CN101884225A

CN101884225A - 具有期望的方向图的直接数字扬声器

Info

Publication number: CN101884225A
Application number: CN2007800538559A
Authority: CN
Inventors: 尤沃·科恩; 莎伊·卡普兰; 丹尼尔·勒温; 亚历克斯·索罗米恩; 彦·乌尔
Original assignee: Audio Pixels Ltd
Current assignee: Audio Pixels Ltd
Priority date: 2006-05-22
Filing date: 2007-05-21
Publication date: 2010-11-10
Anticipated expiration: 2027-05-21
Also published as: MY149956A; US20100166242A1; WO2007135681B1; US20130148827A1; EP2158787A2; JP5335774B2; US8374056B2; JP5180192B2; WO2007135682A2; JP2010528521A; ES2388392T3; WO2007135680B1; KR101343143B1; KR101363127B1; EP2158787B1; WO2007135678A2; WO2007135680A1; AU2007252849A1; WO2007135682B1; TW200746866A

Abstract

一种接收数字输入信号并相应地产生声音的直接数字扬声器装置，所述装置包括压力产生元件阵列和控制器，所述控制器操作性地计算计时方式，所述计时方式确定是否以及何时致动各压力产生元件以获得期望的方向图。

Description

具有期望的方向图的直接数字扬声器

对共同未决申请的参考

要求以下申请的优先权：2006年5月22日提交的题目为“An apparatusfor generating pressure”的第60/802,126号美国临时申请、2007年4月2日提交的题目为“Apparatus for generating pressure and methodsof manufacture thereof”的第60/907,450号美国临时申请以及2007年5月3日提交的题目为“Apparatus and Methods for Generating PressureWaves”的第60/924,203号美国临时申请。

技术领域

本发明总体上涉及致动器，具体地，涉及扬声器。

背景技术

认为包括微致动器阵列的致动器的技术发展水平由以下各项代表，除非另有说明，所有都是美国专利文献：

2002/0106093：摘要、图1-42以及第0009、0023和0028段显示了电磁辐射、致动器和换能器(transducer)以及静电设备；

6,373,955：摘要和第4栏第34行-第5栏第55行显示了换能器阵列。

JP2001016675：摘要显示了声输出换能器阵列。

6,963,654：摘要、图1-3、7-9和第7栏第41行-第8栏第54行显示了基于电磁力的换能器操作。

6,125,189：摘要、图1-4和第4栏第1行-第5栏第46行显示了包括静电驱动的电声转换单元。

WO8400460：摘要显示了具有磁体阵列的电磁-声换能器。

4,337,379：摘要、第3栏第28-40行以及图4、9显示了电磁力。

4,515,997：摘要以及第4栏第16行到20行显示了音量级。

6,795,561：第7栏第18行-20行显示了微致动器阵列。

5,517,570：摘要显示了将声现象映射为离散的、可编址的声素。

JP57185790：摘要显示消除了对D/A转换器的需要。

JP51120710：摘要显示了不需要任何D-A转换器的数字扬声器系统。

JP09266599：摘要显示了将数字信号直接应用到扬声器。

6,959,096：摘要和第4栏第50-63行显示了设置在阵列内的多个换能器。

以下出版物描述了制造高分子磁体的方法：

Lagorce，L.K.和M.G.Allen的“Magnetic and Mechanical Propertiesof Mico-machined Strontium Ferrite/Polyimide Composites”，1997年12月，IEEE微机电系统期刊6(4)；

Lagorce，L.K.，Band，O.和M.G.Allen的“Magnetic micro actuatorsbased on polymer magnets”，1999年3月，IEEE微机电系统期刊8(1)；

授予Nakaya的美国专利4,337,379描述了包括图4A中的类似线圈结构的平面电动力学电声换能器；

授予Sotme等人的美国专利6,963,654描述了一种振动膜、扁平型的声换能器和扁平型的振动膜，Sotme的系统包括图7中的类似线圈的结构。

半导体数字扬声器阵列是已知的，例如在下列文件中描述的：美国专利文献20010048123，授予David Thomas、被转让给Texas Instruments并于2002年6月11日发布的美国专利6,403,995，授予Sony的美国专利4,194,095，授予Walter Stinger和Diamond Brett M.等人的美国专利4,515,997，“Digital sound reconstruction using array of CMOS-MEMSmicro-speakers”，Transducers’03，关于固态传感器、致动器和微系统的第12届国际会议，波士顿，2003年6月8日-6月12日；以及例如BBE的DS48数字扬声器管理系统。

YSP1000是Yamaha制造的相控阵扬声器的一个实例。

说明书中提到的所有出版物和专利文献以及在此直接或间接引用的出版物和专利文献的公开内容，特此通过引用而被并入。

发明内容

根据本发明的某些实施方式，以此提供了接收数字输入信号并相应地产生声音的直接数字扬声器装置，所述装置包括压力产生元件阵列，比如但不限于在此所描述的活动元件；以及控制器，其操作性地确定计时方式，所述计时方式确定各压力产生元件是否以及何时被致动以获得期望的方向图。

进一步根据本发明的优选实施方式，至少一个压力产生元件能够产生正压力脉冲，以及至少一个压力产生元件能够产生负压力脉冲。

仍然进一步根据本发明的优选实施方式，各压力产生元件操作性地产生正压力脉冲和负压力脉冲。

根据本发明的优选实施方式，还提供了控制直接数字扬声器装置的方法，所述直接数字扬声器装置接收数字输入信号并相应地产生声音，所述方法包括：提供压力产生元件阵列，以及确定计时方式，所述计时方式确定各压力产生元件是否以及何时被致动以获得期望的方向图。

进一步根据本发明的优选实施方式，各压力产生元件包括活动元件，所述活动元件在工作中沿各自的路线交替地来回移动。

仍然进一步根据本发明的优选实施方式，所述装置还包括从用户接收期望的方向图的用户接口。

进一步根据本发明的优选实施方式，所述方向图是全向的，其限定了焦点。

仍然进一步根据本发明的优选实施方式，所述方向图是圆柱形的，其限定了焦轴。

进一步根据本发明的优选实施方式，所述方向图是单向的，其限定了传播的角度。

仍然进一步根据本发明的优选实施方式，所述方向图包括多个单向方向图的组合。

进一步根据本发明的优选实施方式，所述阵列的中心点位于焦点。

仍然进一步根据本发明的优选实施方式，所述阵列的中心点位于焦点的投影。

进一步根据本发明的优选实施方式，将所述阵列定向为相对于所述轴对称。

仍然进一步根据本发明的优选实施方式，所述阵列是矩形的，限定了该矩形的四条边，并且所述四条边包括平行于所述轴的两条边。

另外根据本发明的优选实施方式，所述计时方式包括为至少一些压力产生元件使用适当的延迟，使用公式：延迟＝[(d²+r²)^0.5-d]/c，其中，r＝焦点在压力产生元件阵列上的投影和给定的压力产生元件之间的距离，d＝从全向声音的焦点到压力产生元件阵列的平面的距离，c＝声音在扬声器工作的介质中的传播速度。

仍然进一步根据本发明的优选实施方式，所述计时方式包括为至少一些压力产生元件使用适当的延迟，使用公式：延迟＝[(d²+r²)^0.5-d]/c，其中，r＝焦轴在压力产生元件阵列上的投影和给定的压力产生元件之间的距离，c＝声音在扬声器工作的介质中的传播速度，d＝从焦轴到压力产生元件阵列的平面的距离。

进一步根据本发明的优选实施方式，所述计时方式包括为至少一些压力产生元件使用适当的延迟，使用公式：延迟＝xcosα，其中，x＝压力产生元件阵列边缘定义的平面到给定的压力产生元件的距离，α＝单向传播的方向和所述压力产生元件阵列平面之间的角度。

进一步根据本发明的优选实施方式，单独地控制各压力产生元件。

仍然进一步根据本发明的优选实施方式，所述压力产生元件是活动元件，所述活动元件依靠它们的运动产生压力。

仍然进一步根据本发明的优选实施方式，各活动元件响应于交变的磁场，并且，其中所述装置还包括至少一个闩锁装置，其操作性地将所述活动元件的至少一个子集选择性地闩锁在至少一个闩锁位置，由此阻止所述单独的活动元件响应于所述电磁力，并且，其中的所述控制器包括磁场控制系统，其操作性地接收所述时钟，且相应地控制所述电磁力对所述活动元件阵列的施加；以及闩锁控制器，其操作性地接收所述数字输入信号并相应地控制所述至少一个闩锁装置。

进一步根据本发明的优选实施方式，所述方法还包括读入由用户提供的期望的方向图。

在此使用的相关术语：

阵列：该术语旨在包括任一组活动元件，这些活动元件的轴优选的以相互平行的方向布置且互相齐平，以便限定可以是平面的或弯曲的表面。

“在...上方”以及“在...下方”：应该知道，在此使用的术语“在...上方”和“在...下方”以及类似的术语，是以举例的方式说明的，如所述活动元件的运动方向是上下的，然而情况不是必须如此，且可选择的，所述活动元件可以沿着任何期望的轴运动，例如沿着水平轴运动。

致动器：该术语旨在包括换能器以及用于能量形式的相互转换的其他设备。在使用术语“换能器”时，这只是作为举例且旨在指所有合适的致动器，例如扬声器，包括扩音器。

致动器元件：该术语旨在包括组件的任何“列”，所述列一般结合其他这样的列形成致动器，各列一般包括活动元件、一对闩锁装置或者“闩锁元件”，因此，各闩锁元件包括一个或更多的电极和绝缘的分隔材料，该绝缘的分隔材料使活动元件与电极相分离。

线圈：应该知道，根据本发明的优选实施方式，施加在活动元件阵列上的交变电磁力可由交流电流产生，调整该交流电流以产生磁场梯度，该磁场梯度与期望的活动元件的运动轴共线。此电流可包括流过适当调整的传导线圈或者任何其他结构的合适的传导元件的电流。术语“线圈”作为举例而本说明书全文中使用，然而，应该知道，这不旨在限制本发明，本发明旨在包括施加交变电磁力的所有装置，例如，如上文所述。在使用“线圈”表示导体时，应该知道，该导体可具有任何合适的结构，例如圆形或者其他闭合的形状或者其大部分，且不旨在限于具有多个线圈的结构。

通道，也称为“孔”或者“隧道”：仅作为举例，将这些通道示为圆柱形，这并不是必须的。

电极：静电闩锁装置。包括底部静电闩锁装置或顶部静电闩锁装置，所述闩锁装置依靠其被相反地充电而闩锁与其相对应的活动元件，相反地充电使各闩锁装置和其活动元件构成一对带相反电荷的电极。

弯曲部分：在至少一个柔性元件上安装物体，所述柔性元件给予该物体至少一个运动自由度，举例来说，比如由单片材料形成的一个或更多的柔性的薄的或者小的元件，所述元件处于外围且一般一体形成，其具有中心部分，在该中心部分上可以安装或可以不安装另一个物体，由此给予中心部分以及安装在该中心部分上的物体至少一个运动自由度。

闩锁装置，闩锁层，闩锁机构：该术语旨在包括用于将一个或更多的活动元件选择性的锁入到固定位置的任何设备。一般地，提供“顶部”闩锁层和“底部”闩锁层，所述闩锁层可以是并排的，而不必一个叠在另一个的上面，且各闩锁层包括一个或多个闩锁机构，所述闩锁机构可以或者可以不在数量上与将要被闩锁的活动元件的数量相对应。术语“闩锁对”是用于单独活动元件的一对闩锁装置，举例来说，该“闩锁对”包括顶部闩锁装置和底部闩锁装置，所述顶部闩锁装置和底部闩锁装置可以是并排的，而不必一个叠在另一个上面。

活动元件：活动元件旨在包括任何活动元件，各活动元件都响应于施加在其上的交变电磁力而沿着轴交替的来回移动。在此，活动元件也称为“微扬声器”、“像素”、“微致动器”、“隔膜(单独的或者共同的)”和“活塞”。

分隔器，也称为“空间保持器”：包括机械的保持电极和活动元件的各自的位置的任何单个元件或多个元件。

在此使用的术语“直接数字扬声器”包括接收数字信号并将该信号转变为声波而不使用单独的数模转换器。这样的扬声器可在某些时候包括模数转换器，以便允许这些扬声器改为转变模拟信号或除了转变数字信号外还转变模拟信号。这样的扬声器可包括DDS(直接数字扬声器)、DDL(直接数字扩音器)、DSR(数字声音重构)扬声器、数字均匀扩音器阵列、矩阵扬声器以及MEMS扬声器。在此使用的术语“直接数字扬声器”旨在包括具有多个压力产生元件的扬声器装置，所述压力产生元件，或者依靠在此具体描述的它们的运动；或者通过加热和冷却它们所处的介质，例如气体；或者通过加速它们所处的介质，例如通过电离介质并提供沿轴的电位差；或者通过作为阀门来操作以选择性的引流与周围环境受压不同的介质，例如气体，来产生压力。工作压力产生元件(即工作以产生压力的元件)的数量一般为输入信号强度或输入信号的数字编码强度的单调递增函数，例如，在模拟信号的情况下，与输入信号的强度成比例，在数字信号的情况下，与输入信号的数字编码强度成比例。

在此使用的术语“时钟”指与系统时钟的单次时间间隔相关联的持续时间。

在此使用的术语“方向图”指由扬声器装置产生的声能的空间分布的图案。

附图说明

在下面的附图中示出了本发明的优选实施方式：

图1A是根据本发明的优选实施方式构造并操作的致动器装置的简化的功能框图图示。

图1B是根据本发明的优选实施方式构造并操作的图1A的活动元件阵列的等距图示，其中各活动元件都包括磁体，且除了被闩锁时，各活动元件都响应于施加到活动元件阵列上的交变电磁力而被迫沿着各自的轴交替地来回移动。

图1C到1G是根据本发明的五个可选择实施方式构造并操作的闩锁装置的简化的俯视图图示，所述闩锁装置可作为具体显示在图1B中的闩锁装置的替代。

图2A显示了响应向下施加的电磁力而处于第一、底部极限位置的图1B的阵列。

图2B显示了响应向上施加的电磁力而处于第二、顶部极限位置的图1B的阵列。

图2C与图2B类似，只是单独的活动磁体之一没有响应向上的力，这是因为单独的磁体已通过相应的电荷被闩锁到其顶部极限位置，该相应的电荷布置在单独的活动磁体的上方且起到顶部闩锁装置的功能。

图3A-3C分别是活动元件的斜阵列的俯视的、横截面的以及等距的视图，各活动元件都响应由环绕阵列的线圈施加到活动元件阵列的交变电磁力，而被迫使沿着各自的轴交替的来回移动。

图4A是致动器设备的分解图，该致动器设备包括活动元件阵列和闩锁装置，各活动元件阵列都响应通过线圈施加到活动元件阵列的交变电磁力，而被迫使沿着各自的轴交替的来回移动。闩锁装置形成为层，其操作性地将活动元件的至少一个子集选择性的闩锁到至少一个闩锁位置，由此阻止单独的活动元件响应电磁力。

图4B是根据本发明的优选实施方式操作的优选的致动方法的简化的流程图图示。

图5是根据本发明的优选实施方式构造并操作的图4A中的致动器设备的等距静态图示，其中，由薄箔形成活动元件阵列，各活动元件阵列受到围绕在活动元件上且一体形成的弯曲部分的限制。

图6A是图5中的致动器设备的一部分的分解视图。

图6B和图6C分别是根据本发明的优选实施方式构造并操作的活动元件及相关的弯曲部分、闩锁装置和分隔器元件的组件的透视图图示和分解视图，该优选实施方式减少了气体通过弯曲部分的泄漏。

图6D是图6B-图6C中的装置的横截面图，其分别在顶部极限位置、底部极限位置和中间位置显示了三个活动元件。

图6E是图6D的图例。

图7A是图5-6C中的活动元件层的静态的部分俯视图图示。

图7B是沿着图7A中显示的A-A轴截取的图5-6中的活动元件层的横截面图图示。

图7C是图5-7B中的活动元件层的透视图，其中单独的活动元件显示为朝其顶部极限位置向上运动，以使其弯曲部分向上延伸出薄箔的平面。

图7D是根据本发明的可供选择的实施方式构造并操作的活动元件层的透视图，其中图5-7C的实施方式的盘形的永磁体被环形的永磁体替代。

图7E是在图7D的实施方式中的单独的活动元件的受弯曲部分限制的中心部分的侧视图图示。

图8A是控制图，该控制图示出了用于具体实施例的对闩锁装置和感应电磁力的线圈的控制，其中活动元件排列成组，每组都可选择性的被共同地致动，其中闩锁层的各闩锁装置与永磁体相关联，以及其中闩锁层中所有永磁体的磁极都被相同地布置。

图8B是示出了优选方法的流程图，借助于所述优选方法，闩锁控制器可处理进入的输入信号并相应地成组控制活动元件的闩锁装置。

图8C是处理器简化的功能框图图示，例如，该处理器为图8A中的处理器802，该处理器在实际控制任何具有在此所显示和描述的静电闩锁机构的致动器设备方面都是有用的。

图8D是用于初始化图1-8C的装置的优选方法的简化的流程图图示。

图8E是根据本发明的优选实施方式构造并操作的组装扬声器的系统的简化的等距视图图示。

图8F是用于使用根据本发明的实施方式构造并操作的装置产生声音的优选操作方法的简化的流程图图示。

图9A是汇总了某些，尽管一般不是全部的力的曲线图，所述力是根据本发明的优选实施方式施加到活动元件上的力。

图9B是根据本发明的优选实施方式构造并操作的磁场梯度感应层的简化的示意图。

图9C-9D示出了图9B的传导层的磁场梯度感应功能。

图10A是适合于闩锁隔为几组的活动元件的闩锁层的简化的顶部横截面图示，所述闩锁层的特征在于任何数量的活动元件都可以通过共同地致动从划分的组中选择的组而被致动，闩锁层中的各闩锁装置都与永磁体相关联，其中闩锁层中的所有永磁体的磁极都被相同的布置。

图10B是图1-10A中的闩锁层的可供选择的实施方式的简化的电路图，其中，各闩锁装置通过图8C中的闩锁控制器50而被单独的控制。应该知道，虽然显示的所述闩锁装置为环形，然而，所述闩锁装置可选择的具有如在此所描述的任何其他合适的结构，图10B中的层包括界定结点的垂直导线和水平导线的网格，一般在各个结点处提供门电路，比如场效应晶体管。导通单独的门电路以为相应的闩锁装置充电，沿着相应的垂直导线和水平导线提供电压。

图11A是显示了由单向扬声器应用中的闩锁控制器使用的优选控制方案的时序图，其中接收代表期望的声音的输入信号，并且响应性地控制根据本发明的优选实施方式构造并操作的活动元件，以便获得声图案，其中在扬声器前面的音量大于在其他区域的音量，闩锁层中的各闩锁装置与永磁体相关联，且闩锁层中的所有永磁体的磁极优选的全部或基本上全部被类似的或相同的布置。

