KR102297953B1 - 사운드 생성 기기 - Google Patents

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KR102297953B1
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Abstract

사운드 생성 기기는 하나 이상의 공기 펄스 생성 요소를 포함한다. 상기 하나 이상의 공기 펄스 생성 요소 각각은, 멤브레인, 제1 공기 챔버 및 하나 이상의 개구부를 포함하며, 상기 제1 공기 챔버 내에는 챔버 압력이 존재한다. 상기 멤브레인은 상기 제1 공기 챔버의 챔버 압력을 변화시켜 복수의 공기 펄스를 생성하도록 작동되며, 상기 공기 펄스는 상기 하나 이상의 개구부를 통해 전파되고, 상기 공기 펄스는 음압 레벨 면에서 0이 아닌 오프셋(non-zero offset)을 생성하며, 상기 0이 아닌 오프셋은 상기 사운드 생성 기기 외부의 주위 압력의 압력 값으로부터의 편차이다. 각각의 펄스 사이클은 펄스 생성 시간 세그먼트 및 펄스 분리 시간 세그먼트를 가지며, 상기 펄스 생성 시간 세그먼트 동안의 상기 구동 신호는 상기 펄스 분리 시간 구간 동안의 상기 구동 신호와 다르다.

Description

사운드 생성 기기 {SOUND PRODUCING DEVICE}
본 발명은 사운드 생성 기기에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 고 충실도 사운드를 생성할 수 있는 사운드 생성 기기에 관한 것이다.
스피커 드라이버는 항상 스피커 산업에서 고 충실도 사운드 재생에 있어 가장 어려운 과제이다. 음향 신호 전파의 물리학은, 인간의 가청 주파수 범위 내에서 종래의 스피커 드라이브의 멤브레인(membrane)을 가속함으로써 생성되는 음압(sound pressure)이
Figure 112020050222243-pat00001
(식 1)로 표현될 수 있다고 가르치며, 여기서 S는 멤브레인 표면적이고, A는 멤브레인의 가속도이다. 즉, 음압(P)은 멤브레인 표면적(Sm)과 멤브레인의 가속도(A)에 비례한다. 또한, 멤브레인 변위(Dm)는
Figure 112020050222243-pat00002
(식 2)로 표현될 수 있으며, 여기서 T와 f는 각각 사운드 신호의 주기와 주파수이다. 종래의 스피커 드라이버에 의해 야기되는 공기 부피 이동(air volume movement)은 VA,CV는 VA,CV ∝ Sm·Dm으로 표현될 수 있다. 멤브레인 표면적이 일정한 스피커 드라이버의 경우, 특정한 음압(P)에 대해, 공기 이동(VA,CV)은 1/f2, 즉, VA,CV ∝ 1/f2 (식 3)에 비례한다.
예를 들어, 코일과 자석이 멤브레인 구동력을 생성하는 데 사용되는 종래의 전기 역학 스피커 드라이버(electrodynamics speaker driver)에서, 18kHz의 사운드는 18kHz에서 진동하는 일정한 표면적을 가진 멤브레인에 의해 생성되는 한편, 30Hz의 사운드는 30Hz에서 진동하는 멤브레인에 의해서도 생성된다. 결과적으로, 특정한 음압(P)에 대해, 이들 두 주파수(즉, 30Hz 및 18kHz) 사이를 멤브레인 의해 이동되는 순 공기 부피(net air volume)의 비율은 360,000이 될 것이다. 다시 말해, 30Hz에서 동일한 음압 레벨(sound pressure level, SPL)을 생성하려면, 스피커 드라이버가 18kHz에서 동일한 음압 레벨을 생성하는 데 필요한 공기 부피의 360,000배를 움직여야 한다.
인간의 가청 주파수 전 범위(예: 20Hz∼20kHz)를 커버하려면, 트위터(tweeter)(들), 미드 레인지 드라이버(mid-range driver)(들) 및 우퍼(woofer)(들)를 기존 스피커 내에 통합해야 한다. 이러한 모든 추가 구성요소는 기존 스피커의 넓은 공간을 차지하며 생산 비용도 증가시킨다. 따라서 기존 스피커의 설계 과제 중 하나는 인간의 가청 주파수 전 범위를 커버하기 위해 단일 드라이버를 사용하는 것이 불가능하다는 것이다.
종래의 스피커로 고 충실도 사운드를 생성하기 위한 또 다른 설계 과제는 인클로저(enclosure)이다. 스피커 인클로저는 종종 사운드의 대응하는 파장이 스피커 치수보다 상당히 큰 특정한 주파수에서 전방 방사파(front radiating wave)의 상쇄를 피하기 위해 생성된 사운드의 후방 방사파(back-radiating wave)를 수용하는 데 사용된다. 스피커 인클로저는 또한 저주파 응답을 개선하거나 재구성(reshape)하는 데 사용될 수 있다. 따라서 스피커 드라이버 및 인클로저 파라미터를 적절하게 선택함에 따라, 결합된 인클로저 드라이버 공진 피킹(enclosure-driver resonance peaking)을 활용하여 공진 주파수 부근의 사운드 출력을 높이고 그 결과 스피커의 성능을 향상시킬 수 있다.
그러나 스피커 인클로저의 내부 부피가 충분히 크지 않을 때, 인클로저 부피에 대한 공기 부피 이동의 비율이 증가하고 인클로저 내부의 압력 변동도 증가하는데, 이는 이동 범위의 최소-최대 피크(min-max peak) 근처에서 멤브레인 이동의 비선형성 또는 왜곡을 야기한다. 이러한 문제를 피하기 위해, 종래의 스피커 인클로저에는 충분히 큰 부피가 포함되어 있어야 한다. 대부분의 고 충실도 스피커의 경우, 내부 인클로저 부피는 따라서 일반적으로 스피커 드라이버의 물리적 부피보다 훨씬 더 크다.
최근에, 마이크로 스피커(micro-speaker)는 스마트폰, 태블릿 노트북, 스마트 워치, 스마트 글래스 등과 같은 기기 내에 포함될 것으로 예상된다. 임의의 이러한 소형 기기에서, 호스트 기기의 크기 제약으로 인해 스피커의 부피는 일반적으로 극히 작다. 그러나 종래의 스피커의 크기가 줄어들면, 종래의 스피커에 의해 생성되는 사운드의 품질/충실도는 상기한 문제로 인해 현저히 저하된다.
따라서, 전술한 바와 같이 종래의 스피커가 직면한 두 가지 설계 과제를 극복하기 위한 사운드 생성 기기를 어떻게 제공할 것인지가 해당 분야에서 중요한 목표이다.
따라서, 본 발명의 주요 목적은 고 충실도 사운드를 생성할 수 있는 사운드 생성 기기를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예는 하나 이상의 공기 펄스 생성 요소(air pulse generating element)를 포함하는 사운드 생성 기기를 제공한다. 상기 하나 이상의 공기 펄스 생성 요소 각각은, 멤브레인(membrane), 제1 공기 챔버 및 하나 이상의 개구부(opening)를 포함한다. 상기 멤브레인은 상기 제1 공기 챔버의 챔버 압력을 변화시켜 복수의 공기 펄스를 생성하도록 작동되며, 상기 공기 펄스는 상기 하나 이상의 개구부를 통해 전파되고, 상기 공기 펄스는 음압 레벨(sound pressure level) 면에서 0이 아닌 오프셋(non-zero offset)을 생성하며, 상기 0이 아닌 오프셋은 상기 사운드 생성 기기 외부의 주위 압력(ambient pressure)의 압력 값으로부터의 편차이다. 상기 복수의 공기 펄스의 각각은 펄스 사이클을 가지고, 각각의 펄스 사이클은 펄스 생성 시간 세그먼트 및 펄스 분리 시간 세그먼트를 순차적으로 가지며, 구동 신호가 펄스 사이클 중 하나에서 상기 멤브레인을 작동시키기 위해 인가되고, 상기 펄스 생성 시간 세그먼트 동안의 상기 구동 신호는 상기 펄스 분리 시간 구간 동안의 상기 구동 신호와 다르다.
본 발명의 이들 및 다른 목적은 다양한 도면에 예시되는 바람직한 실시예에 대한 이하의 상세한 설명을 읽은 후에 당업자에게 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 사운드 생성 기기의 공기 펄스 생성 요소를 나타낸 평면도의 개략도이다.
도 2는 도 1의 단면선 A-A'를 따라 취한 단면도의 개략도이다.
도 3은 기류(airflow)의 속도 및 경계층 두께를 나타낸 개략도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 관통 구멍(through hole)을 나타낸 개략도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 멤브레인의 예시적인 움직임을 나타낸 단면도의 개략도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 구동 신호, 멤브레인의 변위, 챔버 압력 및 챔버 압력과 주위 압력 사이의 압력 차를 나타낸 개략도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 구동 신호와 입력 신호의 관계를 나타낸 개략도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 구동 신호를 나타낸 개략도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 구동 신호를 나타낸 개략도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 구형파(square wave) 구동 신호, 멤브레인의 변위 및 챔버 압력을 나타낸 개략도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 경사 파형(sloped waveform) 구동 신호, 멤브레인의 변위 및 챔버 압력을 나타낸 개략도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 곡선 파형(curved waveform) 구동 신호, 멤브레인의 변위 및 챔버 압력을 나타낸 개략도이다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 구동 신호와 입력 신호의 관계를 나타낸 개략도이다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 구동 신호와 입력 신호의 관계를 나타낸 개략도이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 사운드 생성 기기에 생성되는 공기 펄스와 음파(acoustic wave)의 음압 레벨을 나타낸 개략도이다.
도 16은 본 발명의 제2 실시예에 따른 사운드 생성 기기의 공기 펄스 생성 요소를 나타낸 평면도의 개략도이다.
도 17은 도 16의 단면선 B-B를 따라 취한 단면도의 개략도이다.
도 18은 본 발명의 제3 실시예에 따른 사운드 생성 기기의 공기 펄스 생성 요소를 나타낸 평면도의 개략도이다.
도 19는 본 발명의 제4 실시예에 따른 사운드 생성 기기의 공기 펄스 생성 요소를 나타낸 평면도의 개략도이다.
도 20은 도 19의 단면선 C-C'를 따라 취한 동일한 펄스 발생 요소의 단면도의 개략도이다.
도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 사운드 생성 기기를 나타낸 평면도의 개략도이다.
도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 두 개의 공기 펄스 어레이의 파형 및 이들 어레이를 결합하는 파형을 나타낸 개략도이다.
도 23은 본 출원의 일 실시예에 따른 복수의 공기 펄스를 나타낸 개략도이다.
당업자에게 본 발명의 더 나은 이해를 제공하기 위해, 이하의 설명에서는 주요 구성요소에 대한 바람직한 실시예 및 전형적인 재료 또는 범위 파라미터를 상세히 설명할 것이다. 본 발명의 이들 바람직한 실시예는 달성될 내용 및 효과를 상세하게 하기 위해 번호가 매겨진 요소와 함께 첨부 도면에 나타나 있다. 도면은 간략화된 개략도이고, 주요 구성요소의 재료 및 파라미터 범위는 현재의 기술에 기초한 예시적인 것이므로, 본 발명의 기본 구성, 구현 또는 동작 방법에 대해 보다 명확 설명을 제공하기 위해 본 발명과 관련된 구성요소 및 조합만을 나타낸다는 점에 유의해야 한다. 구성요소는 실제로 더 복잡할 것이며, 미래에 기술이 발전함에 따라 사용되는 파라미터 또는 재료의 범위는 진화할 수 있다. 또한, 설명의 편의를 위해, 도면에 도시된 구성요소는 실제의 개수, 형상 및 치수를 나타내지 않을 수 있으며; 세부사항은 설계 요건에 따라 조정될 수 있다.
이하의 설명 및 청구범위에서, 용어 "포함하다" 및 "가지고 있다)"는 제약을 두지 않은 방식(open-ended fashion)으로 사용되므로, "포함하지만, 이에 한정되지 않는"을 의미하는 것으로 해석되어야 한다. 따라서, 용어 "포함하다" 및/또는 "가지고 있다"가 본 발명의 설명에서 사용될 때, 대응하는 특징, 영역, 단계, 동작 및/또는 구성요소가 존재하는 것으로 지적되지만, 하나 또는 복수의 대응하는 특징, 영역, 단계, 동작 및/또는 구성요소의 존재로 한정되는 것은 아니다.
