CN110679158A - 用于平板致动的多共振耦合系统 - Google Patents

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Abstract

一种系统包括：平板显示器，其具有与平板显示器的组成、形状和结构相对应的面板共振频率响应；以及致动器，其具有与致动器的组成、大小和形状相对应的致动器共振频率响应；其中致动器在机械驱动点处机械耦合到平板显示器，其中系统的耦合共振频率响应低于平板显示器的面板共振频率响应。

Description

用于平板致动的多共振耦合系统
相关申请的交叉引用
本申请要求于2017年12月29日提交的美国专利申请第62/611,693号的申请日在35U.S.C.§119(e)下的权益，并且其通过引用结合于此。
背景技术
平板显示器可以通过以接近平板显示器的自然共振模态结构的频率的弯曲波振动产生声学和/或触觉输出。然而，许多平板显示器的最低有用模式在频率上对于期望的低频反馈(例如，低分贝水平和/或有限的带宽)的有效传递来说常常太高，这限制了结合平板显示器以用于声学和/或触觉输出的设备的低频响应。
发明内容
公开了与扩展平板显示器(或另一个弯曲波面板)的低频响应相关的技术。显示器可以与一个或多个致动器(例如，分布式致动器)耦合，以形成多共振耦合系统(例如，分布式模式扬声器(distributed mode loudspeaker，DML))，该系统在低于显示器的自然共振的频率处具有改进的性能。例如，可以使用多共振耦合系统来增强具有平板显示器的移动设备，该平板显示器具有低于500Hz的有限范围的自然频率共振，由此可以通过添加一个或多个致动器来扩展移动设备的低频带宽，使得耦合系统可以产生范围在300-500Hz或150Hz到300Hz之间的共振频率。
通常，在第一方面，本发明的特征在于一种系统，该系统包括平板显示器，其具有与平板显示器的组成、形状和结构相对应的面板共振频率响应；以及致动器，其具有与致动器的组成、大小和形状相对应的致动器共振频率响应；其中致动器在机械驱动点处机械耦合到平板显示器，并且其中系统的耦合共振频率响应低于平板显示器的面板共振频率响应。
系统的实施例可以包括以下特征中的一个或多个。
系统还可以包括控制器，该控制器被编程为提供电信号以驱动致动器，使得致动器产生致动器共振频率响应。
系统中的机械驱动点可以基于平板显示器的面板共振模式来选择，该致动器具有被选择为与机械驱动点处平板显示器的机械阻抗匹配的机械阻抗。
致动器的致动器共振频率响应可以比平板显示器的面板共振频率响应低2/3到1倍频程。致动器共振频率响应可以处于相对于平板显示器的基本共振频率响应较低的频率范围。致动器可以是分布式模式致动器。
耦合共振频率响应可以在300Hz-600 Hz之间的范围内。
平板显示器可以包括触摸屏面板、显示面板和耦合到显示面板的空气间隙。该系统可以是移动设备的组件。
该系统可以包括多个致动器。例如，致动器可以是第一致动器，并且机械驱动点可以是第一机械驱动点，并且系统还可以包括在第二、不同的机械驱动点处附接到平板显示器的第二致动器。第二致动器的第二、不同的机械驱动点可以相对于第一致动器的第一机械驱动点非对称。第二机械驱动点处的第二致动器可以具有第二、不同的低频共振。在相应机械驱动点处附接到平板显示器的每个致动器可以提供相应低频带宽和用于给定低频带宽的相应水平。第一相应低频带宽可以对应于对于平板显示器的触觉响应，并且第二相应低频带宽可以对应于对于平板显示器的声学响应。
通常，在另一方面，本发明的特征在于一种方法(例如，用于扩展包括平板显示器的系统的低频响应的方法)，该方法包括：对于平板显示器确定平板显示器的共振模式频率；对于平板显示器的共振模式频率，确定处于共振模式频率的平板显示器的机械驱动点；对于机械驱动点，确定在机械驱动点处平板显示器的机械阻抗；以及选择致动器以在机械驱动点处机械耦合到平板显示器，该致动器的选择包括：将致动器的机械阻抗与对于共振模式频率的机械驱动点处平板显示器的机械阻抗匹配；调谐致动器的频率，使得致动器的频率处于第二、与平板显示器的共振模式频率不同的共振频率。
方法的实施方式可以包括以下特征中的一个或多个。
致动器的第二、不同的共振频率可以处于相对于平板显示器的共振模式频率较低的频率。例如，致动器的第二、不同的共振频率可以比平板显示器的共振模式频率低2/3到1倍频程。
平板显示器可以包括触摸屏面板、显示面板和耦合到显示面板的空气间隙。平板显示器可以是移动设备的组件。
该方法还可以包括选择附加致动器，以在附加的、不同的机械驱动点处机械耦合到平板显示器。附加致动器的附加的、不同的机械驱动点可以相对于致动器的机械驱动点非对称。附加的机械驱动点处的附加致动器可以具有附加的、不同的低频共振。在相应机械驱动点处附接到平板显示器的每个致动器可以提供相应低频带宽和用于该相应低频带宽的相应水平。第一相应低频带宽可以对应于用于平板显示器的触觉响应，第二相应低频带宽可以对应于用于平板显示器的声学响应。
在其他优点中，将第一共振系统(例如，具有耦合空气间隙的平板显示器)与第二共振系统(例如，致动器)耦合可以在组合的多共振耦合系统(例如，作为DML)的较低频率(例如，用于触觉响应、音频输出)处改进力响应和输出保真度。改进的输出可以包括将系统的低频带宽增加到可接受的(例如，可听的或可感知的)分贝水平和/或提高系统在使用电能时的效率。多共振耦合系统可以针对特定应用(例如，声学、触觉应用)和使用模式(例如，听筒(receiver)模式、扬声器模式)在频率带宽和分贝水平上进行优化。
