KR20200127875A

KR20200127875A - 자속에 기반한 음향 변환기에 대한 비선형 거동의 보상 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR20200127875A
Application number: KR1020200051012A
Authority: KR
Inventors: 존 배리 프렌치
Original assignee: 하만인터내셔날인더스트리스인코포레이티드
Priority date: 2019-05-03
Filing date: 2020-04-27
Publication date: 2020-11-11
Also published as: EP3734994B1; CN111885476A; JP2020184756A; EP3734994A1; US10667040B1

Abstract

적어도 다른 실시형태에서, 메모리 및 오디오 증폭기를 포함하는 오디오 증폭기 시스템이 제공된다. 오디오 증폭기는 메모리를 포함하며, 오디오 입력 신호를 수신하고 오디오 입력 신호 및 라우드스피커의 다이어프램의 속도에 기초하여 목표 전류 신호를 생성하도록 프로그래밍된다. 오디오 증폭기는 적어도 목표 전류 신호 및 라우드스피커의 음성 코일의 예측된 위치에 기초하여 보정된 전류 신호를 생성하고 플럭스 밀도 값에 기초하여 라우드스피커의 음성 코일의 예측된 위치를 결정하도록 추가로 프로그래밍된다. 플럭스 밀도 값은 라우드스피커에서의 음성 코일에 대한 에어 갭의 자속과 라우드스피커에서의 음성 코일 와이어의 길이의 곱에 대응한다.

Description

자속에 기반한 음향 변환기에 대한 비선형 거동의 보상 시스템 및 방법 {SYSTEM AND METHOD FOR COMPENSATING FOR NON-LINEAR BEHAVIOR FOR AN ACOUSTIC TRANSDUCER BASED ON MAGNETIC FLUX}

관련 출원에 대한 상호 참조

본 출원은 ”음향 변환기에 대한 비선형 거동을 위한 시스템 및 방법”이란 명칭으로 _______________자로 출원된 미국 출원 일련 번호 __________ (대리인 관리 번호 HARM0681PUS)에 관한 것일 수 있다.

본원에 개시된 하나 이상의 양태는 일반적으로 음향 변환기에 대한 비선형 거동을 보상하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 본원에 개시된 양태는 가동 코일 음향 변환기, 인클로저(enclosure) 및 수동 라디에이터를 사용하는 라우드스피커를 위한 능동적인(active) 센서-리스(sensor-less) 비-선형 보정 방법 및 장치를 제공할 수 있다. 예를 들어, 전류 및 전압 원으로 구동되는, 폐쇄되고 통기되며(vented) 수동적인(passive) 라디에이터 설계를 위해 음성 코일 위치의 함수로서 다이어프램 서스펜션 및 음성 코일 모터로 인해 초래된 왜곡을 보정하기 위한 MIPS(Low Machine Instruction Second)의 센서리스 모델 및 알고리즘이 제공된다. 이러한 양태들 및 다른 양태들은 본 명세서에서 더욱 상세하게 논의될 것이다.

프랑스인의 PCT/US2018/052336("'336 공보")은 음향 변환기를 제공한다. 음향 변환기는, 입력 오디오 신호를 수신하고 입력 오디오 신호의 엔벨로프(envelope)를 나타내는 제 1 기준 신호를 생성하도록 구성된 제어기를 포함한다. 제어기는 추가로 제 1 기준 신호에 기초하여 음향 변환기의 고정 코일에 고정 코일 신호를 제공하고, 고정 코일 신호를 고정 코일에 제공한 후 고정 코일을 통한 전류를 측정하도록 구성된다. 제어기는 추가로 고정 코일을 통한 전류를 나타내는 제 1 출력을 생성하고 제 1 출력에 기초하여 자성 재료의 에어 갭에서 자속(magnetic flux)을 결정하도록 구성된다. 제어기는 추가로 에어 갭에서의 자속에 반비례하는 가동 코일에 대한 전압 출력을 생성하도록 구성된다. 전압 출력은 입력 오디오 신호에 대응하는 왜곡되지 않은 출력을 제공한다.

적어도 하나의 실시형태에서, 메모리 및 오디오 증폭기를 포함하는 오디오 증폭기 시스템이 제공된다. 오디오 증폭기는 메모리를 포함하며 오디오 입력 신호를 수신하고 오디오 입력 신호에 기초하여 목표 전류 신호를 생성하도록 프로그래밍된다. 오디오 증폭기는 라우드스피커의 음성 코일의 제 1 예측 위치를 생성하고, 목표 전류 신호 및 음성 코일의 제 1 예측 위치에 기초하여 제 1 보정된 전류 신호를 생성하도록 구성된다. 오디오 증폭기는 추가로 적어도 음성 코일의 제 1 예측 위치에 기초하여 라우드스피커 인클로저(enclosure) 내의 압력을 결정하고, 적어도 라우드스피커 인클로저 내의 압력에 기초하여 수동 라디에이터의 위치를 결정하도록 구성된다. 오디오 증폭기는 추가로 라우드스피커에 대한 플럭스 밀도 값을 결정하고, 플럭스 밀도 값에 기초하여 그리고 적어도 라우드스피커 내의 압력, 수동 라디에이터의 위치, 및 제 1 보정된 전류 신호에 기초하여 음성 코일의 제 2 예측 위치를 생성하도록 구성된다.

적어도 다른 실시형태에서, 메모리 및 오디오 증폭기를 포함하는 오디오 증폭기 시스템이 제공된다. 오디오 증폭기는 메모리를 포함하며 오디오 입력 신호를 수신하고 오디오 입력 신호 및 라우드스피커의 다이어프램(diaphragm)의 속도에 기초하여 목표 전류 신호를 생성하도록 프로그래밍된다. 오디오 증폭기는 추가로 적어도 목표 전류 신호 및 라우드스피커의 음성 코일의 예측된 위치에 기초하여 보정된 전류 신호를 생성하고, 플럭스 밀도 값에 기초하여 라우드스피커의 음성 코일의 예측된 위치를 결정하도록 프로그래밍된다. 플럭스 밀도 값은 라우드스피커의 음성 코일에 대한 에어 갭의 자속과 라우드스피커의 음성 코일 와이어의 길이의 곱에 대응한다.

적어도 다른 실시형태에서, 오디오 입력 신호를 증폭하기 위해 프로그래밍된 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체에 구현된 컴퓨터-프로그램 제품이 제공된다. 컴퓨터-프로그램 제품은 오디오 입력 신호를 수신하고 오디오 입력 신호에 기초하여 목표 전류 신호를 생성하기 위한 명령을 포함한다. 컴퓨터-프로그램 제품은 라우드스피커의 음성 코일의 제 1 예측 위치를 생성하고 목표 전류 신호 및 음성 코일의 제 1 예측 위치에 기초하여 제 1 보정된 전류 신호를 생성하기 위한 명령을 포함한다. 컴퓨터-프로그램 제품은 적어도 음성 코일의 제 1 예측 위치에 기초하여 라우드스피커 인클로저 내의 압력을 결정하고 적어도 라우드스피커 인클로저 내의 압력에 기초하여 수동 라디에이터의 위치를 결정하기 위한 명령을 추가로 포함한다. 컴퓨터-프로그램 제품은 라우드스피커에 대한 플럭스 밀도 값을 결정하고 플럭스 밀도 값에 기초하여 그리고 적어도 라우드스피커 내의 압력, 수동 라디에이터의 위치, 및 제 1 보정된 전류 신호에 기초하여 음성 코일의 제 2 예측 위치를 생성하기 위한 명령을 추가로 포함한다.

본 발명의 실시형태들은 첨부된 청구범위에서 구체적으로 지적된다. 그러나, 다양한 실시형태의 다른 특징은 첨부 도면과 함께 다음의 상세한 설명을 참조함으로써 보다 명백해지고 가장 잘 이해될 것이다.
도 1은 폐쇄형(enclosed) 라우드스피커 시스템의 예를 일반적으로 도시한다.
도 2는 변환기를 포함하는 다양한 양태를 일반적으로 도시한다.
도 3은 수동 라디에이터를 포함하는 다양한 양태를 일반적으로 도시한다.
도 4는 라우드스피커 시스템에서 변환기 및 수동 라디에이터와 관련된 요소의 모델을 일반적으로 예시한다.
도 5는 일 실시형태에 따른 라우드스피커 시스템에서 Kms(x) 및 Rms(x)를 추정하는 시스템을 일반적으로 예시한다.
도 6은 일 실시형태에 따른 라우드스피커 시스템에서 왜곡을 보정하는 증폭기 시스템을 일반적으로 예시한다.
도 7은 도 6의 증폭기 시스템을 나타내며 일 실시형태에 따른 코어 보정 블록을 추가로 포함한다.
도 8은 일 실시형태에 따른 음성 코일을 구동하는 전압원으로서 기능하는 보정 시스템을 도시한다.
도 9는 일 실시형태에 따라 Kms 및 Rms를 제공하기 위한 모델을 실행하는 시스템을 예시한다.
도 10은 일 실시형태에 따라 Kms 및 Rms를 제공하기 위한 모델을 실행하는 시스템을 예시한다.
도 11은 일 실시형태에 따라 Kms 및 Rms의 값을 측정하는 장치의 일례를 도시한다.
도 12는 일 실시형태에 따른 임피던스의 함수로서 Rms 및 Kms의 대응하는 값을 도시한다.
도 13은 일 실시형태에 따라 Kms 및 Rms를 제공하기 위한 시스템을 일반적으로 예시한다.
도 14는 일 실시형태에 따른 음향 변환기 장치(arrangement)의 일 구현을 일반적으로 예시한다.
도 15는 일 실시형태에 따른 자속 밀도(BL)를 계산하기 위한 일 구현을 일반적으로 예시한다.
도 16은 일 실시형태에 따른 자속 밀도(BL)를 계산하기 위한 다른 구현을 일반적으로 예시한다.
도 17은 일 실시형태에 따른 음향 변환기 장치의 다른 구현을 일반적으로 예시한다.
도 18은 일 실시형태에 따른 음향 변환기 장치의 다른 구현을 일반적으로 예시한다.
도 19는 일 실시형태에 따른 음향 변환기 장치의 다른 구현을 일반적으로 예시한다.
도 20은 일 실시형태에 따른 음향 변환기 장치의 다른 구현을 일반적으로 예시한다.
도 21은 일 실시형태에 따른 오디오 증폭기 시스템에 의해 수행되는 방법을 일반적으로 도시한다.
도 22는 다른 실시형태에 따른 오디오 증폭기 시스템에 의해 수행되는 방법을 일반적으로 도시한다.
도 23은 다른 실시형태에 따른 오디오 증폭기 시스템에 의해 수행되는 방법을 일반적으로 도시한다.
도 24는 다른 실시형태에 따른 오디오 증폭기 시스템에 의해 수행되는 방법을 일반적으로 도시한다.

필요에 따라, 본 발명의 상세한 실시형태가 본원에 개시되지만; 개시된 실시형태는 다양하고 대안적인 형태로 구현될 수 있는 본 발명의 예시일 뿐이라는 것이 이해되어야 한다. 도면은 반드시 일정한 축척대로 된 것이 아니며; 일부 구성은 특정 구성요소의 세부 사항을 보여주기 위해 과장되거나 최소화될 수 있다. 그러므로, 본원에 개시된 특정의 구조적 및 기능적 세부 사항은 제한적인 것으로 해석되어서는 안되며, 단지 본 발명을 다양하게 사용하도록 당업자에게 교시하기 위한 대표적인 기초로 해석되어야 한다.

본원에 개시된 바와 같은 제어기는 다양한 마이크로 프로세서, 집적 회로, 메모리 디바이스(예를 들어, 플래시(FLASH), 랜덤 액세스 메모리(RAM), 판독 전용 메모리(ROM), 전기적으로 프로그램 가능한 판독 전용 메모리(EPROM), 전기적으로 소거 가능하고 프로그램 가능한 판독 전용 메모리(EEPROM), 또는 이의 다른 적절한 변형), 및 서로 협력하여 본원에 개시된 동작(들)을 수행하는 소프트웨어를 포함할 수 있다. 또한, 개시된 바와 같은 그러한 제어기는 하나 이상의 마이크로 프로세서를 사용하여 개시된 바와 같은 임의의 수의 기능을 수행하도록 프로그래밍된 비-일시적 컴퓨터 판독 가능한 매체에 구현된 컴퓨터 프로그램을 실행한다. 또한, 본원에 제공된 바와 같은 제어기(들)는 하우징, 및 하우징 내에 위치된 다양한 수의 마이크로 프로세서, 집적 회로 및 메모리 디바이스(예를 들어, 플래시, 랜덤 액세스 메모리(RAM), 판독 전용 메모리(ROM), 전기적으로 프로그래밍 가능한 판독 전용 메모리(EPROM), 전기적으로 소거 가능하고 프로그램 가능한 판독 전용 메모리(EEPROM)를 포함한다. 개시된 바와 같은 제어기(들)는 또한 본원에 논의되는 바와 같이 다른 하드웨어 기반 디바이스와 데이터를 각각 수신 및 전송하기 위한 하드웨어 기반 입력 및 출력을 포함한다.

가동 코일 변환기(또는 가동 코일 라우드스피커)가 그 음향 출력을 증가시킴에 따라, 이러한 변환기는 왜곡을 증가시킨다. 이 기본 관계는 변환기의 크기, 무게, 비용 및 비효율성을 유발하며, 이들 모두는 바람직하지 않다. 이것은 이러한 성능 문제가 모두 중요한 자동차 용도에 사용되는 변환기의 경우 특히 그러하다. 동시에, 더 높은 출력, 더 낮은 왜곡, 원하는 능동 소음 제거(ANC), 엔진 소음 제거(engine order cancellation, EOC), 개별 사운드 구역(ISZ), 및 음성 인식을 위한 에코-제거를 달성하거나 제공할 수 있는 시스템에 대한 요구가 계속 증가하고 있다.

결과적으로, 클리펠(Klippel)에 의해 기술된 것과 같은 센서-리스(sensor-less) 방법이 있는데, 이는 신호 처리를 통해 변환기의 왜곡을 최소화하려고 시도하며, 이는 차례로 적절하게 사용될 경우 변환기 설계자가 원하는 트레이드-오프(trade-off)에 따라 더 작고 더 가볍고 더 저비용이며 더 효율적인 솔루션을 달성할 수 있게 할 수 있다. 그러나, 이들 방법은 특히 자동차에서 발견되는 것과 같은 다중 채널 용도(application)에서 계산적으로 비쌀 수 있다(예를 들어, 초당 1억 명령(MIPS) 이상). 또한, 이러한 방법은 종종 디지털 신호 처리기(digital signal processor, DSP)뿐만 아니라 내장형(embedded) 마이크로-제어기를 필요로 한다. 따라서, 본원에 제공된 바와 같이 비선형 왜곡 보정을 위한 낮은 MIPs 알고리즘(예를 들어, 비교적 낮은 처리 요건을 제공하는 것) 및 낮은 하드웨어 비용 방법이 필요하다. 또한, 솔루션은 비교적 낮은 처리 요건을 요구하는 자동차 하드웨어와 상용성이 있어야 한다.