图11B是与图11A的时序图相配的活动元件的示例性的阵列的示意性图示。

图11C是显示了由全向扬声器应用中的闩锁控制器使用的优选控制方案的时序图，其中接收代表期望的声音的输入信号，并且响应性地控制根据本发明的优选实施方式构造并操作的活动元件，以便获得声图案，其中在扬声器前面的音量与环绕扬声器的其他区域的音量类似。

图12A和图12B分别是根据可供选择的实施方式的活动元件层的简化的俯视图和横截面图图示，其中永磁体的一半放置为北极向上而一半放置为北极向下。

图13是与图10A类似的简化的俯视图图示，只不过闩锁层中的一半永磁体布置为北极向上，而闩锁层中的剩余的一半永磁体布置为北极向下。

图14是示出用于具体实施例的对闩锁装置以及线圈感应的电磁力进行控制的控制图，其中活动元件排列成组，每组可类似于图8A那样可选择性的被共同地致动，只不过闩锁层中的一半永磁体布置为北极向上，而闩锁层中的剩余的一半永磁体布置为北极向下。

图15A是显示了由单向扬声器应用中的闩锁控制器使用的优选控制方案的时序图，该时序图类似于图11A中的时序图，只是闩锁层中的一半永磁体布置为北极向上，而闩锁层中的剩余的一半永磁体布置为北极向下。

图15B是与图15A的时序图相配的活动元件的示例性的阵列的示意性图示。

图15C是显示在不同的时间布置在顶部极限位置和底部极限位置的活动元件的数量的变化的曲线图，其作为图8C的闩锁控制器接收的输入信号的频率的函数。

图16A示出了作为图1A以及图2A-2C中显示的活动元件层的替换的活动元件层，其中所述层由薄箔形成，这使得各活动元件包括中心部分和周围部分。

图16B是图1A以及图2A-2C中显示的活动元件层的又一种替换，其中一片柔性材料，例如橡胶，能够实现运动，也就是在磁体下有刚性盘。该磁体可以是刚性元件，但它可能不是足够刚硬。

图16C是图7A-7E或16A所描述的活动元件和周围的弯曲部分的优选实施方式的等距视图，其中弯曲部分在厚度上有所变化。

图16D是图16C中的装置的节省成本的替换的等距视图，其中弯曲部分在宽度上有所变化。

图17是类似于图3A中的阵列的致动器元件阵列的顶部截面视图，只不过在图3A中，单独活动元件或闩锁装置的连续行各自的偏斜，以便增加可以装入给定区域的致动器元件的数量，而图17中的行不是偏斜的，且一般构成矩形阵列。

图18是致动器元件阵列的可供选择的实施方式的分解图，其中各致动器元件的横截面是方形的而不是圆形的。

图19是被支撑在支架内的致动器的等距阵列，其提供作为单独的致动器元件的有效面积的总和的有效面积。

图20A是用来为期望的声音流实现期望的方向图的优选系统的简化的、基本上一看就可明了的功能模块图图示，该优选系统使用具有图中所示出的特征的直接数字扬声器，比如在图1A-19中所显示和描述的特征。

图20B是用来为期望的声音流实现期望的方向图的优选系统的简化的、基本上一看就可明了的功能模块图图示，该优选系统具有普遍适用性，这是因为它不需要具有图20A所示出的特征的扬声器，例如，在图1A-19中所显示和描述的扬声器，且该优选系统可代替的使用任何合适的直接数字扬声器。

图21是根据本发明的某些实施方式的图20中的活动元件约束控制器3050的各时钟工作的简化的流程图图示。

图22A是全向传播图的简化图示。

图22B是相对于图22A中的期望的全向声音传播图的焦点的活动元件阵列的优选位置图。

图23是根据图20A-22B构造并操作的扬声器装置的简化的示意图，例如，依靠如此的安排后，可操作所述扬声器装置以产生特别适合听众完全围绕所述扬声器的环境的全向声，该扬声器通常会在多于一个的水平面上，包括如所显示的地平面和二楼水平面。

图24是使用本发明的装置的实施方式而获得的圆柱形声音方向图的图示。

图25是显示活动元件阵列3010的一优选布置的图示，相对于图24中的圆柱形声音方向图，以举例的方式显示为矩形。

图26是图20A-20B的活动元件阵列的等距视图，显示了通过该活动阵列产生的单向声音，且该单向声音以期望的或由箭头示出的预定的方向α传播。

图27是根据本发明构造并操作的扬声器装置3600的优选应用的示意图，其被构造为，例如，通过安排以在至少一个由用户选择的特定方向上产生单向声音。

图28是根据本发明的优选实施方式构造并操作的非矩形的活动元件阵列的简化的示意图。

具体实施方式

本发明的技术领域是长冲程机电微致动器的数字换能器阵列，使用制造材料和技术来构造所述数字换能器阵列以制造适合于广泛的各种应用的低成本设备，例如音频扬声器、生物医学配方应用、医学和工业传感系统、光交换、用于显示系统的光反射以及要求或得益于长行程致动和/或相对于换能器尺寸的更多流体(例如气体或液体)的位移的任何其他应用。

本发明的优选实施方式试图提供换能器结构、数字控制机构和各种制造技术来创造具有N个微致动器的换能器阵列。所述阵列一般由典型的三个主要层的结构构成，在某些实施方式中，所述层由隔膜层组成，所述隔膜层由特别的低疲劳性质的材料制得，在所述材料的两侧一般铺设有具有特定的极性排列的磁性涂料并蚀刻有N个独特的“蜿蜒”形状，以便使得隔膜部分能够双向线形地自由运动(致动器)。隔膜的各运动部分的双向线性移动被限制在一个室(致动器通道)内，所述室一般通过将隔膜层夹入两个镜像的支撑结构之间而自然地形成，所述支撑机构由电介质、硅、聚合物或其他任何类似的绝缘基板构成，一般制造有与隔膜的N个蜿蜒蚀刻的数量相等的N个尺寸精确的通孔，并且一般以下述方式精确地定位：该方式使各通孔与隔膜的每个蜿蜒蚀刻准确地对准。进一步固定到支撑结构的顶层和底层的外表面的一般是传导的伸出的表面，比如传导性的圆环或圆盘(“可编址的电极”)，这些伸出的表面在致动器达到其行程的终点时，一般通过施加静电电荷而起到吸引并保持各致动器的作用。

现参考图1B，2A-2C，3A-3C，4A，5，6A，7A-7B，8A-8B，9，10A，11A，12A，13，14，15A，16A-C，17-19来描述根据本发明的优选实施方式构造并操作的设备。

图1B是所述设备的一小部分的概要图。图2A描述了活动元件在磁场作用下的运动。图2B描述了相同的活动元件在相反的磁场作用下的运动。图2C描述了在一个电极被充电时，活动元件在磁场作用下的运动。图3A-3C分别是本发明的一个优选实施方式的俯视图、横截面图和透视图。

图4A是根据本发明的优选实施方式构造并操作的设备的分解视图。图5是根据本发明的优选实施方式构造并操作的设备的一小部分的详细图示。图6A是同一小部分的分解视图。图7A是根据本发明的优选实施方式构造并操作的设备的蜿蜒的和活动的元件子组件的示意图。图7B是根据本发明的优选实施方式构造并操作的运动中的单个元件的说明性视图。图8A是根据本发明的优选实施方式构造并操作的扬声器系统的框图。图8B是根据本发明的优选实施方式构造并操作的扬声器系统的流程图。图9A示出了施加到活动元件的不同的力之间的优选关系。

图10A是根据本发明的优选实施方式构造并操作的电极的分组视图。图11A是根据本发明的优选实施方式构造并操作的时序图和控制图。图12A示出了可选择编址的实施方式中的活动元件的磁性性质。图13示出了可选择编址的实施方式中的电极分组。图14是可选择编址的实施方式中的扬声器系统的简化框图。图15A是用于可选的实施方式的时序图和控制图。图16A是根据本发明的优选实施方式构造并操作的活动元件子组件的一小部分。图16B是活动元件子组件的不同实施方式的一小部分，其使用了根据本发明的优选实施方式构造并操作的柔性基板。

尽管上面的图3A-3C示出了根据本发明的优选实施方式构造并操作的蜂窝结构的元件阵列，而图17却示出了根据本发明的优选实施方式构造并操作的方形结构的元件阵列。图18是使用方形元件的实施方式的一小部分的分解视图。图19示出了使用多个设备(设备的阵列)的装置。

一般通过挑选的电极之间的独特互连模式和独特的信号处理算法来实现有效的编址，所述有效的编址一般将单个换能器中的全部数量的致动器有效的分成N个不同大小的可编址的致动器组，从具有一个致动器的组开始，随后的组的致动器数量是其前面组的两倍，直到换能器中的所有N个致动器都被这样分组为止。

为了获得致动器冲程，一般用线圈包围所述换能器，当施加电流时，所述线圈在整个换能器上产生电磁场。所述电磁场使隔膜的活动部分一般的以线性方式通过致动器通道。如果电流交替改变极性，则其就会导致隔膜的运动部分振动。当为特定的可编址的电极组施加静电电荷时，其一般将会导致该组中的所有致动器闩锁在冲程的终点，根据应用的需要，闩锁在支撑结构的顶部或底部。由在任何特定间隔没有被锁定(极限位置)的N个致动器的总数来共同地实现换能器提供的位移。

所述换能器的结构在各换能器的致动器的数量、各致动器的尺寸、各致动器的冲程的长度以及可编址的致动器数量上一般是完全可以改变的。在某些实施方式中，所述致动器元件通过在特定的材料上蚀刻不同的形状，或者通过使用已涂覆有柔性材料的分层的金属圆盘，或者通过使用自由浮动的致动器元件来构造。所述隔膜(弯曲部分)材料可包括硅、铍铜、铜钨合金、铜钛合金、不锈钢或者其他任何低疲劳材料。所述支撑结构的可编址的电极可以按任意模式分组，以便获得适合换能器应用的地址。所述可编址的电极可被固定以产生与隔膜致动器的接触，或者其可以按与隔膜没有物理接触的方式而被固定。基板材料可以为任何绝缘材料，比如FR4、硅、陶瓷或任何种类的塑料。在一些实施方式中，所述材料可包含铁氧体颗粒。在隔膜上蚀刻的蜿蜒形状的数字，或浮动的致动器元件以及相应支撑结构的通道可以是圆形的、方形的或者任何其他的形状。电磁场可通过围绕整个换能器、围绕部分换能器或围绕各致动器元件缠绕线圈，或者通过紧邻一个或更多的致动器元件放置一个或更多的线圈来产生。

在某些实施方式中，采用直接数字方法产生使用微扬声器阵列的声音。数字声音的重构一般涉及离散声音能量脉冲的总和以产生声波。这些脉冲可基于来自音频电子设备或数字媒体的数字信号，其中每个信号位控制一组微扬声器。在本发明的一个优选实施方式中，输入数字信号的第n位控制阵列中的2ⁿ个微扬声器，其中最高有效位(MSB)控制大约一半的所述微扬声器，而最低有效位(LSB)控制至少一单个扬声器。当特定位的信号是高时，在该采样间隔内，分配给所述位的组中的所有扬声器一般都被激活。阵列中扬声器的数量以及脉冲频率决定产生的声波的分辨率。在一典型的实施方式中，所述脉冲频率可为源采样率。通过来自人耳或其他来源的声低通滤波器的后应用，听众一般听见声音上比较平滑的信号，该信号与由数字信号表现的原模拟波形相当。

根据在此所描述的声音重构方法，所产生的声压与工作的扬声器的数量成比例。通过随时间改变扬声器的脉冲的数量而产生不同的频率。与模拟扬声器不同，单独的微扬声器一般在非线性区域工作以最大化动态范围，同时仍能够产生低频率的声音。阵列的净线性一般由声波方程的线性和单独的扬声器之间的一致性产生。在所产生的声波中的非线性成分的总数一般与设备中微扬声器的数量成反比。

在优选的实施方式中，使用数字换能器阵列来实现真正、直接的数字声音重构。所产生的声音的动态范围与阵列中微扬声器的数量成比例。最大声压与各微扬声器的冲程成比例。因此期望产生长冲程换能器，并且尽可能多的使用这种换能器。多年来已经发展了一些数字换能器阵列设备。值得一提的是由卡内基梅伦大学(Carnegie Mellon University)研发的CMOS-MEMS微扬声器。使用CMOS制作工艺，他们设计出具有255个方形微扬声器的8位数字扬声器芯片，各微扬声器的一侧为216μm。隔膜由涂覆有聚合物的蜿蜒的AlSiO₂网状物组成，并且可通过在CMOS金属叠层和硅基板之间施加变化的电位而被静电致动。平面运动的结果是产生声音的压力波源。各隔膜具有大约10μm的冲程。如此短的冲程是不足的，并且所产生的声级对扬声器来说太温和。另一个问题是，所述设备需要40V的驱动电压。这种电压需要复杂且昂贵的开关电子设备。在此所描述的所述设备的优选实施方式克服了这些限制中的某些或全部，且在消除了对高开关电压的需求的同时产生了更大的声级。

可以认为各换能器的形状对所述扬声器的声性能没有显著的影响。换能器可以封装成方形、三角形、六角形的网格或其他的形状。

本发明一般利用磁力和静电力的组合以实现长冲程，同时避免与传统的磁性致动器或静电致动器相关的问题。

换能器阵列的活动元件一般做成导电的且可以被磁化以使得磁极与换能器阵列表面垂直。适度的传导是足够的。线圈围绕整个换能器阵列或将线圈放置在各元件附近而产生致动力。对线圈施加交流电或交流脉冲产生交变磁场梯度，该磁场梯度迫使所有活动元件以与交流电相同的频率向上及向下运动。为了控制各活动元件，可使用两个电极，一个在活动元件上方，一个在活动元件下方。

对线圈施加的电流一般会驱动所述活动元件轮流地邻近顶部电极和底部电极。对所述活动元件施加一小静电荷。对电极之一施加相反电荷而在活动元件和所述电极之间产生吸引力。当活动元件非常接近电极时，所述吸引力一般会变得大于线圈磁场和回缩弹簧所产生的力，且所述活动元件被闩锁到所述电极。从电极移除电荷或部分电荷一般允许活动元件与所有其他活动元件在线圈磁场和弯曲部分的影响下一起运动。

根据某些实施方式，致动器阵列可由5个板或层来制造：

-顶部电极层

-顶部分隔层(一同显示为层402)

-活动元件403

-底部分隔层

-底部电极层(一同显示为层404)

根据某些实施方式，阵列由大的线圈401围绕。该线圈的直径一般比用于现有技术的磁性致动器的传统线圈的直径大得多。所述线圈可使用常规的制造方法来制造。

在某些实施方式中，活动元件由传导的且磁性的材料来制造。适度的电传导一般是足够的。所述活动元件可使用多种材料制造，所述材料包括但不限于橡胶、硅或金属及其合金。如果材料不能被磁化或者需要较强的磁体，可以在该材料上固定磁体或者在该材料上涂覆磁性材料。此涂覆一般是使用丝网印刷工艺或其他本领域中已知的技术来应用装载有磁粉的环氧树脂或其他树脂而完成的。在一些实施方式中，可使用通过光刻工艺产生的树脂掩模来进行丝网印刷。一般在固化树脂/磁粉基体后移除该层。在某些实施方式中，环氧树脂或者树脂在设备受到强磁场作用的同时被固化，使树脂基体中的粉末颗粒调整到期望的方向。活动元件的几何形状可以改变。在另外的实施方式中，部分活动元件可涂覆有磁体且以被调整为一个方向的磁场固化，而稍后涂覆剩余的活动元件，并以相反的磁场固化，使得这些元件在相同的外部磁场下朝相反方向运动。在一优选的实施方式中，活动元件包括一板，该板具有围绕其的蜿蜒的形状，一般由薄箔切割出。可选择的，在某些实施方式中，能够使用只在弯曲部分的区域打薄的厚材料，或使相对厚的板与图案化为弯曲部分的薄层结合。该形状允许部分箔运动，同时蜿蜒形状充当柔性的弯曲部分。在某些其他的实施方式中，活动部分是在顶部电极和底部电极之间来回自由运动的圆柱体或球体。

图1B示出了根据本发明的某些实施方式的设备的一小部分的概要图，用以提供完整的换能器阵列结构的概要图。在所示出的实施方式中，活动元件为活塞101，其一般被磁化以使一磁极102在各活塞的顶部而另一磁极103在各活塞的底部。一般影响整个换能器阵列结构的磁场产生器(未示出)在整个换能器阵列上产生磁场，一般引起活塞101上下运动，由此迫使气体自腔104排出。静电电极一般存在于各腔体的顶部105及底部106。所述电极在各活塞接近其冲程的终点时充当吸引并保持各活塞的闩锁机构，一般阻止所述活塞运动直到释放闩锁装置，同时允许被推压的气体轻松的通过。在某些实施方式中，所述活塞101由导电材料制成或涂敷有这种材料。所述元件、活塞和/或电极中的至少一个一般用介电层覆盖，以避免在下拉时发生短路。

一同参照图2A-2C，其示出了根据本发明的优选实施方式的元件的运动。在该实施方式中，线圈(未示出)一般围绕整个换能器阵列结构，在整个换能器阵列上产生磁场，其使运动自由的任何磁性元件根据交替的场方向移动。这导致活塞一般的上下运动。

在图2A中，磁场201的方向向下，该磁场产生一力，驱使整个阵列的活塞101向下。

在图2B中，磁场202的方向已经改变为向上，该磁场产生一力，驱使整个阵列的活塞向上。

在图2C中，正电荷施加到顶部电极205的其中之一。该正电荷一般吸引活塞204中的电子，使得活塞的顶部206被充负电荷。相反的电荷205和206产生吸引力，在间距低于临界距离时，其一般会一起下拉这两个元件。磁场203的方向已经再次改变并指向下。由于磁性吸引，活塞204一般保持在适当的位置，同时剩余的活塞可自由运动，且由于磁场203的影响而运动到底部。在该特定的实施方式中，对电极施加的电荷是正电荷。可选择的，可对电极施加负电荷，其将感应出负电荷以累积在相邻活塞的靠近的一侧。

图3A-3C示出了一优选实施方式的俯视图、横截面视图以及透视图。

在某些实施方式中，围绕整个换能器阵列的线圈304在整个阵列结构上产生电磁场，这使得在施加电流时，所述电磁场导致活塞302向上运动301及向下运动303。

图4A显示了根据本发明的某些实施方式构造并操作的设备的分解视图。如图所示，换能器阵列结构的分解视图显示出其包括下列主要部分：

(a)在对围绕整个换能器阵列的线圈401施加电压时，其在整个阵列结构上产生电磁场。用于所述线圈的优选实施方式在此参考图9B-9D来描述。

(b)在某些实施方式中，顶层结构402可包括分隔器层和电极层。在某一实施方式中，该层可包括具有精确的分隔的腔的阵列的印刷电路板(下文中的PCB)层，各腔一般都具有固定在各腔顶部的电极环。

(c)本实施方式中的活动元件(活塞)403可由切割有或蚀刻有许多很精确的板的传导性的磁化材料的薄箔构成，所述板一般由充当柔性的弯曲部分的蜿蜒形状围绕，所述弯曲部分赋予所述箔以特定的运动自由度。

