CN116998166A - 包括机械接地的磁性电路的面板音频扬声器 - Google Patents

Abstract

一种设备包括：面板和机械地耦合到面板的后侧以形成面板音频扬声器的电磁致动器，该电磁致动器包括附接到面板的后侧的线圈和经由一个或多个弹簧元件相对于线圈悬挂的磁体，该线圈限定轴线，其中在设备的操作期间，通过线圈的电流改变磁体相对于线圈沿轴线的相对位移。该设备包括：支撑面板的底盘，该底盘包括该设备的壳体，该壳体包括在该设备的与面板相对的侧上的后面板；以及接地组件，其沿轴线定位在磁体和设备的后面板之间，其中接地组件将磁体机械地接地到底盘。

Description

包括机械接地的磁性电路的面板音频扬声器

相关申请的交叉引用

本申请要求于2021年6月25日提交的美国申请No.63/215,316的优先权的权益，其内容通过引用并入本文。

背景技术

本说明书涉及包括机械接地的磁性电路的面板音频扬声器。

许多传统扬声器通过在膜片中引起活塞式运动来产生声音。相比之下，面板音频扬声器通过电声致动器在面板中引起分布式振动模式来操作。通常，致动器是电磁致动器或压电致动器。

当惯性驱动面板音频扬声器被集成到诸如移动电话的电子设备中时，扬声器可能会导致过度振动。这些振动可能对最终用户体验、系统内的共存技术以及诸如当设备被放置在桌子上时的外部环境产生负面影响。

发明内容

公开了包括面板音频扬声器的设备，其特征在于附接到诸如面板(例如，显示面板)的声辐射器上的致动器。该设备包括致动器和设备的底盘之间的接地组件。接地组件可以减少设备的不需要的振动。可以选择接地组件的形状、材料和相对方位以适应设备的大小约束。另外，接地组件可以被配置为减少设备的振动而不降级面板音频扬声器的声音输出。例如，组成接地组件的元件的形状、材料和/或相对方位可以导致减少不期望的振动而不降级声音。

一般而言，在第一方面中，所公开的实施方式的特征在于一种设备，其包括：面板；电磁致动器，该电磁致动器机械地耦合到面板的后侧以形成面板音频扬声器，该电磁致动器包括附接到面板的后侧的线圈和经由一个或多个弹簧元件相对于线圈悬挂的磁体，该线圈限定轴线。在设备的操作期间，通过线圈的电流改变磁体相对于线圈沿轴线的相对位移。该设备包括：支撑面板的底盘，该底盘包括该设备的壳体，该壳体包括在设备的与面板相对的侧上的后面板；以及接地组件，该接地组件沿轴线定位在磁体和设备的后面板之间。接地组件将磁体机械地接地至底盘。

在一些实施方式中，接地组件包括顺应性元件。

在一些实施方式中，顺应性元件选自由以下项组成的组：泡沫件、橡胶件、硅酮件、三维聚合物结构、弹簧、压敏粘合剂。

在一些实施方式中，接地组件包括多于一个顺应性元件。

在一些实施方式中，顺应性元件的第一侧接触磁体。

在一些实施方式中，顺应性元件的与第一侧相对的第二侧接触底盘。

在一些实施方式中，该设备进一步包括壳体内的一个或多个附加部件，该一个或多个附加部件刚性地耦合至底盘。

在一些实施方式中，电磁致动器包括覆盖磁体和线圈的罩。

在一些实施方式中，接地组件延伸穿过罩中的开口。

在一些实施方式中，接地组件包括接触在罩外部的罩的顶部的第一接地元件，并且电磁致动器包括在磁体和罩的顶部之间的第二接地元件。

在一些实施方式中，面板是OLED显示面板或microLED显示面板。

在一些实施方式中，面板包括在平面中延伸的平面面板显示器，并且由线圈限定的轴线垂直于该平面。

在一些实施方式中，该设备是移动电话或平板计算机。

一般而言，在另一方面中，所公开的实施方式的特征在于一种面板音频扬声器，其包括：显示面板；电磁致动器，该电磁致动器机械地耦合到显示面板的后侧，该电磁致动器包括：附接到显示面板的后侧的线圈；以及经由一个或多个弹簧元件相对于线圈悬挂的磁体，该线圈限定轴线。在面板音频扬声器的操作期间，通过线圈的电流改变磁体相对于线圈沿轴线的相对位移；以及机械接地组件，该机械接地组件附接到磁体并且沿轴线定位。

