CN110495188A - 用于产生声音和振动的设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于产生声音和振动以使用户听到并经由表面接触而感觉到的装置(10)，该装置(10)包括阻尼质板(15)和附接到阻尼质板的惯性致动器(16)，惯性致动器(16)包括阻尼质体(14)，阻尼质体(14)经由主悬架(11)以弹性方式支撑在惯性致动器(16)上以基本在一个线性方向上移动，该惯性致动器包括用于阻尼质体(14)的动力源。装置(10)包括副悬架(12)和机械限制器(13)，用于改进惯性致动器的性能并且/或者保护惯性致动器免受外部干扰的影响。

Description

用于产生声音和振动的设备
技术领域
本发明涉及一种用于产生声音和振动以使用户听到并且经由表面接触而感觉到的装置。更具体地，本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的用于产生声音和振动的装置。
背景技术
根据现有技术已知，声音的感知除基于听觉之外，还基于触觉。触觉主要是一种无意识的感觉，它在幕后起作用以提供关于身体状态的重要信息(例如疼痛感知)并且用以控制运动功能(表面感觉告诉物体何时停留在人的手中)的作用。在倾听时，注意力在经由耳朵传播的空气声音上。然而，声音几乎总是在听者附近(例如在座位中、在衣服中和直接在皮肤上)引起小的机械振动。这种作为感觉传递的声音使得听觉体验更近且更深。特别是在低音的情况下会感觉到振动。另外，稍微高于低音部区域频率的声音也是可感知的。皮肤的触感通常在50至300赫兹的频率范围内最敏感。
芬兰专利申请第20140019号示出了一种用于产生声音和振动以使用户听到并且经由表面接触来感觉到的装置，其中为了获得优异的声音再现和感觉，将一个或多个声源布置在枕头或其它衬垫物体的内侧，其中所述枕头或其它衬垫物体旨在在常规使用情况下触及用户。这种用于产生声音和振动以使用户听到并且经由表面接触感觉到的已知装置包括布置在包装物的内侧的机械致动器组件，该致动器组件由一个或多个刚性板以及用于在所述一个或多个板中产生振动的一个或多个机械致动器组成，从而直接在包装物中产生机械振动，所述刚性板和所述机械致动器将振动能量传导到包装物的表面，并且通过包装物产生空气声音，其中为了减少声学和机械谐振，该包装物包含内部的较声学致密的有损层和外部的声学多孔层。该装置的致动器有利地包含以下构件中的至少一个：穿孔阻尼质板，用于调节频率响应和声音定位的穿孔外壳。换句话说，声源或其一部分经由衬垫而间接地触及用户，由此由声源产生的声音的第一部分是空气声音，而第二部分是经由触觉能感知的声音，由此能够以不同场景聆听音乐，并且还能享受沉浸式体验带来的感受。因此，该现有技术装置基于惯性致动器，在整个音频范围中实现了效果振动和声音再现，所述惯性致动器具有用于移动阻尼质体的弹性机械悬架。
根据现有技术已知，在基于移动阻尼质体的惯性致动器中，使得由一个或多个阻尼弹簧支撑的线性移动成为可能的悬架组件可能在低频下造成限制，因为悬架是刚性的，并且移动阻尼质体的偏离受到限制。另外，被包封的保护结构，特别是采用轻结构的保护结构，可能在高频下在结构中引起有问题的谐振频率。在基于移动阻尼质体的惯性致动器中引起有问题情况的一个因素是致动器的机械耐久性，例如在运输和/或坠落情况下，由此阻尼质体可能会从悬挂结构脱离。另外，旨在以线性方式在法线方向上移动的阻尼质体能够以横向运动或旋转运动结束，这在声音和振动中引起干扰，并且可能在某些固有频率下导致磨损。
发明内容
本发明的目的是创造一种用于产生声音和振动的装置，其中已经消除或至少最小化了上述现有技术中已知的装置的缺点和问题。
本发明的特定目的是提供一种在其耐久性方面良好的用于产生声音和振动的装置，该装置也能够在非常低的频率下使用。
本发明的特定目的还在于提供一种用于产生声音和振动的装置，其中在该装置的实际操作中使用了保护该装置的结构。
