具有运动控制的换能器的制造方法
【专利摘要】一种音频系统包括：电-声换能器(1)，具有从驱动电路(14)接收在音频频率范围内的音频信号(AS)的换能器连接(12，13)；以及测量装置(11)，用于测量电-声换能器(1)的振动膜(3)的偏移，其中传感器信号源(16)在换能器连接(12，13)处提供传感器信号源(SS)，所述传感器信号具有超出音频频率范围并且在电-声换能器的谐振频率范围内的传感器频率，并且测量装置(11)包括用于感测由于音频信号(AS)导致的振动膜(3)的偏移所引起的针对换能器连接(12，13)处传感器信号(SS)的电-声换能器(1)的阻抗变化。
【专利说明】具有运动控制的换能器
【技术领域】
[0001]本发明通常涉及一种音频系统，所述音频系统包括:具有换能器连接的电-声换能器，用于从驱动电路接收所考虑的音频频率范围中的音频信号；以及测量装置，用于测量电-声换能器的振动膜的偏移。
[0002]本发明还涉及一种用于测量电-声换能器的振动膜的偏移的方法。
【背景技术】
[0003]这样的音频系统例如用在移动电话中，针对移动电话的设备所考虑的音频通常是1Hz到20kHz。在这种移动应用中，组件的大小总是很重要的。这对于像麦克风和扬声器这种电-声换能器始终如此。后者处于不利地位，因为响度直接涉及扬声器内的移动空气量。仅当扬声器的全部部件被优化设计后，才能共同实现较高的声音等级需求以及较小的尺寸需求。
[0004]为了实现高声音等级要求，需要最大化移动空气量，并且需要最小化整个扬声器的底部空间。这导致振动膜的高偏移量，该振动膜的高偏移量导致对线性扬声器模型的降低的适配性。
[0005]基本以线性方式为扬声器建模的常用方法包括图1中所示的三部分:
[0006].电气模型(包括电阻器R_durtOT和音圈电感ZMil)
[0007].机械模型(包括移动的振动膜和音圈的质量Mms，弹簧Cms以及衰减组件)
[0008].声学模型(包括声质量Ma,声顺Ca以及声阻Ra)
[0009]如果参数已知，该模型可以用于预测扬声器的行为。为了从扬声器中获得最大的声功率，所有部件需要适应热和机械压力。需要考虑由于驱动电路所导致的音圈温度和受振动膜设计限制或者更严重地受盆架(basket)或磁系统限制的偏移。可以考虑电气、机械以及声学模型，估计主扬声器谐振频率。
[0010]在机械尺寸方面的扩展、生产过程等降低了扬声器的理论功率限制。为了扩大这种限制，过去发展了两种基本概念:
[0011]通过附加传感音圈的振动膜运动控制
[0012]如在专利US4，327，250中描述的那样，除音圈外，还将传感音圈安装在移动振动膜上，并且传感音圈提供关于振动膜速度的信息。该信息用在驱动电路中调整音频信号并限制振动膜的偏移。为了不仅跟踪速度，还跟踪振动膜的绝对位置，可以使用电容器原理获得振动膜的相对位置。
[0013]通过对运动建模的运动控制
[0014]这种方法复杂得多，因为它将线性或甚至非线性的模型适配于音圈电流和电压的在线测量中。该模型基于诸如磁通量B乘以音圈线的长度、音圈的已知质量以及静态电阻之类的静态参数。基于这些模型参数以及电流和电压的测量值，可以计算并因此控制偏移估计。
[0015]这两种基本概念的缺点
[0016]如专利US4，327，250中描述的，真实动作控制要求附加的传感机制(如，传感音圈和一个或两个附加的传感器换能器连接)以及除换能器连接外的该机制的布线，但是对于在包括应用了扬声器的声音情况的整个换能器链中的任何扩展是鲁棒的。
[0017]建模方式避免了扬声器的附加换能器连接，但是需要大量的数字信号处理能力并且结果仅与模型反映“真实世界” 一样鲁棒。
【发明内容】
[0018]本发明的目的在于提供音频系统和针对这样的音频系统的测量装置，具有电-声换能器的设备，以及测量电-声换能器振动膜的偏移的方法，用于避免已知基本概念的缺点。
[0019]所述目的是采用音频系统实现的，所述音频系统还包括:传感器信号源，用于在换能器连接处提供传感器信号，所述传感器信号具有超出所考虑的音频频率范围并且在电-声换能器的电气域谐振频率范围内的传感器频率；并且所述测量装置包括传感器电路，用于感测由于音频信号导致的振动膜的偏移所引起的针对换能器连接处传感器信号的电-声换能器的阻抗变化。
