專利名稱：直接數字揚聲器中的音量和音調控制的制作方法
技術領域：
本發(fā)明一般涉及用于揚聲器的音量控制，且更具體地涉及用于直接數 字揚聲器的音量控制。
背景技術：
非另有說明，所有都是美國專利文件
2002/0106093:摘要、

圖1-42以及第0009、 0023和0028段顯示了電 磁輻射、致動器和換能器(transducer)以及靜電設備。
6,373,955:摘要和第4欄第34行-第5欄第55行顯示了換能器的陣列。
JP 2001016675:摘要顯示了聲輸出換能器的陣列。
6,963,654:摘要、圖1-3、 7-9和第7欄第41行-第8欄第54行顯示
了基于電磁力的換能器操作。
66,125,189:摘要、圖1-4和第4欄第1行-第5欄第46行顯示了包括 靜電驅動的電聲轉換單元。
WO 8400460:摘要顯示了具有磁體陣列的電磁-聲換能器。
4,337,379:摘要、第3欄第28-40行以及圖4、 9顯示了電磁力。
4,515,997:摘要以及第4欄第16-20行顯示了音量級(volume level)。
6,795,561:第7欄第18-20行顯示了微致動器的陣列。
5,517,570:摘要顯示將聲現象映射為離散的、可編址的聲素(sound pixel)。
JP 57185790:摘要顯示消除了對D/A轉換器的需要。
JP 51120710:摘要顯示了不需要任何D-A轉換器的數字揚聲器系統。
JP 09266599:摘要顯示直接將數字信號應用到揚聲器。
6,959,096:摘要和第4欄第50-63行顯示了設置在陣列內的多個換能器。
在下面的公開中描述了制造高分子磁體的方法
Lagorce， L. K.禾口 M. G. Allen的"Magnetic and Mechanical Properties of Micro-machined Strontium Ferrite/Polyimide Composites", 1997年12月4分 IEEE微機電系統期刊6(4);以及
Lagorce， L. K. 、 Brand, O.禾口 M. G. Allen的"Magnetic micro actuators based on polymer magnets", 1999年三月份IEEE微機電系統期刊8(1)。
授予Nakaya的美國專利4,337,379描述了包括圖4A中的類似線圈的 結構的平面電動力學的電聲換能器。
授予Sotme等人的美國專利6,963,654描述了一種隔板、扁平型的聲 換能器以及扁平型的隔板。Sotme的系統包括圖7中的類似線圈的結構。
半導體數字揚聲器陣列是已知的，例如在下列文件中描述的美國專 利文件20010048123，授予David Thomas、 ^皮轉讓給Texas Instruments并 于2002年6月11日發(fā)布的美國專利6,403,995,授予Sony的美國專利4,194,095，授予Walter Stinger以及Diamond Brett M.等人的美國專利 4,515,997 ， "Digital sound reconstruction using array of CMOS-MEMS micro-speakers", Transducers '03 ，關于固態(tài)傳感器、致動器和微系統的第 12屆國際會議，波士頓，2003年6月8日-6月12日；以及例如BBE的 DS48 Digital Loudspeaker Management System (DS48數字揚聲器管理系 統)。
眾所周知，要求常規(guī)的模擬揚聲器顯示出平坦的頻率響應。本領域中 已知的且在下文中使用的術語"頻率響應"是任何系統的傳遞函數的度量， 把系統的輸出信號與具有不變的振幅但是變化的頻率的輸入信號相比較。 頻率響應一般由以分貝為單位度量的系統的傳遞函數與以Hz為單位度量 的頻率比值的大小來描述特征。
在揚聲器的情況下，該響應一般由在無限障板中的振動活塞的技術領 域內已知的方程決定
(1) P
「 O、 、2」
其中
P代表由振動活塞產生的RMS壓強[N/m";
A代表峰-峰振動幅度[m];
S代表振動活塞的表面面積[m";
p代表介質(即氣體)的密度[Kg/m3]，活塞在所述介質中振動； R代表從活塞的表面(face)到測量點的距離[m]; f代表振動頻率[Hz];
因此，舉例來說，將頻率f增加兩倍導致壓強P相應的增加4倍(假 設所有其它參數保持不變)。
(2) SPL=20'Log10P/P0 其中
8Po代表不變的參考壓強。 一般選擇為人可聽見的最小的RMS壓強或 2(H0-6N/m2
P代表活塞RMS壓強(見(1 ))
SPL代表聲壓級。SPL越高，被聽眾感受到的揚聲器的聲音越大。
如容易由方程(l )產生的，假定除了頻率f以外的所有參數保持不變， 并進一步假定頻率f加倍(即增加一倍頻程(octave))，這將導致將壓強 P乘以4，并且后者將導致(見方程(2) )SPL增加12分貝，引起12分 貝/倍頻程的頻率響應。這不是期望的效果，因為從聽眾的角度來看，揚聲 器應該在其整個指定的頻率范圍內，顯示平坦的響應。因此，例如，增加 一倍頻程(即加倍頻率)不應影響所產生的SPL，除非聽眾有意調節(jié)，否 則所述所產生的SPL應該保持基本不變。
盡管有特定的12分貝/倍頻程的頻率響應，但是^t擬揚聲器也顯示平 坦的響應，這是因為模擬揚聲器具有固有的性質，依照該固有的性質，頻 率f的增加使得峰-峰振幅A降低。因此，回到方程(l),當頻率f被加 倍時，振幅A實質上降低為原來的四分之一，由此保持產生的壓強P基本 不變，而且，如容易由方程(2)產生的，SPL也保持基本不變，引起期望 的平jt旦響應。
顯然地，當聽眾希望增加聲級時，他可以在整個頻率范圍內增加峰-
說明書中提到的所有出版物和專利文件以及在此直接或間接引用的 出版物和專利文件的公開內容，特此通過引用而被并入。

發(fā)明內容
在此使用術語"直接數字揚聲器(direct digital speaker)"或DDS來包
括接受數字信號并將該數字信號轉變成聲波而不使用單獨的數模轉換器 (DAC)的揚聲器。這樣的揚聲器可在某些時候包括模數轉換器(ADC) 以便允許這些揚聲器改為轉變模擬信號或除了轉變數字信號還轉變模擬 信號。這樣的揚聲器可包括DDS (直接數字揚聲器)，DDL(直接數字擴音器)，DSR(數字聲音重構)揚聲器，數字相同擴音器陣列(digital uniform louderspeaker array)，矩陣揚聲器以及MEMS揚聲器。在此使用的術語"直 接數字揚聲器，，旨在包括具有大量壓強產生元件的揚聲器裝置，所述壓強產 生元件，或者依靠例如在此具體描述的他們的運動；或者通過加熱并冷卻 這些元件所處于其中的介質，例如氣體；或者通過加速這些元件所處于其 中的介質，例如通過電離介質并提供沿軸的位差(potential difference); 或者通過作為閥門來操作以選擇性地引流與周圍環(huán)境受壓不同的介質，例 如氣體的儲存室，來產生壓強。工作壓強產生元件(即工作以產生壓強的 元件)的數目 一般為輸入信號的強度或輸入信號的數字編碼強度的單調遞 增函數，例如，在模擬的情況下，與輸入信號的強度成比例，或者在數字 的情況下，與輸入信號的數字編碼強度成比例。
在此使用的DDS旨在包括壓強產生元件的陣列以便每個元件可以被 個別地控制從而控制所產生的聲音的頻率、SPL及/或其它性質。DDS(與 模擬揚聲器不同)不需要應用數模(D/A)轉換器并因此在DDS中，向揚 聲器饋送數字信號(指示所產生的輸入信號，比方說音響系統產生的，可 能是經過某些處理后的輸入信號)。
應該知道，決定DDS產生的壓強的方程與上面描述的方程不同。在 一些情況下，DDS可以展示在頻率f和產生的壓強P之間非平方的依賴關 系，因而呈現不同于12分貝/倍頻程的頻率響應斜率。
在許多情況下，DDS中的揚聲器元件的峰-峰振幅是不變的。
因此，在本領域中存在提供一種不同的技術以控制DDS中的音量的 需要。
根據本發(fā)明的一個方面，提供了一種系統，所述系統包括直接數字揚 聲器音量控制設備，所述直接數字揚聲器音量控制設備被配置為耦合到直 接數字揚聲器；所述直接數字揚聲器包括多個壓強產生元件，而不使用數 模轉換器，所述多個壓強產生元件適合于響應輸入信號而以一聲壓級
(SPL)和給定頻率產生聲音；所述直接數字揚聲器在其整個頻率范圍內 固有地呈現出頻率響應；所述直接數字揚聲器音量控制設備包括(a) 模塊，其用于提供至少兩個濾波器，各濾波器具有不同的截止頻 率使得各濾波器在其截止頻率以下基本上呈現出沒有衰減，而在所述濾波
器的截止頻率以上呈現出衰減的響應；
(b) 選擇器，其用于根據至少依賴于所產生的聲音的期望的音量和 頻率的選擇標準，來選擇所述濾波器中的至少一個濾波器，以及將所述濾 波器應用到所述輸入信號用于產生被配置為饋送給所述揚聲器的被濾波 的信號。
根據本發(fā)明的某個實施方式，所述濾波器中的至少一個濾波器在所述 濾波器的截止頻率以上呈現出相應于所述揚聲器的所述頻率響應的衰減 的響應。
根據本發(fā)明的另 一個實施方式，所述濾波器中的至少一個濾波器在所 述濾波器的截止頻率以上呈現出相應于所述揚聲器的所述頻率響應的衰 減的響應，使得所述揚聲器基本上在所述揚聲器的整個指定的頻率范圍內 呈現出平坦的響應。
根據本發(fā)明的又一實施方式，所述揚聲器的所述頻率響應在所述揚聲 器的整個頻率范圍內基本上為6分貝/倍頻程，以及其中所述濾波器中的每 一個濾波器都在超過所述截止工作頻率的整個頻率范圍內呈現出-6分貝/ 倍頻程響應的衰減的響應，并且在所述截止工作頻率以下基本上呈現出沒 有衰減。
根據本發(fā)明的另 一個實施方式，所述濾波器中的至少一個濾波器是低 通濾波器(LPF)。
根據本發(fā)明的另一個實施方式，所述LPF中的至少一個LPF是IIR類 型的濾波器。
根據本發(fā)明的又一實施方式，所述LPF中的至少一個LPF是FIR類
型的濾波器。
根據本發(fā)明的另 一個實施方式，所述直接數字揚聲器音量控制設備包 括用于調整所述的所產生的聲音的SPL的音量控制模塊。根據本發(fā)明的又一 實施方式，所述選擇標準依賴于以下各項中的至少
一項(i)期望產生的SPL， (ii)產生的聲音的期望的頻率范圍，(ill) 輸入信號的頻譜以及(iv)輸入信號的增益。
根據本發(fā)明的另一方面，提供了一種直接數字揚聲器，其包括多個壓 強產生元件，而不使用數才莫轉換器，所述多個壓強產生元件適合于響應輸 入信號而以一聲壓級(SPL)和給定頻率產生聲音；所述直接數字揚聲器 在其整個頻率范圍內固有地呈現出頻率響應；所述直接數字揚聲器包括直 接數字揚聲器音量控制設備，所述直接數字揚聲器音量控制設備包括
(a) 模塊，其用于提供至少兩個濾波器，各濾波器具有不同的截止頻 率使得各濾波器在其截止頻率以下基本上呈現出沒有衰減，而在所述濾波 器的截止頻率以上呈現出衰減的響應；
(b) 選擇器，其用于根據至少依賴于所產生的聲音的期望的音量和 頻率的選擇標準，來選擇所述濾波器中的至少一個濾波器，以及將所述濾 波器應用到所迷輸入信號用于產生被配置為饋送給所述揚聲器的被濾波 的信號。
根據本發(fā)明的一個方面，提供了一種用于產生聲音的揚聲器系統，由 此產生的聲音的至少一個屬性相應于輸入數字信號的至少一個特征，所述 輸入數字信號被根據時鐘周期性地采樣，所述系統包括至少 一個致動器設 備，各致動設備包括
活動元件(moving element)的陣列，其中每個單獨的活動元件響應于 交變的》茲場，且在存在交變的》茲場時，響應于對所述活動元件起作用的電 磁力而被迫使沿著各自的軸交替地來回移動；
至少一個閂鎖裝置(latch)，其可操作以將所述活動元件的至少一個 子集選擇性地閂鎖在至少一個閂鎖位置，由此阻止所述單獨的活動元件響 應于所述電》茲力；
磁場控制系統，其可操作以接收所述時鐘，且相應地控制所述電》茲力 到所述活動元件的陣列的施加；以及
12閂鎖控制器，其可操作以接收所述數字輸入信號并相應地控制所述至 少一個閂鎖裝置，其中所述閂鎖控制器與指定的直接數字揚聲器音量控制 設備相關聯。
根據本發(fā)明的又一實施方式，提供了 一種用于產生聲音的揚聲器系 統，由此產生的聲音的至少 一個屬性相應于所述輸入數字信號的至少 一個 特征，所述輸入數字信號^皮根據時鐘周期性地采樣的，所述系統包括至少
一個致動器設備，各致動設備包括
活動元件的陣列，其中每個單獨的活動元件響應于交變的磁場，且在 存在交變的磁場時，響應于對所述活動元件起作用的電磁力而凈皮迫使沿著 各自的軸交替地來回移動；
至少一個閂鎖裝置，其可操作以將所述活動元件的至少 一個子集選擇 性地閂鎖在至少一個閂鎖位置，由此阻止所述單獨的活動元件響應于所述 電石茲力；
磁場控制系統，其可操作以接收所述時鐘，且相應地控制所述電磁力 到所述活動元件的陣列的施加；以及
閂鎖控制器，其可操作以接收所述數字輸入信號并相應地控制所述至 少一個閂鎖裝置，其中所述閂鎖控制器與指定的直接數字揚聲器音量控制 設備相關聯。
根據本發(fā)明的又一方面，提供了一種方法，所述方法用于控制被配置 為饋送給直接數字揚聲器的輸入信號的音量；所述直接數字揚聲器包括多 個壓強產生元件，而不使用數才莫轉換器，所述多個壓強產生元件適合于響 應輸入信號而以一聲壓級(SPL)和給定頻率產生聲音；所述直接數字揚 聲器在其整個頻率范圍內固有地呈現出頻率響應；所述方法包括
a.提供至少兩個濾波器，各濾波器具有不同的截止頻率使得各濾波器 在其截止頻率以下基本上呈現出沒有衰減，而在所述濾波器的截止頻率以 上呈現出衰減的響應；b.根據至少依賴于所產生的聲音的期望的音量和頻率的選擇標準， 來選擇所述濾波器中的至少一個濾波器，以及將所述濾波器應用到所述輸 入信號用于產生被配置為饋送給所述揚聲器的被濾波的信號。
根據本發(fā)明的又 一 實施方式，所述濾波器中的至少 一個濾波器^皮應用 到被實時接收的輸入信號。
根據本發(fā)明的又一實施方式，所述應用的步驟包括預處理應用到輸入 信號的所述濾波器中的至少一個濾波器。
在此使用的另外的相關術語
陣列該術語旨在包括任一組活動元件，這些活動元件的軸優(yōu)選地以 相互平行的方向布置且互相齊平，以便限定可以是平面的或彎曲的表面。
"在…上方(above)"以及"在…下方(below)，，應該知道在此 使用術語"在…上方，，和"在…下方，，以及類似的術語，是如以舉例的方 式示出的，假定活動元件的運動方向是上下地，然而情況不是必須如此， 且可選擇地，活動元件可以沿著任何期望的軸運動，例如沿著水平軸運動。
致動器該術語旨在包括換能器以及用于能量形式的相互轉換的其它 設備。在使用術語"換能器"時，這只是作為舉例且旨在指所有適合的致 動器，例如揚聲器，包括擴音器。
致動器元件該術語旨在包括組件的任何"列(column)",所述組 件的任何"列" 一般結合許多其他這樣的列，形成致動器，各列一般包括 活動元件， 一對閂鎖裝置或者"閂鎖元件"，因此每個閂鎖元件包括一個 或更多的電極和絕緣的分隔材料，絕緣的分隔材料使活動元件與電極相分離。
線圈應該知道，根據本發(fā)明優(yōu)選的實施方式施加在活動元件陣列上 的交變的電磁力可由交流電流產生，所述交流電被調整(oriented )以產生 磁場梯度，該磁場梯度與期望的活動元件的運動軸共線(co-linear)。此 電流可包括流過適當調整的傳導線圈或者任何其它合適的結構的傳導元 件的電流。術語"線圈"作為舉例而貫穿本說明書使用，然而，應該知道這 不旨在限制本發(fā)明，本發(fā)明旨在包括用于施加交變的電磁力的所有裝置，
14例如，如上文所述。在使用"線圈"表示導體時，應該知道導體可具有任何 合適的結構，例如圓形或其他閉合的形狀或其大部分，而不旨在限于具有 多圈的結構。
通道，也稱為"孔，，或者"隧道"盡管情況并不是必須如此，但僅作為 舉例，將這些通道示為圓柱形。
電極靜電閂鎖裝置。包括底部靜電閂鎖裝置或頂部靜電閂鎖裝置，
所述閂鎖裝置依靠其被相反地充電而閂鎖其相應的活動元件，以使得各閂 鎖裝置和其活動元件構成一對相反地充電的電極。
彎曲部分(flexure):至少一個柔性元件，在所述柔性元件上安裝物 體，所述柔性元件給予該物體至少一個運動自由度，舉例來說，處于外圍 的且一般一體地形成的，比如由單片材料形成的一個或更多的柔性的薄的 或者小的元件，且具有中心部分，在該中心部分上可以安裝或可以不安裝 另一個物體，由此給予中心部分以及安裝在中心部分上的物體至少一個運
動自由度。
閂鎖裝置，閂鎖層，閂鎖機構該術語旨在包括用于將一個或更多的 活動元件選擇性地鎖入到固定位置的任何設備。 一般地，提供"頂部"閂鎖 層和"底部，，閂鎖層，所述閂鎖層可以是并排的而不必一個疊在另一個上面， 且各閂鎖層包括一個或許多的閂鎖機構，所述閂鎖機構可以或可以不在數 目上相應于將要被閂鎖的活動元件的數目。術語"閂鎖對"是用于單獨的活 動元件的一對閂鎖裝置，舉例來說，包括頂部閂鎖裝置和底部閂鎖裝置， 所述頂部閂鎖裝置和底部閂鎖裝置可以是并排的而不必一個疊在另一個 上面。
活動元件活動元件旨在包括任何活動元件，每個活動元件都響應于 施加在其上的交變的電磁力而被迫使沿著軸交替地來回移動。這里活動元 件也稱為"微揚聲器"、"像素(pixel)"、"微致動器"、"隔膜"(單 獨地或者共同地)以及"活塞"。
分隔器，也稱為"空間保持器(space maintainer)":包括才幾械地保 持電極和活動元件的各自的位置的任何單個元件或多個元件。在此使用術語"直接數字揚聲器"以包括接受數字信號并將該信號轉
變?yōu)槁暡?，而不使用單獨的?溪轉換器的揚聲器。這樣的揚聲器可在某些
時候包括模數轉換器以便允許揚聲器改為轉變模擬信號或除了轉變數字
信號還轉變模擬信號。這樣的揚聲器可包括DDS(直接數字揚聲器)，DDL (直接數字擴音器)，DSR (數字聲音重構)揚聲器，數字相同擴音器陣 列，矩陣揚聲器以及MEMS揚聲器。在此使用的術語"直接數字揚聲器" 旨在包括具有多壓強產生元件的揚聲器設備，所述壓強產生元件依靠例如 在此具體描述的自身的運動；或通過加熱并冷卻這些元件所處的介質，例
如氣體；或通過例如電離介質并提供沿軸的位差來使這些元件所處的介質 加速；或通過作為閥門來操作以使與周圍環(huán)境受壓不同的介質，例如氣體 的儲存室選擇性地排出介質來產生壓強。工作的壓強產生元件(即工作以 產生壓強的元件)的數目一般為例如模擬信號的情況下，與輸入信號的強 度成比例的輸入信號的強度的單調增函數，或者數字信號的情況下，與輸 入信號的數字編碼強度成比例的輸入信號的數字編碼強度的單調增函數。
在此使用的術語"時鐘"指與系統時鐘的單次時間間隔相關聯的持續(xù) 時間。
在此使用的術語"方向圖，，指由揚聲器裝置產生的聲能的空間分布的 圖案。
附圖簡述
在下面的附圖中示出了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式
圖1A是根據本發(fā)明的優(yōu)選實施方式構造并操作的致動器裝置的簡化 的原理框示。
圖1B是根據本發(fā)明優(yōu)選的實施方式構造并操作的圖1A的活動元件的 陣列的等距圖示，其中各活動元件都包括磁體且各活動元件除了被閂鎖的 情況之外，都響應施加到活動元件陣列上的交變電磁力而被迫使沿著各自 的軸交替地來回移動。置的簡化的頂視示，所述閂鎖裝置可以充當具體顯示在圖IB中的閂 鎖裝置的替換。
圖2A顯示了響應向下施加的電磁力處于第一、底部極限位置的圖IB 的陣列。
圖2B顯示了響應向上施加的電磁力處于第二、頂部極限位置的圖1B 的陣列。
圖2C與圖2B類似，只是單獨的活動磁體之一沒有響應向上的力，這 是因為單獨的磁體已通過布置在單獨的活動磁體上方的且起到頂部閂鎖 裝置作用的相應的電荷而祐L鎖入到了其頂部的極限位置。
圖3A-3C是歪斜的活動元件的陣列的分別的頂部的、截面的以及等距 的視圖，各活動元件都被迫使響應由環(huán)繞陣列的線圈施加到活動元件的陣 列的交變的電磁力，沿著各自的軸交替地來回移動。
