本发明涉及一种用于避免具有两个音圈的电动声学换能器的振膜的偏移的方法。此外，本发明涉及一种被设计成连接至电动声学换能器的音圈排布结构的电子偏移补偿电路。该电动声学换能器包括：振膜、粘接至该振膜的音圈排布结构、以及磁路系统，该磁路系统被设计成生成横切于该音圈排布结构的缠绕线的纵向的磁场。所述换能器的音圈排布结构包括两个音圈。最后，本发明涉及一种换能器系统，该换能器系统包括上述种类的电动声学换能器和电子偏移补偿电路，其中，该电子偏移补偿电路电连接至所述音圈排布结构。
背景技术：
上述种类的方法、电子电路以及换能器系统通常是现有技术所已知的。在该上下文中，us2014/321690a1公开了一种音频系统，其包括连接至第一驱动器电路和第二驱动器电路的电声换能器。该电声换能器包括机械联接至振膜的、堆叠在第二音圈上的第一音圈，并且这些音圈在由极板(poleplate)聚焦的永磁体的磁场中振荡。第一音圈和第二音圈在静止位置处针对极板对称地机械地布置。
虽然在us2014/321690a1中，第一音圈和第二音圈被认为静止在磁零位，但现实表明，这种条件无法在所有情况下实现。一般来说，这种偏差可能由特定设计和/或制造期间的公差所引起。结果，换能器的音频输出可能失真，特别是在高功率电平下，和/或用于计算振膜位置的算法可能输出错误值。
技术实现要素：
因此，本发明的目的是克服现有技术的缺点并提供改进的偏移补偿方法、改进的电子偏移补偿电路以及改进的换能器系统。特别地，应当避免振膜相对于希望位置的偏移。
本发明的问题通过如开头段落中所定义的方法来解决，其中，控制电压被施加至所述音圈中的至少一个音圈并改变，直到所述第一音圈的电动势uemf1或从所述第一音圈的电动势uemf1获得的参数与所述第二音圈的电动势uemf2或从所述第二音圈的电动势uemf2获得的参数大致达到预定关系为止。换句话说，控制电压被施加至所述音圈中的至少一个音圈并改变，直到所述第一音圈的电动势uemf1与所述第二音圈的电动势uemf2之间的瞬时关系大致等于希望的关系为止，或者直到从所述第一音圈的电动势uemf1获得的参数与从所述第二音圈的电动势uemf2获得的参数之间的瞬时关系大致等于希望关系为止。所述电动声学换能器具有带两个音圈的音圈排布结构(该音圈排布结构粘接至所述振膜)，并且具有磁路系统，该磁路系统被设计成生成横切于该音圈排布结构的缠绕线的纵向的磁场。
另外，本发明的问题通过如开头段落中所定义的电子偏移补偿电路来解决，其中，所述电子偏移补偿电路被设计成向所述音圈中的至少一个音圈施加控制电压，并使所述控制电压改变，直到所述第一音圈的电动势uemf1或从所述第一音圈的电动势uemf1获得的参数与所述第二音圈的电动势uemf2或从所述第二音圈的电动势uemf2获得的参数大致达到预定关系为止。
最后，本发明的问题通过这样的换能器系统来解决，即，该换能器系统包括上述种类的电动声学换能器和电子偏移补偿电路，其中，所述电子偏移补偿电路电连接至所述换能器的音圈排布结构。
在真实应用中，所述第一音圈和第二音圈通常不静止在磁零位。换句话说，所述振膜的初始位置(x＝0)常常与所述第一音圈的电动势uemf1等于所述第二音圈的电动势uemf2的点不一致。这可能是由于设计故意造成的，或者是由于公差无意造成的。
根据所公开措施，所述音圈排布结构移位到希望的初始位置，所述第一音圈的电动势uemf1/从所述第一音圈的电动势uemf1获得的参数与所述第二音圈的电动势uemf2/从所述第二音圈的电动势uemf2获得的参数之间的关系。这种关系可以是所述值之间的特定比率或差。在给定的上下文中“大致”特别意味着与基准值的偏差为±10％。然而，应注意到，控制方法的目标通常是与基准值的零偏差。
希望的初始位置尤其可以是磁零位，在所述磁零位，所述振膜的初始位置(x＝0)与所述第一音圈的电动势uemf1等于所述第二音圈的电动势uemf2的点一致(即，所述值之间的比率大致为1，那么相应地，所述值之间的差大致为0)。换句话说，在这种情况下所述音圈之间的连接区域被保持在所述磁路系统的磁场达到最大值的那个位置。
通过使用所提出的方法/所提出的电子偏移补偿电路，所述振膜可以被移位到根据设计打算作为初始位置由此补偿公差并总体上改进所述换能器的性能的那个位置。例如，所述换能器的音频输出的失真可以通过这种方式降低。而且，可以改进对称性，从而允许沿前后方向的相同振膜行程。在又一应用中，所提出的措施改进了用于计算振膜位置的算法。
一般而言，所述控制电压不应干扰所述换能器输出的声音，而是应当以一种或多或少的快速方式补偿所述振膜的偏移位置。因此，与声音相比，所述控制电压有利地是缓慢的。换句话说，与声音的频率相比，控制电压的交流分量的频率有利地是低的。在微型扬声器的情况下，所述控制电压的交流分量的频率可以是50hz。对于其它扬声器，该频率可能为10hz。鉴于快速变化的声音信号，所述控制电压可能被视为dc电压。在特殊情况下，所述控制电压确实可以是dc电压。另选地，所述控制电压可以包括交流分量和恒定分量。
