CN111670344A - 用于共振映射和声音产生的共振器设备 - Google Patents

用于共振映射和声音产生的共振器设备 Download PDF

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Abstract

本公开的一个实施方案阐述了一种用于生成表面的共振图的共振器设备。所述共振器设备包括使所述表面振动的致动器机构。所述共振器设备还包括一个或多个传感器，所述一个或多个传感器响应于所述致动器机构使所述表面振动而检测所述表面的挠曲。所述共振器设备还包括处理器。所述处理器被配置成基于所述检测到的挠曲而生成所述共振图。

Description

用于共振映射和声音产生的共振器设备
相关申请的交叉引用
本申请要求于2018年2月6日提交的美国专利申请序列号15/890,146的利益，所述美国专利申请特此以引用的方式并入本文中。
背景
实施方案的领域
各种实施方案总体上涉及表面共振，并且更具体地，涉及用于共振映射和声音产生的共振器设备。
相关技术的描述
声音由能够在表面生成小变形的压力波组成。当在表面的一侧上生成声音时，来自声音的压力波会撞击表面。表面从压力波吸收能量，从而致使表面振动。随着表面振动，所述表面的相对侧上的空气吸收了表面振动的能量。吸收的能量致使空气分子振动，从而在表面的另一侧上生成压力波。这些压力波在空间上传播，从而在表面的另一侧传递声音。以这种特定方式，声音能够经由表面共振在表面上传播。
共振是一种现象，其中振动系统或外部力驱动另一系统在特定频率下以较大的幅度振荡。响应幅度为相对最大值的频率称为系统的共振的频率或共振频率。例如，声换能器可以各种频率产生音频信号。当声换能器放置在表面上时，可在表面与声换能器之间确立机械连接。因此，当声换能器产生声音时，声换能器可以对应的频率使表面振动。特别地，如果声换能器振动的频率匹配表面的共振频率，则表面可放大由声换能器产生的声音。
因此，取决于表面的材料和几何性质，经由和/或通过表面可比传输另一频率下的声音更有效地传输一个或多个频率下的声音。通过表面更有效地传输的频率称为表面的共振频率。每个表面可具有一个或多个共振频率。理解表面的共振频率能够对多种应用有帮助。例如，隔音技术可选择性地抑制表面的一个或多个共振频率，以减少经由表面共振能够在表面上传播的声音量。
按照惯例，为了确定不同表面的共振频率，要单独地测试每个表面。表面材料和几何形状的变化会影响每个表面的共振频率。被每种表面材料和几何形状最有效传输的频率可被分类，以生成各种类型表面的共振频率的查找表。
用于确定表面的共振频率的常见技术的一个缺点在于，由于制造和构造过程，所述常见技术没有准确地预测共振频率的移位。特别地，在表面插入螺钉和孔可使表面的共振频率大大地移位。此外，将不同类型的表面彼此紧固可改变两个表面的共振频率。因此，隔离中的表面的共振频率可不同于复杂结构(诸如，建筑物)内同一表面的共振频率。因此，用于确定表面的共振频率的常见技术在各种制造和构造过程之后在准确地预测表面的共振频率方面可能不太有效。
如前文所述，需要用于更有效地确定表面的共振频率的技术。
发明内容
本公开的实施方案阐述了一种用于生成表面的共振图的共振器设备。所述共振器设备包括使所述表面振动的致动器机构。所述共振器设备还包括一个或多个传感器，所述一个或多个传感器响应于所述致动器机构使所述表面振动而检测所述表面的挠曲。所述共振器设备还包括处理器。所述处理器被配置成基于所述检测到的挠曲而生成所述共振图。
其他实施方案尤其提供了一种计算机可读介质和一种被配置成实现上面阐述的技术的方法。
本文描述的技术的至少一个优点在于，共振器设备能够在已经组装表面之后确定表面的共振频率。因此，与仅在表面被包括在结构中之前测试表面的共振频率的常见技术相比，共振器设备能够更准确地检测表面的共振频率。另外，共振器设备是可移动的，并且能够进入难以触及的表面和/或位于结构的部分中对接近的人类而言不安全的表面。因此，共振器设备在提高了用户的共振测试的安全性的同时，增加了能够被测试的表面的数量。最后，共振器设备还能够实现共振图以使表面振动从而产生声音。产生的声音能够用于多种目的，诸如噪声消除和娱乐音频产生。
附图说明
为了能够详细地理解上面阐述的一个或多个实施方案的所述特征，可通过参考某些特定实施方案来对以上简要概述的一个或多个实施方案进行更具体的描述，附图中示出了所述特定实施方案中的一些。然而，应当注意，附图仅示出典型的实施方案，并且因此不应被视为以任何方式限制其范围，因为所述各种实施方案的范围也涵盖其他实施方案。
图1示出了根据各种实施方案的被配置成实现本公开的一个或多个方面的计算设备的框图；
图2示出了用于实现本公开的各种实施方案的共振器设备；
图3A-图3B示出了根据各种实施方案的用于使表面振动的致动器机构；
图4示出了根据各种实施方案的用于使表面振动的致动力分布图；
图5示出了根据各种实施方案的用于使表面振动的致动频率分布图；
图6示出了根据各种实施方案的由应用生成的共振图；
图7示出了第二系统配置，所述第二系统配置包括用于实现本公开的各种实施方案的外部传感器；
图8示出了根据各种实施方案的用于生成共振图的方法步骤的流程图；并且
图9示出了根据各种实施方案的用于通过利用共振图从表面产生音调的方法步骤的流程图。
具体实施方式
图1示出了根据各种实施方案的被配置成实现本公开的一个或多个方面的计算设备的框图。如图所示，共振器设备100包括处理单元110、输入/输出(I/O)设备120、存储器130和移动单元140。
处理单元110可包括中央处理单元(CPU)、数字信号处理单元(DSP)、传感器处理单元、控制器单元等中的一个或多个。处理单元110可物理地嵌入到共振器设备100中，可为基于云的计算环境的一部分，和/或可部分地包括在诸如遥控器、笔记本计算机、移动或可穿戴设备等的外部控制器中。处理单元110被配置成执行存储器130中包括的应用。
输入/输出(I/O)设备120包括致动器机构122和传感器124。致动器机构122可包括具有线性、旋转和/或振荡致动器机构的各种类型的致动器。特别地，致动器机构122可包括线性致动器、阀致动器、压电致动器、电磁致动器和螺线管、电液致动器、滑块、平台、活塞、电声换能器和气动阀致动器。在操作中，致动器机构122可将直接机械力施加到表面上以引起表面中的变形。可入射到表面或与表面法线成一定角度施加机械力。另外或替代地，致动器机构122可包括声换能器，所述声换能器致动接近表面的空气以引起表面的变形。另外，可在表面中生成变形的过程中实现换能器的相控阵列。在各种实施方案中，致动器机构122可包括万向节系统，所述万向节系统旋转以致动表面的各种部分。致动器机构122可位于共振器设备100中或周围的各种位置。例如，致动器机构122可位于共振器设备100的外部框架上，和/或可位于共振器设备100内。
传感器124生成指示共振器设备100在表面上和/或在所述表面周围的环境中的位置的传感器数据。举例来说，传感器124可包括光学传感器(例如，RGB图像传感器)、超声测距仪、声传感器、热传感器、惯性测量单元(例如，陀螺仪、加速度计和磁力计)、倾斜开关、飞行时间传感器(例如，深度图传感器)。另外，I/O设备120可包括帮助将共振器设备100定位在表面上的基于光检测和测距(LIDAR)和基于无线电检测和测距(RADAR)的传感器、全球导航卫星系统(GNSS)传感器、
Figure BDA0002614569090000051
和
Figure BDA0002614569090000052
联网模块、无线发射器和接收器等。例如，GNSS接收器可接收共振器设备100在表面上的位置，并且可将该位置传输到处理单元110。在各种实施方案中，声传感器可为能够检测声波(即，压力波)的任何类型的传感器。在一些实施方案中，声传感器可包括传声器、超声换能器等。
另外，传感器124可生成指示所述表面的由致动器机构122生成的变形的各方面的传感器数据。例如，传感器124可生成指示变形幅度的传感器数据。特别地，传感器124可测量变形的深度、变形的宽度、变形的形状等。传感器124可包括测量表面中的变形的各种类型的传感器，包括接触传感器和光学传感器。接触传感器可包括压电膜、电位计、电磁传感器等。光学传感器可包括成像传感器(例如，RGB图像传感器)、激光测距系统(例如，基于LIDAR的传感器)和结构化光传感器。另外，可在测量表面变形的过程中实现上面列出的任何或所有传感器。另外或替代地，可在测量可能由于重复使表面变形而引起的表面共振的过程中实现致动器机构122中的各种换能器。传感器124可位于共振器设备100中或周围的各种位置。例如，传感器124可位于共振器设备100的外部框架上，可位于共振器设备100内，或可位于共振器设备100外部。