因此，本发明的特定目的是创造一种用于产生声音和振动的装置，其中确保了惯性致动器的阻尼质体的单向移动，并且消除或至少最小化了除期望方向上的移动之外的可能的其它移动方向。
为了实现以上和稍后提出的目的，根据本发明的用于产生声音和振动的装置的主要特征在于权利要求1的特征部分中所呈现的内容。在从属权利要求中限定了有利的另外的特征。
根据本发明的装置用于产生声音和振动以使用户听到并且经由表面接触而感觉到，该装置包括阻尼质板和附接到阻尼质板的惯性致动器，该惯性致动器包括阻尼质体，该阻尼质体经由主悬架以弹性方式支撑在惯性致动器上以基本在一个线性方向上移动，该惯性致动器包括用于阻尼质体的动力源，该装置包括副悬架和机械限制器，以便改进惯性致动器的性能并且/或者保护惯性致动器免受外部干扰的影响。
根据本发明的一个有利的另外的特征，副悬架是非线性弹性弹簧结构，该副悬架距一定距离地环绕惯性致动器的外轮廓，并且该副悬架被支撑在惯性致动器的阻尼质体的表面上，有利地基本被支撑在阻尼质体的外轮廓上。
根据本发明的一个有利的另外的特征，机械限制器在外部在距惯性致动器的外表面一定距离处以对中或偏心的方式布置成环绕惯性致动器，该机械限制器有利地包括多个支撑轴，所述多个支撑轴以彼此相距一定距离的方式布置在所述外轮廓上。
根据本发明的一个有利的另外的特征，副悬架被附接到机械限制器。
根据本发明的一个有利的另外的特征，该装置还包括机械阻尼谐振器，该机械阻尼谐振器被布置用以保护该装置的惯性致动器免受指向该惯性致动器上的撞击和/或压力载荷的影响，该机械阻尼谐振器配备有以有利方式设计的分开的反作用质体。
在本说明书和所附权利要求中，如根据上下文可以清楚的，术语“保护结构”通常是指布置在装置中保护该装置的惯性致动器免受外部伤害(诸如振动、撞击、压力等)影响的部分：机械限制器和/或副悬架和/或机械阻尼谐振器以及其可任选的反作用质体。
根据本发明的装置的机械耐久性是良好的，因为集成有副悬架的机械限制器防止阻尼质体脱离，从而例如在运输或坠落情况下保护惯性致动器的结构。
当为阻尼质体形成更弹性的悬架和更宽的偏离范围时，根据本发明的装置的副悬架使得可以更宽地使用低频。另外，副悬架抑制了由阻尼质体的可能侧向或旋转运动所引起的干扰。
在根据本发明的装置中，主悬架可以制成为弹性的，这使得较低频率范围的操作成为可能。
经由机械限制器对根据本发明的装置进行弹性且轻的机械保护使得可以控制和阻尼谐振频率，这改进了整体性能中的频率响应，因此能够例如突出或抑制所期望的频率范围。
在根据本发明的装置的有利实施例中，该装置包括副悬架，该副悬架作用为用于惯性致动器的结构的弹性支撑结构，因此还在使用和外部撞击期间柔和地限制阻尼质体的偏离，并且机械地抑制阻尼质体的可能侧向运动。
在根据本发明的装置的有利实施例中，惯性致动器的结构由机械阻尼谐振器保护，这进一步改进了装置在有问题情况下的操作，并且提高了其在更宽频率范围上的性能和使用可能性。
在本发明的该有利实施例中，可以使用保护结构来增强和调节该装置的实际操作，例如在交错调谐中，通过将由多个部分形成的机械阻尼谐振器用作保护结构，能够加宽冲击范围。该保护结构可以是杯状的封闭或穿孔部分、框架状结构。该保护结构可以是相对于惯性致动器旋转对称或偏心。
保护结构的不同部分的材料和材料厚度可以变化，它们被选择为实现期望的振动参数，例如以实验方式、基于仿真、通过编程和/或通过计算来选择。
必须注意到，有利地，根据本发明的装置尺寸小且重量轻，从而其可以多样化地用在不同应用中以产生声音和振动，特别是用在便携布置和/或移动布置中，例如用在声音感知装置和感知枕头应用中。
附图说明
在下文中，参考附图更详细地描述本发明，其中
图1A至图1B以示意的方式示出了根据本发明的用于产生声音和振动的装置的一个有利实施例；
图2A至图2B以示意的方式示出了根据本发明的用于产生声音和振动的装置的第二有利实施例；
图3以示意的方式示出了根据本发明的用于产生声音和振动的装置的第三有利实施例。
具体实施方式
