(57)【要約】  デジタル入力信号を受信して、これに応じてサウンドを生成するダイレクトデジタルスピーカ装置であり、この装置は、圧力生成エレメントアレイと、各圧力生成エレメントが所望の方向性パターンを達成するように駆動するかどうか、及びいつ駆動するかを決定するタイミングパターンを計算するよう動作するコントローラとを具える。【選択図】図２０Ｂ
2010528521.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
デジタル入力信号を受信して、これに応じてサウンドを生成するダイレクトデジタルスピーカ装置において、当該装置が：
圧力生成エレメントアレイと；
各圧力生成エレメントが所望の方向性パターンを達成するように駆動するかどうか、及びいつ駆動するかを決定するタイミングパターンを計算するよう動作するコントローラと；
を具えることを特徴とするダイレクトデジタルスピーカ装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置において、少なくとも一の圧力生成エレメントが正の圧力パルスを生成することができ、少なくとも一の圧力生成エレメントが負の圧力パルスを生成することができることを特徴とする装置。
【請求項３】
請求項２に記載の装置において、前記各圧力生成エレメントが、正の圧力パルスと負の圧力パルスの双方を生成するように動作することを特徴とする装置。
【請求項４】
デジタル入力信号を受信して、これに応じてサウンドを生成するダイレクトデジタルスピーカ装置を制御する方法において、当該方法が：
圧力生成エレメントアレイを提供するステップと；
各圧力生成エレメントが所望の方向性パターンを達成するように駆動するかどうか、及びいつ駆動するかを決定するタイミングパターンを計算するステップと；
を具えることを特徴とするダイレクトデジタルスピーカ装置を制御する方法。
【請求項５】
請求項１に記載の装置において、各圧力生成エレメントが、各経路にそって交互に往復移動するよう動作する移動エレメントを具えることを特徴とする装置。
【請求項６】
請求項１乃至３、及び５のいずれか１項に記載の装置が、所望の方向性パターンをユーザから受け取るユーザインターフェースを具えることを特徴とする装置。
【請求項７】
請求項１乃至３、及び５のいずれか１項に記載の装置において、前記方向性パターンが、焦点を規定する全方向性パターンであることを特徴とする装置。
【請求項８】
請求項１乃至３、及び５のいずれか１項に記載の装置において、前記方向性パターンが焦点軸を規定する円筒状パターンであることを特徴とする装置。
【請求項９】
請求項１乃至３、及び５のいずれか１項に記載の装置において、前記方向性パターンが伝達角度を規定する単方向性パターンであることを特徴とする装置。
【請求項１０】
請求項１乃至３、及び５のいずれか１項に記載の装置において、前記方向性パターンが複数の単方向性パターンの組み合わせを具えることを特徴とする装置。
【請求項１１】
請求項７に記載の装置において、前記アレイが前記焦点を中心とすることを特徴とする装置。
【請求項１２】
請求項７に記載の装置において、前記アレイが前記焦点の投影点を中心とすることを特徴とする装置。
【請求項１３】
請求項８に記載の装置において、前記アレイが前記焦点軸に対して対称であることを特徴とする装置。
【請求項１４】
請求項８に記載の装置において、前記アレイが四辺を規定する矩形であり、当該四辺が前記焦点軸に平行な二辺を具えることを特徴とする装置。
【請求項１５】
請求項７に記載の装置において、前記タイミングパターンが、前記圧力生成エレメントの少なくともいくつかについて適宜の遅延を用いており、この遅延は式：  遅延＝[（ｄ２＋ｒ２）０．５−ｄ]／ｃ、ここで、ｒは、圧力生成エレメントアレイ上の前記焦点の投影点と、所定の圧力生成エレメントとの距離、ｄは、全方向性サウンドの焦点から前記圧力生成エレメントアレイの面までの距離、及びｃは、前記スピーカ装置が動作している媒体を通るサウンドの伝達速度である、を用いて求めることを特徴とする装置。
【請求項１６】
請求項８に記載の装置において、前記タイミングパターンが、前記圧力生成エレメントの少なくともいくつかについて適宜の遅延を用いており、この遅延は式：  遅延＝[（ｄ２＋ｒ２）０．５−ｄ]／ｃ、ここで、ｒは、圧力生成エレメントアレイ上の前記焦点軸の投影軸と、所定の圧力生成エレメントとの距離、ｃは、前記スピーカ装置が動作している媒体を通るサウンドの伝達速度、ｄは、前記焦点軸から前記圧力生成エレメントアレイの面までの距離、を用いて求めることを特徴とする装置。
【請求項１７】
請求項９に記載の装置において、前記タイミングパターンが、前記圧力生成エレメントの少なくともいくつかについて適宜の遅延を用いており、この遅延は式：  遅延＝ｘ ｃｏｓ α、ここで、ｘは、圧力生成エレメントアレイエッジによって規定される面と所定の圧力生成エレメントとの距離、αは、単方向性伝達の方向と、圧力生成エレメントアレイ面との間の角度、を用いて求めることを特徴とする装置。
【請求項１８】
請求項１乃至３、及び５のいずれか１項に記載の装置において、前記各圧力生成エレメントが個別に制御されることを特徴とする装置。
【請求項１９】
請求項１乃至３、及び５のいずれか１項に記載の装置において、各移動エレメントが交流磁場に応答し、前記装置が前記移動エレメントの少なくとも一のサブセットを少なくとも一のラッチ位置に選択的にラッチするように動作する少なくとも一のラッチを具え、これによって、前記個々に移動するエレメントが電磁力に応答することを防止しており、
前記コントローラが：
クロックを受信するように動作し、これに従って、前記移動エレメントアレイへの前記電磁力の適用を制御する、磁場制御システムと；
前記デジタル入力信号を受信して、前記少なくとも一のラッチをこの信号に応じて制御するラッチコントローラと；
を具えることを特徴とする装置。
【請求項２０】
請求項４に記載の方法が、ユーザによって提供された所望の方向性パターンを読み取るステップを更に具えることを特徴とする装置。
【請求項２１】
請求項４に記載の方法において、前記提供するステップ及び計算するステップが、複数回実行され、これによって、対応する複数のアレイと、対応する複数の方向性パターンを規定する対応する複数のタイミングパターンを得ており；
当該方法が、前記対応する複数のタイミングパターンにそれぞれ応じて、前記アレイを同時に動作させるステップを更に具え、これによって、前記複数のタイミングパターンに対応する方向性パターンの組み合わせを具える単方向性パターンを得る、ことを特徴とする方法。
【請求項２２】
請求項２１に記載の方法において、前記複数のアレイ中の各アレイが、単一のより大きなアレイの各部分を具えることを特徴とする方法。
【請求項２３】
請求項２１に記載の方法において、前記複数のアレイ中の各アレイが、異なるデジタル入力信号の生成に使用されることを特徴とする方法。
【請求項２４】
請求項１９に記載の方法において、少なくとも一の圧力生成エレメントが正の圧力パルスを生成することができ、少なくとも一の圧力生成エレメントが負の圧力パルスを生成することができることを特徴とする装置。
【請求項２５】
請求項２４に記載の方法において、前記各圧力生成エレメントが、正の圧力パルスと負の圧力パルスの双方を生成するように稼動することを特徴とする装置。
【請求項２６】
請求項１９に記載の装置において、各圧力生成エレメントが、各軸に沿って交互に往復移動するように動作する移動エレメントを具えることを特徴とする装置。
【請求項２７】
請求項１９に記載の装置が、所望の方向性パターンをユーザから受け取るユーザインターフェースを更に具えることを特徴とする装置。
【請求項２８】
請求項１９に記載の装置において、前記方向性パターンが、焦点を規定する全方向性パターンであることを特徴とする装置。
【請求項２９】
請求項１９に記載の装置において、前記方向性パターンが、焦点軸を規定する円筒状パターンであることを特徴とする装置。
【請求項３０】
請求項１９項に記載の装置において、前記方向性パターンが伝達角度を規定する単方向性パターンであることを特徴とする装置。
【請求項３１】
請求項１９に記載の装置において、前記方向性パターンが、複数の単方向性パターンの組み合わせを具えることを特徴とする装置。
【請求項３２】
請求項２８に記載の装置において、前記アレイが前記焦点を中心とすることを特徴とする装置。
【請求項３３】
請求項２８に記載の装置において、前記アレイが前記焦点の投影点を中心とすることを特徴とする装置。
【請求項３４】
請求項２９に記載の装置において、前記アレイが前記焦点軸に対して対称であることを特徴とする装置。
【請求項３５】
請求項２９に記載の装置において、前記アレイが四辺を規定する矩形であり、当該四辺が前記焦点軸に平行な二辺を具えることを特徴とする装置。
【請求項３６】
請求項２８に記載の装置において、前記アレイが平面を規定しており、前記タイミングパターンが、前記圧力生成エレメントの少なくともいくつかについて適宜の遅延を用いており、この遅延は式：遅延＝[（ｄ２＋ｒ２）０．５−ｄ]／ｃ、ここで、ｒは、圧力生成エレメントアレイ上の前記焦点の投影点と、所定の圧力生成エレメントとの距離、ｄは、全方向性サウンドの焦点から前記圧力生成エレメントアレイの面までの距離、及びｃは、前記スピーカ装置が動作している媒体を通るサウンドの伝達速度である、を用いて求めることを特徴とする装置。
【請求項３７】
請求項２９に記載の装置において、前記アレイが平面を規定しており、前記タイミングパターンが、前記圧力生成エレメントの少なくともいくつかについて適宜の遅延を用いており、この遅延は式：遅延＝[（ｄ２＋ｒ２）０．５−ｄ]／ｃ、ここで、ｒは、圧力生成エレメントアレイ上の前記焦点軸の投影軸と、所定の圧力生成エレメントとの距離、ｃは、前記スピーカ装置が動作している媒体を通るサウンドの伝達速度、ｄは、前記焦点軸から前記圧力生成エレメントアレイの面までの距離、を用いて求めることを特徴とする装置。
【請求項３８】
請求項３０に記載の装置において、前記タイミングパターンが、前記圧力生成エレメントの少なくともいくつかについて適宜の遅延を用いており、この遅延は式：遅延＝ｘ ｃｏｓ α、ここで、ｘは、圧力生成エレメントアレイエッジによって規定される面と所定の圧力生成エレメントとの距離、αは、単方向性伝達の方向と、圧力生成エレメントアレイ面との間の角度、を用いて求めることを特徴とする装置。
【請求項３９】
請求項１９に記載の装置において、前記各圧力生成エレメントが個別に制御されることを特徴とする装置。
【請求項４０】
デジタル入力信号を受信して、これに応じてサウンドを生成するダイレクトデジタルスピーカ装置を制御する方法において、当該方法が：
圧力生成エレメントアレイを提供するステップと；
各圧力生成エレメントが所望の方向性パターンを達成するように駆動するかどうか、及びいつ駆動するかを決定するタイミングパターンを計算するステップと；を具え、
各圧力生成エレメントが交流磁場に応答し、前記方法が更に、前記圧力生成エレメントの少なくとも一のサブセットを少なくとも一のラッチ位置に選択的にラッチして、これによって、前記圧力生成エレメントの少なくとも一のサブセットが電磁力に応答することを防止するステップを具え、
前記方法が更に：
クロックを受信するように動作し、これに従って、前記圧力生成エレメントアレイへの前記電磁力の適用を制御する、磁場制御システムを提供するステップと；
前記デジタル入力信号を受信して、前記少なくとも一のラッチをこの信号に応じて制御するステップと；
を具えることを特徴とするダイレクトデジタルスピーカ装置を制御する方法。
【請求項４１】
請求項４０に記載の方法が、ユーザによって提供された所望の方向性パターンを読み取るステップを更に具えることを特徴とする装置。
【請求項４２】
請求項４０に記載の方法において、前記アレイを提供するステップと計算するステップが、複数回実行され、これによって、対応する複数のアレイと、対応する複数の方向性パターンを規定する対応する複数のタイミングパターンを得ており；当該方法が、前記対応する複数のタイミングパターンにそれぞれ応じて、前記アレイを同時に動作させるステップを更に具え、これによって、前記複数のタイミングパターンに対応する方向性パターンの組み合わせを具える単方向性パターンを得る、ことを特徴とする方法。
【請求項４３】
請求項４２に記載の方法において、前記複数のアレイ中の各アレイが、単一のより大きなアレイの各部分を具えることを特徴とする方法。
【請求項４４】
請求項４２に記載の方法において、前記複数のアレイ中の各アレイが、異なるデジタル入力信号の生成に使用されることを特徴とする方法。
【請求項４５】
デジタル入力信号を受信して、これに応じてサウンドを生成するダイレクトデジタルスピーカ装置において、当該装置が：
単一の振幅と単一の周波数を有する調和して移動する圧力生成エレメントアレイと；
各圧力生成エレメントが所望の方向性パターンを達成するように駆動するかどうか、及びいつ駆動するかを決定するタイミングパターンを計算するよう動作するコントローラと；
を具えることを特徴とするダイレクトデジタルスピーカ装置。
【請求項４６】
請求項４５に記載の装置において、少なくとも一の圧力生成エレメントが正の圧力パルスを生成することができ、少なくとも一の圧力生成エレメントが負の圧力パルスを生成することができることを特徴とする装置。
【請求項４７】
請求項４６に記載の装置において、前記各圧力生成エレメントが、正の圧力パルスと負の圧力パルスの双方を生成するように動作することを特徴とする装置。
【請求項４８】
デジタル入力信号を受信して、これに応じてサウンドを生成するダイレクトデジタルスピーカ装置を制御する方法において、当該方法が：
圧単一の振幅と単一の周波数を有する調和して移動する圧力生成エレメントアレイを提供するステップと；
各圧力生成エレメントが所望の方向性パターンを達成するように駆動するかどうか、及びいつ駆動するかを決定するタイミングパターンを計算するステップと；
を具えることを特徴とするダイレクトデジタルスピーカ装置を制御する方法。
【請求項４９】
請求項４５に記載の装置において、各圧力生成エレメントが、各経路にそって交互に往復移動するよう動作する移動エレメントを具えることを特徴とする装置。
【請求項５０】
請求項４５に記載の装置が、所望の方向性パターンをユーザから受け取るユーザインターフェースを具えることを特徴とする装置。
【請求項５１】
請求項４５に記載の装置において、前記方向性パターンが、焦点を規定する全方向性パターンであることを特徴とする装置。
【請求項５２】
請求項４５に記載の装置において、前記方向性パターンが焦点軸を規定する円筒状パターンであることを特徴とする装置。
【請求項５３】
請求項４５に記載の装置において、前記方向性パターンが伝達角度を規定する単方向性パターンであることを特徴とする装置。
【請求項５４】
請求項４５に記載の装置において、前記方向性パターンが複数の単方向性パターンの組み合わせを具えることを特徴とする装置。
【請求項５５】
請求項５１に記載の装置において、前記アレイが前記焦点を中心とすることを特徴とする装置。
【請求項５６】
請求項５１に記載の装置において、前記アレイが前記焦点の投影点を中心とすることを特徴とする装置。
【請求項５７】
請求項５２に記載の装置において、前記アレイが前記焦点軸に対して対称であることを特徴とする装置。
【請求項５８】
請求項５２に記載の装置において、前記アレイが四辺を規定する矩形であり、当該四辺が前記焦点軸に平行な二辺を具えることを特徴とする装置。
【請求項５９】
請求項５１に記載の装置において、前記アレイが平面を規定しており、前記タイミングパターンが、前記圧力生成エレメントの少なくともいくつかについて適宜の遅延を用いており、この遅延は式：遅延＝[（ｄ２＋ｒ２）０．５−ｄ]／ｃ、ここで、ｒは、圧力生成エレメントアレイ上の前記焦点の投影点と、所定の圧力生成エレメントとの距離、ｄは、全方向性サウンドの焦点から前記圧力生成エレメントアレイの面までの距離、及びｃは、前記スピーカ装置が動作している媒体を通るサウンドの伝達速度である、を用いて求めることを特徴とする装置。
【請求項６０】
請求項５２に記載の装置において、前記アレイが平面を規定しており、前記タイミングパターンが、前記圧力生成エレメントの少なくともいくつかについて適宜の遅延を用いており、この遅延は式：遅延＝[（ｄ２＋ｒ２）０．５−ｄ]／ｃ、ここで、ｒは、圧力生成エレメントアレイ上の前記焦点軸の投影軸と、所定の圧力生成エレメントとの距離、ｃは、前記スピーカ装置が動作している媒体を通るサウンドの伝達速度、ｄは、前記焦点軸から前記圧力生成エレメントアレイの面までの距離、を用いて求めることを特徴とする装置。
【請求項６１】
請求項５３に記載の装置において、前記タイミングパターンが、前記圧力生成エレメントの少なくともいくつかについて適宜の遅延を用いており、この遅延は式：遅延＝ｘ ｃｏｓ α、ここで、ｘは、圧力生成エレメントアレイエッジによって規定される面と所定の圧力生成エレメントとの距離、αは、単方向性伝達の方向と、圧力生成エレメントアレイ面との間の角度、を用いて求めることを特徴とする装置。
【請求項６２】
請求項４５に記載の装置において、前記各圧力生成エレメントが個別に制御されることを特徴とする装置。
【請求項６３】
請求項４５に記載の装置において、各圧力生成エレメントが交流磁場に応答し、前記装置が前記圧力生成エレメントの少なくとも一のサブセットを少なくとも一のラッチ位置に選択的にラッチするように動作する少なくとも一のラッチを具え、これによって、前記圧力生成エレメントの少なくとも一のサブセットが電磁力に応答することを防止しており、
前記コントローラが：
クロックを受信するように動作し、これに従って、前記圧力生成エレメントアレイへの前記電磁力の適用を制御する、磁場制御システムと；
前記デジタル入力信号を受信して、前記少なくとも一のラッチをこの信号に応じて制御するラッチコントローラと；
を具えることを特徴とする装置。
【請求項６４】
請求項４８に記載の方法が、ユーザによって提供された所望の方向性パターンを読み取るステップを更に具えることを特徴とする装置。
【請求項６５】
請求項４８に記載の方法において、前記提供するステップ及び計算するステップが、複数回実行され、これによって、対応する複数のアレイと、対応する複数の方向性パターンを規定する対応する複数のタイミングパターンを得ており；当該方法が、前記対応する複数のタイミングパターンにそれぞれ応じて、前記アレイを同時に動作させるステップを更に具え、これによって、前記複数のタイミングパターンに対応する方向性パターンの組み合わせを具える単方向性パターンを得る、ことを特徴とする方法。
【請求項６６】
請求項６５に記載の方法において、前記複数のアレイ中の各アレイが、単一のより大きなアレイの各部分を具えることを特徴とする方法。
【請求項６７】
請求項６５に記載の方法において、前記複数のアレイ中の各アレイが、異なるデジタル入力信号の生成に使用されることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［継続中の出願のリファレンス］
２００６年５月２２日出願の米国暫定出願第６０／８０２，１２６号「圧力発生装置」と、２００７年４月２日出願の米国暫定出願第６０／９０７，４５０号「圧力発生装置及びその製造方法」と、２００７年５月３日出願の米国暫定出願第６０／９２４，２０３号「圧力波発生装置及び方法」の優先権を主張する。
【０００２】
本発明は、一般的にアクチュエータに関し、特に、スピーカに関する。
【背景技術】
【０００３】
マイクロアクチュエータを具えるアクチュエータ技術の状況は、以下の文献で表わされると考える。これらの文献は、特に表示がない限り米国特許文献である。
【０００４】
２００２／０１０６０９３：  要約書、図１−４２、及び０００９、００２３及び００２８節に、電磁放射、アクチュエータ、トランスデューサ及び電子デバイスを示す。
６，３７３，９５５：  要約書、及びコラム４、第３４行乃至コラム５、第５５行に、トランスデューサアレイを示す。
ＪＰ２００１０１６６７５：  要約書に音響出力トランスデューサアレイを示す。
６，９６３，６５４：  要約書、図１−３，７−９、及びコラム７、第４１行乃至コラム８、第５４行に、電磁力に基づくトランスデューサの動作を示す。
６，１２５，１８９：  要約書、図１−４、及びコラム４、第１行乃至コラム５、第４６行に、静電駆動を含む電気音響変換ユニットを示す。
ＷＯ８４００４６０：  要約書に磁石アレイを有する電磁音響トランスデューサを示す。
４，３３７，３３９：  要約書、コラム３、第２８−４０行、及び図４、９に、電磁力を示す。
４，５１５，９９７：  要約書、コラム４、第１６−２０行に、サウンド量レベルを示す。
６，７９５，５６１：  コラム７、第１８−２０行に、マイクロアクチュエータアレイを示す。
５，５１７，５７０：  要約書にアドレス可能なサウンドピクセルを分散させる聴覚現象のマッピングを示す。
ＪＰ５７１８５７９０：  要約書に、Ｄ／Ａコンバータの必要性をなくす旨を示す。
ＪＰ５１１２０７１０：  要約書に、Ｄ−Ａコンバータが不要なデジタルスピーカシステムを示す。
ＪＰ０９２６６５９９：  要約書に、デジタル信号をスピーカにダイレクト適用する旨を示す。
６，９５９，０９６：  要約書と、コラム４、第５０−６３行に、アレイ内に配置した複数のトランスデューサを示す。
【０００５】
ポリマー磁石の製造方法が以下の刊行物に記載されている。
Ｌａｇｏｒｃｅ，Ｌ．Ｋ．ａｎｄ  Ｍ．Ｇ．Ａｌｌｅｎ，“Ｍａｇｎｅｔｉｃ  ａｎｄ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ｏｆ  Ｍｉｃｒｏ−ｍａｃｈｉｎｅｄ  Ｓｔｒｏｎｔｉｕｍ  Ｆｅｒｒｉｔｅ／Ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ”，ＩＥＥＥ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｍｉｃｒｏ−ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ，６（４），Ｄｅｃ．１９９７；及び
Ｌａｇｏｒｃｅ，Ｌ．Ｋ．，Ｂｒａｎｄ，Ｏ．ａｎｄ  Ｍ．Ｇ．Ａｌｌｅｎ，“Ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｍｉｃｒｏ  ａｃｔｕａｔｏｒｓ  ｂａｓｅｄ  ｏｎ  ｐｏｌｙｍｅｒ  ｍａｇｎｅｔｓ”，ＩＥＥＥ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｍｉｃｒｏ−ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ，８（１），Ｍａｒｃｈ  １９９９
【０００６】
Ｎａｋａｙａに付与された米国特許第４，３３７，３７９号は、図４Ａに、コイル状構造を含むプラナーエレクトロダイナミクス電磁−音響トランスデューサを記載している。
【０００７】
Ｓｏｔｍｅ  ｅｔ  ａｌ．に付与された米国特許第６，９６３，６５４号は、ダイアフラムと、フラットタイプの音響トランスデューサと、フラットタイプのダイアフラムを記載している。図７において、Ｓｏｔｍｅのシステムはコイル状構造を具えている。
【０００８】
半導体デジタルラウドスピーカアレイは、米国特許出願２００１００４８１２３号、Ｄａｖｉｄ  Ｔｈｏｍａｓに付与され、Ｔｅｘａｓ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓに譲渡された、２００２年６月１１日発行の米国特許第６，４０３，９９５号、Ｓｏｎｙに付与された米国特許第４，１９４，０９５号、Ｗａｌｔｅｒ  Ｓｔｒｉｎｇｅｒに付与された米国特許第４，５１５，９９７号、Ｄｉａｍｏｎｄ  Ｂｒｅｔｔ  Ｍ．，ｅｔ  ａｌ．“Ｄｉｇｉｔａｌ  ｓｏｕｎｄ  ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ  ｕｓｉｎｇ  ａｒｒａｙ  ｏｆ  ＣＭＯＳ−ＭＥＭＳ  ｍｉｃｒｏ−ｓｐｅａｋｅｒｓ”，Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ’０３，Ｔｈｅ  １２ｔｈ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｓｅｎｓｏｒｓ，Ａｃｔｕａｔｏｒｓ  ａｎｄ  Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓ，Ｂｏｓｔｏｎ，Ｊｕｎｅ  ８−１２，２００３及び、ＢＢＥ’ｓ  ＤＳ４８  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｌｏｕｄｓｐｅａｋｅｒ  Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  Ｓｙｓｔｅｍなどで公知である。