在一些实施方案中，I/O设备120还可协调数据在外部数据存储库与共振器设备100之间的传递。特别地，外部数据存储库可存储表面或环境的相对位置。例如，外部数据存储库可存储：表面或环境的绝对位置；表面材料的一个或多个性质；表面的最高、最低和/或平均共振频率；表面的各位置之间的共振频率的变化；在表面上测试的一组共振频率；表面的变形；以及用于使表面振动的致动器的类型。另外，外部存储库还可存储共振器设备100穿过所述表面所沿的路径，指示由致动器振动每个位置的位置和时间的时程，以及表面和/或环境的各种环境测量结果，诸如一天中的某一时刻、温度、风速、本底噪声等。此外，除了架构图、蓝图、计划、计算机辅助设计图和用于处理表面测量结果和环境条件的其他类型的信息之外，外部数据存储库还可存储先前生成的共振图。
移动单元140提供了一种用于在表面的各种位置之间移动共振器设备100的机构。在各种实施方案中，移动单元140可包括用于在表面的不同位置之间移动共振器设备100的机械和电子部件。例如，机械部件可包括各种类型的附件、皮带轮系统、伺服臂等。电气部件可包括马达、致动器、电池、伺服器等。另外，移动单元140可包括用于控制和协调移动单元140中包括的各种机械和电动部件的激活的控制系统。另外，控制系统可主动地监测机械和电气部件的性能和状况。在一些实施方案中，移动单元140还可自动升级和/或提供指示应当升级、维修或更换部件的通知。例如，当电池电量低时，移动单元140可显示指示灯。另外或替代地，当电池电量低时，移动单元140可将电源切换为车载备用电源，例如备用电池组。
移动单元140可包括有助于移动单元140在表面上行进的轴距和/或轮距。另外或替代地，移动单元140可包括弹簧、气动系统和/或能够沿着表面和/或在3D空间中移动共振器设备100的其他类型的推进系统。另外，移动单元140可包括空中系统，诸如四轴飞行器、无人驾驶飞机、飞行机器人、小型直升机等，所述空中系统使得移动单元140能够将共振器设备100在3D空间中移动到表面的各种部分。另外或替代地，移动单元140可包括被动推进(例如，风帆)和主动推进(例如，汽油和/或电动推进系统、螺旋桨系统、悬停系统等)中的一个或多个。在各种实施方案中，移动单元140可使得共振器设备100能够穿过竖直定向的表面。特别地，移动单元140可被配置成粘附至表面和/或悬挂在表面上。例如，移动单元140可沿着一组悬浮的电缆行进。共振器设备100也可悬浮在拉索或索具系统上。移动系统140可调整一根或多根拉索的张力和/或长度，以调整共振器设备100在三个维度上的位置。另外，移动单元140可包括触觉和/或粘接结构，诸如定向粘接的表面攀爬垫。移动单元140可实现粘接结构来以各种取向将共振器设备100接近表面和/或悬挂在表面上。此外，移动单元140可在轨道系统上实现，所述轨道系统沿着或围绕表面实现。
移动单元140可使用多种化学和/或电气推进系统来移动共振器设备100。在替代实施方案中，移动单元140可由基于化学的电源(诸如内燃发动机或外燃发动机)部分或全部供电。例如，移动单元140可经由从化学反应(诸如燃烧反应)释放的能量来使一个或多个附件位移。
存储器130包括被配置成与数据库138通信的应用132。应用132包括映射模块134和声音产生模块136。处理单元110执行应用132以实现共振器设备100的总体功能。存储器130可嵌入共振器设备100，或者可存储在外部控制器中，和/或可包括在基于云的计算环境中。
数据库138可存储表面的一个或多个共振图。共振图可包括一系列数据点。每个数据点可包括：表面上的位置，用于使表面振动的致动器类型，致动力或力集合，致动频率或频率集合，表面的挠曲，表面上生成的表面变形的形状、大小或尺寸等。另外，数据库138可存储外部数据存储库中包括的数据中的一些或全部。
映射模块134协调表面的共振频率的检测和表面的共振图的生成。特别地，映射模块134实现一个或多个表面覆盖算法，以确定移动单元140移动共振器设备100应当沿着的路径。可实现各种表面覆盖算法，包括但不限于基于随机游走的算法、基于螺旋运动的算法、地形覆盖算法等。映射模块134可实现一个或多个表面覆盖算法以选择表面的第一位置。映射模块134可配置移动单元140以将共振器设备100移动到第一位置。映射模块134还可配置传感器124以确定共振器设备100的绝对位置和/或共振器设备100在表面上的相对位置。例如，映射模块134可配置GNSS接收器以确定共振器设备100的绝对位置。另外或替代地，映射模块134可配置共振器设备100外部的传感器以生成图像数据，并且经由局域网、
Figure BDA0002614569090000081
等将图像数据传输到映射模块134。
一旦位于第一位置，映射模块134就配置致动器机构122以使表面振动。在各种实施方案中，映射模块134在致动器机构122中选择一种类型的致动器来使用，以使表面振动。例如，映射模块134可选择使用气动设备来使表面振动，和/或可选择线性致动器以与表面法线成一定角度将直接机械力施加到表面。映射模块134还选择一定量的致动力以施加到表面。举例来说，如果表面是刚性的，则映射模块134可配置致动器机构122以相比如果表面是柔性的情况向表面施加更大的力。另外，映射模块134选择使表面振动的频率。在一些实施方案中，映射模块134可配置致动器机构122，从而以一组频率使表面顺序地振动。例如，映射模块134可配置致动器机构122，从而以180赫兹(Hz)、220Hz和240Hz来致动表面。
当表面振动时，所述表面可能会局部变形。局部变形的深度在本文中被称为挠曲。另外，变形可具有宽度和形状。映射模块134配置传感器124以检测表面中的局部变形。例如，映射模块134可配置一个或多个光学传感器，以生成指示表面的挠曲的数据。另外或替代地，映射模块134可实现安置在表面上以检测表面变形的各种特性(诸如变形的挠曲和宽度)的一个或多个接触传感器，诸如压电传感器。
映射模块134可响应于特定的振动频率而处理传感器数据以确定表面的挠曲。因此，映射模块134可响应于振动而确定表面变形的挠曲、形状和宽度。映射模块134可将表面变形的位置、致动频率和各种特性作为数据点存储在数据库138中存储的共振图中。映射模块134还可访问I/O设备120以确定环境的一个或多个参数，诸如温度、风速、一天中的某一时刻等。映射模块134还可将这些参数存储在共振图中包括的数据点中。
对于每个位置，映射模块134可配置致动器机构122，以利用各种类型的致动模式来使表面振动。例如，映射模块134可配置致动器机构122以改变表面上的致动频率和致动力中的一个或多个。对于每个致动模式，映射模块134可配置传感器124以生成传感器数据，所述传感器数据指示响应于特定致动模式而由表面振动生成的表面变形的各种参数。映射模块134还可在对应于表面的特定位置的数据点中存储致动模式-表面变形对。在其他实施方案中，映射模块134可仅存储生成最大挠曲的致动频率。这种致动频率可对应于表面的共振模式，即经由表面共振容易地传输通过表面的频率。
在其他实施方案中，映射模块134配置一个或多个传感器124，以测量由振动的表面生成的压力波的频率和幅度。例如，可实现传声器，以测量由表面生成的压力波的响度。映射模块134可利用检测到的频率和幅度来确定表面的共振模式。例如，映射模块134可确定对应于检测到的最大幅度和/或检测到的特定频率的致动频率和/或致动模式。映射模块134可将该致动频率以及对应检测到的频率和幅度存储在共振图中的数据点中。
基于表面变形或由表面生成的检测到的压力波的一个或多个参数，映射模块134确定表面将要振动的下一个位置。在一些实施方案中，映射模块134确定所述表面在第一位置处的最大挠曲是否大于阈值。如果挠曲大于阈值，则映射模块134选择与第一位置相距较大距离的位置。如果挠曲低于阈值，则映射模块134选择与第一位置相距较小距离的位置。例如，阈值可为2毫米。如果对于第一阈值的挠曲大于2毫米，则映射模块134配置移动单元140以将共振器设备100移动2厘米。如果对于第一阈值的挠曲小于2毫米，则映射模块134配置移动单元140以将共振器设备100移动1毫米。然而，以上数字仅是示例性的，并且阈值和/或得到的步长可更大或更小。另外或替代地，映射模块134可实现表面变形的一个或多个其他特性，以确定用于确定表面将要振动的第二位置的步长。映射模块134还可实现表面覆盖算法以确定配置移动单元140以移动共振器设备100的方向，和/或移动单元140应将共振器设备100移动到的位置。