圖4A是致動器設備的分解圖，致動器裝置包括活動元件的陣列和閂 鎖裝置，每個所述活動元件都^^皮迫使響應通過線圈而施加到活動元件的陣 列的交變的電磁力，沿著各自的軸交替地來回移動；所述閂鎖裝置，形成 為 一層，操作以選擇性地將活動元件的至少一個子集鎖入至少 一個閂鎖位 置，由此阻止單獨的活動元件響應電》茲力。
圖4B是根據本發(fā)明的優(yōu)選實施方式操作的優(yōu)選的致動方法的簡化的 流程示。
圖5是根據本發(fā)明的優(yōu)選實施方式構造和操作的圖4A的致動器設備 的等距的靜態(tài)視圖，其中活動元件的陣列由薄箔(thinfoil)形成，各活動 元件受到圍繞其一體形成的彎曲部分的限制。
圖6A是圖5的致動器設備的部分的分解視圖。
圖6B和6C分別是根據本發(fā)明的優(yōu)選實施方式構造和操作的活動元件 和相關聯的彎曲部分、閂鎖裝置以及分隔器元件的組件的透視示和分 解視圖，該優(yōu)選實施方式減少了氣體通過彎曲部分的泄漏。圖6D是顯示分別在頂部極限位置、底部極限位置以及中間位置的三
個活動元件的圖6B-6C的裝置的截面圖。 圖6E是圖6D的圖例。
圖7A是圖5-6C的活動元件層的靜態(tài)的部分頂視示。
圖7B是沿著在圖7A中顯示的A-A軸截取的圖5-6的活動元件層的 截面圖。
圖7C是圖5-7B的活動元件層的透視圖，其中單獨的活動元件顯示為 向上朝其頂部極限位置運動，這使得其彎曲部分向上延伸出薄箔的平面。
圖7D是根據本發(fā)明可供選擇的實施方式構造并操作的活動元件層的 透視圖，其中圖5-7C的實施方式的盤形的永磁體被環(huán)形的永磁體替換。
圖7E是在圖7D的實施方式中的單獨的活動元件的受彎曲部分限制的 中心部分的側視示。
圖8A是示出用于具體實施例的對閂鎖裝置以及線圈感應的電磁力的 控制的控制圖，其中活動元件被排列成組，每組都可選擇性地被共同地致 動，其中閂鎖層中的各閂鎖裝置與永磁體相關聯，以及其中閂鎖層中所有 永磁體的磁極都4皮相同地布置。
圖8B是示出優(yōu)選的方法的流程圖，借助于所述的優(yōu)選的方法，閂鎖 控制器可處理進入的輸入信號并相應地成組控制活動元件的閂鎖裝置。
圖8C是例如圖8A的處理器802的處理器的簡化的原理框示，所 述處理器在實質上控制任何具有在此所顯示和描述的靜電閂鎖機構的致 動器設備方面是有用的。
圖8D是用于初始化圖l-8C的裝置的優(yōu)選的方法的簡化的流程示。
圖8E是根據本發(fā)明的優(yōu)選實施方式構造并操作的組裝的揚聲器系統 的簡化的等距視示。
圖8F是用于使用根據本發(fā)明的實施方式構造并操作的裝置產生聲音 的優(yōu)選的操作方法的簡化的流程示。圖9A是匯總了某些，盡管不是全部的對根據本發(fā)明優(yōu)選的實施方式 的活動元件施加的力的曲線圖。
圖9B是根據本發(fā)明的優(yōu)選實施方式構造并操作的磁場梯度感應層的 簡化的示意圖。
圖9C-9D示出了圖9B的傳導層的磁場梯度感應功能。
圖IOA是適合于閂鎖分隔為幾組的活動元件的閂鎖層的簡化的頂部截 面圖示，所述閂鎖層的特征在于任何數目的活動元件都可以通過共同地致 動從劃分的組中選擇的組而被致動，閂鎖層中的各閂鎖裝置都與永磁體相 關聯，其中閂鎖層中所有永磁體的磁極都被相同地布置。
圖IOB是圖l-]OA的閂鎖層的可供選擇的實施方式的簡化的電路圖， 其中，各閂鎖裝置通過圖8C的閂鎖控制器50而被單獨地控制。應該知道 閂鎖裝置顯示為環(huán)形的，然而可選擇地，閂鎖裝置可以具有如在此描述的 任何的其他合適的結構。圖10B的層包括界定結點的垂直導線和水平導線 的網格。 一般在各結點處提供門電路，例如場效應晶體管。為導通單獨的 門電路而由此對相應的閂鎖裝置充電，沿著相應的垂直導線和水平導線提 供電壓。
圖IIA是顯示在單向的揚聲器應用中由閂鎖控制器使用的優(yōu)選的控制 方案的時序圖，其中代表期望的聲音的輸入信號被接收，并且根據本發(fā)明 的優(yōu)選實施方式構造并操作的活動元件被響應性地控制，以便獲得聲圖 案，其中在揚聲器前面的音量大于其他區(qū)域的音量，閂鎖層中的各閂鎖裝 置與永磁體相關聯，而閂鎖層中所有永磁體的磁極優(yōu)選地全部或基本上全
部被類似地或相同地布置。
圖IIB是圖IIA的時序圖所關于的活動元件的示例性的陣列的示意性 圖示。
圖IIC是顯示在全向的揚聲器應用中由閂鎖控制器使用的優(yōu)選的控制 方案的時序圖，其中代表期望的聲音的輸入信號一皮接收，并且根據本發(fā)明 的優(yōu)選實施方式構造并操作的活動元件被響應性地控制，以便獲得聲圖
19案，其中在揚聲器的前面的音量與環(huán)繞揚聲器的所有其他區(qū)域的音量類似。
圖12A和12B分別是根據可供選擇的實施方式的活動元件層的筒化的 頂視圖和截面視示，其中永磁體的 一半放置為北極向上而 一半放置為 北極向下。
圖13是與圖IOA類似的簡化的頂視示，只不過閂鎖層中一半的 永磁體布置為北才及向上，而閂鎖層中剩余的一半永磁體布置為北極向下。
圖14是示出用于具體實施例的對閂鎖裝置以及線圈感應的電磁力的 控制的控制圖，其中活動元件被排列成組，每組可選擇性地被共同地致動， 類似于圖8A，只不過閂鎖層中 一半的永磁體布置為北極向上而閂鎖層中剩 余的一半永》茲體布置為北+及向下。
圖15A是顯示在單向的揚聲器應用中由閂鎖控制器使用的優(yōu)選的控制 方案的時序圖，該時序圖類似于圖IIA的時序圖，只不過閂鎖層中一半的 永磁體布置為北極向上而閂鎖層中剩余的 一半永磁體布置為北極向下。
圖15B是圖15A的時序圖所關于的活動元件的示例性的陣列的示意性圖示。
圖15C是顯示在不同時間，并作為圖8C的閂鎖控制器接收的輸入信 號的頻率的函數的、布置在頂部極限位置和底部極限位置的活動元件的數 目的變化的圖示。
圖16A示出作為圖1A以及圖2A-2C中顯示的活動元件層的替換的活 動元件層，其中所述層由薄箔形成，這使得各活動元件都包括中心部分和 周圍部分。
圖16B是在圖1A和圖2A-2C中顯示的活動元件層的又一種替換，其 中一片柔性材料，例如橡膠能夠實現運動，也就是在磁體下有剛性盤。磁 體可以是剛性元件，但可能不是足夠剛硬。
圖16C是在圖7A-7E或者圖16A中描述的活動元件和周圍的彎曲部 分的優(yōu)選的實施方式的等距視圖，其中彎曲部分在厚度上有所變化。圖16D是圖16C的裝置的成本有效的替換形式的等距示圖，其中彎曲
部分在寬度上有所變化。
圖17是類似于圖3A的陣列的致動器元件的陣列的頂部、截面視圖的 圖示，只不過在圖3A中，單獨的活動元件或閂鎖裝置的連續(xù)的行各自是 歪斜的，以便增加可以裝入給定區(qū)域的致動器元件的數目，而在圖17中， 行不是歪斜的且一般構成矩形陣列。
圖18是致動器元件的陣列的可供選擇的實施方式的分解圖，其中各 致動器元件的截面是方形的而不是圓形的。
圖19是被支承在支架內的致動器的等距陣列，其提供作為單獨的致 動器陣列的有效面積的總和的有效面積。
圖20示出了根據本發(fā)明的某些實施方式的SPL與頻率的關系曲線圖， 顯示對于DDS來說典型的6分貝/倍頻程的頻率響應。
圖21示出描述根據本發(fā)明的某些實施方式的DDS的頻率響應斜率以 及衰減器的相應的頻率響應斜率的曲線圖。
圖22A-22B示出了一組具有不同截止頻率的濾波器，所述濾波器用于 在根據本發(fā)明的某些實施方式的系統中使用。
圖23示出了根據本發(fā)明的某些實施方式的一般的系統體系結構。
優(yōu)選實施方式的詳細說明
本發(fā)明的技術領域是長沖程電機微致動器的數字換能器陣列，使用制 造材料和技術來構造所述數字換能器陣列以生產用于廣泛的各種應用的 低成本設備，例如音頻揚聲器、生物醫(yī)學分配應用、醫(yī)學和工業(yè)傳感系統， 光交換(叩tical switching)，用于顯示系統的光反射，以及要求或得益于 長行程致動及/或流體(例如氣體或液體)的與換能器尺寸相比較的更大體 積的位移的任何其他應用。
本發(fā)明的優(yōu)選實施方式試圖提供一種換能器結構、數字控制機構和各 種各樣的制造技術來制造具有數目N個微致動器的換能器陣列。陣列一般
21是由典型的三個主要層的結構構成的，在某些實施方式中所述的層將由隔 膜層構成，所述隔膜層由特別的低疲勞性質的材料制得，所述的材料一般 在兩側鋪設有具有特定的極性排列的磁性涂料并蝕刻有數目N個獨特的
"蜿蜒(serpentine)"形狀，以便使得隔膜的部分能夠雙向線性地自由運動 (致動器)。隔膜的每個運動的部分的雙向線性移動被限制在一個室(致 動器通道)內，所述室一般通過將隔膜層夾入兩個鏡像的支承結構而自然 地形成，所述的支承結構由電介質、硅、聚合物或任何其他類似的絕緣基 板構成， 一般制造有與隔膜的N個蜿蜒蝕刻的數目相等的N個尺寸精確的 通孔，并且一般精確地定位為一種圖案，該圖案使各通孔與隔膜的各蜿蜒 蝕刻精確地對準。 一般地，進一步固定到支承結構的頂層和底層的外表面 的是傳導性的伸出的表面，例如傳導性的圓環(huán)或者圓盤("可編址的電極，，)， 這些伸出的表面起到 一般通過施加靜電電荷，在各致動器達到其行程的終 點時吸引并保持各致動器的作用。
現參考圖1B、 2A-2C、 3A隱3C、 4A、 5、 6A、 7A-7B、 8A-8B、 9、 IOA、 IIA、 12A、 13、 14、 15A、 16A-C、 17-19來描述根據本發(fā)明的優(yōu)選實施方 式構造并操作的設備。
圖1B是設備的一小部分的概要圖。圖2A描繪了在磁場作用下活動元 件的運動。圖2B描繪了在相反的磁場作用下相同活動元件的運動。圖2C 描繪了在一個電極被充電時，在磁場作用下活動元件的運動。圖3A-3C分 別是本發(fā)明的 一個優(yōu)選實施方式的頂視圖、截面視圖和透視圖。
圖5是根據本發(fā)明的優(yōu)選實施方式構造并操作的設備的一小部分的詳細的 圖示。圖6A是所迷的同一小部分的分解視圖。圖7A是根據本發(fā)明的優(yōu)選 實施方式構造并操作的蜿蜒的和活動的元件子組件的示意圖。圖7B是根 據本發(fā)明的優(yōu)選實施方式構造并操作的運動中的單個元件的說明性的視 圖。圖8A是根據本發(fā)明的優(yōu)選實施方式構造并操作的揚聲器系統的方塊 圖。圖8B是根據本發(fā)明的優(yōu)選實施方式構造并操作的揚聲器系統的流程 圖。圖9A示出施加到活動元件的不同的力之間的優(yōu)選的關系。圖10A是根據本發(fā)明的優(yōu)選實施方式構造并操作的電極的分組視圖。 圖11A是根據本發(fā)明的優(yōu)選實施方式構造并操作的時序圖和控制圖。圖
12A示出用于可選擇的編址實施方式的活動元件的磁性性質。圖13示出可 選擇的編址實施方式中的電極的分組。圖14是在可選擇的編址實施方式 中揚聲器系統的簡化的方塊圖。圖15A是用于可選擇的實施方式的時序圖
組件的一小部分。圖16B是活動元件子組件的不同的實施方式的一小部 分，其使用了根據本發(fā)明的優(yōu)選實施方式構造并操作的柔性基板。
盡管上面的圖3A-3C示出了根據本發(fā)明的優(yōu)選實施方式構造并操作的 蜂窩結構中的元件的陣列，而圖17卻示出根據本發(fā)明的優(yōu)選實施方式構 造并操作的方形結構中的元件的陣列。圖18是使用方形元件的實施方式 的一小部分的分解視圖。圖19示出了使用多個設備(設備的陣列)的裝置。
一般通過挑選的電極之間的互連的獨特的模式和獨特的信號處理算 法來實現有效的編址，所述有效的編址一般有效地將單個換能器中的全部 數量的致動器分成N個不同大小的可編址的致動器組，以一個致動器的組 開始，隨后是兩倍于前組的致動器的數目的組，直到換能器中的所有N個 致動器都被這樣分組為止。
為了獲得致動器沖程， 一般用導線線圈包圍換能器，所述的導線線圈 在施加電流時，在整個換能器上產生電磁場。電磁場使隔膜的活動部分一 般地以線性方式運動通過致動器通道。如果電流交替改變其極性，則其導 致隔膜的運動部分振動。當靜電電荷被施加到特定的可編址的電極組時， 其將一般地引起該組中的所有致動器閂鎖在沖程的終點，根據應用的要 求，閂鎖在支承結構的頂部或底部。由在任何特定間隔沒有被鎖定(極限 位置)的N個致動器的總數來共同地實現換能器提供的位移。
換能器結構一般在每個換能器的致動器的數目、各致動器的尺寸和各 致動器的沖程的長度以及可編址的致動器組的數目上是完全可改變的。在 某些實施方式中，致動器元件可通過將不同的形狀蝕刻成特定的材料，或 通過使用涂覆有柔性材料的分層的金屬圓盤或通過使用自由浮動的致動器元件來構造。隔膜(彎曲部分)材料可包括硅、鈹銅、銅鴒合金、銅鈦 合金、不銹鋼或任何其他低疲勞的材料。支承結構的可編址的電極可以按 任意模式分組，以便獲得適合于換能器應用的編址?？删幹返碾姌O可被固 定以使得產生與隔膜致動器的接觸，或者其可以按與隔膜沒有物理接觸的
方式而被固定?；宀牧峡梢允侨魏蔚慕^緣材料，例如FR4、硅、陶資或
任何種類的塑料。在一些實施方式中，材料可以包含鐵氧體顆粒。多個蝕 刻成隔膜的蜿蜒形狀或浮動的致動器元件以及支承結構相應的通道可以 是圓形的、方形的或任何其他的形狀。電磁場可通過圍繞整個換能器、圍 繞換能器的部分或圍繞各致動器元件來纏繞線圈，或者通過緊鄰一個或更
多的致動器元件;故置一個或更多的線圈來產生。
在某些實施方式中，直接數字方法被用來使用微揚聲器的陣列產生聲 音。數字聲音重構一般涉及對離散的聲音能量脈沖總和以產生聲波。這些 脈沖可基于來自音頻電子設備或數字媒體的數字信號，其中每個信號位控 制一組微揚聲器。在本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施方式中，進入的數字信號的 第n位控制陣列中的2n個微揚聲器，其中最高有效位(MSB)控制大約一 半的微揚聲器而最低有效位(LSB)控制至少一單個微揚聲器。當特定位 的信號為高時，在該采樣間隔內，分配給所述位的組中的所有揚聲器一般 都被激活。陣列中揚聲器的數目以及脈沖頻率決定產生的聲波的分辨率。 在一般的實施方式中，脈沖頻率可為源采樣速率。經由來自人耳或其他來 源的聲低通濾波器的后應用(postapplication)，聽眾一般聽見聲音上較平 滑的信號，此信號與由數字信號表現的原模擬波形相當。
根據在此描述的聲音重構方法，所產生的聲壓與工作的揚聲器的數目 成比例。通過隨時間變化揚聲器的脈沖的數目而產生不同的頻率。與模擬 揚聲器不同，單獨的微揚聲器一般在非線性區(qū)域工作以最大化動態(tài)范圍， 同時仍能夠產生低頻率的聲音。陣列的凈線性(net linearity) —般由聲波 方程的線性和單獨的揚聲器之間的一致性產生。在所產生的聲波中的非線 性分量的總數一般與設備中微揚聲器的數目成反比。
在優(yōu)選的的實施方式中，使用數字換能器陣列以實現真實的、直接的 數字聲音重構。所產生的聲音的動態(tài)范圍與陣列中微揚聲器的數目成比例。最大聲壓與各微揚聲器的沖程成比例。因此可期望產生長沖程換能器 并且使用盡可能多的這種換能器。多年來已經發(fā)展了一些數字換能器陣列
設備。值得一提的是在卡內基梅倫大學(Carnegie Mellon University)研發(fā) 的CMOS-MEMS微揚聲器。使用CMOS制造工藝，研發(fā)人員設計出具 有255個方形微揚聲器的8位數字揚聲器芯片，各微揚聲器的一側為 216pm。隔膜主要由涂覆有聚合物的蜿蜒的AlSi02網狀物組成，并且可通 過在CMOS金屬疊層(metal stack)和硅基板之間施加變化的電位而被靜 電地致動。平面運動的結果是產生聲音的壓強波(pressure wave)的源。 各隔膜具有約lO^im的沖程。這種短沖程是不能滿足要求的，而且所產生 的聲級對于擴音器來說輕了。另一個問題是該設備需要40V的驅動電壓。 這種電壓需要復雜且昂貴的開關電子設備。在此描述的設備的優(yōu)選實施方 式克服了這些限制中的某些或全部限制，且在消除了對高開關電壓的需求 的同時產生更大的聲級。
認為各換能器的形狀對揚聲器的聲性能沒有顯著的影響。換能器可以 封裝成方形、三角形或六角形的網格和其他的形狀。
本發(fā)明 一般利用磁力和靜電力的組合以實現長沖程，同時避免與傳統 的磁性致動器或靜電致動器相關聯的問題。
換能器陣列的活動元件一般制造為導電且可以被磁化從而使得磁極 與換能器陣列表面垂直。適度的傳導是足夠的。線圈圍繞整個換能器陣列 或緊鄰各元件放置而產生致動力d對線圈施加交流電流或交變的電流脈沖 產生交變的磁場梯度，該磁場梯度迫使所有活動元件以與交流電流相同的 頻率向上以及向下運動。為了控制各活動元件，可使用兩個電極， 一個電 極在活動元件上方， 一個在活動元件下方。
對線圈施加的電流一般驅使活動元件依次相繼地鄰近頂部電極及底 部的電極。對該活動元件施加一'j、靜電電荷。對電極之一施加相反電荷而 在活動元件和該電極之間產生吸引力。當活動元件非常接近電極時，吸引 力一般變得大于線圈磁場和回縮彈簧(retracting spring)所產生的力，活 動元件被閂鎖到電極。從電極移除電荷或部分電荷一般允許活動元件與所 有其他活動元件在線圈磁場和彎曲部分的影響下 一起運動。根據某些實施方式，致動器陣列可由5個板或層來制造
-頂部電才及層
-頂部分隔器(一同顯示為層402)
-活動元件403
-底部分隔器
-底部電極層(一同顯示為層404 )
根據某些實施方式，陣列由大的線圈401圍繞。此線圈的直徑一般比 用于現有技術的磁性致動器的傳統線圈的直徑大得多。線圈可使用常規(guī)的 制造方法來制造。
在某些實施方式中，活動元件由傳導的且磁性的材料制造。適度的電 傳導一般是足夠的。活動元件可以使用許多種類的材料制造，所述的材料 包括但不限于橡膠、硅或金屬及其合金。如果材料不能被磁化或需要較強 的磁體，則磁體可以固定在該材料上或該材料可用磁性材料涂覆。此涂覆 一般是使用絲網印刷工藝或其他本領域中已知的技術來應用裝載有磁粉 的環(huán)氧樹脂或其它樹脂而完成的。在一些實施方式中，可使用通過光刻工 藝產生的樹脂掩膜來進行絲網印刷。 一般在固化樹脂/磁粉基體(magnetic powder matrix)后移除該層。在某些實施方式中，環(huán)氧樹脂或者樹脂在裝 置設備受到強磁場作用的同時被固化，使樹脂基體(resin matrix)中的粉 末顆粒調整到期望的方向?；顒釉膸缀涡螤羁梢宰兓?。在另外的實施 方式中，部分活動元件可涂覆有磁體且以被調整為一個方向的磁場而被固 化，同時，剩余的活動元件稍后被涂覆并以相反的磁場而被固化，使得這 些元件在相同的外部不茲場下朝相反方向運動。在一個優(yōu)選的實施方式中， 活動元件包括一板，該板具有圍繞其的蜿蜒的形狀， 一般由薄箔切割出。 可選擇地，在某些實施方式中，能夠使用只在彎曲部分的區(qū)域打薄的厚材 料，或使相對厚的板與圖案化為彎曲部分的薄層結合。該形狀允許部分箔 運動，同時蜿蜒形狀充當順從的(compliant)彎曲部分。在某些其他的實 施方式中，活動部分是在頂部電極和底部電極之間來回自由運動的圓柱體 或球體。
26圖IB示出了根據本發(fā)明的某些實施方式的設備的小部分的概要圖， 用以提供完整的換能器陣列結構的概要圖。在示出的實施方式中，活動元 件為活塞101,其一般被磁化使得一磁極102在各活塞的頂部而另一磁極
103在各活塞的底部。 一般影響整個換能器陣列結構的磁場產生器(未顯 示)在整個換能器陣列上產生磁場， 一般引起活塞101上下運動，由此迫 使氣體自腔104排出。靜電電極一般存在于各腔的頂部105以及底部106。 電極在各活塞接近其沖程的終點時充當吸引并保持各活塞的閂鎖機構，一 般阻止活塞運動直到閂鎖裝置被放開為止，同時允許被推動的氣體輕松地 通過。在某些實施方式中，活塞101由導電材料制成或者涂^隻有這種材料。 元件、活塞及/或靜電電極中的至少一個一般用介電層覆蓋，以避免被拉到 一起(pull-down)時發(fā)生短路。