本说明书中描述的主题的一个或多个实施例的细节在附图和以下描述中阐述。从说明书、附图和权利要求书中，主题的其他特征、方面和优点将变得显而易见。
附图说明
图1A是包括多共振耦合系统的移动电话设备的透视图。
图1B是图1A所示的移动电话设备的示意横截面。
图1C是图1B所示的多共振耦合系统的一部分的示意横截面。
图2A和图2B是使用多共振耦合系统扩展平板显示器低频响应的示例过程的流程图。
图3是对于一定频率范围的平板显示器的自然共振响应的曲线图。
图4A-图4D是在特定频率处的平板显示器的自然共振模式的三维曲面图。
图5A是对于示例多共振耦合系统的各种组件的频率对分贝水平的曲线图。
图5B-图5C是对于各种多共振耦合系统的频率对分贝水平的曲线图。
图6是对于一定频率范围的平板显示器的机械阻抗的对数曲线图。
图7A-图7B是其他示例多共振耦合系统的示意横截面。
图8是对于一定频率范围比较平板显示器的自然共振响应和多共振耦合系统的响应的曲线图。
图9是可以是上述设备的一部分或与上述设备结合使用的示例计算机系统的示意图。
不同附图中相同的参考标号和名称表示相同的元件。
具体实施方式
参考图1A-图1C，移动电话100包括具有耦合到致动器114的平板显示器102的多共振耦合系统120。沿着主轴(线A-A)的电话100的横截面示出了包含触摸屏面板103(例如，玻璃、塑料)和显示层104(例如，LCD面板或OLED面板)的平板显示器102。悬置(suspension)机构(例如，底托(mounting))106在电话100的显示层104和后面板109之间产生间隙108。系统120包括使用耦合器116(例如，短截线)在驱动点118处安装到显示面板104的致动器(或换能器)114。
控制器122施加不同的电信号(例如，通过耦合器116中的电连接)，以通过将电压转换成机械能来驱动致动器114(例如，压电双晶片梁)弯曲到不同的位置，例如，位置112和112(1)。致动器114的弯曲运动在机械耦合到屏幕103的显示面板104上施加力，引起平板显示器102中的弯曲波振动。这些振动可以耦合到平板显示器102外部的空气，以产生声音(例如，声学效果)。此外，或者可替换地，这些振动可以用于为与平板显示器102接触的用户的手指产生触觉。
电话100包括间隙108中的电子器件110。电子器件110可以包括电池、输入/输出电路以及存储和处理器电子器件。电子器件110可以包括用于控制器122的电路和电源。
平板显示器102可以在大小上适合于移动电话。例如，显示器可以具有大约4英寸到大约7英寸的对角线尺寸。更一般地，更大的显示器(例如，8英寸对角线或更大)可以用在其他应用(例如，平板电脑)中。平板显示器102可以具有大约1毫米到大约5毫米之间的厚度。
通常，显示面板104可以是透射式显示面板、反射式显示面板或发射式显示面板。示例显示面板包括液晶显示器(liquid crystal display，LCD)显示面板、有机发光二极管(organic light emitting diode，OLED)显示面板。透射式显示面板通常包括边缘光或背光，并且可以包括附加光管理组件以将来自光源的光分发到显示面板。
触摸屏103可以包括玻璃、塑料或任何其他透明材料。触摸屏还可以包括用于感测触摸的材料。例如，触摸屏103可以包括用于电容感测的透明导体涂层(例如，氧化铟锡(indium tin oxide，ITO))。
后面板109和平板显示器102之间的间隙108中的空间通常至少部分被电子器件110和其他电话组件(例如，电池)占据。间隙108中的剩余空间形成声腔，该声腔在耦合到平板显示器102时起到弹簧的作用。该腔可以包含空气和/或开孔(open-cell)泡沫(例如，低刚度开孔弹性体)。在一些实施方式中，声腔与平板显示器102的共振模式强烈耦合，并且可以改变显示器102响应来自致动器114的力的方式。因此，在一些实施例中，空气间隙(或泡沫腔)形成系统120的一部分和/或平板显示器102的一部分。显示器中的耦合空气间隙(或泡沫腔)可以具有0.1毫米至5毫米的厚度。
尽管图1A-图1C示出了致动器114作为压电悬臂梁分布式模式致动器，但是设想了各种几何形状的致动器和耦合方案，包括中心耦合的、简单支撑的、多层次的(multi-layered)和/或多层的(multi-tiered)致动器几何形状。设想了各种有源致动器材料，诸如压电、磁致伸缩或驻极体材料。有源材料可以是压电双晶片(bi-morph)、具有中心叶片或基底的压电双晶片、或压电单晶片(uni-morph)。有源元件可以固定到背板或垫片上，该背板或垫片可以是薄金属片，并且可以具有与有源元件的刚度相似的刚度。此外，或者可替换地，致动器可以是电磁的，诸如音圈电机系统或移动磁体电机系统，在其力特性上具有主共振。在以下申请中公开了关于各种致动器材料、几何形状和/或耦合设计的细节，其全部内容通过引用结合于此：标题为Actuator(致动器)的美国专利第8,766,510号；标题为Transducer(换能器)的美国专利第7,916,880号；标题为Electromechanical ForceTransducer(机电力换能器)的美国专利第7,475,598号；标题为Transducer(换能器)的美国专利第7,635,941号；标题为Acoustic Devices(声学设备)的美国专利第6,427,016号；标题为Resonant Element Transducer(共振元件换能器)的美国专利第7,684,576号；标题为Resonant Element Transducer(共振元件换能器)的美国专利7,149,318；标题为Electro-dynamic exciter(电动激励器)的美国专利第6,618,487号。
