TW201306609A - 具有電活性聚合物致動器之音訊裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明揭示包含一電活性聚合物模組的感覺強化音訊裝置。該電活性聚合物模組，例如，可位設在一頭戴式耳機之一耳杯中。該模組包括一電活性聚合物致動器陣列，其具有至少一彈性體介電元件配置在第一與第二電極之間。一托盤可經建構以接收該電活性聚合物致動器陣列以及與該致動器陣列耦合的一塊體。一電路係電耦合至該電活性聚合物致動器陣列。該電路係用以產生一驅動信號以致使該電活性聚合物致動器陣列根據該驅動信號移動。該驅動信號較佳地係位在約2 Hz至約200 Hz的頻率範圍中。

Description

具有電活性聚合物致動器之音訊裝置 相關申請案之交叉參考
本申請案，根據35 USC §119(e)，主張於2011年6月16日提出申請，美國臨時專利申請案第61/497,556號，標題為“用於模擬低頻率音訊感覺的機電系統”；以及於2011年11月29日提出申請，美國臨時專利申請案第61/564,437號，標題為“用於觸覺頭戴式耳機致動器的聽覺噪音降低技術”之權益，其分別以全文引用方式併入本案以為參考資料。
在不同的具體實施例中，本揭示內容一般地係有關於用於模擬低頻率音訊感覺的機電系統。更特定言之，本揭示內容係有關於配備具有電活性聚合物致動器或轉換器的音訊裝置。特別地，本揭示內容係有關於配備具有電活性聚合物致動器的頭戴式耳機以及機械與電氣的聽覺噪音降低模組。
傳統式聽覺頭戴式耳機包括一對藉由一頭帶互相結合的耳杯。該等耳杯包括安裝在耳杯之一外殼部分內的揚聲器並固持在靠近使用者耳朵的適當位置。該等頭戴式耳機包括電線以將揚聲器連接到一音訊信號源諸如一音訊放大器，收音機、CD播放器、可攜式媒體播放器、電腦、平板電腦、行動裝置或遊戲控制台。傳統 式頭戴式耳機的一些變化形式亦包括電子電路用於信號調節並處理由該音訊信號源接收的聽覺信號。音訊頭戴式耳機之變化形式並未包括一頭帶，並特別地設計成直接地安置在使用者的耳朵中，並亦係為熟知的耳機或口語上的耳塞式耳機。
傳統的音訊信號包括位在大約20Hz至大約20kHz之範圍中的聲音頻率分量。大部分的聲音再生系統(家庭音響、頭戴式耳機、耳塞式耳機、電話，揚聲器)無法有效地涵蓋整個音訊頻率範圍並且典型地在低頻率下(大約低於200Hz)運作不良。因此，使用大的聲音輻射器以精確地再生低頻率音訊信號。典型地，該等裝置實體上係為大的並消耗大量的電力。一生聲音輻射器的實例係為一於家庭劇院系統中使用的重低音箱(subwoofer cabinet)。將低頻率聲音內容應用到相對小的聲音再生裝置諸如頭戴式耳機係為困難的。一些如此進行的方法實質上需要將空氣量密封環繞著聆聽者耳朵並直接地使用耦合的氣壓波。此方法係為有效的但甚至在適度的聲音位準下亦引起令人不舒服的壓力。在較高的聲音位準下，其甚至會變為危險的並導致短或長期聽力缺損。
骨傳導是聲音經由頭顱之顱骨傳導到內耳(http：//en.wikipedia.org/wiki/Bone_conduction)。骨傳導是為何當錄音及重放錄音時人的聲音對他/她而言聽起來會不一樣。因頭顱與空氣相較更加能夠傳導較低的頻 率，人們察覺他們自已的聲音較其他人聽起來更低且更深沉。骨傳導亦解釋為何一個人自已聲音的錄音聽起來比他慣常的發音還高。骨傳導據說係由幾乎全聾的作曲家路德維希凡貝多芬(Ludwig van Beethoven)發現。貝多芬據稱發現一方法藉由咬住附裝至其之鋼琴的一桿經由他的頜骨而聽到音樂。
一些助聽器利用骨頭傳導，達到相當於藉由耳朵直接聽到的效果。一頭戴式耳機符合人體工學地位設在太陽穴和臉頰上，以及一機電轉換器，其將電信號轉換成機械振動，經由頭蓋骨傳送聲音到內耳。同樣地，一麥克風可經由骨傳導用於記錄所說出的聲音。骨傳導助聽器的首次敘述係見於美國專利第1,521,287號。
骨傳導裝置可被分類為三種類型：免持聽筒雙耳式耳機或頭戴式耳機；助聽器及輔助性聽覺裝置；以及專業的通信裝置(例如，水下及高噪音環境)。骨傳導裝置具有超越傳統頭戴式耳機的複數優點：該等裝置係為“無耳的(ears-free)”，因此提供擴大的使用舒適及安全性；在非常吵雜的環境下有高聲音清晰度；可搭配聽力保護使用；並可提供立體聲的感知。
在該等裝置的缺點中：一些應用需要比頭戴式耳機更多的電力；以及一些裝置會因為降低的頻率頻寬，可能造成比頭戴式耳機及麥克風較不清楚的錄音與播放錄音。
一骨傳導揚聲器之一實例係為水肺潛水者使用的 一橡膠重疊注塑(over-molded)的壓電撓曲圓盤，大約40公厘寬及6公厘厚。一連接纜線係經模塑進入該圓盤中，產生一堅韌的防水總成。在使用上，揚聲器係以皮帶繫緊靠著耳朵後該等圓頂狀骨頭突出部分的其中之一者。如將為預期的，該產生的聲音似乎是來自於使用者之頭的內部，但能夠出人意外地清楚與清脆。
骨傳導音訊裝置並未限制在雙耳式耳機或頭戴式耳機但只要該裝置能夠與骨骼系統耦合亦能夠使用在身體的其他部分。
本揭示內容提供改良式音訊裝置諸如具機電系統的頭戴式耳機，該等機電系統諸如用以模擬低頻率音訊感覺的電活性聚合物致動器。該改良式音訊裝置包含機械的及電氣的聲音噪音降低模組。
本發明提出的另一應用在於感覺性強化音訊裝置，其中將除了音訊信號之外的資訊傳播到使用者。用以傳播編碼信號的一感覺性強化音訊裝置的一早期實例係於美國專利第1,531,543號中加以說明。
於一具體實施例中，本揭示內容應用在一感覺性強化音訊裝置。該音訊裝置包括一電活性聚合物致動器陣列其包含至少一彈性體介電元件沉積在第一與第二電極之間。一托盤可經建構以接收該電活性聚合物致動器陣列以及一塊體其係與該電活性聚合物致動器陣列耦 合的。一電路係與該電活性聚合物致動器陣列電耦合。該電路係用以產生一驅動信號其較佳地位在大約2Hz至大約200Hz之頻率範圍以致使電活性聚合物致動器陣列根據該驅動信號移動或振動。就頭戴式耳機而言該電活性聚合物致動器搖動(振動)耳杯，該等振動追蹤該進來的低頻率音訊，從而提供不會產生對耳膜是潛在危險性之高壓聲波的低頻音訊感覺。於此揭示的電活性聚合物致動器強化傳統式音訊裝置，諸如頭戴式耳機的“聆聽”感受。利用一適當的驅動信號，該致動器陣列亦能夠用以傳播與該音訊信號不相關的資訊。本發明之該等與其他優點及利益由以下的本發明之詳細說明將為顯而易見的。
在詳細地解釋本發明之感覺強化音訊裝置及音訊噪音降低模組的具體實施例之前，應注意的是該等揭示揭露的具體實施例並不限制在應用或使用於該等伴隨的圖式及說明中所闡述的該等部件之建構與佈置的細節。該等揭示的具體實施例可應用或併入於其他的具體實施例、變化形式及修改，並可以不同的方式加以實踐或完成。更進一步，除另有指示外，於此使用的專門用語件及措辭已針對說明用於敘述性目的及用於閱讀者之便利性說明該等具體實施例而加以選定，以及並不意欲為了將任一具體實施例限制在揭示的該等特定具體 實施例上。再者，應瞭解的是任何一個或是多個已揭示的具體實施例，具體實施例的表示法以及實例可與任何一個或多個其他的已揭示具體實施例，具體實施例之表示法，以及實例加以結合，無限制性。因此，於一具體實施例中揭示的一元件與於另一具體實施例中揭示的一元件之結合係被理解為涵蓋於本揭示內容及附加的申請專利範圍之範疇中。
本發明提供一感覺強化音訊裝置其包含一致動器系統具有一機械Q值(mechanical Q factor)約小於10以及一電路電耦合至該致動器系統，其中該電路係用以產生一驅動信號以致使該致動器系統根據該驅動信號移動。
本發明進一步提供一感覺強化式頭戴式耳機其包含至少一耳杯，一電活性聚合物致動器陣列係位設在該至少一耳杯內，該電活性聚合物致動器包含至少一彈性體介電元件配置在介於第一與第二電極之間，以及一電路與該電活性聚合物致動器陣列電耦合，其中該電路係用以產生一驅動信號以造成電活性聚合物致動器陣列根據該驅動信號振動。
用於在感覺強化音訊裝置中移動該致動器系統的該驅動信號係源自於一音訊信號。在本發明中有用的該致動器系統包含一電鍍活性聚合物致動器陣列，其包含至少一彈性體介電元件配置在介於第一與第二電極之間。
於一具體實施例中，除了根據該音訊信號外，該驅動信號係經設計在某種程度上用以移動該致動器系統傳播資訊。因此，對於因致動器系統的移動所造成影響之強度的控制可與該音訊信號強度之控制分開。例如，該使用者能夠增加頭戴式耳機之低音反應，不需經歷潛在地對使用者的聽力不舒適或有傷害之一增加的聲音回應。
於一具體實施例中，本揭示內容提供高品質低頻率振動滿足於加強限制音訊為基礎的感覺。此包括感覺強化音訊裝置諸如包含電活性聚合物致動器的感覺強化頭戴式耳機，例如，如以下更為詳細地說明。儘管不希望由任何特定的理論加以限制，但本發明者推論該等發明性音訊裝置依靠骨傳導及由於包括電活性聚合物致動器的聲波效應之一混合結果。
本揭示內容提供包含電活性聚合物致動器的感覺強化頭戴式耳機之不同的具體實施例。該等電活性聚合物致動器包含以介電彈性體元件為基礎的電活性聚合物模組。該等模組擁有頻寬及能量密度適合於將電活性聚合物致動器使用在聲音頭戴式耳機並適用於應用機械式噪音降低技術。該等模組係由薄片製成其具有一介電彈性體薄膜夾合在二電極層之間。當對該等電極施以一足夠高電壓時，該二相吸的電極壓縮該介電彈性體薄膜。該等模組係為纖細的、低電力的，並可耦合至一慣性塊體以增強由源自於一主機裝置之一音訊信號源的 一驅動信號所產生之移動。
除了提供用於感覺強化音訊裝置應用的電活性聚合物致動器的不同具體實施例之外，在不同的觀點中，本揭示內容亦提供機械的及電子的技術為了降低源自於複數之來源的噪音。每一技術係聚焦在不同操作情況下，產生不想要的聲音並將於以下分開地加以說明。
揭示用於降低噪音的該等機械方面技術之不同的具體實施例。於一具體實施例中，機械式噪音降低技術利用電活性聚合物為基礎的撓曲懸掛系統藉由大體上將位移限制在一單一方向上(所需的方向，例如，諸如移動的方向)以將不想要的振動模式降至最低並消除。測試的結果提供能夠達到大體上沿著一所需的移動方向的穩定振動。當該所需的方向係與該聽覺輻射器軸垂直時所降低的噪音最大。
