JP7381635B2 - Air pulse generator and its sound generation method - Google Patents

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Description

本出願は、空気パルス発生装置(air-pulse generating device)及びその音生成方法(sound producing method)に関し、より詳細には、全体の空気パルスレート(air pulse rate)を増加させ、音圧レベルを改善し、及び/又は電力を節約することができる空気パルス発生装置及びその音生成方法に関する。 The present application relates to an air-pulse generating device and a sound producing method thereof, and more particularly, to an air-pulse generating device and a sound producing method thereof, and more particularly, to increasing the overall air pulse rate and increasing the sound pressure level. The present invention relates to an air pulse generator and a sound generation method thereof that can be improved and/or save power.

スピーカドライバ及び背面エンクロージャは、スピーカ業界における2つの大きな設計課題である。従来のスピーカでは、オーディオ周波数帯域全体、例えば20Hz~20KHzをカバーすることは困難である。十分に高い音圧レベル(SPL)で高忠実度の音を生成するためには、従来のスピーカのための放射/可動面(moving surface)及び背面エンクロージャの体積/サイズの両方が十分に大きいことが必要である。 Speaker drivers and rear enclosures are two major design challenges in the speaker industry. With conventional speakers, it is difficult to cover the entire audio frequency band, for example 20Hz to 20KHz. Both the radiating/moving surface and the back enclosure volume/size for a conventional loudspeaker are large enough to produce high-fidelity sound at a sufficiently high sound pressure level (SPL). is necessary.

したがって、従来のスピーカが直面する設計課題を克服しながら小型の音生成装置どのように設計するかは、この分野における重要な目標である。 Therefore, how to design compact sound producing devices while overcoming the design challenges faced by conventional speakers is an important goal in this field.

米国特許出願第17/553,806号U.S. Patent Application No. 17/553,806 米国特許出願第17/553,813号U.S. Patent Application No. 17/553,813

したがって、本出願の主たる目的は、従来技術の欠点及び/又は制限を越えて改善するために、空気パルス発生装置及びその音生成方法を提供することである。 Therefore, the main object of the present application is to provide an air pulse generator and a method of sound generation thereof in order to improve over the drawbacks and/or limitations of the prior art.

本発明の一実施形態は、空気パルス発生装置を提供し、膜構造及びバルブ構造と;カバー構造であって、チャンバが膜構造、バルブ構造、及びカバー構造の間に形成される、カバー構造とを有し;動作周波数で振動する空気波がチャンバ内に形成され;バルブ構造は、少なくとも1つの開口を形成するために開閉動作を実行するよう作動されるように構成され、少なくとも1つの開口が、チャンバ内の空気をチャンバ外の空気と接続し;開閉動作は動作周波数と同期している。 One embodiment of the present invention provides an air pulse generator comprising: a membrane structure and a valve structure; a cover structure, wherein a chamber is formed between the membrane structure, the valve structure and the cover structure; an air wave oscillating at an operating frequency is formed within the chamber; the valve structure is configured to be actuated to perform an opening and closing operation to form at least one aperture; , connects the air inside the chamber with the air outside the chamber; the opening and closing operations are synchronized with the operating frequency.

本発明の別の実施形態は、空気パルス発生装置に適用される音生成方法を提供し、方法は、チャンバ内に空気波を形成するステップであって、空気波は動作周波数で振動し、チャンバは空気パルス発生装置内に形成される、ステップと;空気パルス発生装置に開放周波数(opening frequency)で少なくとも1つの開口を形成するステップであって、少なくとも1つの開口は、チャンバ内の空気をチャンバ外の空気と接続する、ステップ;とを含み、開放周波数は、動作周波数と同期している。 Another embodiment of the invention provides a sound generation method applied to an air pulse generator, the method comprising the steps of forming an air wave in a chamber, the air wave vibrating at an operating frequency, is formed in the air pulse generator; forming at least one aperture in the air pulse generator at an opening frequency, the at least one aperture directing air within the chamber to the chamber; connecting with outside air; the open frequency is synchronized with the operating frequency.

本発明のこれら及び他の目的は、種々の図及び図面に示されている好ましい実施形態の以下の詳細な説明を読んだ後に、当業者には明らかになるであろう。 These and other objects of the invention will become apparent to those skilled in the art after reading the following detailed description of the preferred embodiments illustrated in the various figures and drawings.

本出願の一実施形態による空気パルス発生装置の概略図である。1 is a schematic diagram of an air pulse generator according to an embodiment of the present application; FIG.

本出願の一実施形態による複数の波形の概略図である。1 is a schematic diagram of a plurality of waveforms according to an embodiment of the present application; FIG.

本出願の一実施形態による複数の信号の概略図である。1 is a schematic diagram of a plurality of signals according to an embodiment of the present application; FIG.

本出願の一実施形態による膜駆動信号を示す。3 illustrates a membrane drive signal according to one embodiment of the present application.

図1に示す空気パルス発生装置の上面図を示す概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing a top view of the air pulse generator shown in FIG. 1;

本出願の実施形態による空気パルス発生装置の断面図の概略図である。1 is a schematic diagram of a cross-sectional view of an air pulse generator according to an embodiment of the present application; FIG.

本出願の実施形態による空気パルス発生装置の断面図の概略図である。1 is a schematic diagram of a cross-sectional view of an air pulse generator according to an embodiment of the present application; FIG.

本出願の実施形態による空気パルス発生装置の断面図の概略図である。1 is a schematic diagram of a cross-sectional view of an air pulse generator according to an embodiment of the present application; FIG.

本出願の実施形態による空気パルス発生装置の断面図の概略図である。1 is a schematic diagram of a cross-sectional view of an air pulse generator according to an embodiment of the present application; FIG.

本出願の実施形態による構成物内に配置された図8に示す空気パルス発生装置の概略図である。9 is a schematic diagram of the air pulse generator shown in FIG. 8 disposed within an arrangement according to an embodiment of the present application; FIG.

本出願の実施形態による構成物内に配置された図8に示す空気パルス発生装置の概略図である。9 is a schematic diagram of the air pulse generator shown in FIG. 8 disposed within an arrangement according to an embodiment of the present application; FIG.

本出願の一実施形態によるモバイルデバイスの概略図である。1 is a schematic diagram of a mobile device according to one embodiment of the present application; FIG.

本出願の実施形態による空気パルス発生装置の断面図の概略図である。1 is a schematic diagram of a cross-sectional view of an air pulse generator according to an embodiment of the present application; FIG.

本出願の実施形態による空気パルス発生装置の断面図の概略図である。1 is a schematic diagram of a cross-sectional view of an air pulse generator according to an embodiment of the present application; FIG.

本出願の実施形態による空気パルス発生装置の断面図の概略図である。1 is a schematic diagram of a cross-sectional view of an air pulse generator according to an embodiment of the present application; FIG.

本出願の一実施形態によるバルブ移動の概略図である。1 is a schematic diagram of valve movement according to an embodiment of the present application; FIG.

米国特許第10,425,732号は、人間の最大可聴周波数より高い超音波パルスレート(ultrasonic pulse rate)で複数のPAM(パルス振幅変調)空気パルスを生成することができる複数の空気パルス発生要素を含む、音生成装置又は空気圧パルススピーカ(APPS)を提供する。米国特許第10,425,732号はまた、APPSが、電子デバイス内に配置され、電子デバイスの熱放散を助けることができるファンとして機能し得ることを開示している。 U.S. Patent No. 10,425,732 discloses a sound system that includes a plurality of air pulse generating elements capable of generating a plurality of PAM (Pulse Amplitude Modulated) air pulses at an ultrasonic pulse rate higher than the maximum human audible frequency. A generator or pneumatic pulse speaker (APPS) is provided. US Pat. No. 10,425,732 also discloses that an APPS can function as a fan that can be placed within an electronic device and can help dissipate heat of the electronic device.

米国特許第10,771,893号は、音圧レベル性能及び低音響周波数応答をさらに向上させるために、超音波パルスレートでシングルエンドPAM空気パルスを生成することができる、音発生装置又はAPPSのためのSEAM(シングルエンド振幅変調)駆動信号を提供する。SEAM駆動信号は、複数の電気パルスを含み、複数の電気パルスは、一定の電圧と比べて(又は一定の電圧に対して)同じ極性を有する。SEAM駆動信号については、各電気パルスサイクルは、PAM(パルス、振幅変調)位相及びRST(リセット)位相を含み、後述される。SEAM駆動信号は、PAM位相内のPAM信号であり得、RST位相内のリセット電圧に戻り得る。 U.S. Patent No. 10,771,893 discloses a SEAM ( single-ended amplitude modulation) drive signal. The SEAM drive signal includes a plurality of electrical pulses having the same polarity relative to (or with respect to) a constant voltage. For SEAM drive signals, each electrical pulse cycle includes a PAM (Pulse, Amplitude Modulation) phase and a RST (Reset) phase, as described below. The SEAM drive signal may be a PAM signal within the PAM phase and may return to a reset voltage within the RST phase.

米国特許出願第16/802,569号は、音発生装置の小さいサイズ/寸法で顕著な空気圧を達成するために、膜の移動によって励起されたチャンバ圧縮/膨張を介して空気パルスを発生させ、空気パルスを音生成装置の膜又はプレート上に形成された圧力射出オリフィス(PEO)を介して伝搬させる音生成装置又はAPPSを提供する。 U.S. patent application Ser. A sound generating device or APPS is provided in which the sound generating device or APPS propagates through a pressure injection orifice (PEO) formed on a membrane or plate of the sound generating device.

米国特許第11,043,197号は、チャンバ内で空気の圧縮/膨張を行うために膜を利用し、膜の2つの面の間の空気圧平衡プロセスが加速されるように、一時的に開いて空気シャントを提供し得る仮想バルブを形成するよう膜上に形成されたスリットを利用する、空気パルス発生要素及びAPPSを提供する。 U.S. Patent No. 11,043,197 utilizes a membrane to compress/expand air within a chamber, temporarily opening an air shunt so that the pneumatic equilibration process between the two sides of the membrane is accelerated. The present invention provides an air pulsing element and APPS that utilizes slits formed on the membrane to form a virtual valve.

一実施形態では、本出願の空気パルス発生装置は、APPSの音生成原理に従って超音波パルスレートでPAM空気パルスを生成するように構成されたAPPSの用途に適用され得る。別の実施形態では、本出願の空気パルス発生装置は、ファンとして機能し、米国特許第10,425,732号に類似する、空気移動又はファン用途に適用され得る。 In one embodiment, the air pulse generator of the present application may be applied in APPS applications configured to generate PAM air pulses at ultrasonic pulse rates according to APPS sound generation principles. In another embodiment, the air pulse generator of the present application functions as a fan and can be applied in air movement or fan applications similar to US Pat. No. 10,425,732.

図1は、本出願の一実施形態による空気パルス発生装置890の断面図の概略図である。空気パルス発生装置890は、APPS内に適用され得る。空気パルス発生装置890は、膜構造12と、バルブ構造11と、カバー構造804とを有する。チャンバ105が、膜構造12と、バルブ構造11と、カバー構造804との間に形成される。空気パルス発生装置890は、ポート707L及び707Rにおいてその(空気圧)出力を生成する。図1は、膜構造12が(実質的に)平坦であり且つXY平面に対して平行である状態の膜構造12を示し(実線の輪郭)、また、膜構造12が湾曲している作動状態の膜構造12を示す(点線の輪郭)。 FIG. 1 is a schematic illustration of a cross-sectional view of an air pulse generator 890 according to one embodiment of the present application. Air pulse generator 890 may be applied within the APPS. Air pulse generator 890 includes membrane structure 12 , valve structure 11 , and cover structure 804 . A chamber 105 is formed between membrane structure 12, valve structure 11, and cover structure 804. Air pulse generator 890 produces its output at ports 707L and 707R. FIG. 1 shows the membrane structure 12 in a state in which the membrane structure 12 is (substantially) flat and parallel to the XY plane (solid outline) and in an operating state in which the membrane structure 12 is curved. (dotted outline).

膜構造12及びバルブ構造11は、薄膜構造を有し得、これは、例えば、SOI(絶縁体のシリコン/Si)又はPOI(絶縁体上のポリSi/ポリシリコン)ウェハを使用するMEMS(微小電気機械システム)製造プロセスによって製造され得るいが、これらに限定されない。図1に示す実施形態では、膜構造12は、第1の膜部分102a及び第2の膜部分102bを含む。バルブ構造11は、第1のバルブ部分101及び第2のバルブ部分103を含む。カバー構造804は、上部(top)プレート804Tと、側壁804L及び804Rとを含む。チャンバ105は、膜部分102a及び102b、バルブ部分101及び103、上部プレート804T、ならびに側壁804L及び804Rによって/これらの間に囲まれる。バルブ部分101/103は、一端が支持構造110/115に固定され、他端が自由に動き、自由移動端は、側壁804L/804Rに近接/隣接して位置する。 The membrane structure 12 and the valve structure 11 may have a thin film structure, which is e.g. (electromechanical systems) manufacturing processes, but are not limited to these. In the embodiment shown in FIG. 1, membrane structure 12 includes a first membrane portion 102a and a second membrane portion 102b. Valve structure 11 includes a first valve portion 101 and a second valve portion 103. Cover structure 804 includes a top plate 804T and side walls 804L and 804R. Chamber 105 is surrounded by/between membrane sections 102a and 102b, valve sections 101 and 103, top plate 804T, and side walls 804L and 804R. Valve portion 101/103 is fixed at one end to support structure 110/115 and free to move at the other end, with the free moving end located proximate/adjacent to sidewall 804L/804R.

膜構造12は、空気波AWが生成されるように作動されるように構成される。さらに、膜構造12に供給される駆動信号(複数可)を注意深く選択することによって、空気波AWは、動作周波数fCYで振動し、チャンバ105内で膜構造12に平行な方向(例えば、X方向)に沿って伝播し得る。 Membrane structure 12 is configured to be actuated such that air waves AW are generated. Furthermore, by carefully selecting the drive signal(s) provided to the membrane structure 12, the air wave AW oscillates at the operating frequency f CY and is caused to oscillate within the chamber 105 in a direction parallel to the membrane structure 12 (e.g. direction).

ある観点では、空気波は、空気分子の質量が、空気圧変動又は空気分子密度の変動により、一定の時間周期で、前後方向(例えば、X軸成分の動きの観点から、X方向の左右)に周期的に移動することに関連付けられ得る。特定の周波数で振動する空気波は、特定の周波数が特定の期間の逆数である動作周波数fCYに関連し、その逆も同様である。 From a certain point of view, an air wave is defined as an air wave in which the mass of air molecules changes in the front-back direction (for example, from the perspective of the movement of the X-axis component, left and right in the Can be associated with periodic movement. An air wave that oscillates at a specific frequency is related to an operating frequency f CY where the specific frequency is the reciprocal of the specific period, and vice versa.

バルブ構造11は、少なくとも1つの開口を周期的に形成するために、開閉動作を、開放周波数で実行するよう作動するように構成され、少なくとも1つの開口は、チャンバ105の中の空気を周囲/チャンバ105の外の空気と接続する。具体的には、バルブ部分101は、開口112を形成させる及び形成させない(form-and-unform)(Z方向の)上下移動を行うように作動され得、これはバルブ101の開閉と呼ばれる。同様に、バルブ部分103は、開口114を形成させる及び形成させない(Z方向の)上下移動を行うように作動され得、これはバルブ103の開閉と呼ばれる。バルブ(部分)101及び103を含むバルブ構造11の開閉動作(又は開放周波数)は、空気波AWと同期し、これは、動作周波数fCYとさらに同期する。バルブ構造/部分の開閉動作が作動周波数fCYと同期していることは、バルブ部分/構造の開閉動作が、作動周波数fCY又は(M/N)*fCYの周波数で(好ましくは)実行されることを意味し、ここで、M及びNは共に整数である。開閉、上下、形成する及び形成しない運動については、後で詳しく説明する。以下の説明では、バルブ101/103は、簡潔にするためにバルブ部分101/103と称され得る。 Valve structure 11 is configured to operate to perform opening and closing operations at an opening frequency to periodically form at least one aperture, the at least one aperture causing air within chamber 105 to flow into the surrounding air. It is connected to the air outside the chamber 105. Specifically, the valve portion 101 may be actuated to form-and-unform the opening 112 (in the Z direction) and move up and down (in the Z direction), which is referred to as opening and closing the valve 101 . Similarly, the valve portion 103 can be actuated to perform up and down movement (in the Z direction) causing and not forming the opening 114, which is referred to as opening and closing the valve 103. The opening and closing operation (or opening frequency) of the valve structure 11, including the valves (parts) 101 and 103, is synchronized with the air wave AW, which in turn is synchronized with the operating frequency f CY . The opening and closing operations of the valve structure/section are synchronized with the operating frequency f CY , which means that the opening and closing operations of the valve section/structure are (preferably) performed at the operating frequency f CY or (M/N)*f CY . where M and N are both integers. The opening/closing, up/down, forming and non-forming movements will be explained in detail later. In the following description, valves 101/103 may be referred to as valve portions 101/103 for brevity.

バルブ開度の機能は、気流に対する抵抗ZVALVEがバルブ開度によって制御される可変抵抗のものと同様である。バルブが閉じられるとき、すなわち、Z101<ZO/C又はZ103<ZO/Cであるとき、ZVALVEの大きさは高い(Hi-Z)。バルブが開いているとき、すなわちZ101>ZO/C又はZ103>ZO/Cであるとき、ZVALVEの大きさは開度、又はZ101-ZO/C及びZ101-ZO/Cに反比例する。バルブが広く開くほど、ZVALVEの値は低くなり、所与のチャンバ内圧に対する空気流量は高くなる。 The function of the valve opening is similar to that of a variable resistance in which the resistance to airflow Z VALVE is controlled by the valve opening. When the valve is closed, ie, Z101<Z O/C or Z103<Z O/C , the magnitude of Z VALVE is high (Hi-Z). When the valve is open, that is, Z101>Z O/C or Z103>Z O/C , the magnitude of Z VALVE is inversely proportional to the opening degree, or Z101-Z O/C and Z101-Z O/C. do. The wider the valve opens, the lower the value of Z VALVE and the higher the air flow rate for a given chamber pressure.

チャンバ共振 chamber resonance

側壁804L及び804Rが、反射壁として機能し得ることを考えると、膜構造12によって生成される空気波AWは、入射波及び反射波を含み得ることに留意されたい。一実施形態では、W105として示されるチャンバ105の幅、又は側壁804Lと804Rとの間の距離は、入射波及び反射波が集められ、チャンバ105内で定在波を形成され得るように設計され得る。 Note that the air waves AW generated by the membrane structure 12 may include incident waves and reflected waves, given that side walls 804L and 804R may function as reflective walls. In one embodiment, the width of chamber 105, shown as W 105 , or the distance between sidewalls 804L and 804R, is designed such that the incident and reflected waves can be collected and formed into a standing wave within chamber 105. can be done.