一同參照圖2A-2C，顯示了根據本發(fā)明的優(yōu)選實施方式的元件的運動。 在此實施方式中，線圈(未顯示) 一般圍繞整個換能器陣列結構，在整個 換能器陣列上產生磁場，這使運動自由的任何磁性元件根據交替的場方向 移動。這導致活塞一般地上下運動。
在圖2A中，磁場201的方向向下。該磁場產生一力，驅使整個陣列 的活塞101向下。
在圖2B中，磁場202的方向已改變而指向上。該場產生一力，驅使 整個陣列的活塞101向上。
在圖2C中，正電荷施加到頂部電才及205的其中之一。正電荷一^l殳吸 引活塞204中的電子，使得活塞的頂部206被充負電荷。相反的電荷205 和206產生吸引力，其在間距(gap)低于臨界距離時， 一般起作用來將兩 個元件拉到一起。磁場203的方向已再次改變并指向下。由于磁性吸引， 活塞204 —般保持在適當的位置，同時剩余的活塞可自由運動，且由于磁 場203的影響而運動到底部。在此特定的實施方式中，對電極施加的電荷 是正電荷?？蛇x擇地，可對電極施加負電荷，這將感應出負電荷以累積在 相鄰活塞的靠近的一側。
圖3A-3C顯示了一個優(yōu)選實施方式的頂視圖、截面視圖及透視圖。在某些實施方式中，圍繞整個換能器陣列纏繞的線圈304在整個陣列
結構上產生電磁場，這使得在施加電流時，電磁場導致活塞302向上運動 301以及向下運動303。
圖4A顯示了根據本發(fā)明的某些實施方式構造并操作的設備的分解視 圖。如圖所示，換能器陣列結構的分解視圖顯示出其包括下列主要部分
(a) 圍繞整個換能器陣列的線圈401在被施加電壓時，在整個陣列結 構上產生電磁場。用于線圏的優(yōu)選的實施方式在此參考圖9B-9D來描述。
(b) 在某些實施方式中，頂部層結構402可包括分隔器層和電極層。 在某一 實施方式中，該層可包括具有精確分隔的腔的陣列的印刷電路板
(下文中的PCB )層，各腔一般都具有固定在各腔頂部的電極環(huán)。
(c) 本實施方式中的活動元件("活塞")403可主要由切割或蝕刻有 許多很精確的板的傳導性的被磁化的材料的薄箔來構成，所述板一般由充 當順從的彎曲部分的"蜿蜒"形狀圍繞，所述的彎曲部分賦予箔特定的運動 自由度。
(d) 底部層結構404可包括分隔器層和電極層。在某一實施方式中， 該層可包括具有精確地分隔的腔的陣列的介電層，各腔一般都具有固定在 各腔底部的電極環(huán)。
圖5顯示了根據本發(fā)明的優(yōu)選實施方式構造并操作的設備的小部分的 細節(jié)。根據示出的實施方式的換能器陣列的詳細的截面立體圖顯示了以下 結構活動元件("活塞")，其一般由薄箔501制成，所述的薄箔纟皮切割 或蝕刻為精確的板和蜿蜒形狀，在頂部502及底部503具有纟皮磁化的層， 該薄箔被精確地定位以使各板形狀的中心與頂部層電介質腔504以及底部 層電介質腔505中的每一個的中心精確地對齊，腔504和505共同地充當 移動導向裝置和氣體管道。在頂部506和底部507的各管道的外邊緣是銅 環(huán)("電極")閂鎖機構，該機構在施加了靜電電荷時，當各活動元件(活 塞)接近每一沖程的終點時，該閂鎖機構一般吸引各活動元件以在活動元 件("活塞")和閂鎖裝置之間產生接觸，并保持各活動元件("活塞")，
28由此阻止活動元件("活塞")運動，直至閂鎖裝置一般通過停止給電極靜
電充電而纟皮釋ii為止。
圖6A顯示了如在圖5中顯示的相同的小部分的分解視圖，且顯示出 在此實施方式中，以精確的蜿蜒形狀蝕刻以產生活動元件("活塞，，)的薄 箔居中并被封入在頂部602及底部603電介質的鏡像的腔中，其中各形狀 的中心在頂部和底部固定有磁化的層。
圖7A顯示了根據本發(fā)明的優(yōu)選實施方式構造并操作的蜿蜒形狀和活 動元件子組件。薄箔的頂部靜態(tài)視圖顯示此實施方式中的活動元件一般通 過蝕刻精確的圓形蜿蜒形狀來構造，所述的形狀允許該形狀的彎曲部分 703限制該形狀的中心701的自由運動，該形狀的彎曲部分703自材料蝕 刻出，由此形成散布的腔702。截面圖顯示出箔一般具有磁極對齊的磁體 層，固定到錫箔活動元件層的頂部704和底部705。作為此實施方式的替 換，磁體層可以只固定到薄箔的一側。
圖7B是運動中的單個元件的說明性的視圖，顯示某些實施方式的向 上的自由運動，其中單個蜿蜒形狀的磁化的中心706在受蜿蜒蝕刻的彎曲 部分707的導引和限制的同時，自由地向上延伸。說明圖中沒有示出在中 心706以相反方向移動時，蜿蜒形狀反向(向下)的運動，且由此所述的 彎曲部分向下延伸。
在某些實施方式中，各形狀中心的頂部708以及各層的底部709固定
有磁化層，所述的磁化層已#:調整為相同的磁極性。
圖8A顯示了根據本發(fā)明的優(yōu)選實施方式的揚聲器系統的方塊圖。在 某些實施方式中，數字輸入信號(公共協議為12S、 12C或SPDIF) 801進 入邏輯處理器802，該處理器接著轉換該信號以限定各組的活動元件的閂 鎖機構。組編址是一般分為兩個大組(primary group), —組用于將活動 元件閂鎖在頂部，而一組用于將活動元件閂鎖在其沖程的底部。隨后，各 組通常進一步分為邏輯編址組， 一般由至少一個活動元件的組開始，接著 是兩倍于前一組的活動元件的另 一組，接下來是仍舊為兩倍于前一組的元 件的數目的另一組，以此類推，直到整個陣列的所有活動元件都被分組為 止。第N組包括2^個活動元件。在圖8A的方塊圖中描繪的實施方式中，顯示了頂部的組 一元件組 803、 二元件組804,然后是四元件組805,以此類推，直到換能器陣列組 件中全部數量的活動元件都已被編址為止，以接收來自處理器802的控制 信號。
通常復制相同的分組才莫式(grouping pattern)以用于底部閂鎖機構， 其中一元件組807之后可為二元件組808，然后是四元件組809，以此類 推，直到換能器陣列組件中全部數量的活動元件都已被編址為止，以接收 來自處理器802的控制信號。
處理器802也可控制進入圍繞整個換能器陣列812的線圈的交流電 流，因此產生并控制整個陣列上的磁場。在某些實施方式中，功率放大器 811可被用來增大進入線圈的電流。
圖8B示出了揚聲器系統的流程圖。在某些實施方式中，數字輸入信 號813的采樣速率可能與設備自然的采樣速率不同，再釆樣模塊814可對 信號重新采樣，從而使得信號匹配設備的采樣速率。除此之外，再采樣模 塊814傳送未經修改的信號。
縮放模塊(scaling module) 815—般將一個偏差值(bias level)加至 信號并對該信號進行縮放，假定進入的信號813的分辨率為每一采樣M位， 則采樣值X的范圍在-2^"到2(M-"-l之間。
另外假設在某些實施方式中，揚聲器陣列具有N個元件組(編號為 l...N)，如圖8A所示。
K定義為K=N-M
一般說來，如果輸入分辨率高于揚聲器中組的數目(M〉N)，則K為 負且輸入信號按比例縮小(scaled down)。如果輸入分辨率低于揚聲器中 組的數目(M<N)，則K為正且輸入信號按比例增加。如果兩者相等，則 輸入信號不被縮放，僅被施加偏差?？s放模塊815的輸出Y可為 Y二2K[X+2M"]。輸出Y化整為最接近的整數。Y值范圍則在0到2N-1之 間。檢查構成Y的二進制值的位。各位控制活動元件的不同組。最低有效 位(位l)控制最小的組(組l)。下一位(位2)控制大小兩倍于組l的
組(組2)。再下一位(位3)控制大小兩倍于組2的組，等等。最高有 效位(位N )控制最大的組(組N)。構成Y的所有位的狀態(tài)一般用塊816、 823...824同時來才全查。
以相似的方式處理位。下面是用于檢查位l的優(yōu)選的算法
塊816檢查Y的位1 (最低有效位)。如果位1為高，則其與其之前 的狀態(tài)比較817。如果位l之前為高，則無需改變組1中活動元件的位置。 如果位l先前為低，則如參考數字818所示，處理器等待磁場指向上，然 后如參考數字819所示，處理器一般釋放底部閂鎖機構B1，同時接合頂部 閂鎖機構Tl,允許組l中的活動元件從設備的底部運動到頂部。
如果塊816確定Y的位1為低，則其與其之前的狀態(tài)比較820。如果 位1之前為低，則無需改變組1中活動元件的位置。如杲位l之前的狀態(tài) 為高，則如參考數字821所示，處理器等待磁場指向下，然后如參考數字 822所示，處理器釋放頂部閂鎖機構Tl,同時接合頂部閂鎖機構Bl，允許 組1中的活動元件從設備的頂部運動到底部。
圖9A顯示施加到活動元件上的不同的主要的力之間的一般的關系。 施加到活動元件上的不同的力通常協調地起作用以相互抵消以便獲得期 望的功能。向中心的力顯示為負力，而驅使元件遠離中心的力(向著上閂 鎖機構或向著下閂鎖機構)顯示為正力。
在本實施方式中，活動元件受三個主要的力影響
a. 磁力，其由磁場和永磁體(hard magnet)的相互作用產生。該力的 方向決定于活動元件》茲體的極性、^茲場的方向以及磁場梯度。
b. 靜電力， 一般通過對電極施加某種電荷而對活動元件施加相反電荷 而產生。該力的方向使得將活動元件吸引到電極(在此圖中定義為正)。 該力在以下狀況下增加當活動元件和電極之間的距離變得非常小時，及 Z或此間隔包括具有高介電常數的材料。C.回縮力，其由彎曲部分(起彈簧作用)產生。該力的方向總是朝向 設備的中心(在此圖中定義為負)。因彎曲部分是順從的，該力相對較小， 且本質上是線性的。
力之間的關系顯示， 一般在活動元件逐漸接近其沖程的終點時，靜電 力(由閂鎖機構所產生)增加，最后達到足夠的力來吸引并閂鎖活動元件。 當閂鎖裝置被釋放時，回縮力和磁力一般能夠向著中心將活動元件拉離閂 鎖裝置，由此引起活動元件的移動。當活動元件行進到中心時， 一般說來， 彎曲部分的回縮力會變小并最終被克服，然后被電磁力和活動元件的動能控制。
圖IOA顯示了如之前在圖8中所述的，為數字編址的目的，在某些實 施方式中對活動元件("活塞")應用的分組才莫式的截面視圖。在此實施方 式中，有在中心的一元件的組1001，接著是二元件組1002,隨后是四元 件組1003，然后是八元件組1004，然后是十六元件組1005，以此類推。
如在此實施方式中顯示的，在可能的限度內，安排各增大的組圍繞著 前組擴展，然而可改變此幾何結構以便實現不同的音頻及/或結構的目的。 舉例來說，使"集中點(印icenter)"移動到換能器陣列的外圍能夠使各組 和處理器802之間的布線更容易(參考圖8A-犯)。
圖IIA顯示了優(yōu)選的時序圖和控制圖。該時序圖描述了用于產生特定 的聲音波形的優(yōu)選的邏輯和算法。在此描述的范圍內，時間線被分為時隙， 編號為Il、 12,以此類推。此簡單的實例顯示了一設備，其使用分成三組 的7個活動元件。第一組包括一個活動元件"P1"并受頂部閂鎖機構"T1"和 底部閂鎖機構"B1"的控制。第二組包括兩個活動元件"P2"和"P3"，這兩個 活動元件被同步且一起運動。該組受頂部閂鎖機構"T2"和底部閂鎖機構 "B2"的控制。第二組包括四個活動元件"P4"、 "P5"、 "P6"和"P7"，這幾個 元件被同步且一起運動。該組受頂部閂鎖機構"T3"和底部閂鎖機構"B3"的 控制。
位于圖的頂端的"時鐘"圖表示系統時鐘。該時鐘一般在設備外產生且 與聲音信號一同傳送至處理器802 (參考圖8)。在一典型的實施方式中，
32設備的采樣率是44100Hz。在此情況下，各時鐘時間間隔的持續(xù)時間是 22(xsec,且時鐘每llpsec變化其狀態(tài)。
在此實例中顯示的"信號"是設備產生的模擬波形。"數值"圖顯示在各 時鐘時間間隔的信號的數字采樣值。"磁性"圖顯示線圈產生的磁場的方向 (極性)。此極性與系統時鐘同步變化。
此圖使用以下顯示規(guī)則顯示各活動元件的狀態(tài)閂鎖在頂部的元件 1101 ("P1"…"P7，，)以黑色上色。閂鎖在底部的元件1102以白色上色，而 運動的元件1103表示為陰影。
數字采樣值指示有多少元件可被閂鎖到陣列的頂部以及有多少元件 可被閂鎖到底部。在此實例中，數字采樣值-3、 -2、 -1、 0、 1、 2、 3， 及4是可能的。各值分別表示閂鎖到頂部的0、 1、 2、 3、 4、 5、 6和7個 元件。
在時間片I1中，數字釆樣值是O。這要求3個元件閂鎖到頂部以及4 個元件閂鎖到底部。磁場極性向上。頂部閂鎖機構T1和T2被接合，且底 部閂鎖機構B3也被接合。同時，底部閂鎖機構Bl和B2被脫離，且頂部 閂鎖機構T3也被脫離?；顒釉1、 P2和P3閂鎖到頂部，同時P4、 P5、 P6和P7閂鎖到底部。
在時間片I3中，數字采樣值變化到l。這要求4個元件閂鎖到頂部以 及3個元件閂鎖到底部。磁場極性向上。底部閂鎖裝置B3被脫離，釋放 元件P4、 P5、 P6和P7以使之自由運動。同時，頂部閂鎖機構T3被接合。 元件在磁場的作用下向上運動，且被當前接合的T3閂鎖。
此時，所有7個活動元件都被閂鎖到頂部。在下一時間片I14中，活 動元件P1、 P2和P3將被閂鎖到底部，以保證設備處于期望的狀態(tài)(4個 元件在頂部而3個元件在底部)。在時間片14中，爿磁場的極性改變而指向 下。頂部閂鎖機構Tl和T2脫離并釋放活動元件Pl、 P2以及P3 。同時， 底部閂鎖機構Bl和B2被接合并且接近的活動元件Pl、 P2和P3被閂鎖至 底部位置。活動元件P4 、 P5 、 P6和P7被頂部閂鎖機構T3保持在適當的 位置，并因此被限制而不與其他活動元件一起向下運動。此時設備的狀態(tài)為Pl、 P2和P3閂鎖到底部，而P4、 P5、 P6以及P7閂鎖到頂部。在時 間片15到14中，閂鎖機構被接合以及被脫離，以允許活動元件根據數字 采樣值而運動，并改變自身的狀態(tài)。
圖12A顯示活動元件的優(yōu)選的磁性質，用于編址一可選擇的實施方式。 活動元件箔的靜態(tài)頂視圖顯示了活動元件的一種可能的可選擇的實施方 式。在此實施方式中，產生了活動元件的兩個不同的組段1201和1202， 使得單一的換能器陣列能夠處理并產生更強的信號，或可選擇地處理并產 生兩個分離的信號(例如立體聲的左音頻信號和右音頻信號)。截面視圖 顯示為了實現此實施方式的兩個組(由分線i203區(qū)別)，各不同的組段 一般具有相反的磁極性。
在一個部分組1201中，固定到薄箔的活動元件的磁體層已^皮極化為 北極(N )在箔的頂側1204而南極(S )在底側1205;同時在第二部分組 1202中，薄箔活動元件的磁體層已被極化為南極(S)在箔的頂側1206而 北極(N)在底側1207。
圖13顯示了可選擇的實施方式中的電極的分組。類似于圖10A,圖 13描繪用于在圖12A中描述的可選擇的實施方式的可選擇的編址方案。在 此情況中，為數字編址的目的應用于活動元件的分組模式被分為兩個大 (primary)組段， 一半的換能器陣列處干一個大段組，而另一半換能器陣 列處于另一個大段組，就如圖12A所示。
在此實施方式中，有兩個相等的組，各組都有相等數目的活動元件， 以1個活動元件的兩個組1301和1302開始，4妻著是各組2個元件的兩個 組1303和1304，然后是各組4個元件的兩個組1305和1306,然后是各 組8個元件的兩個組1307和1308，然后是各組16個元件的兩個組1309 和1310，以此類推，直到換能器陣列的所有活動元件都已被分組并被編址 為止。
如在當前實施方式中示出的，在可能的限度內，安排各增大的組圍繞 前組擴展，然而可改變此幾何結構以便實現不同的音頻及/或結構的目的， 舉例來說，使大組的"集中點"移動到換能器陣列的外圍的相反側能夠使各 組和處理器1402之間的布線更容易(參考圖14)。其還能夠使設備在兩
34種模式下工作單聲道以及立體聲的模式，單聲道模式中，兩個組都被用 來產生兩倍振幅的一個波形，立體聲模式中，各組都產生分離的聲波，以 允許重構立體聲信號。
圖14顯示了可選擇的編址實施方式中的揚聲器系統的方塊圖。圖14 描述了在圖12和圖13中顯示的可選擇的實施方式的編址。數字輸入信號 (I2S、 12C或SPDIF協議)1401進入邏輯處理器1402,該處理器接著轉 換該信號以限定活動元件的兩個大分組中的每一分組的閂鎖機構。各編址 的組-故分為兩個大組， 一組用于頂部閂鎖^L構， 一組用于底部閂鎖片幾構。 接著各組進一步分為邏輯編址組，以一個活動元件的組開始，隨后是兩倍 于前一組的活動元件的另一組，然后是兩倍于前一組的元件的數目的另一 組，以此類推，直到整個陣列的所有活動元件都^f皮分組為止。
在圖14的方塊圖中描繪的實施方式中，活動元件的一個主要段的頂 部沖程以一元件組1403開始，接著是二元件組1404,然后是四元件組 1405，以此類推，直到換能器陣列組件中全部數量的活動元件都已被編址 為止，以接收來自處理器1402的控制信號。
復制同樣的分組^t式以用于向下的沖程，其中一元件的組1407后面 是二元件的組1408，然后是四元件的組1409,以此類推，直到換能器陣 列組件中全部數量的活動元件都已被編址為止，以接收來自處理器1402 的控制信號。
復制同樣的圖案以用于活動元件的第二大段，頂部沖程組以 一元件組 1413開始，然后是二元件組1414,接著是四元件組1415，以此類推，直 到換能器陣列組件中全部數量的活動元件都已被編址為止，以接收來自處 理器1402的控制信號。
復制此圖案以用于第二段的向下的沖程，該第二段以一元件的組1417 開始，隨后是二元件組1418，接著是四元件組1419，以此類推，直到換 能器陣列組裝部件中全部數量的活動元件都已^^編址為止，以接收來自處 理器1402控制信號。處理器1402也將控制進入一般圍繞整個換能器陣列(包括兩個大段)
的線圈1412的交流電流，因而產生并控制整個陣列上的磁場。在某些實 施方式中，功率放大器1411可被用來增大進入線圈的電流。
圖15A顯示了用于可選擇的實施方式的時序圖和控制圖。描述邏輯和 算法的時序圖可被用來產生在圖12至14中描述的可選擇的實施方式中的 特定的聲音波形。顯示規(guī)則類似于在圖IIA中使用的顯示規(guī)則，并再現了 相同的信號。
時間線;故劃分為時隙，編號為II、 12,以此類推。該簡單的實例顯示 了 一設備，其使用分成兩個大組(major group ) (L和R)的14個活動元 4牛，每個大纟且分成3個小纟且(minor group ) 1 、 2禾口 3。
數字采樣值指示有多少元件可被閂鎖到陣列的頂部和有多少元件可 -波閂鎖到陣列的底部。在此實例中，數字釆樣值-3、 -2、 -1、 0、 1、 2、 3、及4是可能的。各值分別表示閂鎖到頂部的0、 2、 4、 6、 8、 10、 12 和14個元件。
在時間片13，數字采樣值由0變?yōu)閉。這要求8個元件閂鎖到頂部以 及6個元件閂鎖到底部。磁場極性向上。頂部閂鎖裝置RT1和RT2以及底 部閂鎖裝置LB3 ^皮脫離，釋力史元件RP1、 RP2、 RP3、 LP4、 LP5、 LP6和 LP7以使之自由運動。LP4、 LP5、 LP6和LP7的磁極性產生向上的力，驅 使這些元件向上。RP1、 RP2和RP3的磁極性是相反的，且驅動力是向下 的。同時，與元件運動相反的閂鎖才幾構被^接合，以3爪住4姿近的活動元件并 將其閂鎖在適當的位置。
在時間片14,磁場的極性改變而指向下。頂部閂鎖裝置LT1和LT2以 及底部閂鎖裝置RB3-故脫離，釋放元件LP1、 LP2、 LP3、 RP4、 RP5、 RP6 和RP7以使之自由運動。RP4、 RP5、 RP6和RP7的磁極性產生向上的力， 驅使這些元件向上。LP1、 LP2和LP3的磁極性是相反的，且驅動力是向 下的。同時，與元件運動相反的閂鎖才幾構^皮4妄合，以抓住接近的活動元件 并將其閂鎖在適當的位置。在時間片15到114，閂鎖機構被接合以及被脫離以允許活動元件根據 數字采樣值運動并改變自身的狀態(tài)。
