CN117714951A - 扬声器的非线性控制方法、扬声器以及电子设备 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种扬声器的非线性控制方法、扬声器以及电子设备。该扬声器的非线性控制方法包括：在第一音频信号驱动扬声器的情况下，获取扬声器的主音圈的实际响应，其中，实际响应由扬声器的辅助音圈移动过程中产生的第一电压信号确定，第一音频信号是第二输入信号至少经过非线性补偿得到的信号。主音圈和扬声器的辅助音圈非电性固定连接，在根据第一音频信号驱动扬声器的情况下，主音圈移动并带动辅助音圈移动；根据主音圈的目标响应和实际响应对第一输入信号进行非线性补偿，得到第二音频信号；根据第二音频信号驱动扬声器，从而提高扬声器的音质。
Description
技术领域
本申请属于音频处理技术领域，尤其涉及一种扬声器的非线性控制方法、扬声器以及电子设备。
背景技术
扬声器为一种电声换能装置，用于将电信号转换为声音信号进行输出，从而实现音频播放。受扬声器内部的非线性因素的影响，扬声器为一个非线性系统，这使得扬声器最终输出的声音信号中包含与音频信号的幅度不成呈线性比例的非线性分量，从而产生谐波失真(total harmoiic distortioi，THD，也称为非线性失真)，极大地降低了扬声器的音质，带来较差的听觉体验。
扬声器的非线性控制一直是业界的研究热点。非线性控制的目标在于使得扬声器实现或尽量实现线性输出，抑制非线性分量的输出，从而抑制谐波失真(也称为非线性失真)，提高扬声器的音质。目前常用的非线性控制方案为使用扬声器的非线性参数(例如力因数、劲度系数、阻尼系数、振动质量系数等)对电信号进行非线性补偿。
发明内容
本申请提供了一种扬声器的非线性控制方法、扬声器以及电子设备，可以实现扬声器的非线性控制，从而抑制扬声器的谐波失真，提高扬声器的音质。
第一方面，本申请实施例提供一种扬声器的非线性控制方法。该扬声器的非线性控制方法包括：电子设备在第一音频信号驱动扬声器的情况下，获取主音圈的实际响应。其中，实际响应由扬声器的辅助音圈移动过程中产生的第一电压信号确定，第一音频信号是第二输入信号至少经过非线性补偿得到的信号。主音圈和扬声器的辅助音圈非电性固定连接，即辅助音圈和主音圈固定连接在一起，但是辅助音圈和主音圈之间非电性连接，在此情况下，辅助音圈不接收驱动信号。在第一音频信号驱动扬声器的情况下，主音圈移动并带动辅助音圈移动。电子设备根据目标响应和实际响应对第一输入信号进行非线性补偿，得到第二音频信号；根据第二音频信号驱动扬声器。
该扬声器的非线性控制方法中，使用主音圈的实际响应和目标响应对第一输入信号进行非线性补偿，利用了反馈控制的原理，形成了闭环控制。具体来说，反馈控制的基本原理是：首先，利用反馈控制系统的输出被测量(此处为主音圈的实际响应)与期望的输出(此处为主音圈的目标响应)干预反馈控制系统的输入(此处为第一输入信号)，使输出(此处为主音圈在扬声器被第二音频信号驱动的情况下的实际响应)接近期望的输出(此处为主音圈在扬声器被第二音频信号驱动的情况下的目标响应)。这个过程是一个循环，不断地进行直到输出达到期望的水平。需要说明的是，由于扬声器为一个非线性控制系统，因此实际响应包含非线性响应和线性响应。当主音圈在扬声器被第二音频信号驱动的情况下的实际响应接近目标响应(目标响应为线性响应)时，代表主音圈的非线性响应得到抑制。如此，扬声器的非线性失真被抑制，扬声器的音质得以提升。
需要说明的是，现有技术中使用扬声器的非线性参数进行非线性补偿涉及大量的非线性参数的应用，需要对每个非线性参数设计模型和算法进行求解，这会涉及到大量且复杂的计算，计算相当复杂。并且，涉及到的非线性参数越多，非线性参数出现不准确的可能性越大，且产品一致性也越不好控制，这就使得扬声器的非线性控制效果差。而该扬声器的非线性控制方法中，由于实际响应是扬声器受各方面非线性因素作用的综合结果，因此通过引入实际响应，便可以抑制扬声器由于各方面的非线性因素导致的非线性失真，无需涉及大量的非线性参数，自然也就不涉及大量复杂的运算。并且，由于无需涉及大量的非线性参数，也就不存在由非线性参数多而导致的非线性控制效果差的情况。
此外，该扬声器的非线性控制方法中，由于辅助音圈和主音圈非电性固定连接，辅助音圈可以在主音圈的带动下移动并切割磁感线，从而产生第一电压信号。可见，辅助音圈的第一电压信号是由主音圈驱动而产生的，因此，辅助音圈产生的第一电压信号与主音圈的实际响应息息相关。因此，本实施例中通过采集辅助音圈产生的第一电压信号，可以获得主音圈的实际响应，从而可以实现对第一输入信号的非线性补偿。如此，利用输出的第二音频信号去驱动扬声器，可以使得扬声器输出的声音信号的非线性分量得以抑制，从而可以提升扬声器的音质。
在一些实施例中，第一输入信号为第i+1时刻的输入信号；第二输入信号为第i时刻的输入信号：i为正整数。主音圈的目标响应为主音圈在第i时刻的目标响应；主音圈的实际响应为主音圈在第i时刻的实际响应。
也就是说，在对第i+1时刻的输入信号进行非线性补偿时，利用主音圈在第i时刻(即第i+1时刻的前一时刻)的目标响应和实际响应进行补偿。应理解，主音圈在前一时刻(比如第i时刻)的实际响应可以表征扬声器当时的非线性特性。因此，通过引入主音圈在前一时刻的实际响应和目标响应对第i+1时刻的第一输入信号进行非线性补偿，可以实现扬声器的非线性分量抑制。
在另一些实施例中，第一输入信号为第i+1时刻的输入信号；第二输入信号为第i时刻至第i-p时刻的输入信号；i为正整数，p为小于i的正整数。主音圈的目标响应由主音圈在第i-p时刻的目标响应至主音圈在第i时刻的目标响应确定；主音圈的实际响应由主音圈在第i时刻的实际响应至主音圈在第i-p时刻的实际响应确定。
也就是说，在对第i+1时刻的输入信号进行非线性补偿时，利用主音圈在第i-p时刻至第i时刻(即第i+1时刻的前多个时刻)的目标响应和实际响应进行补偿。相比于引入前一时刻的目标响应和实际响应对第一输入信号进行非线性补偿，引入前多个时刻的目标响应和实际响应进行非线性补偿，可以避免单一时刻的数据的偶然性，可以使得对扬声器的非线性控制更加稳定。
示例性地，目标响应为目标速度响应；实际响应为实际速度响应。
应理解，在第二输入信号为第i时刻的输入信号的情况下，目标速度响应可以为主音圈在第i时刻的目标速度响应，实际速度响应可以为主音圈在第i时刻的实际速度响应；在第二输入信号为第i-p时刻至第i时刻的输入信号的情况下，目标速度响应可以为主音圈在第i-p时刻的目标速度响应至第i时刻的目标速度响应；实际速度响应可以为主音圈在第i时刻的实际速度响应，也可以为主音圈在第i-p时刻的实际速度响应至第i时刻的目标速度响应。
其中，以主音圈在第i时刻的目标速度响应和实际速度响应为例，在一些实施例中，主音圈在第i时刻的目标速度响应可以为主音圈在第i时刻的目标速度和输入电压的比值，主音圈在第i时刻的实际速度响应可以为主音圈在第i时刻的实际速度和输入电压的比值；在另一些实施例中，主音圈在第i时刻的目标速度响应可以为主音圈在第i时刻的目标速度，主音圈在第i时刻的实际速度响应可以为主音圈在第i时刻的实际速度。
在一些实施例中，上述主音圈在第i时刻的目标速度响应由主音圈在第i时刻的力因数线性项、主音圈在第i时刻的直流阻抗以及主音圈在所述第i时刻的机械阻抗确定。
具体地，若忽略电感的作用，上述主音圈在第i时刻的目标速度响应可以基于如下等式确定：其中，/>为主音圈在第i时刻的目标速度响应；BL1(si)为主音圈在第i时刻的力因数线性项；Rei为主音圈在第i时刻的直流阻抗；Zmi为主音圈在第i时刻的机械阻抗。
在一些实施例中，上述主音圈在第i时刻的实际速度响应由所述辅助音圈在所述第i时刻的力因数、所述第i时刻的输入信号以及所述第一电压信号(即辅助音圈的反向电动势)确定。
具体地，上述主音圈在第i时刻的实际速度响应可以基于如下等式确定：辅助音圈中的电流为0，其中，/>为主音圈在第i时刻的实际速度响应，V0i为主音圈在第i时刻的实际速度，V1i为辅助音圈在第i时刻的实际速度，V0i＝V1i；BL2(si)为辅助音圈在第i时刻的力因数；Uei为第一电压信号的电压值，即辅助音圈的反向电动势的电压值；Ui为第二输入信号的电压值。
可选地，第一电压信号包括第一外电压信号和第一内电压信号。实际响应由第一内电压信号的电压值和第一外电压信号的电压值的差值确定；其中，第一外电压信号为辅助音圈的外音圈在主音圈的带动下移动时产生的电压信号；第一内电压信号为辅助音圈的内音圈在主音圈的带动下移动时产生的电压信号；辅助音圈的外音圈套设在辅助音圈的内音圈的外侧。
应理解，外音圈和内音圈在主音圈的带动下移动切割磁感线，因此会产生上述第一外电压信号和上述第一内电压信号。可见，外音圈的第一外电压信号和内音圈的第一内电压信号是由主音圈驱动而产生的，因此，外音圈产生的第一外电压信号和内音圈产生的第一内电压信号与主音圈的实际响应息息相关，自然，外音圈产生的第一外电压信号和内音圈产生的第一内电压信号的差值也与主音圈的实际响应息息相关。因此，本实施例中通过第一内电压信号的电压值与第一外电压信号的电压值的差值，可以获得主音圈的实际响应，从而可以实现对第一输入信号的非线性补偿。如此，利用输出的第二音频信号去驱动扬声器，可以使得扬声器输出的第二声音信号的非线性分量得以抑制，从而可以提升扬声器的音质。
在一些实施例中，以实际响应为实际速度响应(主音圈的实际速度响应的定义参见上述内容)为例，主音圈在第i时刻的实际速度响应可以基于辅助音圈在第i时刻的力因数、第一内电压信号的电压值与第一外电压信号的电压值的差值以及第二输入信号的电压值确定。
具体地，主音圈在第i时刻的实际速度响应可以基于如下等式确定：其中，/>为主音圈在第i时刻的实际速度响应；BL2(si)为辅助音圈在第i时刻的力因数；ΔUei为第一内电压信号的电压值与第一外电压信号的电压值的差值；Ui为第二输入信号的电压值；ΔBL2(si)为内音圈在第i时刻的力因数和外音圈在第i时刻的力因数的差值。需要说明的是，内音圈在第i时刻所处位置的磁感应强度和外音圈在第i时刻所处位置的磁感应强度近似常数，通过调整内音圈的导线长度和外音圈的导线长度相同，可以使得ΔBL2(si)近似常数，从而可以取常数计算主音圈在第i时刻的实际速度响应。如此，可以避免对上述辅助音圈的力因数BL2(si)的复杂计算，避免对非线性参数的应用。
第二方面，本申请实施例提供一种扬声器。该扬声器包括：磁路单元、主音圈、辅助音圈。具体实施过程中，扬声器还包括更多的部件。此处仅示出了该实施例涉及到的部件。其中，磁路单元用于产生磁场。主音圈，处于磁路单元产生的磁场中。主音圈用于接收第一音频信号，并在第一音频信号的驱动下移动。辅助音圈与主音圈非电性固定连接，且辅助音圈处于磁路单元产生的磁场中，辅助音圈用于在主音圈的带动下移动产生第一电压信号。其中，第一电压信号用于补偿第一输入信号，以获得用于驱动扬声器的第二音频信号。
