KR20230165895A - Air-Pulse Generating Device with Efficient Propagation - Google Patents

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KR20230165895A
KR20230165895A KR1020230068208A KR20230068208A KR20230165895A KR 20230165895 A KR20230165895 A KR 20230165895A KR 1020230068208 A KR1020230068208 A KR 1020230068208A KR 20230068208 A KR20230068208 A KR 20230068208A KR 20230165895 A KR20230165895 A KR 20230165895A
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젬 웨 량
졔 런
레이 천
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Abstract

에어 펄스 발생 장치는 필름 구조물을 포함한다. 필름 구조물은 에어 펄스 발생 장치가 복수의 에어 펄스를 생성하도록 가동된다. 뿔 모양의 배출구가 에어 펄스 발생 장치 내부에 형성되고, 복수의 에어 펄스는 뿔 모양의 배출구를 통해 전파된다.The air pulse generating device includes a film structure. The film structure is operated such that the air pulse generating device generates a plurality of air pulses. A horn-shaped outlet is formed inside the air pulse generating device, and a plurality of air pulses are propagated through the horn-shaped outlet.

Description

효율적인 전파를 갖는 에어 펄스 발생 장치{Air-Pulse Generating Device with Efficient Propagation}Air-Pulse Generating Device with Efficient Propagation}

본 발명은 에어 펄스(air-pulse) 발생 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 파동을 효율적으로 전파할 수 있는 에어 펄스 발생 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an air-pulse generator, and more specifically to an air-pulse generator that can efficiently propagate waves.

스피커 드라이버와 후면 인클로저는 스피커 산업에서 두 가지 주요 설계 과제이다. 기존의 스피커는 예를 들어, 20Hz에서 20KHz까지의 전체 오디오 주파수 대역을 커버하기가 어렵다. 충분히 높은 음압 레벨(sound pressure level, SPL)로 충실도 높은 사운드를 생성하기 위해서는, 기존 스피커에 대한 방사/이동 표면과 후면 인클로저의 볼륨/크기가 모두 충분히 커야 한다.Speaker drivers and rear enclosures are two major design challenges in the speaker industry. It is difficult for existing speakers to cover the entire audio frequency band, for example from 20Hz to 20KHz. To produce high-fidelity sound at sufficiently high sound pressure levels (SPL), both the radiating/moving surface for the existing speaker and the volume/size of the rear enclosure must be sufficiently large.

따라서 기존 스피커가 직면한 설계 문제를 극복하면서 소형 사운드 생성 장치를 설계하는 방법이 이 분야에서 중요한 목표이다.Therefore, how to design compact sound generating devices while overcoming the design challenges faced by conventional speakers is an important goal in this field.

따라서 본 발명의 주요 목적은 종래 기술의 단점을 개선하기 위해 에어 펄스 발생 장치를 제공하는 것이다.Therefore, the main purpose of the present invention is to provide an air pulse generating device to improve the shortcomings of the prior art.

본 개시의 일 실시예는 필름 구조물(film structure)을 포함하는 에어 펄스 발생(generating) 장치를 제공하며; 필름 구조물은 에어 펄스 발생 장치가 복수의 에어 펄스를 생성하도록 가동되며(actuated); 뿔 모양의 배출구(horn-shaped outlet)가 에어 펄스 발생 장치 내에 형성되고, 복수의 에어 펄스는 뿔 모양의 배출구를 통해 전파된다. One embodiment of the present disclosure provides an air pulse generating device including a film structure; The film structure is actuated so that the air pulse generating device generates a plurality of air pulses; A horn-shaped outlet is formed in the air pulse generating device, and a plurality of air pulses are propagated through the horn-shaped outlet.

본 개시의 일 실시예는 에어 펄스 발생 장치 내에 배치되거나 배치될 서브어셈블리를 포함하며, 서브어셈블리는 서브어셈블리 내에 형성된 도관(conduit)을 포함하고, 도관은 통로(passageway) 및 뿔 모양의 배출구를 포함하며, 서브어셈블리는 필름 구조물을 포함하는 장치와 조립되거나 조립될 것이다.One embodiment of the present disclosure includes a subassembly disposed or to be disposed within an air pulse generating device, the subassembly including a conduit formed within the subassembly, and the conduit including a passageway and a horn-shaped outlet. and the subassembly is or will be assembled with a device comprising the film structure.

본 발명의 이러한 목적 및 기타 목적은 다양한 도면 및 그림에 예시된 바람직한 실시예에 대한 다음의 상세한 설명을 읽은 후 당업자에게 의심할 바 없이 명백해질 것이다.These and other objects of the present invention will no doubt become apparent to those skilled in the art after reading the following detailed description of the preferred embodiments illustrated in the various drawings and figures.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어 펄스 발생 장치의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 복조 구동 신호 및 변조 구동 신호의 파형을 예시한다(illustrate).
도 3은 도 1의 장치에 대응하는 시뮬레이션된 결과를 예시한다.
도 4는 도 1의 APG 장치의 음압 레벨의 시뮬레이션된 주파수 응답을 플롯한다(plot).
도 5는 도 1의 장치에 대응하는 시뮬레이션된 결과를 예시한다.
도 6은 도 1의 장치에 대응하는 시뮬레이션된 결과를 예시한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어 펄스 발생 장치의 개략도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어 펄스 발생 장치의 개략도이다.
도 9는 도 1의 장치의 에너지 전달 비율의 주파수 응답을 예시한다.
도 10은 도 8의 장치의 에너지 전달 비율의 주파수 응답을 예시한다.
도 11은 도 8의 장치에 대한 제조 방법의 공정을 도시한다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 에어 펄스 발생 장치의 개략도이다.
도 13은 본 발명의 실시예들에 따른 구동 신호 배선 방식을 예시한다.
도 14는 도 12의 장치의 주파수에 대한 SPL 측정 결과를 예시한다.
도 15는 도 12의 장치의 피크 대 피크 전압에 대한 SPL 측정 결과를 예시한다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어 펄스 발생 장치의 개략도이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어 펄스 발생 장치의 개략도이다.
도 18은 도 17의 장치와 유사한 장치의 FEM(finite element method) 시뮬레이션된 압력 프로필의 스냅샷을 예시한다.
도 19는 도 17의 장치의 주파수에 대한 이어(ear) 커플러 SPL 측정 결과를 d예시한다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어 펄스 발생 장치의 개략도이다.
도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어 펄스 발생 장치의 개략도이다.
도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 에어 펄스 발생 장치의 개략도이다.
도 23은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어 펄스 발생 장치의 개략도이다.
도 24는 본 발명의 일 실시예에 따른 에어 펄스 발생 장치의 개략도이다.
도 25는 본 발명의 일 실시예에 따른 가상 밸브 개방의 타이밍 정렬의 예시를 보여준다(demonstrate).
도 26은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어 펄스 발생 장치의 개략도이다.
도 27은 본 발명의 일 실시예에 따른 가상 밸브 개방의 타이밍 정렬의 예시를 보여준다.
도 28은 서로 다른 비대칭도를 갖는 하나의 작동 사이클 내의 전체 사이클 펄스를 예시한다.
도 29는 본 발명의 일 실시예에 따른 에어 펄스 발생 장치의 평면도의 개략도이다.
도 30은 도 29의 에어 펄스 발생 장치의 평면도의 개략도이다.
도 31은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어 펄스 발생 장치의 평면도이다.
도 32는 도 31의 에어 펄스 발생 장치에 대한 두 세트의 (복조)변조 구동 신호의 파형을 예시한다.
도 33은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어 펄스 발생 장치의 평면도이다.
도 34는 각각의 컴포넌트의 기능 및 그에 대응하는 주파수 도메인 효과의 시스템 관점을 예시한다.
1 is a schematic diagram of an air pulse generator according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 illustrates the waveforms of a demodulation drive signal and a modulation drive signal according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 illustrates simulated results corresponding to the device of Figure 1.
Figure 4 plots the simulated frequency response of the sound pressure level of the APG device of Figure 1.
Figure 5 illustrates simulated results corresponding to the device of Figure 1.
Figure 6 illustrates simulated results corresponding to the device of Figure 1.
Figure 7 is a schematic diagram of an air pulse generator according to an embodiment of the present invention.
Figure 8 is a schematic diagram of an air pulse generating device according to an embodiment of the present invention.
Figure 9 illustrates the frequency response of the energy transfer rate of the device of Figure 1.
Figure 10 illustrates the frequency response of the energy transfer rate of the device of Figure 8.
Figure 11 shows the process of the manufacturing method for the device of Figure 8.
Figure 12 is a schematic diagram of an air pulse generating device according to an embodiment of the present invention.
Figure 13 illustrates a driving signal wiring method according to embodiments of the present invention.
Figure 14 illustrates SPL measurement results for the frequencies of the device of Figure 12.
Figure 15 illustrates SPL measurement results for peak-to-peak voltage for the device of Figure 12.
Figure 16 is a schematic diagram of an air pulse generator according to an embodiment of the present invention.
Figure 17 is a schematic diagram of an air pulse generator according to an embodiment of the present invention.
Figure 18 illustrates a snapshot of a finite element method (FEM) simulated pressure profile of a device similar to that of Figure 17.
Figure 19 illustrates the ear coupler SPL measurement results for the frequencies of the device of Figure 17.
Figure 20 is a schematic diagram of an air pulse generating device according to an embodiment of the present invention.
Figure 21 is a schematic diagram of an air pulse generating device according to an embodiment of the present invention.
Figure 22 is a schematic diagram of an air pulse generating device according to an embodiment of the present invention.
Figure 23 is a schematic diagram of an air pulse generating device according to an embodiment of the present invention.
Figure 24 is a schematic diagram of an air pulse generator according to an embodiment of the present invention.
Figure 25 demonstrates an example of timing alignment of virtual valve opening according to an embodiment of the present invention.
Figure 26 is a schematic diagram of an air pulse generating device according to an embodiment of the present invention.
Figure 27 shows an example of timing alignment of virtual valve opening according to an embodiment of the present invention.
Figure 28 illustrates full cycle pulses within one operating cycle with different degrees of asymmetry.
Figure 29 is a schematic top view of an air pulse generating device according to an embodiment of the present invention.
Figure 30 is a schematic top view of the air pulse generating device of Figure 29.
Figure 31 is a plan view of an air pulse generator according to an embodiment of the present invention.
FIG. 32 illustrates waveforms of two sets of (demodulated) modulated drive signals for the air pulse generator of FIG. 31.
Figure 33 is a plan view of an air pulse generator according to an embodiment of the present invention.
Figure 34 illustrates a system view of the functionality of each component and the corresponding frequency domain effects.

본 발명의 근본적인 측면은 에어 펄스 발생 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 변조 수단 및 복조 수단을 포함하는 에어 펄스 발생 장치에 관한 것이며, 변조 수단은 주파수 f UC를 갖는 초음파 기압파/변화(ultrasonic air pressure wave/variation, UAW)를 발생시키며, UAW의 진폭은 사운드 신호(sound signal, SS)의 전기적(아날로그 또는 디지털) 표현인 입력 오디오 신호(SIN)에 따라 변조된다. 이 진폭 변조된 초음파 기압파/변화(amplitude modulated ultrasonic air pressure wave/variation, AMUAW)는 그다음 AMUAW에 내장된 스펙트럼 컴포넌트가 ±n·f UC만큼 시프트되도록 복조 수단에 의해 동기식으로 복조되며, n은 양의 정수이다. 이러한 동기식 복조의 결과, 사운드 신호(SS)에 대응하는 AMUAW의 스펙트럼 컴포넌트는 부분적으로 기저대역으로 전송되고 그 결과 가청(audible) 사운드 신호(SS)가 재생된다. 여기서, 진폭 변조된 초음파 기압파/변화(AMUAW)는 초음파 반송파 주파수 f UC를 갖는 반송파 컴포넌트와 입력 오디오 신호(SIN)에 대응하는 변조 컴포넌트에 대응될 수 있다.A fundamental aspect of the present invention relates to an air pulse generating device, and more particularly to an air pulse generating device comprising a modulating means and a demodulating means, the modulating means being an ultrasonic air pressure wave/change having a frequency f UC . pressure wave/variation (UAW), and the amplitude of UAW is modulated according to the input audio signal (S IN ), which is an electrical (analog or digital) representation of a sound signal (SS). This amplitude modulated ultrasonic air pressure wave/variation (AMUAW) is then synchronously demodulated by demodulating means such that the spectral components embedded in the AMUAW are shifted by ± n · f UC , where n is a positive is the integer of As a result of this synchronous demodulation, the spectral components of the AMUAW corresponding to the sound signal (SS) are partially transmitted to the baseband and the resulting audible sound signal (SS) is reproduced. Here, the amplitude modulated ultrasonic barometric pressure wave/variation (AMUAW) may correspond to a carrier component having an ultrasonic carrier frequency f UC and a modulation component corresponding to the input audio signal (S IN ).

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어 펄스 발생(air-pulse generator, APG) 장치(100)의 개략도를 도시한다. 장치(100)는 입력(오디오) 신호(SIN)에 따라 음향 사운드(acoustic sound)를 생성하는 사운드 생성 장치로 적용될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.1 shows a schematic diagram of an air-pulse generator (APG) device 100 according to one embodiment of the present invention. The device 100 may be applied as a sound generating device that generates acoustic sound according to the input (audio) signal (S IN ), but is not limited to this.

장치(100)는 장치 층(device layer)(12) 및 챔버 정의 층(chamber definition layer)(11)을 포함한다. 장치 층(12)은 벽(124L, 124R) 및 플랩(101, 103, 105, 107)에 에칭되는 박막 층을 지지하는 지지 구조물(123R, 123L)을 포함한다. 일 실시예에서, 장치 층(12)은 예를 들어 250~500μM 두께의 Si 기판을 사용하여 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems) 제조 공정에 의해 제조될 수 있으며, 이는 에칭되어 123L/R 및 124R/L을 형성할 수 있다. 일 실시예에서, 이 Si 기판의 상부(top)에서, SOI(silicon on insulator) 또는 POI(POLY on insulator) 층으로 만들어진, 두께가 전형적으로 3~6μM인 얇은 층이 에칭되어 플랩(101, 103, 105, 107)을 형성할 것이다. Device 100 includes a device layer 12 and a chamber definition layer 11. Device layer 12 includes support structures 123R, 123L that support thin film layers etched into walls 124L, 124R and flaps 101, 103, 105, 107. In one embodiment, device layer 12 may be fabricated by a Micro Electro Mechanical Systems (MEMS) manufacturing process using, for example, a 250-500 μM thick Si substrate, which is etched to produce 123L/R and 124R/L. can be formed. In one embodiment, on top of this Si substrate, a thin layer, typically 3-6 μM thick, made of silicon on insulator (SOI) or POLY on insulator (POI) layer is etched to form flaps 101, 103. , 105, 107).

챔버 정의 층("캡(cap)" 구조물로도 간주/명명될 수 있음)(11)은 한 쌍의 챔버 측벽(sidewall)(110R, 110L) 및 챔버 천장(ceiling)(117)을 포함한다. 일 실시예에서, 챔버 정의 층(또는 캡 구조물)(11)은 MEMS 제조 기술을 사용하여 제조될 수 있다. 공진(resonance) 챔버(115)는 이 챔버 정의 층(11)과 장치 층(12) 사이에 정의된다.The chamber defining layer 11 (which may also be considered/named a “cap” structure) includes a pair of chamber sidewalls 110R, 110L and a chamber ceiling 117. In one embodiment, chamber defining layer (or cap structure) 11 may be manufactured using MEMS manufacturing techniques. A resonance chamber 115 is defined between the chamber defining layer 11 and the device layer 12.

달리 말하면, 장치(100)는 필름 구조물(10) 및 캡 구조물(11)을 포함하고 그 사이에 챔버(115)가 형성되는 것으로 볼 수 있다. 필름 구조물(10)은 변조 부분(104) 및 복조 부분(102)를 포함하는 것으로 볼 수 있다. (변조) 플랩(105, 107)을 포함하는 변조 부분(104)은 챔버(115) 내에서 초음파 에어/음향파(air/acoustic wave)를 형성하기 위해 가동되도록(actuated) 구성되며, 에어/음향파는 시간적으로 및 공간적으로 모두 변화하는 기압(air pressure) 변화의 일종으로 볼 수 있다. 일 실시예에서, 초음파 에어/음향파 또는 기압 변화는 초음파 반송파 주파수 f UC를 갖는 진폭 DSB-SC(double-sideband suppress carrier) 변조된 에어/음향파일 수 있다. 초음파 반송파 주파수 f UC는 예를 들어 인간이 들을 수 있는 사운드의 최대 주파수보다 훨씬 큰 160KHz ~ 192KHz의 범위에 있을 수 있다.In other words, the device 100 can be viewed as comprising a film structure 10 and a cap structure 11 with a chamber 115 formed therebetween. Film structure 10 can be viewed as including a modulation portion 104 and a demodulation portion 102. The modulation portion 104 including the (modulation) flaps 105 and 107 is configured to be actuated to form an ultrasonic air/acoustic wave within the chamber 115, and is configured to actuate the air/acoustic wave. Waves can be viewed as a type of change in air pressure that changes both temporally and spatially. In one embodiment, the ultrasonic air/acoustic wave or air pressure change may be an amplitude double-sideband suppress carrier (DSB-SC) modulated air/acoustic wave with an ultrasonic carrier frequency f UC . The ultrasonic carrier frequency f UC may for example range from 160 KHz to 192 KHz, which is much greater than the maximum frequency of sound audible to humans.

에어파(air wave)와 음향파(acoustic wave)라는 용어는 아래에서 상호 교환적으로 사용될 것이다.The terms air wave and acoustic wave will be used interchangeably below.

(복조) 플랩(101, 103)을 포함하는 복조 부분(102)은 변조 부분(102)과 동기적으로 작동하도록 구성되어, 변조 부분(104)에 의해 생성된 DSB-SC 변조된 음향파의 스펙트럼 컴포넌트를 ±n×f UC만큼 시프트하며 - n은 양의 정수임 -, 챔버(115) 내의 초음파 에어파에 따라 주변(ambient)을 향한 복수의 에어 펄스를 생성하므로, (챔버(115) 내의 초음파 에어파에 따라 복조 부분(102)에 의해 생성되는) 복수의 에어 펄스의 기저대역 주파수 컴포넌트가 입력(오디오) 신호(SIN)이거나 이에 대응/관련되며, 여기서 복수의 에어 펄스의 저주파수 컴포넌트는 가청 스펙트럼(예: 20 또는 30KHz 이하) 내에 있는, 복수의 에어 펄스의 주파수 컴포넌트를 지칭한다. 여기서 기저대역은 일반적으로 가청 스펙트럼을 지칭할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.The demodulation section 102, comprising (demodulation) flaps 101, 103, is configured to operate synchronously with the modulation section 102, so that the spectrum of the DSB-SC modulated acoustic wave generated by the modulation section 104 The component is shifted by ± n The baseband frequency component of the plurality of air pulses (generated by the demodulation portion 102 according to the wave) is or corresponds/related to the input (audio) signal (S IN ), wherein the low frequency component of the plurality of air pulses is in the audible spectrum. Refers to the frequency component of a plurality of air pulses (e.g., below 20 or 30 KHz). Here, baseband may generally refer to the audible spectrum, but is not limited thereto.

다시 말해서, 사운드 생성 애플리케이션에서, 변조 부분(104)은 입력 오디오 신호(SIN)에 따라 변조된 에어파를 형성하도록 가동될 수 있고, 복조 부분(102)은 변조 부분(104)과 동기화되어 작동하고, 입력 오디오 신호(SIN)로서(또는 그에 대응하는/관련된) 저주파 컴포넌트를 갖는 복수의 에어 펄스를 생성한다. 사운드 생성 애플리케이션의 경우, f UCf UC ≥ 96KHz 5×20KHz와 같이 통상적으로 인간이 들을 수 있는 가장 높은 주파수보다 훨씬 높으며, 복수의 에어 펄스에 대한 자연/환경 저역 통과 필터링 효과(벽, 바닥, 천장, 가구 또는 초음파의 높은 전파 손실 등과 같은 물리적 환경 및 외이도, 고막, 추골, 침골, 등골 등과 같은 인간의 귀 시스템에 의해 야기됨)를 통해, 청취자가 인지하는 것은 입력 오디오 신호(SIN)에 의해 표현되는 가청 사운드 또는 음악 뿐이다.In other words, in a sound generation application, the modulation section 104 may be operated to form air waves modulated according to the input audio signal S IN , and the demodulation section 102 may operate in synchronization with the modulation section 104. and generate a plurality of air pulses having a low-frequency component as (or corresponding to/related to) the input audio signal (S IN ). For sound generation applications, f UC is f UC ≥ 96KHz Much higher than the highest frequencies normally audible to humans, such as 5 and the human ear system such as the external auditory canal, eardrum, malleus, incus, stapes, etc.), all that the listener perceives is the audible sound or music represented by the input audio signal (S IN ).

