JP2016534645A - 多段触覚音響装置 - Google Patents

Abstract

ユーザと隣接して接触する触覚音響装置は、ユーザに内臓感覚を付与するための振動触覚材料の多段構成を含む。この装置は、有線または無線電気信号入力に応答して、着用可能構成または着座構成で具現化された振動触覚材料の多段構成を介して身体的感覚を付与する。

Description

関連出願との相互参照
本願は、その内容全体がここに引用により援用される、「触覚音響装置」（Tactile Sound Device）と題され、２０１３年８月２８日に出願された米国仮特許出願第６１／８７１，１０１号；その内容全体がここに引用により援用される、「着用可能な触覚音響装置」（Wearable Tactile Sound Device）と題され、２０１３年１２月２０日に出願された米国仮特許出願第６１／９１９，０２０号；および、その内容全体がここに引用により援用される、「着用可能な触覚音響装置」と題され、２０１４年５月１２日に出願された米国仮特許出願第６１／９９１，８３１号の、米国特許法第１１９条（ｅ）による優先権利益を主張する。

技術分野
この発明は一般に、触覚音響装置に関する。より特定的には、この発明は、ユーザに内臓感覚を付与するための振動触覚材料の多段構成を含む触覚音響装置に関する。具体的には、この発明は、有線または無線電気信号入力に応答して、着用可能構成または着座構成で具現化された振動触覚材料の多段構成を介して身体的感覚を付与することに関する。

背景
文字通り何百年もの間、人々は、音楽を演奏したり聴いたりして音楽を楽しんできた。近年、聴くために利用可能な音楽のタイプは飛躍的に拡大し、ユーザが音楽を聴くことができる機器も同様である。多くの場合、ユーザが音楽を耳にしたり聴くことができる機器はユーザがいるのと同じ部屋に位置し、音楽の再生はユーザによって制御され得る。

概要
ある実施形態によれば、多段振動触覚膜を介して内臓感覚を提供することを目的とする触覚音響装置が提供される。この発明の発明者らは、触覚音響装置において振動触覚膜として採用されるさまざまな材料のタイプ、密度、形状および構成が、同じ電気活性変換器、電気部品および他の設定が一定のままであり得るという事実にもかかわらず、内臓感覚の伝達およびユーザの全体的な主観的体験に多大な影響を与える、ということを発見した。特定の実施形態はしたがって、最高レベルのユーザの主観的体験を提供するように触覚音響装置の振動場を最適化する特定の構成およびタイプの振動触覚材料を含む。ある実施形態は、触覚音響装置に背中を当てているユーザにとって最適な振動場を提供する。

一実施形態では、着座位置での使用が意図された触覚音響装置が提供され、触覚音響装置は、布、ポリマーまたはプラスチックの筐体を有する。他の実施形態は、音響装置または筐体を椅子に固定するためのストラップと、音響装置または筐体用に特に設計されたシートに一体化するための留め金とを含む。別の実施形態では、音響装置の製造時または販売後にシート（たとえば、コンピュータ用椅子または自動車のシート）の内部に埋込まれ得る内蔵型触覚音響装置が提供される。

ある特定の実施形態では、触覚音響装置は起立位置にいるユーザによって使用されるために提供され、触覚音響装置は、ストラップを有する、布、ポリマーまたはプラスチックの筐体を有する。別の実施形態は、バックパック内に、着用者の背中に近い側で一体化された触覚音響装置を提供する。触覚音響装置がバックパックのスリーブ内に挿入され得る、さらに別の実施形態が提供される。触覚音響装置が、バックパックまたは衣服上に、バックパックまたは衣服の着用者の背中に近い側で、その目的用に設計された留め金を利用してスナップ留めされ得る、さらなる実施形態が提供される。触覚音響装置を含む専用の袋が、完全なバックパックを形成するために収納用仕切り上にスナップ留めされるための機構を有する、別の実施形態が提供される。さらなる実施形態は、バックパック上にストラップで固定され得る触覚音響装置を提供する。

