JP6522122B2 - 機械的作動パネル音響システム - Google Patents

Description

本発明の一実施形態は、デスクトップコンピュータなどの家電機器で使用される電子制御音生成システムに関するものである。他の実施形態についてもまた説明する。

デスクトップコンピュータ、ラップトップコンピュータ、及びスマートフォンなどの多くの家電機器は、より小型化している。また、これらのデバイスが小さくなるにつれて、内蔵スピーカ用のエンクロージャ又は筐体内で利用できる内部スペースも小さくなる。これは、スピーカ用のデバイスエンクロージャ内のスペースが、回路基板、大容量記憶デバイス、及びディスプレイなどの多くの他の構成要素と競合する可能性があるため、特に当てはまることである。概して、スピーカのサイズが小さくなるにつれて、動かすことができる空気の量がより少なくなり、したがって、音質（又は少なくとも音量）が低下する恐れがある。これは、オーディオスペクトルの下端（例えば、１ｋＨｚより下）の音の場合に、特に顕著であり得る。更に、電子デバイス内で利用可能な屋外空気容積が縮小するにつれて、スピーカによって振動させられる空気が少なくなり、したがって可聴応答が制限される。同様に、スピーカによって生成され得る音量レベル及び周波数は、スピーカのサイズが減少するにつれて減少する可能性がある。したがって、電子デバイスのサイズが減少し続けると、デバイスによって生成される音に有害な影響が生じる恐れがある。薄い家電機器から低周波のオーディオコンテンツ（低音）を生成することは、現代の音響工学における最も重要な問題の１つである。

家電機器のエンクロージャ又は筐体の広い表面積を利用して、機械的作動パネル音響システムに役立てることができる。本開示の実施形態は、エンクロージャ又は筐体のパネルが音響システム（電子制御音生成システム）の一部として使用される電子デバイスである。パネルは複数のサブパネルに分割されている。各サブパネルについて、本デバイスは、サブパネルを振動させるために取り付けられた１つ以上のサブパネルアクチュエータを備えている。アクチュエータとそれが取り付けられたサブパネルは、オーディオ信号を音響出力に変換する。各アクチュエータ及びサブパネルの組合せは、個別のオーディオ信号を受信することができる。本デバイスは、サブパネル駆動オーディオ信号の各々を制御するためのデジタル信号プロセッサを備えている。本デバイスは、境界条件をサブパネルに提供するために、パネル（例えば、パネルの内面）に取り付けられた１つ以上の裏当てフレームを更に備えることができる。境界条件は、各サブパネルの共振周波数を規定する。

一実施形態では、異なるサブパネルは、異なる共振周波数を有するように設計される。各サブパネルについて、サブパネルのアクチュエータを駆動するオーディオ信号は、サブパネルの共振周波数における狭い周波数帯域に限定してもよい。サブパネルの音響出力の総和は、広い周波数帯域にわたって低周波音を生成する。一実施形態では、サブパネルの共振周波数は、音階の音符に対応するものである。各サブパネルについて、デジタル信号プロセッサは、サブパネルの音響出力がコヒーレントであり、したがって、強め合って総計又は合成することができるように、サブパネルを駆動しているオーディオ信号を処理又は制御する。

一実施形態では、各サブパネルは密閉された（空気の）後方容積を有する。別の実施形態では、裏当てフレームは、サブパネルのうちの２つ以上の後方空気容積を接続する空気通路を有し、それらのサブパネルが共通の後方空気容積を共有する。一実施形態では、かかるサブパネル分割が左右対称であり、サブパネルは（そのオーディオ信号によって励起される場合）ステレオのオーディオを生成することができる。別の実施形態では、サブパネル分割が非対称であり、サブパネルのうちの２つ以上を励起してモノラルオーディオを生成することができる。

本開示の別の実施形態は、デバイス上に可聴音を生成するための方法である。受信されたオーディオ信号をフィルタ処理することによって、いくつかのサブバンドオーディオ信号が生成される。本方法は、次に、サブバンドオーディオ信号を別々に処理して、サブバンドオーディオ信号をコヒーレントな音響出力に変換することができ、したがって強め合って総計又は合成することができる。次に、デバイス上のパネルの一部であるいくつかのサブパネルは、処理されたサブバンドオーディオ信号によって、それぞれ駆動される。このパネルは、デバイスの外部エンクロージャの一部としてもよい。

一実施形態では、サブバンドオーディオ信号は、サブバンドオーディオ信号によって駆動されるサブパネルの共振周波数を取り囲む狭い周波数帯域を有する。サブバンドオーディオ信号を処理するために、本方法は、サブバンドオーディオ信号の各周波数成分について、その周波数におけるサブバンドオーディオ信号の振幅が閾値を超えるか否かを判定する。そうであれば、その周波数のサブバンドオーディオ信号を、サブパネルの共振周波数に一致させる。一実施形態では、サブパネルの共振周波数は、音階の音符に対応している。

