CN104602175A - 阻抗测量的肯内利圆插值法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及阻抗测量的肯内利圆插值法。本发明的实施方式致力于提供一种对与电子装置相关联的阻抗数据进行插值的系统、方法以及计算机程序产品。本发明使能更快速进行电子装置阻抗分析，其又对与控制该电子装置的计算系统相关联的存储器分配有影响。一个示例性方法包括以下步骤：接收复阻抗数据；将所述复阻抗数据转换成极坐标阻抗数据，其中，所述极坐标阻抗数据限定了肯内利圆；基于与所述肯内利圆相关联的至少一个参数来归一化所述极坐标阻抗数据；以及针对选定频率来对所述极坐标阻抗数据进行插值。

Description

阻抗测量的肯内利圆插值法

技术领域

本发明涉及一种阻抗测量的肯内利圆插值法。

背景技术

近年来，测量与扬声器组装件相关联的扬声器驱动器的阻抗已经成为一个感兴趣的主题。这是因为更多的关注被放在由扬声器组装件所生成的声音的闭环控制上。

开放式控制系统构成某一形式的声压水平（SPL）频率响应调节，其中，更好的设计利用基本的扬声器组件模型来管理这种调节。该开放式控制系统通常以专用数字信号处理（DSP）单元来实现，其可以为软件或硬件的形式。

闭环控制系统生成器连同反馈信号的同步化需要与阻抗数据获取相关联的速度-分辨率之比，其中，阻抗数据获取还取决于与该扬声器组件相关联的所分配的计算存储空间。阻抗数据获取的速度和分辨率还取决于在扬声器驱动器上生成的信号（即，刺激源）的频率含量。

噪声、下沉脉冲（sink-pulse），或其它宽带状信号是扬声器阻抗测量的理想刺激源。然而，这些信号不是典型用户的优选播放选择，即使大多数音乐和语音具有和粉红噪声（pink noise）类似的波峰因子。分析阻抗的常见方法是，使用基于时间积分处理的浮动时间平均。这对于噪声很有效，但其始终不确定的是，在平均时间期间，音乐或语音刺激源是否包含激励扬声器组件的谐振频率所需的频率。本发明致力于以快速且有效的方式分析针对音乐或语音刺激源的阻抗数据。

发明内容

本发明的实施方式致力于提供一种用于对与电子装置相关联的阻抗数据进行插值的系统、方法以及计算机程序产品。一一种对与电子装置相关联的复阻抗数据进行插值的方法，该方法包括以下步骤：利用计算装置处理器来接收所述复阻抗数据；利用计算装置处理器将所述复阻抗数据转换成极坐标阻抗数据，其中，所述极坐标阻抗数据限定了肯内利圆；利用计算装置处理器，基于与所述肯内利圆相关联的至少一个参数来归一化所述极坐标阻抗数据；以及利用计算装置处理器，针对选定频率来对所述极坐标阻抗数据进行插值。在一些实施方式中，所述电子装置是扬声器。

在一些实施方式中，所述方法还包括以下步骤：确定与所述肯内利圆相关联的半径参数和位置（local）参数。

在一些实施方式中，所述方法还包括以下步骤：基于与所述电子装置的挂起损耗相关联的电阻和与所述电子装置相关联的直流电（DC）电阻，来确定所述半径参数。

在一些实施方式中，所述方法还包括以下步骤：基于所述半径参数来确定所述位置参数。

在一些实施方式中，所述方法还包括以下步骤：基于所述半径参数和所述位置参数来确定与所述肯内利圆相关联的转角频率指数。

在一些实施方式中，所述方法还包括以下步骤：基于所确定的转角频率指数来修订所述半径参数和所述位置参数。

在一些实施方式中，所述方法还包括以下步骤：中心化经归一化的阻抗数据。

在一些实施方式中，所述方法还包括以下步骤：基于经插值的阻抗数据来确定所述电子装置的品质值。

在一些实施方式中，所述选定频率包括谐振频率。

在一些实施方式中，所述选定频率包括-3dB截止频率。

在一些实施方式中，所述方法还包括以下步骤：基于经插值的阻抗数据来模拟阻抗曲线。

在一些实施方式中，所述方法还包括以下步骤：确定与所述肯内利圆相关联的形状，将所述形状与至少一个所存储的形状进行比较，以及确定在所确定的形状与所述至少一个所存储的形状之间是否存在匹配。

