CN102577434A - 用于声-触扬声器的系统和方法 - Google Patents

Abstract

这里描述的系统和方法除其他之外涉及一种能够产生声学和触觉刺激的换能器。该换能器包括布置于扬声器的振膜上的刚性质量元件。该质量元件可以可选地是可移除的并且可以具有如下质量，该质量被选择成使得换能器的共振频率落在输入电音频信号中存在的频率范围内。系统和方法有利地在同时产生高保真度、可调和可触知的触感振动时受益于全范围扬声器的保真度和音频性能两者。

Description

用于声-触扬声器的系统和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2009年4月10日提交的美国临时申请61/212,420的优先权，通过引用将其全文合并于此。

技术领域

这里描述的系统和方法一般地涉及声学和触觉换能器系统及其驱动方法。

背景技术

如今，存在对呈现音频和可视数据给用户的多媒体系统补充附加感官刺激的日益增长的需要。正在通过引入改进的屏幕和网络能力来增强多媒体系统、诸如电视、便携设备和视频游戏。除了这些改进用户体验的更传统领域之外，另一考虑的领域为触觉刺激。与改进的音频和可视效果组合，触觉刺激可以使游戏或者电影体验逼真和难忘得多。

目前，存在能够具体提供触觉刺激的设备、诸如压电换能器。这些设备必须由与用来控制音频或者可视输出的驱动器分离的驱动器控制。因此，它们不仅与音频扬声器分离，而且它们也需要用于与多媒体系统的其余部件同步操作的附加部件。

存在若干其他类型的提供可触知的振动而又处理音频信号并且生成声音的设备、诸如低音振动器（bass shaker）和多功能换能器。低音振动器将电音频输入的低音分量转换成振动。低音振动器由如下甚低频信号驱动，该信号使设备共振并且由此生成这些可触知的振动。然而，这些低音振动器具有不佳的阻尼特性，这导致甚至在音频/可视数据已经结束之后的延续振动。

已经在提供音频和触觉刺激中获得一些流行性的另一设备是多功能换能器（MFT）。MFT包括连接到音圈（voice coil）的扬声器圆锥体，以及提供磁场（线圈在该磁场中操作）的磁组件。不同于普通扬声器，音圈和磁组件均被弹性装配并且能够振荡。可以通过向音圈施加信号来驱动磁组件和扬声器圆锥体以振荡。磁组件由于它的质量和它的装配顺应性而将在用户容易可触知的频率范围内相对低频振荡。虽然MFT提供音频和触觉刺激，但是它们的共振频率是预定的并且在不完全分解它们的情况下难以修改。

因而，存在对改进用户与呈现的内容的交互的系统和方法的需要。期望系统不从呈现的内容分心。也期望系统易于使用、可便携、廉价并且适合于长期使用。

发明内容

如上文所言，存在用于提供音频和触觉刺激的系统。然而，这些现有系统不能在同时产生高保真度和可调振动时模仿全范围扬声器的保真度和音频性能。这里描述的系统和方法提供这样的声学和触觉换能器。特别地，这里描述的声-触换能器可以包括布置于扬声器（诸如全范围扬声器）的振膜（diaphragm）上的质量元件（mass element）。质量元件可以可选地可移除并且可以具有如下质量，该质量被选择成使得换能器的共振频率落在输入电音频信号中存在的频率范围内。该系统还可以包括用于将电音频信号分成高频和低频部分并且放大低频部分的控制器。在操作期间，输入音频信号的放大低频部分可以与换能器的共振频率重叠并且使它在由全范围仰扬声器的支承圈（spider）阻尼之时振动。

特别地，在一个方面中，这里描述的系统和方法包括一种能够生成声学和触感信号的换能器。该换能器可以包括扬声器，该扬声器包括振膜，被配置成将在第一频率范围内具有音频信息的电信号变换成声学信号。换能器还可以包括附着到振膜的中心区域的质量元件。在某些实施例中，质量元件的质量被选择成使得扬声器与质量元件的组合的共振频率范围的一部分落在第一频率范围内。共振频率范围可以从50至4000Hz。质量元件可以可移除地附着到振膜。在某些实施例中，质量元件粘合到振膜的中心区域。

质量元件可以从质量的范围约为1g至4g的刚性材料形成。质量元件可以从铜形成并且可以可选地是盘形。在某些实施例中，振膜的顶表面的表面面积与质量元件的顶表面的表面面积之比约为4：1。换能器还可以包括附着到振膜用于保持质量元件的保持器。在某些实施例中，换能器包括可移除地堆叠于彼此上面的多个质量元件。

