CN111885476A - 用于基于磁通量补偿声换能器的非线性行为的系统和方法 - Google Patents

用于基于磁通量补偿声换能器的非线性行为的系统和方法 Download PDF

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Abstract

在至少另一个实施方案中，提供一种音频放大器系统，其包括存储器和音频放大器。所述音频放大器包括所述存储器，并且被编程为接收音频输入信号并且基于所述音频输入信号和扬声器的隔膜的速度生成目标电流信号。所述音频放大器进一步被编程为基于至少所述目标电流信号和所述扬声器的音圈的预测位置生成校正电流信号，并且基于通量密度值确定所述扬声器的所述音圈的预测位置。所述通量密度值对应于所述扬声器中的所述音圈的气隙的磁通量与所述扬声器中的音圈线材的长度的乘积。

Description

用于基于磁通量补偿声换能器的非线性行为的系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请可涉及标题为“SYSTEM AND METHOD FOR NON-LINEAR BEHAVIOR FOR ANACOUSTIC TRANSDUCER”的代理人案卷号HARM0681PUS并且于2019年5月3日提交的美国申请序列号16/402,805。
技术领域
本文公开的一个或多个方面大体涉及一种用于补偿声换能器的非线性行为的系统和方法。本文公开的方面可提供一种用于使用动圈式声换能器、壳体和无源辐射器的扬声器的有源无传感器非线性校正方法和设备。例如，提供一种用于针对由电流和电压源驱动的密闭式、通气式和无源辐射器设计根据音圈位置校正由隔膜悬架和音圈马达引起的失真的低机器指令秒(MIPS)无传感器模型和算法。这些方面和其他方面将在本文更详细地论述。
背景技术
French的PCT/US2018/052336(“‘336申请”)提供一种声换能器。声换能器包括控制器，所述控制器被配置为接收输入音频信号并且生成指示输入音频信号的包络的第一参考信号。控制器进一步被配置为基于第一参考信号向声换能器的固定线圈提供固定线圈信号并且在向固定线圈提供固定线圈信号之后测量通过固定线圈的电流。控制器进一步被配置为生成指示通过固定线圈的电流的第一输出并且基于第一输出确定磁性材料的气隙中的磁通量。控制器进一步被配置为生成用于移动线圈的电压输出，所述电压输出与气隙中的磁通量成反比。电压输出提供对应于输入音频信号的未失真输出
发明内容
在至少一个实施方案中，提供一种音频放大器系统，其包括存储器和音频放大器。所述音频放大器包括所述存储器，并且被编程为接收音频输入信号并且基于所述音频输入信号生成目标电流信号。所述音频放大器被配置为生成扬声器的音圈的第一预测位置，并且基于所述目标电流信号和所述音圈的所述第一预测位置生成第一校正电流信号。所述音频放大器进一步被配置为基于至少所述音圈的所述第一预测位置确定扬声器壳体内的压力，并且基于至少所述扬声器壳体内的所述压力确定无源辐射器的位置。所述音频放大器进一步被配置为确定所述扬声器的通量密度值，并且基于所述通量密度值并且基于至少所述扬声器内的所述压力、所述无源辐射器的所述位置和所述第一校正电流信号生成所述音圈的第二预测位置。
在至少另一个实施方案中，提供一种音频放大器系统，其包括存储器和音频放大器。所述音频放大器包括所述存储器，并且被编程为接收音频输入信号并且基于所述音频输入信号和扬声器的隔膜的速度生成目标电流信号。所述音频放大器进一步被编程为基于至少所述目标电流信号和所述扬声器的音圈的预测位置生成校正电流信号，并且基于通量密度值确定所述扬声器的所述音圈的预测位置。所述通量密度值对应于所述扬声器中的所述音圈的气隙的磁通量与所述扬声器中的音圈线材的长度的乘积。
在至少另一个实施方案中，提供一种计算机程序产品，其体现在非暂时性计算机可读介质中，所述计算机程序产品被编程用于放大音频输入信号。所述计算机程序产品包括用于接收音频输入信号以及基于所述音频输入信号生成目标电流信号的指令。所述计算机程序产品包括用于生成扬声器的音圈的第一预测位置以及基于所述目标电流信号和所述音圈的所述第一预测位置生成第一校正电流信号的指令。所述计算机程序产品还包括用于基于至少所述音圈的所述第一预测位置确定扬声器壳体内的压力以及基于至少所述扬声器壳体内的所述压力确定无源辐射器的位置的指令。所述计算机程序产品还包括用于确定所述扬声器的通量密度值以及基于所述通量密度值并且基于至少所述扬声器内的所述压力、所述无源辐射器的所述位置和所述第一校正电流信号生成所述音圈的第二预测位置的指令。
附图说明
所附权利要求书中具体地指出本公开的实施方案。然而，通过结合附图参考以下详细描述，各种实施方案的其他特征将变得更加明显并且将得到最好的理解，在附图中：
图1大体描绘封闭的扬声器系统的实例；
图2大体描绘包括换能器的各个方面；
图3大体描绘包括无源辐射器的各个方面；
图4大体示出扬声器系统中与换能器和无源辐射器相关联的元件的模型；
图5大体示出根据一个实施方案的估计扬声器系统中的Kms(x)和Rms(x)的系统；
图6大体示出根据一个实施方案的校正扬声器系统中的失真的放大器系统；
图7表示根据一个实施方案的图6的放大器系统并且进一步包括核心校正块；
图8描绘根据一个实施方案的用作电压源来驱动音圈的校正系统；
图9示出根据一个实施方案的执行用于提供Kms和Rms的模型的系统；
图10示出根据一个实施方案的也执行用于提供Kms和Rms的模型的系统；
图11描绘根据一个实施方案的测量Kms和Rms的值的设备的一个实例；
图12描绘根据一个实施方案的随阻抗变化的对应的Rms和Kms的值；
图13大体示出根据一个实施方案的用于提供Kms和Rms的系统；
图14大体示出根据一个实施方案的声换能器装置的一种实现方式；
图15大体示出根据一个实施方案的用于计算磁通量密度(BL)的一种实现方式；
图16大体示出根据一个实施方案的用于计算磁通量密度(BL)的另一种实现方式；
图17大体示出根据一个实施方案的声换能器装置的另一种实现方式；
图18大体示出根据一个实施方案的声换能器装置的另一种实现方式；
图19大体示出根据一个实施方案的声换能器装置的另一种实现方式；
图20大体描绘根据一个实施方案的声换能器装置的另一种实现方式；
图21大体描绘根据一个实施方案的由音频放大器系统执行的方法；
图22大体描绘根据另一个实施方案的由音频放大器系统执行的方法；
图23大体描绘根据另一个实施方案的由音频放大器系统执行的方法；并且
图24大体描绘根据另一个实施方案的由音频放大器系统执行的方法。
具体实施方式
根据需要，本文公开本发明的详细实施方案；然而，应理解，所公开的实施方案仅仅是本发明的可以不同和替代形式体现的示例。附图不一定按比例绘制；一些特征可能被放大或缩小以显示特定部件的细节。因此，本文所公开的具体结构细节和功能细节不应被解释为是限制性的，而是仅仅作为教导本领域技术人员以不同方式运用本发明的代表性基础。
应认识到，如本文所公开的控制器可包括各种微处理器、集成电路、存储器装置(例如，闪存、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)或上述存储器的其他合适的变体)以及软件，上述各者彼此共同合作来执行本文所公开的一个或多个操作。此外，如所公开的此类控制器利用一个或多个微处理器来执行体现在非暂时性计算机可读介质中的计算机程序，所述计算机程序被编程来执行任何数量的如所公开的功能。另外，如本文所提供的一个或多个控制器包括外壳和定位在外壳内的各种数量的微处理器、集成电路和存储器装置((例如，闪存、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM))。如所公开的一个或多个控制器还包括基于硬件的输入端和输出端，它们分别用于从如本文所论述的其他基于硬件的装置接收数据和向其传输数据。
当动圈式换能器(或动圈式扬声器)增强它们的声输出时，此类换能器增强它们的失真。这种基本关系决定了换能器的尺寸、重量、成本和低效率，而所有这些都是所不期望的。对于在所有这些性能问题显著的汽车应用中使用的换能器来说，情况尤为如此。同时，对可实现或提供期望的有源噪声消除(ANC)、发动机阶次噪声消除(EOC)、独立声区(ISZ)和回音消除以便于语音识别的更高输出、更低失真的系统存在日益增长的需要。
因此，存在无传感器方法，诸如由Klippel描述的那些，它们通过信号处理试图使换能器的失真最小化，这(如果使用得当)进而可使得换能器设计者能够根据期望的折衷实现更小、更轻、更低成本或更有效的解决方案。然而，这些方法在计算上可能是昂贵的(例如，100百万条指令/秒(MIPS)或更多)，尤其是在多通道应用(诸如汽车中发现的那些)中。另外，这些方法通常需要嵌入式微控制器以及数字信号处理器(DSP)。因此，存在对如本文所提供的用于非线性失真校正的低MIPs算法(例如，其提供相比较低的处理要求)和低硬件成本方法的需要。此外，解决方案应与要求相比较低的处理要求的汽车硬件兼容。
通常，在基本水平上，一旦主动地控制和或校正对换能器中的非线性度的控制或校正，换能器和系统设计者就在扬声器中可能必要的折衷方面具有灵活性。这可根据设计目标改进尺寸、重量、成本和效率。例如，本文所公开的实施方案可对换能器的移位或偏移和音圈电流提供更好的控制，这可允许换能器被驱动得更接近其极限并且因此提供更大的输出。此外，本文所公开的实施方案对换能器的非线性性能提供增强的控制，并且可增强声算法的性能，这取决于换能器的线性度或响应，诸如ANC、RNC、EOC、ISZ、回声消除等。
本文所公开的实施方案可以：(i)在稳定性、可重复性和检查能力方面是鲁棒的且是固有地可预测的(即，不是黑匣子)，(ii)在计算上是简单的，具有低至非常低MIPs、无传感器，(iii)在简单电流感测的情况下是自适应的，并且(iv)是对算法的简化并且可在可不需要伴随的嵌入式控制器的DSP环境中操作，以便是自适应的。
图1大体描绘根据一个实施方案的封闭的扬声器系统100的实例。系统100包括壳体101，所述壳体101大体包括扬声器102(或换能器)(例如，有源扬声器或主驱动器)和无源辐射器104(或不以音频输入信号的形式接收电能的无源辐射式音盆)。壳体101通常表示用于传输音频信号的公共扬声器壳体，并且与换能器102和无源辐射器104相关的方面将在下文更详细地论述。
