KR20210076067A - 진동 구조물에 대한 선택적 모드 제어 방법, 시스템 및 장치 - Google Patents

진동 구조물에 대한 선택적 모드 제어 방법, 시스템 및 장치 Download PDF

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KR20210076067A
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KR1020217014217A
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마이클 찰스 하일레만
마크 프레드릭 복코
데이비드 앨런 앤더슨
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유니버시티 오브 로체스터
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Abstract

규정된 서브세트에 포함된 하나 이상의 진동 공진 모드의 응답을 여기/억제하기 위해 탄성 패널의 표면 전체에 여러 개의 힘 액추에이터가 분산된 탄성 패널에서 모드 진동을 선택적으로 제어하기 위한 방법, 시스템 및 장치가 개시된다. 힘 액추에이터는 힘 액추에이터가 공통 신호원에 의해 구동될 때 규정된 모드 여기/억제가 실현되도록 배치된다.

Description

진동 구조물에 대한 선택적 모드 제어 방법, 시스템 및 장치
본 출원은 2018년 10월 13일 출원된 미국 가출원 제62/745,307호에 대한 우선권을 주장한다. 상기 출원의 전체 내용이 본원에 참고로 포함된다.
본 출원은 구조적 진동 및/또는 방사음(radiated sound)을 여기하거나 억제하기 위해 하나 이상의 힘 액추에이터(force actuator)가 사용되는 구조물에 대한 제어 시스템에 관한 것이다.
힘 액추에이터는 구조물에서 하나 이상의 진동 공진 모드(vibrational resonant mode)의 응답을 여기/억제하기 위해 수년 동안 사용되어 왔다. 모드 여기/억제(modal excitation/depression) 기술은 여러 가지 형태를 취할 수 있다. 이러한 형태 중 하나는, 구조물 상에 분산된 여러 개의 센서를 사용하여 교란에 대한 구조물의 응답이 먼저 추정되는, 피드백이 있는 능동 진동 제어이다. 센서 신호는 제어기로 전송되고, 이는 센서 신호를 해석한 다음, 이에 대응하여 구조물 상에 분산된 하나 이상의 힘 액추에이터에 별도의 구동 신호(들)를 전송하여 특정 진동 공진 모드의 기여를 줄이거나 여기한다. 제어기는 이후 센서를 통해 대응하는 구조적 응답을 해석하고, 필요에 따라 구동 신호를 조정한다.
대안으로, 구조물의 진동 공진 모드 및 교란이 알려진 경우, 모드의 특정 서브세트에 대해 규정된 응답을 제공하기 위해 힘 액추에이터 어레이가 구조물 상에 배치될 수 있다. 예를 들어, 본원에 참조로 포함되는 미국 출원 제15/753,679호에 개시된 바와 같이, 모드 크로스오버(modal crossover) 기술을 사용하여 평판 스피커(flat-panel loudspeaker)를 개발할 때, 액추에이터 어레이는, 단순히 지지되는 직사각형 패널의 최저차 굽힘 모드(lowest bending mode)와 같이 바람직한 음 방출 특성을 갖는 굽힘 모드를 여기하고, 바람직하지 않은 음 방출 특성을 갖는 모드는 억제하도록 구성된다.
선택적 모드 제어에 사용되는 기술에 관계없이, 힘 액추에이터에 인가되는 구동 신호는 각각의 진동 공진 모드의 마디선(nodal line)에 대한 액추에이터의 위치에 의존한다. 주어진 구동 신호에 대해, 마디선 근처에 위치한 액추에이터는 특정 모드에 상대적으로 적은 힘을 가하는 반면, 파복(antinode)에 위치한 액추에이터는 모드에 최대 힘을 가한다. 이러한 제어 기술은 여러 가지 모드를 동시에 처리하도록 설계되었기 때문에, 각각의 액추에이터에 인가되는 신호의 상대적 진폭은, 규정된 진동 응답을 달성하기 위해 가중 함수를 사용하여 각각의 모드의 마디선에 대한 상대적 위치에 따라 가중치가 부여되어야 한다. 임의의 어레이 레이아웃의 경우, 가중 함수를 구현하려면 여러 가지 추가 전자장치가 필요하고, 따라서 제조 비용이 증가하고 제품의 신뢰성이 저하될 수 있다.
따라서, 보다 간단하고 비용 효율적인 방식으로 원치 않는 왜곡 없이 음을 생성하는 문제를 극복하는 장치, 시스템 및 방법이 필요하다.
본 출원의 일 양태는 음을 방출하기 위한 장치로서, 장치는 하나 이상의 진동 공진 모드를 갖는 패널과; 다수의 동적 힘 액추에이터로서, 동적 힘 액추에이터는 주어진 주파수 범위에서는 선택된 패널 모드를 크게 작동시키는 반면, 선택된 주파수 범위에서는 다른 모든 모드의 여기를 최소화하도록 결정된, 패널 상의 위치에서 어레이 내에 배치되고, 선택된 모드는 액추에이터가 패널에 상당한 힘을 가할 때 동일한 힘으로 구동되는, 다수의 동적 힘 액추에이터; 및 다수의 동적 힘 액추에이터에 연결되는 공통 신호원(common signal source)으로서, 신호는 공통 신호원으로부터 다수의 힘 액추에이터 각각에 의해 수신되는, 공통 신호원을 포함하고, 및 다수의 힘 액추에이터에 의해 패널 상에 생성되는 동적 힘은 선택된 주파수 대역에서 패널로부터 음의 방출을 생성한다. 일반적으로, 패널로부터 음을 방출하기 위해 선택된 패널 모드는 패널의 모든 지점이 서로 위상을 맞춰 움직이는, 즉, 경계를 제외하고는 패널 표면에 마디선이 없는 패널의 최저차 진동 모드이다.
본 출원의 또 다른 양태는 음의 방출을 제어하는 방법으로서, 방법은 하나 이상의 진동 공진 모드를 갖는 패널을 선택하는 단계와; 다수의 동적 힘 액추에이터를 배치하는 단계로서, 동적 힘 액추에이터는 주어진 주파수 범위에서는 선택된 패널 모드를 크게 작동시키는 반면, 선택된 주파수 범위에서는 다른 모든 모드의 여기를 최소화하도록, 패널 상의 최적화된 위치에서 어레이 내에 배치되고, 선택된 모드는 액추에이터가 패널에 상당한 힘을 가할 때 동일한 힘으로 구동되는, 단계와; 모드 크로스오버 네트워크를 통해 공통 신호원을 다수의 동적 힘 액추에이터에 연결하는 단계와; 공통 신호원으로부터 신호를 수신하는 단계로서, 신호는 다수의 힘 액추에이터 각각에 의해 수신되는 단계; 및 패널로부터 음의 방출을 출력하기 위해 다수의 힘 액추에이터에 의해 생성된 동적 힘을 패널 상에 적용하는 단계로서, 음은 선택된 주파수 대역에 있는, 단계를 포함한다.