在一些实施方式中，机械接地组件包括顺应性元件。

在一些实施方式中，顺应性元件选自由以下项组成的组：泡沫件、橡胶件、硅酮件、三维聚合物结构、弹簧、压敏粘合剂。

在一些实施方式中，机械接地组件被配置为被定位在面板音频扬声器和支撑显示面板的底盘之间。

在一些实施方式中，底盘包括在底盘的与显示面板相对的侧上的后面板，机械接地组件被配置为被定位在磁体和后面板之间。

在一些实施方式中，电磁致动器包括覆盖磁体和线圈的罩。

在一些实施方式中，机械接地组件延伸穿过罩中的开口。

在一些实施方式中，机械接地组件包括接触在罩外部的罩的顶部的第一接地元件，并且电磁致动器包括在磁体和罩的顶部之间的第二接地元件。

在一些实施方式中，显示面板是OLED显示面板或microLED显示面板。

在一些实施方式中，显示面板包括在平面中延伸的平面面板显示器，并且由线圈限定的轴线垂直于该平面。

所公开的技术的优点可以包括减轻设备振动，同时维持面板音频扬声器的声音输出。设备中的振动缓解通常会导致降低由扬声器输出的声压水平。所公开的技术可以减少振动而不降级扬声器的性能，和/或同时减少扬声器的性能的任何降级。

其他优点将从说明书、附图和权利要求中显而易见。

附图说明

图1是包括面板音频扬声器的移动设备的实施例的透视图。

图2是图1的移动设备的示意性横截面视图。

图3示出了移动设备的一部分的示意性横截面视图，其示出了通过接地组件接地到设备的底盘的示例致动器。

图4是移动设备的一部分的横截面图，其示出了通过接地组件接地到设备的底盘的示例致动器。

图5A和图5B分别是包括致动器和接地组件的示例移动设备的横截面视图和透视截面视图。

图6A是包括致动器和接地组件的移动设备的一部分的截面透视图。

图6B和图6C是图6A中所示的致动器和接地组件的透视图。

图7A和图7B是利用接地组件的另一示例的图6A中所示的致动器的透视图。

图8A和图8B是利用接地组件的又一示例的图6A中所示的致动器的透视图。

图9是示出不具有接地组件的面板音频扬声器和具有接地组件的面板音频扬声器的声压水平对比频率的曲线图。

图10是示出不具有接地组件的面板音频扬声器具有接地组件的面板音频扬声器的致动器磁体的位移对比致动器的频率的曲线图。

图11A至图11C是示出具有接地组件的致动器的各种示例实施例的位移对比频率的曲线图。

图12是用于移动设备的电子控制模块的实施例的示意图。

各个附图中相同的附图标记指示相同的元件。

具体实施方式

本公开的特征在于用于面板音频扬声器——诸如分布式模式扬声器(DML)——的致动器。这种扬声器可以被集成到移动设备——诸如移动电话或平板计算机——中。例如，参见图1，移动设备100包括设备底盘102和触摸面板显示器104，或者简称为面板104。底盘102支撑面板104。底盘102在y方向上具有比面板104更大的长度，并且在x方向上具有比面板104更大的宽度。

面板104可以是例如作为面板音频扬声器的一部分的OLED、microLED或LCD显示面板。面板104可以是平面面板或曲面面板。移动设备100以多种方式与用户接口连接，包括通过显示图像和经由面板104接收触摸输入。通常，作为移动电话的移动设备具有大约10mm或更少的深度(在z方向上)、60mm至80mm(例如68mm至72mm)的宽度(在x方向上)、100mm至160mm(例如138mm至144mm)的高度(在y方向上)。平板计算机可以更大，但通常具有类似的矩形形状。

移动设备100还产生音频输出。音频输出是使用面板音频扬声器生成的，该面板扬声器通过使面板振动来产生声音。该面板机械地耦合到致动器，诸如移动磁体致动器。致动器是可移动部件，其被布置为向诸如面板104的面板提供力，从而导致面板振动。振动板生成人类可听声波，例如在20Hz至20kHz的范围内的声波。一般而言，致动器产生可听声波的效率作为频率的函数而变化，这取决于致动器、面板以及致动器到面板的耦合的属性。通常，致动器/面板系统将展示出一个或多个谐振频率，这些一个或多个谐振频率表示作为频率的函数的声压水平具有局部最大值的频率。然而，通常期望面板音频扬声器跨整个音频频谱维持相对高的声压水平。

除了产生声音输出之外，移动设备100还可以使用致动器产生触觉输出。例如，触觉输出可以与在180Hz至300Hz的范围内的振动相对应。

图1还示出了与图2中所示的横截面方向相对应的虚线。参考图2，移动设备100的横截面200图示了设备底盘102。底盘102提供支撑面板104的结构框架并用作设备100的外部壳体。为了便于参考，图2还包括具有x、y和z轴线的笛卡尔坐标系。设备底盘102具有沿z方向测量的深度和沿x方向测量的宽度。底盘102在x方向上的宽度比面板104的宽度宽。底盘102封装了设备100的部件，包括致动器210、电子控制模块220和电池230。