【０００９】
ＹＳＰ１０００は、Ｙａｍａｈａが製造する位相アレイスピーカの一例である。
【００１０】
本明細書に記載されている全ての文献及び特許文献の開示、及び直接的にあるいは間接的にそこに引用されている文献及び特許文献は、参照によって組み込まれている。
【発明の概要】
【００１１】
本発明の実施例では、デジタル入力信号を受信してこれに従ってサウンドを生成するダイレクトデジタルスピーカ装置が提供されており、この装置は、限定するものではないが、ここに記載したような移動エレメントなどの圧力発生エレメントアレイと、各圧力発生エレメントが所望の方向性パターンを達成するように作動するかどうか及びいつ作動するかを決定するタイミングパターンを計算するよう作動するコントローラと、を具える。
【００１２】
更に、本発明の好ましい実施例によれば、少なくとも一の圧力発生エレメントが正の圧力パルスを生成可能であり、少なくとも一の圧力発生エレメントが負の圧力パルスを生成可能である。
【００１３】
更に、本発明の好ましい実施例によれば、各圧力発生エレメントが、正の圧力パルスと負の圧力パルスを両方を生成するように動作する。
【００１４】
また、本発明の好ましい実施例によれば、デジタル入力信号を受信してこれに従ってサウンドを生成するダイレクトデジタルスピーカ装置を制御する方法が提供されており、この方法は、圧力発生エレメントアレイを提供するステップと、各圧力発生エレメントが所望の方向性パターンを達成するように作動するかどうか及びいつ作動するかを決定するタイミングパターンを計算するステップとを具える。
【００１５】
更に、本発明の好ましい実施例によれば、各圧力発生エレメントが各経路に沿って交互に往復移動するように動作する移動エレメントを具える。
【００１６】
更に、本発明の好ましい実施例によれば、この装置は、ユーザから所望の方向性パターンを受け取るユーザインターフェースも具えている。
【００１７】
更に、本発明の好ましい実施例によれば、この方向性パターンは、焦点を規定する全方向性である。
【００１８】
更に、本発明の好ましい実施例によれば、この方向性パターンは、焦点軸を規定する円筒状である。
【００１９】
更に、本発明の好ましい実施例によれば、この方向性パターンは伝達角度を規定する単方向性である。
【００２０】
更に、本発明の好ましい実施例によれば、この方向性パターンは、複数の単方向性パターンの組み合わせを具える。
【００２１】
更に、本発明の好ましい実施例によれば、アレイが焦点にセンタリングされている。
【００２２】
更に、本発明の好ましい実施例によれば、アレイが焦点の投影点にセンタリングされている。
【００２３】
更に、本発明の好ましい実施例によれば、アレイが軸に対して対称な方向にある。
【００２４】
更に、本発明の好ましい実施例によれば、このアレイは矩形で、その四辺を規定しており、この四辺は、軸に平行な二辺を具える。
【００２５】
更に、本発明の好ましい実施例によれば、タイミングパターンは、少なくともいくつかの圧力発生エレメントに適宜の遅延を用いており、この遅延は、式：遅延＝[（ｄ２＋ｒ２）０．５−ｄ]／ｃで表わされる。ここで、ｒは、圧力発生エレメントアレイ上の焦点の投影点と、所定の圧力発生エレメントとの間の距離であり、ｄは、全方向性サウンドの焦点から圧力発生エレメントアレイ面までの距離であり、ｃは、スピーカが動作している媒体を伝わるサウンドの伝達速度である。
【００２６】
更に、本発明の好ましい実施例によれば、タイミングパターンは、少なくともいくつかの圧力発生エレメントに適宜の遅延を用いており、この遅延は、式：遅延＝[（ｄ２＋ｒ２）０．５−ｄ]／ｃで表わされる。ここで、ｒは、圧力発生エレメントアレイ上の焦点軸の投影軸と、所定の圧力発生エレメントとの間の距離であり、ｃは、スピーカが動作している媒体を伝わるサウンドの速度であり、ｄは、焦点軸から圧力発生エレメントアレイ面までの距離である。
【００２７】
更に、本発明の好ましい実施例によれば、タイミングパターンは、少なくともいくつかの圧力発生エレメントに適宜の遅延を用いており、この遅延は、式：遅延＝ｘ  ｃｏｓ  α  で表わされる。ここで、ｘは、圧力発生エレメントアレイのエッジで規定される面から、所定の圧力発生エレメントまでの距離であり、αは、単方向伝達方向と圧力発生エレメントアレイの面との間の角度である。
【００２８】
更に、本発明の好ましい実施例によれば、各圧力発生エレメントは、個別に制御される。
【００２９】
更に、本発明の好ましい実施例によれば、圧力発生エレメントは移動エレメントであり、その動きによって圧力を発生する。
【００３０】
更に、本発明の好ましい実施例によれば、各移動エレメントは、交流磁場に応答し、装置が、少なくとも一の移動エレメントサブセットを、少なくとも一のラッチ位置において選択的にラッチするように動作する少なくとも一のラッチを具え、これによって個々の移動するエレメントが電磁力に応答しないようにしており、コントローラは、クロックを受信して、このクロックに応じて移動エレメントアレイへの電磁力の適用を制御するように動作する磁場制御システムと、デジタル入力信号を受信してこれに従って前記少なくとも一のラッチを制御するラッチコントローラとを具える。
【００３１】
更に、本発明の好ましい実施例によれば、この方法は、ユーザが提供した所望の方向性パターンを読み取るステップを具える。
【００３２】
ここで使用されている用語は：
アレイ：この用語は、複数の軸が好ましくは相互に平行な方向に配置されており、平坦あるいは曲がった表面を規定するように互いの面が合っている、移動エレメントセットを含むことを意図している。
【００３３】
上方、下方：「上方」と「下方」およびこれに類する用語は、例示では、移動エレメントの移動方向が上向きおよび下向きであることを仮定して使用されているが、この例に限らず、代替的に移動エレメントが水平軸などの所望の軸に沿って移動することは自明である。
【００３４】
アクチュエータ：この用語は、トランスデューサと、エネルギィ形態を内部変換するその他のデバイスを含むことを意図している。トランスデューサという用語が使用される場合、これは単なる例示であり、ラウドスピーカーを含むスピーカーなどの全ての好適なアクチュエータを意味することを意図している。
【００３５】
アクチュエータエレメント：この用語は、構成要素のあらゆる「コラム」を含むことを意図している。これは、通常、その他の多数のコラムと関連してアクチュエータを形成する。各コラムは、通常、移動エレメント、このエレメント用の一対のラッチまたは「ラッチエレメント」を具え、各ラッチエレメントは、一またはそれ以上の電極と、移動エレメントを電極から分離する絶縁スペース材を具える。
【００３６】
コイル：本発明の好ましい実施例による移動エレメントアレイに与える交流磁場は、移動エレメントの所望の移動軸に共直線である傾斜磁場を生成する向きの交流電流によって生じる。この電流は、好適な向きの導電コイルあるいはその他の好適な構造の導電エレメントを通って流れる電流を含む。用語「コイル」は、この明細書中では一例として使用されているが、例えば上述した交流電磁力を与えるあらゆる装置を含むことを意味しており、本発明に限定することを意図するものではないことは自明である。「コイル」が導体を表示するのに使用されている場合、この導体が円形、あるいはその他の閉じた形状またはその一部など、あらゆる好適な形状を有していてもよく、複数ターンを有する形状に限定することを意図するものではない。
【００３７】
「ホール」あるいは「トンネル」とも呼ばれるチャネル：これらは、例示として、単に筒状に表わされているが、必ずしもそうでなくてもよい。
【００３８】
電極：静電ラッチ。下側静電ラッチ、あるいは上側静電ラッチのいずれをも含む。これらは、逆に充電することによって対応する移動エレメントをラッチして、各ラッチとその移動エレメントが逆に充電した電極対を構成する。
【００３９】
屈曲部：対象物を装着した少なくとも一のフレキシブルエレメントであり、この対象物に少なくとも一度の動作の自由度を与える、例えば、単一のシート材の周辺に、通常、そこから一体的に形成された一またはそれ以上のフレキシブルな薄いあるいは小さいエレメントであり、中央部分に別の対象物が装着されていても、されていなくともよく、これによって、中央部分とそこに装着されている対象物に少なくとも一度の動きの自由度を与える。
【００４０】
ラッチ、ラッチ層、ラッチ機構：この用語は、一またはそれ以上の移動エレメントを固定位置に選択的に係止させるあらゆるデバイスを含むことを意図している。典型的には、「上側」及び「下側」ラッチ層が設けられている。これらは横並びであっても良く、重なっていなくともよい。また、各ラッチ層は、数においては、ラッチされる移動エレメントの数に対応するまたは対応しない一又は複数のラッチ機構を具える。用語「ラッチ対」は、例えば、上側ラッチと下側ラッチを含む、一の独立した移動エレメント用の一対のラッチであり、これは横並びでもよく、必ずしも重なっていなくとも良い。
【００４１】
移動エレメント：これらのエレメントには、各々がエレメントにかかる交流磁場に応答して軸に沿って交互に往復運動するように拘束されたあらゆる移動エレメントが含まれる。移動エレメントは、「マイクロスピーカ」、「ピクセル」、「マイクロアクチュエータ」、「メンブレイン」（個々にあるいは集合的に）及び「ピストン」とも呼ばれる。
【００４２】
「スペース維持器」とも呼ばれる「スペーサ」：電極と移動エレメントのそれぞれの位置を機械的に維持するエレメントまたは複数のエレメントを含む。
【００４３】
用語「ダイレクトデジタルスピーカ」は、ここでは、デジタル信号を受信して、別のデジタルアナログコンバータを用いることなく、この信号を音波に変換するスピーカを具えるように使用されている。このようなスピーカは、時に、デジタル信号に代えてあるいはデジタル信号に加えてアナログ信号を変換するアナログデジタルコンバータを具えることがある。このようなスピーカには、ＤＤＳ（ダイレクトデジタルスピーカ）、ＤＤＬ（ダイレクトデジタルラウドスピーカ）、ＤＳＲ（デジタルサウンドリコンストラクション）スピーカ、デジタルユニフォームラウドスピーカアレイ、マトリックススピーカ、及びＭＥＭＳスピーカが含まれる。ここで用いられている用語「ダイレクトデジタルスピーカ」は、例えば特にここで述べられているような動きによって、あるいはそれが備わっている例えば空気などの媒体を暖めたり冷やしたりすることによって、あるいは、それが備わっている媒体を例えば媒体をイオン化して軸に沿って電位差を与えて加速することによって、あるいは、周囲環境と異なるように加圧された、例えば空気などの媒体の選択的なタップリザーバへのバルブとして動作させることによって、複数の圧力発生エレメントを有するスピーカ装置を具えることを意図している。動作している圧力発生エレメントの数（すなわち、圧力を発生するよう動作しているエレメントの数）は、通常、アナログの場合は入力信号の強度に例えば比例するなど、デジタルの場合は、入力信号をデジタル的にコード化した強度に例えば比例するなど、単調に増加する。
【００４４】
ここで用いられている用語「クロック」は、システムクロックの単一インターバルに伴う時間を意味する。
【００４５】
ここで用いられている用語「方向性パターン」は、スピーカ装置によって生じた音響エネルギィの空間的分布パターンを意味する。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
本発明の好ましい実施例を以下の図面において説明する。
【図１Ａ】図１Ａは、本発明の好ましい実施例によって構成され動作するアクチュエータ装置を単純にした機能ブロック図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、本発明の好ましい実施例によって構成され動作する図１Ａに示す移動エレメントアレイの斜視図であり、ここで、各移動エレメントは磁石を具え、ラッチされているとき以外は、移動エレメントアレイに与えられた交流電磁力に応じて各軸に沿って交互に往復移動するように制限されている。
【図１Ｃ】図１Ｃ−１Ｇは、本発明の５つの代替実施例によって構成され動作するラッチを単純化して示す平面図であり、これは図１Ｂに特に示すラッチの代替として作用することができる。
【図２】図２Ａは、下向きに与えられた電磁力に応じて第１の最下部位置にある図１Ｂのアレイを示す図である。  図２Ｂは、上向きに与えられた電磁力に応じて第２の最上部位置にある図１Ｂのアレイを示す図である。  図２Ｃは、個別に移動するマグネットの一つが、この個別に移動するマグネット上の対応する電荷によって、当該マグネットがその最上部位置にラッチされているため上向きの力に応答しておらず、上側ラッチとして機能している点を除いて、図２Ｂと同じである。
【図３】図３Ａ−３Ｃは、各々が、アレイの周囲に巻回されているコイルによって移動エレメントアレイに与えられる交流電磁力に応答して各軸に沿って交互に往復移動するように制限されている傾斜した移動エレメントアレイの、それぞれ、平面図、断面図、及び斜視図である。
【図４Ａ】図４Ａは、各々が、コイルによって移動エレメントアレイに与えられている交流電磁力に応答して各軸に沿って交互に往復移動するように制限されている移動エレメントアレイと、移動エレメントの少なくとも一のサブセットを少なくとも一のラッチ位置に係止させるように機能して、これによって個々の移動エレメントが電磁力に応答しないようにする、層として形成されたラッチを具えるアクチュエータデバイスの分解図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、本発明の好ましい実施例に従って動作する好ましい作動方法を示す単純化したフローチャートである。
【図５】図５は、本発明の好ましい実施例によって構成され動作する図４Ａに示すアクチュエータデバイスの斜視図であり、ここで移動エレメントアレイが薄いフォイルで形成されており、各移動エレメントがそれを囲んで一体的に形成された屈曲部によって制限されている。
【図６Ａ】図６Ａは、図５に示すアクチュエータデバイスの一部の分解図である。
【図６Ｂ】図６Ｂ及び６Ｃは、本発明の好ましい実施例によって構成され動作する、移動エレメントとそれに関連する屈曲部、ラッチ、及びスペーサエレメントのアッセンブリを示す斜視図と分解図であり、屈曲部を介する空気の漏れを低減する。
【図６Ｄ】図６Ｄは、図６Ｂ−６Ｃの装置の断面図であり、それぞれ、最上位置、最下位置、及び中間位置にある３つの移動エレメントを示す。  図６Ｅは、図６Ｄの説明である。
【図７Ａ】図７Ａは、図５−６Ｃの移動エレメント層の部分的平面図である。  図７Ｂは、図５−６に示す移動エレメント層の図７Ａに示すＡ−Ａ軸に沿った断面図である。
【図７Ｃ】図７Ｃは、図５−７Ｂの移動エレメント層の斜視図であり、ここでは、個々の移動エレメントが、その最上位置に向けて移動して、その屈曲部が薄いフォイルの面の外に上側に延在している様子を示す。  図７Ｄは、本発明の代替の実施例によって構成され動作する移動エレメント層の斜視図であり、ここでは、リング形状の永久磁石に代えて図５−７Ｃに示すディスク形状の永久磁石が設けられている。  図７Ｅは、図７Ｄの実施例の個々の移動エレメントの屈曲―拘束された中央部分を示す側面図である。
【図８Ａ】図８Ａは、特別な例のラッチとコイル誘導電磁力の制御を示す図であり、ここでは、移動エレメントがグループで配置されており、各エレメントが選択的に、まとまって作動し、ラッチ層の各ラッチが永久磁石に取り付けられており、ラッチ層の永久磁石の磁極が全て同じように配置されている。
【図８Ｂ】図８Ｂは、好ましい方法を示すフローチャートであり、ここでは、ラッチコントローラが入力信号を処理して、これに応じて、移動エレメントのラッチをグループで制御する。
【図８Ｃ】図８Ｃは、図８Ａのプロセッサ８０２などのプロセッサを単純化した機能ブロック図である。このプロセッサは、ここに示して説明した静電ラッチ機構を有するアクチュエータデバイスのほぼ全てを制御するのに使用される。
【図８Ｄ】図８Ｄは、図１−８Ｃに示す装置を始動する好ましい方法を単純化したフローチャートである。
【図８Ｅ】図８Ｅは、本発明の好ましい実施例によって構成され、動作する組み立てたスピーカシステムを単純化した斜視図である。
【図８Ｆ】図８Ｆは、本発明の実施例によって構成され動作する装置を用いてサウンドを発生する好ましい動作方法を単純化して示すフローチャートである。
【図９Ａ】図９Ａは、本発明の好ましい実施例によって移動エレメントに与えられた、全てではないが、所定の力をまとめたグラフである。
【図９Ｂ】図９Ｂは、本発明の好ましい実施例によって構成され動作する傾斜磁場誘導層を単純化した図である。
【図９Ｃ】図９Ｃ−９Ｄは、図９Ｂに示す導電層の傾斜磁場誘導機能を示す。
【図１０Ａ】図１０Ａは、いくつかのグループに分けた移動エレメントをラッチするのに適したラッチ層を単純化して示す上側断面図であり、このグループはいくつかの移動エレメントが、分けたグループのうち、選択されたグループをまとめて作動させることによって作動し、ラッチ層の各ラッチが永久磁石と関連しており、ラッチ層中の全ての永久磁石の磁極が同じように配置されていることで特徴付けられる。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、図１−１０Ａのラッチ層の代替実施例を単純化した回路図であり、ここでは、各ラッチが図８Ｃに示すラッチコントローラ５０で制御されている。ラッチは環状に示されているが、代替として、ここに記載するようなその他の好適な構造を有するものであっても良いことは自明である。図１０Ｂの層は、ジャンクションを規定する縦横のワイヤでできたグリットを具える。通常、電界効果トランジスタなどのゲートが各ジャンクションに設けられている。これによって個別にゲートを開いて対応するラッチを充電するために、対応する縦横のワイヤに沿って電圧が印加される。
【図１１Ａ】図１１Ａは、単方向スピーカアプリケーションのラッチコントローラによって使用される好ましい制御スキームを示すタイミング図であり、ここで、所望のサウンドを表わす入力信号を受信し、本発明の好ましい実施例によって構成され動作する移動エレメントが、スピーカの前側のサウンド量がその他の領域より大きいサウンドパターンを得るように応答可能に制御されている。ラッチ層の各ラッチは永久磁石に接続しており、ラッチ層の全永久磁石の磁極が、好ましくは全て、あるいはほぼ全て同様にまたは同じに配置されている。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、図１１Ａのタイミング図が関連する移動エレメントの例示アレイを示す線図である。
【図１１Ｃ】図１１Ｃは、全方向性スピーカアプリケーションにおいてラッチコントローラによって使用される好ましい制御スキームを示すタイミング図である。ここでは、所望のサウンドを表わす入力信号が受信され、本発明の好ましい実施例によって構成され動作する移動エレメントが、それぞれ、スピーカ前方のサウンド量がスピーカを囲むその他の全領域のサウンド量と同じサウンドパターンを得るように制御されている。
【図１２】図１２Ａ及び１２Ｂは、代替の実施例による移動エレメント層を単純化した平面図と断面図であり、半分の永久磁石が北極を上側に向けて配置されており、半分が北極を下側に向けて配置されている。
【図１３】図１３は、ラッチ層の半分の永久磁石が北極を上側に向けて配置されており、ラッチ層の残りの半分の永久磁石が北極を下側に向けて配置されている点を除き、図１０Ａと同じラッチ層を単純化した平面図である。
【図１４】図１４は、特別な例のラッチとコイル誘導電磁力の制御を示す図であり、ここでは、移動エレメントがグループで配置されており、各グループがラッチ層の残りの半分の永久磁石が北極を下側に向けて置かれている点を除き、図８Ａと同様に、選択的に、同時に作動する。
【図１５Ａ】図１５Ａは、単方向スピーカアプリケーションにおいてラッチコントローラに使用される好ましい制御スキームを示すタイミング図であり、これは、ラッチ層の半分の永久磁石が北極を上側に向けて配置されており、ラッチ層の残りの半分の永久磁石が北極を下側に向けて配置されている点を除き、図１１Ａに示すタイミング図と同じである。
【図１５Ｂ】図１５Ｂは、図１５Ａのタイミング図が関連する移動エレメントの例示アレイを示す線図である。
【図１５Ｃ】図１５Ｃは、異なるタイミングで、図８Ｃのラッチコントローラによって受信された入力信号の周波数の関数としての、最上位置と最底位置に配置した複数の移動エレメントの変化を示すグラフである。
【図１６Ａ】図１６Ａは、図１Ａ及び２Ａ−２Ｃに示す移動エレメントの代替である移動エレメント層を示す図であり、ここで、この層は、薄いフォイルからできており、各移動エレメントが中央部分と周辺部分を具えている。  図１６Ｂは、図１Ａ及び２Ａ−２Ｃに示す移動エレメントの更に別の代替である移動エレメント層を示す図であり、ここでは、例えばゴムなどのフレキシブル材料シートが動きを可能にしている。すなわち、マグネットの下に硬質ディスクがあり、このマグネットは硬質エレメントであるが、十分に硬質ではない。
【図１６Ｃ】図１６Ｃは、図７Ａ−７Ｅあるいは１６Ａに示す移動エレメントと周りを囲む屈曲部の好ましい実施例を示す斜視図であり、ここでは、屈曲部の厚さが変化している。
【図１６Ｄ】図１６Ｄは、図１６Ｃの装置の、費用対効果のよい代替装置を示す斜視図であり、ここでは、屈曲部の厚さが変化している。
【図１７】図１７は、図３Ａでは、個々の移動エレメントの連続列またはラッチがそれぞれ傾いており、所定の面積に入るアクチュエータの数が増えるようになっているのに対して、図１７の列は傾いておらず、典型的に矩形アレイを具える点を除いて、図３Ａのアレイと同様のアクチュエータエレメントアレイの上断面図である。
【図１８】図１８は、アクチュエータアレイの代替の実施例を示す分解図であり、ここでは、各アクチュエータエレメントの断面が丸ではなく矩形である。
【図１９】図１９は、個々のアクチュエータアレイの活性領域の和である活性領域を提供する支持フレーム内に支持されているアクチュエータアレイの斜視図である。
【図２０Ａ】図２０Ａは、図１Ａ−１９に示して説明したような、図２０Ａに示す特徴を有するダイレクトデジタルスピーカを用いて所望のサウンドストリーム用の所望の方向性パターンを達成する好ましいシステムを、単純化した一般的に自明な機能ブロック図である。
【図２０Ｂ】図２０Ｂは、例えば、図１Ａ−１９に示して説明したような、図２０Ａに示す特徴を有するダイレクトデジタルスピーカを用いる必要のない、一般的な適用状態にある所望のサウンドストリーム用の所望の方向性パターンを達成する好ましいシステムの、単純化した一般的に自明な機能ブロック図である。
【図２１】図２１は、本発明の所定の実施例により、図２０の移動エレメント制限コントローラ３０５０のクロックごとの動作を示す単純化したフローチャートである。
【図２２Ａ】図２２Ａは、全方向伝達パターンを示す単純化した図である。
【図２２Ｂ】図２２Ｂは、図２２Ａに示す所望の全方向伝達パターンの焦点に対する移動エレメントアレイの好ましい位置を示す図である。
【図２３】図２３は、図２０Ａ−２２Ｂに従って構成され、動作し、例えば、サウンドコンシューマがスピーカの全周囲を、通常、図に示すように１階と２階を含む一以上のレベルで囲んでいる環境に特に好適な全方向サウンドを生成するようにプログラムすることによって動作するスピーカ装置を示す単純化した線図である。
【図２４】図２４は、本発明の装置の実施例を用いて達成可能である円筒状パターンのサウンド方向性を示す図である。
【図２５】図２５は、図２４に示す円筒パターンのサウンド方向性に対して、例示の形で矩形として示されている移動エレメントアレイ３０１０の好ましい位置を示す図である。
【図２６】図２６は、図２０Ａ−２０Ｂの移動エレメントアレイを示す斜視図であり、移動アレイによって生成した単方向性サウンドを示し、これは矢印で示す所望のあるいは所定の方向αにおける伝達している。
【図２７】図２７は、本発明によって構成され動作するスピーカ装置３６００の好ましいアプリケーションを示す図であり、これは、例えば、少なくとも一の典型的なユーザ選択方向において単方向性サウンドを生成するようにプログラムされている。
【図２８】図２８は、本発明の好ましい実施例によって構成され動作する、非矩形の移動エレメントアレイを単純化して示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
本発明の技術分野は、音響スピーカ、生物医学調剤アプリケーション、医療的及び工業的検知システム、光学スイッチング、ディスプレイシステム用光反射、及びより長い移動アクチュエーション、及び／又はトランスデューサのサイズに対して、より大きな体積の例えば空気や液体などの流体の変位、を要するあるいはこれから利点を引き出すことができるその他のアプリケーション、といった広範囲にわたるアプリケーション用の低コストデバイスを製造するための、製造材料と技術を用いて構成した、長いストロークの電気機械式マイクロアクチュエータのデジタルトランスデューサアレイの分野である。
