JP7676115B2 - 磁束に基づく音響トランスデューサの非線形の挙動を補償するシステム及び方法 - Google Patents

Description

関連出願の相互参照
本願は、「ＳＹＳＴＥＭ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＮＯＮ－ＬＩＮＥＡＲ ＢＥＨＡＶＩＯＲ ＦＯＲ ＡＮ ＡＣＯＵＳＴＩＣ ＴＲＡＮＳＤＵＣＥＲ」と題し、弁護士整理番号ＨＡＲＭ０６８１ＰＵＳであり、＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿に提出された、米国出願係属番号第＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿号に関し得る。

本明細書で開示される１つまたは複数の態様は、概して、音響トランスデューサの非線形の挙動を補償するためのシステム及び方法である。本明細書に開示された態様は、可動コイル音響トランスデューサ、エンクロージャ、及びパッシブラジエータを使用するスピーカ用のアクティブ、センサレス、非線形の補正方法及び装置を提供し得る。例えば、低機械命令秒（ＭＩＰＳ）、センサレスモデル及びアルゴリズムが、振動板のサスペンション及びボイスコイルモーターによって引き起こされる歪みを補正するために、電流源と電圧源で駆動される、クローズド、ベント、及びパッシブラジエータの設計のために、ボイスコイルの位置の関数として提供される。これらの態様や他の態様が、本明細書でより詳細に論じられる。

フランスのＰＣＴ／ＵＳ２０１８／０５２３３６（「３３６公開」）は、音響トランスデューサを提供している。音響トランスデューサは、入力オーディオ信号を受信し、入力オーディオ信号の包絡線を示す第１の基準信号を生成するように構成されたコントローラを含む。コントローラは、さらに、第１の基準信号に基づいて、固定コイル信号を音響トランスデューサの固定コイルに提供し、固定コイル信号を固定コイルに提供した後、固定コイルを通る電流を測定するように構成される。コントローラは、さらに、固定コイルを流れる電流を示す第１の出力を生成し、第１の出力に基づいて、磁気材料のエアギャップの磁束を判定するように構成される。コントローラは、さらに、エアギャップの磁束に反比例する可動コイルに対する電圧出力を生成するように構成される。電圧出力は、入力オーディオ信号に対応する歪みのない出力を提供する。

少なくとも１つの実施形態では、メモリ及びオーディオ増幅器を含むオーディオ増幅器システムが提供される。オーディオ増幅器はメモリを含み、音声入力信号を受信し、音声入力信号に基づいて目標電流信号を生成するようにプログラムされている。オーディオ増幅器は、スピーカのボイスコイルの第１の予測位置を生成し、目標電流信号及びボイスコイルの第１の予測位置に基づいて第１の補正電流信号を生成するように構成される。オーディオ増幅器はさらに、少なくともボイスコイルの第１の予測位置に基づいてスピーカエンクロージャ内の圧力を決定し、少なくともスピーカエンクロージャ内の圧力に基づいてパッシブラジエータの位置を決定するように構成される。オーディオ増幅器はさらに、スピーカの磁束密度の値を決定し、磁束密度の値と少なくともスピーカ内の圧力、パッシブラジエータの位置、及び第１の補正電流信号に基づいて、ボイスコイルの第２の予測位置を生成するように構成されている。

少なくとも別の実施形態では、メモリ及びオーディオ増幅器を含むオーディオ増幅器システムが提供される。オーディオ増幅器はメモリを含み、音声入力信号を受信し、音声入力信号及びスピーカの振動板の速度に基づいて目標電流信号を生成するようにプログラムされている。オーディオ増幅器は、少なくとも目標電流信号とスピーカのボイスコイルの予測位置に基づいて補正電流信号を生成し、磁束密度の値に基づいてスピーカのボイスコイルの予測位置を決定するようにさらにプログラムされている。磁束密度の値は、スピーカのボイスコイルのエアギャップの磁束と、スピーカのボイスコイルワイヤの長さの積に相応する。

少なくとも別の実施形態では、音声入力信号を増幅するようにプログラムされた非一時的なコンピュータ可読媒体に具現化されたコンピュータプログラム製品が提供される。コンピュータプログラム製品は、音声入力信号を受信し、その音声入力信号に基づいて目標電流信号を生成するための命令を含む。コンピュータプログラム製品は、スピーカのボイスコイルの第１の予測位置を生成し、目標電流信号及びボイスコイルの第１の予測位置に基づいて第１の補正電流信号を生成するための命令を含む。コンピュータプログラム製品は、スピーカのボイスコイルの第１の予測位置を生成し、目標電流信号及びボイスコイルの第１の予測位置に基づいて第１の補正電流信号を生成するための命令を含む。コンピュータプログラム製品はさらに、少なくともボイスコイルの第１の予測位置に基づいてスピーカエンクロージャ内の圧力を決定し、少なくともスピーカエンクロージャ内の圧力に基づいてパッシブラジエータの位置を決定するための命令を含む。コンピュータプログラム製品はさらに、スピーカの磁束密度の値を決定し、磁束密度の値と少なくともスピーカ内の圧力、パッシブラジエータの位置、及び第１の修正された電流信号に基づいてボイスコイルの第２の予測位置を生成するための命令を含む。

本開示の実施形態は、添付の特許請求の範囲において詳細に指摘される。しかし、様々な実施形態の他の特徴は、添付の図面と併せて以下の詳細な説明を参照することによってより明らかになり最大限理解される。
例えば、本願は以下の項目を提供する。
（項目１）
オーディオ増幅器システムであって、
メモリと、
オーディオ増幅器と、を備え、
上記オーディオ増幅器は、上記メモリを含み、
音声入力信号を受信すること、
上記音声入力信号に基づいて目標電流信号を生成すること、
スピーカのボイスコイルの第１の予測位置を生成すること、
上記目標電流信号と上記ボイスコイルの上記第１の予測位置とに基づいて第１の補正電流信号を生成すること、
少なくとも上記ボイスコイルの上記第１の予測位置に基づいてスピーカエンクロージャ内の圧力を決定すること、
少なくとも上記スピーカエンクロージャ内部の圧力に基づいてパッシブラジエータの位置を決定すること、
上記スピーカの磁束密度の値を決定すること、
上記磁束密度の値と、少なくとも上記スピーカ内の上記圧力、上記パッシブラジエータの上記位置、及び上記第１の補正電流信号に基づいて上記ボイスコイルの第２の予測位置を生成すること、
を行うようにプログラムされている、
上記オーディオ増幅器システム。
（項目２）
上記磁束密度の値が、上記スピーカにおけるエアギャップの磁束と、上記スピーカにおけるボイスコイルワイヤの長さとの積に対応する、上記項目に記載のシステム。
（項目３）
上記オーディオ増幅器が、さらに、
上記目標電流信号と上記ボイスコイルの上記第２の予測位置に基づいて、第２の補正電流信号を生成すること、
上記第２の補正電流信号に基づいて、上記ボイスコイルの位置を制御するように上記スピーカに上記第２の補正電流信号を送信すること、
を行うようにプログラムされる、上記項目のいずれか一項に記載のシステム。
（項目４）
上記オーディオ増幅器は、上記ボイスコイルの任意の数の上記生成された予測位置を記憶し、上記ボイスコイルの生成された予測位置の履歴を提供するようにプログラムされた変換ブロックを含む、上記項目のいずれか一項に記載のシステム。
（項目５）
上記変換ブロックが、さらに、
上記ボイスコイルの上記生成された予測位置の上記履歴に基づいて、上記スピーカのばね剛性に対応する平均ばねモデル信号を生成すること、
上記ボイスコイルの上記生成された予測位置の上記履歴に基づいて、上記スピーカの減衰に対応する平均減衰モデル信号を生成すること、
を行うようにプログラムされる、上記項目のいずれか一項に記載のシステム。
（項目６）
上記スピーカの上記ばね剛性が、上記スピーカのサラウンド及びスパイダの上記ばね剛性に対応する、上記項目のいずれか一項に記載のシステム。
（項目７）
上記スピーカの上記減衰が、上記スピーカのサラウンド及びスパイダの摩擦損失に対応する、上記項目のいずれか一項に記載のシステム。
（項目８）
上記オーディオ増幅器が、
ゼロに設定されている上記ボイスコイルの上記予測位置に対応する静止位置に上記スピーカの上記ばね剛性を正規化するようにプログラムされたばね正規化ブロックと、
上記休止位置に上記スピーカの上記減衰を正規化するようにプログラムされる減衰正規化ブロックと、
を含む、上記項目のいずれか一項に記載のシステム。
（項目９）
上記ボイスコイルにわたる測定電圧を示す第１のボイスコイル信号を受信し、上記第１のボイスコイル信号に基づいて第１のフィルタ出力を生成するようにプログラムされた第１の複数のフィルタと、
上記ボイスコイルにわたる測定電流を示す第２のボイスコイル信号を受信し、上記第２のボイスコイル信号に基づいて第２のフィルタ出力を生成するようにプログラムされた第２の複数のフィルタと、
上記第１のフィルタ出力及び上記第２のフィルタ出力に基づいて上記ボイスコイルのインピーダンスを示すインピーダンス信号を生成するようにプログラムされた除算器回路と、
をさらに含む、上記項目のいずれか一項に記載のシステム。
（項目１０）
上記インピーダンス信号に基づいて、上記スピーカのばね剛性を決定するようにプログラムされる第１の多項式ブロックと、
上記インピーダンス信号に基づいて、上記スピーカの減衰を決定するようにプログラムされる第２の多項式ブロックと、
をさらに含む、上記項目のいずれか一項に記載のシステム。
（項目１１）
オーディオ増幅器システムであって、
メモリと、
オーディオ増幅器と、を備え、
上記オーディオ増幅器は、上記メモリを含み、
音声入力信号を受信すること、
上記音声入力信号とスピーカの振動板の速度とに基づいて目標電流信号を生成すること、
少なくとも上記目標電流信号と上記スピーカのボイスコイルの予測位置とに基づいて補正電流信号を生成すること、
磁束密度の値に基づいて、上記スピーカの上記ボイスコイルの上記予測位置を決定すること、
を行うようにプログラムされ、
上記磁束密度の値は、上記スピーカの上記ボイスコイルのエアギャップの磁束と上記スピーカのボイスコイルワイヤの長さとの積に対応する、上記オーディオ増幅器システム。
（項目１２）
上記オーディオ増幅器が、さらに、少なくとも上記ボイスコイルの上記予測位置に基づいて、上記ボイスコイルの位置を制御するように上記スピーカに補正電圧信号を提供するようプログラムされる、上記項目のいずれか一項に記載のシステム。
（項目１３）
上記オーディオ増幅器は、上記音声入力信号に対応する電圧を、上記音声入力信号と上記スピーカの上記振動板の上記速度とに基づいて、上記目標電流信号に変換するようにプログラムされた第１の変換ブロックを含む、上記項目のいずれか一項に記載のシステム。
（項目１４）
上記オーディオ増幅器は、上記磁束密度と上記スピーカの上記振動板の上記速度とに基づいて、上記補正電流信号を上記補正電圧信号に変換するようにプログラムされた第２の変換ブロックを含む、上記項目のいずれか一項に記載のシステム。
（項目１５）
上記オーディオ増幅器が、
上記補正電圧信号に基づいて、上記ボイスコイルの平均電力を決定するようにプログラムされたボイスコイル電力推定ブロックと、
少なくとも上記固定コイルの電流に基づいて、上記スピーカの固定コイルの平均電力を決定するようにプログラムされた固定コイル電力推定ブロックと、
を含む、上記項目のいずれか一項に記載のシステム。
（項目１６）
上記オーディオ増幅器は、さらに、
減算器回路であって、
上記固定コイルの上記平均電力に対する上記ボイスコイルの上記平均電力を比較すること、
上記ボイスコイルの上記平均電力が上記固定コイルの上記平均電力よりも大きい場合に、上記スピーカの上記固定コイルに提供される固定コイル電流信号を増やすこと、
を行うようにプログラムされた、上記減算器回路
を含む、上記項目のいずれか一項に記載のシステム。
（項目１７）
上記オーディオ増幅器が、
上記スピーカの固定コイルの測定電流を提供するようにプログラムされた複合供給源ブロックと、
上記固定コイルの上記測定電流に基づいて、上記スピーカの上記ボイスコイルの上記エアギャップの上記磁束に対応する値を提供するようにプログラムされた磁束変換回路と、
を含む、上記項目のいずれか一項に記載のシステム。
（項目１８）
上記オーディオ増幅器が、
上記スピーカの固定コイルの測定電流を提供するようにプログラムされた複合供給源ブロックと、
上記スピーカの上記測定電流に基づいて、上記固定コイルの平均抵抗を決定するようにプログラムされた前処理ブロックと、
上記固定コイルの上記平均抵抗に基づいて、上記スピーカの上記ボイスコイルの上記エアギャップの上記磁束に対応する値を提供するようにプログラムされた磁束変換回路と、
を含む、上記項目のいずれか一項に記載のシステム。
（項目１９）
上記オーディオ増幅器が、
上記オーディオ入力信号の周波数を所定の周波数に対して比較するように構成された信号種別判別ブロックと、
上記音声入力信号の上記周波数が上記所定の周波数より低い場合に、上記スピーカの上記ボイスコイルの上記エアギャップの上記磁束に対応する値を提供する磁束変換回路に出力を提供し、上記スピーカの上記ボイスコイルからの反射電流を除去するように構成された低速の平均ピークセットブロックと、
上記音声入力信号の上記周波数が上記所定の周波数より高い場合に、固定コイルの電流の包絡線を提供する値を提供する上記磁束変換回路を提供するように構成された高速平均ピークセットブロックと、
ピークセットブロックと共に上記高速平均に対して上記固定コイルに上記電流を供給するように構成された複合供給源ブロックと、
を含む、上記項目のいずれか一項に記載のシステム。
（項目２０）
音声入力信号を増幅するようにプログラムされた非一時的なコンピュータ読み取り可能媒体で具現化され、命令を備えるコンピュータプログラム製品であって、
上記命令は、
音声入力信号を受信すること、
上記音声入力信号に基づいて目標電流信号を生成すること、
スピーカのボイスコイルの第１の予測位置を生成すること、
上記目標電流信号と上記ボイスコイルの上記第１の予測位置とに基づいて第１の補正電流信号を生成すること、
少なくとも上記ボイスコイルの上記第１の予測位置に基づいてスピーカエンクロージャ内の圧力を決定すること、
少なくとも上記スピーカエンクロージャ内部の圧力に基づいてパッシブラジエータの位置を決定すること、
上記スピーカの磁束密度の値を決定すること、
上記磁束密度の値と、少なくとも上記スピーカ内の上記圧力、上記パッシブラジエータの上記位置、及び上記第１の補正電流信号に基づいて上記ボイスコイルの第２の予測位置を生成すること
を行わせる、上記コンピュータプログラム製品。
（摘要）
少なくとも別の実施形態では、メモリ及びオーディオ増幅器を含むオーディオ増幅器システムが提供される。オーディオ増幅器はメモリを含み、音声入力信号を受信し、音声入力信号及びスピーカの振動板の速度に基づいて目標電流信号を生成するようにプログラムされている。オーディオ増幅器は、少なくとも目標電流信号とスピーカのボイスコイルの予測位置に基づいて補正電流信号を生成し、磁束密度の値に基づいてスピーカのボイスコイルの予測位置を決定するようにさらにプログラムされている。磁束密度の値は、スピーカのボイスコイルのエアギャップの磁束と、スピーカのボイスコイルワイヤの長さの積に相応する。