(d)底部层结构404可包括分隔器层和电极层。在某一实施方式中，所述层可包括具有精确分隔的腔的阵列的介电层，各腔一般都具有固定在各腔底部的电极环。

图5显示了根据本发明的某些实施方式构造并操作的设备的一小部分的细节。根据示出的实施方式的换能器阵列的详细的横截面立体图示出了下列结构：活动元件(活塞)，其一般由薄箔501制成，所述薄箔已经被切割或蚀刻成为精确的板和蜿蜒的形状，所述板和蜿蜒的形状在顶部502及底部503具有被磁化的层，该薄箔被精确的定位以使每个板形状的中心与每个顶层电介质腔504以及每个底层电介质腔505的中心精确的对齐，腔504和腔505共同的充当移动导向装置和气体管道。在顶部506和底部507的每个管道的外边缘是铜环(“电极”)闩锁机构，当对该闩锁机构施加了静电电荷时，在各活动元件(“活塞”)接近每一冲程的终点时，该闩锁机构一般吸引各活动元件，以在活动元件(“活塞”)和闩锁装置之间产生接触，并闩锁和保持各活动元件(“活塞”)，由此阻止活动元件(“活塞”)运动，直至闩锁装置一般通过停止给电极静电充电而被释放为止。

图6A显示了如在图5中显示的相同的小部分的分解视图，并揭示出在此实施方式中，蚀刻有精确的蜿蜒形状以产生活动元件(“活塞”)的薄箔位居中心并被封装到顶部602和底部603的电介质的镜像的腔中，其中在顶部和底部，以磁化层固定各形状的中心。

图7A显示了根据本发明的优选实施方式构造并操作的蜿蜒形状和活动元件子组件。薄箔的顶部静态视图显示活动元件一般通过蚀刻精确的圆形蜿蜒形状来构造，所述形状允许该形状的弯曲部分703限制的该形状的中心701的自由运动，该形状的弯曲部分由材料蚀刻而成，由此形成散布的腔702。横截面图显示所述箔具有磁极对齐的磁体层，其固定于薄箔活动元件层的顶部704和底部705。作为该实施方式的替代，磁体层可只固定到薄箔的一侧。

图7B是运动中的单个元件的说明性的视图，显示了某些实施方式中的向上的自由运动，其中单个蜿蜒形状的已磁化的中心706在受蜿蜒蚀刻的弯曲部分707的导引和限制的同时，自由地向上延伸。说明图中没有示出在中心706以相反方向移动时，蜿蜒形状反向(向下)的运动，由此所述的弯曲部分向下延伸。

在某些实施方式中，各形状中心的顶部708以及各层的底部709固定有磁化层，所述磁化层已被调整为相同的磁极性。

图8A显示了根据本发明的优选实施方式的扬声器系统的框图。在某些实施方式中，数字输入信号(公共协议为I2S、I2C或SPDIF)801进入逻辑处理器802，该处理器轮流转换该信号以限定每组活动元件的闩锁机构。组编址通常分为两个主要的组，一组用于将活动元件闩锁在顶部，而另一组将活动元件闩锁在其冲程的底部。随后，各组通常进一步分为逻辑编址组，一般由至少一个活动元件的组开始，接着是两倍于前一组的活动元件数量的另一组，以此类推，直到整个阵列的所有活动元件都被分组为止。第N组包括2^N-1个活动元件。

在图8A的框图所描述的实施方式中，显示了顶部的组：一元件组803，二元件组804，然后是四元件组805，以此类推，直到换能器阵列组件中的全部数量的活动元件都已被编址为止，以接收来自处理器802的控制信号。

通常复制相同的分组模式以用于底部闩锁机构，其中一元件组807之后可接着二元件分组808，然后是四元件组809，以此类推，直到换能器阵列组件中的全部数量的活动元件都已被编址为止，以接收来自处理器802的控制信号。

所述处理器802还可控制流向围绕在整个换能器阵列812的线圈的交流电，从而产生并控制围绕在整个阵列的磁场。在某些实施方式中，可使用功率放大器811来增大进入线圈的电流。

图8B示出了扬声器系统的流程图。在某些实施方式中，数字输入信号813的采样率可能与设备的自然采样率不同，重采样模块814可重采样所述信号，从而使其匹配设备的采样率。否则，所述重采样模块814传送未经修改的信号。

缩放模块815通常将一偏差值加至信号并对该信号进行缩放，假设进入的信号813的分辨率为每一采样M位，且采样值x的范围在-2^(M-1)和2^(M-1)-1之间。

另外假设在某些实施方式中，扬声器阵列具有N个元件组(编号为1...N)，如图8A所示。

K被定义为：K＝N-M。

一般说来，如果输入分辨率高于扬声器组的数量(M＞N)，则K为负且输入信号按比例缩小。如果输入分辨率低于扬声器组的数量(M＜N)，则K为正且输入信号按比例增加。如果两者相等，则不缩放输入信号，仅对其施加偏差。缩放模块815的输出Y可为：Y＝2^K[X+2^M-1]。输出Y被化整为最接近的整数。Y值的范围则在0到2N-1之间。

检查构成Y的二进制值的位。每个位控制活动元件的不同的组。最低有效位(位1)控制最小的组(组1)。下一位(位2)大小为两倍于组1的组(组2)。再下一位(位3)控制大小为两倍于组2的组，等等。最高有效位(位N)控制最大的组(组N)。构成Y的所有位的状态一般用块816、823...824同时来检查。

以相似的方式来处理所述位。下面是用于检查位1的优选算法：

块816检查Y的位1(最低有效位)。如果位1为高，则将位1与其之前的状态比较，步骤817。如果位1之前为高，则无需改变组1中活动元件的位置。如果位1先前为低，则如参考数字818所示，处理器等待磁场指向上方，然后如参考数字819所示，处理器一般会释放底部闩锁机构B1，同时接合顶部闩锁机构T1，允许组1中的活动元件从设备的底部运动到顶部。

如果块816确定Y的位置1为低，则将位1与其之前的状态比较，步骤820。如果位1之前为低，则无需改变组1中活动元件的位置。如果位1先前的状态为高，则如参考数字821所示，处理器等待磁场指向下方，然后如参考数字822所示，处理器释放顶部闩锁机构T1，同时接合顶部闩锁机构B1，允许组1中的活动元件从设备的顶部运动到底部。

图9A显示了施加到活动元件上的不同的主要的力之间的一般关系。施加到活动元件上的不同的力通常协调的起作用以相互平衡，从而获得期望的功能。朝向中心的力显示为负力，而驱动元件远离中心的力(向上或向下的闩锁机构)显示为正力。

在本实施方式中，活动元件受到三个主要力的影响：

a.磁力，其由磁场和永磁体的相互作用产生，该力的方向取决于活动元件磁体的极性、磁场的方向以及磁场梯度。

b.静电力，其一般通过对电极施加某种电荷而对活动元件施加相反的电荷而产生。该力的方向使得将活动元件吸引到电极(在该图中定义为正)。当活动元件和电极之间的距离变得非常小时，和/或此间隔包括具有高介电常数的材料，该力会明显增加。

c.回缩力，其由弯曲部分(其起到弹簧的作用)产生。该力的方向总朝向设备的中心(在该图中定义为负)。由于该弯曲部分是柔性的，所以该力相对较小，且本质上是线性的。

力之间的关系显示，一般在活动元件逐渐接近其冲程的终点时，静电力(由闩锁机构产生)增加，最终达到足够的力来吸引并闩锁活动元件。当释放闩锁装置时，回缩力和磁力一般能够向着中心将活动元件拉离闩锁装置，由此引起活动元件的移动。当活动元件行进到中心时，一般来说，弯曲部分的回缩力会变小并最终被克服，然后被电磁力和活动元件的动能控制。

图10A显示了如之前图8中所述的，为数字编址的目的而在某些实施方式中对活动元件(“活塞”)应用的分组模式的截面视图。在该实施方式中，有在中心的一元件的组1001，接着是二元件组1002，随后是四元件组1003，然后是八元件组1004，然后是十六元件组1005，以此类推。

如该实施方式所示，在可能的扩展限度内，安排各增大的组围绕着前组扩展，然而可改变该几何结构，以便实现不同的音频和/或结构的目的。例如，将“中心点”移动到换能器阵列的外围能够使各组和处理器802之间的布线更容易(参见图8A-8B)。

图11A显示了优选的时序图和控制图，该时序图描述了用于产生特定的声音波形的优选的逻辑和算法。在此描述的范围内，时间线被分为时隙，编号为I1、I2，以此类推。该简单的例子显示了一设备，其使用分成3组的7个活动元件。第一组包括一个活动元件“P1”并受顶部闩锁机构“T1”和底部闩锁机构“B1”的控制。第二组包括两个活动元件“P2”和“P3”，这两个活动元件被同步且一起运动。该组受顶部闩锁机构“T2”和底部闩锁机构“B2”的控制。第二组包括四个活动元件“P4”、“P5”、“P6”和“P7”，这几个元件被同步且一起运动。该组受顶部闩锁机构“T3”和底部闩锁机构“B3”的控制。

位于该图顶部的“时钟”图表示系统时钟。该时钟一般在设备外产生且与声音信号一同传送至处理器802(参考图8)。在一典型的实施方式中，设备的采样率是44100Hz。在该情况下，每个时钟间隔的持续时间是22μsec，且时钟每隔11μsec改变其状态。

在此实施例中显示的“信号”是由设备产生的模拟波形。“数值”图显示了在各时钟间隔期间的信号的数字采样值。“磁性”图显示了由线圈产生的磁场的方向(极性)。该极性与系统时钟同步的变化。

该图用以下的显示规则显示了每个活动元件的状态：闩锁在顶部的元件1101(“P1”...“P7”)被涂为黑色。闩锁在底部的元件1102被涂为白色，且以阴影表示正运动的元件1103。

数字采样值指示有多少元件可被闩锁到阵列的顶部以及有多少元件可被闩锁到阵列的底部。在该例中，数字采样值可能为：-3、-2、-1、0、1、2、3和4。每个值分别代表闩锁到顶部的0、1、2、3、4、5、6和7个元件。

在时间片I1中，数字采样值为0。这需要将3个元件闩锁到顶部以及将4个元件闩锁到底部。磁场的磁极向上。接合顶部闩锁机构T1和T2，也接合底部闩锁机构B3。同时，脱离底部闩锁机构B1和B2，也脱离顶部闩锁机构T3。活动元件P1、P2和P 3闩锁到顶部，同时P4、P5、P6和P7闩锁到底部。

在时间片I3中，数字采样值改变为1，这需要将4个元件闩锁到顶部以及将3个元件闩锁到底部。磁场的磁极向上。脱离底部闩锁机构B3，释放元件P4、P5、P6和P7，以使它们可自由运动。同时，接合顶部闩锁机构T3，元件在磁场的作用下向上运动，且被当前接合的T3闩锁。

此时，所有的7个运动元件都被闩锁到了顶部。在下一个时间片I14中，活动元件P1、P2和P3将被闩锁到底部，以保证设备处于期望的状态(4个元件在顶部而3个元件在底部)。在时间片I4中，磁场的磁性改变而朝向下。顶部闩锁机构T1和T2脱离并释放活动元件P1、P2和P3。同时，接合底部闩锁机构B1和B2，并且接近的活动元件P1、P2和P3被闩锁到底部位置。活动元件P4、P5、P6和P7被顶部闩锁机构保持在适当的位置，并因此被限制不与其他活动元件一起向下运动。此时设备的状态为：P1、P2和P3被闩锁到底部，而P4、P5、P6和P7被闩锁到顶部。在时间片I5到I4中，接合和脱离闩锁机构，以允许活动元件根据数字采样值而运动，且改变自身的状态。

图12A显示了活动元件优选的磁性质，用于编址一可选择的实施方式。活动元件箔的静态俯视图显示了一种活动元件的可能的可选的实施方式。在该实施方式中，产生了活动元件的两个不同的组段1201和1202，使得单一的换能器阵列能够处理和产生更强的信号，或可选择的处理和产生两个分离的信号(例如立体声的左音频信号和右音频信号)。横截面图显示为了实现该实施方式的两个组(由分隔线1203区别)，每个不同的组段一般具有相反的磁极性。

在一个部分分组1201中，固定到薄箔的活动元件的磁体层已被极化，以使北极(N)在箔的顶部1204，南极(S)在箔的底部1205；而在第二组段1202中，薄箔的活动元件磁体层已被极化，以使南极(S)在箔的顶部1206，北极(N)在箔的底部1207。

图13显示了可选实施方式中电极的分组。类似于图10A，图13描述了用于图12A中描述的可选实施方式的可选编址方案。在此情况下，如图12A所示，为数字编址的目的而应用到活动元件的分组模式被分成了两个主要的组段，一半的换能器阵列处于一个组段，而另一半换能器阵列处于另一个主要的组段。

在该实施方式中，有两个相等的组，各组都具有相等数量的活动元件，从1个活动元件的两个组1301和1302开始，接着是各组2个元件的两个组1303和1304，接着是各组4个元件的两个组1305和1306，接着是各组8个元件的两个组1307和1308，接着是各组16个元件的两个组1309和1310，以此类推，直到换能器阵列的所有活动元件都被分组和编址为止。

如在当前的实施方式所示出的，在可能的限度内，安排各增大的组围绕先前的组扩展，然而可改变该几何结构以实现不同的音频和/或结构的目的，例如，将主要组的“中心点”移动到换能器阵列的外围相反侧，能够使各组和处理器1402之间的布线更容易(参见图14)。其还能使设备在两种模式下工作：单声道模式和立体声模式，在单声道模式下，两个组都被用来产生两倍振幅的波形，在立体声模式下，各组都产生分离的声波，以允许重构立体声信号。

图14显示了在可选编址实施方式中的扬声器系统的框图。图14描述了在图12和图13中显示的可选实施方式的编址。数字输入信号(I2S，I2C或SPDIF协议)1401进入逻辑处理器1402，该处理器轮流转换该信号以限定两个主要组的每一组的活动元件的闩锁机构。各编址组分为两个主要的组，一组用于顶部闩锁机构，而另一组用于底部闩锁机构。随后，各组进一步分为逻辑编址组，由一个活动元件的组开始，接着是两倍于前一组的活动元件的另一组，以此类推，直到整个阵列的所有活动元件都被分组为止。

在图14的框图所描述的实施方式中，活动元件的一个主要段的顶部冲程以一元件组1403开始，然后二元件组1404，然后是三元件组1405，以此类推，直到换能器阵列中组件中的全部数量的活动元件都已被编址为止，以接收来自处理器1402的控制信号。

复制相同的分组模式以用于向下的冲程，其中一元件组1407之后可接着二元件分组1408，然后是四元件组1409，以此类推，直到换能器阵列中组件中的全部数量的活动元件都已被编址为止，以接收来自处理器1402的控制信号。

复制相同的模式以用于活动元件的第二主要分段，其中顶部冲程组以一元件组1413开始，然后是二元件分组1414，然后是四元件组1415，以此类推，直到换能器阵列中组件中的全部数量的活动元件都已被编址为止，以接收来自处理器1402的控制信号。

复制该相同的分组模式以用于第二段的向下的冲程，以一元件组1417开始，随后是二元件分组1418，然后是四元件组1419，以此类推，直到换能器阵列中组件中的全部数量的活动元件都已被编址为止，以接收来自处理器1402的控制信号。

所述处理器1402还将控制流向围绕在整个换能器阵列的线圈的交流电，该换能器阵列包括两个主要段1412，从而产生并控制围绕在整个阵列的磁场。在某些实施方式中，可使用功率放大器1411来增大进入线圈的电流。

图15A显示了用于可选实施方式的时序图和控制图，描述逻辑和算法的时序图可被用来产生在图12至图14中所描述的可选实施方式中的特定的声音波形。显示规则类似于在图11A中所使用的显示规则，并再现了相同的信号。

时间线被分为时隙，编号为I1、I2，以此类推。该简单的例子显示了一设备，其使用分成了两个主要组(L和R)的14个活动元件，每个主要组分成三个小组1、2和3。

数字采样值指示有多少元件可被闩锁到阵列的顶部以及有多少元件可被闩锁到阵列的底部。在该例中，数字采样值可能为：-3、-2、-1、0、1、2、3和4。每个值分别代表闩锁到顶部的0、2、4、6、8、10、12和14个元件。

在时间片I3中，数字采样值由0改变为1。这需要将8个元件闩锁到顶部以及将6个元件闩锁到底部。磁场的磁极向上。脱离顶部闩锁装置RT1、RT2和底部闩锁装置LB3，释放元件RP1、RP2、RP3、LP4、LP5、LP6和LP7，以使它们可自由运动。LP4、LP5、LP6和LP7的磁极性产生向上的力，驱使这些元件向上运动。RP1、RP2和RP3的磁极性是相反的，且驱动力向下。同时，接合与元件的运动相反的闩锁机构，以抓住接近的活动元件并将其闩锁在适当的位置。

在时间片I4中，磁场的极性改变而指向下。脱离顶部闩锁装置LT1、 LT2和底部闩锁装置RB3，释放元件LP1、LP2、LP3、RP4、RP5、RP6和RP7，以使它们可自由运动。RP4、RP5、RP6和RP7的磁极性产生向上的力，驱使这些元件向上运动。LP1、LP2和LP3的磁极性是相反的，且驱动力向下。同时，接合与元件的运动相反的闩锁机构，以抓住接近的活动元件并将其闩锁在适当的位置。

在时间片I5到I14，接合和脱离闩锁机构以允许活动元件根据数字采样值运动并改变自身的状态。

图15C分别显示了声音曲线图II-IV的三种不同的音调(22KHz，11KHz和4.4KHz)的产生。曲线I显示了系统时钟，其在示出的实例中为44KHz。在该示出的实施方式中，用来产生这些音调的扬声器具有2047个活动元件。当产生22KHz(时钟的一半)的声音时，所有2047个活动元件在各时钟时刻改变位置(从顶部到底部或反之)。当产生11KHz(时钟的1/4)的声音时，2047个活动元件中的一半活动元件在各时钟时刻改变位置。例如，如果在第一时钟时刻，所有2047个活动元件在其顶部位置，而在第二个时钟时刻，降低这些元件中的1023个元件，在第三个时钟周期期间，降低剩余的1024个元件，在第四个时钟周期期间，升高1023个元件，在第五个时钟周期期间，升高剩余的1024个元件，以此类推。当产生4.4KHz(时钟的1/10)的声音时，在每个时钟时刻在其顶部位置的元件数量(1340，1852，......)显示在曲线IV的顶部，而在每个时钟时刻在其底部位置的元件数量(707，195，......)显示在曲线IV的底部。

图16A显示了活动元件子组件的一小部分。

图16A和16B提供了在不同实施方式中的活动元件的说明性视图。

图16A所示的实施方式是由薄箔材料1601构造的活动元件的实施方式，精确的、圆形的蜿蜒形状蚀刻进所述材料，以使形状的中心1602能够自由运动，所述运动受形状的弯曲部分限制。

