(57)【要約】  力アクチュエータの固定されたアレイを有する可撓性パネル、信号処理システム、およびインタフェース電子回路で構成されるスピーカシステムが説明される。説明されるこのシステムは、パネルの任意の位置で定常屈曲波のパターンを生成することができ、パネルの平面内の選択された位置に局所的な音響源を生成するために、定常波の瞬間の振幅、速度、または加速度を、オーディオ信号によって制御することができる。
2019504531.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パネルの振動を空間的および時間的に制御する方法であって、
形状関数およびオーディオ信号を受信するステップと、
前記形状関数の帯域制限されたフーリエ級数表現を決定するステップと、
前記オーディオ信号と前記形状関数の前記帯域制限されたフーリエ級数表現とから１つまたは複数のモード加速度を算出するステップと、
周波数領域プレート曲げモード応答を用いて、前記１つまたは複数のモード加速度を生成するのに必要な１つまたは複数のモード力を算出するステップと、
前記周波数領域プレート曲げモード応答に対応する離散時間フィルタに関連した応答を決定するステップと、
複数のドライバ要素中の各ドライバ要素に要求される力を決定するために前記１つまたは複数のモード力を合計するステップと、
前記複数のドライバ要素中の各ドライバ要素に要求される１つまたは複数の力のマルチチャンネルデジタル／アナログ変換および増幅を実行するステップと、
前記複数のドライバ要素中の各ドライバ要素に要求される変換および増幅した前記力を用いて複数の増幅器を駆動するステップと
を含む、方法。
【請求項２】
左チャンネル、中央チャンネル、および右チャンネルは、サラウンド音を生成するように前記複数のドライバ要素によって励振される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
左チャンネルおよび右チャンネルは、ステレオ音を生成するように前記複数のドライバ要素によって励振される、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記オーディオ信号は、ディスプレイに関連した画像の一部、および前記ディスプレイに関連した映像の一部からなる群から選択される１つに空間的に結び付けられる、請求項１から３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
予め決定された配置で前記パネル上に前記複数のドライバ要素を配置するステップをさらに含む、請求項１から４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記予め決定された配置は、前記パネル上に均一なグリッド状パターンを備える、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記複数のドライバ要素の部分の少なくとも一部は、電磁スペクトルの可視部分に対して透明である、請求項１から６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
前記予め決定された配置は、前記パネルの外縁のまわりに配置される前記ドライバ要素を備える、請求項５から７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
ドライバ要素は、前記パネルの前記外縁に関連したベゼルの下に配置される、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記パネルの前記外縁に関連したベゼルの下に配置される前記ドライバ要素は、動的磁石ドライバ要素およびコイルドライバ要素の１つまたは複数を備える、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記ドライバ要素は、前記パネルの予め定められた音響モードを駆動するために前記パネル上の予め決定された最適化位置に配置される、請求項１から１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
前記パネルの予め定められた音響モードを駆動するための前記パネル上の前記予め決定された最適化位置は、前記予め決定された音響モードの数学的に決定されたピークを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記ディスプレイ上の予め決定された位置で定められた前記パネルの平面と直角をなす方向を定めるベクトルに対して予め決定された角度範囲内に受信機が配置される場合、前記オーディオ信号は、前記予め決定された角度範囲の外側に配置された受信機がビーム操作技法によって動的に制御されるよりも大きい振幅を有するオーディオ信号を前記受信機が受信するように送出される、請求項１から１２のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
パネルの振動を空間的および時間的に制御するためのシステムであって、
（例えば、バックライト、偏光材料層、および色フィルタ層を有する）ディスプレイの機能部分と、
（例えば、シールド層、圧電フィルム層、電極、および保護用のカバーガラスを有する）プレートおよび複数のドライバ要素を備えるオーディオ層であって、前記ディスプレイの前記機能部分は前記オーディオ層に近接している、オーディオ層と、
プロセッサ、および命令が記憶されているメモリとを備え、前記プロセッサが前記命令を実行することにより、前記プロセッサが、
形状関数およびオーディオ信号を受信し、
前記形状関数の帯域制限されたフーリエ級数表現を決定し、
前記オーディオ信号と前記形状関数の前記帯域制限されたフーリエ級数表現とから１つまたは複数のモード加速度を算出し、
周波数領域プレート曲げモード応答を用いて、前記１つまたは複数のモード加速度を生成するのに必要な１つまたは複数のモード力を算出し、
前記周波数領域プレート曲げモード応答に対応する離散時間フィルタに関連した応答を決定し、
複数のドライバ要素中の各ドライバ要素に要求される１つまたは複数の力を発見するために前記１つまたは複数のモード力を合計し、
複数のドライバ要素中の各ドライバ要素に要求される力のマルチチャンネルデジタル／アナログ変換および増幅を実行し、
前記複数のドライバ要素中の各ドライバ要素に要求される変換および増幅した前記力を用いて複数の増幅器を駆動する、システム。
【請求項１５】
前記オーディオ層は、前記ディスプレイの前記機能部分の少なくとも一部の上に積層される、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記ディスプレイの前記機能部分は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、発光ダイオードディスプレイ（ＬＥＤ）、および有機発光ダイオードディスプレイ（ＯＬＥＤ）からなる群から選択される、請求項１４または１５に記載のシステム。
【請求項１７】
スペーサ要素が、（例えば、前記パネルが振動しても振動しなくてもよいように）前記オーディオ層と前記ディスプレイの前記機能部分との間に存在し得る、請求項１４から１６のいずれかに記載のシステム。
【請求項１８】
前記オーディオ層の少なくとも一部は、タッチパネルと前記ディスプレイの前記機能部分の少なくとも一部との間に配置される、請求項１４から１７のいずれかに記載のシステム。
【請求項１９】
前記プロセッサが実行するとき、前記命令によって、さらに、前記プロセッサは、予め決定された配置で前記パネル上に前記複数のドライバ要素を配置する、請求項１４から１８のいずれかに記載のシステム。
【請求項２０】
前記予め決定された配置は、前記パネル上に均一なグリッド状パターンを備える、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２１】
前記ドライバ要素の少なくとも一部は、電磁スペクトルの可視部分に対して透明である、請求項１４から２０のいずれかに記載のシステム。
【請求項２２】
前記予め決定された配置は、前記パネルの外縁のまわりに配置される前記ドライバ要素を備える、請求項１４から２１のいずれかに記載のシステム。
【請求項２３】
ドライバ要素は、前記パネルの前記外縁に関連したベゼルの下に配置される、請求項２２に記載のシステム。
【請求項２４】
前記パネルに関連したベゼルの下に配置される前記ドライバ要素は、動的磁石およびコイルドライバを備える、請求項２３に記載のシステム。
【請求項２５】
ドライバ要素は、前記パネルの予め定められた音響モードを駆動するために前記パネル上の予め決定された最適化位置に配置される、請求項１４から２４のいずれかに記載のシステム。
【請求項２６】
前記パネル上で予め定められた音響モードを駆動するための前記パネル上の前記予め決定された最適化位置は、前記予め定められた音響モードの数学的に決定されたピークを含む、請求項２５に記載のシステム。
【請求項２７】
左チャンネル、中央チャンネル、および右チャンネルは、サラウンド音を生成するように前記複数のドライバ要素によって励振される、請求項１４から２６のいずれかに記載のシステム。
【請求項２８】
左チャンネルおよび右チャンネルは、ステレオ音を生成するように前記複数のドライバ要素によって励振される、請求項１４から２６のいずれかに記載のシステム。
【請求項２９】
前記オーディオ信号は、ディスプレイに関連した画像および映像の少なくとも一部に空間的に結び付けられる、請求項１４から２８のいずれかに記載のシステム。
【請求項３０】
前記ディスプレイ上の予め決定された位置で定められた前記パネルの平面と直角をなす方向を定めるベクトルに対して予め決定された角度範囲内に受信機が配置される場合、前記オーディオ信号は、前記予め決定された角度範囲の外側に配置された受信機がビーム操作技法によって動的に制御されるよりも大きい振幅を有するオーディオ信号を前記受信機が受信するように送出される、請求項１４から２９のいずれかに記載のシステム。
【請求項３１】
パネルの振動を空間的および時間的に制御することによってオーディオシーンを生成するために仮想の音を発生させる方法であって、
オーディオ信号を受信するステップと、
仮想の音響源に関連した１つまたは複数の距離キューを受信するステップであって、前記仮想の音響源がパネルの背後の音響源を表す、受信するステップと、
前記パネル上の１つまたは複数の予め決定された位置における１つまたは複数の音響波面を算出するステップと、
前記オーディオ信号および１つまたは複数の距離キューおよび音響波面から１つまたは複数のモード加速度を算出するステップと、
周波数領域プレート曲げモード応答を用いて、前記１つまたは複数のモード加速度を生成するのに必要な１つまたは複数のモード力を算出するステップと、
前記周波数領域プレート曲げモード応答に対応する離散時間フィルタに関連した応答を決定するステップと、
ドライバ要素のアレイ中の各ドライバ要素に要求される１つまたは複数の力を決定するために前記１つまたは複数のモード力を合計するステップと、
ドライバ要素のアレイ中の各ドライバ要素に要求される前記力のマルチチャンネルデジタル／アナログ変換および増幅を実行するステップと、
ドライバ要素のアレイ中の各ドライバ要素に要求される変換および増幅した前記力を用いて複数の増幅器を駆動するステップと
を含む、方法。
【請求項３２】
左チャンネル、中央チャンネル、および右チャンネルは、サラウンド音を生成するために前記複数のドライバ要素によって励振される、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
左チャンネルおよび右チャンネルは、ステレオ音を生成するために前記複数のドライバ要素によって励振される、請求項３１に記載の方法。
【請求項３４】
前記オーディオ信号は、ディスプレイに関連した画像および映像の少なくとも一部の１つまたは複数の部分に空間的に結び付けられる、請求項３１から３３のいずれかに記載の方法。
【請求項３５】
前記パネルの１つまたは複数の部分は、ドライバ要素の１つまたは複数のアレイに割り当てられ、アレイ処理方法を使用して、前記パネルの平面と直角をなす方向を定めるベクトルに対して優先的な角度に前記オーディオ信号を送出する、請求項３１から３４のいずれかに記載の方法。