예시적으로, 도 34는 (복조)변조((de)modulation) 작동 전후의 신호의 주파수 스펙트럼을 도시하여 (복조)변조 작동의 효과를 개념적/도식적으로 보여준다. 도 34에서, 변조 작동은 사운드 신호(SS)의 전기적(아날로그 또는 디지털) 표현인 입력 오디오 신호(SIN)에 따라 W(f)로 도시된 스펙트럼을 갖는 진폭 변조된 초음파 음향/에어파(UAW)를 생성한다. SIN/SS의 스펙트럼은 도 34에서 S(f)로 표현된다. Z(f)로 예시된 스펙트럼을 갖는 초음파 펄스 어레이(ultrasonic pulse array, UPA)(복수의 펄스를 포함)를 생성하는 동기식 복조 작동은, 초음파 음향/에어파 (ultrasonic acoustic/air wave, UAW)의 스펙트럼 컴포넌트를 ±n×f UC(n은 정수) 만큼 시프트하는 것(단계를 포함)으로 볼 수 있으며, 사운드 신호(SS)에 대응하는 초음파 에어파(ultrasonic air wave, UAW)의 스펙트럼 컴포넌트가 부분적으로 기저대역으로 전달된다. 따라서 Z(f)로부터 볼 수 있는 바와 같이, 초음파 펄스 어레이(UPA)의 기저대역 컴포넌트는 진폭 변조된 UAW W(f)에 비해 중요하다. 초음파 펄스 어레이(UPA)는 주변을 향해 전파된다. 자연/물리적 환경과 인간의 청각 시스템의 고유한 저역 통과 필터링 효과를 통해, 결과적으로 사운드 신호(SS)에 대응하는 스펙트럼 Y(f)를 재생할 수 있다.Illustratively, Figure 34 conceptually/schematically shows the effect of the (de)modulation operation by showing the frequency spectrum of the signal before and after the (de)modulation operation. In Figure 34, the modulation operation is an amplitude modulated ultrasonic acoustic/air wave (UAW) with a spectrum shown as W( f ) depending on the input audio signal (S IN ), which is an electrical (analog or digital) representation of the sound signal (SS). ) is created. The spectrum of S IN /SS is expressed as S( f ) in Figure 34. Synchronous demodulation operation to generate an ultrasonic pulse array (UPA) (containing multiple pulses) with the spectrum illustrated by Z ( f ) is a method of generating an ultrasonic acoustic/air wave (UAW). It can be viewed as shifting (including steps) the spectral component by ± n × f UC (n is an integer), and the spectral component of the ultrasonic air wave (UAW) corresponding to the sound signal (SS) is partially is transmitted to the baseband. Therefore, as can be seen from Z( f ), the baseband component of the ultrasonic pulse array (UPA) is significant compared to the amplitude modulated UAW W( f ). Ultrasonic pulse array (UPA) propagates toward the surroundings. Through the natural/physical environment and the inherent low-pass filtering effect of the human auditory system, the spectrum Y( f ) corresponding to the resulting sound signal (SS) can be reproduced.

정현파 반송파(sinusoidal carrier)를 사용하는 종래의 DSB-SC 진폭 변조와 달리, W(f)는 ±3×f UC, ±5×f UC 그리고 f UC의 고차 고조파(도 34에 도시되지 않음)에서의 컴포넌트를 갖는다는 점에 유의한다. 이는 본 발명의 변조의 반송파가 순수한 정현파가 아니기 때문이다.Unlike conventional DSB-SC amplitude modulation, which uses a sinusoidal carrier, W ( f ) is measured at ±3× f UC , ±5× f UC and the higher order harmonics of f UC (not shown in Figure 34) Note that it has components of This is because the carrier wave of the modulation of the present invention is not a pure sine wave.

다시 도 1을 참조하면, 동기 복조 작동의 실시예로서, 복조 부분(102)은 변조된 에어파의 피크(들)에 대응/정렬된 시간 및 위치에서 개구부(112)를 형성하도록 가동될 수 있다. 달리 말하면, 변조된 에어파가 개구부(112)의 위치에서 피크에 도달할 때, 개구부(112)도 피크에 도달하도록 복조 부분(102)이 가동될 수 있다.Referring back to FIG. 1 , in an embodiment of a synchronous demodulation operation, the demodulation portion 102 may be actuated to form an opening 112 at a time and location corresponding to/aligned with the peak(s) of the modulated air wave. . In other words, when the modulated air wave reaches a peak at the location of the aperture 112, the demodulation portion 102 may be activated so that the aperture 112 also reaches the peak.

도 1에 도시된 실시예에서, 복조 부분(102)은 표면 대 표면, 또는 111L 내지 111R를 갖는 측벽(110L, 110R) 사이의 중심 위치에 개구부(112)를 형성하며, (실질적으로) 이들 사이에서 λUC의 간격이 있으며, 플랩(101, 103)이 측벽(110L, 110R)으로부터 또는 측벽 표면(111L, 111R)으로부터 (실질적으로) λUC/2 떨어져 있는 것을 의미하며, 여기서 λUC는 초음파 반송파 주파수 f UC에 대응하는 파장을 나타내며, 즉 사운드의 속도인 C를 이용하여 λUC = C/f UC이다.In the embodiment shown in Figure 1, demodulating portion 102 defines an opening 112 at a surface-to-surface, or central location between sidewalls 110L and 110R having 111L to 111R, with (substantially) between them. There is a spacing of λ UC , meaning that the flaps 101, 103 are (substantially) λ UC /2 away from the sidewalls 110L, 110R or from the sidewall surfaces 111L, 111R, where λ UC is the ultrasound It represents the wavelength corresponding to the carrier frequency f UC , that is, using C, the speed of sound, λ UC = C/ f UC .

일 실시예에서, 복조 부분(102)은 초음파 반송파 주파수 f UC에/와 동기화되는 밸브 개방 레이트로 개구부(112)를 형성하도록 가동될 수 있다. 본 발명에서, 초음파 반송파 주파수 f UC에/와 동기화되는 밸브 개방 레이트는 일반적으로 밸브 개방 레이트가 초음파 반송파 주파수 f UC에 유리수를 곱한 것, 즉 f UC×(N/M)를 지칭하며, NM은 정수를 나타낸다. 일 실시예에서, (개구부(112)의) 밸브 개방 레이트는 초음파 반송파 주파수 f UC일 수 있다. 예를 들어, 밸브/개구부(112)는 작동 사이클 TCY마다 개방될 수 있으며, 작동 사이클 TCY는 초음파 반송파 주파수 f UC의 역수, 즉 TCY=1/f UC이다. In one embodiment, demodulation portion 102 may be actuated to form opening 112 with a valve opening rate synchronized to/with the ultrasonic carrier frequency f UC . In the present invention, the valve opening rate synchronized to/with the ultrasonic carrier frequency f UC generally refers to the valve opening rate being the ultrasonic carrier frequency f UC multiplied by a rational number, i.e. f UC ×( N / M ), where N and M represents an integer. In one embodiment, the valve opening rate (of opening 112) may be the ultrasonic carrier frequency f UC . For example, the valve/opening 112 may be opened per operating cycle T CY , where the operating cycle T CY is the reciprocal of the ultrasonic carrier frequency f UC , i.e. T CY =1/ f UC .

본 발명에서, (복조)변조 부분(102/104)은 또한 (복조)변조 플랩 쌍을 표시하는(denote) 데 사용된다. 또한 개구부(112)를 형성하는 복조 부분(또는 플랩 쌍)(102)은 특정 밸브/복조 구동 신호에 따라 (주기적으로) 개폐 이동(open-and-close movement)을 수행하고 개구부(112)를 형성하는, 가상의 밸브로 간주될 수 있다.In the present invention, the (demodulation) modulation section 102/104 is also used to denote a pair of (demodulation) modulation flaps. Additionally, the demodulation portion (or flap pair) 102 forming the opening 112 performs (periodically) an open-and-close movement in accordance with a specific valve/demodulation drive signal and forms the opening 112. It can be considered a virtual valve.

일 실시예에서, 변조 부분(104)은 도 1에 예시된 압력 프로필(P104) 및 기류(airflow) 프로필(U104)과 같이 공진 챔버(115) 내에서 모드-2(또는 2차 고조파) 공진(또는 정재파(standing wave))을 실질적으로 생성할 수 있다. 이와 관련하여, 측벽 표면(111L, 111R) 사이의 간격은 실질적으로 초음파 반송파 주파수 f UC에 대응하는 전체 파장 λUC을 정의하며, 즉 W115

Figure pat00002
λUC = C/f UC이다. 또한 도 1에 도시된 실시예에서, 변조 플랩(105/107)의 자유 단부는 측벽(110L/110R)에 의해 배치된다.In one embodiment, the modulation portion 104 is configured to achieve mode-2 (or second harmonic) resonance within the resonant chamber 115, such as pressure profile P104 and airflow profile U104 illustrated in FIG. Alternatively, a standing wave may be substantially generated. In this regard, the spacing between the sidewall surfaces 111L, 111R essentially defines the total wavelength λ UC corresponding to the ultrasonic carrier frequency f UC , i.e. W115
Figure pat00002
λ UC = C/ f UC . Also in the embodiment shown in Figure 1, the free ends of the modulating flaps 105/107 are disposed by side walls 110L/110R.

변조된 에어파를 발생시키는 변조와 개구부(112)를 형성하는 복조 사이의 상호 변조(또는 교차 결합(cross-coupling))가 발생할 수 있으며, 이로 인해 음질이 저하될 수 있다. 음질을 향상시키기 위해서는 상호 변조(또는 교차 결합)를 최소화하는 것이 바람직하다. 이를 달성하기 위해(즉, 변조와 복조 사이의 교차 결합을 최소화하기 위해), 변조 플랩(105, 107)은 공통 모드 이동(common mode movement)을 갖도록 구동되고 복조 플랩(101, 103)은 차동 모드 이동(differential-mode movement)을 갖도록 구동된다. 공통 모드 이동을 갖는 변조 플랩(105, 107)은 플랩(105, 107)이 동일한 방향을 향해 이동하도록 동시에 가동/구동됨을 의미한다. 차동 모드 이동을 갖는 복조 플랩(101, 103)은 플랩(101, 103)이 반대 방향을 향해 이동하도록 동시에 가동됨을 의미한다. 또한 일 실시예에서, 플랩(101, 103)은 (실질적으로) 동일한 변위(displacement)/매그니튜드(magnitude)로 반대 방향을 향해 이동하도록 가동될 수 있다.Mutual modulation (or cross-coupling) may occur between the modulation that generates the modulated air wave and the demodulation that forms the opening 112, which may result in deterioration of sound quality. In order to improve sound quality, it is desirable to minimize intermodulation (or cross-coupling). To achieve this (i.e. to minimize cross-coupling between modulation and demodulation), the modulation flaps 105, 107 are driven with common mode movement and the demodulation flaps 101, 103 are driven with differential mode movement. It is driven to have differential-mode movement. Modulating flaps 105, 107 with common mode movement means that flaps 105, 107 are actuated/driven simultaneously such that they move towards the same direction. Demodulating flaps 101 and 103 with differential mode movement means that the flaps 101 and 103 are actuated simultaneously to move towards opposite directions. Also in one embodiment, the flaps 101 and 103 may be actuated to move in opposite directions with (substantially) the same displacement/magnitude.

복조 부분(102)는 도 1에 예시된 복조 부분(102)에 의해 형성되는 압력 프로필(P102) 및 기류 프로필(U102)과 같이, 공진 챔버(115) 내에서 모드-1(또는 1차 고조파) 공진(또는 정재파)을 실질적으로 생성할 수 있다. 따라서 복조 부분(102)은 W115

Figure pat00003
λD_V/2가 되도록 밸브 작동/구동 주파수 f D_V(밸브/복조-구동 신호에 대응)에서 작동해야 하며, 여기서 λD_V = C/f D_V이고, 밸브 작동/구동 주파수는 초음파 반송파 주파수 f UC의 절반이어야 하며 즉, f D_V = f UC/2이다.The demodulating portion 102 may generate mode-1 (or first harmonic) signals within the resonant chamber 115, such as the pressure profile P102 and the airflow profile U102 formed by the demodulating portion 102 illustrated in FIG. Resonance (or standing waves) can be substantially generated. Therefore, the demodulation section 102 is W115
Figure pat00003
It must be operated at a valve operating/driving frequency f D_V (corresponding to the valve/demodulation-actuating signal) such that λ D_V /2, where λ D_V = C/ f D_V , and the valve operating/driving frequency is equal to the ultrasonic carrier frequency f UC. It should be half, that is, f D_V = f UC /2.

공통 모드 이동 및 차동 모드 이동은 (복조)변조 구동 신호에 의해 구동될 수 있다. 도 2는 복조 구동 신호(S101, S103) 및 변조 구동 신호(SM)의 파형을 예시한다. 변조 구동 신호(SM)는 변조 플랩(105, 107)을 구동하는 데 사용된다. 복조 구동 신호(또는 밸브 구동 신호)(S101, S103)는 각각 복조 플랩(101, 103)을 구동하는 데 사용된다.Common mode shift and differential mode shift can be driven by a (demodulated) modulation drive signal. Figure 2 illustrates the waveforms of the demodulation drive signals (S101, S103) and the modulation drive signal (SM). The modulation drive signal (SM) is used to drive the modulation flaps (105, 107). The demodulation drive signals (or valve drive signals) S101 and S103 are used to drive the demodulation flaps 101 and 103, respectively.

일 실시예에서 변조 구동 신호(SM)는 입력 오디오 신호(SIN)에 따라 변조된 PAM(Pulse Amplitude Modulation) 신호로 볼 수 있다. 또한, 종래의 PAM 신호와 달리, 신호(SM)의 (정전압에 대해) 극성은 하나의 작동 사이클 TCY 내에서 토글된다(toggled). 일반적으로, 변조-구동 신호(SM)는 (정전압에 대해) 교번 극성(alternating polarities)을 갖는 펄스를 포함하고, 펄스의 포락선(envelope)/진폭은 입력 오디오 신호(SIN)의 AC(alternative current) 컴포넌트와 (실질적으로) 동일하거나 대응/비례한다. 달리 말하면, 변조 구동 신호(SM)는 펄스 진폭 변조 신호를 포함하거나 정전압에 대해 교번 극성을 갖는 PAM 변조된 펄스를 포함하는 것으로 볼 수 있다. 도 2에 도시된 실시예에서, 변조 구동 신호(SM)의 토글링 비율(toggling rate)은 2×f UC이며, 이는 변조 구동 신호(SM) 내 펄스의 극성이 하나의 작동 사이클 TCY에서 두 번 교번/토글됨을 의미한다.In one embodiment, the modulation driving signal (SM) can be viewed as a pulse amplitude modulation (PAM) signal modulated according to the input audio signal (S IN ). Additionally, unlike conventional PAM signals, the polarity (relative to constant voltage) of signal SM is toggled within one operating cycle T CY . Typically, the modulation-drive signal (SM) contains pulses with alternating polarities (relative to a constant voltage), and the envelope/amplitude of the pulses is determined by the alternative current (AC) of the input audio signal (S IN ). ) is (substantially) identical to or corresponds to/proportional to the component. In other words, the modulation drive signal SM can be viewed as including a pulse amplitude modulated signal or PAM modulated pulses with alternating polarity with respect to a constant voltage. In the embodiment shown in Figure 2, the toggling rate of the modulation drive signal SM is 2× f UC , which means that the polarity of the pulses in the modulation drive signal SM is two It means that the number is alternated/toggled.

복조 구동 신호(S101, S103)는 (일정/평균 전압에 대해) 진폭은 같지만 극성이 반대인 2개의 구동 펄스를 포함한다. 달리 말하면, 특정 시간에, S101은 (일정/평균 전압에 대해) 제1 극성을 갖는 제1 펄스를 포함하고, S103은 (일정/평균 전압에 대해) 제2 극성을 갖는 제2 펄스를 포함하며, 제1 극성은 제2 극성과 반대이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 복조 구동 신호(S101/S103)의 토글링 비율은 f UC이며, 이는 복조 구동 신호(S101/S103) 내 펄스의 극성이 하나의 작동 사이클 TCY에서 한 번 교번/토글됨을 의미한다. 따라서 변조 구동 신호(SM)의 토글링 비율은 복조 구동 신호(S101/S103)의 토글링 비율의 2배이다. The demodulated drive signals (S101, S103) include two drive pulses of equal amplitude (for constant/average voltage) but opposite polarity. In other words, at a certain time, S101 includes a first pulse with a first polarity (for a constant/average voltage), S103 includes a second pulse with a second polarity (for a constant/average voltage), and , the first polarity is opposite to the second polarity. As shown in Figure 2, the toggling ratio of the demodulation drive signal (S101/S103) is f UC , which means that the polarity of the pulses in the demodulation drive signal (S101/S103) alternates once in one operation cycle T CY . It means toggled. Therefore, the toggling ratio of the modulation drive signal (SM) is twice that of the demodulation drive signal (S101/S103).

S101/S103의 기울기(및 연관된 음영 영역)는 전압 레벨 간 천이 중 에너지 재활용을 나타내는 단순화된 도면이다. 신호들(S101 및 S103)의 천이 주기가 중첩됨을 유의한다. 플랩(101/R)의 압전 액추에이터(piezoelectric actuator)가 대부분 용량성 부하이면, LC 발진기의 특성을 사용하여 에너지 재활용을 실현할 수 있다. 에너지 재활용 개념의 세부 사항은 여기에 참조로 통합된 미국 특허 제11,057,692호를 참조할 수 있다. 압전 액추에이터가 일 실시예로서 역할을 하며, 이에 한정되지 않음에 유의한다.The slopes (and associated shaded areas) of S101/S103 are simplified diagrams representing energy recycling during transitions between voltage levels. Note that the transition periods of signals S101 and S103 overlap. If the piezoelectric actuator of the flap 101/R is mostly a capacitive load, energy recycling can be realized using the characteristics of the LC oscillator. Details of the energy recycling concept may be referred to U.S. Patent No. 11,057,692, incorporated herein by reference. Note that the piezoelectric actuator serves as an example and is not a limitation.

플랩 쌍(102)이 상이하게 구동됨을 강조하기 위해, 신호(S101, S103)는 또한 -SV 및 +SV로 표시될 수 있으며, 이는 이 구동 신호 쌍이 동일한 파형을 갖지만 극성이 상이하다는 것을 의미한다. 예시를 위해, 도 2에 도시된 바와 같이, -SV는 S101을 위한 것이고 +SV는 S103을 위한 것이지만, 이에 한정되지 않는다. 일 실시예에서, S101은 +SV일 수 있고 S103은 -SV일 수 있다.To emphasize that the flap pairs 102 are driven differently, the signals S101 and S103 can also be denoted as -SV and +SV, meaning that these drive signal pairs have the same waveform but different polarities. For illustration, as shown in FIG. 2, -SV is for S101 and +SV is for S103, but is not limited thereto. In one embodiment, S101 may be +SV and S103 may be -SV.

다른 실시예에서, 신호 S101= VBIAS - SV, S103=VBIAS + SV를 구동하는 이러한 상황 하에서, DC 바이어스 전압(VBIAS 및 VBIAS≠0)이 있을 수 있다. 이와 같은 변형은 본 개시의 범위 내에 있는 것으로 간주되어야 한다.In another embodiment, under these circumstances driving signals S101 = V BIAS - SV, S103 = V BIAS + SV, there may be DC bias voltages (V BIAS and V BIAS ≠0). Such modifications should be considered within the scope of this disclosure.

또한 도 2는 변조 구동 신호(SM)와 복조 구동 신호(±SV) 사이의 토글링 레이트의 차이를 보여준다. 변조 구동 신호(SM)와 복조 구동 신호(±SV) 사이에서 타이밍 정렬을 의미하는 상대적인 위상 지연(phase delay)은, 실제 요건(requirement)에 따라 조정될 수 있다.Figure 2 also shows the difference in toggling rates between the modulation drive signal (SM) and the demodulation drive signal (±SV). The relative phase delay, which means timing alignment between the modulation drive signal (SM) and the demodulation drive signal (±SV), can be adjusted according to actual requirements.

일 실시예에서, 신호(SM, ±SV)를 발생시키기 위한 구동 회로는, 변조 구동 신호(SM)와 복조 구동 신호(±SV) 사이에 (상대적) 지연을 생성하도록 구성된 서브 회로를 포함할 수 있다. 지연을 생성하는 서브 회로의 세부 사항은 한정되지 않는다. 알려진 기술이 서브 회로에 통합될 수 있다. 서브 회로가 타이밍 정렬 요건(나중에 자세히 설명됨)을 충족시키기 위해 지연을 발생시킬 수 있는 한, 본 발명의 요건이 충족되며, 이는 본 발명의 범위 내에 있을 것이다.In one embodiment, the drive circuit for generating the signals (SM, ±SV) may include a sub-circuit configured to generate a (relative) delay between the modulation drive signal (SM) and the demodulation drive signal (±SV). there is. The details of the subcircuit that generates the delay are not limited. Known techniques can be incorporated into the subcircuit. As long as the subcircuit can generate a delay to meet the timing alignment requirements (described in detail later), the requirements of the present invention are met and will be within the scope of the present invention.

플랩(101, 103)의 팁(tip)은 실질적으로 동일한 위치(측벽(111L, 111R) 사이의 중심 위치)에 있고, 그 위치에서 실질적으로 동일한 기압을 경험한다는 점에 유의한다. 또한 플랩(101, 103)은 서로 다르게 이동한다. 따라서 플랩(101, 103)의 팁의 이동은 아날로그 차동 OP-증폭기 회로의 분야에서 알려진 공통 모드 거부와 유사한 공통 모드 거부 동작(rejection behavior)을 소유하며, 이는 복조 플랩(101, 103)의 팁의 변위 차이 또는 |d101 - d103|가 변조 플랩(105, 107)에 의해 형성되는 기압의 영향을 거의 받지 않음을 의미한다. Note that the tips of the flaps 101 and 103 are at substantially the same location (centered between the side walls 111L and 111R) and experience substantially the same air pressure at that location. Additionally, the flaps 101 and 103 move differently. Therefore, the movement of the tips of the flaps 101, 103 possesses a common mode rejection behavior similar to the common mode rejection known in the field of analog differential op-amplifier circuits, which means that the movement of the tips of the demodulating flaps 101, 103 This means that the displacement difference or |d 101 - d 103 | is hardly affected by the air pressure formed by the modulation flaps 105 and 107.

공통 모드 제부 또는 변조기 대 복조기 격리(modulator-to-demodulator isolation)는 도 3에 의해 증명될 수 있다. 도 3은 장치(100)의 등가 회로 모델로부터 발생된 시뮬레이션된 결과를 예시한다. 곡선(d101, d103)은 각각 플랩(101, 103)의 팁의 이동/변위를 나타낸다. 도 3에서 관찰할 수 있는 바와 같이, d101 및 d103은 변조 플랩(105/107)에 의해 발생된 음향 압력(acoustic pressure)(P104)으로 인해 상당히 크게 변동하지만, 도 3에서 d101-d103으로 표시된 곡선으로 표현되는 차동 이동(differential movement)은 (실질적으로) 일관성을 유지한다. 즉, 변조 부분(104)이 작동할 때에도 밸브 개구부(112)의 폭/갭은 일정할 것이다. 달리 말하면, 변조기 이동은 복조기의 기능과 성능에 무시할 수 있는 영향을 미치며, 이것이 "변조기 대 복조기 격리"가 의미하는 것이다. Common mode isolation, or modulator-to-demodulator isolation, can be demonstrated by FIG. 3. 3 illustrates simulated results resulting from an equivalent circuit model of device 100. The curves d 101 and d 103 represent the movement/displacement of the tips of the flaps 101 and 103, respectively. As can be observed in Figure 3, d 101 and d 103 fluctuate quite significantly due to the acoustic pressure (P104) generated by the modulation flaps 105/107, but in Figure 3 d 101 -d The differential movement, represented by the curve marked 103 , remains (substantially) consistent. That is, the width/gap of the valve opening 112 will remain constant even when the modulating portion 104 is operating. In other words, modulator movement has a negligible effect on the function and performance of the demodulator, which is what is meant by "modulator-to-demodulator isolation."

