KR102861379B1 - Air-Pulse Generating Device, Wearable Sound Device, Fanless Blower, and Airflow Producing Method - Google Patents
Air-Pulse Generating Device, Wearable Sound Device, Fanless Blower, and Airflow Producing MethodInfo
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Abstract
에어 펄스 발생 장치, 웨어러블 사운드 장치, 팬이 없는 블로어 및 기류 생성 방법이 개시된다. 에어 펄스 발생 장치는 초음파 펄스 레이트로 복수의 에어 펄스를 발생시키기 위해 가동되도록 구성된 필름 구조물을 포함한다. 복수의 에어 펄스는 하나의 단일 방향을 향해 순 기류를 생성한다.An air pulse generator, a wearable sound device, a fanless blower, and an airflow generation method are disclosed. The air pulse generator includes a film structure configured to operate to generate a plurality of air pulses at an ultrasonic pulse rate. The plurality of air pulses generate a net airflow directed in a single direction.
Description
본 발명은 에어 펄스 발생 장치, 웨어러블 사운드 장치 및 그의 팬이 없는 블로어에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 사용자 경험을 향상시키는 에어 펄스 발생 장치, 웨어러블 사운드 장치 및 그의 팬이 없는 블로어에 관한 것이다.The present invention relates to an air pulse generator, a wearable sound device and a fanless blower thereof, and more particularly, to an air pulse generator, a wearable sound device and a fanless blower thereof that improve user experience.
전자 장치(예: 스마트폰 또는 태블릿)가 얇아 짐에 따라 점점 더 복잡한 계산이 요구되고 그에 따라 더 많은 배터리 전력이 소모된다. 열 관리는 (손바닥 크기) 전자 장치의 미래 생존 가능성을 위해 점점 더 중요해지고 있다.As electronic devices (such as smartphones and tablets) become thinner, they require increasingly complex computations, which in turn consume more battery power. Thermal management is becoming increasingly important for the future viability of these (palm-sized) electronic devices.
게다가, 습기가 있는 귀에 헤드폰을 착용하면 헤드폰의 수명을 저하시킬 수 있거나 귀를 건조하기 어렵게 만들 수 있다. 그러므로, 물과 관련된 활동(예: 수영이나 서핑)이나 샤워 후에 외이도(ear canal)를 건조하는 것이 바람직할 수 있다.Additionally, wearing headphones in wet ears can shorten their lifespan or make it difficult to dry your ears. Therefore, it may be advisable to dry your ear canals after water-related activities (e.g., swimming or surfing) or showering.
따라서, 본 출원의 주요 목적은 종래 기술의 단점을 개선하기 위해 에어 펄스 발생 장치, 웨어러블 사운드 장치 및 그의 팬이 없는 블로어를 제공하는 것이다.Accordingly, the main purpose of the present application is to provide an air pulse generator, a wearable sound device and a fanless blower thereof to improve the shortcomings of the prior art.
본 출원의 일 실시예는 에어 펄스 발생(air-pulse generating) 장치를 개시하며, 에어 펄스 발생 장치는 초음파 펄스 레이트(ultrasonic pulse rate)로 복수의 에어 펄스를 발생시키기 위해 가동되는(actuated) 필름 구조물(film structure)을 포함하며, 복수의 에어 펄스는 하나의 단일 방향을 향해 순 기류(net airflow)를 생성한다(produce).One embodiment of the present application discloses an air-pulse generating device comprising a film structure actuated to generate a plurality of air pulses at an ultrasonic pulse rate, the plurality of air pulses producing a net airflow in a single direction.
본 출원의 일 실시예는 웨어러블 사운드 장치를 개시하며, 웨어러블 사운드 장치는 하우징 및 외이도를 환기(ventilate)시키기 위해 복수의 에어 펄스를 발생시키도록 구성된 에어 펄스 발생 장치를 포함한다. One embodiment of the present application discloses a wearable sound device, the wearable sound device including an air pulse generating device configured to generate a plurality of air pulses to ventilate a housing and an external auditory canal.
본 출원의 일 실시예는 팬이 없는 블로어를 개시하며, 팬이 없는 블로어는 기압 변화(air pressure variation)에 따라 복수의 에어 펄스를 생성하고, 복수의 에어 펄스는 비대칭이며; 팬이 없는 블로어에 의해 생성된 복수의 에어 펄스는 한 방향을 향해 순 에어 이동(net air movement) 또는 순 기류를 구성한다.One embodiment of the present application discloses a fanless blower, wherein the fanless blower generates a plurality of air pulses in response to air pressure variation, wherein the plurality of air pulses are asymmetrical; and the plurality of air pulses generated by the fanless blower constitute a net air movement or net airflow in one direction.
본 출원의 일 실시예는 기류를 생성하는 방법을 개시하며, 이 방법은 에어 펄스 발생 장치가, 초음파 펄스 레이트로 복수의 비대칭 에어 펄스를 생성하는 단계를 포함하며, 복수의 비대칭 에어 펄스는 단일 방향을 향해 순 기류를 생성한다.One embodiment of the present application discloses a method of generating an airflow, the method comprising the step of: an air pulse generating device generating a plurality of asymmetric air pulses at an ultrasonic pulse rate, the plurality of asymmetric air pulses generating a net airflow oriented in a single direction.
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 undoubtedly become apparent to those skilled in the art after reading the following detailed description of 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 상이한 비대칭 정도를 갖는 하나의 작동 사이클 내의 전체 사이클 펄스를 예시한다.
도 19는 각 컴포넌트의 기능과 그에 대응하는 주파수 영역 효과의 시스템 관점을 예시한다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어 펄스(AP)의 개략도이다.
도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 복조 신호와 변조 신호의 파형을 예시한다.
도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 APG 장치의 상이한 구성의 개략도이다.
도 23은 본 발명의 일 실시예에 따른 호스트 장치의 APG 장치의 개략도이다.
도 24는 본 발명의 일 실시예에 따른 호스트 장치의 APG 장치의 개략도이다.
도 25는 본 발명의 일 실시예에 따른 호스트 장치의 APG 장치의 개략도이다.Figure 1 is a schematic diagram of an air pulse generating device according to one embodiment of the present invention.
FIG. 2 illustrates waveforms of a demodulation drive signal and a modulation drive signal according to one 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 generating device according to one embodiment of the present invention.
Figure 8 is a schematic diagram of an air pulse generating device according to one embodiment of the present invention.
Figure 9 illustrates the frequency response of the energy transfer ratio of the device of Figure 1.
Figure 10 illustrates the frequency response of the energy transfer ratio of the device of Figure 8.
Figure 11 illustrates a process of a manufacturing method for the device of Figure 8.
Figure 12 is a schematic diagram of an air pulse generating device according to one embodiment of the present invention.
Figure 13 illustrates a driving signal wiring method according to embodiments of the present invention.
Figure 14 illustrates the SPL measurement results for the frequency of the device of Figure 12.
Figure 15 illustrates the SPL measurement results for peak-to-peak voltage of the device of Figure 12.
Figure 16 is a schematic diagram of an air pulse generator according to one embodiment of the present invention.
Figure 17 is a schematic diagram of an air pulse generator according to one embodiment of the present invention.
Figure 18 illustrates full cycle pulses within one operating cycle with different degrees of asymmetry.
Figure 19 illustrates a system view of the functions of each component and its corresponding frequency domain effects.
Figure 20 is a schematic diagram of an air pulse (AP) according to one embodiment of the present invention.
FIG. 21 illustrates waveforms of a demodulation signal and a modulation signal according to one embodiment of the present invention.
Figure 22 is a schematic diagram of different configurations of an APG device according to one embodiment of the present invention.
Figure 23 is a schematic diagram of an APG device of a host device according to one embodiment of the present invention.
Figure 24 is a schematic diagram of an APG device of a host device according to one embodiment of the present invention.
Figure 25 is a schematic diagram of an APG device of a host device according to one embodiment of the present invention.
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.The fundamental aspect of the present invention relates to an air pulse generator, and more particularly to an air pulse generator comprising modulation means and demodulation means, wherein the modulation means generates an ultrasonic air pressure wave/variation (UAW) having a frequency f UC , the amplitude of which is modulated in accordance with an 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 demodulation means such that spectral components embedded in the AMUAW are shifted by ± n · f UC , where n is a positive integer. As a result of this synchronous demodulation, spectral components of the AMUAW corresponding to the sound signal (SS) are partially transmitted to baseband, whereby an audible sound signal (SS) is reproduced. Here, the amplitude modulated ultrasonic pressure wave/change (AMUAW) may correspond to a carrier component having an ultrasonic carrier frequency f UC and a modulation component corresponding to an 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.FIG. 1 is 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 an input (audio) signal (S IN ), but is not limited thereto.
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. The device (100) includes a device layer (12) and a chamber definition layer (11). The device layer (12) includes support structures (123R, 123L) that support thin film layers that are etched on walls (124L, 124R) and flaps (101, 103, 105, 107). In one embodiment, the device layer (12) can be manufactured by a Micro Electro Mechanical Systems (MEMS) manufacturing process using, for example, a Si substrate having a thickness of 250 to 500 μM, which can be etched to form 123L/R and 124R/L. In one embodiment, a thin layer, typically 3-6 μM thick, made of a silicon on insulator (SOI) or a poly-lysine on insulator (POI) layer is etched on top of the Si substrate 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.A chamber defining layer (which may also be considered/named a “cap” structure) (11) includes a pair of chamber sidewalls (110R, 110L) and a chamber ceiling (117). In one embodiment, the chamber defining layer (or cap structure) (11) may be fabricated using MEMS fabrication 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 including a film structure (10) and a cap structure (11) with a chamber (115) formed therebetween. The film structure (10) can be viewed as including a modulation portion (104) and a demodulation portion (102). The modulation portion (104), which includes (modulation) flaps (105, 107), is configured to be actuated to form an ultrasonic air/acoustic wave within the chamber (115), which air/acoustic wave can be viewed as a type of air pressure change that varies both temporally and spatially. In one embodiment, the ultrasonic air/acoustic wave or air pressure change can be an amplitude DSB-SC (double-sideband suppress carrier) modulated air/acoustic wave having an ultrasonic carrier frequency f UC . The ultrasonic carrier frequency f UC can range from 160 KHz to 192 KHz, for example, which is much higher 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(1104)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 지칭할 수 있다. 여기서 기저대역은 일반적으로 가청 스펙트럼을 지칭할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.A demodulation section (102) including (demodulation) flaps (101, 103) is configured to operate synchronously with a modulation section (1104) so as to shift a spectral component of a DSB-SC modulated acoustic wave generated by the modulation section (104) by ± n × f UC , where n is a positive integer, to generate a plurality of air pulses directed toward the ambient according to the ultrasonic air wave within the chamber (115), so that a baseband frequency component of the plurality of air pulses (generated by the demodulation section (102) according to the ultrasonic air wave within the chamber (115)) is an input (audio) signal (S IN ) or corresponds/is related thereto, wherein the low frequency component of the plurality of air pulses may refer to a frequency component of the plurality of air pulses that is within an audible spectrum (e.g., 20 or 30 KHz or less). Here, the baseband may generally refer to an audible spectrum, but is not limited thereto.
달리 말하면, 장치(100)가 사운드 생성 애플리케이션으로 전환될 때, 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 UC가 f 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, when the device (100) is switched to a sound generation application, the modulation section (104) can be operated to form a modulated air wave according to the input audio signal (S IN ), and the demodulation section (102) operates in synchronization with the modulation section (104) to generate a plurality of air pulses having a low frequency component as (or corresponding to/related to) the input audio signal (S IN ). In the case of a sound generation application, f UC is f UC ≥ 96 KHz. Much higher than the highest frequency that humans can normally hear, such as 5×20KHz, and through the natural/environmental low-pass filtering effects on multiple air pulses (caused by the physical environment such as walls, floors, ceilings, furniture or high propagation loss of ultrasound, and the human ear system such as the external auditory canal, eardrum, malleus, incus, stapes etc.), what the listener perceives is only the audible sound or music represented by the input audio signal (S IN ).
