CN112514415A - 音频失真补偿 - Google Patents
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Abstract
一种用于对设备的换能器中的反电动势的变化进行补偿的方法，其中所述换能器由放大器所输出的输出信号驱动，且所述换能器的后容积由所述设备内的壳体形成。所述方法包括：接收输入信号；基于所述换能器的特性来确定所述换能器已经从所述设备内的平衡位置移动；以及，基于所述确定，调整由所述放大器施加至所述输入信号的增益，以生成所述输出信号。
Description
技术领域
本文中所公开的实施方案涉及用于对设备的换能器中的反电动势的变化进行补偿的方法和装置，其中换能器由输出信号驱动，且换能器的后容积由设备内的壳体形成。
背景技术
随着移动市场的发展，对更高音频质量的需求不断增长。高音频质量的一个重要因素是音量，音量直接与换能器扬声器的偏移有关。如果扬声器移动得太多使得它与移动设备的外部壳体碰撞，则会出现使人不愉快的或失真的音频效果。
随着集成在设备(诸如，移动设备)内部的机械零件以及半导体零件的数目的增加，而同时仍保持整个设备的相对较小的物理设计，使设备内的个体零件的尺寸最小化会是很重要的。
图1a例示了根据现有技术的移动设备100的一个实施例。
在此实施例中，听筒扬声器101包括不具有分立的壳体的驱动器单元，且所述驱动器单元使用移动设备100内部的空的空间作为其后容积(即，而非具有形成后容积的分立的壳体)。此类设计的问题是没有专用的封闭空间作为后容积，空气动力学在多种情况下很容易改变，且它会影响音频性能。例如，设备内部物理布局的复杂性、用于设备的外壳的材料或由用户移动所施加的力(例如，敲击以发送消息或挤压以玩游戏)都可以通过影响由设备内部的空的空间所形成的后容积中的空气压力来影响音频性能。
通常放置在移动设备的底部上的扬声器102一般是声学系统中的主扬声器。扬声器102通常不会引入与听筒扬声器101相同的失真声音问题，因为它通常具有用作后容积的专用密封壳体，从而受弯曲力或空气动力学的变化的影响较小。然而，在一些情况下，扬声器也可能遇到类似的问题。
图1b更详细地例示了设备100的听筒扬声器101。特别地，设备100包括外壳12以及位于外壳12中的多个穿孔部16(或其等同物)，用于在设备100的内部与周围环境之间提供流体连通。听筒扬声器组件包括扬声器或换能器单元21以及安装支撑件22。扬声器或换能器单元21可以通过挠性支撑件23而被附接至安装支撑件22。安装支撑件22能够使用安装粘合剂24或等同的附接方式(例如，焊接、胶粘、螺钉、铆钉、机械互连等)可附接至外壳。外壳12限定壳体18，设备中使用的部件(例如，电气部件、机械部件、组件、集成式听筒扬声器组件等)可以被放置在壳体18中。集成式听筒扬声器组件可以被放置为邻近穿孔部16，以使得扬声器或换能器单元21将穿孔部16与设备100的壳体18的其余部分分隔开(例如，有效地形成穿孔部16与壳体的其余部分18之间的气密密封)。
集成式听筒扬声器组件可以被设置成不具有明确限定的后容积。扬声器单元21的后容积可以与设备100的壳体18的其余部分至少部分地共享。因此，在将集成式听筒扬声器组件完全集成至最终设备100中(例如，与构成CED 10的所有其他部件一起)之前，不会完全限定扬声器或换能器单元21的后容积。
不期望的音频效果的一个实施例是当用户挤压设备时出现的嗡嗡声或失真的音频。嗡嗡声或失真是由于以下事实：当用户施加力且使设备的外壳弯曲时，外壳内部的空气压力变化且导致换能器上的反电动势(EMF)的相应变化。对于扬声器，反电动势是与感生它的电流中的变化相反的力。反电动势的此变化导致扬声器的直流(DC)偏置，且使设备内的扬声器或换能器升高，这可能导致移动的扬声器的膜与设备的外壳之间的碰撞。DC偏置导致换能器或扬声器的膜片的偏移表现出不对称的行为，例如膜片在一个方向上比在另一方向上移动得更多。
此DC偏置可以通过空气动力学的自动平衡而自然恢复，且换能器将移动回至平衡位置。随着此自然恢复出现，失真的音频效果将缓慢降低，直至消失。出于此原因，最严重的失真通常发生在敲击、挤压或释放事件的时刻。音频失真的强度与正在播放的音频信号、音频信号的音量以及后容积中的空气压力的变化率和压力水平有关。随着播放的音乐越来越响，且随着施加的压力越快越大，音频失真会越严重。
音频失真在平板电脑设备中会更严重，这是因为平板电脑设备会承受更广泛分布的压力，且设备内的空气动力学会因此比在较小的/集成的设备(如，移动电话)中恢复得更慢。因此，可能需要一种快速作用算法来检测和消除不期望的音频效果。