【請求項３６】
前記アレイ処理方法は、フェーズドアレイ技法を含む、請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記ディスプレイ上の予め決定された位置で定められた前記パネルの平面と直角をなす方向を定めるベクトルに対して予め決定された角度範囲内に受信機が配置される場合、前記オーディオ信号は、前記予め決定された角度範囲の外側に配置された受信機よりも大きい振幅を有するオーディオ信号を前記受信機が受信するように送出される、請求項３１から３６のいずれかに記載の方法。
【請求項３８】
予め決定された配置で前記パネル上に前記複数のドライバ要素を配置するステップをさらに含む、請求項３１から３７のいずれかに記載の方法。
【請求項３９】
前記予め決定された配置は、前記パネル上に均一なグリッド状パターンを備える、請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記ドライバ要素の少なくとも一部は、電磁スペクトルの可視部分に対して透明である、請求項３１から３９のいずれかに記載の方法。
【請求項４１】
前記予め決定された配置は、前記パネルの外縁のまわりに配置される前記ドライバ要素を備える、請求項３８に記載の方法。
【請求項４２】
ドライバ要素は、前記パネルの前記外縁に関連したベゼルの下に配置される、請求項３１から４１のいずれかに記載の方法。
【請求項４３】
前記パネルに関連したベゼルの下に配置される前記ドライバ要素は、動的磁石ドライバ要素およびコイルドライバ要素からなる群から選択される、請求項４２に記載の方法。
【請求項４４】
前記ドライバ要素は、前記パネルの予め定められた音響モードを駆動するために前記パネル上の予め決定された最適化位置に配置される、請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
前記パネル上で予め定められた音響モードを駆動するための前記パネル上の前記予め決定された最適化位置は、前記予め定められた音響モードに関連した数学的に決定されたピークを含む、請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
前記ディスプレイ上の予め決定された位置で定められた前記パネルの平面と直角をなす方向を定めるベクトルに対して予め決定された角度範囲内に受信機が配置される場合、前記オーディオ信号は、前記予め決定された角度範囲の外側に配置された受信機がビーム操作技法によって動的に制御されるよりも大きい振幅を有するオーディオ信号を前記受信機が受信するように送出される、請求項３１から４５のいずれかに記載の方法。
【請求項４７】
１つまたは複数のカメラが、１人または複数人の視聴者の位置を追跡するために使用され、前記位置は、前記オーディオ信号を前記１人または複数人の視聴者のうちの１人または複数人に向けるために使用される前記ビーム操作技法によって用いられる、請求項３１から４６のいずれかに記載の方法。
【請求項４８】
前記ディスプレイ上の予め決定された位置で定められた前記パネルの平面と直角をなす方向を定めるベクトルに対して予め決定された角度範囲内に受信機が配置される場合、前記オーディオ信号は、前記予め決定された角度範囲の外側に配置された受信機がビーム操作技法によって動的に制御されるよりも大きい振幅を有するオーディオ信号を前記受信機が受信するように送出される、請求項３１から４７のいずれかに記載の方法。
【請求項４９】
パネルの振動を空間的および時間的に制御するためのシステムであって、
プロジェクタと、
パネルの裏側に取り付けられた複数の駆動要素と、
前記プロジェクタに面する反射スクリーンと、
プロセッサ、および命令が記憶されているメモリとを備え、前記プロセッサが実行するとき、前記命令によって、前記プロセッサが、
形状関数およびオーディオ信号を受信し、
前記形状関数の帯域制限されたフーリエ級数表現を決定し、
前記オーディオ信号と前記形状関数の前記フーリエ級数表現とから１つまたは複数のモード加速度を算出し、
周波数領域プレート曲げモード応答を用いて、前記１つまたは複数のモード加速度を生成するのに必要な１つまたは複数のモード力を算出し、
前記周波数領域プレート曲げモード応答に対応する離散時間フィルタに関連した応答を決定し、
複数のドライバ要素中の各ドライバ要素に要求される力を決定するために前記１つまたは複数のモード力を合計し、
複数のドライバ要素中の各ドライバ要素に要求される１つまたは複数の力のマルチチャンネルデジタル／アナログ変換および増幅を実行し、
複数のドライバ要素中の各ドライバ要素に要求される変換および増幅した前記力を用いて複数の増幅器を駆動する、システム。
【請求項５０】
左チャンネル、中央チャンネル、および右チャンネルは、サラウンド音を生成するように前記ドライバ要素によって励振される、請求項４９に記載のシステム。
【請求項５１】
左チャンネルおよび右チャンネルは、ステレオ音を生成するために前記ドライバ要素によって励振される、請求項４９または５０に記載のシステム。
【請求項５２】
前記オーディオ信号は、ディスプレイに関連した画像および映像の少なくとも一部の１つまたは複数の部分に空間的に結び付けられる、請求項４９から５１のいずれかに記載のシステム。
【請求項５３】
予め決定された配置で前記パネル上に前記複数のドライバ要素を配置することをさらに含む、請求項４９から５２のいずれかに記載のシステム。
【請求項５４】
前記予め決定された配置は、前記パネル上に均一なグリッド状パターンを備える、請求項５３に記載のシステム。
【請求項５５】
前記ドライバ要素の少なくとも一部は、電磁スペクトルの可視部分に対して透明である、請求項４９から５４いずれかに記載のシステム。
【請求項５６】
前記予め決定された配置は、前記パネルの外縁のまわりに配置される前記ドライバ要素を備える、請求項５３に記載のシステム。
【請求項５７】
ドライバ要素は、前記パネルの外縁に関連したベゼルの下に配置される、請求項４９から５６のいずれかに記載のシステム。
【請求項５８】
前記パネルに関連したベゼルの下に配置される前記ドライバ要素は、動的磁石ドライバ要素およびコイルドライバ要素からなる群から選択される、請求項５７に記載のシステム。
【請求項５９】
前記ドライバ要素は、前記パネルの予め定められた音響モードを駆動するために前記パネル上の予め決定された最適化位置に配置される、請求項４９から５８のいずれかに記載のシステム。
【請求項６０】
前記パネルの所与の音響モードを駆動するための前記パネル上の前記予め決定された最適化位置は、前記予め定められた音響モードの数学的に決定されたピークを含む、請求項５９に記載のシステム。
【請求項６１】
前記プロジェクタに対して予め決定された位置で定められた前記パネルの平面と直角をなす方向を定めるベクトルに対して予め決定された角度範囲内に受信機が配置される場合、前記オーディオ信号は、前記予め決定された角度範囲の外側に配置された受信機がビーム操作技法によって動的に制御されるよりも大きい振幅を有するオーディオ信号を前記受信機が受信するように送出される、請求項４９から６０のいずれかに記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、「ＳＹＳＴＥＭＳ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤＳ  ＦＯＲ  ＡＵＤＩＯ  ＳＣＥＮＥ  ＧＥＮＥＲＡＴＩＯＮ  ＢＹ  ＥＦＦＥＣＴＩＮＧ  ＳＰＡＴＩＡＬ  ＡＮＤ  ＴＥＭＰＯＲＡＬ  ＣＯＮＴＲＯＬ  ＯＦ  ＴＨＥ  ＶＩＢＲＡＴＩＯＮＳ  ＯＦ  Ａ  ＰＡＮＥＬ（パネルの振動を空間的および時間的に制御することによってオーディオシーンを生成するためのシステムおよび方法）」を名称とする２０１６年１１月２５日を出願した米国特許仮出願第６２／２５９，７０２号の優先権および利益を主張するものであり、これは、全体として参照により本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
音を再現するためにダイヤフラムまたはプレートの振動の曲げモード振動を用いるスピーカは、少なくとも９０年前に初めて提案された。その設計概念は、動的な力変換器によって中心点で駆動される台形形状の樹脂発泡スチロール複合ダイヤフラム構造を「ナチュラルサウンドスピーカ」として商品化した頃の１９６０年代に再出現した。このデバイスの説明において、発明者らは、ダイヤフラムの「多共振」特性を特定し、より高次モードの存在が音生成の効率を増大させることを強調した。ナチュラルサウンドスピーカは、Ｙａｍａｈａ、Ｆｅｎｄｅｒ、および他社によって販売された楽器およびＨｉＦｉスピーカに用いられたが、今日生き残っている例を見つけることは稀である。同様のプレーナ型スピーカ設計は、Ｂｅｒｔａｇｎｉによってほぼ同じ時期に特許がとられ、Ｂｅｒｔａｇｎｉ  Ｅｌｅｃｔｒｏａｃｏｕｓｔｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ（ＢＥＳ）によって販売された。
【０００３】
プレート内の屈曲波から音を生成する基本的概念は、１９９０年代末期にＮｅｗ  Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ  Ｌｉｍｉｔｅｄによって再び採り上げられ、「分布振動モード型スピーカ」（ＤＭＬ）と名付けられた。振動型プレートスピーカの機械学、音響学、および心理音響学に関するさらなる研究は、そのような設計の問題の多くを解明し、さらなる技術開発のための設計ツールを提供しており、これらは、１９７０年代の元のＢＥＳ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎに遡り得るＳｏｎａｎｃｅによって、およびＴｅｃｔｏｎｉｃ  Ａｕｄｉｏ  ＬａｂｓやＣｌｅａｒｖｉｅｗ  Ａｕｄｉｏなどの他社によって、元のＮｅｗ  Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ  Ｌｉｍｉｔｅｄの子孫であるＲｅｄｕｘ  Ｓｏｕｎｄ  ａｎｄ  Ｔｏｕｃｈから依然として市販されている。
【０００４】
振動型パネルスピーカの物理的特徴の１つは、多数の減衰不足の機械系振動モードの存在である。対照的に、ピストン式スピーカは、ただ１つの自由度を有し得るとともに、ひどく減衰され得、これによって振動式パネルスピーカと比較してその動的応答は単純になっている。これに対処するため、励振されたパネル曲げモードのリングダウンタイムを減少させるために木材ポリマー複合材構造を用いるパネルスピーカ設計が説明されてきた。慎重な機械設計の方策がない場合、パネルスピーカ中の減衰不足の曲げモードの存在が、オーディオ品質を劣化させ得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、必要とされているものは、一部上述されている当業界の課題を克服するデバイス、システム、および方法である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書中には、広範なパネル材料および設計で高品位のオーディオ再現を実現するやり方を説明するシステムおよび方法が開示されている。このシステムおよび方法は、様々なパネル機械モードの選択的励振を可能にするために、力ドライバのアレイと組み合わせて周波数クロスオーバーネットワークを用いる。このシステムは、オーディオ信号の異なる周波数帯域がパネルの選択した機械モードによって再現されることを可能にする。例えば、高周波オーディオ成分による長いリングダウンタイムを有し得る低周波数パネルモードの駆動を避けることが好ましいものであり得る。むしろ、高周波オーディオ成分の再現のためにより高いパネルモードを用いることが望ましいものであり得る。この「モードクロスオーバー」技法は、振動式パネルスピーカに存在する過渡歪みを防ぎ、オーディオ品質を劇的に改善することができる。
【０００７】
力駆動要素のアレイを用いてパネルの選択した曲げモードを駆動するためのシステムおよび方法は、横パネル振動の空間的分布に関するより高い程度の制御も可能にする。これは、パネルの平面内の音響源の見かけの位置と放射音の空間的分布の両方である、パネルによって生成される音のより大きい程度の空間的制御を可能にすることができる。
