特許 7296952 音響トランスデューサ及び磁化電流コントローラ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-06-15

(45)【発行日】2023-06-23

(54)【発明の名称】音響トランスデューサ及び磁化電流コントローラ

(51)【国際特許分類】

   H04R 3/00 20060101AFI20230616BHJP

【ＦＩ】

H04R3/00 310

【請求項の数】 17

(21)【出願番号】P 2020517173

(86)(22)【出願日】2018-09-24

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2020-12-03

(86)【国際出願番号】 US2018052336

(87)【国際公開番号】W WO2019060799

(87)【国際公開日】2019-03-28

【審査請求日】2021-09-14

(31)【優先権主張番号】15/714,142

(32)【優先日】2017-09-25

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】592051453

【氏名又は名称】ハーマン インターナショナル インダストリーズ インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100078282

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 秀策

(74)【代理人】

【識別番号】100113413

【弁理士】

【氏名又は名称】森下 夏樹

(72)【発明者】

【氏名】フレンチ， ジョン ビー．

【審査官】渡邊 正宏

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１４－１１０６２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５９－０６７７９８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０４Ｒ ３／００－ ３／１４

Ｈ０４Ｒ ９／００

Ｈ０４Ｒ ９／０２－ ９／１０

Ｈ０４Ｒ ９／１８

Ｈ０４Ｒ １３／００

Ｈ０４Ｒ ２９／００

Ｈ０４Ｒ ３１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

音響トランスデューサ装置であって、
入力音声信号を受信する音声入力端子と、
音響トランスデューサであって、
移動ダイアフラムと、
空隙を含む磁性材料と、
前記磁性材料及び前記空隙内の磁束を誘導する固定コイルと、
前記移動ダイアフラムに結合され、前記空隙内で少なくとも部分的に配置される可動コイルと、を含む、音響トランスデューサと、
コントローラであって、
前記入力音声信号を受信することと、
前記入力音声信号の包絡線を示す第１の基準信号を生成することと、
前記第１の基準信号に基づいて、固定コイル信号を前記固定コイルに提供することと、
前記固定コイル信号を前記固定コイルに提供した後、前記固定コイルを通る電流を測定することと、
前記固定コイルを通る前記電流を示す第１の出力を生成することと、
前記第１の出力に基づいて、前記空隙内の磁束を判定することと、
前記空隙内の前記磁束に反比例する前記可動コイルに対する電圧出力を生成することであって、前記電圧出力は前記入力音声信号に対応する無歪出力を提供する、ことと、
前記入力音声信号が正弦波に対応するかどうかを判定することと、
を行うように構成される、コントローラと、
を備える、音響トランスデューサ装置。

【請求項2】

前記コントローラは、前記正弦波を含む前記入力音声信号に応答して前記正弦波の包絡線の振幅を提供するスイッチを含む、請求項１に記載の音響トランスデューサ装置。

【請求項3】

前記正弦波は、単一周波数トーンに対応する、請求項２に記載の音響トランスデューサ装置。

【請求項4】

前記スイッチは、前記第１の出力を変換回路に提供する、請求項２に記載の音響トランスデューサ装置。

【請求項5】

前記変換回路は、前記第１の出力に基づいて、前記空隙内の前記磁束を判定する、請求項４に記載の音響トランスデューサ装置。

【請求項6】

前記コントローラは、さらに、前記空隙内の前記磁束に反比例する前記可動コイルに対する前記電圧出力を生成する電圧源を含む、請求項５に記載の音響トランスデューサ装置。

【請求項7】

前記入力音声信号が非正弦波信号である場合、前記入力音声信号は複数の周波数に対応する、請求項４に記載の音響トランスデューサ装置。

【請求項8】

入力音声信号を受信することと、
コントローラによって、前記入力音声信号の包絡線を示す第１の基準信号を生成することと、
前記第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することと、
前記固定コイル信号を前記固定コイルに提供した後、前記固定コイルを通る電流を測定することと、
前記固定コイルを通る前記電流を示す第１の出力を生成することと、
前記第１の出力に基づいて、前記音響トランスデューサの磁性材料の空隙内の磁束を判定することと、
前記空隙内の前記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ことであって、前記電圧出力は前記入力音声信号に対応する無歪出力を提供する、ことと、
前記入力音声信号が正弦波に対応するかどうかを判定することと、
を含む、方法。

