JP2021523583A - 拡張されたダンパを備えた分散モードラウドスピーカのためのアクチュエータ、および、それを備えたシステム - Google Patents

Abstract

システムは、平面において広がるパネルと、パネルの表面に取り付けられたアクチュエータと、アクチュエータを動作させてパネルの振動を引き起こす電子制御モジュールとを備える。アクチュエータは、パネルの振動を引き起こす力を生じさせて音波を生成させるプレートを備え、プレートは、第１の端において幅Ｗ_Ｔを有する。アクチュエータは、プレートの第１の端から広がるスタブを備え、スタブは、プレートへの接続領域においてＷ_Ｔよりも小さい幅を有し、スタブは、プレートから受けた力をパネルに伝達してパネルに振動を引き起こすように、パネルの表面に取り付けられている。アクチュエータは、パネルに面するプレートの表面によって支持されたダンパを備え、ダンパは、プレートをパネルに結合し、ダンパは、Ｗ_Ｓよりも大きな幅を有する。

Description

背景
多くの従来のラウドスピーカは、振動板においてピストンのような動きを誘発することによって音を作る。分散モードラウドスピーカ（ＤＭＬ）のようなパネルオーディオラウドスピーカは、対照的に、電気音響アクチュエータを有するパネルにおいて均一に分散振動モードを誘発することによって動作する。たとえば、スマートフォンは、スマートフォンにおいてディスプレイパネル（たとえば、ＬＣＤまたはＯＬＥＤパネル）に力を加えるＤＭＡを含み得る。その力は、周囲の空気に結合するディスプレイパネルの振動を引き起こし、たとえば、人間の耳に聞こえ得る２０Ｈｚ〜２０ｋＨｚの範囲の音波を生成する。

概要
たとえば、１次元分散アクチュエータの長さに沿って１次元において力を生成する１次元分散モードアクチュエータと比較して、２次元分散モードアクチュエータは、スマートフォンなどのアクチュエータを含むシステムに、広範囲の出力周波数範囲、減少したアクチュエータ長さ、または、その両方を提供するために、多次元において力を生成し得る。たとえば、二次元アクチュエータは、アクチュエータの長さおよび幅に沿って別れた力を生成し、これらの力をスピーカーなどの負荷に伝達して、負荷に音を生成させることができる。二次元分散モードアクチュエータは、また、アクチュエータの幅に沿って異なる垂直変位、たとえば、高さ変位を有するが、１次元アクチュエータは、一般的に、幅と共に一定の垂直変位を有する。

典型的には、２次元分散モードアクチュエータは、スタブに接続されたプレートを含む。プレートは、２次元分散モードアクチュエータのための力を生成する表面を定義する幅および長さを有する。スタブは、パネルにプレートを接続するが、プレートの幅および長さに沿ったプレートの少なくとも一端は自由に振動する。

２次元分散モードアクチュエータが駆動信号を受信すると、２次元分散モードアクチュエータは、プレートの表面の異なる部分を高さ軸に沿って別々に移動させることができる。高さ軸は、アクチュエータの長さと幅の軸に垂直である。

アクチュエータは、また、プレートの表面とパネルとの間の空間の間にフィットするダンパを含む。プレートが振動すると、プレートがダンパをパネルに押し付け、プレートからの振動エネルギーを吸収し、アクチュエータの応答を変える。スタブを越えてプレートの幅に沿ってダンパを広げることは、特定の周波数で増加した力の振幅を有するプレートによって生じた力の方法によって、アクチュエータパネルシステムの性能を改善できると信じられている。たとえば、ダンパの幅を広げることは、スタブの幅を超えて広がらないダンパを備えたアクチュエータのために観察された特定のアプリケーションにおいて、５ｋＨｚ〜１０ｋＨｚの間の周波数での出力のキャンセルを軽減することができる。

以下、本発明の様々な態様が要約されている。

一般的に、第１の側面において、本発明は、平面において広がるパネルと、パネルの表面に取り付けられたアクチュエータと、アクチュエータと電気的に通信し、かつ、システムの動作中にアクチュエータを作動させてパネルの振動を引き起こすようにプログラムされた電子制御モジュールとを含むシステムを特徴とする。アクチュエータは、パネルの振動を引き起こす力を生じさせて音波を生成させるように適合されたプレートを含み、プレートは、プレートの第１の端において第１の方向に沿った幅Ｗ_Ｔと、第１の方向と直交する第２の方向に沿った長さＬ_Ｔとを有し、第１および第２の方向は、平面に平行であり、プレートは、第１の方向に沿って広がる第１の端を有する。アクチュエータはさらに、プレートの第１の端から広がるスタブを含み、スタブは、プレートへの接続領域において第１の方向にＷ_Ｔよりも小さい幅Ｗ_Ｓを有し、スタブは、プレートから受けた力をパネルに伝達してパネルに振動を引き起こすように、パネルの表面に取り付けられている。アクチュエータはさらに、パネルに面するプレートの表面によって支持されたダンパを含み、ダンパは、プレートをパネルに結合し、ダンパは、Ｗ_Ｓよりも大きな量で第１の方向に広がる幅Ｗ_Ｄを有する。