设备底盘102包括后面板222，其由设备底盘102的在xy平面中主要平行于面板104延伸的部分形成。移动设备100包括致动器210，致动器210被容纳在由面板104和底盘102的后面板222限定的空间中。更具体地，致动器210被定位在底盘102内的面板104后面并且固定到面板104的后侧。一般而言，致动器210的大小被调整成适配在由封闭在底盘102内的其他部件——包括电子控制模块220和电池230——所约束的体积内。

设备100包括致动器210和后面板222之间的一定量的自由空间212。自由空间212使得致动器能够在z方向上振动而不接触后面板222。致动器210可以通过机械接地组件233被接地到后面板222。接地组件233占据致动器210和后面板222之间的自由空间212的一部分。接地组件233在z方向上被定位在致动器210和后面板222之间。

底盘102由刚性或半刚性材料形成。底盘102提供基础以使得致动器210能够机械接地。在一些实施方式中，底盘102可以在结构上被加强以增加底盘102的刚性。例如，底盘102可以在接地组件233耦合到后面板222的位置处或附近被加强。可以使用例如加强件或肋的一个或多个加强元件来增强底盘102的刚性。

图3示出了设备300的一部分的示意性横截面视图，其示出了致动器310通过接地组件333接地到设备300的底盘302。接地组件333被定位在致动器的磁体303和底盘302的后面板322之间。后面板322在设备的与显示面板304相对的侧上，致动器310附接到显示面板304。

在一些示例中，该设备包括壳体内的附加部件和结构。附加部件可以刚性地耦合至底盘。在一些示例中，接地组件333可以经由一个或多个附加部件将磁体303机械接地至底盘。例如，接地组件333可以在第一侧上接触磁体303，并且可以在与第一侧相对的第二侧上接触附加部件中的一个。通过将磁体303机械接地到底盘，接地组件可以抑制相对运动并且耗散能量，从而减少磁体303和底盘之间的振动的传递。

电磁致动器310附接到显示面板304的后侧以形成面板音频扬声器。致动器310包括例如通过粘合剂或其他刚性粘结固定到面板304的框架312。磁体303通过弹簧组件305机械地耦合至面板304，弹簧组件305将磁体303从框架312悬挂。面板304可以是例如平面面板显示器或曲面面板显示器。

在一些示例中，致动器310可以包括覆盖磁体303和弹簧组件305的罩。在一些示例中，接地组件333可以延伸穿过罩中的开口。可替代地或附加地，接地组件333可以包括在罩的任一侧上的部件，以将磁体303机械接地至底盘302。在一些示例中，接地组件333可以包括接触在罩外部的罩的顶部334的第一接地元件。然后第二接地元件可以被定位在磁体303和罩的顶部334之间。

图4是移动设备的一部分的横截面图，其示出了通过接地组件430接地到底盘402的致动器410。参考图4，电磁致动器410包括磁体组件418，磁体组件418通过柔性构件416a/b相对于线圈414从框架412悬挂，线圈414附接到基板426，基板426粘结到面板404的后表面。线圈414限定垂直于面板404的平面(平行于图中所示的z轴线)的轴线。在一些示例中，面板404是在平面中延伸的平面面板。在一些示例中，显示面板404是弯曲面板，并且线圈414在附接点处附接到面板404，线圈414限定在附接点处垂直于面板404的平面的轴线。

接地组件430包括一个或多个接地元件。接地元件可以由顺应性或非顺应性材料形成。接地组件被定位在磁体组件418和底盘402的后面板421之间。具体地，接地组件430沿磁体组件418和后面板421之间的轴线定位。接地组件可以被机械地耦合到磁体组件418、后面板421、或两者。接地组件将磁体组件418机械接地至底盘402的后面板421。

应当理解，对接地组件“沿轴线”定位的提及并不旨在要求接地组件被定位成使得其严格地与轴线对齐，或者甚至在轴线上。相反，接地组件430可以在大体平行于轴线朝向后面板421的方向上远离磁体组件418延伸。框架412包括主要在垂直于基板426的z方向上延伸的侧壁以及将磁体组件418悬挂在线圈414上方的一对柔性构件416a和416b。柔性构件416a和416允许磁体组件418和磁线圈414之间的相对移动。磁线圈414经由底板426附接到显示面板404的后侧。

磁体组件418或电机组件包括间隔件420和附接到间隔件的极磁体422(永磁体)。磁体组件418还包括磁杯，其可以由一个或多个附加磁体组成。极磁体422在xy平面中可以是圆形的并且生成垂直于z轴线的径向磁场。磁体组件418、间隔件420和极磁体422被成形为使得在磁杯的壁和极磁体之间存在气隙。该气隙容纳磁性线圈414并且为线圈414和磁体组件418之间的相对运动提供空间。