제1, 제2, 제3 등과 같은 용어가 다양한 구성 요소를 설명하기 위해 사용될 수 있지만, 이러한 구성 요소는 용어에 의해 한정되지 않는다. 상기 용어는 본 명세서에서 어떤 구성 요소를 다른 구성요소와 구별하기 위해서만 사용되며, 본 명세서에서 기재하지 않는 한, 제조 순서와 관련이 없다. 청구범위는 동일한 용어를 사용하지 않고, 대신에 요소가 청구되는 순서와 관련하여 제1, 제2, 제3 등의 용어를 사용할 수 있다. 따라서, 이하의 설명에서, 제1 구성요소는 청구범위의 제2 구성요소일 수 있다.
이하에서 설명되는 상이한 실시예에서의 기술적 특징은 본 발명의 사상을 벗어나지 않으면서 다른 실시예를 구성하기 위해 서로 대체, 재결합 또는 혼합될 수 있음에 유의해야 한다.
사운드의 주파수로 사운드를 생성, 즉, 종래의 사운드 생성 기기가 했던 것처럼 고전적인 음파 정리(acoustic wave theorem)의 제로-평균 흐름 가정(zero-mean-flow assumption)에 부합하는 사운드 신호를 생성하는 대신, 본 발명의 사운드 생성 기기는 일련의 공기 펄스를 펄스 레이트(도 15에 도시된 바와 같이)로 생성하며, 여기서 펄스 레이트는 인간의 최대 가청 주파수보다 높다. "펄스(pulse)" 및 "공기 펄스(air pulse)"라는 용어는 이하의 설명 및 청구 범위에서 상호 교환 가능하게 사용되며, "주위의 기압에 대해, 펄스 사이클 내에 사운드 생성 기기에 의해 야기되는 기압의 비주기적인 맥동 변화(pulsating variation)"를 의미하는 것으로 해석되어야 한다. 즉, 각각의 공기 펄스는 펄스 사이클에 대응하며, 여기서 펄스 사이클의 주기는 펄스 레이트의 역수(inverse)/반수(reciprocal)와 동일하다. 다시 말해, 공기 펄스는 음압 레벨(sound pressure level, SPL)에 관한 것이며, 펄스 사이클에 걸친 공기 펄스의 순 SPL은 0이 아니다. 일 실시예에서, 펄스 레이트는 일반적으로 20kHz인 것으로 생각되는 인간의 최대 가청 주파수의 두 배보다 상당히 높은 초음파 레이트, 예컨대 72kHz 또는 96kHz일 수 있다. 이 펄스 레이트는 나이퀴스트 법칙(Nyquist law)에 따라 결정되는데, 이는 주파수 스펙트럼 앨리어싱(frequency spectral aliasing)이 들리지 않도록 하려면, 펄스 레이트는 인간의 최대 가청 주파수, 20kHz, 및 생성될 사운드 신호의 최대 주파수의 합보다 적어도 높아야 한다. 사운드 생성 기기에 의해 생성되는 일련의/복수의 공기 펄스는 초음파 펄스 어레이(ultrasonic pulse array, UPA)로 지칭될 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 사운드 생성 기기, 또는 사운드 생성 기기 내의 요소의 어레이 중 하나의 요소를 나타낸 평면도의 개략도이다. 도 2는 도 1의 단면선 A-A'를 따라 취한 단면도의 개략도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 사운드 생성 기기(SD)는 적어도 하나의 공기 펄스 생성 요소(100)를 포함하고, 공기 펄스 생성 요소(100)는 공기 펄스를 생성하도록 구성되고, 각각의 공기 펄스는 입력 신호의 하나 이상의 샘플링된 값에 기초하여 대응하는 구동 신호에 응답한다. 입력 신호의 샘플링된 값은 샘플링 시각에 샘플링된 입력 신호의 순간 값을 나타낸다. 도 1에서, 사운드 생성 기기(SD)는 하나의 공기 펄스 생성 요소(100)만을 포함하지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 공기 펄스 생성 요소(100)는 제1 면판(faceplate)(112), 멤브레인(120), 제1 공기 챔버(CH1) 및 액추에이터(130)를 포함한다. 선택적으로, 도 1 및 도 2에서, 공기 펄스 생성 요소(100)는 제2 면판(114) 및 제2 공기 쳄버(CH2)를 더 포함할 수 있다. 공기 펄스 발생 요소(100)의 이들 구성요소는 나중에 논의될 것이다. 일부 실시예에서, 요건(들)에 기초하여, 공기 펄스 생성 요소(100)는 임의의 다른 적합한 구성요소를 더 포함할 수 있다.
제1 면판(112) 및 제2 면판(114)은 Dn 방향에 기초하여 대향 배치된다. 멤브레인(120), 액추에이터(130), 제1 공기 챔버(CH1) 및 제2 공기 챔버(CH2)는 제1 면판(112)과 제2 면판(114) 사이에 배치된다. 제1 면판(112)과 제2 면판(114)은 각각 강성의 면판이 되는 임의의 적합한 재료를 포함할 수 있고, 제1 면판(112)의 재료는 제2 면판(114)의 재료와 동일하거나 상이할 수 있다. 사운드 생성 기기(SD)가 공기 펄스를 생성하기 위해 작동되는 경우에 제1 면판(112) 및 제2 면판(114)는 움직일 수 없게 되어 있다.
도 2에서, 멤브레인(120)은 제1 면판(112)과 제2 면판(114) 사이에 배치되며, 여기서 멤브레인(120)의 제1 표면(120a)은 제1 면판(112)과 실질적으로 대면하고, 멤브레인(120)의 제2 표면(120b)은 실질적으로 선택적인 제2 면판(114)과 대면한다(존재하는 경우). 멤브레인(120)은 공기 펄스를 발생하도록 작동되도록 구성된다. 일부 실시예에서, 멤브레인(120)은 단결정 실리콘, 다결정 실리콘, 임의의 다른 적합한 화합물 또는 이들의 임의의 조합으로 포함될 수 있다. 일부 실시예에서, 멤브레인(120)은 하나 이상의 반도체 프로세스에 의해 형성될 수 있다. 멤브레인(120)의 길이는 300∼500㎛일 수 있다. 일부 실시예에서, 멤브레인(120)은 MEMS(micro electro mechanical system)의 적어도 일부일 수 있다. 멤브레인(120)과 제1 면판(112) 사이의 거리(D)는 20∼200㎛일 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제1 공기 챔버(CH1)는 멤브레인(120)의 제1 표면(120a), 측벽(112w) 및 제1 면판(112) 사이에 형성되고, 선택적인 제2 공기 챔버(CH2)는 존재할 경우, 멤브레인(120)의 제2 표면(120b), 측벽(114w) 및 제2 면판(114) 사이에 형성된다. 또한, 제1 공기 챔버(CH1)의 부피(즉, 챔버 부피)는 일반적으로 제2 공기 챔버(CH2)의 부피보다 훨씬 작다. 제2 면판(114) 및 제2 측벽(114w)은 공기 펄스 생성 요소(100)의 후방 인클로저(back enclosure)를 형성할 수 있다. 이하의 설명 및 청구 범위에서 "챔버 압력"이라는 문구는 "제1 공기 챔버(CH1)에 존재하는 기압"을 가리키는 것임에 주목한다. "압력 차"라는 문구는 제1 공기 챔버(CH1) 내부의 공기 압력에서 "사운드 생성 기기SD(100)를 둘러싸는 주위의 기압을 감산함으로써 획득되는 차이"를 가리킨다.
도 2에서, 액추에이터(130)는 멤브레인(120) 상에 배치되고, 액추에이터(130)는 멤브레인(120)으로 하여금 액추에이터(130)에 인가된 작동 전압(actuating voltage)에 따른 위치로 움직이게 하여, 공기 펄스가 각각의 펄스 사이클 동안에 생성되도록 한다. 즉, 액추에이터(130)는 공기 펄스를 생성하도록 멤브레인(120)을 작동시킬 수 있다. 더욱 구체적으로, 멤브레인(120)은 도 2의 Dn 방향에 평행한 방향을 따라 이동하도록 작동될 수 있으며, 여기서 멤브레인(120)의 위치는 액추에이터(130)는 인가되는 구동 전압에 의해 제어된다. 액추에이터(130)는 압전 액추에이터 또는 NED(nanoscopic-electrostatic-drive) 액추에이터가 되도록, 압전 재료 또는 NED 구조로 만들어진 작동 층을 포함할 수 있다. 구체적으로, 일부 실시예에서, 도 2에 도시된 바와 같이, 액추에이터(130)는 압전 액추에이터를 포함하고, 압전 액추에이터는 2개의 전극(E1, E2) 및 전극(E1, E2) 사이에 배치된 압전 재료층(AL)을 포함하며, 여기서 압전 재료층(AL)은 전극(E1, E2)에 인가된 구동 전압에 기초하여 멤브레인(120)의 변위를 제어한다. 다시 말해, 멤브레인(120)의 위치는 전극(E1, E2) 양단에 인가된 전압에 의해 제어된다.
특히, 구동 신호(구동 전압)가 액추에이터(130)에 인가된 후, 멤브레인(120)은 구동 신호의 변화에 따라 움직인다. 멤브레인(120)의 움직임(이동)의 결과로, 제1 공기 챔버(CH1) 내부의 챔버 부피는 변하고, 챔버 부피의 이러한 부피 변화는 제1 공기 챔버(CH1) 내의 기압이 그에 따라 변화되게 한다. 도 2를 참조하면, 제1 공기 챔버(CH1) 내의 압력 변화(ΔP)는
Figure 112020050222243-pat00003
(식 4)로 표현될 수 있으며, 여기서 V는 제1 공기 챔버(CH1)의 부피이고, D는 멤브레인(120)과 제1 면판(112) 사이의 평균 간격(도 2에 도시됨)이고, △Uz는 Dn 방향을 따른 멤브레인(120)의 평균 멤브레인 이동이다. 챔버 압축 압력 생의 효과는 다음 예에서 이해될 수 있다: D
Figure 112020050222243-pat00004
100μm 및 △Uz
Figure 112020050222243-pat00005
1μm라고 하면, △P
Figure 112020050222243-pat00006
0.01atm이다. 1Pa=93.78dB SPL, 0.01atm=1013.25Pa=154dB SPL로 주어진다. 다시 말해, 챔버 압축 효과를 이용함으로써, 멤브레인(120)의 단지 1μm 변위는 제1 공기 챔버(CH1) 내에서 최대 154dB의 음압을 생성할 수 있다.
전술한 챔버 압축 효과에 의해 생성되는 압력 변화(ΔP)를 이용하기 위해, 멤브레인(120) 또는 제1 면판(112)은 제1 공기 챔버(CH1) 내의 챔버 부피와 주위의 주변 사운드 생성 기기(SD) 사이에 연결된 하나 이상의 개구부를 갖는다(즉, 멤브레인(120) 또는 제1 면판(112) 중 하나는 하나 이상의 개구부를 갖는다). 본 실시예에서, 개구부는 관통 구멍(TH)일 수 있다. 즉, 멤브레인(120) 또는 제1 면판(112)은 적어도 하나의 관통 구멍(TH)을 가질 수 있다. 도 2에서, 제1 면판(112)은 하나의 단일 관통 구멍(TH)을 갖지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 아래의 설명에서, 달리 명시되지 않는 한, "관통 구멍(TH)"이라는 문구는 제1 공기 챔버(CH1) 내의 챔버 부피를 주변 환경(surrounding ambient)에 연결하는 하나 이상의 관통 구멍(TH)의 전체 집합을 지칭한다는 것에 유의해야 한다.