예시적으로, 도 19는 (복조)변조((de)modulation) 작동 전후의 신호의 주파수 스펙트럼을 도시하여 (복조)변조 작동의 효과를 개념적/도식적으로 보여준다. 도 19에서, 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 19에서 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.By way of example, Fig. 19 illustrates the frequency spectrum of a signal before and after a (de)modulation operation to conceptually/schematically show the effect of the (de)modulation operation. In Fig. 19, the modulation operation generates an amplitude modulated ultrasonic sound/air wave (UAW) having a spectrum shown as W( f ) according to an input audio signal (S IN ), which is an electrical (analog or digital) representation of a sound signal (SS). The spectrum of S IN /SS is represented as S( f ) in Fig. 19. The synchronous demodulation operation of generating an ultrasonic pulse array (UPA) (including multiple pulses) having a spectrum exemplified by Z ( f ) can be viewed as shifting (including steps) the spectral components of an ultrasonic acoustic/air wave (UAW) by ± n × f UC (where n is an integer), such that the spectral components of the ultrasonic air wave (UAW) corresponding to the sound signal (SS) are partially transferred to the baseband. Therefore, as can be seen from Z( f ), the baseband components of the UPA are significant compared to the amplitude modulated UAW W( f ). The 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 sound signal (SS) can be reproduced as a result.
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 19에 도시되지 않음)에서의 컴포넌트를 갖는다는 점에 유의한다. 이는 본 발명의 변조의 반송파가 순수한 정현파가 아니기 때문이다.Note that unlike conventional DSB-SC amplitude modulation using a sinusoidal carrier, W ( f ) has components at ±3× f UC , ±5× f UC , and higher harmonics of f UC (not shown in Fig. 19). This is because the carrier of the modulation of the present invention is not a pure sinusoid.
다시 도 1을 참조하면, 동기 복조 작동의 실시예로서, 복조 부분(102)은 변조된 에어파의 피크(들)에 대응/정렬된 시간 및 위치(location)에서 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 again to FIG. 1, as an example of a synchronous demodulation operation, the demodulation portion (102) may be operated to form an aperture (112) at a time and location corresponding/aligned to 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 operated so that the aperture (112) also reaches a 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 FIG. 1, the demodulating portion (102) forms an opening (112) at a central position between the side walls (110L, 110R) having surface-to-surface, or 111L to 111R, with a spacing of (substantially) λ UC therebetween, meaning that the flaps (101, 103) are (substantially) λ UC /2 away from the side walls (110L, 110R) or from the side wall surfaces (111L, 111R), where λ UC represents a wavelength corresponding to the ultrasonic carrier frequency f UC , i.e., λ UC = C/ f UC using C as the speed of sound.
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, N 및 M은 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, the demodulating portion (102) can be operated to form the aperture (112) at a valve opening rate that is synchronized with the ultrasonic carrier frequency f UC . In the present invention, the valve opening rate that is synchronized with the ultrasonic carrier frequency f UC generally refers to the valve opening rate multiplied by the ultrasonic carrier frequency f UC by a rational number, i.e., f UC × ( N / M ), where N and M represent integers. In one embodiment, the valve opening rate (of the aperture (112)) can be the ultrasonic carrier frequency f UC . For example, the valve/aperture (112) can open every 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 part (102/104) is also used to denote a (demodulation) modulation flap pair. In addition, the demodulation part (or flap pair) (102) forming the opening (112) may be considered as a virtual valve that performs an open-and-close movement (cyclically) according to a specific valve/demodulation drive signal and forms the opening (112).
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 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 modulating portion (104) can substantially generate a mode-2 (or second harmonic) resonance (or standing wave) within the resonant chamber (115), such as the pressure profile (P104) and airflow profile (U104) illustrated in FIG. 1. In this regard, the spacing between the sidewall surfaces (111L, 111R) defines a total wavelength λ UC corresponding substantially to the ultrasonic carrier frequency f UC , i.e., W115 λ UC = C/ f UC . Also, in the embodiment shown in Fig. 1, the free end of the modulation flap (105/107) is positioned by the side wall (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 있음을 유의한다. 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.It should be noted that intermodulation (or cross-coupling) between the modulation that generates the modulated air wave and the demodulation that forms the aperture (112) may occur, which may degrade the sound quality. To improve the sound quality, it is desirable to minimize intermodulation (or cross-coupling). To achieve this (i.e., to minimize cross-coupling between the modulation and demodulation), the modulation flaps (105, 107) are driven to have common-mode movement, and the demodulation flaps (101, 103) are driven to have differential-mode movement. The modulation flaps (105, 107) having common-mode movement mean that the flaps (105, 107) are simultaneously actuated/driven so that they move in the same direction. The demodulation flaps (101, 103) having differential-mode movement mean that the flaps (101, 103) are simultaneously actuated so that they move in opposite directions. Additionally, in one embodiment, the flaps (101, 103) may be actuated to move in opposite directions with (substantially) equal 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 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) can substantially generate a mode-1 (or first harmonic) resonance (or standing wave) within the resonant chamber (115), such as the pressure profile (P102) and the airflow profile (U102) formed by the demodulating portion (102) as illustrated in FIG. 1. Accordingly, the demodulating portion (102) can generate W115 It should operate at a valve operating/driving frequency f D_V (corresponding to the valve/demodulation-driving signal) such that λ D_V /2, where λ D_V = C/ f D_V , and the valve operating/driving frequency should be half of the ultrasonic carrier frequency f UC , i.e., 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 (demodulation) modulation drive signals. Fig. 2 illustrates waveforms of demodulation drive signals (S101, S103) and modulation drive signals (SM). The modulation drive signal (SM) is used to drive modulation flaps (105, 107). The demodulation drive signals (or valve drive signals) (S101, S103) are used to drive demodulation flaps (101, 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(alternate)/토글됨을 의미한다.In one embodiment, the modulation drive signal (SM) can be viewed as a PAM (Pulse Amplitude Modulation) signal modulated according to the input audio signal (S IN ). Furthermore, unlike conventional PAM signals, the polarity (with respect to a constant voltage) of the signal (SM) is toggled within one operating cycle T CY . Typically, the modulation-drive signal (SM) comprises pulses with alternating polarities (with respect to a constant voltage), and the envelope/amplitude of the pulses is (substantially) identical to or corresponding/proportional to the AC (alternative current) component of the input audio signal (S IN ). In other words, the modulation drive signal (SM) can be viewed as comprising a pulse amplitude modulation signal or a PAM modulated pulse with alternating polarities with respect to a constant voltage. In the embodiment illustrated in FIG. 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) alternates/toggles twice in one operation cycle T CY .
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 demodulation drive signals (S101, S103) include two drive pulses with equal amplitude but opposite polarities (with respect to a constant/average voltage). In other words, at a specific time, S101 includes a first pulse having a first polarity (with respect to a constant/average voltage), and S103 includes a second pulse having a second polarity (with respect to a constant/average voltage), wherein the first polarity is opposite to the second polarity. As illustrated in FIG. 2, the toggling ratio of the demodulation drive signals (S101/S103) is f UC , which means that the polarities of the pulses in the demodulation drive signals (S101/S103) alternate/toggle once in one operation cycle T CY . Therefore, the toggling ratio of the modulation drive signal (SM) is twice the toggling ratio of the demodulation drive signals (S101/S103).
S101/S103의 기울기(및 연관된 음영 영역)는 전압 레벨 간 천이(transition) 중 에너지 재활용을 나타내는 단순화된 도면이다. 신호들(S101 및 S103)의 천이 주기가 중첩됨을 유의한다. 플랩(101/103)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 of S101/S103 (and the associated shaded areas) are simplified diagrams illustrating energy recycling during voltage level transitions. Note that the transition periods of signals (S101 and S103) overlap. If the piezoelectric actuators of the flaps (101/103) are predominantly capacitive loads, energy recycling can be realized using the characteristics of an LC oscillator. Details of the energy recycling concept can be found in U.S. Patent No. 11,057,692, which is incorporated herein by reference. Note that the piezoelectric actuator serves as an example and is not limited thereto.
플랩 쌍(102)이 차동적으로 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 pair (102) is differentially driven, signals (S101, S103) may also be denoted as -SV and +SV, meaning that these drive signal pairs have the same waveform but different polarities. For example, as shown in FIG. 2 , -SV is for S101 and +SV is for S103, but this is not limiting. 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 variations should be considered within the scope of the present 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 the 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). The details of the sub-circuit for generating the delay are not limited. Known techniques may be incorporated into the sub-circuit. As long as the sub-circuit can generate the delay to meet the timing alignment requirements (described in more 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, 103) are at substantially the same position (center position between the side walls (111L, 111R)) and experience substantially the same air pressure at that position. Furthermore, the flaps (101, 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 difference in displacement of the tips of the demodulating flaps (101, 103) or |d 101 - d 103 | is hardly affected by the air pressure generated by the modulating flaps (105, 107).
공통 모드 거부 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 rejection or modulator-to-demodulator isolation can be demonstrated by Fig. 3, which illustrates simulated results generated from an equivalent circuit model of the device (100). Curves (d 101 , d 103 ) represent the movement/displacement of the tips of the flaps (101, 103), respectively. As can be observed in Fig. 3, d 101 and d 103 vary considerably due to the acoustic pressure (P104) generated by the modulating flaps (105/107), but the differential movement represented by the curves denoted d 101 -d 103 in Fig. 3 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 shift has 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.Meanwhile, in the case of demodulator-to-modulator isolation, since the flaps (101/103) generate first harmonic resonance or standing waves within the chamber (115), as can be seen from Fig. 1, the pressures applied to the flaps (105) and (107) by P102 have substantially the same magnitude but opposite polarities, so that the movements of the flaps (105) and (107) undergo changes (due to P102) with the same magnitude but opposite polarities. This generates two ultrasonic waves (one for 105 and the other for 107) with the same magnitude but opposite polarities. When these two ultrasonic waves propagate to a location above the valve opening (112) (indicated by the dotted line area in Fig. 1), they merge into one pressure. Since the location of this "merge" occurs at the center of the device (100) along the X-axis or X-direction at the same distance from the tips of 105 and 107, the P102 induced changes cancel/compensate each other, creating a net rest with little interference with the operation of the demodulator/virtual valve.
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.For example, FIG. 4 plots a simulated frequency response of sound pressure level (SPL) measured at a distance of 1 meter from the device (100) under the condition that S IN is a 10-tone equal amplitude test signal (within 650 to 22 KHz and having the same log scale interval) and an equivalent circuit simulation model of the device (100) is used. In the present simulation, the ultrasonic carrier frequency is set to f UC = 192 KHz and the valve operating frequency is set to f D_V = f UC /2 = 96 KHz.
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 evidenced by the absence of extraneous spectral components at and around 96 kHz (pointed by 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) vs. 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 the device (100). Increasing the amplitude of the driving voltages (S101, S103) increases the amplitude of the movement of the flaps (101, 103), thereby increasing the maximum opening width of the valve opening (112), and increasing the driving voltage also increases the duty factor of the valve opening. In other words, the duty factor of the valve opening (112) and the maximum opening width/gap of the valve opening (112) can be determined by the driving voltages (S101, 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%, as generated from one of the previously mentioned equivalent circuit simulation models, as illustrated by the example shown in FIG. 5, the period of each valve opening, as illustrated by the curve labeled V(opening) > 0, overlaps with the same half-cycle of an amplitude-modulated ultrasonic standing wave at a location above the valve opening (112) (indicated by the dotted line area in FIG. 1). By synchronizing and timing the opening-closing of the valve opening (112) with the in-chamber standing wave, as illustrated by the curve labeled V(p_vlv) in FIG. 5, a nicely shaped output pressure pulse, as illustrated by the curve labeled V(ep_vlv), is generated.