在各种实施方案中，共振器设备100诸如经由局域网、
Figure BDA0002614569090000101
Figure BDA0002614569090000102
无线电发射器和接收器等连接到外部控制器。映射模块134可经由I/O设备120接收控制输入，所述控制输入配置共振器设备100以执行映射模块134的核心功能，包括但不限于选择要实现的表面覆盖算法，选择表面将要振动的位置，选择在使表面振动的过程中将要使用的致动器类型，选择在使表面振动的过程中将使用的致动频率和/或致动模式，选择表面变形的要检测和测量的一个或多个参数，以及选择要包括在共振图中的数据。
另外，映射模块134可更新预先存在的共振图。因此，映射模块134可选择预先存在的共振图上将要振动的一组位置，要在表面上实现的一组致动频率和/或致动模式，以及表面变形的要测量并存储在预先存在的共振图中的更新的或新数据点中的各种特性。
另外或替代地，映射模块134可控制两个或更多个共振器设备100。映射模块134可协调每个共振器设备100的移动，每个共振器设备使表面的不同位置振动，或者在表面上的相似位置上使用不同的致动工具、频率或模式。在另一实施方案中，每个共振器设备100包括单独的映射模块134，所述映射模块134经由局域网、
Figure BDA0002614569090000111
Figure BDA0002614569090000112
无线电发射器和接收器等联网。每个映射模块134可与另一映射模块134协调以确定表面的将要振动的一组位置，和/或在使表面的各种位置振动的过程中将使用的一组致动工具、频率或模式。每个映射模块134可将得到的共振图存储在共享数据库138中或单独的数据库138中。
声音产生模块136配置共振器设备100，以经由使表面的各种位置振动来生成音调。在操作中，声音产生模块136经由I/O设备120接收要产生的音调。例如，I/O设备120可通过网络从用户、噪声消除系统、隔音系统、娱乐系统等接收要产生的音调。另外或替代地，数据库138可存储要生成的一个或多个音调，和/或I/O设备120可访问外部数据存储库以确定要生成的一个或多个音调。声音产生模块136分析音调以识别音调的一个或多个分量频率。声音产生模块136还选择要生成的一个或多个分量频率。
另外，声音产生模块136访问共振图以确定表面的将要振动的位置。例如，声音产生模块136可访问数据库138中存储的一个或多个共振图。另外或替代地，声音产生模块136可经由I/O设备120访问外部数据存储库中存储的共振图，以确定表面的将要振动的位置。
特别地，声音产生模块136搜索共振图中的数据点，以基于接收到的音调和致动器机构122而选择要振动的位置。在各种实施方案中，给定音调频率，声音产生模块136选择具有最大挠曲的位置。另外或替代地，声音产生模块136可从外部控制器接收表面的将要振动的位置。
声音产生模块136配置移动单元140，以将共振器设备100移动到选定位置。声音产生模块136可生成在共振器设备100的当前位置与表面的选定位置之间的路径。例如，声音产生模块136可配置传感器124以确定共振器设备100的绝对位置。另外或替代地，声音产生模块136可配置位于共振器设备100外部的一个或多个传感器124，以检测共振器设备100相对于表面的位置。声音产生模块136可通过使用共振器设备100在表面上的绝对位置或相对位置中的一者或两者来确定共振器设备100在共振图上的当前位置。基于共振器设备100在共振图中的当前位置，声音产生模块136可绘制通往所述表面的选定振动位置的路径。
声音产生模块136可配置传感器124以生成在每个传感器的视野内的传感器数据，以确定沿指定路径是否存在任何障碍物。声音产生模块136可修改指定路径以避开检测到的障碍物。另外或替代地，声音产生模块136可配置传感器124，以在共振器设备100朝向选定位置移动时监测所述指定路径。如果在共振器设备100朝向选定位置移动时沿指定路径检测到障碍物，则声音产生模块136可实现一个或多个路线校正算法。
一旦共振器设备100到达选定位置，声音产生模块136就配置致动器机构122以使表面振动，从而生成音调。特别地，声音产生模块136可配置致动器机构，以利用特定致动力和/或致动频率使表面振动。在各种实施方案中，致动力和致动频率基于共振图中存储的致动力和致动频率。然而，声音产生模块136可基于环境条件和/或被用来使表面振动的致动器机构122的类型而选择更高或更低的致动力和/或致动频率。例如，如果表面周围的湿度增加，则声音产生模块136可实现用于使表面振动的致动频率的少量增加，以便降低任何湿度引起的阻尼作用。
在其他实施方案中，声音产生模块136搜索共振图600以确定表面310的当振动时表现出小挠曲的一个或多个位置。声音产生模块136还可配置一个或多个波束形成扬声器，以将接收到的音频信号输出到表面310的当振动时表现出小挠曲的位置。因此，由于表面的小挠曲响应，表面310的选定位置可有效地反射音频声音。以这种方式，声音产生模块136可配置共振器设备100，以通过将音频信号反射离开表面310的非共振位置而将音频传输到一个或多个选定位置。
在各种实施方案中，可实现多个共振器设备100以使表面振动。在这种实施方案中，每个声音产生模块136可配置共振器设备100，以使表面的不同位置和/或不同的表面振动。在各种实施方案中，每个声音产生模块136可从要产生的多频音调中选择单个频率。另外或替代地，每个共振器设备100可经由局域网或类似的联网系统联网。因此，每个声音产生模块136可配置对应的共振器设备100，以按顺序的时间间隔使表面振动。此外，中央声音产生模块136可协调多个共振器设备100的移动，并且可配置每个共振器设备100中包括的各种致动器机构122，以在特定的时间间隔期间且以特定的致动频率和致动力来使表面振动。
图2示出了用于实现本公开的各种实施方案的系统配置。如图所示，共振器设备100包括处理单元110、致动器机构122、传感器124和移动单元140。在各种实施方案中，处理单元110、致动器机构122、传感器124和移动单元140可共同位于共振器设备100中。替代地，处理单元110和/或传感器124可位于共振器设备100的外部。数据和控制信号可经由网络在处理单元110和/或传感器124与共振器设备100之间传递。
如上所述，移动单元140可为能够在表面的各种位置之间移动共振器设备100的任何类型的移动系统。致动器机构122可为能够使表面振动的任何类型的设备。致动器机构122可包括将直接机械力施加到表面中的各种类型的致动器，和/或将压力波引导到表面的电声换能器。传感器124可被配置成检测共振器设备220在表面上的位置，检测共振器设备100周围的障碍物，并检测表面的各种特性，诸如表面变形。特别地，处理单元110配置传感器124以将表面的挠曲检测给致动器机构122中使表面振动的致动器。
图3A-图3B示出了根据各种实施方案的用于使表面310振动的致动器机构122。如图所示，系统环境300包括表面310和致动器机构122。表面310包括具有挠曲A 330的变形A340。如图所示，头部320在表面310上施加直接机械力。在各种实施方案中，映射模块134配置致动器机构122以调整杆325的长度，以便使头部320与表面310接触。另外，映射模块134可配置致动器机构122以进一步延伸杆325，以便致使头部320在表面310上施加力。映射模块134基于表面310和致动器机构122的各种性质而选择所施加的力的大小。例如，如果表面310是刚性的，则映射模块134可配置致动器机构122，以增加由头部320施加在表面310上的力的大小。替代地，如果表面310是柔性的，则映射模块134可配置致动器机构122，以减小由头部320施加在表面310上的力的大小。另外或替代地，映射模块134可基于致动器机构122能够产生的阈值力而选择所施加的力的大小。