【００４８】
本発明の好ましい実施例は、トランスデューサ構造、デジタル制御機構、及びＮ個のマイクロアクチュエータを有するトランスデューサの様々な製造技術を提供しようとしている。このアレイは、通常は、３つの主層構造から構成されており、所定の実施例では、これらの層が、特に疲労特性が低い材料で作ったメンブレイン層を具え、これは、通常、両側に特定の極に整列した磁気コーティングがなされており、Ｎ個の独自の「サーペンタイン」形状にエッチングされており、メンブレインの部分を双方向に直線状に自由に移動させる（アクチュエータ）ようになっている。メンブレインの各移動部分の双方向直線状移動は、通常、誘電体、シリコン、ポリマ、あるいは絶縁基体のようなその他のものから構成された２つのミラー画像支持構造の間にメンブレイン層を挟むことによって形成されたチャンバ（アクチュエータチャネル）内に拘束されている。これらは、通常、メンブレインのＮ個のサーペンタインエッチングと同数であり、精密なサイズのＮ個のスルーホールが形成されており、通常、各スルーホールがメンブレインの各サーペンタインエッチングと正確に整列したパターンに正確に配置されている。更に、支持構造の上層と下層の両方の外側表面に、通常、導電リングあるいはディスク（アドレス可能な電極）などの導電性の張り出し面が取り付けられており、通常静電荷を印加することによって、ストローク端に届くように各アクチュエータを引き付けて保持するように動作する。
【００４９】
本発明の好ましい実施例によって構成され動作するデバイスを、図１Ｂ、２Ａ―２Ｃ、３Ａ−３Ｃ、４Ａ、５、６Ａ、７Ａ−７Ｂ、８Ａ−８Ｂ、９、１０Ａ、１１Ａ、１２Ａ、１３、１４、１５Ａ、１６Ａ−Ｃ、１７−１９を参照して、以下に説明する。
【００５０】
図１Ｂは、本デバイスの小部分を概念的に表わす図である。図２Ａは、磁場がかかった状態の移動エレメント動きを表わす。図２Ｂは、逆の磁場がかかった状態の同じ移動エレメントの動きを示す。図２Ｃは、磁場が係っているが、一の電極が荷電されている状態の移動エレメントの動きを示す。図３Ａ−３Ｃは、それぞれ、本発明の好ましい実施例の平面図、断面図、及び斜視図である。
【００５１】
図４Ａは、本発明の好ましい実施例によって構成され、動作するデバイスの分解図である。図５は、本発明の好ましい実施例によって構成され、動作するデバイスの小部分の詳細を示す。図６Ａは、同じ小部分の分解図である。図７Ａは、本発明の好ましい実施例によって構成され、動作するサーペンタイン及び移動エレメントサブアッセンブリを示す図である。図７Ｂは、本発明の好ましい実施例によって構成され、動作する、動作中の単一エレメントを示す図である。図８Ａは、本発明の好ましい実施例によって構成され動作するスピーカシステムのブロック図である。図８Ｂは、本発明の好ましい実施例によって構成され動作するスピーカシステムのフロー図である。図９Ａは、移動エレメントに与えられた様々な力の好ましい関係を示す図である。
【００５２】
図１０Ａは、本発明の好ましい実施例によって構成され動作する電極のグループ分けを示す図である。図１１Ａは、本発明の好ましい実施例によって構成され、動作するタイミング及びコントロールチャートである。図１２Ａは、交互にアドレスしている実施例の移動エレメントの磁気特性を示す図である。図１３は、交互にアドレスしている実施例の電極のグループ分けを示す図である。図１４は、交互にアドレスしている実施例のスピーカシステムを単純にしたブロック図である。図１５Ａは、代替の実施例のタイミング及びコントロールチャートである。図１６Ａは、本発明の好ましい実施例によって構成され、動作する移動エレメントの小部分である。図１６Ｂは、本発明の好ましい実施例によって構成され、動作するフレキシブル基板を用いた、移動エレメントサブアッセンブリの別の実施例の小部分である。
【００５３】
上記図３Ａ−３Ｃは、本発明の好ましい実施例によって構成され、動作するハニカムエレメントアレイを示すが、図１７は、本発明の好ましい実施例によって構成され、動作する角形構造のエレメントアレイを示す。図１８は、矩形エレメントを用いた実施例の小部分の分解図である。図１９は、複数（アレイ）のデバイスを用いた装置を示す。
【００５４】
有効なアドレスは、通常、選択した電極と独自の信号処理アルゴリズムとの間の独自の接続を介して行われる。このアルゴリズムは、一つのトランスデューサ中の全アクチュエータを、一つのアクチュエータでなるグループから始まり、前グループのアクチュエータ数の２倍のアクチュエータからなるグループとなり、トランスデューサ中のＮ個のアクチュエータ全てがグループ分けされるまで、サイズの異なるＮ個のアドレス可能なアクチュエータグループに効率良く分割する。
【００５５】
アクチュエータのストロークを達成するために、通常、トランスデューサがワイヤコイルで囲まれている。これが、電流が流れると、トランスデューサ全体に電磁場を作る。この電磁場が、メンブレインの移動部分を、アクチュエータチャネルを通って通常直線状に移動させる。電流がその極性を変えると、これによってメンブレインの移動部分を振動させる。特にアドレス可能な電極グループに静電荷が印加されると、通常、アプリケーションの必要性に応じて支持構造の上あるいは底のいずれかにおいて、そのグループの全アクチュエータがストローク端にロックされる。集合的に、トランスデューサによって生じる変位は、いずれかの特定のインターバル（スーパーポジション）でロックされていないＮ個のアクチュエータ全部の和によって達成される。
【００５６】
このトランスデューサ構造は、通常、トランスデューサごとのアクチュエータの数、各アクチュエータのサイズと各アクチュエータのストローク長、及びアドレス可能なアクチュエータグループの数で完全に測定可能である。所定の実施例では、アクチュエータエレメントは、特定の材料を様々な形状にエッチングすることによって、あるいは、フレキシブル材料で被覆した層状金属ディスクを用いて、あるいは、自由に浮遊するアクチュエータエレメントを用いることによって、構成することができる。メンブレイン材料（屈曲部）は、シリコン、ベリリウム銅、銅タングステン合金、銅チタニウム合金、ステンレススチール、あるいは、その他の疲労度の低い材料を含む。支持構造のアドレス可能な電極は、トランスデューサのアプリケーションに適したアドレスを達成するためのいずれかのパターンにグループ分けすることができる。アドレス可能な電極は、メンブレインアクチュエータと接触するように、あるいは、メンブレインと物理的に接触しないように、取り付けることができる。基板材料は、ＦＲ４、シリコン、セラミック、あるいは様々なプラスチックなど、いずれかの絶縁材料であってもよい。いくつかの実施例では、この材料は、フェライト粒子を含むものでも良い。メンブレインにエッチングした複数のサーペンタイン形状、あるいは、浮遊アクチュエータエレメントと対応する支持構造のチャネルは、丸型、矩形、あるいはその他の形状でも良い。電磁場は、トランスデューサ全体に、トランスデューサの一部に、あるいは各アクチュエータにコイルを巻回することによって、あるいは、一またはそれ以上のコイルを一またはそれ以上のアクチュエータエレメントの隣に配置することによって、作ることができる。
【００５７】
所定の実施例では、ダイレクトデジタル法を用いて、マイクロスピーカアレイを使用したサウンドを生成している。デジタルサウンド再構築は、通常、エネルギィの分散音響パルスを加算して音波を発生する。これらのパルスは、音響電子機器からのデジタル信号に基づくものでもよく、各信号ビットがマイクロスピーカグループを制御するデジタルメディアからの信号に基づくものでも良い。本発明の一の好ましい実施例では、入力してくるデジタル信号のｎ番目のビットが、アレイ中の２ｎのマイクロスピーカを制御しており、ここでは、最大有意ビット（ＭＳＢ）が、約半分のマイクロスピーカを制御して、最小有意ビット（ＬＳＢ）が少なくとも一のマイクロスピーカを制御している。特定のビットに対する信号がハイである場合、通常、そのビットに割り当てられたグループの全てのスピーカがそのサンプルインターバルの間活性化される。アレイ中のスピーカの数と、パルス周波数が、結果として音波の解像度を決定する。典型的な実施例では、パルス周波数がソースサンプリングレートであっても良い。人間の耳あるいはその他の音源からの音響ローパスフィルタのポストアプリケーションを介して、通常、聴者は、デジタル信号で表わされる原アナログ波形と同じ音響的により滑らかな信号を聞くことになる。
【００５８】
ここに述べるサウンド再構築法によれば、生成するサウンド圧は作動しているスピーカの数に比例する。時間が経過するとスピーカパルス数が変化することによって、様々な周波数となる。アナログスピーカと違って、個別マイクロスピーカは、通常非線形領域で、ダイナミックレンジを最大にしつつ低周波数サウンドを生成できるよう作動する。このアレイの正味直線性は、通常、音波方程式の直線性と、個々のスピーカ間の均一性に起因している。発生した音波の非直線性成分の総数は、通常、デバイスのマイクロスピーカの数に反比例している。
【００５９】
好ましい実施例では、デジタルトランスデューサアレイを用いて、真のダイレクトデジタルサウンド再構築を実装している。生成したサウンドのダイナミックレンジは、アレイ中のマイクロスピーカの数に比例する。最大サウンド圧は、各マイクロスピーカのストロークに比例する。従って、ストロークの長いトランスデューサをつくり、できるだけ多くのトランスデューサを使用することが好ましい。いくつかのデジタルトランスデューサアレイデバイスは、何年にもわたって開発されてきた。言及する価値があるのは、Ｃａｒｎｅｇｉｅ  Ｍｅｌｌｏｎ  Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙで開発されたＣＭＯＳ−ＭＥＭＳマイクロスピーカである。ＣＭＯＳ製造プロセスを用いて、２５５の角形マイクロスピーカを具え、各マイクロスピーカの一辺は２１６μｍである、８ビットデジタルスピーカチップを設計した。メンブレインは、ポリマで被覆したサーペンタインＡｌＳｉＯ２メッシュでできており、ＣＭＯＳメタルスタックとシリコン基板との間に変化する電位をかけることによって、静電駆動させることができる。平面運動からサウンドを生成する音圧原が生じる。各メンブレインのストロークは、約１０μｍである。このような短いストロークは不十分であり、生じたサウンドのレベルはラウドスピーカにはやわらかすぎる。もう一つの問題は、デバイスが４０Ｖの駆動電圧を必要とすることである。このような電圧は、複雑で高価なスイッチング電子装置を必要とする。ここに述べたデバイスの好ましい実施例は、これらの制限のいくつかまたは全てを克服しており、高いスイッチング電圧の必要性を排除しつつも、より大きなサウンドレベルを生成している。
【００６０】
各トランスデューサの形状は、スピーカの音響パフォーマンスに有意な効果はないと考えられる。トランスデューサは、とりわけ、矩形、三角形、あるいは五角形のグリッドに詰めることができる。
【００６１】
本発明は、通常、磁力と静電力の組み合わせを用いることで、長いストロークを可能にし、従来の磁気あるいは静電アクチュエータに関連する問題を回避している。
【００６２】
トランスデューサアレイの移動エレメントは、通常、導電性に作られており、磁極がトランスデューサアレイ表面に対して垂直になるように磁化されている。中程度の導電で十分である。コイルは、トランスデューサ全体に巻かれているか、各エレメントに隣接して配置されており、駆動力を生成する。交流電流または交流電流パルスをコイルに与えることで、その交流電流と同じ周波数で全ての移動エレメントを上下に移動させる交流傾斜磁場が作られる。各移動エレメントを制御するために、移動エレメントの上側と下側に一つづつ、二つの電極を用いる。
【００６３】
コイルに与えられた電流は、通常移動エレメントを、電極の上下に近接近させるように交互に駆動する。小さな静電荷が移動エレメントに与えられる。電極の一方に逆の電荷を与えることで、移動エレメントと電極の間に引力が生じる。移動エレメントが電極に非常に接近すると、通常、コイルの磁場と戻しバネによって生じる力よりこの引力が大きくなって、移動エレメントが電極にラッチされる。この電荷、あるいはいくらかの電荷を電極から除去することによって、通常、コイル磁場と屈曲部の影響で、移動エレメントがその他の全ての移動エレメントと共に移動できるようになる。
【００６４】
所定の実施例によれば、アクチュエータアレイは５枚のプレートあるいは層から製造することができる：
上側電極層
上側スペーサ（共に層４０２として示す）
移動エレメント４０３
下側スペーサ
下側電極層（共に層４０４として示す）
【００６５】
所定の実施例によれば、アレイは大きなコイル４０１で囲まれている。このコイルの径は、通常、従来の磁気アクチュエータに使用されている伝統的なコイルの径よりかなり大きい。このコイルは、従来の製造方法で作ることができる。
【００６６】
所定の実施例によれば、移動エレメントは導電性の磁性材料でできている。通常、中程度の導電性で十分である。移動エレメントは、限定するものではないが、ゴム、シリコン、あるいは金属とその合金を含む様々なタイプの材料を用いて製造することができる。この材料が磁化できないものであるか、より強力な磁石が望まれる場合は、マグネットをエレメントに取り付けるか、あるいは磁性材料でエレメントを被覆するようにしてもよい。この被覆は、通常、スクリーン印刷プロセス、あるいはその他のこの分野で知られて技術を用いて、磁性パウダを装填したエポキシ樹脂あるいは別の樹脂によって行うことができる。いくつかの実施例では、ホトリソグラフィックプロセスを介して作った樹脂マスクを用いてスクリーン印刷を行うことができる。この層は、通常、樹脂／磁性パウダマトリックスを硬化させた後除去する。所定の実施例では、デバイスを強磁場に当てながらこのエポキシあるいは樹脂を硬化させ、樹脂マトリックス中のパウダ粒子を所望の方向に向ける。移動エレメントのジオメトリは変えることができる。更に別の実施例では、移動エレメントの部分を磁石で被覆し、一方向に向けられた磁場で硬化させ、残りの部分を後に被覆して、逆の磁場で硬化させて、同じ外側磁場のもとで逆の方向にエレメントを移動させるようにしている。一の好ましい実施例では、移動エレメントは、薄いフォイルから切り取った、その周りをサーペンタイン形状で囲んだプレートを具えている。代替的に、所定の実施例では、屈曲部分のみが薄い、あるいは、屈曲部としてパターン形成された薄い層に比較的厚いプレートを貼り付けることによって、厚い材料を用いることができる。この形状によって、フォイル部分を移動させながら、サーペンタイン形状が柔軟な屈曲部として働くようにできる。所定のその他の実施例では、移動部分がシリンダあるいは球であり、上側及び下側電極間を自在に移動する。
【００６７】
図１Ｂは、本発明の所定の実施例によるデバイスの小部分の概念的外観を示すものであり、完全なトランスデューサアレイ構造の概念的外観を提供している。図に示す実施例では、移動エレメントがピストン１０１であり、これは通常一方の磁極１０２が各ピストンの上側に、他方の磁極１０３が下側になるように磁化されている。通常、トランスデューサアレイ構造全体に影響を及ぼす磁場発生器（図示せず）が、トランスデューサアレイ全体にわたって磁場を作り、通常、ピストン１０１を上下に移動させて、キャビティ１０４から空気を押出す。導電電極は、通常、各キャビティの上側１０５と下側１０６の両方にある。これらの電極は、ラッチ機構として作用し、各ピストンをストロークの端部に近づけるように引っ張って保留し、通常、ラッチが解除されるまで、ピストンが動かないようにする一方で、押された空気が容易にそこを通過するようにする。所定の実施例では、ピストン１０１は、導電材料でできているか、あるいはこのような材料で被覆されている。少なくとも一のエレメントにおいて、ピストン及び／又は静電電極が、通常誘電層で被覆されており、プルダウンが生じたときの短絡を防ぐようにしている。
【００６８】
図２Ａ−２Ｃは、共に、本発明の好ましい実施例による移動エレメントを示す。この実施例では、コイル（図示せず）が、通常トランスデューサアレイ構造全体を囲んでおり、トランスデューサアレイ全体に磁場を作って、移動自在な磁気エレメントを磁場の交番方向に応じて移動させている。これによって、ピストンを通常上下に移動させる。
【００６９】
図２Ａでは、磁場２０１の方向が下向きである。この磁場が力を作り、アレイ全体のピストン１０１を下側に駆動する。
【００７０】
図２Ｂでは、磁場２０２の方向が変わり、上を向いている。この磁場が力を作り、アレイ全体のピストン１０１を上側に駆動する。
【００７１】
図２Ｃでは、一の上側電極２０５に正電荷が与えられている。正電荷は、通常、ピストン２０４の電子を引き付けて、ピストン２０６の上側を負に荷電させる。反対の電荷２０５と２０６が引き付ける力を作り、臨界距離の下にギャップがある場合、通常、これが二つのエレメントを互いに引きおろすように作用する。電場２０３の方向が再び変わり、下側を向く。ピストン２０４は、通常磁力によってその場所に保持される一方、残りのピストンは自由に移動し、磁場２０３の影響によって下側に移動する。この特定の実施例では、電極に印加される電荷は正電荷である。代替的に、負の電荷を電極に印加してもよく、これによって負の電荷を隣接するピストンの手前側に貯めるよう誘導する。
【００７２】
図３Ａ−３Ｃは、一の好ましい実施例の平面図、断面図、及び斜視図である。
【００７３】
所定の実施例では、トランスデューサアレイ全体に巻回されているコイル３０４がアレイ構造全体に電磁場を作り、電流が流れると、この電磁場がピストン３０２を上側３０１に持ち上げ、下側３０３に下げる。
【００７４】
図４Ａは、本発明の所定の実施例によって構成され動作するデバイスの分解図である。図に示すように、トランスデューサアレイ構造の分解図において、アレイ構造は以下の主な部品を具える。
（ａ）トランスデューサアレイ４０１全体を囲むコイルは、電圧がこのコイルにかかるとアレイ構造全体に電磁場を発生する。このコイルの好ましい実施例は、図９Ｂ−９Ｄを参照して述べる。
（ｂ）所定の実施例では、上側層構造４０２がスペーサ層と電極層を具える。所定の実施例では、この層が、正確にスペースを空けて配置したキャビティのアレイと共にプリント回路基板（以下、「ＰＣＢ」という）層を具える。このキャビティは、通常、各キャビティの上に固定した電極リングを有している。
（ｃ）この実施例における移動エレメント（ピストン）４０３は、通常、サーペンタイン形状によって囲まれた非常に正確な多数のプレートに切り出された、あるいはエッチングされた導電性の磁化材料でできた薄いフォイルを具えており、フォイルに特別な自在に移動する手段を与える柔軟な屈曲部として作用する。
（ｄ）下側層構造４０４は、スペーサ層と電極層を具える。所定の実施例では、この層は正確にスペースを空けて配置したキャビティのアレイを伴う誘電層を具え、各キャビティは、その下に固定した電極リングを有する。
【００７５】
図５は、本発明の好ましい実施例によって構成され動作するデバイスの小部分の詳細を示す図である。図に示す実施例によるトランスデューサアレイの断面詳細は、以下の構造を示す：通常、上部５０２と下部５０３に磁化層を有する正確なプレート及びサーペンタイン形状に切り出された、あるいはエッチングされた薄いフォイル５０１からできた、移動エレメント（ピストン）が、まとまって移動ガイド及びエアダクトとして作用する。各プレート形状の中央が上側層誘電体５０４の各キャビティと下側層誘電体キャビティ５０５の中央に正確に整列するように正確に配置されている。上側５０６と下側５０７の両方の各ダクトの外側エッジには、銅リング（電極）ラッチ機構がある。これは、静電荷が与えられると、通常、各移動エレメントを引き付けて、移動エレメント（ピストン）との間にコンタクトを作り、各移動エレメント（ピストン）各ストロークの端部に近づくとそれをラッチして保持し、これによって、通常は、電極への静電荷を終了することによってラッチが解除されるまで、移動エレメント（ピストン）が動かないようにする。
【００７６】
図６Ａは、図５に示すものと同じ小部分の分解図であり、この実施例では、正確なサーペンタイン形状にエッチングされて、上下に磁化層が固定されている各形状の中央に移動エレメント（ピストン）を作る薄いフォイルが、上側誘電層６０２と下側誘電層６０３の上のミラー画像のキャビティの中央にあり、これに包含されている。
【００７７】
図７Ａは、本発明の好ましい実施例によって構成され動作する、サーペンタイン形状と移動エレメントサブアッセンブリを示す。薄いフォイルの平面静止図は、この実施例の移動エレメントが、通常、正確な丸いサーペンタイン形状をエッチングすることによって構成されていることを示しており、これによって、形状７０１の中央が、前記材料をエッチングして作った形状７０３の屈曲部分によって拘束された動きから自在になり、これによって散在キャビティ７０２を形成する。断面図によると、フォイルは通常、薄いフォイルの移動エレメント層の上側７０４と下側７０５両方に固定されたマグネット層に整列した磁極を有する。この実施例の代替として、マグネット層が、薄いフォイルの一方の側にのみ固定されていても良い。
【００７８】
図７Ｂは、移動している単一エレメントを示す図であり、単一サーペンタイン形状の磁化された中央部７０６が自在に上側に延在している一方で、サーペンタイン形状にエッチングされた屈曲部７０７によってガイドされ、制限されている所定の実施例における、上向きの自由な動きを示す。エレメントが反対方向に移動する際の屈曲部を下側に延在させることによるサーペンタイン形状その反対（下側方向）の動きは図に示していない。
【００７９】
所定の実施例では、各形状の中央７０８の上側と、各層７０９の下側が、同じ磁気極性に整列した磁化層に固定されている。
【００８０】
図８Ａは、本発明の好適な実施例によるスピーカシステムのブロック図である。所定の実施例では、デジタル入力信号（共通のプロトコルが、Ｉ２Ｓ、Ｉ２ＣあるいはＳＰＤＩＦ）８０１が、移動エレメントの各グループ分けを行うラッチ機構を規定する信号を転送する論理プロセッサ８０２に入力する。グループアドレスは、通常二つの主グループに分けられる。一つは移動エレメントをストロークの上側にラッチするグループであり、もう一つは移動エレメントをストロークの下側にラッチするグループである。各グループは、通常、更に論理アドレスグループに分けられており、これらのグループは、少なくとも一の移動エレメントからなるグループで始まり、前グループの移動エレメントの倍の別のグループがそれに続き、更に、前のエレメント数を再度倍にした別のグループが続き、これが、全アレイのすべての移動エレメントがグループ分けされるまで続く。Ｎ番目のグループは、２Ｎ−１の移動エレメントを具える。
【００８１】
図８Ａのブロック図に記載された実施例では、トランスデューサアレイアッセンブリの移動エレメントの総数がアドレスされ、プロセッサ８０２から制御信号を受信するまで、１つのエレメントグループ８０３と、２つのエレメントグループ８０４と、４つのエレメントグループ８０５、等が示されている。
【００８２】
同じグループ分けパターンが、通常、下側ラッチ機構にも行われ、トランスデューサアレイアッセンブリの移動エレメントの総数がアドレスされ、プロセッサ８０２から制御信号を受信するまで、１つのエレメントグループ８０７に続いて、２つのエレメントグループ８０８、ついで、４つのエレメントグループ８０９、等が続く。
【００８３】
プロセッサ８０２は、また、トランスデューサアレイ８１２全体を囲んでいるコイルへの交流電流を制御して、アレイ全体にかかる磁場を作り、これを制御する。所定の実施例では、電力増幅器８１１を用いてコイルへの電流をブーストさせる。
【００８４】
図８Ｂは、スピーカシステムのフロー図である。所定の実施例では、デジタル入力信号８１３のサンプリングレートが、デバイスの自然サンプリングレートと異なり、再サンプリングモジュール８１４が信号を再サンプリングして、デバイスのサンプリングレートと合致するようにする。さもなければ、再サンプリングモジュール８１４は、変調しないままで信号を通過させる。
【００８５】
スケーリングモジュール８１５は、通常、信号にバイアスレベルを加えて、入力信号８１３の解像度がサンプルあたりＭビットであり、サンプル値Ｘが、−２（Ｍ−１）と２（Ｍ−１）−１の間であると仮定して、これを計測する。
【００８６】
また、所定の実施例では、図８Ａに示すように、スピーカアレイが、Ｎ個のエレメント群（１．．．Ｎ）を有する。
【００８７】
Ｋは、Ｋ＝Ｎ−Ｍであると規定される。
【００８８】
