JP2014519791A - Audio device with electroactive polymer actuator - Google Patents

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ヒッチコック・ロジャー・エヌ.
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Abstract

【課題】
【解決手段】電気活性ポリマモジュールを備えた感覚強化オーディオ装置が開示されている。電気活性ポリマモジュールは、例えば、ヘッドホンのイヤーカップ内に配置されてよい。モジュールは、第1および第2の電極の間に配置された少なくとも1つのエラストマ誘電体素子を有する電気活性ポリマアクチュエータアレイを備える。トレイが、電気活性ポリマアクチュエータアレイとアクチュエータアレイに結合された質量体とを受け入れるよう構成されてよい。回路が、電気活性ポリマアクチュエータアレイに電気的に接続される。回路は、駆動信号を生成して、電気活性ポリマアクチュエータアレイを駆動信号に従って動作させるための回路である。駆動信号は、約2Hzから約200Hzまでの周波数範囲にあることが好ましい。
【選択図】図1
【Task】
A sensory enhanced audio device comprising an electroactive polymer module is disclosed. The electroactive polymer module may be disposed, for example, in a headphone ear cup. The module comprises an electroactive polymer actuator array having at least one elastomeric dielectric element disposed between the first and second electrodes. The tray may be configured to receive an electroactive polymer actuator array and a mass coupled to the actuator array. A circuit is electrically connected to the electroactive polymer actuator array. The circuit is a circuit for generating a drive signal and operating the electroactive polymer actuator array according to the drive signal. The drive signal is preferably in a frequency range from about 2 Hz to about 200 Hz.
[Selection] Figure 1

Description

関連出願への相互参照
本願は、米国特許法第119条(e)の下、2011年6月16日出願の米国仮特許出願第61/497,556号「ELECTRO-MECHANICAL SYSTEM FOR SIMULATING LOW FREQUENCY AUDIO SENSATIONS」および2011年11月29日出願の第61/564,437号「ACOUSTIC NOISE REDUCTION TECHNIQUES FOR TACTILE HEADPHONE ACTUATORS」の優先権を主張し、これらの仮出願の各々の開示全体が参照によって本明細書に組み込まれる。
Cross-reference to related application This application is a US Provisional Patent Application No. 61 / 497,556 filed on June 16, 2011 under US Patent Act 119 (e), “ELECTRO-MECHANICAL SYSTEM FOR SIMULATING LOW FREQUENCY AUDIO SENSATIONS ”and 61 / 564,437 filed on November 29, 2011“ ACOUSTIC NOISE REDUCTION TECHNIQUES FOR TACTILE HEADPHONE ACTUATORS ”, the entire disclosure of each of these provisional applications is hereby incorporated by reference. Incorporated into.

様々な実施形態において、本開示は、一般に、低周波音響感覚をシミュレートするための電気機械システムに関する。より具体的には、本開示は、電気活性ポリマアクチュエータまたは変換器を備えたオーディオ装置に関する。特に、本開示は、電気活性ポリマアクチュエータと、機械的および電気的な音響ノイズ低減モジュールとを備えたヘッドホンに関する。   In various embodiments, the present disclosure generally relates to an electromechanical system for simulating a low frequency acoustic sensation. More specifically, the present disclosure relates to an audio device that includes an electroactive polymer actuator or transducer. In particular, the present disclosure relates to headphones comprising an electroactive polymer actuator and mechanical and electrical acoustic noise reduction modules.

従来の音響ヘッドホンは、ヘッドバンドによって連結された一対のイヤーカップを備える。イヤーカップは、イヤーカップのハウジング部分の中に取り付けられユーザの耳の近くに保持されるラウドスピーカを備える。ヘッドホンは、オーディオアンプ、ラジオ、CDプレーヤ、携帯型メディアプレーヤ、コンピュータ、タブレット、携帯型デバイス、または、ゲーム機などのオーディオ信号源にラウドスピーカを接続するための電線を備える。一部のタイプの従来のヘッドホンは、オーディオ信号源から受信した音響信号の信号調整および処理のための電子回路も備える。ヘッドバンドを備えず、ユーザの耳に直接入れるよう特に設計されたオーディオヘッドホンのタイプは、イヤホンまたは口語でイヤーバドとしても知られている。   Conventional acoustic headphones include a pair of earcups connected by a headband. The ear cup includes a loudspeaker that is mounted within the ear cup housing portion and held near the user's ear. The headphones include an electric wire for connecting a loudspeaker to an audio signal source such as an audio amplifier, a radio, a CD player, a portable media player, a computer, a tablet, a portable device, or a game machine. Some types of conventional headphones also include electronic circuitry for signal conditioning and processing of the acoustic signal received from the audio signal source. A type of audio headphone that is not equipped with a headband and is specifically designed to be put directly into the user's ear is also known as an earbud or spoken earbud.

従来のオーディオ信号は、約20Hzから約20kHzの範囲の音響周波数成分を含む。ほとんどの音響再生システム(ホームオーディオ、ヘッドホン、イヤーバド、電話、スピーカ)は、可聴周波数範囲全体を効果的にカバーすることができず、通例、低周波数(約200Hz未満)の性能が悪い。したがって、大型の音響放射体が、低周波数のオーディオ信号を正確に再生するために用いられる。通例、これらの装置は、物理的に大きく、かなりの量の電力を消費する。音響放射体の一例は、ホームシアターシステムで用いられるサブウーファーキャビネットである。低周波数オーディオコンテンツを比較的小型の音響再生装置(ヘッドホンなど)に実装するのは困難である。そのための方法のいくつかは、基本的にユーザの耳の周囲で空気を密閉して、直接的に結合した空気圧波を用いることを必要とする。この方法は有効だが、適度な音響レベルでも不快な圧力をかける。より高い音響レベルでは、危険な場合もあり、短期または長期の聴力低下を引き起こしうる。   Conventional audio signals include acoustic frequency components in the range of about 20 Hz to about 20 kHz. Most sound reproduction systems (home audio, headphones, earbuds, telephones, speakers) cannot effectively cover the entire audible frequency range and typically have poor low frequency (less than about 200 Hz) performance. Therefore, large acoustic radiators are used to accurately reproduce low frequency audio signals. Typically, these devices are physically large and consume a significant amount of power. An example of an acoustic radiator is a subwoofer cabinet used in a home theater system. It is difficult to mount low-frequency audio content on a relatively small sound reproduction device (such as headphones). Some of the methods for this basically require that air be sealed around the user's ears and use directly coupled pneumatic waves. This method is effective, but it also applies uncomfortable pressure even at moderate sound levels. Higher sound levels can be dangerous and can cause short or long term hearing loss.

骨伝導は、頭蓋骨の骨を通して内耳に音を伝導することである(http://en.wikipedia.org/wiki/Bone_conduction)。自分の声を録音して再生すると違って聞こえるのは、骨伝導のせいである。頭蓋骨は空気よりも低周波数をよく伝導するので、自分自身の声は、他人が聞くよりも低くて深く聞こえている。また、骨伝導は、自分自身の声の録音が自分の慣れている声よりも高く聞こえる理由を説明する。骨伝導は、ほとんど耳が聞こえなかった作曲家ルートヴィヒ・ヴァン・ベートーベンによって発見されたとされている。ベートーベンは、ピアノにつけた棒を噛んで顎骨を通して音楽を聴く方法を見つけ出したと言われている。   Bone conduction is the conduction of sound through the skull bones to the inner ear (http://en.wikipedia.org/wiki/Bone_conduction). What you hear differently when you record and play your own voice is due to bone conduction. Because the skull conducts low frequencies better than the air, its own voice sounds lower and deeper than others hear. Bone conduction also explains why the recording of your own voice sounds higher than your familiar voice. Bone conduction is said to have been discovered by composer Ludwig van Beethoven, who was almost deaf. Beethoven is said to have found a way to listen to music through the jawbone by biting a stick on a piano.

補聴器の中には、骨伝導を採用し、耳によって直接聞くのと同等の効果を達成しているものもある。ヘッドセットが、こめかみおよび頬に人間工学的に配置され、電気信号を機械的振動に変換する電気機械変換器が、頭蓋骨を通して内耳に音を送る。同様に、マイクロホンを用いて、骨伝導で話し声を記録することができる。骨伝導補聴器の最初の記載は、米国特許第1,521,287号に提供された。   Some hearing aids employ bone conduction and achieve the same effect as listening directly by ear. The headset is ergonomically placed on the temple and cheek and an electromechanical transducer that converts electrical signals into mechanical vibrations sends sound through the skull to the inner ear. Similarly, a microphone can be used to record speech with bone conduction. The first description of a bone conduction hearing aid was provided in US Pat. No. 1,521,287.

骨伝導装置は3つのタイプに分類できる:ハンズフリーヘッドセットまたはヘッドホン;補聴器および補聴援助機器;ならびに、特殊な通信装置(例えば、水中用および高騒音環境用)。骨伝導装置は、従来のヘッドホンに対していくつかの利点を有する:かかる装置は、「イヤーフリー」であるため、使い心地および安全性が向上する;非常に騒音の多い環境で鮮明な音を提供できる;聴覚保護と併用できる;ステレオサウンドの知覚を提供できる。   Bone conduction devices can be classified into three types: hands-free headsets or headphones; hearing aids and hearing aids; and specialized communication devices (eg, for underwater and high noise environments). Bone conduction devices have several advantages over conventional headphones: Such devices are “ear-free”, improving usability and safety; producing clear sound in very noisy environments Can be used in conjunction with hearing protection; can provide stereo sound perception.

装置の欠点としては:一部の実装ではヘッドホンよりも多くの電力を必要とする;一部の装置は、周波数帯域幅の低減により、従来のヘッドホンおよびマイクロホンほど明瞭な録音および再生を提供できない。   Disadvantages of the device: Some implementations require more power than headphones; some devices cannot provide as clear recording and playback as conventional headphones and microphones due to the reduced frequency bandwidth.

骨伝導スピーカの一例は、スキューバダイバーが利用するゴムでオーバーモールドされた直径約40mm厚さ6mmの圧電型屈曲ディスクである。接続ケーブルが、ディスクに成形されており、結果として、頑丈で耐水性のアセンブリが得られる。使用時には、スピーカは、耳の後ろのドーム形の骨の突起の1つにストラップ固定される。期待されるように、生み出される音は、ユーザの頭の中から聞こえるように思えるが、驚くほど明瞭で鮮明でありうる。   An example of a bone conduction speaker is a piezoelectric bending disk having a diameter of about 40 mm and a thickness of 6 mm, overmolded with rubber used by a scuba diver. The connecting cable is molded into a disk, resulting in a sturdy and water resistant assembly. In use, the speaker is strapped to one of the domed bone protrusions behind the ear. As expected, the sound produced appears to be heard from within the user's head, but can be surprisingly clear and crisp.

骨伝導オーディオ装置は、ヘッドセットまたはヘッドホンに限定されず、装置を骨格系に結合できれば、体の他の部分でも用いることができる。   The bone conduction audio device is not limited to a headset or headphones, and can be used in other parts of the body as long as the device can be coupled to the skeletal system.

本開示は、低周波数音響感覚を刺激するための電気機械システム(電気活性ポリマアクチュエータなど)を備えた改良型オーディオ装置(ヘッドホンなど)を提供する。改良型オーディオ装置は、機械的および電気的な音響ノイズ低減モジュールを備える。   The present disclosure provides an improved audio device (such as headphones) with an electromechanical system (such as an electroactive polymer actuator) for stimulating low frequency acoustic sensations. The improved audio device comprises a mechanical and electrical acoustic noise reduction module.

本発明によって対処されうる別の用途は、オーディオ信号以外の情報がユーザに伝達される感覚強化オーディオ装置にある。符号化された信号を伝達する感覚強化ヘッドホンの初期の例は、米国特許第1,531,543号に記載されている。   Another application that can be addressed by the present invention is in sensory enhanced audio devices where information other than audio signals is communicated to the user. An early example of sensory enhancement headphones that carry encoded signals is described in US Pat. No. 1,531,543.

一実施形態において、本開示は、感覚強化オーディオ装置に適用される。オーディオ装置は、第1および第2の電極の間に配置された少なくとも1つのエラストマ誘電体素子を有する電気活性ポリマアクチュエータアレイを備える。トレイが、電気活性ポリマアクチュエータアレイと電気活性ポリマアクチュエータアレイに結合された質量体とを受け入れるよう構成されてよい。回路が、電気活性ポリマアクチュエータアレイに電気的に接続される。回路は、好ましくは約2Hzから約200Hzまでの周波数範囲の駆動信号を生成して、電気活性ポリマアクチュエータアレイを駆動信号に従って移動または振動させるための回路である。電気活性ポリマアクチュエータは、ヘッドホンである場合にイヤーカップを揺動(振動)させ、その振動が、入力低周波音声を追跡することにより、鼓膜にとって危険な可能性がある高圧の音波を生じさせることなしに低周波音声の感覚を与える。本明細書に開示されている電気活性ポリマアクチュエータは、従来のオーディオ装置(ヘッドホンなど)の「聴取」体験を強化する。適切な駆動信号により、アクチュエータは、オーディオ信号に関連のない情報を伝達するために用いられてもよい。本発明のこれらおよびその他の利点および利益は、後述の「発明を実施するための形態」で明らかになる。   In one embodiment, the present disclosure applies to a sensory enhanced audio device. The audio device includes an electroactive polymer actuator array having at least one elastomeric dielectric element disposed between the first and second electrodes. The tray may be configured to receive an electroactive polymer actuator array and a mass coupled to the electroactive polymer actuator array. A circuit is electrically connected to the electroactive polymer actuator array. The circuit is preferably a circuit for generating a drive signal in a frequency range from about 2 Hz to about 200 Hz to move or vibrate the electroactive polymer actuator array in accordance with the drive signal. Electroactive polymer actuators cause the ear cup to oscillate (vibrate) when it is a headphone, and the vibration tracks the incoming low frequency sound, thereby generating high pressure sound waves that can be dangerous to the eardrum. Without giving the feeling of low frequency voice. The electroactive polymer actuators disclosed herein enhance the “listening” experience of conventional audio devices (such as headphones). With appropriate drive signals, the actuator may be used to convey information not related to the audio signal. These and other advantages and benefits of the present invention will become apparent in the Detailed Description below.

以下では、限定ではなく説明のために、図面を参照しつつ本発明について記載する。   The present invention will now be described with reference to the drawings for purposes of illustration and not limitation.

