CN112438052A - 具有电流源放大器的扩音器系统的非线性控制 - Google Patents
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Abstract
一个实施例提供了一种用于扩音器的非线性控制的系统。所述系统包括：电流源放大器，连接到扩音器；以及控制器，连接到电流源放大器。所述控制器被配置为：基于用于经由扩音器再现的源信号来确定扬声器驱动器的隔膜的目标位移，基于隔膜的目标位移和扩音器的第一物理模型来确定控制电流，并且将指明所述控制电流的控制电流信号发送到电流源放大器。电流源放大器基于所述控制电流信号输出所述控制电流以驱动扬声器驱动器。隔膜在所述源信号的再现期间的实际位移经由所述控制电流信号基于所述控制电流而被控制。
Description
技术领域
一个或更多个实施例总体上涉及扩音器，并且具体地，涉及一种用于具有电流源放大器的扩音器系统的非线性控制的方法和系统。
背景技术
扩音器在连接到集成放大器、电视(TV)机、收音机、音乐播放器、电子声音产生装置(例如，智能电话、计算机)、视频播放器等时产生声音。
发明内容
附图说明
图1示出示例扬声器驱动器的横截面；
图2示出由电压源放大器驱动的示例扩音器装置；
图3示出针对图2中的扩音器装置的示例电声模型；
图4是示出针对图2中的扩音器装置的不同大信号扩音器参数的非线性特性的示例曲线图；
图5A示出表示图2中的扩音器装置的线性状态空间模型的示例线性系统；
图5B示出表示图2中的扩音器装置的非线性状态空间物理模型的示例非线性系统；
图6示出根据实施例的具有电流源放大器的用于扩音器装置的非线性控制的示例扩音器控制系统；
图7示出根据实施例的针对图6中的扩音器装置的示例电声模型；
图8A示出根据实施例的表示图6中的扩音器装置的线性状态空间模型的示例线性系统；
图8B示出根据实施例的表示图6中的扩音器装置的非线性状态空间模型的示例非线性系统；
图9示出根据实施例的针对图6中的扩音器装置的示例控制器；
图10示出根据实施例的针对图6中的扩音器装置的另一示例控制器；
图11是根据实施例的将具有非线性控制的扩音器装置的频率响应与不具有非线性控制的不同扩音器装置的频率响应进行比较的示例曲线图；
图12A是示出不具有用于音频失真的校正的非线性控制(即，不具有抗失真)的扩音器装置的频谱的示例曲线图；
图12B是示出根据实施例的具有用于音频失真的校正的非线性控制(即，具有抗失真)的扩音器装置的频谱的示例曲线图；
图13是根据实施例的用于利用电流源放大器实现扩音器装置的非线性控制的处理的示例流程图；以及
图14是示出包括可用于实现各种公开的实施例的计算机系统的信息处理系统的高层框图。
具体实施方式
一个实施例提供了一种用于扩音器的非线性控制的系统。所述系统包括电流源放大器，连接到扩音器；以及控制器，连接到电流源放大器。所述控制器被配置为：基于用于经由扩音器再现的源信号来确定扩音器的扬声器驱动器的隔膜的目标位移，基于隔膜的目标位移和扩音器的第一物理模型来确定控制电流，并且将指明所述控制电流的控制电流信号发送到电流源放大器。电流源放大器基于所述控制电流信号输出所述控制电流以驱动扬声器驱动器。隔膜在所述源信号的再现期间的实际位移经由所述控制电流信号基于所述控制电流而被控制。
另一实施例提供了一种用于扩音器的非线性控制的方法。所述方法包括：基于用于经由扩音器再现的源信号来确定扩音器的扬声器驱动器的隔膜的目标位移。所述方法还包括：基于隔膜的目标位移和扩音器的物理模型来确定控制电流，并且将指明所述控制电流的控制电流信号发送到连接到扩音器的电流源放大器。电流源放大器基于所述控制电流信号输出所述控制电流以驱动扬声器驱动器。隔膜在所述源信号的再现期间的实际位移经由所述控制电流信号基于所述控制电流而被控制。
一个实施例提供了一种扩音器装置，其中，所述扩音器装置包括：扬声器驱动器，包括隔膜；电流源放大器，连接到扬声器驱动器；以及控制器，连接到电流源放大器。所述控制器被配置为：基于用于经由扩音器装置再现的源信号来确定扬声器驱动器的隔膜的目标位移，基于隔膜的目标位移和扩音器装置的物理模型来确定控制电流，并且将指明所述控制电流的控制电流信号发送到电流源放大器。电流源放大器基于所述控制电流信号输出所述控制电流以驱动扬声器驱动器。隔膜在所述源信号的再现期间的实际位移经由所述控制电流信号基于所述控制电流而被控制。
参照以下描述、所附权利要求和附图，将理解一个或更多个实施例的这些和其他特征、方面和优点。
以下描述是出于说明一个或更多个实施例的一般原理的目的而进行的，并不意味着限制这里所要求保护的发明构思。此外，可将这里描述的特定特征以各种可能组合和排列中的每一种与其他描述的特征进行组合使用。除非这里另有具体定义，否则全部术语将被赋予其最广泛的可能解释，包括说明书隐含的含义以及本领域技术人员理解的含义和/或词典、论文等中定义的含义。
一个或更多个实施例总体上涉及扩音器，并且具体地，涉及一种用于具有电流源放大器的扩音器系统的非线性控制的方法和系统。一个实施例提供了一种用于扩音器的非线性控制的系统。所述系统包括：电流源放大器，连接到扩音器；以及控制器，连接到电流源放大器。控制器被配置为：基于用于经由扩音器再现的源信号来确定扩音器的扬声器驱动器的隔膜的目标位移，基于隔膜的目标位移和扩音器的第一物理模型来确定控制电流，并且将指明控制电流的控制电流信号发送到电流源放大器。电流源放大器基于控制电流信号输出控制电流以驱动扬声器驱动器。隔膜在所述源信号的再现期间的实际位移经由控制电流信号基于控制电流而被控制。
另一实施例提供了一种用于扩音器的非线性控制的方法。所述方法包括：基于用于经由扩音器再现的源信号来确定扩音器的扬声器驱动器的隔膜的目标位移。所述方法还包括：基于隔膜的目标位移和扩音器的物理模型来确定控制电流，并且将指明控制电流的控制电流信号发送到连接到扩音器的电流源放大器。电流源放大器基于控制电流信号输出控制电流以驱动扬声器驱动器。隔膜在所述源信号的再现期间的实际位移经由控制电流信号基于控制电流而被控制。
一个实施例提供了一种扩音器装置，其中，所述扩音器装置包括：扬声器驱动器，包括隔膜；电流源放大器，连接到扬声器驱动器；以及控制器，连接到电流源放大器。控制器被配置为：基于用于经由扩音器装置再现的源信号来确定扬声器驱动器的隔膜的目标位移，基于隔膜的目标位移和扩音器装置的物理模型来确定控制电流，并且将指明控制电流的控制电流信号发送到电流源放大器。电流源放大器基于控制电流信号输出控制电流以驱动扬声器驱动器。隔膜在源信号的再现期间的实际位移经由控制电流信号基于控制电流而被控制。
为了说明的目的，术语“扩音器”、“扩音器装置”和“扩音器系统”在本说明书中可被可互换地使用。