该扬声器中，由于辅助音圈和主音圈非电性固定连接，辅助音圈可以在主音圈的带动下移动并切割磁感线，从而产生第一电压信号。可见，辅助音圈的第一电压信号是由主音圈驱动而产生的，因此，辅助音圈产生的第一电压信号与主音圈的实际响应息息相关。因此，本辅助音圈产生的第一电压信号可以用于确定主音圈的实际响应，以实现对第一输入信号的非线性补偿。如此，利用输出的第二音频信号去驱动扬声器，可以使得扬声器输出的第二声音信号的非线性分量得以抑制，从而可以提升扬声器的音质。
可选地，辅助音圈包括内音圈和外音圈；外音圈套设在内音圈外侧。内音圈用于在主音圈的带动下移动以产生第一内电压信号；外音圈用于在主音圈的带动下移动以产生第一外电压信号。其中，第一内电压信号和第一外电压信号的差值用于补偿第一输入信号。该实施例的实施效果可以参照第一方面中相应实施例的效果描述。
在一些实施例中，外音圈的第一端和内音圈的第一端耦接；外音圈的第一端和内音圈的第一端互为异相端。外音圈的第二端或内音圈的第二端用于输出第一内电压信号和第一外电压信号的差值。需要说明的是，当外音圈和内音圈的异相端相连时，剩余的异相端的电位为两者的感应电动势之差。如此，外音圈的第二端或内音圈的第二端可以输出上述ΔUei，如此，通过一个电压传感器与外音圈的第二端或内音圈的第二端耦接，便可以直接获得上述ΔUei。相比于通过两个电压传感器分别采集内音圈产生的第一内电压信号以及外音圈产生的第一外电压信号，然后再作差得到ΔUei的方案而言，该实施例仅需一个电压传感器，并且在无需对Ueii和Ueoi作差的情况下，便可获得得到上述ΔUei，这使得对扬声器的非线性控制更加简洁。
第三方面，本申请实施例提供一种电子设备。该电子设备包括存储器、处理器以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现如第一方面及其任一种可能的设计方式中的方法。
可以理解地，第三方面所述的技术方案所能达到的有益效果，可参考如第一方面及其任一种可能的设计方式中电子设备的有益效果，此处不再赘述。
第四方面，本申请实施例提供一种电子设备。该电子设备包括如第二方面及其任一种可能的设计方式中的扬声器；电子设备还包括控制单元。其中，该控制单元与扬声器耦接；控制单元用于获取扬声器的辅助音圈产生的第一电压信号，根据第一电压信号补偿第一输入信号。
作为一种示例，控制单元用于获取扬声器的辅助音圈产生的第一电压信号，根据第一电压信号补偿第一输入信号，具体为：控制单元用于获取扬声器的辅助音圈产生的第一电压信号，根据第一电压信号确定主音圈的实际响应，根据主音圈的实际响应和目标响应对第一输入信号进行非线性补偿。
可以理解地，第四方面所述的技术方案所能达到的有益效果，可参考如第二方面及其任一种可能的设计方式中电子设备的有益效果，此处不再赘述。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种电子设备的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的一种扬声器的非线性控制系统的原理框图；
图3为本申请实施例提供的一种更为详细的非线性控制系统的原理框图；
图4为本申请实施例提供的另一种更为详细的非线性控制系统的原理框图；
图5为本申请实施例提供的一种非线性控制方案的原理示意图；
图6为本申请实施例提供的另一种非线性控制方案的原理示意图；
图7为本申请实施例提供的一种扬声器的结构示意图；
图8为本申请实施例提供的一种扬声器的非线性控制方法的流程图；
图9为本申请实施例提供的另一种扬声器的结构示意图；
图10为图9所示的外音圈和内音圈的磁感应强度B与位移s的B-s曲线图；
图11为图9所示的内音圈和外音圈的一种可能的绕线方式的示意图。
具体实施方式
为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。本申请实施例涉及的术语“耦接”，可以是直接的电性连接，也可以是通过中间媒介间接的电性连接。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
需要说明的是，本申请实施例中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本申请中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其他实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。
首先对本申请实施例涉及的相关名词进行解释。
一、非线性因素
非线性因素是由于扬声器的硬件结构(例如扬声器的小尺寸等结构特点)而导致其输出音质产生非线性失真的因素。导致非线性失真的非线性因素包括但不限于如下三个方面：音圈的力因数的非线性、结构刚度的非线性和阻尼的非线性。
二、扬声器的非线性参数，可以理解为非线性因素的量化。扬声器的非线性参数包括但不限于力因数BL(s)、劲度系数Kms(s)、阻尼系数Rms(v)、振动质量Mms(s)。
其中，s是扬声器的位移，v是扬声器的速度。本申请实施例中，扬声器的位移是指纸盆/振膜的位移，扬声器的速度是指扬声器的纸盆/振膜的位移。应理解，扬声器的纸盆/振膜由扬声器的音圈带动同步往复运动，因此，s也为扬声器的音圈的位移，v也为扬声器的音圈的速度。
力因数BL(s)、劲度系数Kms(s)、阻尼系数Rms(v)以及振动质量Mms(s)不是一个常数。力因数BL(s)、劲度系数Kms(s)以及振动质量Mms(s)是一个随s变化而呈非线性变化的量，阻尼系数Rm(v)是一个随v变化而呈非线性变化的量，可以分别通过如下多项式表示：
其中，j＝0，1，2，...，N。系数b0称为力因数线性项，系数b1为力因数BL(s)的一阶系数，系数b2为力因数BL(s)的二阶系数，系数b3为力因数BL(s)的三阶系数，以此类推。
其中，系数k0称为劲度系数线性项，系数k1为劲度系数Kms(s)的一阶系数，系数k2为劲度系数Kms(s)的二阶系数，系数k3为劲度系数Kms(s)的三阶系数，以此类推。
其中，系数r0称为阻尼系数线性项，系数r1为阻尼系数Rms(v)的一阶系数，系数r2为阻尼系数Rms(v)的二阶系数，系数r3为阻尼系数Rms(v)的三阶系数，以此类推。
其中，系数m0称为振动质量线性项，系数m1为振动质量Mms(s)的一阶系数，系数m2为振动质量Mms(s)的二阶系数，系数m3为振动质量Mms(s)的三阶系数，以此类推。
三、音圈的力因数BL(s)
音圈的力因数BL(s)为音圈所处位置的磁感应强度B(s)和音圈的有效导线长度L(s)的乘积。所谓音圈的有效导线长度L(s)是指音圈中进入磁场的导线长度，可以为音圈进入磁场的匝数(与音圈的位移s相关)与音圈单圈线周长的乘积。示例性地，若整个音圈自始至终均处于磁场中，则音圈的有效导线长度L(s)为音圈的导线长度，即音圈的匝数与音圈单圈线周长的乘积，一旦音圈确定后，L(s)为常数，后续实施例均以L(s)为音圈的导线长度为例进行说明。
可见，BL(s)即B(s)L(s)，由于B(s)L(s)通常被看作一个整体，因此被简写为BL(s)。比如，BL2(s)为B2(s)L2(s)的简写，BL2i(s)为B2i(s)L2i(s)的简写，BL2o(s)为B2o(s)L2o(s)的简写。
四、非电性固定连接
本申请实施例中涉及的“非电性固定连接”，是指相连接的两个部件之间不仅具有固定连接的连接关系，还具有非电连接关系。所谓“固定连接”，是指相连接的两个部件之间不具有相对移动的连接关系。应理解，固定连接可以是不可拆卸的方式，也可以是可拆卸连接的方式，只要两个部件连接后不会发生相对移动即可。所谓“非电连接”，是指两个连接的部件之间无法实现电传输。
本申请实施例提供一种扬声器的非线性控制方法。该扬声器的非线性控制方法中，在第一音频信号驱动扬声器的情况下，获取主音圈的实际响应。其中，实际响应由扬声器的辅助音圈移动过程中产生的第一电压信号确定，第一音频信号是第二输入信号至少经过非线性补偿得到的信号。主音圈和扬声器的辅助音圈非电性固定连接，在根据第一音频信号驱动扬声器的情况下，主音圈移动并带动辅助音圈移动。根据目标响应和实际响应对第一输入信号进行非线性补偿，得到第二音频信号；根据第二音频信号驱动扬声器。
该扬声器的非线性控制方法中，使用主音圈的实际响应和目标响应对第一输入信号进行非线性补偿，利用了反馈控制的原理，形成了闭环控制。具体来说，反馈控制的基本原理是：首先，利用反馈控制系统的输出被测量(此处为主音圈的实际响应)与期望的输出(此处为主音圈的目标响应)干预反馈控制系统的输入(此处为第一输入信号)，使输出(此处为主音圈在扬声器被第二音频信号驱动的情况下的实际响应)接近期望的输出(此处为主音圈在扬声器被第二音频信号驱动的情况下的目标响应)。这个过程是一个循环，不断地进行直到输出达到期望的水平。需要说明的是，由于扬声器为一个非线性控制系统，因此实际响应包含非线性响应和线性响应。当主音圈在扬声器被第二音频信号驱动的情况下的实际响应接近目标响应(目标响应为线性响应)时，代表主音圈的非线性响应得到抑制。如此，扬声器的非线性失真被抑制，扬声器的音质得以提升。
本申请实施例提供的扬声器的非线性控制方法可以应用于具有音频外放功能的电子设备中。示例性地，本申请实施例中的电子设备可以是耳机、音响、手机、平板电脑、桌面型、膝上型、手持计算机、笔记本电脑、超级移动个人计算机(ultra-mobilepersonalcomputer，UMPC)、上网本，以及蜂窝电话、个人数字助理(personal digital assistant，PDA)、增强现实(augmented reality，AR)\虚拟现实(virtual reality，VR)设备等具有扬声器的设备。
示例性地，如图1所示，以电子设备100为音响为例，该电子设备100可以包括处理器110，外部存储器接口120，内部存储器121，通用串行总线(universal serial bus，USB)接口130，电源管理模块140，电池141，天线1，无线通信模块150，按键161，指示器162，音频模块170，扬声器180，麦克风190、功率放大器(power amplifier，PA)等。
可以理解的是，本发明实施例示意的结构并不构成对电子设备100的具体限定。在本申请另一些实施例中，电子设备100可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者拆分某些部件，或者不同的部件布置。图示的部件可以以硬件，软件或软件和硬件的组合实现。
