KR102267808B1 - 라우드스피커 제어 디바이스 - Google Patents

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피에르-엠마뉴엘 칼멜
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Abstract

라우드스피커 제어 디바이스.
본 발명은 엔클로저 내의 라우드스피커(14)를 제어하는 디바이스로서,
재생될 오디오 신호(Saudio_ref)를 위한 입력부;
상기 라우드스피커로부터의 여기 신호를 공급하기 위한 출력부; 및
상기 오디오 신호(Saudio_ref)에 기초하여 각 순간에 상기 라우드스피커(14)의 여기 신호를 계산하기 위한 수단(26, 36, 38, 70, 80, 90)을 포함하는 디바이스에 관한 것이다.
상기 디바이스는, 상기 여기 신호를 계산하기 위한 수단(26, 36, 38, 70, 80, 90), 및 상기 재생될 오디오 신호(Saudio_ref)와 상기 엔클로저의 구조에 기초하여 상기 라우드스피커의 다이어프램의 필요한 동적 값(Aref)을 계산하기 위한 수단(24, 25)을 포함하고, 상기 라우드스피커 다이어프램의 필요한 동적 값(Aref)을 계산하기 위한 수단(25)은, 단위 값이 아닌 정정치를 적용할 수 있고, 상기 라우드스피커 다이어프램에 대하여 고유 동적 값과 상이한 상기 엔클로저의 구조적 동적 값(xo, vo)을 고려하며, 상기 라우드스피커의 여기 신호를 계산하기 위한 수단(26, 36, 38, 70, 80, 90)은, 상기 라우드스피커 다이어프램의 필요한 동적 값(Aref)에 기초하여 상기 여기 신호를 계산할 수 있다.

Description

라우드스피커 제어 디바이스{DEVICE FOR CONTROLLING A LOUDSPEAKER}
본 발명은 엔클로저 내의 라우드스피커를 제어하기 위한 디바이스로서,
- 재생될 오디오 신호를 위한 입력부; 및
- 상기 라우드스피커로부터의 여기 신호를 공급하기 위한 출력부; 및
- 상기 오디오 신호에 기초하여 각 순간에 상기 라우드스피커의 여기 신호를 계산하기 위한 수단을 포함하는 디바이스에 관한 것이다.
라우드스피커는 전기 신호를 음향 신호로 변환하는 전자기 디바이스이다. 라우드스피커는 획득된 음향 신호에 많은 영향을 줄 수 있는 비선형 왜곡을 도입한다.
적합한 명령을 통해 라우드스피커의 움직임에 있는 왜곡을 제거하는 것을 가능하게 하도록 라우드스피커를 제어하기 위한 많은 솔루션들이 제안되어 왔다.
제 1 타입의 솔루션은 라우드스피커의 동작을 선형화하는 것을 가능하게 하는 구속상태(enslavement)를 구현하기 위하여 통상적으로 마이크로폰인 기계적 센서를 사용한다. 이러한 기법의 주된 단점은 디바이스가 기계적인 크고 비-표준화되었다는 것과 높은 비용이다.
예를 들어 이러한 솔루션의 예들은 특허 문헌 EP 1 351 543 호, US 6,684,204 호, US 2010/017 25 16 호, 및 US 5,694,476 호에 기술된다.
원치않는 기계적 센서를 사용하지 않기 위하여, 개방 루프-타입의 제어가 고려되어 왔다. 이들은 고비용의 센서들이 필요 없다. 이들은 라우드스피커의 단자들에 걸친 전압 및/또는 전류의 측정치만을 선택적으로 사용한다.
이러한 솔루션은 예를 들어 문헌 US 6,058,195 호와 US 8,023,668 호에 기술된다.
그럼에도 불구하고 이러한 솔루션은, 라우드스피커의 비선형성의 세트가 고려되지 않는다는 것과 이러한 시스템이 설치하기가 복잡하다는 것, 그리고 균등한 라우드스피커로부터 얻어지는 정정된 거동을 자유롭게 선택할 수 없다는 단점을 가진다.
문헌 US 6,058,195 호는 소위 전류 제어형 "미러 필터" 기법을 사용한다. 이러한 기법은 선결정된 모델을 획득하기 위하여 비선형성을 제어할 수 있게 한다. 구현된 추정기(E)는 측정된 전압과 모델에 의하여 예측된 전압 사이의 에러 신호를 생성한다. 이러한 에러는 파라미터의 업데이트 회로(U)에 의하여 사용된다. 추정된 파라미터의 개수에 비추어 볼 때, 파라미터들이 그들의 참 값에 수렴하는 일은 정상 동작 조건에서는 잘 일어나지 않는다.