上記概要には、本開示の全ての態様の網羅的なリストを挙げてはいない。本開示には、上記でまとめた種々の態様の全ての好適な組合せからの実施可能な全てのシステム及び方法が含まれ、並びに以下の「発明を実施するための形態」で開示するもの、特に本出願と共に提出された特許請求の範囲において指摘するものが含まれると考えられる。かかる組合せには、上記概要では具体的に説明していない特定の利点がある。

本発明の実施形態を、限定としてではなく例として、添付図面の図に示し、図面中、類似の参照符号は類似の要素を示すものとする。本開示での、本発明の「ａｎ」又は「１つの」実施形態への言及は、必ずしも同じ実施形態に対するものではなく、それらは、少なくとも１つを意味していることに留意されたい。

機械的作動パネル音響システムを形成するためにいくつかのサブパネルに分割されたパネルを有する一実施形態に関するオーディオデバイスの実施例を示す図である。 図１のオーディオデバイスの一部の側面断面図である。 図１及び図２Ａのオーディオデバイスのサブパネルを駆動する狭帯域オーディオ信号の実施例を示す図である。 機械的作動パネル音響システムを形成するためにオーディオデバイス上にパネルを使用する別の実施例を示す図である。 不均一な厚さを有する機械的作動パネル音響システムの一部に関する側面断面図である。 機械的作動パネル音響システムのサブパネルオーディオ信号を別々に処理するために複数のデジタル信号プロセッサを使用するオーディオ信号処理システムのブロック図である。 音響出力を生成するためにデバイスのパネルを使用してそのデバイスで実行されるプロセス動作のリストである。 サブパネルオーディオ信号を音階の音符に一致させる実施例を示す図である。 音階の音符にオーディオ信号を一致させるための、デバイスにおいて実行される動作のフローチャートである。 全てのサブパネルが共通の後方空気容積を共有する一実施形態の音響システムに関する一実施例を示す図である。

このセクションでは、添付の図面を参照しながら、本開示のいくつかの好ましい実施形態を説明するものとする。実施形態で説明される部品の形状、相対位置、及び他の態様が明瞭には規定されない場合はいつでも、本開示の範囲は、示した部品のみに限定されず、示した部品は、単に説明目的のためであることを意味する。また、多数の詳細について説明するが、本開示のいくつかの実施形態は、これらの詳細なしに実施できることが分かる。他の例では、本説明の理解を不明瞭にすることがないように、周知の構造及び技術に関しては、詳細には示していない。

当業者であれば、「前方」、「前方に」、「後方／裏側」、又は「後方に」という用語は、本発明の範囲を限定するものではなく、理解を容易にするためにのみ使用されることが分かるであろう。一実施形態では、本開示で説明される前方パネル又は後方パネルは、デバイス上の任意のパネルとすることができる。

図１は、機械的作動パネル音響システムを形成するためにいくつかのサブパネルに分割されたパネルを有する本発明の一実施形態に係るオーディオデバイスの実施例を示す。この図に示すように、オーディオデバイス１００は、いくつかのサブパネル１２０〜１２５に分割されたパネル（例えば、後方パネル）１１０を有する装置である。サブパネル１２０〜１２５の各々は、トランスデューサ（スピーカ）の振動板として機能する。それは、音響出力を生成するために機械的に作動される。各サブパネルは、個々にデジタル信号処理されたオーディオ信号（いわゆるサブパネルオーディオ信号）によって個別に作動されるか、又は駆動される。

オーディオデバイス１００は、音を生成するために使用されるような信号を記憶及び／又は処理することができる。オーディオデバイス１００は、ラップトップコンピュータ、ハンドヘルド電子デバイス、携帯電話、タブレットコンピュータ、ディスプレイデバイス、ＭＰ３プレーヤなどのオーディオ再生デバイス、又は他の電子オーディオデバイスとすることができる。パネル１１０は、オーディオデバイス１００の後方パネル、又はオーディオデバイス１００の外部エンクロージャの一部である別のパネルであってもよい。パネル１１０は、それが適度に剛性があり、適度に平坦であるが、音を発生させるために振動するのに十分に可撓性がある限り、ガラス、アルミニウム、又は任意の好適な材料で作ることができる。