본 출원의 또 다른 양태는 본원에 기술된 다양한 실시형태 중 어느 하나로 구성될 수 있는, 본원에 기술된 장치 또는 시스템에 의해 음을 방출하는 방법으로서, 방법은 본원에 기술된 장치 또는 시스템을 이동식 구조물(mobile structure) 내부 또는 외부에 배치하는 단계와; 본 출원의 장치를 사용하여 이동식 구조물 내부 또는 외부에서 음을 방출하는 단계를 포함한다. 특정 실시형태에서, 이동식 구조물은 운송 차량이다. 특정 실시형태에서, 이동식 구조물은 모바일 전자 장치이다. 특정 실시형태에서, 이동식 구조물은 음향 방출기(acoustic radiator)이다.
본 출원의 또 다른 양태는 음의 방출을 제어하기 위한 시스템으로서, 시스템은 본원에 구술된 다양한 실시형태 중 어느 하나로 구성될 수 있는, 본원에 기술된 장치와; 프로그램 가능한 컴퓨터 프로세서를 포함하고, 컴퓨터 프로세서는 본원에 기술된 장치에 네트워크로 연결되고, 및 컴퓨터 프로세서는 장치의 공통 신호원에 의해 생성된 신호를 제어한다.
본 출원의 다양한 양태에서 개별적으로 또는 조합하여 함께 구현될 수 있는 다양한 실시형태가 존재하고; 이하에서 본원의 일 실시형태의 독자적인 열거는 본 출원의 다양한 양태를 실행함에 있어 임의의 특정 실시형태와 본원에 나열된 다른 실시형태의 조합을 부정하지 않는다.
특정 실시형태에서, 장치는 평평하고 원형, 직사각형 또는 정사각형으로 이루어진 군에서 선택되는 형상을 갖는 패널을 구비한다. 특정 실시형태에서, 장치는 단일 증폭기인 공통 신호원을 갖는다.
특정 실시형태에서, 액추에이터는 진동 공진 모드의 규정된 서브세트를 처리하기 위해 구조물 상에 배치된다. 특정 실시형태에서, 액추에이터는 규정된 서브세트에 포함된 패널의 진동 공진 모드 중 하나 이상의 모드의 여기를 취소하도록 배치된다.
특정 실시형태에서, 액추에이터는 마디선 상에 놓이도록 배치되거나, 선택된 패널 모드에 작용하는 알짜 힘(net force)이 0에 근접하도록 파복 영역에 배치된다. 특정 실시형태에서, 규정된 모드 세트는 규정된 대역폭 내에서 공진하는 모든 패널 모드를 포함한다. 특정 실시형태에서, 힘 액추에이터는 선택된 직렬/병렬 구성으로 배선되어 목표 총 전기 임피던스를 생성한다. 특정 실시형태에서, 어레이는 패널 상의 하나 이상의 독립적으로 구동되는 개별 힘 액추에이터와 함께 사용된다.
특정 실시형태에서, 힘 액추에이터는 전자기 코일 구동기(electromagnetic coil driver)이다. 특정 실시형태에서, 힘 액추에이터는 압전 재료(piezoelectric material)를 포함한다. 특정 실시형태에서, 동적 힘 액추에이터는 주어진 주파수 범위에서 최저차 패널 모드만을 크게 작동시키기 위해 패널 상의 최적화된 위치에서 어레이 내에 배치된다. 특정 실시형태에서, 모드 크로스오버 네트워크는 다수의 동적 힘 액추에이터에 연결되고, 공통 신호원은 모드 크로스오버 네트워크를 통해 다수의 동적 힘 액추에이터에 연결된다.
특정 실시형태에서, 압전 재료는 세라믹을 포함한다. 특정 실시형태에서, 압전 재료는 유기 폴리머를 포함한다. 특정 실시형태에서, 유기 폴리머는 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF)를 포함한다. 특정 실시형태에서, 신호는 디지털, 아날로그, 부분 디지털, 및 부분 아날로그 신호로 이루어진 군에서 선택된다.
특정 실시형태에서, 신호는 오디오 신호이다. 특정 실시형태에서, 신호는 음성, 음악, 및 기타 자연적으로 발생하는 음, 또는 인공적으로 합성된 음 중 하나 이상으로부터 선택된 정보를 포함한다.
특정 실시형태에서, 시스템은 데이터 수신기를 더 포함하고, 데이터 수신기는 프로그램 가능한 컴퓨터 프로세서에 네트워크로 연결되고, 및 데이터 수신기를 통해 시스템에 입력되는 데이터는 장치의 공통 신호원에 의해 출력되는 신호로 변환된다. 특정 실시형태에서, 데이터 수신기는 마이크이다. 특정 실시형태에서, 데이터 수신기는 모바일 전자 장치 또는 진동 센서이다.
도 1은 증폭기를 통해 입력 신호에 의해 구동될 때 진동 공진 모드 세트를 여기/억제하도록 힘 액추에이터가 배치된 구조물이고;
도 2는 독립적으로 구동되는 개별 액추에이터와 함께 작동하는 12 개의 힘 액추에이터 어레이로 배치된 서로 다른 종횡비의 2 개의 패널 구조를 도시하고;
도 3은 직사각형 패널의 (1,1) 모드를 여기하고 여러 가지 다른 모드의 여기를 억제하도록 4 개의 액추에이터가 구성된 예시적인 레이아웃이고;
도 4는 직사각형 패널의 (2,1) 모드를 여기하고 여러 가지 다른 모드의 여기를 억제하도록 4 개의 액추에이터가 구성된 예시적인 레이아웃이고;
도 5는 직사각형 패널의 (1,1) 모드를 여기하고 여러 가지 다른 모드의 여기를 억제하도록 8 개의 액추에이터가 구성된 예시적인 레이아웃이고;
도 6은 직사각형 패널의 (1,1) 모드를 여기하고 여러 가지 다른 모드의 여기를 억제하도록 18 개의 액추에이터가 구성된 예시적인 레이아웃이고;
도 7은 시뮬레이션된 패널 상의 4 개의 액추에이터에 대한 최적화된 위치를 보여주는데, 위치는 정규화된 차원에 비례해서 도시되고;
도 8은 시뮬레이션된 패널에서 8 개의 액추에이터에 대한 최적화된 위치를 보여주는데, 위치는 정규화된 차원에 비례해서 도시되고;
도 9는 시뮬레이션된 패널에서 11 개의 액추에이터에 대한 최적화된 위치를 보여주는데, 위치는 정규화된 차원에 비례해서 도시되고;
도 10은 11 개의 액추에이터가 직렬로 연결된 실험 패널 설정의 사진을 도시하고; 및
도 11은 3 개의 최적화된 배치뿐만 아니라 단일 액추에이터로부터의 여기 하에 본문에 기술된 아크릴 패널에 대한 평균 표면 속도 및 진동계 이미지를 도시한다.