图16B显示了在使用柔性基板的活动元件子组件的不同实施方式的一小部分。该实施方式是活动元件(“活塞”)的实施方式，该活动元件由具有足够弹性的材料构成，例如由橡胶聚乙烯材料1603构成，或者在所述材料表面的顶部和底部沉积有特定形状和尺寸的磁性材料，或者将材料固定到特定尺寸的磁盘1604，以允许由材料自身限制的自由运动。

图2C显示了使用自由浮动的部件的活动元件子组件的不同实施方式的一小部分。该实施方式是自由浮动的活动元件(“活塞”)的实施方式，所述活动元件由在各端具有相反的极性的被磁化的材料构成。在该特定的实施方式中，顶部为北极，底部为南极。

图3B示出了在某些实施方式中，基于蜂窝设计的完整的换能器阵列结构的俯视图，其实现了表面区域48％的填充系数。图17示出了在某些实施方式中，基于方形设计的完整的换能器阵列结构的俯视图，其实现了表面区域38％的填充系数。

图18显示了使用方形元件的实施方式的一小部分的分解视图。该实施方式显示了使用方形元件的换能器阵列结构，其旨在增大填充系数，并允许更高的单位换能面积的声压级。

在之前的实施方式中，使用了相同结构的元件。线圈围绕整个换能器阵列(未示出)。当施加电压时，线圈在整个阵列结构上产生电磁致动力。

顶层结构一般包括介电层，该介电层具有精确分隔的腔1802的阵列，各腔都具有固定在各腔顶部的电极环，以产生静电闩锁机构1801。

在该实施方式中的活动元件(“活塞”)包括传导性的被磁化的材料的薄箔，该材料被切割或蚀刻有很多非常精确的“蜿蜒”形状，其借助被磁化的顶部1804和底部1805赋予箔特定的自由运动的能力。每个活动元件由四个弯曲部分导引和限制。

底层结构一般包括介电层，该介电层具有精确分隔的腔1806的阵列，各腔都具有固定在各腔底部的电极环，以产生静电闩锁机构1807。

图19显示了包括多个(阵列)设备的装置。该结构显示了使用多个在某些实施方式中的换能器阵列1902以便制造能够产生更强的声压级的设备，或者以便使用波束形成技术(这不在本发明的范围内)来产生定向的声波。

阵列可具有任何期望的形状，并且说明书中的圆形形状只是为了说明的目的。

现对根据本发明的一个实施方式构造并操作的，且参考图1B、2A-2C、3A-3C、4A、5、6A、7A-7B、8A-8B、9A、10A、11A、12A、13、14、15A、16A-C、17-19所述的设备进行更加全面(例如参考图1A)和更加详细的描述。还描述了替代实施方式。

现参考图1A，其为用于产生物理效应的致动器装置的简化的功能框图说明，所述效应的至少一个属性相应于根据时钟周期性采样的数字输入信号的至少一个特性。根据本发明的优选实施方式，图1A中的装置包括至少一个致动器设备，每个致动器设备致动包括活动元件阵列10的设备，每个活动元件响应于施加到活动元件阵列10的交变电磁力而被迫使沿着各自的轴交替地来回移动。各活动元件被构造和操作以响应电磁力。因此各活动元件可包括导体，可由铁磁材料形成，可包括如图6C所示的永磁体，还可包括承载电流的线圈。

闩锁装置20是操作性的以选择性地将活动元件10的至少一个子集闩锁在至少一个闩锁位置，由此阻止单独的活动元件10响应电磁力。电磁场控制器30操作性地接收时钟，且相应地控制通过磁场产生器40对活动元件阵列的电磁力的施加。闩锁控制器50操作性地接收数字输入信号并相应地控制闩锁装置。在至少一种闩锁控制操作模式下，闩锁控制器50操作性地将活动元件10的数量设置为实质上与闩锁控制器接收的编码为数字输入信号的声音的强度成比例，所述活动元件10响应于磁场产生器(例如线圈40)施加的电磁力而自由振动。优选地，当编码为数字输入信号的声音强度在正向的局部最大值时，所有的活动元件被闩锁到第一极限位置。当编码为数字输入信号的声音强度在负向的局部最大值时，所有的活动元件被闩锁到相对的第二极限位置。

优选地，通常在如下所详细描述的重采样和缩放之后，通过使在极限位置(例如在此所描述的顶部位置)的活动元件的数量匹配数字采样值来实现类似输入信号的物理效应(例如声音)。例如，如果当前的数字采样值为10，在此称为ME1，....，ME10的活动元件可在其顶部位置。如果数字采样值随后变为13，在此称为ME11，ME12，ME13的三个附加活动元件可上升到它们的顶部位置以反映此情况。如果下一个采样值仍是13，则没有活动元件需要动作以反映此情况。如果数字采样值随后变为16，则在此称为ME14，ME15和ME16的三个不同的活动元件(因为ME11，ME12和ME13已经在它们的顶部位置)可上升到它们的顶部位置以反映此情况。

在某些实施方式中，如在下面所详细描述的，构造并操作活动元件使其以组共同地操作，如活动元件的数量都是2的连续的幂的一系列组，如31个活动元件被构造为分别具有1，2，4，8，16个活动元件的组来操作。在该情况下，且使用以上实例，当采样值比方说为10时，分别包括8个和2个活动元件的两个组比方说都升高，即，组中的所有活动元件都在其顶部位置。然而，当采样值改变为13时，直接将3个从其底部位置移动到其顶部位置通常是不实际的，这是因为在该例中，因为二进制的分组，这仅能通过升高分别包括1个和2个活动元件的两组来实现，然而，包括2个活动元件的分组已经被升高。但是顶部像素的数量可以其他方式与采样值13匹配：因为13＝8+4+1，包括4个和1个像素的两组可能被升高，包括2个像素的组可能被降低，产生+3的净压力变化，从而产生期望的、类似一般在重采样和缩放后的输入信号的声音。

更一般地，朝向第一极限位置，如向上移动的活动元件在第一方向上产生压力，在此称为正压。朝向相对的极限位置，如向下移动的活动元件在相对的方向上产生压力，在此称为负压。通过使适当数量的活动元件在相应的方向上移动，或通过使n个活动元件在相应的方向上移动以及其他的数量为m的活动元件在相应的方向上移动来获得定量的正压或负压，使得差值m-n相应于，例如等于一般在重采样和缩放后的采样信号值。

活动元件一般由这样一种材料形成，所述材料至少适度的电传导，如硅，或者涂敷有金属，例如金的硅。

如果活动元件包括永磁体，该永磁体通常在生产过程中就被磁化，以使磁极与期望的运动轴共线。通常围绕在整个换能器阵列的线圈产生致动力。为了控制每个活动元件，一般使用两个闩锁元件(一般包括静电闩锁装置或“电极”)，例如，一个在活动元件的上方，一个在活动元件的下方。

根据一实施方式，致动器是扬声器，且活动元件阵列10布置在流体介质内。随后操作控制器30和50以界定声音的至少一个属性，从而与数字输入信号的至少一个特性相对应。声音具有至少一个波长，由此界定声音里出现的最短波长，各活动元件10一般限定一垂直于活动元件的轴的横截面，并限定其最大的尺寸，各横截面的最大尺寸相对于最短波长一般是短的，例如比最短波长小一个数量级。图1B是根据本发明的优选实施方式构造并操作的活动元件阵列10的等距视图。在该实施方式中，各活动元件10包括磁体，且各活动元件除了被闩锁的情况外，都响应于由磁场产生器40施加到活动元件阵列10上的交变的电磁力而被迫沿着各自的轴交替的来回移动。

图1C-1G是闩锁元件72，73，74，76和77的简化的俯视图图示，根据本发明的可选实施例，上述任何一个闩锁元件都可结合相似的或者不相似的其他闩锁元件而形成静电闩锁装置20。至少一个闩锁元件72可具有穿孔结构，正如图1C所示。在图1D中，闩锁元件73显示为具有刻槽结构，以便允许在闩锁装置的尖锐部分集中静电荷，由此增加施加到相应活动元件上的闩锁力。在图1E中，至少一个闩锁元件74具有包括中心区域75的结构，该区域阻止气体通过以便延迟气体的排出，由此缓冲活动元件10和闩锁元件本身之间的接触。如图1F和以举例的方式在图1B中所显示的，至少一个闩锁元件76可具有环形结构。图1G中的闩锁元件77是又一个可选的实施方式，该元件类似于图1E中的闩锁元件74，只不过设置了至少一个径向的槽78以便消除闩锁装置中的感应电流。

图2A显示了响应于向下的电磁力而处于第一、底部极限位置的图1B的阵列，该电磁力由线圈或者图1A中的其他磁场产生器40施加。图2B显示了响应于向上的电磁力而处于第二、顶部极限位置的图1B的阵列，该电磁力由线圈或者图1A中的其他磁场产生器40施加。图2C与图2B类似，只不过一个单独的活动磁体204没有响应由磁场产生器40施加的向上的力，这是因为该单独的磁体通过相应的电荷被闩锁到了其顶部极限位置，所述电荷被布置在单独的活动元件的上方并起到顶部闩锁装置的作用。应该知道，在图1A-2C的实施方式中，闩锁装置20包括静电闩锁装置，然而这并不是必须的。

一般的，图2A-2C中的装置包括用于各活动元件的一对闩锁元件205和207，尽管一元件不必在另一元件的上方，但是在此简称为“顶部”和“底部”闩锁元件，闩锁元件包括一个或更多的电极和分隔所述电极的空间保持器220。在闩锁装置20包括静电闩锁装置的实施方式中，空间保持器220可由绝缘材料形成。

可操作各闩锁元件对以将其单独的活动元件10选择性地闩锁到两个闩锁位置中的可选择的一个位置，在此称为第一闩锁位置和第二闩锁位置，或简称为“顶部”闩锁位置和“底部”闩锁位置，由此阻止单独的活动元件响应电磁力。如果将各活动元件10运动所沿的轴看作包括第一半轴和第二共线的半轴，则第一闩锁位置一般布置在第一半轴内，而第二闩锁位置一般布置在第二半轴内，如图2A-2C中所示。

图3A-3C分别是活动元件10的斜阵列的俯视的、横截面的以及等距的视图，每个活动元件10都响应于例如由所显示的环绕阵列的线圈40施加到活动元件阵列10的交变电磁力，而被迫使沿着各自的轴交替的来回移动。图4A是分层的致动器设备的分解视图，该致动器设备包括活动元件阵列403和闩锁装置，各所述活动元件响应于由线圈施加到活动元件阵列403的交变电磁力而被迫使沿着各自的轴来回移动，所述闩锁装置形成为至少一层，其可操作以选择性的将活动元件403的至少一个子集闩锁到至少一个闩锁位置，由此阻止单独的活动元件响应电磁力。一般的，使用如图所示的围绕阵列403的线圈401产生电磁力。

闩锁装置一般包括一对层：顶部闩锁层402和底部闩锁层404，所述两个闩锁层被充电时，以及当活动元件处于在此所描述的适当的电磁场中时，将活动元件分别闩锁到顶部活动极限位置和底部极限位置。各闩锁层402和404一般包括如在图5-6A中详细所示的电极层和分隔器层。分隔器层402和404一般可由任何合适的介电材料形成。可选择的，可将铁氧体或铁磁体颗粒加入到介电材料以减少磁体层中磁体之间不期望的相互作用。

在图5-6A中，提供了弯曲部分和环形磁体或导体或铁磁体。然而应该知道，这并不旨在进行限制。可选择的，例如，可提供其他形状的磁体，或者可由线圈替代环形元件，且可以提供不具有弯曲部分的可自由浮动的活动元件，或者活动元件可具有外围的弹性或柔性部分，或者与外围的弹性或柔性部分相关，所有情形如在此的详细显示和描述。

图4B是根据本发明的优选实施方式操作的优选的致动方法的简化的流程图图示。在图4B中，产生了一物理效应，所述物理效应的至少一个属性相应于根据系统时钟信号周期性的采样的数字输入信号的至少一个特性。如所显示的，所述方法一般包括(步骤405)提供至少一个活动元件阵列10，各活动元件响应于例如由磁场产生器40对活动元件阵列10施加的交变电磁力而被迫使沿着轴交替的来回移动(图1B)。在步骤460中，活动元件10的至少一个子集通过闩锁装置20而被选择性地闩锁在至少一个闩锁位置，由此阻止单独的活动元件10响应于由磁场产生器40施加的电磁力。在步骤470中，接收系统时钟信号，并相应地控制电磁力对活动元件阵列的施加。在步骤480中，接收数字输入信号，并相应地控制闩锁步骤460。一般地，如上所述，闩锁装置20包括一对层，各层都包括静电闩锁元件阵列，且至少一个空间保持器层分隔静电闩锁层并由绝缘材料形成。一般地，使用PCB生产工艺来制造闩锁装置和至少一个空间保持器(图4B，步骤450)。活动元件阵列一般包括磁体层403，该磁体层夹在一对电极层之间，所述一对电极层通过一对介电分隔器层与所述磁性层分隔开。一般地，使用晶片键和技术、层压技术和/或PCB生产工艺和/或这些工艺的组合来制造所述层中的至少一层(图4B，步骤455)。

图5是根据本发明的优选实施方式构造并操作的图4A的致动器设备的等距静态视图，其中，活动元件阵列10由薄箔形成，各活动元件受围绕其的、一体化形成的弯曲部分606的限制。弯曲部分一般包括散步有剪切部分702的箔部分703。图6A是图5的致动器设备的一部分的分解视图。

根据本发明的优选实施方式，因为需要至少三个弯曲部分来限定一个平面，所以提供了三个弯曲部分。在此所显示和描述的活动元件的情况中，由弯曲部分限定的平面一般是垂直于活动元件的期望的运动轴的平面，或为迫使活动元件沿期望的轴移动而合适的选择的任何平面。

一般来说，希望最小化弯曲部分的区域以利用活动元件本身使用设备的可用区域，这是因为致动的过程是由活动元件执行的，这样从设备的功能性来看，弯曲部分的区域是额外开销。例如，如果致动器是扬声器，则活动元件推动气体，由此产生声音，而限定活动元件的弯曲部分和间隙则不是这样。因此，通常期望弯曲部分的全长与活动元件的周长相似(例如，不是活动元件的周长的两倍)。因此，可期望将弯曲部分的全长作为给定的长度处理，因此，提供的弯曲部分越多，各弯曲部分就越短，在相同的位移下，这些弯曲部分转变为较高压力，即，以达到活动元件的相同的运动振幅。

因此，应认为只设置三个弯曲部分，即不多于用来牢固地保持活动元件所需的弯曲部分的最小数量，牢固地保持活动元件例如限定与活动元件的运动轴垂直的平面。

图6B和6C分别为根据本发明的优选的低气体泄漏实施方式构造并操作的活动元件、闩锁装置以及分隔器元件的组件的等距和分解视图图示。气体泄漏是指气体从活动元件的上方空间穿过到活动元件的下方空间，或者从活动元件的下方空间穿过到活动元件的上方空间。

图6D是图6B-6C的装置的横截面图，显示了分别处于顶部极限位置610、底部极限位置620以及中间位置630的三个活动元件10。图6E是图6D的图例。一般的，在图6B-6E的实施方式中，至少一个活动元件被配置成阻止气体通过至少一个弯曲部分泄漏。如所示出的，至少一个空间保持器640被布置在活动元件阵列10和闩锁机构20之间，空间保持器限定具有截面的圆柱体660，且其中活动元件10中的至少一个元件包括细长元件670和头部元件680，该细长元件670的截面足够小以避开弯曲部分，头部元件安装在细长元件670之上，其截面类似于圆柱体660的截面。应该知道，为了简单起见，只显示了弯曲部分606的一部分。

图7A是图5-6C的活动元件层的静态的部分俯视图图示。图7B是沿着在图7A中显示的A-A轴截取的图5-6的活动元件层的截面视图。图7C是图5-7B的活动元件层的透视图，其中单独的活动元件显示为向上朝其顶部极限位置运动，使得其弯曲部分弯曲并向上延伸出薄箔的平面。如所显示的，在图7A-7C中，图1A的活动元件10中的至少一个元件具有限定外围706的截面并受连接到外围的至少一个弯曲部分限制。一般的，至少一个活动元件10以及起限制作用的、一般蜿蜒的弯曲部分由单片材料形成。可选择的，如在图16B中显示的，至少一个弯曲部分1605可以由弹性材料形成。应该知道，基于弯曲部分的实施方式只是本发明的一种可能的实施方式。相比之下，例如在图1B中所显示的，各活动元件可以仅仅包括自由浮动的元件。

图7D是根据本发明的可供选择的实施方式构造并操作的活动元件层的透视图。图7E是单独的活动元件的受弯曲部分限制的中心部分705的侧视图图示。在图7D-7E的实施方式中，图1A的活动元件10一般包括环形的永磁体710而不是图5-7C的实施方式的盘状的永磁体502。一般的，各活动元件10具有第一和第二相对的、一般为圆形的表面711和712，所述表面711和712分别面对活动元件的运动轴715的第一端点713和第二端点714，且至少一个永磁体710布置在第一圆形表面711和第二圆形表面712中的至少一个表面上。如果设置了两个永磁体710，则对齐两个永磁体以使得相同磁极指向相同的方向，如图7E所示。

图8A为一控制图，该图示出了由图1A的闩锁控制器50对闩锁装置20的控制，以及由图1A的控制器30对一般由线圈感应的电磁力的控制，控制图用于这种具体的实例，在实例中活动元件10被排列到组G1、G2、...GN中，各组可选择性地被共同的致动，其中闩锁层中的各闩锁装置一般与永磁体相关联，以及其中闩锁层中所有永磁体的磁极都相同的布置。闩锁装置一般包括顶部闩锁装置和底部闩锁装置，用于各组或各组中的各活动元件。用于组Gk(k＝1、...，N)的顶部闩锁装置和底部闩锁装置分别称为Tk和Bk。在图8A中，两个控制器都由处理器802实现。

图8B为示出了优选的方法的流程图，由此图1A的闩锁控制器50可处理进入的输入信号801并相应地以分组方式控制活动元件10的闩锁装置20。缩写“EM”指根据相关联的箭头的方向，对活动元件的相关组施加向上或向下的电磁力。在图8B示出的实施方式中，如果在时刻t，重缩放的PCM信号的LSB为1(步骤816)，则这表明组G1中的扬声器元件可处于所选择的终点位置。如果(步骤817)组G1已经处于所选择的终点位置，则不需要进一步的动作，然而如果组G1还不处于所选择的终点位置，则闩锁控制器50等待(步骤818)电磁场向上并随后(步骤819)释放集合B1中的底部闩锁装置并接合集合T1中的顶部闩锁装置。加以必要的变更，这也适于所有其他的组G2、...、GN。

在图8B中，跟有朝上或朝下的箭头的标记Tk或Bk表示闩锁或释放(分别向上或向下的箭头)第k组的活动元件的顶部闩锁装置或底部闩锁装置(分别为T或B)。

图8C是处理器(例如图8A的处理器802)的简化的功能框图图示，所述处理器在实质上控制具有在此显示和描述的静电闩锁机构的任何致动器设备方面是有用的。在图8C的实施方式中，单个处理器实现电磁场控制器30和闩锁控制器50。电磁场控制器30通常接收一般为方波的系统时钟805，并产生具有相同频率和相位的正弦波，将此正弦波作为致动信号提供给线圈40。举例来说，DSP810可包括适当的编程的TI6000数字信号处理器，其可商购于Texas Instruments公司。用于DSP810的程序可存在适当的存储芯片820中，例如存在闪存中。在闩锁控制操作的至少一种模式下，可操作闩锁控制器50来将响应于由线圈40施加的电磁力而自动振动的活动元件的数量设置为实质上与编码为数字输入信号的声音强度成比例。