システムの実施形態は、以下の特徴および／または他の側面の１以上の特徴を含むことができる。たとえば、プレートによって生じる力は、基本周波数Ｆ_０における基本共振ピークと、第１の周波数Ｆ_１における第１の共振ピークと、第２の周波数Ｆ_２における第２の共振ピークとを含むことができ、プレートの出力は、同じプレートと比較して、Ｆ_１とＦ_２との間の少なくともいくつかの周波数で増加するが、Ｗ_Ｄは、Ｗ_Ｓと同じである。Ｆ_１とＦ_２との間の少なくとも１つの周波数にとって、プレートによって生じた力は、同じプレートと比較して、少なくとも５０倍（たとえば、６０倍以上、７５倍以上、１００倍以上）大きいが、Ｗ_Ｄは、Ｗ_Ｓと同じである。Ｆ_０は、約３００Ｈｚ〜約１ｋＨｚの範囲内であることができ、Ｆ_１は、約３ｋＨｚ〜約８ｋＨｚの範囲内であることができる。

プレートに対するスタブの接続領域の中心点は、プレートの第１の端の中心点からオフセットされ得る。プレートの第１の端に対するスタブの接続領域は、プレートの角から広がっている。

Ｗ_Ｄは、Ｗ_Ｔの約５０％以上（たとえば、約６０％以上、約７０％以上、約８０％以上、約９０％以上）であり得る。いくつかの実施形態では、Ｗ_Ｄは、Ｗ_Ｔと実質的に同じである。

Ｗ_Ｓは、Ｗ_Ｔの約５０％以下（たとえば、約３５％以下、約３０％以下、約２５％以下）であり得る。

ダンパは、第２の方向に沿って、実質的にＬ_Ｔ未満の長さＬ_Ｄを有し得る。

プレートは、圧電材料を含み得る。

アクチュエータは、第１の端に対向するプレートの第２の端において、パネルに取り付けられていなくてもよい。いくつかの実施形態では、プレートは、第２の方向に沿って広がる第３の端と、第３の端に対向する第４の端とを含んでもよく、アクチュエータは、第３および第４の端に沿ってパネルに取り付けられていない。

プレートの表面は、パネルの表面に面し、かつ、パネルの平面に平行に広がることができ、スタブは、第１および第２の方向と直交する第３の方向に沿ってプレートの表面から離れて広がる部分を含んでいてもよく、スタブの部分は、プレートの表面とパネルの表面との間の分離を提供する。ダンパは、第３の方向において、プレートの表面とパネルの表面との間の分離と実質的に等しい厚さを有し得る。パネルの表面とプレートの表面との間の分離は、約０．２ｍｍ〜約５ｍｍの範囲内であり得る。

パネルは、電子ディスプレイパネルを含み得る。

一般的に、別の側面において、本発明は、分散モードアクチュエータを特徴とする。分散モードアクチュエータは、負荷の振動を引き起こす力を生じさせて音波を生成させるように適合されたプレートを備え、プレートは、プレートの第１の端において第１の方向に沿った幅Ｗ_Ｔと、第１の方向と直交する第２の方向に沿った長さＬ_Ｔとを有し、第１および第２の方向は、平面に平行であり、プレートは、第１の方向に沿って広がる第１の端を有し、分散モードアクチュエータはさらに、プレートの第１の端から広がるスタブを備え、スタブは、プレートへの接続領域において第１の方向にＷ_Ｔよりも小さい幅Ｗ_Ｓを有し、スタブは、プレートから受け取った力を負荷に伝達して負荷に振動を引き起こすように、負荷に取り付け可能であり、分散モードアクチュエータはさらに、スタブが負荷に取り付けられるときに負荷に面するプレートの表面によって支持されたダンパを備え、ダンパは、プレートをパネルに結合し、ダンパは、Ｗ_Ｓよりも大きな量で第１の方向に広がる幅Ｗ_Ｄを有し、ダンパは、負荷の振動を減衰させる粘弾性特性を有する材料から形成されている。

分散モードアクチュエータの実施形態は、他の側面の１以上の特徴を含み得る。

一般的に、さらなる側面において、本発明は、モバイルデバイス（たとえば、モバイルフォン）を特徴とする。モバイルデバイスは、平面において広がる電子ディスプレイパネルと、電子ディスプレイパネルに取り付けられたシャーシとを備え、シャーシは、シャーシの背面パネルと電子ディスプレイパネルとの間の空間を定義し、モバイルデバイスはさらに、空間内に収容された電子制御モジュールを備え、電子制御モジュールは、プロセッサを備え、モバイルデバイスはさらに、空間内に収容され、かつ、電子ディスプレイパネルの表面に取り付けられたアクチュエータを備える。アクチュエータは、電子ディスプレイパネルの振動を引き起こす力を生じさせて音波を生成させるように適合されたプレートを備える。プレートは、プレートの第１の端において第１の方向に沿った幅Ｗ_Ｔと、第１の方向と直交する第２の方向に沿った長さＬ_Ｔとを有し、第１および第２の方向は、平面に平行であり、プレートは、第１の方向に沿って広がる第１の端を有し、アクチュエータはさらに、プレートの第１の端から広がるスタブを備え、スタブは、プレートへの接続領域において第１の方向にＷ_Ｔよりも小さい幅Ｗ_Ｓを有し、スタブは、プレートから受けた力を電子ディスプレイパネルに伝達して電子ディスプレイパネルに振動を引き起こすように、電子ディスプレイパネルの表面に取り付けられており、アクチュエータはさらに、電子ディスプレイパネルに面するプレートの表面によって支持されたダンパを備え、ダンパは、プレートを電子ディスプレイパネルに結合し、ダンパは、Ｗ_Ｓよりも大きな量で第１の方向に広がる幅Ｗ_Ｄを有する。電子制御モジュールは、アクチュエータと電気的に通信し、かつ、モバイルデバイスの動作中にアクチュエータを作動させて電子ディスプレイパネルの振動を引き起こすようにプログラムされている。

