具有運(yùn)動(dòng)控制的換能器的制造方法
【專利摘要】一種音頻系統(tǒng)包括：電-聲換能器(1)，具有從驅(qū)動(dòng)電路(14)接收在音頻頻率范圍內(nèi)的音頻信號(AS)的換能器連接(12，13)；以及測量裝置(11)，用于測量電-聲換能器(1)的振動(dòng)膜(3)的偏移，其中傳感器信號源(16)在換能器連接(12，13)處提供傳感器信號源(SS)，所述傳感器信號具有超出音頻頻率范圍并且在電-聲換能器的諧振頻率范圍內(nèi)的傳感器頻率，并且測量裝置(11)包括用于感測由于音頻信號(AS)導(dǎo)致的振動(dòng)膜(3)的偏移所引起的針對換能器連接(12，13)處傳感器信號(SS)的電-聲換能器(1)的阻抗變化。
【專利說明】具有運(yùn)動(dòng)控制的換能器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明通常涉及一種音頻系統(tǒng)，所述音頻系統(tǒng)包括:具有換能器連接的電-聲換能器，用于從驅(qū)動(dòng)電路接收所考慮的音頻頻率范圍中的音頻信號；以及測量裝置，用于測量電-聲換能器的振動(dòng)膜的偏移。
[0002]本發(fā)明還涉及一種用于測量電-聲換能器的振動(dòng)膜的偏移的方法。

【背景技術(shù)】
[0003]這樣的音頻系統(tǒng)例如用在移動(dòng)電話中，針對移動(dòng)電話的設(shè)備所考慮的音頻通常是1Hz到20kHz。在這種移動(dòng)應(yīng)用中，組件的大小總是很重要的。這對于像麥克風(fēng)和揚(yáng)聲器這種電-聲換能器始終如此。后者處于不利地位，因?yàn)轫懚戎苯由婕皳P(yáng)聲器內(nèi)的移動(dòng)空氣量。僅當(dāng)揚(yáng)聲器的全部部件被優(yōu)化設(shè)計(jì)后，才能共同實(shí)現(xiàn)較高的聲音等級需求以及較小的尺寸需求。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)高聲音等級要求，需要最大化移動(dòng)空氣量，并且需要最小化整個(gè)揚(yáng)聲器的底部空間。這導(dǎo)致振動(dòng)膜的高偏移量，該振動(dòng)膜的高偏移量導(dǎo)致對線性揚(yáng)聲器模型的降低的適配性。
[0005]基本以線性方式為揚(yáng)聲器建模的常用方法包括圖1中所示的三部分:
[0006].電氣模型(包括電阻器R_durtOT和音圈電感ZMil)
[0007].機(jī)械模型(包括移動(dòng)的振動(dòng)膜和音圈的質(zhì)量Mms，彈簧Cms以及衰減組件)
[0008].聲學(xué)模型(包括聲質(zhì)量Ma,聲順Ca以及聲阻Ra)
[0009]如果參數(shù)已知，該模型可以用于預(yù)測揚(yáng)聲器的行為。為了從揚(yáng)聲器中獲得最大的聲功率，所有部件需要適應(yīng)熱和機(jī)械壓力。需要考慮由于驅(qū)動(dòng)電路所導(dǎo)致的音圈溫度和受振動(dòng)膜設(shè)計(jì)限制或者更嚴(yán)重地受盆架(basket)或磁系統(tǒng)限制的偏移。可以考慮電氣、機(jī)械以及聲學(xué)模型，估計(jì)主揚(yáng)聲器諧振頻率。
[0010]在機(jī)械尺寸方面的擴(kuò)展、生產(chǎn)過程等降低了揚(yáng)聲器的理論功率限制。為了擴(kuò)大這種限制，過去發(fā)展了兩種基本概念:
[0011]通過附加傳感音圈的振動(dòng)膜運(yùn)動(dòng)控制
[0012]如在專利US4，327，250中描述的那樣，除音圈外，還將傳感音圈安裝在移動(dòng)振動(dòng)膜上，并且傳感音圈提供關(guān)于振動(dòng)膜速度的信息。該信息用在驅(qū)動(dòng)電路中調(diào)整音頻信號并限制振動(dòng)膜的偏移。為了不僅跟蹤速度，還跟蹤振動(dòng)膜的絕對位置，可以使用電容器原理獲得振動(dòng)膜的相對位置。
[0013]通過對運(yùn)動(dòng)建模的運(yùn)動(dòng)控制
[0014]這種方法復(fù)雜得多，因?yàn)樗鼘⒕€性或甚至非線性的模型適配于音圈電流和電壓的在線測量中。該模型基于諸如磁通量B乘以音圈線的長度、音圈的已知質(zhì)量以及靜態(tài)電阻之類的靜態(tài)參數(shù)?；谶@些模型參數(shù)以及電流和電壓的測量值，可以計(jì)算并因此控制偏移估計(jì)。