本発明の一実施形態に従って、感覚強化ヘッドホンを示す斜視図。1 is a perspective view showing a sensory enhancement headphone according to one embodiment of the present invention. FIG. 一実施形態に従って、図1の左イヤーカップを示す斜視図。FIG. 2 is a perspective view showing the left ear cup of FIG. 1 according to one embodiment. 一実施形態に従って、図1の左イヤーカップを示す正面図。FIG. 2 is a front view of the left ear cup of FIG. 1 according to one embodiment. 一実施形態に従って、図1の右イヤーカップを示す斜視図。FIG. 2 is a perspective view showing the right ear cup of FIG. 1 according to one embodiment. 一実施形態に従って、図1の右イヤーカップを示す背面図。FIG. 3 is a rear view of the right ear cup of FIG. 1 according to one embodiment. 一実施形態に従って、図4の切断線6−6に沿って右イヤーカップの断面を示す図。FIG. 6 shows a cross-section of the right ear cup along section line 6-6 of FIG. 4 according to one embodiment. 一実施形態に従って、図4の切断線6−6に沿って右イヤーカップの断面を示す図。FIG. 6 shows a cross-section of the right ear cup along section line 6-6 of FIG. 4 according to one embodiment. 一実施形態に従って、図6および図7のイヤーカップを示す正面図。FIG. 8 is a front view of the ear cup of FIGS. 6 and 7 according to one embodiment. 一実施形態に従って、電気活性ポリマシステムを示す切り欠き図。1 is a cutaway view illustrating an electroactive polymer system, according to one embodiment. FIG. 動作原理を説明するために電気活性ポリマシステムの一実施形態を示す概略図。1 is a schematic diagram illustrating one embodiment of an electroactive polymer system to illustrate the operating principle. FIG. 一実施形態に従って、1バー電気活性ポリマアクチュエータアレイの構成を示す図。FIG. 3 illustrates a configuration of a 1 bar electroactive polymer actuator array, according to one embodiment. 一実施形態に従って、3バー電気活性ポリマアクチュエータアレイの構成を示す図。FIG. 3 illustrates a configuration of a 3-bar electroactive polymer actuator array, according to one embodiment. 一実施形態に従って、6バー電気活性ポリマアクチュエータアレイの構成を示す図。FIG. 3 illustrates a configuration of a 6 bar electroactive polymer actuator array, according to one embodiment. 一実施形態に従って、音響ヘッドホンシステムのための電気活性ポリマアクチュエータシステムの一実施形態を示す分解図。1 is an exploded view illustrating one embodiment of an electroactive polymer actuator system for an acoustic headphone system, according to one embodiment. FIG. 一実施形態に従って、電気活性ポリマアクチュエータおよびスピーカ要素を示す図。FIG. 3 illustrates an electroactive polymer actuator and speaker element, according to one embodiment. 一実施形態に従って、電気活性ポリマアクチュエータアレイを露出させるために図13の質量体を取り除いた図13の電気活性ポリマアクチュエータを示す図。FIG. 14 illustrates the electroactive polymer actuator of FIG. 13 with the mass of FIG. 13 removed to expose the electroactive polymer actuator array, according to one embodiment. 一実施形態に従って、トレイを取り除いた図14の電気活性ポリマアクチュエータを示す図。FIG. 15 illustrates the electroactive polymer actuator of FIG. 14 with the tray removed, according to one embodiment. 一実施形態に従って、トレイおよび下部剛性フレーム要素のみを示すために質量体と電気活性ポリマアクチュエータアレイのカートリッジ部分とを取り除いた図14の電気活性ポリマアクチュエータを示す図。FIG. 15 illustrates the electroactive polymer actuator of FIG. 14 with the mass and cartridge portion of the electroactive polymer actuator array removed to show only the tray and lower rigid frame element, according to one embodiment. 一実施形態に従って、電気活性ポリマアクチュエータを示す上面図。1 is a top view of an electroactive polymer actuator, according to one embodiment. FIG. 一実施形態に従って、切断線18−18での図17の電気活性ポリマアクチュエータの断面を示す図。FIG. 18 illustrates a cross section of the electroactive polymer actuator of FIG. 17 at section line 18-18, according to one embodiment. 一実施形態に従って、電気活性ポリマアクチュエータを示す斜視図。1 is a perspective view illustrating an electroactive polymer actuator, according to one embodiment. FIG. 一実施形態に従って、図19の電気活性ポリマアクチュエータを示す背面図。FIG. 20 is a rear view of the electroactive polymer actuator of FIG. 19 according to one embodiment. 一実施形態に従って、切断線21−21での図19の電気活性ポリマアクチュエータの断面を示す図。FIG. 20 illustrates a cross section of the electroactive polymer actuator of FIG. 19 at section line 21-21, according to one embodiment. 一実施形態に従って、屈曲サスペンションシステムのサスペンショントレイ内に配置された質量体を示すために上部プレートを取り除いた図19の電気活性ポリマアクチュエータを示す斜視図。FIG. 20 is a perspective view of the electroactive polymer actuator of FIG. 19 with the top plate removed to show the mass located in the suspension tray of the flex suspension system, according to one embodiment. 一実施形態に従って、電気活性ポリマアクチュエータアレイの上に配置された接着層を示すために質量体を取り除いた図22の電気活性ポリマアクチュエータを示す斜視図。FIG. 23 is a perspective view of the electroactive polymer actuator of FIG. 22 with the mass removed to show an adhesive layer disposed over the electroactive polymer actuator array, according to one embodiment. 一実施形態に従って、ベースプレートおよび3バー電気活性ポリマアクチュエータアレイをより見やすく示すために屈曲トレイを取り除いた図23の電気活性ポリマアクチュエータを示す斜視図。FIG. 24 is a perspective view of the electroactive polymer actuator of FIG. 23 with the flex tray removed to better show the base plate and the 3-bar electroactive polymer actuator array according to one embodiment. 一実施形態に従って、ベースプレートおよび接着層を示すために電気活性ポリマアクチュエータアレイを取り除いた図24の電気活性ポリマアクチュエータを示す斜視図。FIG. 25 is a perspective view of the electroactive polymer actuator of FIG. 24 with the electroactive polymer actuator array removed to show the base plate and adhesive layer, according to one embodiment. 一実施形態に従って、ベースプレートおよび開口部を示すために接着層および可撓回路を取り除いた図25の電気活性ポリマアクチュエータを示す斜視図。FIG. 26 is a perspective view of the electroactive polymer actuator of FIG. 25 with the adhesive layer and flex circuit removed to show the base plate and opening, according to one embodiment. 一実施形態に従って、切断線27−27での図19の電気活性ポリマアクチュエータの断面を示す図。FIG. 20 illustrates a cross section of the electroactive polymer actuator of FIG. 19 at section line 27-27, according to one embodiment. 電気活性ポリマアクチュエータの一実施形態を示す図。The figure which shows one Embodiment of an electroactive polymer actuator. 一実施形態に従って、接着層を示すために質量体を取り除いた図28の電気活性ポリマアクチュエータを示す斜視図。FIG. 29 is a perspective view of the electroactive polymer actuator of FIG. 28 with the mass removed to show the adhesive layer, according to one embodiment. 一実施形態に従って、電気活性ポリマアクチュエータアレイを取り除いたトレイのベース部分を示す図。FIG. 3 illustrates a base portion of a tray with an electroactive polymer actuator array removed, according to one embodiment. 一実施形態に従って、電気活性ポリマアクチュエータ800の電気活性ポリマアクチュエータアレイの部分を示す斜視図。FIG. 4 is a perspective view illustrating a portion of an electroactive polymer actuator array of electroactive polymer actuator 800, according to one embodiment. 横軸に周波数(Hz)、縦軸にストローク(mm)の変位を取って、屈曲サスペンションシステムおよびばね上質量体を備えない電気活性ポリマアクチュエータの周波数応答を示す試験データのグラフ。A graph of test data showing the frequency response of an electroactive polymer actuator without a flex suspension system and a sprung mass with frequency (Hz) on the horizontal axis and stroke (mm) on the vertical axis. 横軸に周波数(Hz)、縦軸にストローク(mm)の変位を取って、屈曲サスペンションシステムおよびばね上質量体を備えた電気活性ポリマアクチュエータの周波数応答を示す試験データのグラフ。A graph of test data showing the frequency response of an electroactive polymer actuator with a flex suspension system and a sprung mass with frequency (Hz) on the horizontal axis and stroke (mm) on the vertical axis. イヤーカップの一実施形態を示す斜視断面図。The perspective sectional view showing one embodiment of an ear cup. 図34のイヤーカップを示す斜視断面図。FIG. 35 is a perspective cross-sectional view showing the ear cup of FIG. 図34のイヤーカップを示す正面断面図。FIG. 35 is a front sectional view showing the ear cup of FIG. 34. スピーカの裏側の音響空洞に取り付けられた下側の独立型トレイを露出させるために耳覆いクッションおよびハウジングを取り除いた図34〜図36のイヤーカップの一実施形態を示す図。FIG. 37 shows one embodiment of the ear cup of FIGS. 34-36 with the ear covering cushion and housing removed to expose the lower stand-alone tray attached to the acoustic cavity on the back side of the speaker. 一実施形態に従って、電気活性ポリマアクチュエータアレイを露出させるために独立型モジュールハウジングを取り除いた図37のイヤーカップを示す図。FIG. 38 shows the ear cup of FIG. 37 with the stand-alone module housing removed to expose the electroactive polymer actuator array, according to one embodiment. 一実施形態に従って、質量体を露出させるために電気活性ポリマアクチュエータアレイを取り除いた図38のイヤーカップを示す図。FIG. 39 illustrates the ear cup of FIG. 38 with the electroactive polymer actuator array removed to expose the mass according to one embodiment. 一実施形態に従って、質量体を取り除いた図39のイヤーカップを示す図。FIG. 40 shows the ear cup of FIG. 39 with the mass removed, according to one embodiment. 一実施形態に従って、中に取り付けられたスピーカを示す音響空洞の底面図。FIG. 3 is a bottom view of an acoustic cavity showing a speaker mounted therein according to one embodiment. イヤーカップの第1のハウジング部分に収容された電気活性ポリマアクチュエータを備える電気活性ポリマヘッドホンの一実施形態を示す図。FIG. 3 shows an embodiment of an electroactive polymer headphone comprising an electroactive polymer actuator housed in a first housing portion of an earcup. 一実施形態に従って、電気活性ポリマアクチュエータの駆動用の低周波数オーディオ信号を生成すると共に望ましくない音響ノイズを低減するための電子回路を示すブロック図。1 is a block diagram illustrating an electronic circuit for generating a low frequency audio signal for driving an electroactive polymer actuator and reducing undesirable acoustic noise, according to one embodiment. FIG. 一実施形態に従って、図43に示した逆多項式回路(例えば、「逆平方根回路」)を用いていない場合の高調波歪みの測定値を示すグラフ。FIG. 44 is a graph illustrating harmonic distortion measurements without using the inverse polynomial circuit (eg, “inverse square root circuit”) shown in FIG. 43, according to one embodiment. 一実施形態に従って、図43に示した逆多項式回路(「平方根回路」)を用いた場合の高調波歪みの測定値を示すグラフ。FIG. 44 is a graph showing measured values of harmonic distortion when the inverse polynomial circuit (“square root circuit”) shown in FIG. 43 is used according to one embodiment. 一実施形態に従って、図43に示した逆多項式回路(例えば、「逆平方根回路」)の一実施形態を示す図。FIG. 44 illustrates one embodiment of the inverse polynomial circuit (eg, “inverse square root circuit”) shown in FIG. 43, according to one embodiment. 一実施形態に従って、屈曲サスペンションシステムを備えた図12の電気活性ポリマモジュールを示す一部切り欠き図。FIG. 13 is a partially cutaway view of the electroactive polymer module of FIG. 12 with a flex suspension system, according to one embodiment. 一実施形態に従って、屈曲トレイを備えた図12および図47の屈曲サスペンションシステムを備えた図12の電気活性ポリマモジュールの一実施形態を示す概略図。FIG. 48 is a schematic diagram illustrating one embodiment of the electroactive polymer module of FIG. 12 with the flex suspension system of FIGS. 12 and 47 with a flex tray, according to one embodiment. 一実施形態に従って、図12および図47〜48に示した屈曲サスペンションシステムのXおよびY方向での動作をモデル化するためにXおよびY軸での振動動作を示す図。FIG. 49 illustrates oscillating motion in the X and Y axes to model the motion in the X and Y directions of the flex suspension system illustrated in FIGS. 12 and 47-48, according to one embodiment. 一実施形態に従って、図12および図47〜48に示した屈曲サスペンションシステムのXおよびZ方向での動作をモデル化するためにXおよびZ軸での振動動作を示す図。FIG. 49 illustrates oscillating motion in the X and Z axes to model the motion in the X and Z directions of the flex suspension system illustrated in FIGS. 12 and 47-48, according to one embodiment. 一実施形態に従って、図12および図47〜48に示した屈曲サスペンションシステムの屈曲トレイ移動停止部を示す概略図。FIG. 49 is a schematic diagram illustrating a bent tray movement stop of the bent suspension system shown in FIGS. 12 and 47-48 according to one embodiment. 一実施形態に従って、屈曲連結部の梁モデルを示す概略図。FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a beam model of a flexural connection according to one embodiment. 一実施形態に従って、質量体を取り除いた屈曲トレイの一実施形態を示す図。FIG. 3 shows an embodiment of a flex tray with the mass removed, according to one embodiment. 屈曲トレイの一実施形態の部分を示す図。The figure which shows the part of one Embodiment of a bending | flexion tray.

本発明の感覚強化オーディオ装置およびオーディオノイズ低減モジュールの実施形態を詳細に説明する前に、開示された実施形態の応用または利用法が、添付の図面および記載において説明した部分の構造および構成の詳細に限定されないことに注意されたい。開示された実施形態は、別の実施形態、バリエーション、および、変形例で実装または組み込まれてもよく、様々な方法で実施または実行されうる。さらに、特に指定のない限り、本明細書で用いられる用語および表現は、例示のためおよび読者の便宜のために実施形態を記載する目的で選択されており、実施形態のいずれをも、開示された特定の実施形態に限定する意図はない。さらに、開示された実施形態、実施形態の表現、および、例の内の任意の1または複数は、限定することなく、他の開示された実施形態、実施形態の表現、および、例の内の任意の1または複数と組み合わせることができる。したがって、一実施形態に開示された要素および別の実施形態に開示された要素の組み合わせは、本開示および添付の請求項の範囲内にあると見なされる。 Before describing embodiments of the sensory enhancement audio device and audio noise reduction module of the present invention in detail, the application or use of the disclosed embodiments will be described in detail in the structure and configuration of the portions described in the accompanying drawings and description. Note that it is not limited to: The disclosed embodiments may be implemented or incorporated in other embodiments, variations, and variations, and may be implemented or performed in various ways. Further, unless otherwise specified, the terms and expressions used herein are selected for the purpose of describing the embodiments for purposes of illustration and convenience, and any of the embodiments are disclosed. It is not intended to be limited to any particular embodiment. Furthermore, any one or more of the disclosed embodiments, embodiment expressions, and examples may be used without limitation to other disclosed embodiments, embodiment expressions, and examples. It can be combined with any one or more. Thus, combinations of elements disclosed in one embodiment and elements disclosed in another embodiment are considered to be within the scope of this disclosure and the appended claims.

本発明は、約10未満の機械的品質係数を有するアクチュエータシステムと、アクチュエータシステムに電気的に接続された回路とを備える感覚強化オーディオ装置を提供しており、回路は、駆動信号を生成して、アクチュエータシステムを駆動信号に従って動作させるための回路である。   The present invention provides a sensory enhanced audio device comprising an actuator system having a mechanical quality factor of less than about 10 and a circuit electrically connected to the actuator system, the circuit generating a drive signal The circuit for operating the actuator system according to the drive signal.

本発明は、さらに、少なくとも1つのイヤーカップと、少なくとも1つのイヤーカップ内に配置された電気活性ポリマアクチュエータアレイであって、電気活性ポリマアクチュエータは、第1および第2の電極の間に配置された少なくとも1つのエラストマ誘電体素子を備える電気活性ポリマアクチュエータアレイと、電気活性ポリマアクチュエータアレイに電気的に接続された回路とを備える感覚強化ヘッドホンを提供しており、回路は、駆動信号を生成して、電気活性ポリマアクチュエータアレイを駆動信号に従って振動させるための回路である。   The present invention further includes at least one ear cup and an electroactive polymer actuator array disposed within the at least one ear cup, wherein the electroactive polymer actuator is disposed between the first and second electrodes. And a sensory enhancement headphone comprising: an electroactive polymer actuator array comprising at least one elastomeric dielectric element; and a circuit electrically connected to the electroactive polymer actuator array, wherein the circuit generates a drive signal. And a circuit for vibrating the electroactive polymer actuator array in accordance with the drive signal.

感覚強化オーディオ装置のアクチュエータシステムを動かすために用いられる駆動信号は、オーディオ信号から導出される。本発明に有用なアクチュエータシステムは、第1および第2の電極の間に配置された少なくとも1つのエラストマ誘電体素子を備えた電気活性ポリマアクチュエータアレイを備える。   The drive signal used to move the actuator system of the sensory enhancement audio device is derived from the audio signal. An actuator system useful in the present invention comprises an electroactive polymer actuator array with at least one elastomeric dielectric element disposed between first and second electrodes.

一実施形態において、駆動信号は、オーディオ信号に従うのではなく他の情報を伝達するためにアクチュエータシステムを動かすよう設計される。したがって、アクチュエータシステムの動作による効果の強度の制御は、オーディオ信号の強度の制御と分離しうる。ユーザは、例えば、ユーザの聴覚に不快または有害である可能性のある音響応答の増加を受けることなく、ヘッドホンの低音域応答を増大させることができる。   In one embodiment, the drive signal is designed to move the actuator system to convey other information rather than following the audio signal. Therefore, the control of the strength of the effect by the operation of the actuator system can be separated from the control of the strength of the audio signal. The user can, for example, increase the bass response of the headphones without experiencing an increase in acoustic response that may be uncomfortable or harmful to the user's hearing.

一実施形態において、本開示は、限られた音響感覚を補強するために、高品質の低周波振動コンテンツを提供する。これは、例えば、後に詳述するように、電気活性ポリマアクチュエータを備えた感覚強化ヘッドホンなどの感覚強化オーディオ装置を含む。特定の理論に縛られることは望まないが、本発明者は、本発明のオーディオ装置が、電気活性ポリマアクチュエータを含むことによって骨伝導と音波効果との組み合わせに依存すると考える。   In one embodiment, the present disclosure provides high quality low frequency vibration content to reinforce a limited acoustic sensation. This includes, for example, sensory enhanced audio devices such as sensory enhanced headphones with electroactive polymer actuators, as will be described in detail below. While not wishing to be bound by any particular theory, the inventor believes that the audio device of the present invention relies on a combination of bone conduction and sonic effects by including an electroactive polymer actuator.

本開示は、電気活性ポリマアクチュエータを含む感覚強化ヘッドホンの様々な実施形態を提供する。電気活性ポリマアクチュエータは、誘電体エラストマ素子に基づく電気活性ポリマモジュールを含む。かかるモジュールは、音響ヘッドホンに用いる電気活性ポリマアクチュエータを実装するため、および、機械的音響ノイズ低減技術を実装するために適した帯域幅およびエネルギ密度を有する。かかるモジュールは、2つの電極層に挟まれた誘電体エラストマ薄膜を備えた薄いシートからできている。十分に高い電圧が電極に印加されると、2つの電極が引き合って、誘電体エラストマ薄膜を圧迫する。これらのモジュールは、薄くて、低電力であり、ホスト装置のオーディオ信号源から導出された駆動信号によって生み出された動きを増幅するために慣性質量体に結合されてよい。   The present disclosure provides various embodiments of sensory enhancement headphones that include electroactive polymer actuators. The electroactive polymer actuator includes an electroactive polymer module based on a dielectric elastomer element. Such modules have a bandwidth and energy density suitable for implementing electroactive polymer actuators for use in acoustic headphones and for implementing mechanical acoustic noise reduction techniques. Such a module is made of a thin sheet with a dielectric elastomer thin film sandwiched between two electrode layers. When a sufficiently high voltage is applied to the electrodes, the two electrodes attract and compress the dielectric elastomer thin film. These modules are thin, low power, and may be coupled to an inertial mass to amplify the motion produced by the drive signal derived from the host device's audio signal source.

感覚強化オーディオ装置の実装のために電気活性ポリマアクチュエータの様々な実施形態を提供することに加えて、様々な態様において、本開示は、様々な供給源からの音響ノイズを低減するための機械的および電子的技術を提供する。各技術は、望ましくない音響を生み出す様々な動作条件に焦点を当てており、以下で別個に説明する。   In addition to providing various embodiments of electroactive polymer actuators for the implementation of sensory enhanced audio devices, in various aspects, the present disclosure provides a mechanical to reduce acoustic noise from various sources. And provide electronic technology. Each technique focuses on various operating conditions that produce undesired sound and are described separately below.

音響ノイズを低減するための機械的技術の様々な実施形態を開示する。一実施形態において、機械的ノイズ低減技術は、電気活性ポリマを利用した屈曲サスペンションシステムを用いて、実質的に変位を単一方向(例えば、動作方向など、所望の方向)に制限することにより、望ましくない振動モードを最小化および排除する。試験結果により、所望の動作方向に実質的に沿った安定した振動が達成されうることが支持されている。音響ノイズの低減は、所望の方向が音響放射体の軸に直交する時に最大になる。   Various embodiments of mechanical techniques for reducing acoustic noise are disclosed. In one embodiment, the mechanical noise reduction technique uses a flex suspension system that utilizes an electroactive polymer to substantially limit displacement to a single direction (e.g., a desired direction, such as a motion direction) Minimize and eliminate unwanted vibration modes. Test results support that stable vibrations substantially along the desired direction of motion can be achieved. Acoustic noise reduction is maximized when the desired direction is orthogonal to the axis of the acoustic radiator.

さらに、音響ノイズを低減するための電子技術の実施形態を開示する。一実施形態において、電子的音響ノイズ技術は、非線形逆変換を用いて、望ましくない音響アーティファクトを除去する。電気活性ポリマ素子の基本的な機能は、電界によって生成される静電圧に依存する。最も単純な形態では、この圧は電界の二乗に比例する。したがって、アクチュエータ応答の望ましくない歪みを補正するために、平方根回路などの非線形逆変換を利用できる。これは、以下で詳述するように、電気活性ポリマの等方性、均質性、線形誘電性にあてはまる。非線形、非等方性、または、不均一である他の材料は、例えば、さらなる電子的および/または機械的補正を必要としうる。非線形ノイズ低減技術を実装するための電子トポロジの例を示すブロック図について、以下に説明する。   In addition, embodiments of electronic techniques for reducing acoustic noise are disclosed. In one embodiment, the electronic acoustic noise technique uses a non-linear inverse transform to remove unwanted acoustic artifacts. The basic function of the electroactive polymer element depends on the electrostatic voltage generated by the electric field. In its simplest form, this pressure is proportional to the square of the electric field. Thus, a non-linear inverse transform such as a square root circuit can be used to correct for undesirable distortions in the actuator response. This applies to the isotropic, homogeneity, and linear dielectric properties of the electroactive polymer, as will be described in detail below. Other materials that are non-linear, anisotropic, or non-uniform may require additional electronic and / or mechanical correction, for example. A block diagram illustrating an example of an electronic topology for implementing a non-linear noise reduction technique is described below.

様々なノイズ低減技術について説明する前に、本開示では、一実施形態に従って感覚強化ヘッドホン100を示す斜視図である図1を参照する。図1に示す実施形態において、ヘッドホン100は、ヘッドバンド106で相互に結合された右イヤーカップ102および左イヤーカップ104を備える。ヘッドバンド106は、任意の適切な従来のヘッドバンドであってよい。右および左イヤーカップ102および104は、それぞれ、対応する右および左の耳覆いクッション108および110を備える。耳覆いクッション108、110は任意の形状を有してよいが、伝統的には、かかるクッションは、耳を覆うために円形または楕円形であることを理解されたい。耳覆いクッション108、110は、完全に耳を覆うので、これらのヘッドホン100は、例えば、頭に対して完全に密閉して、任意の煩わしい外部ノイズを軽減するように設計できる。クッション108、110の材料は、ヘッドホンとユーザとの間の密着の程度を調節するように選択できる。右および左イヤーカップ102、104の各々は、好ましくは、耳覆いクッション108、110と、穴あきスピーカグリル112(右のみ図示)と、ハウジング114(左のみ図示)とを備えてよい。ハウジング114は、スピーカと、電気活性ポリマアクチュエータと、アクチュエータを駆動するための回路を含む回路基板とを備え、いくつかの実施形態では、さらに、機械的および/または電子的な音響ノイズ低減要素を備える。これらの要素の実施形態について以下で説明する。   Before describing various noise reduction techniques, this disclosure refers to FIG. 1, which is a perspective view of a sensory enhanced headphone 100 according to one embodiment. In the embodiment shown in FIG. 1, the headphone 100 includes a right ear cup 102 and a left ear cup 104 that are coupled to each other by a headband 106. Headband 106 may be any suitable conventional headband. The right and left ear cups 102 and 104 include corresponding right and left ear covering cushions 108 and 110, respectively. It should be understood that the ear coverings 108, 110 may have any shape, but traditionally such cushions are circular or oval to cover the ears. Since the ear covering cushions 108, 110 completely cover the ear, these headphones 100 can be designed to be completely sealed against the head, for example, to reduce any annoying external noise. The material of the cushions 108, 110 can be selected to adjust the degree of adhesion between the headphones and the user. Each of the right and left ear cups 102, 104 may preferably include an ear covering cushion 108, 110, a perforated speaker grill 112 (only right shown), and a housing 114 (only left shown). The housing 114 includes a speaker, an electroactive polymer actuator, and a circuit board that includes circuitry for driving the actuator, and in some embodiments, further includes mechanical and / or electronic acoustic noise reduction elements. Prepare. Embodiments of these elements are described below.

図2は、左イヤーカップ104の斜視図であり、図3は、左イヤーカップ104の正面図である。図2および図3に示すように、左イヤーカップ104は、耳覆いクッション110および穴あきスピーカグリル116を備える。   FIG. 2 is a perspective view of the left ear cup 104, and FIG. 3 is a front view of the left ear cup 104. As shown in FIGS. 2 and 3, the left ear cup 104 includes an ear covering cushion 110 and a perforated speaker grill 116.

図4は、右イヤーカップ102の斜視図であり、図5は、右イヤーカップ102の背面図である。図4および図5に示すように、右イヤーカップ102は、ハウジング118を備える。   FIG. 4 is a perspective view of the right ear cup 102, and FIG. 5 is a rear view of the right ear cup 102. As shown in FIGS. 4 and 5, the right ear cup 102 includes a housing 118.

