KR102350541B1 - 패턴화된 전극을 포함하는 분산 모드 라우드스피커 액추에이터 구동 - Google Patents

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Abstract

방법은 부하의 진동을 유발하도록 구성된 분산 모드 라우드스피커의 압전 캔틸레버-타입 변환기를 위한, 진동을 출력할 주파수 범위로부터의 주파수 서브세트를 결정하는 단계 -변환기는 상기 변환기의 길이를 따라 위치된 2개 이상의 전극 쌍을 포함하고, 각각의 전극 쌍은 변환기의 압전 층의 제1 측면상의 제1 전극 및 제1측면과는 반대인 변환기의 압전 층의 제2 측면상의 제2 전극을 포함함-; 주파수 서브세트에 대해, 변환기상의 각 쌍의 상대 위치에 기초하여 2개 이상의 전극 쌍 각각에 대한 각각의 입력 전압을 선택하는 단계; 그리고 변환기가 진동력을 발생시키도록 2개 이상의 전극 쌍 각각에 상기 입력 전압을 인가하는 단계를 포함한다.

Description

패턴화된 전극을 포함하는 분산 모드 라우드스피커 액추에이터 구동
본 명세서는 패턴화된 전극을 포함하는 분산 모드 라우드스피커 액추에이터 구동에 관한 것이다.
일부 장치는 분산 모드 라우드스피커(DML: distributed mode loudspeaker)를 사용하여 사운드를 생성한다. DML은 패널을 진동시켜 사운드를 생성하는 스피커이다. DML은 보이스 코일 액츄에이터 대신에 패널이 진동하고 소리를 발생시키도록 분산 모드 액츄에이터("DMA"), 예를 들어 압전 변환기를 사용할 수 있다. 예를 들어, 스마트폰은 스마트폰의 디스플레이 패널(예를 들어, LCD 또는 OLED 패널)에 힘을 가하는 DMA를 포함할 수 있다. 힘은 주변 공기와 결합하여 예를 들어 사람의 귀로 들을 수 있는 20Hz 내지 20kHz 범위의 음파를 발생시키는 디스플레이 패널의 진동을 생성한다.
분산 모드 라우드스피커의 압전 변환기는 상이한 주파수에서 사운드를 생성하는데 사용되는 다수의 전극 쌍을 포함할 수 있다. 예를 들어, 압전 변환기는 압전 재료의 층, 예를 들어 각각의 전극 쌍 사이에서 연장되는 압전 세라믹 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 층은 그 층의 상부의 전극 쌍으로부터의 제1 전극 및 그 층 아래의 전극 쌍으로부터의 제2 전극을 가질 수 있다.
분산 모드 라우드스피커는 분산 모드 라우드스피커가 사운드를 생성할 수 있는 주파수들의 범위 내에서 주파수들의 특정 서브세트에서 사운드를 생성하기 위해 다수의 전극 쌍 중 하나 이상을 선택적으로 활성화(energize)시키는 구동 모듈을 포함한다. 구동 모듈은 하나 이상의 선택된 전극 쌍에 전류를 제공하고 및/또는 발진 전압을 인가하여 분산 모드 액츄에이터에 연결된 부하, 예를 들어 디스플레이 패널이 주파수들의 특정 서브세트에서 사운드를 생성하게 할 수 있다.
일반적으로 변환기와 분산 모드 라우드스피커의 주파수 응답은 각 전극 쌍에 인가되는 구동 전압에 따라 달라진다. 또한, 응답은 전형적으로 전극 쌍의 수, 전극 구조, 및 전극 쌍 사이의 간격과 같은 다른 요인에 따라 변할 것이다. 따라서, 응답을 최적화하기 위해, 분산 모드 라우드스피커의 음향 출력 주파수 및 압전 재료의 층상의 전극 쌍의 위치에 기초하여 각각의 전극 쌍에 대해 상이한 구동 전압이 선택될 수 있다. 설계 단계에서 서로 다른 수와 전극 쌍의 형상을 선택할 수도 있다.
일반적으로, 제1 양태에서, 방법은, 주파수들의 범위 내에서 부하의 진동을 유발하는 분산 모드 라우드스피커의 압전 캔틸레버-타입 변환기(cantilever-type transducer)를 위한, 진동을 출력할 주파수들의 범위로부터 주파수들의 서브세트를 결정하는 단계 -변환기는 상기 변환기의 길이를 따라 위치된 2개 이상의 전극 쌍을 포함하고, 각각의 전극 쌍은 변환기(트랜스듀서)의 압전 층의 제1 측면상의 제1 전극 및 제1측면과는 반대(opposite)인 변환기의 압전 층의 제2 측면상의 제2 전극을 포함함-; 주파수들의 서브세트에 대해, 변환기상의 각 쌍의 상대 위치에 기초하여 2개 이상의 전극 쌍 각각에 대한 각각의 입력 전압을 선택하는 단계 -2개 이상의 전극 쌍 중 적어도 2개에 대한 각각의 입력 전압은 상이함-; 그리고 변환기가 출력 주파수들의 범위 내에서 부하에 진동력(vibrational force)을 발생시키도록 2개 이상의 전극 쌍 각각에 입력 전압을 인가하는 단계를 포함하며; 출력 주파수들의 범위 내에서 부하에 진동력을 발생시키기 위해, 변환기는 변환기의 길이를 따라 변하는 양(amounts)에 의해 압전 층을 변위(displace)시키는 진동을 겪으며(undergo); 각각의 입력 전압은 활성화가 압전 층의 변위와 위상이 다른 전극 쌍에 대응하는 변환기상의 위치에서 압전 응답의 활성화를 감소시키도록 선택된다.
본 방법의 구현은 다음 특징 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 각각의 입력 전압은 해당 진폭 및 해당 위상을 포함할 수 있다. 각각의 입력 전압은 진동력을 위해 변환기에 의해 인입되는 전류를 감소시키도록 선택될 수 있다.
주파수들의 서브세트는 0 kHz 내지 10 kHz 범위의 주파수들, 또는 4 kHz 내지 10 kHz 범위의 주파수들을 포함할 수 있다.
변환기는 2개의 전극 쌍을 가질 수 있으며, 정확히 2개의 전극 쌍을 가질 수 있다. 변환기는 3개의 전극 쌍을 가질 수 있으며, 정확히 3개의 전극 쌍을 가질 수 있다.
일반적으로, 추가 양태에서, 시스템은,
주파수들의 범위 내에서 부하의 진동을 유발하도록 구성된 분산 모드 라우드스피커의 압전 캔틸레버-타입 변환기 -변환기는 압전 층 및 변환기의 길이를 따라 위치된 2개 이상의 전극 쌍을 포함하고, 각각의 전극 쌍은 압전 층의 제1 측면상의 제1 전극 및 제1측면과는 반대인 압전층의 제2 측면상의 제2 전극을 포함함-; 진동을 출력할 주파수들의 범위로부터 주파수들의 서브세트를 결정하고, 주파수들의 서브세트에 대해, 변환기상의 각 쌍의 상대 위치에 기초하여 2개 이상의 전극 쌍 각각에 대한 각각의 입력 전압을 선택하도록 구성된 제어기 -상기 2개 이상의 전극 쌍 중 적어도 둘에 대한 각각의 입력 전압은 상이함-; 그리고 2개 이상의 전극 쌍 각각과 전기 통신하는 구동 모듈을 포함하며, 상기 구동 모듈은 변환기가 출력 주파수들의 범위 내에서 부하에 진동력을 발생시키도록 2개 이상의 전극 쌍 각각에 각각의 입력 전압을 인가하도록 구성되며; 출력 주파수들의 범위 내에서 부하에 진동력을 발생시키기 위해, 변환기는 변환기의 길이를 따라 변화하는 양에 의해 압전 층을 변위시키는 진동을 겪도록(undergo) 구성되며; 상기 제어기는 활성화가 압전 층의 변위와 위상이 다른 전극 쌍에 대응하는 변환기상의 위치에서 압전 응답의 활성화를 감소시키도록 각각의 입력 전압을 선택하도록 구성된다.
시스템의 구현은 다음 특징 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 각각의 입력 전압은 진폭 및 해당 위상을 포함할 수 있다. 제어기는 진동력을 위해 변환기에 의해 인입되는 전류를 감소시키기 위해 각각의 입력 전압을 선택하도록 구성될 수 있다.
주파수들의 서브세트는 0 kHz 내지 10 kHz 범위의 주파수들, 또는 4 kHz 내지 10 kHz 범위의 주파수들을 포함할 수 있다.
변환기는 2개의 전극 쌍을 가질 수 있으며, 정확히 2개의 전극 쌍을 가질 수 있다. 변환기는 3개의 전극 쌍을 가질 수 있으며 정확히 3개의 전극 쌍을 가질 수 있다.
압전 층은 세라믹 재료를 포함할 수 있다.
일반적으로, 본 명세서에 기술된 요지의 추가의 혁신적인 양태는 동작을 포함하는 방법으로 구현될 수 있으며, 동작들은, 부하의 진동이 주파수들의 범위 내에서 음파를 발생시키는 힘(forces)을 생성하도록 구성된 분산 모드 라우드스피커의 압전 변환기를 위해, 주파수들의 범위로부터 사운드를 출력할 주파수들의 서브세트를 결정하는 동작; 주파수들의 서브세트에 기초하여, 압전 변환기에 포함된 2개 이상의 전극 쌍으로부터 하나 이상의 전극 쌍을 선택하여 사운드를 생성하는 동작 -각각의 전극 쌍은 압전 변환기에 포함된 층의 제1 측면상의 제1 전극 및 제1 측면과는 반대의 층의 제2 측면상의 제2 전극을 포함하고, 층의 다른 부분에 연결됨-; 2개 이상의 전극 쌍 각각에 연결된 구동 모듈에 의해, 압전 변환기가 부하에 제공될 때 부하가 주파수들의 서브세트 내에서 사운드를 생성하게 하는 힘을 발생시키도록 상기 선택된 하나 이상의 전극 쌍 각각에 전류를 제공하는 동작을 포함한다. 이 양태의 다른 실시 예는 각각이 방법의 동작을 수행하도록 구성된 하나 이상의 컴퓨터 저장 장치에 기록된 컴퓨터 프로그램, 해당 컴퓨터 시스템, 장치를 포함한다. 하나 이상의 컴퓨터로 구성된 시스템은 소프트웨어, 펌웨어, 하드웨어 또는 이들의 조합이 시스템에 설치되어 작동 중에 시스템으로 하여금 동작을 수행하게 함으로써 특정 동작이나 액션을 수행하도록 구성될 수 있다. 하나 이상의 컴퓨터 프로그램은 데이터 처리 장치에 의해 실행될 때 장치로 하여금 동작을 수행하게 하는 명령어를 포함시킴으로써 특정 동작 또는 액션을 수행하도록 구성될 수 있다.