一実施形態では、パネル１１０は、均一なパネル（例えば、均一な厚さを有する）である。サブパネル１２０〜１２５は、裏当てフレーム１３０によって形成された境界内にあるパネル１１０の領域のみを曲げるか又は振動し得るように、１つ以上の裏当てフレーム１３０によって分割し、画定することができる。裏当てフレーム１３０は、サブパネルの各々に関する所望の共振周波数を得るためにサブパネル１２０〜１２５に対する適切な境界条件を生成する。裏当てフレーム１３０は、一体の部品又は別個の部品で形成することができる。裏当てフレーム１３０は、サブパネルの振動領域を画定するその中に形成された開口を有する十分に重くかつ十分に剛性のある板で形成してもよい。一実施形態では、裏当てフレーム１３０は、オーディオデバイス１００の前方又は後方外壁とすることができる。一実施形態では、外壁にユーザは触れることができる。

オーディオデバイス１００は、本開示の一実施形態について上述したものである。当業者であれば、他の実施形態で、このデバイスを異なる方法で実装できることが分かるであろう。例えば、パネル１１０を６つのサブパネルに分割する代わりに、パネル１１０を、２つのサブパネル、３つのサブパネル、又は４つ以上のサブパネルに分割することができる。一実施形態では、サブパネルの数は、パネル１１０の剛性及びパネルのサイズに依拠する。一実施形態では、サブパネルの数は、（例えば、マルチチャネルオーディオシステムの一部として）音を生成するためにパネル音響システムと共に動作する追加のスピーカ（図示せず）の能力にもまた依拠する。

図２Ａは、図１のオーディオデバイス１００の一部の（線２−２’に沿う）側面断面図を例示する。具体的には、この図は、サブパネル１２４及び１２５をスピーカ振動板として使用する、機械的作動パネル音響システムを示す。図２Ａに示すように、オーディオデバイス１００は、前方パネル２１０、後方パネル１１０、中間プレート２２０、裏当てフレーム１３０、磁石２３０ａ及び２３０ｂ、並びにボイスコイル２３５ａ及び２３５ｂを備えている。

裏当てフレーム１３０は、裏当てフレーム１３０と接触する後方パネル１１０の部分が振動するのを防止するのに十分重くかつ十分に剛性のある中間プレート２２０によって支持される。したがって、中間プレート２２０は、前方パネル２１０と接触する１つの面と、裏当てフレーム１３０と接触する反対面と、を備えることができる。中間プレート２２０に、ユーザは触れることができない。裏当てフレーム１３０は、各サブパネル（例えば、１２４及び１２５）を壁で分割し、サブパネルの各々に対する境界条件を作成するものである。裏当てフレーム１３０によって生成される境界条件により、サブパネルの目標共振周波数を規定することができる。全ての裏当てフレームは、図２Ａで同じ番号１３０が付いているが、当業者であれば、別個の部品又は単一の一体部品から裏当てフレームを形成し得ることが分かるであろう。

後方パネル１１０は、適度に剛性があり、適度に平坦である限り、ガラス、アルミニウム、又は任意の好適な材料で作ることができる。図２Ａに示すように、後方パネル１１０は均一な厚さを有する。しかし、別の実施形態では、後方パネル１１０は、以下の図４で説明するように、不均一な厚さを有することができる。後方パネル１１０は、裏当てフレーム１３０によって、複数のサブパネル（例えば、１２４及び１２５）に分割される。各サブパネルは個別に作動して振動するものである。例えば、サブパネル１２４は、磁石２３０ａとボイスコイル２３５ａとの間の相互作用によって作動され、サブパネル１２５は、磁石２３０ｂとボイスコイル２３５ｂとの間の相互作用によって作動される。磁石２３０ａ及び２３０ｂは、中間プレート２２０に取り付けられ、ボイスコイル２３５ａ及び２３５ｂは、後方パネル１１０に取り付けられる。各サブパネルに対して、少なくとも１つのアクチュエータ、即ち磁石とボイスコイルの対が存在する。

当業者であれば、図２Ａで説明するオーディオデバイス１００は、機械的作動パネル音響システムの概念的表現であることが分かるであろう。音響システムの特定の構成及び配置は、図示及び説明した厳密な方法に限定しなくてもよい。例えば、裏当てフレーム１３０の一部又は全部を、（例えば、前方パネル２１０の一部を後方に延ばすことによって、又は裏当てフレーム１３０を更に前方に延ばすことによって）前方パネル２１０によって、中間プレート２２０を必要とすることなく、直接的に支持することができる。その場合、磁石２３０は、前方パネル２１０の一部であるか、又は、それに取り付けられている、別の構造に固定することができる。アクチュエータの磁石２３０を後方パネル１１０に取り付けることができ、アクチュエータのボイスコイル２３５を中間プレートに取り付けることができる。後方パネル１１０のサブパネルを音響システムの振動板として使用する代わりに、前方パネル２１０のサブパネルを音響システムの振動板として使用することができる。