일반적으로, 기본 레벨에서, 일단 변환기에서 비선형성의 제어 또는 보정이 능동적으로 제어되고/되거나 보정되면, 변환기 및 시스템 설계자는 라우드스피커에서 필요할 수 있는 트레이드 오프에 대한 유연성을 갖는다. 이는 설계 목표에 따라 크기, 무게, 비용 및 효율성을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 본원에 개시된 실시형태는 변환기의 변위 또는 편위(excursion) 및 음성 코일 전류에 대한 더 나은 제어를 제공할 수 있으며, 이는 변환기가 한계에 더 가깝게 구동될 수 있게 하고 결과적으로 더 많은 출력을 제공할 수 있다. 또한, 본원에 개시된 실시형태는 변환기의 비선형 성능에 대한 향상된 제어를 제공하고, ANC, RNC, EOC, ISZ, 에코 제거 등과 같은 변환기의 선형성 또는 응답에 의존하는 음향 알고리즘의 성능을 향상시킬 수 있다.

본원에 개시된 실시형태는: (i) 안정성, 반복성 및 검사 능력(즉, 블랙 박스가 아님)의 측면에서 견고하고 본질적으로 예측 가능할 수 있고, (ii) 낮거나 매우 낮은 MIP, 센서-리스로 계산적으로 단순할 수 있고, (iii) 단순한 전류 감지로 적응성이 있을 수 있고, (iv) 알고리즘에 대한 단순화일 수 있으며, 적응성 있도록 수반되는 내장형 제어기가 필요하지 않을 수 있는 DSP 환경에서 작동할 수 있다.

도 1은 일 실시형태에 따른 폐쇄형 라우드스피커 시스템(100)의 예를 일반적으로 도시한다. 시스템(100)은 인클로저(101)를 포함하며 일반적으로 라우드스피커(102)(또는 변환기)(예를 들어, 능동 라우드스피커 또는 메인 드라이버) 및 수동 라디에이터(104)(또는 오디오 입력 신호 형태의 전기 에너지를 수신하지 않는 드론 콘(drone cone))를 포함한다. 인클로저(101)는 일반적으로 오디오 신호를 전송하기 위한 공통 라우드스피커 인클로저를 나타내며, 변환기(102) 및 수동 라디에이터(104)와 관련된 양태는 이후에 보다 상세하게 논의될 것이다.

도 2는 변환기(102)를 포함하는 다양한 양태를 일반적으로 도시한다. 예를 들어, 변환기(102)는 일반적으로 콘(cone)(또는 다이어프램)(110) 및 음성 코일(112)을 포함한다. 서라운드(또는 서스펜션)(114)가 다이어프램(110)의 단부에 부착된다. 포머(former)(116)는 음성 코일(112)을 둘러싸고 에어 갭(118) 내에 위치된다. 외부 자석(또는 자석)(120)은 에어 갭(118), 및 음성 코일(112)과 포머(116)의 적어도 일부를 둘러싼다. 스파이더(spider)(122)는 포머(116)의 일부를 둘러싼다.

일반적으로, 오디오 데이터에 대응하는 오디오 입력 신호가 음성 코일(112)에 제공된다. 음성 코일(112)과 자석(120)은 서로 자기적으로 결합되고 오디오 입력 신호는 오디오 입력 신호의 극성에 기초하여 수직 축으로 다이어프램(110)의 선형 운동을 야기한다. 다이어프램(110)은 일반적으로 유연성이며, 음성 코일(112)과 자석(120) 사이에서 전달되는 자기장에 응답하여 수직 축에서 양 방향으로 편위를 겪는다. 포머(116)는 다이어프램(110)에 부착되고 다이어프램(110)과 유사한 변위(수직 축을 따른 운동)를 겪는다. 다이어프램(110)의 선형 변위의 결과로서, 변환기(또는 라우드스피커)(100)는 사용자에 의한 소비를 위해 오디오 입력 신호를 룸 또는 다른 환경으로 전송한다. 스파이더(122)는 일반적으로 다이어프램(110)이 수직 방향 또는 축으로 다이어프램(110)의 선형 변위 동안 수평으로 운동하는 것을 방지하도록 구성된다.

도 3은 수동 라디에이터(104)를 포함하는 다양한 양태를 일반적으로 도시한다. 일반적으로, 수동 라디에이터(104)는 음성(voice) 코일(112) 및 자석(120)을 제외하고 변환기(102)를 포함하는 언급된 모든 구성요소들의 모두를 포함할 수 있다. 수동 라디에이터(104)는 인클로저(101) 내에 포획되어 공진을 발생시켜 낮은 주파수(즉, 베이스(bass))를 제공하는 사운드를 사용할 수 있다. 수동 라디에이터(104)는 인클로저(101) 내의 공기의 질량 및 탄성(또는 순응성)에 기초하여 주파수를 생성할 수 있다. 수동 라디에이터(104)는 (다이어프램(110) 또는 콘의 중량을 포함하는) 전체 다이어프램 질량을 변화시킴으로써 인클로저(101)로 튜닝될 수 있다. 변환기(102)가 다이어프램(110)의 선형 변위로 인해 공기 압력을 생성함에 따라, 이러한 공기 압력은 수동 라디에이터(104)를 운동시킨다.

도 4는 라우드스피커 시스템(100)에서 변환기(102) 및 수동 라디에이터(104)와 관련된 요소의 모델을 도시한다. 일반적으로, 라우드스피커 시스템(100)에서 음성 코일(112)(또는 변환기(102)의 가동 코일) 및 다른 기계적 요소들의 거동을 수학적으로 모델링함으로써, 비선형 거동을 계산하고 실시간으로 증폭기 및 신호 처리를 사용하여 비선형 거동을 보정하는 것이 가능하다. 이러한 양태들은 본원에서 더 상세히 논의될 것이다.

라우드스피커 시스템을 모델링하는 많은 방법이 있다. 그러나, 이 경우에 시스템의 물리적 요소를 잘 미리 이해하고 있다면, 요소에 맞는 모델이 튜닝하기에 계산적으로 가장 간단하고 가장 쉽다. 본원에 개시된 양태는, 직접 계산되고, 적응적으로 튜닝되며, 요소가 비-선형 방식으로 거동할 때 보정될 수 있는 방식으로, 라우드스피커 시스템(100)에서의 물리적 요소(예를 들어, 변환기(102) 및 수동 라디에이터(104)) 및 이들의 상호 작용을 모델링하려고 시도한다.

라우드스피커 시스템(100)에는 일반적으로 4개의 서브-시스템이 존재한다: (1) 변환기(102)(이는 증폭기(도시되지 않음)로부터의 전기적 신호를 기계적 출력(도시되지 않음)으로 변환한다)(예를 들어, 기계적 출력은 운동으로 고려될 수 있으며, 이것은 차례로 기계적 출력을 음향 신호로 변환한다), (2) 수동 라디에이터(104)(이는 인클로저(101) 및 변환기(102)와 공진하여 낮은 주파수에서 음향 출력을 생성한다), (3) 수동 라디에이터(104)를 변환기(102)에 (압력을 통해) 결합시키고, 수동 라디에이터(104) 및 변환기(102) 모두에 대한 배압을 전방 압력으로부터 격리시키는 인클로저(101), 및 (4) 증폭기 및 신호 처리(이제 도시됨). 라우드스피커 시스템(100)의 2개의 단순화된 서브 세트, 예컨대 수동 라디에이터(104)를 인클로저(101)에서의 포트(port)를 사용하여 생성된 음향 질량으로 대체하는 통기(vented) 시스템, 및 벤트(vent) 또는 수동 라디에이터(104)를 갖지 않는 밀봉된 인클로저를 단순히 갖는 폐쇄된 박스 시스템이 또한 사용될 수 있다. 도 4는 3개의 기계적 서브 시스템을 예시하며 2-몸체 공진 시스템과 유사하다.

일반적으로, 변환기(102)을 위한 기계적 요소는 강성(stiffness)(예를 들어, Kms_TD), 댐핑(예를 들어, Rms_TD) 및 운동 질량(예를 들어, M_TD)을 갖는 스프링으로서 모델링될 수 있다. M_TD는 다이어프램(110)에 결합된 공기를 포함하는 가동 부품들 모두의 질량에 대응한다. Rms_TD는 조합된 서라운드(114) 및 스파이더(122)의 마찰 손실에 대응한다. Kms_TD는 조합된 서라운드(114) 및 스파이더(122)의 스프링 강성에 대응한다. 유사한 방식으로, 수동 라디에이터(104)는 강성(예를 들어, Kms_PR), 댐핑(예를 들어, Rms_PR) 및 운동 질량(예를 들어, M_PR)으로 모델링될 수 있다. 변환기(102) 및 수동 라디에이터(104)는 시스템(100)의 2개의 몸체로 고려될 수 있다. 몸체를 결합하는 힘은 인클로저(101) 내의 압력(예를 들어, 인클로저(101) 외부의 대기압에 대한 것)과 변환기(102)의 다이어프램(110)(예를 들어, Sd_TD) 및 수동 라디에이터(104)의 다이어프램(110)의 표면적을 곱하여 모델링될 수 있다. 인클로저(101) 내의 공기의 압축성은 박스 압력을 곱한 카파 "κ즉, 단열 공기 지수, 약 1.4)의 강성을 갖는 스프링으로서 모델링될 수 있다.

음성 코일(112)(또는 변환기(102)의 가동 코일)의 경우, 구동력(F_1)은 에어 갭(118)에서의 자기장의 세기(예를 들어, "B"), 자기장에서의 도체의 길이 "L", 및 도체(예를 들어, 음성 코일(112))에서의 전류를 곱하여 모데링될 수 있다.

　변환기(102)의 다이어프램(110)의 위치에 대해 기준 x₁(t)의 프레임이 정의된다. 유사하게, 수동 라디에이터(104)의 다이어프램(110)의 위치에 대해 기준 x₂(t)의 프레임이 정의된다. x₁(t)의 양(+)의 방향은 인클로저(101) 내로 운동하는 것으로 정의되고, x₂(t)의 양(+)의 방향은 인클로저(101) 밖으로 운동하는 것으로 정의된다.

운동 질량의 힘이 질량과 가속도의 곱인 관계를 사용하여, 스프링의 힘은 휴지(rest) 시간으로부터의 거리와 같고, 스프링 강성 및 마찰력(또는 댐핑)은 속도와 마찰의 곱이다.

변환기(102)의 운동 질량에 대한 힘(예를 들어, MmsTD)을 다음 식에 의해 나타낼 수 있다:

여기서 x₁(t)는 x₁으로 나타낸다.

유사한 방식으로, 수동 라디에이터(104)의 운동 질량에 대한 힘은 다음 식에 의해 나타낼 수 있다:

여기서 x₂(t)는 x₂로 나타낸다.

다음으로, 변환기(102)의 다이어프램(110) 및 수동 라디에이터(104)의 다이어프램(110)의 위치에 기초하여 압력 "p"를 계산하는 것이 일반적으로 필요할 수 있다. 이는 인클로저(101)의 체적 변화(예를 들어, Vol_1)를 먼저 계산함으로서 달성될 수 있으며, 이는 차례로 인클로저(101)의 체적(예를 들어, Vol_0)에서 변환기(102) 및 수동 라디에이터(104)의 다이어프램(110)의 휴지 위치로부터의 변위에 의해 취해진 체적을 뺀 것일 수 있다. 공기의 부피는 압력에 비례하는 것으로 알려져 있고, 그래서 다음과 같다:

다음으로, 인클로저에서의 상대 압력 "p"을 인클로저 외부의 상대 부피 및 압력 p_amb(대기에 대해)에 관련시킴으로써, 부피 변화로 인한 새로운 압력은 다음에 의해 계산될 수 있다:

자유-몸체 힘 다이어그램에서(즉, 도 4에서) "p"는 식(5)에서 p(x1, x2)이다.

Vol_0이 휴지에서 다이어프램(110)(변환기(102) 및 수동 라디에이터(104) 둘 다에 대해)을 갖는 인클로저(101)의 체적이 되도록 허용된다면, 대기압에 대한 압력의 변화는 아래에 나타낸 바와 같은 식(6)에 의해 나타낼 수 있다.

식(4) 및 (5)를 조합하여 X1 및 X2의 함수로서 대기에 대한 인클로저(101)의 압력을 계산함으로써, 다음이 얻어진다:

그 다음, 이 통상적인 미분 방정식 시스템은 음성 코일(112)로부터의 구동력이 주어지면 다이어프램(110)(즉, 변환기(102) 및 수동 라디에이터(104)의 것)의 운동을 기술할 수 있다. 그러나, 이는 아직 비선형 거동을 설명하지 않는다.

음성 코일(112) 부근의 자기장의 형상 때문에, BL은 라우드스피커(102)의 다이어프램(110)의 위치(X1)의 비선형 함수이다. 이 양태를 모델링하는 여러 가지 방법이 있을 수 있지만, 간단한 방법은 n차 다항식을 사용할 수 있다. 예를 들어, 다음 식은 휴지 위치로 정규화된 위치와 휴지 위치에서의 공칭 값의 곱의 함수로서 BL을 나타낼 수 있다:

한편, 식(7)은 4차 다항식을 예시하지만, n차 다항식이 식(7)에 대해 구현될 수 있다는 것이 인식된다. 다이어프램(110) 서스펜션의 물리적 특성으로 인해, Kms 및 Rms는 위치(X1)의 비선형 함수이다. BL과 마찬가지로, Rms 및 Kms는 다항식으로 나타낼 수 있다. 다항식은 2개의 섹션, 예컨대 정규화된 부분 및 휴지 위치에 대응하는 X1=0에서의 스칼라 부분으로 인수 분해되었다. 이것의 이점은 다음 개선에서 분명해질 것이다:

식(8) 및 식(9)는 제 1 정규화 회로(130), 제 2 정규화 회로(132), 제 1 승산기(multiplier) 회로(134) 및 제 2 승산기 회로(136)를 통해 도 5에 예시된 바와 같이 신호 흐름 관점으로부터 도시될 수 있다. 식(8) 및 (9)의 괄호 안에 표시된 cR₄. x⁴ 등은 각각 제 1 정규화 회로(130) 및 제 2 정규화 회로(132)에 대응한다. 제 1 정규화 회로(130) 및 제 2 정규화 회로(132) 각각은 일반적으로 식(8) 및 (9)에 의해 요구되는 계산을 수행하기 위한 하드웨어 및 소프트웨어를 포함한다.

Rms의 경우, 그것은 또한 예를 들어 다항식으로 모델링될 수 있는 다이어프램(110)의 속도의 함수일 수 있다:

식(10)에서, Rms(x)는 식(9)의 Rms를 나타낸다.

그 다음, 이들 식은 오일러의 방법(Euler's method)과 같은 수치 방법을 사용하여 해결될 수 있으며, 여기서 식은 작은 시간 단계(시스템(100)에서 임의의 변수의 위치 변화율에 비해 작음)로 반복된다. 특히, 식(1) 내지 (10)의 시스템을 해결하는 것은 다이어프램(110)의 속도를 제공할 것이다. 이는 아래에서 더 상세히 설명될 것이다.