ある実施形態では、着用者の正面、背中、および／または体側に内臓感覚を提供するための多段触覚膜の１つ以上のユニットを含む、触覚音響装置ベストが提供される。１つ以上の多段触覚膜が衣服内または衣服上の複数の位置に組込まれ得る、別の実施形態が提供される。さらに別の実施形態は、他の衣服、装置、または製品に一体化され得る多目的の触覚音響装置挿入物である。

ある実施形態によれば、ライブイベントでの低音周波数の出力に応答して、音響装置を通してユーザに内臓感覚が提供される。内臓感覚を提供するための追加の実施形態は、一体型またはモジュール式の無線接続から、もしくはＵＳＢプロトコルなどの有線Ｉ／Ｏ接続を介して入力信号を受信する、着用可能な触覚音声装置である。

図面の簡単な説明
ここに盛込まれて明細書の一部を形成する添付図面は、この開示のさまざまな実施形態を示しており、説明とともに、この開示の原理を説明し、関連技術の当業者がここに開示された実施形態を作成して使用できるようにするよう、さらに機能する。図面では、同様の参照番号は、同一であるかまたは機能的に同様の要素を示す。

多段振動触覚膜アセンブリの側面図である。 着座構成のための多段振動触覚膜アセンブリの上面図である。 着用可能構成のための多段振動触覚膜アセンブリの上面図である。 音声入力に応答してユーザに内臓感覚を提供するために触覚音響装置によって処理される信号の流れを示すフローチャートである。 図４における実施形態に従った回路基板の斜視図である。 着座構成で使用される触覚音響装置の斜視図である。 着用可能構成で使用される触覚音響装置の斜視図である。 バックパック構成で使用される触覚音響装置の斜視図である。 ベスト構成で使用される触覚音響装置の斜視図である。 ライブイベントでの音響に応答してユーザに内臓触感を提供するために触覚音響装置によって処理される信号の流れを示すフローチャートである。

詳細な説明
特定の実施形態は、同じ電気活性変換器、電気部品および他の設定が一定のままであり得るという事実にもかかわらず、ユーザの全体的な主観的体験を提供するための内臓感覚の伝達に影響を与えるために、触覚音響装置において振動触覚膜として採用されるさまざまな材料のタイプ、密度、形状および構成に向けられている。この実施形態はしたがって、最高レベルのユーザの主観的体験を提供するように触覚音響装置の振動場を最適化する特定の構成およびタイプの振動触覚材料を含む。この発明はそれにより、触覚音響装置に背中を当てているユーザにとって最適な振動場を提供することを容易にする。

求められている向上したユーザ体験の鍵は、図１に示すような多段振動触覚膜１００の使用である。振動の伝導は電気活性変換器１０２で始まり、それは、触覚変換器、圧電変換器、または電気信号を動きに変換するあらゆる機構であり得る。電気活性変換器１０２は二次膜１０４に直接付着しており、またはその中に埋込み可能である。二次膜は、ユーザに近い側である一次膜１０６に付着している。電気活性変換器１０２からの振動は、二次膜１０４によって減衰され、その表面区域中に放散される。一次膜１０６は次に、振動を収集し、カバーまたはコーティング材料を通してユーザの背中に伝達する。

一次膜１０６は、触覚音響装置のユーザの背中に近い側とほぼ同じ表面積を占め、この発明において構造的役割も果たす、大きい硬質膜を含む。一次膜１０６は、ポリプロピレン、ＨＤＰＥ、ＰＶＣなどの多くの熱可塑性物質、または炭素繊維などの多くの複合材料のうちのいずれかで作られてもよいが、好ましい材料はポリプロピレンである。ユーザと一次膜１０６との間の干渉または望ましくない振動減衰を最小限に抑えるために、布、薄い発泡体、シリコーンまたは他のそのようなコーティングのみを一次膜１０６とユーザの身体との間に配置すべきである、ということに留意することが重要である。

