레이트(134), 및 하부 백플레이트(136)를 포함하는 또 하나의 실시예 펌핑 스피커(130)의 상면도 및 단면도들을 도시한다. 다양한 실시예들에 따르면, 분할된 멤브레인(132)은 슬릿들(138)에 의해 격리되고 별도로 이동할 수 있는 격벽들(partitions)(132a, 132b, 132c, 및 132d)을 포함한다. 상부 백플레이트(134)는 격벽들(132a, 132b, 132c, 및 132d) 위에 상이한 전계들을 발생할 수 있는 전기적 격벽들(134a, 134b, 134c, 및 134d)을 포함한다. 상부 백플레이트(134)에 대해, 전극(140)은 전기적 격벽들(134b 및 134d)에 결합되고 전극(142)은 전기적 격벽들(134a 및 134c)에 결합된다. 유사하게, 하부 백플레이트(136)는 격벽들(132a, 132b, 132c, 및 132d) 아래에 상이한 전계들을 발생할 수 있는 전기적 격벽들(136a, 136b, 136c, 및 136d)을 포함한다. 하부 백플레이트(136)에 대해, 전극(144)이 전기적 격벽들(136a 및 136c)에 결합되고 전극(146)이 전기적 격벽들(136b 및 136d)에 결합된다. 도 4a는 분할된 멤브레인(132)의 상면도를 도시하고 도 4b, 4c, 및 4d는 펌핑 동작을 예시하기 위해 분할된 멤브레인(132)의 상이한 편향들 동안 펌핑 스피커(130)의 단면도들을 도시한다.
다양한 실시예들에 따르면, 도 4b는 동일한 전압이 전극들(140 및 142)을 통해 전기적 격벽들(134a, 134b, 134c, 및 134d)에 인가될 때 상부 백플레이트(134)를 향해 이동하는 격벽들(132a, 132b, 132c, 및 132d)을 갖는 분할된 멤브레인(132)을 도시한다. 상부 백플레이트(134)의 전기적 격벽들(134a, 134b, 134c, 및 134d)에 인가된 동일한 전압은 격벽들(132a, 132b, 132c, 및 132d) 각각 상에 인력을 발생하여, 분할된 멤브레인(132)을 편향시킨다. 이러한 실시예들에서, 공기가 도 4b에 도시한 바와 같이 하부 백플레이트(136) 내의 천공들을 통해 이동한다. 하부 백플레이트(136)의 전기적 격벽들(136a, 136b, 136c, 및 136d)에 인가된 전압은 분할된 멤브레인(132)이 상부 백플레이트(134)를 향해 이동할 때 0이거나 작을 수 있다.
도 4c는 하부 백플레이트(136)를 향해 이동하는 분할된 멤브레인(132)의 격벽들(132b 및 132d) 및 상부 백플레이트(134)에 가까이에 남은 격벽들(132a 및 132c)을 도시한다. 이러한 실시예들에서, 전압은 상부 백플레이트(134)를 향해 격벽들(132a 및 132c) 상에 인력을 발생하는 전극(142)을 통해 전기적 격벽들(134a 및 134c)에 인가되고 전압은 하부 백플레이트(136)를 향해 격벽들(132b 및 132d) 상에 인력을 발생하는 전극(146)을 통해 전기적 격벽들(136b 및 136d)에 인가된다. 이러한 실시예들에서, 공기는 도 4c에 도시한 바와 같이 격벽들(132b 및 132d) 뒤의 영역 내로 이동한다. 상부 백플레이트(134)의 전기적 격벽들(134b 및 134d) 및 하부 백플레이트(136)의 전기적 격벽들(136a 및 136c)에 인가된 전압은 분할된 멤브레인(132)이 도 4c에 도시한 바와 같이 이동할 때 0이거나 작을 수 있다.
도 4d는 전압이 전극들(144 및 146)을 통해 전기적 격벽들(136a, 136b, 136c, 및 136d)에 인가될 때 하부 백플레이트(136)를 향해 이동하는 격벽들(132a, 132b, 132c, 및 132d)을 갖는 분할된 멤브레인(132)을 도시한다. 도 4c에 도시한 바와 같이, 격벽들(132b 및 132d)은 이미 하부 백플레이트(136) 가까이 있을 수 있고 이동하지 않거나 매우 적게 이동할 수 있다. 하부 백플레이트(136)의 전기적 격벽들(136a, 136b, 136c, 및 136d)에 인가된 전압은 격벽들(132a, 132b, 132c, 및 132d) 각각 상에 인력을 발생하여, 분할된 멤브레인(132)을 편향시킨다. 이러한 실시예들에서, 상부 백플레이트(134) 내의 천공들을 통하는 공기 이동은 도 4c에 도시한 격벽들(132b 및 132d) 뒤의 공기 이동으로 인해 작을 수 있다. 상부 백플레이트(134)의 전기적 격벽들(134a, 134b, 134c, 및 134d)에 인가된 전압은 분할된 멤브레인(132)이 하부 백플레이트(136)를 향해 이동할 때 0이거나 작을 수 있다. 또한, 상부 백플레이트(134)의 전기적 격벽들(134a, 134b, 134c, 및 134d)에 인가된 전압은 상이한 격벽들에 대해 동일한 전압 또는 유사한 전압들일 수 있다. 또 다른 실시예들에서, 상부 백플레이트(134)의 전기적 격벽들(134a, 134b, 134c, 및 134d)에 인가된 전압은 상이한 격벽들에 대해 상이할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 분할된 멤브레인(132)의 이동을 한 방향에서는 섹션들로 분리하고 분할된 멤브레인(132)의 이동을 다른 방향에서는 조합함으로써, 펌핑 동작이 수행될 수 있다. 그러므로, 도 4b, 4c, 및 4d에 도시한 바와 같이, 전극들(140, 142, 144, 및 146)에의 상이한 전압들의 인가는 하향 방향으로 후방 펌핑을 감소시키면서 상향 방향으로, 즉, 상부 백플레이트(134)를 통해 펌핑을 발생한다. 전극들(140, 142, 144, 및 146)에 인가된 전압들은 분할된 멤브레인(132)의 격벽들(132a, 132b, 132c, 및 132d)을 펌핑의 방향으로 함께 및 다른 방향으로 별도로 이동함으로써 펌핑 동작을 어느 한 방향으로 수행하도록 배열될 수 있다. 그러므로, 다양한 실시예들에서, 펌핑 스피커(130)는 분할된 멤브레인(132)을 도 2b를 참조하여 위에 설명된 것과 같이 펌핑 음향 신호 PASIG를 발생하는 반송파 신호 CSIG에 따라 진동시키기 위해 전극들(140, 142, 144, 및 146)을 통해 인가된 전압들에 의해 제어될 수 있다. 이러한 실시예들에서, 반송파 신호 CSIG의 진폭 Camp 및 방향 둘 다는 도 2b를 참조하여 위에 설명된 바와 같이 펌핑 음향 신호 PASIG를 발생하기 위해 분할된 멤브레인(132)에 대해 조정될 수 있다. 구체적으로, 펌핑 스피커(130)는 발생한 펌핑 음향 신호 PASIG에 따라 펌핑의 방향을 변화시키도록 제어된다.