通常，多共振耦合系统可以被结合为另一设备的一部分，例如，作为膝上型电脑、平板电脑、数码相机或录像机、或者可以结合具有听觉/振动反馈的视觉显示器(例如，平板显示器102)的其他设备的一部分。
通常，包括平板显示器102(例如，具有或不具有耦合空气间隙)和致动器114的多共振耦合系统120被设计成具有不同于多共振耦合系统120的组件的单独的自然(或固有)共振频率响应的共振频率响应(例如，延伸到更低的频率带宽)。相信物理对象在共振频率处具有自然的机械共振模式。振荡系统的共振模式是运动模式，其中系统的所有部分以相同的频率和固定的相位关系和谐地移动(例如，形成“驻波”)。诸如致动器或平板显示器的物理对象具有一组共振模式，其中这些模式的频率取决于该对象的结构、材料和边界条件。当以这些自然共振频率之一驱动机械系统时，机械系统的响应具有比在其他非共振频率处更高的振幅(例如，声学输出)。系统在共振时的机械阻抗(例如，当受到谐波力时，系统抵抗运动的程度)也处于局部最小值。通常，耦合共振器将具有与组成组件的共振频率相关但不同的共振频率。因此，耦合系统的明智设计可以允许人们设计具有低于组件的共振频率的共振的系统。
参考图2A，示出了用于设计多共振耦合系统120的方法200，该共振耦合系统120扩展平板显示器102(例如，具有耦合空气间隙)的低频响应(例如，共振模式的位置)。最初，在步骤202中，确定平板显示器102的自然共振模式。这些模式可以由显示器102在10mN/伏特和50mN/伏特之间的力灵敏度下驱动产生。可替换地或者另外，这些模式可以由显示器102在500mN和1N之间的力下驱动产生。基于这些共振模式的形状，在步骤204中，选择驱动点118或致动器的附接点的位置。在步骤206中，确定在驱动点118处的平板显示器102的机械阻抗。最后，在步骤208中，选择致动器设计以用于在驱动点118处机械耦合到平板显示器102。
参考图2B，公开了为步骤208选择致动器设计的方法210。在步骤212中，致动器114被设计成在机械驱动点118处使其机械阻抗匹配平板显示器102(例如，具有耦合空气间隙)的机械阻抗。不希望受约束于特定理论，如果致动器114和显示器102的机械阻抗在驱动点处不匹配，则这两个系统耦合不好，并且不能有效地扩展显示器的频率响应。在步骤214中，致动器114被设计成具有与平板显示器102的共振频率模式不同(例如，更低)的第二自然共振频率。所选择的致动器可以扩展平板显示器102的低频响应(例如，共振模式的位置)。
不希望受任何特定理论的约束，下面将基于具有平板显示器102的智能电话100的特定有限元模型，更详细地解释图2A-图2B中的选择和设计方法背后的物理原理。
通常，在一些实施方式中，可以执行多共振耦合系统(例如，包括致动器的平板显示器)的有限元建模(或假设的集总参数数学建模)，以确定多共振耦合系统的一个或多个参数。该一个或多个参数可以包括机械驱动点位置、包括在多共振耦合系统中的平板显示器的共振频率模式、致动器机械阻抗和致动器共振频率。在一些实施方式中，模型可以接收平板显示器的属性(例如，材料、尺寸)、机械基准(ground)连接、空腔(例如，空气或低刚度、开孔泡沫弹性体)作为输入。该模型还可以另外接收与由于一个或多个致动器的机械耦合导致的平板显示器的附加质量和局部硬化相关的信息作为输入，这可以改变平板显示器的共振频率。附加的输入可以包括由设备的其他部分的布置(例如，其他电子器件110在电话100中的布置)、期望的输出(例如，声学效果、触觉)和使用模式(例如，扬声器、听筒)施加的设计约束。
在用于图3-图4、图6和图8的模型中，触摸屏面板103由165×65×0.55毫米的铝硅酸盐玻璃制成。对角线尺寸为158.8毫米(6.25英寸)的OLED显示面板104结合到触摸屏面板的背面。平板显示器经由薄弹性胶带106连接到机械基准(例如，后面板109)。包括显示器后面0.5毫米的小空气间隙和其他内部空气空间的空腔108被包括在模型中。
图3示出了在一定频率范围内、平板显示器102在沿显示器102主轴(图1A中的线A-A)的两点处、被30mN的力驱动时的自然共振模式的曲线图。具体而言，该曲线图示出了显示器102对于不同的施加频率产生的声压的响应，该响应被建模为在距离力源10厘米处测量。如曲线图所示，在以下频率处存在共振模式：356Hz、500Hz、785Hz和800Hz。图4A-图4D示出了平板显示器102在这些不同模式下的等高线图，其中等高线指示平板显示器102的区域上的共振频率响应的振幅。参考图4A，356Hz处的非对称模式3，2在面板的两端具有相反极性的两个极点(或波腹)400和402。参考图4B，500Hz处的对称模式4，2具有三个极点404、406和408。末端的两个极点404和408具有相同的极性和振幅。中间极点406具有相反的极性和两倍的侧极点的振幅。参考图4C，785Hz处的非对称模式5，2具有交替极性的四个极点410、412、414、416。极点412的振幅最高，接下来是极点416、极点414和振幅最低的极点410。参考图4D，800Hz处的鼓膜(tympanic)模式2，2由于与声腔108的耦合而失真。该模式有交替极性的三个极点418、420和422。显示器边缘处的两个极点418和422的振幅显著大于在中间的极点420。
