JP2020184756A - 磁束に基づく音響トランスデューサの非線形の挙動を補償するシステム及び方法 - Google Patents
磁束に基づく音響トランスデューサの非線形の挙動を補償するシステム及び方法 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】磁束に基づく音響トランスデューサの非線形の挙動を補償するシステム及び方法の提供。【解決手段】少なくとも別の実施形態では、メモリ及びオーディオ増幅器を含むオーディオ増幅器システムが提供される。オーディオ増幅器はメモリを含み、音声入力信号を受信し、音声入力信号及びスピーカの振動板の速度に基づいて目標電流信号を生成するようにプログラムされている。オーディオ増幅器は、少なくとも目標電流信号とスピーカのボイスコイルの予測位置に基づいて補正電流信号を生成し、磁束密度の値に基づいてスピーカのボイスコイルの予測位置を決定するようにさらにプログラムされている。磁束密度の値は、スピーカのボイスコイルのエアギャップの磁束と、スピーカのボイスコイルワイヤの長さの積に相応する。【選択図】なし
Description
関連出願の相互参照
本願は、「SYSTEM AND METHOD FOR NON−LINEAR BEHAVIOR FOR AN ACOUSTIC TRANSDUCER」と題し、弁護士整理番号HARM0681PUSであり、_______________に提出された、米国出願係属番号第__________号に関し得る。
本願は、「SYSTEM AND METHOD FOR NON−LINEAR BEHAVIOR FOR AN ACOUSTIC TRANSDUCER」と題し、弁護士整理番号HARM0681PUSであり、_______________に提出された、米国出願係属番号第__________号に関し得る。
本明細書で開示される1つまたは複数の態様は、概して、音響トランスデューサの非線形の挙動を補償するためのシステム及び方法である。本明細書に開示された態様は、可動コイル音響トランスデューサ、エンクロージャ、及びパッシブラジエータを使用するスピーカ用のアクティブ、センサレス、非線形の補正方法及び装置を提供し得る。例えば、低機械命令秒(MIPS)、センサレスモデル及びアルゴリズムが、振動板のサスペンション及びボイスコイルモーターによって引き起こされる歪みを補正するために、電流源と電圧源で駆動される、クローズド、ベント、及びパッシブラジエータの設計のために、ボイスコイルの位置の関数として提供される。これらの態様や他の態様が、本明細書でより詳細に論じられる。
フランスのPCT/US2018/052336(「336公開」)は、音響トランスデューサを提供している。音響トランスデューサは、入力オーディオ信号を受信し、入力オーディオ信号の包絡線を示す第1の基準信号を生成するように構成されたコントローラを含む。コントローラは、さらに、第1の基準信号に基づいて、固定コイル信号を音響トランスデューサの固定コイルに提供し、固定コイル信号を固定コイルに提供した後、固定コイルを通る電流を測定するように構成される。コントローラは、さらに、固定コイルを流れる電流を示す第1の出力を生成し、第1の出力に基づいて、磁気材料のエアギャップの磁束を判定するように構成される。コントローラは、さらに、エアギャップの磁束に反比例する可動コイルに対する電圧出力を生成するように構成される。電圧出力は、入力オーディオ信号に対応する歪みのない出力を提供する。
少なくとも1つの実施形態では、メモリ及びオーディオ増幅器を含むオーディオ増幅器システムが提供される。オーディオ増幅器はメモリを含み、音声入力信号を受信し、音声入力信号に基づいて目標電流信号を生成するようにプログラムされている。オーディオ増幅器は、スピーカのボイスコイルの第1の予測位置を生成し、目標電流信号及びボイスコイルの第1の予測位置に基づいて第1の補正電流信号を生成するように構成される。オーディオ増幅器はさらに、少なくともボイスコイルの第1の予測位置に基づいてスピーカエンクロージャ内の圧力を決定し、少なくともスピーカエンクロージャ内の圧力に基づいてパッシブラジエータの位置を決定するように構成される。オーディオ増幅器はさらに、スピーカの磁束密度の値を決定し、磁束密度の値と少なくともスピーカ内の圧力、パッシブラジエータの位置、及び第1の補正電流信号に基づいて、ボイスコイルの第2の予測位置を生成するように構成されている。
少なくとも別の実施形態では、メモリ及びオーディオ増幅器を含むオーディオ増幅器システムが提供される。オーディオ増幅器はメモリを含み、音声入力信号を受信し、音声入力信号及びスピーカの振動板の速度に基づいて目標電流信号を生成するようにプログラムされている。オーディオ増幅器は、少なくとも目標電流信号とスピーカのボイスコイルの予測位置に基づいて補正電流信号を生成し、磁束密度の値に基づいてスピーカのボイスコイルの予測位置を決定するようにさらにプログラムされている。磁束密度の値は、スピーカのボイスコイルのエアギャップの磁束と、スピーカのボイスコイルワイヤの長さの積に相応する。
少なくとも別の実施形態では、音声入力信号を増幅するようにプログラムされた非一時的なコンピュータ可読媒体に具現化されたコンピュータプログラム製品が提供される。コンピュータプログラム製品は、音声入力信号を受信し、その音声入力信号に基づいて目標電流信号を生成するための命令を含む。コンピュータプログラム製品は、スピーカのボイスコイルの第1の予測位置を生成し、目標電流信号及びボイスコイルの第1の予測位置に基づいて第1の補正電流信号を生成するための命令を含む。コンピュータプログラム製品は、スピーカのボイスコイルの第1の予測位置を生成し、目標電流信号及びボイスコイルの第1の予測位置に基づいて第1の補正電流信号を生成するための命令を含む。コンピュータプログラム製品はさらに、少なくともボイスコイルの第1の予測位置に基づいてスピーカエンクロージャ内の圧力を決定し、少なくともスピーカエンクロージャ内の圧力に基づいてパッシブラジエータの位置を決定するための命令を含む。コンピュータプログラム製品はさらに、スピーカの磁束密度の値を決定し、磁束密度の値と少なくともスピーカ内の圧力、パッシブラジエータの位置、及び第1の修正された電流信号に基づいてボイスコイルの第2の予測位置を生成するための命令を含む。
本開示の実施形態は、添付の特許請求の範囲において詳細に指摘される。しかし、様々な実施形態の他の特徴は、添付の図面と併せて以下の詳細な説明を参照することによってより明らかになり最大限理解される。
例えば、本願は以下の項目を提供する。
(項目1)
オーディオ増幅器システムであって、
メモリと、
オーディオ増幅器と、を備え、
上記オーディオ増幅器は、上記メモリを含み、
音声入力信号を受信すること、
上記音声入力信号に基づいて目標電流信号を生成すること、
スピーカのボイスコイルの第1の予測位置を生成すること、
上記目標電流信号と上記ボイスコイルの上記第1の予測位置とに基づいて第1の補正電流信号を生成すること、
少なくとも上記ボイスコイルの上記第1の予測位置に基づいてスピーカエンクロージャ内の圧力を決定すること、
少なくとも上記スピーカエンクロージャ内部の圧力に基づいてパッシブラジエータの位置を決定すること、
上記スピーカの磁束密度の値を決定すること、
上記磁束密度の値と、少なくとも上記スピーカ内の上記圧力、上記パッシブラジエータの上記位置、及び上記第1の補正電流信号に基づいて上記ボイスコイルの第2の予測位置を生成すること、
を行うようにプログラムされている、
上記オーディオ増幅器システム。
(項目2)
上記磁束密度の値が、上記スピーカにおけるエアギャップの磁束と、上記スピーカにおけるボイスコイルワイヤの長さとの積に対応する、上記項目に記載のシステム。
(項目3)
上記オーディオ増幅器が、さらに、
上記目標電流信号と上記ボイスコイルの上記第2の予測位置に基づいて、第2の補正電流信号を生成すること、
上記第2の補正電流信号に基づいて、上記ボイスコイルの位置を制御するように上記スピーカに上記第2の補正電流信号を送信すること、
を行うようにプログラムされる、上記項目のいずれか一項に記載のシステム。
(項目4)
上記オーディオ増幅器は、上記ボイスコイルの任意の数の上記生成された予測位置を記憶し、上記ボイスコイルの生成された予測位置の履歴を提供するようにプログラムされた変換ブロックを含む、上記項目のいずれか一項に記載のシステム。
(項目5)
上記変換ブロックが、さらに、
上記ボイスコイルの上記生成された予測位置の上記履歴に基づいて、上記スピーカのばね剛性に対応する平均ばねモデル信号を生成すること、
上記ボイスコイルの上記生成された予測位置の上記履歴に基づいて、上記スピーカの減衰に対応する平均減衰モデル信号を生成すること、
を行うようにプログラムされる、上記項目のいずれか一項に記載のシステム。
(項目6)
上記スピーカの上記ばね剛性が、上記スピーカのサラウンド及びスパイダの上記ばね剛性に対応する、上記項目のいずれか一項に記載のシステム。
(項目7)
上記スピーカの上記減衰が、上記スピーカのサラウンド及びスパイダの摩擦損失に対応する、上記項目のいずれか一項に記載のシステム。
(項目8)
上記オーディオ増幅器が、
ゼロに設定されている上記ボイスコイルの上記予測位置に対応する静止位置に上記スピーカの上記ばね剛性を正規化するようにプログラムされたばね正規化ブロックと、
上記休止位置に上記スピーカの上記減衰を正規化するようにプログラムされる減衰正規化ブロックと、
を含む、上記項目のいずれか一項に記載のシステム。
(項目9)
上記ボイスコイルにわたる測定電圧を示す第1のボイスコイル信号を受信し、上記第1のボイスコイル信号に基づいて第1のフィルタ出力を生成するようにプログラムされた第1の複数のフィルタと、
上記ボイスコイルにわたる測定電流を示す第2のボイスコイル信号を受信し、上記第2のボイスコイル信号に基づいて第2のフィルタ出力を生成するようにプログラムされた第2の複数のフィルタと、
上記第1のフィルタ出力及び上記第2のフィルタ出力に基づいて上記ボイスコイルのインピーダンスを示すインピーダンス信号を生成するようにプログラムされた除算器回路と、
をさらに含む、上記項目のいずれか一項に記載のシステム。
(項目10)
上記インピーダンス信号に基づいて、上記スピーカのばね剛性を決定するようにプログラムされる第1の多項式ブロックと、
上記インピーダンス信号に基づいて、上記スピーカの減衰を決定するようにプログラムされる第2の多項式ブロックと、
をさらに含む、上記項目のいずれか一項に記載のシステム。
(項目11)
オーディオ増幅器システムであって、
メモリと、
オーディオ増幅器と、を備え、
上記オーディオ増幅器は、上記メモリを含み、
音声入力信号を受信すること、
上記音声入力信号とスピーカの振動板の速度とに基づいて目標電流信号を生成すること、
少なくとも上記目標電流信号と上記スピーカのボイスコイルの予測位置とに基づいて補正電流信号を生成すること、
磁束密度の値に基づいて、上記スピーカの上記ボイスコイルの上記予測位置を決定すること、
を行うようにプログラムされ、
上記磁束密度の値は、上記スピーカの上記ボイスコイルのエアギャップの磁束と上記スピーカのボイスコイルワイヤの長さとの積に対応する、上記オーディオ増幅器システム。
(項目12)
上記オーディオ増幅器が、さらに、少なくとも上記ボイスコイルの上記予測位置に基づいて、上記ボイスコイルの位置を制御するように上記スピーカに補正電圧信号を提供するようプログラムされる、上記項目のいずれか一項に記載のシステム。
(項目13)
上記オーディオ増幅器は、上記音声入力信号に対応する電圧を、上記音声入力信号と上記スピーカの上記振動板の上記速度とに基づいて、上記目標電流信号に変換するようにプログラムされた第1の変換ブロックを含む、上記項目のいずれか一項に記載のシステム。
(項目14)
上記オーディオ増幅器は、上記磁束密度と上記スピーカの上記振動板の上記速度とに基づいて、上記補正電流信号を上記補正電圧信号に変換するようにプログラムされた第2の変換ブロックを含む、上記項目のいずれか一項に記載のシステム。
(項目15)
上記オーディオ増幅器が、
上記補正電圧信号に基づいて、上記ボイスコイルの平均電力を決定するようにプログラムされたボイスコイル電力推定ブロックと、
少なくとも上記固定コイルの電流に基づいて、上記スピーカの固定コイルの平均電力を決定するようにプログラムされた固定コイル電力推定ブロックと、
を含む、上記項目のいずれか一項に記載のシステム。
(項目16)
上記オーディオ増幅器は、さらに、
減算器回路であって、
上記固定コイルの上記平均電力に対する上記ボイスコイルの上記平均電力を比較すること、
上記ボイスコイルの上記平均電力が上記固定コイルの上記平均電力よりも大きい場合に、上記スピーカの上記固定コイルに提供される固定コイル電流信号を増やすこと、
を行うようにプログラムされた、上記減算器回路
を含む、上記項目のいずれか一項に記載のシステム。
(項目17)
上記オーディオ増幅器が、
上記スピーカの固定コイルの測定電流を提供するようにプログラムされた複合供給源ブロックと、
上記固定コイルの上記測定電流に基づいて、上記スピーカの上記ボイスコイルの上記エアギャップの上記磁束に対応する値を提供するようにプログラムされた磁束変換回路と、
を含む、上記項目のいずれか一項に記載のシステム。
(項目18)
上記オーディオ増幅器が、
上記スピーカの固定コイルの測定電流を提供するようにプログラムされた複合供給源ブロックと、
上記スピーカの上記測定電流に基づいて、上記固定コイルの平均抵抗を決定するようにプログラムされた前処理ブロックと、
上記固定コイルの上記平均抵抗に基づいて、上記スピーカの上記ボイスコイルの上記エアギャップの上記磁束に対応する値を提供するようにプログラムされた磁束変換回路と、
を含む、上記項目のいずれか一項に記載のシステム。
(項目19)
上記オーディオ増幅器が、
上記オーディオ入力信号の周波数を所定の周波数に対して比較するように構成された信号種別判別ブロックと、
上記音声入力信号の上記周波数が上記所定の周波数より低い場合に、上記スピーカの上記ボイスコイルの上記エアギャップの上記磁束に対応する値を提供する磁束変換回路に出力を提供し、上記スピーカの上記ボイスコイルからの反射電流を除去するように構成された低速の平均ピークセットブロックと、
上記音声入力信号の上記周波数が上記所定の周波数より高い場合に、固定コイルの電流の包絡線を提供する値を提供する上記磁束変換回路を提供するように構成された高速平均ピークセットブロックと、
ピークセットブロックと共に上記高速平均に対して上記固定コイルに上記電流を供給するように構成された複合供給源ブロックと、
を含む、上記項目のいずれか一項に記載のシステム。
(項目20)
音声入力信号を増幅するようにプログラムされた非一時的なコンピュータ読み取り可能媒体で具現化され、命令を備えるコンピュータプログラム製品であって、
上記命令は、
音声入力信号を受信すること、
上記音声入力信号に基づいて目標電流信号を生成すること、
スピーカのボイスコイルの第1の予測位置を生成すること、
上記目標電流信号と上記ボイスコイルの上記第1の予測位置とに基づいて第1の補正電流信号を生成すること、
少なくとも上記ボイスコイルの上記第1の予測位置に基づいてスピーカエンクロージャ内の圧力を決定すること、
少なくとも上記スピーカエンクロージャ内部の圧力に基づいてパッシブラジエータの位置を決定すること、
上記スピーカの磁束密度の値を決定すること、
上記磁束密度の値と、少なくとも上記スピーカ内の上記圧力、上記パッシブラジエータの上記位置、及び上記第1の補正電流信号に基づいて上記ボイスコイルの第2の予測位置を生成すること
を行わせる、上記コンピュータプログラム製品。
(摘要)
少なくとも別の実施形態では、メモリ及びオーディオ増幅器を含むオーディオ増幅器システムが提供される。オーディオ増幅器はメモリを含み、音声入力信号を受信し、音声入力信号及びスピーカの振動板の速度に基づいて目標電流信号を生成するようにプログラムされている。オーディオ増幅器は、少なくとも目標電流信号とスピーカのボイスコイルの予測位置に基づいて補正電流信号を生成し、磁束密度の値に基づいてスピーカのボイスコイルの予測位置を決定するようにさらにプログラムされている。磁束密度の値は、スピーカのボイスコイルのエアギャップの磁束と、スピーカのボイスコイルワイヤの長さの積に相応する。