モバイルデバイスの実施形態は、他の側面の１以上の特徴を含み得る。

他の利点の中でも、実施形態は、短縮されたダンパを特徴とする同様のアクチュエータと比較して、特定の周波数帯域で向上された出力を表示する２Ｄ ＤＭＡを特徴とする。アクチュエータの周波数応答、および改善された出力の正確な範囲は、各コンポーネントの物理的寸法および各コンポーネントの材料特性など、システムの設計パラメータに応じて変えられ得る。したがって、デバイスの性能は、ダンパの寸法および材料特性の慎重に選択によって、向上（たとえば、最適化）され得る。
他の利点は、説明、図面、および特許請求の範囲から明らかであろう。

モバイルデバイスの実施形態の斜視図である。 図１のモバイルデバイスの概略断面図である。 パネルに取り付けられた２Ｄ分散モードアクチュエータ（ＤＭＡ）の例の側面図である。 図３に示される２Ｄ ＤＭＡの側面図である。 図３に示される２Ｄ ＤＭＡの等角図である。 図３に示される２Ｄ ＤＭＡの上面図である。 プレートの２／５幅であるダンパの効果（実線）をプレートの全幅であるダンパの効果（破線）と比較した、周波数の関数としての負荷速度のプロットである。 ４００Ｈｚ（実線）および５．３ｋＨｚ（破線）でのダンパの関数としての負荷速度のプロットである。 プレートの２／５幅であるダンパを有する第１のＤＭＡの測定された力の振幅と、プレートの全幅であるダンパーを有する第２のＤＭＡの力の振幅とを比較するプロットである。 モバイルデバイス用の電子制御モジュールの実施形態の概略図である。

様々な図面における同様の参照記号は同様の要素を示す。
詳細な説明

本開示は、分散モードラウドスピーカ（ＤＭＬ）などのパネルオーディオラウドスピーカ用のアクチュエータを特徴とする。そのようなスピーカーは、モバイルフォンなどのモバイルデバイスに統合し得る。たとえば、図１を参照して、モバイルデバイス１００は、デバイスシャーシ１０２と、パネルオーディオラウドスピーカを統合するフラットパネルディスプレイ（たとえば、ＯＬＥＤまたはＬＣＤディスプレイパネル）を含むタッチパネルディスプレイ１０４とを含む。モバイルデバイス１００は、画像を表示すること、および、タッチパネルディスプレイ１０４を介してタッチ入力を受け取ることを含む、様々な方法でユーザとインターフェースする。典型的には、モバイルデバイスは、おおよそ１０ｍｍ以下の深さ、６０ｍｍ〜８０ｍｍ（たとえば、６８ｍｍ〜７２ｍｍ）の幅、および１００ｍｍ〜１６０ｍｍ（たとえば、１３８ｍｍ〜１４４ｍｍ）の高さを有する。

モバイルデバイス１００は、また、オーディオ出力を生成する。オーディオ出力は、フラットパネルディスプレイを振動させることによって音を生じるパネルオーディオラウドスピーカを使用して生成される。ディスプレイパネルは、二次元分散モードアクチュエータまたは２Ｄ ＤＭＡなどのアクチュエータに結合される。アクチュエータは、タッチパネルディスプレイ１０４などのパネルに力を提供して、パネルを振動させるように構成された可動コンポーネントである。振動パネルは、たとえば、２０Ｈｚ〜２０ｋＨｚの範囲内の人間が聞くことができる音波を生成する。

音声出力を生成することに加えて、モバイルデバイス１００は、アクチュエータを用いた触覚出力を生成することもまたできる。たとえば、触覚出力は、１８０Ｈｚ〜３００Ｈｚの範囲内で振動に対応することができる。

図１は、また、図２に示される断面方向に対応する破線を示す。図２を参照して、モバイルデバイス１００の断面２００は、デバイスシャーシ１０２およびタッチパネルディスプレイ１０４を示す。図２は、また、参照しやすいように、Ｘ、Ｙ、およびＺ軸を有するデカルト座標系を含む。デバイスシャーシ１０２は、Ｚ方向に沿って測定された深さと、Ｘ方向に沿って測定された幅とを有する。デバイスシャーシ１０２は、また、Ｘ−Ｙ平面に主に広がるデバイスシャーシ１０２の部分によって形成されるバックパネルを有する。モバイルデバイス１００は、シャーシ１０２のディスプレイ１０４の後ろに収容され、かつ、ディスプレイ１０４の裏側に取り付けられた、電磁石アクチュエータ２１０を含む。一般的に、電磁石アクチュエータ２１０は、電子制御モジュール２２０およびバッテリ２３０を含む、シャーシに収容された他のコンポーネントによって制約されるボリューム内に収まるサイズである。

図３を参照して、２Ｄ ＤＭＡ３１０の実施形態は、自由端３２４からスタブ３３０に接続された端３２２までｙ方向に沿って広がるプレート３２０を含む。スタブ３３０は、ディスプレイパネル３０４の表面に取り付けられる。効果的には、プレート３２０は、カンチレバーであり、スタブ３３０に角で固定される。ＤＭＡ３１０は、また、ディスプレイパネル３０４に面するプレート３２０の表面に取り付けられるダンパ３４０を含む。空間３６０は、プレート３２０とディスプレイパネル３０４との間に提供され、ダンパ３４０から自由端３２４まで広がる。

図４Ａ〜４Ｃは、ＤＭＡ３１０をより詳細に示す。具体的には、図４Ａは、ＤＭＡ３１０の側面図を示し、図４Ｂは、等角図を示し、図４Ｃは、平面図を示す。プレート３２０は、ｙ方向に沿って長さＬ_Ｔおよびｘ方向に幅Ｗ_Ｔで広がる長方形の形状を有する。