한편, 복조기 대 변조기 격리의 경우, 플랩(101/103)이 챔버(115) 내에서 1차 고조파 공진 또는 정재파를 생성하기 때문에, 도 1로부터 알 수 있는 바와 같이, P102에 의해 플랩(105) 및 플랩(107)에 가해지는 압력은 실질적으로 동일한 매그니튜드를 갖지만 극성이 반대이므로, 플랩(105)과 플랩(107)의 이동이 매그니튜드는 동일하지만 극성이 반대인 변화(P102로 인해)를 겪게 된다. 이렇게 하면 매그니튜드는 동일하지만 극성이 반대인 2개의 초음파(ultrasonic wave)(하나는 105, 다른 하나는 107)가 생성된다. 이들 2개의 초음파가 밸브 개구부(112) 위의 위치(도 1에 점선 영역으로 지시됨)로 전파될 때, 그들은 하나의 압력으로 병합된다. 이 "병합"의 위치는 105 및 107의 팁으로부터 같은 거리에서 X축 또는 X 방향을 따라 장치(100)의 중심에서 발생하기 때문에, P102 유도된 변화들이 서로를 취소/보상하고, 복조기/가상 밸브 작동의 간섭이 거의 없는, 네트 레스트(net rest)를 생성한다.On the other hand, in the case of demodulator-to-modulator isolation, since the flaps 101/103 generate first-order harmonic resonance or standing waves within the chamber 115, as can be seen from Figure 1, the flaps 105 and Since the pressure applied to the flap 107 has substantially the same magnitude but opposite polarity, the movement of the flap 105 and 107 undergoes a change (due to P102) of equal magnitude but opposite polarity. This creates two ultrasonic waves (one at 105 and the other at 107) with the same magnitude but opposite polarity. When these two ultrasonic waves propagate to a location above the valve opening 112 (indicated by the dashed area in Figure 1), they merge into one pressure. Because the location of this "merge" occurs at the center of device 100 along the Creates a net rest with little interference in operation.

예시적으로, 도 4는 SIN이 10톤 등진폭 테스트 신호(10-tone equal amplitude test signal)(650~22K Hz 이내이며, 같은 로그 스케일(log scale) 간격을 가짐)이고 장치(100)의 등가 회로 시뮬레이션 모델이 사용되는 조건 하에서, 장치(100)로부터 1미터 떨어진 곳에서 측정된, SPL(sound pressure level)의 시뮬레이션된 주파수 응답을 플롯한다(plot). 현재 시뮬레이션에서, 초음파 반송파 주파수는 f UC = 192KHz로 설정되고 밸브 작동 주파수는 f D_V= f UC/2=96KHz로 설정된다.By way of example, Figure 4 shows that S IN is a 10-tone equal amplitude test signal (within 650 to 22K Hz and has the same log scale interval) of the device 100. Plot the simulated frequency response of the sound pressure level (SPL), measured at 1 meter away from device 100, under the conditions in which the equivalent circuit simulation model is used. In the current simulation, the ultrasonic carrier frequency is set to f UC = 192KHz and the valve operating frequency is set to f D_V = f UC /2=96KHz.

복조기 대 변조기 격리는 높은 수준의 격리를 지시하는, 96KHz 및 그 부근(도 4에서 블록 화살표로 포인트됨)에서 외부 스펙트럼 컴포넌트의 부재에 의해 입증될 수 있다.Demodulator-to-modulator isolation can be demonstrated by the absence of extraneous spectral components at and around 96 KHz (pointed with block arrows in Figure 4), indicating a high level of isolation.

결과적으로, 이 두 플랩 쌍(101/103 대 105/107)의 이동의 간섭이 공통 모드(변조기에서) 대 차동 모드(복조기에서) 직교성/배열을 통해 최소화된다.As a result, the interference of the movements of these two flap pairs (101/103 vs. 105/107) is minimized through common mode (in the modulator) versus differential mode (in the demodulator) orthogonality/alignment.

또한 밸브가 열린 상태로 유지되는 시간의 백분율 또는 듀티 팩터(duty factor)는 장치(100)의 출력에 영향을 미치는 중요한 팩터이다. 구동 전압(S101, S103)의 진폭을 증가시키면 플랩(101, 103)의 이동의 진폭이 증가하여, 밸브 개구부(112)의 최대 개방 폭이 증가하고, 구동 전압을 높이면 밸브 개방의 듀티 팩터(duty factor of valve opening)도 높아진다. 달리 말하면, 밸브 개구부(112)의 듀티 팩터와 밸브 개구부(112)의 최대 개방 폭/갭은 구동 전압(S101, S103)에 의해 결정될 수 있다.Additionally, the percentage of time the valve remains open, or duty factor, is an important factor affecting the output of device 100. Increasing the amplitude of the driving voltage (S101, S103) increases the amplitude of movement of the flaps (101, 103), thereby increasing the maximum opening width of the valve opening 112, and increasing the driving voltage increases the duty factor of valve opening. The factor of valve opening also increases. In other words, the duty factor of the valve opening 112 and the maximum opening width/gap of the valve opening 112 may be determined by the driving voltages S101 and S103.

밸브의 개방 듀티 팩터가 도 5에 도시된 예와 같이, 이전에 언급된 등가 회로 시뮬레이션 모델 중 하나로부터 발생된 50%에 근접할 때, V(opening) > 0으로 라벨링된 곡선으로 도시된, 각 밸브 개방의 주기(period)가 밸브 개구부(112) 위의 위치(도 1에서 점선 영역으로 지시됨)에서 진폭 변조된 초음파 정재파의 동일한 반 사이클(half-cycle)과 중첩된다. 밸브 개구부(112)의 개폐(opening-closing)를 도 5에서 V(p_vlv)로 라벨링된 곡선으로 예시된, 챔버 내 정재파(in-chamber standing wave)에 동기화하고 타이밍 정렬함으로써, V(ep_vlv)로 라벨링된 곡선으로 예시된, 잘 정돈된 형태(nicely shaped)의 출력 압력 펄스가 생성된다.When the opening duty factor of the valve approaches 50% resulting from one of the previously mentioned equivalent circuit simulation models, such as the example shown in Figure 5, each The period of valve opening overlaps with the same half-cycle of the amplitude-modulated ultrasonic standing wave at a location above the valve opening 112 (indicated by the dashed area in Figure 1). By synchronizing and timing the opening-closing of the valve opening 112 to the in-chamber standing wave, illustrated by the curve labeled V(p_vlv) in FIG. 5, to V(ep_vlv). A nicely shaped output pressure pulse is generated, illustrated by the labeled curve.

도 5에서 V(d2)-V(d3)로 라벨링된 곡선은 플랩(101, 103)의 변위 차이, 즉 d101-d103을 나타내고, V(opening)로 라벨링된 곡선은 가상 밸브(112)의 개방도를 나타낸다. |V(d2)-V(d3)| > TH일 때 V(opening) > 0이며, TH는 플랩(101, 103)의 두께, 플랩(101, 103) 사이의 슬릿 폭, 경계층 두께 등과 같은 파라미터에 의해 정의되는 임계값이다. 잘 정돈된 형태의 V(ep_vlv)는 V(ep_vlv)로 예시된 펄스가 고도로 대칭인 V(p_vlv)와 달리, 고도로 비대칭임을 의미할 수 있다. 출력 압력 펄스의 비대칭은 에어 펄스 발생 장치 또는 간략하게 APG 장치에 의해 발생된 에어 펄스의 저주파 컴포넌트(즉, 가청 대역의 주파수 컴포넌트)를 보여주며, 이는 APG 장치에 대한 바람직한 특징이다. 비대칭이 높을수록 에어 펄스의 기저대역 주파수 컴포넌트가 더 강해진다. 도 5의 축소도(zoomed-out view)가 도 6에 예시되어 있으며, 도 6은 1.68KHz의 기저대역 사운드 신호의 포락선에 대응하는 V(ep_vlv)의 비대칭을 도시한다. 본 발명에서, 개구부(112)는 플랩(101)과 플랩(103)의 변위 차이가 임계값보다 크고, 예를 들어 |V(d2)-V(d3)| > TH일 때, 개방/형성되거나 개방된 상태에 있으며, 그렇지 않으면 닫혀 있거나 닫혀 있는 상태에 있다.In Figure 5, the curve labeled V(d2)-V(d3) represents the displacement difference of the flaps 101 and 103, that is, d101-d103, and the curve labeled V(opening) represents the opening of the virtual valve 112. It represents degrees. |V(d2)-V(d3)| When > TH, V(opening) > 0, and TH is a threshold value defined by parameters such as the thickness of the flaps 101 and 103, the slit width between the flaps 101 and 103, and the boundary layer thickness. A well-ordered form of V(ep_vlv) may mean that the pulse exemplified by V(ep_vlv) is highly asymmetric, unlike V(p_vlv), which is highly symmetric. The asymmetry of the output pressure pulse shows a low frequency component (i.e. the frequency component in the audible band) of the air pulse generated by the air pulse generator or simply the APG device, which is a desirable feature for an APG device. The higher the asymmetry, the stronger the baseband frequency component of the air pulse. A zoomed-out view of Figure 5 is illustrated in Figure 6, which shows the asymmetry of V(ep_vlv) corresponding to the envelope of the baseband sound signal at 1.68 KHz. In the present invention, the opening 112 is configured such that the displacement difference between the flap 101 and the flap 103 is greater than a threshold value, for example, |V(d2)-V(d3)| > When TH, it is open/formed or in the open state, otherwise it is closed or in the closed state.

또한 |V(d2)-V(d3)| > TH로 정의되는, 밸브 개방의 듀티 팩터가 55~60% 범위에서와 같이 50%와 같거나 약간 클 때, 최대 출력이 발생하는 것으로 관찰되지만, 이에 한정되지 않는다. 그러나 밸브 개방의 듀티 팩터가 80~85%와 같이 50%보다 훨씬 높을 때, 챔버 내 초음파 정재파의 반 사이클 이상이 밸브를 통과하게 되어, 서로 다른 극성을 갖는 정재파의 선행 부분(leading portion)들이 서로 상쇄되어, 장치(100)로부터의 순 SPL 출력(net SPL output)이 낮아진다. 따라서 일반적으로 밸브 개방의 듀티 팩터를 50%에 가깝게, 일반적으로 50%와 70% 사이의 범위로 유지하는 것이 바람직하다(여기서 45%와 70% 사이의 듀티 팩터는 본 발명의 범위 내에 있음).Also, |V(d2)-V(d3)| Maximum output is observed to occur when the duty factor of valve opening, defined as >TH, is equal to or slightly greater than 50%, such as in the 55-60% range, but is not limited to this. However, when the duty factor of valve opening is much higher than 50%, such as 80~85%, more than half a cycle of the ultrasonic standing wave in the chamber will pass through the valve, so that the leading portions of the standing waves with different polarities are separated from each other. This cancels out, lowering the net SPL output from device 100. Therefore, it is generally desirable to keep the duty factor of valve opening close to 50%, generally in the range between 50% and 70% (where duty factors between 45% and 70% are within the scope of the present invention).

듀티 팩터 이외에, 변조기 대 복조기 격리를 보장하기 위해, 복조 플랩(101/103)의 공진 주파수 f R_V가 또 다른 설계 팩터인 초음파 반송파 주파수 f UC에서 충분히 벗어나도록 제안된다.In addition to the duty factor, to ensure modulator-to-demodulator isolation, it is proposed that the resonant frequency f R_V of the demodulation flaps 101/103 deviates sufficiently from the ultrasonic carrier frequency f UC , which is another design factor.

플랩(101/103)의 임의의 주어진 두께에 대해 밸브 개방 듀티 팩터가 50%와 같은 제약 하에서, 공진 대 구동 비율(f R_V:f D_V 또는 f R_V/f D_V)이 더 높을 수록, 밸브가 더 넓게 열릴 수 있음이 관찰될 수 있다. 장치(100)의 출력이 최대 밸브 개방 폭과 양의 관계에 있으므로, 공진 대 구동 비율이 1보다 높은 것이 바람직하다.Under the constraint that the valve opening duty factor is equal to 50% for any given thickness of the flaps 101/103, the higher the resonance-to-drive ratio ( f R_V : f D_V or f R_V / f D_V ), the more the valve operates. It can be observed that it can be opened wide. Since the output of device 100 is positively related to the maximum valve opening width, it is desirable for the resonance-to-actuation ratio to be greater than unity.

그러나 f R_Vf UC ± max(f SOUND)의 범위 내에 있을 때, 플랩(101/103)이 AM 초음파 정재파로 공진하기 시작하여, 초음파 에너지의 일부를 플랩(101/103)의 공통 모드 변형(deformation)으로 변환하며, 여기서 max(f SOUND)는 입력 오디오 신호(SIN)의 최대 주파수를 나타낼 수 있다. 플랩(101/R)의 이러한 공통 모드 변형은 플랩(101/103) 위의 볼륨(volume)을 변하게 하여, 영향을 받은 주파수 범위에 걸쳐 밸브 개구부(112) 근처에서 챔버(105) 내부의 압력 변동을 초래하여 SPL 출력을 저하시킨다.However, when f R_V is within the range of f UC ± max( f SOUND ), the flaps 101/103 start to resonate with the AM ultrasonic standing wave, transferring part of the ultrasonic energy to the common mode deformation of the flaps 101/103 ( deformation), where max( f SOUND ) may represent the maximum frequency of the input audio signal (S IN ). This common mode deformation of the flaps 101/R causes the volume above the flaps 101/103 to vary, resulting in pressure variations within the chamber 105 near the valve opening 112 over the affected frequency range. This causes the SPL output to deteriorate.

밸브 공진으로 인한 주파수 응답 변동을 피하기 위해, (f UC ±max(f SOUND))×M의 범위를 벗어나는 공진 주파수로 플랩(101/103)을 설계하는 것이 바람직하며, 여기서 M은 제조 공차, 온도, 고도 등과 같으나 이에 한정되지 않는 팩터를 커버하는 안전 마진(safety margin)이다. 일반적으로, fR_V는 fR_V ≤(f UC - 20KHz)×0.9에서와 같이 f UC 보다 상당히 낮거나 f R_V ≥(f UC + 20KHz)×1.1에서와 같이 f UC 보다 상당히 높은 것이 바람직하다. 20KHz가 인간이 들을 수 있는 가장 높은 주파수로 잘 받아들여지기 때문에 여기에서 사용됨을 유의한다. HD-/Hi-Res Audio와 같은 애플리케이션에서는 30KHz 또는 40KHz도 max(f SOUND)로 채택될 수 있으므로, 위의 수식을 그에 따라 수정해야 한다.To avoid frequency response variations due to valve resonance, it is desirable to design the flaps (101/103) with a resonance frequency outside the range of ( f UC ±max( f SOUND ))×M, where M is manufacturing tolerance, temperature This is a safety margin that covers factors such as, but not limited to, altitude, altitude, etc. In general, it is desirable for f R_V to be significantly lower than f UC , such as f R_V ≤( f UC - 20KHz)×0.9, or significantly higher than f UC , such as f R_V ≥( f UC + 20KHz)×1.1. Note that 20 KHz is used here because it is well accepted as the highest frequency that humans can hear. In applications such as HD-/Hi-Res Audio, 30KHz or 40KHz may also be adopted as max( f SOUND ), so the above formula must be modified accordingly.

또한 w(t) 및 z(t)는 진폭 변조된 초음파 음향/에어파(UAW) 및 (복수의 펄스로 구성된) 초음파 펄스 어레이(UPA)에 대한 시간 함수를 나타낸다고 가정한다. 개구부(112)는 초음파 반송파 주파수 f UC의 개방 레이트에서 주기적으로 형성되므로, r(t)로 표시되면서 r(t) = z(t)/w(t)로 표현될 수 있는, z(t) 대 w(t)의 비율 함수는 초음파 반송파 주파수 f UC의 개방 레이트와 함께 주기적이다. 달리 말하면, z(t)는 시간 도메인에서 w(t)와 r(t)의 곱, 즉 z(t) = r(tw(t)로 볼 수 있으며, UAW에서 수행되는 동기식 복조 작동은 시간 도메인에서 w(t)에 r(t)를 곱한 것으로 볼 수 있다. 이는 z(t)가 주파수 도메인에서 W(f)와 R(f)의 콘볼루션, 즉, Z(f) = R(f)*W(f)으로 볼 수 있음을 의미하며, 여기서 *는 콘볼루션 연산자를 표시하고, UAW에서 수행되는 동기식 복조 작동은 주파수 도메인에서 W(f)와 R(f)의 콘볼루션으로 볼 수 있다. r(t)가 주파수 f UC의 레이트와 함께 시간 도메인에서 주기적일 때, R(f)는 R(f)의 주파수/스펙트럼 컴포넌트가 f UC만큼 동일한 간격으로 있는 주파수 도메인에서 이산적이라는 점에 유의한다. 따라서 W(f)와 R(f)의 콘볼루션 또는 동기식 복조 작동은 W(f)(또는 UAW의 스펙트럼 컴포넌트)를 ±n×f UC(n은 정수)만큼 시프트하는 단계를 포함/구성한다. 여기서 r(t)/w(t)/z(t) 및 R(f)/W(f)/Z(f)는 푸리에 변환 쌍을 형성한다.It is also assumed that w ( t ) and z ( t ) represent time functions for amplitude modulated ultrasonic acoustic/air waves (UAW) and ultrasonic pulse arrays (UPA) (consisting of multiple pulses). The openings 112 are formed periodically at an opening rate of the ultrasonic carrier frequency f UC , so that z( t ), denoted as r (t), can be expressed as r ( t ) = z ( t )/ w ( t ) . The rate function of vs. w ( t ) is periodic with the opening rate of the ultrasonic carrier frequency f UC . In other words, z ( t ) can be viewed as the product of w ( t ) and r ( t ) in the time domain, i.e. z ( t ) = r ( tw ( t ), and the synchronous demodulation operation performed in the UAW can be viewed as w ( t ) multiplied by r ( t ) in the time domain. This means that z ( t ) can be viewed as the convolution of W ( f ) and R ( f ) in the frequency domain, that is, Z(f) = R ( f )* W ( f ), where * is the convolution We denote the solution operator, and the synchronous demodulation operation performed in UAW can be viewed as a convolution of W ( f ) and R ( f ) in the frequency domain. Note that when r ( t ) is periodic in the time domain with a rate of frequency f UC , R ( f ) is discrete in the frequency domain where the frequency/spectral components of R ( f ) are equally spaced by f UC . do. Therefore, the convolution or synchronous demodulation operation of W ( f ) and R ( f ) involves/consists of shifting W ( f ) (or its spectral component in UAW) by ± n × f UC , where n is an integer. Here r ( t )/ w ( t )/ z ( t ) and R ( f ) /W ( f )/ Z(f) form a Fourier transform pair.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 APG 장치(200)의 개략도이다. 장치(200)는 장치(100)와 유사하므로 동일한 표기가 사용된다. 장치(100)와 달리, 장치(200)는 둘러싸는 구조물(인클로저(enclosure))(14)을 더 포함한다. 둘러싸는 구조물(14)과 캡 구조물(11) 사이에 챔버(125)가 형성된다. 라인(135/137)으로 지시된 바와 같이, 초음파 정상 압력파(P104)의 노드에서 측벽(111L/R)으로부터 각각 λUC/4에 위치된 천장(117) 내에 벤트(vent)(113L/R)가 형성된다는 점에 유의한다.Figure 7 is a schematic diagram of an APG device 200 according to one embodiment of the present invention. Since device 200 is similar to device 100, the same notation is used. Unlike device 100, device 200 further includes an enclosing structure (enclosure) 14. A chamber 125 is formed between the surrounding structure 14 and the cap structure 11. As indicated by lines 135/137, a vent 113L/R in the ceiling 117 located each λ UC /4 from the side wall 111L/R at the node of the ultrasonic normal pressure wave P104. ) is formed.

도 7에서 벤트(113L/R)의 목적은, (112와 113L/R 사이의 2개의 파선 2방향 포인트된 곡선들로 지시되는 바와 같이) 복조 작동 동안 발생된 기류가 챔버(115)로부터 배출되도록 허용하여, 주변의 외부와 챔버(115) 내부의 평균 압력 사이의 차이가 최소화되고 챔버(125)의 기능이 기류에 의해 챔버(125)로 운반되는 스펙트럼 컴포넌트를 방해하여 이러한 기류가 추가적인 가청 사운드 신호를 형성하는 것을 방지하는 것이다. 정상 압력파의 노드에 벤트(113L/R)를 배치함으로써, f UC 주변의 스펙트럼 컴포넌트가 챔버(115)를 빠져나가는 것이 방지되어, 복조가 UPA(ultrasonic pulse array)를 형성하고 원하는 APPS(air pressure pulse speaker) 효과를 생성할 수 있다. The purpose of vent 113L/R in FIG. 7 is to allow airflow generated during demodulation operation to be vented from chamber 115 (as indicated by the two dashed two-way pointed curves between 112 and 113L/R). By allowing the difference between the average pressure outside the surroundings and inside chamber 115 to be minimized and the functioning of chamber 125 to interfere with the spectral components carried into chamber 125 by airflows, such that these airflows produce additional audible sound signals. is to prevent the formation of. By placing vents 113L/R at the nodes of the steady pressure wave, spectral components around f UC are prevented from escaping chamber 115, allowing demodulation to form an ultrasonic pulse array (UPA) and achieve the desired air pressure (APPS). A pulse speaker effect can be created.