例えば、本願は以下の項目を提供する。
(項目1)
オーディオ増幅器システムであって、
メモリと、
オーディオ増幅器と、を備え、
上記オーディオ増幅器は、上記メモリを含み、
音声入力信号を受信すること、
上記音声入力信号に基づいて目標電流信号を生成すること、
スピーカのボイスコイルの第1の予測位置を生成すること、
上記目標電流信号と上記ボイスコイルの上記第1の予測位置とに基づいて第1の補正電流信号を生成すること、
少なくとも上記ボイスコイルの上記第1の予測位置に基づいてスピーカエンクロージャ内の圧力を決定すること、
少なくとも上記スピーカエンクロージャ内部の圧力に基づいてパッシブラジエータの位置を決定すること、
上記スピーカの磁束密度の値を決定すること、
上記磁束密度の値と、少なくとも上記スピーカ内の上記圧力、上記パッシブラジエータの上記位置、及び上記第1の補正電流信号に基づいて上記ボイスコイルの第2の予測位置を生成すること、
を行うようにプログラムされている、
上記オーディオ増幅器システム。
(項目2)
上記磁束密度の値が、上記スピーカにおけるエアギャップの磁束と、上記スピーカにおけるボイスコイルワイヤの長さとの積に対応する、上記項目に記載のシステム。
(項目3)
上記オーディオ増幅器が、さらに、
上記目標電流信号と上記ボイスコイルの上記第2の予測位置に基づいて、第2の補正電流信号を生成すること、
上記第2の補正電流信号に基づいて、上記ボイスコイルの位置を制御するように上記スピーカに上記第2の補正電流信号を送信すること、
を行うようにプログラムされる、上記項目のいずれか一項に記載のシステム。
(項目4)
上記オーディオ増幅器は、上記ボイスコイルの任意の数の上記生成された予測位置を記憶し、上記ボイスコイルの生成された予測位置の履歴を提供するようにプログラムされた変換ブロックを含む、上記項目のいずれか一項に記載のシステム。
(項目5)
上記変換ブロックが、さらに、
上記ボイスコイルの上記生成された予測位置の上記履歴に基づいて、上記スピーカのばね剛性に対応する平均ばねモデル信号を生成すること、
上記ボイスコイルの上記生成された予測位置の上記履歴に基づいて、上記スピーカの減衰に対応する平均減衰モデル信号を生成すること、
を行うようにプログラムされる、上記項目のいずれか一項に記載のシステム。
(項目6)
上記スピーカの上記ばね剛性が、上記スピーカのサラウンド及びスパイダの上記ばね剛性に対応する、上記項目のいずれか一項に記載のシステム。
(項目7)
上記スピーカの上記減衰が、上記スピーカのサラウンド及びスパイダの摩擦損失に対応する、上記項目のいずれか一項に記載のシステム。
(項目8)
上記オーディオ増幅器が、
ゼロに設定されている上記ボイスコイルの上記予測位置に対応する静止位置に上記スピーカの上記ばね剛性を正規化するようにプログラムされたばね正規化ブロックと、
上記休止位置に上記スピーカの上記減衰を正規化するようにプログラムされる減衰正規化ブロックと、
を含む、上記項目のいずれか一項に記載のシステム。
(項目9)
上記ボイスコイルにわたる測定電圧を示す第1のボイスコイル信号を受信し、上記第1のボイスコイル信号に基づいて第1のフィルタ出力を生成するようにプログラムされた第1の複数のフィルタと、
上記ボイスコイルにわたる測定電流を示す第2のボイスコイル信号を受信し、上記第2のボイスコイル信号に基づいて第2のフィルタ出力を生成するようにプログラムされた第2の複数のフィルタと、
上記第1のフィルタ出力及び上記第2のフィルタ出力に基づいて上記ボイスコイルのインピーダンスを示すインピーダンス信号を生成するようにプログラムされた除算器回路と、
をさらに含む、上記項目のいずれか一項に記載のシステム。
(項目10)
上記インピーダンス信号に基づいて、上記スピーカのばね剛性を決定するようにプログラムされる第1の多項式ブロックと、
上記インピーダンス信号に基づいて、上記スピーカの減衰を決定するようにプログラムされる第2の多項式ブロックと、
をさらに含む、上記項目のいずれか一項に記載のシステム。
(項目11)
オーディオ増幅器システムであって、
メモリと、
オーディオ増幅器と、を備え、
上記オーディオ増幅器は、上記メモリを含み、
音声入力信号を受信すること、
上記音声入力信号とスピーカの振動板の速度とに基づいて目標電流信号を生成すること、
少なくとも上記目標電流信号と上記スピーカのボイスコイルの予測位置とに基づいて補正電流信号を生成すること、
磁束密度の値に基づいて、上記スピーカの上記ボイスコイルの上記予測位置を決定すること、
を行うようにプログラムされ、
上記磁束密度の値は、上記スピーカの上記ボイスコイルのエアギャップの磁束と上記スピーカのボイスコイルワイヤの長さとの積に対応する、上記オーディオ増幅器システム。
(項目12)
上記オーディオ増幅器が、さらに、少なくとも上記ボイスコイルの上記予測位置に基づいて、上記ボイスコイルの位置を制御するように上記スピーカに補正電圧信号を提供するようプログラムされる、上記項目のいずれか一項に記載のシステム。
(項目13)
上記オーディオ増幅器は、上記音声入力信号に対応する電圧を、上記音声入力信号と上記スピーカの上記振動板の上記速度とに基づいて、上記目標電流信号に変換するようにプログラムされた第1の変換ブロックを含む、上記項目のいずれか一項に記載のシステム。
(項目14)
上記オーディオ増幅器は、上記磁束密度と上記スピーカの上記振動板の上記速度とに基づいて、上記補正電流信号を上記補正電圧信号に変換するようにプログラムされた第2の変換ブロックを含む、上記項目のいずれか一項に記載のシステム。
(項目15)
上記オーディオ増幅器が、
上記補正電圧信号に基づいて、上記ボイスコイルの平均電力を決定するようにプログラムされたボイスコイル電力推定ブロックと、
少なくとも上記固定コイルの電流に基づいて、上記スピーカの固定コイルの平均電力を決定するようにプログラムされた固定コイル電力推定ブロックと、
を含む、上記項目のいずれか一項に記載のシステム。
(項目16)
上記オーディオ増幅器は、さらに、
減算器回路であって、
上記固定コイルの上記平均電力に対する上記ボイスコイルの上記平均電力を比較すること、
上記ボイスコイルの上記平均電力が上記固定コイルの上記平均電力よりも大きい場合に、上記スピーカの上記固定コイルに提供される固定コイル電流信号を増やすこと、
を行うようにプログラムされた、上記減算器回路
を含む、上記項目のいずれか一項に記載のシステム。
(項目17)
上記オーディオ増幅器が、
上記スピーカの固定コイルの測定電流を提供するようにプログラムされた複合供給源ブロックと、
上記固定コイルの上記測定電流に基づいて、上記スピーカの上記ボイスコイルの上記エアギャップの上記磁束に対応する値を提供するようにプログラムされた磁束変換回路と、
を含む、上記項目のいずれか一項に記載のシステム。
(項目18)
上記オーディオ増幅器が、
上記スピーカの固定コイルの測定電流を提供するようにプログラムされた複合供給源ブロックと、
上記スピーカの上記測定電流に基づいて、上記固定コイルの平均抵抗を決定するようにプログラムされた前処理ブロックと、
上記固定コイルの上記平均抵抗に基づいて、上記スピーカの上記ボイスコイルの上記エアギャップの上記磁束に対応する値を提供するようにプログラムされた磁束変換回路と、
を含む、上記項目のいずれか一項に記載のシステム。
(項目19)
上記オーディオ増幅器が、
上記オーディオ入力信号の周波数を所定の周波数に対して比較するように構成された信号種別判別ブロックと、
上記音声入力信号の上記周波数が上記所定の周波数より低い場合に、上記スピーカの上記ボイスコイルの上記エアギャップの上記磁束に対応する値を提供する磁束変換回路に出力を提供し、上記スピーカの上記ボイスコイルからの反射電流を除去するように構成された低速の平均ピークセットブロックと、
上記音声入力信号の上記周波数が上記所定の周波数より高い場合に、固定コイルの電流の包絡線を提供する値を提供する上記磁束変換回路を提供するように構成された高速平均ピークセットブロックと、
ピークセットブロックと共に上記高速平均に対して上記固定コイルに上記電流を供給するように構成された複合供給源ブロックと、
を含む、上記項目のいずれか一項に記載のシステム。
(項目20)
音声入力信号を増幅するようにプログラムされた非一時的なコンピュータ読み取り可能媒体で具現化され、命令を備えるコンピュータプログラム製品であって、
上記命令は、
音声入力信号を受信すること、
上記音声入力信号に基づいて目標電流信号を生成すること、
スピーカのボイスコイルの第1の予測位置を生成すること、
上記目標電流信号と上記ボイスコイルの上記第1の予測位置とに基づいて第1の補正電流信号を生成すること、
少なくとも上記ボイスコイルの上記第1の予測位置に基づいてスピーカエンクロージャ内の圧力を決定すること、
少なくとも上記スピーカエンクロージャ内部の圧力に基づいてパッシブラジエータの位置を決定すること、
上記スピーカの磁束密度の値を決定すること、
上記磁束密度の値と、少なくとも上記スピーカ内の上記圧力、上記パッシブラジエータの上記位置、及び上記第1の補正電流信号に基づいて上記ボイスコイルの第2の予測位置を生成すること
を行わせる、上記コンピュータプログラム製品。
(摘要)
少なくとも別の実施形態では、メモリ及びオーディオ増幅器を含むオーディオ増幅器システムが提供される。オーディオ増幅器はメモリを含み、音声入力信号を受信し、音声入力信号及びスピーカの振動板の速度に基づいて目標電流信号を生成するようにプログラムされている。オーディオ増幅器は、少なくとも目標電流信号とスピーカのボイスコイルの予測位置に基づいて補正電流信号を生成し、磁束密度の値に基づいてスピーカのボイスコイルの予測位置を決定するようにさらにプログラムされている。磁束密度の値は、スピーカのボイスコイルのエアギャップの磁束と、スピーカのボイスコイルワイヤの長さの積に相応する。
必要に応じて、本発明の詳細な実施形態が本明細書に開示されるが、開示された実施形態は、様々な及び代替の形態で具体化され得る本発明の単なる例であることを理解されたい。図は必ずしも縮尺通りではなく、一部の特徴は、特定の構成要素の詳細を示すために誇張または最小化され得る。したがって、本明細書に開示される具体的な構造及び機能の詳細は、限定するものではなく、単に当業者が本発明を様々に使用できるように教示するための代表的な基準として解釈されたい。
本明細書に開示されるコントローラは、様々なマイクロプロセッサ、集積回路、メモリデバイス(例えば、フラッシュメモリ、ランダムアクセスメモリ(RAM)、読み出し専用メモリ(ROM)、電気的プログラム可能読み出し専用メモリ(EPROM)、電気的消去可能プログラマブル読み出し専用メモリ(EEPROM)、または他の適切な異形)、及び本明細書に開示される動作(複数可)を行うために相互に共同するソフトウェアを含み得ることが認識されている。加えて、開示される係るコントローラは、開示される任意の数の機能を行うようにプログラムされる非一時的コンピュータ可読媒体内で具体化されるコンピュータプログラムを実行する1つ以上のマイクロプロセッサを利用する。さらに、本明細書で提供されるコントローラ(複数可)は、ハウジングと、ハウジングの内部に配置される、様々な数のマイクロプロセッサ、集積回路、及びメモリデバイス(例えば、FLASH(登録商標)、ランダムアクセスメモリ(RAM)、読み取り専用メモリ(ROM)、電気的にプログラム可能な読み取り専用メモリ(EPROM)、電気的に消去可能なプログラム可能な読み取り専用メモリ(EEPROM))を含む。開示されるコントローラ(複数可)はまた、本明細書で論じられるような他のハードウェアベースのデバイスとの間でそれぞれデータを送受信するためのハードウェアベースの入力及び出力も含む。
可動コイルトランスデューサ(または可動コイルスピーカ)がそれらの音響出力を増大させると、そのようなトランスデューサはそれらの歪みを増大させる。この基本的な関係は、トランスデューサのサイズ、重量、コスト、非効率性をもたらすが、これらはすべて望ましくない。これは特に、これら性能の問題のすべてが重大である自動車への適用で使用されるトランスデューサの場合に当てはまる。同時に、高出力、低い歪み、所望のアクティブノイズキャンセル(ANC)、エンジンオーダーキャンセル(EOC)、個別のサウンドゾーン(ISZ)、及び音声認識のエコーキャンセルを達成または提供できるシステムに対する必要性が増大し続けている。
結果として、信号処理を介してトランスデューサの歪みを最小化しようと試みるクリッペルによって説明されるようなセンサレス方法が存在している。これは、次に、適切に使用された場合、望ましいトレードオフに応じて、トランスデューサ設計者がより小型で、より軽量、低コスト、またはより効率的な解決策を成し遂げられるようにする。しかし、これらの方法は、特に自動車に見られるようなマルチチャネルの応用では、計算コストがかかる可能性がある(例えば、1秒ごとに1億命令(MIPS)以上)。さらに、これらの方法は、多くの場合、組み込みマイクロコントローラとデジタル信号プロセッサー(DSP)を必要とする。したがって、本明細書で提供されるような、(例えば、比較的低い処理要件を提供する)低MIPアルゴリズム、及び非線形の歪みを補正するためのハードウェアの低コストの方法が必要である。さらに、解決策は、比較的低い処理要件を必要とする自動車用ハードウェアと互換性があるべきである。
概して、根本的には、一度トランスデューサの非線形性の制御または補正がアクティブに制御または補正されると、トランスデューサ及びシステムの設計者は、スピーカで必要となる可能性のあるトレードオフに関して柔軟性を持つ。このことで、設計目標に応じてサイズ、重量、コスト、及び効率が向上する場合がある。例えば、本明細書に開示される実施形態は、トランスデューサの変位または規定外変動及びボイスコイルの電流に対するより良好な制御を提供でき、トランスデューサがその限界に近く駆動され、結果としてより多くの出力を提供し得るようにする。さらに、本明細書に開示される実施形態は、トランスデューサの非線形性能に対する制御を強化し、ANC、RNC、EOC、ISZ、エコーのキャンセルなどのトランスデューサの線形性または応答に依拠する音響アルゴリズムの性能を強化することができる。
本明細書に開示される実施形態は、(i)安定性、再現性、及び検査能力(すなわち、ブラックボックスではない)に関して堅牢かつ本質的に予測可能であり、(ii)低から非常に低いMIP、センサレスにより計算が単純であり、(iii)単純な電流センシングで適応し、(iv)アルゴリズムを簡略化し、付随する組み込みコントローラを適応させる必要がない可能性のあるDSP環境で動作するものであり得る。
図1は、概して、一実施形態による、密閉型スピーカシステム100の例を示す。システム100は、概して、スピーカ102(またはトランスデューサ)(例えば、アクティブスピーカまたはメインドライバ)及びパッシブラジエータ104(または音声入力信号の形態で電気エネルギーを受け取らないドローンコーン)を含む、エンクロージャ101を含む。エンクロージャ101は、概して、オーディオ信号を送信するための一般的なスピーカエンクロージャを表し、トランスデューサ102及びパッシブラジエータ104に関連する態様は、以下でより詳細に論じられる。
図2は、概して、トランスデューサ102を含む様々な態様を示す。例えば、トランスデューサ102は、概して、コーン(または振動板)110及びボイスコイル112を含む。サラウンド(またはサスペンション)114は、振動板110の端部に取り付けられる。フォーマー116は、ボイスコイル112を取り囲み、エアギャップ118内に配置される。外部磁石(または磁石)120は、エアギャップ118と、ボイスコイル112及びフォーマー116の少なくとも一部とを取り囲む。スパイダ122はフォーマー116の一部を取り囲んでいる。