图2大体描绘包括换能器102的各个方面。例如，换能器102常包括音盆(或隔膜)110和音圈112。环绕件(或悬架)114附接在隔膜110的端部处。骨架116环绕音圈112并且定位在气隙118内。外磁体(或磁体)120环绕气隙118以及音圈112和骨架116的至少一部分。定心支片122环绕骨架116的一部分。
通常，将对应于音频数据的音频输入信号被提供给音圈112。音圈112和磁体120磁耦合到彼此，并且音频输入信号基于音频输入信号的极性而致使隔膜110在垂直轴线上线性移动。隔膜110通常是柔性的，并且响应于在音圈112与磁体120之间传递的磁场而在垂直轴线上的两个方向上发生偏移。骨架116附接到隔膜110并且发生与隔膜110类似的移位(或沿竖直轴线的移动)。由于隔膜110的线性移位，换能器(或扬声器)100将音频输入信号传输到房间或其他环境中以供用户消费。定心支片122通常被配置来在隔膜110在垂直方向或轴线上线性移动期间防止隔膜110水平移动。
图3大体描绘包括无源辐射器104的各个方面。通常，无源辐射器104可包括所有所提到的构成换能器102的部件，音圈112和磁体120除外。无源辐射器104可使用捕获在壳体101内的声音来生成共振以提供低频率(即，低音)。无源辐射器104可基于壳体101内空气的质量和弹性(或顺应性)来生成频率。无源辐射器104可通过改变其总隔膜质量(包括隔膜110或音盆的重量)来根据壳体101调谐。当换能器102由于隔膜110的线性移位而生成气压时，这种气压使无源辐射器104移动。
图4示出扬声器系统100中与换能器102和无源辐射器104相关联的元件的模型。通常，通过对音圈112(或换能器102的移动线圈)和扬声器系统100中的其他机械元件的行为进行数学建模，可以计算非线性行为并且使用放大器和实时信号处理来针对非线性行为进行校正。这些方面将在本文更详细地论述。
存在许多方法来对扬声器系统进行建模。然而，如果像这里的这种情况一样对系统的物理元件有很好的预先理解，则适合这些元件的模型可以是在计算上最简单的且最容易调谐的。本文所公开的方面试图对扬声器系统100中的物理元件(例如，换能器102和无源辐射器104)及其相互作用进行建模，其方式为可直接计算、自适应地调谐以及当元件以非线性方式表现时进行校正。
扬声器系统100中通常存在四个子系统：(1)换能器102(其将来自放大器(未示出)的电信号换能为机械输出(未示出))(例如，机械输出可被认为是运动，这进而将机械输出换能为声信号)；(2)无源辐射器104(其与壳体101和换能器102共振以在较低频率下产生声输出)；(3)壳体101，其(通过压力)将无源辐射器104耦合到换能器102并且将无源辐射器104和换能器102两者的背压力与前压力隔离；以及(4)放大器和信号处理(未示出)。也可使用扬声器系统100的两个简化的子集，诸如用使用壳体101中的端口产生的声质量替代无源辐射器104的通风式系统，以及具有简单的密封壳体而没有通风口或无源辐射器104的密闭盒系统。图4示出三机械子系统并且类似于两体式共振系统。
通常，换能器102的机械元件可被建模为具有硬度(例如，Kms_TD)、阻尼(例如，Rms_TD)和移动质量(例如，M_TD)的弹簧。M_TD对应于所有移动部分(包括耦合到隔膜110的空气)的质量。Rms_TD对应于组合的环绕件114和定心支片122的摩擦损失。Kms_TD对应于组合的环绕件114和定心支片122的弹簧硬度。以类似的方式，无源辐射器104可被建模为硬度(例如，Kms_PR)、阻尼(例如，Rms_PR)和移动质量(例如，M_PR)。换能器102和无源辐射器104可被认为是系统100的两个主体。耦合主体的力可通过壳体101中的压力(例如，相对于壳体101外部的环境压力)乘以换能器102的隔膜110的表面积(例如，Sd_TD)和无源辐射器104的隔膜110的表面积来建模。壳体101中的空气的可压缩性可被建模为弹簧，其硬度为卡帕“κ”(即，空气的绝热指数，近似1.4)乘以盒压力。
在音圈112(或换能器102的移动线圈)的情况下，驱动力F_1可通过气隙118中的磁场强度(例如，“B”)乘以场中导体的长度“L”乘以导体(例如，音圈112)中的电流来建模。
F1(t)＝B·L·ivc(t)＝BL·i 方程(1)
参考系x1(t)是针对换能器102的隔膜110的位置定义的。类似地，参考系x2(t)是针对无源辐射器104的隔膜110的位置定义的。x1(t)的正向被定义为向壳体101中移动，并且x2(t)的正向被定义为从壳体101移出。
使用移动质量的力是质量乘以加速度的关系，弹簧的力等于从静止开始的距离乘以弹簧硬度，并且摩擦(或阻尼)的力是速度乘以摩擦。
可由以下方程表示换能器102的移动质量上的力(例如，MmsTD)：
Figure BDA0002472851060000081
其中x1(t)被示出为x1。
以类似的方式，无源辐射器104的移动质量上的力可由以下方程表示：
Figure BDA0002472851060000082
其中x2(t)被示出为x2。
接下来，通常可能必须基于换能器102的隔膜110和无源辐射器104的隔膜110的位置来计算压力“p”。这可通过以下方式来实现：首先计算壳体101的体积变化(例如，Vol_1)来完成，所述体积变化进而可以是壳体101的体积(例如，Vol_0)减去换能器102和无源辐射器104的隔膜110与静止位置的位移所占的体积。已知空气的体积与压力成比例，并且因此：
Vol(x1，x2)＝Vol0+(sD_TD·x1-sD_PR·x2) 方程(4)
接下来，通过使壳体中的相对压力“p”与相对体积和壳体外部的(周围环境的)压力p_amb相关，可通过以下方程计算由体积变化造成的新压力：
Figure BDA0002472851060000091
需注意，自由体力图中(即，在图4中)的“p”在方程(5)中为p(x1,x2)。
如果允许Vol_0是壳体101在(换能器102和无源辐射器104两者的)隔膜110处于静止时的体积，则相对于周围环境压力的压力变化可通过如下所示的方程6示出。
通过组合方程(4)和(5)来根据X1和X2计算相对于周围环境的壳体101中的压力，获得以下方程：
Figure BDA0002472851060000092
这个常微分方程组然后可描述隔膜110(即，换能器102和无源辐射器104的隔膜110)在给定来自音圈112的驱动力下的运动。然而，这还未考虑非线性行为。
由于音圈112附近的磁场的形状，BL是扬声器102的隔膜110的位置X1的非线性函数。可存在若干种方法来对这一方面进行建模，但是简单的方法可使用n阶多项式。例如，以下方程可将BL表示为归一化到静止位置的位置乘以静止位置处的标称值的函数：
BL＝(cBL4·x4+cBL3·x3+cBL2·x2+cBL1·x+1)·BL(0)方程(7)
虽然方程(7)示出4阶多项式，但是认识到可针对方程(7)实施n阶多项式。由于隔膜110的悬架的物理属性，Kms和Rms是位置X1的非线性函数。如同BL一样，Rms和Kms可表示为多项式。多项式已经分解成两个部分，诸如归一化部分和对应于静止位置的X1＝0时的标量部分。这样做的益处将在以下改进中变得清晰：
Kms＝(cK4·x4+cK3·x3+cK2·x2+cK1·x+1)·Kms(0) 方程(8)
Rms＝(cR4·x4+cR3·x3+cR2·x2+cR1·x+1)·Rms(0) 方程(9)
可从如图5所示的通过第一归一化电路130、第二归一化电路132、第一乘法器电路134和第二乘法器电路136的信号流的角度示出方程(8)和方程(9)。认识到如在方程(8)和方程(9)的括号中所描绘的cR4.x4等分别对应于第一归一化电路130和第二归一化电路132。第一归一化电路130和第二归一化电路132中的每一者通常包括执行方程(8)和(9)所需的计算的硬件和软件。
在Rms的情况下，它还可以是隔膜110的速度的函数，这也可被建模为例如多顶式：
Rms＝((cV2·速度2+cv1·速度+1)·Rms(x) 方程(10)
在方程(10)中，Rms(x)表示方程(9)的Rms
然后可使用数值方法(诸如欧拉方法)来求解这些方程，其中方程按小的时间步长(相对于系统100中的任何变量的位置变化率而言是小的)迭代。特别地，求解方程1—10的组将提供隔膜110的速度。这将在下面更详细地描述。
通过电流源的校正
既然已经建立用于估计换能器102和无源辐射器104的隔膜110的位置和速度的模型，就可将这些方面插入系统(或音频放大器系统)150中以校正失真(参见图6)。系统150可被实现为电流源放大器(或音频放大器)并且通常包括均衡块152、核心校正块154、换能器预测模型块156。计算上最简单的方法是使用电流源158来驱动音圈112。因为电流源158的性质，系统150消除了音圈112中的电阻和电感对电流的影响并且因此这些可被消去。根据定义，无论负载如何，电流源158都馈送期望的电流。在这种方法中，可能仅必须确定音圈112的校正电流。
均衡块152基于音频输入信号来生成对应于期望电流的电流目标(或I_target)。换能器模型块160通常被馈送输入电流I_vc(或I校正)，所述输入电流I_vc表示音圈112的电流，由放大器150响应于至少目标电流(即，I_target)产生。换能器预测模型块156包括硬件和软件的组合，并且根据方程2、3、6、7、8、9和10计算扬声器102的隔膜110的位置X1(或音圈112的预测位置)。系统150向音圈112提供I校正以将音圈112移动至如由换能器预测模型块156确定的X1的预测位置。换能器预测模型块156包括换能器模型块160、压力模型块162和无源辐射器模型块164)。换能器模型块160执行方程2、7、8、9和10。压力模型块162通常执行方程6，并且无源辐射器模型块164通常执行方程3。在给定来自其相应多项式的Kms_TD(X1)、BL(x)以及目标电流(来自均衡块152的I_target)的情况下，针对Kms_TD(x)和BL(x)中的非线性度进行补偿的校正电流(例如，I_current)可如下进行计算：
Figure BDA0002472851060000111
通常，如果BL(x)小于BL(0)，则目标电流可成比例地增大，并且所具有的增加量抵消由于弹簧硬度变化而引起的力误差。然而，在这种系统中，频率响应可能是不正确的，因为由音圈112的电阻提供的电气阻尼可被放大器150(或电流源)消去。所述方面可通过在均衡块152中使用固定均衡滤波器来补偿。图7表示图6的放大器150，并且还包括核心校正块155，所述核心校正块155可在以后的实现方式中加以改进。
通过电压源的校正