プレート３２０は、ｙ方向およびｘ方向のそれぞれにおける長さＬ_Ｔおよび幅Ｗ_Ｔを有するＸ−Ｙ平面における長方形の形状を有する、層４２２，４２４，４２６で構成される多層平面要素である。一般的に、プレート３２０の長さおよび幅は、その構成材料の機械的特性とともに選択され、それによって、プレートは、それが使用されるアプリケーションに適切な周波数で振動共振を有する。また、寸法は、デバイス１００におけるプレートに利用可能な空間の量に依存し得る。いくつかの実施形態において、Ｌ_ＴおよびＷ_Ｔは、約１ｃｍ〜約５ｃｍの範囲内である。Ｌ_ＴはＷ_Ｔよりも大きくし得る。

層４２２，４２４，４２６は、一般的に、適切な圧電材料のタイプの少なくとも1つの層を含む。たとえば、これらの層の１以上は、セラミックまたは結晶性圧電材料であり得る。セラミック圧電材料の例は、たとえば、チタン酸バリウム、チタン酸ジルコニウム鉛、フェライトビスマス、および、ニオブ酸ナトリウムを含む。結晶性圧電材料の例は、トパーズ、チタン酸鉛、ニオブ酸リチウム、および、タンタル酸リチウムを含む。いくつかの実施形態において、層４２２，４２６は、圧電材料である一方で、層４２４は、たとえば、剛性金属または剛性プラスチックから形成される剛性ベーンである。層４２４は、スタブ３３０内に広がり、プレート３２０のカンチレバーとして切断することができる。

いくつかの実施形態において、プレート３２０は、追加の層で構成され得る。たとえば、各圧電層は、それ自体、さらに２つの副層で構成され得る。

一般的に、ｚ方向におけるプレート３２０の厚さは、プレートの所望の機械的特性に依存して変化し得る。いくつかの実施形態において、プレート３２０は、約０．５ｍｍ〜約５ｍｍ（たとえば、約１ｍｍ以上、約１．５ｍｍ以上、約２ｍｍ以上、約２．５ｍｍ以上、約４ｍｍ以下、約３．５ｍｍ以下、約３ｍｍ以下）の範囲内の厚さを有する。層４２２，４２４，４２６の層厚は、必要に応じて変化し得る。たとえば、各層は、約０．１ｍｍ〜約２ｍｍ（たとえば、約０．２ｍｍ以上、約０．５ｍｍ以上、約１．５ｍｍ以下、約１ｍｍ以下）の範囲内の厚さを有する。

プレート３２０は、プレート３２０の端３２２の部分に沿ってスタブ３３０に固定される。スタブ３３０は、スタブがプレートからパネルに力を効率的に伝達できるほどに十分に、機械的に、一端でパネル３０４に固定され、他端でプレート３２０に固定される。スタブ３３０は、プレート３２０の表面を越えてパネル３０４に向かってｚ方向に広がる部分４３４を含む。これは、プレート３２０のパネル３０４間の空間３６０の範囲を確立する。いくつかの実施形態において、空間３６０は、約０．２ｍｍ〜約３ｍｍ（たとえば、約０．５ｍｍ以上、約１ｍｍ以上、約２ｍｍ以下）の範囲内である。

スタブ３３０は、ｙ方向に長さＬ_Ｓと、ｘ方向に幅Ｗ_Ｓとを有する。Ｗ_Ｓは、一般的に、プレートの幅Ｗ_Ｔよりも十分に小さいので、端３２２に沿ったプレートのかなりの部分は、作動したときに自由に振動する。いくつかの実施形態において、Ｗ_ＳはＷ_Ｔの５０％未満（たとえば、約４０％以下、約３５％以下、約３０％以下、約２５％以下、約２０％以下、約１５％以下）である。プレート３２０の他端はいずれもパネルに固定されていないため、プレートが作動すると、それらも自由に振動することができる。したがって、プレート３２０は、ｘ方向およびｙ方向の両方において、振動モードを支持することができる。

パネル３０４は、恒久的に、たとえば、固定的に、スタブ３３０に接続され、たとえば、スタブ３３０からのパネル３０４の取り外しは、パネル３０４、スタブ３３０、または、その両方を損傷させる可能性が高い。いくつかの例において、たとえば、スタブ３３０からのパネル３０４の取り外しがパネル３０４またはスタブ３３０に損傷を与える可能性が低いように、パネル３０４は、スタブ３３０に取り外し可能に接続される。いくつかの実施形態において、スタブ３３０の表面をパネル３０４に接続するために接着剤が用いられる。

スタブ３３０は、典型的には、たとえば、変形しない硬質材料から形成される。たとえば、スタブ３３０は、金属、硬質プラスチック、または別の適切な材料のタイプから形成されてもよい。いくつかの実施形態において、スタブ３３０は、異なる材料の２以上のピースから形成された複合構造である。

ダンパ３４０は、パネル３０４に面するプレート３２０の表面によって支持される。ダンパは、パネル３４０の表面に接触するのに十分な厚さＴ_Ｄを有し、それによって、プレート３２０とパネル３０４との間の機械的結合を提供する。ダンパ３４０は、Ｗ_Ｓよりも大きく、かつ、Ｗ_Ｔにおおよそ等しい、ｘ方向に広がる幅Ｗ_Ｄを有する。ダンパ３４０は、実質的にＬ_Ｔよりも短い、ｙ方向に沿った長さＬ_Ｄを有する。たとえば、Ｌ_Ｄは、Ｌ_Ｔの約２０％以下（たとえば、約１５％以下、約１０％以下、約８％以下、約５％以下）であり得る。