换能器并且更特别地为扬声器还可以包括附着到振膜的用于接收电信号并且响应于电信号来移动振膜的音圈，以及附着到音圈用于阻尼音圈、振膜和质量元件的振荡的支承圈。扬声器可以是全范围扬声器。在某些实施例中，换能器可以包括壳，该壳具有帽，使得扬声器和质量元件布置于壳内。在这样的实施例中，振膜能够上移至壳内的最大高度，并且其中质量元件具有如下高度，该高度被选择成使得当振膜已经上移至最大高度时，质量元件在壳内和帽以下。

在某些实施例中，换能器包括控制器，该控制器连接到电信号的源和扬声器用于划分电信号并且用包含可听频率中的信息的信号和包含触感频率中的信息的信号中的至少一个来驱动扬声器和质量元件。

在另一方面中，这里描述的系统和方法可以包括一种能够根据具有音频信息的电信号生成声学和触觉信号的换能器。该换能器可以包括商业上可用的扬声器，该扬声器具有布置于壳内的音圈和振膜、能够根据在第一频率范围内具有音频信息的电信号生成声学信号。换能器也可以包括耦合到音圈和振膜中的至少一个的质量元件。质量元件可以被选择成使得换能器具有落在第一频率范围内的共振频率。

在又一方面中，这里描述的系统和方法可以包括一种根据具有音频信息的电信号生成声学和触觉信号的系统。该系统可以包括换能器和控制器。换能器可以包括音圈、振膜、支承圈和质量元件。音圈可以被配置成接收在输出频率范围内具有信息的输出电信号。振膜和支承圈可以耦合到音圈。质量元件可以耦合到音圈和振膜中的至少一个，并且具有如下质量，该质量被选择成使得换能器的共振频率在输出频率范围内。在某些实施例中，控制器可以包括分路器、放大器和开关。分路器可以被配置用于接收输入电信号，并且将输入电信号至少分成具有第一频率范围的第一部分和具有第二频率范围的第二部分，其中共振频率在第二频率范围内。放大器可以被配置用于放大第二部分。开关可以连接到分路器和放大器，并且被配置成接收第一部分、放大的第二部分以及第一部分与放大的第二部分的组合。

在又一方面中，这里描述的系统和方法可以包括一种根据在第一频率范围内具有信息的电信号生成声学和触觉信号的方法。该方法可以包括提供换能器，该换能器具有布置于扬声器的振膜上的质量元件，其中质量元件的质量被选择成使得换能器的共振频率范围的一部分落在第一频率范围内。该方法还包括在换能器处接收电信号，并且在换能器处生成归因于振膜的振动的声学信号以及生成归因于质量元件的移动产生的换能器在共振频率范围内的频率的共振的触感信号。在某些实施例中，扬声器包括用于接收电信号的音圈，以及连接到音圈的支承圈，该方法还包括支承圈阻尼振膜的振动和质量元件的移动。

在另一方面中，这里描述的系统和方法包括一种制造换能器的方法，该换能器能够根据电信号生成声学和触感信号。该方法包括提供具有振膜、支承圈和音圈的声学换能器并且将质量元件附着到振膜。在某些实施例中，质量元件包括具有如下质量的刚性金属，该质量被选择成使得与质量元件组合的声学换能器的共振频率落在电信号的频率范围内。

附图说明

本发明的前述和其他目的以及优势将从参照附图的以下进一步描述中得以更完全理解：在附图中：

图1A和1B描绘了根据本发明一个示例实施例的声-触换能器的侧视图和透视图。

图2描绘了根据本发明一个示例实施例的声-触换能器的侧视图。

图3是根据本发明一个示例实施例的耦合到控制器的声-触换能器的框图。

图4是根据本发明一个示例实施例的耦合到控制器的两个声-触换能器的框图。

图5是根据本发明一个示例实施例的耦合到控制器的两个声-触换能器和两个扬声器的框图。

图6是根据本发明一个示例实施例的与环绕音响系统集成的声-触换能器的框图。

具体实施方式

这里描述的系统和方法涉及一种能够产生声学和触觉刺激的换能器。该换能器包括布置于扬声器的振膜上的质量元件。质量元件可以可选地可移除并且可以具有如下质量，该质量被选择成使得换能器的共振频率落在输入电音频信号中存在的频率范围内。现在将参照某些示例实施例描述这里描述的系统和方法。然而，本发明并不限于这些举例说明的实施例，提供这些实施例仅为了描述本发明的系统和方法而并不理解为以任何方式进行限制的目的。