概して、音声データに対応する音声入力信号は、ボイスコイル112に提供される。ボイスコイル112及び磁石120は、互いに磁気で結合され、音声入力信号は、音声入力信号の極性に基づく垂直軸で振動板110の直線運動を引き起こす。振動板110は、全体的に可撓性であり、ボイスコイル112と磁石120との間で伝達される磁場に応答して、垂直軸で両方向に変位する。フォーマー116は、振動板110に取り付けられ、振動板110の変位と同様の変位を経る(または垂直軸に沿って動く)。振動板110が線形で変位する結果として、トランスデューサ(またはスピーカ)100は、使用者による消費のために部屋または他の環境に音声入力信号を送信する。スパイダ122は、概して、振動板110が垂直方向または垂直軸の線形で変位する間に、振動板110が水平に移動するのを防止するように構成される。
図3は、概して、パッシブラジエータ104を含む様々な態様を示す。概して、パッシブラジエータ104は、ボイスコイル112及び磁石120を除いて、トランスデューサ102を含む上記の構成要素のすべてを含み得る。パッシブラジエータ104は、エンクロージャ101内に閉じ込められた音を使用して、低周波数(すなわち、低音)を発するための共振を生成することができる。パッシブラジエータ104は、エンクロージャ101内の空気の質量及び弾力性(またはコンプライアンス)に基づいて周波数を生成することができる。パッシブラジエータ104は、その全体的な振動板の質量(振動板110またはコーンの重量を含む)を変えることにより、エンクロージャ101に同調することができる。トランスデューサ102が振動板110の線形の変位により空気圧を生成するとき、そのような空気圧はパッシブラジエータ104を動かす。
図4は、スピーカシステム100におけるトランスデューサ102及びパッシブラジエータ104に関連する要素のモデルを示す。概して、ボイスコイル112(またはトランスデューサ102の可動コイル)及びスピーカシステム100の他の機械的要素の挙動を数学的にモデル化することにより、非線形の挙動を計算し、増幅器及び信号処理をリアルタイムで使用して、非線形の挙動を補正することが可能である。これらの態様は、本明細書でより詳細に説明される。
スピーカシステムをモデル化するには多くの方法がある。しかし、この場合のように、システムの物理的な要素について事前に十分理解している場合は、要素に適合するモデルが計算上最も単純で調整が最も簡単な場合がある。本明細書に開示された態様は、直接計算でき、適応的に調整できる様式で、物理的要素(例えば、トランスデューサ102とパッシブラジエータ104)、及びスピーカシステム100でのそれらの相互作用をモデル化し、要素が非線形の様式で振る舞うときには補正されるよう試みている。
スピーカシステム100には一般に4つのサブシステムがある:(1)トランスデューサ102(増幅器(図示せず)からの電気信号を機械的出力(図示せず)に変換する)(例えば機械的出力は運動とみなすことができ、これはひいては機械的出力を音響信号に変換する)、(2)パッシブラジエータ104(エンクロージャ101及びトランスデューサ102と共振して低周波数で音響出力を生成する)、(3)パッシブラジエータ104をトランスデューサ102に(圧力を介して)結合し、パッシブラジエータ104とトランスデューサ102の両方の背圧を正面の圧力から分離するエンクロージャ101、及び(4)増幅器及び信号処理(図示せず)。スピーカシステム100の2つの簡略化されたサブセットはまた、パッシブラジエータ104を、エンクロージャ101のポートを使用して作成される音響質量で置き換えるベントシステム、及びベントラジエータまたはパッシブラジエータ104なしで、密閉されたエンクロージャを単純に備えるクローズドボックスシステムとして使用できる。図4は、3つの機械的サブシステムを示しており、2体共振システムに類似している。
概して、トランスデューサ102の機械的要素は、剛性(例えば、Kms_TD)、減衰(例えば、Rms_TD)及び移動質量(例えば、M_TD)を有するばねとしてモデル化することができる。M_TDは、振動板110に結合された空気を含むすべての可動部品の質量に相応する。Rms_TDは、サラウンド114とスパイダ122の組み合わせの摩擦損失に相応する。Kms_TDは、サラウンド114とスパイダ122の組み合わせのばね剛性に相応する。同様に、パッシブラジエータ104は、剛性(例えば、Kms_PR)、減衰(例えば、Rms_PR)、及び移動質量(例えば、M_PR)としてモデル化することができる。トランスデューサ102及びパッシブラジエータ104は、システム100の2つの本体とみなすことができる。本体を結合する力は、エンクロージャ101の圧力(例えば、エンクロージャ101の外側の周囲圧力に対する)に、トランスデューサ102の振動板110(例えば、Sd_TD)及びパッシブラジエータ104の振動板110の表面積を掛けることによって、モデル化することができる。エンクロージャ101における空気の圧縮率は、カッパ「κ」(すなわち、空気の断熱指数、約1.4)にボックスの圧力を掛けた剛性で、ばねとしてモデル化することができる。
ボイスコイル112(またはトランスデューサ102の可動コイル)の場合、駆動力F_1は、エアギャップ118における磁場の強さ(例えば、「B」)に場の導体の長さ「L」をかけ、導体(例えば、ボイスコイル112)の電流をかけることによってモデル化することができる。
基準フレームx1(t)は、トランスデューサ102の振動板110の位置に対して定義される。同様に、基準フレームx2(t)は、パッシブラジエータ104の振動板110の位置に対して定義される。x1(t)の正の方向は、エンクロージャ101への移動として定義され、x2(t)の正の方向は、エンクロージャ101からの移動として定義される。
移動質量の力は、質量×加速度であるという関係を使用すると、ばねの力は、静止時間からの距離、ばねの剛性に等しく、摩擦(または減衰)の力は、速度と摩擦の積である。
トランスデューサ102の移動質量(例えば、MmsTD)に対する力を以下によって表すことが可能である。
式中、x1(t)はx1として示される。
式中、x1(t)はx1として示される。
同様に、パッシブラジエータ104の移動質量に対する力は、以下のように表すことができる。
式中、x2(t)はx2として示される。
式中、x2(t)はx2として示される。
次に、トランスデューサ102の振動板110の位置及びパッシブラジエータ104の振動板110の位置に基づいて圧力「 P 」を計算することが一般的に必要であり得る。これは、ひいては、休止位置からトランスデューサ102及びパッシブラジエータ104の振動板110の変位により得られる体積をひいたエンクロージャ101の体積(例えば、Vol_0)であり得るエンクロージャ101の体積(例えば、Vol_1)を第1に計算することによって達成することができる。空気の体積は圧力などに比例することが知られている。
次に、エンクロージャ「p」内の相対的な圧力を相対的な体積及びエンクロージャ外の圧力p_amb(周囲の場合)に関連付けることにより、体積の変化から生じる新しい圧力を、以下によって計算することができる。
自由体の力の図(すなわち、図4)における「p」は、式(5)におけるp(x1,x2)であることに留意されたい。
Vol_0が、(トランスデューサ102及びパッシブラジエータ104の両方用の)振動板110が静止している状態のエンクロージャ101の体積であることが許容される場合、周囲圧力に対する圧力の変化は、式6により次のように示され得る。
式(4)及び(5)を組み合わせて、周囲に対するエンクロージャ101内の圧力をX1及びX2の関数として計算することにより、以下が得られる。
次に、この常微分方程式系は、ボイスコイル112からの駆動力が与えられた場合の振動板110の(すなわち、トランスデューサ102及びパッシブラジエータ104の)動きを説明することができる。しかし、これはまだ非線形の挙動を考慮していない。
ボイスコイル112の近傍における磁場の形状のために、BLは、スピーカ102の振動板110の位置X1の非線形関数である。この態様をモデル化するためにはいくつかの方法があり得るが、単純な方法では、n次の多項式を使用できる。例えば、次の式は、静止位置に正規化された位置に静止位置での公称値を掛けた値の関数としてBLを表すことができる。
式(7)は4次の多項式を示しているが、n次の多項式を式(7)に対して実行できることが認識される。振動板の110サスペンションの物理的特性のため、KmsとRmsは位置X1の非線形関数である。BLに関して、RmsとKmsは多項式として表すことができる。多項式は、正規化された部分と、静止位置に対応するX1=0のスカラー部分といった2つのセクションに分解されている。このことの利点は、以下の改善で明らかになる。
式(8)及び式(9)は、第1の正規化回路130、第2の正規化回路132、第1の乗算器回路134、及び第2の乗算器回路136を介して、図5に示すように信号のフローの観点から示すことができる。式(8)及び式(9)の括弧内に示されているcR4.x4などは、それぞれ、第1の正規化回路130及び第2の正規化回路132に対応することが認識されている。第1の正規化回路130及び第2の正規化回路132のそれぞれは、概して、式(8)及び式(9)によって要求される計算を実行するためのハードウェア及びソフトウェアを含む。
Rmsの場合、それはまた、振動板110の速度の関数であり得、これはまた、例えば、多項式として次のようにモデル化され得る。
式(10)において、Rms(x)は、式(9)のRmsを示している。
次に、これらの式は、オイラーの方法などの数値法を使用して解くことができ、式は、時間の小さなステップで繰り返される(システム100の任意の変数の位置の変化率に比べて小さい)。特に、式1〜10の系を解くと、振動板110の速度が得られる。これは、以下でより詳細に説明される。
電流供給源による補正
電流供給源による補正
トランスデューサ102及びパッシブラジエータ104の振動板110の位置及び速度を推定するモデルが確立されたので、これらの態様をシステム(またはオーディオ増幅器システム)150に挿入して、歪みを補正し得る(図6を参照されたい)。システム150は、電流供給源増幅器(またはオーディオ増幅器)として実装され得、概して、等化ブロック152、コア補正ブロック154、トランスデューサ予測モデルブロック156を含む。計算上最も簡単なアプローチは、電流供給源158を使用してボイスコイル112を駆動することである。電流供給源158の性質により、システム150は、ボイスコイル112における抵抗及び電流に対するインダクタンスの影響を排除し、したがって、無視することができる。電流供給源158は、定義により、負荷に関係なく所望の電流を供給する。このアプローチでは、ボイスコイル112の補正電流を決定することのみが必要となり得る。
等化ブロック152は、音声入力信号に基づいて、所望の電流に対応する電流の目標(またはI_target)を生成する。トランスデューサモデルブロック160には、概して、少なくとも目標電流(すなわち、I_target)に応答して増幅器150によって生成されたボイスコイル112の電流を表す入力電流I_vc(またはI corrected)が供給される。トランスデューサ予測モデルブロック156は、ハードウェアとソフトウェアの組み合わせを含み、式2、3、6、7、8、9、及び10ごとに、スピーカ102の振動板110の位置X1(またはボイスコイル112の予測された位置)を計算する。システム150は、トランスデューサ予測モデルブロック156によって決定されるものとして、ボイスコイル112を予測された位置X1に移動するようにI correctedをボイスコイル112に対して供給する。トランスデューサ予測モデルブロック156は、トランスデューサモデルブロック160、圧力モデルブロック162、及びパッシブラジエータモデルブロック164を含む。トランスデューサモデルブロック160は式2、式7、式8、式9、及び式10を実行する。圧力モデルブロック162は一般に式6を実行し、パッシブラジエータモデルブロック164は一般に式3を実行する。与えられたKms_TD(X1)、それぞれの多項式と目標電流(等化ブロック152のI_target)からのBL(x)、Kms_TD(x)とBL(x)の非線形性を補償するための補正電流(例えば、I_current)は次のように計算できる。
概して、BL(x)がBL(0)未満であり、ばね剛性の変化による力の誤差を相殺するために追加される量を有する場合、目標電流は比例して増加し得る。しかし、そのようなシステムでは、ボイスコイル112の抵抗によってもたらされる電気的減衰が増幅器150(または電流供給源)によって打ち消される可能性があるため、周波数応答は不正確になる可能性がある。この態様は、等化ブロック152で固定等化フィルタを使用することによって補償することができる。図7は、図6の増幅器150を表し、さらに、後の実装で改善できるコア補正ブロック155を含む。
電圧供給源による補正
図8は、ボイスコイル112を駆動するための電圧供給源として機能するオーディオ増幅器システム180を示す。システム180は、電流変換ブロック182、適応ブロック184、及び電圧変換ブロック186を含む。システム180は、音声入力信号に応答してトランスデューサのボイスコイル112への補正された電圧を供給する。適応ブロック184は、コア補正ブロック190及びトランスデューサ予測モデルブロック156を含む。概して、システム180は、目標電圧を(図示されていない等化ブロックから(目標電圧は、音声入力信号に基づいて生成される))電流変換ブロック182を介して目標電流(すなわち、I_target)に変換される。コア補正ブロック190は、目標電流を補正して、補正電流(すなわち、I_corrected)を生成する。電圧変換ブロック186は、I_correctedを、ボイスコイル112を駆動するために使用される補正電圧(すなわち、V_corrected)に変換する。電圧供給源増幅器(図示せず)が、V_correctedをボイスコイル112へ適用する。システム180は、ボイスコイル112のインダクタンスの影響を無視する。ボイスコイル112は、補正がシステム180のより低い周波数に対するものである場合に一般に機能する。動きと非線形性のほとんどは低周波数で発生するため、これは有効な可能性がある。
図8は、ボイスコイル112を駆動するための電圧供給源として機能するオーディオ増幅器システム180を示す。システム180は、電流変換ブロック182、適応ブロック184、及び電圧変換ブロック186を含む。システム180は、音声入力信号に応答してトランスデューサのボイスコイル112への補正された電圧を供給する。適応ブロック184は、コア補正ブロック190及びトランスデューサ予測モデルブロック156を含む。概して、システム180は、目標電圧を(図示されていない等化ブロックから(目標電圧は、音声入力信号に基づいて生成される))電流変換ブロック182を介して目標電流(すなわち、I_target)に変換される。コア補正ブロック190は、目標電流を補正して、補正電流(すなわち、I_corrected)を生成する。電圧変換ブロック186は、I_correctedを、ボイスコイル112を駆動するために使用される補正電圧(すなわち、V_corrected)に変換する。電圧供給源増幅器(図示せず)が、V_correctedをボイスコイル112へ適用する。システム180は、ボイスコイル112のインダクタンスの影響を無視する。ボイスコイル112は、補正がシステム180のより低い周波数に対するものである場合に一般に機能する。動きと非線形性のほとんどは低周波数で発生するため、これは有効な可能性がある。
