CN104506975A - 数字扬声器装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种数字扬声器装置。在一些实施例中，提供一种用于生成物理效应的致动系统，该系统包括至少一个转移元件阵列，其中每个转移元件响应于第一力和第二力各自的作用被迫沿其各自的轴各自朝着第一极限位置和第二极限位置来回交替移动；以及控制器，该控制器操作以使用第一力和第二力来可选择地将所述转移元件的至少一个子集各自锁定到第一极限位置和第二极限位置。

Description

数字扬声器装置

本申请为国际申请号为PCT/IL2008/001524，国际申请日为2008年11月20日，发明名称为“数字扬声器装置”的PCT申请于2010年7月6日进入中国国家阶段后申请号为200880124089.5的中国国家阶段专利申请的分案申请。

对共同未决申请的引用

要求自2007年11月21日所提交的标题为“Improved Speaker ApparatusAnd Methods Useful In Conjunction Therewith”的第60/996,513号美国临时申请的优先权。

另外，据此做出对下列共同未决申请的引用：于2006年5月22日所提交的标题为“Apparatus for Generating Pressure”的第60/802,126号美国临时申请；于2006年12月4日所提交的标题为“Volume Control”的第60/872,488号美国临时申请；于2007年4月2日所提交的标题为“Apparatusfor Generating Pressure and Methods of Manufacture Thereof”的第60/907,450号美国临时申请；于2007年5月3日所提交的标题为“Apparatus andMethods for Generating Pressure Waves”的第60/924,203号美国临时申请；于2007年11月21日所提交的标题为“Improved Speaker Apparatus andMethods Useful in Conjunction Therewith”的第60/996,513号美国临时申请；于2007年5月21日所提交的标题为“Direct Digital Speaker ApparatusHaving a Desired Directivity Pattern”的PCT/IL2007/000618；于2007年5月21日所提交的标题为“Volume and Tone Control in Direct DigitalSpeakers”的PCT/IL2007/000621；于2007年5月21日所提交的标题为“Apparatus and Methods for Generating Pressure Waves”的PCT/IL2007/000622；于2007年5月21日所提交的标题为“Arrays of currentbearing elements useful for generating pressure waves”的PCT/IL2007/000623；以及于2007年5月21日所提交的标题为“Apparatusfor Generating Pressure and Methods of Manufacture Thereof”的PCT/IL2007/000624。

技术领域

本发明主要涉及致动器，并且更具体地说，尤其是涉及致动器。

背景技术

包括了微致动器阵列的致动器技术发展水平被认为可通过以下参考文献表示，除非另有指明，其全部为美国专利文件：

2002/0106093：摘要、图1-42以及段落0009、0023、和0028显示了电磁辐射、致动器和换能器以及静电设备。

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。

JP 2001016675：摘要显示了声音输出换能器阵列。

6,963,654：摘要、图1-3、7-9以及第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行显示包括了静电驱动的电声换能单元。

WO 8400460：摘要显示具有磁体阵列的电磁-声音换能器。

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：摘要和第4栏、第16-20行显示了音量级。

6,795,561：第7栏、第18-20行显示微致动器阵列。

5,517,570：摘要显示将听觉现象映射到离散且可寻址的声音点阵上。

JP 57185790：摘要显示消除了对D/A变换器的需要。

JP 51120710：摘要显示数字扬声器系统，其不需要任何D-A变换器。

JP 09266599：摘要显示将数字信号直接应用到扬声器上。

6,959,096：摘要和第4栏、第50-63行显示了排列在阵列内的多个换能器。

在以下出版物中描述了关于制造聚合物磁体的方法：

Lagorce,L.K.和M.G.Allen，“Magnetic and Mechanical Properties ofMicro-machined Strontium Ferrite/Polyimide Composites”，IEEE Journal ofMicro-electromechanical Systems，6(4)，1997年12月；以及

Lagorce,L.K.,Brand,O.和M.G.Allen，“Magnetic micro actuators basedon polymer magnets”，IEEE Journal of Micro-electromechanical Systems，8(1)，1999年3月。

Nakaya的第4,337,379号美国专利描述了包括图4A中的类似线圈结构的平面电动力的电声换能器。

Sotma等人的第6,963,654号美国专利描述了有隔膜的扁平式声音换能器和扁平式隔膜。Sotme系统包括图7中的类似线圈的结构。

半导体数字扩音器阵列是已知的，例如美国专利文件20010048123、被转让给德州仪器公司并于2002年6月11日颁布的David Thomas的第6,403,995号美国专利、Sony的美国专利4,194,095、Walter Stinger的美国专利4,515,997、以及Diamond Brett M.等人在2003年6月8日至12日于Boston所举行的Transducers'03，第12届International Conference on SolidState Sensors，Actuators and Microsystems上所发表的、标题为“Digital soundreconstruction using array of CMOS-MEMS micro-speakers”中所描述的阵列；以及例如BBE的DS48数字扬声器管理系统。

YSP 1000是由Yamaha所制造的相控阵扬声器的例子。

声学波导是已知的，并可以被设计使用在关于声学的传统文本中所描述的原理，所述传统文本包括例如：1997年4月22日的由Malcolm J.Crocker所著的Wiley-Inter-science的Encyclopedia of Acoustics；由LawrenceE.Kinsler所著的Fundamentals of Acoustics；由Daniel R.Raichel所著的TheScience and Applications of Acoustics；由Thomas D.Rossing所著的Principles of Vibration and Sound；以及由Frank J.Fahy所著的Foundations ofEngineering Acoustics。

在本说明书中所提及的所有申请和专利文件的公开内容，以及在其中被直接或间接地引用的申请和专利文件的公开内容在此处通过引用而被并入。

发明内容

本发明的确定实施方式寻求提供一种改进的扬声器。

因此根据本发明的实施方式，在这里提供了一种用于生成物理效应的致动方法，所述物理效应的至少一个属性相应于根据时钟被周期性地采样的数字输入信号的至少一个特征，所述方法包括：提供至少一个移动元件阵列，当阵列有交流磁场的情况下，每个移动元件响应于在阵列上操作的电磁力而被迫沿其各自的轴来回交替移动，最初将所述移动元件阵列带入至少一个锁定(latching)位置并且随后减少电磁力的量值，有选择地将移动元件的至少一个子集锁定在至少一个锁定位置中，由此防止单独移动元件响应于电磁力，接收时钟信号并相应地控制对移动元件阵列的电磁力的施加，以及接收数字输入信号并相应地控制锁定。

进一步根据本发明的实施方式，一旦移动元件阵列被带入至少一个锁定位置，则将电磁力的量值减少到零。

更进一步根据本发明的实施方式，一旦移动元件阵列被带入至少一个锁定位置，则将电磁力的量值减少到大于零的水平。

根据本发明的另一个实施方式，也提供了一种用于生成物理效应的致动器装置，所述物理效应的至少一个属性相应于根据时钟被周期性地采样的数字输入信号的至少一个特征，所述装置包括至少一个致动器设备，每个致动设备包括：移动元件阵列，其中每个单独移动元件响应于交流磁场，并且在有交流磁场的情况下，每个单独移动元件响应于操作在其上的电磁力而被迫沿着其各自的轴来回交替移动；至少一个锁定器，其操作以有选择地将移动元件至少一个子集锁定到至少一个锁定位置中，由此防止单独移动元件响应于电磁力；磁场控制系统，其操作以接收时钟信号，并相应地控制对移动元件阵列的电磁力的施加；以及锁定器控制器，其操作以接收所述数字输入信号并响应于地控制至少一个锁定器，其中一旦移动元件阵列最初已经被带入至少一个锁定位置，则操作磁场控制系统以减少电磁力的量值。

根据本发明的另一个实施方式，还提供了用于生成物理效应的致动器装置，所述物理效应的至少一个属性相应于根据时钟被周期性地采样的数字输入信号的至少一个特征，所述装置包括至少一个致动器设备，每个致动设备包括：移动元件阵列，其中每个单独移动元件响应于交流磁场，并且当阵列在有交流磁场的情况下，每个单独移动元件响应于操作在所述阵列上的电磁力而被迫沿其各自的轴来回交替移动；至少一个锁定器，其操作以有选择地将移动元件的至少一个子集锁定到至少一个锁定位置中，由此防止单独移动元件响应于电磁力；磁场控制系统，其操作以接收时钟信号，并相应地控制对移动元件阵列的电磁力的施加；以及锁定器控制器，其操作以接收数字输入信号，并相应地控制至少一个锁定器，其中所述阵列包括一组移动元件，其具有的表面配置比单一平面更复杂。

进一步根据本发明的实施方式，所述表面配置包括曲面部分。

更进一步根据本发明的实施方式，所述曲面部分包括球面的一部分。

另外根据本发明的实施方式，所述曲面部分包括圆柱面的一部分。

还是根据本发明的实施方式，所述表面配置包括多个平面部分。

仍进一步根据本发明的实施方式，所述多个平面部分共同形成了分段的平面部分。

另外根据本发明的实施方式，所述多个平面部分被一个压一个地堆叠放置。

根据本发明的实施方式，还提供了用于生成物理效应的致动器装置，所述物理效应的至少一个属性相应于根据时钟被周期性地采样的数字输入信号的至少一个特征，所述装置包括至少一个致动器设备，每个致动设备包括：移动元件阵列，其中每个单独移动元件包括至少一个响应于交流磁场的磁体，并且当阵列是在有交流磁场的情况下时，每个单独移动元件响应于操作在所述阵列上的电磁力而被迫沿其各自的轴来回交替移动；磁场发生器，其围绕移动元件阵列中的单独移动元件缠绕以便生成交流磁场，移动元件中的磁体被可转移地布置在所缠绕的磁场发生器之上的具体水平位置处；至少一个铁电元件，其被布置在磁场发生器之下，并且在至少一个布置在磁体以下的水平位置处向上突出穿过所述磁场发生器；至少一个锁定器，其操作以有选择地将移动元件的至少一个子集锁定到至少一个锁定位置中，由此防止单独移动元件响应于电磁力；磁场控制系统，其操作以接收时钟信号，并相应地控制对移动元件阵列的电磁力的施加；以及锁定器控制器，其操作以接收数字输入信号，并相应地控制至少一个锁定器。

进一步根据本发明的实施方式，所述铁电元件包括平面部分，其上规定了多个带开口的直立构件，其中每个直立构件突出通过布置在磁体之下水平位置处的磁场发生器，所述磁体则包括在移动元件阵列内的单独移动元件中，每个直立构件规定了气路(air passage)，通过它可以传播由单独移动元件所生成的声波。

更进一步根据本发明的实施方式，至少一些直立构件包括截锥体(truncated cone)。

根据本发明的实施方式，还提供了用于生成物理效应的致动方法，所述物理效应的至少一个属性相应于根据时钟被周期性地采样的数字输入信号的至少一个特征，所述方法包括提供至少一个移动元件阵列，当阵列在有交流磁场的情况下，每个移动元件响应于在阵列上操作的电磁力而被迫沿其各自的轴来回交替移动；有选择地将移动元件的至少一个子集锁定到至少一个锁定位置中，由此防止单独移动元件响应于电磁力；接收时钟信号，并相应地控制对移动元件阵列的电磁力的施加；以及接收数字输入信号并相应地控制锁定步骤，其中根据引入了关于阵列中移动元件的延迟的定时图样(timing pattern)发生锁定，以便获得具有预定方向图(directivitypattern)的声音，所述预定方向图不同于固有方向图，如果阵列中的所有移动元件被同步操作，将会出现所述固有方向图。

更进一步根据本发明的实施方式，预定方向图包括的全方位图规定了一个具有中心点的球，并且其中所述延迟包括关于阵列中每个移动元件P的下列商：这里r₂＝中心点与移动元件P之间的距离，以及c为穿过媒体的声音速率，扬声器就在所述媒体中操作。

另外根据本发明的实施方式，预定方向图包括的圆柱图样规定了具有圆柱体轴的圆柱体，并且其中延迟包括关于阵列中每个移动元件P的下列商：这里r₁＝圆柱体轴与压力产生元件P之间的距离，以及c为穿过媒体的声音速率，扬声器就在所述媒体中操作。

另外根据本发明的实施方式，预定方向图包括的单方向图规定了具有平面波阵面和波传播方向的波束(beam)，并且其中所述延迟包括关于阵列中每个移动元件P的下列商：这里r₃＝预定平面与压力产生元件P之间的距离，所述预定平面位于压力产生元件的表面之后，且平行于平面波阵面并垂直于波的传播方向，以及c为穿过媒体的声音速率，扬声器就在所述媒体中操作。

仍根据本发明的另一个实施方式，还进一步提供了用于生成物理效应的致动器装置，所述物理效应的至少一个属性相应于根据时钟被周期性地采样的数字输入信号的至少一个特征，所述装置包括至少一个致动器设备，每个致动设备包括：第一移动元件阵列，其中每个单独移动元件响应于交流磁场，并且当有交流磁场的情况下，每个单独移动元件响应于操作在其上的电磁力而被迫沿其各自的轴来回交替移动；波导，其引导由阵列所生成的声波，以便实现期望方向图；至少一个锁定器，其操作以有选择地将移动元件的至少一个子集锁定到至少一个锁定位置中，由此防止单独移动元件响应于电磁力；磁场控制系统，其操作以接收时钟信号，并相应地控制对移动元件阵列的电磁力的施加；以及锁定器控制器，其操作以接收数字输入信号，并且相应地控制至少一个锁定器，包括单独移动元件时间上的交错运动，以便通过减少移动元件之间的干扰来实现期望的方向图。

进一步根据本发明的实施方式，波导和阵列交叉，由此规定了波导阵列交叉，并且其中操作锁定器控制器，以在时间上交错运动阵列中的单独移动元件，使得单独移动元件按它们各自到波导阵列交叉的距离的顺序移动。

更进一步根据本发明的实施方式，波导包括第二移动元件阵列，其与所述第一阵列一起充当关于通过这两个阵列所产生的声波的波导。

根据本发明的另一个实施方式，还提供了用于生成物理效应的致动器装置，所述物理效应的至少一个属性相应于根据时钟被周期性地采样的数字输入信号的至少一个特征，所述装置包括至少一个致动器设备，每个致动设备包括：第一移动元件阵列，其中每个单独移动元件响应于交流磁场，并且在有交流磁场的情况下，移动元件响应于操作在其上的电磁力而被迫沿其各自的轴来回交替移动；波导，其包括了第二移动元件阵列，引导由阵列所生成的声波，以便实现期望的方向图；至少一个锁定器，其操作以有选择地将移动元件的至少一个子集锁定到至少一个锁定位置中，由此防止单独移动元件响应于电磁力；磁场控制系统，其操作以接收时钟信号，并相应地控制对移动元件阵列的电磁力的施加；以及锁定器控制器，其操作以接收数字输入信号，并且相应地控制至少一个锁定器。

另外根据本发明的实施方式，波导和阵列交叉。

进一步根据本发明的实施方式，波导具有表面区域且阵列具有平坦的主要表面，并且波导表面的大部分平行于该主要表面。

根据本发明的另一个实施方式，还提供了用于生成物理效应的致动器装置，所述物理效应的至少一个属性相应于根据时钟被周期性地采样的数字输入信号的至少一个特征，所述装置包括至少一个致动器设备，每个致动设备包括：移动元件阵列，其中每个单独移动元件响应于交流磁场，并且当有交流磁场的情况下，每个单独移动元件响应于操作在其上的电磁力而被迫沿其各自的轴来回交替移动，由此规定运动幅度，该运动幅度小于幅值ε，这是源自假设(a)意指由每个移动元件产生的期望压力P的期望总声压级和(b)专用振荡频率f_S，以及使用以下传统公式，从压力P和振荡频率取得幅值：

$\left(1\right)---P_m\frac{\sqrt{2}\·\mathrm{\π}\·\mathrm{\ρ}\·S\·\mathrm{\ϵ}{\·f_s}^2}{2\·R_0}$

这里ρ为媒体密度，S为活塞表面积，ε为单独移动元件的运动幅度(峰峰值)，以及R₀为到源的距离，操作至少一个锁定器，以有选择地将移动元件的至少一个子集锁定到至少一个锁定位置中，由此防止单独移动元件响应于电磁力；操作磁场控制系统以接收时钟信号，并相应地控制对移动元件阵列的电磁力的施加；并且操作锁定器控制器以接收数字输入信号，并且相应地控制至少一个锁定器。

进一步根据本发明的实施方式，运动幅度小于幅值ε。

更进一步根据本发明的实施方式，这些最接近交叉的移动元件会首先移动。

根据本发明的另一个实施方式，还提供了一种利用致动器装置来生成物理效应的方法，所述物理效应的至少一个属性相应于根据时钟被周期性地采样的数字输入信号的至少一个特征，所述方法包括，提供致动器装置，该致动器装置包括至少一个致动器设备，每个致动设备包括：移动元件阵列，其中每个单独移动元件响应于交流磁场，并且在有交流磁场的情况下，移动元件响应于操作在其上的电磁力而被迫沿其各自的轴来回交替移动；至少一个锁定器，其操作以有选择地将移动元件的至少一个子集锁定到至少一个锁定位置中，由此防止单独移动元件响应于电磁力；磁场控制系统，其操作以接收时钟信号，并相应地控制对移动元件阵列的电磁力的施加；以及锁定器控制器，其操作以接收数字输入信号，并且相应地控制至少一个锁定器；生成在至少一个单独移动元件与至少一个锁定器之间静电力，该单独移动元件具有至少一个移动元件表面，锁定器具有面向移动元件表面的至少一个锁定器表面；以及提供介电层并将该介电层应用到至少一个单独的表面上。所述提供还可以包括额外的处理以至少部分地防止介电层中的电荷俘获。

更进一步根据本发明的实施方式，由具有正负极的电源所生成的施加电压生成了静电力，所述提供和应用包括将电源负极连接到已经被应用了介电层的单独表面上，以及将正极连接到面向所述单独表面的表面上。