图8描绘用作驱动音圈112的电压源的音频放大器系统180。系统180包括电流变换块182、自适应块184和电压变换块186。系统180响应于音频输入信号而向换能器的音圈112提供校正电压。自适应块184包括核心校正块190和换能器预测模型块156。通常，系统180通过电流变换块182将目标电压(来自未示出的均衡块(目标电压是基于音频输入信号生成的))转换为目标电流(即，I_target))。核心校正块190校正目标电流以生成校正电流(即，I_corrected)。电压变换块186将I_corrected转换为用于驱动音圈112的校正电压(即，V_corrected)。电压源放大器(未示出)将V_corrected施加到音圈112。系统180忽略音圈112的电感的影响，如果校正是针对系统180的较低频率的，则这通常起作用。这可能是有效的，因为大多数移动和非线性度是在低频率下发生的。
除隔膜110的位置X1(参见来自换能器预测模型块156的输出)之外，系统180还利用隔膜的预测速度。电流变换块182利用隔膜110的速度来将音频信号(其与电压成比例)转换为目标电流I_target,并且将目标电流I_target传输至核心校正块190。电压变换块186还将I_corrected转换为与要施加到音圈112的电压成比例的信号。换能器预测模型块156还提供预测BL(或预测的磁通量X和气隙118的长度)。为了按照下文阐述的方程13将I_corrected转换为V_corrected，电压变换块186还需要预测BL。
通常，为了在换能器预测模型块156中使用，必须将目标电压(即，进入电流变换块182的输入)转换为I_target。例如，音圈112的移动带来电流，所述电流产生与速度乘以“B”乘以“L”成比例的电压，所述“L”对应于气隙的长度；这可称为音圈112的反EMF。这提供了从施加到音圈112的电压(即，V_corrected)中减去从而使跨音圈电阻的电阻(例如，Rvc)保持平衡的电压。然后，可通过以下方程计算在BL(x)为线性的情况下将与音圈电流匹配的线性目标电流(即，I_corrected)：
Figure BDA0002472851060000121
一旦如前类似所指出地校正目标电流，就需要将目标电流转换回校正电压(即，Vcorrected)。基于相同的关系，可通过以下方程实现这一点：
Vcorrected＝Icorrected·RvcAvg+BL·速度 方程(13)
音圈DC电阻(Rvc)的变化
在简单的方法中，可假设音圈112的电阻是恒定的。假设音圈112的电阻恒定，方程(13)中的RvcAvg将被设置为Rvcnominal。通常，音圈由铜或铝形成。这些材料可随着其对应温度变化而遭遇电阻变化。因此，为了改进系统180的电压源实现方式，可使用热模型来估计音圈112的温度上升，并由此计算音圈112的温度校正电阻。因为电流被预测为I_corrected，所以可获得音圈112中的功率。存在可基于准确度使用的若干种热模型。最简单的模型可以是RC模型，其中R表示音圈112对周围环境的热电阻，并且C表示音圈112的比热容。RC模型还可使用欧拉方法迭代地求解。
用于迭代地求解方程组的欧拉方法的一个实例在下文进行直接阐述。通过一遍又一遍地循环通过如下所示的算法的代码，所述算法在小的时间步长中求解各种方程组，使得方程可在小的时间步长内移动以便被认为且看作是线性的。例如，200uS的时间步长(针对5kHz的采样率)可充分地对典型的扬声器进行建模。这种模型可能需要在输入(例如，可为例如48KHz的音频输入)和可为48KHz的Vcorrected和Icorrected输出)处进行下采样或抽样，并且在输出(例如，并且可为48KHz的Vcorrected和Icorrected输出)处利用内插滤波器进行上采样。利用这种方法，定点完整实现方式针对完整的无源辐射器系统需要约5-6MIPS/通道，并且针对密闭盒系统，需要最少1-2MIPS。
*/
//求解换能器运动：
//dt被定义为采样系统的小时间步长
X1＝X1+Velocity_TD*dt；
Force_damping_TD＝-Velocity_TD*Rms(X1)_TD；
Force_spring_TD＝-X1*Kms(X1)_TD
Force_pressure_TD＝-k*压力*Sd_TD；
Force_motor＝BL(X1)*Ivc_corrected；
Force_net_TD＝Force_damping_TD+Force_spring_TD+Force_pressure_TD+Force_motor；
Velocity_TD＝Velocity_TD+Force_net_TD/M_TD*dt；
//求解无源辐射104的运动：
Force_damping_PR＝-Velocity_PR*Rms(X2,Velocity_PR)PR；
Force_spring_PR＝-X2*Kms(X2)_PR；
Force_pressure_PR＝k*压力*Sd_PR；
Force_net_PR＝Force_damping_PR+Force_spring_PR+Force_pressure_PR；
Velocity_PR＝Velocity_PR+Force_net_PR/M_PR*dt；
X2＝X2+Velocity_PR*dt；
//求解壳体101的压力变化：
pressure＝p_0*(Sd_TD*X1-Sd_PR*X2)/(Vb+Sd*X1+Sd_PR*X2)；
//求解音圈112的校正电流：
Ivc_corrected＝Ivc_target*BL(0)/BL(X1)+(Kms(X1)-Kms(0)*X1/BL(X1)；
//对于电压源算法，可添加以下C代码：
//求解Ivc_target
Ivc_target＝(EQ_out–Velocity_TD*BL(X1))/Rvoice_coil；
//求解音圈112的校正电压：
V_voicecoil＝Ivc_corrected*Rvoice_coil+BL(X1)*Velocity_TD.
作为运动历史的结果的Kms和Rms的变化
所述模型还假设运动时的Kms和Rms由一个多项式定义。事实上，这些参数可随移动“历史”而变化。例如，当隔膜110以显著的速度和位移移动时，隔膜110的悬架114可软化。这可改变Rms和Kms两者。
作为改进，可使用对Rms(0)和Kms(0)随时间变化的值的估计来缩放Kms和Rms的值。由于Kms(x)和Rms(x)的多项式归一化到静止位置，因此时变参数可直接乘以归一化位置变化参数来确定更准确的Kms和Rms。
隔膜110的悬架114随位置变化的软化和硬化可被预测为随时间变化的平均值，所述平均值可被建模为指数衰减的总和，其中用于求平均的输入对应于在无限地应用运动幅度的情况下可产生的Kms和Rms的稳态值。Kms的这一稳态值可表示为变化的位置的包络的多项式方程(14))。
Kmssteadystate＝a1·|x|+a2 方程(14)
指数衰减可采取以下方程的形式。
Figure BDA0002472851060000151
然后，可通过使方程(15)与方程(14)相乘来计算平均Kms(或KmsAvg)。然后，这一平均Kms将替代方程(8)中的Kms(0)以提供：
Kms＝(cK4·x4+cK3·x3+cK2·x2+cK1·x+1)·KmsAvg 方程(16)
相同形式的方程可用于Rms稳态
Rmssteadystate＝b1·|x|+b2 方程(17)稳态Rms
如同Kms一样，可使用方程(15)和方程(17)来使稳态Rms与运动幅度相关。然后，可通过使方程(15)与方程(17)相乘来计算平均Rms。然后，这一平均Rms将替代方程(9)中的Rms(0)以提供：
Rms＝(cR4·x4+cR3·x3+cR2·x2+cR1·x+1)·RmsAvg 方程(18)
如方程15和16中所阐述的KmsAvg和RmsAvg通过对最近历史中的X1求平均来考虑音圈112的预测位置的历史。
图9示出执行用于提供Kms和Rms的模型的系统200。系统200可以是换能器预测模型块156的一部分。系统200通常包括控制器202以执行用于提供Kms和Rms的模型。系统200还包括转换块204、Kms归一化块206和RMS归一化块208、第一乘法器电路210和第二乘法器电路212。转换块204通常被配置为将X1的历史转换为Kms的平均值(或KMSavg)(例如，平均弹簧模型信号)。转换块204通常被配置为将X1的历史转换为Rms的平均值(或Rmsavg)(例如，平均阻尼模型信号)。系统200提供如由上述方程16表示的Kms。系统200还提供如由上述方程18表示的Rms。Kms归一化块206(或弹簧归一化块)被编程为将扬声器102的弹簧硬度归一化到静止位置，所述静止位置对应于将音圈112的预测位置设置为零。Rms归一化块(或阻尼归一化块)208被编程为将扬声器102的阻尼归一化到静止位置(例如，将音圈112的预测位置设置为零)。
图10大体示出也执行用于提供Kms和Rms的模型的系统250。系统250包括转换块204、Kms归一化块206、RMS归一化块208、第一乘法器电路210和第二乘法器电路212。转换块204通常包括包络块252、平均块254、Kms稳态块256、Rms稳态块258、Kms指数衰减块260、Rms指数衰减块262、Kms选择电路264和RMS选择电路266。系统250通过使用如方程(15)中阐述的不同时间常数来提供但不限于Kms_avg和Rms_avg的改进的近似值。改进的Kms_avg和Rms_avg可基于隔膜110的悬架114是软化还是硬化。换句话讲，系统250将隔膜110的运动量与最近运动相比是增加还是减少的情况考虑在内。这一方面可利用将Kms_avg或Rms_avg与预测的稳态Kms或Rms进行比较的选择操作来执行。如果平均值小于稳态值，则隔膜110的悬架114可以是软化的，并且可选择软化时间常数。否则，如果平均值大于稳态值，则隔膜110的悬架114可以是硬化的，并且然后选择硬化时间常数。这将在下面更详细地描述。通常，转换块204被配置为生成和存储音圈112的任意数量的预测位置(例如，X1)以提供音圈112的所生成预测位置的历史。例如，转换块204被配置为在一定时间段内执行积分、峰值检测和/或求平均以确定音圈112的所生成预测位置的历史。系统250可以是如图6所阐述的换能器模型块160的一部分，所述换能器模型块160是换能器预测模型块156的一部分。认识到，系统150包括存储器(未示出)以存储音圈112的所生成预测位置的历史。
