一种宽频振动装置及其控制方法与流程

1.本技术涉及智能设备技术领域，具体涉及一种宽频振动装置及其控制方法。


背景技术：

2.线性马达(linear resonant actuator，lra)凭借其振感强烈、丰富、清脆，能耗低等优点，已经广泛应用于消费电子的各种振动场景中，尤其是游戏与增强现实ar/虚拟现实vr产品。
3.现有的lra振动装置通常采用单一频率的振动，然而单一频率的振动丰富性有限，已经不能满足当前电子产品的振动需求。


技术实现要素：

4.本技术的目的是提供一种宽频振动装置及其控制方法，以同时实现丰富的宽频振动反馈和强烈、干脆的脉冲振动体验。
5.本技术第一方面提供一种宽频振动装置，包括：
6.第一线性谐振单元和第二线性谐振单元；其中，
7.所述第一线性谐振单元具有在中低频段的第一谐振频带和第一q值；
8.所述第二线性谐振单元具有在高频段的第二谐振频带和第二q值；
9.所述第一谐振频带相对于所述第二谐振频带较宽，所述第一q值小于所述第二q值。
10.在一种可能的实现方式中，在本技术实施例提供的上述宽频振动装置中，所述第一线性谐振单元和所述第二线性谐振单元是位置垂直叠加，振动方向成xy90度正交。
11.在一种可能的实现方式中，在本技术实施例提供的上述宽频振动装置中，所述第一线性谐振单元和所述第二线性谐振单元是位置水平叠加，振动方向成xy90度正交。
12.在一种可能的实现方式中，在本技术实施例提供的上述宽频振动装置中，所述第一线性谐振单元和所述第二线性谐振单元是位置垂直叠加，振动方向平行。
13.在一种可能的实现方式中，在本技术实施例提供的上述宽频振动装置中，所述第一线性谐振单元和所述第二线性谐振单元是位置水平叠加，振动方向平行。
14.本技术第二方面提供一种基于第一方面中宽频振动装置的控制方法，包括：
15.获取所述宽频振动装置的频率特性、脉冲振动波形数字序列、目标宽频信号、目标信息；
16.根据所述宽频振动装置的频率特性，将所述宽频振动装置的第一谐振频带设置为宽频带[fl，fh]，将所述宽频振动装置的第二谐振频带谐振频率点设置为脉冲频点fp；
[0017]
根据所述目标宽频信号和所述宽频带[fl，fh]生成宽频振动信号；
[0018]
根据所述脉冲振动波形数字序列和所述脉冲频点fp，构造与所述脉冲振动波形数字序列相对应的脉冲振动波形库；
[0019]
从所述脉冲振动波形库中选择与所述目标信息相对应的脉冲振动波形，生成脉冲
振动信号；
[0020]
根据所述宽频振动信号和所述脉冲振动信号驱动所述宽频振动装置。
[0021]
相对于现有技术，本技术提供的宽频振动装置的扫频特性在中低频段有较宽频带的幅值响应，在某个高频点有较高峰值的幅值响应。通过在中低频段设计与游戏等场景匹配的宽频信号来体现振动的丰富性；通过在高频谐振频率点设计多样化的脉冲振动波形来实现如按键、摇杆、肩键等操作以及游戏场景事件等触发的脉冲振动反馈，从而同时实现丰富的宽频振动反馈和强烈、干脆的脉冲振动体验。
附图说明
[0022]
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本技术的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
[0023]
图1示出了本技术的宽频振动装置典型的扫频特性曲线；
[0024]
图2示出了本技术的宽频振动装置中两个马达的叠加方式；
[0025]
图3示出了本技术的宽频振动装置的控制方法的流程图；
[0026]
图4示出了本技术的宽频振动装置的控制方法中步骤s103的流程图；
[0027]
图5示出了脉冲振动波形数字序列1对应脉冲振动波形的示意图；
[0028]
图6示出了脉冲振动波形数字序列2对应脉冲振动波形的示意图；
[0029]
图7示出了本技术的宽频振动装置的控制方法实现过程中依托的硬件驱动系统框图。
具体实施方式
[0030]
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
[0031]
需要注意的是，除非另有说明，本技术使用的技术术语或者科学术语应当为本技术所属领域技术人员所理解的通常意义。
[0032]
本技术通过两个线性谐振器件(如，线性马达lra)粘连的方式组合成一个宽频振动装置，或者通过单个器件的结构设计形成一个宽频振动装置，使得该宽频振动装置的扫频特性(加速度幅值的频率响应特性)在中低频段有较宽频带的幅值响应，在某个高频点有较高峰值的幅值响应。该宽频振动装置典型的扫频特性曲线如图1所示。
[0033]
具体的，本技术提供的宽频振动装置，包括：第一线性谐振单元lra1和第二线性谐振单元lra2；
[0034]