更进一步根据本发明的实施方式，所述提供和应用包括将电源正极连接到已经被应用了介电层的单独表面上，以及将负极连接到面向所述单独表面的表面上。

进一步根据本发明的实施方式，通过给介电层覆盖薄导电层防止了电荷俘获。

更进一步根据本发明的实施方式，操作阵列中每个移动元件P所使用的延迟包括了下列商：这里d＝交叉与压力产生元件P之间的距离，以及c为穿过媒体的声音速率，所述装置在所述媒体中操作。

根据本发明的实施方式，还提供了用于生成物理效应的致动方法，所述物理效应的至少一个属性相应于根据时钟被周期性地采样的数字输入信号的至少一个特征，所述方法包括提供至少一个移动元件阵列，当阵列在有交流磁场的情况下，每个移动元件响应于操作在阵列上的电磁力而被迫沿其各自的轴来回交替移动，由此生成声波，并且波导和至少一个阵列交叉而由此规定一个细长的阵列-波导交叉位置，并且操作波导来引导声波以实现预定的方向图，有选择地将移动元件的至少一个子集锁定到至少一个锁定位置中，由此防止单独移动元件响应于电磁力；接收时钟信号并且相应地控制对移动元件阵列的电磁力的施加；以及接收数字输入信号并相应地控制锁定，其中锁定包括重复地选择要被锁定入单独极限位置的移动元件的当前子集，这包括确定所述子集的规模和确定当前子集的组成成员，而这是通过从目前不在单独极限位置上的移动元件中选择出一组移动元件实现的，所述的一组移动元件最接近交叉位置。

进一步根据本发明的实施方式，使用LUT以执行重复选择，LUT为阵列中的每个位置都存储了与该位置相关的序号，并且选择该序号使得从交叉位置到所述被选择位置的距离是位置的函数。

更进一步根据本发明的实施方式，细长的交叉位置规定了多个行，其中分配了移动元件，这些行被布置成平行于交叉位置，并且其中通过优选靠近平分这些行的中轴线的移动元件，从交叉位置的给定周边范围内的所有移动元件里选择所述最接近交叉位置的一组移动元件。

根据本发明的实施方式，还提供了用于生成物理效应的致动方法，所述方法包括：提供至少一个转移元件(translating element)阵列，每个元件各自响应于第一力和第二力的作用而被迫沿其各自的轴各自朝着第一和第二极限位置来回交替移动；并且使用第一力和第二力以可选择地将所述转移元件的至少一个子集各自锁定到第一和第二极限位置。

进一步根据本发明的实施方式，每个单独转移元件上的第一力和第二力是由至少一个电压所生成的，所述电压被施加在单独转移元件与至少一个各自电极之间，转移元件是相对于所述电极移动的。

更进一步根据本发明的实施方式，操作至少一个转移元件以最初靠近第一极限位置；并且随后操作以交替地从第一极限位置移动到第二极限位置，并且从第二极限位置返回第一极限位置。

另外根据本发明的实施方式，当单独转移元件最初靠近第一极限位置时，所述第一力至少包括几乎周期性的力，其具有第一周期并且根据第一时间安排表(temporal schedule)来作用，并且第二力至少是几乎周期性的力，其具有相同于第一周期的第二周期，所述第二力在第二周期期间根据第二时间安排表来作用，该第二时间安排表相同于第一时间安排表，但是相对于第一时间安排表有半周期推移。

进一步根据本发明的实施方式，第一时间安排表包括上半周期间隔和下半周期间隔，并且其中，所述第一力在上半周期间隔期间的量值相对于其在下半周期间隔期间的量值较低。

更进一步根据本发明的实施方式，当单独转移元件离开第二极限位置并开始朝着第一极限位置移动时，所述电压具有第一量值，一旦转移元件已经达到了第一极限位置，并且电压仅仅用来将转移元件锁定到第一极限位置中时，所述电压具有小于第一量值的第二量值。

根据本发明的实施方式，还提供了多层致动器装置，其包括：至少一部分是导电的第一层；至少一个第二操作层，其至少一部分是导电的，其中形成有通过在第一和第二层的导电部分之间施加电压来致动的多个操作单元；以及至少一个切去部分，其将多个操作单元中的至少一个子集从除了连接通道的子集外部的所有操作单元中隔离开，所述连接通道将所述多个操作单元的子集连接到该子集外部的所有操作单元，由此来规定一个熔断器(fuse)。

进一步根据本发明的实施方式，每个单独转移元件上的第一力是由施加在单独转移元件与布置在第一极限位置的第一电极之间的第一电压所生成的，并且其中每个单独转移元件上的第二力是由施加在单独转移元件与被布置在第二极限位置的第二电极之间的第二电压所生成的。

更进一步根据本发明的实施方式，甚至当单独转移元件既不被锁定到第一极限位置，也不朝着该位置移动时，第一电压也并非无变化地为零，由此当单独转移元件开始朝着第一极限位置移动时，加速了第一电压随后增加到较高的电平。

另外根据本发明的实施方式，当至少一个单独转移元件被锁定到第一极限位置的时间期间的至少一部分时间内，所述第二电压不小于第一电压，由此当单独转移元件开始朝着第二极限位置移动时，加速了第二电压随后增加到较高的电平。

根据本发明的实施方式，还提供包括了电子电路的锁定器控制器，该电子电路将电荷从至少一个第一电极迁移到至少一个第二电极，由此增加了系统的功率效率。

更进一步根据本发明的实施方式，所述锁定器控制器还包括至少一个电荷存储设备，其能够从至少一个电极接收电荷。

更进一步根据本发明的实施方式，电荷存储设备能够将电荷迁移至至少一个电极。

根据本发明的实施方式，还提供了一种用于生成物理效应的致动系统，该系统包括：至少一个转移元件阵列，每个转移元件各自响应于第一力和第二力的作用，被迫沿其各自的轴各自朝着第一和第二极限位置来回交替移动；以及控制器，其操作以使用第一和第二力，可选择地将转移元件的至少一个子集分别锁定到第一和第二极限位置。

进一步根据本发明的实施方式，该系统还包括第一层，其至少一部分是导电的；并且阵列被形成在至少一个第二操作层内，其至少一部分是导电的，其中形成有多个操作单元，每个操作单元包括至少一个转移元件，并且通过在第一和第二层的导电部分之间施加电压来致动；并且至少一个切去部分将多个操作单元中的至少一个子集从除了连接通道的子集以外的所有操作单元中隔离开，所述连接通道将所述多个操作单元的子集连接到该子集外部的所有操作单元，由此来规定一个熔断器。

更进一步根据本发明的实施方式，所述第一力和第二力包括静电力。

根据本发明的实施方式，还提供了致动系统，其包括：至少一个弹性转移元件阵列，每个弹性转移元件响应于操作在其上的力，被迫沿其各自的轴从第一极限位置移动到第二极限位置，由此来规定上半时间段，并且一旦达到所述第二极限位置，则返回第一极限位置，由此来规定下半时间段；以及锁定设备，其关于来自弹性转移元件阵列中的每个单独弹性转移元件仅提供两个操作状态：第一状态，其中单独弹性转移元件仅被锁定到第一和第二极限位置中的一个上；以及第二状态，其中单独弹性转移元件是自由的。

进一步根据本发明的实施方式，该系统还包括第一层，其至少一部分是导电的；并且阵列被形成在至少一个第二操作层内，其至少一部分是导电的，其中形成有多个操作单元，每个操作单元包括至少一个转移元件，并且通过在第一和第二层的导电部分之间施加电压来致动；并且至少一个切去部分将多个操作单元中的至少一个子集从除了连接通道的子集以外的所有操作单元中隔离开，所述连接通道将所述多个操作单元的子集连接到该子集外部的所有操作单元，由此来规定一个熔断器。

进一步根据本发明的实施方式，该系统还包括控制器，其操作以产生一个力，从而在包括了至少一个时间段的时间周期内，操作在至少一对邻近的弹性转移元件上，这对邻近的弹性转移元件包括第一和第二弹性转移元件，所述力交替操作，在第一和第二元件上有半个时间段的延迟。

更进一步根据本发明的实施方式，操作控制器，以通过不锁定至少一对临近的弹性转移元件而使弹力在至少一对临近的弹性转移元件上操作。

另外根据本发明的实施方式，物理效应的至少一个属性相应于根据时钟被周期性地采样的数字输入信号的至少一个特征，并且被施加到转移元件阵列上的至少一个力至少部分地根据时钟信号来控制，并且锁定至少部分地根据数字输入信号来控制。

进一步根据本发明的实施方式，所述属性包括下列属性中的至少一个：强度和音高(pitch)。

更进一步根据本发明的实施方式，每个单独转移元件上的第一和第二力是通过施加在单独转移元件与至少一个各自电极之间的至少一个电压生成的，相对于所述电极，移动元件是正在移动的。

根据本发明的实施方式，还提供了一种方法，其用于制造一种用于生成物理效应的致动系统，所述方法包括提供至少一个转移元件阵列，每个转移元件各自响应于第一和第二力的作用，被迫沿其各自的轴各自朝着第一和第二极限位置来回交替移动；并且提供了一个控制器，操作该控制器以使用第一和第二力，从而可选择地将转移元件中的至少一个子集各自锁定到第一和第二极限位置。

根据本发明的实施方式，还提供了一种用于制造致动系统的方法，该方法包括提供至少一个弹性转移元件阵列，每个弹性移动元件响应于操作在其上的力，被迫沿其各自的轴从第一极限位置移动到第二极限位置，由此来规定上半时间段，并且一旦达到所述第二极限位置，即返回第一极限位置，由此来规定下半时间段；以及提供锁定设备，其关于来自弹性转移元件阵列中的每个单独弹性转移元件仅提供两个操作状态：第一个状态，其中单独弹性转移元件仅被锁定到第一和第二极限位置中的一个；以及第二状态，其中单独弹性转移元件是自由的。

根据本发明的实施方式，还额外地提供了一种用于制造多层致动器装置的方法，该方法包括提供第一层，其至少一部分是导电的；并且提供至少一个第二操作层，其至少一部分是导电的，其内形成有多个操作单元，该多个操作单元通过在第一和第二层的导电部分之间施加电压来致动；并且至少一个切去部分将多个操作单元中的至少一个子集从除了连接通道的子集外部的所有操作单元中隔离开，所述连接通道将所述多个操作单元的子集连接到该子集外部的所有操作单元，由此来规定一个熔断器。

关于此处所使用的术语：

阵列：该术语旨在包括任何一组移动元件，其轴线以相互平行的方向被优选地布置，并且相互平齐以便规定可能是平坦或弯曲的表面。

上面的、下面的：应认识到，正如通过举例的方法所示出的一样，此处所使用的术语“上面的”和“下面的”及其相似术语假设了移动元件的运动方向是向上和向下的，然而并不一定需要是这种情况，并且可供选择的，所述移动元件可以沿着任何期望的轴诸如水平轴来移动。

致动器：该术语旨在包括换能器和其他用于内部变换能量形式的设备。当使用术语换能器时，其仅仅是作为举例，并且意指所有适合的致动器，诸如包括了扩音器的扬声器。

致动器元件：该术语旨在包括任何“列(column)”组件，其典型地与许多其他的这种列一起来形成致动器，每列典型地包括移动元件、一对锁定器或者“锁定元件”，因此每个锁定元件包括一个或多个电极以及将移动元件与锁定器分离的绝缘间隔材料。

线圈：应认识到，根据本发明的确定实施方式，施加给移动元件阵列的交流电磁力可以通过交流电流来生成，所述交流电流被定向以产生磁场梯度，该磁场梯度与移动元件的期望运动轴线是共线的。这个电流可以包括流过任何其他合适配置中被合适地定向的导电线圈或导电元件的电流。本说明书自始至终将术语“线圈”用作一个例子，然而应认识到这里无意于限制本发明，本发明旨在包括用于施加交流电磁力，例如以上所述的交流电磁力的所有装置。当“线圈”用来指示导体时，应认识到该导体可以具有任何合适的配置诸如圆形或其他闭合图形、或者其实质部分，并且无意于被限制在具有多个匝数的配置内。

通道，也称为“洞”或“隧道”：虽然它们仅仅通过举例的方式被示出为圆柱状，但却并不需要一定是这种情况。

电极：一种静电锁定器。其包括底部或顶部静电锁定器，其锁定与之相应的移动元件，这是由于静电锁定器被反向充电，以至于每个锁定器及其移动元件组成了一对反向充电的电极。

弯曲部分：在其上安装有一个物体的至少一个柔性元件，赋予该物体至少一个运动自由度，例如，将一个或多个薄且小的柔性元件外设到例如单片材料上，或者典型地由该单片材料整体形成，其中心部分上可以或者不可以安装另一物体，由此为该中心部分和安装在该部分上的物体赋予了至少一个运动自由度。

锁定器、锁定层、锁定机构：该术语旨在包括任何设备，其用于有选择地将一个或多个移动元件锁到固定位置上。典型地，提供“顶部”和“底部”锁定层，其可以是并排的，并且不需要是彼此上下相叠的，并且每个锁定层包括一个或许多锁定机构，其可能或不可能在数量上相应于要被锁定的移动元件的数量。术语“锁定器对”是一对锁定器，其用于单独移动元件例如包括顶部锁定器和底部锁定器，这一对锁定器可以是并排的，并且不需要是彼此上下相叠的。

移动元件：此处旨在包括的任何移动元件，其中每个移动元件响应于被施加在其上的交流电磁力，被迫沿着一个轴来回交替移动。此处，这些移动元件还被称为“微扬声器”、“像素”、“微致动器”、“膜(独立或共同的)”以及“活塞”。

间隔物，也被称为“间隔保持器”：包括任何元件或任何一些元件，其机械地保持着电极和移动元件的各自位置。

此处使用术语“直接数字扬声器”包括扬声器，其接收数字信号并且将这些信号转换成声波，而不使用独立的数模转换器。这种扬声器有时可以包括模数转换器，以便允许它们转换模拟信号来取代数字信号，或附加于数字信号。这种扬声器可以包括DDS(直接数字扬声器)、DDL(直接数字扩音器)、DSR(数字声音重建)扬声器、数字均匀阵列扩音器、矩阵扬声器、以及MEMS扬声器。如此处所使用的术语“直接数字扬声器”旨在包括具有多重压力产生元件的扬声器装置，压力产生元件生成压力的方式是：或者通过其运动，例如此处具体描述的运动；或者通过它们所在媒体例如空气的加热和冷却；或者通过它们所在媒体的加速，例如通过媒体的电离和沿坐标轴所提供的电势差；或者通过作为阀门被操作以有选择地接到诸如空气的媒体的储存器(reservoir)，其中该元件给媒体储存器施加的压力不同于周围环境所施加的压力。工作中的压力生成元件(即操作以生成压力的元件)的数量典型的是一种单调增加的函数，例如如果输入信号是模拟的，则该数量正比于输入信号的强度，或者如果输入信号是数字的，则该数量正比于输入信号的数字编码的强度。

此处所使用的术语“时钟”指的是与单个系统时钟间隔相关的持续时间。

如此处所使用的术语“方向图”指的是由扬声器装置所生成的声能的空间分布图。

附图说明

本发明的确定实施方式在下列附图中示出：

图1显示了根据实施方式的系统定时的示意图，其中在实现了图17D中示出的初始化序列之后，该系统给磁场发生器断电。

图2显示了根据实施方式的系统定时的示意图，其中在实现了图17D中示出的初始化序列之后，关闭磁场发生器。

图3A至3D是移动元件阵列配置的例子，它们根据本发明的某些实施方式来构成和操作。

图4是改进的线圈层装置的透视图，该线圈层装置具有铁电元件，其突出通过缠绕在根据本发明的确定实施方式的移动元件周围的磁场发生器。

图5A是图4细节的放大视图。

图5B是图4装置的横截面视图，其还显示了磁场。

图6示出移动元件阵列，具有圆弧形配置，其可以连同关于移动元件操作的合适时间安排表一起使用，以生成全方位的合成方向图，该方向图具有的半径不同于圆弧形的半径。

图7A和7B各自是移动元件阵列的横截面和等距图示，该移动元件阵列具有圆柱段配置，其可以连同关于移动元件操作的合适时间安排表一起使用，以生成圆柱状的合成方向图，该方向图具有的半径不同于圆柱段的半径。

图8是移动元件阵列等距图示，该移动元件阵列具有任意配置，其可以连同关于移动元件操作的合适时间安排表一起使用，以生成各种方向图，该方向图不同于阵列的固有方向图。

图9A和9B各自是移动元件阵列及其相关波导的等距和横截面图示，该移动元件阵列及其相关波导根据本发明的第一个实施方式来构成和操作。

图10A是移动元件阵列及其相关波导的横截面图示，该移动元件阵列及其相关波导根据本发明的第二个实施方式来构成和操作。

图10B是移动元件阵列及其相关波导的横截面图示，该移动元件阵列及其相关波导根据本发明的第三个实施方式来构成和操作。

图10C是一对移动元件阵列的等距图示，这对阵列还共同充当着波导，其根据根据本发明的第四个实施方式来构成和操作。

图11是查询表的例子，其对于图21中流程图的移动元件确定步骤的执行很有用，用于根据本发明的实施方式来构成和操作的包括了波导的扬声器。

图12A至12C是在构造用于扬声器的LUT方面很有用的矩阵，其中扬声器包括了波导。

图13是致动器装置的简化功能框图，所述致动器装置是根据本发明的确定实施方式来构造和执行的。

图14是移动元件的扭斜阵列的等距视图，每个移动元件响应于交流电磁力而被迫沿其各自的轴来回交替移动，所述交流电磁力通过缠绕在阵列周围的线圈施加于移动元件阵列。

图15是致动器设备的分解图，该致动器设备包括：移动元件阵列，其中每个移动元件响应于交流电磁力而被迫沿其各自的轴来回交替移动，所述交流电磁力是通过线圈施加在移动元件阵列上的；以及形成为一个层的锁定器，操作该锁定器以有选择地将移动元件的至少一个子集锁定到至少一个锁定位置中，由此防止单独移动元件响应于电磁力。

图16是根据本发明的确定实施方式操作的合适致动方法的简化流程图。

图17A是一个控制图，其示出用于特定例子的锁定器和线圈感应电磁力的控制，所述例子中移动元件成组排列，有选择地，每个移动元件能够共同致动，其中锁定层中的每个锁定器与一个永磁体相关，并且其中锁定层里所有永磁体的磁极全部被同样地布置。

