扬声器的动态消除蜂鸣器的制作方法

相关申请

本申请根据35u.s.c.119(e)要求享有于2018年11月15日提交的美国临时申请第62/767,953号的优先权，该申请以其整体合并于此。

本说明书总体上涉及通过在音频内容的回放期间减少或抑制扬声器发出蜂鸣来改进扬声器质量。更具体地，本说明书涉及标识导致蜂鸣的产生和放大的机械和声学共振以及限制引起这种共振的音频内容。

背景技术：

诸如智能电话和平板计算机之类的现代手持电子设备要求声音回放能力，这些能力可以满足关于声音质量的日益增长的消费者期望。但是，由于扬声器的较小尺寸(需要安装在手持式设备中)所施加的限制，使得对此类扬声器的性能实现重大改进是相当具有挑战性的。特别地，当回放的音频内容音量较大时，扬声器易于发出蜂鸣。在5-10khz的频率范围内，蜂鸣声可能具有令人讨厌的音调，这取决于扬声器的尺寸和设计。这种蜂鸣的存在显著地降低了用户对音频内容的享受程度，并且有损用户的整体体验。蜂鸣的某些原因可能源于电子电路。例如，蜂鸣可能是由于接地环路效应而引起的杂散电流导致的，在该接地环路效应中，扬声器与相同或不同电路上的另一设备共用同一接地。但是，蜂鸣的其他原因可能是扬声器的设计所固有的。于是，消除或至少减小蜂鸣可能要求标识蜂鸣的根本原因，并且以对音频内容的影响尽可能小的方式加以解决。

附图说明

根据下面给出的具体实施方式并且根据本公开的各个方面和实现方式的附图，将更充分地理解本公开的方面和实现方式，然而，不应认为将本公开限制为特定的方面或实现方式，而是仅出于解释和理解的目的而呈现。

图1描绘了根据一个实施例的示意图，该示意图示出了安装在侧面发声的扬声器箱内的扬声器以及用于实现消除蜂鸣的处理设备，该扬声器箱进而位于较大的设备(例如，智能电话)内部。

图2a示意性地示出了根据一种实现方式的在本公开中标识的蜂鸣的起源，其中音频内容(例如，音乐)引起机械颤动(箱)共振，从而导致在逐渐更高的频率处的蜂鸣谐波。

图2b示意性地示出了根据一种实现方式如何可以通过扬声器箱端口的声学共振来放大音频内容和蜂鸣谐波两者。

图2c示意性地示出了根据一种实现方式利用在箱共振频率处或在其附近的静态陷波滤波器来限制音频内容如何可以抑制由于箱共振引起的颤动并减少蜂鸣谐波。

图2d示意性地示出了根据一种实现方式如何可以利用动态陷波滤波器来实现进一步的改进，该动态陷波滤波器可以仅根据需要来抑制在箱共振频率处或在其附近的音频内容，以掩蔽端口共振频率附近存在的音频内容的蜂鸣。

图3示出了根据一个实施例的可以用于实现扬声器中的动态消除蜂鸣的处理设备的组件。

图4示出了可以用于实现扬声器中的动态消除蜂鸣的处理设备的组件的功能关系的一种具体实现方式。

图5示出了根据一个实施例的可以用于使用先前存储的校准数据来实现扬声器中的动态消除蜂鸣的过程的步骤。

图6示出了根据一个实施例的可以用于创建校准数据以供在图5的动态消除蜂鸣过程中使用的过程的步骤。

具体实施方式

现代智能电话技术利用扬声器，扬声器的小尺寸使得实现高质量的声音性能是相当具有挑战性的。特别地，在回放期间可能经常听到杂散噪声(蜂鸣或音频失真)。这种蜂鸣声是扬声器组装件中存在的各种机械共振的复杂相互作用的结果。由于相对较小的扬声器组装件箱需要产生较大的音量，因此可能很难避免这种共振。典型的智能电话扬声器设计可以包括侧面发声的扬声器箱，该扬声器箱具有开口——用于声音从箱中逸出的端口。在一些实现方式中，扬声器是被布置在具有端口的一侧的相邻侧的侧面发声的扬声器。端口可以是其长度超过其宽度的狭槽。这样的端口可以具有其自己的声学共振，当声音通过端口逸出时，该声学共振可以放大声音信号。该声学端口共振可能在这样的频率下发生：其中声音的波长与端口尺寸相当。例如，作为现代智能电话中常见的设计，可以期望长度为l≈1in的狭窄端口在这样的频率处共振：对于这些频率而言，声音的半波长适合端口的长度，即，在fp＝u/2l处，其中，u＝340m/s是声速。对于端口长度l≈1in，这提供了对端口共振频率为fp≈7khz的估计。由于扬声器箱端口的其他各种设计在不同的共振频率下都是可用的，因此应该理解该数字仅作为例示。例如，在一些实现方式中，端口的长度(或宽度)可以对应于声音的全波长、声音的一又二分之一波长、或者声音的半波长的任何整数倍。在一些实现方式中，端口可以具有非矩形形状(例如，圆形)，并且可以将(多个)端口共振确定为对应孔的声波动力学的解决方案。对于各种设计，端口共振可以在5-10khz频率范围内的任何位置，甚至在该范围之外。端口共振的存在在某些实例中可能是技术上的妨害，或在其他实现方式中是可能有利于高频音调的特征。

图1通过示例的方式示出了根据一种实现方式的包含在诸如智能电话之类的设备105中的扬声器组装件的可能的设计100。扬声器箱110可以包括容纳扬声器115的腔。端口120可以将扬声器箱110的腔与外部空间连接。端口120的设计可以使得端口具有一个或多个共振。图1中示出的具体设计被称为侧面发声的扬声器，但是多种其他设计也是可能的，例如，正面发声的扬声器、底部发声的扬声器、顶部发声的扬声器等。在一些实现方式中，扬声器可以是微型扬声器，例如，其发声膜片(圆锥体等)的周长(例如，外周长)小于5英寸(或在其他实现方式中，小于3英寸)的扬声器，例如，智能电话、平板电脑内的扬声器等。