전류원을 통한 보정

변환기(102) 및 수동 라디에이터(104)의 다이어프램(110)의 위치 및 속도를 추정하기 위한 모델이 확립되었으므로, 이들 양태는 왜곡을 보정하기 위해 시스템(또는 오디오 증폭기 시스템)(150)에 삽입될 수 있다(도 6 참조). 시스템(150)은 전류원 증폭기(또는 오디오 증폭기)로서 구현될 수 있고 일반적으로 등화(equalization) 블록(152), 코어 보정 블록(154), 변환기 예측 모델 블록(156)을 포함한다. 계산적으로 가장 간단한 접근법은 음성 코일(112)을 구동하기 위해 전류원(158)을 사용하는 것이다. 전류원(158)의 특성에 의해, 시스템(150)은 음성 코일(112)의 저항 및 인덕턴스의 전류에 대한 영향을 제거하고, 이에 따라 무효화될 수 있다. 전류원(158)은 정의에 의해 부하에 관계없이 원하는 전류를 공급한다. 이 접근법에서, 음성 코일(112)에 대한 보정된 전류를 결정하는 것만이 필요할 수 있다.

등화 블록(152)은 오디오 입력 신호에 기초하여 원하는 전류에 대응하는 전류 목표(또는 I_target)을 생성한다. 변환기 모델 블록(160)은 일반적으로 적어도 목표 전류(즉, I_target)에 응답하여 증폭기(150)에 의해 생성된 음성 코일(112)의 전류를 나타내는 입력 전류 I_vc(또는 I_corrected)를 공급 받는다. 변환기 예측 모델 블록(156)은 하드웨어 및 소프트웨어의 조합을 포함하고, 방정식(2, 3, 6, 7, 8, 9 및 10)에 의해 라우드스피커(102)의 다이어프램(110)의 위치(X1)(또는 음성 코일(112)의 예측된 위치)를 계산한다. 시스템(150)은 변환기 예측 모델 블록(156)에 의해 결정된 바와 같이 음성 코일(112)에 I_corrected를 제공하여 음성 코일(112)을 X1의 예측된 위치로 이동시킨다. 변환기 예측 모델 블록(156)은 변환기 모델 블록(160), 압력 모델 블록(162) 및 수동 라디에이터 모델 블록(164)을 포함한다. 변환기 모델 블록(160)은 식(2, 7, 8, 9 및 10)을 실행한다. 압력 모델 블록(162)은 일반적으로 식(6)을 실행하고 수동 라디에이터 모델 블록(164)은 일반적으로 식(3)을 실행한다. Kms_TD(X1), 각각의 다항식들로부터의 BL(x) 및 목표 전류(등화 블록(152)으로부터의 I_target)이 주어지면, Kms_TD(x) 및 BL(x)에서의 비선형성을 보상하기 위한 보정된 전류(예를 들어, I_current)는 다음과 같이 계산될 수 있다:

일반적으로, 목표 전류는 BL(x)가 BL(0)보다 작고 스프링 강성의 변화로 인한 힘의 오차를 상쇄하기 위해 추가된 양을 갖는 경우 비례적으로 증가될 수 있다. 그러나, 이러한 시스템에서, 음성 코일(112)의 저항에 의해 제공된 전기적 댐핑(damping)이 증폭기(150)(또는 전류원)에 의해 무효화될 수 있기 때문에 주파수 응답이 부정확할 수 있다. 이 양태는 등화 블록(152)에서 고정된 등화 필터를 사용함으로써 보상될 수 있다. 도 7은 도 6의 증폭기(150)를 나타내며, 추후 구현에서 개선될 수 있는 코어 보정 블록(155)을 추가로 포함한다.

전압원을 통한 보정

도 8은 음성 코일(112)을 구동하는 전압원으로서 기능하는 오디오 증폭기 시스템(180)을 도시한다. 시스템(180)은 전류 변환 블록(182), 적응 블록(184) 및 전압 변환 블록(186)을 포함한다. 시스템(180)은 오디오 입력 신호에 응답하여 변환기의 음성 코일(112)에 보정된 전압을 제공한다. 적응 블록(184)은 코어 보정 블록(190) 및 변환기 예측 모델 블록(156)을 포함한다. 일반적으로, 시스템(180)은 (도시되지 않은 등화 블록으로부터(목표 전압은 오디오 입력 신호에 기초하여 생성됨)) 목표 전압을 전류 변환 블록(182)을 통해 목표 전류(즉, I_target)로 변환한다. 코어 보정 블록(190)은 보정된 전류(즉, I_corrected)를 생성하기 위해 목표 전류를 보정한다. 전압 변환 블록(186)은 음성 코일(112)을 구동하기 위해 사용되는 보정된 전압(즉, V_corrected)으로 I_corrected를 변환한다. 전압원 증폭기(도시되지 않음)는 음성 코일(112)에 V_corrected를 적용한다. 시스템(180)은 음성 코일(112)의 인덕턴스의 영향을 무시하는데, 이는 보정이 시스템(180)의 저주파에 대한 것이면 일반적으로 작동한다. 이것은 대부분의 운동 및 비선형성이 낮은 주파수에서 발생하기 때문에 유효할 수 있다.

시스템(180)은 또한 다이어프램의 위치(X1)에 더하여 다이어프램(110)의 예측된 속도를 이용한다(변환기 예측 모델 블록(156)의 출력 참조). 전류 변환 블록(182)은 (전압에 비례하는) 오디오 신호를 목표 전류(I_target)로 변환하기 위해 다이어프램(110)의 속도를 이용하고 이를 코어 보정 블록(190)으로 전송한다. 전압 변환 블록(186)은 또한 I_corrected를 음성 코일(112)에 인가되는 전압에 비례하는 신호로 변환한다. 변환기 예측 모델 블록(156)은 또한 예측된 BL(또는 예측된 자속(X) 및 에어 갭(118)의 길이)을 제공한다. 전압 변환 블록(186)은 또한 후술되는 식(13)에 따라 I_corrected를 V_corrected로 변환하기 위해 예측된 BL을 필요로 한다.

일반적으로, 변환기 예측 모델 블록(156)에서 사용하기 위해 목표 전압(즉, 전류 변환 블록(182)으로의 입력)을 I_target으로 변환하는 것이 필요하다. 예를 들어, 음성 코일(112)의 운동은 에어 갭의 길이에 대응하는 속도ⅹ"B"ⅹ"L"에 비례하는 전압을 생성하는 전류를 운반하며; 이것은 음성 코일(112)의 백(back) EMF로 지칭될 수 있다. 이는 음성 코일(112)에 인가되는 전압(즉, V_corrected)으로부터 감산된 전압을 제공하여 음성 코일 저항(예를 들어, Rvc)의 저항에 걸쳐 균형을 유지하도록 한다. 그 다음, BL(x)가 선형인 경우 음성 코일 전류와 일치하는 선형 목표 전류(즉, I_corrected)는 다음과 같이 계산될 수 있다:

일단 목표 전류가 유사하게 전술한 바와 같이 보정되면, 이는 보정된 전압(즉, V_corrected)으로 다시 변환될 필요가 있다. 동일한 관계에 기초하여, 이는 다음 식에 의해 달성할 수 있다:

음성 코일 DC 저항(Rvc)의 변화

간단한 접근법에서, 음성 코일(112)의 저항은 일정하다고 가정될 수 있다. 음성 코일(112)의 저항이 일정하다고 가정하면, 식(13)의 Rvc_Avg는 Rvc_nominal로 설정될 것이다. 일반적으로, 음성 코일은 구리 또는 알루미늄으로 형성된다. 이러한 재료는 대응 온도가 변화함에 따라 저항 변화를 겪을 수 있다. 따라서, 시스템(180)의 전압원 구현을 개선하기 위해, 열 모델이 음성 코일(112)의 온도 상승을 추정하여 음성 코일(112)의 온도 보정 저항을 계산하는데 사용될 수 있다. 음성 코일(112)에서의 파워(power)는 전류가 I_corrected로 예측되기 때문에 얻어질 수 있다. 정확도에 기초하여 사용될 수 있는 열 모델이 몇 가지 있다. R이 음성 코일(112)의 주위에 대한 열 저항을 나타내고 C가 음성 코일(112)의 비열 용량을 나타내는 RC 모델이 가장 단순할 수 있다. RC 모델은 또한 오일러의 방법을 사용하여 반복적으로 해결될 수 있다.

시스템 방정식을 반복적으로 해결하는 오일러의 방법의 일 예가 아래에 기재되어 있다. 아래에 보여지는 바와 같이 알고리즘의 코드를 통해 계속하여 루핑함으로써, 알고리즘은 작은 시간 단계에서 다양한 방정식 시스템을 해결하여 방정식이 작은 시간 단계에 결쳐 운동하여 선형으로 고려되고 처리될 수 있다. 예를 들어, 200 uS(5 kHz의 샘플 속도에 대해)의 시간 단계는 전형적인 라우드스피커를 적절하게 모델링할 수 있다. 이 모델은 입력에서 다운(down)-샘플링 또는 데시메이션(decimation)(예를 들어, 예컨대 48 KHz일 수 있는 오디오 입력, 및 48 KHz일 수 있는 Vcorrected 및 Icorrected 출력) 및 출력에서 보간(interpolation) 필터를 사용한 업(up)-샘플링(예를 들어, 48 KHz일 수 있는 Vcorrected 및 Icorrected 출력)을 필요로 할 수 있다. 이 접근법에 의해, 고정-소수점 완전 구현(fixed-point full implementation)은 완전 수동 라디에이터 시스템의 경우 채널당 약 5-6 MIPS가 필요하고 닫힌 박스 시스템의 경우 최소 1-2 MIPS가 필요할 수 있다.

*/

//변환기 운동에 대한 해결:

//dt는 샘플링된 시스템의 작은 시간 단계로 정의됨.

X1 = X1 + 속도_TD * dt;

힘_댐핑_TD = - 속도_TD * Rms(X1)_TD;

힘_스프링_TD = - X1 * Kms(X1)_TD

힘_압력_TD = - k * 압력 * Sd_TD;

힘_모터 = BL(X1) * Ivc_corrected;

힘_net_TD = 힘_댐핑_TD + 힘_스프링_TD + 힘_압력_TD + 힘_모터;

속도_TD = 속도_TD + 힘_net_TD/M_TD * dt;

//수동 라디에이터(104)의 운동에 대한 해결:

힘_댐핑_PR = - 속도_PR * Rms(X2, 속도_PR)PR;

힘_스프링_PR = - X2 * Kms(X2)_PR;

힘_압력_PR = k * 압력 * Sd_PR;

힘_net_PR = 힘_댐핑_PR + 힘_스프링_PR + 힘_압력_PR;

속도_PR = 속도_PR + 힘_net_PR / M_PR * dt;

X2 = X2 + 속도_PR * dt;

// 인클로저(101)의 압력 변화에 대한 해결:

압력 = p_0 * (Sd_TD * X1 - Sd_PR * X2) / (Vb + Sd * X1 + Sd_PR * X2);

// 음성 코일(112)의 보정된 전류에 대한 해결:

Ivc_corrected = Ivc_target*BL(0) / BL(X1) + (Kms(X1)-Kms(0) * X1/BL(X1);

// 전압원 알고리즘의 경우 다음의 C-코드가 추가될 수 있다:

// Ivc_target에 대한 해결

Ivc_target = (EQ_out - 속도_TD * BL(X1))/Rvoice_coil;

// 음성 코일(112)의 보정된 전압에 대한 해결:

V_voicecoil = Ivc_corrected * Rvoice_coil + BL(X1)* 속도_TD.

운동 이력의 결과로서 Kms 및 Rms의 변화

모델은 또한 운동 동안에 Kms 및 Rms가 하나의 다항식에 의해 정의되는 것으로 가정하였다. 실제로 이러한 파라미터는 운동의 "이력"에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 다이어프램(110)이 상당한 속도 및 변위로 운동함에 따라 다이어프램(110)의 서스펜션(114)이 연화될 수 있다. 이는 Rms 및 Kms를 모두 변화시킬 수 있다.

개선으로서, Kms 및 Rms의 값은 시간에 따른 Rms(0) 및 Kms(0)의 변화 값의 추정치를 사용하여 스케일링(scaling)될 수 있다. Kms(x) 및 Rms(x)에 대한 다항식이 휴지 위치로 정규화되기 때문에, 시간 변화 파라미터는 정규화된 위치 변화 파라미터를 직접 곱하여 보다 정확한 Kms 및 Rms를 결정할 수 있다.

위치의 함수로서 다이어프램(110)의 서스펜션(114)의 연화(softening) 및 강화(stiffening)는 지수적 붕괴(decay)의 합으로서 모델링될 수 있는 시간에 따른 평균으로서 예측될 수 있으며, 여기서 평균화에 대한 입력은 운동의 크기가 무한정 적용되는 경우 초래될 수 있는 Kms 및 Rms의 정상 상태 값에 대응한다. Kms의 이 정상 상태 값은 변화하는 위치의 엔벨로프의 다항식 식(14)으로 표현될 수 있다.

　지수적 붕괴는 다음 식의 형태를 취할 수 있다.

그 다음, 평균 Kms(또는 Kms_Avg)는 식(15)에 식(14)을 곱함으로써 계산될 수 있다. 이 평균 Kms는 식(8)에서 Kms(0)을 대체하여 다음을 제공할 것이다:

동일한 형태의 식이 Rms 정상 상태에 대해 사용될 수 있다.

정상-상태 Rms

Kms에서와 같이, 식(15) 및 식(17)은 정상 상태 Rms를 운동의 크기와 관련시키기 위해 사용될 수 있다. 그 다음, 평균 Rms는 식(15)와 식(17)을 곱함으로써 계산될 수 있다. 그 다음, 이 평균 Rms는 식(9)에서 Rms(0)을 대체하여 다음을 제공할 것이다;

식(15) 및 (16)에 기재된 바와 같은 Kms_Avg 및 Rms_Avg는 그의 최근 이력에 걸쳐 X1을 평균함으로써 음성 코일(112)의 예측된 위치의 이력을 취한다.

도 9는 Kms 및 Rms를 제공하기 위한 모델을 실행하는 시스템(200)을 예시한다. 시스템(200)은 변환기 예측 모델 블록(156)의 일부일 수 있다. 시스템(200)은 일반적으로 Kms 및 Rms를 제공하기 위한 모델을 실행하는 제어기(202)를 포함한다. 시스템(200)은 또한 변환 블록(204), Kms 정규화 블록(206) 및 RMS 정규화 블록(208), 제 1 승산기 회로(210) 및 제 2 승산기 회로(212)를 포함한다. 변환 블록(204)은 일반적으로 X1의 이력을 Kms의 평균값(또는 KMS_avg)(예를 들어, 평균 스프링 모델 신호)으로 변환하도록 구성된다. 변환 블록(204)은 일반적으로 X1의 이력을 Rms의 평균값(또는 Rms_avg)(예를 들어, 평균 댐핑 모델 신호)으로 변환하도록 구성된다. 시스템(200)은 상기 식(16)에 의해 표시되는 바와 같은 Kms를 제공한다. 시스템(200)은 또한 상기 식(18)에 의해 표시되는 바와 같은 Rms를 제공한다. Kms 정규화 블록(206)(또는 스프링 정규화 블록)은 라우드스피커(102)의 스프링 강성을 0으로 설정되는 음성 코일(112)의 예측된 위치에 대응하는 휴지 위치로 정규화하도록 프로그래밍된다. Rms 정규화 블록(또는 댐핑 정규화 블록)(208)은 라우드스피커(102)의 댐핑을 휴지 위치(예를 들어, 음성 코일(112)의 예측된 위치가 0으로 설정됨)로 정규화하도록 프로그래밍된다.