处理器110可以包括一个或多个处理单元，例如：处理器110可以包括应用处理器(application processor，AP)，调制解调处理器，控制器，存储器，数字信号处理器(digital signal processor，DSP)，基带处理器，和/或神经网络处理器(neural-networkprocessing unit，NPU)等。其中，不同的处理单元可以是独立的器件，也可以集成在一个或多个处理器中。例如，处理器110可以是应用处理器AP。或者，上述处理器110可以集成在片上系统(System on Chip，SOC)中。或者，上述处理器110可以集成在IC芯片中。该处理器110可以包括IC芯片中的模拟前端(Analog Front End，AFE)和微处理单元(microcontrollerunit，MCU)。
其中，控制器可以是电子设备100的神经中枢和指挥中心。控制器可以根据指令操作码和时序信号，产生操作熔断控制信号，完成取指令和执行指令的控制。
处理器110中还可以设置存储器，用于存储指令和数据。在一些实施例中，处理器110中的存储器为高速缓冲存储器。该存储器可以保存处理器110刚用过或循环使用的指令或数据。如果处理器110需要再次使用该指令或数据，可从所述存储器中直接调用。避免了重复存取，减少了处理器110的等待时间，因而提高了系统的效率。
在一些实施例中，处理器110可以包括一个或多个接口。接口可以包括集成电路(inter-integrated circuit，12C)接口，集成电路内置音频(inter-integrated circuitsound，I2S)接口，脉冲编码调制(pulse code modulation，PCM)接口，通用异步收发传输器(universal asynchronous receiver/transmitter，UART)接口，通用输入输出(general-purpose input/output，GPIO)接口，和/或USB接口等。
可以理解的是，本发明实施例示意的各模块间的接口连接关系，只是示意性说明，并不构成对电子设备100的结构限定。在本申请另一些实施例中，电子设备100也可以采用上述实施例中不同的接口连接方式，或多种接口连接方式的组合。
电源管理模块140用于从充电器接收充电输入。其中，充电器可以是无线充电器(如电子设备100的无线充电底座或者其他可以为电子设备100无线充电的设备)，也可以是有线充电器。例如，电源管理模块140可以通过USB接口130接收有线充电器的充电输入。电源管理模块140可以通过电子设备100的无线充电线圈接收无线充电输入。
其中，电源管理模块140为电池141充电的同时，还可以为电子设备100供电。电源管理模块140接收电池141的输入，为处理器110，内部存储器121，外部存储器接口120，和无线通信模块150等供电。电源管理模块140还可以用于监测电池141的相关信号，如电压、电流、温度、电池容量、电池循环次数、电池健康状态(漏电，阻抗)等参数。在其他一些实施例中，电源管理模块140也可以设置于处理器110中。
电子设备100的无线通信功能可以通过天线，无线通信模块150，调制解调处理器以及基带处理器等实现。
天线1用于发射和接收电磁波信号。电子设备100中的天线可用于覆盖单个或多个通信频带。不同的天线还可以复用，以提高天线的利用率。在另外一些实施例中，天线可以和调谐开关结合使用。
无线通信模块150可以提供应用在电子设备100上的包括无线局域网(wirelesslocal area networks，WLAN)(如无线保真(wireless fidelity，Wi-Fi)网络)，蓝牙(bluetooth，BT)，全球导航卫星系统(global navigation satellite system，GNSS)，调频(frequency modulation，FM)等无线通信的解决方案。在一些实施例中，电子设备100的天线1和无线通信模块150耦合，使得电子设备100可以通过无线通信技术与网络以及其他设备通信。
外部存储器接口120可以用于连接外部存储卡，例如Micro SD卡，实现扩展电子设备100的存储能力。外部存储卡通过外部存储器接口120与处理器110通信，实现数据存储功能。例如将音乐等文件保存在外部存储卡中。
内部存储器121可以用于存储计算机可执行程序代码，所述可执行程序代码包括指令。处理器110通过运行存储在内部存储器121的指令，从而执行电子设备100的各种功能应用以及数据处理。此外，内部存储器121可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件，闪存器件，通用闪存存储器(universal flashstorage，UFS)等。
电子设备100可以通过音频模块170，扬声器180，麦克风190，以及应用处理器等实现音频功能。例如音乐播放，录音等。
音频模块170用于将数字音频信号转换成模拟音频信号输出，也用于将模拟音频信号转换为数字音频信号。在一些实施例中，音频模块170可以设置于处理器110中，或将音频模块170的部分功能模块设置于处理器110中。扬声器180，也称“喇叭”，用于将模拟音频信号转换为声音信号。PA可以用于将音频模块170输出的模拟音频信号放大以驱动扬声器180发声，还可以用于对麦克风190采集的模拟音频信号放大。
按键161包括开机键，音量键等。按键161可以是机械按键。也可以是触摸式按键。电子设备可以接收按键输入，产生与电子设备的用户设置以及功能控制有关的键信号输入。指示器162可以是指示灯，可以用于指示充电状态，电量变化等。
请参照图2，图2为本申请实施例提供的一种扬声器的非线性控制系统的原理框图。该非线性控制系统200应用于上述电子设备100中。为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：
该非线性控制系统200可以包括：
控制单元210，可以理解为图1所示的电子设备100中的处理器110或者处理器110中的某个处理单元，如控制器。控制单元210，被配置为接收来自音频源(图中未示出)的音频输入信号u(t)，并对音频输入信号u(t)进行非线性补偿后，输出音频信号u(t)′，以便于扬声器230输出包含线性分量的声音信号y(t)。其中，音频输入信号u(t)通常为数字信号，包含至少一个时刻一一对应的输入信号。示例性地，音频输入信号u(t)＝[u(1)，u(2)，...，u(i)，...，u(M)]。也就是说，音频输入信号u(t)包含M个(M为大于或等于1的整数)时刻对应的输入信号。其中，第i个时刻记为ti，ti时刻对应的输入信号记为u(i)。其中，i为大于或等于1且小于或等于M的整数。
放大单元220，可以理解为图1所示的电子设备100中的PA。放大单元220，被配置为对音频信号u(t)′放大。经放大单元220放大后的音频信号u(t)″输入扬声器230。
扬声器230，可以理解为图1所示的电子设备100中的扬声器180。扬声器230，被配置为在放大后的音频信号u(t)″的驱动下，输出具有线性分量的声音信号y(t)。
在本申请的一些实施例中，图2所示的非线性控制系统200可以通过图3所示的原理框图实现。
请参照图3，图3为本申请实施例提供的一种更为详细的非线性控制系统的原理框图。
该非线性控制系统200可以包括：频域转换单元211、补偿单元212、时域转换单元213、数模转换单元214、放大单元220以及扬声器230。应理解，频域转换单元211、补偿单元212、时域转换单元213以及数模转换单元214为对图2中的控制单元210的一种细化，可以理解为图2所示的控制单元210中的不同功能单元，可以由控制单元210中的不同硬件模块或软件模块实现。其中，图3中的数模转换单元214可以应理解图1中内置于处理器110中的音频模块170。
其中，频率转换单元211将来自音频源的音频输入信号u(t)转换为频域信号U(ω)，补偿单元212对频域信号U(ω)进行非线性补偿，以便于扬声器230最终输出的声音信号y(t)能仅仅具有线性分量。时域转换单元213将补偿后的频域信号U(ω)′转换为时域信号z(t)，然后由数模转换单元214将时域信号z(t)转换为模拟音频信号即音频信号u(t)′后输出。
随后由放大单元220放大来自于数模转换单元214的音频信号u(t)′，然后将放大后的音频信号u(t)″输入扬声器230，最终扬声器230输出具有线性分量的声音信号y(t)。
应理解，在其它实施例中，控制单元210也可以包括图示更多或更少的功能单元。比如，模数转换单元214独立于控制单元210之外而单独设置；比如，放大单元220设置在控制单元210内部。本申请实施例对此不做具体限定。
在本申请的另一些实施例中，图2所示的非线性控制系统200还可以通过图4所示的原理框图实现。
请参照图4，图4为本申请实施例提供的另一种更为详细的非线性控制系统的原理框图。
该非线性控制系统200可以包括：补偿单元212、数模转换单元214、放大单元220以及扬声器230。应理解，补偿单元212以及数模转换单元214为对图2中的控制单元210的一种细化，可以理解为图2所示的控制单元210中的不同功能单元，可以由控制单元210中的不同硬件模块或软件模块实现。其中，图4中的数模转换单元214可以应理解图1中内置于处理器110中的音频模块170。
其中，补偿单元212直接对来自音频源的音频输入信号u(t)进行非线性补偿，以便于扬声器230最终输出的声音信号y(t)仅仅具有线性分量。数模转换单元214将补偿后的音频输入信号u(t)转换为模拟音频信号即音频信号u(t)′后输出。可见，区别于图3，图4中直接在时域中对来自音频源的音频输入信号u(t)进行处理。
随后由放大单元220放大来自于数模转换单元214的音频信号u(t)′，然后将放大后的音频信号u(t)″输入扬声器230，最终扬声器230输出仅仅具有线性分量的声音信号y(t)。
应理解，在其它实施例中，控制单元210也可以包括图示更多或更少的功能单元。比如，模数转转单元214独立于控制单元210之外而单独设置；比如，放大单元220设置在控制单元210内部。本申请实施例对此不做具体限定。
为了使得扬声器230输出的声音信号y(t)基本只具有线性分量，本申请实施例提供如下两种非线性控制方案，应理解，这两种非线性控制方案适用于图2至图4所示的非线性控制系统200中。应理解，在应用于不同的非线性控制系统200时，所涉及到的数据处理过程可以适应性参照图3或图4的内容，下面重点对非线性补偿进行说明。
第一种非线性控制方案：控制单元210使用扬声器230的线性参数(如扬声器音圈直流阻抗Re、音圈电感Le、力因数线性项bo、劲度系数线性项k0、阻尼线性项r0以及振动质量线性项m0等)和非线性参数(如力因数BL(s)、劲度系数Kms(s)、阻尼系数Rms(v)以及振动质量Mms(s)等)对音频输入信号u(t)进行非线性补偿，从而抑制扬声器230的非线性失真。