图17B是示出了一种合适方法的流程图，通过所述方法锁定控制器可以成组地处理进来的输入信号，并且相应地控制移动元件的锁定器。

图17C是处理器诸如图17A中处理器802的简化功能框图，在对任何一个具有此处所显示和描述的静电锁定机构的致动器设备进行实质上的控制方面，该处理器是有用的。

图17D是用于初始化图13至17C中装置的合适方法的简化流程图。

图18A是一个示意图，其显示了根据本发明的某些实施方式，对用来影响移动元件的虽然典型但非全部的确定的力进行合成。

图18B是磁场梯度感应层的简化的绘制图示，所述磁场梯度感应层是根据本发明的确定实施方式构成和操作的。

图18C至18D示出了图18B导电层的磁场梯度感应功能。

图19是支撑在支架内的致动器的等距阵列，所述支架提供的有效面积是单独致动器阵列有效面积之和。

图20A是关于一个合适的系统的一般来说不言自明的简化功能框图，所述系统用于获得期望声流的期望方向图，其使用的数字扬声器带有如图20A中指明的特征，例如此处在图13至19中显示和描述的特征。

图20B是关于一个合适的系统的一般来说不言自明的简化功能框图，所述系统用于获得普遍适用的期望声流的期望方向图，这是因为所述系统不需要使用直接数字扬声器，而该直接数字扬声器带有如图20A中指明的特征，例如此处在图13至19中显示和描述的特征，并且可以利用任何合适的直接数字扬声器来替换。

图21是简化流程图，其示出根据本发明的确定实施方式的图20的移动元件约束控制器3050每时钟的操作。

图22A是全方位传播图的简化图。

图22B是移动元件阵列相对于图22A中期望的全方位声音传播图的焦点的合适放置的图示。

图23A是小行程致动器装置的等距视图，所述小行程致动器装置是根据本发明的确定实施方式构成和操作的，并且其具有的转移元件不需要电磁力用于它的操作，这是因为静电力在生成转移元件的运动和锁定转移元件两个方面被使用。

图23B是图23A中装置的分解图。

图23C是图23A中圆圈部分的放大图示。

图24A是一个简化的合成示意图，其示出了图23A的致动器装置中的转移元件的合适位移(顶部图)，并且还示出了假设被各自施加到致动器装置的顶部(中部图)和底部(底部图)电极层的电压图，导致了顶部图所示的期望位移，所有这些都是根据本发明的确定实施方式。

图24B是一个详细的示意图，其示出了被施加到致动器装置的顶部(顶部图)和底部(底部图)电极层上的电压，在图24A中所示的“程序启动”阶段内，其中使转移元件进入运动状态，所有这些都是根据本发明的确定实施方式，其中脉冲的“顶部”不是平直的，而是例如所示先向上后向下倾斜。

图24C是一个详细的示意图，其示出了在图24A中所示的“上下转移”和“下上转移”阶段内，施加到致动器装置的顶部(顶部图)和底部(底部图)电极层上的电压，所有这些都是根据本发明的确定实施方式。

图25是致动器装置的简化绘制电路图，所述致动器装置仅具有一个锁定器，以锁定其转移元件，该装置是根据本发明的确定实施方式来构成和操作的。

图26是速率(实线)和位移(虚线)的合成示意图，根据本发明的确定实施方式，其是关于图25致动器装置中转移元件的一对协同操作的子集，用于以下实施方式，在该实施方式中，当转移元件的第一子集靠近锁定电极并且按照命令被锁定时，接收到用来生成负全压力脉冲的命令，而同时转移元件的第二子集继续移动。

图27是速率(实线)和位移(虚线)的合成示意图，根据本发明的确定实施方式，其是关于图25致动器装置中的一对协同操作的转移元件，对于一个实施方式，其中，当转移元件的第二子集靠近锁定电极并且按照命令被锁定时，接收到用来生成负全压力脉冲的命令，而同时转移元件的第一子集继续移动。

图28A和28B是图25中致动器装置的等距图示，其根据本发明的确定实施方式构成和操作。

图29A和29B各自是图28A和28B中致动器装置的分解图示。

图30是移动元件的阵列图，所述转移元件被成对使用，以生成声音。

图31是关于生成声音时压力与时间的关系的示意图，生成所述声音使用了图30的阵列，并且使用一种方案，在该方案中，控制器可选择地将阵列中的所有移动元件锁定(或者不锁定)到单个极限位置例如所述第一极限位置，该方案与其他方案形成了对比，在其他方案中控制器可选择地将一些转移元件锁定(或者不锁定)到第一极限位置，并且将其他的转移元件锁定(或者不锁定)到第二极限位置。

图32是一个合成示意图，其包括图30阵列中每个元件的转移示意图，作为时间的函数，这种转移能够产生在图31中所描绘的声音。

图33是致动器装置的顶部横截面图示，所述致动器装置包括多个转移元件，这些转移元件用合适的导电材料诸如硅的层来形成，每个转移元件都具有包括了硅峡的熔断器元件，所有这些都根据本发明的确定实施方式构成和操作。

具体实施方式

根据本发明的确定实施方式，在合适的时间点上，例如在实现了根据本发明的确定实施方式所提供的、并且参照下面图17D所描述的初始化序列之后，可以通过关闭电磁场发生器，或者减小通过电磁场发生器的电流来保持功率。在所有移动元件已经被锁定到它们的两个典型极限位置中的一个的时间点上，更典型的是所述移动元件的一半都被锁定到两个位置上时，该电磁场发生器典型的是关闭的，或者通过其的电流被减小。有可能因为系统操作在谐振状态下，并且具有高Q因子，使得典型地不需要或者几乎不需要所述电磁场，以便确保在每一次被释放时，移动元件被锁定到新的相反极限位置。

图1示出的系统定时图，其包括描绘了系统时钟的示意图A，描绘了用于电磁场发生器的合适功率曲线图的示意图B，描绘了采取B的功率曲线图的单独移动元件的垂直位移的示意图C，假设移动元件正移动到顶部锁定位置，并且假设在近似6.5毫秒之后，该移动元件从其顶部锁定位置被释放，在该点处开始朝着底部锁定位置移动。示意图D和E各自描绘了锁定器顶部和底部的电压电平。正如特别从示意图C中可以很明显了解的一样，由于谐振，移动元件周期运动的幅度随着时间增加，直到在大约4.5毫秒之后，其达到的运动幅度足以使其被静电锁定到其顶部锁定位置。在合适的间隔诸如0.5毫秒之后，如图1中所示，能够使电磁场发生器功率下降，或者甚至如图2中所示，将其断电，功率下降和断电可通过增加锁定电压来补偿。可以选择增加锁定电压和减小电磁发生器功率，以便最小化功率，同时还使锁定能够发生。

除了电磁场发生器被断电，而不是和图1中一样被降低功率之外，图2与图1相似。正如通过比较图1和2中的示意图D和E可以很明显了解到的一样，事实上所述发生器被断电而不是被降低功率，这是通过稍微增加锁定电压来补偿的，例如，在所示出的例子中，图1中显示的V₁小于图2中显示的V₂。

如上所述，根据确定实施方式，提供其轴线典型地在实质上相互平行且平齐的一组移动元件，以便规定一个可以或可以不平坦的表面。每个与其他组件诸如锁定器、线圈和间隔物层相关的移动元件在一起形成了列。图3A至3D各自示出四组示范性的列，但是仅其顶部表面2200可见。如图3A中所示，表面2200规定了沿着两个轴弯曲的主要表面2210，例如其可包括关于中心点2215规定的球表面的一部分，并具有半径R。在图3B中，表面2200规定了关于单个轴2225弯曲的主要表面2220；例如该主要表面可包括圆柱状表面的一部分。在图3C中，表面2200规定了为分段平坦的主要表面2230，这是由于其包括了多个相连的平面(在所示出的例子中为三个平面，2240、2250和2260)。在图3D中，表面2200规定了多个堆叠的表面(在所示出的例子中为5个表面2270、2280、2290、2300和2310)。因为阻塞的表面上或表面一部分上的列是事实上不起作用的，典型地如图所示，堆叠表面的尺寸是依次递减的。应认识到，表面的阻塞部分不同于顶部表面2310，其可以或可以不使用真实的列来形成，因此例如，在底部表面2270中的2320部分就可以被删去。

图3A至3D的配置各自生成各种方向性特征。例如，图3A的配置生成全方位方向性。更具体地说，如果列的顶部表面2200要规定一个完整的球表面，则其实现的方向性将会是全方位的；若如图所示，顶部表面仅规定了球表面的一部分，则其实现的方向性是部分的，即实现了全方位性中的一个相应部分。具体地说，除了衰减，在“固有的性能优良区域”内实现了优良性能，所述“固有的性能优良区域”包括由主要表面2210以及一组将主要表面2210的边缘连接到中心2215的半径所描绘的虚球体区域中的一部分。应认识到，甚至有可能在“固有的性能优良区域”以外，通过利用移动元件的操作的合适时间交错来实现优良的性能。例如，如果可以期望在“合成的性能优良区域”中实现优良的性能，所述“合成的性能优良区域”包括由主要表面2210以及将主要表面2210连接到虚点2216的一组线段所描绘的虚球体区域中的一部分，该虚线2216不同于主要表面的实中心点2215。还应认识到，有可能通过利用移动元件的操作的合适时间交错，在小于“固有的性能优良区域”的区域上实现优良的性能，这是通过将虚点2216以一定距离远离表面2210进行摆放实现的，而所述距离超过从表面2210到实中心点2215的距离。

相类似地，图3B的配置生成圆柱状方向性。更具体地说，如果列的顶部表面2200要规定完整的圆柱状表面，所实现的方向性将会是完整的圆柱状，即，不同于衰减，将在形成圆柱体的顶部和底部的两个平面之间的区域内实现“固有的性能优良区域”；若如所示出的，表面2220仅规定了圆柱状表面的一部分，则其实现的方向性是部分的，即实现了圆柱状方向性的一个相应部分。具体地说，不同于衰减，在“固有的性能优良区域”内实现了优良性能，所述“固有的性能优良区域”包括由主要表面2220以及一组将主要表面2210(应为2220)的边缘连接到轴2225的法线所描绘的虚圆柱体区域中的一部分。应认识到，有可能通过移动元件的操作的合适时间交错，在一个区域中实现优良的性能，所述区域大于或小于图3B圆柱状阵列部分的“固有的性能优良区域”。例如，可以期望在“合成的性能优良区域”中实现优良的性能，所述“合成的性能优良区域”包括由主要表面2220以及一组将主要表面2210连接到虚轴的最短线段所描绘的虚圆柱体的一部分，所述虚轴不同于实轴2225。

再次参考图3B，如果轴2225是垂直的，则生成的方向性是完全或部分水平的，因此合适于仅期望在特殊的垂直位置，例如多层设备的某一层中，生成声音的应用。图3C和3D的的配置各自与图3B相似，然而事实上它们的制造更加简单、和/或在确定应用中功能更加强大。

图4是改进的线圈层装置2400透视图；图5A是由圆圈2405所指明的图4的细节。图5B是也显示出了磁体2407的图5A装置的横截面，所述磁体2407可被转移布置到线圈层以上的特殊水平位置处。在图4至5B的实施方式中，提供例如由铁电材料形成的至少一个磁场导体层2410，该磁场导体层2410被优选地布置在线圈2400以下，并且还在至少被布置在磁体2407以下的水平位置处，向上突出穿过线圈。例如在示出的实施方式中，铁磁体层2410可包括平面部分2415，其中规定了带口的直立构件2420的阵列，诸如被布置在每个磁体2407下面的带开口的截锥体2420的阵列。每个直立构件2420定义气路2430，穿过该气路2430可以传播与磁体2407相关的移动元件所生成的声波。应认识到，在确定实施方式中，用来构造铁电层2410的铁电材料可以是电绝缘体，或者可以是弱导电材料诸如铁素体、非定形铁、柯伐(Kovar)或铁粉末，以便减少层中感应电流的生成。操作该结构以增强磁场，这依靠提供铁电材料，而不是空气，通过该磁场的主磁场线2440可以在图5B中被最佳观察。同样地，操作这种结构以增加横跨磁体的磁场的梯度，由此获得关于横跨线圈的给定电流的更强的力。最后，这种结构可减少临近磁体之间的串扰，即减少一个磁体对其临近磁体的影响，这是通过减小每个磁体在由其他磁体所占据位置处所生成的磁场实现的。

应认识到，在确定实施方式中可提供多于一个的铁电材料层，而在一些实施方式中可提供多于一个的线圈层，例如提供在移动元件层的每一侧上。

现在参考图6至8，其示出关于使用延迟图样的方法的例子，其用于移动元件的交错活动，由此实现了特定的合成方向图，诸如全方位全向(球面)、圆柱状、单向(波束)或者多向(多个波束)图样，其不同于由用来生成声音的规则扬声器装置固有产生的方向图。此处，后者的方向图被称为扬声器装置的“固有”方向图。如上所述，根据本发明的确定实施方式，被提供的扬声器装置的固有方向图典型地依赖于移动元件阵列的几何配置。在图6的例子中，合成方向图使用扬声器装置实现，该合成方向图包括了半径为R_img的全方位图，所述扬声器装置的固有方向图包括半径为R_true的全方位图。在图7A至7B的例子中，合成方向图包括半径为R_img的圆柱状图，合成方向图使用扬声器装置实现，所述扬声器装置的固有方向图包括半径为R_true的圆柱状图。

具体地说，图6涉及的阵列2500具有半径为R_true球截形配置，其具有横截面覆盖角度α，该覆盖角度α相应于球面覆盖角度为了提供具有半径R_img和相应于球面覆盖角度 ${\mathrm{\Ω}}_{\mathrm{img}}=2\mathrm{\π}{\sin }^2\frac{\mathrm{\β}}{4}(2-{\sin }^2\frac{\mathrm{\β}}{4}))$ 的横截面覆盖角度 $\mathrm{\β}=4\arcsin \left(\frac{R_{\mathrm{true}}}{R_{\mathrm{img}}}\sin \frac{\mathrm{\α}}{4}\right)$ 的合成球面图，可通过与阵列2500相关的锁定机构使用定时图样，其引入延迟以使得每个压力产生元件(此处也称为“移动元件”)2510达到例如其上极限位置，如下面所计算的延迟则相对于任意时间参考点。如所示出的，分配给每个压力产生元件2510的延迟典型地依赖于压力产生元件的整个阵列2500中的元件与对称轴2520之间的距离。特别是，对于到对称轴距离为r的单独压力产生元件所分配的延迟可以为如下：这里r＝通过焦点P的对称轴与单独压力产生元件之间的距离，c＝穿过了其中操作着扬声器的媒体的声音速度，半径R_true是球表面的真实(硬件)半径，并且R_img是合成球面图的虚半径。如果R_img＝R_true，则需要的延迟与r分布的关系为： $\mathrm{delay}=\frac{\sqrt{{(R_{\mathrm{true}}-R_{\mathrm{true}}+\sqrt{R_{\mathrm{true}}^2-r^2})}^2+r^2}}{c}=\frac{R_{\mathrm{true}}}{c}=\mathrm{const},$ 这就意味着不需要移动元件的运动的时间交错。

图7A和7B各自为阵列的横截面图示和等距图示，所述阵列具有半径为R_true、横截面覆盖角度为α、以及带有横截面覆盖角度β的合成方向图的圆柱段配置。典型地，锁定机构引入的合适(正值或零值)延迟是关于每个单独压力产生元件的，所述延迟使用公式：这里r＝对称平面与单独压力产生元件之间的距离，c＝穿过了其中操作着扬声器的媒体的声音速度，半径R_true是圆柱状表面的真实(硬件)半径，并且R_img是合成圆柱状表面的虚半径。应认识到，如果期望实现R_img＝R_true，则需要的延迟与r分布的关系为： $\mathrm{delay}=\frac{\sqrt{{(R_{\mathrm{true}}-R_{\mathrm{true}}+\sqrt{R_{\mathrm{true}}^2-r^2})}^2+r^2}}{c}=\frac{R_{\mathrm{true}}}{c}=\mathrm{const},$ 这意味着所有移动元件可以同步移动。如果合成圆柱状图的虚覆盖角度为β，且真实覆盖角度为α，则虚图半径为：同时需要的延迟与r分布的对比不为常量，正如可很明显地从上面的延迟等式中看出的一样。

为实现不同于固有方向图的合成图，使用具有固有方向图的特定移动元件阵列的另一个例子是，当阵列包括规定了对称轴的球表面的一部分时，其用来实现平行于所述对称轴取向的单向方向图。根据这个实施方式，经由锁定机构为每个单独压力产生元件引入合适的延迟(正值或零值)，其使用公式：这里r＝通过焦点的对称轴与单独压力产生元件之间的距离，c＝穿过了其中操作着扬声器的媒体的声音速度。

而为实现不同于固有方向图的合成图，使用具有固有方向图的特定移动元件阵列的另一个例子是，当阵列包括规定了对称轴的圆柱状表面的一部分时，其用来实现平行于所述对称轴且正交于圆柱状表面取向的单向方向图。根据这个实施方式，为压力产生元件中每个单独元件提供合适的延迟，其使用公式：这里r＝在对称轴与单独压力产生元件之间的距离，c＝穿过了其中操作着扬声器的媒体的声音速度。

关于每个移动元件更普遍的、作为移动元件位置的函数的延迟公式可以如下：

下列为延迟公式，当使用任意配置的移动元件阵列来获得合成球面图时，对于到焦点O(球体中心)的距离为r₂处的每个单独压力产生元件P2，可以使用该延迟公式：

下列为延迟公式，当使用任意配置的移动元件阵列来获得合成圆柱状图时，对于到焦线L(圆柱体轴线)的距离为r₁处的单独压力产生元件P2，可以使用该延迟公式：

下列为延迟公式，当使用任意配置的移动元件阵列来获得波束(平面波)图样时，对于到平行于平面波阵面(并垂直于波的传播方向)的平面Σ距离为r₃处的单独压力产生元件P2，可以使用该延迟公式：