また、システム180は振動板の位置X1に加えて、振動板110の予測速度を利用する(トランスデューサ予測モデルブロック156からの出力を参照)。電流変換ブロック182は、振動板110の速度を利用して(電圧に比例する)音声信号を目標電流I_targetに変換し、それをコア補正ブロック190に送信する。また、電圧変換ブロック186は、I_correctedを、ボイスコイル112に印加されるべき電圧に比例する信号に変換する。また、トランスデューサ予測モデルブロック156は、予測されたBL(または予測された磁束X及びエアギャップ118の長さ)を提供する。電圧変換ブロック186はまた、以下に示される式13のように、I_correctedをV_correctedに変換するために予測BLを必要とする。
概して、トランスデューサ予測モデルブロック156で使用するために、目標電圧(すなわち、電流変換ブロック182への入力)をI_targetに変換することが必要である。例えば、ボイスコイル112の動きは、電流を伝送する。これは、速度×「B」×「L」に比例する電圧を生成する。これは、エアギャップの長さに対応し、ボイスコイル112の逆EMFと呼ばれ得る。これは、ボイスコイル112に印加される電圧(すなわち、V_corrected)から差し引かれる電圧を提供し、ボイスコイル抵抗(例えば、Rvc)の抵抗にわたるバランスを維持する。BL(x)が線形である場合にボイスコイル電流と一致する線形目標電流(つまり、I_corrected)は、次のように計算できる。
同様に前述したように目標電流が補正されると、これを補正電圧(すなわち、Vcorrected)に変換し直す必要がある。同じ関係に基づいて、これは次の方程式で実行できる。
ボイスコイルのDC抵抗の変動(Rvc)
単純なアプローチでは、ボイスコイル112の抵抗は一定であると想定され得る。ボイスコイル112の抵抗が一定であると仮定すると、式(13)のRvcAvgはRvcnominalに設定される。一般的に、ボイスコイルは銅またはアルミニウムで形成される。これらの材料は、対応する温度が変化すると抵抗の変化に遭遇する可能性がある。したがって、システム180の電圧供給源の実装を改善するために、熱モデルを使用して、ボイスコイル112の温度上昇を推定し、それによってボイスコイル112の温度補正された抵抗を計算することができる。ボイスコイル112の電力は、電流がI_correctedとして予測されるため、取得され得る。精度に基づいて使用できる熱モデルがいくつかある。最も単純なのはRCモデルであり得る。これは、Rがボイスコイル112の周囲に対する熱抵抗を表し、Cがボイスコイル112の比熱容量を表す。RCモデルは、オイラーの方法を使用して反復的に解くこともできる。
単純なアプローチでは、ボイスコイル112の抵抗は一定であると想定され得る。ボイスコイル112の抵抗が一定であると仮定すると、式(13)のRvcAvgはRvcnominalに設定される。一般的に、ボイスコイルは銅またはアルミニウムで形成される。これらの材料は、対応する温度が変化すると抵抗の変化に遭遇する可能性がある。したがって、システム180の電圧供給源の実装を改善するために、熱モデルを使用して、ボイスコイル112の温度上昇を推定し、それによってボイスコイル112の温度補正された抵抗を計算することができる。ボイスコイル112の電力は、電流がI_correctedとして予測されるため、取得され得る。精度に基づいて使用できる熱モデルがいくつかある。最も単純なのはRCモデルであり得る。これは、Rがボイスコイル112の周囲に対する熱抵抗を表し、Cがボイスコイル112の比熱容量を表す。RCモデルは、オイラーの方法を使用して反復的に解くこともできる。
系の式を反復的に解くオイラーの方法の1つの例が、以下に説明される。以下に示すようにアルゴリズムのコードを繰り返しループすることにより、アルゴリズムは様々な系の式を小さな時間ステップで解き、式が小さな時間ステップにわたって移動して、線形とみなされ扱われるようにし得る。例えば、200uSの時間ステップ(5kHzのサンプルレートの場合)は、典型的なスピーカを適切にモデル化できる。このモデルでは、入力(例えば、48KHzなどであり得る音声入力)及び48KHzであり得るVcorrected出力及びIcorrected出力でのダウンサンプリングまたはデシメーションと、出力(例えば、48KHzであり得るVcorrected出力及びIcorrected出力)での補間フィルタによるアップサンプリングを必要とし得る。このアプローチでは、定点の完全な実行で、完全なパッシブラジエータシステムの場合はチャネルあたり約5〜6MIPS、クローズドボックスシステムの場合は最低1〜2MIPSが必要になり得る。
*/
//トランスデューサの運動の解:
//dtはサンプルシステムの小規模な時間ステップとして定義される
X1=X1+Velocity_TD*DT;
Force_damping_TD=−Velocity_TD*Rms(X1)_TD;
Force_spring_TD=−X1*Kms(X1)_TD
Force_pressure_TD=−K*pressure*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;
パッシブラジエータ104の運動の解:
Force_damping_PR=−Velocity_PR*Rms(X2,Velocity_PR)PR;
Force_spring_PR=−X2*Kms(X2)_PR;
Force_pressure_PR=k*pressure*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;
//エンクロージャ101の圧力変化の解:
pressure=p_0*(Sd_TD*X1−Sd_PR*X2)/(VB+SD*X1+Sd_PR*X2);
//ボイスコイル112の補正電流の解:
Ivc_corrected=Ivc_target*BL(0)/BL(X1)+(Kms(X1)−Kms(0)*X1/BL(X1);
//電圧供給源アルゴリズムの場合、次のCコードを追加できる:
//Ivc_targetの解
Ivc_target=(EQ_out−Velocity_TD*BL(X1))/Rvoice_coil;
//ボイスコイル112の補正電圧の解:
V_voicecoil=Ivc_corrected*Rvoice_coil+BL(X1)*Velocity_TD.
運動履歴の結果としてのKmsとRmsの変動
*/
//トランスデューサの運動の解:
//dtはサンプルシステムの小規模な時間ステップとして定義される
X1=X1+Velocity_TD*DT;
Force_damping_TD=−Velocity_TD*Rms(X1)_TD;
Force_spring_TD=−X1*Kms(X1)_TD
Force_pressure_TD=−K*pressure*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;
パッシブラジエータ104の運動の解:
Force_damping_PR=−Velocity_PR*Rms(X2,Velocity_PR)PR;
Force_spring_PR=−X2*Kms(X2)_PR;
Force_pressure_PR=k*pressure*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;
//エンクロージャ101の圧力変化の解:
pressure=p_0*(Sd_TD*X1−Sd_PR*X2)/(VB+SD*X1+Sd_PR*X2);
//ボイスコイル112の補正電流の解:
Ivc_corrected=Ivc_target*BL(0)/BL(X1)+(Kms(X1)−Kms(0)*X1/BL(X1);
//電圧供給源アルゴリズムの場合、次のCコードを追加できる:
//Ivc_targetの解
Ivc_target=(EQ_out−Velocity_TD*BL(X1))/Rvoice_coil;
//ボイスコイル112の補正電圧の解:
V_voicecoil=Ivc_corrected*Rvoice_coil+BL(X1)*Velocity_TD.
運動履歴の結果としてのKmsとRmsの変動
モデルはまた、運動中のKms及びRmsが1つの多項式によって定義されると仮定した。実際、これらのパラメータは動きの「履歴」によって異なる場合がある。例えば、振動板110が顕著な速度及び変位で動かされると、振動板110のサスペンション114は軟化し得る。これは、RmsとKmsの両方を変え得る。
改善として、Kms及びRmsの値は、時間とともにRms(0)及びKms(0)の変化する値の推定を使用してスケーリングされ得る。Kms(x)とRms(x)の多項式は静止位置に正規化されるため、時間変動パラメータは正規化された位置変動パラメータを直接乗算して、より正確なKmsとRmsを決定できる。
位置の関数としての振動板110のサスペンション114の軟化及び硬化は、指数関数的減衰の合計としてモデル化され得る経時的な平均として予測することができ、平均化への入力は、運動の大きさが無期限に適用された場合に発生する可能性があるKms及びRmsの状態値に相当する。Kmsのこの定常値は、変化位置の包絡線の多項式である式(14)として表すことができる。
指数関数的減衰は次式の形をとることができる。
次に、平均Kms(またはKmsAvg )は、式(15)に式(14)を乗算することによって計算され得る。次に、この平均Kmsは、式(8)のKms(0)を置き換えて、以下が得られる:
同じ形式の等式をRms定常状態に使用することができる。
Kmsに関して、式(15)及び式(17)を使用して、定常状態Rmsを運動の大きさに関連付けることができる。次に、式(15)に式(17)を掛けて、平均Rmsを計算できる。次に、この平均Rmsは、式(9)のRms(0)に置き換えられ、以下が得られる:
式15及び式16に示されるKmsAvg及びRmsAvgは、その最近の履歴にわたってX1を平均することにより、ボイスコイル112の予測位置の履歴を得る。
図9は、Kms及びRmsを提供するためのモデルを実行するシステム200を示す。システム200は、トランスデューサ予測モデルブロック156の一部であり得る。システム200は全体的に、Kms及びRmsを提供するモデルを実行するコントローラ202を含む。システム200はまた、変換ブロック204、Kms正規化ブロック206、及びRms正規化ブロック208、第1の乗算器回路210、及び第2の乗算器回路212も含む。変換ブロック204は、概して、X1の履歴をKmsの平均値(またはKMSavg)(例えば、平均ばねモデル信号)に変換するよう構成される。変換ブロック204は、概して、X1の履歴をRmsの平均値(またはRmsavg )(例えば、平均減衰モデル信号)に変換するよう構成される。システム200は、上記の式16によって表されるようにKmsを提供する。システム200はまた、上記の式18によって表されるようにRmsを提供する。Kms正規化ブロック206(またはばね正規化ブロック)は、スピーカ102のばね剛性を、ゼロに設定されているボイスコイル112の予測位置に対応する静止位置に正規化するようにプログラムされている。Rms正規化ブロック(または減衰正規化ブロック)208は、スピーカ102の減衰を静止位置(例えば、ボイスコイル112の予測位置がゼロに設定される)に正規化するようにプログラムされている。
図10は、概して、Kms及びRmsを提供するためのモデルも実行するシステム250を示す。システム250は、変換ブロック204、Kms正規化ブロック206、Rms正規化ブロック208、第1の乗算器回路210、及び第2の乗算器回路212を含む。変換ブロック204は、概して、包絡線ブロック252、平均化ブロック254、Kms定常状態ブロック256、Rms定常状態ブロック258、Kms指数減衰ブロック260、Rms指数減衰ブロック262、Kms選択回路264、及びRms選択回路266を含む。システム250は、これらに限定されないが、式(15)に示されているように異なる時定数を使用することによるKms_avg及びRms_avgの近似を改良させる。改善されたKms_avg及びRms_avgは、振動板110のサスペンション114が軟化しているか硬化しているかに基づいてもよい。言い換えれば、システム250は、振動板110の動きの量が最近の動きと比較して増加または減少するときを考慮に入れる。この態様は、Kms_avgまたはRms_avgを予測された定常状態のKmsまたはRmsと比較する選択の操作で実行できる。平均値が定常値よりも小さい場合、振動板110のサスペンション114は軟化している可能性があり、軟化時定数を選択することができる。そうではなく、平均値が定常値よりも大きい場合、振動板110のサスペンション114は硬化している可能性があり、次いで硬化時定数が選択される。これは、以下でより詳細に説明される。概して、変換ブロック204は、ボイスコイル112の生成された予測位置の履歴を提示するために、ボイスコイル112の任意の数の予測位置(例えば、X1)を生成及び格納するように構成される。例えば、変換ブロック204は、ボイスコイル112の生成された予測位置の履歴を決定するために、積分、ピーク検出、及び/または一定期間の平均化を実行するように構成される。システム250は、トランスデューサ予測モデルブロック156の一部である、図6に示されるようなトランスデューサモデルブロック160の一部であり得る。システム150は、ボイスコイル112の生成された予測位置の履歴を記憶するためのメモリ(図示せず)を含むことが認識される。
入力において、包絡線ブロック252は、位置信号(例えば、X1)を受信し、位置信号の包絡線を提示する。平均化ブロック254は、包絡線ブロック252によって生成された包絡線にピークホールドを適用する。平均化ブロック254の出力は、動きの短期平均レベルを表し、したがって、サスペンション114の動きの軟化ポテンシャルを表す。Kms状態ブロック256は、定常状態Kmsの値(例えば、予測された定常状態)を提示し、Rms定常状態ブロック258は、定常状態Rmsの値(例えば、予測された定常状態)を提示する。Kms選択回路264とRms選択回路266のそれぞれは、定常状態のKmsの値と定常状態のRmsの値に各々応答して軟化するサスペンションの定常状態の量に対する平均運動に変換する1次または高次の多項式を含む。Kms指数関数的減衰ブロック260及びRms指数関数的減衰ブロック262は、振動板110のサスペンション114の軟化挙動の時間依存性の態様をモデル化するために、それぞれ、定常状態のKmsの値と定常状態のRmsの値を受け取る。
精緻化として、異なる指数減衰時定数は、サスペンション114の実際の挙動よりも良好に適合し得る。特に、振動板110のサスペンション114は、(動きが減少または停止すると)サスペンション114が硬化するよりも速く軟化し得る。この態様をモデル化するために、Kms選択回路264は、定常状態の予測された軟化(または定常状態のKmsの値)をKmsのモデル化された平均と比較し、定常状態のKmsの値(または予測される軟化)が指数関数的減衰(またはKmsのモデル化された平均)で予測された電流の値よりも軟化している場合、軟化τが指数関数的減衰(またはKms指数関数的減衰ブロック260に適用される)で使用される。一方、定常状態のKmsの値(または予測される軟化)が、指数関数的減衰(またはモデル化されたKmsの平均)によって予測される電流の値よりも硬い場合は、硬化τが指数関数的減衰(またはKms指数関数的減衰ブロック26に適用される)で使用される。定常状態のRmsの値(または予測される軟化)、Kmsのモデル化された平均、相互の比較、及びRms指数減衰ブロック262に対してRms選択回路266により適用される際の軟化τと硬化τの利用に関して、同様の態様が適用される。
適応Kms及びRmsの提供