図6および図7は、図4の切断線6−6に沿った右イヤーカップ102の断面図である。図8は、図6および図7に示したイヤーカップ102の正面図である。左イヤーカップ104は実質的に右イヤーカップ102と同様であるので、開示の簡潔さおよび明瞭さのために、本開示の残り部分では、右イヤーカップ102の構造および機能に焦点を当てるが、かかる属性は、左イヤーカップ102にも等しく関係しうる。   6 and 7 are cross-sectional views of the right ear cup 102 taken along section line 6-6 in FIG. FIG. 8 is a front view of the ear cup 102 shown in FIGS. 6 and 7. Since the left ear cup 104 is substantially similar to the right ear cup 102, for the sake of brevity and clarity of disclosure, the remainder of this disclosure will focus on the structure and function of the right ear cup 102, Such an attribute may equally relate to the left ear cup 102.

ここで、特に図6〜図8を参照すると、一実施形態において、右イヤーカップ102は、ハウジング118を備えており、ハウジング118は、スピーカ120および電気活性ポリマアクチュエータ122を中に取り付けるのに適した開口部124を規定する。図6〜図8に示した実施形態において、アクチュエータ122は、いくつかのサブ構成要素を備えるため、本明細書では、電気活性ポリマモジュールと呼ぶこともある。例えば、アクチュエータ122が3つのバーを備える特定の実施形態では、アクチュエータ122は、限定されることなく、3バー電気活性ポリマモジュールと呼ばれうる。例えば、アクチュエータ122が屈曲サスペンションシステムを備える特定の実施形態では、アクチュエータ122は、限定されることなく、慣性電気活性ポリマモジュールと呼ばれうる。ここで、図6〜図8に戻ると、スピーカ120は、図に示すように、穴あきスピーカグリル112のすぐ裏側に取り付けられうる。しかしながら、別の実施形態において、スピーカ120の位置は変更されてもよく、ハウジング118の開口部124内の任意の適切な位置に取り付けられてよい。一実施形態において、例えば、電気活性ポリマアクチュエータ122は、ハウジング118の内壁132の一部に取り付けられてもよい。一実施形態において、アクチュエータ122は、トレイ126と、電気活性ポリマアクチュエータアレイ128と、質量体130とを備えてよい。一実施形態において、トレイ126は、例えば、変位を単一の所望の動作方向に実質的に制限することによって、望ましくない振動モードを起こす音響ノイズを最小化、低減、または、実質的に排除するために、後に詳述するように屈曲サスペンションシステムに置き換えられてもよい。電気活性ポリマアクチュエータアレイ(アクチュエータ128など)は、「nバーカートリッジ」と呼ばれてもよく、ここで、「n」は、アレイ内のアクチュエータバーの数を表す。したがって、3バー独立型カートリッジとは、屈曲要素なしにトレイに取り付けられた3つのアクチュエータバーを備える電気活性ポリマアクチュエータアレイのことである。逆に、3バー慣性カートリッジとは、屈曲サスペンションシステムに取り付けられた3つのバーを備える電気活性ポリマアクチュエータアレイのことである。独立型アクチュエータカートリッジ(トレイ126など)を備える開示されたヘッドホン実施形態はいずれも、限定することなく、屈曲サスペンショントレイに置き換えられうることを理解されたい。   Referring now in particular to FIGS. 6-8, in one embodiment, the right ear cup 102 includes a housing 118 that is suitable for mounting the speaker 120 and the electroactive polymer actuator 122 therein. Opening 124 is defined. In the embodiment illustrated in FIGS. 6-8, the actuator 122 may be referred to herein as an electroactive polymer module because it includes several sub-components. For example, in certain embodiments where the actuator 122 comprises three bars, the actuator 122 may be referred to as a three-bar electroactive polymer module without limitation. For example, in certain embodiments where the actuator 122 comprises a bent suspension system, the actuator 122 can be referred to as an inertial electroactive polymer module without limitation. Here, returning to FIGS. 6 to 8, the speaker 120 can be attached immediately behind the perforated speaker grill 112 as shown in the figure. However, in other embodiments, the position of the speaker 120 may be changed and attached to any suitable location within the opening 124 of the housing 118. In one embodiment, for example, the electroactive polymer actuator 122 may be attached to a portion of the inner wall 132 of the housing 118. In one embodiment, the actuator 122 may comprise a tray 126, an electroactive polymer actuator array 128, and a mass 130. In one embodiment, the tray 126 minimizes, reduces, or substantially eliminates acoustic noise that causes undesirable vibration modes, for example, by substantially limiting displacement to a single desired direction of motion. Therefore, it may be replaced with a bent suspension system as will be described in detail later. An electroactive polymer actuator array (such as actuator 128) may be referred to as an “n bar cartridge”, where “n” represents the number of actuator bars in the array. Thus, a three-bar stand-alone cartridge is an electroactive polymer actuator array comprising three actuator bars attached to a tray without a bending element. Conversely, a three bar inertial cartridge is an electroactive polymer actuator array with three bars attached to a flex suspension system. It should be understood that any disclosed headphone embodiment comprising a stand-alone actuator cartridge (such as tray 126) can be replaced with a bent suspension tray without limitation.

ここで、図1〜図6を参照すると、一実施形態において、本開示に従った電気活性ポリマアクチュエータ122を備える感覚強化ヘッドホン100は、可聴周波数帯域(例えば、約20Hzから約20kHz)の範囲の機械的振動を生み出して、耳の中で高い音圧を発生させることなしに高品質の音響感覚を提供することができる。一実施形態において、イヤーカップ102、104の各々は、電気活性ポリマアクチュエータ122を備える。アクチュエータ122の各々は、電気活性ポリマアクチュエータアレイ128に取り付けられて単純な質量体/ばね/ダンパ共振系を形成する小さい質量体130(好ましくは1ないし50g、より好ましくは25g)を備える。入力音声の低周波部が、アクチュエータ122に接続されたオーディオアンプに送られる。電気活性ポリマアクチュエータ122は、イヤーカップ102、104を揺動(振動)させ、その振動が、入力低周波音声を追跡することにより、鼓膜にとって危険な可能性がある高圧の音波を生じさせることなしに低周波音声の感覚を与える。本明細書に開示されている電気活性ポリマアクチュエータ122は、従来のオーディオヘッドホンの「聴取」体験を強化する。低周波(20Hz〜200Hz)振動の生成は、オーディオヘッドホン100の知覚周波数範囲を、通常の最適な範囲よりも低い周波数に拡大する。   Referring now to FIGS. 1-6, in one embodiment, a sensory enhancement headphone 100 comprising an electroactive polymer actuator 122 according to the present disclosure is in the audible frequency band (eg, about 20 Hz to about 20 kHz). It can create mechanical vibrations and provide a high quality acoustic sensation without generating high sound pressure in the ear. In one embodiment, each of the ear cups 102, 104 includes an electroactive polymer actuator 122. Each of the actuators 122 comprises a small mass 130 (preferably 1 to 50 g, more preferably 25 g) that is attached to the electroactive polymer actuator array 128 to form a simple mass / spring / damper resonant system. The low frequency part of the input sound is sent to the audio amplifier connected to the actuator 122. The electroactive polymer actuator 122 rocks (vibrates) the ear cups 102, 104, and the vibration does not generate high pressure sound waves that can be dangerous to the eardrum by tracking the input low frequency sound. Gives a sense of low frequency speech. The electroactive polymer actuator 122 disclosed herein enhances the “listening” experience of conventional audio headphones. Generation of low frequency (20 Hz to 200 Hz) vibrations expands the perceived frequency range of the audio headphones 100 to a lower frequency than the normal optimal range.

しかしながら、電気活性ポリマアクチュエータ122によって生成された振動は、非線形の性質を有する。さらに、電気活性ポリマアクチュエータ122は、音響振動も発生させうるが、それは、望ましい場合もあるし望ましくない場合もある。望ましくない音響振動の場合、本開示は、さらに、望ましくない音響効果を許容可能なレベルまで低減するための機械的および電気的技術を提供する。時に、振動は、スピーカ120の面外で起こりうる。所望であれば、ばね上質量体を駆動するために音声コイルを用いることにより、感覚強化ヘッドホン100に振動増加を加えてもよい。ただし、これらの実装例は、音響放射体と同じ軸で長く振動するような低減衰を有する高Qシステムをもたらすことにより、望ましくない音響アーティファクトを導入しうる。しかしながら、様々な実施形態において、本明細書で開示されている電気活性ポリマアクチュエータ122は、振動面が音響放射体の軸と垂直になるように配置されてもよく、それにより、望ましくない音響アーティファクトを大幅に低減することができる。   However, the vibration generated by the electroactive polymer actuator 122 has a non-linear nature. In addition, the electroactive polymer actuator 122 may also generate acoustic vibrations, which may or may not be desirable. In the case of undesirable acoustic vibrations, the present disclosure further provides mechanical and electrical techniques to reduce undesirable acoustic effects to an acceptable level. Sometimes vibration can occur out of the plane of the speaker 120. If desired, increased vibration may be applied to the sensory enhanced headphones 100 by using a voice coil to drive the sprung mass. However, these implementations may introduce undesirable acoustic artifacts by providing a high Q system with low attenuation that vibrates long on the same axis as the acoustic radiator. However, in various embodiments, the electroactive polymer actuator 122 disclosed herein may be arranged such that the vibration plane is perpendicular to the axis of the acoustic radiator, thereby causing undesirable acoustic artifacts. Can be greatly reduced.

機械的品質係数は、システムの機械的減衰を特徴付ける。その係数は、機械的なエネルギ損失に対する無効エネルギの比である。上述のように、高Q値のシステムは、より長く振動して、より多い音響アーティファクトと、より少ない明確な効果を生み出す。低Q値は、システムが高い機械的損失を有することを示唆するので、振動が容易に減衰され、アクチュエータシステムの動きが明確になる。   The mechanical quality factor characterizes the mechanical damping of the system. The coefficient is the ratio of reactive energy to mechanical energy loss. As mentioned above, high Q systems vibrate longer, producing more acoustic artifacts and fewer distinct effects. A low Q value suggests that the system has a high mechanical loss, so that the vibration is easily damped and the movement of the actuator system becomes clear.

最適な性能のために、アクチュエータシステムのQ値は、10未満が好ましく、5未満がより好ましく、1.5から3の間が最も好ましい。   For optimal performance, the Q value of the actuator system is preferably less than 10, more preferably less than 5, and most preferably between 1.5 and 3.

当業者であればわかるように、QMSは、無単位の量であり、ドライバの機械的減衰すなわちサスペンション(サラウンドサスペンションおよびスパイダサスペンション)での損失を特徴付ける。QMSは、おおよそ0.5ないし10の間で変化し、典型的な値は約3である。高QMSは、より低い機械的損失を示唆し、低QMSは、より高い損失を示唆する。QMSの主効果は、ドライバのインピーダンスに対するものであり、高QMSのドライバは、より高いインピーダンスピークを示す。低QMSの予測因子は、金属音声コイル巻型である。これらは、過電流ブレーキとして作用して減衰を増大させ、QMSを低減するため、シリンダ内に電気的遮断を有するよう設計される必要がある。一部のスピーカ製造業者は、音声コイルの上部および下部に短絡巻線を配置して、コイルにギャップが残ることを防いできたが、ドライバが過駆動された時にこの装置によって引き起こされる鋭いノイズが驚くほどのものであり、所有者が問題に感じた。低QMSのドライバは、しばしば、非導電性の巻型で作られるか、紙または様々なプラスチックから製造される。   As will be appreciated by those skilled in the art, QMS is a unitless quantity and characterizes the driver's mechanical damping or loss in suspension (surround suspension and spider suspension). The QMS varies between approximately 0.5 and 10 with a typical value of about 3. High QMS suggests lower mechanical loss and low QMS suggests higher loss. The main effect of QMS is on driver impedance, and high QMS drivers exhibit higher impedance peaks. The predictor of low QMS is the metal voice coil winding type. They need to be designed to have an electrical disconnect in the cylinder to act as an overcurrent brake to increase damping and reduce QMS. Some speaker manufacturers have placed shorted windings on the top and bottom of the voice coil to prevent gaps in the coil, but the sharp noise caused by this device when the driver is overdriven It was amazing and the owner felt the problem. Low QMS drivers are often made of non-conductive formers or manufactured from paper or various plastics.

アクチュエータシステムの共振周波数は、所望の効果のタイプに合わせることが好ましい。例えば、パーカッション(キックドラムなど)の効果すなわち「パンチ」を最大化するには、80ないし90Hzの範囲の共振周波数が望ましい。アクチュエータシステムの動作は、セパレートスピーカが用いられる場合、音波の方向に直交することが好ましい。圧電変換器、音声コイル、線形共振モータ、および、偏心モータなど、他のタイプのアクチュエータを用いることもできるが、電気活性ポリマアクチュエータは、この応用例の上述の基準に適合するのに特に適している。電気活性ポリマアクチュエータは、約50〜100Hzの適切な共振周波数範囲で本質的に低いQ係数を有しつつ、感覚強化オーディオ装置により容易に組み込まれる小型、軽量、かつ、エネルギ効率のよいフォームファクタで速い応答時間および高出力を保持するように設計できる。電気活性ポリマアクチュエータは、オーディオ信号を追跡して強化するように、または、オーディオ信号から独立して特に調整された効果を生み出すように、駆動回路によって直接駆動できる。電気活性ポリマアクチュエータの誘電体薄膜が低弾性率(好ましくは100MPa未満)であれば、高弾性率材料(圧電ポリマまたは圧電結晶など)で必要になるよりも小さい慣性質量を用いて、アクチュエータの動作を増幅することができる。これにより、携帯型オーディオ装置(ヘッドホンなど)の設計で重要な因子となりうるアクチュエータシステムの総体積および総質量が小さくなる。   The resonant frequency of the actuator system is preferably tailored to the type of effect desired. For example, a resonance frequency in the range of 80 to 90 Hz is desirable to maximize the effect of percussion (such as a kick drum) or “punch”. The operation of the actuator system is preferably orthogonal to the direction of the sound wave when a separate speaker is used. Although other types of actuators can be used, such as piezoelectric transducers, voice coils, linear resonant motors, and eccentric motors, electroactive polymer actuators are particularly suitable for meeting the above criteria for this application. Yes. The electroactive polymer actuators have a low Q factor in the appropriate resonant frequency range of about 50-100 Hz, but in a small, lightweight and energy efficient form factor that is easily incorporated by sensory enhanced audio devices. Can be designed to hold fast response time and high output. The electroactive polymer actuator can be driven directly by the drive circuit so as to track and enhance the audio signal or to produce a particularly tuned effect independent of the audio signal. If the dielectric thin film of the electroactive polymer actuator has a low modulus of elasticity (preferably less than 100 MPa), the actuator operates using a smaller inertial mass than is required for high modulus materials (such as piezoelectric polymers or piezoelectric crystals). Can be amplified. This reduces the total volume and mass of the actuator system, which can be an important factor in the design of portable audio devices (such as headphones).

例えば、図6〜図8に関連して示した電気活性ポリマアクチュエータ122の様々な実施形態のさらなる説明を始める前に、ヘッドホンなどのオーディオ装置での利用に適した電気活性ポリマベースのモジュールを備える様々な統合装置を説明するために、図9〜図11について簡単に説明する。図9は、振動をヘッドホン100に提供するためにアクチュエータ122に一体的に組み込まれうる電気活性ポリマシステムを示す一部切り欠き図である。したがって、一実施形態において、システムは、電気活性ポリマモジュール200を備える。電気活性ポリマアクチュエータ222は、電圧「V」を印加されると、固定プレート204(例えば、固定面)に対して出力プレート202(例えば、摺動面)を摺動させるよう構成されている。プレート202、204は、鋼球によって隔てられており、所望の方向に移動を制限し、動作距離を制限し、落下試験に耐える特徴を有する。ヘッドホン装置に統合するために、上部プレート202は、図6〜図8に示した質量体130などの慣性質量体に取り付けられてよい。図9において、電気活性ポリマモジュール200の上部プレート202は、慣性質量体または表面の背側に取り付けられるように構成されると共に矢印206に示すように双方向に移動できる摺動面を備える。出力プレート202と固定プレート204との間に、電気活性ポリマモジュール200は、少なくとも1つの電極208と、任意選択的な少なくとも1つの仕切り210と、摺動面(例えば、上部プレート202)に結合する少なくとも1つの出力バー212とを備える。フレームおよび仕切り部214が、固定面(例えば、下部プレート204)に結合している。モジュール200は、摺動面の動作を増幅するために、アレイに構成された任意の数のバー212を備えてよい。電気活性ポリマモジュール200は、可撓ケーブル216を介してアクチュエータ制御回路の駆動電子部品に接続されてよい。好ましくは約1kV(好ましくは5kVまで、より好ましくは100Vから5kVまで、さらに好ましくは300Vから5kVまで)の電位差「V」が、可撓ケーブルの第1および第2の導電要素218A、218Bに印加されてよい。   For example, before beginning further description of various embodiments of the electroactive polymer actuator 122 shown in connection with FIGS. 6-8, it is provided with an electroactive polymer-based module suitable for use in audio devices such as headphones. In order to describe various integration devices, FIGS. 9 to 11 will be briefly described. FIG. 9 is a partial cutaway view showing an electroactive polymer system that can be integrated into the actuator 122 to provide vibration to the headphones 100. Accordingly, in one embodiment, the system comprises an electroactive polymer module 200. The electroactive polymer actuator 222 is configured to slide the output plate 202 (eg, sliding surface) relative to the fixed plate 204 (eg, fixed surface) when a voltage “V” is applied. Plates 202, 204 are separated by steel balls and have features that limit movement in a desired direction, limit operating distance, and withstand drop tests. For integration into a headphone device, the top plate 202 may be attached to an inertial mass such as the mass 130 shown in FIGS. In FIG. 9, the top plate 202 of the electroactive polymer module 200 is configured to be attached to the inertial mass or back side of the surface and includes a sliding surface that can move bi-directionally as indicated by arrow 206. Between output plate 202 and stationary plate 204, electroactive polymer module 200 is coupled to at least one electrode 208, optionally at least one partition 210, and a sliding surface (eg, top plate 202). And at least one output bar 212. A frame and partition 214 is coupled to a fixed surface (eg, lower plate 204). Module 200 may include any number of bars 212 configured in an array to amplify sliding surface motion. The electroactive polymer module 200 may be connected to the drive electronics of the actuator control circuit via a flexible cable 216. A potential difference “V” of preferably about 1 kV (preferably up to 5 kV, more preferably from 100 V to 5 kV, even more preferably from 300 V to 5 kV) is applied to the first and second conductive elements 218A, 218B of the flexible cable. May be.

電気活性ポリマアクチュエータ222を所与のフットプリント内で(n)個の部分に分割することが、電気活性ポリマシステムの受動剛性および最大発生力を設定するための簡便な方法である。予張された誘電体が、外部フレーム(固定プレート204など)とフレーム内の1または複数の窓とを規定する剛性材料によって所定の位置に保持される。各窓の中には、同じ剛性フレーム材料の出力バー212があり、出力バー212の片側または両側には、電極208がある。あるいは、以下の開示のように、剛性フレーム材料を接着剤に置き換えてもよい:2112年1月17日出願の本願と同一出願人の国際PCT特許出願第PCT/US2012/021511号「FRAMELESS ACTUATOR APPARATUS,SYSTEM AND METHOD」。この出願は、米国特許法第119条(e)の下、米国仮特許出願第61/433,640号「FRAMELESS DESIGN CONCEPT AND PROCESS FLOW」(2011年1月18日出願)、第61/442,913号「FRAME-LESS DESIGN」(2011年2月15日出願)、第61/447,827号「FRAMELESS ACTUATOR, LAMINATION AND CASING」(2011年3月1日出願)、第61/477,712号「FRAMELESS APPLICATION」(2011年4月21日出願)、および、第61/545,292号「AN ALTERNATIVE TO Z-MODE ACTUATORS」(2011年10月10日出願)の優先権を主張する。これらの開示全体は、参照によって本願に組み込まれる。出力バー212の片側の誘電体に電位差(V)を印加すると、エラストマに静電圧が発生し、それにより、電極の面積が拡大して、出力バー212に力を加える。この力は、電気活性ポリマアクチュエータ222の有効断面積に比例するため、各々がアクチュエータの有効幅を増大させるセグメントの数に対して線形的に大きくなる。追加された各セグメントが、第1に伸長方向(X)でセグメントを短くして、第2に変位に抵抗する幅(Y)を増大させることにより、効果的に装置を2倍強化するため、受動的なばね定数は、n2に比例する。ばね定数および最大発生力は、誘電体層の数(m)に線形的に比例する。   Dividing the electroactive polymer actuator 222 into (n) parts within a given footprint is a convenient way to set the passive stiffness and maximum generated force of the electroactive polymer system. The tensioned dielectric is held in place by a rigid material that defines an outer frame (such as a fixed plate 204) and one or more windows in the frame. Within each window is an output bar 212 of the same rigid frame material and an electrode 208 on one or both sides of the output bar 212. Alternatively, the rigid frame material may be replaced with an adhesive as disclosed below: International PCT Patent Application No. PCT / US2012 / 021511 “FRAMELESS ACTUATOR APPARATUS” filed on Jan. 17, 2112. , SYSTEM AND METHOD ". No. 61 / 433,640 “FRAMELESS DESIGN CONCEPT AND PROCESS FLOW” (filed Jan. 18, 2011), 61/442 No. 913 “FRAME-LESS DESIGN” (filed on Feb. 15, 2011), No. 61 / 447,827 “FRAMELESS ACTUATOR, LAMINATION AND CASING” (filed on Mar. 1, 2011), No. 61 / 477,712 Claims priority of "FRAMELESS APPLICATION" (filed April 21, 2011) and 61 / 545,292 "AN ALTERNATIVE TO Z-MODE ACTUATORS" (filed October 10, 2011). The entire disclosures of which are incorporated herein by reference. When a potential difference (V) is applied to the dielectric on one side of the output bar 212, a static voltage is generated in the elastomer, thereby expanding the area of the electrode and applying a force to the output bar 212. Since this force is proportional to the effective cross-sectional area of the electroactive polymer actuator 222, it increases linearly with the number of segments each increasing the effective width of the actuator. Each added segment effectively doubles the device by first shortening the segment in the extension direction (X) and secondly increasing the width (Y) resisting displacement, The passive spring constant is proportional to n2. The spring constant and the maximum generated force are linearly proportional to the number of dielectric layers (m).

