变且频率依赖的阻抗。检测到的音圈电流和检测到的音圈电压优选地分别用数字音圈电流信号和数字音圈电压来表示，如在下文中参照附图以附加细节所解释的。为了辅助线性自适应数字扬声器模型的适当自适应，除了一个或多个可适应或自由模型参数，后者优选地包括至少一个固定的扬声器参数诸如扬声器的总移动质量。
[0028]估计振膜偏移的本方法的优选实施方案包括如下进一步的步骤:如果瞬时振膜偏移超过某一偏移限制，则控制或限制振膜偏移。该实施方案包括如下步骤:
[0029]将瞬时振膜偏移与预定的限制准则相比较，并且根据所述比较的结果，限制所述振膜的偏移。
[0030]预定的限制准则可以例如限定最大振膜偏移或位移，例如为了避免对扬声器的机械损伤由扬声器制造商推荐的最大振膜偏移或位移。限制振膜偏移的步骤可以例如包括使音频信号的子带中的音频信号电平衰减或宽带衰减音频信号的步骤。音频信号电平的衰减可以通过使音圈上的音频输出信号的电平衰减或使音圈电流衰减来完成。子带优选为音频信号的低频带，例如在800Hz或500Hz以下的频带。这对机械保护目的而言常常是非常有效的，因为低频率音频信号分量最可能驱动扬声器振膜超过其最大偏移限制。低频带可以包括在某一阈值频率(诸如800Hz或500Hz)以下的所有频率或仅孤立的频带，诸如以低频带(例如，400Hz或300Hz等)内的选定频率为中心的三分之一倍频带。
[0031]该方法的又一个实施方案包括如下步骤:在瞬时振膜偏移与预定的限制准则的比较步骤之前，延迟音频输入信号预定的延迟时间，诸如短于8ms的延迟时间或更优选地短于4ms的延迟时间。
[0032]估计振膜偏移的方法可以包括如下步骤:
[0033]将所述音频输入信号与预定的电平准则和预定的频谱准则中的一个相比较，
[0034]基于所述比较的结果，中断所述线性自适应数字扬声器模型的多个自适应扬声器参数的自适应。该实施方案对于确保这样的情况是有帮助的:如果数字音频输入信号为倾向于脱轨诸如最小均方根的自适应滤波器算法的大致纯音或其它窄带音频信号，则中断多个自适应扬声器参数的自适应。后一种类型的自适应滤波器算法可以通过自适应线性数字扬声器模型来施加
[0035]音圈电压和音圈电流优选地在声音再现组件中以数字格式表示以实现与线性自适应扬声器模型的无缝接口。因此，本方法优选地包括如下步骤:
[0036]对音圈电流采样并且数字化以在第一采样频率下产生数字音圈电流信号，
[0037]对音圈电压采样并且数字化以在第一采样频率下产生数字音圈电压信号。
[0038]在本方法中，优选地以数字格式利用音频输入信号。因此，音频输入信号在一些实施方案中可以被提供为数字音频输入信号并且在其它实施方案中可以被提供为在接收之后被采样和数字化的模拟音频输入信号。因此，该方法也可以包括如下步骤:
[0039]在第二采样频率下接收音频输入信号作为数字音频输入或对所述音频输入信号进行接收、采样和数字化以在所述第二采样频率下产生数字音频输入信号。
[0040]第二采样频率可以是标准化数字音频采样频率，例如在16kHz与96kHz之间(诸如32kHz、44.1kHz或48kHz等)的采样频率。
[0041]根据该方法的有利的实施方案，第一采样频率被选择为比第二采样频率更低的频率。第一采样频率可以例如小于第二采样频率的一半或四分之一。第一采样频率的下限值减小由自适应线性数字扬声器模型和由非线性状态空间模型引起的计算负载以便减小信号处理器的功率消耗。
[0042]本发明的第二方面涉及电动扬声器的声音再现组件。该声音再现组件包括用于接收由音频信号源供应的音频输入信号的音频信号输入端。输出放大器被配置成接收音频输入信号并且在可连接到电动扬声器的音圈的一对输出端子处产生对应的音频输出信号作为音圈电压。该组件还包括电流检测器，该电流检测器被配置用于响应于对音圈电压的施加，检测流入到电动扬声器中的音圈电流。组件的信号处理器被配置成:
[0043]将所述检测到的音圈电流和所述确定的音圈电压施加至所述电动扬声器的线性自适应数字模型，
[0044]基于线性自适应数字扬声器模型，计算所述多个相应的自适应扬声器参数的多个参数值，
[0045]施加所述多个参数值至所述电动扬声器的非线性状态空间模型，
[0046]在所述非线性状态空间模型中，将表示扬声器参数与预定的扬声器变量之间的非线性关系的预定的非线性函数施加至所述多个接收的参数值中的至少一个以计算至少一个非线性补偿参数值，
[0047]将所述音频输入信号施加至所述电动扬声器的非线性状态空间模型，
[0048]基于所述音频输入信号和所述电动扬声器的所述非线性状态空间模型确定所述振膜的瞬时偏移。