特别地，图1A和1B描绘了根据本发明一个示例实施例的声-触换能器100的侧视图和透视图。换能器100包括耦合到扬声器101的质量元件102。扬声器101可以是布置于壳110内的声学换能器并且包括在磁组件112生成的磁场中悬置的音圈106。音圈106包括某一长度的如下导线，该导线绕芯缠绕并且能够在电流穿过引线114时生成磁场。音圈106通过支承圈108附着到壳110。扬声器101还包括布置于音圈106上并且被配置成经由柔性缘120耦合到壳110的振膜。振膜104能够响应于电信号而振动。振膜104直径可以在0.5英寸与4英寸之间，优选的大小依赖于用户的大小。薄衬垫（未示出）可以覆盖振膜104并且布置于振膜104与用户之间以弱化振动对用户的冲击。薄衬垫可以由充分弹性并且可以提供填充的任何适当材料（诸如硅胶）制成。振膜104的外表面可以是在外表面与皮肤或者常用于衣物中的织物相抵搁放时充分粘性以防滑移的任何适当材料。适当材料的例子包括合成橡胶、聚亚安酯、用来覆盖音频扬声器的织物和用来覆盖头戴式受话器扬声器的泡沫衬垫。表面材料通常厚度在1mm与5mm之间。衬垫可以围绕换能器100以保护振膜104的边缘。

在操作期间，可以通过引线114向音圈106传输包含音频和触感或者触觉信息中的至少一个的电信号（通常为宽带振荡信号）。流过音圈106的电流在音圈106的螺线管与磁组件112之间产生洛伦兹（Lorentz）力。在某些实施例中，磁组件112固定并附着到壳110，并且因此响应于洛伦兹力，音圈106可以开始振荡。支承圈108可以阻尼该振荡，使得允许扬声器跨全频率范围具有高保真度。音圈106可以充当将质量元件102与振膜一起移动的致动器。质量元件102有利地允许用户通过变化质量元件102的质量来调整换能器100的共振频率。特别地，换能器可以具有位于电信号的频率范围内的共振频率范围。可以通过调整质量元件的一个或者多个特性（包括它的质量）来关于频谱移动该共振频率范围。当音圈106由频率在共振频率范围内的信号激励时，换能器100将振动以产生触感信号。用户可以将换能器100与皮肤非常接近地放置以感知这些触感信号生成的触觉感觉。

在某些实施例中，质量元件102可以从具有高密度的刚性材料形成。替代地，质量元件102可以仅包括非刚性材料或者与刚性材料组合的非刚性材料。非刚性材料可以包括但不限于硅。质量元件102可以从金属或者金属合金形成。质量元件102可以从铜、镍、银、金、镁、铝和钛中的至少一种形成。质量元件102可以从任何适当的刚性材料形成而不脱离本发明的范围。在某些实施例中，质量元件102可以从如下材料形成，该材料被选择成使得质量元件102的质量、覆盖区（footprint）、高度和/或体积适合于与具有预定尺寸的扬声器101组合。在一个例子中，扬声器101可以是商业上可用的如下扬声器，该扬声器具有预定尺寸的振膜、音圈和壳。在这样的例子中，质量元件102可能需要具有特定尺寸和形状，并且因而质量元件102可以从用于在商业上可用的扬声器的预定尺寸施加的约束内提供质量的材料形成。质量元件100的质量可以约为2g。在某些实施例中，质量元件100的质量可以从约0.1g到约20g。在其他实施例中，质量可以是从约1g至约4g的范围。质量元件的质量可以少于或者等于约0.1g、0.25g、0.5g、1g、1.5g、2g、2.5g、3g、3.5g、4g、4.5g、5g、10g、15g或者20g。

一般而言，随着质量元件102的质量增加，换能器的共振频率减少。因而质量元件102的质量可以被选择成在特定频率范围内生成触感信号。除了质量元件102的质量之外，扬声器101和壳110的质量可以与换能器100的性能相关。特别地，整个换能器100的质量可能影响共振频率范围内的振动幅度。一般而言，换能器100的质量越大，幅度就越低。