为了说明的目的，术语“位移”和“偏移”在本说明书中可被可互换地使用。
传统扩音器在设计上是非线性的，并且产生泛音、互调分量和调制噪声。非线性音频失真(即，可听失真)损害由扩音器产生的音频的声音质量(例如，音频质量和语音清晰度)。近来，工业设计约束通常要求扩音器系统尺寸更小以实现便携性和紧凑性。然而，这样的设计约束以声音质量为代价换取尺寸和便携性，导致了音频失真增加。如此，需要一种用于减少/消除音频失真的抗失真系统，特别是用于从更小尺寸的扩音器系统获得更明显/更大的低音声音的抗失真系统。
扩音器装置包括用于再现声音的至少一个扬声器驱动器。图1示出示例扬声器驱动器55的横截面。扬声器驱动器55包括一个或更多个移动组件，诸如隔膜56(例如，锥形隔膜)、驱动器音圈57和成型器64。扬声器驱动器55还包括以下组件中的一个或更多个：(1)环绕辊58(例如，悬辊)、(2)框59、(3)保护帽60(例如，圆顶形防尘帽)、(4)顶板61、(5)磁体62、(6)底板63、(7)极片66、以及(8)弹波67。
通常，扩音器装置由电压源放大器驱动。图2示出由电压源放大器71驱动的示例扩音器装置40。扩音器装置40包括用于再现声音的扬声器驱动器45。扩音器装置40可以是任意类型的扩音器装置，诸如但不限于密封盒扩音器、开口盒扩音器、无源辐射器扩音器、扩音器阵列等。扬声器驱动器45可以是任意类型的扬声器驱动器，诸如但不限于前向扬声器驱动器、向上扬声器驱动器、向下扬声器驱动器等。图1中的扬声器驱动器55是扬声器驱动器45的示例实施方式。扬声器驱动器45包括一个或更多个移动组件，诸如隔膜56(图1)和驱动器音圈57(图1)。
电压源放大器71被连接到扩音器装置40。电压源放大器71被配置为施加电压U以放大用于经由扬声器驱动器45再现的源信号(例如，输入音频信号)。扬声器驱动器45由从电压源放大器71施加的电压U来驱动。
图3示出针对由电压源放大器71驱动的扩音器装置40(图2)的示例电声模型70。扩音器装置40的一个或更多个扩音器参数(即，扩音器特性)可被分类为以下域中的一个：电气域或机械域。在电气域中，不同扩音器参数的示例包括但不限于以下项：(1)从电压源放大器71施加的用于驱动扩音器装置40的扬声器驱动器45的电压U、(2)扬声器驱动器45的驱动器音圈57的电阻Re、(3)由于施加的电压U而流过驱动器音圈57的电流i、(4)驱动器音圈57的电感Le、以及(5)由驱动器音圈57在扬声器驱动器45的电机结构(即，驱动器音圈57、顶板61、磁体62、底板63和极片66)的磁场中运动而产生的反向电磁场(EMF)
其中，反向
表示所述电机结构的力因子B1与扬声器驱动器45的一个或更多个移动组件(例如，隔膜56、驱动器音圈57和/或成型器64)的速度
的乘积。
在机械域中，不同扩音器参数的示例包括但不限于以下项：(1)扬声器驱动器45的一个或更多个移动组件的速度
(2)所述一个或更多个移动组件的机械质量Mms(即，移动质量)和空气负荷、(3)表示扬声器驱动器45的机械损耗的机械阻力Rms、(4)扬声器驱动器45的悬架(即，环绕辊58、弹波67加空气负荷)的刚度因子Kms、以及(5)施加在所述一个或更多个移动组件上的机械力Bl·i，其中，机械力Bl·i表示所述电机结构的力因子Bl和流过驱动器音圈57的电流i的乘积。
机械力Bl·i与流过驱动器音圈57的电流i成正比，而不是与从电压源放大器71施加的电压U成正比。流过驱动器音圈57的电流i受到非线性阻抗Re和Le的影响。
图4是示出针对扩音器装置40(图2)的不同大信号扩音器参数的非线性特性的示例曲线图150。曲线图150的横轴表示扩音器装置40的扬声器驱动器45的一个或更多个移动组件(例如，隔膜56和/或驱动器音圈57)以m为单位的位移。曲线图150包括以下项中的每一项：(1)表示以牛顿每安培(N/A)为单位的力因子Bl的改变的第一曲线151、(2)表示以牛顿每m(N/m)为单位的刚度因子Kms的改变的第二曲线152、以及(3)表示以毫亨(mH)为单位的电感Le的改变的第三曲线153。如图4中所示，大信号扩音器参数随着所述一个或更多个移动组件的位移而变化。
扩音器装置40在每个时刻的状态可使用以下项中的每一项来描述：(1)扬声器驱动器45的一个或更多个移动组件的位移x、(2)扬声器驱动器45的一个或更多个移动组件的速度
以及(3)流过驱动器音圈57的电流i。通常令X1(t)指示表示扩音器装置40在采样时间t的状态的矢量(“状态矢量表示”)。状态矢量表示X1(t)可根据下面提供的方程式(1)来定义：
出于说明的目的，术语X1(t)和X1在本说明书中可被可互换地使用。
如稍后在下面详细描述的，可使用扩音器装置40的物理模型(诸如线性模型(例如，如图5A中所示的线性状态空间模型)或非线性模型(例如，如图5B中所示的非线性状态空间模型))来确定一个或更多个移动组件在采样时间t的估计位移x。物理模型可基于针对扩音器装置40的一个或更多个扩音器参数。
通常令u表示用于经由扩音器装置再现的源信号(例如，输入音频信号)的输入电压。
图5A示出表示扩音器装置40的线性状态空间模型的示例线性系统400。线性系统400可被用于基于扩音器装置40的状态矢量表示X1和用于经由扩音器装置40再现的源信号的输入电压u来确定扬声器驱动器45的一个或更多个移动组件(例如，隔膜56和/或驱动器音圈57)的估计位移x。
通常令
表示扩音器装置40的状态矢量表示X1的时间导数(即，改变率)(“状态矢量改变率”)。状态矢量改变率
可根据下面提供的微分方程(2)被定义：
令A1、B1和C1表示恒定参数矩阵。恒定参数矩阵A1、B1和C1可根据下面提供的方程式(3)-(5)来表示：
C1＝[1 0 0] (5)。
可根据下面提供的方程式(6)来计算扬声器驱动器45的一个或更多个移动组件的估计位移x：
x＝C1X1 (6)。
利用线性系统400确定一个或更多个移动组件的估计位移x的操作涉及执行基于上面提供的方程式(2)-(6)的一组计算。线性系统400可利用以下组件中的一个或更多个来执行所述一组计算：(1)第一乘法单元401，被配置为通过将恒定参数矩阵A1与状态矢量表示X1相乘来确定乘积项A1X1，(2)第二乘法单元402，被配置为通过将恒定参数矩阵B1与输入电压u相乘来确定乘积项B1u，(3)加法单元403，被配置为通过根据上面提供的方程式(2)将乘积项A1X1和Bu相加来确定状态矢量改变率
(4)积分单元404，被配置为通过在时域中对状态矢量改变率
进行积分来确定状态矢量表示X1，以及(5)第三乘法单元405，被配置为通过根据上面提供的方程式(6)将恒定参数矩阵C1与状态矢量表示X1相乘来确定估计位移x。
