WO2013042759A1 - 振動アクチュエータの制御方法 - Google Patents

振動アクチュエータの制御方法 Download PDF

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WO2013042759A1
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mover
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麻子 古滝
正一 金田
上野 賢司
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並木精密宝石株式会社
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    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04R1/00Details of transducers, loudspeakers or microphones
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04RLOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
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    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04R3/00Circuits for transducers, loudspeakers or microphones

Definitions

  • the present invention includes a magnet and a coil, and has a structure in which one of the magnet and the coil is elastically supported in a housing using a suspension to constitute a mover, and the other is fixed in the housing.
  • the present invention relates to a control method of a vibration actuator having a dynamic structure in which a mutual magnetic force is generated between the coil and magnet by the signal input, and the mover is vibrated by the magnetic force.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-096740
  • Patent Document 2 a single function such as Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-096740
  • Patent Document 2 a model that enables reproduction of sound and generation of bodily sensation by a single device by incorporating a multifunctional vibration actuator such as Patent 4146346 (hereinafter described as Patent Document 2) is also used.
  • the multi-function vibration actuator having a dynamic structure typified by Patent Document 2 switches the frequency band of the signal input to the voice coil, thereby reproducing sound by diaphragm vibration and sensory vibration by vibration of a mover having a magnet. Generation.
  • the single-function vibration actuator described in Patent Document 1 is designed to increase the efficiency of vibration output by control by synchronizing the input signal with the vibration of the mover when the body vibration is generated.
  • the multi-function vibration actuator described in Patent Document 2 uses the air around the movable element as a damper, thereby enabling stabilization of vibration due to the structure.
  • the single-function vibration actuator and the multi-function vibration actuator are collectively referred to as “vibration actuator”.
  • pop noise that vibrates on the diaphragm side occurs at the start of the input signal, at the time of switching to the drive voltage antiphase waveform, and at the end of the signal. For this reason, if the response speed is shortened by amplification of the input signal or the like, pop noise due to vibration on the diaphragm side is also enlarged, and it becomes difficult to obtain only a click feeling as a tactile sensation.
  • the invention described in the present application aims to provide a control method capable of improving the response speed of the vibration actuator.
  • the control method of the present invention in the control method of the vibration actuator in which the coil and the voice coil are fixed to the bottom surface of the housing, the voltage at the rising edge of the input signal is boosted, and the vibration waveform is A method of inputting an antiphase waveform to a coil and a voice coil is used.
  • the multi-function vibration actuator when the vibration is output to the tactile device represented by the touch panel using the multi-function vibration actuator having the dynamic structure, the multi-function vibration actuator is provided.
  • a method is used in which the voltage of the signal is boosted when the vibration rises and a half-wavelength blank is added at the fall of the vibration to input an antiphase waveform.
  • a sine wave signal is used as a signal input to the voice coil, and the start second half wavelength and the pre-stop wavelength of the input sine wave are amplitude-modulated. The method is used.
  • the structure described in the present invention improves the responsiveness by a synergistic effect using the boosting at the rising time and the antiphase input at the falling time, and the multifunctional vibration actuator. On the other hand, it is possible to shorten the rise time and the fall time when the control method is used.
  • the movable element by inserting a blank for half a wavelength before switching to the phase, the movable element is driven with a delay of several milliseconds relative to the input signal. For this reason, it is possible to suppress the occurrence of pop noise by shifting the phase, and at the same time, to minimize the delay of the mover fall time because the deviation is several milliseconds.
  • the control method described in the second aspect needs to add a blank for half a wavelength during signal input, whereas the method described in this aspect determines the second half of the start of the signal amplitude.
  • the method described in this aspect has an advantage that tactile sensation output can be performed without interrupting the signal as compared with the method described in the second aspect.
  • each of the control methods described above can be used even at the time of occurrence of body vibration, which is a conventional application. For this reason, when the vibration actuator and multifunctional vibration actuator are made thinner and smaller in diameter, not only structural improvements but also vibration output that can be easily detected by the user by improving the response speed using the input signal. Can be provided.