示例性地，请参照图5，图5为本申请实施例提供的一种非线性控制方案的原理示意图。图5所示的非线性控制方案中，控制单元210可以引入扬声器230的线性参数I和非线性参数R，对音频输入信号u(t)进行非线性补偿，输出音频信号u(t)′。
需要说明的是，图5的控制单元210中仅仅展示了关于非线性补偿的处理步骤，省去了控制单元210中的其它处理步骤。具体实施过程中，还可以包括更多的处理步骤，具体可以参照图3或图4。
比如，以扬声器230的线性参数I作为给定量，以扬声器230的非线性参数R作为实际量，补偿单元212通过使用给定量和实际量的偏差对控制量音频输入信号u(t)进行非线性补偿(时域中对偏差和u(t)做卷积运算，频域中对各自经过傅里叶变换的信号做乘积运算)，以使偏差逐渐缩小。偏差逐渐缩小的结果就是扬声器230的非线性参数R趋近于扬声器230的线性参数I，并稳定在扬声器230的线性参数I或者其附近，从而抑制了扬声器230的非线性参数R的非线性。应理解，扬声器230的非线性参数R的非线性被抑制，也就意味着致使扬声器230发生非线性失真的非线性因素被抑制。因此，扬声器230的非线性失真被抑制，扬声器230的音质得以提升。
在其它示例中，控制单元210在使用扬声器230的线性参数I和非线性参数R对音频输入信号u(t)进行补偿时，也可以使用其它方式。比如，使用线性参数I和非线性参数R之比作为传递函数对音频输入信号u(t)进行补偿，只要可以达到抑制扬声器230的非线性分量的目的即可。
应理解，不同的非线性参数R是对不同方面的非线性因素的量化，单单引入某一非线性参数R无法克服扬声器230由于其它方面的非线性因素导致的非线性失真。因此，为了尽量全面地抑制扬声器230由于各方面的非线性因素导致的非线性失真，具体实施过程中，图5所示的非线性控制方案中涉及大量的非线性参数R，包括但不限于力因数BL(s)、劲度系数Kms(s)、阻尼系数Rms(v)以及振动质量Mms(s)等。
需要说明的是，图5所示的非线性控制方案中，通过线性参数模型计算得到线性参数I，通过非线性参数模型计算得到非线性参数R。
示例性地，通过采集扬声器230的电压和电流，得到扬声器230的阻抗曲线，然后根据阻抗曲线使用系统辨识方法，进一步得到扬声器230的线性参数I和非线性参数R。上述线性参数模型则是根据阻抗曲线使用系统辨识方法以获得线性参数I的过程中所涉及的算法，上述非线性参数模型则是根据阻抗曲线使用系统辨识方法以获得非线性参数R的过程中所涉及的算法。由于图5所示的非线性控制方案中涉及大量的非线性参数R，使得图5所示的非线性参数模型需要具有针对各个非线性参数R的算法，这就使得图5所示的非线性控制方案涉及大量且复杂的计算，非线性参数模型相当复杂。
此外，应理解，图5所示的非线性控制方案的有效性依赖于准确的非线性参数R以及优异的产品一致性(利用得到的同一非线性参数R对同款所有扬声器230进行补偿，这要求同款所有扬声器230的一致性好，否则该非线性参数R无法起到补偿作用)。具体实施过程中，尤其是对于百万级的电子设备的扬声器230而言，难以获得准确的非线性参数，并且同款扬声器230的产品一致性也不好控制。可见，对非线性参数R的应用越多，非线性参数R出现不准确的可能性越大，且产品一致性也越不好控制，这就使得扬声器230的非线性控制效果差。
图5所示的非线性控制方案存在的问题可以通过如下第二种非线性控制方案克服，下面具体阐述。
第二种非线性控制方案：控制单元210使用扬声器230的线性响应和实际响应对音频输入信号u(t)进行非线性补偿，从而抑制扬声器230的非线性失真。
示例性地，请参照图6，图6为本申请实施例提供的另一种非线性控制方案的原理示意图。图6所示的非线性控制方案中，控制单元210可以引入扬声器230的目标响应E和实际响应F，对音频输入信号u(t)进行非线性补偿，输出音频信号u(t)′，从而抑制扬声器230的非线性失真。
需要说明的是，图6的控制单元210中仅仅展示了关于非线性补偿的处理步骤，省去了控制单元210中的其它处理步骤。具体实施过程中，还可以包括更多的处理步骤，具体可以参照图3或图4。
上述响应，是指扬声器230对输入做出的反应。图2至图4所示的非线性控制系统200中，扬声器230的输入为放大后的音频信号u(t)″。示例性地，响应可以包括但不限于扬声器230的速度、扬声器230的位移、与速度相关的信号(例如后续图8所示的实施例涉及的主音圈在第i时刻的目标响应为主音圈在第i时刻的目标速度与输入电压的比值)、或者与位移相关的信号等。
上述目标响应E，是指想要扬声器230做出的响应，即扬声器230不受非线性因素影响而应做出的响应。应理解，想要扬声器230做出的响应为线性响应，因此，扬声器230的目标响应E为线性响应。图6所示的非线性控制方案中，目标响应E可以结合采集的主音圈的电压V(t)、电流I(t)以及线性响应模型计算得到，后续实施例将对此进行具体说明，此处不详述。
上述实际响应F，是指扬声器230实际做出的响应，即扬声器230受非线性因素影响的情况下实际做出的响应。应理解，由于扬声器230为一个非线性系统，因此，扬声器230的实际响应F为包含非线性响应和线性响应的响应。图6所示的非线性控制方案中，实际响应F可以结合测得的辅助音圈的感应电动势ue(t)以及非线性响应模型计算得到，后续实施例将对此进行具体说明，此处不详述。
下面对控制单元210使用目标响应E和实际响应F，对音频输入信号u(t)进行非线性补偿进行示例性说明。
比如，控制单元210可以通过使用目标响应E和实际响应F之比(即E/F)，对音频输入信号u(t)进行非线性补偿(时域中对E/F和u(t)做卷积运算，频域中对各自经过傅里叶变换的信号做乘积运算)，最终输出音频信号u(t)′。使用扬声器230的目标响应和实际响应可以实现扬声器230的非线性控制的原理为：在利用线性响应(目标响应为线性响应)和包含非线性响应的实际响应F对音频输入信号u(t)进行非线性补偿后，得到的音频信号u(t)′中含有非线性响应的成分。含有非线性响应的音频信号u(t)′经过放大输入扬声器230后，与具有非线性特性的扬声器230相互作用，使得扬声器230的非线性响应得以消除，而仅剩余线性响应。如此，扬声器230的非线性失真被抑制，扬声器230的音质得以提升。
在其它示例中，控制单元210在使用扬声器230的目标响应E和实际响应F对音频输入信号u(t)进行补偿时，也可以使用其它方式。比如，使用目标响应E和实际响应F的偏差进行补偿，只要可以达到抑制扬声器230的非线性分量的目的即可。
应理解，图6所示的非线性控制方案中，由于实际响应F是扬声器230受各方面非线性因素作用的综合结果，因此通过引入实际响应F，便可以抑制扬声器230由于各方面的非线性因素导致的非线性失真，无需涉及大量的非线性参数R，自然也就不涉及大量复杂的运算。并且，由于无需涉及大量的非线性参数R，也就不存在由非线性参数R多而导致的非线性控制效果差的情况。
需要说明的是，图6所示的非线性控制方案，从实现原理层面上说明了使用扬声器230的目标响应和实际响应可以实现扬声器230的非线性控制。下面结合图7至图11的实施例，对如何使用扬声器230的目标响应和实际响应，对来自于音频源的音频输入信号u(t)进行非线性补偿进行说明。
示例性地，请参照图7，图7为本申请实施例提供的一种扬声器的结构示意图。
该扬声器230可以包括磁路单元231、主音圈232、辅助音圈233以及振膜/纸盆234。当然，具体实施过程中，扬声器230还可以包括比图示更多的部件，本申请实施例对此不做限定。
磁路单元231可以包括磁铁2311以及T型铁2312。其中，磁铁2311用于产生磁场。T型铁2312起到导磁的作用。磁铁2311中空且环绕在T型铁2312沿出音方向(图示Z方向)延伸的延伸部2312a外侧，并与延伸部2312a之间具有间隙，该间隙通常被称为磁隙2313。在其它实施例中，磁路单元231也可以为其它结构，比如，磁铁2311为U型磁铁，本申请实施例对此不做限定。
主音圈232，环绕在T型铁2312的延伸部2312a外侧，且处于磁隙2313中。主音圈232用于接收上述放大后的音频信号u(t)′。当向主音圈232通入音频电流(即主音圈232接收到上述放大后的音频信号u(t)″，为交流信号)后，主音圈232在音频电流的作用下产生交变的磁场。磁路单元231同时也产生一个大小和方向不变的磁场。由于主音圈232所产生磁场的大小和方向随音频电流的变化不断地在改变，这样两个磁场的相互作用(时而相排斥，时而相吸引)使得主音圈232作垂直于主音圈232中音频电流的方向的运动，即沿着Z方向往复运动。
辅助音圈233，堆叠在主音圈232远离磁路单元231的一侧，并与主音圈232非电性固定连接，即辅助音圈和主音圈固定连接在一起，但是辅助音圈和主音圈之间非电性连接，在此情况下，辅助音圈不接收驱动信号(即上述放大后的音频信号u(t)″)。可见，由于辅助音圈233与主音圈232固定连接，当主音圈232沿着Z方向往复运动时，辅助音圈233将在主音圈232的带动下沿着Z方向往复运动，且两者速度和位移相同。需要说明的是，辅助音圈233处于磁路单元231产生的磁场中。如此，辅助音圈233在往复运动的过程中切割磁感线，从而产生感应电动势。
本申请实施例中，辅助音圈233可以耦接电压传感器，电压传感器(图中未示出)用于采集辅助音圈233产生的感应电动势u(t)，以便于上述控制单元210根据辅助音圈233产生的感应电动势确定主音圈232的实际响应。比如，电压传感器可以是集成在上述控制单元210中的数模转换模块，如此，电压传感器经控制单元210相应的端口(控制单元210为电压传感器提供的采集电压的端口)与辅助音圈233耦接。
振膜/纸盆234，与辅助音圈233固定连接。如此，当辅助音圈233沿着Z方向往复运动时，振膜/纸盆234在辅助音圈233的带动下沿着Z方向往复运动，从而推动周围的空气进行共振而发出声音。传统扬声器中(不包含辅助音圈233)，主音圈232通过骨架与振膜/纸盆234固定连接，以便于带动振膜/纸盆234往复运动。该实施例中，处于对空间的紧凑性考虑，尤其是微型扬声器，可以利用辅助音圈233作为上述骨架，起到连接主音圈232和振膜/纸盆234的作用。
需要说明的是，在其它实施例中，辅助音圈233、主音圈232、以及振膜/纸盆234的相对位置设置以及连接关系也可以为其它形式，只要能够使得主音圈232在通入音频电流后沿Z方向往复运动，以带动辅助音圈233沿Z方向往复运动切割磁感线，并且使得振膜/纸盆234沿着Z方向往复运动即可，本申请实施例对此不做具体限定。比如，振膜/纸盆234也可以和主音圈232固定连接，由主音圈232带动做往复运动。
请参照图8，图8为本申请实施例提供的一种扬声器的非线性控制方法的流程图。应理解，该扬声器的非线性控制方法可以应用于图2至图4所示的非线性控制系统200中。该扬声器的非线性控制方法包括如下步骤S801至S804：
S801，在第一音频信号驱动扬声器的情况下，电子设备获取扬声器的主音圈的实际响应。