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 Fig. 5, the curve labeled V(d2)-V(d3) represents the difference in displacement of the flaps (101, 103), i.e., d 101 -d 103 , and the curve labeled V(opening) represents the opening of the virtual valve (112). V(opening) > 0 when |V(d2)-V(d3)| > TH, where TH is a threshold value defined by parameters such as the thickness of the flaps (101, 103), the slit width between the flaps (101, 103), the boundary layer thickness, etc. A well-ordered form of V(ep_vlv) may imply that the pulse illustrated by V(ep_vlv) is highly asymmetric, unlike V(p_vlv), which is highly symmetric. The asymmetry of the output pressure pulses indicates the low frequency components (i.e., frequency components in the audible band) of the air pulses 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 components of the air pulses. A zoomed-out view of FIG. 5 is illustrated in FIG. 6, which shows the asymmetry of V(ep_vlv) corresponding to the envelope of a baseband sound signal of 1.68 KHz. In the present invention, the aperture (112) is open/formed or in the open state when the displacement difference between the flaps (101) and the flaps (103) is greater than a threshold, for example, |V(d2)-V(d3)| > TH, and 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, it has been observed that maximum output occurs when the duty factor of the valve opening, defined as |V(d2)-V(d3)| > TH, is equal to or slightly greater than 50%, such as in the range of 55-60%, but is not limited thereto. However, when the duty factor of the valve opening is much higher than 50%, such as in the range of 80-85%, more than half a cycle of the ultrasonic standing wave within the chamber passes through the valve, causing leading portions of the standing waves having different polarities to cancel each other, thereby lowering the net SPL output from the device (100). Therefore, it is generally desirable to keep the duty factor of the valve opening close to 50%, typically in the range of 50% to 70% (wherein a duty factor of between 45% and 70% is 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 demodulator flap (101/103) be sufficiently deviated 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.For any given thickness of the flap (101/103), it can be observed that the higher the resonance-to-drive ratio ( f R_V : f D_V or f R_V / f D_V ), the wider the valve can open, under the constraint that the valve opening duty factor is 50%. Since the output of the device (100) is positively related to the maximum valve opening width, it is desirable that the resonance-to-drive ratio be higher than 1.
그러나 f R_V가 f 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(101/103)의 이러한 공통 모드 변형은 플랩(101/103) 위의 볼륨(volume)을 변하게 하여, 영향을 받은 주파수 범위에 걸쳐 밸브 개구부(112) 근처에서 챔버(115) 내부의 압력 변동을 초래하여 SPL 출력을 저하시킨다.However, when f R_V is within the range of f UC ± max( f SOUND ), the flap (101/103) begins to resonate with an AM ultrasonic standing wave, converting some of the ultrasonic energy into a common-mode deformation of the flap (101/103), where max( f SOUND ) may represent the maximum frequency of the input audio signal (S IN ). This common-mode deformation of the flap (101/103) changes the volume above the flap (101/103), resulting in pressure variations inside the chamber (115) near the valve opening (112) over the affected frequency range, thereby lowering the SPL output.
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 variation due to valve resonance, it is desirable to design the flaps (101/103) with a resonant frequency outside the range of ( f UC ±max( f SOUND )) × M, where M is a safety margin that covers factors such as but not limited to manufacturing tolerances, temperature, altitude, etc. In general, it is desirable that f R_V is 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 20KHz is used here because it is well accepted as the highest frequency audible to humans. In applications such as HD-/Hi-Res Audio, 30KHz or 40KHz may also be adopted as max( f SOUND ), and the above formula should 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 레이트로 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(t)·w(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.Also, we assume that w ( t ) and z ( t ) represent time functions for the amplitude modulated ultrasonic acoustic/air wave (UAW) and the ultrasonic pulse array (UPA) (consisting of multiple pulses). Since the apertures (112) are formed periodically with the opening rate of the ultrasonic carrier frequency f UC , the ratio function of z ( t ) to w ( t ), which is denoted by r ( t ) and can be expressed as r ( t ) = z ( t ) / 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 ( t ) · w ( t ), and the synchronous demodulation operation performed in the UAW can be viewed as the product of w ( t ) and 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, i.e., Z(f) = R ( f )* W ( f ), where * denotes the convolution operator, and the synchronous demodulation operation performed in UAW can be viewed as the 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 such that the frequency/spectral components of R ( f ) are equally spaced by f UC . Therefore, the convolution or synchronous demodulation operation of W ( f ) and R ( f ) involves/consists of shifting W ( f ) (or the spectral components of 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 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.FIG. 12 is a schematic diagram of an APG device (400) according to one embodiment of the present invention. The device (400) is modified from FIG. 7 of U.S. patent application Ser. No. 17/553,806 and is similar to the device (100) illustrated in FIG. 1 of the present invention. Unlike the device (100), the device (400) includes only a pair of flaps (102) (but no pair of flaps (104). The pair of flaps (102) are configured to perform both a demodulation operation (forming apertures (112) synchronized to an ultrasonic carrier wave amplitude-modulated at frequency f UC to generate air pulses according to the envelope of the amplitude-modulated ultrasonic pressure change) as well as a modulation operation (forming an air pressure change amplitude-modulated at 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.In Fig. 12, U104 and P104 represent pressure profiles and airflow profiles formed by the flap pair (102) in response to a modulation drive signal (SM), and U102 and P102 represent pressure profiles and airflow profiles formed by the flap pair (102) in response to a demodulation drive signal (±SV). Here, the demodulation drive signal is represented 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 may be represented 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 이동 및 복조를 수행하기 위한 차동 모드 이동을 갖도록 가동된다.In other words, the modulator and demodulator are co-located in/as a flap pair (102). As with the device (100), the film structure (10) of the flap pair (102) of the device (400) is operated to have a common mode shift for performing modulation and a differential mode shift for performing demodulation.
달리 말하면, "변조 작동"과 "복조 작동"은 동일한 플랩 쌍(102)에 의해 동시에 수행된다. 이 "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 the " demodulation operation " are performed simultaneously by the same flap pair (102). This colocation of the " modulation operation " with the " demodulation operation " is achieved by a novel drive signal wiring scheme as illustrated in FIG. 3. Assuming that the device (400) may include an actuator (101A/103A) disposed on the flap (101/103) and that the actuator (101A/103A) includes an upper electrode and a lower electrode, both the upper electrode and the lower electrode may receive a modulation drive signal (SM) and a demodulation drive signal (±SV).
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 내지 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 the actuator (101A/103A) can receive a common mode modulated drive signal (SM); and the other electrode can receive a differential mode demodulated drive signal (S101(-SV)/S103(+SV)). For example, diagrams (431 to 433) illustrated in FIG. 13 illustrate details of the region (430) illustrated in FIG. 12. As illustrated in diagrams (431, 432), the lower electrode of the actuator (101A/103A) receives the common mode modulated drive signal (SM); and the upper electrode of the actuator (101A/103A) receives the differential mode demodulated drive signal (S101(-SV)/S103(+SV)). An appropriate bias voltage (V BIAS ) can be applied to the lower electrode (as shown in diagram (432)) or the upper electrode (as shown in diagram (432)), where the bias voltage (V BIAS ) can be determined according to actual 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 (as shown in diagram 433), one electrode of the actuator (101A/103A) can receive both the common mode modulation drive signal (SM) and the differential mode demodulation drive signal (S101(-SV)/S103(+SV)); the other electrode is suitably biased. In the embodiment shown in diagram (433), the lower electrode receives the common mode modulation drive signal (SM) and the differential mode demodulation drive signal (S101(-SV)/S103(SV)); the upper 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 a와 b 사이의 공통 모드 신호 컴포넌트는 (a+b)/2로 표현될 수 있으며; 2개의 임의 신호 a와 b 사이의 차동 모드 신호 컴포넌트는 (a-b)/2로 표현될 수 있다.The drive signal wiring scheme illustrated in FIG. 13 achieves the goal that the applied signal of one actuator (e.g., 101A) is or includes -SM-SV (without considering V BIAS ), while the applied signal of the other actuator (e.g., 103A) is or includes -SM+SV. Note that the drive signal wiring scheme can be modified or changed depending on actual situations/requirements. As long as the common mode signal component between the two applied signals applied to the flap pair (102) includes the modulated drive signal (SM(V BIAS plus)), and the differential mode signal component between the two applied signals applied to the flap pair (102) includes the demodulated drive signal (SV), the requirements of the present invention are satisfied and are within the scope of the present invention. Here (or generally), 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 modulation operation (resulting from the drive signal SM) and the demodulation operation (resulting from the drive signals ±SV), in one embodiment, the flaps (101, 103) are made as a mirrored/symmetric pair in both mechanical configuration, dimensions and electrical characteristics. For example, the cantilever length of the flap (101) should be the same as that of 103; the membrane structure of the flap (101) should be the same as that of the flap (103); the position of the virtual valve (112) should be centered between or equally spaced from the two supporting walls (110) of the flaps (101) and (103); and the actuator pattern deposited on the flap (101) should mirror the pattern of the flap (103). The metal wiring for the actuators deposited on the flaps (101, 103) must be symmetrical. Here, some items are referred to as mirrored/symmetrical pairs (or flaps (101, 103) are mirrored/symmetrical), but are not limited thereto.
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 λUC = C / f UC 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.FIG. 14 illustrates a set of frequency response measurement results of a physical embodiment of the device (400) in an IEC711 occluded ear emulator, where the driving scheme illustrated in diagram (431) is used to drive the device (400), the Vrms for the modulated drive signal (SM) to the lower electrode is 6 Vrms, the Vpp (peak-to-peak voltage) for the demodulated drive signal (±SV) to the upper electrode is swept from 5 Vpp to 30 Vpp, and the GRAS RA0401 ear simulator is used for the acoustic result measurements. The operating frequency of the device (400) (i.e., the ultrasonic carrier frequency f UC ) is 160 KHz, and the device dimensions are designed accordingly (i.e., W115 for C = 336 m/s). λ UC = C / f UC As can be seen in Fig. 14, the device (400) can produce sound with high SPL in the low frequency band (at least 99 dB for frequencies less than 100 Hz).
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 제어할 수 있음을 알 수 있다.Also, FIG. 15 illustrates and analyzes the measurement results of the device (400) illustrated in FIG. 14. In FIG. 15, the SPL at 100 Hz (bold dashed line) and 19 Hz (bold solid line) of FIG. 14 is plotted against Vvtop (Vpp), where Vvtop (Vpp) is the peak-to-peak voltage for the demodulation drive signal applied to the upper electrode as illustrated in the connection diagram (431). It can be seen from FIGS. 14 and 15 that the SPL increases as Vvtop increases. In addition, the 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 controlled 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 FIGS. 14 and 15, it can be concluded that the concept of modulator-demodulator co-location is valid, meaning that the modulation (forming amplitude-modulated ultrasonic pressure changes) and demodulation (synchronously forming apertures to generate asymmetric air pulses) performed by the device (400) successfully generate the APPS effect. Therefore, it may be possible to reduce the chamber width (e.g., W115 of the device (100)).
도 17은 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)은 또한 도 13에 도시된 구동 방식에 의해 구동될 수 있다.Fig. 17 is a schematic diagram of an APG device (C00) according to one embodiment of the present invention. The device (C00) is similar to the previously introduced APG device and includes flaps (101, 103). The flaps (101, 103) can also be driven by the driving method illustrated 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 devices introduced above, device (C00) has a much simpler structure, requiring fewer photolithography etching steps, eliminating complex conduit fabrication steps, and eliminating the need to bind two subcomponents or subassemblies together. This significantly reduces the production cost of device (C00).
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 caused by the acceleration of the movement of the flaps (101, 103). By aligning the opening timing of the virtual valve (112) (responsive to the modulation drive signal (±SV)) with the acceleration timing of the common mode movement of the flaps (101, 103) (responsive to the modulation 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 반대되는 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 the flaps (101, 103) is divided into two subspaces, one in the subspace Z>0 or +Z and one in the subspace Z<0 or -Z. For any common mode movement of the flaps (101, 103), a pair of acoustic pressure waves will be generated, one in the subspace Z and the other in the subspace -Z. These two acoustic pressure waves have equal magnitude but opposite polarity. Consequently, when the virtual valve (112) opens, the pressure differences between the two air volumes near the virtual valve (112) will be neutralized. Therefore, when the timing at which the differential mode movement reaches its peak, i.e. the timing at which VV (112) reaches its maximum opening, is aligned with the acceleration timing at which the common mode movement reaches its peak, the acoustic pressure that should be generated by the common mode movement is suppressed/eliminated by the opening of the virtual valve (112), resulting in an automatic neutralization between the two acoustic pressures on the two opposite sides of the flaps (101, 103), where the two acoustic pressures are equal in magnitude but opposite in polarity. This means that when the virtual valve (112) opens, the device (C00) generates (almost) net-zero air pressure. Therefore, when the opening period 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) generates a single-ended (SE) or SE-like air pressure waveform/pulse, which is 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, an SE (semi-polar) waveform may mean that the waveform is (substantially) unipolar for a certain level. An SE acoustic pressure wave may mean a waveform that is (substantially) unipolar for an ambient pressure (e.g., 1 ATM).
