JP2022522079A - スピーカデバイスのモード周波数シフト - Google Patents

Abstract

システムはシャーシを含む。また、システムは面に延在するパネルを含み、パネルは、第１のエッジと第１のエッジの反対側の第２のエッジとを有する。システムはさらに、第１の位置でパネルに結合されたアクチュエータを含み、アクチュエータは、パネルの振動を引き起こして音波を生成するように適合される。システムはさらに、パネルの第２のエッジにおいてシャーシをパネルに機械的に結合する結合アセンブリを含む。パネルを第１のエッジにおいてシャーシに固定的に接続することにより、アクチュエータが引き起こしたパネルの振動中、第１のエッジにおけるパネルのシャーシからの変位を制限し、結合アセンブリは、アクチュエータが引き起こしたパネルの振動中、第２のエッジにおけるパネルのシャーシからの変位を可能にする。

Description

背景
本明細書は、パネルスピーカに関し、特にパネルスピーカのモード周波数の同調に関する。

多くの従来型スピーカは、振動板にピストンのような動きを生じさせることによって音を発生する。これに対し、分布モードスピーカ（ＤＭＬ：distributed mode loudspeaker）のようなパネルオーディオスピーカは、電気音響アクチュエータを利用して均一に分布する振動モードをパネルに生じさせることによって動作する。典型的に、アクチュエータは電磁または圧電アクチュエータである。

多くの用途において、ＤＭＬのパネルは、パネルを支持するとともにＤＭＬのその他の構成部品を収容するフレームに装着される。たとえば、パネルは、このパネルのエッジに沿って（たとえば連続するまたは不連続の装着ポイントを介して）シャーシに装着することができる。このような装着において、ＤＭＬは、特定のスピーカ周波数で、境界における一定の機械的インピーダンスを提供できる、コンプライアントなまたは剛性のマウントを特徴とすることができる。場合によっては、コンプライアントなマウントは、ばねのような、周波数とともに減少するインピーダンスを提供することができる。

概要
可変の機械的インピーダンスを有する結合アセンブリを用いることにより、モード構成部品、すなわち、共鳴モードを有する構成部品、たとえばモードパネルの境界条件を変えることができる。たとえば、このような結合アセンブリの実施形態は、アクチュエータのような能動構成部品を含み得るものであり、このアクチュエータは、アクチュエータの外部の電子制御モジュールによって制御される。別の例として、このような結合アセンブリの実装形態は、ばね質量ダンパー系のような受動構成部品を含み得る。境界条件は、モード構成部品の共鳴周波数をシフトさせるように変えることができる。

概して、第１の局面において、本発明は、シャーシと、面に延在するパネルとを含むシステムを特徴とし、パネルは第１のエッジと第１のエッジの反対側の第２のエッジとを有する。また、システムは、第１の位置でパネルに結合されたアクチュエータを含み、アクチュエータは、パネルの振動を引き起こして音波を発生するように適合される。システムはさらに、パネルの第２のエッジにおいてシャーシをパネルに機械的に結合する結合アセンブリを含む。パネルを第１のエッジにおいてシャーシに固定的に接続することにより、アクチュエータが引き起こしたパネルの振動中、第１のエッジにおけるパネルのシャーシからの変位を制限し、結合アセンブリは、アクチュエータが引き起こしたパネルの振動中、第２のエッジにおけるパネルのシャーシからの変位を可能にする。

上記システムの実装形態は、以下の特徴および／またはその他の局面の１つ以上の特徴のうちの１つ以上を含み得る。たとえば、システムは、アクチュエータおよび結合アセンブリと通信する電子制御モジュールを含み得るものであり、電子制御モジュールは、アクチュエータと結合アセンブリとを同時に作動させることにより、パネルによってサポートされる振動モードを変化させるようにプログラムされている。

いくつかの実装形態において、結合アセンブリは、２００Ｈｚ～２０ｋＨｚの範囲内の１つ以上の周波数のエネルギを吸収するように同調されたばねダンパー質量系である。

いくつかの実装形態において、結合アセンブリは受動結合アセンブリであり、いくつかの実装形態において、結合アセンブリは能動結合アセンブリである。

いくつかの実装形態において、結合アセンブリは、第２のエッジにおけるパネルとシャーシとの機械的結合を変化させるように構成された第２のアクチュエータを含む。第２のアクチュエータは、パネルに固定的に接続された第１の構成部品と、シャーシに固定的に接続された第２の構成部品とを含み得る。第１の構成部品および第２の構成部品のうちの一方は磁石を含み得るものであり、第１の構成部品および第２の構成部品のうちの他方はコイルを含み得るものである。

いくつかの実装形態において、第２のアクチュエータは分布モードアクチュエータである。分布モードアクチュエータは１次元分布モードアクチュエータであってもよい。

いくつかの実装形態において、結合センブリは、結合アセンブリがないパネルとの比較において、パネルによってサポートされる振動のモード分布を変化させるのに十分な質量を含む。結合アセンブリは、質量をパネルに結合するコンプライアント材料を含み得る。

第２の局面において、本発明は、面に延在するパネルを含むシステムを特徴とする。また、このシステムは、パネルに第１の位置で結合された第１のアクチュエータを含み、第１のアクチュエータは、パネルの振動を引き起こして音波を発生させる力を生成するように適合される。システムはさらに、パネルに第１の位置と異なる第２の位置で結合された第２のアクチュエータを含み、第２のアクチュエータは、第２の位置におけるパネルの機械的インピーダンスを変化させるように適合される。システムはまた、第１のアクチュエータおよび第２のアクチュエータと電気通信する電子制御モジュールを含み、電子制御モジュールは、システムの動作中に第１のアクチュエータおよび第２のアクチュエータを同時に作動させることにより、パネルの振動を引き起こすとともに、第２のアクチュエータが、第２の位置におけるパネルの機械的インピーダンスを変化させて、２００Ｈｚ～２０ｋＨｚの範囲内の１つ以上の周波数のパネルの振動を減衰させるように、プログラムされている。任意で、第２の局面に従うシステムは、上記第１の局面に従うシステムの特徴のうちのいずれかまたはすべてを含み得る。