US 8,023,668 호는 원하는 거동에 대한 라우드스피커의 원치않는 거동을 오프셋하는 개방 루프 제어 모델을 제안한다. 이러한 목적을 위하여, 라우드스피커에 인가되는 전압은 원하는 거동에 대한 라우드스피커의 원치않는 거동을 소거시키는 추가 전압에 의하여 정정된다. 제어 알고리즘은 라우드스피커의 모델의 이산-시간 이산화에 의하여 이루어진다. 따라서 다이어프램이 다음에 가질 위치를 예측하고 이러한 위치를 원하는 위치와 비교할 수 있게 된다. 따라서 이러한 알고리즘은 라우드스피커의 원하는 모델과 라우드스피커의 모델 사이에 무한 이득 구속(infinite gain enslavement)과 같은 것을 수행하여 라우드스피커가 원하는 움직임을 따라하도록 한다.
앞선 문헌에 기술된 바와 같이, 문헌 US 8,023,668 호에 설명된 정정이 닫힌 피드백 루프를 구현하지 않는다고 하더라도, 이러한 명령은 각 순간에 계산되고 입력 신호에 가산되는 이러한 정정을 구현한다.
입력 신호에 가산되는 정정치를 계산하기 위한 메커니즘은 엔클로저가 닫힌 엔클로저가 아닌 경우에는 엔클로저의 구조를 고려하지 않는다.
본 발명의 목적은 비-닫힘 엔클로저 내에 배치된 라우드스피커의, 엔클로저의 구조를 고려하는 만족스러운 커맨드를 제안하는 것이다.
이러한 목적을 위하여, 본 발명은 전술된 타입의 라우드스피커를 제어하는 디바이스로서, 업스트림에, 상기 여기 신호를 계산하기 위한 수단, 및 상기 재생될 오디오 신호와 상기 엔클로저의 구조에 기초하여 상기 라우드스피커의 다이어프램의 필요한 동적 값을 계산하기 위한 수단을 포함하고, 상기 라우드스피커 다이어프램의 필요한 동적 값을 계산하기 위한 수단은, 단위 값이 아닌 정정치를 적용할 수 있고, 상기 라우드스피커 다이어프램에 대하여 고유 동적 값과 상이한 상기 엔클로저의 구조적 동적 값을 고려하며, 상기 라우드스피커의 여기 신호를 계산하기 위한 수단은, 상기 라우드스피커 다이어프램의 필요한 동적 값에 기초하여 상기 여기 신호를 계산할 수 있는, 라우드스피커 제어 디바이스에 관한 것이다.
어떤 실시예에 따르면, 제어 디바이스는:
- 상기 엔클로저는 통기구(vent)를 포함하고, 상기 엔클로저의 구조적 동적 값은 상기 엔클로저에 의하여 변위되는 공기의 위치의 선결정된 차수의 적어도 하나의 미분을 포함한다;
- 상기 엔클로저의 구조적 동적 값이 상기 엔클로저에 의하여 변위되는 공기의 위치를 포함한다;
- 상기 엔클로저의 구조적 동적 값이 상기 엔클로저에 의하여 변위되는 공기의 속도를 포함한다;
- 상기 엔클로저는 통기형 엔클로저이고, 상기 엔클로저의 구조적 동적 값은 다음 파라미터:
- 상기 엔클로저의 음향 누설 계수;
- 상기 통기구 내의 공기의 질량과 등가인 인덕턴스; 및
- 상기 엔클로저 내의 공기의 컴플라이언스(compliance) 중 적어도 하나에 따라 달라진다;
- 상기 엔클로저는 수동형 라디에이터 엔클로저이고, 상기 엔클로저의 구조적 동적 값은 다음 파라미터:
- 상기 엔클로저의 음향 누설 계수;
- 수동형 라디에이터의 상기 다이어프램의 질량과 등가인 인덕턴스;
- 상기 엔클로저 내의 공기의 컴플라이언스;
- 상기 수동형 라디에이터의 기계적 손실; 및
- 상기 다이어프램의 기계적 컴플라이언스
Figure 112016092373724-pct00001
중 적어도 하나에 따라 달라진다는 것 중 하나 이상을 포함한다는 특징을 가진다.
본 발명은 오직 예로서 제공되고 도면을 참조하여 완성되는 후속하는 설명을 정독할 때에 더욱 잘 이해될 것이다:
도 1 은 사운드 취출 장비의 다이어그램이다;
도 2 는 이러한 장비에 대한 바람직한 사운드 취출 모델을 예시하는 곡선이다;
도 3 은 라우드스피커 제어 유닛의 다이어그램이다;
도 4 는 구조적 적응 유닛의 상세한 다이어그램이다;
도 5 는 참조 동적 값을 계산하기 위한 유닛의 상세한 다이어그램이다;
도 6 은 라우드스피커가 통기구가 있는 엔클로저 내에서 제어될 수 있도록 하는 라우드스피커의 기계적 모델링을 나타내는 회로도이다;
도 7 은 라우드스피커가 제어될 수 있게 하는 라우드스피커의 전기적 모델링을 나타내는 회로도이다;
도 8 은 라우드스피커의 저항에 대한 개방 루프 추정 유닛의 제 1 실시예의 다이어그램이다;
도 9 는 라우드스피커 열적 모델의 회로도이다;
도 10 은 라우드스피커의 저항에 대한 폐루프 추정 유닛의 다른 실시예의 도 8 의 다이어그램과 동일한 다이어그램이다; 그리고
도 11 은 수동형 라디에이터가 제공되는 엔클로저에 대한 다른 모델의 도 6 의 다이어그램과 동일한 다이어그램이다.
