TW201433178A - 控制電聲轉換器方法及裝置 - Google Patents

Abstract

一種藉由使用一轉換器（9）與用於產生一所需轉換行為及保護該轉換器防止過載之其他裝置而將一輸入訊號z(t)轉換為一機械或聲音輸出訊號p(t)的裝置與方法。此類型的轉換器是例如為揚聲器、頭戴式耳機、以及其他機械或聲音致動器。其他裝置包括一控制器（1）、一功率放大器（7）以及一偵測器（11）。偵測器在刺激提供轉換器的充分激發時辨識轉換器模型的參數P[n]。偵測器針對供應至轉換器的任何刺激而永久地辨識轉換器的時間變化特性S*(t)。被供以此資訊之控制器產生一所需要的線性或非線性轉換行為；特別是電力控制線性化、穩定化及保護轉換器，防止在高振輻輸入訊號下之電力、熱與機械過載。

Description

控制電聲轉換器方法及裝置

本發明一般是關於一種用於將一輸入訊號z(t)轉換為一機械或聲音輸出訊號p(t)的裝置與方法，其是藉由使用一轉換器以及用於產生一所需轉換行為與用於保護該轉換器防止過載之其他裝置而進行。這種類型的轉換器為揚聲器、頭戴式耳機、以及其他的機械或聲音致動器。其他的裝置係辨識轉換器的瞬時特性，並藉由電力控制而產生所需的線性或非線性轉換行為；特別是在高振輻的輸入訊號下線性化、穩定化及保護轉換器，防止其電力、熱與機械過載。

電聲轉換器具有固有的非線性性質，其產生輸出訊號p(t)中的不穩定性與訊號失真而限制了可用的工作範圍。美國專利US 4,709,391和US 5,438,625揭露了輸入訊號z(t)的預先處理，其目的是為了減少輸出訊號p(t)中的失真以及使整體系統（控制器+轉換器）線性化。控制系統利用電力-動力轉換器的物理模型化結果，其中的非線性積分-微分方程式：

利用力因子（force factor）來描述電端電壓u、輸入電流i與音圈位移x之間的關係：

機械懸置物的勁度

以及音圈電感值

其為與機械振動元件(例如音圈、隔膜與懸置物)的位移x相關之集總的非線性參數。

方程式(1)與(2)中的線性參數為音圈阻抗R _e 與機械阻抗

其係利用拉氏(Laplace)運算子之有理轉換函數。在進行了反拉氏轉換L ^-1 {}之後，機械阻抗可利用運算子*而以時間域中的位移x而進行盤曲(convoluted)。有理轉換函數的係數a _i 和c _i 描述在靜止位置下的機械勁度K _ms (x=0)、阻抗R _ms 、移動質量M _ms 、以及負載阻抗Z _load (S)，其表示耦合之聲音與機械系統。

階數M描述有理轉換函數Z _m (s)中的極點與零值數。固定在一密閉殼體中的轉換器可藉由二階函數Z _m (s)模型化，而在一通風箱系統、面板或喇叭中則增加了極點與零值的數量，且使線性參數的辨識變得更為困難。

當轉換器行為穩定、且已為特定的轉換器精確地辨識出模型的自由參數時，美國專利US 4,709,391和US 5,438,625中所揭露之發明可補償不想要的線性與非線性失真。

在重製一原始聲音訊號(例如音樂)時，必須要對每一個轉換器自適應地辨識在參數向量P中所提到的模型自由參數P _j ，

這是因為環境、疲勞、老化與其他外在影響都會隨時間而改變轉換器的特性。DE 4,332,804和US 6,059,195中的發明藉由最小化誤差訊號而決定參數P _i ，其中誤差訊號為：

其描述了在模型化之電流訊號i’(t)與測量電流i(t)之間的差異。專利DE 5,523,715、US 6,269,318、US 5,523,715以及DE 4,334,040揭露了一種發明，其中電力-動力轉換器可同時作為一致動器與感測器使用。搜尋成本函數（如方程式(9)）中的均方誤差最小值可產生如方程式(10)之條件：

其為利用文納-賀夫方程式（Wiener-Hopf-equation，方程式(11)）的用於決定最佳參數值的基礎：

自相關矩陣R與交叉相關矩陣Y是利用期望值E(…)f、從測量的輸入電流i乘上梯度向量 G (t)來加以計算：

或者是，最佳參數向量

可利用隨機梯度法(LMS-演算法)來疊代地加以決定，其中誤差訊號e(t)乘以梯度訊號G _j (t)，該梯度訊號G _j (t)是由與學習速度對應的步長大小μ _j 加以調整。

習知的控制與保護系統都需要轉換器之充分精確的模型化。在轉換器的機械懸置物中所使用的材料顯現出一種黏彈性行為，其無法由非線性勁度K _ms (x)與機械阻抗R _ms 加以表示。F.Agerkvist和T.Ritter在文獻「利用阻滯譜之揚聲器懸置物的模型化黏彈性(“Modeling Viscoelasticity of Loudspeaker Suspensions using Retardation Spectra”)」中發展出一種此類行為的線性模型(發表於2010年11月4至8曰之舊金山音頻工程學會第129屆研討會，預印本8217)。此模型描述了小振輻下的轉換器，但忽略了與大訊號域中之非線性行為的互動。這會影響因轉換器的不對稱非線性所產生的直流分量的預測。

利用具一非線性力因子Bl(x)的馬達即可提昇電力-動力轉換器的效率，而不會增加重量、尺寸與成本。然而，此有效率的馬達結構具有的缺點是，在某些條件下機械振動會變得不穩定而產生分歧、跳動效果，其會降低失真及降低輸出訊號的振輻。這些不穩定性無法藉由先前技術中的習知控制系統來加以補償。美國專利US 8,058,195揭露了一種音圈靜止位置的靜態偏移達勁度特性最小值、或力因子特性Bl(x)的最大值。這個方法並不足以在所有條件下都穩定化轉換器，因為轉換器的參數向量P的測量需要由刺激進行轉換器的持續激發。 若刺激具有稀疏頻譜且僅包括某些音調，則自相關矩陣R會變為正半定，且自相關矩陣R的秩rk(R)會低於向量P中的自由參數的數量J。在此情況中，並無矩陣R的反置且對於最佳化問題會有無限數量的解決方法。LMS-演算法是去掉轉換器參數的最佳值，並提供錯誤結果。此外，不佳調製之矩陣R降低了參數測量過程的學習速度與精準性。轉換器模型的不完美性（例如黏彈性行為）與外部影響（例如氣候）會因在先前技術中無法在時間上辨識之不穩定性（例如分歧）之故而導致隨時間變化的轉換器參數以及無法預期的轉換器狀態變化。在不具有效狀態與參數資訊下，控制系統無法補償訊號失真，亦無法提供整體系統中的所需轉換行為。 在DE 4,336,608、US 5,528,695、US 6,931,135、US 7,372,966、US 8,019,088、WO 2011/076,288a1、EP 1,743,504、EP 2,453,670以及EP 2,398,253中所揭露之主動保護系統也需要一有效參數向量P，以預測相關狀態變數（例如音圈位移x(t)與音圈溫度T _v (t)），並偵測一過載情況。舉例而言，在汽車應用中所使用之揚聲器的機械懸置物的勁度在高環境溫度下停車一段時間後將明顯降低，且在低溫下所測得的勁度值K[x=0,n-1]提供了較低的音圈峰值位移估算值。由於這種差異，保護系統即無法避免機械系統過載（例如音圈探底），直到辨識出有效參數為止。 發明US5,528,695揭露一種機械保護系統，其可預測音圈的峰值位移量，並可在機械過載發生之前使輸入訊號w(t)的低頻率分量衰減。先前技術是利用希爾伯特轉換（Hilbert-transform）或音圈的速度來估算位移的包絡線。先前技術的實施導致額外的時間延遲與相位失真，其降低了所預測之峰值位移量的精確性，並限制了保護系統的可靠度和性能。 發明US 6,058,195、US 2005/031139、WO 201/03466及WO 2011/076288揭露了熱保護系統，其係於時間或頻率域中測量音圈的直流阻抗R _e ，其係對應於音圈溫度T _v 。當所測得的數值T _v 超過一可允許限制值T _lim 時，輸入訊號w(t)將會衰減以避免熱過載。在先前技術中所揭露之方法於所辨識之阻抗R _e 中產生一延遲t _m ，其與FFT-長度或自適應演算法的學習速度相對應。由於延遲之故，音圈溫度會暫時超過該可允許之限制值T _lim ，且會破壞轉換器。 轉換器的熱模型化是由[1]W. Klippel揭露於文獻「揚聲器中熱轉換之非線性模型化（“Nonlinear Modeling of the Heat Transfer in Loudspeakers”）」中（出處：J. Audio Eng. Society 52, vol. 52, no. 1,2, pp. 3 -25 (2004)），其中音圈溫度T _v 是由熱參數所衍生而得。此一替代方式也提供了轉換器的不可靠保護，因為在模擬中並未考慮外部影響因子（例如環境溫度）。 一種非線性控制系統（其補償了轉換器非線性性質中的不對稱性）產生輸出訊號w(t)中之一直流分量w ₌ ，其是已經經由功率放大器而轉換至轉換器終端。然而，在聲音應用中所使用之功率放大器具有高通特性，且會使此一直流訊號及其他低頻率分量（其在較高頻率下通過正常聲音訊號時會破壞轉換器）衰減。由非線性控制所產生的直流訊號衰減將產生控制系統中的狀態變數和真實轉換器之間的一差異性，其會降低線性化程度及轉換器的可靠保護。

發明目的 許多消費性與專業應用都需要小型且輕量的聲音重製系統，其於充足振輻、聲音品質與效率下產生輸出訊號，同時仍使用最小量的硬體資源、功率與製造心力。控制系統應產生所需的轉換行為、確保在所有條件下的穩定性、並保護轉換器以防止其因高振輻刺激而熱與機械過載。為簡化系統的運作，偵測器係藉由重製任意訊號（包括音樂）而自適應地辨識轉換器的所有相關參數，以補償老化、疲勞、氣候、機械與聲音負載的變化、以及使用者之失敗操作。控制系統應避免任何其他的機械或聲音感測器，且應配合由AD（交流轉直流）與DA（直流轉交流）轉換器所產生之延遲以及傳統功率放大器的高通特性。 根據本發明，被動式轉換器在尺寸、重量、成本、效率、指向性與其他特性上可達最佳化，這些特性實際上是無法藉由電氣控制與訊號處理來加以補償的。舉例而言，具有短音圈（其與軟性的機械懸置物懸垂結合）之一馬達結構在已知成本與硬體資源下提供最高的敏感性與效率、以及最低的截止頻率。然而，這種轉換器將產生明顯的非線性訊號失真，且在某些條件下（例如高於共振頻率之分歧）會變得不穩定。 透過被永久供以瞬時轉換器特性的資訊與由一自適應偵測器所辨識之行為的控制器即可抑制不需要的轉換器行為。 該控制器係於任何時間針對任何輸入刺激而穩定化、保護、線性化、以及均化該轉換器。轉換器的主動穩定化是本發明中所揭露的一個新穎特徵，也是為解決其他控制標的（保護、線性化與均化）的一項基本需求。穩定化與保護需要非常短的辨識反應時間與控制程序。根據本發明，此問題係可藉由為轉換器的高度時間變化特性導入一獨立辨識程序、以及藉由利用一先行資訊形式物理模型化來預測臨界狀態而得到解決。 偵測器與控制器兩者都是以一種利用緩慢時間變化參數、高度時間變化特性與狀態變數之模型為基礎。移動質量M_ms是幾乎對時間不變之參數。其他的參數是隨時間緩慢變化，然其他特性會於短時間週期（小於1秒）內明顯變化。例如位移、電流、聲音壓力等狀態變數是依供應至終端的瞬時刺激而定。 本發明的獨特特徵為，下述三個非線性參數：