通常、入力解像度が、スピーカのグループ数より高い（Ｍ＞Ｎ）場合、Ｋは負であり、入力信号はスケールダウンする。入力解像度がスピーカのグループ数より低い（Ｍ＜Ｎ）場合は、Ｋが正であり、入力信号がスケールアップする。入力解像度とスピーカのグループ数が同じであれば、入力信号は変わらず、バイアスされるだけである。スケーリングモジュール８１５の出力Ｙは：Ｙ＝２Ｋ［Ｘ＋２Ｍ−１］である。出力Ｙは最も近い整数に丸め得る。Ｙの値は、ここで、０と２Ｎ−１の間になる。
【００８９】
二進値Ｙを具えるビットを検証する。各ビットは、グループの異なる移動エレメントを制御する。最小有意ビット（ビット１）が、最も小さいグループ（グループ１）を制御する。次のビット（ビット２）は、２倍の大きさのグループ（グループ２）を制御する。次のビット（ビット３）は、グループ２の２倍の大きさのグループを制御する。最大有意ビット（ビットＮ）は、最も大きいグループ（グループＮ）を制御する。Ｙを含む全てのビットの状態が、通常、ブロック８１６、８２３、・・・８２４によって同時に検証される。
【００９０】
これらのビットは同じように扱われる。以下はビット１を検証するための好ましいアルゴリズムである。
【００９１】
ブロック８１６は、Ｙのビット１（最小有意ビット）をチェックする。ビット１がハイであれば、その前の状態８１７と比較する。ビット１が前にハイであれば、グループ１の移動エレメントの位置を変更する必要はない。この前にビット１がローであれば、プロセッサは符号８１８と符号８１９で示すように、磁場が上向きになるのを待ち、プロセッサは、通常、上側ラッチ機構Ｔ１を係合させたままで下側ラッチ機構Ｂ１を開放して、グループ１の移動エレメントをデバイスの下側から上側へ移動させる。
【００９２】
ブロック８１６で、Ｙのビット１がローであると決定したら、これを前の状態８２０と比較する。ビット１が前にローであれば、グループ１の移動エレメントの位置を変更する必要はない。この前にビット１がハイであれば、プロセッサは符号８２１と符号８２２で示すように、磁場が下向きになるのを待って、プロセッサは、下側ラッチ機構Ｂ１を係合させたままで上側ラッチ機構Ｔ１を開放して、グループ１の移動エレメントをデバイスの上側から下側へ移動させる。
【００９３】
図９Ａは、移動エレメントにかかる様々な主力間の典型的な関係を示す。移動エレメントに係っている様々な力は、通常、所望の機能を達成するために互いにバランスをとり、調和して作動する。中央に向かう力は負の力として示されており、エレメントを中央から離す方向に駆動する力（上側または下側ラッチ機構のいずれかに向けて）は正の力として示されている。
【００９４】
本実施例では、移動エレメントは主に３つの力によって影響を受ける。
ａ．磁場とハード磁石との相互作用によって生じる磁力。この力の方向は、複数の移動エレメント磁石と、磁場の方向と、傾斜磁場に依存している。
ｂ．通常、所定の電荷を電極に与え、逆の電荷を移動エレメントにかけることによって生じる静電力。この力の方向は、移動エレメントを電極に引き付ける方向である（この図では、正と規定されている）。この力は、移動エレメントと電極間の距離が非常に小さくなる場合、及び／又は、このギャップに誘電率が高い材料を具える場合、有意に大きくなる。
ｃ．屈曲部分（バネとして作動する）によって生じるリトラクト力。この力の方向は、常にデバイスの中央を向いている（この図では、負として規定されている）。この力は屈曲部が柔軟であるため、比較的小さく、自然な状態ではリニアである。
【００９５】
これらの力間の関係は、通常、移動エレメントがそのストロークの端部に近づくにつれて、静電力（ラッチ機構によって生じる）が増加し、最終的に移動エレメントを引き付けてラッチするのに十分な力に達する。ラッチが開放されると、ラッチ及び磁力が、通常移動エレメントをラッチから中央へ引っ張ることができるようになり、これによって移動エレメントを動かす。移動エレメントが中央に移動すると、通常、屈曲部のレトラクト力が小さくなり、最終的にこれに打ち勝って、電磁力と移動エレメントの運動エネルギィによって制御される。
【００９６】
図１０Ａは、図８で上述したとおり、デジタルアドレス用の移動エレメント（ピストン）に対して所定の実施例で行ったグループ分けパターンの断面図である。この実施例では、中央１００１の１つのエレメントでなるグループと、それに続く２つのエレメントグループ１００２と、それに続く４つのエレメントグループ１００３と、それに続く８つのエレメントグループ１００４と、それに続く１６のエレメントグループ１００５、等がある。
【００９７】
この実施例に示すように、可能な範囲で、各増加してゆくグループが前群の周りに延在するように配置されているが、この幾何学的な構成は、変更して別の音響及び／又は構造上の目的を達成することができる。例えば、「中心点」をトランスデューサアレイの外側周辺まで移動させることで、各グループとプロセッサ８０２間のワイヤルーティングをより容易にすることができる（図８Ａ−８Ｂ参照）。
【００９８】
図１１Ａは、好ましいタイミングチャート及び制御チャートを示す。時間チャートは、特定の音波形を生成するための好ましいロジックとアルゴリズムを示す。この記載の範囲においては、時系列が符号Ｉ１、Ｉ２、等で表わされるスロットに分割されている。この単純な例は、７つの移動エレメントを使用するデバイスが３つのグループに分割されていることを示す。第１のグループは、一の移動エレメント「Ｐ１」を具え、これは上側ラッチ機構「Ｔ１」と下側ラッチ機構「Ｂ１」によって制御されている。第２のグループは、同期して互いに移動する２つの移動エレメント「Ｐ２」と「Ｐ３」を具える。このグループは、上側ラッチ機構「Ｔ２」と下側ラッチ機構「Ｂ２」で制御される。第２のグループは、同期して互いに移動する４つの移動エレメント「Ｐ４」、「Ｐ５」、「Ｐ６」、「Ｐ７」を具える。このグループは、上側ラッチ機構「Ｔ３」と下側ラッチ機構「Ｂ３」で制御される。
【００９９】
図の一番上の「クロック」チャートは、システムクロックを表わしている。このクロックは、通常デバイスの外で作られ、サウンド信号と一緒にプロセッサ８０２に送信される（図８を参照）。典型的な実施例では、このデバイスのサンプリングレートは、４４１００Ｈｚである。この場合、各クロックインターバルの持続期間は、２２μ秒であり、１１μ秒毎ごとにクロックの状態が変わる。
【０１００】
この例に示す「信号」は、デバイスが発生しているアナログ波形である。「値」チャートは、各クロックインターバルにおける信号のデジタルサンプル値を示す。「磁気」チャートは、コイルによって生じた磁場の向き（極性）を示す。この極性は、システムクロックに同調して変化する。
【０１０１】
この図は、以下の表示例を用いて各移動エレメントの状態を示す。上側１１０１でラッチされているエレメント（「Ｐ１」・・・「Ｐ７」）は、黒で示す。下側１１０２でラッチされているエレメントは、白で示し、移動しているエレメント１１０３にはハッチングが施されている。
【０１０２】
デジタルサンプル値は、どれだけのエレメントがアレイの上側にラッチでき、どれだけのエレメントが下側にラッチできるかを示す。この例では、−３、−２、−１、０、１、２、３及び４のデジタルサンプル値が可能である。各値は、上側にラッチされている０、１、２、３、４．５、６、および７のエレメントによって表わされる。
【０１０３】
時間スライスＩ１では、デジタルサンプル値が０である。これは、３つのエレメントが上側にラッチされ、４つが下側にラッチされる必要がある。磁場の極性は上向きである。上側ラッチ機構Ｔ１とＴ２は係合しており、これは下側ラッチ機構Ｂ３である。同時に下側ラッチ機構Ｂ１とＢ２は係合が外れており、これは上側ラッチ機構Ｔ３である。移動エレメントＰ１、Ｐ２及びＰ３は上側にラッチされており、Ｐ４、Ｐ５、Ｐ６及びＰ７は、下側にラッチされている。
【０１０４】
時間スライスＩ３では、デジタルサンプル値が１に変わる。これは、４つのエレメントを上側にラッチして、３つを下側にラッチさする必要がある。磁場の極性は上向きである。下側ラッチ機構Ｂ３は、係合が外れており、エレメントＰ４、Ｐ５、Ｐ６、およびＰ７を自由に移動するよう開放している。同時に上側ラッチ機構Ｔ３が係合されている。これらのエレメントは、磁場の影響下で上側に移動し、現在係合されているＴ３によってラッチされる。
【０１０５】
この時点で、７つの移動エレメントすべてが上側にラッチされる。次の時間スライスＩ１４では、移動エレメントＰ１、Ｐ２及びＰ３が下側にラッチされ、デバイスが確実に所望の状態になる（４つのエレメント側上側に、３つのエレメントが下側にラッチされる）。時間スライスＩ４で、磁場の極性が変わり、下向きになる。上側ラッチ機構Ｔ１とＴ２は係合が外れて、移動エレメントＰ１、Ｐ２、Ｐ３を開放する。同時に、下側ラッチ機構Ｂ１及びＢ２が係合して、近づいている移動エレメントＰ１、Ｐ２、Ｐ３が下側位置にラッチされる。移動エレメントＰ４、Ｐ５、Ｐ６及びＰ７は、上側ラッチ機構Ｔ３によって適所に保持され、従って、他の移動エレメントと共に下側への動きが制限される。この時点におけるデバイスの状態は：Ｐ１、Ｐ２、およびＰ３が下側にラッチされ、Ｐ４、Ｐ５、Ｐ６及びＰ７が上側にラッチされている。時間スライスＩ５ないしＩ４では、ラッチ機構が係合、非係合され、移動エレメントを移動させて、デジタルサンプル値に従ってその状態を変える。
【０１０６】
図１２Ａは、代替の実施例をアドレスする移動エレメントの好ましい磁気特性を示す図である。移動エレメントフォイルの静止平面図で、移動エレメントの生じうる代替の実施例を示している。この実施例では、２つの区別できる移動エレメントのグループセグメント１２０１と１２０２が作られており、単一のトランスデューサアレイがよりサウンドの大きい信号を処理生成するか、代替的に二つの別の信号（左右のステレオ音響信号など）を処理して生成することができる。断面図は、この実施例の二つのグループ（分離されたライン１２０３によって認識できる）を完成するために、各区別できるグループセグメントは、通常、逆の極性を有していることを示す。
【０１０７】
一のセクショングループ１２０１では、薄いフォイルでできた移動エレメントに取り付けた磁石層が、Ｎ極がフォイルの上側１２０４にあり、Ｓ極が下側１２０５にあるような極性となる。一方、第２のセクショングループ１２０２では、薄いフォイルの移動エレメントの磁石層が、Ｓ極がフォイルの上側１２０６にあり、Ｎ極が下側１２０７にあるような極性となる。
【０１０８】
図１３は、代替の実施例における電極のグループ分けを示す。図１０Ａと同様に、図１３は、図１２Ａに示す代替例用のアドレススキームを示す。この場合、デジタルアドレスの目的で移動エレメントに適用したグループ分けパターンが、二つの主グループセグメントに分けられている。図１２Ａに示すように、トランスデューサアレイの半分が一の主セグメントグループであり、残りの半分がもう一つの主セグメントグループである。
【０１０９】
この実施例では、一の移動エレメントでなる二つのグループ１３０１と１３０２で始まる同数の移動エレメントを伴う二つの同じグループがあり、各グループは、各グループ中の４つのエレメントでなる二つのグループ１３０５、１３０６が続き、各グループ中の８つのエレメントで成る二つのグループ１３０７と１３０８が続き、各グループの１６のエレメントで成る二つのグループ１３０９と１３１０が続き、トランスデューサアレイの全ての移動エレメントがグループ分けされて、アドレスされるまで続く。
【０１１０】
この実施例に示すように、可能な限り、増えてゆく各グループが、前のグループの周りに延在するように配置されるが、この幾何学的構造は、別の音響及び／又は構造的目的を達成するために変更することができる。例えば、主グループの「中心点」をトランスデューサアレイの外側周辺の反対側に移動させて、各グループとプロセッサ１４０２巻のワイヤ配線を容易にすることができる（図１４参照）。また、デバイスを二つのモードで稼動させることもできる。両グループを用いて一の波形を２倍の振幅で生成するモノフォニックと、各グループが別の音波を生成して、ステレオフォニック信号の再構築ができるステレオフォニックである。
【０１１１】
図１４は、代替のアドレッシングを行う実施例におけるスピーカシステムのブロック図である。図１４は、図１２及び１３に示す代替実施例のアドレッシングを示す。デジタル入力信号（Ｉ２Ｓ、ＩＣまたはＳＰＤＩＦプロトコル）１４０１が、論理プロセッサ１４０２に入力し、プロセッサは信号を転送して移動エレメントの二つの主グループのそれぞれのラッチ機構を規定する。各アドレッシンググループは、上側ラッチ機構用と、下側ラッチ機構用の二つの主グループに分けられている。各グループは、さらに、一の移動エレメントでなるグループで始まり、前のグループの移動エレメントの２倍のもう一つのグループが続き、その前のグループの移動エレメントの２倍のもう一つのグループが続き、アレイ全体の全ての移動エレメントがグループ分けされるまで続く、論理アドレッシンググループに分けられる。
【０１１２】
図１４のブロック図に示す実施例では、一の移動エレメントの主セグメントの上側ストロークは、一のエレメントグループ１４０３で開始して、二つのエレメントグループ１４０４が続き、ついで、４つのエレメントグループ１４０５が続き、トランスデューサアレイの移動エレメントの総数がアドレスされて、プロセッサ１４０２から制御信号を受信するまで続く。
【０１１３】
同じグループ分けパターンが、下側ストロークにも行われる。ここでは、一のエレメントでなるグループ１４０７に、２つのエレメントグループ１４０８が続き、ついで、４つのエレメントグループ１４０９が続き、トランスデューサアレイアッセンブリの移動エレメント総数がアドレスされて、プロセッサ１４０２から制御信号を受信するまで続く。
【０１１４】
同じグループ分けパターンが、一のエレメントなるグループ１４１３で開始して、２つのエレメントグループ１４１４が続き、ついで、４つのエレメントグループ１４１５が続き、トランスデューサアレイアッセンブリの移動エレメント総数がアドレスされて、プロセッサ１４０２から制御信号を受信するまで続き、上側ストロークグループを有する移動エレメントの第２の主セグメントについて行われる。
【０１１５】
これが、一のエレメントでなるグループ１４１７で開始して、２つのエレメントグループ１４１８が続き、ついで、４つのエレメントグループ１４１９が続き、トランスデューサアレイアッセンブリの移動エレメント総数がアドレスされて、プロセッサ１４０２から制御信号を受信するまで続く、第２の主セグメントの下側ストロークについても行われる。
【０１１６】
プロセッサ１４０２は、通常、トランスデューサアレイ全体を囲んでいるコイルへの交流電流も制御する。これは両方の主セグメント１４１２を含み、アレイ全体を通る磁場を作って制御する。所定の実施例では、電力増幅器１４１１を用いて、コイルへの電流をブーストさせても良い。
【０１１７】
図１５Ａは、代替の実施例のタイミング及び制御チャートを示す。ロジックとアルゴリズムを示すタイムチャートは、図１２乃至１４に示す代替の実施例において特定の音波形を生成するのに使用することができる。表示の方法は図１１Ａに示すものと同様であり、同じ信号を再生する。
【０１１８】
時間ラインは、Ｉ１、Ｉ２、等の符号を付したスロットに分割されている。この単純な例は、各々が３つのマイナーグループ１、２、３に分けられている、二つの主グループ（Ｌ及びＲ）に分割された１４個の移動エレメントを用いたデバイスを示す。
【０１１９】
デジタルサンプル値は、いくつのエレメントがアレイの上側にラッチすることができ、いくつのエレメントがアレイの下側にラッチすることができるかを示す。この例では、−３、−２、−１、０、１、２、３、及び４のデジタルサンプル値がラッチできる。各値は、それぞれ上側にラッチされている、０、２、４、６、８、１０、１２及び１４のエレメントによって表わされる。
【０１２０】
時間スライスＩ３において、デジタルサンプル値が０から１に変わる。これには、上側にラッチされている８つのエレメントと下側にラッチされている６つのエレメントが必要である。磁場の極性は上向きである。上側ラッチＲＴ１とＲＴ２は、下側ラッチＬＢ３と共に係合が解除され、エレメントＲＰ１、ＲＰ２、ＲＰ３、ＬＰ４、ＬＰ５、ＬＰ６、及びＬＰ７を開放して自由に動くようにする。ＬＲ４、ＬＰ５、ＬＰ６、及びＬＰ７の磁気極性が、上向きの力を大きくして、これらのエレメントを上側に駆動する。ＲＰ１、ＲＰ２、ＲＰ３は、逆であり、駆動力は下向きである。同時に、エレメントの動きに対向するラッチ機構が係合して、移動している移動エレメントをつかみ、適所にラッチする。
【０１２１】
時間スライスＩ４では、磁場の極性が変わり、下向きになる。上側ラッチＬＴ１とＬＴ２、及び下側ラッチＲＢ３の係合が解除され、エレメントＬＰ１、ＬＰ２、ＬＰ３、ＲＰ４、ＲＰ５、ＲＰ６およびＲＰ７を開放して自由に動くようにする。ＲＰ４、ＲＰ５、ＲＰ６およびＲＰ７の磁気極性が上向きの力を作り、これらのエレメントを上向きにする。ＬＰ１、ＬＰ２、ＬＰ３の磁気極性は反対であり、駆動力は下向きである。同時に、エレメントの動きに反対のラッチ機構が係合して、動いている移動エレメントをつかみ、適所にラッチする。
【０１２２】
時間スライスＩ５からＩ１４においては、ラッチ機構が係合し、この係合を解除して、デジタルサンプル値に従って移動エレメントを動かし、その状態を変える。
【０１２３】
図１５Ｃは、サウンドグラフＩＩ−ＩＶについての、３つの異なるピッチ（２２ＫＨｚ、１１ＫＨｚ、及び４．４ＫＨｚ）の生成をそれぞれ表わしている。グラフＩは、システムクロックであり、図に示す例では４４ＫＨｚである。図に示す実施例では、３つのピッチを作るのに使用するスピーカが、２０４７個の移動エレメントを有する。２２ＫＨｚのサウンド（クロックの半分）が生成される場合、２０４７個のエレメントが各クロックで位置を変える（上側から下側へ、あるいはその逆）。１１ＫＨｚ（クロックの１／４）のサウンドが生成される場合、２０４７個の半分の移動エレメントが、各クロックで位置を変える。例えば、第１のクロックで２０４７個の移動エレメントが全て上側位置にあれば、第２のクロックでは、これらのうちの１０２３個が下側になり、第３のクロックでは、残りの１０２４個のエレメントが下側になり、第４のクロックで１０２３個のエレメントが上がり、第５のクロックで、残りの１０２４個のエレメントが上がり、これが続く。４．４ＫＨｚ（クロックの１／１０）のサウンドが生成される場合、各クロックで上側位置にあるエレメントの数（１３４０、１８５２、・・・）が、グラフＩＶの上に示されており、一方、各クロックで下側位置にあるエレメントの数（７０７、１９５、・・・）がグラフＩＶの下に示されている。
【０１２４】
図１６Ａは、移動エレメントサブアッセンブリの小部分を示す。
【０１２５】
図１６Ａ及び１６Ｂは、様々な実施例の移動エレメントを示す図である。
【０１２６】
図１６Ａに示す実施例は、薄いフォイル材料１６０１で構成した移動エレメント（ピストン）である。この形状の屈曲部によって拘束され、形状１６０２の中央を自由に移動できるようにエッチングした、正確な丸いサーペンタイン形状を有する。
【０１２７】
図１６Ｂは、フレキシブル基板を用いた移動エレメントサブアッセンブリの別の実施例の小部分を示す。この実施例は、ゴムポリエチレン材料１６０３などの十分に弾性のある材料から構成した移動エレメント（ピストン）の例であり、これは、いずれも特別な形状で、材料表面の上下に寸法を有する磁性材料が蒸着されているか、あるいは、材料自体で拘束された状態で自由な動きを可能にする特別な寸法の磁気ディスク１６０４に材料を固定している。
【０１２８】
図２Ｃは、フリー浮動コンポーネントを用いた移動エレメントアッセンブリの別の実施例の小部分を示す図である。この実施例は、各端部を逆の磁極に磁化した材料で構成した、フリー浮動移動エレメント（ピストン）の例である。この実施例では、Ｎ極が上にあり、Ｓ極が下にある。
【０１２９】
図３Ｂは、ハニカム設計に基づく、所定の実施例における完全なトランスデューサアレイ構造の平面図であり、これは、表面積の４８％の曲線因子が可能である。図１７は、矩形の設計に基づく、所定の実施例の完全なトランスデューサアレイ構造の平面図であり、これは、業面積の３８％の曲線因子が可能である。
【０１３０】
図１８は、矩形エレメントを用いた実施例の小部分を示す分解図である。この実施例は、曲線因子を増やして、トランスデューサ面積あたりのサウンド圧レベルをより高くすることを意図して矩形エレメントを使用したトランスデューサアレイ構造を示す。
【０１３１】
上述した実施例にあるとおり、同じ構造のエレメントが使用されている。コイルはトランスデューサアレイ全体（図示せず）を囲んでおり、電圧がかかると、コイルがアレイ構造全体に電磁駆動力を発生する。
【０１３２】
上側層構造は、通常、正確にスペースを設けたキャビティ１８０２アレイを伴う誘電層を具え、これは各々が電極リングを有しており、各キャビティの上に固定されて静電ラッチ機構１８０１を作っている。
【０１３３】
この実施例の移動エレメント（ピストン）は、多数の非常に正確に「サーペンタイン」形状にカットされた、あるいはエッチングされた導電性磁化材料でできた薄いフォイルを具えており、フォイルに、磁化した上側１８０４と下側１８０５を有する特別な移動自由手段１８０３を与えている。各移動エレメントは、４つの屈曲部によって案内され拘束されている。
【０１３４】
下側層の構造は、通常、正確にスペースを設けたキャビティ１８０６のアレイを具える誘電層を具え、各々が各キャビティの下に固定された電極リングを有しており、静電ラッチ機構１８０７を作っている。
【０１３５】
図１９は、複数のデバイス（アレイ）を具える装置を示す。この構造は、より大きなサウンド圧レベルを生成できるデバイス１９０１を作ること、あるいはビーム形成技術（本発明の範囲を超える）を用いて方向性音波を作ることに関する、アレイトランスデューサ１９０２の所定の実施例における複数の使用を示す。
【０１３６】
このアレイは、所望の形状とすることができ、この記述における丸い形状は説明の目的のためだけのものである。
【０１３７】
本発明の一の実施例によって構成され動作し、図１Ｂ、２Ａ−２Ｃ、３Ａ−３Ｃ、４Ａ、５、６Ａ、７Ａ−７Ｂ、８Ａ−８Ｂ、９Ａ、１０Ａ、１１Ａ、１２Ａ、１３、１４、１５Ａ、１６Ａ−Ｃ、１７−１９を参照して、上述したデバイスを、例えば図１Ａを参照してより一般的に、及び更に詳細に述べる。代替の実施例についても述べる。
【０１３８】
図１Ａを参照すると、物理的効果を奏するアクチュエータ装置の単純化した機能ブロック図であり、少なくとも一の属性が、クロックに従って定期的にサンプリングされるデジタル入力信号の少なくとも一の特性に対応している。本発明の好ましい実施例によれば、図１Ａに示す装置は、少なくとも一のアクチュエータデバイスを具え、各アクチュエータデバイスが移動エレメントアレイ１０を具える。各移動エレメントアレイは、通常、移動エレメントアレイ１０に与えられた交流電磁力に応答して各軸に沿って交互に往復移動するように拘束されている。各移動エレメントは、電磁力に応答するように構成され、動作する。従って、各移動エレメントは、導電体を具えていてもよく、強磁性材料で形成してもよく、例えば、図６Ｃに示すように永久磁石を具えていても良く、電流担持コイルを具えていても良い。
【０１３９】
ラッチ１２０は、少なくとも一の移動エレメントサブセット１０を少なくとも一のラッチ位置に選択的にラッチするように動作し、これによって、個々の移動エレメント１０が電磁力に応答しないようにする。電磁場コントローラ３０は、クロックを受信し、従って、磁場発生器４０による移動エレメントアレイへの電磁力の適用を制御するように動作する。ラッチコントローラ５０は、デジタル入力信号を受信して、これによってラッチを制御するように動作する。ラッチコントローラ５０は、ラッチ制御動作の少なくとも一のモードにおいて、例えば、コイル４０である磁場発生器によって、受信したデジタル入力信号にコード化したサウンド強度に実質的に比例するように与えられた電磁力に応じて、自在に振動する移動エレメント１０の数をセットするように動作する。好ましくは、デジタル入力信号にコード化されたサウンド強度が、正の極大にあるとき、全移動エレメントが第１の極大位置にラッチされる。デジタル入力信号にコード化されたサウンドの強度が負の極大にあるとき、全移動エレメントが、逆の第２の、極大位置にラッチされる。
【０１４０】
好ましくは、例えば、入力信号に似たサウンドといった物理的効果は、例えばここで述べる上側位置などの極大位置にある移動エレメントの数を、通常、以下に述べるような再サンプリングとスケーリングの後に、デジタルサンプル値に合致させることによって達成できる。例えば、デジタルサンプル値が現在１０であれば、ここでは、ＭＥ１、・・・ＭＥ１０である１０個の移動エレメントがその上側位置にくる。デジタルサンプル値が１３に変わると、ここでは、ＭＥ１１、ＭＥ１２及びＭＥ１３である３つの追加移動エレメントがその上側位置へ立ち上がり、この値を反映させる。次のサンプル値が１３のままであれば、これを反映するのに移動エレメントを動かす必要はない。次にデジタルサンプル値が１６に変化すると、ＭＥ１４、ＭＥ１５及びＭＥ１６である３つの別の移動エレメント（ＭＥ１１、ＭＥ１２及びＭＥ１３はすでに上側位置にあるので）を上側位置に立ち上げて、これを反映させる。
