使用低阶非线性模型来控制电动扬声器驱动器制造技术

扬声器系统包括被配置为基于驱动器电压输入引起扬声器锥体位移的扬声器驱动器。控制器被配置为将扬声器电压输入生成到扬声器驱动器。该控制器包括：前馈控制路径，被配置为基于扬声器驱动器的电声动力学的非线性模型和输入音频信号来生成额定电压输入。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用低阶非线性模型来控制电动扬声器驱动器
本申请要求享有于2015年12月28日提交的序列号为62/271,590的美国临时专利申请的优先权，其整体通过引用并入本文。一个或多个实施例一般涉及扬声器的线性化，并且具体地，涉及基于对锥体运动的非线性控制的扬声器的线性化。
技术介绍
扬声器被设计为非线性的，并产生谐波、互调分量和调制噪声。非线性失真损害音乐质量和语音清晰度。
技术实现思路
技术问题工业设计限制要求更小的扬声器系统，而不牺牲声音输出水平和质量。这导致更高的失真。传统的非线性受控扬声器的方法是通过生成适当的驱动电压来减少失真的影响。这种方法是一种积极的方法，意味着系统使用能量来减少失真。技术方案一个或多个实施例涉及基于对锥体运动的非线性控制的扬声器的线性化。在一些实施例中，扬声器系统包括被配置为基于驱动器电压输入引起扬声器锥体位移的扬声器驱动器。控制器被配置为将驱动器电压输入生成到扬声器驱动器。该控制器包括：前馈控制路径，被配置为基于扬声器驱动器的电声动力学的非线性模型和输入音频信号来生成额定电压输入。在一些实施例中，一种包括程序的非暂时性处理器可读介质，该程序在由处理器执行时执行包括以下的方法：将驱动器电压输入生成到扬声器驱动器。生成驱动器电压输入包括基于扬声器驱动器的电声动力学的非线性模型和输入音频信号来生成额定电压输入。扬声器锥体位移是基于驱动器电压输入引起的。在一些实施例中，一种方法包括将驱动器电压输入生成到扬声器驱动器。生成驱动器电压输入包括基于扬声器驱动器的电声动力学的非线性模型和输入音频信号来生成额定电压输入。扬声器锥体位移是由驱动器电压输入引起的。参考以下描述、所附权利要求书、和附图，将理解一个或多个实施例的这些和其他特征、方面、和优点。有益效果根据一个或多个示例性实施例的扬声器系统可以有效地在非线性失真和功耗方面实现良好的性能。附图说明图1示出了没有短路环的示例传感器；图2示出了图1的包括短路环的示例传感器；图3示出了根据一些实施例的扬声器系统的组件的框图；图4示出了根据一些实施例的低音扩展的示例曲线图；图5示出了没有抗失真的扬声器系统的响应的示例曲线图；图6示出了根据一些实施例的使用抗失真的扬声器系统的响应的示例曲线图；以及图7示出了根据一些实施例的基于对锥体运动的非线性控制的扬声器的线性化的过程的框图。具体实施方式下面的描述是为了示出一个或多个实施例的一般原理的目的而做出的，并不意味着限制本文要求保护的专利技术构思。进一步，本文描述的特定特征可以与各种可能的组合和置换中的每一种中的其他描述的特征组合使用。除非本文另外具体定义，否则将给予所有术语其最宽泛的可能解释，包括从说明书暗示的含义以及本领域技术人员理解和/或如在词典、论文等中定义的含义。一个或多个实施例提供基于对锥体运动的非线性控制的扬声器的线性化。在一些实施例中，扬声器系统包括被配置为基于驱动器电压输入引起扬声器锥体位移的扬声器驱动器。控制器被配置为将驱动器电压输入生成到扬声器驱动器。该控制器包括：前馈控制路径，被配置为基于扬声器驱动器的电声动力学的非线性模型和输入音频信号来生成额定电压输入。在一个或多个实施例中，扬声器(或扬声器驱动器)的线性化通过对扬声器锥体运动的非线性控制来实现。在每个时刻，一些实施例计算输入电压值，该输入电压值产生锥体的膜的目标位移并且因此产生预期的声波。一些实施例的操作可以包括：从(例如，根据声音流、声音数据文件等确定的)期望的声压导出目标锥体位移；使用电声系统的模型(例如，驱动器加外壳)来计算额定电压(前馈控制)以获得目标位移；监测消耗的电流以估计实际的锥体位移；和/或目标锥体位移和实际(有效)锥体位移的估计值之间的差用于确定校正电压，该校正电压被加到前馈控制电压上。该校正电压补偿了模型不准确性(例如，扬声器系统样本的变化，诸如制造分散(dispersion))、和漂移(例如，驱动器发热)、感测误差、扬声器系统上的外源干扰(例如，振动、致动器噪声等)、非零初始状态等。在一些实施例中，具有优化特性的扬声器/声音驱动器被用于简化实时计算和数字控制，并且包括其中x是锥体位移的平滑力因子Bl(x)、平滑机械刚度K(x)、和恒定音圈电感(在机械限制内的锥体位移的有用范围内)。一些实施例具有超过控制电压的传统的扬声器系统的特征，其消除了对分离的电流和电压源的需要，整体上更简单的系统设计，在非线性失真和功耗方面更好的性能，有效地补偿失真并且锥体位移控制保护扬声器免受过度的位移和过热。创建更小尺寸的扬声器系统会导致更高的失真。本文描述的一个或多个实施例可以充当抗失真系统以实现小型扬声器系统。在一些实施例中，扬声器系统包括执行包括音圈并且具有相对于锥体位移恒定的电感的扬声器(或驱动器)的线性化的控制系统。