図２Ｂは、図１及び図２Ａのオーディオデバイスのサブパネルを駆動する狭帯域オーディオ信号の実施例を示す。図２Ｂに示されるように、チャート２５０は、周波数領域における元のオーディオ信号を示し、チャート２６０は、元のオーディオ信号がフィルタ処理された後の狭帯域サブパネルオーディオ信号２６１〜２６７を示す。狭帯域サブパネルオーディオ信号２６１〜２６７の各々は、デバイスのそれぞれのサブパネルを駆動する。全てのサブパネルの音響出力の合計は、広い周波数帯域２７０にわたって低周波音を生成する。広い周波数帯域２７０は、狭帯域サブパネルオーディオ信号２６１〜２６７のうちの任意の周波数範囲よりも大きい周波数範囲をカバーする。一実施形態では、広周波数帯域２７０は、狭帯域サブパネルオーディオ信号２６１〜２６７の周波数範囲の組合せよりも大きい周波数範囲をカバーする。

図３は、機械的作動パネル音響システムを形成するためにオーディオデバイス上のパネルを使用する別の実施例を示す。この図に示すように、後方パネル１１０はいくつかのサブパネル３０５〜３２０に分割されている。後方パネル１１０自体は、共振周波数Ｆ_xを有する。サブパネル３０５及び３２０は、共振周波数Ｆ₁を有する。サブパネル３１０及び３２５は、共振周波数Ｆ₂を有する。サブパネル３１５は、共振周波数Ｆ₃を有する。一実施形態では、Ｆ₁、Ｆ₂及びＦ₃は全て異なり、かつ、Ｆ₁、Ｆ₂及びＦ₃の各々はＦ_xより大きくすることができる。例えば、Ｆ₁はＦ_xよりも１０倍大きい場合がある。一実施形態では、近い周波数範囲で動作するサブパネルは、パネル上で遠く離れて保持される。

一実施形態では、各サブパネルのアクチュエータは、そのスペクトルコンテンツがサブパネルの共振周波数に、又はその近傍に存在する「狭帯域」オーディオ信号によって駆動される。異なるサブパネルに関して異なる共振周波数を有することにより、オーディオデバイスの一実施形態は、サブパネルの音響出力を合成して、「広帯域」にわたって低周波音を生成することができる。一実施形態では、サブパネルの音響出力は、サブパネルの共振周波数を超える周波数で音を生成する他のスピーカ（図示せず）の音響出力と合成される。

図３に示すように、サブパネル３０５及び３１０は、サブパネル３２０及び３２５と左右対称である（例えば、３０５及び３２０は複製、３１０及び３２５は複製とすることができ、示される中心線に対して対称的に配置される）。サブパネル３０５、３１０、３２０、及び３２５は、ステレオのオーディオを生成するように励起してもよい。例えば、サブパネル３０５及び３１０は１つのチャネルを生成し、サブパネル３２０及び３２５は別のチャネルを生成する。別の実施形態では、図１に示すように、サブパネル分割は非対称であり、サブパネルを励起してモノラルオーディオを生成することができる。

サブパネルの共振周波数はまた、サブパネルの長さ及び幅、サブパネルの曲げ剛性（例えば、厚さ及び密度）、及びサブパネルの境界条件によっても左右される。一実施形態では、振動モード１：１（基本共振モード）が、全てのサブパネルに対して好ましいモードである。一実施形態では、振動モード２：１を有するサブパネルは、可能な限り振動モード１：１を有するサブパネルから遠くに配置される。

一実施形態では、パネル１１０は、全てのサブパネルが同じ厚さを有するように、均一な厚さを有する。別の実施形態では、パネル１１０は、サブパネルが違えば厚さが異なリ得るように、不均一な厚さであってもよい。図４は、不均一な厚さを有する機械的作動パネル音響システムの一部に関する一実施例の側面断面図を示す。図示するように、パネル１１０は３つのサブパネル４１０、４２０、及び４３０を有し、それぞれは異なる厚さを有する。したがって、サブパネル４１０、４２０、及び４３０が同じ長さ及び幅を有する場合であっても、その厚さが異なるため、共振周波数の異なる可能性がある。