在下文中，为了便于描述且不是通过限制的方式，将假设在频率fp处存在一个端口共振。然而，应当理解，相同的发明构思和解决方案可以应用于多端口共振的情况。

端口共振可以通过其品质因数qp来表征。端口共振可以更高效地或不那么高效地(取决于品质因数)放大扬声器115产生并通过端口120逸出的声音，例如，音乐或语音。通常，所发出的声音可能恰好包含在端口共振的宽度(半峰全宽)δfp＝fp/qp内的频率。不幸的是，端口共振不仅可以放大旨在用于回放的“好”信号(例如，音乐、语音或任何其他预期的信号)，也可以增强扬声器箱110内可能生成的任何不期望的声音。例如，扬声器115可以利用机械振动膜或膜片(图1中未示出)来产生声音，但是机械膜片还可以在低频(例如，接近1khz频率或任何其他频率)处生成杂散的蜂鸣声，这取决于振动膜的设计。蜂鸣可能是由于振动膜的缺陷或扬声器115中的振动膜的机械支撑而生成的。由于将电信号转换为声波要求扬声器115的振动膜是可移动的，因此完全消除蜂鸣是不可能的。另外地，蜂鸣可能不是直接来自振动膜，而是由扬声器组装件或设备105的任何其他组件或构件(例如，扬声器箱110)产生的。例如，蜂鸣可能源于扬声器箱110的机械颤动125；例如，源于扬声器箱110的各种组件(例如，壁)的相对运动。可替代地，颤动可能与扬声器箱110如何附接到设备105相关联。因为实际上任何机械连接都可能遭受至少一些量的颤动，扬声器组装件中的蜂鸣的来源可能有很多。端口共振可以对甚至少量的蜂鸣/颤动进行放大，并对用户的体验造成不利影响。

图1示出了在一个可能的实施例中如何可以实现本发明解决方案的基础。可以从无线电天线107获得信号(用箭头示出)。在一种实现方式中，该信号可以具有音频内容，该音频内容可以被编码为由天线接收的高频电磁信号的低频调制。可替代地，可以从存储器108读取该信号，或者通过网络连接或wi-fi连接(未明确示出)来获得该信号。在一种实现方式中，存储器108可以是云存储装置。可以将信号提供给处理设备101，在该处理设备101中可以对信号进行放大、均衡化和滤波以修改信号的频谱内容。可以以这样的方式(参见下面的讨论)来修改频谱内容：使由随后被端口120放大的机械颤动125引起的蜂鸣最小化。处理设备101可以是纯模拟的或纯数字的，或者是模拟组件和数字组件的组合。在修改信号之后，处理设备101可以将经修改的信号提供给扬声器115。

图2a示出了根据一种实现方式的蜂鸣/颤动如何可以影响声音质量的一种可能性。上方的曲线示出了音乐信号205的幅度对频率的可能依赖性。回放可以指代任何音乐、话音、语音或人耳可听见的任何其他信号，并且术语“音乐”旨在包括所有这些可能的含义。横轴指示声音的频率，并且纵轴示出了由扬声器115生成的音乐信号的声压级(spl)。spl对频率的依赖性可以被理解为信号在频率上的频谱(例如，傅立叶)展开，其中spl的值指示特定频率在总声音信号中表示的强度。可以将图2a(以及随后的图2b-2d)的频谱分布理解为在频率上的连续展开(例如，傅立叶积分)，或者可替代地理解为在频率的离散集合(例如，傅立叶级数)上的展开，其中频率分辨率的程度取决于特定实施例。频率可以以hz为单位指示；spl可以以分贝(db)为单位或某些其他单位指示。图2a(以及随后的图2b-2d)中示出的spl对频率的图应该仅被理解为定性说明，而不是针对任何特定扬声器设备测量的具体数据。音乐信号205可以在与人类听力的范围相对应的频率内具有宽的高幅度带，并且可以在低频或高频或两者处远离该范围而减小。

音乐信号205可以由扬声器115的移动组件(例如，振动膜或膜片)的电磁地引起的机械运动导致。移动组件的运动可以进一步在扬声器组装件中引起附加运动，例如，扬声器115的其他部分和/或包围扬声器115的扬声器箱110，和/或扬声器箱110与外部环境(例如，诸如容纳扬声器115的设备105之类的设备的电路板、设备外壳等)的(多个)连接。可替代地，扬声器115、扬声器箱110或设备105的其他部分中的机械运动可以由气压的调制引起，该气压的调制由在扬声器115周围的、在扬声器箱110或设备105的内部或外部的音乐信号205导致。机械运动(机械颤动125)可以在某个箱频率fb处具有与其相关联的共振(术语“箱”和下标指示共振与扬声器组装件的某些部分(例如，箱)的关系)。这种颤动/箱共振的频率可以约为1khz。然而，取决于扬声器115和/或扬声器箱110的具体实施例(例如，其组件的尺寸)，蜂鸣共振的频率fb可以与1khz有显著差异，例如，fb可以在100hz–1.5khz范围内部的任何位置或甚至超出该范围。(多个)箱共振的频率可以取决于扬声器组装件组件的尺寸和弹性属性以及这些组件彼此连接的方式。另外地，给定系统内可以存在多个颤动/箱共振，并且以复杂的方式彼此影响。由于音乐信号205可以扩展到箱共振fb中的一个或多个的频率，因此它可以——以不同程度的效率，这取决于共振的频率fb及其品质因数qb，该品质因数qb描述了共振与环境耦合的程度——引起至少一个这样的共振(参见图2a的颤动/箱共振210)。任何现实的机械振动系统中存在的非线性(非谐性)不仅会引起在fb处的主共振，而且还可以引起具有不同的(例如，更高的)频率的附加蜂鸣谐波。