在输入端处，包络块252接收位置信号(例如，X1)并且提供位置信号的包络。平均块254将峰值保持应用于由包络块252生成的包络。平均块254的输出表示短期平均运动水平，并且因此表示悬架114的运动的软化可能。Kms稳态块256提供稳态Kms值(例如，预测稳态)，并且Rms稳态块258提供稳态Rms值(例如，预测稳态)。Kms选择电路264和Rms选择电路266中的每一者包括一阶或高阶多项式以分别响应于稳态Kms值和稳态Rms值来将平均运动转换为悬架软化的稳态量。Kms指数衰减块260和Rms指数衰减块262分别接收稳态Kms值和稳态Rms值以对隔膜110的悬架114的软化行为的时间依赖性方面进行建模。
作为改善，与悬架114的实际行为相比，不同的指数衰减时间常数可更好地拟合。特别地，与(运动减小或停止时)隔膜110的悬架114的硬化相比，悬架114可更快地软化。为了对这一方面进行建模，Kms选择电路264将稳态预测软性(或稳态Kms值)与建模的Kms平均值进行比较，并且如果稳态Kms值(或预测软性)比通过指数衰减预测的当前值(或建模的Kms平均值)更软，则在指数衰减中使用软化τ(或将其应用到Kms指数衰减块260)。另一方面，如果稳态Kms值(或预测软性)比通过指数衰减预测的当前值(或建模的Kms平均值)更硬，则在指数衰减中使用硬化τ(或将其应用到Kms指数衰减块26)。类似方面可应用于稳态Rms值(或预测软性)、建模的Kms平均值、稳态Rms值和建模的Kms平均值的比较以及由Rms选择电路266对如应用到Rms指数衰减块262的软化τ和硬化τ。
提供自适应Kms和Rms
在一些情况下，可以在播放音乐或其他音频时实时测量如结合系统180(例如，结合图8阐述的用作驱动音圈112的电压源的系统180)使用的音圈112的电流。同样，可以在播放音乐或其他音频时实时测量如结合系统150(例如，用作驱动音圈112的电流源的系统150)使用的音圈112的电压。如果执行这一操作，则存在其他实现方式来测量Kms和Rms的值或Kms和Rms随时间变化的平均值。图11描绘根据一个实施方案的测量Kms和Rms的值的这种实现方式(或设备)300的一个实例。设备300包括第一带通滤波器302、第二带通滤波器304、第一低通滤波器306、第二带通滤波器308、除法器电路310、第一多项式块312和第二多项式块314。第一带通滤波器302可接收对应于音圈112的测量电压的信号。第二带通滤波器304可接收对应于跨音圈112的测量电流的信号。第一带通滤波器302和第二带通滤波器304以预定频率对电压和电流进行带通滤波。第一低通滤波器306和第二低通滤波器308分别转换测量Vvc(例如，音圈112的测量电压)和测量Ivc(例如，音圈112的测量电流)的瞬时值，并且将其转换为音圈112的平均电压(例如，Vvc_avg)和音圈112的平均电流(例如，Ivc_avg)的对应的rms值。除法器电路310将Vvc_avg除以Ivc_avg以提供阻抗(例如，Zavg)。
在一种方法中，由于由音圈112在任何给定频率下呈现的阻抗是那个频率下的均方根电压除以那个频率下的均方根电流(通过以特定频率对电流和电压进行带通滤波)，并且将滤波结果转换为rms值并且将它们相除可提供由音圈112在给定频率下呈现的平均阻抗。通常，第一多项式块312和第二多项式块314被配置为拟合Kms(z)和Rms(z)的曲线，如图12所示。认识到，借助于方程2和3，Kms和Rms是如图6所阐述的换能器模型块160的一部分，所述方程2和3包括KmsTD和RmsTD，然后包括Kms_PR和Rms_PR。换能器模型块160提供X1(例如，音圈112的预测位置，并且校正块154生成对应于要提供给音圈112的电流的I_corrected)，使得音圈112移动至扬声器102内的预测位置。
图12描绘根据一个实施方案的随阻抗变化的对应的Rms和Kms的值。通常，Rms和Kms的许多组合可在特定频率下产生相同的阻抗。关于扬声器102，由于扬声器102的Rms和Kms趋于以可预测方式变化，因此在许多情况下，对于特定频率和特定平均阻抗，可存在一个或一组独特的Rms和Kms值。这大体在图12中示出。
因此，如果已知特定频率下的阻抗，则可以预测Kms和Rms的值。根据特定频率下的阻抗计算Kms和Rms的一种方式可涉及使用多项式来匹配如图12所示的Kms和Rms中的每一者的曲线。
在一些情况下，与使用如结合图11所指出的测量阻抗实现方式(例如，系统300)可检测到的相比，隔膜110的悬架114可更快地软化。情况可能是这样，因为由于系统300依赖于获得平均值，而这花费时间。如果这是一个问题，则可使用混合方法，其中当隔膜110的悬架114硬化时选择硬化τ以及测量的Kms和Rms，并且当隔膜110的悬架114软化时选择软化τ和估计的稳态Kms和Rms，如上文结合图10的系统250所指出。
图13大体示出根据一个实施方案的用于提供Kms和Rms的系统320。除如上文结合图5阐述的第一归一化电路130、第二归一化电路132、第一乘法器电路134和第二乘法器电路136之外，系统320还包括设备300。如以上所论述，设备300提供Kms的测量平均值和Rms的测量平均值。为了对包括位置和运动历史的影响的非线性Kms和Rms进行建模，可分别通过第一乘法器电路134和第二乘法器电路136将平均静止值(例如，测量的平均Kms和测量的平均Rms)与第一归一化电路130和第二归一化电路132的Kms(x1)和Rms(x1)的归一化多项式模型相乘以提供Kms和Rms。
认识到，系统200、250、300和320可在如图6、图7和图8所阐述的换能器预测模型块156内实现。例如，虽然图9、图10、图11和图13的系统200、250、300和320描绘被指定为X1的输入，但认识到，一旦由换能器预测模型块156生成，系统200、250、300和320就利用X1作为反馈。
在一些情况下，可能的是Rms和Kms关于位置和/或历史两者可具有类似行为。如果情况是这样，那么作为计算简化，可以仅计算Kms，并且以Kms值的标量倍数提供Rms。以相同的方式，无源辐射器104的Kms和Rms可适当地缩放到换能器102的Kms和Rms。
提供用于音圈的Rdc的自适应模型
此外，通过挑选高于扬声器102的共振(即，其中速度和反EMF可以是低的)并且低于其中音圈112的电感变得显著并且增加到阻抗的频率的频率，可通过以与执行来确定Kms和Rms类似的方式在中带频率下测量阻抗来测量音圈112的电阻的近似接近值。测量阻抗可接近音圈112的DC电阻。由于DC电阻可为温度的函数，因此DC电阻可用于确定音圈112的温度以确定音圈112是否需要热保护等。因此，也可使用测量DC电阻取代方程(13)中的基于热模型计算的音圈电阻(例如，Rvc_avg)，以使模型进一步自适应。
通风式系统案列
由于各种原因，一些扬声器被设计成具有调谐端口或通风口，而不是无源辐射器。这种通风口具有声质量，像无源辐射器104的质量一样，所述声质量可与系统产生共振以产生低频输出。然而，通风口可能并不具有与无源辐射器104的悬架相等的硬度Kms_PR对等的硬度。因此，为了解决通风口中声质量的运动，可将Kms_PR的值设置为零。通风口中空气的运动的特性是也可具有摩擦损失，尤其在较高速度下。因此，包括Rms_vent可能更准确，其中Rms_vent也是速度的函数，如针对换能器102的Rms所描述的。
密闭盒案列
一些扬声器可被设计成没有无源辐射器或调谐通风口。此类扬声器通常称为密闭盒系统。在这种情况下，可以将无源辐射器的位置(x2)或通风口的位置设置为等于零。为了计算简单性，由于系统中不存在无源辐射器，可能不需要求解无源辐射器隔膜的运动。
无限障板案例
在其中换能器102安装在非常大的壳体101中(例如，诸如车辆中的后架，其可包括整个行李箱作为壳体101；或在声学上对外部开放的车门中)，所述系统可被认为是无限障板系统。在这种情况下，方程(2)中的p(x1,x2)被设置为零，并且可忽略方程(3)。
对无源辐射器进行建模
可应用用于预测换能器的Kms和Rms(即，Kms_TD、Rms_TD，参见方程(1))的相同方法来预测无源辐射器104的Kms和Rms，因为无源辐射器104的悬架在行为上与换能器102的悬架类似。然而，如以上所讨论，简单地与Kms_avg(测量的或预测的)成比例地变化无源辐射器104的Kms和Rms可能是足够的。通常，将Kms_PR和Rms_PR建模为固定值以提供改进可能是足够的。这可适用于来自方程(2)的Kms_PR和Rms_PR。
对基于非永久磁体的动圈式换能器的适应
在基于非永久磁体的动圈式换能器(或SAM驱动器)中，“B”(磁场)随着磁化电流(即，固定线圈中的电流)不断地被调整而不断地改变。可通过以下方式来校正磁场效应：在使用电流源放大器用于音圈112的情况下，利用固定均衡(例如，类似于上述电流源校正方法中的均衡)；或者在使用电压源放大器的情况下，通过在B随时间变化时基于B来调整其频率响应的动态均衡。然后，通过将均衡信号乘以B_nominal/B来进行进一步校正。
如果要使非线性校正方法适应于SAM驱动器，则可应用用于确定固定线圈的电流的目标(或磁化)电流的类似方法。然而，SAM驱动器中的算法的均衡函数可由本文描述的那些替代。例如，如上文结合图6所阐述的电流源实现方式(例如，系统150)可结合基于非永久磁体的动圈式换能器的电流源实现方式使用。然而，如果，则如结合图8所阐述的电压源实现方式(例如，系统180)可结合基于非永久磁体的动圈式换能器的电压源实现方式使用。这可表明用于SAM驱动器的电压源实现方式的动态均衡函数可通过从电压到目标电流的转换替代。因此，可能不再需要动态均衡并且事实上可通过本文所公开的方面对其进行改进。
将均衡信号乘以B_nominal/B的函数可通过在方程(7)中用BL(I_stationary)替换BL(0)来替代。这将用以下方程替代方程(7)：
BL＝(cBL4·x4+cBL3·x3+cBL2·x2+cBL1·x+1)·BL(Istationary_coil) 方程(19)
在SAM驱动器的情况下，提供了将磁化电流转换为音圈间隙中的通量密度“B”的函数。简单地将这一B乘以固定音圈线材长度L提供BL(I_stationary)(即，磁通量密度和固定音圈线材的长度)。
图14描绘根据一个实施方案的声换能器布置(或音频放大器系统)500的一种实现方式。声换能器装置500包括输入端子、控制块(或控制器)503和换能器(或扬声器)506。输入音频信号(例如，Vi)502被提供给控制块503的输入端子。控制块503生成移动线圈控制信号(例如，Im)和静止线圈控制信号(例如，IS)。换能器506包括磁性材料512、隔膜514、骨架516、固定线圈518和移动线圈(或音圈)520。移动线圈520附接到骨架516。