챔버 부피 압축 또는 팽창에 의해 생성되는 압력 변화(식 4의 ΔP)가 0이 아닌 경우, 개구부(즉, 관통 구멍(TH)) 및 음파(즉, 공기 펄스)가 결과로서 전파될 것이다. 또한, 공기 분자 간의 충돌에 의해 음파가 전파되기 때문에, 전송 방향(transmission direction)은 관통 구멍(TH)의 벽에 대략 평행할 것이고, 관통 구멍(TH)의 개구면(들)의 평면에 수직이며, 전송 속도는 일정한, 음속일 것이다. 따라서, 한 가지 경우에, 개구부는 청자(listener)가 음파를 듣게 청자를 향할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 다른 경우에, 사운드 생성 기기(SD)는 공기 펄스 생성 요소(100)에 의해 생성된 후에 공기 펄스가 다른 방향으로 회전될 수 있도록 개구부 상에 배치되고 개구부에 대응하는 안내 도관(guiding conduit)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 안내 도관은 공기 펄스를 Dn 방향에 수직인 방향으로 회전시킬 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
각각의 펄스 사이클 동안에 관통 구멍(TH)를 통해 전달되는 음향 에너지의 양은
Figure 112020050222243-pat00007
(식 5)로 표현될 수 있으며, 여기서 ΔPt(식 5에 따라)는 시간 t에서의 관통 구멍(TH) 전체의 순간 압력 차(instantaneous pressure difference)이고, S는 관통 구멍(TH)의 총 표면적이며, t0, CY는 각각 하나의 펄스 사이클의 시작 및 주기이다(도 6에 따라). 공기 펄스 생성 요소(100)로부터 출력되는 음향 에너지를 최대화하기 위해,
Figure 112020050222243-pat00008
의 곱을 최대화하는 것이 바람직한데, 이는 관통 구멍(TH)의 높은 압력 변화(ΔP)(식 4에 따라)와 큰 표면적(S) 모두를 갖는 것이 바람직하다는 것을 의미한다. 그러나 각각의 관통 구멍(TH)과 관련하여, 관통 구멍(TH)의 표면적이 클수록 제1 공기 챔버(CH1)로부터 더 많은 공기가 빠져나가고, 그 반대의 경우도 성립하여, 관통 구멍(TH)의 표면적이 클수록 압력 변화(ΔP)는 더 급속하게 저하되며, 그 때문에, 펄스 사이클에 걸쳐 적분될 때 공기 펄스 발생 요소(100)의 순 출력(SPL)을 낮출 수 있다(식 5에 따라). 따라서, (공기 분자 간의 충돌을 통한) 음향 전파의 유효 표면적은 (공기 덩어리(air mass)의 동역학적 이동을 통한) 기류의 유효 표면적보다 상당히 클 수 있는 구성을 제공하는 것이 바람직하다.
도 3의 차트를 참조하면, 도 3에서는 기류(Af) 속도와 경계층 두께(δ')의 관계가 도시되어 있다. 기류 경계층 효과(airflow boundary layer effect)는 다음과 같이 요약될 수 있다: 기류(Af)가 미끄럼 방지 고체 경계면(no-slip solid bounding surface)(BS)의 경계층(BDL) 내에서 흐를 때, 기류(Af)의 속도는 경계층(BDL) 외부의 자유 흐름 속도(free stream velocity)로부터 경계면(bs)의 표면에서 0으로 감소하고, 경계면(BS)의 표면, 및 경계면(BS)의 경계층 두께(δ')가 결정된다. 전술한 경계층 효과를 이용함으로써, 관통 구멍(TH)에서, 관통 구멍(TH)을 통해 흐르는 공기를 감소시키기 위해 기류의 유효 표면적이 더 작게 나타나도록 만들 수 있으므로, 식 5에서
Figure 112020050222243-pat00009
의 저하를 감소시키는 제1 공기 챔버(CH1)로부터 빠져나가는 공기의 속도(rate)가 느려질 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 하나의 관통 구멍의 평면도를 나타낸 개략도이다. 예로서, 관통 구멍(TH)의 직경이 표면 상태(surface condition) 및 관통 구멍(TH)의 벽(THw)의 곡률에 대응하는 경계층의 두께(δ)의 2배(2x)인 경우를 고려한다. 관통 구멍(TH)의 경계층 내에서 흐르는 기류의 속도는 도 4에 도시된 바와 같이 2개의 부분: 관통 구멍(TH)의 중심에서의 제1 세분 부분(subdivision)(THa) 및 제1 세분 부분(THa)으로부터 관통 구멍(TH)의 벽(THw)으로 연장되는 제2 세분 부분(THb)으로 세분될 수 있으며, 제1 세분 부분(THa)의 경계와 벽(THw) 사이의 방사 간격은 δ/2 또는 경계층 두께(δ)의 절반과 동일하여, 제2 세분 부분(THb) 내의 기류의 속도는 벽(THw)의 표면에서의 0으로부터 제1 세분 부분(THa)의 경계에서 자유 흐름 속도(free stream velocity)의 약 50%로 상승하고 관통 구멍(TH)의 중심을 향한 기류의 자유 흐름 속도를 향해 계속 상승한다. 직경 2·δ의 관통 구멍(TH)에 대하여, 제2 세분 부분(THb)의 평균 기류 속도는 /자유 흐름 기류 속도의 대략
Figure 112020050222243-pat00010
일 것이다. 결과적으로, 관통 구멍(TH)의 전체 표면에 걸쳐 기류의 평균 속도는 자유 흐름 기류 속도의 AFTHb + AFTHa =
Figure 112020050222243-pat00011
로 근사될 수 있다. 다시 말해, 관통 구멍(TH)과 관련하여, 기류의 유효 표면적이 경계층 효과로 인해 ∼70% 감소된다. 일부 경우에, 관통 구멍(TH)의 전체 표면에 걸친 기류의 평균 속도는 자유 흐름 기류 속도의 0.3배 미만이다. 보다 일반적으로 말하면, 전술한 예로 나타낸 바와 같이, 관통 구멍(TH)의 직경(또는 크기)이 경계층 두께(δ)의 낮은 배수로 감소함에 따라, 관통 구멍(TH)을 통한 기류의 평균 속도는 상당히 감소되도록 제2 세분 부분(THb)의 면적과 관통 구멍(TH)의 총 면적의 비가 급격하게 증가할 것이어서, 제1 공기 쳄버(CH1) 내부의 공간(챔버 압력)과 제1 공기 챔버(CH1)의 주위 밖 사이의 압력 차를 더 잘 유지될 수 있게 해줄 것이다. 따라서, 특정 총 표면적(S)을 달성하기 위해 하나 또는 몇 개의 큰 관통 구멍(TH)을 사용하는 대신에, 동일한 총 표면적(S)을 다수의 작은 관통 구멍(TH)으로 분할하는 것이 더 유리할 것이어서(예: 직경 60μm의 4개의 관통 구멍을 대체하기 위해 직경 3μm의 1600개의 관통 구멍을 사용), 경계 벽으로부터 거리 ½·δ 내에 없는 전체 관통 구멍 표면적의 비율이 증가하도록 한다. 이러한 증가된 기류 경계층 효과는 동일한 총 관통 구멍 표면적(S)을 통한 평균 기류 속도를 느리게 하므로, 관통 구멍(TH) 전체의 압력 차(ΔPt)(수식 5에서)의 유지를 향상시킨다.
상기 논의에 따르면, 관통 구멍(TH)의 크기(들)는 챔버 압력의 유지에 영향을 미칠 수 있기 때문에, 타깃 챔버 압력 유지율과 타깃 음향 펄스 전송 효과를 동시에 달성하기 위해, 모든 관통 구멍(TH)의 총 면적과 개별 관통 구멍(TH)의 크기는 함께 설계될 필요가 있다. 본 발명의 전형적인 실시예에서, 관통 구멍(TH)의 총 면적(S)은 멤브레인(120)의 표면적의 5% 내지 35%의 범위일 수 있고, 각각의 관통 구멍의 직경(또는 개구부 폭)은 관통 구멍(TH)의 표면 상태 및 곡률에 대응하는 기류 경계층 두께(δ)의 5배 이하(전형적으로 0.6∼3배)일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 일부 실시예들에서, 관통 구멍(TH)의 면적의 적어도 절반(예컨대, 절반 면적 또는 총 면적)은 관통 구멍(TH)의 경계층 내에 있을 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 공기 펄스 전파의 효과를 최대화하기 위해, 관통 구멍(TH)은 멤브레인(120)의 변위가 큰 영역 주위에 위치되거나 분포되어야 하며, 여기서 멤브레인(120)의 변위는 펄스 사이클(CY) 중 하나 동안에 Dn 방향으로의 멤브레인(120)의 위치 변화량으로 정의된다. 일부 경우에, 개구부는 펄스 사이클(CY) 중 하나에서 최대 변위로 이동하는 멤브레인(120)의 위치로서 정의된 멤브레인(120)의 최대 변위 위치에 대응할 수 있다. 예를 들어, 도 1 및 도 2에서(도 5에서도), 멤브레인(120)의 최대 변위 위치는 멤브레인(120)의 중심 주위에 위치하고, 관통 구멍(TH)은 Dn 방향에서 멤브레인(120)의 중심에 대응하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 일부 경우에, 평면도에서, 개구부는 방향 Dn에서의 변위 범위가 임계 값보다 큰 멤브레인(120)의 영역에 대응할 수 있으며, 여기서 임계 값은 1.5μm일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 다른 측면에서, 평면도에서, 모든 개구부(들)를 포함하는 최소 영역의 중심은 Dn 방향에서의 멤브레인(120)의 최대 변위 위치에 대응할 수 있으며, 여기서 최소 영역은 삼각형, 직사각형, 다각형, 원 또는 곡선 모서리를 갖는 형상과 같은, 임의의 다른 적합한 형상일 수 있다. 예를 들어, 도 1에서, 공기 펄스 생성 요소(100)에는 하나의 관통 구멍(TH)만이 포함되어 있으므로, 관통 구멍(TH)을 포함하는 최소 영역은 관통 구멍(TH)의 가장자리와 경계가 동일한 원형 영역일 수 있고, 이 최소 영역은 멤브레인(120)의 중심에 대응할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 일부 경우에, 평면도에서,이 최소 영역의 중심은 방향 Dn에서의 변위 범위가 임계 값보다 큰 멤브레인(120)의 영역에 대응할 수 있다.
도 2에는 또한 (관통 구멍(TH)을 통해) 전방을 향해 방출된 공기 펄스가 후방을 향해 방출된 공기 펄스에 의해 상쇄되는 것을 피하도록 구성된, 제2 면판(114) 및 제2 측벽(114w)을 포함하는 선택적인 후방 인클로저가 도시되어 있다. 공기 펄스 생성 요소(100)는 제2 공기 챔버(CH2) 내에 배치된 흡수 물체(140)를 더 포함할 수 있으며, 여기서 흡수 물체(140)는 후방을 향해 방출된 공기 펄스의 초음파 음향 에너지(ultrasonic acoustic energy )를 소산시키도록 구성된다. 일부 실시예에서, 흡수 물체(140)는 흡음 발포체(sound absorbing foam)와 같은 재료로 이루어질 수 있는 한편, 다른 실시예에서, 흡수 물체(140)는 사운드 생성 기기(SD)의 호스트 장치 내에 산란된 여러 종류의 물체일 수 있다. 그러나 후방을 향해 방출된 공기 펄스는 멤브레인 가속에 의해 생성될 것이고, 전방을 향해 방출된 공기 펄스는 챔버 압축에 의해 생성될 것이기 때문에, 제1 공기 챔버(CH1) 및 그와 연관된 관통 구멍(TH)의 설계가 성공적으로 수행되면, 후방 인클로저(즉, 제2 공기 챔버(CH2))를 선택적으로 랜더링하기 위해, 전방 방사 공기 펄스의 SPL은 후방 방사 펄스보다 10∼50배 더 강할 수 있다.
도 5를 참조하면, 도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 멤브레인의 예시적인 이동을 나타낸 단면도의 개략도이며, 여기서 멤브레인(120)의 이동을 명확하게 보여주기 위해, 도 5는 도 2에 도시된 사운드 생성 기기(SD)의 일부를 도시한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 멤브레인(120)은 방향 Dn을 따라 이동하도록 작동될 수 있다. 멤브레인(120)이 위치(PSb)로부터 위치(PSa)를 향해 이동할 때(음의 ΔUz), 제1 공기 챔버(CH1) 내부의 챔버 부피가 감소(즉, 압축)되어, 식 3에 의해 표현된 바와 같이 양의 기압 변화(ΔP)를 초래한다. 따라서, 제1 공기 챔버(CH1)가 압축될 때 양의 공기 펄스가 생성된다. 대안적으로, 멤브레인이 위치(PSa)로부터 위치(PSb)(양의 ΔUz)를 향해 이동할 때, 제1 공기 챔버(CH1)의 챔버 부피는 증가(즉, 팽창)되어, 음의 기압 변화(ΔP)를 초래한다. 따라서, 제1 공기 챔버(CH1)가 팽창 될 때, 음의 공기 펄스가 생성된다. 결과적으로, 멤브레인(120)은 제1 공기 챔버(CH1)의 챔버 부피를 변화시켜 챔버 압력의 값(즉, 챔버 압력 값)을 변화시키도록 작동되고, 챔버 압력의 값을 변화시킴으로써 공기 펄스가 생성된다. 또한, 위치(PSa)와 위치(PSb) 사이를 한 단계로 이동하는 신에, 멤브레인(120)은 단계적으로 이동하여 다수의 펄스 사이클에서 동일한 극성의 공기 펄스를 생성하도록 작동될 수 있다.