도 1 에 도시된 사운드 취출 장비(10)는 알려진 바와 같이, 엔클로저의 라우드스피커(14)에 전압 증폭기(16)를 거쳐 연결되는 디지털 디스크 리더기와 같은, 오디오 신호를 생성하기 위한 모듈(12)을 포함한다. 오디오 소스(12)와 증폭기(16) 사이에, 엔클로저의 거동 모델에 대응하는 필요한 모델(20)과 제어 디바이스(22)가 직렬로 배치된다. 이러한 필요한 모델은 선형이거나 비선형이다.
하나의 특정 실시예에 따르면, 라우드스피커의 온도 또는 라우드스피커의 코일에서 순환하는 세기와 같은 물리적 값을 측정하기 위한 루프(23)가 라우드스피커(14)와 제어 디바이스(22) 사이에 제공된다.
원하는 모델(20)은 장비에서 사용되는 라우드스피커와 자신의 모델로부터 독립적이다.
원하는 모델(20)은 도 2 에 도시된 바와 같이, Saudio_ref로 표시되는 원하는 신호의 진폭의 모듈(12)로부터의 입력 신호의 진폭 Saudio에 대한 비율의 주파수에 기초하여 표시되는 함수이다.
바람직하게는, 주파수 fmin 미만의 주파수에 대하여, 이러한 비율은 주파수가 제로에 가까워질 때 제로로 수렴하여, 극히 낮은 주파수가 재생되는 것을 한정함으로써 제작자에 의하여 추천된 범위 밖으로 라우드스피커 진동판이 이동하지 않게 하는 함수이다.
고 주파수에 대해서도 마찬가지인데, 이 경우 신호의 주파수가 무한대에 가까워질 때 이러한 비율은 주파수 fmax를 넘는 범위에서 제로에 가까워진다.
다른 실시예에 따르면, 이러한 원하는 모델은 특정되지 않고, 원하는 모델은 일체형(unitary)이라고 간주된다.
상세한 구조가 도 3 에 도시되는 제어 디바이스(22)가 증폭기(16)의 입력부에 배치된다. 이러한 디바이스는 원하는 모델(20)의 출력부에서 규정되는 바와 같이 재생될 오디오 신호 Saudio_ref를 입력으로서 수신하고, 증폭되도록 증폭기(16)로 공급되는 라우드스피커의 여기 신호를 형성하는 Uref를 출력으로서 제공할 수 있다. 이러한 신호 Uref는 라우드스피커(14)의 비선형성을 고려하기에 적합하다.
제어 디바이스(22)는 동일한 순간에 정의된 다른 양들의 미분 또는 적분 값에 기초하여 상이한 양을 계산하기 위한 수단을 포함한다.
계산을 위해서는, 순간 n에 미지인 양들의 값이 순간 n-1의 대응하는 값들과 동일하게 취해진다. 순간 n-1의 값은 바람직하게는 순간 n-1에서 알려진 고차 미분을 사용하여 그들의 값의 1 차 또는 2 차 예측치에 의해 정정된다.
본 발명에 따르면, 제어 디바이스(22)는 부분적으로 차분 평탄(differential flatness) 원리를 사용하여 제어하는데, 이것은 충분히 부드러운 참조 궤적으로부터 차분적으로 평탄한 시스템의 참조 제어 신호를 규정할 수 있게 한다.
도 3 에 도시된 바와 같이, 제어 모듈(22)은 재생될 오디오 신호 Saudio_ref를 원하는 모델(20)로부터 입력으로서 수신한다. 증폭기(16)의 피크 전압과 사용자에 의하여 제어되는 0 과 1 사이의 감쇠 변수에 따라서 유닛 변환 이득을 적용하기 위한 유닛(24)은, 참조 오디오 신호 Saudio_ref가 재생될 물리적 값의 이미지인 신호
Figure 112016092373724-pct00002
로 전환되게 보장한다. 신호
Figure 112016092373724-pct00003
는 예를 들어 라우드스피커로부터 멀어지는 공기의 가속도 또는 라우드스피커(14)에 의하여 이동될 공기의 속도이다. 이제부터, 신호
Figure 112016092373724-pct00004
는 엔클로저에 의하여 이동되는 공기 세트의 가속도라고 가정한다.