磁性材料512大体上为超环面的并且具有超环面腔体。固定线圈518定位在腔体内。在各种实施方案中，磁性材料512可由一个或多个部分形成，从而可允许更容易地将固定线圈518插入腔体内或在其内形成固定线圈518。磁性材料512响应于固定线圈信号而被磁化，从而在磁性材料512中产生磁通量。磁性材料512在磁路538中包括超环面气隙536并且磁通量穿过气隙536和在其附近流动。
磁性材料512可由能够在存在磁场的情况下被磁化的任何材料形成。在各种实施方案中，磁性材料512可由两种或更多种此类材料形成。在一些实施方案中，磁性材料512可由层压件形成。在一些实施方案中，层压件可径向组装并且可为楔形形状，使得形成在层压件之间没有间隙的复合磁性材料。
移动线圈520安装在骨架516上并且从控制块503接收移动线圈信号。隔膜514安装到骨架516，使得隔膜514与骨架516和移动线圈架520一起移动。骨架516和移动线圈520响应于移动线圈信号和气隙536中的通量而在气隙536内移动。通常，声换能器506与骨架516一起移动的各种部件可称为移动部件。在骨架516运动时固定的部件可称为固定部件。声换能器606的固定部件通常包括磁性材料512和固定线圈518。
在各种实施方案中，可对声换能器506进行适配以使防尘盖532与磁性材料512之间的空气空间通气。例如，可在磁性材料512中形成孔隙或者可在骨架516中形成孔隙以允许空气空间通气，从而减小或防止空气压力对隔膜514的移动的影响。
控制块103通常包括核心校正块154、滤波器552(例如，二阶滤波器)、转换电路554、校正块556、第一电流源558、第二电流源560、平方根电路562和峰值检测器电路564。通常，换能器布置500利用第一电流源558和第二电流源560来替代使得换能器布置500能够适用于汽车应用的电压源。
通常需要用于向固定线圈518和移动线圈520提供电流的控制方法，所述控制方法并入电压源和电流源两者的益处并且改进瞬变响应并且提供改进的延迟、准确性以及合适的保护和诊断。控制块503通过利用第一电流源558提供移动线圈信号(例如，Im)(或音圈信号)来提供简化的频率补偿。第一电流源558消除移动线圈520的电阻的阻尼效应，因为电流(即，移动线圈信号)并不取决于移动线圈520的阻抗。因此，换能器506的频率响应不再取决于移动线圈信号(即，电流)并且相反地是固定的。这一方面使得单个固定的非时变二阶滤波器552能够用于补偿频率响应。
当用于固定线圈518和移动线圈520的功率平衡(即，直到换能器506的马达装配钢开始饱和时为止，这时固定线圈506的电流的进一步增大没有益处)时，实现换能器506(包括用于固定线圈518和移动线圈520两者的功率)的最佳效率。在换能器布置500的情况下，由于电阻中的功率与电流的平方成比例，这通过由峰值检测器电路564检测的音频信号电平峰值的平方根电路562来近似以设置用于固定线圈518的电流。为了直接使用来自平方根电路562的输出504，使用比例电流源(即，第二电流源560)来驱动固定线圈518。
为了针对与固定线圈信号(或固定线圈518的电流)成正比的输出504的变化的灵敏度进行补偿，可使用转换电路554来计算具有函数B(i)的移动线圈520的气隙536中的磁通量。转换电路554将通量密度(B(i))提供给核心校正块154。通量密度通常对应于随磁化或固定线圈电流变化的移动线圈520(或音圈)的气隙536中的通量密度。
换能器预测模型块156如以上所阐述用BL(I_stationary)替换方程(7)中所阐述的BL(0)来计算BL。图15大体示出根据一个实施方案的用于计算磁通量密度B与音圈线材(或移动线圈线材)的长度(L)的乘积的一种实现方式(或电路)580。电路580通常包括乘法器582和归一化电路584。如图所示，BL(0)(即，(当移动线圈520静止时)磁通量密度B和移动线圈线材的长度的乘积)被提供给乘法器582，并且移动线圈520的位置(X1)被提供给归一化电路584。乘法器582取得BL(0)和来自归一化电路584的输出的乘积以提供磁通量密度B与移动线圈线材的长度的乘积(或BL(x1))。如上所指出，BL可通过方程7获得。
图16大体示出根据一个实施方案的用于计算磁通量密度B与音圈线材(或移动线圈线材)的长度(L)的乘积的电路580。在这种情况下，可用BL(Istationary_coil)(或BL(IS))替换BL(0)以提供BL(X1)或BL，它是固定线圈518中的电流和音圈(或移动线圈)512的位置的函数。例如，可以替换来自核心校正块154的“B”乘以音圈的长度“L”(其是常数)以提供x＝0时的新标量部分，所述新标量部分是固定线圈518中的电流和音圈520的位置的函数。这可在以下方程中进行描述。
BL＝(cBL4·x4+cBL3·x3+cBL2·x2+cBL1·x+1)·BL(Istationary_coil) 方程(19)
图17大体示出根据一个实施方案的声换能器布置(或音频放大器系统)600的另一种实现方式。换能器布置600通常包括换能器506和控制块602。控制块602通常包括电流变换块182(来自图8)、自适应块184(来自图8)、电压变换块186(也来自图8)、第一电压源607、移动线圈功率估计块610、固定线圈功率估计块612、减法器电路614、第二电压源616、固定线圈建模块618和转换电路620。通常，第一电压源608和第二电压源616分别替代第一电流源558和第二电流源560，如结合图14大体所示。在这种情况下，图14中的控制块503的滤波器552可不再是固定的，因为移动线圈520的阻抗可能不再被第一电流源558消去。在布置600的情况下，转换电路620提供表示具有函数B(i)的移动线圈520的气隙536中的磁通量的输出。类似于图8，自适应块184利用转换电路620的输出来通过方程19基于变化的“B”(或磁通量密度)*音圈520的长度“L”确定模型的校正BL。转换电路620的输出表示BL，所述BL是BL(I_stationary)并且这表示方程19的BL(Is)(或BL(I_stationary))。通常，转换电路220的输出按音圈(或移动线圈520)的绕组(或线材)的长度缩放，所述长度是输出变量BL中的L。电压变换块186基于BL生成V_corrected，所述V_corrected作为输入被提供给移动线圈520。
然而，既然第二电压源616替代了第二电流源560，那么由于固定线圈518的阻抗，目标输出电流605不再与固定线圈518的实际电流成正比。为了针对这一方面进行补偿，固定线圈建模块618(例如，电感模型)假定固定线圈518的电阻是已知的。实际上，这并不是因为可使电阻改变50％或更多的温度效应。当固定线圈518的电流改变时，这些误差导致在稳态和瞬变条件两者下在频率补偿和灵敏度补偿两者中产生误差。
认识到，当固定线圈518和移动线圈520的功率平衡时，可实现换能器506的最佳效率。因此，布置600利用平方根近似方法。例如，移动线圈功率估计块610确定移动线圈520的平均功率，而固定线圈功率估计块612确定固定线圈518的平均功率。减法器电路614将移动线圈520的功率与固定线圈518的功率进行比较。如果移动线圈520的平均功率大于固定线圈518的平均功率，则减法器电路(或差值块)614增大用作固定线圈518的目标电流(或固定线圈信号)的输出605(或增大固定线圈518的电流，以避免不必要的可听声音。这一条件致使到移动线圈520的功率减小，并且使固定线圈518与移动线圈520之间的功率平衡。当这一条件发生时，这实质上使效率稍微降低成为必然，然而因为通常需要迫使电流在固定线圈518中快速地减小，所以这一条件可能无法避免。这一方面可生成可听声音，因此作为折衷，在效率稍微降低的情况下继续进行是更有利的。固定线圈建模块618通常被配置为对固定线圈电感行为进行建模。例如，在图17的实现方式的情况下，不对电流执行测量。相反，固定线圈建模块618被配置为利用模型(例如，其为L/R电感/电阻模型)预测固定线圈518的电感行为。此外，固定线圈建模块618进一步被配置为在向固定线圈建模块618施加电压时确定固定线圈518的电感器中的电流。
然而，平均功率应当在显著更长时间段内进行估计以避免失真并且可在0.1秒与1秒之间进行。这致使在瞬变条件下，当音频信号的电平快速增大时，固定线圈信号(或固定线圈518的电流)并不快速地跟随。结果是换能器506的灵敏度在瞬变期间持续较长时间段保持是低的，并且因此需要显著更高的瞬变移动线圈520放大器峰值功率，或者可在瞬变期间限制换能器506的输出SPL。另外，固定线圈信号相对于输入音频信号502的电平的缓慢跟随可损害效率，因为当输入音频信号502的电平具有高动态内容时，可能无法维持功率的平衡。
图18大体示出根据一个实施方案的声换能器布置(或音频放大器系统)700的另一种实现方式。声换能器装置700包括换能器506和声换能器控制器(或控制器)702。声换能器控制器702通常包括至少一个数字处理器701和存储器703。数字处理器701通常执行由控制器702执行的功能。响应于接收到输入音频信号502，控制器702生成移动线圈信号和固定线圈信号并且将其分别传输到移动线圈520和固定线圈518。
布置700通常被配置为：在实现快速瞬变响应的同时使固定线圈518与移动线圈520之间的功率平衡；提高在存在固定线圈518的变化的电流(即，变化的固定线圈信号)的情况下的频率准确度和灵敏度补偿；并且提高换能器506的效率，而无需依赖于电流源来在不引入失真的情况下生成固定线圈信号和移动线圈信号。此外，如将更详细地描述，布置700通常被配置为向结合固定线圈518使用的电子器件提供保护和诊断。
控制器702包括电流变换块182、自适应块184、电压变换块186、电压源708、复杂源块710、转换电路712和峰值设置块714。提供复杂源块710以替代结合图14所指出的第二电流源560以及替代结合图17所指出的第二电压源616。通常，复杂源块710被配置为控制或调控其阻抗以生成固定线圈信号以用于传输至固定线圈518。
平均值与峰值设置块714取得输入音频信号502的峰值，并且使用低通滤波器来移除与简单峰值检测器(类似于图14的峰值检测器电路564)相关联的波纹。在瞬变期间，通过将低通滤波器的值直接设置为输入音频信号的瞬时最大绝对值，可迫使缓慢变化的低通滤波器对瞬变立即作出响应。以此方式，可生成输入音频信号502的具有极小波纹的输入音频信号的干净包络，所述干净包络可对音频信号的电平的瞬变增大作出响应并且作为基准信号705被提供给复杂源块710。