場合によっては、音楽やその他のオーディオを再生しながらリアルタイムでシステム180(例えば、図8に関連して説明されるボイスコイル112を駆動するための電圧供給源として機能するシステム180)に関連して使用されるボイスコイル112の電流を測定することが可能である。同様に、音楽または他のオーディオを再生しながらリアルタイムでシステム150(例えば、ボイスコイル112を駆動する電流供給源として機能するシステム150)に関連して使用されるボイスコイル112の電圧を測定することが可能である。これが実行される場合、KmsとRmsの値、またはKmsとRmsの平均を経時的に測定する他の実施態様がある。図11は、一実施形態による、Kms及びRmsの値を測定するそのような実施態様(または装置)300の一例を示す。装置300は、第1のバンドパスフィルタ302、第2のバンドパスフィルタ304、第1のローパスフィルタ306、第2のバンドパスフィルタ308、除算器回路310、第1の多項式ブロック312、及び第2の多項式ブロック314を含む。第1のバンドパスフィルタ302は、ボイスコイル112の測定電圧に対応する信号を受信し得る。第2のバンドパスフィルタ304は、ボイスコイル112にわたる測定された電流に対応する信号を受け取ることができる。第1及び第2のバンドパスフィルタ302及び304は、所定の周波数で電圧及び電流をバンドパスフィルタ処理する。第1のローパスフィルタ306及び第2のローパスフィルタ308は、測定されたVvc(例えば、ボイスコイル112の測定電圧)及び測定されたIvc(例えば、ボイスコイル112の測定電流)の瞬時値をそれぞれ変換し、それをボイスコイル112の平均電圧(例えば、Vvc_avg)及びボイスコイル112の平均電流(例えば、Ivc_avg)の対応するrms値に変換する。除算器回路310は、Vvc_avgをIvc_avgで除算して、インピーダンス(例えば、Zavg)を提供する。
場合によっては、音楽やその他のオーディオを再生しながらリアルタイムでシステム180(例えば、図8に関連して説明されるボイスコイル112を駆動するための電圧供給源として機能するシステム180)に関連して使用されるボイスコイル112の電流を測定することが可能である。同様に、音楽または他のオーディオを再生しながらリアルタイムでシステム150(例えば、ボイスコイル112を駆動する電流供給源として機能するシステム150)に関連して使用されるボイスコイル112の電圧を測定することが可能である。これが実行される場合、KmsとRmsの値、またはKmsとRmsの平均を経時的に測定する他の実施態様がある。図11は、一実施形態による、Kms及びRmsの値を測定するそのような実施態様(または装置)300の一例を示す。装置300は、第1のバンドパスフィルタ302、第2のバンドパスフィルタ304、第1のローパスフィルタ306、第2のバンドパスフィルタ308、除算器回路310、第1の多項式ブロック312、及び第2の多項式ブロック314を含む。第1のバンドパスフィルタ302は、ボイスコイル112の測定電圧に対応する信号を受信し得る。第2のバンドパスフィルタ304は、ボイスコイル112にわたる測定された電流に対応する信号を受け取ることができる。第1及び第2のバンドパスフィルタ302及び304は、所定の周波数で電圧及び電流をバンドパスフィルタ処理する。第1のローパスフィルタ306及び第2のローパスフィルタ308は、測定されたVvc(例えば、ボイスコイル112の測定電圧)及び測定されたIvc(例えば、ボイスコイル112の測定電流)の瞬時値をそれぞれ変換し、それをボイスコイル112の平均電圧(例えば、Vvc_avg)及びボイスコイル112の平均電流(例えば、Ivc_avg)の対応するrms値に変換する。除算器回路310は、Vvc_avgをIvc_avgで除算して、インピーダンス(例えば、Zavg)を提供する。
1つの方法では、任意の所与の周波数でボイスコイル112によって提示されるインピーダンスは、その周波数での二乗平均二乗電圧をその周波数での二乗平均二乗電流で割ったものである(特定の周波数で電流及び電圧をバンドパスフィルタ処理することにより)ため、またフィルタリングされた結果をrmsの値に変換し、それらを除算することにより、所与の周波数でボイスコイル112によって提示される平均インピーダンスを提供することができる。概して、第1の多項式ブロック312及び第2の多項式ブロック314は、図12に示すように、Kms(z)及びRms(z)の曲線に適合するように構成される。Kms及びRmsは、図6に示されているように、KmsTDとRmsTD、次にKms_PRとRms_PRを含む式2及び式3により、トランスデューサモデルブロック160の一部であることが認識される。トランスデューサモデルブロック160は、ボイスコイル112がスピーカ102内の予測位置に移動するように、X1を提供する(例えば、ボイスコイル112の予測位置及び補正ブロック154は、ボイスコイル112に供給される電流に対応するI_correctedを生成する)。
図12は、一実施形態による、インピーダンスの関数としてのRms及びKmsの対応する値を示す。概して、RmsとKmsの多くの組み合わせにより、特定の周波数で同じインピーダンスになる場合がある。スピーカ102では、スピーカ102のRms及びKmsは予測可能な方法で変化する傾向があるので、多くの場合、特定の周波数及び特定の平均インピーダンスに対するRms及びKms値の1つまたは固有のセットがあり得る。これは、概して、図12に示されている。
したがって、特定の周波数におけるインピーダンスが既知である場合、Kms及びRmsの値を予測することが可能である。図12に示すように、特定の周波数でのインピーダンスからKmsとRmsを計算する1つの方法として、多項式を使用してKmsとRmsのそれぞれの曲線を一致させることを伴い得る。
場合によっては、振動板110のサスペンション114は、図11に関連して述べたように、測定されたインピーダンスの実装(例えば、システム300)を使用して検出できるよりも速く軟化することがある。これは、システム300が時間のかかる平均の取得に依拠しているためになる可能性がある。これが問題である場合、図10のシステム250に関連して上述したように、振動板110のサスペンション114が硬化しているときに、硬化τと測定されたKmsとRmsが選択され、振動板110のサスペンション114が軟化しているときに、軟化τと推定された定常状態のKmsとRmsが選択されるハイブリッドアプローチを使用できる。
図13は、一実施形態による、Kms及びRmsを提供するためのシステム320を全体的に示す。システム320は、図5に関連して上述したように、第1の正規化回路130、第2の正規化回路132、第1の乗算器回路134及び第2の乗算器回路136に加えて装置300を含む。上述したように、装置300はKmsの測定平均とRmsの測定平均を提供する。位置及び運動履歴の影響を含む非線形Kms及びRmsをモデル化するために、平均静止値(例えば、測定された平均Kms及び測定された平均Rms)は、それぞれ第1の乗算器回路134及び第2の乗算器回路136を各々介して、Kms及びRmsを提供するために、第1の正規化回路130及び第2の正規化回路132のKms(x1)及びRms(x1)の正規化された多項式モデルで乗算できる。
システム200、250、300、及び320は、図6、図7、及び図8に示されるように、トランスデューサ予測モデルブロック156内に実装されてもよいことが認識される。図9、図10、図11、及び図13のシステム200、250、300、及び320は、X1として指定された入力を示しているのに対し、システム200、250、300、及び320は、トランスデューサ予測モデルブロック156によって生成されるとフィードバックとしてX1を利用することが認識される。
場合によっては、Rms及びKmsは、位置及び/または履歴の両方で同様の挙動を有する可能性がある。これが当てはまる場合、計算の簡略化として、Kmsのみを計算し、RmsにKmsの値の倍数のスケーラーを提供することが可能である。同様に、パッシブラジエータ104のKms及びRmsは、トランスデューサ102のKms及びRmsに適切にスケーリングされ得る。
ボイスコイルのRdcの適応モデルの提供
さらに、スピーカ102の共振より上(すなわち、速度及び逆EMFが低い場合がある)の周波数、及びボイスコイル112のインダクタンスが重要になりインピーダンスに追加される周波数より下の周波数を選択することにより、ボイスコイル112の抵抗に概ね近い値は、Kms及びRmsを決定するために実行される同様の方法で、中間帯域周波数でインピーダンスを測定することによって測定することができる。測定されたインピーダンスは、ボイスコイル112のDC抵抗に近い場合がある。DC抵抗は温度の関数であり得るので、DC抵抗は、ボイスコイル112の温度を決定して、ボイスコイル112が熱保護などを必要とするかどうかを決定するために使用され得る。したがって、熱モデルに基づいて式(13)で計算されたボイスコイルの抵抗(Rvc_avgなど)の代わりに、測定されたDC抵抗を使用して、モデルをさらに適応させることができる。
さらに、スピーカ102の共振より上(すなわち、速度及び逆EMFが低い場合がある)の周波数、及びボイスコイル112のインダクタンスが重要になりインピーダンスに追加される周波数より下の周波数を選択することにより、ボイスコイル112の抵抗に概ね近い値は、Kms及びRmsを決定するために実行される同様の方法で、中間帯域周波数でインピーダンスを測定することによって測定することができる。測定されたインピーダンスは、ボイスコイル112のDC抵抗に近い場合がある。DC抵抗は温度の関数であり得るので、DC抵抗は、ボイスコイル112の温度を決定して、ボイスコイル112が熱保護などを必要とするかどうかを決定するために使用され得る。したがって、熱モデルに基づいて式(13)で計算されたボイスコイルの抵抗(Rvc_avgなど)の代わりに、測定されたDC抵抗を使用して、モデルをさらに適応させることができる。
ベントシステムの場合
様々な理由により、いくつかのスピーカは、パッシブラジエータの代わりに、調整されたポートまたはベントを備えて設計されている。このベントは、パッシブラジエータ104の質量と同様に、システムと共振して低周波数出力を生成することができる音響質量を有する。しかし、ベントはパッシブラジエータ104のサスペンションの剛性Kms_PRと同等のものを有していない場合がある。したがって、ベントの音響質量の運動に対する解を得るために、Kms_PRの値をゼロに設定することができる。特に高速時で、同様に摩擦損失が発生する可能性があることが、ベント内の空気の動きの特性である。したがって、トランスデューサ102のRmsについて説明したように、Rms_ventはまた速度の関数であるRms_ventを含める方がより正確である可能性がある。
様々な理由により、いくつかのスピーカは、パッシブラジエータの代わりに、調整されたポートまたはベントを備えて設計されている。このベントは、パッシブラジエータ104の質量と同様に、システムと共振して低周波数出力を生成することができる音響質量を有する。しかし、ベントはパッシブラジエータ104のサスペンションの剛性Kms_PRと同等のものを有していない場合がある。したがって、ベントの音響質量の運動に対する解を得るために、Kms_PRの値をゼロに設定することができる。特に高速時で、同様に摩擦損失が発生する可能性があることが、ベント内の空気の動きの特性である。したがって、トランスデューサ102のRmsについて説明したように、Rms_ventはまた速度の関数であるRms_ventを含める方がより正確である可能性がある。
クローズドボックスの場合
一部のスピーカは、パッシブラジエータまたは調整されたベントなしで設計できる。このようなスピーカは、頻繁にクローズドボックスシステムと呼ばれる。この場合、パッシブラジエータ(x2)またはベントの位置をゼロに設定することが可能である。計算を簡単にするために、パッシブラジエータがシステムに存在しないため、パッシブラジエータの振動板の運動の解を求める必要がない場合がある。
一部のスピーカは、パッシブラジエータまたは調整されたベントなしで設計できる。このようなスピーカは、頻繁にクローズドボックスシステムと呼ばれる。この場合、パッシブラジエータ(x2)またはベントの位置をゼロに設定することが可能である。計算を簡単にするために、パッシブラジエータがシステムに存在しないため、パッシブラジエータの振動板の運動の解を求める必要がない場合がある。
無限バッフルの場合
トランスデューサ102が非常に大きなエンクロージャ101(例えば、トランク全体をエンクロージャ101として含むことができる車両のバックシェルフ、または音響的に外に開放されている車のドアなど)に取り付けられているシステムは、無限バッフルシステムとみなすことができる。この場合、式(2)のp(x1,x2)はゼロに設定され、式(3)を無視できる。
トランスデューサ102が非常に大きなエンクロージャ101(例えば、トランク全体をエンクロージャ101として含むことができる車両のバックシェルフ、または音響的に外に開放されている車のドアなど)に取り付けられているシステムは、無限バッフルシステムとみなすことができる。この場合、式(2)のp(x1,x2)はゼロに設定され、式(3)を無視できる。
パッシブラジエータのモデル化
トランスデューサのKms及びRmsを予測するための同じ方法(すなわち、Kms_TD、Rms_TD、式(1)を参照)は、パッシブラジエータ104のサスペンションがトランスデューサ102のものに対する挙動と類似しているとき、パッシブラジエータ104のKms及びRmsを予測するために適用され得る。しかし、上述のように、パッシブラジエータ104のKms及びRmsをKms_avg(測定または予測)に比例して単に変化させることが適切である可能性がある。概して、Kms_PR及びRms_PRを固定の値としてモデル化して改善をもたらすだけで十分な場合がある。これは、式(2)のKms_PRとRms_PRに適用され得る。
トランスデューサのKms及びRmsを予測するための同じ方法(すなわち、Kms_TD、Rms_TD、式(1)を参照)は、パッシブラジエータ104のサスペンションがトランスデューサ102のものに対する挙動と類似しているとき、パッシブラジエータ104のKms及びRmsを予測するために適用され得る。しかし、上述のように、パッシブラジエータ104のKms及びRmsをKms_avg(測定または予測)に比例して単に変化させることが適切である可能性がある。概して、Kms_PR及びRms_PRを固定の値としてモデル化して改善をもたらすだけで十分な場合がある。これは、式(2)のKms_PRとRms_PRに適用され得る。
非永久磁石ベースの可動コイルトランスデューサへの適応
非永久磁石ベースの可動コイルトランスデューサ(またはSAMドライバ)では、「B」(磁場)は、磁化電流(すなわち、固定コイルの電流)が継続的に調整されているため、継続的に変化している。磁場作用は、ボイスコイル112に電流供給源増幅器が使用されている場合、固定の等化(例えば、上記の電流供給源補正方法の等化と類似したもの)を利用するか、電圧供給源増幅器が使用されている場合、Bが時間とともに変化するため周波数応答がBに基づいて調整される動的等化によって補正できる。次に、等化された信号にB_nominal/Bを掛けることによりさらに補正する。
非永久磁石ベースの可動コイルトランスデューサ(またはSAMドライバ)では、「B」(磁場)は、磁化電流(すなわち、固定コイルの電流)が継続的に調整されているため、継続的に変化している。磁場作用は、ボイスコイル112に電流供給源増幅器が使用されている場合、固定の等化(例えば、上記の電流供給源補正方法の等化と類似したもの)を利用するか、電圧供給源増幅器が使用されている場合、Bが時間とともに変化するため周波数応答がBに基づいて調整される動的等化によって補正できる。次に、等化された信号にB_nominal/Bを掛けることによりさらに補正する。
非線形補正アプローチがSAMドライバに適合される場合、固定コイルの電流に対する目標とされた(または磁化)電流を決定するための同様の方法が適用されてもよい。しかし、SAMドライバにおけるアルゴリズムのための等化機能は、本明細書に記載されたものによって置き換えられ得る。例えば、上記の図6に関連して説明されたような電流供給源の実装(例えば、システム150)は、非永久磁石ベースの可動コイルトランスデューサのための電流供給源の実装に関連して使用されてもよい。しかし、図8に関連して説明されたような電圧供給源の実装(例えば、システム180)は、非永久磁石ベースの可動コイルトランスデューサのための電圧供給源の実装に関連して使用されてもよい。これは、SAMドライバの電圧供給源の実装の動的等化機能を、電圧から目標電流への変換で置き換えることができることを示唆している可能性がある。したがって、動的等化はもはや必要とされず、実際には、本明細書で開示される態様によって改善され得る。