是利用來自對音圈靜止位置之一共同偏移量x _off (t)來進行模型化。偏移量x _off (t)具高度時間變化性，且取決於直流位移的動態產生、懸置物在低頻率下的黏彈性行為、重力與其他外部影響有關。藉由導入偏移量x _off (t)，即可明顯降低在式(14)中的係數b _i 、k _i 與l _i 的時間變化性，因為這些係數僅取決於馬達和懸置物的幾何形狀。 懸置物在靜止位置x=0處的勁度K _ms (x=0)也因懸置物的黏彈性行為與氣候相關性而具高度時間變化性。分離式(2)中的勁度變數k _v (t)，產生：

其中在靜止位置處的勁度K _ms (0)與機械阻抗Z _m (s)變得較不具時間變化性，且可在緩慢的學習程序中被更新。 在式(1)中的瞬時電力直流阻抗R _e (t)的精確估算是x _off (t)和k _v (t)的自適應確認之基本需求。如先前技術中所揭示之在頻率或時間域中之R _e (t)的直接測量過於緩慢，以致於無法跟隨由刺激所供應功率的逸散所致之R _e (t)的快速變化。基於此原因，於方程式中導入另一個時間變化參數r _v (t)：

其降低了參數R _e 的變化性。瞬時阻抗變化量r _v (t)可藉由利用轉換器的熱與電力參數（例如熱阻抗R _tc 、熱時間常數ε、以及熱傳導係數α）來計算一預測阻抗變化（如式(18)）及執行一階積分（如式(19)）而從輸入功率（式(17)）加以估算：

這些參數幾乎不對時間變化，且可由偵測器中的緩慢學習程序來加以辨識，並且可經由參數向量P而提送至控制器。 偵測器辨識音圈偏移量x _off (t)、勁度變化k _v (t)、以及阻抗變化r _v (t)，並對控制器永久提供一時間變化特性向量中的此一資訊：

向量S*(t)中的特性可被解釋為參數，但其具有比參數向量P的元素更高出許多的時間變化性，這是因為未模型化之動態、變化的聲音負載、人為操作者的互動、氣候與其他外部影響之故。向量S*(t)中的特性可被解釋為狀態變數，因為例如阻抗變化r _v (t)是直接對應於音圈溫度T _v (t)。然而，向量S*(t)中的分量與（聲音）輸入訊號z(t)是不同調的，且不像是轉換器的其他狀態變數（例如位移x(t)、輸入電流i(t)、位移x(t)、速度v(t)及音壓p(t)）一樣是可以預測的。因此，向量S*(t)中時間變化特性的辨識應可為永久主動，以針對任何輸入訊號z(t)來穩定化、保護、線性化及均化該轉換器。 向量S*(t)也不同於其他的狀態變數，因為S*(t)中的訊號在遠低於音頻帶的極低頻率下僅包括頻譜分量。向量S*(t)可以某延遲而從偵測器傳送至控制器。這在先前技術中用於穩定化系統的伺服反饋系統中是不可能的。 藉由分離出S*(t)中具強烈時間變化性的參數，向量P中的剩餘參數即具有較低的時間變化性。若偵測器中的學習程序被關閉，則參數估算值P[n]中的最新更新即儲存於記憶體中，且可於偵測器中的學習程序再次啟動時作為一初始值使用。沒有儲存時間變化特性向量S*(t)的需要，因為其期望值E{S*(t)}=0，且此向量在一較長時間週期中都未提供有效資訊。 若刺激並未提供充分的轉換器激發、且自相關矩陣R的秩rK(R)低於向量P中的自由參數數值J，則將暫時停止具有最低時間變化性（例如移動質量）的轉換器參數之估算，以確保減少參數向量P中的剩餘元素之正定自相關矩陣R。 時間變化特性參數S*(t)的辨識總是主動的，且係在高學習速度下進行，以在任何時間下對控制器提供有效資訊。偵測器也可配合提供獨特且最佳S*(t)的估算值之任何刺激，因為在G*(t)中的梯度訊號仍保持為獨立，且即使是在一單一音調（其為最關鍵的刺激）的情況下，自相關矩陣

保持為正定。 本發明的另一特徵也在於，在轉換器模型中使用最少數量的自由參數（必須由偵測器加以辨識）。對於每一個參數P _j 而言，計算出一個新的特性（稱之為重要性數值W _j ），其是評估此一參數對於成本函數C中減少均方模型化誤差的貢獻。具有低重要性數值W _i 的第i個參數被從模型中移除，以簡化該辨識程序。具有較少數量的自由參數的較不複雜模型也增加了辨識程序的穩固性，並降低了偵測器的處理負荷。這對於要找出式(6)中機械轉換Z _m (s)中的極值與零點的最佳數量M而言、以及對於要降低非線性參數的冪級數展開式的階數N而言是重要的。 在本發明中的控制器產生控制輸出中的直流分量，其必須經由功率放大器而傳送至轉換器的終端。當該功率放大器具有高通特性時（其將使頻譜分量衰減至低於音頻帶），該控制器藉由產生對應直流訊號y ₌ 加入控制輸入訊號z(t)中而補償控制器輸出訊號w(t)中的直流訊號w ₌ 。 若該功率放大器可傳送直流訊號，則該控制器即可藉由產生加入控制輸入訊號z(t)中的直流電壓z _off 而補償偏移量x _off 。 功率放大器的增益G _v 一般並非固定，而是可互相變化或隨電池啟動之聲音裝置中的供應電壓而變化，其會減少控制器所提供之主動穩定化、線性化、保護。因此，偵測器必須永久地辨識增益G _v ，且控制器必須主動地補償增益G _v 的瞬時變化。 根據本發明，主動穩定化、線性化與均化密切相關，且應結合於轉換器的主動保護，以防止高振輻的輸入訊號所產生之機械與熱過載。控制器可從瞬時音圈阻抗（式(23)）來計算瞬時音圈溫度（式(22)）：

並可於音圈溫度T _v (t)超過可允許限制值T _lim 時衰減輸入訊號w(t)。瞬時阻抗變化r _v (t)是根據式(17)而從輸入功率計算而得，以考量刺激的影響，而參數R _e 是藉由測量加以辨識，以擷取環境溫度T _a 的影響。 藉由結合r _v (t)熱模型化與R _e 的直接測量，即可在無延遲下決定音圈溫度T _v (t)，以即時啟動熱保護系統，並避免溫度的峰值過衝而超過限制峰值T _lim 。 藉由使用根據式(18)之預測阻抗變化r _p (t)來取代瞬時阻抗變化r _v (t)，可進一步提升熱保護系統的性能與穩固性，其中式(18)提供了預測的音圈阻抗

其與音圈溫度的穩態值對應。 對於要提供機械系統中音圈、喇叭或其他移動部件的可靠保護而言，位移峰值的預測也是關鍵的。相較於習知技術US 5,528,695，最大峰值並非得自訊號的包絡線，而是由使用瞬時位置x’+x _off 之非線性預測所決定，其由使用偵測器提供之參數向量P與向量S*的非線性轉換器模型加以模擬。本發明的一個重要特徵在於該瞬時位置是藉由考慮位移x’以及對音圈靜止位置的瞬時偏移量x _off (t)所決定，因為瞬時偏移量x _off (t)使線圈移動至懸置物的非線性區域、或移動至發生探底的背板處。 非線性預測使用瞬時音圈位置x’+x _off 與其高階導數，以將動作分為描述音圈的加速度與減速度之特性相。對於每一相而言，使用特定非線性模型來預測位移的峰值。所預測的峰值明顯高於習知技術中所使用的位移的瞬時包絡線。非線性預測夠早偵測到一臨界機械過載，足以相對緩慢地以可控制之截止頻率啟動高通，以衰減輸入訊號中的低頻率分量，同時避免會降低音質之聲音失真與額外的訊號失真。 控制器需要參數向量P中的有效值，即使是在轉換器是第一次受刺激激發、且偵測器還沒有辨識出特定轉換器的特性時。這對於要提供對轉換器的可靠保護（特別是在啟動期間）而言是重要的。根據本發明，該控制器於啟動期間降低控制增益G _w ，並使轉換器在安全的小訊號域中運作，直到該轉換器已經被刺激充分激發、且偵測器已經辨識出向量P中的有效參數為止。工作範圍的可允許限制值是得自連接至偵測器之轉換器的非線性與熱參數。根據本發明，必須要考慮到音圈位置的瞬時偏移量x _off 。在啟動了保護系統之後，控制增益G _w (t ₁ )將會增加，以使轉換器於大訊號域中運作。控制增益G _w (t ₁ )可以參數向量P加以儲存，並可使用作為控制器在斷電後恢復的起始值。 藉由使用控制系統中所產生的一穩態訊號s(t)取代任意輸入訊號z(t)來確保轉換器的持續激發，即可加速初始辨識。 該轉換器可藉由其他方式與被動裝置來加以穩定化。根據本發明，利用在一封閉殼體中（而非在一通風音箱中）以一軟性懸置物來運作轉換器是有用處的。封閉的空氣體積的額外勁度使系統共振頻率f _t 移至高於轉換器的共振頻率f _s ，並將降低了發生不穩定性的頻率區域。然而，轉換器的非線性性質所產生的直流力將不會見到空氣勁度，因為密閉揚聲器殼體也具有一意欲洩漏量以補償變化的靜態氣壓。因此直流力將因低的剩餘懸置物勁度值之故而產生高直流位移。雖然該模型無法精確地預測直流位移，但偵測器將此直流位移辨識為偏移量x _off ，其可由控制器在反應時間t _m 之後進行補償。直流位移是以時間常數τ跟隨該直流力，該時間常數應比控制器的反應時間更久（τ＞t _m ）。利用適當大小的音箱洩漏量與空氣體積即可輕易達到此條件。 參照下列圖式、說明與申請專利範圍，即可更進一步理解本發明的上述與其他特徵、態樣和優勢。

第1圖說明了根據先前技術、用於控制一轉換器9的一種主動轉換器系統。控制器1經由輸入3接收到輸入訊號z(t)，並於輸出5處產生控制輸出訊號w(t)，其經由功率放大器7作為放大控制輸出訊號而供應至轉換器9的輸入。感側器13所測得之轉換器的輸入電流i(t)和終端電壓u(t)被供應至偵測器11的輸入17和19。偵測器11在參數輸出15處產生參數向量P[n]，其被供應至控制器1的參數輸入21。 第2圖說明根據先前技術的自適應偵測器11。被供以來自輸入19之終端電壓u(t)之模型裝置25產生估算電流訊號i’(t)，其被供應至誤差產生器23的非反相輸入。誤差產生器23也具有反相輸入與輸出，該反相輸入被供以來自輸入17之測量電流訊號i(t)，且該輸出根據式(8)產生誤差訊號e(t)而供應至參數估算器27的輸入處。與式(1)與式(2)相應之模型裝置25產生狀態向量S(t)。梯度計算系統29接收該狀態向量S(t)，並產生梯度向量G(t)而供應至該參數估算器27。參數估算器27根據式(13)產生參數向量P[n]，根據先前技術，其被供應至模型裝置25與參數輸出15兩者。 第3圖說明根據本發明之一主動轉換器系統。偵測器11具有特性輸出35，其提供與式(20)相應之時間變化特性向量S*(t)，其被永久供應至控制器1的另一輸入37。 第4圖說明根據本發明之偵測器11的一具體實施例。偵測器11包括誤差產生器23、梯度計算系統29、以及參數估算器27，其是以與第2圖中之對應元件相同的方式連接。根據式(14)、(15)與(16)之第一模型裝置25包括額外輸入48，其被供以空向量S*(t)=0。 致動器41產生控制向量μ(t)而供應至參數估算器27的控制輸入47，其決定了式(13)之自適應LMS演算法中的步階大小。當重要性數值W _j 參數P _j 低於預定臨界值w _lim 時，致動訊號（步階大小）