본 발명에서, APPS 효과를 갖는 APG 장치는 일반적으로 초음파 반송파 주파수에서 APG 장치에 의해 출력되는 에어 펄스 내에 내장된 기저대역 주파수 컴포넌트(특히 가청 대역의 주파수 컴포넌트)가 관찰 가능할 뿐만 아니라 상당한 강도(intensity)를 갖는다는 것을 의미한다. APPS 효과를 생성하는 APG 장치의 경우, 전기 입력 신호(SIN)의 스펙트럼은 APG 장치에 의해 복수의 에어 펄스를 생성하는 것을 통해 가청 스펙트럼(반송파 주파수에 비해 낮은 주파수)의 기저대역 내에서 음향적으로 재생되며, 이는 사운드 생성 애플리케이션에서 사용하기에 적합하다. APPS 효과를 통해 생성되는 기저대역의 강도는 APG 장치에 의해 생성되는 에어 펄스의 비대칭 정도 또는 비대칭 양과 관련되며, 비대칭에 대해서는 나중에 설명한다.In the present invention, an APG device with the APPS effect generally has a baseband frequency component (particularly a frequency component in the audible band) embedded within the air pulse output by the APG device at the ultrasonic carrier frequency, which is not only observable but also has significant intensity. It means to have. For an APG device that produces the APPS effect, the spectrum of the electrical input signal (S IN ) is acoustically modified within the baseband of the audible spectrum (frequencies lower than the carrier frequency) through the generation of multiple air pulses by the APG device. , making it suitable for use in sound generation applications. The strength of the baseband generated through the APPS effect is related to the degree or amount of asymmetry of the air pulses generated by the APG device, which is discussed later.

장치(100 또는 200)의 지지 구조물(123L, 123R)은 (X축에 대해) 평행하고 직선인 벽을 가지며, 여기서 123L 및 123R 사이의 공간/채널은 사운드 배출구(sound outlet)로서 기능한다는 점에 유의한다. FEM(finite element method)을 이용한 시뮬레이션 결과는, 주파수가 350KHz 이상으로 상승할 때, X 방향을 따라 측면 정재파(lateral standing waves)가 123L/123R의 벽 사이에 형성되기 시작하고 출력이 자체 무효화되기 시작함을 보여준다. 이러한 측면 공진 유도 자기 무효화(lateral-resonance induced self-nullifying) 현상은 (Z 방향에서) 123L-123R의 벽의 높이에 대한 에너지 전달 비율(energy transfer ratio)을 저하시킨다.The support structures 123L, 123R of the device 100 or 200 have parallel and straight walls (with respect to the X axis), wherein the space/channel between 123L and 123R functions as a sound outlet. Be careful. Simulation results using the finite element method (FEM) show that when the frequency rises above 350 KHz, lateral standing waves along the It shows that This lateral-resonance induced self-nullifying phenomenon reduces the energy transfer ratio (in the Z direction) to the wall height of 123L-123R.

이 문제를 우회하기 위해 뿔 모양의 배출구(horn-shaped outlet)가 제안된다. 예를 들어, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 APG 장치(300)의 일부의 개략도이다. 장치(100)와 유사하게, 장치(300)는 지지 구조물(123L", 123R")에 각각 고정되면서(anchored), 또한 배출구(320)를 통해 주변을 향해 복수의 에어 펄스를 생성하기 위해 개구부(112)를 형성하도록 구성된 플랩(101, 103)을 포함한다. 직선이고 평행한 벽을 갖는 장치(100)의 지지 구조물(123L, 123R)과 달리, 뿔 모양의 배출구(320)가 형성되도록, 장치(300)의 지지 구조물(123L", 123R")의 벽은 비스듬하며, X-축 또는 X-방향에 대해 직각이 아닌 각도 θ를 갖는다. 직각이 아닌 각도 θ는 실제 요건에 따라 설계될 수 있다. 일 실시예에서, 직각이 아닌 각도 θ는 54.7°일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 본 발명에서, 뿔 모양의 배출구는 일반적으로 필름 구조물에서 주변으로 갈수록 점차 넓어지는 배출구 치수(dimension) 또는 터널 치수를 갖는 배출구를 의미한다.To circumvent this problem, a horn-shaped outlet is proposed. For example, Figure 8 is a schematic diagram of a portion of an APG device 300 according to one embodiment of the present invention. Similar to device 100, device 300 is anchored to support structures 123L" and 123R", respectively, while also having an opening for generating a plurality of air pulses towards the surroundings through outlet 320. It includes flaps 101 and 103 configured to form 112). Unlike the support structures 123L, 123R of device 100, which have straight and parallel walls, the walls of support structures 123L", 123R" of device 300 are curved to form a horn-shaped outlet 320. It is oblique and has an angle θ that is not perpendicular to the X-axis or X-direction. Angles θ that are not right angles can be designed according to actual requirements. In one embodiment, the non-right angle θ may be 54.7°, but is not limited thereto. In the present invention, a horn-shaped outlet generally refers to an outlet having an outlet dimension or tunnel dimension that gradually becomes wider towards the periphery of the film structure.

도 9 및 도 10은 플랩(101, 103)의 8가지 상이한 변위에 대한 장치(100, 300)의 에너지 전달 비율의 주파수 응답을 각각 예시하며, 여기서 Dvv=k는 각 플랩의 팁의 변위가 M을 의미하며, 이는 2M의 차동 이동을 생성한다. 도 9 및 도 10은 FEM을 사용하여 시뮬레이션된다. 도 9과 도 10을 비교하면, 장치(100)는 주파수가 170KHz 이상으로 상승함에 따라 약간의 점프(jump) 및 딥(dip)과 함께 170KHz 이상에서 롤오프하기(roll-off) 시작하는 에너지 전달 비율을 생성하고; 장치(300)는 170KHz 이상의 주파수에 대해 훨씬 더 스무드한 주파수 응답과 함께 대략 120KHz 이상의 상승 추세를 유지하는 에너지 전달 비율을 생성한다. 이는 장치(300)의 에너지 전달 비율(170KHz 이상)의 주파수 응답이 장치(100)의 것보다 훨씬 더 스무드하다는 것을 의미하며, 이는 초음파 펄스 레이트(즉, 초음파 반송파 주파수 f UC) 및 고차 고조파(예: n×f UC)에서 작동하는 APG 장치에 대한 이점이다. 또한 장치(300)는 장치(100)에 의해 생성된 것보다 대략 5배 더 높은 에너지 전달 비율을 생성한다. 따라서 도 9 및 도 10으로부터, 뿔 모양의 배출구가 APG 장치에 더 나은 에너지 전달 비율을 제공함을 확인할 수 있다. 9 and 10 respectively illustrate the frequency response of the energy transfer rate of devices 100, 300 for eight different displacements of flaps 101, 103, where Dvv=k is the displacement of the tip of each flap in kμ. means M, which produces a differential shift of 2 M. Figures 9 and 10 are simulated using FEM. Comparing Figures 9 and 10, the energy transfer rate of device 100 begins to roll-off above 170 KHz with some jumps and dips as the frequency rises above 170 KHz. generate; Device 300 produces an energy transfer rate that maintains an upward trend above approximately 120 KHz, with a much smoother frequency response for frequencies above 170 KHz. This means that the frequency response of the energy transfer rate (above 170 KHz) of device 300 is much smoother than that of device 100, which is consistent with the ultrasonic pulse rate (i.e. ultrasonic carrier frequency f UC ) and higher order harmonics (e.g. : n × f UC ) is an advantage for APG devices operating at Device 300 also produces an energy transfer rate that is approximately 5 times higher than that produced by device 100. Therefore, from Figures 9 and 10, it can be seen that the horn-shaped outlet provides a better energy transfer rate to the APG device.

도 11은 2개의 서로 다른 각도에서 벽을 에칭하기 위한 2단계 에칭/제조 방법의 실시예를 도시한다. 먼저, 123R"/123L"의 벽을 (도 11의 (b)에 도시된 바와 같이) 테이퍼된 각도(tapered angle)로 에칭하고, (도 11의 (c)에 도시된 바와 같이) 테이퍼된 벽을 스프레이 코팅 방법을 사용하여 포토레지스트 또는 스핀온 유전체로 덮는다. (도 11의 (d)에 도시된 바와 같이) 포토레지스트 또는 스핀-온 유전체는 포토리소그래피 방법에 의해 패터닝되고, 이어서 (도 11의 (e)에 도시된 바와 같이) 124L 및 124R의 벽을 직선 각도로 에칭한다. 제공된 제조 방법은 단지 예시를 위한 것이며 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않는다.Figure 11 shows an embodiment of a two-step etching/fabrication method for etching a wall at two different angles. First, the wall of 123R"/123L" was etched at a tapered angle (as shown in (b) of Figure 11), and the tapered wall (as shown in (c) of Figure 11) was etched. Cover with photoresist or spin-on dielectric using a spray coating method. The photoresist or spin-on dielectric (as shown in (d) of Figure 11) is patterned by a photolithography method, and then the walls of 124L and 124R (as shown in (e) of Figure 11) are straightened. Etch at an angle. The provided manufacturing method is for illustrative purposes only and the scope of the present invention is not limited thereto.

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 APG 장치(400)의 개략도이다. 장치(400)는 미국 출원 번호 제17/553,806호의 도 7로부터 수정되며, 본 발명의 도 1에 도시된 장치(100)와 유사하다. 장치(100)와는 달리, 장치(400)는 플랩 쌍(102)만을 포함한다(그러나 플랩 쌍(104)은 없음). 플랩 쌍(102)은 복조 작동(주파수 f UC에서 진폭 변조된 초음파 반송파에 동기되어 개구부(112)를 형성하여, 진폭 변조된 초음파 기압 변화의 포락선에 따라 에어 펄스를 생성하기 위한 것) 뿐만 아니라, 변조 작동(초음파 반송파 주파수 f UC로 진폭 변조된 기압 변화를 형성하기 위한 것)을 모두 수행하도록 구성된다.Figure 12 is a schematic diagram of an APG device 400 according to one embodiment of the present invention. Device 400 is modified from Figure 7 of US Application No. 17/553,806 and is similar to device 100 shown in Figure 1 of the present invention. Unlike device 100, device 400 includes only flap pair 102 (but no flap pair 104). The flap pair 102 is for demodulating operation (synchronized to an amplitude-modulated ultrasonic carrier wave at frequency f UC to form an opening 112 to generate air pulses according to the envelope of amplitude-modulated ultrasonic barometric pressure changes). It is configured to perform both modulation operations (to form amplitude-modulated air pressure changes with the ultrasonic carrier frequency f UC ).

도 12에서, U104 및 P104는 변조 구동 신호(SM)에 응답하여 플랩 쌍(102)에 의해 형성되는 압력 프로필 및 기류 프로필을 나타내고, U102 및 P102는 복조 구동 신호(±SV)에 응답하여 플랩 쌍(102)에 의해 형성되는 압력 프로필 및 기류 프로필을 나타낸다. 여기서 복조 구동 신호는 플랩 쌍(102)이 차동 구동(복조 구동 신호 +SV와 -SV가 매그니튜드는 같지만 극성이 반대임을 의미함)되어 복조 작동을 수행함을 강조하기 위해 ±SV로 표시된다. 예를 들어, S101 및/또는 S103은 -SV 및/또는 +SV로 나타낼 수 있다.12, U104 and P104 represent the pressure profile and airflow profile formed by the flap pair 102 in response to the modulated drive signal (SM), and U102 and P102 represent the flap pair in response to the demodulated drive signal (±SV). The pressure profile and airflow profile formed by (102) are shown. Here, the demodulation drive signal is expressed as ±SV to emphasize that the flap pair 102 is differentially driven (meaning that the demodulation drive signals +SV and -SV have the same magnitude but opposite polarity) to perform the demodulation operation. For example, S101 and/or S103 can be expressed as -SV and/or +SV.

달리 말하면, 변조기와 복조기는 플랩 쌍(102)에/플랩 쌍(102)으로서 공동 배치된다. 장치(100)와 마찬가지로, 장치(400)의 플랩 쌍(102)의 필름 구조물(10)은 변조를 수행하기 위한 공통 모드 이동뿐만 아니라 복조를 수행하기 위한 차동 모드 이동을 갖도록 가동된다.In other words, the modulator and demodulator are co-located on/as flap pair 102 . Like device 100, the film structure 10 of the flap pair 102 of device 400 is operable to have a common mode shift to perform modulation as well as a differential mode shift to perform demodulation.

달리 말하면, "변조 작동"과 "복조 작동"은 동일한 플랩 쌍(102)에 의해 동시에 수행된다. 이는 "복조 작동"과 함께 "변조 작동"의 공동 배치(colocation)가 도 3에 도시된 것과 같은 신규 구동 신호 배선 방식(wiring scheme)에 의해 달성된다. 장치(400)가 플랩(101/103)에 배치된 액추에이터(101A/103A)를 포함할 수 있고 액추에이터(101A/103A)가 상부 전극 및 하부 전극을 포함한다고 가정하면, 상부 전극 및 하부 전극 모두는 변조 구동 신호(SM) 및 복조 구동 신호(±SV)를 수신할 수 있다.In other words, the “ modulation operation ” and “ demodulation operation ” are performed simultaneously by the same pair of flaps 102. This is achieved by a new drive signal wiring scheme, such as the one shown in FIG. 3 , where the colocation of the “modulation operation ” with the “ demodulation operation ” is achieved. Assuming that device 400 may include actuators 101A/103A disposed on flaps 101/103 and that actuators 101A/103A include an upper electrode and a lower electrode, both of the upper and lower electrodes may have A modulation drive signal (SM) and a demodulation drive signal (±SV) can be received.

일 실시예에서, 액추에이터(101A/103A)의 하나의 전극은 공통 모드 변조 구동 신호(SM)를 수신할 수 있고; 다른 전극은 차동 모드 복조 구동 신호(S101(-SV)/S103(+SV))를 수신할 수 있다. 예를 들어, 도 13에 도시된 다이어그램(431, 433)은 도 12에 도시된 영역(430)의 세부사항을 예시한다. 다이어그램(431, 432)에 도시된 바와 같이, 액추에이터(101A/103A)의 하부 전극은 공통 모드 변조 구동 신호(SM)를 수신하고; 액추에이터(101A/103A)의 상부 전극은 차동 모드 복조 구동 신호(S101(-SV)/S103(+SV))를 수신한다. 적절한 바이어스 전압(VBIAS)이 (다이어그램(432)이 도시하는 바와 같이) 하부 전극 또는 (다이어그램(432)이 도시하는 바와 같이) 상부 전극에 인가될 수 있으며, 여기서 바이어스 전압(VBIAS)은 실제 요건에 따라 결정될 수 있다.In one embodiment, one electrode of actuator 101A/103A may receive a common mode modulated drive signal (SM); The other electrode may receive a differential mode demodulation driving signal (S101(-SV)/S103(+SV)). For example, diagrams 431 and 433 shown in Figure 13 illustrate details of area 430 shown in Figure 12. As shown in diagrams 431 and 432, the lower electrode of actuator 101A/103A receives the common mode modulated drive signal SM; The upper electrode of the actuator 101A/103A receives the differential mode demodulation drive signal S101(-SV)/S103(+SV). An appropriate bias voltage (V BIAS ) may be applied to the lower electrode (as diagram 432 shows) or the top electrode (as diagram 432 shows), wherein the bias voltage (V BIAS ) is the actual It can be decided depending on the requirements.

일 실시예(다이어그램 433에 도시됨)에서, 액추에이터(101A/103A)의 하나의 전극은 공통 모드 변조 구동 신호(SM) 및 차동 모드 복조 구동 신호(S101(-SV)/S103(+SV)) 모두를 수신할 수 있으며; 다른 전극은 적절하게 바이어스된다. 다이어그램(433)에 도시된 실시예에서, 하부 전극은 공통 모드 변조 구동 신호(SM) 및 차동 모드 복조 구동 신호(S101(-SV)/S103(SV))를 수신하고; 상부 전극이 바이어스된다.In one embodiment (shown in diagram 433), one electrode of actuator 101A/103A is connected to a common mode modulated drive signal (SM) and a differential mode demodulated drive signal (S101(-SV)/S103(+SV)). Can receive all; The other electrode is biased appropriately. In the embodiment shown in diagram 433, the lower electrode receives a common mode modulated drive signal (SM) and a differential mode demodulated drive signal (S101(-SV)/S103(SV)); The top electrode is biased.

도 13에 도시된 구동 신호 배선 방식은 (VBIAS를 고려하지 않고) 하나의 액추에이터(예: 101A)의 인가된 신호가 -SM-SV이거나 이를 포함하는 반면 다른 엑츄에이터(예: 103A)의 인가된 신호가 -SM+SV이거나 이를 포함하는 목표를 달성한다. 실제 상황/요건에 따라 구동 신호 배선 방식이 수정되거나 변경될 수 있음을 유의한다. 플랩 쌍(102)에 인가되는 두 인가된 신호 사이의 공통 모드 신호 컴포넌트가 변조 구동 신호(SM(VBIAS 더하기))를 포함하고, 플랩 쌍(102)에 인가되는 두 인가된 신호 사이의 차동 모드 신호 컴포넌트가 복조 구동 신호(SV)를 포함하는 한, 본 발명의 요건이 만족되며 본 발명의 범위 내에 있다. 여기서(또는 일반적으로) 2개의 임의 신호 ab 사이의 공통 모드 신호 컴포넌트는 (a+b)/2로 표현될 수 있으며; 2개의 임의 신호 ab 사이의 차동 모드 신호 컴포넌트는 (a-b)/2로 표현될 수 있다.The driving signal wiring method shown in FIG. 13 (without considering V BIAS ) is such that the applied signal of one actuator (e.g., 101A) is or includes -SM-SV, while the applied signal of the other actuator (e.g., 103A) is -SM-SV. The goal is achieved if the signal is or contains -SM+SV. Please note that the driving signal wiring method may be modified or changed depending on the actual situation/requirements. A common mode signal component between the two applied signals applied to the flap pair 102 includes a modulating drive signal (SM(V BIAS plus)), and a differential mode between the two applied signals applied to the flap pair 102. As long as the signal component includes a demodulated drive signal (SV), the requirements of the present invention are met and are within the scope of the present invention. Here (or in general) the common mode signal component between two arbitrary signals a and b can be expressed as ( a + b )/2; The differential mode signal component between two arbitrary signals a and b can be expressed as ( a - b )/2.

또한, 변조 작동(구동 신호 SM의 결과)과 복조 작동(구동 신호 ±SV의 결과) 사이의 교차 결합을 최소화하기 위해, 일 실시예에서, 플랩(101, 103)은 기계적 구성, 치수 및 전기적 특성 모두에서 미러링된/대칭 쌍(mirrored/symmetric pair)으로 만들어진다. 예를 들어, 플랩(101)의 캔틸레버 길이(cantilever length)는 103의 것과 같아야 하며; 플랩(101)의 멤브레인 구조는 플랩(103)의 것과 동일해야 하고; 가상 밸브(112)의 위치는 플랩(101)과 플랩(103)의 2개의 지지 벽(110) 사이의 중심에 있거나 이로부터 동일한 간격으로 떨어져 있어야 하며; 플랩(101)에 증착된 액추에이터 패턴은 플랩(103)의 패턴과 미러링(mirror)되어야 하고; 플랩(101, 103) 위에 증착된 액추에이터에 대한 금속 배선은 대칭이어야 한다. 여기서, 일부 아이템은 미러링된/대칭 쌍(또는 플랩(101, 103)이 미러링된/대칭임)에 대한 명칭이지만, 이에 한정되지 않는다.Additionally, to minimize cross-coupling between the modulating operation (resulting from the drive signal SM) and the demodulating operation (resulting from the drive signal ±SV), in one embodiment, the flaps 101, 103 have mechanical configuration, dimensions, and electrical properties. In all, they are made as mirrored/symmetric pairs. For example, the cantilever length of flap 101 should be the same as that of 103; The membrane structure of flap 101 must be the same as that of flap 103; The position of the virtual valve 112 should be centered between or equally spaced between the flap 101 and the two support walls 110 of the flap 103; The actuator pattern deposited on flap 101 should mirror the pattern on flap 103; The metal wiring for the actuators deposited on the flaps 101, 103 must be symmetrical. Here, some items are designations for mirrored/symmetrical pairs (or flaps 101, 103 are mirrored/symmetrical), but are not limited to this.

도 14는 IEC711 폐색 이어 에뮬레이터(occluded ear emulator)에서 장치(400)의 물리적 실시예의 주파수 응답 측정 결과 세트를 예시하며, 여기서 다이어그램(431)에 도시된 구동 방식은 장치(400)를 구동하는 데 사용되며, 하부 전극에 대한 변조 구동 신호(SM)에 대한 Vrms는 6 Vrms이고, 상부 전극에 대한 복조 구동 신호(±SV)에 대한 Vpp(피크 대 피크 전압(peak-to-peak voltage))는 5Vpp에서 30 Vpp로 스윕(sweep)되며, GRAS RA0401 이어 시뮬레이터는 음향 결과 측정에 사용된다. 장치(400)의 작동 주파수(즉, 초음파 반송파 주파수 f UC)는 160KHz이고, 그에 따라 장치 치수가 설계된다(즉, C = 336m/s에 대해 W115

Figure pat00004
λUC = C / f UC
Figure pat00005
2.10 mm임). 도 14에서 알 수 있는 바와 같이, 장치(400)는 낮은 주파수 대역에서 높은 SPL의 사운드(100Hz 보다 작은 주파수에 대해 적어도 99dB)를 생성할 수 있다.14 illustrates a set of frequency response measurements of a physical embodiment of device 400 in an IEC711 occluded ear emulator, where the drive scheme shown in diagram 431 is used to drive device 400. The Vrms for the modulation drive signal (SM) for the lower electrode is 6 Vrms, and the Vpp (peak-to-peak voltage) for the demodulation drive signal (±SV) for the upper electrode is 5Vpp. to 30 Vpp, and a GRAS RA0401 ear simulator is used to measure the acoustic results. The operating frequency of device 400 (i.e. ultrasonic carrier frequency f UC ) is 160 KHz and the device dimensions are designed accordingly (i.e. W115 for C = 336 m/s
Figure pat00004
λ U C = C / f U C
Figure pat00005
is 2.10 mm). As can be seen in Figure 14, device 400 is capable of producing high SPL sound (at least 99 dB for frequencies less than 100 Hz) in the low frequency band.