다양한 실시예들에 따르면, 분할된 멤브레인(132)은 도 4a에 도시한 바와 같이 2개의 에지 상에, 구조적 재료와 같은 앵커된 구조들에 고정된다. 또한, 분할된 멤브레인(132)의 다른 2개의 에지는 일부 실시예들에서, 이동이 자유로울 수 있다. 다른 실시예들에서, 분할된 멤브레인(132)의 모든 에지들은 앵커된 구조들에 고정될 수 있다. 다른 실시예들에서, 상부 백플레이트(134) 및 하부 백플레이트(136)는 추가의 전기적 격벽들 또는 추가의 전극들을 포함할 수 있다.
도 5a 및 5b는 가요성 멤브레인(152), 상부 백플레이트(154), 및 하부 백플레이트(156)를 포함하는 다른 실시예 펌핑 스피커(150)의 단면도들을 도시한다. 다양한 실시예들에 따르면, 가요성 멤브레인(152)은 양방향에서 상당히 편향되고 딱딱하지 않고 강성이 아니다. 동작 중에, 가요성 멤브레인(152)은 도 5a 및 5b에 도시한 것과 같은 웨이브형 또는 사형(serpentine) 편향으로 편향될 수 있다. 도 4a, 4b, 4c, 및 4d를 참조하여 위에 설명된 상부 백플레이트(134)와 유사하게, 상부 백플레이트(154)는 가요성 멤브레인(152) 위에 상이한 전계들을 발생할 수 있는 전기적 격벽들(154a, 154b, 154c, 및 154d)을 포함한다. 상부 백플레이트(154)에 대해, 전극(160)은 전기적 격벽들(154b 및 154d)에 결합되고 전극(162)은 전기적 격벽들(154a 및 154c)에 결합된다. 도 4a, 4b, 4c, 및 4d를 참조하여 위에 설명된 하부 백플레이트(136)와 유사하게, 하부 백플레이트(156)는 가요성 멤브레인(152) 아래에 상이한 전계들을 발생할 수 있는 전기적 격벽들(156a, 156b, 156c, 및 156d)을 포함한다. 하부 백플레이트(156)에 대해, 전극(164)은 전기적 격벽들(156a 및 156c)에 결합되고 전극(166)은 전기적 격벽들(156b 및 156d)에 결합된다. 도 5a 및 5b는 펌핑 동작을 예시하기 위해 가요성 멤브레인(152)의 상이한 편향들 동안 펌핑 스피커(150)의 단면도들을 도시한다.
다양한 실시예들에 따르면, 전극들(160, 162, 164, 및 166)은 도 5a 및 5b에 도시한 바와 같이 가요성 멤브레인(152)의 사형 이동을 발생하기 위해 상부 백플레이트(154)의 전기적 격벽들(154a, 154b, 154c, 및 154d)에 및 하부 백플레이트(156)의 전기적 격벽들(156a, 156b, 156c, 및 156d)에 전압들을 인가한다. 이러한 실시예들에서, 사형 움직임은 공기를 (도 5a에 도시한 바와 같이) 천공된 섹션(157)을 통해 상부 백플레이트(154)와 하부 백플레이트(156) 사이의 공간 내로 이동시키기 위해 하부 백플레이트(156)의 천공된 섹션(157) 위로 가요성 멤브레인(152)을 상향으로 이동시키는 것을 포함한다. 사형 움직임은 다음에 공기를 (도 5b에 도시한 바와 같이) 천공된 섹션(155)을 통해 상부 백플레이트(154)와 하부 백플레이트(156) 사이의 공간으로부터 밖으로 이동시키기 위해 상부 백플레이트(154)의 천공된 섹션(155) 아래로 가요성 멤브레인(152)을 상향으로 이동시키는 것을 포함한다. 이러한 실시예들에서, 가요성 멤브레인(152)은 멤브레인 내에 홀들 또는 슬릿들(도시 안됨)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 멤브레인(152)은 가요성 멤브레인(152)의 에지 주위에 또는 가요성 멤브레인(152)의 중심 내에 홀들 또는 슬릿들을 포함할 수 있다. 다른 특정한 실시예들에서, 멤브레인의 에지 주위에 접속된 지지 구조들은 슬릿들의 홀들(도시 안됨)을 포함한다. 가요성 멤브레인(152) 내의 홀들 또는 슬릿들에 기초하여, 공기는 가요성 멤브레인(152)의 펌핑 중에 홀들을 통해 통과할 수 있다.
다양한 실시예들에서, 전극들(160, 162, 164, 및 166)을 통해 인가된 전압들의 시퀀스는 공기를 반대 방향으로 이동시키기 위해 역순으로 인가될 수 있다. 다양한 실시예들에서, 펌핑 스피커(150)는 가요성 멤브레인(152)을 도 2b를 참조하여 위에 설명된 것과 같이 펌핑 음향 신호 PASIG를 발생하는 반송파 신호 CSIG에 따라 진동시키기 위해 전극들(160, 162, 164, 및 166)을 통해 인가된 전압들에 의해 제어될 수 있다. 이러한 실시예들에서, 반송파 신호 CSIG의 진폭 Camp 및 방향 둘 다는 도 2b를 참조하여 위에 설명된 바와 같이 펌핑 음향 신호 PASIG를 발생하기 위해 가요성 멤브레인(152)에 대해 조정될 수 있다. 구체적으로, 펌핑 스피커(150)는 발생한 펌핑 음향 신호 PASIG에 따라 펌핑의 방향을 변화시키도록 제어된다. 다양한 실시예들에서, 펌핑 스피커(150)는 사형 펌프라고 할 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 가요성 멤브레인(152)은 매우 가요성 또는 연성이다. 그러므로, 가요성 멤브레인(152)은 실리콘 또는 폴리실리콘의 얇은 층으로 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 가요성 멤브레인(152)은 700㎚ 두께 미만이다. 한 특정한 실시예에서, 가요성 멤브레인(152)은 660㎚ 두께이다. 다른 실시예들에서, 가요성 멤브레인(152)은 500㎚ 두께 미만이다. 다양한 다른 실시예들에서, 가요성 멤브레인(152)은 예를 들어, 반도체 재료 또는 금속과 같은, 도전성 재료로 형성될 수 있다. 일부 특정한 실시예들에서, 가요성 멤브레인(152)은 폴리실리콘의 층을 갖는 탄소 또는 실리콘 질화물로 형성된다.
일부 실시예들에서, 추가의 전극들이 전기적 격벽들(154a, 154b, 154c, 및 154d 또는 156a, 156b, 156c, 및 156d)을 독립 전극들에 결합하기 위해 포함될 수 있다. 또한, 상부 백플레이트(154) 및 하부 백플레이트(156)는 추가의 전기적 격벽들 또는 추가의 전극들을 포함할 수 있다.