與參數都將歸零。這永久排除了來自轉換器模型化之參數P _j ，並減少了向量P[n]中的參數自由數J _op 。 重要性數值

可藉由使用參數P _j 與式(12)之梯度訊號G _j (t)、或藉由計算參數P _j 對於降低式(9)之總成本函數C的貢獻而加以計算：

部分成本函數C ( P _j )描述了設定參數P _j =0即使用剩餘參數P _i （其中i=1, … ,J，且i≠j）之最佳值的均方誤差。 當刺激不提供轉換器持續激發時，致動器41暫時地停止具有最低變化量v ( P _j )的參數P _j 的學習程序，且式(11)中的相關矩陣R會變成半正定（positive semi-definite）。在根據降低時間變化性v ( P _j ) ＞ v(P _j+1 )（其中j=1,..., J-1）重新配置參數向量P中的元素之後，向量控制向量μ(t)中的學習常數即可藉由下式加以計算：

偵測器11含有第二模型39，其與模型25相同，且被供以電壓訊號u(t)與參數向量P[n]；其產生供應至第二誤差產生器43的預測電流訊號i*(t)，該第二誤差產生器43產生誤差訊號e*(t)=i*(t)-i(t)。 模型39中所產生的狀態向量S ₂ (t)被供應至第二梯度計算系統51的輸入，其產生梯度向量。

被供以誤差e*(t)和梯度訊號G*(t)之永久估算器49產生時間變化特性向量S*(t)，該時間變化特性向量S*(t)被供應至偵測器的特性輸出35、同時也供應至第二模型39的輸入50。第一模型25的輸入48被供以空向量S*(t)=0，以產生來確保參數向量P有唯一解法的限制。 第5圖說明了藉由分散第二模型39、誤差產生器43與梯度計算系統51之偵測器11的替代具體實施例。永久估算器49被供以來自誤差產生器23之誤差訊號e(t)、來自梯度計算系統29之梯度訊號G*(t)。來自致動器41之控制向量μ(t)亦被供應至控制輸入52，且在該替代具體實施例中被使用作為衰減常數。 舉例而言，音圈偏移量x _off 可利用修飾之LMS演算法：

藉由使用梯度

來疊代決定，其中學習常數μ ^*與衰減常數μ _j 對應於針對式(14)中的非線性係數b _i 、k _i 、l _i 的學習常數。 利用與式(6)中的線性係數a _i 、c _i 的學習常數相應之衰減常數μ _j ，即可藉由相同演算法來估算勁度變化量：

相較於向量P中的參數更新，x _off (t)與k _v (t)的自適應學習程序可利用高學習速度（|μ ^*| ＞＞ |μ _j |）而永久執行。式(30)與式(32)中的衰減常數μ _j 會產生額外限制：

以確保參數辨識有唯一解法。 在第4圖所示偵測器之第一具體實施例中的永久估算器49於控制輸入45處接收空向量μ(t)=0，其停用了式(30)和(32)的衰減常數μ _j 。 第6圖說明了用於決定瞬時阻抗變化r _v (t)與預測阻抗變化r _p (t)的偵測器11之具體實施例。功率估算器53被供以測量電流訊號i(t)與電壓訊號u(t)，並根據式(17)產生轉換器9的瞬時電力輸入功率P _e (t)。被供以輸入功率P _e (t)和參數向量P的阻抗預測器58產生預測阻抗變化r _p (t)，且下述積分器56根據式(18)而產生瞬時阻抗變化r _v (t)。被供以緩慢時間變化參數R _e 與阻抗變化r _v (t)之加法器57根據式(23)而產生瞬時音圈阻抗R _e,i (t)。變數r _p (t)、r _v (t)與R _e,i (t)以時間變化特性向量S*(t)而供應至偵測器11的其他構件，並經由特性輸出35而至控制器1。 偵測器11具有另一輸入10，其被供以來自如第3圖所示控制器1的輸出5之輸出訊號w(t)。被供以w(t)及來自輸入19之終端電壓u(t)的第三誤差產生器18產生誤差訊號e ₂ (t)=w(t)-u(t) 。被供以誤差訊號e ₂ (t)與終端電壓u(t)之永久估算器20辨識功率放大器7的瞬時增益G _v (t)，並經由時間變化特性向量S*(t)而將此值供應至控制器1的輸入37。 第7圖說明了本發明之替代具體實施例，其用於估算控制器1中之音圈的預測阻抗R _e,i (t)與瞬時阻抗R _e,i (t)。被供以刺激a(t)、參數向量P與時間變化特性向量S*(t)之模型67於轉換器9的終端處(其為功率估算器63的輸入)產生電壓u’(t)與電流i’(t)。由式(17)所計算之輸入功率P’ _e (t)被供應至預測器55，預測器55根據式(18)利用參數向量P產生該預測阻抗變化r _p (t)。加法器62結合r _p (t)與偵測器所辨識之具有不可避免之延遲的阻抗值R _e ，並產生音圈阻抗的預測值R _e,p (t)。被供以預測值R _e,p (t)之積分器64產生瞬時阻抗R _e,i (t)，其考量了加熱與冷卻程序的熱動力。變數r _p (t)、R _e,p (t)、R _e,i (t)以時間變化特性向量S*(t)被供應至模型67與轉換元件65兩者。 比較器59比較預測值R _e,p (t)與臨界值R _lim （其中該臨界值R _lim 與最大音圈溫度T _lim 相應），並在條件R _e,p (t)＞R _lim 指示轉換器之熱過載時，經由控制訊號C _t (t)致動轉換元件65中的衰減元件60。藉由即時產生衰減輸入訊號，瞬時阻抗R _e,i (t)和音圈溫度T _v (t)將不超過個別的可允許臨界值R _lim 和T _lim 。 加法器31藉由將直流訊號z ₌ (t)與修正訊號z _off (t)加到來自輸入3之控制輸入z(t)而產生轉換元件65的輸入訊號

偏移量補償器33利用向量S*(t)中的辨識偏移量x _off 及學習常數μ ₌ 而疊代地產生了修正訊號

被供以參數向量P之修正系統66根據US 6,058,195中的式(8)產生直流訊號z ₌ (t)，並修正了音圈的靜態靜止位置。 第8圖說明了根據本發明之用於保護轉換器9防止機械過載之控制器1的具體實施例。相較於先前技術，模式67被供以參數向量P與時間變化特性向量S*(t)，並產生瞬時音圈位置x’(t)+x _off (t)。下述微分器69計算音圈位置的第一且較高階導數，並於向量中記載這些訊號：

相較於先前技術中所揭露的預測保護系統，向量D考量了從轉換器的時間變化特性計算而得的音圈精確位置（例如偏移量x _off ）、勁度變化k _v (t)與向量S*(t)中之瞬時阻抗變化r _v (t)，並含有音圈移動的加速度a與加速度之時變量j。 被供以向量D之相位偵測器73係利用速度v、加速度a與加速度的時變量j來辨識音圈移動的相數：

相位可被解釋為： n=1：向外減速度 n=2：向內加速度 n=3：向外超加速度 n=4：向外加速度 n=5：向外超減速度 n=6：向內超減速度 n=7：向內減速度。 相位偵測器73也產生下述狀態向量：

其描述了音圈在與零點交會時的位置、速度和加速度。 被供以相數n(t)、向量D與狀態向量S _D 之預測器71利用各相位之特定非線性模型來預測音圈移動的峰值x _peak (t)。舉例而言，最初兩相是由下列穩態模型利用D與S _D 中的變數加以描述：

及

相位n=3至7描述了電位與動能的總和增加（3≤n≤6）或減少（n=6）時的瞬時過程。使用參數β _n ，即可藉由下列近似計算來估算峰值：

比較器72比較預測之峰值x _peak (t)與可允許之臨界值x _lim ，並且產生供應至轉換元件65的控制訊號C _x (t)。在條件 |x _peak (t)| ＞ |x _lim | 下，衰減器74或具變化截止頻率之高通被致動，並及時衰減輸入訊號z(t)，以避免過衝超過可允許之極限值x _lim 及產生聲響。 第9圖說明根據本發明之控制器1的具體實施例，其中控制訊號w(t)是經由具有高通特性之功率放大器76而供應至轉換器9。在放大器輸入處之高通濾波器75阻擋了直流並衰減非線性轉換元件65所產生的輸出訊號w(t)中的其他低頻率分量。為了配合放大器的高通特性，修改之輸入訊號y(t)=z(t)-y ₌ 被供應至非線性轉換元件65，其減少了控制輸出訊號w(t)中的低頻率分量。補償訊號y ₌ 可藉由將w(t)供應至低通濾波器79而產生，其中該低通濾波器79具有與功率放大器的截止頻率相應的截止頻率。可替代地，低通可位於偵測器中，且低頻率訊號y ₌ 可以時間變化特性向量S*(t)而被供應至控制器1中的減法器77。 控制器1也含有增益控制器95，其決定特定轉換器9的最大工作範圍。增益控制器95檢查在參數輸入21處之參數向量P的有效性，並在參數向量P中沒有有效資料時、或誤差訊號e(t)超過可允許之極限值|e(t)|＞e _lim 時，致動或停用初始學習程序。誤差訊號產生於誤差產生器23中，並經由時間變化特性向量S*(t)而供應至控制器1，如第4圖至第6圖所示。 在初始辨識的一開始時，增益控制器95於輸出91處產生一增益控制增益G _w ，其降低了補償放大器87的增益，該補償放大器87被供以來自轉換元件65之輸出訊號q(t)並產生控制輸出w(t)=G _w q(t)。在初始辨識期間，轉換器9於小訊號域中安全運作，以避免轉換器9的過載與破壞。在啟動期間所辨識之參數R _e (t =0)描述了周圍溫度下之音圈阻抗，且使用作為式(22)中之參考值。當存在轉換器9的持續激發時，致動器41啟動第6圖之自適應參數估算器27中的參數向量P的學習程序，而增益控制器95緩慢增加控制增益G _w ，直到參數向量P中的非線性參數b _i 與k _i 、或音圈阻抗R _e 的增量指示可允許之工作範圍的限制值為止。增益控制器95也於輸出93處產生控制訊號C _w 而供應至切換開關85，該切換開關85選擇由訊號來源83在初始辨識期間所產生之持續激發訊號s(t)，並且在時間t ₁ 時完成初始辨識之後選擇外部訊號z(t)作為控制輸入。 由永久估算器20所辨識之功率放大器76的增益G _v (t)也以時間變化特性向量S*(t)、經由輸入37而傳送至增益控制器95。在時間t ₁ 時，控制增益G _w (t 1)、增益G _v (t 1)、以及參數向量P (t1)儲存於控制器中，並且被使用作為控制在斷電後恢復時的起始值。 在初始辨識之後（t＞t ₁ ），增益控制器95藉由下列關係式而產生補償放大器87的控制增益G _w (t)：

