CN110313186A - 声学装置的负荷变化诊断及方法 - Google Patents

Abstract

声学设备和方法响应于施加到声学受话器的电输入信号而产生声信号。使用电声换能器将声信号转换成与声信号的声压成比例的电输出信号。在一些实施方式中，该设备和方法通过将电输出信号与参考信息进行比较来确定是否存在指示联接到受话器的声学负荷的变化的声信号的变化。在一个示例中，声学负荷的变化可归因于声学受话器的输出部中的或用户的耳道中的声学通道中的耳垢积聚或者可归因于密封泄漏。

Description

声学装置的负荷变化诊断及方法

相关申请

本申请涉及2016年10月17日提交的题为“Armature-Based Acoustic ReceiverHaving Improved Output and Method”的序列号为62/409,341的美国临时专利申请，其全部内容通过引用在此并入。

技术领域

本公开总体上涉及声学装置，并且更具体地，涉及声学装置中的声学负荷变化诊断、其电路以及对应的方法。

背景技术

通常已知包括平衡电枢受话器(receiver)的声学装置，该平衡电枢受话器将电输入信号转换为以变化的声压级(SPL)为特征的声输出信号。这种装置可以实现为用户佩戴的助听器、耳机或耳塞。受话器通常包括具有线圈的电动机，电激励信号施加到该线圈。线圈绕电枢(也称为簧片)的一部分设置，电枢的可移动部分均衡地设置在磁体之间，该磁体通常由磁轭保持。将激励信号或输入信号施加到受话器线圈调节了磁场，引起在磁体之间的簧片偏转。偏转的簧片连接(link)到设置在部分封闭的受话器壳体内的振膜的可移动部分(称为膜片(paddle))，其中，膜片的移动迫使空气通过壳体的声音出口或端口。这些声学装置的性能可能受到次优联接或声输出信号阻塞以及趋于改变联接到装置的声学负荷的其它条件的不利影响。

当参照附图考虑以下具体实施方式时，对于本领域普通技术人员而言，本公开的目的、特征和优点将是更显而易见的。

附图说明

图1是用于生成用于输入到基于电枢的受话器的预失真的激励信号的系统的框图。

图2是针对不同的磁化以及针对不具有预失真的不同类型的输入信号或激励信号的总谐波失真(THD)与SPL的关系的曲线图。

图3是响应于具有和不具有预失真的输入信号的受话器输出的比较例示图。

图4是在具有和不具有预失真的情况下，由不同类型的放大器驱动的受话器的THD与SPL的关系的曲线图。

图5是在具有和不具有预失真的情况下，针对由不同类型的放大器驱动的受话器(包括过度磁化的受话器)的THD与SPL的关系的曲线图。

图6例示了由不同类型的放大器驱动的受话器的频率响应。

图7是具有反S形形式的可计算的非线性函数的曲线图。

图8是用于确定非线性函数的参数的测试系统。

图9是与受话器组合使用的集成电路的示意性框图。

图10是受话器的示意性框图。

图11是基于电枢的受话器的可计算模型的图形表示。

图12是相对磁导率与通量密度的关系的曲线图(plot)。

图13例示了集成有基于电枢的受话器的系统。

图14是例示了采用具有声学负荷变化确定的声学受话器的系统的示例的框图。

图15是例示了声学受话器中的方法的一个示例的流程图。

图16例示了声学受话器中的一种方法的示例。

图17是从声学受话器中的前腔的视角例示出前腔频率响应信息形式的示例参考信息以及指示声学负荷的变化的曲线的曲线图。

图18是从声学受话器中的后腔的视角例示出后腔频率响应信息形式的示例参考信息以及指示声学负荷的变化的曲线的曲线图。

图19是从声学受话器中的输出端口的视角例示出输出端口频率响应信息形式的示例参考信息以及指示声学负荷的变化的曲线的曲线图。.

图20例示了用户界面的示例。

图21例示了用户界面的示例。

图22例示了声学受话器中的传感器位置的示例。

图23例示了声学受话器中的传感器位置的示例。

图24例示了声学受话器中的传感器位置的示例。

图25例示了声学受话器中的传感器位置的示例。

图26例示了声学受话器中的传感器位置的示例。

图27例示了声学受话器中的传感器位置的示例。

图28例示了声学受话器中的麦克风位置的示例，其中，附接到麦克风的麦克风或电路元件(电路板、柔性电路、基板等)构成了受话器壳体的一部分并且限定了前部容积的一部分。

本领域普通技术人员将理解，为了简单和清楚起见，例示了附图中的元件。将进一步理解，可以以特定的发生顺序描述或描绘某些动作或步骤，而本领域普通技术人员将理解，除非特别指示特定顺序，否则实际上不需要关于序列的这种特异性。还将理解，除非本文另行阐述特定含义，否则本文使用的术语和表达具有与相对于它们对应的研究和学习的各个领域的这些术语和表达一致的通常的含义。

具体实施方式

总体上，公开了用于响应于电输入信号产生声输出信号的声学装置和方法。电输入信号的转换可以由声学受话器(本文也称为“受话器”)执行。在一个实施方式中，受话器实现为基于电枢的受话器，其包括连接到振膜的电枢，该振膜将受话器壳体分成前部容积和后部容积，其中，前部容积通过声学通道联接到壳体的输出端口。在一些实施方式中，声学通道包括喷嘴，输出端口设置在该喷嘴上。在其它实施方式中，声学通道包括位于受话器的前部容积与输出端口之间的腔室(也称为狗窝式结构(doghouse))。在其它实施方式中，受话器实现为动态扬声器，其包括将受话器壳体分成前部容积和后部容积的振膜。声学装置可以实现为受话器或与诸如助听器、耳机、耳塞或听筒之类的一些其它装置集成在一起的受话器或者实现为响应于电输入信号而产生声输出信号并且旨在在用户的耳朵附近使用的一些其它装置。

根据本公开的一个方面，使用位于声学装置中、声学装置上或声学装置附近的一个或更多个电声换能器(例如，麦克风)将受话器的声输出信号转换为与声信号的声压相关的电输出信号。在一个实施方式中，受话器装置包括至少一个麦克风，其定位成对受话器的前部容积、后部容积或输出通道中的至少一者中的声压进行检测。如本文所述，定位麦克风以感测受话器的不同区域中的声压可能具有不同的优点。在一些实现方式中，在受话器壳体的多个位置处检测到的声压也用于确定负荷变化。

声输出信号的变化用于确定联接到声学装置的声学负荷的变化。在一个实施方式中，提供负荷变化的通知或使用户或服务技术人员可以获得负荷变化的通知。在另一实施方式中，可以自动调节声学装置的性能，以补偿声学负荷的变化。在其它实施方式中，提供通知和补偿二者。本文进一步讨论了本公开的这些方面和其它方面。

声学负荷通常可以表征为与在其中产生受话器的声压的空气的体积相关联的尺寸、形状和泄漏。例如，设置在听筒中的受话器包括输出端口，该输出端口通常通过声管联接到听筒的声音端口。在使用中，听筒可以联接到用户耳朵，其中具有或多或少的泄漏。因此，在该示例中，听筒的声学通道、用户的耳道和其间联接的泄漏以及其它因素对声学负荷有贡献。通常，诸如温度、湿度和压力的环境因素也会影响声学负荷。

在一个示例中，声学负荷的变化可归因于声学装置的声输出信号的阻塞(obstruction)。这种阻塞可能是由声学装置的某些部分中的异物积聚引起的。异物包括倾向于渗入声学装置的水分、耳垢(也称为耵聍)或其它碎屑，以及其组合。例如，阻塞可以发生在声学装置的耳塞或听筒的声音端口中，或者发生在将声音端口互连到受话器的输出端口的管道(tube)中。在一些声学装置中，异物可以通过结构向受话器的部分迁移并积聚在受话器的部分中。无论声学装置是否在使用中，都可以执行阻塞诊断。因此，针对阻塞诊断，声学装置的声音端口、或者将声音端口和受话器的输出端口互连的任何声管或者受话器的输出端口的任何阻塞中的至少一者可以影响声学负荷。

在另一示例中，声学负荷的变化可归因于听力装置与用户的耳朵之间的声学联接的变化。这种联接变化可能由密封泄漏或可能由与联接相关联的过紧密封引起。更一般地，声学负荷可能由于除了上述示例中讨论的阻塞或联接问题之外的原因而改变。无论原因如何，如本文进一步讨论的，通过感测声输出的变化来诊断负荷变化。联接问题的诊断要求声学装置联接到负荷(例如，定位在用户上)。出于联接检测的目的，至少声学装置与声学装置在声学上联接到的用户或其它设备之间的联接特性(例如，密封或泄漏)影响声学负荷。

通常，可以通过将声输出信号与参考信息进行比较来确定声学负荷的变化。为此目的，电路可操作以通过将表示(represent)声输出信号的电输出信号与参考信息进行比较来确定是否存在受话器的声信号的变化，其中，电输出信号由定位成对声学装置的声输出进行感测的麦克风来生成。参考信息存储在电路的存储器中。电路还可以确定声学负荷的变化的范围或程度。在一些实施方式中，电路还通过对电输入信号应用均衡以补偿声学负荷的变化来控制受话器的性能。电路可以由执行声学负荷变化确定算法的处理器或者由等效硬件电路或其组合来实现。在还应用预失真的实施方式中，在预失真处理之前，均衡表示期望声输出的信号。

在一个实施方式中，通过与受话器集成在一起(例如，设置在受话器内或受话器上)的电路或通过与声学装置(受话器与该声学装置集成在一起或组合使用)的另一部分集成在一起的电路来执行比较。例如，声学装置的另一部分可以是听力装置的耳后单元或耳道内听筒、耳塞、耳机壳体部分或与受话器集成在一起的一些其它结构。另选地，比较可以由远离例如在云服务器(web服务器)、移动装置、听力装置测试站中的或在服务设施处以及其它远程装置或位置处的声学装置定位的电路执行。远程处理要求来自声学装置的信息(例如，声输出信号或表示其的电输出信号)被提供给远程装置或位置，以如本文所讨论的那样进行处理。

在一个实施方式中，参考信息是能够在受话器的输出部未被阻塞的情况下在受话器的前部容积中在一个或更多个参考频率处产生的最大声压。在一个实施方式中，所述一个或更多个频率低于受话器的谐振频率。谐振频率可以是主机械谐振频率或声学谐振频率。根据该实施方式，当在受话器的前部容积中在一个或更多个参考频率处测量的声输出大于限定的参考信息时，可以检测到阻塞。该方法主要适用于检测阻塞，并且无法提供阻塞程度的测量结果。能够在受话器的前部容积中产生的作为频率的函数的最大声压可以在制造时被计算或测量，或者在制造后校准过程期间创建。

在其它实施方式中，参考信息是预期传递函数，该预期传递函数包括受话器的参考声输出信号与受话器的参考电输入信号的比率。预期传递函数可以是一个或更多个频率的函数。在一种方法中，预期传递函数基于如下的声输出：响应于具有固定幅度的电输入信号，在指定频率范围内测量的声输出。预期传递函数可以在制造时被计算或测量，或者在制造后校准过程期间创建。

通常，针对指定的负荷条件确定预期传递函数。例如，可以针对未被阻塞的非联接的声学装置确定预期传递函数。可以针对未被阻塞的最佳联接的声学装置确定不同的预期传递函数，例如，在适当联接声学装置(例如，将装置安装在用户上)时，通过服务技术人员或用户调用由电路执行的初始化算法来确定。声学装置上的联接传感器可以指示装置是否被联接并根据在装置联接时是否执行诊断来调用适当的预期传递函数。

受话器的预期传递函数(也称为灵敏度)在受话器的已知工作范围内(例如，响应于相对低到中等幅度的电输入信号)基本上是线性的。如2016年10月17日提交的题为“Armature-Based Acoustic Receiver Having Improved Output and Method”的美国申请No.62/409,341中所描述的，对输入信号应用预失真将增加受话器的线性工作范围。然而，如果预期传递被建模成适应受话器的非线性工作，则针对受话器的非线性工作，可以确定声学负荷的变化。在任何情况下，如果受话器在其线性范围内(即，电输入信号不足以大到引起受话器的非线性工作)工作，则可以通过将预期传递函数与测量的传递函数进行比较来确定负荷的变化。