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 rather how strong the "near-zero pressure" (or auto-neutralization) effect is. When the virtual valve (112) is wide open, the "near-zero pressure" effect is strong, auto-neutralization is complete, the asymmetry will be strong/obvious, and consequently, the baseband signal or APPS effect will be strong/significant. Conversely, when the virtual valve (112) is narrow open, the "near-zero pressure" effect is weak, auto-neutralization is incomplete, the asymmetry is low, and the baseband signal or APPS effect is weak.
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 the FEM simulation, the device (C00) can generate 145 dB SPL at 20 Hz. From the FEM simulation, even though the SPL generated by the device (C00) is about 12 dB lower than that generated by the device (600) (about 157 dB SPL at 20 Hz), the total harmonic distortion (THD) of the device (C00) is 10 to 20 dB lower than that of the device (600) under the same driving conditions. Therefore, the simulation verifies the efficacy of the device (C00), which is an APG device without a cap structure or a chamber formed inside.
VV 개방의 타이밍이 챔버 내의 최대 압력 타이밍 또는 공통 모드 멤브레인 이동의 최대 속력/가속도에 정렬된다는 서술은, 암시적으로 ±e%의 허용 오차가 허용됨을 의미함을 유의한다. 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.Note that the description that the timing of the VV opening is aligned to the peak pressure timing within the chamber or the peak velocity/acceleration of the common mode membrane movement implicitly implies that a tolerance of ± e % is allowed. That is, it is also within the scope of the present invention if the timing of the VV opening is aligned to (1 ± e %) of the peak pressure within the chamber or the peak velocity/acceleration of the common mode membrane movement, where e % can be 1%, 5% or 10% depending on the actual requirements.
펄스 비대칭에 대해서, 도 18은 서로 다른 비대칭도(degree of asymmetricity)를 갖는 전체 사이클(full-cycle) 펄스(하나의 작동 사이클 TCY 내)를 도시한다. 본 발명에서, 비대칭도는 p 2 대 p 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.With respect to pulse asymmetry, Fig. 18 illustrates 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 , where p 1 represents the peak value of a first half-cycle pulse having a first polarity with respect to the level, and p 2 represents the peak value of a second half-cycle pulse having a second polarity with respect to the level. In the acoustic domain, the level can correspond to an ambient condition such as ambient pressure (zero acoustic pressure) or zero acoustic airflow, where the air pulse in the present invention can refer to an airflow pulse or a barometric pressure pulse.
도 18의 (a)는 r = p 2/p 1 > 80%인 전체 사이클 펄스를 예시한다. 도 18의 (a)에 도시되거나 r = p 2/p 1 1인 전체 사이클 펄스는 비대칭도가 낮다. 도 18의 (b)는 40% ≤ r = p 2/p 1 ≤ 60%인 전체 사이클 펄스를 예시한다. 도 18의 (b)에 도시되거나 r = p 2/p 1 50%인 전체 사이클 펄스는 중간 정도의 비대칭도를 가진다. 도 18의 (c)는 r = p 2/p 1 < 30%인 풀 사이클 펄스를 예시한다. 도 18의 (c)에 도시되거나 r = p 2/p 1 → 0인 풀 사이클 펄스는 비대칭도가 높다.Figure 18(a) illustrates a full cycle pulse with r = p 2 / p 1 > 80%. As shown in Figure 18(a) or r = p 2 / p 1 A full cycle pulse of 1 has low asymmetry. Fig. 18(b) illustrates a full cycle pulse with 40% ≤ r = p 2 / p 1 ≤ 60%. As shown in Fig. 18(b) or r = p 2 / p 1 A full cycle pulse with a 50% asymmetry has a moderate asymmetry. Fig. 18(c) illustrates a full cycle pulse with r = p 2 / p 1 < 30%. A full cycle pulse as shown in Fig. 18(c) or with r = p 2 / p 1 → 0 has a high 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 components of the ultrasonic air pulse. In the present invention, an asymmetric air pulse refers to an air pulse with at least a moderate 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.It should be noted that the demodulation operation of the APG device of the present invention generates an asymmetric air pulse based on the amplitude of the ultrasonic pressure change generated through the modulation operation. In one respect, the demodulation operation of the present invention is similar to the rectifier of an AM (amplitude modulation) envelope detector in a wireless communication 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 a wireless communication system known in the art, an envelope detector, which is a type of wireless AM (noncoherent) demodulator, includes a rectifier and a low-pass filter. The envelope detector generates an envelope corresponding to an input amplitude-modulated signal. The input amplitude-modulated signal of the envelope detector is typically highly symmetrical, with r = p 2 / p 1 → 1. One goal of the rectifier is to transform the symmetric amplitude-modulated signal so that the rectified amplitude-modulated signal becomes highly asymmetrical, 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 a symmetrical ultrasonic pressure change ( r = p 2 / p 1 → 1) into an asymmetrical air pulse ( r = p 2 / p 1 → 0), is similar to a rectifier in an envelope detector such as an AM demodulator, where the low-pass filtering operation is left to the natural environment and the human auditory system (or a sound detection device such as a microphone ) to recover the sound/music corresponding to the input audio signal (S IN ) or to be perceived by the listener or measured by a sound detection device.
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 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 crucial to the demodulation operation of an APG device. In the present invention, pulse asymmetry relies on appropriate opening timing aligned with the membrane (flap) movement that generates the ultrasonic pressure change. Different APG configurations will have different timing alignment methods. In other words, the timing of forming the opening (112) is determined so that the multiple air pulses generated by the APG device are asymmetric.
비대칭 에어 펄스를 생성하는 APG 장치는 에어 펌프(air pump)/이동 애플리케이션에도 적용될 수 있으며, 이는 열 방산(dissipation), 환기(ventilation)에 적용될 수 있거나, 냉각, 건조 또는 기타 기능성을 가질 수 있다. 이와 관련하여, 본 발명의 APG 장치는 또한 (일종의) 기류 발생 장치로서 간주될 수 있다. An APG device that generates asymmetric air pulses can also be applied to air pump/transport applications, which may be used for heat dissipation, ventilation, or may have cooling, drying, or other functionalities. In this regard, the APG device of the present invention can also be considered as (a type of) air flow generating device.
음향파를 발생시키기 위해 물리적 표면 이동을 사용하는 기존 스피커(예: 동적 드라이버)는 전면/후면 방사파 상쇄 문제에 직면함을 유의한다. 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.Note that conventional loudspeakers (e.g., dynamic drivers) that use physical surface movement to generate sound waves face the problem of front- and back-radiating wave cancellation. When a physical surface moves, causing air mass movement, a pair of sound waves are generated: a front-radiating wave and a back-radiating wave. These two waves largely cancel each other out, resulting in a net SPL that is significantly lower than that measured solely from the front- and back-radiating waves.
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.Commonly adopted solutions to the problem of front/rear radiation cancellation involve utilizing a rear enclosure or an open baffle. Both solutions require physical dimensions comparable to the wavelength of the lowest frequency of interest, for example, a 1.5-meter wavelength at 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. This is achieved by generating an asymmetric amplitude modulated air pulse, wherein the demodulation portion generates a symmetric amplitude modulated air pressure change through membrane movement, and the demodulation portion generates an asymmetric amplitude modulated air pulse through a virtual valve. The modulation portion and the demodulation portion are implemented by flap pair(s) manufactured in the same manufacturing layer, thereby reducing manufacturing/production complexity. The modulation operation is performed through common-mode movement of the flap pair, and the demodulation operation is performed through differential-mode movement of the flap pair, wherein the modulation operation (through common-mode movement) and the demodulation operation (through differential-mode movement) can be performed by a single flap pair. Proper timing alignment between the differential-mode movement and the common-mode movement improves the asymmetry of the output air pulse.
앞서 언급한 바와 같이, 본 출원의 APG 장치는 (아주 작은(miniature) 에어 펌프로서 기능할 수 있고, 비대칭 에어 펄스를 생성할 수 있으며, 냉각, 건조, 제습, 열 방산 및/또는 환기 애플리케이션에 적용될 수 있으며, 여기서 (비대칭) 에어 펄스가 생성되어 한 방향으로 지속적으로(constantly) 순 에어 이동(net air movement)을 형성한다.As mentioned above, the APG device of the present application can function as a miniature air pump, can generate asymmetric air pulses, and can be applied in cooling, drying, dehumidification, heat dissipation and/or ventilation applications, where the (asymmetric) air pulses are generated to form a constant net air movement in one direction.
또한, 기류 애플리케이션을 위한 본 발명의 APG 장치는 예를 들어 특정 입자(particle)(들)(예: PM 2.5 또는 PM 10(PM: Particulate Matter)의 밀도 또는 에어 내의 화합물(compound)(들)(예: 오존(O3), 이산화질소(NO2), 이산화황(SO2) 및 일산화탄소(CO))를 감지하는 에어 품질(air quality) 감지 장치 내에 배치될 수 있다. 따라서, 에어 품질 감지 장치의 크기를 획기적으로 줄일 수 있다.Additionally, the APG device of the present invention for airflow applications can be placed within an air quality sensing device that detects, for example, the density of specific particle(s) (e.g., PM 2.5 or PM 10 (PM: Particulate Matter)) or compound(s) in the air (e.g., ozone (O 3 ), nitrogen dioxide (NO 2 ), sulfur dioxide (SO 2 ), and carbon monoxide (CO)). Accordingly, the size of the air quality sensing device can be drastically reduced.
예를 들어, 도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어 펄스(air pulse, AP)의 개략도를 예시한다. 에어 펄스는 필름 구조물(예: 10)을 포함하는 본 출원의 APG 장치(예: C00, 500 또는 100)에 의해 생성될 수 있다. 앞서 언급한 바와 같이, APG 장치의 필름 구조물은 예를 들어 초음파 반송파 주파수 f UC의 작동 사이클 TCY의 역수일 수 있는 초음파 펄스 레이트 f pulse(예: 96KHz 또는 192KHz)로 에어 펄스(AP)를 생성하기 위해 이동을 수행하도록 가동될 수 있다. 이 경우, 초음파 펄스 레이트 f pulse는 초음파 반송 주파수 f UC일 수 있다. 에어 펄스(AP)는 단일 방향을 향해 순 기류를 생성할 수 있다. 결과적으로, APG 장치는 (아주 작은) 에어 펌프로 기능할 수 있다.For example, FIG. 20 illustrates a schematic diagram of an air pulse (AP) according to one embodiment of the present invention. The air pulse can be generated by an APG device of the present application (e.g., C00, 500, or 100) comprising a film structure (e.g., 10). As previously mentioned, the film structure of the APG device can be actuated to perform a movement to generate the air pulse ( AP ) at an ultrasonic pulse rate f pulse (e.g., 96 KHz or 192 KHz), which can be, for example, the reciprocal of the operating cycle T CY of the ultrasonic carrier frequency f UC . In this case, the ultrasonic pulse rate f pulse can be the ultrasonic carrier frequency f UC . The air pulse (AP) can generate a unidirectional positive airflow. Consequently, the APG device can function as a (very small) air pump.
