CN107924238B - 根据频率变化提供实时振动的振动提供系统及其振动提供方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及根据频率变化提供实时振动的振动提供系统及其振动提供方法，以由将电脑、游戏机或移动设备输出的信号以有线或无线通信接收的通信部(110)；对通过上述通信部(110)接收的音频信号进行增幅并变换为可实时驱动振子的振动信号的变换部(120)；及根据上述变换部(120)接收的振动信号进行振动的振子(130)构成为特点。本发明通过快速的振动反馈向用户提供与移动设备播放影像和音效相同步的生动的触觉信号，从而在游戏、电影等需要立体振动效果的硬件环境中，实现更具现实感的视听觉与触觉性信息传达效果。

Description

根据频率变化提供实时振动的振动提供系统及其振动提供 方法
技术领域
本发明涉及振动提供系统及其振动提供方法，具体地说是将由电脑、游戏机或手机接收的音频信号变换为实时灵活振动的振动提供系统及使所具备的振子实现立体振动的振动提供方法。
背景技术
随着IT技术的发达，电脑装置、游戏机或各种移动设备用户们对所使用的装置在现实互动作用(interaction)方面的需求也在逐渐增加。由此，人们对在现有的视听觉信息传达过程中追加增添现实感的触觉信息的硬件环境提供方法方面持有热切的关注。
而且，在电脑装置或各种游戏机用鼠标中设置振动马达，从而使鼠标根据正在使用中的程序内容实现振动的振动鼠标也随之推出并正在使用中。此外，在手机等移动通信设备安装使用的具有振动功能的手机保护壳也随之推出并正在使用中。
尤其是随着电脑游戏、主机游戏等逐渐转换为手机游戏的近期趋势，通过手机触发的触觉效果正在成为重要因素，而在具备各种功能的智能手机等移动设备实现触觉功能，不仅要具备快速的响应速度和精密的振动制空，更需要开发符合愈加高性能化的游戏软件的触觉控制技术。
与此相关的技术中，韩国公开专利第10-2012-0110669号为安装于手机设备上使用，并在接收振动专用信号后实现单纯振动的手机保护壳。
另外，韩国公开专利第10-2014-0065087号为安装于手机设备上使用，通过所具备的多个振子接收选择性信息后实现单纯振动的即具有接收专用提醒功能的移动手机壳。
另外，韩国注册专利第10-0814685号为制作出与实际音效效果最接近的振动规律，并将其振动规律与游戏或应用程序资源中的音效效果同时输出，从而实现利用与音效效果一致的振动规律控制振动马达的振动鼠标驱动装置，但是在根据反应时间快速控制振子的方法方面没有任何说明。
另外，韩国公开专利第10-2015-0059165号为在手机保护壳内侧安装提供实时振动反馈的促动器，从而通过振动反馈向用户提供与画面和音效同步的触觉信号，并根据振动大小调节促动器振动量或在低频下通过振动马达气缸提供振动反馈，从而传达各种振动规律的移动设备保护壳，但是在反应速度较快的振子控制方法方面存在缺陷。
另外，韩国注册专利第10-0979675号为在移动设备专用游戏用品内部安装振动马达与大型电池，从而在用户使用移动设备进行游戏时提供音效同步振动的同时，在移动设备电池耗尽时能替换大型电池继续使用的移动设备专用游戏用品，然而上述振动方式中所使用的是响应速度较慢的线性振动马达，无法给用户带来实时同步感，而且振动规律也十分单调。
再加上，用来安装于移动设备保护壳的振动马达为提供与音效同步的振动，则必须将音频信号变换为能够启动马达的数字信号，而其结构非常复杂。
另外，能够给用户带来与视觉信息同步的振动感的响应速度通常为15ms以下，而线性振动马达的响应速度仅为50～70ms，很难给用户带来同步感。另外，扁平型旋转振动马达的响应速度为100～150ms，只能用于单纯接收用提醒功能。
另外，平面线性马达同为利用侧向力场(Lateral Force Fields,LFFS)现象的线圈马达，响应速度仅为50～70ms，同样无法实现完美的触觉效果。
综上，现有的线性马达和扁平型旋转马达的响应及停止速度极为缓慢，在连续振动时可能由于振动重复效果而出现振动噪音现象，因先后传达的振动之间的区分非常模糊，因此无法达到视觉同步振动效果。不仅如此，还存在无法以快速的响应速度控制实现触觉功能所需的大振动、微振动等各种振动规律的问题点。