所公开的措施在用于计算所述换能器的振膜位置的方法或系统的上下文中是特别有利的。例如，用于计算电动声学换能器(具体为扬声器)的振膜的振幅x的方法包括以下步骤：
a)基于去往所述换能器的音圈的输入电压uin和输入电流iin并且基于所述换能器在所述振膜的初始位置的初始驱动力因子bl(0)，来计算所述振膜的速度v；
b)通过对所述速度v进行积分来计算所述振膜的位置x；
c)基于去往所述换能器的所述音圈的所述输入电压uin和所述输入电流iin并且基于所述换能器在所述振膜的在步骤b)计算的所述位置x的驱动力因子bl(x)，来计算所述振膜的所述速度v，以及
d)递归地重复步骤b)和c)。
在该上下文中，还提出了一种电子偏移补偿电路，所述电子偏移补偿电路被设计成连接至所述电动声学换能器的所述音圈排布结构，并且电子偏移补偿电路被设计成：
a)基于去往所述换能器的音圈的输入电压uin和输入电流iin并且基于所述换能器在所述振膜的初始位置的初始驱动力因子bl(0)，来计算所述振膜的速度v；
b)通过对所述速度v进行积分来计算所述振膜的位置x；
c)基于去往所述换能器的所述音圈的所述输入电压uin和所述输入电流iin并且基于所述换能器在所述振膜的在步骤b)计算的所述位置x的驱动力因子bl(x)，来计算所述振膜的所述速度v，以及
d)递归地重复步骤b)和c)。
在以上的上下文中，所述电子偏移补偿电路包括位置计算模块的功能和偏移补偿模块的功能。因此，所述电子偏移补偿电路在以上的上下文中还可以被称作“电子偏移补偿和位置计算电路”。
而且，电连接至所述音圈排布结构的所述电子偏移补偿电路可以是所述换能器系统的一部分。特别地，电子偏移补偿模块和电子位置计算模块可以是同一电子电路的一部分。此外，驱动所述电动声学换能器的放大器也可以是所述电子偏移补偿电路的一部分。
通过上述措施，可以确定所述振膜的位置x，而在所述换能器中不需要额外装置。相反的是，仅需要音圈，所述音圈无论如何都是电动声学换能器的一部分。通过如上所述施加控制电压，对所述振膜的速度的积分在所述振膜的希望的零位置处开始。这就是所述振膜位置x可以以高精度计算的原因。具有所述振膜的位置，就可以补偿所述驱动力因子bl(x)的非线性，从而更加多地降低所述电动声学换能器的声音输出的失真。换句话说，从所述换能器发出的声波几乎完美地适合施加至所述换能器的电声信号。另选的是，或者另外，电声信号的电平可以被限制，或者可以在高振膜振幅x处被切断(cutoff)，以避免损坏换能器。
所提出的电子偏移补偿方法和电路特别适用于振膜面积小于300mm2的微型扬声器。这种微型扬声器被用于各种移动装置(如移动电话、移动音乐装置)和/或耳机中。
应注意到，所述位置计算方法和位置计算模块以及包括这种位置计算模块的换能器系统可以形成独立发明的基础而没有权利要求1和18的限制。
在下面的描述和附图中，所公开种类的音频换能器的进一步的细节和优点将变得显而易见。
有利地，所述第一音圈的电动势uemf1和所述第二音圈的电动势uemf2可以通过以下公式来计算：
uemf1＝uin1(t)-zc1·|in(t)
uenf2＝uin2(t)-zc2·|in(t)
其中，zc1是所述第一音圈的(瞬时)音圈电阻，uin1(t)是在时间t去往所述第一音圈的输入电压，并且iin(t)是在时间t去往所述第一音圈的输入电流。因此，zc2是所述第二音圈的(瞬时)音圈电阻，uin2(t)是在时间t去往所述第二音圈的输入电压，并且iin(t)是在时间t去往所述第二音圈的输入电流。应注意到，所述第一音圈和第二音圈串联切换，使得针对两个音圈的电流iin(t)是相同的。
而且，应注意到，zc1和zc2在上述公式中是复数。然而，为了简化计算，也可以使用所述第一音圈和第二音圈的(实值和瞬时)音圈电阻rc1和rc2来代替复数值zc1和zc2，从而忽略音圈电阻的电容/电感分量。因此，在本公开中，“zc1”可以改变成“rc1”，“zc2”可以改变成“rc2”并且“zc”可以改变成“rc”。例如，针对用于所述第一音圈的电动势uemf1和所述第二音圈的电动势uemf2的公式，这意味着：
uemf1＝uin1(t)-rc1·|in(t)
uemf2＝uin2(t)-rc2·|in(t)
还应注意到，音圈电阻zc随时间不一定是恒定的，而且例如可以根据音圈温度而改变。为了测量音圈电阻zc，可以向所述换能器施加(不可听)音调或正弦信号。在微型扬声器的情况下，这种音调或正弦信号特别可能具有低于100hz的频率，例如，50hz。应注意到，音圈电阻zc随时间缓慢变化。这就是考虑到所述输入电压uin1(t)和uin2(t)的快速变化以及考虑到在时间t去往所述第二音圈的输入电流，音圈电阻zc被认为是恒定的原因。然而，严格来说，音圈电阻也可以用“zc(t)”表示。
有利地，从所述电动势uemf1、uemf2获得的参数是所述电动势uemf1、uemf2的绝对值、所述电动势uemf1、uemf2的平方值、或者所述电动势uemf1、uemf2的均方根值。因此，控制电压可以被施加至所述音圈中的至少一个音圈并改变，直到