在致动器410的操作期间，(图2中所示的)电子控制模块220激励磁性线圈414，使得电流通过该线圈。电流感应出与极磁体422的磁场垂直的磁场。通常，磁场的方向是在x方向上，使得该场垂直于电流的流动。围绕线圈414的磁场由电流感应出。由于线圈414放置在磁场中，线圈414受到由磁体组件的磁场施加的力。通过线圈的电流改变磁体相对于线圈414沿轴线的相对位移。由于感应出的磁场，磁体组件在z方向上发生位移。使电流的方向交替导致磁体组件相对于线圈414在z方向上来回振动，从而在面板404上施加力，面板404也在z方向上振动从而生成声波。

尽管在图3和图4示出为移动磁体致动器，但是所公开的技术可以应用于其他致动器电机结构。例如，在一些实施例中，磁体可以固定到面板404并且线圈可以相对于磁体悬挂。在一些实施例中，代替线圈和磁体，可以使用两个线圈，例如话音线圈和场线圈。

接地组件430将磁体组件418机械地接地到后面板421。在一些示例中，接地组件430包括由单片顺应性材料组成的接地元件，其在一侧上接触磁体组件418，并且在相对的侧上接触底盘。

一般而言，诸如接地组件430的接地组件由一个或多个接地元件组成。接地元件可以由具有适合于将磁体接地至底盘的机械属性的材料形成。一般而言，接地元件可以由任何材料或材料的组合形成，这些材料或材料的组合具有足以减少底盘的振动同时维持由面板音频扬声器输出的期望声音水平的机械属性。接地元件可以是例如由金属、塑料、橡胶、泡沫、弹性体、聚氨酯、热塑性弹性体、三维聚合物结构、三维能量吸收聚合物结构、三维打印结构形成的顺应性元件；硅酮件、弹簧、压敏粘合剂。在一些示例中，顺应性元件可以包括这些材料的任何组合。

在一些实施例中，顺应性元件可以由具有在从20至90的范围内(例如，25或更多、30或更多、35或更多、40或更多、45或更多，例如，85或更少、80或更少、75或更少、70或更少、65或更少)的肖氏A硬度的材料形成。此外，顺应性元件应当足够有弹性，使得其不会由于其与致动器的其他部件的相互作用而变形或疲劳。顺应性元件应当足够有弹性，使得其不会由于设备内的操作温度而变形或疲劳。在一些情况下，顺应性元件可以是例如弹簧(例如，螺旋弹簧、叶片弹簧、压缩弹簧、波形状弹簧或锥形弹簧)。

在一些实施例中，接地组件可以包括由非顺应性或刚性材料形成的一个或多个元件。例如，接地组件可包括由诸如具有在从20至90的范围内(例如，25或更多、30或更多、35或更多、40或更大、45或更多，例如，85或更少、80或更少、75或更少、70或更少、65或更少)的肖氏D硬度的塑料的材料形成的接地元件。在一些示例中，接地组件可以包括由诸如具有50吉帕斯卡(GPa)或更多(例如，75GPa或更多、100GPa或更多、150GPa或更多、200GPa或更多)的杨氏模量的金属的材料形成的接地元件。接地组件可以将磁体组件刚性地连接至底盘。

顺应性元件可以基于材料的热属性由材料或材料的组合形成。例如，顺应性元件可以由在设备的操作期间跨接地组件被暴露于的温度的范围提供期望的机械属性(即，以减少由于致动器引起的设备的振动)的任何材料或材料的组合形成。例如，顺应性元件可以由能够承受低至例如-40℃、-30℃、-20℃等的温度的材料或材料的组合形成。顺应性元件可以由还能够承受高达例如80℃、85℃、90℃等的温度的材料或材料的组合形成。可以至少部分地基于在远低于和远高于室温的温度下的材料的稳定性和材料性能的一致性来选择材料。示例材料可以跨从例如-40℃至90℃、-20℃至80℃、-40℃至125℃、0℃至70℃或-55℃至125℃的温度范围维持稳定性和一致性。

在一些实施例中，顺应性元件可以由基于导热性、导电性或两者的材料或材料的组合形成。例如，可能期望使用导热或隔热的材料。在一些实施例中，可能期望使用导电或电绝缘的材料，或传导性特性的任何组合。

一般而言，顺应性元件的大小和形状可以变化。可能期望保持顺应性元件尽可能小，以便避免显著增加由致动器所需的体积。在一些实施例中，顺应性元件可以被成形为具有与磁体组件418(例如，圆形)相同的覆盖区(即，xy平面中的形状)。在某些情况下，顺应性元件可以具有比磁体组件更小的覆盖区。

在一些实施例中，设备可以包括相同接地组件的多个实例。例如，该设备可以包括第一接地组件和第二接地组件，每个接地组件都包括压缩弹簧。在一些实施例中，设备可以包括不同接地组件的多个实例。不同接地组件可以被选择为具有本质上互补的特性(例如，在不同温度和/或频率范围下具有不同性能特性的元件。例如，该设备可以包括第一接地组件和第二接地组件，该第一接地组件包括压缩弹簧，该第二接地组件包括三维聚合物结构。多个实例可以例如关于磁体组件的轴线径向地和/或对称地布置，或者它们可以与磁体组件的轴线同心地布置。