[0020]所述目的还通过执行以下步骤的方法实现:
[0021]在连接到电-声换能器的音圈的两个换能器连接处，应用具有超出所考虑的音频频率范围的扫频信号，以测量电-声换能器的电气域谐振频率。
[0022]以在电-声换能器所测量的电气域谐振频率之下或之上的频率偏移设置传感器信号的传感器频率；或者将传感器信号的传感器频率设置在电-声换能器所测量的电气域谐振频率上。
[0023]感测由于音圈处的音频信号导致的振动膜的偏移所引起的针对换能器连接处传感器信号的电-声换能器的阻抗变化。
[0024]这提供的好处是:不需要额外的换能器连接或者附加的传感音圈或者高数字信号处理能力，同时测量装置所感测的振动膜的偏移是在特定电-声换能器上鲁棒测量的结果。电-声换能器的几个参数可能由于在材料上或生产中的微小差异或由于随时间变化而不同。这种偏移测量使能调整音频信号的DC分量和其它参数，以使能特定电-声换能器的优化使用。
[0025]本发明的这些以及其他方面从下面描述的实施例中变得显而易见，并将参照下面描述的实施例进行阐述。本领域技术人员将理解，可以组合各个实施例。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1示出了扬声器建模的常用方法。
[0027]图2示出了扬声器的主要部件。
[0028]图3示出了根据本发明第一实施例的具有用于测量振动膜偏移的测量装置的音频系统。
[0029]图4示出了针对扫频信号以及超出所考虑的音频频率范围的传感器信号的电-声换能器的阻抗曲线。
[0030]图5不出了振动膜的偏移与电压偏移信号的相关性。
[0031]图6示出了根据本发明第二实施例的具有用于测量振动膜偏移的测量装置的音频系统。
【具体实施方式】
[0032]图2示出了作为音频系统2的一部分的电-声换能器或扬声器I的主要部件。所述扬声器I包括具有连接音圈4的振动膜3。所述振动膜3还经由悬架6连接到扬声器I的底板5。扬声器I还包括装在容器或壳体8中的磁体7。音圈4伸入磁体7与壳体8之间的气隙9。
[0033]图3示出了根据本发明第一实施例的音频系统2的电路图，具有用于提供音频信号AS的驱动电路10和用于测量并且进而控制振动膜3的偏移的测量装置11。驱动电路10包括音频信号源14，所述音频信号源14具有电阻15并向扬声器I的两个换能器连接12和13提供音频信号AS。如果驱动电路10经由两个换能器连接12和13向音圈4提供通常为20Hz到20kHz的所考虑的音频信号范围内的音频信号AS，那么音圈4在气隙9内移动。结果，如图2上中下图所示，振动膜3移动到振动膜3的不同偏移E1、E2和E3。
[0034]需要指出，所考虑的音频信号范围取决于所使用的扬声器、以及容纳扬声器的特定设备所用于的应用。存在这样的应用，其中只有例如20Hz到10Hz或5kHz到20kHz的音频信号范围可以被认为与传输相关声音信息相关。
[0035]图3不出更加详尽的扬声器I的电气域的电气模型，其中音圈4的导线被建模为电感器、电阻器和电容的组合。扬声器阻抗Zu的幅度显示由简化公式描述的特性形状，其中已经应用了串联连接&和L的变换(来源:维基百科)
[0036]
【权利要求】
1.一种音频系统，包括:电-声换能器，具有从驱动电路接收所考虑的音频频率范围内的音频信号的换能器连接；以及测量装置，用于测量电-声换能器的振动膜的偏移，其特征在于:所述音频系统还包括传感器信号源，用于在换能器连接处提供具有超出所考虑的音频频率范围并且在电-声换能器的电气域谐振频率范围内的一个或多个传感器频率的传感器信号；以及所述测量装置包括传感器电路，用于感测由于音频信号导致的振动膜的偏移所引起的针对换能器连接处传感器信号的电-声换能器的阻抗变化。
2.根据权利要求1所述的音频系统，其中 所述电-声换能器还包括:壳体，所述壳体容纳磁体和音圈，在磁体与壳体之间形成气隙，并且所述音圈附接伸入气隙中的振动膜；以及 所述壳体与换能器连接中的一个电连接。