본 개시가 이제 예시적인 실시형태와 관련하여 상세하게 기술될 것이지만, 도면에 도시된 특정 실시형태 및 첨부된 청구 범위에 의해 제한되지는 않는다.
첨부된 구조물 및 도면의 예를 도시하는, 본 출원의 특정 양태 및 예시적인 실시형태에 대해 언급할 것이다. 본 출원의 양태는 방법, 재료 및 예를 포함하는 예시적인 실시형태와 함께 설명될 것이며, 이러한 설명은 비제한적이고, 본 출원의 범위는 일반적으로 공지되거나 본원에 통합된 모든 등가물, 대안 및 변형을 포함하기 위한 것이다. 달리 정의하지 않는 한, 본원에서 사용된 모든 기술 및 과학 용어는 본 출원이 속하는 기술 분야의 숙련가에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 본 기술 분야의 숙련자는 본 출원의 양태 및 실시형태의 실행에 사용될 수 있는, 본원에 기술된 것과 유사하거나 동등한 많은 기술 및 재료를 인식할 것이다. 본 출원의 기술된 측면 및 실시형태는 기술된 방법 및 재료로 제한되지 않는다.
본 명세서 및 첨부된 특허 청구 범위에서 사용되는 단수 형상는 명백하게 달리 지시하지 않는 한 복수 대상을 포함한다.
본원에서 범위는 "약" 하나의 특정 값으로부터 및/또는 "약" 또 다른 특정 값으로 표현될 수 있다. 이러한 범위가 표현될 때, 또 다른 실시형태는 하나의 특정 값 및/또는 다른 특정 값을 포함한다. 유사하게, 선행하는 "약"을 사용하여 값이 근사치로 표현될 때, 특정 값은 또 다른 실시형태를 형성한다는 것을 알 것이다. 각각의 범위의 종점은 다른 종점과 관련하여 그리고 다른 종점과 무관하게 모두 중요하다는 것을 또한 알 것이다. 본원에 개시된 다수의 값이 존재하고, 각각의 값은 또한 그 값 자체 외에 그 특정 값에 대해 "약"으로 개시된다는 것을 또한 알 것이다.
본 출원은 구조적 진동 및/또는 방사음을 여기하거나 억제하기 위해 하나 이상의 힘 액추에이터가 사용되는 구조물에 대한 제어 시스템을 개시한다. 특히, 본 출원은 평면 패널 상에 동적 힘 액추에이터를 배치하여, 이들 모두가 패널에 동일한 압력을 공급할 때 바람직하게는 최저차 모드만이 주어진 주파수 범위 내에서 크게 작동되도록 하는 시스템 및 방법을 개시한다.
구조물의 진동 공진 모드가 알려진 경우, 모드의 특정 서브세트에 대해 규정된 응답을 제공하기 위해 힘 액추에이터 어레이가 구조물 상에 배치될 수 있다. 힘 액추에이터에 인가되는 구동 신호는 각각의 진동 공진 모드의 마디선에 대한 액추에이터의 위치에 의존한다. 주어진 구동 신호에 대해 마디선 근처에 위치한 액추에이터는 특정 모드에서 상대적으로 적은 힘을 가하는 반면, 파복에 위치한 액추에이터는 모드에 최대 힘을 가한다.
공통 신호원에 의해 구동될 때 구조물 모드의 원하는 서브세트에서 다른 모드를 억제하는 동안, 액추에이터가 선택된 모드를 크게 여기하도록 액추에이터의 배치를 결정하기 위한 최적화 방법이 본원에 기술된다. 가중 함수에 대한 필요성, 및 선택적 모드 여기에 대한 가중 함수 구현과 관련된 추가 비용은 힘 액추에이터의 배치를 최적화함으로써 제거된다.
시스템
도 1은 본원에 기술된 시스템의 특정 실시형태를 도시하고 있다. 구조물(100)은, 와이어(104)에 의해 액추에이터에 네트워크로 연결된 증폭기(103)를 통해 입력 신호(102)에 의해 구동될 때, 진동 공진 모드 세트를 여기/억제하기 위해 패널 상에 압력을 가하도록 힘 액추에이터(101)가 배치된 탄성 패널이다. 시스템은 또한 컴퓨터 프로세서(도시되지 않음)를 포함하는 컴퓨터 네트워크를 포함할 수 있다. 본원에서 언급된 압력은 단위 면적당 힘이고, 힘 액추에이터는 탄성 패널과의 접촉 지점 각각에서 동일한 압력(예를 들어, 단위 면적당 힘)을 인가한다는 것을 통상의 기술자는 알 것이다. 액추에이터와 패널 사이의 접촉 면적의 차이를 방지하기 위해, 힘 액추에이터가 동일하고 일관된 방식으로 패널과 완전히 접촉하도록 설계된다는 것을 통상의 기술자는 알 것이다. 액추에이터와 패널 사이의 접촉 면적에 차이가 없는지 확인하면, 다른 액추에이터가 탄성 패널에 다른 힘을 가하는 것을 방지할 수 있다. 도 2는 도 1의 시스템의 한 쌍의 작동 실시형태를 도시하고 있다.
본원의 방법, 장치 및 시스템에서 사용되는 패널은 탄성 패널이다. 패널은 알루미늄, 유리, 목재, 플라스틱, 철 및 비철 금속 모두, 이들의 조합 등을 포함하지만 이에 한정되지 않는 재료로 제조될 수 있으며, 탄성을 갖는 다른 재료로 제조될 수 있다. 이하에서 본원에 기술된 특정 실시형태는 액추에이터 배치의 성공적인 작동을 보여주는 4 개, 8 개 및 11 개의 액추에이터가 있는 아크릴 패널을 사용한다. 그러나, 본원에 기술된 방법, 장치 및 시스템이 아크릴 패널의 사용으로 한정되지 않음을 통상의 기술자는 알 것이다.
본원에 기술된 방법, 장치 또는 시스템에서, 힘 액추에이터 어레이는 탄성 패널의 굽힘 진동을 여기한다. 각각의 개별 힘 액추에이터 자체는 소리 증폭 장치가 아니며 자체적으로 상당한 음향 에너지를 방출하지 않는다. 그러나, 힘 액추에이터가 탄성 패널에 장착되면, 본원에 기술된 바와 같이, 탄성 패널의 굽힘 진동이 여기되고, 이는 다시 진동하는 탄성 패널에 의한 음향 에너지의 방출로 이어진다. 단일 힘 액추에이터가 오디오 신호에 의해 구동되는 경우, 이는 탄성 플레이트 전체를 여기하고, 따라서 전체 패널에서 음이 방출될 것이다. 탄성 패널에 장착된 단일 힘 액추에이터를 사용하면, 탄성 패널의 고차 굽힘 모드(higher order bending mode)가 불가피하게 여기된다.