在各种实施方案中，映射模块134可配置致动器机构122，以随着时间推移改变在表面310上施加的力的大小。例如，映射模块134可配置致动器机构122，以致使在表面310上施加的力在一个或多个时间间隔期间在最大力与最小力之间变化。特别地，映射模块134可配置致动器机构122，从而以特定的致动频率改变由头部320施加的力。施加的力的变化使表面310以对应的频率振动。当表面310振动时，在表面310中生成应力。当应力超过阈值时，表面310的外部形状可能会围绕表面310与头部320之间的接触区域发生变化。例如，可在表面310中生成变形A 340。变形A 340的各种方面由致动器机构122在表面310中生成的应力确定。例如，映射模块134可通过配置致动器机构122以改变在使表面310振动的过程中使用的致动力和/或致动频率，从而改变变形A 340的挠曲A 330、形状和/或横截面长度。
在各种实施方案中，映射模块134还可修改致动器机构122在表面310上施加致动力的角度。例如，致动器机构122可包括万向节机构，所述万向节机构使杆325和头部320以相对于表面310的各种角度旋转。因此，映射模块134可配置致动器机构122以旋转致动器机构122的各种部件，以便以相对于表面法线的各种角度将力引导到表面310上。
如图3B中所示，系统环境350包括表面310和致动器机构122。表面310包括具有挠曲B 335的变形B 345。在各种实施方案中，映射模块134配置致动器机构122以改变一个或多个致动参数，以便在表面310上生成不同类型的变形。例如，映射模块134可增加或减小施加在表面310上的平均致动力。映射模块134还可增加或减小头部325使表面310振动的致动频率。因此，通过改变一个或多个致动参数，映射模块134可改变在表面310上生成的变形的各种方面。例如，映射模块134可增加或减小挠曲、横截面长度，和/或改变在表面310上生成的变形的形状。特别地，通过改变一个或多个致动参数，映射模块134可配置致动器机构122，以在表面310上生成变形B 345。如图所示，系统环境350中的变形B 345的挠曲B 335大于系统环境300中的变形A 340的挠曲A 330。因此，系统环境350中的杆325比系统环境300中的杆325进一步延伸出致动器机构122，以便使头部320与表面310接触。
另外，映射模块134配置传感器124，以生成能够用于确定变形B 345的一个或多个方面(诸如，挠曲B 335)的传感器数据。映射模块134处理传感器数据以确定挠曲B 335的值。映射模块134还可处理传感器数据以确定变形B 345的其他方面，诸如横截面长度和形状。
映射模块134还可改变致动器机构122的一个或多个致动参数，以优化变形B 345的一个或多个方面。举例来说，映射模块134可改变一个或多个致动参数，以最大化变形B345的挠曲B 335。映射模块134可改变致动器机构122的致动频率、致动力和致动角度中的一个或多个。对于每组致动参数，映射模块134配置传感器124，以生成能够用于测量挠曲B335的传感器数据。映射模块134还比较挠曲B 335的测量值，以确定与挠曲B 335的最大值相关联的致动参数。
在各种实施方案中，映射模块134可配置致动器机构122以循环通过各种预设致动参数，从而优化变形B 345的一个或多个方面。例如，映射模块134可配置致动器机构122，以当确定挠曲B 335的最大值时循环通过一组致动频率。在其他实施方案中，映射模块134可动态地配置致动器机构122，以当优化变形B 345的各种方面时增加或减小各种致动参数。例如，映射模块134可动态地配置致动器机构122，以增加或减小平均致动力，从而最小化变形B 345的横截面长度。
与变形B 345的优化方面相关联的致动参数可被存储为共振图中的数据点。致动参数与表面310上的位置相关联。特别地，对应于变形的最大挠曲的致动频率被定义为表面310的特定位置处的共振频率。处于共振频率的振动表面310可生成处于特定共振频率的压力波。这种压力波可听得到为可听声音。
图4示出了根据各种实施方案的用于使表面310振动的致动力模式。如图所示，曲线图400显示随时间变化绘制的平均致动力410。特别地，在时间T0，映射模块134配置致动器机构122，以在表面310上施加为0磅(lbs.)的平均致动力。在时间T1，映射模块134配置致动器机构122，以将平均致动力410增加到200磅。平均致动力410保持在200lbs直到时间T2为止，其中映射模块134配置致动器机构122，以将平均致动力410增加到400磅。类似地，在时间T3，映射模块134配置致动器机构122，以将平均致动力410增加到600磅，并且在时间T4，将平均致动力410增加到800磅。
如上所述，映射模块134配置致动器机构122，以用特定致动频率使表面310振动。在一些实施方案中，致动器机构122诸如经由线性致动器将直接机械力施加到表面310。在其他实施方案中，致动器机构122诸如经由电声换能器将非接触力施加到表面310。在各种实施方案中，非接触力可为在空间上分开的两个物体之间的相互作用，所述相互作用改变了物体中至少一个的特性。所述特性可包括例如但不限于位置、速度、加速度、旋转、形状、大小等。在操作中，致动器机构122在表面310上施加随时间变化的力。特别地，由致动器机构122生成的随时间变化的力可在最大力与最小力之间振荡。例如，映射模块134可配置致动器机构122，以增加或减小在表面310上施加的最大力和/或最小力。另外或替代地，映射模块134可配置致动器机构122以改变致动力模式，以使得施加在表面310上的平均力是最大力和最小力的平均值，大于最大力和最小力的平均值，或小于最大力和最小力的平均值。
映射模块134配置传感器124，以生成指示在表面310上形成的变形的一个或多个方面的传感器数据。例如，映射模块134可配置光学传感器，以生成编码图像并将其投影到表面310上，以对由致动器机构122生成的变形进行成像。映射模块134还可配置光学传感器，以生成指示图像如何由于变形而失真的传感器数据。映射模块134可使用图像失真来确定表面310上的变形的一个或多个方面。特别地，映射模块134可计算变形的挠曲、横截面长度和形状。在其他实施方案中，映射模块134可配置传感器124以将无源元件放置在表面310上。无源元件可为信标或感应元件，并且可放置在致动器机构122正在振动的表面310的区域上。映射模块134还可配置传感器122，以检测无源元件相对于表面310的另一区段的位移，和/或无源元件在表面310上的运动。映射模块134使用无源元件的检测到的位移和/或运动来确定在表面310上生成的变形的各种方面。
基于变形B 345的确定的方面，映射模块134可配置致动器机构122，以调整施加在表面310上的随时间变化的致动力。例如，在时间T1与时间T2之间，映射模块134可分析传感器数据，并计算变形A 340的挠曲A 330。映射模块134还可配置致动器机构122，以在时间T2将平均致动力410增加到400磅。在时间T2与时间T3之间，映射模块134可再次分析来自传感器124的传感器数据。映射模块134可基于传感器数据确定表面310上的变形现在呈现具有挠曲B 335的变形B 345的形状。
当平均致动力410为600磅和800磅时，映射模块134还可确定变形挠曲。在一些实施方案中，映射模块134可识别与最大挠曲相关联的平均致动力410。例如，映射模块134可将与400磅的平均致动力410相关联的挠曲B 335识别为最大挠曲。映射模块134还可在共振图中生成数据点，除了表面310、变形B 345和致动器机构122的致动参数的其他方面之外，所述数据点还指示共振器设备100的位置、400磅的平均致动力410以及致动器机构122的致动器频率。
图5示出了根据各种实施方案的用于使表面310振动的致动频率模式。如图所示，曲线图500显示随时间变化绘制的致动频率510。在各种实施方案中，映射模块134可配置致动器机构122，以在表面310上施加随时间变化的力，其中随时间变化的力具有特定致动频率。特别地，在时间T1，映射模块134配置致动器机构122，以对表面实现180Hz的致动频率510。在时间T2，映射模块134配置致动器机构122，以将致动频率510减小到0Hz。类似地，在时间T3，映射模块134配置致动器机构122，以将致动频率510增加到200Hz，并且然后在时间T4使致动频率510回到0Hz。如曲线图500中所示，致动频率510继续在0Hz与顺序的220Hz、380Hz、400Hz和420Hz之间循环。