电磁场控制器30通常控制进入通常围绕活动元件的整个阵列10的线圈40的交流电流，由此跨越整个阵列产生并控制磁场。在某些实施方式中，可使用功率放大器811来放大进入线圈40的电流。电磁场控制器30一般产生交变的电磁力，电磁力的交变与系统时钟805同步，如参考图11A的曲线图I而在下面所详细描述的。

闩锁控制器50操作性地接收数字输入信号801并相应地控制闩锁机构20。一般的，每个单独的活动元件10在每时钟，即，在一个特定的时钟内，最多进行一次跃迁，各活动元件可从其底部位置运动到其顶部位置，或从其顶部位置运动到其底部位置，或保持在这两个位置中的其中一个的位置上。下面参考图11A描述了闩锁控制器50的一个优选的操作模式。根据本发明的优选实施方式，活动元件10受闩锁控制器50的影响而保持在适当的终点位置。

优选的，闩锁控制器50运行在成组的活动元件上，成组的活动元件在此称为“受控组”。在任何给定的活动元件的组中的所有活动元件都选择性地被闩锁到它们的顶部位置或者被闩锁到它们的底部位置，或者不被闩锁。优选的，所述“受控组”形成序列G1、G2...，而在各受控组Gk中的扬声器元件的数量为整数，例如2的(k-1)次幂，从而允许任何期望数量的扬声器元件被操作(被向上闩锁、被向下闩锁或者不被闩锁)，这是因为任何给定的数量可表示为例如2或10或另外适当的整数的幂的和。如果扬声器元件的总数被选择为2的整数次幂(N)减去1，例如2047，则将全部数量的扬声器元件划分成整数个受控组(即N个受控组)是可能的。例如，如果有2047个扬声器元件，在序列G1、G2、...中的受控组的数量是11。

在此实施方式中，因为重缩放的PCM信号的任何单独的值都可表示为2的整数次幂的和，因此总可通过使适当的受控组的所有元件共同的处于所选择的终点位置，而将适当数量的扬声器元件放置在所选择的终点位置。例如，如果在时刻t，重放的PCM信号的值是100，则因为100＝64+32+4，组G3、G6和G7一起包括恰好100个扬声器元件，并因此在时刻t，使这三组中的所有元件共同的处于所选择的终点位置，例如“向上”或者“底部”位置。应该知道，各活动元件都具有底部闩锁装置和顶部闩锁装置，各闩锁装置一般通过选择性地施加适当的静电力而生成，结合该局部静电力将活动元件分别闩锁到其“向上”和“向下”位置。组Gk中的扬声器元件的底部闩锁装置和顶部闩锁装置的集合分别称为Bk闩锁装置和Tk闩锁装置。

图8D是用于初始化图1A-8C的装置的优选方法的简化的流程图图示。根据图8D的方法，活动元件阵列10进入初始化运动，包括使活动元件阵列中的每个活动元件10处于至少一个闩锁位置。如在此所描述的，一般为各活动元件10设置顶部闩锁位置和底部闩锁位置，在此情况中，使阵列中的各活动元件处于至少一个闩锁位置的步骤一般包括使阵列中的活动元件的第一子集处于它们的顶部闩锁位置，而使包括阵列中所有剩余元件的第二子集处于它们的底部闩锁位置。优选的选择第一子集和第二子集以使当第一子集和第二子集中的活动元件分别处于它们的顶部闩锁位置和底部闩锁位置时，由在第一子集中的活动元件10排出的流体，如气体，产生的总压力与由在第二子集中的活动元件排除的流体，如气体，产生的总压力大小相等而方向相反。

活动元件10一般带有具有预定极性的电荷，且各活动元件都限定各自的自然谐振频率，由于产生了公差，该频率趋于与其他活动元件的自然谐振频率略有不同，由此限定了活动元件阵列的自然谐振频率范围，例如42-46KHz。如在此所描述的，通常设置第一静电闩锁元件和第二静电闩锁元件，所述第一静电闩锁元件和第二静电闩锁元件操作性地将活动元件10分别闩锁到顶部和底部闩锁位置，使活动元件阵列进入运动的步骤包括：

步骤850：以与面对该闩锁装置的活动元件上的极性相反的极性对包括在第一子集中的各活动元件的第一(顶部或底部)静电闩锁装置充电。第一子集和第二子集可各包括50％的活动元件。

步骤855：以与面对该闩锁装置的活动元件上的极性相反的极性对包括在第二子集中的各活动元件的第二(底部或顶部)静电闩锁装置充电。

步骤860：如上所述，将活动元件设计为具有一定的自然谐振频率f_r。设计工具可包括计算机辅助建模工具，例如有限元分析(FEA)软件。在步骤860中，系统时钟频率f_CLK设定为阵列中具有最低自然谐振频率的活动元件的自然谐振频率，该系统时钟频率决定了在其中布置了活动元件的电磁场的交变的时序，所述的最低自然谐振频率称为f_min，且一般通过试验方法或者通过计算机辅助建模来确定。

步骤865-870：系统时钟频率随后可单调递增，从初始值f_min增加到相差为Δf的下一频率值，直到系统时钟频率达到具有最高自然谐振频率的阵列中活动元件的自然谐振频率，所述的最高自然谐振频率称为f_max且一般通过实验方法或者通过计算机辅助建模来确定。然而应该知道，可选择的，系统时钟频率可能是单调递减的，从f_max减小到f_min，或者可以非单调的变化。

应该知道，当活动元件10在其自然谐振频率f_r被激励时，该活动元件在每一周期增加其振幅，直到达到在下文中称为A_max的某个最大振幅为止。一般的，活动元件达到A_max需要的持续时间t在调整期间被记录，以及在初始化序列期间，施加的磁力被选择为使得A_max等于活动元件从其空闲状态到顶部闩锁装置或底部闩锁装置要移动的距离的两倍。

Q因数或者品质因数是一已知的因数，其比较振动的物理系统的振幅的衰减的时间常数与该系统的振动周期。等效的，其比较系统振动频率与系统耗散其能量的速率。较高的Q表示相对于振动频率的较低的能量耗散速率。优选的，活动元件的Q因数通过计算机或者通过试验方法来确定。这样确定的Q因数描述了在振幅降到A_max的50％之前，频率f_CLK从f_r离开多少(两个可能值，一个低于f_r，而一个高于f_r)。两个可能值之间的差是Δf。

作为上述步骤的结果，交变极性的电磁力的序列现被施加到活动元件阵列。由于系统时钟引起的变化，在相同极性的力的连续的施加之间的时间间隔随着时间变化，由此限定用于序列的变化的频率级。这导致在任何时间t，增加各个自然谐振频率与在时刻t的频率级足够相似的所有活动元件的振动的振幅。频率级变化的足够慢(即只在适当的时间间隔Δt后，在所有的迭代中，Δt可以相等或者不相等)，以允许自然谐振频率类似于当前频率级的所有活动元件集合S在电磁场交变频率级变得与它们的自然谐振频率不同而停止增加活动元件的集合S的振动的振幅之前被闩锁。频率级的变化范围相应于自然谐振频率范围。一般的，在初始化序列的最后(步骤872)，系统时钟f_CLK被设定为预先定义的系统频率，一般是阵列中活动元件的自然谐振频率的平均值或中值，例如，44KHz。

用于确定活动元件的自然谐振频率的范围的一种方法是使用振动计检查活动元件的阵列并在不同的频率下对阵列进行激励。

图8E是根据本发明的优选实施方式构造并操作的装配好的扬声器系统的简化的等距视图图示。安装在PCB2100上的是致动器元件阵列，所述致动器元件包括夹在闩锁元件20之间的活动元件10(未示出)。该阵列被线圈40围绕。显示了控制线2110，由处理器802中的闩锁控制器50(未示出)产生的闩锁控制信号通过该控制线被传播到闩锁元件20。放大器811放大由处理器802中磁场产生控制器30(未示出)提供给线圈40的信号。连接器2120将图8E的装置连接到数字声源。为简单起见，没有显示常规的组件，例如电源组件。

现基于图8F，描述用于使用根据本发明的实施方式构造并操作的装置来产生声音的优选的操作方法。优选的，图8F的方法基于时域中的声音表示法，一般为PCM(脉冲编码调制)表示法。

图8F中的重采样器814：除非PCM的采样率刚好与系统时钟相同，否则对PCM进行重采样以使其采样速率升高或下降到图1A的装置的系统时钟频率(图11A中的顶行)。

一般的，可以使用任何适当的采样速率。特别的，本发明的系统产生具有至少两个不同频率的声波，其中一个频率是由输入信号决定的期望频率，而另一频率是人为产物。人为产物的频率是时钟频率，即，系统地采样频率。因此，优选的，系统采样频率被选择为在人类听觉范围之外，即，至少为20KHz。奈奎斯特采样原理教导系统时钟必须选择为扬声器被设计为产生的最高频率的至少两倍。

缩放器815：PCM字长一般为8位、16位或者24位。8位PCM的表示法是无符号的，振幅值随着时间从0变化到255，而16位PCM和24位PCM的表示法是有符号的，振幅值随着时间分别从-32768变化到32767，以及从-8388608变化到8388607。图1-2C的扬声器一般使用无符号的PCM信号，因此，如果PCM信号是有符号的，例如如果PCM字长是16位或者24位，则加上适当的偏差以获得相应的无符号信号。如果PCM字长是16位，则加上32768个振幅单位的偏差以获得0-65535振幅单位的新的范围。如果PCM字长是24位，则增加8388608个振幅单位的偏差以获得0-16777215个振幅单位的新的范围。

接着PCM信号按需要被进一步重缩放，这使得其以振幅单位计的范围等于图1-2C的装置中的扬声器元件的数量。举例来说，如果扬声器元件的数量是2047，而PCM信号是8位的信号，则信号乘以一因数，该因数为：2048/256＝8。或者，如果扬声器元件的数量是2047，而PCM信号是16位的信号，则信号乘以一因数，该因数为：2048/65536＝1/32。

通过根据重缩放的PCM信号的当前值致动适当数量的扬声器元件，来产生声音以表示重缩放的PCM信号。应该知道，扬声器元件具有两个可能的终止状态，在此分别称为“向下”终止状态以及“向上”终止状态，且分别在图2A和2B中示意性的示出。选择这些终止状态中的单独的一个状态，在任何给定的时间，处于该终止状态的扬声器元件的数量匹配重缩放的PCM信号的当前值，同时剩余的扬声器元件处于相反的终止状态。举例来说，如果有2047个扬声器元件，所选择的终止状态为“向上”，且在时刻t，重缩放的PCM信号的值是100，则在时刻t处于“向上”和“向下”终止状态的扬声器元件的数量分别是100和1947。根据本发明的某些实施方式，只要扬声器元件的总数相应于重缩放的PCM信号的当前值，那么特定的扬声器元件被选择为处于“向上”状态并不重要。

每当缩放器815产生一个采样值，则接着执行M次下面的循环。M是图1A的装置中的致动器元件的数量。i是当前循环的索引。使用V_t来表示从缩放器815输出的当前采样值(为此执行M次循环迭代)。一般的，闩锁到其顶部位置的活动元件的数量正好等于V_t的值，且所有剩余的活动元件都闩锁到它们的底部位置。因此，当i仍然小于V_t时，在图8F中称为“Pi”的第i个活动元件或者像素将被闩锁到其顶部位置。这可通过检查(图8F，步骤840)在前一循环(t-1)中处理活动元件i时，该元件是处于其顶部闩锁位置或是处于其底部闩锁位置而完成。若情况是处于顶部闩锁位置，则不需要进行任何动作，且方法跳到递增步骤842。如果情况是处于底部闩锁位置，则元件i标记为需要闩锁到其顶部位置的元件(步骤839)。为将所有剩余的活动元件闩锁到它们的底部位置，对于索引超过V_t的所有活动元件执行下面的步骤：检查(步骤838)哪些元件已经处于它们的底部位置；这些活动元件不需要进一步的处理。将所有其他的元件标记(步骤841)为需要闩锁到它们的底部位置的元件。一旦所有M个元件都已如上所述般标记或不标记，则执行以下步骤：

验证磁场指向上，或等待此状况(步骤843)，以及对于待被升高的V_t个或者较少的像素，对底部闩锁装置放电而对顶部闩锁装置充电(步骤844)。接下来，等待磁场指向下(步骤845)，以及对于待被降低的(M-V_t)个或较少的像素，对顶部闩锁装置放电而对底部闩锁装置充电(步骤846)。此时，流程等待缩放器815产生下一个采样值并随后就如对于上述采样值所描述的，开始循环的M次迭代。

应该知道，优选的在磁极极性为向下的半时钟周期期间执行步骤843之前的步骤。优选的在磁场将其极性从向下改为向上时执行步骤844。类似的，优选的在磁场将其极性再次从向上改为向下时执行步骤846。还应该知道，为了使设备保持与数字化的输入信号同步，步骤814-846都优选的在小于一个时钟周期中执行。

图9A是总结了根据本发明的优选实施方式的活动元件10受到的不同的力的曲线图。

图9B是磁场梯度感应层的简化的示意图，所述磁场梯度感应层根据本发明的优选实施方式构造并操作，且包括至少一个卷绕的传导性元件2600，该元件嵌入介电基板2605并一般配置成在通道2610的阵列之间卷绕。一般的，沿图9B的传导层的外周没有通道2610，这使得在邻近外周的通道内感应的梯度实质上与邻近传导层的中心的通道内感应的梯度是相同的。

如果图9B的层与上述的分隔器层是分开的，则图9B的层中的通道相对着上面详述的分隔器层中的通道而被布置，并作为上面详述的分隔器层中的通道的延续部分。通道2610的截面尺寸，例如直径可以与分隔器层中的通道的直径不同。可选择的，图9B的层可同时起分隔器层和磁场感应层的作用，在这种情况下，图9B的通道2610正是上文所述的分隔器层通道。应该知道，为简单起见，形成分隔器层的一部分的电极未在图9B中示出。

图9C和图9D示出了图9B的传导层的磁场梯度感应功能。在图9C中，流过卷绕元件2600的电流由箭头2620表示。在图9C中，产生的磁场的方向由X′s2630和环绕的点2640表示，分别表示产生的磁场在什么位置指向页面以及指出页面。

图10A是根据本发明的优选实施方式的图1A中的闩锁装置20中包括的闩锁层的简化的顶部横截面示图。图10A的闩锁层适合于闩锁这样的活动元件：所述的活动元件被划分成几组G1、G2、...，这些组的闩锁装置如所显示的那样电气的相互连接，以便允许闩锁装置的共同致动。一般的，此实施方式的特征在于，通过对在划分的组中的所选择的组的闩锁装置共同的充电，可以致动任何数量的活动元件，闩锁层中的各闩锁装置一般与永磁体相关联，其中闩锁层中所有永磁体的磁极都被相同的布置。各组Gk可包括2的(k-1)次幂个活动元件。如图所示，活动元件的组可螺旋状的离开活动元件阵列的中心，最小的组最接近中心。

图10B是图10A的闩锁层的可供选择的实施方式的简化的电子线路图，其中，各闩锁装置被图1A的闩锁控制器50单独地控制，而不是共同地控制(即充电)。应该知道，闩锁装置显示为环形的，然而可选择的，这些闩锁装置可以具有如在此描述的任何其他适合的结构。图10B的层包括界定结点的垂直导线和水平导线的网格。一般在各结点处设置门电路，例如双极型场效应管。打开单独的门电路以对相应的闩锁装置充电，沿着相应的垂直导线和水平导线提供适当的电压。

图11A是显示优选的充电控制方案的时序图，所述的方案可在单向扬声器应用中由图1A中的闩锁控制器50使用，其中代表期望的声音的输入信号被接收，而通过对根据本发明的优选实施方式构造并操作的活动元件10的各自的闩锁装置适当充电，来响应性地控制这些活动元件，以便获得声模式，其中，扬声器前面的音量大于其它区域的音量，闩锁层中的各闩锁装置与永磁体相关联，而闩锁层中所有永磁体的磁极全都被相同地布置。图11B是图11A的时序图所关于的活动元件的示例性阵列10的示意图。

现参考图11A-B描述闩锁控制器50的操作的一个优选的模式。为清楚起见，仅以举例的方式，参考包括如在图11B中显示的编号为P1、P2、...P7的7个像素的扬声器，描述该优选的操作模式。进一步根据用来解释闩锁控制器50的优选的操作模式的实例，7个像素在分别包括1个像素、2个像素和4个像素的三个组中被致动。一般的，如在此详述的，闩锁控制器50使用多种判定参数，以确定在每个时间间隔如何控制各单独的活动元件。根据本发明的优选实施方式构造并操作的扬声器一般操作性地再生一声音，该声音由曲线图II的模拟信号表示，并随后被数字化且提供给本发明的扬声器。在图11A的曲线图III中显示了数字信号的值。

曲线图IV显示由线圈或者其他磁场产生器40对活动元件10施加的电磁力的交变。曲线图V是由闩锁控制器50向单独的活动元件P1的顶部闩锁装置提供的信号，P1在图11B中可被见到，其自身形成只由P1组成的活动元件的第一组G1。曲线图VI是由闩锁控制器50提供给P1的底部闩锁装置的信号。P1的状态，由于与其相关联的闩锁装置的操作，显示在图VII中，其中黑色表示顶部闩锁装置接合P1的顶部极限位置，白色表示底部闩锁装置接合P1的底部极限位置，而阴影表示中间位置。

曲线图VIII是由闩锁控制器50提供给在图11B中见到的活动元件P2和P3中的每个元件的顶部闩锁装置或活动元件P2和P3两者的顶部闩锁装置的信号，所述的活动元件P2和P3一起构成活动元件的第二组GII。曲线图IX是由闩锁控制器50提供给第二组GII的底部闩锁装置的信号。P2和P3的状态，由于与其相关联的闩锁装置的操作，分别显示在曲线图X和XI中，其中黑色表示顶部闩锁装置接合相关活动元件的顶部极限位置，白色表示底部闩锁装置接合相关活动元件的底部极限位置，且阴影表示相关活动元件的中间位置。

曲线图XII是由闩锁控制器50提供给在图11B中见到的活动元件P4-P7中的每个元件的顶部闩锁装置或所有活动元件P4-P7的顶部闩锁装置的信号，所述的活动元件P4-P7一起构成活动元件的第三组GIII。曲线图XIII是由闩锁控制器50提供给第三组GIII的底部闩锁装置的信号。P4-P7的状态，由于与其相关联的闩锁装置的操作，分别显示在曲线图XIV和XVII中，其中黑色表示顶部闩锁装置接合相关活动元件的顶部极限位置，白色表示底部闩锁装置接合相关活动元件的底部极限位置，且阴影表示相关活动元件的中间位置。