いくつかの実装形態において、第２の位置はパネルのエッジにある。
別の局面において、本発明は、面に延在する電子ディスプレイパネルを含むモバイルデバイスを特徴とし、電子ディスプレイパネルは、第１のエッジと、第１のエッジの反対側の第２のエッジとを有する。また、モバイルデバイスは、電子ディスプレイパネルに装着されたシャーシを含み、シャーシは、シャーシのバックパネルと電子ディスプレイパネルとの間の空間を画定する。電子ディスプレイパネルはさらに、上記空間に収容され電子ディスプレイパネルの表面に装着されたアクチュエータを含む。モバイルデバイスはまた、電子ディスプレイパネルの第２のエッジでシャーシを電子ディスプレイパネルに機械的に結合する結合アセンブリを含む。モバイルデバイスはさらに、空間に収容された電子制御モジュールを含み、電子制御モジュールはアクチュエータと通信する。電子ディスプレイパネルは、第１のエッジにおいてシャーシに固定的に接続されることにより、アクチュエータが引き起こした電子ディスプレイパネルの振動中に第１のエッジにおいてシャーシから電子ディスプレイパネルが変位することを防止し、結合アセンブリは、アクチュエータが引き起こした電子ディスプレイパネルの振動中に第２のエッジにおいてシャーシから電子ディスプレイパネルが変位することを可能にする。任意で、このモバイルデバイスは、上記第１および第２の局面に従うシステムの特徴のうちのいずれかまたはすべてを含み得る。

他の利点のうちでも特に、実施形態は、モードパネルのような共鳴モードを有する構成部品の機械的インピーダンスを同調させることにより、モード構成部品が特定のモードを示す周波数を変更することを可能にするシステムを特徴とする。モードを所望の周波数にシフトさせることにより、システム出力を最適化する、たとえばシステムが出力する音圧を増減させることができる。加えて、インピーダンスを同調させることにより、システムが過剰出力を示す周波数のパネル－アクチュエータシステムのエネルギを吸収することができる。一定の機械的インピーダンスまたは周波数とともに減少するインピーダンスのみを提供するコンプライアントなマウントを含むシステムとは異なり、開示されている実施形態は、モードコンポーネントの振動周波数とともに変化するインピーダンスを可能にすることができる。

その他の利点は、明細書、図面、および請求項から明らかになるであろう。

モバイルデバイスのある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。 結合アセンブリおよびアクチュエータを示すモバイルデバイスの斜視図である。 図３Ａのモバイルデバイスの断面図であり、結合アセンブリおよびアクチュエータを示す。 モバイルデバイスの断面図であり、能動結合アセンブリを示す。 図４Ａに示される能動結合アセンブリの断面図である。 能動結合アセンブリのボイスコイルの短絡および開回路のシミュレートしたパネルに対する効果を示すグラフである。 図４Ｃに関して説明したシミュレートしたパネルの図である。 ばねと質量とを含む受動結合アセンブリを示すモバイルデバイスの断面図である。 ばねとダンパー要素と質量とを含む受動結合アセンブリを示すモバイルデバイスの断面図である。 質量と質量コンプライアント部材とをパネルに追加する効果を示すグラフである。 図５Ｃのパネルに対して質量およびコンプライアント部材を追加する効果を示すグラフである。 モバイルデバイスのパネルのさまざまな場所に装着された２つの結合アセンブリを含むモバイルデバイスの断面図である。 モバイルデバイスの電子制御モジュールのある実施形態の概略図である。

各種図面において同様の参照符号は同様の要素を示す。
詳細な説明
本開示は、分布モードスピーカ（ＤＭＬ）のようなパネルオーディオスピーカのアクチュエータを特徴とする。このようなスピーカは、携帯電話のようなモバイルデバイスに組み込むことができる。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、パネルオーディオスピーカを組み込んだ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ることを含むさまざまな方法で、ユーザに対するインターフェイスの役割を果たす。典型的に、モバイルデバイスは、奥行きがおよそ１０ｍｍ以下、幅が６０ｍｍ～８０ｍｍ（たとえば６８ｍｍ～７２ｍｍ）、高さが１００ｍｍ～１６０ｍｍ（たとえば１３８ｍｍ～１４４ｍｍ）である。

また、モバイルデバイス１００は音声出力を生成する。音声出力は、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作り出すパネルオーディオスピーカを用いて生成される。ディスプレイパネルは、分布モードアクチュエータすなわちＤＭＡのような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のようなパネルに力を加えることによってパネルを振動させるように配置された部品である。振動するパネルは、たとえば２０Ｈｚ～２０ｋＨｚの範囲の人間の可聴域の音波を生成する。

また、図１は、図２に示される断面方向に対応する点線を示している。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とタッチパネルディスプレイ１０４とを示している。参照し易くするために、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸を有するデカルト座標系が与えられる。デバイスシャーシ１０２は、Ｚ方向に沿って測定される奥行きと、Ｘ方向に沿って測定される幅とを有する。また、デバイスシャーシ１０２は、主としてＸＹ面に延在するデバイスシャーシ１０２の部分で形成された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の内部においてディスプレイ１０４の後方に収容されディスプレイ１０４の背面に装着されたアクチュエータ２１０を含む。アクチュエータ２１０は、電磁アクチュエータまたは圧電アクチュエータのようなさまざまな異なるアクチュエータタイプのうちの１つとすることができる。一般的に、アクチュエータ２１０の大きさは、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その他の構成部品によって制限される体積の中に納まるように定められる。