在这种布置700的情况下，可使用输入音频信号502的电平而无需(图14的)平方根电路562(或平方根函数)，因为用于固定线圈518的源的输出电压是已知电压，其中功率与电压平方成比例。这意味着移动线圈520中的功率与固定线圈518中的功率成比例，因为固定线圈信号(或提供给固定线圈518的电流)通过基准信号505与输入音频信号502成比例并且移动线圈520中的功率与固定线圈518的电流平方成比例。这种方法可能不如由移动线圈功率估计块610和固定线圈功率估计块612执行的功率平衡那样准确，因为所指出的方法忽略了移动线圈520的频率相关阻抗的影响。然而，对于音乐和噪声信号，可选取平均缩放值来足够好地粗略估计移动线圈520的阻抗对音乐和噪声的影响。
复杂源块710利用电流测量电路707测量提供给固定线圈518的电流(或固定线圈信号)。电流测量电路707可以是电阻器、电流变换器、霍尔效应传感器等。测量电流(即，测量固定线圈信号)作为反馈被提供给补偿块720以向加法器电路722提供误差信号。加法器电路722将基准信号705与误差信号进行比较(或从基准信号705减去误差信号)并且调整电压源724。认识到，电压源724可与滤波器725一起被实现为脉宽调制(“PWM”)(或其他调制方案)的降压(或其他拓扑)调节器。滤波器725通常包括电感器726和电容器728以对从电压源724输出的电压进行滤波。补偿块720和滤波器725通常具有输出阻抗，使得复杂源块710看起来像电流源、电压源或者混合频率相关源的期望情况。特别地，可能期望使复杂源块710在低频率下表现为电流源，并且在高于换能器106的机械共振(例如，对于6英寸的中低音驱动器，50–100Hz)的频率下表现为电压源。这一方面可改进换能器506的通带中的失真，同时提供对固定线圈的平均电流(或固定线圈信号的平均值)和瞬变电平的准确控制。
为了在复杂源块710的情况下实现阻抗的行为，可将补偿块720实现为例如比例-积分-微分(PID)控制器。例如，补偿块720可在电流反馈路径中包括具有增益“Kp”的比例路径，其中固定线圈信号的电流由电流测量电路707测量。积分项和微分项(即，Ki和Kd)可为例如零。使用比例电流反馈K(即，Ki和Kd＝0)对于滤波器725是足够的。积分项Ki和微分项Kd是稳定的，因为由电感器726和电容器728产生的2阶系统借助于利用电流测量电路707进行的电流测量和比例电流反馈Kp而简化成一阶系统。通过在反馈路径中使用比例电流反馈Kp，这一条件产生有效电流源。
在这种布置中，通过借助于使用电流反馈产生的电流源(在稳定性意义上)有效地消除电感器726的电感。通过选择补偿块720的反馈路径中的适当增益Kp，可调控电容器728的自然阻抗对输出阻抗的影响所处的频率。Kp的增益越高，频率将越高。在高频率下，由复杂源块710提供的阻抗由电容器728的阻抗决定并且因此看起来像电压源。为了做到这一点，电容器728的电容大小应足够大，使得在高于换能器506的共振的期望频率下，电容器528的阻抗类似于或小于换能器506的阻抗。在电容器728的阻抗为高的低频率下，输出电流将由通过使用电流反馈产生的有效电流源决定。因此，控制块702可在低频率下提供电流源的特性阻抗并且在高频率下提供电压源的特性阻抗。其中较高频率通常是换能器506的机械共振的3至5倍，而低频率通常是低于高频率的任何频率。最后，认识到，可通过其他控制方法来实现这一相同效果，所述其他控制方法例如像利用电压感测以及使积分项Ki以及比例项Kp和可能的微分项Kd相加来增加稳定性。前述可在s域或z域中表示。
此外，在其中要向多于一个固定线圈518馈送电流的系统中，可以将固定线圈518的负载彼此并联连接并且可以使用一个控制回路和电压源。然而，为了使布置在控制器702与固定线圈518之间的输入端处不出故障，以上提及的反馈路径中的电流测量电路707处的测量电流可以是固定线圈518在任意时刻的多个电流中的较高电流。以此方式，根据固定线圈518的提供最高电流的负载调节固定线圈518的电流。
通常，用于优化布置700的效率的固定线圈518的电流电平通常由峰值设置块714确定。峰值设置块714接收输入音频信号502。这种布置有助于避免在接近换能器506的共振下固定线圈518的期望电流中的较大变动。在近共振下，需要更少的功率来产生相同的声输出电平。出于这个原因，布置500和600通常可导致在共振下减小固定线圈518的电流以使功率平衡。然而，当固定线圈518的电流减小时，阻尼减小，从而要求用于移动线圈520的甚至更低的功率，这导致固定线圈518的电流进一步减小。因为换能器506可能因其机械损失而几乎完全被阻尼，这一结果可在近共振下导致灵敏度和频率响应两者产生误差。因此，通过将输入音频信号502提供给峰值设置块714，这一条件回避了以上所指出的误差。虽然这可能致使在近共振下可能无法维持固定线圈518与移动线圈520之间的功率平衡，但是这一方面可能无关紧要，因为固定线圈518和移动线圈520的功率电平在近共振下是低的。
转换电路712可接收固定线圈518的测量电流(即，固定线圈信号)以确定气隙536中的通量密度。气隙536中的所确定通量密度用于根据固定线圈518的电流确定换能器506的变化的声频响应和声灵敏度。如果使用固定线圈518的测量电流来确定气隙536中的磁通量，则自适应块184可校正固定线圈518的灵敏度。然而，如果将移动线圈520的测量电流直接用于确定气隙536中的磁通量并且因此确定灵敏度和频率响应，则在一些频率和电平下可能发生失真。
通常，固定线圈518替代通常用于在气隙536中产生磁通量以使换能器506能够输出音频的常规磁体。然而，当换能器506要输出高峰值的音频(即，击鼓声等)时，固定线圈518利用高量电流。因此，控制器702基于输入音频信号502的包络来调整Is上的电流。控制器702在不需要输出高电平的音频时降低Is上的电流，并且在需要输出高电平的音频时增大Is上的电流(即，对电流提供动态调整)。
复杂源710将输出电流Is提供给转换电路712，所述转换电路712提供对应于具有函数B(i)的移动线圈520的气隙536中的磁通量的值。自适应块184利用转换电路712的输出来通过方程19基于变化的“B”(或磁通量)确定模型的校正BL。电压变换块186生成V_corrected，所述V_corrected作为输入通过电压源708提供给移动线圈520。自适应块184使用通量值来针对输入音频信号提供相同的频率响应。复杂源710具有电压源或电流源的阻抗特性。当音频输入信号具有大电平时，复杂源710迫使Is的电流快速且安静地攀升。
固定线圈518和移动线圈520通过磁性材料512进行变换器耦接。因此，移动线圈520中的电流将在固定线圈518中产生变换器耦接或反射的电流。在移动线圈520的反射电流与固定线圈518的电流的平均值相比较大的频率和信号电平下，这种失真将更加普遍或明显。当利用电流测量电路707测量固定线圈电流时，测量结果可包括从移动线圈520的电流反射的电流。然而，控制器702可使用测量电流来确定换能器506的声灵敏度。当移动线圈520的电流相位关系正确时，移动线圈520到固定线圈518的反射电流可从固定线圈518的平均电流减去，从而致使转换电路712计算间隙536中的更低通量密度并且因此计算更低灵敏度。这一方面可在固定线圈518中反射更多电流，所述更多电流将进一步从固定线圈518中的平均电流减去，从而致使转换电路712计算间隙536中的又更低通量密度并且最终增加移动线圈520的电流。因此，建立了导致以上所提及的失真的正反馈。
在相反的相位中，移动线圈520的电流可加到固定线圈518的电流的平均值，从而致使转换电路712计算间隙536中的更高通量密度。这提供了相同的正反馈，所述正反馈然后导致失真。结果是在一些频率下，所产生的输出信号因大的偶阶失真分量而发生不对称失真。在一个方面，分离移动线圈520的反射到固定线圈518的电流的影响可以是有利的，所述电流用于确定灵敏度补偿并且还确定频率补偿。
图19大体描绘根据另一个实施方案的声换能器布置(或音频放大器系统)800的另一种实现方式。声换能器布置800包括换能器506和声换能器控制器(或控制器)802。声换能器控制器802通常包括至少一个数字处理器801和存储器803。数字处理器801通常执行由控制器802执行的功能。响应于接收到输入音频信号502，声换能器控制器802生成移动线圈信号(Im)和固定线圈信号(Is)并且将其分别传输到移动线圈520和固定线圈518。
控制器802包括电流变换块182、自适应块184、电压变换块186、电压源808、复杂源块710、转换电路712和峰值设置块714以及预处理块804。在布置800的情况下，并不将固定线圈518的测量电流直接用于确定移动线圈520的气隙536的磁通量。相反，预处理块804对固定线圈518的测量电流进行预处理。例如，预处理块804取得固定线圈518的在电流测量电路707处测量的长期平均电压幅值以确定固定线圈518的平均电阻。固定线圈518的平均电阻在固定线圈518的L/R模型中用于预测固定线圈518的有效平均电流，所述有效平均电流然后将不存在来自移动线圈520的反射电流。L/R模型类似于固定线圈建模块618的模型(参见图17)，但是其中已经测量并由此更准确地包括固定线圈518的电阻R。在这种情况下，可准确地知道移动线圈520的电阻和内部温度，这有助于预测固定线圈518的有效平均电流。认识到，当固定线圈518的电流低时，可能难以计算移动线圈520的电阻，并且电感通常是固定线圈518的实际电感的理想近似值，这可包括电感器的所有非理想方面，诸如钢中的剩磁、饱和以及其他效应。
预处理块804被配置为采用测量电流的快速平均与峰值设置功能。预处理块804首先取得固定线圈518的测量电流的峰值检测值，然后利用其中的低通滤波器来对峰值检测值求平均。滤波将来自移动线圈520的大部分反射电流从固定线圈518的测量电流中移除。为了对固定线圈518的瞬变的快速攀升的电流作出响应，可在固定电流快速攀升期间迫使通过滤波器的值成为峰值。这对于消除上文所指出的失真可能是最佳的，频率低于低通滤波器截止频率(其中滤波器不再能够估计平均固定电流)的纯正弦波除外。