어레이 내의 힘 액추에이터들은 패널의 고차 굽힘 모드의 여기를 방지하기 위해 함께 작동한다. 바람직하게는, 패널의 최저차 굽힘 모드만이 여기되고 다른 굽힘 모드를 여기하는 것은 방지될 수 있는데, 이는 음향 왜곡을 유발할 수 있기 때문이다. 오디오 신호가 주파수 대역으로 분할되고, 특정 패널 모드의 제어된 여기를 달성하는 동시에, 원하지 않는 패널 모드의 여기를 확실하게 방지하도록 힘 액추에이터 신호가 제어되는 방식은 "모드 크로스오버" 방법을 통하는 것이다.
"모드 크로스오버 네트워크"의 주요 기능은 진동 패널의 어떤 굽힘 모드가 여기되는지를 제어하기 위해 힘 액추에이터 어레이를 사용하는 것이다. 모드 크로스오버 네트워크를 사용하는 실시형태에서, 다른 주파수 범위의 신호는 탄성 패널의 특정 진동 모드를 여기하도록 선택된 다양한 이득 계수를 갖고 개별 힘 액추에이터로 전송되며, 이후 전체 표면이 음을 방출한다. 액추에이터 어레이로 전송된 신호는 다수의 액추에이터가 탄성 패널의 특정 진동 모드를 여기하도록 적절하게 크기가 조정된다. 예를 들어, 탄성 패널의 최저차 진동 모드를 여기하기 위해서는, 패널 중앙에 더 가까운 액추에이터가 더 높은 이득 계수를 가져야 하고, 경계에 가까운 액추에이터는 더 낮은 이득을 사용해야 한다.
특정 실시형태에서, 본원에 기술된 방법, 시스템 및 장치는 모드 크로스오버 네트워크 없이 사용될 수 있다. 또한, 세트 내의 다른 모든 모드의 응답을 취소하면서, 탄성 패널이 최저차 굽힘 모드에서 여기되는 것이 바람직하지만, 본원에 기술된 방법, 시스템 및 장치는 이러한 선호도에 의해 한정되지 않는다.
다른 실시형태에서, 본원에서 기술된 방법, 시스템 및 장치는 (예를 들어, 잡음 제거를 위해) 기본 진동 공진 모드 이외의 패널 모드 또는 모드들의 조합을 여기하기 위해 사용될 수 있다. 패널 모드 세트 내의 임의의 패널 모드를 개별적으로 여기하기 위해 본원에 기술된 방법, 시스템 및 장치를 조정하는 방법을 통상의 기술자는 알 것이다. 본원에 기술된 방법, 시스템 및 장치는 기본 진동 공진 모드의 여기에 한정되지 않고, 세트 내의 임의의 모드에 대해 확장될 수 있다.
도 3 내지 도 6은 직사각형 탄성 패널의 특정 모드를 여기하고 여러 가지 다른 모드의 여기를 억제하도록 다양한 수의 액추에이터가 구성된 예시적인 레이아웃을 도시하고 있다. 특히, 도 3 및 도 4을 비교하면, 패널의 마디선에 대한 패널 상의 액추에이터 위치의 이동이 다른 패널 모드의 여기/억제를 초래함을 볼 수 있다. 도 3에서, (1,1) 모드는 3.000 Pa로 여기되는 반면, 다른 모든 모드는 취소되며; 도 4에서, (2.1) 모드는 3.4641 Pa에 의해 여기되는 반면, 다른 모든 모드는 취소된다. 도 5에서, 8 개의 힘 액추에이터가 사용되지만, 이들 액추에이터는 (1,1) 모드만 여기되고 나머지는 모두 취소되도록 배치된다. 18 개의 힘 액추에이터를 사용한 도 6에서, 패널이 (1,1) 모드에서 가장 크게 여기되고 다른 모드는 취소(또는 매우 미미하게 여기)되는 것을 볼 수 있다.
본원에 기술된 방법, 시스템 및 장치가 패널의 특정 형상 또는 크기에 의해 한정되지 않는다는 것을 통상의 기술자는 알 것이다. 평평한 탄성 패널은 원형, 정사각형, 직사각형 등일 수 있다. 바람직하게, 일반적으로 가장자리가 자유롭거나 탄성적으로 지지되는 것으로 추정되는 분산 모드 스피커와 대조적으로, 평면 패널은 간단하게 지지되거나 고정되는 가장자리를 갖는다.
탄성 패널의 진동 탄성 거동
방정식 (1)은 치수가 L x x L y 인 힘 플레이트(힘 측정판, force plate)의 진동 탄성 거동을 설명하는 데 사용된다[Cremer, L., Heckl, M., and Peterson, B., Structure-Borne Sound, Springer, 3 edition, 2005]. 플레이트 상의 외부에서 인가된 압력 분포는 p(x,y,t)로 표시되고, 공간적으로 분포된 패널의 면외 변위(out-of-plane displacement)는 u(x,y,t)로 표시되며, 여기서 (x,y)는 패널의 위치를 나타내고 t는 시간을 나타낸다. 표기
Figure pct00001
(x,y,t)는 u(x,y,t)의 제 2 시간 도함수(second temporal derivative)를 나타낸다. D는 패널의 '굽힘 강성(bending stiffness)'이라고 하는 양이고, ρ는 패널 재료의 밀도이며, h는 패널 두께이다.
Figure pct00002
모드 분해
상기 방정식 (1)에 대한 레일리-리츠 해(Rayleigh-Ritz solution)는 플레이트의 변위 프로파일을 무한한 수의 직교 진동 모드의 합으로 간주하며[Fuller, C., Elliott, S., and Nelson, P., Active Control of Vibration, Associated Press, 1996], 아래 방정식 (2)로 주어진다. 모드의 실제 형상와 제 2 공진 거동은 패널의 경계 조건에 따라 달라진다[Berry, A., Guyader, J.-L., and Nicolas, I,"A General Formulation for the Sound Radiation from Rectangular, Baffled Plates with Arbitrary Boundary Conditions," J. Acoust. Soc. Am., 88(6), pp. 2792-2802, 1990; Fletcher, N. H. and Rossing, T. D., The Physics of Musical Instruments, Springer, 2 edition, 1998; Li, W. L., "Vibroacoustic analysis of rectangular plates with elastic rotational edge restraints," Journal Acous. Soc. Am., 120(2), pp. 769-779, 2006]. 모드 형상 함수(mode shape function)는 Gr(x,y)라 하며, r은 모드 인덱스이다. 각각의 모드의 진폭은 A r 로 표시된다. 종종 2차원 구조는 m 및 n과 같은 두 개의 모드 인덱스를 사용하지만; 모드는 일반성을 잃지 않고 공진 주파수의 순서를 나타내는 r을 사용하여 색인된다고 가정한다.