도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 하나의 펄스 사이클의 액추에이터 구동 신호의 실시예에 대해 상세하게 설명한다. 또한, 구동 신호의 결과로서 다양한 응답이 도 6에 나타나 있으며, 위에서 아래로 다음과 같다:
플롯 #1은 단위 강도 펄스에 대응하는 단위 구동 신호의 하나의 펄스 사이클이고,
플롯 #2는 플롯 #1의 구동 신호에 대응하는 멤브레인 변위이고,
플롯 #3은 멤브레인 변위 플롯 #2에 대응하는 챔버 압력 변화이며,
플롯 #4는 제1 공기 챔버(CH1)와 사운드 생성 기기(SD)의 주변 환경 사이의 압력 차가다.
간단히, 도 6의 플롯으로 도시된 바와 같이, 구동 신호(도 6의 플롯 #1)가 도 2의 공기 펄스 생성 요소(100)의 액추에이터(130)에 인가될 때, 멤브레인(120)은 구동 신호의 각 단계에 응답하여 이동하고(도 6의 플롯 #2), 그에 따라 제1 공기 챔버(CH1)의 챔버 부피를 변화시킨다. 제1 공기 챔버(CH1)의 부피 변화는 챔버 압력(즉, 제1 공기 챔버(CH1) 내의 기압)이 변하게 하고(도 6의 플롯 #3), 제1 공기 챔버(CH1) 내의 이러한 압력의 시퀀스는 관통 구멍(TH)을 통해 주변 환경으로 전파되는 공기 펄스를 형성하고, 이에 따라 일련의 이러한 공기 펄스의 포락선(envelope)를 통해 가청음이 생긴다.
보다 구체적으로, 도 6의 예시를 참조하면, 각각의 펄스 사이클(CY)은 펄스 생성 시간 세그먼트(PGS)로 시작하여 펄스 분리 시간 세그먼트(PIS)가 이어진다. 또한, 시간 세그먼트 PGS 및 PIS는 각각 멤브레인이 이동하는 보다 짧은 제1 기간과 멤프레인이 그 위치를 유지하는 보다 긴 제2 기간으로 세분되며, 여기서 펄스 생성 시간 세그먼트(PGS)는 보다 짧은 제1 기간인 상승 기간(Tr)과 보다 긴 제2 기간인 유지 기간(Tm)으로 세분되고, 펄스 분리 시간 세그먼트(PIS)은 보다 짧은 제1 기간인 하강 기간(Tf)과, 보다 긴 제2 기간인 분리 기간(Ti)으로 세분된다. 구동 신호(DRS)는 펄스 사이클(CY)에서 액추에이터(130)에 인가되며, 여기서 주기 Tr, Tm, Tf 및 Ti에 대응하는 구동 신호(DRS)의 세그먼트는 도 6의 플롯 #1에 나타낸 바와 같이, 각각 제1 부분(S1), 제2 부분(S2), 제3 부분(S3) 및 제4 부분(S4)으로 지칭될 것이다.
도 6의 하나의 펄스 사이클(CY)의 플롯을 참조하면, 멤브레인(120)에 구동 신호(DRS)를 인가한 후(도 6의 플롯 #1), 멤브레인(120)은 펄스 생성 시간 세그먼트(PGS)에서 초기 위치(PS0)로부터 제1 위치(PS1)로 이동하여(도 6의 플롯 #2), 제1 멤버레인 변위(L1)에 따라 제1 공기 챔버(CH1)의 챔버 부피를 변화시킴으로써 챔버 압력이 제1 공기 챔버(CH1) 내의 압력 값(Pe)으로부터 제1 압력 값(Pr1)으로 변화시키고(도 6의 플롯 #3), 멤브레인(120) 후속하여 펄스 분리 시간 세그먼트(PIS)에서 제1 위치(PS1)로부터 제2 위치(PS2)(제2 멤브레인 변위(L2)에 대응)로 이동하여, 제1 멤브레인 변위(L1)과 제2 멤브레인 변위(L2)의 차이와 같은 변위(Ld)에 따라 제1 공기 챔버(CH1)의 챔버 부피를 변화시킴으로써, 제1 공기 챔버(CH1) 내의 남은 압력 차(즉, 제2 압력 값(Pr2)과 사운드 생성 기기(SD)를 둘러싼 주위의 압력 값(Pe)의 차이)를 중화시킨다. 보다 구체적으로, 하나의 펄스 사이클(CY)의 기간에서, 펄스 생성 시간 세그먼트(PGS) 동안, 멤브레인(120)은 상승 기간(Tr) 동안에 초기 위치(PS0)로부터 제1 위치(PS1)로 이동하고 유지 기간(Tm) 동안에 제1 위치(PS1)에서 그 위치를 유지하고; 펄스 분리 시간 세그먼트(PIS) 동안, 멤브레인(120)은 하강 기간(Tf) 동안에 제1 위치(PS1)로부터 제2 위치(PS2)를 향해 이동하고, 그리고 멤브레인(120)은 제2 위치(PS2)에 머무르고 및/또는 펄스 사이클(CY)의 나머지인 분리 기간(Ti) 동안에 제2 위치(PS2)에 근접하도록 점진적으로 이동한다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 분리 기간(Ti)에서, 멤브레인(120)이 제2 위치(PS2)에 머무르기 전에 멤브레인(120)은 제2 위치(PS2)에 근접하도록 이동될 수 있다.
펄스 사이클(CY)에서, 초기 위치(PS0)와 제1 위치(PS1) 사이의 제1 멤브레인 변위(L1)는 챔버 압축 효과로 인해 압력 변화(ΔP)(즉, Pr1-Pe)를 발생시키고, 제1 공기 챔버(CH1)의 내부에서 외부로의 이러한 압력 변화(ΔP)는 관통 구멍(TH)의 길이를 통해 확립될 압력 경사를 야기한다 것에 유의하기 바란다. 즉, 펄스 생성 시간 세그먼트(PGS)의 시작(즉, 상승 기간(Tr))에서, 제1 공기 챔버(CH1)에서 제1 빠른 압력 변화(PC1)가 발생한다. 압력 경사는 자유 이동 공기 분자 간의 충돌을 통해 음파가 생성되게 하고, 음파는 관통 구멍(TH)을 통해 공기 펄스 생성 요소(100)를 둘러싸는 주위로 전파될 것이다. 음파가 생성되고 전파되는 동시에, 압력 변화(ΔP)로 인한 동일한 압력 경사가 또한 관통 구멍(TH)을 통해 동역학적 기류(kinetic airflow)를 만들 것이다. 이러한 공기 흐름으로 인해, 제1 공기 챔버(CH1) 밖으로 또는 제1 공기 챔버(CH1) 내로의, 제1 공기 챔버(CH1) 내의 총 공기 질량은 펄스 생성 시간 세그먼트(PGS) 동안 변화하고, 제1 압력 값(Pr1)은 펄스 생성 시간 세그먼트(PGS)의 끝에서 제2 압력 값(Pr2)으로 떨어진다. 도 6의 플롯 #3에서, 제2 압력 값(Pr2)은 제1 압력 값(Pr1)과 압력 값(Pe) 사이에 있다는 것에 유의하기 바란다. 따라서, 펄스 분리 시간 세그먼트(PIS)의 제2 위치(PS2)에 대응하는 제2 멤브레인 변위(L2)는 펄스 생성 시간 세그먼트(PGS) 동안에 관통 구멍(TH)을 통해 흐른 공기량과 같은 순 부피 변화를 생성해야 한다. 본 실시예에서, 펄스 분리 시간 세그먼트(PIS)의 시작(즉, 하강 기간(Tf))에서, 제2 빠른 압력 변화(PC2)는 제1 공기 챔버(CH1)에서 발생하고, 제1 빠른 압력 변화(PC1)의 변화 값 및 제2 빠른 압력 변화 PC2의 변화 값은 상이한 부호를 갖는다(예: 도 6에서, 제1 빠른 압력 변화(PC1)의 변화 값이 양의 값이면, 제2 빠른 압력 변화(PC2)의 변화 값은 음수 값임). 예를 들어, 제1 빠른 압력 변화(PC1)의 순간 변화율의 절대 값과 제2 급속한 압력 변화(PC2)의 순간 변화율의 절대 값은 100 Pa/s보다 클 수 있다. 또한, 제2 빠른 압력 변화(PC2) 후, 챔버 압력의 압력 값은 제1 공기 챔버(CH1) 외부의 대기압의 압력 값(예: 도 6의 플롯 #3에 도시된 압력 값 Pe)에 근접하도록 점차적으로 변한다.
도 6의 플롯 #4 "압력 차"를 참조하면, 이전 단락에서 논의된 바와 같이, 공기 펄스 생성 요소(100)의 설계 및 동작은 펄스 사이클(CY)의 끝이기도 한 펄스 분리 시간 세그먼트(PIS)의 끝에서, 제1 공기 챔버(CH1) 내부의 압력이 제1 공기 챔버(CH1)의 외부의 주위 압력과 대략 같아지도록 조율되어야 한다(예: 도 6의 플롯 #3에 도시된 압력 값 Pe). 펄스 사이클(CY)의 끝 후의 실질적인 압력 차가 주위에 남아있는 경우(즉, 제1 공기 챔버(CH1) 내의 압력이 제1 공기 챔버(CH1) 외부의 주위 압력과 상이함), 그러한 잔류 압력은 펄스 간(pulse-to-pulse) 간섭을 야기하고 이렇게 생성된 사운드 품질을 저하시킨다.
구체적으로, 도 6의 플롯 #4에 도시된 바와 같이, 챔버 압력의 압력 값은 펄스 생성 시간 세그먼트(PGS) 동안에 사운드 생성 기기(SD) 외부의 주위 압력의 압력 값과 상이하며, 챔버 압력의 압력 값은 펄스 분리 시간 세그먼트(PIS)의 끝까지 사운드 생성 기기(SD) 외부의 주위 압력의 압력과 같다. 다시 말해, 펄스 생성 시간 세그먼트(PGS) 동안에 압력 차(Pd)는 0이 아니며, 압력 차(Pd)는 펄스 분리 시간 세그먼트(PIS)의 끝을 향하여 실질적으로 0이다. 이하에서는 챔버 압력 및 압력 차(Pd)에 대하여 설명한다. 펄스 생성 시간 세그먼트(PGS)의 상승 기간(Tr) 동안, 멤브레인(120)이 초기 위치(PS0)로부터 제1 위치(PS1)로 이동하기 때문에 챔버 압력이 변화되어, 압력 차(Pd)가 특성 압력 차 값(characteristic pressure difference value, CPV에 도달한다(즉, 특성 압력 차 값(CPV)은 제1 압력 값(Pr1)과 압력 값(Pe)의 차이와 같다). 즉, 특성 압력 차 값(CPV)은 초기 위치(PS0)에서 제1 위치(PS1)까지의 제1 멤브레인 변위(L1)에 의존한다. 펄스 생성 시간 세그먼트(PGS)의 유지 기간(Tm) 동안, 멤브레인(120)은 제1 위치(PS1)에서 유지될 수 있지만, 공기 펄스 생성 요소(100)의 관통 구멍(TH)을 통한 기류로 인해 압력 차(Pd)의 크기가 저하될 것이다. 도 6에서, 예를 들어 챔버 압력은 유지 기간(Tm) 동안, 제1 압력 값(Pr1)에서 제2 압력 값(Pr2)으로 감소된다. 펄스 분리 시간 세그먼트(PIS)의 하강 기간(Tf) 동안, 멤브레인(120)이 제1 위치(PS1)로부터 제2 위치(PS2)로 이동할 때 압력 차(Pd)가 감소된다. 펄스 분리 시간 세그먼트(PIS)의 끝까지 또는 전에, 멤브레인(120)은 제2 위치(PS2)에 도달하고, 제1 공기 챔버(CH1) 내의 압력 차(Pd)는 실질적으로 0이다. 즉, 제1 공기 챔버(CH1) 내의 기압은 제1 공기 챔버(CH1)를 둘러싸는 주위의 기압과 균형을 이룬다.