图5A中的系统表示400是接收输入电压u作为输入并提供估计位移x作为输出的线性系统。
图5B示出表示扩音器装置40的非线性状态空间物理模型的示例非线性系统450。非线性系统450可被用于基于扩音器装置40的状态矢量表示X1和用于经由扩音器装置40再现的源信号的输入电压u来确定扬声器驱动器45的一个或更多个移动组件(例如，隔膜56和/或驱动器音圈57)的估计位移x。
通常令g1(X1,u)和f1(X1)表示基于扩音器装置40的状态矢量表示X1以及针对扩音器装置40的一个或更多个大信号扩音器参数的非线性函数。非线性函数g1(X1,u)和f1(X1)可根据下面提供的方程式(7)-(8)来表示：
g1(X1,u)＝[0 0 u/Le(x)]T (7)以及
通常令C2表示恒定参数矩阵。恒定参数矩阵C2可根据下面提供的方程式(9)来表示：
C2＝[1 0 0] (9)。
通常令
表示扩音器装置40的状态矢量表示X1的时间导数(即，改变率)(“状态矢量改变率”)。状态矢量改变率
可根据下面提供的微分方程(10)被定义：
可根据下面提供的方程式(11)来计算扬声器驱动器45的一个或更多个移动组件的估计位移x：
x＝C2X1 (11)。
利用非线性系统450确定一个或更多个移动组件的估计位移x的操作涉及执行基于上面提供的方程式(7)-(11)的一组计算。非线性系统450可利用以下组件中的一个或更多个组件来执行所述一组计算：(1)第一计算单元451，被配置为根据上面提供的方程式(8)计算非线性函数f1(X1)，(2)第二计算单元452，被配置为根据上面提供的方程式(7)计算非线性函数g1(X1,u)，(3)加法单元453，被配置为通过根据上面提供的方程式(10)将非线性函数g1(X1,u)和f1(X1)相加来确定状态矢量改变率
(4)积分单元454，被配置为通过在时域中对状态矢量改变率
进行积分来确定状态矢量表示X1，以及(5)乘法单元455，被配置为通过根据上面提供的方程式(11)将恒定参数矩阵C2与状态矢量表示X1相乘来确定估计位移x。
图5B中的系统表示450是接收输入电压u作为输入并提供估计位移x作为输出的非线性系统。
与传统扬声器相比，一个或更多个实施例提供了一种具有电流源放大器的用于扩音器装置的非线性控制的系统(“非线性控制系统”)。所述非线性控制系统被配置为通过减少音频失真来提高扩音器装置的声音质量。在一个实施例中，所述非线性控制系统通过使到扩音器装置的扬声器驱动器的电流预失真来提供对非线性音频失真的校正。所述非线性控制系统在非线性音频失真、低音扩展、位移控制和扩音器保护方面提供了提升的性能。
所述非线性控制系统被配置为通过控制扬声器驱动器的一个或更多个移动组件(例如，隔膜和/或驱动器音圈)的运动来增大或最大化扩音器装置的低音输出。在一个实施例中，所述非线性控制系统通过提供对所述一个或更多个移动组件的运动的非线性控制来使扩音器装置能够线性化。这允许增大/最大化的低音扩展，从而增强扩音器装置的低音输出。通过防止所述一个或更多个移动组件的过度位移和扩音器装置的过热，所述非线性控制系统提供了对扩音器装置的更好的保护。
图6示出根据实施例的示例扩音器系统100。扩音器系统100是具有电流源放大器的针对扩音器装置的示例非线性控制系统。具体地，扩音器系统100包括扩音器装置60，其中，所述扩音器装置60包括用于再现声音的扬声器驱动器65。扩音器装置60可以是任意类型的扩音器装置，诸如但不限于密封盒扩音器、开口盒扩音器、无源辐射器扩音器、扩音器阵列等。扬声器驱动器65可以是任意类型的扬声器驱动器，诸如但不限于前向扬声器驱动器、向上扬声器驱动器、向下扬声器驱动器等。图1中的扬声器驱动器55是扬声器驱动器65的示例实施方式。扬声器驱动器65包括一个或更多个移动组件，诸如隔膜56(图1)和驱动器音圈57(图1)。
扩音器系统100包括控制器110，其中，所述控制器110被配置为从输入源10接收用于经由扩音器装置60再现的源信号(例如，输入音频信号)。在一个实施例中，控制器110被配置为从不同类型的输入源10接收源信号。不同类型的输入源10的示例包括但不限于移动电子装置(例如，智能电话、膝上型电脑、平板电脑等)、内容回放装置(例如，电视、收音机、计算机、诸如CD播放器的音乐播放器、诸如DVD播放器的视频播放器、唱机转盘等)或者音频接收器等。
通常令p*表示扩音器装置60在源信号的再现期间传送的目标(即，期望的)声压。如在此稍后详细描述的，控制器110被配置为基于扩音器装置60的物理模型和在采样时间t的目标声压p*来确定以下项中的一项或更多项：(1)一个或更多个移动组件在采样时间t的目标位移(例如，目标锥形位移)x*、以及(2)在采样时间t产生目标位移x*的目标电流i*。为了说明的目的，术语“目标电流”和“控制电流”在本说明书中可被可互换地使用。控制器110被配置为生成指明所确定的目标电流i*的控制电流信号s并将其发送到扩音器系统100的电流源放大器81。控制电流信号s可以是任意类型的信号，诸如但不限于电流、电压、数字信号、模拟信号等。
扩音器装置60的物理模型可基于针对扩音器装置60的一个或更多个扩音器参数。在一个实施例中，由控制器110利用的扩音器装置60的物理模型是线性模型(例如，如图8A中所示的线性状态空间模型)。在另一实施例中，由控制器110利用的扩音器装置60的物理模型是非线性模型(例如，如图8B中所示的非线性状态空间模型)。
如图6中所示，电流源放大器81被连接到扩音器装置60和控制器110。电流源放大器81是功率放大器，其中，所述功率放大器被配置为针对每个采样时间t基于从控制器110接收到的控制电流信号s输出(即，施加或产生)实际电流(即，施加的电流)i*，其中，控制电流信号s指明由控制器110在采样时间t确定的目标电流i*。控制电流信号s控制电流源放大器81，触发电流源放大器81输出与目标电流i*基本相同的电流量以在采样时间t放大源信号。扬声器驱动器65由电流源放大器81输出的实际电流i*驱动，从而在源信号的再现期间控制一个或更多个移动组件的实际位移。具体地，扩音器系统100通过基于目标电流i*执行电流校正来控制一个或更多个移动组件的锥形位移/运动，导致在采样时间t产生具有目标声压p*的目标声波。目标电流i*将所述一个或更多个移动组件的实际位移(例如，实际锥形位移)限制在安全位移的预定范围内。
扩音器系统100有助于更高水平的音频再现，具有提高的声音质量以及对扩音器装置60的附加控制和保护。
如在此稍后详细描述的，控制器110被配置为：通过基于一个或更多个移动组件的瞬时位置重新计算在每个时刻/采样时间t产生目标声压p*所需的目标电流i*来在经由扬声器驱动器65再现源信号期间应对音频失真，其中，由电流源放大器81输出的实际电流i*基于目标电流i*。