概して、閉じられているスピーカシステムの例を示す。 概して、トランスデューサを含む様々な態様を描写する。 概して、パッシブラジエータを含む様々な態様を示す。 スピーカシステムにおけるトランスデューサ及びパッシブラジエータに関連する要素のモデルを一般的に示す。 一実施形態による、スピーカシステムにおけるＫｍｓ（ｘ）及びＲｍｓ（ｘ）を推定するシステムを一般的に示す。 一実施形態による、スピーカシステムの歪みを補正する増幅器システムを一般的に示す。 一実施形態による、図６の増幅器システムを表し、さらにコア補正ブロックを含む。 一実施形態による、ボイスコイルを駆動するための電圧供給源として機能する補正システムを示す。 一実施形態による、Ｋｍｓ及びＲｍｓを提供するためのモデルを実行するシステムを示す。 一実施形態による、同様にＫｍｓ及びＲｍｓを提供するためのモデルを実行するシステムを示す。 一実施形態による、Ｋｍｓ及びＲｍｓの値を測定する装置の一例を示す。 一実施形態による、インピーダンスの関数としてのＲｍｓ及びＫｍｓの対応する値を示す。 一実施形態による、Ｋｍｓ及びＲｍｓを提供するためのシステムを全体的に示す。 一実施形態による音響トランスデューサ装置の一実施態様を全体的に示す。 一実施形態による、磁束密度（ＢＬ）を計算するための一実施態様を全体的に示す。 一実施形態による、磁束密度（ＢＬ）を計算するための別の実施態様を全体的に示す。 一実施形態による音響トランスデューサ装置の別の実施態様を全体的に示す。 一実施形態による音響トランスデューサ装置の別の実施態様を全体的に示す。 一実施形態による音響トランスデューサ装置の別の実施態様を全体的に示す。 一実施形態による音響トランスデューサ装置の別の実施態様を全体的に示す。 一実施形態による、オーディオ増幅器システムによって実行される方法を全体的に示す。 一実施形態による、オーディオ増幅器システムによって実行される方法を全体的に示す。 一実施形態による、オーディオ増幅器システムによって実行される方法を全体的に示す。 一実施形態による、オーディオ増幅器システムによって実行される方法を全体的に示す。

必要に応じて、本発明の詳細な実施形態が本明細書に開示されるが、開示された実施形態は、様々な及び代替の形態で具体化され得る本発明の単なる例であることを理解されたい。図は必ずしも縮尺通りではなく、一部の特徴は、特定の構成要素の詳細を示すために誇張または最小化され得る。したがって、本明細書に開示される具体的な構造及び機能の詳細は、限定するものではなく、単に当業者が本発明を様々に使用できるように教示するための代表的な基準として解釈されたい。

本明細書に開示されるコントローラは、様々なマイクロプロセッサ、集積回路、メモリデバイス（例えば、フラッシュメモリ、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、電気的プログラム可能読み出し専用メモリ（ＥＰＲＯＭ）、電気的消去可能プログラマブル読み出し専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、または他の適切な異形）、及び本明細書に開示される動作（複数可）を行うために相互に共同するソフトウェアを含み得ることが認識されている。加えて、開示される係るコントローラは、開示される任意の数の機能を行うようにプログラムされる非一時的コンピュータ可読媒体内で具体化されるコンピュータプログラムを実行する１つ以上のマイクロプロセッサを利用する。さらに、本明細書で提供されるコントローラ（複数可）は、ハウジングと、ハウジングの内部に配置される、様々な数のマイクロプロセッサ、集積回路、及びメモリデバイス（例えば、ＦＬＡＳＨ（登録商標）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、電気的にプログラム可能な読み取り専用メモリ（ＥＰＲＯＭ）、電気的に消去可能なプログラム可能な読み取り専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ））を含む。開示されるコントローラ（複数可）はまた、本明細書で論じられるような他のハードウェアベースのデバイスとの間でそれぞれデータを送受信するためのハードウェアベースの入力及び出力も含む。

可動コイルトランスデューサ（または可動コイルスピーカ）がそれらの音響出力を増大させると、そのようなトランスデューサはそれらの歪みを増大させる。この基本的な関係は、トランスデューサのサイズ、重量、コスト、非効率性をもたらすが、これらはすべて望ましくない。これは特に、これら性能の問題のすべてが重大である自動車への適用で使用されるトランスデューサの場合に当てはまる。同時に、高出力、低い歪み、所望のアクティブノイズキャンセル（ＡＮＣ）、エンジンオーダーキャンセル（ＥＯＣ）、個別のサウンドゾーン（ＩＳＺ）、及び音声認識のエコーキャンセルを達成または提供できるシステムに対する必要性が増大し続けている。

結果として、信号処理を介してトランスデューサの歪みを最小化しようと試みるクリッペルによって説明されるようなセンサレス方法が存在している。これは、次に、適切に使用された場合、望ましいトレードオフに応じて、トランスデューサ設計者がより小型で、より軽量、低コスト、またはより効率的な解決策を成し遂げられるようにする。しかし、これらの方法は、特に自動車に見られるようなマルチチャネルの応用では、計算コストがかかる可能性がある（例えば、１秒ごとに１億命令（ＭＩＰＳ）以上）。さらに、これらの方法は、多くの場合、組み込みマイクロコントローラとデジタル信号プロセッサー（ＤＳＰ）を必要とする。したがって、本明細書で提供されるような、（例えば、比較的低い処理要件を提供する）低ＭＩＰアルゴリズム、及び非線形の歪みを補正するためのハードウェアの低コストの方法が必要である。さらに、解決策は、比較的低い処理要件を必要とする自動車用ハードウェアと互換性があるべきである。

概して、根本的には、一度トランスデューサの非線形性の制御または補正がアクティブに制御または補正されると、トランスデューサ及びシステムの設計者は、スピーカで必要となる可能性のあるトレードオフに関して柔軟性を持つ。このことで、設計目標に応じてサイズ、重量、コスト、及び効率が向上する場合がある。例えば、本明細書に開示される実施形態は、トランスデューサの変位または規定外変動及びボイスコイルの電流に対するより良好な制御を提供でき、トランスデューサがその限界に近く駆動され、結果としてより多くの出力を提供し得るようにする。さらに、本明細書に開示される実施形態は、トランスデューサの非線形性能に対する制御を強化し、ＡＮＣ、ＲＮＣ、ＥＯＣ、ＩＳＺ、エコーのキャンセルなどのトランスデューサの線形性または応答に依拠する音響アルゴリズムの性能を強化することができる。

本明細書に開示される実施形態は、（ｉ）安定性、再現性、及び検査能力（すなわち、ブラックボックスではない）に関して堅牢かつ本質的に予測可能であり、（ｉｉ）低から非常に低いＭＩＰ、センサレスにより計算が単純であり、（ｉｉｉ）単純な電流センシングで適応し、（ｉｖ）アルゴリズムを簡略化し、付随する組み込みコントローラを適応させる必要がない可能性のあるＤＳＰ環境で動作するものであり得る。

図１は、概して、一実施形態による、密閉型スピーカシステム１００の例を示す。システム１００は、概して、スピーカ１０２（またはトランスデューサ）（例えば、アクティブスピーカまたはメインドライバ）及びパッシブラジエータ１０４（または音声入力信号の形態で電気エネルギーを受け取らないドローンコーン）を含む、エンクロージャ１０１を含む。エンクロージャ１０１は、概して、オーディオ信号を送信するための一般的なスピーカエンクロージャを表し、トランスデューサ１０２及びパッシブラジエータ１０４に関連する態様は、以下でより詳細に論じられる。

図２は、概して、トランスデューサ１０２を含む様々な態様を示す。例えば、トランスデューサ１０２は、概して、コーン（または振動板）１１０及びボイスコイル１１２を含む。サラウンド（またはサスペンション）１１４は、振動板１１０の端部に取り付けられる。フォーマー１１６は、ボイスコイル１１２を取り囲み、エアギャップ１１８内に配置される。外部磁石（または磁石）１２０は、エアギャップ１１８と、ボイスコイル１１２及びフォーマー１１６の少なくとも一部とを取り囲む。スパイダ１２２はフォーマー１１６の一部を取り囲んでいる。

概して、音声データに対応する音声入力信号は、ボイスコイル１１２に提供される。ボイスコイル１１２及び磁石１２０は、互いに磁気で結合され、音声入力信号は、音声入力信号の極性に基づく垂直軸で振動板１１０の直線運動を引き起こす。振動板１１０は、全体的に可撓性であり、ボイスコイル１１２と磁石１２０との間で伝達される磁場に応答して、垂直軸で両方向に変位する。フォーマー１１６は、振動板１１０に取り付けられ、振動板１１０の変位と同様の変位を経る（または垂直軸に沿って動く）。振動板１１０が線形で変位する結果として、トランスデューサ（またはスピーカ）１００は、使用者による消費のために部屋または他の環境に音声入力信号を送信する。スパイダ１２２は、概して、振動板１１０が垂直方向または垂直軸の線形で変位する間に、振動板１１０が水平に移動するのを防止するように構成される。

図３は、概して、パッシブラジエータ１０４を含む様々な態様を示す。概して、パッシブラジエータ１０４は、ボイスコイル１１２及び磁石１２０を除いて、トランスデューサ１０２を含む上記の構成要素のすべてを含み得る。パッシブラジエータ１０４は、エンクロージャ１０１内に閉じ込められた音を使用して、低周波数（すなわち、低音）を発するための共振を生成することができる。パッシブラジエータ１０４は、エンクロージャ１０１内の空気の質量及び弾力性（またはコンプライアンス）に基づいて周波数を生成することができる。パッシブラジエータ１０４は、その全体的な振動板の質量（振動板１１０またはコーンの重量を含む）を変えることにより、エンクロージャ１０１に同調することができる。トランスデューサ１０２が振動板１１０の線形の変位により空気圧を生成するとき、そのような空気圧はパッシブラジエータ１０４を動かす。

図４は、スピーカシステム１００におけるトランスデューサ１０２及びパッシブラジエータ１０４に関連する要素のモデルを示す。概して、ボイスコイル１１２（またはトランスデューサ１０２の可動コイル）及びスピーカシステム１００の他の機械的要素の挙動を数学的にモデル化することにより、非線形の挙動を計算し、増幅器及び信号処理をリアルタイムで使用して、非線形の挙動を補正することが可能である。これらの態様は、本明細書でより詳細に説明される。

スピーカシステムをモデル化するには多くの方法がある。しかし、この場合のように、システムの物理的な要素について事前に十分理解している場合は、要素に適合するモデルが計算上最も単純で調整が最も簡単な場合がある。本明細書に開示された態様は、直接計算でき、適応的に調整できる様式で、物理的要素（例えば、トランスデューサ１０２とパッシブラジエータ１０４）、及びスピーカシステム１００でのそれらの相互作用をモデル化し、要素が非線形の様式で振る舞うときには補正されるよう試みている。

スピーカシステム１００には一般に４つのサブシステムがある：（１）トランスデューサ１０２（増幅器（図示せず）からの電気信号を機械的出力（図示せず）に変換する）（例えば機械的出力は運動とみなすことができ、これはひいては機械的出力を音響信号に変換する）、（２）パッシブラジエータ１０４（エンクロージャ１０１及びトランスデューサ１０２と共振して低周波数で音響出力を生成する）、（３）パッシブラジエータ１０４をトランスデューサ１０２に（圧力を介して）結合し、パッシブラジエータ１０４とトランスデューサ１０２の両方の背圧を正面の圧力から分離するエンクロージャ１０１、及び（４）増幅器及び信号処理（図示せず）。スピーカシステム１００の２つの簡略化されたサブセットはまた、パッシブラジエータ１０４を、エンクロージャ１０１のポートを使用して作成される音響質量で置き換えるベントシステム、及びベントラジエータまたはパッシブラジエータ１０４なしで、密閉されたエンクロージャを単純に備えるクローズドボックスシステムとして使用できる。図４は、３つの機械的サブシステムを示しており、２体共振システムに類似している。

概して、トランスデューサ１０２の機械的要素は、剛性（例えば、Ｋｍｓ＿ＴＤ）、減衰（例えば、Ｒｍｓ＿ＴＤ）及び移動質量（例えば、Ｍ＿ＴＤ）を有するばねとしてモデル化することができる。Ｍ＿ＴＤは、振動板１１０に結合された空気を含むすべての可動部品の質量に相応する。Ｒｍｓ＿ＴＤは、サラウンド１１４とスパイダ１２２の組み合わせの摩擦損失に相応する。Ｋｍｓ＿ＴＤは、サラウンド１１４とスパイダ１２２の組み合わせのばね剛性に相応する。同様に、パッシブラジエータ１０４は、剛性（例えば、Ｋｍｓ＿ＰＲ）、減衰（例えば、Ｒｍｓ＿ＰＲ）、及び移動質量（例えば、Ｍ＿ＰＲ）としてモデル化することができる。トランスデューサ１０２及びパッシブラジエータ１０４は、システム１００の２つの本体とみなすことができる。本体を結合する力は、エンクロージャ１０１の圧力（例えば、エンクロージャ１０１の外側の周囲圧力に対する）に、トランスデューサ１０２の振動板１１０（例えば、Ｓｄ＿ＴＤ）及びパッシブラジエータ１０４の振動板１１０の表面積を掛けることによって、モデル化することができる。エンクロージャ１０１における空気の圧縮率は、カッパ「κ」（すなわち、空気の断熱指数、約１．４）にボックスの圧力を掛けた剛性で、ばねとしてモデル化することができる。

ボイスコイル１１２（またはトランスデューサ１０２の可動コイル）の場合、駆動力Ｆ＿１は、エアギャップ１１８における磁場の強さ（例えば、「Ｂ」）に場の導体の長さ「Ｌ」をかけ、導体（例えば、ボイスコイル１１２）の電流をかけることによってモデル化することができる。

基準フレームｘ₁（ｔ）は、トランスデューサ１０２の振動板１１０の位置に対して定義される。同様に、基準フレームｘ₂（ｔ）は、パッシブラジエータ１０４の振動板１１０の位置に対して定義される。ｘ₁（ｔ）の正の方向は、エンクロージャ１０１への移動として定義され、ｘ₂（ｔ）の正の方向は、エンクロージャ１０１からの移動として定義される。