일반적으로, 본 명세서에서 설명된 요지의 하나의 혁신적인 양태는 분산 모드 라우드스피커를 포함하는 시스템에서 구현될 수 있으며, 분산 모드 라우드스피커는 압전 변환기 -압전 변환기는 a) 압전 변환기에 포함된 층의 제1 측면상의 제1 전극을 포함하고, b) 제1 측면과는 반대인 층의 제2 측면상의 제2 전극을 포함하고, 그리고 c) 층의 다른 부분에 연결된 2개 이상의 전극 쌍을 포함하며; 부하의 진동이 주파수들의 범위 내에서 음파를 발생시키는 힘을 발생시키도록 구성됨-; 제어기 -제어기는 압전 변환기를 위해, 사운드를 출력할 주파수들의 범위로부터 주파수들의 서브세트를 결정하고; 주파수들의 서브세트에 기초하여, 압전 변환기에 포함된 2개 이상의 전극 쌍으로부터 하나 이상의 전극 쌍을 선택하여 사운드를 생성하도록 구성되며-; 구동 모듈을 포함하며, 구동 모듈은 2개 이상의 전극 쌍 각각에 연결되고, 2개 이상의 전극 쌍 중 적어도 일부에 전류를 제공하여 압전 변환기가 부하에 제공될 때 상기 부하가 사운드를 발생시키도록 하는 힘을 발생시키도록 구성되고, 선택된 하나 이상의 전극 쌍 각각에 전류를 제공하여 압전 변환기가 부하에 제공될 때 부하가 주파수들의 서브세트 내에서 사운드를 생성하게 하는 힘을 발생 시키도록 구성된다.
이 양태의 다른 실시 예는 각각 동작의 액션을 수행하도록 구성된 하나 이상의 컴퓨터 저장 장치에 기록된 컴퓨터 프로그램, 컴퓨터 시스템, 방법을 포함한다. 컴퓨터 시스템은 하나 이상의 컴퓨터를 포함할 수 있으며, 소프트웨어, 펌웨어, 하드웨어 또는 이들의 조합이 시스템 상에 설치되어 동작함으로써 시스템이 동작을 수행하게 하거나 야기하게 함으로써 특정 동작 또는 액션을 수행하도록 구성될 수 있다. 하나 이상의 컴퓨터 프로그램은 데이터 처리 장치에 의해 실행될 때 장치로 하여금 동작을 수행하게 하는 명령어를 포함시킴으로써 특정 동작 또는 액션을 수행하도록 구성될 수 있다.
일반적으로, 본 명세서에서 설명된 요지의 하나의 혁신적인 양태는 스마트폰을 포함하는 장치에서 구현될 수 있으며, 스마트폰은, 컨텐츠를 제시하도록 구성된 디스플레이; 압전 변환기 -압전 변환기는 a) 압전 변환기에 포함된 층의 제1 측면상의 제1 전극을 포함하고, b) 제1 측면과는 반대인 층의 제2 측면상의 제2 전극을 포함하고, 그리고 c) 층의 다른 부분에 연결된 2개 이상의 전극 쌍을 포함하며; 부하의 진동이 주파수들의 범위 내에서 음파를 발생시키는 힘을 발생시키도록 구성됨-; 제어기 -제어기는 압전 변환기를 위해, 사운드를 출력할 주파수들의 범위로부터 주파수들의 서브세트를 결정하고; 주파수들의 서브세트에 기초하여, 압전 변환기에 포함된 2개 이상의 전극 쌍으로부터 하나 이상의 전극 쌍을 선택하여 사운드를 생성하도록 구성되며-; 구동 모듈 -구동 모듈은 2개 이상의 전극 쌍 각각에 연결되고, 2개 이상의 전극 쌍 중 적어도 일부에 전류를 제공하여 압전 변환기가 부하에 제공될 때 상기 부하가 사운드를 발생시키도록 하는 힘을 발생시키도록 구성되고, 선택된 하나 이상의 전극 쌍 각각에 전류를 제공하여 압전 변환기가 부하에 제공될 때 부하가 주파수들의 서브세트 내에서 사운드를 생성하게 하는 힘을 발생 시키도록 구성됨-; 스마트폰을 위한 애플리케이션을 실행하도록 구성된 하나 이상의 애플리케이션 프로세서; 그리고 하나 이상의 메모리를 포함하며, 하나 이상의 메모리는 하나 이상의 애플리케이션 프로세서에 의해 실행될 때 하나 이상의 애플리케이션 프로세서로 하여금 애플리케이션을 실행시키도록 동작 가능한 명령어를 저장한다. 이 양태의 다른 실시 예는 각각 동작의 액션을 수행하도록 구성된 하나 이상의 컴퓨터 저장 장치에 기록된 컴퓨터 프로그램, 대응하는 컴퓨터 시스템, 방법을 포함한다. 컴퓨터 시스템은 하나 이상의 컴퓨터를 포함할 수 있으며, 소프트웨어, 펌웨어, 하드웨어 또는 이들의 조합이 시스템 상에 설치되어 동작함으로써 시스템이 동작을 수행하게 하거나 야기하게 함으로써 특정 동작 또는 액션을 수행하도록 구성될 수 있다. 하나 이상의 컴퓨터 프로그램은 데이터 처리 장치에 의해 실행될 때 장치로 하여금 동작을 수행하게 하는 명령을 포함시킴으로써 특정 동작 또는 액션을 수행하도록 구성될 수 있다.
상기 및 다른 실시 형태는 각각 단독으로 또는 조합하여 하기 특징 중 하나 이상을 임의로 포함할 수 있다. 주파수들의 서브세트에 기초하여, 압전 변환기에 포함된 2개 이상의 전극 쌍으로부터 하나 이상의 전극 쌍을 선택하여 사운드를 생성하는 것은 주파수들의 서브세트에 기초하여 2개 이상의 전극 쌍으로부터 전극 쌍의 서브세트를 선택하는 것을 포함한다. 사운드를 출력할 주파수들의 범위로부터 주파수들의 서브세트를 결정하는 것은 사운드를 출력할 주파수들의 범위로부터 고주파수 범위 서브세트를 결정하는 것을 포함할 수 있다. 주파수들의 서브세트에 기초하여, 2개 이상의 전극 쌍으로부터 전극 쌍의 서브세트를 결정하는 것은 결정된 고주파수 범위 서브세트에 기초하여 2개 이상의 전극 쌍으로부터 하나의 전극 쌍을 선택하는 것을 포함할 수 있다. 결정된 고주파수 범위 서브세트에 기초하여, 2개 이상의 전극 쌍들로부터 하나의 전극 쌍을 선택하는 것은, 결정된 고주파수 범위 서브세트에 기초하여, a) 압전 변환기에 고정적으로 연결되고, b) 부하에 연결되고, c) 압전 변환기로부터 부하로 힘을 전달하는 지지대에 가장 가까운 특정 전극 쌍을 선택하는 것을 포함할 수 있다. 이 방법은 주파수들의 범위로부터, 사운드와 다른 사운드인 제2 사운드를 출력할 중간 주파수 범위 서브세트를 결정하는 단계; 결정된 중간 주파수 범위 서브세트에 기초하여, 압전 변환기에 포함된 3개 이상의 전극 쌍으로부터 2개 이상의 특정 전극 쌍을 선택하는 단계 -3개 이상의 전극 쌍은 2개 이상의 전극 쌍을 포함함-; 그리고 3개 이상의 전극 쌍 각각에 연결된 구동 모듈에 의해, 선택된 2개 이상의 전극 쌍 각각에 전류를 제공하여 압전 변환기가 부하에 힘을 제공하여 부하가 중간 주파수 범위 서브세트 내에서 제2 사운드를 생성하게 하는 단계를 포함한다.
일부 구현에서, 주파수들의 서브세트에 기초하여, 압전 변환기에 포함된 2개 이상의 전극 쌍으로부터 하나 이상의 전극 쌍을 선택하여 사운드를 생성하는 단계는 주파수들의 서브세트에 기초하여 2개 이상의 전극 쌍 모두를 선택하는 단계를 포함할 수 있다. 사운드를 출력할 주파수들의 범위로부터 주파수들의 서브세트를 결정하는 것은 사운드를 출력할 주파수들의 범위로부터 저주파수 범위 서브세트를 결정하는 것을 포함할 수 있다. 주파수들의 서브세트에 기초하여, 2개 이상의 전극 쌍 전부를 결정하는 것은 결정된 저주파수 범위 서브세트에 기초하여 2개 이상의 전극 쌍 모두를 선택하는 것을 포함할 수 있다.
일부 구현들에서, 시스템은 부하(로드)를 포함한다. 시스템은 스마트폰을 포함할 수 있다. 부하는 예를 들어 컨텐츠를 제시하도록 구성된 스마트폰의 디스플레이일 수 있다. 디스플레이는 스마트폰을 조작하는 사용자에게 컨텐츠를 제공할 수 있다. 분산 모드 라우드스피커는 압전 변환기에 고정적으로 연결된 지지부(지지대)를 포함할 수 있으며, 이는 부하에 연결될 때 압전 변환기에 의해 생성된 힘의 적어도 일부를 부하로 전달한다. 2개 이상의 전극 쌍으로부터의 적어도 일부 전극 쌍은 공통 접지를 공유하고 별도의 접지를 가질 수 있다. 일부 전극 쌍은 공통 접지를 공유할 수 있고 일부 전극 쌍은 별도의 접지를 가질 수 있다. 2개 이상의 전극 쌍으로부터의 각각의 전극 쌍은 별도의 접지를 가질 수 있다. 층은 세라믹일 수 있다.
다른 장점들 중에서도 아래에 설명된 시스템 및 방법은 분산 모드 라우드스피커 전력 사용을 감소시키고, 분산 모드 라우드스피커에서 임피던스를 증가시키고, 분산 모드 라우드 스피커에서 커패시턴스를 감소시키거나, 이들 중 둘 이상의 조합을 가질 수 있다.
개시된 시스템 및 방법의 장점은, 예를 들어, 원하는 레벨의 성능을 달성하면서 더 높은 주파수에서 동작하는 동안 분산 모드 라우드스피커에 의한 전류 사용을 감소시키는 것을 포함할 수 있다. 다른 장점은, 예를 들어, 원하는 레벨의 성능을 달성하면서 더 높은 주파수에서 동작하는 동안 분산 모드 라우드스피커에 의한 전력 또는 에너지 또는 전압 사용을 감소시키는 것을 포함할 수 있다. 추가적인 장점은 주어진 총인가 전압에 대해 DML에 의해 생성된 총 힘을 증가시키는 것을 포함할 수 있다. 변환기의 관성 에너지를 효율적으로 사용하는 것도 고려된다.
본 명세서에서 설명된 요지의 하나 이상의 구현의 세부 사항은 첨부 도면 및 이하의 설명에서 설명된다. 본 요지의 다른 특징, 양태 및 이점은 상세한 설명, 도면 및 청구 범위로부터 명백해질 것이다.
도 1a 내지 도 1c는 분산 모드 라우드스피커를 포함하는 예시적인 장치를 도시한다.
도 2a-2c는 출력 주파수 서브세트에 기초하여 변환기(트랜스듀서) 층을 작동시키기 위해 전극 쌍을 개별적으로 활성화시키는 분산 모드 라우드스피커를 도시한다.
도 3은 압전 변환기에 포함된 2개 이상의 전극 쌍의 서브세트에 전류를 제공하기 위한 프로세스의 흐름도이다.
도 4a-4b는 2개의 상이한 음향 출력 주파수에서의 분산 모드 라우드스피커의 개략도이다.
도 5a는 출력 음향 주파수의 함수로서 분산 모드 라우드스피커(DML)에 의해 생성된 힘(볼트 당)의 총 진폭의 시뮬레이션 플롯이다.
도 5b는 출력 음향 주파수의 함수로서 도 5a의 DML에 대한 각 전극 쌍에 의해 개별적으로 생성된 힘의 진폭의 시뮬레이션 플롯이다.
도 6은 출력 음향 주파수의 함수로서 도 5a 및 5b에서 모델링된 DML의 각 전극 쌍의 상대 위상의 시뮬레이션 플롯이다.
도 7은 DML의 각 전극 쌍에 대해 상이한 입력 전압을 선택하는 프로세스의 흐름도이다.