在一些情况下，在接地组件耦合到磁体组件的位置处(例如，在磁杯的背板上)，接地组件可以具有小于磁体组件的表面积的表面积。接地组件的表面积可以是例如磁体组件的表面积的四分之三或更小、磁体组件的表面积的一半或更小、磁体组件的表面积的三分之一或更小、磁体组件的表面积的四分之一或更小等。在示例实施例中，磁体组件具有附接到包括顺应性元件的接地组件的后表面，该后表面具有大约一百平方毫米的表面积，并且顺应性元件具有大约三十平方毫米的表面积。

一般而言，接地组件的大小、形状和材料属性是基于系统的期望声音输出和振动要求来选择的。例如，在一些实施例中，接地组件被选择为在例如小于1kHz的频率的频率范围下提供底盘的减小的振动。与没有接地组件的面板音频扬声器相比，添加例如包括顺应性元件的接地组件可以维持声音输出水平，同时减少底盘的不需要的振动。例如，相对于没有接地组件的面板音频扬声器，接地组件可以在低于300Hz的频率下将振动减少大约五十倍，在300Hz和500Hz之间的频率下将振动减少大约二十倍，并且在500Hz和800Hz之间的频率下将振动减少大约五倍。组成接地组件的顺应性元件的组成、大小和形状可以根据经验、使用计算机模拟或两者来建立。

图5A和图5B是包括致动器和接地组件的移动设备的横截面视图。图5A示出了包括致动器510、显示面板504和后面板502的移动设备500的横截面视图。致动器510通过接地组件530机械地接地到后面板502。接地组件530可以包括顺应性元件，诸如压缩泡沫。移动设备500还包括将致动器510粘结到接地组件530的顺应性元件的粘合剂503。在该示例中，顺应性元件与致动器510的磁体组件延伸同等范围。

图5B示出了移动设备550的透视横截面视图，该移动设备550包括致动器560、显示面板554和作为设备的底盘的一部分的后面板552。移动设备550还包括刚性耦合到后面板552的附加组件590(例如，微芯片、印刷电路板、电池)。致动器560通过接地组件580经由附加部件590机械接地到后面板552。接地组件580在第一侧上接触致动器560，并且在与第一侧相对的第二侧上接触一个或多个附加部件590。

图6A示出了又一移动设备600的透视截面图，该移动设备包括具有接地组件的致动器610，该接地组件由将致动器的磁体组件618与设备的底盘602机械接地的耦合元件630组成。致动器610进一步包括附接到基板626的线圈614。基板626本身附接到面板604的后表面，面板604是致动器的负载。柔性构件(例如，叶片弹簧)616将磁体组件618相对于线圈614从框架612悬挂。线圈614限定垂直于面板604的平面和底盘602的后面板的平面的轴线601。在一些示例中，面板604是在平面中延伸的平面面板。在一些示例中，面板604是弯曲面板并且线圈614在附接点处附接到面板604，线圈614限定在附接点处垂直于面板604的平面的轴线601。框架612附接到基板626。

图6B和图6C示出了致动器610的透视图，其示出了耦合元件630，耦合元件630是中心定位于磁体组件618的基座的背板上的圆形顺应性材料块(例如，泡沫、压敏粘合剂)。磁体组件618的背板具有比耦合元件630的圆形覆盖区更大的直径的带有圆角的方形覆盖区。

虽然图6A至图6C中所示的接地组件由单块顺应性材料组成，但是替代布置是使用多块顺应性材料，例如，每个定位于方形磁体组件基板的角处的四个块。

在这样的布置中，将再次理解，对接地组件“沿轴线”定位的提及并不旨在要求接地组件的任何部分被定位成使得其在轴线上。相反，顺应性材料块协作以提供接地组件，该接地组件沿着大体平行于轴线朝向底盘的后面板的方向远离磁体组件延伸。

如上所述，在一些情况下，接地组件可以包括作为弹簧的耦合元件。两个不同的这种接地元件的示例在图7A至图8B中示出。特别地，图7A和图7B示出了具有接地组件的致动器710，该接地组件由布置在磁体组件618的背板上的波形状弹簧730组成。波形状弹簧730被布置成使得弹簧的轴线基本上与线圈614的轴线601对齐。

图8A和图8B示出了具有接地组件的致动器810，该接地组件由布置在磁体组件618的背板上的压缩弹簧830组成。压缩弹簧830被布置成使得弹簧的轴线基本上与线圈614的轴线601对齐。

虽然前述两个实施例都以单个弹簧为特征，但其他实施方式也是可能的。例如，接地组件可以由多于一个弹簧(例如，两个、三个、四个或更多个)组成。在一些实施例中，接地组件由四个弹簧组成，在磁体组件618的每个角处有一个弹簧。