[0015]這兩種基本概念的缺點(diǎn)
[0016]如專利US4，327，250中描述的，真實(shí)動(dòng)作控制要求附加的傳感機(jī)制(如，傳感音圈和一個(gè)或兩個(gè)附加的傳感器換能器連接)以及除換能器連接外的該機(jī)制的布線，但是對于在包括應(yīng)用了揚(yáng)聲器的聲音情況的整個(gè)換能器鏈中的任何擴(kuò)展是魯棒的。
[0017]建模方式避免了揚(yáng)聲器的附加換能器連接，但是需要大量的數(shù)字信號處理能力并且結(jié)果僅與模型反映“真實(shí)世界” 一樣魯棒。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0018]本發(fā)明的目的在于提供音頻系統(tǒng)和針對這樣的音頻系統(tǒng)的測量裝置，具有電-聲換能器的設(shè)備，以及測量電-聲換能器振動(dòng)膜的偏移的方法，用于避免已知基本概念的缺點(diǎn)。
[0019]所述目的是采用音頻系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的，所述音頻系統(tǒng)還包括:傳感器信號源，用于在換能器連接處提供傳感器信號，所述傳感器信號具有超出所考慮的音頻頻率范圍并且在電-聲換能器的電氣域諧振頻率范圍內(nèi)的傳感器頻率；并且所述測量裝置包括傳感器電路，用于感測由于音頻信號導(dǎo)致的振動(dòng)膜的偏移所引起的針對換能器連接處傳感器信號的電-聲換能器的阻抗變化。
[0020]所述目的還通過執(zhí)行以下步驟的方法實(shí)現(xiàn):
[0021]在連接到電-聲換能器的音圈的兩個(gè)換能器連接處，應(yīng)用具有超出所考慮的音頻頻率范圍的掃頻信號，以測量電-聲換能器的電氣域諧振頻率。
[0022]以在電-聲換能器所測量的電氣域諧振頻率之下或之上的頻率偏移設(shè)置傳感器信號的傳感器頻率；或者將傳感器信號的傳感器頻率設(shè)置在電-聲換能器所測量的電氣域諧振頻率上。
[0023]感測由于音圈處的音頻信號導(dǎo)致的振動(dòng)膜的偏移所引起的針對換能器連接處傳感器信號的電-聲換能器的阻抗變化。
[0024]這提供的好處是:不需要額外的換能器連接或者附加的傳感音圈或者高數(shù)字信號處理能力，同時(shí)測量裝置所感測的振動(dòng)膜的偏移是在特定電-聲換能器上魯棒測量的結(jié)果。電-聲換能器的幾個(gè)參數(shù)可能由于在材料上或生產(chǎn)中的微小差異或由于隨時(shí)間變化而不同。這種偏移測量使能調(diào)整音頻信號的DC分量和其它參數(shù)，以使能特定電-聲換能器的優(yōu)化使用。
[0025]本發(fā)明的這些以及其他方面從下面描述的實(shí)施例中變得顯而易見，并將參照下面描述的實(shí)施例進(jìn)行闡述。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，可以組合各個(gè)實(shí)施例。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1示出了揚(yáng)聲器建模的常用方法。
[0027]圖2示出了揚(yáng)聲器的主要部件。
[0028]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的具有用于測量振動(dòng)膜偏移的測量裝置的音頻系統(tǒng)。
[0029]圖4示出了針對掃頻信號以及超出所考慮的音頻頻率范圍的傳感器信號的電-聲換能器的阻抗曲線。
[0030]圖5不出了振動(dòng)膜的偏移與電壓偏移信號的相關(guān)性。
[0031]圖6示出了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的具有用于測量振動(dòng)膜偏移的測量裝置的音頻系統(tǒng)。

【具體實(shí)施方式】
[0032]圖2示出了作為音頻系統(tǒng)2的一部分的電-聲換能器或揚(yáng)聲器I的主要部件。所述揚(yáng)聲器I包括具有連接音圈4的振動(dòng)膜3。所述振動(dòng)膜3還經(jīng)由懸架6連接到揚(yáng)聲器I的底板5。揚(yáng)聲器I還包括裝在容器或殼體8中的磁體7。音圈4伸入磁體7與殼體8之間的氣隙9。