一実施形態では、側壁804Lと804Rとの間の距離又は幅W105は、空気波AWの動作周波数fCYに対応する半波長(λ/2)の整数倍に等しくてよく、λ=C/fCY、Cは音速である。 In one embodiment, the distance or width W 105 between sidewalls 804L and 804R may be equal to an integer multiple of a half wavelength (λ/2) corresponding to the operating frequency f CY of the air wave AW, where λ=C/ f CY , C is the speed of sound.

一実施形態では、側壁804Lと804Rとの間の距離又は幅W105は、基本モード共振又は1次高調波共振とも呼ばれる1次(1st)モード(又はn=1モード)共振がチャンバ105内に形成されるように設計され得る。この場合、1つの空気運動の腹(air-motion antinode)(振幅がピークに達する)のみがチャンバ105内に存在する(チャンバ105の中央にあり得る);2つの空気運動の節(振幅が0に近い)のみが、側壁804L及び804Rに位置する;1つの空気圧の節のみがチャンバ105内に存在し(チャンバ105の中央に位置し得る);2つの空気圧の腹のみが、側壁804L及び804Rに位置する。 In one embodiment, the distance or width W 105 between sidewalls 804L and 804R is such that first order ( 1st ) mode (or n=1 mode) resonance, also referred to as fundamental mode resonance or first harmonic resonance, occurs within chamber 105. It can be designed to be formed into In this case, only one air-motion antinode (with amplitude reaching a peak) is present in chamber 105 (possibly in the center of chamber 105); two air-motion nodes (with amplitude reaching 0 only one pneumatic node is located within the chamber 105 (which may be located in the center of the chamber 105); only two pneumatic antinodes are located on the side walls 804L and 804R Located in

ここで、チャンバ共振又は定在波の観点では、空気運動の腹は、空気分子の速度/変位の振幅がチャンバ内のX軸にわたる空気運動において最大に達する位置を表し;空気運動の節は、空気分子の速度/変位の振幅がチャンバ内のX軸にわたる空気運動において最小に達する位置を表し(通常、0の運動);空気圧の腹は、空気圧の変動の振幅がチャンバ内のX軸にわたる空気圧において最大に達する位置を表し;空気圧の節は、空気圧の変動の振幅がチャンバ内のX軸にわたる空気圧において最小に達する位置を表す。 Here, in terms of chamber resonance or standing waves, the antinode of air motion represents the position where the velocity/displacement amplitude of air molecules reaches a maximum in the air motion across the X-axis within the chamber; the node of air motion is: Represents the position where the amplitude of the velocity/displacement of an air molecule reaches a minimum in air motion across the X-axis within the chamber (usually zero motion); The air pressure node represents the position where the amplitude of the air pressure fluctuation reaches a minimum in air pressure across the X-axis within the chamber.

図1において、曲線U102は、異なる時間におけるX方向に分布した空気粒子の変位を概略的に表し、曲線W102は、異なる時間におけるチャンバ内の圧力分布を概略的に表す。例えば、曲線U102及びW102の破線は時間tに対応し、曲線U102及びW102の実線は時間tに対応する。図1のP0は、周囲圧力を指し得、これは1気圧であり得る。一実施形態では、1次モード(又はn=1モード)共振を達成するために、側壁804Lと804Rとの間の距離又は幅W105は、空気波AWの動作周波数fCYに対応する半波長(λCY/2)であり得る。 In FIG. 1, the curve U102 schematically represents the displacement of air particles distributed in the X direction at different times, and the curve W102 schematically represents the pressure distribution in the chamber at different times. For example, the dashed line of curves U102 and W102 corresponds to time t0 , and the solid line of curves U102 and W102 corresponds to time t1 . P0 in FIG. 1 may refer to ambient pressure, which may be 1 atmosphere. In one embodiment, to achieve first-order mode (or n=1 mode) resonance, the distance or width W 105 between sidewalls 804L and 804R is half a wavelength corresponding to the operating frequency f CY of the air wave AW. (λ CY /2).

101/103のバルブ移動の詳細は、図16にさらに示される。時間tにおいて(又はt=tのとき)、バルブ101は、開口112が開く又は形成されるように上方に曲がるように作動され、バルブ103は、(実質的に)開口114をシールするように作動され得、これは、図16の上部に示されるように、開口114が閉じているか又は形成されていないことを意味する。一方、時間tにおいて(又はt=tのとき)、バルブ101は、開口112を(実質的に)シールするように作動され得、これは、開口112が閉じているか又は形成されていないことを意味し、バルブ103は、図16の底部に示すように、開口114が開かれるか又は形成されるように、上方に曲がるように作動される。一実施形態では、ある時点tにおいて(又はt=t、ここでt≠t且つt≠t)、バルブ101及び103は、図16の中央に示すように、開口112及び114がほとんど開かれないか、又はほとんど閉じない状態にあり、図2に示すように、それぞれZ101=ZO/C及びZ103=ZO/Cに対応する。 Further details of the 101/103 valve movement are shown in FIG. At time t 0 (or when t=t 0 ), valve 101 is actuated to bend upward such that aperture 112 is opened or formed, and valve 103 (substantially) seals aperture 114 This means that the opening 114 is closed or not formed, as shown at the top of FIG. On the other hand, at time t1 (or when t= t1 ), valve 101 may be actuated to (substantially) seal aperture 112, which means that aperture 112 is closed or not formed. This means that the valve 103 is actuated to bend upward so that an opening 114 is opened or formed, as shown at the bottom of FIG. In one embodiment, at some point in time t 2 (or t=t 2 , where t 2 ≠t 0 and t 2 ≠t 1 ), valves 101 and 103 open opening 112 and 114 is hardly opened or hardly closed, which corresponds to Z101=Z O/C and Z103=Z O/C , respectively, as shown in FIG.

図2は、本出願の一実施形態による複数の波形の概略図である。波形Z101は、バルブ部分101の自由移動端のZ方向における変位を概略的に表し;一方、波形Z103は、バルブ部分103の自由移動端のZ方向における変位を概略的に表す。ZO/Cはあるレベルの変位を表し、サフィックスO/Cは、開状態と閉状態を区切る線を表す。バルブZ101の自由移動端の変位が変位レベルZO/Cより大きい(上である)場合、開口112が形成される又はバルブ101が開く。バルブZ103の自由移動端の変位が変位レベルZO/Cより大きい場合、開口114が形成される又はバルブ103が開く。バルブZ101の自由移動端の変位が変位レベルZO/Cより小さい(下である)場合、開口112は形成されない又はバルブ101は閉じられる。バルブZ103の自由移動端の変位が変位レベルZO/Cより小さい場合、開口114が形成されない又はバルブ103が閉じられる。 FIG. 2 is a schematic diagram of multiple waveforms according to one embodiment of the present application. Waveform Z101 schematically represents the displacement of the free moving end of valve portion 101 in the Z direction; while waveform Z103 schematically represents the displacement of the free moving end of valve portion 103 in the Z direction. Z O/C represents a level of displacement, and the suffix O/C represents the line separating the open and closed states. If the displacement of the free moving end of the valve Z101 is greater than (above) the displacement level Z O/C , an opening 112 is formed or the valve 101 is opened. If the displacement of the free moving end of the valve Z103 is greater than the displacement level Z O/C , an opening 114 is formed or the valve 103 is opened. If the displacement of the free moving end of the valve Z101 is less than (below) the displacement level Z O/C , no opening 112 is formed or the valve 101 is closed. If the displacement of the free moving end of the valve Z103 is less than the displacement level Z O/C , the opening 114 is not formed or the valve 103 is closed.

波形P112は、開口112(チャンバ105内)における空気圧を概略的に表す。波形P114は、開口114(チャンバ105内)における空気圧を概略的に表す。波形Z102aは、膜部分102aの変位を表し、これは、P112と同様の波形を共有し得る。波形Z102bは、膜部分102bの変位を表し、これはP114と同様の波形を共有し得る。波形P707Lは、ポート707L(チャンバ105の外)における空気圧(又は空気圧に類似した量)を概略的に表す。波形P707Rは、ポート707R(チャンバ105の外)における空気圧(又は空気圧に類似した量)を概略的に表す。波形P890は、P707L及びP707Rの合計/重ね合わせを表し、装置890の集約された軸上出力音圧(aggregated on-axis output acoustic pressure)に対応する。単位がμMのような長さである波形Z102a/Z102bは、一般に、単位がPaのような圧力である波形P112/P114とは異なる振幅を有する。しかしながら、図2の目的は、主として、動作の異なる部分間のタイミング関係を示すために、これらの波形は、簡略化のために図2にマージされる。 Waveform P112 schematically represents the air pressure at opening 112 (inside chamber 105). Waveform P114 schematically represents the air pressure at opening 114 (inside chamber 105). Waveform Z102a represents the displacement of membrane portion 102a, which may share a similar waveform with P112. Waveform Z102b represents the displacement of membrane portion 102b, which may share a similar waveform with P114. Waveform P707L schematically represents air pressure (or a quantity similar to air pressure) at port 707L (outside chamber 105). Waveform P707R schematically represents air pressure (or a quantity similar to air pressure) at port 707R (outside chamber 105). Waveform P890 represents the sum/superposition of P707L and P707R and corresponds to the aggregated on-axis output acoustic pressure of device 890. Waveforms Z102a/Z102b having lengths such as μM generally have different amplitudes than waveforms P112/P114 having units of pressure such as Pa. However, since the purpose of FIG. 2 is primarily to illustrate the timing relationships between different parts of the operation, these waveforms are merged into FIG. 2 for simplicity.

図3は、本出願の一実施形態による複数の信号の概略図である。SINは入力オーディオ信号を表す。S101/S103は、バルブ部分101/103を駆動するように構成されたバルブ駆動信号を表す。S102a/S102bは、膜部分102a/102bを駆動するように構成された膜駆動信号を表す。 FIG. 3 is a schematic diagram of a plurality of signals according to one embodiment of the present application. S IN represents the input audio signal. S101/S103 represents a valve drive signal configured to drive valve portions 101/103. S102a/S102b represents membrane drive signals configured to drive membrane portions 102a/102b.

AM変調波形 AM modulation waveform

図2のプロット/波形P112及びP114から分かるように、P112及びP114は、振幅変調波形である/振幅変調波形を含み、振幅変調波形P112/P114は、一般に、キャリア成分及び変調成分の積として表され得る。通常、cos(2πfCYt)として表されるキャリア成分は、fCY=1/TCYである動作周波数fCYで振動し、ここで、fCYは動作サイクルを示す。m(t)として表される変調成分は、入力オーディオ信号SINに対応する振幅変調波形の包絡線(図2及び図3では点線で示されている)によって反映される。一実施形態では、変調成分m(t)は、入力オーディオ信号SINに対応し得る又は比例し得る。 As can be seen from the plots/waveforms P112 and P114 in FIG. can be done. The carrier component, typically expressed as cos(2πf CY t), oscillates at an operating frequency f CY where f CY = 1/T CY , where f CY indicates the operating cycle. The modulation component, denoted as m(t), is reflected by the envelope (shown as a dotted line in FIGS. 2 and 3) of the amplitude modulation waveform corresponding to the input audio signal S IN . In one embodiment, the modulation component m(t) may correspond to or be proportional to the input audio signal S IN .

振幅変調波形P112/P114は、パルス振幅変調駆動信号によって膜構造12を駆動することによって達成され得る。例えば、膜部分102a/102bを駆動する図3に示す膜駆動信号S102a/S102bは、入力オーディオ信号SINに従って生成されるパルス振幅変調信号である。 Amplitude modulated waveforms P112/P114 may be achieved by driving membrane structure 12 with a pulsed amplitude modulated drive signal. For example, membrane drive signals S102a/S102b shown in FIG. 3 that drive membrane portions 102a/102b are pulse amplitude modulated signals generated according to input audio signal S IN .

膜駆動信号 Membrane drive signal

換言すれば、膜駆動信号S102aは、特定のバイアス電圧Vに対して複数の第1のパルスを含む第1のパルス振幅変調信号を含む。第1のパルスは、動作周波数fCYによって時間的に分布/配置される。同様に、膜駆動信号S102bは、バイアス電圧Vに対して複数の第2のパルスを含む第2のPAM信号を含む。第2のパルスは、動作周波数fCYによって時間的に分布/配置される。 In other words, the membrane drive signal S102a includes a first pulse amplitude modulated signal that includes a plurality of first pulses for a particular bias voltage VB . The first pulses are distributed/arranged in time by the operating frequency f CY . Similarly, membrane drive signal S102b includes a second PAM signal that includes a plurality of second pulses relative to bias voltage VB . The second pulses are distributed/arranged in time by the operating frequency f CY .

加えて、第1のパルスは第1の遷移エッジ(transition edges)を含む;一方、第2のパルスは第2の遷移エッジを含む。PAM信号S102a内の第1のパルスの第1の遷移エッジは、PAM信号S102b内の第2のパルスの第2の遷移エッジと一致する。さらに、第1の遷移エッジ及び第2の遷移エッジのある一致する時間(coincidence time)において、第1の遷移エッジは第1の遷移極性に対応し、第2の遷移エッジは第2の遷移極性に対応する。第1遷移極性は、ある一致する時間において、第2遷移極性とは反対である。第1及び第2の遷移エッジの一致及び第1及び第2の遷移極性の反対の詳細は、本出願の図3を参照してもよく、又は米国特許第11,043,197号又は米国特許第11,051,108号を参照してもよく、これらは簡潔のために本明細書では説明しない。 Additionally, the first pulse includes a first transition edge; while the second pulse includes a second transition edge. The first transition edge of the first pulse in PAM signal S102a coincides with the second transition edge of the second pulse in PAM signal S102b. Further, at a coincidence time of the first transition edge and the second transition edge, the first transition edge corresponds to a first transition polarity, and the second transition edge corresponds to a second transition polarity. corresponds to The first transition polarity is opposite to the second transition polarity at certain coincident times. Details of the coincidence of the first and second transition edges and the opposite polarity of the first and second transitions may be found in FIG. 3 of this application or in U.S. Pat. No. 11,043,197 or U.S. Pat. reference may be made and these are not described herein for brevity.

なお、膜部分102a/102bを駆動する膜駆動信号S102a/S102bは、バイアス電圧Vに対してバイポーラ(又はダブルエンド(double-ended))であり、これに限定されるものではない。例えば、図4は、第2のタイプの膜駆動信号S102a’及びS102b’を示す。膜部分102a及び102bは、それぞれ、膜駆動信号S102a’及びS102b’によって駆動され得る。膜駆動信号S102a’及びS102b’は、バイアス電圧Vに対して単極性であるSEAM駆動信号であることに留意されたい。単極膜駆動信号S102a及びS102bと同様に、駆動信号S102a’内の第1のパルス及び駆動信号S102b’内の第2のパルスは、図4に示すように、相互にインターリーブされ(interleaved)、同時遷移エッジ及び反対の遷移極性を有する。単極SEAM駆動信号の詳細は、米国特許第10,771,893号を参照することができ、これは、簡潔のために本明細書では説明しない。 Note that the membrane drive signals S102a/S102b that drive the membrane portions 102a/102b are bipolar (or double-ended) with respect to the bias voltage VB , but are not limited thereto. For example, FIG. 4 shows a second type of membrane drive signals S102a' and S102b'. Membrane portions 102a and 102b may be driven by membrane drive signals S102a' and S102b', respectively. Note that membrane drive signals S102a' and S102b' are SEAM drive signals that are unipolar with respect to bias voltage VB . Similar to the monopolar membrane drive signals S102a and S102b, the first pulse in the drive signal S102a' and the second pulse in the drive signal S102b' are interleaved with each other, as shown in FIG. have simultaneous transition edges and opposite transition polarities. Details of the unipolar SEAM drive signal can be found in US Pat. No. 10,771,893, which is not discussed here for brevity.

図4は、また、第3のタイプの膜駆動信号S102a”(下部の実線)及びS102b”(下部破線、S102a”)を示している。一実施形態では、膜部分102aは膜駆動信号S102a”によって駆動されてもよく、膜部分102bは膜駆動信号S102b”によって駆動されてもよい。膜駆動信号S102b”は、S102b”=V-S102a”(式1)又はS102b”=-S102a”(式2)で表される式に従ってS102a”から得られ得る。言い換えれば、膜駆動信号S102a”とS102b”の和は定数であり得る。定数は、電圧レベルV(式1が適用される場合)又は0V(式2が適用される場合)であり得る。膜駆動信号S102a及びS102bと同様に、駆動信号S102a”内の第1のパルス及び駆動信号S102b”内の第2のパルスは、同時(coincidence)遷移エッジ及び反対の遷移極性を有し、これらは図4から観察され得る。 FIG. 4 also shows a third type of membrane drive signal S102a'' (bottom solid line) and S102b'' (bottom dashed line, S102a''). In one embodiment, the membrane portion 102a is the membrane drive signal S102a'' The membrane portion 102b may be driven by the membrane drive signal S102b''. In other words, the sum of the membrane drive signals S102a" and S102b" can be a constant. The constant is equal to the voltage level V B (if Equation 1 is applied ) or 0 V (if Equation 2 is applied). Similar to the membrane drive signals S102a and S102b, the first pulse in the drive signal S102a" and the second pulse in the drive signal S102b" are simultaneously (coincidence) transition edges and opposite transition polarities, which can be observed from FIG.

圧力勾配 pressure gradient

1つの観点では、第1のインターバル(動作サイクルのTCYの最初の半分であり得る)の間に、膜駆動信号対(S102a、S102b)/(S102a’、S102b’)/(S102a”、S102b”)を膜部分102a及び102bに適用することによって、膜部分102aは正のZ方向に移動するように作動され得、膜部分102bは負のZ方向に移動するように作動され得る。したがって、第1のインターバルの間に、膜部分102aは、チャンバ105内の第1の部分/容積105a(膜部分102aの上部)を圧縮するように作動され得、膜部分102bは、チャンバ105内の第2の部分/容積105b(膜部分102bの上部)を膨張するように作動され得、その結果、第1の部分/容積105aから第2の部分/容積105bへ向けて第1の空気圧勾配(図1においてブロック矢印116によって示される)が形成される。 In one aspect, during a first interval (which may be the first half of the operating cycle T CY ), the membrane drive signal pair (S102a, S102b)/(S102a', S102b')/(S102a'', S102b ”) to membrane portions 102a and 102b, membrane portion 102a may be actuated to move in the positive Z direction and membrane portion 102b may be actuated to move in the negative Z direction. Thus, during a first interval, membrane portion 102a may be actuated to compress a first portion/volume 105a (the top of membrane portion 102a) within chamber 105, and membrane portion 102b may be actuated to compress a first portion/volume 105a (top of membrane portion 102a) within chamber 105. may be actuated to inflate the second portion/volume 105b (above the membrane portion 102b) of the membrane portion 102b, such that a first pneumatic gradient is created from the first portion/volume 105a towards the second portion/volume 105b. (indicated by block arrow 116 in FIG. 1) is formed.