この微孔質ポリマーの二次膜１０４は、微孔質エラストマー（ＥＶＡ）、ウレタン（ＰＵ）、ゴムなどで作られてもよいが、好ましくは微孔質ポリウレタンで構成され、それは、（一次膜１０６に対する）振動に対してより大きい減衰効果を有する。そのような減衰効果は、電気活性変換器１０２の粗い振動を、ユーザにとって快適であり、かつ微孔質発泡体の区域中に振動を分散させるレベルまで減少させるために望ましい。微孔質ポリマーの二次膜１０４は、一次膜１０６よりも少ない表面積を含むべきであり、装置が着座配向（すなわち、水平部分がユーザの骨盤／後部骨盤を横切り、垂直部分がユーザの背骨をさかのぼり、かつ肩甲骨の間にある）で使用されることになっている場合には、好ましくは図２に示されるような逆「Ｔ」字形状２０２で提供される。理想的には、少なくとも１つの電気活性変換器２０４が、逆「Ｔ」字２０２の各軸上に配置されるべきである（しかしながら、１つの触覚電気活性変換器２０４が使用可能である）。この構成２０２は、ユーザの背骨および腰に沿って動きの伝達を集中させる。しかしながら、触覚音響装置が起立位置で使用されることになっている場合には、微孔質ポリマーの二次膜１０４は好ましくは、（それがユーザの背骨に沿い、かつ肩甲骨の間に適合するように）図３に示すような「Ｉ」字形状３０２で提供される。「Ｉ」字形状では、単一の電気活性変換器３０４が取付可能であるが、好ましくは２つの電気活性変換器３０４が利用される。この構成３０２は、ユーザの背骨に沿って動きの伝達を集中させる。

なお、放散および伝達のより制御された勾配を提供するために、一次膜１０６および二次膜１０４は、同様の材料の１つ以上の層と組合わされたり、または複合材料へと組合わされ得る。電気活性変換器１０２の振動場を変更するために、表面積が電気活性変換器１０２よりも大きい、一次膜１０６と同様の材料の別の層が使用され得る。膜および電気活性ポリマーは、ＶＨＢテープなどの強粘着剤を使用して付着されるべきである。

多段振動触覚膜１００は外部増幅器から離れて作動され得るが、好ましい一実施形態では、触覚音響装置にはそれ自体の回路アセンブリが供給される。多段触覚膜と回路アセンブリとのこのアセンブリを、以下に５００と呼ぶ。この回路アセンブリ４００を、図４および図５に示す。ユニットは、有線４０２または無線４０４の音声信号入力４０６を受信する。たとえばＵＳＢ音声入力といった他のソースからの入力を提供するために、Ｉ／Ｏポート４０５が使用可能である。この信号の一部は、処理されて、または直接、ヘッドホン出力４０８に渡される（４０７）。この信号４０９の別の部分は、電気活性変換器４１２の周波数応答範囲を上回る周波数を除去するために（たとえばローパスフィルタを使用して）フィルタリングされる（４１０）。この信号は増幅器４１１（たとえばＤ級増幅器）に送信され、それは次に、１つ以上の電気活性変換器４１２に電力を供給する。ユニットまたは遠隔４１４のいずれかに対する制御を使用して、振動触覚応答が減衰または増幅され得る。ユニットは、ＤＣ電力入力を介して充電されるバッテリを介して電力を供給される。触覚音響装置とそれ自体の回路アセンブリ５００とを含む触覚音響装置のこの実施形態は、着座構成および着用可能構成で使用可能である。

たとえば音楽制作のために音響情報の正確な表現を提供するには、信号４０９は未処理のまま、デジタル信号プロセッサ４０７から４１０に通される。音響情報の強化された表現を提供するには、たとえばゲーム用途および娯楽用途のための圧縮および低音ブースト効果が、４１０に通されるように４０７に適用され得る。たとえば電気自動車において内燃機関自動車を運転する感覚をシミュレートするために自動車エンジンフィードバック音を提供するには、外部処理を介した環境基準に基づく電気信号が４０５に送信可能であり、その体験をさらに強化するために、効果が適用され得る（４０７）。