一般而言，弹簧常数的刚性可以取决于系统的期望响应而变化。在一些实施例中，使用弹簧常数为至少5N/mm(例如，10N/mm或更大、20N/mm或更大、30N/mm或更大、50N/mm或更大、75N/mm或更大、100N/mm或更大，诸如高达300N/mm或更小、250N/mm或更小、200N/mm或更小、150N/mm或更小)的弹簧。

现在转向接地组件对面板音频扬声器的频率响应的影响的示例，图9示出了两个面板音频扬声器的以dB为单位测量的声压水平对比以Hz为单位测量的频率的实验生成的曲线图900。为从100Hz至10kHz的频率范围示出频率响应。第一曲线901与以不包括接地组件的控制致动器为特征的面板音频扬声器的频率响应——以下称为惯性响应——相对应。该曲线示出在与致动器的驱动频率相对应的240Hz处的谐振峰值。第二曲线902与如关于图3和图4所描述的以包括定位在磁体和后面板之间的接地组件的致动器为特征的面板音频扬声器的频率响应相对应。

曲线图900示出了由曲线902表示的致动器可以在宽频率范围(例如，从300Hz到5kHz)内向由曲线901表示的致动器提供类似的输出。曲线图900还示出了致动器提供比惯性致动器稍大的输出的某些频率。具体地，对于从大约750Hz到略高于2kHz的频率，以接地组件为特征的面板音频扬声器输出的声压水平稍大于以控制致动器为特征的面板音频扬声器。

如以上所讨论的，例如包括顺应性元件的接地组件的材料属性有助于减少底盘的振动。这可以通过在低和中范围可听频率的频率范围内测量磁体组件相对于底盘的位移来证明。例如，图10示出了以mm/V测量的面板音频扬声器中的磁体组件的振动位移对比以Hz测量的面板音频扬声器的频率的实验生成的曲线图1000。曲线图1000示出了在从100Hz至5kHz的范围内操作期间磁体组件的激光测量的位移。曲线图1000示出了两条曲线。曲线1001与在致动器和后面板之间没有接地组件的面板音频扬声器——称为“惯性”情况——相对应。曲线1002与在例如致动器310的致动器和例如后面板421的后面板之间具有接地组件的面板音频扬声器相对应。在该示例中，接地组件是具有包括柔性粘合材料的涂层的波形状弹簧。涂层可以填充波形状弹簧的匝之间的间隙并增加波形状弹簧的刚性。

曲线图1000示出了具有接地组件的面板音频扬声器与不具有接地组件的面板音频扬声器相比具有大幅减少的振动位移，特别是在小于1kHz的频率下。下面是若干示例的位移曲线图。

图11A示出了比较具有由硅酮间隙密封泡沫组成的接地组件(曲线1102)和由撞击和冲击吸收泡沫组成的接地组件(曲线1103)的致动器与惯性情况(曲线1101)的位移的曲线图。从100Hz至2kHz示出位移。

与惯性情况相比，在低频率(例如，低于400Hz)下，两种泡沫与惯性情况相比都显著地减少了位移，但是撞击和冲击吸收泡沫减少的位移比硅酮泡沫在这个范围内多约五倍或更多倍。曲线1102示出了在大约600Hz处的谐振峰值。曲线1103跨所示范围不显示明显的峰值。

图11B示出了比较惯性情况(1201)、由第一波形状弹簧(1202)组成的接地组件和由第二波形状弹簧(1203)组成的另一接地组件的致动器中的磁体组件的位移的曲线图。第一波形状弹簧具有弹簧常数13.39N/mm，并且第二波形状弹簧更硬，具有弹簧常数188N/mm。两个弹簧都能减少磁体组件的位移，其中对于低于400Hz的频率，更硬的弹簧将位移减少约10倍。曲线1202示出了在大约500Hz处的谐振峰值并且示出了类似于对于高于700Hz的频率的惯性情况的位移。

图11C示出了比较惯性情况(1301)与具有由第一压缩弹簧(1302)组成的接地组件和由第二压缩弹簧(1303)组成的另一接地组件的致动器的位移的另一曲线图。跨从100Hz至2kHz的频率范围示出位移。第一压缩弹簧具有弹簧常数6.03N/mm。尽管谐振峰值从240Hz移动到约350Hz，但这种情况下磁体组件的最大位移与惯性情况相比并没有剧烈改变。第二压缩弹簧具有弹簧常数46.15N/mm，并且与惯性情况相比，剧烈减少磁体组件的位移。例如，峰值位移减少了多于10倍，并且谐振峰值从240Hz移动到约650Hz。