图8示出了创造任何传播图样(球面、圆柱状或平面/波束)的压力生成元件的任意阵列；每个小方块反映一个压力产生元件。平面Σ是要被生成的平面波波前中被选择的一个。数值r₃是平面Σ与移动元件位置P3之间的距离。

L是圆柱状波的焦线(圆柱体轴线)，该圆柱状波将被生成在圆柱状图的实现的支架内。数值r₁是该轴与压力产生元件的布置点P₁之间的距离。O是圆柱状波的焦点(球体轴线)，该圆柱状波将被生成在球面图样的实现的支架内。数值r₂是该中心和压力产生元件的任何布置点P₂之间的距离。

现在参考图9A和9B，它们是根据本发明确定实施方式构成和操作的扬声器装置的各自等距和横截面视图，并且包括例如根据此处显示和描述的任何实施方式的移动元件阵列2700、以及与阵列相关并意在改变由该移动元件阵列2700所产生声音的方向性的波导2710，例如，由于应用的几何形状要求阵列的特定方向，从而导致不产生符合应用要求的固有的方向性。例如在蜂窝电话中，可能期望提供布置为平行于电话的平的正表面的平面阵列，然而却期望提供一个从电话侧面发出的声音波束。在图9A至9B中示出的特定波导2710旨在提供指向着由箭头2720所指明方向的单向声音波束。如所示出的，波导2710平面与阵列2700交叉，由此规定波导阵列交叉轴2730。

应认识到，仅为简便起见才显示了图9A装置中相对少量的移动元件；所述阵列2700可以包括任何合适数量的移动元件，诸如几千个移动元件。

优选地，如此处以细节所描述的，移动元件阵列包括与锁定器控制器相关的锁定器。然而在这个实施方式中，操作该锁定器控制器来控制至少一个锁定器，以便时间上交错运动单独移动元件，由此实现期望的方向图，例如如所示实施方式中由箭头2720指明的方向图，这是通过减少移动元件之间的干扰实现的。典型地，操作锁定器控制器以时间上交错运动阵列中的单独移动元件，使得单独移动元件移动，以便保持它们各自到波导阵列交叉的距离。在示出的实施方式中，移动元件阵列包括到交叉轴2730的距离不断增加的行A、B、C、D…并且所述锁定器控制器可以为这些行中的每一行控制锁定器，以便在临近行的之间引入延迟Δt，这从行A开始并持续，直到行2735为止，即达到离交叉轴2730最远的距离(即在行A与B之间、B与C之间、C与D之间，等等)。延迟Δt典型地等于d/c，这里d是在临近行之间的距离，并且c是穿过了其中操作着扬声器的媒体的声音速度。

例如，如图9B、10A和10B中各自所示的，波导可以具有各种配置。图10A中装置的一个特定优势在于，波导的主要表面2735平行于阵列2700，并由此提供了致密性(compactness)。

根据本发明的一个实施方式，如图10C中所示，波导本身可以典型地包括移动元件2750的一对交叉阵列2700和2740，其可一起充当用于两个阵列2700和2740所产生的波的波导。应认识到，第二移动元件阵列2740不需要为如图10C中所示的平面，并且可以改为具有任何适合配置，例如但不限于图10A和10B各自示出的波导2712和2714的那些配置。用于第二阵列的锁定器控制可以与用于所述第一阵列的一样相同，并且做了适当修正；锁定器控制器可以对于第二阵列2740的A'、B'、C'…中每一行控制锁定器，以便在临近的行之间引入延迟Δt，这从行A开始并持续，直到达到离交叉轴2760距离最远的行(即在行A'与B'之间、B'与C'之间、C'与D'之间，等等)。

图21的操作方法一般适用于扬声器系统，其移动元件阵列是根据此处在图1至10C中显示和描述的。例如，和此处参照图9A至10C所描述的一样，在提供波导时，图21的步骤3200中使用的LUT被典型地构成和操作，以考虑存在的波导。在图11中提供一个合适的LUT，用于包括20x20个移动元件的阵列。使用LUT来确定阵列中的移动元件操作的顺序，这通过如所示给阵列中的每个移动元件分配序号，并且选择将以升序序号操作的移动元件组来实现。具体地在锁定器控制器确定了N个移动元件要从诸如底部位置的第一极限锁定位置移动到诸如例如顶部位置的第二极限锁定位置的情况下，被选择元件是当前底部锁定位置中的N个元件，其各自在LUT中的序号是最小的。

倘若锁定器控制器确定M个移动元件要从第二极限锁定位置移回第一极限锁定位置，则被选择的元件相似于当前第二极限锁定位置中的M个元件，其各自在LUT中的序号是最小的。

更具体地说，操作所述阵列典型地包括提升操作(从底部锁定位置移动到顶部锁定位置)和降低操作(从顶部锁定位置移动移动到底部锁定位置)。在一个典型示例中，提升一系列移动元件组，其各自包括了如图21中步骤3100所计算的N1、N2、N3移动元件，后面是M1、M2、M3移动元件组的降低操作。在这个例子中，假设阵列的初始状态使得所有移动元件在其底部锁定位置，则N1+N2+N3必须等于或大于M1+M2+M3，或者在提升阶段结束之后，更多元件要被降低而不在顶部位置。

根据本发明的确定实施方式，第一组要被提升的移动元件包括编号为1…N1的移动元件，第二组包括编号为N1+1…N1+N2的移动元件，第三组则包括编号为N1+N2+1…N1+N2+N3的移动元件。在这个阶段结束时，编号为1…N1+N2+N3元件的元件被锁定到顶部锁定位置，并且剩余元件被锁定到底部位置。第一降低操作包括编号为1…M1的一组移动元件(之后编号为M1+1…N1+N2+N3的元件在其顶部位置，并且剩余元件在其底部位置)，第二组包括编号为M1+1...M1+M2的移动元件，第三组包括编号为M1+M2+1...M1+M2+M3的移动元件。在这个阶段结束时，编号为1…M1+M2+M3的元件被锁定到其底部锁定位置，编号为M1+M2+M3+1…N1+N2+N3的元件被锁定到其顶部位置，并且编号为N1+N2+N3+1及以上的元件被锁定到其底部位置。

如所示出的，一般来说，构成LUT使得移动元件靠近行A，最接近波导与阵列之间的交叉的行倾向于在其他来自行A的移动元件之前进行操作。同样地，至少对于与相关于系统采样率的波长相比较宽的移动元件阵列而言，被选择用于操作的每组移动元件被选择，以便更好地移动元件靠近中轴线2800，该中轴线2800等分图10A至10C中移动元件上的行A、B、C...或者A'、B'、C'，所述移动元件进一步远离中轴线。

应认识到，如果被布置在不同行中(例如图10A至10C的A、B、C)，则在这样一组中的移动元件可以不同步操作，而是在相应于其各自的到一行诸如行A的距离的延迟之后进行操作。例如，如果包括了当前操作组的N个移动元件被布置在线C、D和E上，相邻线之间的距离等于d，Δt＝d/c(c为其中布置了扬声器的媒体中的声音速度)并且在时间t发出操作指示，则可以导致行C、D和E的元件各自在时间(t+2xΔt)，(t+3xΔt)和(t+4xΔt)处操作。仅在线A处布置的元件导致了一旦操作指示发出就立即操作，更准确地说，在一经内部硬件和软件反应时间允许后就尽可能快地操作。

一种用于构造关于扬声器的LUT的方法，该扬声器包括现在要描述的波导。该方法典型地包括下列步骤，所述步骤以合适的顺序诸如下列顺序执行：确定声波的波长，该声波具有的频率等于系统的采样率(时钟)，其使用：这里：λ为波长[m]，fs为采样率[Hz]，C为声音的速度[m/s]。对于标准的空气，C≈340m/s。

将阵列的主轴规定为沿着其来传播声音的轴。确定所述阵列是窄还是宽，并且相应地是使用窄阵列方法，还是下面的宽阵列方法。例如，用于做出决定的合适标准是，如果宽度，即垂直于主轴的尺寸，也就是阵列的行A、B、C...的长度，等于或小于λ，则可以使用之后所描述的“窄阵列”方法。否则可以使用“宽阵列”方法。

假设阵列具有NxM个元件，这里阵列的每一行(例如图9B的A、B、C、D)具有N个元件且一共有M列，则例如如图11中所示，绘制M行N列的LUT。第一列(A)拥有元件(1)...(N)。第二列(B)元件是(N+1)...(2xN)。第三列(C)元件是(2xN+1)...(3xN)等等。最后一列拥有元件[(M-1)xN+1]...(MxN)。一般来说，第i列拥有元件[(i-1)xN+1]...[ixN]。每列内元件的顺序是通过下面所描述的“窄阵列”或“宽阵列”方法来确定的。

窄阵列方法：在窄阵列中，每列中N个元件的顺序被认为不是很重要。因此，在确定实施方式中可以使用随机顺序。而在另一个实施方式中则可以使用“位反转”顺序。下列例子就显示了“位反转”顺序，用于其中N等于8且M等于10的情况：

以二进制形式写数字0…(N-1)：

000

001

010

011

100

101

110

111

反转每行中位的顺序：

000

100

010

110

001

101

011

111

变换回十进制并加1：

1

5

3

7

2

6

4

8

复制并计算在阵列中所有列的结果。给第二列加8。给第三列加16。给第四列加24，等等。一般来说，如图12A中所示给第i列加(i-1)*8。

宽阵列方法：在一个可能的实施方式中，每列中的元件根据其到列中心(最接近N/2的单元)的距离来安排顺序。在下列例子中，N等于8且M等于10。可以执行下列步骤，例如以下列顺序：

在列的第4个单元写数字1。剩余的数字2…8以升序写入第4单元的两侧，例如如图12B中所示。复制并计算在阵列中所有列的结果。给第二列加8。给第三列加16。给第四列加24，等等。一般来说，如图12C中所示给第i列加(i-1)*8。

此处显示和描述的LUT，以及用于所构造LUT的方法，适用于执行图21的步骤3200，然而它们无意于被限制。在图10C中实施方式的情况下，为两个所示阵列中的每一个构造分离的LUT(第一阵列具有行A、B、C并且第二阵列具有行A'、B'、C')。具有行A、B、C...的第一阵列的LUT可以如图11中一样，或者可以使用上面显示和描述的方法来构造。具有行A'、B'、C'...的第二阵列的LUT典型地使得第二阵列中的每个移动元件同时与第一阵列中朝着其的移动元件一起操作。因此，例如，移动元件2810'可以同时与移动元件2810一起操作，移动元件2820'可以与移动元件2820一起操作，并且移动元件2830'可以与移动元件2830一起操作。

应认识到，此处显示和描述的LUT仅是预定的移动元件选择标准的一个可能实现。可供选择地，特定的移动元件选择标准的任何其他合适的实现，例如但不限于此处所描述的实现或者此处所描述LUT背景中隐含的实现，都可以被使用，诸如算法实现。

根据本发明的确定实施方式，并且出乎意料地，此处显示和描述的系统的任何一个中所使用的移动元件幅度可以远小于由传统声学公式所预测的幅度，例如小一个数量级。

具体地说，用于计算由振动活塞所产生的压力的传统公式在无限障板(infinite baffle)中为：

$\left(1\right)---P=\frac{\sqrt{2}\·\mathrm{\π}\·\mathrm{\ρ}\·S\·\mathrm{\ϵ}\·{f_s}^2}{2\·R_0}$

这里：

P–由活塞所产生的压力[Pascal]

ρ–媒体密度(对于空气，在ATP下ρ＝1.2)[KG/m³]

S–活塞表面积[m²]

ε–活塞的运动幅度(峰峰值)[m]

f_s–振荡频率[Hz]

R₀–到源的距离[m]

如果提供每个都包括了活塞的移动元件的阵列，则产生的总压力等于所有元件产生压力的和。如果它们全部相同，则由阵列产生的最大压力为：

(2)  P_τ＝Ｐ·Ｎ

这里：

P_T–由阵列产生的总压力[Pascal]

N–阵列中元件的数量

典型地，在此处显示和描述的扬声器装置中，始终有少于全部的元件在工作。为了计算以不同于采样率的频率所产生的压力，可以使用下列公式：

$\left(3\right)---P_f=P_{\mathrm{\τ}}\·\frac{f}{f_s}$

为了计算SPL(声压级)，可以使用下列公式：

$\left(4\right)--\mathrm{SPL}=20\·\mathrm{lo}{g}_{10}\left(\frac{P_T}{P_0}\right)$

这里：

SPL–声压级[dBSPL]

P₀–参考0dB压力[Pascal]–典型为20μPa

此处描述了特定应用扬声器的三个例子。示例1使用了下列参量：

d–移动元件直径为450μ

ε–移动元件峰峰值幅度为150μ

fs–工作采样频率为32000Hz

f–扬声器假设在带宽为300Hz至3.5KHz的电信应用中工作。移动元

件阵列的SPL随着频率增加，所以如果确保在最低的感兴趣频率上有

足够的音量，则必定在整个工作带宽内有足够的SPL。因此，在这个例

子中f为300Hz

N–阵列中元件的数量为1000

R₀–参考距离为1m

因此，每个元件的面积为：

$S=\mathrm{\π}\·{\left(\frac{d}{2}\right)}^2=\mathrm{\π}\·{\left(\frac{450\·{10}^{-6}}{2}\right)}^2=1.59\·{10}^{-7}{m}^2$

由每个元件所产生的压力为：

$\left(1\right)---P=\frac{\sqrt{2}\·\mathrm{\π}\·1.2\·1.59\·{10}^{-7}\·150\·{10}^{-6}\·{32000}^2}{2\·1}=0.065_{\mathrm{Pa}}$

因此，阵列总压力为：

(２)  P_τ＝0.065·1000＝65_Pa

因此，在最低的感兴趣频率上产生的压力为：

$\left(3\right)---P_f=65\·\frac{300}{32000}=0.61_{\mathrm{Pa}}$

并且因此，SPL为：

$\left(4\right)---\mathrm{SPL}=20\·{\log }_{10}\left(\frac{0.61}{20\·{10}^{-6}}\right)={{89.6}_{\mathrm{dB}}}_{\mathrm{SPL}}$

其与关于该扬声器的90dB的设计标准匹配

进行实验以研究这些参量值。使用下列参量来构造移动元件：

d–移动元件直径为450μ

ε–移动元件峰峰值幅度为100μ

f_s–工作采样频率为32000Hz

R₀–参考距离为1m

这些元件的预期压力为：

$\left(1\right)---P=\frac{\sqrt{2}\·\mathrm{\π}\·1.2\·1.59\·{10}^{-7}\·100\·{10}^{-6}\·{32000}^2}{2\·1}=0.0{43}_{\mathrm{Pa}}$

然而，在试验过程中的这些元件的测量指明了，在事实上，其产生了0.4Pa至0.5Pa的压力级，或者10倍于预期压力。考虑到意外增加的SPL，则有可能减少幅度ε到其原始数值的10％或者10μ。重复的测量显示0.04Pa至0.05Pa的压力级，其适用于目标应用。

当根据本发明的确定实施方式提供的移动元件和电极通过施加此处称为“锁定电压”的电压被锁定时，在其之间，锁定力可以例如由于电荷俘获效应而逐步减少。为了维持有效的锁定，锁定电压典型地随着时间逐步增加，以便维持锁定力的期望水平。

电极层可以使用薄介电(绝缘)层例如硅氮化物层或蓝宝石层来覆盖。电源的负极则可以连接到移动元件和电极的正极。然后，施加电压以充电两个元件。典型地，当移动元件和电极接近时，在它们表面之间的静电场强度如此之强，使得其能够分裂(电离)困在这些表面之间的小空气间隙中的分子。被释放的电子朝着正电极加速运动。它们以足够高的速度和能量级撞击介电材料，使得它们之中的一些穿透并陷入到介电材料中。由于介电材料的非导电性质，则穿透的电子被困在电介质中，利用自身的负电荷遮盖所述电极的正电荷，由此减少了电极与移动元件之间相互吸引的锁定力。这一过程很难反转进行，因为作为绝缘体的电介质不允许电子自由移动通过它们。这个问题可以通过反转所施加电压的极性来加以避免，使得正极连接到移动元件且负极连接到电极。随后，被加速的电子冲击移动元件而非电介质，并且由于移动元件可导电(或以导体覆盖)，过量的电荷可由电源轻易地驱散和吸收。

应认识到，可以将介电层应用到移动元件的表面而不是电极的表面，这导致电压的正极连接到电极，并且负极连接到移动元件。

在本领域中还有一些已知的技术能够克服电荷俘获。一个例子是使用薄导电层来覆盖介电层。该层驱散了由电子冲击所施加的电荷。因为该导体与移动元件接触，其为过量的电子提供了到移动元件的捷径。

本发明技术领域包括，使用制造材料和技术来构造长行程(longstroke)机电微致动器的数字换能器阵列，以产生用于各种各样应用的低成本设备，所述应用包括诸如音频扬声器、生物医学配制应用、医疗和工业传感系统、光交换、用于显示系统的光反射以及任何其他的应用，这些应用要求更大体积流体例如相对于换能器尺寸的气体或液体的长行程致动和/或位移，或者能够从中得益。

本发明的确定实施方式寻求提供换能器结构、数字控制机构以及各种制造技术以产生换能器阵列，其带有数量为N的微致动器。典型地，该阵列典型地用通常三个主要层的结构来构造，在确定实施方式中，该结构将包括用有低疲劳性质的特定材料制造的膜层，典型地，该膜层通常在两面上以特定取向极性的磁覆盖层被形成层，并且以数量为N的独特的“类似蛇形”的形状被蚀刻，以便使膜中的一些部分能够双向线性地自由移动(致动器)。所述膜中每个移动部分的双向线性移动被限制在膛(致动器通道)内，典型地，其通过将膜层夹在两个镜像的支撑结构之间来固有地形成，而支撑结构则用电介质、硅、聚合物或者任何其他类似的绝缘基底来构成，其典型地被制造带有N个大小被精确确定的穿孔，即在数量上等于膜中的N条蛇形蚀刻，并且典型地被精确定位在一个图样中，其精确地将所述膜的每个穿孔和每条蛇形蚀刻一起定向。进一步在支撑结构的顶部和底部层这两者的外表面上典型地附加导电悬垂表面，诸如导电环和导电片(“可寻址的电极”)，当致动器典型地通过应用静电荷达到其行程终点时，所述导电悬垂表面用来吸引和保持每个致动器。