在这些实施方式中，电路可操作以通过将表示受话器的测量的传递函数的数据与表示受话器的适当预期传递函数的数据进行比较来确定是否存在声信号的变化。测量的传递函数是受话器的声输出信号与受话器的电输入信号的比率。测量的传递函数是制造后某个时间的传递函数的量度。根据声学负荷条件，测量的传递函数可以与预期传递函数相同或不同。该方法适用于检测任何负荷变化，并允许确定变化的程度。

通常，传递函数的比较可以在一个或更多个频率处执行。在一个实现方式中，在单个频率处比较传递函数，例如，在受话器的机械谐振或声学谐振下。传递函数的在特定频率处的幅度差异指示负荷变化。在一些实施方式中，电路可操作以针对在低于受话器的谐振频率约1个倍频程(octave)与高于受话器谐振频率约1个倍频程之间的频率范围，将测量的传递函数与预期传递函数进行比较。在一个实现方式中，谐振频率是受话器的主机械谐振频率。在另一实现方式中，谐振频率是受话器的声学谐振频率。通常，声学谐振频率可以高于或低于受话器的主机械谐振频率。传递函数的在多个频率处的幅度差异可以表示斜率的量度，该斜率也表示负荷变化。传递函数的在多个频率处的幅度差异可以用于定位最大值或最小值或最大值变化或最小值变化、拐角频率变化，其中任何一者或更多者可以指示声学负荷的变化。

在一些实施方式中，电路可操作以向受话器提供诊断电输入信号，以诊断声学负荷的变化。如本文所讨论的，声输出信号可以用由麦克风生成的电输出信号表示，该麦克风被定位成对与受话器的声输出相关联的声压进行检测。如本文所讨论的，声输出信号可以用由麦克风生成的电输出信号表示，该麦克风被定位成对与受话器的声输出相关联的声压进行检测。电路生成诊断信号。诊断信号可以是具有已知参数(例如，幅度、频率和相位)的单音，或具有已知参数的步进频率信号或具有已知参数的扫频信号，以及具有已知参数的其它信号。也可以使用其它诊断信号，还包括尤其是啁啾(chirps)、粉红噪声、白噪声等。如果进行相干性检查，则可以使用不太明确地限定的信号。这种类型的测试可以在使用装置时完成，并且可以在使用装置时进行。

诊断信号可以是听得见的或听不见的。用户通常无法察觉到听不见的信号，因为频率在可听范围之外，或者因为可听频率范围内的信号的幅度或电平低于听力阈值，或者因为可听频率范围内的信号被同时出现的其它声音掩盖。具有亚声频的输入信号可以由位于受话器前部容积中的电声换能器最佳地检测到。在声学装置处于使用中时，用于负荷变化诊断目的听不见的信号的使用将不会中断用户的聆听乐趣。在将测量的传递函数与参考传递函数进行比较的实施方式中，测量的传递函数是声输出信号与诊断信号的比率。

在其它实施方式中，电路使用来自外部源的信号来确定声学负荷的变化。从外部源获得的电输入信号可以源自助听器中的麦克风、源自音频回放装置或源自某些其它装置。在一些实施方式中，在将信号施加到受话器之前，电路对从外部源获得的信号进行调节。例如，从助听器装置中的麦克风获得的信号可以在施加到受话器之前经受滤波、阻抗匹配和放大。其它外部信号可能需要其它处理。另选地，电路可以仅用作用于将信号从外部源直接传递到受话器的通道。在将测量的传递函数与参考传递函数进行比较的实施方式中，电路必须确定来自外部源的信号的参数，以便执行比较。这种测量通常在特定频率或频率范围处执行。

在一些实施方式中，电声换能器设置在基板上，取决于期望在何处检测声压，该基板形成受话器的前部容积或后部容积或输出通道的一部分。在电声换能器被定位成对受话器的后部容积或前部容积中的声压进行感测的实施方式中，电声换能器基板分别形成后部容积或前部容积的一部分。在电声换能器被定位成对受话器的输出通道中的声压进行感测的实施方式中，电声换能器基板形成输出通道的一部分。如本文所建议的，一些实施方式可以包括多个麦克风，因此麦克风基板可以构成受话器的超过一个的容积或通道。

在一些实施方式中，基于电枢的声学受话器包括具有振膜的壳体，该振膜限定了前部容积、后部容积以及联接到前部容积的输出端口。受话器包括至少一个电声换能器，其定位成对前部容积和后部容积中的至少一者中的声压进行感测。

在一些实施方式中，实现为与基于电枢的声学受话器组合使用的一个或更多个集成电路的电路可操作以在集成电路的输出端处施加电输入信号。电路还可操作以通过将表示受话器的声输出的数据与受话器的参考数据进行比较来确定是否存在受话器的声信号的变化。在一个实施方式中，将测量的传递度量与表示预期传递函数的数据进行比较。测量的传递度量是受话器的声输出信号与电输入信号的比率，并且针对参考负荷，预期传递函数是受话器的参考声输出信号与受话器的参考电输入信号的比率。

在一些实施方式中，集成电路可操作以通过将表示受话器的测量的传递函数的数据与表示受话器的预期传递函数的数据进行比较来确定是否存在声信号的变化，其中，测量的传递函数是受话器的声输出信号与受话器的电输入信号的比率，并且针对参考测试负荷，预期传递函数是受话器的参考声输出信号与受话器的参考电输入信号的比率。

在一些实施方式中，集成电路可操作以针对在低于受话器谐振频率约1个倍频程与高于受话器谐振频率约1个倍频程之间的频率范围，将测量的传递函数与预期传递函数进行比较。

在一些实施方式中，集成电路可操作以当存在指示声学负荷的变化的声信号的变化时提供通知。

在一些实施方式中，电路确定声信号的变化指示输出部的阻塞，其中，针对表示未被阻塞的受话器的参考测试负荷，预期传递函数是参考声输出信号与参考电输入信号的比率。在一些实施方式中，集成电路确定声信号的变化指示声泄漏的变化，其中，针对包括参考泄露的参考测试负荷，预期传递函数是参考声输出信号与参考电输入信号的比率。

在另一方面，基于电枢的受话器通常具有取决于换能器的各种物理和工作特性的非线性传递特性。这些特性包括例如由于磁通量的变化而改变电枢的磁导率等。受话器的输出SPL通常取决于输入信号的幅度和频率。受话器非线性度倾向于限制未失真的输出SPL，因为较高的SPL倾向于加剧失真。通常针对特定失真水平指定最大输出SPL。结果是，受话器的声输出可能不是期望声输出信号的精确再现。

本公开涉及通过利用预失真的电激励信号驱动受话器来改善基于电枢的受话器的性能。图1是前馈系统100的框图，该前馈系统使用表示受话器的行为的可计算的非线性函数来生成预失真的电激励信号。当施加到基于电枢的受话器的输入部时，预失真的电激励信号至少部分地通过补偿受话器的非线性度(包括可归因于电枢的变化的磁导率的非线性度)来改善受话器的性能。这种改善的性能可能导致针对指定失真水平的增加的SPL或针对指定SPL的增加的线性度。以下进一步讨论这些和其它方面以及益处。

基于电枢的受话器是指具有电枢(也称为簧片)的一类声学换能器，该电枢具有响应于将激励信号施加到受话器的线圈而相对于一个或更多个磁体进行偏转的可移动部分。这种受话器可以是平衡的或不平衡的。在电枢处于稳态(固定或静止)位置(即没有激励信号施加到线圈)的情况下，当在电枢中没有磁通量或具有至少可忽略的磁通量或者无磁通量或至少可忽略的磁通量通过电枢时，基于电枢的受话器理想地是平衡的。当在受话器的标称静止位置中在固定电枢中存在磁通量或者有磁通量通过固定电枢时，受话器是不平衡的。仅具有一个磁体的基于电枢的受话器本质上是不平衡的。通常，与平衡的受话器相比，针对指定失真水平，不平衡的受话器将具有降低的输出SPL。可以通过对响应于高幅度输入信号或驱动信号而产生的输出信号的失真的二次谐波进行测量来检测这种不平衡。基于电枢的受话器可能由于偏离制造公差或由于某一其它原因而不平衡。而且，在改变簧片在磁体之间的静止位置时，平衡的基于电枢的受话器可能变得不平衡。簧片静止位置的这种重新定位可能由于受话器掉落或给予到受话器的一些其它冲击的影响而发生。

基于电枢的受话器中的非线性度的一个来源可归因于响应于将激励信号施加到受话器线圈而改变受话器的软磁部件的磁导率。软磁部件包括但不限于受话器的电枢、磁轭或其它软磁部分。镍-铁(Ni-Fe)是通常用于基于电枢的受话器中的软磁部件，但也可以使用其它软磁材料。由受话器线圈中的电流引起的外部磁化场H与电枢中的磁通密度B之间的关系是非线性的，特别是当由具有相对高振幅的激励信号驱动时。在某一时刻，当磁场H足够强时，磁场H不能进一步增加电枢的磁化强度，并且当材料的磁导率等于1时，电枢被称为完全饱和。在一些基于电枢的受话器中，磁场H与磁通密度B之间的这种非线性关系是非线性度的主要来源，特别是在高输出SPL下。然而，即使在受话器在磁化曲线的相对线性部分内工作的情况下，基于电枢的受话器也表现出非线性行为。

基于电枢的受话器中的非线性度的另一来源可归因于簧片和振膜的力/偏转特性。理想情况下，针对小位移，按照胡克定律的规定，力与偏转之间存在线性关系。实际上，这种关系在许多受话器中是非线性的。基于电枢的受话器中的空气流也可能是非线性度的来源，例如，为了补偿大气压力的变化，通常在振膜膜片中设置小通风口来均衡受话器的前气室和后气室中的气压。然而，在工作期间流过该通风口的空气遇到针对该流动的变化的阻力，这导致失真。可能存在与受话器或负荷的其它部分中的或通过该其它部分的气流(包括以下项中的或通过以下项的气流：声输出端口、连接到输出端口的任何管道、负荷(例如，人耳)、负荷联接部分以及受话器的其它部件)相关联的失真的其它来源。其它声学换能器的非线性传递特性可能起因于特定于这种换能器的结构的其它来源。

在基于电枢的受话器的制造期间，一个或更多个永磁体通过暴露于强外部极化磁场而被磁化。磁体中感应的残余磁场的大小是受话器灵敏度的主要因素。增加磁体的该残余磁场(或磁化)通常会增加受话器的灵敏度或效率，但也会增加失真。与未过度磁化的受话器相比，针对指定失真水平，过度磁化的受话器具有减小的输出SPL。这种减小的输出SPL倾向于随着磁化水平的增加而增加。因此，针对大多数用例，受话器的磁化水平需要在灵敏度与失真之间进行折衷。

一些基于电枢的受话器，特别是其磁体或其它永久磁化部分，被过度充电或过度磁化，或者被磁化到比通常所规定的最佳实践更高的水平。当磁力强于电枢的可移动部分的机械恢复力(即，簧片的恢复力，而不是受话器的像振膜一样的其它部分的恢复力)时，受话器被强烈地过度磁化。在强烈地过度磁化的受话器中，在未负荷有其它部件(例如，振膜)的情况下，如果簧片偏离其均衡位置，则簧片将倾向于粘在一个磁体上或另一磁体上。过度磁化可能是故意的，或者可能起因于在对受话器的磁体或其它永久磁化部分进行充电或磁化时偏离制造公差或缺少制造公差。

图2是针对不同类型的驱动信号以及针对由不具有预失真的电激励信号驱动的基于电枢的受话器中的不同磁荷水平的总谐波失真(THD)与输出SPL的关系的曲线图。虽然示出了400Hz数据，但是可以另选地使用其它频率或范围。曲线302表示在受话器线圈由频率为400Hz的电流信号驱动的情况下，针对未被过度磁化的受话器的THD与SPL的关系。曲线304表示在线圈由频率为400Hz的电压信号驱动的情况下，针对未被过度磁化的受话器的THD与SPL的关系。曲线306表示在线圈由频率为400Hz的电流信号驱动并且电枢被过度磁化成使得受话器灵敏度(以帕斯卡/伏特为单位)增加1.5分贝的情况下，针对受话器的THD与SPL的关系。图2例示了针对给定的失真水平(例如，百分之五(5％))，过度磁化受话器的输出SPL小于未被过度磁化的受话器的SPL。图2还例示了在没有预失真的情况下，在指定失真水平下，电流驱动的受话器比电压驱动的受话器具有更低的SPL。