在一些实施方式中，所述电子装置是以下装置中的至少一个的一部分：移动电话、手表、音乐播放器、摄像机、台式计算装置、非移动计算装置，或移动计算装置。

在一些实施方式中，所述电子装置的分辨率小于等于预定分辨率。

在一些实施方式中，所述电子装置与闭环控制系统相关联。在闭环系统中，所述电子装置的输出被用作控制该电子装置的参数。

在一些实施方式中，所述电子装置与开环控制系统相关联。

在一些实施方式中，经插值的阻抗数据使得能够控制由所述电子装置生成的音频，并且其中，所述电子装置包括扬声器。

在一些实施方式中，所述音频包括音乐或语音。

在一些实施方式中，提供了一种用于对与电子装置相关联的复阻抗数据进行插值的装置。所述装置包括：存储器；处理器；以及存储在所述存储器中的、可由所述处理器执行的模块，并且该模块被设置成：接收所述复阻抗数据；将所述复阻抗数据转换成极坐标阻抗数据，其中，所述极坐标阻抗数据限定了肯内利圆；基于与所述肯内利圆相关联的至少一个参数来归一化所述极坐标阻抗数据；以及针对选定频率来对所述极坐标阻抗数据进行插值。

在一些实施方式中，提供了一种用于对与电子装置相关联的复阻抗数据进行插值的计算机程序产品。该计算机程序产品包括：一种包括一组代码的非暂时计算机可读介质，该组代码用于使计算机：接收所述复阻抗数据；将所述复阻抗数据转换成极坐标阻抗数据，其中，所述极坐标阻抗数据限定了肯内利圆；基于与所述肯内利圆相关联的至少一个参数来归一化所述极坐标阻抗数据；以及针对选定频率来对所述极坐标阻抗数据进行插值。

附图说明

上面概括地对本发明的实施方式进行了描述，下面对附图进行说明，其中：

图1呈现了根据本发明实施方式的、与音乐刺激源相关联的阻抗分析；

图2呈现了根据本发明实施方式的、阻抗数据及其参数的量值；

图3呈现了根据本发明实施方式的肯内利圆（Kennelly circle）；

图4呈现了根据本发明实施方式的、包括图1的阻抗数据连同与该阻抗数据相关联的参数（例如，图2中呈现的参数）的复平面；

图5呈现了根据本发明实施方式的、用于肯内利插值的流程图；

图6呈现了根据本发明实施方式的中心化阻抗数据；

图7呈现了根据本发明实施方式的模拟阻抗曲线；

图8呈现了根据本发明实施方式的、用于插值与扬声器相关联的阻抗数据的示例性处理流程。

具体实施方式

下面可以参照附图，对本发明实施方式进行更全面描述，其中，示出了本发明的一些而非全部实施方式。实际上，本发明可以按许多不同形式具体实施，而不应视为对在此阐述的实施方式进行限制。相反的是，提供这些实施方式，以使本公开可以满足可应用法定需求。贯穿全文，相同标号指相同部件。

本发明的实施方式致力于提供一种用于插值与电子装置相关联的阻抗数据的系统、方法以及计算机程序产品。本发明使能更快速进行扬声器阻抗分析，其又对与控制该电子装置的计算系统相关联的存储器分配有影响。本发明还使能对由电子装置生成的音频进行阻抗控制数字信号处理。在一些实施方式中，该电子装置是扬声器。本发明不限于任何特定电子装置。尽管在此提供的描述有关扬声器，但本描述可以应用至任何电子装置。因此，如在此所述的扬声器可指任何电子装置，包括不生成音频的装置。