도 10은 일반적으로 Kms 및 Rms를 제공하기 위한 모델을 실행하는 시스템(250)을 예시한다. 시스템(250)은 변환 블록(204), Kms 정규화 블록(206), RMS 정규화 블록(208), 제 1 승산기 회로(210) 및 제 2 승산기 회로(212)를 포함한다. 변환 블록(204)은 일반적으로 엔벨로프 블록(252), 평균화 블록(254), Kms 정상 상태 블록(256), Rms 정상 상태 블록(258), Kms 지수적 붕괴 블록(260), Rms 지수적 붕괴 블록(262), Kms 선택 회로(264) 및 RMS 선택 회로(266)를 포함한다. 시스템 (250)은 식(15)에 기재된 바와 같이 상이한 시간 상수를 사용함으로써 Kms_avg 및 Rms_avg의 개선된 근사치를 제공한다. 개선된 Kms_avg 및 Rms_avg는 다이어프램(110)의 서스펜션(114)이 연화되는지 또는 강화되는지에 기초할 수 있다. 다시 말해, 시스템(250)은 다이어프램(110)의 운동량이 최근 운동에 비해 증가 또는 감소되는 때를 고려한다. 이 양태는 Kms_avg 또는 Rms_avg를 예측된 정상 상태 Kms 또는 Rms와 비교하는 선택 동작으로 수행될 수 있다. 평균값이 정상 상태 값보다 작으면, 다이어프램(110)의 서스펜션(114)이 연화될 수 있고 연화 시간 상수가 선택될 수 있다. 그렇지 않으면, 평균값이 정상 상태 값보다 큰 경우, 다이어프램(110)의 서스펜션(114)은 강화될 수 있고 강화 시간 상수가 선택된다. 이는 이하에 보다 상세하게 설명될 것이다. 일반적으로, 변환 블록(204)은 음성 코일(112)의 임의의 수의 예측된 위치(예를 들어, X1)를 생성 및 저장하여 음성 코일(112)의 생성된 예측 위치의 이력을 제공하도록 구성된다. 예를 들어, 변환 블록(204)은 기간 시간에 걸쳐 적분, 피크 검출 및/또는 평균화를 수행하여 음성 코일(112)의 생성된 예측 위치의 이력을 결정하도록 구성된다. 시스템(250)은 변환기 예측 모델 블록(156)의 일부인 도 6에 도시된 바와 같은 변환기 모델 블록(160)의 일부일 수 있다. 시스템(150)은 음성 코일(112)의 생성된 예측 위치의 이력을 저장하는 메모리(도시되지 않음)를 포함하는 것이 인식된다.

입력에서, 엔벨로프 블록(252)은 위치 신호(예를 들어, X1)를 수신하고 위치 신호의 엔벨로프를 제공한다. 평균화 블록(254)은 엔벨로프 블록(252)에 의해 생성된 엔벨로프에 피크 홀드(hold)를 적용한다. 평균화 블록(254)의 출력은 운동의 단기 평균 레벨을 나타내며, 따라서 서스펜션(114)에 대한 운동의 연화 포텐셜을 나타낸다. Kms 정상 상태 블록(256)은 정상 상태 Kms 값(예를 들어, 예측 정상 상태)을 제공하고 Rms 정상 상태 블록(258)은 정상 상태 Rms 값(예를 들어, 예측 정상 상태)을 제공한다. Kms 선택 회로(264) 및 Rms 선택 회로(266) 각각은 정상 상태 Kms 값 및 정상 상태 Rms 값에 각각 응답하여 평균 운동을 서스펜션 연화의 정상 상태 양으로 변환하는 1차 또는 고차 다항식을 포함한다. Kms 지수적 붕괴 블록(260) 및 Rms 지수적 붕괴 블록(262)은 각각 정상 상태 Kms 값 및 정상 상태 Rms 값을 수신하여 다이어프램(110)의 서스펜션(114)의 연화 거동의 시간 의존적 양태를 모델링한다.

개량으로서, 상이한 지수적 붕괴 시간 상수는 서스펜션(114)의 실제 거동보다 더 잘 맞을 수 있다. 특히, 다이어프램(110)의 서스펜션(114)은 (운동이 감소되거나 정지됨에 따라) 서스펜션(114)이 경화되는 것보다 더 빠르게 연화될 수 있다. 이러한 양태를 모델링하기 위해, Kms 선택 회로(264)는 정상 상태 예측된 연성(softness)(또는 정상 상태 Kms 값)을 모델링된 Kms의 평균과 비교하고, 정상 상태 Kms 값(또는 예측된 연성)이 지수적 붕괴에 의해 예측된 전류 값(또는 모델링된 Kms의 평균)보다 소프트하다면, 연화 τ가 지수적 붕괴에 사용된다(또는 Kms 지수적 붕괴 블록(260)에 적용된다). 한편, 정상 상태 Kms 값(또는 예측된 연성)이 지수적 붕괴에 의해 예측된 전류 값(또는 모델링된 평균 Kms)보다 강하면, 강화 τ가 지수적 붕괴에 사용된다(또는 Kms 지수적 붕괴 블록(26)에 적용된다). 정상 상태 Rms 값(또는 예측된 연성), 모델링된 평균 Kms, 서로간의 비교, 및 Rms 선택 회로(266)에 의해 Rms 지수적 붕괴 블록(262)에 적용되는 바와 같은 연화 τ및 강화 τ의 이용과 관련하여 유사한 양태가 적용된다.

적응성 Kms 및 Rms 제공

일부 경우에, 시스템(180)(예를 들어, 도 8과 관련하여 기재된 음성 코일(112)을 구동하는 전압원으로서 기능하는 시스템(180))과 관련하여 사용되는 음성 코일(112)의 전류를 음악 또는 기타 오디오를 재생하는 동안 실시간으로 측정하는 것이 가능하다. 유사하게, 음악 또는 다른 오디오를 재생하는 동안 실시간으로 시스템(150)(예를 들어, 음성 코일(112)을 구동하는 전류원으로서 기능하는 시스템(150))과 관련하여 사용되는 음성 코일(112)의 전압을 측정하는 것이 가능하다. 이것이 수행되면, Kms 및 Rms의 값 또는 시간에 따른 Kms 및 Rms의 평균을 측정하기 위한 다른 구현이 있다. 도 11은 일 실시형태에 따라 Kms 및 Rms의 값을 측정하는 이러한 구현(또는 장치)(300)의 일례를 도시한다. 장치(300)는 제 1 대역통과(bandpass) 필터(302), 제 2 대역통과 필터(304), 제 1 저역통과(lowpass) 필터(306), 제 2 대역통과 필터(308), 분배기(divider) 회로(310), 제 1 다항식 블록(312) 및 제 2 다항식 블록(314)을 포함한다. 제 1 대역 통과 필터(302)는 음성 코일(112)의 측정된 전압에 대응하는 신호를 수신할 수 있다. 제 2 대역 통과 필터(304)는 음성 코일(112)을 가로 질러 측정된 전류에 대응하는 신호를 수신할 수 있다. 제 1 및 제 2 대역 통과 필터(302 및 304)는 미리 결정된 주파수에서 전압 및 전류를 대역통과 여과한다. 제 1 저역 통과 필터(306) 및 제 2 저역 통과 필터(308)는 측정된 Vvc(예를 들어, 음성 코일(112)의 측정된 전압) 및 측정된 Ivc(예를 들어, 음성 코일(112)의 측정된 전류)의 순간 값을 각각 변환하고, 이를 음성 코일(112)의 평균 전압(예를 들어, Vvc_avg) 및 음성 코일(112)의 평균 전류(예를 들어, Ivc_avg)에 대한 대응하는 rms 값으로 변환한다. 분배기 회로(310)는 Ivc_avg에 걸쳐 Vvc_avg를 분배하여 임피던스(예를 들어, Zavg)를 제공한다.

하나의 방법에서, 임의의 주어진 주파수에서 음성 코일(112)에 의해 제시된 임피던스는 (특정 주파수에서의 전류 및 전압을 대역통과 여과함으로써) 그 주파수에서의 평균 제곱근 전류로 나눈 그 주파수에서의 평균 제곱근 전압이기 때문에, 여과된 결과를 rms 값으로 변환하고 이를 나누는 것은 주어진 주파수에서 음성 코일(112)에 의해 제시된 평균 임피던스를 제공할 수 있다. 일반적으로, 제 1 다항식 블록(312) 및 제 2 다항식 블록(314)은 도 12에 예시된 바와 같이 Kms(z) 및 Rms(z)의 곡선에 맞도록 구성된다. Kms 및 Rms는 KmsTD 및 RmsTD와 그 다음 Kms_PR 및 Rms_PR을 포함하는 식(2) 및 (3)에 의해 도 6에 도시된 바와 같은 변환기 모델 블록(160)의 일부이라는 것이 인식된다. 변환기 모델 블록(160)은 음성 코일(112)이 라우드스피커(102) 내의 예측된 위치로 운동하도록 X1을 제공한다(예를 들어, 음성 코일(112)의 예측된 위치 및 보정 블록(154)은 음성 코일(112)에 제공될 전류에 대응하는 I_corected를 생성한다).

도 12는 일 실시형태에 따라 임피던스의 함수로서 Rms 및 Kms의 대응하는 값을 도시한다. 일반적으로 Rms와 Kms의 많은 조합은 특정 주파수에서 동일한 임피던스를 초래할 수 있다. 라우드스피커(102)에서, 라우드스피커(102)에 대한 Rms 및 Kms는 예측 가능한 방식으로 변하는 경향이 있기 때문에, 많은 경우에 특정 주파수 및 특정 평균 임피던스에 대해 하나 또는 고유한 Rms 및 Kms 값 세트가 존재할 수 있다. 이것은 도 12에 일반적으로 예시되어 있다.

따라서, 특정 주파수에서의 임피던스가 알려지면, Kms 및 Rms의 값을 예측할 수 있다. 특정 주파수에서 임피던스로부터 Kms 및 Rms를 계산하는 하나의 방식은 도 12에 도시된 바와 같이 Kms 및 Rms 각각에 대한 곡선을 매칭시키기 위해 다항식을 이용하는 것을 포함할 수 있다.

일부 경우에, 다이어프램(110)의 서스펜션(114)은 도 11과 관련하여 언급된 바와 같이 측정된 임피던스 구현(예를 들어, 시스템(300))을 사용하여 검출될 수 있는 것보다 더 빠르게 연화될 수 있다. 이는 시스템 (300)이 평균을 얻는 것에 의존하기 때문에 시간이 걸리는 경우일 수 있다. 이것이 문제이면, 하이브리드(hybrid) 접근법이 사용될 수 있는데, 여기서 다이어프램(110)의 서스펜션(114)이 강화될 때 강화 τ및 측정된 Kms 및 Rms가 선택되고, 도 10의 시스템 (250)과 관련하여 전술한 바와 같이 다이어프램(110)의 서스펜션(114)이 연화될 때 연화 τ및 추정된 정상 상태 Kms 및 Rms가 선택된다.

도 13은 일 실시형태에 따라 Kms 및 Rms를 제공하기 위한 시스템(320)을 일반적으로 예시한다. 시스템(320)은 도 5와 관련하여 전술한 바와 같은 제 1 정규화 회로(130), 제 2 정규화 회로(132), 제 1 승산기 회로(134) 및 제 2 승산기 회로(136) 외에 장치(300)를 포함한다. 전술한 바와 같이, 장치(300)는 측정된 평균 Kms 및 측정된 평균 Rms를 제공한다. 위치 및 운동 이력의 영향을 포함하는 비선형 Kms 및 Rms를 모델링하기 위해, 평균 휴지 값(예를 들어, 측정된 평균 Kms 및 측정된 평균 Rms)은 각각 제 1 승산기 회로(134) 및 제 2 승산기 회로(136)를 통해, Kms 및 Rms를 제공하는 제 1 정규화 회로(130) 및 제 2 정규화 회로(132)의 Kms(x1) 및 Rms(x1)에 대한 정규화된 다항식 모델을 이용하여 곱셈될 수 있다.

시스템(200, 250, 300, 320)은 도 6, 7 및 8에 기재된 바와 같이 변환기 예측 모델 블록(156) 내에서 구현될 수 있다는 것이 인식된다. 예를 들어, 도 9, 10, 11 및 13의 시스템(200, 250, 300 및 320)은 X1으로 지정된 입력을 도시하는 한편, 시스템(200, 250, 300 및 320)은 변환기 예측 모델 블록(156)에 의해 일단 생성된 피드백으로서 X1을 사용한다는 것이 인식된다.

일부 경우에, Rms 및 Kms는 위치 및/또는 이력 모두에서 유사한 거동을 가질 수 있는 것이 가능하다. 이 경우라면, 계산 단순화로서, Kms만을 계산하고, Rms에 Kms 값의 스케일러 배수(scaler multiple)를 제공하는 것이 가능하다. 동일한 방식으로, 수동 라디에이터(104)의 Kms 및 Rms는 변환기(102)의 Kms 및 Rms에 적절하게 스케일링될 수 있다.

음성 코일의 Rdc에 대한 적응성 모델 제공

또한, 라우드스피커(102)의 공진 위이고(즉, 속도 및 백(back) EMF가 낮을 수 있고) 음성 코일(112)의 인덕턴스가 커지고 임피던스에 부가되는 주파수 아래인 주파수를 선택함으로써, 음성 코일(112)의 저항에 거의 근접한 값은 Kms 및 Rms를 결정하기 위해 수행된 것과 유사한 방식으로 중간-대역 주파수에서의 임피던스를 측정함으로써 측정될 수 있다. 측정된 임피던스는 음성 코일(112)의 DC 저항에 근접할 수 있다. DC 저항은 온도의 함수일 수 있기 때문에, 음성 코일(112)의 온도를 결정하여 음성 코일(112)이 열적 보호 등을 요구하는지 여부를 결정하기 위해 DC 저항이 사용될 수 있다. 따라서, 측정된 DC 저항은 열 모델에 기초하여 식(13)에서의 계산된 음성 코일 저항(예를 들어, Rvc_avg) 대신에 모델을 더 적응성 있게 만들기 위해 사용될 수도 있다.

통기된(vented) 시스템 케이스

다양한 이유로, 일부 라우드스피커는 수동 라디에이터 대신에 튜닝된 포트 또는 벤트(vent)로 설계된다. 이 벤트는, 수동 라디에이터(104)의 질량과 같이 시스템과 공진하여 저주파 출력을 생성할 수 있는 음향 질량(mass)을 가진다. 그러나, 벤트는 수동 라디에이터(104)의 서스펜션의 강성(Kms_PR)과 동등하지 않을 수 있다. 따라서, 벤트에서의 음향 질량의 운동을 해결하기 위해, Kms_PR의 값은 0으로 설정될 수 있다. 특히 더 높은 속도에서 마찰 손실을 가질 수 있는 것은 벤트에서 공기 운동의 특성이다. 따라서, Rms_vent가 또한 변환기(102)의 Rms에 대해 설명된 바와 같이 속도의 함수인 Rms_vent를 포함하는 것이 더 정확할 수 있다.