反电动势的变化的一种反应性效果是扬声器或换能器阻抗的增加。扬声器或换能器的阻抗在谐振频率f0处达到其峰值，对于相同的输入电压，偏移在所述谐振频率f0处达到其峰值。一种用于检测扬声器的反电动势的变化的方法是跟踪扬声器的谐振频率f0。然而，由于多种原因，此方法对于失真检测而言不够可靠和鲁棒。首先，除了反电动势的变化以外，许多其他因素也可能导致谐振频率f0的漂移，例如温度变化，因此谐振频率f0的变化不足以证明仅是由反EMF的变化引起的。其次，谐振频率的检测需要复杂的算法，且通常不能满足及时检测反EMF的变化以补偿它将引起的失真的实时需求。同时，通过在嵌入式实时数字信号处理器(DSP)系统上执行均匀分布的频率扫描来获得准确的谐振频率f0是不切实际的。替代地，通常将音频输入用作实现谐振频率跟踪的源。在此情况下，如果输入信号在谐振频率f0处不具有能量，例如，如果输入信号在不覆盖谐振频率f0的特定频率范围包括音调或信号，则可能无法检测到谐振频率f0的变化。
考虑到上面所描述的方法的缺点，本公开内容寻求提供一种更鲁棒和快速作用的方法来补偿与换能器中的反EMF的变化有关的音频失真。
发明内容
根据本文中所描述的实施方案，提供了一种用于对设备的换能器中的反电动势的变化进行补偿的方法，其中所述换能器由放大器所输出的输出信号驱动，且所述换能器的后容积由所述设备内的壳体形成。该方法包括：接收输入信号；基于所述换能器的特性确定所述换能器已经从所述设备内的平衡位置移动；以及，基于所述确定，调整所述放大器施加至所述输入信号的增益，以生成所述输出信号。
根据一些实施方案，提供了一种用于对设备的换能器中的反电动势的变化进行补偿的补偿模块，其中所述换能器由放大器所输出的输出信号驱动，且所述换能器的后容积由所述设备内的壳体形成。该补偿模块包括：用于接收输入信号的输入；确定块，被配置为基于所述换能器的特性来确定所述换能器已经从所述设备内的平衡位置移动；以及，增益调整块，被配置为基于所述确定，调整由所述放大器施加至所述输入信号的增益，以生成所述输出信号。
附图说明
为了更好地理解本公开内容的实施方案，且为了示出可以如何实施本公开内容，现在将仅通过实施例的方式参考附图，在附图中：
图1a例示了根据现有技术的移动设备100的一个实施例；
图1b更详细地例示了根据现有技术的设备100的听筒扬声器101；
图2例示了根据本公开内容的实施方案的用于对设备的换能器中的反电动势的变化进行补偿的补偿模块200的一个实施例；
图3例示了根据本公开内容的实施方案的图2中所例示的补偿模块200的一个示例实施方式；
图4a例示了对于包括单频音调的输出信号AOUT，第一预测值CP1根据时间变化的图表；
图4b例示了对于包括单频音调的输出信号AOUT，第一值C1根据时间变化的图表；
图5是第一值C1和第一预测值CP1之间的差根据时间变化的图表；
图6是例示根据本公开内容的实施方案的用于对设备的换能器中的反电动势的变化进行补偿的示例方法的流程图，其中换能器由输出信号驱动，且换能器的后容积由设备内的壳体形成。
具体实施方式
下文的描述阐述了根据本公开内容的示例实施方案。其他的示例实施方案和实施方式对于本领域普通技术人员来说将是明显的。此外，本领域普通技术人员将认识到，可以应用多种等同技术代替下文所讨论的实施方案或者多种等同技术可以与下文所讨论的实施方案结合应用，且所有这样的等同物应被认为被本公开内容所包含。
多种电子设备或智能设备可以具有换能器、扬声器、任何声学输出换能器，例如用于将合适的电驱动信号转换为声学输出(诸如，声压力波或机械振动)的任何换能器。例如，许多电子设备可以包括一个或多个扬声器或扩音器，以用于声音生成，例如，用于音频内容的回放、语音通信和/或用于提供可听通知。
这样的扬声器或扩音器可以包括电磁致动器(例如，音圈马达)，该电磁致动器被机械地耦合至柔性膜片(例如，常规的扩音器锥体)，或者该电磁致动器被机械地耦合至设备的表面(例如，移动设备的玻璃屏幕)。一些电子设备还可以包括能够生成超声波的声学输出换能器，例如用于接近检测型应用和/或机器对机器的通信。
许多电子设备可以附加地或替代地包括更专业的声学输出换能器(例如，触觉换能器)，该声学输出换能器被定制以生成用于触觉控制反馈的振动或给用户的通知。附加地或替代地，电子设备可以具有连接器(例如，插座)，该连接器用于与附件装置的对应连接器进行可移除的配对连接且可以被布置成向所述连接器提供驱动信号，以在附件装置连接时驱动附件装置的一种或多种上述类型的换能器。这样的电子设备将因此包括驱动电路系统，该驱动电路系统用于利用合适的驱动信号来驱动主机设备的或所连接的附件的换能器。对于声学换能器，驱动信号一般将是模拟时变电压信号，例如，时变波形。
