]图1A)是用于密封盒安装以及在诸如移动电话和智能电话的便携式音频应用中使用的典型微型电动扬声器I的示意截面图示，其中，扬声器I为各种类型的应用提供声音再现，诸如扬声器电话和音乐回放。技术人员应明白，取决于预期的应用，电动扬声器以若干形状和大小存在。在下文描述的估计振膜偏移的方法和用于估计振膜偏移的对应组件中所使用的电动扬声器I具有矩形形状，该矩形形状具有近似15_的最大外尺寸D和在横向方向上约Ilmm的外尺寸。然而，技术人员应明白，用于估计电动扬声器的振膜偏移的本方法实际上适用于所有类型的电动扬声器。
[0073]微型电动扬声器I包括紧固到音圈的上边缘表面的振膜10。振膜10也通过弹性边缘或外悬架12机械地耦接到扬声器框架22。环形永磁体结构18产生磁通量，该磁通量通过在其中布置有圆形空气间隙24的导磁结构16传导。圆形通风道14布置在框架结构22中并且可以被用来将热量从形成在振膜10下方的另外的密封室结构中导出。弹性边缘悬架12为可移动振膜组件(音圈20和振膜10)提供相对明确的柔度。弹性边缘悬架12的柔度和振膜10的移动质量确定微型扬声器的自由空气基本谐振频率。弹性边缘悬架12可以构造以限制可移动振膜组件的最大偏移或最大移位。
[0074]在微型扬声器I的工作期间，音圈电压或驱动电压通过电连接到适当的输出放大器或功率放大器的一对扬声器端子(未不出)施加到扬声器100的音圈20。对应的音圈电流在响应中流动通过音圈20，导致振膜组件在扬声器的活塞范围内沿由速度箭头V指示的方向的基本上均匀的振动。因此，扬声器I产生对应的声压。响应于音圈电流的流动，音圈20和振膜10的振动因在空气间隙24中存在径向取向的磁场而引起。施加的音圈电流和电压导致音圈20中的在工作期间加热音圈20的功率耗散。因此，过高驱动电压和电流的持续很久的施加可能导致音圈20过热，这是电动扬声器中的另一个普遍故障因素。
[0075]迫使可移动振膜组件超出其最大允许的偏移限制的过大音圈电流的施加是电动扬声器中导致各种不可逆转的机械损伤的另一个普通的故障机制。一种类型的机械损伤可能例如由音圈20的最下边缘与导磁结构16的环形面对部分17之间的碰撞引起。特定类型的电动扬声器的最大偏移取决于其尺寸和结构细节。对于上文讨论的具有近似11_ xl5mm的外尺寸的微型扬声器1，最大允许振膜偏移通常为约+/-0.45_。
[0076]图1B)是安装在具有预定内部空间30的外壳、盒或腔31中的微型电动扬声器I的示意截面图示。外壳或腔31布置在扬声器I的振膜10下方。扬声器I的框架结构22的外周壁牢固地附接到密封盒31的配对壁表面以形成大致不透空气的耦接，在声学上将在空间30内围困的空气与周围环境隔离。对于类似移动电话和智能电话的典型的便携式通信装置或终端应用，封闭空间30可以在0.5cm3和2.0cm3之间，诸如约1cm3。技术人员应明白，本发明能够用来控制安装在所描绘类型的大致声密封外壳中的扬声器的振膜偏移，本发明也能够被用来控制在不同类型的声音安装布置中的扬声器的振膜偏移。
[0077]由于在腔30内部围困的空气的柔度，扬声器I安装在密封外壳30中导致微型扬声器的比上文所讨论的其自由空气基本谐振频率更高的基本谐振频率。在腔30的内部围困的空气的柔度与弹性边缘悬架12的柔度并行作用以降低作用在扬声器的移动质量上的总柔度(即，增加刚度)。因此，安装外壳的扬声器I的基本谐振频率高于自由空气谐振。基本谐振频率的增加量取决于外壳30的容积。围绕密封外壳31的壁结构可以由具有限制的冲击强度的模制弹性化合物而形成。在某些操作条件下，密封外壳可能偶然例如被外壳30的壁结构31中的小孔或裂纹35破坏。该类型的外壳孔或裂纹导致外壳声压不期望地声音泄漏到周围环境，如由箭头37示意性地示出的。声音泄漏总体是不期望的并且倾向于使扬声器I的基本谐振频率下降，如上所述。基本谐振频率的该变化能够可选地通过监控扬声器I的电阻抗的相关联的变化而检测，如下文进一步详细描述的。
[0078]图2为用于便携式通信装置和其它类型的音频使能便携式计算装置的电动扬声器的振膜偏移估计并且优选地还有偏移限制的声音再现组件200的简化示意框图。声音再现组件可以例如用来控制上文图1A)或图1B)所示的微型扬声器I的声音再现。声音再现组件200通过一对外部可接入的扬声器端子211a、211b耦接到微型电动扬声器I。脉冲调制D类输出放大器206可以包括H桥输出级，该H桥输出级通过一对扬声器端子211a、211b横跨扬声器的音圈以脉冲调制格式供应音频输出信号。D类输出放大器在放大器输入端203处接收已处理的数字音频信号，所述数字音频信号源自于在组件200的数字音频信号输入端201处供应的数字音频输入信号。在输入端子或垫201处的数字音频输入信号可以由外部数字音频信号源以第一采样频率(例如，在16kHz与96kHz之间的采样频率)供应。外部数字音频信号源可以包括集成有本声音再现组件200的便携式通信装置的应用处理器的数字音频端口或接口。外部产生的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。
