用于机电换能器的控制器制造技术

公开提供了一种用于机电换能器的控制器。所述控制器包括：驱动装置，其可操作以致动所述换能器的机械输出；阻抗消除装置，其可操作以至少部分地消除所述换能器的电阻抗；以及线性化装置，其位于所述控制器的输入端与所述驱动装置之间。所述线性化装置可操作以通过修改所述线性化装置的输入信号来产生输出信号，以补偿所述换能器的非线性行为。所述线性化装置可操作以接收指示出所述换能器的一个或多个状态变量的一个或多个状态信号，所述一个或多个状态信号包括指示出所述换能器的机械输出的速度的速度信号。

Controller for electromechanical transducer

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于机电换能器的控制器
本公开总体上涉及用于机电换能器的控制器。
技术介绍
电动(例如，动圈式)扬声器是机电换能器的一种示例，其中致动的线圈的运动被转移到产生声音的振膜(diaphragm)上。动圈式扬声器是很普遍的，占据了绝大多数已生产的扬声器。动圈式扬声器所基于的技术多年来并没有发生明显的改变，并且已被相关领域技术人员所熟知。通常，扬声器电机是以无源和“开环”方式工作的。也就是说，其是由不考虑扬声器的实际动态行为或声学输出的电分离式功率放大器来驱动的。然而实际上，扬声器的振膜的振动以及由此产生的声压并不一定忠实地遵循放大器的输出电压。显然，将扬声器输出的精度改善为尽可能忠实于输入是有益的。MichaelJ.Turner和DavidA.Wilson在2007年的音频工程协会会议122(AudioEngineeringSocietyConvention122，2007)的《动圈式扬声器驱动单元的负源阻抗的应用：分析与综述(Theuseofnegativesourceimpedancewithmovingcoilloudspeakerdriveunits:ananalysisandreview)》中提供了对用于从负源阻抗操作扬声器的技术的综述。
技术实现思路
本公开的各个方面在所附独立权利要求中进行了限定。附图说明现在将参照附图解释本公开的示例，附图中：图1示出了密封盒式扬声器系统的典型的低频响应；图2示出了使用均衡化来校正或改善频率响应；图3示出了利用麦克风或传感器反馈的基本运动反馈方案；图4示出了利用运动电动势(EMF)预估值的运动反馈方案；图5示出了放大器和驱动单元的简化的电气等效电路；图6示出了“速度跟随器”原理；图7a和图7b示出了使用正电流反馈来消除驱动单元或负载的电阻抗；图8示出了利用正电流反馈的通用运动反馈扬声器系统，用于音圈阻抗消除；图9示出了使用非线性预失真尝试来消除驱动单元非线性；图10示出了使用基于自适应模型的线性化来消除驱动单元的非线性；图11示出了基本的线性化的速度跟随器(velocityfollower)装置(arrangement)；图12示出了利用预定非线性校正函数G的示例性装置；图13示出了图12的装置，但具有基于“速度跟随器”装置的线性化传递函数的速度和位移预估值；图14示出了图13的装置，但具有速度和/或位移预估值，该速度和/或位移预估值包括音圈电流的测量值或预估值和/或基于用于提高的精度的观测器；图15示出了图12的装置，但具有从传感器导出的位移和/或速度的预估值；图16示出了图15的装置，但具有额外的全局控制回路，该全局控制回路通过速度的负反馈来提供进一步的线性化；图17示出了图15的装置，但具有额外的全局控制回路，该全局控制回路通过加速度的负反馈来提供进一步的线性化；图18示出了图12的简化版本，具有与电流无关的线性化函数；图19示出了图11的装置，但具有通过自优化算法所提供的电磁的线性化和/或机电的非线性化；图20示出了如本文所描述的控制装置的示意图；以及图21示出了如本文所描述的另一控制装置的示意图。贯穿于说明书和附图，相同的附图标记指代相同的部件。具体实施方式概述总体上，本公开涉及用于机电换能器的控制器。所述控制器包括：驱动装置，所述驱动装置可操作以致动所述换能器的机械输出。所述控制器还包括：阻抗消除装置，所述阻抗消除装置可操作以至少部分消除所述换能器的电阻抗。所述控制器还包括：线性化装置，所述线性化装置位于所述控制器的输入端与所述驱动装置之间。所述线性化装置可操作以通过修改所述线性化装置的输入信号来产生输出信号，以补偿所述换能器的非线性行为。