-所述第一音圈的电动势uemf1的绝对值和所述第二音圈的电动势uemf2的绝对值，或者
-所述第一音圈的电动势uemf1的平方值和所述第二音圈的电动势uemf2的平方值，或者
-所述第一音圈的电动势uemf1的均方根值和所述第二音圈的电动势uemf2的均方根值大致达到预定关系为止。以这种方式，偏移补偿方法基于：音圈中的能量的关系分别基于从由于电动势而导致的音圈中的能量所获得的参数的关系。尤其是如果所述预定关系是预定比率，则可以对分子和分母二者应用数学运算而不改变该比率。
在非常有利的实施方式中，控制电压被施加至所述音圈中的至少一个音圈并改变，直到所述第一音圈的低通滤波电动势uemf1/由其获得的参数和所述第二音圈的低通滤波电动势uemf2/由其获得的所述参数大致达到预定关系为止。换句话说，所述控制电压被施加至所述音圈中的至少一个音圈并改变，直到所述第一音圈的通过第一滤波器滤波的电动势uemf1/由其获得的参数和所述第二音圈的通过所述第一滤波器滤波的电动势uemf2/由其获得的所述参数大致达到预定关系为止。或者，控制电压被施加至所述音圈中的至少一个音圈并改变，直到所述第一音圈的电动势uemf1/由其获得的参数和所述第二音圈的电动势uemf2/由其获得的所述参数大致达到低于特定频率的预定关系为止。具体来说，在第一步骤中，可以在整个音频带中确定所述电动势uemf1和uemf2/由此得出的参数，在第二步骤中，可以确定所述电动势uemf1和uemf2的能量分别作为其参数，并且在将第三步骤中获取的信号用于施加所述控制电压之前，可以在第三步骤中通过滤波器对第二步骤的结果进行低通滤波。在正常使用中，将包括一组频率(例如，在微型扬声器的情况下，范围从100hz到20khz变动，而在其它扬声器的情况下，范围从20hz到20khz变动)的信号馈送到换能器中。在不将所公开的偏移补偿方法限制于低频的情况下，例如，通过使用低通滤波器，施加所述控制电压可以阻止所施加的信号的转换。这种第一滤波器的边界频率在微型扬声器的情况下可以是50hz，而在其它扬声器的情况下可以是10hz。进一步优选的值在微型扬声器情况下为20hz，而其它扬声器的情况下为5hz。
有利的是，针对向所述音圈中的至少一个音圈施加控制电压使用deltasigma调节(deltasigmamodulation)。在这种情况下，和所述第一音圈的电动势uemf1/由其获得的参数与所述第二音圈的电动势uemf2/由其获得的所述参数之间的目标关系相对的偏差以相反的符号求和，并且被施加至所述音圈排布结构，从而补偿上述偏差。deltasigma调节器还可以被视为积分控制器，并且同样可以将其它积分控制器用于将控制电压施加至上述音圈中的至少一个音圈。
在优选实施方式中，由所述deltasigma调节器输出的信号在被施加至所述音圈排布结构之前被馈送到第二滤波器中，从而减少或避免控制回路中的不稳定性。结果，所述振膜被缓慢调节，以便围绕希望位置摆动。这种移动的速度由所述第二滤波器的下限频率限定。一般来说，所公开的控制回路可以通过低阶系统来实现，但性能可以通过使用高阶控制系统(例如，pid控制系统(比例积分微分控制系统))来增强。
一般而言，所述控制电压可以被施加至所述音圈排布结构的所述音圈之一。然而，在有利的实施方式中，所述控制电压被施加至所述第一音圈和所述第二音圈二者。以这种方式，用于将所述音圈排布结构移位至磁零位的控制电压可以相当低。
有利地，在施加控制电压期间，将声音信号施加至所述第一音圈和所述第二音圈二者。以这种方式，所述偏移补偿方法和所述振膜位置计算方法可以在所述电动声学换能器的正常使用期间被执行，而不仅仅在实验室条件下被执行。同样可想象将声音输出至所述音圈中的一个音圈并将控制电压输出至另一个音圈。而且在这种情况下，声音信号和所述控制信号叠加。
而且，如果所述声音信号只被施加至串联连接的音圈的外接头(具体通过单个放大器)，则这是有利的。因此，仅所述音圈排布结构/串联连接的音圈的外接头电连接至放大器的音频输出端。换句话说，由所述声音信号引起的电流流入所述音圈排布结构的第一外接头，顺序地流过所述音圈中的每一个并流出所述音圈排布结构的第二外接头。
通过这些措施，降低了换能器系统的技术复杂性和用于生产换能器系统的成本。同时增加了可靠性。具体来说，减少了所述电动声学换能器的布线。特别地，针对所述音圈排布结构的外接头的电连接是所述放大器与所述音圈排布结构之间的仅有电连接。
通过消除针对所述音圈排布结构的每个音圈需要单独的放大器，可靠性可以大大增加。针对具有两个音圈的音圈排布结构，所述换能器系统的放大部分出故障的风险降低了50％。
应该注意的是，声音信号仅被施加至串联连接的音圈的外接头，以及具有这些特征的换能器系统可以形成独立发明的基础，而没有权利要求1和18的限制。