일 실시예에서, 제1 에어 펄스(AP1)는 하나의 단일 방향, 예를 들어 제1 방향(D1)을 향해 지속적으로 제1 순 기류를 생성할 수 있다. 도 20을 예로 들면, 제1 기간(period of time)(T1) 동안 에어 펄스(AP)는 모두 제1 방향(D1)을 향한다. 제1 기간(time period)(T1)이 적어도 최소 가청 주파수(minimum audible frequency)의 역수이거나 최소 가청 주파수의 역수보다 길 때, 제1 에어 펄스(AP1)에 의해 생성된 제1 순 기류는 지속적으로 하나의 단일 방향(D1)을 향하는 것으로 간주될 수 있다. 예를 들어, 최소 가청 주파수가 10Hz로 인정되는 경우, 제1 기간(T1)이 적어도 0.1초이거나 0.1초보다 길 때, 제1 순 기류는 지속적으로 하나의 단일 방향(D1)을 향하는 것으로 간주될 수 있다. 제1 방향(D1)을 향하는 제1 에어 펄스(AP1)에 대응하는 제1 진폭(들)은 동일할 수도 있고 동일하지 않을 수도 있음에 유의한다.In one embodiment, the first air pulse (AP1) can continuously generate a first net airflow in one single direction, for example, a first direction (D1). For example, as shown in FIG. 20, during a first period of time (T1), all air pulses (AP) are directed in the first direction (D1). When the first period of time (T1) is at least the reciprocal of the minimum audible frequency or longer than the reciprocal of the minimum audible frequency, the first net airflow generated by the first air pulse (AP1) can be considered to continuously direct in one single direction (D1). For example, when the minimum audible frequency is recognized as 10 Hz, when the first period of time (T1) is at least 0.1 seconds or longer than 0.1 seconds, the first net airflow can be considered to continuously direct in one single direction (D1). Note that the first amplitude(s) corresponding to the first air pulse (AP1) facing the first direction (D1) may or may not be the same.
한편, APG 장치는 제2 에어 펄스(AP2)를 생성할 수 있고, 제2 에어 펄스(AP2)는 제1 방향(D1)과 반대되는 제2 방향(D2)으로 지속적으로 향하는 제2 순 기류를 생성할 수 있다. 일 실시예에서, APG 장치가 상당한 기류 또는 에어 이동을 생성하고 제1 방향(D1)과 제2 방향(D2) 사이에서 토글링하는 에어 펄스가 식별될 수 없을 때, 제1 순 기류는 주기(period)(T1) 동안 지속적으로 방향(D1)을 향하는 것으로 간주될 수 있거나 및/또는 제2 순 기류는 주기(T2) 동안 지속적으로 방향(D2)을 향하는 것으로 간주될 수 있다.Meanwhile, the APG device may generate a second air pulse (AP2), and the second air pulse (AP2) may generate a second net airflow that continuously points in a second direction (D2) opposite to the first direction (D1). In one embodiment, when the APG device generates significant airflow or air movement and no air pulse toggling between the first direction (D1) and the second direction (D2) is discernible, the first net airflow may be considered to be continuously pointing in the direction (D1) during the period (T1) and/or the second net airflow may be considered to be continuously pointing in the direction (D2) during the period (T2).
필름 구조물은 복조 구동 신호(예: ±SV) 및 변조 구동 신호(예: SM)에 의해 가동될 수 있다. 본 출원에서 SM은 일종의 구동 신호인 변조 신호로 지칭될 수 있다는 점에 유의한다. 마찬가지로, ±SV는 일종의 구동 신호인 복조 신호로 지칭될 수 있다.The film structure can be driven by a demodulation drive signal (e.g., ±SV) and a modulation drive signal (e.g., SM). Note that in this application, SM may be referred to as a modulation signal, which is a type of drive signal. Similarly, ±SV may be referred to as a demodulation signal, which is a type of drive signal.
도 2와 별도로, 도 21은 본 발명의 다른 실시예에 따른 복조 신호(±SV)와 변조 신호(SM)의 개략적인 파형을 예시하며, 그의 고전압/저전압 간의 천이를 무시한다. 도 21에 도시된 바와 같이, 변조/구동 신호(SM)는 (0이 아닌)(nonzero) 직류(direct current, DC) 오프셋을 포함하는 입력 신호(예: SIN)에 따라 발생될 수 있다. 달리 말하면, 입력 신호는 단순히 DC 신호일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Separately from FIG. 2, FIG. 21 illustrates schematic waveforms of a demodulation signal (±SV) and a modulation signal (SM) according to another embodiment of the present invention, ignoring its high/low voltage transitions. As illustrated in FIG. 21, the modulation/drive signal (SM) may be generated based on an input signal (e.g., S IN ) that includes a (nonzero) direct current (DC) offset. In other words, the input signal may simply be a DC signal, but is not limited thereto.
일 실시예에서, DC 오프셋은 순 기류의 방향과 관련될 수 있다. 예를 들어, 제1 기간(T1) 동안, 에어 펄스(AP)는 DC 오프셋이 양(positive)인 것에 응답하여 제1 방향(D1)을 향해 지속적으로 제1 순 기류를 생성할 수 있다. 한편, 제2 기간(T2) 동안, APG 장치에 의해 발생된 에어 펄스는, DC 오프셋이 음(negative)인 것에 응답하여 제1 방향(D1)과 반대인 제2 방향(D2)을 향해 지속적으로 제2 순 기류를 생성할 수 있다. 이와 관련하여, 본 발명의 APG 장치 또는 기류 발생 장치는 전압을 기류로 변환할 수 있는 전압-기류 변환기로 볼 수 있다.In one embodiment, the DC offset may be related to the direction of the positive airflow. For example, during a first period (T1), the air pulse (AP) may continuously generate a first positive airflow in a first direction (D1) in response to a positive DC offset. On the other hand, during a second period (T2), the air pulse generated by the APG device may continuously generate a second positive airflow in a second direction (D2) opposite to the first direction (D1) in response to a negative DC offset. In this regard, the APG device or airflow generating device of the present invention may be viewed as a voltage-to-airflow converter capable of converting a voltage into an airflow.
DC 오프셋의 극성 외에도, 순 기류의 방향은 또한, 변조 신호(SM)와 복조 신호(±SV) 사이의 위상을 통해 결정/제어될 수 있다. 예를 들어, 도 21에서, 복조 신호(±SV)의 천이는 변조 신호(SM)가 로우(low)인 구간(interval)에 정렬된다(aligned). 이 경우, APG 장치는 예를 들어 제3 방향을 향해 기류를 생성할 수 있다. 복조 신호(±SV)의 천이가 변조 신호(SM)가 하이(high)인 구간에 정렬되도록, 복조 신호(±SV)(의 위상)가 시프트될 때, APG 장치는 제3 방향과 반대되는 제4 방향을 향해 기류를 생성하게 된다. 간단히 말해서, APG 장치에 의해 생성된 순 기류의 방향은 변조 신호와 복조 신호 사이의 위상(차이)을 통해 결정/제어될 수 있다.In addition to the polarity of the DC offset, the direction of the forward airflow can also be determined/controlled by the phase between the modulation signal (SM) and the demodulation signal (±SV). For example, in FIG. 21, the transition of the demodulation signal (±SV) is aligned with the interval in which the modulation signal (SM) is low. In this case, the APG device can generate the airflow, for example, in the third direction. When the (phase of) the demodulation signal (±SV) is shifted such that the transition of the demodulation signal (±SV) is aligned with the interval in which the modulation signal (SM) is high, the APG device generates the airflow in the fourth direction, which is opposite to the third direction. In short, the direction of the forward airflow generated by the APG device can be determined/controlled by the phase (difference) between the modulation signal and the demodulation signal.
순 기류의 세기/볼륨은 DC 오프셋의 매그니튜드와 관련되거나 DC 오프셋의 매그니튜드의 함수일 수 있다. 기류 방향(제1 방향 또는 제2 방향)을 유지하는 것에 의해, APG 장치는 열을 방산하고, 제습하고, 환기를 제공하며, 또는 에어 순환을 촉진할 수 있다. 이 경우, APG 장치는 팬이 없는 블로어로 간주될 수 있다. 즉, C00, 500, 또는 100은 또한, 특히 이에 인가되는 구동 신호 또는 변조 구동 신호가 0이 아닌 DC 컴포넌트/오프셋을 포함하는 입력 신호에 따라 발생될 때, 팬이 없는 블로어로 간주될 수 있다. 본 발명에서는 APG 장치, 기류 발생 장치 및 블로어라는 용어를 혼용하여 사용할 수 있으며, 이는 장치(100, 500, C00, 또는 K00)를 의미하며, 예를 들어 기류 발생 장치 또는 블로어라고도 볼 수 있다.The net airflow strength/volume may be related to or a function of the magnitude of the DC offset. By maintaining the airflow direction (either the first or the second direction), the APG device may dissipate heat, dehumidify, provide ventilation, or promote air circulation. In this case, the APG device may be considered a fanless blower. That is, the C00, 500, or 100 may also be considered a fanless blower, especially when the drive signal or modulated drive signal applied thereto is generated according to an input signal containing a non-zero DC component/offset. The terms APG device, airflow generator, and blower may be used interchangeably in the present invention, meaning the device (100, 500, C00, or K00), which may also be referred to as, for example, an airflow generator or a blower.
다르게는, 도 2에 도시된 바와 같이, 입력 오디오 신호(SIN)는 음악과 같은 오디오 사운드 신호의 전기적 표현일 수 있다. 교류(alternating current, AC) 오디오 컴포넌트를 포함하는 입력 오디오 신호(SIN)는 0이 아닌 DC 전압/오프셋을 더 포함할 수 있다는 점에 유의한다. 변조 신호(SM)는 DC 오프셋을 포함하는 입력(오디오) 신호(SIN)에 따라 발생될 수 있다. 이 경우, APG 장치 또는 팬이 없는 블로어는 단방향(unidirectional) 순 기류를 생성하면서 동시에 사운드를 생성할 수 있다.Alternatively, as illustrated in FIG. 2, the input audio signal (S IN ) may be an electrical representation of an audio sound signal, such as music. Note that the input audio signal (S IN ) including an alternating current (AC) audio component may further include a non-zero DC voltage/offset. A modulation signal (SM) may be generated based on the input (audio) signal (S IN ) including the DC offset. In this case, an APG device or a fanless blower may generate sound while simultaneously generating a unidirectional forward airflow.
일 실시예에서, APG 장치, 기류 발생 장치 또는 팬이 없는 블로어는 나중에 논의될 (이어버드(earbud)와 같은) 웨어러블 사운드 장치 내에 배치될 수 있다. APG 장치, 기류 발생 장치 또는 팬이 없는 블로어가 웨어러블 사운드 장치 내에 배치될 때, APG 장치, 기류 발생 장치 또는 팬이 없는 블로어는 외이도 건조/냉각과 음악 재생을 동시에 달성할 수 있다.In one embodiment, the APG device, the airflow generating device, or the fanless blower may be placed within a wearable sound device (such as an earbud), which will be discussed later. When the APG device, the airflow generating device, or the fanless blower is placed within the wearable sound device, the APG device, the airflow generating device, or the fanless blower may simultaneously achieve ear canal drying/cooling and music playback.
위에서 언급한 바와 같이, 기류 발생 장치, APG 장치 또는 팬이 없는 블로어는 열 방산 애플리케이션에 사용될 수 있다. 열원(heat source)으로부터의 열을 방산하기 위해, APG 장치는 열원 근처에 전략적으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 22는 본 발명의 실시예에 따른 APG 장치 G00의 상이한 구성의 개략도이다. 도 23의 (a),(b),(c)는 각각 열원(heat source, HS)의 위, 아래, 또는 옆에 배치된 APG 장치(G00)를 예시한다. 열원(HS)은 CPU, GPU 또는 열을 발생시키는 임의의 컴포넌트일 수 있다. APG 장치(G00) 및/또는 열원(HS)은 전자/호스트 장치(예: 호스트 컴퓨터, 웨어러블 사운드 장치, 랩톱, 태블릿, 모바일폰, 증강 현실 장치, 가상 현실 장치 또는 혼합 현실 장치)의 하우징 내에 배치될 수 있다.As mentioned above, airflow generating devices, APG devices, or fanless blowers can be used in heat dissipation applications. To dissipate heat from a heat source, the APG devices can be strategically placed near the heat source. For example, FIG. 22 is a schematic diagram of different configurations of an APG device G00 according to an embodiment of the present invention. FIG. 23 (a), (b), and (c) illustrate an APG device (G00) positioned above, below, or next to a heat source (HS), respectively. The heat source (HS) can be a CPU, a GPU, or any component that generates heat. The APG device (G00) and/or the heat source (HS) can be placed within a housing of an electronic/host device (e.g., a host computer, a wearable sound device, a laptop, a tablet, a mobile phone, an augmented reality device, a virtual reality device, or a mixed reality device).