【０００８】
一態様では、パネルの振動を空間的および時間的に制御する方法が開示されている。方法は、形状関数（ｓｈａｐｅ  ｆｕｎｃｔｉｏｎ）およびオーディオ信号を受信するステップと、形状関数の帯域制限（ｂａｎｄ  ｌｉｍｉｔｅｄ）されたフーリエ級数表現（Ｆｏｕｒｉｅｒ  ｓｅｒｉｅｓ  ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ）を決定するステップと、オーディオ信号と形状関数の帯域制限されたフーリエ級数表現とから１つまたは複数のモード加速度（ｍｏｄａｌ  ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ）を算出するステップと、１つまたは複数のモード加速度を生成するのに必要な１つまたは複数のモード力（ｍｏｄａｌ  ｆｏｒｃｅ）を算出するステップであって、周波数領域プレート曲げモード応答（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｄｏｍａｉｎ  ｐｌａｔｅ−ｂｅｎｄｉｎｇ  ｍｏｄｅ  ｒｅｓｐｏｎｓｅ）を用いることを含む、算出するステップと、周波数領域プレート曲げモード応答に対応する離散時間フィルタ（ｄｉｓｃｒｅｔｅ−ｔｉｍｅ  ｆｉｌｔｅｒ）に関連した応答を決定するステップと、複数のドライバ要素中の各ドライバ要素に要求される力を決定するために１つまたは複数のモード力を合計するステップと、複数のドライバ要素中の各ドライバ要素に要求される１つまたは複数の力のマルチチャンネルデジタル／アナログ変換および増幅を実行するステップと、複数のドライバ要素中の各ドライバ要素に要求される変換および増幅した力を用いて複数の増幅器を駆動するステップとを含む。
【０００９】
別の態様では、パネルの振動を空間的および時間的に制御するためのシステムが開示されている。このシステムは、ディスプレイの機能部分（バックライト、偏光材料層、および色フィルタ層を有する）と、プレートおよび複数のドライバ要素を備えるオーディオ層（シールド層、圧電フィルム層、電極、および保護用のカバーガラスを有する）であって、ディスプレイの機能部分はオーディオ層に近接している、オーディオ層と、プロセッサおよびメモリとを備え、プロセッサは、コンピュータが生成したコードを実行して、形状関数およびオーディオ信号を受信し、形状関数の帯域制限されたフーリエ級数表現を決定し、オーディオ信号と形状関数の帯域制限されたフーリエ級数表現とから１つまたは複数のモード加速度を算出し、１つまたは複数のモード加速度を生成するのに必要な１つまたは複数のモード力を算出し、ただし、１つまたは複数のモード力の算出は、周波数領域プレート曲げモード応答を用いることを含むものであり、周波数領域プレート曲げモード応答に対応する離散時間フィルタに関連した応答を決定し、複数のドライバ要素中の各ドライバ要素に要求される１つまたは複数の力を発見するために１つまたは複数のモード力を合計し、複数のドライバ要素中の各ドライバ要素に要求される力のマルチチャンネルデジタル／アナログ変換および増幅を実行し、複数のドライバ要素中の各ドライバ要素に要求される変換および増幅した力を用いて複数の増幅器を駆動するように構成される。
【００１０】
さらに別の態様では、パネルの振動を空間的および時間的に制御することによってオーディオシーンを生成するために仮想の音を発生させる方法が開示されている。この方法は、オーディオ信号を受信するステップと、仮想の音響源に関連した１つまたは複数の距離キュー（ｃｕｅ）を受信するステップであって、仮想の音響源がパネルの背後の音響源を表す、受信するステップと、パネル上の１つまたは複数の予め決定された位置における１つまたは複数の音響波面を算出するステップと、オーディオ信号および１つまたは複数の距離キューおよび音響波面から１つまたは複数のモード加速度を算出するステップと、１つまたは複数のモード加速度を生成するのに必要な１つまたは複数のモード力を算出するステップであって、周波数領域プレート曲げモード応答を用いることを含む、算出するステップと、周波数領域プレート曲げモード応答に対応する離散時間フィルタに関連した応答を決定するステップと、ドライバ要素のアレイ中の各ドライバ要素に要求される１つまたは複数の力を決定するために１つまたは複数のモード力を合計するステップと、ドライバ要素のアレイ中の各ドライバ要素に要求される力のマルチチャンネルデジタル／アナログ変換および増幅を実行するステップと、ドライバ要素のアレイ中の各ドライバ要素に要求される変換および増幅した力を用いて複数の増幅器を駆動するステップとを含む。
【００１１】
別の態様では、パネルの振動を空間的および時間的に制御するためのシステムが開示されている。このシステムは、プロジェクタと、パネルの裏側に取り付けられた複数の駆動要素と、プロジェクタに面する反射スクリーンと、プロセッサおよびメモリとを備え、プロセッサは、形状関数およびオーディオ信号を受信し、形状関数の帯域制限されたフーリエ級数表現を決定し、オーディオ信号と形状関数のフーリエ級数表現とから１つまたは複数のモード加速度を算出し、１つまたは複数のモード加速度を生成するのに必要な１つまたは複数のモード力を算出し、ただし、１つまたは複数のモード力の算出が、周波数領域プレート曲げモード応答を用いることを含むものであり、周波数領域プレート曲げモード応答に対応する離散時間フィルタに関連した応答を決定し、複数のドライバ要素中の各ドライバ要素に要求される力を決定するために１つまたは複数のモード力を合計し、複数のドライバ要素中の各ドライバ要素に要求される１つまたは複数の力のマルチチャンネルデジタル／アナログ変換および増幅を実行し、複数のドライバ要素中の各ドライバ要素に要求される変換および増幅した力を用いて複数の増幅器を駆動するように、コンピュータが生成したコードを実行するように構成される。
【００１２】
追加の利点は、後続の本明細書の一部に記載されており、または実施によって学習することができる。この利点は、添付の特許請求の範囲内に特に指摘された要素および組み合わせによって実現および達成される。前述の一般的説明と以下の詳細な説明の両方は、典型的かつ説明的なものにすぎず、権利主張の際に限定されないことを理解されたい。
【００１３】
本明細書の一部に組み込まれ、それを構成する添付図面は、実施形態を示し、明細書と共に方法およびシステムの原理を説明するのに役立つ。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】開示したシステムおよび方法によるレイリー積分についての座標定義を示す図である。
【図２】プレートパネルの空間的および時間的振動の制御を実現するために、ドライバ要素のアレイ内のドライバ要素ごとに、駆動信号の算出におけるステップを詳述する流れ図である。
【図３】所与のプレートモードについてターゲット加速度を実現するために、要求されるモード力の算出を可能にする離散時間フィルタの実施の流れ図である。
【図４Ａ】プレートパネルのための理想的なターゲット形状関数を示す図である。
【図４Ｂ】ターゲット形状関数の帯域制限された２次元フーリエ級数再構成を示す図である。
【図５Ａ】プレートパネルのための理想的なターゲット形状関数を示す図である。
【図５Ｂ】ターゲット形状関数の帯域制限された再構成を示す図である。この場合には、再構成が最低６４モードを用いることが示されている。
【図６】ステレオ音の再現のための（最低６４モード用の）帯域制限された再構成を示す図である。図６は、左チャンネルおよび右チャンネルを示す。
【図７】サラウンド音の再現のための（最低６４モード用の）帯域制限された再構成を示す図である。図７は、左チャンネル、右チャンネル、および中央チャンネルを示す。
【図８】ステレオ音の再現のための（最低２５６モード用の）帯域制限された再構成を示す図である。図８は、左チャンネルおよび右チャンネルを示す。
【図９】サラウンド音の再現のための（最低２５６モード用の）帯域制限された再構成を示す図である。図９は、左チャンネル、右チャンネル、および中央チャンネルを示す。
【図１０Ａ】パネル上の複数のドライバ要素を示す図である。
【図１０Ｂ】ドライバ要素がパネルの外縁（ｐｅｒｉｍｅｔｅｒ）のまわりに配置できることを示す図である。
【図１１】パネルの予め定められた音響モードの選択したセットを駆動するためにパネル上の予め決定された最適化位置に配置されるドライバ要素を示す図である。
【図１２Ａ】ドライバ要素の例をそれぞれ示す図である。具体的には、図１２Ａは動的力アクチュエータを表す。
【図１２Ｂ】ドライバ要素の例をそれぞれ示す図である。具体的には、図１２Ｂは圧電面内アクチュエータを表す。
【図１３】スタックした圧電プッシャ力アクチュエータを示す図である。
【図１４Ａ】プレートの表面に結合された個々の圧電アクチュエータのアレイの一例を示す図である。
【図１４Ｂ】プレートに結合された圧電力アクチュエータのアレイのための構成の一例を示す図である。
【図１４Ｃ】図１４ｂの構成に類似する圧電アクチュエータの構成の一例を示す図であるが、これに関して各要素がそれ自体の別個の電極ペアを有する、図である。
【図１５】オーディオ層と液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）の統合の一例を示す図である。
【図１６】ディスプレイおよびタッチパネルを備えるタッチインタフェース使用可能ディスプレイに組み込まれたオーディオ層の一例を示す図である。
【図１７Ａ】音波を放射するために所化された領域内でパネルを振動させることによって一次音響源の合成を示す図である。
【図１７Ｂ】波面再構成を用いる仮想の音響源の合成を示す図である。
【図１８Ａ】一次音響源制御の２つの可能な応用例を示す図である。具体的には、図１８Ａは、サラウンド音の応用のために中に左チャンネル、右チャンネル、および中央チャンネルを生成するように制御されるパネル振動を示す図である。
【図１８Ｂ】一次音響源制御の２つの可能な応用例を示す図である。具体的には、図１８Ｂは、ディスプレイに関連した映像または画像の一部に結合されるオーディオ源を示す。
【図１８Ｃ】一次音響源制御の２つの可能な応用例を示す図である。具体的には、図１８Ｃは、二次オーディオ源のアレイからのディスプレイの平面における複合波面が、仮想の音響源をシミュレートするために波動場合成を用いてオーディオディスプレイによってどのように合成されるかを示す。
【図１９】複数の音響源の合成した音響波面がオーディオディスプレイの平面に生成される波面再構成を示す図である。
【図２０】映像投影システムのための一例のオーディオディスプレイの実施を示す図である。力アクチュエータのアレイは、画像が上に投影される反射スクリーンの背面に取り付けられる。
【図２１】力アクチュエータのアレイを示す裏側からの投影オーディオディスプレイの一例の図である。
【図２２】フェーズドアレイ音合成方式におけるビーム操作の説明図である。
【図２３】オーディオディスプレイの平面内の一次音源の長方形アレイを示す図である。フェーズドアレイ技法は、任意の選択した方向に音響放射を向けるように用いられ得る。
【図２４】フェーズドアレイ音送出方式に用いられ得るオーディオディスプレイの平面内の一次音源の十字形アレイを示す図である。
【図２５】フェーズドアレイ音送出方式が用いられ得るオーディオディスプレイの平面内の一次音源の円形アレイを示す図である。
【図２６】パネルの背面に取り付けられるボイスコイルアクチュエータのアレイを有するＯＬＥＤディスプレイの一例を示す図である。
【図２７】ＯＬＥＤディスプレイの背面に取り付けられる圧電力アクチュエータのアレイの一例を示す図である。
【図２８Ａ】ピエゾドライバアレイを有するモノリシックＯＬＥＤディスプレイの一例の拡大図である。
【図２８Ｂ】ピエゾドライバアレイを有するモノリシックＯＬＥＤディスプレイの一例の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本方法およびシステムが開示および説明される前に、本方法およびシステムは、特定の合成方法、特定の成分、または特定の組成に限定されないことを理解されたい。本明細書中に使用される専門用語は、特定の実施形態を説明するためのものにすぎず、限定であることは意図されていないことをやはり理解されたい。