现在描述根据本发明的确定实施方式构成和操作的设备。

图14是本发明一个合适的实施方式的透视图。

图15是根据本发明的确定实施方式构成和操作的设备的分解图。

图16是根据本发明的确定实施方式操作的合适的致动方法的简化流程图说明。

图17A是根据本发明的确定实施方式构成和操作的扬声器系统的框图。图17B是根据本发明的确定实施方式构成和操作的扬声器系统的流程图。图18A示出被施加到移动元件上的不同的力之间的合适关系。

然而，图14示出一个根据本发明的确定实施方式构成和操作的蜂窝结构中的元件阵列，图19示出使用了多个(阵列)设备的装置。

有效确定地址典型地是通过选择电极之间互连的独特图样和独特的信号处理算法来实现的，并且独特的信号处理算法典型地将单个换能器中全部致动器有效地分割到大小不同的N个可寻址的致动器组中，以一组一个制动器开始，随后一组中致动器的数量是其前一组的两倍，直到在换能器中的N个致动器全部被分组为止。

为了获得致动器行程，典型地使用线圈来围绕换能器，当施加了电流时，所述线圈产生穿过整个换能器的电磁场。该电磁场导致膜的移动部分典型地以线性方式移动通过致动器通道。如果电流的极性发生交替，则导致膜的移动部分发生振动。当静电荷被应用到特定的可寻址的电极组中，其典型地将导致该组中所有致动器被锁在行程终点处，根据应用的需要在支撑结构的顶部或底部。通过换能器总体提供的位移是由N个致动器的总和实现的，N个致动器没有以任何特定间隔被锁住(叠加)。

典型地，换能器结构是在每换能器中致动器的数量、每个致动器的规模、和每个致动器的行程长度、以及可寻址的致动器组的数量方面是可完全伸缩的。在确定实施方式中，通过将特定材料蚀刻各种形状，或者通过使用被柔性材料所覆盖的分层金属碟片，或者通过使用可自由活动的致动器元件，可以构造致动器元件。膜(弯曲部分)材料可以包括硅、铍铜合金、铜钨合金、铜钛合金、不锈钢或任何其他的低疲劳材料。支撑结构中可寻址的电极可以用任何式样被分组，以获得适用于换能器应用的寻址。能够添加可寻址的电极，从而创造与膜致动器的接触，或者是以一种与膜无物理接触的方式。基底材料可以是任何绝缘材料诸如FR4、硅、二氧化硅、陶瓷或者任何各种塑料。在一些实施方式中，所述材料可以包含铁氧体颗粒。蚀刻为膜的蛇形图样或者浮动致动器元件的数量可以变化，并且支撑机构的相应通道可以是圆形、方形或任何其他形状的。通过将线圈围绕整个换能器、围绕换能器的一些部分或者围绕每个致动器元件而缠绕，或者通过将一个或多个线圈放在一个或多个致动器元件旁边，可以产生电磁场。

在确定实施方式中，利用扬声器阵列，使用直接数字方法来产生声音。数字声音的再现典型地包括压力的离散声学脉冲之和以产生声波。这些脉冲可以基于来自音频的电子媒体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。

在当前发明的一个合适的实施方式中，进入的数字信号的第n位控制着阵列2ⁿ个微扬声器，这里最高位(MSB)控制着大约一半的微扬声器，并且最低位(LSB)控制了至少单个微扬声器。当关于特定的位的信号为高时，则分配该位的组中所有扬声器典型地关于采样间隔被激活。阵列中扬声器的数量和脉冲频率确定了所获得声波的分辨率。在典型的实施方式中，脉冲频率可以是源采样率。通过现场应用来自人类耳朵或其他源的声学低通滤波器，听者典型地听到在听觉上更加平滑的信号，其相同于由数字信号所代表的原始模拟波形。

根据此处所描述的声音再现方法，生成的声压正比于操作扬声器的数量。通过随着时间变化扬声器脉冲的数量来产生不同的频率。不同于模拟扬声器，单独微扬声器典型地操作在非线性区域中，以最大化动态范围而同时仍能够产生低频声音。典型地，阵列的最终线性可由声波方程式的线性和单独扬声器之间的一致性来得到。典型地，在所生成声波中非线性部件的总数反过来与设备中微扬声器的数量有关。

在确定实施方式中，使用数字换能器阵列以实现真实且直接的数字声音重建。所产生的声音的动态范围正比于阵列中微扬声器的数量。最大声压正比于每个微扬声器的行程。由此期望生成长行程的换能器，并且尽可能多地使用。多年来已经开发出了若干数字换能器阵列设备。值得一提的是Carnegie Mellon大学开发的CMOS-MEMS微扬声器。使用CMOS制造工艺，他们设计了带有255个方形微扬声器的8位数字扬声器芯片，在一边上每个微扬声器216μm。所述膜是用聚合物覆盖的蛇形Al-SiO2网格所组成，并且能够通过在CMOS金属堆与硅基底之间施加变化的电势来进行静电致动。由平面运动得到的结果是产生声音的压力波的源。每个膜具有大约10μm的行程。但这种短行程是不足的，并且对于扩音器而言其生成的声级又太柔和。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切换电子设备。此处所描述设备的合适实施方式要克服这些限制中的一些或全部，并且生成响亮得多的声级，同时不再需要高的切换电压。

人们相信，每个换能器的形状对于扬声器声学性能没有显著的影响。换能器可以被包装在方形、三角形或六边形，等等的网格内。

当前发明典型地利用了磁力和静功率的组合，以允许足够长的行程，同时又避免了与传统的磁或静电致动器相关的问题。

典型地，换能器阵列的移动元件被制作以导电，并且可以被磁化，以便使磁极垂直于换能器阵列表面。适度传导就足够了。线圈环绕整个换能器阵列，或者被放置在每个元件旁边，并生成致动力。将交流电流或交流电流脉冲施加到线圈来创造交流磁场梯度，其强迫所有移动元件以和交流电流相同的频率上下移动。为了控制每个移动元件，可以使用两个电极，一个在所述移动元件上面，另一个在其下面。

施加到线圈的电流典型地驱动移动元件依次靠近顶部电极和底部电极。将少量静电电荷施加到移动元件。将相反电荷施加到电极中的一个上，生成在移动元件与电极之间的吸引力。当移动元件非常靠近电极时，吸引力典型地变得大于由线圈磁场生成的力，并且回缩弹簧和移动元件被锁定到电极。从电极移除电荷或者一部分电荷通常允许移动元件在线圈磁场和弯曲部分的影响下，与所有其他的移动元件一起移动。

根据确定实施方式，致动器阵列可以用5个平板或层来制造：

-顶部电极层

-顶部间隔物(一起被显示为层402)

-移动元件403

-底部间隔物

-底部电极层(一起被显示为层404)

根据确定实施方式，所述阵列由大线圈401所环绕。该线圈的直径典型地远大于现有技术磁致动器中所使用的传统线圈的直径。所述线圈能够使用传统生产方法被制造。

在确定实施方式中，移动元件由导电和导磁材料的制成。典型地，适度导电就足够了。移动元件可以使用许多种材料制造，所述材料包括但不限于橡胶、硅、或金属及其合金。如果所述材料不能被磁化，或者需要更强的磁体的话，可以为其附加磁体，或者用磁材料对其进行覆盖。典型地，该覆盖层通过使用丝网印刷工艺或者本领域中已知的其他技术施加环氧树脂或载有磁粉末另一种树脂来进行。在一些实施方式中，丝网印刷能够使用树脂遮盖物执行，所述树脂遮盖物则通过光刻工艺来产生。该层典型地在固化树脂/磁粉末基质之后被除去。在确定实施方式中，环氧树脂或树脂被固化除，同时所述设备在强磁场的条件下，将树脂基质中的粉末颗粒定向到期望方向。移动元件的几何形状能够变化。在另一些实施方式中，移动元件的一部分能够用磁体来覆盖，并且用被定向在一个方向上的磁场来固化，同时剩下的部分之后被覆盖，并且在相反的磁场中固化，导致了在相同的外部磁场条件下元件在相反方向上移动。在一个合适的实施方式中，移动元件包括的平板具有围绕在其周围的蛇形形状，典型地是从薄金属片上切割出来的。可供选择地，在确定实施方式中，有可能仅在弯曲部分区域中使用削薄的厚材料，或者通过将相对较厚的平板粘合到被图案化为弯曲部分的薄层上。这种形状允许移动金属片上的一部分，同时蛇形形状充当了顺从的弯曲部分。在确定的其他实施方式中，移动的部分是圆柱体的或球体的，其大约在顶部电极与底部电极之间自由移动。

再次参考图14和15，在确定实施方式中，缠绕在整个换能器阵列周围的线圈304生成穿过整个结构的电磁场，以便当施加电流时，该电磁场导致活塞302上下移动。图15显示了根据本发明的确定实施方式构成和操作的设备的分解图。如所示出的，换能器阵列结构的分解图揭示了其典型地包括下列内容：

(a)围绕整个换能器阵列401的线圈当对其施加电压时，生成穿过整个阵列结构的电磁场。在此参照图18B至18D描述了关于线圈的一个可能的实施方式。

(b)在确定实施方式中，顶部层结构402可以包括间隔物层和电极层。在确定实施方式中，该层可以包括印刷电路板(此后简写为“PCB”)层，其中，被精确地间隔的空穴的阵列每个都典型地具有被添加在每个空穴顶部的电极环。

(c)在当前实施方式中，移动元件(“活塞”)403可以包括被切割或蚀的传导磁化材料的薄片，其中许多非常精确的平板通常由充当顺从的弯曲部分的“蛇形”形状所围绕，其赋予金属片活动自由的特殊量度

(d)底部层结构404可以包括间隔物层和电极层。在确定实施方式中，该层可包括介电层，其中，被精确地间隔的空穴的阵列每个都典型地具有被添加在每个空穴底部的电极环。

现在再次参考图17A至17B。图17A显示了根据本发明的确定实施方式的扬声器系统的框图。在确定实施方式中，数字输入信号(公共协议为I2S、I2C或SPDIF)801进入逻辑处理器802，其接下来解释所述信号，以规定每组移动元件的锁定机构。典型地，成组寻址被分离到两个主要的组中，一组用于将移动元件锁定到顶部，并且一组用于将移动元件锁定到其行程的底端。然后每组典型地被进一步分离到逻辑寻址组，其典型地开始于有至少一个移动元件的组，随后跟随的另一组移动元件是其之前一组移动元件的两倍，而所后跟随的另一组移动元件又是其之前一组移动元件数量的两倍，等等，直到整个阵列中的所有移动元件都被分组为止。第N组包括2^N-1个移动元件。

在图17A的框图所描绘的实施方式中，显示了一个元件的组803、两个元件的组804以及然后是四个元件的组805的顶部组，等等，直到全部数量的换能器阵列装置中移动元件已经被寻址，以便可从处理器802接收控制信号为止。

典型地，复制相同的分组图样用于底部锁定机构，这里一个元件的组807后面可以跟随着两个元件的组808，之后是四个元件的组809，等等，直到全部数量的换能器阵列装置中移动元件已经被寻址，以便可从处理器802接收控制信号为止。

处理器802也可以控制到线圈的交流电流，线圈环绕着整个换能器阵列812，因此产生并且控制通过整个阵列的磁场。在确定实施方式中，可以使用功率放大器811以提高到达线圈的电流。

图17B示出扬声器系统的流程图。在确定实施方式中，其中数字输入信号813的采样率可以不同于设备的固有采样率，而重新采样模块814可以重新采样信号，以便匹配设备的采样率。否则，重新采样模块814使信号通过而不做修正。

缩放模块815典型地给信号添加偏置电平，并且对其进行缩放，假设进入的信号813的分辨率是每采样M位，并且采样值X的范围在-2^(M-1)和2^(M-1)-1之间。

还可以假设的是，在确定实施方式中，扬声器阵列具有N个元件组(编号为1…N)，如在图17A中所描述的。K被规定为：K＝N-M

典型地，如果输入分辨率高于扬声器(M>N)中组的数量，则K为负值并且输入信号被削减。如果输入分辨率低于扬声器(M<N)中组的数量，则K为正值并且输入信号被扩大。如果它们相等，则输入信号不做缩放，仅进行偏置。缩放模块815的输出Y可以是：Y＝2^K[X+2^M-1]。输出Y取整到最接近的整数。现在Y值的范围在0和2N-1之间。

检查这些包括了Y的二进制数值的位。每一位控制不同的一组移动元件。最低位(第1位)控制最小的一组(第1组)。下一位(第2位)控制双倍大的组(第2组)。再下一位(第3位)控制与第2组相比双倍大的组，等等。最高位(第N位)控制最大的一组(第N组)。包括了Y的所有这些位的状态通过块816、823…824典型地同时被检查。

以相类似的方式处理这些位。下列为检查第1位的合适方法：

块816核查Y的第1位(最低位)。如果为高，则比较其之前的状态817。如果第1位之前也为高，则不需要改变第1组中移动元件的位置。如果在此之前为低，则处理器等待磁场指向上，正如通过参考数字818所指明的，其次如参考数字819所指明的，处理器典型地释放底部锁定机构B1，同时使顶部锁定机构T1工作，允许第1组中的移动元件从设备的底部移动到顶部。

如果块816确定Y的第1位为低，则比较其之前的状态820。如果第1位之前也为低，则不需要改变第1组中移动元件的位置。如果在此之前为高，则处理器等待磁场指向下，正如通过参考数字821所指明的，其次如参考数字822所指明的，处理器典型地释放顶部锁定机构T1，同时使顶(应为底部)部锁定机构B1工作，允许第1组中的移动元件从设备的顶部移动到底部。

再次参考图18A，所示为施加到移动元件上的不同主要力之间的典型关系。不同的力被施加到典型地协调工作的移动元件上以使其平衡，以便实现期望功能。朝向中心的力被显示为负向的力，同时驱动着元件进一步远离中心(朝着向上或向下的锁定机构)的力被显示为正向的力。

在本实施方式中，移动元件由3个主要的力影响：

a.磁力，其通过磁场的交互作用和永磁体产生。这个力的方向依赖于移动元件磁体的极性、磁场的方向和磁场的梯度。

b.静电力，其通过给电极应用特定电荷并且给移动元件应用相反电荷来产生。这个力的方向是诸如将移动元件吸引到电极(本图中规定为正向)。当移动元件与电极之间的距离变得非常小，和/或此处该间隙包括具有高介电常数的材料时，这个力会显著增加。

c.回缩力，由弯曲部分(其充当弹簧)产生。这个力的方向总是朝着设备的中心(本图中被规定为负向)。由于弯曲部分是顺从的，所以这个力相对较小，并且在实质上是线性的。

这些力之间的关系显示了，典型地由于移动元件逐渐靠近其行程的终点，所以(由锁定机构生成的)静电力增加，最后获得足够的力以吸引并锁定移动元件。当锁定器被释放，回缩力和磁力典型地能够推着移动元件远离锁定器并朝着中心移动，由此感应出移动元件的移动。移动元件行进到中心时，典型地，弯曲部分的回缩力减小并且最终被克服，且然后由由电磁力和该移动元件的动能控制。

图19显示包括了多个(阵列)设备的装置。该结构显示了在确定实施方式中使用多个阵列换能器1902，以创造能够生成更大声压级的设备1901，或者使用波束成型技术(这超出了本发明的范围)，从而产生方向性的声波。

所述阵列可以具有任何期望的形状，而在本描述中所使用的圆形仅出于说明的目的。

更概括地(例如参照图13)并且更详细地，现在描述根据本发明的一个实施方式构成和操作的、且在上面参照图14、15、17A至17B、以及19等等所描述的设备。还描述了可供选择的实施方式。现在参考图13，其为用于生成物理效应的致动器装置的简化功能框图，应认识到，物理效应的至少一个属性相应于根据时钟被周期性地采样的数字输入信号的至少一个特征。根据本发明的确定实施方式，图13的装置包括至少一个致动器设备，每个致动设备包括移动元件的阵列10，而每个移动元件典型地响应于施加在移动元件的阵列10上的交流电磁力，被迫沿其各自的轴来回交替移动。每个移动元件被构成和操作，以响应于电磁力。因此，每个移动元件可以包括导体，可以由铁磁材料所形成，可以包括永磁体，以及可以包括电流承载线圈。

操作锁定器20以有选择地将移动元件10的至少一个子集锁定到至少一个锁定位置中，由此防止单独移动元件10响应于电磁力。操作电磁场控制器30以接收时钟信号，并且通过磁场发生器40相应地控制对移动元件阵列的电磁力的施加。操作锁定器控制器50以接收数字输入信号，并且相应地控制锁定器。在至少一个锁定器控制操作模式中，操作锁定器控制器50以设定移动元件10的数量，所述移动元件10响应于由磁场发生器例如线圈40所施加的电磁力进行自由振动，其在实质上正比于被编码入由移动元件所接收数字输入信号的声音的强度。优选地，当被编码入数字输入信号的声音的强度在正向位置最大值时，所有移动元件被锁定到第一极限位置。当被编码入数字输入信号的声音的强度在负向位置最大值时，所有移动元件被锁定到第二相反极限位置。

优选地，类似于输入信号的物理效应例如声音，其通过将极限位置例如此处所描述顶部位置上的移动元件的数量匹配数字采样值来实现，这典型地是在如下面以细节描述的重新采样和缩放之后进行的。例如，如果数字采样值当前为10，则此处被称为ME1...ME10的10个移动元件可以在它们的顶部位置上。如果数字采样值随后改变到13，则此处被称为ME11、ME12和ME13的三个额外移动元件可以上升到它们的顶部位置以反映这一采样值。如果下一个采样值仍为13，则没有移动元件需要投入运动状态以反映这一采样值。如果数字采样值随后改变到16，则此处被称为ME14、ME15和ME16的三个不同的移动元件(因为ME11、ME12和ME13已经位于它们的顶部位置)可以上升到它们的顶部位置以反映这一采样值。