증폭 유닛(24)의 출력부에서, 제어 디바이스는 그 안에 라우드스피커가 사용되는 엔클로저의 구조에 기초하여 재생될 신호를 구조적으로 적응시키기 위한 유닛(25)을 포함한다. 이러한 유닛은 라우드스피커 엔클로저에 의하여 이동되는 공기 세트의 변위에 대하여, 대응하는 값인 신호
Figure 112016092373724-pct00005
로부터의 라우드스피커에 대한 각 순간의 필요한 참조 값 Aref를 제공할 수 있다.
따라서, 논의되는 예에서, 재생될 공기의 가속도
Figure 112016092373724-pct00006
로부터 계산되는 참조 값 Aref는 라우드스피커의 동작이 공기에 가속도
Figure 112016092373724-pct00007
를 부과하도록 라우드스피커 다이어프램에 대하여 재생될 가속도이다.
도 4 는 구조적 적응 유닛(25)의 세부사항을 보여준다. 입력
Figure 112016092373724-pct00008
은 경계 적분 유닛(27)에 연결되고, 그것의 출력은 이제 다른 경계 적분 유닛(28)에 차례대로 연결된다.
따라서, 유닛(27 및 28)의 출력에서, 가속도
Figure 112016092373724-pct00009
의 제 1 적분 v0 및 제 2 적분 x0가 얻어진다.
경계 적분 유닛은 제 1-차 저역-통과 필터에 의하여 형성되고 컷오프 주파수 FOBF에 의하여 특징지어진다.
경계 적분 유닛을 사용하면, 제어 디바이스(22)에서 사용되는 값들이 유효 대역폭, 즉 컷오프 주파수 FOBF보다 높은 주파수를 제외하고는 서로 미분 또는 적분이 아니도록 할 수 있다. 이것은 관심 대상인 값들의 저-주파수 움직임을 제어할 수 있게 한다.
정상 동작 중에, 컷오프 주파수 FOBF는 유효 대역폭의 저 주파수에 있는 신호에 영향을 주지 않도록 선택된다.
컷오프 주파수 FOBF는 필요한 모델(20)의 주파수 fmin의 10분의 1보다 더 낮게 선택된다.
라우드스피커가 탑재되는 통기구에 의하여 개방되는 하우징 내에 탑재되는 통기형 엔클로저의 경우에, 유닛(25)은 다이어프램에 대한 필요한 참조 가속도 Aref를 다음 관련성에 따라서 생성한다:
Figure 112016092373724-pct00010
여기에서:
Figure 112016092373724-pct00011
: 엔클로저의 음향 누설 계수;
Figure 112016092373724-pct00012
: 통기구 내의 공기의 질량과 등가인 인덕턴스;
Figure 112016092373724-pct00013
: 엔클로저 내의 공기의 스티프니스;
Figure 112016092373724-pct00014
: 다이어프램 및 통기구에 의하여 변위되는 총 공기의 위치;
Figure 112016092373724-pct00015
: 다이어프램 및 통기구에 의하여 변위되는 총 공기의 속도;
Figure 112016092373724-pct00016
: 변위된 총 공기의 가속도.
이러한 경우에, 진동판에 대한 원하는 참조 가속도 Aref는 엔클로저의 구조적 동적 값 xo, vo에 대하여 정정되는데, 뒤의 값들은 라우드스피커 진동판에 대한 동적 값들과는 상이하다.
참조 동적 값을 계산하기 위하여 유닛(26)으로 대입되는 이러한 참조 값 Aref는, 각 순간에 dAref/dt로 표시되는 참조 값의 시간에 대한 미분과 각각 Vref 및 Xref로 표시되는, 해당 참조 값의 시간에 대한 제 1 및 제 2 적분의 값들을 제공할 수 있다.
참조 동적 값의 세트는 이제부터 Gref라고 표시된다.
도 5 는 계산 유닛(26)의 세부 사항을 도시한다. 입력 Aref는 일 측에서 미분 유닛(30)으로 그리고 타측에서 적분 유닛(32)에 연결되고, 이것의 출력은 이제 다른 경계 적분 유닛(34)에 연결된다.
따라서, 유닛(30, 32 및 34)의 출력에서, 가속도의 미분 dAref/dt와 가속도의 제 1 적분 Vref 및 제 2 적분 Xref가 각각 획득된다.
경계 적분 유닛은 제 1-차 저역-통과 필터에 의하여 형성되고 컷오프 주파수 FOBF에 의하여 특징지어진다.
경계 적분 유닛을 사용하면, 제어 디바이스(22)에서 사용되는 값들이 유효 대역폭, 즉 컷오프 주파수 FOBF보다 높은 주파수를 제외하고는 서로 미분 또는 적분이 아니도록 할 수 있다. 이것은 관심 대상인 값들의 저-주파수 움직임을 제어할 수 있게 한다.
정상 동작 시에, 컷오프 주파수 FOBF는 유효 대역폭의 저 주파수에 있는 신호에 영향을 주지 않도록 선택된다.
컷오프 주파수 FOBF는 필요한 모델(20)의 주파수 fmin의 10분의 1보다 더 낮게 선택된다.