以補償功率放大器76的增益的變化G _v (t)，並於轉換元件65的輸出處產生訊號q(t)間之固定總轉換增益以及在轉換器9的終端處之電壓。 轉換器9固定於幾乎密封殼體10內，該殼體10具有小漏洞12供靜態氣壓調整之用，以產生穩定化音圈位置所需之時間常數。 其他具體實施例 1. 一種用於將一輸入訊號（z(t)）轉換為一機械或聲音輸出訊號（p(t)）的裝置，包括一轉換器（9）、一控制器（1）、一偵測器（11）以及一測量裝置（13）；該控制器（1）接收該輸入訊號（z(t)）並產生供應至該轉換器（9）的一控制輸出訊號（w(t)）；該測量裝置（13）提供至少一感測訊號（i(t)），該感測訊號（i(t)）包括該轉換器（9）之一狀態變數，該偵測器（11）自該測量裝置（13）接收該至少一感測訊號（i(t)），其中該偵測器（11）具有一參數輸出（15），其根據該感測訊號（i(t)）而產生一參數向量（P[n]），該參數向量（P[n]）描述當該控制輸出訊號（w(t)）的瞬時特性提供該轉換器（9）的持續激發時，該轉換器（9）在此一時刻（n）的特性；該偵測器（11）具有一特性輸出（35），該特性輸出（35）根據該感測訊號（i(t)）而永久地產生一時間變化特性向量（S* (t)），該時間變化特性向量（S* (t)）描述該控制輸出訊號（w(t)）的任意特性之該轉換器（9）的該等瞬時特性；以及該控制器（1）具有一參數輸出（21）與一特性輸入（37），該參數輸出（21）具有來自該參數輸出（15）之該參數向量（P[n]），且該特性輸入（37）具有來自該特性輸出（35）之該時間變化特性向量（S* (t)），其中根據該參數向量與該變化特性量。該控制器係配置以產生該輸入訊號（z(t)）和該輸出訊號（p(t)）之間的一預定轉換行為，及/或用於穩定化該轉換器（9）的震動之一控制輸出訊號，及/或用於保護該轉換器（9）以防止過載之一控制輸出訊號。 2. 根據前述具體實施例中任一者所述之裝置，其中該參數向量（P[n]）包括至少一第一參數；該偵測器（11）包含下列至少其中之一：一模型裝置（25），其具有接收該參數向量（P[n]）的一參數輸入、接收該時間變化特性向量（S* (t)）的一第二輸入、以及產生該轉換器（9）的一預測狀態訊號（i’(t)）的一輸出；其中該偵測器（11）進一步包括一誤差產生器（23），其被供以該模型裝置（25）的輸出處之該預測狀態訊號（i’(t)）及被供以來自該測量裝置（13）之該感測訊號（i(t)），並產生一誤差訊號（e(t)），該誤差訊號（e(t)）描述該預測狀態訊號（i’(t)）和該感測訊號（i(t)）之間的偏差；一致動器（41），其分析該控制輸出訊號（w(t)）的特性，並產生一致動訊號（μ (t)），該致動訊號（μ (t)）指示該控制輸出訊號（w(t)）提供該轉換器（9）的持續激發之時刻；一參數估算器（27），其具有被供以該誤差訊號（e(t)）之一輸入、自該致動器（41）接收該致動訊號之一控制輸入（47），其藉由最小化該誤差訊號（e(t)）而致動該第一參數之一獨特且最佳估算值的產生；一永久估算器（49），其藉由最小化該誤差訊號（e(t)）而永久地產生供應至該特性輸出（35）之該時間變化特性向量（S*(t)）之一更新。 3. 根據具體實施例2所述之裝置，其中該致動器（41）具有被供以該參數向量（P[n]）的一輸入，其中該致動器是進一步配置以：產生一數值，其描述該參數向量（P[n]）中的每一個參數的時間變異；及產生該致動訊號（μ (t)），其停止具有最低時間變異數值之一參數的更新，同時致動具有一較高變異之其他參數的更新。 4. 根據具體實施例2或3所述之裝置，其中該致動器（41）係被供以來自該誤差產生器（23）之該誤差訊號（e(t)）、或被供以來自該參數估算器（27）的該參數向量（P[n]），其中該致動器（41）係進一步配置以：產生一重要性數值，其描述每一個參數對轉換器（9）的模型化之貢獻；以及產生該致動訊號（μ (t)），其停止具有低於一臨界值之一重要性數值的一參數的估算。 5. 根據前述具體實施例中任一者所述之裝置，其中該時間變化特性向量（S* (t)）包括下列中至少一資訊：該轉換器（9）的一機械振動元件之位置的一瞬時偏移量（x _off (t)），及/或該轉換器（9）的機械懸置物之一瞬時勁度變化（k _v (t)），及/或該轉換器的一瞬時阻抗變化（r _v (t)），及/或該轉換器（9）或一功率放大器（7）的任何其他時間變化參數，其中該等時間變化參數僅含有低頻率分量，該等低頻率分量不是由該控制輸出訊號（w(t)）所提供。 6. 如前述具體實施例中任一者所述之裝置，其中該控制器（1）包含一偏移補償器（33 、 31），其具有被供以該偏移量（x _off (t)）之一第一輸入、被供以該輸入訊號（z(t)）之一第二輸入、以及產生一偏移補償訊號（a(t)）之一輸出；其中該偏移補償器（33、31）是配置以產生該偏移補償訊號（a(t)）中的一另一低頻率分量，其係補償該偏移量（x _off (t)）；以及該控制器（1）包含一轉換元件（65），其具有一第一輸入及具有產生該控制輸出訊號（w(t)）之一輸出，該第一輸入被供以來自該偏移補償器（33、31）之輸出的該偏移補償訊號（a(t)）；其中該轉換元件（65）具有介於其第一輸入與其第一輸出之間的一轉換特性，其係依該時間變化特性向量（S*(t)）及該參數向量（P[n]）而定。 7. 如前述具體實施例中任一者所述之裝置，其中該控制器（1）包含一轉換元件（65），其產生該控制輸出訊號（w(t)）；其中該控制輸出訊號（w(t)）包括低頻率分量；進一步包括一功率放大器（7），其配置在該控制器（1）與該轉換器（9）之間，且配置以為該轉換器（9）產生一放大控制輸出訊號（u(t)）；進一步包括一高通濾波器（75），其係配置以衰減該控制輸出訊號（w(t)）的低頻率分量及/或該放大控制輸出訊號（u(t)）；以及該控制器（1）包含一補償器（77、79），其具有被供以該輸入訊號（z(t)）之一第一輸入、具有被供以該控制輸出訊號（w(t)）之一第二輸入、以及產生一補償訊號（y(t)）之一輸出，該補償訊號（y(t)）被供應至該轉換元件（65）的輸入；其中該補償器（79、77）被配置以產生該補償訊號（y(t)）中的其他低頻率分量，其減少該控制輸出訊號（w(t)）中的低頻率分量。 8. 如具體實施例7所述之裝置，其中該補償器（79、77）包括：一低通濾波器（79），其具有被供以該控制輸出訊號（w(t)）之一輸入、以及具有根據該控制輸出訊號（w(t)）而產生一低頻率訊號（y ₌ (t)）之一輸出；以及一減法器（77），其藉由計算該輸入訊號（z(t)）與該低頻率訊號（y ₌ (t)）之間的一差異而產生該補償訊號（y(t)）。 9. 如前述具體實施例中任一者所述之裝置，其中該控制器（1）包含一增益控制器（95），具有被供以來自該參數輸入（21）的該參數向量（P[n]）之一輸入、以及產生一控制增益（G _w ）之一輸出（91），其係依該參數向量（P[n]）的有效性而定；該控制器（1）包含一轉換元件（65），其具有被供以該輸入訊號（z(t)）之一輸入、以及一輸出，其中該參數向量（P[n]）係決定該轉換元件（65）的輸入與輸出之間的轉換行為；以及該控制器（1）包含一補償放大器（87），其連接於該轉換元件（65）的輸出，產生該控制輸出訊號（w(t)），且具有一控制輸入，該控制輸入被供以來自該增益控制器（95）的輸出（91）之該控制增益（G _w ）；其中當該參數向量（P[n]）的至少一個參數無效時，該補償放大器（87）產生一衰減控制輸出訊號。 10. 如前述具體實施例中任一者所述之裝置，其中該控制器（1）包含一訊號來源（83），其具有產生一內部訊號（s(t)）的一輸出；該控制器（1）包含一切換開關（85），其具有一第一輸入、一第二輸入、一控制輸入與一輸出，該第一輸入係被供以來自該訊號來源（83）之輸出的該內部訊號，該第二輸入被供以該輸入訊號（z(t)），該輸出係連接至該轉換元件（65）的輸入；以及該增益控制器（95）具有一輸出（93），其產生供應至該切換開關（85）之該控制輸入的一控制訊號（C _w ）；其中該增益控制器（95）是配置以：若在該參數向量（P[n]）中的至少其中一個參數無效時，選擇來自該訊號來源（83）之該內部訊號（s(t)）；以及在該參數向量中的所有參數為有效時，選擇該輸入訊號（z(t)）。 11. 如前述具體實施例中任一者所述之裝置，其中該控制器（1）包含一轉換元件（65），其具有被供以該輸入訊號（z(t)）之一輸入、以及產生一控制訊號（q(t)）之一輸出；該控制器（1）包含一功率放大器（7），其係配置在該控制器（1）與該轉換器（9）之間，且係配置以藉由一時間變化放大器增益（G _v (t)）放大該控制輸出訊號（w(t)）及產生該轉換器（9）之該放大控制輸出訊號（u(t)）；以及該控制器（1）包含一補償放大器（87），其藉由以一控制增益（G _w ）調整該控制訊號（q(t)）而產生該控制輸出訊號（w(t)），其中該補償放大器（87）係配置以補償該時間變化放大器增益（G _v (t)）的變化，以於該轉換元件（65）的輸出與該轉換器（9）的輸入之間確保一固定整體增益。 12. 如具體實施例11所述之裝置，其中該偵測器（11）具有一輸入（10），其被供以來自該控制器（1）的輸出（5）之該控制輸出訊號（w(t)），其中該偵測器（11）係配置以決定該放大器增益（G _v (t)）；以及該控制器（1）或偵測器（11）包含一增益控制器（95），其具有被供以該放大器增益（G _v (t)）之一輸入、以及產生該控制增益（G _w ）之一控制輸出（91），該控制增益（G _w ）係與該放大器增益（G _v (t)）反相。 13. 如前述具體實施例中任一者所述之裝置，其中該控制器（1）或偵測器（11）包含一功率估算器（53；63），其具有產生描述供應至該轉換器（9）的瞬時電力輸入功率（P _e ’(t) ）的一輸出；該控制器（1）或偵測器（11）包含一阻抗預測器（55 ； 62），其中該阻抗預測器（55；62）係配置以根據該輸入功率而產生直流阻抗（dc-resistance）之一預測值（R _e,p (t)）與提供於該參數向量（P[n]）中之該直流阻抗（R _e ）的一更新估算值，該輸入功率是來自該功率估算器（53；63）的輸出，其中該直流阻抗是用於模型化該轉換器（9）的該電力輸入阻抗；該控制器（1）包含一比較器（59），其中該比較器（59）係配置以藉由比較該預測值（R _e,p (t)）與一可允許限制值（R _lim ）而產生一控制訊號（C _t (t)）；以及該控制器（1）包含一轉換元件（65），其根據該輸入訊號（z(t)）與該控制訊號（C _t (t)）而產生該控制輸出訊號（w(t)），其中當該預測值（R _e,p (t)）超過該可允許限制值（R _lim ）時，該控制訊號（C _t (t)）係使該控制輸出訊號（w(t)）的振輻衰減，並避免該轉換器（9）的熱過載。 14. 如具體實施例13所述之裝置，其中該控制器（1）或偵測器（11）包含一積分器（64），被供以來自該阻抗預測器（55；62）之輸出的該預測值（R _e,p (t)），並產生一瞬時直流阻抗（R _e,i (t)），其中該積分器（64）具有對應於該轉換器（9）的熱時間常數之一時間常數。 15. 如前述具體實施例中任一者所述之裝置，其中該控制器（1）包含下列中至少其中之一：一模型裝置（67），其係配置以產生該轉換器（9）的一機械振動元件之瞬時位置資訊（x’+x _off ），其是根據下列而產生：該輸入訊號（z(t)）或該控制輸出訊號（w(t)），該參數向量（P[n]），該時間變化特性向量（S ^* (t)）；一微分器（69），其被供以該機械振動元件的該位置資訊，並根據所提供的位置資訊而產生該機械振動元件的一速度資訊與一高階導數資訊；一預測器（71），其具有一輸出，該輸出根據該機械振動元件的該即時位置資訊產生該機械振動元件的位置之一預測峰值（x _peak (t)）；一比較器（72），其根據來自該預測器（71）的輸出之該預測峰值（x _peak (t)）而產生一控制訊號（C _x (t)），其中當該預測峰值（x _peak (t)）超過一可允許臨界值（x _lim ）時，該控制訊號（C _x (t)）指示該轉換器的一預期機械過載；以及一轉換元件（65），其被供以該輸入訊號（z(t)）與該控制訊號（C _x (t)），並且根據該輸入訊號（z(t)）與該控制訊號（C _x (t)）而產生該控制輸出訊號（w(t)），其中該控制訊號（C _x (t)）係配置以改變該轉換元件（65）的轉換行為以及使該控制輸出訊號（w(t)）中的訊號分量衰減，以避免該轉換器（9）的一機械過載。 16. 如具體實施例15所述之裝置，其中該預測器包含一相位偵測器（73），其係配置以將該機械振動元件的動作分段為一系列移動相位，其中該系列移動相位中的至少一個相位是描述該機械振動元件的加速度，以及該系列移動相位中的至少一個其他相位是描述該機械振動元件的減速度；以及該預測器（71）係配置以藉由使用一非線性模型而產生一預測峰值（x _peak (t)），該非線性模型係考慮該系列移動相位中的每一個相位的特性。 17. 一種用於將一輸入訊號（z(t)）轉換為一機械或聲音輸出訊號（p(t)）的方法，該方法包括：提供用於接收一輸入訊號（z(t)）之一輸入與用於輸出一機械及/或聲音輸出訊號（p(t)）之一轉換器（9）；提供一初始參數向量（P[n]）與一初始時間變化特性向量（S*(t)）；根據所接收之輸入訊號（z(t)）、該參數向量（P[n]）以及該時間變化特性向量（S*(t)）而產生一控制輸出訊號（w(t)）；以該控制輸出訊號（w(t)）操作該轉換器（9），進以：產生該輸入訊號（z(t)）與該輸出訊號（p(t)）之間的一預定轉換行為，及/或穩定化該轉換器（9）的振動，及/或保護該轉換器（9）以防止過載；產生以該控制輸出訊號（w(t)）所操作之轉換器（9）的狀態感測資訊；根據該轉換器（9）的狀態感測資訊，產生該參數向量（P[n]）之一更新，其描述當該控制輸出訊號（w(t)）提供該轉換器（9）的持續激發時，該轉換器（9）在此一時刻（n）的特性；以及根據該轉換器（9）的狀態感測資訊，永久地產生該時間變化特性向量（S* (t)）之一更新，其描述由具有任意訊號特性之該控制輸出訊號（w(t)）所激發之該轉換器（9）的瞬時特性。 18. 根據前述方法具體實施例中任一者所述之方法，其中所述產生該參數向量（P[n]）之一更新包括：藉由使用該參數向量（P[n]）中的至少一個參數而模型化該轉換器（9）的行為；產生一誤差訊號，其描述該轉換器（9）的模型化操作的結果和該轉換器（9）的實際操作之間的偏差；基於該控制輸出訊號（w(t)）的該瞬時特性而產生該參數向量（P[n]）中針對每一單一參數的一瞬時致動訊號（μ (t)）；以及如果該致動訊號指出該控制輸出訊號（w(t)）所致的該轉換器（9）的持續激發，藉由最小化該誤差訊號而產生該參數之一獨特且最佳估算值。 19. 根據前述方法具體實施例中任一者所述之方法，其中所述產生該時間變化特性向量（S*(t)）包括：藉由使用該時間變化特性向量（S*(t)）中的至少一個參數而模型化該轉換器（9）的行為，該時間變化特性向量（S*(t)）僅包含非由該輸入訊號（z(t)）所供應之低頻率分量；產生一誤差訊號，其描述該轉換器（9）的模型化操作的結果和該轉換器（9）的實際操作之間的偏差；藉由最小化該誤差訊號而永久地產生該時間變化特性向量中的一參數最佳估算值。 