Figure pct00003
A r 을 결정하기 위해. 외부에서 인가된 압력 분포 p(x,y,t)는 해당 주파수 범위에서 패널의 굽힘 파장에 비해 치수가 작은 N 개의 액추에이터 요소 어레이로 구성된 것으로 간주되며, 문자 n을 사용하여 색인된다. 크기가 작기 때문에 각각의 구동기의 압력 분포를 δ(x-x n )δ(y-y n )로 근사화할 수 있고, 여기서 액추에이터는 (x n -y n )에 배치된다. 각각의 액추에이터 요소는 계수 4/LxLy로 조정된 f n 으로 표시되는 힘을 생성하여 패널 상의 관련 압력을 얻는다[Anderson, D., Heilemann, M. C., and Bocko, M. F.,"Flat-Panel Loudspeaker Simulation Model with Electromagnetic Inertial Exciters and Enclosures," Journal Audio Eng. Soc., 2017]. 주어진 모드에 인가된 실제 압력(P r )은 액추에이터의 위치에 의존하며; 예를 들어, 특정 모드의 노드에 배치된 액추에이터는 해당 모드를 활성화할 수 없다. 모드 파장에 비해 무시할 수 있는 치수의 액추에이터의 저주파 경우, 위치에 따라 액추에이터에 의해 공급되는 모드의 압력을 조정하는 구동기 대 모드 '결합 계수(coupling factor)'는 G r (x n ,y n )에 의해 주어진다.
N 개의 액추에이터가 패널에 힘을 가하는 경우, 주어진 모드의 총 압력(P r )은 단순히 해당 모드에서의 모든 액추에이터의 압력의 합이다. R 모드에서의 각각의 총 압력은 다음과 같이 행렬 형태로 표현된다:
Figure pct00004
특정 실시형태에서, 액추에이터 위치는 모든 액추에이터가 동일한 압력을 공급할 때 고차 모드 압력 대 최저차 모드 압력의 비율을 최소화함으로써 결정된다.
최적화 방법
힘 액추에이터 모두가 단일 증폭기에 의해 구동되지만 탄성 패널에서 단일 구조물 모드만 여기하도록, 탄성 패널의 표면에 힘 액추에이터를 배치하기 위한 최적화 방법이 본원에 기술된다. 본원에서 "최적화"는 여기되도록 선택된 모드에서의 힘 및 선택되지 않은 모드에서의 힘의 총합의 비율을 최대화하는 액추에이터 위치를 찾기 위해 검색이 수행되는 것을 의미한다. 바람직하게, 스피커의 경우 최저차 모드가 여기된다.
N 개의 액추에이터 세트에 대해, N 개의 최저차 모드는 어레이가 여기하려는 모드를 제외하고 모두 0(또는 거의 0)의 힘을 갖는 것이 바람직하다. 바람직하게, 여기될 선택된 모드에서의 힘은 다른 N 개의 모드 중 임의의 모드에서의 힘보다 적어도 10 배 더 크다. 예를 들어, 아래 표 1에서, 최저차 모드는 세트의 다른 모드보다 엄청 높은 힘을 갖는다. 구동기 구성(및 이에 따라 각각의 모드에 가해지는 상대적 힘)은 사용되는 액추에이터 수에 따라 변경된다. 아래 표 1에서, 액추에이터 수가 증가할수록 최저차 모드에서의 힘은 증가한다. 사용자는 사용되는 액추에이터당 하나의 모드에 대해만 힘을 지정할 수 있다는 것에 유의한다.
아래 표 1의 4 개 액추에이터 경우를 참조하면, 처음 4 개의 모드는 최저차 모드를 제외하고 모두 0의 힘을 갖는다. 8 개 액추에이터의 경우, 처음 8 개 모드는 최저차 모드를 제외하고 모두 0의 힘을 갖는다. 11 개 액추에이터 경우도 마찬가지이다. 첫 번째의 4/8/11 이외의 일부 모드도 0의 힘을 갖는 것을 볼 수 있다. 이는 사용된 구동기의 수와 패널의 종횡비에 의존한다. 최적화된 액추에이터 레이아웃의 대칭으로 인해, 세트 외부의 모드도 억제될 수 있다. 예를 들어, 도 3에서, 다섯 번째 모드 (2,2)는 해당 특정 모드의 마디선에 대해 최적화된 레이아웃의 대칭으로 인해 (액추에이터가 4 개뿐 임에도 불구하고) 0의 힘을 받는다.
그러나, 본원에 기술된 최적화 방법은 일반적으로 최저차 모드가 아닌 모든 모드에서 작동할 수 있다. 임의의 선택된 모드로의 사용 범위를 확장하기 위해 알고리즘에 대해 수행되어야 하는 두 가지 변경이 존재한다. 첫 번째는 P1이 방정식 (4)의 열 행렬(column matrix)에서 0과 같고, 힘/압력은 선택되는 모드에 따라 다른 행(row)에서 0이 아니라는 것이다. 두 번째 변경은 방정식 (4)의 우측에 있는 1의 열 행렬이 다른 모드를 여기하는 데 필요한 위상 변화를 보상하기 위해 하나 이상의 -1을 가져야 한다는 것이다. 위상 변화는 액추에이터의 극성(이의 단부가 +-신호에 연결됨)을 전환함으로써 구현될 수 있고, 따라서 여전히 공통 신호원에 의해 여기될 수 있다. 제 2 최저차 낮은 모드는 여기된 것이고, 다른 것들 중에서 최저차 모드는 최소화되는 일 실시형태가 도 4에 도시되어 있다. 본원에서 "최소화"는 특정 임계 레벨을 의미하는 것이 아니라, 원치 않는(선택되지 않은) 모드의 여기를 최소화하는 것이다. 선택된 모드 또는 적절한 위상 변화를 구현하는 수단의 선택이 본 발명을 제한하지 않는다는 것을 통상의 기술자는 알 것이다.
본원에 기술된 방법 및 시스템의 바람직한 목표는 동일한 힘을 공급하는 액추에이터 어레이를 사용하여 최저차 패널 모드만을 여기하는 것이다. 이는 상기한 방정식 (3)을 구성하는 것을 의미하고, 따라서:
Figure pct00005
이다.
최적화의 목적은, 압력 P 1 이 최대화되고 압력 P 2 내지 P R 이 최소화되도록, 액추에이터 위치 (x 1 ,y 1 ) 내지 (x N ,y N )을 결정하는 것이다. 따라서 최적화는 다음과 같이 공식화된다:
Figure pct00006
여기서
Figure pct00007
이다.
N 개의 액추에이터를 사용하여 여기 압력을 0으로 조정할 수 있는 모드 수인 R에 대한 명시적인 제한은 없다. 본원에서 논의된 특정 실시형태는 R = 2N, 또는 시간 샘플링된 데이터의 나이퀴스트 속도(Nyquist rate)와 유사한, 액추에이터보다 두 배 많은 모드를 사용한다.
