[发明专利]用于声-触扬声器的系统和方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2009年4月10日提交的美国临时申请61/212,420的优先权，通过引用将其全文合并于此。

技术领域

这里描述的系统和方法一般地涉及声学和触觉换能器系统及其驱动方法。

背景技术

如今，存在对呈现音频和可视数据给用户的多媒体系统补充附加感官刺激的日益增长的需要。正在通过引入改进的屏幕和网络能力来增强多媒体系统、诸如电视、便携设备和视频游戏。除了这些改进用户体验的更传统领域之外，另一考虑的领域为触觉刺激。与改进的音频和可视效果组合，触觉刺激可以使游戏或者电影体验逼真和难忘得多。

目前，存在能够具体提供触觉刺激的设备、诸如压电换能器。这些设备必须由与用来控制音频或者可视输出的驱动器分离的驱动器控制。因此，它们不仅与音频扬声器分离，而且它们也需要用于与多媒体系统的其余部件同步操作的附加部件。

存在若干其他类型的提供可触知的振动而又处理音频信号并且生成声音的设备、诸如低音振动器（bass shaker）和多功能换能器。低音振动器将电音频输入的低音分量转换成振动。低音振动器由如下甚低频信号驱动，该信号使设备共振并且由此生成这些可触知的振动。然而，这些低音振动器具有不佳的阻尼特性，这导致甚至在音频/可视数据已经结束之后的延续振动。

已经在提供音频和触觉刺激中获得一些流行性的另一设备是多功能换能器（MFT）。MFT包括连接到音圈（voice coil）的扬声器圆锥体，以及提供磁场（线圈在该磁场中操作）的磁组件。不同于普通扬声器，音圈和磁组件均被弹性装配并且能够振荡。可以通过向音圈施加信号来驱动磁组件和扬声器圆锥体以振荡。磁组件由于它的质量和它的装配顺应性而将在用户容易可触知的频率范围内相对低频振荡。虽然MFT提供音频和触觉刺激，但是它们的共振频率是预定的并且在不完全分解它们的情况下难以修改。

因而，存在对改进用户与呈现的内容的交互的系统和方法的需要。期望系统不从呈现的内容分心。也期望系统易于使用、可便携、廉价并且适合于长期使用。

发明内容

如上文所言，存在用于提供音频和触觉刺激的系统。然而，这些现有系统不能在同时产生高保真度和可调振动时模仿全范围扬声器的保真度和音频性能。这里描述的系统和方法提供这样的声学和触觉换能器。特别地，这里描述的声-触换能器可以包括布置于扬声器（诸如全范围扬声器）的振膜（diaphragm）上的质量元件（mass element）。质量元件可以可选地可移除并且可以具有如下质量，该质量被选择成使得换能器的共振频率落在输入电音频信号中存在的频率范围内。该系统还可以包括用于将电音频信号分成高频和低频部分并且放大低频部分的控制器。在操作期间，输入音频信号的放大低频部分可以与换能器的共振频率重叠并且使它在由全范围仰扬声器的支承圈（spider）阻尼之时振动。

特别地，在一个方面中，这里描述的系统和方法包括一种能够生成声学和触感信号的换能器。该换能器可以包括扬声器，该扬声器包括振膜，被配置成将在第一频率范围内具有音频信息的电信号变换成声学信号。换能器还可以包括附着到振膜的中心区域的质量元件。在某些实施例中，质量元件的质量被选择成使得扬声器与质量元件的组合的共振频率范围的一部分落在第一频率范围内。共振频率范围可以从50至4000Hz。质量元件可以可移除地附着到振膜。在某些实施例中，质量元件粘合到振膜的中心区域。

质量元件可以从质量的范围约为1g至4g的刚性材料形成。质量元件可以从铜形成并且可以可选地是盘形。在某些实施例中，振膜的顶表面的表面面积与质量元件的顶表面的表面面积之比约为4：1。换能器还可以包括附着到振膜用于保持质量元件的保持器。在某些实施例中，换能器包括可移除地堆叠于彼此上面的多个质量元件。

换能器并且更特别地为扬声器还可以包括附着到振膜的用于接收电信号并且响应于电信号来移动振膜的音圈，以及附着到音圈用于阻尼音圈、振膜和质量元件的振荡的支承圈。扬声器可以是全范围扬声器。在某些实施例中，换能器可以包括壳，该壳具有帽，使得扬声器和质量元件布置于壳内。在这样的实施例中，振膜能够上移至壳内的最大高度，并且其中质量元件具有如下高度，该高度被选择成使得当振膜已经上移至最大高度时，质量元件在壳内和帽以下。

在某些实施例中，换能器包括控制器，该控制器连接到电信号的源和扬声器用于划分电信号并且用包含可听频率中的信息的信号和包含触感频率中的信息的信号中的至少一个来驱动扬声器和质量元件。