圖15C分別示出了聲音曲線圖II-IV的三種不同的音調(pitch) (22KHz、 11KHz及4.4KHz)的產生。曲線圖I顯示了系統時鐘，其在示 出的實例中為44KHz。在示出的實施方式中，用來產生這些音調的揚聲器 有2047個活動元件。當22KHz (時鐘的一半)的聲音產生時，所有2047 個元件在各時鐘時刻改變位置(從頂部到底部或反之)。當llKHz (時鐘 的1/4)的聲音產生時，2047個活動元件中的一半活動元件在各時鐘時刻 改變位置。例如，如果在第一時鐘內，所有2047個活動元件在其頂部位 置，則在第二時鐘內，降低這些元件中的1023個元件，在第三時鐘內， 降低剩余的1024個元件，在第四時鐘內，升高1023個元件，在第五時鐘 內，升高剩余的1024個元件，以此類推。當4.4KHz (時鐘的1/10)的聲 音產生時，在各時鐘時刻處于元件的頂部位置的元件的數目(1340、 1852、...)顯示在曲線圖IV的頂部，而在各時鐘時刻處于元件的底部位 置的元件的數目(707、 195、...)顯示在曲線圖IV的底部。
圖16A顯示了活動元件子組件的一小部分。
圖16A和16B提供了不同實施方式中的活動元件的說明視圖。
在圖16A中顯示的實施方式是活動元件("活塞，，)的實施方式，所述 活動元件由薄箔材料1601構成，且精確的圓形的蜿蜒形狀蝕刻進該材料， 允許形狀的中心1602自由運動，所述的運動受形狀的彎曲部分限制。
圖16B顯示了使用柔性基板的活動元件子組件的不同的實施方式的一 小部分。該實施方式是活動元件("活塞")的實施方式，所述活動元件由 具有足夠彈性的材料構成，例如由橡膠聚乙烯材料1603構成，所述材料 或者在材料表面的頂部和底部沉積了特定形狀和尺寸的磁性材料，或者材 料被固定到特定尺寸的磁化的盤1604,允許由材料本身限制的自由的運 動。
圖2C顯示了使用自由浮動的部件的活動元件子組件的不同的實施方 式的一小部分。該實施方式是自由浮動的活動元件("活塞")的實施方式，所述活動元件由各端具有相對的磁極的被磁化的材料構成。在此具體的實 施方式中，北極在頂部而南極在底部。
圖3B示出了在某些實施方式中，基于蜂窩設計的完整的換能器陣列
結構的頂視圖，其實現表面面積48%的填充系數。圖17示出了在某些實 施方式中，基于方形設計的完整的換能器陣列結構的頂視圖，其實現表面 區(qū)域38%的填充系數。
圖18顯示了使用方形元件的實施方式一小部分的分解視圖。此實施 方式顯示使用方形元件的換能器陣列結構，其旨在增大填充系數并實現更 高的單位換能器面積的聲壓級。
如之前的實施方式，使用了相同的結構元件。線圈圍繞整個換能器陣 列(未顯示)。在施加電壓時，線圈在整個陣列結構上產生電磁致動力。
頂部層結構一般包括介電層，該介電層具有精確地分隔的腔1802的 陣列，各腔都具有電極環(huán)，電極環(huán)固定在各腔的頂部，用于產生靜電閂鎖 機構1801。
此實施方式中的活動元件("活塞")包括切割或蝕刻有許多很精確的 "蜿蜒"形狀1803的傳導性的被磁化的材料的薄箔，"蜿蜒"形狀借助被磁 化的頂部1804和底部1805賦予箔特定的運動自由度。各活動元件;波四個 彎曲部分導引和限制。
底部層結構一般包括介電層，該介電層具有精確地分隔的腔1806的 陣列，各腔都具有電極環(huán)，電極環(huán)固定在各腔的頂部，用于產生靜電閂鎖 機構1807。
圖19顯示了包括多個(一陣列)設備的一種裝置。該結構顯示了在 陣列換能器1902的某些實施方式中多個換能器的使用以便制造能夠產生 更強的聲壓級的設備1901，或者以便使用波束形成技術(這不在本發(fā)明范 圍內)來產生定向的聲波。
陣列可具有任何期望的形狀，且描述中的圓形形狀只是為了說明的目的。
38現對根據本發(fā)明的一個實施方式構造并操作，且參考圖1B、 2A-2C、 3A誦3C、 4A、 5、 6A、 7A-7B、 8A誦8B、 9A、 IOA、 IIA、 12A、 13、 14、 15A、 16A-C、 17-19而在上面描述的設備進行更綜合(例如參考圖1A) 且更加詳細的描述。另外描述了可選擇的實施方式。
現參考圖1A，其為用于產生物理效應的致動器裝置的簡化的原理框圖 說明，所述效應的至少一個屬性相應于根據時鐘周期性地采樣的數字輸入 信號的至少一個特性。根據本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，圖1A的裝置包括至 少一個致動器設備，各致動設備包括活動元件的陣列10，各元件一般響應 于施加到活動元件陣列10的交變的電磁力而一皮迫使沿著各自的軸交替地 來回移動。各活動元件被構造并操作以響應于電磁力。因此各活動元件可 包括導體，可由鐵磁材料形成，可包括永磁體，例如在圖6C中所示，且 可包括帶有電流的線圈。
閂鎖裝置20可操作以選擇性地將活動元件10的至少一個子集閂鎖在 至少一個閂鎖位置，由此阻止個別的活動元件10響應電磁力。電磁場控 制器30可操作以接收時鐘，且相應地通過磁場產生器40控制對活動元件 的陣列施加電磁力。閂鎖控制器50可操作以接收數字輸入信號并相應地 控制閂鎖裝置。在閂鎖控制操作的至少一種;^莫式下，閂鎖控制器50可操 作以將對由磁場產生器，例如線圈40施加的電磁力作出響應而自由振動 的活動元件10的數目設置為實質上與閂鎖控制器接收的編碼為數字輸入 信號的聲音的強度成比例。優(yōu)選地，當編碼為數字輸入信號的聲音的強度 在正的局部最大值時，所有活動元件閂鎖到第一極限位置。當編碼為數字
輸入信號的聲音的強度在負的局部最大值時，所有活動元件閂鎖到相對的 第二極限位置。
優(yōu)選地，如在下面所詳細描述的，通常在再采樣及縮放后，通過使在 極限位置，例如在此描述的頂部位置的活動元件的數目匹配數字釆樣值來 實現類似輸入信號的物理效應，例如聲音。舉例來說，如果數字采樣值當 前為10,在此稱為ME1、 ...ME10的10個活動元件可在其頂部位置。如 果數字采樣值接著變?yōu)?3,在此稱為MEll、 ME12和ME13的三個附加 的活動元件可升高到它們的頂部位置以回應此。如果下一個釆樣值仍是13，則沒有活動元件需要動作來回應此。如果數字采樣值之后變?yōu)?6,則
(因為MEll、 ME12和ME13已在其頂部位置)在此稱為M14、 M15和 M16的3個不同的活動元件可以升高到它們的頂部位置來回應此。
在一些實施方式中，如在下面詳細描述的，構造并操作活動元件以共 同地以組操作，例如一組活動元件的數目都是2的連續(xù)的冪的組，例如構 造為每一組分別以具有l(wèi)、 2、 4、 8、 16個活動元件的組操作的31個活動 元件。在此情況下，并使用以上實例，當采樣值比方說為10時，分別包 括8個及2個活動元件的兩個組都，比方說升高，即組中的所有活動元件 都在其頂部位置。然而，當采樣值變?yōu)?3時，直接將3個活動元件從其 底部位置移動到其頂部位置通常是不實際的，這是因為在此實例中，因為 二進制的分組，這僅能通過升高分別包括1個和2個活動元件的兩組來實 現，然而，包括2個活動元件的組已經被升高。但是頂部像素的數目可以 其他方式與采樣值13匹配。因為13=8+4+1,可升高包括4個和1個像素 的兩組，而可降低包括2個像素的組，產生+3的凈壓強變化，從而產生期 望的、類似一般在再釆樣和縮放后的輸入信號的聲音。
更一般地，朝向第一極限位置，例如向上移動的活動元件在第一方向 上產生壓強，在此稱為正壓。朝向相對的極限位置，例如向下移動的活動 元件在相反的方向上產生壓強，在此稱為負壓。通過使適當數目的活動元 件在相應的方向上移動，或通過"f吏n個活動元件在相應的方向上移動，而 其他的lt目為m個的活動元件在相反的方向上移動，而^:得差值n-m相應 于，例如等于(一般在再采樣和縮放后的)采樣的信號值，可獲得一定大 小的正壓或負壓。
活動元件一般由這樣一種材料形成，所述材料是至少適度地電傳導 的，例如硅或者涂覆有金屬例如金的硅。
如果活動元件包括永磁體，該永磁體一般在生產過程中即被磁化，以 使得磁極與期望的運動軸共線。 一般圍繞整個換能器陣列的線圈產生致動 力。為控制各活動元件， 一般使用兩個閂鎖元件(一般包括靜電閂鎖裝置 或者"電極")，例如一個在活動元件上方的閂鎖元件，及一個在活動元件 下方的閂鎖元件。根據一實施方式，致動器是揚聲器而活動元件的陣列10布置在流體
介質內。隨后操作控制器30和50以界定聲音的至少一個屬性以與數字輸 入信號的至少一個特性相對應。聲音具有至少一個波長，由此界定聲音里 出現的最短的波長，而各活動元件10 —般限定一垂直于活動元件的軸的 截面，并限定其最大尺寸，各截面的最大尺寸相對最短波長一般是小的， 例如比最短波長'J、一個數量級。圖1B是根據本發(fā)明的優(yōu)選實施方式構造 并操作的活動元件的陣列10的等距示圖。在此實施方式中，各活動元件 10包括磁體，且各活動元件除了被閂鎖的情況外，都響應于由磁場產生器 40施加到活動元件陣列10上的交變的電磁力而被迫使沿著各自的軸交替 地來回移動。
圖1C-1G是閂鎖元件72、 73、 74、 76和77的簡化的頂視示，上
根據本發(fā)明的可選擇的實施方式的靜電閂鎖裝置20。閂鎖元件的至少一個 元件72可具有穿孔結構，正如在圖1C中所示。在圖1D中，閂鎖元件73 顯示為具有刻槽結構(notched configuration)以便允許在閂鎖裝置的尖銳 部分集中靜電荷，由此增加施加到相應的活動元件上的閂鎖力。在圖IE 中，至少一個閂鎖元件74具有這樣一種結構，該結構包括中心區(qū)域75， 該區(qū)域阻止氣體通過以便延遲氣體排出，由此緩沖活動元件10和閂鎖元 件本身之間的接觸。至少一個閂鎖元件76可具有環(huán)結構，如在圖1F中和 作為舉例在圖1B中顯示的。圖1G的閂鎖元件77是又一個可選擇的實施 方式，該元件類似于圖1E的閂鎖元件74，只不過設置了至少一個徑向的 槽78以便消除閂鎖裝置中的感應電流。
圖2A顯示了響應于由或者圖1A的線圏其他磁場產生器40施加的、 向下的電磁力而處于第一、底部極限位置的圖1B的陣列。圖2B顯示了響 應由圖1A的線圈或者其他磁場產生器40施加的、向上的電磁力而處于第 二、頂部極限位置的圖1B的陣列。圖2C類似于圖2B，只不過活動元件 中的一個單獨的元件204沒有響應于由磁場產生器40施加的向上的力， 這是因為該單獨的磁體借助布置在單獨的活動元件上方并作為頂部閂鎖 裝置起作用的相應的電荷而被閂鎖到了其頂部極限位置。應該知道，在圖1A-2C的實施方式中，閂鎖裝置20包括靜電閂鎖裝置，然而情況并不是必
須如此。
一般地，圖2A-2C的裝置包括用于各活動元件的一對閂鎖元件205和 207，盡管一元件不必在另一元件的上方，但是在此簡稱為"頂部"閂鎖 元件和"底部"閂鎖元件，閂鎖元件包括一個或更多的電極，空間保持器 220分隔所述電極。在閂鎖裝置20包括靜電閂鎖裝置的實施方式中，空間 保持器220可由絕緣材料形成。
各對閂鎖元件是可操作的以將其單獨的活動元件10選擇性地閂鎖到 兩個閂鎖位置中的可選擇的一個位置，在此稱為第一閂鎖位置和第二閂鎖 位置，或簡稱為"頂部"閂鎖位置和"底部"閂鎖位置，由此阻止單獨的活動 元件響應電磁力。如果將各活動元件10運動所沿的軸看做包括第一半軸 和第二共線的半軸，則第一閂鎖位置一般布置在第一半軸內，而第二閂鎖 位置一般布置在第二半軸內，例如在圖2A-2C中所示。
圖3A-3C分別是歪斜的活動元件陣列IO的頂部的、截面的以及等距 的視圖，各活動元件10都響應于例如由如所顯示的圍繞著陣列纏繞的線 圈40施加到活動元件的陣列10的交變的電磁力，而被迫使沿著各自的軸 交替地來回移動。圖4是分層的致動器設備的分解視圖，所述設備包括活 動元件的陣列403和閂鎖裝置，各所述活動元件響應于由線圈401施加到 活動元件403的陣列的交變的電磁力而被迫使沿著各自的軸交替地來回移 動，所述的閂鎖裝置形成為至少一層，其是可操作的以將活動元件403的 至少一個子集選擇性地閂鎖在至少一個閂鎖位置，由此阻止單獨的活動元
件403響應于電磁力。 一般說來，使用如圖所示圍繞陣列403的線圈401 產生電磁力。
閂鎖裝置一般包括一對層頂部閂鎖層402和底部閂鎖層404，所述 兩閂鎖層在被充電時，以及當活動元件處于如在此描述的適當的電磁場中 時，將活動元件分別閂鎖到頂部極限位置和底部極限位置。各閂鎖層402 和404 —般包括電極層和分隔器層，如在圖5-6A中詳細所示。分隔器層 402和404 —般可以由任何適合的介電材料形成?？蛇x擇地，可將鐵氧體
42(ferr ite)或鐵磁體顆粒加入到介電材料以減少磁體層中磁體之間不期望的 相互作用。
在圖5-6A中，設置了彎曲部分和環(huán)形石茲體或導體或鐵磁體，然而應 該知道，這并不旨在進行限制?？蛇x擇地，例如，可設置其他形狀的磁體， 或者可由線圈代替環(huán)形元件，以及可以設置沒有彎曲部分的自由浮動的活 動元件，或者活動元件可以具有外圍的彈性或柔性部分，或與外圍的彈性 或柔性構件相關聯，都如在此的詳細顯示和描述。
圖4B是根據本發(fā)明的優(yōu)選實施方式操作的優(yōu)選的致動方法的簡化的 流程示。在圖4B中，產生了一物理效應，所述物理效應的至少一個 屬性相應于根據系統時鐘信號周期性地采樣的數字輸入信號的至少 一個 特性。如所示出的，該方法一般包括(步驟450)提供活動元件的至少一 個陣列10,各活動元件響應于例如由磁場產生器40對活動元件的陣列10 施加的交變的電磁力而被迫使沿著軸15交替地來回移動(圖1B)。在步 驟460中，活動元件10的至少一個子集通過閂鎖裝置20而被選擇性地閂 鎖在至少一個閂鎖位置，由此阻止單獨的活動元件10響應于由磁場產生 器40施加的電磁力。在步驟470中，接收系統時鐘信號，并相應地，控 制電磁力對活動元件的陣列的施加。在步驟480中，接收數字輸入信號， 并相應地控制閂鎖步驟460。 一般說來，如上所述，閂鎖裝置20包括一對 層，各層都包括靜電閂鎖元件的陣列，且至少一個空間保持器層分隔靜電 閂鎖層并由絕緣材料形成。 一般地，使用PCB生產工藝來制造閂鎖裝置和 至少一個空間保持器(圖4B,步驟450 )?；顒釉年嚵幸话惆ù判?層403，磁性層夾在一對電極層之間，所述一對電極層通過一對介電分隔 器層與所述磁性層分隔開。 一般說來，使用晶片鍵合技術(wafer bonding
述層中的至少一層(圖4B，步驟455 )。
圖5是根據本發(fā)明的優(yōu)選實施方式構造并操作的圖4A的致動器設備 的等距靜態(tài);視圖，其中活動元件的陣列10由薄箔形成，各活動元件受圍 繞其的、 一體化形成的彎曲部分606的限制。彎曲部分一般包括^:布有剪切的部分702的箔部分703。圖6A是圖5的致動器設備的一部分的分解視圖。
根據本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，因為需要至少三個彎曲部分來限定一個 平面，所以設置了 3個彎曲部分。在這里顯示和描迷的活動元件的情況中， 由彎曲部分限定的平面一般是垂直于活動元件的期望的運動軸的平面，或 合適地選擇的以強迫活動元件沿著期望的軸移動的任何的平面。
一般地，期望最小化彎曲部分的面積，以便利用設備對活動元件本身 的可用面積，因為致動的過程是由活動元件執(zhí)行的，這樣從設備的功能性 的角度來看，彎曲部分的面積是額外開銷(overhead)。例如，如果致動 器是揚聲器，則活動元件推動氣體，由此產生聲音，而限定活動元件的彎 曲部分和間隙則不是這樣。因此，通常期望彎曲部分的全長與活動元件的
周長相似(例如，不是活動元件的周長的兩倍)。因此，可期望將彎曲部 分的全長作為給定的長度處理，因此，提供的彎曲部分越多，各彎曲部分 就越短，在相同的位移下，這些彎曲部分轉變?yōu)槌惺茌^高壓力，即，以達 到活動元件的相同的運動振幅。
因此，應認為優(yōu)選只設置三個彎曲部分，即不多于所要求的用來牢固 地固定活動元件的，例如用來限定與活動元件的運動軸垂直的平面的彎曲 部分的最小^:目。
圖6B和6C分別為根據本發(fā)明的優(yōu)選的低氣體泄漏實施方式構造并操 作的活動元件、閂鎖裝置以及分隔器元件的組件的等距的和分解的視 示。氣體泄漏指氣體從活動元件的上方空間穿過到活動元件的下方空間， 或者從活動元件的下方空間穿過到活動元件的上方空間。
圖6D是6B-6C的裝置的截面圖，顯示了分別處于頂部極限位置610、 底部極限位置620以及中間位置630的三個活動元件10。圖6E是圖6D 的圖例。 一般說來，在圖6B-6E的實施方式中，活動元件中的至少一個元 件配置成阻止氣體通過至少一個彎曲部分的泄漏。如所示出的，至少一個 空間保持器640布置在活動元件的陣列10和閂鎖機構20之間，空間保持 器限定圓柱體660，該圓柱體具有截面，且其中活動元件]0中的至少一個 元件包括細長元件670和頭部元件(head element) 680,細長元件670的截面足夠小以避開彎曲部分，頭部元件安裝在細長元件670之上，其截面
類似于圓柱體660的截面。應該知道，為簡單起見，只顯示了彎曲部分606 的一部分。
圖7A是圖5-6C的活動元件層的靜態(tài)的部分頂視示。圖7B是沿 著在圖7A中顯示的A-A軸截取的圖5-6的活動元件層的截面視圖。圖7C 是圖5-7B的活動元件層的透視圖，其中單獨的活動元件顯示為向上朝其 頂部極限位置運動，使得其彎曲部分彎曲并向上延伸出薄箔的平面。如所 顯示的，在圖7A-7C中，圖1A的活動元件10中的至少一個元件具有限定 外圍706的截面并受連接到外圍的至少一個彎曲部分限制。 一般說來，至 少一個活動元件10及其起限制作用的、 一般蜿蜒的彎曲部分由單片材料 形成?？蛇x擇地，如在圖16B中顯示的，至少一個彎曲部分1605可以由 彈性材料形成。應該知道，基于彎曲部分的實施方式只是本發(fā)明的一種可 能的實施方式。相比之下，例如在圖1B中所顯示的，各活動元件可以僅 僅包括自由浮動的元件。
的透視圖。圖7E是單獨的活動元件的受彎曲部分限制的中心部分705的 側視示。在圖7D-7E實施方式中，圖1A的活動元件IO—般包括環(huán)形 的永磁體710而不是圖5-7C的實施方式的盤狀的永磁體502。 一般說來， 各活動元件10具有第一和第二相對的、 一般圓形的表面711和712,分別 面對活動元件的運動軸715的第一端點713和第二端點714，且至少一個 永磁體710布置在第一圓形表面711和第二圓形表面712中的至少一個表 面上。如果設置了兩個永磁體710,則對齊兩個永磁體以使得相同磁極指 向相同的方向，如圖7E所示。
圖8A為一控制圖，該圖示出了由圖1A的閂鎖控制器50對閂鎖裝置 20的控制，以及由圖1A的控制器30對一般線圈感應的電磁力的控制，控 制圖用于這種具體的實例，在實例中活動元件10被排列到組Gl 、G2、...GN 中，各組可選擇性地被共同地致動，其中閂鎖層中的各閂鎖裝置一般與永 磁體相關聯，以及其中閂鎖層中所有永磁體的磁極都相同地布置。閂鎖裝 置一般包括頂部閂鎖裝置和底部閂鎖裝置，用于各組或各組中的各活動元
45件。用于組Gk (k=l.....N)的頂部閂鎖裝置和底部閂鎖裝置分別稱為
Tk和Bk。在圖8A中，兩個控制器都由處理器802實現。
圖8B為示出了優(yōu)選的方法的流程圖，由此圖1A的閂鎖控制器50可 處理進入的輸入信號801并相應地以分組方式控制活動元件10的閂鎖裝 置20。根據相關聯的箭頭的方向，縮寫"EM"指示對活動元件的相關組向 上或向下施加的電磁力。在圖8B中示出的實施方式中，如果在時刻t，再 縮放的PCM信號的LSB為1 (步驟816 )，則這指示組Gl中的揚聲器元 件可處于所選擇的終點位置(end-position)。如果(步驟817 )組Gl已經 處于所選擇的終點位置，則不需要進一步的動作，然而如果組Gl還不處 于所選擇的終點位置，則閂鎖控制器50等待(步驟818 )電磁場向上并隨 后(步驟819)釋放集合Bl中的底部閂鎖裝置并接合集合Tl中的頂部閂 鎖裝置。加以必要的變更，這也適于所有其他的組G2、 ...、 GN。