一般而言，质量元件102可以大小和形状被修改成适合于期望的应用。质量元件102可以具有圆形横截面并且可以是盘形、半球形、圆锥形或者截头圆锥形（frusto-conical）。质量元件102可以具有矩形横截面并且可以是立方形或金字塔形。在一个实施例中，质量元件102具有与1美分硬币的形状和尺寸相似的形状和尺寸。特别地，质量元件102可以是盘形并且直径约为0.75英寸（19.05mm）而厚度约为0.061英寸（约1.55mm）。一般而言，可以基于下层振膜104或者音圈106或者壳110的形状来选择质量元件102的形状。质量元件102可以被选择成使得它的覆盖区（横截面积）足够小，从而不影响振膜的声学特性。一般而言，质量元件102的覆盖区越大，换能器100产生的声音的幅度就越低。因此，可能期望具有如下质量元件102，该质量元件102的覆盖区小到足以使得振膜104振膜104可以产生可听声音。在一个实施例中，振膜104与质量元件102的横截面表面面积之比可以约为四。

在某些实施例中，换能器100可以包括可选和可移除的防尘帽116。在这样的实施例中，质量元件102的尺寸被选择成使得在操作期间（当质量元件102移向帽116和从帽116移开时），质量元件102不与帽116进行接触。在这样的实施例中，通过换能器的壳110的惯性振动向用户传输触感信号。在某些实施例中，换能器可以被配置成在换能器出故障或者被不正确或者不适当地使用时向用户提供告警信号。质量元件102可以被配置成在操作期间与帽116进行接触。在这样的实施例中，用户可以与皮肤接触地放置帽116并且可以在使用期间感受质量撞击帽116的内侧。这样的触感信号可能比其他信号更强，并且因而可能向用户用信号发送告警。

质量元件102可以布置于振膜104的中心区域附近。质量元件可以从振膜104上的中心区域取走。在某些实施例中，换能器100包括多个质量元件102，它们具有相同或者不同质量大小和形状，在振膜104上的一个或者多个位置处堆叠于彼此之上。在一个这样的实施例中，换能器100包括位于振膜104上的两个或者更多位置处的多个质量元件102。在这样的实施例中，换能器100可以具有不止一个可调共振频率范围，并且在以这些频率中的一个或者多个频率振动时，换能器100可以生成触感信号。在某些实施例中，基于它们在振膜104上的位置而具有不同质量的多个质量元件102可以能够除了纵向振动之外还能够横向振动。在这样的实施例中，用户可以选择性地控制多个质量元件102中的哪个质量元件来共振。

在某些实施例中，质量元件102可以使用粘合剂（诸如胶水）来附着到振膜104。在某些实施例中，振膜104可以在中央区域中具有开口。在这样的实施例中，质量元件102可以附着到音圈106和/或附着到振膜104的包围开口的部分。在某些实施例中，质量元件102可以永久地附着到振膜104和/或音圈106。在某些其他实施例中，质量元件102可以移除地附着或者可移除地耦合到振膜104和/或音圈106。在这样的实施例中，质量元件102可以通过暂时或者可移除粘合剂来附着到振膜104和/或音圈106。在其他实施例中，质量元件102可以附着到壳110的一个或者多个部分。在这样的实施例中，质量元件102可以附着到壳的内侧或者外侧部分。在一个实施例中，质量元件包括与壳110关联的一个或者多个部件。例如，如果振膜104直接连接（例如，粘合）到壳模块的框架，则磁体和/或扬声器的框架可以充当共振质量。因此，可以以为了向换能器系统提供共振质量而选择的方式对换能器系统的各种部件进行配置、成形、连接、重量设定和/或布置。

在某些实施例中，如图2中所示，质量元件102可以经由保持器250间接耦合到振膜104和/或音圈106。特别地，图2描绘了根据本发明一个示例实施例的声-触换能器200的侧视图。换能器200可以在很多方面与图1的换能器100相似，然而，质量元件200（该质量元件可以与质量元件100相似）使用保持器250来可移除地耦合到扬声器101。质量元件200可以扣（snap）入保持器250中以允许换能器200作为触感换能器来适当地操作。如期望的那样，可以通过将质量元件200从它的保持器250解扣来减少触感功能。保持器250可以从任何适当材料形成，并且大小和形状如期望的那样来修改而不脱离本发明的范围。在某些实施例中，保持器250可以被配置成保持多个质量元件102。

换能器100和200可以被配置有多个质量元件100或者200。用户可以有利地添加或者移除一个或者多个质量元件100或者200以调整和修改换能器的共振频率范围。在某些实施例中，质量元件100或者200可以通过粘合剂来堆叠于彼此之上并且附着在一起。在其他实施例中，质量元件100或者200可以堆叠在一起并且扣到保持器250上。多个质量元件100或者200中的每个质量元件可以具有相同或者不同的尺寸、形状、密度、质量、材料和其他特性。