いくつかの実装形態において、パネルは、１つ以上のポイントでシャーシにピン留めされる。このことは、これらのポイントで、パネルがシャーシから平行移動するのを防止することを意味する。しかしながら、パネルは、ピン留めされている場合、上記１つ以上のポイントを中心として回転することが可能である。

特定の実装形態において、パネルは、１つ以上のポイントでシャーシにクランプされる。すなわち、これらのポイントで、パネルの平行移動および回転の双方を防止する。

図３Ａおよび図３Ｂを参照して、モバイルデバイスの斜視図３００Ａおよび同じモバイルデバイスの断面図３００Ｂは、アクチュエータ２１０と結合アセンブリ３１０とを示す。アクチュエータ２１０はパネル１０４に結合される。この結合により、アクチュエータ２１０は、パネル１０４をＺ軸について振動させることができる。

パネル１０４は、第１のエッジ３０１と、第１のエッジの反対側の第２のエッジ３０２とを有する。パネル１０４は、第１のエッジ３０１でシャーシ１０２に装着され、アクチュエータ２１０が作動したときのパネルのＺ方向変位を制限する。たとえば、パネル１０４は、軟質層、たとえばテープまたは発泡材料によってシャーシ１０２に装着することができる。たとえば、軟質層は、ヤング率が１～６ＭＰａで厚さが０．１ｍｍ～０．４ｍｍのテープとすることができる。もう１つの例として、軟質層は、コンプライアンスが８．３Ｅ－５ｍ／Ｎ～８．３５Ｅ－６ｍ／Ｎである発泡材料とすることができる。結合アセンブリ３１０は、第１のエッジ３０１よりも第２のエッジ３０２に近いところでパネル１０４に装着されている。第１のエッジ３０１は、シャーシ１０２に結合されているので、その移動が阻止されているが、第２のエッジは、シャーシ１０２と接触していないので、パネルは、アクチュエータ２１０または結合アセンブリ３１０によって振動させられたときに動くことができる。結合アセンブリ３１０はパネル１０４と接触しているので、境界条件をパネルに適用することができる。モード構成部品の境界条件は、モード構成部品のエッジにおいてまたはエッジの近くでこの構成部品に装着されている物理的構成部品を意味し、これは、モード構成部品の周波数応答を変える。

パネル１０４の残りのエッジは、第１のエッジ３０１のように拘束するか、または、第２のエッジ３０２のように解放することができる。たとえば、パネル１０４を、最低でもそのエッジのうちの各エッジで拘束することができる。

たとえば、結合アセンブリ３１０が接着テープ、たとえば発泡接着テープを含む場合、パネル１０４の変位は、このテープの厚さの一部までに制限される。この変位は、テープ厚さの約４分の１から約４分の３、たとえばテープ厚さの３分の１、テープ厚さの２分の１、テープ厚さ３分の２、とすることができる。一般的に、パネル１０４が何らかの境界条件による制約を受けていないとき、アクチュエータの動作中にパネルのエッジは最大５ｍｍ（たとえば４．９５ｍｍ以下、４．９ｍｍ以下、４．８５ｍｍ以下）変位可能である。これに対し、パネル１０４が境界条件による制約を受けているとき、パネルエッジの変位は、０．２ｍｍ以下であろう（たとえば０．１９ｍｍ以下、０．１８ｍｍ以下、０．１７ｍｍ以下）。

アクチュエータ２１０は、パネル１０４を励起して１つ以上の共鳴モードにすることができる。一般的に、結合アセンブリ３１０は、機械的インピーダンスを与えることによってパネル－アクチュエータシステムの周波数応答を変化させてパネル１０４の１つ以上のモードの周波数をシフトさせる構成部品である。たとえば、結合アセンブリ３１０から与えられるインピーダンスがなければ、パネル１０４は第１の周波数で共鳴する可能性がある。これに対し、結合アセンブリ３１０は、パネル１０４の共鳴周波数を、機械的インピーダンスをパネルに与えることによって第１の周波数から第２の周波数にシフトさせることができる。いくつかの実装形態において、結合アセンブリ３１０は、アクチュエータ２１０の振動周波数に同調されたインピーダンスの範囲を示すことができる。

いくつかの実装形態において、結合アセンブリ３１０は能動結合アセンブリである。能動結合アセンブリは、自身がパネル－アクチュエータシステムに提供する機械的インピーダンスを変化させることができるものである。たとえば、能動結合アセンブリは、電磁アクチュエータのようなアクチュエータとすることができる。

図４Ａを参照して、モバイルデバイスの断面４００は、モバイルデバイスのエッジに対する能動結合アセンブリ４１０の配置を示す。図４Ｂは、結合プレート４０２によってパネル１０４に装着された能動結合アセンブリ４１０の実装形態を示す。図４Ｂにおいて、能動結合アセンブリ４１０は電磁アクチュエータであるが、その他のタイプのアクチュエータを使用することもできる。電磁アクチュエータは、結合プレート４０２に装着されたコイル４３０の中に嵌る磁石４２０を含む。磁石４２０に装着されている磁極片４２２は、磁石から発生した磁場の方向がＸ方向になるように磁場を集束させる働きをする。磁石４２０はカップ４２４に装着され、カップ４２４は、ポスト４５０ａおよび４５０ｂとして示されている２つの弾性部品４４０ａおよび４４０ｂ（たとえばばね）によって剛性フレームに機械的に結合される。弾性部品４４０ａおよび４４０ｂは、それぞれ、カップ４２４をポスト４５０ａおよび４５０ｂに接続する。弾性部品４４０ａおよび４４０ｂは、撓むことで、磁石４２０およびカップ４２４がＺ方向に移動できるようにすることができる。ポスト４５０ａおよび４５０ｂは結合プレート４０２に固定的に装着される。