对于平板显示器102的某些形状的共振模式对于不同的声学/触觉应用可能比其他应用更有用。例如，由于模式4，2的中心极点406，图4B中的模式4，2对于声辐射和对于面板的中心附近的触觉反馈比图4A、4C、4D中所示的其他模式更有用。换句话说，诸如4，2的模式可以在扬声器模式中使用——例如，当显示器正被用于显示视觉内容并且位于用户前方时。当电话100正被用作听筒时——例如，当用户的耳朵位于两个极点之一附近以接收呼叫时，诸如模式3，2的一些模式可能更有用。
不希望受任何特定理论的约束，在显示器上的特定位置(例如，驱动点118)处将致动器114附接到平板显示器102可以将电话的低频响应(例如，到300Hz或350Hz)增强到对声学和触觉输出有用的最低自然共振频率(例如，500Hz)以下。例如，如以上建模的，对于智能电话的平板显示器，浅声腔(例如，在间隙108中)或开孔泡沫层与平板显示器102的模式强耦合。这种耦合(如图4A-图4B所示)可以改变显示器的自然模式形状的顺序，并且增加对音频输出有用的第一对称模式(例如，对于图4B中的建模示例，500Hz处的模式4，2)的共振频率。这种效果可能导致面板102在较低听觉/触觉频率处的听觉/触觉响应降低。
被设计成具有特定阻抗和共振频率的致动器114可以在所选择的驱动点118处耦合到平板显示器102，以在低于500Hz的频率(例如，300-350Hz)处实现改进的声学/触觉输出。如上所述，有限元建模用于确定如何在所选择的驱动点118处将致动器114添加到平板显示器102上，可以用于将面板102的频率响应扩展到较低频率。例如，致动器114的添加可以增加多共振耦合系统120在面板的固有共振处(例如，对于模型4，2，在500Hz处)的响应，并且(例如，根据致动器114上的旋转力)可能提供附加模式。多共振耦合系统可以将平板显示器102在固有共振峰值处的响应增加1到5分贝。响应的增加可以取决于显示器102的自然模式的衰减，例如，由于与空气间隙的耦合。此外，或者可替换地，多共振耦合系统可以创建附加模式，该附加模式在低于平板显示器102的自然模式的共振频率的新共振频率处提供1分贝至5分贝、或高达10dB、或高达20dB的增加响应。不希望受任何特定理论的约束，创建略高于显示器102的较低自然模式的附加的模式也可以增加系统的响应(例如，在那些频率处使输出更大声)，并且潜在地使其平滑。
致动器114和驱动点118的选择取决于多共振耦合系统120的期望频率输出。例如，对于声学输出(例如，在扬声器模式中使用)，低频性能优选在300Hz到600Hz之间相对连续。换句话说，在低频(例如，大约300Hz)处的频率响应没有显著的间隙。在这种情况下，有限元模型(具有如上所述的输入)示出了，耦合具有比相关面板120共振频率(例如，用于声学输出的对称4，2模式)低约2/3到1倍频程(63％至50％)的共振的致动器114产生了大约300Hz到600Hz的改进的、相对连续的低频响应。
图5A-图5C示出了假定的致动器114和显示面板102的固有共振频率之间的差异如何可以改变多共振耦合系统120的响应的集总参数数学建模结果。参考图5A，对于一定频率范围，以分贝为单位的对假定驱动力的固有响应被绘制为：在500Hz处具有对称4，2共振峰值502(1)的平板显示器(曲线图502)；致动器(曲线图504；“2/3倍频程致动器”)，其共振频率504(1)比峰值502(1)低2/3倍频程；以及第二致动器(曲线图506；“1倍频程致动器”)，其共振频率506(1)比峰值502(1)低1倍频程。
参考图5B，对于一定频率范围，以分贝为单位的对与图5A中相同的假定驱动力的响应被绘制为：组合平板显示器(在曲线图502中)与2/3倍频程致动器(在曲线图504中)的多共振耦合系统(曲线图508)；以及组合平板显示器(在曲线图502中)与1倍频程致动器(在曲线图506中)的多共振耦合系统(曲线图510)。曲线图508中具有2/3倍频程致动器的系统在显示面板的500Hz自然共振峰值处具有增加的输出508(1)，并且在300Hz附近具有附加峰值508(2)。曲线图510中具有1倍频程致动器的系统在显示面板的500Hz自然共振峰值处具有增加的输出510(1)，并且在250Hz附近具有附加峰值510(2)。因此，图5B示出了当大约250-500Hz的频率下耦合到显示器时，具有比平板显示器4，2模式峰值的自然共振频率低2/3到1倍频程的自然共振频率的致动器可以提供增加的系统响应。这种相对连续的响应对于电话100的声学扬声器使用模式可以是有益的。
对于触觉输出(例如，低于300Hz)，多共振系统120的低频的响应可以与高频(例如，500Hz)的响应不连续。触觉频率的充分响应可以通过将平板显示器102与致动器耦合来实现，该致动器与平板显示器的4，2模式的共振频率相差大于3/2或2倍频程。