電気活性ポリマモジュール200の利点は、ユーザによって実質的にすぐに感じられうる低周波振動をイヤーカップ内で生成できることを含む。さらに、電気活性ポリマモジュール200は、消費電力が小さく、カスタマイズ可能な設計および性能の選択肢に適している。電気活性ポリマモジュール200は、米国カリフォルニア州サニーベールのArtificial Muscle社によって開発された電気活性ポリマモジュールを代表するものである。 Advantages of electroactive polymer module 200 include the ability to generate low frequency vibrations in the ear cup that can be felt substantially immediately by the user. Furthermore, the electroactive polymer module 200 has low power consumption and is suitable for customizable design and performance options. The electroactive polymer module 200 represents an electroactive polymer module developed by Artificial Muscle, Inc. of Sunnyvale, California.

さらに図9を参照すると、電気活性ポリマモジュール200の設計変数の多く(例えば、厚さ、フットプリント)は、モジュールの統合者の必要性によって固定されてよく、他の変数(例えば、誘電体層の数、動作電圧)は、コストによって抑制されてよい。アクチュエータの構造(剛性の支持構造および活性誘電体へのフットプリントの割り当て)は、コストにあまり影響しないので、図6〜図8に示したようにモジュール200がヘッドホン装置と統合される応用例に電気活性ポリマモジュール200の性能を合わせるための合理的な方法になりうる。   Still referring to FIG. 9, many of the design variables (eg, thickness, footprint) of the electroactive polymer module 200 may be fixed depending on the needs of the module integrator and other variables (eg, dielectric layers). , The operating voltage) may be limited by cost. The structure of the actuator (assignment of rigid support structure and footprint to active dielectric) does not significantly affect the cost, so that the application example in which the module 200 is integrated with the headphone device as shown in FIGS. It can be a reasonable way to match the performance of the electroactive polymer module 200.

コンピュータによるモデリング技術を用いて、異なるアクチュエータの構造の以下の利点を評価することができる:(1)ハンドセット/ユーザシステムの機構;(2)アクチュエータの性能;および、(3)ユーザの感覚。これらの3つの要素は、候補設計の能力を評価し、評価した能力データを用いて大量生産に適した電気活性ポリマ設計を選択するコンピュータによるプロセスを提供する。モデルは、以下の2種類の効果の能力を予測する:長い効果(ゲームおよび音楽)と、短い効果(キーのクリック)。「能力」は、本明細書では、モジュールが作動中に生み出すことのできる最大の感覚として定義される。候補設計の能力を評価するためのかかるコンピュータによるプロセスについては、同一出願人による国際PCT特許出願第PCT/US2011/000289号「ELECTROACTIVE POLYMER APPARATUS AND TECHNIQUES FOR QUANTIFYING CAPABILITY THEREOF」(2011年2月15日出願)に詳述されており、この出願の開示全体は、参照により本願に組み込まれる。   Computer modeling techniques can be used to evaluate the following advantages of different actuator structures: (1) handset / user system mechanism; (2) actuator performance; and (3) user sensation. These three elements provide a computerized process that evaluates the capabilities of the candidate design and uses the evaluated capability data to select an electroactive polymer design suitable for mass production. The model predicts the ability of two types of effects: long effects (game and music) and short effects (key clicks). “Ability” is defined herein as the maximum sensation that a module can produce during operation. For such a computerized process for evaluating candidate design capabilities, see the same applicant's International PCT Patent Application No. PCT / US2011 / 000289 “ELECTROACTIVE POLYMER APPARATUS AND TECHNIQUES FOR QUANTIFYING CAPABILITY THEREOF” (filed February 15, 2011). The entire disclosure of this application is incorporated herein by reference.

図10は、電気活性ポリマモジュールの動作原理を説明するために設計された電気活性ポリマシステム300を示す概略図である。電気活性ポリマシステム300は、電源302を備えており、電源302は、説明のために低電圧直流(DC)バッテリとして図示されており、電気活性ポリマモジュール304と電気的に接続されている。本開示によると、電源(VBatt)は、例えば、約200Hz未満、一実施形態では、約2Hzから約200Hzの間の低周波数オーディオ信号を生成するよう構成されたオーディオ信号源の出力を表す。ここで、用語[約」は、±10%を表す。電気活性ポリマモジュール304は、2つの導電性電極308A、308Bの間に配置された(例えば、挟まれた)薄いエラストマ誘電体素子306を備える。導電性電極308A、308Bは、伸縮可能(例えば、形状適合可能)であり、任意の適切な技術(例えば、スクリーン印刷)を用いて、エラストマ誘電体素子306の上部および下部に印刷されてよい。電気活性ポリマモジュール304は、スイッチ312を閉じてバッテリ302(例えば、信号源)をアクチュエータ回路310に接続することによって作動される。アクチュエータ回路310は、低DC電圧VBatt信号を、電気活性ポリマモジュール304を駆動するのに適したより高いDC電圧Vin信号に変換する。本開示によると、さらなる回路が、ハウジング118によって規定された開口部124内に配置されてもよく、その回路は、オーディオ信号源からの低電圧低周波数のオーディオ信号を、電気活性ポリマアクチュエータ122(図6〜図8)を駆動するのに適したより高い電圧信号に変換するよう構成される。図10に戻ると、電圧Vinが導電性電極308A、308Bに印加された時、エラストマ誘電体素子306は、静電圧下で、垂直方向(V)に収縮すると共に、水平方向(H)に伸長する。エラストマ誘電体素子306の収縮および伸長は、動作として利用されうる。動作または変位の量は、入力電圧Vinに比例する。動作または変位は、図11A、図11B、および、図11Cを参照して以下で説明するように、適切な構成の電気活性ポリマアクチュエータによって増幅されうる。   FIG. 10 is a schematic diagram illustrating an electroactive polymer system 300 designed to explain the operating principle of an electroactive polymer module. The electroactive polymer system 300 includes a power supply 302, which is illustrated as a low voltage direct current (DC) battery for purposes of illustration and is electrically connected to the electroactive polymer module 304. According to the present disclosure, a power supply (VBatt) represents the output of an audio signal source configured to generate a low frequency audio signal, for example, less than about 200 Hz, and in one embodiment between about 2 Hz and about 200 Hz. Here, the term “about” represents ± 10%. The electroactive polymer module 304 includes a thin elastomeric dielectric element 306 disposed (eg, sandwiched) between two conductive electrodes 308A, 308B. The conductive electrodes 308A, 308B are stretchable (eg, conformable) and may be printed on the top and bottom of the elastomeric dielectric element 306 using any suitable technique (eg, screen printing). The electroactive polymer module 304 is activated by closing the switch 312 and connecting the battery 302 (eg, signal source) to the actuator circuit 310. Actuator circuit 310 converts the low DC voltage VBatt signal into a higher DC voltage Vin signal suitable for driving electroactive polymer module 304. In accordance with the present disclosure, additional circuitry may be disposed within the opening 124 defined by the housing 118, which circuit transmits a low voltage, low frequency audio signal from an audio signal source to the electroactive polymer actuator 122 ( 6 to 8) are configured to convert to a higher voltage signal suitable for driving. Returning to FIG. 10, when the voltage Vin is applied to the conductive electrodes 308A and 308B, the elastomeric dielectric element 306 contracts in the vertical direction (V) and expands in the horizontal direction (H) under a static voltage. To do. The contraction and expansion of the elastomeric dielectric element 306 can be utilized as an operation. The amount of movement or displacement is proportional to the input voltage Vin. The motion or displacement can be amplified by a suitably configured electroactive polymer actuator, as described below with reference to FIGS. 11A, 11B, and 11C.

図11A、図11B、図11Cは、様々な実施形態に従って、特に3つの可能な構成の電気活性ポリマアクチュエータアレイ400、420、440を示す図である。電気活性ポリマアクチュエータアレイの様々な実施形態は、用途およびその用途の物理的スペースの制約に応じて、任意の適切な数のバーを備えてよい。さらなるバーは、さらなる変位を提供するため、ユーザがすぐに感知することができるリアルな音響再現振動を強化するために利用できる。電気活性ポリマアクチュエータアレイ400、420、440は、可撓ケーブル402、422、442を介してアクチュエータ制御回路の駆動電子部品に接続されてよい。   11A, 11B, and 11C are diagrams illustrating three possible configurations of electroactive polymer actuator arrays 400, 420, and 440, in accordance with various embodiments. Various embodiments of the electroactive polymer actuator array may comprise any suitable number of bars, depending on the application and the physical space constraints of the application. Additional bars can be used to enhance realistic sound reproduction vibrations that the user can immediately sense to provide additional displacement. The electroactive polymer actuator arrays 400, 420, 440 may be connected to the drive electronics of the actuator control circuit via flexible cables 402, 422, 442.

図11Aは、1バー電気活性ポリマアクチュエータアレイ400の一例を示す。1バー電気活性ポリマアクチュエータアレイ400は、固定プレート404と、出力バー406と、固定プレート404に結合されたエラストマ誘電体素子408とを備える。   FIG. 11A shows an example of a 1 bar electroactive polymer actuator array 400. The 1 bar electroactive polymer actuator array 400 includes a fixed plate 404, an output bar 406, and an elastomeric dielectric element 408 coupled to the fixed plate 404.

図11Bは、固定フレーム430に結合された3つのバー424、426、428を備える3バー電気活性ポリマアクチュエータアレイ420の一例を示す。各対のバーは、仕切り432で隔てられている。3つのバー424、426、428の各々は、出力バー434と、エラストマ誘電体素子436とを備える。3バー電気活性ポリマアクチュエータアレイ420は、図11Aの1バー電気活性ポリマアクチュエータアレイ400に比べて、摺動面の動作を増幅する。   FIG. 11B shows an example of a three bar electroactive polymer actuator array 420 comprising three bars 424, 426, 428 coupled to a fixed frame 430. Each pair of bars is separated by a divider 432. Each of the three bars 424 426 428 includes an output bar 434 and an elastomeric dielectric element 436. The 3-bar electroactive polymer actuator array 420 amplifies the sliding motion compared to the 1-bar electroactive polymer actuator array 400 of FIG. 11A.

図11Cは、固定フレーム456に結合された6つのバー444、446、448、450、452、454を備える6バー電気活性ポリマアクチュエータアレイ440の一例を示しており、各対のバーは、仕切り458で隔てられている。6つのバー444、446、448、450、452、454の各々は、出力バー460と、エラストマ誘電体素子462とを備える。6バー電気活性ポリマアクチュエータアレイ440は、図11Aの1バー電気活性ポリマアクチュエータアレイ400および図11Bの3バー電気活性ポリマアクチュエータアレイ420に比べて、摺動面に対する力を増幅する。   FIG. 11C shows an example of a 6 bar electroactive polymer actuator array 440 comprising 6 bars 444, 446, 448, 450, 452, 454 coupled to a fixed frame 456, where each pair of bars is a partition 458. Separated by Each of the six bars 444, 446, 448, 450, 452, 454 includes an output bar 460 and an elastomeric dielectric element 462. The 6 bar electroactive polymer actuator array 440 amplifies the force on the sliding surface compared to the 1 bar electroactive polymer actuator array 400 of FIG. 11A and the 3 bar electroactive polymer actuator array 420 of FIG. 11B.

図11A〜図11Cに示した電気活性ポリマアクチュエータアレイ400、420、440は、ヘッドホン用途で所望の効果を実現するために、様々な電気活性ポリマアクチュエータに統合されてよい。例えば、一実施形態において、電気活性ポリマアクチュエータアレイは、図6〜図8に示したハウジング118の内面に取り付けられるよう構成されてよい。図6〜図8に示した実施形態において、電気活性ポリマアクチュエータアレイ128は、感覚強化ヘッドホンを実施するために、電気活性ポリマアクチュエータ122と統合される。   The electroactive polymer actuator arrays 400, 420, 440 shown in FIGS. 11A-11C may be integrated into various electroactive polymer actuators to achieve a desired effect in a headphone application. For example, in one embodiment, the electroactive polymer actuator array may be configured to be attached to the inner surface of the housing 118 shown in FIGS. In the embodiment illustrated in FIGS. 6-8, the electroactive polymer actuator array 128 is integrated with the electroactive polymer actuator 122 to implement sensory enhancement headphones.

図12は、感覚強化ヘッドホンで利用できる屈曲サスペンションシステム502を備える電気活性ポリマモジュール500の一実施形態を示す分解図である。開示された実施形態で利用できる屈曲サスペンションシステムの例は、同一出願人による国際PCT特許出願第PCT/US2012/021506号「ELECTROACTIVE POLYMER FLEXURE APPARATUS,SYSTEM,AND METHOD」(2012年1月17日出願)に開示されており、この出願は、米国特許法第119条(e)の下、米国仮特許出願第61/433,655号「SLIDING MECHANISM AND AMI ACTUATOR INTEGRATION」(2011年4月21日出願)、第61/477,680号「Z-MODE BUMPERS」(2011年4月21日出願)、第61/493,123号「FLEXURE SYSTEM DESIGN」(2011年6月3日出願)、第61/493,588号「ELECTRICAL BATTERY CONNECTION」(2011年6月6日出願)、および、第61/494,096号「BATTERY VIBRATOR FLEXURE WITH METAL BATTERY CONNECTOR FLEXURE」(2011年6月7日出願)の優先権を主張する。これらの開示全体は、参照によって本願に組み込まれる。一実施形態において、屈曲トレイ504が、電気活性ポリマアクチュエータ506(分解図で示されている)を中に収容するための開口部510を規定する。電気活性ポリマアクチュエータ506の片側は、屈曲トレイ504の下部に取り付けられてよく、アクチュエータ506の反対側は、質量体508に結合されてよい。電気活性ポリマアクチュエータ506および質量体508は、トレイ504によって規定された開口部510内にちょうど収まる寸法を有する。図12に示すように、アクチュエータ506は、2セットの電気活性ポリマアクチュエータアレイ512、512’を備える。別の実施形態では、1つの電気活性ポリマアクチュエータアレイ512が用いられてもよく、別の実施形態では、2セットの電気活性ポリマアクチュエータアレイ512、512’よりも多くのアレイが、電気活性ポリマアクチュエータ506で用いられてもよい。図に示すように、第1および第2のセットの電気活性ポリマアクチュエータアレイ512、512’は、それぞれ、第1のセットの電気活性ポリマアクチュエータアレイ514B、514B’を質量体508の底部に結合するために、出力バー接着層514A、514A’を備える。フレーム間接着層514C、514C’が、第1のセットの電気活性ポリマアクチュエータアレイ514B,514B’を第2のセットの電気活性ポリマアクチュエータアレイ514D、514D’に結合するために用いられる。ベースフレーム接着層514E、514E’が、第2のセットの電気活性ポリマアクチュエータアレイ514D、514D’をトレイ504内の取り付け面516に結合する。図12に示すように、電気活性ポリマアクチュエータ506は、2つの3バー電気活性ポリマアクチュエータアレイを備える。別の実施形態において、後に説明するように、任意の適切な数のバーを備える任意の適切な数の電気活性ポリマアクチュエータアレイが用いられてもよい。図12では図示されていないが、質量体508またはトレイ508のいずれかが、例えば、可撓ケーブルコネクタでプリント回路基板に物理的および/または電気的に結合されてよい。屈曲サスペンションシステム502は、以下で詳述するように、音響ヘッドホンシステムを実施するために利用されうる。屈曲サスペンションシステム502のさらなる詳細については、図47〜図54を参照して後述する。   FIG. 12 is an exploded view illustrating one embodiment of an electroactive polymer module 500 with a flex suspension system 502 that can be used with sensory enhancement headphones. An example of a flex suspension system that can be used in the disclosed embodiment is the same applicant's International PCT Patent Application No. PCT / US2012 / 021506 “ELECTROACTIVE POLYMER FLEXURE APPARATUS, SYSTEM, AND METHOD” (filed Jan. 17, 2012). No. 61 / 433,655 “SLIDING MECHANISM AND AMI ACTUATOR INTEGRATION” (filed on Apr. 21, 2011) under 35 USC 119 (e). 61 / 477,680 “Z-MODE BUMPERS” (filed on April 21, 2011), 61 / 493,123 “FLEXURE SYSTEM DESIGN” (filed on June 3, 2011), 61/493 588, “ELECTRICAL BATTERY CONNECTION” (filed on June 6, 2011) and 61 / 494,096 “BATTERY VIBRATOR FLEXURE WITH METAL BATTERY CONNECTOR FLEXURE” (20 Claiming the priority of June 7, 1 filed). The entire disclosures of which are incorporated herein by reference. In one embodiment, the flex tray 504 defines an opening 510 for receiving an electroactive polymer actuator 506 (shown in exploded view) therein. One side of the electroactive polymer actuator 506 may be attached to the bottom of the flex tray 504 and the opposite side of the actuator 506 may be coupled to the mass 508. The electroactive polymer actuator 506 and the mass 508 have dimensions that just fit within the opening 510 defined by the tray 504. As shown in FIG. 12, the actuator 506 comprises two sets of electroactive polymer actuator arrays 512, 512 '. In another embodiment, one electroactive polymer actuator array 512 may be used, and in another embodiment, more than two sets of electroactive polymer actuator arrays 512, 512 ' 506 may be used. As shown, the first and second sets of electroactive polymer actuator arrays 512, 512 ′ respectively couple the first set of electroactive polymer actuator arrays 514B, 514B ′ to the bottom of mass 508. For this purpose, output bar adhesive layers 514A and 514A ′ are provided. Interframe adhesive layers 514C, 514C 'are used to couple the first set of electroactive polymer actuator arrays 514B, 514B' to the second set of electroactive polymer actuator arrays 514D, 514D '. Base frame adhesive layers 514E, 514E 'couple the second set of electroactive polymer actuator arrays 514D, 514D' to the mounting surface 516 in tray 504. As shown in FIG. 12, electroactive polymer actuator 506 comprises two 3-bar electroactive polymer actuator arrays. In other embodiments, any suitable number of electroactive polymer actuator arrays with any suitable number of bars may be used, as will be described later. Although not shown in FIG. 12, either the mass 508 or the tray 508 may be physically and / or electrically coupled to the printed circuit board, for example, with a flexible cable connector. The flex suspension system 502 can be utilized to implement an acoustic headphone system, as described in detail below. Further details of the flex suspension system 502 will be described later with reference to FIGS.