【００１６】
本明細書および添付の特許請求の範囲に使用されるとき、文脈上特段明確に指示するのでない限り、単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、複数の対象を含む。範囲は、本明細書では、「約（ａｂｏｕｔ）」ある特定の値から、および／または「約」別の特定の値までと表され得る。そのような範囲が表現されるとき、別の実施形態は、ある特定の値から、および／または他方の特定の値まで含む。同様に、先行詞「約」の使用によって値が概算として表現されるとき、特定の値は、別の実施形態を形成することを理解されよう。各範囲の端点が他方の端点と関連して、および他方の端点と関係なく重要であることがさらに理解されよう。
【００１７】
「適宜の」または「適宜」は、続いて記載される事象または状況が、起こっても起こらなくてもよいことを意味するとともに、この記載が事象または状況が起こる場合も、それが起こらない場合も含むことを意味する。
【００１８】
本明細書の詳細な説明および特許請求の範囲の全体を通じて、「備える、含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」という語、ならびに「備える、含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」および「備える、含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」などのこの語の変形は、例えば、他の付加物、構成要素、整数、またはステップを「備える（含む）がこれらに限定されず」、これらを除外することは意図されていないことを意味する。「例示的な」は、「〜の一例」を意味し、好ましいまたは理想的な実施形態の必要なものを伝えることは意図されていない。「〜などの」は、限定的意味ではなく、例示的な目的で使用される。
【００１９】
開示される方法およびシステムを実行するために使用することができる構成要素が開示されている。これらのおよび他の構成要素が、本明細書中に開示されており、これらの構成要素の組み合わせ、サブセット、相互作用、グループなどが開示されるとき、これらのそれぞれの様々な個々のおよび集合的な組み合わせおよび置き換えの具体的な言及が、明確に開示されていない場合があるが、それぞれは、全ての方法およびシステムについて、本明細書中で具体体に考えられ、説明されることが理解される。これは、開示される方法のステップを含むがこれに限定されない、本出願の全ての態様に当てはまる。したがって、実施され得る様々な追加のステップがある場合、これらの追加のステップの各々は、開示される方法の任意の特定の実施形態、または実施形態の組み合わせで実施され得ることが理解されよう。
【００２０】
本方法およびシステムは、本明細書中に含まれる好ましい実施形態および実施例の以下の詳細な説明、ならびに図面およびそれらの前述または後続の説明を参照することでより容易に理解することができる。
【００２１】
当業者によって理解されるように、方法およびシステムは、完全にハードウェアの実施形態、完全にソフトウェアの実施形態、またはソフトウェアの態様とハードウェアの態様を組み合わせる実施形態の形態をとることができる。さらに、方法およびシステムは、記憶媒体中に具体化されたコンピュータ可読プログラム命令（例えば、コンピュータソフトウェア）を有するコンピュータ可読記憶媒体上のコンピュータプログラム製品の形態をとることができる。より詳細には、本方法およびシステムは、ウェブで実施されるコンピュータソフトウェアの形態をとることができる。任意の適切なコンピュータ可読記憶媒体は、ハードディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、光学記憶装置、または磁気記憶装置などが利用され得る。
【００２２】
方法およびシステムの実施形態は、方法、システム、機器、およびコンピュータプログラム製品のブロック図および流れ図を参照して後述される。ブロック図および流れ図の各ブロック、ブロック図および流れ図のブロックの組み合わせは、それぞれ、コンピュータプログラム命令によって実施することができることが理解されよう。これらのコンピュータプログラム命令は、汎用コンピュータ、専用コンピュータ、または他のプログラム可能なデータ処理装置に読み込まれて、コンピュータ、または他のプログラム可能なデータ処理装置で実行する命令が流れ図の（１つまたは複数の）ブロックで特定される機能を実施するための手段を生成するように機械を生成することができる。
【００２３】
これらのコンピュータプログラム命令は、コンピュータ、または他のプログラム可能なデータ処理装置が特定のやり方で機能するように指令することができるものであり、コンピュータ可読メモリに記憶することもでき、流れ図の（１つまたは複数の）ブロックで特定される機能を実施するためのコンピュータ可読命令を含むコンピュータ可読メモリに記憶された命令によって、製品を生産するようになっている。コンピュータプログラム命令は、コンピュータ、または他のプログラム可能なデータ処理装置に読み込まれることもでき、それによって、コンピュータ、または他のプログラム可能な装置で実行される一連の動作ステップが、コンピュータにより実施されるプロセスをもたらし、コンピュータ、または他のプログラム可能な装置で実行する命令が、流れ図の（１つまたは複数の）ブロックで特定される機能を実施するためのステップを実現するようになっている。
【００２４】
したがって、ブロック図および流れ図のブロックは、特定の機能を実行する手段の組み合わせ、特定の機能を実行するステップの組み合わせ、および特定の機能を実行するプログラム命令手段をサポートする。ブロック図および流れ図の各ブロック、ならびにブロック図および流れ図のブロックの組み合わせは、特定の機能またはステップ、あるいは専用のハードウェアの命令およびコンピュータの命令の組み合わせを実行する専用ハードウェアベースのコンピュータシステムによって実施することができるとやはり理解されよう。
【００２５】
背景および理論
パネルの振動を空間的および時間的に制御することを説明するシステムおよび方法が本明細書中に開示されており、これは、放射音の制御を可能にし得る。レイリー積分は、パネルから離れた空間内の点
【００２６】
【数１】
2019504531.tif 000003
で測定される音圧
【００２７】
【数２】
2019504531.tif 000004
を算出するために用いることができ、
【００２８】
【数３】
2019504531.tif 000005
であり、ただし、
【００２９】
【数４】
2019504531.tif 000006
は、パネルの平面内の点（ｘs，ｙs）におけるその表面と直角をなすパネルの加速度であり、Ｒは、（ｘs，ｙs）から音圧が測定される空間内の点
【００３０】
【数５】
2019504531.tif 000007
までの距離であり、ρは空気の密度であり、ｃは空気中の音速である。図１は、（１）のレイリー積分のための座標定義を示す。（ｘs，ｙs）は、パネル表面上の点を指すために使用され、ｚsは、パネルの表面と直角をなすパネルの変位であることに留意されたい。パネルは、無限のバッフル内に配置されると仮定され、したがって、積分がパネルの前面にわたって適用されさえすればよい。
【００３１】
パネルの平面内に分布した複数の音源を有することも可能であり、レイリー積分の線形性により、これらは、独立して処理することができる。しかしながら、異なる源が空間的に重なり合う場合、相互変調歪みに関する電位が存在し、これは従来のスピーカにも存在し得るものである。これは、大きい影響を有し得ないが、異なる音源の空間的分離を維持することによって、または低周波数および高周波数のオーディオ源を空間的に分離することによって、それは共に防がれ得る。
【００３２】
源の集団は、空間の関数ａ0,k（ｘs，ｙs）、および時間の関数ｓk（ｔ）に因数分解され得るパネル加速度関数
【００３３】
【数６】
2019504531.tif 000008
によって表すことができる。個々の源の合計は、Ｋ個の源が存在すると仮定して、パネルの表面と直角をなす全体のパネル加速度
【００３４】
【数７】
2019504531.tif 000009
を与える。以下において、単一のオーディオ源は、添え字ｋが捨てられるようにみなされる。したがって、
【００３５】
【数８】
2019504531.tif 000010
であり、ただし、ａ0（ｘs，ｙs）は、パネル振動の所望の空間パターンに対応する「形状関数」である。
【００３６】
形状関数は、ゆっくり変化する時間の関数であり得、例えば、オーディオ源は、オーディオディスプレイの平面内で移動することができる。音速とプレートの表面内の屈曲波の伝搬速度との比較においてオーディオ源が共にゆっくり移動していると仮定される場合、移動中の源の場合において、ａ0（ｘs，ｙs，ｔ）は、ゆっくり変わる時間の関数であり得る。次いで、急速なオーディオ周波数、時間依存性は、関数ｓ（ｔ）によって表すことができる。これは、良く知られている回転波近似に類似する。しかしながら、以下の議論において問題を単純に保つために、ａ0（ｘs，ｙs）は、時間非依存として処理される。
【００３７】
任意の形状関数は、基底関数としてパネルの曲げ垂直モードを用いるその２次元フーリエ級数によって表すことができる。実際には、パネルの空間的振動パターンのフーリエ級数表現は、帯域制限される。これは、フーリエ級数における最小（最短）空間波長が存在し得ることを意味する。特定の形状関数を維持しつつ、所与のオーディオ信号ｓ（ｔ）によりパネルを（時間で）振動させることは、フーリエ級数における各垂直モードの加速度が、オーディオ信号の時間依存性に従うことを必要とし得る。各パネル垂直モードは、１自由度を有する独立した単純な調和振動子として扱うことができ、これは、（本明細書において交換可能に力アクチュエータとも呼ばれる）ドライバ要素のアレイによって駆動することができる。ドライバ要素は、各モードの加速度を駆動し、それをオーディオ信号ｓ（ｔ）に追従させるために、パネル上に分散させることができる。オーディオ信号からモード力を算出するためのデジタルフィルタも、以下に得られる。
【００３８】
独立して励振するために、各パネル垂直モードは、パネル上に分散したドライバ要素のアレイの集合的な作用を必要とし得る。モードドライバの概念は、アレイ内の個々のドライバ要素の線形の組み合わせによって各パネル垂直モードが独立して駆動され得るものであり、以下より詳細に説明される。長方形パネルの曲げモードの再検討が、まず行われる。
【００３９】
長方形プレートの垂直モードおよびモードの周波数
パネルはｘ方向およびｙ方向に寸法ＬxおよびＬyを有する長方形プレートを備えると仮定される。厚さｈのプレートの曲げ動作を支配する式
【００４０】
【数９】
2019504531.tif 000011
は、４次の運動方程式から見つけることができ、ここで、Ｄは、
【００４１】
【数１０】
2019504531.tif 000012
によって与えられるプレートの曲げ剛性である。上記の式において、ｂは減衰定数（単位は、Ｎｔ／（ｍ／秒）／ｍ2）であり、Ｅはプレート材料（Ｎｔ／ｍ2）の弾性率であり、ｈはプレート厚さ（ｍ）であり、ρはプレート材料の密度（ｋｇ／ｍ3）であり、ｖはプレート材料についてのポアソン比である。プレートの縁部が単純に支持されるとき、垂直モードは、プレート境界でゼロになる正弦波である。正規化された垂直モードは、
φmn（ｘs，ｙs）＝２ｓｉｎ（ｍπｘs／Ｌx）ｓｉｎ（ｎπｙs／Ｌy）  （６）
によって与えられる。モードの正規化は、全体にわたって均一な質量密度のプレートに対して、
【００４２】
【数１１】
2019504531.tif 000013
となり得、ただしＭはプレートの総質量であり、Ｍ＝ρｈＬxＬy＝ρｈＡ、ここでＡ＝ＬxＬyはプレート面積である。
【００４３】
プレート内の屈曲波の伝搬速度は、（４）から見つけることができる。今のところ、減衰を無視すると、（４）の解は、プレート内の屈曲波の伝搬速度が屈曲波周波数ｆの関数
【００４４】
【数１２】
2019504531.tif 000014
であることを示す。この表現は、