逆に、第2のインターバル(動作サイクルTCYの第2の半分であり得る)の間、膜部分102bは、正のZ方向に移動するように作動され得、膜部分102aは負のZ方向に移動するように作動され得る。したがって、第2のインターバルの間、膜部分102bは、第2の部分/容積105bを圧縮するように作動され得、膜部分102aは、第1の部分/容積105aを拡張するように作動され得、その結果、第2の部分/容積105bから第1の部分/容積105aに向かって第2の空気圧勾配(116の反対、図1には示されていない)が形成され得る。 Conversely, during a second interval (which may be the second half of the operating cycle T CY ), membrane portion 102b may be actuated to move in the positive Z direction and membrane portion 102a may be actuated to move in the negative Z direction. can be operated to move to. Thus, during the second interval, membrane portion 102b may be actuated to compress the second portion/volume 105b and membrane portion 102a may be actuated to expand the first portion/volume 105a. , so that a second pneumatic gradient (opposite of 116, not shown in FIG. 1) may be created from the second portion/volume 105b toward the first portion/volume 105a.

膜部分102a及び102bを含む膜構造12によって発生する空気圧勾配(例えば、図1に示す116)の圧力勾配方向は、図1に示すX方向と平行である。チャンバ105内を伝搬する空気波AWの伝搬方向もX方向と平行である。すなわち、圧力勾配方向は空気波伝搬方向と平行である。加えて、X方向に平行である圧力勾配方向は、膜構造12の膜変位方向に垂直、主にZ方向であり、膜変位方向とは、膜が、移動するように作動される方向を指す。したがって、圧力勾配方向は、XY平面、膜構造の平面に平行であり、膜変位(Z)の方向に直交する。作動又は変形される膜構造を考慮することによって、圧力勾配方向(膜構造によって発生する)は、膜構造に対して実質的に平行である及び/又は膜変位/移動の方向に対して実質的に垂直である/直交するとみなされ得る。 The pressure gradient direction of the air pressure gradient (eg, 116 shown in FIG. 1) generated by the membrane structure 12, including membrane portions 102a and 102b, is parallel to the X direction shown in FIG. The propagation direction of the air wave AW propagating within the chamber 105 is also parallel to the X direction. That is, the pressure gradient direction is parallel to the air wave propagation direction. In addition, the pressure gradient direction, which is parallel to the X direction, is perpendicular to the membrane displacement direction of the membrane structure 12, primarily in the Z direction, where the membrane displacement direction refers to the direction in which the membrane is actuated to move. . Therefore, the pressure gradient direction is parallel to the XY plane, the plane of the membrane structure, and orthogonal to the direction of membrane displacement (Z). By considering the membrane structure to be actuated or deformed, the pressure gradient direction (generated by the membrane structure) may be substantially parallel to the membrane structure and/or substantially parallel to the direction of membrane displacement/movement. can be considered perpendicular to/orthogonal to.

バルブ開放の空間的位置 Spatial position of valve opening

チャンバ105内に定在波が形成されるとき、オーディオ出力効率を高めるために、開口(複数可)は、定在波の空気圧の腹(複数可)に又はその近傍に位置することが示唆される。空気パルス発生装置890に対して、開口は、空気/定在波のピークが達成される位置に空間的に形成され得、ここで、空気/定在波のピークは、(APPS用途の場合)空気圧の観点であり得る。 When a standing wave is formed within the chamber 105, it is suggested that the aperture(s) be located at or near the pneumatic antinode(s) of the standing wave to increase audio output efficiency. Ru. For air pulse generator 890, an aperture may be formed spatially at a location where the air/standing wave peak is achieved, where the air/standing wave peak is (for APPS applications) It can be in terms of air pressure.

APPSに対して、チャンバ内の空気圧を単一変数関数p(x)又は2変数関数p(x,t)として表され得ると仮定し、ここで、xはX軸における変数を示し、tは時間軸における変数を示す。ピークは、1次(偏)微分がゼロである場所、すなわち、dp(x)/dx=0又は∂p(x,t)/∂x=0(バルブ開口の最適な空間的位置を求めるため)に対応し得る。言い換えれば、(ある固定された時間tについて)ピークは、X軸にわたって、p(x)/p(x,t)の極大値又は極小値として解釈され得る。 For APPS, assume that the air pressure in the chamber can be expressed as a single-variable function p(x) or a two-variable function p(x,t), where x indicates the variable in the X-axis and t is Shows variables on the time axis. The peak is located where the first (partial) derivative is zero, i.e. dp(x)/dx=0 or ∂p(x,t)/∂x=0 (to find the optimal spatial position of the valve opening) ). In other words, a peak (for some fixed time t 0 ) can be interpreted as a local maximum or minimum value of p(x)/p(x,t 0 ) across the X-axis.

この場合、空気パルス発生APPS装置890に対して、定在波の空気圧の腹が側壁804L及び804Rに位置するので、開口112及び114が側壁804L及び804Rの近傍に形成される。 In this case, for the air pulse generating APPS device 890, the antinode of the air pressure of the standing wave is located at the side walls 804L and 804R, so the openings 112 and 114 are formed near the side walls 804L and 804R.

バルブ開放の時間的アライメント Temporal alignment of valve opening

別の態様では、空気パルス発生効率を高めるために、図1の112及び114に示すように、空気波のピーク圧力がバルブ開口の位置で達成されるインターバル中に、バルブ開放(複数可)のタイミングが形成されることが示唆される。本明細書におけるピーク圧力タイミングは、チャンバ内の空気圧が単一変数関数p(t)又は2変数関数p(x,t)として表され得ることを前提として、1次(偏)時間微分がゼロである時間、すなわち、dp(t)/dt=0又は∂p(x,t)/∂x=0(バルブ開放の最適なタイミング、すなわち時間的挙動を求めるため)に対応し得る。換言すれば、(ある固定位置xに対して、xはバルブ開口112又は114の位置であり得る)ピークは、t軸にわたる、p(x)/p(x、t)の極大値又は極小値として解釈され得る。 In another aspect, to increase the efficiency of air pulsing, the valve opening(s) may be closed during the interval during which the peak pressure of the air wave is achieved at the location of the valve opening, as shown at 112 and 114 in FIG. It is suggested that timing is formed. Peak pressure timing in this specification assumes that the air pressure in the chamber can be expressed as a single-variable function p(t) or as a two-variable function p(x,t), with the first (partial) time derivative being zero. , i.e. dp(t)/dt=0 or ∂p(x,t)/∂x=0 (to find the optimal timing of valve opening, ie the temporal behavior). In other words, (for some fixed position x 0 , x 0 may be the position of the valve opening 112 or 114) the peak is the local maximum of p(x)/p(x 0 , t) over the t-axis. or can be interpreted as a local minimum.

例えば、図2を参照すると、開口112が形成される(すなわち、バルブ部分101が開放されるように作動される又はバルブ101が開放される)時間インターバルは、プロットZ101内の点線領域として示され;開口114が形成される(すなわち、バルブ部分103が開放されるように作動される又はバルブ103が開放される)時間インターバルは、プロットZ103内のクロスハッチ領域として示される。開口112は(第1の)インターバルTの間に形成され;一方、開口114は(第2の)インターバルTの間に形成される。インターバルT及びTの両方は、動作サイクルTCY内にあり、T≦TCY、T≦TCY且つT+T≦(1+d)×TCY、を意味し、ここでTCY=1/fCY且つd<0.5である。 For example, referring to FIG. 2, the time interval during which opening 112 is formed (i.e., valve portion 101 is actuated open or valve 101 is opened) is shown as the dotted area in plot Z101. the time interval during which opening 114 is formed (ie, valve portion 103 is actuated or valve 103 is opened) is shown as a cross-hatched area within plot Z103. Aperture 112 is formed during a (first) interval T1 ; whereas aperture 114 is formed during a (second) interval T2 . Both intervals T 1 and T 2 are within the operating cycle T CY , meaning T 1 ≦T CY , T 2 ≦T CY and T 1 +T 2 ≦(1+d)×T CY , where T CY =1/f CY and d<0.5.

効率を向上させるために、第1の開口112は、第1のインターバルT内に形成され、その間、第1の位置(側壁804Lに対応する)における空気波AWの第1のピーク圧力pkが達成され;第2の開口114は、第2のインターバルT内に形成され、その間、第2の位置における空気波AWの第2のピーク圧力pkが達成される。 To improve efficiency, the first aperture 112 is formed within a first interval T 1 during which a first peak pressure pk 1 of the air wave AW at a first location (corresponding to side wall 804L) is achieved; the second opening 114 is formed within a second interval T 2 during which a second peak pressure pk 2 of the air wave AW at the second position is achieved.

一つの観点では、バルブ101及び103の開放周波数は、図2に示す実施形態では、動作周波数fCYに等しい。 In one aspect, the opening frequency of valves 101 and 103 is equal to the operating frequency f CY in the embodiment shown in FIG.

なお、図2に示す実施形態では、第1のインターバルT(バルブ101の開放インターバルを表す)は、動作サイクルTCYの半分をカバーし、第2のインターバルT(バルブ103の開放インターバルを表す)は、動作サイクルTCYのもう1つの半分をカバーし、これは、T=T≒TCY/2(すなわち、インターバルTの長さを、動作サイクルTCYの長さの半分に等しくさせると、T≒T又はT≒T)ことを意味するが、これに限定されるものではない。インターバルT又はTは、TCY/2よりわずかに短い又は長くてよい(例えば、±10%又は±20%以内)。バルブ101の開放インターバルが第1のピークpkをカバーし、バルブ103の開放インターバルが第2のピークpkをカバーする限り、本出願の要件は満たされ、これは本出願の範囲内である。 Note that in the embodiment shown in FIG. 2, the first interval T 1 (representing the opening interval of valve 101) covers half of the operating cycle T CY , and the second interval T 2 (representing the opening interval of valve 103) ) covers another half of the working cycle T CY , which means that T 1 = T 2 ≈ T CY /2 (i.e., the length of the interval T y is reduced by half the length of the working cycle T CY , it means that T y ≒ T 1 or T y ≒ T 2 ), but is not limited thereto. The interval T 1 or T 2 may be slightly shorter or longer than T CY /2 (eg, within ±10% or ±20%). As long as the opening interval of valve 101 covers the first peak pk 1 and the opening interval of valve 103 covers the second peak pk 2 , the requirements of this application are met and this is within the scope of this application .

さらに、第1のインターバルT(バルブ101の開放インターバルを表す)は、膜の移動によって生成される空気圧P112が一定の圧力Pthより大きい/小さい間の第1の過圧/負圧(over/under-pressure)インターバルをカバーし得、第1の過圧/負圧インターバルは、図2に示す実施形態においてTと重複する。同様に、第2のインターバルT(バルブ103の開放インターバルを表す)は、膜の移動によって生成される空気圧P114は、特定の圧力Pthより大きい/小さい間の第2の過圧/負圧インターバルをカバーし得、第2の過圧/負圧インターバルは、図2に示す実施形態においてTと重複する。この場合、空気パルス発生装置890は、バルブ開放インターバルT及びTの間に正/負の空気パルスを発生し、ここで、正/負の空気パルスは、バルブ開放インターバル(複数可)の間にチャンバ105から周囲に伝搬され得る。 Furthermore, the first interval T 1 (representing the opening interval of the valve 101) is a first overpressure/negative pressure (over /under-pressure) interval, the first over-pressure/under-pressure interval overlapping with T 1 in the embodiment shown in FIG. Similarly, a second interval T 2 (representing the opening interval of valve 103) indicates that the air pressure P114 generated by the movement of the membrane is equal to or smaller than a certain pressure P th during a second overpressure/negative pressure. The second overpressure/underpressure interval overlaps T 2 in the embodiment shown in FIG. 2 . In this case, the air pulse generator 890 generates positive/negative air pulses during valve opening intervals T 1 and T 2 , where the positive/negative air pulses are within the valve opening interval(s). may be propagated from chamber 105 to the surroundings during this period.

図4の駆動波形S102a’/S102b’によって発生するAW圧力波は、単純なAMであり、図3の駆動波形S102a/S102b又は図4のS102a”/-S102a”によって発生するAW圧力波は、DSB-SC(両側波帯、抑制キャリア(double-sideband, suppress carrier))であることに留意されたい。図2に示されるタイミング関係は、単純なAM変調AW圧力波に対応し、ピークpk、pkはPthのラインを横切らない。しかし、DSB-SC変調AW圧力波については、pk、pkは、SINの極性が変化するときはいつでもPthのラインを横切り、このとき、過圧は、負圧となり、逆も同様である。 The AW pressure wave generated by the drive waveforms S102a'/S102b' in FIG. 4 is a simple AM, and the AW pressure wave generated by the drive waveforms S102a/S102b in FIG. 3 or S102a"/-S102a" in FIG. Note that DSB-SC (double-sideband, suppress carrier). The timing relationship shown in FIG. 2 corresponds to a simple AM modulated AW pressure wave, where the peaks pk 1 , pk 2 do not cross the line of P th . However, for the DSB-SC modulated AW pressure wave, pk 1 , pk 2 crosses the line of P th whenever the polarity of S IN changes, then the overpressure becomes negative pressure and vice versa. It is.

チャンバ内の全圧力は、2成分圧力を有し得ることに留意されたい:一つは膜の動きによって生じ、もう一つはバルブの動きによって生じる。両方の成分のいずれも定在波の形態であり得る。図2に示された圧力P112及びP114は、膜移動によって生じる成分圧力のみを指す。 Note that the total pressure in the chamber can have two component pressures: one caused by the movement of the membrane and the other caused by the movement of the valve. Both components may be in the form of standing waves. The pressures P112 and P114 shown in FIG. 2 refer only to component pressures caused by membrane movement.

同期バルブ開放 Synchronous valve open

さらに、バルブ部分101は、複数の第1のバルブ開放インターバル内又は間に開口112を形成し得、空気圧P112は、複数の第1の過圧インターバル内又は間に特定の圧力Pthより大きくし得る。図2に示す実施形態では、複数の第1のバルブ開放インターバル(バルブ101の)及び複数の第1の過圧インターバル(圧力P112の)は、時間的に整列(aligned)又は重複され、第1のバルブ開放インターバル(バルブ101の)及び第1の過圧インターバル(圧力P112の)は、図2においてTとして注釈を付けられる。 Further, the valve portion 101 may define an opening 112 within or between a plurality of first valve opening intervals, such that the air pressure P112 is greater than a particular pressure P th within or during a plurality of first overpressure intervals. obtain. In the embodiment shown in FIG. 2, the plurality of first valve opening intervals (of valve 101) and the plurality of first overpressure intervals (of pressure P112) are aligned or overlapped in time and the first The valve opening interval (of valve 101) and the first overpressure interval (of pressure P112) are annotated as T1 in FIG.

同様に、バルブ部分103は、複数の第2のバルブ開放インターバル内又は間に開口114を形成し得、空気圧P114は、複数の第2の過圧インターバル内で特定の圧力Pthより大きくし得る。複数の第2のバルブ開放インターバル(バルブ103の)及び複数の第2の過圧インターバル(圧力P114の)は、また、時間的に整列又は重複され得、バルブ開放インターバル(バルブ103の)及び過圧インターバル(圧力P114の)は、図2のようにTとして注釈を付けられる。 Similarly, the valve portion 103 may define an opening 114 within or between the plurality of second valve opening intervals, and the air pressure P114 may be greater than a particular pressure P th within the plurality of second overpressure intervals. . The plurality of second valve opening intervals (of valve 103) and the plurality of second overpressure intervals (of pressure P114) may also be aligned or overlapped in time; The pressure interval (of pressure P114) is annotated as T2 as in FIG.

本出願において、複数の第1の時間インターバルと複数の第2の時間インターバルとが時間的に整列又は重複していることは、1)複数の第1の時間インターバルと複数の第2の時間インターバルとが同じ周波数で時間的に配置(又は時間的に現れる)されていること、又は、2)第1の時間インターバル及び第1の時間インターバルと重複する第2の時間インターバルが、重複領域を形成し、重複領域の長さが第1の(又は第2の)時間インターバルの長さの少なくとも50%であることを指し得る。 In this application, a plurality of first time intervals and a plurality of second time intervals are temporally aligned or overlapped, which means that 1) the plurality of first time intervals and the plurality of second time intervals are arranged in time (or appear in time) at the same frequency; or 2) the first time interval and a second time interval that overlaps with the first time interval form an overlapping region. However, it may refer to the length of the overlapping region being at least 50% of the length of the first (or second) time interval.

バルブ開放インターバルと過圧インターバルとを整列させる(aligning)ことによって、空気パルス発生装置890は、開口112を介して、ポート707Lにおいて複数の第1の空気パルスAP(図2ではP707Lとして示される)を生成し得、開口114を介して、ポート707Rにおいて複数の第2の空気パルスAP(図2ではP707Rとして示される)を生成し得る。加えて、Z101/Z103のピークバルブ開放に対応する時間は、好ましくは、膜移動によって生成されるP112/P114のピーク圧力に対応する時間に整列される。 By aligning the valve opening interval and the overpressure interval, air pulse generator 890 generates a plurality of first air pulses AP 1 (shown as P707L in FIG. 2 in FIG. 2) at port 707L through opening 112. ) and, via opening 114, a plurality of second air pulses AP 2 (shown as P707R in FIG. 2) at port 707R. In addition, the times corresponding to the peak valve openings of Z101/Z103 are preferably aligned to the times corresponding to the peak pressures of P112/P114 generated by membrane transport.