图2是用于对设备100(类似于图1a和图1b中所例示的设备100)的换能器中的反电动势变化进行补偿的补偿模块200的一个实施例，其中换能器201由放大器204所输出的输出信号AOUT驱动且换能器的后容积由设备内的壳体形成，如图1中所例示的。应理解，设备100可以包括以下中的任一个：便携式设备；电池供电设备；计算设备；通信设备；游戏设备；移动电话；个人媒体播放器；膝上型计算设备、平板计算设备或笔记本计算设备。
补偿模块200包括确定块202，该确定块202被配置为基于换能器201的特性来确定换能器201已经从设备内的平衡位置移动。补偿模块200包括用于接收输入信号的输入205，其中输入信号被连接以通过放大器204驱动换能器201。补偿模块200然后还包括增益调整块203，该增益调整块203被配置为基于该确定，调整由放大器204施加至输入信号AIN的增益以生成输出信号AOUT。
输入信号AIN可以从生成或提供任何适用于通过换能器201输出的信号的任何电路系统或应用接收。例如，可以从例如设备100内的存储音乐文件或音频文件(诸如，铃声或通知声音)的存储卡或内部存储器接收输入信号AIN。输入信号AIN也可以从无线电台接收，所述无线电台从远程源(诸如，通过蜂窝无线电台或其他无线电台发送的音乐服务)接收音频数据。输入信号AIN可以在传递至补偿模块200之前经受设备100内的一个或多个处理块的影响。
应理解，当设备100在没有外部压力(例如，由设备的用户敲击或挤压)的情况下，换能器可以被定位在设备100内处于平衡位置，该平衡位置是在设备100的制造时确定的。然而，当外部压力施加在设备100上时，这改变了由设备100内的壳体18所形成的后容积中的空气压力，此改变可以导致换能器从其平衡位置移动。例如，换能器可以移动得更靠近设备100的外壳，或者更靠近设备内的其他部件17。如果换能器太靠近设备100的外壳或设备100内的另一部件，则换能器的膜可能与设备的其他部件或外壳碰撞。此碰撞可能导致音频失真。
在一些实施例中，换能器201的特性可以包括换能器的膜片的偏移。在一些实施例中，换能器201的特性可以包括换能器的后容积中的空气压力水平。应理解，换能器的其他特性可以被用来确定换能器已经从设备内的平衡位置移动。
图3例示了图2中所例示的补偿模块的一个示例实施方式。在此实施例中，确定块202被配置为接收监测信号SM。然后，确定块202可以基于监测信号来确定换能器的特性的第一值C1。确定块也可以基于输出信号AOUT来确定换能器的特性的第一预测值CP1。然后，确定块可以将第一值C1与预测值CP1进行比较；且，基于所述比较，确定换能器是否已经从设备内的平衡位置移动。
例如，随着在现代移动设备上追求更高的扬声器输出功率的趋势，换能器/扬声器容易因过度偏移而易于损坏。换能器或扬声器保护算法已经被设计为保护换能器或扬声器免于过度偏移。因此，例如使用偏移限制器301来调整音频内容以保护扬声器。
在此实施例中，第一预测值CP1可以包括扬声器的偏移的建模值。可以基于待施加至换能器201的输出信号AOUT来计算此第一预测值CP1。高阶模型可以提供更高的准确性，且可以涵盖更多特征，但可能需要计算工作量。为了平衡准确性和计算工作量之间的折衷方案，也可以使用更简单的方案，例如低阶固定模型表示。因此，预测模型块302可以接收输出信号AOUT且输出换能器201的偏移的第一预测值。在一些实施例中，预测模型块302包括用于换能器201的偏移的固定模型，该固定模型可以通过在宽频谱范围内表征换能器/扬声器201来获得。使用固定模型表示换能器/扬声器的优点在于，它降低了计算复杂性且使得能够更快地响应换能器/扬声器保护。应理解，也可以使用更高阶的模型。
然而，此第一预测值CP1不能反映反EMF的实时变化以及所产生的音频失真，因为它没有考虑换能器上的压力变化影响。因此，模型预测与指示任何压力变化的实时反馈之间的差异可以被用作反EMF变化以及任何所导致的可能音频失真事件的指标。
因此，在这些实施例中，监测信号可以包括从激光设备所接收的信号，该激光设备被定位以对换能器201的膜片的偏移进行测量。替代地，监测信号包括通过换能器201的电流信号。跨越换能器的电流信号然后可以与通过换能器的电压的估计或与通过换能器的测量电压一起使用，以估计膜片的偏移。在此实施例中，估计块303接收监测信号SM，且基于监测信号来导出特性的第一值。
例如，在监测信号SM包括通过换能器201的电流和电压的指示的情况下，估计块303可以实施在此称为直接位移的方法，以从监测电流和电压信号获得实时膜片移动速度。方程1中示出了速度
至换能器/扬声器201的电压Vin以及通过换能器201的电流I之间的关系。
其中Re是DC电阻，Le是电感，Bl是换能器201的力因数。
公式1可以重新整理以计算扬声器的偏移x，如公式2所示。
x＝1/Bl∫(Vin-Re·I-Le·dI/dt)dt (2)