下方的曲线在定性方面示出了蜂鸣谐波215的声压级，该蜂鸣谐波215由音乐信号205通过箱共振210引起，并且由于机械颤动的(多个)源的振荡中的非谐性而扩展到其他频率/谐波。音乐信号205和蜂鸣谐波215的spl的相对大小仅出于说明的目的而呈现，并且在具有不同设计、尺寸等并且在不同条件下工作的扬声器中可以非常不同。图2a的图示示出了蜂鸣谐波的最大值，该蜂鸣谐波位于大约是主蜂鸣频率fb的倍数(特别地为2fb、3fb、4fb等)的频率处。然而，在具体实现方式中，蜂鸣谐波的分布可以与图2a中示出的不同。例如，蜂鸣谐波可以来自与不同机械颤动相对应的多个主频率fb的相互作用，例如，扬声器振动膜/膜片的颤动、扬声器箱110内的扬声器115的颤动、设备(例如，电话)105内的扬声器箱110的颤动等。如图2b中通过图示的方式示出的，蜂鸣谐波215可以扩展到端口共振220的(多个)频率fp，并被该频率fp放大。图2b示出了根据一种实现方式，如何可以由端口共振放大音乐信号和蜂鸣声两者的spl。音乐信号225可以在fp处或在fp附近具有放大最大值。同样地，蜂鸣谐波235可以在fp处或在fp附近共振地增强。图2b意在突出通过端口共振进行声音放大的基本特征。在具体实施例中，信号增强的大小可以与图2b中的大小不同，其不应被理解为指代任何特定系统的测量。图2b和图2a中的垂直比例可以非常不同。特别地，图2a可以指代不存在端口共振的假设情况，例如，扬声器115直接向外部空间而不是扬声器箱110内发出声波，或者存在端口共振但其位于人类听力的频率范围以外的另一种情况。另一方面，图2b上的spl可以指代存在于扬声器实施例的扬声器箱的外部的实际声压级，其中端口共振220实际上放大了发出的声音。端口共振220的存在可以是旨在改进扬声器的声音输出和整体性能的设计特征。因此，对音乐信号225的放大可能是所期望的。不幸的是，端口共振220可以非选择性地放大存在于扬声器箱110内部并且频率等于或接近fp的所有声音，包括图2b中示出的不期望的杂散蜂鸣谐波。从扬声器的用户的角度来看，由端口共振放大的蜂鸣可以显著地影响扬声器的性能，并显著地降低用户对声音回放的享受程度。然而，利用现有技术消除蜂鸣谐波可能不是可行的。例如，常规的均衡器可能是无效的，因为其可能仅在将信号提供给扬声器之前修改该信号，而蜂鸣则是在均衡化之后在扬声器/扬声器箱内部起源的。

为了解决在端口共振频率fp处的蜂鸣(即，在没有不利地抑制音乐信号225的情况下，尽可能多地消除蜂鸣谐波235)，通过在蜂鸣的起源点、在频率fb处或在fb附近抑制蜂鸣来降低蜂鸣可能更为高效。具体地，主颤动/箱共振可以在较低的频率fb处发生并且扩展到较高的频率，例如，在蜂鸣谐波235的形式中的fp。因为对具有频率fb的主蜂鸣振荡的幅度进行抑制也将减少蜂鸣谐波235，所以首先对在fb处的机械颤动进行抑制可能是有利的。在一个实施例中，高次谐波的频率可以为主频率fb的整数频率，例如，2fb、3fb、4fb等。作为示例而非限制的方式，箱共振可以在fb≈1khz处，端口共振可以在fp≈7khz处。还可以注意到，蜂鸣谐波235响应于音乐信号225而出现，因此减小音乐信号225可以至少部分地消除蜂鸣谐波235。

根据这种理解，图2c示出了根据一种实现方式，在不影响端口频率fp处的音乐信号的大小的情况下如何可以减小在相同频率fp处的蜂鸣声。例如，可以利用陷波滤波器231对音乐信号进行滤波，该陷波滤波器231的中心频率可以在蜂鸣共振频率fb处或在fb附近。陷波滤波器(带阻滤波器、带抑制滤波器)是一种使大多数频率保持不变地通过但衰减/消除特定范围内的频率的滤波器。陷波滤波器231的抑制频带的宽度可以取决于蜂鸣共振的具体情况而变化。在一些实施例中，抑制频带的宽度可以是数百hz或更大。在一些实施例中，抑制频带的宽度可以是一个半音或更小。在其他实施例中，可以考虑到箱共振210的全宽δfb＝fb/qb来选择抑制频带的宽度，并且抑制频带的宽度可以比一个全宽更宽、大约与一个全宽相同、接近全宽的一半或者小得多。例如，可以将蜂鸣共振的全宽δfb划分为n个频率间隔δf＝δfb/n，并且配置陷波滤波器以抑制任何数量的这种间隔。在一些实施例中，可以仅抑制一个间隔δf。在其他实施例中，可以根据需要抑制若干个间隔，包括n个间隔(共振的一个全宽)或多于n个间隔。