一実施形態では、各サブパネルのアクチュエータは、個別にデジタル信号処理されたオーディオ信号によって駆動される。図５は、機械的作動パネル音響システムのサブパネルオーディオ信号を別々に並行して処理するために複数のデジタル信号プロセッサを使用する一実施形態のオーディオ信号処理システム５００のブロック図を例示するものである。一実施形態では、オーディオ信号処理システム５００は、上記の図１及び図２Ａで説明したオーディオデバイス１００の一部として、アクチュエータ及びサブパネルと同じエンクロージャ内に収容することができる。オーディオ信号処理システム５００は、１つ以上の入力オーディオ信号（例えば、単一チャネル又はモノラルオーディオ、左右のステレオ、又は５．１マルチチャネルオーディオ）を処理して、上記の図１〜図３で説明したパネル音響システムのサブパネルを駆動するサブパネル信号を生成する。図に示すように、オーディオ信号処理システム５００は、チャネル合成器５０５、マスタオーディオプロセッサ５３０、いくつかのサブパネルデジタル信号プロセッサ５１０ａ〜５１０ｃ、及びいくつかの増幅器５２０ａ〜５２０ｃを備えることができる。

機械的作動パネル音響システムの各サブパネルは、デジタル信号プロセッサ及び増幅器によって個々に処理又は制御されるサブバンドオーディオ信号によって駆動される。例えば、オーディオ信号駆動サブパネル１２０は、サブパネルデジタル信号プロセッサ５１０ａ及び増幅器５２０ａで処理され、オーディオ信号駆動サブパネル１２１は、サブパネルデジタル信号プロセッサ５１０ｂ及び増幅器５２０ｂで処理され、オーディオ信号駆動サブパネル１２５は、サブパネルデジタル信号プロセッサ５１０ｃ及び増幅器５２０ｃで処理される。

一実施形態では、チャネル合成器５０５は、入力オーディオ信号、例えば、左右のオーディオチャネルを合成し、合成されたオーディオ信号をサブパネルデジタル信号プロセッサ５１０ａ〜５１０ｃに送信する。サブパネルデジタル信号プロセッサ５１０ａ〜５１０ｃの各々は、例えばバンドパスフィルタを用いて受信したオーディオ信号をフィルタ処理して、サブバンドオーディオ信号（これは、対応するサブパネルのアクチュエータを駆動するサブパネル信号となり得る）を導出する。一実施形態では、サブバンドオーディオ信号のスペクトルコンテンツは、対応するサブパネルの共振周波数に、又はその近傍に存在する。一実施形態では、サブパネルデジタル信号プロセッサ５１０ａ〜５１０ｃのそれぞれは、（対応するサブパネルのサブパネル信号を導出するために）そのサブバンド信号に個別に等化、クロスオーバーフィルタ処理、遅延、又はオールパスフィルタ処理を実行することもまたできる。一実施形態では、サブパネルデジタル信号プロセッサ（例えば、５１０ａ〜５１０ｃ）は、個々のサブパネルオーディオ信号の振幅及び位相を制御し、これらのオーディオ信号によって駆動される全てのサブパネルの音響合計がコヒーレントかつ強め合うものとなる。即ち、全てのサブパネルは、強め合う干渉を備えた音響出力を生成する。一実施形態では、サブパネルデジタル信号プロセッサ５１０ａ〜５１０ｃは、強め合う干渉を達成するために、マスタオーディオプロセッサ５３０と通信する。

一実施形態では、サブパネルデジタル信号プロセッサ（例えば、５１０ａ〜５１０ｃ）による処理のおかげで、各サブパネルからの音は、ほぼ同時にリスナに到達する。これらの音響結果のためには、それらのサブパネル信号が適切に生成又は制御されることを確実にするために（例えば、それらの間の相対的な大きさ及び位相の挙動を設定するために）、１つ以上のデジタル信号プロセッサ５１０がお互いと、又はマスタオーディオプロセッサ５３０と通信することが必要となる場合がある。一実施形態では、かかる機構によって、デジタル信号プロセッサの一部は、特定のサブパネルを駆動するサブパネル信号エネルギーの大部分をサブパネルの１：１振動モードの周波数のまわりに必ず集中させるようにすることが可能になる。一実施形態では、デジタル信号プロセッサは、２つ以上のサブパネルによって共有され得る。即ち、１つのデジタル信号プロセッサは、同じ共振周波数を有する２つ以上のサブパネルを駆動するために、オーディオ信号を処理することができる。

図６は、プロセス６００と呼ばれる、音響出力を生成するためにデバイスのパネルを使用する、そのデバイスで実行されるプロセス動作のリストである。一実施形態では、プロセス６００は、図１及び図２Ａのオーディオデバイス１００によって実行され、入力オーディオ信号を音に変換することができる。図６に示すように、プロセス６００は、デバイスのパネルがいくつかのサブパネルに分割されていることを前提とし（ブロック６０５）、別々のアクチュエータが取り付けられて各サブパネルを振動させ、各サブパネルは、目標の共振周波数、及びそれを振動させるための対応するアクチュエータを有している。パネルは、デバイスの外側エンクロージャの一部である。