同時揭示用於降低噪音的電子技術之具體實施例。於一具體實施例中，該電子噪音技術使用一非線性逆轉換以去除不想要的聲音人為產物。電活性聚合物元件之基本功能運作有賴於由一電場所產生的靜電壓力。於此最簡單的形式中，此壓力係與電的平方成比例。因此，為抵銷該致動器反應的有害失真，可使用一非線性逆轉換諸如平方根電路。此對於如以下更為詳細地揭示的電活性聚合物之各向同性，均質的，線性介電性質係為適用的。例如，非線性，非各向同性，或非均質的其他材料需要附加的電子及/或機械的修正。以下 顯示並說明圖示用於實行非線性噪音降低技術的電子布局之實例的方塊圖。
在說明不同的噪音降低技術之前，該揭示內容轉向至圖1，其係為根據一具體實施例的一感覺強化頭戴式耳機100的一透視圖。於圖1中所示該具體實施例中，該頭戴式耳機100包含藉由一頭帶106相互耦合的一右耳杯102及一左耳杯104。該頭帶106可為任何合適的傳統式頭帶。該右與左耳杯102、104分別包含一對應的示範性右及左罩耳式緩衝器108、110。應察知的是儘管傳統上該等緩衝器係為圓形的或橢球狀，但該等罩耳式緩衝器108、110可具有任何形狀包圍著耳朵。例如，因為該等罩耳式緩衝器108、110完全地圍繞著耳朵，所以該等頭戴式耳機100可設計成完全密封靠著頭部以減弱任何侵入的外部噪音。該等緩衝器108、110的材料可經選定以調整該頭戴式耳機與使用者之間的耦合程度。每一右及左耳杯102、104較佳地可包含罩耳式緩衝器108、110，穿孔的揚聲器柵網112(僅顯示右邊)，以及外殼114(僅顯示左邊)。該外殼114包含一揚聲器，一電活性聚合物致動器，一電路板其包含驅動該致動器的電路，以及於一些具體實施例中及機械式及/或電子式噪音降低組件。以下說明該等元件之具體實施例。
圖2係為該左耳杯104的一透視圖以及圖3係為左耳杯104的一前視圖。如於圖2及圖3中所示，該左耳 杯104包含一罩耳式緩衝器110及一穿孔的揚聲器柵網116。
圖4係為該右耳杯102的一透視圖以及圖5係為該右耳杯102的一後視圖。如於圖4及圖5中所示，該右耳杯102包含一外殼118。
圖6及7係為沿著於圖4中所示之斷面線6-6所取的該右耳杯102之斷面視圖。圖8係為於圖6及7中所示該耳杯102的一前視圖。由於該左耳杯104大體上係與該右耳杯102相似，但為了揭示內容的簡潔與清晰，此說明的剩餘部分將重點放在該右耳杯102的結構與功能，儘管該等屬性同樣地與左耳杯104有關。
現在特別地相關於圖6-8，於一具體實施例中，該右耳杯102包含一外殼118，其界定一開口124適合用於將一揚聲器120及一電活性聚合物致動器122安裝於其中。於在圖6-8中所圖示的該具體實施例中，該致動器122包含複數子組件並因而於間或可視為一電活性聚合物模組。於特別的具體實施例中，其中該致動器122包括三條狀物，例如，該致動器122可視為一3-條狀物的電活性聚合物模組，無限制性。於特別的具體實施例中，其中該致動器122包含一撓曲懸掛系統，例如，該致動器122可視為一慣性的電活性聚合物模組，無限制性。現往回相關於圖6-8，如圖所示，該揚聲器120可直接地安裝在該穿孔揚聲器柵網112之後。無論如何，於其他具體實施例中，揚聲器120的位置可變更 並可安裝在該外殼118之開口124中的任何適當位置。於一具體實施例中，例如，該電活性聚合物致動器122可安裝至該外殼118的一內壁132部分。於一具體實施例中，該致動器122可包含一托盤126，一電活性聚合物致動器陣列128，以及一塊體130。於一具體實施例中，如以下更為詳細地敘述，該托盤126可以一撓曲懸掛系統加以更換，以將因，例如，大體上將位移限制在一單一所需的移動方向上所造成產生不想要的振動模式之噪音減至最小、降低或實質上消除。諸如致動器128的電活性聚合物致動器陣列於此亦可視為一“n-條狀物卡匣”，其中“n”代表在一陣列中致動器條狀物的數目。因此，與包含三個致動器條狀物的一電活性聚合物致動器陣列有關的一3-條狀獨立的卡匣，其係安裝在一托盤中而無撓曲元件。相反地，與包含三條狀物一電鍍活性聚合物致動器陣列有關的一3-條狀慣性的卡匣，其係安裝在撓曲懸掛系統中。應察知的是任一揭示的頭戴式耳機具體實施例包含一獨立的致動器托盤諸如該托盤126可以一撓曲懸掛托盤代替，無限制性。
現相關於圖1-6，於一具體實施例中，包含根據本揭示內容之該電鍍活性聚合物致動器122的感覺強化頭戴式耳機100能夠產生位在音訊頻帶(例如，大約20Hz至大約20kHz)範圍中的機械振動，以提供高品質音訊感覺而不會在耳朵中產生高聲壓。於一具體實施例中，每一耳杯102，104包含該電活性聚合物致動器 122。每一致動器122包含一小塊體130(較佳地從1至50公克，更佳地為25公克)附裝至該電活性聚合物致動器陣列128構成一簡單的塊體/彈簧/阻尼器共振系統。該進來音訊之低頻部分通過至與致動器122連接的一音訊放大器。該電活性聚合物致動器122搖動(振動)耳杯102、104，該等振動追蹤進入的低頻音訊，從而給予低頻音訊的感覺並無產生對耳膜有潛在危險的高壓聲波。於此揭示的該電活性聚合物致動器122強化傳統式音訊頭戴式耳機“收聽”的感受。低頻振動(20Hz-200Hz)的產生擴大了音訊頭戴式耳機100低於其之正常的、最理想的範圍的感知頻率範圍。
然而，由該電活性聚合物致動器122所產生的振動在本質上係為非線性的。此外，電活性聚合物基致動器122亦可產生可能為所需的或非為所需的聲音振動。至於非所需的聲音振動，本揭示內容亦提供機械方面與電方面的技術以降低該等非所需的聲音影響至可接受的位準。偶而，該等振動可與該揚聲器120為面外的。如為所需，藉由利用音圈用於驅動懸掛塊體而可對該感覺強化頭戴式耳機100增加振動擴大性。然而，該等應用可導致高Q系統其具有低阻尼作用，以致其在與該聲音輻射器的相同軸上振動較長，從而產生不想要的聲音人為產物。然而，於不同的具體實施例中，於此揭示的該電活性聚合物致動器122可以該一方式定向，該振動的平面係與聲音輻射器軸垂直，從而大大地降低不想要的 聲音人為產物。
該機械Q值係表現一系統的機械阻尼作用。其係為反應性能源與機械性能量損失的比率。如以上所提及，高Q系統振動較長產生更多的聲音人為產物以及較少定義明確的效果。低Q值指示系統具有高的機械損失，因此振動係易於發生阻尼作用並且致動器系統的動作係定義明確的。
為了最理想的性能，該致動器系統之Q值較佳地應低於10，更佳地低於5以及最佳地介於1.5與3之間。
如熟知此技藝之人士所察覺，QMS係為一單位損失測量，描寫該驅動器的機械阻尼作用，亦即，在該懸掛系統中的損失(圍繞及蛛網式)。其大約在0.5與10之間變化，具有一約為3之值。高QMS指示較低的機械損失，而低QMS指示較高的損失。QMS的主要影響係在於該驅動器之阻抗上，以高QMS驅動器顯示一較高的阻抗峰值。對於低QMS的一預報係為一金屬音圈架。該等作用如同渦電流制動器(eddy-current brake)制動器並增加阻尼作用，降低QMS並必需在一圓筒中設計具有一斷電作用。一些揚聲器製造者已在該音圈之頂部與底部處安置短匝以防止其離開該間隙，但當該驅動器過度驅動時由此裝置所產生的尖銳噪音會使人驚慌不安的並且會被所有者覺察為一問題。低QMS驅動器常常係與非傳導性的線圈架一同建構，該線圈架係由紙或各種塑膠製成。
該致動器系統的共振頻率應適合於所需類型之效果。例如，一位在80至90Hz範圍的共振頻率係為將效果或是“重擊(punch)”的衝擊效果諸如低音鼓(kick drum)達到最大程度所需的。如果使用一分離式揚聲器，則該致動器系統的移動應該與聲波方向垂直的。儘管可使用其他類型的致動器諸如壓電式轉換器，音圈，線性共振馬達，以及偏心轉動馬達，針對本申請案電活性聚合物致動器係特別地極為適於符合上述標準。其可經設計具有位於大約50-100Hz之適合共振頻率範圍的本質上低Q值，同時在更易於併入一感覺強化音訊裝置的一小型，重量輕及具能量效率的形狀因子中保持快速反應時間及高功率。其能夠由驅動電路直接地驅動以追蹤並強化一音訊信號或用以產生特定與音訊信號無關的效果。利用在一電活性聚合物致動器中該低模數之介電薄膜，較佳地低於100MPa，與需搭配較高模數材料，諸如壓電聚合物或晶體比較，能夠使用一較小的慣性塊體擴大該致動器的移動。如此降低該致動器系統之全部的容積及塊體，就設計諸如頭戴式耳機的可攜式音訊裝置而言可為一重要的因素。
在開始該電活性聚合物致動器122之不同具體實施例，例如相關於圖6-8所示，之一進一步說明前，該說明短暫地轉到圖9-11為了說明不同的整合裝置，其包含電活性聚合物基模組適合用於諸如頭戴式耳機的音訊裝置。圖9係為一電活性聚合物系統的一部分剖面 圖，其可一體成型地併入該致動器122以對該頭戴式耳機100提供需要的振動。因此，於一具體實施例中，該系統包含一電活性聚合物模組200。一電活性聚合物致動器222係經建構當由一電壓“V“激勵時，相對於一固定板204(例如，固定的表面)滑動一輸出板202(例如，滑動表面)。該等板202、204係由鋼球加以分開，並具有將移動強制在該所需的方向上、限制行進及抵擋掉落測試的特性。為整合到頭戴式耳機裝置中，該頂部板202可附裝至一慣性塊體，如顯示於圖6-8中所示之該塊體130。於圖9中，該電活性聚合物模組200之該頂板202包括一滑動表面其經建構以以安裝至一慣性塊體或是一表面的背面，能夠如箭頭206所指示般雙向地移動。介於該輸出板202與該固定板204之間，該電活性聚合物模組200包含至少一電極208，可任擇地至少一分隔件210，以及至少一輸出條212其係附裝至該滑動表面，例如，該頂部板202。框架及分隔件段214附裝至一固定表面，例如，該底部板204。該模組200可包含任何數目之條212其經建構成陣列以擴大該滑動表面的移動。該電活性聚合物模組200可經由一撓曲纜線216耦合至一致動器控制電路之該等驅動電子元件。可對該撓曲纜線之第一及第二導電元件218A、218B施加一較佳地約1 kV(較佳地任何處上至5 kV，更佳地介於100V與5 kV之間，更佳地介於300V至5 kV)的一電壓“V”電位差。