移動質量の力は、質量×加速度であるという関係を使用すると、ばねの力は、静止時間からの距離、ばねの剛性に等しく、摩擦（または減衰）の力は、速度と摩擦の積である。

トランスデューサ１０２の移動質量（例えば、ＭｍｓＴＤ）に対する力を以下によって表すことが可能である。

式中、ｘ₁（ｔ）はｘ₁として示される。

同様に、パッシブラジエータ１０４の移動質量に対する力は、以下のように表すことができる。

式中、ｘ₂（ｔ）はｘ₂として示される。

次に、トランスデューサ１０２の振動板１１０の位置及びパッシブラジエータ１０４の振動板１１０の位置に基づいて圧力「 P 」を計算することが一般的に必要であり得る。これは、ひいては、休止位置からトランスデューサ１０２及びパッシブラジエータ１０４の振動板１１０の変位により得られる体積をひいたエンクロージャ１０１の体積（例えば、Ｖｏｌ＿０）であり得るエンクロージャ１０１の体積（例えば、Ｖｏｌ＿１）を第１に計算することによって達成することができる。空気の体積は圧力などに比例することが知られている。

次に、エンクロージャ「ｐ」内の相対的な圧力を相対的な体積及びエンクロージャ外の圧力ｐ＿ａｍｂ（周囲の場合）に関連付けることにより、体積の変化から生じる新しい圧力を、以下によって計算することができる。

自由体の力の図（すなわち、図４）における「ｐ」は、式（５）におけるｐ（ｘ１，ｘ２）であることに留意されたい。

Ｖｏｌ＿０が、（トランスデューサ１０２及びパッシブラジエータ１０４の両方用の）振動板１１０が静止している状態のエンクロージャ１０１の体積であることが許容される場合、周囲圧力に対する圧力の変化は、式６により次のように示され得る。

式（４）及び（５）を組み合わせて、周囲に対するエンクロージャ１０１内の圧力をＸ１及びＸ２の関数として計算することにより、以下が得られる。

次に、この常微分方程式系は、ボイスコイル１１２からの駆動力が与えられた場合の振動板１１０の（すなわち、トランスデューサ１０２及びパッシブラジエータ１０４の）動きを説明することができる。しかし、これはまだ非線形の挙動を考慮していない。

ボイスコイル１１２の近傍における磁場の形状のために、ＢＬは、スピーカ１０２の振動板１１０の位置Ｘ１の非線形関数である。この態様をモデル化するためにはいくつかの方法があり得るが、単純な方法では、n次の多項式を使用できる。例えば、次の式は、静止位置に正規化された位置に静止位置での公称値を掛けた値の関数としてＢＬを表すことができる。

式（７）は４次の多項式を示しているが、ｎ次の多項式を式（７）に対して実行できることが認識される。振動板の１１０サスペンションの物理的特性のため、ＫｍｓとＲｍｓは位置Ｘ１の非線形関数である。ＢＬに関して、ＲｍｓとＫｍｓは多項式として表すことができる。多項式は、正規化された部分と、静止位置に対応するＸ１＝０のスカラー部分といった２つのセクションに分解されている。このことの利点は、以下の改善で明らかになる。

式（８）及び式（９）は、第１の正規化回路１３０、第２の正規化回路１３２、第１の乗算器回路１３４、及び第２の乗算器回路１３６を介して、図５に示すように信号のフローの観点から示すことができる。式（８）及び式（９）の括弧内に示されているｃＲ₄．ｘ⁴などは、それぞれ、第１の正規化回路１３０及び第２の正規化回路１３２に対応することが認識されている。第１の正規化回路１３０及び第２の正規化回路１３２のそれぞれは、概して、式（８）及び式（９）によって要求される計算を実行するためのハードウェア及びソフトウェアを含む。

Ｒｍｓの場合、それはまた、振動板１１０の速度の関数であり得、これはまた、例えば、多項式として次のようにモデル化され得る。

式（１０）において、Ｒｍｓ（ｘ）は、式（９）のＲｍｓを示している。

次に、これらの式は、オイラーの方法などの数値法を使用して解くことができ、式は、時間の小さなステップで繰り返される（システム１００の任意の変数の位置の変化率に比べて小さい）。特に、式１～１０の系を解くと、振動板１１０の速度が得られる。これは、以下でより詳細に説明される。
電流供給源による補正

トランスデューサ１０２及びパッシブラジエータ１０４の振動板１１０の位置及び速度を推定するモデルが確立されたので、これらの態様をシステム（またはオーディオ増幅器システム）１５０に挿入して、歪みを補正し得る（図６を参照されたい）。システム１５０は、電流供給源増幅器（またはオーディオ増幅器）として実装され得、概して、等化ブロック１５２、コア補正ブロック１５４、トランスデューサ予測モデルブロック１５６を含む。計算上最も簡単なアプローチは、電流供給源１５８を使用してボイスコイル１１２を駆動することである。電流供給源１５８の性質により、システム１５０は、ボイスコイル１１２における抵抗及び電流に対するインダクタンスの影響を排除し、したがって、無視することができる。電流供給源１５８は、定義により、負荷に関係なく所望の電流を供給する。このアプローチでは、ボイスコイル１１２の補正電流を決定することのみが必要となり得る。

等化ブロック１５２は、音声入力信号に基づいて、所望の電流に対応する電流の目標（またはＩ＿ｔａｒｇｅｔ）を生成する。トランスデューサモデルブロック１６０には、概して、少なくとも目標電流（すなわち、Ｉ＿ｔａｒｇｅｔ）に応答して増幅器１５０によって生成されたボイスコイル１１２の電流を表す入力電流Ｉ＿ｖｃ（またはＩ ｃｏｒｒｅｃｔｅｄ）が供給される。トランスデューサ予測モデルブロック１５６は、ハードウェアとソフトウェアの組み合わせを含み、式２、３、６、７、８、９、及び１０ごとに、スピーカ１０２の振動板１１０の位置Ｘ１（またはボイスコイル１１２の予測された位置）を計算する。システム１５０は、トランスデューサ予測モデルブロック１５６によって決定されるものとして、ボイスコイル１１２を予測された位置Ｘ１に移動するようにＩ ｃｏｒｒｅｃｔｅｄをボイスコイル１１２に対して供給する。トランスデューサ予測モデルブロック１５６は、トランスデューサモデルブロック１６０、圧力モデルブロック１６２、及びパッシブラジエータモデルブロック１６４を含む。トランスデューサモデルブロック１６０は式２、式７、式８、式９、及び式１０を実行する。圧力モデルブロック１６２は一般に式６を実行し、パッシブラジエータモデルブロック１６４は一般に式３を実行する。与えられたＫｍｓ＿ＴＤ（Ｘ１）、それぞれの多項式と目標電流（等化ブロック１５２のＩ＿ｔａｒｇｅｔ）からのＢＬ（ｘ）、Ｋｍｓ＿ＴＤ（ｘ）とＢＬ（ｘ）の非線形性を補償するための補正電流（例えば、Ｉ＿ｃｕｒｒｅｎｔ）は次のように計算できる。

概して、ＢＬ（ｘ）がＢＬ（０）未満であり、ばね剛性の変化による力の誤差を相殺するために追加される量を有する場合、目標電流は比例して増加し得る。しかし、そのようなシステムでは、ボイスコイル１１２の抵抗によってもたらされる電気的減衰が増幅器１５０（または電流供給源）によって打ち消される可能性があるため、周波数応答は不正確になる可能性がある。この態様は、等化ブロック１５２で固定等化フィルタを使用することによって補償することができる。図７は、図６の増幅器１５０を表し、さらに、後の実装で改善できるコア補正ブロック１５５を含む。

電圧供給源による補正
図８は、ボイスコイル１１２を駆動するための電圧供給源として機能するオーディオ増幅器システム１８０を示す。システム１８０は、電流変換ブロック１８２、適応ブロック１８４、及び電圧変換ブロック１８６を含む。システム１８０は、音声入力信号に応答してトランスデューサのボイスコイル１１２への補正された電圧を供給する。適応ブロック１８４は、コア補正ブロック１９０及びトランスデューサ予測モデルブロック１５６を含む。概して、システム１８０は、目標電圧を（図示されていない等化ブロックから（目標電圧は、音声入力信号に基づいて生成される））電流変換ブロック１８２を介して目標電流（すなわち、Ｉ＿ｔａｒｇｅｔ）に変換される。コア補正ブロック１９０は、目標電流を補正して、補正電流（すなわち、Ｉ＿ｃｏｒｒｅｃｔｅｄ）を生成する。電圧変換ブロック１８６は、Ｉ＿ｃｏｒｒｅｃｔｅｄを、ボイスコイル１１２を駆動するために使用される補正電圧（すなわち、Ｖ＿ｃｏｒｒｅｃｔｅｄ）に変換する。電圧供給源増幅器（図示せず）が、Ｖ＿ｃｏｒｒｅｃｔｅｄをボイスコイル１１２へ適用する。システム１８０は、ボイスコイル１１２のインダクタンスの影響を無視する。ボイスコイル１１２は、補正がシステム１８０のより低い周波数に対するものである場合に一般に機能する。動きと非線形性のほとんどは低周波数で発生するため、これは有効な可能性がある。

また、システム１８０は振動板の位置Ｘ１に加えて、振動板１１０の予測速度を利用する（トランスデューサ予測モデルブロック１５６からの出力を参照）。電流変換ブロック１８２は、振動板１１０の速度を利用して（電圧に比例する）音声信号を目標電流Ｉ＿ｔａｒｇｅｔに変換し、それをコア補正ブロック１９０に送信する。また、電圧変換ブロック１８６は、Ｉ＿ｃｏｒｒｅｃｔｅｄを、ボイスコイル１１２に印加されるべき電圧に比例する信号に変換する。また、トランスデューサ予測モデルブロック１５６は、予測されたＢＬ（または予測された磁束Ｘ及びエアギャップ１１８の長さ）を提供する。電圧変換ブロック１８６はまた、以下に示される式１３のように、Ｉ＿ｃｏｒｒｅｃｔｅｄをＶ＿ｃｏｒｒｅｃｔｅｄに変換するために予測ＢＬを必要とする。

概して、トランスデューサ予測モデルブロック１５６で使用するために、目標電圧（すなわち、電流変換ブロック１８２への入力）をＩ＿ｔａｒｇｅｔに変換することが必要である。例えば、ボイスコイル１１２の動きは、電流を伝送する。これは、速度×「Ｂ」×「Ｌ」に比例する電圧を生成する。これは、エアギャップの長さに対応し、ボイスコイル１１２の逆ＥＭＦと呼ばれ得る。これは、ボイスコイル１１２に印加される電圧（すなわち、Ｖ＿ｃｏｒｒｅｃｔｅｄ）から差し引かれる電圧を提供し、ボイスコイル抵抗（例えば、Ｒｖｃ）の抵抗にわたるバランスを維持する。ＢＬ（ｘ）が線形である場合にボイスコイル電流と一致する線形目標電流（つまり、Ｉ＿ｃｏｒｒｅｃｔｅｄ）は、次のように計算できる。

同様に前述したように目標電流が補正されると、これを補正電圧（すなわち、Ｖｃｏｒｒｅｃｔｅｄ）に変換し直す必要がある。同じ関係に基づいて、これは次の方程式で実行できる。

ボイスコイルのＤＣ抵抗の変動（Ｒｖｃ）
単純なアプローチでは、ボイスコイル１１２の抵抗は一定であると想定され得る。ボイスコイル１１２の抵抗が一定であると仮定すると、式（１３）のＲｖｃ_ＡｖｇはＲｖｃ_{ｎｏｍｉｎａｌ}に設定される。一般的に、ボイスコイルは銅またはアルミニウムで形成される。これらの材料は、対応する温度が変化すると抵抗の変化に遭遇する可能性がある。したがって、システム１８０の電圧供給源の実装を改善するために、熱モデルを使用して、ボイスコイル１１２の温度上昇を推定し、それによってボイスコイル１１２の温度補正された抵抗を計算することができる。ボイスコイル１１２の電力は、電流がＩ＿ｃｏｒｒｅｃｔｅｄとして予測されるため、取得され得る。精度に基づいて使用できる熱モデルがいくつかある。最も単純なのはＲＣモデルであり得る。これは、Ｒがボイスコイル１１２の周囲に対する熱抵抗を表し、Ｃがボイスコイル１１２の比熱容量を表す。ＲＣモデルは、オイラーの方法を使用して反復的に解くこともできる。