  • FIG. 1 Side sectional view of a multi-function vibration actuator used in an embodiment of the present invention 1 is an exploded perspective view of the multi-function vibration actuator shown in FIG.
  • FIG. 1 is a side sectional view of the multi-function vibration actuator used in the present embodiment
  • FIG. 2 is an exploded perspective view thereof
  • FIGS. 3 and 4 are subjected to boosting at the time of rising and reverse phase input at the time of falling.
  • FIG. 5 and FIG. 6 show the input / output characteristics when an input signal added with a half-wave blank B is used, and the input / output characteristics when amplitude modulation C is added.
  • the multi-function vibration actuator for inputting a signal includes a movable element including a magnet 1, a pole piece 2 and a yoke 3, and a diaphragm 5 having a voice coil 6.
  • the suspension 4 is used to support the mover in the housing 7, the diaphragm 5 is provided at the end of the housing 7, and the vibrations of the mover are generated by the input to the voice coil 6.
  • the dynamic structure which has the sound reproduction function by the vibration of the said diaphragm is used.
  • FIG. 3 shows a comparison diagram of the input signal I1 'obtained by boosting the input voltage at the time of rising and the input signal I1 when the present embodiment is not used, which is used in the first embodiment of the present invention.
  • an input signal waveform I1u ′ to which boosting at the time of rising is input and a vibration waveform V1u ′ when the multifunctional vibration actuator is driven, and a vibration waveform V1u when Iu to which no boosting is applied are added.
  • FIG. 4 shows an input signal I1d ′ added with an antiphase signal input at the time of falling, and an input signal I1d when no antiphase signal is input, used in the first embodiment of the present invention.
  • the comparison figure of is shown.
  • FIG. 1 shows a comparison diagram of the input signal I1 'obtained by boosting the input voltage at the time of rising and the input signal I1 when the present embodiment is not used, which is used in the first embodiment of the present invention.
  • an input signal waveform I1d ′ added with an antiphase signal input at the time of falling is input and a vibration waveform V1d ′ when the multifunctional vibration actuator is driven and an I1d not applied with an antiphase signal input are shown.
  • the vibration waveform V1d when added is shown.
  • the rise time T1 and the fall time T2 are shortened by performing both the step-up voltage rising and the anti-phase input at the time of falling for the input signal. It became possible to improve responsiveness. In this embodiment, since the effect as a vibration actuator has been confirmed, the comparison of the sound output is omitted.
  • FIG. 5 shows a comparison diagram between the input waveform I2 'in the second embodiment of the present invention and the input waveform I2 when the present embodiment is not used.
  • the multifunctional vibration actuator is driven by inputting a signal I2 ′ obtained by adding a blank B for a half wavelength to the input signal waveform I2 obtained by adding a boost at the time of rising and an antiphase at the time of falling.
  • the vibration waveform V2 'and the acoustic waveform S2' in the case of using the I2 without adding the blank B are shown.
  • 6 shows the vibration waveform V3 ′ and acoustic waveform S3 ′ when I3 ′ is used as the input signal waveform of the multi-function vibration actuator shown in FIG. 1, and the vibration waveform when I3 without modulation is used.
  • V3 and the acoustic waveform S3 are shown.
  • the sensible vibration waveforms V2 and V2 'do not change, but in the waveform of the acoustic vibration part, the behavior of blank B added
  • the acoustic waveform S2 ′ is a waveform with less undulations compared to the acoustic waveform S2 not added.
  • the control method described in the present embodiment outputs a specific tactile sensation such as a click sensation using a conventional multi-function vibration actuator, and noise during the tactile sensation output. It became possible to reduce.
  • this control method eliminates the need for a vibration actuator dedicated to tactile output, which previously had to be provided separately, and has the effect of reducing the number of components in the mounting housing.
  • FIG. 6 shows a third embodiment of the present invention and a comparison diagram when the present embodiment is not used.
  • a signal I3 ′ obtained by adding amplitude modulation of the start second half wavelength and the pre-stop wavelength of the sine wave to the sine wave signal obtained by adding the boosting at the rising time and the antiphase input at the falling time to the input signal is used.
  • FIG. 6 uses a sine wave signal I3 in which the input signal is given a boost at rising and an antiphase input at falling when the input signal of the multi-function vibration actuator shown in FIG. 1 is a sine wave signal.
  • the vibration waveform V3 and acoustic waveform S3 in the case of using I3 ′ in which the amplitude modulation C is added to the start second half wavelength of I3 and the wavelength before stop are shown.
  • the driving method described in the present embodiment using I3 ′ can significantly reduce the protruding portion of S3 with respect to the waveform of the acoustic vibration S3 ′. For this reason, in addition to the effect which the said 1st Embodiment has, higher silence was realizable.
  • the response speed as a vibration device can be increased when generating vibration for touch such as a touch panel using a multi-function vibration actuator having a dynamic structure. It was possible to obtain a control method capable of reducing the generated pop noise while improving it.