異なる観点では、図2のTは、それぞれ:バルブ101の第1のバルブ開放インターバル(Z101の観点);容積105aから、膜部分102aの上に、容積105bに向かって、膜部分102bの上に向く圧力勾配(ベクトル)を作る、膜部分102a(Z102aの観点)及び102b(Z102bの観点)の第1の膜移動インターバル;第1の過圧インターバル(P112の観点);及びポート707Lにおける第1の空気パルスAPの第1のデューティ期間を指し得る。同様に、図2のTは、それぞれ:バルブ103の第2のバルブ開放インターバル(Z103’の観点);容積105bから、膜部分102bの上に、容積105aに向かって、膜部分102aの上に向く圧力勾配(ベクトル)を作る、膜部分102a(Z102a’の透視図)及び膜部分102b(Z102b’の観点)の第2の膜移動インターバル;第2の過圧インターバル(P114’の観点);及びポート707Rにおける第2の空気パルスAPの第2のデューティ期間を指し得る。 From a different point of view, T 1 in FIG. 2 are respectively: the first valve opening interval of the valve 101 (the point of view of Z101); from the volume 105a onto the membrane portion 102a, towards the volume 105b and onto the membrane portion 102b; a first membrane displacement interval in membrane sections 102a (from the perspective of Z102a) and 102b (from the perspective of Z102b) creating a pressure gradient (vector) directed toward; a first overpressure interval (from the perspective of P112); and a first overpressure interval (from the perspective of P112); 1 air pulse AP 1 may refer to the 1 first duty period. Similarly, T 2 in FIG. 2 are, respectively: the second valve opening interval of valve 103 (in terms of Z103'); from volume 105b, over membrane portion 102b, towards volume 105a, over membrane portion 102a; a second membrane movement interval of membrane portion 102a (perspective view of Z102a') and membrane portion 102b (perspective of Z102b') creating a pressure gradient (vector) directed toward; a second overpressure interval (perspective of P114'); and the second duty period of the second air pulse AP 2 at port 707R.

図2は、バルブ101の第1のバルブ開放インターバル、第1のチャンバ圧力勾配インターバル、膜部分102a及び102bの移動、第1の過圧インターバル及び第1の空気圧パルスAPの第1のデューティ期間が、時間的に整列(ピーク間)され、重複(周期的)されることを示す。同様に、バルブ103の第2のバルブ開放インターバル、第2のチャンバ圧力勾配インターバル、膜部分102a及び102bの移動、第2の過圧インターバル(P114’の観点)、及び第2の空気圧パルスAPの第2のデューティ期間が、時間的に整列(ピーク間)され、重複(周期的)される。 FIG. 2 shows a first valve opening interval of valve 101, a first chamber pressure gradient interval, movement of membrane portions 102a and 102b, a first overpressure interval and a first duty period of first pneumatic pulse AP1 . are temporally aligned (peak-to-peak) and overlapping (periodic). Similarly, a second valve opening interval of valve 103, a second chamber pressure gradient interval, movement of membrane portions 102a and 102b, a second overpressure interval (in terms of P114'), and a second pneumatic pulse AP 2 The second duty periods of are temporally aligned (peak-to-peak) and overlapping (periodic).

2つの半波整流パルスを1つの全波整流パルスに組み合わせる Combining two half-wave rectified pulses into one full-wave rectified pulse

ある観点では、波形P112とP707Lとを比較することによって、P707Lは、バルブ101の移動Z101に関連するタイミング変動インピーダンスによって整流された、P112の半波整流バージョンとして解釈され得る。また、波形P114とP707Rとを比較することによって、P707Rは、バルブ103の移動Z103に関連するタイミング変動インピーダンスによって整流されたP114の半波整流バージョンと解釈され得る。波形P707L及びP707Rを加算し、装置890の軸上出力音圧を表す波形P890は、P112又はP114の全波整流バージョンとして解釈され得る。 In one aspect, by comparing waveforms P112 and P707L, P707L can be interpreted as a half-wave rectified version of P112, rectified by the timing variation impedance associated with movement Z101 of valve 101. Also, by comparing waveforms P114 and P707R, P707R can be interpreted as a half-wave rectified version of P114 rectified by the timing variation impedance associated with movement Z103 of valve 103. Waveform P890, which adds waveforms P707L and P707R and represents the on-axis output sound pressure of device 890, can be interpreted as a full-wave rectified version of P112 or P114.

プロットP707Lを参照すると、複数の第1の空気パルスAPは、動作周波数fCYに対応する第1の(空気)パルスレートAPRで生成される。プロットP707Rを参照すると、複数の第2の空気パルスAPは、動作周波数fCYに対応する第2の(空気)パルスレートAPRで生成される。 Referring to plot P707L, a plurality of first air pulses AP 1 are generated at a first (air) pulse rate APR 1 corresponding to the operating frequency f CY . Referring to plot P707R, a plurality of second air pulses AP 2 are generated at a second (air) pulse rate APR 2 corresponding to the operating frequency f CY .

プロットP890を参照すると、第1の複数の空気パルスAP及び第2の複数の空気パルスAPは、時間的に且つ相互にインターリーブされるため、空気パルス発生装置890は、複数の集約空気パルス(aggregated air pules)APを生成すると解釈することができる。複数の集約空気パルスAPは、第1のパルスレートAPRを有する第1の空気パルスAPと、第2のパルスレートAPRを有する第2の空気パルスAPとを含む。集約空気パルスAPは全体的な(空気)パルスレートPROで生成される。 Referring to plot P890, the first plurality of air pulses AP 1 and the second plurality of air pulses AP 2 are temporally and interleaved with each other such that the air pulse generator 890 generates a plurality of aggregate air pulses. (aggregated air pulses) can be interpreted as generating an AP. The plurality of aggregate air pulses AP includes a first air pulse AP 1 having a first pulse rate APR 1 and a second air pulse AP 2 having a second pulse rate APR 2 . Aggregate air pulses AP are generated at an overall (air) pulse rate PRO.

図2に示す実施形態のようにAPR=APR=fCYの条件下では、全体のパルスレートPROはパルスレートAPR(又はAPR)の2倍である。換言すれば、全体のパルスレートPROは、動作周波数fCYの2倍に対応する、すなわち、PRO=2*fCYであり、60Hzの110VAC正弦波波形が、全波整流後に120Hzの半正弦波形を生成する。ことに類似する。 Under the condition of APR 1 =APR 2 =f CY as in the embodiment shown in FIG. 2, the overall pulse rate PRO is twice the pulse rate APR 1 (or APR 2 ). In other words, the overall pulse rate PRO corresponds to twice the operating frequency f CY , i.e. PRO = 2*f CY , where a 60 Hz 110 VAC sine waveform becomes a 120 Hz half sine waveform after full wave rectification. generate. similar to that.

AM無線復調とのアナロジー(Analogy) Analogy with AM radio demodulation

ある観点では、膜移動の作用を、音信号によって振幅変調されたEM波を生成し、AMEM波を大気中に放射するAMラジオ局と比較することができる。EM波の代わりに、装置890は、振幅変調された超音波を生成し、そのようなAM超音波をチャンバ105に送信する。このような超音波は、バルブの位置で、チャンバ105の定在波構造(standing wave construct)によってさらに増幅される。チャンバ105の定在波構造は、導波管の節(複数可)及び腹(複数可)にポートを配置することによって信号強度が最大化されるEM導波管に類似している。次に、バルブの位置で受信された信号は、AM受信機の同期局部発振器に類似のバルブ(複数可)の周期的動作と、AM受信機のミキサーに類似のZVALVEの非線形特性とによって復調され、P112/P114をその対応するバルブのインピーダンスZVALVE(t)で割ることによって出力P707R/P707Rを生成する。 In one respect, the effect of membrane movement can be compared to an AM radio station that generates EM waves that are amplitude modulated by a sound signal and radiates the AMEM waves into the atmosphere. Instead of EM waves, device 890 generates amplitude modulated ultrasound waves and transmits such AM ultrasound waves to chamber 105. Such ultrasound waves are further amplified by the standing wave construct of chamber 105 at the location of the valve. The standing wave structure of chamber 105 is similar to an EM waveguide where signal strength is maximized by placing ports at the node(s) and antinode(s) of the waveguide. The signal received at the valve location is then demodulated by the periodic operation of the valve(s), similar to a synchronous local oscillator in an AM receiver, and the nonlinear characteristics of the Z VALVE , similar to a mixer in an AM receiver. and generates outputs P707R/P707R by dividing P112/P114 by its corresponding valve impedance Z VALVE (t).

一例として、プロットZ101、P112、Z103、及びP114が単純化のために正弦波であると仮定すると、すなわち、インターリーブされる駆動信号S101、S103により、Z101∝sin(ωt)、Z103∝-sin(ωt)を有し;図1に示された例では、n=1の定在波により、P112とP114の間に位相反転があり、したがって、これらの2つの局所圧力は∝SIN・sin(ωt)、P114∝-SIN・sin(ωt)と表すことができ、ここで負符号「-」は180°の位相差を表し、ω=2πfCYである。Z101>ZO/Cの場合にZVALVE∝1/(Z101-ZO/C)及びそうでなければZVALVE=∞と仮定すると、P707Lは、Z101>ZO/CのときP707L∝SIN・sin(ωt)、そうでなければP707L=0と表され得る。同様に、P707Rは、Z103>ZO/Cの場合P707R∝SIN・sin(ωt)及びそうでばければP707R=0と表され得る。量P890は、P707L+P707Rであり、装置890によって生成されるオーディオ音を表す。P707L及びP707Rを置き換えた後、装置890が動作するすべての時間について、P890=P707L+P707R∝SIN・sin(ωt)を得る。 As an example, assuming that the plots Z101, P112, Z103, and P114 are sinusoids for simplicity, i.e., the interleaved drive signals S101, S103 result in Z101∝sin(ωt), Z103∝−sin( In the example shown in Fig. 1, due to the n=1 standing wave, there is a phase reversal between P112 and P114, so these two local pressures are ∝S IN · sin( ωt), P114∝−S IN ·sin(ωt), where the negative sign “−” represents a phase difference of 180°, and ω=2πf CY . Assuming Z VALVE ∝1/(Z101-Z O/ C ) if Z101>Z O/C and Z VALVE = ∞ otherwise, P707L is P707L∝S IN when Z101>Z O/C - sin 2 (ωt), otherwise it can be expressed as P707L=0. Similarly, P707R can be expressed as P707R∝S IN · sin 2 (ωt) if Z103>Z O/C and P707R=0 otherwise. Quantity P890 is P707L+P707R and represents the audio sound produced by device 890. After replacing P707L and P707R, we obtain P890=P707L+P707R∝S IN ·sin 2 (ωt) for all the times that device 890 operates.

IN・sin(ωt)の数学的に表現を有するDSB-SC AM無線波形が、乗算器を使用して、同期局部発振器によって生成された搬送波信号sin(ωt)によって復調されると、結果は、SIN・sin(ωt)・sin(ωt)=SIN・sin(ωt)と表すことができ、これは、上の段落で導出されたP890とまったく同じ数式であることに留意されたい。 When a DSB-SC AM radio waveform with a mathematical representation of S IN sin(ωt) is demodulated by a carrier signal sin(ωt) generated by a synchronous local oscillator using a multiplier, the result is , S IN・sin(ωt)・sin(ωt)=S IN・sin 2 (ωt), and it should be noted that this is exactly the same mathematical formula as P890 derived in the above paragraph. .

当業者には知られているように、AM変調信号/波形SIN・sin(ωt)に復調信号sin(ωt)を乗じた後、得られた信号(すなわち、SIN・sin(ωt))のエネルギの2/3はベースバンド内にあり、得られた信号のエネルギの1/3はキャリア周波数の2倍、すなわち2・ω又は2・fCYを中心とする周波数帯域上にある。例として、P890∝SIN・sin(ωt)=SIN・(1/2-1/2cos(2ωt))(式3)と仮定した。式3の第1項1/2・SINの第1項は、ベースバンド上の復調成分を表し;一方、式3の第2項、1/2・SIN・cos(2ωt)は、超音波バンドの成分を表す。式3から分かるように、ベースバンド内の第1項の第1のエネルギは、第2項の第2のエネルギの2倍である。本明細書では、ベースバンドとは、入力オーディオ信号SINの周波数帯域を指し、このベースバンドは、人間の可聴周波数帯域をカバー/それと重複する。 As is known to those skilled in the art, after multiplying the AM modulated signal/waveform S IN ·sin (ωt) by the demodulated signal sin (ωt), the resulting signal (i.e., S IN ·sin 2 (ωt) ) is in the baseband, and 1/3 of the energy of the resulting signal is on a frequency band centered on twice the carrier frequency, ie 2·ω or 2·f CY . As an example, it is assumed that P890∝S IN ·sin 2 (ωt)=S IN ·(1/2−1/2cos(2ωt)) (Equation 3). The first term in Equation 3, 1/2·S IN , represents the demodulated component on the baseband; on the other hand, the second term in Equation 3, 1/2·S IN ·cos(2ωt), represents the demodulated component on the baseband. Represents the components of a sound wave band. As can be seen from Equation 3, the first energy of the first term in baseband is twice the second energy of the second term. As used herein, baseband refers to the frequency band of the input audio signal S IN , which baseband covers/overlaps the human audible frequency band.

図1(又は図6)では、バルブ101/103の下の酸化物基板の材料、膜部分102a/102bは、フォトリソグラフィプロセス/プロセス(複数)によって除去され得、サポート110及び壁111が形成され得る。非常に細い線のパターンによれば、Si又はPOLY層(複数可)が、開口/スリットを形成するためにエッチングされ得る。このようなスリットは、バルブ101/103上に自由移動端を形成する(例えば、これらのスリットは、バルブの自由移動端の変位がZO/Cを超えるとき、開口112/114を形成し得る)。代替的には、スリットは、(例えば、膜部分102a/102b上にスリット113a、113bを形成することによって)膜部分102a/102bのコンプライアンス(compliance)を増加させることができる。 In FIG. 1 (or FIG. 6), the material of the oxide substrate under the valve 101/103, the membrane portion 102a/102b, may be removed by a photolithographic process/processes, and the support 110 and wall 111 are formed. obtain. According to a very fine line pattern, the Si or POLY layer(s) can be etched to form openings/slits. Such slits form a free moving end on the valve 101/103 (e.g. these slits may form an opening 112/114 when the displacement of the free moving end of the valve exceeds Z O/C ). Alternatively, the slits can increase the compliance of the membrane portions 102a/102b (eg, by forming slits 113a, 113b on the membrane portions 102a/102b).

図5は、図1に示される空気パルス発生装置890の上面図を示す概略図である。空気パルス発生装置890は、(オプションで)架橋ビーム(cross linked beams)871、872を含み得、(長い)バルブ101/103又は(長い)膜部分102a/102bを短い片に分解し、サポート110及び891を補強する。空気パルス発生装置890は、(オプションで)スロット873を有し得、これは、圧力が解放されるのを可能にするための空気流路として機能するように、膜部分上の1つのスリットを広げることによって形成され得る。ここで、スリットは、一般に、MEMS製造プロセスのエッチング分解能に対応する幅、例えば、厚さ3~7μMのSi膜にわたって0.5~1.8μMの幅を有し;スロットは、MEMS製造プロセスの限界に制限されないラインジオメトリ幅(line geometry width)を意味する。 FIG. 5 is a schematic diagram showing a top view of the air pulse generator 890 shown in FIG. The air pulse generator 890 may (optionally) include cross linked beams 871, 872, disassembling the (long) valve 101/103 or the (long) membrane section 102a/102b into short pieces and supporting the support 110. and reinforce 891. The air pulse generator 890 may (optionally) have a slot 873, which connects one slit on the membrane portion to act as an air passageway to allow pressure to be released. It can be formed by spreading. Here, the slit generally has a width corresponding to the etching resolution of the MEMS manufacturing process, for example 0.5-1.8 μM across a 3-7 μM thick Si film; means line geometry width that is not limited by limits.

高調波 harmonic

高調波共振は、空気パルス発生装置において発生し得る。例えば、図7は、本出願の一実施形態による空気パルス発生装置850の断面図の概略図である。空気パルス発生装置850では、側壁804Lと804Rとの間の幅W105は、2次モード(又はn=2モード)共振を達成するために、動作周波数fCYに対応する1つの波長(λ)であり得る。2次モード共振では、2つの空気移動の腹(air-motion antinodes)がチャンバ105内に存在する(例えば、側壁804L又は側壁804Rのいずれかから幅W105の4分の1(1/4)の位置);3つの空気移動の節(air-motion nodes)がチャンバ105の中心及び側壁804L、804Rの近くに位置し;2つの空気圧の節がチャンバ105内に存在し(例えば、いずれかの側壁804L又は804Rから幅W105の4分の1(1/4)に/近くに);3つの空気圧の腹がチャンバ105の中心及び側壁804L、804Rの位置に位置する。経時的なチャンバ105内の圧力分布を概略的に表す曲線W102は、空気パルス発生装置830の膜部分102c及び102dの移動によって生じ得、中心線703に対して対称的であり得る。図7のW102に示すように、装置850のチャンバ105内にn=2モードの定在波が形成されるとき、膜102e及び102fをS102a”のような1つの共通波形と同期して駆動することによって、側壁804L及び804R近傍の空気圧波形は、互いに同相になり、チャンバ105の中心に同様の振幅の位相反転空気圧波形が生成される。したがって、空気圧の腹がチャンバ105(又は幅W105)の中心に位置するため、空気パルス発生装置850のバルブ開口112は、側壁804L及び804Rの間の中心位置に/その近傍に位置し得る。換言すれば、高調波共振(すなわち、n≧2)については、側壁804L及び804Rの隣に加えて、空気パルス発生オリフィス(複数可)の開口は、共振を引き起こす2つの側壁の間の任意の空気圧の腹に/近傍にあってもよい。 Harmonic resonances can occur in air pulse generators. For example, FIG. 7 is a schematic illustration of a cross-sectional view of an air pulse generator 850 according to one embodiment of the present application. In the air pulse generator 850, the width W 105 between sidewalls 804L and 804R is one wavelength (λ) corresponding to the operating frequency f CY to achieve second-order mode (or n=2 mode) resonance. It can be. For second-order mode resonance, two air-motion antinodes are present within chamber 105 (e.g., one quarter (1/4) of width W 105 from either side wall 804L or side wall 804R). three air-motion nodes are located near the center of chamber 105 and side walls 804L, 804R; two air pressure nodes are present within chamber 105 (e.g., at either three pneumatic antinodes are located at the center of the chamber 105 and at the side walls 804L, 804R); Curve W102, which schematically represents the pressure distribution within chamber 105 over time, may result from movement of membrane portions 102c and 102d of air pulse generator 830 and may be symmetrical about centerline 703. When a standing wave of n=2 modes is formed in the chamber 105 of the device 850, as shown at W102 in FIG. As a result, the air pressure waveforms near the side walls 804L and 804R become in phase with each other, and a phase-inverted air pressure waveform with a similar amplitude is generated at the center of the chamber 105. Therefore, the antinode of the air pressure is in the chamber 105 (or width W 105 ). , the valve opening 112 of the air pulse generator 850 may be located at/near a central location between the sidewalls 804L and 804R. In other words, harmonic resonance (i.e., n≧2) In addition to next to sidewalls 804L and 804R, the opening of the air pulsing orifice(s) may be at/near any air pressure antinode between the two sidewalls causing resonance.