在一些实施方式中，如下面以细节所描述的，移动元件被构成和操作以集体地成组操作，诸如一组移动元件组，其移动元件的数量全部为二的顺序的幂次方，诸如31个移动元件构成的要进行操作的组，其中每个组各自具有1、2、4、8、16个移动元件。在这种情况下，并且使用上面的例子，这意味着，当采样值为10的时候，两个各自包括了8个和2个移动元件的组是两个意味着要在上部的组，即其中所有移动元件都在它们的顶部位置上。然而，当采样值改变到13时，典型地，直接将3个移动元件从其底部位置推移到其顶部位置是不切实际的，因为在这个例子中，由于所述二进制分组，这仅能通过提升两个各自包括了1个和2个移动元件的组来实现，然而包括了2移动元件的组已经被提升了。但是，顶部点阵的数量可以通过其他的方式匹配到采样值13：因为13＝8+4+1，所以包括了4个和1个像素的两个组可以被提升，并且所述包括了2像素的组可以被降低，生成的净压力改变为+3，由此根据需要生成类似于输入信号的声音，这典型地发生在重新采样和缩放之后。

更一般地说，朝着第一极限位置转移移动元件，诸如在第一方向上向上生成压力，此处称为正向压力。朝着相反极限位置转移移动元件，诸如在相反方向下生成压力，此处称为负向压力。通过在相应的方向上转移适当数量的移动元件，或者通过在相应方向上转移n个移动元件，而在相反方向上转移其他数量为m个的移动元件，可以获得一定量的正向或负向压力，使得差值n-m相应于，例如等于被采样的信号值，这典型地发生在重新采样和缩放之后。

典型地，由至少适度导电的材料诸如硅或者覆盖有金属例如金的硅形成所述移动元件。

如果移动元件包括永磁体，该永磁体典型地在生产期间被磁化，使得磁极对于运动期望轴线来说是共线的。典型地围绕整个换能器阵列的线圈生成致动力。为了控制每个移动元件，典型地使用两个锁定器元件(典型地包括静电锁定器或者“电极”)，例如一个在移动元件上面，而另一个在移动元件下面。

根据一个实施方式，致动器是扬声器并且移动元件阵列10被布置流体媒体内。然后操作控制器30和50以规定声音的至少一个属性相应于数字输入信号的至少一个特征。所述声音具有至少一个波长，由此来规定声音中存在的最短波长，并且每个移动元件10典型地规定横截面，其垂直于移动元件的轴，并且其规定了该移动元件的最大尺寸，每个横截面的最大尺寸典型地相对于最短波长较小，例如比最短波长小一个数量级。

再次参考图14至15，图14是移动元件10的扭曲阵列的等距视图，其中每个移动元件响应于于例如由所示的围绕阵列缠绕的线圈40施加在移动元件10阵列上交流电磁力，被迫沿其各自的轴来回交替移动。图15是分层致动器设备的分解图，分层致动器设备包括：移动元件阵列403，其中每个移动元件响应于通过线圈401施加在移动元件阵列403上的交流电磁力而被迫沿其各自的轴来回交替移动；以及被形成为至少一个层的锁定器，其操作以有选择地将移动元件403的至少一个子集锁定到至少一个锁定位置中，由此防止单独移动元件403响应于电磁力。典型地，所述电磁力是使用围绕着如所示的阵列403的线圈401生成的。

锁定器典型地包括一对层：即顶部锁定器层402和底部锁定器层404，当被充电时，并且当移动元件在如此处所描述的适当电磁场中时，这一对层将移动元件各自锁定到顶部和底部极限位置上。每个锁定器层402和404典型地包括电极层和间隔物层。间隔物层402和404通常可以通过任何合适的介电材料形成。可选择地，铁素体或铁磁体微粒可以被添加到介电材料中，以减少磁体层内的磁体之间不希望存在的相互作用。

图16是根据本发明的确定实施方式操作的合适致动方法的简化流程图。在图16中，生成物理效应，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地采样的数字输入信号的至少一个特征。如所示出的，所述方法典型地包括(步骤450)提供移动元件10的至少一个阵列，每个移动元件响应于例如由磁场发生器40施加到移动元件10的阵列的交流电磁力，被迫沿一个轴来回交替移动。步骤460中，通过锁定器20将移动元件10中至少一个子集有选择地锁定到至少一个锁定位置中，由此防止单独移动元件10响应于通过磁场发生器40施加的电磁力。在步骤470，系统时钟信号被接收，并且相应地控制对移动元件阵列的电磁力的施加。在步骤480，数字输入信号被接收，并且相应地控制锁定步骤460。典型地，如上所述，锁定器20包括一对层，每层包括静电锁定器元件的阵列，且至少一个间隙保持器层分离静电锁定器层并且由绝缘材料形成。典型地，锁定器和至少一个间隙保持器使用PCB生产技术制造(图16，步骤450)。移动元件阵列典型地包括夹在一对电极层之间的磁性层403，所述一对电极层通过一对介电的间隔物层从磁性层间隔开。典型地，所述层中的至少一层是使用晶片接合技术、层压技术、和/或PCB生产技术和/或这些技术的结合来制造的(图16，步骤455)。

再次参考图17A至17B，图17A是控制图，其示出通过图13中的锁定器控制器50来控制锁定器20，以及通过图13中的控制器30来控制典型的线圈感应电磁力，其用于特定的例子，在该例子中移动元件10被排列在G1、G2...GN中，可选择地，每个组都能够共同致动，其中锁定层中的每个锁定器典型地与永磁体相关，并且其中锁定层中所有永磁体的磁极全部相同地布置。关于每组或者每组中每个移动元件，锁定器典型地包括，顶部锁定器和底部锁定器。用于组Gk(k＝1...N)的顶部和底部锁定器各自被称为Tk和Bk。在图17A中，两个控制器都在处理器802中实现。

图17B是流程图，其示出了一种合适的方法，通过这种方法图13中的锁定控制器50可以处理进入的输入信号801，以及相应地成组地控制移动元件10的锁定器20。缩写“EM”指明向上或向下施加给相关的一组移动元件的电磁力，其依赖于相关箭头的方向。在图17B中示出的实施方式中，如果在时间t上，重新缩放的PCM信号的LSB为1(步骤816)，这就指明了在组G1中的扬声器元件可以在选定的最终位置上。如果(步骤817)组G1已经在选定的最终位置上，则不需要采取进一步行动，然而如果组G1还不在选定的最终位置上，则锁定控制器50(步骤818)等候电磁场朝上，然后(步骤819)释放在装置B1中的底部锁定器，并且使在装置T1中的顶部锁定器工作。此处也是这种情况，并为所有其他的组G2...GN做出适当的修正。

在图17B中，由指向上或者指向下的箭头跟随的记号Tk或Bk指明了第k组移动元件的顶部或底部(各自为T或B)锁定器的锁定或释放(各自为向上或向下的箭头)。

图17C是处理器的简化功能框图，诸如图17A的处理器802，其对于在实质上控制所述致动器设备中任何一个是有用的，该致动器设备带有此处显示和描述的静电锁定器机构。在图17C的实施方式中，单个处理器实现了电磁场控制器30和锁定器控制器50这两者。电磁场控制器30典型地接收系统时钟805，其典型地为方波并且生成带有相同频率和相位的正弦波，将这些波作为致动信号提供给线圈40。DSP 810例如可包括被适当编程的TI 6000数字信号处理器，其可从Texas Instruments买到。用于DSP810的程序可驻留于合适的存储芯片820诸如闪存。以锁定器控制操作的至少一个模式，操作锁定器控制器50以设定移动元件的数量，所述移动元件响应于由线圈40所施加的电磁力自由地振动，使其实质上正比于被编码入数字输入信号的声音的强度。

电磁场控制器30典型地控制到线圈40的交流电流，所述线圈40典型地围绕整个移动元件阵列10，由此创造并控制通过整个阵列的磁场。在确定实施方式中，可以使用功率放大器811以提高到达线圈40的电流。电磁场控制器30典型地生成交流电磁力，其交替与系统时钟805同步。

操作锁定器控制器50以接收数字输入信号801，并且相应地控制锁定机构20。典型地，每个单独移动元件10在每个时钟，即，一个给定时钟期间，执行至多一个转变，每个移动元件可以从其底部位置移动到其顶部位置，或者从其顶部位置移动到其底部位置，或者保持在两个位置中任意一个上。根据本发明的确定实施方式，将移动元件10保持在它们适合的最终位置上是由锁定控制器50影响的。

优选地，在成组的移动元件上操作锁定控制器50，此处将这些组称为“被控制组”。在任何给定的移动元件组中的所有元件可选择地被锁定到它们的顶部位置，或者它们的底部位置，或者未被锁定。优选地，所述“被控制组”形成序列G1、G2...，并且在每个被控制组Gk中的扬声器元件的数量是整数诸如2，直到2的(k-1)次幂，由此允许任何期望数量的扬声器元件被紧接着操作(被向上、向下或完全不锁定)，因为任何给定数能够被表达为例如二或十或另一个合适整数的幂次方之和。如果扬声器元件的总数被选择为比2的整数(N)次幂小1，诸如2047，则有可能将扬声器元件的总量分配到整数个(即N个)组中。例如，如果有2047个扬声器元件，则在序列G1、G2...中被控制组的数量为11。

在这个实施方式中，因为重新缩放的PCM信号的任何单独数值能够表示为2的整数次幂之和，通过共同地将合适的被控制组中的所有组成元素带入最终位置，合适数量的扬声器元件总是能够放置在被选择的最终位置。例如，如果在时间t，被重新缩放的PCM信号值为100，然后因为100＝64+32+4，则组G3、G6和G7一共正好包括100个扬声器元件，并因此在时间t，这三个组中的所有组成元素被共同地带到被选定的最终位置，诸如“上部”或“顶部”位置，并且在相同时间，不同于这三个组的所有组中的所有组成元素被共同地带到未被选定的最终位置，诸如“下部”或“底部”位置。应认识到，每个移动元件具有底部和顶部锁定器，每个锁定器典型地由有选择地施加的合适局部静电力生成，与之相关地将其各自锁定到“下部”和“上部”位置。组Gk中扬声器元件的底部和顶部锁定器组合各自被称为Bk和Tk锁定器。

图17D是简化的流程图，其示出了合适方法用于初始化图13至17C的装置。根据图17D的方法，移动元件阵列10被投入最初的运动，该运动包括将移动元件阵列中的每个移动元件10带入至少一个锁定位置。如此处所描述的，典型地提供顶部和底部锁定位置这两者，用于每个移动元件10，在这种情况下，将阵列中的每个移动元件带入至少一个锁定位置的步骤典型地包括，将阵列中移动元件的第一子集带入它们的顶部锁定位置，以及将包括阵列中所有剩余元件的第二子集带入它们的底部锁定位置。优选地，选择所述第一和第二子集，使得当第一和第二子集中的移动元件各自在它们的顶部和底部锁定位置时，由第一子集中的移动元件所代替的流体诸如空气所产生的总压力在量值上等于由第二子集中的移动元件所代替的流体诸如空气所产生的总压力，而在方向上与后者相反。

移动元件10典型地承载具有预定极性的电荷，并且每个移动元件规定单独的固有谐振频率，由于产品的公差，该谐振频率趋向于和其他移动元件的谐振频率略有不同，由此来规定用于移动元件阵列的固有谐振频率范围，诸如42至46KHz。如此处所描述的，典型地，提供第一和第二静电锁定元件，操作这些锁定元件以将移动元件10各自锁定到顶部和底部锁定位置，并且将移动元件阵列置于运动状态的步骤包括(图17D)：

步骤850：使用与移动元件上面向该锁定器的电极相反的极性，给包括在第一子集中的每个移动元件的第一(顶部或底部)静电锁定器充电。所述第一和第二子集每个都可以包括移动元件总数的50％。

步骤855：使用与移动元件上面向该锁定器的的电极相反的极性，给包括在第二子集中的每个移动元件的第二(底部或顶部)静电锁定器充电。

步骤860：如上所述，设计移动元件具有确定的固有谐振频率f_r。设计工具可以包括计算机辅助建模工具诸如有限元分析(FEA)软件。在步骤860中，系统时钟频率f_CLK确定了电磁场的交替的定时，而在所述电磁场中则布置了移动元件，将f_CLK设定到阵列中移动元件的固有谐振频率，所述阵列具有最低的固有谐振频率，其被称为f_min并且典型地依靠经验来确定，或者通过计算机辅助建模来确定。

步骤865至870：这时系统时钟频率可以单调地从f_min的初始值升高到由Δf分离的随后频率值，直到系统时钟频率达到阵列中的移动元件的固有谐振频率为止，其具有最高的固有谐振频率，其被称为f_max并且典型地依靠经验来确定，或者通过计算机辅助建模来确定。然而，应认识到，可供选择地，系统时钟频率可以单调地从f_max到f_min减低，或者可能是非单调地变化。

应认识到，当移动元件10以其固有的谐振频率f_r被激励时，移动元件在每个周期中增加其幅度，直到幅度达到此后称为A_max的确定最大幅度为止。典型地，需要用于使移动元件达到A_max的持续时间Δt在建立期间被记录，并且在初始化序列期间所施加的磁力是可以选择的，使得Amax两倍于移动元件从其空闲状态移动到顶部或底部锁定器期望的间隔。

Q因子或质量因子是已知的因子，其将用于振荡物理系统幅度的衰减的时间常量与其振荡周期相比较。等效地，其比较系统振荡频率与系统耗散其能量的速率。较高的Q指明相对于振荡频率的较低能量耗散速率。优选地，移动元件Q因子是通过计算或者依靠经验确定的。被确定的Q因子描述了在幅度降低到A_max的50％之前，频率f_CLK需要从f_r移开多远(有两个可能数值，一个在fr以下，一个在fr以上)。在两个可能值之间的差为Δf。

作为上面步骤的结果，现在给移动元件阵列施加一个极性交变的电磁力序列。由于在系统时钟里引起的改变，所以极性相同的力的连续施加之间的时间间隔会随时间变化，由此来规定关于所述序列的频率改变水平。这导致了在任何时间t，所有移动元件的振荡幅度的增加，所述移动元件的单独固有谐振频率与在时间t上的频率水平充分相似。在电磁场交变频率水平变得与其固有谐振频率不同以致使移动元件组合S的振荡幅度的增加停止之前，所述频率水平变化得足够慢(即仅在合适间隔Δt之后变化，其可能或可能不在所有迭代中都相等)使得所有移动元件的组合S被锁定，所述所有移动元件的固有谐振频率相似于当前频率水平。所述频率水平变化的程度相应于固有谐振频率范围。典型地，在初始序列的末端(步骤872)，系统时钟f_CLK被设定到预定的系统频率，其典型地为阵列中移动元件的固有谐振频率的平均值或中间值，即44KHz。

一种用于确定移动元件中固有谐振频率范围的方法是，使用振动计来检查移动元件阵列，并且以不同的频率来激励所述阵列。

再次参考图18A至18D，图18A是一个示意图，其显示了根据本发明的确定实施方式，对施加到移动元件10上的各种力进行合成。图18B是磁场梯度感应层的简化立体图示，所述磁场梯度感应层是根据本发明的确定实施方式构成和操作的，并且包括至少一个绕组导电元件2600，其被嵌入电介质基底2605并且典型地配置成缠绕在通道2610的阵列之间。典型地，没有通道2610沿着图18B的传导层边缘，因此，在临近边缘的通道内感应的梯度在实质上相同于临近传导层中心的通道中感应的梯度。

如果图18B的层从上面所描述的间隔物层分离开，则图18B层中的通道被相反布置，并且作为在上面以细节描述的间隔物层中通道的延续。通道2610横截面尺寸，例如直径尺寸，可以不同于间隔物层中通道的直径。可供选择地，图18B的层可以作为间隔物层和磁场感应层这两者，在这种情况下，图18B中通道2610恰好是以上所描述的间隔物层通道。应认识到，为简便起见，间隔物层的电极形成部分未显示在在图18B中。

图18C和18D示出了图18B导电层的磁场梯度感应功能。在图18C中，流过绕组元件2600的电流通过箭头2620指明。所得磁场的方向由图18C中的X 2630和被环绕的点2640指明，其指明的位置上所得磁场各自是指向页面内和指向页面外的。

再次参考图19，致动器的等容阵列被支撑在支架上，该阵列提供的有效面积是单独致动器阵列的有效面积之和。换句话说，在图19中，代替单独一个致动设备，提供了多个致动设备。这些设备不需要是相同的，并且每个都能够具有不同的特征，例如但不限于不同的时钟频率、不同的致动器元件尺寸以及不同的位移。所述设备可以或可以不共享组件，例如但不限于线圈40和/或磁场控制器30和/或锁定器控制器50。

术语“有效面积”指的是每个阵列中所有致动器元件的横截面面积之和。应认识到，一般来说，音量的范围(或者增益，其关于不同于扬声器的一般致动器)能够通过根据本发明的确定实施方式构成和操作的扬声器来产生，其通常受限于有效面积。此外，音量的分辨率能够正比于被提供的致动器元件的数量来产生，其通常也受限于有效面积。典型地，例如，如果每个致动器阵列位于晶片上，则对每个致动器阵列的规模会有一个实际限制。

如果扬声器充当耳机，仅需要提供相对较小的音量范围。家用扬声器典型地需要中等的音量范围，而公共广播扬声器则典型地具有大音量范围，例如它们最大音量可以是120dB。在可用于扬声器的物理空间量方面，扬声器的应用也会有所不同。最后，关于特定应用的音量的分辨率由期望音质来确定。例如，手机典型地不要求高音质，但空间受到限制。

根据本发明的确定实施方式，移动元件上的磁体层可以被磁化，以便在不同于元件运动方向的方向上极化，以实现在沿着与期望元件移动方向对准的电磁场梯度方向上的最大的力。

本发明的确定实施方式的特定特征是，由移动元件所执行的运动行程相对较长，这是因为对其施加的常为磁性的场，所以该场会以反比于在移动元件与产生了磁场的电流之间的距离的速率发生衰减。相比之下，静电场的衰减则是以反比于在移动元件与产生了磁场的电荷之间的距离平方的速率发生的。作为由移动元件所实现的长行程的结果，由此实现的速度会增加，所以能够被实现的响度也增加，这是因为由移动元件的高速运动所生成的空气压力增加了。

