4 波形テスト結果と分析 (オーディオ/ハプティクス モード)

まず、オーディオ/ ハプティクス (A-V) 変換モードでの DRV2605L の出力について、制御されたオーディオ入力を使用して検討しました。目的は、ドライバがさまざまな周波数のオーディオ信号をどれだけ効果的に LRA の振動に変換できるか、また振動の振幅がオーディオ信号の振幅にどのように比例するかを確認することでした。テストでは 3 種類のトーン (100Hz、200Hz、300Hz) を使用しました。これらは、一般的な LRA の共振周波数 (約 180Hz) より低い、近い、そして高い音声信号をそれぞれ表しています。これらは、それぞれ低域の重低音 (100Hz)、共振周波数付近のバズ音 (200Hz)、より高音域のハム音 (300Hz) と考えることができます。各トーンは、次の 4 つの振幅レベルでテストされました: 25%、50%、75%、および 100% (100% はシステム ボリュームが最大に設定されていることに相当します)。例えば、25% はシステムの音量を 25 に設定すること、50% は音量レベル 50 に設定すること、というように対応します。この構成により、入力音量レベルごとの DRV2605L 出力の直線性を観察し、振動応答において飽和が発生するかどうかを確認できます。

各テストでは、A-V モードでオーディオを再生し、LRA 駆動 (差動出力) とオーディオ入力の定常波形を取得しました。オシロスコープのスクリーンショット (図 4-1からまで図 4-12) に結果が示されています。これらすべての図において、青のトレース (C2) はオーディオ入力電圧を示し、マゼンタまたは黄色のトレース (C1 および C3、あるいはその差分 M3) は DRV2605L によって LRA に印加される差動電圧を表しています。基本的に、各グラフに表示されている色付きの PWM 波形がドライバの出力であり、エンベロープや振幅が振動の強さに対応しています。各ケースのオーディオ入力の実測振幅 (mV RMS) は、参考として図のキャプションに記載されています。

100Hz 入力 (共振より低い場合): 100Hz では、LRA は共振周波数より低い周波数で駆動されています。共振時と比べて、同じ電圧の場合の振動は弱くなると予想されますが、DRV2605L はそれでもオーディオの振幅に比例して駆動することができます。

DRV2605L の出力 (100Hz サイン波入力、音量 25%、2.1mV)。この低いオーディオ レベルでは、LRA に印加される差動電圧が小さく、ごくわずかな振動しか発生しません。波形には、ドライバ出力の PWM パルス (ピンクまたは黄色) が示されており、これらのパルスの振幅は低く、かろうじて感じられる程度のバズ音を発生させるのに十分なレベルです。

図 4-1 100Hz 入力、音量 25% ― 最小限の振動

DRV2605L の出力 (100Hz 入力、音量 50%、7.1mV)。中程度のオーディオ レベルでは、ドライバは LRA により高い電圧を印加します (25% の場合のおよそ 2 倍の振幅となります)。LRA の振動が体感できるようになります。オシロスコープの波形には、LRA 駆動電圧の 100Hz エンベロープが明確に示されています (青いトレースが 100Hz で振動し、PWM 出力もエンベロープに追従しています)。振動の振幅は 25% の場合と比べておよそ 2 倍となっており、この範囲ではおおむね直線的な応答が見られることを示しています。

図 4-2 100Hz 入力、音量50% ― 体感できる振動

DRV2605L の出力 (100Hz 入力、音量 75%、14.1mV)このオーディオ レベルが高くなると、ドライバの出力 PWM スイングが大きくなり、LRA をより大きな力で駆動します。振動は強くなり、引き続き 100Hz のオーディオ波形エンベロープに従っています。

図 4-3 100Hz 入力、音量 75% - 強い振動

DRV2605L の出力 (100Hz 入力、音量 100%、21.8mV)最大のオーディオ入力では、ドライバはフルスケールの差動電圧 (黄色またはマゼンタの PWM 波形) を出力します。LRA は、100Hz駆動の強い振動を受けます。ドライバはクリッピングなしで LRA を正常に駆動します。

図 4-4 100Hz 入力、音量100% ― フルスケールの振動

200Hz 入力 (近接共振): 200Hz は、テスト用 LRA の共振周波数付近に位置しています。LRA はこの周波数付近で最も強く応答し、より小さい入力電圧でも大きな振動を生じると予想されます。