系の式を反復的に解くオイラーの方法の１つの例が、以下に説明される。以下に示すようにアルゴリズムのコードを繰り返しループすることにより、アルゴリズムは様々な系の式を小さな時間ステップで解き、式が小さな時間ステップにわたって移動して、線形とみなされ扱われるようにし得る。例えば、２００ｕＳの時間ステップ（５ｋＨｚのサンプルレートの場合）は、典型的なスピーカを適切にモデル化できる。このモデルでは、入力（例えば、４８ＫＨｚなどであり得る音声入力）及び４８ＫＨｚであり得るＶｃｏｒｒｅｃｔｅｄ出力及びＩｃｏｒｒｅｃｔｅｄ出力でのダウンサンプリングまたはデシメーションと、出力（例えば、４８ＫＨｚであり得るＶｃｏｒｒｅｃｔｅｄ出力及びＩｃｏｒｒｅｃｔｅｄ出力）での補間フィルタによるアップサンプリングを必要とし得る。このアプローチでは、定点の完全な実行で、完全なパッシブラジエータシステムの場合はチャネルあたり約５～６ＭＩＰＳ、クローズドボックスシステムの場合は最低１～２ＭＩＰＳが必要になり得る。
＊／
／／トランスデューサの運動の解：
／／ｄｔはサンプルシステムの小規模な時間ステップとして定義される
Ｘ１＝Ｘ１＋Ｖｅｌｏｃｉｔｙ＿ＴＤ＊ＤＴ；
Ｆｏｒｃｅ＿ｄａｍｐｉｎｇ＿ＴＤ＝－Ｖｅｌｏｃｉｔｙ＿ＴＤ＊Ｒｍｓ（Ｘ１）＿ＴＤ；
Ｆｏｒｃｅ＿ｓｐｒｉｎｇ＿ＴＤ＝－Ｘ１＊Ｋｍｓ（Ｘ１）＿ＴＤ
Ｆｏｒｃｅ＿ｐｒｅｓｓｕｒｅ＿ＴＤ＝－Ｋ＊ｐｒｅｓｓｕｒｅ＊Ｓｄ＿ＴＤ；
Ｆｏｒｃｅ＿ｍｏｔｏｒ＝ＢＬ（Ｘ１）＊Ｉｖｃ＿ｃｏｒｒｅｃｔｅｄ；
Ｆｏｒｃｅ＿ｎｅｔ＿ＴＤ＝Ｆｏｒｃｅ＿ｄａｍｐｉｎｇ＿ＴＤ＋Ｆｏｒｃｅ＿ｓｐｒｉｎｇ＿ＴＤ＋Ｆｏｒｃｅ＿ｐｒｅｓｓｕｒｅ＿ＴＤ＋Ｆｏｒｃｅ＿ｍｏｔｏｒ；
Ｖｅｌｏｃｉｔｙ＿ＴＤ＝Ｖｅｌｏｃｉｔｙ＿ＴＤ＋Ｆｏｒｃｅ＿ｎｅｔ＿ＴＤ／Ｍ＿ＴＤ＊ＤＴ；
パッシブラジエータ１０４の運動の解：
Ｆｏｒｃｅ＿ｄａｍｐｉｎｇ＿ＰＲ＝－Ｖｅｌｏｃｉｔｙ＿ＰＲ＊Ｒｍｓ（Ｘ２，Ｖｅｌｏｃｉｔｙ＿ＰＲ）ＰＲ；
Ｆｏｒｃｅ＿ｓｐｒｉｎｇ＿ＰＲ＝－Ｘ２＊Ｋｍｓ（Ｘ２）＿ＰＲ；
Ｆｏｒｃｅ＿ｐｒｅｓｓｕｒｅ＿ＰＲ＝ｋ＊ｐｒｅｓｓｕｒｅ＊Ｓｄ＿ＰＲ；
Ｆｏｒｃｅ＿ｎｅｔ＿ＰＲ＝Ｆｏｒｃｅ＿ｄａｍｐｉｎｇ＿ＰＲ＋Ｆｏｒｃｅ＿ｓｐｒｉｎｇ＿ＰＲ＋Ｆｏｒｃｅ＿ｐｒｅｓｓｕｒｅ＿ＰＲ；
Ｖｅｌｏｃｉｔｙ＿ＰＲ＝Ｖｅｌｏｃｉｔｙ＿ＰＲ＋Ｆｏｒｃｅ＿ｎｅｔ＿ＰＲ／Ｍ＿ＰＲ＊ＤＴ；
Ｘ２＝Ｘ２＋Ｖｅｌｏｃｉｔｙ＿ＰＲ＊ＤＴ；
／／エンクロージャ１０１の圧力変化の解：
ｐｒｅｓｓｕｒｅ＝ｐ＿０＊（Ｓｄ＿ＴＤ＊Ｘ１－Ｓｄ＿ＰＲ＊Ｘ２）／（ＶＢ＋ＳＤ＊Ｘ１＋Ｓｄ＿ＰＲ＊Ｘ２）；
／／ボイスコイル１１２の補正電流の解：
Ｉｖｃ＿ｃｏｒｒｅｃｔｅｄ＝Ｉｖｃ＿ｔａｒｇｅｔ＊ＢＬ（０）／ＢＬ（Ｘ１）＋（Ｋｍｓ（Ｘ１）－Ｋｍｓ（０）＊Ｘ１／ＢＬ（Ｘ１）；
／／電圧供給源アルゴリズムの場合、次のＣコードを追加できる：
／／Ｉｖｃ＿ｔａｒｇｅｔの解
Ｉｖｃ＿ｔａｒｇｅｔ＝（ＥＱ＿ｏｕｔ－Ｖｅｌｏｃｉｔｙ＿ＴＤ＊ＢＬ（Ｘ１））／Ｒｖｏｉｃｅ＿ｃｏｉｌ；
／／ボイスコイル１１２の補正電圧の解：
Ｖ＿ｖｏｉｃｅｃｏｉｌ＝Ｉｖｃ＿ｃｏｒｒｅｃｔｅｄ＊Ｒｖｏｉｃｅ＿ｃｏｉｌ＋ＢＬ（Ｘ１）＊Ｖｅｌｏｃｉｔｙ＿ＴＤ．
運動履歴の結果としてのＫｍｓとＲｍｓの変動

モデルはまた、運動中のＫｍｓ及びＲｍｓが１つの多項式によって定義されると仮定した。実際、これらのパラメータは動きの「履歴」によって異なる場合がある。例えば、振動板１１０が顕著な速度及び変位で動かされると、振動板１１０のサスペンション１１４は軟化し得る。これは、ＲｍｓとＫｍｓの両方を変え得る。

改善として、Ｋｍｓ及びＲｍｓの値は、時間とともにＲｍｓ（０）及びＫｍｓ（０）の変化する値の推定を使用してスケーリングされ得る。Ｋｍｓ（ｘ）とＲｍｓ（ｘ）の多項式は静止位置に正規化されるため、時間変動パラメータは正規化された位置変動パラメータを直接乗算して、より正確なＫｍｓとＲｍｓを決定できる。

位置の関数としての振動板１１０のサスペンション１１４の軟化及び硬化は、指数関数的減衰の合計としてモデル化され得る経時的な平均として予測することができ、平均化への入力は、運動の大きさが無期限に適用された場合に発生する可能性があるＫｍｓ及びＲｍｓの状態値に相当する。Ｋｍｓのこの定常値は、変化位置の包絡線の多項式である式（１４）として表すことができる。

指数関数的減衰は次式の形をとることができる。

次に、平均Ｋｍｓ（またはＫｍｓ_Ａｖｇ ）は、式（１５）に式（１４）を乗算することによって計算され得る。次に、この平均Ｋｍｓは、式（８）のＫｍｓ（０）を置き換えて、以下が得られる：

同じ形式の等式をＲｍｓ定常状態に使用することができる。

Ｋｍｓに関して、式（１５）及び式（１７）を使用して、定常状態Ｒｍｓを運動の大きさに関連付けることができる。次に、式（１５）に式（１７）を掛けて、平均Ｒｍｓを計算できる。次に、この平均Ｒｍｓは、式（９）のＲｍｓ（０）に置き換えられ、以下が得られる：

式１５及び式１６に示されるＫｍｓ_Ａｖｇ及びＲｍｓ_Ａｖｇは、その最近の履歴にわたってＸ１を平均することにより、ボイスコイル１１２の予測位置の履歴を得る。

図９は、Ｋｍｓ及びＲｍｓを提供するためのモデルを実行するシステム２００を示す。システム２００は、トランスデューサ予測モデルブロック１５６の一部であり得る。システム２００は全体的に、Ｋｍｓ及びＲｍｓを提供するモデルを実行するコントローラ２０２を含む。システム２００はまた、変換ブロック２０４、Ｋｍｓ正規化ブロック２０６、及びＲｍｓ正規化ブロック２０８、第１の乗算器回路２１０、及び第２の乗算器回路２１２も含む。変換ブロック２０４は、概して、Ｘ１の履歴をＫｍｓの平均値（またはＫＭＳ_ａｖｇ）（例えば、平均ばねモデル信号）に変換するよう構成される。変換ブロック２０４は、概して、Ｘ１の履歴をＲｍｓの平均値（またはＲｍｓ_ａｖｇ ）（例えば、平均減衰モデル信号）に変換するよう構成される。システム２００は、上記の式１６によって表されるようにＫｍｓを提供する。システム２００はまた、上記の式１８によって表されるようにＲｍｓを提供する。Ｋｍｓ正規化ブロック２０６（またはばね正規化ブロック）は、スピーカ１０２のばね剛性を、ゼロに設定されているボイスコイル１１２の予測位置に対応する静止位置に正規化するようにプログラムされている。Ｒｍｓ正規化ブロック（または減衰正規化ブロック）２０８は、スピーカ１０２の減衰を静止位置（例えば、ボイスコイル１１２の予測位置がゼロに設定される）に正規化するようにプログラムされている。

図１０は、概して、Ｋｍｓ及びＲｍｓを提供するためのモデルも実行するシステム２５０を示す。システム２５０は、変換ブロック２０４、Ｋｍｓ正規化ブロック２０６、Ｒｍｓ正規化ブロック２０８、第１の乗算器回路２１０、及び第２の乗算器回路２１２を含む。変換ブロック２０４は、概して、包絡線ブロック２５２、平均化ブロック２５４、Ｋｍｓ定常状態ブロック２５６、Ｒｍｓ定常状態ブロック２５８、Ｋｍｓ指数減衰ブロック２６０、Ｒｍｓ指数減衰ブロック２６２、Ｋｍｓ選択回路２６４、及びＲｍｓ選択回路２６６を含む。システム２５０は、これらに限定されないが、式（１５）に示されているように異なる時定数を使用することによるＫｍｓ＿ａｖｇ及びＲｍｓ＿ａｖｇの近似を改良させる。改善されたＫｍｓ＿ａｖｇ及びＲｍｓ＿ａｖｇは、振動板１１０のサスペンション１１４が軟化しているか硬化しているかに基づいてもよい。言い換えれば、システム２５０は、振動板１１０の動きの量が最近の動きと比較して増加または減少するときを考慮に入れる。この態様は、Ｋｍｓ＿ａｖｇまたはＲｍｓ＿ａｖｇを予測された定常状態のＫｍｓまたはＲｍｓと比較する選択の操作で実行できる。平均値が定常値よりも小さい場合、振動板１１０のサスペンション１１４は軟化している可能性があり、軟化時定数を選択することができる。そうではなく、平均値が定常値よりも大きい場合、振動板１１０のサスペンション１１４は硬化している可能性があり、次いで硬化時定数が選択される。これは、以下でより詳細に説明される。概して、変換ブロック２０４は、ボイスコイル１１２の生成された予測位置の履歴を提示するために、ボイスコイル１１２の任意の数の予測位置（例えば、Ｘ１）を生成及び格納するように構成される。例えば、変換ブロック２０４は、ボイスコイル１１２の生成された予測位置の履歴を決定するために、積分、ピーク検出、及び／または一定期間の平均化を実行するように構成される。システム２５０は、トランスデューサ予測モデルブロック１５６の一部である、図６に示されるようなトランスデューサモデルブロック１６０の一部であり得る。システム１５０は、ボイスコイル１１２の生成された予測位置の履歴を記憶するためのメモリ（図示せず）を含むことが認識される。

入力において、包絡線ブロック２５２は、位置信号（例えば、Ｘ１）を受信し、位置信号の包絡線を提示する。平均化ブロック２５４は、包絡線ブロック２５２によって生成された包絡線にピークホールドを適用する。平均化ブロック２５４の出力は、動きの短期平均レベルを表し、したがって、サスペンション１１４の動きの軟化ポテンシャルを表す。Ｋｍｓ状態ブロック２５６は、定常状態Ｋｍｓの値（例えば、予測された定常状態）を提示し、Ｒｍｓ定常状態ブロック２５８は、定常状態Ｒｍｓの値（例えば、予測された定常状態）を提示する。Ｋｍｓ選択回路２６４とＲｍｓ選択回路２６６のそれぞれは、定常状態のＫｍｓの値と定常状態のＲｍｓの値に各々応答して軟化するサスペンションの定常状態の量に対する平均運動に変換する１次または高次の多項式を含む。Ｋｍｓ指数関数的減衰ブロック２６０及びＲｍｓ指数関数的減衰ブロック２６２は、振動板１１０のサスペンション１１４の軟化挙動の時間依存性の態様をモデル化するために、それぞれ、定常状態のＫｍｓの値と定常状態のＲｍｓの値を受け取る。

精緻化として、異なる指数減衰時定数は、サスペンション１１４の実際の挙動よりも良好に適合し得る。特に、振動板１１０のサスペンション１１４は、（動きが減少または停止すると）サスペンション１１４が硬化するよりも速く軟化し得る。この態様をモデル化するために、Ｋｍｓ選択回路２６４は、定常状態の予測された軟化（または定常状態のＫｍｓの値）をＫｍｓのモデル化された平均と比較し、定常状態のＫｍｓの値（または予測される軟化）が指数関数的減衰（またはＫｍｓのモデル化された平均）で予測された電流の値よりも軟化している場合、軟化τが指数関数的減衰（またはＫｍｓ指数関数的減衰ブロック２６０に適用される）で使用される。一方、定常状態のＫｍｓの値（または予測される軟化）が、指数関数的減衰（またはモデル化されたＫｍｓの平均）によって予測される電流の値よりも硬い場合は、硬化τが指数関数的減衰（またはＫｍｓ指数関数的減衰ブロック２６に適用される）で使用される。定常状態のＲｍｓの値（または予測される軟化）、Ｋｍｓのモデル化された平均、相互の比較、及びＲｍｓ指数減衰ブロック２６２に対してＲｍｓ選択回路２６６により適用される際の軟化τと硬化τの利用に関して、同様の態様が適用される。

適応Ｋｍｓ及びＲｍｓの提供
場合によっては、音楽やその他のオーディオを再生しながらリアルタイムでシステム１８０（例えば、図８に関連して説明されるボイスコイル１１２を駆動するための電圧供給源として機能するシステム１８０）に関連して使用されるボイスコイル１１２の電流を測定することが可能である。同様に、音楽または他のオーディオを再生しながらリアルタイムでシステム１５０（例えば、ボイスコイル１１２を駆動する電流供給源として機能するシステム１５０）に関連して使用されるボイスコイル１１２の電圧を測定することが可能である。これが実行される場合、ＫｍｓとＲｍｓの値、またはＫｍｓとＲｍｓの平均を経時的に測定する他の実施態様がある。図１１は、一実施形態による、Ｋｍｓ及びＲｍｓの値を測定するそのような実施態様（または装置）３００の一例を示す。装置３００は、第１のバンドパスフィルタ３０２、第２のバンドパスフィルタ３０４、第１のローパスフィルタ３０６、第２のバンドパスフィルタ３０８、除算器回路３１０、第１の多項式ブロック３１２、及び第２の多項式ブロック３１４を含む。第１のバンドパスフィルタ３０２は、ボイスコイル１１２の測定電圧に対応する信号を受信し得る。第２のバンドパスフィルタ３０４は、ボイスコイル１１２にわたる測定された電流に対応する信号を受け取ることができる。第１及び第２のバンドパスフィルタ３０２及び３０４は、所定の周波数で電圧及び電流をバンドパスフィルタ処理する。第１のローパスフィルタ３０６及び第２のローパスフィルタ３０８は、測定されたＶｖｃ（例えば、ボイスコイル１１２の測定電圧）及び測定されたＩｖｃ（例えば、ボイスコイル１１２の測定電流）の瞬時値をそれぞれ変換し、それをボイスコイル１１２の平均電圧（例えば、Ｖｖｃ＿ａｖｇ）及びボイスコイル１１２の平均電流（例えば、Ｉｖｃ＿ａｖｇ）の対応するｒｍｓ値に変換する。除算器回路３１０は、Ｖｖｃ＿ａｖｇをＩｖｃ＿ａｖｇで除算して、インピーダンス（例えば、Ｚａｖｇ）を提供する。