一般的に、能動結合アセンブリ４１０が静止しているとき、カップ４２４は、コイル４３０によって画定された空間の中に磁石４２０および磁極片４２２が嵌るように、Ｚ方向において位置決めされる。能動結合アセンブリ４１０の構成部品がよく見えるようにするために、図４Ｂに示されるアセンブリは静止状態ではなく、カップ４２４はその静止位置からＺ方向に変位している。

コイル４３０が通電されると、磁石４２０およびカップ４２４はＺ方向に変位させられ、磁石－カップシステムはパネル１０４に力を加える。たとえば、電子制御モジュール２２０は、正弦波電流をコイル４３０に流してコイル４３０に通電することで、磁石４２０およびカップ４２４を正弦波状に変位させることができる。正弦波状の変位により、磁石－カップシステムは、振動力をパネル１０４に加える。能動結合アセンブリ４１０がパネル１０４に加える力を用いることで、アクチュエータ２１０がパネル１０４に生じさせる振動に影響を与えることができる。

パネル１０４に起こすことができる調和運動により、パネルは、磁石４２０に対してコイル４３０を移動させる。磁石４２０の磁場の中でコイル４３０が移動すると、コイルに電流が誘導され、この電流は、コイルを取囲む磁場を誘導する。コイル４３０が短絡すると、生じた磁場は、磁石４２０の磁場に対抗するので、コイルの移動を制限し、ひいては、調和運動を減衰させる力をパネル１０４に加える。代わりにコイル４３０が開回路のとき、コイルに電流は流れないので、コイルの移動は、コイルを取囲むどの磁場によっても制限されない。

コイル４３０の開回路および短絡の効果は数値シミュレーションで表すことができる。たとえば、図４Ｃは、パネルに装着された能動結合アセンブリのボイスコイルを備える場合に対応する、短絡配置および開回路配置の場合についてシミュレートされたパネルの、平均速度のグラフ４００ｃを示す。グラフ４００ｃは、そのレイアウトが図４Ｄに示される８ｃｍ×１０ｃｍのアルミニウムプレートに基づいて作成された。ここで、パネル４００ｄは、ｙ方向に８ｃｍ、ｘ方向に１０ｃｍ延びている。第１のエッジ４６１は発泡材料によって支持され、能動結合アセンブリ４７０は、第１のエッジの反対側の第２のエッジ４６２でパネルに装着される。能動結合アセンブリ４７０は、ボイスコイルを含む電磁アクチュエータである。パネル４００ｄは、能動結合アセンブリ４７０のインピーダンスにほぼ等しいインピーダンスを有する。ＸＹ面に対して垂直に、パネル４００ｄの中心点４６０で１Ｎの力が加えられる。

再び図４Ｃを参照して、グラフ４００ｃの横軸はＨｚで測定された周波数を示し、縦軸はｍ／ｓで測定された速度を示す。実線および点線は、それぞれ、能動結合アセンブリ４７０のボイスコイルが短絡および開回路の場合の、周波数に対するパネル４００ｄの平均速度を示す。特定の周波数において、能動結合アセンブリ４７０のボイスコイルの短絡は、パネル－アクチュエータシステムを減衰させる、すなわち、システムの平均パネル速度の変動を小さくする。具体的には、周波数がおよそ３５０Ｈｚ、７５０Ｈｚ、および１５００Ｈｚの場合、能動結合アセンブリのボイスコイルが短絡したときの周波数に対するシステムの平均パネル速度の変動は、ボイスコイルが短絡していないときに比べて小さくなる。

もう一度図４Ａおよび図４Ｂを参照して、コイル４３０が形成する回路は、周波数に依存する電気的インピーダンスを含み得る。そのため、電子制御モジュール２２０は、コイル４３０に与えられる信号の周波数を変化させることにより、パネルに対する減衰力を変化させることができる。この減衰力を用いることで、特定のモードを抑制または促進することにより、パネル応答に影響を与えることができる。

図４Ｂが示す磁石４２０およびカップ４２４は弾性部品４４０ａおよび４４０ｂによってポスト４５０ａおよび４５０ｂに機械的に結合されコイル４３０は結合プレート４０２に装着されているが、その他の方向も選択できる。たとえば、コイル４３０を剛性フレームに装着してもよく、磁石４２０を単独でまたはカップ４２４に装着した状態で結合プレート４０２に装着してもよい。その他の実装形態では、結合プレート４０２が省略され、能動結合アセンブリ４１０の構成部品が直接パネル１０４に装着される。

一般的に、アクチュエータ２１０が作動している間、電子制御モジュール２２０は、パネル１０４の周波数応答を、ＤＣまたはＡＣ信号でコイルに通電して能動結合アセンブリ４１０の振動周波数、変位、および／または振動振幅を変化させることにより、変化させることができる。能動結合アセンブリ４１０は、電子制御モジュール２２０が生成した制御信号を用いて駆動することができる。いくつかの実装形態において、能動結合アセンブリ４１０は、アクチュエータ２１０を制御する一次制御信号から導出された二次制御信号を用いて制御することができる。一次制御信号から導出された二次制御信号を使用することにおける特別の利点は、波形の特定の特徴を２つの信号が共有できることである。たとえば、一次および二次制御信号は、一致する周波数、振幅、波形、またはその他の特徴を有することができる。