ダンパ３４０は、典型的には、一定の周波数で振動を減衰するのに適した粘弾性特性を有する１以上の材料から形成されている。ダンパ材料は、また、ＤＭＡの寿命中に実質的に劣化しないように、環境的に十分にロバストであるべきである。適切な材料は、有機またはシリコンポリマー、たとえばゴムを含み得る。いくつかの実施形態において、ネオプレンが使用される。テサテープ（ノースカロライナ州シャーロットのテサテープ社製）などの市販の接着テープを、特定の実施形態で使用することもできる。

アクチュエータ３１０がプレート３２０と同じ幅（すなわち、Ｗ_Ｔ＝Ｗ_Ｄ）を有するダンパ３４０を含むが、他の実装もまた可能である。一般的に、ダンパ３４０の幅はスタブ３３０の幅よりも大きいが、ダンパの幅は変えることができる。たとえば、Ｗ_Ｓは、Ｗ_Ｄの約５０％以下（たとえば、Ｗ_Ｄの約４５％以下、Ｗ_Ｄの約４０％以下、Ｗ_Ｄの約３５％以下、Ｗ_Ｄの約３０％以下、Ｗ_Ｄの約２５％以下、Ｗ_Ｄの約２０％以下、Ｗ_Ｄの約１５％以下）であり得る。Ｗ_Ｄは、Ｗ_Ｔの約４０％以上（たとえば、Ｗ_Ｔの、約５０％以上、約６０％以上、約７０％以上、約８０％以上、約９０％以上、たとえば約１００％）であり得る。一般的に、ダンパの正確な幅は、所望の周波数応答を得るために、設計変数として含められ得る。

さらに、上述のプレートは、ｘ−ｙ平面において長方形のフットプリントを有するが、より一般的には、他の形状も可能である。たとえば、ｘ方向および／またはｙ方向のいずれかにおけるプレートの寸法は、その長さおよび幅に沿って変化し得る。一般的に、プレートの幅は、ｘ方向において最大寸法とみなされ、一方、プレートの長さは、ｙ方向において最大寸法とみなされる。同様に、スタブおよび／またはダンパのいずれかは、長方形でないフットプリントを有していてもよい。一般的に、これらの各要素の形状は、たとえば、計算シミュレーションソフトウェアを使用して、所望の応答スペクトルを提供する形状に最適化され得る。

一般的に、プレートによって生じた力は、基本周波数Ｆ_０の基本共振ピーク、第１周波数Ｆ_１の第１共振ピーク、および、第２周波数Ｆ_２の第２共振ピークを含む。これらの共振は、アクチュエータの出力の尺度である力の振幅が極大となる周波数を表す。一般的に、固定された入力電力において、アクチュエータの効率は、これらの共振の間で低下するだろう。アクチュエータ３１０などのパネルオーディオラウドスピーカでオーディオ信号を生成するように設計されたアクチュエータにおいて、Ｆ_０は、典型的には、約３００Ｈｚ〜約１ｋＨｚの範囲内（たとえば、約４００Ｈｚ〜約６００Ｈｚ）であり、Ｆ_１は、典型的には、約３ｋＨｚ〜約８ｋＨｚの範囲（たとえば、約４ｋＨｚ〜約６ｋＨｚ）であり、Ｆ_２は、典型的には、約１０ｋＨｚ〜約２０ｋＨｚの範囲である。これらの共振周波数は、他のパラメータの中で、ダンパ３４０の幅Ｗ_Ｄに依存する。スタブの幅を超えて広がるダンパを使用することによって、プレートの出力は、同じプレートと比較してＦ_１とＦ_２との間の少なくともいくつかの周波数で増加するが、Ｗ_ＤはＷ_Ｓと同じである、と考えられている。これは、アクチュエータの効率を有利に改善する。Ｆ_１とＦ_２との間の少なくとも１つの周波数において、プレートによって生じる力は、同じプレートと比較して少なくとも５倍（たとえば、約１０倍以上、約２０倍以上、約５０倍以上）大きいが、Ｗ_ＤはＷ_Ｓと同じである。

図５は、プレートの２／５幅であるダンパの効果（実線）をプレートの全幅であるそれ（破線）と比較した、周波数の関数としての負荷速度（ｍｓ^−１）のプロットである。基本周波数Ｆ_０は、両方のダンパの幅においておおよそ同じ周波数であるが、より短いダンパを有するＤＭＡは、全幅ダンパと比較して低い周波数で共振ピークＦ_１を示す。特に、２／５幅のダンパは、おおよそ４ｋＨｚでピークＦ_１を有するが、全幅のダンパは、おおよそ５ｋＨｚで対応するピークを有する。また特に、２／５幅のダンパは、Ｆ_１とおおよそ６．５ｋＨｚのさらなるピークとの間の負荷速度における急激な低下、同様に、おおよそ１．６ｋＨｚのステップ５１０も示す。対照的に、全幅ダンパは、４ｋＨｚ〜１０ｋＨｚの範囲内の負荷速度において、同様の低下を示さない。これは、全幅のダンパを有するＤＭＡの効率が、少なくとも４ｋＨｚ〜１０ｋＨｚの周波数範囲にわたって、２／５のダンパの効率よりも高くなることを示唆している。

図６は、関心のある２つの異なる周波数、すなわち、４００Ｈｚおよび５．３ｋＨｚでの負荷速度（ｍｓ^−１）に対するダンパ幅の効果を示している。これらの結果はシミュレーションによって生成されている。このプロットから明らかなように、ダンパ幅が６ｍｍ〜１５ｍｍに増加されても、（たとえば、４００Ｈｚでの）低周波数性能は、比較的変化しない。しかしながら、より高い周波数（この例では５．３ｋＨｚ）において、ダンパ幅は、負荷速度において著しい影響を有し、６ｍｍといったダンパ幅における低い値から１５ｍｍにおける最大値まで、桁違いに速度を増加させる。