【００４５】
【数１３】
2019504531.tif 000015
と書き直すことができ、ただし、ｃ0は、基準周波数ｆ0における屈曲波速度である。
【００４６】
一例として、アルミノケイ酸ガラスは、以下の物理的パラメータ、Ｅ＝７．１５×１０10Ｎｔ／ｍ2、ｖ＝０．２１、およびρ＝２．４５×１０3ｋｇ／ｍ3（全ておおよその値）を有する。パネル厚さが約０．５５ｍｍ、ｆ0＝１０００Ｈｚでｃ0＝７４．２４ｍ／秒（全ておおよその値）と仮定すると、次いで、屈曲波速度は、（９）を用いて任意の周波数で見つけることができる。
【００４７】
例えば、約３３２ｍ／秒の速度でパネルを横切る約２０，０００Ｈｚの屈曲波を考えると、約２０ｋＨｚの屈曲波の波長（オーディオ範囲の上限）は、ｖ＝ｃ／ｆ＝０．０１６６ｍ（１．６６ｃｍ）である。プレート内の約２０ｋＨｚの屈曲波を励振するために、ナイキストのサンプリング基準は、空間波長あたり２つの力アクチュエータが存在することを要求する。この例では、約２０ｋＨｚにおける駆動モードに要求される力アクチュエータアレイの間隔は、約０．８ｃｍである。高周波数の音放射を発生させるために、それらの共振周波数を上回るより低い周波数モードを駆動することが可能であり得るが、しかしながら、力アクチュエータの間隔が、最も高いオーディオ周波数について空間ナイキスト周波数よりも大きい場合、制御されていない高周波数モードが存在し得る。
【００４８】
（ｍ，ｎ）モードの周波数は、
【００４９】
【数１４】
2019504531.tif 000016
によって与えられるが、屈曲波の速度は、周波数依存性であるので、（９）を（１０）に代入すると、これは、
【００５０】
【数１５】
2019504531.tif 000017
と書き直すことができる。式（６）および式（１１）は、単純に支持される縁部を有する長方形プレートの垂直モードに対して、モード形状およびモード周波数を与える。
【００５１】
パネル形状関数の制御
基底関数としてパネル垂直モードを用いる先端を切った２次元フーリエ級数は、パネル形状関数の空間的に帯域制限された表現
【００５２】
【数１６】
2019504531.tif 000018
をもたらし、ただし、ａmnは（ｍ，ｎ）パネル垂直モードの振幅である。上述したように、フーリエ級数は、形状関数のパネルの平面内の空間分解能を決定し得る上限（Ｍ，Ｎ）で先端が切られる。特定の形状関数は、プレート上に生成することができ、次いでオーディオ信号で変調された振幅であり得る。レイリー積分（１）によれば、音響の音圧は、プレートの垂直加速度に比例し、したがって、各モードの加速度は、オーディオ信号の時間依存性に従う。
【００５３】
【数１７】
2019504531.tif 000019
モード振幅について動作の式を見つけるために、プレートの垂直変位が、時間依存したモード振幅の観点でまず書くことができる。
【００５４】
【数１８】
2019504531.tif 000020
次いで、これは、印加された力に関するプレートの曲げ動作についての式に代入することができる。
【００５５】
【数１９】
2019504531.tif 000021
ただし、Ｐ（ｘs，ｙs，ｔ）は、プレートに作用する単位面積あたりの垂直力である。この力は、フーリエ級数
【００５６】
【数２０】
2019504531.tif 000022
に展開することもできる。動作の式である式（１５）に代入すると、周波数領域プレート応答関数は、
【００５７】
【数２１】
2019504531.tif 000023
であり、ただし、Ｕmn（ω）およびＰmn（ω）は周波数領域垂直モード振幅、およびモードに作用する単位面積あたりの力であり、ωmn＝２πｆmnは（ｍ，ｎ）モードの角度周波数であり、Ｑmn＝ωmnＭ／ｂは（ｍ，ｎ）プレートモードのＱ値である。これは、（ｍ，ｎ）モードに作用する力Ｆmn（ω）＝ＡＰmn（ω）の観点で、
【００５８】
【数２２】
2019504531.tif 000024
として書き直すことができる。
【００５９】
このシステムに等価な離散時間フィルタを見つけるために、システム応答は、（ｊω→ｓの場合に）ラプラス領域内で表すことができ、双線形変換は、ｚ領域に変換するために用いることができる。ターゲットモード加速度を与えるために要求される力が望まれるので、（１８）は、ラプラス領域内で書き直され、ターゲットモード加速度を達成するために要求される力
【００６０】
【数２３】
2019504531.tif 000025
を見つけるために再編することができ、ただし、Ａmn（ｓ）＝ｓ2Ｕmn（ｓ）であり、Ｍ＝ρｈＡは、以前の通り、パネル質量である。次いで、離散時間サンプリング周期についてのＴを用いた代入
【００６１】
【数２４】
2019504531.tif 000026
を行い、ｚ領域システム応答を
Ｆmn（ｚ）＝Ｈmn（ｚ）Ａmn（ｚ）  （２０）
によって定めることができる。システム応答は、２次であり、
【００６２】
【数２５】
2019504531.tif 000027
と書かれてもよく、ただし、係数は、以下の表現によって与えられる。係数におけるモード数の表記は、カットされ得るが、モードごとに固有の係数セットが存在することに留意されたい。
【００６３】
【数２６】
2019504531.tif 000028
次いで、システムは、２次で表すことができ、無限インパルス応答フィルタは、
ａ0ｆ（ｋ）＝ｂ0ａ（ｋ）＋ｂ1ａ（ｋ−１）＋ｂ2ａ（ｋ−２）−ａ1ｆ（ｋ−１）−ａ2ｆ（ｋ−２）  （２３）
の通りであり、ただし、ｆ（ｋ）は、離散時間でサンプリングされたモード力を表し、ａ（ｋ）は、離散時間でサンプリングされたターゲットモード加速度であり、もう一度、（ｍ，ｎ）モードの指標は、表記を整理するためにカットされる。
【００６４】
上記フィルタの一態様は、（２１）および（２２）に定められるようなシステム伝達関数が、ｚ＝１で一対の極を有し、したがってゼロの周波数で発散するものである。すなわち、静的な加速度を生成するために要求される力は、無限大になる。オーディオ周波数範囲が対象であり、それは２０Ｈｚよりも下には及ばないので、問題は、ハイパスフィルタをシステム応答に導入することによって対処することができる。実際には、これは、ｚ＝１における２つの極を、実際の軸からわずかにずらして単位円の内側で複素共役対の極に置き換えることによって簡単に実現することができる。
【００６５】
モード力の適用
最後のステップは、要求されるモード駆動力を得るために、力アクチュエータアレイによって適用されなければならない個々の力を見つけることである。位置｛ｘr，ｙs｝（ただし、ｒ＝１．．．Ｒ、およびｓ＝１．．．Ｓである）でプレート上に分散した力アクチュエータのセットがあると仮定すると、ｘ次元にＲ個のアクチュエータ、およびｙ次元にＳ個のアクチュエータが存在し、長方形プレートが検討されているので、ＲおよびＳは、一般的に異なる。各アクチュエータ位置（ｘr，ｙs）で適用されるべき総離散時間力は、
【００６６】
【数２７】
2019504531.tif 000029
によって与えられる。表記では、導入されたｆ（ｘr，ｙs，ｋ）は、離散時間ｋにおける位置（ｘr，ｙs）で適用される力を指す。これは、プレート上の位置（ｘr，ｙs）で（ｍ，ｎ）垂直モード振幅によって各々のものが重みを付けられているモード寄与ｆmn（ｋ）を合計することによって算出することができる。
【００６７】
前述の議論は、プレートに結合された力アクチュエータのアレイを用いるプレートを空間的および時間的に制御するのに必要な算出ステップの一般的な説明である。この方法は、上記解析中の特定の式を参照して、図２の流れ図に要約される。
【００６８】
大まかに言えば、図２に示されるように、ユーザは、再現されるオーディオ信号と、所望の形状関数とを入力し、これによってパネル振動の意図した空間的分布をもたらす。算出ステップの出力は、所望の形状関数および時間的プレート応答を実現するためにドライバ要素のアレイ内の各ドライバ要素（例えば、力アクチュエータ）に適用されなければならない離散時間信号である。システムの最終的な出力は、アレイ内の各ドライバ要素を駆動するために使用されるマルチチャンネルアナログ信号である。
【００６９】
より具体的には、まず、２０１および２０３において、形状関数およびオーディオ信号が受信され、次に、形状関数の帯域制限されたフーリエ級数表現２０５が決定される。次いで、オーディオ信号と形状関数の帯域制限されたフーリエ級数表現とから１つまたは複数のモード加速度２１０が算出される。次いで、１つまたは複数のモード加速度を生成するのに必要な１つまたは複数のモード力２１５が算出される。１つまたは複数のモード力の算出は、周波数領域プレート曲げモード応答の使用を含むことができる。次に、周波数領域プレート曲げモード応答に対応する離散時間フィルタに関連した応答２２０が決定される。複数のドライバ要素中の各ドライバ要素に要求される力を決定するための１つまたは複数のモード力２２５が合計される。最後に、複数のドライバ要素中の各ドライバ要素に要求される１つまたは複数の力のマルチチャンネルデジタル／アナログ変換および増幅２３０、ならびに複数のドライバ要素中の各ドライバ要素に要求される変換および増幅された電気信号を用いた複数の増幅器の駆動２４０が実行される。
【００７０】
図３は、曲げモード応答Ｈmn（ｚ）に対応する離散時間フィルタの実施の流れ図を表す。３０１において、加速度ａ（ｎ）は、フィルタに入力される。次いで、入力は、係数ｂ0、ｂ1、およびｂ2（３０５、３１０、および３１５）によって差動的に乗じられ、要素３１２および３１６によって遅延され、３６０において合計される。加算ノード（３６０）の出力は、係数ａ1およびａ2によってやはり乗じられ、次いで、要素３２４および３２８によって遅延される。この量は、前記ステップの加算部分から減じられる。次いで、処理された入力は、１／ａ0（３３０）によって乗じられ、それは力３３２の出力ｆ（ｎ）をもたらす。ｚ領域における流れ図の等価な数学的説明は、図３の式（３３５、３４０、および３５０）に示されている。具体的には、式３３５は、上述した流れ図の離散時間表現を示す。式３４０は式３３５のｚ変換バージョンを示し、式３５０は、３４０から得ることができるｚ領域内の結果として生じる伝達関数を示す。
【００７１】
図４Ａおよび図４Ｂは、左にパネルのための理想的なターゲット形状関数を、右にターゲット形状関数の帯域制限された２次元フーリエ級数再構成をそれぞれ示す。（１０，１０）モードまでの垂直モードが、フーリエ級数再構成に含まれている。図は、ターゲットパネル形状関数の帯域制限されたフーリエ再構成の例を示す。図示の例では、図１０Ａに左側で示されたターゲット形状関数は、サラウンド音システムの正面の３つのチャンネル等についてのパネル（４１０）の左領域（４０５）、右領域（４１５）、および中央領域（４１２）に制限されるパネル振動（および結果として生じる音放射）を有する。特定の空間的形状関数の帯域制限された再構成（４２０、４２５、および４３０）は、図４Ｂの右に示される。１０番目までのモードだけが、フーリエ再構成に含まれる。
【００７２】
図５〜図９は、ターゲット形状関数の様々な帯域制限された再構成を示す。図５Ａでは、ターゲット振動パターンは、パネル（５１０）の左領域（５０５）、右領域（５１５）、および中央領域（５１２）に制限されるパネル振動を有しており、（図５Ｂ中の）帯域制限された再構成（５２０、５２５、および５３０）は、最低６４モードを用いる。図６は、ステレオ音の再現のための（最低６４モード用の）帯域制限された再構成を示す。図６は、左チャンネル（６１０）、および右チャンネル（６２０）を示す。図７は、サラウンド音の再現のための（最低６４モード用の）帯域制限された再構成を示す。図７は、左チャンネル（７１０）、右チャンネル（７３０）、および中央チャンネル（７２０）を示す。図８は、ステレオ音の再現のための（最低２５６モード用の）帯域制限された再構成を示す。図８は、左チャンネル（８１０）、および右チャンネル（８２０）を示す。図９は、サラウンド音の再現のための（最低２５６モード用の）帯域制限された再構成を示す。図９は、左チャンネル（９１０）、右チャンネル（９３０）、および中央チャンネル（９２０）を示す。
【００７３】