参考图5C，对于一定频率范围，以分贝为单位的对与图5A-图5B中相同的假定驱动力的响应被绘制为：组合平板显示器(在曲线图502中)与具有比面板的4，2模式低3/2倍频程的共振峰值的致动器(“3/2倍频程致动器”)的多共振耦合系统(曲线图512)；以及组合平板显示器(在曲线图502中)与具有比面板4，2模式低2倍频程的共振峰值的致动器(“2倍频程致动器”)的多共振耦合系统(曲线图514)。在曲线图512中具有3/2倍频程致动器的系统在显示面板的500Hz自然共振峰值处具有增加的输出512(1)，并且在200Hz附近具有附加峰值512(2)。在曲线图514中具有2倍频程致动器的系统在显示面板的500Hz自然共振峰值处具有增加的输出514(1)，并且在150Hz附近具有附加峰值514(2)。因此，图5C示出了当在大约150-200Hz的频率下耦合到显示器时，具有比平板显示器4，2模式峰值的自然共振频率低3/2到2倍频程的自然共振频率的致动器可以提供增加的系统响应。改进的是不太均匀或不太连续的低频响应，但是峰值512(2)和514(2)处的额外输出对于触觉输出是有用的。这些峰值对于“听筒模式”的紧密耦合声学效果也可以是有用的，在该听筒模式下，用户将耳朵放在显示器的一侧以接收电话呼叫。不希望受任何特定理论的约束，“听筒模式”可以容许响应的连续性较低，因为听筒模式可以比例如扬声器模式更安静，因此可以有更多的净空(headroom)可用于频率响应的均衡。
可以选择致动器114的共振频率，以产生用于上述声学/触觉应用的期望输出(如图5B-图5C所示)。致动器的自然共振取决于致动器几何形状和与平板显示器102的附接机构。例如，可以修改致动器的材料、长度、形状和质量，以实现应用所要求的共振响应。如上所述，可以设想各种不同的致动器材料和几何形状。例如，对于压电梁致动器，可以使用用于悬臂梁模式的熟知公式来进行共振频率的估计。有限元建模可以用来获得更精确的值。对于更简单类型的致动器，可以存在简单的质量弹簧系统，由此可以计算共振频率。
不希望受任何特定理论的约束，除了为致动器114选择合适的共振频率之外，还可以控制致动器如何耦合到平板显示器102，以产生图5B-图5C所示的依赖于应用的结果。如下所述，适当的耦合包括在特定驱动点118处将致动器114附接到平板显示器102，以及在为增强而选择的频率范围(例如，300到600Hz)处选择与驱动点118处平板显示器102的机械阻抗相匹配的致动器的机械阻抗。
机械驱动点118可以基于电话100的设计约束和显示器102的共振模式的形状(例如，如图4A-图4D所示)，来选择以将致动器114机械耦合到平板显示器102。可以限制驱动点118位置的电话的设计约束包括电话100的间隙108中的其他元件的位置，诸如电子器件110(例如，电池、电路板、布线等)的位置。例如，如果电子器件110位于平板显示器102下方的中心，则驱动点118必须被选择得更靠近显示器的边缘。
此外，或者可替换地，驱动点118可以基于平板显示器102的特定共振模式(例如，4，2共振模式)的一个或多个极点(例如，404，408)的位置来选择。不希望受特定理论的约束，驱动点118确定对于多共振耦合系统120可实现哪些模式。例如，将驱动点耦合到平板显示器102的自然共振模式极点的位置可以得到在组合的致动器/显示系统中该模式的增强(例如，如图5B中的峰值508(1)或图8中的峰值820(2)所示)。
在一些实施例中，驱动点沿着显示器102的主轴(例如，沿着图1A中的线A-A)定位，远离边缘达显示器长度的5％至10％，或者高达30％，或者高达50％。
在一些实施方式中，意图的输出频率范围(例如，低频声辐射或触觉反馈)也可以为平板显示器102上的致动器114确定合适的机械驱动点118。例如，对于扬声器模式下的声辐射输出，机械驱动点118可以被选择处于平板显示器102的面板共振模式(例如，406、420)的中心极点处。不希望受任何特定理论的约束，有效的扬声器模式声学输出受益于面板的一些净位移(net displacement)，并且在中心附近的驱动显示器102通常有利于这种输出(例如，图4B和图4D所示的模式)。对于触觉反馈响应(例如，频率低于300Hz的响应)或听筒模式，机械驱动点118可以被选择处于平板显示器102边缘附近的侧极点(例如，波腹400或402)处(例如，图4A所示的模式)。不希望受任何特定理论的约束，将驱动点定位在侧极点处可以提供用于触觉的较低频率的有利输出(例如，模式3，2是用于显示器102的最低频率共振模式)和/或用于听筒模式的足够的输出(例如，近场声学效果)。
在为增强而选择的频率范围(例如，300到600Hz)处，致动器114可以被选择为具有在驱动点118处近似匹配平板显示器102(耦合到间隙108)的机械阻抗的机械阻抗。机械阻抗决定了物理系统在受到谐波力(例如，在特定频率处)时抵抗运动的程度。例如，显示器102的阻抗取决于显示器102的材料和尺寸、电话100的悬置机构106以及耦合到平板显示器102的空气间隙(间隙108的一部分)。不同的显示器和致动器根据它们的阻抗对于共同指定的力，产生不同的最大速度。不希望受限于特定的理论，如果致动器114和显示器102(或如在上述模型中耦合到空气间隙的显示器102)的机械阻抗在驱动点(在驱动频率处)处不匹配，则两个系统不耦合(例如，它们独立振荡)，并且不能扩展显示器的频率响应。
另外，选择致动器阻抗对输出效率很重要。显示器102的速度(例如，输出)由致动器力并且由致动器114和显示器102阻抗联合确定。例如，对于固态压电致动器，高致动器力可能伴随高源(致动器)阻抗(例如，力和阻抗成比例)，因此选择正确的致动器可能很重要。由于高阻抗，过大的力可能不会产生有用的额外声学输出，同时会消耗更多的能量。力太小会导致性能下降。