【請求項9】

前記正弦波を含む前記入力音声信号に応答して、スイッチを用いて、前記正弦波の包絡線の振幅を提供することをさらに含む、請求項８に記載の方法。

【請求項10】

前記正弦波は、単一周波数トーンに対応する、請求項９に記載の方法。

【請求項11】

前記スイッチによって、前記第１の出力を変換回路に提供することをさらに含む、請求項９に記載の方法。

【請求項12】

前記第１の出力に基づいて、前記変換回路によって、前記空隙内の前記磁束を判定することをさらに含む、請求項１１に記載の方法。

【請求項13】

前記電圧出力を生成することは、前記空隙内の前記磁束に反比例する前記音響トランスデューサの可動コイルに対する前記電圧出力を生成することを含む、請求項１２に記載の方法。

【請求項14】

前記入力音声信号が非正弦波信号である場合、前記入力音声信号は複数の周波数に対応する、請求項１１に記載の方法。

【請求項15】

音響トランスデューサ装置であって、
コントローラを備え、前記コントローラは、
入力音声信号を受信することと、
前記入力音声信号の包絡線を示す第１の基準信号を生成することと、
前記第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することと、
前記固定コイル信号を前記固定コイルに提供した後、前記固定コイルを通る電流を測定することと、
前記固定コイルを通る前記電流を示す第１の出力を生成することと、
前記第１の出力に基づいて、磁性材料の空隙内の磁束を判定することと、
前記空隙内の前記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ことであって、前記電圧出力は前記入力音声信号に対応する無歪出力を提供する、ことと、
前記入力音声信号が正弦波に対応するかどうかを判定することと、
を行うように構成される、音響トランスデューサ装置。

【請求項16】

前記コントローラは、前記正弦波を含む前記入力音声信号に応答して前記正弦波の包絡線の振幅を提供するスイッチを含む、請求項１５に記載の音響トランスデューサ装置。

【請求項17】

前記正弦波は、単一周波数トーンに対応する、請求項１６に記載の音響トランスデューサ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書に開示される態様は、概して、音響トランスデューサ装置及び磁化電流コントローラに関する。本態様及びその他の態様は、本明細書により詳細に説明される。

【背景技術】

【0002】

Ｆｒｅｎｃｈ ｅｔ ａｌ．による米国特許第８，１３９，８１６号（「８１６特許」）は、固定コイル及び可動コイルを伴う音響ドライバを提供している。時変信号は、可聴音を生成するダイアフラムの移動を制御するために可動コイル及び固定コイルに印加される。音が入力音声信号に対応するように、時変信号は入力音声信号に対応する。説明される実施形態の一部は、複数の可動コイル、複数の固定コイル、またはそれらの両方を含む。いくつかの実施形態は、音響ドライバの特性に基づいて１つ以上の信号を調節するためのフィードバックを含む。

【0003】

Ｆｒｅｎｃｈ ｅｔ ａｌ．による米国特許第９，２４１，２１３号（「２１３特許」）は、固定コイル及び可動コイルを伴う音響トランスデューサと、音響トランスデューサを動作させるための方法とを提供している。時変信号は、音を生成するダイアフラムの移動を制御するために可動コイル及び固定コイルに印加される。可動コイルに印加される時変信号は、入力音声信号の少なくとも１つの処理済バージョンに対応し、少なくとも固定コイルに印加される時変信号のバージョンに基づいて更新される。いくつかの実施形態は、固定コイルに印加される時変信号に対応する磁束値に応答して、入力音声信号の処理済バージョンを更新することを含む。いくつかの実施形態は、フィードバック信号に応答して、可動コイルに印加される時変信号を更新することを含む。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0004】