도 8a 및 도 8b는 출력 주파수의 함수로서 DML에서 각각의 전극 쌍에 대한 입력 전압의 실수 부 및 허수 부의 시뮬레이션된 플롯이다.
도 9a-9b는 음향 출력 주파수의 함수로서 DML에 대한 각각의 시뮬레이션된 총 힘 출력 및 전류 소모(draw)의 플롯이다.
도 10a는 2개의 전극 쌍을 갖는 DML의 개략도이다.
도 10b는 2-섹션 압전 변환기의 모멘트 다이어그램이다.
도 11a 내지 11b는 주파수의 함수로서 2개의 전극 쌍을 갖는 DML에 의해 생성된 전압 및 전류 당 총 힘의 플롯이다.
다양한 도면에서 유사한 참조 번호 및 명칭은 유사한 요소를 나타낸다.
도 1a-c는 분산 모드 라우드스피커(102)를 포함하는 예시적인 장치(100)를 도시한다. 스마트폰 또는 다른 유형의 컴퓨터와 같은 장치(100)는 도 1c 도시된 분산 모드 라우드스피커(102)를 사용하여 사운드를 생성한다. 사운드는 전화 대화, 음악, 오디오 스트림, 비디오 사운드 또는 게임 사운드와 같은 모든 유형의 사운드일 수 있다.
분산 모드 라우드스피커(102)는 (예를 들어, 벤딩 웨이브를 통해) 진동하고 음파를 발생시키는 패널(104)을 포함한다. 패널(104)은 음파를 생성할 수 있는 장치(100)에 포함된 임의의 적절한 패널일 수 있다. 예를 들어, 패널(104)은 장치(디바이스)(100)에 포함된 디스플레이 패널일 수 있다. 디스플레이 패널은 터치 스크린 또는 임의의 다른 적절한 유형의 디스플레이를 포함할 수 있다.
패널(104)은 도 1b-c에 도시된 바와 같이, 압전 변환기(108)(또는 DMA)로부터의 힘을 패널(104)로 전달하는 지지대(106)에 연결된다. 패널(104)은 지지대(106)에 견고하게 연결되어 지지대(106)가 패널(104)에 힘을 효율적으로 전달할 수 있다. 일부 구현들에서, 패널(104)은 장치(100)의 제조 동안 지지대(106)에 제거 가능하게 연결될 수 있으며, 예를 들어, 지지대(지지부)(106)는 패널(104)로부터 분리될 수 있다. 일부 예에서, 패널(104)은 지지대(106)에 고정적으로 연결될 수 있으며, 예를 들어, 지지대(106)는 패널(104)로부터 지지대(106)를 제거하기 위해 손상을 주지 않으면서 패널(104)에 영구적으로 고정되도록 의도된다.
일부 구현들에서, 다른 컴포넌트는 패널(104)과 지지대(106) 사이의 연결부의 일부일 수 있다. 예를 들어, 지지대(106)는 패널(104)에 견고하게 연결되는 섀시에 견고하게 연결될 수 있다.
압전 변환기(108)는 일단이 캔틸레버-타입 구조(예를 들어, 변환기의 반대쪽 단부가 지지대(106)에 연결되어 있지 않아 진동이 없는 곳)로 지지대(106)에 연결되어, 압전 변환기(108)에 의해 발생된 힘의 적어도 일부를 압전 변환기(108)로부터 지지대(106)를 통해 패널(104)로 전달한다. 압전 변환기(108)는 지지대(106)에 견고하게 연결되어, 압전 변환기(108)는 힘을 지지대(106)로 효율적으로 전달할 수 있다. 일부 예에서, 압전 변환기(108)는 지지대(106)에 고정 연결되어, 예를 들어, 지지대(106)에 영구적으로 고정되어 제거가 지지대(106), 압전 변환기(108) 또는 둘 다를 손상시킬 수 있다. 압전 변환기(108)는 예를 들어, 압전 변환기(108)가 손상을 발생시키지 않고 지지대(106)로부터 분리될 수 있도록 지지대(106)에 제거 가능하게 연결될 수 있다.
압전 변환기(108)는 분산 모드 라우드스피커(102)에 포함된 구동 모듈로부터의 신호 수신에 응답하여 액추에이팅(actuating)함으로써 힘을 발생시킨다. 예를 들어, 압전 변환기(108)는 복수의 전극 쌍(110-114)을 포함하고, 이들 각각은 구동 모듈에 연결되어 해당 전극 쌍(110-114)이 구동 모듈로부터 활성화 신호, 예를 들어 전류를 수신하게 한다. 전극 쌍(110-114)이 구동 모듈로부터 신호를 수신할 때, 전극 쌍(110-114)은 압전 변환기(108)의 압전 재료의 층(116)의 적어도 일부에 걸쳐 전계를 생성한다. 전계(전기장)는 압전 재료의 치수에 물리적 변화를 야기하고, 액추에이터의 관련 변위는 힘을 발생시킨다.
전극 쌍들(110-114)은 임의의 적절한 방식으로 층(116)에 연결될 수 있다. 예를 들어, 전극 쌍들(110-114)은 제조 동안, 예를 들어 증착 및 패터닝 프로세스를 통해 층(116)에 고정적으로 연결될 수 있다. 전극 쌍(110-114)은 별도의 접지를 포함할 수 있다. 예를 들어, 전극들(110a, 112a 및 114a)은 각각 대응하는 접지 전극(110b, 112b 및 114b)을 갖는 양극일 수 있다. 압전 변환기(108)는 양극 및 접지 전극의 임의의 적절한 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전극들(110a, 112b 및 114b)은 양극(positive electrodes)일 수 있고 다른 전극들(110b, 112a 및 114a)은 접지 전극일 수 있다. 일부 예에서, 전극 쌍(110-114)은 공통 접지를 포함할 수 있다. 예를 들어, 전극들(110a, 112a 및 114a)은 양극일 수 있고 전극들(110b, 112b 및 114b)은 단일 공통 접지 전극일 수 있다.
층(116)은 임의의 적절한 유형의 압전 재료일 수 있다. 예를 들어, 층(116)은 세라믹 또는 결정질 압전 재료일 수 있다. 세라믹 압전 재료의 예는 예를 들어 바륨 티타네이트, 납 지르코늄 티타네이트, 비스무트 페라이트, 니오베이트 나트륨 등을 포함한다. 결정질 압전 물질의 예는 토파즈, 납 티타네이트, 리튬 니오베이트 및 리튬 탄탈라이트를 포함한다.
전극 쌍(110-114)은 임의의 적절한 전기 전도성 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 전극은 니켈, 구리 또는 은과 같은 금속 또는 전기 전도성 중합체일 수 있다.
전극 쌍들(110-114)에 의한 층(116)의 액추에이션(actuation)은 층(116)의 큰 표면에 수직인 수직 방향(118)으로 층(116)의 일부의 이동일 수 있다. 층(116)의 상이한 부분은 구동 모듈로부터 신호를 수신하는 전극 쌍(110-114)에 따라 개별적으로 액추에이팅한다. 예를 들어, 제1 전극 쌍(110a-b)이 구동 모듈로부터 신호를 수신하면, 제1 전극 쌍(110a-b)은 주로 지지대(106)에 가장 근접하고 제1 전극 쌍(110a-b)에 연결된 층(116)의 일부가 액추에이팅하게 할 수 있다. 제2 전극 쌍(112a-b)이 구동 모듈로부터 신호를 수신하면, 제2 전극 쌍(112a-b)은 주로 제2 전극 쌍(112a-b)에 연결된 층(116)의 중간 부분이 액추에이팅되게 할 수 있다. 제3 전극 쌍(114a-b)이 구동 모듈로부터 신호를 수신하면, 제3 전극 쌍(114a-b)은 주로 지지대(106)로부터 가장 멀리 떨어져 있고 제3 전극 쌍(114a-b)에 연결된 층(116)의 단부가 액추에이팅되게 할 수 있다.
일부 구현에서, 다양한 전극 쌍들(110-114)은, 층(116)의 인접한 부분은 또한 전극 쌍이 연결된 층(116)의 각각의 부분보다 적은 정도로 액추에이팅할 수 있기 때문에, 주로 신호 수신에 응답하여 층(116)의 각각의 부분이 액추에이팅하게 한다. 예를 들어, 제1 전극 쌍(110a-b)이 구동 모듈로부터 신호를 수신할 때, 제1 전극 쌍(110a-b)은 주로 제1 전극 쌍(110a-b)에 연결된 층(116)의 일부가 액추에이팅하여 힘을 생성하게 하고, 또한, 제2 전극 쌍(112a-b)에 연결된 층(116)의 일부의 부분이 액추에이팅될 수 있다.
분산 모드 라우드스피커(102)는 층(116)의 상이한 부분들의 개별적인 선택, 통전 또는 둘 다를 허용하기 위해 다수의 전극을 포함한다. 예를 들어, 분산 모드 라우드스피커(102)는 전력 소비를 감소시키기 위해, 또는 특정 주파수에서 사운드의 더 나은 재생을 위해 전극의 일부를 선택적으로 활성화시킬 수 있다.
도 2a-c는 출력 주파수 서브세트에 기초하여 변환기 층(204)을 액추에이팅시키기 위해 전극 쌍(202a-c)을 개별적으로 활성화(energizing)시키는 분산 모드 라우드스피커(200)를 도시한다. 분산 모드 라우드스피커(200)는 도 1을 참조하여 설명된 분산 모드 라우드스피커(102)의 예일 수 있다. 전극 쌍들(202a-c)은 전극 쌍들(110-114)에 대응할 수 있다. 변환기 층(204)은 층(116)에 대응할 수 있다. 지지대(208)는 지지대(106)에 대응할 수 있다.
분배 모드 라우드스피커(200)에 포함된 구동 모듈(206)은 도 2a에 도시된 바와 같이 고주파 사운드를 생성할 때 전극 쌍(202a-c) 중 일부에만 에너지를 공급(활성화)할 수 있다. 일부 예에서, 구동 모듈(206)은 고주파 사운드 생성을 위해 제1 전극 쌍(202a)에 에너지를 공급(활성화)할 수 있다. 제1 전극 쌍(202)은 전극(202a-c) 및 변환기 층(204)을 포함하는 압전 변환기가 연결된 지지대에 가장 근접할 수 있다. 구동 모듈(206)은 사운드를 생성할 때 전력 소비를 감소시키기 위해 전극 쌍(202a-c) 중 일부만을 활성화(에너지를 공급)시킬 수 있다.
구동 모듈(206)은 도 2b에 도시된 바와 같이 다수의 전극 쌍(202a-b)에 에너지를 공급하여 중간 주파수 사운드를 생성할 수 있다. 다수의 전극 쌍(202ab)은 둘 이상의 전극 쌍을 포함할 수 있다. 다수의(다중) 전극 쌍(202a-b)은 분산 모드 라우드스피커(200)에 포함된 모든 전극 쌍(202a-c)보다 적은 수를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 구동 모듈(206)은 중간 주파수 사운드를 생성하기 위해, 인접 전극 쌍, 예를 들어, 지지대에 가장 가까운 2개의 전극 쌍(202a-b) 또는 지지대(208)로부터 가장 먼 2개의 전극 쌍(202b-c)을 선택하여 활성화시킬 수 있다. 일부 예에서, 구동 모듈(206)은 서로 인접하지 않은 2개의 전극 쌍, 예를 들어 제1 전극 쌍(202a) 및 제3 전극 쌍(202c)을 선택하여 활성화시킬 수 있다.