另外，韩国注册专利第10-0614242号为将移动设备输出的声音转换为振动的移动型音源播放器，然而其不具有将具有频率变化的音频信号转换为同步振动的功能，而只提供在接收信息时用振动提醒的单纯提醒功能。
[现有技术文献]
(专利文献)
韩国公开专利第10-2012-0110669号
韩国公开专利第10-2014-0065087号
韩国注册专利第10-0814685号
韩国公开专利第10-2015-0059165号
韩国注册专利第10-0979675号
韩国注册专利第10-0614242号
发明内容
技术课题
本发明针对解决上述问题点而开发，本发明的目的在于以快速的响应速度给用户提供与由电脑、游戏机或移动设备接收的音频信号相符的振动触觉信号及与频率变化同步的实时灵活振动，并涉及带来同步真实感的振动提供系统及振动提供方法。
课题的解决手段
为了解决上述问题，本发明中提示的依据频率变化提供实时振动的振动提供系统包扩：
将电脑、游戏机或移动设备输出信号以有线或无线通信接收的通信部(110)；
对通过上述通信部(110)接收的音频信号进行增幅并变换为可实时驱动振子的振动信号的变换部(120)；以及
根据由上述变换部(120)接收的振动信号进行振动的振子(130)。
另外，本发明中提示的振动提供系统中，
上述通信部(110)，
以包括从接收的数字综合信号中分离出数字音频信号的信号分离器(111)；及将上述信号分离器(111)中分离得出的数字音频信号变换为模拟信号的D-A变换器(112)为特点。
另外，本发明中提示的振动提供系统中，
上述D-A变换器(112)，
以仅对上述信号分离器(111)所分离出的20～20,000Hz数字音频信号进行模拟音频信号变换为特点。
另外，本发明中提示的振动提供系统中，
上述变换部(120)，
以包括通过上述通信部(110)接收的模拟音频信号中对振幅较小的音频信号进行增幅，振幅较大的音频信号控制在非饱和状态而维持增益的自动增益控制器(121)；
将由上述自动增益控制器(121)输入的增幅音频信号变换为差分信号而衰减噪音影响的差分驱动器(122)；以及
将由上述差分驱动器(122)输入的衰减噪音影响的模拟音频信号直接增幅并变换为驱动振子的振动信号的振子驱动器(123)；为特点。
另外，以提供依据本发明的具备根据频率变化提供实时振动的振动提供系统的移动设备保护壳为特点。
另外，以提供依据本发明的具备根据频率变化提供实时振动的振动提供系统的振动鼠标为特点。
同时，本发明中提示的依据频率变化提供实时振动的振动提供方法，
以包括利用信号分离器(111)对通过移动设备、电脑、游戏机接收的数字综合信号实施的数字音频信号分离阶段(S10)；
利用D-A变换器(112)对通过上述信号分离器(111)分离出的数字音频信号实施的模拟音频信号变换阶段(S20)；
利用自动增益控制器(121)对通过上述D-A变换器(112)变换的模拟音频信号实施的维持稳定增益的增幅阶段(S30)；
利用差分驱动器(122)将通过上述自动增益控制器(121)增幅的模拟音频信号变换为差分信号的衰减噪音影响阶段(S40)；
利用振子驱动器(123)对通过上述差分驱动器(122)衰减噪音影响的模拟音频信号直接增幅的振动信号变换阶段(S50)；以及
通过上述振子驱动器(123)接收振动信号后实现的振子实时振动阶段(S60)；为特点。
发明的效果
依据本发明的根据频率变化提供实时振动的振动提供系统，可通过快速的振动反馈向用户提供与移动设备播放影像和音效相同步的生动的触觉信号，从而在游戏、电影等需要立体振动效果的硬件环境中，实现更具现实感的视听觉与触觉性信息传达效果。
附图说明
图1为依据本发明的根据频率变化提供实时振动的振动提供系统实施例之移动设备保护壳概念构成图；
图2为依据本发明的通信部相关详细构成图；
图3为依据本发明的变换部相关详细构成图；
图4为在单端信号(single ended signal)和差分信号(differential signal)下对噪音免疫力的说明示例图；
图5为依据本发明的振子驱动方法相关示例图；
图6为依据本发明的根据音频信号频率驱动振子的流程图；
图7为有关历来振子驱动方法的示例图。
具体实施方式
有关本发明的具体特点和优点，将通过附图详细说明更加显而易见。在本发明的说明过程中，对于判断为有可能误导本发明要点的功能或结构相关具体说明部分已省略，敬请留意。此外，下述术语为以本发明功能为依据的定义术语，可根据具体用户、用户意图或惯例等有所改变。因此，应以本说明书的整体内容为依据而判断其定义。