[0079]声音再现组件200包括延迟电路或函数202，该延迟电路或函数202将数字音频输入信号延迟预定的时间延迟，例如小于8ms并且优选地小于4ms。延迟的数字音频输入信号被传输至音频电平限幅电路或函数204，所述音频电平限幅电路或函数204被配置成:根据检测到的通过非线性状态空间扬声器模型214计算的瞬时振膜偏移X通过使已处理的数字音频信号电平在放大器输入端203处衰减或限制已处理的数字音频信号电平，减小扬声器的振膜的偏移。当估计的瞬时振膜偏移X超过扬声器的最大偏移限制时，延迟时间允许限制已处理的数字音频信号电平以大致瞬间地反应，并且因此提高保护的有效性。然而，太长的延迟时间可能引起声音再现组件的实时应用方面的问题，诸如在移动/智能电话应用中的话音通信。
[0080]声音再现组件200进一步包括电动扬声器220的线性自适应数字模型210，该线性自适应数字模型210包括多个可适应或自适应模型参数，该多个可适应或自适应模型参数响应于数字音圈电流信号Im[n]和数字音圈电压Vm[n]被调节。扬声器的自适应线性数字模型210优选地包括自适应滤波器，其基于检测到的或测定的如由数字音圈电流信号Im[η]和数字音圈电压Vm[η]表示的音圈电流和音圈电压横跨预定的音频频率范围(例如，在1Hz与1kHz之间)模拟扬声器220的频变阻抗。线性自适应数字扬声器模型210包括多个自适应扬声器参数。线性自适应数字扬声器模型210被配置用于计算线性扬声器参数的多个相应的参数值。下面参照图3进一步详细讨论自适应线性数字扬声器模型210的功能的细节。自适应线性数字扬声器模型210可以例如被配置成计算或跟踪电动扬声器220的时变阻抗对频率函数。各种重要的线性扬声器参数的相应的参数值可以源自于跟踪扬声器220的阻抗函数或曲线的时变模型参数的值。线性自适应数字扬声器模型210的输出包括供给为电动扬声器的非线性状态空间模型214的一部分的非线性函数块212的相应的线性但时变的自适应扬声器参数的多个参数值，例如安装外壳的微型扬声器的力因子或悬架柔度。因此，自适应扬声器参数的参数值表示或估计相应的自适应扬声器参数的相应的电流参数值，使得这些自适应扬声器参数中的每一个的先前讨论的时变和温度变化属性被适当地跟踪。
[0081]为了将数字音圈电流信号Im[n]和数字音圈电压信号Vm[n]输送至自适应线性数字模型210，声音再现组件200包括至少一个A/D转换器208，该至少一个A/D转换器208通过对扬声器端子211a、211b上的瞬时音圈电压进行采样和数字化来产生数字音圈电流信号Im[n]和数字音圈电压信号Vm[n]。A/D转换器208进一步包括第二输入端，该第二输入端被配置成对在转换器208的第二输入端处传输的模拟音圈电流Icoil进行采样和数字化。优选地以相同的采样频率对数字音圈电流信号Im[n]和数字音圈电压信号Vm[n]进行采样，所述相同的采样频率可以与先前讨论的数字音频输入信号的第一采样频率完全相同。数字音圈电流信号Im[n]和数字音圈电压信号Vm[n]的采样频率可以可替代地比第一采样频率小例如比第一采样频率的一半小以减少在本声音再现组件200实施自适应线性数字模型210的数字信号处理器上的计算负载。技术人员应明白，至少一个A/D转换器208可以包括交替地对音圈电压和模拟音圈电流信号进行采样的多路复用类型的转换器。可替代地，至少一个A/D转换器208可以包括分别固定地耦接到音圈电压和音圈电流信号的两个独立的A/D转换器。技术人员应明白，语音电流信号可以由产生与流入音圈的瞬时音圈电流成比例的电压、电流或电荷信号的各种类型的电流传感器产生。
[0082]在非线性参数块212中，相应的非线性函数优选地施加到自适应扬声器参数的传入参数值中的一个或多个以计算一个或多个对应的非线性补偿参数值。非线性补偿参数值将讨论中的扬声器参数相对于某一扬声器变量的非线性行为或属性考虑进去。这能够例如是电动扬声器的力因子(B*l)对振膜位移的非线性依赖性或电动扬声器的力因子(B*l)对音圈电流的非线性依赖性。
[0083]清楚地，由自适应线性数字扬声器模型210供应的自适应扬声器参数的传入参数值中的仅几个或单个可能经历(一个或多个)非线性函数和所计算的相应的(一个或多个)非线性补偿参数值。其余自适应扬声器参数的传入参数值中其余的参数值可能处于无非线性补偿状态并且在非线性状态空间模型214被直接利用，有效绕过非线性参数块212。技术人员应明白，在非线性参数块212中利用大量非线性函数将总体提高非线性状态空间模型214中的计算的扬声器参数值的精确度。然而，该提高的精确度可能以增加的计算负载为代价达到。因此，偏移预测或估计的精度要求将在不同的应用类型和用户要求之间变化，使得在非线性参数块212中应用的非线性函数的数量适于应用相关要求。计算的扬声器振膜的瞬时偏移