또한 도 15는 도 14에 도시된 장치(400)의 측정 결과를 예시하고 분석한 것이다. 도 15에서, 도 14의 100Hz(굵은 파선) 및 19Hz(굵은 실선)에서의 SPL은 Vvtop(Vpp)에 대해 플롯되며, Vvtop(Vpp)은 연결 다이어그램(431)에 도시된 바와 같이 상부 전극에 인가된 복조 구동 신호를 위한 피크 대 피크 전압이다. 도 14 및 도 15로부터 Vvtop이 증가함에 따라 SPL이 증가함을 알 수 있다. 또한 장치(100)의 등가 집중 회로 모델(equivalent lumped-circuit model)의 시뮬레이션 결과도 (밸브 구동 또는) 복조 구동 신호의 진폭이 커질수록 SPL이 증가하는 것으로 나타났다. 따라서 본 발명의 에어 펄스 발생 장치에 의해 생성되는 사운드의 볼륨을 복조 구동 신호의 진폭을 통해 조절할 수 있음을 알 수 있다.Additionally, FIG. 15 illustrates and analyzes measurement results of the device 400 shown in FIG. 14. In Figure 15, the SPL at 100 Hz (bold dashed line) and 19 Hz (bold solid line) in Figure 14 is plotted against Vvtop(Vpp), with Vvtop(Vpp) applied to the top electrode as shown in connection diagram 431. is the peak-to-peak voltage for the demodulated driving signal. From Figures 14 and 15, it can be seen that SPL increases as Vvtop increases. In addition, simulation results of the equivalent lumped-circuit model of the device 100 also showed that the SPL increases as the amplitude of the (valve drive or) demodulation drive signal increases. Therefore, it can be seen that the volume of the sound generated by the air pulse generator of the present invention can be adjusted through the amplitude of the demodulation drive signal.

도 14 및 도 15의 결과에 기반하여, 변조기-복조기 공동 배치의 개념이 유효하다는 결론을 내릴 수 있는데, 이는 장치(400)가 수행한 변조(진폭 변조된 초음파 기압 변화를 형성) 및 복조(동기적으로 개구부를 형성하여 비대칭 에어 펄스를 생성)가 성공적으로 APPS 효과를 생성하는 것을 의미한다. 따라서 챔버 폭(예: 장치(100)의 W115)을 축소하는 것이 가능할 수 있다.Based on the results of Figures 14 and 15, it can be concluded that the concept of modulator-demodulator co-location is valid, which means that the modulation (forming amplitude-modulated ultrasonic barometric pressure changes) and demodulation (forming amplitude-modulated ultrasonic pressure changes) performed by the device 400 are valid. This means that it successfully creates an APPS effect (which creates an asymmetric air pulse by miraculously forming an opening). It may therefore be possible to reduce the chamber width (e.g., W115 of device 100).

예를 들어, 도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 APG 장치(500)의 개략도이다. 장치(500)는 장치(400)와 유사하며, 플랩 쌍(102)도 도 13에 도시된 구동 방식 중 하나를 통해 구동되나, 이에 한정되지 않는다. 장치(400)에 비해, 장치(500)의 챔버 폭(W115')은 절반으로 감소된다. 일 실시예에서, 장치(500)의 챔버 폭(W115')은 λUC/2일 수 있다.For example, Figure 16 is a schematic diagram of an APG device 500 according to one embodiment of the present invention. Device 500 is similar to device 400, with flap pair 102 also actuated via one of the actuation methods shown in FIG. 13, but is not limited thereto. Compared to device 400, the chamber width W115' of device 500 is reduced by half. In one embodiment, the chamber width W115' of device 500 may be λ UC /2.

또한 도 12의 115 또는 도 16의 115'와 같은 챔버 내의 정재파가 요구되지 않을 수 있는데, 이는 챔버 폭(W115)이 λUC 또는 λUC/2일 필요가 없으며, 측벽(111R/111R' 및 111L/111L') 사이에 평면파를 형성/유지/반사할 필요가 없음을 의미한다. 다른 팩터를 최적화하기 위해 챔버의 모양을 변경하는 것은 자유롭고/유연하며, 예를 들어 챔버 길이를 줄여서, 장치의 면적(mm2)당 SPL로 평가될 수 있는, 사운드 생성 효율을 향상시킬 수 있다.Additionally, a standing wave in the chamber such as 115 in FIG. 12 or 115' in FIG. 16 may not be required, meaning that the chamber width (W115) does not need to be λ UC or λ UC /2, and the side walls (111R/111R' and 111L) may not be required. /111L') means there is no need to form/maintain/reflect a plane wave. It is free/flexible to change the shape of the chamber to optimize different factors, for example by reducing the chamber length, thus improving the sound production efficiency, which can be evaluated as SPL per area of the device (mm 2 ).

도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 APG 장치(600)의 개략도이다. 장치(600)는 서브어셈블리(610, 640)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 서브어셈블리(610, 640)는 공지된 MEMS 공정을 통해 제조될 수 있고, 건조 필름 또는 다른 적합한 다이 부착 재료/방법과 같은 바운딩 또는 접착 재료를 사용하여 층(620)을 통해 함께 바운딩될 수 있다. 서브어셈블리(610) 자체는 플랩 쌍(102) 또는 필름 구조물(10)를 포함하는 APG 장치(도 26 및 관련 단락에서 나중에 상세히 설명될 것임)로서 볼 수 있다. 서브어셈블리(640)는 캡 구조물로 볼 수 있다.Figure 17 is a schematic diagram of an APG device 600 according to one embodiment of the present invention. Device 600 may include subassemblies 610 and 640. In one embodiment, subassemblies 610, 640 may be fabricated via known MEMS processes and held together through layers 620 using a bounding or adhesive material such as a dry film or other suitable die attach material/method. Can be bound. The subassembly 610 itself can be viewed as an APG device (as will be described in detail later in FIG. 26 and related paragraphs) that includes a flap pair 102 or film structure 10. The subassembly 640 can be viewed as a cap structure.

장치(500)와 유사하게, 장치(600)는 도 13에 도시된 구동 방식 중 하나를 통해 구동되는 플랩(101, 103)을 갖는 플랩 쌍(102)을 포함하지만, 이에 한정되지 않으며, 장치(600)의 플랩 쌍(102)은 초음파 반송파 주파수 f UC로 진폭 변조된 초음파 기압 변화를 형성하고, 초음파 반송파 주파수 f UC와 동기화된 레이트로 개구부(112)를 형성하며 초음파 기압 변화에 따라 배출구를 통해 주변을 향해 복수의 에어 펄스를 생성하도록 가동된다.Similar to device 500, device 600 includes, but is not limited to, a pair of flaps 102 with flaps 101 and 103 driven via one of the drive schemes shown in Figure 13, including, but not limited to, device ( The flap pair 102 of 600 forms an ultrasonic air pressure change amplitude-modulated with the ultrasonic carrier frequency f UC , forms an opening 112 at a rate synchronized with the ultrasonic carrier frequency f UC , and flows through the outlet according to the ultrasonic air pressure change. It is operated to generate multiple air pulses toward the surroundings.

장치(500)와는 달리, 장치(600) 내부에는 도관(conduit)(630)이 형성되어 있다. 도관(630)은 가상 밸브(112)(플랩(101)과 플랙(103) 사이의 슬릿) 위의 에어 볼륨을 외부로 주변에 연결한다. 도관(630)은 챔버(631), 통로(passageway)(632) 및 배출구(633)(또는 구역(zone)(631-633))을 포함한다. 챔버(631)는 필름 구조물(10)과 캡 구조물(서브어셈블리)(640) 사이에 형성된다. 통로(632) 및 배출구(633)는 캡 구조물(서브어셈블리)(640) 내에 형성된다.Unlike device 500, a conduit 630 is formed inside device 600. Conduit 630 connects the air volume above virtual valve 112 (slit between flap 101 and flap 103) to the surrounding environment. Conduit 630 includes a chamber 631, a passageway 632, and an outlet 633 (or zone 631-633). Chamber 631 is formed between film structure 10 and cap structure (subassembly) 640. Passageway 632 and outlet 633 are formed within cap structure (subassembly) 640.

챔버(631)는 반폐색된 압축 챔버(semi-occluded compression chamber)로 볼 수 있으며, 압축 챔버(631) 내의 기압은 공통 모드 변조 구동 신호(SM)에 응답하여 압축되거나 희박해질 수 있으며, 초음파 기압 변화/파가 발생되어 오리피스(orifice)(613)를 통해 통로(632)로 직접 공급된다. 통로(632)는 도파관의 역할을 하며, 구역/챔버(631)에서 발생된 압력 변화/펄스가 외부로 효율적으로 전파될 수 있도록 그 모양과 치수가 최적화되어야 한다. 배출구(633)는 반사/굴절을 최소화하고 주변에 대한 음향 에너지 결합을 최대화하도록 구성된다. 이를 위해 배출구(633)의 터널 치수(예: X 방향의 폭)는 주변으로 갈수록 점차 넓어지며, 배출구(633)는 뿔 모양을 가질 수 있다.The chamber 631 can be viewed as a semi-occluded compression chamber, and the air pressure within the compression chamber 631 can be compressed or rarefied in response to the common mode modulation drive signal (SM), and the ultrasonic air pressure A change/wave is generated and supplied directly to the passage 632 through an orifice 613. The passage 632 acts as a waveguide, and its shape and dimensions must be optimized so that pressure changes/pulses generated in the region/chamber 631 can be efficiently propagated to the outside. The outlet 633 is configured to minimize reflection/refraction and maximize coupling of acoustic energy to the surroundings. To this end, the tunnel dimension (e.g., width in the X direction) of the outlet 633 gradually becomes wider toward the periphery, and the outlet 633 may have a horn shape.

일 실시예에서, 개구부(112)(동등하게, 플랩 쌍(102) 또는 필름 구조물(10))와 표면(650) 사이의 도관(630)의 길이/거리(L630)는 (실질적으로) f UC에 대응하는 1/4 파장 λUC/4일 수 있다(예를 들어 ±10% 공차를 가짐). 예를 들어, L630f UC = 192KHz인 경우 450㎛일 수 있으며, 이에 한정되지 않는다. (도 16을 다시 참조하면) 장치(500)의 챔버(115')(또는 장치(100) 내의 챔버(115)) 내에서 X 방향을 따라 기압파(air pressure wave)(일종의 기압 변동)가 전파되는 것이 관찰되고, 가상 밸브(개구부)(112)와 측벽 표면(111L'/111R') 사이의 거리는 λUC/4임을 유의한다. 도 17에서, 장치(600)는 에어파 또는 기압 펄스가 Z-방향을 통해 주변을 향해 직접적으로 방출되도록, Z-방향과 정렬하기 위해 90°만큼 폴딩/회전하는 에어파 전파 경로로 볼 수 있다.In one embodiment, the length/distance L 630 of conduit 630 between opening 112 (equivalently, flap pair 102 or film structure 10) and surface 650 is (substantially) f It may be the quarter wavelength λ UC /4 corresponding to UC (e.g. with ±10% tolerance). For example, L 630 may be 450㎛ when f UC = 192KHz, but is not limited thereto. (Referring again to FIG. 16) an air pressure wave (a type of air pressure fluctuation) propagates along the Note that the distance between the virtual valve (opening) 112 and the side wall surface 111L'/111R' is λ UC /4. 17, device 600 can be viewed as an air wave propagation path that folds/rotates by 90° to align with the Z-direction, such that the air wave or air pressure pulse is emitted directly toward the surroundings through the Z-direction. .

도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 장치(600)와 유사한 장치의 FEM 시뮬레이션된 압력 프로필의 스냅샷(snapshot)을 도시한다. 도 18에서, 압력 값의 극성/부호를 지시하기 위해 보조 화살표가 제시된다. 도 18에 도시된 장치와 장치(600) 사이의 차이점은, 챔버(631)와 통로(632) 사이의 인터페이스에서 서브어셈블리(640)에 챔퍼(chamfer)(635)가 추가되어 기류에 대한 방해(disturbance)를 최소화한다는 것이다. 도 18에서, 구역(631) 내의 압력은 약 +500Pa이고, 633에 대해 폐쇄된 구역(632) 내의 압력은 약 -500Pa이다. 가장 밝은 구역은 압력 절점 평면(nodal plane)을 나타낸다.Figure 18 shows a snapshot of a FEM simulated pressure profile of a device similar to device 600 according to one embodiment of the invention. In Figure 18, auxiliary arrows are presented to indicate the polarity/sign of the pressure value. The difference between the device shown in FIG. 18 and device 600 is that a chamfer 635 is added to subassembly 640 at the interface between chamber 631 and passageway 632 to create an obstruction to airflow ( The idea is to minimize disturbance. 18, the pressure in zone 631 is about +500 Pa and the pressure in zone 632, closed to 633, is about -500 Pa. The brightest region represents the pressure nodal plane.

구역(632) 내의 절점 평면은 파동 전파(wave propagation)의 적절한 형성을 지시하며, 절점 평면(632)과 장치 외부의 절점 평면 사이의 공간/거리는 약 1.2*λ/2이며(여기서 λ = 346(m/s)/192(KHz)), 이는 λ/2에 가까움(그리고 약간 더 큼)을 유의한다. 이는 사운드의 속도에서 중단 없는 압력파 전파가 존재함을 의미한다. 달리 말하면, 장치(600)의 필름 구조물에 의해 발생된 압력 펄스 또는 에어파가 도 18에 도시된 바와 같이 주변을 향해 방사된다.The nodal planes within zone 632 dictate the proper shaping of wave propagation, and the space/distance between nodal planes 632 and nodal planes outside the device is approximately 1.2*λ/2, where λ = 346 ( m/s)/192(KHz)), note that this is close to (and slightly larger than) λ/2. This means that there is uninterrupted pressure wave propagation at the speed of sound. In other words, pressure pulses or air waves generated by the film structure of device 600 are radiated toward the surroundings as shown in FIG. 18.

도 19는 물리적으로 구현된 장치(600)의 주파수에 대한 IEC711 폐색 이어 커플러 SPL 측정 결과를 예시하며, 여기서 20 Vpp 및 15 Vpp를 갖는 복조 구동 신호(±SV)에 대응하는 결과가 플롯된다. 또한 최대 SPL을 생성하기 위한 장치(400, 600)의 파라미터가 표 1에서 비교된다.Figure 19 illustrates the IEC711 occlusion ear coupler SPL measurement results versus the frequencies of the physically implemented device 600, where the results are plotted corresponding to demodulated drive signals (±SV) with 20 Vpp and 15 Vpp. Additionally, the parameters of devices 400 and 600 for generating maximum SPL are compared in Table 1.

장치 400device 400 장치 600device 600 SVSV 30 Vpp30 Vpp 20 Vpp20 Vpp SMSM 6 Vrms (16 Vpp)6 Vrms (16 Vpp) 5 Vpp5 Vpp SPLS.P.L. 19 Hz에서 142.39 dB
100 Hz에서 131.44 dB
142.39 dB at 19 Hz
131.44 dB at 100 Hz
19 Hz에서 143.52 dB
100 Hz에서 133.44 dB
143.52 dB at 19 Hz
133.44 dB at 100 Hz
다이(die) 크기Die size 50 mm2 50mm2 30 mm2 30mm2

도 14, 도 19 및 표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 장치(600)는 동시에 다이 크기를 40% 감소시키면서 더 낮은 입력 진폭을 갖는 장치(400)보다 약간 더 높은 SPL을 달성할 수 있다. 이는 도관(630)을 갖는 장치(600)가 전력 소모 및 점유된 실리콘 공간/면적 측면에서 훨씬 더 효율적이라는 것을 의미한다.As can be seen in FIGS. 14, 19, and Table 1, device 600 can achieve slightly higher SPL than device 400 with lower input amplitude while simultaneously reducing die size by 40%. This means that device 600 with conduit 630 is much more efficient in terms of power consumption and occupied silicon space/area.

일반적으로, 챔버(631)의 폭(W631)은 예를 들어 W631

Figure pat00006
570μM인 반면 λUC/2
Figure pat00007
900μM인 장치(600)의 예에서 λUC/2보다 상당히 작다. 구역(631)이 챔버 압축을 수행하기 위해서는 챔버(631)의 치수가 λUC보다 훨씬 작아야 한다. 일 실시예에서, 챔버(631)의 높이(H631)는 λUC/5보다 작을 수 있으며, 즉 H631 < λUC/5일 수 있다. 챔버(631)의 폭(즉, X 방향의 치수)은 필름 구조물(10)로부터 통로(632)를 향해 계단식 또는 테이퍼된(tapered) 방식으로 점점 좁아질 수 있으며, 여기서 두 경우 모두 본 발명의 범위 내에 있다.Typically, the width W631 of the chamber 631 is, for example W631
Figure pat00006
570 μM while λ UC /2
Figure pat00007
It is significantly less than λ UC /2 in the example of device 600 which is 900 μM. For zone 631 to perform chamber compression, the dimensions of chamber 631 must be much smaller than λ UC . In one embodiment, the height H 631 of chamber 631 may be less than λ UC /5, that is, H 631 < λ UC /5. The width (i.e., the dimension in the It is within.

도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 APG 장치(700)의 개략도이다. 장치(600)와 유사하게, 장치(700)는 서브어셈블리(710, 740)를 포함하고 그 안에 형성된 도관(730)을 갖는다. 서브어셈블리(710)는 MEMS 공정에 의해 제조될 수 있으며, APG 장치로도 볼 수 있다. 챔버(705)는 서브어셈블리(710) 내에 형성된다. 서브어셈블리(710)는 그 자체가 APG 장치일 수 있으며, 이는 미국 특허 제11,172,310호에 개시된 스퀴즈 모드 작동, 제11,043,197호에 개시된 가상 밸브 및 도 13에 예시된 구동 방식의 조합으로 볼 수 있으며, 제11,172,310호 및 제11,043,197호는 여기에 참조로 통합된다.Figure 20 is a schematic diagram of an APG device 700 according to one embodiment of the present invention. Similar to device 600, device 700 includes subassemblies 710, 740 and has a conduit 730 formed therein. The subassembly 710 may be manufactured by a MEMS process and may also be viewed as an APG device. Chamber 705 is formed within subassembly 710. The subassembly 710 may itself be an APG device, which can be viewed as a combination of the squeeze mode operation disclosed in U.S. Patent No. 11,172,310, the virtual valve disclosed in US Patent No. 11,043,197, and the driving method illustrated in FIG. Nos. 11,172,310 and 11,043,197 are incorporated herein by reference.

도관(730)은 챔버(731), 통로/도파관(732) 및 뿔 모양의 배출구(733)(또는 구역(731-733))를 포함하고, 가상 밸브(112) 아래의 에어 볼륨을 외부로 주변에 연결한다. 장치(600)와 달리, 서브어셈블리(740)는 3D 프린팅, 정밀 사출 성형, 스탬핑 등과 같은 기술을 통해 형성/제조될 수 있다. 통로/도파관(732)은 서브어셈블리(710)의 캡에 에칭된 오리피스(713)인 제1 섹션 및 서브어셈블리(740) 내에 형성되는 제2 섹션을 포함하며, 챔퍼(735)가 방해를 최소화하기 위해 그 사이에 추가될 수 있다. 챔버(705, 731)는 중첩된다. 플랩(101, 103)에 의해 발생된 압력 변화/파는 통로/도파관(732)으로 직접 공급될 것이다.Conduit 730 includes a chamber 731, a passageway/waveguide 732, and a horn-shaped outlet 733 (or zone 731-733), which directs the air volume below virtual valve 112 outward to the surrounding area. Connect to Unlike device 600, subassembly 740 may be formed/manufactured through techniques such as 3D printing, precision injection molding, stamping, etc. Passageway/waveguide 732 includes a first section that is an orifice 713 etched into the cap of subassembly 710 and a second section formed within subassembly 740, wherein a chamfer 735 is provided to minimize obstruction. may be added in the meantime. Chambers 705 and 731 overlap. The pressure change/wave generated by the flaps 101, 103 will be fed directly into the passageway/waveguide 732.

도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 APG 장치(800)의 개략도이다. 장치(800)는 서브어셈블리(810, 840)를 포함한다. 서브어셈블리(810)는 MEMS 공정에 의해 제조될 수 있고 APG 장치로 볼 수 있는 장치(500)의 동일하거나 유사한 구조를 가질 수 있으며, 도 13에 도시된 방식 중 하나에 의해 구동되는 플랩(101, 103)을 포함하며, 여기서 가상 밸브(개구부)(112)가 형성된다. 서브어셈블리(840)는 3D 프린팅, 정밀 사출 성형, 정밀 스탬핑 등과 같은 기술을 통해 형성/제조될 수 있다. (복조)변조 작동을 통해 서브어셈블리(810)는 복수의 기류 펄스(airflow pulse)를 생성함을 유의한다.Figure 21 is a schematic diagram of an APG device 800 according to one embodiment of the present invention. Device 800 includes subassemblies 810 and 840. Subassembly 810 may be manufactured by a MEMS process and may have the same or similar structure to device 500, which can be viewed as an APG device, with flaps 101 driven by one of the schemes shown in Figure 13. 103), where a virtual valve (opening) 112 is formed. The subassembly 840 may be formed/manufactured through technologies such as 3D printing, precision injection molding, precision stamping, etc. Note that through the (demodulation) modulation operation, the subassembly 810 generates a plurality of airflow pulses.

장치(840) 내에는 가상 밸브(112) 아래의 에어 볼륨을 외부로 주변에 연결하는 도관(830)이 형성된다. 도관(830)은 (압축) 챔버(831), 통로/도파관(832) 및 뿔 모양의 배출구(833)(또는 구역(631-633))를 포함한다. 압축 챔버(831)는 복수의 기류 펄스를 복수의 기압 펄스로 변환하도록 구성된다. 구체적으로, 챔버(831)는 압력 펄스 (수식 1)을 생성하며, M0_ n 는 펄스 사이클 n의 시작 전에 챔버(831) 내부의 에어매스(airmass)이고, △M n 는 펄스 사이클 n의 기류 펄스와 연관된 에어매스이다. 수식 1은 기류 펄스를 기압 펄스로 변환하는 것을 나타내며, 변환된 기압 펄스는 통로/도파관(832)으로 전파된다. 일 실시예에서, 구역(831)에서의 서브어셈블리(840)는 황동 마우스피스형 단면 형상(brass mouthpiece-like cross section profile)을 가질 수 있다.A conduit 830 is formed within the device 840 to connect the air volume below the virtual valve 112 to the outside and surroundings. Conduit 830 comprises a (compression) chamber 831, a passageway/waveguide 832 and a horn-shaped outlet 833 (or section 631-633). The compression chamber 831 is configured to convert a plurality of airflow pulses into a plurality of air pressure pulses. Specifically, chamber 831 is a pressure pulse (Equation 1), where M 0_ n is the air mass inside the chamber 831 before the start of pulse cycle n , and △M n is the air mass associated with the airflow pulse of pulse cycle n . Equation 1 represents the conversion of an airflow pulse into an air pressure pulse, and the converted air pressure pulse propagates into the passageway/waveguide 832. In one embodiment, subassembly 840 in region 831 may have a brass mouthpiece-like cross section profile.