컴퓨터 시스템
특정 실시형태에서, 본원의 장치 또는 시스템은 컴퓨터 시스템을 통해 제어되고 네트워크로 연결될 수 있고, 컴퓨터 시스템은 메모리, 프로세서 및 선택적으로 보조 저장 장치를 포함한다. 일부 실시형태에서, 컴퓨터 시스템은 다수의 프로세서를 포함하고 다수의, 예를 들어 블레이드 서버 또는 다른 알려진 서버 구성으로 구성된다. 특정 실시형태에서, 컴퓨터 시스템은 또한 입력 장치, 디스플레이 장치, 및 출력 장치를 포함한다. 일부 실시형태에서, 메모리는 RAM 또는 유사한 유형의 메모리를 포함한다. 특정 실시형태에서, 메모리는 프로세서에 의한 실행을 위해 하나 이상의 애플리케이션을 저장한다. 일부 실시형태에서, 보조 저장 장치는 하드 디스크 드라이브, 플로피 디스크 드라이브, CD-ROM 또는 DVD 드라이브, 또는 다른 유형의 비휘발성 데이터 저장 장치를 포함한다. 특정 실시형태에서, 프로세서는 메모리 또는 보조 저장 장치에 저장되거나 인터넷 또는 다른 네트워크로부터 수신된 애플리케이션(들)을 실행한다. 일부 실시형태에서, 프로세서에 의한 처리는 컴퓨터 또는 다른 기계에 의한 실행을 위해 소프트웨어 모듈과 같은 소프트웨어로 구현될 수 있다. 이들 애플리케이션은 바람직하게 본원에 기술된 기능 및 방법을 수행하기 위해 실행 가능한 명령을 포함한다. 애플리케이션은 바람직하게 사용자가 애플리케이션(들)을 보고 상호 작용할 수 있는 GUI를 제공한다. 다른 실시형태에서, 시스템은 시스템을 제어 및/또는 보기 위한 원격 액세스를 포함한다.
이용 방법
특정 실시형태에서 본원에 기술된 장치 및 시스템은 휴대 전화, 전자 메모장, 전자 태블릿, 전자 자동차 대시보드(예를 들어, 구급차 또는 의료 관련 목적으로 사용되는 자동차), 전자 오토바이 대시보드, 전자 손목 밴드, 전자 목걸이, 벽걸이 스크린, 휴대용 모니터(예를 들어, 의료 시설의 바퀴 달린 모니터), 전자 머리띠, 전자 헬멧, 전자 안경(예를 들어, 착용자에게 실시간으로 정보를 디스플레이할 수 있는 렌즈가 있는 안경), 전자 반지, 네트워크로 연결된 컴퓨터(예를 들어, 개인용 컴퓨터), 원격보기 기술(예를 들어, 시골 의사-환자 통신 장치) 및 일반적으로 휴대용 전자 장치를 포함하지만 이에 한정되지 않는 장치로부터의 음향 전송과 관련하여 사용될 수 있다. 특정 실시형태에서, 장치는 압전 또는 PVDF 센서 또는 가속도계와 같은 진동 센서일 수 있다.
본 출원은 제한하는 것으로 해석되어서는 안 되는 다음 실시예에 의해 추가로 기술된다. 본 출원 전반에 걸쳐 인용된 미국 출원 제15/255,366호; 제 15/778,797호; 및 미국 가출원 제 62/745,324호; 제62/745,314호와 같은 특허 출원을 포함하는 모든 참고 문헌의 내용뿐만 아니라 도면과 표는 본원에 참고로 포함된다.
실시예
치수 L x = 38 cm, L y = 28 cm 및 h = 6 mm를 갖는 시뮬레이션된 아크릴 플레이트에 액추에이터를 배치한 결과가 여기에 제시된다. 최적화 루틴을 수행할 때 모드 인덱스가 올바르게 정렬되도록 각각의 모드의 공진 주파수가 계산되어야 한다. 고정된 가장자리를 가정하면, 인덱스 r(두 방향 인덱스 m r 및 n r 에 해당)이 있는 모드의 공진 주파수는 아래에 주어진 경험식을 사용하여 계산된다[Mitchell, A. K. and Hazell, C. R.,"A Simple Frequency Formula for Clamped Rectangular Plates," J. Sound Vib., 118(2), pp. 271-281, 1987]:
Figure pct00008
여기서
Figure pct00009
이고
및
Figure pct00010
이다.
아크릴의 경우, 다음 재료 값이 사용된다: D = 8:2 Pa m 및 ρ = 1180 kg/m3. 모드 형상은 다음 형태를 취한다:
Figure pct00011
최적화 루틴은 MATLAB 최적화 도구 상자를 사용하여 수행된다(예를 들어, www.mathworks.coin/ptOducts/optimization.hlml 참조). 액추에이터 위치 결과는 어레이 내의 N 액추에이터의 여러 값에 대해 도 7, 도 8 및 도 9에 도시되어 있는데, 이는 액추에이터의 순서는 중요하지 않다는 사실을 설명한 후 일반적으로 전체 최적해(global optimum)를 나타내는 특정 실시형태를 보여준다.
아래의 표 1은 도 1, 도 8 및 도 9의 세 가지 구동 레이아웃을 가정하여, 조정 후 모든 액추에이터가 패널에 1 Pa의 압력을 공급할 때의 각각의 플레이트 상의 대한 압력을 열거하고 있다. 표의 모드는 공진 주파수 증가와 관련하여 나열되어 있다. 각각의 구동 레이아웃은 상당한 양의 압력으로 (1;1) 모드를 여기할 수 있고, 대부분의 다른 모드는 압력이 거의 또는 전혀 없이 구동된다. 4 개 액추에이터의 경우, 상당한 양의 압력으로 구동되는 최저차-주파수 모드는 (5;1) 모드이다. 8 개 액추에이터의 경우, 기본 이상의 최저차 중요 모드는 (1;5) 모드이다. 11 개의 액추에이터를 사용하면, (7;1) 모드가 최저차 모드로 구동된다.
Figure pct00012
도 7, 도 8 및 도 9의 세 가지 최적 액추에이터 어레이의 실시형태는 위의 논의에서 시뮬레이션된 것들과 동일한 파라미터를 갖고 패널 상에 배치된다. 상업적으로 입수 가능한 액추에이터는 패널에 중량과 공진을 추가하고[Anderson, D., Heilemann, M. C., and Bocko, M. F.,"Flat-Panel Loudspeaker Simulation Model with Electromagnetic Inertial Exciters and Enclosures," Journal Audio Eng. Soc., 2017], 또한 외부 반경 11 mm 및 내부 반경 8:25 mm을 갖고 패널에 대한 환형 연결부를 갖는다. 이러한 특성은 패널에 공진을 추가하고 기존 공진을 약간 이동시킬 뿐만 아니라, 취소될 모드에 약간의 압력을 가한다.
패널은 가장자리에서 무거운 목재 프레임에 에폭시 처리되어, 고정된 경계 조건을 시뮬레이션한다. 6 mm 아크릴 패널은 너무 무거워서 효과적인 스피커를 만들 수 없지만, 아크릴의 등방성, 균일한 거동, 본질적으로 높은 감쇠 및 액추에이터와 비교할 때 상대적으로 큰 무게로 인해 실험적 검증에 이상적이다. 위에서 언급한 바와 같이, 아크릴의 사용은 본원에 개시된 방법, 시스템 또는 장치를 결코 제한하지 않는다.