在图2中，输出失真由在不同工作区域上受话器的不同特性决定，这取决于与输出SPL有关的线圈电流。通常，较高的线圈电流在簧片中产生更多的通量，从而产生导致更高的声输出SPL的更多的簧片偏转以及振膜的相应运动。在图2中，工作区域被描述为磁滞、失控和饱和。这些区域主要与簧片中的通量有关。在饱和区域中，电枢中的磁导率低并且快速变化，因此输出失真迅速增加。为了将输出失真保持在指定的最大值或低于指定的最大值(例如，百分之五(5％))，线圈电流必须保持在某一水平或低于某一水平。然而，减小线圈电流可能导致SPL显著降低。在失控区域中，磁导率比在饱和区域中高，并且簧片与磁体之间的吸引力通常随着偏转簧片移动靠近磁体而增加。因此，当簧片与磁体之间的空间减小时，簧片倾向于发生更多的偏转。如果磁力强于受话器的总机械恢复力(即，受话器的簧片、振膜和其它部分的恢复力)，则磁力将使簧片朝着磁体偏转，并且簧片可能最终粘在磁体上。如图所示，失控是中等驱动水平下的非线性度的主要来源。在较低的线圈电流水平下，由磁滞引起的非线性度是主要的。

使用将预失真的电激励信号施加到受话器的输入的前馈算法来减小声学换能器或受话器的输出失真。前馈系统可以是开放的或封闭的。在开放系统中，在不使预失真适应受话器的特性的变化的情况下，将预失真的电激励信号施加到受话器的输入。在封闭系统中，指示受话器特性变化的信息用于对用于使输入信号预失真的可计算的非线性函数进行自适应地更新。前馈系统使用逆模型来生成预失真的电激励信号。可以通过测试或通过数值地反转正演模型来创建逆模型。除了其它可计算的非线性函数之外，可以使用非线性多项式有效地实现逆模型。本文进一步描述了本公开的这些方面和其它方面。

预失真的电激励信号是表示期望声输出的电输入信号(x)的可计算的非线性函数的输出。针对基于电枢的受话器，预失真的电激励信号对可归因于机械和磁滞、失控和饱和以及其它来源的非线性度进行补偿。

在图1中，系统包括输入信号源102、输入信号预失真电路104、电池或电源106、具有非线性传递特性的基于电枢的受话器108以及声学负荷110。负荷表示用户的耳朵以及任何互连结构(例如，声管、联接装置以及泄漏和通风)。声学负荷可以根据受话器的特定类型和应用或实现而不同。驱动器电路116将预失真的电激励信号提供给受话器。输入信号源提供表示期望声输出信号的电输入信号。输入信号可以是模拟信号或数字信号。在由数字处理器执行预失真的实施方式中，模拟输入信号将被转换为数字信号。预失真电路104包括如本文所讨论的针对电输入信号生成经预失真的电激励信号的算法。该算法可以至少部分地实现为由处理器112或由一个或更多个单独的等效电路执行的计算机指令。该算法包括部分或完整的逆模型，该逆模型描述了必须如何修改输入信号以实现针对特定受话器或针对特定类的受话器的期望输出。逆模型可以基于从实际受话器或从受话器或一类受话器的模型获得的经验数据。另选地，逆模型可以基于如下正演模型：该正演模型针对到受话器的给定输入对受话器输出进行预测。可以通过计算技术来反转正演模型，以直接创建逆模型。算法和受话器的任何模型可以存储在与受话器相关联的存储器装置114中。如图所示，驱动器电路116可以与处理器和存储器装置并置在公共集成电路上，或者驱动器电路可以是与预失真电路分离或分立的实体。

在图1中，输入信号源102可以是任何声信号源。在一个实施方式中，从麦克风(例如，像驻极体或微机电系统(MEMS)麦克风那样的电容式麦克风)或者从压电装置或一些其它声学换能装置获得输入信号。麦克风可以是以下项的一部分：助听器、耳机、可佩戴装置或者集成有声学受话器或受话器与之通信的一些其它系统。另选地，可以从媒体播放器或从系统内部或外部的某些其它源获得输入信号。在期望便携性(例如，受话器构成消费者可佩戴产品(例如，助听器、无线耳机和听筒以及其它产品)的一部分)的实现方式中可能需要电池106。包括驱动器电路116的预失真电路104可以与声学受话器108或者与集成有受话器的系统的一些其它部分集成。下面讨论一些实现方式示例。

图3例示了使用如本文进一步描述的可计算非线性函数104的与响应于经受预失真的正弦电输入信号的受话器输出相比的响应于不具有预失真的正弦电输入信号的声学受话器的输出。将正弦电输入信号132施加到声学受话器108的输入导致受话器输出部处的失真的声信号138。使用非线性函数104对正弦电输入信号132进行预失真并将预失真的电输入信号134施加到受话器108，可以在受话器输出部处产生相对未失真的声信号136。虽然输出信号136可能具有一些失真，但它将比输出信号138具有更少的失真。

图4例示了针对由具有和不具有预失真的电激励信号驱动的基于电枢的受话器的THD与SPL的关系的各种曲线图。虽然示出了400Hz数据，但是可以另选地使用其它频率或范围。曲线402表示针对通过电流放大器施加到受话器的具有400Hz频率的输入信号(其中输入信号未经预失真)的THD与SPL的关系。曲线404表示通过恒压放大器施加到受话器的具有400Hz频率的输入信号(其中输入信号未经预失真)的THD与SPL的关系。电压放大器相对于基于电枢的受话器具有相对低的输出阻抗，并且电流放大器具有相对高的输出阻抗。如果输出阻抗与电枢受话器的阻抗处于相同的数量级，则许多装置(特别是便携式电子装置)处于中间状态。曲线406表示针对通过恒流放大器施加到受话器的具有400Hz频率的预失真的输入信号的THD与SPL的关系。图4例示了针对百分之五(5％)THD，曲线406的SPL相对于曲线404的SPL增加了约3分贝(被标识为改善的SPL 408)。曲线406示出了当激励信号被预失真时，受话器在更高的输入电流水平(对应于更高的输出SPL)处开始饱和。

图5例示了针对由具有和不具有预失真的激励信号驱动的被过度磁化和未被过度磁化的基于电枢的受话器的THD与SPL的关系的各种曲线图。虽然示出了400Hz数据，但是可以另选地使用其它频率或范围。曲线502表示通过恒流放大器施加到受话器的频率为400Hz的输入信号未经预失真并且受话器未被过度磁化的情况下针对该输入信号的THD与SPL的关系。曲线504表示在输入信号未经预失真并且受话器未被过度磁化的情况下，针对通过恒压放大器施加到受话器的频率为400Hz的输入信号的THD与SPL的关系。曲线506表示针对通过恒流放大器施加到受话器的不具有预失真且频率为400Hz的输入信号的THD与SPL的关系，其中，由于过度磁化，受话器的灵敏度增加了1.5分贝。曲线508表示针对通过恒流放大器施加到受话器的频率为400Hz的预失真的输入信号的THD与SPL的关系，其中，由于过度磁化，灵敏度增加了1.5分贝。图5例示了针对百分之五(5％)THD，曲线508的输出SPL相对于曲线504的输出SPL增加约4分贝(被标识为改善的SPL 509)。曲线508示出了当激励信号被预失真时，尽管受话器被过度磁化并且尽管受话器由相对恒定的电流放大器驱动，受话器仍然在更高的输入电流水平(对应于更高的输出SPL)处开始饱和。该结果与曲线502和曲线506所暗示的结果相反，曲线502和曲线506分别示出了当受话器由恒流放大器驱动时或者当受话器被过度磁化时，输出SPL减小的趋势。

图6是针对不同类型的驱动信号的基于电枢的受话器的输出SPL与频率的关系的曲线图。曲线602表示当受话器由恒流源驱动时SPL与频率的关系，并且曲线604表示当受话器由恒压源驱动时SPL与频率的关系。由电流源产生的输出602的频率响应通常比由电压源产生的输出604更平坦。在高于约500Hz的频率处，图6还例示了与由恒压源驱动受话器时相比，由恒流源驱动受话器时的SPL更大。第一峰值603和605表示相应曲线602和604的主机械谐振频率。其它峰值表示受话器的其它谐振频率。受话器的主机械谐振频率取决于系统(例如，基于电枢的受话器中的簧片和悬架)的机械刚度以及机械系统(例如，基于电枢的受话器中的簧片、振膜、驱动杆和悬架)的移动质量。更具体地，谐振频率与机械刚度k和移动质量m之比的平方根(sqrt(k/m))成比例。在图6中，曲线602的主机械谐振约为1700Hz，并且曲线604的主机械谐振约为1900Hz。通常，较高的负刚度倾向于降低受话器的谐振频率，而受话器的增加的机械恢复力(即，正刚度)倾向于增加系统的谐振频率。负刚度是指磁力抵消簧片的机械恢复力的趋势。

通常，在将预失真的电激励信号施加到声学受话器之前，通过将表示期望声输出的电输入信号(x)应用于可计算的非线性函数来生成预失真的电激励信号。该函数修改输入信号，以提供在受话器的声输出端口处的期望声输出。可计算的函数是如下函数：针对该函数，存在一种算法，该算法针对函数域内的给定输入产生函数输出。可计算的非线性函数可以实现为连续函数或分段线性函数。分段线性函数可以基于查找表，在该查找表中，线性插值用于识别表中的数据点之间的值。其它曲线拟合方案可用于生成近似于如下数据集的线性函数或非线性函数：该数据集表示适于使输入信号失真的逆模型。

在一个实施方式中，可计算的非线性函数是可以由有理多项式近似的任何函数。这些函数包括多项式、双曲线和反双曲函数、对数和逆(inverse)对数函数以及其它函数形式。如通常所知的，这些函数和其它函数可以通过具有奇数或偶数指数(例如，截断的泰勒级数)的有限项集的总和来近似。有理多项式和多项式函数由数字处理器容易且有效地实现。在其它实施方式中，可以使用其它可计算的非线性函数。这样的其它函数可以具有负指数、小于单位(unity)的指数或非整数指数、一组正交函数、反S形形式或一些其它形式。因此，许多合适的函数形式将包括至少一个与xⁿ成比例的项，其中，n不等于单位或1(1)的值。足够的补偿所需的可计算的非线性函数的形式及其参数(例如，项数、阶、系数等)将部分取决于特定的受话器、特定的应用或用例以及期望的输出。

在一个实施方式中，非线性函数是具有以下一般形式的多项式：

＝k_lx+k₂x²+k₃x³+…+k_nxⁿ＝k_lx+k₂x²+k₃x³+…+k_nxⁿ

y＝k₁x+k₂x²+k₃x³+…+k_nxⁿ 式(1)

在式(1)中，变量x是表示期望的声信号的电输入信号，并且函数参数是系数。电输入信号可以源自与助听器相关联的麦克风、源自诸如媒体播放器的音频源或源自任何其它源。系数k_n表示级数中第n阶(order)项的常数。由项的总和产生的信号是非线性的，并且如下所述，选择项和多项式系数来补偿声学受话器的非线性度。奇数阶项通常补偿对称非线性度，并且偶数阶项通常补偿非对称非线性度。因此，式(1)的多项式补偿了对称非线性度和非对称非线性度。在基于电枢的受话器中，对称非线性度可以归因于受话器的磁饱和、空气噪声、受话器悬架以及其它特性，并且非对称非线性度可以归因于簧片不平衡、受话器悬架以及其它受话器特性。