통로/도파관(832)은 구역(831)에서 발생된 압력 펄스의 전파 효율을 외부로 주변으로 최대화하기 위해, 압축 챔버(831)에 가깝거나 매칭되거나 압축 챔버의 ±15% 이내인 임피던스를 가질 수 있다. 일 실시예에서, 전파 효율은 통로(832)의 단면적(cross section area)을 적절하게 선택함으로써 최적화될 수 있다.Passage/waveguide 832 may have an impedance that is close to or matches the compression chamber 831 or is within ±15% of the compression chamber 831 to maximize the propagation efficiency of pressure pulses generated in region 831 out to the surroundings. there is. In one embodiment, propagation efficiency can be optimized by appropriately selecting the cross section area of passageway 832.

도 21에 도시된 실시예에서, 배출구(833)의 터널 치수(예: X 방향의 폭)는 부분적 선형 방식(piece-wise linear manner)(θ1 < θ2)으로 주변을 향해 점차 넓어져서, 뿔 모양이 형성된다. 배출구의 뿔 모양은 실제 요건에 따라 설계될 수 있다. 배출구의 터널 치수는 다항 방식, 순 선형 방식, 부분적 선형 방식, 포물선 방식, 지수 방식, 쌍곡선 방식 등으로 확장될 수 있으며, 이에 한정되지 않는다. 배출구의 터널 치수가 주변을 향해 점차 넓어지는 한, 본 발명의 요건이 만족되며, 이는 본 발명의 범위 내에 있다.In the embodiment shown in FIG. 21 , the tunnel dimension ( e.g., width in the A horn shape is formed. The cone shape of the outlet can be designed according to actual requirements. The tunnel dimensions of the outlet may be expanded to polynomial, purely linear, piecewise linear, parabolic, exponential, hyperbolic, etc., but are not limited thereto. As long as the tunnel dimension of the outlet gradually widens towards the periphery, the requirements of the present invention are satisfied and this is within the scope of the present invention.

구역(831)에서 챔버 압축을 수행하기 위해, 챔버/구역(831)의 치수는 작동 주파수 f UC에 대응하는 파장 λUC 보다 훨씬 작은 것으로 제안된다. 예를 들어, f UC =160 KHz 및 λUC = (346 /160) = 2.16 mm인 실시예에서, 높이 H831는 λUC/10 ~ λUC/60의 범위(예: H831 = λUC/35 = 62μm)에 있을 수 있으며, 폭 W815은 λUC/5 ~ λUC/30의 범위(예: 115μm ~ 350μm의 범위에서 W815)에 있을 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.In order to perform chamber compression in zone 831, the dimensions of the chamber/zone 831 are proposed to be much smaller than the wavelength λ UC corresponding to the operating frequency f UC . For example, in an embodiment where f UC =160 KHz and λ UC = (346 /160) = 2.16 mm, the height H 831 is in the range λ UC /10 to λ UC /60 (e.g., H 831 = λ UC / 35 = 62 μm ), and the width W 815 may be in the range λ UC /5 to λ UC /30 (e.g., W 815 in the range 115 μm to 350 μm ), but is not limited to this. No.

필름 구조물(10)은 공간 볼륨을 일측의 공진 챔버(805)와 타측(또는 나머지 측)의 압축 챔버(831)로 세분하고, 이러한 세분의 특성에 의해, 챔버(805) 및 챔버(831)의 공간에서 관찰되는 바와 같이 플랩(101, 103)의 공통 모드 이동으로 인한 변위들은, 정확히 동일한 매그니튜드를 갖지만 방향/극성은 반대이다. 달리 말하면, 플랩(101, 103)의 공통 모드 이동과 함께 푸시-풀(push-pull) 작동이 형성될 것이고, 이러한 푸시-풀 작동은 플랩(101, 103)에 걸친 압력 차이를 증가시키며(예: 두 배), 따라서 기류는 가상 밸브(112)가 개방될 때 증가될 것이다.The film structure 10 subdivides the spatial volume into a resonance chamber 805 on one side and a compression chamber 831 on the other side (or the remaining side), and by the characteristics of this subdivision, the chamber 805 and the chamber 831 The displacements due to the common mode movement of flaps 101, 103 as observed in space have exactly the same magnitude but opposite direction/polarity. In other words, a push-pull operation will be created with common mode movement of the flaps 101, 103, which increases the pressure difference across the flaps 101, 103 (e.g. : double), so the airflow will increase when the virtual valve 112 is opened.

구체적으로, 볼륨 V1을 갖는 압축 챔버(831) 및 볼륨 V2를 갖는 공진 챔버(805)에 대해, 볼륨 차이 DV(DV << V1, V2라고 가정)를 초래하는 멤브레인/플랩 이동은, △PV1 = 1 - V1/(V1-DV) = -DV/(V1-DV) -DV/V1과 같은 V1에서의 압력 변화 및 △PV2 = 1 - V2/(V2+DV) = DV/(V2+DV) DV/V2와 같은 V2에서의 압력 변화를 야기한다. 두 볼륨 사이의 압력 차이는 △PV2 - △PV1 = DV/(V2+DV) + DV/(V1-DV)일 수 있다. V1V2Va일 때, △PV2 -△PV1 DV/(Va+DV) + DV/(Va-DV) = DV·2Va/(Va2 - DV2) 2·DV/Va 2·△PV2이며, 이는 푸시-풀 작동이 플랩(101, 103)에 의해 분리된 두 서브공간 사이의 압력 차이를 두 배로 만들 수 있음을 의미한다.Specifically, for compression chamber 831 with volume V1 and resonant chamber 805 with volume V2, the membrane/flap movement resulting in a volume difference DV (assuming DV << V1, V2) is ΔP V1 = 1 - V1/(V1-DV) = -DV/(V1-DV) -Pressure change at V1 equal to DV/V1 and △P V2 = 1 - V2/(V2+DV) = DV/(V2+DV) It causes a pressure change in V2 equal to DV/V2. The pressure difference between the two volumes may be ΔP V2 - ΔP V1 = DV/(V2+DV) + DV/(V1-DV). V1 V2 When Va, △P V2 -△P V1 DV/(Va+DV) + DV/(Va-DV) = DV·2Va/(Va 2 - DV 2 ) 2·DV/Va 2·ΔP V2 , which means that the push-pull operation can double the pressure difference between the two subspaces separated by the flaps 101 and 103.

도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 APG 장치(900)의 개략도이다. 장치(900)는 서브어셈블리(910, 940)를 포함한다. 서브어셈블리(910)는 MEMS 공정에 의해 제조될 수 있으며 APG 장치로 볼 수 있다. 서브어셈블리(940)는 3D 프린팅에 의해 제조될 수 있다. 장치(700) 또는 서브어셈블리(710)와 유사하게, 서브어셈블리(940)는 또한 제11,172,310호에 개시된 스퀴즈 모드 작동, 제11,043,197호에 개시된 가상 밸브 및 도 13에 예시된 구동 방식의 조합으로서 볼 수 있다. 장치(900)에서, 압축 모드 작동 챔버(905)와 압축 챔버(931)는 분리되어 있으며; 장치(700)에서, 압축 모드 작동 챔버와 압축 챔버는 챔버(731)로 병합된다.Figure 22 is a schematic diagram of an APG device 900 according to one embodiment of the present invention. Device 900 includes subassemblies 910 and 940. Subassembly 910 can be manufactured by a MEMS process and can be viewed as an APG device. Subassembly 940 may be manufactured by 3D printing. Similar to device 700 or subassembly 710, subassembly 940 can also be viewed as a combination of the squeeze mode operation disclosed in No. 11,172,310, the virtual valve disclosed in No. 11,043,197, and the actuation scheme illustrated in FIG. there is. In device 900, compression mode operation chamber 905 and compression chamber 931 are separate; In device 700, the compression mode operation chamber and the compression chamber are merged into chamber 731.

서브어셈블리(810)와 서브어셈블리(910)의 효과는 기류 펄스 발생 측면에서 유사하지만 작동 원리가 상이하다. 서브어셈블리(810)는 공진을 이용하며; 어셈블리(910)는 멤브레인(플랩(101, 103)) 이동에 의해 야기되는 스퀴즈 모드 작동 챔버(905)의 압축 및 희박화(rarefication)를 이용한다. 따라서 챔버 폭(W905)은 더 이상 λUC와의 임의의 관계를 충족할 필요가 없으며, 따라서 챔버(905)의 크기는 실용적/원하는 만큼 축소될 수 있다.The effects of subassembly 810 and subassembly 910 are similar in terms of generating airflow pulses, but their operating principles are different. Subassembly 810 utilizes resonance; Assembly 910 utilizes compression and rarefaction of the squeeze mode operating chamber 905 caused by membrane (flap 101, 103) movement. Therefore the chamber width W 905 no longer needs to satisfy any relationship with λ UC , and thus the size of the chamber 905 can be reduced as much as practical/desired.

도 23은 본 발명의 일 실시예에 따른 APG 장치(A00)의 개략도이다. 공진이 요건이 아니기 때문에, 챔버(905)와 같은 챔버의 직사각형 단면의 제한이 제거될 수 있으며, 압력파 발생 또는 주변으로의 파동 전파를 최적화하기 위해 지오메트리(geometry)가 더 유연하다. 예를 들어, 챔버(A05) 또는 서브어셈블리(A40)는 황동 마우스피스형 단면을 가질 수 있다.Figure 23 is a schematic diagram of an APG device A00 according to an embodiment of the present invention. Because resonance is not a requirement, the limitations of a rectangular cross-section of a chamber such as chamber 905 can be removed, and the geometry is more flexible to optimize pressure wave generation or wave propagation to the surroundings. For example, chamber A05 or subassembly A40 may have a brass mouthpiece-like cross-section.

도 23의 장치(A00)의 다른 측면은 "직접 압력 결합"의 측면이다. 먼저 장치(900)에서와 같이 오리피스(913)를 통과하는 대신, 장치(A00)의 압축 챔버(A05)에서 발생된 압력파가 도관(A32)에 직접 결합된 다음 배출구(A33)를 통해 주변으로 나간다. 압축 챔버와 도관/배출구 사이의 이러한 직접 결합은 오리피스(913)에 의해 초래된 손실을 제거하여 장치(900)에 비해 상당한 효율성 향상을 가져온다.Another aspect of device A00 in Figure 23 is that of “direct pressure coupling”. Instead of first passing through orifice 913 as in device 900, the pressure wave generated in compression chamber A05 of device A00 is coupled directly to conduit A32 and then to the surroundings through outlet A33. I'm going. This direct coupling between the compression chamber and the conduit/outlet eliminates the losses introduced by orifice 913, resulting in significant efficiency gains over device 900.

도 24는 본 발명의 일 실시예에 따른 APG 장치(B00)의 개략도이다. 장치(B00)는 장치(A00)와 유사하다. 장치(A00)와는 달리, 장치(B00)는 (캡) 구조물(B11)을 더 포함하고, 캡 구조물(B11)과 필름 구조물(10) 사이에 챔버(B05)가 형성된다. 필름 구조물(10)의 하나의 측면에 형성된 챔버(A05)와 필름 구조물(10)의 다른 측면에 형성된 챔버(B05)로 푸시-풀 작동을 수행하므로, 기류 펄스가 향상될 수 있다. Figure 24 is a schematic diagram of an APG device B00 according to an embodiment of the present invention. Device B00 is similar to device A00. Unlike device A00, device B00 further includes a (cap) structure B11, and a chamber B05 is formed between the cap structure B11 and the film structure 10. Since a push-pull operation is performed with the chamber A05 formed on one side of the film structure 10 and the chamber B05 formed on the other side of the film structure 10, the airflow pulse can be improved.

서브어셈블리(810, 910)에 의해 생성된 에어 펄스는 기류 펄스로 볼 수 있고, 서브어셈블리(840, 940)는 트럼펫형 단면 프로필을 갖는 기류 대 기압 변환기로 볼 수 있음에 유의한다. 한편, 서브어셈블리(610, 710, A10, B10)에 의해 생성된 에어 펄스는, 복조된/비대칭 기압 펄스를 직접 생성하고 장치(800, 900)보다 더 효율적일 수 있는 기압 펄스로 볼 수 있다.Note that the air pulses generated by subassemblies 810 and 910 can be viewed as airflow pulses, and subassemblies 840 and 940 can be viewed as airflow to air pressure transducers with a trumpet-shaped cross-sectional profile. Meanwhile, the air pulses generated by subassemblies 610, 710, A10, and B10 can be viewed as air pressure pulses, which directly generate demodulated/asymmetric air pressure pulses and can be more efficient than devices 800, 900.

또한 내부에 형성된 도관을 갖는 서브어셈블리 또는 트럼펫형 단면 프로필을 갖는 도관을 가지는 서브어셈블리는, 출원인에 의해 출원된 미국 특허 제10,425,732호, 제11,172,310호 등에 개시된 APG 장치, 또는 제8,861,752호와 같은 기타 장치에도 적용될 수 있으며, 이에 한정되지는 않는다.Additionally, subassemblies having a conduit formed therein or having a conduit having a trumpet-shaped cross-sectional profile may be an APG device as disclosed in US Pat. It can also be applied, but is not limited to this.

도 25는 본 발명의 APG 장치에 대한 가상 밸브(VV)(112) 개방의 타이밍 정렬의 예시를 보여준다. 도 25에서, 실선 곡선은 변조-구동 신호(SM)에 의해 생성된 플랩 공통 모드 이동을 나타내고, 배경에서의 어두운 부분은 가상 밸브에 대응하는 음향 저항을 나타내며, 여기서 어두울수록 더 높은 저항을 의미하고(VV가 닫히며, 그 결과 챔버 내의 볼륨이 주변으로부터 분리됨) 그리고 밝을수록 더 낮은 저항을 의미한다(VV가 개방되며, 그 결과 챔버 내의 볼륨이 주변에 연결됨).Figure 25 shows an example of timing alignment of virtual valve (VV) 112 opening for the APG device of the present invention. In Figure 25, the solid curve represents the flap common mode shift produced by the modulation-drive signal (SM), and the dark part in the background represents the acoustic resistance corresponding to the virtual valve, where darker means higher resistance. (VV is closed, thereby isolating the volume within the chamber from the surroundings) and brighter means lower resistance (VV is open, resulting in the volume within the chamber being connected to the surroundings).

도 25의 (a)에서, 가상 밸브(VV)(112)의 개방 상태의 타이밍은, 플랩이 가장 양의 (제1 피크) 공통 모드 변위에 도달하기 약간 전에 일반적으로 놓이는, 챔버 내 최대(제1 피크) 압력이 달성되는 것에 정렬되며; 가상 밸브(112)의 닫힌 상태의 타이밍은, 플랩이 가장 음의(제2 피크) 공통 모드 변위에 도달하기 약간 전에 일반적으로 놓이는, 챔버 내 최소(제2 피크) 압력이 달성되는 것에 정렬된다. VV(112)의 최대 개방이 챔버 내 제1 피크 압력에 정렬되는 도 25의 (a)에 도시된 타이밍 정렬은, 기류 펄스의 펄스 진폭을 최대화하기 위한 것이며, 이는 장치(100~500)(챔버가 있지만 내부에 형성된 도관이 없음)에 적합할 수 있다.In Figure 25(a), the timing of the open state of the virtual valve (VV) 112 is the maximum in the chamber (first peak), which is generally placed slightly before the flap reaches the most positive (first peak) common mode displacement. 1 peak) is aligned with the pressure achieved; The timing of the closed state of the virtual valve 112 is aligned with the minimum (second peak) pressure in the chamber being achieved, which typically lies slightly before the flap reaches its most negative (second peak) common mode displacement. The timing alignment shown in (a) of FIG. 25, where the maximum opening of VV 112 is aligned with the first peak pressure in the chamber, is to maximize the pulse amplitude of the airflow pulse, which is used in devices 100-500 (chamber but there is no conduit formed inside).

한편, 도 25의 (b)에서, 자동차 산업의 가스/피스톤 엔진의 밸브 타이밍에서 영감을 받아, 가상 밸브(112)의 개방 상태의 타이밍을 제1 방향을 향해 이동하는 멤브레인(플랩)의 공통 모드 이동의 최대 속도에 정렬되며; 가상 밸브(112)의 닫힌 상태의 타이밍은 제1 방향과 반대인 제2 방향을 향해 이동하는 멤브레인(플랩)의 공통 모드 이동의 최대 속도에 정렬된다. 제1 방향은 필름 구조물에서 주변을 향하는 방향이다. 도 25의 (b)에 도시된 타이밍 정렬은 기류 플러스의 볼륨을 최대화하기 위한 것이며, 이는 장치(600) 또는 장치(700~900, A00, B00)(내부에 형성된 챔버를 포함하는 도관을 가짐)에 적합할 수 있다.Meanwhile, in Figure 25(b), inspired by the valve timing of gas/piston engines in the automobile industry, the timing of the open state of the virtual valve 112 is shown in the common mode of the membrane (flap) moving toward the first direction. aligned with the maximum speed of movement; The timing of the closed state of the virtual valve 112 is aligned with the maximum speed of common mode movement of the membrane (flap) moving toward a second direction opposite to the first direction. The first direction is towards the periphery in the film structure. The timing alignment shown in (b) of FIG. 25 is intended to maximize the volume of airflow plus device 600 or devices 700-900, A00, B00 (having a conduit containing a chamber formed therein). It may be suitable for.

도 26은 본 발명의 일 실시예에 따른 APG 장치(C00)의 개략도이다. 장치(C00)는 이전에 도입된 APG 장치와 유사하며, 플랩(101, 103)을 포함한다. 플랩(101, 103)도 도 13에 도시된 구동 방식에 의해 구동될 수 있다.Figure 26 is a schematic diagram of an APG device C00 according to an embodiment of the present invention. Device C00 is similar to the previously introduced APG device and includes flaps 101 and 103. The flaps 101 and 103 may also be driven by the driving method shown in FIG. 13.

이들 장치와는 달리, 장치(C00)는 캡 구조물을 포함하지 않는다. 위에 소개된 APG 장치와 비교하여, 장치(C00)는 구조가 훨씬 단순하여 포토리소그래피 에칭 단계가 덜 필요하고 복잡한 도관 제조 단계를 없앴으며, 2개의 서브컴포넌트 또는 서브어셈블리를 함께 바인딩할 필요가 없다. 장치(C00)의 생산 비용이 크게 절감된다.Unlike these devices, device C00 does not include a cap structure. Compared to the APG device introduced above, device C00 has a much simpler structure, requiring fewer photolithography etching steps, eliminating complex conduit manufacturing steps, and eliminating the need to bind two subcomponents or subassemblies together. The production cost of the device (C00) is greatly reduced.

캡 구조물 아래에는 압축될 챔버가 형성되지 않기 때문에, 장치(C00)에 의해 발생된 음향 압력은 주로 플랩(101, 103) 이동의 가속도(acceleration)에 의해 발생한다. (복조 구동 신호(±SV)에 응답하는) 가상 밸브(112)의 개방 타이밍을 (변조 구동 신호(SM)에 응답하는) 플랩(101, 103)의 공통 모드 이동의 가속 타이밍에 정렬하는 것에 의해, 장치(C00)는 비대칭 에어(압력) 펄스를 생성할 수 있다.Since no chamber to be compressed is formed under the cap structure, the acoustic pressure generated by the device C00 is mainly generated by the acceleration of the movement of the flaps 101 and 103. By aligning the opening timing of the virtual valve 112 (responsive to the modulated drive signal ±SV) with the acceleration timing of the common mode movement of the flaps 101, 103 (responsive to the modulated drive signal SM) , the device C00 can generate an asymmetric air (pressure) pulse.

플랩(101, 103)을 둘러싸는 공간이 Z>0 또는 +Z 서브공간에서 하나, 그리고 Z<0 또는 -Z 서브공간에서 하나인 2개의 서브공간으로 분할된다는 점에 유의한다. 플랩(101, 103)의 임의의 공통 모드 이동의 경우, 한 쌍의 음향 압력파가 생성될 것이며, 하나는 서브공간 Z에서, 다른 하나는 서브공간 -Z에서 생성될 것이다. 이 2개의 음향 압력파는 매그니튜드는 동일하지만 극성이 반대이다. 결과적으로, 가상 밸브(112)가 개방될 때, 가상 밸브(112) 부근의 두 에어 볼륨 사이의 압력 차이는 서로 중화될 것이다. 따라서 차동 모드 이동이 피크에 도달하는 타이밍, 즉 VV(112)가 최대 개방에 도달하는 타이밍이, 공통 모드 이동이 피크에 도달하는 가속 타이밍에 정렬될 때, 공통 모드 이동에 의해 발생되어야 하는 음향 압력이, 가상 밸브(112)의 개방으로 인해 억제/제거되어, 플랩(101, 103)의 2개의 대향 측면에 있는 2개의 음향 압력 사이의 자동 중화를 야기하며, 여기서 2개의 음향 압력은 매그니튜드는 동일하지만 극성은 반대이다. 이는 가상 밸브(112)가 개방될 때 장치(C00)가 (거의) 순 제로(net-zero) 기압을 생성한다는 것을 의미한다. 따라서 가상 밸브(112)의 개방되는 주기가 공통 모드 플랩 이동의 가속도의 (2개의) 극성 중 하나의 기간과 중첩될 때, 장치(C00)는 단일 종단(single-ended, SE) 또는 SE 형(SE-like) 기압 파형/펄스를 생성하며, 이는 매우 비대칭적이다.Note that the space surrounding flaps 101, 103 is split into two subspaces, one in the Z>0 or +Z subspace and one in the Z<0 or -Z subspace. For any common mode movement of flaps 101, 103, a pair of acoustic pressure waves will be generated, one in subspace Z and the other in subspace -Z. These two acoustic pressure waves have the same magnitude but opposite polarity. As a result, when the virtual valve 112 is opened, the pressure difference between the two air volumes near the virtual valve 112 will neutralize each other. Therefore, when the timing at which the differential mode shift peaks, i.e. the timing at which VV 112 reaches maximum opening, is aligned with the acceleration timing at which the common mode shift peaks, the acoustic pressure that must be generated by the common mode shift This is suppressed/eliminated by the opening of the virtual valve 112, resulting in automatic neutralization between the two acoustic pressures on the two opposite sides of the flaps 101, 103, wherein the two acoustic pressures are of equal magnitude. But the polarity is opposite. This means that device C00 generates (almost) net-zero air pressure when virtual valve 112 is opened. Therefore, when the period of opening of the virtual valve 112 overlaps with the period of one of the (two) polarities of the acceleration of the common mode flap movement, the device C00 is either single-ended (SE) or SE type ( SE-like) barometric pressure waveforms/pulses, which are highly asymmetric.