제어 디바이스(22)는 전기기계 파라미터 다항식의 테이블 및/또는 세트(36)와 전기적 파라미터 다항식의 테이블 및/또는 세트(38)를 메모리 내에 포함한다.
이러한 테이블(36 및 38)은 입력으로서 수신되는 참조 동적 값 Gref에 기초하여 전기기계 파라미터 Pmeca 및 전기적 파라미터 Pelect를 각각 규정할 수 있다. 이러한 파라미터 Pmeca 및 Pelec는 도 6 에 도시된 바와 같은 라우드스피커의 기계적 모델링과 도 7 에 도시된 바와 같은 라우드스피커의 전기적 모델로부터 각각 획득되는데, 여기에서 라우드스피커는 통기형 엔클로저 내에 설치되는 것으로 가정된다.
전기기계 파라미터 Pmeca는 라우드스피커의 자기 회로에 의하여 생성되고 코일에 의하여 캡쳐되는, BI로 표시되는 자속 밀도, Kmt(xD)로 표시되는 라우드스피커의 스티프니스, Rmt로 표시되는 라우드스피커의 점성 기계적 마찰, Mmt로 표시되는 전체 라우드스피커의 모바일 질량, Km2로 표시되는 엔클로저 내의 공기의 스티프니스,
Figure 112016092373724-pct00017
로 표시되는 엔클로저의 음향 누설, 및
Figure 112016092373724-pct00018
로 표시되는 통기구 내의 공기의 질량을 포함한다.
도 6 에 도시되는 통기형 엔클로저 내에 배치되는 라우드스피커의 기계적-음향 부분의 모델은, 라우드스피커의 코일에서 순환하는 전류 i에 의하여 생성되는 구동력에 대응하는 전압 Bl(xD,i).i 발생기(40)를 포함한다. 멤브레인 자속 밀도 Bl(xD,i)는 멤브레인의 위치 xD와 코일에서 순환하는 세기 i에 따라 달라진다.
이러한 모델은 멤브레인의 전체 모바일 질량 Mmt에 대응하는 코일(44)과 직렬 연결되는 저항(42)에 대응하는 다이어프램의 점성 기계적 마찰 Rmt를 고려하고, 용량이 Cmt(xD)인 커패시터(46)에 대응하는 멤브레인의 스티프니스는 1/Kmt(xD)와 같다. 따라서, 스티프니스는 다이어프램의 위치 xD에 따라 달라진다.
통기구를 고려하기 위하여, 후속하는 파라미터 Rm2, Cm2 및 Mm2가 사용되었다:
Figure 112016092373724-pct00019
: 엔클로저의 음향 누설 계수;
Figure 112016092373724-pct00020
: 통기구 내의 공기의 질량과 등가인 인덕턴스;
Figure 112016092373724-pct00021
: 상기 엔클로저 내의 공기의 컴플라이언스.
도 6 의 모델에서, 이들은 병렬 탑재되는 저항(47), 코일(48) 및 커패시터(49)에 각각 대응한다.
이러한 모델에서, 자기 회로의 릴럭턴스로부터 얻어지는 힘은 무시된다.
사용되는 변수들은 다음과 같다:
Figure 112016092373724-pct00022
: 라우드스피커 멤브레인의 속도
Figure 112016092373724-pct00023
: 라우드스피커 멤브레인의 가속도
vL: 공기 누설에 의한 공기의 속도
vp: 통기구(포트)를 벗어나는 공기의 속도
Figure 112016092373724-pct00024
: 다이어프램 및 통기구에 의하여 변위되는 총 공기의 속도;
Figure 112016092373724-pct00025
: 변위된 총 공기의 가속도.
1 미터에서의 총 음향 압력은 다음에 의하여 주어진다:
Figure 112016092373724-pct00026
여기에서
Figure 112016092373724-pct00027
: 라우드스피커의 단면, nstr = 2: 고체 방출(solid emission) 각도.
도 10 에 대응하는 기계적-음향 방정식은 다음과 같다:
Figure 112016092373724-pct00028
후속하는 관련성이 그 외의 값들을 연관시킨다:
Figure 112016092373724-pct00029
라우드스피커의 전기적 부분의 모델링이 도 7 에 도시된다.
전기적 파라미터 Pelec은 코일의 인덕턴스 Le, 코일의 파라-인덕턴스(para-inductance)인 L2, 및 철 손실 등가인 R2를 포함한다.
도 7 에 도시되는 라우드스피커의 전기적 부분의 모델링은 폐루프 회로에 의하여 형성된다. 이것은 라우드스피커의 코일의 저항 Re를 나타내는 저항(52)과 직렬 연결되는, 기전력을 발생시키기 위한 발생기(50)를 포함한다. 이러한 저항(52)은 라우드스피커 코일의 인덕턴스를 나타내는 인덕턴스 Le(xD, i)와 직렬 연결된다. 이러한 인덕턴스는 코일에서 순환하는 세기 i와 다이어프램의 위치 xD에 따라 달라진다.