放大器可以是具有一个声音输出端和到接地点的连接的单极性放大器。在这种情况下，所述音圈排布结构/串联连接的音圈的一个外接头电连接至所述放大器的音频输出端，另一接头连接至接地点。然而，所述放大器也可以是具有两个专用声音输出端的双极型放大器。在这种情况下，所述音圈排布结构/串联连接的音圈的一个外接头电连接至所述放大器的第一音频输出端，另一外接头连接到另一第二音频输出端。一般来说，放大器可能有更多的放大级。在这种情况下，出于本公开的关注，不考虑中间级的输出端具有“音频输出端”。该“音频输出端”是最后一级的输出端，其最终连接至所述换能器。
有利地，两个音圈之间的连接点电连接至所述偏移补偿电路的输入端。以这种方式，连接点处的电压可以被用于控制所述换能器系统。具体而言，可以检测和校正所述音圈排布结构相对于零位的偏移。
具体来说，在上述情况下，针对所述音圈排布结构的外接头的电连接和针对两个音圈之间的连接点的电连接是所述放大器与所述音圈排布结构之间的仅有电连接。此外，两个音圈之间的连接点可以仅连接至所述偏移补偿电路的输入端。以这种方式，考虑到所述换能器系统的功能，所述放大器与所述电动换能器之间的布线相当容易。
在又一有利的实施方式中，速度v、输入电压uin、输入电流iin、初始驱动力因子bl(0)、驱动力因子bl(x)以及位置x与同一时间点t有关。以这种方式，可以通过递归地重复步骤b)和c)来迭代地计算在特定时间点所述振膜的位置x，直到获取希望精度为止。例如，可以确定在后续步骤c)中分别在后续迭代中计算的位置x的偏差，以确定所获取的精度。
在所提出的方法的另一有利变型例中，速度v、输入电压uin、输入电流iin、初始驱动力因子bl(0)、驱动力因子bl(x)以及位置(x)与不同时间点t有关。以这种方式，确定移动振膜的位置x是正在进行的处理。特别地，该方法包括以下步骤：
a)基于去往所述换能器的音圈的输入电压uin(t)和输入电流iin(t)并且基于所述换能器在所述振膜的初始位置的初始驱动力因子bl(0)，来计算所述振膜的速度v(t)；
b)通过对所述速度v(t)进行积分来计算所述振膜的位置x(t)；
c)基于去往所述换能器的所述音圈的所述输入电压uin(t+1)和所述输入电流iin(t+1)并且基于所述换能器在所述振膜的在步骤b)计算的所述位置x(t)的驱动力因子bl(x(t))，来计算所述振膜的速度v(t+1)，以及
d)递归地重复步骤b)和c)，其中，t变成t+1。
考虑到实际振膜位置，该方法涉及所计算的振膜位置x的相移和误差。然而，如果该计算相对于振膜的移动速度较快，则这种相移和这种误差可以保持为低。一般而言，振膜的频率越低，并且计算装置(例如，电子偏移补偿电路)的时钟频率越高，该相移和误差就越低。
有利地，通过以下公式计算振膜的位置x：
x(t)＝x(t-1)+v(t)·δt
其是下式的数值表示：
x(t)＝∫v(t)·dt
而且，有利的是，通过以下公式计算振膜的速度v：
在步骤a)中，v(t)=(uin(t)-zc·|in(t))/bl(0)，或者在步骤c)中，v(t+1)＝(uin(t+1)-zc·|in(t+1))/bl(x(t))。
以这种方式，该计算基于音圈的电动势uemf，其可以容易地通过下式来计算：
uemf＝uin(t)-zc·|in(t)
其中，zc是音圈电阻。
在所提出的方法的另选变型例中，通过以下公式计算振膜的速度v：
在步骤c)中，v(t+1)＝v～(t+1)·bl(0)/bl(x(t))，其中
v～(t+1)＝(uin(t+1)-zc·|in(t+1))/bl(0)
这里，在第一步骤中，利用振膜的初始位置的初始驱动力因子bl(0)来计算振膜的速度v～的粗略近似，然后通过表示bl(0)与bl(x)之间的关系的因子来进行校正。
有利地，通过使用以下项来计算振膜的速度v：
-所述第一音圈的电动势uemf1，或者
-所述第二音圈的电动势uemf2，或者
-所述第一音圈的电动势uemf1和所述第二音圈的电动势uemf2的和。
根据哪个音圈电阻和哪个驱动力因子是已知的，振膜的速度v可以通过使用下列公式中一个或更多个来计算：
v(t)＝(uin(t)-zc1·|in(t))/bl1
v(t)＝(uin2(t)-zc2·|in(t))/bl2
v(t)＝(uin1(t)+uin2(t)-(zc1+zc2).|in(t))/bl12
其中，bl12是整个音圈排布结构的驱动力因子。
在这一点上，应注意到，针对该方法的各个实施方式和与其相关的优点同样适用于所公开的电子电路和换能器系统，反之亦然。
附图说明
根据下面的详细描述、所附权利要求书以及附图，本发明的这些和其它方面、特征、细节、功用以及优点将变得更完全显见，其中，附图例示了根据本发明示例性实施方式的特征，并且其中：
图1示出了示例性换能器的截面图；
图2示出了图1所示的换能器1的简化电路图；
图3示出了图1所示的换能器的第一音圈和第二音圈的驱动力因子的示例性曲线图；以及
图4是换能器系统的更详细实施方式。
在多个图中，相同标号指相同或等同部件。
具体实施方式