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Abstract

【課題】 ダイナミック構造の振動アクチュエータを用いてタッチパネル等、触感用の振動を発生する際に、振動デバイスとしての応答速度を向上させると共に、多機能型振動アクチュエータでの振動発生時に於けるポップノイズを低減させることが可能な制御方法を提供する。 【解決手段】 振動アクチュエータでは振動の立ち上がり時に前記信号の電圧を昇圧すると共に、振動の立ち下がり時に逆位相波形を入力する。また、多機能型振動アクチュエータではコイルへ入力する信号に正弦波信号を用いて、入力する正弦波の開始後半波長及び停止前波長を振幅変調する。

Description

振動アクチュエータの制御方法
 本発明は、マグネットとコイルとを備え、サスペンションを用いて前記マグネット又はコイルの一方をハウジング内に弾性支持して可動子を構成し、他方をハウジング内に固定した構造を有し、前記コイルへの信号入力によって、前記コイル-マグネット間に相互の磁気力を発生させ、該磁気力によって前記可動子を振動させるダイナミック構造の振動アクチュエータの制御方法に関する。
 現在、携帯電話に代表される移動体通信機器は、体感振動の発生によって使用者に着信を知らせる機能を備えており、例えば特開2005-096740(以下特許文献1として記載)といったような単機能型振動アクチュエータを用いることで該機能を付与している。また、一部では特許4146346(以下特許文献2として記載)といった多機能型振動アクチュエータを組み込むことで、単一のデバイスによる音響の再生と体感振動の発生を可能にした機種も用いられている。特許文献2に代表されるダイナミック構造の多機能型振動アクチュエータは、ボイスコイルへ入力する信号の周波数帯域を切り換えることで、ダイアフラムの振動による音響再生と、マグネットを有する可動子の振動による体感振動の発生とを可能にしている。
 ここで、特許文献1記載の単機能型振動アクチュエータは、前記体感振動発生時に於いて、前記可動子の振動に入力信号を同期させることで、制御による振動出力の高効率化を図っている。また、特許文献2に記載の多機能型振動アクチュエータは前記可動子周辺の空気をダンパとして用いることで、構造による振動の安定化を可能にしている。以降、単機能型振動アクチュエータと多機能型振動アクチュエータをまとめて「振動アクチュエータ」と表記する。
特開2005-095740 特許4146346
 上述した振動アクチュエータを搭載する携帯電話について近年、タッチパネルを搭載した機種が現れている。これに伴い、従来では着信の報知に留まっていた振動発生機能に、使用者に対する触感の提供という機能が要求されている。
 この様な機能に関して、従来の振動アクチュエータは着信の報知を目的としており、立ち上がり、立ち下がりといった駆動応答性の速度を要求されてはいなかった。この為、従来の入力信号によって特許文献1及び2に記載の振動アクチュエータが発生する振動を触感用の振動として用いると、高効率化及びダンパ効果による安定化を重視している為に駆動時の応答速度が遅くなり、使用者がクリック感を得ることが難しいという課題があった。
 また、音響機能が付与されている多機能型振動アクチュエータの場合は、入力信号開始時、駆動電圧逆位相波形への切り換え時、及び信号終了時に於いてダイアフラム側が振動するポップノイズが発生する。この為、入力信号の増幅等によって応答速度の短縮を図ると、ダイアフラム側の振動によるポップノイズも拡大し、触感としてクリック感のみを得ることは難しくなってしまう。
 以上述べた課題に対して本願記載の発明では、振動アクチュエータの応答速度を向上させることが可能な制御方法を提供することを目的としている。
 上記目的のために本発明の制御方法では、ハウジングの底面にコイル及びボイスコイルを固定した振動アクチュエータの制御方法に於いて、入力信号の立ち上がり時に於ける電圧を昇圧し、立ち下がり時に振動波形と逆位相の波形をコイル及びボイスコイルに入力する方法を用いている。