在圖8B中，后有向上指或向下指的箭頭的標記Tk或Bk指示閂鎖或 釋》丈(分別向上或向下的箭頭)第k組的活動元件的頂部閂鎖裝置或底部 閂鎖裝置(分別為T或B)。
圖8C是處理器(例如圖8A的處理器802)簡化的原理框示，所 述的處理器在實質上控制具有在此顯示和描述的靜電閂鎖機構的任何的 致動器設備方面是有用的。在圖8C的實施方式中，單個處理器實現電磁 場控制器30和閂鎖控制器50。電磁場控制器30通常接收一般為方波的系 統時鐘805，并產生具有相同頻率和相位的正弦波，將此正弦波作為致動 信號提供給線圈40。 DSP 810可例如包括適當地程控的TI 6000數字信號 處理器，其可在商業(yè)上從Texas Instruments公司獲得。用于DSP 810的程 序可存在適當的存儲芯片820中，例如存在于閃存中。在閂鎖控制操作的 至少一種模式下，閂鎖控制器50是可操作來將對由線圈40施加的電磁力 做出響應而自由振動的活動元件的數目設置為實質上與編碼為數字輸入 信號的聲音強度成比例。
電磁場控制器30通常控制進入通常圍繞活動元件的整個陣列10的線 圈40的交流電流，因此在整個陣列上產生并控制磁場。在某些實施方式 中，功率放大器811可被用來增大進入線圈40的電流。電磁場控制器30一般產生交變的電磁力，電磁力的交變與系統時鐘805同步，如參考圖11A
的曲線圖I而在下面所詳述的。
閂鎖控制器50是可操作來接收數字輸入信號801并相應地控制閂鎖 機構20。 一般地，各單獨的活動元件10每時鐘，即在一個特定的時鐘內 最多進行一次移動，各活動元件可以從其底部位置運動到其頂部位置，或 從其頂部位置運動到其底部位置，或保持在該兩種位置中的任何一個位置 上。下面參考圖IIA描述閂鎖控制器50的一個優(yōu)選的操作模式。根據本 發(fā)明的優(yōu)選實施方式，活動元件10保持在其適當的終點位置由閂鎖控制 器50實現。
優(yōu)選地，閂鎖控制器50對成組的活動元件進行操作，在此稱為"受控 的組"。在任何給定的活動元件的組中的所有的活動元件都選擇性地或者被 閂鎖到它們的頂部位置，或者被閂鎖到它們的底部位置，或者不被閂鎖。 優(yōu)選地，所述"受控的組"形成序列Gl、 G2、…，而在各受控的組Gk中的 揚聲器元件的數目為整數，例如2的(k-l)次冪，從而允許任何期望數目 的揚聲器元件被操作(被向上閂鎖、被向下閂鎖或不被閂鎖)，這是因為 任何給定的數目可表示為例如2或10或另外適當的整數的冪的和。如果 揚聲器元件的總數被選擇為2的整數次冪(N)減去1，例如2047，則將 全部數量的揚聲器元件劃分成整數個受控的組，即N個受控的組是可能的。 例如，如果有2047個揚聲器元件，在序列G1、 G2、...中的受控的組的數
目是n。
在此實施方式中，因為再縮放的PCM信號的任何單獨的值都可表示 為2的整數次冪的和，因此總可通過使適當的受控的組的所有元件共同地 處于所選擇的終點位置，而將適當數目的揚聲器元件放置于所述選擇的終 點位置。舉例來說，如果在時刻t,再縮放的PCM信號的值是IOO，則因 為100=64+32+4，組G3、 G6和G7 —起包括恰好100個揚聲器元件并因 此，在時刻t，使這三組中的所有元件共同地處于所選擇的終點位置，例 如"向上"或者"頂部"位置，并且同時，使這三組之外的所有組的所有元件 共同地處于未被選擇的終點位置，例如"向下"或者"底部"位置。應該 知道，各活動元件都具有底部閂鎖裝置和頂部閂鎖裝置，各閂鎖裝置一般
47通過選擇性地施加適當的局部靜電力而生成，結合該局部靜電力將活動元 件分別閂鎖到其"向下"和"向上"位置。組Gk中的揚聲器元件的底部閂鎖
裝置和頂部閂鎖裝置的集合分別稱為Bk閂鎖裝置和Tk閂鎖裝置。
圖8D是用于初始化圖1A-8C的裝置的優(yōu)選的方法的簡化的流程 示。才艮據圖8D的方法，活動元件的陣列10進入初始運動，包括-使活動元 件的陣列中的各活動元件10處于至少一個閂鎖位置。如在此所描述的， 一般為各活動元件10設置頂部閂鎖位置和底部閂鎖位置，在此情況中， 使陣列中的各活動元件處于至少 一個閂鎖位置的步驟一般包括使陣列中 的活動元件的第一子集處于它們的頂部閂鎖位置，而使包括陣列中所有剩 余元件的第二子集處于它們的底部閂鎖位置。優(yōu)選地選擇第 一子集和第二 子集以使得當第一子集和第二子集中的活動元件分別處于它們的頂部閂 鎖位置和底部閂鎖位置時，由在第一子集中的活動元件IO排出的流體(如 氣體)產生的總壓強與由在第二子集中的活動元件排出的流體(例如氣體) 產生的總壓強大小相等而方向相反。
活動元件10 —般帶有具有預定極性的電荷，且各活動元件都限定各 自的自然諧振頻率，由于生產公差，該頻率趨于與其他活動元件的自然諧 振頻率略有不同，由此限定了活動元件的陣列的自然諧振頻率范圍，例如 42-46KHz。如在此描述的，通常設置第一靜電閂鎖元件和第二靜電閂鎖元 件，所述的第一靜電閂鎖元件和第二靜電閂鎖元件是可操作的以將活動元 件10分別閂鎖到頂部和底部閂鎖位置，使活動元件的陣列進入運動的步 驟包括
步驟850:以與面對該閂鎖裝置的活動元件上的極相反的極性對包括 在第一子集中的各活動元件的第一 (頂部或底部)靜電閂鎖裝置充電。第 一子集和第二子集可各包括活動元件的總數的50%。
步驟855:以與面對該閂鎖裝置的活動元件上的極相反的極性對包括 在第二子集中的各活動元件的笫二(底部或頂部)靜電閂鎖裝置充電。
步驟860:如上所述，活動元件設計為具有一定的自然諧振頻率fr。 設計工具可包括計算機輔助建模工具，例如有限元分析(FEA)軟件。在 步驟860中，系統時鐘的頻率fcuc，決定其中布置了活動元件的電磁場的交變的時序，該頻率fciK設定為具有最低自然諧振頻率的陣列中活動元件 的自然諧振頻率，所述的最低自然諧振頻率稱為f，，且一般通過實驗方法 或者通過計算機輔助建^t來確定。
步驟865-870:系統時鐘頻率隨后可單調遞增，從初始值f血n增加到相 差Af的下一頻率值，直到系統時鐘頻率達到具有最高自然諧振頻率的陣列
中活動元件的自然諧振頻率，所述的最高自然諧振頻率稱為fmax且一般通
過實驗方法或者通過計算機輔助建模來確定。然而應該知道，可選擇地，
系統時鐘頻率可能是單調遞減的，從f皿x減小到fmin，或者可以非單調地變化。
應該知道，當活動元件10在其自然諧振頻率fr被激勵(excite )時，
該活動元件在每一周期增加其振幅，直到達到在下文中稱為Amax的某個最
大振幅為止。 一般地，活動元件達到Amax需要的持續(xù)時間At在調整(set up )
期間被記錄，以及在初始化序列期間施加的磁力被選擇為使得Amax等于活
動元件從其靜止狀態(tài)(idle state)到頂部閂鎖裝置或者底部閂鎖裝置所需 要移動的距離的兩倍。
Q因數或者品質因數是一已知的因數，其比較振動的物理系統的振幅 的衰減的時間常數與該系統的振動周期。等效地，品質因數比較系統振動 的頻率與系統耗散其能量的速率。較高的Q指示相對于振動頻率的較低的 能量耗散速率。優(yōu)選地，活動元件的Q因數或者通過計算機或者通過實驗 方法來確定。這樣確定的Q因數描述了在振幅降到八 鵬的50%之前，頻
率fcLK從fr離開多少(兩個可能值， 一個低于fr,而一個高于fj 。兩個 可能值之間的差是Af。
作為上述步驟的結果，交變極性的電磁力的序列現被施加到活動元件 的陣列。由于系統時鐘中引起的變化，在相同極性的力的連續(xù)的施加之間 的時間間隔隨著時間變化，由此限定用于序列的變化的頻率級。這導致在 任何時間t，增加各個自然諧振頻率與在時刻t的頻率級足夠相似的所有活
動元件的振動的振幅。頻率級變化的足夠慢(即只在適當的時間間隔At 后，在所有的迭代中，At可以相等或可以不相等)，以允許自然諧振頻率 類似于當前頻率級的所有活動元件的集合S在電磁場交變頻率級變得與它們的自然諧振頻率不同而停止增加活動元件的集合S的振動的振幅之前被 閂鎖。頻率級的變化范圍相應于自然諧振頻率范圍。 一般地，在初始化序 列的最后(步驟872)，系統時鐘fcu^皮設定為預先定義的系統頻率，一
般是陣列中活動元件的自然諧振頻率的平均值或中值，例如，44KHz。
用于確定活動元件的自然諧振頻率的范圍的一種方法是使用振動計 檢查活動元件的陣列并在不同的頻率下對陣列進行激勵。
圖8E是根據本發(fā)明的優(yōu)選實施方式構造并操作的裝配好的揚聲器系 統的簡化的等距視示。安裝在PCB 2100上的是致動器元件的陣列， 所述致動器元件包括夾在閂鎖元件20之間的活動元件10 (未顯示)。該 陣列被線圈40圍繞。顯示了控制線2110,通過該控制線，由處理器802 中的閂鎖控制器50 (未顯示)產生的閂鎖控制信號被傳播到閂鎖元件20。 放大器811放大由處理器802中磁場產生控制器30 (未顯示)提供給線圈 40的信號。連接器2120將圖8E的裝置連接到數字聲源。為簡單起見，沒 有顯示傳統的組件例如電源組件。
現基于圖8F,描述用于使用根據本發(fā)明的實施方式構造并操作的裝置 來產生聲音的優(yōu)選的操作方法。優(yōu)選地，圖8F的方法基于時域中的聲音 的表示法(representation), —般為PCM (脈沖編碼調制)表示法。
圖8F的再采樣器814:除非PCM的采樣速率剛好與系統時鐘相同， 否則對PCM進行再釆樣以使其采樣速率升高到或下降到圖1A的裝置的系 統時鐘頻率(圖IIA中的頂行)。
一般地，可以使用任何適當的釆樣速率。特別地，本發(fā)明的系統產生 具有至少兩個不同頻率的聲波，其中一個頻率是由輸入信號決定的期望的 頻率，而另一頻率是人為產物(artifact)。人為產物的頻率是時鐘頻率即 系統的釆樣速率。因此，優(yōu)選地，系統采樣速率被選擇為在人類聽覺范圍 之外，即至少為20KHz。奈奎斯特釆樣原理教導系統時鐘必須選擇為揚聲 器^皮設計為產生的最高頻率的至少兩倍。
縮放器(scaler) 815: PCM字長一般為8位、16位或者24位。8位 PCM的表示法是無符號的，振幅值隨著時間從0變化到255，而16位PCM和24位PCM的表示法是有符號的，振幅值隨著時間分別從-32768變化到 32767以及從-8388608變化到8388607。圖l-2C的揚聲器一般使用無符號 的PCM信號，因此，如果PCM信號是有符號的，例如如果PCM字長是 16位或者24位，則加上適當的偏差以獲得相應的無符號信號。如果PCM 字長是16位，則加上32768個振幅單位的偏差以獲得0-65535振幅單位的 新的范圍。如果PCM字長是24位，則增加8388608個振幅單位的偏差以 獲得0-16777215振幅單位的新的范圍。
接著PCM信號按需要被進一步再縮放，這使得其以振幅單位計的范 圍等于圖l-2C的裝置中的揚聲器元件的數目。舉例來說，如果揚聲器元 件的數目是2047，而PCM信號是8位的信號，則信號乘以因數 2048/256=8?；蛘?，如果揚聲器元件的數目是2047,而PCM信號是16位 的信號，則信號乘以因數2048/65536=1/32。
通過根據再縮放的PCM信號的當前值致動適當數目的揚聲器元件， 來產生聲音以表示再縮放的PCM信號。應該知道，揚聲器元件具有兩個 可能的終止狀態(tài)(end-state),在此分別稱為"向下"終止狀態(tài)以及"向上" 終止狀態(tài)，且已分別在圖2A和2B中示意性地示出。選擇這些終止狀態(tài)中 的單獨一個狀態(tài)，在任何給定的時間，處于該終止狀態(tài)的揚聲器元件的數 目匹配再縮放的PCM信號的當前值，同時剩余的揚聲器元件處于相反的 終止狀態(tài)。舉例來說，如果有2047個揚聲器元件，所選擇的終止狀態(tài)為"向 上"且在時刻t再縮放的PCM信號的值是100，則在時刻t處于"向上，，和"向 下"終止狀態(tài)的揚聲器元件的數目分別是100和1947。根據本發(fā)明的某些 實施方式，只要揚聲器元件的總數相應于再縮放的PCM信號的當前值， 那么特定的揚聲器元件被選擇為處于"向上"狀態(tài)并不重要。
接著，每當縮放器815產生一個采樣值，則執(zhí)行M次下面的循環(huán)。M 是圖1A的裝置中的致動器元件的數目。i是當前循環(huán)的索引(index)。使 用Vt來標示從縮放器815輸出(exit)的當前采樣值(為此執(zhí)行M次循環(huán) 迭代)。 一般地，閂鎖到其頂部位置的活動元件的數目正好等于Vt的值， 且所有剩余的活動元件都閂鎖到它們的底部位置。因此，當i仍然小于Vt 時，在圖8F中稱為"Pi"的第i個活動元件或者像素將被閂鎖到其頂部位置。
51這可通過^r查(圖8F，步驟840 )在前一循環(huán)(t-l)中處理活動元件i時， 該元件是處于其頂部閂鎖位置或是處于其底部閂鎖位置而完成。若情況是 處于頂部閂鎖位置，則不需進行任何動作，且方法跳到遞增步驟842。如 果情況是處于底部閂鎖位置，則元件i標記為需要閂鎖到其頂部位置的元 件(步驟839 )。為將所有剩余的活動元件閂鎖到它們的底部位置，對于 索引超過Vt的所有活動元件執(zhí)行下面的步驟檢查(步驟838 )哪些元件 已經處于它們的底部位置；這些活動元件不需要進一步的處理。將所有其 他的元件標記(步驟841)為需要閂鎖到它們的底部位置的元件。 一旦所 有M個元件都已如上所述般標記或不標記，則執(zhí)行以下步驟
驗證磁場指向上，或等待此狀況(步驟843 )，以及對于待被升高的 Vt個或較少的像素，對底部閂鎖裝置放電而對頂部閂鎖裝置充電(步驟 844 )。接下來，等待磁場指向下(步驟845 )，以及對于待被降低的(M-Vt) 個或較少的像素，對頂部閂鎖裝置放電而對底部閂鎖裝置充電(步驟846 )。 此時，流程等待縮放器815產生下一個樣值并隨后就如對于上述采樣值所 描述的，開始循環(huán)的M次迭代。
之前的步驟。優(yōu)選地在磁場將其極性從向下改為向上時執(zhí)行步驟844。類 似地，優(yōu)選地在》茲場將其極性再次從向上改為向下時^丸行步驟846。還應 該知道，為了使設備保持與數字化的輸入信號同步，步驟814-846都優(yōu)選 地在小于 一個時鐘周期中執(zhí)行。
圖9A是總結了根據本發(fā)明的優(yōu)選實施方式的活動元件IO受到的不同 的力的曲線圖。
圖9B是磁場梯度感應層的簡化的示意圖，所述磁場梯度感應層根據 本發(fā)明的優(yōu)選實施方式構造并操作，且包括至少一個巻繞的傳導性元件 2600，該元件嵌入介電基板2605并一般配置成在通道2610的陣列之間巻 繞。 一般說來，沿圖9B的傳導層的外周沒有通道2610,這使得在鄰近外 周的通道內感應的梯度實質上與鄰近傳導層的中心的通道內感應的梯度 是相同的。
52如果圖9B的層與上述的分隔器層是分開的，則圖9B的層中的通道相 對著上面詳述的分隔器層中的通道而被布置，并作為上面詳述的分隔器層 中的通道的延續(xù)部分。通道2610的截面尺寸，例如直徑可以與分隔器層 中的通道的直徑不同?？蛇x擇地，圖9B的層可同時起分隔器層和磁場感 應層的作用，在這種情況下，圖9B的通道2610正是上文所述的分隔器層 通道。應該知道，為簡單起見，形成分隔器層的部分的電極未在圖9B中 顯示。
圖9C和9D示出了圖9B的傳導層的磁場梯度感應功能。在圖9C中， 流過巻繞元件2600的電流由箭頭2620表示。在圖9C中，產生的磁場的 方向由X 2630和環(huán)繞的點(encircled dot) 2640指示，分別指示產生的磁 場在什么位置指向頁面以及指出頁面。
圖IOA是根據本發(fā)明的優(yōu)選實施方式的圖1A中的閂鎖裝置20中包括 的閂鎖層的筒化的頂部截面示圖。圖IOA的閂鎖層適合于閂鎖這樣的活動 元件所述的活動元件一皮劃分為幾組G1、 G2、...，這些組的閂鎖裝置如所 顯示地電氣地相互連接以便允許閂鎖裝置的共同致動。 一般地此實施方式 的特征在于，通過對在劃分的組中的所選擇的組的閂鎖裝置共同地充電， 可以致動任何數目的活動元件，閂鎖層中的各閂鎖裝置一般與永磁體相關 聯，其中閂鎖層中所有永磁體的磁極都被相同地布置。各組Gk可包括2 的(k-l)次冪個活動元件?；顒釉慕M可螺旋狀地離開活動元件的陣列 的中心，最小的組最接近中心，如圖所示。
圖10B是圖10A的閂鎖層的可供選擇的實施方式的簡化的電子線路 圖，其中，各閂鎖裝置被圖1A的閂鎖控制器50單獨地控制，而不是共同 地控制(即充電)。應該知道，閂鎖裝置顯示為環(huán)形的，然而可選擇地， 這些閂鎖裝置可以具有如在此描述的任何其他適合的結構。圖IOB的層包 括界定結點的垂直導線和水平導線的網格。 一般在各結點處設置門電路， 例如雙極型場效應晶體管。為打開單獨的門電路從而對相應的閂鎖裝置充 電，沿著相應的垂直導線和水平導線提供適當的電壓。
圖IIA是顯示優(yōu)選的充電控制方案的時序圖，所述的方案可在單向揚 聲器應用中由圖1A中的閂鎖控制器50使用，其中代表期望的聲音的輸入信號被接收，而通過對根據本發(fā)明的優(yōu)選實施方式構造并操作的活動元件 10的各自的閂鎖裝置適當充電，來響應性地控制這些活動元件，以便獲得 聲圖案，在所述聲圖案中，揚聲器的前面的音量大于其他區(qū)域的音量，閂 鎖層中的各閂鎖裝置與永磁體相關聯，而閂鎖層中所有永磁體的磁極全部 相同地布置。圖IIB是圖11A的時序圖所關于的活動元件的示例性陣列
10的示意圖。
現參考圖IIA-B描述閂鎖控制器50的操作的一個優(yōu)選的模式。為表 述清楚，僅以舉例的方式，參考包括如在圖11B中顯示的編號為Pl 、 P2、...P7 的7個像素的揚聲器，描述該優(yōu)選的操作模式。進一步根據用來解釋閂鎖 控制器50的優(yōu)選的操作模式的實例，7個像素在分別包括1個像素、2個 像素和4個像素的三個組中被致動。 一般地，如在此詳述的，閂鎖控制器 50使用多種判定參數，以確定在每個時間間隔如何控制各單獨的活動元 件。根據本發(fā)明的優(yōu)選實施方式構造并操作的揚聲器一般是可操作為再生 一聲音，該聲音由曲線圖II的模擬信號表示，并隨后被數字化且提供給本 發(fā)明的揚聲器。在圖IIA的曲線圖III中顯示了數字信號的值。
曲線圖IV顯示由線圈或者其他磁場產生器40對活動元件10施加的 電磁力的交變。曲線圖V是由閂鎖控制器50向單獨的活動元件P1的頂部 閂鎖裝置提供的信號，P1在圖11B中被見到，其自身形成只由P1組成的 活動元件的第一組G1。曲線圖VI是由閂鎖控制器50提供給P1的底部閂 鎖裝置的信號。Pl的狀態(tài)，由于與其相關聯的閂鎖裝置的操作，顯示在圖 VII中，其中黑色指示頂部閂鎖裝置接合P1的頂部極限位置，白色指示底 部閂鎖裝置接合P1的底部極限位置，而陰影指示中間位置。
