音圈电机和扬声器控制器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种音圈电机控制器和扬声器控制器。本发明还涉及一种控制音圈电 机或扬声器的方法。
【背景技术】
[0002] 扬声器是一种具有音圈电机的设备，所述音圈电机移动振膜并将电信号转换为声 学信号。对于较小的电信号（其振膜位移较小），可以在输入电压信号和振膜位移函数之间 定义精确的线性传输函数。然而，线性模型对于导致较大振膜位移的输入信号是无效的，原 因在于扬声器的非线性行为以及基于线性传输函数对振膜位移的预测是不精确的。在大幅 度信号条件下，机械地保护扬声器使其振膜位移不过于保守、同时保持在制造商规定的界 线内是一个挑战性的问题。尽管音圈电机可以用于驱动扬声器，这种电机可以具有其他用 途，例如在摄像头中移动透镜元件或用于传感器中。因此，对于音圈电机位移的准确和精确 控制不仅与扬声器有关，还在电子器件的其他领域中有关。
【发明内容】
[0003] 根据本发明的第一方面，提供了一种音圈电机控制器，被配置为：确定具有向音圈 电机供应的输入信号的音圈电机两端的电压和通过所述音圈电机的电流，并根据所述音圈 电机两端的电压和通过所述音圈电机的电流来确定所述音圈电机的阻抗，所述控制器还配 置为：识别所述阻抗在预定时间上变化的不对称性以确定不对称性值，所述控制器还配置 为使用所述不对称性值来提供对所述音圈电机的控制。
[0004] 这是有利的，原因在于已经发现了：确定音圈电机的阻抗（以及具体地它的电感） 随时间的改变可以提供对音圈电机的位移中的不对称性的指示。此外，已经发现阻抗与音 圈电机的位移有关，并且通过统计地监测阻抗，可以确定音圈电机或音圈电机形成其一部 分的系统的不对称性或DC偏移。因此，对于驱动扬声器的音圈电机，控制器能够确定扬声 器操作中的不对称性，并可以为扬声器的控制提供反馈。电感的短期瞬时变化与音圈电机 的位移有关，并且因此可以通过在计算窗口上监测电感中的变化来确定不对称性。
[0005] 所述控制器可以配置为：当确定所述阻抗的不对称性值时，考虑所述输入信号中 的任意不对称性。因此，所述控制器可以确定任意检测到的音圈电机位移上的不对称性是 否是由输入信号自身引起的。所述控制器可以相应地修改位移不对称性值。
[0006] 所述音圈电机的控制可以包括：提供用于减小所述阻抗中的不对称性的DC偏置 信号。因此，所述控制器可以为音圈电机提供反馈，以修改施加至音圈电机的输入信号。具 体地，可以向输入信号施加 DC偏差，以（完全地或部分地）补偿音圈电机位移中所检测到 的不对称性。
[0007] 这种音圈电机的控制可以包括：提供不对称削波函数应用于所述输入信号，以减 小所述阻抗变化中的不对称性。因此，可以通过经由削波函数施加增益并向输入信号的正 峰值和负峰值施加不同值的限制来修改输入信号的形式。因此，可以利用不同的量将正值 为负峰值。这可以完全地或部分地补偿所检测到的不对称性。
[0008] 所述控制器可以配置为：使用阻抗值变化的平均上限值和阻抗值变化的平均下限 值的测量来确定所述不对称性值。可以确定阻阻抗变化的上限值和下限值（大于或小于预 定阈值的值）的比值，以推导所述不对称性值。该比值可以是阻抗值的均方根变化。所述 控制器可以配置为：如果所述不对称性值超过阈值，则提供对音圈电机的控制。
[0009] 所述控制器可以配置为：使用所述阻抗值在时间上偏斜的测量来确定不对称性 值。可以确定一组阻抗值变化的偏斜。可以通过滑动窗来定义该集合，该滑动窗可以关于 时间或特定数量的阻抗值变化来定义滑动窗。
[0010] 所述音圈电机控制器可以配置为将预定频率的测量信号引入输入信号，并在所述 预定频率处测量所述电压和电流。所述测量信号可以具有可听范围以外的频率。所述测量 信号可以具有大于20kHz的频率。因此，所述输入信号可以包括音频输入信号，并且所述测 量信号可以包括添加的不可听信号。备选地，所述输入信号可以包括所述测量信号。
[0011] 可以根据施加至放大器的输入信号来计算所述音圈电机两端的电压，所述输入信 号用于使用对所述放大器加以表征的预定参数来驱动所述音圈电机。可以通过传感器来测 量通过音圈电机的电流和/或音圈电机两端的电压。
[0012] 根据发明的第二方面，提供了一种包括第一方面的音圈电机控制器在内的扬声器 控制器，所述音圈电机配置为驱动扬声器的振膜。
[0013] 因此，本发明在确定扬声器位移中的不对称性方面具有具体应用。
[0014] 所述扬声器控制器可以包括用于处理所述输入信号的声学信号处理器，所述输入 信号包括音频信号并要施加至所述音圈电机，所述声学信号处理器配置为基于所述控制信 号来修改所述输入信号的处理。