图6示出了在一定频率范围内平板显示器102(耦合到空气间隙并具有上述特性)在沿着显示器102的主轴(图1A中的线A-A)被30mN的力驱动时的阻抗(以Ns/m为单位)的曲线图。在800Hz的鼓膜(2，2)模式的频率处，阻抗达到最小。低于这个频率，阻抗基本上是弹簧的阻抗，与频率大致成反比。图6示出了在大约300Hz的频率处平板显示器120沿主轴的响应低(如图3所示)，因为显示器在这些频率处的阻抗高。在一些实施例中，致动器114的目标阻抗被设计成近似匹配耦合系统120的低频截止(例如，在300Hz处大约30Ns/m)。如上所述，目标截止频率取决于要增强的期望应用(例如，声学/触觉、扬声器/听筒)。在一些实施例中，致动器114的阻抗可以在10Ns/m和50Ns/m(或者甚至100Ns/m)之间。致动器阻抗可以在所选择的频率和驱动点处在显示器102的目标阻抗的50％和200％之间变化。
可以例如通过改变致动器的一个或多个物理属性来调谐致动器114的机械阻抗。致动器114的阻抗取决于致动器几何形状。例如，可以修改致动器的材料、长度、形状和质量，以实现阻抗匹配。如上所述，可以设想各种不同的致动器材料和几何形状。
在一些实施方式中，两个或多个致动器可以被包括在多共振耦合系统中。包括机械耦合到平板显示器的两个或多个致动器的多共振耦合系统可以进一步增强多共振耦合系统的低频带宽响应。图7A-图7B是这种多致动器多共振耦合系统的示意图。
参考图7A，多共振耦合系统700包括两个致动器114(1)和114(2)，每个致动器在沿着平板显示器120的主轴(沿着图1A中的线A-A)定位在对称位置(例如，在与平板显示器120的中心相反的方向上近似等距)的相应驱动点118(1)和118(2)处机械耦合到平板显示器120。在另一对称共振频率响应峰值处添加第二致动器可以进一步增强多共振耦合系统700在较低频率处的声学输出(例如，增加可实现的分贝水平)。在一些实施例中，驱动点沿着主轴远离显示器的相应边缘达平板显示器102的长度的5％至10％，或者高达20％，或者高达30％。
图8示出了基于上述有限元模型，与在驱动点118(1)和118(2)处被30mN的力驱动的耦合系统700的共振模式的曲线820相比，在一定频率范围内平板显示器102在沿着显示器102的主轴(图1A中的线A-A)被相同的力驱动时的自然共振模式的曲线810。不希望受任何特定理论的约束，图8示出了由于致动器114(1)和114(2)的附接而引起的平板显示器102的增加的质量和局部硬化改变了系统700的共振频率。耦合系统700改变了显示面板102(加上耦合空气间隙)的对称性，使得非对称(3，2)模式开始在300Hz下给出一些声学输出，如峰值820(1)所示。另外，由摆动悬臂致动器114(1)和114(2)生成的力矩(例如，除法向力之外的扭矩)提供了有用的额外的低频力。还生成了250Hz的附加新耦合模式，峰值820(2)。
在一些实施例中，附加致动器可以沿着平板显示器的主轴布置在非对称的位置。参考图7B，多共振耦合系统710包括两个致动器114(1)和114(2)，每个致动器在沿着平板显示器120的主轴(沿着图1A中的线A-A)定位在非对称位置(例如，与平板显示器120的中心不等距)的相应驱动点118(1)和118(2)处机械耦合到平板显示器120。在一些实施例中，驱动点118(1)沿着主轴远离显示器边缘之一达平板显示器102的长度的5％至10％，或者高达20％，或者高达30％。在一些实施例中，驱动点118(2)沿着主轴远离显示器的相同边缘达平板显示器102的长度的20％至40％，或者高达50％，或者高达70％。
不希望受任何特定理论的约束，致动器的非对称布置允许致动器提供不同的模式增强，其中一个致动器潜在地填充由另一个致动器产生的增强间隙。例如，一个致动器可以增强用于声学输出的共振模式(300Hz-600 Hz)，并且另一个致动器可以增强触觉输出(低于300Hz)。可替换地或者另外，致动器两者都可以增强声学输出，但是针对不同的使用模式。例如，对于听筒模式，致动器中的一个可以在较低的响应水平上增强更宽范围的低频带宽，而对于扬声器模式，另一个致动器可以在较高的响应水平上增强更窄的低频带宽。
本说明书中描述的主题和操作的实施例可以在数字电子电路中实施，或者在包括本说明书中公开的结构及其结构等同物的计算机软件、固件或硬件中实施，或者在它们中的一个或多个的组合中实施。本说明书中描述的主题的实施例可以实施为编码在计算机存储介质上的一个或多个计算机程序，即计算机程序指令的一个或多个模块，以用于由数据处理装置运行或控制数据处理装置的操作。
图9是示例计算机系统900的示意图。系统900可以用于执行与先前描述的实施方式(例如，控制器92的那些实施方式)相关联的描述的操作。在一些实施方式中，计算系统和设备以及上述功能操作可以在数字电子电路中实施，有形体现的计算机软件或固件中实施，在包括本说明书中公开的结构(例如，系统900)及其结构等同物的计算机硬件中实施，或者在它们中的一个或多个的组合中实施。系统900意图包括诸如膝上型计算机、台式计算机、工作站、个人数字助理、服务器、刀片服务器、大型机和其他合适的计算机的各种形式的数字计算机，包括安装在模块化车辆的基本单元或pod单元上的车辆。系统900还可以包括移动设备，诸如个人数字助理、蜂窝电话、智能电话和其他类似的计算设备。此外，该系统可以包括便携式存储介质，诸如通用串行总线(Universal Serial Bus，USB)闪存驱动器。例如，USB闪存驱动器可以存储操作系统和其他应用。USB闪存驱动器可以包括输入/输出组件，诸如可以插入另一个计算设备的USB端口的无线发送器或USB连接器。