도 5c 및 5d는 가요성 멤브레인(153), 상부 백플레이트(154), 및 하부 백플레이트(156)를 포함하는 펌핑 스피커(150)의 일반적인 버전인 실시예 펌핑 스피커(151)의 단면도들을 도시한다. 다양한 실시예들에 따르면, 가요성 멤브레인(153)은 가요성 멤브레인(152)의 특징들 중 어느 것을 포함할 수 있고 예를 들어, 홀들 또는 슬릿들을 포함할 수 있다. 이러한 실시예들에서, 가요성 멤브레인(153)은 비대칭 펌핑 동작을 발생하여, 결국 방향성 펌핑을 야기하는 임의 유형의 비대칭 움직임을 나타낼 수 있다. 일부 실시예들에서, 가요성 멤브레인(153)은 가요성 멤브레인(153)의 중심 내 또는 에지 주위에 환기 홀들 또는 슬릿들을 포함할 수 있다. 다양한 실시예들에서, 천공된 섹션(155) 및 천공된 섹션(157)은 다양한 실시예 응용들에 따라, 각각 상부 백플레이트(154) 및 하부 백플레이트(156)의 어느 부분을 가로질러 연장할 수 있다. 가요성 멤브레인(153)의 비대칭 움직임은 천공된 섹션(155) 및 천공된 섹션(157)을 통해 어느 한 반향으로 펌핑을 발생하기 위해 어느 한 방향에서 비대칭일 수 있다.
도 6a 및 6b는 멤브레인(172), 상부 백플레이트(174), 및 하부 백플레이트(176)를 포함하는 또 다른 실시예 펌핑 스피커(170)의 단면도들을 도시한다. 다양한 실시예들에 따르면, 멤브레인(172)은 펌핑 방향을 제어하기 위한 밸브들(178)을 포함한다. 동작 중에, 멤브레인(172)은 펌핑의 방향을 제어하기 위해 밸브들(178)이 한 방향에서는 폐쇄되고 다른 방향에서는 개방된 채로 남는 동안 양방향으로 휠 수 있다. 도 6a 및 6b는 펌핑 동작을 예시하기 위해 멤브레인(172)의 상이한 편향들 동안 펌핑 스피커(170)의 단면도들을 도시한다.
도 4a, 4b, 4c, 및 4d를 참조하여 위에 설명된 상부 백플레이트(134)와 유사하게, 상부 백플레이트(174)는 멤브레인(172) 위에 상이한 전계들을 발생할 수 있는 전기적 격벽들(174a, 174b, 174c, 및 174d)을 포함한다. 상부 백플레이트(174)에 대해, 전극(180)은 전기적 격벽들(174b 및 174d)에 결합되고 전극(182)은 전기적 격벽들(174a 및 174c)에 결합된다. 도 4a, 4b, 4c, 및 4d를 참조하여 위에 설명된 하부 백플레이트(136)와 유사하게, 하부 백플레이트(176)는 멤브레인(172) 아래에 상이한 전계들을 발생할 수 있는 전기적 격벽들(176a, 176b, 176c, 및 176d)을 포함한다. 하부 백플레이트(176)에 대해, 전극(184)은 전기적 격벽들(176a 및 176c)에 결합되고 전극(186)은 전기적 격벽들(176b 및 176d)에 결합된다.
다양한 실시예들에 따르면, 전극들(180, 182, 184, 및 186)은 도 6a 및 6b에 도시한 바와 같이 멤브레인(172)의 이동을 발생하기 위해 상부 백플레이트(174)의 전기적 격벽들(174a, 174b, 174c, 및 174d)에 및 하부 백플레이트(176)의 전기적 격벽들(176a, 176b, 176c, 및 176d)에 전압들을 인가한다. 이러한 실시예들에서, 멤브레인(172)의 상향 움직임은 밸브들(178)이 폐쇄된 채로 남을 때 상부 백플레이트(174) 내의 천공들을 통해 상향 방향으로 펌핑을 발생한다. 멤브레인(172)의 다음의 하향 움직임은 밸브들(178)이 공기를 밸브들(178)을 통해 이동하게 하기 위해 개방되기 때문에 하부 백플레이트(176) 내의 천공들을 통해 하향 방향으로의 펌핑을 발생하지 않는다. 다양한 상이한 실시예들에서, 밸브들(178)은 멤브레인(172)의 이동들을 통한 펌핑을 어느 한 방향으로 제공하기 위해 상향 또는 하향 움직임들 동안 개방 또는 폐쇄하도록 구성된다. 일부 이러한 실시예들에서, 밸브들(178)은 멤브레인(172)의 상향 움직임 동안에만 개방하도록 구성된다. 다른 이러한 실시예들에서, 밸브들(178)은 멤브레인(172)의 상향 움직임들 동안에만 개방하도록 구성된다. 다른 실시예들에서, 밸브들(178)은 멤브레인(172)의 상향 또는 하향 움직임 동안에 개방하도록 구성된다.
다양한 실시예들에서, 밸브들(178)은 밸브들(178)을 개방 또는 폐쇄하기 위해 전압들을 인가함으로써 제어될 수 있다. 다른 실시예들에서, 밸브들(178)은 멤브레인(172)이 상이한 주파수에서 진동하는 동안 소정의 공진 주파수에서 개방 및 폐쇄하도록 구성될 수 있다. 이러한 실시예들에서, 멤브레인(172)의 공진 주파수는 밸브들(178)의 공진 주파수와 상이할 수 있고 차이는 멤브레인(172)의 진동들에 관련하여 밸브들(178)의 개방 및 폐쇄를 제어하는 데 사용될 수 있다.
다양한 실시예들에서, 펌핑 스피커(170)는 가요성 멤브레인(172)을 도 2b를 참조하여 위에 설명된 것과 같이 펌핑 음향 신호 PASIG를 발생하는 반송파 신호 CSIG에 따라 진동시키기 위해 전극들(180, 182, 184, 및 186)을 통해 인가된 전압들에 의해 제어될 수 있다. 이러한 실시예들에서, 반송파 신호 CSIG의 진폭 Camp 및 방향 둘 다는 도 2b를 참조하여 위에 설명된 바와 같이 펌핑 음향 신호 PASIG를 발생하기 위해 멤브레인(172)의 진동들 및 밸브들(178)의 개방 및 폐쇄를 제어함으로써 조정될 수 있다. 구체적으로, 펌핑 스피커(170)는 발생한 펌핑 음향 신호 PASIG에 따라, 밸브들(178)을 제어함으로써, 펌핑의 방향을 변화시키도록 제어된다.
일부 실시예들에 따르면, 밸브들(178)은 상부 백플레이트(174) 또는 하부 백플레이트(176) 내에 포함될 수 있다. 이러한 실시예들에서, 밸브들(178)은 멤브레인(172)으로부터 생략될 수 있거나 멤브레인(172) 내에 추가로 포함될 수 있다. 일부 실시예들에서, 추가의 전극들이 전기적 격벽들(174a, 174b, 174c, 및 174d 또는 176a, 176b, 176c, 및 176d)을 독립 전극들에 결합하기 위해 포함될 수 있다. 또한, 상부 백플레이트(174) 및 하부 백플레이트(176)는 추가의 전기적 격벽들 또는 추가의 전극들을 포함할 수 있다.