ここまで、図6〜図8に示した電気活性ポリマアクチュエータの様々な実施形態で利用できる電気活性ポリマフィードバックモジュールを備えた様々な統合装置について一般的に説明した。以下では、電気活性ポリマアクチュエータ122の一実施形態を示す図13〜図16について説明する。図13において、一実施形態に従って、電気活性ポリマアクチュエータ122およびスピーカ120の要素をより明確に示すために、イヤーカップ102のハウジング118および耳覆いクッション108の部分は図示されていない。図の実施形態において、電気活性ポリマアクチュエータ122は、独立型のトレイ126(例えば、別の実施形態では、トレイ126は、屈曲サスペンションシステムに置き換えられてもよい)を備えており、トレイ126は、質量体130と、質量体130の下の電気活性ポリマアクチュエータアレイ128(図14〜図15に図示)を保持するための開口部136を規定する。トレイ126は、電気活性ポリマアクチュエータ122をハウジング118の内壁132(図7〜図8)に取り付けるための周囲面134を備える。トレイ126は、電気活性ポリマアクチュエータアレイ128をアクチュエータ回路に接続するための可撓ケーブルを受け入れるスロット138を備える。   So far, various integrated devices with electroactive polymer feedback modules that can be used in various embodiments of the electroactive polymer actuators shown in FIGS. 6-8 have been generally described. Below, FIGS. 13-16 which show one Embodiment of the electroactive polymer actuator 122 are demonstrated. In FIG. 13, portions of the housing 118 and the ear covering cushion 108 of the ear cup 102 are not shown to more clearly show the elements of the electroactive polymer actuator 122 and the speaker 120, according to one embodiment. In the illustrated embodiment, the electroactive polymer actuator 122 includes a stand-alone tray 126 (eg, in another embodiment, the tray 126 may be replaced with a flex suspension system), An opening 136 is defined for holding the mass 130 and the electroactive polymer actuator array 128 (shown in FIGS. 14-15) below the mass 130. The tray 126 includes a peripheral surface 134 for attaching the electroactive polymer actuator 122 to the inner wall 132 (FIGS. 7-8) of the housing 118. The tray 126 includes a slot 138 that receives a flexible cable for connecting the electroactive polymer actuator array 128 to the actuator circuit.

図14は、一実施形態に従って、下にある電気活性ポリマアクチュエータアレイ128を図示するために、イヤーカップ102のハウジング118および耳覆いクッション108の部分に加えて質量体130(図13)を取り除いた電気活性ポリマアクチュエータ122の図である。図14に示すように、電気活性ポリマアクチュエータアレイ128は、トレイ126内に配置される。図15は、一実施形態に従って、トレイを取り除いた図14の電気活性ポリマアクチュエータを示す。図14〜図15によると、電気活性ポリマアクチュエータアレイ128は、電極148およびエラストマ誘電体素子146を隔てる剛性のフレームおよび仕切り142を備える。接着層144が電極148の上面に提供されており、電気活性ポリマアクチュエータアレイ128の上面を質量体130の下面に接着して取り付ける。電気活性ポリマアクチュエータアレイ128は、3セットの電極148およびエラストマ誘電体素子146を備えているため、3バーカートリッジと呼ばれてもよい。   14 removes the mass 130 (FIG. 13) in addition to portions of the housing 118 and ear cover cushion 108 of the ear cup 102 to illustrate the underlying electroactive polymer actuator array 128, according to one embodiment. FIG. 3 is a diagram of an electroactive polymer actuator 122. As shown in FIG. 14, the electroactive polymer actuator array 128 is disposed in the tray 126. FIG. 15 illustrates the electroactive polymer actuator of FIG. 14 with the tray removed, according to one embodiment. 14-15, the electroactive polymer actuator array 128 includes a rigid frame and partition 142 that separates the electrode 148 and the elastomeric dielectric element 146. An adhesive layer 144 is provided on the upper surface of the electrode 148 to adhere and attach the upper surface of the electroactive polymer actuator array 128 to the lower surface of the mass 130. The electroactive polymer actuator array 128 includes three sets of electrodes 148 and an elastomeric dielectric element 146 and may be referred to as a three bar cartridge.

図16は、一実施形態に従って、トレイ126および下部剛性フレーム要素142のみを示すために、質量体130と電気活性ポリマアクチュエータアレイ128のカートリッジ部分とを取り除いた図15の電気活性ポリマアクチュエータ122の図である。   16 illustrates the electroactive polymer actuator 122 of FIG. 15 with the mass 130 and the cartridge portion of the electroactive polymer actuator array 128 removed to show only the tray 126 and the lower rigid frame element 142, according to one embodiment. It is.

図17および図18は、一実施形態に従って、電気活性ポリマアクチュエータ600を示す上面図および切断線18−18での断面図である。電気活性ポリマアクチュエータ600は、屈曲サスペンションシステム622を備えており、図1、図6〜8、および、図13〜16に示した電気活性ポリマアクチュエータ122の代わりにヘッドホン100で利用することができる。屈曲サスペンションシステム622は、サスペンショントレイ608と、質量体602と、電気活性ポリマアクチュエータアレイ624(図18に図示)とを備える。図18に示すように、電気活性ポリマアクチュエータ600は、屈曲サスペンションシステム622の上に配置された上部プレート610と、3セットの出力バー616およびエラストマ誘電体素子618を隔てるフレームおよび仕切り部614を有するベースプレート612とを備える。したがって、電気活性ポリマアクチュエータ600は、3バー慣性電気活性ポリマモジュールである。電気活性ポリマアクチュエータ600は、屈曲サスペンションシステム622のサスペンショントレイ608内に配置された電気活性ポリマアクチュエータを備える。サスペンショントレイ608は、サスペンションまたは屈曲アーム604、606を備える。電気活性ポリマアクチュエータ600は、振動面X−Yを規定する。屈曲サスペンションシステム622は、移動を主に1方向(例えば、矢印620で示したY軸に沿った方向)に制限する。Z方向の動きを制限することが、Y方向の自由な動作に必要な隙間を維持するのに役立つ。電気活性ポリマアクチュエータ600に、低周波数オーディオ信号からの電圧が印加されると、サスペンショントレイ608は、矢印620で示すように、実質的にY軸に沿って動作し、XおよびZ軸に沿った動作は実質的に最小限に抑えられる。したがって、屈曲サスペンションシステム622を備えた電気活性ポリマアクチュエータ600は、望ましくない音響効果を実質的に低減または排除する。屈曲サスペンションシステム622は、音響効果を生成して意図的にアーティファクトをサウンドトラックに追加するために利用されてもよい。   17 and 18 are a top view and a cross-sectional view at section line 18-18 illustrating an electroactive polymer actuator 600, according to one embodiment. The electroactive polymer actuator 600 includes a bent suspension system 622 and can be used in the headphones 100 instead of the electroactive polymer actuator 122 shown in FIGS. 1, 6 to 8, and FIGS. 13 to 16. The bent suspension system 622 includes a suspension tray 608, a mass 602, and an electroactive polymer actuator array 624 (shown in FIG. 18). As shown in FIG. 18, the electroactive polymer actuator 600 has a top plate 610 disposed on a flex suspension system 622 and a frame and partition 614 that separates the three sets of output bars 616 and elastomeric dielectric elements 618. A base plate 612. Accordingly, electroactive polymer actuator 600 is a three bar inertial electroactive polymer module. The electroactive polymer actuator 600 comprises an electroactive polymer actuator disposed within the suspension tray 608 of the flex suspension system 622. The suspension tray 608 includes suspensions or bending arms 604 and 606. The electroactive polymer actuator 600 defines a vibration plane XY. The bent suspension system 622 restricts movement mainly in one direction (for example, the direction along the Y-axis indicated by the arrow 620). Limiting movement in the Z direction helps to maintain the gap necessary for free movement in the Y direction. When a voltage from a low frequency audio signal is applied to the electroactive polymer actuator 600, the suspension tray 608 operates substantially along the Y axis, as indicated by arrow 620, along the X and Z axes. Operation is substantially minimized. Thus, the electroactive polymer actuator 600 with the flex suspension system 622 substantially reduces or eliminates undesirable acoustic effects. The flex suspension system 622 may be utilized to create acoustic effects and intentionally add artifacts to the soundtrack.

一実施形態において、屈曲サスペンションシステム622は、電気活性ポリマアクチュエータアレイ624に結合された少なくとも1つの屈曲部を備えており、屈曲部は、エラストマ誘電体素子618内の第1および第2の電極に電圧が印加された時に、屈曲サスペンションシステム622が所定の方向に移動することを可能にする。一実施形態において、屈曲サスペンションシステム622は、所定の方向のサスペンショントレイ608の移動を制限するための少なくとも1つの移動停止部を備える。一実施形態において、サスペンショントレイ608は、少なくとも1つの屈曲アーム604、606を備える。一実施形態において、屈曲トレイ608は、所定の方向の屈曲サスペンションシステム622の移動を制限するための少なくとも1つの移動停止部を備える。一実施形態において、屈曲アームの少なくとも1つは、サスペンショントレイ608と一体的に形成される。   In one embodiment, the bent suspension system 622 includes at least one bend coupled to the electroactive polymer actuator array 624, the bend being on the first and second electrodes in the elastomeric dielectric element 618. When a voltage is applied, the flex suspension system 622 allows it to move in a predetermined direction. In one embodiment, the flex suspension system 622 includes at least one movement stop to limit movement of the suspension tray 608 in a predetermined direction. In one embodiment, the suspension tray 608 includes at least one bent arm 604, 606. In one embodiment, the flex tray 608 includes at least one movement stop to limit movement of the flex suspension system 622 in a predetermined direction. In one embodiment, at least one of the bending arms is integrally formed with the suspension tray 608.

図19〜図27は、図17および図18に示した屈曲サスペンションシステム622と同様の屈曲サスペンションシステム722を備える電気活性ポリマアクチュエータ700の一実施形態を示す図である。一実施形態に従って、図19は、電気活性ポリマアクチュエータ700を示す斜視図であり、図20は、アクチュエータを示す背面図である。一実施形態に従って、図21は、切断線21−21での電気活性ポリマアクチュエータ700の断面図であり、図27は、図19に示した切断線27−27での電気活性ポリマアクチュエータ700の断面図である。ここで、図19〜図21および図27によると、屈曲サスペンションシステム722に加えて、一実施形態において、電気活性ポリマアクチュエータ700は、上部プレート710と、ベースプレート712と、第1および第2の導電要素736A、736Bを介して電気活性ポリマアクチュエータアレイ724を電子駆動回路740に電気的に接続するための可撓ケーブル728を受け入れるスロット726とを備える。ベースプレート712は、電気活性ポリマアクチュエータアレイ724の出力バー716の一部を露出させる開口部730を備える。   19-27 illustrate one embodiment of an electroactive polymer actuator 700 that includes a flex suspension system 722 similar to the flex suspension system 622 shown in FIGS. FIG. 19 is a perspective view illustrating an electroactive polymer actuator 700 and FIG. 20 is a rear view illustrating the actuator, according to one embodiment. FIG. 21 is a cross-sectional view of electroactive polymer actuator 700 at section line 21-21, and FIG. 27 is a cross-section of electroactive polymer actuator 700 at section line 27-27 shown in FIG. FIG. Here, according to FIGS. 19-21 and 27, in addition to the flex suspension system 722, in one embodiment, the electroactive polymer actuator 700 includes an upper plate 710, a base plate 712, and first and second conductive materials. A slot 726 for receiving a flexible cable 728 for electrically connecting the electroactive polymer actuator array 724 to the electronic drive circuit 740 via elements 736A, 736B. Base plate 712 includes an opening 730 that exposes a portion of output bar 716 of electroactive polymer actuator array 724.

図21は、一実施形態に従って、質量体702と、電気活性ポリマアクチュエータ700をベースプレート712に接着して取り付けるために電気活性ポリマアクチュエータアレイ724およびベースプレート712の間に配置された第1の接着層732とを示す図である。第2の接着層734が、質量体702および電気活性ポリマアクチュエータアレイ724の間に配置されており、電気活性ポリマアクチュエータアレイ724を質量体702に接着して取り付ける。   FIG. 21 illustrates a mass 702 and a first adhesive layer 732 disposed between the electroactive polymer actuator array 724 and the base plate 712 to attach the electroactive polymer actuator 700 to the base plate 712 in accordance with one embodiment. FIG. A second adhesive layer 734 is disposed between the mass 702 and the electroactive polymer actuator array 724 and attaches the electroactive polymer actuator array 724 to the mass 702 by attachment.

図22は、一実施形態に従って、屈曲サスペンションシステム722のサスペンショントレイ708内に配置された質量体702を示すために上部プレート710を取り除いた電気活性ポリマアクチュエータ700の斜視図である。サスペンショントレイ708は、第1および第2のサスペンションアーム704、706を備える。図17および図18に関連して説明したように、サスペンショントレイ708内に形成されたサスペンションアーム704、706は、屈曲サスペンションシステム722が所定の方法で移動することを可能にする。例えば、屈曲サスペンションシステム722のサスペンションアーム704、706は、矢印720で示すように、X−Y平面での質量体702の移動を主にY軸に沿った方向に制限する。Z方向の動きを制限することが、Y方向の自由な動作に必要な隙間を維持するのに役立つ。したがって、電気活性ポリマアクチュエータ700に、低周波数オーディオ信号からより高い電圧が印加されると、サスペンショントレイ708は、実質的にY軸に沿った矢印720で示す動作方向に移動する。   FIG. 22 is a perspective view of the electroactive polymer actuator 700 with the top plate 710 removed to show the mass 702 located in the suspension tray 708 of the flex suspension system 722, according to one embodiment. The suspension tray 708 includes first and second suspension arms 704 and 706. As described in connection with FIGS. 17 and 18, suspension arms 704, 706 formed in the suspension tray 708 allow the flex suspension system 722 to move in a predetermined manner. For example, the suspension arms 704 and 706 of the bent suspension system 722 restrict the movement of the mass body 702 in the XY plane mainly in the direction along the Y axis, as indicated by an arrow 720. Limiting movement in the Z direction helps to maintain the gap necessary for free movement in the Y direction. Thus, when a higher voltage is applied to the electroactive polymer actuator 700 from the low frequency audio signal, the suspension tray 708 moves substantially in the direction of motion indicated by the arrow 720 along the Y axis.

図23は、一実施形態に従って、電気活性ポリマアクチュエータアレイ724の上に配置された接着層734を示すために質量体702を取り除いた図22の電気活性ポリマアクチュエータ700の斜視図である。接着層734は、電気活性ポリマアクチュエータアレイ724を質量体702の下面に接着して結合する。電気活性ポリマアクチュエータアレイ724は、さらに、3セットの別個の出力バー716およびエラストマ誘電体素子718を隔てるフレームおよび仕切り部714を有する。電気活性ポリマアクチュエータアレイ724は、3つのバーを備えるため、限定することなしに、3バー慣性電気活性ポリマモジュールと呼ばれてもよい。   23 is a perspective view of the electroactive polymer actuator 700 of FIG. 22 with the mass 702 removed to show the adhesive layer 734 disposed over the electroactive polymer actuator array 724, according to one embodiment. The adhesive layer 734 adheres and bonds the electroactive polymer actuator array 724 to the lower surface of the mass 702. The electroactive polymer actuator array 724 further includes a frame and divider 714 that separates three sets of separate output bars 716 and elastomeric dielectric elements 718. Since the electroactive polymer actuator array 724 comprises three bars, it may be referred to as a three bar inertial electroactive polymer module without limitation.

図24は、一実施形態に従って、ベースプレート712および3バー電気活性ポリマアクチュエータアレイ724をより見やすく示すために屈曲トレイ708を取り除いた図23の電気活性ポリマアクチュエータ700の斜視図である。図24に示すように、電気活性ポリマアクチュエータアレイ724は、フレームおよび仕切り部714と、出力バー716と、エラストマ誘電体素子718と、出力バー716の上に配置された接着層734とを備える。   FIG. 24 is a perspective view of the electroactive polymer actuator 700 of FIG. 23 with the flex tray 708 removed to better illustrate the base plate 712 and the 3-bar electroactive polymer actuator array 724 in accordance with one embodiment. As shown in FIG. 24, the electroactive polymer actuator array 724 includes a frame and partition 714, an output bar 716, an elastomer dielectric element 718, and an adhesive layer 734 disposed on the output bar 716.

図25は、一実施形態に従って、ベースプレート712および接着層732を示すために電気活性ポリマアクチュエータアレイ724を取り除いた図24の電気活性ポリマアクチュエータ700の斜視図である。ベースプレート712は、開口部730を備えており、接着層732が、ベースプレート712と電気活性ポリマアクチュエータアレイ724との間に配置されている。可撓回路728の第1および第2の導体736A、736Bは、対応する第1および第2の端子738A、738Bに電気的に接続されている。   FIG. 25 is a perspective view of the electroactive polymer actuator 700 of FIG. 24 with the electroactive polymer actuator array 724 removed to show the base plate 712 and the adhesive layer 732, according to one embodiment. Base plate 712 includes an opening 730 and an adhesive layer 732 is disposed between base plate 712 and electroactive polymer actuator array 724. The first and second conductors 736A and 736B of the flexible circuit 728 are electrically connected to the corresponding first and second terminals 738A and 738B.

図26は、一実施形態に従って、ベースプレート712および開口部730を示すために接着層732および可撓回路728を取り除いた図25の電気活性ポリマアクチュエータ700の斜視図である。   26 is a perspective view of the electroactive polymer actuator 700 of FIG. 25 with the adhesive layer 732 and the flex circuit 728 removed to show the base plate 712 and the opening 730, according to one embodiment.

図28〜図31は、電気活性ポリマアクチュエータ800の一実施形態を示す。一実施形態において、電気活性ポリマアクチュエータ800は、トレイ822と、質量体802と、トレイ822に形成されたスロット826とを備える。スロット826は、電気活性ポリマアクチュエータアレイ824を電子駆動回路に電気的に接続するための可撓ケーブル(図示せず)を受け入れるような寸法を有する。図30は、一実施形態に従って、電気活性ポリマアクチュエータアレイ824を取り除いたトレイ822のベース部分を示す図である。トレイ822のベース部分は、電気活性ポリマアクチュエータアレイ824の出力バー816を露出させる開口部830を備える。質量体802は、間に配置された接着層834によって電気活性ポリマアクチュエータアレイ824に接着される。電気活性ポリマアクチュエータ800は、X−Y平面で示された振動面を規定する。トレイ822は、矢印820で示すように、主にY軸に沿った1方向に移動を制限する。Z方向の動きを制限することが、Y方向の自由な動作に必要な隙間を維持するのに役立つ。したがって、アクチュエータ800に、低周波数オーディオ信号からより高い電圧が印加されると、トレイ822は、実質的にY軸に沿った矢印820で示す動作方向に移動する。   FIGS. 28-31 illustrate one embodiment of an electroactive polymer actuator 800. In one embodiment, the electroactive polymer actuator 800 includes a tray 822, a mass 802, and a slot 826 formed in the tray 822. Slot 826 is sized to receive a flexible cable (not shown) for electrically connecting electroactive polymer actuator array 824 to an electronic drive circuit. FIG. 30 is a diagram illustrating a base portion of a tray 822 with the electroactive polymer actuator array 824 removed, according to one embodiment. The base portion of the tray 822 includes an opening 830 that exposes the output bar 816 of the electroactive polymer actuator array 824. Mass 802 is adhered to electroactive polymer actuator array 824 by an adhesive layer 834 disposed therebetween. The electroactive polymer actuator 800 defines a vibration plane indicated by an XY plane. The tray 822 restricts movement in one direction mainly along the Y axis, as indicated by an arrow 820. Limiting movement in the Z direction helps to maintain the gap necessary for free movement in the Y direction. Thus, when a higher voltage is applied to the actuator 800 from the low frequency audio signal, the tray 822 moves substantially in the direction of motion indicated by the arrow 820 along the Y axis.

図29は、一実施形態に従って、接着層834を示すために質量体802を取り除いた図28の電気活性ポリマアクチュエータ800の斜視図である。図に示すように、接着層834は、電気活性ポリマアクチュエータアレイ824の上に配置され、その上に質量体802が配置される。電気活性ポリマアクチュエータアレイ824は、接着層834で質量体802の下面に接着される。電気活性ポリマアクチュエータアレイ824は、さらに、電気活性ポリマアクチュエータアレイ824の3セットの別個の出力バー816およびエラストマ誘電体素子818を隔てるフレームおよび仕切り部814を有する。電気活性ポリマアクチュエータアレイ824は、3つのバーを備えるため、限定することなしに、3バー電気活性ポリマモジュールと呼ばれてもよい。図31は、一実施形態に従って、電気活性ポリマアクチュエータ800の電気活性ポリマアクチュエータアレイ824の部分を示す斜視図である。   FIG. 29 is a perspective view of the electroactive polymer actuator 800 of FIG. 28 with the mass 802 removed to show the adhesive layer 834, according to one embodiment. As shown, the adhesive layer 834 is disposed on the electroactive polymer actuator array 824, and the mass body 802 is disposed thereon. The electroactive polymer actuator array 824 is bonded to the lower surface of the mass 802 with an adhesive layer 834. Electroactive polymer actuator array 824 further includes a frame and divider 814 that separates three sets of separate output bars 816 and elastomeric dielectric elements 818 of electroactive polymer actuator array 824. Since the electroactive polymer actuator array 824 comprises three bars, it may be referred to as a three bar electroactive polymer module without limitation. FIG. 31 is a perspective view illustrating a portion of an electroactive polymer actuator array 824 of an electroactive polymer actuator 800, according to one embodiment.