在以下描述和对应的附图中，如果没有其它提及，则相同的附图标记用于表示对应的部分或部分组件。为清楚起见，可能在附图中省略了一些重复的附图标记。在本说明书和权利要求中，参考附图中所示的示例和/或为便于理解这些附图，在必要时使用表达方向和/或位置的术语。
在图1A至图1B中所示的有利示例中，用于产生声音和振动的装置10包括惯性致动器16，该惯性致动器16被附接在阻尼质板15(即支座15)上，该惯性致动器产生振动，所产生的振动被传递到板15以用于产生声音和振动。为了产生声音，惯性致动器的框架也已经被附接到支座15。惯性致动器的阻尼质体14经由主悬架11以弹性方式支撑到惯性致动器的框架16，以基本在竖直方向上移动。惯性致动器的阻尼质体14的动力源是线性移动的致动器，该线性移动的致动器可以是基于电磁体、智能材料、压电、液压、气动等。有利地，装置10是芬兰专利申请20140019中所描述的用于产生声音和振动的装置。为了保护惯性致动器免受外部干扰(诸如振动和撞击)的影响，装置10包括副悬架12和机械限制器13。副悬架12的基本结构因此有利地是非线性弹簧结构，副悬架12通过引起机械和声学损失而用作减震器和声阻尼器。机械限制器13在外部以对中或偏心的方式在距惯性致动器的外表面一定距离处布置为环绕惯性致动器。机械限制器13包括两个或更多个支撑轴，所述两个或更多个支撑轴以彼此相距一定距离的方式布置在外轮廓上。两个相邻的支撑轴之间的距离可以总是相同的长度或是不同的长度。在图中所示的示例中，机械限制器13的支撑轴以120°角间隔围绕周边布置。机械限制器13在该方向上的外轮廓可以是圆形、椭圆形、多边形或另一种期望的形状。机械限制器13在图中还包括水平支撑表面，在该水平支撑表面在图中的底表面上已经附接了副悬架12，该副悬架12在外轮廓方向上基本连续并且被支撑在阻尼质体14在图中的上表面上。副悬架12是弹性阻尼件，其环绕外轮廓，并且基本在阻尼质体14的整个周边上被支撑在阻尼质体14的表面上。有利地，副悬架12是有厚度的旋转对称的阻尼材料，其可以包括一个或多个阻尼材料层/区。副悬架12可以例如是多孔的、泡沫状的或毡状的纹理。副悬架12有利地以非线性的渐进的方式来阻尼，由此该副悬架12防止突然的变化并在其形式上实现软阻尼，并且该副悬架12还有助于控制谐振频率，从而防止例如谐振频率尖峰并将其阻尼。副悬架12可以由作为相同或不同材料的一个或多个材料层形成。副悬架12的材料有利地是毡、泡沫聚合物、棉絮材料。副悬架12也可以是线缆阻尼器，或者液压或气动阻尼器。
图2A至图2B中所示的根据本发明的用于产生声音和振动的装置的有利示例的基本结构对应于图1A至图1B中所示的示例，图2A至图2B中的示例还包括由机械阻尼谐振器17形成的保护罩，用于例如从图中的上方保护该装置免受在阻尼质体的移动方向上指向装置的撞击和/或过度载荷。机械阻尼谐振器17还可以配备有反作用质体18，该反作用质体18例如由钢或其它固体材料制成，用于加强保护。机械阻尼谐振器17有利地由非均匀结构制成，例如由穿孔板、刚性丝或者框架结构(其例如由金属材料制成)制成。
图3中所示的根据本发明的用于产生声音和振动的装置的有利示例的基本结构对应于图1A至图1B和图2A至图2B中所示的示例，图3中所示的示例包括另外的悬架20，该另外的悬架20形成布置在阻尼质体14和机械限制器13之间的弹性支撑件。此外，在该示例中，作为补充在机械阻尼谐振器17和阻尼质体14之间布置阻尼材料19，该阻尼材料可以包括一个或多个阻尼材料层/区，并且可以例如是多孔的、泡沫状的或毡状的纹理。阻尼材料19可以与阻尼质体14分开布置或者被附接到阻尼质体14，并且也可以用作除限制器13之外的机械限制器。