폐쇄 박스 케이스

일부 라우드스피커는 수동 라디에이터 또는 튜닝된 벤트 없이 설계될 수 있다. 이러한 라우드스피커는 종종 폐쇄(closed) 박스 시스템으로 지칭된다. 이 경우, 수동 라디에이터(x2) 또는 벤트의 위치를 0에 상당하게 설정하는 것이 가능하다. 계산의 단순화를 위해, 수동 라디에이터가 시스템에 존재하지 않기 때문에 수동 라디에이터의 다이어프램의 운동에 대해 해결할 필요가 없을 수 있다.

무한 배플 케이스

변환기(102)가 매우 큰 인클로저(101)(예를 들어, 전체 트렁크를 인클로저(101)로서 포함할 수 있는 차량에서의 백 쉘프)에 또는 외부로 음향적으로 개방되는 차량 도어에 장착되는 시스템에서, 그 시스템은 무한 배플(baffle) 시스템으로서 고려될 수 있다. 이 경우 식(2)의 p(x1, x2)는 0으로 설정되며 식(3)은 무시할 수 있다.

수동 라디에이터 모델링

변환기의 Kms 및 Rms(즉, Kms_TD, Rms_TD - 식(1) 참조)를 예측하기 위한 동일한 방법은 수동 라디에이터(104)의 서스펜션의 거동이 변환기(102)와 유사히기 때문에 수동 라디에이터(104)의 Kms 및 Rms를 예측하기 위해 적용될 수 있다. 그러나, 전술한 바와 같이, (측정 또는 예측된) Kms_avg에 비례하여 수동 라디에이터(104)의 Kms 및 Rms를 단순히 변화시키는 것이 적절할 수 있다. 일반적으로, 개선을 제공하기 위해 Kms_PR 및 Rms_PR을 고정된 값으로 모델링하는 것이 충분할 수 있다. 이는 식(2)의 Kms_PR 및 Rms_PR에 적용될 수 있다.

비-영구 자석 기반 가동 코일 변환기에 대한 적응

비-영구 자석 기반 가동 코일 변환기(또는 SAM 드라이버)에서, "B"(자기장)는 자화 전류(즉, 고정 코일에서의 전류)가 계속적으로 조정됨에 따라 계속적으로 변화한다. 전류원 증폭기가 음성 코일(112)에 사용되는 경우 고정된 등화(예를 들어, 전술한 전류원 보정 방법에서의 등화와 유사함)를 이용함으로써, 또는 전압원 증폭기가 사용되는 경우 시간에 따라 B가 변하므로 B에 기초하여 그의 주파수 응답이 조정된 동적 등화에 의해, 자기장 효과가 보정될 수 있다. 그 다음, 등화 신호에 B_nominal/B를 곱하여 추가로 보정된다.

비선형 보정 접근법이 SAM 드라이버에 적응되는 경우, 고정 코일의 전류에 대한 목표(또는 자화) 전류를 결정하기 위한 유사한 방법이 적용될 수 있다. 그러나, SAM 드라이버에서의 알고리즘에 대한 등화 기능은 본원에서 설명된 것으로 대체될 수 있다. 예를 들어, 상기 도 6과 관련하여 기재된 바와 같은 전류원 구현(예를 들어, 시스템(150))은 비영구 자석 기반 가동 코일 변환기를 위한 전류원 구현과 관련하여 사용될 수 있다. 그러나, 만약 도 8과 관련하여 기재된 전압원 구현(예를 들어, 시스템(180))이 비-영구 자석 기반 가동 코일 변환기에 대한 전압원 구현과 관련하여 사용될 수 있다면. 이것은 SAM 드라이버에 대한 전압원 구현의 동적 등화 기능이 전압으로부터 목표 전류로의 변환에 의해 대체될 수 있다는 것을 제안할 수 있다. 따라서, 동적 등화는 더 이상 필요하지 않을 수 있고 실제로 본원에 개시된 양태를 통해 개선될 수 있다.

등화 신호에 B_nominal/B를 곱하는 기능은 식(7)에서 BL(0)을 BL(I_stationary)로 치환함으로써 대체될 수 있다. 이것은 식(7)을 다음으로 대체할 것이다:

SAM 드라이버에 의해, 자화 전류를 음성 코일 갭에서의 플럭스 밀도 "B"로 변환하는 기능이 제공된다. 이 B에 고정 음성 코일 와이어 길이(L)를 간단히 곱하면 BL(I_stationary)(즉, 자속 밀도 및 고정 음성 코일 와이어의 길이)이 제공된다.

도 14는 일 실시형태에 따른 음향 변환기 장치(arrangement)(또는 오디오 증폭기 시스템)(500)의 일 구현을 도시한다. 음향 변환기 장치(500)는 입력 단자, 제어 블록(또는 제어기)(503) 및 변환기(또는 라우드스피커)(506)를 포함한다. 입력 오디오 신호(예를 들어, Vi)(502)가 제어 블록(503)의 입력 단자에 제공된다. 제어 블록(503)은 가동 코일 제어 신호(예를 들어, I_m) 및 고정 코일 제어 신호(예를 들어, I_s)를 생성한다. 변환기(506)는 자성 재료(512), 다이어프램(514), 포머(516), 고정 코일(518) 및 가동 코일(또는 음성 코일)(520)을 포함한다. 가동 코일(520)은 포머(516)에 부착된다.

자성 재료(512)는 일반적으로 토로이드형(toroidal)이며 토로이드형 공동을 갖는다. 고정 코일(518)은 공동 내에 위치된다. 다양한 실시형태에서, 자성 재료(512)는 하나 이상의 부분으로 형성될 수 있으며, 이는 고정 코일(518)이 공동 내에 보다 쉽게 삽입되거나 형성될 수 있게 한다. 자성 재료(512)는 고정 코일 신호에 응답하여 자화되어 자성 재료(512)에서 자속을 생성한다. 자성 재료(512)는 자기 경로(538)에 토로이드형 에어 갭(536)을 포함하고 자속은 에어 갭(536)을 통해 그리고 근처에서 흐른다.

자성 재료(512)는 자기장의 존재 하에서 자화될 수 있는 임의의 재료로 형성될 수 있다. 다양한 실시형태에서, 자성 재료(512)는 둘 이상의 이러한 재료로 형성될 수 있다. 일부 실시형태에서, 자성 재료(512)는 라미네이션으로 형성될 수 있다. 일부 실시형태에서, 라미네이션은 방사상으로 조립될 수 있고 쐐기 형상으로 되어 복합 자성 재료가 라미네이션 사이에 갭 없이 형성된다.

가동 코일(520)은 포머(516) 상에 장착되고 제어 블록(503)으로부터 가동 코일 신호를 수신한다. 다이어프램(514)은 포머(516)에 장착되어 다이어프램(514)이 포머(516) 및 가동 코일(520)과 함께 운동한다. 포머(516) 및 가동 코일(520)은 가동 코일 신호 및 에어 갭(536)의 플럭스에 응답하여 에어 갭(536) 내에서 운동한다. 일반적으로, 포머(516)와 함께 운동하는 음향 변환기(506)의 다양한 구성 요소가 가동(moving) 구성요소로서 지칭될 수 있다. 포머(516)가 운동 중에 있을 때 고정되어 있는 구성요소는 고정 구성요소로서 지칭될 수 있다. 음향 변환기(606)의 고정 구성요소는 일반적으로 자성 재료(512) 및 고정 코일(518)을 포함한다.

다양한 실시형태에서, 음향 변환기(506)는 먼지 캡(532)과 자성 재료(512) 사이의 공기 공간을 통기하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 구멍이 자성 재료(512)에 형성될 수 있거나, 또는 구멍이 포머(516)에 형성되어 공기 공간을 통기되게 할 수 있고, 이에 의해 공기 압력이 다이어프램(514)의 운동에 영향을 미치는 것을 감소시키거나 방지한다.

제어 블록(103)은 일반적으로 코어 보정 블록(154), 필터(552)(예를 들어, 2차 필터), 변환 회로(554), 보정 블록(556), 제 1 전류원(558), 제 2 전류원(560), 제곱근 회로(562), 및 피크 검출기 회로(564)를 포함한다. 일반적으로, 변환기 장치(500)는 자동차 용도에 적합한 변환기 장치(500)를 가능하게 하는 전압원을 대체하기 위해 제 1 전류원(558) 및 제 2 전류원(560)을 이용한다.

전압 및 전류원 모두의 이점을 포함하고 과도적(transient) 응답을 개선하며 개선된 레이턴시(latency), 정확성, 뿐만 아니라 적합한 보호 및 진단을 제공하는 고정 코일(518) 및 가동 코일(520)에 전류를 제공하기 위한 제어 방법이 일반적으로 필요하다. 제어 블록(503)은 가동 코일 신호(예를 들어, I_m)(또는 음성 코일 신호)를 제공하기 위해 제 1 전류원(558)을 이용함으로써 단순화된 주파수 보상을 제공한다. 제 1 전류원(558)은 전류(즉, 가동 코일 신호)가 가동 코일(520)의 임피던스에 의존하지 않기 때문에 가동 코일(520)의 저항의 댐핑 효과를 제거한다. 따라서, 변환기(506)의 주파수 응답은 더 이상 가동 코일 신호(즉, 전류)에 의존하지 않고 대신 고정된다. 이 양태는 단일 고정 비-시간 변화 2차 필터(552)가 주파수 응답을 보상하는데 사용되도록 한다.

고정 코일(518) 및 가동 코일(520)에 대한 파워를 모두 포함하는 변환기(506)에 대한 최적 효율은 고정 코일(518) 및 가동 코일(520)에 대한 파워가 균형을 이룰 때(즉, 변환기(506)를 위한 모터 어셈블리 스틸은 포화되기 시작하고, 이 시점에서 고정 코일(506)의 전류의 추가 증가는 이점이 없는 시점까지) 달성된다. 변환기 장치(500)에 의해, 이것은, 저항의 파워가 전류 제곱에 비례하기 때문에 고정 코일(518)에 대한 전류를 설정하기 위해 피크 검출기 회로(564)에 의해 검출되는 오디오 신호 레벨 피크의 제곱근 회로(562)를 통해 근사된다. 제곱근 회로(562)로부터의 출력(504)을 직접 사용하기 위해, 비례 전류원(즉, 제 2 전류원(560))이 고정 코일(518)을 구동하는데 사용된다.

고정 코일 신호(또는 고정 코일(518)에 대한 전류)에 직접 비례하는 출력(504)의 변화 감도를 보상하기 위해, 변환 회로(554)는 함수 B(i)를 갖는 가동 코일(520)의 에어 갭(536)에서의 자속을 계산하는데 사용될 수 있다. 변환 회로(554)는 자속 밀도(B(i))를 코어 보정 블록(154)에 제공한다. 자속 밀도는 일반적으로 자화 또는 고정 코일 전류의 함수로서 가동 코일(520)(또는 음성 코일)의 에어 갭(536)에서의 자속 밀도에 대응한다.

변환기 예측 모델 블록(156)은 전술한 바와 같이 식(7)에 기재된 바와 같은 BL(I_stationary)로 BL(0)을 치환하여 BL을 계산한다. 도 15는 일반적으로 일 실시형태에 따른 자속 밀도(B)와 음성 코일 와이어(또는 가동 코일 와이어)의 길이(L)의 곱을 계산하기 위한 하나의 구현(또는 회로)(580)을 예시한다. 회로(580)는 일반적으로 승산기(582) 및 정규화 회로(584)를 포함한다. 도시된 바와 같이, BL(0)(즉, 자속 밀도(B)와 가동 코일 와이어의 길이(가동 코일(520)이 휴지되어 있는 동안)의 곱)이 승산기(582)에 제공되고 가동 코일(520(X1))의 위치가 정규화 회로(584)에 제공된다. 승산기(582)는 BL(0)과 정규화 회로(584)로부터의 출력의 곱을 취하여 자속 밀도(B) 및 가동 코일 와이어의 길이의 곱(또는 BL(x1))을 제공한다. 위에서 언급한 바와 같이, BL은 식(7)을 통해 얻을 수 있다.

도 16은 일 실시형태에 따라 자속 밀도(B)와 음성 코일 와이어(또는 가동 코일 와이어)의 길이(L)의 곱을 계산하기 위한 회로(580)를 일반적으로 예시한다. 이 경우, BL(0)은 BL(I_{stationary_coil})(또는 BL(Is))로 대체되어 고정 코일(518)에서의 전류 및 음성 코일(또는 가동 코일)(512)의 위치의 함수인 BL(X1) 또는 BL을 제공할 수 있다. 예를 들어, 코어 보정 블록(154)으로부터의 "B"에 음성 코일의 길이(상수) "L"을 곱한 것을 대체하여 x=0에서 새로운 스칼라 부분을 제공하는 것이 가능하며, 이는 고정 코일(518)에서의 전류 및 음성 코일(520)의 위치의 함수이다. 이는 다음의 식으로 기술될 수 있다.

도 17은 일 실시형태에 따른 음향 변환기 장치(또는 오디오 증폭기 시스템)(600)의 다른 구현을 일반적으로 예시한다. 변환기 장치(600)는 일반적으로 변환기(506) 및 제어 블록(602)을 포함한다. 제어 블록(602)은 일반적으로 전류 변환 블록(182)(도 8), 적응 블록(184)(도 8), 전압 변환 블록(186)(또한 도 8), 제 1 전압원(607), 가동 코일 파워 추정 블록(610), 고정 코일 파워 추정 블록(612), 감산기 회로(614), 제 2 전압원(616), 고정 코일 모델링 블록(618) 및 변환 회로(620)를 포함한다. 일반적으로, 제 1 전압원(608) 및 제 2 전압원(616)은 도 14와 관련하여 일반적으로 도시된 바와 같이 각각 제 1 전류원(558) 및 제 2 전류원(560)을 대체한다. 이 경우에, 도 14에서의 제어 블록(503)의 필터(552)는 가동 코일(520)의 임피던스가 더 이상 제 1 전류원(558)에 의해 무효화될 수 없기 때문에 더 이상 고정될 수 없다. 장치(600)에 의해, 변환 회로(620)는 함수 B(i)를 갖는 가동 코일(520)의 에어 갭(536)에서의 자속을 나타내는 출력을 제공한다. 도 8과 유사하게, 적응 블록(184)은 변환 회로(620)의 출력을 이용하여 식(19)를 통해 변화하는 "B"(또는 자속 밀도) * 음성 코일(520)의 길이 "L"에 기초하는 모델에 대한 정확한 BL을 결정한다. 변환 회로(620)의 출력은 BL(I_stationary)인 BL을 나타내며, 이것은 식(19)의 BL(Is)(또는 BL(I_stationary))을 나타낸다. 일반적으로, 변환 회로(220)의 출력은 출력 변수 BL에서 L인 음성 코일(또는 가동 코일(520))의 와인딩(또는 와이어)의 길이에 의해 스케일링된다. 전압 변환 블록(186)은 BL에 기초하여 가동 코일(520)에 입력으로서 제공되는 V_corrected를 생성한다.