如今，对扬声器的阻抗测量是在有限的平均时段上平均化，以在该扬声器的谐振带宽中收集尽可能多的信息。如果刺激源是噪声（即，处于随机量值级的随机频率），这是奏效的，但不确定的是，音乐或语音刺激源在有限平均时段期间是否会激励该扬声器的谐振。更长的平均时段将会减缓阻抗分析，并且如果该刺激源过于确定，即，本身重复的相同频率含量，则该阻抗测量不可靠。本发明致力于提供一种解决这些技术问题的技术方案。

下面参照图1，图1呈现了与音乐刺激源相关联的阻抗分析。图1中呈现了以21.6Hz频率分辨率的阻抗测量。该阻抗数据构成了根据46.4ms的10个样本块，即总平均时间464ms的平均阻抗。将音乐用作刺激源，并且每一个样本在执行快速傅里叶变换（FFT）之前利用汉宁窗（Hanning window）进行抗混叠滤波和加权。采样率为44.1kHz，这是音乐刺激源的标准。8kHz的采样率可以被选择用于更好的频率分辨率。如图1所示，该阻抗数据包括实部110和虚部120。图1中的样本需要附加平均时间，以达到图2呈现的希望参数。

下面参照图2，图2呈现了阻抗数据及其参数的量值：DC电阻R_E210、谐振频率f_S230以及-3dB相对量值峰值频率f₁220和f₂240，它们将决定Q值（品质值）。图2是图5的再现，根据Vol.AU-19,"Direct-Radiator Loudspeaker System Analysis"pp.269-281。本发明致力于通过寻找所述阻抗数据中的特定图案或者通过确定该阻抗数据是否具有预定复数形状来插值该数据。该图案或形状已知为图3中描绘的肯内利圆。

下面参照图3，图3呈现了肯内利圆。图3是来自M.Rossi的“Acoustics andElectroacoustics”的图7.11的再现。图3中的肯内利圆呈现了和图2相同但处于复域中的信息，其中，频率轴310用由复阻抗值形成的圆表示。本发明致力于标识该圆的分量，其中，阻抗测量的动态范围不足。

下面参照图4，图4呈现了包括图1的阻抗数据405连同与该阻抗数据相关联的参数的复平面。例如，该参数可以是参照图2描述的参数。图4还例示了下面将参照图5描述的位置（LOCAL）410参数和半径（RADIUS）420以及转角频率指数或区块（CORNERBINS）430、432、434和436。

下面参照图5，图5呈现了用于肯内利插值的流程图。本发明所教导的该流程图包括两个部分。第一部分（步骤501至507）是几何变换。第二部分是插值（步骤508至510）。在此描述的处理流程的基础是，即使在低分辨率（即，小于或等于预定分辨率的分辨率）下，扬声器阻抗也像图3那样以s平面限定了圆。

在步骤501中加载该复阻抗数据，并且在步骤502中，将其转换成极坐标形式。在步骤503中确定与肯内利圆有关的第一RADIUS和LOCAL评估。RADIUS近似与如图2中看到的普通阻抗分析基本相同，其中，max（X）是因扬声器悬挂损耗R_E+R_ES而造成的电阻，而min（X）用DC电阻R_E表示。极坐标矢量LOCAL参数与其角β一起描述了需要通过步骤507中的数据归一化来补偿组合损耗并且中心化肯内利圆的阻抗数据的地点。LOCAL参数被用于标识步骤504中的阻抗频率区块，其限定了阻抗量值峰值，即，图2中的范围f₁至f₂中的频率区块。这些频率区块还可以被成为CORNER BINS。

CORNER BINS在步骤505中被用于基于平均处理来改进RADIUS和LOCAL参数。CORNER BINS还在步骤506中被用于通过平均化所有转角区块角ζ来建立角β。极坐标阻抗数据的角ζ还在步骤506中归一化，其补偿了因组合损耗而造成的任何旋转。