在一个实施例中，扩音器系统100可被集成在具有广泛应用的不同类型的电动换能器中，诸如但不限于以下项：计算机、电视(TV)、智能装置(例如，智能TV、智能电话等)、条形音箱、低音炮、无线和便携式扬声器、移动电话、汽车扬声器等。
与利用电压源放大器的传统系统(例如，由图2中的电压源放大器71驱动的扩音器装置40)相比，扩音器系统100利用电流源放大器来实现扩音器装置60的非线性控制。如在此稍后详细描述的，扩音器系统100是一种降低了需求和成本的简化的非线性控制系统。例如，扩音器系统100可能需要传统系统的数字信号处理(DSP)需求的约一半，并且具有更低的成本。
图7示出根据实施例的针对扩音器装置60的示例电声模型80。针对扩音器装置60的一个或更多个扩音器参数(即，扩音器特性)可被分类为以下域之一：电气域或机械域。在电气域中，不同扩音器参数的示例包括但不限于以下项：(1)由电流源放大器81输出的用于驱动扩音器装置60的扬声器驱动器65的实际电流i*、(2)扬声器驱动器65的驱动器音圈57的电阻Re(T)、(3)驱动器音圈57的电感Le(x)、以及(4)由驱动器音圈57在扬声器驱动器65的电机结构(即，驱动器音圈57、顶板61、磁体62、底板63和极片66)的磁场中运动而产生的反向EMF
其中，反向EMF
表示所述电机结构的力因子B1与扬声器驱动器65的一个或更多个移动组件(例如，隔膜56、驱动器音圈57和/或成型器64)的速度
的乘积。
在机械域中，不同扩音器参数的示例包括但不限于以下项：(1)扬声器驱动器65的一个或更多个移动组件的速度
(2)所述一个或更多个移动组件的机械质量Mms(即，移动质量)和空气负荷、(3)表示扬声器驱动器65的机械损耗的阻力Rms 
(4)扬声器驱动器65的悬架(即，环绕辊58、弹波67加空气负荷)的刚度因子Kms(x)、以及(5)施加在所述一个或更多个移动组件上的机械力Bl(x)·i*，其中，机械力Bl(x)·i*表示驱动器音圈57的力因子Bl(x)和由电流源放大器81输出的实际电流i*的乘积。
与由电压源放大器驱动的扩音器装置(例如，图2中的扩音器装置40)不同，非线性阻抗Re(T)和Le(x)对施加在扬声器驱动器65的一个或更多个移动组件上的机械力Bl(x)·i*没有影响，这是因为由电流源放大器81输出的实际电流i*独立于非线性阻抗Re(T)和Le(x)而流动。由于由电流源放大器81输出的实际电流i*独立于非线性阻抗而流动，因此扩音器系统100的控制器110在执行计算时不需要考虑这些非线性阻抗，从而简化了所执行的计算。作为简化的计算的结果，扩音器系统100可能需要传统系统的DSP需求的约一半，并且具有更低的成本。
可使用以下项中的每一项来描述扩音器装置60在每个时刻的状态：(1)扬声器驱动器65的一个或更多个移动组件的目标位移x、以及(2)扬声器驱动器65的一个或更多个移动组件的速度
通常令X2(t)指示表示扩音器装置60在采样时间t的状态的矢量(“状态矢量表示”)。在一个实施例中，状态矢量表示X2(t)可根据下面提供的方程式(12)被定义：
为了说明的目的，术语X2(t)和X2在本说明书中被可互换地使用。
图8A示出根据实施例的表示扩音器装置60的线性状态空间模型的示例线性系统410。线性系统410可被用于基于扩音器装置60的状态矢量表示X2和由电流源放大器81输出的用于驱动扬声器驱动器65的电流i*来确定扬声器驱动器65的一个或更多个移动组件(例如，隔膜56和/或驱动器音圈57)的估计位移x。
通常令A2、B2和C3表示恒定参数矩阵。在一个实施例中，恒定参数矩阵A2、B2和C3可根据下面提供的方程式(13)-(15)来表示：
C3＝[1 0] (15)。
通常令
表示扩音器装置60的状态矢量表示X2的时间导数(即，改变率)(“状态矢量改变率”)。在一个实施例中，可根据下面提供的微分方程(16)来定义状态矢量改变率
在一个实施例中，可根据下面提供的方程式(17)来计算一个或更多个移动组件的估计位移x：
x＝C3X2 (17)。
在一个实施例中，扩音器系统100的控制器110被配置为利用线性系统410递归地确定一个或更多个移动组件的估计位移x。利用线性系统410递归地确定一个或更多个移动组件的估计位移x的操作涉及执行基于上面提供的方程式(13)-(17)的一组递归计算。在一个示例实施方式中，控制器110包括以下组件中的一个或更多个组件：(1)第一乘法单元411，被配置为通过将恒定参数矩阵A2与状态矢量表示X2相乘来确定乘积项A2X2，(2)第二乘法单元412，被配置为通过将恒定参数矩阵B2与电流i*相乘来确定乘积项B2i*，(3)加法单元413，被配置为通过根据上面提供的方程式(16)将乘积项A2X2和B2i*相加来确定状态矢量改变率
(4)积分单元414，被配置为通过在时域中对状态矢量改变率
进行积分来确定状态矢量表示X2，以及(5)第三乘法单元415，被配置为通过根据上面提供的方程式(17)将恒定参数矩阵C3与状态矢量表示X2相乘来确定估计位移x。
如图8A中所示，系统410是接收电流i*作为输入并提供估计位移x作为输出的线性系统。与图5A中的线性系统400相比，利用线性系统410提供了系统传递函数简化的降低的系统阶数。由于电流i*独立于非线性阻抗Re(T)和Le(x)而流动(即，无Re(T)和Le(x)依赖)，因此电流源放大器81提供具有高阻抗的输出(即，i*)，并且系统传递函数不受非线性阻抗的改变的影响，从而消除了优化这样的非线性阻抗的需要。因此，利用线性系统410简化了扩音器装置60的非线性控制和由控制器110执行的计算。结果，扩音器系统100可能需要传统系统的DSP需求的约一半，并且具有更低的成本。
图8B示出根据实施例的表示扩音器装置60的非线性状态空间模型的示例非线性系统460。非线性系统460可被用于基于扩音器装置60的状态矢量表示X2和由电流源放大器81输出的用于驱动扬声器驱动器65的电流i*来确定扬声器驱动器65的一个或更多个移动组件(例如，隔膜56和/或驱动器音圈57)的估计位移x。
通常令g2(X2,i*)和f2(X2)表示基于扩音器装置60的状态矢量表示X2和针对扩音器装置60的一个或更多个大信号扩音器参数的非线性函数。在一个实施例中，非线性函数g2(X2,i*)和f2(X2)根据下面提供的方程式(18)-(19)来表示：
g2(X2,i*)＝[0Bl(x)·i*/Mms]T(18)，以及
通常令C4表示恒定参数矩阵。在一个实施例中，恒定参数矩阵C4可根据下面提供的方程式(20)来表示：
C4＝[1 0] (20)。
通常令