式(1)的多项式最有效地补偿了在低于受话器的主机械谐振的频率处的非线性度，在该频率处，频率响应基本上是平坦的(如图6所示)。而且，在主谐振之下，受话器相对于输入电流的灵敏度是类似的。换句话说，式(1)中的系数在减小与低于受话器的主机械谐振的频率有关的失真方面是有效的。针对高于主谐振的频率，式(1)的多项式中的系数更强烈地取决于频率。式(1)的一般化是用如下的频率相关传递函数(例如，时域滤波器)替换式(1)中的系数：

y＝(h₁(x))+(h₂(x))²+(h₃(x))³+…+(h_n(x))ⁿ 式(2)

在式(2)中，h_n(x)是时域滤波器，其中，滤波器h₁(x)的输出被加到滤波器h₂(x)的输出的平方以及滤波器h₃(x)的立方，以此类推，其中基于每个样本采用滤波器功率。将理解，式2的特殊情况是时域滤波器中的一个或更多个时域滤波器是相同的。在这种情况下，效率可以通过以下方式实现：仅通过相同的滤波器对输入信号进行一次处理，然后在添加之前简单地将这些输出取幂到不同的程度。式(2)将基于多项式的补偿的适用性扩展到更高的频率。

可以使用自回归滑动平均(ARMA)滤波器来实现式(2)。ARMA滤波器是数字滤波器，其使用输入信号的当前值和过去值以及输出信号的过去值来计算当前输出信号。相同的输入应用于每个滤波器，但滤波器输出是不同的，至少部分是由于各项的阶。典型的ARMA滤波器实现如下：

y[n]＝b₀x[n]+b₁x[n-1]+b₂x[n-2]+a₁y[n-1]+a₂y[n-2] 式(3)

在式(3)中，x[n]是滤波器输入，y[n]是滤波器输出，并且常数a_n和b_n是滤波器参数，其中n＝0,1,2......。

针对许多应用，具有独立于频率的项的多项式(如式(1))将为受话器非线性度提供相当好的补偿，因为输入信号中的大部分能量低于受话器的主机械谐振。在一个特定实现方式中，基于电枢的受话器的非线性度通过对由具有以下多项式的电流放大器施加到受话器线圈的电输入信号进行修改来补偿：

y＝k₁x+k₃x³+k₅x⁵+…+k_2n+1x²ⁿ⁺¹ 式(4)

在式(4)中，变量x表示表示期望声输出的电输入信号。奇数阶项的系数k_n补偿受话器的非线性度的主分量，主要是在低于受话器的主机械谐振的频率处。如所讨论的，奇数阶项(例如，式(4)中的第一阶项、第三阶项和第五阶项)补偿声学受话器的对称非线性度。在基于电枢的受话器中，对称非线性度可归因于磁饱和以及其它特性，其中一些特性已在上面讨论过。因此，式(4)中的多项式补偿了图4中所例示的饱和区域中的非线性度。式(4)的多项式将提供相当有效的补偿，特别是在较高振幅或较高振幅驱动电平下。针对一些基于电枢的受话器，偶数阶项的系数将是很小的或可忽略不计。在一些实现方式中，可以以较少但仍然明显的改善来消除较高阶项。在其它实现方式中，可以通过向多项式添加一个或更多个附加项来改善补偿。图7例示了由下面的式(5)表示的奇数多项式的图：

y＝0.28x+0.63x³+0.10x⁵ 式(5)

其中，y是“输出”，并且x是“输入”。

通常，针对特定受话器或针对一类受话器以及在一些实现方式中针对特定处理器，选择和优化可计算的非线性函数。本文使用的术语“优化”或其变型意味着与受话器由不具有预失真的电输入信号驱动时将在指定SPL下获得的输出失真相比，当受话器由通过该函数进行预失真的电输入信号驱动时，选择可计算的非线性函数或这种函数的参数倾向于减小在指定SPL下的受话器的输出失真。另选地，优化还可以意味着：与受话器由不具有预失真的电输入信号驱动时将在指定失真水平下获得的SPL相比，当受话器由通过该函数进行预失真的电输入信号驱动时，选择可计算的非线性函数或这种函数的参数倾向于增大针对指定失真水平的受话器SPL输出。优化还可以意味着选择可计算的非线性函数或这种函数的参数，其满足功耗或处理和存储器资源利用约束以及其它考虑因素。

可计算的非线性函数的优化可以采用许多形式，包括选择函数形式或选择函数参数中的一个或更多个。可以有效地计算多项式函数，并且可以至少部分地由受话器类型或需要补偿的主要失真(对称、非对称或两者)来对可计算的非线性函数(例如，奇数或偶数阶多项式、近似双曲函数......)的形式的选择进行规定。通过选择可计算的非线性函数的一个或更多个参数的集合也可以进行优化。在通过一系列项的求和来近似可计算的非线性函数的实施方式中，可以通过选择函数的阶数或系数来优化函数。这些优化形式可以使用数字处理器容易且有效地实现，例如，通过实现一个或更多个迭代算法，其示例在下面描述。

在一些实施方式中，可计算的非线性函数(例如，以上示例中的多项式)通过实验或使用声学受话器的数值模型来确定。可以使用数学算法或一些其它迭代方案来选择可计算的非线性函数的形式以及选择函数的参数。通常，首先选择可计算的非线性函数的形式。可以使用反复试验方法来选择对特定类型的受话器中的或针对特定用例的主要失真进行最佳补偿的可计算的非线性函数。这种方法可以通过使用不同的非线性函数形式生成经预失真的激励信号、将该预失真的激励信号施加到受话器以及评估受话器输出来实现。机器学习技术或其它数学算法适用于此目的，并且可用于促进形式选择。可以选择导致最期望的受话器输出的函数形式。除了失真补偿功效之外，可以基于处理器或存储器资源要求来选择函数形式。可以施加约束以确保函数的选择不会导致不期望的结果。

在选择可计算的非线性函数的形式之后，可以通过迭代过程来选择或优化函数参数，以改善受话器的性能。针对包括一系列项的总和的非线性函数，可以通过一个或更多个迭代过程来优化系列中的项的阶和系数以及其它参数。为了对可计算的非线性函数的一个或更多个参数的集合进行优化，使用先前选择的具有初始参数集的非线性函数对已知输入信号(例如正弦曲线)进行预失真。例如，初始参数集可以是式(5)的多项式的系数或指数。在第一次迭代期间使用的初始参数集可以基于最佳猜想、经验数据或先前用于类似受话器的参数。然后将预失真的激励信号施加到受话器的输入或受话器的数字模型，并且然后评估受话器的所得声输出的失真。在随后的迭代中，基于输出失真来选择或确定新的中间参数集。该过程通过基于受话器的输出失真的度量对所选函数的一个或更多个参数进行增量改变来迭代，直到获得期望的输出。受话器输出以外的考虑因素也可能与函数参数的选择有关。例如，函数形式或系列中的项的数量可能影响处理和存储器资源上的计算负荷。系列中的附加项可以提供更线性的输出，或者可以用于减少放大器的削波。因此，可以施加约束以确保函数参数的选择不会导致不期望的结果。

可以使用已知技术来确定受话器的声输出的失真。例如，可以通过计算输出信号的总谐波失真(THD)来估算该输出信号的失真。另一种方法是计算输出的THD+噪声。也可以使用其它失真度量。实现用于确定输出信号的失真或线性度的这些技术和其它技术的算法是公知的并且本文不再进一步讨论。

适合于选择或优化可计算的非线性函数的参数的一种这样的迭代方法是梯度下降算法。也可以使用其它算法。这些算法通常收敛于函数的局部极小值。当输出信号失真相对于某些函数特性的变化率接近零时，识别出最小值。然而，在一些实现方式中，可能没有必要迭代到达到极小值。例如，可以针对指定的失真水平优化非线性函数，而不会达到局部极小值。经优化的函数或与该函数相关联的参数集可以存储在与声学受话器相关联的存储器装置中，以供后续使用。

可计算的非线性函数的优化可以在制造声学受话器之后由测试系统实现，如结合图8的系统800所讨论的。然而，在其它实施方式中，优化由与受话器相关联的处理器或集成电路实现，如下所述。系统800针对具有初始操作特性的声学受话器或者针对具有初始特性的受话器或一类受话器优化可计算的非线性函数。系统800包括函数或逆模型生成器802，其对可计算的非线性函数进行优化，直到受话器的输出失真满足标准(例如，指定的输出失真水平)。如上文所建议的，逆模型生成器可以选择可计算的非线性函数的形式或选择函数的参数或两者。如上文所讨论的，用于选择函数形式的方法通常与用于选择函数的参数的方法不同。系统800还包括预失真电激励信号生成器804，其通过将表示期望声输出的输入信号施加到由逆模型生成器生成的非线性函数来生成预失真的电激励信号。输入信号由输入信号源806生成或提供。输入信号可以是正弦测试信号。在优化期间，将预失真的电激励信号迭代地施加到受话器810，并且基于输出失真的迭代度量来迭代地更新函数，直到受话器的输出失真满足某个标准。

在图8中，预失真的电激励信号由电流或电压放大器808施加到受话器810。受话器的声输出被输入到声学测试负荷812，该声学测试负荷812对受话器的声学负荷进行建模。这样的负荷可以表示声管、用户的耳朵解剖结构、声泄漏以及其它负荷变量，其中一些在本文别处讨论。麦克风将声输出信号转换为电信号，该电信号被反馈到失真计算器816。麦克风可以是受话器或测试负荷的一部分。如上文所讨论的，失真计算器816对由声学测试负荷812提供的电信号的失真进行计算。失真计算的结果被提供给逆模型生成器802，以在下一次迭代中优化非线性函数。该过程迭代进行，直到受话器输出满足指定的标准。在选择或优化可计算的非线性函数之后，将非线性函数存储在受话器上的或与受话器相关联的存储器上，以供如下文所讨论的后续使用。

在一个实现方式中，逆模型生成器802、预失真激励信号生成器804和失真计算器816由数字处理装置818来实现。虽然逆模型生成器、预失真信号生成器和失真计算器被示意性地例示为单独的功能，但这些功能可以通过在示意性地表示为处理器818的一个或更多个处理器上执行一个或更多个算法来实现。在一些实施方式中，还通过处理器818来生成用于对非线性函数进行优化的输入信号，并因此输入信号源806也可以实现为由处理器执行的信号生成算法(例如，正弦波生成器)。另选地，输入信号可以从外部源获得。

在另一实现方式中，图8的受话器810和测试负荷812由表示特定受话器或一类受话器的数值模型表示。该模型在814处被示意性地例示出。根据该实施方式，通过将中间预失真电激励信号迭代地施加到受话器和负荷的模型来确定可计算的非线性函数。模型814响应于将预失真输入信号施加到模型而输出表示建模受话器的声输出的信号。模型814的输出被提供给失真计算器816以进行分析。失真计算器确定从模型反馈的输出信号的失真，并将结果提供给逆模型生成器，以用于下一迭代。在该实施方式中，放大器808是可以由处理器818实现的虚拟装置。受话器和负荷的数字模型814也可以由处理器818实现。基于受话器的类似电等效物的数字模型通常是已知的，并且下面参考图11来描述基于电枢的受话器的表示性模型。

在选择或优化可计算的非线性函数之后，将函数写入受话器上的或与受话器相关联的存储器装置，以供最终使用。存储器装置可以是分立部件，或者它可以是设置在受话器中或受话器上的集成电路(例如，ASIC)的一部分。存储器装置或集成电路还可以位于与受话器一起使用的另一部件上，或者位于与受话器集成在一起的装置或系统之中或之上。这样的装置或系统可以是听力仪器，例如一副耳机或助听装置以及本文讨论的其它示例。在图8中，处理器818将可计算的非线性函数或函数参数写入存储器装置822，该存储器装置822可以是与受话器相关联的集成电路820的一部分。

在一些实现方式中，针对声学受话器的与初始特性不同的特性确定替代参数集。如上文所讨论的，通过将中间参数迭代地应用于具有不同特性的受话器并评估输出失真来优化一个或更多个参数的替代集。表示替代参数集的参数模型存储在与受话器相关联的存储器装置中，以预期在最终用户使用时受话器的特性的变化。参数模型通常将替代参数集与指示受话器的对应特性的信息相关联。可以通过图8的系统800或者通过与结合图9讨论的受话器相关联的处理器或集成电路来生成替代的参数集。参数模型可以实现为一个或更多个查找表或者实现为一个或更多个连续或分段线性函数。根据本公开的该方面，在受话器的工作期间监测指示受话器的特性或配置的变化的操作条件，在一些情况下，使用位于受话器上或附近的传感器。在检测到指示受话器特性的变化的条件时，指示变化的信息被反馈到与受话器相关联的处理器，并且使用参数模型更新参数以补偿该变化。下面讨论使用替代参数的一些示例。更一般地，该方法可用于选择不同的非线性函数形式或所选函数的参数，以补偿受话器特性的变化。