类似于上文的图18，控制块710将输出电流Is提供给转换电路712，所述转换电路712提供对应于具有函数B(i)的移动线圈520的气隙536中的磁通量的值。自适应块184利用转换电路712的输出来通过方程19基于变化的“B”(或磁通量)确定模型的校正BL。电压变换块186生成V_corrected，所述V_corrected作为输入通过电压源808提供给移动线圈520。
图20大体描绘根据另一个实施方案的声换能器布置(或音频放大器系统)900。声换能器布置900包括换能器506和声换能器控制器(或控制器)902。声换能器控制器902通常包括至少一个数字处理器901和存储器903。数字处理器901通常执行由控制器902执行的功能。响应于接收到输入音频信号502，控制器902生成移动线圈信号(例如，Im)和固定线圈信号(例如，Is)并且将其分别传输到移动线圈520和固定线圈518。
控制器902包括电流变换块182、自适应块184、电压变换块186、电压源908、复杂源块910、转换电路912、峰值设置块1014、预处理块954、延迟块904、信号类型鉴别器块906和信号缩放块911。反馈路径923和前馈路径924被示出为向预处理块954提供输入。例如，预处理块954包括峰值设置块(或缓慢平均与峰值设置块)914、切换器925和快速平均峰值设置块916。信号类型鉴别器块906设置来选择切换器925，使得选择反馈路径923或前馈路径924来将来自峰值设置块914或快速平均峰值设置块916的输入提供给转换电路912。
信号类型鉴别器块906确定输入音频信号502何时低于预处理块954的低通滤波器的截止频率(或预定频率)或本质上主要是正弦波(例如，具有单个频率的单个音调或测试信号)。如果这一条件为真(即，输入音频信号502是正弦波)，则峰值设置块914可在前馈路径924中与切换器925一起用作转换电路912的输入端。如以上所指出，峰值设置块914提供固定线圈518的目标电流。由于未有使用反馈路径，因此这种模式通过消除反馈路径923而消除移动线圈520的反射电流的影响。此外，峰值设置块914以与快速平均峰值设置块916所具有相同的方式包括快速峰值设置功能，以允许快速瞬变设置块514的输出以消除与平均滤波器相关联的延迟。
在信号类型鉴别器块906确定输入音频信号502高于预处理块954的低通滤波器的截止频率(或者输入音频信号502本质上并不主要是正弦波)的情况下，那么快速平均峰值设置块916可在反馈路径923中与切换器925一起使用，从而将来自快速平均与峰值设置块916的输出提供给转换电路912。快速平均与峰值设置块916起到与平均与峰值设置块714类似的作用。然而，快速平均峰值设置块916的平均低通滤波器的截止频率与换能器506的共振相当。这复制预处理块954对输入音频信号的操作。当通过固定线圈518的电流的包络对应于测量电流的快速变化时，快速平均峰值设置块916提供包络。复杂源块910被配置为将固定线圈518的电流提供给快速平均峰值设置块916。
信号缩放块911基于如由信号类型鉴别器块906检测到的输入音频信号502的性质来缩放固定线圈518的目标电流的电平。以此方式，提供用于使正弦波的功率平衡的固定线圈518的最佳电流，以及可更好地维持噪声或音乐信号的不同最佳电流，正弦波与噪声或音乐相比具有更低的峰均比。此外，延迟块904提供另外的时间来使固定线圈信号的电流上升至固定线圈518的目标电流，特别地在快速瞬变期间。
延迟块904所采用的延迟的大小可取决于如由所采用的功率电子器件(诸如用于电压源724的电源)确定的可供用于驱动固定线圈518的电流的电压、固定线圈518的电感和电阻、布置900的带宽以及因此再现瞬变的转变率以及次级因素(诸如放大器净空)。在一些情况下，可能不需要延迟。
自适应块184利用转换电路912的输出来通过方程19基于变化的“B”(或磁通量)确定模型的校正BL。自适应块184将正确的BL提供给电压变换块186。电压变换块186生成V_corrected，所述V_corrected作为输入通过电压源808提供给移动线圈520。电压变换块186响应于正确的BL而生成V_corrected。
图21大体描绘根据一个实施方案的由音频放大器系统150执行的方法1000。
在操作1002中，音频放大器系统150接收音频输入信号。在操作1004中，音频放大器系统150基于音频输入信号生成目标电流信号。在操作1006中，音频放大器系统150生成用于扬声器102的音圈112的第一预测位置。在操作1008中，音频放大器系统150基于目标电流信号和音圈的第一预测位置生成第一校正电流信号。
在操作1010中，音频放大器系统150确定扬声器壳体101内的压力。在操作1012中，音频放大器系统150基于至少扬声器壳体101内的压力确定无源辐射器104的位置。在操作1014中，音频放大器系统150基于至少扬声器102内的压力、无源辐射器104的位置和第一校正电流信号生成音圈112的第二预测位置。
图22大体描绘根据一个实施方案的由音频放大器系统180执行的方法1020。
在操作1022中，音频放大器系统180基于音频输入信号和扬声器102的隔膜的速度生成目标电流信号。在操作1024中，音频放大器系统180基于音频输入信号和扬声器102的隔膜110的速度生成目标电流信号。在操作1026中，音频放大器系统180基于至少目标电流信号并且基于扬声器102的音圈112的第一预测位置生成第一校正电流信号。
图23大体描绘根据另一个实施方案的由音频放大器系统500执行的方法1040。
在操作1042中，音频放大器系统500接收音频输入信号。在操作1044中，音频放大器系统500基于音频输入信号生成目标电流信号。在操作1046中，音频放大器系统生成扬声器102的音圈520的第一预测位置。在操作1048中，音频放大器系统500基于音圈112的第一预测位置确定扬声器壳体101内的压力。在操作1050中，音频放大器系统500基于至少音圈520的第一预测位置确定无源辐射器104的位置。在操作1052中，音频放大器系统500确定扬声器506的通量密度值。在操作1054中，音频放大器系统500生成音圈520的位置。
图24大体描绘由音频放大器系统600、700、800和900中的任一者执行的方法1060。
在操作1062中，系统600、700、800和900中的任一者或多者生成音频输入信号。在操作1064中，系统600、700、800和900中的任一者或多者基于音频输入信号和扬声器506的隔膜514的速度生成目标电流信号。在操作1066中，系统600、700、800和900中的任一者或多者基于至少目标电流信号并且基于扬声器506的音圈520的预测位置生成校正电流信号。在操作1064中，系统600、700、800和900中的任一者或多者基于通量密度值确定扬声器506的音圈520的预测位置。
虽然上文描述示例性实施方案，但并不意味着这些实施方案描述本发明的所有可能形式。实际上，在说明书中使用的措词是用于描述而非限制性的措辞，并且应理解，可在不背离本发明的精神和范围的情况下做出各种改变。另外，各种实现实施方案的特征可加以组合以形成本发明的其他实施方案。

Claims (20)

1.一种音频放大器系统，其包括：
存储器；以及
音频放大器，所述音频放大器包括所述存储器并且被编程为：
接收音频输入信号；
基于所述音频输入信号生成目标电流信号；
生成扬声器的音圈的第一预测位置；
基于所述目标电流信号和所述音圈的所述第一预测位置生成第一校正电流信号；
基于至少所述音圈的所述第一预测位置确定扬声器壳体内的压力；
基于至少所述扬声器壳体内的所述压力确定无源辐射器的位置；
确定所述扬声器的通量密度值；并且
基于所述通量密度值并且基于至少所述扬声器内的所述压力、所述无源辐射器的所述位置和所述第一校正电流信号生成所述音圈的第二预测位置。
2.如权利要求1所述的系统，其中所述通量密度值对应于所述扬声器中的气隙的磁通量与所述扬声器中的音圈线材的长度的乘积。
3.如权利要求1所述的系统，其中所述音频放大器进一步被编程为：
基于所述目标电流信号和所述音圈的所述第二预测位置生成第二校正电流信号；并且
将所述第二校正电流信号传输至所述扬声器以基于所述第二校正电流信号控制所述音圈的位置。
4.如权利要求1所述的系统，其中所述音频放大器包括转换块，所述转换块被编程为存储所述音圈的任何数量的所生成预测位置以提供所述音圈的所生成预测位置的历史。
5.如权利要求4所述的系统，其中所述转换块进一步被编程为：
基于所述音圈的所生成预测位置的所述历史生成对应于所述扬声器的弹簧硬度的平均弹簧模型信号；并且
基于所述音圈的所生成预测位置的所述历史生成对应于所述扬声器的阻尼的平均阻尼模型信号。
6.如权利要求5所述的系统，其中所述扬声器的所述弹簧硬度对应于所述扬声器的环绕件和定心支片的弹簧硬度。
7.如权利要求5所述的系统，其中所述扬声器的所述阻尼对应于所述扬声器的环绕件和定心支片的摩擦损失。
8.如权利要求5所述的系统，其中所述音频放大器包括：
弹簧归一化块，所述弹簧归一化块被编程为将所述扬声器的所述弹簧硬度归一化至静止位置，所述静止位置对应于将所述音圈的所述预测位置设置为零；以及
阻尼归一化块，所述阻尼归一化块被编程为将所述扬声器的所述阻尼归一化至所述静止位置。
9.如权利要求1所述的系统，其还包括：
第一多个滤波器，所述第一多个滤波器被编程为接收指示跨所述音圈的测量电压的第一音圈信号并且基于所述第一音圈信号生成第一滤波器输出；和
第二多个滤波器，所述第二多个滤波器被编程为接收指示跨所述音圈的测量电流的第二音圈信号并且基于所述第二音圈信号生成第二滤波器输出；以及
除法器电路，所述除法器电路被编程为基于所述第一滤波器输出和所述第二滤波器输出生成指示所述音圈的阻抗的阻抗信号。
10.如权利要求9所述的系统，其还包括：
第一多项式块，所述第一多项式块被编程为基于所述阻抗信号确定所述扬声器的弹簧硬度；以及
第二多项式块，所述第二多项式块被编程为基于所述阻抗信号确定所述扬声器的阻尼。
11.一种音频放大器系统，其包括：
存储器；以及
音频放大器，所述音频放大器包括所述存储器并且被编程为：
接收音频输入信号；
基于所述音频输入信号和扬声器的隔膜的速度生成目标电流信号；
基于至少所述目标电流信号并且基于所述扬声器的音圈的预测位置生成校正电流信号；并且
基于通量密度值确定所述扬声器的所述音圈的预测位置，
其中所述通量密度值对应于所述扬声器中的所述音圈的气隙的磁通量与所述扬声器中的音圈线材的长度的乘积。
12.如权利要求11所述的系统，其中所述音频放大器进一步被编程为：将校正电压信号提供给所述扬声器以基于至少所述音圈的所述预测位置控制所述音圈的位置。