能動結合アセンブリ４１０は、一次制御信号から導出した二次制御信号で駆動することができるが、その他の実装形態において、能動結合アセンブリは、アクチュエータ２１０を駆動する制御信号とは別の独立した信号で駆動することができる。

いくつかの実施形態において、結合アセンブリ３１０は、能動部品ではなく受動部品であってもよい。たとえば、受動結合アセンブリは、制御部からの信号に応答するのではなく、アセンブリの機械的特性に全面的に依存する機械的インピーダンスを提供することができる。いくつかの実施形態において、受動結合アセンブリは、たとえば、質量およびコンプライアント材料を用いて実現することができる。

図５Ａを参照して、一部の断面で示されるモバイルデバイス５００ａは、質量５１２とばね５１４とを含む受動結合アセンブリ５１０ａを含む。質量５１２はばね５１４に結合され、ばね５１４は一端がパネル１０４に結合され、反対側の端部が質量５１２に結合される。ばね５１４により、質量５１２は、パネル１０４の振動に応じて振動することができる。パネル１０４がＺ方向に振動すると、質量５１２を加えた結果として、パネルの振動に機械的インピーダンスを与える、パネルについての境界条件が得られる。ばね５１４とパネル１０４との間の相互作用は、アクチュエータ２１０の駆動信号に対するパネルの応答の大きさに影響する。そのため、受動結合アセンブリ５１０ａは、パネル１０４の運動エネルギに対するシンクとして機能することができる。このばね質量系の振動に応じて、パネルが最大出力を示す周波数は変化するであろう。たとえば、質量５１２およびばね５１４は、２００Ｈｚ～２０ｋＨｚの範囲内の１つ以上の周波数のエネルギを吸収することができる。

受動結合アセンブリ５１０ａの構成部品の物理的特性は、パネル１０４のモードの周波数がシフトするように選択すればよい。たとえば、質量５１２については、パネル１０４に加えられる異なる慣性反力を発生させる、さまざまな質量を選択できる。たとえば、質量は、１ｇ～１０ｇの範囲とすることができる。一般的に、この質量は、ばね質量系が所望の共鳴周波数を示すように選択すればよい。たとえば、適切な質量およびばねは、ばね質量系が１００Ｈｚ～１ｋＨｚの範囲の共鳴周波数を示すように選択すればよい。

加えて、質量５１２の形状を変えることができる。別の例として、ばね５１４のばね定数を変えることができる。図５Ａはばね５１４をつる巻きばねとして示しているが、その他の形状、たとえば、リーフばね、円錐ばね、またはビームを使用することができる。ばね５１４の形状の変更に加えて、ばねの材料を選択することにより、ばね質量系から所望の範囲の共鳴周波数を得ることができる。たとえば、ばねは、発泡材料または接着テープを含む１つ以上の材料の組み合わせとすることができる。

受動結合アセンブリ５１０ａの構成部品の物理的特性の変更に加えて、構成部品の構成を選択することによってパネル１０４の境界条件を変えることもできる。すなわち、図５Ａはばね５１４がパネル１０４に装着され質量５１２がばねに装着される構成を示しているが、これに代わる構成を選択してもよい。

たとえば、ばね５１４は、一端がシャーシ１０２に装着され、もう１つの端部が、パネル１０４に装着された質量５１２に装着されてもよい。ばね質量系は共鳴周波数を示す。ばね質量系が示す共鳴周波数に応じて、パネルの振動モードの周波数は増加または減少するであろう。

もう１つの例として、ばね５１４および質量５１２を、平行に装着、すなわち隣り合わせで装着してもよい。すなわち、ばね５１４の一端をパネルに、他端をシャーシ１０２に装着し、質量５１２をパネル１０４に装着する。

先の例は受動結合アセンブリ５１０ａの構成部品のさまざまな構成を説明しているが、いくつかの実施形態において、受動結合アセンブリは、その他の構成部品、たとえばダンパー要素を含み得る。ダンパー要素は、動きに抵抗することが可能なデバイスであって当該デバイスに関連するその他の設計および製造の制約（たとえば、割り当てられた空間の中に嵌めるのに十分にコンパクトである、化学的に不活性である、十分低コストである、など）を満たすことができる任意のデバイスとすることができる。

図５Ｂを参照して、一部の断面で示されるモバイルデバイス５００ｂは、ダンパー要素５２０を含む受動結合アセンブリ５１０ｂを含む。ダンパー要素５２０は、Ｚ方向の動きに抵抗することが可能であり、発泡材料、感圧接着剤、エラストマー、または、つる巻きもしくはリーフばねのようなばねから形成することができる。ダンパー要素５２０は、質量５１２およびばね５１４に対して直列に、機械的に結合される。すなわち、ばね５１４は一端がパネル１０４に装着され他端がダンパー要素５２０に装着される。ばね５１４およびダンパー要素５２０は別々の要素であるが、より一般的には、ばねおよびダンパー要素は１つの減衰ばね部品として形成されてもよい。加えて、さらに他の実装形態において、ばね５１４およびダンパー要素５２０は互いに並列に配置されてもよい。たとえば、ばね５１４およびダンパー要素５２０は、一端がパネル１０４に装着されもう１つの端部が質量５１２に装着されてもよい。

図５Ｃを参照して、グラフ５００ｃは、パネルの一端に質量を追加することで、シミュレートされたパネルの平均速度がどのような影響を受けるかを示す。グラフ５００ｃはまた、図５Ａに示されるようにばねが質量をパネルに装着する態様で装着した質量およびばねを追加することで、パネルの平均速度がどのような影響を受けるかを示す。ばねは、発泡材料のようなコンプライアントなマウントとしてシミュレートされる。グラフ５００ｃは、厚さ０．０５ｃｍの８ｃｍ×５ｃｍのアルミニウムプレートであるシミュレートされたパネルを用いて作成された。パネルの中心に力の源が与えられ、この力を用いることにより、特定の振動周波数でパネルを駆動する。