其中，所述第一线性谐振单元lra1具有在中低频段的第一谐振频带和第一q值；所述第二线性谐振单元lra2具有在高频段的第二谐振频带和第二q值；
[0035]
其中，所述第一谐振频带相对于所述第二谐振频带较宽，所述第一q值小于所述第二q值。q值是指品质因子。
[0036]
例如，上述宽频振动装置可以是一个宽频低q值马达lra1和一个窄频高q值马达
lra2叠加，两个马达的谐振频率和带宽根据需要来设置。例如宽频马达lra1的谐振频带设置在50hz-170hz，q值设置在3；窄频马达lra2的谐振频带设置在348hz-360hz，q值设置在8。
[0037]
如图2所示，两个马达可以是位置垂直叠加，振动方向成xy90度正交方向，如图2(a)所示；也可以是位置水平叠加，振动方向成xy90度正交方向，如图2(b)所示；也可以是位置垂直叠加，振动方向平行，如图2(c)所示；也可以是位置水平叠加，振动方向平行，如图2(d)所示。
[0038]
例如，上述宽频振动装置也可以是一个具有双谐振频率的马达，其两个谐振频带范围根据需要来设置，例如本案例中，第一谐振频带设置在50hz-170hz，q值设置在3；第二个谐振频带设置在348hz-360hz，q值设置在8。
[0039]
本技术实施例还提供了一种宽频振动装置的控制方法，该方法基于上述实施例提供的宽频振动装置，如图3所示，该方法包括以下步骤s101至s106：
[0040]
s101、获取所述宽频振动装置的频率特性、脉冲振动波形数字序列、目标宽频信号、目标信息；
[0041]
其中，宽频振动装置的频率特性，可以是宽频振动装置的扫频特性曲线，或者是构成宽频振动装置的两个马达的扫频特性曲线；也可以是在中低频段的第一谐振频带和第一q值、在高频段的第二谐振频带和第二q值；
[0042]
其中，目标宽频信号，可以是根据游戏预先定制设计的宽频信号；也可以是游戏音效；
[0043]
其中，目标信息，可以是游戏终端按键、摇杆、肩键等操作信息；也可以是游戏场景事件信息；
[0044]
其中，脉冲振动波形数字序列，即若干个{脉冲个数n，[幅值u1，幅值u2
…
幅值un]，[持续周期数nt1，持续周期数nt2
…
持续周期数ntn]，[间隔周期数dt1，间隔周期数dt2
…
间隔周期数dtn-1]}数字序列组合。其中脉冲个数n表示该脉冲振动波形单元所包含的脉冲振动个数；幅值un表示第n个脉冲的幅值；持续周期数ntn表示第n个脉冲所持续的周期数；间隔周期数dtn-1表示第n-1个脉冲起点与第n个脉冲起点的间隔周期数。
[0045]
s102、根据所述宽频振动装置的频率特性，将所述宽频振动装置的第一谐振频带设置为宽频带[fl，fh]，将所述宽频振动装置的第二谐振频带谐振频率点设置为脉冲频点fp；即将宽频振动装置的宽频带频率范围设置为宽频带[fl，fh]；将宽频振动装置的窄频带谐振频率点设置为脉冲频点fp；
[0046]
s103、根据所述目标宽频信号和所述宽频带[fl，fh]生成宽频振动信号；
[0047]
具体的，若输入的宽频信号为游戏预先定制设计的宽频信号，则直接跳过步骤s103，将该预先定制设计的宽频信号作为宽频振动信号进行后续步骤。
[0048]
若输入的宽频信号为游戏音效，如图4所示，步骤s103可以实现为：
[0049]
s201、采用带通滤波器对所述目标宽频信号进行滤波，得到宽频带分量；所述带通滤波器的频带设置为所述宽频带[fl，fh]；例如，采用所述带通滤波器对游戏音效进行滤波，得到宽频带分量u
bp
(t)。
[0050]
s202、获取所述目标宽频信号中所述宽频带以下的频率分量；
[0051]
具体的，s202可以实现如下：
[0052]
采用低通滤波器对所述目标宽频信号进行滤波，得到所述目标宽频信号的低频分
量；所述低通滤波器的截止频率为所述宽频带的频率下限fl；
[0053]
对所述低频分量取绝对值后的信号进行局部极大值检测；
[0054]
对检测得到的局部极大值数据进行低通滤波，得到相对平滑的极大值曲线u
maxl
(t)；
[0055]
利用频率为fl的正弦信号填充所述极大值曲线u
maxl
(t)，生成幅值为u
maxl
(t)、频率为fl的单频正弦信号u
l
(t)，该单频正弦信号u
l
(t)为所述宽频带以下的频率分量。
[0056]
例如，采用所述低通滤波器对输入的游戏音效进行滤波，得到游戏音效的低频分量；对游戏音效的低频分量取绝对值；对游戏音效的低频分量取绝对值后的信号进行局部极大值检测，即记录连续3个采样时刻的数据，比较中间的第二采样时刻的数据与第一、第三采样时刻的数据大小，若第二采样时刻的数据同时大于或等于第一、第三采样时刻的数据，则输出第二采样时刻的数据，作为局部极大值并保持，直到下一个局部极大值出现再更新；对检测得到的局部极大值数据进行低通滤波，得到相对平滑的极大值曲线u