図32および図33は、横軸に周波数(Hz)、縦軸にストローク(mm)の変位を取って、2つのタイプの電気活性ポリマアクチュエータのそれぞれの周波数応答を示す試験データのグラフ900、950である。図32に示すグラフ900は、電気活性ポリマアクチュエータ122(図6〜8および図13)、および、主に電気活性ポリマアクチュエータアレイの動作を利用して、ばね上質量体を動かす電気活性ポリマアクチュエータ800(図28)など、屈曲サスペンションシステムおよびばね上質量体を持たない電気活性ポリマアクチュエータの周波数応答曲線を示す。一部の周波数(特に20Hzから50Hz)において、ばね上質量体は、全方向に自由に動き、望ましくない方向での制限も支持もないために、揺動する。この現象は、所望の方向の変位ひいては所望の感覚における歪み902、904として現れる。図33に示すグラフ950は、図17〜図19に示したアクチュエータ600、700のそれぞれの屈曲サスペンションシステム622、722など、屈曲サスペンションシステムを用いる電気活性ポリマアクチュエータの周波数応答曲線を示す。領域952および954は、望ましくない歪みが屈曲サスペンションシステム622、722によって良好に排除されたことを明確に示している。   32 and 33 are graphs 900, 950 of test data showing the frequency response of each of the two types of electroactive polymer actuators with frequency (Hz) on the horizontal axis and stroke (mm) on the vertical axis. It is. Graph 900 shown in FIG. 32 shows electroactive polymer actuator 122 (FIGS. 6-8 and 13), and electroactive polymer actuator 800 that moves the sprung mass, primarily utilizing the operation of the electroactive polymer actuator array. FIG. 28 shows a frequency response curve of an electroactive polymer actuator without a bent suspension system and a sprung mass, such as (FIG. 28). At some frequencies (especially 20 Hz to 50 Hz), the sprung mass moves freely in all directions and swings because there is no restriction or support in undesired directions. This phenomenon appears as a displacement in the desired direction and thus distortion 902, 904 in the desired sensation. A graph 950 shown in FIG. 33 shows a frequency response curve of an electroactive polymer actuator that uses a flex suspension system, such as the flex suspension systems 622, 722 of the actuators 600, 700 shown in FIGS. Regions 952 and 954 clearly show that undesired strains have been successfully eliminated by the flex suspension system 622,722.

図34〜図40は、図1に示した感覚強化ヘッドホン100で利用可能なイヤーカップ1000の一実施形態を示す。一実施形態に従って、図34および図35は、イヤーカップ1000の斜視断面図を示し、図36は、イヤーカップの正面断面図を示す。ここで、特に図34〜図36を参照すると、一実施形態において、右イヤーカップ1000は、耳覆いクッション1008と、ハウジング1018とを備えており、ハウジング1018は、スピーカ1020および電気活性ポリマアクチュエータ1022を中に取り付けるのに適した開口部1024を規定する。図34〜図36に示した実施形態において、電気活性ポリマアクチュエータ1022は、電気活性ポリマモジュールと呼ぶこともある。特に、図34〜図36に示した実施形態において、電気活性ポリマアクチュエータ1022は、限定することなく、3バー慣性電気活性ポリマモジュールと呼ぶこともある。図に示すように、スピーカ1020は、穴あきスピーカグリル1012のすぐ裏側に取り付け可能である。しかしながら、別の実施形態では、スピーカ1020の位置が異なってもよい。一実施形態において、アクチュエータ1022は、電気活性ポリマアクチュエータアレイ1028および質量体1033を中に受け入れるよう構成された独立型のトレイ1026を備える。電気活性ポリマアクチュエータ1022は、音響空洞1050に取り付けられており、音響空洞1050は、スピーカ1020のすぐ裏側に設けられている。別の実施形態において、アクチュエータ1022は、例えば、図17〜図19に示したアクチュエータ600、700のそれぞれの屈曲サスペンションシステム622、722などの屈曲サスペンションシステムを備えて、より低い周波数(例えば、200Hz未満)の小さい歪みを機械的に補正してもよい。アクチュエータ1022は、さらに、電気活性ポリマアクチュエータアレイ1028と、質量体1030とを備えてもよい。   34 to 40 show an embodiment of an ear cup 1000 that can be used with the sensory enhancement headphones 100 shown in FIG. 34 and 35 show a perspective cross-sectional view of the ear cup 1000 and FIG. 36 shows a front cross-sectional view of the ear cup, according to one embodiment. Referring now specifically to FIGS. 34-36, in one embodiment, the right ear cup 1000 includes an ear covering cushion 1008 and a housing 1018, which includes a speaker 1020 and an electroactive polymer actuator 1022. Defines an opening 1024 suitable for mounting therein. In the embodiment shown in FIGS. 34-36, the electroactive polymer actuator 1022 may be referred to as an electroactive polymer module. In particular, in the embodiment shown in FIGS. 34-36, the electroactive polymer actuator 1022 may be referred to as a 3-bar inertial electroactive polymer module without limitation. As shown in the figure, the speaker 1020 can be attached immediately behind the perforated speaker grill 1012. However, in other embodiments, the position of the speaker 1020 may be different. In one embodiment, the actuator 1022 comprises a stand-alone tray 1026 configured to receive an electroactive polymer actuator array 1028 and a mass 1033 therein. The electroactive polymer actuator 1022 is attached to the acoustic cavity 1050, which is provided immediately behind the speaker 1020. In another embodiment, the actuator 1022 includes a flex suspension system, such as the flex suspension system 622, 722 of each of the actuators 600, 700 shown in FIGS. 17-19, for example, at a lower frequency (eg, less than 200 Hz). ) May be mechanically corrected. The actuator 1022 may further comprise an electroactive polymer actuator array 1028 and a mass body 1030.

図37〜図41は、一実施形態に従って、下側の構造を示すために他の要素を取り除いたイヤーカップ1000の様々な要素を示す図である。したがって、図37は、スピーカ1020の裏側の音響空洞1050に取り付けられた下側の独立型トレイ1026を露出させるために耳覆いクッション1008およびハウジング1018を取り除いたイヤーカップ1000の一実施形態を示す図である。   FIGS. 37-41 show various elements of the ear cup 1000 with other elements removed to show the underlying structure, according to one embodiment. Accordingly, FIG. 37 illustrates one embodiment of an ear cup 1000 with the ear covering cushion 1008 and housing 1018 removed to expose the lower stand-alone tray 1026 attached to the acoustic cavity 1050 on the back side of the speaker 1020. It is.

図38は、一実施形態に従って、電気活性ポリマアクチュエータアレイ1028を露出させるために独立型モジュールハウジング1026を取り除いた図37のイヤーカップ1000を示す図である。電気活性ポリマアクチュエータアレイ1028は、出力バー1048およびエラストマ誘電体素子1046を隔てる剛性のフレームおよび仕切り1042を備える。接着層1044が、出力バー1048上に提供され、電気活性ポリマアクチュエータアレイ1028を独立型トレイ1026に接着する。質量体1030は、独立型トレイ1026に取り付けられた屈曲部(図示せず)から吊り下がっている。第2の接着層(図示せず)が、独立型トレイ1026を音響空洞1050に接着するために提供されてもよい。   38 illustrates the ear cup 1000 of FIG. 37 with the stand-alone module housing 1026 removed to expose the electroactive polymer actuator array 1028, according to one embodiment. The electroactive polymer actuator array 1028 includes a rigid frame and divider 1042 that separates the output bar 1048 and the elastomeric dielectric element 1046. An adhesive layer 1044 is provided on the output bar 1048 to adhere the electroactive polymer actuator array 1028 to the stand-alone tray 1026. The mass body 1030 is suspended from a bent portion (not shown) attached to the stand-alone tray 1026. A second adhesive layer (not shown) may be provided to adhere the stand-alone tray 1026 to the acoustic cavity 1050.

図39は、一実施形態に従って、質量体1030を露出させるために電気活性ポリマアクチュエータアレイ1028を取り除いた図38のイヤーカップ1000を示す図である。一実施形態に従って、図40は、質量体1030を取り除いた図39のイヤーカップ1000を示し、図41は、中に取り付けられたスピーカ1020を示す音響空洞1050の底面図である。   FIG. 39 shows the ear cup 1000 of FIG. 38 with the electroactive polymer actuator array 1028 removed to expose the mass 1030, according to one embodiment. FIG. 40 shows the ear cup 1000 of FIG. 39 with the mass body 1030 removed, and FIG. 41 is a bottom view of the acoustic cavity 1050 showing the speaker 1020 mounted therein, according to one embodiment.

ここまで、音響ノイズを低減するための機械的技術を含む様々な電気活性ポリマヘッドホンの実施形態について説明した。以下では、本明細書に記載の電気活性ポリマアクチュエータの実施形態のいずれにも組み込むことができる音響ノイズ低減のための電子的方法について説明する。以下では、非線形逆変換を用いて望ましくない音響アーティファクトを除去する電子的音響ノイズ低減技術の実施形態について説明する。ただし、まず、図42を簡単に説明する。図42は、イヤーカップ1110の第1のハウジング部分1104に収容された電気活性ポリマアクチュエータ1102を備える感覚強化ヘッドホン1100の一実施形態を示す。電気活性ポリマアクチュエータ1102を低オーディオ周波数で駆動するための電子回路と、望ましくない音響ノイズを低減するための電子回路とを備えた回路基板1106も図示されている。回路基板1106は、電気活性ポリマアクチュエータ1102の裏側に取り付けられてよい。電気活性ポリマアクチュエータ1102および回路基板1106のアセンブリ全体は、第1のハウジング部分1104と第2のハウジング部分1108との間に配置されてよい。   So far, various electroactive polymer headphone embodiments have been described that include mechanical techniques for reducing acoustic noise. The following describes an electronic method for acoustic noise reduction that can be incorporated into any of the electroactive polymer actuator embodiments described herein. In the following, embodiments of electronic acoustic noise reduction techniques that use non-linear inverse transformation to remove undesirable acoustic artifacts will be described. First, FIG. 42 will be briefly described. FIG. 42 illustrates one embodiment of sensory enhancement headphones 1100 comprising an electroactive polymer actuator 1102 housed in a first housing portion 1104 of an ear cup 1110. Also shown is a circuit board 1106 comprising an electronic circuit for driving the electroactive polymer actuator 1102 at a low audio frequency and an electronic circuit for reducing undesirable acoustic noise. The circuit board 1106 may be attached to the back side of the electroactive polymer actuator 1102. The entire assembly of electroactive polymer actuator 1102 and circuit board 1106 may be disposed between first housing portion 1104 and second housing portion 1108.

図43は、一実施形態に従って、電気活性ポリマアクチュエータの駆動用の低周波数オーディオ信号を生成すると共に望ましくない音響ノイズを低減するための電子回路を示すブロック図1200である。様々な信号調整、増幅、補償、および、駆動回路も実装されている。特に、アナログオーディオ信号モジュール1202が、差動増幅器のソースからアナログオーディオ信号を受信する。一実施形態において、差動増幅器は、例えば、マサチューセッツ州ノーウッドのAnalog Devices社から入手可能なAD822単電源レイルツーレイル低電力電界効果トランジスタ入力オペアンプまたは任意の適切な等価物など、任意の適切な集積回路増幅器で実装されてよい。   FIG. 43 is a block diagram 1200 illustrating an electronic circuit for generating a low frequency audio signal for driving an electroactive polymer actuator and reducing undesirable acoustic noise, according to one embodiment. Various signal conditioning, amplification, compensation, and drive circuits are also implemented. In particular, an analog audio signal module 1202 receives an analog audio signal from a source of a differential amplifier. In one embodiment, the differential amplifier is any suitable integrated, such as, for example, an AD822 single power rail-to-rail low power field effect transistor input operational amplifier or any suitable equivalent available from Analog Devices, Inc., Norwood, Massachusetts. It may be implemented with a circuit amplifier.

自動利得制御モジュール1204が、アナログオーディオ信号モジュール1202から出力信号を受信し、例えば0dBから20dB(または任意の適切な利得)の自動利得制御を提供する。一実施形態において、自動利得制御モジュール1204は、例えば、カリフォルニア州サニーベールのMaxim Integrated Products社から入手可能なMAX9814(自動利得制御および低ノイズマイクロホン付きのマイクロホンアンプ)または任意の適切な等価物など、任意の適切な集積回路増幅器で実装されてよい。一実施形態において、自動利得制御モジュール1204は、実際のオーディオ音響信号のボリュームと異なった方法で、イヤーカップの各々の中の電気活性ポリマアクチュエータを駆動するための振動の量を制御するよう構成されている。各イヤーカップの中の電気活性ポリマアクチュエータを駆動するための振動レベルは、実際のオーディオ音響信号のボリュームと異なるが、振動レベルの利得は、オーディオ音響レベルの利得に相関または基づく。様々な実施形態において、振動レベルの利得とオーディオ音響レベルの利得との間の関係は、具体的な設計の実装に応じて、線形であっても非線形であってもよい。一実施形態において、利得の間の関係は、非線形関数(正弦関数、平方根関数、対数関数、指数関数など)を近似するために非線形である。図の実施形態では、振動レベルの利得とオーディオ音響レベルの利得との間の関係は、平方根関数を近似する非線形関数である。換言すると、振動レベルの利得は、オーディオ音響レベルの利得の平方根と近似的に相関する。したがって、電気活性ポリマアクチュエータの振動は、入力低周波音声を追跡して、鼓膜にとって危険な可能性がある高圧の音波を生じさせることなしに低周波音声の感覚を与える。   An automatic gain control module 1204 receives the output signal from the analog audio signal module 1202 and provides automatic gain control, eg, 0 dB to 20 dB (or any suitable gain). In one embodiment, the automatic gain control module 1204 may include, for example, MAX9814 (a microphone amplifier with automatic gain control and a low noise microphone) available from Maxim Integrated Products, Inc., Sunnyvale, California, or any suitable equivalent, such as: It may be implemented with any suitable integrated circuit amplifier. In one embodiment, the automatic gain control module 1204 is configured to control the amount of vibration to drive the electroactive polymer actuator in each of the earcups in a manner different from the actual audio acoustic signal volume. ing. The vibration level for driving the electroactive polymer actuator in each ear cup is different from the actual audio sound signal volume, but the vibration level gain is correlated or based on the audio sound level gain. In various embodiments, the relationship between vibration level gain and audio sound level gain may be linear or non-linear, depending on the implementation of the specific design. In one embodiment, the relationship between gains is non-linear to approximate a non-linear function (sine function, square root function, logarithmic function, exponential function, etc.). In the illustrated embodiment, the relationship between vibration level gain and audio sound level gain is a non-linear function approximating a square root function. In other words, the vibration level gain is approximately correlated with the square root of the audio sound level gain. Thus, the vibration of the electroactive polymer actuator tracks the input low frequency sound and gives a low frequency sound sensation without producing high pressure sound waves that can be dangerous to the eardrum.

一実施形態において、振動レベルの利得は、表1に示すようにオーディオ音響レベルの利得の平方根を近似する。   In one embodiment, the vibration level gain approximates the square root of the audio sound level gain as shown in Table 1.

Figure 2014519791
Figure 2014519791

自動利得制御モジュール1204から、信号が低周波デジタルフィルタモジュール1206に送られる。低周波デジタルフィルタモジュール206は、任意の適切な回路技術を用いて実装されてよく、デジタルまたはアナログ処理回路素子の中でも特に、マイクロコントローラおよびプログラマブルゲートアレイ回路を備えてよい。一実施形態において、低周波デジタルフィルタモジュール1206は、例えば、カリフォルニア州サンノゼのCypress Semiconductor社から入手可能なCY8C29466プログラマブル・システムオンチップ・コントローラまたは任意の適切な等価物など、任意の適切なプログラマブルシステムで実装されてよい。   A signal is sent from the automatic gain control module 1204 to the low frequency digital filter module 1206. The low frequency digital filter module 206 may be implemented using any suitable circuit technology and may comprise a microcontroller and programmable gate array circuit, among other digital or analog processing circuit elements. In one embodiment, the low frequency digital filter module 1206 is any suitable programmable system, such as, for example, a CY8C29466 programmable system-on-chip controller or any suitable equivalent available from Cypress Semiconductor, Inc., San Jose, California. May be implemented.

低周波増幅器モジュール1208が、低周波デジタルフィルタモジュール1206の出力を増幅し、その出力は、プログラマブルゲートアレイ回路に送られる。一実施形態において、低周波増幅器モジュール1208は、例えば、カリフォルニア州サニーベールのMaxim Integrated Products社から入手可能なMAX9618(低電力・ゼロドリフト・オペアンプ)または任意の適切な等価物など、任意の適切な集積回路増幅器を用いて実装されてよい。   A low frequency amplifier module 1208 amplifies the output of the low frequency digital filter module 1206 and the output is sent to a programmable gate array circuit. In one embodiment, the low frequency amplifier module 1208 may be any suitable, such as MAX9618 (low power zero drift op amp) or any suitable equivalent available from Maxim Integrated Products, Inc., Sunnyvale, California. It may be implemented using an integrated circuit amplifier.

低周波デジタルフィルタ1206の出力は、逆多項式回路1210など非線形逆変換回路(平方根回路)に供給され、逆多項式回路1210は、電気活性ポリマアクチュエータを振動させるために用いられるオーディオ信号の望ましくない歪みを除去するための電子オーディオ信号補正を提供する。換言すると、逆多項式回路1210は、例えば、逆関数を近似して、電気活性ポリマアクチュエータを線形化する。様々な実施形態において、逆多項式回路1210は、集積回路、プログラマブル回路、区分線形回路、および/または、それらの任意の組み合わせを用いて実装されてよい。一実施形態において、区分線形回路を用いて、非線形関数(正弦関数、平方根関数、対数関数、指数関数など)を近似することができる。近似の質は、区分線形回路によって用いられる区分の数と、区分の決定に用いられる方法とによって決まる。概して、区分線形回路を構築するには、2つの方法がある:(1)ダイオード(またはトランジスタ)を備えた非線形分圧器を用いて区分を切り換える、および、(2)一連の飽和増幅器の出力を合計する。これらの方法の両方が利用可能であり、技術的に等価であるが、それぞれに利点および欠点がある。   The output of the low frequency digital filter 1206 is fed into a non-linear inverse transform circuit (square root circuit), such as an inverse polynomial circuit 1210, which reverses unwanted distortion of the audio signal used to vibrate the electroactive polymer actuator. Provide electronic audio signal correction for removal. In other words, the inverse polynomial circuit 1210 linearizes the electroactive polymer actuator by approximating an inverse function, for example. In various embodiments, the inverse polynomial circuit 1210 may be implemented using integrated circuits, programmable circuits, piecewise linear circuits, and / or any combination thereof. In one embodiment, a piecewise linear circuit can be used to approximate a non-linear function (sine function, square root function, logarithmic function, exponential function, etc.). The quality of the approximation depends on the number of sections used by the piecewise linear circuit and the method used to determine the sections. In general, there are two ways to build piecewise linear circuits: (1) switch sections using a non-linear voltage divider with a diode (or transistor), and (2) output a series of saturated amplifiers. Sum up. Both of these methods are available and technically equivalent, but each has advantages and disadvantages.