グラフ５００ｃは、周波数に対する基準パネルシステムの平均速度を示す実線を含む。基準パネルシステムは、エッジ４６１に沿い、ヤング率が（１＋１ｉ）ＭＰａの材料を用いて装着され、ｉは虚数単位、すなわち、－１の平方根である。この基準パネルシステムに結合アセンブリはない。

グラフ５００ｃは、第１のエッジ４６１において０．１ｇの質量が装着されているときの平均パネル速度を示す点線をさらに含み、破線は、コンプライアンスが０．３８Ｅ－３ｍ／Ｎであるコンプライアントなマウントによって０．１ｇの質量がパネルに装着されているときの平均パネル速度を示す。

平均パネル速度のピークはパネルのモードに対応する。実線は、基準パネルシステムが、およそ２２０Ｈｚで基本モードを示すことを表している。点線で示されるように、質量を追加すると、パネルの基本モードは２００Ｈｚを下回る周波数まで降下する。破線とほぼ同一のピーク周波数を有する点線で示されるように、コンプライアント部材をパネル質量系に加えても、基本モードの周波数には影響がなく、それは、パネル－質量－コンプライアント部材の共鳴の周波数がパネルよりも大幅に高いからである（たとえば５００Ｈｚを上回る）。

この基準パネルシステムは、およそ１５００Ｈｚで第１の高次モードを示す。１５００Ｈｚを下回る周波数の、点線に沿ったピークで示されるように、質量を追加すると、基準パネルシステムに対し、第１モードの周波数は減少する。１５００Ｈｚを上回る周波数の、破線に沿ったピークで示されるように、質量とコンプライアント部材とを追加すると、基準パネルシステムに対し、第１モードの周波数は増加する。

また、グラフ５００ｃは、破線の速度のピークで示されるように、およそ８３０Ｈｚで、パネル－質量－コンプライアント部材システムは、基準パネルシステムまたはパネル－質量システムのいずれも示さないモードを示すことを、表している。

グラフ５００ｃを作成するために使用された質量は、図５Ｃに関して説明した受動結合アセンブリのパネル応答に対する効果を示す。一般的に、さまざまな質量を選択できる。その他の質量の選択と全く同じように、スチフネスが異なるコンプライアントなマウントを選択することができる。

図５Ｃと同様、図５Ｄはグラフ５００ｄを示し、このグラフは、パネルの一端の質量を増す一方でパネルに対する質量の装着物のコンプライアンスを比例する量だけスケーリングした場合に、シミュレートされた８ｃｍ×５ｃｍのアルミニウムパネルの平均速度がどのような影響を受けるかを示す。グラフ５００ｄは実線を含み、この実線は、コンプライアンスが８．３Ｅ－４ｍ／Ｎ（すなわちスチフネスが１２００Ｎ／ｍ）であるコンプライアントなマウントによって０．１ｇの質量をパネルに装着した場合の基準パネルシステムの平均速度を示す。図５Ｄの破線は、コンプライアンスが４．２Ｅ－４ｍ／Ｎ（すなわちスチフネスが２４００Ｎ／ｍ）であるコンプライアントなマウントによって０．２ｇの質量をパネルに装着した場合のパネル－アクチュエータ－質量システムの平均パネル速度を示す。この０．２ｇの質量および４．２Ｅ－４ｍ／Ｎのコンプライアント部材は、０．１ｇの質量および８．３Ｅ－４ｍ／Ｎのコンプライアント部材と同じ位置でパネルに装着される。

グラフ５００ｄは、質量およびスチフネスが増すと、基本モードの周波数はおよそ２００Ｈｚから２００Ｈｚ未満の周波数まで減少することを示す。基本モードの周波数は質量およびスチフネスの増加に伴って減少するが、第１モードの周波数は質量およびスチフネスの増加に伴って増加する。

いくつかの実装形態において、受動結合アセンブリは、直列および並列の構成部品の組み合わせを含み得る。たとえば、質量とばねとを互いに直列にし、ダンパー要素を質量およびばねと並列にしてもよい。

上述の例において、各デバイスは、ＤＭＬの機械的インピーダンスをそのエッジで制御するための結合アセンブリを１つだけ含む。しかしながら、より一般的には、実施形態は、このような結合アセンブリを２つ以上有するデバイスを特徴とすることができる。たとえば、デバイスは、２つ、３つ、４つ、または５つ以上の結合アセンブリを含み得る。場合によっては、パネルの各エッジは、異なる結合アセンブリによってシャーシに結合される。特定の実施形態において、デバイスは、パネルのエッジから離れた位置で結合アセンブリを含んでいてもよい。たとえば、図６を参照して、断面で示されるモバイルデバイス６００は、パネル１０４の異なる位置で装着された２つの結合アセンブリを含む。具体的には、モバイルデバイス６００は、結合アセンブリ３１０に加えて、パネルのエッジから離れた位置でパネル１０４に装着された第２の結合アセンブリ６１０も含む。この追加の結合アセンブリは、パネル－アクチュエータシステムに、機械的インピーダンスの制御の自由度を追加することにより、パネル１０４のモード挙動をさらに制御することができる。一般的に、ＤＭＬのモードレスポンスを変化させるように結合アセンブリ６１０の位置を選択することができる。