在各种实施方案中，映射模块134配置致动器机构122，以在不同的致动频率下在表面310的单个位置上施加随时间变化的力。例如，如图所示，映射模块134配置致动器机构122，以用180Hz、200Hz、220Hz、380Hz、400Hz和420Hz的致动频率在表面310上施加随时间变化的力。在表面310上施加随时间变化的力致使表面310振动，并且进一步外部变形。例如，变形A 340和/或变形B 345可形成在表面310上。映射模块134还配置传感器124，以生成指示表面310的各种性质的传感器数据。例如，压电传感器可安置在表面310上，靠近致动器机构122和表面310的接触点。压电传感器可检测表面310中的变形的各种方面。例如，压电传感器可检测变形B 345的挠曲B335。对于每个致动频率，映射模块134可确定形成在表面310上的变形的各种方面。映射模块134还可识别对应于表面310上的变形B345的最大挠曲的致动频率510。映射模块134可将识别的频率作为数据点存储在共振图中。除了生成的变形的各种其他致动参数和方面之外，数据点还可包括共振器设备100的位置、最大挠曲和对应的致动频率510。
在其他实施方案中，映射模块134可配置致动器机构122，以在表面310上生成多频率致动模式。例如，映射模块134可配置致动器机构122，从而一次以三个频率使表面310振动。例如，映射模块134可配置致动器机构122，从而以180Hz、200Hz和220Hz使表面310振动。映射模块134可分析由传感器124生成的传感器数据，以确定形成在表面310上的变形的一个或多个方面。例如，映射模块可确定以180Hz、200Hz和220Hz使表面310振动在表面310上生成具有挠曲A 330的变形A 340。
接着，映射模块134可配置致动器机构122，从而以380Hz、400Hz和420Hz使表面310振动。映射模块134可再次分析由传感器124生成的传感器数据，以确定形成在表面310上的变形的一个或多个方面。例如，映射模块可确定以380Hz、400Hz和420Hz使表面310振动在表面310上生成具有挠曲B 335的变形B 345。映射模块134还可识别出挠曲B 335大于挠曲A330。映射模块134然后可在与共振器设备100的位置以及致动器机构122使表面310振动的一组频率(即，380Hz、400Hz和420Hz)相关联的数据点中包括挠曲B 335。
在其他实施方案中，映射模块134可配置致动器机构122，以当使表面310振动时执行跨一定频率范围的连续扫描。例如，致动器机构122可以高频率(例如，420Hz)开始，并且向下扫描到较低频率(例如，380Hz)，或反之亦然。在这种实施方案中，映射模块134可配置传感器124，以重复地测量在表面310上产生的最大挠曲。因此，相对于测试离散频率，映射模块134可更精确地识别表面310的共振频率。例如，映射模块134可通过实现连续扫描技术来识别394.7Hz是表面310的共振频率。
图6示出了根据各种实施方案的由共振器设备100生成的共振图600。共振图600详述了表面310的共振性质。特别地，共振图600中的每个数据点包括表面310的位置、最大挠曲以及生成最大挠曲的对应致动频率。例如，在共振图600中，对于致动器机构122，位置610生成小挠曲，而位置620生成大挠曲。另外，映射模块134可包括其他致动参数，诸如平均致动力410和致动角，以及变形的各方面，诸如变形的横截面长度和形状。
在一些实施方案中，共振图600是反映表面310的各种共振性质的二维图。共振图600上的每个数据点对应于表面310的位置。每个数据点包括能够使表面310变形达到的最大挠曲和对应的致动频率510。另外，数据点可包括额外的致动参数，诸如用于使表面310振动的一组致动频率510以及用于使表面310振动以生成最大挠曲的平均致动力410或一组平均致动力410。映射模块134还可存储得到的变形的各种其他方面，诸如横截面长度和形状。
此外，映射模块134还可存储对应于表面310的最小挠曲或无挠曲的致动参数。可在将声音反射离开表面310时实现这类致动参数。映射模块134还可存储对应于高于或低于挠曲阈值的非最大挠曲的致动参数。这类致动参数可提供关于表面310的位置的二次共振频率或临近共振频率的信息。
为了构建共振图600，映射模块134迭代地测试表面310的各种位置的共振性质。特别地，映射模块134可配置移动单元140，以将共振器设备100移动到表面310上的一个或多个位置。在每个位置，映射模块134可配置致动器机构122，以利用一组特定的致动频率来使表面310振动。对于每个位置，映射模块134配置传感器124，以生成反映在第二位置处形成的变形的传感器数据。映射模块134分析传感器数据，以确定对应于最大挠曲的致动频率。映射模块134然后可将每个位置的对应致动频率作为单独的数据点存储在共振图600中。在每个位置，映射模块134响应于致动器机构122使表面310振动而生成指示使在表面310上形成的变形的挠曲最大化的频率和/或一组频率的数据点。因此，映射模块134可生成表面310的共振图，所述共振图指示从表面310诱导最大挠曲响应的振动频率。
在各种实施方案中，映射模块134实现各种表面覆盖算法，以确定表面310的要测试的一组位置。例如，映射模块134可实现随机游走算法，所述随机游走算法为共振器设备100随机指派运动方向。替代地，映射模块134可实现地形覆盖算法，所述地形覆盖算法基于共振器设备100的过去三个或更多个位置而指派方向。
另外，映射模块134可实现挠曲阈值，以确定第一位置与第二位置之间的位移步长。如果特定位置的最大挠曲大于阈值挠曲，则映射模块134可选择与第一位置相距大步长的第二位置。然而，如果第一位置的最大挠曲小于阈值挠曲，则映射模块134可选择与第一位置相距小步长的第二位置。映射模块134然后可配置移动单元140，以将共振器设备100移动到选定的第二位置。
在其他实施方案中，代替使单个位置振动，映射模块134可配置致动器机构122，以一次使表面310的多个位置振动。举例来说，映射模块134可配置致动器机构122，以使用换能器的相控阵列来一次使表面310的两个或更多个位置振动。例如，映射模块134可配置换能器的相控阵列，以使线性地安置在表面310上的一组位置振动。另外或替代地，映射模块134可配置换能器的相控阵列，以使安置在表面310的网格的不同点处的一组位置振动。此外，一个或多个换能器还可检测由表面310生成的反射压力波。映射模块134可响应于致动器机构122以一个或多个致动频率使表面310振动而分析这些压力波的方向和幅度，以确定表面310的挠曲。
在一些实施方案中，将得到的共振图600发送给客户端计算设备和/或外部数据存储库。因此，可将表面310的共振图600与表面310的先前生成的共振图进行比较，以确定表面310的各种性质如何随时间改变。因此，能够通过评估各种表面性质如何随时间改变来检测结构退化和损坏。例如，可通过确定共振图600中响应于一组特定的致动参数的变形的挠曲和横截面长度明显大于先前生成的共振图中的挠曲和横截面长度来检测表面退化。
图7示出了第二系统配置，所述第二系统配置包括用于实现本公开的各种实施方案的外部传感器。如图所示，共振器设备100安置在表面310上。另外，外部传感器720对表面310上的共振器设备100成像。在一个或多个实施方案中，外部传感器720可经由网络诸如位于外部传感器720和共振器设备100上的局域网、
Figure BDA0002614569090000221
和/或无线电发射器和/或接收器来将传感器数据传递给共振器设备100。例如，外部传感器720可生成指示共振器设备100在表面310上的位置的传感器数据。
在各种实施方案中，声音产生模块136利用共振图600来从表面310生成声音。在操作中，声音产生模块136接收要在表面310上产生的音调。例如，声音产生模块136可从外部娱乐系统接收音调。特别地，I/O设备120可包括接收无线电传输的无线电接收器。在其他实施方案中，I/O设备120可包括接收房间中的环境声音的传声器。另外或替代地，I/O设备120可经由诸如局域网等网络接收音调。在其他实施方案中，I/O设备120可经由诸如激光传输、红外传输、无线传输等其他类型的传输来接收编码的信号。
在一些实施方案中，声音产生模块136可接收多频率音频信号。声音产生模块136将音频信号分解为分量频率。例如，多频率音频信号可包括320Hz、432Hz、440Hz和562Hz的声音。声音产生模块136识别接收到的音频信号中的分量频率中的每个。声音产生模块136还可识别与每个分量频率相关联的幅度。此外，声音产生模块136可识别所述幅度随时间的变化。例如，频率320Hz可为第一时间间隔的最大幅度频率分量，并且然后可为音频信号的其余部分的最小幅度频率分量。然而，另一频率分量(例如，440Hz)在第一时间间隔之后可仅具有非零幅度。因此，声音产生模块136分析接收到的音频信号，以识别每个分量频率的幅度行为。
