在音频系统中减小音频失真的制作方法
【技术领域】
[0001]在这里公开的实施例涉及音频系统，且更具体地，涉及一种用于减小扬声器的音频失真的音频系统。
【背景技术】
[0002]扬声器是用于接收电信号并且将该电信号转换为可听声音的装置。扬声器可以包括音圈(voice coil)，其位于磁铁的内部并且还附着于振膜(diaphragm)(例如，锥盆(cone)) ο当将电信号施加到该音圈时，该音圈产生使得音圈及其附着的振膜运动的磁场。振膜的运动推动周围的空气，并且产生声波。
[0003]为了更好的声音保真度，扬声器所产生的声波应该与向扬声器施加的电信号成正比。然而，在实际的扬声器中，振膜的运动与所施加的电信号并非精确成正比，并且这种偏差导致声学保真度的损失。对于诸如在移动电话、平板电脑、笔记本计算机、和其它便携式装置中发现的那些小型扬声器之类的小型扬声器而言，声学保真度的损失特别明显。
[0004]存在几种原因会导致电信号与振膜的运动之间的偏差。第一，音圈及其相关联的寄生效应是反应性的(reactive)，并且音圈所创建的磁场取决于所施加电信号的频率而变化。这导致音圈的非平坦频率响应。第二，随着音圈的位置在磁铁内部改变，磁铁的磁场对于音圈的作用不是恒定的。当音圈响应于所施加的电信号而往复运动时，其相对于磁铁的位置改变。这改变了音圈的磁场与磁铁的磁场相互作用的量，导致了振膜的运动，该振膜运动的程度取决于音圈的当前位置。第三，支撑振膜的盆架(suspens1n)的弹性不是恒定的，而是取决于该振膜从其标称位置位移了多远而变化。所有这些因素导致了扬声器所产生的声音中的增加的失真。
【发明内容】
[0005]在这里公开的实施例描述了一种音频系统，其测量通过扬声器的测试电流，作为用于测量该扬声器的电容的一种途径。将测试电流用作反馈，以生成反馈信号，该反馈信号代表扬声器振膜的实际位移。然后，可以将该反馈信号使用在反馈环路中，以调整目标音频信号，从而得到增加的音频保真度。
[0006]在一个实施例中，所述音频系统包括:音频驱动器，被配置为接收目标音频信号和反馈信号，并且响应于所述目标音频信号和所述反馈信号来生成调整音频信号。扬声器被配置为将所述调整音频信号转换为声学声音。测试信号发生器被配置为生成比所述目标音频信号具有更高频率的测试信号。所述测试信号还使得测试电流流经所述扬声器。电流感测电路被配置为测量流经所述扬声器的测试电流，并且生成指示所述测试电流的电流感测信号。反馈电路被配置为响应于所述电流测试信号来生成所述反馈信号。例如，所述反馈电路可以是查找表或非线性电路，其生成反馈信号，使得它代表所述扬声器的实际位移。
[0007]在一个实施例中，公开了一种音频系统中的操作方法。所述方法包括:响应于目标音频信号和反馈信号来生成调整音频信号；利用扬声器来将所述调整音频信号转换为声学声音；生成比所述目标音频信号具有更高频率的测试信号，所述测试信号使得测试电流流经所述扬声器；测量流经所述扬声器的测试电流；生成指示所述测试电流的电流感测信号；以及响应于所述电流测试信号来生成所述反馈信号。
【附图说明】
[0008]通过结合附图考虑接下来的详细描述，可以容易地理解在这里所公开的实施例的教导。
[0009]图1是根据一个实施例的扬声器的物理结构图。
[0010]图2是根据一个实施例的来自图1的扬声器10的电模型。
[0011]图3是根据一个实施例的处于高频的来自图2的电模型的简化版本。
[0012]图4是根据一个实施例的具有减小首频失真的首频系统的框图。
[0013]图5是根据一个实施例的具有减小首频失真的首频系统的电路图。
[0014]图6图示了根据一个实施例的音频系统的信号波形。
[0015]图7是根据另一实施例的具有减小首频失真的首频系统的电路图。
[0016]图8是根据又一实施例的具有减小首频失真的首频系统的电路图。
[0017]图9是根据另一实施例的扬声器的物理结构图。
[0018]图10是根据另一实施例的处于高频的来自图9的扬声器的简化电模型。
[0019]图11是根据又一实施例的具有减小首频失真的首频系统的电路图。
【具体实施方式】