系统900包括处理器910、存储器920、存储设备930和输入/输出设备940。组件910、920、930和940中的每一个都使用系统总线950互连。处理器910能够处理用于在系统900内运行的指令。处理器可以使用多种架构中的任何架构来设计。例如，处理器910可以是CISC(Complex Instruction Set Computer，复杂指令集计算机)处理器、RISC(ReducedInstruction Set Computer，精简指令集计算机)处理器或MISC(Minimal InstructionSet Computer，最小指令集计算机)处理器。
在一个实施方式中，处理器910是单线程处理器。在另一实施方式中，处理器910是多线程处理器。处理器910能够处理存储在存储器920中或存储设备930上的指令，以在输入/输出设备940上显示用于用户界面的图形信息。
存储器920存储系统900内的信息。在一个实施方式中，存储器920是计算机可读介质。在一个实施方式中，存储器920是易失性存储器单元。在另一实施方式中，存储器920是非易失性存储器单元。
存储设备930能够为系统900提供大容量存储。在一个实施方式中，存储设备930是计算机可读介质。在各种不同的实施方式中，存储设备930可以是软盘设备、硬盘设备、光盘设备或磁带设备。
输入/输出设备940为系统900提供输入/输出操作。在一个实施方式中，输入/输出设备940包括键盘和/或定点设备。在另一实施方式中，输入/输出设备940包括用于显示图形用户界面的显示单元。
所描述的特征可以在数字电子电路中实施，或者在计算机硬件、固件、软件中实施，或在它们的组合中实施。该装置可以在被有形地体现在信息载体中的计算机程序产品中实施，例如，在用于由可编程处理器运行的机器可读存储设备中实施；并且方法步骤可以由运行指令的程序的可编程处理器来执行，以通过对输入数据进行操作并生成输出来执行所描述的实施方式的功能。所描述的特征可以有利地在可在可编程系统上执行的一个或多个计算机程序中实施，该可编程系统包括至少一个可编程处理器，该可编程处理器被耦合以从数据存储系统、至少一个输入设备和至少一个输出设备接收数据和指令，以及向其发送数据和指令。计算机程序是指令集，该指令集可以在计算机中直接或间接用于执行某活动或产生某结果。计算机程序可以以包括编译或解释语言的任何形式的编程语言编写，并且可以以任何形式部署，包括作为独立程序或作为模块、组件、子例程或适合于在计算环境中使用的其他单元。
举例来说，用于运行指令的程序的合适处理器包括通用和专用微处理器两者，以及任何类型计算机的唯一处理器或多个处理器之一。通常，处理器将从只读存储器或随机存取存储器或两者接收指令和数据。计算机的基础元件是用于运行指令的处理器和用于存储指令和数据的一个或多个存储器。通常，计算机还将包括用于存储数据文件的一个或多个大容量存储设备，或者可操作地耦合以与该一个或多个大容量存储设备通信；这种设备包括磁盘，诸如内部硬盘和可移动磁盘；磁光盘；和光盘。适合于有形地体现计算机程序指令和数据的存储设备包括所有形式的非易失性存储器，例如，包括半导体存储器设备，诸如EPROM、EEPROM和闪存设备；磁盘，诸如内部硬盘和可移动磁盘；磁光盘；以及CD-ROM和DVD-ROM盘。处理器和存储器可以由ASIC(application-specific integrated circuit，专用集成电路)来补充或结合到ASIC中。
为了提供与用户的交互，这些特征可以在计算机上实施，该计算机具有用于向用户显示信息的显示器，诸如CRT(cathode ray tube，阴极射线管)或LCD(liquid crystaldisplay，液晶显示器)监视器，以及用户可以通过其向计算机提供输入的键盘和定点设备，诸如鼠标或轨迹球。此外，这些活动可以经由触摸屏平板显示器和其他适当的机构来实施。
这些特征可以在计算机系统中实施，该计算机系统包括诸如数据服务器的后端组件，或者包括诸如应用服务器或互联网服务器的中间件组件，或者包括诸如具有图形用户界面或互联网浏览器的客户端计算机的前端组件，或者它们的任意组合。系统的组件可以通过诸如通信网络的任何形式或介质的数字数据通信连接。通信网络的示例包括局域网(“LAN”，local area network)、广域网(“WAN”，wide area network)、对等网络(具有自组织或静态成员)、网格计算基础设施和互联网。
计算机系统可以包括客户端和服务器。客户端和服务器通常彼此远离，并且典型地通过诸如所描述的网络的网络来交互。客户端和服务器的关系是通过在相应的计算机上运行的计算机程序产生的，并且彼此之间具有客户端-服务器关系。
虽然本说明书包含许多具体的实施细节，但这些不应被解释为对任何发明或可能要求保护的范围的限制，而是对特定于特定发明的特定实施方式的特征的描述。本说明书中在单独实施方式的上下文中描述的某些特征也可以在单个实施方式中组合实施。相反，在单个实施方式的上下文中描述的各种特征也可以在多个实施方式中单独实施或者在任何合适的子组合中实施。此外，尽管上述特征可以被描述为以某些组合起作用，甚至最初被要求如此保护，但是在一些情况下，可以从该组合中删除所要求保护的组合中的一个或多个特征，并且所要求保护的组合可以指向子组合或子组合的变体。
类似地，尽管在附图中以特定次序描绘了操作，但这不应被理解为要求以所示的特定次序或顺序执行这些操作，或者要求执行所有所示的操作，以实现期望的结果。在某些情况下，多任务处理和并行处理可以是有利的。此外，上述实施方式中的各种系统组件的分离不应该理解为在所有实施方式中要求这种分离，并且应该理解，所描述的程序组件和系统通常可以被一起集成在单个软件产品中或者被打包到多个软件产品中。