表示扩音器装置60的状态矢量表示X2的时间导数(即，改变率)(“状态矢量改变率”)。在一个实施例中，可根据下面提供的微分方程(21)来定义状态矢量改变率
在一个实施例中，可根据下面提供的方程式(22)来计算扬声器驱动器65的一个或更多个移动组件的估计位移x：
x＝C4X2 (22)。
在一个实施例中，扩音器系统100的控制器110被配置为利用非线性系统460递归地确定扬声器驱动器65的一个或更多个移动组件的估计位移x。利用非线性系统460递归地确定一个或更多个移动组件的估计位移x的操作涉及执行基于上面提供的方程式(18)-(22)的一组递归计算。非线性系统460可利用以下组件中的一个或更多个组件来执行所述一组计算：(1)第一计算单元461，被配置为根据上面提供的方程式(19)计算非线性函数f2(X2)，(2)第二计算单元462，被配置为根据上面提供的方程式(18)计算非线性函数g2(X2,i*)，(3)加法单元463，被配置为通过根据上面提供的方程式(21)将非线性函数g2(X2,i*)和f2(X2)相加来确定状态矢量改变率
(4)积分单元464，被配置为通过在时域中对状态矢量改变率
进行积分来确定状态矢量表示X2，以及(5)乘法单元465，被配置为通过根据上面提供的方程式(22)将恒定参数矩阵C4与状态矢量表示X2相乘来确定估计位移x。
如图8B中所示，系统460是接收电流i*作为输入并提供估计位移x作为输出的非线性系统。与图5B中的线性系统450相比，利用非线性系统460提供了系统传递函数简化的降低的系统阶数。由于电流i*独立于非线性阻抗Re(T)和Le(x)而流动(即，无Re(T)和Le(x)依赖)，因此电流源放大器81提供具有高阻抗的输出(即，i*)，并且系统传递函数不受非线性阻抗的改变的影响，从而消除了优化这样的非线性阻抗的需要。因此，利用非线性系统460简化了扩音器装置60的控制和由控制器110执行的计算。结果，扩音器系统100可能需要传统系统的DSP需求的约一半，并且具有更低的成本。
图9示出根据实施例的针对扩音器装置60的示例控制器200。在一个实施例中，扩音器系统100的控制器110是控制器200。在一个实施例中，控制器200包括轨迹规划单元210，其中，所述轨迹规划单元210被配置为：基于扩音器装置60的物理模型以及针对扩音器装置60在源信号(例如，输入音频信号)的再现期间在采样时间t传送的目标声压p*来确定扬声器驱动器65的一个或更多个移动组件(例如，隔膜56和/或驱动器音圈57)在每个采样时间t的目标位移(即，目标锥形位移)x*。在一个实施例中，扩音器系统100被配置为从源信号确定目标声压p*。
在一个实施例中，轨迹规划单元210利用线性模型(例如，图8A中的线性状态空间模型410)来确定所述一个或更多个移动组件的目标位移x*，从而实现包括源信号的线性处理的轨迹规划。在另一实施例中，轨迹规划单元210利用非线性模型(例如，图8B中的非线性状态空间模型460)来确定所述一个或更多个移动组件的目标位移x*。
在一个实施例中，控制器200包括基于平坦度的前馈控制单元220，其中，所述基于平坦度的前馈控制单元220实现前馈控制以确定针对每个采样时间t的控制电流i*。具体地，基于平坦度的前馈控制单元220被配置为：基于从轨迹规划单元210接收到的针对采样时间t的目标位移x*和扩音器装置60的另一物理模型(例如，非线性模型)来确定控制电流i*，以驱动扬声器驱动器65产生目标位移x*。
在一个实施例中，基于平坦度的前馈控制单元220被配置为：基于扩音器装置60的非线性模型来确定在采样时间t的控制电流i*。例如，在一个实施例中，如果扩音器装置60是密封盒扬声器，则基于平坦度的前馈控制单元220可根据下面提供的单个方程式(23)来确定在采样时间t的控制电流i*:
其中，
是扬声器驱动器65的一个或更多个移动组件的目标速度(例如，目标锥形速度)，
是所述一个或更多个移动组件的目标加速度(例如，目标锥形加速度)，Kms(x*)是基于目标位移x*的扬声器驱动器65的悬架(即，环绕辊58、弹波67加空气负荷)的刚度因子，Rms 
是表示基于目标速度
的扬声器驱动器65的机械损耗的阻力，并且Bl(x*)是基于目标位移x*的扬声器驱动器65的驱动器音圈57的力因子。基于平坦度的前馈控制单元220被配置为生成指明所确定的控制电流i*的控制电流信号s并将其发送到扩音器系统100的电流源放大器81。控制电流信号s可以是任意类型的信号，诸如但不限于电流、电压、数字信号、模拟信号等。
扩音器系统100的电流源放大器81被配置为：针对每个采样时间t基于从基于平坦度的前馈控制单元220接收到的控制电流信号s输出(即，施加或产生)实际电流(即，施加的电流)i*，其中，控制电流信号s指明由基于平坦度的前馈控制单元220在采样时间t确定的控制电流i*。控制电流信号s控制电流源放大器81，触发电流源放大器81输出与控制电流i*基本相同的电流量以在采样时间t放大源信号。扬声器驱动器65由来自电流源放大器81的实际电流i*驱动，从而在源信号的再现期间控制扬声器驱动器65的一个或更多个移动组件的实际位移(即，实际锥形位移)，并导致产生具有实际声压p的声波。
图10示出根据实施例的针对扩音器装置60的示例控制器250。在一个实施例中，扩音器系统100的控制器110是控制器250。在一个实施例中，控制器250包括轨迹规划单元260，其中，所述轨迹规划单元260被配置为：基于扩音器装置60的物理模型以及扩音器装置60在源信号(例如，输入音频信号)的再现期间在采样时间t传送的目标声压p*来确定扬声器驱动器65的一个或更多个移动组件(例如，隔膜56和/或驱动器音圈57)在每个采样时间t的目标位移(即，目标锥形位移)x*。在一个实施例中，扩音器系统100被配置为从源信号确定目标声压p*。
在一个实施例中，轨迹规划单元260利用线性模型(例如，图8A中的线性状态空间模型410)来确定一个或更多个移动组件的目标位移x*，从而实现包括源信号的线性处理的轨迹规划。在另一实施例中，轨迹规划单元260利用非线性模型(例如，图8B中的非线性状态空间模型460)来确定一个或更多个移动组件的目标位移x*。
在一个实施例中，控制器250包括基于平坦度的前馈控制单元270，其中，所述前馈控制单元270实现前馈控制以确定针对每个采样时间t的控制电流i*。具体地，基于平坦度的前馈控制单元270被配置为：基于从轨迹规划单元260接收到的针对采样时间t的目标位移x*以及扩音器装置60的物理模型来确定控制电流i*，以驱动扬声器驱动器65产生目标位移x*。