等化された信号にB_nominal/Bを乗算する関数は、式(7)のBL(0)をBL(I_stationary)で置き換えることによって置換することができる。これは、式(7)を次のように置き換える。
SAMドライバでは、ボイスコイルのギャップの磁束密度に対する励磁電流を「B 」に変換する関数が提示される。このBに固定のボイスコイルワイヤの長さを単純に掛けると、LはBL(I_stationary)(つまり、固定のボイスコイルワイヤの磁束密度と長さ)が得られる。
図14は、一実施形態による、音響トランスデューサ装置(またはオーディオ増幅器システム)500の一実装を示す。音響トランスデューサ装置500は、入力端子、制御ブロック(またはコントローラ)503、及びトランスデューサ(またはスピーカ)506を含む。入力オーディオ信号(例えば、Vi)502が、制御ブロック503の入力端子に供給される。制御ブロック503は、可動コイル制御信号(例えば、Im)及び固定コイル制御信号(例えば、IS)を生成する。トランスデューサ506は、磁性材料512、振動板514、フォーマー516、固定コイル518、及び可動コイル(またはボイスコイル)520を含む。可動コイル520は、フォーマー516に取り付けられる。
磁性材料512は一般にトロイダル型であり、トロイダル型キャビティを有する。固定コイル518は、キャビティ内に配置される。様々な実施形態では、磁性材料512は、1つまたは複数の部品から形成することができ、これにより、固定コイル518をキャビティ内に、より容易に挿入または形成することができるようになる。磁性材料512は、固定コイル信号に応答して磁化され、それにより、磁性材料512において磁束を生成する。磁性材料512は、磁路538内にトロイダルエアギャップ536を含み、磁束は、エアギャップ536内及びその近くを流れる。
磁性材料512は、磁場の存在下で磁化されることが可能な任意の材料から形成され得る。様々な実施形態では、磁性材料512は、2つ以上のそのような材料から形成されてもよい。いくつかの実施形態では、磁性材料512は、積層から形成され得る。いくつかの実施形態では、積層は、半径方向に組み立てることができ、複合磁性材料が積層間にギャップがなく形成されるように楔型に成形され得る。
可動コイル520は、フォーマー516に取り付けられ、制御ブロック503から可動コイル信号を受信する。振動板514は、振動板514がフォーマー516及び可動コイル520と共に移動するように、フォーマー516に取り付けられる。フォーマー516及び可動コイル520は、可動コイル信号及びエアギャップ536内の磁束に応答して、エアギャップ536内を移動する。概して、フォーマー516と共に移動する音響トランスデューサ506の様々な構成要素を可動式構成要素と言及することができる。フォーマー516が動いているときに静止している構成要素は、静止式構成要素と言及することができる。音響トランスデューサ606の静止構成要素は、概して、磁性材料512及び固定コイル518を含む。
様々な実施形態では、音響トランスデューサ506は、ダストキャップ532と磁性材料512との間のエア空間を通気するように適合され得る。例えば、開口が磁性材料512に形成され得るか、開口がフォーマー516に形成されてエア空間の通気を可能にし、それにより空気圧が振動板514の動きに影響を与えるのを低減または防止するようにし得る。
制御ブロック103は、概して、コア補正ブロック154、フィルタ552(例えば、2次フィルタ)、変換回路554、補正ブロック556、第1の電流供給源558、第2の電流供給源560、平方根回路562及びピーク検出器回路564を含む。概して、トランスデューサ装置500は、第1の電流供給源558及び第2の電流供給源560を利用して、自動車用途に適したトランスデューサ装置500を可能にする電圧供給源を置き換える。
概して、固定コイル518と可動コイル520に電流を提供し、電圧源と電流源両方の利点を組み込み、過渡応答を改善し、改善された待ち時間、正確性、及び適切な保護及び診断を提供するための制御方法が必要とされている。制御ブロック503は、可動コイル信号(例えば、Im)(またはボイスコイル信号)を提供するために第1の電流供給源558を利用することにより、簡略化された周波数の補償を提供する。第1の電流供給源558は、電流(すなわち、可動コイル信号)が可動コイル520のインピーダンスに依存しないため、可動コイル520の抵抗の減衰効果を排除する。したがって、トランスデューサ506の周波数応答は、もはや可動コイル信号(すなわち電流)に依存せず、代わりに固定されている。この態様は、周波数応答を補償するために使用される単一の固定された非時変2次フィルタ552を可能にする。
固定コイル518と可動コイル520の両方の電力を含むトランスデューサ506の最適な効率は、固定コイル518と可動コイル520の電力が平衡しているときに(すなわち、トランスデューサ506用のモータアセンブリの鉄鋼が飽和し始め、固定コイル506の電流をさらに増加しても利益はない時点まで)達成される。トランスデューサ装置500では、抵抗の電力が電流の二乗に比例するため固定コイル518の電流を設定するピーク検出器回路564によって検出されるオーディオ信号レベルのピークの平方根回路562を介して近似される。平方根回路562からの出力504を直接使用するために、比例電流供給源(すなわち、第2の電流供給源560)が、固定コイル518を駆動するために使用される。
固定コイル信号(または固定コイル518の電流)に直接比例する出力504の変化する感度を補償するために、変換回路554を使用して、関数B(i)の可動コイル520のエアギャップ536内の磁束を計算することができる。変換回路554は、磁束密度(B(i))をコア補正ブロック154に提供する。磁束密度は、概して、磁化または定常コイル電流の関数として可動コイル520(またはボイスコイル)のエアギャップ536内の磁束密度に対応する。
トランスデューサ予測モデルブロック156は、上記のようにBLを計算する式(7)に示されるように、BL(0)をBL(I_stationary)で置き換える。図15は、一実施形態による、磁束密度Bとボイスコイルワイヤ(または可動コイルワイヤ)の長さ(L)の積を計算するための1つの実施態様(または回路)580を一般的に示す。回路580は、概して、乗算器582及び正規化回路584を含む。示されるように、BL(0)(すなわち、磁束密度Bと可動コイルワイヤの長さの積(可動コイル520が静止しているあいだ))は、乗算器582に提供され、可動コイル520(X1)の位置は、正規化回路584に提供される。乗算器582は、BL(0)と正規化回路584からの出力との積を取得し、磁束密度Bと可動コイルワイヤの長さ(またはBL(x1))の積を提供する。上記のように、BLは式7で取得できる。
図16は、一実施形態による、磁束密度Bとボイスコイルワイヤ(または可動コイルワイヤ)の長さ(L)の積を計算するための回路580を全体的に示す。この場合、BL(0)をBL(Istationary_coil)(またはBL(IS))に置き換えて、固定コイル518の電流とボイスコイル(または可動コイル)512の位置の関数であるBL(X1)またはBLを提供できる。例えば、コア補正ブロック154からの「B」にボイスコイルの長さ(定数)「L」を掛けたものに置き換えて、x=0において新しいスカラー部分を提供することが可能である。これは、固定コイル518の電流及びボイスコイル520の位置の関数である。これは、以下の式で記述することができる。
図17は、一実施形態による音響トランスデューサ装置(またはオーディオ増幅器システム)600の別の実施態様を全体的に示す。トランスデューサ装置600は、概して、トランスデューサ506及び制御ブロック602を含む。制御ブロック602は、(図8からの)電流変換ブロック182、(図8からの)適応ブロック184、(同じく図8からの)電圧変換ブロック186、第1の電圧供給源607、可動コイル電力推定ブロック610、固定コイル電力推定ブロック612、減算器回路614、第2の電圧供給源616、固定コイルモデリングブロック618、及び変換回路620を概して含む。概して、第1の電圧供給源608及び第2の電圧供給源616は、図14に関連して一般的に示されるように、それぞれ第1の電流供給源558及び第2の電流供給源560に代わる。この場合、図14の制御ブロック503のフィルタ552は、可動コイル520のインピーダンスが第1の電流供給源558によってもはや打ち消されない可能性があるため、もはや固定することができない。装置600を用いて、変換回路620は、は、関数B(i)で可動コイル520のエアギャップ536における磁束を表す出力を提供する。図8と同様に、適応ブロック184は、変換回路620の出力を利用して、式19により、変化する「B」(または磁束密度)*ボイスコイル520の長さ「L」に基づいて、モデルの正しいBLを決定する。変換回路620の出力は、BL(I_stationary)であるBLを表し、これは、式19のBL(Is)(またはBL(I_stationary))を表す。概して、変換回路220の出力は、出力変数BLのLであるボイスコイル(または可動コイル520)の巻線(またはワイヤ)の長さによってスケーリングされる。電圧変換ブロック186は、BLに基づいて可動コイル520への入力として提供されるV_correctedを生成する。
しかし、第2の電圧供給源616が第2の電流供給源560に代わったので、目標出力電流605は、固定コイル518のインピーダンスのために、もはや固定コイル518の実際の電流に直接比例しない。この態様を補うために、固定コイルモデリングブロック618(例えば、インダクタンスモデル)は、固定コイル518の抵抗が既知であると想定している。実際には、それは、抵抗を50%以上変化させる可能性がある温度効果が原因ではない。これらの誤差は、定常コイル518の電流が変化しているとき、定常状態及び過渡状態の両方での周波数の補償及び感度の補償の両方の誤差につながる。
トランスデューサ506の最適効率は、固定コイル518及び可動コイル520の電力が平衡しているときに達成され得ることが認識される。したがって、装置600は、平方根近似法を利用する。例えば、可動コイル電力推定ブロック610は、可動コイル520の平均電力を決定し、固定コイル電力推定ブロック612は、固定コイル518の平均電力を決定する。減算器回路614は、可動コイル520の電力と固定コイル518の電力とを比較する。可動コイル520の平均電力が固定コイル518の平均電力よりも大きい場合、減算器回路(または差分ブロック)614は、固定コイル518のため目標電流(または、固定コイル信号)として使用される出力605を増加させる(または固定コイル518の電流を増加させ、不必要な可聴音を回避する)。この状態は、可動コイル520への電力の減少を引き起こし、固定コイル518と可動コイル520の間の電力のバランスをとる。この状態が発生した場合、これは本質的に効率をわずかに低下させることを必要とするが、概して、固定コイル518において強制的に電流を急速に減少させることが必要であるため、この状態は避けられない場合がある。この態様は、可聴音を生成し得るので、トレードオフとして、効率のわずかな低下を伴って続けることがより有利である。固定コイルモデリングブロック618は、概して、固定コイルインダクタンス挙動をモデル化するように構成される。例えば、図17の実装で、電流の測定は行われない。むしろ、固定コイルモデリングブロック618は、モデル(例えば、L/Rインダクタンス/抵抗モデルである)で固定コイル518のインダクタンス挙動を予測するように構成される。さらに、固定コイルモデリングブロック618は、電圧が固定コイルモデリングブロック618に印加されたときに、固定コイル518のインダクタの電流を決定するようにさらに構成される。
しかし、平均電力は、歪みを回避するために相当長い期間にわたって推定されるべきであり、0.1秒から1秒の間であり得る。これは、過渡状態において、オーディオ信号のレベルが急速に増加するとき、固定コイル信号(または固定コイル518の電流)が迅速に追跡しないことを伴う。その結果、過渡状態の間、トランスデューサ506の感度は長期間低いままであり、したがって、非常に高い過渡状態可動コイル520の増幅器ピーク電力を必要とするか、過渡状態の間にトランスデューサ506の出力SPLを制限し得る。さらに、入力オーディオ信号502のレベルが高い動的コンテンツを有する場合、電力のバランスが維持されない場合があるため、入力オーディオ信号502のレベルに対する固定コイル信号の遅い追跡は、効率を損なう可能性がある。
図18は、概して、一実施形態による音響トランスデューサ装置(またはオーディオ増幅器システム)700の別の実施態様を示す。音響トランスデューサ装置700は、トランスデューサ506及び音響トランスデューサコントローラ(またはコントローラ)702を含む。音響トランスデューサコントローラ702は、概して、少なくとも1つのデジタルプロセッサ701及びメモリ703を含む。デジタルプロセッサ701は、概して、コントローラ702によって実行される機能を実行する。コントローラ702は、入力オーディオ信号502の受信に応答して、可動コイル信号及び固定コイル信号を生成し、それぞれ可動コイル520及び固定コイル518に送信する。
装置700は、概して、歪みを導入することなく、固定コイル信号及び可動コイル信号を生成する電流供給源に依存することなく、高速過渡応答を達成しながら固定コイル518と可動コイル520との間の電力のバランスを取り、固定コイル518用の変化する電流(すなわち、変化する固定コイル信号)の存在下での周波数及び感度の補償の精度を改善し、トランスデューサ506の効率を改善するように構成される。さらに、より詳細に説明されるように、装置700は、概して、固定コイル518に関連して使用される電子機器の保護及び診断を提供するように構成される。
コントローラ702は、電流変換ブロック182、適応ブロック184、電圧変換ブロック186、電圧供給源708、複合供給源ブロック710、変換回路712、及びピークセットブロック714を含む。複合供給源ブロック710は、図14に関連して述べたように第2の電流供給源560を置き換え、図17に関連して述べたように第2の電圧供給源616を置き換えるために提供される。概して、複合供給源ブロック710は、そのインピーダンスの制御または調整のために構成され、固定コイル518への送信のための固定コイル信号を生成する。
ピークセットブロック714での平均は、入力オーディオ信号502のピーク値を取り、ローパスフィルタを使用して、単純なピーク検出器に関連するリップルを除去する(図14のピーク検出器回路564と同様)。過渡状態中、ゆっくり変化するローパスフィルタは、ローパスフィルタの値を入力オーディオ信号の瞬間最大絶対値に直接設定することにより、過渡状態に即座に応答するように強制される。このようにすると、オーディオ信号のレベルの過渡的増加に応答することができ、複合供給源ブロック710への基準信号705として提供される、最小のリップルの入力オーディオ信号、入力オーディオ信号502のクリーンな包絡線が生成され得る。