구체적으로, 펄스 생성 시간 세그먼트(PGS) 동안, 음파는 관통 구멍(TH)의 길이를 통해 압력 차(Pd)에 의해 생성되는 압력 경사로 인해 관통 구멍(TH)을 통해 전파된다. 멤브레인(120)은 유지 기간(Tm) 동안에 이동하지 않지만, 0이 아닌 압력 차(Pd)로 인한 미분 분자 충돌 주파수는 유지 기간(Tm) 전체에 걸쳐 음압이 연속적으로 생성 및 전파되게 할 것이다. 동시에, 펄스 생성 시간 세그먼트(PGS) 동안의 제로가 아닌 압력 차(Pd)로 인해, 공기는 압력 차(Pd)의 부호에 따라 관통 구멍(TH)을 통해 제1 공기 챔버(CH1)에 대해 유출 또는 유입될 것이다. 따라서, 압력 차(Pd)의 크기는 펄스 생성 시간 세그먼트(PGS)의 코스에 따라 떨어질 것이다. 그러므로, 펄스 분리 시간 세그먼트(PIS)에서의 제2 위치(PS2)는 제1 공기 챔버(CH1)의 챔버 부피의 변화를 생성하기 위해 존재해야 하고, 이러한 챔버 부피의 변화는 전체 펄스 사이클(CY) 동안에 제1 공기 챔버(CH1)에 대해 유입/유출하는 공기의 부피와 동일하다. 따라서, 펄스 분리 시간 세그먼트(PIS)의 끝까지, 제1 공기 챔버(CH1) 내의 압력 차(Pd)는 0이 될 수 있다.
상기 논의에서, 파동과 흐름 사이 및 음향과 동역학 사이의 대비를 주목하지만, 두 효과는 멤브레인(120)의 제1 멤브레인 변위(L1)에 의해 생성되는 동일한 압력 변화(ΔP)의 결과이며, 음파는 공기 덩어리 이동(air mass movement)을 수반하지 않고 음속으로 이동하는 반면, 기류는 공기 덩어리의 이동을 수반하고
Figure 112020050222243-pat00012
에 따른 속도로 이동한다. 따라서 두 현상은 동일한 원인을 공유하고 동시에 발생하더라도 명확하게 구분된다. 도 3 및 도 4 및 연관된 논의를 참조하면, 본 발명의 특징은 모든 관통 구멍(TH)의 비교적 큰 총 표면적으로 음파 전파 효율을 증가시키면서, 작은 직경(크기)의 개별 관통 구멍(TH)으로 경계층 효과를 증가시킴으로써 기류를 늦추는 것이다. 도 8을 참조하면 상기 논의된 아이디어를 구현하는 전면 판이 도시되어 있다.
일반적으로, 각각의 펄스 사이클의 끝에서 압력 차(도 6의 플롯 #4)가 0에 접근하는 한, 펄스 분리 시간 세그먼트(PIS)를 가능한 한 짧게 유지하면서 펄스 생성 시간 세그먼트(PGS)를 가능한 한 길게 만드는 것이 바람직하다. 펄스 분리 시간 세그먼트(PIS)의 최소 길이는 주로 멤브레인(120)의 응답 시간에 의해 결정된다. 그러나 반응 시간이 빠를수록 더 단단한 멤브레인을 의미하는데, 이는 멤브레인 변위의 범위 감소를 초래하여 초기 압력 변화(ΔP)(즉, Pr1-Pe)가 낮아진다. 따라서, 더 빠른 멤브레인 반응 시간과 더 큰 멤브레인 변위 간의 절충이 이루어져야 한다. 실제로, 펄스 사이클(CY)이 13.89μs인 72kHz의 펄스 레이트에 대해, 펄스 생성 시간 세그먼트(PGS)의 길이는 9∼11μs일 수 있는 반면, 펄스 분리 시간 세그먼트(PIS)의 길이는 3∼5μs일 수 있지만(즉, 펄스 생성 시간 세그먼트(PGS)는 펄스 분리 시간 세그먼트(PIS)보다 2 내지 3배 더 길다), 이에 한정되는 것은 아니다.
멤브레인(120)의 이동 및 챔버 압력의 변화를 달성하기 위해, 적절한 구동 신호(DRS)가 제공될 필요가 있다. 예를 들어, 본 실시예에서, 도 6의 플롯 #1에 도시된 구동 신호(DRS)가 제공된다. 상기 구동 전압 생성 프로세스 뒤의 기본 가정은 멤브레인(120)의 위치가 실질적으로 선형 방식으로 액추에이터(130)에 인가된 구동 전압과 상관된다는 것에 유의하기 바란다. 구체적으로, 도 6의 플롯 #1에서, 제1 부분(S1)의 전압 레벨은 제1 부분(PS1)에서 멤브레인(120)을 제1 위치(PS1)에 유지하기 위해 제2 부분(S2)의 전압 레벨(예컨대, 전압 레벨(V1))과 동일할 수 있고, 제3 부분(S3)의 전압 레벨은 멤브레인(120)을 제1 위치(PS1)로부터 제2 위치(PS2)로 이동시키기 위해 제1 부분(S1)의 전압 레벨 및 제2 부분(S2)의 전압 레벨과 상이할 수 있고, 제4 부분(S4)의 전압 레벨은 멤브레인(120)을 제2 위치(PS2)에 유지하기 위해 제1 부분(S1)의 전압 레벨 및 제2 부분(S2)의 전압 레벨과 상이할 수 있다. 그러면, 일례로서, 제4 부분(S4)의 전압 레벨은 제3 부분(S3)의 전압 레벨과 동일할 수 있지만(예: 전압 레벨(V4)), 이에 한정되는 것은 아니다. 상기한 바에 따르면, 펄스 생성 시간 세그먼트(PGS) 동안의 구동 신호(DRS)(즉, 제1 부분(S1) 및 제2 부분(S2))는 펄스 분리 시간 세그먼트(PIS) 동안의 구동 신호(DRS)(즉, 제3 부분(S3) 및 제4 부분(S4))과 다르며, 유사한 상황은 도 8 내지 도 12에도 도시되어 있다. 또한, 제1 공기 챔버(CH1)의 챔버 부피는 멤브레인(120)의 변위에 따라 선형적으로 변하기 때문에, 구동 전압의 변화는 제1 공기 챔버(CH1)의 챔버 부피에 상응하는 선형 변화를 야기할 것이며, 이는 상응하게 챔버 압력의 변화로 이어지고, 이는 나아가 챔버 압력과 사운드 생성 기기(SD) 외부의 주위 압력(즉, Pe) 사이의 압력 차(Pd)로 인해 상응하게 생성되는 공기 펄스로 이어진다. 전술한 이러한 작용의 사슬은 도 1에 위에서 아래로 예시되어 있으며, 도 6의 플롯 #3 및 #4에 챔버 압력 및 압력 차(Pd)가 각각 도시되어
도 6에서, 도 6에 나타낸 구동 신호는 단위 구동 신호(unit driving signal)이다. "단위 구동 신호"라는 용어는, 도 6의 구동 신호 파형이 스케일링(scaling) 및 레벨 시프팅(level-shifting)에 의해 특정 펄스 사이클의 변환 구동 신호로 변환될 수 있는 것을 의미하는, 유닛 벡터와 동일한 개념을 지칭한다. 예를 들어, 스케일링 인자는 현재 펄스 사이클에 대응하는 입력 신호의 샘플링된 값일 수 있거나, 입력 신호의 2개의 연속적인 샘플링된 값 사이의 차이일 수 있고, 레벨 시프트는 현재 펄스 사이클 이전의 펄스 사이클의 끝 구동 신호 전압 레벨과 같을 수 있다. 따라서, 두 개의 연속적인 펄스 사이클에서, 이전 펄스 사이클에서의 멤브레인(120)의 끝 위치(즉, 제2 위치)는 현재 펄스 사이클에서의 멤브레인(120)의 시작 위치(즉, 초기 위치)와 동일하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 구동 신호와 입력 신호의 관계에 대한 도 7을 참조하면, 4개의 연속 펄스 사이클(CY)에 각각 대응하는 4개의 스케일링되고 시프트된 구동 신호(DRS1∼DRS4)가 예로서 도시되어 있다. 구동 신호(DRS1∼DRS4)의 구동 세그먼트 동안, 멤브레인(120)은 변화하는 구동 전압 레벨에 대응하는 위치로 이동하도록 작동되어, 이에 따라 제1 공기 챔버(CH1)의 챔버 부피가 변화시켜 그 결과 구동 신호(DRS1∼DRS4)의 펄스 생성 시간 세그먼트(PGS)에 대응하는 4개의 개별 공기 펄스를 발생시킨다.
4개의 구동 신호(DRS1∼DRS4) 각각은 스케일링 인자가 대응하는 펄스 사이클(CY)의 기간에 걸친 입력 신호(SI)의 변화와 동일한, 도 6에 도시된 유닛 구동 파형의 스케일링되고 시프트된 버전이다. 도 6에서의 변위(Ld)는 입력 신호(SI)의 두 개의 연속적으로 샘플링된 값 사이의 차이에 대응한다. 예를 들어, 입력 신호(SI)는 구동 신호(DRS1)에 대응하는 펄스 사이클(CY)의 기간에 걸쳐 상당히 증가하였고, 따라서 구동 신호(DRS1)는 구동 신호(DRS1)에 대응하는 펄스 사이클(CY) 동안에 입력 신호(SI)의 변화에 비례하는 양의 큰 수로 스케일링된다. 한편, 입력 신호(SI)는 구동 신호(DRS3)에 대응하는 펄스 사이클(CY)의 기간에 걸쳐 약간 감소되었으므로, 구동 신호(DRS3)는 구동 신호(DRS3)에 대응하는 펄스 사이클(CY) 동안에 입력 신호(SI)의 변화에 비례하는 작은 음수로 스케일링된다. 적절하게 스케일링된 후, 도 7의 구동 신호(DRS1∼DRS4) 간의 매끄러운 연결(seamless concatenation)로 나타낸 바와 같이, 스케일링된 구동 신호(DRS1∼DRS4)는 이전 펄스 사이클(CY)의 끝 전압 레벨이 현재 펄스 사이클(CY)의 시작 전압 레벨과 같도록 레벨 시프트된다.
더욱 구체적으로, 연속 펄스 사이클(CY)에 대한 스케일링된 구동 신호를 생성할 때, 도 6의 DRS 또는 도 8의 DRS'와 같은 단위 구동 신호는 먼저, 스케일링된 구동 신호를 생성하기 위해 입력 신호의 샘플링된 값(들)에 대응하여 스케일링될 것이고, 이 스케일링 된 구동 신호는 그 후 레벨 시프트 후, 현재 펄스 사이클의 전압 레벨(V0)이 현재 펄스 사이클 이전의 펄스 사이클의 전압 레벨(V4)와 같도록 레벨 시프드되어, 결과적인 일련의 스케일링 및 시프트된 구동 신호가 함께 매끄럽게 연결될 수 있도록 한다.
또한, 상기 논의에서, 멤브레인 가속에 의한 종래의 음파 생성의 영향은 고려되지 않았다는 것을 주목하기 바란다. 도 6의 멤브레인 변위(플롯 #2)의 분석은, 압력 차(Pd)에 의해 생성되는 음파에 반대되는 극성의 음향 펄스가 제1 위치(PS1)로부터 제2 위치로 이동하도록 멤브레인(120)에 인가된 작동력으로 인해 하강 기간(Tf) 동안 발생할 것임을 밝힐 것이다. 이 음향 펄스는 압력 차(Pd)에 의해 발생된 음향 출력의 일부를 무효화할 수 있기 때문에, 이러한 음향 펄스의 크기를 최소화하는 것이 바람직하다. 도 8의 구동 신호(DRS') 또는 도 9의 구동 신호(DRS'')를 참조하면, 구동 신호의 제3 부분(S3)의 전압 레벨은 도 6의 DRS의 제3 부분(S3)처럼 사각형이 아니라, 경사(예: 도 9의 구동 신호(DRS'')) 또는 곡선(예: 도 9의 구동 신호(DRS''))을 갖는다. 다시 말해, 제3 부분(S3)의 전압 레벨은 제4 부분(S4)의 전압 레벨과 상이하다. 따라서, 멤브레인(120)의 가속도가 점차적으로 상승하고 멤브레인 가속으로 인해 음압이 감소된다.