第一音频信号是第二输入信号至少经非线性补偿得到的信号，用于驱动扬声器。其中，第二输入信号可以是图6所示的音频输入信号u(t)中位于第一输入信号的前一时刻或前多个时刻的输入信号，S803中的第一输入信号可以为来自于音圈源的音频输入信号u(t)中某一时刻的信号。
继续沿用上述示例，音频输入信号u(t)＝[u(1)，u(2)，...，u(i)，...，u(M)]。以第一输入信号为第i+1时刻(即ti+1时刻)的输入信号u(i+1)为例，则第二输入信号可以为第i时刻(即ti+1时刻的前一时刻ti时刻)的输入信号u(i)，或者，第二输入信号还可以为第i-p时刻(即ti-p时刻)的输入信号u(i-p)至第i时刻的输入信号u(i)这前p+1个时刻的输入信号。其中，i为正整数，p为小于i的正整数。
需要说明的是，本申请实施例以第一输入信号为例对非线性补偿过程进行说明，本申请实施例中的第一输入信号并不特指音频输入信号u(t)中某一时刻的信号。音频输入信号u(t)中其它输入信号涉及的非线性补偿过程，可以适应性参照该实施例中对第一输入信号进行非线性补偿得到第二音频信号的过程。比如，对第二输入信号至少进行非线性补偿，得到第一音频信号的过程，可以参照对第一输入信号进行非线性补偿得到第二音频信号的过程，本申请实施例不再详述。
此外，还需要说明的是，第一音频信号，是指第二输入信号至少经过非线性补偿得到的信号。也就是说，对第一音频信号的理解不应限定为：第二输入信号仅仅经非线性补偿这一个处理步骤而得到的信号。而应该为：第二输入信号除了经非线性补偿之外还可以经过其它处理步骤处理而得到的信号。比如，在对第二输入信号进行非线性补偿之前还可以对其进行其它处理步骤的处理，如图3所示的频域转换；再比如，在对第二输入信号进行非线性补偿之后还可以对其进行其它处理步骤的处理，如图3所示的时域转换以及图3或图4所示的数模转换。
本申请实施例中，第一音频信号可以理解为图2中的控制单元210输出的信号。结合图3和图4所示的非线性控制系统200而言，控制单元210输出的信号为图3或者图4所示的数模转换单元214输出的信号，在此情况下，第一音频信号为模拟信号。应理解，随着控制单元210的内部功能单元的不同，比如，数模转换单元214未集成在控制单元210内部，而是独立于控制单元210单独存在，则第一音频信号也有所不同。
此外，第一音频信号驱动扬声器，是指第一音频信号未经处理或经过处理后输入扬声器，以驱动扬声器发声。也就是说，对第一音频信号的理解不应限定为：直接输入扬声器以驱动扬声器发声的信号，还可以理解为经过处理后输入扬声器以驱动扬声器发声的信号。比如，在将第一音频信号看作图2中的控制单元210输出的信号的情况下，第一音频信号由控制单元210输出后还经过图2所示的放大单元220放大，再驱动扬声器230发声。再比如，在无需经放大单元220放大即可直接驱动扬声器230发声的情况下，则图2无需设置放大单元220，在此情况下，图2中的控制单元210输出的第一音频信号直接输入扬声器230，从而直接驱动扬声器230发声。
当然，在其它实施例中，第一音频信号也可以看作其它节点(如上述放大单元220)输出的信号，在此情况下，第一音频信号为直接输入扬声器以驱动扬声器发声的信号，本申请实施例对此不做具体限定。为了便于理解和说明，本申请实施例中，以第一音频信号为前述控制单元210输出的信号为例进行说明。
在此情况下，继续沿用前述示例，在第二输入信号为第i时刻的输入信号u(i)的情况下，则第一音频信号为第i时刻的输入信号u(i)至少经过非线性补偿得到的音频信号，本申请实施例将第i时刻的输入信号u(i)至少经过非线性补偿得到的音频信号记作第i时刻的音频信号u(i)′；在第二输入信号为第i-p时刻的输入信号u(i-p)至第i时刻的输入信号u(i)的情况下，则第一音频信号为第i-p时刻的输入信号u(i-p)至少经过非线性补偿得到的音频信号至第i时刻的输入信号u(i)至少经过非线性补偿得到的音频信号，共计p+1个音频信号，本申请实施例将这p+1个音频信号分别记为第i-p时刻的音频信号u(i-p)′、......、第i-1时刻的音频信号u(i-1)′、第i时刻的音频信号u(i)′。
根据图7的相关内容可知，驱动扬声器实质上是驱动主音圈。因此，S801中，在第一音频信号驱动扬声器的情况下，获取得到的主音圈的实际响应是指，主音圈被第一音频信号而实际做出的响应。应理解，由于扬声器为一个非线性系统，因此，主音圈的实际响应为包含非线性响应和线性响应的响应，该实际响应是在实际情况下(即受非线性因素影响的情况下)做出的响应。
根据前述内容可知，第一音频信号存在两种情况，相应地，则主音圈的实际响应也存在两种情况：
第一种情况：在第一音频信号为第i时刻的音频信号u(i)′的情况下，则主音圈的实际响应为主音圈被第i时刻的音频信号u(i)′驱动的实际响应；本申请实施例将主音圈被第i时刻的音频信号u(i)′驱动的实际响应记作主音圈在第i时刻的实际响应。也就是说，在第一音频信号为第i时刻的音频信号u(i)′的情况下，主音圈的实际响应可以为主音圈在第i时刻的实际响应。
第二种情况：在第一音频信号为第i-p时刻的音频信号u(i-p)′至第i时刻的音频信号u(i)′的情况下，则主音圈的实际响应可以由主音圈被第i-p时刻的音频信号u(i-p)′驱动的实际响应至被第i时刻的音频信号u(i)′驱动的实际响应这p+1个实际响应确定(如这p+1个实际响应的平均值等)，本申请实施例将这p+1个实际响应分别记作主音圈在第i-p时刻的实际响应、......、主音圈在第i-1时刻的实际响应、主音圈在第i时刻的实际响应。也就是说，在第一音频信号为第i-p时刻的音频信号u(i-p)′至第i时刻的音频信号u(i)′的情况下，主音圈的实际响应可以由主音圈在第i-p时刻至第i时刻的p+1个实际响应确定。
图8所示的实施例中，主音圈的实际响应根据辅助音圈在移动过程中产生的第一电压信号获得。其中，辅助音圈在移动过程中产生的第一电压信号是指，在根据第一音频信号驱动扬声器的情况下，主音圈移动并带动辅助音圈移动切割磁感线而产生的感应电动势。可见，辅助音圈的第一电压信号是由主音圈驱动而产生的，因此，辅助音圈产生的第一电压信号与主音圈的实际响应息息相关。因此，本实施例中通过采集辅助音圈在移动过程中产生的第一电压信号，可以获得主音圈的实际响应。
继续沿用前述示例，在第一音频信号为第i时刻的音频信号u(i)′的情况下，则辅助音圈产生的第一电压信号为辅助音圈在主音圈被第i时刻的音频信号u(i)′的情况下产生的感应电动势，本申请实施例将辅助音圈在主音圈被第i时刻的音频信号u(i)′的情况下产生的感应电动势记作ue(i)。在此情况下，上述主音圈的实际响应，即主音圈在第i时刻的实际响应根据ue(i)获得。
在第一音频信号为第i-p时刻的音频信号u(i-p)′至第i时刻的音频信号u(i)′的情况下，则辅助音圈产生的第一电压信号为辅助音圈在主音圈被第i-p时刻的音频信号u(i-p)′至第i时刻的音频信号u(i)′驱动的情况下产生的p+1个感应电动势，本申请实施例将这p+1个感应电动势分别记作ue(i-p)、......、ue(i-1)、ue(i)。在此情况下，上述主音圈的实际响应可以根据主音圈在第i-p时刻的实际响应、......、主音圈在第i-1时刻的实际响应、主音圈在第i时刻的实际响应这p+1个实际响应获得，而主音圈在第i-p时刻的实际响应根据ue(i-p)获得，以此类推，主音圈在第i-1时刻的实际响应根据ue(i-1)获得，主音圈在第i时刻的实际响应根据ue(i)获得。
主音圈的实际响应根据辅助音圈在移动过程中产生的第一电压信号获得的具体方式在后续的实施例中介绍，此处不详述。
S802，电子设备获取主音圈的目标响应。
主音圈的目标响应是指主音圈在被第一音频信号驱动的情况下做出的响应。应理解，非线性控制的目标是使扬声器输出具有线性分量而不具有非线性分量的声音信号，因此，为获取主音圈被第一音频信号驱动的情况下的响应(即主音圈的目标响应)为线性响应，该线性响应是在理想情况下(即不受非线性因素影响的情况下)做出的响应。
需要说明的是，S802并不要求主音圈正在被第一音频信号驱动，只要能够获得想要主音圈在被第一音频信号驱动的情况下做出的响应即可。换句话说，主音圈的目标响应的获取可以在第一音频信号驱动扬声器的情况下执行，也可以不在第一音频信号驱动扬声器的情况下执行。比如，在需要监测扬声器被第一音频信号驱动时的某些参数(如后续提及的I(t)、V(t))来得到主音圈的目标响应的情况下，则可以和S801类似，在第一音频信号驱动扬声器的情况下，获取主音圈的目标响应。在无需监测扬声器被第一音频信号驱动时的某些参数来得到主音圈的目标响应的情况下，则无需在第一音频信号驱动扬声器的情况下获取主音圈的目标响应。
继续沿用前述示例，在第一音频信号为第i时刻的音频信号u(i)′的情况下，则主音圈的目标响应为想要主音圈在被第i时刻的音频信号u(i)′驱动的情况下做出的响应，本申请实施例将想要主音圈在被第i时刻的音频信号u(i)′驱动的情况下做出的响应记作主音圈在第i时刻的目标响应。也就是说，在第一音频信号为第i时刻的音频信号u(i)′的情况下，主音圈的目标响应可以为主音圈在第i时刻的目标响应。
在第一音频信号为第i-p时刻的音频信号u(i-p)′至第i时刻的音频信号u(i)′的情况下，则主音圈的目标响应，可以由想要主音圈在被第i-p时刻的音频信号u(i-p)′驱动的情况下做出的响应至想要主音圈在被第i时刻的音频信号u(i)′驱动的情况下做出的响应这p+1个目标响应确定(如这p+1个目标响应的平均值等)，本申请实施例将这p+1个目标响应分别记作主音圈在第i-p时刻的目标响应、......、主音圈在第i-1时刻的目标响应、主音圈在第i时刻的目标响应。也就是说，在第一音频信号为第i时刻的音频信号u(i)′的情况下，主音圈的目标响应可以由主音圈在第i-p时刻的目标响应至第i时刻的目标响应将这p+1个时刻的目标响应确定。
需要说明的是，主音圈的目标响应的具体确定方式在后续的实施例中介绍，此处不详述。
S803，电子设备根据主音圈的目标响应和实际响应，对第一输入信号进行非线性补偿，得到第二音频信号。
第一输入信号可以是图6所示的音频输入信号u(t)中的一个时刻的信号。音频输入信号u(t)为控制单元210接收的来自于音频源的未经过补偿的原始音频信号，通常为数字信号。
继续沿用前述示例，以第一输入信号为第i+1时刻的输入信号u(i+1)为例，在一些实施例中，主音圈的目标响应可以为主音圈在第i时刻的目标响应，主音圈的实际响应可以为主音圈在第i时刻(即第i+1时刻的前一时刻)的实际响应。利用主音圈在第i时刻的目标响应和主音圈在第i时刻的实际响应对第i+1时刻的输入信号u(i+1)进行非线性补偿，得到第i+1时刻的音频信号u(i+1)′。也就是说，在S803中，可以利用主音圈在第一输入信号的前一时刻的实际响应和目标响应对第一输入信号进行非线性补偿，得到第二音频信号。应理解，主音圈在第一输入信号的前一时刻的实际响应可以表征扬声器当时的非线性特性。因此，通过引入主音圈在第一输入信号的前一时刻的实际响应和目标响应对第一输入信号进行非线性补偿，然后根据得到的第二音频信号驱动扬声器，可以实现扬声器的非线性分量抑制。