１つの方法では、任意の所与の周波数でボイスコイル１１２によって提示されるインピーダンスは、その周波数での二乗平均二乗電圧をその周波数での二乗平均二乗電流で割ったものである（特定の周波数で電流及び電圧をバンドパスフィルタ処理することにより）ため、またフィルタリングされた結果をｒｍｓの値に変換し、それらを除算することにより、所与の周波数でボイスコイル１１２によって提示される平均インピーダンスを提供することができる。概して、第１の多項式ブロック３１２及び第２の多項式ブロック３１４は、図１２に示すように、Ｋｍｓ（ｚ）及びＲｍｓ（ｚ）の曲線に適合するように構成される。Ｋｍｓ及びＲｍｓは、図６に示されているように、ＫｍｓＴＤとＲｍｓＴＤ、次にＫｍｓ＿ＰＲとＲｍｓ＿ＰＲを含む式２及び式３により、トランスデューサモデルブロック１６０の一部であることが認識される。トランスデューサモデルブロック１６０は、ボイスコイル１１２がスピーカ１０２内の予測位置に移動するように、Ｘ１を提供する（例えば、ボイスコイル１１２の予測位置及び補正ブロック１５４は、ボイスコイル１１２に供給される電流に対応するＩ＿ｃｏｒｒｅｃｔｅｄを生成する）。

図１２は、一実施形態による、インピーダンスの関数としてのＲｍｓ及びＫｍｓの対応する値を示す。概して、ＲｍｓとＫｍｓの多くの組み合わせにより、特定の周波数で同じインピーダンスになる場合がある。スピーカ１０２では、スピーカ１０２のＲｍｓ及びＫｍｓは予測可能な方法で変化する傾向があるので、多くの場合、特定の周波数及び特定の平均インピーダンスに対するＲｍｓ及びＫｍｓ値の１つまたは固有のセットがあり得る。これは、概して、図１２に示されている。

したがって、特定の周波数におけるインピーダンスが既知である場合、Ｋｍｓ及びＲｍｓの値を予測することが可能である。図１２に示すように、特定の周波数でのインピーダンスからＫｍｓとＲｍｓを計算する１つの方法として、多項式を使用してＫｍｓとＲｍｓのそれぞれの曲線を一致させることを伴い得る。

場合によっては、振動板１１０のサスペンション１１４は、図１１に関連して述べたように、測定されたインピーダンスの実装（例えば、システム３００）を使用して検出できるよりも速く軟化することがある。これは、システム３００が時間のかかる平均の取得に依拠しているためになる可能性がある。これが問題である場合、図１０のシステム２５０に関連して上述したように、振動板１１０のサスペンション１１４が硬化しているときに、硬化τと測定されたＫｍｓとＲｍｓが選択され、振動板１１０のサスペンション１１４が軟化しているときに、軟化τと推定された定常状態のＫｍｓとＲｍｓが選択されるハイブリッドアプローチを使用できる。

図１３は、一実施形態による、Ｋｍｓ及びＲｍｓを提供するためのシステム３２０を全体的に示す。システム３２０は、図５に関連して上述したように、第１の正規化回路１３０、第２の正規化回路１３２、第１の乗算器回路１３４及び第２の乗算器回路１３６に加えて装置３００を含む。上述したように、装置３００はＫｍｓの測定平均とＲｍｓの測定平均を提供する。位置及び運動履歴の影響を含む非線形Ｋｍｓ及びＲｍｓをモデル化するために、平均静止値（例えば、測定された平均Ｋｍｓ及び測定された平均Ｒｍｓ）は、それぞれ第１の乗算器回路１３４及び第２の乗算器回路１３６を各々介して、Ｋｍｓ及びＲｍｓを提供するために、第１の正規化回路１３０及び第２の正規化回路１３２のＫｍｓ（ｘ１）及びＲｍｓ（ｘ１）の正規化された多項式モデルで乗算できる。

システム２００、２５０、３００、及び３２０は、図６、図７、及び図８に示されるように、トランスデューサ予測モデルブロック１５６内に実装されてもよいことが認識される。図９、図１０、図１１、及び図１３のシステム２００、２５０、３００、及び３２０は、Ｘ１として指定された入力を示しているのに対し、システム２００、２５０、３００、及び３２０は、トランスデューサ予測モデルブロック１５６によって生成されるとフィードバックとしてＸ１を利用することが認識される。

場合によっては、Ｒｍｓ及びＫｍｓは、位置及び／または履歴の両方で同様の挙動を有する可能性がある。これが当てはまる場合、計算の簡略化として、Ｋｍｓのみを計算し、ＲｍｓにＫｍｓの値の倍数のスケーラーを提供することが可能である。同様に、パッシブラジエータ１０４のＫｍｓ及びＲｍｓは、トランスデューサ１０２のＫｍｓ及びＲｍｓに適切にスケーリングされ得る。

ボイスコイルのＲｄｃの適応モデルの提供
さらに、スピーカ１０２の共振より上（すなわち、速度及び逆ＥＭＦが低い場合がある）の周波数、及びボイスコイル１１２のインダクタンスが重要になりインピーダンスに追加される周波数より下の周波数を選択することにより、ボイスコイル１１２の抵抗に概ね近い値は、Ｋｍｓ及びＲｍｓを決定するために実行される同様の方法で、中間帯域周波数でインピーダンスを測定することによって測定することができる。測定されたインピーダンスは、ボイスコイル１１２のＤＣ抵抗に近い場合がある。ＤＣ抵抗は温度の関数であり得るので、ＤＣ抵抗は、ボイスコイル１１２の温度を決定して、ボイスコイル１１２が熱保護などを必要とするかどうかを決定するために使用され得る。したがって、熱モデルに基づいて式（１３）で計算されたボイスコイルの抵抗（Ｒｖｃ＿ａｖｇなど）の代わりに、測定されたＤＣ抵抗を使用して、モデルをさらに適応させることができる。

ベントシステムの場合
様々な理由により、いくつかのスピーカは、パッシブラジエータの代わりに、調整されたポートまたはベントを備えて設計されている。このベントは、パッシブラジエータ１０４の質量と同様に、システムと共振して低周波数出力を生成することができる音響質量を有する。しかし、ベントはパッシブラジエータ１０４のサスペンションの剛性Ｋｍｓ＿ＰＲと同等のものを有していない場合がある。したがって、ベントの音響質量の運動に対する解を得るために、Ｋｍｓ＿ＰＲの値をゼロに設定することができる。特に高速時で、同様に摩擦損失が発生する可能性があることが、ベント内の空気の動きの特性である。したがって、トランスデューサ１０２のＲｍｓについて説明したように、Ｒｍｓ＿ｖｅｎｔはまた速度の関数であるＲｍｓ＿ｖｅｎｔを含める方がより正確である可能性がある。

クローズドボックスの場合
一部のスピーカは、パッシブラジエータまたは調整されたベントなしで設計できる。このようなスピーカは、頻繁にクローズドボックスシステムと呼ばれる。この場合、パッシブラジエータ（ｘ２）またはベントの位置をゼロに設定することが可能である。計算を簡単にするために、パッシブラジエータがシステムに存在しないため、パッシブラジエータの振動板の運動の解を求める必要がない場合がある。

無限バッフルの場合
トランスデューサ１０２が非常に大きなエンクロージャ１０１（例えば、トランク全体をエンクロージャ１０１として含むことができる車両のバックシェルフ、または音響的に外に開放されている車のドアなど）に取り付けられているシステムは、無限バッフルシステムとみなすことができる。この場合、式（２）のｐ（ｘ１，ｘ２）はゼロに設定され、式（３）を無視できる。

パッシブラジエータのモデル化
トランスデューサのＫｍｓ及びＲｍｓを予測するための同じ方法（すなわち、Ｋｍｓ＿ＴＤ、Ｒｍｓ＿ＴＤ、式（１）を参照）は、パッシブラジエータ１０４のサスペンションがトランスデューサ１０２のものに対する挙動と類似しているとき、パッシブラジエータ１０４のＫｍｓ及びＲｍｓを予測するために適用され得る。しかし、上述のように、パッシブラジエータ１０４のＫｍｓ及びＲｍｓをＫｍｓ＿ａｖｇ（測定または予測）に比例して単に変化させることが適切である可能性がある。概して、Ｋｍｓ＿ＰＲ及びＲｍｓ＿ＰＲを固定の値としてモデル化して改善をもたらすだけで十分な場合がある。これは、式（２）のＫｍｓ＿ＰＲとＲｍｓ＿ＰＲに適用され得る。

非永久磁石ベースの可動コイルトランスデューサへの適応
非永久磁石ベースの可動コイルトランスデューサ（またはＳＡＭドライバ）では、「Ｂ」（磁場）は、磁化電流（すなわち、固定コイルの電流）が継続的に調整されているため、継続的に変化している。磁場作用は、ボイスコイル１１２に電流供給源増幅器が使用されている場合、固定の等化（例えば、上記の電流供給源補正方法の等化と類似したもの）を利用するか、電圧供給源増幅器が使用されている場合、Ｂが時間とともに変化するため周波数応答がＢに基づいて調整される動的等化によって補正できる。次に、等化された信号にＢ＿ｎｏｍｉｎａｌ／Ｂを掛けることによりさらに補正する。

非線形補正アプローチがＳＡＭドライバに適合される場合、固定コイルの電流に対する目標とされた（または磁化）電流を決定するための同様の方法が適用されてもよい。しかし、ＳＡＭドライバにおけるアルゴリズムのための等化機能は、本明細書に記載されたものによって置き換えられ得る。例えば、上記の図６に関連して説明されたような電流供給源の実装（例えば、システム１５０）は、非永久磁石ベースの可動コイルトランスデューサのための電流供給源の実装に関連して使用されてもよい。しかし、図８に関連して説明されたような電圧供給源の実装（例えば、システム１８０）は、非永久磁石ベースの可動コイルトランスデューサのための電圧供給源の実装に関連して使用されてもよい。これは、ＳＡＭドライバの電圧供給源の実装の動的等化機能を、電圧から目標電流への変換で置き換えることができることを示唆している可能性がある。したがって、動的等化はもはや必要とされず、実際には、本明細書で開示される態様によって改善され得る。

等化された信号にＢ＿ｎｏｍｉｎａｌ／Ｂを乗算する関数は、式（７）のＢＬ（０）をＢＬ（Ｉ＿ｓｔａｔｉｏｎａｒｙ）で置き換えることによって置換することができる。これは、式（７）を次のように置き換える。

ＳＡＭドライバでは、ボイスコイルのギャップの磁束密度に対する励磁電流を「Ｂ 」に変換する関数が提示される。このＢに固定のボイスコイルワイヤの長さを単純に掛けると、ＬはＢＬ（Ｉ＿ｓｔａｔｉｏｎａｒｙ）（つまり、固定のボイスコイルワイヤの磁束密度と長さ）が得られる。

図１４は、一実施形態による、音響トランスデューサ装置（またはオーディオ増幅器システム）５００の一実装を示す。音響トランスデューサ装置５００は、入力端子、制御ブロック（またはコントローラ）５０３、及びトランスデューサ（またはスピーカ）５０６を含む。入力オーディオ信号（例えば、Ｖｉ）５０２が、制御ブロック５０３の入力端子に供給される。制御ブロック５０３は、可動コイル制御信号（例えば、Ｉ_ｍ）及び固定コイル制御信号（例えば、Ｉ_Ｓ）を生成する。トランスデューサ５０６は、磁性材料５１２、振動板５１４、フォーマー５１６、固定コイル５１８、及び可動コイル（またはボイスコイル）５２０を含む。可動コイル５２０は、フォーマー５１６に取り付けられる。

磁性材料５１２は一般にトロイダル型であり、トロイダル型キャビティを有する。固定コイル５１８は、キャビティ内に配置される。様々な実施形態では、磁性材料５１２は、１つまたは複数の部品から形成することができ、これにより、固定コイル５１８をキャビティ内に、より容易に挿入または形成することができるようになる。磁性材料５１２は、固定コイル信号に応答して磁化され、それにより、磁性材料５１２において磁束を生成する。磁性材料５１２は、磁路５３８内にトロイダルエアギャップ５３６を含み、磁束は、エアギャップ５３６内及びその近くを流れる。

磁性材料５１２は、磁場の存在下で磁化されることが可能な任意の材料から形成され得る。様々な実施形態では、磁性材料５１２は、２つ以上のそのような材料から形成されてもよい。いくつかの実施形態では、磁性材料５１２は、積層から形成され得る。いくつかの実施形態では、積層は、半径方向に組み立てることができ、複合磁性材料が積層間にギャップがなく形成されるように楔型に成形され得る。

可動コイル５２０は、フォーマー５１６に取り付けられ、制御ブロック５０３から可動コイル信号を受信する。振動板５１４は、振動板５１４がフォーマー５１６及び可動コイル５２０と共に移動するように、フォーマー５１６に取り付けられる。フォーマー５１６及び可動コイル５２０は、可動コイル信号及びエアギャップ５３６内の磁束に応答して、エアギャップ５３６内を移動する。概して、フォーマー５１６と共に移動する音響トランスデューサ５０６の様々な構成要素を可動式構成要素と言及することができる。フォーマー５１６が動いているときに静止している構成要素は、静止式構成要素と言及することができる。音響トランスデューサ６０６の静止構成要素は、概して、磁性材料５１２及び固定コイル５１８を含む。

様々な実施形態では、音響トランスデューサ５０６は、ダストキャップ５３２と磁性材料５１２との間のエア空間を通気するように適合され得る。例えば、開口が磁性材料５１２に形成され得るか、開口がフォーマー５１６に形成されてエア空間の通気を可能にし、それにより空気圧が振動板５１４の動きに影響を与えるのを低減または防止するようにし得る。

制御ブロック１０３は、概して、コア補正ブロック１５４、フィルタ５５２（例えば、２次フィルタ）、変換回路５５４、補正ブロック５５６、第１の電流供給源５５８、第２の電流供給源５６０、平方根回路５６２及びピーク検出器回路５６４を含む。概して、トランスデューサ装置５００は、第１の電流供給源５５８及び第２の電流供給源５６０を利用して、自動車用途に適したトランスデューサ装置５００を可能にする電圧供給源を置き換える。

概して、固定コイル５１８と可動コイル５２０に電流を提供し、電圧源と電流源両方の利点を組み込み、過渡応答を改善し、改善された待ち時間、正確性、及び適切な保護及び診断を提供するための制御方法が必要とされている。制御ブロック５０３は、可動コイル信号（例えば、Ｉ_ｍ）（またはボイスコイル信号）を提供するために第１の電流供給源５５８を利用することにより、簡略化された周波数の補償を提供する。第１の電流供給源５５８は、電流（すなわち、可動コイル信号）が可動コイル５２０のインピーダンスに依存しないため、可動コイル５２０の抵抗の減衰効果を排除する。したがって、トランスデューサ５０６の周波数応答は、もはや可動コイル信号（すなわち電流）に依存せず、代わりに固定されている。この態様は、周波数応答を補償するために使用される単一の固定された非時変２次フィルタ５５２を可能にする。