어레이 내의 다른 수의 액추에이터는 다양한 임피던스를 갖는 패턴을 생성하고; 종종 또 다른 어레이와 동일한 임피던스를 제공하기 위해 액추에이터를 직렬-병렬 조합으로 연결하는 것은 불가능하다. 4 개의 액추에이터가 있는 배치의 경우, 4 Ω액추에이터의 두 시리즈 체인이 병렬로 연결되어 4 Ω 부하를 제공한다. 8 개 액추에이터 배치의 경우 4 Ω액추에이터의 두 시리즈 체인이 병렬로 배치되어 8 Ω 임피던스를 제공한다. 11 개 액추에이터 배치의 경우, 모든 액추에이터가 직렬로 연결되어 44 Ω 임피던스를 제공한다. 11 개의 액추에이터를 사용한 실험 설정의 사진이 도 10에 도시되어 있다. 이 실험은 6:8 mm의 공간 분해능, 1 m 거리에서 스캐닝 레이저 진동계를 사용하여 수행된다.
도 11에는 비교를 위해 정규화된 위치(0:37;0:71)에 배치된 단일 액추에이터뿐만 아니라 세 가지의 최적화된 액추에이터 레이아웃 각각을 사용할 때의 패널의 평균 표면 속도가 도시되어 있다. 도 11은 액추에이터 배치가 넓은 주파수 대역에서 최저차 패널 모드만을 선택적으로 성공적으로 여기할 수 있음을 보여주고 있다. 액추에이터의 환형 형상으로 인해, 각각의 배치에 대해 (3;1) 모드의 약간의 여기가 500 Hz 근처에 있다. 최저차 모드의 공진 주파수는 [Anderson, D., Heilemann, M. C., and Bocko, M. F.,"Flat-Panel Loudspeaker Simulation Model with Electromagnetic Inertial Exciters and Enclosures," Journal Audio Eng. Soc., 2017]에서 예측된 공진 결합으로 인해 액추에이터 배치 간에 일치하지 않는다. 액추에이터 어레이는 상업적으로 입수 가능한 액추에이터를 사용하여 넓은 주파수 대역에 대해 최저차 패널 모드만을 활성화하는 데 성공한 것이 입증되었다. 이러한 결과는 모드 크로스오버 네트워크를 사용하여 평판 스피커에서 구현하는 데 실질적으로 유용하다.
다양한 실시형태가 위에서 개시되었지만, 이러한 개시는 단지 예로서 제시된 것이며 제한하는 것이 아님을 알아야 한다. 따라서, 대상 조성물 및 방법의 폭과 범위는 상기한 예시적인 실시형태에 의해 제한되어서는 안 되며, 다음의 청구 범위 및 그 균등물에 따라서 만 정의되어야 한다.
상기 설명은 본 기술 분야의 숙련자에게 본 발명을 실시하는 방법을 교시하기 위한 것이며, 설명을 읽었을 때 숙련된 작업자에게 명백해질 수 있는 모든 명백한 수정 및 변형을 상세히 설명하려는 것은 아니다. 그러나, 이러한 모든 명백한 수정 및 변형은 다음의 청구 범위에 의해 정의되는 본 발명의 범위 내에 포함된다. 청구 범위는 문맥상 구체적으로 달리 지시하지 않는 한, 의도한 목적을 달성하는데 효과적인 임의의 순서로 청구된 구성요소 및 단계를 포함한다.

Claims (48)

  1. 음을 방출하기 위한 장치로서, 장치는:
    하나 이상의 진동 공진 모드를 갖는 패널과;
    다수의 동적 힘 액추에이터로서, 동적 힘 액추에이터는 패널의 선택된 진동 모드를 작동시키기 위해 패널 상의 최적화된 위치에서 어레이 내에 배치되고, 선택된 모드는 액추에이터가 패널에 동등한 힘을 인가할 때 여기되고, 선택되지 않은 모드는 최소화되며, 최저차 패널 모드는 액추에이터가 패널에 동등한 힘을 인가할 때 상당한 힘으로 구동되는 최저차-주파수 모드인, 동적 힘 액추에이터; 및
    공통 신호원으로서, 신호원은 다수의 동적 힘 액추에이터에 연결되고, 신호는 공통 신호원으로부터 다수의 힘 액추에이터 각각에 의해 수신되는, 공통 신호원을 포함하고, 및
    다수의 힘 액추에이터에 의해 패널 상에 생성되는 동적 힘은 선택된 주파수 대역에서 패널로부터 음의 방출을 생성하는, 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    패널은 평평하고 원형, 직사각형 또는 정사각형으로 이루어진 군에서 선택되는 형상을 갖는, 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    공통 신호원은 단일 증폭기인, 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    액추에이터는 진동 공진 모드의 규정된 서브세트를 처리하기 위해 구조물 상에 배치되는, 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    액추에이터는 규정된 서브세트에 포함된 패널의 진동 공진 모드 중 하나 이상의 모드의 여기를 취소하도록 배치되는, 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    액추에이터는 마디선 상에 놓이도록 배치되거나, 선택된 패널 모드에 작용하는 알짜 힘이 0에 근접하도록 파복 영역에 배치되는, 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    규정된 모드 세트는 규정된 대역폭 내에서 공진하는 모든 패널 모드를 포함하는, 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    힘 액추에이터는 선택된 직렬/병렬 구성으로 배선되어 목표 총 전기 임피던스를 생성하는, 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    어레이는 패널 상의 하나 이상의 독립적으로 구동되는 개별 힘 액추에이터와 함께 사용되는, 장치.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    힘 액추에이터는 전자기 코일 구동기인, 장치.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    힘 액추에이터는 압전 재료를 포함하는, 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    압전 재료는 세라믹을 포함하는, 장치.
  13. 제 11 항에 있어서,
    압전 재료는 유기 폴리머를 포함하는, 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    유기 폴리머는 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF)를 포함하는, 장치.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    신호는 디지털, 아날로그, 부분 디지털, 및 부분 아날로그 신호로 이루어진 군에서 선택되는, 장치.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    신호는 오디오 신호인, 장치.
  17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    신호는 음성, 음악, 및 기타 자연적으로 발생하는 음, 또는 인공적으로 합성된 음 중 하나 이상으로부터 선택된 정보를 포함하는, 장치.
  18. 음의 방출을 제어하기 위한 시스템으로서, 시스템은:
    제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항의 장치와;
    프로그램 가능한 컴퓨터 프로세서를 포함하고, 컴퓨터 프로세서는 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항의 장치에 네트워크로 연결되고, 및
    컴퓨터 프로세서는 장치의 공통 신호원에 의해 생성된 신호를 제어하는, 시스템.