구동 모듈(206)은도 2c에 도시된 바와 같이 다수의 전극 쌍(202a-c)에 에너지를 공급하여 저주파수 사운드를 생성할 수 있다. 다수의 전극 쌍(202a-c)은 3개 이상의 전극 쌍을 포함할 수 있다. 예를 들어, 구동 모듈(206)은 분산 모드 라우드스피커(200)에 포함된 모든 전극 쌍(202a-c)을 선택하여 활성화시켜 저주파수 사운드를 생성할 수 있다. 구동 모듈(206)은 예를 들어 더 넓은 범위의 저주파 사운드를 재생하기 위해 분산 모드 라우드스피커(200)에 의한 저주파 사운드의 보다 정확한 재생을 위해 다수의 전극 쌍(202a-c)을 선택할 수 있다.
도 3은 압전 변환기에 포함된 2개 이상의 전극 쌍의 서브세트에 전류 또는 전압을 제공하기 위한 프로세스(300)의 흐름도이다. 예를 들어, 프로세스(300)는 장치(디바이스)(100)로부터의 분산 모드 라우드스피커(102)에 의해 사용될 수 있다.
분산 모드 라우드스피커는 출력할 사운드를 식별하는 입력을 수신한다(302). 예를 들어, 분산 모드 라우드스피커에 포함된 구동 모듈 또는 제어기는 출력할 사운드를 식별하는 신호를 수신할 수 있다. 신호는 스피커, 분산 모드 라우드스피커 또는 둘 다에 적합한 유형의 신호일 수 있다. 구동 모듈 또는 제어기는 장치상에서 실행되는 애플리케이션, 예를 들어 스마트폰상의 전화 또는 음악 애플리케이션으로부터 입력을 수신할 수 있다. 구동 모듈은 분산 모드 라우드스피커에서 제어기와 동일한 컴포넌트일 수 있다. 일부 예에서, 구동 모듈은 분산 모드 라우드스피커에서 제어기와 다른 컴포넌트일 수 있다.
분산 모드 라우드스피커는 주파수들의 범위 내에서 음파를 생성하도록 구성된다. 예를 들어, 분배 모드 라우드스피커에 모두 포함되는 패널, 지지대 및 압전 변환기에 대한 구성 파라미터를 잠재적으로 포함할 수 있는 분배 모드 라우드스피커의 제조 설계는 분산 모드 라우드스피커가 사운드를 생성할 수 있는 주파수들의 범위에 대응할 수 있다.
분산 모드 라우드스피커는 사운드를 출력할 주파수들의 서브세트를 결정한다(304). 주파수들의 서브세트는 분산 모드 라우드스피커가 사운드를 생성할 수 있는 주파수들의 범위로부터의 주파수들의 서브세트(주파수 서브세트)이다. 주파수들의 서브세트는 분산 모드 라우드스피커가 사운드를 생성할 수 있는 주파수들의 범위의 적절한 서브세트일 수 있다. 구동 모듈 또는 제어기는 신호의 데이터를 사용하여 주파수들의 서브세트를 결정할 수 있다. 예를 들어, 구동 모듈 또는 제어기는 신호가 사운드를 출력할 주파수들의 서브 세트를 식별한다고 결정할 수 있다.
분산 모드 라우드스피커는 주파수들의 서브세트에 기초하여, 압전 변환기에 포함된 2개 이상의 전극 쌍으로부터 하나 이상의 전극 쌍을 선택하여 사운드를 생성한다(306). 구동 모듈 또는 제어기는 임의의 적절한 방법을 사용하여 주파수들의 서브세트에 기초하여 하나 이상의 전극 쌍을 선택할 수 있다. 일부 예에서, 구동 모듈 또는 제어기는 주파수들의 서브세트에 대해, 사운드를 생성하기 위해 활성화할 다수의 전극 쌍, 또는 활성화할 전극 쌍을 위한 식별자, 또는 둘 다를 출력하는 알고리즘을 사용할 수 있다. 예를 들어, 구동 모듈 또는 제어기는 압전 변환기에 포함된 2개 이상의 전극 쌍으로부터 하나 이상의 전극 쌍을 선택할 때 주파수들의 범위로부터 입력 값으로 주파수 서브세트 범위의 맵핑을 사용할 수 있다.
일부 예에서, 제어기가 구동 모듈과 다른 컴포넌트이고 주파수들의 서브세트를 결정할 때, 제어기는 주파수들의 서브세트에 대한 데이터를 구동 모듈에 제공한다. 예를 들어, 제어기는 사운드를 출력할 주파수들의 서브세트를 결정하고 그리고 주파수들의 서브세트에 대한 데이터를 구동 모듈에 제공한다. 주파수들의 서브세트에 대한 데이터는 주파수들의 서브세트를 식별하는 데이터, 예를 들어 주파수들의 서브세트에 대한 수치 값을 나타내는 데이터일 수 있다. 주파수들의 서브세트에 대한 데이터를 수신하는 것에 응답하여, 구동 모듈은 주파수들의 서브세트에 대한 데이터를 사용하여 압전 변환기에 포함된 하나 이상의 전극 쌍을 선택하여 사운드를 생성한다.
분산 모드 라우드스피커에는 압전 변환기가 포함되어 있다. 분산 모드 라우드스피커는 2개 이상의 임의의 적절한 수의 전극 쌍을 포함할 수 있다. 예를 들어, 분산 모드 라우드스피커는 2, 3, 4, 5, 6 또는 9개의 전극 쌍을 포함할 수 있다.
분산 모드 라우드스피커는 구동 모듈을 사용하여 선택된 하나 이상의 전극 쌍 각각에 전류 또는 전압을 제공한다(308). 예를 들어, 구동 모듈은 선택된 하나 이상의 전극 쌍으로부터 양극에 전류를 제공한다. 전극 쌍 중 적어도 일부가 공통 접지를 공유할 때, 구동 모듈은 전극 쌍들 중 하나로부터의 개별 양극에 입력 전류를 제공하고, 분산 모드 라우드스피커는 공통 접지를 통해 전극 쌍으로부터 출력 전류를 수신한다. 전극 쌍에 별도의 접지 전극이 있을 때, 분산 모드 라우드스피커는 선택된 하나 이상의 전극 쌍으로부터 별도의 양극에 입력 전류를 제공하는 것에 기초하여, 선택된 하나 이상의 전극 쌍으로부터 개별 접지 전극으로부터의 출력 전류를 수신한다.
분산 모드 라우드스피커는, 선택된 하나 이상의 전극 쌍을 사용하여 압전 변환기로, 부하에 제공될 때 부하가 주파수들의 서브세트 내에서 사운드를 생성하게 하는 힘을 발생시킨다(310). 예를 들어, 전극 쌍에 의한 전류의 수신은 압전 변환기에 포함된 층이 액추에이팅하여 힘을 생성하게 한다. 분산 모드 라우드스피커에 포함된 지지대는 압전 변환기로부터 패널로 힘 또는 힘의 적어도 일부를 전달할 수 있다. 패널이 힘 또는 힘의 일부를 수신하면 패널이 진동하여 입력에 의해 식별되는 사운드를 생성한다.
일부 구현들에서, 프로세스(300)는 추가 단계들, 더 적은 단계들을 포함할 수 있거나, 일부 단계들은 다수의 단계들로 분할될 수 있다. 예를 들어, 분산 모드 라우드스피커는 사운드를 출력할 주파수들의 서브세트를 결정하고 하나 이상의 전극 쌍을 선택하여 프로세스(300)의 다른 단계를 수행하지 않고 사운드를 생성한다. 일부 예들에서, 분산 모드 라우드스피커는 프로세스(300)의 다른 단계들을 수행하지 않고 단계 304, 306 및 308을 수행할 수 있다.
프로세스(300)의 단계들 중 하나 이상은 프로세스(300)의 이전 단계에 응답하여 자동으로 수행될 수 있다. 예를 들어, 분산 모드 라우드스피커는 입력의 수신에 응답하여 주파수들의 서브세트를 결정할 수 있다. 분산 모드 라우드스피커는 주파수들의 서브 세트를 결정하는 것에 응답하여 압전 변환기에 포함된 2개 이상의 전극 쌍으로부터 하나 이상의 전극 쌍을 선택할 수 있다. 구동 모듈은 하나 이상의 전극 쌍을 선택하는 것에 응답하여 상기 선택된 하나 이상의 전극 쌍 각각에 전류를 제공할 수 있다. 압전 변환기는 구동 모듈로부터 전류를 수신하는 것에 응답하여 힘(force)을 발생시킬 수 있다.
일반적으로, 음향 출력 주파수의 함수로서 각 전극 쌍에 대한 구동 전압의 신중한(judicious) 선택에 의해 DML의 효율이 향상(예를 들어, 최적화)될 수 있다. 예를 들어, 도 4a 및 4b에 도시된 바와 같이, 분산 모드 라우드스피커(또는 DML)(400)는 변환기 층(416)의 3개의 상이한 부분에 에너지를 공급(활성화)하기 위한 전극 쌍(401a-b, 402a-b 및 403a-b)을 갖는다. 교류 전압이 전극 쌍(예를 들어, 401a-b, 402a-b 및 403a-b)에 인가될 때, 그 전극 쌍에 대응하는 변환기 층(416)의 일부는 인가된 전압의 주파수와 동일한 주파수로 이동하도록 활성화(에너지를 공급받음)된다. 기계적 커플링으로 인해 변환기의 다른 부분도 이동할 것이다.
변환기 층(416)은 지지대(406)를 통해 패널(또는 부하)(404)에 연결된 변환기(또는 DMA)(408)의 일부이다. 분산 모드 라우드스피커(400)는 도 1을 참조하여 설명된 분산 모드 라우드스피커(102)의 예일 수 있다. 전극 쌍(401a-b, 402a-b 및 403a-b)은 전극 쌍(110-114)에 대응할 수 있다. 변환기 층(416)은 변환기 층(116)에 대응할 수 있다. 지지대(406) 및 패널(404)은 지지대(106) 및 패널(104)에 대응할 수 있다.
일반적으로, 변환기 층(416)의 출력 음향 주파수 및 기하학적 구조에 따라, z- 방향(예를 들어, 진동 프로파일)에서 변환기 층(416) 부분의 상대 변위 및 속도는 층의 길이를 따라 변한다. 따라서, 변환기 층의 다른 부분은 출력 주파수에 따라 서로 "동위상(in phase)" 또는 "비동위상(out of phase)"으로 이동할 수 있다.
도 4a 내지 4b는 각각 더 낮은 출력 주파수 및 더 높은 출력 주파수에 대한 변환기 층(416)의 순간 이동의 단순화된 예를 도시함으로써 원리를 도시한다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 더 낮은 출력 음향 주파수(예를 들어, 4 kHz 미만)에서, 변환기 층(416)의 대부분의 부분, 즉 전극 쌍(401a-b, 402a-b 및 403a-b)은 z-방향에서 "동위상(in phase)"으로 이동한다. 다시 말해서, 변환기 층(416)의 부분들은 모두 z-방향에서 동일한 속도 방향을 갖는다. 도 4a는 변환기 층(416)의 일부가 모두 동시에 아래쪽으로 이동하는 경우의 스냅 샷을 도시한다. 그러나, 더 높은 출력 주파수(예를 들어, 4kHz 초과)에서,
다른 전극 쌍들(401a-b, 402a-b, 403a-b)에 대응하는 변환기 층(416)의 다른 부분들 (x 축을 따라)은 도 4b에 도시된 바와 같이 z-방향에서 다른 "위상"으로 이동한다. 예를 들어, 전극 쌍(401a-b)에 대응하는 변환기 층(416)의 부분이 위쪽으로 이동하는 동안, 전극 쌍(402a-b, 403a-b)에 대응하는 부분은 아래쪽으로 이동하고 있다. 변환기 층(416)에서 상이한 모드의 액션으로 인해 더 높은 출력 주파수가 이러한 비동위상(out of phase) 모션을 초래할 수 있는 것으로 여겨진다. 이러한 비동위상 모션은 도 4b에 도시된 바와 같이 변환기 층(416)의 일부가 층의 나머지의 주요(1차)(primary)(또는 의도된) 액션에 대해 작용하고 및/또는 주요(또는 의도된) 액션에 기여하지 않을 수 있다. "1차 액션"은 변환기 층(416)의 평균 운동량 또는 속도를 지칭한다.