在使用中，具有非线性传递特性的声学受话器与电信号调节设备相关联，该电信号调节设备包括通过将表示期望声输出的电输入信号(x)施加到针对该受话器优化的可计算的非线性函数来生成预失真的电激励信号的处理器。如上文所讨论的，预失真的电激励信号是非线性函数的输出。在一个实现方式中，非线性函数包括与xⁿ成比例的至少一个项，其中n不等于单位。通常，当施加到具有非线性传递特性的受话器的输入时，预失真的电激励信号改善了受话器的性能。在基于电枢的受话器中，在将预失真的电激励信号施加到受话器的线圈时，通过使电枢相对于一个或更多个磁体偏转来产生受话器的声输出。在一个实施方式中，针对指定的失真水平，响应于预失真的电激励信号而产生的声输出的声压级大于在指定的失真水平下将响应于不具有预失真的电激励信号而产生的声压级。在另一实施方式中，针对指定的声学声压级，响应于预失真的电激励信号而产生的声输出比响应于不具有预失真的电激励信号而产生的声输出具有更少的失真。在其它实施方式中，预失真的电激励信号提供一些其它有益效果，例如有效处理和存储器资源利用。

图9例示了与声学受话器结合使用的集成电路(IC)900。虽然图9例示了单个电路(例如，ASIC)上的不同特征和功能，但是在替代实施方式中，这些特征和功能可以由多个电路执行。一个或更多个分立电路或ASIC位于受话器或与受话器集成在一起的系统之中或之上，其示例在本文中进行了讨论。IC包括外部装置接口902，其使得能够在受话器与外部装置(例如，图8的系统800、助听器电路以及与受话器集成在一起的音频耳机和其它音频系统的电路)之间进行通信。例如，图8的系统可以经由图9中的接口902将可计算的非线性函数、函数参数、参数模型、受话器的数值模型以及其它信息传送到存储器装置922。在生成经预失真的电激励信号之前，表示期望声输出的输入信号也可以经由外部装置接口传送到集成电路。这样的输入信号可以源自麦克风或源自媒体内容源或源自某些其它音频信号源。集成电路还可以经由外部装置接口将信息传送到受话器或与受话器集成在一起的系统的其它电路。例如，听力仪器可以具有与电路900通信的单独处理器。外部装置接口902还表示可以对由电路900接收和从电路900发送的信号执行的信号调节。这种调节可以包括模数A<->D转换、信号格式转换(例如，PDM<->PCM)以及其它信号调节。

图9还例示了预失真激励信号生成器924，其通过将表示期望声输出的输入信号施加到可计算的非线性函数来生成预失真的电激励信号。图9的信号生成器924类似于图8的系统的生成器804。如所建议的，表示期望声输出的输入信号可以由与受话器集成在一起的装置或系统的其它电路在外部装置接口902处输入。在图9中，预失真的电激励信号被提供给放大器926，用于随后输入到受话器。放大器926被示出为集成电路的一部分，但是在其它实施方式中，放大器可以是设置在集成电路与受话器之间的分立电路或装置。放大器可以实现为电压放大器或电流放大器。电流放大器可以实现为电流输入/电流输出放大器或具有电压输入和电流输出的跨导放大器。

在一些实施方式中，与受话器相关联的处理器生成更新的可计算的非线性函数，以适应受话器的特性的变化。利用替代的参数集来更新非线性函数。为此目的，对指示特性变化的受话器的条件进行感测，并且将指示该变化的信息反馈给处理器。可以通过对受话器阻抗、前部容积压力、后部容积压力、受话器输出SPL以及受话器的其它可检测条件的变化进行监测或感测来检测受话器的这种条件。处理器例如通过将经更新的参数集施加到非线性函数来生成更新的非线性函数。

在图9中，例如，与受话器相关联的集成电路900包括反馈接口和调节电路928，以从受话器接收信息。接口928还表示可以对来自受话器的信号936执行的信号调节，该信号调节包括A/D转换、信号格式转换和其它信号调节。接口928与接口902示意性地分开示出，但是在其它实施方式中，这些接口可以实现为公共接口。反馈接口联接到处理器930，该处理器930评估受话器反馈并使用在存储器922中存储的模型来确定更新的非线性函数。更新的非线性函数也存储在存储器中。

图10是基于电枢的受话器1000的示意性框图，该受话器1000包括绕电枢1004的一部分设置的线圈1002。电枢具有可移动部分1006，在向线圈施加激励信号时，该可移动部分1006在磁体1008与磁体1010之间偏转。磁体由磁轭1012保持。电枢的可移动部分通过连杆1016联接到膜片1014。膜片铰接或以其它方式可移动地联接到由受话器壳体1018保持的支撑结构1015。柔性膜1019桥接膜片与支撑结构之间的间隙，并且该组合形成振膜。振膜将壳体1018分成前部容积1020和后部容积1022。电枢的偏转使膜片移动，从而导致前部容积中的气压变化，其中，声压(例如，声音)通过受话器的输出端口1024发出。图10的示意性受话器图表示任何基于电枢的受话器结构。例如，其它受话器可以具有不同的电枢或磁轭配置以及其它配置。

如上面参考图9所建议的那样，在一些实施方式中，受话器提供与受话器的变化的配置或特性有关的信息，针对该信息，可能期望更新用于使输入信号预失真的非线性函数。这些变化特性中的一些可以通过利用受话器上的或集成电路(例如，图9的电路)中的传感器监测受话器的条件来检测。例如，受话器的阻抗可以由放大器电路或其它电路中的传感器监测。然而，对其它条件的监测可能需要受话器上的附加传感器(也称为电声换能器或麦克风)。在图10中，例如，压力传感器1026和1028可以用于对壳体的前部容积和后部容积中的气压变化进行监测，并且声学传感器1030可以用于将受话器的声输出转换成电信号，可以针对失真以及针对如下所述的其它特性对该电信号进行分析。在图9中，在936处示意性地例示了来自受话器的指示这些以及其它的变化的受话器特性的信息。下面讨论一些具体示例。

如上文所建议的，图9的电路的功能中的一些或全部可以在受话器中或在集成有受话器的系统的一些其它部分中实现。图13示出了受话器1300，其具有实现为ASIC 1302的集成电路，该ASIC 1302设置在受话器壳体的后部容积1304内。更一般地，受话器1300可以具有一些其它形式。在其它实施方式中，电路功能中的一些或全部可以设置在与受话器集成在一起的装置或系统的一些其它部分中。在助听器实现方式中，例如，具有图9的电路的功能中的一些或全部的集成电路1306可以设置在耳后(BTE)单元1308中。在其它实施方式中，这些电路中的一些或全部可以设置在耳机的壳体中或者与受话器集成在一起的一些其它系统的一部分中。

可能影响受话器输出的一种情况是簧片在磁体之间的初始稳态(即，静止)位置的变化。簧片的初始静止位置通常是平衡位置，但在一些实施方式中，它可能是不平衡的。簧片静止位置的这种变化可能是由于对受话器的撞击或其它冲击造成的。如上文所讨论的，可能期望更新可计算的非线性函数，以适应簧片静止位置的变化。除其它外，一种方法是通过向函数应用替代的参数集来更新函数。下面的表1示出了簧片的被识别为位置x₀的初始静止位置的初始多项式系数集。根据该示例，可以针对相对于初始静止位置(即，x₀)的不同簧片静止位置(例如，+/-x₁、+/-x₂......)来计算替代的优化参数集。针对不同的簧片静止位置，可以使用本文所述的迭代方法通过图8的系统来计算替代参数。通过将不同的+/-DC偏压施加到受话器的磁路可以获得不同的簧片静止位置。另选地，可以通过使用虚拟放大器将中间预失真激励信号迭代地应用于具有不同簧片静止位置的受话器模型来确定替代参数集。可以针对每个簧片位置对经优化的替代参数集制表如下：

表1

通常，取决于所实现的特定非线性函数，可以存在比表1中例示的参数集更多或更少的参数集。例如，上面的式(4)仅需要计算第一阶项、第三阶项和第五阶项的系数。在一些实施方式中，表1的数据作为查找表存储在受话器的存储器中。受话器处理器随后可以参考该查找表，以基于检测到的静止位置变化来确定更新的参数集。然后可以将更新的参数应用于非线性函数，以用于使输入信号预失真。在一些实施方式中，实现查找表的算法包括内插功能，其计算在确定了制表数据的静止位置之间的簧片静止位置的参数集。实现查找表的算法还可以包括外推功能，该外推功能计算超出确定了制表数据的位置的簧片静止位置的参数集。内插和外推函数可以基于相对于制表数据点的线性或非线性近似。

在其它实施方式中，表1的替代参数集可用于形成一个或更多个数学函数，该数学函数对簧片静止位置与对应函数参数集之间的关系进行建模。函数模型可以是单个函数或分段线性函数或非线性函数的集合。例如，可以使用单独的函数或函数集来将每个参数建模为簧片静止位置的函数。可以使用诸如回归分析或其它函数近似方法的已知曲线拟合技术来生成这样的函数。与查找表一样，这些函数模型可以存储在受话器上，以用于在检测到簧片静止位置变化时更新参数集。在使用数学函数来对簧片静止位置与指示簧片静止位置的变化的感测信息之间的关系进行建模的情况下，可能不需要使用内插或外推算法。查找表或函数将来自受话器的表示簧片静止位置变化的信息(例如，阻抗、应变、压力......)与对应的参数集相关联。

可以直接或间接地检测簧片静止位置的变化(也称为受话器平衡的变化)。在一个实现方式中，通过监测受话器阻抗的变化来检测簧片静止位置变化。可以通过受话器线圈处的测量结果直接检测受话器阻抗。另选地，可以使用簧片应变仪来监测簧片静止位置的变化。图10例示了为此目的设置在簧片1004的一部分上的应变仪1032。还可以通过使用一个或更多个压力传感器(例如，位于前部容积中的传感器1026、后部容积中的传感器1028)或者使用位于前部容积和后部容积中的压力传感器测量受话器的气压变化来监测簧片静止位置的变化。因此，上面的表1或任何对应函数可以将替代系数集或其它函数参数与这些可检测条件中的任何一个相关联。

可能影响受话器输出的另一种情况是受话器的频率响应的变化。这种变化可归因于听力仪器(例如助听器、耳机等)中的声泄漏、助听器声学通道中的耳垢积聚以及受话器或系统的在使用中发生的其他变化特性。如上文所建议的，针对受话器的初始频率响应f₀计算优化的初始参数集。还可以针对受话器的不同频率响应确定替代参数集。例如，可以通过递增地改变测试负荷的声泄漏来改变频率响应，并且可以针对每个增量变化计算新的参数集。还可以针对声学堵塞的增量变化来确定替代参数集，该增量变化与助听器中的蜡状物(wax)积聚相对应。受话器的频率响应也可以基于受话器的其它变化特性而改变，并且可以相应地确定替代的参数集。与上面的示例类似，针对实际受话器的每次增量变化，迭代地优化替代参数集。另选地，使用受话器和负荷的模型来优化替代参数集。针对受话器的不同频率响应而优化的替代参数集可以制表如下：