陷波滤波器231可以在蜂鸣共振210处或在其附近修改音乐信号225，使得经滤波的音乐信号245针对接近fb的频率使spl切出(notchout)。音乐信号245可以取决于陷波滤波器的设置或参数而将抑制频带内的频率分量抑制到期望的程度。例如，在一些实施例中，这些频率分量可以仅被轻微地抑制，但是在其他实施例中，这些频率分量可以几乎被完全消除。相应地，与进行滤波之前的音乐信号225相比，在fb处或在fb附近具有较低频谱密度的音乐信号245将导致在颤动/箱频率fb处或在fb附近的机械蜂鸣/颤动减小(在某些实例中显著减小)。主蜂鸣共振减小的幅度可以导致具有更高频率(例如，2fb、3fb、4fb等)的蜂鸣谐波255显著地减少，如图2c中定性地示出的。尽管在端口共振fp处或在fp附近的谐波仍然可以由端口共振放大，但是这种放大可能不如在没有滤波时由音乐信号225产生蜂鸣谐波235的情况那样显著。因此，蜂鸣的spl可以减小到显著的程度，在某些实例中蜂鸣的spl可以减小到低于用户可以检测到的水平。

然而，扬声器在端口频率fp附近的这种改进的性能可能在接近箱共振频率fb的低频处伴随有缺点，在接近箱共振频率fb的低频处，音乐信号245大部分现在可能缺失。频谱的缺失部分可能对应于音乐回放的重要音调。例如，频率fb≈1khz接近于高c(高音c)音调。完全消除这样的音调可能不利地影响用户对回放的享受程度。

但是，在一些情况下，完全消除fb附近的频率可能甚至不是必要的。例如，如果音乐信号245的频谱内容足够强，则可以掩蔽用户主观感知到的在频率fp处或在fp附近的蜂鸣声的强度。“频谱内容”可以指代与音乐信号245的特定频率(或频率的间隔)相关联的spl，例如，音乐信号245的傅立叶谐波。例如，扬声器输出的音乐内容的声能(掩蔽能量)可能超越蜂鸣的声能。在这种情况下，用户可能无法在足够强的回放信号之上检测到蜂鸣谐波235的存在。在这种情况下，由陷波滤波器在≈fp的较高频率处提供的益处可能微不足道，并且实际上，该益处被音乐信号在≈fb的较低频率处的失真超过。这表明尽管在一些情况下始终开启的陷波滤波器(静态陷波滤波器)是有益的，但在其他情况下，这种连续滤波可能是不必要的。

在一些实施例中，动态陷波滤波器(自适应陷波滤波器)，即，取决于音乐信号的瞬时频谱内容来选择性地开启和关闭的滤波器，可以提供优秀的性能和更好的整体用户体验。例如，频谱分析器可以执行对输入到扬声器的音乐内容的分析，并且确定端口共振fp附近的音乐内容是否足够强以掩蔽由扬声器/扬声器箱产生的并由端口共振220放大的蜂鸣谐波255。在频谱分析器数据指示端口共振fp附近的音乐内容不足以掩蔽蜂鸣的那些实例中，可以开启陷波滤波器。相反，在频谱分析器数据指示端口共振fp附近的音乐内容足够强以确保用户不太可能辨别出蜂鸣谐波255的那些实例中，可以不启动陷波滤波器。

在一些实施例中，取决于音乐内容，动态滤波器可以始终处于以下两种状态中的一个：(1)完全开启状态，以及(2)完全关闭状态。在关闭状态下，不会发生频带抑制，而在开启状态下，将完全启动陷波滤波器。可以连续地监视音乐信号，并且控制器可以取决于声音内容的瞬时频谱密度来执行关于要选择动态滤波器的两个状态中的哪一个的“陷波滤波器开/关决策”。控制器可以是由设备105的处理设备执行的软件组件。可替代地，控制器可以被实现为单独的硬件组件或硬件组件和软件组件的组合。

在一些实施例中，可以不连续地执行对音乐信号的频谱分析。相反，频谱分析器可以在离散的预定时间间隔的开始处收集频谱数据，并且控制器可以直到当前时间间隔结束才执行开/关决策。这种间隔的时间长度可以从一秒的一小部分变化到至少几个音乐音调或甚至更长。时间间隔的长度可以是音乐信号的频谱内容随时间改变多快的函数。例如，频谱分析可以最初被设置为在每个时间间隔τ之后执行，其中，τ可以表示某个预定的最优时间间隔。如果频谱分析器检测到音乐信号的频谱内容随时间τ显著地变化，则可以缩短两次连续分析之间的时间间隔。相反地，如果频谱分析器检测到音乐信号的频谱内容随时间τ变化不明显，则可以延长两次连续分析之间的间隔。

在一些实施例中，陷波滤波器的强度可以取决于对音乐信号的频谱分析的结果而变化，如图2d中示出的。例如，当音乐信号265的频谱内容在fp处或在fp附近相当大，但仍不足以掩蔽蜂鸣谐波275时，可以将动态陷波滤波器设置为仅滤除在fb处或在fb附近的音乐信号的20％、40％、60％等或任何其他期望的部分，这取决于在fp处或在fp附近的音乐信号265和蜂鸣谐波275两者的频谱密度(例如，两者在fp处或在fp附近的相对强度)。为了仅在必要时修改音乐信号265，可以由控制器将动态陷波滤波器的强度设置为仅足以掩蔽蜂鸣谐波275，这意味着音频内容的掩蔽能量掩蔽了蜂鸣的声能。如在上面描述的实施例中的那样，频谱分析器可以连续地或以离散的时间间隔来执行对音乐信号的分析，当检测到音乐信号随时间显著地变化时，更频繁地重复分析，并且当检测到音乐信号更平缓地变化时，不那么频繁地重复分析。