ブロック６１０において、プロセス６００は、（例えば、マルチチャネルデジタルオーディオから導出された）オーディオ信号を受信する。各サブパネルについて、プロセス６００は、サブパネルの共振周波数に、又はその近傍に存在するサブバンドオーディオ信号を導出又は生成するために、オーディオ信号をフィルタ処理する（ブロック６１５）。各サブパネルについて、プロセス６００は、サブパネルの１つ以上のアクチュエータを駆動しているサブバンドオーディオ信号を処理して、全てのサブパネルの音響合計が強め合う干渉をもたらすようにする（ブロック６２０）。一実施形態では、ブロック６１５及び６２０の動作は、上記の図５で説明したオーディオ信号処理システム５００によって実行される。

プロセス６００は、サブパネルのアクチュエータを、処理されたサブバンドオーディオ信号によって駆動する（ブロック６２５）。当業者であれば、プロセス６００は、音響出力を生成するためにデバイスのパネルを使用する動作の概念的表現であることが分かるであろう。プロセス６００の具体的な動作は、図示及び説明された厳密な順序で実行されなくてもよい。特定の動作は、１つの連続系列の動作の中では実行されない場合があり、さまざまな特定の動作は、さまざまな実施形態で実行されることがある。更に、プロセス６００は、いくつかのサブプロセスを使用して、又はより大きいマクロプロセスの一部として、実施することができる。

一実施形態では、サブパネルの共振周波数は、音階の音符と一致するように設計することができる。図７は、サブパネルのオーディオ信号を音階の音符に一致させる実施例を示す。この図に示すように、曲線７１０〜７１４は、５つの異なるサブパネルの音響出力をそれぞれ表している。各サブパネルの共振周波数は音階の音符に対応する。例えば、音響出力曲線７１０を生成するサブパネルの共振周波数は音符７２０に対応し、音響出力曲線７１１を生成するサブパネルの共振周波数は音符７２１に対応し、以下同様である。周波数帯域７３０〜７３４の各々は、音符を取り囲む狭い（高Ｑ）周波数帯域を表す。例えば、周波数帯域７３０は、音符７２０を取り囲む狭い周波数帯域を表し、周波数帯域７３１は、音符７２１を取り囲む狭い周波数帯域を表し、以下同様である。

一実施形態では、入力オーディオ信号が、音階の音符を取り囲むその狭い周波数帯域のうちの１つに入るスペクトルコンテンツを有する場合、（対応するサブパネルを駆動するために生成される）関連するサブパネルオーディオ信号は、対応する音符に一致又は同調（又は変換）させられる。例えば、周波数帯域７３０内の任意の場所のスペクトルコンテンツが音符７２０として再生され、周波数帯域７３１内のオーディオ信号は、音符７２１として再生され、以下同様である。一実施例では、４３６Ｈｚは音符Ａ４を取り囲む狭い周波数帯域内にあるため、４３６Ｈｚのオーディオ信号は４４０Ｈｚ（音符Ａ４）として再生される。このチューニングを実行することにより、オーディオデバイスは、より音楽的でより効果的に聞こえる。

図８は、プロセス８００と呼ばれる、音階の音符にオーディオ信号を一致させるための、デバイスにおいて実行される動作のフローチャートを例示する。一実施形態では、図１及び図２Ａのオーディオデバイス１００は、入力オーディオ信号を音に変換するプロセス８００を実行する。図８に示すように、プロセス８００は、各サブパネルが目標とする共振周波数を有するように、デバイスのパネルをいくつかのサブパネルに分割する（ブロック８０５）。このパネルは、デバイスのエンクロージャの一部である。一実施形態では、サブパネルの共振周波数は、上記の図７に関して説明したように、音階の音符に対応する。

ブロック８１０において、プロセス８００はオーディオ信号を受信する。プロセス８００は、オーディオ信号のフレームを選択する（ブロック８１５）。サブパネルの共振周波数を取り囲む周波数帯域内の各周波数成分について、プロセス８００は、その周波数成分におけるオーディオ信号の振幅を測定する（ブロック８２０）。プロセス８００は、その周波数成分におけるオーディオ信号の振幅が所定の閾値よりも大きいか否かを判定する（ブロック８２５）。その振幅が閾値よりも大きくない場合、プロセス８００はブロック８３５に進む。しかし、その周波数成分におけるオーディオ信号の振幅が閾値よりも大きい場合、プロセス８００は、図７に関連して上述したように、サブパネルの共振周波数としての周波数成分のオーディオ信号を再生する（ブロック８３０）。一実施形態では、ブロック８２０及び８２５の動作は、バンドパスフィルタ及びＲＭＳ（２乗平均平方根）レベルメータによって実行される。