この装置700では、固定コイル518の供給源の出力電圧は、電力が電圧の2乗に比例する既知の電圧であるので、(図14の)平方根回路562(または平方根関数)なしで入力オーディオ信号502のレベルを使用することができる。これは、固定コイル信号(または固定コイル518に提供される電流)が基準信号505を介して入力オーディオ信号502に比例するため、可動コイル520の電力が固定コイル518の電力に比例すること、及び可動コイル520の電力が固定コイル518の電流の二乗に比例することを意味する。このアプローチは、可動コイル520の周波数依存インピーダンスの影響を無視するため、上記のアプローチは、可動コイル電力推定ブロック610及び固定コイル電力推定ブロック612によって実行されるパワーバランスほど正確ではない可能性がある。しかし、音楽及びノイズ信号では、平均スケーリング値を選択して、音楽及びノイズを伴う可動コイル520のインピーダンスの効果を十分に近似することができる。
複合供給源ブロック710は、電流測定回路707を用いて、固定コイル518に提供される電流(または固定コイル信号)を測定する。電流測定回路707は、抵抗器、変流器、ホール効果センサなどであり得る。測定された電流(すなわち、固定コイル測定信号)は、フィードバックとして補償ブロック720に提供され、加算器回路722にエラー信号を提供する。加算器回路722は、基準信号705をエラー信号と比較し(または基準信号705からエラー信号を差し引く)、電圧供給源724を調整する。電圧供給源724は、フィルタ725と共にパルス幅変調(「PWM」)(または他の変調方式)バック(または他のトポロジー)レギュレータとして実装されてもよいことが認識されている。フィルタ725は、概して、電圧供給源724からの電圧出力をフィルタリングするためのインダクタ726及びコンデンサ728を含む。補償ブロック720及びフィルタ725は、一般に、複合供給源ブロック710が電流供給源、電圧供給源、または所望の場合の混合周波数依拠供給源であるように見えるインピーダンスを出力する。特に、複合供給源ブロック710が、低周波数では電流供給源として、トランスデューサ106の機械的共振より上の周波数(例えば、6インチの中間バスドライバでは50〜100Hz)で電圧供給源として振る舞うことが望ましい場合がある。この態様は、固定コイルの平均電流(または固定コイル信号の平均)及び過渡レベルに対する正確な制御を提供しながら、トランスデューサ506のパスバンドにおける歪みを改善することができる。
複合供給源ブロック710でインピーダンスの挙動を達成するために、補償ブロック720は、例えば、比例積分微分(PID)コントローラとして実装されてもよい。例えば、補償ブロック720は、定常コイル信号の電流が電流測定回路707によって測定される電流フィードバック経路に利得「Kp」を有する比例経路を含み得る。積分項及び微分項(すなわち、Ki及びKd)は、例えば、ゼロであり得る。比例電流フィードバックK(すなわち、Ki及びKd=0)を使用することは、フィルタ725には十分である。積分項Ki及び微分項Kdは、インダクタ726及びコンデンサ728によって作成される二次のシステムが電流測定回路707による電流の測定及び比例電流フィードバックKpにより一次のシステムに低減されるため、安定している。フィードバックパスで比例電流フィードバックKpを使用することにより、この条件は有効な電流供給源を作成する。
この装置では、インダクタ726のインダクタンスは、電流フィードバックを使用することによって作成された電流供給源によって(安定性の意味で)効果的に除去される。補償ブロック720のフィードバック経路において適切なゲインKpを選択することにより、コンデンサ728の自然インピーダンスが出力インピーダンスに影響を与える周波数を調整することができる。Kpのゲインが高いほど、周波数が高くなる。高周波では、複合供給源ブロック710によって提供されるインピーダンスは、コンデンサ728のインピーダンスによって支配され、したがって、電圧供給源のように見える。これが真実であるためには、コンデンサ728の静電容量のサイズは、トランスデューサ506の共振より高い所望の周波数で、コンデンサ528のインピーダンスがトランスデューサ506のインピーダンスと同様か、それよりも小さくなるように十分であるべきである。コンデンサ728のインピーダンスが高い低周波数では、出力電流は、電流フィードバックを使用して作成された有効電流供給源によって支配される。したがって、制御ブロック702は、低周波数における電流供給源の特性インピーダンス及び高周波数における電圧供給源の特性インピーダンスを提供することができる。より高い周波数は一般にトランスデューサ506の機械的共振の3〜5倍であり、低周波数は一般に高周波数より低い任意の周波数である。最後に、これと同じ効果が、例えば、電圧検出を利用し、安定性のため積分項Kiと比例項Kp、場合により微分項Kdを追加するなどの他の制御手法でも実現できることを認識されたい。前述のものは、sドメインまたはzドメインに表され得る。
さらに、複数の固定コイル518に電流が供給されるシステムでは、固定コイル518の負荷を互いに並列に接続し、1つの制御ループ及び電圧供給源を使用することが可能である。しかし、コントローラ702と固定コイル518との間の入力で装置をフェイルセーフにするために、上述のフィードバック経路の電流測定回路707で測定された電流は、任意の瞬間での固定コイル518の複数の電流のうち高い方であり得る。このようにして、固定コイル518の電流は、最大電流を提供する固定コイル518の負荷に調整される。
概して、装置700の効率を最適化するための固定コイル518の電流のレベルは、概して、ピークセットブロック714によって決定される。ピークセットブロック714は、入力オーディオ信号502を受信する。この装置は、トランスデューサ506の共振付近における固定コイル518の所望の電流の大きな変動を回避するよう促す。近共振において、同一の音響出力レベルを生じさせるためにより少ない電力が必要とされる。この理由で、装置500及び装置600は、概して、固定コイル518の電流が共振時に低減されて電力のバランスをとることをもたらし得る。しかし、固定コイル518の電流が減少すると、減衰が減少し、可動コイル520に必要な電力がさらに少なくなり、これが固定コイル518の電流のさらなる減少につながる。この結果は、感度及び周波数応答の両方における共振付近のエラーにつながる可能性がある。なぜなら、トランスデューサ506が、その機械的損失によってほぼ全体的に減衰され得るためである。したがって、入力オーディオ信号502をピークセットブロック714に提供することにより、この状態は、上記のエラーを回避する。これは、固定コイル518と可動コイル520との間の電力バランスが共振付近で維持されない可能性があることを伴い得るが、固定コイル518及び可動コイル520の電力レベルが共振付近で低いため、この側面が重要ではない場合がある。
変換回路712は、固定コイル518の測定電流(すなわち、固定コイル信号)を受信して、エアギャップ536の磁束密度を決定することができる。エアギャップ536の決定された磁束密度は、固定コイル518の電流の関数としてトランスデューサ506の変化する音響周波数応答及び音響感度を決定するために使用する。固定コイル518の測定電流を使用してエアギャップ536内の磁束を決定する場合、適応ブロック184は、固定コイル518の感度を補正することができる。しかし、可動コイル520の測定された電流がエアギャップ536内の磁束、したがって感度及び周波数応答を直接決定するために使用される場合、いくつかの周波数及びレベルで歪みが発生する可能性がある。
概して、固定コイル518は、トランスデューサ506が音声を出力することを可能にするためにエアギャップ536に磁束を生成するために一般的に使用される従来の磁石に代わる。しかし、固定コイル518は、トランスデューサ506がオーディオの高いピーク(すなわち、ドラムロールなど)を出力するときに大量の電流を利用する。したがって、コントローラ702は、入力オーディオ信号502の包絡線に基づいて、Is上の電流を調整する。コントローラ702は、高レベルのオーディオを出力する必要がない場合、Is上の電流を下げ、高レベルのオーディオを出力する必要がある場合、Is上の電流を増加させる(つまり、電流を動的に調整する)。
複合供給源710は、出力電流Isを変換回路712に提供し、変換回路712は、関数B(i)で可動コイル520のエアギャップ536内の磁束に対応する値を提供する。適応ブロック184は、変換回路712の出力を利用して、式19を介して変化する「B」(または磁束)に基づいてモデルの正しいBLを決定する。電圧変換ブロック186は、電圧供給源708を介して可動コイル520に入力として提供されるV_correctedを生成する。適応ブロック184は、磁束の値を使用して、入力オーディオ信号に対して同じ周波数応答を提供する。複合供給源710は、電圧供給源または電流供給源のインピーダンス特性を有する。複合供給源710は、音声入力信号が大きなレベルを有するとき、Isの電流を迅速かつ静かに上昇させる。
固定コイル518及び可動コイル520は、磁性材料512を介して変圧器と結合される。その結果、可動コイル520の電流は、固定コイル518において変圧器との結合または反射電流を生成する。可動コイル520の反射電流が、固定コイル518の電流の平均と比較して大きい周波数及び信号レベルでは、この歪みはより一般的であるか顕著である。固定コイル電流が電流測定回路707で測定されるとき、測定は、可動コイル520の電流から反射される電流を含み得る。しかし、コントローラ702は、測定された電流を使用して、トランスデューサ506の音響感度を決定し得る。可動コイル520の電流の位相関係が正しい場合、固定コイル518への可動コイル520の反射電流は、固定コイル518の平均電流から差し引くことができ、それにより変換回路712に、ギャップ536のより低い磁束密度を計算させ、その結果として感度を低下させる。この態様は、固定コイル518の平均電流からさらに差し引かれる固定コイル518のより多くの電流を反映し、変換回路712がギャップ536のさらに低い磁束密度を計算し、最終的に可動コイル520の電流を増加させる。したがって、前述の歪みを生じさせる正のフィードバックが確立される。
反対の位相では、可動コイル520の電流は、固定コイル518の電流の平均に加算され、変換回路712に、ギャップ536におけるより高い磁束密度を計算させる。これは、次に歪みをもたらす同じ正のフィードバックを提供する。その結果、いくつかの周波数において、結果として生じる出力信号は、さらに大きい次数の歪み成分によって非対称に歪むことをもたらす。一態様では、感度の補償及び周波数の補償を決定するために使用される、固定コイル518に反射された可動コイル520の電流の影響を分離することが有利であり得る。
図19は、概して、別の実施形態による、音響トランスデューサ装置(またはオーディオ増幅器システム)800の別の実装を示す。音響トランスデューサ装置800は、トランスデューサ506及び音響トランスデューサコントローラ(またはコントローラ)802を含む。音響トランスデューサコントローラ802は、概して、少なくとも1つのデジタルプロセッサ801及びメモリ803を含む。デジタルプロセッサ801は、概して、コントローラ802によって実行される機能を実行する。音響トランスデューサコントローラ802は、入力オーディオ信号502の受信に応答して、可動コイル信号(Im)及び固定コイル信号(Is)をそれぞれ生成し、可動コイル520及び固定コイル518に送信する。
コントローラ802は、電流変換ブロック182、適応ブロック184、電圧変換ブロック186、電圧供給源808、複合供給源ブロック710、変換回路712、及びピークセットブロック714、ならびに前処理ブロック804を含む。装置800では、固定コイル518の測定された電流は、可動コイル520のエアギャップ536の磁束を決定するために直接使用されない。むしろ、前処理ブロック804は、固定コイル518の測定された電流を前処理する。例えば、前処理ブロック804は、電流測定回路707で測定された固定コイル518の長期平均電圧振幅を取り、固定コイル518の平均抵抗を決定する。固定コイル518の平均抵抗は、固定コイル518のL/Rモデルで使用されて、固定コイル518の実効平均電流を予測し、これは、可動コイル520からの反射電流がなくなる。L/Rモデルは、固定コイルモデリングブロック618(図17を参照)のモデルと同様であるが、固定コイル518の抵抗Rが測定され、それにより、より正確に含まれている。この場合、可動コイル520の抵抗及び内部温度は、固定コイル518の有効平均電流の予測を支援する正確な基準に基づいて知ることができる。固定コイル518の電流が低い場合、可動コイル520の抵抗を計算するのは難しい場合があり、インダクタンスは、一般に、固定コイル518の実際のインダクタンスの理想的な近似値であり、残留磁気、飽和、及び鋼の他の効果など、インダクタの理想的でない側面のすべてを含み得ることが認識される。
前処理ブロック804は、測定された電流のピークセット関数で高速平均を取得するように構成される。前処理ブロック804は、最初に、固定コイル518の測定電流のピーク検出値を取得し、次に、その中のローパスフィルタを利用して、ピーク検出値を平均化する。フィルタリングは、可動コイル520からの反射電流のほとんどを、固定コイル518の測定電流から除去する。過渡で高速な固定コイル518の上昇電流に応答するために、パスフィルタの値は、定常電流が高速で上昇している間、強制的にピーク値になり得る。これは、フィルタが平均定常電流を推定することができない場合、低域通過フィルタのカットオフ周波数を下回る周波数を有する純正弦波を除いて、上記に留意した歪みの問題を解消するために最適であり得る。
上記の図18と同様に、制御ブロック710は、出力電流Isを変換回路712に提供し、変換回路712は、関数B(i)を有する可動コイル520のエアギャップ536内の磁束に対応する値を提供する。適応ブロック184は、変換回路712の出力を利用して、式19を介して変化する「B」(または磁束)に基づいてモデルの正しいBLを決定する。電圧変換ブロック186は、電圧供給源808を介して可動コイル520に入力として提供されるV_correctedを生成する。
図20は、別の実施形態による音響トランスデューサ装置(またはオーディオ増幅器システム)900を全体的に示す。音響トランスデューサ装置900は、トランスデューサ506及び音響トランスデューサコントローラ(またはコントローラ)902を含む。音響トランスデューサコントローラ902は、概して、少なくとも1つのデジタルプロセッサ901及びメモリ903を含む。デジタルプロセッサ901は、概して、コントローラ902によって実行される機能を実行する。コントローラ902は、入力オーディオ信号502の受信に応答して、可動コイル信号(例えばIm)及び固定コイル信号(例えばIs)をそれぞれ生成し、可動コイル520及び固定コイル518に送信する。
コントローラ902は、電流変換ブロック182、適応ブロック184、電圧変換ブロック186、電圧供給源908、複合供給源ブロック910、変換回路912、ピークセットブロック1014、事前処理ブロック954、遅延ブロック904、信号型弁別器ブロック906、及び信号スケーリングブロック911を含む。フィードバック経路923及びフィードフォワード経路924は、前処理ブロック954への入力を提供するものとして示されている。例えば、前処理ブロック954は、ピークセットブロック(またはピークセットブロックを伴う遅い平均)914、スイッチ925、及び高速平均ピークセットブロック916を含む。フィードバック経路923またはフィードフォワード経路924が、ピークセットブロック914または高速平均ピークセットブロック916のいずれかから来る変換回路912への入力を提供するように選択されるように、信号型弁別器ブロック906は、スイッチ925を選択すべく設けられる。