변환기 층(416)의 일부가 층의 나머지(예를 들어, 전극 쌍(401a-b)에 대응하는 변환기 층(416)의 부분)의 1차 모션의 의도된 방향과 반대 방향으로 이동하는 경우, 예를 들어, 더 높은 출력 주파수의 경우, 층의 해당 부분에 에너지를 공급하기 위해 전극 쌍에 인가된 전압은 원하는 음향 출력에 기여하지 않을 수 있다. 효율은 그 전극에 인가된 전압을 끄거나 반대 극성의 전압을 인가하면 변환기 층(416)의 주요 액션으로 "비동위상" 부분으로 이동하는 것에 의해 낭비되는 에너지를 감소시킬 수 있다는 것을 지시할 수 있다. 대안적인 또는 추가의 경험적 접근방법에서, 입력 전압은 활성화 또는 힘이 압전 층의 변위와 위상이 다른 전극 쌍에 대응하는 변환기상의 그 위치에서 압전 응답의 활성화(예를 들어, 인가된 전압으로 인한 압전력)를 줄이기 위해 선택될 수 있다. 다시 말해서, 그 위치에 가해지는 힘의 반대 방향으로(또는 "비동위상"으로) 이동하는 경우 전압 입력을 줄일 수 있다. 실시 예들에서, 입력 전압은 압전 층의 변위와 그 위치(변환기상의 위치)에서의 활성화 또는 힘이 위상이 다른(비동위상인) 전극 쌍에 대응하는 변환기상의 위치에서 압전 응답(예를 들어, 인가된 전압으로 인한 압전력)의 활성화를 최소화하도록 선택될 수 있다.
따라서, 일반적으로 변환기 층(416)의 일부가 "비동위상"으로 이동하는 출력 주파수에서(예를 들어, 더 높은 출력 주파수에서), 단일 전압으로 전체 변환기를 구동하는 대신에 상이한 전극 쌍(401a-b, 402a-b, 403a-b)에 인가된 상이한 전압으로 변환기 층(416)을 구동하는 것이 유리할 수 있다. 이 원리는 다른 출력 주파수 및 변환기 층 구조로 확장될 수 있다. 일부 실시 예에서, 상이한 출력 주파수에서 변환기의 진동 프로파일을 관찰하고 그에 따라 인가된 전압을 수정함으로써 최적화가 실험적으로 달성될 수 있다. 일부 실시 예에서, 최적화는 분석적으로 및/또는 최적화 알고리즘을 사용한 시뮬레이션을 통해 달성될 수 있다.
일반적으로, 각각의 전극 쌍(401a-b, 402a-b, 403a-b)은 변환기 층(416)에 걸쳐 커패시턴스를 생성한다. 예를 들어, 단일 전극 쌍으로부터 발생하는 커패시턴스는 100nF 내지 1000nF, 또는 200 내지 450nF (예를 들어, 430nF)일 수 있다. 커패시턴스는 3개의 전극에 걸쳐 부가적(예를 들어, 직렬)일 수 있다. 예를 들어, 변환기(408)의 총 커패시턴스(또는 전기 부하)는 300 nF 내지 3 μF, 또는 .75 내지 1.5 μF (예를 들어, 1.3 μF까지 추가)일 수 있다.
더 높은 출력 주파수에서, 변환기(408)의 더 높은 커패시턴스는 더 큰 전류 흐름을 요구할 수 있다. 예를 들어, 변환기(408)에 연결된 전자 증폭기는 공급 레일에 의해 제한되는 제어된 출력 전압을 생성할 수 있다. 변환기의 용량성 부하는 주파수에 반비례하는 전기 임피던스를 제공할 수 있다. 따라서, 증폭기에 의해 소비되는 전류는 주파수에 비례하여 증가할 수 있다. 일부 실시 예에서, 음향 출력 주파수의 함수로서 변환기 층의 전극 쌍에 대한 구동 전압의 신중한 선택의 이점은 더 높은 출력 주파수(예를 들어, 4 kHz 초과)에서 동작하는 동안 전류 흐름(또는 전류 소모)을 감소시키는 것을 포함할 수 있다.
특정 이론에 구애받지 않고, 음향 출력 주파수(f) 에서 부하(404)에 주어진 힘을 가하기 위해 변환기(408)에 의해 요구되는 무효 전력(Pr)은 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112020090515196-pct00001
여기서, C는 변환기(408)의 총 커패시턴스이고, V는 입력 전압이다. 수학식 1은 높은(higher) 출력 주파수(f)에서 높은 커패시턴스(C)가 소정의 힘을 생성하기 위해 높은 전력(Pr)을 필요로 한다는 것을 나타낸다. 일부 실시 예에서, 이점은 높은 주파수(예를 들어, 4 kHz 초과)에서 동작하는 동안 필요한 전력을 감소시키는 것을 포함할 수 있다. 전력(Pr) 및 전류(I)는 수학식 2와 관련이 있다.
Figure 112020090515196-pct00002
따라서, 전술한 바와 같이 전류 흐름을 감소시키는 것은 전력 소비를 감소시키는 것과 관련이 있다.
도 5a를 참조하면, 출력 음향 주파수의 함수로서 분산 모드 라우드스피커의 DMA(예를 들어, 변환기(408))에 의해 생성된 힘(볼트 당 힘)의 총 진폭의 시뮬레이션된 플롯이 도시되어 있다. 시뮬레이션에서, DMA는 동일한 면적의 3개의 전극 쌍(예를 들어, 401a-b, 402a-b, 403a-b)과 1.3μF의 총 커패시턴스(또는 전기 부하)를 가졌으며 모두 동일한 발진 입력 전압으로 구동되었다.
도 5b에 도시된 바와 같이, 도 5a의 DMA에 대한 출력 음향 주파수의 함수로서 각각의 전극 쌍 1, 2 및 3(예를 들어, 401a-b, 402a-b, 403a-b)에 의해 개별적으로 생성된 힘의 진폭이 도시되어있다. 플롯은 동일한 발진 입력 전압에서 구동될 때 각 전극 쌍의 출력 효율이 다를 수 있으며 출력 음향 주파수에 따라 달라질 수 있음을 보여준다. 예를 들어, 전극 쌍 1(예를 들어, 401a-b)은 낮은 음향 출력 주파수에서 다른 전극 쌍보다 더 높은 전력 출력을 생성하지만, 높은 음향 출력 주파수(예: 4kHz 이상)에서 동일한 전극은 다른 전극 쌍 2 및 3(예를 들어, 402a-b, 403a-b)보다 적은 전력 출력을 생성한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 출력 음향 주파수의 함수로서 도 5a-5b에서 모델링된 DMA의 각 전극 쌍(1, 2 및 3)의 상대 위상이 도시되어 있다. 전극 쌍(예를 들어, 401a-b, 402a-b, 403a-b)과 관련하여 사용된 "상대 위상(Relative Phase)"은 해당 쌍의 위치에서 변환기에 의해 부하(예: 404)에 전달되는 힘을 나타낸다. 예를 들어, 낮은(lower) 주파수에서 모든 힘 기여는 서로 동위상에 있다. 높은 주파수에서, 전극 쌍(1)으로부터의 기여는 180o의 위상차이다(즉, 반전).
도 6에 도시된 바와 같이, 4 kHz 출력 주파수를 초과하면, 전극 1의 위상은 전극 2 및 3의 위상과 반대가 된다. 다시 말해서, 전극 1은 변환기의 1차 액션에 대항하여 작용하고 있다(예를 들어, 반대 힘 및/또는 운동량 생성).
도 7을 참조하면, 일부 실시 예에서,
방법(700)은 DMA의 음향 주파수 출력에 따라 DMA(예를 들어, 408)의 각 전극 쌍(예를 들어, 401a-b, 402a-b, 403a-b)에 대해 상이한 입력 전압을 선택한다. 예를 들어, 선택은 DMA에 의해 생성된 총 힘의 증가 및/또는 주어진 출력 힘을 생성하기 위해 DMA에 의해 사용되는 감소된 전류(예를 들어, "전류 부하" 또는 "current draw")를 초래할 수 있다. 예를 들어, 프로세스(700)는 도 4a 및 4b에 도시된 분산 모드 라우드스피커(400)에 의해 사용될 수 있다.
분산 모드 라우드스피커는 출력할 사운드를 식별하는 입력을 수신한다(702). 예를 들어, 분산 모드 라우드스피커에 포함된 구동 모듈(예를 들어, 206) 또는 제어기는 출력할 사운드를 식별하는 신호를 수신할 수 있다. 신호는 스피커, 분산 모드 라우드스피커 또는 둘 다에 적합한 유형의 신호일 수 있다. 구동 모듈 또는 제어기는 장치(디바이스)상에서 실행되는 애플리케이션, 예를 들어 스마트폰상의 전화 또는 음악 애플리케이션으로부터 입력을 수신할 수 있다.
분배 모드 라우드스피커는 사운드를 출력할 주파수들의 서브세트를 결정한다(704). 주파수들의 서브세트는 분산 모드 라우드스피커가 사운드를 생성할 수 있는 주파수 범위(주파수들의 범위)의 주파수 서브세트(주파수들의 서브세트)이다. 구동 모듈 또는 제어기는 신호의 데이터를 사용하여 주파수 서브세트를 결정할 수 있다. 예를 들어, 구동 모듈 또는 제어기는 신호가 사운드를 출력할 주파수 서브세트를 식별한다고 결정할 수 있다.
일부 실시 예에서, 분산 모드 라우드스피커가 사운드를 생성할 수 있는 주파수 범위는 0kHz 내지 20kHz, 예를 들어, 20Hz 내지 10kHz, 또는 50Hz 내지 10kHz, 또는 200Hz 및 10kHz이다.
변환기의 일부의 위상차 동작(out of phase behavior)이 나타나기 시작하는 "낮은(lower)" 및 "높은(higher)" 주파수 사이의 전환은 모드 주파수에서 발생할 수 있다. 로우(low)(낮은) 기본 공진 주파수(예를 들어, 4 kHz)를 갖는 구현의 경우, 더 높은 차수 모드(예를 들어, 10 kHz)에서 오디오 대역 내에서 추가 전환이 있을 수 있다. 일부 실시 예에서, 사운드를 출력할 주파수 서브세트는 0 kHz 내지 4 kHz (예를 들어, "더 낮은(로우어)(lower) 주파수"), 또는 4 kHz 내지 10 kHz(예를 들어, "더 높은(하이어)(higher) 주파수") 이다. 일부 실시 예들에서, 더 낮은 주파수 서브세트는 4 kHz 내지 10 kHz이고, 더 높은 주파수 서브세트는 10 kHz 내지 20 kHz이다.
분산 모드 라우드스피커는, 주파수 서브세트를 위해, 변환기의 각 쌍의 상대 위치를 기반으로 2개 이상의 전극 쌍(예: 401a-b, 402a-b, 403a-b) 각각에 대한 각 입력 전압을 선택하며(706), 상기 2개 이상의 전극 쌍 중 적어도 2개에 대한 각각의 입력 전압은 상이하다.