[0049]上文已经结合对应的偏移检测方法详细地公开了输出放大器的属性。D类输出放大器可以包括半桥驱动级(其单个输出端耦接到电动扬声器)或满桥/H桥驱动级(其一对输出端子耦接到电动扬声器的相应侧或端子)。音频输入信号可以包括从诸如数字麦克风的外部数字音频源供应的实时数字音频信号。实时数字音频信号可以根据诸如I2C或SPI的标准化串行数据通信协议格式化或根据诸如I2S、SPDIF等的数字音频协议格式化。
[0050]技术人员应明白，信号处理器优选地包括可由包括存储在程序存储器中的一组可执行程序指令的应用程序控制的可编程微处理器。可编程微处理器可以包括集成在声音再现组件上或可操作地耦接到声音再现组件的软件可编程DSP。应用程序可以包括第一组可执行程序指令，所述第一组可执行程序指令当被执行时计算线性自适应数字扬声器模型的多个相应的自适应扬声器参数的多个参数值。在本发明的一些实施方案中，信号处理器可以形成便携式通信装置的应用处理器的不可分割的部分，而在本发明的其它实施方案中信号处理器可以是组件的专用微处理器或DSP。
[0051]技术人员应明白，电流检测器可以包括各种类型的电流传感器，例如连接到输出放大器的输出晶体管的电流反射镜或与扬声器音圈串联耦接的小感测电阻器。音圈电流可以相应地由比例/缩放感测电压表示。音圈电压和音圈电流优选地在声音再现组件中以数字格式表示以实现与线性自适应扬声器模型的无缝接口。因此，电流检测器包括优选地包括第一 A/D转换器，该第一 A/D转换器被配置成对音圈电流进行采样和数字化以在第一采样频率下供应数字音圈电流信号，并且音圈电压检测器包括第二 A/D转换器，该第二 A/D转换器被配置成在第一采样频率下对音圈电压进行采样和数字化以产生数字音圈电压信号。
[0052]在声音再现组件的优选实施方案中，信号处理器另外被配置成将瞬时振膜偏移与预定的限制准则相比较并且基于比较的结果限制振膜的偏移。
[0053]本发明的第三方面涉及上面集成有根据上文描述的实施方案中的任一个的声音再现组件的半导体衬底或晶片。可以以适当的CMOS或DMOS半导体过程来制造半导体衬底。
[0054]本发明的第四方面涉及包括根据上文描述的本发明的实施方案中的任一个的声音再现系统的便携式通信装置。
[0055]本发明的第五方面涉及确定电动扬声器的扬声器参数与扬声器变量之间的平均非线性函数的方法，该方法包括如下步骤:
[0056]a)将试验信号施加至相同类型的多个电动扬声器中的每个扬声器，其中，所述试验信号被配置成横跨所述扬声器变量的预定范围激励所述扬声器变量与所述扬声器参数之间的具体关系
[0057]b)为所述多个扬声器中的每个扬声器记录横跨扬声器变量的所述预定范围的所述扬声器参数的多个参数值，
[0058]c)在所述扬声器变量的公共参考值处标准化每个扬声器的所述扬声器参数的所述多个记录的参数值，
[0059]d)横跨扬声器变量的所述预定范围计算相同类型的所述多个电动扬声器的扬声器变量的多个标准化参数值的平均值用于表示所述扬声器参数与所述扬声器变量之间的平均非线性函数。
[0060]扬声器参数可以包括相同类型的多个电动扬声器的力因子(B*l)和悬架柔度或刚度中的一个。此外，扬声器变量可以包括相同类型的多个电动扬声器的振膜偏移或位移。
[0061]根据步骤c)标准化多个记录的参数值优选地包括:在所述扬声器变量的公共参考值处增加或减小每个扬声器的所述多个记录的参数值中的每一个，使得所述扬声器参数的所有参数值在所述公共参考值处大致相等。扬声器变量的公共参考值可以例如是零振膜偏移。
【附图说明】
[0062]将结合附图更详细地描述本发明的优选实施方案，其中:
[0063]图1A)是用于本发明的各种便携式声音再现应用的示例性微型电动扬声器的示意截面图，
[0064]图1B)是安装在具有声音泄漏的外壳中的示例性微型电动扬声器的示意截面图，
[0065]图2示出根据本发明的第一实施方案的耦接到电动扬声器的声音再现组件的示意框图，
[0066]图3示出图2上所描绘的声音再现组件的选定的信号处理函数和块的详细示意框图，
[0067]图4示出用于确定多个自适应模型参数的电动扬声器的基于自适应IIR滤波器的阻抗模型，
[0068]图5为力因子(B*l)对比振膜位移的实验上测量的平均非线性行为和表示力因子(B*l)与振膜位移之间的多项式曲线拟合的计算的对应多项式系数的图形，
[0069]图6为总机械柔度(Cms)对比振膜位移的实验上测量的平均非线性行为和表示总机械柔度与振膜位移之间的多项式曲线拟合的计算的对应多项式系数的图形，
[0070]图7以非标准化和标准化表征示出多个代表性电动扬声器的力因子(B*l)与振膜位移之间的分别测量的非线性关系的图；并且
[0071]图8以图7上所描绘的多个代表性电动扬声器的标准化表征示出力因子(B*l)与振膜位移之间的计算的对应平均非线性关系的图形。
【具体实施方式】
[0072