另外，声音产生模块136访问数据库138和/或外部数据存储库中存储的共振图600。声音产生模块136搜索共振图600中的数据点，以确定与临近分量频率中的一个或多个的频率相关联的位置。举例来说，声音产生模块136可识别当以接近440Hz的致动频率振动时具有大挠曲的数据点。另外，声音产生模块136可识别共振图136的在562Hz处也具有大挠曲的另一数据点。
基于共振图600，声音产生模块136选择表面310的要振动的位置，以便再现接收到的音频信号。在一些实施方案中，声音产生模块136选择要生成的单个分量频率。例如，声音产生模块136可选择具有最大平均幅度的频率分量。声音产生模块然后可选择表面310上对选定频率分量具有最大挠曲的位置。声音产生模块136然后可配置移动单元140，以将共振器设备100移动到该位置，并且配置致动器机构122以使表面310根据分量频率振动以产生音调。
另外或替代地，一个或多个共振器设备100可包括声音产生模块136。每个声音产生模块136可选择要产生的不同频率分量。每个声音产生模块136还可搜索共振图600中的数据点，以选择表面310的当以选定分量频率振动时具有大挠曲的位置。每个声音产生模块136可配置对应的移动单元140，以将共振器设备100移动到表面310的指定位置。此外，每个声音产生模块136配置致动器机构122，从而以指定的频率使表面310振动。另外，每个声音产生模块136还可改变平均致动力410，以匹配对应分量频率的幅度变化。
在其他实施方案中，声音产生模块136可包括在控制一组共振器设备100的中央处理单元110中。声音产生模块136然后可识别接收到的音频信号中的分量频率，并且搜索共振图600，以识别表面310的对于每个分量频率具有大挠曲的一组位置。声音产生模块136还可配置每个移动单元140，以将对应的共振器设备100移动到所述一组位置中的不同位置。声音产生模块136然后可配置每个致动器机构122，从而以匹配对应的分量频率的致动频率来使每个位置振动。
例如，移动单元140可包括四旋翼飞行器系统。致动器机构122可包括气动设备和/或电声换能器，而传感器124可包括基于激光的光学传感器。映射模块134可配置移动单元140，以沿着一个或多个表面310移动共振器设备100。映射模块134可通过以下方式生成共振图600：配置致动器机构122从而以一个或多个频率使表面310振动，并且配置传感器124以响应于所述振动而生成指示表面310的挠曲的传感器数据。映射模块134还可为表面310上的每个位置生成数据点，所述数据点包括最大挠曲和对应的致动频率。映射模块134基于生成的数据点而构建共振图600。
声音产生模块136可经由局域网接收要在表面310上生成的音频信号。声音产生模块136搜索共振图600，以确定表面310的具有特定共振特性的一个或多个位置。例如，声音产生模块136可搜索数据点，以识别当振动时表现出小挠曲的位置。声音产生模块136还可选择表面310的表现出期望的表面性质的位置，并且配置移动单元140以将共振器设备100移动到选定位置。在一些实施方案中，声音产生模块136还可配置一个或多个波束形成扬声器，以将接收到的音频信号输出到表面310的当振动时表现出小挠曲的位置。因此，由于表面的小挠曲响应，表面310的选定位置可有效地反射音频声音。以这种方式，声音产生模块136可配置共振器设备100，以通过将音频信号反射离开表面310的非共振位置而将音频传输到一个或多个选定位置。
图8示出了根据各种实施方案的用于生成共振图的方法步骤的流程图。虽然结合图1、图2、图3A-图3B和图4-图7的系统描述了方法步骤，但是本领域技术人员应当理解，被配置成以任何顺序执行方法步骤的任何系统都落在本发明的范围内。
如图8中所示，方法800在步骤810开始，其中映射模块134选择使表面310振动的频率。在各种实施方案中，映射模块134配置致动器机构122，从而以单个致动频率510使表面310振动。另外或替代地，映射模块134可配置致动器机构122，从而以一组致动频率510使表面310振动。另外，映射模块134可配置致动器机构122，以改变施加在表面310上的平均致动力410。然后，在步骤820，映射模块134配置致动器机构122，从而以期望的致动频率和/或一组致动频率使表面310振动。
在步骤830，映射模块134配置传感器124，以测量表面310的挠曲。在各种实施方案中，当致动器机构122使表面310振动时，在表面310内生成了可在表面310中生成变形A 340的应力。映射模块134配置传感器124，以测量变形A 340的包括挠曲A 330的各种方面。
在步骤840，映射模块134确定是否测试另一频率。例如，映射模块134可确定用以在表面310的每个位置上进行测试的一组频率。如果映射模块134确定应测试另一频率，则方法800返回步骤810，其中映射模块134确定配置致动器机构122以使表面310振动的频率。
如果映射模块134确定不测试另一频率，则方法800继续到步骤850，其中映射模块134在数据库138中记录对应于最大挠曲(例如，挠曲B 335)的频率。在其他实施方案中，映射模块134可记录对应于所述最大挠曲的一组频率。在步骤860，映射模块134确定共振图600中的一组数据点是否覆盖表面310。在一些实施方案中，映射模块134可实现传感器124，以确定共振图600中的一组数据点是否对应于表面310的整个范围。如果映射模块134确定共振图600覆盖表面310，则方法800结束。替代地，如果映射模块134确定共振图600不覆盖表面310，则方法800继续到步骤870，其中映射模块134配置移动单元140以将共振器设备100移动到表面310的另一位置。例如，映射模块134可实现表面覆盖算法，以确定移动共振器设备100的方向。另外，映射模块134可基于前一位置处的最大挠曲是否超过阈值而确定配置移动单元140以移动共振器设备100的距离。方法800还继续到步骤810，其中映射模块134确定配置致动模块122以使表面310振动的频率。
图9示出了根据各种实施方案的用于通过利用共振图从表面产生音调的方法步骤的流程图。虽然结合图1、图2、图3A-图3B和图4-图7的系统描述了方法步骤，但是本领域技术人员应当理解，被配置成以任何顺序执行方法步骤的任何系统都落在本发明的范围内。
如图9中所示，方法900在步骤910开始，其中声音产生模块136接收表面310的共振图600。共振图600包括表面310的各种位置的一个或多个共振特性。在步骤920，声音产生模块136接收要生成的音调。在各种实施方案中，声音产生模块136分析接收到的音调，以确定接收到的音调内的一个或多个分量频率。在步骤930，声音产生模块136选择表面310的表现出期望的共振特性的位置。举例来说，声音产生模块136可选择表面的表现出相对于特定分量频率的大挠曲的位置。
在步骤940，声音产生模块136配置移动单元140，以将共振器设备100移动到选定位置。在步骤950，声音产生模块136配置致动器机构122，从而以分量频率使表面310振动。在其他实施方案中，声音产生模块136配置I/O设备120中包括的一个或多个扬声器，以将定向音频信号传播到表面310。定向音频信号从表面310反射离开，以便将目标声音发送到表面310周围的环境内的各种位置。
总而言之，应用包括映射模块和声音产生模块。映射模块选择表面的用于进行测试的位置，并且配置移动单元以将共振器设备移动到所述位置。映射模块还配置致动器机构，从而以一个或多个频率使表面振动。传感器生成传感器数据，所述传感器数据指示表面响应于各种振动频率的挠曲。映射模块生成数据点，所述数据点包括共振器设备的位置、一个或多个振动频率以及表面的对应挠曲。
另外，声音产生模块接收要生成的音调。声音产生模块访问数据库中存储的共振图，选择表面的要振动的位置以及使选定位置振动的选定频率，以便生成接收到的音调。声音产生模块配置移动单元，以将共振器设备移动到选定位置。声音产生模块还配置致动器机构，从而以选定频率使表面振动，以便生成接收到的音调。
本文描述的技术的至少一个优点在于，共振器设备能够在已经组装表面之后确定表面的各种共振性质。因此，与仅测试在结构的外部的表面的共振性质的常见技术相比，共振器设备能够更准确地检测表面的共振频率。另外，共振器设备是可移动的，并且能够进入难以触及的表面和/或位于结构的部分中对接近的人类而言不安全的表面。因此，共振器设备在提高了用户的共振测试的安全性的同时，增加了能够被测试的表面的数量。最后，共振器设备还能够实现共振图以使表面振动从而产生声音。产生的声音能够用于多种目的，诸如噪声消除和娱乐音频产生。