曲線圖VIII是由閂鎖控制器50提供給在圖11B中見到的活動元件P2 和P3中的每個元件的頂部閂鎖裝置或活動元件P2和P3兩者的頂部閂鎖 裝置的信號，所述的活動元件P2和P3 —起構成活動元件的第二組Gll。 曲線圖IX是由閂鎖控制器50提供給第二組GII的底部閂鎖裝置的信號。 P2和P3的狀態(tài)，由于與其相關聯的閂鎖裝置的操作，分別顯示在曲線圖 X和曲線圖XI中，其中黑色指示頂部閂鎖裝置接合相關活動元件的頂部極限位置，白色指示底部閂鎖裝置接合相關活動元件的底部極限位置，且 陰影指示相關活動元件的中間位置。曲線圖XII是由閂鎖控制器50提供給在圖11B中見到的活動元件P4-P7中的每個元件的頂部閂鎖裝置或者P4-P7中的所有元件的頂部閂鎖 裝置的信號，所述的活動元件P4-P7—起構成活動元件的第三組GIII。曲 線圖XIII是由閂鎖控制器50提供給第三組GIII的底部閂鎖裝置的信號。 P4-P7的狀態(tài)，由于與其相關聯的閂鎖裝置的操作，分別顯示在曲線圖 XIV-XVII中，其中黑色指示頂部閂鎖裝置接合相關活動元件的頂部極限位 置，白色指示底部閂鎖裝置接合相關活動元件的底部極限位置，且陰影指 示相關活動元件的中間位置。圖形XVIII示意性地示出了圖11B的活動元件Pl-P7處于其不同的位 置，這些位置是時間的函數。舉例來說，在時間間隔I5中，時鐘為高(曲線圖I),數字化的采樣 值是2(曲線圖m)，這指示5個元件需要處于它們的頂部位置，2個元件處于其底部位置，如在曲線圖xvni的時間間隔15中所示。因為在此實施方式中的閂鎖裝置致動是共同的，這通過選擇組G1和G3實現，Gl和 G3共有5個元件(1+4 )將處于它們的頂部位置，而G2中的兩個活動元 件將處于它們的底部位置。如曲線圖IV中示出的，在時間間隔I5中磁場 指向上。在時間間隔14中，如在曲線圖XVIII中示出的，Gl中的活動元 件在其底部位置，并因此需要被升高。為實現此目的，降低控制信號Bl (曲線圖VI)，而升高控制信號Tl (曲線圖V)。于是，Gl的活動元件 呈現其頂部位置，如在曲線圖VII中所示。在時間間隔14中，G2中的活 動元件已經如曲線圖XVIII中所示，處于它們的底部位置，且因此如在曲 線圖VIII中所見到的，頂部控制信號T2保持為低，如在曲線圖IX中所見 到的，底部控制信號B2保持為高，并且因此，如分別在曲線圖X和曲線 圖XI中顯示的，G2中的兩個活動元件(P2和P3 )保持在它們的底部極 限位置。對于組G3 ，在時間間隔14中，G3中的活動元件已經如曲線圖 XVIII中所示，處于它們的頂部位置，且因此如在曲線圖XII中所見到的， 頂部控制信號T3保持為高，如在曲線圖XIII中所見到的，底部控制信號55B3保持為低，并且因此，如分別在曲線圖XIV-XVII中顯示的，G3中的 四個活動元件(P4-P7),保持在它們的頂部極限位置。優(yōu)選地，當曲線圖II中的輸入信號在正的局部最大值時，所有活動元 件都處于它們的頂部位置。當輸入信號在負的局部最大值時，所有活動元 件都處于它們的底部位置。圖11C是顯示在全向揚聲器應用中由閂鎖控制器50使用的優(yōu)選的控 制方案的時序圖，其中代表期望的聲音的輸入信號被接收，而根據本發(fā)明 的優(yōu)選實施方式構造并操作的活動元件被響應性地控制，以便獲得聲圖 案，在所述聲圖案中，位于揚聲器前面的某一距離處的區(qū)域的聲音的響度 與距揚聲器相同距離處的環(huán)繞揚聲器的所有其他區(qū)域中的響度相似。如所顯示的，選擇性地閂鎖的步驟包括在一時間閂鎖特定的活動元 件，所述的時間由該特定的活動元件距陣列的中心的距離確定(例如，由 圖11B的圓形陣列中的r表示)。 一般說來，當期望閂鎖活動元件的特定 的子集(通常在數目上相應于期望的聲音的強度)時，活動元件并非被同 時閂鎖，而是被順序地閂鎖，其中最靠近中心的活動元件首先被閂鎖，接 著是通常分層地，自中心同心地向外布置的那些活動元件。 一般地，同時 致動各層中的活動元件。通常，閂鎖特定的活動元件的瞬間以及閂鎖第一、 中心活動元件或多個活動元件的瞬間之間的時間距離At是r/c，其中c是 聲速。應該知道，在圖11C中的曲線圖X中的活動元件顯示為包括柔性外圍 部分，然而這僅是作為舉例，而不旨在是限制性的。圖12A和12B分別是根據本發(fā)明的優(yōu)選實施方式的活動元件層的簡化 的頂視圖和截面視圖，其中永磁體的一半放置為北極向上，而一半放置為 北極向下。此實施方式的特別的優(yōu)點為，活動元件可以在電磁場指向上以 及電磁場指向下時的兩種情況下被升高，而不用等待電磁場指向上再升高 活動元件以及等待電磁場指向下再降低活動元件。盡管示出的實施方式顯 示了相互分離的兩個子集，但情況未不是必須如此。兩個子集可以相互交 錯。56圖13是與圖IOA類似的簡化的頂視示，只不過閂鎖層中一半的 永磁體布置為北極向上，而閂鎖層中剩余的一半永磁體布置為北極向下。然而在圖10A的實施方式中，有各大小為1、 2、 4、...的一組。在圖13 的實施方式中，有各大小為1、 2、 4、...的兩個組，由此產生大小為1、 2、 4、...的組的兩個序列(其可如在圖10A中所示，繞著中心順序地排列， 盡管情況并不是必須如此)。在示出的實施方式中，第一序列中的組稱為 G1L、 G2L、 G3L、...而第一序列中的組稱為G1R、 G2R、 G3R、…這些序 列中的每一序列都安排在一個半圓內，例如所示的左半圓和右半圓。半圓 內組的排列不必如所示出的，按組的大小同心地向外延伸，而可以是任何 期望的排列，然而，優(yōu)選地，兩組互相對稱地排列在其各個的半圓內。應 該知道，通過使用適當的線圈設計，當線圈產生的磁場在一半的活動元件 上具有特定極化而在另一半活動元件上具有相反的極化時，使用全部以相 同的方向被極化的永磁體，可以達到相同的效果。圖IOA和圖13的實施方式的特有的特點是，相應于某些活動元件的 閂鎖元件被電地相互連接，由此形成活動元件的組，這些活動元件可以通 過分別對它們的電地相互連接的閂鎖裝置共同地充電或放電而被共同地 閂鎖或釋放。圖14是示出用于具體實例的對閂鎖裝置以及線圈感應的電磁力的控 制的控制圖，其中活動元件被排列成組，每組可選擇性地被共同地致動， 類似于圖8A,只不過如圖13中所示，閂鎖層中一半的永磁體布置為北極 向上而閂鎖層中剩余的一半永磁體布置為北極向下，然而在圖8A中，閂 鎖層中所有永磁體的磁極都被相同地布置。如圖14所示，向所有的組G1L、 G2L、 G3L、...以及GIR、 G2R、 G3R提供閂鎖信號。用于這些組的頂部 閂鎖信號分別表示為LT1、 LT2、 LT3、...以及RT1、 RT2、 RT3。用于這 些組的底部閂鎖信號表示為LB1、 LB2、 LB3、…以及RB1、 RB2、 RB3。圖15A是顯示在單向的揚聲器應用中由閂鎖控制器50使用的優(yōu)選的 控制方案的時序圖，該時序圖類似于圖IIA的時序圖，只不過如圖13中 所示，閂鎖層中一半的永磁體布置為北極向上而閂鎖層中剩余的一半永磁 體布置為北極向下，然而在圖UA中，閂鎖層中所有永磁體的磁極都被相同地布置。圖15B是圖15A的時序圖所關于的活動元件的示例性的陣列的示意圖。如上所述，對比圖8A、圖IOA以及圖IIA的實施方式，圖13-15A的 實施方式的特別的優(yōu)點在于，活動元件可在電磁場指向上時以及當電磁場 指向下時的兩種情況下被升高，而不用等待電磁場指向上再升高活動元件 以及等待電磁場指向下再降低活動元件。應該知道，在圖11A中，在50 %的時隙中沒有元件運動，這可能引起聲音的失真，且相對來說效率很低。 相比之下，在圖15A中，元件在100%的時隙中運動(除了其中不需要運 動的時隙外，因為數字信號值沒有改變)，由此避免失真并提高了效率。舉例來說，在時間間隔T5中，數字化信號值從1變化到2，如在圖11A 和15A的曲線圖II中所示。因此，圖11A中的活動元件P1需要被升高， 即從其當前的底部極限位置釋放并閂鎖到其頂部極限位置，然而盡管在15 中，控制信號Bl降低而控制信號Tl升高，但是在時間間隔16中沒有變 化。相比之下，在圖15A中，當活動元件LP1 (以及RP1)需要升高時， 在時間間隔I5中，控制信號LB1降低且控制信號LT1升高，并后來馬上 在時間間隔I6中，RB1控制信號降低而RT1信號升高，導致RP1向上的 運動，而沒有在圖11A出現中的延遲。一般在圖13-15A的實施方式中，因為一半的磁體(比方說左邊一半) 北極指向上而剩余(右邊) 一半北極指向下，因此當期望使元件10向上 運動時，總可以在沒有延遲的情況下完成。如果磁場指向上，則處于陣列 左半部分的活動元件可以在處于陣列右半部分的活動元件之前向上運動， 而如果恰好發(fā)現磁場指向下，則處于陣列右半部分的活動元件可以在處于 陣列左半部分的活動元件之前向上運動。圖15C是顯示在不同時間，且作為由圖1A的閂鎖控制器50接收的輸 入信號的頻率的函數的、布置在頂部極限位置和底部極限位置的活動元件 的數目的變化的圖示。圖16A是活動元件層的等距視示，該活動元件層是在圖1A和圖 2A-2C中顯示的活動元件層的替換形式，其中層由薄箔形成，這使得各活 動元件都包括中心部分和周圍部分。層的又一替換形式的 等距視示，其中在各活動元件的外圍的彎曲部分結構包括一片柔性材 料，例如橡膠。各活動元件的中心區(qū)域包括可以安裝或可以不安裝在剛性 盤上的磁體。圖16C是在圖7A-7E或者圖16A中描繪的活動元件以及圍繞的彎曲 部分的優(yōu)選的實施方式的等距視圖，其中彎曲部分在厚度上有所變化。在 圖16C中，為簡單起見，沒有顯示致使活動元件1620受磁場影響的組件， 可優(yōu)選地包括磁體或可選擇地，鐵磁體、傳導性的材料或者線圈。如所示 的，活動元件1620包括蜿蜒的外圍彎曲部分1630，彎曲部分1630具有厚 度不同的部分，這些厚度不同的部分將活動元件的中心部分1640連接到 薄片1650，薄片1650使所有或許多活動元件互相連接。舉例來說，厚度 不同的部分可如所示出的，分別包括較厚的部分1660和較薄的部分1670。 例如，如果各活動元件的中心部分1640的直徑為300微米，且薄片為硅， 則在某些情況下，部分1670可以是50微米厚而部分1660可以是100微 米厚。更一般地，例如使用FEA (有限元分析)工具，厚度作為材料的函 數來計算，以提供特定應用的柔韌性和強度水平。圖16D是圖16C的裝置的低成本替換形式的等距圖示，其中彎曲部分 在寬度上有所變化。如在圖16C中，為筒單起見，沒有顯示致使活動元件 1720受磁場影響的組件，優(yōu)選地可包括磁體或可選擇地，鐵磁體、傳導性 的材料或者線圏。如所示的，活動元件1720包括蜿蜒的外圍彎曲部分1730, 彎曲部分1730具有寬度不同的部分，這些寬度不同的部分將活動元件的 中心部分1740連接到薄片1750,薄片1750使所有或許多活動元件互相連 接。舉例來說，寬度不同的部分可如所示出的，分別包括較寬的部分1760 和較窄的部分1770。例如，如果各活動元件的中心部分1740的直徑為300 微米，且薄片為硅，則在某些情況下，部分1770可以是20微米寬而部分 1760可以是60微米寬。更一般地，例如使用FEA (有限元分析)工具， 寬度作為材料的函數來計算，以提供特定應用的柔韌性和強度水平。應該知道，圖16C和圖16D的實施方式可以被適當的組合，例如以對 彎曲部分提供變化的厚度和變化的寬度，及/或可以被改變，例如以提供寬度及/或厚度連續(xù)地或如圖示的不連續(xù)地變化的，以及如圖示的有規(guī)律地或 不規(guī)律地變化的彎曲部分。在以上描述中，"厚度，，是彎曲部分在活動元件的運動方向上的尺寸， 而"寬度"是彎曲部分在垂直于活動元件的運動方向的方向上的尺寸。圖16C和圖16D的實施方式的特別的優(yōu)點在于，在截面變化的，例如 厚度變化或寬度變化的彎曲部分中，應力并不集中在彎曲部分的根部1680 或者1780，而是分布在彎曲部分的所有的薄的及/或窄的部分上。另外一 般說來，作為彎曲部分彎曲的結果的彎曲部分上的應力是厚度的陡函數 (ste印function), —般是厚度的三次方函數，且也是寬度的函數， 一般 是寬度的線性函數。認為至少對于例如硅的某些材料，以及至少對于利用 活動元件的大的位移的某些應用，例如公共廣播揚聲器(public address speaker)來說，選擇的彎曲部分尺寸一致地足夠薄或足夠窄以提供足夠低 的應力以便防止斷裂，且同時足夠堅硬以允許期望頻率范圍的，例如 44KHz的自然諧振頻率是不切實際的。還是因為這個原因，使用例如在圖 16C-16D中示出的，厚度變化及/或寬度變化的彎曲部分被認為是有利的。圖17是類似于圖3A的陣列的致動器元件的陣列的頂部、截面圖的圖 示，只不過在圖3A中，各個活動元件或閂鎖裝置的連續(xù)的行分別都是歪 斜的，以便增加可以裝入給定面積的致動器元件的數目，而在圖17中， 行不是歪斜的且一般構成矩形陣列，在該矩形陣列中行是相互對齊的。圖18是致動器元件的陣列的可供選擇的實施方式的分解視圖，包括 夾在頂部閂鎖層1820和底部閂鎖層1830之間的活動元件的層1810。圖 18的裝置的特征在于，各致動器元件的截面是方形的而不是圓形的。各致 動器元件也可具有任何其他的截面形狀，例如六邊形或者三角形。圖19是被支承在支架內的致動器的等距陣列，所迷陣列提供的有效 面積是各個致動器陣列的有效面積的總和。換句話說，在圖19中，提供 了多個致動設備，而不是單個致動設備。這些設備不必相同，且各設備可 以具有不同的特征，例如^f旦不限于不同的時鐘頻率，不同的致動器元件大 小以及不同的位移。這些設備可以共用或可以不共用組件，這些組件例如 但不限于線圈40及/或磁場控制器30及/或閂鎖控制器50。60術語"有效面積，，指在各陣列中所有致動器元件的截面面積的總和。應 該知道， 一般而言，由根據本發(fā)明的優(yōu)選實施方式構造并操作的揚聲器產 生的音量(或者，對于一般的致動器而不是揚聲器來說，增益)的范圍往 往受有效面積的限制。另外，可產生的音量的分辨率與提供的致動器元件 的數目成比例，這又往往受有效面積的限制。通常，例如，如果各致動器 陣列存在于晶片上，則對各致動器陣列的大小有實際的限制。如果揚聲器用作耳機，則只需要提供相對小范圍的音量。家用揚聲器(home speaker)通常需要中級音量范圍，而公共廣播揚聲器一般具有大 的音量范圍，例如其最大音量可以是120分貝。揚聲器應用在揚聲器的可 用物理空間的大小上也不同。最后，用于特定應用的音量的分辨率由期望 的音質決定，例如手機一般不需要高的音質，然而空間是受限的。根據本發(fā)明的某些實施方式，活動元件上的磁體層可被磁化為在不同 于元件的運動方向的方向上^^極化，以實現沿著與期望的元件運動方向對 齊的電磁場梯度的最大力。此外再次參考圖12A-15B,應該知道，如果使用的線圈設計為使用在 元件的兩側承載電流的導體，且磁體全部被以相同的方向極化，則當電流 在線圈中流動時，在各導體的一側上的元件將在相反的方向上運動。本發(fā)明的優(yōu)選實施方式的特有的特性在于，由活動元件執(zhí)行的運動的 沖程比較長，這是因為施加到活動元件上的場是磁性的場，因此其以與活 動元件和產生磁場的電流之間的距離成反比的速率衰減。相比之下，靜電 場以與在活動元件和產生靜電場的電荷之間的距離的平方成反比的速率 衰減。作為由活動元件達到的長沖程的結杲，增加了由此達到的速度，因 為由活動元件的高速運動產生的氣壓增加，因此可以達到的響度增加。應該知道，這里具體示出的實施方式并不旨在是限制性的，例如從活 動元件不必皆為相同的大小的意義上說，活動元件的組，或者各個活動元 件如果被單獨地致動，則不必在相同的諧振或以相同的時鐘操作，以及活 動元件不必具有相同位移的幅值。在此顯示及描述的揚聲器設備通?？刹僮鳛楫a生其強度與編碼成輸入數字信號的強度值相對應的聲音。任何適當的協議都可用來產生輸入數字信號，例如但不限制于PCM或PWM (SACD)協議?？蛇x擇地，或附 加地，設備可支持壓縮的數字協議，例如ADPCM、 MP3、 AAC或AC3， 在這些情況下，解碼器通常將壓縮的信號轉換為非壓縮的形式，例如PCM。應用的計算機建才莫與仿真輔助。響度計算可按慣例執(zhí)行，例如使用流體動 力有限元計算機建模以及根據經驗的實驗。一般而言，隨著越多的揚聲器元件(活動元件)被提供，動態(tài)范圍(可 產生的最大及最輕的音量之間的差別)變得越寬，失真(失真越少，聲音 越像輸入信號)變得越小而頻率范圍變得越寬。另一方面，如果提供較少 的揚聲器元件，則裝置會更小且成本更低。一般而言，如果活動元件具有大直徑，則有效面積及無效面積之間的 比率(填充系數)提高，且假設振動位移保持相同，則在彎曲部分有應力時， 應力較小，這轉化為裝備的較長的預期壽命。另一方面，如果活動元件具 有小的直徑，則在每單位面積提供更多的元件，且由于較少的質量，線圈 或其他電磁力產生器中需要較少的電流，這轉化為較低的功率需求。一般而言，如果活動元件的振動位移大，則給定尺寸的陣列產生更大 的音量，而如果振動位移小，則彎曲部分上有應力時，應力很小，且功率 需求較低。一般而言，如果釆樣速率為高，則最高可產生的頻率為高而可聽見的 噪音減少。另一方面，如果采樣速率為低，則在彎曲部分上有加速度、力、 應力時，加速度、力、應力較小，且功率需求較低?，F在描述三個特定應用的揚聲器的實例。實例1:可期望制造一種手機揚聲器，這種揚聲器非常小、成本低、 聲音足夠大以至于在隔壁房間聽得到鈴聲，但僅具有普通音質。期望的小 尺寸和低成本要求揚聲器具有相對小的面積，例如最大300mm2。如果期 望相對高目標的最大響度，例如90分貝SPL,則這要求大的位移。手機 揚聲器中可接受的失真水平(10%)及動態(tài)范圍(60分貝)要求1000個62元件的最小陣列尺寸(使用]^1=10(6(}/2("計算)。因此，合適的揚聲器可包 括劃分為10個二進制組的1023個活動元件，各元件占約0.3mn^的面積。 因此單元尺寸(cell size)將是約550pmx55(Him。由于實際的原因，適合此空間的最大活動元件可具有45(Him的直徑。 這種活動元件的合理位移可以約為150fxm PTP (峰-工f )，這允許達到目 標響度。采樣速率可為低，例如為32KHz，因為手機聲音被蜂窩信道限制 為4KHz。實例2:可期望制造高保真度的耳機，這種耳機具有非常高的聲質(盡 可能地最高)以及非常低的噪音，另外該耳機足夠小以佩戴舒適，以及最后， 盡可能的有成本效益。為獲得高音質，可使用寬的動態(tài)范圍(至少96分貝)、寬的頻率范 圍(20Hz-20KHz)以及非常低的失真(<0.1%)。在這些給定的假設下， 元件的最少數目可以為63000。因此，舉例來說，揚聲器可具有劃分成16 個二進制組的65535個元件。最大響度可保持為低(80分貝)以便允許約 50|iim PTP的位移。能夠達到這種位移的最小的活動元件的直徑為約 150pm。這樣的元件可占據200^imx200jim或0.04mm2的單元，以使得65535 個元件裝入到2621mm2，例如52mmx52mm的面積中。采樣速率一般是想 要揚聲器產生的最高頻率的至少兩倍，或40KHz。最接近的標準采樣速率 是44.1KHz。實例3:可期望制造公共廣播揚聲器，例如用于舞廳，這種揚聲器非 常大聲，具有寬的頻率范圍，延伸到非常低的頻率，且具有低失真。因此， PA (公共廣播)揚聲器一般具有許多大的活動元件。可以使用600pm的 活動元件，其能夠達到200pmPTP的位移。這樣的元件占據750^imx750^im 或者0.5625mn^的單元。由于低頻率需求，可使用劃分成18個二進制組 的最少262143個活動元件。揚聲器的尺寸可約為40cmx40cm。此揚聲器 通常達到120分貝SPL的最大響度水平并向下延伸到15Hz。現大概參考圖20-23，這些圖描述了優(yōu)選的系統，該系統用于使用直 接數字揚聲器，例如此處在圖1A-19中顯示的揚聲器中的任一揚聲器，或 例如傳統的直接數字揚聲器，該直接數字揚聲器可例如包括在授予David63并在2002年6月11日發(fā)布的美國專利 6,403,995中，或者在Diamond Brett M.等人的"Digital sound reconstruction using array of CMOS-MEMS micro-speakers", Transducers (換負fe器)'03， 2003年6月8日-6月12日在波士頓的關于固態(tài)傳感器、致動器和微系統 的第12屆國際會議中顯示和描述的揚聲器，來實現用于期望的聲流(sound stream)的音量控制。除非另有說明，否則根據下面的討論明顯的是，應該知道在整個的說 明書討論中，使用術語，例如"處理"、"計算(computing)"、"選擇"、"施 加"、"計算(calculating )，，、"確定"、"產生(generating )"、"生產(producing )"、 "提供"、"得到，，及類似詞指計算機或者計算系統，或者處理器，或者邏 輯或者類似的電子計算設備的動作及/或過程，上述的設備把在計算系統的 寄存器及/或記憶體內表示為物理的，例如電子的量的數據，處理及/或轉 換成在計算系統的記憶體、寄存器或其他這樣的信息存儲、傳輸或顯示設 備內類似地表示為物理量的其他數據。