[0020]仅仅借助于说明，附图和接下来的描述涉及各种实施例。应该注意，根据接下来的讨论，将容易地把在这里公开的结构和方法的替换实施例认为是可以采用的可行替换方案，而不脱离在这里讨论的原理。
[0021]现在，将对于几个实施例详细地做出参考，在附图中图示了所述实施例的示例。注意到，只要可行，相似的或同样的附图标记可以使用在附图中，并且可以指示相似的或同样的功能。仅仅为了说明的目的，附图描绘了各种实施例。根据接下来的描述，本领域技术人员将容易地认识到，可以采用在这里所说明的结构和方法的替换实施例，而没有脱离在这里所描述的原理。
[0022]在这里公开的实施例描述了一种音频系统，其测量通过扬声器的测试电流，作为用于扬声器的电容的指标(proxy)。将测试电流用作反馈，以生成反馈信号，该反馈信号代表扬声器振膜的实际位移。然后，在反馈环路中使用反馈信号，以调整目标音频信号，导致了与目标音频信号更加准确匹配的扬声器的位移，这增加了音频保真度。
[0023]图1是根据一个实施例的扬声器10的物理结构图。扬声器10包括磁铁12、音圈(coil) 14、和附着到该音圈14的振膜16。当将电信号施加到音圈14时，它使得音圈14产生与磁铁12的磁场相互作用的磁场。音圈14和振膜16来回运动，以产生声波。如果音圈14更接近于磁铁12的中心，则磁场之间的相互作用更强。如果音圈14更远离于磁铁12的中心，则该相互作用更弱。这个改变的磁场导致了产生声学失真的非恒定力。
[0024]音圈14还产生与磁铁12相互作用的电场18。电场18根据音圈14相对于磁铁12的位置而改变。与磁场相似地，如果音圈处于磁铁12的中心，则音圈14与磁铁12之间的电场18相互作用更强。如果音圈14移动远离磁铁12，则该电场18减小。
[0025]图2是根据一个实施例的来自图1的扬声器10的电模型。电阻器Rl和电感器LI模拟对扬声器10内部的运动音圈14。电容器C2、电感器L2和电阻器R2模拟空气、振膜16的弹性、和音圈14的运动所导致的感应电动势(EMF)的组合惯量(intertia)。扬声器10还包括两个扬声器端子，可以通过所述两个扬声器端子向扬声器提供电音频信号。
[0026]电容器Cl代表由扬声器10内部的电场18所引起的扬声器10的自电容。Cl随着音圈14的运动而变化。当向音圈14施加正电压时，它远离磁场12移动，减小了电场18与磁铁12的相互作用，并且还减小了电容器Cl的电容。当向音圈14施加负电压时，它朝向磁场12移动，增大了电场18与磁铁12的相互作用，并且还增大了电容器Cl的电容。因而，Cl的值取决于音圈14和振膜16的位置，并且直接关联到扬声器10所产生的声学声音(acoustical sound)。在一些实施例中，Cl在1pF与10pF之间变化。
[0027]图3是根据一个实施例的处于高频的来自图2的电模型的简化版本。在诸如1MHz之类的音频频率范围以外的高频处，将C2假定为短路，并且由此，可以从电路模型中去除全部的C2、L2和R2。电阻器Rs代表扬声器10的高频电阻，并且对应于来自图2的电阻器Rlo电感器Ls代表扬声器10的高频电感，并且对应于来自图2的电感器LI。电容器Cs代表扬声器10的自电容，并且对应于来自图2的电容器Cl。
[0028]本申请的各实施例使用音圈14的电容Cs，作为用于振膜16位移的指标。可以对电容Cs进行测量，并且使用它作为反馈，以调整向扬声器10提供的电信号的电平，由此补偿电信号与音圈14和振膜16的位移之间的偏差。作为结果，扬声器10具有减小的失真和更好的频率响应。
[0029]图4是根据一个实施例的具有减小音频失真的音频系统的框图。该音频系统包括音频驱动器410，该音频驱动器410在其正输入处接收目标音频信号402并且在其负输入处接收反馈信号408。在一个实施例中，目标音频信号402处于20到20，OOOHz之间的可听频率范围，并且代表扬声器10要产生的声音。音频驱动器比较目标音频信号402与反馈信号408，以生成调整音频信号404。在一个实施例中，音频驱动器410可以是音频放大器或包括放大级。
[0030]补偿电路406耦接到音频驱动器410的输出和扬声器