図６は、触覚音響装置が椅子の上に配置され得る着座構成についての一実施形態を示す。本体６０２は、布カバー６０３の内部に振動触覚膜アセンブリ１００（図示せず）を含む。この回路アセンブリ６０４、４１４はユニットの外部にあるが、それはまた、メインユニット６０２に一体化され得る。携帯用メディアプレイヤー６１０から有線接続４０２を介して信号入力が提供される。ユニットには、ＤＣ電力コネクタ６０８を介して電力が供給される。触覚音響装置５００の別の実施形態（図示せず）では、ユニットの後部は、そのようなユニットに適応するように設計された整合留め金を用いて椅子にスナップ留めされ得るバックルを有する。別の実施形態（図示せず）では、触覚音響装置５００は、触覚音響装置５００（図示せず）がユーザの背中に近い椅子の背の側８０２にある状態で、椅子の背に一体化される。

図７は、ストラップ７０２を有する着用可能な専用の袋７００に組込まれた触覚音響装置５００（図示せず）の一実施形態を示す。制御モジュール７０４は、振動触覚応答を減衰または増幅するように構成される。ヘッドホンはヘッドホン出力４０８に差し込まれる。図８は、バックパック８００内に、着用者の背中に近い側８０２で封止された触覚音響装置５００（図示せず）の一実施形態を示す。触覚音響装置バックパックの特徴のさまざまな実施形態および詳細は、米国仮出願連続番号第６１／９９１，８３１号に述べられている。図９は、４ユニットの多段触覚膜１００（図示せず）と、装置に電力を供給するための回路アセンブリ４００とを組込んだ、触覚音響装置ベスト９００を示す。

図１０は、ライブイベントで使用されることになっている着用可能な触覚音響装置の一実施形態の回路ブロック図を示す。このユニットは、一体型またはモジュール式の受信機を介してソース信号を受信し、そこに含まれる低周波数を着用者／観客の身体に直接移動させる。観客はこのため、音響によって生じる圧力波を体験することなく、大音響のサブウーファの内臓感覚を体験する。これは、この発明の装置を着用する観客全員が、音源への物理的近接にかかわらず、同じ内臓体験を体験することを可能にする。ライブイベントでの音響に応答してユーザに内臓触感を提供するための方法は、米国仮出願連続番号第６１／９１９，０２０号および米国仮出願連続番号第６１／８７１，１０１号に見出される。ディスプレイ１２２０は、触覚音響装置の外部シェル上に存在しており、中央制御される（たとえば、ＤＪによって制御される）ライトショー、（たとえば４０５からの情報を使用した）予めプログラミングされたライトショー、もしくは、入力信号４０６または出力信号４１２の特性に基づいたライトショーを作成するために、４０５を介して１３２０、１３２１、１３２２、１３２３から信号を得ることができる。

Claims (52)