 また、本発明に於ける第2の態様に記載の制御方法では、前記ダイナミック構造の多機能型振動アクチュエータを用いたタッチパネルに代表される触感デバイスへの振動出力時、多機能型振動アクチュエータに設けたボイスコイルへの入力信号について、振動の立ち上がり時に前記信号の電圧を昇圧すると共に、振動の立ち下がり時に半波長分のブランクを加えて逆位相波形を入力する方法を用いている。
 また、本発明に於ける第3の態様では、前記体感振動の発生時、ボイスコイルへ入力する信号に正弦波信号を用いて、入力する正弦波の開始後半波長及び停止前波長を振幅変調する方法を用いている。
 この様な制御方法を用いた事で本発明記載の構造は、振動アクチュエータに対する立ち上がり時の昇圧と立ち下がり時の逆位相入力とを用いた相乗効果による応答性の向上と共に、多機能型振動アクチュエータに対して同制御方法を用いた際の立ち上がり時間及び立ち下がり時間をも短縮させることが可能になった。
 また、本発明に於ける第2の態様では、位相への切り換え前に半波長分のブランクを入れることで、前記可動子が入力信号に対して数ミリ秒遅れて駆動する。この為、位相をずらすことによってポップノイズの発生を抑えると同時に、ズレが数ミリ秒となることで前記可動子の立ち下がり時間の遅延を最小限に留めることが可能となった。
 また、前記第2の態様記載の制御方法を用いることで、従来用いられているダイナミック構造の多機能型振動アクチュエータに対し、タッチパネル操作時に於けるクリック感等、触感の出力機能を付与する事ができる。加えて、従来用いられていた触感専用の振動デバイスが不要となる為、取付筐体に於ける部品点数を減少させることもできる。
 また、本発明に於ける第3の態様を用いることにより、正弦波信号の振幅変調のみで第2の態様と同様の効果を得ることが可能となる。より具体的には、第2の態様にて記載した制御方法が信号入力中に半波長分のブランクを加える必要があったのに対して、本態様記載の方法では信号の振幅について、開始後半波長及び停止前半波長分を振幅変調させる事で、応答速度の向上と、逆位相等への切り換え時に於けるポップノイズの低減とを可能にしている。また、本態様記載の方法では、第2の態様にて記載した方法と比較して信号を途切れさせることなく触感出力を行うことができるという利点を有している。
 また、上記述べた各制御方法は従来の用途である体感振動の発生時に於いても用いることが可能となっている。この為、振動アクチュエータ及び多機能型振動アクチュエータの薄型化及び小径化に際して、構造的な改良だけではなく、入力信号を用いた応答速度の向上によって使用者が容易に感知することのできる振動出力を提供することができる。
 以上述べたように、本願記載の制御方法を用いることで、ダイナミック構造の振動アクチュエータ及び多機能型振動アクチュエータを用いてタッチパネル等、触感用の振動を発生する際に、振動デバイスとしての応答速度を向上させることが可能となる。
本発明の実施形態に於いて用いる多機能型振動アクチュエータの側断面図 図1に示す多機能型振動アクチュエータの分解斜視図 本発明の第1の実施形態に於いて用いる入力波形の立ち上がり時に昇圧を加えた入力信号及び、該入力信号による振動出力 本発明の第1の実施形態に於いて用いる入力波形の立ち下がり時に逆位相を加えた入力信号及び、該入力信号による振動出力 本発明の第2の実施形態に於いて用いる半波長ブランクを加えた入力信号及び、該入力信号による振動出力 本発明の第3の実施形態に於いて用いる振幅変調を加えた入力信号及び、該入力信号による振動出力
 以下に、図1乃至図6を用いて、本発明に於ける実施形態を示す。図1に本実施形態で用いる多機能型振動アクチュエータの側断面図を、図2に同分解斜視図を、図3及び図4に立ち上がり時の昇圧及び立ち下がり時の逆位相入力を行った際の入出力特性を、そして図5及び図6に半波長分のブランクBを加えた入力信号を用いた場合の入出力特性及び、振幅変調Cを加えた場合の入出力特性をそれぞれ示す。