以下将参考附图对依据本发明的根据频率变化提供实时振动的移动设备保护壳相关优选实施例进行详细说明。
图1为依据本发明的根据频率变化提供实时振动的振动提供系统实施例之移动设备保护壳概念构成图；图2为依据本发明的通信部相关详细构成图；图3为依据本发明的变换部相关详细构成图；图4为在单端信号(single ended signal)和差分信号(differential signal)下对噪音免疫力的说明示例图；图5为依据本发明的振子驱动方法相关示例图；图6为依据本发明的根据音频信号频率驱动振子的流程图；图7为有关历来振子驱动方法的示例图。
如图1至图3所示，依据本发明实施例的根据频率变化提供实时振动的振动提供系统(10)结构可包括通信部(110)、变换部(120)和振子(130)。
本发明中以安装振动提供系统(10)的移动设备保护壳(C)作为实施例进行了说明，但并不代表本发明内容局限于此，还可安装于移动设备、鼠标、游戏机、游戏手柄或电脑主机等。
安装振动提供系统(10)的移动设备保护壳(C)主体(100)具有可容纳移动设备(未图示)的大小及空间，起到保护移动设备受损的保护壳功能的同时，以快速生动的振动反馈向用户提供与移动设备播放影像与音效同步的触觉信号。
通信部(110)位于上述主体(100)内侧，通过与移动设备间的有线或无线连接而接收移动设备输出的包含音频信号在内的一系列信号。
如图2所示，通信部(110)结构可包括从移动设备接收的数字综合信号中分离数字音频信号的信号分离器(111)，以及将信号分离器(111)分离出的数字音频信号变换为模拟信号的D-A变换器(112)。
其中，信号分离器(111)在呈USB形式的数字综合信号中仅提取数字音频信号。
另外，D-A变换器(112)仅对上述信号分离器(111)所分离出的20～20,000Hz数字音频信号进行模拟音频信号变换。
通过D-A变换器(112)变换得出的模拟音频信号将传达至变换部(120)。
变换部(120)位于上述主体(100)内侧，将通过通信部(110)接收的模拟音频信号变换为可实时驱动振子的振动信号。如图3所示，变换部(120)结构可包括自动增益控制器(121)、差分驱动器(122)和振子驱动器(123)。
其中，自动增益控制器(121)的作用为有效调节振幅较大的信号在增幅后产生噪音的现象，通过对由通信部(110)接收的振幅较小的音频信号进行增幅，而对振幅较大的音频信号控制在非饱和状态而维持稳定增益。通过自动增益控制器(121)完成增幅的音频信号将传送至差分驱动器(122)。
差分驱动器(122)将由上述自动增益控制器(121)接收的单端信号(single-endedsignal)变换为差分信号(differential signal)并衰减周边杂音(噪音)影响，并传送至振子驱动器(123)。
因单端信号只存在一根信号线而直接受到周边杂音的影响，而差分信号由两根信号线构成且均受周边杂音的影响，因两根信号线同时传输而实际看起来不受噪音影响，从而达到衰减或最小化周围噪音的效果。(参考图4的(a)、(b))
振子驱动器(123)对通过差分驱动器(122)输入的噪音影响衰减的模拟音频信号直接增幅并变换为可驱动振子的振动信号，其原理是振子由高电压驱动。
如图3及图5的(a)、(b)所示，振子驱动器(123)对接收的模拟音频信号直接增幅变换为振动信号并传送至振子(130)。
由此，本发明中的振子驱动器(123)的振子驱动过程中省略了将模拟音频信号变换为数字信号的过程，从而节省了反馈节拍时间并提高了响应速度，最终实现了依据所输入的音频信号的频率变化增幅的模拟音频信号变换为振动信号并实时驱动振子的振动效果。
此时，可通过调节增幅率来控制振子的振动强度。
现有振子驱动器的反应速度为50～70ms，因极其缓慢而无法通过模拟信号直接驱动振子，而且如图7的(a)、(b)、(c)所示，采用对通过低频段滤器的信号中识别并提取高于振子驱动临界值(threshold)的信号的峰检波法，而由此获得的信号为驱动振动马达还需经过复杂的数字信号变换过程。
另外，振子(130)在依据本发明的移动设备保护壳中位于主体(100)内侧，并依据由振子驱动器(123)接收的振动信号进行驱动并振动上述主体(100)，可至少由一个以上的振子构成。
下面将参考图6对依据本发明的根据音频信号频率变化驱动振子并提供振动的各流程阶段进行说明。