図７は、異なる幅を有するダンパを備えた２つのＤＭＡの性能を比較している。具体的には、図７は、プレートの２／５幅である幅を有するダンパを備えたＤＭＡについて行われたブロック力測定の結果のプロット（線７０１）と、プレートの幅と実質的に等しい幅をダンパが有する同様のＤＭＡについて行われた測定のプロット（線７０２）とを示す。２つのスペクトルの間には、いくつかの顕著な違いがある。第１に、広げられたダンパを有するＤＭＡは、短いダンパを有するＤＭＡよりも、わずかに高い周波数で基本周波数Ｆ_０を示す。この周波数シフトは、図７においてΔＦ_０として識別され、約８０Ｈｚである。第２に、より短いダンパを有するＤＭＡ（線７０２）は、おおよそ２ｋＨｚでそのスペクトルに顕著なステップを示す。これは、図７において７１０として識別される。拡張ダンパは、ステップなどを表示しないが、おおよそ１ｋＨｚからＦ_１への応答において、はるかに滑らかに増加する。第３に、周波数範囲７２０において、おおよそ６ｋＨｚ〜１０ｋＨｚで、より短いダンパを有するＤＭＡは、この範囲にわたって出力される力の大幅な低下を示す。対照的に、拡張ダンパを有するＤＭＡから出力される力の低下は、著しく小さくなる。したがって、全幅ダンパを有するＤＭＡの効率は、少なくとも周波数範囲７２０にわたって、２／５ダンパの効率よりも高くなる、と考えられている。

一般的に、開示されたアクチュエータは、電子制御モジュール、たとえば、上記図２の電子制御モジュール２２０によって制御される。一般的に、電子制御モジュールは、モバイルフォンの１以上のセンサおよび／または信号受信機から入力を受信し、入力を処理し、アクチュエータ２１０に適切な触覚応答を提供させる信号波形を生成および転送する、１以上の電子コンポーネントで構成される。図８を参照すると、モバイルフォン１００などのモバイルデバイスの例示的な電子制御モジュール８００は、プロセッサ８１０、メモリ８２０、ディスプレイドライバ８３０、信号発生器８４０、入力／出力（Ｉ／Ｏ）モジュール８５０、および、ネットワーク／通信モジュール８６０を含む。これらの構成要素は、互いに（たとえば、信号バスを介して）およびアクチュエータ２１０と電気通信している。

プロセッサ８１０は、データまたは命令を、処理、受信、または、転送することが可能な任意の電子デバイスとして実装され得る。たとえば、プロセッサ８１０は、マイクロプロセッサ、中央処理装置（ＣＰＵ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、またはそのようなデバイスの組み合わせであり得る。

メモリ８２０は、そこに記憶された、様々な命令、コンピュータプログラム、または、他のデータを有する。命令またはコンピュータプログラムは、モバイルデバイスに関して説明された１以上の動作または機能を実行するように構成され得る。たとえば、命令は、ディスプレイドライバ８３０、信号発生器８４０、Ｉ／Ｏモジュール８５０の１以上のコンポーネント、ネットワーク/通信モジュール８６０を介してアクセス可能な１以上の通信チャネル、１以上のセンサ（たとえば、生体センサ、温度センサ、加速度計、光学センサ、気圧センサ、水分センサなど）、および/またはアクチュエータ２１０を介して、デバイスの表示動作を制御または調整するように構成され得る。

信号発生器８４０は、アクチュエータ２１０に適した様々な振幅、周波数、および／またはパルスプロファイルのＡＣ波形を生成し、アクチュエータを介して音響および／または触覚応答を生成するように構成される。別の構成要素として示されているが、いくつかの実施形態において、信号発生器８４０は、プロセッサ８１０の一部であり得る。いくつかの実施形態において、信号発生器８４０は、たとえば、その一体または別のコンポーネントとして、増幅器を含み得る。

メモリ８２０は、モバイルデバイスによって使用可能な電子データを記憶することができる。たとえば、メモリ８２０は、たとえばオーディオおよびビデオファイル、ドキュメントおよびアプリケーション、デバイス設定およびユーザ選好、さまざまなモジュール、データ構造またはデータベースのためのタイミングおよび制御信号またはデータ、などの電気データまたはコンテンツを格納することができる。メモリ８２０は、また、アクチュエータ２１０のための信号を生成するために信号発生器８４０によって使用され得る様々なタイプの波形を再現するための命令を格納し得る。メモリ８２０は、たとえば、ランダムアクセスメモリ、リードオンリーメモリ、フラッシュメモリ、リムーバブルメモリ、または、他のタイプのストレージエレメント、または、そのようなデバイスの組み合わせなど、任意のタイプのメモリであってもよい。

簡単に上述したように、電子制御モジュール８００は、図８においてＩ／Ｏモジュール８５０として表される様々な入出力コンポーネントを含み得る。Ｉ／Ｏモジュール８５０のコンポーネントは、図８において単一のアイテムとして表されているが、モバイルデバイスは、ユーザ入力を受け入れるためのボタン、マイクロフォン、スイッチ、および、ダイヤルを含む、いくつかの異なる入力コンポーネントを含み得る。いくつかの実施形態において、Ｉ／Ｏモジュール８５０のコンポーネントは、１以上のタッチセンサおよび／または力センサーを含み得る。たとえば、モバイルデバイスのディスプレイは、ユーザがモバイルデバイスに入力を提供することを可能にする１以上のタッチセンサおよび／または１以上の力センサを含み得る。