20. 根據具體實施例18所述之方法，其中所述產生一瞬時致動訊號係包括：為該參數向量（P[n]）中的每一個參數產生一梯度訊號，其中該梯度訊號為該誤差訊號對於該參數的部分導數；產生一相關矩陣，其包含由該致動訊號所致動之參數的兩梯度訊號間的至少一相關值；決定該相關矩陣的秩；評估該參數向量中的每一個參數的時間變異性；以及產生一致動訊號，其係於該相關矩陣具有完整秩時致動該相關矩陣中所考量的每一個參數的更新，並於該相關矩陣具有一秩損失時停止該參數向量中具有最低時間變異性的一參數之更新。 21. 根據前述方法具體實施例中任一者所述之方法，其中所述產生一控制輸出訊號（w(t)）係包括：產生一時間變化參數，其描述該轉換器的一機械振動元件的偏移量（x _off (t)）；根據該時間變化特性向量（S*(t)）中所提供的偏移量產生一補償訊號（z _off (t)）；藉由將該補償訊號加至該輸入訊號（z(t)）而產生一總和訊號（a(t)）；根據該總和訊號產生該控制輸出訊號（w(t)）。 22. 根據具體實施例6或21所述之裝置或方法，其中該轉換器（9）是於一密閉殼體（10）中運作之一揚聲器，其具有一小漏洞（12）以補償靜態大氣壓力的變化；其中該殼體（10）的體積及/或該漏洞（12）的大小係配置以定義一時間常數，該時間常數大於產生該偏移量（x _off (t)）與該補償訊號（z _off (t)）所需之週期。 23. 根據前述方法具體實施例中任一者所述之方法，其中所述產生一控制輸出訊號（w(t)）係包含：提供一補償訊號（y ₌ ）；根據該輸入訊號（z(t)）與該補償訊號（y ₌ ）產生一補償輸入訊號（y(t)）；根據該補償輸入訊號（y(t)）產生該控制輸出訊號（w(t)）；藉由使該控制輸出訊號（w(t)）中的訊號分量衰減至低於一截止頻率而產生一高通過濾控制訊號（u(t)）；對該轉換器（9）的終端供應該高通過濾控制訊號（u(t)）。 24. 根據具體實施例23所述之方法，其中所述產生一補償輸入訊號（y(t)）包括：藉由該控制輸出訊號（w(t)）的低通濾波產生一補償訊號（y ₌ ）；以及藉由從該輸入訊號（z(t)）中減去該補償訊號（y ₌ ）而產生該補償訊號（y(t)）。 25. 根據前述方法具體實施例中任一者所述之方法，其中所述產生一控制輸出訊號（w(t)）包括：檢查該參數向量（P[n]）的參數的有效性；當該參數向量中的至少一個參數無效時減少一控制增益（G _w ）；若該參數向量（P[n]）的該更新未指示該轉換器的過載，增加該控制增益（G _w ）；藉由該輸入訊號（z(t)）的線性或非線性處理而產生一處理訊號（q(t)）；以及藉由以該控制增益（G _w ）調整該處理訊號（q(t)），產生該控制輸出訊號（w(t)）。 26. 根據前述方法具體實施例中任一者所述之方法，其中所述產生一控制輸出訊號（w(t)）包括：藉由使用該轉換器（9）的該感測狀態與該控制輸出訊號（w(t)），辨識一功率放大器（7）的瞬時增益（G _v (t)），由該功率放大器（7）將該控制輸出訊號（w(t)）轉換為一放大控制輸出訊號（u(t)），該放大控制輸出訊號（u(t)）係接著被供應至該轉換器（9）；藉由使用該瞬時增益（G _v (t)）而產生一控制增益（G _w ），以補償該瞬時增益（G _v (t)）的變化並產生該控制輸出訊號（w(t)）與該放大控制輸出訊號（u(t)）之間的一固定轉換函數；根據該輸入訊號（z(t)）產生一處理訊號（q(t)）；以及藉由以所產生之控制增益（G _w ）調整該處理訊號（q(t)）而產生該控制輸出訊號（w(t)）。 27. 根據具體實施例18所述之方法，其中所述產生一瞬時致動訊號（μ (t)）包括：針對參數向量（P[n]）中的每一個參數產生一重要性數值，其中該重要性數值描述該對應參數對該轉換器的模型化之貢獻；以及若一參數的該重要性數值低於一預定臨界值，則停止該參數的估算。 28. 根據具體實施例27所述之方法，其中所述產生一重要性數值包括：產生一總成本函數（C），其描述當該參數向量（P[n]）中所有參數都使用於模型化時該轉換器的模型化結果與行為之間的偏差；產生一部分成本函數，其描述當設定一參數為零且使用該參數向量（P[n]）中所有剩餘參數時該轉換器的模型化結果與行為之間的偏差；以及藉由使用該部分成本函數與該總成本函數（C）而產生該重要性數值。 29. 根據具體實施例27所述之方法，其中所述產生一重要性數值包括：為該參數向量（P[n]）中的至少其中一個參數產生一梯度訊號，其中該梯度訊號為該誤差訊號對於該對應參數的部分導數；計算平方之梯度訊號的一預期值；以及藉由使用該平方之梯度訊號的該預期值與該參數，產生該重要性數值。 30. 根據前述方法具體實施例中任一項所述之方法，其中所述產生一控制輸出訊號（w(t)）包括：根據該控制輸出訊號（w(t)）或該轉換器（9）的狀態感測資訊，產生供應至該轉換器（9）之該瞬時電力輸入功率（P _e ’(t) ）的一數值；根據該轉換器（9）的感測狀態更新一阻抗參數（R _e ），其描述在該轉換器（9）的電力終端處之時間變化直流阻抗，以考量變化的環境條件的影響；藉由使用該瞬時電力輸入功率（P _e ’(t) ）與該參數向量（P[n]）中的阻抗參數（R _e ），估算該時間變化直流阻抗的一預測值（R _e,p (t)）；比較該預測值（R _e,p (t)）與一預定限制值（R _lim ），並產生指示該轉換器（9）的一預期熱過載的一控制訊號（C _t (t)）；藉由使用該控制訊號（C _t (t)），從該控制輸入訊號（z(t)）產生該控制輸出訊號（w(t)），以在時間上減少該控制輸出訊號（w(t)）的振輻並避免一熱過載。 31. 根據具體實施例30所述之方法，其中所述產生一控制輸出訊號（w(t)）包括：藉由以對應於該轉換器（9）的該熱時間常數之一時間常數對該預測值（R _e,p (t)）進行積分，產生一瞬時值（R _e,i (t)）；藉由補償該瞬時直流阻抗（R _e,i (t)）的時間變化，產生該輸入訊號（z(t)）與該轉換器（9）的該輸出訊號（p(t)）之間的一預定轉換行為。 32. 根據前述方法具體實施例中任一項所述之方法，其中所述產生一控制輸出訊號（w(t)）包括：根據該參數向量（P[n]）與該時間變化特性向量S*(t)，估算該轉換器（9）的該機械振動元件的位置（x’+x _off ）之一預測峰值（x _peak (t)）；藉由比較該預測峰值（x _peak (t)）與一可允許限制值（x _lim ），產生一控制訊號（C _x (t)），其係預期該轉換器（9）的一機械過載；以及藉由使用該控制訊號（C _x (t)）而使該控制輸入訊號（z(t)）中的低頻率分量衰減，以避免一機械過載並使該轉換器（9）的該機械振動元件的位置（x’+x _off ）保持低於該可允許限制值。 33. 根據具體實施例32所述之方法，其中所述估算一預測峰值（x _peak (t)）係包括：產生該時間變化特性向量（S*(t)）中之一瞬時參數（x _off (t)），其係描述該轉換器（9）的該機械振動元件的偏移量；藉由使用該輸入訊號（z(t)）、該參數向量（P[n]）以及該時間變化特性向量S*(t)，產生該轉換器（9）的該機械振動元件的該瞬時位置資訊（x’+x _off ）；產生該轉換器（9）的該機械振動元件的速度資訊、以及該位置資訊（x’+x _off ）的一高階導數資訊；將該機械振動元件的動作分為多個相位，其中所述多個相位中的至少一個相位是描述該機械振動元件的加速度，且所述多個相位中的至少一個另一相位是描述該機械振動元件的減速度；以及藉由使用考量每一相位之特性的一非線性模型來估算該預測峰值（x _peak (t)）。 發明優勢 本發明利用數位訊號處理以利用電能-機械轉換器的材料資源，藉以減少揚聲器、頭戴式耳機與其他聲音重製系統的大小、重量和成本。辨識與控制系統是簡單易於使用，且在硬體構件（轉換器、放大器）上不需要任何先行資訊。輸出訊號是隨轉換器的使用壽命而以特定應用所需要的振輻與品質來產生，同時可補償老化、疲勞、氣候、使用者互動與其他無法預期的影響。 在前述說明書中，已參照本發明之具體實施例的特定實例來描述本發明。然而，顯然將知亦可於其中進行諸般修飾與變化，其皆未脫離如附申請專利範圍中所提出之發明較廣精神與範疇。舉例而言，所述連接（接點）可為一種適合從各別節點、單元或元件、或是對其傳送訊號的連接（接點）類型，例如經由中間元件。因此，除非有相反的教示或陳述，否則這些連接（接點）可為例如直接連接或間接連接。 因為實施本發明的裝置的絕大部分是由該領域技術人士所習知的電子構件與電路所組成，因此上述內容是基於必須性之考量的程度來說明這些電路與其構件的細節，其係以為了理解本發明的基本概念、且為了不混淆或分散本發明之教示為目的。 有部分上述具體實施例，在為可實施時，是使用各種不同的電路構件而實施。舉例而言，圖式和其說明中的例示拓樸的提出僅為於討論本發明的各種態樣時提供一有用參考。當然，基於討論目的，已經簡化了拓樸的說明，且其僅為可根據本發明而使用之許多不同類型的適當拓樸中的其中一種。該領域技術人士將理解到，在邏輯方塊之間的邊界僅為例示性說明，且其他具體實施例也可合併邏輯方塊或電路元件、或可對各種邏輯區塊或電路元件進行替代的功能性分解。 因此，應理解到本文所述之架構僅為例示，且事實上還可實施許多其他的架構，其皆可達成相同的功能。在抽象、但仍為明確的概念中，為達成相同功能的任何構件配置是有效地「相關聯」，使得所需的功能可被達成。因此，為能達成特定功能而結合的本文中任何兩構件可被視為是彼此「相關聯」，以達成所需功能，不論架構或中間構件為何。同樣地，如此相關聯的任何兩個構件也可被視為是「可運作地連接」或「可運作地耦接」於彼此，以達成所需功能。 在申請專利範圍請求項中，在括號中的任何參考符號都不應被解釋為對請求項之限制。用語「包括」並未排除在請求項所列出的元件以步驟以外有其他元件或步驟的存在。此外，在本文中，用語「一（a或an）」是定義為一個或多於一個。同時，在請求項中例如「至少一個」或「一或多個」等引述性用語的使用不應被解釋為其暗指由不定冠詞「一（a或an）」所引入的另一請求項元件會將含有此引入請求項元件的任何特定請求項限制為僅含有一個這類元件的發明，即使是在相同請求項都包括引述性用語「一或多個」或「至少一個」與不定冠詞（例如「一（a或an）」）時。對於定冠詞的使用亦屬相同情形。除非另外陳述，否則如「第一」與「第二」之用語是用以於這類用語所描述的元件之間進行任意區分。因此，這些用語並不需要表示這類元件在時間或其他方面的優先性。在互相不同的請求項中記載了特定測量值的唯一事實並不是表示不可以使用這些測量值的組合來產生優勢。在一請求項中所提出的方法步驟次序並不影響這些步驟所實際執行的次序，除非在請求項中另有具體記載。 熟習技藝者將可得知，在圖式中的元件僅為簡單清楚而描述，且不一定是以實際比例來繪製。舉例而言，所選擇元件是僅用於幫助增進對本發明各種具體實施例中的這些元件的功能與配置之理解。同時，為了促進本發明的這些不同具體實施例以較不抽象方式呈現，在一商業上可行的具體實施例中所使用或必須之一般性、但已廣為理解的元件則幾乎不再進行說明。進一步將可得知，在所述方法中的某些動作及/或步驟係以特定發生順序來描述或說明，然熟習該領域技藝之人士將理解，關於次序的此特定性在實際上是不需要的。也可理解的是，在本說明書中所使用之用語及表達皆具有這些用語及表達在其對應個別研究學習領域中所根據的通常意義，除非在本文中另外提出了特定的意義。在前述說明書中，是已經參照本發明之具體實施例的特定實例來說明本發明。然而，顯然可於其中進行各種修飾及變化，而不脫離如附申請專利範圍中所提出的本發明之較廣精神與範疇。舉例而言，所述連接（接點）可為一種適合從各別節點、單元或元件、或是對其傳送訊號的連接（接點）類型，例如經由中間元件。因此，除非有相反的教示或陳述，否則這些連接（接點）可為例如直接連接或間接連接。 因為實施本發明的裝置的絕大部分是由該領域技術人士所習知的電子構件與電路所組成，因此上述內容是基於必須性之考量的程度來說明這些電路與其構件的細節，其係以為了理解本發明的基本概念、且為了不混淆或分散本發明之教示為目的。 雖然已針對特定的傳導類型或電位極性來描述本發明，然熟習技藝者亦可得知傳導類型與電位極性亦可相反。 有部分上述具體實施例，在為可實施時，是使用各種不同的電路構件而實施。舉例而言，圖式和其說明中的例示拓樸的提出僅為於討論本發明的各種態樣時提供一有用參考。當然，基於討論目的，已經簡化了拓樸的說明，且其僅為可根據本發明而使用之許多不同類型的適當拓樸中的其中一種。該領域技術人士將理解到，在邏輯方塊之間的邊界係僅為例示性說明，且其他具體實施例也可合併邏輯方塊或電路元件、或可對各種邏輯區塊或電路元件進行替代的功能性分解。 因此，應理解到本文所述之架構僅為例示，且事實上還可實施許多其他的架構，其皆可達成相同的功能。在抽象、但仍為明確的概念中，為達成相同功能的任何構件配置是有效地「相關聯」，使得所需的功能可被達成。因此，為能達成一特定功能而結合的本文中任何兩構件可被視為是彼此「相關聯」，以達成所需功能，不論架構或中間構件為何。同樣地，如此相關聯的任何兩個構件也可被視為是「可運作地連接」或「可運作地耦接」於彼此，以達成所需功能。 同時，本發明也不限於實施為非可編程硬體之物理元件或單元，而是也可實施為可編程之元件或單元，以藉由根據適當程式編碼運作而執行所需的元件功能。此外，這些元件係可於實體上分佈於數項裝置，但功能上以一單一元件運作。功能上形成個別元件的元件可整合在一單一實體元件中。 在申請專利範圍請求項中，在括號中的任何參考符號都不應被解釋為對請求項之限制。用語「包括」並未排除在一請求項所列出的元件以步驟以外有其他元件或步驟的存在。此外，在本文中，用語「一（a或an）」定義為一個或多於一個。同時，在請求項中例如「至少一個」或「一或多個」等引述性用語的使用不應被解釋為其暗指由不定冠詞「一（a或an）」所引入的另一請求項元件會將含有此引入請求項元件的任何特定請求項限制為僅含有一個這類元件的發明，即使是在相同請求項都包括引述性用語「一或多個」或「至少一個」與不定冠詞（例如「一（a或an）」）時。對於定冠詞的使用亦屬相同情形。除非另外陳述，否則如「第一」與「第二」之用語是用以於這類用語所描述的元件之間進行任意區分。因此，這些用語並不需要表示這類元件在時間或其他方面的優先性。在互相不同的請求項中記載了特定測量值的唯一事實並不是表示不可以使用這些測量值的組合來產生優勢。在一請求項中所提出的方法步驟次序並不影響這些步驟所實際執行的次序，除非在請求項中另有具體記載。 熟習技藝者將可得知，在圖式中的元件僅為簡單清楚而描述，且不一定是以實際比例來繪製。舉例而言，所選擇元件是僅用於幫助增進對本發明各種具體實施例中的這些元件的功能與配置之理解。同時，為了促進本發明的這些不同具體實施例以較不抽象方式呈現，在一商業上可行的具體實施例中所使用或必須之一般性、但已廣為理解的元件則幾乎不再進行說明。進一步將可得知，在所述方法中的某些動作及/或步驟係以一特定發生順序來描述或說明，然熟習該領域技藝之人士將理解，關於次序的此一特定性在實際上是不需要的。也可理解的是，在本說明書中所使用之用語及表達皆具有這些用語及表達在其對應個別研究學習領域中所根據的通常意義，除非在本文中另外提出了特定的意義。