도 7a 및 7b는 회전자(192), 상부 고정자(194), 및 하부 고정자(196)를 포함하는 또 다른 실시예 펌핑 스피커(190)의 상면도 및 단면도를 도시한다. 다양한 실시예들에 따르면, 회전자(192)는 다중 챔버들을 포함하고 상부 고정자(194) 및 하부 고정자(196)로부터의 인가된 전압들에 기초하여 회전한다. 회전자(192)가 왔다갔다 진동할 때, 상부 고정자(194) 내의 밸브(198) 및 하부 고정자(196) 내의 밸브(199)는 펌핑 스피커(190)의 펌핑 방향을 제어하기 위해 개방 및 폐쇄된다. 동작 중에, 회전자(192)는 밸브(198)와 밸브(199)가 펌핑의 방향을 제어하기 위해 교대로 개방하고 폐쇄하는 동안 양방향으로 휠 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 펌핑 스피커(190)는 회전자 펌프라고 할 수 있다.
도 4a, 4b, 4c, 및 4d를 참조하여 위에 설명된 상부 백플레이트(134)와 유사하게, 상부 고정자(194)는 회전자(192) 위에 상이한 전계들을 발생할 수 있는 전기적 격벽들(194a, 194b, 194c, 및 194d)을 포함한다. 상부 고정자(194)에 대해, 전극(200)은 전기적 격벽들(194b 및 194d)에 결합되고 전극(202)은 전기적 격벽들(194a 및 194c)에 결합된다. 도 4a, 4b, 4c, 및 4d를 참조하여 위에 설명된 하부 백플레이트(136)와 유사하게, 하부 고정자(196)는 회전자(192) 아래에 상이한 전계들을 발생할 수 있는 전기적 격벽들(196a, 196b, 196c, 및 196d)을 포함한다. 하부 고정자(196)에 대해, 전극(204)은 전기적 격벽들(196a 및 196c)에 결합되고 전극(206)은 전기적 격벽들(196b 및 196d)에 결합된다.
다양한 실시예들에 따르면, 전극들(200, 202, 204, 및 206)은 도 7a 및 7b에 도시한 바와 같이 회전자(192)의 이동을 발생하기 위해 상부 고정자(194)의 전기적 격벽들(194a, 194b, 194c, 및 194c)에 및 하부 고정자(196)의 전기적 격벽들(196a, 196b, 196c, 및 196d)에 전압들을 인가한다. 이러한 실시예들에서, 회전자(192)의 움직임은 밸브(198) 또는 밸브(199)를 개방 및 폐쇄함으로써 어느 한 방향으로 펌핑을 발생한다. 예를 들어, 상향 펌핑은 밸브(198)를 통해 공기 이동을 강요하기 위해 회전자(192)가 회전하는 동안 밸브(198)를 개방하고 공기가 밸브(198)를 통해 후퇴되는 것을 방지하기 위해 회전자(192)가 다른 방향으로 회전하는 동안 밸브(198)를 폐쇄함으로써 발생될 수 있다. 유사하게, 하향 펌핑은 밸브(199)를 통해 공기 이동을 강요하기 위해 회전자(192)가 회전하는 동안 밸브(199)를 개방하고 공기가 밸브(199)를 통해 후퇴되는 것을 방지하기 위해 회전자(192)가 다른 방향으로 회전하는 동안 밸브(199)를 폐쇄함으로써 발생될 수 있다.
다양한 상이한 실시예들에서, 밸브(198) 및 밸브(199)는 회전자(192)의 이동들을 통한 펌핑을 어느 한 방향으로 제공하기 위해 상향 또는 하향 움직임들 동안 개방 또는 폐쇄하도록 구성된다. 일부 이러한 실시예들에서, 밸브(198) 및 밸브(199)는 회전자(192)의 시계방향 움직임 동안에만 개방하도록 구성된다. 다른 이러한 실시예들에서, 밸브(198) 및 밸브(199)는 회전자(192)의 반시계방향 움직임 동안에만 개방하도록 구성된다. 다른 이러한 실시예들에서, 밸브(198) 및 밸브(199)는 회전자(192)의 시계방향 또는 반시계방향 움직임 동안 개방하도록 구성되고 그에 따라 제어될 수 있다. 다양한 실시예들에서, 밸브(198) 및 밸브(199)는 밸브(198) 및 밸브(199)를 개방 또는 폐쇄하기 위해 전압들을 인가함으로써 제어될 수 있다. 다른 실시예들에서, 밸브(198) 및 밸브(199)는 한 방향으로의 공기 흐름을 위해서만 개방하도록 구성될 수 있는데, 즉, 밸브(198) 및 밸브(199)는 일방향 밸브들일 수 있다.
다양한 실시예들에서, 펌핑 스피커(190)는 회전자(192)를 도 2b를 참조하여 위에 설명된 것과 같이 펌핑 음향 신호 PASIG를 발생하는 반송파 신호 CSIG에 따라 진동시키기 위해 전극들(200, 202, 204, 및 206)을 통해 인가된 전압들에 의해 제어될 수 있다. 이러한 실시예들에서, 반송파 신호 CSIG의 진폭 Camp 및 방향 둘 다는 도 2b를 참조하여 위에 설명된 것과 같이 펌핑 음향 신호 PASIG를 발생하기 위해 회전자(192)의 진동들 및 밸브(198) 및 밸브(199)의 개방 및 폐쇄를 제어함으로써 조정될 수 있다. 구체적으로, 펌핑 스피커(190)는 발생한 펌핑 음향 신호 PASIG에 따라, 밸브(198) 및 밸브(199)를 제어함으로써, 펌핑의 방향을 변화시키도록 제어된다. 특정한 실시예들에서, 회전자(192)는 50㎑ 위의 주파수에서 진동하도록 제어된다.
일부 실시예들에 따르면, 추가의 밸브들이 상부 고정자(194) 또는 하부 고정자(196) 내에 포함될 수 있다. 일부 실시예들에서, 추가의 전극들이 전기적 격벽들(194a, 194b, 194c, 및 194d) 또는 전기적 격벽들(196a, 196b, 196c, 및 196d)을 독립 전극들에 결합하기 위해 포함될 수 있다. 또한, 상부 고정자(194) 및 하부 고정자(196)는 추가의 전기적 격벽들 또는 추가의 전극들을 포함할 수 있다.