在一些实施例中，代替改变动态滤波器的强度，可以取决于对音乐信号的频谱分析的结果来改变动态滤波器的宽度，如图2d中示出的。例如，取决于音乐信号265在fp处或在fp附近的频谱内容，可以将动态陷波滤波器设置为对颤动/箱共振的全宽δfb、半宽、四分之一宽度或在fb处或在fb附近的频率的任何一个或多个范围进行滤波。如同在动态陷波滤波器具有变化的强度的情况下一样，为了仅在必要时抑制音乐信号265，可以由控制器将动态陷波滤波器的宽度设置为仅足以掩蔽蜂鸣谐波275。在一些实施例中，动态陷波滤波器的强度和宽度两者可以响应于在fp处或在fp附近的音乐信号265和蜂鸣谐波275两者的频谱密度而变化。

图3示出了实现上面所描述的消除蜂鸣器算法的图1的处理设备301的示例性实施例。处理设备301可以能够处理电信号并且将电信号的音频内容提供给扬声器315以将音频内容转换为声音350。电信号可以表示音乐、语音、话音、电影原声、活体的声音、自然的声音或任何其他类型的音频信号。电信号可以是幅度调制的、频率调制的或相位调制的。对电信号的调制可以对应于信号所携带的音频内容。可以通过接口302获得电信号，该接口可以连接到无线电、wi-fi或任何其他类型的电磁天线或网络适配器。信号源可以是存储器108，该存储器108可能包括外部存储器(例如，作为由云服务提供的存储装置)，如针对一些实施例在图1中示出的。在其他实现方式中，该信号可以从存储器325导出，该存储器325也可以存储旨在用于回放的音频内容。在这样的实现方式中，可以在由cpu320执行的存储器读取操作时生成电信号。电信号可以是模拟或数字的。可以在将音频内容提供给动态陷波滤波器330以及随后提供给扬声器315之前，由放大器305和均衡器310处理电信号，以修改电信号的音频内容的幅度和频谱属性。另外地，频谱分析器340可以访问电信号的音频内容。频谱分析器340可以分析音频内容的幅度和频谱分布。频谱分析器340可以评估音频内容的整个频率范围，或者在一些实施例中，频谱分析器340可以仅对箱共振频率fb和端口共振频率fp的附近进行分析。前述频率的附近可以指代对应共振的全宽、半宽或全宽的任何其他要求的部分；附近也可以指代比全宽更宽的频率间隔。处理设备301的cpu320可以从存储器325取回校准数据，并且将校准数据提供给控制器335。控制器335可以确定在扬声器315上输入的音频内容是否可能在端口共振的频率fp处或在fp附近引起扬声器315(或扬声器箱110/扬声器箱与设备105的机械连接)的输出蜂鸣。例如，校准数据可以包括音频内容的频谱密度的阈值水平，在该阈值水平处箱共振频率足以在端口共振频率fp处产生扬声器的蜂鸣。在一些实施例中，控制器335结合频谱分析器340和/或cpu320然后可以确定动态陷波滤波器330的最优设置或参数，该最优设置或参数将减小在扬声器315将输入音频内容转换为由扬声器输出的声音350之后产生的蜂鸣的幅度，而没有音频内容的不必要的失真。在一种实现方式中，动态陷波滤波器330的设置或参数可以是固定的。在其他实现方式中，动态陷波滤波器330的设置或参数可以是可调整的。例如，控制器335可以对在箱共振的频率fb处或在fb附近的、由放大器305输出的音频内容的频谱密度和/或由均衡器310输出的音频内容的频谱密度进行比较，并且将其与在端口共振频率fp处或在fp附近的音频内容的频谱密度进行比较。控制器335可以取回可以包含表(或数学公式，或任何其他类型的对应关系)的校准数据，该表由在箱共振频率fb处或在fb附近的频谱内容的值索引并且示出在端口共振频率fp处或在fp附近的频谱内容的最小(阈)值，该最小(阈)值足以掩蔽当箱共振由输入到扬声器315的信号的音频内容驱动时由该箱共振引起的蜂鸣谐波。

如果在端口共振频率fp处或在fp附近的频谱内容高于校准表中的最小值，则控制器335可以根本不启动动态陷波滤波器330。然而，如果在端口共振频率fp处或在fp附近的频谱内容低于掩蔽所要求的最小值，则控制器335可以进一步处理校准数据以取回动态陷波滤波器330的最优设置或参数，例如，滤波器的强度和/或宽度。在一些实施例中，可以从校准表中取回动态陷波滤波器的最优设置或参数。在其他实施例中，可以将动态陷波滤波器330的强度和/或宽度的最优值以数学表达式的形式编码在校准数据中。控制器335可以将取回的设置提供给动态陷波滤波器330。处理设备301然后可以通过动态陷波滤波器330将具有音频内容的经修改的音频信号发送给扬声器315。在一些实现方式中，如果动态陷波滤波器的参数是固定的，则通过动态陷波滤波器发送信号可以等同于通过静态陷波滤波器发送信号。

在预定时间τ已经过去之后，控制器335可以启动频谱分析器340以再次重复对音频内容的频谱分析。在一种实现方式中，时间τ可以在存储器325中设置。考虑到音频内容的频谱密度随时间τ发生的变化，控制器335可以将新的最优设置提供给动态陷波滤波器330。控制器可以存储至少两次(例如，连续的)分析的频谱密度数据，并确定何时应执行下一次分析。例如，如上面所解释的，如果音频内容的频谱密度在多次分析中保持相对恒定，则控制器335可以调度下一次分析在大于已经过去的设定的时间间隔τ的时间之后发生。相反，如果音频内容的频谱密度在后续分析之间显著地改变，则控制器335可以调度下一次分析在小于已经经过的设定的时间间隔τ的时间间隔之后发生。