ブロック８３５において、プロセス８００は、処理のためのオーディオ信号の更なるフレームがあるかどうかを判定する。更なるフレームがある場合、プロセス８００は、ブロック８１５にループバックして、オーディオ信号の次のフレームを選択する。更なるフレームが存在しない場合、プロセス８００は終了する。一実施形態では、ブロック８１５〜８２５の動作は、上記の図５で説明したオーディオ信号処理システム５００によって実行される。

当業者であれば、プロセス８００は、音響出力を生成するためにデバイスのパネルを使用する動作の概念的表現であることが分かるであろう。プロセス８００の具体的な動作は、図示及び説明された厳密な順序で実行されなくてもよい。特定の動作は、１つの連続系列の動作の中では実行されない場合があり、さまざまな特定の動作は、さまざまな実施形態で実行されることがある。更に、プロセス８００は、いくつかのサブプロセスを使用して、又はより大きいマクロプロセスの一部として、実施することができる。

一実施形態では、各サブパネルは、それ自身の密封された後方空気容積を有することができる。別の実施形態では、裏当てフレームは、全てのサブパネルが共通の後方空気容積を共有するように、サブパネルの後方空気容積を接続する空気通路を備えてもよい。サブパネルの背後の密閉された後方空気容積は、サブパネルの共振周波数を決定する際のバネとして作用する。サブパネルの共振周波数は、それ自身の曲げ剛性及びその背後の空気容積の剛性の関数である。サブパネルの全体の共振に対するその空気容積の相対的な寄与は、サブパネルのサイズに比例する。サブパネル自体が緩いものでも、大きなサブパネルが小さな空気容積に押し付けられると、実際には非常に剛性を有するものである。したがって、サブパネルのさまざまな容積の空気の全てを接続する場合、全てのサブパネルは、最も緩い可能性のあるばねを生じ得る。

図９は、全てのサブパネルが共通の後方空気容積を共有する一実施形態の音響システムの一例を示す。この図に示すように、サブパネル３０５、３１０、３１５、３２０及び３２５の後方空気容積を接続する複数の空気通路９１０〜９１５が裏当てフレーム内に存在し、その結果、全てのサブパネルが共通の後方空気容積を共有する。

共通の後方空気容積を共有することにより、各サブパネルの空気の剛性ははるかに小さくなる。これによって、サブパネルの有効共振周波数を低くすることができる。これにより、サブパネルの共振周波数の決定において、サブパネルの曲げ剛性を支配的にすることができる。サブパネルの曲げ剛性を支配的にすることは、目標とする共振周波数を達成するのに有利である。

いくつかの実施形態について説明し添付の図面に示してきたが、かかる実施形態は大まかな発明を単に例示するものであってそれを限定するものではない。また、他の種々の変更が当業者に想起され得るため、本発明は図示及び説明した特定の構成及び配置には限定されないことを理解されたい。したがって、本説明は、限定的ではなく、例示的であるとみなされる。

Claims (20)