固定コイル５１８と可動コイル５２０の両方の電力を含むトランスデューサ５０６の最適な効率は、固定コイル５１８と可動コイル５２０の電力が平衡しているときに（すなわち、トランスデューサ５０６用のモータアセンブリの鉄鋼が飽和し始め、固定コイル５０６の電流をさらに増加しても利益はない時点まで）達成される。トランスデューサ装置５００では、抵抗の電力が電流の二乗に比例するため固定コイル５１８の電流を設定するピーク検出器回路５６４によって検出されるオーディオ信号レベルのピークの平方根回路５６２を介して近似される。平方根回路５６２からの出力５０４を直接使用するために、比例電流供給源（すなわち、第２の電流供給源５６０）が、固定コイル５１８を駆動するために使用される。

固定コイル信号（または固定コイル５１８の電流）に直接比例する出力５０４の変化する感度を補償するために、変換回路５５４を使用して、関数Ｂ（ｉ）の可動コイル５２０のエアギャップ５３６内の磁束を計算することができる。変換回路５５４は、磁束密度（Ｂ（ｉ））をコア補正ブロック１５４に提供する。磁束密度は、概して、磁化または定常コイル電流の関数として可動コイル５２０（またはボイスコイル）のエアギャップ５３６内の磁束密度に対応する。

トランスデューサ予測モデルブロック１５６は、上記のようにＢＬを計算する式（７）に示されるように、ＢＬ（０）をＢＬ（Ｉ＿ｓｔａｔｉｏｎａｒｙ）で置き換える。図１５は、一実施形態による、磁束密度Ｂとボイスコイルワイヤ（または可動コイルワイヤ）の長さ（Ｌ）の積を計算するための１つの実施態様（または回路）５８０を一般的に示す。回路５８０は、概して、乗算器５８２及び正規化回路５８４を含む。示されるように、ＢＬ（０）（すなわち、磁束密度Ｂと可動コイルワイヤの長さの積（可動コイル５２０が静止しているあいだ））は、乗算器５８２に提供され、可動コイル５２０（Ｘ１）の位置は、正規化回路５８４に提供される。乗算器５８２は、ＢＬ（０）と正規化回路５８４からの出力との積を取得し、磁束密度Ｂと可動コイルワイヤの長さ（またはＢＬ（ｘ１））の積を提供する。上記のように、ＢＬは式７で取得できる。

図１６は、一実施形態による、磁束密度Ｂとボイスコイルワイヤ（または可動コイルワイヤ）の長さ（Ｌ）の積を計算するための回路５８０を全体的に示す。この場合、ＢＬ（０）をＢＬ（Ｉ_{ｓｔａｔｉｏｎａｒｙ＿ｃｏｉｌ}）（またはＢＬ（Ｉ_Ｓ））に置き換えて、固定コイル５１８の電流とボイスコイル（または可動コイル）５１２の位置の関数であるＢＬ（Ｘ１）またはＢＬを提供できる。例えば、コア補正ブロック１５４からの「Ｂ」にボイスコイルの長さ（定数）「Ｌ」を掛けたものに置き換えて、ｘ＝０において新しいスカラー部分を提供することが可能である。これは、固定コイル５１８の電流及びボイスコイル５２０の位置の関数である。これは、以下の式で記述することができる。

図１７は、一実施形態による音響トランスデューサ装置（またはオーディオ増幅器システム）６００の別の実施態様を全体的に示す。トランスデューサ装置６００は、概して、トランスデューサ５０６及び制御ブロック６０２を含む。制御ブロック６０２は、（図８からの）電流変換ブロック１８２、（図８からの）適応ブロック１８４、（同じく図８からの）電圧変換ブロック１８６、第１の電圧供給源６０７、可動コイル電力推定ブロック６１０、固定コイル電力推定ブロック６１２、減算器回路６１４、第２の電圧供給源６１６、固定コイルモデリングブロック６１８、及び変換回路６２０を概して含む。概して、第１の電圧供給源６０８及び第２の電圧供給源６１６は、図１４に関連して一般的に示されるように、それぞれ第１の電流供給源５５８及び第２の電流供給源５６０に代わる。この場合、図１４の制御ブロック５０３のフィルタ５５２は、可動コイル５２０のインピーダンスが第１の電流供給源５５８によってもはや打ち消されない可能性があるため、もはや固定することができない。装置６００を用いて、変換回路６２０は、は、関数Ｂ（ｉ）で可動コイル５２０のエアギャップ５３６における磁束を表す出力を提供する。図８と同様に、適応ブロック１８４は、変換回路６２０の出力を利用して、式１９により、変化する「Ｂ」（または磁束密度）＊ボイスコイル５２０の長さ「Ｌ」に基づいて、モデルの正しいＢＬを決定する。変換回路６２０の出力は、ＢＬ（Ｉ＿ｓｔａｔｉｏｎａｒｙ）であるＢＬを表し、これは、式１９のＢＬ（Ｉｓ）（またはＢＬ（Ｉ＿ｓｔａｔｉｏｎａｒｙ））を表す。概して、変換回路２２０の出力は、出力変数ＢＬのＬであるボイスコイル（または可動コイル５２０）の巻線（またはワイヤ）の長さによってスケーリングされる。電圧変換ブロック１８６は、ＢＬに基づいて可動コイル５２０への入力として提供されるＶ＿ｃｏｒｒｅｃｔｅｄを生成する。

しかし、第２の電圧供給源６１６が第２の電流供給源５６０に代わったので、目標出力電流６０５は、固定コイル５１８のインピーダンスのために、もはや固定コイル５１８の実際の電流に直接比例しない。この態様を補うために、固定コイルモデリングブロック６１８（例えば、インダクタンスモデル）は、固定コイル５１８の抵抗が既知であると想定している。実際には、それは、抵抗を５０％以上変化させる可能性がある温度効果が原因ではない。これらの誤差は、定常コイル５１８の電流が変化しているとき、定常状態及び過渡状態の両方での周波数の補償及び感度の補償の両方の誤差につながる。

トランスデューサ５０６の最適効率は、固定コイル５１８及び可動コイル５２０の電力が平衡しているときに達成され得ることが認識される。したがって、装置６００は、平方根近似法を利用する。例えば、可動コイル電力推定ブロック６１０は、可動コイル５２０の平均電力を決定し、固定コイル電力推定ブロック６１２は、固定コイル５１８の平均電力を決定する。減算器回路６１４は、可動コイル５２０の電力と固定コイル５１８の電力とを比較する。可動コイル５２０の平均電力が固定コイル５１８の平均電力よりも大きい場合、減算器回路（または差分ブロック）６１４は、固定コイル５１８のため目標電流（または、固定コイル信号）として使用される出力６０５を増加させる（または固定コイル５１８の電流を増加させ、不必要な可聴音を回避する）。この状態は、可動コイル５２０への電力の減少を引き起こし、固定コイル５１８と可動コイル５２０の間の電力のバランスをとる。この状態が発生した場合、これは本質的に効率をわずかに低下させることを必要とするが、概して、固定コイル５１８において強制的に電流を急速に減少させることが必要であるため、この状態は避けられない場合がある。この態様は、可聴音を生成し得るので、トレードオフとして、効率のわずかな低下を伴って続けることがより有利である。固定コイルモデリングブロック６１８は、概して、固定コイルインダクタンス挙動をモデル化するように構成される。例えば、図１７の実装で、電流の測定は行われない。むしろ、固定コイルモデリングブロック６１８は、モデル（例えば、Ｌ／Ｒインダクタンス／抵抗モデルである）で固定コイル５１８のインダクタンス挙動を予測するように構成される。さらに、固定コイルモデリングブロック６１８は、電圧が固定コイルモデリングブロック６１８に印加されたときに、固定コイル５１８のインダクタの電流を決定するようにさらに構成される。

しかし、平均電力は、歪みを回避するために相当長い期間にわたって推定されるべきであり、０．１秒から１秒の間であり得る。これは、過渡状態において、オーディオ信号のレベルが急速に増加するとき、固定コイル信号（または固定コイル５１８の電流）が迅速に追跡しないことを伴う。その結果、過渡状態の間、トランスデューサ５０６の感度は長期間低いままであり、したがって、非常に高い過渡状態可動コイル５２０の増幅器ピーク電力を必要とするか、過渡状態の間にトランスデューサ５０６の出力ＳＰＬを制限し得る。さらに、入力オーディオ信号５０２のレベルが高い動的コンテンツを有する場合、電力のバランスが維持されない場合があるため、入力オーディオ信号５０２のレベルに対する固定コイル信号の遅い追跡は、効率を損なう可能性がある。

図１８は、概して、一実施形態による音響トランスデューサ装置（またはオーディオ増幅器システム）７００の別の実施態様を示す。音響トランスデューサ装置７００は、トランスデューサ５０６及び音響トランスデューサコントローラ（またはコントローラ）７０２を含む。音響トランスデューサコントローラ７０２は、概して、少なくとも１つのデジタルプロセッサ７０１及びメモリ７０３を含む。デジタルプロセッサ７０１は、概して、コントローラ７０２によって実行される機能を実行する。コントローラ７０２は、入力オーディオ信号５０２の受信に応答して、可動コイル信号及び固定コイル信号を生成し、それぞれ可動コイル５２０及び固定コイル５１８に送信する。

装置７００は、概して、歪みを導入することなく、固定コイル信号及び可動コイル信号を生成する電流供給源に依存することなく、高速過渡応答を達成しながら固定コイル５１８と可動コイル５２０との間の電力のバランスを取り、固定コイル５１８用の変化する電流（すなわち、変化する固定コイル信号）の存在下での周波数及び感度の補償の精度を改善し、トランスデューサ５０６の効率を改善するように構成される。さらに、より詳細に説明されるように、装置７００は、概して、固定コイル５１８に関連して使用される電子機器の保護及び診断を提供するように構成される。

コントローラ７０２は、電流変換ブロック１８２、適応ブロック１８４、電圧変換ブロック１８６、電圧供給源７０８、複合供給源ブロック７１０、変換回路７１２、及びピークセットブロック７１４を含む。複合供給源ブロック７１０は、図１４に関連して述べたように第２の電流供給源５６０を置き換え、図１７に関連して述べたように第２の電圧供給源６１６を置き換えるために提供される。概して、複合供給源ブロック７１０は、そのインピーダンスの制御または調整のために構成され、固定コイル５１８への送信のための固定コイル信号を生成する。

ピークセットブロック７１４での平均は、入力オーディオ信号５０２のピーク値を取り、ローパスフィルタを使用して、単純なピーク検出器に関連するリップルを除去する（図１４のピーク検出器回路５６４と同様）。過渡状態中、ゆっくり変化するローパスフィルタは、ローパスフィルタの値を入力オーディオ信号の瞬間最大絶対値に直接設定することにより、過渡状態に即座に応答するように強制される。このようにすると、オーディオ信号のレベルの過渡的増加に応答することができ、複合供給源ブロック７１０への基準信号７０５として提供される、最小のリップルの入力オーディオ信号、入力オーディオ信号５０２のクリーンな包絡線が生成され得る。

この装置７００では、固定コイル５１８の供給源の出力電圧は、電力が電圧の２乗に比例する既知の電圧であるので、（図１４の）平方根回路５６２（または平方根関数）なしで入力オーディオ信号５０２のレベルを使用することができる。これは、固定コイル信号（または固定コイル５１８に提供される電流）が基準信号５０５を介して入力オーディオ信号５０２に比例するため、可動コイル５２０の電力が固定コイル５１８の電力に比例すること、及び可動コイル５２０の電力が固定コイル５１８の電流の二乗に比例することを意味する。このアプローチは、可動コイル５２０の周波数依存インピーダンスの影響を無視するため、上記のアプローチは、可動コイル電力推定ブロック６１０及び固定コイル電力推定ブロック６１２によって実行されるパワーバランスほど正確ではない可能性がある。しかし、音楽及びノイズ信号では、平均スケーリング値を選択して、音楽及びノイズを伴う可動コイル５２０のインピーダンスの効果を十分に近似することができる。

複合供給源ブロック７１０は、電流測定回路７０７を用いて、固定コイル５１８に提供される電流（または固定コイル信号）を測定する。電流測定回路７０７は、抵抗器、変流器、ホール効果センサなどであり得る。測定された電流（すなわち、固定コイル測定信号）は、フィードバックとして補償ブロック７２０に提供され、加算器回路７２２にエラー信号を提供する。加算器回路７２２は、基準信号７０５をエラー信号と比較し（または基準信号７０５からエラー信号を差し引く）、電圧供給源７２４を調整する。電圧供給源７２４は、フィルタ７２５と共にパルス幅変調（「ＰＷＭ」）（または他の変調方式）バック（または他のトポロジー）レギュレータとして実装されてもよいことが認識されている。フィルタ７２５は、概して、電圧供給源７２４からの電圧出力をフィルタリングするためのインダクタ７２６及びコンデンサ７２８を含む。補償ブロック７２０及びフィルタ７２５は、一般に、複合供給源ブロック７１０が電流供給源、電圧供給源、または所望の場合の混合周波数依拠供給源であるように見えるインピーダンスを出力する。特に、複合供給源ブロック７１０が、低周波数では電流供給源として、トランスデューサ１０６の機械的共振より上の周波数（例えば、６インチの中間バスドライバでは５０～１００Ｈｚ）で電圧供給源として振る舞うことが望ましい場合がある。この態様は、固定コイルの平均電流（または固定コイル信号の平均）及び過渡レベルに対する正確な制御を提供しながら、トランスデューサ５０６のパスバンドにおける歪みを改善することができる。

複合供給源ブロック７１０でインピーダンスの挙動を達成するために、補償ブロック７２０は、例えば、比例積分微分（ＰＩＤ）コントローラとして実装されてもよい。例えば、補償ブロック７２０は、定常コイル信号の電流が電流測定回路７０７によって測定される電流フィードバック経路に利得「Ｋｐ」を有する比例経路を含み得る。積分項及び微分項（すなわち、Ｋｉ及びＫｄ）は、例えば、ゼロであり得る。比例電流フィードバックＫ（すなわち、Ｋｉ及びＫｄ＝０）を使用することは、フィルタ７２５には十分である。積分項Ｋｉ及び微分項Ｋｄは、インダクタ７２６及びコンデンサ７２８によって作成される二次のシステムが電流測定回路７０７による電流の測定及び比例電流フィードバックＫｐにより一次のシステムに低減されるため、安定している。フィードバックパスで比例電流フィードバックＫｐを使用することにより、この条件は有効な電流供給源を作成する。