1．．．控制器

3、10、17、19、37、47、48、50．．．輸入

5、91、93．．．輸出

7．．．功率放大器

9．．．轉換器

11．．．偵測器

13．．．感測器

15．．．參數輸出

18、23．．．誤差產生器

20、49．．．永久估算器

21．．．參數輸入

25．．．模型裝置

27．．．參數估算器

29、51．．．梯度計算系統

31、57、62．．．加法器

33、77．．．補償器

35．．．特性輸出

39、67．．．模型

41．．．致動器

45、52．．．控制輸入

53、63．．．功率估算器

55、71．．．預測器

56、64．．．積分器

58．．．阻抗預測器

59、72．．．比較器

60．．．衰減元件

65．．．轉換元件

66．．．修正系統

69．．．微分器

73．．．相位偵測器

75．．．高通濾波器

74．．．衰減器

76．．．功率放大器

79．．．低通濾波器

83．．．訊號來源

85．．．切換開關

87．．．補償放大器

95．．．增益控制器

第1圖說明根據先前技術之主動轉換器系統。 第2圖說明根據先前技術之自適應偵測器。 第3圖說明根據本發明之主動轉換器系統。 第4圖說明偵測器的具體實施例，其使用兩種轉換器模型來進行參數向量P與時間變化特性向量S*的個別估算。 第5圖說明偵測器的具體實施例，其使用一種轉換器模型來進行參數向量P與時間變化特性向量S*的個別估算。 第6圖說明用於估算預測的音圈阻抗之偵測器的具體實施例。 第7圖說明根據本發明之控制器的具體實施例。 第8圖說明機械保護系統的具體實施例。 第9圖說明控制器的具體實施例，其使用具有高通濾波器與工作範圍的自動偵測之功率放大器。 在圖式的所有圖面中，已經以相同的元件符號來表示相同的、或至少具有相同功能的元件、特徵與訊號，除非另有具體陳述者。

1．．．控制器

3、10、17、19、37．．．輸入

5．．．輸出

7．．．功率放大器

9．．．轉換器

11．．．偵測器

13．．．感測器

15．．．參數輸出

18．．．誤差產生器

21．．．參數輸入

35．．．特性輸出

Claims (33)