1. 電子オーディオデバイスであって、
   前記電子デバイスの外部エンクロージャの一部であって、複数のサブパネルに分割され、前記複数のサブパネルの各サブパネルが、音階の音符に対応する共振周波数を有する、パネルと、
   複数のサブパネルアクチュエータであって、その各々が前記複数のサブパネルのうちの対応する１つに取り付けられ、前記対応するサブパネルを振動させることによって、対応するサブパネルオーディオ信号を音響出力に変換する、複数のサブパネルアクチュエータと、
   複数のデジタル信号プロセッサであって、その各々が、前記サブパネルアクチュエータを駆動している前記対応するサブパネルオーディオ信号を制御し、前記複数のデジタル信号プロセッサのデジタル信号プロセッサが、前記対応するサブパネルオーディオ信号が前記対応するサブパネルの前記共振周波数になるように、オーディオ信号を受信して前記オーディオ信号をフィルタ処理して前記対応するサブパネルオーディオ信号を生成する、複数のデジタル信号プロセッサと、
   を備える電子オーディオデバイス。
2. 前記パネルに取り付けられ、前記複数のサブパネルに境界条件を提供する、１つ以上の裏当てフレームを更に備え、前記境界条件は、各サブパネルの前記共振周波数を規定する、請求項１に記載の電子デバイス。
3. 前記サブパネルのうちの少なくとも２つは、異なる共振周波数を有する、請求項２に記載の電子デバイス。
4. 前記対応するサブパネルオーディオ信号のスペクトルコンテンツは、前記サブパネルの前記共振周波数に、又はその近傍に存在する、請求項２に記載の電子デバイス。
5. 前記複数のサブパネルの前記音響出力の和が、広い周波数帯域にわたって低周波音を生成する、請求項４に記載の電子デバイス。
6. 前記１つ以上の裏当てフレームは、前記複数のサブパネルが後方空気容積を共有するように、前記複数のサブパネルの後方空気容積を接続する空気通路を有する、請求項２に記載の電子デバイス。
7. サブパネル分割は左右対称であり、前記複数のサブパネルはステレオのオーディオを生成することができる、請求項１に記載の電子デバイス。
8. サブパネル分割が非対称であり、前記複数のサブパネルのうちの２つ以上が励起されてモノラルオーディオを生成することができる、請求項１に記載の電子デバイス。
9. 各サブパネルは密閉された後方容積を有する、請求項１に記載の電子デバイス。
10. 複数のサブパネルに分割されたパネルを含むデバイス上で可聴音を生成する方法であって、
    オーディオ信号を受信することと、
    前記オーディオ信号をフィルタ処理することによって、複数のサブバンドオーディオ信号を生成することであって、前記複数のサブバンドオーディオ信号の各サブバンドオーディオ信号が、前記複数のサブパネルの対応するサブパネルの共振周波数になるように、前記オーディオ信号がフィルタ処理される、ことと、
    前記複数のサブバンドオーディオ信号を別々に処理することと、
    前記デバイスの前記パネルの前記複数のサブパネルに関連付けられた複数のアクチュエータを、前記複数の処理されたサブバンドオーディオ信号によって駆動することと、
    を含み、前記パネルは、前記デバイスのエンクロージャの一部である、方法。
11. 前記複数のサブバンドオーディオ信号の各々は、前記複数のサブパネルのうちの１つのサブパネルに関連付けられた１つ以上のアクチュエータを駆動する、請求項１０に記載の方法。
12. サブバンドオーディオ信号のスペクトルコンテンツは、前記サブバンドオーディオ信号によって駆動されるサブパネルの共振周波数に存在する、請求項１１に記載の方法。
13. サブバンドオーディオ信号のスペクトルコンテンツは、前記サブバンドオーディオ信号によって駆動されるサブパネルの共振周波数を取り囲む、請求項１１に記載の方法。
14. デバイス上で可聴音を生成する方法であって、
    オーディオ信号を受信することと、
    前記オーディオ信号をフィルタ処理することによって、複数のサブバンドオーディオ信号を生成することと、
    前記複数のサブバンドオーディオ信号を別々に処理することと、
    前記デバイス上のパネルの複数のサブパネルに関連付けられた複数のアクチュエータを、前記複数の処理されたサブバンドオーディオ信号によって駆動することと、を含み、前記パネルは、前記デバイスのエンクロージャの一部であり、
    前記サブバンドオーディオ信号の前記処理は、
    前記サブバンドオーディオ信号内の各周波数成分について、前記周波数成分における前記サブバンドオーディオ信号の振幅が閾値を超えているかどうかを判定することと、
    前記周波数成分における前記サブバンドオーディオ信号の前記振幅が前記閾値を超えているとき、前記周波数成分における前記サブバンドオーディオ信号を、前記サブパネルの共振周波数に一致させることと、を含む、方法。
15. 前記サブパネルの前記共振周波数は、音階の音符に対応する、請求項１３に記載の方法。
16. 前記複数のサブバンドオーディオ信号の各々は、前記複数のサブパネルの音響出力がコヒーレントであり、強め合って合成されることができるように個別に処理される、請求項１０に記載の方法。
17. 前記複数のサブパネルの音響合計が、広帯域にわたって低周波音を生成する、請求項１０に記載の方法。
18. 複数のサブパネルに分割されたパネルであって、前記複数のサブパネルの各サブパネルが、音階の音符に対応する共振周波数を有する、パネルと、
    前記複数のサブパネルの各々について、前記サブパネルに取り付けられ、かつ、前記サブパネルを振動させることによって対応するサブパネルオーディオ信号を音響出力に変換する、１つ以上のアクチュエータと、
    前記複数のサブパネルの各々について、前記サブパネルに取り付けられた前記１つ以上のアクチュエータを駆動している前記対応するサブパネルオーディオ信号を制御するデジタル信号プロセッサと、を備え、
    前記デジタル信号プロセッサは、前記対応するサブパネルオーディオ信号が前記対応するサブパネルの前記共振周波数になるように、オーディオ信号を受信して、受信した前記オーディオ信号をフィルタ処理して、前記対応するサブパネルオーディオ信号を生成するる装置。
19. 前記パネルに取り付けられて前記複数のサブパネルに境界条件を提供する１つ以上の裏当てフレームを更に備え、前記境界条件は各サブパネルの前記共振周波数を規定する、請求項１８に記載の装置。
20. 前記サブパネルのうちの少なくとも２つは、異なる共振周波数を有する、請求項１９に記載の装置。

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