可以认识到通过图3中的图示的方式示出的处理设备301的各种实现方式。例如，一些实施例中可能不存在图3中包括的一些组件。例如，放大器305或均衡器310可以不存在，或者可替代地位于处理设备301的外部。处理设备301可以具有多个cpu320和/或存储器325设备。控制器335可以具有其自己的cpu和/或存储器(例如，高速缓存)，或者可以利用处理设备301的cpu320和/或存储器325的能力。处理设备301可以是智能电话、翻盖电话、ipad、ipod、膝上型计算机或具有音频扬声器的任何其他计算机或通信设备。

处理设备301可以是将所有或大多数组件集成在同一集成电路上的片上系统(soc)。可替代地，可以使用母板类型的架构来组装图3中示出的组件中的一些或全部组件，其中不同的设备/组件被附接到中央母板上。在一些实施例中，扬声器315可以在处理设备301的外部。在其他实施例中，扬声器315可以是处理设备301的一部分，如图3中的虚线矩形所指示的。处理设备301的组件中的一些可以组合在一起。例如，可以组合放大器305和均衡器310。在一些实现方式中，可以将控制器335和/或频谱分析器340集成到动态陷波滤波器330中。图3中示出的组件中的一些可以是模拟的，而其他组件可以是数字的。在一些实施例中，处理设备301的所有组件可以是数字的。图3中示出的组件中的一些(例如，控制器335和频谱分析器340)可以是纯软件实现的。

在上面所讨论的实施例中，频谱分析器340在音频内容被输入到扬声器315之前对其进行分析。这可能使得将在扬声器315上输入的(已知的)电信号映射(校准)到扬声器315的(预测的)声音输出(spl)上是必要的。这种校准可以在制造期间执行并且在下面更详细地讨论。在其他实施例中，频谱分析器340可以经由诸如安装在扬声器箱的端口附近的反馈麦克风之类的特殊硬件设备来接收由扬声器315输出的实际spl数据。在这样的实施例中，可能仅需要减少的量的校准。然而，在附加硬件可能是不实用的那些实例中，对扬声器输入输出的仔细校准可以显著地改进用户的体验。

图4示出了先前在图3中示出的消除蜂鸣器的不同组件之间的一种可能的功能关系400。通过示例而非限制的方式，由天线或网络适配器接收的电信号401可以在被递送到动态陷波滤波器430之前由放大器405和均衡器410进行处理并且输入到频谱分析器440。动态陷波滤波器430可以包括静态陷波滤波器431、与静态陷波滤波器431并联连接的带通滤波器433以及与带通滤波器433串联连接的控制器435。在图4中示出的实现方式中，静态陷波滤波器可以接收音频信号的第一副本，并且带通滤波器可以接收音频信号的第二副本。第一副本和第二副本可以是相同的。静态陷波滤波器可以被配置为完全消除(或几乎完全消除)在箱共振的频率fp处或在fp附近的给定频率间隔δf内的所有输入频率。带通滤波器可以被配置为仅使得相同频率间隔δf内的输入频率通过。因此，当输入到动态陷波滤波器430的信号具有在间隔δf之外的频率时，无论控制器435的状态如何，带通滤波器433都将对于输入信号完全关闭下部路径。同时，输入信号通过包含静态陷波滤波器431的上部路径没有障碍地到达扬声器415，该静态陷波滤波器431不影响间隔δf之外的频率。另一方面，当输入信号恰好在间隔δf内时，静态陷波滤波器431可以关闭上部路径。因此为了到达扬声器415，信号必须跟随下部路径。因为带通滤波器433对δf内的信号完全(或几乎完全)透明，所以可以由控制器435确定输入信号到达扬声器415的部分。在最简单的实现方式中，控制器435可以是具有可变阻抗的电路元件(例如可变电阻器、电容器或电感器，或其组合)。在一些实施例中，配置控制器435以使得阻抗的电抗部分接近于零以便不改变输入信号的相位可能是有利的。

控制器435可以与频谱分析器440通信，如上面关于图3所解释的。控制器435可以从频谱分析器440(连续地或以预定时间)获得数据。在最简单的情况下，控制器435可以接收关于在两个频率(箱共振的频率fb和端口共振的频率fp)处输入信号的音频内容的信息。控制器435然后可以从系统存储器325取回校准数据，如上面关于图3所解释的，并且确定控制器435的可变阻抗的最优值，以将在箱共振的频率fb处或在fb附近的输入信号限制到将在端口共振的频率fp处或在fp附近的(由这种输入信号引起的)蜂鸣谐波减小到刚好低于用户听力的阈值所必需的程度，该阈值是在箱共振的频率fb和端口共振的频率fp处预计的音频内容的函数。图4仅示出了基于动态陷波滤波器的消除蜂鸣器的一种可能的示例性实现方式，但是许多其他实现方式也可以通过使用上面所解释的总体发明构思来在低频处将音频内容切出来限制高频处的蜂鸣谐波。例如，控制器435可以包含具有可调整的参数的限制器。控制器435可以具有模拟组件或可以是纯数字的。在一些实施例中，控制器435可以被实现为单独的硬件组件。然而，在其他实现方式中，控制器435可以是由cpu320基于从存储器325取回的指令实现的软件，而无需任何附加的硬件组件。在一些实施例中，在将经修改的音频信号提供给扬声器415之前，可以将由静态陷波滤波器431滤波的信号以及通过带通滤波器433和控制器435发送的信号在加法器(未在图4中明确地示出)中进行相加。

图5示出了用于在可以利用图3-4中示出的系统实现的扬声器中防止放大的蜂鸣的过程500的可能的步骤。在一些实施例中，可以在不参考图3-4中示出的任何特定组件的情况下执行过程500。在步骤510处，信号(例如，电信号)可以通过无线电、wi-fi或任何其他类型的电磁接收或通过网络获得，或者在进行从存储器的读取操作时生成。该信号可以是模拟的或数字的。该信号可以具有音频内容，例如，音乐、语音、话音、电影原声或任何其他类型的音频信号。例如，信号可以是被调制为具有低频音频内容的高(射)频载波。在一些实现方式中，音频内容可以以纯数字形式被编码并且不利用任何高频载波。音频内容可以旨在由扬声器转换为声波。可以以某种其他方式对信号进行放大、滤波、处理，使得在将信号的音频内容提供给扬声器之前可以对该音频内容进行修改。