1. 一種用於將一輸入訊號（z(t)）轉換為一機械或聲音輸出訊號（p(t)）的裝置，包括一轉換器、一控制器、一偵測器以及一測量裝置；該控制器接收該輸入訊號（z(t)）並產生供應至該轉換器的一控制輸出訊號（w(t)）；該測量裝置提供至少一感測訊號（i(t)），該感測訊號（i(t)）包括該轉換器之一狀態變數，該偵測器自該測量裝置接收該至少一感測訊號（i(t)），其特徵在於：該偵測器具有一參數輸出，其根據該感測訊號（i(t)）而產生一參數向量（P[n]），該參數向量（P[n]）描述當該控制輸出訊號（w(t)）的瞬時特性提供該轉換器的持續激發時，該轉換器在此一時刻（n）的特性；該偵測器具有一特性輸出，該特性輸出根據該感測訊號（i(t)）而永久地產生一時間變化特性向量（S*(t)），該時間變化特性向量（S*(t)）描述該控制輸出訊號（w(t)）的任意特性之該轉換器的該等瞬時特性；以及該控制器具有一參數輸出與一特性輸入，該參數輸出具有來自該參數輸出之該參數向量（P[n]），且該特性輸入具有來自該特性輸出之該時間變化特性向量（S*(t)），其中根據該參數向量與該變化特性量，該控制器被配置以產生-    該輸入訊號（z(t)）和該輸出訊號（p(t)）之間的一預定轉換行為，及/或-    用於穩定化該轉換器的震動之一控制輸出訊號，及/或-    用於保護該轉換器以防止過載之一控制輸出訊號。
2. 如前述申請專利範圍中任一項所述之裝置，其特徵在於：該參數向量（P[n]）包括至少一第一參數；該偵測器包含下列至少其中之一：一模型裝置，其具有接收該參數向量（P[n]）的一參數輸入、接收該時間變化特性向量（S*(t)）的一第二輸入、以及產生該轉換器的一預測狀態訊號（i’(t)）的一輸出；其中該偵測器進一步包括一誤差產生器，其被供以該模型裝置的輸出處之該預測狀態訊號（i’(t)）及被供以來自該測量裝置之該感測訊號（i(t)），並產生一誤差訊號（e(t)），該誤差訊號（e(t)）描述該預測狀態訊號（i’(t)）和該感測訊號（i(t)）之間的偏差；一致動器，其分析該控制輸出訊號（w(t)）的特性，並產生一致動訊號（μ (t)），該致動訊號（μ (t)）指示該控制輸出訊號（w(t)）提供該轉換器的持續激發之時刻；一參數估算器，其具有被供以該誤差訊號（e(t)）之一輸入、自該致動器接收該致動訊號之一控制輸入，其藉由最小化該誤差訊號（e(t)）而致動該第一參數之一獨特且最佳估算值的產生；一永久估算器，其藉由最小化該誤差訊號（e(t)）而永久地產生供應至該特性輸出之該時間變化特性向量（S*(t)）之一更新。
3. 如申請專利範圍第2項所述之裝置，其特徵在於：該致動器具有被供以該參數向量（P[n]）的一輸入，其中該致動器是進一步配置以：-    產生一數值，其描述該參數向量（P[n]）中的每一個參數的時間變異；及-    產生該致動訊號（μ (t)），其停止具有最低時間變異數值之一參數的更新，同時致動具有一較高變異之其他參數的更新。
4. 如申請專利範圍第2項或第3項所述之裝置，其特徵在於：該致動器被供以來自該誤差產生器之該誤差訊號（e(t)）、或被供以來自該參數估算器的該參數向量（P[n]），其中該致動器進一步配置以：-    產生一重要性數值，其描述每一個參數對轉換器的模型化之貢獻；以及-    產生該致動訊號（μ (t)），其停止具有低於一臨界值之一重要性數值的一參數的估算。
5. 如前述申請專利範圍中任一項所述之裝置，其特徵在於：該時間變化特性向量（S*(t)）包括下列中至少一資訊：該轉換器的一機械振動元件之位置的一瞬時偏移量（x _off (t)），及/或-    該轉換器的機械懸置物之一瞬時勁度變化（k _v (t)），及/或-    該轉換器的一瞬時阻抗變化（r _v (t)），及/或-    該轉換器或一功率放大器的任何其他時間變化參數，其中該等時間變化參數僅含有低頻率分量，該等低頻率分量不是由該控制輸出訊號（w(t)）所提供。
6. 如前述申請專利範圍中任一項所述之裝置，其特徵在於：該控制器包含一偏移補償器，其具有被供以該偏移量（x _off (t)）之一第一輸入、被供以該輸入訊號（z(t)）之一第二輸入、以及產生一偏移補償訊號（a(t)）之一輸出；其中該偏移補償器是配置以產生該偏移補償訊號（a(t)）中的一另一低頻率分量，其補償該偏移量（ x _off (t)）；以及該控制器包含一轉換元件，其具有一第一輸入及具有產生該控制輸出訊號（w(t)）之一輸出，該第一輸入被供以來自該偏移補償器之輸出的該偏移補償訊號（a(t)）；其中該轉換元件具有介於其第一輸入與其第一輸出之間的一轉換特性，其依該時間變化特性向量（S*(t)）及該參數向量（P[n]）而定。
7. 如前述申請專利範圍中任一項所述之裝置，其特徵在於：該控制器包含一轉換元件，其產生該控制輸出訊號（w(t)）；其中該控制輸出訊號（w(t)）包括低頻率分量；進一步包括一功率放大器，其配置在該控制器與該轉換器之間，且配置以為該轉換器產生一放大控制輸出訊號（u(t)）；進一步包括一高通濾波器，其被配置以衰減該控制輸出訊號（w(t)）的低頻率分量及/或該放大控制輸出訊號（u(t)）；以及該控制器包含一補償器，其具有被供以該輸入訊號（z(t)）之一第一輸入、具有被供以該控制輸出訊號（w(t)）之一第二輸入、以及產生一補償訊號（y(t)）之一輸出，該補償訊號（y(t)）被供應至該轉換元件的輸入；其中該補償器被配置以產生該補償訊號（y(t)）中的其他低頻率分量，其減少該控制輸出訊號（w(t)）中的低頻率分量。
8. 如申請專利範圍第7項所述之裝置，其特徵在於該補償器包括：一低通濾波器，其具有被供以該控制輸出訊號（w(t)）之一輸入、以及具有根據該控制輸出訊號（w(t)）而產生一低頻率訊號（y ₌ (t)）之一輸出；以及一減法器，其藉由計算該輸入訊號（z(t)）與該低頻率訊號（y ₌ (t)）之間的一差異而產生該補償訊號（y(t)）。
9. 如前述申請專利範圍中任一項所述之裝置，其特徵在於：該控制器包含一增益控制器，具有被供以來自該參數輸入的該參數向量（P[n]）之一輸入、以及產生一控制增益（G _w ）之一輸出，其是依該參數向量（P[n]）的有效性而定；該控制器包含一轉換元件，其具有被供以該輸入訊號（z(t)）之一輸入、以及一輸出，其中該參數向量（P[n]）決定該轉換元件的輸入與輸出之間的轉換行為；以及該控制器包含一補償放大器，其連接於該轉換元件的輸出，產生該控制輸出訊號（w(t)），且具有一控制輸入，該控制輸入被供以來自該增益控制器的輸出之該控制增益（G _w ）；其中當該參數向量（P[n]）的至少一個參數無效時，該補償放大器產生一衰減控制輸出訊號。
10. 如前述申請專利範圍中任一項所述之裝置，其特徵在於：該控制器包含一訊號來源，其具有產生一內部訊號（s(t)）的一輸出；該控制器包含一切換開關，其具有一第一輸入、一第二輸入、一控制輸入與一輸出，該第一輸入被供以來自該訊號來源之輸出的該內部訊號，該第二輸入被供以該輸入訊號（z(t)），該輸出是連接至該轉換元件的輸入；以及該增益控制器具有一輸出，其產生供應至該切換開關之該控制輸入的一控制訊號（C _w ）；其中該增益控制器是配置以：-    若在該參數向量（P[n]）中的至少其中一個參數無效時，選擇來自該訊號來源之該內部訊號（s(t)）；以及-    若在該參數向量中的所有參數為有效時，選擇該輸入訊號（z(t)）。
11. 如前述申請專利範圍中任一項所述之裝置，其特徵在於：該控制器包含一轉換元件，其具有被供以該輸入訊號（z(t)）之一輸入、以及產生一控制訊號（q(t)）之一輸出；該控制器包含一功率放大器，其被配置在該控制器與該轉換器之間，且被配置以藉由一時間變化放大器增益（G _v (t)）放大該控制輸出訊號（w(t)）及產生該轉換器之該放大控制輸出訊號（u(t)）；以及該控制器包含一補償放大器，其藉由以一控制增益（G _w ）調整該控制訊號（q(t)）而產生該控制輸出訊號（w(t)），其中該補償放大器被配置以補償該時間變化放大器增益（G _v (t)）的變化，以於該轉換元件的輸出與該轉換器的輸入之間確保一固定整體增益。
12. 如申請專利範圍第11項所述之裝置，其特徵在於：該偵測器具有一輸入，其被供以來自該控制器的該輸出之該控制輸出訊號（w(t)），其中該偵測器被配置以決定該放大器增益（G _v (t)）；以及該控制器或偵測器包含一增益控制器，其具有被供以該放大器增益（G _v (t)）之一輸入、以及產生該控制增益（G _w ）之一控制輸出，該控制增益（G _w ）與該放大器增益（G _v (t)）反相。
13. 如前述申請專利範圍中任一項所述之裝置，其特徵在於：該控制器或偵測器包含一功率估算器，其具有產生描述供應至該轉換器的瞬時電力輸入功率（P _e ’(t) ）的一輸出；該控制器或偵測器包含一阻抗預測器，其中該阻抗預測器被配置以根據該輸入功率而產生直流阻抗（dc-resistance）之一預測值（R _e,p(t) ）與提供於該參數向量（P[n]）中之該直流阻抗（R _e ）的一更新估算值，該輸入功率是來自該功率估算器的該輸出，其中該直流阻抗是用於模型化該轉換器的該電力輸入阻抗；該控制器包含一比較器，其中該比較器被配置以藉由比較該預測值（R _e,p(t) ）與一可允許限制值（R _lim ）而產生一控制訊號（C _t (t)）；以及該控制器包含一轉換元件，其根據該輸入訊號（z(t)）與該控制訊號（C _t (t)）而產生該控制輸出訊號（w(t)），其中當該預測值（R _e,p(t) ）超過該可允許限制值（R _lim ）時，該控制訊號（C _t (t)）使該控制輸出訊號（w(t)）的振輻衰減，並避免該轉換器的一熱過載。
14. 如申請專利範圍第13項所述之裝置，其特徵在於：該控制器或偵測器包含一積分器，被供以來自該阻抗預測器之輸出的該預測值（R _e,p(t) ），並產生一瞬時直流阻抗（R _e,i(t) ），其中該積分器具有對應於該轉換器的熱時間常數之一時間常數。
15. 如前述申請專利範圍中任一項所述之裝置，其特徵在於：該控制器包含下列中至少其中之一：一模型裝置，其被配置以基於下列而產生該轉換器的一機械振動元件之瞬時位置資訊（x’+x _off ）：-    該輸入訊號（z(t)）或該控制輸出訊號（w(t)），-    該參數向量（P[n]），-    該時間變化特性向量（S ^*(t)）；一微分器，其被供以該機械振動元件的該位置資訊，並根據所提供的位置資訊而產生該機械振動元件的一速度資訊與一高階導數資訊；一預測器，其具有一輸出，該輸出根據該機械振動元件的該即時位置資訊產生該機械振動元件的位置之一預測峰值（x _peak (t)）；一比較器，其根據來自該預測器的輸出之該預測峰值（x _peak (t)）而產生一控制訊號（C _x (t)），其中當該預測峰值（x _peak (t)）超過一可允許臨界值（x _lim ）時，該控制訊號（C _x (t)）指示該轉換器的一預期機械過載；以及一轉換元件，其被供以該輸入訊號（z(t)）與該控制訊號（C _x (t)），並且根據該輸入訊號（z(t)）與該控制訊號（C _x (t)）而產生該控制輸出訊號（w(t)），其中該控制訊號（C _x (t)）被配置以改變該轉換元件的轉換行為以及使該控制輸出訊號（w(t)）中的訊號分量衰減，以避免該轉換器的一機械過載。