在另一些实施例中，主音圈的目标响应也可以由主音圈在第i-p时刻至第i时刻的p+1个目标响应确定(如p+1个目标响应的平均值等)，主音圈的实际响应可以由主音圈在第i-p时刻至第i时刻的p+1个实际响应确定(如p+1个实际响应的平均值等)，p为小于i的自然数。利用主音圈在第i-p时刻至第i时刻的p+1个目标响应和主音圈在第i-p时刻至第i时刻的p+1个实际响应对第i+1时刻的输入信号u(i+1)进行非线性补偿，得到第i+1时刻的音频信号u(i+1)′。也就是说，在S803中，还可以利用主音圈在第一输入信号的前多个时刻的实际响应和目标响应对第一输入信号进行非线性补偿，得到第二音频信号。相比于引入前一时刻的目标响应和实际响应对第一输入信号进行非线性补偿，引入前多个时刻的目标响应和实际响应进行非线性补偿，然后根据得到的第二音频信号驱动扬声器，可以避免单一时刻的数据的偶然性，可以使得对扬声器的非线性控制更加稳定。
需要说明的是，如何利用某个量对输入信号进行补偿，才能在补偿后的输入信号对被控量进行控制的情况下使被控量趋近于给定量(也称为目标量)，已经是相当成熟的现有技术。此处对补偿方式不做过多介绍。具体地，S803可以参照上述图5以及图6所示的实施例实施。应理解，图5和图6仅仅是对补偿方式进的示意。具体实施过程中还可以通过图5和图6之外的补偿方式进行补偿，只要可以达到抑制扬声器的非线性分量的目的即可。
具体实施过程中，第二音频信号可以为第一输入信号至少经过非线性补偿得到的信号。也就是说，在S803中对第一输入信号进行非线性补偿之前，还可以对第一输入信号进行除非线性补偿之外的其它处理(如频域转换)；在S803中对第一输入信号进行非线性补偿之后，并在得到第二音频信号之前，还可以对经过非线性补偿的第一输入信号进行其它处理(如时域转换、数模转换、放大等)。
在此情况下，第二音频信号可以看作位于补偿单元212(包含补偿单元212)之后的节点(比如图3补偿单元212、时域转换单元213、数模转换单元214、或放大单元220)输出的信号。本申请实施例中，将第二音频信号看作控制单元210输出的信号。在此情况下，则上述S803由控制单元210执行。当然，在其它实施例中，也可以将第二音频信号看作其它节点，应理解，当第二音频信号为不同节点输出的信号时，执行上述S803的单元不尽相同。比如，当第二音频信号为控制单元210所包含的单元(如补偿单元212、时域转换单元213、或数模转换单元214)输出的信号时，则上述S803由控制单元210执行；当第二音频信号为放大单元220输出的信号时，则上述S803由放大单元220和控制单元210执行。
继续沿用上述示例，以第二音频信号为前述控制单元210输出的信号为例进行说明。第一输入信号为第i+1时刻的输入信号u(i+1)，则第二音频信号为控制单元210输出的音频信号u(t)′在第i+1时刻的信号。本申请实施例将音频信号u(t)′在第i+1时刻的信号记作第i+1时刻的音频信号u(i+1)′，则第二音频信号为第i+1时刻的音频信号u(i+1)′。
S804，电子设备根据第二音频信号驱动扬声器。
应理解，在第二音频信号为不同节点的信号的情况下，执行S804的单元有不同。
比如，在第二音频信号为上述放大单元220输出的信号的情况下，则S804由电子设备中的放大单元220执行。具体地，S804可以包括：放大单元220向扬声器(具体输出给扬声器的主音圈)输出第二音频信号，从而驱动扬声器发声。
再比如，在第二音频信号为上述控制单元210输出的信号的情况下，则S804由电子设备中的控制单元210执行。具体地，S804可以包括：控制单元210向放大单元220输出第二音频信号，以使放大单元220对第二音频信号放大后向扬声器(具体输出给扬声器的主音圈)输出放大后的第二音频信号，从而驱动扬声器发声。
图8所示的扬声器的非线性控制方法中，相比于利用线性参数和非线性参数对第一输入信号进行非线性补偿的方案而言，采用主音圈的目标响应和实际响应对第一输入信号进行非线性补偿，由于实际响应是受各方面非线性因素作用的综合结果，因此引入实际响应进行非线性补偿，便可以抑制扬声器由于各方面的非线性因素导致的非线性失真，无需涉及大量的非线性参数，避开了大部分非线性参数的应用，因此，大大降低了计算复杂度。并且，由于避开了大部分非线性参数的应用，也就不涉及由非线性参数多而导致的非线性控制效果差的情况，从而可以改善非线性控制效果。
此外，图8所示的扬声器的非线性控制方法中，实际响应的获取涉及到对实际投入使用的扬声器的辅助音圈的感应电动势的测量，不同的扬声器利用测量的自身的感应电动势所获得的实际响应进行补偿，因此该非线性控制方案对产品一致性要求不高。这就使得扬声器的非线性控制效果更好。
为了方便理解和说明，下面以主音圈的目标响应为主音圈的目标速度响应，主音圈的实际响应为主音圈的实际速度响应为例进行说明。
首先对主音圈的目标速度响应进行说明。
根据前述内容可知，主音圈的目标速度响应可以为主音圈在第i时刻的目标速度响应，也可以由主音圈在第i-p时刻的目标速度响应至第i时刻的目标速度响应确定。下面先对主音圈在第i时刻的目标速度响应进行说明。
在一些实施例中，若忽略电感的作用，主音圈在第i时刻的目标速度响应为主音圈在第i时刻的目标速度与输入电压的比值，主音圈在第i时刻的目标速度响应由主音圈在第i时刻的力因数线性项、主音圈在第i时刻的直流阻抗以及主音圈在第i时刻的机械阻抗确定。
具体地，主音圈为理想线性系统的情况下，若忽略电感的作用，主音圈在第i时刻满足如下理想线性电压模型和理想线性力学模型：
理想线性电压模型：Ui＝ReiIi+BL1V1i。
理想线性力学模型：BL1Ii＝ZmiV1i。
其中，Ui是主音圈在第i时刻的输入电压，即第i时刻的输入信号u(i)的电压；Rei是主音圈在第i时刻的直流阻抗；Ii是主音圈在第i时刻的电流；BL2(si)为主音圈在第i时刻的力因数，理想线性电压模型中，BL2(si)为主音圈在第i时刻的力因数线性项。V1i是主音圈在第i时刻的目标速度；Zmi是主音圈在第i时刻的机械阻抗，Zmi＝jωMms(si)+Rms(vi)+1/jωCms(si)，ω＝2πf，f是音频输入信号u(t)的频率，si为主音圈在第i时刻的位移；Mms(si)此处为主音圈在第i时刻的劲度系数，理想线性电压模型中，Mms(si)为主音圈在所述第i时刻的振动质量线性项；Rms(vi)此处为主音圈在第i时刻的阻尼系数，理想线性电压模型中，Rms(vi)为主音圈在第i时刻的阻尼系数线性项，vi为主音圈在第i时刻的速度；Cms(si)是主音圈在第i时刻的顺性，为主音圈在第i时刻的劲度系数Kms(si)的倒数，即Cms(si)＝1/Kms(si)，理想线性电压模型中，Kms(si)取劲度系数线性项。
通过上述理想线性电压模型以及理想线性力学模型可以得到主音圈在第i时刻的目标速度响应
可见，通过确定中涉及的各线性参数，可以基于/>确定主音圈在第i时刻的目标速度响应/>
需要说明的是，中涉及的各线性参数，可以通过对扬声器进行预先测试获得并存储，在需要使用时通过查表的方式获取。具体的测试方法可以参照上述图5中获得线性参数的方法，此处不赘述。在一些实施例中，考虑到线性参数受实际运行环境变化影响，如温度变化引起的温漂，因此，可以不采用预先存储各线性参数的方式，而是采用实时获取各线性参数的方式。在此情况下，可以配置电压传感器和电流传感器分别和主音圈耦接以采集主音圈的电压V(t)(图6所示)和电流I(t)(图6所示)，根据采集的主音圈的电压和电流得到主音圈的阻抗曲线，然后根据主音圈的阻抗曲线使用系统辨识方法，对中的各线性参数进行实时更新，以提升各线性参数的准确性，从而提升主音圈在第i时刻的目标速度响应的准确性。应理解，主音圈在第i时刻的目标速度响应的准确性越高，对提升扬声器的音质越有效。需要说明的是，基于采集的主音圈的电压V(t)和电流I(t)更新各线性参数的内容为现有技术，本申请实施例不做过多阐述。此外，还需要说明的是，上述仅仅是对如何获得/>的各线性参数的一种示意，现有技术中还有更多关于如何确定线性参数的技术，并且已经相当成熟，此处不做过多阐述。
前述内容对主音圈在第i时刻的目标速度响应的确定方式进行了说明。根据前述内容可知，在一些实施例中，主音圈的目标速度响应可以为主音圈在第i时刻的目标速度响应。在此情况下，根据确定的主音圈在第i时刻的目标速度响应/>即为主音圈的目标响应速度。可见，在主音圈的目标速度响应为主音圈在第i时刻的目标速度响应的情况下，上述图6提及的线性响应模型可以通过/>实现。
在另一些实施例中，主音圈的目标速度响应还可以根据主音圈在第i-p时刻的目标速度响应至第i时刻的目标速度响应获得，如这p+1个时刻的目标速度响应的平均值。在此情况下，涉及到对主音圈在第i-p时刻的目标速度响应至主音圈在第i时刻的目标速度响应这p+1个目标速度响应的确定。应理解，主音圈在其它时刻的目标速度响应的确定方式可以参照主音圈在第i时刻的目标速度响应的确定。比如，主音圈在第i-p时刻的目标速度响应可以通过确定。在主音圈在第i-p时刻的目标速度响应至主音圈在第i时刻的目标速度响应这p+1个目标速度响应被确定后，根据这p+1个目标速度响应确定主音圈的目标速度响应。由此可见，在主音圈的目标速度响应根据主音圈在第i-p时刻的目标速度响应至第i时刻的目标速度响应获得的情况下，上述图6提及的线性响应模型可以根据/>至/>这p+1个计算式获得。比如，在主音圈的目标速度响应为上述p+1个时刻的目标速度响应的平均值的情况下，则上述线性响应模型可以为至/>这p+1个计算式的平均值。
需要说明的是，上述内容以主音圈在第i时刻的目标速度响应为主音圈在第i时刻的目标速度与输入电压的比值为例进行了说明。应理解，在其它实施例中，主音圈在第i时刻的目标速度响应也可以为主音圈在第i时刻的目标速度，本申请实施例对此不做具体限定。
其次对主音圈的实际速度响应进行说明。
根据前述内容可知，主音圈的实际速度响应可以为主音圈在第i时刻的实际速度响应，也可以由主音圈在第i-p时刻的实际速度响应至第i时刻的实际速度响应确定。下面先对主音圈在第i时刻的实际速度响应进行说明。
在一些实施例中，主音圈在第i时刻的实际速度响应为主音圈在第i时刻的实际速度与输入电压的比值，主音圈在第i时刻的实际速度响应由辅助音圈在第i时刻的力因数、第i时刻的输入信号以及第一电压信号确定。
具体地，根据前述内容可知，主音圈的实际速度和辅助音圈的实际速度相同，因此，可以通过获取辅助音圈的实际速度得到主音圈的实际速度。下面对辅助音圈的实际速度的获得方式进行说明。