因此，尽管可能无法从模型计算来预测反EMF的变化，但是此信息可以从发送至扬声器或换能器的电气信号反映出来。通过分析电气信号，可以计算扬声器或换能器的实时偏移，且将其与预测偏移进行比较。然后，可以将x的值输出为第一值C1。
图4a例示了对于包括单频音调的输出信号AOUT，第一预测值CP1根据时间变化的图表。图4b例示了对于包括单频音调的输出信号AOUT，第一值C1根据时间变化的图表。如可以看到的，第一预测值CP1的最大偏移保持恒定，这与音调输入信号所期望的那样。然而，第一值C1的最大值变化。特别地，在此实施例中，设备100在以下时刻被挤压：12s、30s和45s，并且在以下时刻被释放：20s、38s和55s。如可以看到的，对设备100进行挤压减小了换能器201的偏移，且释放设备100(虽然最初导致换能器201的偏移的略微减小)导致了偏移增加。在挤压事件和释放事件之后，偏移自然会随着后容积中的空气压力校正而校正。
DC偏置是一种非线性现象，因此将需要一个非线性模型来对其进行全面描述。然而，此模型中所使用的方程(1)和(2)是线性的。因此，此直接位移模型可以被用于检测DC偏置中的变化何时发生，而不必提供DC偏置的幅度的准确指示。
返回至图3，然后可以将第一值C1和第一预测值CP1输入到确定块202内的比较块304中。比较块304可以被配置为确定第一值C1和第一预测值CP1之间的差。例如，比较块304可以包括减法模块305，该减法模块305被配置为接收第一值C1和第一预测值CP1且输出第一值C1和第一预测值CP1之间的差。如果第一值C1和第一预测值CP1之间存在差，则此差可以指示反EMF中的变化，因为扬声器的偏移与基于输出信号AOUT的预测不匹配。换句话说，换能器的偏移因此不仅仅是由输出信号AOUT引起的。
第一值C1和第一预测值CP1之间的差也可以被称为DC偏置或偏置值。DC偏置值可以表示换能器已经从其在设备内的平衡位置移动了多少。
在一些实施例中，比较块可以包括阈值块306，该阈值块306被配置为将DC偏置与阈值进行比较。响应于DC偏置大于阈值，确定块可以被配置为确定换能器已经从平衡位置移动，且响应于差小于阈值，确定块可以被配置为确定换能器尚未从平衡位置移动。
响应于此确定，增益调整块203可以调整由放大器204施加至输入信号AIN的增益，以生成输出信号AOUT。增益调整块203可以被配置为响应于确定换能器已经从平衡位置移动而减小由放大器204施加至输入信号AIN的增益。例如，在一些实施例中，增益调整块203可以被配置为接收DC偏置值，且可以直接基于DC偏置的值来调整增益。例如，如果DC偏置的值较大，则增益调整块204可以使放大器204对输入信号AIN施加更多的衰减，以生成输出信号AOUT。
然而，在图3中所例示的实施方案中，响应于DC偏置值大于阈值，DC偏置值被输出至增益调整块203。响应于DC偏置值小于阈值，确定块202将用于偏置的零值输出至增益调整块203。
增益调整块203然后可以被配置为基于输入信号AIN来确定特性的第二预测值CP2。此第二预测值CP2预测由于待输入至换能器201中的输入信号AIN而引起的换能器201的偏移。第二预测值CP2可以由第二预测模型块307以与第一预测值CP1类似的方式来计算，但是可以基于输入信号AIN而非输出信号AOUT来计算。阈值的使用防止了输入信号对于小偏移(例如，在算法可以校正它们之前，可能恢复的小偏移)的任何不必要的衰减。
当DC偏置的大小较小且可能由与挤压无关的其他因素(例如，传感器测量中的噪声)引起时，阈值可以被用来防止衰减。
增益调整块203也可以被配置为通过将所接收的DC偏置值与第二预测值CP2相加来确定特性的第三预测值CP3。如之前所描述的，可以从比较块304接收DC偏置值。替代地，DC偏置可以从安装在设备上的换能器的特性导出。由挤压事件或释放事件所导致的DC偏置的幅度的典型值可以被确定，且可以在无论何时达到阈值时被用作最坏情况的DC偏置。预测值CP3的值然后可以表示由于待输入至换能器201的输入信号AIN以及由反EMF中的变化所引起的任何偏移(由反EMF的变化引起的任何偏移由DC偏置值表示)所导致的换能器201的总预测偏移。
然后，可以将换能器的偏移的此第三预测值输入至偏移限制块303中。当第三预测值CP3指示换能器的偏移太高时，偏移限制块303可以通过减小由放大器204施加至输入信号AIN的增益来限制换能器的总偏移。通过将DC偏置值包括在第三预测值CP3中，当由于反EMF中的变化引起换能器201的进一步偏移时，偏移限制块303可以使放大器204增加施加至输入信号AIN的衰减。
因此，此增加的衰减避免了换能器201的过度偏移，从而避免了换能器与设备100的外壳或设备100内的其他部件之间的碰撞。