一些实施例采用可以包括基于平坦(flatness)的方法、输出和/或状态反馈线性化、基于沃尔特拉模型的非线性补偿器、镜像滤波器等的线性化过程。在一些实施例中，线性化例如通过对驱动器的锥体运动的非线性控制来实现。在每个时刻，控制系统计算产生锥体的目标位移并且因此产生预期的声波的输入电压值。图1示出了没有短路环的示例传感器100。常规扬声器系统或驱动器可以包括非线性控制系统、驱动器、和换能器(transducer)(电流传感器)。换能器100包括膜片110、顶板(例如，钢板)120、磁体130、底板(例如，钢板)140、和音圈150。传统的非线性控制器接收音频输入并为驱动器扬声器(这里，驱动器和换能器可以被称为“扬声器”)生成驱动器电压。所施加的驱动器电压使得换能器100的音圈150移动包括产生声音的膜片110的扬声器锥体。驱动器电压和音圈的移动导致流过驱动器的一定水平的电流。电流被感测并提供给非线性控制器作为反馈。感测到的电流反馈用于准确地致动换能器传感器并减少扬声器失真的影响。失真是由扬声器的物理设计引起，并产生谐波、互调分量、和调制噪声。失真会对声音的质量产生负面影响，并且具体地，会限制扬声器可以实现的低音的质量。尽管所有扬声器都具有一定水平的失真，但某些设计考虑(诸如尺寸)可能倾向于增加失真的量。例如，工业设计约束要求更小的扬声器系统，其可以增加失真的量，而不会牺牲声音输出水平和质量。扬声器失真可以由影响驱动器和换能器的动力学的多个因素引起，其在下面结合图3描述。一个失真源来自音圈150的电感的非线性。当音圈150改变位置时，它可以具有不同的电感。这种类型的非线性可以被称为音圈150的位置电感。所有其他失真可以被称为二次失真，其中术语二次不表示重要性或强度，并且仅仅是非线性/失真与位置电感不同的指定。常规的非线性受控扬声器(诸如传感器100)的方法是以抵消失真的有害成份的方式通过生成致动驱动器和传感器100的适当的驱动器电压来减少失真的影响。换句话说，换能器中的非线性在扬声器的输入处由所生成的驱动器电压处理，以在扬声器输出处减少失真。这可以通过在非线性控制器中包括非线性的模型并使用模型(或模型的逆)来确定将生成期望的输出的到模型的输入来实现。换能器100可以包括常规的非线性控制器，该常规的非线性控制器包括位置电感补偿器和二次失真补偿器，该位置电感补偿器和二次失真补偿器包括位置电感非线性的模型和二次本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种扬声器系统包括：扬声器驱动器，被配置为基于驱动器电压输入引起扬声器锥体位移；以及控制器，被配置为将驱动器电压输入生成到扬声器驱动器，所述控制器包括：前馈控制路径，被配置为基于扬声器驱动器的电声动力学的非线性模型和输入音频信号来生成额定电压输入。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.12.28 US 62/271,5901.一种扬声器系统包括：扬声器驱动器，被配置为基于驱动器电压输入引起扬声器锥体位移；以及控制器，被配置为将驱动器电压输入生成到扬声器驱动器，所述控制器包括：前馈控制路径，被配置为基于扬声器驱动器的电声动力学的非线性模型和输入音频信号来生成额定电压输入。2.根据权利要求1所述的扬声器系统，所述控制器进一步包括被配置为调节所述驱动器电压输入的反馈控制路径。3.根据权利要求2所述的扬声器系统，其中所述反馈控制路径被配置为通过基于目标电流和测量的由扬声器驱动器消耗的电流的比较而生成校正电压来调节所述驱动器电压输入，其中，所述驱动器电压输入是额定电压输入和校正电压的总和。4.根据权利要求1所述的扬声器系统，其中，所述控制器进一步包括轨迹规划块，被配置为：基于输入音频信号生成目标锥体位移；以及基于目标锥体位移确定目标电流。5.根据权利要求4所述的扬声器系统，其中所述前馈控制路径被进一步配置为使用所述目标锥体位移和所述目标电流将额定电压输入生成到扬声器驱动器。6.根据权利要求5所述的扬声器系统，其中所述前馈控制路径使用平坦过程以基于所述目标位移的函数及其时间导数、所述目标电流和所述目标电流关于时间的至少一个导数来确定所述额定电压。7.根据权利要求1所述的扬声器系统，其中所述扬声器驱动器在锥体位移的操作范围内具有基本恒定的音圈电感，并且所述扬声器驱动器包括基于力因子Bl(x)、机械刚度K(x)、和恒定音圈电感简化实时计算和数字控制的特性，其中x是锥体位移。8.根据权利要求1所述的扬声器系统，其中，所述反馈控制路径基于目标电流和测量的电流之间的误差的比例项、积分项、或导数项中的至少一个来调节所述额定电压输入。9.根据权利要求1所述的扬声器系统，其中，所述反馈控制路径实施比例积分微分(PID)控制、自适应控制、状态反馈、线性二次调节器控制、线性二次高斯控制、和多变量鲁棒控制中的至少一个。10.根据权利要求1所述的扬声器系统，其中所述扬声器驱动器具有非恒定的音圈电感。11.一种包括程序的非暂时性处理器可读介质，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：P布鲁内特，A德万蒂尔，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国,KR