在一已知的覆蓋區內將該電活性聚合物致動器222分段成(n)段作業，係為一方便的方法用於設定電活性聚合物系統之該被動勁度及堵塞力。一預先展開的介電材料係藉該堅硬材料固持在適當位置，該材料界定一外部框架諸如該固定板204以及位在該框架內的一或更多窗口。在每一窗口內側係為相同堅硬框架材料的一輸出條212，以及該輸出條212的一或二側邊上係為電極208。可任擇地，如於2012年1月17日提出申請標題為無框架致動器裝置、系統及方法之共同受讓的國際PCT專利申請案第PCT/US2012/021511號中所揭示以一黏著劑替代該堅硬框架，該申請案根據35 USC §119(e)，主張以下案號的美國臨時專利申請案之權益：61/433,640號，於2011年1月18日提出申請標題為“無框架設計概念及製程流程”；61/442,913號，於2011年2月15日提出申請標題為“無框架設計”；61/447,827號，於2011年3月1日提出申請標題為“無框架致動器，層合及外殼”；61/477,712號，於2011年4月21日提出申請標題為“無框架應用”；以及61/545,292號，於2011年10月10日提出申請標題為“Z模式致動器的一選擇方案”；於此以全文引用方式併入本案以為參考資料。施加電位差(V)橫過位在該輸出條212之一側邊上的介電材料於該彈性體中產生靜電壓其導致電極區域擴大並在該輸出條212上施力。此力量係與該電活性聚合物致動器222之有效橫截面成比例，並因而隨著段之 數目線性地增加，每一段增加該致動器之該有效寬度。被動彈簧率與n2成比例，如同每一附加段有效地使裝置強硬二倍，首先在該伸展方向(X)上將其縮短以及其次增加該寬度(Y)抵抗位移。彈簧率及阻塞力二者與介電層之數目(m)線性地成比例。
電活性聚合物模組200之優點包括在該等耳杯外殼之內側產生讓使用者大體上能夠立即地感覺低頻率振動的能力。此外，電活性聚合物模組200消耗低功率，並係極為適於客製化設計及性能選擇。該電活性聚合物模組200係以位於美國加州Sunnyvale市Artificial Muscle公司所發展的電活性聚合物模組為代表。
仍相關於圖9，該電活性聚合物模組200之複數設計變數，(例如，厚度、覆蓋區)可藉由模組積分器之需要而加以確定，而其他變數(例如，介電層之數目、操作電壓)可因成本而受限。由於致動器幾何形狀-對於堅硬支撐結構對活性介電材料的覆蓋區之配置-不致影響成本太多，其可為一合理的方式修改電活性聚合物模組200之性能成為該模組200係與一頭戴式耳機裝置一體成型的一應用，如圖6-8中所示。
可應用電腦執行建模技術以判斷不同致動器幾何形狀之優點，諸如：(1)手持聽筒/使用者系統之力學性質；(2)致動器性能；以及(3)使用者感覺。一起地，該三構成要素提供一電腦執行處理用於評估候選設計之能力並使用所評估之能力資料用已以選擇適於大量生 產的一電活性聚合物設計。該模型預估針對二類型效果的能力：長時間效果(遊戲與音樂)，以及短時間效果(鍵音)。“能力”於此係定義為使用中一模組所能夠產生的最大感覺。用於評估候選設計之能力的該等電腦執行處理係於2011年2月15日提出申請的共同受讓國際PCT專利申請案第PCT/US2011/000289號，標題為“電活性聚合物裝置及將其能力量化的技術”中更為詳細地說明，其於此以全文引用方式併入本案以為參考資料。
圖10係為一電活性聚合物系統300的一概略圖，其經設計以說明電活性聚合物模組之操作原理。該電活性聚合物系統300包含一電源302，針對說明的目的圖示為一低電壓直流(DC)電池，與一電活性聚合物模組304電耦合。根據本發明之揭示內容，該電源(VBATT)代表經建構以產生低於約200 Hz的一低頻音訊信號的一音訊信號源之輸出，例如，以及於一具體實施例中介於約2 Hz至約200 Hz之間，其中該用語“約”代表±10%。該電活性聚合物模組304包含一薄彈性體介電元件306配置(例如，夾合)在二傳導電極308A、308B之間。該等傳導電極308A、308B係為可伸展的(例如，均勻覆蓋的)並可使用任何適合的技術，諸如，例如絲網印刷法，印刷在該彈性體介電元件306之該頂部與底部部分上。該電活性聚合物模組304係藉由將該電池302(例如，信號源)經由閉合一開關312耦合至一致動器電路310而致動。該致動器電路310將該低DC電壓 VBATT信號轉換成適於驅動該電活性聚合物模組304的一較高DC電壓Vin信號。根據本揭示內容，一附加的電路可位設在由外殼118所界定的開口124內，其中該電路係經建構以將源自於該音訊信號源的低電壓低頻率音訊信號轉換成適於驅動該電活性聚合物致動器122(圖6-8)的一較高電壓信號。返回圖10，當該電壓Vin施加至該等傳導電極308A、308B時，該彈性體介電元件306在靜電壓力下在垂直方向(V)上收縮以及在水平方向(H)上膨脹。當移動時該彈性體介電元件306之收縮與膨脹能夠加以控制。該移動或位移量係與該輸入電壓Vin成比例的。如以下相關於圖11A、11B及11C說明該移動或位移可藉由電活性聚合物致動器之一適合的組態加以擴大。
圖11A、11B、11C圖示根據不同的具體實施例之電活性聚合物致動器陣列400、420、440，就中，三可行的組態。視應用與該應用之實體間隔限制而定，電活性聚合物致動器陣列之不同的具體實施例可包含任何適合數目的條狀物。附加的條狀物提供附加的位移並因而可用以強化該使用者能夠立即地感覺的該實際可行的聲音重現振動。該等電活性聚合物致動器陣列400、420、440可經由一對應的撓曲纜線402、422、442與一致動器控制電路之驅動電子元件耦合。
圖11A圖示一條狀電活性聚合物致動器陣列400的一實例。該一條狀電活性聚合物致動器陣列400包含 一固定板404、一輸出條406以及一彈性體介電元件408其並與該固定板404耦合。
圖11B圖示一三條狀電活性聚合物致動器陣列420的一實例，其包含三條狀物424、426、428與一固定框架430耦合。每一對條狀物係由一分隔件432隔開。該三條狀物424、426、428之每一者包含一輸出條434以及一彈性體介電元件436。與圖11A之該單一條狀電活性聚合物致動器陣列400比較，該三條狀電活性聚合物致動器陣列420擴大該滑動表面之移動。
圖11C圖示一六條狀電活性聚合物致動器陣列440的一實例，其包含六條狀物444、446、448、450、452、454與一固定框架456耦合，其中每一對條狀物係由一分隔件458隔開。該六條狀物444、446、448、450、452、454之每一者包含一輸出條460以及一彈性體介電元件462。與圖11A之該單一條狀電活性聚合物致動器陣列400以及圖11B之該三條狀電活性聚合物致動器陣列420比較，該六條狀電活性聚合物致動器陣列420增大在該滑動表面上之力量。
參考圖11A-C所圖示的該等電活性聚合物致動器陣列400、420、440可針對頭戴式耳機整合成各種電活性聚合物致動器以達到所需之效果。例如，於一具體實施例中，一電活性聚合物致動器陣列可經建構而安裝進入一外殼118的一內表面，如圖6-8中所示。於圖6-8中所示的該具體實施例中，一電活性聚合物致動器陣列 128係與該電活性聚合物致動器122一體成型以提供一感覺強化頭戴式耳機所用。
圖12係為一電活性聚合物模組500的一具體實施例之一分解視圖，其包含一撓曲懸掛系統502可於一感覺強化頭戴式耳機中使用。可於該揭示具體實施例中使用的撓曲懸掛系統之實例能夠見於共同受讓的國際PCT專利申請案第PCT/US2012/021506號中，於2012年1月17日提出申請，標題為“電活性聚合物撓曲裝置、系統及方法”，該申請案根據35 USC § 119(e)主張以下美國臨時專利之權益：61/433,655號，2011年1月18日提出申請，標題為“滑動機構及AMI致動器整合”；61/477,680號，2011年4月21日提出申請，標題為“Z模式緩衝器”；61/493,123號，2011年6月3日提出申請，標題為“撓曲系統設計”；61/493,588號，2011年6月6日提出申請，標題為“電池連接”；以及61/494,096號，2011年6月7日提出申請，標題為“具有金屬電池連接器撓曲的電池振動撓曲”；該每一者於此以全文引用方式併入本案以為參考資料。於一具體實施例中，一撓曲托盤504界定一開口510用於將一電活性聚合物致動器506(以分解視圖形式顯示)接收於其中。該電活性聚合物致動器506之一側邊能夠安裝至該撓曲托盤504之該底部部分，以及該致動器506之另一側邊能夠與一塊體508耦合。該電活性聚合物致動器506及該塊體508係按規格尺寸加以切割以配裝在由托盤504所界定 之該開口504中。如於圖12中所示，該致動器506包含二組電活性聚合物致動器陣列512、512’。於其他的具體實施例中，可使用一電活性聚合物致動器陣列512，以及於其他的具體實施例中，例如，在該電活性聚合物致動器506中可使用二組以上的電活性聚合物致動器陣列512、512’。如圖所示，該第一及第二組之電活性聚合物致動器陣列512、512’分別包含一輸出條黏著劑層514A、514A’以將一第一組之電活性聚合物致動器陣列514B、514B’耦合至該質料508之底部。一框架至框架黏著劑層514C、514C’係用以將該第一組之電活性聚合物致動器陣列514B、514B’耦合至一第二組之電活性聚合物致動器陣列514D、514D’。一基底框架黏著劑層514E、514E’將該第二組之電活性聚合物致動器陣列514D、514D’耦合至該托盤504之內側的安裝表面516。如於圖12中所示，該電活性聚合物致動器506包含雙重三條式電活性聚合物致動器陣列。於其他的具體實施例中，如於下文中所說明，可使用包含任何適合數目之條狀物的任何適合數目之電活性聚合物致動器陣列。儘管於圖12中未顯示，例如，無論是該塊體508或是該托盤504可實體上及/或利用一撓曲纜線連接器電連接至一印刷電路板。可使用該撓曲懸掛系統502以提供一聲音頭戴式耳機系統，如於下文中所說明。下文相關於圖47-54說明該撓曲懸掛系統502之附加細節。