因此，已经描述了主题的特定实施方式。其他实施方式也在以下权利要求的范围内。在一些情况下，权利要求中列举的动作可以以不同的次序执行，并且仍然实现期望的结果。另外，附图中描绘的过程不一定要求所示的特定次序或顺序，以实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理可以是有利的。

Claims (19)

1.一种具有包括多个共振频率的耦合共振频率响应的系统，所述系统包括：
弯曲波面板，其具有与弯曲波面板的组成、形状和结构相对应的面板共振频率响应，所述面板共振频率响应包括包括对声学输出有用的最低共振频率的多个共振频率；以及
致动器，具有与致动器的组成、大小和形状相对应的致动器共振频率响应，所述致动器共振频率响应包括比对声学输出有用的弯曲波面板的最低共振频率低大约2/3到1倍频程的致动器共振频率；
其中，所述致动器在机械驱动点处机械耦合到所述弯曲波面板，并且其中在300Hz到600Hz的范围内的系统的耦合共振频率响应的共振频率低于对声学输出有用的弯曲波面板的对声学输出有用的最低共振频率。
2.根据权利要求1所述的系统，还包括控制器，被编程为提供电信号以驱动所述致动器，使得所述致动器产生所述致动器共振频率响应。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述机械驱动点基于所述弯曲波面板的面板共振模式来选择，所述致动器具有被选择为与在所述机械驱动点处所述弯曲波面板的机械阻抗匹配的机械阻抗。
4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述致动器是第一致动器，并且所述机械驱动点是第一机械驱动点，并且其中所述系统还包括在第二、不同的机械驱动点处附接到所述弯曲波面板的第二致动器。
5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述第二致动器的第二、不同的机械驱动点相对于所述第一致动器的第一机械驱动点非对称，并且其中在所述第二机械驱动点处所述第二致动器具有第二、不同的低频共振。
6.根据权利要求5所述的系统，其中，在相应机械驱动点处附接到所述弯曲波面板的每个致动器提供相应低频带宽和用于给定低频带宽的相应水平。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，第一相应低频带宽对应于对于所述弯曲波面板的触觉响应，并且第二相应低频带宽对应于对于所述弯曲波面板的声学响应。
8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述弯曲波面板包括触摸屏面板、显示面板和耦合到所述显示面板的空气间隙。
9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述系统是移动设备的组件。
10.根据权利要求1所述的系统，其中，所述致动器是分布式模式致动器。
11.一种方法，包括：
对于弯曲波面板，确定适合于声学输出的弯曲波面板的最低共振模式频率；
对于所述适合于声学输出的弯曲波面板的最低共振模式频率，确定处于最低共振模式频率的弯曲波面板的机械驱动点；
对于所述机械驱动点，确定在所述机械驱动点处所述弯曲波面板的机械阻抗；以及
选择致动器以在所述机械驱动点处机械耦合到所述弯曲波面板，所述致动器的选择包括：
将所述致动器的机械阻抗与对于共振模式频率的机械驱动点处所述弯曲波面板的机械阻抗相匹配；
调谐所述致动器的频率，使得所述致动器的频率处于第二、与所述弯曲波面板的共振模式频率不同的共振频率，所述第二、不同的共振频率处于比适合于声学输出的弯曲波面板的最低共振频率低大约2/3到1倍频程，
其中，包括所述弯曲波面板和附接到所述机械驱动点的致动器的耦合系统具有300Hz到600Hz范围内的共振频率，所述共振频率低于所述适合于声学输出的弯曲波面板的最低共振模式频率。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述弯曲波面板包括触摸屏面板、显示面板和耦合到所述显示面板的空气间隙。
13.根据权利要求11所述的方法，其中，所述弯曲波面板是移动设备的组件。
14.根据权利要求11所述的方法，还包括选择附加致动器，以在附加的、不同的机械驱动点处机械耦合到所述弯曲波面板。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述附加致动器的附加的、不同的机械驱动点相对于所述致动器的机械驱动点非对称，并且其中在附加的机械驱动点处所述附加致动器具有附加的、不同的低频共振。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，在相应机械驱动点处附接到所述弯曲波面板的每个致动器提供相应低频带宽和用于所述相应低频带宽的相应水平。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，第一相应低频带宽对应于对于所述弯曲波面板的触觉响应，并且第二相应低频带宽对应于对于所述弯曲波面板的声学响应。
18.根据权利要求1所述的系统，其中，所述弯曲波面板包括平板显示器。
19.根据权利要求11所述的方法，其中，所述弯曲波面板包括平板显示器。
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