由于与偏移有关的音频失真迅速发生，且作为反应性响应的消除具有非常短的时间容差，因此可以通过实时调谐环境中的试验来确定适当的音频输出增益。音频失真的消除的性能也可能与偏移保护算法的设计有关。例如，确定何时启用偏移保护的阈值以及增益衰减机制都可能影响消除性能。因此，对于音频失真消除的调谐过程，也可以考虑偏移保护机制。
还应理解，在一些实施例中，换能器的特性包括后容积中的空气压力。在这些实施例中，监测信号SM可以包括对后容积中的空气压力的实时测量，该实时测量可以例如从定位成测量后容积中的压力的压力传感器接收。
在这些实施例中，特性的第一值C1可以包括对空气压力的实时测量，且特性的第一预测值CP1可以包括基于输出音频信号AOUT对后容积中的空气压力的建模估计。在这些实施例中，第一值和第一预测值之间的压力差可以被用于估计由反EMF的变化所引起的DC偏置偏移，例如使用由换能器201调谐期间的试验所生成的固定模型。然而，在一些实施例中，压力差可以被输出至增益调整块203，该增益调整块203可以基于与反EMF压力以及偏移有关的预定模型来调整由放大器204施加至输入信号的增益。
由于与换能器201连接的电路系统中的延迟，第一值C1与第一预测值CP1可能不是时间对准的。同时，偏移或反EMF变化可能以相对高的变化率瞬时变化，因此第一预测值CP1和第一值C1之间的瞬时差可能具有大的高频尖峰。因此，可以在一段检测时间内对第一值C1和第一预测值CP1之间的差进行低通滤波，从而避免对反EMF中的变化的错误肯定或错误否定。此低通滤波器的设计可以依赖于计算复杂度、时间响应以及感兴趣的频带的要求。在一些实施方案中，如果第一值C1和第一预测值CP1之间的低通滤波差在某个时间段上超过用于比较的阈值，则可以设置一个标志位来指示反EMF中的变化。
可以添加更多参数来增加用于检测反EMF中的变化何时发生的检测算法的鲁棒性。例如，在确定反EMF中的变化是否发生之前，在一段时间内累积多个检测标志位以与某个阈值进行比较，可以降低高频噪声，从而可以保护音频性能免遭来自偏移保护的突然的增益变化。然而，在标志位计数器和响应时间之间存在折衷方案。通常，较高的标志位计数器阈值减少了对失真事件的错误检测且实现了更高的鲁棒性，同时降低了响应速度，因为需要更长的时间来处理电信号。
图5是通过线500所指示的第一值C1与第一预测值CP1之间的差根据时间变化的图表。还通过线501指示失真发生的时间。线502指示第一值C1和第一预测值CP1之间的差何时大于预定阈值，例如0.045mm。
图6是例示了用于对设备的换能器中的反电动势的变化进行补偿的方法的流程图，其中换能器由输出信号驱动，且换能器的后容积由设备内的壳体形成。该方法可以由如上面所描述的补偿模块200来执行。
在步骤601中，该方法包括接收输入信号，其中输入信号被连接以通过放大器驱动换能器。
在步骤602中，该方法包括基于换能器的特性来确定换能器已经从设备内的平衡位置移动。
在步骤603中，基于该确定，该方法包括调整由放大器施加至输入信号的增益，以生成输出信号。
总之，提供了一种方法和装置，以补偿由于换能器中的反EMF的变化所引起的音频失真。该方法针对给定的音频输出来计算换能器的特性的第一预测值，获得换能器的实时特性的第一值，且估计一个差作为对已经发生反EMF中的变化的指示。换能器的特性可以包括换能器的偏移、后容积中的空气压力或者反映反EMF变化的且与反EMF有关的任何其他信号。如果反EMF变化发生，则施加至音频信号的输出增益会相应衰减，以避免可能的音频失真。
这种方法是鲁棒的、可调谐的且快速作用的。本文中所描述的实施方案还可以利用现有的偏移保护机制，从而不需要额外的算法开发和计算。
在下面的段落中描述了其他实施方案。
段落
1.一种处理智能设备内的换能器反电动势变化的方法，其中所述换能器由放大器驱动且使用所述智能设备的内部开放空间作为后容积，该方法包括：
使用来自所述放大器的监测信号来估计所述换能器的第一签名值；
使用所述签名值的换能器模型以及所述换能器的换能器输入来估计所述换能器的第二签名值；以及
比较所述第一签名值以及第二值，以确定换能器后容积中的变化是否发生。
2.根据段落1所述的方法，包括：响应于确定换能器反电动势中的变化，直接地调整输出音频增益。
3.根据段落1所述的方法，包括：响应于确定换能器反电动势中的变化，调整预测签名值以及实时签名值反馈之间的偏置。
4.根据段落1所述的方法，其中所述第一签名值是经实时估计的偏移或空气压力，且第二偏移是经预测的偏移或空气压力。
5.根据段落1所述的方法，其中所述监测信号是电压监测信号和电流监测信号。
6.根据段落1所述的方法，其中所述监测信号是来自激光设备的经测量的偏移信号。
7.根据段落1所述的方法，其中所述监测信号是来自压力传感器设备的经测量的空气压力。