曲线图XVIII示意性的示出了图11B的活动元件P1-P7处于其不同的位置，这些位置是时间的函数。

举例来说，在时间间隔I 5中，时钟为高(曲线图I)，数字化的采样值是2(曲线图III)，这表示5个元件需要处于它们的顶部位置，2个元件处于其底部位置，如在曲线图XVIII的时间间隔I 5中所示。因为在此实施方式中的闩锁装置致动是共同的，这通过选择组G1和G3实现，G1和G3共有5个元件(1+4)将处于它们的顶部位置，而G2中的两个活动元件将处于它们的底部位置。如在曲线图IV中示出的，在时间间隔I5中磁场指向上。在时间间隔I4中，如在曲线图XVIII中示出的，G1中的活动元件在其底部位置，并因此需要被升高。为实现此目的，降低控制信号B1(曲线图VI)，而升高控制信号T1(曲线图V)。于是，G1的活动元件呈现其顶部位置，如在曲线图VII中所示。在时间间隔I4中，G2中的活动元件已经如曲线图XVIII中所示，处于它们的底部位置，且因此如在曲线图VIII中所见到的，顶部控制信号T2保持为低，如在曲线图IX中所见到的，底部控制信号B2保持为高，并且因此，如分别在曲线图X和曲线图XI中显示的，G2中的两个活动元件(P2和P3)保持在它们的底部极限位置。对于组G3，在时间间隔I4中，G3中的活动元件已经如曲线图XVIII中所示，处于它们的顶部极限位置，且因此如在曲线图XII中所见到的，顶部控制信号T3保持为高，如在曲线图XIII中所见到的，底部控制信号B3保持为低，并且因此，如分别在曲线图XIV-XVII中显示的，G3中的四个活动元件(P4-P7)，保持在它们的顶部极限位置。

优选的，当活动元件II中的输入信号在正的局部最大值时，所有活动元件都处于它们的顶部极限位置。当输入信号在负的局部最大值时，所有活动元件都处于它们的底部极限位置。

图11C是显示在全向扬声器应用中由闩锁控制器50使用的优选的控制方案的时序图，其中代表期望的声音的输入信号被接收，而根据本发明的优选实施方式构造并操作的活动元件被响应性地控制，以便获得声模式，其中，位于扬声器前面的某一距离处的区域的声音的响度与距扬声器相同距离处的环绕扬声器的所有其他区域中的响度相似。

如所显示的，选择性地闩锁的步骤包括在一时刻闩锁特定的活动元件，所述的时刻由该特定的活动元件距阵列的中心的距离确定(例如，由图11B的圆形阵列中的r表示)。一般的，当期望闩锁活动元件的特定的子集时，该子集通常在数量上相应于期望的声音的强度，此时，活动元件并非同时被闩锁，而是被顺序地闩锁，其中最靠近中心的活动元件首先被闩锁，接着是一些通常被分层的活动元件，自中心同心的向外布置这些元件。一般的，同时致动各层中的活动元件。通常，闩锁特定的活动元件的时刻以及闩锁第一、中心活动元件或多个活动元件之间的时刻的时间距离Δt是r/c，其中c是声速。

应该知道，在图11C中的曲线图X中的活动元件显示为包括柔性外围部分，然而这仅是作为举例，而不旨在是限制性的。

图12A和12B分别是根据本发明的优选实施方式的活动元件层的简化的俯视图和横截面视图，其中一半永磁体放置为北极向上。此实施方式的显著优点为，在电磁场指向上以及指向下时的两种情况下，活动元件都可以被升高，而不用等待电磁场指向上再升高活动元件以及电磁场指向下再降低活动元件。尽管示出的实施方式显示了相互分离的两个子集，但情况并不是必须如此。两个子集可以相互交错。

图13是与图10A类似的简化的俯视图图示，只不过闩锁层中一半的永磁体布置为北极向上，而闩锁层中剩余的一半的永磁体布置为北极向下。然而在图10A的实施方式中，有各大小为1、2、4的一组(其可如在图10A中所示，绕着中心顺序的排列，尽管情况并不是必须如此)。在图13的实施方式中，有具有各大小的两个组，由此产生大小为1、2、4...的组的两个序列。在示出的实施方式中，第一序列中的组称为G1L、G2L、G3L、...，而第一序列中的组称为G1R、G2R、G3R、...，每一序列都被安排在一半圆内，例如所示的左半圆和右半圆。半圆内组的排列不必如所示出的，按组的大小同心的向外延伸，而可以是任何期望的排列，然而，优选的，互相对称的两组排列在其各个的半圆内。应该知道，通过使用适当的线圈设计，当线圈产生的磁场在一半的活动元件上具有特定极化而在另一半活动元件上具有相反的极化时，使用全部以相同的方向被极化的永磁体，可以达到相同的效果。

图10A和图13的实施方式的特有的特点是，相应于某些活动元件的闩锁元件被电气性的相互连接，由此形成活动元件组，这些活动元件可以通过分别对它们的电气的相互连接的闩锁装置共同的充电或放电而被共同的闩锁或释放。

图14是示出用于具体实例的对闩锁装置以及线圈感应的电磁力的控制的控制图，其中活动元件被排列成组，每组可选择性的被共同的致动，类似于图8A，只不过如图13中所示，闩锁层中一半的永磁体布置为北极向上而闩锁层中剩余的一半永磁体布置为北极向下，然而在图8A中，闩锁层中所有永磁体的磁极都被相同的布置。如图14所示，向所有的组G1L、G2L、G3L、...以及G1R、G2R、G3R、...提供闩锁信号。用于这些组的顶部闩锁信号分别表示为LT1、LT2、LT3...以及RT1、RT2、RT3。用于这些组的底部闩锁信号分别表示为LB1、LB2、LB1、...以及RB1、RB2、RB3。

图15A是显示在单向扬声器应用中由图1A中由闩锁控制器50使用的优选的控制方案的时序图，该时序图类似于图11A的时序图，只不过如图13中所示，闩锁层中一半的永磁体布置为北极向上而闩锁层中剩余的一半永磁体布置为北极向下，然而在图11A中，闩锁层中所有永磁体的磁极都被相同的布置。图15B是图15A的时序图所关于的活动元件的示例性的阵列的示意图。

如上所述，对比图8A、图10A以及图11A的实施方式，图13-15A的实施方式的特别的优点在于，活动元件可在电磁场指向上时以及当电磁场指向下时的两种情况下被升高，而不用等待电磁场指向上再升高活动元件以及等待电磁场指向下再降低活动元件。应该知道，在图11A中，在50％的时隙中没有元件运动，这可能引起声音失真，且相对来说效率较低。相比之下，在图15A中，元件在100％的时隙中运动(除了其中不需要运动的时隙外，因为数字信号值没有改变)，由此避免失真且提高了效率。

例如，在时间间隔I5中，数字化信号值从1变化到2，如在图11A和15A的曲线图II中所示。因此，图11A中的活动元件P1需要被升高，即从其当前的底部极限位置释放并闩锁到其顶部极限位置，然而尽管在I5中，控制信号B1降低而控制信号T1升高，但是在时间间隔I6中没有变化。相比之下，在图15A中，当活动元件LP1(以及RP1)需要升高时，在时间间隔I5中，控制信号LB1降低且控制信号LT1升高，并随后立即在时间间隔I6中，RB1控制信号降低而RT1信号升高，导致RP1向上的运动，而没有在图11A中出现的延迟。

一般在图13-15A的实施方式中，因为一半的磁体(比方说左边的一半)北极指向上而剩余(右边)一半北极指向下，因此当期望使元件10向上运动时，总可以在没有延迟的情况下完成。如果磁场指向上，则处于阵列左半部分的活动元件可以在处于阵列右半部分的活动元件之前向上运动，而如果恰好发现磁场指向下，则处于阵列右半部分的活动元件可以在处于阵列左半部分的活动元件之前向上运动。

图15C是显示在不同时间，且作为由图1A的闩锁控制器50接收的输入信号的频率的函数的、布置在顶部极限位置和底部极限位置的活动元件的数量变化的图示。

图16A是活动元件层的等距视图图示，该活动元件层是在图1A和图2A-2C中显示的活动元件层的替换形式，其中层由薄箔形成，这使得各活动元件都包括中心部分和周围部分。

图16B是在图1A和图2A-2C中显示的活动元件层的又一替换形式的等距视图图示，其中在各活动元件的外围的弯曲部分结构包括一片柔性材料，例如橡胶。各活动元件的中心区域包括可以安装或可以不安装在刚性盘上的磁体。

图16C是在图7A-7E或者图16A中描绘的活动元件以及围绕的弯曲部分的优选的实施方式的等距视图，其中弯曲部分在厚度上有所变化。在图16C中，为简单起见，没有示出致使活动元件1620受磁场影响的组件，所述组件可优选的包括磁体或可选择的铁磁体、传导性的材料或者线圈。如所示的，活动元件1620包括蜿蜒的外围弯曲部分1630，弯曲部分1630具有厚度不同的部分，这些厚度不同的部分将活动元件的中心部分1640连接到薄片1650，薄片1650使所有或者许多活动元件互相连接。例如，厚度不同的部分可如所示出的，分别包括较厚的部分1660和较薄的部分1670。例如，如果各活动元件的中心部分1640的直径为300微米，且薄片为硅，则在某些情况下，部分1670可以是50微米厚而部分1660可以是100微米厚。更一般的，例如使用FEA(有限元分析)工具，厚度作为材料的函数来计算，以提供特定应用的柔韧性和强度水平。

图16D是在图16C的装置的低成本替换形式的等距视图，其中弯曲部分在宽度上有所变化。如在图16C中，为简单起见，没有示出致使活动元件1720受磁场影响的组件，所述组件可优选的包括磁体或可选择的铁磁体、传导性的材料或者线圈。如所示的，活动元件1720包括蜿蜒的外围弯曲部分1730，弯曲部分1730具有宽度不同的部分，这些宽度不同的部分将活动元件的中心部分1740连接到薄片1750，薄片1750使所有或者许多活动元件互相连接。例如，宽度不同的部分可如所示出的，分别包括较宽的部分1760和较窄的部分1770。例如，如果各活动元件的中心部分1740的直径为300微米，且薄片为硅，则在某些情况下，部分1770可以是20微米宽而部分1760可以是60微米宽。更一般的，例如使用FEA(有限元分析)工具，宽度作为材料的函数来计算，以提供特定应用的柔韧性和强度水平。

应该知道，图16C和图16D的实施方式可以被适当的组合，例如以对弯曲部分提供变化的厚度和变化的宽度，和/或可以被改变，例如，如所示的提供宽度和/或厚度连续的或不连续的变化的，以及如图示的有规律的或不规律的变化的弯曲部分。

在以上的描述中，“厚度”是弯曲部分在活动元件的运动方向上的尺寸，而“宽度”是弯曲部分在垂直于活动元件的运动方向的方向上的尺寸。

图16C和图16D的实施方式的显著优点在于，在截面变化的弯曲部分中，例如，厚度变化或宽度变化，应力并不集中在弯曲部分的根部1680或者1780，而是分布在弯曲部分的所有的薄的和/或窄的部分上。另外一般来说，作为弯曲部分的弯曲的结果的弯曲部分上的应力是厚度的陡函数，一般是厚度的三次方函数，且也是宽度的函数，一般是宽度的线性函数。认为至少对于某些材料，例如硅，以及至少对于利用活动元件的大的位移的某些应用，例如公共广播扬声器来说，选择的弯曲部分尺寸一致的足够薄或者足够窄以提供足够低的应力以便防止断裂，且同时足够坚硬以允许期望频率范围的，例如44KHz的自然谐振频率是不现实的。还是因为这个原因，使用例如在图16C-16D中示出的，厚度变化和/或宽度变化的弯曲部分被认为是有利的。

图17是类似于图3A的阵列的致动器元件阵列的顶部横截面图的图示。只不过在图3A中，各个活动元件或闩锁装置的连续的行分别都是歪斜的，以便增加可以装入给定面积的致动器元件的数量，而在图17中，行不是歪斜的，且一般构成矩形阵列，在该阵列中行是相互对齐的。

图18是致动器元件阵列的可供选择的实施方式的分解视图，包括夹在顶部闩锁层1820和底部闩锁层1830之间的活动元件层1810。图18的装置的特征在于，各致动器元件的横截面是方形的而不是圆形的。各致动器元件也可具有任何其他的横截面形状，例如六边形或者三角形。

图19是被支撑在支架内的致动器的等距阵列，所述阵列提供的有效面积是各个致动器阵列的有效面积的总和。换句话说，在图19中，提供了多个致动设备，而不是单个致动设备。这些设备不必相同，且各设备可以具有不同的特征，例如但不限于不同的时钟频率、不同的致动器元件大小以及不同的位移。这些设备可以共用或可以不共用组件，这些组件例如但不限于线圈40和/或磁场控制器30和/或闩锁控制器50。

术语“有效面积”指在各列中所有致动器元件的截面面积的总和。应该知道，一般而言，由根据本发明的优选实施方式构造并操作的扬声器产生的音量(或者，对于除扬声器外的一般的致动器来说，增益)的范围往往受有效面积的限制。另外，可产生的音量的分辨率与提供的致动器元件的数量成比例，这又往往受有效面积的限制。通常，例如，如果各致动器阵列存在于晶片上，则对各致动器阵列的大小有实际的限制。

如果扬声器用作耳机，则只需要提供相对小范围的音量。家用扬声器通常需要中级音量范围，而公共广播扬声器一般具有大的音量范围，例如其最大音量可以是120分贝。扬声器应用在扬声器的可用物理空间的大小上也不同。最后，用于特定应用的音量的分辨率由期望的音质决定，例如手机一般不需要高的音质，然而空间是受限制的。

根据本发明的某些实施方式，活动元件上的磁体层可被磁化为在不同于元件的运动方向的方向上被极化，以实现沿着与期望的元件运动方向对齐的电磁场梯度的最大力。

此外，再次参考图12A-15B，应该知道，如果使用的线圈设计为使用在元件的两侧承载电流的导体，且磁体全部被以相同的方向极化，则当电流在线圈中流动时，在各导体的一侧上的元件将在相反的方向上运动。

本发明的优选实施方式的特有的特性在于，由活动元件执行的运动的冲程比较长，这是因为施加到活动元件上的场是磁性的场，因此其以与活动元件和产生磁场的电流之间的距离成反比的速率衰减。相比之下，静电场以与在活动元件和产生静电场的电荷之间的距离的平方成反比的速率衰减。作为由活动元件达到的长冲程的结果，由此达到的速度增加，并且因为由活动元件的高速运动产生的气压增加，可以达到的响度增加。

应该知道，这里具体示出的实施方式并不旨在是限制性的，例如从活动元件不必皆为相同的大小的意义上说，如果活动元件的组或者各个活动元件被单独地致动，则不必以相同的谐振或以相同的时钟操作，而且活动元件不必具有相同位移的幅值。

在此显示及描述的扬声器设备通常操作性地产生强度与编码成输入数字信号的强度值相对应的声音。任何适当的协议都可用来产生输入数字信号，例如但不限于PCM或PWM(SACD)协议。可选择的，或附加地，设备可支持压缩的数字协议，例如ADPCM、MP3、AAC或AC3，在这些情况下，解码器通常将压缩的信号转换为非压缩的形式，例如PCM。

根据在此显示和描述的任何实施方式的数字扩音器的设计可由特定应用的计算机建模与仿真辅助。响度计算可按惯例执行，例如使用流体动力有限元计算机建模以及根据经验的实验。

一般而言，提供的扬声器元件(活动元件)越多，动态范围(可产生的最大及最轻的音量之间的差别)就变得越宽，失真(失真越少，声音越像输入信号)变得越小而频率范围变得越宽。另一方面，如果提供较少的扬声器元件，则装置会更小且成本更低。

一般而言，如果活动元件具有大直径，则有效面积及无效面积之间的比率(填充系数)提高，且假设振动位移保持相同，则在弯曲部分有应力时，应力较小，这转化为装备的较长的预期寿命。另一方面，如果活动元件具有小的直径，则在每单位面积提供更多的元件，且由于面积较少，线圈或其他电磁力产生器中需要较少的电流，这转化为较低的功率需求。

一般而言，如果活动元件的振动位移大，则给定尺寸的阵列产生更大的音量，而如果振动位移小，若弯曲部分上有应力，则应力很小，且功率需求较低。

一般而言，如果采样速率为高，则最高可产生的频率为高而可听见的噪音减少。另一方面，如果采样速率为低，若弯曲部分上有加速度、力、应力，则加速度、力、应力较小，且功率需求较低。

现在描述三个特定应用的扬声器的实例。

实例1：可期望制造一种手机扬声器，这种扬声器非常小、成本低、声音足够大以至于在隔壁房间听得到铃声，但仅具有普通音质。期望的小尺寸和低成本要求扬声器具有相对小的面积，例如最大300mm²。如果期望相对高目标的最大响度，例如90分贝SPL，则这要求大的位移。手机扬声器中可接受的失真水平(10％)及动态范围(60分贝)要求1000个元件的最小阵列尺寸(使用M＝10^(60/20)计算)。因此，合适的扬声器可包括划分为10个二进制组的1023个活动元件，各元件占约0.3mm²的面积。因此单元尺寸将是约550μm×550μm。

由于实际的原因，适合此空间的最大活动元件可具有450μm的直径，这种活动元件的合理位移可以约为100μm PTP(峰-峰)，这允许达到目标响度。采样频率可为低，例如为32KHz，因为手机声音被蜂窝信道限制为4KHz。

实例2：可期望制造高保真度的耳机，这种耳机具有非常高的声质(尽可能的最高)以及非常低的噪音，另外，该耳机足够小以佩戴舒适，以及最后，尽可能的有成本效益。

为获得高音质，可使用宽的动态范围(至少96分贝)，宽的频率范围(20Hz-20KHz)以及非常低的失真(＜0.1％)。在这些给定的假设下，元件的最少数量可以为63000。因此，例如，扬声器可具有划分成16个二进制组的65535个元件。最大响度可保持为低(80分贝)以便允许约30μm的PTP的位移。能够达到这种位移的最小的活动元件的直径约为150μm。这样的元件可占据200μm×200μm或0.04mm²的单元，以使得65535个元件装入到2621mm²的面积中，例如52mm×52mm。采样速率一般是想要扬声器产生的最高频率的至少两倍，或40KHz。最接近的标准采样速率是44.1KHz。

实例3：可期望制造公共广播扬声器，例如用于舞厅，这种扬声器非常大声，具有宽的频率范围，扩展到非常低的频率，且具有低失真。因此，PA(公共广播)扬声器一般具有非常大的活动元件。可以使用600μm的活动元件，其能够达到150μm PTP位移。这样的元件占据750μm×750μm或者0.5625mm²的单元。由于低频率需求，可使用划分成18个二进制组的最少262143个活动元件。扬声器的尺寸可约为40cm×40cm。此扬声器通常达到120分贝SPL的最大响度水平并向下扩展到15Hz。