本發(fā)明的實施方式可使用術語，例如用于執(zhí)行在此的操作的處理器、 計算機、存儲器、數據庫、裝置、系統、子系統、模塊、單元(unit)、 選擇器以及設備(以單數或復數形式)。這可為期望的目的特別構造，或 者其可包括由存儲在計算機中的計算機程序選擇性地啟動或重新配置的 通用的計算機。這樣的計算機程序可存儲在計算機可讀的存儲介質中，例 如但不限于，任何類型的盤，包括軟盤、光盤、CD-ROM,磁光盤，只讀 存儲器(ROM )、隨機存取存儲器(RAM )、電可編程只讀存儲器(EPROM )， 電可擦可編程只讀存儲器(EEPROM)、磁卡或光卡，或者適合于存儲電 子指令，并能夠纟皮耦合到計算機系統總線的任何其他類型的介質。在此提到的處理/設備(或上面說明的作用相當的術語)及顯示器并不 固有地與任何特定的計算機或其他裝置相關。各種通用的系統可與根據這 里教導的程序一同使用，或者可證明構造更專用的裝置來執(zhí)行期望的方法 是方便的。用于多種這些系統的期望的結構將在以下的描述中出現。另夕卜， 本發(fā)明的實施方式不是參考任何特定的程序設計語言來描述的。應該知 道，多種程序設計語言可用來實現如在此描述的本發(fā)明的教導。根據本發(fā)明的某些實施方式的適當的DDS被公開在2006年5月22 日提交的美國60\802,126號專利中，其內容通過引用而^^并入。這里在DDS中的音量控制的描述是特別在獲得平坦頻率響應的情況 下說明的。注意到以下描述不受限于特定的DDS，而是能應用于任何DDS， 例如但不限于參考圖1A-19在以上顯示和描述的那些實施方式或例如傳統 的DDS系統。如在下面將更加詳細說明的，DDS可呈現不同于模擬揚聲器的12分 貝/倍頻程的頻率響應斜率。然而，盡管在^t擬揚聲器中隔膜的振幅補償特 定的響應，在揚聲器的整個頻率范圍內引起揚聲器期望的平坦響應，但這 種中和作用在DDS中不存在。在DDS的某些實施方式中，頻率響應斜率 可以是6分貝/倍頻程。在圖20中示出了 6分貝/倍頻程的斜率(顯示振幅(縱坐標)vs.頻率 (橫坐標))。如所顯示的，將頻率從100Hz加倍到200Hz (3010， 3020 ) 將導致6分貝的振幅增加(從-42增加到-36—分別參見3030和3040 )。 該6分貝/倍頻程的增益可應用在DDS的整個頻率范圍。為更好的理解6分貝/倍頻程的特性，注意力回到上面的方程(1 )和 方程(2 )。如可回憶起的，根據DDS的某些實施方式，線圈圍繞整個換能器陣 列結構，在整個換能器陣列上產生磁場，這將使得運動自由的任何元件能 夠根據場的交變方向而移動。線圈用比方說44KHz的固定頻率fcLK或者例 如參考圖15C在上文顯示和描述頻率的交流電來驅動。DDS可產生不同音 調(22KHz、 1 lKHz和4.4KHz分別是在形圖II-IV中提供的實例)的聲音。 曲線圖I顯示了系統時鐘，其在示出的實例中為44KHz。在示出的實施方 式中，用來產生這些音調的揚聲器具有2047個活動元件。當22KHz (時 鐘頻率的一半)的聲音產生時，所有2047個元件在各時鐘時刻改變方向 (從頂部到底部或從底部到頂部)。當llKHz (時鐘頻率的1/4)的聲音 產生時，2047個活動元件的一半在各時鐘時刻改變位置。例如，如果在第 一時鐘，所有2047個活動元件在其頂部位置，則在第二時鐘，降低元件 中的1023個元件，在第三時鐘，降低剩余的1024個元件，在第四時鐘，65升高1023個元件，在第五時鐘，升高剩余的1024個元件，以此類推。當 4.4KHz (時鐘頻率的1/10)的聲音產生時，在各時鐘處于元件的頂部位置 的元件的數目(1340， 1852，...)顯示在曲線圖IV的頂部，而在各時鐘 處于元件的底部位置的元件的數目(707, 195,…)顯示在曲線圖IV的底部。如在下面進一步詳細描述的，由揚聲器產生的聲音的頻率通過隨時間 改變壓強產生元件的運動數目而變化，這使得在每個23psec (=1/44000) 的時間間隔(以下稱為時鐘或者時鐘間隔)內，給定數目的壓強產生元件 同時運動。注意到改變所產生的聲音信號的頻率不影響保持為常數的特定 的頻率fCLK。因此，舉例來說，考慮一種情況在這種情況中，在給定的 時鐘間隔，所有微揚聲器元件執(zhí)行單向(l-way)沖程，例如，從底部位 置運動到頂部位置(由于在給定方向產生的磁場的影響)，且在隨后的時 鐘間隔內，磁場的方向倒轉，強制所有元件執(zhí)行反向沖程，即從頂部位置 運動到底部位置。凈效應(net effect)是所有壓強產生元件在兩個時鐘間 隔內或在本實施例中的46 psec內完成往復的沖程循環(huán)(從底部到頂部并 從頂部到底部)，導致所產生的聲音具有22KHz或fcu:/2頻率?，F在，々￡-沒期望進一步將所產生的聲音的頻率分為原來的1/4 (divide into4)，施加到線圈的驅動時鐘將保持為常數(fCLK),然而時鐘間隔的 數目將從2變到4 (同樣影響每一時鐘間隔將同時運動的元件的數目)。 更具體地說，在第一時鐘時間間隔內， 一半的壓強產生元件將從底部位置 運動到頂部位置，且在隨后的(第二)時鐘時間間隔內，剩下的一半元件 將從底部位置運動到頂部位置，由此完成壓強產生元件的整個陣列的單向 沖程。接下來，在第三時鐘脈沖， 一半的壓強產生元件將從頂部位置運動 到底部位置，而在第四時鐘時間間隔，剩余一半元件將從頂部位置運動到 底部位置，在4個時鐘時間間隔內或者92 psec內完成陣列的往復的沖程， 由此產生fcLK/4或者llKHz的特定頻率。注意到在上述兩種情況下，交變信號都是以頻率fcLK施加到線圈的。記住上面提到的內容，與所產生的聲音的頻率f無關，在方程(l)中提到的頻率fcLK為恒定的(并因此不影響由各活動元件產生的壓強P)。應該知道，就模擬揚聲器而言，情況不是這樣，即改變f以便影響所產生 的聲音信號的頻率。回到DDS，如可回憶起的，方程(1)還提到了代表振動的活塞表面面積的S。注意到在DDS情況下的S是同時運動的所有壓強產生元件的總 計的表面。在上面的實例中，將頻率減半并不影響頻率fCLK，而將S減為 原來一半(因為在各時鐘時間間隔內，陣列中只有一半活動元件同時運 動)。換句話說，將頻率減半導致表面積S相應的減小(減為原來的1/2)， 使得壓強P減半(根據給定的方程(1 ))。顯然地，使頻率加倍將導致S 變?yōu)樵瓉淼?倍，并且相應地使壓強P加倍。概括地說，盡管在模擬揚聲 器中使頻率加倍引起所產生的壓強P增加到原來的4倍(不考慮峰-峰振幅 A的補償因數，以便討論)，但是在DDS中頻率的相同的增加將導致所產 生的壓強只增加為原來的兩倍。如可另外回憶起的，在模擬揚聲器中(再次假設，隔膜的振幅A沒有 補償效應，以便討論)，頻率的加倍使壓強P增加為原來的4倍，這(根 據方程(2))導致SPL增加12分貝，引起]2分貝/倍頻程的揚聲器頻率 響應。在DDS中，如上面所解釋的，使頻率加倍導致壓強P相應的加倍， 這本身又導致所產生的SPL增加6分貝(與模擬揚聲器中的12分貝相比 較)，引起6分貝/倍頻程的揚聲器頻率響應。更進一步地，在模擬揚聲器 的實際的操作情況中，隔膜的峰-峰運動(A)補償12分貝/倍頻程的特性， 產生期望的平坦響應。相比之下，在DDS中，微型元件陣列的峰-峰運動 的這種補償因數一般不存在，因為各活動元件都通過通道在滿沖程中(從 底部位置到頂部位置以及從頂部位置到底部位置)運動，而與揚聲器的所 產生的頻率無關，由此對于任何頻率f都保持A基本上恒定。注意，本發(fā)明不受限于以6分貝/倍頻程頻率響應為特征的DDS的特 定的結構和操作情況。為了在DDS中獲得期望的平坦響應，本身已知的濾波器可應用到進 入的數字采樣的信號上以補償6分貝/倍頻程的頻率響應。濾波器基于輸入 信號的頻率和濾波器的特性來改變輸入信號的振幅。根據某些實施方式，67這樣的濾波器應呈現-6分貝/倍頻程的頻率響應，從而在整個頻率范圍內， 保持基本上平坦的響應(即0分貝/倍頻程)。應該知道，在DDS的某些實施方式中，在壓強產生元件的控制機構中引入小的延遲以允許對DDS的方向的操控，例如參考圖11A-11C以及 圖15A-15B且特別是圖IIC的上面的描述。通常，這樣的延遲將隨后影響 在任何給定的時鐘時間間隔可操作的壓強產生元件的數目，從而影響揚聲 器的斜率。因此DDS的斜率可不同于6分貝/倍頻程。如果情況如此，則根據某些實施方式，DDS的斜率不同于特定的6分貝/倍頻程。例如， 在全向揚聲器的情況下(例如基于在此所描述的圖11的實施方式，及/或 基于關于除DDS系統外的揚聲器系統中的全向性的已知的教導)，特定 的斜率通常不同于6分貝/倍頻程，而對于單向揚聲器，特定的斜率一般為 6分貝/倍頻程。另外應該知道，在某些實施方式中，可能不需要平坦的頻率響應，例 如在通信設備的情況，所述通信設備例如手機。如果情況如此，則濾波器 的斜率可不同于DDS的斜率。例如，DDS的斜率可以是9分貝/倍頻程而 濾波器的斜率可以是-6分貝/倍頻程，實質上導致3分貝/倍頻程的系統斜 率。另外應該知道，在此描述的濾波器指在本領域已知的數字的或者^f莫擬 的任何系統，特征在于非平坦的頻率響應，例如本身已知的均tf器 (equalizer)或者放大器，或者衰減器，或者多個上述裝置，或上述裝置 的組合等。一種呈現所要求的特性的、非常普通的形式的濾波器在本領域稱為低 通濾波器，在下文中稱為LPF。通常這種LPF的傳遞函數的特征在于在 足夠低的頻率下的平坦的頻率響應以及在足夠高的頻率下的傾斜的響應。為fc。在一些情況下，濾波器呈現為連續(xù)的傳遞函數，且斜率從平坦逐漸 地變?yōu)閮A斜，在這種情況下，截止頻率通常定義為與最大數值相比，數值下降到-3分貝時的頻率，在LPF情況下，該最大數值通常在傳遞函數的平 坦部分獲得。應該知道，包括結合了具有截止頻率fc的LPF的DDS的系統將只在超過截止頻率fe時顯示平坦的頻率響應。在所述截止頻率以下，濾波器對系統的頻率響應沒有影響，從而導致頻率響應斜率類似于DDS本身的斜 率，即6分貝/倍頻程。為描述的方便，將參考上面參考圖1A-19所描述類型的DDS來描述 音量控制揚聲器設備，然而本發(fā)明絕不受限于使用特定的DDS,并因此其 他適當的已知類型的DDS可以是適用的。在轉為描述根據本發(fā)明的不同實施方式的一般系統結構之前，注意圖 21，該圖示出這種曲線圖，所述曲線圖描繪了 6分貝/倍頻程的頻率響應斜 率3110 (與參考圖20描述的相同)以及-6分貝/倍頻程的相應的濾波器響 應斜率3120，該斜率3120補償特定的頻率響應并在整個頻率范圍內產生 期望的平坦響應。注意，盡管理論上，應用具有在圖21中所描繪類型的頻率響應的LPF 實現了期望的揚聲器的平坦響應，但是這(如將在下面詳細解釋的)是以 過低的SPL為重大代價而實現的，這種過低的SPL從聽眾的角度看是不可 接受的。因此，如果特定的LPF在整個可聽見的頻率范圍，比方說從20Hz 到20KHz或約10倍頻程內實現了平坦響應，則LPF應在60分貝的范圍 是可操作的(如在顯示從-60變化到0的分貝單位的曲線圖3100的縱坐標 中所示)。LPF的這樣一個頻率響應表明濾波器截止頻率fc應該非常低， 即20Hz或者如圖21中所示的31.25Hz。一般而言，因為所產生的SPL直接與同時運動的壓強產生元件的數目 成比例，所以很容易發(fā)生，為了實現平坦響應，濾波器通常指示基本上相 同數目的壓強產生元件將在任何頻率(在指定的頻率范圍內)(同時地) 運動，例如參考圖15C而在上面所描述的。DDS的所產生的頻率由活動元件的指定組(bank)完成往復的沖程使 用的時鐘時間間隔(周期)的數目確定。作為舉例，且如上所舉例說明的，69假設陣列由n個壓強產生元件組成，如果在給定的時鐘時間間隔，所有n個壓強產生元件都從底部位置運動到頂部位置，且在隨后的時鐘時間間隔，所有n個壓強產生元件從頂部位置運動到底部位置，則所產生的頻率 將為fcix/2，因為完成活動元件組的往復沖程所需要的時間是兩個時鐘時 間間隔(依此例，該組由全部n個元件組成)。注意，依此例，因為所有 n個壓強產生元件同時運動，因此獲得了最大SPL。如以上所舉例說明的， 為了分頻(fCTX/4 )，陣列被配置為在四個時鐘時間間隔內(而不是兩個時 鐘時間間隔內)完成往復沖程。因此，在第一時間間隔，使n/2個壓強產 生元件從底部位置運動到頂部位置，而在第二時間間隔，使另外n/2個壓 強產生元件從底部位置運動到頂部位置，完成所有n個壓強產生元件陣列 的單向沖程。類似地，在第三時間間隔內，使n/2個壓強產生元件從頂部 位置運動到底部位置，而在第四周期，使另外n/2個壓強產生元件從頂部 位置運動到底部位置，完成所有壓強產生元件陣列的往復沖程。注意，依 此例，所產生的fCLK/4頻率的SPL是所產生的fcu:/2頻率的SPL的一半， 因為在前者中，n/2個元件同時運動，而在后者中，n個元件同時運動。注 意，這種揚聲器質量指標(specification)將不滿足期望的平坦響應(對于 所有的頻率來說保持基本上相同的SPL)。繼續(xù)此例， 一種實現期望的平 坦響應的可能的方法是只使用(對于較高的fcLK/2頻率)n/2個元件，而不 是全部的n個元件。因此，在第一時間間隔中，n/2個元件(而不是n個 元件)從底部位置運動到頂部位置，而在隨后的周期內，相同的n/2個元 件從頂部位置運動到底部位置，在兩個周期內完成往復沖程(因此獲得頻 率fCLK/2 )，然而產生相應于n/2個元件的移動的SPL，正如在特定的fCLK/4 頻率的情況中，由此實現期望的平坦響應。應該知道，例如通過LPF而指定的，用于閂鎖選定^:目的壓強產生元 件的閂鎖方法的實例在此參考圖15C進行了描述。已經舉例說明了如何產生fCLK/2和fCLK/4的頻率，很容易出現這種情 況產生的較低頻率要求將活動元件組劃分成更小的子集，使得完成往復 沖程所需要的時鐘時間間隔的數目反比于期望的產生的頻率。由DDS產 生的最低可能頻率(以下稱為fMIN)將要求在每個時鐘時間間隔使一個元件運動，致使在n個時鐘時間間隔使所有n個元件的組從底部位置運動到頂部位置，以及在另 一個n個時鐘時間間隔-使n個元件乂人頂部位置運動到 底部位置，產生用于完成壓強產生元件的組的往復的沖程的持續(xù)時間為 T=2.n。顯然地，依此例，所產生的SPL非常低，這是因為在每個時鐘時 間間隔只有1活動元件在運動。概括地說，所產生的頻率越高，在每一時鐘時間間隔運動的元件越多。 因此，所選擇的fe越高(即截止頻率越高)，則產生的SPL越高?，F在注意圖22A，其示出了具有不同截止頻率的一組LPF3200,用于 在根據本發(fā)明的某些實施方式的系統中使用。橫坐標表示所產生的頻率， 而縱坐標表示所實現的增益(以分貝為單位)。如所顯示的，描繪了幾個 具有不斷增加的截止頻率的LPF斜率。注意為便于說明，圖22A描繪了從 31.25Hz的截止頻率(3210 )擴大到4000Hz的截止頻率3230的一組LFP。 當然這只是實例，且取決于特定的應用，可靜態(tài)地或動態(tài)地選擇該組LPF， 例如在20Hz到20KHz的特定的范圍內。記住上面提到的內容，斜率3210具有31.25Hz的截止頻率，而因此在 超過31.25Hz的任何頻率下獲得期望的-6分貝/倍頻程的衰減。下一斜率 3220具有62.5Hz的截止頻率，而因此在超過62.5Hz的任何頻率下獲得期 望的-6分貝/倍頻程的衰減。另外的斜率^L示為分別用于截止頻率125Hz、 250 Hz、 500Hz、 1000Hz、 2000Hz以及4000Hz(后者具有參考數字3230 )。 關注斜率3230，易于看出，在截止頻率(3240 )以下，沒有獲得衰減。因 此，例如，如果LPF 3230被用于給定的頻率，比方說1000Hz,那么加倍 頻率(到2000Hz )，將使所產生的SPL增加6分貝，并且特定的LPF (在 4000Hz以下不起作用)將不會補償此SPL的增加，這是因為特定的頻率 在濾波器3230的截止頻率以下。相比之下，且如在上面所詳細解釋的， 由于濾波器的補償效應，(在截止頻率以上的)頻率中任何變化將不會影 響所產生的SPL。圖22B示出了對于幾個不同的截止頻率，組合的LPF和DDS的頻率 響應。應該知道，對每個LPF,組合的頻率響應在截止頻率以下，顯示傾 斜的部分，而在截止頻率以上，顯示基本上平坦的、恒定的部分。另外應71該知道，截止頻率越高，頻率響應的平坦部分越窄，因而揚聲器的頻率范 圍越窄。然而，截止頻率越高，頻率響應的恒定部分的SPL越高。更具體地說，在某些實施方式中，可期望在不同的使用情況下改變揚聲器的性質。這可以是布置在手機內的DDS的情況。手機的揚聲器可具有一種以上的用途。例如可使用該揚聲器在特定的時間產生鈴音，而在不 同的時間，其可用于在"喇叭擴音器"或者"免提，呀莫式下重現講話人的語音。在前面一種情況中，需要DDS在相對低的SPL水平(即86分貝)重現350Hz 以上的范圍頻率，而在后面一種情況中，雖然頻率范圍不很重要，但是需 要明顯更大的SPL (即95分貝)。因此，在第一種情況下，LPF的截止頻 率將被選擇為350Hz,而在第二種情況下，LPF的截止頻率將被選擇為 1000Hz，允許頻率響應的平坦部分達到最大的SPL，比前一種情況高9分 貝?，F注意圖23,其示出了根據本發(fā)明的實施方式的一般系統結構。如所 顯示的，系統3300包括本身已知的數字音頻產生系統3310，該系統3310 安裝在比方說CD播放機、電視機系統、移動電話系統等中。所產生的數 字音頻信號3320饋送給DDS音量控制系統，該DDS音量控制系統包括 LPF 3370、耦合到LPF貯存器(repository) 3340的LPF選擇邏輯3330。 如將在下面詳細解釋的，LPF 3370根據由選擇邏輯3330選擇的、并從LPF 貯存器3340抽取的LPF特征，對數字信號3320進行濾波。注意，饋送給 LPF的數字信號3320可受到本身已知的預處理，例如采樣速率轉換器、均 衡器、動態(tài)范圍壓縮器/擴展器、聲效產生器、回音消除器等。可例如通過 閱q廣AA r QTD !21 n垂t柳Sifd;iS々KT鬼g/fs* AA "nQP 810可在閣6A真炎U l H ^ kJ丄 U丄V/ /| 7、 , , j J7、 /、 ， , ' I "^""^ n V 。丄 O丄V/ J l-^OJJ H J "TV 7|人樣階段814和縮放階段之間執(zhí)行一個、 一些或全部的這些預處理操作。LPF貯存器3240是用于產生或提供至少兩個濾波器(例如參見在圖 22中所描繪的)的模塊的實例，各所述濾波器具有不同的截止頻率，使得 各濾波器在其截止頻率以下，基本上顯示為沒有衰減，而在所述濾波器的 截止頻率以上，顯示相應于揚聲器的所述頻率響應斜率的衰減斜率。在一 般的應用中，在本領域中眾所周知，LPF可以按數字IIR或FIR濾波器的 形式實現(分別為無限沖激響應或有限沖激響應)。這樣的濾波器的頻率響應由一組濾波器系數決定。如果情況如此，則濾波器選擇邏輯3330 — 般決定需要使用哪個濾波器系數組，從濾波器貯存器3340中取回所選擇 的系數組，并在塊3390將該系數組傳送到LPF 3370。注意根據某些實施方式，LPF的特性，例如系數組，由外部設備產生 并存儲在貯存器3340中，該貯存器3340將數據提供給LPF選擇邏輯3330。 根據某些實施方式，特定的特征在貯存器3340中產生，并由此提供給LPF 選擇邏輯3330。作為非限制性的實例，^皮提取的LPF特性與在圖23中所描繪類型的 LPF斜率匹配。被提取的LPF具有給定的截止頻率，而且根據一般概念 截止頻率越高，如此獲得的SPL越高(在整個頻率范圍)，其有利于保持 基本上恒定的SPL (在指定的頻率范圍內)，所有都如上面所詳細解釋的。根據某些實施方式，DDS音量控制包括LPF選擇邏輯3330，該邏輯 配置成根據選擇標準來選擇所述濾波器中的至少 一個(例如來自貯存器 3340的LPF特性)，根據某些實施方式，所述的選擇標準至少依賴于所產 生的聲音的期望的音量和頻率。已經選擇了給定的LPF后，通過LPF 3370 該LPF被施加到數字輸入信號。例如通過用于增大或減小音量的用戶界面 或者音量控制3350,可控制特定的音量。界面3350可包括例如由用戶控 制的旋鈕。在其他實施方式中，可通過外部的設備或應用自動地提供音量 控制信號，而不用用戶的干預。這可以是在上面的實例中描述的手機的情 況，其中由手機控制電路基于手機是在"喇叭擴音器"模式下使用還是被用 來產生鈴聲，來提供音量控制信號。控制機構3330從界面3350接收輸入 音量控制并選擇適合的LPF,由此，只要所產生的頻率高于揚聲器的截止 頻率，則獲得經濾波的數字信號3380，用于保持基本上相同的SPL。如此 被濾波的信號3380被饋送給包括DDS控制器3360的DDS,并且例如根 據階段815以及參考圖8B的在先描述的方式而被處理，且被饋送到揚聲 器機構(例如，換能器陣列)用于產生期望的聲音。應該知道，在某些實施方式中，LPF貯存器3240可實時地準備LPF， 而在其他的實施方式中，LPF貯存器3240只存儲現成的LPF的組。例如， 考慮處于喇p八擴音器模式和鈴音模式中的特定的實例。合適的濾波器可通73過特定的邏輯以上面所描述的方式實時地應用于輸入信號(不管輸入信號 是表示鈴音還是人類語音)。根據某些實施方式，濾波器中的至少一個濾 波器被實時地應用，而至少一個其他的濾波器被預處理，并且不被實時地 應用。因此，舉例來說，在人類語音的情況中，以所說明的方式實時地應 用濾波器。然而，比方說在錄音棚，通過選^^適當的濾波器并將該濾波器 應用于鈴聲，以及將已濾波的信號饋送到移動電話，鈴音(其"內容"事先 已知)可被預處理。因此，當適當的鈴聲被激活時，已經被預處理的信號 被饋送到揚聲器。注意，在這種情況下，選擇邏輯實際上被分開，其中選 擇邏輯的一個組件存在于錄音棚中(用于選擇相應于鈴音的濾波器)，而