在步骤520处，可以对信号的音频内容的频谱密度进行分析。例如，可以确定在第一频率fb处或在fb附近的音频内容的频谱密度，该第一频率fb与扬声器的机械共振相关联。机械共振可以指代扬声器的任何组件(例如振动膜(膜片))或扬声器组装件的(例如，在扬声器外壳的侧面的)任何组件的任何机械运动(颤动)，或者扬声器/扬声器组装件相对于环境(例如，电话或任何其他电子设备的主体)的任何机械运动。术语在机械共振的频率处或在其附近可以指代共振的全宽、半宽或全宽的其他任何其他所期望的部分；术语“在……处或在……附近”也可以指代比全宽更宽的频率间隔。

在步骤530处，可以类似地确定在第二频率fp处或在fp附近的音频内容的频谱密度，第二频率fp与扬声器的开口(端口)的声学端口共振相关联。可以使用对音频内容的频谱(傅立叶)分析来提取频谱密度。可以使用硬件组件或者硬件组件和软件资源的组合来执行频谱分析，或者可以仅使用软件来执行频谱分析。第一机械颤动共振的频率fb和第二声学端口共振的频率fp可以是(例如，经由在制造期间执行的校准过程)先前已知的。

在步骤540处，可以取回扬声器校准数据。校准数据可以存储在存储器设备中，该存储器设备可以对托管扬声器的设备而言在本地。在一些实施例中，可以使用经由网络可访问的云服务来远程存储校准数据。校准数据可以代表对同一扬声器或同一类型的其他扬声器执行的多次测量的结果。在一些实施例中，在步骤550-560处，校准数据可以提供对如果将具有给定频谱密度的即时音频内容输入到扬声器，则扬声器的spl输出可能是什么样的估计。例如，在步骤550处，校准数据可以用于估计要由扬声器在端口共振频率fp处或在fp附近生成的即时信号的音频内容的spl。类似地，在步骤560处，校准数据可以用于估计在端口频率fp处或在fp附近的、在将未经修改的信号提供给扬声器的情况下会在扬声器箱中引起的蜂鸣谐波的spl。在步骤565处，可以执行评估以确定现有的音频内容是否足够强以掩蔽在fp处的蜂鸣/颤动。如果校准数据如此指示，则可以执行步骤570，并且可以在不对即时信号的音频内容进行任何修改的情况下将该即时信号提供给扬声器。例如，在步骤570处，动态陷波滤波器可以被绕过或不被启动(例如，滤波器可以保持在“关闭”状态)。

相反，当校准数据指示在端口共振频率fp处或在fp附近的音频内容的频谱密度太弱以至于无法掩蔽由在箱共振频率fb处或在fb附近的音频内容的频谱密度引起的蜂鸣/颤动时，可以在步骤565处做出决策来启动动态陷波滤波器。然后，动态陷波滤波器可以将在箱共振频率fb处或在fb附近的音频内容限制到足以确保在端口共振频率fp处的蜂鸣谐波不会由用户从音频回放的背景中辨别出来的程度。因此，在步骤580处，处理设备可以从校准数据中取回动态陷波滤波器在给定在箱共振频率fb和端口共振频率fp处或在fb和fp附近的即时信号的音频内容的频谱密度的情况下掩蔽该即时信号的蜂鸣所需要的设置或参数。在步骤590处，可以通过动态陷波滤波器将信号提供给扬声器，该动态陷波滤波器被配置有从校准数据获得的、根据端口共振的频率附近存在的掩蔽能量的可调整的设置或参数。

在一些实施例中，动态陷波滤波器的最优设置或参数可以是最小的，其仅足以掩蔽蜂鸣但仍然将fb处的音频内容限制得尽可能小。在其他实施例中，可以实施更激进的限制以降低音频内容的后续改变将使得限制不足的可能性。可以在预定时间τ之后重复过程500，利用考虑到音频内容的频谱密度随着时间τ已经发生的改变而重新确定的针对动态陷波滤波器的新的最优设置或参数。连续频谱分析的多个步骤520和530的频谱密度数据可以存储在存储器中，并且用于确定何时应该执行下一次分析。例如，如果音频内容的频谱密度在多次分析中保持相对恒定，则可以在大于已经过去的时间τ的时间之后调度过程500的重复。相反，如果音频内容的频谱密度在最近的多次分析中显著地改变，则可以将过程500的下一次执行设置为比已经经过的时间间隔τ之后更早地发生。

图6示出了可以在制造期间执行的校准过程600的一种可能的实施例。例如，这样的校准过程可以在扬声器被制造并组装到设备(例如，电话)中之后，但是在动态陷波滤波器的硬件和/或软件被安装到设备中之前执行。校准过程600可以在扬声器、扬声器箱/组装件的物理组件放置到位之后执行。在步骤610处，可以标识与扬声器/扬声器组装件的机械(箱)共振相关联的第一频率fb。例如，扬声器可能会受到谐波单频电信号及根据该谐波信号的频率测量的其电磁阻抗的影响。可替代地，可以替代地测量由扬声器响应于这种谐波电信号而产生的声压级。取决于扬声器/扬声器组装件的几何形状/尺寸，可以在相对低频fb≈0.1-1.5khz处标识这种箱共振，尽管也可以实现更低或更高的频率fb。在步骤620处，可以标识与扬声器箱开口的声学(端口)共振相关联的第二频率fp。取决于端口和扬声器/扬声器组装件的几何形状，可以在基本上为大约几khz的较高频率处标识端口共振fp，尽管也可以标识例如针对较小端口的大约为10khz或甚至更高的较高频率fp。