应认识到，此处具体示出的实施方式并不是为了进行限制，例如在这个意义上所述移动元件不需要全部是相同尺寸的；移动元件组，或者如果单独制动的话则单独移动元件，既不需要以相同的谐振也不需要以相同的时钟来操作；以及移动元件不需要要具有相同的位移幅度。

此处显示和描述的扬声器设备被典型地操作以生成声音，其强度相应于被编码入输入数字信号的强度值。可以使用任何合适的协议以生成输入数字信号，例如但不限于PCM或PWM(SACD)协议。可供选择地或额外地，所述设备可以支持压缩的数字协议诸如ADPCM、MP3、AAC、DTS或者AC3，在这种情况下，解码器典型地将压缩信号变换为非压缩的形式诸如PCM。

根据此处显示和描述的任何实施方式，通过特定应用计算机建模和模拟可有助于数字扩音器的设计。响度计算可以按照常规方式执行，例如使用流体动力学有限元计算机建模和实验经验。

一般来说，因为提供了更多扬声器元件(移动元件)，则动态范围(即能够产生的最响的和最弱的音量之差)可以变得更宽，失真(声音与输入信号的差)变得更小，并且频率范围变得更宽。另一方面，如果提供较少扬声器元件，则装置变得更小且更廉价。

一般来说，如果移动元件具有大直径，则改进了有效面积与无效面积之间的比率(填充因子)，并且如果在弯曲部分上有任何应力的话，该应力由此会变小，如果假设振动位移保持相同，这种应力的变小会转变为使设备的预期寿命变长。另一方面，如果移动元件具有小直径，则在每单位面积上可设置更多元件，并且由于有更小的质量，需要较少的功率来生成期望运动。一般来说，如果移动元件的振动位移大的话，则由尺寸给定的阵列所产生的音量较大，然而如果移动元件数量相同而振动位移小的话，则弯曲部分上可能有的应力较小，并且功率的需求较小。

一般来说，如果采样率高的话，则最高可产生频率也高，并且可听到的噪音会减少。另一方面，如果采样率低的话，加速度、力、弯曲部分上可能有的应力、以及功率需求较小。

现在参考图20A至20B，其是关于合适的系统的一般来说不言自明的简化功能框图，所述系统用于实现期望声流的期望方向图，其使用诸如此处在图13至19中所示的任何直接数字扬声器，或者诸如传统直接数字扬声器，这些扬声器例如可以包括在被转让给德州仪器公司并于2002年6月11日所颁布的David Thomas的第6,403,995号美国专利，或者DiamondBrett M.等人于2003年6月8日至12日在Boston所举行的Transducers'03，第十二届International Conference on Solid State Sensors，Actuators andMicrosystems上所发表的、标题为“Digital sound reconstruction using array ofCMOS-MEMS micro-speakers”中所显示和描述的扬声器。

如果图13的直接数字扬声器被用来实现期望声流的期望方向图，则典型地，在图20A中的块3020、3030和3040各自包括图13中的块20、30和40，并且块3050包括图13中的锁定器控制器50，其被编程以实现块3050的每时钟操作，例如此处参照图21显示和描述的。

图21是一个简化的流程图，其示出根据本发明的确定实施方式的图20A至20B中的移动元件约束控制器3050的每时钟操作。

步骤3100确定在当前时钟期间应当移动多少个移动元件。典型地，并且如上面参照图13至19以细节描述的，要在给定时钟期间移动的移动元件的数量通常正比于在该时钟期间输入信号的强度，该强度被适当地标准化，例如以上参照图17B的重新采样器814和缩放器815所描述的。

步骤3200确定在当前时钟期间应当移动哪些移动元件，在一些实施方式中，使用合适的移动元件选择LUT，在工厂设置期间，其典型地被加载到图20A至20B中约束控制器3050的存储器中。每个这种LUT典型地被建立用于特殊移动元件阵列，尤其是要考虑阵列规模，以及所述阵列是否扭曲。每个期望实现的方向图典型地需要其本身的LUT。

步骤3300确定延迟量，使用该延迟量操作图20A至20B中移动元件阵列3010或3012的每个移动元件。

步骤3200现在以细节进行描述。现在描述用于执行步骤3200的合适方法。步骤3200典型地使用LUT(查询表)，其具有的单元与阵列中压力产生元件一一对应。例如，如果阵列包括100x 200个压力产生元件的矩形范围，则LUT可以具有100x 200个单元。每个单元保持一个唯一出现的整数，该整数在1与诸如在这个所示例子中为20000的压力产生元件的总数目之间。因此，LUT将序号分配给阵列中的每个压力产生元件。在存储器中关联LUT的是整数参量P，其存储当前在来自两个操作配置中的第一操作配置的压力产生元件的数量指示，特征在于在压力产生元件之间的过渡产生诸如空气的媒体中的压力，其中布置了本发明的装置。在一些实施方式中，当元件从第一配置移动到第二配置时，获得在相反方向上的压力，这与当元件从第二配置移动到第一配置时的情况相反。在其他的实施方式中，只要元件在第一配置中都会获得压力，而当元件在第二配置中时，不会获得压力。

典型地，如下面所描述的，在设置期间初始化P，并且随后通过步骤3100在每个时钟内分配当前值。紧接着在相同时钟内的步骤3200，P个压力产生元件被带入它们的第一操作配置，并且N-P个压力产生元件被带入它们的第二操作配置，这里N为阵列中压力产生元件的数量。被选择要在它们的第一操作配置中的P个元件的由LUT确定的序号小于P。被选择要在它们的第二操作配置中的N-P个元件的由LUT确定的序号大于或等于P。

这些配置之一，例如第一配置，典型地被硬性看作“正”配置，然而其他配置，称作第二配置则被看作“负”配置。可供选择地，在一些应用中，可以出于物理原因选择这些配置中具体的一个作为正配置。当压力产生元件从第二配置移动到第一配置时，所生成的压力被称为“正压力”，然而当压力产生元件从第二配置移动到第一配置时，所生成的压力被称为“正压力”。通过从一个配置到其他配置的单个过渡生成的压力在此处称为压力“脉冲”。

在设置期间，参量P典型地被给定一个初始值，其等于阵列中压力产生元件数量的一半，诸如在本例子中为10000。然后初始化该阵列，使得序号被LUT确定为小于P的每个压力产生元件被带到其第一配置，并且剩余的压力产生元件被带到其第二配置。

一个合适的LUT(查询表)，其具有的单元与阵列中的N个压力产生元件一一对应，存储着从1到N的整数，该LUT可以如下被生成：

首先确定关于LUT质量的标准，其可以是特定的应用。现在描述一种关于LUT质量的合适标准。

为范围在1到N之间的连续整数的所有可能子集准备一个列表。在本例子中，第一子集，此后称为S2₁，包括2个整数：1和2；第二子集，S2₂包括整数2和3，等等，为包含了两个整数的所有子集这样命名。而最后的双元素子集，S2₁₉₉₉₉，包含有整数19999和20000。该列表还包括所有可能的三元素子集，继续举例，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)。该列表还包括所有4元素子集，5元素元件子集等等。最后的子集，S20000₁包含有所有20000个元件。概括地说，包含了K个整数、从i开始的子集被标记为SK_i。应认识到，关于包含有N个单元的LUT，可能子集的数量M等于：M＝(N-1)*N/2。

为每个子集SK_i规定一组坐标(X_i，Y_i)、(X_i+1，Y_i+1)…(X_i+K-1，Y_i+K-1)，以便根据当前LUT，使得这些坐标能代表其序号为i、i+1…i+k-1的压力产生元件的位置。

为每个子集SK_i计算传播角度θK_i，例如使用分析或数值计算方法，典型地可使用合适的计算机模拟应用诸如Matlab、MatCAD或Mathematica。为被布置在位置(Xi，Yi)、(Xi+1，Yi+1)…(Xi+K-1，Yi+K-1)处的K个相干声源计算声波的传播角，所有这K个相干声源都以相同的相位和与系统采样率例如44100Hz相同的频率来产生正弦波。

子集的传播角度”是如下规定的：每个子集相应于压力产生元件的子集。参考轴被规定为通过压力产生元件阵列的重心，并且垂直于该阵列的主要表面。当一个压力产生元件沿着参考轴撤出压力产生元件的阵列时，由压力产生元件的子集生成的声音的强度接近最大值。因此，关于该子集的最大强度可以通过测量在位置L处的强度来规定，该位置位于参考轴上，并且与阵列足够远，以便确保位置L和子集中每个压力产生元件的距离之差与系统时钟相关的波长λ相比足够小，例如小一个数量级。规定至少一个参考平面，其包括参考轴。而应认识到，存在有限数量的这种参考平面。为其中规定了焦点轴的圆柱状传播应用，选择包括了焦点轴的参考平面。应认识到，在这基础上构造的LUT还将典型地适用于全方向应用。为其中如此处所描述规定了焦点的传播应用，选择包括了焦点的参考平面。如果存在超过一个的这种参考平面，则应选择两个相互垂直的这种参考平面。

规定子集的传播角度，此处称为θK_i，其关于为该子集选择的每个参考平面，规定如下：在参考平面内规定虚圆，其中心点在参考轴与阵列主要表面之间的交叉点上，并且其半径是L与阵列主要表面之间的距离。选择该圆的圆周上的两个位置，其各自位于参考轴两侧，其中由压力产生元件的子集所生成的声音的强度是在L上所测量的最大强度的一半。在将圆心各自连接到这两个位置的两条半径之间所规定的角度，被称为所述子集关于该参考平面的传播角度。如果所述子集如上所述具有两个相互垂直的参考平面，则可以计算这两个传播角的简单平均值和加权平均值，以获得关于该子集的单个传播角度θK_i。如果穿过特定参考平面，例如特定垂直平面的方向图比穿过其他垂直参考平面的方向图更加重要，则分配给所述更加重要的平面更大的权重。例如，在确定应用中，最重要的考虑因素可以是防止不需要的噪声到达不同层面上的位置，在这种情况下，垂直的参考平面将比水平的参考平面具有更重的权重。

关于具体LUT“最佳性”的合适标准的例子是：

LUT_score＝1/[(所有θK_i的平均值)x(所有θK_i的标准偏差)]

为了确定最合适的LUT，可以使用计算机模拟来测试，并为所有可能的排列变化即所有可能的N单元LUT进行评分，并且选择其中最好的一个。

应认识到，每个都包含有N个单元的LUT的数量是N！(N阶乘)。如果N足够大，则测试和评估所有可能的LUT，即LUT单元中整数的所有可能排列变化，就会变得不切实际。如果是这种情况的话，可以例如随机地选择较少量的LUT排列变化，并且选择其中最好的一个。

很明显，可供选择地，步骤3200可以不必凭借在设置期间所存储的固定LUT来执行。作为代替，通过从压力产生元件的组合中选择P_t-P_t-1个元件的最好子集，可以选择P_t-P_t-1个要被激活的压力产生元件的组合，所述压力产生元件当前在第二操作配置中。这通过估算关于P_t-P_t-1个元件中每个可能子集的传播角度θ，并且选择最好地匹配期望传播图的子集来实现。

P_t指的是P的当前值，而P_t-1指的是在之前系统时钟里P的值。

此外，应认识到，在这些应用中方向图并不重要，可以使用任何压力产生元件的组合来实现由输入信号所要求的时间压力图。

在步骤3300中，计算延迟量，以该延迟量操作图20A至20B中移动元件阵列3010或3020的每个移动元件，确定由扬声器所生成的声音的定向性。用于可选择地定位所述移动元件阵列的合适方法和公式被作为期望传播定向性的函数，如果有可能的话，用于计算延迟的合适方法和公式也被作为期望传播定向性的函数，现在关于三个示例传播图对这些方法和公式进行描述，此处将所述传播图称为全方位、圆柱状和单向传播图。应认识到，此处具体讨论的这三个传播图仅是通过举例的方式来讨论的。

图22A至22B合起来描述了，当期望实现全方位声音，即从此处称为全方位声音的“焦点”的给定点位置，通过三维空间向外传播的声音时，用于执行步骤3300的解决方案的简化示例。具体地说，图22A是具有焦点3400的全方位传播图的简化图，并且图22B是相对于图22A的期望全方位声音传播图的焦点、为移动元件阵列进行合适定位的图像。在示出实施方式中，仅出于举例的方式，通常参考图20A至20B中的3010或3012的所述移动元件阵列典型地包括14x 21个移动元件的非扭斜阵列3410。如所示出的，尽管不一定被设置，但是依然优选地设置移动元件阵列，如图22B中所示出的，使得其移动元件阵列的几何中心(位于第7和第8行之间，第11列上)与全方位图的焦点3400恰好一致，位于如图22A中所示代表了全方位图的同心圆的中心。所述阵列的中心还可以被设置在全方位图的焦点投影上，该焦点在移动元件阵列3410的平面上。应认识到，该阵列不需要如所示被定位，反而可以被定位在任何合适位置，诸如独立于由用户所当前选择的特定传播图的固定位置。

应认识到，阵列不需要有特殊的尺寸或形状。事实上，直接数字扬声器的合适实施方式包括数千到数十万个压力产生元件。而阵列的形状也可以根据应用和/或用途来改变。

还应认识到，此处所提到的焦点不需要被设置在主要表面上，该主要表面则由压力产生元件的阵列所规定。改变压力产生元件阵列的焦点与主要表面之间的距离，这就改变了设备的定向性图。例如，将焦点放置在表面上(零距离)将会产生真实的全方位方向图，在这里无论声音传播的角度如何，声音强度都保持实质相等。将焦点放置在特定距离上，即在压力产生元件表面背后的距离d处，这规定了圆锥投影(圆阵列的情况下)或者金字塔形投影(方形或矩形阵列的情况下)，其特征在于顶角小于180度。将焦点放置在压力产生元件主要表面背后的无限远处(假定由压力产生元件所产生的声音被产生在主要表面的正面)典型地规定了非常窄的圆锥投影或金字塔投影，并且将产生真实的单向方向图。典型地，贯穿所述圆锥投影或金字塔投影的声音强度保持实质相等，同时在圆锥或金字塔投影以外的强度则明显降低。应认识到，在确定应用中，d可以是0或无限大。在确定应用中，d可以被确定作为由用户控制的函数。

回过头来参考图22A，所示每个圆都代表了半个阶段，并且具有半径r，其使用使用下列公式计算：

r＝(N dλ/2+N2λ/4)^0.5

这里：N＝圆的序列号，从中心开始向外计数，并且从1开始；d＝从全方位声音的焦点到非扭斜阵列的平面的距离；λ＝cT，这里c＝穿过了其中操作着扬声器的典型为空气的媒体的声音速度，并且T＝图20A或20B中系统时间的周期(未显示)。

应认识到，关于阵列3410中移动元件的特殊延迟值，其适用于实现图22A的全方位图，该延迟值可以被如下确定：

(a)给与序列号为N的圆一致的任何移动元件分配N T/2的延迟值。

(b)给不与圆一致的且代替地落在序列号为N和N+1的一对圆之间的任何移动元件分配延迟值，这是通过例如线性地在下列两个值NT/2和(N+1)T/2之间内插来实现。

可供选择地，用于确定延迟的合适公式在下面以细节描述。

本发明的范围包括但不限于用于控制接收了数字输入信号的直接数字扬声器装置、并且相应地生成了声音的方法，所述方法包括提供压力产生元件的阵列，并且计算定时图样以确定是否以及何时操作每个压力产生元件，以产生压力脉冲以便实现期望方向图。然后根据定时图样操作阵列，以便实现具有期望方向图的声音。

可选择地，多次执行提供和计算步骤，由此获得相应的多个阵列和相应多定时图样，规定了相应多方向图。而且，该方法还包括根据相应的多定时图样同时各自操作多个阵列的步骤，由此获得的单方向图包括了相应于所述多定时图样的方向图的组合。事实上，所述多个阵列可包括单个较大型阵列的一些部分。所以，例如，压力产生元件的单个阵列，诸如此处显示和描述的任何一个阵列，可以被划分为一些区域，例如四等分，并且在每个区域中的压力产生元件可以根据其本身特定的定时图样或延迟图样来操作。例如，这里允许实现数个比如说四个不同单相波束的图样。可供选择地，为了给出另一个例子，这里允许比如将全方位背景声音重叠到一个或多个不同前景声流上，每个前景声流各自具有其自身的比如单向、圆柱状或者全方位传播图。应认识到，在多方向实施方式中，每个单向波束可以产生不同的数字输入信号，例如立体声信号的左右声道。

应认识到，电磁场控制器30被优选地设计，以确保流过线圈的交流电流在所有时间和所有条件下都维持适当的磁场强度，以便允许移动元件10与静电锁定器20之间足够接近，以使得能够进行锁定，同时防止移动元件10移动过快，并且防止作为冲撞的结果破坏其本身或者锁定器20。

在一些应用中，转移元件的小位移(典型地直到5微米)足够用于适合的操作。在这些扬声器中，电磁驱动线圈可以被去除。在这种情况下，设置可以通过相同的电极来起作用，该电极被设计作用为锁定元件。而这是有可能的，因为在短行程转移元件中，弯曲部分与电极元件之间的静电力即使在其中存在最大气缝的初始弯曲部分位置上，都足以在谐振条件下使弯曲部分摇摆。

图23A是如上所述的小行程转移元件装置的等距视图。图23B是图23A装置的分解图。图23C是图23A中圆圈部分的放大图示。弯曲部分4030被插入两个刚性电极4010和4050之间，它们通过绝缘层4020和4040从弯曲部分4030上分离开。为了提供适合的操作，所述电极包括穿孔4055的阵列以生成如应用期望要的声音，所述穿孔提供了足够的通过空气。

如所示出的，该装置是短行程装置，其中所述行程典型地由绝缘层4020和4040的厚度所决定，该行程落于静电力的操作范围内，所述静电力由施加在电极4010和4050与转移元件层4030之间的电压生成。特别是，图23A至23C的装置被构成以使得静电力能够感应转移元件的转移而无论这些移动元件位于何处，而不仅仅是当之前已使转移元件靠近有关电极时才能感应该移动元件的转移。正如以熟知的，绝缘体(或者空气)的一个特征是每个绝缘体的“击穿电压”，其规定了在绝缘体崩溃并导电之前能够被施加给材料的最大电压差。因此，能够被施加在转移元件层4030与电极层4010和4050之间的电压受绝缘层4020和4040以及周围空气的击穿电压限制。因此，选择足够小的行程以允许可被施加的受限制的电压感应该转移元件4030的转移而不考虑其位置。