於圖6-8中所示該電活性聚合物致動器122之不同 的具體實施例中可使用包含電活性聚合物回饋模組的已一般地加以說明的不同整合裝置，現轉至圖13-16該說明，圖示該電活性聚合物致動器122之一具體實施例。於圖13中，為了更加清晰地圖示根據一具體實施例的該電活性聚合物致動器122及該揚聲器120元件，並未顯示該耳杯102之該外殼118及該罩耳式緩衝器108部分。於該圖示的具體實施例中，該電活性聚合物致動器122包含該獨立式托盤126(例如，於其他具體實施例中，該托盤126可由一撓曲懸掛系統加以替代)，其界定一開口136用於固持該塊體130以及該塊體130下方的該電活性聚合物致動器陣列128(於圖14-15中顯示)。該托盤126包含一周圍表面134用於將該電活性聚合物致動器122附裝至該外殼118之該內壁132(圖7-8)。該托盤126包括一槽孔138以接收一撓曲纜線將該電活性聚合物致動器陣列128與一致動器電路耦合。
圖14圖示根據一具體實施例無該耳杯102之該外殼118及該罩耳式緩衝器108部分的該電活性聚合物致動器122，並進一步無該塊體130(圖13)以顯示該下伏的電活性聚合物致動器陣列128。如於圖14中所示，該電活性聚合物致動器陣列128係位設在該托盤126中。圖15圖示根據一具體實施例於圖14中所示該電活性聚合物致動器，其中將該托盤去除。相關於圖14-15，該電活性聚合物致動器陣列128包含一堅硬框架及分隔件142將電極148及彈性體介電元件146分開。在該 等電極148之一頂部表面上配置一黏著劑層144以黏著地將該電活性聚合物致動器陣列128之一頂部表面安裝至該塊體130之一底部表面。由於該電活性聚合物致動器陣列128包含三組之電極148及彈性體介電元件146，所以該電活性聚合物致動器陣列128可視為一3條狀式卡匣。
圖16圖示根據一具體實施例之於圖15中所示該電活性聚合物致動器122，將該塊體130及該電活性聚合物致動器陣列128之該卡匣部分以恰好顯示該托盤126及一底部堅硬框架元件142。
圖17-18圖示根據一具體實施例一電活性聚合物致動器600之沿著斷面線18-18所取的一俯視圖及一斷面圖。該電活性聚合物致動器600包含一撓曲懸掛系統622並且可於該頭戴式耳機100中使用以取代於圖1，6-8及13-16中所顯示該電活性聚合物致動器122。該撓曲懸掛系統622包含一懸掛托盤608、一塊體602及一電活性聚合物致動器陣列624(於圖18中顯示)。如於圖18中所示，該電活性聚合物致動器600包含一頂部板610其位設覆蓋該撓曲懸掛系統622以及一底座板612其具有框架與分隔件段614將該三組輸出條616與彈性體介電元件618分開。因此，該電活性聚合物致動器600係為一三條式慣性電活性聚合物模組。該電活性聚合物致動器600包含電活性聚合物致動器位設在該撓曲懸掛系統622之一懸掛托盤608中。該懸掛托盤608 包含懸掛或撓曲臂件604、606。該電活性聚合物致動器600界定一X-Y振動平面。該撓曲懸掛系統622將行進主要地限制在一方向，例如，沿著如由該箭頭620所指示的Y軸。在Z軸上的限制移動有助於維持在Y方向上自由移動所需之空隙。當該電活性聚合物致動器600藉由源自於一低頻音訊信號的一電壓激勵時，該懸掛托盤608大體上沿著該Y軸移動，如由箭頭620所指示，並且大體上將沿著X及Z軸的移動降至最低。因此，包含該撓曲懸掛系統622的該電活性聚合物致動器600大體上降低或消除不良的聲音效果。該撓曲懸掛系統622亦可用以產生聲音效果有意地對音軌添加人工因素。
於一具體實施例中，該撓曲懸掛系統622包含至少一與該電活性聚合物致動器陣列624耦合的撓曲部分，其中當彈性體介電元件618中該第一與第二電極經激勵時，該撓曲部分使該撓曲懸掛系統622能夠在一預定的方向上移動。於一具體實施例中，該撓曲懸掛系統622包含至少一行進停止部分以限制該懸掛托盤608在該預定的方向上移動。於一具體實施例中，該懸掛托盤608包含至少一撓曲臂件604、606。於一具體實施例中，該懸掛托盤608包含至少一行進停止部分以限制該撓曲懸掛系統622在該預定的方向上移動。於一具體實施例中，至少其中之一撓曲臂件係與該懸掛托盤608一體成型。
圖19-27圖示一電活性聚合物致動器700其包含一撓曲懸掛系統722與於圖17及18中所示之該撓曲懸掛系統622相似。根據一具體實施例，圖19係為該電活性聚合物致動器700的一透視圖以及圖20係為該致動器之一後視圖。根據一具體實施例，圖21係為沿著如於圖19中所示之斷面線21-21所取的該電活性聚合物致動器700之一斷面視圖以及圖27係為沿著如於圖19中所示之斷面線27-27所取的該電活性聚合物致動器700之一斷面視圖。現相關於圖19-21及27，除了該撓曲懸掛系統722之外，於一具體實施例中，該電活性聚合物致動器700包含一頂部板710、一底座板712、以及一槽孔726用以接收一撓曲纜線728將該電活性聚合物致動器陣列724經由第一及第二導電元件736A、736B電耦合至一電子驅動電路740。該底座板712包括孔口730其顯露出該電活性聚合物致動器陣列724之該輸出條716部分。
根據一具體實施例，圖21顯示一塊體702及一第一黏著劑層732其係位設在該電活性聚合物致動器陣列724與該底座板712之間，用以將該電活性聚合物致動器700黏著地附裝至該底座板712。一第二黏著劑層734係位設在該塊體702與該電活性聚合物致動器陣列724之間，用以將該電活性聚合物致動器陣列724黏著地附裝至該塊體702之一底部表面。
圖22係為根據一具體實施例該電活性聚合物致動 器700的一透視圖，將該頂部板710去除以顯示位設在該撓曲懸掛系統722之一懸掛托盤708內的下伏塊體702。該懸掛托盤708包含第一及第二懸掛臂件704、706。如相關於圖17及18說明，於該懸掛托盤708中所構成的該等懸掛臂件704、706讓該撓曲懸掛系統722能夠以一預定方式移動。例如，該撓曲懸掛系統722之該等懸掛臂件704、706限制該塊體702在該X-Y平面中的行進，如箭頭720所指示主要沿著Y軸。於該Z方向上移動受限有助於維持在該Y方向上之自由移動所需的間隙。因此，當該電活性聚合物致動器700係藉由源自於一低頻音訊信號的一較高電壓加以激勵時，該懸掛托盤708在箭頭720所指示的移動方向上移動，大體上沿著Y軸。
圖23係為根據一具體實施例於圖22中所示該電活性聚合物致動器700的一透視圖，將該塊體702除去以顯示位設在該電活性聚合物致動器陣列724上方的該下伏黏著劑層734。該黏著劑層734將該電活性聚合物致動器陣列724黏著地耦合至該塊體702之一底部表面。該電活性聚合物致動器陣列724亦包含一框架及分隔件段714其將該三個別的輸出條716與彈性體介電元件718分開。由於該電活性聚合物致動器陣列724包括三條狀物，所以其視為一三條慣性電活性聚合物模組，不具限定性。
圖24係為根據一具體實施例於圖23中所示該電活 性聚合物致動器700的一透視圖，將該撓曲托盤708除去以清楚地顯示該底座板712及該下伏的3-條狀電活性聚合物致動器陣列724。如於圖24中所示，該電活性聚合物致動器陣列724包含框架及分隔件段714、輸出條716、彈性體介電元件718、以及一黏著劑層734其係位設在該等輸出條716上方。
圖25係為根據一具體實施例於圖24中所示該電活性聚合物致動器700的一透視圖，將該電活性聚合物致動器陣列724除去以顯示該下伏的底座板712及該黏著劑層732。該底座板712包含孔口730及該黏著劑層732其係位設在該底座板712與該電活性聚合物致動器陣列724之間。該軟質電路728之該第一及第二電導體736A、736B係與對應的第一及第二終端738A、738B電連接。
圖26係為根據一具體實施例於圖25中所示該電活性聚合物致動器700的一透視圖，將該黏著劑層732及軟質電路728除去以顯示該下伏的底座板712及孔口730。
圖28-31圖示一電活性聚合物致動器800的一具體實施例。於一具體實施例中，該電活性聚合物致動器800包含一托盤822、一塊體802、及一槽孔826其係構成於該托盤822中。該槽孔826係按規格尺寸切割以接收一撓曲纜線(未顯示)，將該電活性聚合物致動器陣列824電耦合至一電子驅動電路。圖30圖示根據一具 體實施例將該電活性聚合物致動器陣列824除去的該托盤822之一底座部分。該托盤822之該底座部分包括孔口830將該電活性聚合物致動器陣列824之輸出條816顯露。該塊體802係藉由位設於其間的一黏著劑層834黏著地與該電活性聚合物致動器陣列824耦合。該電活性聚合物致動器800界定一振動平面其係由該X-Y平面標示。該托盤822主要地限制在沿著如由該箭頭820所標示的該Y軸的一方向上行進。限制在Z方向的移動有助於維持在該Y方向上自由移動所需之間隙。因此，當該致動器800藉由源自於一低頻音訊信號的一較高電壓激勵時，該托盤822在由箭頭820所標示的移動方向上移動，大體上係沿著該Y軸。
圖29係為根據一具體實施例於圖28中所示該電活性聚合物致動器800的一透視圖，將該塊體802除去以顯示該下伏的黏著劑層834。如圖所示，該黏著劑層834係位設在該電活性聚合物致動器陣列824上方，其係位設在該塊體802下方。該電活性聚合物致動器陣列824係利用該黏著劑層834黏著地耦合至該塊體802的一底部表面。該電活性聚合物致動器陣列824亦包含一框架及分隔件段814其將電活性聚合物致動器陣列824之該三個別的輸出條816與彈性體介電元件818分開。由於該電活性聚合物致動器陣列824包括三條狀物，所以其視為一三條電活性聚合物模組，不具限定性。圖31係為根據一具體實施例之該電活性聚合物致動器800之 該電活性聚合物致動器陣列824部分之透視圖。