본 발명에서, SE(형) 파형은 파형이 특정 레벨에 대해 (실질적으로) 단극임을 의미할 수 있다. SE 음향 압력파는 주변 압력(예: 1 ATM)에 대해 (실질적으로) 단극인 파형을 의미할 수 있다.In the present invention, a SE(shaped) waveform can mean that the waveform is (substantially) unipolar for a particular level. SE acoustic pressure wave can refer to a waveform that is (practically) unipolar with respect to the ambient pressure (e.g. 1 ATM).

도 27은 본 발명의 일 실시예에 따른 가상 밸브(VV) 개방의 타이밍 정렬의 예시를 보여준다. 도 27에 도시된 타이밍 정렬 방식은 장치(C00)에 적용될 수 있다. 도 27의 (a)에서 실선/파선/점선 곡선은 변조 구동 신호(SM)에 응답하는 멤브레인(플랩(101, 103))의 공통 모드 이동의 변위/속력(velocity)/가속도를 나타내며, 도 25와 유사하게, 배경 어두움은 VV(112)의 개폐 작용(action)에 의한 음향 저항을 나타낸다. 예시를 위해, 도 27의 (a)에서 멤브레인/플랩 이동의 파형은 일정한 진폭을 갖는 정현파로 가정되며(또는 대략적으로 플롯됨), 여기서 속력/가속도 파형이 변위 파형의 1차/2차 도함수이다. 도 27의 (a)에 도시된 바와 같이, 피크 VV 개방의 타이밍은 제1 방향을 향하는 공통 모드 멤브레인/플랩 이동의 제1 피크 가속도의 타이밍에 정렬되고, 위에서 논의된 바와 같이, 이러한 타이밍 정렬은 서브공간 +Z 및 -Z에서 발생된 2개의 음향 압력파 사이의 자동 중화를 초래하여, 도 27의 (b)에서의 SE 기압 파형의 편평한 부분으로 예시된 바와 같이, 순 음향 압력이 억제되게 한다.Figure 27 shows an example of timing alignment of virtual valve (VV) opening according to one embodiment of the present invention. The timing alignment method shown in FIG. 27 can be applied to device C00. The solid/dashed/dotted curves in (a) of FIG. 27 represent the displacement/velocity/acceleration of the common mode movement of the membrane (flaps 101 and 103) in response to the modulation drive signal SM, and FIG. 25 Similarly, the background darkness represents the acoustic resistance due to the opening and closing action of VV 112. For illustration purposes, the waveform of membrane/flap movement in Figure 27(a) is assumed (or approximately plotted) to be a sinusoid with constant amplitude, where the velocity/acceleration waveforms are the first/second derivatives of the displacement waveforms. . As shown in Figure 27(a), the timing of peak VV opening is aligned with the timing of the first peak acceleration of common mode membrane/flap movement toward the first direction, and as discussed above, this timing alignment is Resulting in automatic neutralization between the two acoustic pressure waves generated in subspace +Z and -Z, causing the net acoustic pressure to be suppressed, as illustrated by the flat part of the SE barometric pressure waveform in Figure 27(b). .

또한 도 27의 (a)에 도시된 바와 같이, VV가 닫히는 타이밍은 제2 방향을 향하는 공통 모드 멤브레인/플랩 이동의 제2 피크 가속도의 타이밍에 정렬되고, 제2 방향은 제1 방향과 반대이다. VV가 제2 피크 가속도 동안/근처에서 닫히기 때문에, 플랩(101, 103)의 제2 피크 가속도에 의해 발생된 음향 압력은 플랩(101, 103)으로부터 멀리 방사될 수 있으며, 그 결과 도 27의 (b)에서의 SE 기압 파형의 반 사인 부분(half-sine portion)에 의해 예시된 바와 같이, 고도로 비대칭적인 음향 압력파가 발생한다.Also, as shown in Figure 27(a), the timing of VV closing is aligned with the timing of the second peak acceleration of the common mode membrane/flap movement toward the second direction, with the second direction being opposite to the first direction. . Because the VV closes during/near the second peak acceleration, the acoustic pressure generated by the second peak acceleration of the flaps 101, 103 can radiate away from the flaps 101, 103, resulting in (in Figure 27) Highly asymmetric acoustic pressure waves occur, as illustrated by the half-sine portion of the SE barometric pressure waveform in b).

가상 밸브(112)의 개방은 음향 압력 펄스의 세기(strength)/진폭을 결정하지 않지만 "거의 순 제로 압력"(또는 자동 중화) 효과가 얼마나 강한지를 결정한다는 점에 유의한다. 가상 밸브(112) 개방이 넓을 때, "순 제로 압력" 효과가 강하고, 자동 중화가 완료되며, 비대칭이 강하고/명백할 것이고, 결과적으로 기저대역 신호 또는 APPS 효과가 강하고/중대해진다. 반대로, 가상 밸브(112) 개방이 좁을 때, "순 제로 압력" 효과가 약하고, 자동 중화가 불완전하며, 비대칭이 낮아져 기저대역 신호 또는 APPS 효과가 약해진다.Note that the opening of the virtual valve 112 does not determine the strength/amplitude of the acoustic pressure pulse, but determines how strong the “near net zero pressure” (or automatic neutralization) effect is. When the virtual valve 112 opening is wide, the “net zero pressure” effect is strong, automatic neutralization is completed, the asymmetry will be strong/apparent, and consequently the baseband signal or APPS effect will be strong/significant. Conversely, when the virtual valve 112 opening is narrow, the “net zero pressure” effect is weak, automatic neutralization is incomplete, asymmetry is lowered, and the baseband signal or APPS effect is weakened.

FEM 시뮬레이션에서, 장치(C00)는 20Hz에서 145dB SPL을 생성할 수 있다. FEM 시뮬레이션으로부터, 장치(C00)에 의해 생성된 SPL이 장치(600)에 의해 생성된 것(20Hz에서 약 157dB SPL)보다 약 12dB 낮더라도 동일한 구동 조건에서, 장치(C00)의 THD(total harmonic distortion)는 장치(600)의 것보다 10~20dB 낮다. 따라서 시뮬레이션은 캡 구조물이 없거나 내부에 형성된 챔버가 없는 APG 장치인 장치(C00)의 효능을 검증한다.In FEM simulations, device C00 is capable of producing 145 dB SPL at 20 Hz. From the FEM simulation, it can be seen that under the same operating conditions, the total harmonic distortion (THD) of device C00 is approximately 12 dB lower than that produced by device 600 (about 157 dB SPL at 20 Hz). ) is 10 to 20 dB lower than that of device 600. The simulation therefore verifies the efficacy of device C00, which is an APG device without a cap structure or chamber formed therein.

VV 개방의 타이밍이 챔버 내의 최대 압력 타이밍 또는 공통 모드 멤브레인 이동의 최대 속력/가속도에 정렬된다는 서술은, 암시적으로 ±e%의 허용 오차가 허용됨을 의미한다. 즉, VV 개방의 타이밍이 챔버 내 피크 압력 또는 공통 모드 멤브레인 이동의 피크 속력/가속도의 (1±e%)에 정렬되는 경우도 본 발명의 범위 내에 있으며, 여기서 e%는 실제 요건에 따라 1%, 5% 또는 10%일 수 있다.The statement that the timing of VV opening is aligned to the maximum pressure timing in the chamber or the maximum speed/acceleration of common mode membrane movement implicitly means that a tolerance of ± e % is allowed. That is, it is also within the scope of the present invention if the timing of VV opening is aligned to (1 ± e %) of the peak pressure in the chamber or the peak speed/acceleration of common mode membrane movement, where e % is 1% depending on actual requirements. , may be 5% or 10%.

펄스 비대칭에 대해서, 도 28은 서로 다른 비대칭도(degree of asymmetricity)를 갖는 전체 사이클(full-cycle) 펄스(하나의 작동 사이클 TCY 내)를 도시한다. 본 발명에서, 비대칭도는 p 2p 1의 비율로 평가될 수 있으며, 여기서 p 1 > p 2이고, p 1은 레벨에 대해 제1 극성을 갖는 제1 반사이클 펄스(half-cycle pulse)의 피크 값을 나타내고, p 2는 레벨에 대해 제2 극성을 갖는 제2 반사이클 펄스의 피크 값을 나타낸다. 음향 영역에서, 레벨은 주변 압력(제로 음향 압력) 또는 제로 음향 기류와 같은 주변 조건에 대응할 수 있으며, 여기서 본 발명에서의 에어 펄스는 기류 펄스 또는 기압 펄스를 지칭할 수 있다.For pulse asymmetry, Figure 28 shows full-cycle pulses (within one operating cycle T CY ) with different degrees of asymmetry. In the present invention, the asymmetry can be evaluated as the ratio of p 2 to p 1 , where p 1 > p 2 and p 1 is the first half-cycle pulse with a first polarity with respect to the level. represents the peak value of , and p 2 represents the peak value of the second half-cycle pulse having the second polarity with respect to the level. In the acoustic domain, the level may correspond to ambient conditions such as ambient pressure (zero acoustic pressure) or zero acoustic airflow, where air pulses in the present invention may refer to airflow pulses or air pressure pulses.

도 28의 (a)는 r = p 2/p 1 > 80%인 전체 사이클 펄스를 예시한다. 도 28의 (a)에 도시되거나 r = p 2/p 1

Figure pat00016
1인 전체 사이클 펄스는 비대칭도가 낮다. 도 28의 (b)는 40% ≤ r = p 2/p 1 ≤ 60%인 전체 사이클 펄스를 예시한다. 도 28의 (b)에 도시되거나 r = p 2/p 1
Figure pat00017
50%인 전체 사이클 펄스는 중간 정도의 비대칭도를 가진다. 도 28의 (c)는 r = p 2/p 1 < 30%인 풀 사이클 펄스를 예시한다. 도 28의 (c)에 도시되거나 r = p 2/p 1 → 0인 풀 사이클 펄스는 비대칭도가 높다.Figure 28(a) illustrates a full cycle pulse with r = p 2 / p 1 > 80%. As shown in (a) of Figure 28 or r = p 2 / p 1
Figure pat00016
A full cycle pulse of 1 has low asymmetry. (b) of FIG. 28 illustrates a full cycle pulse with 40% ≤ r = p 2 / p 1 ≤ 60%. As shown in (b) of Figure 28 or r = p 2 / p 1
Figure pat00017
A full cycle pulse of 50% has a moderate degree of asymmetry. Figure 28(c) illustrates a full cycle pulse with r = p 2 / p 1 < 30%. The full cycle pulse shown in (c) of Figure 28 or where r = p 2 / p 1 → 0 has a high degree of asymmetry.

위에서 논의한 바와 같이, 비대칭도가 높을수록 초음파 에어 펄스의 APPS 효과 및 기저대역 스펙트럼 컴포넌트가 더 강해진다. 본 발명에서, 비대칭 에어 펄스는 적어도 중간 정도의 비대칭도를 갖는 에어 펄스를 지칭하며, r = p 2/p 1 ≤ 60%를 의미한다.As discussed above, the higher the asymmetry, the stronger the APPS effect and baseband spectral component of the ultrasonic air pulse. In the present invention, an asymmetric air pulse refers to an air pulse with at least a moderate degree of asymmetry, meaning r = p 2 / p 1 ≤ 60%.

본 발명의 APG 장치의 복조 작동은 변조 작동을 통해 생성되는 초음파 기압 변화의 진폭에 따라 비대칭 에어 펄스를 생성하는 것임을 유의한다. 한 관점에서, 본 발명의 복조 작동은 무선 통신 시스템의 AM(amplitude modulation) 포락선 검출기의 정류기와 유사하다.Note that the demodulation operation of the APG device of the present invention generates asymmetric air pulses according to the amplitude of the ultrasonic air pressure change generated through the modulation operation. In one respect, the demodulation operation of the present invention is similar to the rectifier of an amplitude modulation (AM) envelope detector in a wireless communications system.

당업계에 공지된 무선 통신 시스템에서 일종의 무선 AM(논코히어런트) 복조기인 포락선 검출기는 정류기와 저역 통과 필터를 포함한다. 포락선 검출기는 입력 진폭 변조된 신호에 대응하는 포락선을 생성한다. 포락선 검출기의 입력 진폭 변조된 신호는 일반적으로 r = p 2/p 1 →1로 고도로 대칭적이다. 정류기의 하나의 목표는 정류된 진폭 변조된 신호가 r = p 2/p 1 →0으로 고도로 비대칭이 되도록, 대칭 진폭 변조된 신호를 변환하는 것이다. 고도로 비대칭 정류된 AM 신호를 저역 통과 필터링한 후 진폭 변조된 신호에 대응하는 포락선이 복구된다.In wireless communication systems known in the art, an envelope detector, which is a type of wireless AM (non-coherent) demodulator, includes a rectifier and a low-pass filter. The envelope detector generates an envelope corresponding to the input amplitude modulated signal. The input amplitude-modulated signal of the envelope detector is highly symmetrical, typically r = p 2 / p 1 →1. One goal of the rectifier is to transform a symmetric amplitude modulated signal such that the rectified amplitude modulated signal is highly asymmetric, with r = p 2 / p 1 → 0. After low-pass filtering the highly asymmetric rectified AM signal, the envelope corresponding to the amplitude-modulated signal is recovered.

대칭적인 초음파 기압 변화(r = p 2/p 1 → 1로)를 비대칭 에어 펄스(r = p 2/p 1 → 0로)로 전환하는 본 발명의 복조 작동은 AM 복조기와 같은 포락선 검출기의 정류기와 유사하며, 여기서 입력 오디오 신호(SIN)에 대응하는 사운드/음악을 복구하거나 청취자가 인지하거나 사운드 감지 장비를 통해 측정될 수 있도록, 저역 통과 필터링 작동을 자연 환경과 인간의 청각 시스템(또는 마이크와 같은 사운드 감지 장치)에 맡긴다.The demodulation operation of the present invention, which converts symmetrical ultrasonic air pressure changes ( r = p 2 / p 1 → 1) into asymmetric air pulses ( r = p 2 / p 1 → 0), is performed using the rectifier of an envelope detector such as an AM demodulator. Similar to, where a low-pass filtering operation is used to recover the sound/music corresponding to the input audio signal ( SIN ) or to be perceived by the listener or measured by sound detection equipment, the natural environment and the human auditory system (or microphone It is left to a sound detection device such as

비대칭을 만드는 것은 APG 장치의 복조 작동에 매우 중요하다. 본 발명에서, 펄스 비대칭은 초음파 기압 변화를 발생시키는 멤브레인(플랩) 이동에 정렬되는 적절한 개방 타이밍에 의존한다. 서로 다른 APG 구성은 도 25 및 도 27에 도시된 바와 같이 서로 다른 타이밍 정렬 방법론을 가질 것이다. 달리 말하면, 개구부(112)를 형성하는 타이밍은 APG 장치에 의해 생성된 복수의 에어 펄스가 비대칭이 되도록 지정된다.Creating asymmetry is very important for the demodulation operation of APG devices. In the present invention, pulse asymmetry relies on proper timing of opening aligned with membrane (flap) movement that generates ultrasonic barometric pressure changes. Different APG configurations will have different timing alignment methodologies as shown in FIGS. 25 and 27. In other words, the timing of forming the opening 112 is specified so that the plurality of air pulses generated by the APG device are asymmetric.

비대칭 에어 펄스를 생성하는 APG 장치는 냉각, 건조 또는 기타 기능을 가질 수 있는 에어 펌프/이동 응용 분야에도 적용될 수 있다.APG devices that generate asymmetric air pulses can also be applied in air pump/mobility applications that may have cooling, drying, or other functions.

또한 적절한 셀 및 신호 경로 배치를 통해 전력 소비를 줄일 수 있다. 예를 들어, 도 29는 본 발명의 일 실시예에 따른 APG 장치(D00)의 평면도를 예시하며, 도 30은 도 29에 도시된 A-A' 라인을 따르는 장치(D00)의 단면도를 예시한다. 장치(D00)는 어레이에 배열된 D01~D08 셀을 포함한다. 각 셀(D0x)은 상술한 APG 장치(예: 400~C00) 중 하나일 수 있다. 도 30에서, 도관이 형성된 서브어셈블리 및 캡 구조물은 간결함을 위해 생략되었다. 장치(D00)의 모든 플랩이 구동 신호 방식(431)에 의해 구동되고, 상부 전극이 신호 +SV 또는 신호 -SV를 수신하고 하부 전극이 SM-VBIAS를 수신한다고 가정한다.Additionally, power consumption can be reduced through appropriate cell and signal path placement. For example, Figure 29 illustrates a top view of an APG device D00 according to one embodiment of the present invention, and Figure 30 illustrates a cross-sectional view of device D00 along line AA' shown in Figure 29. Device D00 includes cells D01 to D08 arranged in an array. Each cell (D0x) may be one of the APG devices described above (e.g., 400 to C00). In Figure 30, conduitized subassemblies and cap structures have been omitted for brevity. Assume that all flaps of the device D00 are driven by the drive signal method 431, the upper electrode receives the signal +SV or the signal -SV, and the lower electrode receives SM-V BIAS .

도 29에서, Y 방향을 따라 연장되는 긴 직사각형은 플랩 또는 플랩 상에 배치된 액추에이터의 상부 전극을 나타낸다. 배경의 음영은 액추에이터의 하부 전극을 나타내거나 액추에이터의 하부 전극이 전자적으로 연결됨을 나타낼 수 있다.In Figure 29, a long rectangle extending along the Y direction represents the upper electrode of the flap or an actuator disposed on the flap. Shading in the background may indicate the lower electrode of the actuator or may indicate that the lower electrode of the actuator is electronically connected.

장치(D00)에서, 신호 -SV를 수신하는 플랩(예: 101)과 신호 +SV를 수신하는 플랩(예: 103)은 공간적으로 인터리빙된다. 예를 들어, 셀(D01)의 플랩(103)이 신호 +SV를 수신할 때, 셀(D02)의 플랩(101)은 신호 -SV를 수신하도록 제안된다. 신호 +SV, -SV가 극성을 토글할 때 또는 신호 +SV, -SV의 천이 주기 동안, X 방향으로 하부 전극을 통해 용량성 부하 (방전)충전 전류가 흐르고, 하부 전극의 유효 저항, RBT,P (여기서 P는 병렬 전류 흐름을 지칭함)는 낮을 것이며, 이는 L/W 1이고 장치(D00)의 전력 소비가 낮기 때문이며, 여기서 L/W는 (방전)충전 전류의 관점에서 채널 길이/폭을 나타낸다. In device D00, the flap (eg 101) receiving the signal -SV and the flap (eg 103) receiving the signal +SV are spatially interleaved. For example, when flap 103 of cell D01 receives signal +SV, flap 101 of cell D02 is proposed to receive signal -SV. When the signals +SV, -SV toggle their polarity or during the transition period of the signals +SV, -SV, a capacitive load (discharge) charging current flows through the lower electrode in the X direction, and the effective resistance of the lower electrode, R BT ,P (where P refers to parallel current flow) will be low, which means that L/W 1 and due to the low power consumption of the device D00, where L/W represents the channel length/width in terms of (dis)charge current.

한편, 구동 신호 -SV, +SV가 {+SV, -SV}, {-SV, +SV}, {+SV, -SV}, {-SV, +SV}, {+SV, -SV}, {-SV, +SV}, {+SV, -SV}, {-SV, +SV}의 패턴으로 배선된 경우(도 29에 도시되지 않음)에 - 여기서 {...,...}는 하나의 셀(D0x)에 대한 차동 구동 신호 쌍을 지정함 -, 부하 (방전)충전 전류는 Y 방향에 있을 것이고, 하부 전극의 유효 저항 RBT,S(여기서 S는 직렬 전류 흐름을 지칭함)는 훨씬 더 높을 것이며(즉, L/W 1이므로 RBT,S RBT,P), 이러한 방식의 전력 소비는 더 높을 것이다.Meanwhile, the driving signals -SV, +SV are {+SV, -SV}, {-SV, +SV}, {+SV, -SV}, {-SV, +SV}, {+SV, -SV}, In the case of wiring in the pattern of {-SV, +SV}, {+SV, -SV}, {-SV, +SV} (not shown in Figure 29) - where {...,...} is Specifies the differential drive signal pair for one cell (D0x) -, the load (discharge) charge current will be in the Y direction, and the effective resistance of the lower electrode R BT,S (where S refers to the series current flow) is will be much higher (i.e. L/W 1, so R BT,S R BT,P ), the power consumption in this way will be higher.

달리 말하면, 도 29에 도시된 배선 방식을 이용함으로써, (예로서 셀(D01, D02)를 취함) 신호 +SV를 수신하는 셀(D01)의 플랩(103)이 신호 -SV을 수신하는 셀(D02)의 플랩(101) 옆에 공간적으로 배치되고 신호 ±SV의 천이 주기가 일시적으로 중첩되면, 패드로부터 장치(D00)을 떠나 다른 패드로부터 장치(D00)로 다시 들어갈 필요 없이, 하나의 플랩(예: D01의 103)의 하부 전극에서 나오는 전류가 이웃 플랩(예: D02의 101)으로 직접 이동한다. 따라서 하부 전극의 유효 저항이 크게 감소하여 전력 소비도 감소한다.In other words, by using the wiring scheme shown in FIG. 29 (taking cells D01 and D02 as examples), the flap 103 of cell D01 receiving signal +SV is connected to the cell receiving signal -SV ( D02) is spatially placed next to the flap 101 and the transition period of the signal ±SV temporarily overlaps, so that one flap ( The current from the lower electrode (e.g. 103 in D01) moves directly to the neighboring flap (e.g. 101 in D02). Therefore, the effective resistance of the lower electrode is greatly reduced, which also reduces power consumption.