如前所述，一般来说，接地组件的部件的组成、形状、大小和类型可以凭经验和/或通过模拟来确定。接地组件可以被设计成使得在从约100Hz至约1kHz(例如，从100Hz至750Hz、从100Hz至600Hz、从100Hz至500Hz、从100Hz至400Hz、从100Hz至300Hz)的范围内的任何单个频率下，与由相同致动器、底盘和负载组成但没有接地组件的惯性布置相比，SPL降低不多于25dB(例如，20dB或更少、18dB或更少、15dB或更少、12dB或更少、10dB或更少)。在一些实施例中，与由相同致动器、底盘和负载组成但没有接地组件的惯性布置相比，致动器的磁体组件的位移减少至少三倍。底盘的位移可以与磁体组件的位移相关地减小，例如与磁体组件的位移成比例。因此，磁体组件的位移的减少可以减少在致动器操作期间底盘的振动。

一般而言，所公开的致动器由电子控制模块——例如以上在图2中的电子控制模块220——控制。一般而言，电子控制模块由一个或多个电子部件组成，这些电子部件接收来自移动电话的一个或多个传感器和/或信号接收器的输入，处理该输入，并生成和递送使致动器210提供合适的触觉响应的信号波形。参考图12，诸如移动设备100的移动设备的示例性电子控制模块1200包括处理器1210、存储器1220、显示驱动器1230、信号生成器1240、输入/输出(I/O)模块1250、以及网络/通信模块1260。这些部件(例如，经由信号总线1225)彼此电通信并与致动器210电通信。

处理器1210可以被实现为能够处理、接收或发送数据或指令的任何电子设备。例如，处理器1210可以是微处理器、中央处理单元(CPU)、专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)或这些设备的组合。

存储器1220具有存储在其上的各种指令、计算机程序或其他数据。指令或计算机程序可以被配置为执行关于移动设备描述的操作或功能中的一个或多个。例如，指令可以被配置为经由显示驱动器1230、信号生成器1240、I/O模块1250的一个或多个部件、可经由网络/通信模块1260访问的一个或多个通信信道、一个或多个传感器(例如生物传感器、温度传感器、加速度计、光学传感器、气压传感器、湿度传感器等)和/或致动器210来控制或协调设备的显示器的操作。

信号生成器1240被配置为产生适合致动器210的变化幅度、频率和/或脉冲轮廓的AC波形，并且经由致动器产生声学和/或触觉响应。尽管被描绘为分离的部件，但在一些实施例中，信号生成器1240可以是处理器1210的一部分。在一些实施例中，信号生成器1240可以包括放大器，例如作为其集成的或分离的部件。

存储器1220可以存储可以由移动设备使用的电子数据。例如，存储器1220可以存储电数据或内容，诸如例如音频和视频文件、文档和应用、设备设置和用户偏好、用于各种模块的定时和控制信号或数据、数据结构或数据库等。存储器1220还可以存储用于重新创建可以由信号生成器1240使用以生成用于致动器210的信号的各种类型的波形的指令。存储器1220可以是任何类型的存储器，诸如例如随机存取存储器、只读存储器、闪存、可移除存储器、或其他类型的存储元件、或这样的设备的组合。

如上面简要讨论的，电子控制模块1200可以包括图12中表示为I/O模块1250的各种输入和输出部件。虽然I/O模块1250的部件在图12中被表示为单个项目，但是移动设备可以包括多个不同的输入部件，包括用于接受用户输入的按钮、麦克风、开关和拨号盘。在一些实施例中，I/O模块1250的部件可以包括一个或多个触摸传感器和/或力传感器。例如，移动设备的显示器可以包括使用户能够向移动设备提供输入的一个或多个触摸传感器和/或一个或多个力传感器。

I/O模块1250的每个部件可以包括用于生成信号或数据的专用电路。在一些情况下，部件可以产生或提供针对与显示器上呈现的提示或用户界面对象相对应的特定于应用的输入的反馈。

如上所述，网络/通信模块1260包括一个或多个通信信道。这些通信信道可以包括提供处理器1210和外部设备或其他电子设备之间的通信的一个或多个无线接口。一般而言，通信信道可以被配置为发送和接收可以由处理器1210上执行的指令解释的数据和/或信号。在一些情况下，外部设备是被配置为与其他设备交换数据的外部通信网络的一部分。一般而言，无线接口可以包括但不限于射频、光、声和/或磁信号，并且可以被配置为通过无线接口或协议进行操作。示例无线接口包括射频蜂窝接口、光纤接口、声学接口、蓝牙接口、近场通信接口、红外接口、USB接口、Wi-Fi接口、TCP/IP接口、网络通信接口或任何常规通信接口。

在一些实施方式中，网络/通信模块1260的一个或多个通信信道可以包括移动设备和另一设备——诸如另一移动电话、平板计算机、计算机等——之间的无线通信信道。在一些情况下，输出、音频输出、触觉输出或视觉显示元素可以直接传输到其他设备以进行输出。例如，可听警报或视觉警告可以从移动设备100传输到移动电话以在该设备上输出，反之亦然。类似地，网络/通信模块1260可以被配置为接收在另一设备上提供的输入以控制移动设备。例如，可听警报、视觉通知或触觉警报(或其指令)可以从外部设备传输到移动设备以供呈现。