3.根据前述权利要求中的任一项所述的音频系统，其中 所述传感器电路经由所述测量装置的至少一个电容器与两个换能器连接相连接，以基本阻断音频信号并令传感器信号通过；以及 所述驱动电路经由所述测量装置的至少一个电感与两个换能器连接相连接，以基本阻断传感器信号并令音频信号通过。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的音频系统，其中 所述测量装置包括传感器信号设置装置，设置用于当在换能器连接处提供所考虑的音频频率范围以上的扫频信号时，在第一步骤中测量电-声换能器的电气域谐振频率；以及设置用于在第二步骤中以在所测量的电气域谐振频率之下或之上的频率偏移设置传感器信号的传感器频率。
5.根据权利要求1到3中任一项所述的音频系统，其中 所述测量装置包括传感器信号设置装置，设置用于当在换能器连接处提供所考虑的音频频率范围以上的扫频信号时，在第一步骤中测量电-声换能器的电气域谐振频率；以及设置用于在第二步骤中将传感器信号的传感器频率设置在所测量的谐振频率上。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的音频系统，其中 所述测量装置包括:音频信号调节装置，所述音频信号调节装置设置用于基于由传感器电路感测到的振动膜的偏移，调整驱动电路处的音频信号的DC分量。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的音频系统，其中 通过解调器和低通滤波器来设置所述传感器电路，所述低通滤波器提供具有与振动膜的偏移相关的电压幅度的电压偏移信号。
8.根据权利要求1到5中的任一项所述的语音系统，其中 所述驱动电路向换能器连接提供组合的音频信号和传感器信号，和/或 所述传感器电路包括运算放大器，用于充当阻抗变换器以不影响所述电-声变换器。
9.一种测量装置，用于测量电-声换能器的振动膜的偏移，所述电-声换能器具有从驱动电路接收所考虑的音频频率范围内的音频信号的换能器连接，其特征在于: 所述测量装置包括传感器信号源，所述传感器信号源用于在换能器连接处提供具有超出所考虑的音频信号范围并且在电-声换能器的电气域谐振频率范围内的传感器频率的传感器信号；以及 所述测量装置还包括传感器电路，所述传感器电路用于感测针对换能器连接处传感器信号的电-声换能器的阻抗变化。
10.一种具有电-声换能器的设备，其特征在于，所述设备包括根据权利要求1到8中的任一项所述的音频系统。
11.一种用于测量电-声换能器的振动膜的偏移的方法，其特征在于以下步骤: 在与电-声换能器的音圈连接的两个换能器连接处，应用具有超出所考虑的音频频率范围的频率的扫频信号，以测量电-声换能器的电气域谐振频率； 以在所测量的电-声换能器的电气域谐振频率之下或之上的频率偏移设置传感器信号的传感器频率，或者将传感器信号的传感器频率设置在所测量的电-声换能器的电气域谐振频率上； 通过幅度调制来感测由于音圈处的音频信号导致的振动膜的偏移所引起的针对换能器连接处传感器信号的电-声换能器的阻抗变化。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于以下附加步骤: 将电-声换能器的主扬声器谐振频率范围内的测试信号应用于换能器连接，以测量振动膜的偏移与针对换能器连接处的幅度调制传感器信号的电-声换能器阻抗变化的相关性。
13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于以下附加步骤: 将电-声换能器的主扬声器谐振频率范围内的测试信号应用于换能器连接处，以测量所应用的测试信号与针对换能器连接处的传感器信号的电-声换能器阻抗变化的相关性。
14.根据权利要求10到13中的任一项所述的方法，其特征在于以下附加步骤: 连续地、或周期性地、或在包括电-声换能器的设备每一次上电时、或在电-声换能器的生产过程中、或在所述设备的生产过程中，感测由于音圈处的音频信号导致的振动膜的偏移所引起的针对换能器连接处传感器信号的电-声换能器的阻抗变化；并调整音频信号的DC分量或对特定频带的音频信号进行滤波，以减小电-声换能器的失真。
【文档编号】H04R3/00GK104170404SQ201380012537
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2013年3月1日 优先权日:2012年3月5日
【发明者】弗雷德里希·瑞宁 申请人:楼氏国际采购中心（马来西亚）私人有限公司