도 23은 본 발명의 실시예에 따른 호스트 장치(23HD)의 APG 장치(H00)의 개략도이다. 기류를 생성하기 위해 호스트 장치(23HD) 내에 통합된 APG 장치(H00)의 경우, 호스트 장치(23HD)는 이러한 기류를 확립하기(establish) 위해 적절한 벤트(vent)(들)(VNT)를 포함할 수 있다. 벤트(VNT)는 원하는(냉각/건조) 기류를 촉진하기 위해 전략적으로 배치된, 호스트 장치(23HD)의 에지(들)/측면(들)을 따라 있는 다수의 구멍(hole)일 수 있다. 일 실시예에서, 호스트 장치(23HD)는 개인/휴대용 폰과 같은 개인/휴대용 장치일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.FIG. 23 is a schematic diagram of an APG device (H00) of a host device (23HD) according to an embodiment of the present invention. For an APG device (H00) integrated within the host device (23HD) to generate airflow, the host device (23HD) may include suitable vent(s) (VNT) to establish such airflow. The vent(s) (VNT) may be a number of holes along the edge(s)/side(s) of the host device (23HD) strategically positioned to promote the desired (cooling/drying) airflow. In one embodiment, the host device (23HD) may be a personal/portable device, such as, but not limited to, a personal/portable phone.
챔버(또는 호스트 장치(23HD))에 하나의 APG 장치(예: H00)가 있을 때, APG 장치(H00)는 펌프인(pump-in) 모드로 작동할 수 있다. 펌프인 모드에서, 에어는 APG 장치(H00)를 통해 호스트 장치(23HD)로 들어가고, 벤트(들)(VNT)는 확립된 기류를 위한 출구(outlet)(들)의 역할을 할 수 있다. APG 장치(H00)에 의해 물이 검출될 때, 물 피해(water damage) 방지를 위해 APG 장치(H00)는 즉시 펌핑(pumping)을 중단하여 호스트 장치(23HD) 내부로 물이 유입되는 것을 방지할 수 있다. 다르게는, APG 장치(H00)는 순 펌프아웃(net pump-out) 모드로 작동할 수 있으며, 호스트 장치(23HD)의 내부 공간은 벤트(들)(VNT)를 통해 호스트 장치(23HD) 내부로 순 기류를 끌어당기기 위해 저압 상태(underpressurized state)일 수 있다. When there is one APG device (e.g., H00) in the chamber (or host device (23HD)), the APG device (H00) can operate in pump-in mode. In pump-in mode, air enters the host device (23HD) through the APG device (H00), and the vent(s) (VNT) can serve as outlet(s) for the established airflow. When water is detected by the APG device (H00), the APG device (H00) can immediately stop pumping to prevent water from entering the host device (23HD) to prevent water damage. Alternatively, the APG device (H00) may operate in a net pump-out mode, wherein the interior space of the host device (23HD) may be in an underpressurized state to draw net airflow into the host device (23HD) through the vent(s) (VNT).
호스트 장치는 호스트 장치 내에 배치된 하나 이상의 APG 장치를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 24는 본 발명의 일 실시예에 따른 호스트 장치(24HD)의 APG 장치(J00a, J00b)의 개략도이다. 호스트 장치(24HD) 내에 배치된 2개의 APG 장치(J00a, J00b)는 호스트 장치(24HD) 내의 공간을 환기시키도록 구성된다. 일 실시예에서, 호스트 장치(24HD)는 그 치수(dimension)(예: 폭/길이/높이)가 한정되지 않는 호스트 컴퓨터일 수 있다.The host device may include one or more APG devices disposed within the host device. For example, FIG. 24 is a schematic diagram of APG devices (J00a, J00b) of a host device (24HD) according to one embodiment of the present invention. Two APG devices (J00a, J00b) disposed within the host device (24HD) are configured to ventilate a space within the host device (24HD). In one embodiment, the host device (24HD) may be a host computer whose dimensions (e.g., width/length/height) are not limited.
호스트 장치(24HD) 내부의 공간은 비정리/비분리될(unorganized/undivided) 수 있다. 호스트 장치(24HD)에는 기류를 가이드하도록 설계된 특정 패턴이 부족할 수 있다. 그러나 APG 장치(J00a, J00b)의 배치는 적절한 교차 환기를 위해 필수적일 수 있다.The space within the host device (24HD) may be unorganized/undivided. The host device (24HD) may lack a specific pattern designed to guide airflow. However, the placement of the APG devices (J00a, J00b) may be essential for proper cross-ventilation.
도 24의 (a)에 도시된 바와 같이, APG 장치(J00a, J00b)는 호스트 장치(24HD)의 반대편/인접하지 않은 면(opposite/nonadjacent face)(예: Wa, Wb)의 위/근처에 대각선으로 또는 비대면/정렬되지 않게(non-facing/misaligned) 배치될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 이는 APG 장치(J00a, J00b)를 정 반대편이 아니라 건너편에 배치하면, 서로 에어가 호스트 장치(24HD)를 통과하는 경로를 최적화할 수 있기 때문이다. 따라서, 냉각 에어가 가장 필요한 곳으로 기류가 향할 수 있다. 게다가, 저주파수 사운드는 APG 장치(J00a 또는 J00b)를 통과하지 않고 차단될 수 있으며, 이는 그 후에 개개의 전면파(front wave)를 상쇄할 수 있는 APG 장치(J00a, J00b)의 후면파(back wave)가 호스트 장치(24HD)의 대면(facing) 표면/벽(예: Wa, Wb)의 도움으로 서로 누출될 가능성이 적기 때문이다. As illustrated in (a) of FIG. 24, the APG devices (J00a, J00b) may be positioned diagonally or non-facing/misaligned on/near the opposite/nonadjacent face (e.g., Wa, Wb) of the host device (24HD), but is not limited thereto. This is because positioning the APG devices (J00a, J00b) across from each other rather than directly opposite each other allows for an optimized path for air to pass through the host device (24HD). Accordingly, the airflow can be directed to where the cooling air is most needed. Moreover, low frequency sounds can be blocked without passing through the APG device (J00a or J00b), since the back waves of the APG device (J00a, J00b), which can then cancel out the individual front waves, are less likely to leak to each other with the help of the facing surface/wall (e.g. Wa, Wb) of the host device (24HD).
일 실시예에서, APG 장치(J00a, J00b)로부터의 음압(sound pressure) 사이의 직접적인 믹싱(mixing)의 부재는, 호스트 장치(24HD)가 APG 장치(J00a, J00b)의 작동을 조작하기 위해 실시간 챔버 압력 데이터를 활용할 수 있는 적응형 보상 알고리즘을 채택할 수 있게 하여, APG 장치(J00a, J00b)에 의한 예상치 못한 에러를 적응적 보상 알고리즘에 도입하지 않고 최적의 성능을 보장한다.In one embodiment, the absence of direct mixing between the sound pressure from the APG devices (J00a, J00b) allows the host device (24HD) to employ an adaptive compensation algorithm that can utilize real-time chamber pressure data to manipulate the operation of the APG devices (J00a, J00b), thereby ensuring optimal performance without introducing unexpected errors by the APG devices (J00a, J00b) into the adaptive compensation algorithm.
일 실시예에서, APG 장치(J00a, J00b)는 실질적으로 평행할 수 있다. 일 실시예에서, APG 장치(J00a, J00b)가 위치된 면(예: Wa, Wb)은 가장 멀리 떨어져 있을 수 있다. 일 실시예에서, APG 장치(J00a, J00b)는 평면도(도 24의 (a))에서는 정렬되지 않을 수 있지만 측면도(도 24의 (b))에서는 정렬될 수 있다.In one embodiment, the APG devices (J00a, J00b) may be substantially parallel. In one embodiment, the planes (e.g., Wa, Wb) on which the APG devices (J00a, J00b) are positioned may be furthest apart. In one embodiment, the APG devices (J00a, J00b) may not be aligned in a plan view ((a) of FIG. 24) but may be aligned in a side view ((b) of FIG. 24).
APG 장치(J00a)의 DC 오프셋과 APG 장치(J00b)의 DC 오프셋은 반대 극성을 가질 수 있다. 이러한 극성 대비는 푸시-풀 활성 기류 냉각 경로(push-pull active airflow cooling pathway)를 생성하는 데 중요한 역할을 한다.The DC offset of the APG device (J00a) and the DC offset of the APG device (J00b) can have opposite polarities. This polarity contrast plays a significant role in creating a push-pull active airflow cooling pathway.
에어 유입구(inlet)에 쌓이는 먼지는 시간이 지남에 따라 증가하는 경향이 있으며, 이로 인해 점차적으로 기류가 막힐 수 있다. 일 실시예에서, 자가 세척 목적을 위해, APG 장치(J00a)의 DC 오프셋은 제1 값(예: 양수 또는 임계값 초과)과 제2 값(예: 음수 또는 임계값 미만) 사이에서 전환/교번하여 기류를 정기적으로/불규칙하게(예: 몇 분마다) 역전시킬 수 있어서, 먼지 쌓임을 최소화한다. 마찬가지로, APG 장치(J00b)의 DC 오프셋은 제3 값(예: 제2 값, 음의 값 또는 임계값 미만)과 제4 값(예: 제1 값, 양의 값 또는 임계값 초과) 사이에서 전환할 수 있으며, 이는 APG 장치(J00a)의 전환과 동기화된다. 그 결과, 쌓인 먼지를 대부분 날려버릴 수 있고, 기류를 유지할 수 있다. 이 자체 청소 메커니즘은 고열 발생 애플리케이션이 확장된 기간 동안 지속적인 기류를 필요로 하는 상황(예: 액션 영화를 보거나 던전 게임을 하기)에 특히 적합하다.Dust accumulation in the air inlet tends to increase over time, which can gradually block the airflow. In one embodiment, for self-cleaning purposes, the DC offset of the APG device (J00a) can be switched/alternated between a first value (e.g., positive or above a threshold) and a second value (e.g., negative or below a threshold) to periodically/irregularly (e.g., every few minutes) reverse the airflow, thereby minimizing dust accumulation. Similarly, the DC offset of the APG device (J00b) can be switched between a third value (e.g., the second value, negative or below a threshold) and a fourth value (e.g., the first value, positive or above a threshold), which is synchronized with the switching of the APG device (J00a). As a result, most of the accumulated dust can be blown away, and the airflow can be maintained. This self-cleaning mechanism is particularly suitable for situations where high-heat generating applications require continuous airflow for extended periods of time (e.g., watching action movies or playing dungeon crawlers).
일 실시예에서, 자가 세척 목적을 위해 때때로 "퍼프(puff)" 작동이 채용될 수 있다. 예를 들어, APG 장치(J00a)는 중간 레이트로(제1 타임슬롯에서 연속적으로) 에어를 펌핑할 수 있고, APG 장치(J00b)는 높은 레이트로(제1 타임슬롯에서 간헐적으로(예: 2-3회)) 에어를 펌핑할 수 있다. 그 다음으로, 역할이 반대가 된다: APG 장치(J00b)는 중간 레이트로(제2 시간 슬롯에서 연속적으로) 에어를 펌핑할 수 있고, APG 장치(J00a)는 높은 레이트로(제2 시간 슬롯에서 간헐적으로(예: 2-3회)) 에어를 펌핑할 수 있다. 전체 사이클에는 약 1초가 소요될 수 있다. 이러한 퍼핑(puffing) 작동은 호스트 장치의 전원 버튼을 누를 때마다 자주 활성화될 수 있으며, 오토바이 시동 사운드(예: "폰(pon)", "폰", "폰", "폰")을 재생하여 위장될 수 있다. 그 결과, 쌓인 먼지가 대부분 제거되고 기류가 유지될 수 있다.In one embodiment, a "puff" operation may occasionally be employed for self-cleaning purposes. For example, the APG device (J00a) may pump air at a medium rate (continuously in the first time slot) and the APG device (J00b) may pump air at a high rate (intermittently (e.g., 2-3 times) in the first time slot). Then, the roles are reversed: the APG device (J00b) may pump air at a medium rate (continuously in the second time slot) and the APG device (J00a) may pump air at a high rate (intermittently (e.g., 2-3 times) in the second time slot). The entire cycle may take about 1 second. This puffing action can be activated frequently, such as when the power button on the host device is pressed, and can be disguised by playing a motorcycle start-up sound (e.g., "pon", "pon", "pon", "pon"). As a result, most of the accumulated dust is removed and airflow is maintained.