【０１４１】
いくつかの実施例では、以下に詳細に述べるように、移動エレメントの数が２の全連続指数であるグループセットといったグループで集合的に動作するように移動エレメントが構成されており、これは１、２、４、８、１６個の移動エレメントをそれぞれ有するグループで動作するように構成された３１の移動エレメントである。この場合、上述の例を用いると、サンプル値が１０であれば、８個と２個の移動エレメントをそれぞれ含む二つのグループが、両方とも上側にある、すなわち、これらの全移動エレメントが上側位置にある。しかしながら、サンプル値が１３に変わると、通常は、３つの移動エレメントを下側位置から上側位置へダイレクトシフトさせるのは実用的でない。なぜならば、この例では、２値のグループ分けがなされているので、１と２の移動エレメントを含む２つのグループを立ち上げることでのみ達成されるが、２つの移動エレメントを含むグループはすでに立ち上がっているからである。しかし、上側ピクセルの数はサンプル値１３に合致する。１３＝８＋４＋１なので、４つと１つのピクセルを含む２つのグループを立ち上げて、２つのピクセルを含むグループを下げて、＋３の正味の圧力変化を発生させ、これによって、所望の入力信号と同じサウンドを、通常、再サンプリングとスケーリングの後に発生する。
【０１４２】
より具体的には、上側などの第１の極大位置に向けて移動した移動エレメントは、第１の方向に、ここでは正の圧力を発生する。下側などの反対の極大位置に向けて移動した移動エレメントは、逆の方向に、ここでは負の圧力を発生する。適宜の数の移動エレメントを対応する方向に動かす、あるいは、ｎ個の移動エレメントを対応する方向に動かして、すなわちｍ個のエレメントを反対の方向に動かして、差ｎ−ｍが、通常、再サンプリングとスケーリングの後に、対応する、例えば、サンプリングした信号値と同じになることによって、所定量の正または負の圧力が得られる。
【０１４３】
通常、移動エレメントは、シリコン、または金などの金属で被覆したシリコンなどの、少なくとも中程度の導電性材料でできている。
【０１４４】
移動エレメントが永久磁石を具える場合は、この永久磁石は、通常、製造工程で磁極が所望の移動軸に対して強直線になるように、磁化されている。通常、トランスデューサアレイ全体を囲んでいるコイルが、駆動力を生成する。各移動エレメントを制御するためには、例えば、一つを移動エレメントの上に、一つを下に、２つのラッチエレメント（通常、静電ラッチあるいは「電極」を具える）が用いられる。
【０１４５】
一の実施例によれば、アクチュエータはスピーカであり、移動エレメントアレイ１０は流体媒体内に配置されている。コントローラ３０と５０は、従って、デジタル入力信号の少なくとも一つの特性に対応するよう、サウンドの少なくとも一の属性を規定するように作動する。このサウンドは、少なくとも一の波長を有しており、これによって、サウンド中に存在する最短波長を規定している。各移動エレメント１０は、通常、移動エレメントの軸に直交しており、その最大寸法を規定する断面を規定している。これは、例えば、最短波長より小さい桁に比較して小さい、各断面の最大寸法である。図１Ｂは、本発明の好ましい実施例に従って構成され動作する移動エレメントアレイ１０の斜視図である。本実施例において、各移動エレメント１０は磁石を具えており、ラッチする場合以外は、磁場発生器４０によって移動エレメントアレイ１０に与えた交流電磁力に応じて各軸に沿って交互に往復移動するよう、各々の移動が制限されている。
【０１４６】
図１Ｃ−１Ｇは、ラッチエレメント７２、７３、７４、７６及び７７の単純な平面図である。いずれのエレメントも、同じあるいは異なるその他のエレメントと組み合わせて、本発明の代替の実施例による静電ラッチ２０を形成することができる。少なくとも一のラッチエレメント７２は、図１Ｃに示すように、孔のあいた構造を有している。図１Ｄでは、ラッチエレメント７３が切り欠き構造を有しており、ラッチのとがった部分に静電荷を集中させて、対応する移動エレメントに係るラッチ力を上げるようにしている。図１Ｅでは、少なくとも一のラッチエレメント７４が、エアの通過を防げてエアが逃げるのを遅らせる中央部分７５を具える構造をしており、これによって、移動エレメント１０とラッチエレメント自体との間にクッション接触を提供している。少なくとも一のラッチエレメント７６が、図１Ｆ、及び、例示として、図１Ｂに示すようなリング形状を有していても良い。図１Ｇのラッチエレメント７７は、更なる代替の実施例である。これは、半径方向に少なくとも一のみぞ７８が設けらており、ラッチ中に電流が誘導されない点を除いて、図１Ｅのラッチエレメント７４と同じである。
【０１４７】
図２Ａは、コイルまたは図１Ａに示すその他の磁場発生器４０によって下側に与えられた電磁力に応じて、第１の最下位置にある、図１Ｂのアレイを示す。図２Ｂは、コイルまたは図１Ａのその他の磁場発生器４０によって上側に与えられた電磁力に応じて、第２の最上位置にある、図１Ｂのアレイを示す。図２Ｃは、個々の移動マグネットの一つ２０４が、個々の移動エレメント上の電荷に対応して、上側ラッチとして機能していることによって、個々のマグネットが上側位置にラッチされているため、磁場発生器４０によって与えられた上側の力に応じていない点を除いて図２Ｂと同じである。図１Ａ−２Ｃの実施例において、このラッチ２０が静電ラッチを具えることは自明であるが、これは必ずしも必要でない。
【０１４８】
図２Ａ−２Ｃの装置は、通常、各移動エレメントについて、一対のラッチエレメント２０５と２０７を具える。一方が他方の上になくとも良いが、簡単にするためにここでは「上側」及び「下側」と呼ぶ。これらのラッチエレメントは、一またはそれ以上の電極と、電極を分離するスペース維持器２２０を具える。ラッチ２０が静電ラッチを具える実施例では、スペース維持器２２０を絶縁材料で形成することができる。
【０１４９】
ラッチエレメントの各対は、ここで第１及び第２のラッチ位置、あるいは、簡単にするために「上側」及び「下側」ラッチ位置と呼ばれる２つのラッチ位置のうちの選択可能な方に個々の移動エレメント１０を選択的にラッチして、これによって、個々の移動エレメントが電磁力に応答しないように動作する。各移動エレメント１０がそれに沿って移動する軸が、第１のハーフ軸と第２の共直線ハーフ軸を具える場合、例えば、図２Ａ−２Ｃに示すように、第１のラッチ位置は、通常、第１のハーフ軸内に位置し、第２のラッチ位置は、通常、第２のハーフ軸内に位置する。
【０１５０】
図３Ａ−３Ｃは、それぞれ、例えば、図に示すアレイの周囲に巻かれたコイル４０によって移動エレメントアレイ１０に与えられた交流電磁力に応じて、各軸に沿って交互に往復運動するように制限された、傾いた移動エレメントアレイ１０の、平面、断面及び斜視図である。図４Ａは、コイル４０１によって、移動エレメントアレイ４０３に与えられた交流電磁力に応じて、各軸に沿って交互に往復運動するように制限された移動エレメントアレイ４０３と、少なくとも一の層として形成されており、少なくとも一のラッチ位置に少なくとも一の移動エレメント４０３のサブセットを選択的にラッチするように動作して、これによって、個々の移動エレメント４０３が電磁力に応答しないようにするラッチとを具える、層状アクチュエータデバイスの分解図である。通常、電磁力は、図に示すようにアレイ４０３を囲むコイル４０１を用いて発生させる。
【０１５１】
このラッチは、通常、上側ラッチ層４０２と下側ラッチ層４０４の、一対の層を具える。この層が、チャージされて、移動エレメントがここに記載したような適宜の電磁場内にあると、移動エレメントをそれぞれ最上位置と最下位置にラッチする。各ラッチ層４０２と４０４は、通常、図５−６Ａに詳細に示すように、電極層とスペーサ層を具える。スペーサ層４０２と４０４は、一般的に、いずれかの好適な誘電材料で形成することができる。選択的に、フェライトあるいは強磁性流体を誘電材料に加えて、磁石層の磁石間の所望しない相互作用を低減するようにしてもよい。
【０１５２】
図５−６Ａにおいて、屈曲部と環状磁石あるいは導電体、あるいは強磁性磁石が設けられているが、これは限定を意図するものではない。代替的に、ここに詳細に記載されているように、例えば、その他の形状の磁石を提供しても良く、あるいは環状エレメントをコイルで置き換えてもよく、また、自由浮動移動エレメントを屈曲部なしで提供しても良く、あるいは、移動エレメントが周辺に弾性部またはフレキシブル部を有しているか、周辺の弾性部材又はフレキシブル部材に連結されていても良い。
【０１５３】
図４Ｂは、本発明の好ましい実施例に従って動作する好ましい駆動方法を示す簡単なフローチャートである。図４Ｂでは、物理的効果が発生し、その少なくとも一の属性は、システムクロックに従って定期的にサンプリングされるデジタル入力信号の少なくとも一の特性に対応している。図に示すように、この方法は、通常、例えば、磁場発生器４０によって移動エレメントアレイ１０に与えられた交流電磁力に応じて、軸１５（図１Ｂ）に沿って交互に往復移動するように各々が制限された少なくとも一の移動エレメントアレイ１０を提供するステップを具える（ステップ４５０）。ステップ４６０では、少なくとも一の移動エレメントサブセット１０が、ラッチ２０によって少なくとも一のラッチ位置に選択的にラッチされ、これによって、個々の移動エレメント１０が磁場発生器４０によって与えられる電磁力に応答しないようにしている。ステップ４７０では、システムクロック信号を受信して、これによって、移動エレメントアレイへの電磁力の適用を制御している。ステップ４８０では、デジタル入力信号を受信して、これに従ってラッチステップ４６０を制御している。通常は、上述したとおり、ラッチ２０は、一対の層を具え、静電ラッチエレメントアレイを具え、絶縁材料でできた少なくとも一のスペース維持層が静電ラッチ層を分離している。通常、このラッチと、少なくとも一のスペース維持器は、ＰＣＢ製造技術を用いて製造される（図４Ｂ、ステップ４５０）。この移動エレメントアレイは、通常、一対の電極層間に挟まれた磁性層４０３を具える。この電極層は、一対の誘電スペーサ層によって磁性層から離されている。通常、少なくとも一の層が、上はボンディング技術、層ラミネート技術、及び／又はＰＣＢ製造技術及び／又はこれらの技術の組み合わせを用いて製造される（図４Ｂ、ステップ４５５）。
【０１５４】
図５は、本発明の好適な実施例によって構成され動作する図４Ａに示すアクチュエータデバイスの斜視図である。ここで、移動エレメントアレイ１０は、薄いフォイルで形成されており、各移動エレメントは、それを囲んで一体的に形成された屈曲部６０６によって拘束されている。この屈曲部は、通常、切り欠き部７０２で分散されたフォイル部分７０３を有する。図６Ａは、図５のアクチュエータデバイスの一部を示す分解図である。
【０１５５】
本発明の好ましい実施例によれば、面を規定するのに少なくとも３つの屈曲部が必要であるため、３つの屈曲部が提供されている。図に示され、ここに述べた移動エレメントの場合は、屈曲部で規定された面が通常、移動エレメントの所望の移動軸に直交する面であるか、あるいは、所望の軸に沿って移動するように移動エレメントを拘束するのに選択されたいずれかの面である。
【０１５６】
一般的に、屈曲部の面積を最小にして、移動エレメント自体のデバイスに使用できる面積を有効に使うことが望ましい。なぜなら、駆動プロセスは、移動エレメントによって、デバイスの機能の観点からは、屈曲部領域が上にくるように行われるためである。例えば、アクチュエータがスピーカである場合、移動エレメントが空気を押して、これによって、サウンドを作る一方で、屈曲部とそれを規定しているギャップは空気を押さない。従って、一般的に、屈曲部のトータル長さは（例えば、移動エレメントの周辺長さの２倍と逆に）、移動エレメントの周辺長さと同じである。従って、屈曲部のトータル長さを所定のように処理して、多くの屈曲部が提供されているほど、屈曲部が短くなる。これは、同じ移動の下でより高いストレスへと変化する、すなわち、移動エレメントの同じ振幅の動きを達成する。
【０１５７】
この結果、３つの屈曲部のみを設けることが好ましいと考えられる。すなわち、例えば、移動エレメントの移動軸に垂直な面を規定するなど、移動エレメントを確実に保持するのに、最少数以上の屈曲部は不要であると考えられる。
【０１５８】
図６Ｂ及び６Ｃは、それぞれ、本発明の好ましい、エア漏れの少ない実施例によって構成され動作する、移動エレメント、ラッチ、及びスペーサエレメントのアッセンブリを示す斜視図及び分解図である。エア漏れとは、移動エレメントの上側のスペースから移動エレメントの下側のスペースへ、あるいはこの逆方向に、通過するエアを意味する。
【０１５９】
図６Ｄは、図６Ｂ−６Ｃに示す装置の断面図であり移動エレメント１０の最上部６１０、最底部６２０、中間部６３０の、３つの部分を示す断面図である。図６Ｅは、図６Ｄの説明である。通常、図６Ｂ−６Ｅの実施例では、少なくとも一の移動エレメントが少なくとも一の屈曲部分を通るエア漏れを防ぐように構成されている。図に示すように、少なくとも一のスペース保持器６４０が移動エレメントアレイ１０とラッチ機構２０との間に配置されており、このスペーサ保持器６４０が、断面を有するシリンダ６６０を規定しており、ここでは、少なくとも一の移動エレメント１０が、その断面が屈曲部とならないように十分小さい細長エレメント６７０と、シリンダ６６０の断面より断面が小さく、その上に装着されたヘッドエレメント６８０を具える。説明を簡単にするために、屈曲部６０６の一部のみを示している。
【０１６０】
図７Ａは、図５−６Ｃの移動エレメント層を示す静止部分的平面図である。図７Ｂは、図５−６の移動エレメント層の図７Ａに示すＡ−Ａ軸に沿った断面図である。図７Ｃは、図５−７Ｂの移動エレメント層の斜視図であり、ここで、個々の移動エレメントは、最上位置に向けて上側に移動しており、その屈曲部が曲がって薄いフォイルの面から上側へ延在しているところが示されている。図７Ａ−７Ｃに示すように、図１Ａの移動エレメント１０の少なくとも一つが、周辺部７０６を規定する断面を有し、この周辺部に設けた少なくとも一の屈曲部によって拘束されている。通常、少なくとも一の移動エレメント１０とその拘束部、通常サーペンタイン屈曲部は、単一のシート部材で形成されている。代替的に、図１６Ｂに示すように、少なくとも一の屈曲部１６０５を、弾性材料で作るようにしてもよい。屈曲部を用いた実施例は、本発明の実施例の一つのみである。逆に、例えば、図１Ｂに示すように、各移動エレメントは単純な自由浮動エレメントを具えている。
【０１６１】
図７Ｄは、本発明の代替の実施例によって構成され動作する移動エレメント層の斜視図である。図７Ｅは、個々の移動エレメントの屈曲部で拘束された中央部分７０５の側面図である。図７Ｄ−７Ｅの実施例では、図１Ａの移動エレメント１０は、通常、図５−７Ｃの実施例のディスク形状の永久磁石５０２ではなく、通常の環状永久磁石７１０を具える。通常、各移動エレメント１０は、対応する第１及び第２の通常円形の面７１１と７１２を有しており、これらの面は移動する移動エレメント軸７１５の第１及び第２の端部ポイント７１３と７１４に面しており、少なくとも一の永久磁石７１０が第１及び第２の円形表面７１１と７１２のうちの少なくとも一方の上に配置されている。二つの永久磁石７１０が設けられている場合は、この二つの磁石は、図７Ｅに示すように、同極が同じ方向を指すように整列している。
【０１６２】
図８Ａは、図１Ａのラッチコントローラ５０によるラッチ２０の制御を示す制御図であり、図１Ａのコントローラ３０による典型的なコイル誘導電磁力の制御を、移動エレメント１０がグループＧ１、Ｇ２、・・・ＧＮに配置されている特別な例について示す。このグループは、各々が選択的に、集合的に動作することができ、ラッチ層の各ラッチは、通常、永久磁石に取り付けられており、ラッチ層にある永久磁石のすべての極は、全て同じように配置されている。ラッチは、通常、各グループあるいは各グループの各移動エレメントについて、上側ラッチと下側ラッチを具える。グループＧｋ（ｋ＝１、・・・、Ｎ）の上側及び下側ラッチは、それぞれＴｋとＢｋとする。図８Ａでは、二つのコントローラがプロセッサ８０２に実装されている。
【０１６３】
図８Ｂは、好ましい方法を示すフローチャートである。これに従って、図１Ａのラッチコントローラ５０が、入ってくる入力信号８０１を処理し、これに従って、移動エレメント１０のラッチ２０をグループで制御する。略語「ＥＭ」は、関連する矢印の方向に応じて、関連する移動エレメントグループに対して、上側または下側に与えられる電磁力を表わす。図８Ｂに示す実施例では、時間ｔにおいて、再スケーリングされたＰＣＭ信号のＬＳＢが１であれば（ステップ８１６）、これは、グループＧ１のスピーカエレメントが選択された端部位置にあることを示す。グループＧ１がすでに選択された端部位置にある場合は（ステップ８１７）、更なる動作は不要であるが、グループＧ１が選択された端部位置にまだない場合は、ラッチコントローラ５０は磁場が上を向くのを待って（ステップ８１８）、設定Ｂ１の下側ラッチを開放して、設定Ｔ１に上側ラッチを係合させる（ステップ８１９）。これを、全てのグループＧ２、・・・ＧＮについて、変更すべきところを変更して行う。
【０１６４】
図８Ｂでは、上向きあるいは下向きの矢印を伴う表記ＴｋまたはＢｋは、ｋ番目のグループの移動エレメントの上側または下側（ＴまたはＢ）のラッチについての、ラッチあるいは開放（それぞれ、上側または下側の矢印）を示す。
【０１６５】
図８Ｃは、図８Ａのプロセッサ８０２などの、プロセッサの簡単な機能ブロック図である。このプロセッサは、ここに説明した静電ラッチ機構を用いてアクチュエータデバイスを実質的に制御するのに用いられる。図８Ｃの実施例では、単一のプロセッサが、電磁場コントローラ３０と、ラッチコントローラ５０の両方を実装している。電磁場コントローラ３０は、通常、矩形波であるシステムクロック８０５を受信して、同じ周波数と位相のサイン波を生成して、このサイン波を駆動信号としてコイル４０へ提供する。ＤＳＰ８１０は、例えば、Ｔｅｘａｓ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社から商業的に入手可能な、好適にプログラムされたＴＩ６０００デジタルシングルプロセッサを具えてもよい。ＤＳＰ８１０のためのプログラムは、フラッシュメモリなどの好適なメモリチップ８２０を搭載してもよい。少なくとも一のラッチ制御動作モードにあるラッチコントローラ５０が動作して、コイル４０によって与えられた電磁力に応じて自由に振動する複数の移動エレメントを、デジタル入力信号中のコード化したサウンドの強さに実質的に比例するように設定する。
【０１６６】
電磁場コントローラ３０は、通常、移動エレメント１０のアレイ全体に巻回したコイル４０への交流電流を制御してアレイ全体に磁場を作り、これを制御する。所定の実施例では、電力増幅器８１１を用いて、コイル４０への電流をブーストさせる。電磁場コントローラ３０は、通常、交流電磁力を生成し、その交番は、図１１Ａ、グラフＩを参照して以下に詳細に説明するように、システムクロック８０５と同期している。
【０１６７】
ラッチコントローラ５０は、デジタル入力信号８０１を受信して、これに従ってラッチ機構２０を制御するよう動作する。通常、各移動エレメント１０は、クロックに付き、即ち、一の所定のクロックの間に最大一回の移動を行い、各移動エレメントが下側位置から上側位置に移動するか、あるいは、上側位置から下側位置に移動するか、あるいはこれらの二つの一のいずれか一方を維持する。図１１Ａを参照して、ラッチコントローラ５０の好ましい動作モードを以下に説明する。本発明の好ましい実施例によれば、移動エレメント１０の適宜の端部位置への保持は、ラッチコントローラ５０によって影響を受ける。
【０１６８】
好ましくは、ラッチコントローラ５０は、「制御グループ」である、グループになった移動エレメントを動作させる。所定の移動エレメントグループの全ての移動エレメントは、選択的に上側位置にラッチされているか、下側位置ラッチされているか、ラッチされていないかである。好ましくは、「制御グループ」が、シーケンスＧ１、Ｇ２、・・・を形成しており、各制御グループＧｋのスピーカエレメントの数は、２などの整数の（ｋ−１）乗であり、これによって、所定の数を、例えば２または１０、あるいは他の好適な整数の乗数の和で表わすことができるため、所望の数のスピーカエレメントを動作（上側にラッチ、下側にラッチ又はラッチなし）させられる。スピーカエレメントの総数が、２０４７など２の乗数（Ｎ）倍より小さくなるように選択されている場合は、スピーカエレメントの総数を制御グループの整数、即ち、Ｎに区分けすることができる。２０４７個のスピーカエレメントがある場合、シーケンスＧ１、Ｇ２、・・・における制御グループの数は、１１である。
【０１６９】
この実施例では、再スケーリングしたＰＣＭ信号の個々の値を、２の整数の乗数の和で表わすことができ、好適な制御グループの全ての員を集合的にその端部位置におくことによって、常に好適な数のスピーカエレメントを選択して端部位置に配置することができる。例えば、時間ｔにおいて、再スケーリングしたＰＣＭ信号の値が１００であれば、１００＝６４＋３２＋４である。グループＧ３、Ｇ６、及びＧ７は共に正確に１００のスピーカエレメントを含んでおり、従って、時間ｔにおいて、これらの３つのグループの全ての員が「上」あるいは「上側」位置といった選択された端部位置に集合的に配置され、同時に、これらの３つのグループ以外の全てのグループのずべての員が集合的に「下」あるいは「下側」位置といった選択されていない端部位置に配置される。各移動エレメントが下側ラッチと上側ラッチを有し、各々が、通常、選択的に好適な局部静電力を与えることによって発生し、この力とあわせて「下側」及び「上側」位置にラッチすることは自明である。グループＧｋのスピーカエレメントの下側及び上側ラッチセットは、それぞれ、Ｂｋ及びＴｋラッチとする。
【０１７０】
図８Ｄは、図１Ａ−８Ｃの装置を初期化する好ましい方法を簡単にしたフローチャートである。図８Ｄの方法によれば、移動エレメントアレイ１０は、移動エレメントアレイの各移動エレメント１０を少なくとも一のラッチ位置に運ぶステップを含む初期動作で行われる。ここに述べるとおり、上側及び下側ラッチ位置は、両方とも、通常、各移動エレメント１０に対して提供され、この場合、アレイの各移動エレメントを少なくとも一のラッチ位置におくステップが、通常、アレイの第１の移動エレメントサブセットを上側ラッチ位置におくステップと、アレイの残りの全てのエレメントを具える第２のサブセットを下側ラッチ位置におくステップとを具える。第１及び第２のサブセットは、好ましくは、第１及び第２のサブセットの移動エレメントが上側及び下側ラッチ位置にそれぞれあるときに、第１のサブセットの移動エレメント１０によって変位した、エアなどの流体によって生じる総圧力が、第２のサブセットの移動エレメントによって変位するエアなどの流体によって生じる総圧力と大きさが同じで方向が逆になるように、選択されることが好ましい。
【０１７１】
移動エレメント１０は、通常、所定の極性を有する電荷が与えられており、各移動エレメントが、製造のばらつきによって、他の移動エレメントと若干異なる傾向にある個々の固有振動周波数を規定しており、これによって、移動エレメントアレイについて４２−４６ＫＨｚといった固有振動周波数レンジを規定している。ここに述べるとおり、通常は、第１及び第２の静電ラッチエレメントが設けられており、これは、移動エレメント１０を上側及び下側ラッチ位置にそれぞれラッチするように動作し、移動エレメントアレイを移動させるステップは、以下のステップを具える：
【０１７２】
ステップ８５０：第１のサブセットに含まれる各移動エレメントの第１の（上側あるいは下側）静電ラッチを、そのラッチに向いている移動エレメント上の磁極と反対の極性にチャージする。第１及び第２の各サブセットは、移動エレメントの総数の５０％を具えている。
【０１７３】
ステップ８５５：第２のサブセットに含まれる各移動エレメントの第２の（上側あるいは下側）静電ラッチを、そのラッチに向いている移動エレメント上の磁極と反対の極性にチャージする。
【０１７４】
ステップ８６０：上述したとおり、移動エレメントは、所定の固有振動周波数ｆｒを有するように設計されている。設計ツールは、有限要素解析（ＦＥＡ）ソフトウエアなどのコンピュータを用いたモデリングツールである。ステップ８６０では、移動エレメントが配置されている電磁場の交番タイミングを決定するシステムクロックの周波数ｆＣＬＫが、ｆｍｉｎと呼ばれ、通常、実験的にあるいはコンピュータを用いたモデリングにより決定されるアレイ中の最も低い固有振動周波数を有する移動エレメントの固有振動周波数に設定される。
【０１７５】