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의 비가 작은, 예를 들어 1/10 미만인 상황에서, 펄스 생성 시간 세그먼트(PGS) 동안에 제1 공기 챔버(CH1)에 대해 유입 또는 유출되는 공기의 부피는 구동 신호의 설계에서 무시될 수 있고, 멤브레인(120)은 단순히 펄스 분리 시간 세그먼트(PIS) 동안에 제1 위치(PS1)로부터 초기 위치(PS0)로 다시 이동할 수 있어(즉, 전술한 제2 위치(PS2)는 초기 위치와 동일함), 펄스 사이클(CY)에 걸쳐 멤브레인(120)의 순 변위가 0이 될 수 있도록 한다. 즉, 전압 레벨(V4)은 전압 레벨(V0)과 동일하고, 제2 위치(PS2)는 초기 위치(PS0)와 동일하다. 두 개의 연속적인 펄스 사이클에서, 이전 펄스 사이클에서의 구동 신호(DRS'')의 끝 전압 레벨(즉, 제4 부분(S4)의 전압 레벨)은 현재 펄스 사이클에서의 구동 신호(DRS'')의 끝 전압 레벨(즉, 제4 부분(S4)의 전압 레벨)과 동일하여, 이전 펄스 사이클에서의 제2 위치가 현재 펄스 사이클에서의 제2 위치와 동일하다. 따라서, 도 9에 도시된 다른 구동 신호(DRS'')가 제공된다. 도 9에 도시된 구동 신호(DRS'')에서, 펄스 분리 시간 세그먼트(PIS) 동안에 인가된 제4 부분(S4)은 펄스 사이클(CY)의 끝까지 멤브레인(120)을 초기 위치(PS0)로 복귀시키기 위해, 전압 레벨(V0), 펄스 사이클의 초기 전압 레벨이 될 것이다.
Figure 112020050222243-pat00014
의 조건에 기여하는 한 가지 인자는 펄스 생성 시간 세그먼트(PGS)의 길이(이하, 펄스 생성 시간 세그먼트(PGS)의 길이는 TPGS라고 하고, 펄스 분리 시간 세그먼트(PIS)의 길이를 TPIS라고 하고, 펄스 사이클(CY)의 길이를 TCY라고 한다)를 작게 만들어, 예를 들어 TPIS/TPGS의 비를 높임으로써, 축적되는 기류의 속도를 감소시키는 것이다. 예를 들어, 동일한 진폭과 동일한 극성의 무한히 긴 UPA 사슬이 생성되고 있고 TPIS/TPGS=n이고, 여기서 n>>1(즉, 펄스 분리 시간 세그먼트(PIS)의 길이는 펄스 생성 시간 세그먼트(PGS)의 길이보다 훨씬 길다)인 정상 상태를 분석해보자. 펄스 사이클(CY)에 걸쳐 순 기류는 정상 상태에서 0이 될 것이기 때문에, 뉴턴 법칙
Figure 112020050222243-pat00015
에 의해, ΔPPGS/PPIS
Figure 112020050222243-pat00016
-n2를 도출할 수 있고, 멤브레인 반응이 매우 빠르다고 가정하면 아래의 식 (6):
Figure 112020050222243-pat00017
즉,
Figure 112020050222243-pat00018
으로 이어지며, 여기서 SPLCY는 하나의 펄스 사이클(CY)에 걸친 순 SPL이다. 따라서 SPLCY>0 (n>1일 때)이며, 동일한 극성의 무한히 긴 UPA 사슬이 생성되고 있더라도 각각의 펄스 사이클(CY)에 걸쳐 순 기류가 0이다. 피크 대 피크(peak-to-peak) SPL=n2+1 및 펄스 사이클(CY)(즉, TCY+TPGS)=n+1에 대해 식 6을 정규화함으로써, 식 6은 SPLCY∝(n2+n)/(n2+1)/(n+1)(식 7)이 된다. 간단한 수치 분석은, 식 7의 값이 n=TPIS/TPGS
Figure 112020050222243-pat00019
2.9일 때 0.15로 피크이고, n이 2.2와 4.1 사이(예: 2<n<4)일 때 ≥0.14로 머문다. 즉 펄스 분리 시간 세그먼트(PIS)의 길이는 펄스 생성 시간 세그먼트(PGS)의 길이의 대략 2배 내지 4배이다.
식 6의 도출하는 동안에 가정된 두 가지 단순화: 무한히 빠른 멤브레인 반응 시간; 및 펄스 생성 시간 세그먼트(PGS) 및 펄스 분리 시간 세그먼트(PIS) 동안에 ΔP 변화가 없다는 것에 유의하기 바란다. 이 두 가지 단순화는 식 7에서 오류를 초래할 것이며 각각의 구체적인 설계의 사운드 생성 기기(SD) 거동에 따라 식은 조정될 필요가 있다. 그럼에도 불구하고 식 7 및 TPIS/TPGS=2.2∼4.1의 범위는 사운드 생성 기기(SD) 설계 프로젝트의 계획 단계에서 좋은 출발점이 될 수 있다.
일부 실시예에서, 도 10을 참조하면, 도 10은 구형파 구동 신호(Sq)(도 10의 플롯 #1), 멤브레인(120)의 변위(도 10의 플롯 #2) 및 챔버 압력(PCH)(도 10의 플롯 #3)을 나타내며, 도 10의 플롯 #3에서, 챔버 압력은 상승 기간(Tr) 동안에 압력 값(Pe)으로부터 제1 압력 값(Pr1)으로 상승하는 한편 유지 기간(Tm) 동안 제1 압력 값(Pr1)으로부터 제2 압력 값(Pr2)으로 감소한다. 도 10의 플롯 #3에서(도 11의 플롯 #3 및 도 12의 플롯 #3에서도), 관통 구멍(TH)를 통한 기류의 영향 또는 다른 효과를 생략하는 이상적인 압력(PWA)도 점선으로 도시되어 있다. 도 10의 플롯 #3에 도시된 바와 같이, 펄스 사이클(CY) 동안의 도 2의 공기 펄스 생성 요소(100)(또는 도 20의 공기 펄스 생성 요소(400)와 같은 이하에 나타내는 다른 실시예의 공기 펄스 생성 요소)에서의 상당한 기류는 챔버 압력(PCH)과 이상적인 압력(PWA)을 비교함으로써 명확하게 드러난다. 다른 경우에, 구형파 구동 신호(Sq)를 경사 파형 구동 신호(Sp)(도 11의 플롯 #1에 도시됨) 또는 곡선 파형 구동 신호(Su)(도 12의 플롯 #1에 도시됨)로 변경함으로써, 각각의 구동 신호(Sp, Su)는 펄스 생성 시간 세그먼트(PGS)의 끝을 향하여 그 피크 구동 전압에 도달한다. 도 2의 플롯 #2에 도시된 바와 같이. 도 11의 플롯 #2 및 도 12의 플롯 #2에 도시된 바와 같이, 경사 파형 구동 신호(Sp) 또는 곡선 파형 구동 신호(Su)의 점진적인 상승 구동 신호는 멤브레인(120)을 도 10의 플롯 #2와 비교하여 천천히 이동시켜, 제1 공기 챔버(CH1)에 들어가거나 빠져나가는 기류의 가속이 펄스 생성 시간 세그먼트(PGS)의 끝을 향해 지연되도록 함으로써, 펄스 생성 시간 세그먼트 간(PGS)의 과정에 걸쳐 순 기류를 감소시킨다(도 11의 플롯 #3 및 도 12의 플롯 #3에 도시된 바와 같이). 구동 신호(Sp, Su)의 경우, 구동 신호(Sp, Su)의 경사 특성으로 인해, TPIS/TPGS=n의 비율은 일반화된 식
Figure 112020050222243-pat00020
로 대체되어야 하며, 여기서 DF는 듀티 인자(duty factor)이다. 예를 들어, DF=0.5의 구형파 구동 신호(Sq)는 두 공식에서 n=1에 대응하지만, 식
Figure 112020050222243-pat00021
은 구동 신호(Sp, Su)의 곡률을 반영할 수 있지만 식 n=TPIS/TPGS는 그럴 수 없다. 또한, 도 10의 플롯 #1에서. 도 11의 플롯 #1, 및 도 12의 플롯 #1에서, 구형파 구동 신호(Sq), 경사 파형 구동 신호(Sp) 및 곡선 파형 구동 신호(Su)는 펄스 생성 시간 세그먼트(PGS) 동안에 인가되는 구동 신호이다.
도 10 내지 도 12에 도시된 구동 신호의 경우, 조건 n>>1로 인해, 제1 공기 챔버(CH1) 내부의 압력은 펄스 사이클(CY)의 끝에서 대략 압력 값(Pe)으로 복귀할 것이므로, 도 9에 나타낸 바와 같이, 전압 레벨(V4)은 구동 신호(DRS'')에서 전압 레벨(V0)과 동일하게 설정될 수 있고, 전술한 구동 신호 생성 절차의 레벨 시프트 단계는 더 이상 사용되지 않는다. 또한, 도 9 내지 도 12의 단위 구동 신호(DRS'')를 이용하여 스케일링된 구동 신호를 형성하기 위한 스케일링 인자는, 도 7에 도시된 바와 같은 "입력 신호의 두 개의 연속적인 샘플 간의 차이" 대신에, "입력 신호의 샘플링된 값"으로 변경될 것이다. 전술한 두 가지 변경에 의해, 도 13에 나타낸 바와 같이 구동 신호와 입력 신호의 관계도 변화하며, 여기서 4개의 스케일링된 구동 신호(DRS5∼DRS8)는 각각 4개의 연속적인 펄스 사이클(CY)에 대응하고, 도 13에 예로서 도시되어 있다. 이들 4개의 연속 펄스 사이클(CY)은 입력 신호(SI)의 4개의 연속 샘플링 주기에 대응하고, 구동 신호(DRS5∼DRS8)는 각각의 펄스 사이클의 시작에서 입력 신호(SI)의 샘플링된 값에 의해 스케일링된다. 즉, 초기 위치(PS0)와 제1 위치(PS1) 사이의 변위(Ld)는 각 펄스 사이클(CY)의 시작에서 입력 신호(SI)의 샘플링된 값에 대응한다. 또한, 2개의 연속적인 펄스 사이클에서, 이전 펄스 사이클에서의 구동 신호(예: 구동 신호(DRS5))의 끝 전압 레벨은 현재 펄스 사이클에서의 구동 신호(예: 구동 신호(DRS6))의 끝 전압 레벨과 동일하다.
앞서 논의한 바와 같이, TPIS/TPGS의 비가 1보다 큰 경우, 바람직하게는 TPIS/TPGS의 비는 2.2∼4.1 사이이지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 동일한 극성의 UPA의 무한히 긴 사슬이 생성된다 것에 유의하기 바란다. 이 특성은 적합하게 설계된 구동 신호(DRS'')가 SEAM(Single-Ended-AM) 구동 방식에 기초한 APPS(Air-Pressure-Pulse-Speaker)에서 사용될 수 있게 하며, 도 14에 도시된 바와 같이, 입력 신호(SI)에 오프셋 전압이 추가되어, 모든 펄스 사이클(CY)에서 생성된 순 SPLCY가 사운드 생성 기기(SD) 외부의 주위 압력에 대해 동일한 극성을 가지도록 하므로, 변조 방식의 명칭은 "싱글 엔디드(single-ended)"이다. 즉, 각각의 펄스 사이클(CY)에서, 펄스 생성 시간 세그먼트(PGS)(예컨대, 도 14에 도시된 구동 신호(DRS9∼DRS12)) 동안의 구동 신호 레벨은 펄스 분리 시간 세그먼트(PIS) 동안의 구동 전압 레벨보다 항상 높고(또는 항상 낮고), 제1 위치(PS1)는 각각의 펄스 사이클(CY)에서 항상 초기 위치(PS0)의 동일한 측에 위치한다.
SEAM 구동 방식의 경우, 그 명칭에서 알 수 있듯이, 사운드 생성 기기(SD)는 동일한 극성의 순 SPLCY를 무한정 생성하는 것이 필수적이므로, 도 7에 도시된 연속 펄스 사이클(CY) 사이의 레벨 시프팅 동작은 도 6의 구동 신호(DRS)를 렌더링하거나 또는 도 8의 구동 신호(DRS')는 SEAM의 단위 구동 신호로는 부적절하다는 것에 유의하기 바란다. 한편, 펄스 사이클(CY) 사이의 레벨 시프팅을 없애고 동일한 극성의 순 SPLCY를 무한정 생성할 수 있는 도 9 내지 도 12에 나타낸 바와 같은 구동 신호가 SEAM 구동 방식에 적합하다.