在一个实施例中，基于平坦度的前馈控制单元270被配置为：基于扩音器装置60的非线性模型来确定在采样时间t的控制电流i*。例如，在一个实施例中，如果扩音器装置60是密封盒扩音器，则基于平坦度的前馈控制单元270可根据上面提供的单个方程式(23)来确定在采样时间t的控制电流i*。基于平坦度的前馈控制单元270被配置为：生成指明所确定的控制电流i*的控制电流信号s并将其发送到扩音器系统100的电流源放大器81。控制电流信号s可以是任意类型的信号，诸如但不限于电流、电压、数字信号、模拟信号等。
扩音器系统100的电流源放大器81被配置为：针对每个采样时间t基于从基于平坦度的前馈控制单元270接收到的控制电流信号s输出(即，施加或产生)实际电流(即，施加的电流)i*，其中，控制电流信号s指明由基于平坦度的前馈控制单元270在采样时间t确定的控制电流i*。控制电流信号s控制电流源放大器81，触发电流源放大器81输出与控制电流i*基本相同的电流量以在采样时间t放大源信号。扬声器驱动器65由来自电流源放大器81的实际电流i*驱动，从而在源信号的再现期间控制扬声器驱动器65的一个或更多个移动组件的实际位移(即，实际锥形位移)，并导致在采样时间t产生具有实际声压p的声波。
控制器250被配置为：在每个采样时间t监测驱动扬声器驱动器65的电压v，并且基于针对采样时间t所测量的电压v与计算出的控制电压v*之间的比较来确定用于对由基于平坦度的前馈控制单元270实现的前馈控制进行校正的预测误差。在一个实施例中，基于平坦度的前馈控制单元270还被配置为：针对每个采样时间t确定控制电压v*，以在采样时间t产生目标位移x*。例如，在一个实施例中，如果扩音器装置60是密封盒扩音器，则基于平坦度的前馈控制单元270可根据下面提供的方程式(24)确定在采样时间t的控制电压v*:
其中，Bl(x*)是力因子，并且Le(x)是驱动器音圈57的基于在采样时间t的目标位移x*的电感。
在每个采样时间t，控制器250响应于来自电流源放大器81的实际电流i*来测量扬声器驱动器65的电力端子处的电压v。在一个实施例中，控制器250包括比较单元290，其中，所述比较单元290被配置为确定表示针对采样时间t的电压v与控制电压v*之间的差的电压误差Δv。
控制器250还包括反馈控制单元280，其中，所述反馈控制单元280被配置为：基于电压误差Δv生成针对扩音器装置60的一个或更多个扩音器模型参数，其中，所述一个或更多个扩音器模型参数包括用于对由基于平坦度的前馈控制单元270实现的前馈控制进行校正的预测误差。扩音器模型参数被调谐以更接近地拟合测量的数据。例如，可调整扩音器模型参数以补偿源自内在和外在变化(诸如制造公差、当前操作条件(例如，驱动器音圈57的温度)、环境影响(诸如压力和温度)以及扩音器系统100的组件和材料的老化)的变化。因此，扩音器系统100可考虑随时间和环境条件变化的组件和材料的改变，并应对温度(例如，驱动器音圈57的电阻变化)、压力和老化的不利影响。
基于所生成的扩音器模型参数，所执行的任何结果校正(例如，电流校正)可补偿与由控制器250利用的物理模型相关联的一个或更多个不准确(例如，制造离差)和/或音频漂移(例如，由扩音器装置60的过热产生)。预测误差可被用于最小化所述不准确。
例如，在一个实施例中，预测误差可被用于计算对控制电流i*的校正(即，电流校正)，从而提高扩音器系统100的准确度和由扩音器装置60再现的音频输出的质量。
由基于平坦度的前馈控制单元270实现的反馈控制可基于各种控制方法，诸如但不限于状态反馈控制、自适应控制(例如，使用在线系统识别)、比例-积分-微分(PID)控制等。
在另一实施例中，如果扬声器驱动器65具有众所周知且稳定的特性，则基于平坦度的前馈控制单元270不需要考虑任何预测误差，从而消除了对反馈控制单元280和比较单元290的需要(例如，类似于图9中的控制器200)。
图11是根据实施例的将具有非线性控制的扩音器装置的频率响应与不具有非线性控制的不同扩音器装置的频率响应进行比较的示例曲线图500。曲线图500的横轴表示以Hz为单位的频率。曲线图500的纵轴表示以dB为单位的声压水平。曲线图500包括第一曲线501和第二曲线502，其中，第一曲线501表示不具有非线性控制的第一扩音器装置的频率响应，第二曲线502表示具有非线性控制的第二扩音器装置的频率响应(例如，使用扩音器系统100来实现)。
如果第一扩音器装置与扩音器系统100的一个或更多个组件(例如，控制器200或控制器250)集成，则扩音器系统100可扩展第一扩音器装置在低声音频率下的频率响应的滚降，同时保持低音频失真并确保第一扩音器装置的一个或更多个移动组件(例如，隔膜和/或驱动器音圈)的位移在操作的安全范围内。如图11中所示的方向箭头所示，扩音器系统100提供了一种能够以更低的音频失真实现低音扩展(即，更深、更大声的低音)的系统。
图12A是示出不具有用于音频失真的校正的非线性控制(即，不具有抗失真)的扩音器装置的频谱的示例曲线图510。曲线图510的横轴表示以Hz为单位的频率。曲线图510的纵轴表示以dB为单位的声压水平。如图12A中所示，非线性阻抗对扩音器装置的影响可生成互调产物，从而增加了音频失真。
图12B是示出根据实施例的具有用于音频失真的校正的非线性控制(即，具有抗失真)的扩音器装置的频谱的示例曲线图520。扩音器装置可与扩音器系统100的一个或更多个组件(例如，控制器200或控制器250)集成。曲线图520的横轴表示以Hz为单位的频率。曲线图520的纵轴表示以dB为单位的声压水平。与图12A中的曲线图510相比，如图12B中所示，非线性阻抗对扩音器装置的影响被抵消，从而减少了互调产物并进而减少了音频失真。
图13是根据实施例的用于利用电流源放大器实现扩音器装置的非线性控制的处理700的示例流程图。处理框701包括接收用于经由扩音器装置(例如，扩音器装置60)再现的源信号。处理框702包括基于源信号和扩音器装置的第一物理模型(例如，图8A中的线性状态空间模型)来确定扩音器装置的扬声器驱动器的一个或更多个移动组件(例如，隔膜56和/或驱动器音圈57)的目标位移。处理框703包括基于目标位移和扩音器装置的第二物理模型(例如，图8B中的非线性状态空间模型)来确定控制电流。处理框704包括将指明控制电流的控制电流信号发送到连接到扩音器装置的电流源放大器，其中，电流源放大器基于控制电流信号输出控制电流以驱动扬声器驱动器，并且其中，所述一个或更多个移动组件在源信号的再现期间的实际位移经由控制电流信号基于控制电流而被控制。
在一个实施例中，扩音器系统100的一个或更多个组件(诸如控制器200或控制器250)被配置为执行处理框701至处理框704。