圖32及33係為測試資料的一圖形表示法900、950，分別地圖示二類型之電活性聚合物致動器之頻率反應，其中頻率(Hz)係沿著該水平軸顯示以及衝程(公厘)位移係沿著該垂直軸顯示。於圖32中所示該圖表900顯示不具一撓曲懸掛系統及懸掛塊體的一電活性聚合物致動器之該頻率反應，諸如該電活性聚合物致動器122(圖6-8及13)及該電活性聚合物致動器800(圖28)其主要係依靠該電活性聚合物致動器陣列之移動以移動該懸掛塊體，在一些頻率下(具體地20Hz至50Hz)，該懸掛塊體由於在所有的方向上自由移動並且在該等所需方向上並無限制或支撐而搖擺。此現象其本身在該所需方向位移及最終需要的感覺上顯示為失真902、904。於圖33中所示該圖形950顯示一電活性聚合物致動器之該頻率反應曲線，該電活性聚合物致動器使用一撓曲懸掛系統，諸如於圖17-19中所示該等各別致動器600、700之該撓曲懸掛系統622、722。區域952及954清楚地顯示該等不良的失真已藉由該撓曲懸掛系統622、722成功地加以消除。
圖34-40圖示一耳杯1000的一具體實施例其可於圖1中所示該感覺強化頭戴式耳機100中使用。根據一具體實施例，圖34及35係為該耳杯1000的斷面透視圖以及圖36係為該耳杯之一前斷面視圖。現特別地相關於圖34-36，於一具體實施例中，該右耳杯1000包含 一罩耳式緩衝器1008以及一外殼1018，其界定一開口1024適合用於將一揚聲器1020及一電活性聚合物致動器1022安裝於其中。在圖34-36中所圖示的具體實施例中，該電活性聚合物致動器1022可視為一電活性聚合物模組。更特定言之，在圖34-36中所圖示的具體實施例中，該電活性聚合物致動器1022可視為一3條慣性電活性聚合物模組，不具限定性。如圖所示，該揚聲器1020可直接地安裝在一穿孔的揚聲器格柵1012後方。然而，於其他的具體實施例中，可變化該揚聲器1020之位置。於一具體實施例中，該致動器1022包含一獨立式托盤1026其經建構以將一電活性聚合物致動器陣列1028及一塊體1030接收於其中。該電活性聚合物致動器1022係將安裝至一音腔1050，其係直接地安裝在該揚聲器1020後方。於其他的具體實施例中，該致動器1022可包含一撓曲懸掛系統，諸如圖17-19中所示該各別的致動器600、700之該撓曲懸掛系統622、722，例如，以針對在該等較低頻率(例如，小於200 Hz)下機械方式地修正較小的失真。該致動器1022亦包含一電活性聚合物致動器陣列1028及一塊體1030。
根據一具體實施例，圖37-41圖示該耳杯1000之不同的元件，將其他的元件去除為了顯示該等下伏的結構。因此，圖37圖示該耳杯1000之一具體實施例，將該罩耳式緩衝器1008及該外殼1018去除以露出安裝至位在該揚聲器1020後方的該音腔1050之該下伏的獨立 式托盤1026。
圖38圖示根據一具體實施例於圖37中所示該耳杯1000，不具該獨立式模組外殼1026以露出該電活性聚合物致動器陣列1028。該電活性聚合物致動器陣列1028包含一堅硬框架及分隔件1042，將輸出條1048及彈性體介電元件1046分開。一黏著劑層1044係配置位在該等輸出條1048上，以黏著地將該電活性聚合物致動器陣列1028安裝至該獨立式模組外殼1026。一塊體1030可自附裝至獨立式托盤1026的撓曲部分(未顯示)懸垂而下。可提供一第二黏著劑層(未顯示)以將該獨立式托盤1026黏著地安裝至該第二音腔1050。
圖39圖示根據一具體實施例於圖38中所示該耳杯1000，無該電活性聚合物致動器陣列1028以顯示該下伏的塊體1030。圖40圖示根據一具體實施例於圖39中所示該耳杯1000，無該下伏的塊體1030。以及圖41圖示根據一具體實施例之該音腔1050的一底視圖，顯示安裝於其中的該揚聲器1020。
已說明不同的電活性聚合物頭戴式耳機具體實施例，包括用以降低噪音的機械技術，本揭示內容現轉向到降低噪音之電子方法，其能夠在於此說明的該等電活性聚合物致動器之任一具體實施例中使用。以下說明電子式噪音降低技術之具體實施例使用非線性逆轉換以去除不想要的聲音人工因素。然而，首先，本揭示內容短暫地轉向圖42，其係圖示感覺強化頭戴式耳機1100 的一具體實施例，包含一電活性聚合物致動器1102其係容納在一耳杯1110的一第一外殼部分1104中。同時顯示一電路板1106其包含在低音訊頻率下用以驅動該電活性聚合物致動器1102以及用以降低有害噪音的電子電路。該電路板1106安裝在該電活性聚合物致動器1102後方。該電活性聚合物致動器1102以及該電路板1106之整個總成可位設在該第一外殼部分1104與一第二外殼部分1108之間。
圖43係為根據一具體實施例的一電子電路之一方塊圖1200，用於產生低頻率音訊信號以驅動該等電活性聚合物致動器並降低不想要的音訊噪音。同時應用複數之信號調節、擴大、補償以及驅動電路。特別地，一類比音訊信號模組1202接收源自於一差動放大器源的類比音訊信號。於一具體實施例中，該差動放大器可搭配任一適合的積體電路放大器施用，諸如，例如一AD822單電源、軌到軌低功率場效電晶體-輸入運算放大器，可由美國麻州Norwood之Analog Devices公司取得，或是其之任一適合的等效品。
一自動增益控制模組1204自該類比音訊信號模組1202接收該輸出信號並提供由0 dB至20 dB的自動增益控制，例如，或是任何適合的增益。於一具體實施例中，該自動增益控制模組1204可搭配任一適合的積體電路放大器施用，諸如，例如一MAX9814具自動增益控制及低噪音麥克風偏壓的麥克風放大器，可由美國加 州Sunnyvale之Maxim Integrated Products公司取得，或是其之任一適合的等效品。於一具體實施例中，該自動增益控制模組1204係經建構以控制用以驅動位於每一耳杯中的該電活性聚合物致動器的振動之量，與實際音訊聲音信號之量不同。儘管用於驅動位於每一耳杯中的該電活性聚合物致動器的振動位準係與實際音訊聲音信號之量不同，但該振動位準增益係為相干的或以該音訊聲音位準增益為基礎。於不同的具體實施例中，該振動位準增益與該音訊聲音位準增益之間的關係，視該特定設計應用而定可為線性的或是非線性的。於一具體實施例中，該等增益之間的關係係為非線性的為了接近一非線性函數，諸如正弦、平方根、對數、指數以及相似函數。於該圖示的具體實施例中，該振動位準增益與該音訊聲音位準增益之間的關係係為一非線性函數，其接近一平方根函數。易言之，該振動位準增益大約係與該音訊聲音位準增益之該平方根相關。因此，該電活性聚合物致動器振動追蹤該進入的低頻音訊並賦予低頻音訊的感覺而未產生潛在地會對耳膜造成危險的高壓聲波。
於一具體實施例中，該振動位準增益接近如於表1中所示該音訊聲音位準增益之一平方根。
由該自動增益控制模組1204，該信號係通過至一低頻數位濾波器模組1206。該低頻數位濾波器模組1206可使用任何適合的電路技術施用，並且除了其他數位或是類比處理電路元件外，可包含一微控制器及一可程式化閘極陣列電路。於一具體實施例中，該低頻數位濾波器模組1206可搭配任何適合的可程式化系統施用，諸如，例如一CY8C29466可程式化系統晶片控制器(programmable system-on-chip controller)，可由美國加州San Jose之Cypress Semiconductor Corporation公司取得，或是其之任一適合的等效品。
一低頻放大器模組1208將該低頻數位濾波器模組1206之輸出放大並且將該輸出傳送至該可程式化閘極陣列電路。於一具體實施例中，該低頻放大器模組1208可使用任何適合的積體電路放大器而施用，諸如該MAX9618低功率、零漂移運算放大器，可由美國加州Sunnyvale之Maxim Integrated Products公司取得，或是其之任一適合的等效品。
將該低頻數位濾波器模組1206之輸出提供至一非線性逆轉換電路(平方根電路)諸如一逆多項式電路1210，提供該電子音訊信號補償以去除用以振動該電活 性聚合物致動器的音訊信號中不想要的失真。易言之，該逆多項式電路1210近似一逆函數，例如，用以將該等電活性聚合物致動器線性化。於不同的具體實施例中，該逆多項式電路1210可使用積體電路、可程式化電路、分段線性電路及/或其之任一結合。於一具體實施例中，一分段線性電路可用以接近一非線性函數，諸如，例如，正弦、平方根、對數、指數以及相似函數。該近似性之品質係視由該分段線性電路使用的段之數目以及確定該等段所使用之技巧而定。一般而言，具有二方法用以建構分段線性電路：(1)非線性分壓器具有用以在該等段之間切換的二極體(或電晶體)以及(2)將一系列的飽和放大器之輸出總和。儘管每一方法具有其之優點與缺點，但可使用該二方法並且在技術上係為等同的。
該二極體方法具有簡單之優點但是缺點包括該開關臨限值的溫度依存性以及相對緩慢的反應。該飽和放大器法具有複雜性之缺點但優點為極微的臨限值溫度依存性以及高速。於不同的具體實施例中，該逆多項式電路1210可實踐為一壓縮或一膨脹電路，每一類型具有一不同的電路布局。一壓縮電路將一輸入信號之動態範圍壓縮，然而一膨脹電路將該動態範圍膨脹。壓縮電路之實例包括平方根、對數及正弦以及一般地使用非線性分壓器的技術。一膨脹電路的一實例係為一指數函數。於其他的具體實施例中，例如，可使用壓縮與膨脹 電路的一結合以施用該逆多項式電路1210將電活性聚合物致動器線性化。於此相關於圖46更為詳細地說明使用二極體開關技術以接近一逆平方根函數的一分段線性電路的一實例。