一般的に、上記アクチュエータおよび能動結合アセンブリは、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１つ以上の電子部品で構成され、１つ以上の電子部品は、携帯電話の１つ以上のセンサからおよび／または信号受信機から入力を受け、この入力を処理し、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して送る。図７を参照して、モバイルデバイス１００のようなモバイルデバイスの、具体例としての電子制御モジュール７００は、プロセッサ７１０と、メモリ７２０と、ディスプレイドライバ７３０と、信号発生器７４０と、入出力（Ｉ／Ｏ）モジュール７５０と、ネットワーク／通信モジュール７６０とを含む。これらの構成部品は、（たとえば信号バス７０２を介して）相互に電気通信するとともに、アクチュエータ２１０と電気通信する。

プロセッサ７１０は、データまたは命令を処理、受信、または送信することが可能な任意の電子デバイスとして実現されてもよい。たとえば、プロセッサ７１０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）、またはこのようなデバイスを組み合わせたものとすることができる。

メモリ７２０には、各種命令、コンピュータプログラムまたはその他のデータが格納されている。この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述べた動作または機能のうちの１つ以上を実行するように設定されてもよい。たとえば、命令は、ディスプレイドライバ７３０、信号発生器７４０，入出力モジュール７５０の１つ以上の構成部品、ネットワーク／通信モジュール７６０を介してアクセス可能な１つ以上の通信チャネル、１つ以上のセンサ（たとえばバイオメトリックセンサ、温度センサ、加速度計、光センサ、気圧センサ、湿度センサなど）、および／またはアクチュエータ２１０を介して、デバイスのディスプレイの動作を制御または調整するように設定されてもよい。

信号発生器７４０は、アクチュエータ２１０に適しておりかつアクチュエータを介して聴覚および／または触覚応答を生成する、さまざまな振幅、周波数、および／またはパルスプロファイルのＡＣ波形を生成するように構成される。信号発生器７４０は、独立した構成部品として描かれているが、いくつかの実施形態において信号発生器７４０はプロセッサ７１０の一部であってもよい。いくつかの実施形態において、信号発生器７４０は、この信号発生器に一体化された部品またはこの信号発生器とは別個の部品として増幅器を含み得る。

メモリ７２０は、モバイルデバイスが使用できる電子データを格納することが可能である。たとえば、メモリ７２０は、電気データまたはコンテンツ、たとえば音声および映像ファイル、文書およびアプリケーション、デバイス設定およびユーザの好み、さまざまなモジュールに対するタイミングおよび制御信号またはデータ、データ構造またはデータベースなどを、格納することができる。また、メモリ７２０は、アクチュエータ２１０に対する信号を生成するために信号発生器７４０が使用し得るさまざまなタイプの波形を再生成するための命令を格納してもよい。メモリ７２０は、たとえばランダムアクセスメモリ、読出専用メモリ、フラッシュメモリ、リムーバブルメモリ、またはその他のタイプの記憶素子、またはそのようなデバイスの組み合わせなどの、任意のタイプのメモリであってもよい。

先に簡単に述べたように、電子制御モジュール７００は、図７においてＩ／Ｏモジュール７５０として示されるさまざまな入力および出力構成要素を含み得る。Ｉ／Ｏモジュール７５０の構成要素は、図７では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、ユーザ入力を受け付けるためのボタン、マイク、スイッチ、およびダイヤルを含む、いくつかの異なる入力構成要素を含み得る。いくつかの実施形態において、Ｉ／Ｏモジュール７５０の構成要素は、１つ以上のタッチセンサおよび／または１つ以上の力センサを含み得る。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与えることを可能にする１つ以上のタッチセンサおよび／または１つ以上の力センサを含み得る。

Ｉ／Ｏモジュール７５０の構成要素の各々は、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。場合によっては、これらの構成要素は、ディスプレイ上に示されるプロンプトまたはユーザインターフェイ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対するフィードバックを生成または提供し得る。

先に述べたように、ネットワーク／通信モジュール７６０は１つ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７１０と外部デバイスまたはその他の電子デバイスとの間の通信を提供する１つ以上のワイヤレスインターフェイスを含み得る。一般的に、通信チャネルは、プロセッサ７１０上で実行される命令によって解釈することができるデータおよび／または信号を送信および受信するように構成されてもよい。場合によっては、外部デバイスは、その他のデバイスとデータをやり取りするように構成された外部通信ネットワークの一部である。一般的に、ワイヤレスインターフェイスは、限定されないが、無線周波数、光、音響、および／または磁気信号を含み得るものであり、ワイヤレスインターフェイスまたはプロトコルに関して動作するように構成されてもよい。ワイヤレスインターフェイスの例は、無線周波数セルラーインターフェイス、光ファイバインターフェイス、音響インターフェイス、ブルートゥース（登録商標）インターフェイス、近距離通信インターフェイス、赤外線インターフェイス、ＵＳＢインターフェイス、Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）インターフェイス、ＴＣＰ／ＩＰインターフェイス、ネットワーク通信インターフェイス、または任意の従来の通信インターフェイスを含む。

いくつかの実装形態において、ネットワーク／通信モジュール７６０の通信チャネルのうちの１つ以上は、モバイルデバイスと、別のデバイス、たとえば別の携帯電話、タブレット、コンピュータなどとの間のワイヤレス通信チャネルを含み得る。場合によっては、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てもよい。たとえば、可聴アラートまたは視覚的警告をモバイルデバイス１００から携帯電話に送信してその装置で出力してもよく、その逆も同様である。同様に、ネットワーク／通信モジュール７６０は、モバイルデバイスを制御するために別のデバイスで提供される入力を受信するように構成されてもよい。たとえば、可聴アラート、視覚的通知、または触覚アラート（またはそのための指示）が、外部デバイスからモバイルデバイスに送信されて提示されもよい。