应注意，上文所提及的实施方案例示而非限制本发明，在不偏离随附权利要求的范围的前提下，本领域技术人员将能够设计许多替代实施方案。词语“包括”不排除除了在权利要求中列出的那些元件或步骤之外的元件或步骤的存在，“一”或“一个”不排除多个，且单个特征或其他单元可以实现权利要求中所列举的若干单元的功能。权利要求中的任何附图标记或参考标注不应被解释为限制所述权利要求的范围。术语诸如“放大”或“增益”包括可能将小于1的缩放因子施加到信号。
当然，应理解，如上面所描述的模拟调节电路的多个实施方案或其多个块或部分可以与其另外的块或部分或与主机设备的其他功能被共同集成在诸如智能编解码器的集成电路上。
因此，本领域技术人员将认识到，上文所描述的装置和方法的一些方面可以体现为例如位于非易失性载体介质(诸如，磁盘、CD-ROM或DVD-ROM、程序化存储器诸如只读存储器(固件))上或位于数据载体(诸如，光学信号载体或电信号载体)上的处理器控制代码。对于许多应用，本发明的实施方案将被实施在DSP(数字信号处理器)、ASIC(专用集成电路)或FPGA(现场可编程门阵列)上。因此，代码可以包括常规程序代码或微代码或例如用于设立或控制ASIC或FPGA的代码。代码还可以包括用于动态地配置可重新配置的装置(诸如，可重新编程逻辑门阵列)的代码。类似地，代码可以包括用于硬件描述语言(诸如，VerilogTM或VHDL(超高速集成电路硬件描述语言))的代码。如本领域技术人员将理解，代码可以被分布在彼此通信的多个经耦合的部件之间。在适当的情况下，还可以使用在现场可(重新)编程模拟阵列或类似的设备上运行以配置模拟硬件的代码来实施所述实施方案。
应理解，尤其是受益于本公开内容的本领域普通技术人员应理解，本文所描述的多种操作，尤其是与附图相关的多种操作，可以由其他电路或其他硬件部件来实施。可以改变执行给定方法的每一操作的次序，且可以对本文中所例示的系统的多种元件进行添加、重新排序、组合、省略、修改等。意图是，本公开内容包括所有这样的修改和改变，因此，上面的描述应被认为是例示性而非限制性的。
类似地，尽管本公开内容参考了特定实施方案，但是可以在不背离本公开内容的范围和覆盖范围的情况下，对那些实施方案进行某些修改和改变。此外，本文中关于特定实施方案所描述的任何益处、优势或问题的解决方案均不旨在被解释为元件的关键、必需或必要特征。
同样地，受益于本公开内容的其他实施方案对于本领域普通技术人员将是显而易见的，且这样的实施方案应被认为是本文所包含的。
Claims (29)
1.一种用于对设备的换能器中的反电动势的变化进行补偿的方法，其中所述换能器由放大器所输出的输出信号驱动，且所述换能器的后容积由所述设备内的壳体形成，所述方法包括：
接收输入信号，其中所述输入信号被连接以通过所述放大器驱动所述换能器；
基于所述换能器的特性来确定所述换能器已经从所述设备内的平衡位置移动；以及
基于所述确定，调整由所述放大器施加至所述输入信号的增益，以生成所述输出信号。
2.根据权利要求1所述的方法，其中确定的步骤包括：
接收监测信号，且基于所述监测信号来确定所述换能器的所述特性的第一值；
基于所述输出信号来确定所述换能器的所述特性的预测值；
比较所述第一值与所述预测值；以及
基于所述比较，确定所述换能器是否已经从所述设备内的平衡位置移动。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述特性包括所述换能器的膜片的偏移。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述监测信号包括从激光设备所接收的信号，所述激光设备被定位以测量所述换能器的膜片的偏移。
5.根据权利要求3所述的方法，其中所述监测信号包括通过所述换能器的电流信号。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述监测信号包括通过所述换能器的电压信号。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述方法还包括基于所述电流信号以及所述电压信号来计算所述第一值。
8.根据权利要求2所述的方法，其中所述特性包括所述后容积中的空气压力水平。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述监测信号包括对所述后容积中的空气压力的实时测量。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述监测信号从压力传感器接收。
11.根据权利要求2所述的方法，其中比较的步骤包括：
确定所述第一值与所述第一预测值之间的差，
将所述差与一个阈值进行比较，
响应于所述差大于所述阈值，确定所述换能器已经从所述平衡位置移动，以及