maxl
(t)；利用频率为fl的正弦信号填充极大值曲线u
maxl
(t)，生成幅值为u
maxl
(t)、频率为fl的单频正弦信号u
l
(t)，即宽频带以下的频率分量，具体计算公式为：
[0057]ul
(t)＝u
maxl
(t)sin(2πf
l
t)；
[0058]
s203、获取所述目标宽频信号中所述宽频带以上的频率分量；
[0059]
具体的，s203可以实现如下：
[0060]
采用高通滤波器对所述目标宽频信号进行滤波，得到所述目标宽频信号的高频分量；所述高通滤波器的截止频率为所述宽频带的频率上限fh；
[0061]
对所述目标宽频信号的高频分量取绝对值后的信号进行局部极大值检测；
[0062]
对检测得到的局部极大值数据进行低通滤波，得到相对平滑的极大值曲线u
maxh
(t)；
[0063]
利用频率为fh的正弦信号填充极大值曲线u
maxh
(t)，生成幅值为u
maxh
(t)、频率为fh的单频正弦信号uh(t)，该单频正弦信号uh(t)为所述宽频带以上的频率分量。
[0064]
例如，采用所述高通滤波器对输入的游戏音效进行滤波，得到游戏音效的高频分量；对游戏音效的高频分量取绝对值；对游戏音效的高频分量取绝对值后的信号进行局部极大值检测；对检测得到的局部极大值数据进行低通滤波，得到相对平滑的极大值曲线u
maxh
(t)；利用频率为fh的正弦信号填充极大值曲线u
maxh
(t)，生成幅值为u
maxh
(t)、频率为fh的单频正弦信号uh(t)，即宽频带以上的频率分量，具体计算公式为：
[0065]
uh(t)＝u
maxh
(t)sin(2πfht)；
[0066]
s204、将所述宽频带分量、所述宽频带以下的频率分量和所述宽频带以上的频率分量进行线性叠加，生成宽频振动信号。
[0067]
具体的，将上述步骤获得的宽频带分量u
bp
(t)、宽频带以下的频率分量u
l
(t)和宽频带以上的频率分量uh(t)进行线性叠加，生成宽频振动信号u1(t)，具体计算公式为：u1(t)＝u
bp
(t)+u
l
(t)+uh(t)。
[0068]
s104、根据所述脉冲振动波形数字序列和所述脉冲频点fp，构造与所述脉冲振动波形数字序列相对应的脉冲振动波形库；
[0069]
具体的，步骤s104可以实现如下：
[0070]
以单周期的频率为fp的正弦信号作为基本单元，结合每个脉冲振动波形数字序列
对脉冲个数、幅值、持续周期数、间隔周期数的具体定义，构造出每个脉冲振动波形数字序列对应的脉冲振动波形，将所有的脉冲振动波形组成脉冲振动波形库。
[0071]
例如：脉冲振动波形库中的某个脉冲振动波形数字序列1为{2，[1，0.5]，[1，1]，[4]}，则所构造的脉冲振动波形如图5所示；脉冲振动波形数字序列2为{3，[1，0.7，0.3]，[1，2，3]，[4，4]}，则所构造的脉冲振动波形如图6所示。
[0072]
s105、从所述脉冲振动波形库中选择与所述目标信息相对应的脉冲振动波形，生成脉冲振动信号；
[0073]
具体的，预先从生成的脉冲振动波形库中自定义的选择与目标信息中的按键、摇杆、肩键等操作信息以及游戏场景事件信息相对应的脉冲振动波形，然后根据获取到的具体的按键、摇杆、肩键等操作信息以及游戏场景事件信息，生成脉冲振动信号u2(t)。
[0074]
s106、根据所述宽频振动信号和所述脉冲振动信号驱动所述宽频振动装置。
[0075]
具体的，若宽频振动装置为1个具有双谐振频率的马达，则将生成的宽频振动信号u1(t)和脉冲振动信号u2(t)线性叠加，作为合成振动信号u(t)，具体计算公式为：u(t)＝u1(t)+u2(t)，并采用功率放大电路驱动马达，产生相应的振动；
[0076]
若宽频振动装置为2个单谐振频率马达的粘连，则不进行振动信号的合成，采用2个独立的功率放大电路，分别用宽频振动信号u1(t)驱动宽频马达lra1，用脉冲振动信号u2(t)驱动窄频马达lra2。
[0077]
在一种可能的实现方式中，在本技术提供的上述宽频振动装置的控制方法中，还可通过窄频马达在谐振频率点的振动来增强宽频的振感，具体的，步骤s106之前，还可以包括以下步骤：
[0078]
对所述目标宽频信号取绝对值后的信号进行局部极大值检测；
[0079]
对检测得到的局部极大值数据进行低通滤波，得到相对平滑的极大值曲线u
maxp
(t)；
[0080]
利用频率为fp的正弦信号填充极大值曲线u
maxp
(t)，生成幅值为u
maxp
(t)、频率为fp的单频正弦信号u
p
(t)，该单频正弦信号u
p