그러나, 이제 제 2 전압원(616)이 제 2 전류원(560)을 대체하므로, 목표 출력 전류(605)는 고정 코일(518)의 임피던스로 인해 고정 코일(518)의 실제 전류에 더 이상 직접 비례하지 않는다. 이 양태를 보상하기 위해, 고정 코일 모델링 블록(618)(예를 들어, 인덕턴스 모델)은 고정 코일(518)의 저항이 알려져 있다고 가정한다. 실제로, 저항을 50% 이상만큼 변화시킬 수 있는 것은 온도 영향 때문이 아니다. 이러한 에러는 고정 코일(518)에 대한 전류가 변할 때 정상 상태 및 과도적 상태 모두에서 주파수 보상 및 감도 보상 모두에서의 에러로 이어진다.

고정 코일(518) 및 가동 코일(520)에 대한 파워가 균형을 이룰 때 변환기(506)에 대한 최적의 효율이 달성될 수 있다는 것이 인식된다. 따라서, 장치(600)은 제곱근 근사법을 이용한다. 예를 들어, 가동 코일 파워 추정 블록(610)은 가동 코일(520)에 대한 평균 파워를 결정하고 고정 코일 파워 추정 블록(612)은 고정 코일(518)에 대한 평균 파워를 결정한다. 감산기 회로(614)는 가동 코일(520)에 대한 파워와 고정 코일(518)에 대한 파워를 비교한다. 가동 코일(520)에 대한 평균 파워가 고정 코일(518)에 대한 평균 파워보다 큰 경우, 감산기 회로(또는 차이 블록)(614)는 고정 코일(518)에 대한 목표 전류(또는 고정 코일 신호)로서 사용되는 출력(605)을 증가시킨다(또는 불필요한 가청 음을 피하기 위해 고정 코일(518)에 대한 전류를 증가시킨다). 이 상태는 가동 코일(520)에 대한 파워의 감소를 야기하고 고정 코일(518)과 가동 코일(520) 간의 파워를 균형 맞춘다. 이 상태가 발생하면, 이것은 효율이 약간 감소되는 것을 본질적으로 필요로 하지만, 이 상태는 고정 코일(518)에서 전류가 빠르게 감소되도록 강제하는 것이 일반적으로 필요하기 때문에 피할 수 없다. 이 양태는 가청음을 발생시킬 수 있고, 따라서 트레이드 오프로서 약간의 효율 감소를 계속하는 것이 더 유리하다. 고정 코일 모델링 블록(618)은 일반적으로 고정 코일 인덕턴스 거동을 모델링하도록 구성된다. 예를 들어, 도 17의 구현에서는 전류의 측정이 수행되지 않는다. 오히려, 고정 코일 모델링 블록(618)은 모델(예를 들어, L/R 인덕턴스/저항 모델)을 갖는 고정 코일(518)의 인덕턴스 거동을 예측하도록 구성된다. 또한, 고정 코일 모델링 블록(618)은 전압이 고정 코일 모델링 블록(618)에 인가될 때 고정 코일(518)의 인덕터에서 전류를 결정하도록 추가로 구성된다.

그러나, 평균 파워는 왜곡을 피하기 위해 상당히 더 긴 기간에 걸쳐 추정되어야 하고 0.1초와 1초 사이일 수 있다. 이는, 과도적 상태에서, 오디오 신호의 레벨이 급격히 증가할 때, 고정 코일 신호(또는 고정 코일(518)에 대한 전류)가 빠르게 추적되지 않는다는 것을 수반한다. 그 결과, 변환기(506)의 감도는 과도 상태 동안 장기간 낮게 유지되고, 따라서 상당히 높은 과도적 가동 코일(520) 증폭기 피크 파워를 필요로 하거나, 변환기(506)의 출력 SPL은 과도 상태 동안 제한될 수 있다. 또한, 입력 오디오 신호(502)의 레벨에 대한 고정 코일 신호의 느린 트래킹(tracking)은 효율을 손상시킬 수 있는데, 이는 입력 오디오 신호(502)의 레벨이 높은 동적 컨텐츠(content)를 가질 때 파워의 균형이 유지되지 않을 수 있기 때문이다.

도 18은 일 실시형태에 따른 음향 변환기 장치(또는 오디오 증폭기 시스템)(700)의 다른 구현을 일반적으로 예시한다. 음향 변환기 장치(700)는 변환기(506) 및 음향 변환기 제어기(또는 제어기)(702)를 포함한다. 음향 변환기 제어기(702)는 일반적으로 적어도 하나의 디지털 프로세서(701) 및 메모리(703)를 포함한다. 디지털 프로세서(701)는 일반적으로 제어기(702)에 의해 수행되는 기능을 실행한다. 제어기(702)는 입력 오디오 신호(502)의 수신에 응답하여 가동 코일 신호 및 고정 코일 신호를 생성하고 각각 가동 코일(520) 및 고정 코일(518)에 전송한다.

장치(700)는 일반적으로 빠른 과도적 응답을 달성하면서 고정 코일(518)과 가동 코일(520) 사이의 파워의 균형을 맞추고, 고정 코일(518)에 대해 변화하는 전류(즉, 변화하는 고정 코일 신호)의 존재 하에 주파수 및 감도 보상의 정확도를 향상시키며, 왜곡을 도입함이 없이 고정 코일 신호 및 가동 코일 신호를 발생시키기 위해 전류원에 의존하지 않으면서 변환기(506)의 효율을 개선하도록 구성된다. 또한, 보다 상세하게 설명되는 바와 같이, 장치(700)는 일반적으로 고정 코일(518)과 관련하여 사용되는 전자 장치에 대한 보호 및 진단을 제공하도록 구성된다.

제어기(702)는 전류 변환 블록(182), 적응 블록(184), 전압 변환 블록(186), 전압원(708), 복합 소스 블록(710), 변환 회로(712) 및 피크-세트 블록(714)을 포함한다. 복합 소스 블록(710)은 도 14와 관련하여 언급된 바와 같이 제 2 전류원(560)을 대체하고 도 17과 관련하여 언급된 바와 같이 제 2 전압원(616)을 대체하도록 제공된다. 일반적으로, 복합 소스 블록(710)은 고정 코일(518)로의 전송을 위한 고정 코일 신호를 생성하기 위해 임피던스를 제어 또는 조정하도록 구성된다.

피크-세트 블록(714)을 갖는 평균은 입력 오디오 신호(502)의 피크 값을 취하고 저역 통과 필터를 사용하여 간단한 피크 검출기(도 14의 피크 검출기 회로(564)와 유사함)와 관련된 리플을 제거한다. 과도 상태 동안, 느린 변화 저역 통과 필터는 저역 통과 필터의 값을 입력 오디오 신호의 순간 최대 절대 값으로 직접 설정함으로써 과도 상태에 즉시 응답하도록 강제된다. 이러한 방식으로, 오디오 신호의 레벨의 일시적 증가에 응답할 수 있는, 입력 오디오 신호(502)의 최소 리플을 갖는 입력 오디오 신호의 깨끗한 엔벨로프가 생성될 수 있고 복합 소스 블록(710)에 기준 신호(705)로서 제공된다.

이러한 장치(700)에 의해, 고정 코일 (518)을 위한 소스의 출력 전압은 알려진 전압이며, 여기서 파워는 전압 제곱에 비례하기 때문에, 입력 오디오 신호(502)의 레벨은 (도 14의) 제곱근 회로(562)(또는 제곱근 기능)없이 사용될 수 있다. 이는, 고정 코일 신호(또는 고정 코일(518)에 제공되는 전류)가 기준 신호(505)을 통해 입력 오디오 신호(502)에 비례하고, 가동 코일(520)에서의 파워가 고정 코일(518)의 전류의 제곱에 비례하기 때문에, 가동 코일(520)에서의 파워는 고정 코일(518)에서의 파워에 비례한다는 것을 의미한다. 이 접근법은 가동 코일 파워 추정 블록(610) 및 고정 코일 파워 추정 블록(612)에 의해 수행된 파워 밸런스만큼 정확하지 않을 수 있는데, 그 이유는 언급된 접근법이 가동 코일(520)의 주파수 의존적 임피던스의 영향을 무시하기 때문이다. 그러나, 음악 및 잡음 신호에서, 평균 스케일링 값은 음악 및 잡음으로 가동 코일(520)의 임피던스의 영향을 충분히 근사하도록 선택될 수 있다.

복합 소스 블록(710)은 전류 측정 회로(707)를 사용하여 고정 코일(518)에 제공된 전류(또는 고정 코일 신호)를 측정한다. 전류 측정 회로(707)는 저항기, 전류 변압기, 홀(hall) 효과 센서 등일 수 있다. 측정된 전류(즉, 측정 고정 코일 신호)는 보상 블록(720)에 피드백으로서 제공되어 에러 신호를 가산기(adder) 회로(722)에 제공한다. 가산기 회로(722)는 기준 신호(705)를 에러 신호와 비교하고(또는 기준 신호(705)로부터 에러 신호를 감산하고) 전압원(724)를 조정한다. 전압원(724)은 펄스 폭 변조("PWM")(또는 다른 변조 방식) 벅(buck)(또는 다른 토폴로지) 조정기로 필터(725)와 함께 구현될 수 있다는 것이 인식된다. 필터(725)는 일반적으로 인덕터(726) 및 커패시터(728)를 포함하여 전압원(724)으로부터 출력된 전압을 여과한다. 보상 블록(720) 및 필터(725)는 일반적으로 복합 소스 블록(710)이 전류원, 전압원, 또는 혼합 주파수 의존 소스의 원하는 경우처럼 보이도록 임피던스를 출력한다. 특히, 복합 소스 블록(710)은 낮은 주파수에서 전류원으로서 그리고 변환기(106)의 기계적 공진 이상의 주파수(예를 들어, 6 인치 미드-베이스(mid-bass) 드라이버의 경우 50-100Hz)에서 전압원으로서 거동하는 것이 바람직할 수 있다. 이 양태는 고정 코일의 평균 전류(또는 고정 코일 신호의 평균) 및 과도적 레벨에 대한 정확한 제어를 제공하면서 변환기(506)의 통과 대역에서의 왜곡을 개선할 수 있다.

복합 소스 블록(710)으로 임피던스의 거동을 달성하기 위해, 보상 블록(720)은 예를 들어, 비례-적분-미분(PID) 제어기로서 구현될 수 있다. 예를 들어, 보상 블록(720)은 고정 코일 신호의 전류가 전류 측정 회로(707)에 의해 측정되는 전류 피드백 경로에서 이득 "Kp"를 갖는 비례 경로를 포함할 수 있다. 적분 및 미분 용어(즉, Ki 및 Kd)는 예를 들어 0일 수 있다. 비례 전류 피드백 K(즉, Ki 및 Kd = 0)를 사용하는 것은 필터(725)에 충분하다. 인덕터(726) 및 커패시터(728)에 의해 생성된 2차 시스템이 전류 측정 회로 (707)에 의한 전류 측정 및 비례 전류 피드백(Kp)에 의해 1차 시스템으로 감소되기 때문에 적분 항(Ki) 및 미분 항(Kd)은 안정적이다. 피드백 경로에서 비례 전류 피드백(Kp)을 사용함으로써 이 조건은 효과적인 전류원을 생성하다.

이 장치에서, 인덕터(726)의 인덕턴스는 전류 피드백을 사용하여 생성된 전류원에 의해 (안정성으로) 효과적으로 제거된다. 보상 블록(720)에 대한 피드백 경로에서 적절한 이득(Kp)을 선택함으로써, 커패시터(728)의 고유 임피던스가 출력 임피던스에 영향을 미치는 주파수가 조정될 수 있다. Kp에 대한 이득이 높을수록 주파수가 높아질 것이다. 높은 주파수에서, 복합 소스 블록(710)에 의해 제공되는 임피던스는 커패시터(728)의 임피던스에 의해 지배되며, 따라서 전압원처럼 보인다. 이것이 사실이기 위해, 커패시터(728)의 커패시턴스의 크기는 변환기(506)의 공진 위의 원하는 주파수에서 커패시터(528)의 임피던스가 변환기의 임피던스(506)와 유사하거나 이 보다 작도록 충분해야 한다. 커패시터(728)의 임피던스가 높은 저 주파수에서, 출력 전류는 전류 피드백을 사용하여 생성된 유효 전류원에 의해 지배될 것이다. 따라서, 제어 블록(702)은 낮은 주파수에서 전류원의 특징적 임피던스 및 높은 주파수에서 전압원의 특징적 임피던스를 제공할 수 있다. 더 높은 주파수가 일반적으로 변환기(506)의 기계적 공진의 3배 내지 5배이고, 낮은 주파수는 일반적으로 높은 주파수보다 낮은 임의의 주파수이다. 마지막으로, 이러한 동일한 효과는 예를 들어 안정성을 위해 전압 감지를 사용하고 적분 항(Ki), 뿐만 아니라 비례 항(Kp) 및 가능하게는 미분 항(Kd)을 추가하는 것과 같은 다른 제어 접근법에 의해 달성될 수 있다는 것이 인식된다. 상기는 s-도메인 또는 z-도메인으로 표현될 수 있다.

또한, 하나 초과의 고정 코일(518)에 전류가 공급되는 시스템에서, 고정 코일(518)의 부하를 서로 병렬로 연결하고 하나의 제어 루프 및 전압원을 사용하는 것이 가능하다. 그러나, 제어기(702)와 고정 코일(518) 사이의 입력에서 장치를 안전하게 만들기 위해, 전술한 피드백 경로에서 전류 측정 회로(707)에서의 측정 전류는 임의의 순간의 시간에서 고정 코일(518)의 다중 전류보다 높을 수 있다. 이러한 방식으로, 고정 코일(518)의 전류는 가장 높은 전류를 제공하는 고정 코일(518)의 부하로 조절된다.

일반적으로, 장치(700)의 효율을 최적화하는 고정 코일(518)의 전류 레벨은 일반적으로 피크-세트 블록(714)에 의해 결정된다. 피크-세트 블록(714)은 입력 오디오 신호(502)를 수신한다. 이 장치는 변환기(506)의 공진 근처에서 고정 코일(518)의 원하는 전류의 큰 변화를 회피하는 것을 보조한다. 인접한 공명에서, 동일한 음향 출력 레벨을 생성하기 위해 더 적은 파워가 필요하다. 이러한 이유로, 장치(500, 600)느 일반적으로 고정 코일(518)의 전류가 공진에서 감소되어 파워의 균형을 이루게 할 수 있다. 그러나, 고정 코일(518)의 전류가 감소함에 따라, 가동 코일(520)에 대해 훨씬 적은 파워를 요구하는 댐핑이 감소되어 고정 코일(518)의 전류를 추가로 감소시킨다. 이 결과는 감도 및 주파수 응답 둘 다에서 공명 근처의 오차로 이어질 수 있는데, 이는 변환기(506)가 그의 기계적 손실에 의해 거의 완전히 댐핑될 수 있기 때문이다. 따라서, 입력 오디오 신호(502)를 피크-세트 블록(714)에 제공함으로써, 이 상태는 전술한 에러를 우회한다. 이는 고정 코일(518)과 가동 코일(520) 사이의 파워 균형이 공진 근처에서 유지되지 않을 수 있다는 것을 수반할 수 있지만, 이 양태는 고정 코일(518) 및 가동 코일(520)의 파워 레벨이 공진 근처에서 낮기 때문에 중요하지 않을 수 있다.