在此，针对各种装置，描述了各种实施方式。阐述了许多具体细节以提供对如说明书中描述并在附图中例示的实施方式的总体结构、功能，制造以及使用的彻底理解。然而，本领域技术人员应当明白，可以在没有这种具体细节的情况下具体实践这些实施方式。在其它情况下，公知操作、组件，以及部件未加以详细描述，以使不搞混说明书中描述的实施方式。本领域普通技术人员应当明白，本文描述和例示的实施方式是非限制例，因此可以清楚，本文所公开的特定结构和功能细节可以是代表性的，而不必限制实施方式的范围，其范围仅由所附权利要求来限定。
贯穿本说明书针对“各种实施方式”、“一些实施方式”、“一个实施方式”或“一实施方式”等的引用意指结合该实施方式描述的特定特征、结构，或特性被包括在至少一个实施方式中。因此，贯穿本说明书处处出现的短语“在各种实施方式中”、“在一些实施方式中”，“在一个实施方式”或“在一实施方式中”等不必都指同一实施方式。而且，该特定特征、结构，或特性可以按任何合适的方式在一个或更多个实施方式中组合。因此，结合一个实施方式例示或描述的该特定特征、结构，或特性可以在无限制的情况下，全部或部分地与一个或更多个其它实施方式的特征、结构，或特性相结合，假定这种组合不是不合逻辑或非功能性的。
必须注意到，如在本说明书和所附权利要求中使用的，单数形式“一(a)”、“一(an)”以及“该/所述(the)”包括多个指示物，除非上下文另外清楚地规定。
本描述中和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等(若有的话)被用于在相似部件之间区分，而不必用于描述特定顺序或时间先后次序。要明白的是，这样使用的术语在合适情况下可互换，使得在此描述的本发明实施方式例如能够按除了本文所示或另外描述的顺序以外的其它顺序操作。而且，术语“包括(include)”、“具有(have)”及其任何变体旨在覆盖非排它性的包含，以使包括列表部件的处理、方法、物品、或装置不一定受限于那些部件，而是可以包括未明确列出或固有于这种处理、方法、物品、或装置的其它部件。
所有方向引用(例如，“加”、“减”、“上部”、“下部”、“向上”、“向下”、“左”、“右”、“向左”、“向右”、“前”、“后”、“顶侧”“底侧”、“上方”、“下方”、“上面”、“下面”、“垂直”、“水平”“顺时针”，以及“逆时针”)仅用于标识目的，以帮助读者理解本公开，并且不会造成限制，特别是对于本公开的任何方面的位置、取向，或使用。要明白的是，这样使用的术语在合适情况下可互换，使得在此描述的本发明实施方式例如能够按除了本文所示或另外描述的取向以外的其它取向操作。
如本文所使用的，短语“配置成”、“配置为”以及类似短语表示本主体设备、装置，或系统被设计和/或构造(例如，通过适当的硬件、软件，和/或组件)成实现一个或更多个特定对象目的，而不是本主体设备、装置，或系统仅能够执行对象目的。
连接引用(例如，“粘接”、“耦接”、“连接”等)应广泛解释并且可以包括部件连接之间的中间构件以及部件之间的相对移动。因此，连接引用不一定推断两个部件直接连接并且彼此采用固定关系。上面描述中包含的或者附图中示出的所有内容都旨在被解释为仅仅是例示性的而非限制性的。在不脱离如所附权利要求书中限定的本发明的精神的情况下，可以在细节或结构上进行改变。
本说明书和权利要求书中使用的表达测量等的所有数字都要被理解为在所有情况下通过术语“大约”或“大致”来修改，其特别意指与基准值的偏差为±10％。
图1以截面图示出了可以具体实施为扬声器的电动声学换能器1的示例。换能器1包括壳体2、以及具有弯曲区段4和中心区段5的振膜3，该中心区段在这个示例中由块板强化。而且，换能器1包括粘接至振膜3的音圈排布结构6。音圈排布结构6包括第一音圈7和第二音圈8。在该示例中，第一音圈7设置在第二音圈8的顶部上并与第二音圈8同心。而且，换能器1包括磁路系统，该磁路系统具有磁体9、磁钢板(potplate)10以及导磁片(topplate)11。该磁路系统生成横切于音圈排布结构6的缠绕线的纵向的磁场b。
另外，电动声学换能器1包括电连接至音圈7、8并且连接至电子偏移补偿电路12的三个连接端子t1..t3。电动声学换能器1和电子偏移补偿电路12形成换能器系统。
在图1所示的示例中，振膜3的振幅用“x”表示，其速度用“v”表示。如已知的，通过音圈排布结构6的电流使振膜3移动并因此发声，声音从换能器1发出。
图2示出了图1所示的换能器1的简化电路图。具体来说，图2示出了产生电压uin的电压源，该电压被馈送至串联连接的第一电感l1(由第一音圈7形成)和第二电感l2(由第二音圈8形成)。
最后，图3示出了第一音圈7的第一驱动力因子bl1的曲线图和第二音圈8的第二驱动力因子bl2的曲线图。驱动力因子bl1和bl2可以如现有技术中已知的那样进行测量。具体来说，图3还示出了振膜3的磁零位mp及其希望的初始位置ip(在该示例中，希望的初始位置ip与磁零位mp不同)。
下面，用于计算振膜3的振幅x的方法如下：
在第一步骤a)中，基于去往换能器1的音圈7、8的输入电压uin和输入电流iin并且基于换能器1在振膜3的初始位置ip(其中，x＝0，或者假定为0)的初始驱动力因子bl1(0)、bl2(0)，来计算振膜3的速度v。