1.在一些实施方案中，一种用于生成表面的共振图的共振器设备包括：致动器机构，所述致动器机构被配置成使表面振动；一个或多个传感器，所述一个或多个传感器被配置成检测表面上的变形；以及处理器，所述处理器被配置成基于检测到的变形而生成共振图，其中所述共振图指定表面上多个位置中的每个的一个或多个共振性质。
2.如条款1所述的共振器设备，所述共振器设备还包括移动单元，所述移动单元被配置成使共振器设备沿着表面移动。
3.如条款1或2所述的共振器设备，其中所述移动单元被配置成检测所述共振器设备在表面上的位置。
4.如条款1-3中任一项所述的共振器设备，其中所述一个或多个传感器包括光学传感器、声传感器和接触传感器中的至少一个。
5.如条款1-4中任一项所述的共振器设备，其中所述致动器机构包括以下中的至少一个：活塞，所述活塞被配置成向表面中或沿着表面施加机械力；以及电声换能器，所述电声换能器被配置成将非接触力引导到表面上。
6.如条款1-5中任一项所述的共振器设备，其中所述致动器机构还包括换能器的相控阵列，所述换能器的相控阵列被配置成使所述表面上的两个或更多个位置振动，并且检测由所述振动表面生成的压力波。
7.如条款1-6中任一项所述的共振器设备，其中第二共振器设备中包括的第二处理器通信地耦接到处理器，并且其中所述第二处理器基于第一位置和使第一位置振动所使用的致动器机构的类型中的至少一个而确定以下中的至少一个：表面的要振动的第二位置，以及用于使表面振动的第二种类型的第二致动器机构。
8.如条款1-7中任一项所述的共振器设备，其中多个位置中的第一位置的第一共振性质包括当在表面上的第一位置施加给定力时使表面变形达到的最大挠曲。
9.在一些实施方案中，一种用于生成共振图的方法包括：使表面振动；检测所述表面的由所述振动致使的变形；以及基于所述变形的一个或多个方面而生成共振图，其中所述共振图指定表面上多个位置中的每个的一个或多个共振性质。
10.如条款9所述的方法，其中检测所述变形还包括检测所述变形的挠曲、横截面长度和形状中的一个或多个。
11.如条款9或10所述的方法，其中使所述表面振动还包括以第一致动频率和第一平均致动力使所述表面振动。
12.如条款9-11中任一项所述的方法，所述方法还包括分析从一个或多个传感器接收的传感器数据，以确定所述变形的一个或多个方面。
13.如条款9-12中任一项所述的方法，其中生成共振图包括生成所述共振图中的第一数据点，所述第一数据点包括变形的一个或多个方面并且与表面上的位置相关联。
14.如条款9-13中任一项所述的方法，其中生成所述共振图包括：从所述一个或多个传感器接收指示所述变形的一个或多个方面的传感器数据，其中所述一个或多个方面包括挠曲；分析传感器数据，以确定表面的最大挠曲；确定致动器频率、致动器力、致动器频率模式和对应于最大挠曲的致动器力模式中的至少一个；以及生成共振图中的第二数据点，所述第二数据点包括最大挠曲以及对应的致动器频率、致动器力、致动器频率模式和致动器力模式中的至少一个。
15.如条款9-14中任一项所述的方法，所述方法还包括基于所述最大挠曲而选择所述表面上的第二位置，以及将共振器设备移动到所述第二位置。
16.如条款9-15中任一项所述的方法，所述方法还包括：分析传感器数据以确定所述表面上对应于所述共振图和所述表面中的至少一个的边界的位置；将共振器设备移动到所述位置；以及生成共振图中的与所述位置相关联的数据点。
17.在一些实施方案中，一种存储指令的非暂时性计算机可读存储介质，所述指令当由处理器执行时致使所述处理器通过以下操作生成表面的共振图：配置致动器机构以使表面振动；配置一个或多个传感器以生成指示表面的变形的传感器数据；以及基于所述变形的一个或多个方面而生成共振图，其中所述共振图指定表面上多个位置中的每个的一个或多个共振性质。
18.如条款17所述的非暂时性计算机可读存储介质，所述非暂时性计算机可读存储介质还包括处理器，所述处理器配置所述致动器机构，从而以第一致动频率和第一平均致动力来使所述表面振动。
19.如条款17或18所述的非暂时性计算机可读存储介质，所述非暂时性计算机可读存储介质还包括处理器，所述处理器配置一个或多个传感器以生成指示共振器设备在表面上的位置的传感器数据。
20.如条款17-19中任一项所述的非暂时性计算机可读存储介质，其中生成共振图还包括：接收致动器机构的一个或多个参数；以及生成共振图中的第一数据点，所述第一数据点包括变形的一个或多个方面、致动器机构的一个或多个参数、以及共振器设备在表面上的位置。
21.在一些实施方案中，一种用于使用表面产生声音的共振器设备包括：一个或多个传感器，所述一个或多个传感器被配置成检测共振器设备在表面上的位置；处理器，所述处理器被配置成基于共振图确定使所述位置振动以生成音调的致动频率，其中所述共振图指定表面上多个位置中的每个的一个或多个共振性质；以及致动器机构，所述致动器机构被配置成使所述表面的所述位置振动以产生音调。
22.如条款21所述的共振器设备，所述共振器设备还包括移动单元，所述移动单元被配置成使共振器设备在表面上的两个或更多个位置之间移动。
23.如条款21或22所述的共振器设备，其中所述致动器机构包括被配置成利用直接机械力和非接触力中的至少一个使所述表面振动的设备。
24.如条款21-23中任一项所述的共振器设备，其中所述一个或多个传感器包括位于所述表面上并且靠近所述共振器设备的至少一个传感器和位于第二表面上的至少一个传感器。
25.如条款21-24中任一项所述的共振器设备，其中所述致动器机构还包括换能器的相控阵列，所述换能器的相控阵列被配置成一次使所述表面的两个或更多个位置振动。
26.如条款21-25中任一项所述的共振器设备，所述共振器设备还包括一个或多个扬声器，所述一个或多个扬声器被配置成朝向所述表面的第二位置投射所述音调，其中所述音调从所述第二位置反射离开。
27.在一些实施方案中，一种使用表面产生声音的方法包括：接收音调和表面的共振图，其中所述共振图指定表面上多个位置中的每个的一个或多个共振性质；基于所述音调和所述共振图而确定所述表面的要振动的第一位置；以及配置致动器机构，从而使所述第一位置振动以生成音调。
28.如条款27所述的方法，所述方法还包括分析音调以确定一个或多个分量频率。
29.如条款27或28所述的方法，其中所述共振图包括一组数据点，每个数据点指示所述表面上的第二位置、所述第二位置的声音频率、以及致使所述表面产生声音频率的致动频率。
30.如条款27-29中任一项所述的方法，所述方法还包括分析所述一组数据点以确定第一数据点，所述第一数据点包括：第三位置，所述第三位置产生匹配一个或多个分量频率中的至少一个的第二声音频率；以及第一致动频率，在所述第一致动频率下使所述第三位置振动以便生成第二声音频率。
31.如条款27-30中任一项所述的方法，所述方法还包括：分析传感器数据以确定共振器设备在表面上的第四位置；以及将共振器设备从第四位置移动到第三位置。
32.如条款27-31中任一项所述的方法，所述方法还包括：分析传感器数据以确定在所述共振器设备的所述第四位置与所述第三位置之间的障碍物的第五位置；以及致使所述共振器设备绕过所述障碍物移动。
33.如条款27-32中任一项所述的方法，其中所述第一数据点指示使第三位置振动以致使表面产生第二声音频率的平均致动力。
34.如条款27-33中任一项所述的方法，其中第一数据点包括用以使第三位置振动以致使所述表面产生第二声音频率的致动频率模式和致动力模式中的至少一个。
35.如条款27-34中任一项所述的方法，所述方法还包括确定所述音调的至少两个分量频率；并且对于所述两个分量频率中的每个：确定要振动以致使所述表面产生匹配分量频率的声音频率的至少第二位置；以及配置共振器设备以使至少所述第二位置振动从而致使所述表面产生声音频率。
36.如条款27-35中任一项所述的方法，所述方法还包括经由扬声器将接收到的音调投射到第二位置，其中所述音调从所述表面反射离开。
37.在一些实施方案中，一种存储指令的非暂时性计算机可读存储介质，所述指令当由处理器执行时致使所述处理器通过以下操作使用表面产生声音：接收音调和表面的共振图，其中所述共振图指定表面上多个位置中的每个的一个或多个共振性质；基于所述音调和所述共振图而确定所述表面的要振动的第一位置；以及配置致动器机构，从而使所述第一位置振动以生成音调。
38.如条款37所述的非暂时性计算机可读存储介质，其中所述指令还致使所述处理器分析所述音调以确定一个或多个分量频率。