1. 多段振動触覚アセンブリであって、
   一次膜の１つ以上の層と、
   前記一次膜に隣接して付着された二次膜の１つ以上の層と、
   電気信号を動きに変換する１つ以上の離散的または連続的な電気活性構成要素とを含み、
   前記電気活性構成要素は、前記二次膜に沿って付着するかまたは前記二次膜の一部に埋込まれており、触覚変換器および圧電変換器のうちの１つ以上を含む、多段振動触覚アセンブリ。
2. 前記一次膜は、熱可塑性材料または複合材料を含む、請求項１に記載の多段振動触覚アセンブリ。
3. 前記一次膜は、ポリプロピレン、ＨＤＰＥ、ＰＶＣ、または炭素繊維のうちの１つ以上を含む、請求項１に記載の多段振動触覚アセンブリ。
4. 前記一次膜はポリプロピレンを含む、請求項１に記載の多段振動触覚アセンブリ。
5. 前記二次膜は、微孔質エラストマー、ウレタン、またはゴムを含む、請求項１に記載の多段振動触覚アセンブリ。
6. 前記二次膜はポリウレタンを含む、請求項１に記載の多段振動触覚アセンブリ。
7. 前記二次膜は、前記多段振動触覚アセンブリの表面区域に沿って、前記電気活性構成要素からの動きを減衰して放散する、請求項１に記載の多段振動触覚アセンブリ。
8. 前記一次膜は、前記二次膜から振動を収集して伝導する、請求項１に記載の多段振動触覚アセンブリ。
9. 前記一次膜は、前記多段振動触覚アセンブリのユーザに近くにある、請求項１に記載の多段振動触覚アセンブリ。
10. 前記一次膜と同様の追加層が、前記電気活性構成要素と前記二次膜との間に配置される、請求項１に記載の多段振動触覚アセンブリ。
11. 前記電気活性構成要素は、増幅器によって電力を供給される、請求項１に記載の多段振動触覚アセンブリ。
12. 前記電気活性構成要素は、有線電気信号によって制御される、請求項１に記載の多段振動触覚アセンブリ。
13. 前記電気活性構成要素は、無線で送信された電気信号によって制御される、請求項１に記載の多段振動触覚アセンブリ。
14. 前記電気活性構成要素は、前記多段振動触覚アセンブリの周波数応答範囲を制御するための能動または受動フィルタを含む、請求項１に記載の多段振動触覚アセンブリ。
15. 前記多段振動触覚アセンブリは、前記電気活性構成要素を起動するために音声または電気信号を制御信号になるよう処理して増幅する回路アセンブリによって制御される、請求項１に記載の多段振動触覚アセンブリ。
16. 前記回路アセンブリは、
    １つ以上の有線または無線の音声または電気信号入力と、
    前記回路アセンブリおよび前記多段振動触覚アセンブリへの電力の提供を制御するための信号増幅器とを含む、請求項１５に記載の回路アセンブリ。
17. 前記回路アセンブリは、前記電気活性構成要素のための増幅器出力を減衰する、請求項１５に記載の回路アセンブリ。
18. 前記回路アセンブリは、前記回路アセンブリの機能を制御するための少なくとも１つのマイクロプロセッサを含む、請求項１５に記載の回路アセンブリ。
19. 前記回路アセンブリは、前記電気信号のすべてまたはある部分を変更するための少なくとも１つのデジタル信号プロセッサを含む、請求項１５に記載の回路アセンブリ。
20. 前記回路アセンブリは少なくとも１つのフィルタを含み、前記フィルタは、ローパスフィルタ、ハイパスフィルタ、ノッチフィルタ、またはバンドパスフィルタを含む、請求項１５に記載の回路アセンブリ。
21. 前記回路アセンブリは、歪みまたはノイズを除去するために前記制御信号を処理するための少なくとも１つのフィルタを含む、請求項１５に記載の回路アセンブリ。
22. 前記回路アセンブリは、ＷｉＦｉ、Bluetooth（登録商標）、ＵＨＦ、およびＩＳＭプロトコルだけに限定されないプロトコルを使用して、赤外線または無線信号入力を受信する、請求項１５に記載の回路アセンブリ。
23. 前記回路アセンブリは、有線信号入力と、符号化されたフォーマットの別の装置からの入力を復号するためのプロセッサとを含む、請求項１５に記載の回路アセンブリ。
24. 前記回路アセンブリは、マイクロホン入力を受付ける、請求項１５に記載の回路アセンブリ。
25. 前記回路アセンブリは、有線または無線音声信号出力を提供する、請求項１５に記載の回路アセンブリ。
26. 前記回路アセンブリは、無線または有線音声信号出力を減衰または増幅する、請求項１５に記載の回路アセンブリ。
27. 前記回路アセンブリは、一次電池アセンブリまたは二次電池アセンブリを含む、請求項１５に記載の回路アセンブリ。
28. 前記回路アセンブリは、二次電池アセンブリ用の充電回路を含む、請求項１５に記載の回路アセンブリ。