一般而言，扬声器101可以是任何音频产生设备。例如，音频扬声器101可以是诸如扩音器、高频扬声器、低音喇叭、耳机、头戴式受话器或者颈项式受话器等任何适当音频设备。扬声器101和质量元件102装入壳110内。如下文将参照图3-9详细描述的那样，壳110可以包围扬声器101、质量元件102和/或其他处理电路。壳110可以被配置成支持用户控制接口、诸如按钮、开关、转盘（dial）或者屏幕。壳110可以适于至少通过导线引线114附着（直接或者间接）到音频或者触感数据的任何适当数据源，诸如便携音乐设备或者视频游戏控制台。在另一替代实施例中，壳可以包括板载电源以及用于传送音频或者触感数据的无线接收器、无线收发器和无线发射器。

如前文所言，在操作期间，来自数据源的电信号使换能器100或者200生成声学和触感信号。在某些实施例中，控制器和/或其他处理电路可以布置于数据源与换能器100或者200之间以增强信号。

图3是根据本发明一个示例实施例的耦合到控制器的声-触换能器的框图。特别地，图3示出了系统300，该系统300包括连接到控制器302的声-触换能器100。向控制器302中并且具体地向滤波器304中馈送包含音频和/或触感信号的电信号312。分路器304将信号312分成具有第一频率范围的第一部分314和具有第二频率范围的第二部分316。触感信息通常可以包含于传入音频信号312的低频区域中。分路器304可以包括用于将信号312分成与第一部分314对应的高频部分和与第二部分316对应的低频部分的一个或者多个高通、低通、带通滤波器的组合。在放大器306处放大第二部分316以产生放大的信号318。下文是对放大或者增强信号的低频或者低音部分（低音增强）的更详细描述。

控制器300可以包括用于控制向换能器100发送的信号320的性质的开关308。在某些实施例中，开关308包括3路开关。在这样的实施例中，在第一模式中，开关308可以被配置成向换能器100传输第一部分314。在第二模式中，开关308可以被配置成向换能器100传输放大的第二部分318。在第三配置中，与其他处理电路310（例如，求和电路、放大器、晶体管、运算放大器或者类似信号组合器）结合的开关308可以被配置成传输两个部分314和318的组合。开关308可以是机械式、机电式、微电机的（micromachined）、基于MEMS的、基于集成电路（IC）的、基于硬件和/或软件的。

部件304、306或者308中的任何部件可以包括用于控制部件304、306或者308中的任何部件的操作的微处理器。在一个实施例中，在单独IC中包括微处理器，并且微处理器控制控制器302中的一些或者所有部件。微处理器可以包括如下存储器或者与如下存储器对接，该存储器被配置成存储软件程序、功能和/或应用的指令。功能或者应用可以被配置成基于存储器（例如，计算机可读介质）中存储的指令控制部件304、306、308或者其他部件中的一个或者多个部件。例如，应用可以基于检测到的信号312、314和/或者316来动态控制开关308的切换。应用可以例如控制分路器306或者滤波器304以设置用于滤波或者分路的频率和/或带宽。微处理器可以包括运行微代码等以执行某些功能的数字信号处理器（DSP）。这里公开的各种示例系统中的任何系统可以包括如上文描述的微处理器控制器。在一些实施例中，任何信号在任何信号处理阶段可以被转换和处理为数字信号，并且然后被转换成用于驱动输出音频和/或触感信号的模拟信号。

开关308和处理电路310的布置是可以如何组合信号和/或向扬声器100或者驱动器电路单独提供信号的一个例子。可以采用其他布置。例如，一组开关可以用来阻止或者传递任一信号给扬声器100。放大器可以用来组合信号314和318，而开关被使能或者禁用以向扬声器100或者驱动器电路或者其他部件传递组合的信号。本领域普通技术人员将理解各种其他布置可以用来实现对各种信号的组合和/或选择。

在某些实施例中，传入电音频信号312可以是被配置成由多个换能器处理和变换成声音的立体声信号。图4是根据本发明一个示例实施例的耦合到控制器用于处理立体声和触感的两个声-触换能器的框图。特别地，图4示出了系统400，该系统400包括连接到控制器402的两个声-触换能器100a和100b。与图3的控制器302相似，传入电信号312被分成两个部分。信号312的与触感部分对应的一个部分可以被放大并且可选地与音频部分重新组合。控制器302还包括用于单独驱动左换能器100a和右换能器100b的处理电路450。