现参考图20A-20B，这些图是优选系统的简化的、基本上一看就可明了的功能框图图示，该优选系统用于通过使用直接数字扬声器为期望的声音流获得期望的方向图，该直接数字扬声器，例如为在此所示的图1A-19中的任一扬声器，或者例如为传统的直接数字扬声器，该传统的直接数字扬声器可例如包括在以下中：授予David Thomas，转让给Texas Inutruments并在2002年6月11日发布的美国专利6,403,995中，或者在Diamond BrettM，等人的“Digital sound reconstruction using array of CMOS-MEMSmico-speakers”，Transducers(换能器)’03，2003年6月8日-6月12日在波士顿的关于固态传感器、致动器和微系统的第12届国际会议中显示和描述的扬声器。

如果使用图1A中的直接数字扬声器来为期望的声音流实现期望的方向图，那么一般的，图20A中的决3020、3030和3040分别包括图1A中的块20、30和40，且块3050包括图1A中的闩锁控制器50，通过编程来执行模块3050的每个时钟的操作，例如在此参考图21所描述和显示的。

图21是根据本发明的某些实施方式的图20A-20B中的活动元件约束控制器3050的每个时钟操作的简化的流程图图示。

步骤3100确定在当前时钟期间多少活动元件将会移动。一般的，参考图1-19在以上所详细描述的，在给定的时钟期间要移动的活动元件的数量通常与在该时钟期间的输入信号的强度成比例，适当的归一，例如上文中参考图8B中的重采样模块814和缩放器815的描述。

步骤3200确定在当前时钟期间哪个活动元件将要移动，在某些实施方式中，使用合适的活动元件选择LUT来进行上述确定，该LUT通常在工厂装配期间被装载到图20A-20B的约束控制器3050中的存储器中。通常为考虑到的特定活动元件阵列都建立一个这样的LUT，此外，还应考虑到阵列的大小和阵列是否歪斜。每个期望得到的方向图通常都需要其自己的LUT。

步骤3300确定操作图20A-20B的活动元件阵列3010或3012中的各活动元件的延迟量。

现在详细描述步骤3200。现在描述执行步骤3200的优选方法。步骤3200通常使用具有与阵列中的压力产生元件一一对应的单元的LUT(查找表)。例如，如果阵列包括矩形的100×200个压力产生元件，则LUT可具有100×200个单元。每个单元都拥有唯一的显示为整数的数字，该整数在1和压力产生元件的总数之间，例如，该总数在示出的例子中为20000。因此，LUT为阵列中的压力产生元件分配了序数。与存储器中的LUT相关的是整数参数P，该参数P存储来自两种可操作配置的第一操作配置中的压力产生元件的当前数量的示数，其特征在于，压力产生元件彼此之间的转换在介质(比如气体)中产生压力，本发明的装置布置在该介质中。在某些实施方式中，当元件从第一配置移动到第二配置，而不是当元件从第二配置移动到第一配置时，可在相反的方向上获得压力。在其他实施方式中，只要元件在第一配置，就可获得压力，在元件在第二配置时，不会获得压力。

一般的，P在如以下所描述的装配期间被初始化，并随后通过步骤3100在每个时钟分配给当前值，紧接着的步骤3200在同一时钟期间，P个压力产生元件在它们的第一可操作配置，N-P个压力产生元件在它们的第二可操作配置，其中N是阵列中压力产生元件的数量。选择为在它们的第一可操作配置的P个元件是那些由LUT确定的序数小于P的元件。选择为在它们的第二可操作配置的N-P个元件是那些由LUT确定的序数大于等于P的元件。

这些配置中的一个被称为第一配置，其通常被任意的认为是“正”配置，而另一个配置被称为第二配置，被认为是“负”配置。可选择的，在一些应用中，可能会有物理原因来选择特定的一个配置作为正配置。当压力产生元件从第二配置移动到这个第一配置时产生的压力称为“正压力”，而当压力产生元件从第二配置移动到这个第一配置时产生的压力称为“正压力”。由从一个配置到另一个配置的单独的转换所产生的压力在此称为压力“脉冲”。

在装配期间，通常给参数P一初始值，该初始值等于阵列中的压力产生元件的数量，如在当前的例子中为10000。阵列随后被初始化以使由LUT确定的序数小于P的每个压力产生元件在其第一配置，而剩余的压力产生元件在其第二配置。

具有与N个压力产生元件一一对应的单元的、存储1到N的整数的合适的LUT(查找表)可如以下方式产生：

首先确定LUT特性的标准，其可为特定的应用。现描述LUT特性的一个合适的标准。

准备了范围在1到N之间的连续整数的所有可能的子集的列表。在当前的例子中，第一子集，以下称为S2₁，包括2个整数：1和2；第二子集，S2₂包括整数2和3，以此类推，所有的子集都包括两个整数。最后的二元件子集，S2₁₉₉₉₉，包括整数19999和20000。列表还包括所有可能的三元件子集，继续所述例子，即S3₁(其包括整数1，2，3)，S3₂(其包括整数2，3，4)，...S3₁₉₉₉₈(其包括整数19998，19999，20000)。列表还包括所有的四元件子集，五元件子集，以此类推，等等。最后的子集，S20000₁包括所有20000个元件。通常来说，包括K个整数，以I开始的子集标记为SK_i。应该知道，对于包括N个单元的LUT，可能的数量M等于：M＝(N-1)*N/2。

对于每个子集SK_i，一组坐标被定义为(X_i，Y_i)，(X_i+1，Y_i+1)，...(X_i+K-1，Y_i+K-1)，以使所述坐标表示压力产生元件的位置，根据当前的LUT，所述压力产生元件的序数为i，i+1，...i+k-1。

对于每个子集SK_i，例如使用分析或数字计算方法，通常使用合适的计算机仿真应用软件，比如Matlab，MatCAD或Mathematica来计算传播角度θK_i。为K个相关的声源计算声波的传播角度，将这些声源布置在位置(X_i，Y_i)，(X_i+1，Y_i+1)，...(X_i+K-1，Y_i+K-1)，所有的这些声源产生相位相同且频率等于系统采样率的正弦波，该系统采样率例如为44100Hz。

下面定义了“子集的传播角度”：每个子集与压力产生元件的子集相对应。定义了参考轴，该参考轴通过压力产生元件阵列的集合的中心，且与其主要表面垂直。当一个压力产生元件沿着参考轴从压力产生元件阵列撤离时，由压力产生元件的子集产生的声音的强度达到最大值。因此，可通过测量位置L的强度来限定子集的最大强度，位置L在参考轴上且与阵列之间具有足够的距离，以保证位置L和子集中的每个压力产生元件之间的距离的差别相当大，例如，该差别为小于与系统时钟相关的波长λ的数量级。定义了至少一个包括参考轴的参考平面。应该知道，存在无数个这样的参考平面。在圆柱形的传播应用中定义了焦轴，选择包括焦轴的参考平面。应该知道，在此基础上构造的LUT一般适合于全向应用。对于如在此所描述的那样定义了焦点的传播应用，选择包括焦点的参考平面。如果存在多于一个的这样的参考平面，选择相互垂直的两个这样的参考平面。

为每个参考平面定义的子集的传播角度，在此称为θK_i，该参考平面是为所述子集选择的参考平面，可如以下方式来定义：在参考平面内定义虚构的圆，该圆的中心位于参考轴和阵列的交点，且该圆的半径是L和阵列的主要表面之间的距离。分别在参考轴的两侧的圆的圆周上选择两个位置，其中，由压力产生元件子集产生的声音强度是在L测得的最大强度的一半。在将圆的中心分别连接到这两个位置的两个半径之间定义的角度称为该参考平面的子集的传播角度。如果子集具有如上所述的两个垂直的参考平面，可计算两个传播角度的简单平均或者加权平均以得到该子集的一个传播角度θK_i。如果穿过某个参考平面(例如垂直平面)的方向图比穿越其他平面(如垂直参考平面)的方向图更重要，就为更加重要的平面分配较大的权重。例如，在某些应用中，最重要的考虑因素可能为阻止有害噪声到达不同层的位置，在这种情况下，垂直参考平面的权重将大于水平参考平面的权重。

特定LUT的“最佳海角”的合适标准的例子是：LUT_分数＝1/[(所有θK_i的均值)×(所有θK_i的标准偏差)]。

为了确定最合适的LUT，可能会使用计算机仿真来测试并记分所有可能的数列，也就是所有可能的N元LUTs，且从中选择最好的一个。

应该知道，每个LUT包括N个单元时，LUTs的数量是N！(N的阶乘)。如果N足够大，测试并估计所有可能的LUTs(即LUT单元中的所有可能的整数排列)是不实际的。如果在此情况下，可选择较小数量的LUT排列，例如，随机的选择其中最好的一个。

应该知道，可选择的，可执行步骤3200而不借助于在装配期间存储确定的LUT。可替代的，可通过从当前在第二可操作配置的压力产生元件组中选择最好的P_t-P_t-1个元件子集，来选择要被激活的P_t-P_t-1个压力产生元件组。这可通过估计P_t-P_t-1个元件的每个可能子集的传播角度θ且选择与期望的传播图最匹配的那个子集来实现。

P_t指P的当前值，而P_t-1指在前一系统时钟的P的值。

此外，应该知道，在这些方向图并不重要的应用中，可能会使用任何压力产生元件组来获得由输入信号规定的暂时的压力图。

步骤3300，其中计算了延迟量，通过该延迟量来操作图20A-20B中的活动元件阵列3010或3012的每个活动元件，该步骤还确定了由扬声器产生的声音的方向性。现在描述优选的方法和公式，该优选的方法和公式用于根据期望的传播方向性而可选地安置活动元件阵列，如果可能，该优选的方法和公式也用于根据期望的传播方向性而计算延迟，在此将三种传播图的例子称为全向、圆柱形和单向。应该知道，所讨论的三种传播图，特别是在此所讨论的三种传播图仅仅是举例而已。

图22A-22B一起描述了当期望获得全向声音时，执行步骤3300的解决方案的简单例子，所述声音即为从给定的位置点经三维空间向外传播的声音，在此称上述给定的位置点称为全向声音的焦点。特别的，图22A是具有焦点3400的全向传播图的简化图示，图22B是相对于图22A中的期望的全向声音传播图的焦点的活动元件阵列的优选位置图。在示出的实施方式中，通常在图20A-20B中所参考的活动元件阵列3010或3012包括典型的14×21活动元件的不歪斜的阵列3410，这仅是举例而已。如所显示的，优选的但不是必须的布置活动元件阵列，如图22B所示出的，以使活动元件阵列的几何中心(位于第7行和第8行之间，第11列)与全向图的焦点3400一致，所述焦点3400位于表示图22A所示的全向图的同心圆的中心。阵列的中心还可位于活动元件阵列3410的平面上的全向图的焦点的投影。应该知道，阵列并不需要如所示出的那样来安置，而可安置在任何适当的位置，比如由用户当前选择的独立于特定方向图的定位。

应该知道，阵列不必为特定的大小或形状。实际上，优选实施方式的直接数字扬声器由几千到几十万的压力产生元件组成。阵列的形状可根据应用和/或使用而改变。

还应该知道，在此提及的焦点不必设置在由压力产生元件阵列限定的主要表面上。改变焦点和压力产生元件阵列的主要表面之间的距离就改变了设备的方向图。举例来说，将焦点放置在表面(零距离)将产生真正的全向方向图，其中忽略声音传播的角度而使声音强度保持基本上相同。将焦点放置在一定的距离，该距离为在压力产生元件表面后面的d，d定义了投影锥面(在圆形阵列的情况下)或投影棱锥(在正方形或矩形阵列的情况下)，其特征是头部角度小于180度。将焦点放置在压力产生元件表面后面的无限远处(假设在主要表面的前面产生由压力产生元件产生的声音)通常定义非常狭窄且将产生真正的单向方向图的单向投影锥面或者投影棱锥。一般的，通过投影锥面或者投影棱锥的声音强度保持大致相同，而在锥面或棱锥外的声音强度非常低。应该知道，在某些应用中，d可能为0或无穷大。在某些应用中，d可被确定为由用户控制的函数。

图23是根据图20A-22B构造并操作的扬声器装置的简化的示意图，例如，依靠如此的编程后，可操作所述扬声器装置以产生尤其适用于图23所示出的环境的全向声，在图23中，听众完全围绕扬声器，该扬声器通常会在多于一个的水平面上，包括如显示的地平面和二楼水平面。

在其中预定且确定全向声音传播的焦点的应用是已知的，例如，在传统的天文馆、马戏场地或圆形礼堂中，根据本发明的某些实施方式提供的活动元件阵列被优选的但不是必须的安置，以使阵列的中心与根据图22A-22B在以上所描述的期望的全向传播图的期望的焦点一致。应该知道，然而，尽管最好放置活动元件阵列以使活动元件的中心被处理为尽可能的接近当前期望的全向传播图的当前期望的焦点，所述焦点可例如为由用户选择的焦点，所述的全向传播图可例如为由用户选择的全向传播图，但是，在此所描述和显示的本发明的实施方式允许从使用活动元件阵列获得的多种焦距中全向传播，所述活动元件阵列可以是固定的，且其中心点不需要位于全向方向图的焦点。

再参考图22A，显示的每个圆代表半个相位且具有半径r，使用以下公式来计算该半径r：

r＝(Ndλ/2+N²dλ/4)^0.5

其中，N＝圆的序列号，从中心向外计算且从1开始，

d＝从全向声音的焦点到非歪斜阵列的平面的距离，

λ＝cT，其中c＝声音穿过扬声器所工作的介质的速度，该介质通常为气体，T＝图20A或20B中的系统时钟周期(未示出)。

应该知道，在适合接收图22A中的全向图的阵列3410中的活动元件的特定延迟值可如以下步骤来确定：

(a)为与圆一致且序列号为N的任何活动元件分配延迟值NT/2。

(b)通过在下述的两个值：NT/2和(N+1)T/2之间内插(例如线性内插)为与圆不一致、且落在序列号为N和N+1的一对圆之间的活动元件分配延迟值。

可选择的，下面详细描述确定延迟的合适的公式。

图24是使用本发明的装置的实施方式而获得的圆柱形声音方向图的图示。如所显示的，在平面上沿着声音传播的每个点是全向的，且与沿着给定的焦轴3510的每个点相同。

图25是显示活动元件阵列3010的一优选布置的图示，相对于图24中的圆柱形声音方向图，以举例的方式显示为矩形。如果可能，活动元件阵列被优选的处理为以焦轴对称，如所显示的，以使其边界分别垂直或平行于焦轴，或者，次优选的且如所显示的，活动元件阵列被优选的处理为以阵列所限定的平面上的焦轴的投影对称。应该知道，在此所描述和显示的特定的布置不需要作为规定，而可选择的，活动元件阵列可以被处理和定位在任何合适的、由应用规定的位置。

图27是根据本发明构造并操作的扬声器装置3600的优选应用的示意图，举例来说，其被构造为：通过编程以在至少一个由用户选择的特定方向上产生单向声音。在图27的实施方式中，产生两个单向声音流3610和3620中的一个或者两个，以分别对位于位置3630和3640的听众提供服务。

如果活动元件阵列呈矩形3650，该矩形3650具有第一和第二内部平行线和相互垂直的一对边，那么通常会调整阵列的方向，以如图26所示，使得在阵列的平面上传播声音的期望方向的投影平行于其中的一对边，由此垂直于另一对边，如图27所示，该投影可能是垂直的。在这种情况下，阵列中每个活动元件的延迟可能为cosα(其中α是如图22所示的传播角度)和距离x的乘积，该距离x为选择的一对垂直边到该活动元件的距离。

如图27所建议的，可能期望产生两个声音流，这两个声音流可由相对于扬声器处于两个不同方位角的位置的听众专有的且同时的察觉到，现对此进行描述。根据该实施方式，阵列中的一些活动元件用于产生第一声音流，阵列中剩余的元件用于产生第二声音流。在单向情况下，用以上所描述的方法来确定用于每个活动元件的延迟。应该知道，更多情况下，可产生任何适当数量的声音流，而非仅仅两个声音流。

在图26或27所示出的单向实施方式具有多种应用，比如但不限于(a)娱乐内容提供者，比如电视、计算机、音乐播放器或收音机，它们包括可编程的导向扬声器，其可操作以专门地将单向声音传送到一个或者多个用户指定的方向。不同的内容，比如，与一个视觉内容项目对应有多种语言版本，所述多种语言版本能够同时被发送到多个用户选择的方向，由此使得一群朋友或者家庭成员能够分享视觉效果，但同时且专门的接收个性化的音频内容，例如，以每个人自己的语言向其传送相应的视觉效果；(b)包括传感器和导向扬声器的产生声音的玩具，可操作该传感器以监控孩子相对于玩具的方位角和高度位置，该导向扬声器可操作以专门的朝向孩子的方向上传送声音，该方向与相对于玩具的孩子的当前方位角和高度位置相对应。

通常，对于全向声音传播，为各活动元件确定合适的延迟量的合适的公式如下：

延迟＝[(d²+r²)^0.5-d]/c

其中，

r＝活动元件阵列平面上的焦点的投影与给定的活动元件之间的距离，

d＝从全向声音的焦点到活动元件阵列平面的距离，

c＝声音穿过扬声器所工作的介质的速度，该介质通常为气体。

对于圆柱形的声音传播，可使用同样的公式，然而，此时d被定义为焦轴到活动元件阵列平面之间的距离，该焦轴通常平行于该活动元件阵列平面。

对于单向声音传播，如上所述，使用的公式可为：

延迟＝xcosα

其中：

x＝活动元件阵列边缘平面到给定的活动元件之间的距离，

α＝单向声音传播的方向和活动元件阵列平面之间的角度。

应该知道，在此所描述和显示的实施方式产生声音传播图，这些声音传播图是非常接近期望的图，比如全向图、圆柱形图以及单向图、双向图或者甚至多向图。然而，至少由于活动元件阵列的有限大小，实际的声音传播图决不可能与理论上的期望的传播图完全相同。通常，靠近活动元件阵列的位置比远离活动元件阵列的位置，能更好的获得理论上的期望的传播图。

还应该知道，阵列越大(在压力产生元件的数量和大小两个方面)，越接近于获得理想的传播图。

本发明的某些实施方式的特性在于：能够编程单个扬声器以产生不同参数化或者甚至不同形状的多个方向图，该单个扬声器包括一个或多个可能被固定的压力产生元件阵列。

应该知道，可提供多单向传播图，其中，如果愿意，用户能够选择多于一个的单向声束的数量和/或方向和/或其他特征。在此描述了单向实施方式，以及可使用已知技术来实现将在此描述的单向实施方式推广到多单向实施方式，比如，所述已知技术可为用于定义声音束的方向、数量和/或其他特征的技术，该声音束由多束相位阵列应用产生，例如，RADAR束。更一般的，可提供混合的传播图，其中，如果愿意，用户能够选择多于一个的合成的传播图的数量和/或方向和/或其他特征，每个合成的传播图可包括任何合适的传播图，比如但不限于单向图、全向图、圆柱形图或以上三者的任何组合。在此描述了几个传播图，可通过本领域的已知技术来获得上述几个传播图的组合，比如，所述已知技术可为用于定义声音束的方向、数量和/或其他特征的技术，该声音束由多束相位阵列应用产生，例如，RADAR束。