변환 회로(712)는 고정 코일(518)의 측정 전류(즉, 고정 코일 신호)를 수신하여 에어 갭(536)에서의 플럭스 밀도를 결정할 수 있다. 에어 갭(536)에서의 결정된 플럭스 밀도는 고정 코일(518)의 전류의 함수로서 변환기(506)의 변화하는 음향 주파수 응답 및 음향 감도를 결정하는데 사용된다. 고정 코일(518)의 측정 전류가 에어 갭(536)의 자속을 결정하는데 사용되면, 적응 블록(184)은 고정 코일(518)의 감도를 보정할 수 있다. 그러나, 가동 코일(520)의 측정 전류가 에어 갭(536)에서의 자속 및 이에 따른 감도 및 주파수 응답을 결정하기 위해 직접 사용되는 경우, 일부 주파수 및 레벨에서 왜곡이 발생할 수 있다.

일반적으로, 고정 코일(518)은 변환기(506)가 오디오를 출력할 수 있도록 에어 갭(536)에서 자속을 생성하는데 일반적으로 사용되는 종래의 자석을 대체한다. 그러나, 고정 코일(518)은 변환기(506)가 높은 피크의 오디오(즉, 드럼 롤(drum roll) 등)를 출력할 때 많은 양의 전류를 이용한다. 따라서, 제어기(702)는 입력 오디오 신호(502)의 엔벨로프에 기초하여 Is 상의 전류를 조정한다. 제어기(702)는 높은 레벨의 오디오를 출력할 필요가 없을 때 Is 상의 전류를 낮추고, 높은 레벨의 오디오를 출력할 필요가 있을 때 Is 상의 전류를 증가시킨다(즉, 전류의 동적 조정을 제공한다).

복합 소스(710)는 출력 전류(Is)를 변환 회로(712)에 제공하며, 이것은 변환 코일(520)의 에어 갭(536)에서 자속에 대응하는 값을 함수 B(i)로 제공한다. 적응 블록(184)은 식(19)을 통해 변화하는 "B"(또는 자속)에 기초하여 모델에 대한 정확한 BL을 결정하기 위해 변환 회로(712)의 출력을 이용한다. 전압 변환 블록(186)은 전압원(708)을 통해 가동 코일 (520)에 입력으로서 제공되는 V_corrected을 생성한다. 적응 블록(184)은 입력 오디오 신호에 대해 동일한 주파수 응답을 제공하기 위해 플럭스 값을 사용한다. 복합 소스(710)는 전압원 또는 전류원의 임피던스 특성을 갖는다. 복합 소스(710)는 오디오 입력 신호가 큰 레벨을 가질 때 Is의 전류가 빠르고 조용히 상승하도록 한다.

고정 코일(518) 및 가동 코일(520)은 자성 재료(512)를 통해 결합된 변압기이다. 결과적으로, 가동 코일(520)에서의 전류는 고정 코일(518)에서 변압기 결합 또는 반사된(reflected) 전류를 생성할 것이다. 가동 코일(520)의 반사된 전류가 고정 코일(518)의 전류의 평균에 비해 큰 주파수 및 신호 레벨에서, 이 왜곡은 보다 일반적이거나 중요할 것이다. 고정 코일 전류가 전류 측정 회로(707)로 측정될 때, 측정은 가동 코일(520)의 전류로부터 반사된 전류를 포함할 수 있다. 그러나, 제어기(702)는 측정된 전류를 사용하여 변환기(506)의 음향 감도를 결정할 수 있다. 가동 코일(520)의 전류 위상 관계가 정확할 때, 가동 코일(520)의 고정 코일(518)로의 반사된 전류는 고정 코일(518)의 평균 전류로부터 감산될 수 있고, 이에 의해 변환 회로(712)가 갭(536)에서의 더 낮은 플럭스 밀도 및 결과적으로 더 낮은 감도를 계산하게 한다. 이 양태는 고정 코일(518)에서 더 많은 전류를 반사할 수 있으며, 이는 고정 코일(518)에서 평균 전류로부터 추가로 차감되어 변환 회로(712)가 갭(536)에서 여전히 낮은 플럭스 밀도를 계산하고 궁극적으로 가동 코일(520)의 전류를 증가시킨다. 따라서, 전술한 왜곡을 야기하는 포지티브 피드백이 확립된다.

반대 위상에서, 가동 코일(520)의 전류는 고정 코일(518)의 전류의 평균에 가산되어 변환 회로(712)가 갭(536)에서 더 높은 플럭스 밀도를 계산하게 한다. 이는 동일한 포지티브 피드백을 제공하고, 이것이 그 다음 왜곡을 초래한다. 그 결과, 일부 주파수에서 결과적인 출력 신호가 큰 짝수 차(even order) 왜곡 성분으로 비대칭적으로 왜곡된다. 일 양태에서, 감도 보상 및 또한 주파수 보상을 결정하는데 사용되는 고정 코일(518)에 반사된 가동 코일(520)의 전류의 효과를 분리하는 것이 유리할 수 있다.

도 19는 다른 실시형태에 따른 음향 변환기 장치(또는 오디오 증폭기 시스템)(800)의 다른 구현을 일반적으로 도시한다. 음향 변환기 장치(800)는 변환기(506) 및 음향 변환기 제어기(또는 제어기)(802)를 포함한다. 음향 변환기 제어기(802)는 일반적으로 적어도 하나의 디지털 프로세서(801) 및 메모리(803)를 포함한다. 디지털 프로세서(801)는 일반적으로 제어기(802)에 의해 수행되는 기능을 실행한다. 음향 변환기 제어기(802)는 입력 오디오 신호(502)의 수신에 응답하여 가동 코일 신호(Im) 및 고정 코일 신호(Is)를 생성하여 각각 가동 코일(520) 및 고정 코일(518)에 전송한다.

제어기(802)는 전류 변환 블록(182), 적응 블록(184), 전압 변환 블록(186), 전압원(808), 복합 소스 블록(710), 변환 회로(712), 피크-세트 블록(714) 및 예비-처리 블록(804)을 포함한다. 장치(800)에서, 고정 코일(518)의 측정된 전류는 가동 코일(520)의 에어 갭(536)의 자속을 결정하는데 직접 사용되지 않는다. 오히려, 예비-처리 블록(804)은 고정 코일(518)의 측정된 전류를 예비-처리한다. 예를 들어, 예비-처리 블록(804)은 고정 코일(518)의 평균 저항을 결정하기 위해 전류 측정 회로(707)에서 측정되는 고정 코일(518)의 장기 평균 전압 크기를 취한다. 고정 코일(518)의 평균 저항은 고정 코일(518)의 L/R 모델에서 사용되어 고정 코일(518)의 유효 평균 전류를 예측하며, 이는 그 다음 가동 코일(520)로부터 반사 전류를 없게 할 것이다. L/R 모델은 고정 코일 모델링 블록(618)(도 17 참조)의 것과 유사하지만, 고정 코일(518)의 저항(R)이 측정되어 보다 정확하게 포함되는 경우이다. 이 경우, 가동 코일(520)의 저항 및 내부 온도는 고정 코일(518)의 유효 평균 전류를 예측하는데 도움을 주는 정확한 기초로 알려질 수 있다. 가동 코일(520)의 저항은 고정 코일(518)의 전류가 낮을 때를 계산하기 어려울 수 있으며, 인덕턴스는 일반적으로 인덕터의 모든 비-이상적인 측면, 예컨대 자기 공명, 포화, 및 스틸에서의 다른 효과를 포함할 수 있는 고정 코일(518)의 실제 인덕턴스의 이상적인 근사치이라는 것이 인정된다.

예비-처리 블록(804)은 측정된 전류의 피크-세트 기능으로 빠른 평균을 취하도록 구성된다. 예비-처리 블록(804)은 먼저 고정 코일(518)의 측정된 전류의 피크 검출된 값을 취한 다음, 그 내부에 저역 통과 필터를 이용하여 피크 검출된 값을 평균화한다. 여과는 고정 코일(518)의 측정된 전류로부터 가동 코일(520)로부터의 반사된 전류의 대부분을 제거한다. 고정 코일(518)의 과도적인 빠른 상승 전류에 응답하기 위해, 통과 필터의 값은 빠른 상승 정지 전류 동안에 피크 값으로 강제될 수 있다. 이것은, 필터가 더 이상 평균 정지 전류를 추정할 수 없는 저역 통과 필터의 차단(cutoff) 주파수 미만의 주파수를 갖는 순수한 사인파를 제외하고는, 상기한 왜곡 문제를 제거하는데 최적일 수 있다.

상기 도 18과 유사하게, 제어 블록(710)은 출력 전류(Is)을 변환 회로(712)에 제공하고, 이는 가동 코일(520)의 에어 갭(536)에서의 자속에 대응하는 값을 함수 B(i)로 제공한다. 적응 블록(184)은 식(19)을 통해 변화하는 "B"(또는 자속)에 기초하여 모델에 대한 정확한 BL을 결정하기 위해 변환 회로(712)의 출력을 이용한다. 전압 변환 블록(186)은 전압원(808)을 통해 가동 코일(520)에 입력으로서 제공되는 V_corrected을 생성한다.

도 20은 다른 실시형태에 따른 음향 변환기 장치(또는 오디오 증폭기 시스템)(900)를 일반적으로 도시한다. 음향 변환기 장치(900)는 변환기(506) 및 음향 변환기 제어기(또는 제어기)(902)를 포함한다. 음향 변환기 제어기(902)는 일반적으로 적어도 하나의 디지털 프로세서(901) 및 메모리(903)를 포함한다. 디지털 프로세서(901)는 일반적으로 제어기(902)에 의해 수행되는 기능을 실행한다. 제어기(902)는 입력 오디오 신호(502)의 수신에 응답하여 가동 코일 신호(예를 들어, Im) 및 고정 코일 신호(예를 들어, Is)를 생성하고 각각 가동 코일(520) 및 고정 코일(518)에 전송한다.

제어기(902)는 전류 변환 블록(182), 적응 블록(184), 전압 변환 블록(186), 전압원(908), 복합 소스 블록(910), 변환 회로(912), 피크-세트 블록(1014), 예비-처리 블록(954), 지연 블록(904), 신호 유형 판별기 블록(906) 및 신호 스케일링 블록(911)을 포함한다. 피드백 경로(923) 및 피드포워드 경로(924)는 예비-처리 블록(954)에 입력을 제공하는 것으로 도시되어 있다. 예를 들어, 예비-처리 블록(954)은 피크-세트 블록(또는 피크-세트 블록을 갖는 느린 평균)(914), 스위치(925) 및 빠른 평균 피크-세트 블록(916)을 포함한다. 신호 유형 판별기 블록(906)은 스위치(925)를 선택하도록 제공되어, 피드백 경로(923) 또는 피드포워드 경로(924)가 피크-세트 블록(914) 또는 빠른 평균 피크-세트 블록(916)으로부터 나오는 변환 회로(912)에 입력을 제공하도록 선택된다.

신호 유형 판별기 블록(906)은 입력 오디오 신호(502)가 예비-처리 블록(954)의 저역 통과 필터의 차단 주파수(또는 미리 결정된 주파수) 아래이거나 또는 성질상 본래 사인파(예를 들어, 단일 주파수를 갖는 단일 톤 또는 테스트 신호)인 때를 결정한다. 이 조건이 참인 경우(즉, 입력 오디오 신호(502)가 사인파인 경우), 피크-세트 블록(914)은 변환 회로(912)에 대한 입력으로서 스위치(925)와 함께 피드포워드 경로(924)에서 사용될 수 있다. 상기한 바와 같이, 피크-세트 블록(914)은 고정 코일(518)의 목표 전류를 제공한다. 이 모드는 피드백 경로가 사용 중이 아니므로 피드백 경로(923)를 제거함으로써 가동 코일(520)의 반사 전류의 영향을 제거한다. 또한, 피크-세트 블록(914)은 빠른 평균 피크-세트 블록(916)과 동일한 방식으로 빠른 피크-세트 기능을 포함하여, 평균화 필터와 관련된 지연을 제거하기 위해 빠른 과도 상태가 블록(514)의 출력을 설정할 수 있게 한다.

신호 유형 판별기 블록(906)이 입력 오디오 신호(502)가 예비-처리 블록(954)의 저역 통과 필터의 차단 주파수 위이다(또는 입력 오디오 신호(502)가 성질상 본래 사인파가 아니다)고 결정하는 경우, 빠른 평균 피크-세트 블록(916)은 스위치(925)와 함께 피드백 경로(923)에서 사용되어 피크-세트 블록(916)을 갖는 빠른 평균으로부터 변환 회로(912)로 출력을 제공할 수 있다. 피크 세트 블록(916)을 갖는 빠른 평균은 피크 세트 블록(714)을 갖는 평균과 유사하게 기능한다. 그러나, 빠른 평균 피크-세트 블록(916)의 평균화 저역 통과 필터의 차단 주파수는 변환기(506)의 공명과 비교할 만하다. 이는 입력 오디오 신호를 갖는 예비-처리 블록(954)의 동작을 복제한다. 빠른 평균 피크-세트 블록(916)은 엔벨로프가 측정된 전류의 급격한 변화에 대응할 때 고정 코일(518)을 통해 전류의 엔벨로프를 제공한다. 복합 소스 블록(910)은 고정 코일(518)의 전류를 빠른 평균 피크-세트 블록(916)에 제공하도록 구성된다.

신호 스케일링 블록(911)은 신호 유형 판별기 블록(906)에 의해 검출된 입력 오디오 신호(502)의 특성에 기초하여 고정 코일(518)의 목표 전류의 레벨을 스케일링한다. 이러한 방식으로, 고정 코일(518)의 최적 전류가, 소음 또는 음악보다 낮은 피크 대 평균을 갖는 사인파를 위한 파워와 더 양호하게 유지될 수 있는 소음 또는 음악 신호를 위한 상이한 최적 전류를 균형잡기 위해 제공된다. 또한, 지연 블록(904)은 고정 코일 신호의 전류가 특히 빠른 과도상태 동안 고정 코일(518)의 목표 전류로 상승하도록 추가 시간을 제공한다.

지연 블록(904)에 의해 사용되는 지연의 크기는 사용되는 파워 전자 장치, 예컨대 전압원(724)을 위한 파워 공급원, 고정 코일(518)의 인덕턴스 및 저항, 장치(900)의 대역폭, 및 따라서 재생되는 과도 상태의 슬루 율(slew rate) 및 증폭기 헤드룸(headroom)과 같은 2차 요인에 의해 결정되는 고정 코일(518)의 전류를 구동하기 위해 이용 가능한 전압에 의존할 수 있다. 일부 경우에, 지연이 필요하지 않을 수 있다.

적응 블록(184)은 식(19)을 통해 변화하는 "B"(또는 자속)에 기초하여 모델에 대한 정확한 BL을 결정하기 위해 변환 회로(912)의 출력을 이용한다. 적응 블록(184)은 전압 변환 블록(186)에 정확한 BL을 제공한다. 전압 변환 블록(186)은 전압원(808)을 통해 가동 코일(520)에 입력으로서 제공되는 V_corrected를 생성한다. 전압 변환 블록(186)은 정확한 BL에 응답하여 V_corrected를 생성한다.

도 21은 일 실시형태에 따라 오디오 증폭기 시스템(150)에 의해 수행되는 방법(1000)을 일반적으로 도시한다.