도 15를 참조하면, 도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 음향 발생 기기에 의해 생성되는 공기 펄스 및 음파의 음압 레벨(SPL)을 나타낸 개략도이며, 도 15의 굵은 선으로 도시된 음파(SN)는 예를 들어 정현파이며, 공기 펄스(AP)는 가는 선으로 도시되어있다. 도 15에 도시된 바와 같이, 각각의 공기 펄스(AP)의 SPL은 음파(SN)의 대응하는 샘플링된 값의 크기와 관련된다. 음파(SN)는 복수의 공기 펄스(AP)의 윤곽(또는 포락선)에 의해 생성된다. 공기 펄스(AP)의 윤곽에 의해 생성 된 음파(SN)의 충실도를 유지하기 위해, 공기 펄스(AP)의 펄스 레이트는 최대 입력 신호 주파수의 2배보다 높아야 하고, 바람직하게는 인간의 최대 가청 주파수의 2배 보다 높아야 한다(즉, 2x20kHz=40kHz). 일부 실시예에서, 펄스 레이트는 72kHz보다 높을 수 있어서, 가정의 반려동물(예: 고양이는 50kHz의 소리를 들을 수 있음)이 공기 펄스(AP) 또는 공기 펄스(AP)로 인한 앨리어스에 의해 성가신 것을 방지할 수 있다.
일부 실시예에서, 미국 출원 제16/125,176호 및 제16/420,141호와 유사하게, 사운드 생성 기기(SD)에 의해 생성되는 공기 펄스는 음압 레벨(SPL) 면에서 0이 아닌 오프셋을 가질 것이며, 여기서 0이 아닌 오프셋은 사운드 생성 기기(SD)를 둘러싼 주위의 기압 값(즉, 압력 값(Pe))으로부터의 편차이다. 또한, 사운드 생성 기기(SD)에 의해 생성되는 공기 펄스는 복수의 펄스 사이클에 걸쳐 비주기적이다. 예를 들어, 도 23은 SPL 면에서의 사운드 생성 기기(SD)에 의해 생성되는 공기 펄스의 개략도를 도나타낸다. 도 23으로부터 알 수 있은 바와 같이, 공기 펄스는 SPL 면에서 0이 아닌 오프셋을 생성한다. 도 23에서, SPL의 면에서의 공기 펄스는 또한 이러한 10 펄스 사이클에 걸쳐 비주기적일 것이다. "0이 아닌 SPL 오프셋" 및 "비주기성(aperiodicity)" 속성은 미국 출원 제16/125,176호를 참조할 수 있으며, 간결성을 위해 여기서는 설명하지 않는다.
도 16 및 도 17을 참조하면, 도 16은 본 발명의 제2 실시예에 따른 사운드 생성 기기의 공기 펄스 생성 요소를 나타낸 평면도의 개략도이고, 도 17은 도 16의 단면선 B-B'를 따라 취한 단면도의 개략도이다. 제1 실시예와 비교하면, 도 16 및 도 17의 펄스 발생 요소(200)는 9개의 관통 구멍(TH)을 포함한다. 다른 모든 파라미터가 동일하게 유지되면, 제2 실시예에서의 관통 구멍(TH)의 직경을 제1 실시예에서의 직경의 1/3로 함으로써, 앞서 논의한 바와 같이 제1 세분 부분(THa)의 면적에 대한 제2 세분 부분(THb)의 면적의 비를 증가시킴으로써, 경계층 효과가 증가될 것이고, 이는 펄스 생성 시간 세그먼트(PGS) 동안에 기류의 속도를 감소시킬 것이고 압력 차(Pd)가 덜 떨어지게 할 것이다. 또한, 도 15의 제1 면판(112)을 도 1의 제1 면판(112)과 비교하면, 이들 9개의 관통 구멍(TH)은 제1 실시예에서 보다, 특정 거리로 멤브레인 표면 영역에 걸쳐 균일하게 퍼져, 제2 실시예에서 훨씬 더 균일하게 분포된다. 이러한 균일한 분포는 압착 필름 압축 영역(squeeze-film compressing region)으로부터 관통 구멍(TH)까지 더 짧고 더 균일한 이동 거리로 이어져, 음압 발생 및 음압 전달 측면에서 제1 면판(112)의 효과를 향상시킨다. 일부 실시예에서, 2개의 개구부(예: 관통 구멍(TH)) 사이의 거리는 멤브레인(120)과 제1 면판(112) 사이의 거리(D)보다 훨씬 더 짧다. 예를 들어, 2개의 인접한 관통 구멍(TH) 사이의 거리는 멤브레인(120)과 제1 면판(112) 사이의 거리(D)의 1/2배 미만이지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 도 16 및 도 17에 도시된 바와 같이, 관통 구멍(TH)(또는 개구부)의 분포는 Dn 방향으로 멤브레인(120)의 최대 변위 위치를 중심으로 할 수 있다. 예를 들어, 멤브레인(120)의 최대 변위 위치가 멤브레인(120)의 중심에 위치하면, 관통 구멍(TH)의 분포는 Dn 방향으로 멤브레인(120)의 중심 주위를 중심으로 할 수 있다. 다른 측면에서, 평면도에서, 모든 개구부를 포함하는 최소 영역의 중심은 멤브레인(120)의 Dn 방향에서의 멤브레인 변위의 범위가 임계 값보다 큰 영역에 대응할 수 있다. 예를 들어, 도 16에서, 평면도에서, 모든 관통 구멍(TH)을 포함하는 최소 영역(예컨대, 도 16에 도시된 직사각형 영역(OPR))은 Dn 방향에서의 변위 범위가 예컨대 1.5μm보다 큰 멤브레인(120)의 영역에 대응할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 경우에 따라, 모든 개구부를 포함하는 최소 영역의 중심은 멤브레인(120)의 중심 또는 멤브레인(120)의 최대 변위 위치에 대응할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 경우에 따라, 개구부 중 하나(예컨대, 도 16의 중심 관통 구멍(TH))가 멤브레인(120)의 중심 또는 멤브레인(120)의 Dn 방향에서의 최대 변위 위치에 대응할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 경우에 따라, 평면도에서, 개구부 중 하나(예컨대, 도 16의 중앙 관통 구멍(TH))는 Dn 방향에서의 변위 범위가 임계 값(예컨대,1.5μm)보다 큰 멤브레인(120)의 영역에 대응할 수 있다. 유사하게, 모든 개구부를 포함하는 최소 영역은 또한 도 18 및 도 19에 도시된 실시예에도 존재하지만, 도면을 명확하게 하기 위해, 이들 최소 영역은 도 18 및 도 19에서 생략된다.
도 18을 참조하면, 도 18은 본 발명의 제3 실시예에 따른 사운드 생성 기기의 공기 펄스 생성 요소를 나타낸 평면도의 개략도이다. 도 18에 도시된 바와 같이, 제2 실시예에 비해, 훨씬 더 많은 수의 훨씬 더 작은 크기의 관통 구멍(TH)이 사운드 생성 기기(SD)의 공기 펄스 생성 요소(300)의 제1 면판(112) 상에 배치된다. 예를 들어, 각각의 관통 구멍(TH)은 관통 구멍(TH)의 표면 상태 및 곡률에 대응하여, 경계층 두께(δ)의 1∼5배 범위의 직경을 가질 수 있으며, 관통 구멍(TH)의 개수는 관통 구멍(TH)의 총 면적이 멤브레인(120)의 면적의 5∼40%가 되도록, 100 이상(예컨대, 100∼10,000)일 수 있다. 실제 예로서, 각각의 관통 구멍(TH) 0.8 내지 5.0μm와 같은, 5μm 이하의 직경을 갖지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 19 및 도 20을 참조하면, 도 19는 본 발명의 제4 실시예에 따른 사운드 생성 기기의 공기 펄스 생성 요소를 나타낸 평면도의 개략도이고, 도 20은 도 19의 단면선 C-C'를 따라 취한 동일한 펄스 발생 소자의 단면도의 개략도이다. 도 20에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 실시예와 비교하여, 제1 공기 챔버(CH1)는 여전히 멤브레인(120), 제1 측벽(112w) 및 제1 면판(112)에 의해 정의되지만, 멤브레인(120)과 제1 면판(112) 사이의 상대 위치는 교환되었고, 멤브레인(120)은 이제 청자 방향을 향하여 정면에 있고, 제1 면판(112)는 이제 후방 면판이며, 도 2에서와 같은 더 이상 정면이 아니다. 또한, 멤브레인(120)은 5개의 관통 구멍(TH)을 가지며, 이를 통해 공기 펄스가 청자에게 직접 또는 안내 도관을 통해 전파될 것이다. 마지막으로, 도 19에서, 멤브레인(120)은 멤브레인이 작동하는 동안에 (인장) 응력을 감소시키고 멤브레인 변위의 범위를 증가시키는 것을 돕기 위해 하나 이상의 슬릿(410)과 같은 장력 완화 특징부(tension-relaxing feature)를 더 포함한다. 일부 실시예에서, 슬릿(410)은 관통 구멍(TH) 중 적어도 하나에 연결되어 응력을 추가로 감소시키고 멤브레인 변위 범위를 개선할 수 있다. 예를 들어, 도 19에 도시된 바와 같이, 각각의 슬릿(410)은 관통 구멍(TH) 중 하나에 연결될 수 있다. 도 19에서, 각각의 슬릿(410)은 공기 펄스 생성 요소(400)의 멤브레인(120)의 코너에 대각선으로 연결되어 멤브레인이 작동하는 동안 응력을 최소화하고 멤브레인 변위의 범위를 증가시킨다.
슬릿(410)의 폭은 기류를 유발하여 제1 공기 챔버(CH1) 내에서 압력 차(Pd)가 급격히 떨어지고 결과적으로 출력(SPL)이 감소되기 때문에 조심스럽게 설계될 필요가 있다. 이 제4 실시예에서, 멤브레인(120)이 정면을 향하고 있기 때문에, 슬릿(410)은 또한 제1 공기 챔버(CH1) 내의 공기를 사운드 생성 기기(SD)의 주변 환경에 연결하고, 음파를 생성하고 전파하는 측면에서 관통 구멍(TH)과 유사한 기능을 수행한다. 이 관점에서, 슬릿(410)의 폭은 관통 구멍(TH)의 직경을 취급하는 것과 동일한 방식으로 취급되어야 한다. 다시 말해서, 관통 구멍(TH)의 치수와 동일하게, 슬릿(410)의 폭은 일반적으로 도 19의 슬릿(410)의 형상 및 표면 상태에 대응하여, 경계층 두께(δ)의 낮은 배수이어야 한다. 예를 들어, 슬릿(410)의 폭은 0.5μm 내지 5μm의 범위일 수 있다. 다른 각도에서, 관통 구멍(TH)의 필요성은 슬릿(410)의 적절하게 설계된 네트워크에 의해 대체될 수 있고, 슬릿(410)의 이 네트워크는 그것이 변형되는 동안에 멤브레인(120)의 응력을 완화시키는 수단으로서 기능할 수 있고 제1 공기 챔버(CH1) 내의 공기를 주위의 외부와 연결하고 음파가 생성 및 전송될 수 있게 하는 수단으로서 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명에서, 멤브레인(120) 또는 제1 면판(112)은 하나 이상의 개구부를 가지며, 개구부는 관통 구멍(TH) 또는 슬릿(410)을 포함할 수 있다.
도 19 및 도 20에서, 멤브레인(120)은 개구를 갖지만, 개구부 중 하나(예컨대, 중심 관통 구멍(TH)의 가장자리)는 멤브레인(120)의 Dn 방향에서의 최대 변위 위치에 대응할 수 있고, 및/또는 모든 개구부를 포함하는 최소 영역은 평면도에서 멤브레인(120)의 최대 변위 위치에 대응할 수 있다. 경우에 따라서는, 개구부 중 하나(예: 중심 관통 구멍(TH)의 가장자리) 또는 모든 개구부를 포함하는 최소 영역의 중심은 방향 Dn에서의 변위의 범위가 임계 값보다 큰, 멤브레인(120)의 영역에 대응할 수 있다.