表2

通常，取决于所实现的函数(例如，函数是奇数的还是偶数的)，可以存在比表2中所例示的参数集更多或更少的参数集。在一些实施方式中，表2中的数据作为查找表存储在受话器的存储器中。随后可以由受话器使用该查找表，以基于检测到的指示频率响应变化的各种受话器特性(包括负荷特性)的变化来确定经更新的参数。在一些实施方式中，如上所述，实现查找表的算法包括内插或外推功能，其对针对确定了制表数据的位置之间或之外的频率响应的变化的参数集进行计算。在其它实施方式中，表2中的参数用于用公式表示一个或更多个数学函数，该数学函数对频率响应与指示受话器特性变化的信息之间的关系进行建模。例如，可以使用单独的函数来将每个参数建模为频率响应的函数。可以使用诸如回归分析或如上文所讨论的其它函数近似方法的已知曲线拟合技术来生成这样的函数模型。与查找表一样，这些函数可以存储在受话器上，以用于在检测到指示频率响应变化的条件时更新参数。可以通过对谐振峰值以及频率响应的其它特性的变化进行监测来检测受话器频率响应的变化。在一个实施方式中，使用应用于表示受话器输出的电信号的快速傅立叶变换(FFT)或离散傅立叶变换(DFT)来监测受话器的频率响应。可以使用设置在受话器的输出部处的麦克风来生成电信号。图10示意性地例示了为此目的正好位于受话器输出端口外部或内部的声学传感器1030。另一种方法是在受话器的谐振频率处施加测试信号，并测量表示在一个或更多个谐振频率处的输出的电信号的幅度。查找表(例如，上面的表2)或函数模型可以用于将参数集与FFT或DFT输出或指示频率响应变化的其它感测条件相关联。在一些实施方式中，可能期望控制放大器输出以改变受话器的特性。针对电压驱动的受话器，可能期望调整电压放大器的输出(例如，幅度或相位)，以补偿受话器的变化的阻抗。例如，可以在受话器阻抗发生变化时调整电压放大器输出的幅度或相位，以提供更恒定的电流水平或控制放大器输出信号的相位。可以在受话器线圈处直接测量受话器阻抗，并且可以使用感测到的变化来控制放大器的电压。针对电流放大器驱动的受话器，可能期望调整输出(例如，幅度或相位)以补偿变化的受话器特性。在图9中，处理器930基于由反馈936指示的变化的受话器特性，使用调节电路932来调整或补偿放大器926的输出。在电池供电的装置中，电池向调节电路提供电力。调节电路932还可以包括电压调节器、电荷泵和其它电源调节电路。在一个实施方式中，通过与受话器系统相关联的电路而不是通过像图8的系统800那样的测试系统来选择可计算的非线性函数或该函数的参数。根据本公开的该方面，图8的输入信号生成器806、失真计算器816和逆模型生成器802的功能由与受话器相关联的处理器实现。例如，该功能可以由图9的集成电路900的一个或更多个处理器实现。受话器输出部处的传感器可以提供输出信号失真反馈，根据该输出信号失真反馈可以更新初始的可计算的非线性函数。如此配置，与受话器相关联的处理器可以通过将预失真的测试信号施加到受话器的输入并且实现本文讨论的迭代过程中的一个迭代过程直到获得期望的输出失真水平来生成和优化针对受话器初始特性或者针对受话器的后续特性的非线性函数。可以不时地优化非线性函数以适应或补偿受话器初始特性的变化。在与受话器相关联的处理器上实现非线性函数优化可以消除对上文结合图8讨论的系统80上执行一些或所有优化的需要。图11是可以数字地实现的受话器的等效电路模型的示意表示。该模型基于具有信号源(正弦生成器1)和负荷(load2CC1)的电类比物(tec30033spiceNLB1)。该技术产生受话器的线性模型。该模型通常包括电流变量和电压变量。这样的模型可以通过若干商业程序(例如，SPICE)来实现。数值模型是受话器部件到电域的变换，其中，质量由电感器表示、刚度由电容器表示、损耗由电阻器表示、声学腔由电容器表示、声学长度由电感器表示、粘性阻尼效应由电阻器表示。在图11中，纯磁阻(例如，饱和、间隙和泄漏元件)被变换或建模为电容器。在磁畴中，簧片饱和度、负刚度、泄漏和空气间隙与由涡电流引起的损耗一起被建模。根据该模型，描述电容器大小的参数(表示电枢饱和度)根据磁通密度而改变并且与簧片的磁导率成比例。总通量是线圈生成的通量与来自转移到电枢中的磁体的、作为位置的函数的通量之和减去由于泄漏而导致的通量损耗。总通量除以簧片的截面面积是通量密度，该通量密度可通过图12所示的函数转换成磁导率。受话器的模型将基本上类似于真实装置来执行。该模型可用于使用上述迭代方法来确定参数。其次，由于现在在模型中描述了方程式，因此可以创建详细的逆模型。逆模型可以直接应用于输入信号以产生预失真的输出。

参照图9、图10和图14，在该示例中，集成电路包括执行声学负荷变化确定算法1400的处理器930，如上所述，该声学负荷变化确定算法1400使用受话器反馈信息936，例如与来自声学受话器的前部容积和/或后部容积和/或声学输出通道的声信号的声压成比例的电输出信号。声信号由反馈接口调节块928转换成电输出信号或者可以由定位成对前部容积或后部容积或声学通道中的声输出进行检测的麦克风来完成。在一个示例中，电输出信号与声信号的声压成比例。声学负荷变化确定算法使得处理器通过将电信号与参考信息进行比较来确定是否存在指示联接到声学受话器的声学负荷的变化的声信号的变化。声信号的变化表示例如外来颗粒堵塞或声泄漏或其它条件。在一个示例中，参考信息包括在存储器922中存储的数据。在另一示例中，通过处理器执行一个或更多个函数来生成参考信息。

图14还例示了集成电路900可以包括或联接到无线收发器1402，以允许将诸如获得的诊断数据或其它信息的通知远程传送到远程装置1404，例如，该远程装置1404可以是诸如智能手机的移动用户装置、可佩戴装置或其它移动装置。另外或另选地，远程装置1404可以是基于云的服务器或者是可以被配置为对声学受话器进行诊断的诊断测试系统。如图所示，听力装置还可以包括输入/输出装置1406，例如耳内插入传感器，其可以是对助听器或听力装置已经插入耳朵或从耳朵移除进行检测的电容传感器。在从耳朵移除时，可以自动激活确定声学负荷是否已经改变的诊断操作。而且，选择适当的预期传递函数可取决于装置是否被联接。声学装置可以包括诸如LED的视觉输出装置，使得可以在视觉上向用户或技术人员通知所感测到的条件。在其它实施方式中，电路可以基于诊断结果提供一个或更多个可听音调或指示需要服务的消息。诊断数据也可以存储在电路的存储器中，以供服务技术人员稍后询问。在其它实施方式中，其它合适的输入/输出装置可用于指示声学装置的状态或允许共享该装置上的数据。处理器112还可以用作作为与图9中的处理器930类似的声学负荷变化确定电路提供服务的处理器。

图15例示了用于对诸如图10中所示类型的受话器的声学负荷的变化进行诊断的算法处理或方法的一个示例。该方法可以在用户使用声学受话器的同时执行，或者可以在声学受话器处于测试系统中时执行。在图15中，在框1500中，该方法包括:响应于施加到声学受话器的电输入信号，产生声信号。在一个示例中，这通过处理器提供驱动信号作为声学受话器的电输入信号来完成，其示例在本文中进行了讨论。如框1502所示，该方法包括使用电声换能器将声信号转换为诸如受话器反馈信息936的电输出信号，该电输出信号与声信号的声压成比例。这在一个示例中由图10中所示的一个或更多个传感器1026、1028和1030完成。在图15中，在框1504中，该方法包括例如通过图9中的处理器930、图14中的处理器112或者任何其它合适的电路来确定是否存在指示联接到受话器的声学负荷的变化的声信号的变化。这可以例如通过将电输出信号与存储在存储器922中的参考信息进行比较来完成或者通过处理器930使用函数来生成。由于处理器向受话器提供电输入信号，并且由于参考信息可用于指示期望什么作为预期传递函数或参考传递函数的输出，因此处理器可以确定声学负荷的任何变化。受话器的预期传递函数(也称为灵敏度)在受话器的已知工作范围(例如，相对低到中等幅度的电输入信号)内基本上是线性的。这些范围是用于生成参考传递函数以及用于在装置的正常工作期间进行测量以确定声信号的变化的良好输入信号。

图16例示了用于声学装置的示例方法，该方法包括通过将表示测量的传递函数的数据与表示预期传递度量的数据进行比较来确定是否存在声信号的变化，如框1600所示。表示预期传递函数的数据存储在存储器中或者可以由处理器根据编程函数或对预期传递函数进行建模的函数集生成。如上文关于声学负荷所描述的，可以使用参考负荷信息来获得表示预期传递函数的数据。在框1602处，在一些实施方式中，该方法包括当存在指示声学负荷的变化的声信号的变化时提供通知。例如，处理器在受话器处、在声学装置处生成针对云服务器的信息，或者可以将其存储在装置中，以用于稍后的询问。通知可以包括任何合适的数据。确定操作还可以由处理器或本文所讨论的任何合适装置中的其它电路来执行。

可以执行框1604和框1606中的阻塞诊断处理以及框1608和框1610中的联接完整性处理中的任一者或两者。如框1604和框1606所示，确定是否存在声信号的变化的步骤包括确定是否存在受话器的输出部的阻塞，其中，针对表示未被阻塞的受话器的参考声学负荷，预期传递函数是参考电输出信号与参考电输入信号的比率。也可以使用表示各种完全阻塞水平的参考负荷。如框1608和框1610所示，确定是否存在声信号的变化的步骤包括确定是否存在声泄漏的变化，其中，针对参考声泄漏或密封的参考声学负荷，预期传递函数是参考电输出信号与参考电输入信号的比率。

该方法还可以包括通过使用被定位成对受话器的前部容积中的声压进行感测的电声换能器将声信号转换为电输出信号来检测前部容积声压，其中，受话器包括连接到振膜的电枢，该振膜将受话器的壳体分成前部容积和后部容积。该方法可以包括通过使用被定位成对声学受话器的后部容积中的声压进行感测的电声换能器将声信号转换为电输出信号来检测后部容积声压，其中，受话器包括连接到振膜的电枢，该振膜将受话器的壳体分成前部容积和后部容积。该方法可以包括通过使用被定位成对声学端口中的声压进行感测的电声换能器将声信号转换为电输出信号来检测声学端口中的声压，其中，受话器包括连接到振膜的电枢，该振膜将受话器的壳体分成前部容积和后部容积，受话器输出部包括在声学上联接到前部容积的声学端口。

该方法可以包括通过使用位于受话器的前部容积中的电声换能器将声信号转换为电输出信号来检测低于谐振频率的前部容积声压，其中，受话器包括连接到振膜的电枢，该振膜将受话器的壳体分成前部容积和后部容积。如本文所讨论的，谐振频率可以是主机械谐振频率或声学谐振频率。图17示出了与受话器的在12分贝+参考SPL曲线中的最大声压相对应的参考信息，受话器可以在受话器输出部未被阻塞的情况下在前部容积中产生该最大声压。在前部容积中检测到的任何声压大于最大声压级表示声堵塞。在低于受话器谐振频率的频率处的比较可能是最有效的，但是可以在任何频率处执行输出信号与参考信息的比较。图10在前部容积中示出了适合于检测声输出的麦克风1026。

在图10中，声学受话器1000是基于电枢的声学受话器，其包括至少一个电声换能器，该电声换能器位于受话器的前部容积、后部容积和输出部中的至少一者中。电路可操作以基于由至少一个电声换能器感测到的声压来确定是否存在受话器的声信号的变化，其中，声信号的变化指示联接到受话器的声学负荷的变化。电路可以是受话器的一部分或与受话器集成在一起的声学装置的一些其它部分。

如上所述，可以仅采用一个压力传感器，但是也可以根据需要采用多个压力传感器。例如，前部容积中的或前部容积下游的换能器可以用于密封检测。后部容积中的换能器可以更好地捕获主机械谐振频率周围的变化。后部容积中的换能器还更适用于适应预失真。处理器930通过将来自相应传感器的电信号与存储在存储器中的参考信息进行比较来确定是否存在声学负荷的变化。如上所述的参考信息可以是任何合适的参考信息，包括但不限于表示沿频率响应曲线的一个或更多个点的数据、一个或更多个频率处的幅度值、峰部或谷部的频率、Q(品质因子)、相对于预期频率的频率变化或任何其它合适的信息(还参见图17至图19)。在一个示例中，集成电路900不需要包括预失真操作。