ステップ８６５−８７０：システムクロック周波数は、ついで、初期値ｆｍｉｎから、Δｆで分けられた次の周波数値へ、システムクロック周波数が、ｆｍａｘと呼ばれ、通常実験的にあるいはコンピュータを用いたモデリングにより決定される、アレイ中の最も高い固有振動周波数を有する移動エレメントの固有振動周波数に達するまで、単調に上がってゆく。しかしながら、代替的にシステムクロック周波数は、ｆｍａｘからｆｍｉｎへと単調に下がる、あるいは非単調に変化してもよいことは自明である。
【０１７６】
移動エレメント１０が固有振動周波数ｆｒで励起されると、移動エレメントの振幅が各サイクル毎に、以後Ａｍａｘと呼ばれる所定の最大振幅に達するまで上がることは自明である。通常、移動エレメントがＡｍａｘに達するのに要する時間Δｔは設定を行うときに記録されており、初期化シーケンスを行う間に適用された電磁力が、アイドル状態から、移動エレメントが上側又は下側どちらかのラッチに移動するのに必要なギャップの２倍になるように選択される。
【０１７７】
ファクタＱまたは品質ファクタは、振動している物理的システムの振幅が減衰する時定数をその振動周期と比較する既知のファクタである。同様に、これは、システムが振動する周波数を、そのエネルギィを消散する速度と比較する。Ｑが高いほど、振動周波数に対するエネルギィの消散速度が遅いことを表わす。好ましくは、移動エレメントのファクタＱは、コンピュータで、あるいは実験的に決定される。決定されたファクタＱは、振幅がＡｍａｘの５０％に落ちる前に、ｆｒ（ｆｒ以下の値とｆｒ以上の値の、二つの値が可能である）から周波数ｆＣＬＫを除去するのに必要な時間がどのくらい早いかを表わしている。二つの値の差がΔｆである。
【０１７８】
上述のステップの結果、極性交番の電磁力シーケンスがここで、移動エレメントアレイに与えられる。同じ極性の力を連続的に与える時間インターバルは、時間がたつと、システムクロックに生じる変化によって変化し、これによって、シーケンスの周波数レベルの変化を規定する。この結果、ある時点ｔで、個々の固有振動周波数が時間ｔの周波数レベルに十分に類似である全移動エレメントの振動の振幅が増加する。周波数レベルは、現在の周波数レベルに固有振動周波数が近い全ての移動エレメントのセットＳが、電磁場交番周波数レベルが、移動エレメントセットＳの振動の振幅の増加が止まるときにその固有振動周波数と同じでなくなる前にラッチできるように十分に遅い（即ち全ての反復において同じである、あるいは同じでない、好適なインターバルΔｔの後にのみ）。周波数レベルの変化の大きさは、固有振動周波数レンジに対応する。通常、初期シーケンス（ステップ８７２）の終わりで、システムクロックｆＣＬＫが、アレイの移動エレメントの平均あるいは中心固有振動周波数、すなわち、４４ＫＨｚである、予め規定されたシステム周波数に設定される。
【０１７９】
移動エレメントの固有振動周波数のレンジを決める一方法は、振動記録計を用いて移動エレメントアレイを調べ、このアレイを別の周波数で励起することである。
【０１８０】
図８Ｅは、本発明の好ましい実施例によって構成され作動するスピーカシステムを組み立てた状態で示す、簡略化された斜視図である。ラッチエレメント２０の間に挟んだ移動エレメント１０（図示せず）を含むアクチュエータエレメントのアレイがＰＣＢ２１００の上に装着されている。このアレイを、コイル４０が囲んでいる。制御ライン２１１０が示されており、この上をプロセッサ８０２中のラッチコントローラ５０（図示せず）で生成されるラッチ制御信号がラッチエレメント２０へ送られる。増幅器８１１は、プロセッサ８０２中の磁場発生コントローラ３０（図示せず）によって提供される信号を増幅して、コイル４０に送る。コネクタ２１２０は、図８Ｅに示す装置をデジタルサウンド源に接続している。簡単にするために、電源部品などの従来の部品は図示していない。
【０１８１】
本発明の実施例によって構成され作動する装置を用いてサウンドを生成する好ましい動作方法を、図８Ｆに基づいて以下に述べる。図８Ｆに示す方法は、好ましくは、時間ドメインにおけるサウンドの表現、通常ＰＣＭ（パルスコード変調）表現に基づいている。
【０１８２】
図８Ｆの再サンプラー（ｒｅｓａｍｐｌｅｒ）８１４：ＰＣＭのサンプリングレートがシステムクロックと同じにならない限り、ＰＣＭが再サンプリングされて、サンプリングレートを図１Ａの装置システムクロック周波数（図１１Ａの最上列）より上げる、もしくは下げる。
【０１８３】
一般的に、どのような好適なサンプリングレートでも使用することができる。特に、本発明のシステムは、一つが入力信号によって決定される所望の周波数と、もう一つがアーチファクトである、少なくとも二つの異なる周波数を有する音波を生成する。アーチファクト周波数は、クロック周波数、即ち、システムのサンプリングレートである。従って、好ましくは、システムのサンプリングレートは、人の可聴範囲外、即ち、少なくとも２０ＫＨｚになるように選択される。ナイキストサンプリング理論によると、システムクロックは、スピーカがサウンドを生成するように設計されている最も高い周波数の少なくとも２倍になるように選択されるべきであると、教示している。
【０１８４】
スケーラ８１５：ＰＣＭ語長は、通常、８、１６または２４ビットである。８ビットＰＣＭ表現は、符号がなく、時間の経過によって０から２５５へ変化する振幅値を有し、１６及び２４ビットＰＣＭ表現は、符号付きで、時間の経過によって、それぞれ、−３２７６８から３２７６７へ、及び−８３８８６０８から８３８８６０７へ変化する振幅値を有する。図１−２Ｃに示すスピーカは、通常、符号なしのＰＣＭ信号を使用しており、従って、ＰＣＭ信号が符号付き、即ち、ＰＣＭ語長が１６又は２４ビットであれば、適当なバイアスを加えて、対応する符号なしの信号を得るようにする。ＰＣＭ語長が１６ビットであれば、３２７６８振幅単位のバイアスが加えられて、０−６５５３５振幅単位の新しいレンジを得る。ＰＣＭ語長が２４ビットであれば、８３８８６０８振幅単位のバイアスが加えられて、０−１６７７７２１５振幅単位の新しいレンジを得る。
【０１８５】
ＰＣＭ信号は、必要に応じて、振幅単位の範囲が、図１−２Ｃの装置のスピーカエレメントの数と同じになるように、更に再スケーリングされる。例えば、スピーカエレメントの数が２０４７個であり、ＰＣＭ信号が８ビットの信号であれば、その信号は、２０４８／２５６＝８のファクタで乗算される。あるいは、スピーカエレメントの数が２０４７個であり、ＰＣＭ信号が１６ビットの信号であれば、この信号は、２０４８／６５３３６＝１／３２のファクタで乗算される。
【０１８６】
ついで、再サンプリングされたＰＣＭ信号の現在の値に基づいて適宜数のスピーカエレメントを作動させて、再スケーリングしたＰＣＭ信号を表わすサウンドを生成する。スピーカエレメントは、図２Ａと２Ｂにそれぞれ図示するように、「下」端部状態と「上」端部状態の二つの端部状態をそれぞれ有することは自明である。これらの端部状態の一つが選択され、所定の時間においてその端部状態にあるスピーカエレメントの数が再スケーリングされたＰＣＭ信号の現在の値に合致し、同じ時点における残りのスピーカエレメントは逆の端部状態にある。例えば、２０４７個のスピーカエレメントがあり、選択された端部状態が「上」であり、時間ｔにおいて再スケーリングされたＰＣＭ信号が１００である場合、時間ｔにおける「上」及び「下」の端部状態にあるスピーカエレメントの数は、それぞれ１００個と１９４７個である。本発明の実施例によれば、「上」であるスピーカエレメントの総数が、再スケーリングされたＰＣＭ信号の現在の値に対応する限り、特定のスピーカエレメントが「上」の状態になるように選択されることは重要でない。
【０１８７】
以下に述べるループは、Ｍ回行われ、各回でスケーラ８１５によってサンプルが生じる。Ｍは、図１Ａにおけるアクチュエータエレメントの数である。ｉは、現ループの指数である。Ｖｔは、スケーラ８１５から出てくる現サンプル値を表わすために用いられる（Ｍ回、ループが反復される）。一般的に、上側にラッチされる移動エレメントの数は、Ｖｔの値にまさに等しく、残りの移動エレメントは全て下側位置にラッチされる。従って、ｉがＶｔより小さい間、図８Ｆで「Ｐｉ」とされているｉ番目の移動エレメントあるいはピクセルが、その上側位置にラッチされる。これは、移動エレメントｉが前回のループ（ｔ−１）で処理されている場合、それが上側ラッチ位置にあったか、下側ラッチ位置にあったかをチェックすることによって行われる（図８Ｆ、ステップ８４０）。前者であれば、何も行う必要はなく、この方法は増加ステップ８４２にスキップする。後者の場合、エレメントｉを、上側位置にラッチする必要があるエレメントであるとマークする（ステップ８３９）。残りの移動エレメントをすべて下側位置にラッチするためには、インデックスがＶｔを超える全ての移動エレメントに以下のステップを行う。どのエレメントがすでに下側位置にあるかをチェックする（ステップ８３８）；これらの移動エレメントは更なる処理が不要である。その他の全てのエレメントは、下側位置にラッチする必要があるエレメントであることをマークする（ステップ８４１）。Ｍ個のエレメント全てにマークを行うか、上述したようにマークを行わないようにして、以下の処理を行う。
【０１８８】
磁場が上向きであることを確認するか、あるいは、これを待って（ステップ８４３）、Ｖｔかあるいはこれより少ない上げるべきピクセルについて、下側ラッチを放電するか、上側ラッチに充電する（ステップ８４４）。ついで、磁場が下向きになるのを待って（ステップ８４５）、（Ｍ−Ｖｔ）か、あるいはこれより少ない、下げるべきピクセルについて、上側ラッチを放電するか、下側ラッチを充電する（ステップ８４６）。この時点で、このフローはスケーラ８１５で生成する次のサンプルを待って、このサンプルについて上述のループのＭ回反復を開始する。
【０１８９】
ステップ８４３の前のステップは、磁場の極性が下側である半分のクロックサイクル中に行われることが好ましい。ステップ８４４は、好ましくは、磁場がその極性を上側から下側に変える瞬間に行われる。同様に、ステップ８４６は、好ましくは、磁場が極性を再び上側から下側に変える瞬間に行われる。デバイスがデジタル化した入力信号との同期を保つためには、ステップ８１４−８１６が全て１クロックサイクルより少ない間に行われることが好ましい。
【０１９０】
図９Ａは、本発明の好ましい実施例によって、移動エレメント１０の上にかかる様々な力の概略を示すグラフである。
【０１９１】
図９Ｂは、本発明の好ましい実施例によって構成され、動作する傾斜磁場がかかった層を簡略化した図であり、これは、誘電基板２６０５に埋められた、通常、チャネルアレイ２６１０の間に巻回するように構成された、少なくとも一の巻回導電エレメント２６００を具える。通常、図９Ｂの導電層の周辺沿いにはチャネル２６１０がなく、その周辺近傍のチャネル内に誘導された傾斜は、導電層の中央近傍のチャネルに誘導された傾斜とほぼ同じである。
【０１９２】
図９Ｂの層が上述したスペーサ層から離れている場合は、図９Ｂの層内のチャネルは、反対側に、詳細を上述したスペーサ層のチャネルの連続するチャネルとして配置されている。チャネル２６１０の断面寸法、例えば径は、スペーサ層のチャネル径と異なっていても良い。代替として、図９Ｂの層がスペーサ層と磁場誘導層の両方として作用するものであっても良く、この場合、図９Ｂのチャネル２６１０は、上述のスペーサ層のチャネルとまったく同じである。簡潔にするために、スペーサ層の電極形成部分は、図９Ｂに示していない。
【０１９３】
図９Ｃと９Ｄは、図９Ｂの導電層の傾斜磁場誘導機能を示す図である。図９Ｃでは、巻線エレメント２６００を流れる電流を矢印２６２０で示す。結果としての磁場の方向は、Ｘ２６３０と円で囲んだドット２６４０で示されており、その位置で結果としての磁場が紙面の内外をそれぞれ指していることを示す。
【０１９４】
図１０Ａは、本発明の好ましい実施例によって、図１Ａのラッチ２０に含まれているラッチ層の上側断面を簡単にして示す図である。図１０Ａのラッチ層は、いくつかのグループＧ１、Ｇ２、・・・に区分けされた移動エレメントをラッチするのに適しており、これは、図に示すように電気的に相互接続されており、ラッチを集合的に作動させる。この実施例は、通常、いくつかの移動エレメントが、区分けされたグループの中から選択されたグループのラッチを集合的に充電することによって作動し、そのラッチ層の各ラッチは、通常、永久磁石と接続されており、ラッチ層の全ての永久磁石の磁極は、すべて同じように配置されている。各グループＧｋは、２の（ｋ−１）乗の移動エレメントを具えている。移動エレメントグループは、移動エレメントグループの中心から外れており、図に示すように、中心に最も近い最も小さいグループである。
【０１９５】
図１０Ｂは、図１０Ａに示すラッチ層の代替実施例を単純にした電子回路を示す図である。ここでは、各ラッチが、図１Ａのラッチコントローラ５０によって集合的でなく個別に制御（例えば、充電）されている。ラッチは環状に示されているが、代替的に、例えばここに述べるように、その他の適宜の構成を有するものであっても良い。図１０Ｂの層は、ジャンクションを規定する縦横のワイヤでできたグリッドを具えている。通常、バイポーラ電界効果トランジスタなどのゲートが、各ジャンクションに設けられている。個々のゲートを開いて、対応するラッチを充電するためには、対応する縦横のワイヤに沿って適宜の電圧が提供される。
【０１９６】
図１１Ａは、単方向スピーカアプリケーションにおいて図１Ａのラッチコントローラ５０によって用いられる好ましい充電コントロールスキームを示すタイミングチャートである。ここで、所望のサウンドを表わす入力信号が受信され、本発明の好ましい実施例によって構成され動作する移動エレメント１０が、その各ラッチの好適な充電によって対応して制御され、サウンドパターンを得る。ここで、スピーカの前側のサウンド量は、その他の領域より大きく、ラッチ層の各ラッチは永久磁石に接続されて、全ての永久磁石の磁極は同じように配置されている。図１１Ｂは、図１１Ａのタイミングチャートが関連する一例の移動エレメントアレイ１０を示す図である。
【０１９７】
ここで、ラッチコントローラ５０の好ましい動作モードを、図１１Ａ−Ｂを参照して述べる。明確にするために、好ましい動作モードのみを、図１１Ｂに示すようにＰ１、Ｐ２、・・・Ｐ７の７個のピクセルを具えるスピーカを参照して、例示として述べる。更に、ラッチコントローラ５０の好ましい動作モードを説明するのに使用した例によって、７つのピクセルを、それぞれ、１個、２個および４個のピクセルを具える３グループで稼動させる。一般的に、ラッチコントローラ５０は、ここに詳細に述べたように、様々な決定パラメータを使用して、個々の移動エレメントを各時間インターバルにおいてどのように制御するかを決定する。本発明の好ましい実施例に従って構成され動作するスピーカは、グラフＩＩのアナログ信号によって表わされ、ついでデジタル化して本発明のスピーカに供給されるサウンドを再生するように動作する。このデジタル信号の値を図１１Ａ、グラフＩＩＩに示す。
【０１９８】
グラフＩＶは、コイルまたはその他の磁場発生器４０によって移動エレメントに印加された電磁力の交番を示す。グラフＶは、ラッチコントローラ５０によって、個々の移動エレメントである図１１Ｂに見られるＰ１の上側ラッチに提供された信号を示すものであり、このエレメントは、Ｐ１だけで構成された第1の移動エレメントグループＧ１を形成している。グラフＶＩは、Ｐ１の下側ラッチにラッチコントローラ５０によって提供された信号を示す。これに関連するラッチ動作によるＰ１の状態をグラフＶＩＩに示す。ここでは、黒丸は上側ラッチがＰ１を係合する最上位置を表わしており、白丸は、下側ラッチがＰ１を係号する最下位置を表わしており、斜線の丸は、中間位置を表わしている。
【０１９９】
グラフＶＩＩＩは、図１１Ｂに見られる、第２の移動エレメントグループＧＩＩを形成する移動エレメントＰ２とＰ３の各々の上側ラッチ、または両方の上側ラッチへラッチコントローラ５０によって提供される信号を表わしている。グラフＩＸは、ＧＩＩへラッチコントローラ５０によって提供される信号を表わしている。関連するラッチの動作によるＰ２とＰ３の状態は、それぞれグラフＸとＸＩに示されており、ここで、黒丸は上側ラッチが関連する移動エレメントを係合する最上位置を表わしており、白丸は、下側ラッチが関連する移動エレメントを係号する最下位置を表わしており、斜線の丸は、関連する移動エレメントの中間位置を表わしている。
【０２００】
グラフＸＩＩは、図１１Ｂに見られる、第３の移動エレメントグループＧＩＩＩを形成する移動エレメントＰ４−Ｐ７の各々の上側ラッチまたはすべての上側ラッチに対してラッチコントローラ５０によって提供される信号を表わしている。グラフＸＩＩＩは、ＧＩＩＩの下側ラッチに対してラッチコントローラ５０によって提供される信号を表わしている。関連するラッチの動作によるＰ４−Ｐ７の状態は、それぞれグラフＸＩＶ−ＸＶＩＩに示されており、ここで、黒丸は上側ラッチが関連する移動エレメントを係合する最上位置を表わしており、白丸は、下側ラッチが関連する移動エレメントを係号する最下位置を表わしており、斜線の丸は、関連する移動エレメントの中間位置を表わしている。
【０２０１】
グラフＸＶＩＩＩは、様々な位置にある図１１Ｂの移動エレメントＰ１−Ｐ７を時間を関数として示したものである。
【０２０２】
例えば、インターバルＩ５では、クロックがハイ（グラフＩ）で、二値化したサンプル値は２（グラフＩＩＩ）であり、これは、グラフＸＶＩＩＩのインターバルＩ５に示すように、５個のエレメントが上側位置にあり、２個のエレメントが下側位置にあることが必要である。本実施例におけるラッチ動作は集合的であるため、これは、両方で５個のエレメント（１＋４）が上側位置にあり、Ｇ２中の２個の移動エレメントが下側位置にくるであろう、グループＧ１とＧ３を選択することによってなされる。インターバルＩ５では、グラフＩＶに示すように磁場は上向きである。インターバルＩ４では、Ｇ１の移動エレメントが、グラフＸＶＩＩＩに示すように下側位置にあったので、上げる必要がある。このために、制御信号Ｂ１が下がって（グラフＶＩ）、制御信号Ｔ１が上がる（グラフＶ）。この結果、Ｇ１の移動エレメントが、グラフＶＩＩに示すように上側位置をとる。インターバルＩ４では、グラフＸＶＩＩＩに示すようにＧ２の移動エレメントがすでに下側位置にあるため、上側制御信号Ｔ２がグラフＶＩＩＩに見られるように下を維持しており、下側制御信号Ｂ２が、グラフＩＸに見られるように上を維持しており、この結果、グラフＸとＸＩにそれぞれ示すように、Ｇ２の２個の移動エレメント（Ｐ２とＰ３）が最下位置に残る。Ｇ３については、グラフＸＶＩＩＩに示すように、インターバルＩ４において、Ｇ３の移動エレメントがすでに上側位置にあり、グラフＸＩＩに見られるように上側制御信号Ｔ３はハイのままであり、グラフＸＩＩＩに見られるように下側制御信号Ｂ３はローのままであり、この結果、グラフＸＩＶ−ＸＶＩＩに示すように、Ｇ３の４個の移動エレメント（Ｐ４−Ｐ７）が、最上位置に残る。
【０２０３】
好ましくは、グラフＩＩの入力信号が正の局所最大値にあるときに、全ての移動エレメントは上側位置にある。入力信号が負の局所最大値にあるときに、全ての移動エレメントは下側位置にある。
【０２０４】
図１１Ｃは、全方向スピーカアプリケーションにおいて、ラッチコントローラ５０によって使用される好ましい制御スキームを示すタイミングチャートである。ここでは、所望のサウンドを表わす入力信号が受信され、本発明の好ましい実施例によって構成され動作する移動エレメントがそれぞれ制御されて、スピーカの前の所定の距離に位置する領域のサウンドの大きさが、スピーカから同じ距離でスピーカの周囲を囲むその他の領域の大きさと同様であるサウンドパターンを得る。
【０２０５】
図に示すように、選択的なラッチステップは、アレイの中央からの特定の移動エレメントの距離（例えば、図１１Ｂの円形アレイのｒによって表示されているような）によって決まる時間において、特定の移動エレメントをラッチするステップを具える。通常は、特定の移動エレメントサブセット、通常は、所望のサウンドの強度に数が対応するセット、をラッチすることが所望される場合、これらの移動エレメントは、同時にはラッチされないが、シーケンシャルにラッチされ、前記中心に最も近い移動エレメントが最初にラッチされて、続いて、中心から外側に向けて同心状に配置された、通常は層になって配置された移動エレメントがラッチされる。通常、各層の移動エレメントは、同時に駆動される。通常、特定の移動エレメントがラッチされる瞬間と、最初の中央の移動エレメント（又は複数のエレメント）がラッチされる間の時間的距離Δｔは、ｒ／ｃである。ここで、ｃはサウンド速である。
【０２０６】
図１１ＣのグラフＸにおける移動エレメントは、フレキシブルな周辺部分を具えるものとして示されているが、これは単に例示に過ぎず、限定を意図するものではない。
【０２０７】
図１２Ａ及び１２Ｂは、それぞれ、本発明の好ましい実施例による移動エレメント層を簡単にした平面図と断面図である。ここで、半分の永久磁石は、北極が上側に配置されており、半分は北極が下側に配置されている。この実施例の特別な利点は、電磁場が上向きのときも、下向きのときも、移動エレメントを持ち上げる前に電磁場が上を指すのを待ち、移動エレメントを下げる前に電磁場が下をさすのを待つことなく、移動エレメントを上げることができることである。図に示す実施例は、互いに分離された２つのサブセットを示しているが、この限りではない。２つのサブセットは、交互に配置するようにしても良い。
【０２０８】
図１３は、ラッチ層の永久磁石の半分が北極が上側にあり、ラッチ層の永久磁石の残り半分が北極が下側にあること以外は、図１０Ａと同様の簡易な平面図である。図１０Ａの実施例では、図１３の実施例における各々のサイズが１、２、４である一グループ（この限りではないが、図１０Ａに示すように中央の周りにシーケンシャルに配置することができる）があるが、ここには各サイズが２グループあり、これによってサイズ１、２、４、・・・の二つのシーケンスグループを作っている。図に示す実施例では、第１シーケンスのグループは、Ｇ１Ｌ、Ｇ２Ｌ、Ｇ３Ｌ、・・・であり、第２シーケンスのグループはＧ１Ｒ、Ｇ２Ｒ、Ｇ３Ｒ、・・・である。これらの各シーケンスは、図に示す左右半円のような、一の半円内に配置されている。この半円内のグループの配置は、図に示すように外側へ同心状に伸びるグループのサイズ順でなくとも良く、所望の構成とすることができる。しかしながら、両グループが、その個々の半円内において、相互に対称に配置されていることが好ましい。適宜のコイル設計を用いることで、全てが同じ方向に分極されているが、コイルが、移動エレメントの半分が所定方向に偏向を有し、残り半分が反対の方向に偏向する磁場を作る永久磁石を用いて同じ効果を得ることができる。
【０２０９】
図１０Ａ及び１３の実施例の特別な特徴は、所定の移動エレメントに対応するラッチエレメントが電気的に相互接続されており、これによって、その電気的に相互接続されたラッチを集合的に充電するあるいは放電することによって集合的にラッチするあるいは開放することができる移動エレメントグループを形成することである。
【０２１０】
図１４は、特定の例についてのラッチとコイルによって誘発された電磁力の制御を示す制御図である。ここでは、図８Ａでは、ラッチ層の永久磁石の全ての極がすべて同じに配置されているのに対して、図１３に示すようにラッチ層の永久磁石の半分が北極が上側に配置されており、ラッチ層の永久磁石の残り半分が北極が下側に配置されている点以外は、図８Ａと同様に、移動エレメントは、各々選択的に、集合的に駆動されうるグループで配置されている。図１４に示すように、ラッチ信号は、グループＧ１Ｌ、Ｇ２Ｌ、Ｇ３Ｌ、・・・及びＧ１Ｒ、Ｇ２Ｒ、Ｇ３Ｒ全てに提供される。これらのグループの上側ラッチ信号は、それぞれ、ＬＴ１、ＬＴ２、ＬＴ３、・・・及びＲＴ１、ＲＴ２、ＲＴ３である。これらのグループの下側ラッチ信号は、それぞれ、ＬＢ１、ＬＢ２、ＬＢ３、・・・及びＲＢ１、ＲＢ２、ＲＢ３である。
【０２１１】
図１５Ａは、単方向スピーカアプリケーションでのラッチコントローラ５０で使用される好ましい制御スキームのタイミングチャートであり、これは、図１１Ａではラッチ層の永久磁石が全て同じように配置されているのに対して、図１３に示すように、ラッチ層の永久磁石の半分が北極を上側に配置されており、ラッチ層の永久磁石の残り半分が北極を下側に配置されている点を除き、図１１Ａのタイミングチャートと同じである。図１５Ｂは、図１５Ａのタイミングチャートが関連する移動エレメントアレイの一例を示す図である。
【０２１２】
上述したとおり、図８Ａ、１０Ａ及び１１Ａの実施例と反対である、図１３−１５Ａに示す実施例の特別な利点は、電磁場が上向きのときも、下向きのときも、移動エレメントを持ち上げる前に磁場が上を向くのを待ち、移動エレメントを下げる前に電磁場が下を向くのを待つのではなく、移動エレメントを上げることができることである。図１１Ａの時間スロットの５０％においてエレメントは移動せず、これはサウンドの歪を誘導することができるが、比較的不十分であることは自明である。反対に、図１５Ａでは、時間スロットの１００％においてエレメントが移動しており（デジタル信号値が変化しないので、移動が不要であるスロット以外）、これによって、歪を防ぎ、効率を強化している。