振膜3的速度v可以由以下公式计算：
v(t)＝(uin(t)-zc·|in(t))/bl(0)
其中，zc是音圈电阻。
一般而言，可以通过使用以下项来计算振膜3的速度v：
-第一音圈7的电动势uemf1，或者
-第二音圈8的电动势uemf2，或者
-第一音圈7的电动势uemf1和第二音圈8的电动势uemf2的和。
在第一示例中，第一音圈7的电动势uemf1被用作计算的基础。该电动势uemf1被如下计算：
uemf1＝uin1(t)-zc1·|in(t)
因此，该速度为：
v(t)＝(uin1(t)-zc1·|in(t))/bl1(0)
在第二步骤)b中，通过对速度v进行积分来计算振膜3的位置x。要么：
x(t)＝∫v(t)·dt
要么
x(t)＝x(t-1)+v(t)·δt
在下一步骤c)中，基于去往换能器1的音圈7的输入电压uin和输入电流iin并且基于换能器1在振膜3的在步骤b)计算的位置x处的驱动力因子bl(x)，来计算振膜3的速度v。在我们的示例，通过以下公式计算速度v：
v(t)＝(uin1(t)-zc1·|in(t))/bl1(x(t))
递归地重复步骤b和c)，直到获取希望的精度为止。
在上述示例中，速度v、输入电压uin、输入电流iin、初始驱动力因子bl(0)、驱动力因子bl(x)以及位置x与同一时间点t有关。这意味着，一次采取输入电压uin、输入电流iin的一个样本，并且位置x被以几次迭代计算。
然而，速度v、输入电压uin、输入电流iin、初始驱动力因子bl(0)、驱动力因子bl(x)以及位置(x)还可以与不同时间点t有关。如果是这样的话，则改变步骤c)和d)。在步骤c)中，基于去往换能器1的音圈7的输入电压uin(t+1)和输入电流iin(t+1)并且基于换能器1在振膜3的位置x(t)的驱动力因子bl(x(t))，来计算振膜3的速度v(t+1)。在我们的示例中，利用第一音圈7，这意味着：
v(t+1)＝(uin(t+1)-zc·|in(t+1))/bl(x(t))
因此，递归地重复步骤b)和c)，其中，t变成t+1。以这种方式，计算位置x是正在进行的处理，其精度基本上取决于计算相对于振膜3的速度v有多快。简而言之，这意味着驱动振膜3的信号的频率越低，位置x的计算越准确。
作为上文提出的方法的另选例，计算振膜3的速度v可以在第一步骤中利用在振膜3的初始位置ip的初始驱动力因子bl(0)来进行，然后通过表示bl(0)与bl(x)之间的关系的因子来校正。因此，振膜3的速度v可以通过以下公式计算：
在步骤c)中，v(t+1)＝v～(t+1)·bl(0)/bl(x(t))，其中
v～(t+1)＝(uin(t+1)-zc·|in(t+1))/bl(0)
这里，v～是利用在振膜3的初始位置ip的初始驱动力因子bl(0)计算的、振膜3的速度的粗略近似。然后，通过使用因子bl(0)/bl(x(t))来校正该速度。
在真实应用中，振膜3的初始位置ip(x＝0)常常与第一音圈7的电动势uemf1等于第二音圈8的电动势uemf2的点不一致。这导致计算出的振膜3的位置x相对于振膜3的真实位置偏离。
换句话说，第一音圈7与第二音圈8之间的连接区域与导磁片11不在同一平面。该偏差可能由特定设计和/或制造期间的公差所引起。
为避免或降低这种偏差，控制电压被施加至音圈7、8中的至少一个音圈并改变，直到第一音圈7的电动势uemf1和第二音圈8的电动势uemf2大致达到预定关系为止，并且直到音圈排布结构达到希望的初始位置ip位置为止。第一音圈7的电动势uemf1和第二音圈8的电动势uemf2可以通过以下公式来计算：
uemf1＝uin1(t)-zc1·|in(t)
uemf2＝uin2(t)-zc2·|in(t)
一般而言，上述关系可以是所述值之间的特定比率或差。特别地，希望的初始位置ip可以是磁零位mp，在所述磁零位mp，振膜的初始位置ip(x＝0)与第一音圈的电动势uemf1等于第二音圈的电动势uemf2的那个点一致。在这个特定点，所述值之间的比率大致为1，相应地，所述值之间的差大致为0。
施加控制电压还可以基于从电动势uemf1、uemf2获得的参数。有利地，所述参数是电动势uemf1、uemf2的绝对值、所述电动势uemf1、uemf2的平方值、或者所述电动势uemf1、uemf2的均方根值。
因此，该控制电压可以被施加至音圈7、8中的至少一个音圈并改变，直到第一音圈7的电动势uemf1的平方值(均方根值)和第二音圈8的电动势uemf2的平方值(均方根值)大致达到预定关系为止。另选地，该控制电压可以被施加至音圈7、8中的至少一个音圈并改变，直到第一音圈7的电动势uemf1的绝对值与第二音圈8的电动势uemf2的绝对值达到预定关系为止。应注意到，偏移补偿方法还可以基于从电动势uemf1、uemf2获得的其它参数的关系。