(t)为强度增强分量；具体计算公式为：u
p
(t)＝u
maxp
(t)sin(2πf
p
t)；
[0081]
将所述强度增强分量u
p
(t)与所述脉冲振动信号u2(t)线性叠加，构成新的脉冲振动信号
[0082]
相对应的，步骤s106具体包括：根据所述宽频振动信号和所述新的脉冲振动信号驱动所述宽频振动装置。
[0083]
为了便于理解，本技术还提供了控制方法实现过程中依托的硬件驱动系统框图，如图7所示，包括以下5个模块：
[0084]
输入信号1：
[0085]
该输入信号该信号输入分为4部分：宽频振动装置的频率特性、脉冲振动波形数字序列、目标宽频信号、目标信息；
[0086]
算法处理2：
[0087]
该算法处理模块对输入信号进行如上控制方法步骤s101至步骤s105所述的信号处理，得到宽频振动信号和脉冲振动信号；
[0088]
振动信号3：
[0089]
该振动信号为算法处理模块对输入信号处理后获得的马达驱动电压信号，包括宽频振动信号和脉冲振动信号。
[0090]
功率放大4：
[0091]
这里选用的功率放大器，通常是一个对输入信号进行功率匹配的放大器，常见的如a类，b类，ab类，或者d类驱动器，输入信号可以是模拟信号，也可以是一定制式的数字信号。
[0092]
宽频振动装置5：
[0093]
该宽频振动装置为2个单谐振马达采用本技术所述的粘连方式得到的宽频振动装置，或者是符合本技术所描述的双谐振频率的单个线性马达。
[0094]
本技术提出的宽频振动装置及其控制方法，通过2个线性谐振器件粘连的方式组合成一个宽频振动装置，或者通过单个器件的结构设计，形成一个宽频振动装置，使得该装置的扫频特性在中低频段有较宽频带的幅值响应，在某个高频点有较高峰值的幅值响应。通过在中低频段设计与游戏等场景匹配的宽频信号来体现振动的丰富性；通过在高频谐振频率点设计多样化的脉冲振动波形来实现按键、摇杆、肩键等操作以及游戏场景事件等触发的脉冲振动反馈，从而同时实现丰富的宽频振动反馈和强烈、干脆的脉冲振动体验。
[0095]
需要说明的是：
[0096]
在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本技术的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
[0097]
类似地，应当理解，为了精简本技术并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本技术的示例性实施例的描述中，本技术的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本技术要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本技术的单独实施例。
[0098]
本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。
[0099]
此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本技术的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
[0100]
本技术的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行
的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本领域的技术人员应当理解，可以在实践中使用微处理器或者数字信号处理器(dsp)来实现根据本技术实施例的虚拟机的创建装置中的一些或者全部部件的一些或者全部功能。本技术还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者装置程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。这样的实现本技术的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，或者在载体信号上提供，或者以任何其他形式提供。
[0101]
应该注意的是上述实施例对本技术进行说明而不是对本技术进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本技术可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。
[0102]
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。