29. 前記回路アセンブリは、内部または外部付属品が取付けられ得るＩ／Ｏポートを含む、請求項１５に記載の回路アセンブリ。
30. 前記回路アセンブリは、外部装置および付属品に電力を供給するかまたは外部装置および付属品を充電することができるＩ／Ｏポートを含む、請求項１５に記載の回路アセンブリ。
31. 前記回路アセンブリは、前記回路アセンブリの他の構成要素および機能を制御するための信号から、前記電気活性構成要素を起動するために使用される前記制御信号を分離するためのシステムを含む、請求項１５に記載の回路アセンブリ。
32. 前記電気活性構成要素を起動するための前記制御信号の強度は、外部信号を介して制御可能である、請求項３１に記載のシステム。
33. ユーザに内臓感覚を提供する触覚音響装置をさらに含む、請求項１５に記載の多段振動触覚アセンブリ。
34. 前記触覚音響アセンブリは、布、合成物質、革、ポリマーまたは発泡体のカバーの内部に位置している、請求項３３に記載の触覚音響装置。
35. 前記カバーは、前記装置をシートに固定するためのストラップを含み、前記シートは、コンピュータ用椅子、劇場の椅子、自動車のシート、または飛行機のシートを含む、請求項３４に記載の触覚音響装置。
36. 前記カバーは、そのような装置に適応するように設計されたあらゆるシートに前記装置をスナップ留めするための機構を含む、請求項３４に記載の触覚音響装置。
37. 前記触覚音響装置は、コンピュータ用椅子、劇場の椅子、自動車のシート、または飛行機のシートなどのシートの内部に、ユーザの背中に近い側で埋込まれる、請求項３４に記載の触覚音響装置。
38. 前記触覚音響装置が着座位置で使用される場合、前記二次膜は略逆字形状である、請求項３４に記載の触覚音響装置。
39. 前記触覚音響装置は、１対以上のストラップまたは単一の交差ストラップを有する専用の袋の内部に位置しており、前記袋はユーザによって着用される、請求項３３に記載の触覚音響装置。
40. 前記触覚音響装置は、バックパックの内部に、着用者の背中に近い側で封止される、請求項３３に記載の触覚音響装置。
41. 前記触覚音響装置は、バックパックの、着用者の背中に近い側の、封止されていないポケット内に挿入されるように位置している、請求項３３に記載の触覚音響装置。
42. 前記触覚音響装置は、バックバックの外部上に、バックバックの着用者の背中に近い側でスナップ留めされ得る、請求項３３に記載の触覚音響装置。
43. 前記専用の袋は、完全なバックパックを形成するために収納用仕切り上にスナップ留めされるための機構を有する、請求項３９に記載の触覚音響装置。
44. 前記触覚音響装置は、バックパック上にストラップで固定されるように構成される、請求項３９に記載の触覚音響装置。
45. 前記触覚音響装置が着用されるように構成される場合、前記二次膜は略Ｉ字形状である、請求項３９に記載の触覚音響装置。
46. 前記触覚音響装置は、ユーザによってベストとして着用され、またはベスト内にあるように構成される、請求項３３に記載の触覚音響装置。
47. 前記触覚音響装置は、ユーザによって衣服として着用されるように構成される、請求項３３に記載の触覚音響装置。
48. 前記触覚音響装置は、ユーザによって着用される衣服内に挿入される挿入物として構成される、請求項３３に記載の触覚音響装置。
49. 前記触覚音響装置は、そのカバーまたは筐体上のディスプレイを介して視覚化を表示するように構成され、前記視覚化は、前記装置上に生成されるかもしくは有線または無線信号から受信され、前記ディスプレイは、ＯＬＥＤスクリーン、フレキシブルＯＬＥＤスクリーン、ＬＥＤグリッド、ＬＥＤスクリーン、ＬＣＤスクリーン、または電子発光ディスプレイを含む、請求項３３に記載の触覚音響装置。
50. 前記回路アセンブリにおける前記デジタル信号プロセッサは、入力信号を修正しないことによって音声入力の忠実な表現を提供する、請求項３３に記載の触覚音響装置。
51. 前記回路アセンブリにおける前記デジタル信号プロセッサは、圧縮および低音ブースト効果を適用することによってある音響情報の強化された表現を提供する、請求項３３に記載の触覚音響装置。
52. 前記回路アセンブリにおける前記デジタル信号プロセッサは、前記Ｉ／Ｏポートからの信号とともに、内燃機関自動車を運転する感覚または安全警告のための感覚をシミュレートするために自動車エンジンフィードバック音を提供する、請求項３３に記載の触覚音響装置。

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