应理解，由于主音圈和辅助音圈之间非电性连接，主音圈的音圈电流不会流入辅助音圈。辅助音圈仅仅在主音圈的物理带动下移动产生感应电动势。对于辅助音圈而言，既没有外部电流流入，辅助音圈移动产生的感应电动势也不会在辅助音圈内部形成电流(对于辅助音圈而言，其耦接的电压传感器的阻抗很大，因此电流小到几乎可以忽略不计)，可见，辅助音圈中几乎没有电流。由于辅助音圈中没有电流，辅助音圈通过切割磁感线产生的感应电动势不会被所在回路中的各阻抗分压，因此，辅助音圈在第i时刻满足非线性电压模型：Uei＝BL2(si)V2i。
其中，Uei是辅助音圈在第i时刻的感应电动势的数值，即ue(i)(即第一电压信号)的电压值；BL2(si)为辅助音圈在第i时刻的力因数；V2i是辅助音圈在第i时刻的实际速度。需要说明的是，由于辅助音圈和主音圈的位移相同，因此，本申请实施例提及的si既指主音圈在第i时刻的位移，也指辅助音圈在第i时刻的位移，本申请实施例未对其进行区分。
通过上述辅助音圈的非线性电压模型可以得到辅助音圈在第i时刻的实际速度V2i：
由此，主音圈在第i时刻的实际速度主音圈在第i时刻的实际速度响应/>
可见，通过确定中涉及的各参数，可以基于/>确定主音圈在第i时刻的实际速度响应/>其中，Uei通过与辅助音圈耦接的电压传感器测得，Ui已知，现有技术中关于BL2(si)的获得方式已经相当成熟，此处不再详述。
需要说明的是，本申请实施例通过设置与主音圈非电性固定连接的辅助音圈，使得上述辅助音圈在第i时刻满足非线性电压模型很简单，涉及一个非线性参数BL2(si)，如此，使得对辅助音圈在第i时刻的实际速度响应的求解仅涉及一个非线性参数BL2(si)，大大减少了对非线性参数的应用。前述内容对主音圈在第i时刻的实际速度响应的确定方式进行了说明。
根据前述内容可知，在一些实施例中，主音圈的实际速度响应可以为主音圈在第i时刻的实际速度响应。在此情况下，根据确定的主音圈在第i时刻的实际速度响应即为主音圈的实际响应速度。可见，在主音圈的实际速度响应为主音圈在第i时刻的实际速度响应的情况下，上述图6提及的非线性响应模型可以通过/>实现。
在另一些实施例中，主音圈的实际速度响应还可以根据主音圈在第i-p时刻的实际速度响应至第i时刻的实际速度响应获得，如这p+1个时刻的实际速度响应的平均值。在此情况下，涉及到对主音圈在第i-p时刻的实际速度响应至主音圈在第i时刻的实际速度响应这p+1个实际速度响应的确定。应理解，主音圈在其它时刻的实际速度响应的确定方式可以参照主音圈在第i时刻的实际速度响应的确定。比如，主音圈在第i-p时刻的实际速度响应可以通过确定。在主音圈在第i-p时刻的实际速度响应至主音圈在第i时刻的实际速度响应这p+1个实际速度响应被确定后，根据这p+1个实际速度响应确定主音圈的实际速度响应。由此可见，在主音圈的实际速度响应根据主音圈在第i-p时刻的实际速度响应至第i时刻的实际速度响应获得的情况下，上述图6提及的非线性响应模型可以根据至/>这p+1个计算式获得。比如，在主音圈的实际速度响应为上述p+1个时刻的实际速度响应的平均值的情况下，则上述非线性响应模型可以为/>至/>这p+1个计算式的平均值。
需要说明的是，上述内容以主音圈在第i时刻的实际速度响应为主音圈在第i时刻的实际速度与输入电压的比值为例进行了说明。应理解，在其它实施例中，主音圈在第i时刻的实际速度响应也可以为主音圈在第i时刻的实际速度，本申请实施例对此不做具体限定。
上述内容以主音圈的目标速度响应和实际速度响应为例进行了说明。应理解，实际实施过程中，主音圈的目标响应和实际响应还可以为其它类型的响应。需要说明的是，目标速度响应可以通过关系式转换得到其它类型的目标响应，实际速度响应可以通过关系式转换得到其它类型的实际响应。比如，主音圈的目标响应还可以为目标位移响应，对应地，主音圈的实际响应还可以为实际位移响应。基于速度位移转换关系式V1i＝ωsi(V1i为主音圈在第i时刻的目标速度，si为主音圈在第i时刻的位移)，可以由主音圈在第i时刻的目标速度和实际速度分别得到主音圈在第i时刻的目标位移和实际位移，从而可以得到主音圈在第i时刻的目标位移响应和主音圈在第i时刻的实际位移响应，进而可以得到主音圈的目标位移响应和实际位移响应。目标位移响应和实际位移响应的具体实施可以适应性参照目标速度相应和实际速度响应。本申请实施例对其它类型的响应不再做重复赘述。
需要说明的是，图8所示的扬声器的非线性控制方法中，虽然避开了大部分非线性参数的应用，很大程度上减少了计算复杂度，但仍旧涉及到非线性参数-辅助音圈的力因数BL2(si)的计算。基于此，下面结合图9至图11对如何避免对非线性参数的应用进行说明。
请参照图9，图9为本申请实施例提供的另一种扬声器的结构示意图。图9所示的扬声器230中，辅助音圈233包括两个音圈，分别为内音圈2331和外音圈2332。
其中，外音圈2332套设在内音圈2331外侧。外音圈2332和内音圈2331分别与主音圈232非电性固定连接。外音圈2332和振膜/纸盆234固定连接，内音圈2331也与振膜/纸盆234固定连接。当然，在其它实施例中，外音圈2332和内音圈2331、主音圈232、以及振膜/纸盆234的连接关系也可以为其它形式，只要能够使得主音圈232在通入音频电流后沿Z方向往复运动，以带动外音圈2332和内音圈2331沿Z方向往复运动切割磁感线，并且使得振膜/纸盆234沿着Z方向往复运动即可，本申请实施例对此不做具体限定。
应理解，在图9所示的扬声器230中，外音圈2332和内音圈2331沿Z方向往复运动切割磁感线，均会产生感应电动势。本申请实施例将内音圈2331在主音圈232被第一音频信号u(t)′驱动的情况下产生的感应电动势为第一内电压信号；将外音圈2332在主音圈232被第一音频信号u(t)′驱动的情况下产生的感应电动势称为第一外电压信号。也就是说，图9所示的扬声器230中，辅助音圈233产生两个第一电压信号，分别为外音圈2332产生的第一外电压信号以及内音圈2331产生的第一内电压信号。
继续沿用前述示例，在第一音频信号为第i时刻的音频信号u(i)′的情况下，则内音圈2331产生的第一内电压信号为内音圈2331在主音圈被第i时刻的音频信号u(i)′的情况下产生的感应电动势，本申请实施例将内音圈2331在主音圈被第i时刻的音频信号u(i)′的情况下产生的感应电动势记作uei(i)，则内音圈2331产生的第一内电压信号为uei(i)；在第一音频信号为第i时刻的音频信号u(i)′的情况下，则外音圈2332产生的第一外电压信号为外音圈2332在主音圈被第i时刻的音频信号u(i)′的情况下产生的感应电动势，本申请实施例将外音圈2332在主音圈被第i时刻的音频信号u(i)′的情况下产生的感应电动势记作ueo(i)，则外音圈2332产生的第一外电压信号为ueo(i)。
在此情况下，可选地，图8所示的实施例中，主音圈的实际响应根据辅助音圈233产生的第一电压信号获得，具体包括：主音圈的实际响应根据内音圈2331产生的第一内电压信号的电压值与外音圈2332产生的第一外电压信号的电压值的差值获得。
应理解，外音圈2332和内音圈2331几乎无电流通过(外音圈2332和内音圈2331除了和电压传感器之间具有耦接关系之外，和其它器件没有连接关系。对于外音圈2332和内音圈2331产生的感应电动势而言，电压传感器的阻抗很大，因此，流经电压传感器的电流可以忽略不计)。由于没有电流通过，外音圈2332和内音圈2331之间不会产生互感，基于此，外音圈2332和内音圈2331各自产生的感应电动势与各自的速度呈正比关系，具体如下：
内音圈2331在第i时刻满足非线性电压模型：Ueii＝BL2i(si)V2ii。其中，Ueii为内音圈2331在第i时刻的感应电动势的数值，即第一内电压信号uei(i)的电压值；BL2i(si)为内音圈2331在第i时刻的力因数；V2ii为内音圈2331在第i时刻的实际速度。
外音圈2332在第i时刻满足非线性电压模型：Ueoi＝BL2o(si)V2oi。其中，Ueoi为外音圈2332在第i时刻的感应电动势的数值，即第一外电压信号ueo(i)的电压值；BL2o(si)为外音圈2332在第i时刻的力因数；V2oi为外音圈2332在第i时刻的实际速度。
应理解，由于外音圈2332和内音圈2331以相同速度同步做往复运动，因此，V2ii和V2oi相同，本实施例将V2ii和V2oi记为V2i。由此，内音圈2331和外音圈2332在第i时刻的感应电动势的差值(即第一内电压信号的电压值与第一外电压信号的电压值的差值)ΔUei：
ΔUei＝Ueii-Ueoi
＝(BL2i(si)-BL2o(si))V2i
＝(B2i(si)L2i(si)-B2o(si)L2o(si))V2i 等式三
将等式三中的B2i(si)L2i(si)-B2o(si)L2o(si)记为ΔBL2(si)，则上述等式三可以简化为：
ΔUei＝ΔBL2(si)V2i 等式四
通过上述等式四可以得到外音圈2332和内音圈2331在第i时刻的实际速度V2i：
应理解，主音圈232在第i时刻的实际速度和外音圈2332在第i时刻的实际速度V2i(也为内音圈2331在第i时刻的实际速度)相同。由此，主音圈在第i时刻的实际速度V0i也为主音圈在第i时刻的实际速度响应/>
可见，为获得主音圈在第i时刻的实际速度响应，需要确定ΔUei、ΔBL2(si)以及Ui。其中，Ui已知，下面对ΔUei以及ΔBL2(si)进行说明。
请参照图10，图10为图9所示的外音圈和内音圈的磁感应强度B与位移s的B-s曲线图。其中，曲线a为内音圈2331的曲线，曲线b为外音圈2332的曲线。通过观察曲线a和曲线b可以发现，曲线a和曲线b在不同位移处的差值近似常数。
应理解，在外音圈2332的有效导线长度L2i(si)为外音圈2332的导线长度，内音圈2331的有效导线长度L2i(si)为内音圈2331的导线长度的情况下，L2o(si)和L2i(si)为固定值。通过设置L2o(si)和L2i(si)相同，ΔBL2(si)仅取决于曲线a和曲线b在si处的差值。因此，ΔBL2(si)近似常数。具体实施过程中，可以通过测试确定该常数，通过将该常数进行预先存储，在确定主音圈在第i时刻的实际速度响应时，可以调用该常数进行计算。可见，该实施例可以避免对辅助音圈的力因数BL2(si)的复杂计算。