일부 예에서, 구동 모듈 또는 제어기는 주파수 서브세트에 대해, 상이한 발진 입력 전압(예를 들어, 각각의 진폭 및 상대 위상을 갖는)을 각각의 전극 쌍에 출력하여 DMA의 각각의 부분을 활성화시키는 알고리즘을 사용할 수 있다. 일부 실시 예에서, 입력 전압은 주어진 총인가 전압에 대해 DMA에 의해 생성된 총 힘을 증가시키고 및/또는 주어진 힘을 적용하기 위해 DMA에 의해 사용되는 전류를 감소시키도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 상기 알고리즘은 그 전문이 본원에 참조로 포함된 미국 특허 제 9,041,662 호에 기술된 체계적인 최적화 알고리즘일 수 있다.
일부 실시 예에서, 전극 쌍에 대한 입력 전압은 발진 입력 전압이다. 일부 실시 예들에서, 입력 전압은 대응하는 진폭 및 대응하는 위상을 갖는다. 입력 전압의 진폭은 -15V와 + 15V 사이이다. 전압은 압전 층 두께에 의존할 수 있고, 인가된 전압의 한계는 전기장(전계) 세기, 예를 들어 500 kV/m로 특정될 수 있다. 입력 전압 범위의 위상은 -180o와 +180o 사이이다. 위상차는 -90o와 + 90o 사이이다.
대안적으로 또는 추가로, DMA상의 전극 쌍(예를 들어, 전극 쌍(401a-b))은 예를 들어 4kHz 초과의 주파수에서 DMA의 1차 액션으로 비동위상(out of phase)일 때 전원이 공급되지 않을 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, DMA상의 전극 쌍(예: 전극 쌍(401a-b))은 DMA의 1차 액션의 위상을 벗어나서(비동위상), 예를 들어 4 kHz 이상의 주파수에서 다른 전극 쌍(402a-b, 403a-b)의 입력 전압과 위상이 다른(비동위상) 발진 전압으로 활성화될 수 있다. 특정 이론에 구애받지 않고, 특정 주파수 서브세트에서 위상이 다른 전극 쌍(out-of-phase electrode pair)에 전원이 공급되지 않거나 다른 전압의 전압으로 전원을 공급하면 DML의 전류 소모를 줄일 수 있다.
일부 예에서, 도 3과 관련하여 상세히 설명된 바와 같이, 제어기가 구동 모듈과는 다른 컴포넌트이고 주파수 서브세트를 결정하면, 제어기는 주파수 서브세트에 대한 데이터를 구동 모듈에 제공한다.
분배 모드 라우드스피커는 구동 모듈을 사용하여 변환기가 출력 주파수 범위 내에서 부하에 진동력을 발생시키도록 구동 모듈을 사용하여 각각의 입력 전압을 2개 이상의 전극 쌍 각각에 인가한다(708). 부하에 제공될 때 진동력은 부하가 주파수 서브세트 내에서 사운드를 생성하게 한다.
일부 구현들에서, 프로세스(700)는 추가 단계들, 더 적은 단계들을 포함할 수 있거나, 일부 단계들은 다수의 단계들로 분할될 수 있다.
도 8a-8b에 도시된 바와 같이, 미국 특허 제 9,041,662 호에 기술된 체계적인 최적화 알고리즘은 DML에 의한 전류 인출을 감소시키고 및/또는 DML에 의해 생성된 힘을 증가시키기 위해 DML(예를 들어, 400)의 각 동일한 크기의 전극(1-3)(예를 들어, 401a-b, 402a-b, 403a-b 쌍에 대응)에 대한 발진 입력 전압을 선택하기 위해 사용되었다. 일반적으로, 미국 특허 제9,041,662 호에 기술된 알고리즘은 입력“전력”이 일정하게 유지되어야 한다는 제약 내에서 목표 응답을 최대화하거나 최소화하는 데 사용될 수 있다. 도 8a-8b에 도시된 예에서, 목표 응답은 힘이고, 입력은 전압이었다. 비교 목적으로, 3개의 전극 쌍에 대한 전압은 그들의 진폭(또는 크기) 합이 제곱이되도록 정규화되었다. 도 8a에서, 각각각의 전극(1-3)(예: 쌍 401a-b, 402a-b, 403a-b에 해당)에 대한 이득으로 표현된 입력 전압의 실제 부분(Vr)은 출력 주파수의 함수로서 도시된다. 도 8b에서, 각각의 전극(1-3)(예를 들어, 쌍들(401a-b, 402a-b, 403a-b)에 대응)에 대한 이득으로 표현된 입력 전압의 가상 부분(imaginary part)(Vim)은 출력 주파수의 함수로서 도시된다. 알고리즘으로 인해 전체 전력 이득(게인)이 일치한다. 이 이득은 음악과 같은 모든 입력 신호에 동시에 적용될 수 있다.
도 8a 내지 8b에 도시한 바와 같이, 상이한 전압이 각각의 전극에 인가되었고, 전압 입력은 DML의 출력 주파수(예를 들어, 400)에 의존 하였다. 주어진 주파수에서 각 전극 쌍에 적용되는 전압의 진폭(또는 크기)은
Figure 112020090515196-pct00003
이고 상대 위상 θ은
Figure 112020090515196-pct00004
이다.
도 9a-9b는 음향 출력 주파수의 함수로서 각 전극 쌍에 대한 2 개의 전압 입력 세트 선택에 대해 시뮬레이션된 총 DML 힘 출력 및 전류 소모(current draw)을 각각 비교한다. 다시, 비교 목적으로, 3개의 전극 쌍에 대한 전압 세트는 그 합이 제곱이되도록 정규화되었다. 견고한 "최적화된(optimized)" 곡선은 도 8a 내지8b에 도시된 입력 전압을 3개의 전극 쌍 1-3에 적용한 결과였다. 점선 "등가(equal)" 곡선은 3개의 전극쌍 1-3 각각에 대해 동일한 동위상 정전압(예를 들어,
Figure 112020090515196-pct00005
각각의 크기)의 적용에 대응한다.
도 9a에 도시된 바와 같이, "최적화된" 전압 선택은 "등가" 곡선과 동일한 총 입력 전압 크기에 대해 모든 주파수에서 DMA에 대한 더 높은 출력을 초래했다. 도 9b를 참조하면, "최적화된" 전압 선택의 전류 소모는 "등가" 곡선보다 낮았으며, 특히 4 kHz 이상의 출력 주파수에서 더 낮았다. 다시 말해, "최적화된" 전압 선택을 갖는 DML은 3개의 전극 쌍 모두에 대해 동일한 정전압을 사용하는 DML보다 낮은 전류 소모로 더 높은 힘을 생성하는 데 더 효율적인 것으로 나타났다.
비록 도 4a-4b는 동일한 크기의 3개의 전극 쌍(401a-b, 402a-b, 403a-b)을 갖는 DMA(408)를 도시하지만, 다른 수의 전극 쌍 및/또는 상이한 크기의 전극이 고려된다. 일부 실시 예에서, 미국 특허 제 9,041,662 호에 기술된 것과 같은 체계적인 최적화 알고리즘은 DMA에 의해 생성된 총 힘을 증가시키고 및/또는 주어진 힘을 가하기 위해 DMA에 의해 사용되는 전류를 감소시키기 위해 전극 쌍의 수 및 전극 쌍의 위치 및 면적을 선택하는데 사용될 수 있다. 임의의 특정 이론에 구애받지 않고, 각 쌍이 별도의 전기 입력을 요구할 수 있으므로 DML에 비용과 복잡성을 가중시킬 수 있으므로 더 적은 전극 쌍을 사용하는 것이 유리할 수 있다.
도 10a에 도시된 바와 같이, 분산 모드 라우드스피커(또는 DML)(1000)는 변환기 층(1016)의 2개의 상이한 부분에 에너지를 공급(활성화)하기 위한 2개의 전극 쌍(1001a 및 1002a)을 갖는다. 변환기(트랜스듀서) 층(416)은 지지대(1006)를 통해 패널(또는 로드)에 연결된 변환기(또는 DMA)의 일부이다. 분산 모드 라우드스피커(1000)는 도 1을 참조하여 설명된 분산 모드 라우드스피커(102)의 예일 수 있지만 2개의 전극 쌍을 갖는다.
일부 실시 예에서, 전극 쌍(1001a 및 1002a)의 크기(예를 들어, 면적)는 동일하다. 일부 실시 예들에서, 전극 쌍들(1001a 및 1002a)은 크기가 동일하지 않다. 임의의 특정 이론에 구애받지 않고, 전극 쌍의 크기(면적)는 그 커패시턴스(용량)를 결정할 수 있다. 상술한 바와 같이, 커패시턴스가 높을수록 더 높은 전류 사용 및/또는 에너지 사용 요구량이 발생할 수 있다.
일부 실시 예에서, 전극 쌍(예를 들어, 1001a 및 1002a)의 크기가 다른 경우, 전극에 대한 입력 전압을 선택하는 방법은 전극 쌍의 상이한 커패시턴스를 고려할 수 있다.
일부 구체 예에서, 최적화 알고리즘(예를 들어, 미국 특허 번호 9,041,662에 설명됨)은 전극 쌍(예를 들어, 1001a 및 1002a)에 대한 입력 전압을 결정하여, (1) 전압 사용(예를 들어 주어진 총인가 전압에 대해 DMA에 의해 생성된 힘을 증가), (2) 전류 사용(예를 들어 주어진 힘을 가하기 위해 DMA에 의해 사용되는 전류를 감소), 또는 (3) 에너지 사용(예를 들어 주어진 힘을 가하기 위해 DMA에 의해 사용된 총 에너지를 감소(여기서 에너지는 전류에 전압을 곱한 것임)) 중 하나를 최적화하는 데 사용될 수 있다.
일부 실시 예에서, 최적화 알고리즘에 사용되는 정규화 기술은 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 것이 최적화되고 있는지에 의존한다. 전압 사용 최적화의 경우, 각 전극(i)에 적용된 전압(Vi)의 제곱의 합은
Figure 112020090515196-pct00006
과 같다. 전류 사용 최적화를 위해, 각 전극(i)의 커패시턴스(Ci)와 전압(Vi)의 합은
Figure 112020090515196-pct00007
과 같이 정규화된다. 에너지 사용 최적화의 경우, 정규화는
Figure 112020090515196-pct00008
과 같다. 일부 실시 예에서, 전극이 모두 동일한 커패시턴스(C)를 갖는 경우, 3개의 최적화 모두가 전극 쌍에 대해 동일한 비율의 입력 전압으로 이어질 수 있다.
일부 실시 예에서, 최적화는 또한 DMA 외부의 외부 전기 회로의 구성(예를 들어, DMA를 통합한 휴대 전화기의 증폭기의 와이어)을 고려할 수있다. 일부 실시 예들에서, 최적화는 또한 재정적 구현 비용을 고려할 수 있다.
일부 실시 예에서, 캔틸레버-타입 변환기(예를 들어, 416)의 모드 형상(형태) (예를 들어, 벤딩 응답 및/또는 관성)을 사용하여 변환기 상에 전극 쌍을 배치할 위치를 결정할 수 있다(예, 변환기의 전체 길이를 따라 위치한 연속 전극을 "분할(split)"하는 위치). 일부 실시 예에서, 변환기(트랜스듀서)는 출력 주파수에 따라 상이한 모드 형태를 갖는다. 이론에 구애없이, 모드 형태에 기초한 이러한 최적화는 변환기의 에너지를 보다 효율적으로 사용할 수 있게 한다.