响应于所述差小于所述阈值，确定所述换能器尚未从所述平衡位置移动。
12.根据权利要求2所述的方法，其中调节增益的步骤包括：
基于所述输入信号来确定所述特性的第二预测值；
通过基于与所述第二预测值的比较添加一个偏置来确定所述特性的第三预测值；以及
基于所述第三预测值来调整由所述放大器施加至所述输入信号的所述增益。
13.根据权利要求1所述的方法，其中调整所述增益的步骤包括：
响应于确定所述换能器已经从所述平衡位置移动来减小由所述放大器施加至所述输入信号的增益。
14.一种补偿模块，所述补偿模块用于对设备的换能器中的反电动势变化进行补偿，其中所述换能器由放大器所输出的输出信号驱动，且所述换能器的后容积由所述设备内的壳体形成，所述补偿模块包括：
用于接收输入信号的输入，其中所述输入信号被连接以通过所述放大器驱动换能器；
确定块，被配置为基于所述换能器的特性来确定所述换能器已经从所述设备内的平衡位置移动；以及
增益调整块，被配置为基于所述确定，调整由所述放大器施加至所述输入信号的增益，以生成所述输出信号。
15.根据权利要求14所述的补偿模块，其中所述确定块被配置为：
接收监测信号，
基于所述监测信号来确定所述换能器的所述特性的第一值；
基于所述输出信号来确定所述换能器的所述特性的预测值；
比较所述第一值与所述预测值；以及
基于所述比较，确定所述换能器是否已经从所述设备内的平衡位置移动。
16.根据权利要求15所述的补偿模块，其中所述特性包括所述换能器的膜片的偏移。
17.根据权利要求15所述的补偿模块，其中所述监测信号包括从激光设备所接收的信号，所述激光设备被定位以测量所述换能器的膜片的偏移。
18.根据权利要求15所述的补偿模块，其中所述监测信号包括通过所述换能器的电流信号。
19.根据权利要求18所述的补偿模块，其中所述监测信号包括通过所述换能器的电压信号。
20.根据权利要求19所述的补偿模块，其中所述确定模块还被配置为基于通过所述换能器的电流信号以及电压信号来计算所述第一值。
21.根据权利要求15所述的补偿模块，其中所述特性包括所述后容积中的空气压力水平。
22.根据权利要求21所述的补偿模块，其中所述监测信号包括所述后容积中的空气压力的实时测量。
23.根据权利要求22所述的补偿模块，其中所述监测信号从压力传感器接收。
24.根据权利要求15所述的补偿模块，其中所述确定块包括比较块，所述比较块被配置为：
确定所述第一值与所述预测值之间的差，以及
将所述差与一个阈值进行比较，其中
响应于所述差大于所述阈值，所述确定块被配置为确定所述换能器已经从所述平衡位置移动，以及
响应于所述差小于所述阈值，所述确定块被配置为确定所述换能器尚未从所述平衡位置移动。
25.根据权利要求15所述的补偿模块，其中所述增益调整块被配置为：
基于所述输入信号来确定所述特征的第二预测值；
通过基于与所述第二预测值的比较添加一个偏置来确定所述特性的第三预测值；以及
基于所述第三预测值来调整由所述放大器施加至所述输入信号的所述增益。
26.根据权利要求14所述的补偿模块，其中所述增益调整块被配置为：
响应于确定所述换能器已经从所述平衡位置移动，减小由所述放大器施加至所述输入信号的增益。
27.一种集成电路，包括：
用于对设备的换能器中的反电动势变化进行补偿的补偿模块，其中所述换能器由放大器所输出的输出信号驱动，且所述换能器的后容积由设备内的壳体形成，所述补偿模块包括：
用于接收输入信号的输入，其中所述输入信号被连接以通过所述放大器驱动所述换能器；
确定块，被配置为基于所述换能器的特性来确定所述换能器已经从所述设备内的平衡位置移动；以及
增益调整块，被配置为基于所述确定，调整由所述放大器施加至所述输入信号的增益，以生成所述输出信号。
28.一种包括集成电路的电子装置，其中所述集成电路包括：
用于对设备的换能器中的反电动势变化进行补偿的补偿模块，其中所述换能器由放大器所输出的输出信号驱动，且所述换能器的后容积由所述设备内的壳体形成，所述补偿模块包括：
用于接收输入信号的输入，其中所述输入信号被连接以通过所述放大器驱动所述换能器；
确定块，被配置为基于所述换能器的特性来确定所述换能器已经从所述设备内的平衡位置移动；以及
增益调整块，被配置为基于所述确定，调整由所述放大器施加至所述输入信号的增益，以生成所述输出信号。
29.根据权利要求28所述的电子装置，其中所述装置是以下中的至少一个：便携式设备；电池供电设备；计算设备；通信设备；游戏设备；移动电话；个人媒体播放器；膝上型计算设备、平板计算设备或笔记本计算设备。
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Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0721099A2 (en) * | 1995-01-03 | 1996-07-10 | Motorola, Inc. | Sensor circuit and method for compensation |