 図1、図2から解るように、本実施形態の信号を入力する多機能型振動アクチュエータは、マグネット1、ポールピース2、ヨーク3からなる可動子と、ボイスコイル6を有する振動板5とを備え、サスペンション4を用いて前記可動子をハウジング7内に支持し、該ハウジング7端部に前記振動板5を設け、前記ボイスコイル6への入力によって、前記可動子の振動による体感振動の発生及び、前記振動板の振動による音響再生機能を有するダイナミック構造を用いている。
 また、図3に本発明の第1の実施形態に於いて用いる、立ち上がり時に入力電圧を昇圧した入力信号I1’と、本実施形態を用いない場合の入力信号I1との比較図を示す。図3では、立ち上がり時の昇圧を加えた入力信号波形I1u’を入力して前記多機能型振動アクチュエータを駆動した場合の振動波形V1u’と、昇圧を加えないIuを加えた場合の振動波形V1uを示している。加えて、図4には本発明の第1の実施形態に於いて用いる、立ち下がり時の逆位相信号入力を加えた入力信号I1d’と、逆位相信号入力を行わない場合の入力信号I1dとの比較図を示す。図4では、立ち下がり時の逆位相信号入力を加えた入力信号波形I1d’を入力して前記多機能型振動アクチュエータを駆動した場合の振動波形V1d’と、逆位相信号入力を加えないI1dを加えた場合の振動波形V1dを示している。
 図3及び図4から解るように、入力信号に対して立ち上がり時の昇圧と立ち下がり時の逆位相入力を共に行うことで、立ち上がり時間T1及び立ち下がり時間T2を短縮し、振動特性に於ける即応性を向上させることが可能となった。尚、本実施形態では振動アクチュエータとしての効果を確認している為、音響出力の比較については省略した。
 また、図5に本発明の第2の実施形態での入力波形I2’と、本実施形態を用いない場合の入力波形I2との比較図を示す。本実施形態では、立ち上がり時の昇圧と、立ち下がり時の逆位相を加えた入力信号波形I2に半波長分のブランクBを加えた信号I2'を入力して前記多機能型振動アクチュエータを駆動した場合の振動波形V2'及び音響波形S2'と、ブランクBを加えないI2を用いた場合の振動波形V2及び音響波形S2とを示している。また、図6は図1記載の多機能型振動アクチュエータの入力信号波形に前記I3'を用いた場合の振動波形V3'及び音響波形S3'と、変調を加えないI3を用いた場合の振動波形V3及び音響波形S3とを示している。
 図5から解るように、入力波形に半波長分のブランクBを加えたことによって体感振動の波形V2、V2'は変化しないが、音響振動部分の波形に於いて、ブランクBを加えた挙動の音響波形S2'は加えてない音響波形S2に比べて起伏の少ない波形となっている。この様な入力波形I2'を用いたことで、本実施形態記載の制御方法は従来の多機能型振動アクチュエータを用いてクリック感等、特定の触感を出力しつつ、該触感出力時のノイズを低減することが可能となった。加えて、本制御方法によって従来は別途設ける必要があった触感出力専用の振動アクチュエータが不要となり、取付筐体内に於ける部品点数の削減という効果も得ることが出来た。
 また、図6に本発明の第3の実施形態及び、本実施形態を用いない場合の比較図を示す。本実施形態では、入力信号に立ち上がり時の昇圧と立ち下がり時の逆位相入力を付与した正弦波信号に、正弦波の開始後半波長及び停止前波長の振幅変調を加えた信号I3'を用いて駆動している。図6は図1記載の多機能型振動アクチュエータの入力信号を正弦波信号とした場合に於ける、入力信号に立ち上がり時の昇圧と立ち下がり時の逆位相入力を付与した正弦波信号I3を用いた場合の振動波形V3及び音響波形S3と、I3の開始後半波長及び、停止前波長に振幅変調Cを加えたI3'を用いた場合の振動波形V3'及び音響波形S3'を示している。図6から解るように、I3'を用いた本実施形態記載の駆動方法により、音響振動S3'の波形に関してS3の突出部分が大幅に低減させることが可能となった。この為、前記第1の実施形態が有する効果に加えて、より高い静音性を実現することができた。
 以上述べたように、本実施形態記載の制御方法を用いたことで、ダイナミック構造の多機能型振動アクチュエータを用いてタッチパネル等、触感用の振動を発生する際に、振動デバイスとしての応答速度を向上させつつ、発生するポップノイズを低減させることが可能な制御方法を得ることができた。