少なくとも１つの実施形態では、音響トランスデューサ装置は、入力音声信号を受信する音声入力端子と、音響トランスデューサとを備える。音響トランスデューサは、移動ダイアフラムと、空隙を含む磁性材料と、固定コイルと、可動コイルと、コントローラとを含む。固定コイルは、磁性材料及び空隙内の磁束を誘発する。磁気コイルは、ダイアフラムに結合され、空隙内部に少なくとも部分的に配置される。コントローラは、入力音声信号を受信し、入力音声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る。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、固定コイルを通る電流を示す第１の出力を生成し、第１の出力に基づいて、空隙内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、空隙内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、入力音声信号に対応する無歪出力を提供する。

【0005】

少なくとも別の実施形態では、コントローラによって、入力音声信号を受信することと、入力音声信号の包絡線を示す第１の基準信号を生成することとを含む方法が提供される。本方法は、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することと、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こととを含む。本方法は、さらに、固定コイルを通る電流を示す第１の出力を生成することと、第１の出力に基づいて、音響トランスデューサの磁性材料の空隙内の磁束を判定することとを含む。本方法は、さらに、空隙内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ことを含み、電圧出力は入力音声信号に対応する無歪出力を提供する。

【0006】

少なくとも１つの実施形態では、音響トランスデューサ装置が提供される。音響トランスデューサは、入力音声信号を受信し、入力音声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る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、固定コイルを通る電流を示す第１の出力を生成し、第１の出力に基づいて、磁性材料の空隙内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、空隙内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。電圧出力は入力音声信号に対応する無歪出力を提供する。
本明細書は、例えば、以下の項目も提供する。
（項目１）
音響トランスデューサ装置であって、
入力音声信号を受信する音声入力端子と、
音響トランスデューサであって、
移動ダイアフラムと、
空隙を含む磁性材料と、
前記磁性材料及び前記空隙内の磁束を誘導する固定コイルと、
前記移動ダイアフラムに結合され、前記空隙内で少なくとも部分的に配置される可動コイルと、を含む、
前記音響トランスデューサと、
コントローラであって、
前記入力音声信号を受信することと、
前記入力音声信号の包絡線を示す第１の基準信号を生成することと、
前記第１の基準信号に基づいて、固定コイル信号を前記固定コイルに提供することと、
前記固定コイル信号を前記固定コイルに提供した後、前記固定コイルを通る電流を測定することと、
前記固定コイルを通る前記電流を示す第１の出力を生成することと、
前記第１の出力に基づいて、前記空隙内の磁束を判定することと、
前記空隙内の前記磁束に反比例する前記可動コイルに対する電圧出力を生成することであって、前記電圧出力は前記入力音声信号に対応する無歪出力を提供する、前記生成することと、
を行う、前記コントローラと、
を備える、前記音響トランスデューサ装置。
（項目２）
前記コントローラは、さらに、前記入力音声信号が正弦波に対応するかどうかを判定するように構成される、項目１に記載の音響トランスデューサ装置。
（項目３）
前記コントローラは、前記正弦波を含む前記入力音声信号に応答して前記正弦波の包絡線の振幅を提供するスイッチを含む、項目２に記載の音響トランスデューサ装置。
（項目４）
前記正弦波は、単一周波数トーンに対応する、項目３に記載の音響トランスデューサ装置。
（項目５）
前記スイッチは、前記第１の出力を変換回路に提供する、項目３に記載の音響トランスデューサ装置。
（項目６）
前記変換回路は、前記第１の出力に基づいて、前記空隙内の前記磁束を判定する、項目５に記載の音響トランスデューサ装置。
（項目７）
前記コントローラは、さらに、前記空隙内の前記磁束に反比例する前記可動コイルに対する前記電圧出力を生成する電圧源を含む、項目６に記載の音響トランスデューサ装置。
（項目８）
前記入力音声信号が非正弦波信号である場合、前記入力音声信号は複数の周波数に対応する、項目５に記載の音響トランスデューサ装置。
（項目９）
入力音声信号を受信することと、
コントローラによって、前記入力音声信号の包絡線を示す第１の基準信号を生成することと、
前記第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することと、