上文描述的声-触系统300和400可以从各种媒体和设备接收包含音频、触感和其他数据的电信号。示例媒体包括音乐、电影、电视节目、视频游戏和虚拟现实环境。可以提供数据并且与振动设备结合使用的示例设备包括便携音乐播放器、便携视频播放器、便携视频游戏控制台、电视、计算机和家庭娱乐系统。示例性声-触系统可以经由耦合到导线的音频插孔连接到示例性设备或者可以包含用于从配备有无线发射器的设备无线接收信号的无线接收器。

与媒体设备结合使用声-触设备可以通过产生与媒体设备呈现的数据同步的触觉感觉来增强用户与媒体的交互。例如，伴随电影的声道通常除了音乐和对白之外还具有在电影中与动作相伴的声音、诸如关门或者爆炸。声-触设备通过将这些声音变换成振动来允许用户除了看见和听见该动作之外还同时感受它，这可以产生用户的更浸入式的体验。当可视数据不佳（例如，便携设备具有小型视频屏幕或者计算机监视器具有相对低的分辨率）时可能尤其期望该浸入式的效果。作为另一例子，用户对音乐的感知可以由振动设备增强，该震动身边可以通过使用与音频扬声器相同的数据源来产生与音乐同步的触觉感觉。体验低频分量（也称为低音）可能尤其期望该增强。

如上文所言，声-触系统300和400可以包括能够处理电信号以便增强用户感知的内容或者允许用户修改内容的处理电路。处理电路的示例性功能包括选择声学和/或触感信号部分、音调控制、音量控制、淡入、幅度上限、自动关机、声道分离、相位延迟和低音增强，它们的实现为本领域技术人员所公知。音调控制允许用户增加或者减少电信号的总频率。音量控制允许用户增加或者减少电信号的总幅度。淡入组件逐渐地增加电信号的开始幅度以减少振动对用户的初始冲击。幅度上限对电信号的幅度量值产生上界以防用户体验过度强烈的振动。自动关机将处理电路关断以在没有从用户接收输入时和在不接收电信号持续预设时间量时节能。声道分离将立体声或者多声道信号分离成它的分量声道。相位延迟关于向第一换能器发送的信号延迟向第二振动器发送的信号以向用户给予如下印象：声音源于更接近第一换能器而不是第二换能器的位置。低音增强将电音频信号的低音分量的幅度相对于信号的其余分量增加。

处理电路可以分离的多声道信号的例子包括立体声、环绕声和多声道触感数据。立体声通常使用两个声道。声道分离电路可以将立体声两声道电音频信号分离成将预期将由用户分别从左手侧和右手侧体验的左声道信号和右声道信号。多声道电音频信号（诸如在5.1和6.1环绕声中使用的信号）可以类似地被分离，并且通常包含预期将由用户从后侧体验的后声道信号。声道分离电路也可以分离多声道触感数据，诸如与视频游戏或者虚拟现实环境一起使用的数据，其类似地包含预期将由用户从具体方向体验的数据。

低音增强的多个实现是可能的。在一个实现中，在输入处接收电信号用于向换能器和/或音频扬声器传输。低频跨越电路可以仅滤过接收的电信号的低频分量，该电信号的总幅度在到达换能器之前由放大器增加。

另一低音增强实现增加低音分量而不滤除信号的其余部分。处理电路可以对接收的电信号采样以产生采样信号、调制采样信号的音调以产生调制的采样信号并且混合调制的采样信号与接收的电信号以产生用于换能器的信号。音调的调制优选地降低采样信号的音调以增加换能器接收的信号的低音分量。用户也可以通过使用音调控制来降低信号的总频率来控制低音增强的程度。

在某些实施例中，声-触换能器可以与一个或者多个扬声器组合。在图5和图6中示出了两个这样的实施例。图5是根据本发明一个示例实施例的耦合到控制器的两个声-触换能器和两个扬声器的框图。系统500包括连接到输入电信号源的两个扬声器502a和502b。系统500允许用户在通过换能器100a和100b体验触感效果时通过扬声器502a和502b单独地享受音频。在某些实施例中，换能器100a和100b可以由电信号生成器504单独驱动，电信号生成器504可以与包含音频信息的传入信号源分离。各种信号可以在切换电路506处被切换并且驱动换能器100a和100b。系统500可以包括驱动器512和514以及分路器和/或放大器元件508和510。