すぐ前の段落の同じ説明は、図6の装置830にも適用可能である。 The same description in the immediately preceding paragraph is also applicable to apparatus 830 of FIG.

図6の装置830、図7の装置850、又は図1の装置890のような空気パルス発生装置では、バルブ101及び103の復調動作は、連続するパルスにわたって蓄積する空気流のパルスを生成し、チャンバ105内の長時間にわたる正味の空気質量の変化を引き起こし、チャンバ105内の圧力P0を増加/減少させる。そのような背圧は出力SPLを低下させるので、このような圧力を解放することが示唆される。 In an air pulse generating device such as device 830 of FIG. 6, device 850 of FIG. 7, or device 890 of FIG. 1, demodulating operation of valves 101 and 103 produces pulses of airflow that accumulate over successive pulses; This causes a change in the net air mass within the chamber 105 over time, increasing/decreasing the pressure P0 within the chamber 105. Since such back pressure reduces the output SPL, it is suggested to release such pressure.

図6の空気パルス発生装置830の場合、スリット開口113a*/113b*は、側壁804L/804RからW105/4離れて位置する空気圧の節に近接するように設計され得る。n=2定在波の空気圧の節のオーディオフィルタ効果により、P0を横切る波形W102によって示されるように、拡大されたスリット113a*/113b*は、バルブ開口112によって示されるバルブ101及び103の復調動作による圧力上昇を解放する間、装置830の動作に最小限の影響を与える。 In the case of the air pulse generator 830 of FIG. 6, the slit openings 113a*/113b* may be designed to be close to a pneumatic node located W 105 /4 away from the sidewalls 804L/804R. Due to the audio filter effect of the pneumatic node of the n=2 standing wave, the enlarged slit 113a*/113b* demodulates the valves 101 and 103 as indicated by the valve opening 112, as indicated by the waveform W102 across P0. The operation of device 830 is minimally affected while releasing pressure build-up due to operation.

チャンバW105の幅にわたるn=2モード共振に対応する周波数fCYでも動作する図7の空気パルス発生装置850の場合、膜102e及び102fはそれぞれ、それぞれのサポート110に取り付けられた薄いフラップの1つの単一片を含む。膜102c、102dがそれぞれスリット113a * 及び113b * によって分離された2つのサブ部分から構成されている装置830における状況とは対照的に、装置850において、膜102e及び102fの自由な移動を可能にするように形成されたスリット112及び114が、装置850のチャンバ105内の空気圧の腹に位置するので、空気圧の漏れを抑制するために、これらのスリットの幅を最小化する必要がある。したがって、空気圧の節の位置に、例えば、側壁804L及び804Rから離れたW105/4の距離に、1つ又は複数のベント713Tを上部キャップ上に生成することができる。理論的には、1つのこのようなベントが背圧解放目的には十分であるが、チャンバ105内の空気圧の最適なバランスを考慮するためには、一般に、図7に示すように、一対のベント713Tを中央ミラー方式で配置するのがよい。 For the air pulse generator 850 of FIG . Contains 2 single pieces. In contrast to the situation in device 830, where membranes 102c, 102d are each composed of two sub-parts separated by slits 113a * and 113b * , in device 850 , membranes 102e and 102f are allowed to move freely. Since the slits 112 and 114 are located at the antinode of air pressure within the chamber 105 of the device 850, the width of these slits should be minimized to suppress air pressure leakage. Accordingly, one or more vents 713T can be created on the top cap at the pneumatic node location, eg, at a distance W 105 /4 away from sidewalls 804L and 804R. In theory, one such vent would be sufficient for backpressure relief purposes, but to allow for optimal balance of air pressure within chamber 105, a pair of vents, as shown in FIG. It is preferable to arrange the vent 713T in a central mirror manner.

図1の空気パルス発生装置890の場合、バルブ112及び113からの音響音(例えば、音響音P890)の圧力パルスは、同じ極性を有し、これは、チャンバ105内の圧力P0を増減するために一緒に結合する。したがって、空気圧プロファイルW102がP0を通過する位置へのアライメントによって示されるように、空気圧の節に又はその近傍に位置する上部プレート上のベント開口713Tは、空気流が通過することを可能にするように形成され、バルブ101及び103の復調動作による圧力上昇を解放する。 For the air pulse generator 890 of FIG. join together. Accordingly, the vent openings 713T on the top plate located at or near the pneumatic nodes are designed to allow airflow to pass through, as indicated by the alignment of the pneumatic profile W102 to the position where it passes through P0. The pressure rise caused by the demodulation operation of valves 101 and 103 is released.

ベント開口(複数可)713Tの長さ及び幅は、チャンバ105の容積と共に適切な音響ローパスフィルタ(LPF)を形成するように調整され得る。ベント開口(複数可)713Tの位置は、動作周波数fCYに対して、空気圧の腹(複数可)にあり得、定在波に対応する周波数成分の振幅がほぼゼロである。その結果、音響ノッチフィルタが形成され、振幅変調定在波に対応する圧力は、チャンバ105内のベント開口(複数可)713Tの近傍/そこで抑制され得、復調動作による圧力変化のみが、ベント開口(複数可)713Tの近傍/そこに存在し得る。2次モード共振で動作する装置(例えば、装置850)について、空気パルスのベント開口713Tは、1次モード共振で動作する装置(例えば、装置890)とは異なる、側壁804R及び804Lのいずれかから幅W105(W105/4)のほぼ4分の1に配置され得、ここで、(空気パルス発生装置890の)ベント開口713Tは、2つの側壁804R及び804Lの間の中間点近くにあり得る。 The length and width of vent opening(s) 713T may be adjusted to form a suitable acoustic low pass filter (LPF) with the volume of chamber 105. The location of the vent opening(s) 713T may be at the antinode(s) of the air pressure relative to the operating frequency f CY , where the amplitude of the frequency component corresponding to the standing wave is approximately zero. As a result, an acoustic notch filter is formed and the pressure corresponding to the amplitude modulated standing wave may be suppressed near/at the vent opening(s) 713T in the chamber 105, such that only pressure changes due to the demodulation operation occur at the vent opening. (Multiple) may exist near/there 713T. For devices operating at second-order mode resonance (e.g., device 850), the air pulse vent opening 713T is from either sidewall 804R and 804L, which is different from the device operating at first-order mode resonance (e.g., device 890). The vent opening 713T (of the air pulse generator 890) may be located approximately one quarter of the width W 105 (W 105 /4), where the vent opening 713T (of the air pulse generator 890) is near the midpoint between the two side walls 804R and 804L. obtain.

空気パルス発生装置850の構造は、異なる設計考察に従って変更され得る。例えば、膜102e/102fは、膜102a/102b又は102c/102dのように、2つの膜サブ部分、又は2ピースを有してもよいが、これらに限定されない。図6の102e/102fのような1ピース膜構造の最大Z方向変位は、チャンバ105内の空気圧力の漏れを回避するために、102e/102fの厚さ(Z方向値)よりかなり小さくする必要があることに留意されたい。対照的に、膜構造毎の2ピースでは、2つのサブ部分が常にタンデムに動くため、そのようなZ方向膜変位の制限は存在せず、より大きい変位が可能である可能性があり、したがって、ユニット-デバイス面積の有効性(unit-device-area effectiveness)(SPL/m)の改善につながる。 The structure of air pulse generator 850 may be modified according to different design considerations. For example, membrane 102e/102f may have two membrane sub-parts, or two pieces, such as, but not limited to, membranes 102a/102b or 102c/102d. The maximum Z-direction displacement of a one-piece membrane structure such as 102e/102f in FIG. Please note that there is. In contrast, in a two-piece per membrane structure, such a limit on Z-direction membrane displacement does not exist, as the two sub-parts always move in tandem, and larger displacements may be possible, thus , leading to improved unit-device-area effectiveness (SPL/m).

さらに、図7に示されたバルブ部分101及び103は、仮想バルブとみなされ得る。換言すれば、バルブ部分101と103との間に形成されたスリットは、バルブ部分101と103とが十分に作動されると、一時的に形成/開放されたバルブ開口(112’)となり得る。加えて、一時的に形成/開放されたバルブ開口は周期的に形成される。開口が開放されるとき、チャンバ及び周囲環境は開口(112’)を介して接続される。開口が開放されていないとき、スリットを通って流れる空気は無視できる又は閾値未満である。仮想バルブ(一時的に形成された開口)の詳細は、米国特許第11,043,197号を参照することができるが、これは簡潔のために本明細書では説明しない。 Furthermore, valve portions 101 and 103 shown in FIG. 7 may be considered virtual valves. In other words, the slit formed between the valve parts 101 and 103 can become a temporarily formed/opened valve opening (112') when the valve parts 101 and 103 are fully actuated. In addition, the temporarily formed/opened valve openings are formed periodically. When the aperture is opened, the chamber and the surrounding environment are connected through the aperture (112'). When the aperture is not open, the air flowing through the slit is negligible or below a threshold. Details of virtual valves (temporarily formed openings) can be found in US Pat. No. 11,043,197, which is not discussed here for brevity.

加えて、図1に示す装置890と同様に、膜移動及び定在波の性質を介して、装置850内に圧力勾配も生成される。装置890とは異なり、膜部分102e及び102fは、同相様式で移動するように作動され、ある時間において、膜部分102e及び102fの両方が、上方(又は下方)に移動するように作動されることを指す。この場合、圧力勾配はまた、n=2定在波の性質を利用することによっても確立される。図1の説明と同様に、図7では、曲線U102及びW102の破線は時間tに対応し、曲線U102及びW102の実線は時間tに対応する。時間tにおいて、膜部分102e及び102fは、上方(正のZ方向)に移動するように作動され、圧力勾配は、W102の破線の勾配によって示されるように、内方(X方向)に発生する。時間tにおいて、膜部分102e及び102fは、下方(負のZ方向)に移動するように作動され、圧力勾配は、W102の実線の勾配によって示されるように、外方(X方向)に発生する。同様に、膜移動方向は、圧力勾配方向に実質的に垂直である。 Additionally, similar to the device 890 shown in FIG. 1, a pressure gradient is also created within the device 850 through membrane movement and the nature of standing waves. Unlike device 890, membrane portions 102e and 102f are actuated to move in an in-phase manner, such that at a given time, both membrane portions 102e and 102f are actuated to move upwardly (or downwardly). refers to In this case, the pressure gradient is also established by exploiting the properties of n=2 standing waves. Similar to the description of FIG. 1, in FIG. 7, the dashed line of curves U102 and W102 corresponds to time t0 , and the solid line of curves U102 and W102 corresponds to time t1 . At time t0 , membrane portions 102e and 102f are actuated to move upward (positive Z direction) and a pressure gradient is generated inward (X direction) as indicated by the dashed slope of W102. do. At time t1 , membrane portions 102e and 102f are actuated to move downward (negative Z direction) and a pressure gradient is generated outward (X direction) as shown by the solid slope of W102. do. Similarly, the direction of membrane movement is substantially perpendicular to the direction of the pressure gradient.

空気移動又はファン用途 Air movement or fan applications

装置890/830/850の構造/機構は、空気移動又はファン用途のために再生/適合され得る。音速Cで伝わる音波とは異なり、空気の運動は、風のもののように、空気の粒子の運動に関係する空気の流れであり、空気パルス発生装置890/830/850の膜部分102a~102d/102に対応する、膜部分(複数可)の変位によって生じる。これらの装置の空気移動又はファン用途/モードでは、装置内の空気粒子は、主として流体力学又は空気力学に従って記述され得;対照的に、これらの装置の空気パルス(APPS)発生用途/モードでは、装置内の空気の挙動は、主として音響学に従って記述され得る。 The structure/mechanism of devices 890/830/850 can be refurbished/adapted for air movement or fan applications. Unlike sound waves, which travel at the speed of sound C, air motion, like that of wind, is a flow of air that is related to the motion of air particles, and the membrane portions 102a-102d/ of the air pulse generator 890/830/850 102, caused by a displacement of the membrane portion(s). In air moving or fan applications/modes of these devices, air particles within the device may be described primarily according to hydrodynamics or aerodynamics; in contrast, in air pulse (APPS) generating applications/modes of these devices, The behavior of the air within the device can be described primarily according to acoustics.

空気移動又はファン用途のために、装置890/830/850に示される開口112及び114のようなバルブ開口は、空気移動が最大化されるように、ある場所に空間的に、及び時間において一時的に形成され得、空気移動のピークは、移動される空気の速度又は移動される空気の体積の観点であり得る。 For air movement or fan applications, valve openings, such as openings 112 and 114 shown in apparatus 890/830/850, are spaced in space and temporally in time so that air movement is maximized. The peak of air movement may be in terms of velocity of air moved or volume of air moved.

空気流発生又はファン用途のための装置の駆動信号(複数可)は、APPS用途とは異なる。例えば、空気移動又はファン用途では、装置890は、チャンバ105内の容積と装置890外の周囲との間に圧力差を作り出すために、膜102a及び102bの両方に同じ駆動信号を印加することによって、同期して移動するようにその2つの膜(102a及び102b)を作動させ得る。対照的に、APPS用途では、装置890は、チャンバ105内で、2つの膜の上に圧力勾配(ベクトル116)を作り出すために、2つのインターリーブ(S102a/S102bなど)又は極性反転(S102a”、-S102a”など)駆動信号を膜102a及び102bに印加することによって、(Z軸に沿って)反対方向に、同期して移動するように、2つの膜(102a及び102b)を作動させる。 The device drive signal(s) for airflow generation or fan applications are different than for APPS applications. For example, in an air movement or fan application, device 890 may be operated by applying the same drive signal to both membranes 102a and 102b to create a pressure differential between the volume within chamber 105 and the surroundings outside device 890. , the two membranes (102a and 102b) may be actuated to move synchronously. In contrast, in an APPS application, the device 890 can interleave (such as S102a/S102b) or reverse polarity (S102a'', The two membranes (102a and 102b) are actuated to move synchronously in opposite directions (along the Z-axis) by applying drive signals to the membranes 102a and 102b (such as -S102a'').

これらの2つの動作モードの間の重要な相違は、装置のチャンバ寸法と動作周波数の間の異なる関係にある。APPS用途のための装置890/830/850に関連して記載されるように、動作周波数は、チャンバ内でモードnの定在波を生成するように選択され得る。換言すれば、動作周波数fCYは、式W105=n/2・λCYによってチャンバ幅W105に関係し、ここで、λCY=C/fCYは、fCYの特性長又は波長であり、nは、1~3のような小さい正の整数である。一方、装置890/830/850の空気移動又はファン用途について、膜移動の空気流への変換率(conversion rate)は、一般に、比λCY/Wchamberが増加するにつれて増加し、ここで、Wchamberは、空気パルス発生装置890/830/850のチャンバ105の幅、W105に対応する装置のチャンバ幅である。換言すれば、膜移動の気流への変換率は、典型的には、(空気パルス発生装置890/830/850のチャンバ105に対応する)空気移動又はファン用途のための空気流発生装置のチャンバ内の圧力がより均一になると、増加し、空気パルス発生装置890/830/850の圧力勾配(又はチャンバ105内の圧力の不均一性)を最大化するための要望とは正反対である。 The key difference between these two modes of operation is the different relationship between the chamber dimensions of the device and the operating frequency. As described in connection with the apparatus 890/830/850 for APPS applications, the operating frequency may be selected to generate a mode n standing wave within the chamber. In other words, the operating frequency f CY is related to the chamber width W 105 by the formula W 105 = n/2·λ CY , where λ CY = C/f CY is the characteristic length or wavelength of f CY . , n are small positive integers such as 1 to 3. On the other hand, for air movement or fan applications of devices 890/830/850, the conversion rate of membrane movement to air flow generally increases as the ratio λ CY /W chamber increases, where W chamber is the width of the chamber 105 of the air pulse generator 890/830/850, which corresponds to W 105 ; In other words, the conversion rate of membrane movement to airflow typically depends on the chamber of the airflow generator for air movement or fan applications (corresponding to chamber 105 of the air pulse generator 890/830/850). As the pressure within chamber 105 becomes more uniform, it increases, which is in direct contrast to the desire to maximize the pressure gradient (or pressure non-uniformity within chamber 105) of air pulse generator 890/830/850.

例えば、空気パルス発生装置890では、カンチレバービームの共振周波数fは、f∝1/Lによって、その長さLに関連し得るので、96KHzの動作周波数でW105=λCY=3.6mmである。一方、空気移動用又はファン用途のための空気パルス発生装置の動作周波数を96KHzから24KHzに低くし、空気移動用又はファン用途のための空気パルス発生装置の膜部分(複数可)及びバルブ部分(複数可)両方の共振周波数も24KHzに低くすることにより、膜部分の幅は0.94mmから1.44mmに増加し得、バルブ部分の幅は0.46mmから0.73mm増加し得、結果として得られるチャンバの幅は2×(0.1+0.73+0.2)+1.44=3.5mmとなり得、これは、24KHzの周波数における14.6mmの波長よりもずっと短く、膜移動の空気流への高い変換率を示す。したがって、ほぼ同一の断面図にもかかわらず、膜部分(複数可)及びバルブ部分(複数可)の両方に対して24KHzの共振周波数を有する空気移動又はファン用途のための空気パルス発生装置及び空気移動又はファン用途のための空気パルス発生装置の両方を24KHzで同じ波形で駆動することは、空気移動用途に適し得るが、膜部分102a及び102bがインターリーブされた波形S102a’、S102b’又は対称の波形S102a”、-S102a”によって駆動され、各動作サイクルTCYにわたってほぼ0の正味の空気移動を生成する空気パルス発生装置890は、音生成用途に最適化され得、空気移動装置としては適していない可能性がある。 For example, in the air pulse generator 890, the resonant frequency f of the cantilever beam can be related to its length L by f∝1/L 3 so that W 105CY =3.6 mm at an operating frequency of 96 KHz. be. On the other hand, the operating frequency of the air pulse generator for air moving or fan applications is lowered from 96 KHz to 24 KHz, and the membrane part(s) and valve part(s) of the air pulse generator for air moving or fan applications are lowered from 96 KHz to 24 KHz. By lowering both resonant frequencies to 24 KHz as well, the width of the membrane section can be increased from 0.94 mm to 1.44 mm, and the width of the valve section can be increased from 0.46 mm to 0.73 mm, resulting in The resulting chamber width can be 2 x (0.1 + 0.73 + 0.2) + 1.44 = 3.5 mm, which is much shorter than the wavelength of 14.6 mm at a frequency of 24 KHz, and the air flow of the membrane movement shows a high conversion rate to Thus, despite nearly identical cross-sectional views, the air pulse generator and air for air movement or fan applications have a resonant frequency of 24 KHz for both membrane section(s) and valve section(s). Driving both of the air pulse generators for moving or fan applications with the same waveform at 24 KHz may be suitable for air moving applications, although membrane sections 102a and 102b may be driven with interleaved waveforms S102a', S102b' or symmetrical An air pulse generator 890 driven by waveforms S102a", -S102a" and producing approximately zero net air movement over each operating cycle T CY may be optimized for sound production applications and is suitable as an air movement device. There is a possibility that there is no.