APG 장치는 외이도를 환기시키기 위해 웨어러블 사운드 장치(예: 인이어(in-ear) 사운드 장치, 이어버드, 헤드폰 또는 보청기) 내에 배치될 수 있다. 외이도 환기/건조는 장기간 사용으로 인해 발생된 박테리아, 곰팡이로 인한 감염을 예방할 수 있다.APG devices can be placed within wearable audio devices (e.g., in-ear audio devices, earbuds, headphones, or hearing aids) to ventilate the ear canal. Ventilating/drying the ear canal can help prevent bacterial and fungal infections that can develop over time.
예를 들어, 도 25는 본 발명의 일 실시예에 따른 호스트 장치(25HD)의 기류 발생 장치(K00)의 개략도이다. 호스트 장치(25HD)는 이어버드 또는 보청기와 같은 웨어러블 사운드 장치일 수 있다. 웨어러블 사운드 장치(25HD)는 기류 발생 장치(K00)를 포함한다. 외이도 건조/제습/환기를 달성하기 위하여, 기류 발생 장치(K00)는 사용자가 이를 착용할 때 외이도를 향하거나 외이도 외측으로 일정한 기류 또는 (순) 에어 이동을 제공하도록 구성된다. 도 25의 (a)는 호스트 장치(25HD)를 예시하며; 도 25의 (b) 및 (c)는 각각 기류 발생 장치(또는 APG 장치)(K00)의 전면(front side) 및 후면(back side)의 모습을 제공한다. For example, FIG. 25 is a schematic diagram of an airflow generating device (K00) of a host device (25HD) according to one embodiment of the present invention. The host device (25HD) may be a wearable sound device such as an earbud or a hearing aid. The wearable sound device (25HD) includes an airflow generating device (K00). In order to achieve external auditory canal drying/dehumidification/ventilation, the airflow generating device (K00) is configured to provide a constant airflow or (net) air movement toward or outside the external auditory canal when the user wears it. FIG. 25(a) illustrates the host device (25HD); FIG. 25(b) and (c) provide front and back side views, respectively, of the airflow generating device (or APG device) (K00).
호스트 장치(25HD)(즉, 웨어러블 사운드 장치) 내의 기류 발생 장치(또는 APG 장치)(K00)는 호스트 장치(25HD) 내, 내부로 또는 외부로 일정한 기류를 생성하여, 외이도 냉각 또는 건조를 촉진하며, 이는 확장된 사용으로 인해 발생된 박테리아, 곰팡이로 인한 감염을 예방할 수 있다.An airflow generating device (or APG device) (K00) within the host device (25HD) (i.e., wearable sound device) generates a constant airflow within, into, or out of the host device (25HD), thereby promoting cooling or drying of the external auditory canal, which may prevent infections caused by bacteria or fungi resulting from extended use.
또한, 호스트 장치(25HD)는 낮은 볼륨의 기류로 인해 압력을 방출하게 하는 (예: 하우징(K04) 상에) 적합한 벤트(들)를 포함할 수 있어서, 호스트 장치(25HD) 또는 외이도 내의 에어를 지속적으로 상쾌하게 할(refresh) 수 있으며 더 편안한 장시간 착용 경험을 선사할 수 있다. 일 실시예에서, 벤트(들)는 영구적으로 개방된 상태로 유지되도록 설계될 수 있지만, 이에 한정되지는 않는다. 또한 하우징(K04)의 치수, 모양(들) 또는 포지션(position)(들)은 한정되지 않으며, 이는 실제 요건에 따라 설계될 수 있다.Additionally, the host device (25HD) may include suitable vent(s) (e.g., on the housing (K04)) that allow pressure to be released due to low volume airflow, thereby continuously refreshing the air within the host device (25HD) or the ear canal and providing a more comfortable long-term wearing experience. In one embodiment, the vent(s) may be designed to remain permanently open, but is not limited thereto. Furthermore, the dimensions, shape(s), or position(s) of the housing (K04) are not limited and may be designed according to actual requirements.
웨어러블 사운드 장치 내에 배치된 기류 발생 장치(예: K00)는 APG 장치로 한정되지 않는다는 점에 유의한다. 일정한 기류를 생성할 수 있고 웨어러블 사운드 장치 내에 배치된 임의의 장치는 본 발명의 요건을 만족해야 하며, 이는 본 발명의 범위 내에 있다.It should be noted that the airflow generating device (e.g., K00) placed within the wearable sound device is not limited to an APG device. Any device capable of generating a constant airflow and placed within the wearable sound device should satisfy the requirements of the present invention and is within the scope of the present invention.
순 기류의 세기/볼륨은 호스트 장치(25HD) 내에 배치된 센서(예: 습도 센서 또는 온도계)의 출력(들)에 응답하여 동적으로, 프로그래밍 방식으로, 자동으로 또는 사용자에 의해 수동으로 제어/조정될 수 있다.The strength/volume of the net airflow can be controlled/adjusted dynamically, programmatically, automatically, or manually by the user in response to the output(s) of sensors (e.g., humidity sensors or thermometers) placed within the host device (25HD).
달리 말하면, 호스트 장치(25HD) 또는 웨어러블 사운드 장치(25HD)는 센서(예: 도 25의 K02)를 포함할 수 있고, 기류 발생 장치(또는 APG 장치)(K00)에 의해 생성되는 기류의 볼륨은 센서(K02)의 감지 결과에 따라 조정될 수 있다. 일 실시예에서, 센서(K02)는 습도/온도 센서일 수 있으며, 기류 발생 장치(또는 APG 장치)(K00)에서 생성되는 기류의 볼륨이 센서(K02)의 감지 결과에 따라 조정될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 호스트 장치(25HD) 내 센서(K02)의 포지션은 실제 요건에 따라 최적화될 수 있으며, 이에 한정되지 않는다는 점에 유의한다.In other words, the host device (25HD) or the wearable sound device (25HD) may include a sensor (e.g., K02 of FIG. 25), and the volume of the airflow generated by the airflow generating device (or APG device) (K00) may be adjusted according to the detection result of the sensor (K02). In one embodiment, the sensor (K02) may be a humidity/temperature sensor, and the volume of the airflow generated by the airflow generating device (or APG device) (K00) may be adjusted according to the detection result of the sensor (K02), but is not limited thereto. It should be noted that the position of the sensor (K02) within the host device (25HD) may be optimized according to actual requirements, and is not limited thereto.
사용자는 웨어러블 사운드 장치를 수동으로 제어하여 순 기류의 세기/볼륨을 변경/조정할 수 있으며; 다르게는, 기류 발생 장치(K00)는 호스트 장치(25HD) 내에 배치되거나 유선/무선 연결을 통해 기류 발생 장치(K00)에 통신 가능하게 결합된 센서로부터의 명령(instruction) 신호에 따라 트리거/활성화될 수 있다. 순 기류의 세기/볼륨은 복조(구동) 신호(예: ±SV) 및/또는 변조(구동) 신호(예: SM)의 진폭을 통해 조정될 수 있다.The user can manually control the wearable sound device to change/adjust the intensity/volume of the airflow; alternatively, the airflow generating device (K00) can be triggered/activated in response to an instruction signal from a sensor disposed within the host device (25HD) or communicatively coupled to the airflow generating device (K00) via a wired/wireless connection. The intensity/volume of the airflow can be adjusted via the amplitude of the demodulation (driving) signal (e.g., ±SV) and/or the modulation (driving) signal (e.g., SM).
일정한 진폭의 에어 펄스를 발생시키는 APG 장치(예: K00)는 위에서 설명한 에너지 재활용을 이용하는 것에 의해 낮은 전력 소비를 갖도록 설계된다.APG devices (e.g. K00) that generate air pulses of constant amplitude are designed to have low power consumption by utilizing energy recycling as described above.
한마디로, 오디오가 불필요한 애플리케이션에서, 호스트 장치(25HD)(블로어 모드로 작동)는 배터리에 의해 전원이 공급될 수도 있고 그렇지 않을 수도 있으며, 에어 펄스(AP)는 여전히 한 방향을 향해 지속적으로 순 에어 이동을 생성하여 외이도를 건조한다(또는 호스트 장치(25HD)에 의해 이전에 발생된 열을 방산한다). 에어를 한(단일) 방향으로 이동시키는 능력이 부족한 전기 역학 또는 정전기와 같은 전통적인 스피커 기술과 달리, 단방향 기류가 가능한 본 발명의 APG 장치 또는 기류 발생 장치(예: K00)는 환기를 위한 솔루션을 제공한다.In short, in applications where audio is not required, the host device (25HD) (operating in blower mode) may or may not be powered by batteries, and the air pulse (AP) still generates a continuous net air movement in one direction to dry the ear canal (or dissipate heat previously generated by the host device (25HD)). Unlike traditional speaker technologies such as electrodynamic or electrostatic which lack the ability to move air in one (single) direction, the APG device or airflow generating device (e.g., K00) of the present invention capable of unidirectional airflow provides a solution for ventilation.
웨어러블 사운드 장치, 사운드 생성 장치, APG 장치 및 에너지 재활용을 위한 회로의 세부 사항 또는 변형은 미국 출원 번호 제62/572,405호, 제62/575,672호, 제62/579,088호, 제62/579,914호 및 제63/437,371호에 개시되어 있으며, 그의 개시는 그 전체가 참조로 여기에 포함되어 본 명세서의 일부가 된다.Details or variations of circuits for wearable sound devices, sound generating devices, APG devices, and energy recycling are disclosed in U.S. Application Serial Nos. 62/572,405, 62/575,672, 62/579,088, 62/579,914, and 63/437,371, the disclosures of which are incorporated herein by reference in their entireties.
요약하면, 본 발명의 에어 펄스 발생 장치는 초음파 펄스 레이트로 비대칭 에어 펄스를 발생시키며, 에어 펌프 역할을 할 수 있다. 복수의 에어 펄스는 하나의 단일 방향을 향해 지속적으로 순 기류를 생성하며, 이는 냉각, 건조, 제습, 열 방산 및/또는 환기 애플리케이션과 같은 에어 이동 애플리케이션에 적용될 수 있다.In summary, the air pulse generator of the present invention generates asymmetric air pulses at an ultrasonic pulse rate and can function as an air pump. Multiple air pulses continuously generate a net airflow in a single direction, which can be applied to air movement applications such as cooling, drying, dehumidification, heat dissipation, and/or ventilation.
본 기술 분야의 통상의 기술자는 본 발명의 교시를 유지하면서 장치 및 방법의 다양한 수정 및 변경이 이루어질 수 있음을 쉽게 관찰할 것이다. 따라서, 위의 개시는 첨부된 청구범위의 미터(meter) 및 경계(bound)에 의해서만 한정되는 것으로 해석되어야 한다.Those skilled in the art will readily recognize that various modifications and variations of the devices and methods can be made while maintaining the teachings of the present invention. Therefore, the above disclosure should be construed as limited only by the metric and bounds of the appended claims.
Claims (30)
초음파 펄스 레이트로 복수의 에어 펄스를 발생시키기 위해 가동되도록(actuated) 구성된 필름 구조물 - 상기 필름 구조물은 플랩 쌍을 포함함 -
을 포함하고,
상기 플랩 쌍은 초음파 반송파 주파수로 초음파 기압 변화를 형성하기 위해 공통 모드 이동을 수행하도록 구동되며,
상기 플랩 쌍은 상기 초음파 반송파 주파수와 동기화되는 레이트로 개구부를 형성하기 위해 차동 모드 이동을 수행하도록 구동되고,
상기 복수의 에어 펄스는 하나의 단일 방향을 향해 순 기류(net airflow)를 생성하는, 에어 펄스 발생 장치.As an air pulse generator,
A film structure configured to be actuated to generate a plurality of air pulses at an ultrasonic pulse rate, said film structure comprising a pair of flaps.
Including,
The above pair of flaps is driven to perform common mode movement to form an ultrasonic pressure change at the ultrasonic carrier frequency,
The above pair of flaps is driven to perform differential mode movement to form an opening at a rate synchronized with the ultrasonic carrier frequency,
An air pulse generator, wherein the plurality of air pulses generate a net airflow in one single direction.