[0033]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的音頻系統(tǒng)2的電路圖，具有用于提供音頻信號AS的驅(qū)動(dòng)電路10和用于測量并且進(jìn)而控制振動(dòng)膜3的偏移的測量裝置11。驅(qū)動(dòng)電路10包括音頻信號源14，所述音頻信號源14具有電阻15并向揚(yáng)聲器I的兩個(gè)換能器連接12和13提供音頻信號AS。如果驅(qū)動(dòng)電路10經(jīng)由兩個(gè)換能器連接12和13向音圈4提供通常為20Hz到20kHz的所考慮的音頻信號范圍內(nèi)的音頻信號AS，那么音圈4在氣隙9內(nèi)移動(dòng)。結(jié)果，如圖2上中下圖所示，振動(dòng)膜3移動(dòng)到振動(dòng)膜3的不同偏移E1、E2和E3。
[0034]需要指出，所考慮的音頻信號范圍取決于所使用的揚(yáng)聲器、以及容納揚(yáng)聲器的特定設(shè)備所用于的應(yīng)用。存在這樣的應(yīng)用，其中只有例如20Hz到10Hz或5kHz到20kHz的音頻信號范圍可以被認(rèn)為與傳輸相關(guān)聲音信息相關(guān)。
[0035]圖3不出更加詳盡的揚(yáng)聲器I的電氣域的電氣模型，其中音圈4的導(dǎo)線被建模為電感器、電阻器和電容的組合。揚(yáng)聲器阻抗Zu的幅度顯示由簡化公式描述的特性形狀，其中已經(jīng)應(yīng)用了串聯(lián)連接&和L的變換(來源:維基百科)
[0036]

【權(quán)利要求】
1.一種音頻系統(tǒng)，包括:電-聲換能器，具有從驅(qū)動(dòng)電路接收所考慮的音頻頻率范圍內(nèi)的音頻信號的換能器連接；以及測量裝置，用于測量電-聲換能器的振動(dòng)膜的偏移，其特征在于:所述音頻系統(tǒng)還包括傳感器信號源，用于在換能器連接處提供具有超出所考慮的音頻頻率范圍并且在電-聲換能器的電氣域諧振頻率范圍內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)傳感器頻率的傳感器信號；以及所述測量裝置包括傳感器電路，用于感測由于音頻信號導(dǎo)致的振動(dòng)膜的偏移所引起的針對換能器連接處傳感器信號的電-聲換能器的阻抗變化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的音頻系統(tǒng)，其中 所述電-聲換能器還包括:殼體，所述殼體容納磁體和音圈，在磁體與殼體之間形成氣隙，并且所述音圈附接伸入氣隙中的振動(dòng)膜；以及 所述殼體與換能器連接中的一個(gè)電連接。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的音頻系統(tǒng)，其中 所述傳感器電路經(jīng)由所述測量裝置的至少一個(gè)電容器與兩個(gè)換能器連接相連接，以基本阻斷音頻信號并令傳感器信號通過；以及 所述驅(qū)動(dòng)電路經(jīng)由所述測量裝置的至少一個(gè)電感與兩個(gè)換能器連接相連接，以基本阻斷傳感器信號并令音頻信號通過。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的音頻系統(tǒng)，其中 所述測量裝置包括傳感器信號設(shè)置裝置，設(shè)置用于當(dāng)在換能器連接處提供所考慮的音頻頻率范圍以上的掃頻信號時(shí)，在第一步驟中測量電-聲換能器的電氣域諧振頻率；以及設(shè)置用于在第二步驟中以在所測量的電氣域諧振頻率之下或之上的頻率偏移設(shè)置傳感器信號的傳感器頻率。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到3中任一項(xiàng)所述的音頻系統(tǒng)，其中 所述測量裝置包括傳感器信號設(shè)置裝置，設(shè)置用于當(dāng)在換能器連接處提供所考慮的音頻頻率范圍以上的掃頻信號時(shí)，在第一步驟中測量電-聲換能器的電氣域諧振頻率；以及設(shè)置用于在第二步驟中將傳感器信號的傳感器頻率設(shè)置在所測量的諧振頻率上。