本文公开的致动器技术可以用在例如设计成提供声学和/或触觉反馈的面板音频系统中。面板可以是例如基于OLED、microLED或LCD技术的显示系统。该面板可以是智能电话、平板计算机或可穿戴设备(例如智能手表或头戴式设备，诸如智能眼镜)的一部分。

其他实施例在所附权利要求中。

Claims (23)

1.一种设备，包括：

面板；

电磁致动器，所述电磁致动器机械地耦合到所述面板的后侧以形成面板音频扬声器，所述电磁致动器包括附接到所述面板的所述后侧的线圈和经由一个或多个弹簧元件相对于所述线圈悬挂的磁体，所述线圈限定轴线，其中，在所述设备的操作期间，通过所述线圈的电流改变所述磁体相对于所述线圈沿所述轴线的相对位移；

支撑所述面板的底盘，所述底盘包括所述设备的壳体，所述壳体包括在所述设备的与所述面板相对的侧上的后面板；以及

接地组件，所述接地组件沿所述轴线定位在所述设备的所述后面板和所述磁体之间，

其中，所述接地组件将所述磁体机械地接地至所述底盘。

2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述接地组件包括顺应性元件。

3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述顺应性元件选自包含以下项的组：泡沫件、橡胶件、硅酮件、三维聚合物结构、弹簧、压敏粘合剂。

4.根据权利要求2或3中任一项所述的设备，其中，所述接地组件包括多于一个顺应性元件。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的设备，其中，所述顺应性元件的第一侧接触所述磁体。

6.根据权利要求5所述的设备，其中，与所述第一侧相对的所述顺应性元件的第二侧接触所述底盘。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的设备，进一步包括所述壳体内的一个或多个附加部件，所述一个或多个附加部件刚性地耦合至所述底盘。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的设备，其中，所述电磁致动器包括覆盖所述磁体和所述线圈的罩。

9.根据权利要求8所述的设备，其中，所述接地组件延伸穿过所述罩中的开口。

10.根据权利要求8所述的设备，其中，所述接地组件包括接触在所述罩外部的所述罩的顶部的第一接地元件，并且所述电磁致动器包括在所述磁体和所述罩的所述顶部之间的第二接地元件。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的设备，其中，所述面板包括OLED显示面板或microLED显示面板。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的设备，其中，所述面板包括在平面中延伸的平面面板显示器，并且由所述线圈限定的所述轴线垂直于所述平面。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的设备，其中，所述设备是移动电话或平板计算机。

14.一种面板音频扬声器，包括：

显示面板；

电磁致动器，所述电磁致动器机械地耦合到所述显示面板的后侧，所述电磁致动器包括：

附接到所述显示面板的所述后侧的线圈；以及

经由一个或多个弹簧元件相对于所述线圈悬挂的磁体，所述线圈限定轴线，其中，在所述面板音频扬声器的操作期间，通过所述线圈的电流改变所述磁体相对于所述线圈沿所述轴线的相对位移；以及

机械接地组件，所述机械接地组件附接到所述磁体并且沿所述轴线定位。

15.根据权利要求14所述的面板音频扬声器，其中，所述机械接地组件包括顺应性元件。

16.根据权利要求15所述的面板音频扬声器，其中，所述顺应性元件选自包含以下项的组：泡沫件、橡胶件、硅酮件、三维聚合物结构、弹簧、压敏粘合剂。

17.根据权利要求14至16中任一项所述的面板音频扬声器，其中，所述机械接地组件被配置为定位在所述面板音频扬声器和支撑所述显示面板的底盘之间。

18.根据权利要求17所述的面板音频扬声器，其中，所述底盘包括在所述底盘的与所述显示面板相对的侧上的后面板，所述机械接地组件被配置为定位在所述磁体和所述后面板之间。

19.根据权利要求14至18中任一项所述的面板音频扬声器，其中，所述电磁致动器包括覆盖所述磁体和所述线圈的罩。

20.根据权利要求19所述的面板音频扬声器，其中，所述机械接地组件延伸穿过所述罩中的开口。

21.根据权利要求19所述的面板音频扬声器，其中，所述机械接地组件包括接触在所述罩外部的所述罩的顶部的第一接地元件，并且所述电磁致动器包括在所述磁体和所述罩的所述顶部之间的第二接地元件。

22.根据权利要求14至21中任一项所述的面板音频扬声器，其中，所述显示面板包括OLED显示面板或microLED显示面板。

23.根据权利要求14至22中任一项所述的面板音频扬声器，其中，所述显示面板包括在平面中延伸的平面面板显示器，并且由所述线圈限定的所述轴线垂直于所述平面。