図１０Ａは、パネル１０００上の複数のドライバ要素（１００５におけるように表される単一のドライバ要素）を示す。複数のドライバ要素は、ｘ方向およびｙ方向のドライバ要素位置間の予め決定された中央と中央の距離でパネルの平面を覆う規則的な２次元の長方形アレイを備えることができる。パネルは、任意の形状、例えば、図示のような長方形、あるいは円形、三角形、多角形、または任意の他の形状であり得る。複数のドライバ要素１００５は、予め決定された配置においてパネル１０００上に配置することができる。一態様では、図示の通り、予め決定された配置は、パネル１０００上の均一なグリッド状パターン（ｇｒｉｄ−ｌｉｋｅ  ｐａｔｔｅｒｎ）を含み得る。
【００７４】
また、複数のドライバ要素１００５の一部は、電磁スペクトルの可視部分に対して透明または実質的に透明であってもよい。さらに、ドライバ要素の一部は、ＰＶＤＦまたは他の透明な圧電材料などの透明な圧電材料を用いて製造することができる。様々な態様では、圧電力アクチュエータを含むドライバ要素は、圧電性結晶、またはそれらのスタックであり得る。例えば、それらは、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などの石英もしくはセラミックス、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）などの圧電ポリマー、および／または同様の材料であり得る。圧電アクチュエータは、拡張モードと曲げモードの両方で動作することができる。それらは、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、または導電性ナノ粒子ベースのインクなどのさらなる特徴の透明電極であり得る。ドライバ要素は、ガラス、アクリル、または他のそうした材料などの透明パネルに結合され得る。
【００７５】
別の態様では、図１０Ｂは、ドライバ要素１００５が、パネル１０００の外縁１０１０のまわりに配置され得ることを示す。パネル１０１０の外縁のまわりのドライバ要素は、後述されるファーレイ分数の位置に均一に離間または配置され得る。
【００７６】
また、ベゼル（図示せず）は、パネル１０１０の外縁の部分を覆うことができる。そのことについては、ドライバ要素１００５は、パネル１０１０の外縁に関連したベゼルの下に配置することができる。ベゼルの下（ｕｎｄｅｒｎｅａｔｈ）に配置されるそのようなドライバ要素１００５は、動的磁石ドライバ要素（ｄｙｎａｍｉｃ  ｍａｇｎｅｔ  ｄｒｉｖｅｒ  ｅｌｅｍｅｎｔ）、コイルドライバ要素などを含み得る。また、それらは、ベゼルの下にそれらがあるので、電磁スペクトル（ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  ｓｐｅｃｔｒｕｍ）の可視部分に対して透明である必要はない。
【００７７】
一態様では、圧電材料は、材料の厚さにわたって印加される電位差が材料の平面内に歪みを引き起こすように分極され得る。圧電アクチュエータを含むドライバ要素が、複合構造の中立軸から離れて位置する場合、プレートに直交する曲げ力成分は、アクチュエータフィルムの厚さにわたる電圧の印加によって生成され得る。別の構成では、圧電力変換器は、整列したペアまたは異なるアレイレイアウトのいずれかで、プレートの両側に取り付けることができる。
【００７８】
図１１に示されるように、ドライバ要素（単一のドライバ要素が１００５のように表されている）は、パネル１０００の予め定められた音響モードを駆動するために、パネル１０００上の予め決定された最適化位置に配置することができる。パネルの予め定められた音響モードを駆動するためのパネル上の予め決定された最適化位置は、予め決定された音響モードの数学的に決定されたピークを含むことができる。例えば、パネル１０００の（１，１）モードを駆動するために、行０５および列０５に対応するところのドライバ要素１００５は、駆動することができる。任意の所与の位置における単一のドライバは、同時にいくつかのモードを励振し、例えば、行５−列５におけるドライバを用いて、（１，１）モードを励振するが、（３，１）、（３，３）、（５，１）（３，５）、および多くの他のモードも励振する一方で、アレイ内のいくつかのドライバの集合的な作用が、所望のモードを選択的に励振するように選ばれ得ることも認識されたい。
【００７９】
別の態様では、複数のドライバ要素は、アクチュエータがプレートパネル振動モードの選択された波腹に位置するアレイを備えることができる。パネルが単純に支持されるこの場合には、モード形状は正弦波である。次いで、アクチュエータ位置は、（プレートの寸法が１となるようにとられる）以下の分数距離ｎ／ｍになり得、ただし、ｍ＝１，２，３，．．．であり、ｎ＝１，．．ｍ−１であり、例えば、｛（１／２），（１／３，２／３），（１／４，２／４，３／４），（１／５，２／５，３／５，４／５），．．．｝である。このルールに従って形成される比は、ファーレイ分数と呼ばれ得る。繰り返される分数は取り除かれてもよく、全配列の任意のサブセットが選択され得る。
【００８０】
図１２Ａおよび図１２Ｂは、ドライバ要素の例をそれぞれ示す。具体体には、図１２Ａは、動的力アクチュエータを表す。信号源１２００が発生する電流は、動的力アクチュエータ１２１０のコイル１２１４を通過し、懸架装置１２１２によって保持される永久磁石１２１６の磁場と相互作用する。これは、パネルの平面１２４０に直交する力１２１８を生成し、それによってパネル曲げ振動を励振することができる。
【００８１】
図１２Ｂは、パネル１２４０の一表面に結合された圧電曲げモードアクチュエータ１２６０の一例を示す。要素の薄い寸法にわたって電極１２６４により印加される電圧１２００がアクチュエータ１２６０の平面内に歪み１２８０（および力）をもたらすように（１２７０参照）、圧電材料１２６２は分極することができる。アクチュエータ１２６０が、複合構造の中立軸から離れて位置する場合、それは、挿入画（１２７０）に示されるように、パネルの平面１２４０に直交する力の成分を及ぼし、それによってパネル曲げ振動を励振する。
【００８２】
図１３は、スタックした圧電プッシャ力アクチュエータ１３１０を示す。電圧１３０５が、歪みを引き起こすために要素の薄い寸法１３２４にわたって導電性電極１３２２によって印加されるときに、圧電要素１３１２のスタックは分極される。要素の薄い寸法１３２４に生成される結果として生じる力は、パネルの平面１３１５に直交する力１３２６を及ぼすように用いられ得る。要素１３１２のスタックは、機械的に直列であるが、電気的に並列であり、それによってアクチュエータ１３１０でもたらされる歪みおよび力の量を増幅する。
【００８３】
図１４Ａは、プレート１４１５の表面１４０２に結合された個々の圧電アクチュエータ１４０５のアレイを示す。図１４Ｂは、プレート１４１５に結合された圧電力アクチュエータのアレイ１４０５についての構成を示す。いくつかの実施形態では、電極（例えば、１４２０）のアレイが、プレートの表面１４１５上に形成される。次いで、圧電材料（例えば、１４１２）のシートが、プレート１４１５上に（例えば、電極１４２０の上に）形成され、次いで、（１４２０ａとして示される）上部電極が、フィルム１４１２の外面に堆積される。次いで、圧電材料（例えば、１４１２）が、電極が設置されるフィルムの領域を圧電的に活性にさせるように「分極される」（１４１０参照）。フィルムの残りのセクションは、所定の位置に残される（例えば、１４１２）。
【００８４】
他の実施形態では、電極（例えば、１４２０）のアレイが、それがプレート１４１５に結合される前に、非分極圧電材料（例えば、１４１２）のシートの片面に形成される。次いで、（１４２０ａとして示される）上部電極は、フィルム１４１２の外面に堆積される。次いで、圧電材料（例えば、１４１２）が、電極が設置されるフィルムの領域を圧電的に活性にさせるように「分極され」（１４１０参照）、次いで、圧電材料（例えば、１４１２）のシートは、プレート１４１５に結合される。
【００８５】
さらに他の実施形態では、電極（例えば、１４２０ａおよび１４２０）は、それがプレート１４１５に結合される前に、非分極圧電材料（例えば、１４１２）のシートの両側に形成される。次いで、圧電材料（例えば、１４１２）が、電極が設置されるフィルムの領域を圧電的に活性にさせるように「分極され」（１４１０参照）、次いで、部分的に分極した圧電材料（例えば、１４１２）のシートが、プレート１４１５に結合される。
【００８６】
図１４Ｃは、図１４Ｂの構成と同様の圧電アクチュエータ１４０５の構成を示すが、これについては、各要素が、そのそれ自体の別々にペアの電極１４２０を有し、すなわち、要素は、共通のグラント平面を共有する必要はない（図１４Ｂ、１４１３参照）。この隔離された電極構成は、個々の要素への電圧の印加においてより大きい柔軟性を可能にする。
【００８７】
様々な態様では、圧電力アクチュエータを含むドライバ要素は、圧電性結晶、またはそれらのスタックであり得る。例えば、それらは、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、ランタンをドープしたＰＺＴ（ＰＬＺＴ）などの石英、セラミックス、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）などの圧電ポリマー、または同様の材料を含み得る。圧電力アクチュエータは、拡張モードと曲げモードの両方で動作することができる。
【００８８】
図１５は、オーディオ層１５０５とＬＣＤディスプレイ１５１０の統合を示す。この構成では、カバーガラス層１５３０は、オーディオ層１５０５の最外表面として働くことができる。カバーガラス１５３０は、湿気などの有害な環境要因に対してオーディオ層１５０５の保護を行うことができる。（ポリフッ化ビニリデン、ＰＶＤＦ、または他の透明な材料などの）圧電フィルム１５３４は、ガラス層１５３０の内側に結合することができる。駆動電極１５３２は、圧電フィルム１５３４の両側に堆積することができる。組立体は、ＬＣＤディスプレイ、または他のタイプのディスプレイ１５１０のてっぺんに配置することができる。スペーサ１５２４は、オーディオ層とディスプレイの間にスタンドオフ距離を与えるように用いることができる。これは、ディスプレイ１５１０を振動させないように音を生成するときに、オーディオ層１５０５の振動を可能にすることができる。
【００８９】
ＬＣＤディスプレイ１５１０は、以下の層、ガラスまたはポリマー材料の保護カバー１５１２、偏光板１５１４、色フィルタアレイ１５１６、液晶１５１８、薄膜トランジスタ背平面１５２０、およびバックライト平面１５２２の一部または全部を備えることができる。適宜のスペーサ１５２４が、ＬＣＤディスプレイ層の上部でオーディオ層を支持するために使用されてもよい。
【００９０】
一態様では、ディスプレイ１５１０には、発光ダイオード（ＬＥＤ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、および／またはプラズマディスプレイが含まれ得る。別の態様では、オーディオ層は、オーディオ層１５０５およびディスプレイ１５１０の温度および動作パラメータに適合する標準的な積層技法を用いて、ＬＣＤディスプレイの上に積層することができる。オーディオ層の層は、標準的な技法によって熱蒸発、物理蒸着、エピタキシなどのように堆積され得る。代替として、オーディオ層１５０５は、ディスプレイ１５１０の下方に配置されてもよい。また、オーディオ層１５０５は、例えば、ディスプレイ１５１０の外縁のまわりでディスプレイ１５１０の一部の上に配置されてもよい。
【００９１】
様々な態様では、さらに、オーディオ層１５０５は、スマートフォン、タブレットコンピュータ、コンピュータモニタ、または大型スクリーンディスプレイなどのディスプレイ上に重ねることができ、ディスプレイの視界が実質的に妨げられないようになっている。
【００９２】