所述线性化装置可操作以接收指示出所述换能器的一个或多个相应的状态变量的一个或多个状态信号。所述一个或多个状态信号包括指示出所述换能器的机械输出速度的速度信号，但额外地或可替代地，所述一个或多个状态信号可以包括其它状态信号。上下文本公开具体地涉及对电动(即动圈式或动磁式)扬声器的操作和控制的改进。然而，如本领域技术人员将明了的，本公开和所披露的示例也适用于其它类型的电动负载，例如音圈电机、致动器和振动器(shaker)。在此以后，本公开将使用术语“驱动单元”(即，围绕某种底盘进行组装的作为致动器的音圈电机和作为输出的振膜)和“动圈式扬声器”或简称为“扬声器”来表示负载，但理解的是本文所描述的构思可以很方便地应用至或适应于其它类型的电动负载，并且这些术语的使用并不旨在限制本公开的范围或适用性。类似地，尽管大多数电动负载的运动部分(例如扬声器)是所谓的“音圈”，但是在不改变本公开的基本操作和披露的示例的情况下，也可以采用移动磁类型的电机(从而负载线圈被机械地固定)。本公开具体地(但非排他地)涉及改善电动扬声器在以低频工作时的局限性。具体地，本公开解决以下问题：a)如果要在不依靠电子均衡的情况下将重放扩展到最低音频频率，则常规扬声器系统需要用到大型封装。b)相反地，如果在具有相对小的封装的扬声器系统中，通过增加低频信号的放大来寻求扩展的低频响应，则需要精确匹配的频率响应补偿，或“均衡”。c)在预计的工作频率范围内的振幅和相位响应的不均匀性，特别是在扬声器电机的机械和声学负载变化所导致的不均匀性。d)与传统密封盒，特别是通风(端口或传输线)的封装相关联的低瞬态响应。e)能够随温度、信号历史、寿命发生的以及生产样本之间的扬声器性能的显著变化，特别是由驱动单元的机械参数的不一致性(即，刚度和机械损耗，其显然很难为控制目的进行精确且一致性地建模)所导致的显著变化。这直接关系到上面的b)点。f)与大振膜偏移相关联的高非线性失真水平，所述大振膜偏移对于以低频来重放甚至是适当的高声压级来说是必要的，尤其是在实体上很小的扬声器系统中。本公开可以以不同的形式来改进以上a)至f)中的一些或所有方面，并且潜在地具有低的额外制造成本或部件成本。图1示出了被安装在密封封装中的典型的动圈式驱动单元的频率响应。这种频率响应的显著特征是，对于明显低于机械谐振频率(这里约为52Hz)的频率，由于系统动态响应的二阶性质，声学输出的速率降低至12分贝/倍频程(dB/octave)。弹性质量谐振频率fsm，以及扬声器的低截止频率是由式(1)来确定的：其中，KS是振膜及其周边和悬架以及封装内的空气的总弹性刚度，M是有效的运动质量(包括振膜的空气负载)。实现主观上良好的低音重放的一种方法是将低频响应扩展到合理的尽可能低的值。从上述式(1)中可以看出，可以用高的质量值M或低的刚度值KS来实现，或者同时使用这两者来实现。增加M将降低扬声器的中频带灵敏度—其与M的倒数成正比。因此，适当的做法是使刚度KS尽可能的低，并与足够的机械一致性和鲁棒性相称。由于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于机电换能器的控制器，所述控制器包括：/n驱动装置，其可操作以致动所述换能器的机械输出；/n阻抗消除装置，其可操作以至少部分地消除所述换能器的电阻抗；以及/n线性化装置，其位于所述控制器的输入端与所述驱动装置之间，所述线性化装置可操作以通过修改对所述线性化装置的输入信号以补偿所述换能器的非线性行为来产生输出信号，/n其中，所述线性化装置可操作以接收指示出所述换能器的一个或多个状态变量的一个或多个状态信号，所述一个或多个状态信号包括指示出所述换能器的机械输出的速度的速度信号。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170801 GB 1712391.01.一种用于机电换能器的控制器，所述控制器包括：
驱动装置，其可操作以致动所述换能器的机械输出；
阻抗消除装置，其可操作以至少部分地消除所述换能器的电阻抗；以及
线性化装置，其位于所述控制器的输入端与所述驱动装置之间，所述线性化装置可操作以通过修改对所述线性化装置的输入信号以补偿所述换能器的非线性行为来产生输出信号，
其中，所述线性化装置可操作以接收指示出所述换能器的一个或多个状态变量的一个或多个状态信号，所述一个或多个状态信号包括指示出所述换能器的机械输出的速度的速度信号。