在步骤630处，可以准备测试/校准信号。校准信号可以具有音频内容，该音频内容具有在箱共振的频率fb和端口共振的频率fp处或在fb和fp附近的期望的频谱密度。在一个简单的实施例中，可以仅标识两个频谱密度，而可以忽略非共振频率。在更复杂的校准过程中，可以控制在多于两个频率处的频谱密度。在一些实施例中，可以针对多个(或甚至准连续的)控制频率来控制校准信号的音频输入。在下文中，为简单起见，描述了具有两个参数(在fb和fp处的频谱密度)的校正过程，但是多参数校准过程应被视为一种简单明了的一般化。

在步骤640处，将校准信号提供给扬声器。在步骤650处，确定在fp处的音频内容的频谱密度是否足以掩蔽由fb处的音频内容引起的蜂鸣谐波。如果检测到掩蔽是足够的，则可以将其记录在校准数据中，而不要求进一步的动态或静态切出。在某些实例中，可以通过人类操作员直接听蜂鸣来促进检测。在其他实例中，可以仅由模拟人类听力的软件或硬件或其组合来执行检测。如果在步骤650处确定发生了不充分的掩蔽，则可以在步骤660处调整动态陷波滤波器的设置或参数(例如，强度、宽度等)，并且可以限制在fb处的音频内容的频谱密度，直到不再能辨别出在fp处的蜂鸣为止。一旦已经达到令人满意的掩蔽，就可以将动态陷波滤波器的设置或参数作为校准数据连同在控制频率(例如，fb和fp)处的频谱密度一起存储在存储器中。可以将校准数据存储在由机械箱共振的频率fb处的频谱密度索引的表中。可替代地，可以将校准数据存储在由声学端口共振的频率fp处的频谱密度索引的表中。

如果确定校准过程是不完整的，则可以在步骤675做出继续校准的决策。在步骤680处，可以生成新的信号，在最简单的实施例中，该新的信号与最后一个信号(或与所有先前的信号)的不同之处在于控制频率(例如，fb和fp)处的频谱密度中的至少一个处的大小。然后可以重复步骤640、650、660和670。在一些实施例中，可以存在n≥2个控制频率，并且针对每个频率，可以准备m个不同的频谱密度(例如，线性地或对数地增加)，以用于在校准过程的进程内要使用的总共n^m个不同的校准信号。

应当理解，上面的描述旨在是说明性而非限制性的。在阅读并理解上面的描述之后，许多其他实现方式示例将对本领域技术人员而言是显而易见的。尽管本公开描述了特定示例，但是将认识到，本公开的系统和方法不限于本文所描述的示例，而是可以利用在所附权利要求的范围内的修改来实践的。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制意义的。因此，本公开的范围应参考所附权利要求，连同这些权利要求被赋予的等效物的全部范围一起来确定。

可以经由存储在机器可访问、机器可读、计算机可访问或计算机可读介质上的可由处理元件执行的指令或代码来实现上面阐述的方法、硬件、软件、固件或代码的实现方式。“存储器”包括提供(即，存储和/或发送)以诸如计算机或电子系统之类的机器可读的形式的信息的任何机制。例如，“存储器”包括随机存取存储器(ram)，例如，静态ram(sram)或动态ram(dram)；rom；磁或光学存储介质；闪速存储器设备；电存储设备；光学存储设备；声学存储设备以及适用于存储或发送以机器(例如，计算机)可读的形式的电子指令或信息的任何类型的有形机器可读介质。

贯穿本说明书中，对“一种实现方式”或“实现方式”的引用意味着结合该实现方式描述的特定特征、结构或特性被包括在本公开的至少一种实现方式中。因此，贯穿本说明书在各处出现的短语“在一种实现方式中”或“在实现方式中”不一定全都指代同一种实现方式。此外，可以在一种或多种实现方式中以任何合适的方式来组合特定特征、结构或特性。

在前述说明书中，已经参考特定示例性实现方式给出了详细描述。然而，将显而易见的是，在不脱离所附权利要求中阐述的本公开的更宽泛的精神和范围的情况下，可以对其进行各种修改和改变。因此，说明书和附图应被认为是具有说明性意义而非限制性意义。此外，实现方式、实施例和/或其他示例性语言的前述使用不一定指代相同的实现方式或相同的示例，而是可以指代不同的且有区别的实现方式以及潜在地相同的实现方式。

词语“示例”或“示例性”在本文中用于表示用作示例、实例或说明。本文中被描述为“示例”或“示例性”的任何方面或设计不一定被解释为比其他方面或设计是优选的或有利的。相反，词语“示例”或“示例性”的使用旨在以具体方式呈现概念。如在本申请中使用的，术语“或”旨在表示包含性的“或”而不是排他性的“或”。即，除非另有说明，或者从上下文清楚地看出，否则“x包括a或b”旨在表示自然的包含性排列中的任一种。即，如果x包括a；x包括b；或x包括a和b两者，则在前述实例中的任一项下均满足“x包括a或b”。另外，除非另有说明或从上下文中清楚地看出针对单数形式，否则在本申请和所附权利要求书中使用的冠词“一(a)”和“一个(an)”通常应被解释为表示“一个或多个”。此外，术语“实施例”或“一个实施例”或“实现方式”或“一种实现方式”在全文中的使用并不旨在表示相同的实施例或实现方式，除非如此描述。另外，如本文中所使用的，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等表示作为在不同元素之间进行区分的标记，并且不一定具有根据其数字标号的序数含义。