16. 如申請專利範圍第15項所述之裝置，其特徵在於：該預測器包含一相位偵測器，其被配置以將該機械振動元件的動作分段為一系列移動相位，其中該系列移動相位中的至少一個相位是描述該機械振動元件的加速度，以及該系列移動相位中的至少一個其他相位是描述該機械振動元件的減速度；以及該預測器被配置以藉由使用一非線性模型而產生一預測峰值（x _peak (t)），該非線性模型考慮該系列移動相位中的每一個相位的特性。
17. 一種用於將一電輸入訊號（z(t)）轉換為一機械或聲音輸出訊號（p(t)）的方法，該方法包括：提供用於接收一輸入訊號（z(t)）之一輸入與用於輸出一機械及/或聲音輸出訊號（p(t)）之一轉換器；提供一初始參數向量（P[n]）與一初始時間變化特性向量（S*(t)）；根據所接收之輸入訊號（z(t)）、該參數向量（P[n]）以及該時間變化特性向量（S*(t)）而產生一控制輸出訊號（w(t)）；以該控制輸出訊號（w(t)）操作該轉換器，進以：-    產生該輸入訊號（z(t)）與該輸出訊號（p(t)）之間的一預定轉換行為，及/或-    穩定化該轉換器的振動，及/或-    保護該轉換器以防止過載；產生以該控制輸出訊號（w(t)）所操作之該轉換器的狀態感測資訊；根據該轉換器的該狀態感測資訊，產生該參數向量（P[n]）之一更新，其描述當該控制輸出訊號（w(t)）提供該轉換器的持續激發時，該轉換器在此一時刻（n）的特性；以及根據該轉換器的該狀態感測資訊，永久地產生該時間變化特性向量（S* (t)）之一更新，其描述由具有任意訊號特性之該控制輸出訊號（w(t)）所激發之該轉換器的瞬時特性。
18. 如前述方法請求項中任一項所述之方法，其中所述產生該參數向量（P[n]）之一更新包括：藉由使用該參數向量（P[n]）中的至少一個參數而模型化該轉換器的該行為；產生一誤差訊號，其描述該轉換器的模型化操作的結果和該轉換器的實際操作之間的偏差；基於該控制輸出訊號（w(t)）的該瞬時特性而產生該參數向量（P[n]）中針對每一單一參數的一瞬時致動訊號（μ (t)）；以及如果該致動訊號指出該控制輸出訊號（w(t)）所致的該轉換器的持續激發，藉由最小化該誤差訊號而產生該參數之一獨特且最佳估算值。
19. 如前述方法請求項中任一項所述之方法，其中所述產生該時間變化特性向量（S*(t)）包括：藉由使用該時間變化特性向量（S*(t)）中的至少一個參數而模型化該轉換器的該行為，該時間變化特性向量（S*(t)）僅包含非由該輸入訊號（z(t)）所供應之低頻率分量；產生一誤差訊號，其描述該轉換器的模型化操作的結果和該轉換器的實際操作之間的偏差；藉由最小化該誤差訊號而永久地產生該時間變化特性向量中的該參數的一最佳估算值。
20. 如前述方法請求項中任一項所述之方法，其中所述產生一瞬時致動訊號包括：為該參數向量（P[n]）中的每一個參數產生一梯度訊號，其中該梯度訊號為該誤差訊號對於該參數的部分導數；產生一相關矩陣，其包含由該致動訊號所致動之參數的兩梯度訊號間的至少一相關值；決定該相關矩陣的秩；評估該參數向量中的每一個參數的時間變異性；以及產生一致動訊號，其於該相關矩陣具有完整秩時致動該相關矩陣中所考量的每一個參數的更新，並於該相關矩陣具有一秩損失時停止該參數向量中具有最低時間變異性的一參數之更新。
21. 如前述方法請求項中任一項所述之方法，其中所述產生一控制輸出訊號（w(t)）包括：產生一時間變化參數，其描述該轉換器的一機械振動元件的偏移量（x _off (t)）；根據該時間變化特性向量（S*(t)）中所提供的該偏移量產生一補償訊號（z _off (t)）；藉由將該補償訊號加至該輸入訊號（z(t)）而產生一總和訊號（a(t)）；根據該總和訊號產生該控制輸出訊號（w(t)）。
22. 如申請專利範圍第6項或第21項所述之裝置或方法，其特徵在於：該轉換器是於一密閉殼體中運作之一揚聲器，其具有一小漏洞以補償靜態大氣壓力的變化；其中該殼體的體積及/或該漏洞的大小被配置以定義一時間常數，該時間常數大於產生該偏移量（x _off (t)）與該補償訊號（z _off (t)）所需之週期。
23. 如前述方法請求項中任一項所述之方法，其中所述產生一控制輸出訊號（w(t)）包含：提供一補償訊號（y ₌ ）；根據該輸入訊號（z(t)）與該補償訊號（y ₌ ）產生一補償輸入訊號（y(t)）；根據該補償輸入訊號（y(t)）產生該控制輸出訊號（w(t)）；藉由使該控制輸出訊號（w(t)）中的訊號分量衰減至低於一截止頻率而產生一高通過濾控制訊號（u(t)）；對該轉換器的終端供應該高通過濾控制訊號（u(t)）。
24. 如申請專利範圍第23項所述之方法，其中所述產生一補償輸入訊號（y(t)）包括：藉由該控制輸出訊號（w(t)）的低通濾波產生一補償訊號（y ₌ ）；以及藉由從該輸入訊號（z(t)）中減去該補償訊號（y ₌ ）而產生該補償訊號（y(t)）。
25. 如前述方法請求項中任一項所述之方法，其中所述產生一控制輸出訊號（w(t)）包括：檢查該參數向量（P[n]）的參數的有效性；當該參數向量中的至少一個參數無效時減少一控制增益（G _w ）；若該參數向量（P[n]）的該更新未指示該轉換器的過載，增加該控制增益（G _w ）；藉由該輸入訊號（z(t)）的線性或非線性處理而產生一處理訊號（q(t)）；以及藉由以該控制增益（G _w ）調整該處理訊號（q(t)），而產生該控制輸出訊號（w(t)）。
26. 如前述方法請求項中任一項所述之方法，其中所述產生一控制輸出訊號（w(t)）包括：藉由使用該轉換器的該感測狀態與該控制輸出訊號（w(t)），辨識一功率放大器的瞬時增益（G _v (t)），由該功率放大器將該控制輸出訊號（w(t)）轉換為一放大控制輸出訊號（u(t)），該放大控制輸出訊號（u(t)）接著被供應至該轉換器；藉由使用該瞬時增益（G _v (t)）而產生一控制增益（G _w ），以補償該瞬時增益（G _v (t)）的變化並產生該控制輸出訊號（w(t)）與該放大控制輸出訊號（u(t)）之間的一固定轉換函數；根據該輸入訊號（z(t)）產生一處理訊號（q(t)）；以及藉由以所產生之控制增益（G _w ）調整該處理訊號（q(t)）而產生該控制輸出訊號（w(t)）。
27. 如前述方法請求項中任一項所述之方法，其中所述產生一瞬時致動訊號（μ (t)）包括：針對參數向量（P[n]）中的每一個參數產生一重要性數值，其中該重要性數值描述該對應參數對該轉換器的模型化之貢獻；以及若一參數的該重要性數值低於一預定臨界值，則停止該參數的估算。
28. 如申請專利範圍第27項所述之方法，其中所述產生一重要性數值包括：產生一總成本函數（C），其描述當該參數向量（P[n]）中所有參數都使用於模型化時該轉換器的模型化結果與行為之間的偏差；產生一部分成本函數，其描述當設定一參數為零且使用該參數向量（P[n]）中所有剩餘參數時該轉換器的模型化結果與行為之間的偏差；以及藉由使用該部分成本函數與該總成本函數（C）而產生該重要性數值。
29. 如申請專利範圍第27項或第28項所述之方法，其中所述產生一重要性數值包括：為該參數向量（P[n]）中的至少其中一個參數產生一梯度訊號，其中該梯度訊號為該誤差訊號對於該對應參數的部分導數；計算平方之梯度訊號的一預期值；以及藉由使用該平方之梯度訊號的該預期值與該參數，產生該重要性數值。
30. 如前述方法請求項中任一項所述之方法，其中所述產生一控制輸出訊號（w(t)）包括：根據該控制輸出訊號（w(t)）或該轉換器的狀態感測資訊，產生供應至該轉換器之該瞬時電力輸入功率（P _e ’(t) ）的一數值；根據該轉換器的感測狀態更新一阻抗參數（R _e ），其描述在該轉換器的電力終端處之時間變化直流阻抗，以考量變化的環境條件的影響；藉由使用該瞬時電力輸入功率（P _e ’(t) ）與該參數向量（P[n]）中的該阻抗參數（R _e ），估算該時間變化直流阻抗的一預測值（R _e,p(t) ）；比較該預測值（R _e,p(t) ）與一預定限制值（R _lim ），並產生指示該轉換器的一預期熱過載的一控制訊號（C _t (t)）；藉由使用該控制訊號（C _t (t)），從該控制輸入訊號（z(t)）產生該控制輸出訊號（w(t)），以在時間上減少該控制輸出訊號（w(t)）的振輻並避免一熱過載。
31. 如申請專利範圍第30項所述之方法，其中所述產生一控制輸出訊號（w(t)）包括：藉由以對應於該轉換器的該熱時間常數之一時間常數對該預測值（R _e,p(t) ）進行積分，而產生一瞬時值（R _e,i(t) ）；藉由補償該瞬時直流阻抗（R _e,i(t) ）的時間變化，而產生該輸入訊號（z(t)）與該轉換器的該輸出訊號（p(t)）之間的一預定轉換行為。
32. 如前述方法請求項中任一項所述之方法，其中所述產生一控制輸出訊號（w(t)）包括：根據該參數向量（P[n]）與該時間變化特性向量S*(t)，估算該轉換器的該機械振動元件的位置（x’+x _off ）之一預測峰值（x _peak (t)）；藉由比較該預測峰值（x _peak (t)）與一可允許限制值（x _lim ），而產生預期該轉換器的一機械過載之一控制訊號（C _x (t)）；以及藉由使用該控制訊號（C _x (t)）而使該控制輸入訊號（z(t)）中的低頻率分量衰減，以避免一機械過載並使該轉換器的該機械振動元件的該位置（x’+x _off ）保持低於該可允許限制值。
33. 如申請專利範圍第32項所述之方法，其中所述估算一預測峰值（x _peak (t)）包括：產生該時間變化特性向量（S*(t)）中之一瞬時參數（x _off (t)），其描述該轉換器的該機械振動元件的該偏移量；藉由使用該輸入訊號（z(t)）、該參數向量（P[n]）以及該時間變化特性向量S*(t)，產生該轉換器的該機械振動元件的該瞬時位置資訊（x’+x _off ）；產生該轉換器的該機械振動元件的速度資訊、以及該位置資訊（x’+x _off ）的一高階導數資訊；將該機械振動元件的動作分為多個相位，其中所述多個相位中的至少一個相位是描述該機械振動元件的加速度，且所述多個相位中的至少一個另一相位是描述該機械振動元件的減速度；以及藉由使用考量每一相位之特性的一非線性模型來估算該預測峰值（x _peak (t)）。