2 DRV2605L オーディオ/ ハプティクス モードの概要と利点

DRV2605L は、リニア共振アクチュエータ (LRA) と偏心回転質量モーター (ERM) の両方に対応した専用のハプティクス ドライバです。これには、閉ループ制御アーキテクチャと内部に組み込まれたハプティクスエフェクトのライブラリが含まれています。本書は、オーディオ入力信号を自動的に意味のあるハプティクス エフェクトに変換する機能である「オーディオ/ハプティクスへの変換」に焦点を当てています。DRV2605L オーディオ/ ハプティクス変換モードを使用する主な利点は次のとおりです:

• ハプティクスへの自動オーディオ変換: オーディオ/ ハプティクス変換モードでは、DRV2605L はアナログ オーディオ入力を継続的に監視し、LRA で対応する駆動出力を生成します。オーディオの低周波成分 (たとえば、50～200Hz のベース リズムや衝撃音) が検出され、振動に変換されます。これはリアルタイムで行われるため、ゲームが明示的に振動コマンドを発行しなくても、オーディオによって触覚応答が生成されます。変換アルゴリズムは、振動がコンテンツに適した感覚になるよう調整されています。鋭い一時的な音はキレのあるタップ音となり、持続する低音はビリビリとした振動や低いうなり音を生み出します。
• 共振トラッキングとSmart-Loop™閉ループ制御: DRV2605L は、LRA 向けに共振周波数を自動追跡する閉ループ制御システムを採用しています。LRA は固有の共振周波数 (通常約 170～200Hz) を持っており、その共振周波数で駆動することで効率と振動強度が最大化されます。ただし、共振周波数は温度や経年変化、装着状態によって若干変動することがあります。DRV2605L の Smart-Loop™ アルゴリズムは、LRA の共振周波数に常に適応して調整を行い、必要に応じてアクティブ ブレーキをかけます。これにより、振動の加速度がより安定し、立ち上がり時間と立ち下がり時間が短縮されます。実際には、閉ループ制御により、オーディオ信号が停止したときの LRAのリンギングやオーバーシュートを防ぎ、各パルスを鮮明にします。(対照的に、開ループ駆動では LRA が共振して長く振動が続き、収束に時間がかかることがあります。)
• 内蔵振動エフェクト ライブラリ: オーディオ/ハプティクス変換モード以外に、DRV2605L には 100 を超える事前定義済みハプティクス波形と効果を収録した ROM ライブラリが内蔵されています (Immersion からライセンスされています)。本資料の主題ではありませんが、このライブラリはゲームが特定の触覚イベントを提供する際に非常に役立ちます。ホスト プロセッサは I²C を介してライブラリ内の波形をトリガでき、例えばダブルクリックの振動や爆発の振動を再生できます。このライブラリがチップ内に搭載されているため、開発者は一般的な効果のためにカスタムの振動波形を作成する必要がありません。この設計では主に自動的なバックグラウンド フィードバックにオーディオ/ハプティクス変換が使われていますが、ライブラリ エフェクトはゲームのメニュー選択や特別なゲーム内アクションなどのオンデマンド イベントにも利用可能です。本書の後半で、オーディオ/ハプティクスとライブラリ エフェクトの切り替えについて説明します。

DRV2605L のオーディオ/ハプティクス エンジンは、入力オーディオ波形を必ずしも正確に模倣するとは限らない触感用に設計された LRA を駆動することに注意してください。目的はオーディオの周波数を文字通り再現することではなく、振動の関連性を最大化することにあります (特に LRA は非常に高い周波数にはうまく反応できないためです)。このデバイスは、オーディオの振幅エンベロープを効果的に抽出し、共振周波数で LRA を駆動して強度を変調します。これにより、オーディオ周波数が LRA の設計範囲を上回っている場合や下回っている場合でも、強力なフィードバックが保証されます。

Smart-Loop の閉ループ制御の利点を示すために、図 2-1 は開ループ駆動のシナリオをスコープでキャプチャしたものを示します。ここでは、ドライバの閉ループ機能を無効にした状態で、内蔵ライブラリ波形 (ダブルクリック エフェクト) を LRA で再生しました。上側のパターンは LRA へのドライバの生の PWM 出力を示し、下側のパターンは LRA にかかる実際の電圧を示しています。適応制御がない場合、LRA の応答は厳密に制御されず、振幅の変動や各パルス後の振動の減衰が遅くなる様子が観察できます。DRV2605L の Smart-Loop 閉ループ モードを有効にすると、これらのパルスがより安定して鮮明になり (この図には示されていませんが、テストで確認されています)、振動の制御が改善されます。

(DRV2605L の内部ライブラリを使用した)ダブルクリックハプティクス効果の開ループ LRA ドライブ波形です。上の波形 (黄色/マゼンタ) はドライバからの差動出力で、下の波形 (赤) は LRA にかかる電圧を示しています。閉ループによる減衰および共振制御がない場合、LRA の動きはわずかなオーバーシュートが生じ、パルス間で振幅が不安定になります。

図 2-1 ダブルクリック エフェクトのオープンループ LRA 波形

要約するとDRV2605Lのオーディオ/ハプティクス変換モードは、既存のオーディオを活用して環境ハプティクスの追加を簡素化します。また、閉ループ制御とエフェクト ライブラリにより、振動の品質を高めつつ、必要に応じて特定の触覚イベントも再生可能にしています。