该归一化在步骤507中继续，其导致中心化阻抗数据的地点。在一些实施方式中，该中心化处理可以利用线性矢量代数来实现。在其它实施方式中，该中心化处理可以通过将阻抗数据从极坐标形式转换成复数形式、按复数形式执行运算，接着将该数据转换回极坐标形式来实现。

下面参照图6，图6呈现了中心化阻抗数据610。在图5的步骤503至507中完成了阻抗数据的中心化归一化之后，可以插值关注频率（或按关注频率的阻抗），例如，按如步骤509中所示的线性方式。扬声器的谐振频率现在可以针对ω=0和-3dB截止频率（或按这些频率的阻抗）插值，其决定了ω=π/2和ω=-π/2下的Q值。如在此使用的，该Q值（品质值）是描述谐振器有多么欠阻尼的无因次（dimensionless）参数。

下面参照图7，图7呈现了测量和模拟阻抗曲线710、720以及730。图5的输出该阻抗曲线之前的最后一个步骤510是标准扬声器阻抗参数转换。借助于这些参数，该阻抗曲线可以如图7所示进行模拟。该阻抗曲线按图形705中的s平面呈现，并且作为图形706和707中的波德图（Bode plot）呈现。

下面参照图8，图8呈现了与本发明相关联的示例性处理流程。在框810，该处理流程包括接收与扬声器相关联的复阻抗数据。在框820，该处理流程包括将该复阻抗数据转换成极坐标阻抗数据，其中，该极坐标阻抗数据限定了肯内利圆。在框830，该处理流程包括基于与该肯内利圆相关联的至少一个参数来归一化该极坐标阻抗数据。在框840，该处理流程包括针对与该扬声器相关联（或者与该扬声器所生成的音频相关联）的选定频率来插值该极坐标阻抗数据。尽管图8参照扬声器进行了描述，但该扬声器可以表示任何电子装置。

在此描述的扬声器可以是任何便携式或非便携式电子装置的一部分。例如，该扬声器可以是便携式移动通信装置、手表、膝上型计算机、扬声器系统、音乐播放器等的一部分。作为另一实施例，该扬声器可以是独立装置。在此参照任何实施方式描述的各个特征可应用于在此描述的任何其它实施方式。如在此使用的，术语扬声器、扩音器、扬声器系统、扬声器组件、扬声器构造、扬声器驱动器可以互换地使用。在一些实施方式中，本发明被用于在扬声器的分辨率（或由该扬声器生成的音频的分辨率）小于或等于预定分辨率时，插值与该扬声器相关联的阻抗数据。

尽管上面刚对本发明的许多实施方式进行了描述，但本发明可以按许多不同形式具体实施，而不应视为对在此阐述的实施方式进行限制；相反的是，提供这些实施方式，以使本公开满足可应用法定需求。例如，存在用于将复阻抗数据转换成极坐标阻抗数据的多种方法。本申请不限于用于将复阻抗数据转换成极坐标阻抗数据的任何特定方法。而且，应当明白，在可能的情况下，在此描述和/或设想的本发明的任何实施方式的任何优点、特征、功能、装置，以及/或可操作方面都可以被包括在在此描述和/或设想的本发明的任何其它实施方式中，反之亦然。另外，在可能的情况下，在此按单数形式表达的任何术语意指也包括多数形式，反之亦然，除非另外加以明确规定。如在此使用的，“至少一个”应当意指“一个或更多个”并且这些短语可互换。因此，未表明单复数的形式应当包含单数和复数，即使短语在此也使用了短语“一个或更多个”或“至少一个”。贯穿全文，相同标号指相同部件。

