[发明专利]音频系统、具有电‑声换能器的设备、测量装置及方法

说明书

技术领域

本发明通常涉及一种音频系统，所述音频系统包括：具有换能器连接的电-声换能器，用于从驱动电路接收所考虑的音频频率范围中的音频信号；以及测量装置，用于测量电-声换能器的振动膜的偏移。

本发明还涉及一种用于测量电-声换能器的振动膜的偏移的方法。

背景技术

这样的音频系统例如用在移动电话中，针对移动电话的设备所考虑的音频通常是10Hz到20kHz。在这种移动应用中，组件的大小总是很重要的。这对于像麦克风和扬声器这种电-声换能器始终如此。后者处于不利地位，因为响度直接涉及扬声器内的移动空气量。仅当扬声器的全部部件被优化设计后，才能共同实现较高的声音等级需求以及较小的尺寸需求。

为了实现高声音等级要求，需要最大化移动空气量，并且需要最小化整个扬声器的底部空间。这导致振动膜的高偏移量，该振动膜的高偏移量导致对线性扬声器模型的降低的适配性。

基本以线性方式为扬声器建模的常用方法包括图1中所示的三部分：

·电气模型(包括电阻器R_conductor和音圈电感Z_coil)

·机械模型(包括移动的振动膜和音圈的质量M_MS，弹簧C_MS以及衰减组件)

·声学模型(包括声质量Ma，声顺Ca以及声阻Ra)

如果参数已知，该模型可以用于预测扬声器的行为。为了从扬声器中获得最大的声功率，所有部件需要适应热和机械压力。需要考虑由于驱动电路所导致的音圈温度和受振动膜设计限制或者更严重地受盆架(basket)或磁系统限制的偏移。可以考虑电气、机械以及声学 模型，估计主扬声器谐振频率。

在机械尺寸方面的扩展、生产过程等降低了扬声器的理论功率限制。为了扩大这种限制，过去发展了两种基本概念：

通过附加传感音圈的振动膜运动控制

如在专利US4,327,250中描述的那样，除音圈外，还将传感音圈安装在移动振动膜上，并且传感音圈提供关于振动膜速度的信息。该信息用在驱动电路中调整音频信号并限制振动膜的偏移。为了不仅跟踪速度，还跟踪振动膜的绝对位置，可以使用电容器原理获得振动膜的相对位置。

通过对运动建模的运动控制

这种方法复杂得多，因为它将线性或甚至非线性的模型适配于音圈电流和电压的在线测量中。该模型基于诸如磁通量B乘以音圈线的长度、音圈的已知质量以及静态电阻之类的静态参数。基于这些模型参数以及电流和电压的测量值，可以计算并因此控制偏移估计。

这两种基本概念的缺点

如专利US4,327,250中描述的，真实动作控制要求附加的传感机制(如，传感音圈和一个或两个附加的传感器换能器连接)以及除换能器连接外的该机制的布线，但是对于在包括应用了扬声器的声音情况的整个换能器链中的任何扩展是鲁棒的。

建模方式避免了扬声器的附加换能器连接，但是需要大量的数字信号处理能力并且结果仅与模型反映“真实世界”一样鲁棒。

发明内容

本发明的目的在于提供音频系统和针对这样的音频系统的测量装置，具有电-声换能器的设备，以及测量电-声换能器振动膜的偏移的方法，用于避免已知基本概念的缺点。

所述目的是采用音频系统实现的，所述音频系统还包括：传感器 信号源，用于在换能器连接处提供传感器信号，所述传感器信号具有超出所考虑的音频频率范围并且在电-声换能器的电气域谐振频率范围内的传感器频率；并且所述测量装置包括传感器电路，用于感测由于音频信号导致的振动膜的偏移所引起的针对换能器连接处传感器信号的电-声换能器的阻抗变化。

所述目的还通过执行以下步骤的方法实现：

在连接到电-声换能器的音圈的两个换能器连接处，应用具有超出所考虑的音频频率范围的扫频信号，以测量电-声换能器的电气域谐振频率。

以在电-声换能器所测量的电气域谐振频率之下或之上的频率偏移设置传感器信号的传感器频率；或者将传感器信号的传感器频率设置在电-声换能器所测量的电气域谐振频率上。

感测由于音圈处的音频信号导致的振动膜的偏移所引起的针对换能器连接处传感器信号的电-声换能器的阻抗变化。