자기 손실과 푸코 전류 효과에 의한 인덕턴스 변동을 고려하기 위하여, 병렬 회로 RL이 코일(54)의 출력부에 직렬로 탑재된다. 다이어프램의 위치 xD 및 코일에서 순환하는 세기 i에 따라 달라지는 값 R2(xD, i)를 가지는 저항(56)은 철 손실 균등물을 나타낸다. 이와 유사하게, 다이어프램의 위치 xD 및 코일에서 순환하는 세기 i에 따라 역시 달라지는 인덕턴스 L2(xD, i)를 가지는 코일(58)은 라우드스피커의 파라-인덕턴스를 나타낸다.
자기적 또한 자석에 의하여 생성되는 자기장 내에서 이동하는 코일의 역기전력을 나타내는 전압 Bl(xD, i).v를 생성하는 전압 발생기(60)와 전압 g(xD,i).v를 생성하는 제 2 발생기(62)가 모델 내에 탑재되는데,
Figure 112016092373724-pct00030
는 해당 위치에서 인덕턴스의 동적 변동의 효과를 나타낸다.
일반적으로, 이러한 모델에서, 코일에 의하여 캡쳐되는 플럭스 BI, 코일의 스티프니스 Kmt 및 인덕턴스 Le는 다이어프램의 위치 xD에 따라 달라지고, 인덕턴스 Le와 플럭스 BI도 역시 코일 내에서 순환하는 전류 i에 따라 달라진다.
바람직하게는, 코일 Le의 인덕턴스, 인덕턴스 L2 및 항 g는 다이어프램의 이동 xD에 따라 달라지는 것에 추가하여 세기 i에 따라 달라진다.
도 6 및 도 7 에 대하여 설명된 모델로부터 다음 수학식들이 정의된다:
Figure 112016092373724-pct00031
Figure 112016092373724-pct00032
Figure 112016092373724-pct00033
제어 모듈(22)은 참조 전류 iref와 이것의 미분 diref/dt를 계산하기 위한 유닛(70)을 더 포함한다. 이러한 유닛은 입력으로서, 참조 동적 값 Gref, 기계적 파라미터 Pmeca, 및 값 x0 및 v0를 수신한다. 참조 전류 Iref와 그것의 미분 dIref/dt를 계산하면 다음 두 개의 수학식이 만족된다:
Figure 112016092373724-pct00034
Figure 112016092373724-pct00035
여기에서
Figure 112016092373724-pct00036
.
따라서, 전류 iref와 이것의 미분 diref/dt는 정확한 분석적 계산에 의하여 또는 필요할 경우 G1(x,i)의 복잡성에 기초한 복잡성 결정(digital resolution)에 의하여 입력되는 벡터의 값들로부터의 대수 계산에 의하여 획득된다.
따라서 전류의 미분 diref/dt는 바람직하게는 대수 계산을 통하여, 또는 그렇지 않으면 수치 유도(numerical derivation)에 의하여 얻어진다.
라우드스피커 다이어프램이 과도하게 이동하는 것을 피하기 위하여, 이동 Xmax가 제어 모듈에 부과된다. 이것은 참조 동적 값을 계산하기 위한 개별 유닛(26)과 구조적 적응 유닛(25)을 사용함으로써 이루어진다.
이동을 한정하는 것은 라우드스피커 다이어프램이 Xmax에 연계된 어떤 한계치를 초과하지 않도록 하는 "가상 벽" 디바이스에 의하여 이루어진다. 이러한 목적을 위하여, 위치 Xref가 자신의 한정 임계에 가까워지면, 위치가 가상 벽에 가까워지기 위해서 필요한 에너지는 점점 더 커져서(비선형 거동), 이러한 벽에 이르러서는 무한대가 되고, 비대칭 거동을 부과할 가능성이 생긴다. 멤브레인 이러한 목적을 위하여, 점성 기계적 마찰 Rmt(42)는 멤브레인의 위치 xref에 기초하여 비선형적으로 증가된다.
또 다른 실시예에 따르면, 이동을 제한하기 위해서, 가속도 Aref는 동적으로 최소 및 최대 한정치 이내에서 유지되는데, 그럴 경우 다이어프램의 위치 Xref가 Xmax를 초과하지 않도록 보장된다.
실시예에 따라서, 다이어프램의 이동 Xref가 Xref_sat로 제한되고 다이어프램의 가속도 Aref가 Aref_sat로 제한되는 경우, 값 x0 및 v0는 다음 알고리즘을 사용하여 순간 n에서 다시 계산된다:
Figure 112016092373724-pct00037
Figure 112016092373724-pct00038
(32 와 동일)
Figure 112016092373724-pct00039
(34 와 동일)
Figure 112016092373724-pct00040
(32 와 동일)
그러면, 참조 전류 Iref와 그것의 미분 dIref/dt를 계산하면 다음 두 개의 수학식이 만족된다:
Figure 112016092373724-pct00041
Figure 112016092373724-pct00042
여기에서
Figure 112016092373724-pct00043
.