Ｉ／Ｏモジュール８５０の各コンポーネントは、信号またはデータを生成するための専用回路を含み得る。いくつかの場合において、コンポーネントは、ディスプレイ上に表示されるプロンプトまたはユーザインターフェースオブジェクトに対応するアプリケーション固有の入力におけるフィードバックを生成または提供し得る。

上記のように、ネットワーク／通信モジュール８６０は、１以上の通信チャネルを含む。これらの通信チャネルは、プロセッサ８１０と外部デバイスまたは他の電子デバイスとの間の通信を提供する１以上の無線インターフェースを含むことができる。一般的に、通信チャネルは、プロセッサ８１０上で実行される命令によって解釈され得るデータおよび／または信号を送信および受信するように構成され得る。いくつかの場合において、外部デバイスは、データを他のデバイスと交換するように構成される外部通信ネットワークの一部である。一般的に、無線インターフェースは、無線周波数、光、音響、および／または磁気信号を含むことができるが、これらに限定されず、無線インターフェースまたはプロトコルにおいて動作するように構成することができる。たとえば、無線インターフェースは、無線周波数セルラーインターフェース、光ファイバーインターフェース、音響インターフェース、ブルートゥースインターフェース、近距離無線通信インターフェース、赤外線インターフェース、ＵＳＢインターフェース、Ｗｉ−Ｆｉインターフェース、ＴＣＰ／ＩＰインターフェース、ネットワーク通信インターフェース、または、任意の従来の通信インターフェースを含む。

いくつかの実装において、ネットワーク／通信モジュール８６０の１以上の通信チャネルは、モバイルデバイスと、他のモバイルフォン、タブレット、コンピュータなどのような他のデバイスとの間の無線通信チャネルを含み得る。いくつかの場合において、出力、音声出力、触覚出力、または、視覚表示要素は、出力のために他のデバイスに直接送信され得る。たとえば、可聴警報または視覚的警告は、そのデバイスでの出力のために、電子デバイス１００からモバイルフォンに送信され得るが、その逆もあり得る。同様に、ネットワーク／通信モジュール８６０は、モバイルデバイスを制御するために別のデバイス上で提供される入力を受信するように構成され得る。たとえば、可聴警報、視覚的通知、または、触覚警報（またはそのための命令）は、提示のために外部デバイスからモバイルデバイスに送信され得る。

ここで開示されたアクチュエータ技術は、たとえば、音響および／または触覚フィードバックを提供するように設計されたパネルオーディオシステムにおいて用いられ得る。パネルは、たとえば、ＬＣＤ技術のＯＬＥＤに基づくディスプレイシステムであり得る。パネルは、スマートフォン、タブレットコンピュータ、テレビセット、または、ウェアラブルデバイス（たとえば、スマートウォッチまたはスマートグラスなどのヘッドマウントデバイス）の一部であり得る。いくつかの実施形態において、アクチュエータ技術は、窓ガラスまたはハイファイスピーカなどの電子ディスプレイパネルを含まないパネルを含むパネルオーディオスピーカに含まれる。

他の実施形態は、以下の特許請求の範囲内にある。

Claims (20)