동작(1002)에서, 오디오 증폭기 시스템(150)은 오디오 입력 신호를 수신한다. 동작(1004)에서, 오디오 증폭기 시스템(150)은 오디오 입력 신호에 기초하여 목표 전류 신호를 생성한다. 동작(1006)에서, 오디오 증폭기 시스템(150)은 라우드스피커(102)에 대한 음성 코일(112)의 제 1 예측 위치를 생성한다. 동작(1008)에서, 오디오 증폭기 시스템(150)은 목표 전류 신호 및 음성 코일의 제 1 예측 위치에 기초하여 제 1 보정된 전류 신호를 생성한다.

동작(1010)에서, 오디오 증폭기 시스템(150)은 라우드스피커 인클로저(101) 내의 압력을 결정한다. 동작(1012)에서, 오디오 증폭기 시스템(150)은 적어도 라우드스피커 인클로저(101) 내의 압력에 기초하여 수동 라디에이터(104)의 위치를 결정한다. 동작(1014)에서, 오디오 증폭기 시스템(150)은 적어도 라우드스피커(102) 내의 압력, 수동 라디에이터(104)의 위치, 및 제 1 보정된 전류 신호에 기초하여 음성 코일(112)의 제 2 예측 위치를 생성한다.

도 22는 일 실시형태에 따라 오디오 증폭기 시스템(180)에 의해 수행되는 방법(1020)을 일반적으로 도시한다.

동작(1022)에서, 오디오 증폭기 시스템(180)은 오디오 입력 신호 및 라우드스피커(102)의 다이어프램의 속도에 기초하여 목표 전류 신호를 생성한다. 동작(1024)에서, 오디오 증폭기 시스템(180)은 오디오 입력 신호 및 라우드스피커(102)의 다이어프램(110)의 속도에 기초하여 목표 전류 신호를 생성한다. 동작(1026)에서, 오디오 증폭기 시스템(180)은 적어도 하나의 목표 전류 신호 및 라우드스피커(102)의 음성 코일(112)의 제 1 예측 위치에 기초하여 제 1 보정된 전류 신호를 생성한다.

도 23은 다른 실시형태에 따라 오디오 증폭기 시스템(500)에 의해 수행되는 방법(1040)을 일반적으로 도시한다.

동작(1042)에서, 오디오 증폭기 시스템(500)은 오디오 입력 신호를 수신한다. 동작(1044)에서, 오디오 증폭기 시스템(500)은 오디오 입력 신호에 기초하여 목표 전류 신호를 생성한다. 동작(1046)에서, 오디오 증폭기 시스템은 라우드스피커(102)의 음성 코일(520)의 제 1 예측 위치를 생성한다. 동작(1048)에서, 오디오 증폭기 시스템(500)은 음성 코일(112)의 제 1 예측된 위치에 기초하여 라우드스피커 인클로저(101) 내의 압력을 결정한다. 동작(1050)에서, 오디오 증폭기 시스템(500)은 적어도 하나의 음성 코일(520)의 제 1 예측 위치에 기초하여 수동 라디에이터(104)의 위치를 결정한다. 동작(1052)에서, 오디오 증폭기 시스템(500)은 라우드스피커(506)에 대한 플럭스 밀도 값을 결정한다. 동작(1054)에서, 오디오 증폭기 시스템(500)은 음성 코일(520)의 위치를 생성한다.

도 24는 오디오 증폭기 시스템(600, 700, 800 및 900) 중 어느 하나에 의해 수행되는 방법(1060)을 일반적으로 도시한다.

동작(1062)에서, 시스템들(600, 700, 800 및 900) 중 임의의 하나 이상은 오디오 입력 신호를 생성한다. 동작(1064)에서, 시스템들(600, 700, 800 및 900) 중 임의의 하나 이상은 오디오 입력 신호 및 라우드스피커(506)의 다이어프램(514)의 속도에 기초하여 목표 전류 신호를 생성한다. 동작(1066)에서, 시스템들(600, 700, 800 및 900) 중 임의의 하나 이상은 적어도 목표 전류 신호 및 라우드스피커(506)의 음성 코일(520)의 예측된 위치에 기초하여 보정된 전류 신호를 생성한다. 동작(1064)에서, 시스템들(600, 700, 800 및 900)중 임의의 하나 이상은 플럭스 밀도 값에 기초하여 라우드스피커(506)의 음성 코일(520)의 예측된 위치를 결정한다.

예시적인 실시형태들이 위에서 설명되었지만, 이들 실시형태들은 본 발명의 모든 가능한 형태를 설명하도록 의도된 것은 아니다. 오히려, 본 명세서에서 사용된 단어는 제한이 아니라 설명의 단어이며, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양한 변경이 이루어질 수 있다는 것이 이해된다. 또한, 다양한 구현 실시형태의 특징들은 결합되어 본 발명의 추가 실시형태를 형성할 수 있다.

Claims

메모리; 및 상기 메모리를 포함하는 오디오 증폭기;를 포함하는 오디오 증폭기 시스템으로서,
상기 오디오 증폭기는,
오디오 입력 신호를 수신하고;
상기 오디오 입력 신호에 기초하여 목표 전류 신호를 생성하고;
라우드스피커의 음성 코일의 제 1 예측 위치를 생성하고;
상기 목표 전류 신호 및 상기 음성 코일의 제 1 예측 위치에 기초하여 제 1 보정된 전류 신호를 생성하고;
적어도 상기 음성 코일의 제 1 예측 위치에 기초하여 라우드스피커 인클로저 내부의 압력을 결정하고;
적어도 상기 라우드스피커 인클로저 내의 압력에 기초하여 수동 라디에이터의 위치를 결정하고;
상기 라우드스피커에 대한 플럭스 밀도 값을 결정하며;
상기 플럭스 밀도 값, 및 적어도 상기 라우드스피커 내의 압력, 상기 수동 라디에이터의 위치 및 상기 제 1 보정된 전류 신호에 기초하여 상기 음성 코일의 제 2 예측 위치를 생성하도록
프로그래밍된 오디오 증폭기 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 플럭스 밀도 값은 상기 라우드스피커에서의 에어 갭의 자속 및 상기 라우드스피커에서의 음성 코일 와이어의 길이의 곱에 대응하는 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 오디오 증폭기는,
상기 목표 전류 신호 및 상기 음성 코일의 제 2 예측 위치에 기초하여 제 2 보정된 전류 신호를 생성하고;
상기 제 2 보정된 전류 신호를 상기 라우드스피커로 전송하여 상기 제 2 보정된 전류 신호에 기초하여 상기 음성 코일의 위치를 제어하도록
추가로 프로그래밍된 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 오디오 증폭기는, 상기 음성 코일의 임의의 수의 생성된 예측 위치를 저장하여 상기 음성 코일의 생성된 예측 위치의 이력을 제공하도록 프로그래밍된 변환 블록을 포함하는 시스템.
제 4 항에 있어서,
상기 변환 블록은,
상기 음성 코일의 생성된 예측 위치의 이력에 기초하여 상기 라우드스피커의 스프링 강성에 대응하는 평균 스프링 모델 신호를 생성하고;
상기 음성 코일의 생성된 예측 위치의 이력에 기초하여 상기 라우드스피커의 댐핑에 대응하는 평균 댐핑 모델 신호를 생성하도록
추가로 프로그래밍된 시스템.
제 5 항에 있어서,
상기 라우드스피커의 스프링 강성은 상기 라우드스피커의 서라운드 및 스파이더의 스프링 강성에 대응하는 시스템.
제 5 항에 있어서,
상기 라우드스피커의 댐핑은 상기 라우드스피커의 서라운드 및 스파이더의 마찰 손실에 대응하는 시스템.
제 5 항에 있어서,
상기 오디오 증폭기는,
상기 라우드스피커의 스프링 강성을 0으로 설정되는 상기 음성 코일의 예측 위치에 대응하는 휴지 위치로 정규화하도록 프로그래밍된 스프링 정규화 블록; 및
상기 라우드스피커의 댐핑을 상기 휴지 위치로 정규화하도록 프로그래밍된 댐핑 정규화 블록
을 포함하는 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 음성 코일을 가로 질러 측정된 전압을 나타내는 제 1 음성 코일 신호를 수신하고 상기 제 1 음성 코일 신호에 기초하여 제 1 필터 출력을 생성하도록 프로그래밍된 제 1 복수의 필터;
상기 음성 코일을 가로 질러 측정된 전류를 나타내는 제 2 음성 코일 신호를 수신하고 상기 제 2 음성 코일 신호에 기초하여 제 2 필터 출력을 생성하도록 프로그래밍된 제 2 복수의 필터; 및
상기 제 1 필터 출력 및 상기 제 2 필터 출력에 기초하여 상기 음성 코일의 임피던스를 나타내는 임피던스 신호를 생성하도록 프로그래밍된 분배기 회로
를 추가로 포함하는 시스템.
제 9 항에 있어서,
상기 임피던스 신호에 기초하여 상기 라우드스피커 스프링 강성을 결정하도록 프로그래밍된 제 1 다항식 블록; 및
상기 임피던스 신호에 기초하여 상기 라우드스피커의 댐핑을 결정하도록 프로그래밍된 제 2 다항식 블록
을 추가로 포함하는 시스템.
메모리, 및 상기 메모리를 포함하는 오디오 증폭기를 포함하는 오디오 증폭기 시스템으로서,
상기 오디오 증폭기는,
오디오 입력 신호를 수신하고;
상기 오디오 입력 신호 및 라우드스피커의 다이어프램의 속도에 기초하여 목표 전류 신호를 생성하고;
적어도 상기 목표 전류 신호 및 상기 라우드스피커의 음성 코일의 예측된 위치에 기초하여 보정된 전류 신호를 생성하며;
플럭스 밀도 값에 기초하여 상기 라우드스피커의 음성 코일의 예측 위치를 결정하도록; 프로그래밍되며,
상기 플럭스 밀도 값은 상기 라우드스피커에서의 상기 음성 코일에 대한 에어 갭의 자속 및 상기 라우드스피커에서의 음성 코일 와이어의 길이의 곱에 대응하는 것인 오디오 증폭기 시스템.
제 11 항에 있어서,
상기 오디오 증폭기는, 보정된 전압 신호를 상기 라우드스피커에 제공하여 적어도 상기 음성 코일의 예측된 위치에 기초하여 상기 음성 코일의 위치를 제어하도록 추가로 프로그래밍된 시스템.
제 12 항에 있어서,
상기 오디오 증폭기는, 상기 오디오 입력 신호 및 상기 라우드스피커의 다이어프램의 속도에 기초하여 상기 오디오 입력 신호에 대응하는 전압을 상기 목표 전류 신호로 변환하도록 프로그래밍된 제 1 변환 블록을 포함하는 시스템.
제 12 항에 있어서,
상기 오디오 증폭기는, 상기 플럭스 밀도 및 상기 라우드스피커의 다이어프램의 속도에 기초하여 상기 보정된 전류 신호를 상기 보정된 전압 신호로 변환하도록 프로그래밍된 제 2 변환 블록을 포함하는 시스템.
제 12 항에 있어서,
상기 오디오 증폭기는,
상기 보정된 전압 신호에 기초하여 상기 음성 코일에 대한 평균 파워를 결정하도록 프로그래밍된 음성 코일 파워 추정 블록; 및
상기 라우드스피커의 고정 코일에 대한 평균 파워를 적어도 상기 고정 코일의 전류에 기초하여 결정하도록 프로그래밍된 고정 코일 파워 추정 블록
을 포함하는 시스템.
제 15 항에 있어서,
상기 오디오 증폭기는,
상기 음성 코일에 대한 평균 파워를 상기 고정 코일에 대한 평균 파워와 비교하고;
상기 음성 코일에 대한 평균 파워가 상기 고정 코일에 대한 평균 파워보다 클 때 상기 라우드스피커의 고정 코일에 제공되는 고정 코일 전류 신호를 증가시키도록
프로그래밍된 감산기 회로를 추가로 포함하는 시스템.
제 12 항에 있어서,
상기 오디오 증폭기는,
상기 라우드스피커에서 고정 코일의 측정된 전류를 제공하도록 프로그래밍된 복합 소스 블록; 및
상기 고정 코일의 측정된 전류에 기초하여 상기 라우드스피커에서의 음성 코일에 대한 에어 갭의 자속에 대응하는 값을 제공하도록 프로그래밍된 플럭스 변환 회로
를 포함하는 시스템.
제 12 항에 있어서,
상기 오디오 증폭기는,
상기 라우드스피커에서 고정 코일의 측정된 전류를 제공하도록 프로그래밍된 복합 소스 블록;
상기 라우드스피커의 측정된 전류에 기초하여 상기 고정 코일의 평균 저항을 결정하도록 프로그래밍된 예비-처리 블록; 및
상기 고정 코일의 평균 저항에 기초하여 상기 라우드스피커에서 음성 코일에 대한 에어 갭의 자속에 대응하는 값을 제공하도록 프로그래밍된 플럭스 변환 회로
를 포함하는 시스템.
제 12 항에 있어서,
상기 오디오 증폭기는,
상기 오디오 입력 신호의 주파수를 미리 결정된 주파수와 비교하도록 구성된 신호 유형 판별기 블록;
상기 오디오 입력 신호의 주파수가 미리 결정된 주파수 아래인 경우에 상기 라우드 스피커의 음성 코일로부터의 반사된 전류를 제거하기 위하여, 상기 라우드스피커에서의 음성 코일에 대한 에어 갭의 자속에 대응하는 값을 제공하는 플럭스 변환 회로에 출력을 제공하도록 구성된 느린 평균 피크 세트 블록;
상기 오디오 입력 신호의 주파수가 미리 결정된 주파수보다 높은 경우에 고정 코일에 대한 전류의 엔벨로프를 제공하는 상기 값을 제공하는 플럭스 변환 회로에 출력을 제공하도록 구성된 빠른 평균 피크 세트 블록; 및
상기 고정 코일에 대한 전류를 상기 피크-세트 블록를 갖는 빠른 평균에 제공하도록 구성된 복합 소스 블록
를 포함하는 시스템.
오디오 입력 신호를 증폭하기 위해 프로그래밍된, 비-일시적 컴퓨터 판독 가능한 매체에 구현된 컴퓨터-프로그램 제품으로서,
오디오 입력 신호를 수신하기 위한 명령;
상기 오디오 입력 신호에 기초하여 목표 전류 신호를 생성하기 위한 명령;
라우드스피커의 음성 코일의 제 1 예측 위치를 생성하기 위한 명령;
상기 목표 전류 신호 및 상기 음성 코일의 제 1 예측 위치에 기초하여 제 1 보정된 전류 신호를 생성하기 위한 명령;
적어도 상기 음성 코일의 제 1 예측 위치에 기초하여 라우드스피커 인클로저 내의 압력을 결정하기 위한 명령;
적어도 상기 라우드스피커 인클로저 내의 압력에 기초하여 수동 라디에이터의 위치를 결정하기 위한 명령;
상기 라우드스피커에 대한 플럭스 밀도 값을 결정하기 위한 명령; 및
상기 플럭스 밀도 값 및 적어도 상기 라우드스피커 내의 압력, 상기 수동 라디에이터의 위치 및 상기 제 1 보정된 전류 신호에 기초하여 상기 음성 코일의 제 2 예측 위치를 생성하기 위한 명령
을 포함하는 컴퓨터-프로그램 제품.