如本领域普通技术人员鉴于本公开应当清楚，本发明可以包括和/或具体实施为装置（例如，包括，系统、机器、装置、计算机程序产品等），方法（例如，包括，商业方法、计算机实现处理等），或者前述的任一组合。因此，本发明的实施方式可以采取全部商业方法实施方式、全部软件实施方式（包括固件、常驻软件、微代码、采用数据库的存储过程等）、全部硬件实施方式，或者组合使用商业方法、软件，以及硬件方面的实施方式（在此通常可以称为“系统”）。而且，本发明的实施方式可以采取计算机程序产品的形式，其包括其中存储有一个或更多个计算机可执行程序代码部分的计算机可读存储介质。如在此使用的，处理器（其可以包括一个或更多个处理器）可以“被设置成”按多种方式来执行一特定功能，例如，包括使一个或更多个通用电路通过执行在计算机可读介质中具体实施的一个或更多个计算机可执行程序指令来执行该功能，和/或使一个或更多个专用电路执行该功能。

应当明白，可以利用任何合适的计算机可读介质。该计算机可读介质可以包括但不限于，非暂时计算机可读介质，如有形的电子、磁性、光学、电磁、红外线，以及/或半导体系统、装置，以及/或其它设备。例如，在一些实施方式中，该非暂时计算机可读介质包括有形介质，如便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、可擦除可编程只读存储器（EPROM或闪速存储器）、光盘只读存储器（CD-ROM），以及/或某些其它有形光学和/或磁性存储介质。在本发明的其它实施方式中，然而，该计算机可读介质可以是短时间的，举例来说，如包括其中具体实施有计算机可执行程序代码部分的传播信号。

用于执行本发明的操作的一个或更多个计算机可执行程序代码部分可以包括面向对象编程语言、脚本编程语言，以及/或非脚本编程语言，举例来说，如Java、Perl、Smalltalk、C++、SAS、SQL、Python、Objective C、JavaScript等。在一些实施方式中，用于执行本发明实施方式的操作的该一个或更多个计算机可执行程序代码部分采用常规过程化编程语言来编写，如“C'编程语言和/或类似编程语言。该计算机程序代码另选地或另外采用一个或更多个多范式编程语言来编程，举例来说，如F#。

本发明的一些实施方式在此参照装置和/或方法的流程图例示和/或框图进行描述。应当明白，该流程图例示和/或框图中包括的每一个框和/或该流程图例示和/或框图中包括的框的组合可以通过一个或更多个计算机可执行程序代码部分来实现。该一个或更多个计算机可执行程序代码部分可以提供给通用计算机、专用计算机，以及/或某一其它可编程数据处理装置的处理器，以便生成一特定机器，以使经由该计算机和/或其它可编程数据处理装置的处理器执行的该一个或更多个计算机可执行程序代码部分创建用于实现由该流程图和/或框图框表示的步骤和/或功能的机制。

该一个或更多个计算机可执行程序代码部分可以存储在暂时和/或非暂时计算机可读介质（例如，存储器等）中，其可以引导、指令，以及/或使计算机和/或其它可编程数据处理装置按特定方式起作用，以使存储在该计算机可读介质中的该计算机可执行程序代码部分生成包括实现在该流程图和/或框图框中指定的步骤和/或功能的指令机制的制造品。

该一个或更多个计算机可执行程序代码部分还可以加载到计算机和/或其它可编程数据处理装置上，以使在该计算机和/或其它可编程装置上执行一系列可操作步骤。在一些实施方式中，其生成一计算机实现处理，以使在该计算机和/或其它可编程装置上执行的该一个或更多个计算机可执行程序代码部分提供用于执行在该流程图中指定的步骤和/或在该框图框中指定的功能的可操作步骤。另选的是，计算机实现步骤可以与操作员和/或人实现步骤组合，和/或替换，以便执行本发明一实施方式。