前記固定コイル信号を前記固定コイルに提供した後、前記固定コイルを通る電流を測定することと、
前記固定コイルを通る前記電流を示す第１の出力を生成することと、
前記第１の出力に基づいて、前記音響トランスデューサの磁性材料の空隙内の磁束を判定することと、
前記空隙内の前記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ことであって、前記電圧出力は前記入力音声信号に対応する無歪出力を提供する、前記生成することと、
を含む、方法。
（項目１０）
前記入力音声信号が正弦波に対応するかどうかを判定することをさらに含む、項目９に記載の方法。
（項目１１）
前記正弦波を含む前記入力音声信号に応答して、スイッチを用いて、前記正弦波の包絡線の振幅を提供することをさらに含む、項目１０に記載の方法。
（項目１２）
前記正弦波は、単一周波数トーンに対応する、項目１１に記載の方法。
（項目１３）
前記スイッチによって、前記第１の出力を変換回路に提供することをさらに含む、項目１１に記載の方法。
（項目１４）
前記第１の出力に基づいて、前記変換回路によって、前記空隙内の前記磁束を判定することをさらに含む、項目１３に記載の方法。
（項目１５）
前記電圧出力を生成することは、前記空隙内の前記磁束に反比例する前記音響トランスデューサの可動コイルに対する前記電圧出力を生成することを含む、項目１４に記載の方法。
（項目１６）
前記入力音声信号が非正弦波信号である場合、前記入力音声信号は複数の周波数に対応する、項目１３に記載の方法。
（項目１７）
音響トランスデューサ装置であって、
コントローラを備え、前記コントローラは、
入力音声信号を受信することと、
前記入力音声信号の包絡線を示す第１の基準信号を生成することと、
前記第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することと、
前記固定コイル信号を前記固定コイルに提供した後、前記固定コイルを通る電流を測定することと、
前記固定コイルを通る前記電流を示す第１の出力を生成することと、
前記第１の出力に基づいて、磁性材料の空隙内の磁束を判定することと、
前記空隙内の前記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ことであって、前記電圧出力は前記入力音声信号に対応する無歪出力を提供する、前記生成することと、
を行う、前記音響トランスデューサ装置。
（項目１８）
前記コントローラは、さらに、前記入力音声信号が正弦波に対応するかどうかを判定するように構成される、項目１７に記載の音響トランスデューサ装置。
（項目１９）
前記コントローラは、前記正弦波を含む前記入力音声信号に応答して前記正弦波の包絡線の振幅を提供するスイッチを含む、項目１８に記載の音響トランスデューサ装置。
（項目２０）
前記正弦波は、単一周波数トーンに対応する、項目１９に記載の音響トランスデューサ装置。

【0007】

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。しかしながら、様々な実施形態の他の特徴がより明らかになり、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最良に理解される。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】概して、第１の音響トランスデューサ装置を示す。

【図2】概して、第２の音響トランスデューサ装置を示す。

【図3】概して、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示す。

【図4】概して、別の実施形態による、音響トランスデューサ装置の別の実施態様を示す。

【図5】概して、別の実施形態による、音響トランスデューサ装置の別の実施態様を示す。

【図6】概して、図３の音響トランスデューサ装置の実施態様の少なくとも一部を実行するための方法を示す。

【図7】概して、図５の音響トランスデューサ装置の実施態様の少なくとも一部を実行するための方法を示す。

【発明を実施するための形態】

【0009】

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、様々な形態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にされ得る。したがって、本明細書に開示される具体的な構成及び機能の詳細は、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するのに教示するための代表的な基準として解釈されたい。

【0010】

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。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、本明細書に開示されるコントローラ（複数可）は、筐体、筐体内に位置付けられる、様々な数の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））を含む。また、開示されるコントローラ（複数可）は、本明細書に説明される他のハードウェアベースのデバイスに、及びそこから、各々、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を含む。