[0015] 所述控制信号可以配置为基于所述不对称性值来提供输入信号幅度的增加。一旦 对不对称性或偏移进行补偿，则漂移限制之间的位移可用范围可以更大。因此，可以相应地 放大输入信号。
[0016] 根据发明的第三方面，提供一种控制音圈电机的方法，包括：
[0017] 确定所述音圈电机两端的电压和通过所述音圈电机的电流；
[0018] 根据所述电压和电流来确定所述音圈电机的阻抗；
[0019] 识别所述阻抗值随时间的不对称性以确定不对称值，
[0020] 使用所述不对称性值来向所述音圈电机提供控制信号。
[0021] 根据发明的另一方面，提供一种包括第二方面的控制器在内的扬声器放大器。
【附图说明】
[0022] 现在紧接着是仅通过示例的方式参照附图关于本发明的详细说明，其中：
[0023] 图la示出了音圈电机位移随时间的图表，所述音圈电机的输入信号对于其非线 性行为具有不对称性的扬声器具有稳定增加的幅度；
[0024] 图lb示出了具有对称响应的扬声器的类似图表；
[0025] 图2示出了音圈电机控制器的第一示例；
[0026] 图3示出了音圈电机控制器的第二示例；
[0027] 图4示出了音圈电机控制器的第三示例。
【具体实施方式】
[0028] 以下论述的示例涉及扬声器的音圈电机控制器。音圈电机控制器或"扬声器控制 器"配置为对驱动扬声器的振膜的音圈进行控制。然而，应该理解的是音圈电机控制器对于 控制声学应用以外（例如传感器中或摄像头中）的音圈电机具有更广泛的应用。
[0029] 提供扬声器保护机制来提高扬声器的操作寿命。扬声器的最大振膜位移应当保持 在安全限制内。扬声器在小位移和大位移下表现不同。这指示系统中存在非线性。一些类 型的非线性（例如音圈电机的非线性或振膜的振膜刚性的非线性）会导致振膜位移的不对 称或者甚至DC-偏移。这可能引起对于同一激励向内移动的振膜位移大于或小于向外移 动。
[0030] 图la示出了在扬声器的输入信号幅度增加的情况下，扬声器随时间从中间位置 的位移的图表10。该特定扬声器具有+0. 22_和-0. 22_的可接受的漂移范围限制11a、 lib。可以看出在不同时刻达到正和负的漂移范围限制lla、llb。具体地，在82秒之后达到 负漂移范围限制，并在102秒后达到正漂移范围限制。因此，该扬声器的位移特性是不对称 的。这可能是由扬声器振膜的DC-位移导致的。应该理解的是，超出正和负漂移范围限制 的不对称性影响了扬声器的性能。因此，不超出操作参数的扬声器的最大响度受到不对称 性限制，而不受正负漂移范围限制。
[0031] 图lb示出了具有漂移范围限制12a和12b的类似图表。稳定增加的输入信号幅 度使得扬声器同时达到它的正和负漂移范围限制。因此，该扬声器在它的位移特性中具有 较低的不对称性或实质上为零的不对称性。
[0032] 当扬声器具有不对称的位移特性时，提供扬声器保护以限制扬声器的最大位移可 能是有问题的。因此，提供用于检测不对称性的方法和控制器是有利的，其还可以提供改进 的扬声器保护机制。
[0033] 图2示出了扬声器控制器20的第一示例。在该示例中，提供控制器20以确定扬 声器21的DC偏移。然后可以控制扬声器21的操作。扬声器包括用于驱动扬声器的振膜 的音圈电机。利用输入信号22来驱动扬声器21，该输入信号22通过数模转换器（DAC) 23 转换至模拟信号，并在并施加至扬声器21之前通过放大器24进行放大。提供设置在DAC 23和放大器24之前的混合器元件25,以将由测量信号发生器26生成的测量信号引入输入 信号中。控制器20包括传感器27,配置为测量扬声器21的音圈两端的电压和流经扬声器 21音圈的电流。阻抗计算元件28配置为接收所测量的电压和电流，以及使用测量信号来确 定扬声器的时变阻抗信息。可以根据时变的阻抗信息来推导扬声器21的振膜的位移或与 其有关的度量。因此，控制器20可以使用所述时变阻抗信息来确定扬声器21的位移的不 对称性。不对称性确定模块29配置为使用随时间变化的多个阻抗的测量来确定扬声器21 的位移中的不对称性的测量。不对称性确定模块29提供不对称性的值，其在该示例中包括 DC偏移30的估计。控制器20可以使用不对称值来控制扬声器或它的音圈电机。例如，作 为非穷尽性的列表，控制器可以根据不对称值来修改输入信号22,施加补偿DC偏移来补偿 所确定的DC偏移30,或向扬声器提供设计改变。
[0034] 在该实施例中，测量信号发生器26配置为生成包括导频音在内的测量信号。导频 音包括具有在音频频带以外的频率ω〇(例如22Hz)的正弦波。应该理解的是，可以使用在 可听频带以内或以外的其他频率。因此，输入信号和导频音可以进行放大并