虽然已经对特定示例性实施方式进行了描述并且在附图中进行了示出，但要明白的是，这种实施方式仅是例示性的，而非针对广泛发明的限制，并且本发明不限于所示和描述的具体构造和排布结构，因为除了上面段落中阐述的那些以外，各种其它改变、组合、省略、修改以及置换都是可以的。本领域技术人员应当清楚，在不脱离本发明的范围和精神的情况下，可以设置刚描述的实施方式的各个改变例、修改例，以及组合例。因此，要明白的是，在所附权利要求书的范围内，本发明可以不同于如在此具体描述地具体实践。

Claims (20)

1.一种对与电子装置相关联的复阻抗数据进行插值的方法，该方法包括以下步骤：

利用计算装置处理器来接收所述复阻抗数据；

利用计算装置处理器将所述复阻抗数据转换成极坐标阻抗数据，其中，所述极坐标阻抗数据限定了肯内利圆；

利用计算装置处理器，基于与所述肯内利圆相关联的至少一个参数来归一化所述极坐标阻抗数据；以及

利用计算装置处理器，针对选定频率来对所述极坐标阻抗数据进行插值。

2.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括以下步骤：确定与所述肯内利圆相关联的半径参数和位置参数。

3.根据权利要求2所述的方法，所述方法还包括以下步骤：基于与所述电子装置的挂起损耗相关联的电阻和与所述电子装置相关联的直流（DC）电阻，来确定所述半径参数。

4.根据权利要求2所述的方法，所述方法还包括以下步骤：基于所述半径参数来确定所述位置参数。

5.根据权利要求2所述的方法，所述方法还包括以下步骤：基于所述半径参数和所述位置参数来确定与所述肯内利圆相关联的转角频率指数。

6.根据权利要求5所述的方法，所述方法还包括以下步骤：基于所确定的转角频率指数来修订所述半径参数和所述位置参数。

7.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括以下步骤：对经归一化的阻抗数据进行中心化。

8.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括以下步骤：基于经插值的阻抗数据来确定所述电子装置的品质值。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述选定频率包括谐振频率。

10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述选定频率包括-3dB截止频率。

11.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括以下步骤：基于经插值的阻抗数据来模拟阻抗曲线。

12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述电子装置的分辨率小于等于预定分辨率。

13.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括以下步骤：确定与所述肯内利圆相关联的形状，将该形状与至少一个所存储的形状进行比较，以及确定在所确定的形状与所述至少一个所存储的形状之间是否存在匹配。

14.根据权利要求1所述的方法，其中，所述电子装置是以下装置中的至少一个的一部分：扬声器、移动电话、手表、音乐播放器、摄像机、台式计算装置、非移动计算装置，或移动计算装置。

15.根据权利要求1所述的方法，其中，所述电子装置与闭环控制系统相关联。

16.根据权利要求1所述的方法，其中，所述电子装置与开环控制系统相关联。

17.根据权利要求1所述的方法，其中，经插值的阻抗数据使得能够控制由所述电子装置生成的音频，并且其中，所述电子装置包括扬声器。

18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述音频包括音乐或语音。

19.一种对与电子装置相关联的复阻抗数据进行插值的设备，该设备包括：

存储器；

处理器；以及

存储在所述存储器中的可由所述处理器执行的模块，该模块被设置成：

接收所述复阻抗数据；

将所述复阻抗数据转换成极坐标阻抗数据，其中，所述极坐标阻抗数据限定了肯内利圆；

基于与所述肯内利圆相关联的至少一个参数来归一化所述极坐标阻抗数据；以及

针对选定频率来对所述极坐标阻抗数据进行插值。

20.一种对与电子装置相关联的复阻抗数据进行插值的计算机程序产品，该计算机程序产品包括：

非暂时计算机可读介质，其包括使计算机执行以下操作的一组代码：

接收所述复阻抗数据；

将所述复阻抗数据转换成极坐标阻抗数据，其中，所述极坐标阻抗数据限定了肯内利圆；

基于与所述肯内利圆相关联的至少一个参数来归一化所述极坐标阻抗数据；以及

针对选定频率来对所述极坐标阻抗数据进行插值。