2.根据权利要求1所述的控制器，其中，所述一个或多个状态信号还包括指示出所述换能器的机械输出位移的位移信号。


3.根据权利要求1或2所述的控制器，其中，所述一个或多个状态信号还包括指示出所述换能器中的电流的电流信号。


4.根据任一前述权利要求所述的控制器，其中，所述修改依赖于所述线性化装置的所述输入信号。


5.根据任一前述权利要求所述的控制器，其中，所述一个或多个状态信号中的至少一个状态信号是由测量值来确定的。


6.根据权利要求5所述的控制器，其中，通过反馈确定的所述一个或多个状态信号中的所述至少一个状态信号是通过利用耦合至所述换能器的传感器来确定的。


7.根据权利要求6所述的控制器，其中，所述传感器可操作以测量与所述机械输出相关联的位移、速度或加速度中的至少一个。


8.根据权利要求6至7中任一项所述的控制器，其中，基于所述传感器的测量值，将负反馈施加至所述线性化装置的输入或所述控制器的所述输入。


9.根据任一前述权利要求所述的控制器，其中，所述一个或多个状态信号中的至少一个状态信号是基于所述线性化装置的所述输入信号或所述控制器的输入信号来确定的。


10.根据权利要求9所述的控制器，其中，基于所述线性化装置的所述输入信号或所述控制器的输入信号来确定的所述一个或多个状态信号中的至少一个状态信号，是通过对所述线性化装置的所述输入信号或所述控制器的所述输入信号施加线性滤波器来确定的。


11.根据任一前述权利要求所述的控制器，其中，所述一个或多个状态信号中的至少一个状态信号是基于指示出所述换能器中的电流的电流信号来确定的。


12.根据任一前述权利要求所述的控制器，其中，所述线性化装置的所述输出信号是基于所述换能器的模型，并且其中基于所述一个或多个状态变量对所述模型进行调整。


13.根据任一前述权利要求所述的控制器，其中，所述线性化装置可操作为修改所述线性化装置的所述输入信号，以补偿所述换能器的力因数的变化。


14.根据任一前述权利要求所述的控制器，其中，所述线性化装置被布置成修改所述线性化装置的所述输入信号，以补偿所述换能器的所述机械输出的电感中的变化。


15.根据任一前述权利要求所述的控制器，还包括均衡滤波器，所述均衡滤波器位于所述控制器的所述输入端与所述换能器之间。


16.根据权利要求15所述的控制器，其中，所述均衡滤波器可操作以将所述换能器的频率响应保持在目标频率响应。<...

【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔·詹姆斯·特纳，
申请(专利权)人：迈克尔·詹姆斯·特纳，
类型：发明
国别省市：英国;GB