如果不是大部分家庭，则为很多家庭配备用于生成将用户包围的浸入式环绕声的多扬声器系统。将利用包括一个或者多个使用适当处理电路来与用于完全浸入式的娱乐体验的传统环绕声系统集成的声-触换能器来进一步增强这样的系统。图6是根据本发明一个示例实施例的与环绕声系统集成的示例性声-触换能器的框图。特别地，图6示出了一起连接到媒体源的环绕声系统600和声-触换能器604。换能器604可以容纳于用于附着到用户身体（例如，绕着肩部或者在胸骨上）的紧凑可调壳中。换能器606可以被配置成与椅子或者沙发或者用户与之接触的另一件家具非常接近地定位。换能器604和606通过处理电路602连接到媒体源。处理电路602可以与上文参照图3-5描述的处理电路相似。

在某些实施例中，处理电路602可以向不同目的地发送不同信号，每个信号基于从数据源接收的电信号。不同目的地可以包括音频扬声器和换能器604和606（按照它们相对于身体的位置来区分）。例如，可以向相对于身体具有适当位置的扬声器或者换能器传输通过声道分离而生成的电信号。特别地，可以向左右中间（left-right median）平面左侧的扬声器或者振动器发送预期将从左侧体验的信号，可以向左右中间平面右侧的扬声器或者振动器发送预期将从右侧体验的信号，可以向前后冠状平面后部的扬声器或者振动器发送预期将从后侧体验的信号，并且可以向前后冠状平面前部的扬声器或者振动器发送预期将从前侧体验的信号。示例性系统可以包括用于接收由声道分离处理电路生成的后声道的后换能器。示例性躯干（torso）换能器604可以包括用于分别接收由声道分离处理电路生成的左声道和右声道的左换能器和右换能器。

处理电路也可以组合多个功能并且可以根据电信号的目的地向电信号应用不同的功能集合。优选地，向换能器发送的信号已经经历低音增强。不同扬声器和换能器也可以每个都具有用于允许用户更灵活控制浸入式体验的个别控制器。

如图6中所示，换能器606可以与一件家具（诸如沙发椅608）接触或者非常接近，该家具又可以与用户直接接触。类似地，换能器606可以定位于房间的可以与用户间接接触的另一部分中。例如，换能器606可以与房间内的墙壁接触地定位。在这样的例子中，换能器606可以面向墙壁或者背向墙壁。在某些实施例中，当换能器606背向墙壁时，声学信号可以通过在换能器606与用户之间的空间从换能器606向用户传播，而触感信号可以通过墙壁和家具向用户传播。根据所期望应用，可以选择换能器606中的质量元件的质量。在某些实施例中，触感信号从换能器606到用户的路径越间接，换能器606的质量元件的所期望质量就越大。在一个例子中，如为了在大型电影院中向用户提供声-触效果而期望的那样可以选择大于20g的质量。

例如，在家庭影院系统的情况下，如果例如通过向房间内的墙壁安装声触换能器来使用间接触感递送方法，则范围为0.1-20g的质量将不适用。因为这样的质量范围是基于共振模块与用户直接接触（即它使用于蜂窝电话、头戴式受话器或者KOR-fx型系统中）的假设。这样的设备的质量低到足以允许提到的小共振质量为用户产生充分强的触感效果。然而，对于家庭影院系统或者类似更大规模系统，那么质量可以具有更大的大小，甚至以Kg为单位（例如，用于电影院墙壁）。

本领域技术人员将清楚，可以在包括计算机可用和/或可读介质的计算机程序产品中实施控制器302的操作中涉及到的某些方面。例如，这样的计算机可用介质可以由具有存储于其上的计算机可读程序代码的只读存储器设备组成，只读存储器设备诸如CD ROM盘或者传统ROM设备或者随机访问存储器（诸如硬驱动设备或者计算机盘）或者闪存设备。

前述实施例仅是这里描述和公开的振动系统的部件的各种配置的例子而并不被理解为以任何方式进行限制。可以根据前文容易推断附加配置（包括其组合）并且在本发明的范围内包括这样的配置和延续。可以采用对描述的内容的变化、修改和其他实现而不脱离本发明的精神和范围。特别地，上文描述或者通过引用结合的任何方法、系统和设备特征可以与这里公开或者通过引用结合的任何其他适当方法、系统或者设备特征组合并且在设想的本发明的范围内。

Claims (21)