더욱이, 제어 디바이스(22)는 라우드스피커의 저항 Re를 추정하기 위한 유닛(80)을 포함한다. 이러한 유닛(80)은 입력으로서, 참조 동적 값 Gref, 참조 전류의 세기 iref 및 이것의 미분 diref/dt를, 그리고 고려된 실시예에 따라서는 라우드스피커의 자기 회로에서 측정되고 Tm_mesuree라고 표시되는 온도 또는 I_mesuree라고 표시되는 코일을 통해서 측정되는 세기를 수신한다.
도 8 에서 순환 전류가 측정되지 않으면, 추정 유닛(80)은 도 8 에 도시된 형태를 가진다. 이것은 입력부로서 전력 및 파라미터를 계산하기 위한 모듈(82)을, 그리고 열적 모델(84)을 포함한다.
열적 모델(84)은 계산된 파라미터, 결정된 전력 PJB 및 측정된 온도 Tm_mesuree로부터 저항 Re의 계산치를 제공한다.
도 9 는 열적 모델에 대하여 사용되는 일반적 다이어그램을 제공한다.
이러한 모델에서, 참조 온도는 엔클로저 내의 공기의 온도 Te이다.
고려되는 온도는 다음과 같다:
Tb [℃]: 권선의 온도;
Tm [℃]: 자기 회로의 온도; 및
Te [℃]: 일정하다고 가정되거나 이상적으로 측정되는 엔클로저 내의 온도.
고려된 열출력은 다음과 같다:
PJb [W]: 주울 효과에 의하여 권선에 기여하는 열출력.
열적 모델은 도 9 에 도시된 바와 같이, 다음 파라미터를 포함한다:
Ctbb [J/K]: 권선의 열용량;
Rthbm [K/W]: 권선과 자기 회로 사이의 등가 열저항; 및
Rthba [K/W]: 권선과 엔클로저의 내부 온도 사이의 등가 열저항.
등가 열저항은 전도와 대류에 의한 열방산(heat dissipation)을 고려한다.
권선에서 순환하는 전류에 의하여 기여되는 열출력 PJb는 다음과 같이 주어진다:
Figure 112016092373724-pct00044
여기에서 Re(Tb)는 온도 Tb에서의 전기저항의 값이다:
Figure 112016092373724-pct00045
여기에서 Re(20℃)는 20℃에서의 전기저항의 값이다.
도 9 에 의하여 주어지는 열적 모델은 다음과 같다:
Figure 112016092373724-pct00046
이것을 결정하면 각 순간에 저항 Re의 값을 획득할 수 있다.
대안적으로는, 도 10 에 도시된 바와 같이, 코일에서 순환하는 전류 i가 측정되는 경우, 저항 Re의 추정치는 예를 들어 비례 적분 타입의 폐루프 추정기에 의하여 제공된다. 그러면 비례 적분 정정기를 사용하는데에 기인하여 고속의 수렴 시간을 가질 수 있게 된다.
마지막으로, 제어 디바이스(22)는, 참조 동적 값 Gref, 참조 전류 iref 및 이것의 미분 diref/dt, 전기적 파라미터 Pelec 및 유닛(80)에 의하여 계산된 저항 Re로부터 출력 전압 Uref를 계산하기 위한 유닛(90)을 포함한다. 참조 출력 전압을 계산하는 이러한 유닛에 대하여 다음 두 개의 수학식이 얻어진다:
Figure 112016092373724-pct00047
Figure 112016092373724-pct00048
증폭기(16)가 전류 증폭기가 아니고 전술된 것처럼 전압 증폭기가 아니면, 제어 디바이스의 유닛(38, 80 및 90)은 제거되고 증폭기를 제어하는 참조 출력 세기 iref가 유닛(70)의 출력에서 취해진다.
다이어프램으로 형성되는 수동형 라디에이터를 포함하는 엔클로저의 경우에, 도 6 의 기계적 모델은 도 11 의 모델로 대체되며, 여기에서 도 6 의 소자들과 동일한 소자들은 동일한 참조 번호를 가진다. 이러한 모듈은, 수동형 라디에이터의 다이어프램의 질량에 대응하는 코일 Mm2(48)과 직렬로, 수동형 라디에이터의 기계적 손실 Rm2와 수동형 라디에이터의 다이어프램의 기계적 스티프니스 Km3에 각각 대응하는 저항(202)과 값
Figure 112016092373724-pct00049
를 가지는 커패시터(204)를 포함한다. 멤브레인의 참조 가속도 Aref는 다음에 의하여 주어진다:
Figure 112016092373724-pct00050
여기에서
Figure 112016092373724-pct00051
은
Figure 112016092373724-pct00052
의 고역-통과 필터에 의한 필터링에 의하여 주어진다:
Figure 112016092373724-pct00053
따라서, 구조적 적응 구조(25)는,
Figure 112016092373724-pct00054
로부터
Figure 112016092373724-pct00055
와
Figure 112016092373724-pct00056
를 얻고서, 각각 수동형 라디에이터의 다이어프램의 기계적 손실 저항 및 기계적 스티프니스 상수인 추가적 파라미터
Figure 112016092373724-pct00057
및
Figure 112016092373724-pct00058
를 사용하여 고역-통과 필터링에 의하여
Figure 112016092373724-pct00059
로부터
Figure 112016092373724-pct00060
를 계산하기 위하여 두 개의 경계 적분기를 직렬로 포함한다.