1. システムであって、
   平面において広がるパネルと、
   前記パネルの表面に取り付けられたアクチュエータとを備え、
   前記アクチュエータは、前記パネルの振動を引き起こす力を生じさせて音波を生成させるように適合されたプレートを備え、
   前記プレートは、前記プレートの第１の端において第１の方向に沿った幅Ｗ_Ｔと、前記第１の方向と直交する第２の方向に沿った長さＬ_Ｔとを有し、
   前記第１および第２の方向は、前記平面に平行であり、
   前記アクチュエータはさらに、前記プレートの前記第１の端から広がるスタブを備え、
   前記スタブは、前記プレートへの接続領域において前記第１の方向にＷ_Ｔよりも小さい幅Ｗ_Ｓを有し、
   前記スタブは、前記プレートから受けた前記力を前記パネルに伝達して前記パネルに振動を引き起こすように、前記パネルの前記表面に取り付けられており、
   前記アクチュエータはさらに、前記パネルに面する前記プレートの表面によって支持されたダンパを備え、
   前記ダンパは、前記プレートを前記パネルに結合し、
   前記ダンパは、Ｗ_Ｓよりも大きな量で前記第１の方向に広がる幅Ｗ_Ｄを有し、
   前記システムはさらに、前記アクチュエータと電気的に通信し、かつ、前記システムの動作中に前記アクチュエータを作動させて前記パネルの振動を引き起こすようにプログラムされた電子制御モジュールを備える、システム。
2. 前記プレートによって生じる前記力は、基本周波数Ｆ_０における基本共振ピークと、第１の周波数Ｆ_１における第１の共振ピークと、第２の周波数Ｆ_２における第２の共振ピークとを含む、請求項１に記載のシステム。
3. 前記基本周波数Ｆ_０は、約３００Ｈｚ〜約１ｋＨｚの範囲内であり、前記第１の周波数Ｆ_１は、約３ｋＨｚ〜約８ｋＨｚの範囲内である、請求項２に記載のシステム。
4. 前記プレートに対する前記スタブの前記接続領域の中心点は、前記プレートの前記第１の端の中心点からオフセットされている、請求項１〜３のいずれかに記載のシステム。
5. 前記プレートの前記第１の端に対する前記スタブの前記接続領域は、前記プレートの角から広がっている、請求項１〜４のいずれかに記載のシステム。
6. Ｗ_Ｄは、Ｗ_Ｔの約５０％以上である、請求項１〜５のいずれかに記載のシステム。
7. Ｗ_Ｄは、Ｗ_Ｔの約８０％以上である、請求項１〜６のいずれかに記載のシステム。
8. Ｗ_Ｄは、Ｗ_Ｔと実質的に同じである、請求項１〜７のいずれかに記載のシステム。
9. Ｗ_Ｓは、Ｗ_Ｔの約５０％以下である、請求項１〜８のいずれかに記載のシステム。
10. Ｗ_Ｓは、Ｗ_Ｔの約３５％以下である、請求項１〜９のいずれかに記載のシステム。
11. 前記ダンパは、前記第２の方向に沿って、実質的にＬ_Ｔ未満の長さＬ_Ｄを有する、請求項１〜１０のいずれかに記載のシステム。
12. 前記プレートは、圧電材料を備える、請求項１〜１１のいずれかに記載のシステム。
13. 前記アクチュエータは、前記第１の端に対向する前記プレートの第２の端において、前記パネルに取り付けられていない、請求項１〜１２のいずれかに記載のシステム。
14. 前記プレートは、前記第２の方向に沿って広がる第３の端と、前記第３の端に対向する第４の端とを備え、前記アクチュエータは、前記第３および第４の端に沿って前記パネルに取り付けられていない、請求項１３に記載のシステム。
15. 前記プレートの前記表面は、前記パネルの前記表面に面し、かつ、前記パネルの前記平面に平行に広がり、前記スタブは、前記第１および第２の方向と直交する第３の方向に沿って前記プレートの前記表面から離れて広がる部分を備え、前記スタブの前記部分は、前記プレートの前記表面と前記パネルの前記表面との間の分離を提供する、請求項１〜１４のいずれかに記載のシステム。
16. 前記ダンパは、前記第３の方向において、前記プレートの前記表面と前記パネルの前記表面との間の前記分離と実質的に等しい厚さを有する、請求項１５に記載のシステム。
17. 前記パネルの前記表面と前記プレートの前記表面との間の前記分離は、約０．２ｍｍ〜約５ｍｍの範囲内である、請求項１５または１６に記載のシステム。
18. 前記パネルは、電子ディスプレイパネルを備える、請求項１〜１７のいずれかに記載のシステム。
19. 分散モードアクチュエータであって、
    負荷の振動を引き起こす力を生じさせて音波を生成させるように適合されたプレートを備え、
    前記プレートは、前記プレートの第１の端において第１の方向に沿った幅Ｗ_Ｔと、前記第１の方向と直交する第２の方向に沿った長さＬ_Ｔとを有し、
    前記第１および第２の方向は、前記平面に平行であり、
    前記分散モードアクチュエータはさらに、前記プレートの前記第１の端から広がるスタブを備え、
    前記スタブは、前記プレートへの接続領域において前記第１の方向にＷ_Ｔよりも小さい幅Ｗ_Ｓを有し、
    前記スタブは、前記プレートから受け取った前記力を前記負荷に伝達して前記負荷に振動を引き起こすように、前記負荷に取り付け可能であり、
    前記分散モードアクチュエータはさらに、前記スタブが前記負荷に取り付けられるときに前記負荷に面する前記プレートの表面によって支持されたダンパを備え、
    前記ダンパは、前記プレートを前記パネルに結合し、
    前記ダンパは、Ｗ_Ｓよりも大きな量で前記第１の方向に広がる幅Ｗ_Ｄを有し、
    前記ダンパは、前記負荷の振動を減衰させる粘弾性特性を有する材料から形成されている、分散モードアクチュエータ。
20. モバイルデバイスであって、
    平面において広がる電子ディスプレイパネルと、
    前記電子ディスプレイパネルに取り付けられたシャーシとを備え、
    前記シャーシは、前記シャーシの背面パネルと前記電子ディスプレイパネルとの間の空間を定義し、
    前記モバイルデバイスはさらに、前記空間内に収容された電子制御モジュールを備え、
    前記電子制御モジュールは、プロセッサを備え、
    前記モバイルデバイスはさらに、前記空間内に収容され、かつ、前記電子ディスプレイパネルの表面に取り付けられたアクチュエータを備え、
    前記アクチュエータは、前記電子ディスプレイパネルの振動を引き起こす力を生じさせて音波を生成させるように適合されたプレートを備え、
    前記プレートは、前記プレートの第１の端において第１の方向に沿った幅Ｗ_Ｔと、前記第１の方向と直交する第２の方向に沿った長さＬ_Ｔとを有し、
    前記第１および第２の方向は、前記平面に平行であり、
    前記アクチュエータはさらに、前記プレートの前記第１の端から広がるスタブを備え、
    前記スタブは、前記プレートへの接続領域において前記第１の方向にＷ_Ｔよりも小さい幅Ｗ_Ｓを有し、
    前記スタブは、前記プレートから受けた前記力を前記電子ディスプレイパネルに伝達して前記電子ディスプレイパネルに振動を引き起こすように、前記電子ディスプレイパネルの前記表面に取り付けられており、
    前記アクチュエータはさらに、前記電子ディスプレイパネルに面する前記プレートの表面によって支持されたダンパを備え、
    前記ダンパは、前記プレートを前記電子ディスプレイパネルに結合し、
    前記ダンパは、Ｗ_Ｓよりも大きな量で前記第１の方向に広がる幅Ｗ_Ｄを有し、
    前記電子制御モジュールは、前記アクチュエータと電気的に通信し、かつ、前記モバイルデバイスの動作中に前記アクチュエータを作動させて前記電子ディスプレイパネルの振動を引き起こすようにプログラムされている、モバイルデバイス。

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