도 8a, 8b, 8c, 8d, 8e, 및 8f는 실시예 펌핑 스피커들을 위한 밸브 시스템들(300, 301, 및 303)의 단면도들을 도시한다. 도 8a 및 8b는 밸브(302)를 포함하는 자기-폐쇄 밸브 시스템(300)을 도시한다. 다양한 실시예들에 따르면, 밸브(302)는 큰 압력 차가 압력 P1과 압력 P2 사이에 존재하지 않는다면 자동적으로 폐쇄한다. 도 8a에 도시한 바와 같이, 밸브(302)는 압력 P1 및 P2에 대해 폐쇄된 채로 남는다. 압력 P2가 압력 P1보다 훨씬 더 클 때, 밸브(302)는 도 8b에 도시한 바와 같이 압력 차에 의해 개방되게 강요된다.
도 8c 및 8d는 밸브(304)를 포함하는 자기-개방 밸브 시스템(301)을 도시한다. 다양한 실시예들에 따르면, 밸브(304)는 큰 압력 차가 압력 P1과 압력 P2 사이에 존재하지 않는다면 자동적으로 개방한다. 도 8c에 도시한 바와 같이, 밸브(304)는 압력 P1 및 P2에 대해 개방된 채로 남는다. 압력 P1이 압력 P2보다 훨씬 더 클 때, 밸브(304)는 도 8d에 도시한 바와 같이 압력 차에 의해 폐쇄되게 강요된다.
도 8e 및 8f는 밸브(306) 및 밸브(306)에 인가된 전압 V1을 제어하기 위한 전원(308)을 포함하는 전압 제어 밸브 시스템(303)을 도시한다. 다양한 실시예들에 따르면, 도 8e에 도시한 바와 같이 전원(308)이 밸브(306) 양단에 전압 V1을 인가하도록 활성일 때 밸브(306)는 폐쇄된다. 전원(308)이 도 8f에 도시한 바와 같이 비활성이거나 비접속되고 전압이 밸브(306) 양단에 인가되지 않을 때 밸브(306)는 개방된다.
다양한 자기-폐쇄 밸브들, 자기-개방 밸브들, 및 전압 제어 밸브들의 재료들 및 구조들은 많고 본 기술 분야의 통상의 기술자에 의해 공지되어 있다. 그러한 수많은 재료 및 구조 구현들이 다양한 실시예들 내에 포함된다.
도 9a 및 9b는 실시예 펌핑 스피커 시스템(320) 및 실시예 펌핑 스피커 시스템(321)의 시스템도들을 도시한다. 펌핑 스피커 시스템(320)은 백 볼륨(322), 프론트 볼륨(324), 필터 멤브레인(326), 단방향 펌프(328), 밸브(330), 및 밸브(332)를 포함한다. 다양한 실시예들에 따르면, 단방향 펌프(328), 밸브(330), 및 밸브(332)는 도 2b를 참조하여 위에 설명된 것과 같이 펌핑 음향 신호 PASIG를 발생하는 반송파 신호 CSIG를 발생하기 위해 다른 도면들을 참조하여 위에 설명된 바와 같이 동작한다. 이러한 실시예들에서, 반송파 신호 CSIG의 진폭 Camp 및 방향 둘 다는 도 2b를 참조하여 위에 설명된 것과 같이 펌핑 음향 신호 PASIG를 발생하기 위해 단방향 펌프(328), 밸브(330), 및 밸브(332)에 의해 조정될 수 있다. 이러한 실시예들에서, 밸브(330) 및 밸브(332)는 백 볼륨(322)과 프론트 볼륨(324) 사이의 펌핑의 방향을 제어하기 위해 제어된다. 밸브(330) 및 밸브(332)를 제어함으로써, 펌핑 스피커 시스템(320)은 양방향 펌핑을 제공할 수 있고, 그러므로 단방향 펌프(328)를 사용하는 동안, 펌핑 음향 신호 PASIG를 발생하기 위해 펌핑의 방향을 제어할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 펌핑의 방향 및 크기는 프론트 볼륨(324) 밖으로 펌핑 음향 신호 PASIG를 발생하기 위해, 위에 설명된 바와 같이, 조정된다. 이러한 실시예들에서, 필터 멤브레인(326)은 발생된 신호의 저역 통과 필터링을 제공하고 단방향 펌프(328), 밸브(330), 및 밸브(332)에 대한 추가의 먼지 및 미립자 보호를 제공하기 위해 프론트 볼륨(324)의 인터페이스 또는 출력에 포함될 수 있다. 필터 멤브레인(326)은 가청 주파수 범위 내의 주파수들을 통과시키고 가청 주파수 범위 위의 주파수들을 필터링한다. 대안적 실시예들에서, 필터 멤브레인(326)은 또한 예를 들어, 초음파 또는 근거리 검출 응용들에서, 가청 주파수 범위 위의 주파수들 통과시킬 수 있다. 또한, 단방향 펌프(328), 밸브(330), 및 밸브(332)는 공기 내의 입자들 또는 먼지로부터의 손상에 민감할 수 있고 필터 멤브레인(326)은 공기 내의 먼지, 오물, 또는 다른 미립자들로부터의 추가의 보호를 제공할 수 있다.
도 9b 내의 펌핑 스피커 시스템(321)은 백 볼륨(322), 프론트 볼륨(324), 필터 멤브레인(326), 및 양방향 펌프(334)를 포함한다. 다양한 실시예들에 따르면, 양방향 펌프(334)를 갖는 펌핑 스피커 시스템(321)은 펌핑 스피커 시스템(320) 및 단방향 펌프(328)를 참조하여 설명된 바와 같이 동작하고, 여기서 밸브(330) 및 밸브(332)는 생략된다. 이러한 실시예들에서, 양방향 펌프(334)는 밸브(330) 또는 밸브(332) 없이, 백 볼륨(322)과 프론트 볼륨(324) 사이의 양방향 펌핑을 제공할 수 있으므로, 도 2b 및 9a를 참조하여 위에 설명된 것과 같이 펌핑 음향 신호 PASIG를 발생하기 위해 펌핑의 방향을 제어할 수 있다.
다양한 실시예들에서, 백 볼륨(322) 및 프론트 볼륨(324)은 디바이스 패키지 내의 개방된 볼륨들과 같이, 밀봉되지 않은 볼륨들일 수 있다. 일부 실시예들에서, 백 볼륨(322) 및 프론트 볼륨(324)은 상이한 응용들을 위해 디자인된 형상들을 가질 수 있다. 예를 들어, 백 볼륨(322) 및 프론트 볼륨(324)은 음향 펌핑 효율, 시스템 비용, 또는 시스템 크기를 개선시키도록 배열될 수 있다. 그러므로, 다양한 실시예들에서, 백 볼륨(322) 및 프론트 볼륨(324)은 임의 유형의 형상을 가질 수 있다.
도 10은 마이크로스피커들(352-1, 352-2, 352-3, 352-4, 352-5, 352-6, 352-7, 352-8, 352-9, 352-10, 352-11, 및 352-12)을 포함하는 마이크로스피커 어레이를 갖는 또 하나의 실시예 펌핑 스피커 시스템(350)의 시스템도를 도시한다. 다양한 실시예들에 따르면, 마이크로스피커들(352-1, 352-2, 352-3, 352-4, 352-5, 352-6, 352-7, 352-8, 352-9, 352-10, 352-11, 및 352-12)은 각각 여기에 설명된 다양한 실시예 마이크로스피커들 및 마이크로펌프들 중 어느 것을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 펌핑 스피커 시스템(350) 내의 각각의 마이크로스피커는 동일한 실시예 마이크로스피커를 포함한다. 다른 실시예들에서, 펌핑 스피커 시스템(350)은 실시예 마이크로스피커들의 다수 유형들을 포함할 수 있다.