如上所述，当确定声学受话器的输出中存在声学负荷的变化时，在一个示例中，处理器930向诸如听力装置本身上的视觉指示器(例如LED)之类的适当装置发出声学负荷的变化的通知，发送到用户的智能手机以使得该智能手机上的被配置成对通知做出响应的应用呈现一个或更多个用户界面(例如，参见图27)的消息可以向测试系统发送通知以通知测试操作员已经发生声学负荷变化，或者向可以使用该信息通知用户或听力学家的任何其它合适的装置(例如，web服务器)发送通知。如上所述，在一个示例中，电路通过下列方式来确定是否存在声学负荷的变化：例如，通过对与参考频率响应进行了比较的声信号(例如，关于前部容积、后部容积和/或输出端口)的测量的声压进行比较来确定是否存在声学受话器的频率响应的变化。在一个示例中，通过使用与受话器输出部处的声信号的频率或频率范围处的预期声压级(SPL)相对应的参考信息来确定声学负荷的变化。这可以例如通过使用传感器1030来完成。然而，这也可以通过使用传感器1026和/或传感器1028来完成，因为前腔或后腔中的任一者中的条件变化可能导致受话器输出端口处的不期望的听觉信号。

图15和图16中的方法可以在任何合适的时间执行，并且可以取决于该方法是否由使用声学受话器的听力装置执行，或者取决于该方法是否在在听力装置处于测试单元中(而不是在助听器的情况下用户的耳朵中)或正在由用户使用时执行。

将参照图17至图19描述确定是否存在声学受话器的声学负荷的变化。如上所述，存储器922可以存储参考信息(还参见图6)。在该示例中，表示预期传递函数的数据被示为由沿着参考SPL曲线1700的点示出的预期SPL信息。还如所述的，参考信息包括可以存储的函数而不是可以从中获得数据的实际数据。如本文所使用的，函数或数据本身用作参考信息。函数可用于确定沿频率响应曲线的点，例如，使用表示无阻塞或声泄漏的参考负荷生成的预期传递函数。不需要存储整个传递函数。可以使用曲线上的、特定频率处的单个点，或者可以存储多个点。此外，可以计算整个测量的传递函数，并且可以将该传递函数上的适当点与存储的数据点进行比较。在一个示例中，初始频率或参考频率响应是受话器在没有阻塞(诸如蜡导致的阻塞)或声泄漏的情况下的频率或频率响应并且被示为“参考SPL”信息1700。表示其它曲线1702的信息是基于声学受话器的输出端口处的不同电阻测试负荷的、指示前腔中的频率响应的传递函数信息。在一个示例中，作为制造过程的一部分，针对声学受话器的给定电压或电流设置确定参考信息1700。然而，可以使用任何合适的参考信息。将经转换的声信号与该信息进行比较，以确定是否存在声学负荷的变化。

经由前腔麦克风1026检测受话器输出部压力，该前腔麦克风1026可以具有某些优点，因为前腔麦克风1026被保护免受例如可能在用户的耳道中发生的直接蜡状物积累。如图17所示，声学负荷的变化由不同的阻力曲线1702示出，并且高于参考SPL 1700(参考信息)的声压增加由前腔麦克风1026检测到。尽管也可以使用所有其它区域，但标识了“最佳检测区域”1704。

在一个实现方式中，在声学受话器的前部容积中，诸如处理器930的电路提供听不见的测试信号作为到声学受话器的电信号，并且压力麦克风1026可操作以监测由听不见的测试信号引起的压力。这可以允许进行耳内测试，使得用户在例如装置的正常工作期间意识不到阻塞测试。如上所述，麦克风1026定位成对受话器的前部容积中的声压进行感测。在另一示例中，来自麦克风的所得信号可以处于低于声学受话器的机械谐振的频率处。该示例中的参考信息与在声学受话器的输出部未被阻塞的情况下在低于受话器的机械谐振的频率处的声信号的预期声压相对应。这样，前部容积麦克风1026可以简单地通过测量前腔中的足够高的压力水平来检测不期望的声学负荷的变化。而且，给定较高的声压级，麦克风1026与麦克风1028和麦克风1030相比具有较低的灵敏度。

图18例示了除后部容积或后腔之外与图17中所示信息类似的信息。如上所述，可以通过将预期传递函数与测量的传递函数进行比较来确定负荷变化检测，而不必存储和处理下面描述的大量数据。在该后部容积示例中，在1804处示出了“最佳检测区域”，但是可以在输出水平之间存在可测量的差别的所有区域中进行比较。

可以看出，“参考SPL”信息1800可以用作如下参考信息：由传感器1028测量的感测声压与该参考信息进行比较，以确定声学受话器的输出部处是否存在声学负荷，并且如果需要，还确定声学负荷程度。存储指示其它阻力曲线1802的数据允许系统确定阻塞或密封退化的程度。针对所有传感器，如果需要，可以使用任何阻力曲线作为参考信息。还应该认识到，可以根据需要使用任何其它合适的参考信息。如图所示，基于后部容积声压检测对是否存在声学负荷的确定可以是检测到的声压是高于还是低于在参考SPL 1800的参考频率或频率集处的声压的函数。假设在传感器进行测量时至受话器的输入信号与用于生成曲线的输入信号相同。这可以通过将上述诊断电输入信号编程为与用于生成对应于针对各种阻力水平的声响应与频率的关系的数据的电输入信号具有相同的参数(电压、频率和相位)来实现。如果在测量时，输入信号是不同的，则可以使用与该输入信号电平相对应的传递函数曲线或者可以使用来自不同输入信号电平的曲线来外推阻力程度。后一种方法将需要在声学装置的存储器中存储针对在可能的输入信号的范围内的多个电输入信号的多个声学响应集与频率曲线的关系。因此，受话器的输入信号的知识用于确定采用哪种传递函数或者外推与不同输入信号相对应的传递函数。

在图18中，可以看出，在谐振频率1808和1810处具有良好的检测能力。此外，由于麦克风1028位于离输出端口1024最远处并且位于前腔后面和面板1014后面(参见图10)，因此针对麦克风1028而言，耳垢阻塞风险低。后腔中的声压水平也相对较高，因此可能期望较低灵敏度的麦克风1028。

图19类似地例示了参考信息1900(参考SPL)和参考信息1902(表示阻力曲线的值的数据)的示例，其可以由所描述的系统使用来确定是否存在与声学受话器相关联的声学负荷的变化。这些曲线例示了与声学受话器的输出端口相关联的信息。仅通过与前腔的压力测量类似的压力测量就可以完成完全堵塞检测。而且，针对给定的到受话器的输入信号，可以使用与阻力曲线1902相关联的数据与其他传感器一起来检测不同程度的堵塞。如上所述，可以仅使用任何传感器来检测部分堵塞。

返回参照图10以及图22至图27，在图10中使用虚线示出了各种传感器的不同位置。将认识到，实际的传感器组件可以具有安装到受话器壳体的外表面的壳体部分，使得传感器不是物理上位于前部容积和后部容积或输出端口中而是定位成对如图22至图27进一步示出的相应位置中的压力进行感测。可以使用通过受话器壳体壁的端口，其允许传感器测量声压。也可以采用任何其它合适的配置。如图所示，传感器1026也可以适当地定位成测量在连杆(linkage)1016前方的前部容积中的压力。传感器1028可以沿着后部容积中的后侧壁、沿着对输出端口的至少一部分进行限定的管道后面或任何合适位置处的前部(朝向输出端口1024)侧壁定位。传感器1030可以定位成测量输出端口的管道内的声压。在该示例中，传感器1030被示出为放置成测量蜡状物防护1025后面的压力，以使得在传感器上积聚的蜡状物最小化。还如图22至图28中的一些图中所示，电声换能器定位成感测受话器前部容积中的压力并且电声换能器设置在基板上，例如柔性印刷电路板或形成(限定)受话器前部容积的至少一部分的其它基板。类似地，在其它示例中，电声换能器定位成感测受话器后部容积中的压力并且电声换能器设置在形成受话器的后部容积的一部分的基板上。同样在其它示例中，电声换能器定位成感测受话器输出部中的压力并且电声换能器设置在形成受话器输出部的一部分的基板上。图28例示了声学受话器中的传感器位置的示例，其中，传感器构成受话器壳体的一部分并且限定前部容积的一部分。然而，可以使用任何合适的位置。

在一个示例中，确定声学负荷的变化不伴随使用预失真信号的任何校正。然而，将认识到，可以请求应用均衡校正，以例如在部分堵塞的情况下允许用户具有更好的性能。

图20例示了可以在正在测试听力装置的外部测试系统的显示器上呈现的用户界面的示例。测试系统包括显示器、处理器、存储器以及用于允许与听力装置进行通信并且如果需要还允许与其它装置和网络进行通信的关联接口电路。如图所示，用户界面2600呈现表示是否已检测到声学负荷变化的数据，其通常示出为信息2602、2064、2606和2608。例如，如果声学负荷的变化程度指示应该被移除的耳垢阻塞，则这些信息可以提供给测试操作员，以便可以清洁或修理声学受话器。还可以提供阻塞位置有关的更具体的信息，例如由指示检测到阻塞并且声学受话器的前部容积已经受到影响的信息2604所示。这可能导致听力装置需要不同类型的维护操作。如信息2606所示，可以识别声学负荷的变化类型。在这种情况下，与例如由耳垢引起的阻塞相比，可以识别密封泄漏。如信息2608所示，可以发出应该改变声学受话器上的蜡状物防护的通知。除了本文指出的信息之外或代替本文所指示的信息，还可以提供其它信息。例如，可以识别阻塞的水平或程度，例如，指示取决于声学负荷的确定变化量的“低或高水平的阻塞”。例如，如果与参考信息相比存在大的声学负荷变化，则可能出现高水平的阻塞。如果检测到微小的声学负荷变化，则阻塞量可以指示为低。如上所述，如果存在低水平的阻塞，则仍然可以允许用户使用该装置，但是可以提供均衡校正或其它适当的校正以试图减轻低水平阻塞，直到检测到更高水平的阻塞时为止。

图21例示了另一界面2700，其中，通过向例如用户的智能手机或可佩戴装置或测试系统呈现信息2702来指示阻塞的程度。如框2704所示，可以允许用户选择实施预失真操作以克服检测到的阻塞水平或密封泄漏水平。图20和图21中所示的用户界面信息可以视为通知信息。

如上所述，可以结合前部容积、后部容积或受话器输出端口(声学通道)使用一个或更多个传感器，以监测声学受话器的特性的变化。这样，提供了当声学受话器在用户的耳朵中就位时对耳垢积聚、声泄漏(例如声学受话器周围的密封件的密封泄漏)的自动检测。如上所述，特性变化可以是来自对受话器的频率响应的变化的形式的预期传递度量的变化。例如，使用诸如表示在任何蜡状物积累之前受话器的传递函数的数据的参考信息来检测与助听器中的蜡状物积聚相对应的声学堵塞的增量变化。类似地，使用与受话器的声泄漏之前的传递函数相对应的参考信息。上述技术还可以确定条件存在的严重性或程度。如上所述，如果需要，则检测受话器条件的变化可以伴随均衡以自动补偿与受话器相关联的条件的变化，但是这可能是不希望的。

如上所述，还可以将测试结果的通知推送到其它装置，例如可佩戴装置、智能手机或任何其它合适的装置。响应于确定存在声学负荷的变化，在一个示例中，处理器向远程装置发送指示已经检测到声学负荷的变化的无线通知中的至少一个，或者向声学受话器发送使得该声学受话器产生可听通知的电信号，或者向听力装置发送使得诸如该听力装置的LED、扬声器、振动机构或其它部件之类的视觉或听觉生成器将被激活的通知信号。参考信息可以是绝对的或相对于较早的测量值的阈值，如上所述的测试结果可以作为通过/失败、数值或完整的频率扫描指示来传送。针对被认为是可接受的蜡状物积聚水平，该信息可以以堵塞的声学阻抗的估算结果的形式传送，或者可以传送原始数据。原始测试数据可以是受话器的频率响应、诸如峰部或谷部的频率的谐振变化、品质因子、频率变化、特定频率或频率范围处的幅度变化、示出了检测到的被传送的多个特征的曲线。例如，诸如装置在新出厂时的或者装置的其它操作点的初始频率响应之类的初始频率响应信息可以作为参考信息存储。可以使用合适的协议来传递本领域已知的测试信息，诸如I2C、UART、SPI、GPIO、Soundwire或其它合适的有线或无线通信协议。