1 マグネット
2 ポールピース
3 ヨーク
4 サスペンション
5 振動板
6 ボイスコイル
7 ハウジング
8 カバー
9 グリル
B ブランク
C 振幅変調部分
T1、T2 立ち上がり、立ち下がり時間
I1u’ 入力信号(立ち上がり部昇圧有り)
I1u  入力信号(立ち上がり部昇圧無し)
V1u’ 振動波形(立ち上がり部昇圧有り)
V1u  振動波形(立ち上がり部昇圧無し)
I1d’ 入力信号(立ち下がり部昇圧有り)
I1d  入力信号(立ち下がり部昇圧無し)
V1d’ 振動波形(立ち下がり部昇圧有り)
V1d  振動波形(立ち下がり部昇圧有り)

I2’ 入力信号(ブランク有り)
I2  入力信号(ブランク無し)
V2’ 振動波形(ブランク有り)
V2  振動波形(ブランク無し)
S2’ 音響波形(ブランク有り)
S2  音響波形(ブランク無し)

I3’ 入力信号(変調有り)
I3  入力信号(変調無し)
V3’ 振動波形(変調有り)
V3  振動波形(変調無し)
S3’ 音響波形(変調有り)
S3  音響波形(変調無し)

Claims (3)

  1.  マグネットを有する可動子と、コイルを有する底面とを備え、サスペンションを用いて前記可動子をハウジング内に支持し、該ハウジング端部に前記底面を設け、前記コイルへの入力によって、前記可動子の振動による体感振動の発生を行うダイナミック構造の振動アクチュエータの制御方法であって、
     前記体感振動の発生時、コイルへ入力する信号について、振動の立ち上がり時に前記信号の電圧を昇圧すると共に、振動の立ち下がり時に逆位相波形を入力する、振動アクチュエータの制御方法。
  2.  マグネットを有する可動子と、ボイスコイルを有する振動板とを備え、サスペンションを用いて前記可動子をハウジング内に支持し、該ハウジング端部に前記振動板を設け、前記ボイスコイルへの入力によって、前記可動子の振動による体感振動の発生及び、前記振動板の振動による音響再生機能を有するダイナミック構造の多機能型振動アクチュエータの制御方法であって、
     前記体感振動の発生時、ボイスコイルへ入力する信号について、振動の立ち上がり時に前記信号の電圧を昇圧すると共に、振動の立ち下がり時に半波長分のブランクを加えて逆位相波形を入力する、多機能型振動アクチュエータの制御方法。
  3.  マグネットを有する可動子と、ボイスコイルを有する振動板とを備え、サスペンションを用いて前記可動子をハウジング内に支持し、該ハウジング端部に前記振動板を設け、前記ボイスコイルへの入力によって、前記可動子の振動による体感振動の発生及び、前記振動板の振動による音響再生機能を有するダイナミック構造の多機能型振動アクチュエータの制御方法であって、
     前記体感振動の発生時、ボイスコイルへ入力する正弦波信号について、入力する正弦波の開始後半波長及び停止前波長を振幅変調する、多機能型振動アクチュエータの制御方法。
     
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