この装置では、インダクタ７２６のインダクタンスは、電流フィードバックを使用することによって作成された電流供給源によって（安定性の意味で）効果的に除去される。補償ブロック７２０のフィードバック経路において適切なゲインＫｐを選択することにより、コンデンサ７２８の自然インピーダンスが出力インピーダンスに影響を与える周波数を調整することができる。Ｋｐのゲインが高いほど、周波数が高くなる。高周波では、複合供給源ブロック７１０によって提供されるインピーダンスは、コンデンサ７２８のインピーダンスによって支配され、したがって、電圧供給源のように見える。これが真実であるためには、コンデンサ７２８の静電容量のサイズは、トランスデューサ５０６の共振より高い所望の周波数で、コンデンサ５２８のインピーダンスがトランスデューサ５０６のインピーダンスと同様か、それよりも小さくなるように十分であるべきである。コンデンサ７２８のインピーダンスが高い低周波数では、出力電流は、電流フィードバックを使用して作成された有効電流供給源によって支配される。したがって、制御ブロック７０２は、低周波数における電流供給源の特性インピーダンス及び高周波数における電圧供給源の特性インピーダンスを提供することができる。より高い周波数は一般にトランスデューサ５０６の機械的共振の３～５倍であり、低周波数は一般に高周波数より低い任意の周波数である。最後に、これと同じ効果が、例えば、電圧検出を利用し、安定性のため積分項Ｋｉと比例項Ｋｐ、場合により微分項Ｋｄを追加するなどの他の制御手法でも実現できることを認識されたい。前述のものは、ｓドメインまたはｚドメインに表され得る。

さらに、複数の固定コイル５１８に電流が供給されるシステムでは、固定コイル５１８の負荷を互いに並列に接続し、１つの制御ループ及び電圧供給源を使用することが可能である。しかし、コントローラ７０２と固定コイル５１８との間の入力で装置をフェイルセーフにするために、上述のフィードバック経路の電流測定回路７０７で測定された電流は、任意の瞬間での固定コイル５１８の複数の電流のうち高い方であり得る。このようにして、固定コイル５１８の電流は、最大電流を提供する固定コイル５１８の負荷に調整される。

概して、装置７００の効率を最適化するための固定コイル５１８の電流のレベルは、概して、ピークセットブロック７１４によって決定される。ピークセットブロック７１４は、入力オーディオ信号５０２を受信する。この装置は、トランスデューサ５０６の共振付近における固定コイル５１８の所望の電流の大きな変動を回避するよう促す。近共振において、同一の音響出力レベルを生じさせるためにより少ない電力が必要とされる。この理由で、装置５００及び装置６００は、概して、固定コイル５１８の電流が共振時に低減されて電力のバランスをとることをもたらし得る。しかし、固定コイル５１８の電流が減少すると、減衰が減少し、可動コイル５２０に必要な電力がさらに少なくなり、これが固定コイル５１８の電流のさらなる減少につながる。この結果は、感度及び周波数応答の両方における共振付近のエラーにつながる可能性がある。なぜなら、トランスデューサ５０６が、その機械的損失によってほぼ全体的に減衰され得るためである。したがって、入力オーディオ信号５０２をピークセットブロック７１４に提供することにより、この状態は、上記のエラーを回避する。これは、固定コイル５１８と可動コイル５２０との間の電力バランスが共振付近で維持されない可能性があることを伴い得るが、固定コイル５１８及び可動コイル５２０の電力レベルが共振付近で低いため、この側面が重要ではない場合がある。

変換回路７１２は、固定コイル５１８の測定電流（すなわち、固定コイル信号）を受信して、エアギャップ５３６の磁束密度を決定することができる。エアギャップ５３６の決定された磁束密度は、固定コイル５１８の電流の関数としてトランスデューサ５０６の変化する音響周波数応答及び音響感度を決定するために使用する。固定コイル５１８の測定電流を使用してエアギャップ５３６内の磁束を決定する場合、適応ブロック１８４は、固定コイル５１８の感度を補正することができる。しかし、可動コイル５２０の測定された電流がエアギャップ５３６内の磁束、したがって感度及び周波数応答を直接決定するために使用される場合、いくつかの周波数及びレベルで歪みが発生する可能性がある。

概して、固定コイル５１８は、トランスデューサ５０６が音声を出力することを可能にするためにエアギャップ５３６に磁束を生成するために一般的に使用される従来の磁石に代わる。しかし、固定コイル５１８は、トランスデューサ５０６がオーディオの高いピーク（すなわち、ドラムロールなど）を出力するときに大量の電流を利用する。したがって、コントローラ７０２は、入力オーディオ信号５０２の包絡線に基づいて、Ｉｓ上の電流を調整する。コントローラ７０２は、高レベルのオーディオを出力する必要がない場合、Ｉｓ上の電流を下げ、高レベルのオーディオを出力する必要がある場合、Ｉｓ上の電流を増加させる（つまり、電流を動的に調整する）。

複合供給源７１０は、出力電流Ｉｓを変換回路７１２に提供し、変換回路７１２は、関数Ｂ（ｉ）で可動コイル５２０のエアギャップ５３６内の磁束に対応する値を提供する。適応ブロック１８４は、変換回路７１２の出力を利用して、式１９を介して変化する「Ｂ」（または磁束）に基づいてモデルの正しいＢＬを決定する。電圧変換ブロック１８６は、電圧供給源７０８を介して可動コイル５２０に入力として提供されるＶ＿ｃｏｒｒｅｃｔｅｄを生成する。適応ブロック１８４は、磁束の値を使用して、入力オーディオ信号に対して同じ周波数応答を提供する。複合供給源７１０は、電圧供給源または電流供給源のインピーダンス特性を有する。複合供給源７１０は、音声入力信号が大きなレベルを有するとき、Ｉｓの電流を迅速かつ静かに上昇させる。

固定コイル５１８及び可動コイル５２０は、磁性材料５１２を介して変圧器と結合される。その結果、可動コイル５２０の電流は、固定コイル５１８において変圧器との結合または反射電流を生成する。可動コイル５２０の反射電流が、固定コイル５１８の電流の平均と比較して大きい周波数及び信号レベルでは、この歪みはより一般的であるか顕著である。固定コイル電流が電流測定回路７０７で測定されるとき、測定は、可動コイル５２０の電流から反射される電流を含み得る。しかし、コントローラ７０２は、測定された電流を使用して、トランスデューサ５０６の音響感度を決定し得る。可動コイル５２０の電流の位相関係が正しい場合、固定コイル５１８への可動コイル５２０の反射電流は、固定コイル５１８の平均電流から差し引くことができ、それにより変換回路７１２に、ギャップ５３６のより低い磁束密度を計算させ、その結果として感度を低下させる。この態様は、固定コイル５１８の平均電流からさらに差し引かれる固定コイル５１８のより多くの電流を反映し、変換回路７１２がギャップ５３６のさらに低い磁束密度を計算し、最終的に可動コイル５２０の電流を増加させる。したがって、前述の歪みを生じさせる正のフィードバックが確立される。

反対の位相では、可動コイル５２０の電流は、固定コイル５１８の電流の平均に加算され、変換回路７１２に、ギャップ５３６におけるより高い磁束密度を計算させる。これは、次に歪みをもたらす同じ正のフィードバックを提供する。その結果、いくつかの周波数において、結果として生じる出力信号は、さらに大きい次数の歪み成分によって非対称に歪むことをもたらす。一態様では、感度の補償及び周波数の補償を決定するために使用される、固定コイル５１８に反射された可動コイル５２０の電流の影響を分離することが有利であり得る。

図１９は、概して、別の実施形態による、音響トランスデューサ装置（またはオーディオ増幅器システム）８００の別の実装を示す。音響トランスデューサ装置８００は、トランスデューサ５０６及び音響トランスデューサコントローラ（またはコントローラ）８０２を含む。音響トランスデューサコントローラ８０２は、概して、少なくとも１つのデジタルプロセッサ８０１及びメモリ８０３を含む。デジタルプロセッサ８０１は、概して、コントローラ８０２によって実行される機能を実行する。音響トランスデューサコントローラ８０２は、入力オーディオ信号５０２の受信に応答して、可動コイル信号（Ｉｍ）及び固定コイル信号（Ｉｓ）をそれぞれ生成し、可動コイル５２０及び固定コイル５１８に送信する。

コントローラ８０２は、電流変換ブロック１８２、適応ブロック１８４、電圧変換ブロック１８６、電圧供給源８０８、複合供給源ブロック７１０、変換回路７１２、及びピークセットブロック７１４、ならびに前処理ブロック８０４を含む。装置８００では、固定コイル５１８の測定された電流は、可動コイル５２０のエアギャップ５３６の磁束を決定するために直接使用されない。むしろ、前処理ブロック８０４は、固定コイル５１８の測定された電流を前処理する。例えば、前処理ブロック８０４は、電流測定回路７０７で測定された固定コイル５１８の長期平均電圧振幅を取り、固定コイル５１８の平均抵抗を決定する。固定コイル５１８の平均抵抗は、固定コイル５１８のＬ／Ｒモデルで使用されて、固定コイル５１８の実効平均電流を予測し、これは、可動コイル５２０からの反射電流がなくなる。Ｌ／Ｒモデルは、固定コイルモデリングブロック６１８（図１７を参照）のモデルと同様であるが、固定コイル５１８の抵抗Ｒが測定され、それにより、より正確に含まれている。この場合、可動コイル５２０の抵抗及び内部温度は、固定コイル５１８の有効平均電流の予測を支援する正確な基準に基づいて知ることができる。固定コイル５１８の電流が低い場合、可動コイル５２０の抵抗を計算するのは難しい場合があり、インダクタンスは、一般に、固定コイル５１８の実際のインダクタンスの理想的な近似値であり、残留磁気、飽和、及び鋼の他の効果など、インダクタの理想的でない側面のすべてを含み得ることが認識される。

前処理ブロック８０４は、測定された電流のピークセット関数で高速平均を取得するように構成される。前処理ブロック８０４は、最初に、固定コイル５１８の測定電流のピーク検出値を取得し、次に、その中のローパスフィルタを利用して、ピーク検出値を平均化する。フィルタリングは、可動コイル５２０からの反射電流のほとんどを、固定コイル５１８の測定電流から除去する。過渡で高速な固定コイル５１８の上昇電流に応答するために、パスフィルタの値は、定常電流が高速で上昇している間、強制的にピーク値になり得る。これは、フィルタが平均定常電流を推定することができない場合、低域通過フィルタのカットオフ周波数を下回る周波数を有する純正弦波を除いて、上記に留意した歪みの問題を解消するために最適であり得る。

上記の図１８と同様に、制御ブロック７１０は、出力電流Ｉｓを変換回路７１２に提供し、変換回路７１２は、関数Ｂ（ｉ）を有する可動コイル５２０のエアギャップ５３６内の磁束に対応する値を提供する。適応ブロック１８４は、変換回路７１２の出力を利用して、式１９を介して変化する「Ｂ」（または磁束）に基づいてモデルの正しいＢＬを決定する。電圧変換ブロック１８６は、電圧供給源８０８を介して可動コイル５２０に入力として提供されるＶ＿ｃｏｒｒｅｃｔｅｄを生成する。

図２０は、別の実施形態による音響トランスデューサ装置（またはオーディオ増幅器システム）９００を全体的に示す。音響トランスデューサ装置９００は、トランスデューサ５０６及び音響トランスデューサコントローラ（またはコントローラ）９０２を含む。音響トランスデューサコントローラ９０２は、概して、少なくとも１つのデジタルプロセッサ９０１及びメモリ９０３を含む。デジタルプロセッサ９０１は、概して、コントローラ９０２によって実行される機能を実行する。コントローラ９０２は、入力オーディオ信号５０２の受信に応答して、可動コイル信号（例えばＩｍ）及び固定コイル信号（例えばＩｓ）をそれぞれ生成し、可動コイル５２０及び固定コイル５１８に送信する。

コントローラ９０２は、電流変換ブロック１８２、適応ブロック１８４、電圧変換ブロック１８６、電圧供給源９０８、複合供給源ブロック９１０、変換回路９１２、ピークセットブロック１０１４、事前処理ブロック９５４、遅延ブロック９０４、信号型弁別器ブロック９０６、及び信号スケーリングブロック９１１を含む。フィードバック経路９２３及びフィードフォワード経路９２４は、前処理ブロック９５４への入力を提供するものとして示されている。例えば、前処理ブロック９５４は、ピークセットブロック（またはピークセットブロックを伴う遅い平均）９１４、スイッチ９２５、及び高速平均ピークセットブロック９１６を含む。フィードバック経路９２３またはフィードフォワード経路９２４が、ピークセットブロック９１４または高速平均ピークセットブロック９１６のいずれかから来る変換回路９１２への入力を提供するように選択されるように、信号型弁別器ブロック９０６は、スイッチ９２５を選択すべく設けられる。

信号型弁別器ブロック９０６は、入力オーディオ信号５０２が前処理ブロック９５４のローパスフィルタのカットオフ周波数（または所定の周波数）を下回るか、主に本質的に正弦波（例えば、単一の周波数の単一のトーンまたはテスト信号）であるときを決定する。この条件が真である（すなわち、入力オーディオ信号５０２が正弦波である）場合、ピークセットブロック９１４は、スイッチ９２５を変換回路９１２への入力として、フィードフォワード経路９２４で使用することができる。上述したように、ピークセットブロック９１４は、固定コイル５１８の目標電流を提供する。このモードは、フィードバック経路が使用されないため、フィードバック経路９２３を排除することにより、可動コイル５２０の反射電流の影響を排除する。さらに、ピークセットブロック９１４は、高速平均ピークセットブロック９１６が有するのと同じ方法で高速ピークセット機能を含み、高速過渡状態がブロック５１４の出力を設定して、平均化フィルタに関連する遅れを排除することを可能にする。

信号型弁別器ブロック９０６が、入力オーディオ信号５０２が前処理ブロック９５４のローパスフィルタのカットオフ周波数を超えている（または入力オーディオ信号５０２が主に本質的に正弦波ではない）と決定した場合、高速平均ピークセットブロック９１６は、スイッチ９２５を用いてフィードバックパス９２３で使用でき、ピークセットブロック９１６により高速平均から変換回路９１２に出力を提供する。ピークセットブロック９１６による高速平均は、ピークセットブロック７１４での平均と同様に機能する。しかし高速平均ピークセットブロック９１６の平均化ローパスフィルタのカットオフ周波数は、トランスデューサ５０６の共振に匹敵する。これは、入力オーディオ信号による事前処理ブロック９５４の操作を複製する。測定された電流の急速な変化に包絡線が対応する場合、高速平均ピークセットブロック９１６は、固定コイル５１８を通る電流の包絡線を提供する。複合供給源ブロック９１０は、固定コイル５１８の電流を高速平均ピークセットブロック９１６に提供するように構成される。