另外，可以将根据耳垢积聚测试的所得确定结果上传到为该装置提供服务的制造商或听力学家的web服务器，使得可以执行对该单元的健康的远程监测。接收数据的web服务器然后评估测试结果，并且如果测试结果超过阈值，则web服务器启动电子日历事件，以为该装置的用户和听力学家或其他服务提供商设置预约，从而使该装置被修理。这样，发生一种推送操作，使得在从用户的角度看装置达到不可接受的性能操作水平之前，可以执行主动维护操作。

在一个示例中，前部容积传感器用于监测低频信息。在该示例中，可以将听不见的测试信号注入受话器中，使得声音低于用户检测的阈值并用于监测声学受话器的性能。这样，不引人注意的技术用于使用前部容积传感器来确定受话器的特性的变化。当装置在用户耳中或由用户使用时，可以在用户不知道正在测试该装置的情况下完成该测试。考虑到正在被检测的低声压，可能需要更长的测量时间，尽管测量时间仍然适合于应用。如果该装置是针对已知损伤频率的听力受损个体，则如果需要，可以将测试信号设置为低于个体的可检测频率而不是听不见的频率。即使用户没有听力受损，也可以将测试信号设置为针对特定用户的听不见的水平。

当所监测的信息被发送到诸如可佩戴装置或智能手机之类的不同远程装置时，智能手机应用可以积聚测量的结果，并且如果该测量的结果达到不期望的阈值，则智能手机应用可以为用户发送文本消息或屏幕消息，通知用户应该为装置提供服务。阈值确定还可以由听力装置中的处理器完成，使得如上所述，听力装置发送通知该装置的用户该装置需要服务的“失败”消息。当测量的信息接近临界阈值时，远程装置还可以发起日历事件，以在装置达到不希望的阈值(其中用户的听觉能力受到影响)之前或者当装置的性能低于期望水平时，提供该装置的提前服务。

另外，已经发现使用后部容积传感器可以提供诸如但不限于在受话器的谐振频率处提供良好检测能力以及后部容积中的耳垢阻塞的低可能性以及其它的优点。在一些情况下，前部容积传感器可能是期望的，因为前部容积传感器可以提供大的操作范围、与输出端口相比存在较小的蜡状物阻塞风险以及可以在不使用参考频率响应信息的情况下检测到声学负荷的变化以及其它优点。在一些应用中使用输出端口传感器可能是期望的，因为在谐振频率处的良好检测以及可以利用压力测量来检测完全堵塞以及其它优点。然而，将认识到，除了其它之外，取决于给定的应用和期望的操作，可能需要任何合适的传感器或传感器的组合。

虽然已经以由建立发明人的占有权并且使得本领域普通技术人员能够制造和使用本公开和目前被认为是本公开的最佳模式的内容的方式描述了本公开和目前被认为是本公开的最佳模式的内容，但是将理解并认识到，本文公开的示例性实施方式存在许多等同物，并且可以在不脱离本公开的范围和精神的情况下对其进行无数修改和变型，本公开的范围和精神不受示例性实施方式的限制，而受所附权利要求的限制。

Claims (31)

1.一种用于声学装置的方法，该方法包括以下步骤：

响应于施加到声学受话器的电输入信号，产生声信号；

使用电声换能器将所述声信号转换成与所述声信号的声压成比例的电输出信号；以及

通过将所述电输出信号与参考信息进行比较来确定是否存在指示联接到所述受话器的声学负荷的变化的所述声信号的变化。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，

确定是否存在所述声信号的变化的步骤包括将表示测量的传递度量的数据与表示预期传递度量的数据进行比较，

其中，所述测量的传递度量是所述电输出信号与所述电输入信号的比率，并且针对参考测试负荷，所述预期传递度量是参考电输出信号与参考电输入信号的比率。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述方法还包括以下步骤：针对在低于所述受话器的主机械谐振约1个倍频程与高于所述受话器的所述主机械谐振约1个倍频程之间的频率范围，将所述测量的传递度量与所述预期传递度量进行比较。

4.根据权利要求2所述的方法，其中，所述方法还包括以下步骤：针对在低于所述受话器的声谐振约1个倍频程与高于所述受话器的所述声谐振约1个倍频程之间的频率范围，将所述测量的传递度量与所述预期传递度量进行比较。

5.根据权利要求2所述的方法，其中，所述方法还包括以下步骤：当存在指示所述声学负荷的变化的所述声信号的变化时，提供通知。

6.根据权利要求2所述的方法，其中，确定是否存在所述声信号的变化的步骤包括以下步骤：确定所述受话器的输出部是否被阻塞，

其中，针对表示未被阻塞的受话器的参考测试负荷，所述预期传递度量是所述参考电输出信号与所述参考电输入信号的比率。

7.根据权利要求2所述的方法，其中，确定是否存在所述声信号的变化的步骤包括以下步骤：确定是否存在声泄漏的变化，

其中，针对包括参考泄漏的参考测试负荷，所述预期传递度量是所述参考电输出信号与所述参考电输入信号的比率。

8.根据权利要求2所述的方法，

其中，所述受话器包括连接到振膜的电枢，所述振膜将所述受话器的壳体分成前部容积和后部容积，并且

其中，将所述声信号转换成电输出信号的步骤包括使用被定位成感测所述受话器的所述前部容积中的压力的电声换能器。

9.根据权利要求2所述的方法，其中，所述受话器包括连接到振膜的电枢，所述振膜将所述受话器的壳体分成前部容积和后部容积，并且

其中，将所述声信号转换成电输出信号的步骤包括使用被定位成感测所述声学受话器的所述后部容积中的压力的电声换能器。

10.根据权利要求2所述的方法，

其中，所述受话器包括连接到振膜的电枢，所述振膜将所述受话器的壳体分成前部容积和后部容积，受话器输出部包括在声学上联接到所述前部容积的声学端口，

并且其中，将所述声信号转换成电输出信号的步骤包括使用被定位成感测所述声学端口中的压力的电声换能器。

11.根据权利要求1所述的方法，

其中，所述受话器包括连接到振膜的电枢，所述振膜将所述受话器的壳体分成前部容积和后部容积，转换的步骤包括使用位于所述受话器的前部容积中的机电换能器将低于所述受话器的谐振频率的频率处的所述声信号转换成所述电输出信号，

在低于所述受话器的所述谐振频率的所述频率处，所述参考信息与如下最大声压相对应：在所述受话器的输出部未被阻塞的情况下，所述受话器能够在所述前部容积中产生该最大声压。

12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法还包括以下步骤：当存在指示所述声学负荷的变化的所述声信号的变化时，提供通知。

13.一种声学装置，该声学装置包括：

基于电枢的声学受话器，该基于电枢的声学受话器包括具有振膜的壳体，所述振膜联接到所述电枢，所述振膜限定了前部容积和后部容积，所述前部容积联接到所述壳体的输出部；

至少一个电声换能器，该至少一个电声换能器位于所述受话器的所述前部容积、所述后部容积和所述输出部中的至少一者中；以及

电路，该电路可操作以基于由所述至少一个电声换能器感测到的压力来确定是否存在所述受话器的声信号的变化，

其中，所述声信号的所述变化指示联接到所述受话器的声学负荷的变化。

14.根据权利要求13所述的装置，其中，

所述电路可操作以通过将表示所述受话器的测量的传递度量的数据与表示所述受话器的预期传递度量的数据进行比较来确定是否存在所述声信号的变化，

其中，所述测量的传递度量是所述受话器的声输出信号与所述受话器的电输入信号的比率，并且针对参考测试负荷，所述预期传递度量是所述受话器的参考声输出信号与所述受话器的参考电输入信号的比率。

15.根据权利要求14所述的装置，其中，所述电路可操作以针对在低于所述受话器的谐振频率约1个倍频程与高于所述受话器的所述谐振频率约1个倍频程之间的频率范围，将所述测量的传递度量与所述预期传递度量进行比较。

16.根据权利要求14所述的装置，其中，所述电路可操作以提供听不见的测试信号作为所述电输入信号，并且其中，所述至少一个电声换能器位于所述受话器的所述前部容积中。

17.根据权利要求14所述的装置，其中，所述电路可操作以当存在指示所述声学负荷的变化的所述声信号的变化时提供通知。

18.根据权利要求13所述的装置，其中，所述装置包括在声学上联接到所述受话器的所述输出部的声学负荷。

19.根据权利要求17所述的装置，

其中，所述声信号的所述变化指示所述输出部的阻塞的变化，并且

其中，针对表示未被阻塞的受话器的参考测试负荷，所述预期传递度量是所述参考声输出信号与参考电输入信号的比率。

20.根据权利要求17所述的装置，

其中，所述声信号的所述变化指示声泄露的变化，

其中，针对包括参考泄露的参考测试负荷，所述预期传递度量是所述参考声输出信号与参考电输入信号的比率。

21.根据权利要求17所述的装置，其中，所述电声换能器被定位成感测所述受话器的所述前部容积中的压力，并且所述电声换能器设置在形成所述受话器的所述前部容积的一部分的基板上。

22.根据权利要求17所述的装置，其中，所述电声换能器被定位成感测所述受话器的所述后部容积中的压力，并且所述电声换能器设置在形成所述受话器的所述后部容积的一部分的基板上。

23.根据权利要求17所述的装置，其中，所述电声换能器被定位成感测所述受话器的所述输出部中的压力，并且所述电声换能器设置在形成所述受话器的所述输出部的一部分的基板上。

24.一种基于电枢的声学受话器，该基于电枢的声学受话器包括：

壳体，该壳体具有联接到电枢的振膜，该振膜限定了前部容积和后部容积，所述前部容积联接到所述壳体的输出端口；以及

至少一个电声换能器，该至少一个电声换能器被定位成感测所述前部容积和所述后部容积中的至少一者中的压力。

25.一种集成电路，该集成电路包括：

可操作以在所述集成电路的输出端处针对基于电枢的声学受话器施加电输入信号的电路；

可操作以通过将测量的传递度量与预期传递度量进行比较来确定是否存在所述受话器的声信号的变化的电路，

所述测量的传递度量是所述受话器的声输出信号与所述电输入信号的比率，并且针对参考测试负荷，所述预期传递度量是所述受话器的参考声输出信号与所述受话器的参考电输入信号的比率。

26.根据权利要求25所述的集成电路，其中，

电路可操作以通过将表示所述受话器的测量的传递度量的数据与表示所述受话器的预期传递度量的数据进行比较来确定是否存在所述声信号的变化，

其中，所述测量的传递度量是所述受话器的声输出信号与所述受话器的电输入信号的比率，并且针对参考测试负荷，所述预期传递度量是所述受话器的参考声输出信号与所述受话器的参考电输入信号的比率。

27.根据权利要求26所述的集成电路，其中，所述电路可操作以针对在低于所述受话器的谐振频率约1个倍频程与高于所述受话器的所述谐振频率约1个倍频程之间的频率范围，将所述测量的传递度量与所述预期传递度量进行比较。

28.根据权利要求26所述的集成电路，其中，所述电路可操作以提供听不见的测试信号作为所述电输入信号，并且其中，至少一个电声换能器位于所述受话器的前部容积中。

29.根据权利要求26所述的集成电路，其中，所述电路可操作以当存在指示所述声学负荷的变化的所述声信号的变化时提供通知。

30.根据权利要求26所述的集成电路，

其中，所述声信号的所述变化指示所述输出部的阻塞的变化，并且

其中，针对表示未被阻塞的受话器的参考测试负荷，所述预期传递度量是所述参考声输出信号与参考电输入信号的比率。

31.根据权利要求26所述的集成电路，

其中，所述声信号的所述变化指示声泄露的变化，

其中，针对包括参考泄露的参考测试负荷，所述预期传递度量是所述参考声输出信号与参考电输入信号的比率。