图14是示出包括可用于实现各种公开的实施例的计算机系统600的信息处理系统的高层框图。计算机系统600包括一个或更多个处理器601，并且还可包括电子显示装置602(用于显示视频、图形、文本和其他数据)、主存储器603(例如，随机存取存储器(RAM))、存储装置604(例如，硬盘驱动)、可移除存储装置605(例如，可移除存储驱动、可移除存储器模块、磁带驱动、光盘驱动、存储有计算机软件和/或数据的计算机可读介质)、用户接口装置606(例如，键盘、触摸屏、按键、定点装置)以及通信接口607(例如，调制解调器、网络接口(诸如以太网卡)、通信端口或者PCMCIA插槽和卡)。
通信接口607允许软件和数据在计算机系统600与外部装置之间传送。非线性控制器600还包括上述装置/模块601至607所连接到的通信基础设施608(例如，通信总线、跨接杆或网络)。
经由通信接口607传送的信息可以是信号的形式，诸如能够由通信接口607经由通信链路接收的电子信号、电磁信号、光学信号或其他信号，其中，所述通信链路承载信号并且可使用电线或电缆、光纤、电话线、蜂窝电话链路、射频(RF)链路和/或其他通信信道来实现。表示这里的框图和/或流程图的计算机程序指令可被加载到计算机、可编程数据处理设备或处理装置上，以使在其上执行一系列操作以产生计算机实现的处理。在一个实施例中，用于处理700(图13)的处理指令可作为程序指令被存储在存储器603、存储装置604和/或可移除存储装置605上以由处理器601执行。
已经参照方法、设备(系统)和计算机程序产品的流程图示图和/或框图描述了实施例。在一些情况下，这样的示图/图的每个框或其组合可由计算机程序指令来实现。计算机程序指令在被提供给处理器时产生机器，使得经由处理器执行的指令创建用于实现流程图和/或框图中指定的功能/操作的手段。流程图/框图中的每个框可表示硬件和/或软件模块或者逻辑。在可选的实施方式中，框中指出的功能可不按照图中指出的顺序发生、可同时发生等。
术语“计算机程序介质”、“计算机可用介质”、“计算机可读介质”和“计算机程序产品”通常被用于指代诸如主存储器、辅助存储器、可移除存储驱动、安装在硬盘驱动中的硬盘和信号的介质。这些计算机程序产品是用于向计算机系统提供软件的手段。计算机可读介质允许计算机系统从该计算机可读介质读取数据、指令、消息或消息包以及其他计算机可读信息。计算机可读介质可包括例如非易失性存储器，诸如软盘、ROM、闪存、磁盘驱动存储器、CD-ROM和其他永久存储器。例如，这对在计算机系统之间传输信息(诸如数据和计算机指令)是有用的。计算机程序指令可被存储在计算机可读介质中，其中，所述计算机可读介质可指导计算机、其他可编程数据处理设备或其他装置以特定方式运行，使得存储在计算机可读介质中的指令产生包括实现流程图和/或框图框中指定的功能/动作的指令的制品。
如本领域技术人员将理解的，实施例的多个方面可被实施为系统、方法或计算机程序产品。因此，实施例的多个方面可采取完全硬件实施例、完全软件实施例(包括固件、常驻软件、微代码等)或者将软件和硬件方面组合的实施例的形式，其中，所述实施例在此通常都可被称为“电路”、“模块”或“系统”。此外，实施例的多个方面可采取在一个或更多个计算机可读介质中实施的计算机程序产品的形式，其中，所述一个或更多个计算机可读介质具有在其上实施的计算机可读程序代码。
可利用一个或更多个计算机可读介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读存储介质(例如，非暂时性计算机可读存储介质)。计算机可读存储介质可以是例如但不限于电子、磁性、光学、电磁、红外或半导体系统、设备或装置或者前述的任意合适组合。计算机可读存储介质的更具体的示例(非详尽清单)将包括以下项：具有一条或更多条导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式光盘只读存储器(CD-ROM)、光学存储装置、磁存储装置或者前述的任意合适组合。在本文档的上下文中，计算机可读存储介质可以是可包含或存储由指令执行系统、设备或装置使用或者与指令执行系统、设备或装置相连的程序的任意有形介质。
可以以一种或更多种编程语言(包括诸如Java、Smalltalk、C++等的面向对象的编程语言以及诸如“C”编程语言或类似编程语言的传统程序编程语言)的任意组合来编写用于执行针对一个或更多个实施例的多个方面的操作的计算机程序代码。程序代码可完全在用户的计算机上执行，作为独立的软件包部分地在用户的计算机上执行，部分地在用户的计算机上且部分地在远程计算机上执行，或者完全在远程计算机或服务器上执行。在后一种场景下，远程计算机可通过任意类型的网络(包括局域网(LAN)或广域网(WAN))被连接到用户的计算机，或者可被连接到外部计算机(例如，通过使用互联网服务提供商的互联网)。
在一些情况下，上面参照方法、设备(系统)和计算机程序产品的流程图示图和/或框图描述了一个或更多个实施例的多个方面。在一些情况下，将理解，流程图示图和/或框图的每个框以及流程图示图和/或框图中的框的组合可由计算机程序指令来实现。这些计算机程序指令可被提供给专用计算机或其他可编程数据处理设备以产生机器，使得经由计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令创建用于实现流程图和/或框图框中指定的功能/动作的手段。
这些计算机程序指令还可被存储在可指导计算机、其他可编程数据处理设备或其他装置以特定方式运行的计算机可读介质中，使得存储在计算机可读介质中的指令产生包括实现流程图和/或框图框中指定的功能/动作的指令的制品。
计算机程序指令还可被加载到计算机、其他可编程数据处理设备或其他装置上，以使将在计算机、其他可编程设备或其他装置上执行的一系列操作步骤产生计算机实现的处理，使得在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现流程图和/或框图框中指定的功能/动作的处理。
附图中的流程图和框图示出了根据各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现方式的架构、功能和操作。就此而言，流程图或框图中的每个框可表示模块、片段或指令的一部分，其中，所述指令的一部分包括用于实现指定的逻辑功能的一个或更多个可执行指令。在一些可选的实施方式中，框中指出的功能可不按照图中指出的顺序发生。例如，连续示出的两个框实际上可基本上同时被执行，或者这些框有时可按照相反的顺序被执行，这取决于所涉及的功能。还将注意，框图和/或流程图示图的每个框以及框图和/或流程图示图中的框的组合可由基于专用硬件的系统来实现，其中，所述基于专用硬件的系统执行指定功能或动作或者实施专用硬件和计算机指令的组合。