要するに、装置890の膜部分102a/102b又は102c/102dの対称的な膜変位が、APPS用途のためのチャンバ内圧力勾配を最大化するために使用され得るが、(同じ極性の信号で膜部分を駆動することによって)同期/同一の膜変位が、膜移動の気流への変換率を最大化するために採用され得る。別の観点では、APPS用途に対して、チャンバ幅(X方向の)W105は、チャンバ共振(すなわち、定在波)を利用することによってその音響出力を最大化するために、n/2×λCY(ここで、nは小さい正の整数)に等しいか又は近くてもよく;一方、空気移動用途に対して、空気移動又はファン用途のための空気パルス発生装置のチャンバ幅(X方向の)は、膜移動の空気流への変換率を最大化するために、λCY/2よりもはるかに小さくてもよい。 In summary, while symmetrical membrane displacement of membrane portions 102a/102b or 102c/102d of device 890 can be used to maximize intrachamber pressure gradients for APPS applications (membrane portions with signals of the same polarity Synchronous/identical membrane displacements (by driving the airflow) can be employed to maximize the conversion rate of membrane movement to airflow. In another aspect, for APPS applications, the chamber width (in the X direction) W 105 is n/2× may be equal to or close to λ CY (where n is a small positive integer); whereas for air movement applications, the chamber width (in the X direction) of an air pulse generator for air movement or fan applications ) may be much smaller than λ CY /2 to maximize the conversion rate of membrane movement to airflow.

異なる構造的実施形態(空気パルス発生)装置は、以下の段落に記載されている。例えば、図8は、本出願の一実施形態による空気パルス発生装置880の断面図の概略図である。空気パルス発生装置880の膜構造12は、1つの膜部分を含み、これは、膜サブ部(membrane subparts)102e’、102f’及び102gに分割される。膜サブ部102e’及び102gは、膜部分上のスリット113e及び113fに従って区別され得る。膜サブ部102e’及び102gを有する空気パルス発生装置880の膜構造12は、空気パルス発生装置890の膜部分102a及び102b(又は空気パルス発生装置830の膜部分102c及び102d)として働き得る/機能し得る。 Different structural embodiments (air pulse generation) devices are described in the following paragraphs. For example, FIG. 8 is a schematic diagram of a cross-sectional view of an air pulse generator 880 according to one embodiment of the present application. The membrane structure 12 of the air pulse generator 880 includes one membrane section, which is divided into membrane subparts 102e', 102f', and 102g. Membrane sub-parts 102e' and 102g can be distinguished according to slits 113e and 113f on the membrane parts. The membrane structure 12 of the air pulse generator 880 with membrane sub-sections 102e' and 102g may/function as membrane sections 102a and 102b of the air pulse generator 890 (or membrane sections 102c and 102d of the air pulse generator 830). It is possible.

APPS用途では、膜サブ部102e’及び102gは、膜駆動信号の対(S102a、S102b)/(S102a’、S102b’)/(S102a、S102b’)に類似した膜駆動信号の対によって駆動され得、その結果、膜サブ部102e’及び102gは、対称的な膜変位を有するためにほぼ反対に移動し得る。下向きに曲がる膜部分102a及び上向きに曲がる膜部分102bと同様に、膜サブ部102e’及び102f’は下向きに曲がるように凹状に湾曲され得、膜サブ部102f’及び102gは上向きに曲がるように凸状に湾曲され得、逆も同様である。 In APPS applications, membrane subsections 102e' and 102g may be driven by a membrane drive signal pair similar to membrane drive signal pair (S102a, S102b)/(S102a', S102b')/(S102a, S102b'). , so that membrane sub-sections 102e' and 102g may move substantially in opposite directions to have symmetrical membrane displacements. Similar to downwardly curved membrane portion 102a and upwardly curved membrane portion 102b, membrane sub-sections 102e' and 102f' may be concavely curved to curve downwardly, and membrane sub-sections 102f' and 102g to curve upwardly. It can be convexly curved and vice versa.

図9は、本出願の一実施形態による空気パルス発生装置800の断面図の概略図である。空気パルス発生装置800の膜構造12は、膜部分102g及び102hを含み、これらは、空気パルス発生装置800の中心でサポート110上に固定される。膜部分102g及び102hのスリット/先端は、側壁804L及び804Rに近接して位置する。 FIG. 9 is a schematic diagram of a cross-sectional view of an air pulse generator 800 according to one embodiment of the present application. Membrane structure 12 of air pulse generator 800 includes membrane portions 102g and 102h, which are fixed on support 110 at the center of air pulse generator 800. The slits/tips of membrane portions 102g and 102h are located proximate sidewalls 804L and 804R.

空気パルス発生装置890/830/850/880のバルブ101及び103は、空気パルス発生装置800には存在しない。膜部分102g及び102hは、膜駆動信号の対(S102a、S102b)/(S102a’、S102b’)/(S102a”、S102b”)により駆動されるとき、膜部分102g及び102hは、空気パルス発生装置890のバルブ101、103の開口112、114のAM超音波キャリア整流機能を実行するために膜部分102g、102hと壁111との間のスリットを利用することによって、空気パルス発生装置890のバルブ101、103の圧力調整機能及び空気パルス発生装置890の膜部分102a、102bの圧力発生機能を提供し得る。 Valves 101 and 103 of air pulse generators 890/830/850/880 are not present in air pulse generator 800. When membrane portions 102g and 102h are driven by the pair of membrane drive signals (S102a, S102b)/(S102a', S102b')/(S102a'', S102b''), membrane portions 102g and 102h are driven by an air pulse generator. Valve 101 of air pulse generator 890 by utilizing the slit between membrane portions 102g, 102h and wall 111 to perform the AM ultrasonic carrier rectification function of openings 112, 114 of valves 101, 103 of 890. , 103 and the pressure generating function of the membrane portions 102a, 102b of the air pulse generator 890.

その結果、膜部分102gは、バルブ101の開口112として機能する開口112gを形成するように振動し得、その間に、圧力の最大/最小の変化(例えば、第1のピーク圧力pk)を生成し得る。膜部分102hは、バルブ103の開口114として機能する開口114hを形成するように振動することができ、その間に、圧力の最大/最小の変化(例えば、第2のピーク圧力pk)を生成し得る。 As a result, the membrane portion 102g may vibrate to form an aperture 112g that functions as the aperture 112 of the valve 101, while producing a maximum/minimum change in pressure (e.g., a first peak pressure pk 1 ). It is possible. The membrane portion 102h can vibrate to form an opening 114h that functions as the opening 114 of the valve 103, while producing a maximum/minimum change in pressure (e.g., a second peak pressure pk 2 ). obtain.

空気圧波形P707Lは、Z102a>ZO/Cのとき、P707L∝(SIN・sin(ωt)+Z0AC、そうでなければP707L=0と表され得る。Z102b>ZO/Cのとき、空気圧波形P707R∝(SIN・sin(ωt)+Z0AC、そうでなければP707R=0と表され得る。ここで、波形Z102a、Z102bは、それぞれ、膜部分102g、102hの変位を表し;波形P707L、P707Rは、それぞれ、ポート707L、707Rにおける(チャンバ105外の)空気圧を表す。 The air pressure waveform P707L can be expressed as P707L∝(S IN ·sin(ωt)+Z 0AC ) 2 when Z102a>Z O/C , and as P707L=0 otherwise. When Z102b>Z O/C , the air pressure waveform P707R∝(S IN ·sin(ωt)+Z 0AC ) 2 can be expressed, otherwise, P707R=0. Here, waveforms Z102a and Z102b represent displacements of membrane portions 102g and 102h, respectively; waveforms P707L and P707R represent air pressure (outside chamber 105) at ports 707L and 707R, respectively.

負のバイアス電圧が、膜部分102g/102hのアクチュエータ(複数可)の底部電極(複数可)に印加され、その結果、入力AC電圧が0Vのとき、Z方向における膜部分102g/102hの(先端の)位置が、変位レベルZO/Cと等しくなる又はわずかに上回るように持ち上げられる。言い換えれば、Z0ACは正であり得る。入力AC電圧が0Vのときに、Z方向における膜部分102g/102hの(先端の)位置が変位レベルZO/C未満である場合、Z0ACは負であり得、低レベル入力信号(複数可)に対してクラスBアンプと同様のクリッピング現象が発生し得る。クリッピング現象では、膜部分102g/102hが完全に開かないことがある。 A negative bias voltage is applied to the bottom electrode(s) of the actuator(s) of membrane portion 102g/102h, so that when the input AC voltage is 0V, the (tip) of membrane portion 102g/102h in the Z direction ) position is raised to equal or slightly exceed the displacement level Z O/C . In other words, Z 0AC can be positive. If the position (of the tip) of the membrane portion 102g/102h in the Z direction is less than the displacement level ZO/C when the input AC voltage is 0V, Z0AC can be negative and the low level input signal(s) ), clipping phenomena similar to class B amplifiers may occur. Due to the clipping phenomenon, the membrane portions 102g/102h may not open completely.

0ACが正の数である場合、空気パルス発生装置800の集約された軸上出力音圧(すなわち、P800=P707R+P707L)は、次のように表され得る:
P800∝(SIN・sin(ω・t)+Z0AC+(SIN・sin(-ω・t)+Z0AC=SIN ・(1-cos(2ω・t))+2・Z0AC 、|SIN・sin(ω・t)|<Z0ACのとき(式5a)、
P800∝(SIN・sin(ω・t)+Z0AC≒1/2sin・(1-cos(2ω・t))+2・SIN・sin(ω・t)・Z0AC、|SIN・sin(ω・t)|≫Z0ACの場合(式5b)、及び
P800∝(SIN・sin(ω・t))≒1/2sin・(1-cos(2ω・t))、Z0AC→0+の場合(式5c)。
0ACは、入力AC電圧が0Vのときの変位レベルZO/Cに対する膜の変位量である。
If Z 0AC is a positive number, the aggregated on-axis output sound pressure of air pulse generator 800 (i.e., P800=P707R+P707L) can be expressed as:
P800∝(S IN・sin(ω・t)+Z 0AC ) 2 +(S IN・sin(−ω・t)+Z 0AC ) 2 =S IN 2・(1−cos 2 (2ω・t))+2・When Z 0AC 2 , |S IN・sin(ω・t)|<Z 0AC (formula 5a),
P800∝(S IN・sin(ω・t)+Z 0AC ) 2 ≒1/2sin 2・(1−cos 2 (2ω・t))+2・S IN・sin(ω・t)・Z 0AC , |S IN・sin(ω・t)|≫Z In the case of 0AC (Equation 5b), and P800∝(S IN・sin(ω・t)) 2 ≒1/2sin 2・(1−cos 2 (2ω・t) ), when Z 0AC →0+ (Equation 5c).
Z 0AC is the amount of displacement of the membrane with respect to the displacement level Z O/C when the input AC voltage is 0V.

実施形態において、Z0ACは、式5aの第2項2・Z0AC 及び式5bの不可聴の第2項2・SIN・sin(ω・t)・Z0ACを減少させるために小さい正の値に設定され得る。例えば、Z0ACは、最大膜変位の1%~10%の間の範囲であり得る。 In embodiments, Z 0AC has a small positive value to reduce the second term 2·Z 0AC 2 of Equation 5a and the inaudible second term 2·S IN ·sin(ω·t)·Z 0AC of Equation 5b. can be set to the value of . For example, Z 0AC can range between 1% and 10% of the maximum membrane displacement.

一実施形態では、式5a~5cにおけるSIN の非線形性を補償するために、線形性補償がホストプロセッサ内に埋め込まれたDSP機能ブロックによって実行され得る。 In one embodiment, linearity compensation may be performed by a DSP functional block embedded within the host processor to compensate for the nonlinearity of S IN 2 in Equations 5a-5c.

0ACを小さい正の値に設定することにより、入力AC電圧が0Vであるとき、膜部分102g/102hはわずかに開き得る。膜駆動信号(S102a、S102b)/(S102a’、S102b’)/(S102a”、S102b”)の対称性を考慮すると、開口112g、114hの少なくとも1つは、任意の時点でわずかに開き得る/形成され得る。したがって、開口112g、114hの整流効果によるチャンバ105内の圧力変化は、均衡され得、ベント開口(複数可)713T又はより広いスリット開口(113a*/113b*)は、空気パルス発生装置800に存在しない。 By setting Z 0AC to a small positive value, membrane portions 102g/102h may open slightly when the input AC voltage is 0V. Considering the symmetry of the membrane drive signals (S102a, S102b)/(S102a', S102b')/(S102a", S102b"), at least one of the apertures 112g, 114h may be slightly open at any time/ can be formed. Therefore, the pressure changes in the chamber 105 due to the rectifying effect of the openings 112g, 114h can be balanced and the vent opening(s) 713T or wider slit openings (113a*/113b*) present in the air pulse generator 800. do not.

空気パルス発生装置800では、共振がチャンバ105内で生じるか否かにかかわらず、全波整流及び同期復調の効果が、空気パルス発生装置800によって生成され得る。側壁804L及び804Rにおいて又はそれらの近くにおいて最大音圧を生成するための定在波がなくても、そのような最大音圧は、単に、膜部分102g、102hの開口112g、114hの物理的位置、及び、側壁804L及び804Rの付近において最大変位を生じさせるように膜部分102g、102hのアクチュエータを駆動する対称的な膜駆動信号(S102a、S102b)/(S102a’、S102b’)/(S102a”、S102b”)の結果として生じ得る。例えば、膜部分102gは、局所的な圧力を最大化するためにチャンバ105内の第1の部分/容積105a(膜部分102gの上部)を圧縮するように作動され得る。膜部分102hは、局所的な圧力を最小化するためにチャンバ105内の第2の部分/容積105b(膜部分102hの上部)を膨張させるように作動され得る。部分/容積105a及び105b内の時間にわたる圧力プロファイルは、1次モード共振における定在波のものと同一であり得る。換言すれば、空気パルス発生装置800は、チャンバ105の共振なしに、全波整流及び同期復調を達成し得、それによって、空気パルス発生装置の設計における柔軟性を高める。 In air pulse generator 800, the effects of full-wave rectification and synchronous demodulation can be produced by air pulse generator 800 regardless of whether resonance occurs within chamber 105. Even without standing waves to generate maximum sound pressure at or near sidewalls 804L and 804R, such maximum sound pressure is simply due to the physical location of openings 112g, 114h in membrane portions 102g, 102h. , and symmetrical membrane drive signals (S102a, S102b)/(S102a', S102b')/(S102a'') that drive the actuators of membrane portions 102g, 102h to produce maximum displacements near sidewalls 804L and 804R. , S102b''). For example, membrane portion 102g may be actuated to compress a first portion/volume 105a (top of membrane portion 102g) within chamber 105 to maximize local pressure. Membrane portion 102h may be actuated to expand a second portion/volume 105b (top of membrane portion 102h) within chamber 105 to minimize local pressure. The pressure profile over time within parts/volumes 105a and 105b may be identical to that of a standing wave at first mode resonance. In other words, the air pulse generator 800 can achieve full wave rectification and synchronous demodulation without chamber 105 resonance, thereby increasing flexibility in the design of the air pulse generator.

空気パルス発生装置800において、共振が発生する場合、空気パルス発生装置800の出力は、そのような共振の定在波から利益を得ることができる。例えば、空気パルス発生装置800のチャンバ105の幅W105が、動作周波数fCYに対応する波長の半分(λ/2)に等しい場合、定在波のものと同様の圧力プロファイルが、膜部分102g及び102hの移動によって確立され得、したがって、チャンバ105内に既に確立されている定在波によって引き起こされる出力を高める。 If a resonance occurs in the air pulse generator 800, the output of the air pulse generator 800 can benefit from the standing wave of such resonance. For example, if the width W 105 of the chamber 105 of the air pulse generator 800 is equal to half the wavelength (λ/2) corresponding to the operating frequency f CY , a pressure profile similar to that of a standing wave will be generated in the membrane portion 102g and 102h, thus increasing the power caused by the standing waves already established in the chamber 105.

エンクロージャレス(Enclosure-less) Enclosure-less

空気パルス発生装置890/850/830は、従来のスピーカ(すなわち、前方放射及び位相反転後方放射)によって生成されるような位相外れベースバンド放射の対(a pair of out-of-phase baseband radiations)を生成しないので、空気パルス発生装置890/850/830は、従来のスピーカが行うように、いかなる背面(back)エンクロージャ(その目的は、後方放射を封じ込めるか又は変形し、位相反転後方放射が前方放射を相殺しないようにすることである)も必要としない。したがって、音を発生する空気パルス発生装置890/850/830は、エンクロージャレスとすることができる。 The air pulse generator 890/850/830 generates a pair of out-of-phase baseband radiations such as those produced by a conventional loudspeaker (i.e., forward radiation and phase-inverted backward radiation). Since the air pulse generator 890/850/830 does not produce any (which is to avoid canceling the radiation) is also not required. Therefore, the air pulse generator 890/850/830 that generates sound can be enclosure-less.

装置890の場合、チャンバ105の1次モード共振及びバルブ開放のインターリーブタイミングを利用することによって、空気パルス発生装置890は、位相が180°ずれている代わりに位相が同調している2つの放射を生成する。バルブ101/103の開放タイミング(図2ではZ101/Z103で示されている)と圧力波P112/P114との間の適切なタイミングアライメントにより、音響エネルギの位相が適切に整合され、超音波放射がベースバンド出力SPLを2倍にするように変換され、全音響エネルギの利用率を増加させ、エンクロージャの必要性を排除しながら、超音波AM信号の効果的な復調を達成する。 In the case of device 890, by utilizing the first mode resonance of chamber 105 and the interleaved timing of valve opening, air pulse generator 890 generates two emissions that are in phase instead of 180° out of phase. generate. Proper timing alignment between the opening timing of the valves 101/103 (indicated as Z101/Z103 in Figure 2) and the pressure waves P112/P114 ensures that the acoustic energy is properly phased and the ultrasound radiation is It is converted to double the baseband output SPL, increasing total acoustic energy utilization and eliminating the need for an enclosure while achieving effective demodulation of ultrasound AM signals.