도 10b을 참조하면, 2-섹션(two-section) 압전 변환기(1040)에 대한 모멘트도가 도시되어있다. 변환기(1040)의 2개의 섹션(2-섹션)(1011a 및 1012a)은 2개의 전극 쌍(예를 들어, 1001a 및 1002a)에 대응할 수 있다. 더 높은(하이어) 주파수에서, 섹션(1011a 및 1012a)은 반대 위상을 갖는다(예를 들어, 반대 방향으로 이동하는). 각각의 섹션(1011a 및 1012a)은 섹션(1011a)을 위한 그 단부(1020a 및 1020b), 섹션(1012a)을 위한 그 단부(1020c 및 1020d)에서 대향 모멘트를 제공한다. 각 단부의 벤딩 모멘트(bending moment)의 방향은 페이지 평면에 화살표로 표시된다. 2개의 섹션(1011a 및 1012a)은 위치(1032)에서 분할될 수 있다.
일부 실시 예에서, 위치(1032)는 변환기(1040)의 벤딩 모멘트의 로컬 최대치(local maximum)에서 선택될 수 있다. 이론에 구애없이, 2개의 섹션(1011a 및 1012a) 각각의 모멘트(1020b 및 1020c)가 동위상(in phase)이고 (예를 들어, 동일한 방향을 가짐) 서로 강화(reinforce)될 때 로컬 최대치가 발생한다.
일부 구현예에서, 변환기(1040)의 벤딩 모멘트의 로컬 최대치(maxima)를 결정하기 위해 분석 모델이 사용될 수 있다. 예를 들어, 변환기에서 정규화된 위치(ξ)의 함수로서 모드 형태 Y (예: z-축 변위)에 대한 공식은 수학식 3과 같다.
Figure 112020090515196-pct00009
여기서, ξ는 0과 1 사이이고, σ는 +/- 1을 지향하는 경향이 있으며, λ는 모드 번호(Mode number)(다른 모드 형태에 해당)에 따라 π/2의 홀수 배수(예: 3π/2, 5π/2 등)의 고유 값 승수(eigenvalue multiplier)이다. 이 수학식 3은 "Formulas for Natural Frequency and Mode Shape by Robert D. Blevins (ISBN: 9781575241845), p. 108"에서 적응된다.
벤딩 모멘트의 로컬 최대치는 Y의 2차 미분 값의 최대치를 구함으로써 도출 될 수 있다.
Figure 112020090515196-pct00010
Y''의 로컬 최대치( local maxima)(예를 들어, 안티노드(antinodes)) (예를 들어, 스플릿(분할)(1032)이 변환기(1040) 상에 위치될 수 있는 경우)은 대략 ξ가 N 번째 모드에 대해 1/N의 배수와 동일할 때 발생한다. 표 1은 처음 4개의 모드에 대한 ξ-3(ξ to 3) 소수 자리의 실제 값을 보여준다.
Figure 112020090515196-pct00011
이 분석 모델에 기초하여, 1/N 위치에서 변환기(1040)를 분할하는 것은 변환기의 모드-형태 역학 측면에서 최적에 가까운 것으로 보인다. 다시 말해, 변환기(1040)의 길이를 덮는 전극은 변환기(1040)의 길이의 대략 중간에서 분할되어 2개의 동일한 전극 쌍을 생성할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 변환기(1040)의 길이를 덮는 전극은 변환기(1040)의 길이의 대략 1/3 및 2/3에서 분할되어 3개의 동일한 전극 쌍을 생성할 수 있다.
도 11a을 참조하면, 2개의 전극 쌍(예를 들어, 1001a 및 1002a)을 갖는 DMA(예를 들어, 1000)에 의해 생성된 볼트 당 시뮬레이션된 총 힘이 주파수의 함수로서 도시되어있다.
점선 "등가" 곡선은 동일한 크기의 2개의 전극 쌍을 가진 DMA로 생성된 힘이다. 이론에 구해받지 않고, "등가" 곡선은 동일한 크기의 전극 쌍에 대해 동일한 곡선을 생성하기 때문에 전압 사용 또는 전류 사용 최적화를 나타낼 수 있다. 점선의 "전압 최적화(voltage optimized)" 및 "충전 최적화(charge optimized)" 곡선은 상기 분석 모델에 의해 규정된 바와 같이 전극 쌍이 0.529로 분할되는 DMA로 생성된 힘을 나타낸다. 최적화는 전술한 바와 같이 미국 특허 제 9,041,662 호에 기술된 최적화 알고리즘으로 수행되었다. 도 11a에서 3개의 곡선은 모두 대략 동일하다.
도 11b는 주파수의 함수로서 2개의 전극 쌍(예를 들어, 1001a 및 1002a)을 갖는 DMA(예를 들어, 1000)에 의한 총 전류를 도시한다. 곡선은 도 11a에서와 동일한 유형의 DMA 전극 분할에 대응한다. 다시 말하지만 모든 곡선은 거의 같다.
특정 이론에 구애받지 않고, 도 11a-11b의 결과는 전극을 동일한 부분으로 분할하면 분석 모델에서 찾은 정확한 값을 사용하는 것과 유사한 장점을 나타낸다. 이러한 유사성은 DMA가 단지 캔틸레버 빔이라는 사실에 기인할 수 있다.
상기 설명된 실시 예들은 빔형, 직사각형 DMA 형상을 고려했지만, 폭이 길이의 상당한 부분(예를 들어, 판형)인 장치도 고려된다. 예를 들어, 미국 특허 제 7,149,318 호에 도시된 바와 같이 직사각형 및 사다리꼴 형상이 본 명세서에 전체적으로 참조로 포함된다. 상기 분석 모델에 기초하여 전극을 쌍으로 분할하는 것에 관한 교시는 또한 그러한 다른 기하학적 구조와 직접적으로 유사하게 적용될 수 있다.
일부 구현에서, 분산 모드 러우드스피커가 스마트폰에 포함된 경우, 스마트폰은 디스플레이, 예를 들어 디스플레이 패널, 하나 이상의 프로세서 및 하나 이상의 메모리를 포함할 수 있다. 디스플레이는 분산 모드 라우드스피커가 사운드를 생성하기 위해 사용하는 부하일 수 있다. 일부 예에서, 스마트폰은 사운드를 생성할 때 분산 모드 라우드스피커가 사용할 디스플레이와 다른 부하를 포함할 수 있다.
메모리는 예를 들어 분산 모드 라우드스피커가 출력할 사운드를 식별하는 입력을 수신하는 애플리케이션에 대한 명령어를 저장할 수 있다. 하나 이상의 프로세서, 예를 들어 하나 이상의 애플리케이션 프로세서는 하나 이상의 메모리에 저장된 명령어를 사용하여 애플리케이션을 실행할 수 있다. 애플리케이션, 예를 들어 전화 애플리케이션 또는 음악 애플리케이션 또는 게임 애플리케이션의 실행 동안, 애플리케이션은 사용자에게 출력할 사운드를 결정할 수 있다. 애플리케이션은 분산 모드 라우드스피커에 사운드에 대한 데이터를 제공한다.
분산 모드 라우드스피커의 제어기 또는 구동 모듈은 사운드 데이터를 입력으로 수신한다. 제어기는 스마트폰에서 동일한 컴포넌트일 수 있다. 일부 예에서, 제어기는 스마트폰에서 구동 모듈과 다른 컴포넌트이다. 제어기, 구동 모듈 또는 이 둘의 조합은 사운드의 데이터를 사용하여 주파수 서브세트를 결정하고, 하나 이상의 전극 쌍을 선택하고, 그 선택된 하나 이상의 전극 쌍에 전류를 제공한다.
일부 예에서, 하나 이상의 프로세서, 하나 이상의 메모리 또는 둘다는 구동 모듈, 제어기 또는 둘 다로부터 분리된다. 예를 들어, 제어기, 구동 모듈 또는 둘다는 하나 이상의 프로세서, 하나 이상의 메모리 또는 둘 다를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 프로세서는 하나 이상의 프로세서와 다른 세트의 프로세서일 수 있다. 적어도 하나의 메모리는 하나 이상의 메모리와는 다른 메모리일 수 있다.
본 명세서에 기술된 요지 및 기능적 동작의 실시 예는 본 명세서 및 그 구조적 등가물에 개시된 구조를 포함하는, 디지털 전자 회로, 유형적으로 구현된 컴퓨터 소프트웨어 또는 펌웨어, 컴퓨터 하드웨어에서 구현될 수 있거나, 또는 이들 중 하나 이상의 조합으로 구현될 수 있다. 본 명세서에 설명된 요지의 실시 예는 하나 이상의 컴퓨터 프로그램, 즉, 데이터 처리 장치에 의해 실행되거나 데이터 처리 장치의 동작을 제어하기 위해 유형의 비-일시적 프로그램 캐리어에 인코딩된 컴퓨터 프로그램 명령어의 하나 이상의 모듈로서 구현될 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 프로그램 명령어는 인공적으로 생성된 전파 신호, 예를 들어 데이터 처리 장치에 의한 실행을 위해 적절한 수신기 장치로의 전송을 위해 정보를 인코딩하도록 생성되는 기계 생성 전기, 광학 또는 전자기 신호에 인코딩될 수 있다. 컴퓨터 저장 매체는 기계 판독 가능 저장 장치, 기계 판독 가능 저장 기판, 랜덤 또는 직렬 액세스 메모리 장치, 또는 이들 중 하나 이상의 조합일 수 있다.
용어 "데이터 처리 장치"는 데이터 처리 하드웨어를 지칭하며, 예를 들어 프로그램 가능한 프로세서 또는 다중 프로세서를 포함하여 데이터를 처리하기 위한 모든 종류의 장치, 장치 및 기계를 포함한다. 장치는 또한 특수 목적 논리 회로, 예를 들어 FPGA(field programmable gate array) 또는 ASIC(application-specific integrated circuit)이거나 이를 더 포함할 수 있다. 장치는 선택적으로 하드웨어에 추가하여 컴퓨터 프로그램에 대한 실행 환경을 생성하는 코드, 예를 들어 프로세서 펌웨어, 프로토콜 스택, 운영 체제 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 구성하는 코드를 포함할 수 있다.
예를 들어, 분산 모드 라우드스피커, 예를 들어 구동(드라이브) 모듈 또는 제어기(컨트롤러) 또는 둘 모두는 데이터 처리 장치를 포함할 수 있다. 분산 모드 라우드스피커는 적어도 하나의 메모리와 함께 데이터 처리 장치를 사용하여 본 명세서에 설명된 하나 이상의 동작을 수행 할 수 있다.
프로그램, 소프트웨어, 소프트웨어 애플리케이션, 모듈, 소프트웨어 모듈, 스크립트 또는 코드로 지칭되거나 기술될 수 있는 컴퓨터 프로그램은 컴파일 또는 해석 언어, 선언적 또는 절차적 언어를 포함한 모든 형태의 프로그래밍 언어로 작성될 수 있으며, 이는 독립 실행형 프로그램 또는 컴퓨팅 환경에서 사용하기에 적합한 모듈, 컴포넌트, 서브루틴 또는 기타 장치를 포함하여 모든 형태로 배포될 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 파일 시스템의 파일에 해당할 수 있지만 반드시 그런 것은 아니다. 프로그램은 다른 프로그램이나 데이터를 보유하는 파일의 일부에 저장될 수 있으며, 예를 들어 하나 이상의 스크립트는 마크업 언어 문서, 해당 프로그램 전용 단일 파일 또는 여러 개의 조정 파일(예: 하나 이상의 모듈, 서브프로그램 또는 코드 일부를 저장하는 파일에 저장된다. 컴퓨터 프로그램은 하나의 컴퓨터 또는 한 사이트에 위치하거나 여러 사이트에 분산되어 있고 통신 네트워크로 상호 연결된 여러 컴퓨터에서 실행되도록 배포할 수 있다.