1.一种能够生成声学和触感信号的换能器，包括：

包括振膜的扬声器，被配置成将在第一频率范围中具有音频信息的电信号转换成声学信号，以及

质量元件，其附着到所述振膜，

其中所述质量元件的质量被选择成使得所述扬声器与所述质量元件的组合的共振频率范围的一部分落在所述第一频率范围内。

2.根据权利要求1所述的换能器，其中所述质量元件可移除地附着到所述振膜。

3.根据权利要求1所述的换能器，其中所述质量元件粘合到所述振膜的中心区域。

4.根据权利要求1所述的换能器，其中所述质量元件从具有约0.1g至20g的范围中的质量的刚性材料形成。

5.根据权利要求1所述的换能器，其中所述质量元件从金属形成。

6.根据权利要求1所述的换能器，其中所述质量元件是盘形。

7.根据权利要求1所述的换能器，其中所述振膜的顶表面的表面面积与所述质量元件的顶表面的表面面积之比约为4：1。

8.根据权利要求1所述的换能器，其中所述扬声器还包括：

音圈，其附着到振膜，用于接收所述电信号并且响应于所述电信号来移动所述振膜，以及

支承圈，其附着到所述音圈，用于抑制所述音圈、所述振膜和所述质量元件的振荡。

9.根据权利要求1所述的换能器，还包括：保持器，其附着到所述振膜，用于保持所述质量元件。

10.根据权利要求1所述的换能器，包括可移除地堆叠于彼此之上的多个质量元件。

11.根据权利要求1所述的换能器，还包括：具有帽的壳，使得所述扬声器和所述质量元件布置于所述壳内。

12.根据权利要求11所述的换能器，其中所述振膜能够上移至所述壳内的最大高度，并且其中所述质量元件具有如下高度，所述高度被选择成使得当所述振膜已经上移至所述最大高度时，所述质量元件在所述壳内和所述帽以下。

13.根据权利要求1所述的换能器，其中所述扬声器是全范围扬声器。

14.根据权利要求1所述的换能器，其中共振频率范围从2至800 Hz。

15.根据权利要求1所述的换能器，包括：控制器，连接到所述电信号的源和所述扬声器，用于划分所述电信号并且利用包含可听频率中的信息的信号和包含触感频率中的信息的信号中的至少一个来驱动所述扬声器和所述质量元件。

16.根据权利要求15所述的换能器，其中所述控制器被配置成放大包含所述触感频率中的信息的所述信号。

17.一种能够根据具有音频信息的电信号生成声学和触觉信号的换能器，包括：

商业上可用的扬声器，具有布置于壳内的音圈和振膜，其能够根据在第一频率范围内具有音频信息的电信号生成声学信号，以及

质量元件，其耦合到所述音圈和所述振膜中的至少一个，

其中所述质量元件被选择成使得所述换能器具有落在所述第一频率范围内的共振频率。

18.一种根据具有音频信息的电信号生成声学和触觉信号的系统，包括：

换能器，具有：

    音圈，被配置成接收在输出频率范围内具有信息的输出电信号，

    振膜和支承圈，耦合到所述音圈，以及

    质量元件，其耦合到所述音圈和所述振膜中的至少一个，并且具有如下质量，所述质量被选择成使得所述换能器的共振频率在所述输出频率范围内；以及

控制器，包括：

    分路器，用于接收输入电信号，并且将所述输入电信号至少分成具有第一频率范围的第一部分和具有第二频率范围的第二部分，其中所述共振频率在所述第二频率范围内，

    放大器，用于放大所述第二部分，以及

    开关，连接到所述分路器和所述放大器，被配置成接收所述第一部分、放大的第二部分以及所述第一部分与所述放大的第二部分的组合。

19.一种根据在第一频率范围内具有信息的电信号生成声学和触觉信号的方法，包括：

提供换能器，所述换能器具有布置于扬声器的振膜上的质量元件，其中选择所述质量元件的质量使得所述换能器的共振频率范围的一部分落在所述第一频率范围内，

在所述换能器处接收所述电信号，

在所述换能器处生成由于所述振膜的振动的声学信号，并且生成由于所述质量元件的移动产生的所述换能器在所述共振频率范围内的频率处的共振的触感信号。

20.根据权利要求19所述的方法，其中所述扬声器包括用于接收所述电信号的音圈和连接到所述音圈的支承圈，所述方法还包括所述支承圈抑制所述振膜的振动和所述质量元件的移动。

21.一种制造换能器的方法，所述换能器能够根据电信号生成声学和触感信号，所述方法包括：

提供具有振膜、支承圈和音圈的声学换能器，以及

将质量元件附着到所述振膜，

其中所述质量元件包括具有如下质量的刚性金属，所述质量被选择成使得与所述质量元件组合的所述声学换能器的共振频率落在所述电信号的频率范围内。

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