现在描述当所述装置在启动程序中且以正常操作模式工作时，被施加在这些转移元件的电极上的合适电压。在如图24A所示的启动程序中，两个电极以谐振频率同步操作，这两个谐振频率相互有半个周期的推移。如图24B中所示，将可以从零到最大电平变化的周期电压施加到每个电极上。可选择地，零或本质上为零的电压可以被维持半个周期。

响应于由合适的控制器在时间t_0所发出的“位置转移”命令，锁定电极4010被短接到弯曲部分一段很短的时间(图24C顶部示意图的“释放”周期)，并且随后恢复到低“空载”电压。如图24B底部示意图所示，在大约经过了该空载周期的一半时，电极4050在很短的持续时间内连接到高电压，此处该持续时间也称为“锁定”持续时间。然后，第一电极4010传到锁定电压以提供锁定。

代替在“释放”周期内将锁定电极4010短接到弯曲部分，可能期望在弯曲部分与锁定电极4010之间，甚至可能是在一个相反电极上，施加电压，该电压典型地低于在“保持”周期内的电压，从而加速来自锁定电极4010的电荷耗散。

根据本发明的确定实施方式，可以提供合适的电路以从电极向合适的电荷存储设备(例如电容器)转移电荷，而不是弃置这些电荷。所述被存储的电荷可在后来被重新使用，而不是生成新的电荷，因此这将改进系统的电效率。

同样地，代替在电荷存储设备中存储电荷，可能期望从“释放”阶段的电极向可能此时在“捕捉”阶段的不同锁定电极转移电荷，所述锁定电极例如被布置在与从中除去了电荷的一个电极相对的锁定位置上的锁定电极4050。

图24A的顶部示意图是图23A至23B中有弹性的转移元件4030的位移相对于时间的示意图。图24A的中间示意图是在弯曲部分与第一电极4010之间的电压与时间的关系的示意图。图24A的底部示意图是在弯曲部分与第二电极4050之间的电压与时间的关系的示意图。

在普通操作模式中，如图24A中所示，转移元件最初被锁定到锁定电极4010，这是通过相对较低的锁定电压(见图中锁定电压)诸如最大电压的10-20％(见顶部图)实现的。其他的电极4050(见底部图)可以被保持在更低的电压(空载电平)以下。

接着接收来自合适的控制器的“上-下转移”命令，典型地给第一锁定电极施加非常低的“释放”电压一段短的时间，所述短的时间典型为所述周期的10％到60％。第一锁定电极甚至可以被短接到转移元件层4030。然后，该电压升高到“空载”电平，其典型包括最大电压的大约30-40％。与此并行地，第二电极上的电压最初在空载电平上，大约在开始释放第一电极上的电压的半周期之后，跳升至最大“捕捉”电平一段非常短的时间。如图所示，在“捕捉”状态后，第二电极上的电压随后下降到相对低的锁定电压。在接收来自合适的控制器的“上-下转移”命令之后，接着发生接收“下-上转移”命令这一动作时，顺序与上面所描述的正好相反：即给第二电极施加非常低的“释放”电压一段短的时间，所述短的时间典型为所述周期的10％到60％。第二电极的电压随后增加到“空载”电平，其典型为最大电压的大约30-40％。与此并行地，维持在空载电平上的第一电极的电压，在释放动作发生的大约半周期后，跳升至最大“捕捉”电平一段很短的时间，并且随后降低到相对较低的锁定电压。

如所示出的，典型地，上-下转移时间间隔和下-上转移时间间隔是等长的。典型地，从接收到上下转移命令，上-下转移在时间T过去前(从接收上下转移命令时开始算起)正好终止，其典型地接近0.5T，诸如近似0.53至0.55T。对于下-上转移来说同样如此，不过需加以必要的变更。

应认识到，图24A和24B等等的示意图是简化图，例如因为启动程序典型地包括多达数百个电压脉冲，而不仅为如所示的这一些。任何合适数量的脉冲能够在启动程序中被提供，假设所述数量脉冲能够将移动元件代入其极限位置。可以确定脉冲的数量，这尤其是基于转移元件的最大电平、行程长度、以及声学阻抗中的一些或全部。一般来说，电平越高则需要使用的脉冲越少；行程越长则需要使用的脉冲数量越大；以及声学阻抗越高则需要使用的脉冲越多。比如在一个例子中，对于具有直径为400um的圆形工作表面的转移元件，每个转移元件距离其电极2um(即具有2um行程)和120V的电压电平，可以使用几十个脉冲，例如近似20个脉冲。

在启动程序内每个脉冲的“顶”既不用像图24A中一样为扁平的形式，也不用像在图24B中出于简化目而显示出的先向上倾斜然后向下倾斜的这种特殊的线性形式。

图25是致动器装置的简化实物电路图，所述致动器装置仅具有一个用来锁定器移动元件的锁定器，该装置根据本发明的确定实施方式构成和操作。在图25中，每个转移元件仅包括一个锁定电极4450，使得弯曲部分4230可以仅被锁定到单个“被锁定”位置4335。当被释放时，如箭头4440所指明的一样，弯曲部分4430来回移动，到达相反的极限位置4245，而没有锁定。为了提供和之前实施方式中相同的声学效果，可以提供两个相同的转移元件子集，其同步地操作并且根据常见的算法。移动元件的这两个子集的合适速度与位移与时间序列的关系，以及关于这移动元件的这两个子集的总压力效果各自被显示在图26至27中。

先于转移命令，所有转移元件被锁定到它们的单个锁定位置4335。一旦在时间4331接收了“向前转移”的命令，则在第一子集中的转移元件被释放，而第二子集中的转移元件的释放则要相对地延迟半个周期(一个时钟)。当它们各自的从时间4332释放后，两个子集协调地在它们的极限位置之间移动，而没有锁定。一旦在时间4370接收了“向后转移”的命令，属于在该时刻靠近锁定位置的所述子集的转移元件被锁定。图26示出当第一子集即将被锁定时的状况，而图27示出当第二子集即将被锁定时的状况。在图26中，一旦第一子集中的转移元件被锁定，则第二子集的转移元件会滞后半周期(一个时钟)在时间点4371被锁定。在图27中，一旦第二子集中的转移元件被锁定，则第一子集的转移元件会滞后半周期(一个时钟)在时间点4371被锁定。在它们各自被锁定后，两个子级保持静止，直到接收新的“向前转移”命令为止。

曲线4342和4344各自代表移动元件中第一和第二子集的位移。曲线4352和4354各自代表移动元件中第一和第二子集的速率(压力)。因此，在时间点4331与4332之间的时钟处会形成正向的总压力脉冲4351；在时间点4370与4371之间的时钟处会形成负向的总压力脉冲4371；并且在时间点4332与4370之间会获得零值(无)总压力效果。

图28A和28B是致动器装置的示例性实施方式的等距视图，所述致动器装置被设计仅用一个锁定器操作。在图28A中，在电极中提供穿孔，而在图28B中，所述孔在膜中。图29A和29B各自是图28A和28B设备的分解图。在这些实施方式中，驱动力不需要是静电力，并且可以是任何其他的类型，例如但不限于电磁力，静电力和电磁力的组合。图28中致动器装置典型地包括弯曲部分4030和电极4050，其通过绝缘层4040从弯曲部分4430分离出来，如所示。

示例：

图30是转移元件阵列的图示，所述转移元件要成对使用以生成声音。应认识到，为简便起见，图30的阵列被显示为仅包括相对少量的元件诸如24个元件，其产生12个元件对。在实践中，考虑到音质，通常要求阵列包括更多的元件对，诸如一千或数千个元件。

图31是关于生成声音的压力与时间关系的示意图，生成所述声音使用了图30的阵列并且使用的方案为其中控制器可选择地将阵列中的所有移动元件锁定(或者不锁定)到单个极限位置，例如所述第一极限位置。

图32是一个合成示意图，其包括图30阵列中每个元件的转移示意图，作为时间的函数，这种转移能够产生在图31中所描绘的声音。

应认识到，在图30至32的例子中，每两个转移元件被永久地配对到一起。例如，在上面例子中的元件1-1总是与元件1-2成对的。然而在特定应用中，可能期望有变动的配对系统，甚至包括随机的配对系统，其中元件1-1(比如说)可以最初与元件1-2配对，但随后与其他元件配对，例如作为对不同的临近转移元件的当前能力的即时判定的结果。

通过举例的方法描述根据本发明的确定实施方式的操作，对于包括了24个被布置在5x 5矩阵中的转移元件的致动器装置，如图30中所示其中心元件缺失。这24个起作用的转移元件1-1…3-2和3-4…5-5被分配成以下列12个协同操作的对：(1-1，2-1)、(1-2，2-2)、(1-3，1-4)、(1-5，2-5)、(2-3，2-4)、(3-1，3-2)、(3-4，3-5)、(4-1，4-2)、(4-3，4-4)、(4-5，5-5)、(5-1，5-2)、(5-3，5-4)。应认识到，可供选择地，可以规定任何其他的对。

图31是要使用图30中致动器装置来产生的声压波的示意图。所述要被产生的声压波，即周期等于12个时钟的正弦波，可以由分别通过12个时钟分配的12个压力脉冲来近似。

图32是移动元件各自位移的合成示意图，结合图30中的转移元件1-1…3-2和3-4…5-5，提供在图32的顶部示意图中所示的总压力效果。在所示具体例子中，元件(1-1，2-1)被用来产生在总压力效果中的脉冲1和7。在时钟“1”的开始，转移元件1-1被释放并且开始振荡；在一个时钟之后，转移元件2-1(其已经被“分配”成为元件1-1协同操作的元件)被释放，并且开始与转移元件1-1同时振荡。在时钟“7”的开始，转移元件1-1被锁定，并且在一个时钟之后转移元件2-1被锁定。

为了产生各自高度为脉冲1和7的双倍的脉冲2和8，使用2对协同操作的转移元件(1-2，2-2)和(1-3，1-4)。在时钟“2”的开始，转移元件1-2和1-3被释放并且开始振荡；在一个时钟之后，协同操作的转移元件2-2和1-4被释放并且分别开始与转移元件1-2和1-3同时振荡。在时钟“8”的开始，转移元件1-2和1-3被锁定，并且在一个时钟之后，转移元件2-2和2-4被锁定。脉冲对3和9、4和10、5和11、以及6和12，被相类似地产生。

内置的熔断器可以被添加到弯曲部分设计中，而不考虑是否使用图24A至24B的实施方式。这种熔断器允许任何已遭受击穿的转移元件立即断开连接。如果提供了确定转移元件的成组操作，则预备保险的一个特定优势是，尽管击穿，仍维持属于相同组的剩余转移元件的适当操作，所有剩余转移元件典型地为相互并联。

现在参考图33，其为改进的扬声器装置弯曲部分层的顶部视图，其特征是转移元件弯曲部分4011由非闭合的窄缝4013所环绕，以便形成传导充电电流的窄峡部4014。在分离了转移元件和其各自电极中任何一个的绝缘层里出现故障时，会导致绝缘层被击穿，并且将电路短接到已经施加有工作电压的电极上，短路电流流过峡部4014并且将其烧坏，将有问题的转移元件的连接断开，并且提供相同组中剩余元件的操作。

可以选择峡部4014的尺寸(宽度、长度和/或厚度)，使得在普通的操作条件下，即其中没有出现绝缘层的击穿，流过峡部4014的充电电流实质上小于(例如小一个数量级)燃烧峡部期望要的电流，然而，在绝缘有故障的情况下，流过峡部4014的击穿电流实质上大于(例如大一个数量级)确保峡部4014燃烧期望要的电流。

应认识到，此处使用术语“行程”来指由转移元件所规定的峰峰值距离的一半。

应认识到，术语“临近”指的是彼此的距离相对于声音波长较小的转移元件，所述声音由元件中的任何一个的弹性转移所生成。因此，“临近元件”可以包括，但不一定是必须包括，阵列中的相邻元件。典型地，临近转移元件尽可能地彼此靠近。临近的转移元件之间的距离可以依赖于应用，例如为声音波长的1％到10％，所述声音由元件中任何一个的弹性转移所生成。

应认识到，此处所使用的声音指的是通过固体、液体或者气体所传播的振动，例如但不限于其频率能够由人类耳朵检测到的振动。

应认识到，所述锁定设备典型地包括数个或许多锁定器，每个锁定器提供两个操作状态，要么单独地用于单个转移元件，要么共同地用于阵列中全部弹性转移元件的子集。根据本发明的一个实施方式，一个单独的锁定器可将其相应的一个转移元件或一些转移元件锁定到第一位置，然而另一个单独锁定器可将其相应的一个转移元件或一些转移元件锁定到第二位置。甚至有可能是这种情况，即用于单独对中的第一和第二元件的锁定器包括第一锁定器和第二锁定器，所述第一锁定器将第一元件锁定到第一极限位置，并且第二锁定器将第二元件锁定到第二极限位置中。可供选择地，用于单独对中的第一和第二元件的一个锁定器/一些锁定器，包括一个或两个锁定器，其将第一和第二元件这两者锁定到两个极限位置中相同的一个上，例如第一极限位置。根据本发明的另一个实施方式，所有锁定器将它们各自相应的一个转移元件或者一些转移元件锁定到两个极限位置中相同的一个上，例如第一极限位置。

特别关于附图，要强调的是，特定的显示内容仅是通过举例的方式，并且是出于说明讨论本发明合适的实施方式的目的，并且提出这些内容为了提供被认为是关于本发明的原理和概念方面最有用且最简单易懂的描述。在这点上，不尝试以多于基本理解本发明期望的细节来显示本发明的结构细节。采用了附图的描述使本领域中的技术人员能够明白本发明的数种形式可以如何在实践中被实施。

在分离的实施方式的背景中所描述的本发明的特点，也可以用单个实施方式的组合来提供。相反地，单个实施方式的背景中被简明扼要地描述的本发明的特点可以被分离地提供，或者以任何合适的子组合的形式来提供。例如，移动元件可以是自由浮动的，或者可以是被安装在类似细丝的弯曲部分上，或者可以具有以柔性材料形成的围绕部分。不受此约束的，装置可以或不可以被配置成如上所述的减少经过它的漏气。不受所有这些约束的，移动元件可以包括例如导体、线圈、环形或碟形永磁体、或者环形或碟形的铁磁体以及磁体，如果被提供的话，可以或者可以不被排列成使得磁体中的一些例如50％的极点被布置为相对于所述磁体中剩余例如50％的极点。

不受所有这些约束的，在横截面上，锁定器的形状可以是立方体的、环状的、带有或不带有大的中心部分的穿孔的、或有缺口的或者具有任何其他合适的配置。不受所有这些约束的，锁定器的控制可以是单独的、或成组的或其任意组合的。不受所有这些约束的，可以有一个或多个致动器元件的阵列，其每一个可以或可以不是扭斜的，并且每个致动器元件的横截面可以是圆形、方形、三角形、六边形或者任何其他合适的形状。

应认识到，本发明的软件组件包括程序和数据，如果需要的话，其可以用ROM(只读存储器)形式实现，包括CD-ROM、EPROM和EEPROM，或者可以存储在任何其他合适的计算机可读媒体中，例如但不限于各种磁盘、各种卡带和RAM。可供选择地，此处被描述为软件的组件可以完全地或部分地实现在硬件中，如果需要的话，也可使用传统的技术。

本发明还包括计算机程序产品，包括具有在此处所实施的计算机可读程序代码的计算机可读媒体，所述计算机可读程序代码适合于被执行为实现此处显示和描述的任何方法或者所有方法。

本发明已经用某种程度的特殊性来描述，但是本领域中的技术人员将很容易认识到，可以执行各种变化和修正以包括下列权利要求所述的范围。

Claims (9)

1.一种用于生成声音的致动器阵列，所述致动器阵列包括至少一个致动器设备，所述至少一个致动器设备包括：

(a)锁定电极；

(b)弯曲部分，其包括一个或多个柔性元件，所述柔性元件外设到中心部分并且与所述中心部分整体形成，所述中心部分被配置为响应于通过在所述锁定电极和所述弯曲部分之间施加电压生成的静电力沿垂直于所述锁定电极的各自的轴来回移动；

(c)绝缘层，其将所述锁定电极与所述弯曲部分分离。

2.如权利要求1所述的致动器阵列，其中所述锁定电极通过被反向充电从而使得所述至少一个致动器设备的所述锁定电极以及所述中心部分组成一对反向充电的电极而被设计作用为锁定元件。

3.如权利要求1所述的致动器阵列，其进一步包括控制器，所述控制器被配置为用于在所述锁定电极与所述弯曲部分之间施加电压，以控制所述至少一个致动器设备的中心部分的驱动和锁定。

4.如权利要求3所述的致动器阵列，其被配置为接收数字输入信号，并且其中所述控制器被配置为控制所述至少一个致动器设备的中心部分的驱动和锁定，以生成声音，所述声音的至少一个属性相应于所述数字输入信号的至少一个特征。

5.如权利要求1所述的致动器阵列，其中所述锁定电极包括部分环状开口，所述开口面向所述弯曲部分的外设柔性元件。

6.如权利要求1所述的致动器阵列，其中所述锁定电极进一步包括穿孔的阵列。

7.如权利要求6所述的致动器阵列，其中所述穿孔的阵列面向所述弯曲部分的中心部分。

8.一种用于生成声音的致动系统，所述系统包括：

锁定电极；

至少一个转移元件阵列，每个转移元件响应于静电力的致动而被迫沿垂直于所述锁定电极的轴从所述锁定电极来回交替移动；

控制器，其操作以使用所述静电力来可选择地利用所述锁定电极将所述转移元件的至少一个子集锁定。

9.如权利要求8所述的致动系统，其中每个单独转移元件上的所述静电力是通过施加在所述单独转移元件与所述锁定电极之间的至少一个电压生成的。