特别是，在第一步骤中，可以在整个音频带中确定电动势uemf1和uemf2/由此获得的参数，在第二步骤中，确定电动势uemf1和uemf2的能量分别作为其参数，并且第二步骤的结果由第一滤波器进行低通滤波，该第一滤波器可以是偏移计算模块13的一部分。最后，将第三步骤中获取的信号被用于控制电压uctrl的施加。例如，所述低通滤波器的截止频率在微型扬声器的情况下为50hz，而在其它扬声器的情况下为10hz。优选的是，该截止频率在微型扬声器的情况下为20hz，而在其它扬声器的情况下为5hz。由此，与换能器1的声音输出的频率相比，控制电压uctrl的交流分量的频率是低的。一般而言，该控制电压uctrl可以包括恒定分量和交流分量。在特定情况下，该控制电压uctrl还可以是纯dc电压。该控制电压被施加至音圈7、8中的至少一个音圈并改变，直到在上述频率下，第一音圈7的电动势uemf1/由其获得的参数大致等于第二音圈8的电动势uemf2/由其获得的所述参数为止。
上述滤波器结构例示了控制回路的惯性行为。该控制回路的实现可以根据任意阶pid控制器(比例积分微分控制器)基于现有技术控制回路理论。
在前面提出的示例中，第一音圈7的电动势uemf1被用于确定振膜3的振幅x。然而，以相同方式，第二音圈8的电动势uemf2、或者第一音圈7的电动势uemf1与第二音圈8的电动势uemf2的和可以出于该理由而加以使用。如果是这样，则
v(t)＝(uin2(t)-zc2·|in(t))//bl2
或者
v(t)＝(uin1(t)+uin2(t)-(zc1+zc2)·|in(t))/bl12
可以被用于计算振膜3的速度v，其中，bl12是整个音圈排布结构6的驱动力因子。
上文提出的计算以及将控制电压施加至音圈排布结构6通常可以通过偏移补偿电路12来完成。该偏移补偿电路12可以是独立装置或者可以集成到另一装置中。
所提出的用于计算振膜3的位置x的方法可以被用于补偿换能器1的非线性。例如，驱动力因子bl的非线性曲线图(参见图3)导致馈送至音圈排布结构6的电信号被非线性转换成振膜3的移动。已知振膜3的位置x，这种非线性可以通过改变电信号来补偿。
下面，图4示出了换能器系统(特别是连接到音圈排布结构6的电子偏移补偿电路12，其由图4中的电感l1和l2示出)的更具体实施方式。该电子偏移补偿电路12包括偏移计算模块13、位置计算模块14、声音信号改变模块15、混合器16以及功率放大器17。
偏移计算模块13连接至电流测量装置a、第一电压测量装置v1和第二电压测量装置v2。如上说明的，第一音圈7的电动势uemf1和第二音圈8的电动势uemf2可以基于以下项来计算：利用电流测量装置a测量的、去往第一音圈7和第二音圈8的输入电流iin(t)；利用第一电压测量装置v1测量的、去往第一音圈7的输入电压uin1(t)；利用第二电压测量装置v2测量的、去往第二音圈8的输入电压uin2(t)；以及第一音圈7的音圈电阻zc1和第二音圈8的音圈电阻zc2，这些被认为从单独的测量来获知。基于该信息，偏移计算模块13计算施加至音圈7和8的控制电压uctrl。
偏移计算模块13尤其可以包括根据deltasigma调节进行偏移补偿的deltasigma调节器。在这种情况下，以相反的符号对相对于第一音圈7的电动势uemf1和第二音圈8的电动势uemf2之间的目标关系的偏差进行求和，并且将其施加至音圈排布结构6，从而补偿上述偏差并由此取向于希望的初始位置ip。deltasigma调节器还可以被视为积分控制器，并且同样可以将其它积分控制器用于偏移计算模块13中。通过偏移计算模块13施加控制电压uctrl还可以基于由电动势uemf1、uemf2获得的参数，如前所述。
除了偏移计算模块13中的可选第一滤波器之外，还可以将第二滤波器18设置在偏移计算模块13的下游。第一滤波器避免偏移计算模块13干扰换能器1的声音输出。第二过滤器18减少或避免控制回路中的不稳定性。
如上说明的，位置x还可以通过使用以下项来计算：去往第一音圈7和第二音圈8的输入电流iin(t)；去往第一音圈7的输入电压uin1(t)；去往第二音圈8的输入电压uin2(t)；以及换能器1的驱动力因子bl(x)。该作业由位置计算模块14执行，位置计算模块14计算振膜3的位置x并且在该示例中，将振膜3的位置x输出至声音信号改变模块15。声音信号改变模块15基于振膜位置x补偿驱动力因子bl(x)中的非线性(参见图3)。具体来说，声音信号改变模块15基于振膜位置x和驱动力因子bl(x)改变输入声音信号usound，并且输出改变的声音信号usound，使得从换能器1发出的声音尽可能好地适合(fitto)声音信号usound，并且jiang失真保持为低。另选的是或者另外，声音信号usound的电平可以被限制，或者可以在高的振膜振幅x处通过声音信号改变模块15被切断(cutoff)，以避免损坏换能器1。当然，振膜位置x还可以被用于至外部电子电路的其它控制和输出。
在这点上，应注意到，移位到振膜3的初始位置ip不一定涉及如上所述的位置计算。移位到振膜3的初始位置ip可以简单地基于改变第一音圈7的电动势uemf1与第二音圈8的电动势uemf2之间的希望关系，或者基于改变从电动势uemf1、uemf2获得的参数的希望关系。