펌핑 스피커 시스템(350)은 12개의 마이크로스피커들(352-1, 352-2, 352-3, 352-4, 352-5, 352-6, 352-7, 352-8, 352-9, 352-10, 352-11, 및 352-12)로 도시되지만, 펌핑 스피커 시스템(350)은 다른 실시예들에서 한 어레이 내에 임의 수의 마이크로스피커를 포함할 수 있다. 예를 들어, 펌핑 스피커 시스템(350)은 일부 실시예들에서, 2개 내지 24개의 마이크로스피커를 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 펌핑 스피커 시스템(350)은 24개보다 많은 마이크로스피커를 포함할 수 있다. 다양한 실시예들에서, 마이크로스피커들(352-1, 352-2, 352-3, 352-4, 352-5, 352-6, 352-7, 352-8, 352-9, 352-10, 352-11, 및 352-12)은 기판(354) 내에 형성된다. 한 실시예에서, 기판(354)은 단일 반도체 다이이다. 또 하나의 실시예에서, 기판(354)은 인쇄 회로 보드(PCB)이다.
다양한 실시예들에 따르면, 펌핑 스피커 시스템(350) 내에 포함된 것 같은, 마이크로스피커 어레이는 단일 마이크로스피커에 비해 보다 높은 조합된 진폭을 갖는 신호들을 발생한다. 이러한 실시예들에서, 어레이 내에 형성된 마이크로스피커들은 보다 높은 SPL들을 갖는 음향 신호들을 함께 발생할 수 있다. 특정한 실시예들에서, 펌핑 스피커 시스템(350)은 보다 양호한 성능을 갖는 상이한 주파수 범위들 내의 음향 신호들을 발생하도록 튜닝된 다양한 마이크로스피커들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 마이크로스피커들(352-1, 352-2, 352-3, 352-4, 352-5, 및 352-6)은 보다 양호한 성능을 갖는 20㎐ 내지 1㎑의 주파수들을 발생하도록 튜닝될 수 있고, 마이크로스피커들(352-7, 352-8, 352-9, 352-10, 352-11, 및 352-12)은 보다 양호한 성능을 갖는 1㎑ 내지 20㎑의 주파수들을 발생하도록 튜닝될 수 있다. 그러므로, 마이크로스피커 어레이는 마이크로스피커들의 동종의 선택 대신에 마이크로스피커들의 이종의 선택을 사용함으로써, 일부 실시예들에서, 보다 양호한 성능 및 효율로 동작하도록 튜닝될 수 있다.
도 11은 펌핑 스피커에 대한 동작 400의 실시예 방법의 시스템 블록도를 도시한다. 다양한 실시예들에 따르면, 동작 400의 방법은 단계들 402 및 404를 포함하고 음향 펌프를 포함하는 스피커를 동작하는 방법을 포함한다. 단계 402는 제1 주파수로 음향 펌프를 여기함으로써 제1 주파수를 갖는 반송파 신호를 발생하는 것을 포함한다. 제1 주파수는 이러한 실시예들에서 가청 주파수 범위 밖에 있다. 단계 404는 반송파 신호를 조정함으로써 제2 주파수를 갖는 음향 신호를 발생하는 것을 포함한다. 반송파 신호에 대한 조정들은 제2 주파수에서 수행된다. 이러한 실시예들에서, 제2 주파수는 가청 주파수 범위 안에 있다.
일부 실시예들에 따르면, 단계 404에서 반송파 신호를 조정함으로써 음향 신호를 발생하는 것은 제2 주파수에 따라 반송파 신호의 크기를 조정하고 제2 주파수에 따라 음향 펌프에 대한 펌핑의 방향을 조정하는 것을 포함한다. 추가의 단계들이 다양한 추가의 실시예들에서 동작 400의 방법 내에 포함될 수 있다.
실시예에 따르면, 음향 펌프를 갖는 스피커를 동작시키는 방법은 제1 주파수로 음향 펌프를 여기함으로써 제1 주파수를 갖는 반송파 신호를 발생하고 반송파 신호를 조정함으로써 제2 주파수를 갖는 음향 신호를 발생하는 것을 포함한다. 이러한 실시예들에서, 제1 주파수는 가청 주파수 범위 밖에 있고 제2 주파수는 가청 주파수 범위 안에 있다. 반송파 신호를 조정하는 것은 제2 주파수로 반송파 신호에 대한 조정들을 수행하는 것을 포함한다. 다른 실시예들은 대응하는 실시예 방법들을 수행하도록 각각 구성되는 대응하는 시스템들 및 장치를 포함한다.
구현들은 다음의 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 다양한 실시예들에서, 반송파 신호를 조정함으로써 음향 신호를 발생하는 것은 제2 주파수에 따라 반송파 신호의 크기를 조정하고 제2 주파수에 따라 음향 펌프에 대한 펌핑의 방향을 조정하는 것을 포함한다. 일부 실시예들에서, 제2 주파수는 가청 주파수 범위 안의 복수의 주파수를 포함하고 음향 신호는 가청 주파수 범위 안의 복수의 주파수를 갖는 복수의 사운드를 포함한다. 음향 펌프를 여기하는 것은 마이크로펌프 구조를 여기하는 것을 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에서, 제1 주파수는 100㎑ 위이고 제2 주파수는 23㎑ 아래이다. 일부 실시예들에서, 제1 주파수는 음향 펌프의 공진 주파수에 정합하도록 선택된다. 특정한 실시예들에서, 제1 주파수는 일정하게 유지되고 제2 주파수는 변화된다. 다른 실시예들에서, 방법은 반송파 신호를 발생하기 전에, 복수의 주파수로 음향 펌프를 여기하고, 복수의 주파수에 대응하는 음향 펌프의 복수의 응답을 측정하고, 복수의 응답을 측정한 것에 기초하여 음향 펌프의 공진 주파수를 결정하는 것을 더 포함한다. 또 다른 실시예들에서, 방법은 반송파 신호를 발생하기 전에, 제1 주파수를 공진 주파수로 설정하는 것을 더 포함한다. 일부 실시예들에 따르면, 방법은 반송파 신호를 발생하기 전에, 음향 펌프 내의 기계적 소자들을 조정함으로써 음향 펌프의 공진 주파수를 튜닝하는 것을 더 포함한다.
실시예에 따르면, 마이크로스피커는 상한의 가청 주파수 한계 위의 제1 주파수로 펌핑하고 상한의 가청 주파수 한계 아래의 제2 주파수에 따라 펌핑의 크기 및 방향을 조정함으로써 음향 신호를 발생하도록 구성되는 음향 마이크로펌프 구조를 포함한다. 다른 실시예들은 대응하는 실시예 방법들을 수행하도록 각각 구성되는 대응하는 시스템들 및 장치를 포함한다.