【0011】

概して、本明細書に開示される態様は、とりわけ、音響トランスデューサのドライバ内部に配置された磁気コイルに対する磁化電流を制御する、電磁音響トランスデューサ装置に関する。磁気コイルに対する磁化電流を制御することで、限定ではないが、従来の実施態様と比較して、過渡応答、歪み、及び効率の改善を達成し得る。加えて、本態様は、自動車用途に適切な保護、検出、及び診断を追加し得る。

【0012】

一つの従来の音響トランスデューサの実施態様は、典型的には可動コイルトランスデューサの音声コイルギャップを磁化するために使用される永久磁石を、ギャップを磁化するためのコイル巻線及び電流（すなわち、磁気コイルまたは「可動コイル」を用いる）と置き換えている。磁気コイルは永久磁石と比較して重量及びサイズを減らす可能性があるが、永久磁石とは異なり、ギャップを磁化するとき、磁気コイルは電力を消費する。電力を減らすための典型的な方法は、その抵抗を減らすために磁気コイルのサイズを大きくすることである。しかしながら、本態様は、最初の場所で磁気コイルを利用する潜在的な利点をなくす。したがって、この従来の音響トランスデューサは、磁気コイルによって利用される電力を減らそうとし、それによって、効率を保ちながら、かなり小さい磁気コイルを使用することを可能にする。したがって、音声信号が高いとき、時折、磁化電流だけを使用して、音声入力信号のレベルに関連して磁気コイル内の電流のレベルを変えることによって、節電を達成する。

【0013】

しかしながら、可動コイルまたは音声コイル（ＶＣ）及び固定コイルまたは磁気コイル（または可動コイル）（ＭＣ）の両方を制御するアプローチは、電流源を利用する。本実施態様は、ハードウェアのコスト、複雑性に悩まされ得、典型的には音声コイルに電力供給するために集積回路（ＩＣ）の形態で電圧源増幅器を使用する自動車用途に不適切である。

【0014】

別の従来的アプローチは、電圧を音声コイル及び可動コイルに提供する電圧源を利用し、それによって、自動車用途に適切なアプローチを可能にする。しかしながら、本方法は、より複雑なアルゴリズム、より遅い過渡応答、待ち時間の増加、及び精度の制限をもたらす。加えて、２つの従来の方法のいずれも、可動コイルに提供される電圧または電流を生成するために使用されるハードウェア関連電子機器を保護する課題に対処していない。同様に、２つの従来の方法のいずれも、自動車用途の故障診断を提供していない。また、可動コイル用の電圧源インピーダンス特性は、歪みに理想的ではない場合がある。

【0015】

トランスデューサは、大型の重いセラミック（またはフェライト）磁石、または高価であるが軽量のネオジム永久磁石のいずれかを使用して、音声コイル内の電流が音を作るためにコーンを移動させる力を作る一定及び強力な磁場を作る。永久磁石を電磁石と置き換えることによって、ならびに電磁石及び固定コイル内の電流を入念に制御することによって、軽量のネオジム磁石の利点は、ネオジムに費用をかけないで達成することができる。通常、電磁石は、永久磁石と比較したとき非効率的であり、この理由として、電磁石は、磁場を作るために電流がその間ずっと流れることを必要とし、その電流は、電磁石の励磁コイル（または固定コイル）の抵抗の電力を消散するためである。本明細書に記載の音響トランスデューサに関して、効率の問題は、音声信号が大きい場合のみ、高電流を電磁石に印加することによって解決し得る。しかしながら、これは、トランスデューサの音響感度及び周波数応答が変化し、これにより、歪みを生じさせるであろうことを意味する。