  19. 제 18 항에 있어서,
    데이터 수신기를 더 포함하고, 데이터 수신기는 프로그램 가능한 컴퓨터 프로세서에 네트워크로 연결되고, 및
    데이터 수신기를 통해 시스템에 입력되는 데이터는 장치의 공통 신호원에 의해 출력되는 신호로 변환되는, 시스템.
  20. 제 19 항에 있어서,
    데이터 수신기는 마이크인, 시스템.
  21. 제 19 항에 있어서,
    데이터 수신기는 모바일 전자 장치 또는 진동 센서인, 시스템.
  22. 제 1 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항의 장치 또는 시스템에 의해 음을 방출하는 방법으로서, 방법은:
    제 1 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항의 장치 또는 시스템을 이동식 구조물 내부 또는 외부에 배치하는 단계; 및
    제 1 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항의 장치 또는 시스템을 사용하여 이동식 구조물 내부 또는 외부에서 음을 방출하는 단계를 포함하는 방법.
  23. 제 22 항에 있어서,
    이동식 구조물은 운송 차량인, 방법.
  24. 제 22 항 또는 제 23 항에 있어서,
    이동식 구조물은 모바일 전자 장치인, 방법.
  25. 제 22 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서,
    이동식 구조물은 음향 방출기인, 방법.
  26. 음의 방출을 제어하는 방법으로서, 방법은:
    하나 이상의 진동 공진 모드를 갖는 패널을 선택하는 단계와;
    다수의 동적 힘 액추에이터를 배치하는 단계로서, 동적 힘 액추에이터는 패널의 선택된 진동 모드를 작동시키기 위해 패널 상의 최적화된 위치에서 어레이 내에 배치되고, 선택된 모드는 액추에이터가 패널에 동등한 힘을 인가할 때 여기되고, 선택되지 않은 모드는 액추에이터가 패널에 동등한 압력을 인가할 때 최소화되는, 단계와;
    모드 크로스오버 네트워크를 통해 공통 신호원을 다수의 동적 힘 액추에이터에 연결하는 단계와;
    공통 신호원으로부터 신호를 수신하는 단계로서, 신호는 다수의 힘 액추에이터 각각에 의해 수신되는 단계; 및
    패널로부터 음의 방출을 출력하기 위해 다수의 힘 액추에이터에 의해 생성된 동적 힘을 패널 상에 적용하는 단계로서, 음은 선택된 주파수 대역에 있는, 단계를 포함하는 방법.
  27. 제 26 항에 있어서,
    패널은 평평하고 원형, 직사각형 또는 정사각형으로 이루어진 군에서 선택되는 형상을 갖는, 방법.
  28. 제 26 항 또는 제 27 항에 있어서,
    공통 신호원은 단일 증폭기인, 방법.
  29. 제 26 항 내지 제 28 항 중 어느 한 항에 있어서,
    액추에이터는 패널의 진동 공진 모드의 규정된 서브세트를 처리하기 위해 구조물 상에 배치되는, 방법.
  30. 제 26 항 내지 제 29 항 중 어느 한 항에 있어서,
    액추에이터는 규정된 서브세트에 포함된 패널의 진동 공진 모드 중 하나 이상의 모드의 여기를 취소하도록 배치되는, 방법.
  31. 제 26 항 내지 제 30 항 중 어느 한 항에 있어서,
    액추에이터는 마디선 상에 놓이도록 배치되거나, 선택된 모드에 작용하는 알짜 힘이 0에 근접하도록 파복 영역에 배치되는, 방법.
  32. 제 26 항 내지 제 31 항 중 어느 한 항에 있어서,
    규정된 모드 세트는 규정된 대역폭 내에서 공진하는 모든 모드를 포함하는, 방법.
  33. 제 26 항 내지 제 32 항 중 어느 한 항에 있어서,
    힘 액추에이터는 선택된 직렬/병렬 구성으로 배선되어 목표 총 전기 임피던스를 생성하는, 방법.
  34. 제 26 항 내지 제 33 항 중 어느 한 항에 있어서,
    어레이는 패널 상의 하나 이상의 독립적으로 구동되는 개별 힘 액추에이터와 함께 사용되는, 방법.
  35. 제 26 항 내지 제 34 항 중 어느 한 항에 있어서,
    힘 액추에이터는 전자기 코일 구동기인, 방법.
  36. 제 26 항 내지 제 35 항 중 어느 한 항에 있어서,
    힘 액추에이터는 압전 재료를 포함하는, 방법.
  37. 제 36 항에 있어서,
    압전 재료는 세라믹을 포함하는, 방법.
  38. 제 36 항에 있어서,
    압전 재료는 유기 폴리머를 포함하는, 방법.
  39. 제 38 항에 있어서,
    유기 폴리머는 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF)를 포함하는, 방법.
  40. 제 26 항 내지 제 39 항 중 어느 한 항에 있어서,
    신호는 디지털, 아날로그, 부분 디지털, 및 부분 아날로그 신호로 이루어진 군에서 선택되는, 방법.
  41. 제 26 항 내지 제 40 항 중 어느 한 항에 있어서,
    신호는 오디오 신호인, 방법.
  42. 제 26 항 내지 제 41 항 중 어느 한 항에 있어서,
    신호는 음성, 음악, 및 기타 자연적으로 발생하는 음, 또는 인공적으로 합성된 음 중 하나 이상으로부터 선택된 정보를 포함하는, 방법.
  43. 제 1 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서,
    동적 힘 액추에이터는 주어진 주파수 범위에서 최저차 패널만을 크게 작동시키기 위해 패널 상의 최적화된 위치에서 어레이 내에 배치되는, 장치.
  44. 제 26 항 내지 제 42 항 중 어느 한 항에 있어서,
    동적 힘 액추에이터는 주어진 주파수 범위에서 최저차 패널만을 크게 작동시키기 위해 패널 상의 최적화된 위치에서 어레이 내에 배치되는, 방법.
  45. 제 1 항 내지 제 25 항 또는 제 43 항 중 어느 한 항에 있어서,
    모드 크로스오버 네트워크는 다수의 동적 힘 액추에이터에 연결되고, 공통 신호원은 모드 크로스오버 네트워크를 통해 다수의 동적 힘 액추에이터에 연결되는, 장치.
  46. 제 26 항 내지 제 42 항 또는 제 44 항 중 어느 한 항 에 있어서,
    모드 크로스오버 네트워크를 다수의 동적 힘 액추에이터를 연결하는 단계를 더 포함하고, 공통 신호원은 모드 크로스오버 네트워크를 통해 다수의 동적 힘 액추에이터에 연결되는, 방법.
  47. 제 1 항 내지 제 25 항 또는 제 43 항 중 어느 한 항에 있어서,
    선택된 모드는 최저차-주파수 패널 모드인, 장치.
  48. 제 26 항 내지 제 42 항 또는 제 44 항 중 어느 한 항 에 있어서,
    선택된 모드는 최저차-주파수 패널 모드인, 방법.
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