信号型弁別器ブロック906は、入力オーディオ信号502が前処理ブロック954のローパスフィルタのカットオフ周波数(または所定の周波数)を下回るか、主に本質的に正弦波(例えば、単一の周波数の単一のトーンまたはテスト信号)であるときを決定する。この条件が真である(すなわち、入力オーディオ信号502が正弦波である)場合、ピークセットブロック914は、スイッチ925を変換回路912への入力として、フィードフォワード経路924で使用することができる。上述したように、ピークセットブロック914は、固定コイル518の目標電流を提供する。このモードは、フィードバック経路が使用されないため、フィードバック経路923を排除することにより、可動コイル520の反射電流の影響を排除する。さらに、ピークセットブロック914は、高速平均ピークセットブロック916が有するのと同じ方法で高速ピークセット機能を含み、高速過渡状態がブロック514の出力を設定して、平均化フィルタに関連する遅れを排除することを可能にする。
信号型弁別器ブロック906が、入力オーディオ信号502が前処理ブロック954のローパスフィルタのカットオフ周波数を超えている(または入力オーディオ信号502が主に本質的に正弦波ではない)と決定した場合、高速平均ピークセットブロック916は、スイッチ925を用いてフィードバックパス923で使用でき、ピークセットブロック916により高速平均から変換回路912に出力を提供する。ピークセットブロック916による高速平均は、ピークセットブロック714での平均と同様に機能する。しかし高速平均ピークセットブロック916の平均化ローパスフィルタのカットオフ周波数は、トランスデューサ506の共振に匹敵する。これは、入力オーディオ信号による事前処理ブロック954の操作を複製する。測定された電流の急速な変化に包絡線が対応する場合、高速平均ピークセットブロック916は、固定コイル518を通る電流の包絡線を提供する。複合供給源ブロック910は、固定コイル518の電流を高速平均ピークセットブロック916に提供するように構成される。
信号スケーリングブロック911は、信号型弁別器ブロック906によって検出された入力オーディオ信号502の性質に基づいて、固定コイル518の目標電流のレベルをスケーリングする。このように、固定コイル518の最適電流は、正弦波の電力と、良好に維持することができるノイズまたは音楽信号の様々な最適電流とのバランスをとるために提供され、正弦波はノイズまたは音楽よりも低いピーク対平均値を有する。さらに、遅延ブロック904は、特に高速過渡時に、固定コイル信号の電流が固定コイル518の目標電流まで上昇するための追加の時間を提供する。
遅延ブロック904によって使用される遅延の規模は、電圧供給源724用の電源、インダクタンス、及び固定コイル518の抵抗、装置900の帯域幅、したがって、再現される過渡現象のスルーレート、及び増幅器のヘッドルームなどの二次的要因といった採用される電力用電子装置によって決定される、固定コイル518の電流を駆動するために利用可能な電圧に依存し得る。いくつかの場合、遅延は必要ではない場合がある。
適応ブロック184は、変換回路912の出力を利用して、式19を介して変化する「B」(または磁束)に基づいてモデルの正しいBLを決定する。適合ブロック184は、電圧変換ブロック186に正しいBLを提供する。電圧変換ブロック186は、電圧供給源808を介して可動コイル520に入力として提供されるV_correctedを生成する。電圧変換ブロック186は、正しいBLに応答してV_correctedを生成する。
図21は、一実施形態による、オーディオ増幅器システム150によって実行される方法1000を全体的に示す。
操作1002において、オーディオ増幅器システム150は、音声入力信号を受信する。操作1004において、オーディオ増幅器システム150は、音声入力信号に基づいて目標電流信号を生成する。操作1006において、オーディオ増幅器システム150は、スピーカ102用のボイスコイル112の第1の予測位置を生成する。操作1008において、オーディオ増幅器システム150は、目標電流信号及びボイスコイルの第1の予測位置に基づいて第1の補正電流信号を生成する。
操作1010において、オーディオ増幅器システム150は、スピーカエンクロージャ101内部の圧力を決定する。操作1012において、オーディオ増幅器システム150は、少なくともスピーカエンクロージャ101内部の圧力に基づいて、パッシブラジエータ104の位置を決定する。操作1014において、オーディオ増幅器システム150は、少なくともスピーカ102内部の圧力、パッシブラジエータ104の位置、及び第1の補正電流信号に基づいて、ボイスコイル112の第2の予測位置を生成する。
図22は、一実施形態による、オーディオ増幅器システム180によって実行される方法1020を全体的に示す。
操作1022において、オーディオ増幅器システム180は、音声入力信号及びスピーカ102の振動板の速度に基づいて目標電流信号を生成する。操作1024において、オーディオ増幅器システム180は、音声入力信号及びスピーカ102の振動板110の速度に基づいて目標電流信号を生成する。操作1026において、オーディオ増幅器システム180は、少なくとも1つの目標電流信号に基づいて、スピーカ102のボイスコイル112の第1の予測位置に基づいて、第1の補正電流信号を生成する。
図23は、別の実施形態による、オーディオ増幅器システム500によって実行される方法1040を全体的に示す。
操作1042において、オーディオ増幅器システム500は、音声入力信号を受信する。操作1044において、オーディオ増幅器システム500は、音声入力信号に基づいて目標電流信号を生成する。操作1046において、オーディオ増幅器システムは、スピーカ102のボイスコイル520の第1の予測位置を生成する。操作1048において、オーディオ増幅器システム500は、ボイスコイル112の第1の予測位置に基づいて、スピーカエンクロージャ101内部の圧力を決定する。操作1050において、オーディオ増幅器システム500は、ボイスコイル520の第1の予測位置の少なくとも1つに基づいてパッシブラジエータ104の位置を決定する。操作1052において、オーディオ増幅器システム500は、スピーカ506の磁束密度の値を決定する。操作1054において、オーディオ増幅器システム500は、ボイスコイル520の位置を生成する。
図24は、概して、オーディオ増幅器システム600、700、800、及び900のうちのいずれか1つによって実行される方法1060を示す。
操作1062において、システム600、700、800、及び900のいずれか1つまたは複数が、音声入力信号を生成する。操作1064では、システム600、700、800、及び900のいずれか1つまたは複数が、音声入力信号及びスピーカ506の振動板514の速度に基づいて目標電流信号を生成する。操作1066では、システム600、700、800、及び900のいずれか1つまたは複数は、少なくとも目標電流信号及びスピーカ506のボイスコイル520の予測位置に基づいて、補正された電流信号を生成する。操作1064では、システム600、700、800、及び900のいずれか1つまたは複数が、磁束密度の値に基づいて、スピーカ506のボイスコイル520の予測位置を決定する。
例示的な実施形態を上記に説明したが、これらの実施形態が本発明のすべての可能な形態を説明することが意図されない。むしろ、本明細書で使用される単語は、限定的ではなく説明のための言葉であり、本発明の主旨及び範囲から逸脱することなく様々な変更がなされ得ることが理解される。加えて、本発明のさらなる実施形態を形成するために、実施形態を様々に実装する特徴を組み合わせ得る。
Claims (20)
- オーディオ増幅器システムであって、
メモリと、
オーディオ増幅器と、を備え、
前記オーディオ増幅器は、前記メモリを含み、
音声入力信号を受信すること、
前記音声入力信号に基づいて目標電流信号を生成すること、
スピーカのボイスコイルの第1の予測位置を生成すること、
前記目標電流信号と前記ボイスコイルの前記第1の予測位置とに基づいて第1の補正電流信号を生成すること、
少なくとも前記ボイスコイルの前記第1の予測位置に基づいてスピーカエンクロージャ内の圧力を決定すること、
少なくとも前記スピーカエンクロージャ内部の圧力に基づいてパッシブラジエータの位置を決定すること、
前記スピーカの磁束密度の値を決定すること、
前記磁束密度の値と、少なくとも前記スピーカ内の前記圧力、前記パッシブラジエータの前記位置、及び前記第1の補正電流信号に基づいて前記ボイスコイルの第2の予測位置を生成すること、
を行うようにプログラムされている、
前記オーディオ増幅器システム。 - 前記磁束密度の値が、前記スピーカにおけるエアギャップの磁束と、前記スピーカにおけるボイスコイルワイヤの長さとの積に対応する、請求項1に記載のシステム。
- 前記オーディオ増幅器が、さらに、
前記目標電流信号と前記ボイスコイルの前記第2の予測位置に基づいて、第2の補正電流信号を生成すること、
前記第2の補正電流信号に基づいて、前記ボイスコイルの位置を制御するように前記スピーカに前記第2の補正電流信号を送信すること、
を行うようにプログラムされる、請求項1に記載のシステム。 - 前記オーディオ増幅器は、前記ボイスコイルの任意の数の前記生成された予測位置を記憶し、前記ボイスコイルの生成された予測位置の履歴を提供するようにプログラムされた変換ブロックを含む、請求項1に記載のシステム。
- 前記変換ブロックが、さらに、
前記ボイスコイルの前記生成された予測位置の前記履歴に基づいて、前記スピーカのばね剛性に対応する平均ばねモデル信号を生成すること、
前記ボイスコイルの前記生成された予測位置の前記履歴に基づいて、前記スピーカの減衰に対応する平均減衰モデル信号を生成すること、
を行うようにプログラムされる、請求項4に記載のシステム。 - 前記スピーカの前記ばね剛性が、前記スピーカのサラウンド及びスパイダの前記ばね剛性に対応する、請求項5に記載のシステム。
- 前記スピーカの前記減衰が、前記スピーカのサラウンド及びスパイダの摩擦損失に対応する、請求項5に記載のシステム。
- 前記オーディオ増幅器が、
ゼロに設定されている前記ボイスコイルの前記予測位置に対応する静止位置に前記スピーカの前記ばね剛性を正規化するようにプログラムされたばね正規化ブロックと、
前記休止位置に前記スピーカの前記減衰を正規化するようにプログラムされる減衰正規化ブロックと、
を含む、請求項5に記載のシステム。 - 前記ボイスコイルにわたる測定電圧を示す第1のボイスコイル信号を受信し、前記第1のボイスコイル信号に基づいて第1のフィルタ出力を生成するようにプログラムされた第1の複数のフィルタと、
前記ボイスコイルにわたる測定電流を示す第2のボイスコイル信号を受信し、前記第2のボイスコイル信号に基づいて第2のフィルタ出力を生成するようにプログラムされた第2の複数のフィルタと、
前記第1のフィルタ出力及び前記第2のフィルタ出力に基づいて前記ボイスコイルのインピーダンスを示すインピーダンス信号を生成するようにプログラムされた除算器回路と、
をさらに含む、請求項1に記載のシステム。 - 前記インピーダンス信号に基づいて、前記スピーカのばね剛性を決定するようにプログラムされる第1の多項式ブロックと、
前記インピーダンス信号に基づいて、前記スピーカの減衰を決定するようにプログラムされる第2の多項式ブロックと、
をさらに含む、請求項9に記載のシステム。 - オーディオ増幅器システムであって、
メモリと、
オーディオ増幅器と、を備え、
前記オーディオ増幅器は、前記メモリを含み、
音声入力信号を受信すること、
前記音声入力信号とスピーカの振動板の速度とに基づいて目標電流信号を生成すること、
少なくとも前記目標電流信号と前記スピーカのボイスコイルの予測位置とに基づいて補正電流信号を生成すること、
磁束密度の値に基づいて、前記スピーカの前記ボイスコイルの前記予測位置を決定すること、
を行うようにプログラムされ、
前記磁束密度の値は、前記スピーカの前記ボイスコイルのエアギャップの磁束と前記スピーカのボイスコイルワイヤの長さとの積に対応する、前記オーディオ増幅器システム。 - 前記オーディオ増幅器が、さらに、少なくとも前記ボイスコイルの前記予測位置に基づいて、前記ボイスコイルの位置を制御するように前記スピーカに補正電圧信号を提供するようプログラムされる、請求項11に記載のシステム。
- 前記オーディオ増幅器は、前記音声入力信号に対応する電圧を、前記音声入力信号と前記スピーカの前記振動板の前記速度とに基づいて、前記目標電流信号に変換するようにプログラムされた第1の変換ブロックを含む、請求項12に記載のシステム。
- 前記オーディオ増幅器は、前記磁束密度と前記スピーカの前記振動板の前記速度とに基づいて、前記補正電流信号を前記補正電圧信号に変換するようにプログラムされた第2の変換ブロックを含む、請求項12に記載のシステム。
- 前記オーディオ増幅器が、
前記補正電圧信号に基づいて、前記ボイスコイルの平均電力を決定するようにプログラムされたボイスコイル電力推定ブロックと、
少なくとも前記固定コイルの電流に基づいて、前記スピーカの固定コイルの平均電力を決定するようにプログラムされた固定コイル電力推定ブロックと、
を含む、請求項12に記載のシステム。 - 前記オーディオ増幅器は、さらに、
減算器回路であって、
前記固定コイルの前記平均電力に対する前記ボイスコイルの前記平均電力を比較すること、
前記ボイスコイルの前記平均電力が前記固定コイルの前記平均電力よりも大きい場合に、前記スピーカの前記固定コイルに提供される固定コイル電流信号を増やすこと、
を行うようにプログラムされた、前記減算器回路
を含む、請求項15に記載のシステム。 - 前記オーディオ増幅器が、
前記スピーカの固定コイルの測定電流を提供するようにプログラムされた複合供給源ブロックと、
前記固定コイルの前記測定電流に基づいて、前記スピーカの前記ボイスコイルの前記エアギャップの前記磁束に対応する値を提供するようにプログラムされた磁束変換回路と、
を含む、請求項12に記載のシステム。 - 前記オーディオ増幅器が、
前記スピーカの固定コイルの測定電流を提供するようにプログラムされた複合供給源ブロックと、
前記スピーカの前記測定電流に基づいて、前記固定コイルの平均抵抗を決定するようにプログラムされた前処理ブロックと、
前記固定コイルの前記平均抵抗に基づいて、前記スピーカの前記ボイスコイルの前記エアギャップの前記磁束に対応する値を提供するようにプログラムされた磁束変換回路と、
を含む、請求項12に記載のシステム。 - 前記オーディオ増幅器が、
前記オーディオ入力信号の周波数を所定の周波数に対して比較するように構成された信号種別判別ブロックと、
前記音声入力信号の前記周波数が前記所定の周波数より低い場合に、前記スピーカの前記ボイスコイルの前記エアギャップの前記磁束に対応する値を提供する磁束変換回路に出力を提供し、前記スピーカの前記ボイスコイルからの反射電流を除去するように構成された低速の平均ピークセットブロックと、
前記音声入力信号の前記周波数が前記所定の周波数より高い場合に、固定コイルの電流の包絡線を提供する値を提供する前記磁束変換回路を提供するように構成された高速平均ピークセットブロックと、
ピークセットブロックと共に前記高速平均に対して前記固定コイルに前記電流を供給するように構成された複合供給源ブロックと、
を含む、請求項12に記載のシステム。 - 音声入力信号を増幅するようにプログラムされた非一時的なコンピュータ読み取り可能媒体で具現化され、命令を備えるコンピュータプログラム製品であって、
前記命令は、
音声入力信号を受信すること、
前記音声入力信号に基づいて目標電流信号を生成すること、
スピーカのボイスコイルの第1の予測位置を生成すること、
前記目標電流信号と前記ボイスコイルの前記第1の予測位置とに基づいて第1の補正電流信号を生成すること、
少なくとも前記ボイスコイルの前記第1の予測位置に基づいてスピーカエンクロージャ内の圧力を決定すること、
少なくとも前記スピーカエンクロージャ内部の圧力に基づいてパッシブラジエータの位置を決定すること、
前記スピーカの磁束密度の値を決定すること、
前記磁束密度の値と、少なくとも前記スピーカ内の前記圧力、前記パッシブラジエータの前記位置、及び前記第1の補正電流信号に基づいて前記ボイスコイルの第2の予測位置を生成すること
を行わせる、前記コンピュータプログラム製品。
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