図１６は、ディスプレイ１６１０とタッチパネル１６２０とを備えるタッチインタフェース使用可能ディスプレイに組み込まれる（例えば、図１５のオーディオ層１５０５に関連して説明されたような）オーディオ層１６０５を示す。オーディオ層は、（例えば、図１５のディスプレイ１５１０に関連して説明されたような）ディスプレイ１６１０とタッチパネル１６２０との間に挟まれ得る。（例えば、１６２４と同様の）スペーサは、オーディオ層とディスプレイ層の間、ならびに／あるいはオーディオ層とタッチパネル（図示せず）の間に配置することができる。また、バッキング表面（あるいは、バックパネルと呼ばれる）１６３２は、その目的を果たすタッチパネル（１６３２）の下層を有するオーディオ層１６０５に要求されないことに留意されたい。また、タッチパネル１６２０の静電容量電極（１６２６および１６３０）をオーディオ層１６０５内の力アクチュエータに用いられる高電圧から遮蔽するために、第２のグランド平面１６０６は、オーディオ層１６０５内に含まれてもよいことに留意されたい。
【００９３】
タッチパネルは、湿気などの有害な環境要因に対して保護を行うオーバー層１６２２を備えることができる。タッチパネルは、タッチパネルのための構造体完全性に寄与する前面パネル１５２４をさらに備えることができる。タッチパネルは、接着剤層１６２８によって隔てられた（２次元アレイの）上部１６２６および下部電極１６３０を備えることができる。述べたように、バッキング表面（あるいは、バックパネルと呼ばれる）１６３２は、さらなる構造的剛性をもたらすことができる。
【００９４】
一態様では、オーディオ層１６０５、タッチパネル１６２０、および／またはディスプレイ１６１０の相対配置は、好みおよび／または他の製造の制約に基づいて調整することができる（例えば、オーディオ層１６０５は、ディスプレイ１６１０の下方に配置することができる）。
【００９５】
図１７Ａは、音波１７２０を放射させるために、局所化された領域内でパネル１７１２を振動させることによって一次音響源１７１０の合成を示す。この場合には、振動される局所化された領域は、一次音響源１７１０に対応する。図１７Ｂは、波動場合成源を用いる仮想の音響源１７３５の合成を示す。後者の場合、パネル１７３７の表面全体は、パネルの平面１７３７の背後のいくつかの点に位置する仮想の源１７３５を生成するように分散された音波１７４０をそれが放射するように振動のために駆動される。
【００９６】
図１８Ａ、図１８Ｂ、図１８Ｃを含む図１８は、一次音響源制御の２つの可能な応用例を示す。図１８Ａは、サラウンド音の応用のために左チャンネル、右チャンネル、および中央チャンネルを生成するように制御されるパネル振動を示す。図１８Ｂは、ディスプレイに関連した映像または画像の一部に結合されるオーディオ源を示す。例えば、音声オーディオ信号は、１人または複数人の話者が示されている映像および／または画像にこのように結合され得る。図１８Ｃは、二次オーディオ源のアレイからのディスプレイの平面における複合波面が、仮想の音響源をシミュレートするために波動場合成を用いて、オーディオディスプレイによってどのように合成されるのかを示す。
【００９７】
図１９は、視聴者１９００に対して、複数の音響源の合成した音響波面（例えば、１９１２ａ、１９１２ｂ、１９１２ｃ、１９１２ｄなど）がオーディオディスプレイ１９１０の平面で生成される波面再構成を示す。いくつかの実施形態では、生成される音響源の部分は、表示される像と一致し（すなわち、動的に移動する）、生成される音響源の他の部分は、見られる像に対して固定される。
【実施例】
【００９８】
実施例−映像投影システム用のオーディオディスプレイ
図２０は、視聴者２０００に対する、映像投影システム用のオーディオディスプレイの実施を示す。力アクチュエータのアレイ２０２５は、反射スクリーンの背面２０３０に取り付けられ、プロジェクタ２０２０によってそこに画像が投影される。
【００９９】
図２１は、力アクチュエータのアレイ２１２５、投影スクリーン２１３０の前側、およびプロジェクタ２１２０を示す裏側からの投影オーディオディスプレイの図である。
【０１００】
実施例−フェーズアレイ音合成
図２２は、フェーズドアレイ音合成方式におけるビーム操作の説明図である。ここで、ドライバ要素２２３０を備えるディスプレイは、所与の視聴者／リスナー（２２１０または２２０５）に向けられる主ローブ２２３５を含むオーディオのビームを投影することができる。ビームは、２２５０によって示されるように、さらに操作する（すなわち、向け直す）ことができる。これは、例えば、フェーズドアレイ方法によって実現することができる。一連のサイドローブ２２３７は、主ローブ２２３５に加えて存在し得るが、主ローブ２２３５に対して小さい振幅を有し得る。このようにして、ディスプレイ上の予め決定された位置で定められたパネルの平面と直角をなす方向を定めるベクトルに対して予め決定された角度範囲内に受信機が配置される場合、オーディオ信号は、予め決定された角度範囲の外側に配置された受信機よりも大きい振幅を有するオーディオ信号を受信機が受信することができるように送出され得る。また、１つまたは複数のカメラは、視聴者／リスナー（２２１０および２２０５）の位置を追跡するのに使用することができ、位置は、視聴者／リスナー（２２１０および２２０５）にオーディオ信号を向けるために、ビーム操作技法によって使用される。
【０１０１】
図２３は、オーディオディスプレイ２３００の平面内の一次音源２３１０の長方形アレイを示す。一次音源２３１０は、多くのドライバ要素を備えることができる。フェーズドアレイ技法は、任意の選択した方向に音響放射を向けるように用いられ得る。
【０１０２】
図２４は、フェーズドアレイ音送出方式に用いることができるオーディオディスプレイ２４００の平面内の一次音源２４１０の十字形アレイを示す。一次音源２４１０は、多くのドライバ要素を備え得る。
【０１０３】
図２５は、フェーズドアレイ音送出方式が用いられ得るオーディオディスプレイ２５００の平面内の一次音源２５１０の円形アレイを示す。一次音源２５１０は、多くのドライバ要素を備えることができる。
【０１０４】
実施例−オーディオＯＬＥＤディスプレイ
ＯＬＥＤディスプレイ技術の継続開発により、とても薄く（薄さ１ｍｍ以下程）かつ可撓性であるモノリシックディスプレイがもたらされている。これは、その背面に取り付けられる力駆動要素のアレイを介して、モノリシックディスプレイの曲げ振動を励振することによってディスプレイ自体をフラットパネルスピーカとして用いる機会がもたらされた。ディスプレイは、しばしば平らではなく、いくつかの実施形態では、より没入型のシネマ効果を実現するために曲がっている。ここに記載されるこの方法は、そのような実施において等しくよく働く。その背面からディスプレイの振動することは、透明なオーバー層構造を開発する必要をなくし、オーディオディスプレイ内の振動する音放出要素として働く。上述したように、そのような構造は、様々な透明なポリマー上のガラスまたはＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）上にＰＬＺＴ（ランタンをドープしたチタン酸ジルコン酸鉛）などの材料を用いて、透明な圧電屈曲アクチュエータを用いて製造することができる。
【０１０５】
図１２〜図１４に関連して説明されたようなボイスコイル型アクチュエータ（磁石とコイル）と圧電アクチュエータの両方は、振動を作動させるように可撓性ディスプレイの背面に取り付けることができる。
【０１０６】
図２６は、パネルの背面（２６２４）に取り付けられたボイスコイルアクチュエータ２６２５のアレイを有するＯＬＥＤディスプレイ２６００（例えば、１つのアクチュエータが２６０５として示されている）を示す。アクチュエータの個数および位置は、様々な設計目標を実現するように調整することができる。力アクチュエータのより密度の高いアレイは、パネル振動の制御時により高い空間分解能を可能にし、精確なアクチュエータ位置は、アクチュエータアレイの電気機械効率または様々な他の性能値を最適化するように選ぶことができる。
【０１０７】
図２７は、ＯＬＥＤディスプレイ２７００の背面に取り付けられた圧電力アクチュエータのアレイ２７２５を示す。いくつかの実施形態では、アクチュエータは、圧電材料の薄い寸法にわたって印加される電圧によってそれが平面内で拡大または収縮する曲げモードで動作する。図示されるように、アクチュエータアレイ２７２５は、ＯＬＥＤディスプレイ２７００の背面に結合できる基板上に形成することができる。いくつかの実施形態では、介在層が、ＯＬＥＤディスプレイ２７００の背面とアクチュエータアレイ２７２５の形成基板の間に配置される。いくつかの実施形態では、圧電材料のヤング率をＯＬＥＤ背平面の基板材料および／または介在層に整合させることが重要である。例えば、ガラスの背平面上に製造されたＯＬＥＤの場合、ガラス、セラミック、または力アクチュエータ基板と同様の材料を用いるとともに、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）または同様の「固い」圧電材料などの圧電アクチュエータ材料を用いることが有利であり得る。ポリイミドまたは他の「柔らかい」ポリマー材料に製造された背平面を有するＯＬＥＤの場合、（低いヤング率を有する）柔らかい圧電材料、例えば、ポリマーＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）などが使用され得る。同様のヤング率を有するピエゾ基板材料も用いられ得る。
【０１０８】
図２８Ａおよび図２８Ｂは、それぞれ、（例えば、図２６および図２７のアレイ２６２５および２７２５に関連して説明されたような）ピエゾドライバアレイ２８２５を有するモノリシックＯＬＥＤディスプレイの拡大図を示す。図２８Ａおよび図２８Ｂに示されるように、ポリマーシートの形態のピエゾドライバアレイ２８２５は、（ＴＦＴ背平面２８５０を備えて示される）ＯＬＥＤディスプレイの背面に結合され得る。いくつかの実施形態では、介在層は、ＯＬＥＤディスプレイの背面とポリマーシートの間に配置される。図２８Ｂは、圧電アクチュエータ（例えば、２８２５）に通電するのに必要な電場からＯＬＥＤ薄膜トランジスタ２８１０を隔離するために、アクチュエータシート２８２５上にグランド平面２８０６を有して基板材料２８１５上に製造される圧電アクチュエータパッチ２８２５を含むモノリシック構造の断面図を示す。
【０１０９】
結論
方法およびシステムを好ましい実施形態および特定の例と共に説明してきたが、本明細書中の実施形態は限定ではなく例示であることが全ての点において意図されているので、範囲が説明した特定の実施形態に限定されることは意図されていない。
【０１１０】
特段明示的に述べられない限り、本明細書中に記載の任意の方法は、そのステップが特定の順序で実行されることを必要とするものとして解釈されることは少しも意図されていない。したがって、方法の請求項が、そのステップが続く順序を実際に示していない、またはさもなければ、ステップが特定の順序に限定されることが、特許請求の範囲または明細書において具体体に述べられていない場合、いかなる点においても、順序が推定されることは少しも意図されていない。これは、ステップまたは動作の流れの構成に関しての論理事項、文法的な構成または句読点から得られる平易な意味、明細書に記載された実施形態の個数およびタイプを含む、解釈のための非表示の基礎の任意の可能性を保持する。
【０１１１】
本出願全体を通じて、様々な刊行物が参照され得る。方法およびシステムが関係する最新技術をより完全に説明するために、全体としてこれらの刊行物の開示は、これによって本出願に参照により組み込まれる。
【０１１２】
範囲または精神から逸脱することなく様々な修正および変形がなされてもよいことは当業者には明らかであろう。他の実施形態は、本明細書中に開示された仕様および実際の検討から当業者に明らかであろう。本明細書および例は、例示にすぎないとみなされることが意図されており、真の範囲および精神は、添付の特許請求の範囲によって示される。
【符号の説明】
【０１１３】
２４０  複数のドライバ要素
３０５  係数
３１０  係数
３１５  係数
３１２  要素
３１６  要素
３２４  要素
３２８  要素
３６０  加算ノード
４０５  左領域
４１０  パネル
４１２  中央領域
４１５  右領域
４２０  帯域制限された再構成
４２５  帯域制限された再構成
４３０  帯域制限された再構成
５０５  左領域
５１０  パネル
５１２  中央領域
５１５  右領域
５２０  帯域制限された再構成
５２５  帯域制限された再構成
５３０  帯域制限された再構成
６１０  左チャンネル
６２０  右チャンネル
７１０  左チャンネル
７２０  中央チャンネル