또한 다수(예: 2개)의 셀을 통합하여 작동 주파수를 향상시킬 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 APG 장치를 이용한 APPS(Air Pressure Pulse Speaker) 사운드 생성 방식은 일종의 이산 시간 샘플링된 시스템이다. 한편, 높은 충실도를 달성하기 위해 이러한 샘플링된 시스템에서 샘플링 레이트를 높이는 것이 일반적으로 바람직하다. 한편, 요구되는 구동 전압 및 소비 전력을 낮추기 위해서는, 장치의 작동 주파수를 낮추는 것이 바람직하다.Additionally, the operating frequency can be improved by integrating multiple cells (e.g. two). Specifically, the APPS (Air Pressure Pulse Speaker) sound generation method using the APG device of the present invention is a type of discrete time sampled system. On the other hand, it is generally desirable to increase the sampling rate in such sampled systems to achieve high fidelity. Meanwhile, in order to lower the required driving voltage and power consumption, it is desirable to lower the operating frequency of the device.

하나의 APG 장치에 대한 샘플링 레이트로 작동 주파수를 높이는 대신에, 펄스/작동 레이트가 낮은 (서브 시스템들)의 (적어도) 두 그룹을 시간적 및 공간적으로 인터리빙하여 높은 펄스/작동 레이트를 달성하는 것이 효율적이다.Instead of increasing the operating frequency with the sampling rate for one APG device, it is efficient to achieve high pulse/acting rates by temporally and spatially interleaving (at least) two groups of (subsystems) with low pulse/acting rates. am.

도 31(공간 배치를 도시)은 본 발명의 일 실시예에 따른 APG 장치(E00)의 평면도이다. 장치(E00)는 서로 옆에/인접하게 배치된 2개의 셀(E11, E12)을 포함한다. 셀(E11/E12)은 본 발명의 APG 장치 중 하나일 수 있다.Figure 31 (showing spatial arrangement) is a top view of the APG device (E00) according to an embodiment of the present invention. Device E00 includes two cells E11 and E12 placed next to/adjacent to each other. Cell E11/E12 may be one of the APG devices of the present invention.

도 32(시간 관계를 도시)는 셀(E11, E12)을 위한 (복조)변조 구동 신호의 두 세트 A 및 B의 파형을 예시한다. 세트 A는 복조 구동 신호(±SV) 및 변조 구동 신호(SM)를 포함하고; 세트 B는 복조 구동 신호(±SV') 및 변조 구동 신호(SM')를 포함한다. 도 32에 도시된 실시예에서, 신호 세트 B의 복조 구동 신호(+SV'/-SV')는 신호 세트 A의 복조 구동 신호(+SV/-SV)의 지연된 버전이다. 또한, 신호 세트 B의 신호(SV'/-SV')는 작동 사이클의 절반인 TCY/2만큼 지연된 신호 세트 A의 신호(SV/-SV)이며, 여기서 TCY = 1/f UC이고 f UC는 셀(E11/E12)에 대한 작동 주파수를 나타낸다. 세트 B의 변조 구동 신호(SM')는 세트 A의 변조 구동 신호(SM)의 반전 또는 극성 반전 버전으로 볼 수 있다. 신호(SM, SM')는 SM' = -SM 또는 SM + SM' = C의 관계를 가질 수 있으며, 여기서 C는 일부 상수 또는 바이어스이다. 예를 들어, 세트 A의 변조 구동 신호(SM)가 기간 T 22 내에서 전압 레벨에 대해 부의 극성을 갖는 펄스(도 32에서 파선으로 도시됨)를 가질 때, 세트 B의 변조 구동 신호(SM')는 기간 T 22 내에서 전압 레벨에 대해 양의 극성을 갖는 펄스(도 32에서 파선으로 도시됨)를 가질 것이다.Figure 32 (illustrating time relationships) illustrates the waveforms of two sets A and B of (demodulated) modulated drive signals for cells E11 and E12. Set A includes a demodulation drive signal (±SV) and a modulation drive signal (SM); Set B includes a demodulation drive signal (±SV') and a modulation drive signal (SM'). In the embodiment shown in Figure 32, the demodulation drive signal of signal set B (+SV'/-SV') is a delayed version of the demodulation drive signal of signal set A (+SV/-SV). Additionally, the signals of signal set B (SV'/-SV') are the signals of signal set A (SV/-SV) delayed by T CY /2, which is half the operating cycle, where T CY = 1/ f UC and f UC represents the operating frequency for the cells (E11/E12). The modulation drive signal (SM') of set B can be viewed as an inverted or polarity inverted version of the modulation drive signal (SM) of set A. Signals (SM, SM') may have the relationship SM' = -SM or SM + SM' = C, where C is some constant or bias. For example, when the modulation drive signal (SM) of set A has a pulse (shown as a dashed line in Figure 32) with a negative polarity with respect to the voltage level within the period T 22 , the modulation drive signal (SM') of set B ) will have a pulse (shown as a dashed line in Figure 32) with positive polarity for the voltage level within the period T 22 .

세트 A와 세트 B 중 한 세트를 셀(E11)에 제공하고 세트 A와 세트 B 중 나머지 세트를 셀(E12)에 제공함으로써, 장치(E00)는 2×f UC와 같은 펄스/샘플링 레이트를 갖는 펄스 어레이를 생성할 수 있으며, f UC는 각 셀에 대한 작동 주파수이다.By providing one set of set A and set B to cell E11 and the other set of set A and set B to cell E12, device E00 has a pulse/sampling rate equal to 2× f UC . An array of pulses can be generated, where f UC is the operating frequency for each cell.

도 33은 본 발명의 일 실시예에 따른 APG 장치(F00)의 평면도이다. 장치(F00)는 2×2 어레이에서 배열된 셀(F11, F12, F21, F22)을 포함한다. 장치(F00)의 셀은 본 발명의 APG 장치 중 하나일 수 있다. 셀(F11, F12, F21, F22) 중 2개의 셀은 신호 세트 A를 수신하고, 나머지 2개의 셀은 신호 세트 B를 수신할 수 있다.Figure 33 is a plan view of the APG device (F00) according to an embodiment of the present invention. Device F00 includes cells F11, F12, F21, F22 arranged in a 2x2 array. The cell of device F00 may be one of the APG devices of the present invention. Two of the cells (F11, F12, F21, F22) can receive signal set A, and the remaining two cells can receive signal set B.

일 실시예에서, 셀(F11, F12)은 신호 세트 A를 수신하고 셀(F21, F22)은 신호 세트 B를 수신한다. 일 실시예에서, 셀(F11, F22)은 신호 세트 A를 수신하고 셀(F12, F21)은 신호 세트 B를 수신한다. 일 실시예에서, 셀(F11, F21)은 신호 세트 A를 수신하고 셀(F12, F22)은 신호 세트 B를 수신한다. 장치(E00)와 유사하게, 이 장치는 2×f UC와 같은 펄스/샘플링 레이트를 갖는 펄스 어레이도 생성한다.In one embodiment, cells F11 and F12 receive signal set A and cells F21 and F22 receive signal set B. In one embodiment, cells F11 and F22 receive signal set A and cells F12 and F21 receive signal set B. In one embodiment, cells F11 and F21 receive signal set A and cells F12 and F22 receive signal set B. Similar to device E00, this device also generates a pulse array with a pulse/sampling rate equal to 2× f UC .

음향파를 발생시키기 위해 물리적 표면 이동을 사용하는 기존 스피커(예: 다이내믹 드라이버)는 전면/후면 방사파 상쇄 문제에 직면한다. 물리적 표면이 이동하여 에어매스 이동을 일으킬 때, 한 쌍의 음파(soundwave), 즉 전면 방사파(front-radiating wave)와 후면 방사파(back-radiating wave)가 발생된다. 2개의 음파는 서로의 대부분을 상쇄하여, 순 SPL이 전면/후면 방사파만 측정한 것보다 훨씬 낮다.Conventional speakers that use physical surface movements to generate acoustic waves (e.g. dynamic drivers) face the problem of front/rear radiated wave cancellation. When a physical surface moves, causing air mass movement, a pair of sound waves is generated: a front-radiating wave and a back-radiating wave. The two sound waves cancel most of each other, so the net SPL is much lower than if only the front/back radiated waves were measured.

전면/후면 방사파 상쇄 문제에 대해 일반적으로 채택되는 솔루션은 후면 인클로저 또는 개방형 배플(baffle)을 활용하는 것이다. 두 솔루션 모두 관심 있는 가장 낮은 주파수의 파장, 예를 들어 230Hz 주파수의 1.5미터 파장에 필적하는 물리적 크기/치수를 필요로 한다.A commonly adopted solution to the front/rear radiated wave cancellation problem is to utilize a rear enclosure or open baffle. Both solutions require physical size/dimensions comparable to the lowest frequency wavelength of interest, for example a 1.5 meter wavelength at a frequency of 230 Hz.

기존 스피커와 비교하여 본 발명의 APG 장치는 단지 수십 제곱 밀리미터(기존 스피커보다 훨씬 작음)만을 차지하며, 특히 저주파에서 엄청난 SPL을 생성한다.Compared to conventional speakers, the APG device of the present invention occupies only a few tens of square millimeters (much smaller than conventional speakers) and produces tremendous SPL, especially at low frequencies.

이는 비대칭 진폭 변조된 에어 펄스를 생성함으로써 달성되며, 여기서 복조 부분이 멤브레인 이동을 통해 대칭 진폭 변조된 기압 변화를 생성하고 복조 부분이 가상 밸브를 통해 비대칭 진폭 변조된 에어 펄스를 생성한다. 변조 부분과 복조 부분은 동일한 제조 층에서 제조된 플랩 쌍(들)에 의해 구현되어, 제조/생산 복잡성을 감소시킨다. 변조 작동은 플랩 쌍의 공통 모드 이동을 통해 수행되고 복조 작동은 플랩 쌍의 차동 모드 이동을 통해 수행되며, 여기서 (공통 모드 이동을 통한) 변조 작동과 (차동 모드 이동을 통한) 복조 작동은 단일 플랩 쌍에 의해 수행될 수 있다. 차동 모드 이동과 공통 모드 이동 간의 적절한 타이밍 정렬은 출력 에어 펄스의 비대칭을 향상시킨다. 또한 뿔 모양의 배출구나 트럼펫형 도관은 전파 효율을 높이는 데 도움이 된다.This is achieved by generating asymmetric amplitude modulated air pulses, where the demodulating portion generates symmetric amplitude modulated air pressure changes through membrane movement and the demodulating portion generates asymmetric amplitude modulated air pulses through virtual valves. The modulation and demodulation sections are implemented by flap pair(s) fabricated in the same fabrication layer, reducing fabrication/production complexity. The modulation operation is performed via common mode movement of a pair of flaps and the demodulation operation is performed via differential mode movement of a pair of flaps, where the modulation operation (via common mode movement) and the demodulation operation (via differential mode movement) are performed by a single flap. Can be performed in pairs. Proper timing alignment between differential mode movement and common mode movement improves the asymmetry of the output air pulse. Additionally, the horn-shaped outlet and trumpet-shaped conduit help increase propagation efficiency.

요약하면, 본 발명의 에어 펄스 발생 장치는 변조 수단과 복조 수단을 포함한다. 변조 구동 신호를 플랩 쌍(102 또는 104)에 인가하는 것에 의해 구현될 수 있는 변조 수단은, 사운드 신호에 따라 초음파 반송파 주파수로 진폭 변조된 초음파 음향/에어파를 생성하는 것이다. 한 쌍의 복조 구동 신호(+SV, -SV)를 플랩 쌍(102)에 인가하거나 주기적으로 플랩 쌍(102)을 구동하여 개구부(112)를 형성하는 것에 의해 구현될 수 있는 복조 수단은, 초음파 음향/에어파(ultrasonic acoustic/air wave, UAW)의 스펙트럼 컴포넌트를 ±n×f UC 만큼 시프트하는 동기식 복조 작동을 수행하는 것이다. 그 결과, 사운드 신호에 대응하는 초음파 에어파의 스펙트럼 컴포넌트가 가청 기저대역으로 시프트되어 사운드 신호가 재생된다.In summary, the air pulse generating device of the present invention includes modulation means and demodulation means. The modulation means, which can be implemented by applying a modulation drive signal to the flap pair 102 or 104, generate ultrasonic sound/air waves amplitude-modulated at the ultrasonic carrier frequency in accordance with the sound signal. The demodulation means, which can be implemented by applying a pair of demodulation drive signals (+SV, -SV) to the flap pair 102 or periodically driving the flap pair 102 to form the opening 112, is ultrasonic waves. A synchronous demodulation operation is performed to shift the spectral component of an ultrasonic acoustic/air wave (UAW) by ± n × f UC . As a result, the spectral component of the ultrasonic air wave corresponding to the sound signal is shifted to the audible baseband and the sound signal is reproduced.

당업자는 본 발명의 교시를 유지하면서 장치 및 방법의 수많은 수정 및 변경이 이루어질 수 있음을 쉽게 관찰할 것이다. 따라서, 위의 개시는 첨부된 청구 범위에 의해서만 제한되는 것으로 해석되어야 한다.Those skilled in the art will readily observe that numerous modifications and variations of the apparatus and methods may be made while retaining the teachings of the present invention. Accordingly, the above disclosure should be construed as limited only by the scope of the appended claims.

Claims (29)

에어 펄스 발생 장치로서,
필름 구조물
을 포함하고,
상기 필름 구조물은 상기 에어 펄스 발생 장치가 복수의 에어 펄스를 생성하도록 가동되며,
뿔 모양의 배출구가 상기 에어 펄스 발생 장치 내에 형성되고, 상기 복수의 에어 펄스는 상기 뿔 모양의 배출구를 통해 전파되는, 에어 펄스 발생 장치.
An air pulse generator, comprising:
film structures
Including,
The film structure is operated such that the air pulse generating device generates a plurality of air pulses,
A horn-shaped outlet is formed in the air pulse generator, and the plurality of air pulses propagate through the horn-shaped outlet.
제1항에 있어서,
상기 뿔 모양의 배출구의 치수는 상기 필름 구조물로부터 주변을 향해 점차 넓어지는, 에어 펄스 발생 장치.
According to paragraph 1,
The dimensions of the horn-shaped outlet gradually widen from the film structure toward the periphery.
제1항에 있어서,
지지 구조물
을 더 포함하고,
상기 뿔 모양의 배출구는 상기 지지 구조물 사이에 형성되는, 에어 펄스 발생 장치.
According to paragraph 1,
support structure
It further includes,
The horn-shaped outlet is formed between the support structures.
제3항에 있어서,
상기 필름 구조물은 플랩 쌍을 포함하고,
상기 플랩 쌍은 상기 지지 구조물에 고정되는, 에어 펄스 발생 장치.
According to paragraph 3,
The film structure includes a pair of flaps,
The flap pair is secured to the support structure.
제1항에 있어서,
도관이 상기 에어 펄스 발생 장치 내에 형성되고,
상기 도관은 제1 챔버, 통로 및 상기 뿔 모양의 배출구를 포함하는, 에어 펄스 발생 장치.
According to paragraph 1,
A conduit is formed within the air pulse generating device,
wherein the conduit includes a first chamber, a passageway, and the horn-shaped outlet.
제5항에 있어서,
상기 제1 챔버의 치수는 상기 필름 구조물로부터 상기 통로를 향해 점점 좁아지는, 에어 펄스 발생 장치.
According to clause 5,
The dimensions of the first chamber taper from the film structure toward the passageway.
제5항에 있어서,
상기 제1 챔버는 상기 필름 구조물의 제1 측면에 의해 형성되는, 에어 펄스 발생 장치.
According to clause 5,
The first chamber is formed by a first side of the film structure.
제7항에 있어서,
제2 챔버가 상기 필름 구조물의 제2 측면에 의해 형성되는, 에어 펄스 발생 장치.
In clause 7,
An air pulse generating device, wherein a second chamber is formed by a second side of the film structure.
제8항에 있어서,
상기 필름 구조물은 플랩 쌍을 포함하고,
상기 플랩 쌍은 차동 모드 이동을 수행하도록 가동되는, 에어 펄스 발생 장치.
According to clause 8,
The film structure includes a pair of flaps,
wherein the flap pair is operative to perform differential mode movement.
제5항에 있어서,
제3 챔버가 상기 필름 구조물에 의해 형성되고,
상기 제1 챔버와 상기 제3 챔버는 오리피스(orifice)를 통해 연결되는, 에어 펄스 발생 장치.
According to clause 5,
a third chamber is formed by the film structure,
The first chamber and the third chamber are connected through an orifice.
제5항에 있어서,
상기 제1 챔버는 반폐색되는, 에어 펄스 발생 장치.
According to clause 5,
The first chamber is semi-occluded, an air pulse generator.
제5항에 있어서,
상기 제1 챔버의 높이는 상기 에어 펄스 발생 장치의 작동 주파수에 대응하는 파장의 1/5 보다 작은, 에어 펄스 발생 장치.
According to clause 5,
The height of the first chamber is less than 1/5 of the wavelength corresponding to the operating frequency of the air pulse generating device.
제5항에 있어서,
상기 제1 챔버의 폭은 상기 에어 펄스 발생 장치의 작동 주파수에 대응하는 파장의 절반보다 작은, 에어 펄스 발생 장치.
According to clause 5,
The width of the first chamber is less than half the wavelength corresponding to the operating frequency of the air pulse generating device.
제5항에 있어서,
서브어셈블리
를 포함하고,
상기 통로와 상기 뿔 모양의 배출구가 상기 서브어셈블리 내에 형성되는, 에어 펄스 발생 장치.
According to clause 5,
subassembly
Including,
An air pulse generating device, wherein the passage and the horn-shaped outlet are formed within the subassembly.
제14항에 있어서,
상기 제1 챔버는 상기 필름 구조물과 상기 서브어셈블리 사이에 형성되는, 에어 펄스 발생 장치.
According to clause 14,
The first chamber is formed between the film structure and the subassembly.
제5항에 있어서,
캡 구조물
을 포함하고,
상기 통로와 상기 뿔 모양의 배출구가 상기 캡 구조물 내에 형성되며,
상기 제1 챔버는 상기 필름 구조물과 상기 캡 구조물 사이에 형성되는, 에어 펄스 발생 장치.
According to clause 5,
cap structure
Including,
The passage and the horn-shaped outlet are formed within the cap structure,
The first chamber is formed between the film structure and the cap structure.
제5항에 있어서,
상기 도관의 길이는 상기 에어 펄스 발생 장치의 작동 주파수에 대응하는 파장의 1/4인, 에어 펄스 발생 장치.
According to clause 5,
The length of the conduit is 1/4 of the wavelength corresponding to the operating frequency of the air pulse generator.
에어 펄스 발생 장치 내에 배치되거나 배치될 서브어셈블리로서,
상기 서브어셈블리 내에 형성된 도관
을 포함하고,
상기 도관은 통로 및 뿔 모양의 배출구를 포함하며,
상기 서브어셈블리는 필름 구조물을 포함하는 장치와 조립되거나 조립될 것인, 서브어셈블리.
A subassembly disposed or to be disposed within an air pulse generating device, comprising:
Conduit formed within the subassembly
Including,
The conduit includes a passageway and a horn-shaped outlet,
A subassembly, wherein the subassembly is or will be assembled with a device comprising a film structure.
제18항에 있어서,
상기 뿔 모양의 배출구의 치수가 주변을 향해 넓어지는, 서브어셈블리.
According to clause 18,
A subassembly, wherein the dimensions of the horn-shaped outlet widen toward the periphery.
제18항에 있어서,
상기 도관은 제1 챔버를 포함하는, 서브어셈블리.
According to clause 18,
The subassembly of claim 1, wherein the conduit includes a first chamber.
제20항에 있어서,
상기 제1 챔버의 치수가 상기 통로를 향해 좁아지는, 서브어셈블리.
According to clause 20,
A subassembly wherein a dimension of the first chamber narrows toward the passageway.
제20항에 있어서,
상기 서브어셈블리는,
황동 마우스피스형 단면 형상(brass mouthpiece-like cross section profile)을 갖는 영역을 포함하고,
상기 제1 챔버는 상기 황동 마우스피스형 단면 형상을 갖는 상기 영역과 상기 필름 구조물 사이에 형성되는, 서브어셈블리.
According to clause 20,
The subassembly is,
Comprising an area having a brass mouthpiece-like cross section profile,
The subassembly of claim 1 , wherein the first chamber is formed between the film structure and the region having the brass mouthpiece-like cross-sectional shape.
제20항에 있어서,
상기 제1 챔버는 반폐색되는, 서브어셈블리.
According to clause 20,
The subassembly wherein the first chamber is semi-occluded.
제20항에 있어서,
상기 제1 챔버는 상기 서브어셈블리와 상기 장치 사이에 형성되는, 서브어셈블리.
According to clause 20,
A subassembly, wherein the first chamber is formed between the subassembly and the device.
제18항에 있어서,
챔퍼(chamfer)가 상기 서브어셈블리에 형성되는, 서브어셈블리.
According to clause 18,
A subassembly, wherein a chamfer is formed in the subassembly.
제18항에 있어서,
상기 서브어셈블리는 3D 프린팅 기술 또는 정밀 사출 성형을 통해 형성되는, 서브어셈블리.
According to clause 18,
The subassembly is formed through 3D printing technology or precision injection molding.
제18항에 있어서,
상기 서브어셈블리는 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems) 제조 공정에 의해 형성되는, 서브어셈블리.
According to clause 18,
The subassembly is formed by a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) manufacturing process.
제18항에 있어서,
상기 장치는 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems) 제조 공정에 의해 형성되는, 서브어셈블리.
According to clause 18,
The device is a subassembly formed by a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) manufacturing process.
제18항에 있어서,
상기 필름 구조물은 초음파 기압 변화를 형성하도록 가동되고,
상기 에어 펄스 발생 장치는 상기 초음파 기압 변화에 따라 복수의 에어 펄스를 생성하며,
상기 복수의 에어 펄스는 상기 뿔 모양의 배출구를 통해 주변을 향해 전파되는, 서브어셈블리.
According to clause 18,
the film structure is actuated to create an ultrasonic pressure gradient,
The air pulse generator generates a plurality of air pulses according to the ultrasonic air pressure change,
The subassembly wherein the plurality of air pulses propagate toward the surroundings through the horn-shaped outlet.
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