상기 플랩 쌍은 서로 반대편에 배치된 제1 플랩과 제2 플랩을 포함하는, 에어 펄스 발생 장치.In the first paragraph,
An air pulse generating device, wherein the flap pair comprises a first flap and a second flap arranged opposite to each other.
상기 필름 구조물은 구동 신호에 의해 가동되고,
상기 구동 신호는 0이 아닌(nonzero) DC(direct current) 오프셋을 포함하는 입력 신호에 따라 발생되는, 에어 펄스 발생 장치.In the first paragraph,
The above film structure is actuated by a driving signal,
An air pulse generator, wherein the above driving signal is generated according to an input signal including a nonzero DC (direct current) offset.
상기 복수의 에어 펄스는 상기 DC 오프셋이 양(positive)인 것에 응답하여 제1 방향을 향해 제1 순 기류를 생성하고,
상기 복수의 에어 펄스는 상기 DC 오프셋이 음(negative)인 것에 응답하여 제2 방향을 향해 제2 순 기류를 생성하며,
상기 제1 방향과 상기 제2 방향은 서로 반대인, 에어 펄스 발생 장치.In the third paragraph,
The plurality of air pulses generate a first net airflow in a first direction in response to the DC offset being positive,
The plurality of air pulses generate a second net airflow in a second direction in response to the DC offset being negative,
An air pulse generating device wherein the first direction and the second direction are opposite to each other.
상기 필름 구조물은 변조 신호에 의해 가동되어 상기 공통 모드 이동을 수행하고,
상기 변조 신호는 0이 아닌 DC 오프셋을 포함하는 입력 신호에 따라 발생되는, 에어 펄스 발생 장치.In the first paragraph,
The above film structure is actuated by a modulation signal to perform the common mode shift,
An air pulse generator, wherein the above modulation signal is generated according to an input signal including a non-zero DC offset.
상기 필름 구조물은 상기 차동 모드 이동을 수행하도록 복조 신호에 의해 가동되는, 에어 펄스 발생 장치.In the first paragraph,
An air pulse generator, wherein the film structure is actuated by a demodulation signal to perform the differential mode movement.
상기 에어 펄스 발생 장치에 의해 생성되는 순 기류의 방향은 변조 신호와 복조 신호 사이의 위상에 의해 결정되는, 에어 펄스 발생 장치.In the first paragraph,
An air pulse generator, wherein the direction of the net air flow generated by the air pulse generator is determined by the phase between the modulation signal and the demodulation signal.
상기 에어 펄스 발생 장치는 에어 펌프로서 기능하는, 에어 펄스 발생 장치.In the first paragraph,
The above air pulse generator is an air pulse generator that functions as an air pump.
상기 에어 펄스 발생 장치는 열원의 위, 아래 또는 옆에 배치되고, 상기 열원으로부터의 열을 방산(dissipate)하도록 구성되는, 에어 펄스 발생 장치.In the first paragraph,
An air pulse generating device, wherein the air pulse generating device is positioned above, below, or next to a heat source and is configured to dissipate heat from the heat source.
상기 에어 펄스 발생 장치는 환기를 위해 구성되는, 에어 펄스 발생 장치.In the first paragraph,
The above air pulse generating device is an air pulse generating device configured for ventilation.
상기 에어 펄스 발생 장치는 웨어러블 사운드 장치 내에 배치되고 외이도를 환기시키도록 구성되는, 에어 펄스 발생 장치.In the first paragraph,
An air pulse generating device, wherein the air pulse generating device is arranged within a wearable sound device and configured to ventilate the external auditory canal.
상기 에어 펄스 발생 장치는 호스트 장치 내부에 배치되고, 상기 호스트 장치 내의 공간을 환기시키도록 구성되는, 에어 펄스 발생 장치.In the first paragraph,
An air pulse generating device, wherein the air pulse generating device is disposed inside a host device and configured to ventilate a space within the host device.
제1항의 에어 펄스 발생 장치를 열원의 위, 아래 또는 옆에 배치하는 단계
를 포함하는 열 방산 방법.As a heat dissipation method,
A step of placing the air pulse generator of the first paragraph above, below, or next to the heat source.
A heat dissipation method comprising:
제1항의 에어 펄스 발생 장치를 호스트 장치 내에 배치하는 단계
를 포함하는 환기 방법.As a ventilation method,
A step of placing the air pulse generating device of the first clause within the host device.
A ventilation method including:
제1항의 에어 펄스 발생 장치를 웨어러블 사운드 장치 내에 배치하는 단계
를 포함하는 외이도 환기 방법.As a method of ventilation of the external auditory canal,
A step of placing the air pulse generating device of the first clause within a wearable sound device.
A method of ventilation of the external auditory canal including:
제1항의 에어 펄스 발생 장치를 에어 품질 감지 장치 내에 배치하는 단계
를 포함하는 에어 품질을 감지하는 방법.As a method of detecting air quality,
A step of placing the air pulse generating device of the first paragraph within the air quality detection device.
A method for detecting air quality including:
하우징; 및
제1항에 따른 에어 펄스 발생 장치
를 포함하는 웨어러블 사운드 장치.As a wearable sound device,
Housing; and
Air pulse generator according to Article 1
A wearable sound device comprising:
상기 에어 펄스 발생 장치는 사용자가 상기 웨어러블 사운드 장치를 착용할 때, 외이도를 향하거나 외이도 외측으로 상기 기류를 생성하는, 웨어러블 사운드 장치.In Article 17,
A wearable sound device, wherein the air pulse generating device generates the air flow toward the external auditory canal or outside the external auditory canal when the user wears the wearable sound device.
상기 필름 구조물은 구동 신호에 의해 가동되며,
상기 구동 신호는 0이 아닌 DC(direct current) 오프셋을 포함하는 입력 신호에 따라 발생되는, 웨어러블 사운드 장치.In Article 17,
The above film structure is actuated by a driving signal,
A wearable sound device, wherein the above driving signal is generated according to an input signal including a non-zero DC (direct current) offset.
센서
를 더 포함하고,
상기 에어 펄스 발생 장치에 의해 생성된 기류의 볼륨은 상기 센서의 감지 결과에 따라 조정되는, 웨어러블 사운드 장치.In Article 17,
sensor
Including more,
A wearable sound device, wherein the volume of the air flow generated by the air pulse generator is adjusted according to the detection results of the sensor.
필름 구조물 - 상기 필름 구조물은 플랩 쌍을 포함하고, 상기 플랩 쌍은 초음파 반송파 주파수로 초음파 기압 변화를 형성하기 위해 공통 모드 이동을 수행하도록 구동되며, 상기 플랩 쌍은 상기 초음파 반송파 주파수와 동기화되는 레이트로 개구부를 형성하기 위해 차동 모드 이동을 수행하도록 구동됨 -
을 포함하고,
상기 팬이 없는 블로어는 기압 변화에 따라 복수의 에어 펄스를 생성하며, 상기 복수의 에어 펄스는 비대칭이고,
상기 팬이 없는 블로어에 의해 생성된 복수의 에어 펄스는 한 방향을 향해 순 에어 이동 또는 순 기류를 구성하는, 팬이 없는 블로어.As a fanless blower,
A film structure comprising a pair of flaps, wherein the pair of flaps is driven to perform common mode movement to form an ultrasonic pressure change at an ultrasonic carrier frequency, and the pair of flaps is driven to perform differential mode movement to form an opening at a rate synchronized with the ultrasonic carrier frequency.
Including,
The above fanless blower generates multiple air pulses according to pressure changes, and the multiple air pulses are asymmetrical.
A fanless blower wherein a plurality of air pulses generated by the fanless blower constitute a net air movement or net airflow in one direction.
상기 팬이 없는 블로어는 벤트(vent)를 포함하는 호스트 장치 내에 배치되는, 팬이 없는 블로어.In Article 21,
The fanless blower is a fanless blower disposed within a host device that includes a vent.
상기 팬이 없는 블로어는 오디오 사운드와 한 방향을 향한 기류를 동시에 생성하는, 팬이 없는 블로어.In Article 21,
The above fanless blower is a fanless blower that simultaneously produces audio sound and directional airflow.
상기 복수의 에어 펄스는 입력 오디오 신호에 따라 발생되고,
상기 입력 오디오 신호는 0이 아닌 DC(direct current) 오프셋을 포함하는, 팬이 없는 블로어.In Article 21,
The above plurality of air pulses are generated according to the input audio signal,
The above input audio signal is a fanless blower containing a non-zero direct current (DC) offset.
상기 팬이 없는 블로어에 의해 생성된 기류의 볼륨은 습도 센서의 출력에 응답하여 제어되는, 팬이 없는 블로어.In Article 21,
A fanless blower wherein the volume of airflow generated by the fanless blower is controlled in response to the output of a humidity sensor.
상기 플랩 쌍은 제1 플랩과 제2 플랩을 포함하며,
상기 제1 플랩은 복조 구동 신호 또는 변조 구동 신호에 의해 구동되고,
상기 팬이 없는 블로어에 의해 생성된 기류의 볼륨은 상기 복조 구동 신호 또는 상기 변조 구동 신호의 진폭을 통해 조정되는, 팬이 없는 블로어.In Article 21,
The above pair of flaps includes a first flap and a second flap,
The above first flap is driven by a demodulation drive signal or a modulation drive signal,
A fanless blower, wherein the volume of airflow generated by the fanless blower is adjusted through the amplitude of the demodulation drive signal or the modulation drive signal.
에어 펄스 발생 장치가, 초음파 펄스 레이트로 복수의 비대칭 에어 펄스를 생성하는 단계
를 포함하고,
상기 복수의 비대칭 에어 펄스는 단일 방향을 향해 순 기류를 생성하며,
상기 복수의 비대칭 에어 펄스를 생성하는 단계가,
초음파 반송파 주파수로 초음파 기압 변화를 형성하기 위해 공통 모드 이동을 수행하도록 상기 에어 펄스 발생 장치의 플랩 쌍을 구동하는 단계; 및
상기 초음파 반송파 주파수와 동기화되는 레이트로 개구부를 형성하기 위해 차동 모드 이동을 수행하도록 상기 에어 펄스 발생 장치의 플랩 쌍을 구동하는 단계
를 포함하는, 상기 에어 펄스 발생 장치의 기류를 생성하는 방법.As a method of generating air current,
A step of generating a plurality of asymmetric air pulses at an ultrasonic pulse rate by an air pulse generator.
Including,
The above multiple asymmetric air pulses generate a net airflow in a single direction,
The step of generating the above plurality of asymmetric air pulses is:
A step of driving a pair of flaps of the air pulse generator to perform common mode movement to form an ultrasonic pressure change at an ultrasonic carrier frequency; and
A step of driving a pair of flaps of the air pulse generator to perform differential mode movement to form an opening at a rate synchronized with the ultrasonic carrier frequency.
A method for generating an air flow of the air pulse generator, comprising:
구동 신호를 통해 상기 에어 펄스 발생 장치의 필름 구조물을 구동하는 단계
를 포함하고,
상기 구동 신호는 입력 신호에 따라 생성되고, 상기 입력 신호는 0이 아닌 DC(direct current) 오프셋을 포함하는, 기류를 생성하는 방법.In Article 27,
A step of driving the film structure of the air pulse generator through a driving signal.
Including,
A method for generating an airflow, wherein the driving signal is generated according to an input signal, and the input signal includes a non-zero direct current (DC) offset.
변조 구동 신호를 통해 상기 에어 펄스 발생 장치의 필름 구조물을 구동하여 상기 공통 모드 이동을 수행하는 단계
를 포함하고,
상기 변조 구동 신호는 입력 신호에 따라 생성되고, 상기 입력 신호는 0이 아닌 DC(direct current) 오프셋을 포함하는, 기류를 생성하는 방법.In Article 27,
A step of performing the common mode shift by driving the film structure of the air pulse generator through a modulation driving signal.
Including,
A method for generating an air current, wherein the above modulation driving signal is generated according to an input signal, and the input signal includes a non-zero direct current (DC) offset.
복조 구동 신호를 통해 상기 에어 펄스 발생 장치의 필름 구조물을 구동하여 상기 차동 모드 이동을 수행하는 단계
를 포함하는, 기류를 생성하는 방법.In Article 27,
A step of performing the differential mode movement by driving the film structure of the air pulse generator through a demodulation driving signal.
A method of generating an airflow, comprising:
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