DRV2605L の出力 (200Hz サイン波入力、音量 25%、2.1mV)M3トレースには PWM 出力はありません。

図 4-5 200Hz 入力、音量 25% ― PWM 出力なし

DRV2605L の出力 (200Hz 入力、音量 50%、7.1mV)共振周波数付近でオーディオ入力が半分の場合、LRA 駆動 (黄色またはマゼンタの波形) がより顕著になります。青いトレースは、200Hz のオーディオ波形を示します。

図 4-6 200Hz 入力、音量 50% ― 中程度の振動

DRV2605L の出力 (200Hz 入力、音量 75%、14.1mV)オーディオ レベルが 75% になると、出力波形には大きな PWM の振幅変動が見られます。

図 4-7 200Hz 入力、音量 75% ― 高い PWM アクティビティ

DRV2605L の出力 (200Hz 入力、音量 100%、21.8mV)共振周波数でのフルスケール入力では、LRA が最大強度で駆動されます。出力波形 (マゼンタまたは黄色) は、これまでで最も高い振幅のパルスを示しており、青のトレースは 200Hz のオーディオが連続していることを確認できます。LRA の動きはピークに達しており、これは非常に強い振動 (深いバズ音) に相当します。

図 4-8 200Hz 入力、音量 100% ― 最大振動

共振周波数において、DRV2605L の閉ループ制御は特に有効でした。LRA の動きが激しくなると、LRA からの逆起電力 (back-EMF) も増加します (LRA は、LRA が動くことで電圧を発生させます)。

300Hz 入力 (共振周波数以上): 300Hz は高い周波数です。この領域では、ドライバが LRA をそれほど強く駆動しないため、振動出力は減少すると予想されます。

DRV2605L の出力 (300Hz 入力、音量 25%、2.1mV)。音量が 4 分の 1 の場合、オーディオは 300Hz のトーンですが、LRA に印加される差動電圧 (M3、赤のトレース) はゼロです。

図 4-9 300Hz 入力 (25% 音量) - 振動なし

DRV2605L の出力 (300Hz 入力、音量 50%、7.0mV)中程度の 300Hz 入力でも、ドライバは振動を出力しません。

図 4-10 300Hz 入力 (50% 音量) - 振動なし

実際、300Hz では振動がかなり弱くなりました。DRV2605L はこの入力信号をより低い周波数の振動に変換していますが、振幅は 300Hz の励起が難しいことを反映しています。振幅を大きくすると、次のようになります:

DRV2605L の出力 (300Hz 入力、音量 75%、14.1mV)音量 75% では、オシロスコープに大きな PWM 動作が示されています。LRA は振動しますが、その振動は 200Hz での同じ 75% 音量時よりも柔らかく感じられます。出力波形は安定しており (不規則な動作は見られません)、ドライバが正常に制御していることを示しています。ただし、その周波数では強い振動を生成できません。

図 4-11 300Hz 入力 (75% 音量) - ソフトな振動

DRV2605L の出力 (300Hz 入力、音量 100%、21.0mV)300Hz で最大のオーディオ振幅の場合、ドライバは可能な限りの出力を行います。オシロスコープの波形では、オーディオ信号 (青) に高周波成分が含まれていますが、LRA 駆動波形 (マゼンタまたは黄色) は主に LRA の共振周波数で振幅変調された形で現れています。その結果としての振動は存在し、オーディオの強度とおおよそ相関していますが、100Hz や 200Hz のフルボリュームの場合に比べて明らかに弱くなっています。

図 4-12 300Hz 入力、音量 100% ― 弱い振動応答

高周波数でもいくらかの触覚フィードバックは生成されており、制御によりすべての場合で波形は安定していて(意図しない歪みや長時間のリンギングが発生しないよう) 保たれています。なお、非常に短いオーディオ バースト (約 10〜20ms 未満) は、人間の触覚閾値以下であればほとんど触覚を感じさせません。DRV2605L のアルゴリズムには、極めて短いオーディオのノイズを無視して誤動作を防ぐためのフィルタリングが組み込まれている可能性があります。

全体として、これらの定常状態テストにより、DRV2605L は特に LRA の共振周波数付近で、オーディオ入力を効果的に LRA の振動へ変換できることが示されました。このデバイスは、安定性を維持しながら、制限範囲内でオーディオ振幅にほぼ比例した振動応答を提供しました。