音響フィルタ acoustic filter

空気パルス発生装置の前に音響フィルタが追加され得る。例えば、図10は、本出願の一実施形態による構成A00内に配置された空気パルス発生装置890の概略図である。図11は、本出願の一実施形態による構成A30内に配置された空気パルス発生装置890の概略図である。空気パルス発生装置890のポート707L及び707Rで測定される音響空気圧(acoustic air pressure)は、復調されたAM超音波P707L及びP707Rだけでなく、バルブ101及び103の運動によって生成される超音波も含み得る。バルブ101及び103の対称的な動きは、双極子として特徴付けられ得る。バルブ101及び103の運動によって発生する超音波の重畳は、バルブ101及び103の面に沿ってピークとなり、側壁804L及び804Rの間の中心面上でゼロとなる。構成A00/A30は、バルブ101及び103の運動によって発生する超音波を最小化するように構成され得、したがって音響フィルタとして機能し得る。 An acoustic filter may be added before the air pulse generator. For example, FIG. 10 is a schematic diagram of an air pulse generator 890 disposed in configuration A00 according to one embodiment of the present application. FIG. 11 is a schematic diagram of an air pulse generator 890 disposed within arrangement A30 according to one embodiment of the present application. The acoustic air pressure measured at ports 707L and 707R of air pulse generator 890 includes not only the demodulated AM ultrasound waves P707L and P707R, but also the ultrasound waves generated by the movement of valves 101 and 103. obtain. The symmetrical movement of valves 101 and 103 can be characterized as dipole. The superposition of ultrasonic waves generated by the movement of valves 101 and 103 peaks along the planes of valves 101 and 103 and zeros on the central plane between side walls 804L and 804R. Configuration A00/A30 may be configured to minimize ultrasound generated by movement of valves 101 and 103, and thus may function as an acoustic filter.

図10では、構成A00は、バルブ101/103の運動によって発生する超音波をフィルタリングして除去するように構成されたファンネル構造A05を含み得る。ファンネル構造A05は、構成A00の内側に広い開口、傾斜した側面、及び構成A00の外側付近に狭い管を有し得る。ファンネル構造A05の広い開口は、チャンバ105の幅W105よりも小さくてもよい。ファンネル構造A05は、ポート707L及び707Rからの出力を合体させ、バルブ101及び103の対称的な動きによって生じた超音波を互いに消滅させ、波P890を残し、これは、波P770L及びP770Rの和/重畳である。 In FIG. 10, configuration A00 may include a funnel structure A05 configured to filter out ultrasound generated by movement of valves 101/103. Funnel structure A05 may have a wide opening inside configuration A00, sloped sides, and a narrow tube near the outside of configuration A00. The wide opening of the funnel structure A05 may be smaller than the width W 105 of the chamber 105. Funnel structure A05 combines the outputs from ports 707L and 707R, causing the ultrasonic waves produced by the symmetrical movement of valves 101 and 103 to cancel each other out, leaving wave P890, which is the sum of waves P770L and P770R/ It is superimposed.

図11では、構成A30は、構成A30のための出力ポートとして機能するポートA07及び外部チャンバA06を含み得る。外部チャンバA06の側壁A06T、A06B間の幅Wa06は、チャンバ105の幅W105(例えば、λCYの半分)に等しくてよく、その結果、定在波は、周波数fCY(1次モード共振の場合)及び周波数2・fCY(2次モード共振の場合)の両方で発生し得る。ポートA07の幅Wa07は、チャンバ105の幅W105よりも小さくてもよい。ポートA07の幅Wa07は、チャンバ105の幅W105の半分又はλCYの4分の1に等しくてもよい。 In FIG. 11, configuration A30 may include port A07 and external chamber A06, which serve as output ports for configuration A30. The width Wa06 between the side walls A06T, A06B of the external chamber A06 may be equal to the width W105 of the chamber 105 (e.g. half of λ CY ), so that the standing wave has a frequency f CY (of the first mode resonance ) and frequency 2·f CY (in the case of second-order mode resonance). The width Wa07 of the port A07 may be smaller than the width W105 of the chamber 105. The width Wa07 of the port A07 may be equal to half the width W 105 of the chamber 105 or one quarter of λ CY .

構成A30は、バルブ101/103の運動によって発生する超音波をフィルタリングして除去するように構成される。周波数fCYを有するバルブ101及び103の対称運動によって発生する超音波に対しては、音響エネルギは、側壁A06TとA06Bとの間の中間点に/中間点の近傍に空気圧の節を有する外部チャンバA06の1次モード共振に存在してもよく、定在波の圧力は、ポートA07の幅Wa07にわたってゼロに結合され得る。パルスレート2・fCYを有する音波P890については、音響エネルギは、ポートA07の中心でもある側壁A06TとA06Bとの間の中間点に/中間点付近に空気圧の腹を有する外部チャンバA06の2次モードに存在し得、定在波の圧力がポートA07の幅Wa07にわたって積分されたときに最大出力圧力が発生し得る。2つの異なる共振モードを利用することによって、外部チャンバA06は、1次モード共振によって周波数fCYにおける超音波スペクトル成分を除去し、2次モード共振によって周波数2・fCYにおける超音波スペクトル成分(すなわち、波P890)を通過させ得る。 Configuration A30 is configured to filter out ultrasound generated by movement of valves 101/103. For ultrasound generated by symmetrical movement of valves 101 and 103 with frequency f CY , the acoustic energy is transferred to an external chamber with a pneumatic node at/near the midpoint between side walls A06T and A06B. There may be a first mode resonance of A06, and the standing wave pressure may be coupled to zero across the width Wa07 of port A07. For a sound wave P890 with a pulse rate of 2·f CY , the acoustic energy is distributed at the midpoint between side walls A06T and A06B, which is also the center of port A07/secondary of external chamber A06 with an antinode of air pressure near the midpoint. mode, and maximum output pressure may occur when the pressure of the standing wave is integrated over the width Wa07 of port A07. By utilizing two different resonance modes, the external chamber A06 removes the ultrasound spectral component at frequency f CY by first mode resonance and removes the ultrasound spectral component at frequency 2 f CY by second mode resonance (i.e. , wave P890).

図11では、構成A30は、疎水性材料で作製され得るフィルムA08を含み得る。フィルムA08は、保護手段(塵埃、蒸気及び水分の侵入を防止するため)及び音響抵抗(外部チャンバA06の容積でローパスフィルタを形成することによって、周波数2・fCYで残りの超音波スペクトル成分を減衰させるために)として機能するために、ポートA07内に配置され得る。 In FIG. 11, configuration A30 may include film A08, which may be made of a hydrophobic material. Film A08 filters out the remaining ultrasound spectral components at frequency 2 f CY by means of protection (to prevent the ingress of dust, vapor and moisture) and acoustic resistance (by forming a low-pass filter with the volume of external chamber A06). for damping).

図12は、本出願の一実施形態によるモバイルデバイスA60の概略図である。各々が空気パルス発生装置890/850/830のいずれかであり得る2つの空気パルス発生装置A02及びA03はが、スマートフォン又はノートパッドのようなモバイルデバイスA60のエッジA01上に取り付けられる。空気パルス発生装置A02、A04のポート707L及び707Rは、外側に向き得、空気パルス発生装置A02、A03によって生成される超音波は、オリフィスアレイA04、A05を通過し得る。モバイルデバイスA60は、構成A00又はA30の構造を利用して、バルブ101及び103の運動によって生成された周波数fCYにおいて超音波スペクトル成分を除去し、一方、周波数2・fCYの波P890を通過させることを可能にする構成A30のフィルムA08は、周波数2・fCY付近の残りの超音波スペクトル成分をさらに低減し得る。 FIG. 12 is a schematic diagram of a mobile device A60 according to one embodiment of the present application. Two air pulse generators A02 and A03, each of which may be any of the air pulse generators 890/850/830, are mounted on the edge A01 of a mobile device A60, such as a smartphone or a notepad. Ports 707L and 707R of air pulse generators A02, A04 may face outward, and ultrasound generated by air pulse generators A02, A03 may pass through orifice array A04, A05. Mobile device A60 utilizes the structure of configuration A00 or A30 to remove the ultrasound spectral component at frequency f CY generated by the movement of valves 101 and 103, while passing wave P890 of frequency 2·f CY . The film A08 of the configuration A30 that allows to further reduce the remaining ultrasound spectral components around the frequency 2·f CY .

図13は、本出願の一実施形態による空気パルス発生装置300の断面図の概略図である。空気パルス発生装置890と同様に、空気パルス発生装置300のチャンバ105によって定在波が形成されるとき、空気パルス発生装置300の膜部分102c、102dの動きは対称的であり、ほぼ0の正味の空気移動を生成し得る。各動作サイクルTCYにわたるほぼ0の正味の空気移動のために、膜部分102c/102dによってもたらされるエネルギの大部分は、音響エネルギ(空気圧勾配又は定在波の形態)となり、ほぼゼロのエネルギは、運動エネルギ(空気質量移動、すなわち、風)となる。 FIG. 13 is a schematic diagram of a cross-sectional view of an air pulse generator 300 according to one embodiment of the present application. Similar to the air pulse generator 890, when a standing wave is formed by the chamber 105 of the air pulse generator 300, the motion of the membrane portions 102c, 102d of the air pulse generator 300 is symmetrical and has an approximately zero net of air movement. Due to the approximately zero net air movement over each operating cycle T CY , the majority of the energy provided by the membrane portions 102c/102d will be acoustic energy (in the form of pneumatic gradients or standing waves), and the approximately zero energy will be , kinetic energy (air mass transfer, i.e. wind).

図14は、本出願の一実施形態による、装置の1つのポートから別のポートへ空気容積を移動させるための空気移動装置100の断面図の概略図である。 FIG. 14 is a schematic illustration of a cross-sectional view of an air movement device 100 for moving an air volume from one port of the device to another port, according to one embodiment of the present application.

空気パルス発生装置850/890とは対照的に、空気流発生装置100の膜102の振動周波数は、チャンバ105の幅よりはるかに大きい波長λを生成し、チャンバ105内の圧力は均一であると考えられ得る。インターリーブされたバルブ駆動信号S101/S103は、バルブ部分101/103を時間インターリーブ方式で、又は180°位相がずれて開き、ポート107からポート108へ、又はポート108からポート107へのいずれかの空気移動を生じるように構成され得る。例えば、膜102がチャンバ105内の容積を圧縮するために正のZ方向(+Z方向)に移動するときに、バルブ101/103が開き、バルブ103/101が閉じられる場合、空気は、ポート107/108を介してチャンバ105から流出する。逆に、膜102がチャンバ105の容積を拡大するために負のZ方向(-Z方向)に移動するときに、バルブ101/103が開かれ、バルブ103/101が閉じる場合、空気はポート107/108を介してチャンバ105に流入する。 In contrast to air pulse generators 850/890, the vibrational frequency of membrane 102 of air flow generator 100 produces a wavelength λ much larger than the width of chamber 105, and the pressure within chamber 105 is assumed to be uniform. It is conceivable. Interleaved valve actuation signals S101/S103 open valve portions 101/103 in a time-interleaved manner or 180° out of phase, allowing air to flow either from port 107 to port 108 or from port 108 to port 107. It may be configured to cause movement. For example, if valves 101/103 are opened and valves 103/101 are closed when membrane 102 moves in the positive Z direction (+Z direction) to compress the volume within chamber 105, air will flow through port 107. /108 from chamber 105. Conversely, if valves 101/103 are opened and valves 103/101 are closed when membrane 102 moves in the negative Z direction (-Z direction) to expand the volume of chamber 105, air will flow through port 107. /108 into chamber 105.

空気移動装置100のキャップ104は、放熱板/パッドとして機能し、これらに限定されるものではないがノートブック中央処理装置(CPU)又はスマートフォンアプリケーションプロセッサ(複数可)(AP)などの熱発生部品と物理的に接触する。キャップ104は、アルミニウム又は銅などの熱伝導性材料で作られ得る。熱伝達効率を改善するために、チャンバ105内のキャップ104の表面に、細かいフィン(図示せず)が形成されてもよいが、これに限定されない。 The cap 104 of the air moving device 100 functions as a heat sink/pad and protects heat generating components such as, but not limited to, a notebook central processing unit (CPU) or a smartphone application processor(s) (AP). come into physical contact with. Cap 104 may be made of a thermally conductive material such as aluminum or copper. Fine fins (not shown) may be formed on the surface of the cap 104 within the chamber 105 to improve heat transfer efficiency, but are not limited thereto.

特に、空気パルス発生装置850/890では、空気装置100/300のキャップ104は、上部プレート804T及び側壁としても機能するスペーサ804L、804Rに置き換えられる。上部プレート804Tは、プリント回路基板(PCB)又はランドグリッドアレイ(LGA)基板であり得、基板109又はプレート115上に他の方法で配置され得る金属トレース、ビア及び接触パッドを含む。厚さは、上部プレート804Tで0.2~0.3mm、側壁804L/804Rで0.05~0.15mm、壁111で0.25~0.35mmである。空気パルス発生装置の総厚は、0.6~0.8mmであり得るが、これに限定されない。 In particular, in the air pulse generator 850/890, the cap 104 of the air device 100/300 is replaced by a top plate 804T and spacers 804L, 804R, which also function as side walls. Top plate 804T may be a printed circuit board (PCB) or land grid array (LGA) substrate and includes metal traces, vias, and contact pads that may be otherwise disposed on substrate 109 or plate 115. The thickness is 0.2 to 0.3 mm for the top plate 804T, 0.05 to 0.15 mm for the side walls 804L/804R, and 0.25 to 0.35 mm for the wall 111. The total thickness of the air pulse generator can be, but is not limited to, 0.6-0.8 mm.

さらに、米国特許第10,536,770号に開示されているパルスインターリーブ概念を本出願に適用することもできる。換言すれば、APPS用の超音波音響パルスを生成する間に、音質を改善するために、一実施形態では、複数の空気パルス発生装置(例えば、複数の空気パルス発生装置100)が、1つの単一の空気パルス発生装置を形成するように一緒にカスケード接続され得る。空気パルス発生装置100のための駆動信号(例えば、膜駆動信号S102a/S102b/S102又はバルブ駆動信号S101/S103)は、インターリーブされたグループを形成するようにインターリーブされ得、人の可聴帯域から離れたところで、結果として、有効空気パルスレートを2倍高い周波数まで上昇させ得る。例えば、1つの空気パルス発生装置100の膜駆動信号のパルスは、別の空気パルス発生装置100の膜駆動信号のパルスとインターリーブされ得、その結果、1つの空気パルス発生装置100の集約空気パルスは、有効空気パルスレートを増加させるように、別の空気パルス発生装置100の集約空気パルスとインターリーブされ得る。代替的に、1つの空気パルス発生装置100の膜駆動信号の各パルスは、他の空気パルス発生装置100の膜駆動信号の2つの連続パルスの間の中間点に/その近傍に位置し、その結果、1つの空気パルス発生装置100の各集約空気パルスは、有効空気パルスレートを増加させるように、他の空気パルス発生装置100の2つの連続集約空気パルスの中間点に/その近傍に位置し得る。一実施形態では、各々が24KHzの動作周波数TCYで動作するように設計された2つの空気パルス発生装置100は、並んで配置される又は背中合わせに(back-to-back)取り付けられ、インターリーブ方式で駆動され得、その結果、有効空気パルスレートが48KHzになる。 Additionally, the pulse interleaving concept disclosed in US Pat. No. 10,536,770 can also be applied to the present application. In other words, in order to improve the sound quality while generating ultrasonic acoustic pulses for APPS, in one embodiment, multiple air pulse generators (e.g., multiple air pulse generators 100) are connected to one Can be cascaded together to form a single air pulse generator. The drive signals for air pulse generator 100 (e.g., membrane drive signals S102a/S102b/S102 or valve drive signals S101/S103) may be interleaved to form interleaved groups, and may be separated from the human hearing range. However, as a result, the effective air pulse rate can be increased to twice as high a frequency. For example, pulses of the membrane drive signal of one air pulse generator 100 may be interleaved with pulses of the membrane drive signal of another air pulse generator 100 such that the aggregate air pulse of one air pulse generator 100 is , may be interleaved with aggregate air pulses of another air pulse generator 100 to increase the effective air pulse rate. Alternatively, each pulse of the membrane drive signal of one air pulse generator 100 is located at/near the midpoint between two consecutive pulses of the membrane drive signal of the other air pulse generator 100; As a result, each aggregate air pulse of one air pulse generator 100 is located at/near the midpoint of two consecutive aggregate air pulses of the other air pulse generator 100, so as to increase the effective air pulse rate. obtain. In one embodiment, two air pulse generators 100, each designed to operate at an operating frequency T CY of 24 KHz, are arranged side by side or mounted back-to-back and in an interleaved manner. , resulting in an effective air pulse rate of 48 KHz.

例示的に、図15は、本出願の一実施形態による空気パルス発生装置400の概略図である。空気パルス発生装置400は、背中合わせに積み重ねられた2つの空気パルス発生装置100及び100’とみなされ得る。空気パルス発生装置400において、2つの空気パルス発生装置100及び100’の2つのチャンバ105及び105’は、空気パルス発生装置400のチャンバ106を形成するように、開口116を介して互いに接続される。 Illustratively, FIG. 15 is a schematic diagram of an air pulse generator 400 according to one embodiment of the present application. The air pulse generator 400 can be thought of as two air pulse generators 100 and 100' stacked back to back. In the air pulse generator 400, the two chambers 105 and 105' of the two air pulse generators 100 and 100' are connected to each other via an opening 116 to form a chamber 106 of the air pulse generator 400. .