振动提供系统(10)的通信部(110)从移动设备、电脑或游戏机等接收数字综合信号，并通过信号分离器(111)从中分离出数字音频信号(S10)。
通过上述S10阶段的信号分离器(111)分离出的数字音频信号将通过D-A变换器(112)变换为模拟信号(S20)。
此时，D-A变换器(112)仅对从信号分离器(111)中分离得出的20～20,000Hz数字音频信号进行模拟音频信号变换。
在上述S20阶段中通过D-A变换器(112)变换为模拟信号的音频信号将传送至变换部(120)的自动增益控制器(121)并增幅至维持稳定增益的状态(S30)。
此时，自动增益控制器(121)对所接收的音频信号中频率较小的信号进行增幅，频率较大的信号则控制在非饱和状态而将信号扭曲导致的噪音降低至最低，通过自动增益控制器(121)完成增幅的信号将传送至差分驱动器(122)。
在上述S30阶段中通过自动增益控制器(121)完成增幅的模拟音频信号将通过差分驱动器(122)变换为差分信号(differential signal)，从而衰减或最小化周边杂音(噪音)的影响(S40)。
在上述S40阶段中通过差分驱动器(122)变换的模拟音频信号将通过振子驱动器(123)完成直接增幅并作为振动信号传送至振子(130)(S50)。
其中，振子驱动器(123)将接收的模拟音频信号直接增幅并将其变换为振动信号并传送至振子，因此可根据所输入的模拟音频信号的频率变化实时驱动并实现振动。(S60)
另外，振子可通过调节模拟音频信号的增幅率来调节振动强度。
本说明书中对上述优选实施例进行了详细说明，但在不脱离本发明主旨的范围内可进行各种变形应用，因此本发明的范围不局限于上述实施例，并且后述的权利要求范围及出自与权利要求范围平等概念的所有变更或变形形态均包含于本发明的实际范围内。

Claims (6)

1.一种根据频率变化提供实时振动的振动提供系统，其特征在于，包括将电脑、游戏机或移动设备输出的信号以有线或无线通信接收的通信部(110)；
对通过上述通信部(110)接收的音频信号进行增幅并变换为可实时驱动振子的振动信号的变换部(120)；以及
根据上述变换部(120)接收的振动信号进行振动的振子(130)，
上述变换部(120)
包括对通过上述通信部(110)接收的模拟音频信号中振幅较小的音频信号进行增幅，振幅较大的音频信号控制在非饱和状态而维持增益的自动增益控制器(121)；
将由上述自动增益控制器(121)输入的增幅音频信号变换为差分信号而衰减噪音影响的差分驱动器(122)；以及
对由上述差分驱动器(122)输入的噪音影响衰减的模拟音频信号直接增幅变换为驱动振子的振动信号的振子驱动器(123)。
2.如权利要求1所述的根据频率变化提供实时振动的振动提供系统，其特征在于，上述通信部(110)
包括从接收的数字综合信号中分离数字音频信号的信号分离器(111)；及将上述信号分离器(111)中分离得出的数字音频信号变换为模拟信号的D-A变换器(112)。
3.如权利要求2所述的根据频率变化提供实时振动的振动提供系统，其特征在于，上述D-A变换器(112)
仅对从上述信号分离器(111)分离出的20～20,000Hz数字音频信号进行模拟音频信号变换。
4.一种具备权利要求1至3中的任一项所述的振动提供系统的移动设备保护壳。
5.一种具备权利要求1至3中的任一项所述的振动提供系统的振动鼠标。
6.一种根据频率变化提供实时振动的振动提供方法，其特征在于，包括利用信号分离器(111)对通过移动设备、电脑、游戏机接收的数字综合信号实施的数字音频信号分离阶段(S10)；
利用D-A变换器(112)对通过上述信号分离器(111)分离出的数字音频信号实施的模拟音频信号变换阶段(S20)；
利用自动增益控制器(121)对通过上述D-A变换器(112)变换的模拟音频信号实施的维持稳定增益的增幅阶段(S30)；
利用差分驱动器(122)将通过上述自动增益控制器(121)增幅的模拟音频信号变换为差分信号而衰减噪音影响的阶段(S40)；
利用振子驱动器(123)对通过上述差分驱动器(122)衰减噪音影响的模拟音频信号直接增幅的振动信号变换阶段(S50)；以及
从上述振子驱动器(123)接收振动信号后振子实时振动的阶段(S60)。
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