將該逆多項式電路1210之輸出提供至一高電壓功率放大器1212用以放大至足以驅動該電活性聚合物致動器模組的一位準。一般地，驅動該電活性聚合物致動器模組所需的電壓其之範圍由數百伏特(V)至數千伏特(kV)，具有一約為1kV的名義驅動電壓。將該電壓放大器1212之一左通道輸出1214L提供至一左來復的致動器及塊體1216L，例如提供至位設在該頭戴式耳機之一左耳杯中的一電活性聚合物致動器。將該電壓放大器1212之一右通道輸出1214R提供至一右來復的致動器及塊體1216R，例如提供至位設在該頭戴式耳機之一右耳杯中的一電活性聚合物致動器。於一具體實施例中，在包含電活性聚合物致動器的該感覺強化頭戴式耳機中使用一平方根電路能夠改良單相致動器。例如，亦可於多相致動器中使用非線性控制技術。
於一具體實施例中，該電子電路包括一視覺反饋顯示模組1218。於此具體實施例中，一藍光顯示(例如，發光二極體或LED)指示音訊信號。一綠光顯示指示處理信號。一橘光/紅光顯示指示混合及高電壓信號。熟知此技藝之人士將察知所需色彩之任一結合可用以提供該視覺反饋。
圖44係為根據一具體實施例的諧波失真測量1300之一圖形表示法，並未使用圖43中所示之逆多項式電路1210(例如，“逆平方根電路”)。該底部跡線1302係為在100 Hz下無該平方根電路1210的一量測的加速波形，以及該頂部跡線1304係為該傅立葉轉換顯示一高的第二諧波1306。
圖45係為根據一具體實施例的諧波失真測量1350之一圖形表示法，具有於圖43中所示之該逆多項式電路1210(“平方根電路”)。該底部跡線1352係為在100 Hz下具有平方根電路1210的一量測的加速波形，以及該頂部跡線1354係為該傅立葉轉換顯示一顯著地減小的第二諧波1356。
圖46圖示於圖43中所圖示一逆多項式電路1210的一具體實施例，其利用一分段線性電路使用二極體開關技術以接近一逆平方根函數。如相關於圖43中所說明，其他的非線性電路布局可利用以執行一線性化功能將該電活性聚合物致動器線性化並且相關於圖46所說明的該布局係僅為一實例。因此，逆多項式電路之具體實施例不應限定於此內文。於圖46中所圖示的具體實施例中，該逆多項式電路1210包含一電壓至電流轉換器電路1220，一分段線性電路1230其使用一二極體開關布局，以及一最終增益放大器1240。該輸出電壓Vo係提供至一高電壓功率放大器1212，例如，如於圖43中所示。
該電壓至電流轉換器電路1220利用一第一放大器A1及電阻器R1-R4以產生一電流i，其係與源自於圖43中該低頻數位濾波器模組1206的輸入電壓V in 成比例。將該電流i提供至該分段線性電路1230，其係經建構以使用R5-R15及二極體D1-D5接近一逆平方根函數(電流至電壓)。該最終增益放大器1240，其包括電阻器R16-R17以及一第二放大器A2，設定該最終電子計數(利用R16及R17)並可為介於1與100之間的任一數值，但典型地係介於1與2之間。
於該圖示的具體實施例中，該分段線性電路1230包括五段其係視形成的電流i與節點電壓V n 而定切換。每一段具有一斷點電壓接近基於V n 之輸入電壓範圍的一不同斜率。例如，該第一段具有一第一斷點電壓V1等於VA加上橫過D1的二極體電壓降。同樣地，該第二段具有一第二斷點電壓V2等於VB加上橫過D2的二極體電壓降等等，一直到第五段其具有一第五斷點電壓V5等於VE加上橫過D5的二極體電壓降。每一段具有一不同的斜率其係基於電阻器R5-R15之並聯結合。當每一段切換時，該斜率改變以致位於節點處該電壓V n 視針對該等電阻器所選擇的該等數值而定接近一逆平方根函數。該分段線性電路1230亦可視所選定的該等電阻器數值而定施用一平方根或是其他非線性函數。該等放大器A1及A2可為任一適合的積體電路放大器，諸如，例如，一AD823軌到軌場效電晶體-輸入運算放 大器，可由美國麻州Norwood之Analog Devices公司取得，或是其之任一適合的等效品。於一具體實施例中，例如，該電壓V+可為+5V。
於一具體實施例中，於表2中顯示該等電阻R1-R4用以施用該電壓至電流轉換器電路1220，該等電阻R5-R15用以施用一分段線性電路1230以及該等電阻R16-R17用以施用該最終增益放大器1240。應察知的是該等電阻器之數值視所獲得之精確度位準而定可具有不同的容限，並且可為±10%、±5%、1%，或可調整至任一適合的數值。
圖47-54圖示根據揭示的具體實施例之撓曲懸掛系統的附加細節。圖47係為根據一具體實施例於圖12中所示該電活性聚合物模組500的一部分剖面圖，該模組包含一撓曲懸掛系統。
圖48係為根據一具體實施例於圖12中所示該電活性聚合物模組500的一具體實施例之一概略圖示，其包含於圖12及47中所示之撓曲懸掛系統506，該系統包含一撓曲托盤504。相關於圖47及48，該撓曲托盤504包含撓曲部分570、行進停止件572、574以及一塊體508其係位設在由該撓曲托盤504所界定的該開口中。該等撓曲部分570及行進停止件572、574能夠模塑於該撓曲托盤504中或可提供作為各別的組件。如先前所論及，該撓曲托盤504係耦合至一安裝表面568，其係使用作為一供該撓曲懸掛系統502所用的機械性底材。位設在一或更多位置處的該等撓曲部分570使該撓曲托盤504於一或更多運動方向上振動。於該圖示的具體實施例中，該撓曲托盤504包含四各別的撓曲部分570，使該撓曲托盤504在X及Y方向上移動。該撓曲托盤504亦包含X-行進停止件572及Y-行進停止件574 以限制在一預定方向上行進或是移動並防止因衝撞型式的移動造成損害。
圖49圖示根據一具體實施例的一X及Y軸振動圖580，用於建立如於圖12及47-48中所示該撓曲懸掛系統502於X及Y方向上之運動的模型。圖50圖示根據一具體實施例的一X及Z軸振動圖582，用於建立如於圖12及47-48中所示該撓曲懸掛系統502於X及Z方向上之運動的模型。現相關於圖12及47-50，kfx=於X軸上該撓曲部分570及電連接之結合的勁度，kax=於X軸上該電活性聚合物致動器506之主動勁度，kfz=於Z軸上該撓曲部分570及電連接之結合的勁度，kaz=於Z軸上該電活性聚合物致動器506之勁度，mtray+mbatt=運動中由該塊體508與任何其他支撐結構所組成的總簧載塊體(sprung mass)。
X軸順應性
X軸順應性係為當評估該撓曲懸掛系統502之性能時所考量的一因素。例如，結合的非致動器勁度(kfx)應盡可能地多減少並保持約低於該致動器勁度(kax)之100%。源自於電互連的附加勁度應列入該非致動器勁度計算的考量因素。該等撓曲部分570在X軸上的勁度搭配正確使用該等行進停止件572、574提供適合的移動控制。
Z軸順應性
於該Z軸之順應性應儘量降低以減少因重力或使 用者輸入，並特別是在該撓曲懸掛系統502與一觸控表面(例如，觸控螢幕或是觸控墊)一體成型的懸掛應用時造成的動態塊體之撓曲，於該應用中在使用者輸入期間應確保該總成之X軸移動不受限制。理想地，該總Z軸勁度能夠超過該總X軸勁度300倍。假若在負Z方向(-Z方向)未使用行進停止件，則該撓曲部分570應經建構以抵擋在移除該塊體508期間所承受的力量及衝擊。
Y軸順應性
藉由正確地設計撓曲部分570，當該撓曲部分570樑係受壓縮或拉伸時，Y軸順應性係相對地為小。Y軸上的任何順應性係為該撓曲部分570之挫曲或伸展的結果，在所有情況下其係為不良的。在Y軸上該撓曲量應減為最小，例如，以防止於移動期間對該等撓曲部分570造成損害。
以下表3根據一具體實施例提供基於小於總電活性聚合物致動器506勁度之10%的勁度之總撓曲勁度，其中所提供的該等數值係為近似的示範數值。
圖51係為一概略圖584圖示根據一具體實施例於圖12及47-48中所示該撓曲懸掛系統502之撓曲托盤504行進停止件572、574。在圖51中所示該撓曲懸掛系統502中，一電活性聚合物層586係分佈通過複數之絲網印刷電活性聚合物致動器框架588，該等框架係藉由一黏著性薄片590可交替地附裝至一裝置之該安裝表面568以及該撓曲托盤504之該底座。為了方便性與清晰性該撓曲部分570係象徵性地表示。於一具體實施例中，在可能的情況下提供該等停止件572、574，同時容許在正常的負荷下該動態塊體的自由移動。該等行進停止件572、574防止過度延伸及對該等撓曲部分570及電活性聚合物致動器506造成損害。於此提出的撓曲部分570之該具體實施例恰當地適用於在除了Z方向的所有軸上建構行進停止件572、574，其中將塊體508自該撓曲托盤504拉出會造成損害。一正Z方向(+Z方向)停止件可使用該致動器框架本身而施用，例如，其可適用於承受工業標準落下試驗上達1.5公尺。
以下表4根據一具體實施例提供撓曲托盤停止件572、574餘隙。以下表4中標示為A-F的餘隙係為近似的示範數值並與圖51中同樣地標示的餘隙相對應。
圖52係為根據一具體實施例之一撓曲連桿594樑模型的一概略圖592。該撓曲連桿594可由複數之材料構成。於一具體實施例中，該撓曲連桿594可由塑膠構成，例如，使用一射出成型的連桿組建構入該電話聽筒背殼或是一平板電腦電池安裝框架中。於該等具體實施例中，該撓曲連桿材料可由諸如，例如，丙烯清-丁二烯-苯乙烯樹脂的一可模塑塑膠構成，無限定性。包含較大的Z方向負荷及/或具有受限空間的應用，撓曲連桿594可由薄片金屬構成並可經模塑進入一塑膠框架中。可交替地，可構成一整個衝壓的薄片金屬次總成並用於需要該等較大的Z方向負荷的應用。一個別連桿594之勁度，例如，可使用於圖52中該樑模型加以計算，其中在對應的力量(Fx及Fz)下於X及Z方向上該撓曲連桿594之撓曲係經模型化。
圖53係為不具該塊體508的一撓曲托盤504的一具體實施例。該撓曲托盤504包含一堅硬的外框架596其係固定地安裝至一安裝表面。於該圖示的具體實施例中，該堅硬的外框架596可經由藉由插入穿一或更多孔口598的扣件安裝至該該安裝表面。典型的扣件包括螺釘、螺栓、鉚釘及相似物。如於圖53中所示，該撓曲托盤504包含撓曲部分570使該撓曲托盤504能夠在X及Y方向上移動以提供對使用者的一振動的電活性聚合物刺激。同時顯示的是該X行進停止件572及Y行進停止件574其係用以防止過度延伸並對該等撓曲部分570與該電活性聚合物致動器造成損害。