39.如条款37或38所述的非暂时性计算机可读存储介质，其中所述共振图包括一组数据点，每个数据点指示所述表面上的第二位置、对应于所述位置的声音频率、以及使所述表面产生声音频率的致动频率。
40.如条款37-39中任一项所述的非暂时性计算机可读存储介质，其中所述指令还致使所述处理器分析所述一组数据点以确定第一数据点，所述第一数据点包括：第三位置，所述第三位置产生匹配一个或多个分量频率中的至少一个的第二声音频率；以及第一致动频率，在所述第一致动频率下使所述第三位置振动以便生成第二声音频率。
权利要求中任一项所述的权利要求要素和/或本申请中描述的任何要素中的任何一个的呈任何形式的任何和所有组合均落入本发明和保护的预期范围内。
各种实施方案的描述已经呈现以用于说明目的，而并非意在穷举或限于所公开的实施方案。在不脱离所描述的实施方案的范围和精神的情况下，许多修改和变化对于本领域普通技术人员来说将是明显的。
本实施方案的各方面可体现为系统、方法或计算机程序产品。因此，本公开的各方面可采用以下形式：完全硬件实施方案、完全软件实施方案(包括固件、常驻软件、微代码等)或组合了软件方面与硬件方面的实施方案，所述各实施方案在本文中一般都可称为“电路”、“模块”或“系统”。此外，本公开的各方面可采用计算机程序产品的形式，所述计算机程序产品在其上体现有计算机可读程序代码的一个或多个计算机可读介质中体现。
可利用一个或多个计算机可读介质的任何组合。计算机可读介质可为计算机可读信号介质或计算机可读存储介质。计算机可读存储介质可为例如但不限于电子、磁性、光学、电磁、红外或半导体系统、装置或设备或前述介质的任何合适的组合。计算机可读存储介质的更具体示例(非详尽列表)将包括以下项：具有一根或多根导线的电气连接、便携式计算机软盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦可编程序只读存储器(EPROM或快闪存储器)、光纤、便携式光盘只读存储器(CD-ROM)、光学存储设备、磁性存储设备或前述介质的任何合适的组合。在本文献的语境中，计算机可读存储介质可为能够含有或存储供指令执行系统、装置或设备使用或与其结合使用的程序的任何有形介质。
以上参考根据本公开的实施方案的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图图解和/或框图描述了本公开的各方面。应当理解，流程图图解和/或框图中的每个框以及流程图图解和/或框图的框组合能够通过计算机程序指令来实现。这些计算机程序指令可被提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器以产生机器，以使得经由计算机或其他可编程数据处理装置的处理器执行的指令支持流程图和/或框图的一个或多个框中指定的功能/动作的实现方式。这种处理器可为但不限于通用处理器、专用处理器、应用特定处理器或现场可编程处理器或门阵列。
附图中的流程图和框图示出根据本公开的各种实施方案的系统、方法和计算机程序产品的可能实现方式的体系结构、功能性和操作。在这个方面，流程图或框图中的每个框可表示代码的模块、区段或部分，所述代码包括用于实现指定逻辑功能的一个或多个可执行指令。还应当注意，在一些替代实现方式中，框中提到的功能可不按附图中提到的顺序出现。例如，取决于所涉及的功能，实际上可基本上同时执行连续示出的两个框，或者有时可以相反的顺序执行所述框。还应当注意，框图和/或流程图图解中的每个框以及框图和/或流程图图解中的框的组合能够由执行指定的功能或动作的基于专用硬件的系统或者专用硬件和计算机指令的组合来实现。
虽然前述内容针对本公开的实施方案，但是可在不脱离本公开的基本范围的情况下设计出本公开的其他和更多实施方案，且所述范围由以下权利要求确定。

Claims (20)

1.一种用于使用表面产生声音的共振器设备，所述共振器设备包括：
一个或多个传感器，所述一个或多个传感器被配置成检测所述共振器设备在所述表面上的位置；
处理器，所述处理器被配置成基于共振图确定使所述位置振动以生成音调的致动频率，其中所述共振图指定所述表面上多个位置中的每个位置的一个或多个共振性质；以及
致动器机构，所述致动器机构被配置成使所述表面的所述位置振动以产生所述音调。
2.如权利要求1所述的共振器设备，所述共振器设备还包括移动单元，所述移动单元被配置成使所述共振器设备在所述表面上的两个或更多个位置之间移动。
3.如权利要求1所述的共振器设备，其中所述致动器机构包括被配置成利用直接机械力和非接触力中的至少一个使所述表面振动的设备。
4.如权利要求1所述的共振器设备，其中所述一个或多个传感器包括位于所述表面上并且靠近所述共振器设备的至少一个传感器和位于第二表面上的至少一个传感器。
5.如权利要求3所述的共振器设备，其中所述致动器机构还包括换能器的相控阵列，所述换能器的相控阵列被配置成一次使所述表面的两个或更多个位置振动。
6.如权利要求1所述的共振器设备，所述共振器设备还包括一个或多个扬声器，所述一个或多个扬声器被配置成朝向所述表面的第二位置投射所述音调，其中所述音调从所述第二位置反射离开。
7.一种使用表面产生声音的方法，所述方法包括：
接收音调和表面的共振图，其中所述共振图指定所述表面上多个位置中的每个位置的一个或多个共振性质；
基于所述音调和所述共振图而确定所述表面的要振动的第一位置；以及
配置致动器机构，从而使所述第一位置振动以生成所述音调。
8.如权利要求7所述的方法，所述方法还包括分析所述音调以确定一个或多个分量频率。
9.如权利要求8所述的方法，其中所述共振图包括一组数据点，每个数据点指示所述表面上的第二位置、所述第二位置的声音频率、以及致使所述表面产生所述声音频率的致动频率。
10.如权利要求9所述的方法，所述方法还包括分析所述一组数据点以确定第一数据点，所述第一数据点包括：
第三位置，所述第三位置产生匹配所述一个或多个分量频率中的至少一个的第二声音频率，以及
第一致动频率，在所述第一致动频率下使所述第三位置振动以便生成所述第二声音频率。
11.如权利要求10所述的方法，所述方法还包括：分析传感器数据以确定共振器设备在所述表面上的第四位置；以及将所述共振器设备从所述第四位置移动到所述第三位置。
12.如权利要求11所述的方法，所述方法还包括：分析传感器数据以确定在所述共振器设备的所述第四位置与所述第三位置之间的障碍物的第五位置；以及致使所述共振器设备绕过所述障碍物移动。
13.如权利要求10所述的方法，其中所述第一数据点指示使所述第三位置振动以致使所述表面产生所述第二声音频率的平均致动力。
14.如权利要求10所述的方法，其中所述第一数据点包括用以使所述第三位置振动以致使所述表面产生所述第二声音频率的致动频率模式和致动力模式中的至少一个。
15.如权利要求8所述的方法，所述方法还包括：
确定所述音调的至少两个分量频率；并且
对于所述两个分量频率中的每个：
确定要振动以致使所述表面产生匹配所述分量频率的声音频率的至少第二位置；以及
配置共振器设备以使至少所述第二位置振动从而致使所述表面产生所述声音频率。
16.如权利要求7所述的方法，所述方法还包括经由扬声器将接收到的音调投射到第二位置，其中所述音调从所述表面反射离开。
17.一种存储指令的非暂时性计算机可读存储介质，所述指令当由处理器执行时致使所述处理器通过以下操作使用表面产生声音：
接收音调和所述表面的共振图，其中所述共振图指定所述表面上多个位置中的每个位置的一个或多个共振性质；
基于所述音调和所述共振图而确定所述表面的要振动的第一位置；以及
配置致动器机构，从而使所述第一位置振动以生成所述音调。
18.如权利要求17所述的非暂时性计算机可读存储介质，其中所述指令还致使所述处理器分析所述音调以确定一个或多个分量频率。
19.如权利要求18所述的非暂时性计算机可读存储介质，其中所述共振图包括一组数据点，每个数据点指示所述表面上的第二位置、对应于所述位置的声音频率、以及使所述表面产生所述声音频率的致动频率。
20.如权利要求19所述的非暂时性计算机可读存储介质，其中所述指令还致使所述处理器分析所述一组数据点以确定第一数据点，所述第一数据点包括：
第三位置，所述第三位置用于产生匹配所述一个或多个分量频率中的至少一个的第二声音频率，以及
第一致动频率，在所述第一致动频率下使所述第三位置振动以便生成所述第二声音频率。
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