信号スケーリングブロック９１１は、信号型弁別器ブロック９０６によって検出された入力オーディオ信号５０２の性質に基づいて、固定コイル５１８の目標電流のレベルをスケーリングする。このように、固定コイル５１８の最適電流は、正弦波の電力と、良好に維持することができるノイズまたは音楽信号の様々な最適電流とのバランスをとるために提供され、正弦波はノイズまたは音楽よりも低いピーク対平均値を有する。さらに、遅延ブロック９０４は、特に高速過渡時に、固定コイル信号の電流が固定コイル５１８の目標電流まで上昇するための追加の時間を提供する。

遅延ブロック９０４によって使用される遅延の規模は、電圧供給源７２４用の電源、インダクタンス、及び固定コイル５１８の抵抗、装置９００の帯域幅、したがって、再現される過渡現象のスルーレート、及び増幅器のヘッドルームなどの二次的要因といった採用される電力用電子装置によって決定される、固定コイル５１８の電流を駆動するために利用可能な電圧に依存し得る。いくつかの場合、遅延は必要ではない場合がある。

適応ブロック１８４は、変換回路９１２の出力を利用して、式１９を介して変化する「Ｂ」（または磁束）に基づいてモデルの正しいＢＬを決定する。適合ブロック１８４は、電圧変換ブロック１８６に正しいＢＬを提供する。電圧変換ブロック１８６は、電圧供給源８０８を介して可動コイル５２０に入力として提供されるＶ＿ｃｏｒｒｅｃｔｅｄを生成する。電圧変換ブロック１８６は、正しいＢＬに応答してＶ＿ｃｏｒｒｅｃｔｅｄを生成する。

図２１は、一実施形態による、オーディオ増幅器システム１５０によって実行される方法１０００を全体的に示す。

操作１００２において、オーディオ増幅器システム１５０は、音声入力信号を受信する。操作１００４において、オーディオ増幅器システム１５０は、音声入力信号に基づいて目標電流信号を生成する。操作１００６において、オーディオ増幅器システム１５０は、スピーカ１０２用のボイスコイル１１２の第１の予測位置を生成する。操作１００８において、オーディオ増幅器システム１５０は、目標電流信号及びボイスコイルの第１の予測位置に基づいて第１の補正電流信号を生成する。

操作１０１０において、オーディオ増幅器システム１５０は、スピーカエンクロージャ１０１内部の圧力を決定する。操作１０１２において、オーディオ増幅器システム１５０は、少なくともスピーカエンクロージャ１０１内部の圧力に基づいて、パッシブラジエータ１０４の位置を決定する。操作１０１４において、オーディオ増幅器システム１５０は、少なくともスピーカ１０２内部の圧力、パッシブラジエータ１０４の位置、及び第１の補正電流信号に基づいて、ボイスコイル１１２の第２の予測位置を生成する。

図２２は、一実施形態による、オーディオ増幅器システム１８０によって実行される方法１０２０を全体的に示す。

操作１０２２において、オーディオ増幅器システム１８０は、音声入力信号及びスピーカ１０２の振動板の速度に基づいて目標電流信号を生成する。操作１０２４において、オーディオ増幅器システム１８０は、音声入力信号及びスピーカ１０２の振動板１１０の速度に基づいて目標電流信号を生成する。操作１０２６において、オーディオ増幅器システム１８０は、少なくとも１つの目標電流信号に基づいて、スピーカ１０２のボイスコイル１１２の第１の予測位置に基づいて、第１の補正電流信号を生成する。

図２３は、別の実施形態による、オーディオ増幅器システム５００によって実行される方法１０４０を全体的に示す。

操作１０４２において、オーディオ増幅器システム５００は、音声入力信号を受信する。操作１０４４において、オーディオ増幅器システム５００は、音声入力信号に基づいて目標電流信号を生成する。操作１０４６において、オーディオ増幅器システムは、スピーカ１０２のボイスコイル５２０の第１の予測位置を生成する。操作１０４８において、オーディオ増幅器システム５００は、ボイスコイル１１２の第１の予測位置に基づいて、スピーカエンクロージャ１０１内部の圧力を決定する。操作１０５０において、オーディオ増幅器システム５００は、ボイスコイル５２０の第１の予測位置の少なくとも１つに基づいてパッシブラジエータ１０４の位置を決定する。操作１０５２において、オーディオ増幅器システム５００は、スピーカ５０６の磁束密度の値を決定する。操作１０５４において、オーディオ増幅器システム５００は、ボイスコイル５２０の位置を生成する。

図２４は、概して、オーディオ増幅器システム６００、７００、８００、及び９００のうちのいずれか１つによって実行される方法１０６０を示す。

操作１０６２において、システム６００、７００、８００、及び９００のいずれか１つまたは複数が、音声入力信号を生成する。操作１０６４では、システム６００、７００、８００、及び９００のいずれか１つまたは複数が、音声入力信号及びスピーカ５０６の振動板５１４の速度に基づいて目標電流信号を生成する。操作１０６６では、システム６００、７００、８００、及び９００のいずれか１つまたは複数は、少なくとも目標電流信号及びスピーカ５０６のボイスコイル５２０の予測位置に基づいて、補正された電流信号を生成する。操作１０６４では、システム６００、７００、８００、及び９００のいずれか１つまたは複数が、磁束密度の値に基づいて、スピーカ５０６のボイスコイル５２０の予測位置を決定する。

例示的な実施形態を上記に説明したが、これらの実施形態が本発明のすべての可能な形態を説明することが意図されない。むしろ、本明細書で使用される単語は、限定的ではなく説明のための言葉であり、本発明の主旨及び範囲から逸脱することなく様々な変更がなされ得ることが理解される。加えて、本発明のさらなる実施形態を形成するために、実施形態を様々に実装する特徴を組み合わせ得る。

Claims (20)

1. オーディオ増幅器システムであって、
   メモリと、
   オーディオ増幅器と、を備え、
   前記オーディオ増幅器は、前記メモリを含み、
   音声入力信号を受信することと、
   前記音声入力信号に基づいて目標電流信号を生成することと、
   スピーカのボイスコイルの第１の予測位置を生成することと、
   前記目標電流信号と前記ボイスコイルの前記第１の予測位置とに基づいて第１の補正電流信号を生成することと、
   少なくとも前記ボイスコイルの前記第１の予測位置に基づいてスピーカエンクロージャ内の圧力を決定することと、
   少なくとも前記スピーカエンクロージャ内の前記圧力に基づいてパッシブラジエータの位置を決定することと、
   前記スピーカの磁束密度の値を決定することと、
   前記磁束密度の値と、少なくとも前記スピーカエンクロージャ内の前記圧力、前記パッシブラジエータの前記位置、及び前記第１の補正電流信号に基づいて前記ボイスコイルの第２の予測位置を生成することと、
   を行うようにプログラムされている、
   オーディオ増幅器システム。
2. 前記磁束密度の値が、前記スピーカにおけるエアギャップの磁束と、前記スピーカにおけるボイスコイルワイヤの長さとの積に対応する、請求項１に記載のシステム。
3. 前記オーディオ増幅器が、さらに、
   前記目標電流信号と前記ボイスコイルの前記第２の予測位置に基づいて、第２の補正電流信号を生成することと、
   前記第２の補正電流信号に基づいて、前記ボイスコイルの位置を制御するように前記スピーカに前記第２の補正電流信号を送信することと、
   を行うようにプログラムされる、請求項１に記載のシステム。
4. 前記オーディオ増幅器は、前記ボイスコイルの任意の数の生成された予測位置を記憶し、前記ボイスコイルの前記生成された予測位置の履歴を提供するようにプログラムされた変換ブロックを含む、請求項１に記載のシステム。
5. 前記変換ブロックが、さらに、
   前記ボイスコイルの前記生成された予測位置の前記履歴に基づいて、前記スピーカのばね剛性に対応する平均ばねモデル信号を生成することと、
   前記ボイスコイルの前記生成された予測位置の前記履歴に基づいて、前記スピーカの減衰に対応する平均減衰モデル信号を生成することと、
   を行うようにプログラムされる、請求項４に記載のシステム。
6. 前記スピーカの前記ばね剛性が、前記スピーカのサラウンド及びスパイダのばね剛性に対応する、請求項５に記載のシステム。
7. 前記スピーカの前記減衰が、前記スピーカのサラウンド及びスパイダの摩擦損失に対応する、請求項５に記載のシステム。
8. 前記オーディオ増幅器が、
   ゼロに設定されている前記ボイスコイルの予測位置に対応する静止位置に前記スピーカの前記ばね剛性を正規化するようにプログラムされたばね正規化ブロックと、
   前記静止位置に前記スピーカの前記減衰を正規化するようにプログラムされる減衰正規化ブロックと、
   を含む、請求項５に記載のシステム。
9. 前記ボイスコイルにわたる測定電圧を示す第１のボイスコイル信号を受信し、前記第１のボイスコイル信号に基づいて第１のフィルタ出力を生成するようにプログラムされた第１の複数のフィルタと、
   前記ボイスコイルにわたる測定電流を示す第２のボイスコイル信号を受信し、前記第２のボイスコイル信号に基づいて第２のフィルタ出力を生成するようにプログラムされた第２の複数のフィルタと、
   前記第１のフィルタ出力及び前記第２のフィルタ出力に基づいて前記ボイスコイルのインピーダンスを示すインピーダンス信号を生成するようにプログラムされた除算器回路と、
   をさらに含む、請求項１に記載のシステム。
10. 前記インピーダンス信号に基づいて、前記スピーカのばね剛性を決定するようにプログラムされる第１の多項式ブロックと、
    前記インピーダンス信号に基づいて、前記スピーカの減衰を決定するようにプログラムされる第２の多項式ブロックと、
    をさらに含む、請求項９に記載のシステム。
11. オーディオ増幅器システムであって、
    メモリと、
    オーディオ増幅器と、を備え、
    前記オーディオ増幅器は、前記メモリを含み、
    音声入力信号を受信することと、
    前記音声入力信号とスピーカの振動板の速度とに基づいて目標電流信号を生成することと、
    少なくとも前記目標電流信号と前記スピーカのボイスコイルの予測位置とに基づいて補正電流信号を生成することと、
    磁束密度の値に基づいて、前記スピーカの前記ボイスコイルの前記予測位置を決定することと、
    を行うようにプログラムされ、
    前記磁束密度の値は、前記スピーカの前記ボイスコイルのエアギャップの磁束と前記スピーカのボイスコイルワイヤの長さとの積に対応する、オーディオ増幅器システム。
12. 前記オーディオ増幅器が、さらに、少なくとも前記ボイスコイルの前記予測位置に基づいて、前記ボイスコイルの位置を制御するように前記スピーカに補正電圧信号を提供するようプログラムされる、請求項１１に記載のシステム。
13. 前記オーディオ増幅器は、前記音声入力信号に対応する電圧を、前記音声入力信号と前記スピーカの前記振動板の前記速度とに基づいて、前記目標電流信号に変換するようにプログラムされた第１の変換ブロックを含む、請求項１２に記載のシステム。
14. 前記オーディオ増幅器は、前記磁束密度の値と前記スピーカの前記振動板の前記速度とに基づいて、前記補正電流信号を前記補正電圧信号に変換するようにプログラムされた第２の変換ブロックを含む、請求項１２に記載のシステム。
15. 前記オーディオ増幅器が、
    前記補正電圧信号に基づいて、前記ボイスコイルの平均電力を決定するようにプログラムされたボイスコイル電力推定ブロックと、
    少なくとも前記スピーカの固定コイルの電流に基づいて、前記固定コイルの平均電力を決定するようにプログラムされた固定コイル電力推定ブロックと、
    を含む、請求項１２に記載のシステム。
16. 前記オーディオ増幅器は、さらに、
    減算器回路であって、
    前記固定コイルの前記平均電力に対して前記ボイスコイルの前記平均電力を比較することと、
    前記ボイスコイルの前記平均電力が前記固定コイルの前記平均電力よりも大きい場合に、前記スピーカの前記固定コイルに提供される固定コイル電流信号を増やすことと、
    を行うようにプログラムされた、減算器回路
    を含む、請求項１５に記載のシステム。
17. 前記オーディオ増幅器が、
    前記スピーカの固定コイルの測定電流を提供するようにプログラムされた複合供給源ブロックと、
    前記固定コイルの前記測定電流に基づいて、前記スピーカの前記ボイスコイルの前記エアギャップの前記磁束に対応する値を提供するようにプログラムされた磁束変換回路と、を含む、請求項１２に記載のシステム。
18. 前記オーディオ増幅器が、
    前記スピーカの固定コイルの測定電流を提供するようにプログラムされた複合供給源ブロックと、
    前記スピーカの前記測定電流に基づいて、前記固定コイルの平均抵抗を決定するようにプログラムされた前処理ブロックと、
    前記固定コイルの前記平均抵抗に基づいて、前記スピーカの前記ボイスコイルの前記エアギャップの前記磁束に対応する値を提供するようにプログラムされた磁束変換回路と、
    を含む、請求項１２に記載のシステム。
19. 前記オーディオ増幅器が、
    前記音声入力信号の周波数を所定の周波数に対して比較するように構成された信号種別判別ブロックと、
    前記音声入力信号の前記周波数が前記所定の周波数より低い場合に、前記スピーカの前記ボイスコイルの前記エアギャップの前記磁束に対応する値を提供する磁束変換回路に出力を提供し、前記スピーカの前記ボイスコイルからの反射電流を除去するように構成された低速平均ピークセットブロックと、
    前記音声入力信号の前記周波数が前記所定の周波数より高い場合に、固定コイルの電流の包絡線を提供する値を提供する前記磁束変換回路に出力を提供するように構成された高速平均ピークセットブロックと、
    前記高速平均ピークセットブロックに対して前記固定コイルの前記電流を供給するように構成された複合供給源ブロックと、
    を含む、請求項１２に記載のシステム。
20. 音声入力信号を増幅するためのコンピュータプログラムであって、前記コンピュータプログラムは、プロセッサによって実行されるときに、前記プロセッサに、
    音声入力信号を受信することと、
    前記音声入力信号に基づいて目標電流信号を生成することと、
    スピーカのボイスコイルの第１の予測位置を生成することと、
    前記目標電流信号と前記ボイスコイルの前記第１の予測位置とに基づいて第１の補正電流信号を生成することと、
    少なくとも前記ボイスコイルの前記第１の予測位置に基づいてスピーカエンクロージャ内の圧力を決定することと、
    少なくとも前記スピーカエンクロージャ内の前記圧力に基づいてパッシブラジエータの位置を決定することと、
    前記スピーカの磁束密度の値を決定することと、
    前記磁束密度の値と、少なくとも前記スピーカエンクロージャ内の前記圧力、前記パッシブラジエータの前記位置、及び前記第１の補正電流信号に基づいて前記ボイスコイルの第２の予測位置を生成することと、
    を含む方法を行わせる、コンピュータプログラム。