圖54圖示該撓曲托盤504之一具體實施例的一段599。該段599顯示該撓曲部分570之該等直徑φ 1及φ2以及二撓曲部分段之間的該部分重疊距離d1及介於該撓曲部分570之彎曲段之間的距離d2。根據一具體實施例，表5提供參考設計的撓曲部分參數，其中提供的該等數值係為接近的示範數值。
應察知的是於此說明的該等具體實施例係圖示示範性應用，而且功能性元件、邏輯性區塊、程式模組及電路元件可以和該等說明的具體實施例相容之不同的其他方式施用。再者，藉由該等功能性元件、邏輯性區塊、程式模組及電路元件所執行的運算可針對一已知的應用經結合及/或分開，並可藉由一較大或是較小數目之組件或程式模組執行。熟知此技藝之人士一經閱讀本揭示內容即可顯而易見的是，於此說明及圖示的每一個別具體實施例具有各別組件及特性其可立即地自任一之其他複數具體實施例的該等特性中分開或是與之結合，不致背離本揭示內容的範疇。可以所敘述事件之順序或是邏輯上可行的任何其他的順序實施任何敘述的方法。
儘管可經由實例說明特定模組及/或區塊，但可察知的是可使用較多或是較少數目之模組及/或區塊而仍係涵蓋於該等具體實施例之範疇內。再者，儘管可根據模組及/或區塊說明不同的具體實施例有助於敘述，但是該等模組及/或區塊可藉由一或更多的硬體組件(例 如，處理器、數位信號處理器、可程式化邏輯元件、特殊應用積體電路、電路、寄存器)，軟體組件(例如，程式、子程式、邏輯)及/或其之結合加以施用。
於此已提出複數之具體細節以提供該等具體實施例之徹底的瞭解。然而，熟知此技藝之人士應瞭解的是無該等具體細節亦可實踐該等具體實施例。於其他的例子中，廣為熟知的運算、組件及電路並未詳加說明俾以不致使該等具體實施例難理解。可察知的是於此揭示的該等結構性及功能性細節可為具代表性並且未必然地限定該等具體實施例之範疇。
值得注意的是任何參考“一(one)具體實施例”或“一(an)具體實施例”意指相關於該具體實施例說明的一特別的特性、結構或是特徵係包括在至少一具體實施例中。在本說明書中“於一具體實施例中”或是“於一觀點中”該慣用語之出現並非必然地皆係參考該相同的具體實施例。
值得注意的是一些具體實施例可使用該措辭“耦合”及“連接”連同其之衍生字加以說明。該等用語並不意欲作為彼此之同義字。例如，一些具體實施例可使用該等用語“連接”及/或“耦合”以指示二或更多元件彼此係直接實體地或是電接觸。然而，該用語“耦合”亦可意指二或更多元件彼此並未直接接觸，但仍彼此相配合或是相互影響。
應察知的是熟知此技藝之人士將能夠設計不同的 佈置其，儘管於此未明確地說明或顯示，將本揭示內容之原理具體化並係包括於其之範疇內。再者，於此敘述的所有實例及條件性用語主要係意欲輔助讀者瞭解在本揭示內容中說明的原理以及進一步對業界有貢獻的概念，並係視為並未限制在該等具體敘述的實例及狀況。此外，於此敘述原理、具體實施例以及具體實施例及其之具體的實例的所有陳述係意欲包含其之結構性及功能性等效物。此外，所意欲的是該等等效物包括目前已知的等效物以及未來發展的等效物，亦即，不論結構執行相同功能的所發展之任何元件。因此，本揭示內容的範疇並不意欲受限在該等示範具體實施例及於此顯示及說明的具體實施例。更確切地說，本揭示內容之範疇係藉由該等附加的申請專利範圍加以具體化。
於本揭示內容之內文中(特別是在下列申請專利範圍之內文中)使用的該等用語“一(a)”及“一(an)”及“該(the)”以及相似的指示物係視為涵蓋單數及複數二者，除非於此另有指示或是藉由內文加以否定。於此數值範圍的敘述係僅意欲使用作為一個別地參考涵蓋於該範圍內的每一個別的數值的一速記法。除非於此另有指示，否則每一個別數值係併入該說明書宛若其於此各別地引述。除非於此另有指示或是由內文另有清楚的否定，否則可以任一適合的順序執行於此說明的所有方法，於此提供的使用任一及所有實例或是示範性用字(例如，“諸如”、“於該例子中”、“經由實例”)係僅意欲 清楚地闡明本發明並且未對以其他方式主張的本發明之範疇設限。於本說明書中並無文字應視為指出對於本發明之實踐為必要的任何未主張權益的元件。應進一步注意的是該等申請專利範圍可經設計以排除任何可任擇的元件。就其本身而論，此陳述係意欲使用作為針對使用該唯一的專門用語如同相關於申請專利範圍元件或是使用負面限制的唯一地、僅有及相似者的先行詞基礎。
於此揭示的可交替性元件或具體實施例之群集不應視為具限制性。每一群組構件能夠個別地參考及主張權益或是以於此出現的該群組之其他構件或是其他元件任意結合。可預期的是針對方便性及/或可專利性，一群組之一或更多構件可包括在一群組中或是由之刪除。
儘管該等具體實施例之若干特性已如以上所說明，但現熟知此技藝之人士能夠作複數修改、取代、改變及等效物。因此應瞭解的是附加的申請專利範圍係意欲涵蓋所有該等修改與改變而涵蓋於該等揭示的具體實施例與附加的申請專利範圍之範疇中。
100‧‧‧感覺強化頭戴式耳機
102‧‧‧右耳杯
104‧‧‧左耳杯
106‧‧‧頭帶
108‧‧‧右罩耳式緩衝器
110‧‧‧左罩耳式緩衝器
112‧‧‧揚聲器柵網
114‧‧‧外殼
116‧‧‧揚聲器柵網
118‧‧‧外殼
120‧‧‧揚聲器
122‧‧‧電活性聚合物致動器
124‧‧‧開口
126‧‧‧托盤
128‧‧‧電活性聚合物致動器陣列
130‧‧‧塊體
132‧‧‧內壁
134‧‧‧周圍表面
136‧‧‧開口
138‧‧‧槽孔
142‧‧‧底部堅硬框架元件
144‧‧‧黏著劑層
146‧‧‧彈性體介電元件
148‧‧‧電極
200‧‧‧電活性聚合物模組
202‧‧‧輸出板
204‧‧‧固定板
206‧‧‧箭頭
208‧‧‧電極
210‧‧‧分隔件
212‧‧‧輸出條
214‧‧‧框架及分隔件段
216‧‧‧撓曲纜線
218A‧‧‧第一導電元件
218B‧‧‧第二導電元件
222‧‧‧電活性聚合物致動器
300‧‧‧電活性聚合物系統
302‧‧‧電源
304‧‧‧電活性聚合物模組
306‧‧‧薄彈性體介電元件
308A,308B‧‧‧薄彈性體介電元件
310‧‧‧致動器電路
312‧‧‧開關
400,420,440‧‧‧電活性聚合物致動器陣列
402,422,442‧‧‧撓曲纜線
404‧‧‧固定板
406‧‧‧輸出條
408‧‧‧彈性體介電元件
424,426,428‧‧‧條狀物
430‧‧‧固定框架
432‧‧‧分隔件
434‧‧‧輸出條
436‧‧‧彈性體介電元件
444-454‧‧‧條狀物
456‧‧‧固定框架
458‧‧‧分隔件
460‧‧‧輸出條
462‧‧‧彈性體介電元件
500‧‧‧電活性聚合物模組
502‧‧‧撓曲懸掛系統
504‧‧‧撓曲托盤
506‧‧‧電活性聚合物致動器
508‧‧‧塊體
510‧‧‧開口
512,512’‧‧‧電活性聚合物致動器陣列
514A,514A’‧‧‧輸出條黏著劑層
514B,514B’‧‧‧電活性聚合物致動器陣列
514C,514C’‧‧‧框架至框架黏著劑層
514D,514D’‧‧‧電活性聚合物致動器陣列
514E,514E’‧‧‧基底框架黏著劑層
516‧‧‧安裝表面
568‧‧‧安裝表面
570‧‧‧撓曲部分
572,574‧‧‧行進停止件
580‧‧‧X及Y軸振動圖
582‧‧‧X及Z軸振動圖
584‧‧‧概略圖
586‧‧‧電活性聚合物層
588‧‧‧絲網印刷電活性聚合物致動器框架
590‧‧‧黏著性薄片
592‧‧‧概略圖
594‧‧‧撓曲連桿
596‧‧‧堅硬的外框架
598‧‧‧孔口
599‧‧‧段
600‧‧‧電活性聚合物致動器
602‧‧‧塊體
604,606‧‧‧懸掛或撓曲臂件
608‧‧‧懸掛托盤
610‧‧‧頂部板
612‧‧‧底座板
614‧‧‧框架與分隔件段
616‧‧‧輸出條
618‧‧‧彈性體介電元件
620‧‧‧箭頭
622‧‧‧撓曲懸掛系統
624‧‧‧電活性聚合物致動器陣列
700‧‧‧電活性聚合物致動器
702‧‧‧塊體
704‧‧‧第一懸掛臂件
706‧‧‧第二懸掛臂件
708‧‧‧撓曲托盤
710‧‧‧頂部板
712‧‧‧底座板
714‧‧‧框架及分隔件段
716‧‧‧輸出條
718‧‧‧彈性體介電元件
720‧‧‧箭頭
722‧‧‧撓曲懸掛系統
724‧‧‧電活性聚合物致動器陣列
726‧‧‧槽孔
728‧‧‧軟質電路
730‧‧‧孔口
732‧‧‧第一黏著劑層
734‧‧‧第二黏著劑層
736A‧‧‧第一導電元件
736B‧‧‧第二導電元件
738A‧‧‧第一終端
738B‧‧‧第二終端
740‧‧‧電子驅動電路
800‧‧‧電活性聚合物致動器
802‧‧‧塊體
814‧‧‧框架及分隔件段
816‧‧‧輸出條
818‧‧‧彈性體介電元件
820‧‧‧箭頭
822‧‧‧托盤
824‧‧‧電活性聚合物致動器陣列
830‧‧‧孔口
834‧‧‧黏著劑層
900,950‧‧‧圖形表示法
902,904‧‧‧失真
952,954‧‧‧區域
1000‧‧‧耳杯
1008‧‧‧罩耳式緩衝器
1012‧‧‧揚聲器格柵
1018‧‧‧外殼
1020‧‧‧揚聲器
1022‧‧‧電活性聚合物致動器
1024‧‧‧開口
1026‧‧‧獨立式托盤
1028‧‧‧電活性聚合物致動器陣列
1030‧‧‧塊體
1042‧‧‧堅硬框架及分隔件
1044‧‧‧黏著劑層
1046‧‧‧彈性體介電元件
1048‧‧‧輸出條
1050‧‧‧音腔
1100‧‧‧感覺強化頭戴式耳機
1102‧‧‧電活性聚合物致動器
1104‧‧‧第一外殼部分
1106‧‧‧電路板
1108‧‧‧第二外殼部分
1110‧‧‧耳杯
1200‧‧‧方塊圖
1202‧‧‧類比音訊信號模組
1204‧‧‧自動增益控制模組
1206‧‧‧低頻數位濾波器模組
1208‧‧‧低頻放大器模組
1210‧‧‧逆多項式電路/平方根電路
1212‧‧‧高電壓功率放大器
1214L‧‧‧左通道輸出
1214R‧‧‧右通道輸出
1216L‧‧‧左來復的致動器及塊體
1216R‧‧‧右來復的致動器及塊體
1218‧‧‧視覺反饋顯示模組
1220‧‧‧電壓至電流轉換器電路
1230‧‧‧分段線性電路