还应注意到，在图4所示的示例中，位置计算模块14和声音信号改变模块15二者都包括关于驱动力因子bl(x)的信息。在位置计算模块14中，该信息被用于计算振膜位置x，而在声音信号改变模块15中，通过使用驱动力因子bl(x)来改变声音信号usound。当然，两个功能可以集成到单个模块中，当然声音信号变化模块15也可以包括关于换能器1直至完整模块的其它信息，以避免在将声音信号usound转换成声音时的失真。
在图4所示的示例中，通过混合器16将控制电压uctrl与改变的声音信号usound～混合。最后，该混合信号由功率放大器17放大并施加至换能器1。因为混合器16，在施加控制电压uctrl期间施加改变的声音信号usound～。
应注意到，出于例示目的，电子偏移补偿电路12通过使用功能框仅示出一般功能。将所公开的功能付诸实践可能需要修改电子偏移补偿电路12和更详细的电子装置。功能框不一定与真实偏移补偿电路12中的物理模块一致。真实物理模块可以并入图4所示一种以上的功能。此外，在真实偏移补偿电路12中也可以省略图4所示功能中的专用功能，并且真实偏移补偿电路12也可以执行除了所公开的功能以外的功能。
例如，位置计算模块14和声音信号改变模块15可以被省略。在这种情况下，声音信号usound被不改变地施加至换能器。在另一示例中，仅声音信号改变模块15被省略。在这种情况下，位置计算模块14可以将位置x输出至外部声音信号改变电路。本领域技术人员还将容易地认识到，功率放大和混合可以仅用一个放大器完成。
在这个示例中，控制电压uctrl和改变的声音信号usound～都被施加至第一音圈7和第二音圈8二者，即，施加到音圈排布结构6的外接头。不过，这是一个有利的解决方案，其不是唯一的。在另选实施方式中，控制电压uctrl仅被施加至第一音圈7，而(改变的)声音信号usound～仅被施加至第二音圈8。在这种情况下，可以省略混合器16，因为控制电压uctrl和改变的声音信号usound～因振膜3的移动而叠加。
总之，该电子偏移补偿电路12根据其包括的功能，提供适当解决方案，以将声音信号usound馈送至换能器1，同时失真保持为低并避免损坏换能器1。结合换能器1，提出了一种允许简单操作的有利换能器系统。用户只需要将要转换成声音的信号馈送至该换能器系统而不需要关心失真和/或避免损坏换能器1。优选地，该电子偏移补偿电路12和换能器1被具体实施为单个装置或模块。例如，电子偏移补偿电路12可以设置在换能器1的壳体2中。
一般而言，换能器1，相应地振膜3，可以在俯视图中具有任何形状，具体为矩形、圆形或卵形。而且，音圈7和8可以具有相同高度或不同高度、相同直径或不同直径、以及相同数量的绕组或不同数量的绕组。
应注意到，尽管刚在计算振膜位置x的有利上下文中公开了避免振膜3的偏移，但避免振膜3的偏移不限于该特定应用。与此相反，其也可以被用于简单地将振膜3移位到根据设计想要作为初始位置ip的那个位置，由此补偿公差并总体上改进换能器1的性能。因此，可以降低换能器1的音频输出的失真，和/或可以改进对称性，从而允许沿前后方向的相同振膜行程。振膜3也可以移位到改变的希望初始位置ip，以改变换能器1的声音特性。
应注意到，本发明不限于上述实施方式和示例性工作例。进一步的开发、修改以及组合也处于专利权利要求的范围内，并且被置于根据上述公开的本领域技术人员拥有之下。因此，本文描述和例示的技术和结构应被理解成例示性和示例性的，而非对本发明范围进行限制。本发明的范围由所附权利要求书限定，包括在提交本申请时的已知等同物和不可预见的等同物。尽管上面已经以一定程度的特殊性描述了本发明的许多实施方式，但本领域技术人员在不脱离本公开的精神或范围的情况下，可以对所公开实施方式进行许多改变。
特别地，应该注意到，用于计算振膜位置x的位置计算方法和位置计算模块14、以及包括这种位置计算模块14的换能器系统(即，根据权利要求10至17、19以及20中的任一项所述的特征)可以形成独立发明的基础而没有权利要求1和18的限制。
同样非常重要的是，声音信号仅被施加至串联连接的音圈7、8的外接头(即，权利要求9的特征)以及具有这些特征的换能器系统，其可以形成独立发明的基础，而没有权利要求1和18的限制。
标号列表
1电动声学换能器
2壳体
3振膜
4弯曲区段
5硬化的中心区段
6音圈排布结构
7第一音圈
8第二音圈
9磁体
10磁钢板
11导磁片
12电子偏移补偿电路
13偏移计算模块(具有可选的第一滤波器)
14位置计算模块
15声音信号改变模块
16混合器
17功率放大器
18第二滤波器
a电流测量装置
b磁场
bl驱动力因子
bl1第一音圈的驱动力因子
bl2第二音圈的驱动力因子
iin输入电流
l1第一音圈的电感
l2第二音圈的电感
mp磁零位
ip希望的初始位置
t1..t3连接端子
u1第一音圈处的电压
u2第二音圈处的电压
uctrl控制电压
uin输入电压
usound声音信号
usound～改变的声音信号
v振膜速度
v1第一电压测量装置
v2第二电压测量装置
x振膜振幅。