관통 구멍(H) 및 슬릿(410)의 변형 및 배치는 무수히 많이 존재하며, 각각의 구체적인 애플리케이션에 대한 요건에 따라 설계되어야 한다. 도 19에 도시된 특정 슬릿 패턴 및 관통 구멍(TH)과의 관계는 예시를 위한 것일 뿐이며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
도 20의 사운드 생성 기기(SD)에서, 도 20에 도시된 바와 같이, 사운드 생성 기기(SD)의 공기 펄스 생성 요소(400)가 공기 펄스를 생성하도록 작동될 때, 사운드 방출 방향으로부터 멀리 대면하는 후방 면판(112)은 고정화되기 때문에, 사운드 생성 기기(SD)가 작동하는 동안에 후방 방사 사운드 파는 존재하지 않고, 종래의 스피커에서와 같이, 전방 방사 사운드 파를 상쇄하는 것을 방지하기 위해 후방 방사 사운드 파를 포함하는 인클로저에 대한 요구는 더 이상 사용되지 않는다. 다시 말해, 도 2 및 도 17에 도시된 바와 제2 공기 챔버(CH2)(즉, 후방 인클로저)는 선택 사항일뿐 아니라 관련이 없다.
도 21을 참조하면, 도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 사운드 생성 기기를 나타낸 평면도의 개략도이다. 도 21의 예에서, 사운드 생성 기기(SD)는 3x3 어레이의 공기 펄스 생성 요소를 포함하며, 각각의 공기 펄스 생성 요소는 본 발명의 교시로부터 설명되거나 도출된 실시예일 수 있다. 예를 들어, 도 21에서, 사운드 생성 기기(SD)는 3x3 어레이를 형성하기 위해 9개의 공기 펄스 생성 요소(100)를 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 일부 실시예에서, 어레이에 포함된 공기 펄스 생성 요소는 요건에 기초하여 동일하거나 상이할 수 있다.
특히, 사운드 생성 기기(SD)에 포함된 복수의 공기 펄스 생성 요소로 인해, 전체 공기 펄스는 일시적으로 인터리빙된 방식(temporally interleaved manner)으로 공기 펄스 생성 요소에 의해 생성될 수 있으며, 음파(SN)는 이들 전체 공기 펄스에 의해 생성되는 결합된 효과에 대응한다. 일시적으로 인터리빙된 방식과 관련하여, 공기 펄스 생성 요소는 복수의 그룹으로 분할되고, 상이한 그룹에 의해 생성되는 공기 펄스는 일시적으로 인터리빙될 수 있으며, 이들 공기 펄스는 전체 공기 펄스가되도록 결합된다. 예를 들어, 도 22를 참조하면, 도 22는 공기 펄스 발생 요소의 그룹(A1)에 의해 생성되는 공기 펄스의 어레이(PA1)의 파형, 공기 펄스 발생 요소의 그룹(A2)에 의해 생성되는 공기 펄스의 어레이(PA2)의 파형, 및 이들 두 어레이, 어레이(PA1) 및 어레이(PA2)의 결합 파형을 도시한다. 도 22에 도시된 바와 같이, 어레이(PA1) 및 어레이(PA2)는 일시적으로 상호 인터리빙되고, 어레이(PA1) 및 어레이(PA2) 각각은 펄스 레이트(PRG)를 갖는다. 즉, 어레이(PA1)의 하나의 공기 펄스는 어레이(PA2)의 2개의 연속적인 공기 펄스 사이의 중간점과 정렬된다. 따라서, 도 22에 도시된 바와 같이, 전체 공기 펄스가 이들 두 어레이(PA1) 및 어레이(PA2)에 의해 결합되기 때문에, 전체 공기 펄스의 전체 펄스 레이트는 2·PRG이다. 그 결과, 공기 펄스 발생 요소가 M개의 그룹으로 분할되고, 각 그룹에 의해 생성되는 공기 펄스의 어레이가 펄스 레이트(PRG)를 가지면, 전체 공기 펄스의 전체 펄스 레이트는 M·PRG이다. 즉, 그룹의 수가 1보다 크면, 하나의 그룹(즉, 하나 또는 일부 공기 펄스 생성 요소(들))에 의해 생성되는 공기 펄스 어레이의 펄스 레이트는 모든 그룹(즉, 공기 펄스 생성 요소의 전부)에 의해 생성되는 전체 공기 펄스의 전체 펄스 레이트보다 작다.
일 실시예에서, 도 21에 도시된 바와 같이, 3x3 어레이를, 3행의 공기 펄스 생성 요소와 같이 3개의 그룹으로 분할하고, 이 3개의 공기 펄스 생성 요소의 그룹을 일시적으로 인터리빙된 방식으로 전체 펄스 레이트(즉, 도 21의 9개의 공기 펄스 생성 요소에 의해 생성되는 공기 펄스의 펄스 레이트)는 3배일 수 있거나, 대안적으로, 원래 전체 펄스 레이트를 유지하기 위해 각각의 공기 펄스 생성 요소에 의해 생성 되는 공기 펄스의 펄스 레이트는 원래의 전체 펄스 레이트를 유지하기 위해 3배만큼 낮아질 수 있다.
예를 들어, 72kpps((killo-pulse-per-second)의 펄스 레이트로 효율적으로 작동하도록 공기 펄스 생성 요소에 명령하는 대신에, 도 21에 도시된 사운드 생성 기기(SD)는 각각의 공기 펄스 생성 요소의 작동 요건을 24kpps로 감소시키고 유효 펄스 레이트를 72kpps로 유지할 수 있으며, 이는 결과적인 사운드 생성 기기(SD)의 설계, 제조 및 비용을 크게 단순화할 수 있다.
요약하면, 본 발명은 고 충실도 사운드를 생성할 수 있는 사운드 생성 기기(SD)를 제공하고, 사운드 생성 기기(SD)의 크기를 감소시킬 수 있다.
당업자는 본 발명의 교시를 유지하면서 장치 및 방법의 많은 수정 및 변경이 이루어질 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다. 따라서, 따라서, 이상의 개시는 첨부된 청구범위의 범위 및 경계에 의해서만 한정되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (23)

  1. 사운드 생성 기기로서,
    하나 이상의 공기 펄스 생성 요소(air pulse generating element)를 포함하고,
    상기 하나 이상의 공기 펄스 생성 요소 각각은,
    멤브레인(membrane);
    제1 공기 챔버 - 상기 제1 공기 챔버 내에는 챔버 압력이 존재함 -; 및
    하나 이상의 개구부(opening)를 포함하고;
    상기 멤브레인은 상기 제1 공기 챔버의 챔버 압력을 변화시켜 복수의 공기 펄스를 생성하도록 작동되며, 상기 복수의 공기 펄스는 상기 하나 이상의 개구부를 통해 전파되고, 상기 복수의 공기 펄스는 음압 레벨(sound pressure level) 면에서 0이 아닌 오프셋(non-zero offset)을 생성하며, 상기 0이 아닌 오프셋은 상기 사운드 생성 기기 외부의 주위 압력의 압력 값으로부터의 편차이며,
    상기 복수의 공기 펄스의 각각은 펄스 사이클을 가지고, 각각의 펄스 사이클은 펄스 생성 시간 세그먼트 및 펄스 분리 시간 세그먼트를 순차적으로 가지며, 구동 신호가 펄스 사이클 중 하나에서 상기 멤브레인을 작동시키기 위해 인가되고, 상기 펄스 생성 시간 세그먼트 동안의 상기 구동 신호는 상기 펄스 분리 시간 구간 동안의 상기 구동 신호와 다른,
    사운드 생성 기기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 펄스 분리 시간 세그먼트는 상승 기간 및 유지 기간을 순차적으로 포함하고, 상기 구동 신호는 상승 기간에 대응하는 제1 부분 및 상기 유지 기간에 대응하는 제2 부분을 포함하고, 상기 제1 부분의 전압 레벨은 상기 제2 부분의 전압 레벨과 동일한, 사운드 생성 기기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 구동 신호는 상기 펄스 생성 시간 세그먼트 동안에 피크 구동 전압을 향해 상승하는, 사운드 생성 기기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 구동 신호는 상기 펄스 생성 시간 세그먼트 동안 경사 파형(sloped waveform)을 갖는, 사운드 생성 기기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 구동 신호는 상기 펄스 생성 시간 세그먼트 동안 곡선 파형(curved waveform)을 갖는, 사운드 생성 기기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 펄스 생성 시간 세그먼트는 상승 기간을 포함하고, 상기 펄스 분리 시간 세그먼트는 하강 기간을 포함하고, 상기 구동 신호는 상기 상승 기간에 대응하는 제1 부분 및 상기 하강 기간에 대응하는 제3 부분을 포함하고, 상기 제3 부분의 전압 레벨은 상기 제1 부분의 전압 레벨과 다른, 사운드 생성 기기.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제3 부분의 전압 레벨은 경사를 갖는, 사운드 생성 기기.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제3 부분의 전압 레벨은 곡선을 갖는, 사운드 생성 기기.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 펄스 분리 시간 세그먼트는 상기 하강 기간 이후에 분리 기간을 더 포함하고, 상기 구동 신호는 상기 분리 기간에 대응하는 제4 부분을 더 포함하고, 상기 제4 부분의 전압 레벨은 상기 제1 부분의 전압 레벨과 다른, 사운드 생성 기기.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제3 부분의 전압 레벨은 상기 제4 부분의 전압 레벨과 동일한, 사운드 생성 기기.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 펄스 생성 시간 세그먼트 동안의 상기 구동 신호는 입력 신호의 샘플링 된 값에 기초하여 스케일링되는, 사운드 생성 기기.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 펄스 생성 시간 세그먼트 동안의 상기 구동 신호는 입력 신호의 두 개의 연속적으로 샘플링된 값의 차이에 기초하여 스케일링되는, 사운드 생성 기기.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 펄스 사이클 중의 이전 펄스 사이클 및 현재 펄스 사이클에서, 상기 이전 펄스 사이클과 상기 현재 펄스 사이클은 연속적이고 순차적이며, 상기 이전 펄스 사이클에서의 구동 신호의 끝 전압 레벨은 상기 현재 펄스 사이클에서의 구동 신호의 끝 전압 레벨과 동일한, 사운드 생성 기기.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 펄스 사이클 중 하나에서, 상기 펄스 생성 시간 세그먼트 동안, 상기 제1 공기 챔버의 챔버 압력의 값은 상기 사운드 생성 기기 외부의 주위 압력의 압력 값과 다른, 사운드 생성 기기.
  15. 제2항에 있어서,
    상기 상승 기간의 끝에서의 상기 챔버 압력의 값은 제1 압력 값으로 정의되고, 상기 유지 기간의 끝에서의 상기 챔버 압력의 값은 제2 압력 값으로 정의되며, 상기 제1 압력 값은 상기 제2 압력 값과 다른, 사운드 생성 기기.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제2 압력 값은 상기 제1 압력 값과 상기 사운드 생성 기기 외부의 주위 압력의 압력 값 사이에 있는, 사운드 생성 기기.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 제1 압력 값에 대한, 상기 제1 압력 값과 상기 제2 압력 값의 차이의 비는 1/10 미만인, 사운드 생성 기기.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 펄스 생성 시간 세그먼트의 시작에서 상기 제1 공기 챔버 내에 제1 빠른 압력 변화가 발생하고, 상기 펄스 분리 시간 세그먼트의 시작에서 상기 제1 공기 챔버 내에 제2 빠른 압력 변화가 발생하고, 상기 제1 빠른 압력 변화의 순간 변화율의 절대 값과 상기 제2 빠른 압력 변화의 순간 변화율의 절대 값은 100Pa/μs보다 큰, 사운드 생성 기기.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 펄스 사이클 중 하나에서, 상기 제2 빠른 압력 변화가 발생한 후, 상기 제1 공기 챔버의 챔버 압력의 값은 상기 사운드 생성 기기 외부의 주위 압력의 압력 값에 근접하도록 변화되는, 사운드 생성 기기.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 펄스 사이클 중 하나에서, 상기 펄스 생성 시간 세그먼트는 상승 기간을 포함하고, 상기 펄스 분리 시간 세그먼트는 하강 기간을 포함하며, 상기 제1 빠른 압력 변화는 상기 상승 기간에서 발생하고, 상기 제2 빠른 압력 변화는 상기 하강 기간에서 발생하는, 사운드 생성 기기.
  21. 제1항에 있어서,
    상기 펄스 분리 시간 세그먼트의 길이는 상기 펄스 생성 시간 세그먼트의 길이보다 긴, 사운드 생성 기기.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 펄스 분리 시간 세그먼트의 길이는 상기 펄스 생성 시간 세그먼트의 길이의 2배 내지 4배인, 사운드 생성 기기.
  23. 제1항에 있어서,
    상기 펄스 생성 시간 세그먼트의 길이는 상기 펄스 분리 시간 세그먼트의 길이보다 긴, 사운드 생성 기기.
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