为了获得上述ΔUei，在一些实施例中，图9所示的扬声器230中，外音圈2332的第一端和内音圈2331的第一端耦接，外音圈2332的第二端和内音圈2331的第二端中的一个与电压传感器耦接，用于输出第一内电压信号的电压值和第一外电压信号的电压值的差值，即上述ΔUei。其中，外音圈2332的第一端和内音圈2331的第一端为异相端；外音圈2332的第二端和内音圈2331的第二端互为异相端。需要说明的是，外音圈2332和内音圈2331产生的感应电动势使得外音圈2332和内音圈2331均具有高电位端和低电位端，外音圈2332的高电位端和内音圈2331的低电位端互为异相端，外音圈2332的低电位端和内音圈2331的高电位端互为异相端。需要说明的是，当外音圈2332和内音圈2331的异相端相连时，剩余的异相端的电位为两者的感应电动势之差。如此，外音圈2332的第二端或内音圈2331的第二端可以输出上述ΔUei，上述电压传感器与外音圈2332的第二端或内音圈2331的第二端耦接，可以直接获得上述ΔUei。相比于通过两个电压传感器分别采集内音圈2331产生的第一内电压信号以及外音圈2332产生的第一外电压信号，然后再作差得到ΔUei的方案而言，该实施例仅需一个电压传感器，并且在无需对Ueii和Ueoi作差的情况下，便可获得得到上述ΔUei，这使得对扬声器的非线性控制更加简洁。
具体地，请参照图11，图11为图9所示的内音圈和外音圈的一种可能的绕线方式的示意图。图中，为了清晰展示外音圈2332和内音圈2331的绕线方式，将内音圈2331放置在外音圈2332上方，应理解，内音圈2331和外音圈2332的相对位置如图9所示。其中，外音圈2332和内音圈2331可以一次绕制而成，即外音圈2332和内音圈2331通过一根导线绕制，中间不断线。并且，外音圈2332顺时针绕线，内音圈2331逆时针绕线。如此，便可以实现外音圈2332和内音圈2331之间的异相端相连。
上面实施例仅仅是对如何获得述ΔUei的示意，具体实施过程中，还可以由其它方式，只要能够获得上述ΔUei即可，本申请实施例对此不做具体限定。
需要说明的是，外音圈2332和内音圈2331可以在能够承受的范围内尽量选择更细的线绕制而成。对于同样长度(沿Z方向)的音圈而言，绕线越细，则音圈的导线长度越长。根据公式E＝BLV可知，导线长度越长，音圈的感应电动势越大。如此，对用于获取感应电动势的电压传感器的灵敏度要求越低，有利于降低扬声器制造成本；并且电压传感器采集的ΔUei的信噪比更低，有利于提升ΔUei的准确性，依据更准确的ΔUei可以获得更准确的实际响应，从而可以提升扬声器的音质。该实施同样适合于图7的辅助线圈132。
此外，内音圈2331和外音圈2332的体积尽量大(比如通过增大内音圈2331和外音圈2332的径向尺寸，再比如，通过增加内音圈2331和外音圈2332的轴向尺寸)，如此，内音圈2331和外音圈2332的导线长度较长，这使得ΔUei较大，同样对电压传感器的灵敏度要求更低，电压传感器获取的ΔUei的信噪比更低，该实施同样适合于图7的辅助线圈132。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
本申请实施例还提供一种电子设备。该电子设备包括存储器、处理器以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述任一实施例的扬声器的非线性控制方法。
应理解，上述控制单元210可以视为处理器本身或者集成在处理器内部的一个处理单元。此外，处理器还可以包括更多的处理单元，比如，应用处理器(applicationprocessor，AP)，调制解调处理器，图形处理器(graphics processing unit，GPU)，图像信号处理器(image signal processor，ISP)，存储器，视频编解码器，数字信号处理器(digital signal processor，DSP)，基带处理器，和/或神经网络处理器(neural-networkprocessing unit，NPU)等。其中，不同的处理单元可以是独立的器件，也可以集成在一个或多个处理器中。例如，处理器可以是应用处理器AP。或者，上述处理器可以集成在片上系统(System on Chip，SOC)中。或者，上述处理器可以集成在IC芯片中。该处理器可以包括IC芯片中的模拟前端(Analog Front End，AFE)和微处理单元(microcontroller unit，MCU)。
本申请实施例还提供一种电子设备。该电子设备包括控制单元210以及上述任一实施例所示的扬声器。其中，该控制单元210与扬声器耦接；控制单元210用于获取扬声器的辅助音圈产生的第一电压信号，根据第一电压信号补偿第一输入信号。
具体地，控制单元210用于获取扬声器的辅助音圈产生的第一电压信号，根据第一电压信号补偿第一输入信号，具体为：控制单元210用于获取扬声器的辅助音圈产生的第一电压信号，根据第一电压信号确定主音圈的实际响应，根据主音圈的实际响应和目标响应对第一输入信号进行非线性补偿。
以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (12)
1.一种扬声器的非线性控制方法，其特征在于，包括：
在第一音频信号驱动所述扬声器的情况下，获取所述扬声器的主音圈的实际响应；所述实际响应由所述扬声器的辅助音圈移动过程中产生的第一电压信号确定，所述主音圈和所述扬声器的辅助音圈非电性固定连接，在所述第一音频信号驱动所述扬声器的情况下，所述主音圈移动并带动所述辅助音圈移动；
根据所述主音圈的目标响应和所述实际响应对第一输入信号进行非线性补偿，得到第二音频信号；
根据所述第二音频信号驱动所述扬声器。
2.如权利要求1所述的扬声器的非线性控制方法，其特征在于，所述第一音频信号是第二输入信号至少经过非线性补偿得到的信号；
所述第一输入信号为第i+1时刻的输入信号；所述第二输入信号为第i时刻的输入信号；i为正整数；
所述主音圈的目标响应为所述主音圈在所述第i时刻的目标响应；
所述主音圈的实际响应为所述主音圈在所述第i时刻的实际响应。
3.如权利要求1所述的扬声器的非线性控制方法，其特征在于，所述第一音频信号是第二输入信号至少经过非线性补偿得到的信号；
所述第一输入信号为第i+1时刻的输入信号；所述第二输入信号为第i-p时刻至第i时刻的输入信号；i为正整数，p为小于i的正整数；
所述主音圈的目标响应由所述主音圈在所述第i-p时刻的目标响应至所述第i时刻的目标响应确定；
所述主音圈的实际响应由所述主音圈在所述第i-p时刻的实际响应至所述第i时刻的实际响应确定。
4.如权利要求2或3所述的扬声器的非线性控制方法，其特征在于，所述目标响应为目标速度响应；所述实际响应为实际速度响应。
5.如权利要求4所述的扬声器的非线性控制方法，其特征在于，所述主音圈在所述第i时刻的目标速度响应由所述主音圈在所述第i时刻的力因数线性项、所述主音圈在所述第i时刻的直流阻抗以及所述主音圈在所述第i时刻的机械阻抗确定。
6.如权利要求4或5所述的扬声器的非线性控制方法，其特征在于，所述主音圈在所述第i时刻的实际速度响应由所述辅助音圈在所述第i时刻的力因数、所述第i时刻的输入信号以及所述第一电压信号确定。
7.如权利要求1至5任一项所述的扬声器的非线性控制方法，其特征在于，所述第一电压信号包括：第一外电压信号和第一内电压信号，所述实际响应由所述第一内电压信号的电压值和所述第一外电压信号的电压值的差值确定；
其中，所述第一外电压信号为所述辅助音圈的外音圈在所述主音圈的带动下移动时产生的电压信号；
所述第一内电压信号为所述辅助音圈的内音圈在所述主音圈的带动下移动时产生的电压信号；
所述辅助音圈的外音圈套设在所述辅助音圈的内音圈的外侧。
8.一种扬声器，其特征在于，包括：
磁路单元，用于产生磁场；
主音圈，处于所述磁路单元产生的磁场中；所述主音圈用于在第一音频信号的驱动下移动；
辅助音圈，与所述主音圈非电性固定连接，且所述辅助音圈处于所述磁路单元产生的磁场中；所述辅助音圈用于在所述主音圈的带动下移动并产生第一电压信号；
其中，所述第一电压信号用于补偿所述扬声器的第一输入信号，以获得用于驱动所述扬声器的第二音频信号。
9.根据权利要求8所述的扬声器，其特征在于，所述辅助音圈包括内音圈和外音圈；所述外音圈套设在所述内音圈外侧；
所述内音圈用于在所述主音圈的带动下移动以产生第一内电压信号；
所述外音圈用于在所述主音圈的带动下移动以产生第一外电压信号；
其中，所述第一内电压信号的电压值和所述第一外电压信号的电压值的差值用于补偿所述第一输入信号。
10.根据权利要求9所述的扬声器，其特征在于，
所述外音圈的第一端和所述内音圈的第一端耦接；所述外音圈的第一端和所述内音圈的第一端互为异相端；
所述外音圈的第二端或所述内音圈的第二端用于输出所述第一内电压信号的电压值和所述第一外电压信号的电压值的差值。
11.一种电子设备，其特征在于，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至7任一项所述的方法。
12.一种电子设备，其特征在于，包括：
如权利要求8至10任一项所述的扬声器；
控制单元，与所述扬声器耦接；所述控制单元用于获取所述扬声器的辅助音圈产生的第一电压信号，根据所述第一电压信号补偿第一输入信号。
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| CN202311080349.6A CN117714951A (zh) | 2023-08-24 | 2023-08-24 | 扬声器的非线性控制方法、扬声器以及电子设备 |
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Citations (4)
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|---|---|---|---|---|
| DE102007002920A1 (de) * | 2007-01-19 | 2008-07-31 | Halang, Wolfgang A., Prof. Dr. Dr. | Vorrichtung zum Einsatz in dynamischen Lautsprechern zur Vermeidung von Verzerrungsprodukten durch Regelung der Membranenbewegung |
| CN108476356A (zh) * | 2015-12-28 | 2018-08-31 | 三星电子株式会社 | 使用低阶非线性模型来控制电动扬声器驱动器 |
| CN211930856U (zh) * | 2020-06-09 | 2020-11-13 | 深圳前海振百易科技有限公司 | 一种带音质补偿的扬声器 |
| CN112929806A (zh) * | 2019-12-06 | 2021-06-08 | 迪芬尼声学科技股份有限公司 | 确定音圈位置的方法、音圈系统和扬声器 |
-
2023
- 2023-08-24 CN CN202311080349.6A patent/CN117714951A/zh active Pending
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