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的音頻系統(tǒng)，其中 所述測量裝置包括:音頻信號調(diào)節(jié)裝置，所述音頻信號調(diào)節(jié)裝置設(shè)置用于基于由傳感器電路感測到的振動(dòng)膜的偏移，調(diào)整驅(qū)動(dòng)電路處的音頻信號的DC分量。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的音頻系統(tǒng)，其中 通過解調(diào)器和低通濾波器來設(shè)置所述傳感器電路，所述低通濾波器提供具有與振動(dòng)膜的偏移相關(guān)的電壓幅度的電壓偏移信號。
8.根據(jù)權(quán)利要求1到5中的任一項(xiàng)所述的語音系統(tǒng)，其中 所述驅(qū)動(dòng)電路向換能器連接提供組合的音頻信號和傳感器信號，和/或 所述傳感器電路包括運(yùn)算放大器，用于充當(dāng)阻抗變換器以不影響所述電-聲變換器。
9.一種測量裝置，用于測量電-聲換能器的振動(dòng)膜的偏移，所述電-聲換能器具有從驅(qū)動(dòng)電路接收所考慮的音頻頻率范圍內(nèi)的音頻信號的換能器連接，其特征在于: 所述測量裝置包括傳感器信號源，所述傳感器信號源用于在換能器連接處提供具有超出所考慮的音頻信號范圍并且在電-聲換能器的電氣域諧振頻率范圍內(nèi)的傳感器頻率的傳感器信號；以及 所述測量裝置還包括傳感器電路，所述傳感器電路用于感測針對換能器連接處傳感器信號的電-聲換能器的阻抗變化。
10.一種具有電-聲換能器的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備包括根據(jù)權(quán)利要求1到8中的任一項(xiàng)所述的音頻系統(tǒng)。
11.一種用于測量電-聲換能器的振動(dòng)膜的偏移的方法，其特征在于以下步驟: 在與電-聲換能器的音圈連接的兩個(gè)換能器連接處，應(yīng)用具有超出所考慮的音頻頻率范圍的頻率的掃頻信號，以測量電-聲換能器的電氣域諧振頻率； 以在所測量的電-聲換能器的電氣域諧振頻率之下或之上的頻率偏移設(shè)置傳感器信號的傳感器頻率，或者將傳感器信號的傳感器頻率設(shè)置在所測量的電-聲換能器的電氣域諧振頻率上； 通過幅度調(diào)制來感測由于音圈處的音頻信號導(dǎo)致的振動(dòng)膜的偏移所引起的針對換能器連接處傳感器信號的電-聲換能器的阻抗變化。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于以下附加步驟: 將電-聲換能器的主揚(yáng)聲器諧振頻率范圍內(nèi)的測試信號應(yīng)用于換能器連接，以測量振動(dòng)膜的偏移與針對換能器連接處的幅度調(diào)制傳感器信號的電-聲換能器阻抗變化的相關(guān)性。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于以下附加步驟: 將電-聲換能器的主揚(yáng)聲器諧振頻率范圍內(nèi)的測試信號應(yīng)用于換能器連接處，以測量所應(yīng)用的測試信號與針對換能器連接處的傳感器信號的電-聲換能器阻抗變化的相關(guān)性。
14.根據(jù)權(quán)利要求10到13中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于以下附加步驟: 連續(xù)地、或周期性地、或在包括電-聲換能器的設(shè)備每一次上電時(shí)、或在電-聲換能器的生產(chǎn)過程中、或在所述設(shè)備的生產(chǎn)過程中，感測由于音圈處的音頻信號導(dǎo)致的振動(dòng)膜的偏移所引起的針對換能器連接處傳感器信號的電-聲換能器的阻抗變化；并調(diào)整音頻信號的DC分量或?qū)μ囟l帶的音頻信號進(jìn)行濾波，以減小電-聲換能器的失真。
【文檔編號】H04R3/00GK104170404SQ201380012537
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2013年3月1日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月5日
【發(fā)明者】弗雷德里?！と饘? 申請人:樓氏國際采購中心（馬來西亞）私人有限公司