根据按照图1A至图1B、图2A至图2B和图3中所示的有利示例的有利特征，装置10的惯性致动器配备有基本在竖直方向上移动并形成声音和振动源的阻尼质体14，该惯性致动器通过副悬架12和机械限制器13受保护而免受外部振动、撞击等的影响。由副悬架12和机械限制器13形成的保护结构因此防止由外部冲击或由其自身在惯性致动器的移动中和其产生的振动中的谐振引起的故障。机械限制器13被装配成从位于提供惯性力的部分(即惯性致动器)的周边上的支撑轴延伸或者作为由支撑轴形成的一部分而延伸，并且机械限制器13防止阻尼质体的过大偏离和由此导致的阻尼质体从该结构的脱离。有利地，装置的形成声音和振动源的部分利用移动磁体原理形成，以产生惯性力。装置10的惯性力也可以以已知的另一方式产生，例如使用机械致动器、液压致动器或气动致动器来产生。经由机械限制器13和副悬架12，能够为阻尼质体14的移动实现受控的有弹力且渐进的弹性。有利地，装置10还包括由机械阻尼谐振器17形成的保护结构，例如用于从图中的上方保护该装置免受在阻尼质体的移动方向上指向其的撞击和/或过度载荷影响。机械阻尼谐振器17还可以配备有分开的反作用质体18，该分开的反作用质体18以有利的方式被设计用于改进振动特性。机械阻尼谐振器17有利地由非均匀结构(例如穿孔板或框架结构)制造。也可以将阻尼材料添加到机械阻尼谐振器17中，所述阻尼材料例如毛毡、泡沫状聚合物。机械阻尼谐振器17还可以被布置成与装置10的外部包装物(诸如感知枕头材料)在操作上组合在一起。装置10的保护结构12、13、17、18有利地由具有低比重的材料制造，使得装置10整个是轻的，并且使得保护结构的重量不会干扰阻尼质板15的操作。
根据本发明的装置10旨在用作在0至超过10kHz的宽频带上的振动源。因此，装置10的阻尼质体14被布置成被支撑在特别弹性的机械主悬架11上，使得能够获得特别低的频率。因此，在阻尼质体14的移动在期望的频率范围内产生阻尼质板15的振动的同时，主悬架11的弹性以期望的方式限制阻尼质体14的移动。主悬架11也可以由并排和/或分层布置的若干个单独的悬架形成。
以上仅参考本发明的一个有利示例描述了本发明，但是其细节并非旨在狭隘地限制本发明，而是在由所附权利要求限定的发明构思内可以有很多其它修改和变化。

Claims (5)

1.一种用于产生声音和振动以使用户听到并经由表面接触而感觉到的装置(10)，所述装置(10)包括阻尼质板(15)和附接到所述阻尼质板(15)的惯性致动器(16)，所述惯性致动器(16)包括阻尼质体(14)，所述阻尼质体(14)经由主悬架(11)以弹性方式支撑在所述惯性致动器(16)上，以便基本在一个线性方向上移动，所述惯性致动器包括用于所述阻尼质体(14)的动力源，其特征在于，所述装置(10)包括副悬架(12)和机械限制器(13)，以便改进所述惯性致动器的性能并且/或者保护所述惯性致动器免受外部干扰的影响。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述副悬架(12)是非线性弹性弹簧结构，所述副悬架(12)距一定距离地环绕所述惯性致动器的外轮廓，并且所述副悬架(12)被支撑在所述惯性致动器的所述阻尼质体(14)的表面上，有利地被基本支撑在所述阻尼质体(14)的外轮廓上。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述机械限制器(13)在外部在距所述惯性致动器的外表面一定距离处以对中或偏心的方式布置成环绕所述惯性致动器，所述机械限制器(13)有利地包括多个支撑轴，所述多个支撑轴以彼此相距一定距离的方式布置在所述外轮廓上。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的装置，其特征在于，所述副悬架(12)被附接到所述机械限制器(13)。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的装置(10)，其特征在于，所述装置(10)还包括机械阻尼谐振器(17)，所述机械阻尼谐振器(17)被布置用以保护所述装置(10)的所述惯性致动器免受指向所述惯性致动器上的撞击和/或压力载荷的影响，所述机械阻尼谐振器(17)配备有以有利方式设计的分开的反作用质体(18)。
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