应该知道，活动元件阵列不必为所示出的平面形状，且可选择的，可适当的修正本发明的教导以提供非平面的活动元件阵列。

图28是非矩形活动元件阵列的简化的示意图。根据本发明的一个实施方式，可通过在矩形阵列外接非矩形阵列来计算非矩形活动元件阵列的延迟，可按在此所描述的方法为外接的矩形阵列进行延迟的计算。为非矩形阵列中的每个活动元件分配延迟值，该延迟与通过上述步骤计算的延迟值相同，即，根据活动元件在(假想的)外接矩形阵列中的位置为其分配延迟值。

如果活动元件阵列不是矩形的，可使用下面的规则来安置所述阵列，尽管可选择的，本发明可提供任意安置的活动元件阵列。

i.如果期望全向传播，且设计者可完全随意的安置阵列，可安置阵列以使非矩形阵列块的中心与全向传播的焦点一致。优选的且更一般的，可安置阵列以使非矩形阵列块的中心尽可能地接近全向传播的焦点。

ii.如果期望圆柱形传播，且设计者可完全随意的安置阵列，可安置阵列以使非矩形阵列3710的质心轴3700沿圆柱形传播的焦轴布置，如图28所示，轴3700将阵列分成两个面积相等的子阵列3720和3730。如果存在多条质心轴，通常选择最长的轴。优选的且更一般的，可安置阵列以使非矩形阵列块的轴被布置为平行于圆柱形传播的焦轴，所述轴优选为可用的最长轴。

iii.如果期望单向传播，且设计者可完全随意的安置阵列，可安置阵列以使期望的传播方向接近于垂直于阵列的主要表面。

本发明的范围包括但不限于控制直接数字扬声器装置的方法，所述直接数字扬声器装置接收数字输入信号且并相应的产生声音，所述方法包括提供活动元件阵列，且计算计时方式，所述计时方式确定是否以及什么时候操作各压力产生元件以产生压力脉冲，以获得期望的方向图。为了获得具有期望的方向图的声音，随后根据计时方式操作阵列。

可选的，多次执行提供步骤和计算步骤，由此得到定义了相应的多个方向图的相应的多个阵列和相应的多种计时方式。所述方法还包括分别根据相应的多种计时方式来同时操作多个阵列，由此得到包括相应于多种计时方式的方向图的组合的单个方向图。多个阵列可实际上包括单独的较大阵列的一部分。因此，例如，单个压力产生元件阵列，比如，在此所描述和显示的那些压力产生元件阵列中的任何一个可被划分成多个区域，例如，四等分，且可根据其自己特定的计时方式或延迟方式来操作每个区域中的压力产生元件。例如，这允许几种方式，比方说四种，由此可获得不同的单向波束。可选择的，为给出另外一个例子，这允许，比方说，全向背景声音叠加在一个或多个不同的前景声音流，每个前景声音流分别具有其自己的，比方说，单向、圆柱形或全向传播图。应该知道，在多向实施方式中，每个所述单向波束可产生不同的数字输入信号，例如，立体声信号的左声道和右声道。

应该知道，电磁场控制器30优选的被设计为保证流过线圈的交流电一直且在所有条件下都保持适当的磁场强度，以允许活动元件10和静电闩锁装置20之间足够接近以实现闩锁，同时阻止活动元件10运动过快以及由于冲击损坏活动元件10自身或闩锁装置20。

特别参考附图，应强调，所示的特例是作示例用，并仅是为了本发明的优选实施方式的说明性的讨论的目的，且其提出是为了提供认为是本发明的原理以及概念方面的最有用和最易了解的描述。关于这一点，没有试图更详细的显示本发明的结构细节，而只是显示了从根本上理解本发明所必需的细节。结合附图的描述使本领域技术人员清楚本发明的几种形式可怎样在实践中实施。

在不同的实施方式的情况中描述的本发明的特征也可以按组合的方式在单一的实施方式中提供。相反的，为简洁起见，而在单个实施方式情况下描述的本发明的特征可分别的提供或以任何适当的子组合的形式提供。例如，活动元件可以是自由浮动的，或可安装在类似丝状物的弯曲部分上，或可以具有由柔性材料形成的周围部分。独立于上述内容之外，装置可以配置为或可以不配置为如上所述减少通过其的气体泄漏。独立于所有上述内容之外，活动元件可例如包括导体、线圈、环形或者盘形的永磁体或环形或者盘形的铁磁体，如果提供的话，磁体可以按下述方式排列或可以不按下述方式排列：使得一些磁体(例如5 0％的磁体)的极与剩余的磁体(例如50％的磁体)的极相对的布置。独立于所有上述内容之外，闩锁装置的截面形状可以是实心的、环形的、以大的中心部分穿孔或没有以大的中心部分穿孔，或者刻槽的，或者具有任何其他合适的结构。独立于所有上述内容之外，闩锁装置的控制可以是单独的或分组的或其任何组合。独立于所有上述内容，可存在致动器元件的一个或更多的阵列，各阵列可以是或者可以是不歪斜的，且各致动器元件的截面可以是圆形、方形、三角形、六边形或任何其他合适的形状。

已经以一定程度的特殊性描述了本发明，但精通本领域的技术人员将容易知道，可进行各种变化和更改，而不偏离下面的权利要求的范围。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.接收数字输入信号并相应地产生声音的直接数字扬声器装置，所述装置包括：

压力产生元件阵列；以及

控制器，其操作性地计算计时方式，所述计时方式确定是否以及何时致动各压力产生元件以获得期望的方向图。

2.如权利要求1所述的装置，其中至少一个压力产生元件能够产生正压力脉冲，且至少一个压力产生元件能够产生负压力脉冲。

3.如权利要求2所述的装置，其中各所述压力产生元件操作性地产生正压力脉冲和负压力脉冲。

4.一种用于控制接收数字输入信号并相应地产生声音的直接数字扬声器装置的方法，所述方法包括：

提供压力产生元件阵列，以及

计算计时方式，所述计时方式确定各压力产生元件是否以及何时操作性地产生压力脉冲以获得期望的方向图。

5.如权利要求1所述的装置，其中各压力产生元件包括活动元件，所述活动元件在工作中沿着各自的路径交替地来回移动。

6.如权利要求1-3，5中的任一项所述的装置，还包括从用户接收期望的方向图的用户接口。

7.如权利要求1-3，5中的任一项所述的装置，其中所述方向图是定义了焦点的全向图。

8.如权利要求1-3，5中的任一项所述的装置，其中所述方向图是定义了焦轴的圆柱形的图。

9.如权利要求1-3，5中的任一项所述的装置，其中所述方向图是定义了传播角度的单向图。

10.如权利要求1-3，5中的任一项所述的装置，其中所述方向图包括多个单向方向图的组合。

11.如权利要求7所述的装置，其中所述阵列以所述焦点为中心。

12.如权利要求7所述的装置，其中所述阵列以所述焦点的投影为中心。

13.如权利要求8所述的装置，其中将所述阵列定向为相对于所述轴对称。

14.如权利要求8所述的装置，其中所述阵列为矩形，定义了该矩形的四条边，且所述四条边包括平行于所述轴的两条边。

15.如权利要求7所述的装置，其中所述阵列定义了平面，且其中所述计时方式包括为至少一些所述压力产生元件使用适当的延迟，使用公式：延迟＝[(d²+r²)^0.5-d]/c，其中，r＝焦点在压力产生元件阵列上的投影和给定的压力产生元件之间的距离，d＝从所述焦点到压力产生元件阵列的平面的距离，c＝声音在所述装置工作的介质中的传播速度。

16.如权利要求8所述的装置，其中所述阵列定义了平面，且其中所述计时方式包括为至少一些所述压力产生元件使用适当的延迟，使用公式：延迟＝[(d²+r²)^0.5-d]/c，其中，r＝焦轴在压力产生元件阵列上的投影和给定的压力产生元件之间的距离，c＝声音在所述装置工作的介质中的传播速度，d＝从焦轴到压力产生元件阵列的平面的距离。

17.如权利要求9所述的装置，其中所述计时方式包括为至少一些所述压力产生元件使用适当的延迟，使用公式：延迟＝xcosα，其中，x＝压力产生元件阵列边缘定义的平面到给定的压力产生元件的距离，α＝由单向传播定义的方向和所述平面之间的角度。

18.如权利要求1-3，5中的任一项所述的装置，其中单独地控制各压力产生元件。

19.如权利要求1-3，5中的任一项所述的装置，其中各压力产生元件响应于交变的磁场，并且，其中所述装置还包括至少一个闩锁装置，其操作性地将所述压力产生元件的至少一个子集选择性地闩锁在至少一个闩锁位置，由此至少阻止压力产生元件的所述子集响应于所述交变的磁场，

并且，其中的所述控制器包括：

磁场控制系统，其操作性地接收时钟，且相应地控制所述交变的磁场对所述压力产生元件阵列的施加；以及

闩锁控制器，其操作性地接收所述数字输入信号并相应地控制所述至少一个闩锁装置。

20.如权利要求4所述的方法，还包括读入由用户提供的期望的方向图。

21.如权利要求4所述的方法，其中多次执行所述阵列提供和所述计算，由此得到定义了相应的多个方向图的相应的多个阵列和相应的多种计时方式；所述方法还包括分别根据所述相应的多种计时方式来同时操作所述阵列，由此得到包括相应于所述多种计时方式的方向图的组合的单个方向图。

22.如权利要求21所述的方法，其中在所述多个阵列中的各阵列包括单独的较大阵列的相应部分。

23.如权利要求21所述的方法，使用所述多个阵列中的各阵列来产生不同的数字输入信号。

24.如权利要求19所述的装置，其中至少一个压力产生元件能够产生正压力脉冲，且至少一个压力产生元件能够产生负压力脉冲。

25.如权利要求24所述的装置，其中各所述压力产生元件操作性地产生正压力脉冲和负压力脉冲。

26.如权利要求19所述的装置，其中各压力产生元件包括活动元件，所述活动元件在工作中沿着各自的路径交替地来回移动。

27.如权利要求19所述的装置，还包括从用户接收期望的方向图的用户接口。

28.如权利要求19所述的装置，其中所述方向图是定义了焦点的全向图。

29.如权利要求19所述的装置，其中所述方向图是定义了焦轴的圆柱形的图。

30.如权利要求19所述的装置，其中所述方向图是定义了传播角度的单向图。

31.如权利要求19所述的装置，其中所述方向图包括多个单向方向图的组合。

32.如权利要求28所述的装置，其中所述阵列以所述焦点为中心。

33.如权利要求28所述的装置，其中所述阵列以所述焦点的投影为中心。

34.如权利要求29所述的装置，其中将所述阵列定向为相对于所述轴对称。

35.如权利要求29所述的装置，其中所述阵列为矩形，定义了该矩形的四条边，且所述四条边包括平行于所述轴的两条边。

36.如权利要求28所述的装置，其中所述阵列定义了平面，所述计时方式包括为至少一些所述压力产生元件使用适当的延迟，使用公式：延迟＝[(d²+r²)^0.5-d]/c，其中，r＝焦点在压力产生元件阵列上的投影和给定的压力产生元件之间的距离，d＝从焦点到压力产生元件阵列的平面的距离，c＝声音在所述装置工作的介质中的传播速度。

37.如权利要求29所述的装置，其中所述阵列定义了平面，所述计时方式包括为至少一些所述压力产生元件使用适当的延迟，使用公式：延迟＝[(d²+r²)^0.5-d]/c，其中，r＝焦轴在压力产生元件阵列上的投影和给定的压力产生元件之间的距离，c＝声音在所述装置工作的介质中的传播速度，d＝从焦轴到压力产生元件阵列的平面的距离。

38.如权利要求30所述的装置，其中所述计时方式包括为至少一些所述压力产生元件使用适当的延迟，使用公式：延迟＝xcosα，其中，x＝压力产生元件阵列边缘定义的平面到给定的压力产生元件的距离，α＝单向传播所定义的方向和所述平面之间的角度。

39.如权利要求19所述的装置，其中单独地控制各压力产生元件。

40.一种用于控制接收数字输入信号并相应地产生声音的直接数字扬声器装置的方法，所述方法包括：

提供压力产生元件阵列，以及

计算计时方式，所述计时方式确定各压力产生元件是否以及何时操作性地产生压力脉冲以获得期望的方向图；

其中，各压力产生元件响应于交变的磁场，并且，其中所述方法还包括将所述压力产生元件的至少一个子集选择性地闩锁在至少一个闩锁位置，由此至少阻止压力产生元件的所述子集响应于所述交变的磁场，

并且，其中所述方法还包括：

提供磁场控制系统，其操作性地接收时钟，且相应地控制所述交变的磁场对所述压力产生元件阵列的施加；以及

接收所述数字输入信号并相应地控制所述至少一个闩锁装置。

41.如权利要求40所述的方法，还包括读入由用户提供的期望的方向图。

42.如权利要求40所述的方法，其中多次执行所述阵列提供和计算步骤，由此得到定义了相应的多个方向图的相应的多个阵列和相应的多种计时方式；所述方法还包括分别根据所述相应的多种计时方式来同时操作所述阵列的步骤，由此得到包括相应于所述多种计时方式的方向图的组合的单个方向图。

43.如权利要求42所述的方法，其中在所述多个阵列中的各阵列包括单独的较大阵列的相应部分。

44.如权利要求42所述的方法，其中使用所述多个阵列中的各阵列来产生不同的数字输入信号。

45.接收数字输入信号并相应地产生声音的直接数字扬声器装置，所述装置包括：

协调的活动压力产生元件阵列，所述活动压力产生元件具有单振幅和单频；以及

46.如权利要求45所述的装置，其中至少一个压力产生元件能够产生正压力脉冲，且至少一个压力产生元件能够产生负压力脉冲。

47.如权利要求46所述的装置，其中各所述压力产生元件操作性地产生正压力脉冲和负压力脉冲。

48.一种用于控制接收数字输入信号并相应地产生声音的直接数字扬声器装置的方法，所述方法包括：

提供协调的活动压力产生元件阵列，所述活动压力产生元件具有单振幅和单频；以及

49.如权利要求45所述的装置，其中各压力产生元件包括活动元件，所述活动元件在工作中沿着各自的路径交替地来回移动。

50.如权利要求45所述的装置，还包括从用户接收期望的方向图的用户接口。

51.如权利要求45所述的装置，其中所述方向图是定义了焦点的全向图。

52.如权利要求45所述的装置，其中所述方向图是定义了焦轴的圆柱形的图。

53.如权利要求45所述的装置，其中所述方向图是定义了传播角度的单向图。

54.如权利要求45所述的装置，其中所述方向图包括多个单向方向图的组合。

55.如权利要求51所述的装置，其中所述阵列以所述焦点为中心。

56.如权利要求51所述的装置，其中所述阵列以所述焦点的投影为中心。

57.如权利要求52所述的装置，其中将所述阵列定向为相对于所述轴对称。

58.如权利要求52所述的装置，其中所述阵列为矩形，定义了该矩形的四条边，且所述四条边包括平行于所述轴的两条边。

59.如权利要求51所述的装置，其中所述阵列定义了平面，且其中所述计时方式包括为至少一些所述压力产生元件使用适当的延迟，使用公式：延迟＝[(d²+r²)^0.5-d]/c，其中，r＝焦点在压力产生元件阵列上的投影和给定的压力产生元件之间的距离，d＝从所述焦点到压力产生元件阵列的平面的距离，c＝声音在所述装置工作的介质中的传播速度。

60.如权利要求52所述的装置，其中所述阵列定义了平面，且其中所述计时方式包括为至少一些所述压力产生元件使用适当的延迟，使用公式：延迟＝[(d²+r²)^0.5-d]/c，其中，r＝焦轴在压力产生元件阵列上的投影和给定的压力产生元件之间的距离，c＝声音在所述装置工作的介质中的传播速度，d＝从焦轴到压力产生元件阵列的平面的距离。

61.如权利要求53所述的装置，其中所述计时方式包括为至少一些所述压力产生元件使用适当的延迟，使用公式：延迟＝xcosα，其中，x＝压力产生元件阵列边缘定义的平面到给定的压力产生元件的距离，α＝由单向方向图定义的方向和所述平面之间的角度。

62.如权利要求45所述的装置，其中单独地控制各压力产生元件。

63.如权利要求45所述的装置，其中各压力产生元件响应于交变的磁场，并且，其中所述装置还包括至少一个闩锁装置，其操作性地将所述压力产生元件的至少一个子集选择性地闩锁在至少一个闩锁位置，由此至少阻止压力产生元件的所述子集响应于所述交变的磁场，

并且，其中的所述控制器包括：

64.如权利要求48所述的方法，还包括读入由用户提供的期望的方向图。

65.如权利要求48所述的方法，其中多次执行所述阵列提供和所述计算，由此得到定义了相应的多个方向图的相应的多个阵列和相应的多种计时方式；所述方法还包括分别根据所述相应的多种计时方式来同时操作所述阵列，由此得到包括相应于所述多种计时方式的方向图的组合的单个方向图。

66.如权利要求65所述的方法，其中在所述多个阵列中的各阵列包括单独的较大阵列的相应部分。

67.如权利要求65所述的方法，使用所述多个阵列中的各阵列来产生不同的数字输入信号。

Claims

压力产生元件阵列；以及

提供压力产生元件阵列，以及

15.如权利要求7所述的装置，其中所述计时方式包括为至少一些所述压力产生元件使用适当的延迟，使用公式：延迟＝[(d²+r²)^0.5-d]/c，其中，r＝焦点在压力产生元件阵列上的投影和给定的压力产生元件之间的距离，d＝从全向声音的焦点到压力产生元件阵列的平面的距离，c＝声音在扬声器工作的介质中的传播速度。

16.如权利要求8所述的装置，其中所述计时方式包括为至少一些所述压力产生元件使用适当的延迟，使用公式：延迟＝[(d²+r²)^0.5-d]/c，其中，r＝焦轴在压力产生元件阵列上的投影和给定的压力产生元件之间的距离，c＝声音在扬声器工作的介质中的传播速度，d＝从焦轴到压力产生元件阵列的平面的距离。

17.如权利要求9所述的装置，其中所述计时方式包括为至少一些所述压力产生元件使用适当的延迟，使用公式：延迟＝xcosα，其中，x＝压力产生元件阵列边缘定义的平面到给定的压力产生元件的距离，α＝单向传播的方向和压力产生元件阵列平面之间的角度。

19.如权利要求1-3，5中的任一项所述的装置，其中各活动元件响应于交变的磁场，并且，其中所述装置还包括至少一个闩锁装置，其操作性地将所述活动元件的至少一个子集选择性地闩锁在至少一个闩锁位置，由此阻止所述单独的活动元件响应于所述电磁力，

并且，其中的所述控制器包括：

磁场控制系统，其操作性地接收时钟，且相应地控制所述电磁力对所述活动元件阵列的施加；以及

21.如权利要求4所述的方法，其中多次执行所述提供步骤和计算步骤，由此得到定义了相应的多个方向图的相应的多个阵列和相应的多种计时方式；所述方法还包括分别根据所述相应的多种计时方式来同时操作所述阵列的步骤，由此得到包括相应于所述多种计时方式的方向图的组合的单个方向图。