1240‧‧‧最終增益放大器
1300‧‧‧諧波失真測量
1302‧‧‧底部跡線
1304‧‧‧頂部跡線
1306‧‧‧第二諧波
1350‧‧‧諧波失真測量
1352‧‧‧底部跡線
1354‧‧‧頂部跡線
1356‧‧‧第二諧波
A1‧‧‧第一放大器
A2‧‧‧第二放大器
D1-D5‧‧‧二極體
i‧‧‧電流
R1-R17‧‧‧電阻器
V1-V5‧‧‧第一-第五斷點電壓
V in ‧‧‧輸入電壓
V n ‧‧‧節點電壓
Vo‧‧‧輸出電壓
φ 1,φ2‧‧‧撓曲部分之直徑
d1‧‧‧部分重疊距離
d2‧‧‧彎曲段之間的距離
現將結合該等圖式為了具體說。明之目的敘述本發明並且不具限制性，其中：圖1係為根據本發明之一具體實施例的一感覺強 化式頭戴式耳機的一透視圖；圖2係為根據一具體實施例於圖1中顯示該左耳杯的一透視圖；圖3係為根據一具體實施例於圖1中顯示該左耳杯的一前視圖；圖4係為根據一具體實施例於圖1中顯示該右耳杯的一透視圖；圖5係為根據一具體實施例於圖1中顯示該右耳杯的一後視圖；圖6係為根據一具體實施例沿著如於圖4中顯示之斷面線6-6所取的該右耳杯的一斷面視圖；圖7係為根據一具體實施例沿著如於圖4中顯示之斷面線6-6所取的該右耳杯的一斷面視圖；圖8係為根據一具體實施例於圖6及7中所示該耳杯的一前視圖；圖9係為根據一具體實施例的一電活性聚合物系統的一剖面圖；圖10係為一電活性聚合物系統的一具體實施例之一概略圖，圖示作業之原理；圖11A、11B、11C圖示根據不同具體實施例的三可行的構態，一/三/六條狀電活性聚合物致動器陣列；圖12係為根據一具體實施例用於一聲音頭戴式耳機系統的一電活性聚合物致動器系統的一具體實施例之一分解視圖； 圖13係為圖示根據一具體實施例的一電活性聚合物致動器及揚聲器元件；圖14圖示根據一具體實施例於圖13所示該電活性聚合物致動器，無於圖13所示該塊體，用以顯示該下伏的電活性聚合物致動器陣列；圖15圖示根據一具體實施例於圖14中所示將該托盤除去的該電活性聚合物致動器；圖16圖示根據一具體實施例於圖14中所示該電活性聚合物致動器，將該電活性聚合物致動器陣列之塊體及卡匣部分除去以顯示只有托盤及一底部剛性框架元件；圖17圖示根據一具體實施例的一電活性聚合物致動器之一俯視圖；圖18圖示根據一具體實施例沿著斷面線18-18所取的於圖17中所示該電活性聚合物致動器的一斷面視圖；圖19係為根據一具體實施例的一電活性聚合物致動器之一透視圖；圖20係為根據一具體實施例於圖19中所示該電活性聚合物致動器之一後視圖；圖21係為根據一具體實施例沿著斷面線21-21所取的於圖19中所示該電活性聚合物致動器的一斷面視圖；圖22係為根據一具體實施例於圖19中所示該電活 性聚合物致動器的一透視圖，將該頂板除去以顯示該撓曲懸掛系統的一懸掛托盤內所位設的該下伏塊體；圖23係為根據一具體實施例於圖22中所示該電活性聚合物致動器的一透視圖，將該塊體除去以顯示位設在該電活性聚合物致動器陣列724上方的該下伏黏著劑層；圖24係為根據一具體實施例於圖23中所示該電活性聚合物致動器的一透視圖，將該撓曲托盤除去以清楚地顯示該底座板及該下伏的3-條狀電活性聚合物致動器陣列；圖25係為根據一具體實施例於圖24中所示該電活性聚合物致動器的一透視圖，將該電活性聚合物致動器陣列除去以顯示該下伏的底座板及該黏著劑層；圖26係為根據一具體實施例於圖25中所示該電活性聚合物致動器的一透視圖，將該黏著劑層及軟質電路除去以顯示該下伏的底座板及孔口；圖27係為根據一具體實施例沿著斷面線27-27所取的於圖19中所示該電活性聚合物致動器的一斷面視圖；圖28圖示一電活性聚合物致動器的一具體實施例；圖29係為根據一具體實施例於圖28中所示該電活性聚合物致動器的一透視圖，將該塊體除去以顯示該下伏的黏著劑層； 圖30圖示根據一具體實施例將該電活性聚合物致動器陣列除去的該托盤之一底座部分；圖31係為根據一具體實施例之該電活性聚合物致動器800之該電活性聚合物致動器陣列部分之透視圖；圖32係為測試資料的一圖形表示法，圖示一不具一撓曲懸掛系統及懸掛塊體的電活性聚合物致動器之該等頻率反應，其中頻率(Hz)係沿著該水平軸顯示以及衝程(公厘)位移係沿著該垂直軸顯示；圖33係為測試資料的一圖形表示法，圖示一具有一撓曲懸掛系統及懸掛塊體的電活性聚合物致動器之該等頻率反應，其中頻率(Hz)係沿著該水平軸顯示以及衝程(公厘)位移係沿著該垂直軸顯示；圖34係為一耳杯的一具體實施例之一斷面透視圖；圖35係為於圖34中所示該耳杯的一斷面透視圖；圖36係為於圖34中所示該耳杯的一前斷面視圖；圖37圖示於圖34-36中所示該耳杯的一具體實施例，將罩耳式減震墊及外殼除去以露出安裝至位在一揚聲器後的一第二腔室之該下伏獨立的托盤；圖38圖示根據一具體實施例於圖37中所示該耳杯，無該獨立模組外殼以露出該電活性聚合物致動器陣列；圖39圖示根據一具體實施例於圖38中所示該耳杯，無該電活性聚合物致動器陣列以顯示該下伏的塊 體；圖40圖示根據一具體實施例於圖39中所示該耳杯，無該下伏的塊體；圖41圖示根據一具體實施例之一音腔的一底視圖，顯示安裝於其中的一揚聲器；圖42圖示電活性聚合物基頭戴式耳機的一具體實施例，包含一電活性聚合物致動器其係容納在一耳杯的一第一外殼部分中；圖43係為根據一具體實施例的一電子電路之一方塊圖，用於產生低頻率音訊信號以驅動該等電活性聚合物致動器並降低不想要的音訊噪音；圖44係為根據一具體實施例的諧波失真測量之一圖形表示法，並未使用圖43中所示之逆多項式電路(例如，“逆平方根電路”)；圖45係為根據一具體實施例的諧波失真測量之一圖形表示法，具有於圖43中所示之逆多項式電路(例如，“逆平方根電路”)；圖46圖示根據一具體實施例於圖43中所示該逆多項式電路(例如，“逆平方根電路”)的一具體實施例；圖47係為根據一具體實施例於圖12中所示該電活性聚合物模組的一部分剖面圖，該模組包含一撓曲懸掛系統；圖48係為根據一具體實施例於圖12中所示該電活性聚合物模組的一具體實施例，其包含於圖12及47中 所示之撓曲懸掛系統，該系統包含一撓曲托盤；圖49圖示根據一具體實施例的一X及Y軸振動圖，用於建立如於圖12及47-48中所示該撓曲懸掛系統於X及Y方向上之運動的模型；圖50圖示根據一具體實施例的一X及Z軸振動圖，用於建立如於圖12及47-48中所示該撓曲懸掛系統於X及Z方向上之運動的模型；圖51係為一概略圖圖示根據一具體實施例於圖12及47-48中所示該撓曲懸掛系統之撓曲托盤行進停止特徵；圖52係為根據一具體實施例之一撓曲連桿模型的一概略圖；圖53係為根據一具體實施例之不具一塊體的一彎曲托盤的一具體實施例；以及圖54圖示一撓曲托盤之一具體實施例之一段。
100‧‧‧感覺強化頭戴式耳機
102‧‧‧右耳杯
104‧‧‧左耳杯
106‧‧‧頭帶
108‧‧‧右罩耳式緩衝器
110‧‧‧左罩耳式緩衝器
112‧‧‧揚聲器柵網
114‧‧‧外殼

Claims (17)

  1. 一種感覺強化音訊裝置，其包含：一致動器系統，其具有一機械Q值約小於10；以及一電路，其係電耦合至該致動器系統，其中該電路係用以產生一，驅動信號以致使該致動器系統根據該驅動信號移動。
  2. 如申請專利範圍第1項之感覺強化音訊裝置，其中該致動器系統具有一機械Q值由約1.5至約3。
  3. 如申請專利範圍第1及2項的其中一項之感覺強化音訊裝置，其中該致動器系統具有一共振頻率介於約50至約100 Hz之間。
  4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之感覺強化音訊裝置，其中該致動器系統包含一電活性聚合物致動器陣列，其包含至少一彈性體介電元件配置在介於第一與第二電極之間。
  5. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之感覺強化音訊裝置，其中該驅動信號係源自於一音訊信號。
  6. 如申請專利範圍第1至5項中任一項之感覺強化音訊裝置，其進一步包含一聲音輻射器及裝置，該致動器系統之移動係藉由其而大體上限制在與該聲音輻射器軸垂直的一方向上。
  7. 如申請專利範圍第1至6項中任一項之感覺強化音訊裝置，其中由該電路所產生的該驅動信號係位在 約2 Hz至約200 Hz的頻率範圍中。
  8. 如申請專利範圍第1至7項中任一項之感覺強化音訊裝置，其進一步包含一經建構以接收該致動器系統之托盤。
  9. 如申請專利範圍第1至8項中任一項之感覺強化音訊裝置，其進一步包括一與該致動器系統耦合之塊體。
  10. 如申請專利範圍第8項之感覺強化音訊裝置，其中該托盤包含至少一孔口。
  11. 如申請專利範圍第8項之感覺強化音訊裝置，其進一步包含一安裝至該托盤之音腔。
  12. 如申請專利範圍第8項之感覺強化音訊裝置，其中該托盤包含一懸掛系統用以藉由大體上將位移限制在一單一方向而將不想要的振動模式降至最低。
  13. 如申請專利範圍第12項之感覺強化音訊裝置，其中該懸掛系統包含：一懸掛托盤，其界定一開口以接收該塊體及該致動器系統於其中；以及至少一撓曲臂件，其係構成於該懸掛托盤中；其中該致動器系統界定一藉由一第一及第二軸所界定的振動平面，以及該懸掛系統容許主要地沿著該第一軸於一方向上移動。
  14. 如申請專利範圍第1至13項中任一項之感覺強化音訊裝置，其進一步包含一逆多項式電路以計算一非 線性逆轉換，用以自該驅動信號去除不想要的聲音人工因素。
  15. 如申請專利範圍第1至14項中任一項之感覺強化音訊裝置，其中該音訊裝置係為一頭戴式耳機。
  16. 如申請專利範圍第15項之頭戴式耳機，其中該頭戴式耳機包含至少一耳杯，其包括該致動器系統。
  17. 如申請專利範圍第1至15項中任一項之感覺強化音訊裝置，其中藉由該致動器系統之移動所產生的一效果之強度係經控制而與該音訊信號之強度無關。
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