【０２１３】
例えば、インターバルＩ５では、図１１Ａと１５ＡのグラフＩＩに示すように、デジタル信号値が１から２に変化する。この結果、図１１Ａの移動エレメントＰ１は、上に上がる、即ち、現在の最下位置から解放されて、最状位置にラッチされる必要があるが、インターバルＩ５では、制御信号Ｂ１が下がって、制御信号Ｔ１が上がるのに対して、インターバルＩ６では、何も生じない。図１５Ａでは、逆に、インターバルＩ５で移動エレメントＬＰ１（及びＲＰ１）が上がって、制御信号ＬＢ１が下がり、制御信号ＬＴ１が上がる必要があり、その直後、インターバルＩ６において、ＲＢ１制御信号が下がって、ＲＴ１信号が上がり、この結果、図１１Ａにおいて遅れが生じることなくＲＰ１が上側に動く。
【０２１４】
一般的に、図１３−１５Ａの実施例では、磁石の半分（即ち、左半分）が、北極が上側にあり、残り（右側）半分が北極が下側にあるため、エレメント１０を上側に移動させることが必要なとき、つねに遅れを生じることなく移動させることができる。磁場が上を指していれば、アレイの左半分の移動エレメントは右半分のエレメントの前に上に移動することができ、一方、偶然、磁場が下を指していることがわかると、アレイの右半分の移動エレメントは、左半分のエレメントの前に上に移動することができる。
【０２１５】
図１５Ｃは、異なる時間に最上位置と最下位置に配置された複数の移動エレメントの変化を、図１Ａのラッチコントローラ５０によって受信した入力信号の周波数を関数として示すグラフである。
【０２１６】
図１６Ａは、図１Ａ及び２Ａ−２Ｃに示す移動エレメント層の代替である移動エレメント層を示す斜視図であり、ここで、この層は、各移動エレメントが中央部分と周辺部分を具える薄いフォイルでできている。
【０２１７】
図１６Ｂは、図１Ａ及び２Ａ−２Ｃに示す移動エレメント層の更なる代替である移動エレメント層を示す斜視図であり、ここで、各移動エレメントの周辺部の湾曲構造が、例えばゴムなどのフレキシブル材料でできたシートを具える。各移動エレメントの中央領域は、磁石を具えており、この磁石は硬質ディスク上に装着されていても、されていなくても良い。
【０２１８】
図１６Ｃは、図７Ａ−７Ｅまたは１６Ａに示す移動エレメントと周辺屈曲部の好ましい実施例を示す斜視図であり、ここで、屈曲部は厚さが変化している。図１６Ｃでは、簡単にするために、移動エレメント１６２０に磁場による影響を受けさせる構成要素は示されていない。この要素は、図には示さないが、好ましくは、磁石、あるいは代替的に、磁性強誘電体、導電材料、またはコイルを具えていても良い。図に示すように、移動エレメント１６２０は、移動エレメントの中央部分１６４０を、全てのあるいは多くの移動エレメントと相互接続しているシート１６５０に接続している、厚さが変化する部分を有する、サーペンタイン周辺屈曲部１６３０を具える。例えば、厚さが変化する部分は、図に示すようにより厚い部分１６６０と、より薄い部分１６７０とを具えていてもよい。例えば、各移動エレメントの中央部分１６４０の径は３００ミクロンであり、シートはシリコンである。ついで、所定の条件の下、部分１６７０は厚さ５０ミクロンであり、一方、部分１６６０は厚さ１００ミクロンであってもよい。より一般的には、材料に応じてコンピュータで厚さを計算し、例えば、ＦＥＡ（有限要素解析）ツールを用いるなどして、アプリケーションに特化したフレキシビリティと強度レベルを提供する。
【０２１９】
図１６Ｄは、屈曲部分の幅が変化する、図１６Ｃの装置の費用対効果のある代替例を示す図である。図１６Ｃに示すように、簡単にするために、移動エレメント１７２０を磁場によって影響させる構成要素は示されていない。この要素は、図には示さないが、好ましくは、磁石、あるいは代替的に、磁性強誘電体、導電材料、またはコイルを具えていても良い。図に示すように、移動エレメント１７２０は、移動エレメントの中央部分１７４０を、全てのあるいは多くの移動エレメントと相互接続しているシート１７５０に接続している、幅が変化する部分を有する、サーペンタイン周辺屈曲部１７３０を具える。例えば、幅が変化する部分は、図に示すようにより幅が広い部分１７６０と、より狭い部分１７７０とを具えていてもよい。例えば、各移動エレメントの中央部分１７４０の径は３００ミクロンであり、シートはシリコンである。ついで、所定の条件の下、部分１７７０は幅２０ミクロンであり、一方、部分１７６０は幅６０ミクロンであってもよい。より一般的には、材料に応じてコンピュータで幅を計算し、例えば、ＦＥＡ（有限要素解析）ツールを用いるなどして、アプリケーションに特化したフレキシビリティと強度レベルを提供する。
【０２２０】
図１６Ｃと１６Ｄの実施例は、例えば、厚さが変化し、幅が変化する屈曲部分を提供するように適宜組み合わせることができ、及び／又は、幅及び／又は厚さが連続的にあるいは図に示すように非連続的に変化し、図に示すように規則的にあるいは非規則的に変化する屈曲部分を提供するように適宜変化させるようにしても良い。
【０２２１】
上述の記載において、「厚さ」とは、移動エレメントが動く方向における屈曲部分の寸法であり、「幅」とは、移動エレメントが動く方向に直交する方向における屈曲部分の寸法である。
【０２２２】
図１６Ｃ及び１６Ｄの実施例の特別な利点は、たとえば厚さ又は幅が変化するなど、断面が変化する屈曲部における利点であり、屈曲部分のルート１６８０または１７８０にストレスが集中せず、屈曲部分の薄い及び／又は狭い部分全てにわたって分散される。また、一般的に、それが曲がる結果としての屈曲部分上のストレスは、通常その三次関数である、急勾配な厚さの関数であり、また、通常、線形関数である幅の関数でもある。シリコンなどのある種の材料と、拡声スピーカなど、移動エレメントの大きな変位を用いるある種のアプリケーションには、破壊を防ぐような十分に低いストレスを提供するのに、均一に十分に薄くあるいは十分に狭く、同時に、例えば４４ＫＨｚといった所望の範囲の固有共振周波数とするのに十分に剛性のある屈曲部分の寸法を選択するのは実用的ではない。このため、例えば、図１６Ｃ−１６Ｄに示すように、厚さ及び／又は幅が変化する屈曲部分を使用することに利点があると考えられる。
【０２２３】
図１７は、図３Ａでは、ここの移動エレメントまたはラッチの連続的な列はそれぞれ傾いており、所定の面積に入れることができるアクチュエータエレメントの数を増やすようにしているのに対して、図１７の列は傾いておらず、通常、列が相互に整列している矩形アレイを具えている点を除いて、図３Ａのアレイと同じであるアクチュエータエレメントアレイの上側断面図である。
【０２２４】
図１８は、アクチュエータエレメントアレイの代替の実施例の分解図であり、上側ラッチ層１８２０と下側ラッチ層１８３０との間に挟まれた移動エレメント層１８１０を具える。図１８の装置は、各アクチュエータエレメントの断面が円形でなく、矩形である点に特徴がある。各アクチュエータエレメントは、六角形あるいは三角形など、その他の断面形状を有していても良い。
【０２２５】
図１９は、個々のアクチュエータアレイの活性領域の和である、活性領域を提供する支持フレーム内に支持されたアクチュエータアレイの斜視図である。換言すると、図１９では、単一の駆動デバイスに代えて、複数の駆動デバイスが提供されている。このデバイスは同じである必要はなく、各々が、限定するものではないが、異なるクロック周波数、異なるアクチュエータエレメントのサイズ、及び異なる変位といった、異なる特徴を有していても良い。デバイスは、限定するものではないが、コイル４０及び／又は磁場コントローラ３０及び／又はラッチコントローラ５０といった構成要素を共用していても、していなくてもよい。
【０２２６】
用語「活性領域」とは、各アレイにおけるアクチュエータエレメントすべての断面積の和を意味する。一般的に、本発明の好ましい実施例によって構成され動作するスピーカによって生じるサウンド量レンジ（あるいは、スピーカ以外の一般的なアクチュエータでは、ゲイン）は、この活性領域によってしばしば制限を受ける。更に、生成できるサウンド量の解像度は、提供されているアクチュエータエレメントの数に比例しており、これも活性領域によって制限を受ける。通常、例えば各アクチュエータアレイがウエハ上にあるのであれば、各アクチュエータアレイのサイズには事実上制限がある。
【０２２７】
スピーカがヘッドホンとして作動する場合は、比較的小さいレンジのサウンド量を提供する必要がある。ホームスピーカは通常、中くらいのサウンド量レンジが必要であり、一方、パブリックアドレススピーカは、通常、例えば、最大サウンド量が１２０ｄＢといった大きなサウンド量レンジが必要である。スピーカのアプリケーションでは、スピーカに適した物理的スペースの量も異なる。最後に、特定のアプリケーション用のサウンド量解像度は、所望のサウンド質によって決まる。例えば、携帯電話では、通常、高いサウンド質は不要であるが、スペースは制限される。
【０２２８】
本発明の所定の実施例によれば、移動エレメント上のマグネット層は、エレメントが移動する所望の方向に沿って最大の力を達成するために、エレメントの移動方向以外の方向に極性を持つように磁化することができる。
【０２２９】
とりわけ、図１２Ａ−１５Ｂを参照すると、使用したコイルが、エレメントの両側に電流が流れる導体を使用するように設計されており、磁石が全て同じ方向に極性を持っているのであれば、各導体の一方の側のエレメントが、電流がコイルを流れるのと反対方向に移動することは自明である。
【０２３０】
本発明の好ましい実施例の特別な特徴は、移動エレメントにかかる場が磁気であり、移動エレメント間の距離と磁場を作る電流に反比例する率で壊れるため、移動エレメントによって実行される動きのストロークが比較的長いことである。これに対して、静電場は、移動エレメント間の距離の二乗と、静電場を生成する電荷に反比例するレートで壊れる。移動エレメントによって達成されるストロークが長いと、これによって達成される速度が上がり、移動エレメントの移動速度が速いことによって生じる気圧によって達成されるサウンドが大きくなる。
【０２３１】
ここに特に示した実施例は、例えば、移動エレメントがすべて同じサイズでなくとも良い、移動エレメントグループ、個々に稼動する場合個々の移動エレメントが同じ共振で作動する必要も、同じクロックで作動する必要もない、及び移動エレメントが同じ振幅の変位を有する必要もない、との意味で、限定を意図するものではない。
【０２３２】
ここに示して説明したスピーカデバイスは、通常、入力信号にコード化した強度値に対応する強度のサウンドを生成するよう動作する。適宜のプロトコルを用いて、限定するものではないがＰＣＭあるいはＰＷＭ（ＳＡＣＤ）プロトコルなどの入力デジタル信号を生成する。代替的に、あるいはこれに加えて、デバイスが、ＡＤＰＣＭ、ＭＰ３、ＡＡＣ、あるいはＡＣ３などの圧縮デジタルプロトコルをサポートするものであっても良い。この場合、デコーダは通常、圧縮した信号をＰＣＭなどの非圧縮形状に変換する。
【０２３３】
ここに示して説明したいずれかの実施例によるデジタルラウドスピーカの設計は、アプリケーション特定コンピュータモデリングとシミュレーションによって作ることができる。ラウドネスの計算は、例えば、流体力学的有限要素コンピュータモデリングと経験的実験などの、従来の方法で行うことができる。
【０２３４】
一般的に、より多くのスピーカエレメント（移動エレメント）が設けられているほど、ダイナミックレンジ（生成できる最も大きく最もやわらかいサウンド量間で異なる）がより広くなり、歪み（少ないほどサウンドが入力信号に似てくる）がより少なくなり、周波数レンジがより広くなる。一方、スピーカエレメントの数が少ないほど、装置が小さくなり、コストが安くなる。
【０２３５】
一般的に、移動エレメントの直径が大きければ、活性領域と非活性領域（曲線因子）が改善し、屈曲部がある場合はそこにかかるストレスが少なくなり、その装置についてのより長い寿命予測に変換される振動歪は同じままであると仮定される。一方、移動エレメントの直径が小さく、単位面積あたりにより多くのエレメントが設けられており、質量がより小さい場合、コイルまたはその他の電磁力発生器に必要な電流がより少なくて済み、よりパワーの低い要求へ変わっていく。
【０２３６】
一般的に、移動エレメントの振動変位が大きい場合は、所定のサイズのアレイでより大きなサウンド量が生じるが、同じサウンド量が小さい場合、屈曲部分がある場合はこれにかかるストレスがより少なく、必要な電力がより少なくて済む。
【０２３７】
一般的に、サンプルレートが高い場合、最も高い再生可能な周波数が高く、可聴ノイズが低減される。一方、サンプルレートが低いと、加速、力、屈曲部がある場合はこれにかかるストレス及び必要な電力がより少ない。
【０２３８】
アプリケーション特定スピーカの３つの例を以下に述べる。
【０２３９】
例１：非常に小さく、コストが低く、隣の部屋でなっているのを聞くのに十分にサウンドが大きいが、適度のサウンド質を有する携帯電話スピーカを作ることが所望されることがある。所望の小さいサイズとコストは、最大３００ｍｍ２といった、比較的小さい面積のスピーカを提言している。９０ｄＢ  ＳＰＬといった、最大ラウドネスが比較的高い場合、大きな変位を提言している。携帯電話スピーカの受け入れ可能な歪レベル（１０％）とダイナミックレンジ（６０ｄＢ）は、１０００個のエレメントの最小アレイサイズ（Ｍ＝１０（６０／２０）を用いて計算する）と決まる。従って、好適なスピーカは１０のバイナリグループに区分された１０２３個の移動エレメントを具え、各グループが約０．３ｍｍ２を占める。セルサイズは、従って、約５５０μｍ×５５０μｍである。
【０２４０】
実用上の理由で、このスペースに合致する最も大きい移動エレメントの径は４５０μｍである。このような移動エレメントの、ターゲットラウドネスを達成できる適度な変位は、約１００μｍＰＴＰ（ピークツーピーク）である。移動電話のサウンドはセルラチャンネルによって４ＫＨｚに制限されているので、サンプルレートは、例えば３２ＫＨｚと低くても良い。
【０２４１】
例２：非常にサウンド質が高く（可能な限り高い）、ノイズが非常に少なく、更に、快適に身につけるのに十分小さく、最後に、できるだけ費用対効果の高い、忠実性の高いヘッドホンを作ることが所望されることがある。
【０２４２】
高サウンド質を実現するためには、広いダイナミックレンジ（少なくとも９６ｄＢ）、広い周波数レンジ（２０Ｈｚ−２０ＫＨｚ）と、非常に小さい歪（＜０．１％）が使用される。これらの仮定を考えると、最も少ないエレメント数は６３０００個である。従って、例えば、スピーカは１６のバイナリグループに分けられた６５５３５個のエレメントを有することができる。最大ラウドネスを低く（８０ｄＢ）に保って、約３０μｍＰＴＰの変位とすることができる。このような変位が可能な最も小さい移動エレメントの径は、約１５０μｍである。このようなエレメントは、２００μｍ×２００μｍあるいは０．０４ｍｍ２のセルを占めており、６５５３５個のエレメントが２６２１ｍｍ２の面積、例えば５２ｍｍ×５２ｍｍの中に入っている。サンプルレートは通常、そのスピーカが生成しようとしている最大周波数の少なくとも２倍、あるいは４０ＫＨｚである。最も近い標準サンプリングレートは４４．１ＫＨｚである。
【０２４３】
例３：例えばダンスクラブ用など、パブリックアドレススピーカを製造することが所望されることがある。これは非常にサウンド量が大きく、広い周波数レンジを有し、非常に低い周波数まで伸びており、歪みが小さい。従って、パブリックアドレススピーカは通常、多くの大きな移動エレメントを有する。６００μｍの移動エレメントを使用することができ、これは、１５０μｍＰＴＰの変位が可能である。このようなエレメントは、７５０μｍ×７５０μｍ、あるいは０．５６２５ｍｍ２のセルを占める。周波数は低くてよいため、１８のバイナリグループに区分された、最少で２６２１４３個の移動エレメントを用いることができる。スピーカのサイズは約４０ｃｍ×４０ｃｍである。このスピーカは、通常、１２０ｄＢ  ＳＰＬの最大ラウドネスレベルに達し、周波数は１５Ｈｚまで下がる。
【０２４４】
図２０Ａ−２０Ｂを参照すると、図１Ａ―１９の示すいずれかのスピーカのようなダイレクトデジタルスピーカ、あるいは、例えば、Ｄａｖｉｄ  Ｔｈｏｍａｓに付与され、Ｔｅｘａｓ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社に譲渡された、２００２年６月１１日発行の米国特許第６，４０３，９９５号、あるいは、Ｄｉａｍｏｎｄ  Ｂｒｅｔｔ  Ｍ．，ｅｔ  ａｌ，“Ｄｉｇｉｔａｌ  ｓｏｕｎｄ  ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ  ｕｓｉｎｇ  ａｒｒａｙ  ｏｆ  ＣＭＯＳ−ＭＥＭＳ  ｍｉｃｒｏ−ｓｐｅａｋｅｒｓ”，Ｔｒａｎｄｕｃｅｒｓ’０３，Ｔｈｅ  １２ｔｈ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｓｅｎｓｏｒｓ，Ａｃｔｕａｔｏｒｓ  ａｎｄ  Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓ，Ｂｏｓｔｏｎ，Ｊｕｎｅ  ８−１２，２００３に示され記載されているスピーカを具える従来のダイレクトデジタルスピーカを使用して、所望のサウンドストリームを作る所望の方向性パターンを達成する好ましいシステムの、簡略化された、一般的に自明の機能ブロック図である。
【０２４５】
図１Ａのダイレクトデジタルスピーカは、所望の方向性パターンを達成するのに使用され、従って、通常、図２０Ａのブロック３０２０、３０３０、３０４０が図１Ａのブロック２０、３０、及び４０をそれぞれ具え、ブロック３０５０が、例えば、図２１を参照してここに述べるような、ブロック３０５０のクロック毎に動作を行うようにプログラムされた、図１Ａのラッチコントローラ５０を具える。
【０２４６】
図２１は、本発明の所定の実施例による、図２０Ａ−２０Ｂの移動エレメント高速コントローラ３０５０のクロック毎の動作を示す、簡単なフローチャートである。
【０２４７】
ステップ３１００は、現在のクロック間にどれだけの移動エレメントが動くべきかを決める。通常、また、図１−１９を参照して上に詳細に述べたように、所定のクロック間に移動すべき移動エレメントの数は、例えば、図８Ｂの再サンプラ８１４とスケーラ８１５を参照して上述したように、好適に規格化されている。
【０２４８】
ステップ３２００は、いくつかの実施例では、好適な移動エレメント選択ＬＵＴを用いて、現クロックの間にどの移動エレメントが移動するべきかを決定する。このＬＵＴは、通常、製造セットアップの時に、図２０Ａ−２０Ｂの拘束コントローラ３０５０のメモリにロードされている。このような各ＬＵＴは、通常、とりわけ、アレイサイズとアレイが傾斜しているかどうかを考慮して、特定の移動エレメントアレイ用に作られている。達成が所望される各方向性パターンは、通常、それ自身のＬＵＴが必要である。
【０２４９】
ステップ３３００は、図２０Ａ−２０Ｂの移動エレメントアレイ３０１０または３０１２の各移動エレメントを動作させるのに伴う遅延量を決定する。
【０２５０】
ここで、ステップ３２００を詳細に説明する。ステップ３２００を実行する好ましい方法について説明する。ステップ３２００は、通常、アレイ中の圧力生成エレメントに１対１で対応するセルを有するＬＵＴ（ルックアップテーブル）を使用している。例えば、このアレイが、矩形１００×２００の圧力生成エレメントを具えていれば、ＬＵＴは１００×２００のセルを具える。各セルは、１と、図に示す例における２００００といった、圧力生成エレメントの総数との間の独自の整数を保持する。従って、ＬＵＴは、アレイ中の各圧力生成エレメントの序数を割り当てる。ＬＵＴを有するメモリに関連するのは、整数のパラメータＰであり、これは、２つの動作コンフィグレーションのうち第１の動作コンフィグレーションにおける現在の圧力生成エレメント数の表示を格納しており、これらの間の圧力生成エレメントの移動が、本発明の装置が配置されている空気などの媒体に圧力を作る。いくつかの実施例では、第２のコンフィグレーションから第１のコンフィグレーションにエレメントが移動するときとは逆に、第１の動作コンフィグレーションから第２のコンフィグレーションにエレメントが移動するときに反対方向に圧力が得られる。その他の実施例では、エレメントが第１のコンフィグレーションにある限り圧力が得られ、エレメントが第２のコンフィグレーションにあるときはなんら圧力が得られない。
【０２５１】
通常、Ｐは以下に述べるようにセットアップを行う間に開始され、ステップ３１００によって各クロックに現在の値を割り当てる。ステップ３２００の直後に、同じクロックにおいて、Ｐ個の圧力生成エレメントが第１の動作コンフィグレーションをとり、Ｎ−Ｐ個の圧力生成エレメントが第２の動作コンフィグレーションをとる。ここで、Ｎはアレイ中の圧力生成エレメントの数である。第１の動作コンフィグレーションを取るように選択されたＰ個のエレメントは、ＬＵＴによって決定された序数がＰより少ないエレメントである。第２の動作コンフィグレーションを取るように選択されたＮ−Ｐ個のエレメントは、ＬＵＴによって決定された序数がＰより多いかＰに等しいエレメントである。
【０２５２】
これらのコンフィグレーションのうち、第１のコンフィグレーションは、通常、任意に「正」のコンフィグレーションであると考えられ、もう一方のコンフィグレーション、すなわち第２のコンフィグレーションは、「負」のコンフィグレーションであると考えられる。代替的に、いくつかのアプリケーションにおいては、これらのコンフィグレーションの特別なものを正のコンフィグレーションに選択する物理的理由がある。圧力生成エレメントが第２のコンフィグレーションから第１のコンフィグレーションに移動するときに発生する圧力は「正圧」と呼ばれ、圧力生成エレメントが第１のコンフィグレーションから第２のコンフィグレーションに移動するときに発生する圧力は「負圧」と呼ばれる。一のコンフィグレーションからもう一つのコンフィグレーションへの単一の遷移を、ここでは、圧力「パルス」と呼ぶ。
【０２５３】
セットアップ中に、通常パラメータＰは、本例では１００００といった、アレイ中の圧力生成エレメントの半数に等しい初期値を与えられる。ついで、アレイが初期化されて、ＬＵＴによって決められた序数がＰより少ない各圧力生成エレメントが第１のコンフィグレーションを取り、残りの圧力生成エレメントが第２のコンフィグレーションを取る。
【０２５４】
アレイ中のＮ個の圧力生成エレメントに１対１で対応するセルを有しており、１からＮまでの整数を格納している適宜のＬＵＴ（ルックアップテーブル）は、以下のとおり作られる。
【０２５５】
最初に、アプリケーションに特化したＬＵＴ品質の基準が決められる。一の適宜のＬＵＴ品質の基準について以下に述べる。
【０２５６】
１とＮの間の連続する整数の存在しうる全てのサブセットのリストを作る。本例では、以下、Ｓ２１と呼ぶ第１のサブセットが、１と２の二つの整数を含んでおり、第２のサブセットＳ２２は、整数２と３を含む、というように、二つの整数を含む全てのサブセットのリストを作る。最後の２エレメントサブセットは、Ｓ２１９９９９であり、整数１９９９９と２００００を含む。このリストは、全ての存在しうる３エレメントサブセットも含んでいる。即ち、Ｓ３１（整数１、２、３を含む）、Ｓ３２（整数２、３、４を含む）、・・・Ｓ３１９９９８（整数１９９９８、１９９９９、２００００を含む）と続く。このリストは、４エレメントサブセット、５エレメントサブセット、その他も含む。最後のサブセットは、Ｓ２００００１は２００００個のエレメント全てを含む。一般に、Ｋ個の整数を含むサブセットは、ｉで始まって、ＳＫｉとされる。Ｎ個のセルを含むＬＵＴについて、存在しうるサブセットＭの数は、Ｍ＝（Ｎ−１）＊Ｎ／２に等しい。
【０２５７】
各サブセットＳＫｉについて、座標セット（Ｘｉ，Ｙｉ），（Ｘｉ＋１，Ｙｉ＋１），・・・（Ｘｉ＋Ｋ−１，Ｙｉ＋Ｋ−１）が定義され、この座標は、現ＬＵＴに従って、序数がｉ，ｉ＋１，・・・ｉ＋ｋ−１である圧力生成エレメントを表わす。
【０２５８】
各サブセットＳＫｉについて、伝達角度θＫｉを、例えば、解析計算法または数値計算法を用いて、通常は、Ｍａｔｌａｂ、ＭａｔＣＡＤ、あるいはＭａｔｈｅｍａｔｉｃａなどの適宜のコンピュータシミュレーションアプリケーションを使って計算する。音波伝達角度を、同じ位相で、例えば４４１００Hzのシステムサンプリングレートに等しい周波数のすべてのサイン波を生成している、（Ｘｉ，Ｙｉ），（Ｘｉ＋１，Ｙｉ＋１），・・・（Ｘｉ＋Ｋ−１，Ｙｉ＋Ｋ−１）に位置するK個のコヒーレントサウンド源について計算する。
【０２５９】