本明細書に開示される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使用することができる。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ってもよい。パネルは、スマートフォン、タブレットコンピュータ、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、もしくはスマートグラスのようなヘッドマウントデバイス）の一部であってもよい。

その他の実施形態は以下の請求項にある。

Claims (15)

1. システムであって、
   シャーシと、
   面に延在するパネルとを備え、前記パネルは、第１のエッジと、前記第１のエッジの反対側の第２のエッジとを有し、前記システムはさらに、
   第１の位置で前記パネルに結合されたアクチュエータを備え、前記アクチュエータは、前記パネルの振動を引き起こして音波を発生するように適合され、前記システムはさらに、
   前記パネルの前記第２のエッジにおいて前記シャーシを前記パネルに機械的に結合する結合アセンブリを備え、
   前記パネルを前記第１のエッジにおいて前記シャーシに固定的に接続することにより、前記アクチュエータが引き起こした前記パネルの振動中、前記第１のエッジにおける前記パネルの前記シャーシからの変位を制限し、前記結合アセンブリは、前記アクチュエータが引き起こした前記パネルの振動中、前記第２のエッジにおける前記パネルの前記シャーシからの変位を可能にする、システム。
2. 前記アクチュエータおよび前記結合アセンブリと通信する電子制御モジュールをさらに備え、前記電子制御モジュールは、前記アクチュエータと前記結合アセンブリとを同時に作動させることにより、前記パネルによってサポートされる振動モードを変化させるようにプログラムされている、請求項１に記載のシステム。
3. 前記結合アセンブリは、２００Ｈｚ～２０ｋＨｚの範囲内の１つ以上の周波数のエネルギを吸収するように同調されたばねダンパー質量系である、請求項１に記載のシステム。
4. 前記結合アセンブリは受動結合アセンブリである、請求項１または３に記載のシステム。
5. 前記結合アセンブリは能動結合アセンブリである、請求項１または２に記載のシステム。
6. 前記結合アセンブリは、前記第２のエッジにおける前記パネルと前記シャーシとの機械的結合を変化させるように構成された第２のアクチュエータを含む、請求項２または５に記載のシステム。
7. 前記第２のアクチュエータは、前記パネルに固定的に接続された第１の構成部品と、前記シャーシに固定的に接続された第２の構成部品とを含む、請求項６に記載のシステム。
8. 前記第１の構成部品および前記第２の構成部品のうちの一方は磁石を含み、前記第１の構成部品および前記第２の構成部品のうちの他方はコイルを含む、請求項７に記載のシステム。
9. 前記第２のアクチュエータは分布モードアクチュエータである、請求項６に記載のシステム。
10. 前記分布モードアクチュエータは１次元分布モードアクチュエータである、請求項９に記載のシステム。
11. 前記結合アセンブリは、前記結合アセンブリがない前記パネルとの比較において、前記パネルによってサポートされる振動のモード分布を変化させるのに十分な質量を含む、請求項１、３または４に記載のシステム。
12. 前記結合アセンブリは、前記質量を前記パネルに結合するコンプライアント材料を含む、請求項３または１１に記載のシステム。
13. システムであって、
    面に延在するパネルと、
    前記パネルに第１の位置で結合された第１のアクチュエータとを備え、前記第１のアクチュエータは、パネルの振動を引き起こして音波を発生させる力を生成するように適合され、前記システムはさらに、
    前記パネルに前記第１の位置と異なる第２の位置で結合された第２のアクチュエータを備え、前記第２のアクチュエータは、前記第２の位置における前記パネルの機械的インピーダンスを変化させるように適合され、前記システムはさらに、
    前記第１のアクチュエータおよび前記第２のアクチュエータと電気通信する電子制御モジュールを備え、前記電子制御モジュールは、前記システムの動作中に前記第１のアクチュエータおよび前記第２のアクチュエータを同時に作動させることにより、前記パネルの振動を引き起こすとともに、前記第２のアクチュエータが、前記第２の位置における前記パネルの機械的インピーダンスを変化させて、２００Ｈｚ～２０ｋＨｚの範囲内の１つ以上の周波数の前記パネルの振動を減衰させるように、プログラムされている、システム。
14. 前記第２の位置は前記パネルのエッジにある、請求項１３に記載のシステム。
15. モバイルデバイスであって、
    面に延在する電子ディスプレイパネルを備え、前記電子ディスプレイパネルは、第１のエッジと、前記第１のエッジの反対側の第２のエッジとを有し、前記モバイルデバイスはさらに、
    前記電子ディスプレイパネルに装着されたシャーシを備え、前記シャーシは、前記シャーシのバックパネルと前記電子ディスプレイパネルとの間の空間を画定し、前記モバイルデバイスはさらに、
    前記空間に収容され前記電子ディスプレイパネルの表面に装着されたアクチュエータと、
    前記電子ディスプレイパネルの前記第２のエッジで前記シャーシを前記電子ディスプレイパネルに機械的に結合する結合アセンブリと、
    前記空間に収容された電子制御モジュールとを備え、前記電子制御モジュールは前記アクチュエータと通信し、
    前記電子ディスプレイパネルは、前記第１のエッジにおいて前記シャーシに固定的に接続されることにより、前記アクチュエータが引き起こした前記電子ディスプレイパネルの振動中に前記第１のエッジにおいて前記シャーシから前記電子ディスプレイパネルが変位することを防止し、前記結合アセンブリは、前記アクチュエータが引き起こした前記電子ディスプレイパネルの振動中に前記第２のエッジにおいて前記シャーシから前記電子ディスプレイパネルが変位することを可能にする、モバイルデバイス。

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