空気パルス発生装置400は、第1のバルブ部分101、第2のバルブ部分103、第3のバルブ部分101’、及び第4のバルブ部分103’を有し得る。バルブ部分101が壁111に固定される第1のアンカーと、バルブ部分103が壁111に固定される第2のアンカーとは、X方向に整列し;一方、第1のアンカーとバルブ部分101’が壁111に固定される第3のアンカーとは、Z方向に整列する。バルブ部分101及び103(又はバルブ部分101’及び103’)は、YZ平面に対して対称であり;一方、バルブ部分101及び101’に印加されるバルブ駆動信号S101(又はS103)がゼロに低下したとき、(非作動の)バルブ部分101及び101’(又はバルブ部分103及び103’)は、YZ平面に対して平行でない第2の平面(例えば、XY平面)に対して対称である。バルブ部分101及び101’(又はバルブ部分103及び103’)は、非共平面であり、一方、(非作動の)バルブ部分101及び103(又はバルブ部分101’及び103’)は、
バルブ部分101及び103に印加されるバルブ駆動信号S101及びS103がゼロに低下するとき、共平面であり得る。
The air pulse generator 400 may have a first valve section 101, a second valve section 103, a third valve section 101', and a fourth valve section 103'. The first anchor by which the valve part 101 is fixed to the wall 111 and the second anchor by which the valve part 103 is fixed to the wall 111 are aligned in the X direction; while the first anchor and the valve part 101' is aligned in the Z direction with the third anchor fixed to the wall 111. Valve sections 101 and 103 (or valve sections 101' and 103') are symmetrical with respect to the YZ plane; while valve drive signal S101 (or S103) applied to valve sections 101 and 101' drops to zero. The (non-actuated) valve parts 101 and 101' (or valve parts 103 and 103') are then symmetrical about a second plane (eg, the XY plane) that is not parallel to the YZ plane. Valve parts 101 and 101' (or valve parts 103 and 103') are non-coplanar, while (non-actuated) valve parts 101 and 103 (or valve parts 101' and 103') are
When the valve actuation signals S101 and S103 applied to valve portions 101 and 103 drop to zero, they may be coplanar.

APPS用途の一実施形態では、2つの空気パルス発生装置100の駆動信号をインターリーブすることによって、空気パルス発生装置400の膜部分102(又はバルブ部分101、103)の変位プロファイル(複数可)は、空気パルス発生装置400の膜部分102’(又はバルブ部分101’、103’)の変位プロファイル(複数可)と鏡面対称(mirror symmetric)であり得る。代替的には、2つの空気パルス発生装置100の駆動信号をインターリーブ又は反転することによって、空気パルス発生装置400の膜部分102(又はバルブ部分101、103)の変位プロファイル(複数可)は、空気パルス発生装置400の膜部分102’及び(又はバルブ部分101’、103’)の変位プロファイル(複数可)と同じであり得、その結果、膜部分102の変位(の方向及び大きさ)は、膜部分102’の変位(の方向及び大きさ)と等しくなり、チャンバ106内の圧力変動を相殺させる。膜部分102は、膜部分102’に平行であり得る(又は整合するためにオフセットされ得る)。 In one embodiment for an APPS application, by interleaving the drive signals of the two air pulse generators 100, the displacement profile(s) of the membrane portion 102 (or valve portions 101, 103) of the air pulse generator 400 is It may be mirror symmetric with the displacement profile(s) of the membrane section 102' (or valve sections 101', 103') of the air pulse generator 400. Alternatively, by interleaving or inverting the drive signals of the two air pulse generators 100, the displacement profile(s) of the membrane portion 102 (or valve portions 101, 103) of the air pulse generator 400 is The displacement profile(s) of membrane section 102' and (or valve sections 101', 103') of pulse generator 400 may be the same, such that (the direction and magnitude of) the displacement of membrane section 102 is: is equal to (the direction and magnitude of) the displacement of membrane portion 102', thereby canceling out pressure fluctuations within chamber 106. Membrane portion 102 may be parallel to (or offset to align with) membrane portion 102'.

空気移動用途の一実施形態では、特性長λCYは、一般に、空気パルス発生装置400の寸法よりはるかに長い。膜部分102の変位は、膜部分102’の変位と等しくなり得るので、空気パルス発生装置400は、1つの膜部分のみを含み得、膜部分102、102’の1つが除去され得、それによって、電力消費を減少し、動作効率を改善する。 In one embodiment for air movement applications, the characteristic length λ CY is generally much longer than the dimensions of the air pulse generator 400. Since the displacement of membrane portion 102 may be equal to the displacement of membrane portion 102', air pulse generator 400 may include only one membrane portion and one of membrane portions 102, 102' may be removed, thereby , reduce power consumption and improve operating efficiency.

省電力 power saving

別の観点では、空気パルス発生装置の出力は、A(t)・p(t)に関連し、ここで、A(t)は開口112/114の面積であり、p(t)は、チャンバ105の空気圧を表す。換言すれば、バルブ101/103の開口112/114は、空気パルス発生装置の出力の強度に直接関連/比例する。具体的には、最大SPL出力は、膜移動によって生成されるチャンバ105内の空気圧p(t)の最大値と、バルブ移動によって生成される開口112/114の面積A(t)の最大値との組み合わせである。面積A(t)を適切に変調/操作することにより、空気パルス発生装置の動作電力を低減することができる。 In another aspect, the output of the air pulse generator is related to A(t) p(t), where A(t) is the area of the aperture 112/114 and p(t) is the area of the chamber 105 represents the air pressure. In other words, the opening 112/114 of the valve 101/103 is directly related/proportional to the intensity of the output of the air pulse generator. Specifically, the maximum SPL output is determined by the maximum value of the air pressure p(t) in the chamber 105 generated by the membrane movement and the maximum value of the area A(t) of the openings 112/114 generated by the valve movement. It is a combination of By appropriately modulating/manipulating the area A(t), the operating power of the air pulse generator can be reduced.

面積A(t)は、人間の聴覚に可聴のレート(rate audible to human hearing)では変化しない場合があるが、発生する音の音量又は包絡線に応じて、バルブ駆動電圧S101/S103をゆっくりと変化させることにより調整され得る。例えば、バルブ駆動電圧S101/S103は、50ミリ秒のアタックタイム(attack time)及び5秒のリリースタイム(release time)のエンベロープ検出により制御され得る。空気パルス発生装置によって生成される音が一貫して低音量であるとき、バルブ駆動電圧S101/S103は、5秒(長い)リリースタイムで徐々に低下され得る。高い音圧を発生させるとき、バルブ駆動電圧S101/S103は、(短い)50ミリ秒のアタックタイムで昇圧され得る。 The area A(t) may not change at a rate audible to human hearing, but the valve drive voltage S101/S103 may be slowly adjusted depending on the volume or envelope of the sound being generated. It can be adjusted by changing. For example, the valve drive voltage S101/S103 may be controlled by envelope sensing with an attack time of 50 milliseconds and a release time of 5 seconds. When the sound produced by the air pulse generator is consistently low volume, the valve drive voltage S101/S103 may be gradually reduced with a 5 second (long) release time. When generating high sound pressure, the valve drive voltage S101/S103 can be increased with a (short) 50 ms attack time.

以上をまとめると、本発明の空気パルス発生装置は、まずその膜構造を振動させ、次に、音圧(又は空気速度)の最大/最小の発生に応答して音圧(又は空気移動)をフィルタリング/再成形するためにそのバルブ構造を開/閉し、最終的に全波整流効果の下で音波(又は空気流)を出力することによって、音圧(又は空気移動)を生成し得る。同期復調が、音圧の最大/最小(又は空気速度)の発生に対して、そのバルブ構造を位相ロックされかつ時間整列された方法で開/閉することによって、及び/又はバルブ構造のバルブ部分を時間的にインターリーブされた方法で開/閉することによって実行され得る。 In summary, the air pulse generator of the present invention first vibrates its membrane structure and then increases the sound pressure (or air movement) in response to the maximum/minimum occurrence of sound pressure (or air velocity). Sound pressure (or air movement) may be generated by opening/closing its valve structure for filtering/reshaping and finally outputting sound waves (or air flow) under full wave rectification effect. Synchronous demodulation is performed by opening/closing the valve structure in a phase-locked and time-aligned manner and/or by opening/closing the valve structure in response to the occurrence of a sound pressure maximum/minimum (or air velocity) and/or the valve portion of the valve structure. may be performed by opening/closing in a temporally interleaved manner.

当業者は、本発明の教示を保持しながら、装置及び方法の多くの修正及び変更を行うことができることを容易に理解するであろう。したがって、上記の開示は、添付の特許請求の範囲の範囲によってのみ限定されると解釈されるべきである。 Those skilled in the art will readily appreciate that many modifications and variations of the apparatus and method may be made while retaining the teachings of the invention. Accordingly, the above disclosure should be construed as limited only by the scope of the claims appended hereto.

Claims (23)

空気パルス発生装置であって:
膜構造及びバルブ構造と;
カバー構造であって、チャンバが、前記膜構造、前記バルブ構造、及び前記カバー構造の間に形成される、カバー構造と;を有し、
動作周波数で振動する空気波が前記チャンバ内に形成され;
前記バルブ構造は、少なくとも1つの開口を形成するために開閉動作を実行するよう作動するように構成され、前記少なくとも1つの開口は、前記チャンバ内の空気を前記チャンバ外の空気と接続し;
前記開閉動作は、前記動作周波数と同期し
前記少なくとも1つの開口は、前記空気波のピークが達成される位置に空間的に形成される、
空気パルス発生装置。
An air pulse generator comprising:
membrane structure and valve structure;
a cover structure, wherein a chamber is formed between the membrane structure, the valve structure, and the cover structure;
an air wave oscillating at an operating frequency is formed within the chamber;
the valve structure is configured to operate to perform an opening and closing operation to form at least one opening, the at least one opening connecting air within the chamber with air outside the chamber;
the opening/closing operation is synchronized with the operating frequency ;
the at least one aperture is spatially formed at a location where the peak of the air wave is achieved;
Air pulse generator.
前記空気波の前記ピークは、空気圧に関する、
請求項に記載の空気パルス発生装置。
the peak of the air wave is related to air pressure;
An air pulse generator according to claim 1 .
前記空気波の前記ピークは、空気速度に関する、
請求項に記載の空気パルス発生装置。
the peak of the air wave is related to the air velocity;
An air pulse generator according to claim 1 .
第1の開口が第1の側壁によって形成され、第2の開口が第2の側壁によって形成される、
請求項1に記載の空気パルス発生装置。
the first opening is formed by the first sidewall and the second opening is formed by the second sidewall;
An air pulse generator according to claim 1.
前記バルブ構造は、前記少なくとも1つの開口を形成するよう作動されるように構成される、第1のバルブ部分及び第2のバルブ部分を有する、
請求項1に記載の空気パルス発生装置。
the valve structure has a first valve portion and a second valve portion configured to be actuated to form the at least one opening;
An air pulse generator according to claim 1.
前記バルブ構造は、第1の側壁と第2の側壁との間の中心位置に前記少なくとも1つの開口を形成し;
前記カバー構造は、前記第1の側壁及び前記第2の側壁を有する、
請求項1に記載の空気パルス発生装置。
the valve structure defines the at least one opening at a central location between a first sidewall and a second sidewall;
The cover structure has the first side wall and the second side wall.
An air pulse generator according to claim 1.
前記少なくとも1つの開口は、前記空気波のピークが達成されるインターバル内で形成される、
請求項1に記載の空気パルス発生装置。
the at least one aperture is formed within an interval in which the peak of the air wave is achieved;
An air pulse generator according to claim 1.
前記空気波の前記ピークは空気圧に関する、
請求項に記載の空気パルス発生装置。
the peak of the air wave is related to air pressure;
The air pulse generator according to claim 7 .
前記バルブ構造は、動作サイクル内の第1のインターバルの間に第1の開口を形成し;
前記バルブ構造は、前記動作サイクル内の第2のインターバルの間に第2の開口を形成し;
前記動作サイクルは、前記動作周波数に対応している、
請求項1に記載の空気パルス発生装置。
the valve structure defines a first opening during a first interval within an operating cycle;
the valve structure defines a second opening during a second interval within the operating cycle;
the operating cycle corresponds to the operating frequency;
An air pulse generator according to claim 1.
前記動作サイクルは前記動作周波数の逆数である、
請求項に記載の空気パルス発生装置。
the operating cycle is the reciprocal of the operating frequency;
The air pulse generator according to claim 9 .
前記第1のインターバル及び前記第2のインターバルは重複しない、
請求項に記載の空気パルス発生装置。
the first interval and the second interval do not overlap;
The air pulse generator according to claim 9 .
前記第1の開口は、前記空気波の第1のピークが達成される前記第1のインターバル内で形成され、
前記第2の開口は、前記空気波の第2のピークが達成される前記第2のインターバル内で形成される、
請求項に記載の空気パルス発生装置。
the first aperture is formed within the first interval in which a first peak of the air wave is achieved;
the second aperture is formed within the second interval in which a second peak of the air wave is achieved;
The air pulse generator according to claim 9 .
前記第1の開口は、前記第1のインターバル内で第1の位置に形成され、前記第1のインターバルの間、前記チャンバ内の前記第1の位置に対応する前記空気波の第1の空気圧が特定の圧力より高く、
前記第2の開口は、前記第2のインターバル内で第2の位置に形成され、前記第2のインターバルの間、前記チャンバ内の前記第2の位置に対応する前記空気波の第2の空気圧が前記特定の圧力より高い、
請求項に記載の空気パルス発生装置。
the first aperture is formed at a first location within the first interval, the first air pressure of the air wave corresponding to the first location within the chamber during the first interval; is higher than a certain pressure,
The second aperture is formed at a second location within the second interval, and during the second interval, the second air pressure of the air wave corresponds to the second location within the chamber. is higher than the specific pressure,
The air pulse generator according to claim 9 .
前記膜構造は、第1の膜部分を含み、前記第1の膜部分は第1のスリットを有し、前記第1のスリットは、前記空気波の空気圧の空気圧力の節が達成される位置に配置される、
請求項1に記載の空気パルス発生装置。
The membrane structure includes a first membrane portion, the first membrane portion having a first slit, the first slit being located at a position where a pneumatic node of the air pressure of the air wave is achieved. placed in
An air pulse generator according to claim 1.
前記第1のスリットは、前記カバー構造の第1の側壁若しくは第2の側壁から前記チャンバの幅の4分の1に、又は、前記第1の側壁と前記第2の側壁との間の中心位置に位置する、
請求項14に記載の空気パルス発生装置。
The first slit extends from a first side wall or a second side wall of the cover structure to a quarter of the width of the chamber, or at the center between the first side wall and the second side wall. located in position,
The air pulse generator according to claim 14 .
前記カバー構造は、前記膜構造に平行に配置された上部プレートを有し、前記上部プレートは、ベント開口を有し、前記ベント開口は、前記空気波の空気圧の空気圧力の節が達成される位置の近くに配置される、
請求項1に記載の空気パルス発生装置。
The cover structure has a top plate arranged parallel to the membrane structure, the top plate having a vent opening, the vent opening through which a pneumatic pressure node of the air pressure of the air wave is achieved. placed near the location,
An air pulse generator according to claim 1.
前記ベント開口は、前記カバー構造の第1の側壁若しくは第2の側壁から前記チャンバの幅の4分の1に、又は、前記第1の側壁と前記第2の側壁との間の中心位置に位置する、
請求項16に記載の空気パルス発生装置。
The vent opening is located at one quarter of the width of the chamber from a first sidewall or a second sidewall of the cover structure, or at a central location between the first and second sidewalls. To position,
An air pulse generator according to claim 16 .
空気パルス発生装置において適用される音生成方法であって、前記方法は:
チャンバ内に空気波を形成するステップであって、前記空気波は、動作周波数で振動し、前記チャンバは、前記空気パルス発生装置内に形成される、ステップと;
前記空気パルス発生装置に開放周波数で少なくとも1つの開口を形成するステップであって、前記少なくとも1つの開口は、前記チャンバ内の空気を前記チャンバ外の空気と接続する、ステップ;とを含み、
前記開放周波数は、前記動作周波数と同期し
前記少なくとも1つの開口を形成するステップは、前記空気波のピークが達成されるインターバル内で前記少なくとも1つの開口を形成するステップを含む、
音生成方法。
A sound generation method applied in an air pulse generator, the method comprising:
forming an air wave within a chamber, the air wave oscillating at an operating frequency, and the chamber being formed within the air pulse generator;
forming at least one aperture in the air pulse generator at an open frequency, the at least one aperture connecting air within the chamber with air outside the chamber;
the open frequency is synchronized with the operating frequency ;
forming the at least one aperture includes forming the at least one aperture within an interval in which the air wave peak is achieved;
Sound generation method.
前記少なくとも1つの開口を形成するステップは:
動作サイクル内の第1のインターバルの間に第1の開口を形成するステップと;
前記動作サイクル内の第2のインターバルの間に第2の開口を形成するステップと;を含み、
前記動作サイクルは、前記動作周波数に対応している、
請求項18に記載の音生成方法。
Forming the at least one opening includes:
forming a first aperture during a first interval within the operating cycle;
forming a second aperture during a second interval within the operating cycle;
the operating cycle corresponds to the operating frequency;
The sound generation method according to claim 18 .
前記動作サイクルは前記動作周波数の逆数である、
請求項19に記載の音生成方法。
the operating cycle is the reciprocal of the operating frequency;
The sound generation method according to claim 19 .
前記第1のインターバル及び前記第2のインターバルは重複しない、
請求項19に記載の音生成方法。
the first interval and the second interval do not overlap;
The sound generation method according to claim 19 .
前記少なくとも1つの開口を形成するステップは:
前記第1の開口を、前記空気波の第1のピークが達成される前記第1のインターバル内で形成するステップと;
前記第2の開口を、前記空気波の第2のピークが達成される前記第2のインターバル内で形成するステップと;を含む、
請求項19に記載の音生成方法。
Forming the at least one opening includes:
forming the first aperture within the first interval in which a first peak of the air wave is achieved;
forming the second aperture within the second interval in which a second peak of the air wave is achieved;
The sound generation method according to claim 19 .
前記少なくとも1つの開口を形成するステップは:
前記第1の開口を、前記第1のインターバル内で第1の位置に形成するステップであって、前記第1のインターバルの間、前記チャンバ内の前記第1の位置に対応する前記空気波の第1の空気圧が特定の圧力より高い、ステップと;
前記第2の開口を、前記第2のインターバル内で第2の位置に形成するステップであって、前記第2のインターバルの間、前記チャンバ内の前記第2の位置に対応する前記空気波の第2の空気圧が前記特定の圧力より高い、ステップと;を含む、
請求項19に記載の音生成方法。
Forming the at least one opening includes:
forming the first aperture at a first location within the first interval, wherein the first opening corresponds to the first location within the chamber; the first air pressure being higher than the particular pressure;
forming the second aperture at a second location within the second interval, the second opening corresponding to the second location within the chamber during the second interval; a second air pressure is higher than the specific pressure;
The sound generation method according to claim 19 .
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