구현들은 다음의 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 다양한 실시예들에서, 마이크로스피커는 음향 마이크로펌프 구조에 결합된 집적 회로를 더 포함한다. 집적 회로는 복수의 테스트 주파수에서 음향 마이크로펌프 구조를 동작하고, 복수의 테스트 주파수에 대응하는 음향 마이크로펌프 구조의 복수의 주파수 응답을 측정하고, 복수의 주파수 응답을 측정한 것에 기초하여 음향 마이크로 펌프 구조의 공진 주파수를 결정하고, 공진 주파수에 기초하여 제1 주파수를 설정하도록 구성된다.
다양한 실시예들에서, 음향 마이크로펌프 구조는 복수의 섹션으로 분할되는 편향가능한 멤브레인을 포함하고, 슬릿들에 의해 복수의 섹션이 격리된다. 일부 실시예들에서, 음향 마이크로펌프 구조는 사형 펌프를 포함한다. 다른 실시예들에서, 음향 마이크로펌프 구조는 편향가능한 멤브레인 내에 밸브들을 갖는 편향가능한 멤브레인을 포함한다. 이러한 실시예들에서, 밸브들은 일방향 밸브들을 포함할 수 있다. 다른 이러한 실시예들에서, 밸브들은 전압 제어 밸브들을 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에서, 음향 마이크로펌프 구조는 회전자 펌프를 포함한다. 일부 실시예들에서, 마이크로스피커는 음향 마이크로펌프 구조에 결합된 백 볼륨 및 음향 마이크로펌프 구조에 결합되고 음향 신호를 출력하도록 구성되는 출력을 갖는 프론트 볼륨을 더 포함한다. 이러한 실시예들에서, 음향 마이크로펌프 구조는 백 볼륨과 프론트 볼륨 사이에서 펌핑하도록 더 구성된다. 일부 실시예들에서, 프론트 볼륨은 출력 상에 필터 멤브레인을 포함한다. 다른 실시예들에서, 음향 마이크로펌프 구조는 동일한 기판 내에 배치되고 마이크로펌프 어레이로서 구성되는 복수의 음향 마이크로펌프 구조를 포함한다.
실시예에 따르면, 스피커는 제1 주파수로 음향 펌프를 여기함으로써 제1 주파수를 갖는 반송파 신호를 발생하고 반송파 신호를 조정함으로써 제2 주파수를 갖는 음향 신호를 발생하도록 구성되는 음향 펌프를 포함한다. 이러한 실시예들에서, 제1 주파수는 가청 주파수 범위 밖에 있고 제2 주파수는 가청 주파수 범위 안에 있다. 이러한 실시예들에서, 반송파 신호를 조정하는 것은 제2 주파수로 반송파 신호에 대한 조정들을 수행하는 것을 포함한다. 다른 실시예들은 대응하는 실시예 방법들을 수행하도록 각각 구성되는 대응하는 시스템들 및 장치를 포함한다.
구현들은 다음의 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 다양한 실시예들에서, 반송파 신호를 조정함으로써 음향 신호를 발생하는 것은 제2 주파수에 따라 반송파 신호의 크기를 조정하고 제2 주파수에 따라 음향 펌프에 대한 펌핑의 방향을 조정하는 것을 포함한다. 일부 실시예들에서, 제2 주파수는 가청 주파수 범위 안의 복수의 주파수를 포함하고 음향 신호는 가청 주파수 범위 안의 복수의 주파수를 갖는 복수의 사운드를 포함한다.
다양한 실시예들에서, 제1 주파수는 음향 펌프의 공진 주파수에 정합하도록 선택된다. 일부 실시예들에서, 제1 주파수는 일정하게 유지되고 제2 주파수는 변화된다. 다른 실시예들에서, 스피커는 음향 펌프에 결합되고 복수의 주파수로 음향 펌프를 여기하고, 복수의 주파수에 대응하는 음향 펌프의 복수의 응답을 측정하고, 복수의 응답을 측정한 것에 기초하여 음향 펌프의 공진 주파수를 결정하도록 구성되는 집적 회로를 더 포함한다. 집적 회로는 제1 주파수를 공진 주파수로 설정하도록 더 구성될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 집적 회로는 음향 펌프 내의 기계적 소자들을 조정함으로써 음향 펌프의 공진 주파수를 튜닝하도록 더 구성된다.
다양한 실시예들의 장점은 예를 들어, 더 낮은 주파수들, 예를 들어, 100㎐ 아래에서 거의 또는 전혀 줄어들지 않는 SPL들을 갖는 가청 사운드들을 발생할 수 있는 마이크로스피커들을 포함할 수 있다. 다양한 실시예들의 또 하나의 장점은 마이크로스피커들에 대한 동작의 증가된 효율을 포함할 수 있다. 다양한 실시예들의 추가 장점들은 공진 모드 여기에 기초하여 큰 편향들을 갖는 마이크로스피커들 및 높은 SPL들을 갖는 가청 사운드들을 발생할 수 있는 마이크로스피커들을 포함할 수 있다. 다양한 실시예들의 또 다른 장점들은 평탄한 주파수 곡선을 갖는 마이크로스피커를 포함할 수 있다. 일부 실시예들의 또 다른 장점은 예를 들어, 초음파 또는 근거리 검출에 사용하기 위한 가청 범위 위의 주파수들을 발생할 수 있는 마이크로스피커를 포함할 수 있다.
여기서 공기 중의 음향 신호들을 참조하여 설명이 주로 이루어진다. 그러나, 추가 실시예들에서, 실시예 방법들 및 구조들이 신호 발생된 임의의 매체에 적용될 수 있다.
본 발명이 예시적인 실시예들을 참조하여 설명되었지만, 본 설명은 제한적인 의미로 해석되는 것은 아니다. 본 발명의 다른 실시예들 뿐만 아니라, 예시적인 실시예들의 다양한 수정들 및 조합들이 본 설명을 참조하면 본 기술 분야의 통상의 기술자에게 분명할 것이다. 그러므로 첨부된 청구범위는 임의의 이러한 수정들 또는 실시예들을 포함하는 것으로 의도된다.