ダイオードを用いた方法は、簡便であるという利点を有するが、切り換え閾値への温度依存性および比較的遅い応答という欠点がある。飽和増幅器の方法は、複雑であるという欠点を有するが、閾値への温度依存性が最小限であり、高速であるという利点がある。様々な実施形態において、逆多項式回路1210は、圧縮回路または伸長回路として実装されてよく、各回路は、異なる回路トポロジを有する。圧縮回路は、入力信号のダイナミックレンジを圧縮し、伸長回路は、ダイナミックレンジを伸長する。圧縮回路の例としては、平方根回路、対数回路、および、正弦回路が挙げられ、一般に、非線形分圧器技術を用いる。拡張回路の一例は、指数関数である。別の実施形態では、例えば、電気活性ポリマアクチュエータを線形化するための逆多項式回路1210を実装するために、圧縮回路および伸長回路が併用されてもよい。ダイオードスイッチングを用いて逆平方根関数を近似する区分線形回路の一実施形態について、図46を参照しつつ以下で詳述する。   The diode-based method has the advantage of simplicity, but has the disadvantages of temperature dependence on the switching threshold and relatively slow response. The saturated amplifier method has the disadvantage of being complex, but has the advantage of being fast and with minimal temperature dependence on the threshold. In various embodiments, the inverse polynomial circuit 1210 may be implemented as a compression circuit or decompression circuit, with each circuit having a different circuit topology. The compression circuit compresses the dynamic range of the input signal, and the expansion circuit expands the dynamic range. Examples of compression circuits include square root circuits, logarithmic circuits, and sine circuits, generally using non-linear voltage divider techniques. An example of the extension circuit is an exponential function. In another embodiment, a compression circuit and an expansion circuit may be used together, for example, to implement an inverse polynomial circuit 1210 for linearizing an electroactive polymer actuator. One embodiment of a piecewise linear circuit that approximates the inverse square root function using diode switching is described in detail below with reference to FIG.

逆多項式回路1210の出力は、電気活性ポリマアクチュエータモジュールの駆動に十分なレベルに増幅するために、高電圧増幅器1212に供給される。一般に、電気活性ポリマアクチュエータモジュールを駆動するのに必要な電圧は、数百ボルト(V)から数千ボルト(kV)の範囲でありうる。なお、公称駆動電圧は約1kVである。高電圧増幅器1212の左チャネル出力1214Lが、左の反射アクチュエータおよび質量体1216L、例えば、ヘッドホンの左イヤーカップに配置された電気活性ポリマアクチュエータに供給される。高電圧増幅器1212の右チャネル出力1214Rが、右の反射アクチュエータおよび質量体1216R、例えば、ヘッドホンの右イヤーカップに配置された電気活性ポリマアクチュエータに供給される。一実施形態において、電気活性ポリマアクチュエータを備えた感覚強化ヘッドホンで平方根回路を用いて、単層アクチュエータを向上させることができる。例えば、多相アクチュエータで、非線形制御技術を用いてもよい。   The output of the inverse polynomial circuit 1210 is supplied to a high voltage amplifier 1212 for amplification to a level sufficient to drive the electroactive polymer actuator module. In general, the voltage required to drive an electroactive polymer actuator module can range from several hundred volts (V) to several thousand volts (kV). The nominal drive voltage is about 1 kV. The left channel output 1214L of the high voltage amplifier 1212 is fed to the left reflective actuator and mass 1216L, eg, an electroactive polymer actuator located in the left ear cup of the headphones. The right channel output 1214R of the high voltage amplifier 1212 is fed to the right reflective actuator and mass 1216R, eg, an electroactive polymer actuator located in the right ear cup of the headphones. In one embodiment, a single layer actuator can be enhanced using a square root circuit with sensory enhancement headphones with an electroactive polymer actuator. For example, a non-linear control technique may be used with a multiphase actuator.

一実施形態において、電子回路は、視覚フィードバック表示モジュール1218を備える。この実施形態では、青い表示(例えば、発光ダイオードすなわちLED)がオーディオ信号を示す。緑の表示が、処理済みの信号を示す。オレンジ/赤の表示が、混合および高電圧信号を示す。当業者であればわかるように、任意の組み合わせの所望の色を用いて、視覚フィードバックを提供することができる。   In one embodiment, the electronic circuit comprises a visual feedback display module 1218. In this embodiment, a blue display (eg, a light emitting diode or LED) indicates the audio signal. A green display indicates a processed signal. Orange / red display indicates mixed and high voltage signals. As will be appreciated by those skilled in the art, any combination of desired colors can be used to provide visual feedback.

図44は、一実施形態に従って、図43に示した逆多項式回路1210(例えば、「逆平方根回路」)を用いていない場合の高調波歪みの測定値1300を示すグラフである。下部の曲線1302は、平方根回路1210なしに100Hzで測定した加速度波形であり、上部の曲線1304は、第二高調波1306を示すフーリエ変換である。   FIG. 44 is a graph illustrating harmonic distortion measurements 1300 without using the inverse polynomial circuit 1210 (eg, “inverse square root circuit”) shown in FIG. 43, according to one embodiment. The lower curve 1302 is an acceleration waveform measured at 100 Hz without the square root circuit 1210, and the upper curve 1304 is a Fourier transform showing the second harmonic 1306.

図45は、一実施形態に従って、図43に示した逆多項式回路1210(「平方根回路」)を用いた場合の高調波歪みの測定値1350を示すグラフである。下部の曲線1352は、平方根回路1210を用いた場合に100Hzで測定した加速度波形であり、上部の曲線1354は、大幅に低減された第二高調波1356を示すフーリエ変換である。   FIG. 45 is a graph illustrating measured harmonic distortion values 1350 when using the inverse polynomial circuit 1210 (“square root circuit”) shown in FIG. 43, according to one embodiment. A lower curve 1352 is an acceleration waveform measured at 100 Hz when the square root circuit 1210 is used, and an upper curve 1354 is a Fourier transform showing a significantly reduced second harmonic 1356.

図46は、ダイオードスイッチングを用いて逆平方根関数を近似する区分線形回路を利用した図43の逆多項式回路1210の一実施形態を示す。図43に関連して説明したように、電気活性ポリマアクチュエータを線形化する線形化関数を実装するために、別の非線形回路トポロジを用いてもよく、図46に関して説明するトポロジは一例にすぎない。したがって、逆多項式回路の実施形態は、これに関連して限定されるべきではない。図46に示す実施形態において、逆多項式回路1210は、電圧電流変換器回路1220と、ダイオードスイッチングトポロジを用いた区分線形回路1230と、最終利得増幅器1240とを備える。例えば、図43に示すように、出力電圧Voが、高電圧増幅器1212に供給される。   FIG. 46 illustrates one embodiment of the inverse polynomial circuit 1210 of FIG. 43 utilizing a piecewise linear circuit that approximates the inverse square root function using diode switching. As described in connection with FIG. 43, another non-linear circuit topology may be used to implement a linearization function that linearizes the electroactive polymer actuator, and the topology described with respect to FIG. 46 is only an example. . Thus, the inverse polynomial circuit embodiments should not be limited in this regard. In the embodiment shown in FIG. 46, the inverse polynomial circuit 1210 includes a voltage-to-current converter circuit 1220, a piecewise linear circuit 1230 using a diode switching topology, and a final gain amplifier 1240. For example, as shown in FIG. 43, the output voltage Vo is supplied to the high voltage amplifier 1212.

電圧電流変換器回路1220は、第1の増幅器A1および抵抗器R1〜R4を用いて、図43の低周波デジタルフィルタモジュール1206からの入力電圧Vinに比例する電流iを生成する。電流iは、区分線形回路1230に供給され、区分線形回路1230は、R5〜R15およびダイオードD1〜D5を用いて、逆平方根関数(電流から電圧)を近似するよう構成されている。最終利得増幅器1240は、抵抗器R16〜R17および第2の増幅器A2を備えており、(R16およびR17で)最終的なスケーリングを設定し、その値は、1から100の間の任意の値であってよいが、通例は1から2の間である。   The voltage-to-current converter circuit 1220 uses the first amplifier A1 and the resistors R1 to R4 to generate a current i that is proportional to the input voltage Vin from the low-frequency digital filter module 1206 of FIG. The current i is supplied to a piecewise linear circuit 1230, which is configured to approximate an inverse square root function (current to voltage) using R5 to R15 and diodes D1 to D5. The final gain amplifier 1240 includes resistors R16-R17 and a second amplifier A2, which sets the final scaling (at R16 and R17), which can be any value between 1 and 100. Usually, it will be between 1 and 2.

図の実施形態において、区分線形回路1230は、電流と、生じるノード電圧vnとに応じて切り換えられる5つの区分を備える。各区分は、vnの入力電圧範囲に基づいて異なる傾きを近似する区切り点電圧(break point voltage)を有する例えば、第1の区分は、VAとD1でのダイオード電圧降下とを足したものに等しい第1の区切り点電圧V1を有する。同様に、第2の区分は、VBとD2でのダイオード電圧降下とを足したものに等しい第2の区切り点電圧V2を有しており、第5の区分まで同様であり、第5の区分は、VEとD5でのダイオード電圧降下とを足したものに等しい第5の区切り点電圧V5を有する。各区分は、抵抗器R5〜R15の並列組み合わせに基づいた異なる傾きを有する。各区分に切り換えられると、傾きは、ノードの電圧vnが、抵抗器のために選択された値に応じて逆平方根関数を近似するように変化する。区分線形回路1230は、選択された抵抗値に応じて平方根関数またはその他の非線形関数を実装してもよい。増幅器A1およびA2は、例えば、マサチューセッツ州ノーウッドのAnalog Devices社から入手可能なAD823レイルツーレイルFET入力オペアンプ、または、任意の適切な等価物など、任意の適切な集積回路増幅器であってよい。一実施形態において、電圧V+は、例えば、+5Vであってよい。   In the illustrated embodiment, the piecewise linear circuit 1230 comprises five sections that are switched depending on the current and the resulting node voltage vn. Each segment has a breakpoint voltage that approximates a different slope based on the vn input voltage range. For example, the first segment is equal to VA plus the diode voltage drop at D1. A first breakpoint voltage V1 is provided. Similarly, the second segment has a second breakpoint voltage V2 equal to VB plus the diode voltage drop at D2, and so on up to and including the fifth segment. Has a fifth breakpoint voltage V5 equal to VE plus the diode voltage drop at D5. Each section has a different slope based on the parallel combination of resistors R5-R15. When switched to each segment, the slope changes so that the node voltage vn approximates the inverse square root function depending on the value selected for the resistor. Piecewise linear circuit 1230 may implement a square root function or other non-linear function depending on the selected resistance value. Amplifiers A1 and A2 may be any suitable integrated circuit amplifier such as, for example, an AD823 rail-to-rail FET input operational amplifier available from Analog Devices, Norwood, Mass., Or any suitable equivalent. In one embodiment, the voltage V + may be + 5V, for example.

一実施形態において、電圧電流変換器回路1220を実装するための抵抗器R1〜R4、区分線形回路1230を実装するための抵抗器R5〜R15、および、最終利得増幅器1240を実装するための抵抗器R16〜R17が、表2に示されている。抵抗器の値は、達成されるべき精度に応じて異なる公差を持ちうるものであり、±10%、±5、±1であってもよいし、任意の適切な値に調整されてもよいことを理解されたい。   In one embodiment, resistors R1-R4 for implementing voltage-to-current converter circuit 1220, resistors R5-R15 for implementing piecewise linear circuit 1230, and a resistor for implementing final gain amplifier 1240. R16 to R17 are shown in Table 2. Resistor values may have different tolerances depending on the accuracy to be achieved and may be ± 10%, ± 5, ± 1, or may be adjusted to any suitable value Please understand that.

Figure 2014519791
Figure 2014519791

図47〜図54は、開示された実施形態に従って、屈曲サスペンションシステムのさらなる詳細を示す図である。図47は、一実施形態に従って、屈曲サスペンションシステムを備えた図12の電気活性ポリマモジュール500を示す一部切り欠き図である。   47-54 are diagrams illustrating further details of the flex suspension system in accordance with the disclosed embodiments. 47 is a partial cutaway view of the electroactive polymer module 500 of FIG. 12 with a flex suspension system, according to one embodiment.

図48は、一実施形態に従って、屈曲トレイ504を備えた図12および図47の屈曲サスペンションシステム506を備えた図12の電気活性ポリマモジュール500の一実施形態を示す概略図である。図47および図48によると、屈曲トレイ504は、屈曲部570と、移動停止部572、574と、屈曲トレイ504によって規定された開口部内に配置された質量体508とを備える。屈曲部570および移動停止部572、574は、屈曲トレイ504に成形されてもよいし、別個の構成要素として提供されてもよい。上述のように、屈曲トレイ504は、取り付け面568に結合されており、取り付け面568は、屈曲サスペンションシステム502のための機械的な土台として機能する。1または複数の位置に配置された屈曲部570は、屈曲トレイ504が1または複数の動作方向に振動することを可能にする。図の実施形態において、屈曲トレイ504は、屈曲トレイ504がXおよびY方向に動作することを可能にする4つの別個の屈曲部570を備える。屈曲トレイ504は、さらに、所定の方向の移動または動作を制限して衝撃タイプの動作による損傷を防止するために、X−移動停止部572およびY−移動停止部574を備える。X−およびY−移動停止部572、574は、以下で図49および図60を参照して詳述するように、XおよびY方向の屈曲トレイ504の動作を制限するために提供され、その結果、屈曲サスペンションシステム502は、望ましくない動作方向での望ましくない振動を制限できる。   48 is a schematic diagram illustrating one embodiment of the electroactive polymer module 500 of FIG. 12 with the flex suspension system 506 of FIGS. 12 and 47 with the flex tray 504 according to one embodiment. 47 and 48, the bending tray 504 includes a bending portion 570, movement stop portions 572 and 574, and a mass body 508 disposed in an opening defined by the bending tray 504. The bent portion 570 and the movement stop portions 572 and 574 may be formed on the bent tray 504 or may be provided as separate components. As described above, the flex tray 504 is coupled to the mounting surface 568, which serves as a mechanical foundation for the flex suspension system 502. The bends 570 located at one or more positions allow the bend tray 504 to vibrate in one or more operating directions. In the illustrated embodiment, the flex tray 504 includes four separate bends 570 that allow the flex tray 504 to operate in the X and Y directions. The bending tray 504 further includes an X-movement stop unit 572 and a Y-movement stop unit 574 in order to restrict movement or operation in a predetermined direction and prevent damage due to impact-type operation. X- and Y-movement stops 572, 574 are provided to limit the movement of the flex tray 504 in the X and Y directions, as described in detail below with reference to FIGS. The flex suspension system 502 can limit undesirable vibrations in undesired directions of motion.

図49は、一実施形態に従って、図12および図47〜48に示した屈曲サスペンションシステム502のXおよびY方向での動作をモデル化するためのXおよびY軸での振動動作の図580である。図50は、一実施形態に従って、図12および図47〜48に示した屈曲サスペンションシステム502のXおよびZ方向での動作をモデル化するためのXおよびZ軸での振動動作の図582である。ここで、図12および図47〜50を参照すると、kfx=屈曲部570および電気接続のX軸方向の複合剛性、kax=電気活性ポリマアクチュエータ506のX軸方向の能動剛性、kfz=屈曲部570および電気接続のZ軸方向の複合剛性、kaz=電気活性ポリマアクチュエータ506のZ軸方向の剛性、mtray+mbatt=動作している質量体508および任意の他の支持構造からなる総ばね上質量。   49 is a diagram 580 of oscillating motion in the X and Y axes to model the motion in the X and Y directions of the flex suspension system 502 shown in FIGS. 12 and 47-48, according to one embodiment. . 50 is a diagram 582 of an oscillating motion in the X and Z axes to model the motion in the X and Z directions of the flex suspension system 502 shown in FIGS. 12 and 47-48, according to one embodiment. . 12 and FIGS. 47 to 50, kfx = the combined stiffness in the X-axis direction of the bent portion 570 and electrical connection, kax = the active stiffness in the X-axis direction of the electroactive polymer actuator 506, kfz = the bent portion 570. And the composite stiffness in the Z-axis direction of the electrical connection, kaz = the stiffness in the Z-axis direction of the electroactive polymer actuator 506, mtray + mbatt = the total sprung mass consisting of the operating mass 508 and any other support structure.

X軸コンプライアンス
X軸方向のコンプライアンスが、屈曲サスペンションシステム502の性能を評価する際に考慮すべき1つの因子である。複合非アクチュエータ剛性(kfx)は、できる限り低減され、例えば、アクチュエータ剛性(kax)の約10%未満に維持されることが好ましい。電気相互接続に由来するさらなる剛性が、非アクチュエータ剛性の計算に入れられることが好ましい。X軸方向の屈曲部570の剛性は、移動停止部572、574を適切に用いた適切な動作制御を提供する。
X-axis compliance X-axis compliance is one factor to consider when evaluating the performance of the flex suspension system 502. The composite non-actuator stiffness (kfx) is preferably reduced as much as possible, for example, maintained below about 10% of the actuator stiffness (kax). Additional stiffness from the electrical interconnect is preferably taken into account for non-actuator stiffness calculations. The rigidity of the bent portion 570 in the X-axis direction provides appropriate operation control using the movement stop portions 572 and 574 appropriately.

Z軸コンプライアンス
Z軸方向のコンプライアンスは、特に、アセンブリの無制限なX軸方向の動作がユーザ入力中に保証されることが好ましいタッチ面(例えば、タッチスクリーンまたはタッチパッド)サスペンション用途と屈曲サスペンションシステム502が統合される場合に、重力またはユーザ入力による動質量の偏位を低減するために、できる限り低減されることが好ましい。理想的には、Z軸方向の総剛性が、X軸方向の総剛性の300倍を超えうる。負のZ方向(−Z方向)の移動停止部が利用されない場合、屈曲部570は、質量体508の除去中に受ける可能性がある力または衝撃に耐えるよう構成されることが好ましい。
Z-axis compliance Z-axis compliance is particularly suitable for touch surface (eg touch screen or touchpad) suspension applications and flex suspension systems 502 where unlimited X-axis motion of the assembly is preferably ensured during user input. Are preferably reduced as much as possible in order to reduce the displacement of dynamic mass due to gravity or user input. Ideally, the total stiffness in the Z-axis direction can exceed 300 times the total stiffness in the X-axis direction. If the negative Z direction (−Z direction) movement stop is not utilized, the bend 570 is preferably configured to withstand forces or impacts that may be experienced during removal of the mass 508.

Y軸コンプライアンス
屈曲部570が適切に設計されれば、屈曲部570の梁が圧縮または引張を受けている時、Y軸方向のコンプライアンスは、比較的小さくなる。Y軸方向の任意のコンプライアンスは、すべての状況で望ましくない屈曲部570の座屈または伸長の結果である。Y軸方向の偏位量は、例えば、動作中の屈曲部570への損傷を防ぐために、最小限に抑えられることが好ましい。
If the Y-axis compliance bent portion 570 is appropriately designed, the compliance in the Y-axis direction becomes relatively small when the beam of the bent portion 570 is subjected to compression or tension. Any compliance in the Y axis direction is the result of buckling or stretching of the bend 570 which is undesirable in all situations. The amount of deviation in the Y-axis direction is preferably suppressed to a minimum in order to prevent damage to the bent portion 570 during operation, for example.

以下の表3は、一実施形態に従って、剛性が電気活性ポリマアクチュエータ506の総剛性の10%であることに基づいて屈曲部の総剛性を提供しており、提供された値は、おおよその値の例である。   Table 3 below provides the total stiffness of the bend based on the stiffness being 10% of the total stiffness of the electroactive polymer actuator 506, according to one embodiment, and the provided value is an approximate value It is an example.

Figure 2014519791
Figure 2014519791

図51は、一実施形態に従って、図12および図47〜48に示した屈曲サスペンションシステム502の屈曲トレイ504の移動停止部572、574を示す概略図584である。図51に示す屈曲サスペンションシステム502では、接着シート590によって装置の取り付け面568および屈曲トレイ504の底部に交互に取り付けられた複数のスクリーン印刷された電気活性ポリマアクチュエータフレーム588に、電気活性ポリマ層586が分布されている。屈曲部570は、便宜上かつ明確にするために記号で示されている。一実施形態において、停止部572、574は、可能であれば提供されるが、定格負荷のもとで動質量の自由な動作を許容する。移動停止部572、574は、屈曲部570および電気活性ポリマアクチュエータ506の過剰な伸長および損傷を防止する。本明細書で提示した屈曲部570の実施形態は、屈曲トレイ504から質量体508を引き抜くことが損傷を引き起こしうる−Z方向を除く全部の軸に組み込まれた移動停止部に好適である。正のZ方向(+Z方向)の停止部が、アクチュエータフレーム自体を用いて実装されてよく、アクチュエータフレームは、例えば、1.5mまでの業界標準の落下試験に耐えるのに適しうる。   51 is a schematic diagram 584 illustrating movement stops 572, 574 of the flex tray 504 of the flex suspension system 502 shown in FIGS. 12 and 47-48, according to one embodiment. In the flex suspension system 502 shown in FIG. Are distributed. Bend 570 is shown symbolically for convenience and clarity. In one embodiment, stops 572, 574 are provided where possible, but allow free movement of dynamic mass under rated loads. Movement stops 572, 574 prevent excessive extension and damage of bend 570 and electroactive polymer actuator 506. The embodiment of the bend 570 presented herein is suitable for a movement stop built into all axes except the -Z direction where pulling out the mass 508 from the bend tray 504 can cause damage. A stop in the positive Z direction (+ Z direction) may be implemented using the actuator frame itself, which may be suitable to withstand industry standard drop tests, for example up to 1.5 m.