７３０  右チャンネル
８１０  左チャンネル
８２０  右チャンネル
９１０  左チャンネル
９２０  中央チャンネル
９３０  右チャンネル
１０００  パネル
１００５  ドライバ要素
１０１０  外縁
１２００  信号源、電圧
１２１０  動的力アクチュエータ
１２１２  懸架装置
１２１４  コイル
１２１６  永久磁石
１２１８  力
１２４０  パネル
１２６０  圧電曲げモードアクチュエータ、アクチュエータ
１２６２  圧電材料
１２６４  電極
１２７０  挿入画
１２８０  歪み
１３０５  電圧
１３１０  スタックした圧電プッシャ力アクチュエータ、アクチュエータ
１３１２  圧電要素のスタック、要素のスタック
１３１５  パネル
１３２２  導電性電極
１３２４  薄い寸法
１３２６  力
１４０２  表面
１４０５  個々の圧電アクチュエータのアレイ、圧電力アクチュエータのアレイ、圧電アクチュエータ
１４１２  圧電材料のシート、フィルム、圧電材料、非分極圧電材料のシート、圧電材料、部分的に分極した圧電材料のシート
１４１３  共通のグラント平面
１４１５  プレート
１４２０  電極のアレイ、電極
１４２０ａ  上部電極
１５０５  オーディオ層
１５１０  ＬＣＤディスプレイ、ＬＣＤディスプレイ、または他のタイプのディスプレイ、ディスプレイ
１５１２  保護カバー
１５１４  偏光板
１５１６  色フィルタアレイ
１５１８  液晶
１５２０  薄膜トランジスタ背平面
１５２２  バックライト平面
１５２４  スペーサ
１５３０  カバーガラス層、カバーガラス、ガラス層
１５３２  駆動電極
１５３４  圧電フィルム
１６０５  オーディオ層
１６０６  第２のグランド平面
１６１０  ディスプレイ
１６２０  タッチパネル
１６２２  オーバー層
１６２４  スペーサ、前面パネル
１６２６  静電容量電極、上部電極
１６２８  接着剤層
１６３０  静電容量電極、下部電極
１６３２  バッキング表面、タッチパネルの下層
１７１０  一次音響源
１７１２  パネル
１７２０  音波
１７３５  仮想の音響源、仮想の源
１７３７  パネル
１７４０  音波
１９００  視聴者
１９１０  オーディオディスプレイ
１９１２ａ  複数の音響源の音響波面
１９１２ｂ  複数の音響源の音響波面
１９１２ｃ  複数の音響源の音響波面
１９１２ｄ  複数の音響源の音響波面
２０００  視聴者
２０２０  プロジェクタ
２０２５  力アクチュエータのアレイ
２０３０  反射スクリーン
２１２５  力アクチュエータのアレイ
２１３０  投影スクリーン
２２０５  視聴者／リスナー
２２１０  視聴者／リスナー
２２３０  ドライバ要素
２２３５  主ローブ
２２３７  サイドローブ
２３００  オーディオディスプレイ
２３１０  一次音源
２４００  オーディオディスプレイ
２４１０  一次音源
２５００  オーディオディスプレイ、一次音源ｓ
２５１０  一次音源
２６００  ＯＬＥＤディスプレイ
２６０５  アクチュエータ
２６２４  パネルの背面
２６２５  ボイスコイルアクチュエータのアレイ
２７００  ＯＬＥＤディスプレイ
２７２５  圧電力アクチュエータのアレイ、アクチュエータアレイ
２８０６  グランド平面
２８１０  ＯＬＥＤ薄膜トランジスタ
２８１５  基板材料
２８２５  ピエゾドライバアレイ、圧電アクチュエータパッチ、アクチュエータシート
２８５０  ＴＦＴ背平面
【図１】
2019504531.tif 000030
【図２】
2019504531.tif 000031
【図３】
2019504531.tif 000032
【図４Ａ】
2019504531.tif 000033
【図４Ｂ】
2019504531.tif 000034
【図５Ａ】
2019504531.tif 000035
【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
2019504531.tif 000042
【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１８Ｃ】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８Ａ】
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【図２８Ｂ】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年8月27日(2018.8.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パネルの振動を空間的および時間的に制御することによってオーディオシーンを生成するために仮想の音を発生させる方法であって、
オーディオ信号を受信するステップと、
仮想の音響源に関連した１つまたは複数の距離キューを受信するステップであって、前記仮想の音響源がパネルの背後の音響源を表す、受信するステップと、
前記パネル上の１つまたは複数の予め決定された位置における１つまたは複数の音響波面を算出するステップと、
前記オーディオ信号および１つまたは複数の距離キューおよび音響波面から１つまたは複数のモード加速度を算出するステップと、
周波数領域プレート曲げモード応答を用いて、前記１つまたは複数のモード加速度を生成するのに必要な１つまたは複数のモード力を算出するステップと、
前記周波数領域プレート曲げモード応答に対応する離散時間フィルタに関連した応答を決定するステップと、
ドライバ要素のアレイ中の各ドライバ要素に要求される１つまたは複数の力を決定するために前記１つまたは複数のモード力を合計するステップと、
ドライバ要素のアレイ中の各ドライバ要素に要求される前記力のマルチチャンネルデジタル／アナログ変換および増幅を実行するステップと、
ドライバ要素のアレイ中の各ドライバ要素に要求される変換および増幅した前記力を用いて複数の増幅器を駆動するステップと
を含む、方法。
【請求項２】
前記パネルの１つまたは複数の部分は、ドライバ要素の１つまたは複数のアレイに割り当てられ、アレイ処理方法を使用して、前記パネルの平面と直角をなす方向を定めるベクトルに対して優先的な角度に前記オーディオ信号を送出する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
１つまたは複数のカメラが、１人または複数人の視聴者の位置を追跡するために使用され、前記位置は、前記オーディオ信号を前記１人または複数人の視聴者のうちの１人または複数人に向けるために使用される前記ビーム操作技法によって用いられる、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
パネルの振動を空間的および時間的に制御する方法であって、
形状関数およびオーディオ信号を受信するステップと、
前記形状関数の帯域制限されたフーリエ級数表現を決定するステップと、
前記オーディオ信号と前記形状関数の前記帯域制限されたフーリエ級数表現とから１つまたは複数のモード加速度を算出するステップと、
周波数領域プレート曲げモード応答を用いて、前記１つまたは複数のモード加速度を生成するのに必要な１つまたは複数のモード力を算出するステップと、
前記周波数領域プレート曲げモード応答に対応する離散時間フィルタに関連した応答を決定するステップと、
複数のドライバ要素中の各ドライバ要素に要求される力を決定するために前記１つまたは複数のモード力を合計するステップと、
前記複数のドライバ要素中の各ドライバ要素に要求される１つまたは複数の力のマルチチャンネルデジタル／アナログ変換および増幅を実行するステップと、
前記複数のドライバ要素中の各ドライバ要素に要求される変換および増幅された前記力を用いて複数の増幅器を駆動するステップと
を含む、方法。
【請求項５】
左チャンネル、中央チャンネル、および右チャンネルは、サラウンド音を生成するように前記複数のドライバ要素によって励振され、および／または左チャンネルおよび右チャンネルは、ステレオ音を生成するように前記複数のドライバ要素によって励振される、請求項１から４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記オーディオ信号は、ディスプレイに関連した画像の一部、および前記ディスプレイに関連した映像の一部からなる群から選択される１つに空間的に結び付けられる、請求項１から５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
前記パネル上における均一なグリッド状パターンで前記パネル上に前記複数のドライバ要素を配置するステップをさらに含み、前記ドライバ要素は、前記パネルの外縁のまわりに配置される、請求項１から６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
前記複数のドライバ要素の部分の少なくとも一部は、電磁スペクトルの可視部分に対して透明である、請求項１から７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
前記予め決定された配置は、前記パネルの外縁のまわりに配置される前記ドライバ要素を備え、前記ドライバ要素は、動的磁石ドライバ要素およびコイルドライバ要素の１つまたは複数を備える、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記ドライバ要素は、前記パネルの予め定められた音響モードを駆動するために前記パネル上の予め決定された最適化位置に配置され、前記パネルの予め定められた音響モードを駆動するための前記パネル上の前記予め決定された最適化位置は、前記予め決定された音響モードの数学的に決定されたピークを含む、請求項１から９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
前記ディスプレイ上の予め決定された位置で定められた前記パネルの平面と直角をなす方向を定めるベクトルに対して予め決定された角度範囲内に受信機が配置される場合、前記受信機が前記予め決定された角度範囲の外側に配置されるときよりも大きい振幅を有するオーディオ信号を前記受信機が受信するように、ビーム操作技法によって、前記オーディオ信号が送出される、請求項１から１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
パネルの振動を空間的および時間的に制御するためのシステムであって、
ディスプレイの機能部分と、
プレートおよび複数のドライバ要素を備えるオーディオ層であって、前記ディスプレイの前記機能部分は前記オーディオ層に近接している、オーディオ層と、
プロセッサ、および命令が記憶されているメモリとを備え、前記プロセッサが前記命令を実行することにより、前記プロセッサが、請求項１から１１のいずれかに記載の方法を実行する、システム。
【請求項１３】
前記オーディオ層は、前記ディスプレイの前記機能部分の少なくとも一部の上に積層され、前記ディスプレイの前記機能部分は、液晶ディスプレイ、発光ダイオードディスプレイ、および有機発光ダイオードディスプレイからなる群から選択される、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
スペーサ要素が、前記オーディオ層と前記ディスプレイの前記機能部分との間に存在し得、および／または前記オーディオ層の少なくとも一部は、タッチパネルと前記ディスプレイの前記機能部分の少なくとも一部との間に配置される、請求項１２または１３に記載のシステム。
【請求項１５】
パネルの振動を空間的および時間的に制御するためのシステムであって、
プロジェクタと、
パネルの裏側に取り付けられた複数の駆動要素と、
前記プロジェクタに面する反射スクリーンと、
プロセッサ、および命令が記憶されているメモリとを備え、前記命令は、前記プロセッサによって実行されるとき、請求項１から１１のいずれかに記載の方法を前記プロセッサに実行させる、システム。
【請求項１６】
請求項１から１１のいずれかに記載の方法を実行するコンピュータプログラム。
【国際調査報告】
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