除非明确陈述，否则权利要求中对单数形式的元素的引用不旨在表示“一个且仅一个”，而是“一个或更多个”。本领域普通技术人员当前已知或以后将知道的上述示例性实施例的元件的全部结构和功能等同物旨在被当前权利要求所涵盖。除非使用短语“用于......的手段”或“用于...的步骤”明确地叙述这里的权利要求元素，否则这里的权利要求元素不应在pre-AIA 35U.S.C112节第6段的规定下被解释。
这里使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，并不旨在限制本发明。如这里所使用的，单数形式旨在也包括复数形式，除非上下文另有明确说明。将进一步理解，术语“包括”和/或“包括.....的”在本说明书中使用时指定所陈述的特征、整数、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但不排除一个或更多个其他特征、整数、步骤、操作、元素、组件和/或其组合的存在或者添加一个或更多个其他特征、整数、步骤、操作、元素、组件和/或其组合。
以下权利要求中的全部手段或步骤加功能元件的对应结构、材料、动作和等同物旨在包括具体要求保护的用于结合其他要求保护的元素来执行功能的任意结构、材料或动作。已经出于说明和描述的目的呈现了对实施例的描述，但是所述描述不旨在穷举或限于所公开的形式的实施例。在不脱离本发明的范围和精神的情况下，许多修改和变化对于本领域普通技术人员将是明显的。
虽然已经参照实施例的特定版本描述了实施例；然而，其他版本也是可行的。因此，所附权利要求的精神和范围不应限于这里包含的优选版本的描述。
Claims (20)
1.一种用于扩音器的非线性控制的系统，所述系统包括：
电流源放大器，连接到扩音器；以及
控制器，连接到电流源放大器，其中，所述控制器被配置为：
基于用于经由扩音器再现的源信号来确定扩音器的扬声器驱动器的隔膜的目标位移；
基于隔膜的目标位移和扩音器的第一物理模型来确定控制电流；并且
将指明所述控制电流的控制电流信号发送到电流源放大器，
其中，电流源放大器基于所述控制电流信号输出所述控制电流以驱动扬声器驱动器，并且其中，隔膜在所述源信号的再现期间的实际位移经由所述控制电流信号基于所述控制电流而被控制。
2.如权利要求1所述的系统，其中，第一物理模型是非线性模型。
3.如权利要求1所述的系统，其中，所述控制器被配置为：基于所述系统在所述源信号的再现期间传送的目标声压和扩音器的第二物理模型来确定隔膜的目标位移。
4.如权利要求3所述的系统，其中，第二物理模型是线性模型。
5.如权利要求3所述的系统，其中，第二物理模型是非线性模型。
6.如权利要求1所述的系统，其中，所述控制器还被配置为：
基于隔膜的目标位移和第一物理模型来确定控制电压；
监测在所述源信号的再现期间在扬声器驱动器的电力端子处测量的实际电压；并且
基于所述控制电压与所述实际电压的比较来生成预测误差。
7.如权利要求6所述的系统，其中，所述控制器还被配置为：
基于所述预测误差调整第一物理模型的一个或更多个扩音器参数。
8.如权利要求1所述的系统，其中，所述控制电流将隔膜的实际位移限制在安全位移的预定范围内，并且增大低频的低音输出。
9.如权利要求1所述的系统，其中，所述电流源放大器被配置为：通过基于所述控制电流放大所述源信号来驱动扬声器驱动器。
10.如权利要求1所述的系统，其中，所述系统的系统传递函数独立于以下非线性阻抗中的一个或更多个阻抗：扬声器驱动器的驱动器音圈的电阻或驱动器音圈的电感。
11.如权利要求1所述的系统，其中，施加在隔膜上的机械力基于由电流源放大器输出的实际电流，其中，所述实际电流基于所述控制电流，并且所述实际电流独立于以下非线性阻抗中的一个或更多个阻抗：扬声器驱动器的驱动器音圈的电阻或驱动器音圈的电感。
12.一种用于扩音器的非线性控制的方法，所述方法包括：
基于用于经由扩音器再现的源信号来确定扩音器的扬声器驱动器的隔膜的目标位移；
基于隔膜的目标位移和扩音器的物理模型来确定控制电流；并且
将指明所述控制电流的控制电流信号发送到连接到扩音器的电流源放大器，其中，电流源放大器基于所述控制电流信号输出所述控制电流以驱动扬声器驱动器，并且其中，隔膜在所述源信号的再现期间的实际位移经由所述控制电流信号基于所述控制电流而被控制。
13.如权利要求12所述的方法，其中，所述物理模型是非线性模型。
14.如权利要求12所述的方法，其中，所述方法还包括：
基于隔膜的目标位移和所述物理模型来确定控制电压；
监测在所述源信号的再现期间在扬声器驱动器的电力端子处测量的实际电压；
基于所述控制电压与所述实际电压的比较来生成预测误差；并且
基于所述预测误差来调整所述物理模型的一个或更多个扩音器参数。
15.如权利要求12所述的方法，其中，所述控制电流将隔膜的实际位移限制在安全位移的预定范围内，并且增大低频的低音输出。
16.如权利要求12所述的方法，其中，施加在隔膜上的机械力基于由电流源放大器输出的实际电流，其中，所述实际电流基于所述控制电流，并且所述实际电流独立于以下非线性阻抗中的一个或更多个阻抗：扬声器驱动器的驱动器音圈的电阻或驱动器音圈的电感。
17.一种扩音器装置，包括：
扬声器驱动器，包括隔膜；
电流源放大器，连接到扬声器驱动器；以及
控制器，连接到电流源放大器，其中，所述控制器被配置为：
基于用于经由扩音器装置再现的源信号来确定扬声器驱动器的隔膜的目标位移；
基于隔膜的目标位移和扩音器装置的物理模型来确定控制电流；并且
将指明所述控制电流的控制电流信号发送到电流源放大器，
其中，电流源放大器基于所述控制电流信号输出所述控制电流以驱动扬声器驱动器，并且其中，隔膜在所述源信号的再现期间的实际位移经由所述控制电流信号基于所述控制电流而被控制。
18.如权利要求17所述的扩音器装置，其中，所述物理模型是非线性模型。
19.如权利要求17所述的扩音器装置，其中，所述控制器还被配置为：
基于隔膜的目标位移和所述物理模型来确定控制电压；
监测在所述源信号的再现期间在扬声器驱动器的电力端子处测量的实际电压；
基于所述控制电压与所述实际电压的比较来生成预测误差；并且
基于所述预测误差来调整所述物理模型的一个或更多个扩音器参数。
20.如权利要求17所述的扩音器装置，其中：
所述控制电流将隔膜的实际位移限制在安全位移的预定范围内，并且增大低频的低音输出；并且
施加在隔膜上的机械力基于由电流源放大器输出的实际电流，其中，所述实际电流基于所述控制电流，并且所述实际电流独立于以下非线性阻抗中的一个或更多个阻抗：扬声器驱动器的驱动器音圈的电阻或驱动器音圈的电感。
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