Claims (6)

  1. 엔클로저 내의 라우드스피커(14)를 제어하는 디바이스로서,
    재생될 오디오 신호(Saudio_ref)를 위한 입력부;
    상기 라우드스피커로부터의 여기 신호를 공급하기 위한 출력부;
    각 순간에 상기 라우드스피커(14)의 여기 신호를 계산하기 위한 수단(26, 36, 38, 70, 80, 90)을 포함하고, 상기 여기 신호를 계산하기 위한 수단(26, 36, 38, 70, 80, 90)의 업스트림은 여기 신호를 계산하기 위한 것이고,
    상기 디바이스는, 상기 재생될 오디오 신호(Saudio_ref)와 상기 엔클로저의 구조에 기초하여 상기 라우드스피커의 다이어프램의 필요한 동적 값(Aref)을 계산하기 위한 수단(24, 25)을 포함하고,
    상기 필요한 동적 값(Aref)을 계산하기 위한 수단(24, 25)은, 상기 라우드스피커(14)가 사용되는 엔클로저의 구조에 따라 재생될 오디오 신호의 구조적 적응 유닛(25)을 포함하고,
    상기 구조적 적응 유닛(25)은, 재생될 오디오 신호(Saudio_ref)로부터 얻은 값(
    Figure 112021030406325-pct00080
    )과 엔클로저의 구조의 함수로서 필요한 동적 값(Aref)을 매순간 제공할 수 있으며,
    상기 구조적 적응 유닛(25)은 재생될 오디오 신호(Saudio_ref)로부터 얻은 값(
    Figure 112021030406325-pct00081
    )에 단위 값과 상이한 정정치를 적용할 수 있으며,
    상기 정정치는 상기 라우드스피커 다이어프램에 대하여 고유 동적 값과 상이한 상기 엔클로저의 구조적 동적 값(xo, vo)을 고려하며,
    상기 구조적 동적 값(xo, vo)은 상기 엔클로저에 의해 변위되는 공기의 위치(xo)의 선결정된 차수의 도함수를 포함하고,
    상기 라우드스피커의 여기 신호를 계산하기 위한 수단(26, 36, 38, 70, 80, 90)은, 상기 라우드스피커 다이어프램의 필요한 동적 값(Aref)에 기초하여 상기 여기 신호를 계산할 수 있는, 라우드스피커 제어 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 엔클로저의 구조적 동적 값(xo, vo)은 상기 엔클로저에 의하여 변위되는 공기의 위치(xo)를 포함하는, 라우드스피커 제어 디바이스.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 엔클로저의 구조적 동적 값(xo, vo)은 상기 엔클로저에 의하여 변위되는 공기의 속도(vo)를 포함하는, 라우드스피커 제어 디바이스.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 엔클로저는 통기구를 포함하는 통기형 엔클로저이고, 상기 엔클로저의 구조적 동적 값(xo, vo)은:
    - 상기 엔클로저의 음향 누설 계수(
    Figure 112021030406325-pct00061
    );
    - 상기 통기구 내의 공기의 질량과 등가인 인덕턴스(
    Figure 112021030406325-pct00062
    ); 및
    - 상기 엔클로저 내의 공기의 컴플라이언스(compliance,
    Figure 112021030406325-pct00063
    ) 중 적어도 하나의 파라미터에 따라 달라지는, 라우드스피커 제어 디바이스.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 엔클로저는 수동형 라디에이터 엔클로저이고, 상기 엔클로저의 구조적 동적 값(xo, vo)은:
    - 상기 엔클로저의 음향 누설 계수(
    Figure 112021030406325-pct00064
    );
    - 상기 수동형 라디에이터의 다이어프램의 질량과 등가인 인덕턴스(
    Figure 112021030406325-pct00065
    );
    - 상기 엔클로저 내의 공기의 컴플라이언스(
    Figure 112021030406325-pct00066
    );
    - 상기 수동형 라디에이터의 기계적 손실(
    Figure 112021030406325-pct00067
    ); 및
    - 상기 다이어프램의 기계적 컴플라이언스(
    Figure 112021030406325-pct00068
    )중 적어도 하나의 파라미터에 따라 달라지는, 라우드스피커 제어 디바이스.
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