| CN103763659A (zh) * | 2013-12-31 | 2014-04-30 | 立锜科技股份有限公司 | 扬声器的驱动讯号的产生装置及方法 |
Family Cites Families (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20040086140A1 (en) | 2002-11-06 | 2004-05-06 | Fedigan Stephen John | Apparatus and method for driving an audio speaker |
| EP2355542B1 (en) * | 2010-02-04 | 2012-09-12 | Nxp B.V. | Control of a loudspeaker output |
| US8194869B2 (en) * | 2010-03-17 | 2012-06-05 | Harman International Industries, Incorporated | Audio power management system |
| WO2013183102A1 (ja) * | 2012-06-04 | 2013-12-12 | 三菱電機株式会社 | 信号処理装置 |
| GB2546682B (en) * | 2015-06-22 | 2019-01-02 | Cirrus Logic Int Semiconductor Ltd | Loudspeaker protection |
| KR101725728B1 (ko) * | 2016-05-30 | 2017-04-13 | 김중배 | 모션 피드백 기능을 갖는 차동 스피커 장치 |
| US10149051B2 (en) * | 2016-05-31 | 2018-12-04 | Avago Technologies International Sales Pte. Limited | System and method for loudspeaker protection |
| US10341768B2 (en) * | 2016-12-01 | 2019-07-02 | Cirrus Logic, Inc. | Speaker adaptation with voltage-to-excursion conversion |
| US10284950B2 (en) * | 2017-01-27 | 2019-05-07 | Cirrus Logic, Inc. | Speaker enclosure status |
| US10321231B2 (en) * | 2017-09-27 | 2019-06-11 | Google Llc | Detecting and compensating for pressure deviations affecting audio transducers |
| US10200003B1 (en) * | 2017-10-03 | 2019-02-05 | Google Llc | Dynamically extending loudspeaker capabilities |
| US10419855B2 (en) * | 2017-11-30 | 2019-09-17 | Apple Inc. | Cooling for audio appliances |
-
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-
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Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0721099A2 (en) * | 1995-01-03 | 1996-07-10 | Motorola, Inc. | Sensor circuit and method for compensation |
| CN103763659A (zh) * | 2013-12-31 | 2014-04-30 | 立锜科技股份有限公司 | 扬声器的驱动讯号的产生装置及方法 |
Also Published As
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