13.根据权利要求12所述的系统，其中所述音频放大器包括第一变换块，所述第一变换块被编程为基于所述音频输入信号并且基于所述扬声器的所述隔膜的速度将对应于所述音频输入信号的电压转换为所述目标电流信号。
14.根据权利要求12所述的系统，其中所述音频放大器包括第二变换块，所述第二变换块被编程为基于所述通量密度并且基于所述扬声器的所述隔膜的速度将所述校正电流信号转换为所述校正电压信号。
15.如权利要求12所述的系统，其中所述音频放大器包括：
音圈功率估计块，所述音圈功率估计块被编程为基于所述校正电压信号确定所述音圈的平均功率；以及
固定线圈功率估计块，所述固定线圈功率估计块被编程为基于至少所述固定线圈的电流确定所述扬声器的固定线圈的平均功率。
16.如权利要求15所述的系统，其中所述音频放大器还包括：
减法器电路，所述减法器电路被编程为：
将所述音圈的所述平均功率与所述固定线圈的所述平均功率进行比较；并且
当所述音圈的所述平均功率大于所述固定线圈的所述平均功率时，增大提供给所述扬声器的所述固定线圈的固定线圈电流信号。
17.如权利要求12所述的系统，其中所述音频放大器包括：
复杂源块，所述复杂源块被编程为提供所述扬声器中的固定线圈的测量电流；以及
通量转换电路，所述通量转换电路被编程为基于所述固定线圈的所述测量电流提供与所述扬声器中的所述音圈的气隙的所述磁通量相对应的值。
18.如权利要求12所述的系统，其中所述音频放大器包括：
复杂源块，所述复杂源块被编程为提供所述扬声器中的固定线圈的测量电流；
预处理块，所述预处理块被编程为基于所述扬声器的所述测量电流确定所述固定线圈的平均电阻；以及
通量转换电路，所述通量转换电路被编程为基于所述固定线圈的所述平均电阻提供与所述扬声器中的所述音圈的气隙的所述磁通量相对应的值。
19.如权利要求12所述的系统，其中所述音频放大器包括：
信号类型鉴别器块，所述信号类型鉴别器块被配置为将所述音频输入信号的频率与预定频率进行比较；
缓慢平均峰值设置块，所述缓慢平均峰值设置块被配置为在所述音频输入信号的所述频率低于所述预定频率的情况下向提供与所述扬声器中的所述音圈的气隙的所述磁通量相对应的值的通量转换电路提供输出，以消除来自所述扬声器的所述音圈的反射电流；
快速平均峰值设置块，所述快速平均峰值设置块被配置为在所述音频输入信号的所述频率高于所述预定频率的情况下向提供所述值的所述通量转换电路提供输出，以提供固定线圈电流的包络；以及
复杂源块，所述复杂源块被配置为向所述快速平均与峰值设置块提供所述固定线圈的所述电流。
20.一种计算机程序产品，其嵌入在非易失性计算机可读介质中，所述计算机程序产品被编程用于放大音频输入信号，所述计算机程序产品包括用于以下操作的指令：
接收音频输入信号；
基于所述音频输入信号生成目标电流信号；
生成扬声器音圈的第一预测位置；
基于所述目标电流信号和所述音圈的所述第一预测位置生成第一校正电流信号；
基于至少所述音圈的所述第一预测位置确定扬声器壳体内的压力；
基于至少所述扬声器壳体内的所述压力确定无源辐射器的位置；
确定所述扬声器的通量密度值；以及
基于所述通量密度值并且基于至少所述扬声器内的所述压力、所述无源辐射器的所述位置和所述第一校正电流信号生成所述音圈的第二预测位置。
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11425476B2 (en) 2019-12-30 2022-08-23 Harman Becker Automotive Systems Gmbh System and method for adaptive control of online extraction of loudspeaker parameters
US11399247B2 (en) 2019-12-30 2022-07-26 Harman International Industries, Incorporated System and method for providing advanced loudspeaker protection with over-excursion, frequency compensation and non-linear correction
CN117044241A (zh) * 2021-01-21 2023-11-10 百安普系统有限责任公司 扬声器输出故障监视
US11405729B1 (en) 2021-03-01 2022-08-02 Audera Acoustics Inc. Acoustic transducer systems and methods of operating acoustic transducer systems for optimizing barge-in performance
CN113820064A (zh) * 2021-08-04 2021-12-21 惠州Tcl云创科技有限公司 利用扬声器测量气压的方法、装置、终端设备及存储介质

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5537479A (en) 1994-04-29 1996-07-16 Miller And Kreisel Sound Corp. Dual-driver bass speaker with acoustic reduction of out-of-phase and electronic reduction of in-phase distortion harmonics
US20030118193A1 (en) 2001-12-21 2003-06-26 Leske Lawrence A. Method and system for digitally controlling a speaker
US20050031117A1 (en) 2003-08-07 2005-02-10 Tymphany Corporation Audio reproduction system for telephony device
US20050031139A1 (en) 2003-08-07 2005-02-10 Tymphany Corporation Position detection of an actuator using impedance
EP1799013B1 (en) 2005-12-14 2010-02-17 Harman/Becker Automotive Systems GmbH Method and system for predicting the behavior of a transducer
EP2050304B1 (en) 2006-08-10 2018-10-24 Claudio Lastrucci Improvements to systems for acoustic diffusion
JP6307216B2 (ja) * 2012-12-04 2018-04-04 ハーマン ベッカー ゲープコチレンジャー ジーアルト コールライトルト フェレルーシェグ タイヤーシャーシャイグ 音響変換器
US9301071B2 (en) * 2013-03-12 2016-03-29 Quantance, Inc. Reducing audio distortion in an audio system
US9258659B2 (en) 2013-07-23 2016-02-09 Analog Devices Global Method of detecting enclosure leakage of enclosure mounted loudspeakers
US9980068B2 (en) 2013-11-06 2018-05-22 Analog Devices Global Method of estimating diaphragm excursion of a loudspeaker
US9992596B2 (en) 2014-11-28 2018-06-05 Audera Acoustics Inc. High displacement acoustic transducer systems
FR3031854B1 (fr) 2015-01-19 2017-02-17 Devialet Dispositif de commande d'un haut-parleur avec limitation de courant
TWI587711B (zh) * 2016-03-15 2017-06-11 瑞昱半導體股份有限公司 揚聲器之振膜偏移量的計算裝置、計算方法及揚聲器的控制方法
US9967655B2 (en) * 2016-10-06 2018-05-08 Sonos, Inc. Controlled passive radiator
US10469950B2 (en) 2017-09-25 2019-11-05 Harman International Industries, Incorporated Acoustic transducer and magnetizing current controller
US10321231B2 (en) 2017-09-27 2019-06-11 Google Llc Detecting and compensating for pressure deviations affecting audio transducers
US10536774B2 (en) 2017-12-21 2020-01-14 Harman International Industries, Incorporated Constrained nonlinear parameter estimation for robust nonlinear loudspeaker modeling for the purpose of smart limiting
US10506347B2 (en) * 2018-01-17 2019-12-10 Samsung Electronics Co., Ltd. Nonlinear control of vented box or passive radiator loudspeaker systems

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