以下の表4は、一実施形態に従って、屈曲トレイ停止部572、574の隙間を示す。表4の隙間A〜Fは、おおよその値の例であり、図51で同様の符号を付された隙間に対応する。   Table 4 below shows the gaps between the flex tray stops 572, 574, according to one embodiment. The gaps A to F in Table 4 are examples of approximate values, and correspond to the gaps denoted by the same reference numerals in FIG.

Figure 2014519791
Figure 2014519791

図52は、一実施形態に従って、屈曲連結部594の梁モデルを示す概略図592である。屈曲連結部594は、多くの材料で製造できる。一実施形態において、屈曲連結部594は、例えば、ハンドセットの背面ケースまたはタブレットのバッテリ取り付けフレームに組み込まれた射出成形の1組の連結部を用いて、プラスチックで製造されてよい。かかる実施形態において、屈曲連結部の材料は、例えば、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレンなど、成形可能なプラスチックであってよいが、それに限定されない。より大きいZ方向の負荷が掛かる、および/または、スペースが限られている用途では、屈曲連結部594は、金属シートで製造されてもよく、プラスチックフレームに成形されうる。あるいは、型打ちした金属シートサブアセンブリ全体を製造して、より大きいZ方向の負荷が必要な用途で用いてもよい。個々の連結部594の剛性は、例えば、図52に示した梁モデルを用いて算出可能であり、対応する力(FxおよびFz)の下でのXおよびZ方向の屈曲連結部594の偏位(dxおよびdz)がモデル化される。   FIG. 52 is a schematic diagram 592 illustrating a beam model of a flex connection 594, according to one embodiment. The bent connecting portion 594 can be made of many materials. In one embodiment, the flex connection 594 may be made of plastic using, for example, a set of injection molded connections incorporated into the back case of the handset or the battery mounting frame of the tablet. In such an embodiment, the material of the flex connection may be a moldable plastic, such as, but not limited to, acrylonitrile-butadiene-styrene. For applications with higher Z-direction loading and / or limited space, the flex connection 594 may be made of a metal sheet and molded into a plastic frame. Alternatively, the entire stamped metal sheet subassembly may be manufactured and used in applications that require greater Z-direction loading. The rigidity of each connecting portion 594 can be calculated using, for example, the beam model shown in FIG. 52, and the deflection of the bending connecting portion 594 in the X and Z directions under the corresponding forces (Fx and Fz). (Dx and dz) are modeled.

図53は、質量体508を取り除いた屈曲トレイ504の一実施形態を示す図である。屈曲トレイ504は、取り付け面に固定された剛性の外側フレーム596を備える。図の実施形態において、剛性の外側フレーム596は、1または複数の開口部598に挿入された留め具によって、取り付け面に固定されてよい。典型的な留め具としては、ねじ、ボルト、リベットなどが挙げられる。図53に示すように、屈曲トレイ504は、屈曲トレイ504がXおよびY方向に移動してユーザの振動電気活性ポリマ刺激を提供することを可能にする屈曲部570を備える。また、屈曲部570および電気活性ポリマアクチュエータの過剰な伸長および損傷を防止するためのX移動停止部572およびY移動停止部574が図示されている。   FIG. 53 is a diagram showing an embodiment of the bending tray 504 with the mass body 508 removed. The flex tray 504 includes a rigid outer frame 596 fixed to the mounting surface. In the illustrated embodiment, the rigid outer frame 596 may be secured to the mounting surface by fasteners inserted into one or more openings 598. Typical fasteners include screws, bolts, rivets and the like. As shown in FIG. 53, the flex tray 504 includes a flexure 570 that allows the flex tray 504 to move in the X and Y directions to provide the user's oscillating electroactive polymer stimulation. Also shown are an X movement stop 572 and a Y movement stop 574 to prevent excessive bending and damage of the bend 570 and the electroactive polymer actuator.

図54は、屈曲トレイ504の一実施形態の部分599を示す。部分599は、屈曲部570の直径φ1およびφ2、2つの屈曲部の間の重複距離d1、ならびに、屈曲部570の湾曲部分の間の距離d2を示す。表5は、一実施形態に従って、参照設計屈曲部のパラメータを提供しており、ここで提供されている値は、おおよその値の例である。   FIG. 54 illustrates a portion 599 of one embodiment of the flex tray 504. A portion 599 shows the diameters φ1 and φ2 of the bent portion 570, the overlap distance d1 between the two bent portions, and the distance d2 between the curved portions of the bent portion 570. Table 5 provides reference design bend parameters according to one embodiment, and the values provided herein are examples of approximate values.

Figure 2014519791
Figure 2014519791

本明細書に記載の実施形態は、実施例を説明するものであること、そして、機能要素、論理ブロック、プログラムモジュール、および、回路は、記載された実施形態に矛盾しない様々な他の方法で実装されうることを理解されたい。さらに、かかる機能要素、論理ブロック、プログラムモジュール、および、回路によって実行される動作は、与えられた実装例のために複合および/または分離されてもよく、より多いまたは少ない数の構成要素またはプログラムモジュールによって実行されてもよい。本開示を読めば、当業者にとってわかるように、本明細書に記載および図示された各実施形態は、本開示の範囲から逸脱することなく、他のいくつかの実施形態のいずれかの特徴から容易に分離できるまたはそのような特徴と容易に組み合わせることができる個別の構成要素および特徴を有する。記載された任意の方法は、記載された工程の順に実行されてもよいし、論理的に可能な任意の他の順序で実行されてもよい。   The embodiments described herein are illustrative of the embodiments and functional elements, logic blocks, program modules, and circuits may be described in various other ways consistent with the described embodiments. It should be understood that it can be implemented. Further, the operations performed by such functional elements, logic blocks, program modules, and circuits may be combined and / or separated for a given implementation, with a greater or lesser number of components or programs It may be executed by a module. After reading this disclosure, it will be apparent to those skilled in the art that each embodiment described and illustrated herein can be derived from the features of any of several other embodiments without departing from the scope of this disclosure. It has individual components and features that can be easily separated or easily combined with such features. Any of the described methods may be performed in the order of the described steps, or in any other order that is logically possible.

いくつかのモジュールおよび/またはブロックが例として記載されうるが、より多いまたは少ない数のモジュールおよび/またはブロックが用いられてもよく、実施形態の範囲内であることがわかる。さらに、記載を容易にするために、モジュールおよび/またはブロックに関して様々な実施形態を記載しうるが、かかるモジュールおよび/またはブロックは、1または複数のハードウェアコンポーネント(例えば、プロセッサ、デジタル信号プロセッサ、プログラマブル論理デバイス、特定用途向け集積回路、回路、レジスタ)、ソフトウェアコンポーネント(例えば、プログラム、サブルーチン、ロジック)、および/または、それらの組み合わせによって実施されてもよい。   Several modules and / or blocks may be described by way of example, but it will be appreciated that a greater or lesser number of modules and / or blocks may be used and are within the scope of the embodiments. Moreover, various embodiments may be described in terms of modules and / or blocks for ease of description, and such modules and / or blocks may include one or more hardware components (eg, a processor, a digital signal processor, Programmable logic devices, application specific integrated circuits, circuits, registers), software components (eg, programs, subroutines, logic), and / or combinations thereof may be implemented.

実施形態の完全な理解を提供するために、多くの具体的な詳細事項が記載されている。しかしながら、当業者にとって明らかなように、実施形態は、これら具体的な詳細事項がなくとも実施可能である。また、実施形態が不明瞭になることを避けるため、周知の動作、構成要素、および、回路の詳細な説明は省略した。本明細書に開示されている具体的な構造および機能の詳細は、代表的なものであり、実施形態の範囲を限定するものではないことを理解されたい。   Numerous specific details are set forth in order to provide a thorough understanding of the embodiments. However, it will be apparent to those skilled in the art that the embodiments may be practiced without these specific details. In addition, in order to avoid obscuring the embodiments, detailed descriptions of well-known operations, components, and circuits are omitted. It should be understood that the specific structural and functional details disclosed herein are representative and do not limit the scope of the embodiments.

「一実施形態」または「実施形態」への任意の参照は、その実施形態に関連して記載された特定の特徴、構造、または、特性が、少なくとも1つの実施形態に含まれることを意味することに注意されたい。明細書に「一実施形態において」または「一態様において」という表現があっても、すべてが同じ実施形態に言及しているわけではない。   Any reference to “one embodiment” or “an embodiment” means that the particular feature, structure, or characteristic described in connection with that embodiment is included in at least one embodiment. Please note that. The appearances of the phrase “in one embodiment” or “in an aspect” in the specification are not all referring to the same embodiment.

いくつかの実施形態は、「結合された(couped)」および「接続された(connected)」という表現ならびにそれらの派生語を用いて説明されることに注意されたい。これらの用語は、互いの同義語になるよう意図されていない。例えば、いくつかの実施形態は、2以上の要素が直接物理的または電気的に互いに接することを示すために用語「接続された」および/または「結合された」を用いて説明されうる。しかしながら、用語「結合された(coupled)」は、2以上の要素が互いに直接的に接していないが互いに協働または相互作用することも意味しうる。   Note that some embodiments are described using the expressions “coupled” and “connected” and their derivatives. These terms are not intended as synonyms for each other. For example, some embodiments may be described using the terms “connected” and / or “coupled” to indicate that two or more elements are in direct physical or electrical contact with each other. However, the term “coupled” can also mean that two or more elements are not in direct contact with each other but cooperate or interact with each other.

本明細書で明確に記載または図示されていなくても、当業者であれば、本開示の原理を具現化し、その範囲内に含まれる様々な構成を考案できることを理解されたい。さらに、本明細書に記載されたすべての例および条件語は、主に、本開示に記載された原理と技術の促進に寄与する概念とを読み手が理解する助けとなるよう意図されており、かかる具体的に記載された例および条件に限定されると解釈されるべきではない。また、原理、実施形態、ならびに、実施形態およびその具体例を記載するすべての記述は、構造的等価物および機能的等価物の両方を含むよう意図されている。さらに、かかる等価物は、現在周知の等価物および将来開発される等価物の両方を含み、すなわち、構造に関わらず、同じ機能を実行する開発された任意の要素を含む。したがって、本開示の範囲は、代表的な実施形態および本願で図示および記載された実施形態に限定されないよう意図されている。むしろ、本開示の範囲は、添付の特許請求の範囲によって具体化される。   It should be understood that those of ordinary skill in the art may embody the principles of the present disclosure and devise various configurations that fall within the scope thereof, even though not explicitly described or illustrated herein. In addition, all examples and conditionals described herein are intended primarily to assist the reader in understanding the principles described in this disclosure and the concepts that contribute to the promotion of technology, It should not be construed as limited to such specifically described examples and conditions. Moreover, all statements describing principles, embodiments, and embodiments and specific examples thereof are intended to include both structural and functional equivalents. In addition, such equivalents include both presently known equivalents and equivalents developed in the future, ie, any element developed that performs the same function, regardless of structure. Accordingly, the scope of the present disclosure is not intended to be limited to the exemplary embodiments and the embodiments shown and described herein. Rather, the scope of the present disclosure is embodied by the appended claims.

本開示の文脈において(特に、以下の特許請求の範囲の文脈において)用いられた用語「a」、「an」、「the(前記)」、および、同様の指示語は、別段の指示もなく、文脈との明らかな矛盾もない限りは、単数および複数の両方を網羅すると解釈されるべきである。本明細書での値の範囲の記載は、範囲内の各値に個々に言及する簡便な方法として機能するよう意図されているにすぎない。特に指定のない限り、各値は、個々に記載されているかのように明細書に組み込まれる。本明細書に記載のすべての方法は、別段の指示もなく、文脈との明らかな矛盾もない限りは、任意の適切な順序で実行できる。本明細書におけるあらゆる例、または、例示語(例えば、「など」、「その場合」、「例えば」)の利用は、本発明をより理解しやすくするよう意図されたものにすぎず、請求されている本発明の範囲を限定するものではない。本明細書中の表現は、本発明の実施に不可欠な非請求の要素を示すものと解釈されるべきではない。さらに、請求項は、任意選択的な要素を排除するよう書かれうることに注意されたい。したがって、この記述は、「だけで(solely)」、「のみ(only)」など、排他的な用語を請求項の要素の記載と併せて利用するため、または、消極的な限定を利用するための先行する基礎として機能するよう意図される。   The terms “a”, “an”, “the” (and above), and similar directives used in the context of this disclosure (particularly in the context of the following claims), and It should be interpreted as covering both the singular and the plural unless there is a clear contradiction to the context. The recitation of value ranges herein is intended only to serve as a convenient way of referring to each value within the range individually. Unless otherwise specified, each value is incorporated into the specification as if it were individually listed. All methods described herein can be performed in any suitable order unless otherwise indicated herein or otherwise clearly contradicted by context. The use of any examples or example words (eg, “such as”, “in that case”, “for example”) herein is merely intended to make the present invention easier to understand and is claimed. It is not intended to limit the scope of the invention. No language in the specification should be construed as indicating any non-claimed element essential to the practice of the invention. Furthermore, it is noted that the claims may be written to exclude optional elements. This description is therefore intended to make use of exclusive terms, such as “only”, “only”, etc., in conjunction with the description of a claim element, or to make use of passive limitations. Is intended to serve as a preceding basis for

本明細書に開示された代替的な要素または実施形態のグループ分けは、限定と解釈されるべきではない。各グループの一員は、個々に、もしくは、グループの他の一員または本明細書に記載の他の要素との任意の組み合わせで参照および請求されてよい。グループ内の1または複数の一員が、簡便および/または特許性の理由で、グループに含まれうる、または、グループから排除されうることが予期される。   Groupings of alternative elements or embodiments disclosed herein are not to be construed as limitations. The members of each group may be referenced and claimed individually or in any combination with other members of the group or other elements described herein. It is anticipated that one or more members within a group may be included in or excluded from the group for convenience and / or patentability reasons.

以上、実施形態のいくつかの特徴について説明したが、当業者であれば、多くの変形物、置換物、変更物、および、等価物に想到する。したがって、添付の特許請求の範囲は、開示の実施形態および添付の請求項の範囲にある変形物および変更物すべてを網羅するよう意図されている。   While several features of the embodiments have been described above, many variations, substitutions, modifications, and equivalents will occur to those skilled in the art. Accordingly, the appended claims are intended to cover all modifications and variations that fall within the scope of the disclosed embodiments and appended claims.

Claims (17)

感覚強化オーディオ装置であって、
約10未満の機械的品質係数を有するアクチュエータシステムと、
前記アクチュエータシステムに電気的に接続された回路と
を備え、
前記回路は、駆動信号を生成して、前記駆動信号に従って前記アクチュエータシステムを動作させる感覚強化オーディオ装置。
A sensory enhancement audio device,
An actuator system having a mechanical quality factor of less than about 10;
A circuit electrically connected to the actuator system,
The sensor-enhanced audio device, wherein the circuit generates a drive signal and operates the actuator system according to the drive signal.
請求項1に記載の感覚強化オーディオ装置であって、前記アクチュエータシステムは、約1.5から約3までの機械的品質係数を有する感覚強化オーディ装置。   The sensory enhancement audio device of claim 1, wherein the actuator system has a mechanical quality factor of about 1.5 to about 3. 請求項1または請求項2記載の感覚強化オーディオ装置であって、前記アクチュエータシステムは、約50から約100Hzまでの共振周波数を有する感覚強化オーディ装置。   3. The sensory enhancement audio device of claim 1 or claim 2, wherein the actuator system has a resonant frequency of about 50 to about 100 Hz. 請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の感覚強化オーディオ装置であって、前記アクチュエータシステムは、第1および第2の電極の間に配置された少なくとも1つのエラストマ誘電体素子を備えた電気活性ポリマアクチュエータアレイを備える感覚強化オーディオ装置。   4. The sensory enhancement audio device according to claim 1, wherein the actuator system includes at least one elastomeric dielectric element disposed between the first and second electrodes. 5. Sensory enhanced audio device with an electroactive polymer actuator array. 請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の感覚強化オーディオ装置であって、前記駆動信号は、オーディオ信号から導出される感覚強化オーディオ装置。   5. The sensory enhancement audio apparatus according to claim 1, wherein the drive signal is derived from an audio signal. 6. 請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の感覚強化オーディオ装置であって、さらに、音響放射体と、前記アクチュエータシステムの動作を前記音響放射体の軸と直交する方向に実質的に制限するための手段とを備える感覚強化オーディオ装置。   The sensory enhancement audio device according to any one of claims 1 to 5, further comprising an acoustic radiator and an operation of the actuator system substantially in a direction perpendicular to the axis of the acoustic radiator. A sensory enhanced audio device comprising means for limiting. 請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の感覚強化オーディオ装置であって、前記回路によって生成された前記駆動信号は、約2Hzから約200Hzまでの周波数範囲にある感覚強化オーディオ装置。   7. The sensory enhanced audio device according to any one of claims 1 to 6, wherein the drive signal generated by the circuit is in a frequency range from about 2 Hz to about 200 Hz. 請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の感覚強化オーディオ装置であって、さらに、前記アクチュエータシステムを収容するよう構成されたトレイを備える感覚強化オーディオ装置。   The sensory enhancement audio device according to any one of claims 1 to 7, further comprising a tray configured to accommodate the actuator system. 請求項1から請求項8のいずれか一項に記載の感覚強化オーディオ装置であって、さらに、前記アクチュエータシステムに結合された質量体を備える感覚強化オーディオ装置。   The sensory enhancement audio apparatus according to claim 1, further comprising a mass body coupled to the actuator system. 請求項8に記載の感覚強化オーディオ装置であって、前記トレイは、少なくとも1つの開口部を備える感覚強化オーディオ装置。   9. The sensory enhancement audio device according to claim 8, wherein the tray includes at least one opening. 請求項8に記載の感覚強化オーディオ装置であって、さらに、前記トレイに取り付けられた音響空洞を備える感覚強化オーディオ装置。   9. The sensory enhanced audio device of claim 8, further comprising an acoustic cavity attached to the tray. 請求項8に記載の感覚強化オーディオ装置であって、前記トレイは、変位を単一の方向に実質的に制限することによって望ましくない振動モードを最小化するためのサスペンションシステムを備える感覚強化オーディオ装置。   9. The sensory enhanced audio device of claim 8, wherein the tray comprises a suspension system for minimizing undesirable vibration modes by substantially limiting displacement in a single direction. . 請求項12に記載の感覚強化オーディオ装置であって、前記サスペンションシステムは、
前記質量体および前記アクチュエータシステムを中に収容するための開口部を規定するサスペンショントレイと、
前記サスペンショントレイ内に形成された少なくとも1つの屈曲アームと
を備え、
前記アクチュエータシステムは、第1および第2の軸によって規定される振動面を規定し、主に前記第1の軸に沿った一方向の動作を許容する感覚強化オーディオ装置。
The sensory enhancement audio device according to claim 12, wherein the suspension system includes:
A suspension tray defining an opening for accommodating the mass body and the actuator system therein;
And at least one bending arm formed in the suspension tray,
The actuator system defines an oscillating surface defined by first and second axes, and is a sensory-enhanced audio device that allows movement in one direction mainly along the first axis.
請求項1から請求項13のいずれか一項に記載の感覚強化オーディオ装置であって、さらに、前記駆動信号から望ましくない音響アーティファクトを除去するための非線形逆変換を算出する逆多項式回路を備える感覚強化オーディオ装置。   14. A sensory enhancement audio device according to any one of claims 1 to 13, further comprising an inverse polynomial circuit for calculating a non-linear inverse transform to remove undesirable acoustic artifacts from the drive signal. Enhanced audio device. 請求項1から請求項14のいずれか一項に記載の感覚強化オーディオ装置であって、前記オーディオ装置はヘッドホンである感覚強化オーディオ装置。   15. The sensory enhancement audio device according to claim 1, wherein the audio device is a headphone. 請求項15に記載のヘッドホンであって、前記アクチュエータシステムを備えた少なくとも1つのイヤーカップを備えるヘッドホン。   16. Headphones according to claim 15, comprising at least one ear cup with the actuator system. 請求項1から請求項15のいずれか一項に記載の感覚強化オーディオ装置であって、前記アクチュエータシステムの動作によって作り出された効果の強度が、前記オーディオ信号の強度とは独立して制御される感覚強化オーディオ装置。   16. A sensory enhanced audio device according to any one of the preceding claims, wherein the intensity of the effect produced by the operation of the actuator system is controlled independently of the intensity of the audio signal. Sensory enhancement audio device.
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