(適用于揚聲器;f莫式)另外的濾波器存在于電話中。
顯然地，其中依賴于輸入信號的性質，濾波器中的至少兩個濾波器可 被選擇或以預處理的方式應用。
本發(fā)明不受限于示例性的階段(電話和錄音棚)，并因此，濾波器的 選擇及/或應用可用于過程的兩個或更多的階段。
本發(fā)明同樣不受限于移動電話的特定的實例及/或特定的鈴音/揚聲器 模式。
應該知道，根據本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，可結合圖1A和圖23的教導 以便提供集成的揚聲器系統，在這種系統中， 一般地，圖1A的閂鎖控制 器50包括圖23的單元3330、 3340、 3350、 3360和3370，而圖1A中的輸 入信號由圖23的音頻產生系統33]0產生。在此實施方式中，揚聲器和數 字控制機構3360可根據圖1A-19的任何教導構造并操作，而塊3330、3340、 3350和3370可根據圖20 - 23的任何教導構造并操作。根據某些實施方式， DDS可包括參考圖1A-19中的任何一圖而在上面顯示和描述的實施方式中 的^壬何一個。
回到圖23,根據特定的應用來確定可能的選擇標準。在某些實施方式 中，AGC (自動增益控制)機制可用于保證DDS的SPL基本上保持相同， 而不管輸入信號的音量如何變化。在這種情況下，AGC機制以本身已知的 方式，自動地選擇匹配期望的音量水平和輸入信號的音量的LPF。舉例來說，考慮移動電話應用。如在本領域中已知的，由于指定使用 相對小尺寸的模擬揚聲器的移動電話單元的物理限制，當前的模擬揚聲器 顯示降低的性能。(安裝在移動電話單元中的)模擬揚聲器的小尺寸及其 固有的被限制的振動幅度導致窄的頻率響應和揚聲器相對差的性能，特別 是在低頻情況下(例如，人類語音的較低的音區(qū))。
因此，舉例來說，人類語音從呼叫者的移動電話傳送，并在接收者的
單元^^皮重構。語音的在1000Hz以下的頻率成分與較高的頻率成分相比， 或者完全被截斷，或者嚴重地失真并被減小到很低的SPL。因此，對于移 動電話單元的普通用戶來說所熟知的，凈效應是，重構的語音信號的質量 下降。即使在較高的頻率，所產生的音頻信號的SPL在許多情況下強度也 不是足夠的。
如將在下面所詳細解釋的，使用本發(fā)明的各種實施方式來處理特定的 缺點。因此，根據本發(fā)明的某些實施方式，使用具有特定的數字音量控制 的DDS。 LPF選擇邏輯3330可使用一種標準(出自許多可能的標準)以 選擇期望的LPF。比如，所述標準可依賴于下列各項中的至少一項(i) 期望產生的SPL (ii)所產生的聲音的期望的頻率范圍(iii)輸入信號的頻 譜以及(iv)輸入信號的增益。
舉例來說，考慮人類語音，如在上面所詳細說明的，人類語音也以低 頻成分為特征。當接電話或撥出電話、且當電話語音信道有效時，移動電 話的控制電路指示選擇邏輯3330:需要具有低截止頻率(比方說濾波器 3250的250Hz)的LPF。利用這種LPF將有助于在人類語音的頻率范圍內 的任何頻率(從低于人類語音的較低的范圍，350Hz以下開始)獲得期望 的平坦響應。顯然地，選擇具有較低截止頻率的LPF將實現期望的平坦響 應，然而，代價是，與選擇了具有較高的截止頻率的LPF而產生的SPL 相比，獲得了較低的SPL,這看上去似乎是一個缺點。然而，更重要地， 對于任何給定的頻率，使用特定的(低截止)LPF所產生的SPL與使用傳 統的^^莫擬揚聲器時在相同的頻率產生的相應的SPL相比，是高出許多的。 原因在于， 一旦模擬揚聲器在低頻區(qū)域達到其最大振幅，則高頻處所產生 的最大的SPL (使用模擬揚聲器)將以急劇的衰減響應(-12分貝/倍頻程)降低。相比之下，在DDS中，高頻處的最大SPL將以只有-6分貝/倍頻程
的更適度的斜率(根據某些實施方式)降低，在特定的低頻內得到所產生
的較高的SPL。
那么，凈效應將是根據某些實施方式，與模擬揚聲器相比，DDS將 在任何頻率下都顯示較高的SPL，同時在整個頻率范圍內(當使用LPF時)， 包括在低頻下，保持期望的平坦響應。
已舉例說明了用于給定的應用的具有低截止頻率的LPF(即移動電話， 用于重構具有低頻(低音)語音成分的人類語音)的選擇，下面是用于使 用期望的SPL和期望的頻率范圍標準選擇LPF的另一個實例。因此，回到 移動電話的應用，在期望產生的聲音是鈴音(而不是人類語音)，即移動 電話控制電路檢測到來電的情況中，鈴音的特征通常在于較高的頻率成分 和較不顯著的低頻率成分。另外，在許多應用中，期望有高音量的鈴音， 從而允許移動電話所有者聽到鈴音，例如即使電話放在包里也是如此。在 某些實施方式中，此情形將實施選擇具有較高的截止頻率的LPF,在較高 的頻率下保持指定的平坦響應，其中截止頻率比方說為1000Hz或者SPL 為95分貝(在圖22A中的3260 )。自然地，且如在上面所詳細解釋的， 截止頻率越高，可獲得的SPL越高，因此滿足用于產生的鈴音的高SPL 的需求。
另 一個實例是用在家庭影院應用中的DDS。當系統被用于播放紀錄片 時，頻率范圍可限制到人類語音的頻率范圍，因此可使用350Hz的LPF。 當同樣的系統被要求播放古典音樂時，則要求更寬的頻率范圍，并將選擇 合適的LPF (例如，具有20Hz的截止頻率的LPF )。
精通本領域的技術人員將容易地知道，本發(fā)明不限于使用特定的SPL 和頻率范圍標準，且同樣地，不限于詳細說明的具體的實例。
精通本領域的技術人員將容易地認識到，DDS音量控制可以是耦合到 揚聲器的外部設備，或根據某些其他的實施方式而與DDS集成在一起。 另外應該知道，DDS音量控制可以預先應用于信號，提供被濾波后的音頻 內容，在這種情況下，所述的音頻內容，例如錄制在光盤上的歌曲無需濾 波就可以用于DDS類型的揚聲器。
76根據某些實施方式，無限沖激響應(IIR)類型的濾波器被用作LPF。
根據某些其他的實施方式，有限輸入響應(FIR)類型的濾波器可用作LPF。 這些只是根據本發(fā)明的某些實施方式使用LPF的許多可能的實例中的少數 實例。選擇濾波器類型可根據于性能需求以及可用的計算資源，所有這些 本身都是已知的。應該知道，在某些實施方式中，可使用不同類型的濾波 器，例如FIR和IIR的組合以滿足對質量、準確性和計算復雜性的某些要 求。例如，FIR濾波器通常比IIR濾波器更穩(wěn)定，對化整誤差更不敏感并 產生較小的相位失真。然而，FIR濾波器比IIR濾波器要求顯著更多的計 算資源，例如記憶體和計算速度。在某些實施方式中，IIR濾波器可在某 些條件下使用，而FIR濾波器在其他條件下使用。舉例來說，為產生鈴音， 手機處理單元可能部分地參與對MP3文件解碼或合成MIDI文件，因此為 本發(fā)明的音量控制機構分配很少的資源。如果情況如此，則可使用IIR濾 波器。然而，在語音會話期間，手機處理單元上的負載明顯較低，允許計 算資源更多地分配給音量控制，因此允許使用通常品質較高的FIR濾波器。 在這種實施方式中，濾波器貯存器3340可存儲，例如FIR和IIR濾波器系
數，且音量控制界面3350可指示LPF選擇邏輯3330需要什么類型的濾波 哭
^口 o
精通本領域的技術人員將容易地知道，在DDS的系統體系結構中不 需要數模(D/A)轉換器(DAC)。與DDS相比，這種DAC是模擬揚聲 器中的必不可少的組件。
上面的描述集中于實現平坦的響應，即在整個頻率范圍內實現基本上 恒定的SPL。顯然地，這涉及這樣一種情況對于任何產生的頻率，聽眾 更喜歡保持相同的SPL。根據某些實施方式，用戶可以選擇性地調整音量 (增大或減小)以實現期望的SPL。因此，舉例來說，數字增益技術可以 在本身已知的數字信號控制系統中實現。
根據某些實施方式，通過使輸入信號(例如，被饋送到LPF模塊3370 的信號)乘以給定的常數而實現音量控制。舉例來說，如果期望使音量強 度加倍，則輸入信號乘以常數值2。根據某些實施方式，使用移位操作(shift 叩eration),即右移用于減小音量，而左移用于增大音量，信號強度可按比例縮小(用于減小音量)-6分貝音級(等價于在每個音級將音量除以二 )， 或者按比例放大(用于增大音量)6分貝音級(等價于在每個音級將音量
加倍)。舉例來說，右移n個位置將使音量強度減小為原來的l/2n。類似 地，左移n個位置將使音量強度增大為原來的2M咅。
應該知道，電磁場控制器30優(yōu)選地^皮i殳計為j呆證流過線圈的交流電 一直且在所有條件下都保持適當的磁場強度，以允許活動元件10和靜電 閂鎖裝置20之間足夠接近以實現閂鎖，同時阻止活動元件IO運動過快以 及由于沖擊損壞活動元件10自身或閂鎖裝置20。
特別參考附圖，應強調，所示的特例是作示例用，并僅是為了本發(fā)明 的優(yōu)選實施方式的說明性的討論的目的，且其提出是為了提供認為是本發(fā) 明的原理以及概念方面的最有用和最易了解的描述。關于這一點，沒有試 圖更詳細地顯示本發(fā)明的結構細節(jié)，而只是顯示了從根本上理解本發(fā)明所 必需的細節(jié)。結合附圖的描述使本領域技術人員清楚本發(fā)明的幾種形式可 怎樣在實踐中實施。
在不同的實施方式的情況中描述的本發(fā)明的特征也可以按組合的方 式在單一的實施方式中提供。相反地，為簡潔起見而在單個實施方式情況
例如，活動元件可以是自由浮動的，或可安裝在類似絲狀物的彎曲部分上， 或可以具有由柔性材料形成的周圍部分。獨立于上述內容之外，裝置可以 配置為或可以不配置為如上所述減少通過其的氣體泄露。獨立于所有上述 內容之外，活動元件可例如包括導體、線圈、環(huán)形或者盤形的永磁體，或 者，如果提供的話，環(huán)形或者盤形的鐵磁體和磁體可以排列成或可以不排 列成使得一些上述活動元件，例如50。/。的上述活動元件的極與剩余的元件， 例如50%的磁體的極相對地布置。獨立于所有上述內容之外，閂鎖裝置的 截面形狀可以是實心的、環(huán)形的、以大的中心部分穿孔或沒有以大的中心 部分穿孔，或者刻槽的，或者具有任何其他合適的結構。獨立于所有上述 內容之外，閂鎖裝置的控制可以是單獨的或分組的或其任何組合。獨立于 所有上述內容，可存在致動器元件的一個或更多的陣列，各陣列可以是或 者可以不是歪斜的，且各致動器元件的截面可以是圓形、方形、三角形、六邊形或任何其他合適的形狀。獨立于上述內容之外，壓強產生元件可包 括參考圖1A-19在上面描述的活動元件，且相反地，當具體地涉及活動元 件時，所述活動元件可在適當的情況下由任何其他類型的壓強產生元件代替。
還應理解，根據本發(fā)明的系統可以是適當地編程的計算機。同樣地， 本發(fā)明預期了 一種計算機可讀的、用于執(zhí)行本發(fā)明的方法的計算機程序。 本發(fā)明進一步預期了一種機器可讀的記憶體，其有形地體現可由機器執(zhí)行 的、用于執(zhí)行本發(fā)明的方法的指令的程序。
已經以一定程度的特殊性描述了本發(fā)明，但精通本領域的技術人員將 容易知道，可進行各種變化和更改，而不偏離下面的權利要求的范圍。
權利要求
1.一種系統，所述系統包括直接數字揚聲器音量控制設備，所述直接數字揚聲器音量控制設備被配置為耦合到直接數字揚聲器；所述直接數字揚聲器包括多個壓強產生元件，而不使用數模轉換器，所述多個壓強產生元件適合于響應輸入信號而以一聲壓級(SPL)和給定頻率產生聲音；所述直接數字揚聲器在其整個頻率范圍內固有地呈現出頻率響應；所述直接數字揚聲器音量控制設備包括(c)模塊，其用于提供至少兩個濾波器，各濾波器具有不同的截止頻率使得各濾波器在其截止頻率以下基本上呈現出沒有衰減，而在所述濾波器的截止頻率以上呈現出衰減的響應；(d)選擇器，其用于根據至少依賴于所產生的聲音的期望的音量和頻率的選擇標準，來選擇所述濾波器中的至少一個濾波器，以及將所述濾波器應用到所述輸入信號用于產生被配置為饋送給所述揚聲器的被濾波的信號。
2. 如權利要求1所述的系統，其中所述濾波器中的至少一個濾波器 的衰減的響應。
3. 如權利要求2所述的系統，其中所述濾波器中的至少一個濾波器 在所述濾波器的截止頻率以上呈現出相應于所述揚聲器的所述頻率響應 的衰減的響應，使得所述揚聲器基本上在所述揚聲器的整個指定的頻率范 圍內呈現出平坦的響應。
4. 如前述權利要求中任一項所述的系統，其中所述揚聲器的所述頻 率響應在所述揚聲器的整個頻率范圍內基本上為6分貝/倍頻程，以及其中 所述濾波器中的每一個濾波器都在超過所述截止工作頻率的整個頻率范 圍內呈現出-6分貝/倍頻程響應的衰減的響應，并且在所述截止工作頻率以 下基本上呈現出沒有衰減。
5. 如前述權利要求中任一項所述的系統，其中所述濾波器中的至少 一個濾波器是低通濾波器(LPF)。
6. 如權利要求5所述的系統，其中所述低通濾波器中的至少一個低 通濾波器是無限沖激響應類型的濾波器。
7. 如權利要求5或6中任一項所述的系統，其中所述低通濾波器中 的至少 一個低通濾波器是有限沖激響應類型的濾波器。
8. 如前述權利要求中任一項所述的系統，其中所述直接數字揚聲器 音量控制設備包括用于調整所述的所產生的聲音的所述聲壓級的音量控 制模塊。
9. 如前述權利要求中任一項所述的系統，其中所述選擇標準依賴于 以下項中的至少一項(i)期望產生的聲壓級，(ii)所述的所產生的聲 音的期望的頻率范圍，(iii)所述輸入信號的頻譜以及(iv)所述輸入信 號的增益。
10. —種直接數字揚聲器，所述直接數字揚聲器包括多個壓強產生元 件，而不使用數才莫轉換器，所述多個壓強產生元件適合于響應輸入信號而 以一聲壓級(SPL)和給定頻率產生聲音；所述直接數字揚聲器在其整個 頻率范圍內固有地呈現出頻率響應；所述直接數字揚聲器包括直接數字揚 聲器音量控制設備，所述直接數字揚聲器音量控制設備包括(a) 模塊，其用于提供至少兩個濾波器，各濾波器具有不同的截止頻 率使得各濾波器在其截止頻率以下基本上呈現出沒有衰減，而在所述濾波 器的截止頻率以上呈現出衰減的響應；(b) 選擇器，其用于根據至少依賴于所產生的聲音的期望的音量和 頻率的選擇標準，來選擇所述濾波器中的至少一個濾波器，以及將所述濾 波器應用到所述輸入信號用于產生被配置為饋送給所述揚聲器的被濾波 的信號。
11. 一種揚聲器系統，所述揚聲器系統用于產生聲音，由此產生的聲 音的至少一個屬性相應于輸入數字信號的至少一個特征，所述輸入數字信 號被根據時鐘周期性地采樣，所述系統包括至少一個致動器設備，各致動 設備包括活動元件的陣列，其中每個單獨的活動元件響應于交變的磁場，且在 存在交變的磁場時，響應于對所述活動元件起作用的電磁力而被迫使沿著 各自的軸交替地來回移動；至少 一個閂鎖裝置，其可操作以將所述活動元件的至少 一個子集選擇 性地閂鎖在至少 一個閂鎖位置，由此阻止所述單獨的活動元件響應于所述電》茲力；磁場控制系統，其可操作以接收所述時鐘，且相應地控制所述電磁力 到所述活動元件的陣列的施加；以及閂鎖控制器，其可操作以接收所述數字輸入信號并相應地控制所述至 少一個閂鎖裝置，其中所述閂鎖控制器與直接數字揚聲器音量控制設備相 關聯。
12. —種揚聲器系統，所述揚聲器系統用于產生聲音，由此產生的聲 音的至少一個屬性相應于輸入數字信號的至少一個特征，所述輸入數字信 號被根據時鐘周期性地釆樣，所述系統包括至少一個致動器設備，各致動 設備包括活動元件的陣列，其中每個單獨的活動元件響應于交變的磁場，且在 存在交變的磁場時，響應于對所迷活動元件起作用的電磁力而被迫使沿著 各自的軸交替地來回移動；至少一個閂鎖裝置，其可操作以將所述活動元件的至少 一個子集選擇 性地閂鎖在至少一個閂鎖位置，由此阻止所述單獨的活動元件響應于所述 電磁力；磁場控制系統，其可操作以接收所述時鐘，且相應地控制所述電磁力 到所述活動元件的陣列的施加；以及閂鎖控制器，其可操作以接收所述數字輸入信號并相應地控制所述至 少一個閂鎖裝置，其中所述閂鎖控制器與根據權利要求1-9中的任一項的 直接數字揚聲器音量控制設備相關聯。
13. —種方法，所述方法用于控制被配置為饋送給直接數字揚聲器的 輸入信號的音量；所述直接數字揚聲器包括多個壓強產生元件，而不使用數模轉換器，所述多個壓強產生元件適合于響應輸入信號而以 一 聲壓級(SPL)和給定頻率產生聲音；所述直接數字揚聲器在其整個頻率范圍內 固有地呈現出頻率響應；所述方法包括a. 提供至少兩個濾波器，各濾波器具有不同的截止頻率使得各濾波器 在其截止頻率以下基本上呈現出沒有衰減，而在所述濾波器的截止頻率以上呈現出衰減的響應；b. 根據至少依賴于所產生的聲音的期望的音量和頻率的選擇標準， 來選擇所述濾波器中的至少一個濾波器，以及將所述濾波器應用到所述輸 入信號用于產生被配置為饋送給所述揚聲器的被濾波的信號。
14. 如權利要求13所述的方法，其中所述濾波器中的至少一個濾波 器被應用到被實時接收的輸入信號。
15. 如權利要求13所述的方法，其中所述應用的步驟包括預處理應 用到輸入信號的所述濾波器中的至少 一個濾波器。
16. —種計算機程序產品，所述計算機程序產品包括存儲器，所述存 儲器被配置為存儲用于實現權利要求13到15中的任一項中的步驟的計算 機代碼部分。
全文摘要
一種包括被配置為耦合到直接數字揚聲器的直接數字揚聲器音量控制設備的系統。直接數字揚聲器包括許多壓強產生元件，而不使用數模轉換器，壓強產生元件適合于響應輸入信號而以一聲壓級(SPL)和給定頻率產生聲音。直接數字揚聲器在其整個頻率范圍內固有地呈現出頻率響應。直接數字揚聲器音量控制設備包括一模塊和選擇器，所述模塊用于提供幾個濾波器，各濾波器具有不同的截止頻率使得各濾波器在其截止頻率以下呈現出沒有衰減，而在其截止頻率以上呈現出衰減的響應；選擇器用于根據依賴于所產生的聲音的期望的音量和頻率的選擇標準，來選擇所述濾波器中的一個濾波器，以及將該濾波器應用到輸入信號用于產生饋送給揚聲器的被濾波的信號。
文檔編號H04R1/22GK101558659SQ200780027460
公開日2009年10月14日 申請日期2007年5月21日 優(yōu)先權日2006年5月22日
發(fā)明者丹尼爾·勒溫, 尤沃·科恩, 莎伊·卡普蘭 申請人:奧迪歐彼塞爾斯有限公司