「サブセットの伝達角度」は以下のように決定される。各サブセットは、圧力生成エレメントのサブセットに対応する。圧力生成エレメントのアレイ塊の中心を通り、その主表面に直交する基準角度を規定する。圧力生成エレメントサブセットによって生成されるサウンドの強度は、圧力生成エレメントからこの基準角度に沿って後退するにつれて、最大に近づく。従って、このサブセットの最大強度は、基準軸上にあり、アレイから十分に離れた位置Ｌにおける強度を測定して、位置Ｌの距離とサブセットの各圧力生成エレメントの差を、例えば、システムクロックに関連する波長λより小さいオーダーの大きさというように、確実に十分なものになるように規定することができる。基準軸を含む少なくとも一の基準面を規定する。このような基準面が無数に存在することは明らかである。焦点軸が規定されている筒状伝達アプリケーション用には、焦点軸を含む基準面を選択する。この基準で構成されたＬＵＴは、通常、全方向アプリケーションにも好適であることは自明である。ここに記載したように焦点が規定されている伝達アプリケーション用には、焦点を含む基準面を選択する。このような基準面が一以上存在する場合は、相互に直交する２つの基準面を選択する。
【０２６０】
ここで、θＫｉと呼ばれるサブセットの伝達角度は、そのサブセットについて選択された各基準面について、以下のようにして規定される。中央が基準軸とアレイの主表面との間の交点にあり、半径がＬとアレイの主表面間の距離である基準面内に虚円を規定する。この円の円周上で基準軸の両側にそれぞれ２つの位置を選択する。ここで、圧力生成エレメントによって生じるサウンド強度は、Ｌにおいて測定した最大強度の半分である。この円の中心をこれら二つの位置に結ぶ二つの半径間で規定される角度が、この基準面についてのサブセットの伝達角度である。このサブセットが上述したように、二つの直交する基準面を有する場合は、二つの伝達角度の単純な平均あるいは重み付け平均を計算して、このサブセットについての単一の伝達角度θＫｉを得る。例えば、垂直面など、ある基準面を通る方向性パターンが他の垂直基準面を通るものより重要である場合、このより重要な面により大きい重みが割り振られる。例えば、所定のアプリケーションで、最も重要である考え方は、異なるフロアにおいて到達する位置から不要なノイズを防止することであり、この場合、垂直基準面に水平基準面より重く重み付けをする。
【０２６１】
特定のＬＵＴの「ベストネス（ｂｅｓｔ−ｎｅｓｓ）」についての好適な基準例は：
ＬＵＴＳＣＯＲＥ＝１／[（全θＫｉの平均）×（全θＫｉの標準偏差）]
である。
【０２６２】
最適ＬＵＴを決定するためには、例えば、全てのあり得るＮ−セルＬＵＴｓといった、全ての可能性のある順列を試験し、スコアを付けるコンピュータシミュレーションを用いて、最も優れたＬＵＴを選択する。
【０２６３】
各々がＮ個のセルを含むＬＵＴｓの数はＮ！（Ｎの階乗）である。Ｎが十分に大きければ、全てのあり得るＬＵＴｓを試験し評価すること、即ち、あり得る全ての整数のＬＵＴセルへの置換が実用的になる。その場合、より少ないＬＵＴ順列を、例えばランダムに選択して、そのうちの最も良いものを選択することができる。
【０２６４】
代替的に、セットアップ中に保存した固定ＬＵＴに再分類することなくステップ３２００を実行するようにしても良い。これに代えて、現在第２の動作コンフィグレーションにある圧力生成エレメントセットの中からＰｔ−Ｐｔ−１の最良サブセットを選択することで、Ｐｔ−Ｐｔ−１の活性化すべき圧力生成エレメントセットを選択することもできる。これは、Ｐｔ−Ｐｔ−１エレメントの各サブセットの伝達角度θを推量して、所望の伝達パターンに最もよく合致するサブセットを選択することによって行うことができる。
【０２６５】
Ｐｔは、Ｐの現在の値であり、Ｐｔ−１は、前のシステムクロック中のＰの値である。
【０２６６】
更に、方向性パターンが重要でないアプリケーションにおいては、どの圧力生成エレメントセットを用いても、入力信号によって生じる時間的圧力パターンを達成することができる。
【０２６７】
ステップ３３００は、図２０Ａ−２０Ｂの移動エレメントアレイ３０１０あるいは３０１２の各移動エレメントを動作させる遅延量を計算して、スピーカによって生じるサウンドの方向性を決定する。所望の伝達方向性がある場合、これを参照として移動エレメントを選択的に位置決めし、所望の伝達方向性を参照して遅延を計算する好ましい方法と式を、全方向性、筒状方向性、及び単方向性と呼ばれる３つのパターンについて、以下に述べる。ここで特に述べるこの３つのパターンは、単に例示として述べるに過ぎないことは自明である。
【０２６８】
図２２Ａ−２２Ｂは、あわせて、全方向性サウンド、即ち、ここで全方向サウンドの「焦点」と呼ばれる所定のポイント位置から３次元空間を通って外側に伝達するサウンド、が所望される場合の、ステップ３３００を実行するための解法の一例を示す。特に、図２２Ａは、焦点３４００を有する全方向性伝達パターンを単純にした図であり、図２２Ｂは、図２２Ａの所望の全方向性サウンド伝達パターンの焦点に対する移動エレメントアレイの好ましい位置を示す図である。図に示す実施例では、図２０Ａ−２０Ｂにおいて３０１０あるいは３０１２の符号を付した移動エレメントアレイは、単なる例示として、１４×２１の移動エレメントでなる、通常傾いていないアレイ３４１０を具える。図に示すように、移動エレメントアレイは、必ずしも図２２Ｂに示すように位置決めする必要はないが、移動エレメントアレイの幾何学的中心（１１番目の行の、７番目と８番目の列の間に位置する）が、図２２Ａに示すように全方向パターンを現す同心円の中心に位置していることが好ましい。アレイの中心は、全方向パターンの焦点の、移動エレメントアレイ３４１０の面への投影点にも位置している。アレイは図に示すとおりに位置していなくともよく、代わりに、ユーザが現時点で選択した特定の伝達パターンと無関係な固定位置など、いずれかの好適な位置に配置することもできることは自明である。
【０２６９】
アレイが特定の寸法あるいは形状でなくとも良いことは自明である。実際、ダイレクトデジタルスピーカの好ましい実施例は、数千から数十万の圧力生成エレメントを具えている。アレイの形状は、アプリケーション及び／又は使用に応じて変えることができる。
【０２７０】
ここにいう焦点は、圧力生成エレメントアレイによって規定される主表面上に位置していなくとも良いことも自明である。焦点と圧力生成アレイの主表面間の距離が変わるとデバイスの方向性パターンが変わる。例えば、この表面（距離ゼロ）上に焦点を置くことで、サウンドが伝達する角度に関係なくサウンド強度が本質的に同じに維持される真の全方向性パターンができる。焦点を圧力生成エレメントの表面の後ろのある距離ｄに置くと、１８０度より狭い頭部角度によって特徴付けられる投影コーン（丸アレイの場合）あるいは投影ピラミッド（正方形あるいは矩形アレイの場合）が規定される。焦点を圧力生成エレメントの主表面後ろの無限大の距離に置く（圧力生成エレメントによって生じるサウンドは、主表面の前で生じる）ことで、非常に狭く、真の単方向性パターンを生成する投影コーンあるいは投影ピラミッドが規定される。通常、投影コーンまたは投影ピラミッドを通るサウンドの強度は、本質的に同じであるが、このコーンまたはピラミッド外の強度は有意に小さい。ｄは、所定のアプリケーションでは０か、あるいは無限大であってもよいことは自明である。所定のアプリケーションでは、ｄは、ユーザコントロールを参照して決めるようにしても良い。
【０２７１】
図２３は、図２０Ａ−２２Ｂによって構成され動作するスピーカ装置を示す簡易な図である。この装置は、例えば、図に示すように、通常１階と２階を含む一以上の階で、図２３に示す環境に特に適した全方向性サウンドを生成するようにプログラムすることによって、動作する。
【０２７２】
予め決められている全方向サウンド伝達の固定焦点が既知である、例えば従来のプラネタリウム、サーカスアリーナ、あるいは円形ホールなどのアプリケーションでは、本発明の所定の実施例によって提供される移動エレメントアレイは必須ではないが、アレイの中心が、図２２Ａ−２２Ｂを参照して上述した所望の全方向伝達パターンの所望の焦点と同心であることが好ましい。しかしながら、移動エレメントアレイは、その中心が現在所望の例えばユーザが選択した全方向伝達パターンの、現在所望の例えばユーザが選択した焦点に可能な限り近く配置することが好ましいことは自明であるが、ここに示す本発明の実施例によれば、静的であり、全方向性パターンの焦点に中心をおく必要がない移動エレメントアレイを用いて様々な焦点から全方向性伝達を達成することができる。
【０２７３】
図２２Ａを再度参照すると、ここに示す各円は、半分の位相を表わしており、以下の式を用いて計算される半径ｒを有する。
ｒ＝（Ｎｄλ／２＋Ｎ２λ/）０．５
ここで、Ｎは、中心から外側向けて１から数える円の連続番号であり、
ｄは、全方向サウンドの焦点からの非傾斜アレイ面の距離であり、
λは、ｃＴであり、ここで、ｃはスピーカが作動している媒体、通常空気を通るサウンド速、及びＴは、図２０Ａまたは２０Ｂのシステムクロックの周期（図示せず）である。
【０２７４】
図２２Ａの全方向性パターンを達成するのに好適なアレイ３４１０の移動エレメントについての特定の遅延値は、以下のとおり決めることができることは自明である。
（ａ）連続番号がＮである円と同心の移動エレメントに、Ｎ  Ｔ／２の遅延値を割り当てる。
（ｂ）円と同心でなく、連続番号がＮとＮ＋１である一対の円の間にある移動エレメントに、例えば、二つの値：ＮＴ／２と（Ｎ＋１）Ｔ／２の間の線形を補間することによって遅延値を割り当てる。
【０２７５】
代替として、遅延を決定する好適な式を以下に詳細に述べる。
【０２７６】
図２４は、本発明の装置の実施例を用いて達成することができる円筒状サウンド方向性パターンを示す図である。図に示すように、各ポイントにおいて、サウンドが平面で、全方向的に個別に所定の焦点軸３５１０に沿った各ポイントから伝達される。
【０２７７】
図２５は、移動エレメントアレイ３０１０の好ましい位置決めを示す図であり、例示として、図２４に示す円筒状サウンド方向性パターンに対して矩形をなして示されている。可能であれば、移動エレメントアレイは、図に示すようにその両側がそれぞれ焦点軸に直交するあるいは焦点軸に平行になるように、焦点軸を中心に対称に配置されている。さもなければ、あまり好ましくはないが図に示すように、移動エレメントアレイを、アレイによって規定される面の上方に焦点軸の投影軸を中心に対称に配置するようにしても良い。図に示し、ここに述べた特定の配置を提供する必要はなく、代替として、移動エレメントアレイをアプリケーション専用の好適な位置に向けて配置するようにしても良いことは自明である。
【０２７８】
図２６は、図２０Ａ−２０Ｂに示す移動エレメントアレイ３０１０あるいは３０１２の斜視図であり、この移動エレメントアレイによって生成される単方向サウンドを示しており、このサウンドは矢印で示す所望のあるいは予め決められた方向αに伝達する。
【０２７９】
図２７は、本発明によって構成され動作するスピーカ装置３６００の好ましいアプリケーションを示す図であり、例えば、少なくとも一の、通常、ユーザが選択した方向において単方向性サウンドを生成するようにプログラムされている。図２７の実施例では、二つの単方向性サウンドストリーム３６１０と３６２０のいずれか、あるいは双方が生成され、位置３６３０と３６４０に位置する聴者に作用する。
【０２８０】
移動エレメントアレイが、内部が平行で相互に直交する第１及び第２の辺の対を有する矩形３６５０である場合、このアレイは、通常、アレイ平面上の所望の伝達方向を投影する伝達が、図２７に縦に示されているが、図２６に示すように、この辺対の一方に平行であり、従って、他方に直交している。この場合、アレイの移動エレメントの遅延は、コサインα（αは、図２２に示すように伝達の角度である）と直交する辺対の選択された一方の対からその移動エレメントの距離ｘの積である。
【０２８１】
図２７に示すように、スピーカに対して二本の方位角の位置にいる聴者によって排他的かつ同時に受け止められるように二本のサウンドストリームを生成することが好ましいことを、以下に述べる。この実施例によれば、アレイの移動エレメントのうちのいくつかが、第１のサウンドストリームの生成専用であり、アレイの残りのエレメントが第２のサウンドストリームの生成専用である。各移動エレメントに用いられる遅延は、単方向の場合に上述したとおり決定される。より一般的には、２本のサウンドストリームではなく、適宜の数のサウンドストリームを生成できることは自明である。
【０２８２】
図２６または２７に記載の単方向性の実施例は、限定するものではないが、一またはそれ以上のユーザが選択した方向に排他的に単一方向性サウンドを送るように作動するプログラム可能な方向性スピーカを含めて、テレビ、コンピュータ、音楽プレーヤ、ラジオなどの娯楽コンテンツプロバイダといった、広範囲にわたるアプリケーションに適用することができる。単一のビジュアルコンテンツアイテムに対応する複数の言語バージョンなど、異なるコンテンツを、複数のユーザが選択した方向に送ることもでき、これによって、友達グループ、家族の構成員が、同時にかつ排他的に個別化したオーディオコンテンツ、例えば、その視覚経験に対応する自分自身の言語にして、視覚経験をシェアすることができる。また、この実施例は、（ｂ）おもちゃに対して子供の位置の方位と高さをモニタするように作動するセンサを含むサウンドを出すおもちゃと、おもちゃに対して子供の現在の方位と高さに対応する方向に排他的に、子供に単一方向性サウンドを送るように動作する方向性スピーカである。
【０２８３】
一般的に、各移動エレメントについての好適な遅延値を決定する好適な式は、全方向性サウンド伝達については以下のとおりである。
遅延＝[（ｄ２＋ｒ２）０．５−ｄ]／ｃ
ここで、ｒは、移動エレメントアレイ面上への焦点の投影点と所定の移動エレメントとの距離であり、
ｄは、全方向性サウンドの焦点からの移動エレメントアレイ面の距離であり、
ｃは、スピーカが動作している媒体、通常は空気を通る音の速度である。
【０２８４】
円筒状サウンド伝達については、同じ式を使うことができるが、ここでは、ｄは、焦点軸から移動エレメントアレイの面の距離として規定されている。焦点軸は、通常、この面に平行である。
【０２８５】
単方向性サウンド伝達については、上述したとおり、使用する式は、
遅延＝ｘ  ｃｏｓ  α
であり、ここで、
ｘは、移動エレメントアレイのエッジ面から所定の移動エレメントの距離であり、
αは、方向と移動エレメントアレイ面の間の角度である。
【０２８６】
ここに示して、説明した実施例は全方向性、筒状、及び単方向性、双方向性、あるいは多方向性パターンといった所望のパターンとほぼ同じサウンド伝達パターンを生成することは自明である。しかし、少なくとも、移動エレメントアレイのサイズが有限であるため、実際のサウンド伝達パターンは、決して、理論的な所望の伝達パターンとそっくり同じではない。一般的に、理論的な所望の伝達パターンは、移動エレメントアレイから離れた位置ではなく、移動エレメントアレイに近い位置でより良好に達成される。
【０２８７】
アレイが大きければ大きいほど（圧力生成エレメントの数と寸法の両方の意味で）、より近くで所望の伝達パターンが達成される。
【０２８８】
本発明の所定の実施例の特別な特徴は、アレイが固定されている一またはそれ以上の圧力生成エレメントアレイを含む単一のスピーカが、パラメータかあるいはむしろ形状が異なる複数の方向性パターンを生成するようにプログラムできることである。
【０２８９】
所望であれば、ユーザが一以上の単方向性ビームの数、及び／又は方向、及び／又はそのほかの特徴を選択できる、複数単方向性伝達パターンを提供できる事は自明である。単方向性の実施例がここに述べられており、ここに述べた単方向の実施例の複数の単方向実施例への汎化は、例えば、ＲＡＤＡＲビームなどの多重ビーム位相アレイによって生じるビームの方向、数、及び／又はその他の特性を規定するのに使用される技術など、この分野で知られている技術を用いて達成することができる。より一般的には、所望であれば、ユーザが一またはそれ以上の構成要素の伝達パターンの方向、数、及び／又はその他の特性を選択することができる、伝達パターンの組み合わせを提供することは自明であり、各パターンは、限定するものではないが、単方向パターン、全方向パターン、円筒状パターン、あるいはこれらの組み合わせといった、いずれかの好適なパターンを具えている。いくつかの伝達パターンがここに述べられており、その組み合わせは、例えば、ＲＡＤＡＲビームなどの多重ビーム位相アレイによって生じるビームの方向、数、及び／又はその他の特性を規定するのに使用される技術など、この分野で知られている技術を用いて達成することができる。
【０２９０】
移動エレメントアレイは、図に示すように平面的である必要はなく、代替的に、本発明の教示は、非平面的移動エレメントアレイを共用するように適宜変更することができることは自明である。
【０２９１】
図２８は、非矩形の移動エレメントアレイを単純にして示す図である。本発明の一実施例によれば、非矩形アレイの移動エレメントの遅延は、矩形アレイ中の非矩形アレイに境界線を引いて、境界線を引いた矩形アレイについて、ここに述べるように遅延を計算する処理を行うことによって計算できる。非矩形アレイ中の各移動エレメントには、この処理によって計算した、即ち、（虚の）境界線を引いた矩形アレイ中のその位置に応じた遅延値に等しい遅延値を割り当てる。
【０２９２】
移動エレメントアレイが矩形でなければ、以下のルールを用いて、アレイを位置決めするが、代替的に、本発明は任意に位置決めした移動エレメントアレイを収容するものであっても良い。
【０２９３】
ｉ．全方向性伝達が所望されており、設計者がまったく自由にアレイの位置決めを行う場合は、非矩形アレイの塊の中心が、全方向性伝達の焦点と同心になるようにアレイを配置する。好ましくは、また、より一般的には、このアレイは、非矩形アレイの塊の中心が全方向性伝達の焦点ポイントに可能な限り近くなるように配置する。
【０２９４】
ｉｉ．円筒状伝達が所望されており、設計者がまったく自由にアレイの位置決めを行う場合は、アレイを図２８に示す同面積のサブアレイ３７２０と３７３０に分けている非矩形アレイ３７１０の塊３７００の軸を、円筒状伝達の焦点軸に沿って配置することができる。塊の軸がいくつかある場合は、通常最も長い軸を選択する。好ましくは、また、より一般的には、このアレイは、非矩形アレイの塊の軸、好ましくは得られる軸の最も長い軸を円筒状伝達の焦点軸に平行に配置する。
【０２９５】
ｉｉｉ．単方向性伝達が所望されており、設計者がまったく自由にアレイの位置決めを行う場合は、所望の伝達方向がアレイの主表面に直交する方向に近くなるようアレイを配置する。
【０２９６】
本発明の範囲は、限定するものではないが、デジタル入力信号を受信してこれに従ってサウンドを生成するダイレクトデジタルスピーカ装置を制御する方ほうを具え、この方法は、圧力生成エレメントアレイを提供するステップと、各圧力生成エレメントが圧力パルスを生成して、所望の方向性パターンを達成するかどうか、およびそのときを決定するタイミングパターンを計算するステップと、を具える。このアレイは、このタイミングパターンに応じて動作して、所望の方向性パターンを有するサウンドを達成する。
【０２９７】
選択的に、この提供するステップと計算するステップを複数回実行して、対応する複数のタイミングパターンに応じて、同時に複数のアレイを動作させるステップを具えており、これによって、複数のタイミングパターンに対応する方向性パターンの組み合わせを具える単一方向性パターンを得ることができる。複数のアレイは、実際、単一のより大きなアレイの部分を具えるものでも良い。従って、例えば、ここに示して述べたものなど、単一の圧力生成エレメントアレイを、例えば四分割といった、複数の領域に区分けして、各領域の圧力生成エレメントをそれ自体のタイミングパターンあるいは遅延パターンに従って動作させるようにしても良い。例えば、これによって、いくつかのパターン、例えば、４つの異なる単方向ビームを達成することができる。代替的に、別の例として、全方向バックグラウンドサウンドを一又はそれ以上の、各々がそれ自体の単方向、円筒状、あるいは全方向伝達パターンを有する、別のフォアグラウンドサウンドストリームに重畳させることもできる。多重方向の実施例では、各端方向ビームが、例えば、ステレオ信号の左右のチャンネルといった、異なるデジタル入力信号を作ることは自明である。
【０２９８】
電磁場コントローラ３０は、好ましくは、コイルを流れる交流電流が適宜の磁場強度を、全条件下で常に維持し、移動エレメント１０と静電ラッチ２０との間を十分に近位させてラッチを可能にしつつ、移動エレメントが早く移動しすぎないように、またエレメント自体あるいはラッチ２０をインパクトの結果損傷しないようにする。
【０２９９】
図面を特に参照すると、図に示す詳細は例示であり、本発明の好ましい実施例を説明する目的で書かれているにすぎず、本発明の原理と概念的特徴を最も便利かつ容易に理解する記載であると考えられるものを提供するために記載されている。この点について、本発明の構造的詳細を、本発明の基本的な理解に必要以上に詳細に示す試みはなされていない。図面を参照した記載は、この分野の当業者が、本発明のいくつかの形を現実的に実施できるように、明確になされている。
【０３００】
様々な実施例のコンテキストにおいて記載されている本発明の特徴は、単一の実施例に組み合わせて提供することもできる。逆に、単一の実施例のコンテキストにおいて簡潔に記載された発明の特徴は、個別に、あるいは適宜のサブコンビネーションで提供することができる。例えば、移動エレメントは自在に浮動であっても良く、あるいはフィラメント状の屈曲部分に装着しても良く、あるいは、フレキシブル材料でできた周辺部分を有していてもよい。これとは無関係に、装置は上述したようにこれを通る空気漏れを低減するように構成しても良く、しなくとも良い。これとは別に、移動エレメントは、例えば、導体、コイル、リング状またはディスク状の永久磁石、あるいはリング状またはディスク状の強磁性体と磁石を具えていても良く、その場合は、これらのいくつか、例えば５０％の極が、残りの５０％の磁石の極と反対に配置されていても良く、そうでなくとも良い。これとは別に、ラッチの形状は、断面において、中実、環状、大きな中央部分が貫通している、あるいはしていない、あるいはノッチ付き、あるいはその他の適宜の構造を有していても良い。これとは別に、ラッチの制御は個別であっても、グループ別であっても、この組み合わせであっても良い。これとは別に、各々が、傾いている、あるいは傾いていない、また、各々の断面が円形、四角形、三角形、六角形、あるいはこのほかの好適な形状の、一又はそれ以上のアクチュエータエレメントがあっても良い。
【０３０１】
本発明は、ある程度入念に記載されているが、この分野の当業者は、様々な変形、変更を請求の範囲の範囲内で容易に行いうる。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｄ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｃ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図８Ｅ】
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【図８Ｆ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１５Ｃ】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｃ】
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【図１６Ｄ】
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【図１７】
2010528521.tif 000039
【図１８】
2010528521.tif 000040
【図１９】
2010528521.tif 000041
【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【図２１】
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【図２２Ａ】
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【図２２Ｂ】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
2010528521.tif 000049
【図２６】
2010528521.tif 000050
【図２７】
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【図２８】
2010528521.tif 000052
【国際調査報告】
2010528521.tif 000053
2010528521.tif 000054
2010528521.tif 000055