Claims (41)

  1. 음향 펌프를 포함하는 스피커를 동작시키는 방법으로서, 상기 방법은
    제1 주파수로 상기 음향 펌프를 여기(exciting)함으로써 상기 제1 주파수를 갖는 반송파 신호를 발생하는 단계 - 상기 제1 주파수는 가청 주파수 범위 밖에 있음 -; 및
    상기 반송파 신호를 조정함으로써 제2 주파수를 갖는 음향 신호를 발생하는 단계
    를 포함하고,
    상기 반송파 신호를 조정하는 단계는 상기 제2 주파수로 상기 반송파 신호에 대한 조정들을 수행하는 단계 및 상기 제2 주파수에 따라 상기 음향 펌프에 대한 펌핑의 방향을 조정하는 단계를 포함하고,
    상기 펌핑의 방향을 조정하는 단계는, 상기 음향 펌프를 통해 탄성 매체의 흐름 방향을 제1 방향에서 제2 방향으로 변경하는 단계를 포함하고,
    상기 제2 주파수는 상기 가청 주파수 범위 안에 있는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 반송파 신호를 조정함으로써 상기 음향 신호를 발생하는 단계는, 상기 제2 주파수에 따라 상기 반송파 신호의 크기를 조정하는 단계를 포함하는 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 주파수는 상기 가청 주파수 범위 안의 복수의 주파수를 포함하고;
    상기 음향 신호는 상기 가청 주파수 범위 안의 상기 복수의 주파수를 갖는 복수의 사운드를 포함하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 음향 펌프를 여기하는 단계는 마이크로펌프 구조를 여기하는 단계를 포함하는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1 주파수는 100㎑ 위이고 상기 제2 주파수는 23㎑ 아래인 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1 주파수는 상기 음향 펌프의 공진 주파수에 정합(match)하도록 선택되는 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제1 주파수는 일정하게 유지되고 상기 제2 주파수는 변화되는 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 반송파 신호를 발생하기 전에,
    복수의 주파수로 상기 음향 펌프를 여기하는 단계;
    상기 복수의 주파수에 대응하는 상기 음향 펌프의 복수의 응답을 측정하는 단계; 및
    상기 복수의 응답을 측정한 것에 기초하여 상기 음향 펌프의 공진 주파수를 결정하는 단계를 더 포함하는 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 반송파 신호를 발생하기 전에, 상기 제1 주파수를 상기 공진 주파수로 설정하는 단계를 더 포함하는 방법.
  10. 제8항에 있어서, 상기 반송파 신호를 발생하기 전에, 상기 음향 펌프 내의 기계적 소자들을 조정함으로써 상기 음향 펌프의 상기 공진 주파수를 튜닝(tuning)하는 단계를 더 포함하는 방법.
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  22. 스피커로서,
    제1 주파수로 음향 펌프를 여기함으로써 상기 제1 주파수를 갖는 반송파 신호를 발생하고 - 상기 제1 주파수는 가청 주파수 범위 밖에 있음 -;
    상기 반송파 신호를 조정함으로써 제2 주파수를 갖는 음향 신호를 발생
    하도록 구성되는 음향 펌프를 포함하고,
    상기 반송파 신호를 조정하는 것은 상기 제2 주파수로 상기 반송파 신호에 대한 조정들을 수행하는 것 및 상기 제2 주파수에 따라 상기 음향 펌프에 대한 펌핑의 방향을 조정하는 것을 포함하고,
    상기 펌핑의 방향을 조정하는 것은, 상기 음향 펌프를 통해 탄성 매체의 흐름 방향을 제1 방향에서 제2 방향으로 변경하는 것을 포함하고,
    상기 제2 주파수는 상기 가청 주파수 범위 안에 있는 스피커.
  23. 제22항에 있어서, 상기 반송파 신호를 조정함으로써 상기 음향 신호를 발생하는 것은, 상기 제2 주파수에 따라 상기 반송파 신호의 크기를 조정하는 것을 포함하는 스피커.
  24. 제22항에 있어서,
    상기 제2 주파수는 상기 가청 주파수 범위 안의 복수의 주파수를 포함하고;
    상기 음향 신호는 상기 가청 주파수 범위 안의 상기 복수의 주파수를 갖는 복수의 사운드를 포함하는 스피커.
  25. 제22항에 있어서, 상기 제1 주파수는 상기 음향 펌프의 공진 주파수에 정합하도록 선택되는 스피커.
  26. 제22항에 있어서, 상기 제1 주파수는 일정하게 유지되고 상기 제2 주파수는 변화되는 스피커.
  27. 제22항에 있어서, 상기 음향 펌프에 결합되고
    복수의 주파수로 상기 음향 펌프를 여기하고;
    상기 복수의 주파수에 대응하는 상기 음향 펌프의 복수의 응답을 측정하고;
    상기 복수의 응답을 측정한 것에 기초하여 상기 음향 펌프의 공진 주파수를 결정하도록 구성되는 집적 회로를 더 포함하는 스피커.
  28. 제27항에 있어서, 상기 집적 회로는 상기 제1 주파수를 상기 공진 주파수로 설정하도록 더 구성되는 스피커.
  29. 제27항에 있어서, 상기 집적 회로는 상기 음향 펌프 내의 기계적 소자들을 조정함으로써 상기 음향 펌프의 상기 공진 주파수를 튜닝하도록 더 구성되는 스피커.
  30. 제1항에 있어서,
    상기 제1 주파수는 상한의 가청 주파수 한계(upper audible frequency limit) 위의 주파수인 방법.
  31. 제22항에 있어서,
    상기 음향 펌프는 복수의 섹션으로 분할되는 편향가능한 멤브레인(deflectable membrane)을 포함하고, 슬릿들에 의해 상기 복수의 섹션이 격리되는 스피커.
  32. 제22항에 있어서,
    상기 음향 펌프는 사형 펌프(serpentine pump)를 포함하는 스피커.
  33. 제22항에 있어서,
    상기 음향 펌프는 편향가능한 멤브레인을 포함하고, 상기 편향가능한 멤브레인은 밸브들을 포함하는 스피커.
  34. 제33항에 있어서,
    상기 밸브들은 일방향 밸브들을 포함하는 스피커.
  35. 제33항에 있어서,
    상기 밸브들은 전압 제어 밸브들을 포함하는 스피커.
  36. 제22항에 있어서,
    상기 음향 펌프는 회전자 펌프(rotor pump)를 포함하는 스피커.
  37. 제22항에 있어서,
    상기 음향 펌프에 결합된 백 볼륨(back volume);
    상기 음향 펌프에 결합되고 상기 음향 신호를 출력하도록 구성되는 출력을 갖는 프론트 볼륨(front volume)
    을 더 포함하고, 상기 음향 펌프는 상기 백 볼륨과 상기 프론트 볼륨 사이에서 펌핑하도록 더 구성되는 스피커.
  38. 제37항에 있어서,
    상기 프론트 볼륨은 상기 출력 상에 필터 멤브레인을 포함하는 스피커.
  39. 제22항에 있어서,
    상기 음향 펌프는 동일한 기판 내에 배치되고 음향 펌프 어레이로서 구성되는 복수의 음향 펌프를 포함하는 스피커.
  40. 제1항에 있어서,
    상기 제1 방향은 상기 음향 펌프의 표면과 직각을 이루는 제1 성분을 포함하고,
    상기 제2 방향은 상기 제1 성분과 반대(opposite)인 제2 성분을 포함하는 방법.
  41. 제22항에 있어서,
    상기 제1 방향은 상기 음향 펌프의 표면과 직각을 이루는 제1 성분을 포함하고,
    상기 제2 방향은 상기 제1 성분과 반대인 제2 성분을 포함하는 스피커.
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