본 명세서에 기술된 프로세스 및 논리 흐름은 입력 데이터를 조작하고 출력을 생성함으로써 기능을 수행하기 위해 하나 이상의 컴퓨터 프로그램을 실행하는 하나 이상의 프로그램 가능한 컴퓨터에 의해 수행될 수 있다. 프로세스 및 로직 흐름은 또한 FPGA(field programmable gate array) 또는 ASIC(application-specific integrated circuit)와 같은 특수 목적 로직 회로로 구현될 수 있다.
컴퓨터 프로그램의 실행에 적합한 컴퓨터는 예를 들어 일반 또는 특수 목적의 마이크로 프로세서 또는 둘 다를 포함하거나 다른 종류의 중앙 처리 장치를 포함한다. 일반적으로, 중앙 처리 장치는 판독 전용 메모리 또는 랜덤 액세스 메모리 또는 둘 다로부터 명령 및 데이터를 수신할 것이다. 컴퓨터의 필수 요소는 명령(명령어)을 수행 또는 실행하기 위한 중앙 처리 장치 및 명령 및 데이터를 저장하기 위한 하나 이상의 메모리 장치이다. 일반적으로, 컴퓨터는 또한 데이터를 저장하기위한 하나 이상의 대용량 저장 장치, 예를 들어 자기, 광 자기 디스크 또는 광 디스크를 포함하거나 이들로부터 데이터를 송수신하도록 작동 가능하게 결합된다. 그러나 컴퓨터에는 이러한 장치가 필요하지 않다. 또한 컴퓨터는 휴대 전화기, PDA(Personal Digital Assistant), 모바일 오디오 또는 비디오 플레이어, 게임 콘솔, GPS(Global Positioning System) 수신기 또는 휴대용 저장 장치(예를 들어 범용 직렬 버스(USB) 플래시 드라이브)와 같은 다른 장치에 내장될 수 있다.
컴퓨터 프로그램 명령어 및 데이터를 저장하기에 적합한 컴퓨터 판독 가능 매체는 예를 들어 EPROM, EEPROM 및 플래시 메모리 장치와 같은 반도체 메모리 장치, 자기 디스크(예를 들어 내부 하드 디스크 또는 이동식 디스크); 광 자기 디스크; 및 CD-ROM 및 DVD-ROM 디스크를 포함하는 모든 형태의 비 휘발성 메모리, 매체 및 메모리 장치를 포함한다. 프로세서 및 메모리는 특수 목적 논리 회로에 의해 보완되거나 통합될 수 있다.
분산 모드 라우드스피커는 분산 모드 라우드스피커에 의해 실행될 때 분산 모드 라우드스피커가 본 명세서에 설명된 하나 이상의 동작을 수행하게 하는 명령어를 저장하는 하나 이상의 메모리를 포함할 수 있다. 예를 들어, 명령어는 분산 모드 라우드스피커가 출력 주파수 서브세트를 결정하거나 및/또는 하나 이상의 전극에 에너지를 공급하도록 할 수 있다. 일부 예에서, 구동 모듈 또는 제어기 또는 둘 모두는 하나 이상의 메모리 또는 하나 이상의 메모리 중 일부를 포함할 수 있다.
사용자와의 상호 작용을 제공하기 위해, 본 명세서에서 설명하는 요지의 실시 예는 사용자에게 정보를 표시하기 위한 LCD(액정 디스플레이) 모니터와 같은 디스플레이 장치와 사용자가 컴퓨터에 입력을 제공할 수 있는 키보드 및 포인팅 장치(예: 마우스 또는 트랙볼)가 있는 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 사용자와의 상호 작용을 제공하기 위해 다른 종류의 장치가 사용될 수도 있으며, 예를 들어, 사용자에게 제공되는 피드백은 시각적 피드백, 청각적 피드백 또는 촉각적 피드백과 같은 모든 형태의 감각 피드백일 수 있으며; 사용자의 입력은 음향, 음성 또는 촉각 입력을 포함한 모든 형태로 수신될 수 있다. 또한, 컴퓨터는 사용자가 사용하는 장치로 문서를 전송하고 그 장치에서 문서를 수신함으로써, 예를 들어 웹 브라우저에서 수신한 요청에 대한 응답으로 사용자 기기의 웹 브라우저로 웹 페이지를 전송함으로써 사용자와 상호 작용할 수 있다.
본 명세서는 많은 특정 구현 세부 사항을 포함하지만, 이들은 청구될 수 있는 범위에 대한 제한으로 해석되어서는 안되며, 특정 실시 예에 특정될 수 있는 특징의 설명으로 해석되어야 한다. 별도의 실시 예들과 관련하여 본 명세서에서 설명된 특정 특징들은 또한 단일 실시 예에서 조합하여 구현될 수 있다. 반대로, 단일 실시 예와 관련하여 설명된 다양한 특징들은 또한 다수의 실시 예에서 개별적으로 또는 임의의 적절한 하위조합으로 구현될 수 있다. 더욱이, 특징들이 특정 조합으로 작용하는 것으로 설명되고 심지어 초기에 그렇게 청구될 수 있지만, 청구된 조합으로부터의 하나 이상의 특징은 일부 경우에 조합에서 제외될 수 있고, 청구된 조합은 하위 조합 또는 하위 조합의 변형에 관한 것일 수 있다.
마찬가지로 동작은 특정 순서로 도면에 표시되지만, 이는 바람직한 결과를 달성하기 위해 그러한 동작이 도시된 특정 순서 또는 순차적인 순서로 수행되거나 모든 예시된 동작이 수행될 것을 요구하는 것으로 이해되어서는 안된다. 특정 상황에서, 멀티 태스킹 및 병렬 처리가 유리할 수 있다. 위에서 설명된 실시 예에서 다양한 시스템 모듈 및 컴포넌트의 분리는 모든 실시 예에서 그러한 분리를 요구하는 것으로 이해되어서는 안되며, 설명된 프로그램 컴포넌트 및 시스템은 일반적으로 단일 소프트웨어 제품으로 함께 통합되거나 여러 소프트웨어 제품으로 패키지화될 수 있음을 이해해야 한다.
요지의 특정 실시 예가 설명되었다. 다른 실시 예는 다음의 청구 범위의 범위 내에 있다. 예를 들어, 청구 범위에 기재된 동작은 다른 순서로 수행될 수 있으며 여전히 바람직한 결과를 달성할 수 있다. 일례로서, 첨부 도면에 도시된 프로세스는 바람직한 결과를 달성하기 위해 도시된 특정 순서 또는 순차적 순서를 반드시 요구할 필요는 없다. 어떤 경우에는 멀티 태스킹 및 병렬 처리가 유리할 수 있다.

Claims (15)

  1. 방법으로서,
    주파수 범위 내에서 부하의 진동을 유발하도록 구성된 분산 모드 라우드스피커의 압전 캔틸레버-타입 변환기를 위한, 진동을 출력할 주파수 범위로부터 주파수 서브세트를 결정하는 단계 -변환기는 압전 층의 제1 측면 상의 제1 다수의 전극 그리고 제1 측면과는 반대인 상기 압전 층의 제2 측면 상의 제2 다수의 전극을 포함하고, 제1 및 제2 다수의 전극은 변환기의 길이를 따라 위치된 2개 이상의 전극 쌍을 형성하도록 배열되고, 각각의 전극 쌍은 제1 다수의 전극 중 제1 전극 및 제2 다수의 전극 중 제2 전극을 포함함-;
    주파수 서브세트에 대해, 변환기상의 각 쌍의 상대 위치에 기초하여 2개 이상의 전극 쌍 각각에 대한 각각의 입력 전압을 선택하는 단계 -2개 이상의 전극 쌍 중 적어도 2개에 대한 각각의 입력 전압은 상이함-; 그리고
    변환기가 출력 주파수의 범위 내에서 부하에 진동력을 발생시키도록 2개 이상의 전극 쌍 각각에 상기 입력 전압을 인가하는 단계를 포함하며;
    출력 주파수의 범위 내에서 부하에 진동력을 발생시키기 위해, 변환기는 변환기의 길이를 따라 변하는 양(amounts)에 의해 압전 층을 변위시키는 진동을 받으며(undergo); 각각의 입력 전압은 압전 응답의 활성화가 압전 층의 변위와 위상이 다른(out of phase) 전극 쌍에 대응하는 변환기상의 위치에서 압전 응답의 활성화를 감소시키도록 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 각각의 입력 전압은 해당 진폭 및 해당 위상을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 주파수 서브세트는 0kHz 내지 10kHz를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 주파수 서브세트는 4kHz 내지 10kHz를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 각각의 입력 전압은 진동력에 대해 변환기에 의해 유도되는(drawn) 전류를 감소시키도록 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 변환기는 총 2개의 전극 쌍을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 변환기는 총 3개의 전극 쌍을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 시스템으로서,
    주파수 범위 내에서 부하의 진동을 유발하도록 구성된 분산 모드 라우드스피커의 압전 캔틸레버-타입 변환기 -변환기는 압전 층의 제1 측면 상의 제1 다수의 전극 그리고 제1 측면과는 반대인 상기 압전 층의 제2 측면 상의 제2 다수의 전극을 포함하고, 제1 및 제2 다수의 전극은 변환기의 길이를 따라 위치된 2개 이상의 전극 쌍을 형성하도록 배열되고, 각각의 전극 쌍은 제1 다수의 전극 중 제1 전극 및 제2 다수의 전극 중 제2 전극을 포함함-;
    진동을 출력할 주파수 범위로부터의 주파수 서브세트를 결정하고, 주파수 서브세트에 대해, 변환기상의 각 쌍의 상대 위치에 기초하여 2개 이상의 전극 쌍 각각에 대한 각각의 입력 전압을 선택하도록 구성된 제어기 -상기 2개 이상의 전극 쌍 중 적어도 둘에 대한 각각의 입력 전압은 상이함-; 그리고
    2개 이상의 전극 쌍 각각과 전기 통신하는 구동 모듈을 포함하며,
    상기 구동 모듈은 변환기가 출력 주파수의 범위 내에서 부하에 진동력을 발생시키도록 2개 이상의 전극 쌍 각각에 각각의 입력 전압을 인가하도록 구성되며; 출력 주파수의 범위 내에서 부하에 진동력을 발생시키기 위해, 변환기는 변환기의 길이를 따라 변화하는 양(amounts)에 의해 압전 층을 변위시키는 진동을 받도록(undergo) 구성되며;
    상기 제어기는 압전 응답의 활성화가 압전 층의 변위와 위상이 다른(out of phase) 전극 쌍에 대응하는 변환기상의 위치에서 압전 응답의 활성화를 감소시키도록 각각의 입력 전압을 선택하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 각각의 입력 전압은 해당 진폭 및 해당 위상을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  10. 제8항에 있어서, 상기 주파수 서브세트는 0kHz 내지 10kHz를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  11. 제8항에 있어서, 주파수 서브세트는 4kHz 내지 10kHz를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  12. 제8항에 있어서, 상기 제어기는,
    진동력에 대해 변환기에 의해 유도되는(drawn) 전류를 감소시키기 위해 각각의 입력 전압을 선택하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  13. 제8항에 있어서, 상기 변환기는 총 2개의 전극 쌍을 갖는 것을 특징으로 하는 시스템.
  14. 제8항에 있어서, 상기 변환기는 총 3개의 전극 쌍을 갖는 것을 특징으로 하는 시스템.
  15. 제8항에 있어서, 상기 압전 층은 세라믹 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
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