【0016】

加えて、電磁石の電流が低い場合、音声信号の過渡的または突然のバーストが発生したときに、電磁石が十分に磁化するのに不十分な時間がある。したがって、本明細書に記載される音響トランスデューサは、変化する電磁石の電界強度によって導入された音響歪みを最小にしながら、効率及び過渡性能を最適化する方法で、固定コイル及び可動コイル内の電流を制御しようとする。音響トランスデューサは、可動コイルの電流の大きさを調整して変化する感度を補償し、可動コイル電流の電流の周波数応答を調整して、変化する音響周波数応答を補償する。音響トランスデューサは、固定コイルの電流の大きさを調節し、これにより、固定コイルの長期間の平均損失及び可動コイルの長期間の損失は、かなり等しく、バランスがとれている。これは、最適な効率を保証する。本明細書に説明される音響トランスデューサは、この長期間のバランスを無効にし、大きい音声過渡があるとき、強制的に固定コイルの電流が迅速に上昇し、固定コイルを十分に磁化する。固定コイルの電流を制御するために、音響トランスデューサは、電流測定デバイス、制御システム、及び出力フィルタを伴う電圧源を使用する。本態様及びその他の態様は、下記により詳細に説明される。

【0017】

図１は、概して、第１の音響トランスデューサ装置１００を示す。音響トランスデューサ装置１００は、入力端子１０２、制御ブロック１０３、及びトランスデューサ１０６を含む。入力音声信号（例えば、Ｖ_ｉ）は、制御ブロック１０３の入力端子１０２に提供される。制御ブロック１０３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１０６は、磁性材料１１２、ダイアフラム１１４、フォーマー１１６、固定コイル１１８及び可動コイル１２０を含む。可動コイル１２０は、フォーマー１１６に取り付けられている。

【0018】

磁性材料１１２は、略ドーナツ形であり、ドーナツ形空洞を有する。固定コイル１１８は、キャビティ内に位置付けられる。様々な実施形態では、磁性材料１１２は、固定コイル１１８をより容易に空洞内に挿入または形成することを可能し得る１つ以上の部分から形成され得る。磁性材料１１２は、固定コイル信号に応答して磁化され、それによって、磁性材料１１２内の磁束を作る。磁性材料１１２は磁路１３８内にドーナツ形空隙１３６を含み、磁束は空隙１３６を通って及びその近くで流れる。

【0019】

磁性材料１１２は、磁場の存在下で磁化される状態になることが可能である任意の材料で形成され得る。様々な実施形態では、磁性材料１１２は、２つ以上の係る材料から形成され得る。いくつかの実施形態では、磁性材料１１２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られ得、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。

【0020】

可動コイル１２０は、フォーマー１１６に搭載され、制御ブロック１０３から可動コイル信号を受信する。ダイアフラム１１４がフォーマー１１６及び可動コイル１２０と一緒に移動するように、ダイアフラム１１４はフォーマー１１６に搭載される。フォーマー１１６及び可動コイル１２０は、可動コイル信号及び空隙１３６内の磁束に応答して、空隙１３６の内部で移動する。概して、フォーマー１１６と共に動く音響トランスデューサ１０６の様々な構成要素は、移動構成要素と称され得る。フォーマー１１６が運動中であるとき、動かない構成要素は固定構成要素と称され得る。音響トランスデューサ１０６の固定構成要素は、概して、磁性材料１１２及び固定コイル１１８を含む。

【0021】

様々な実施形態では、音響トランスデューサ１０６は、ダストキャップ１３２と磁性材料１１２との間の空域を通気するように適合され得る。例えば、開口は磁性材料１１２内で形成され得、または、開口はフォーマー１１６内に形成され、空域が通気することを可能にし得、それによって、空気圧がダイアフラム１１４の移動に影響及ぼすことを減らすまたは防止する。

【0022】

制御ブロック１０３は、概して、フィルタ１５２（例えば、２次フィルタ）、変換回路１５４、分周回路１５６、第１の電流源１５８、第２の電流源１６０、平方根回路１６２、及びピーク検出回路１６４を含む。概して、トランスデューサ装置１００は、第１の電流源１５８及び第２の電流源１６０を利用して、自動車用途に適切なトランスデューサ装置１００を可能にする電圧源を交換する。しかしながら、トランスデューサ装置１００は、より遅い過渡応答、待ち時間の増加、及び精度の制限をもたらす複雑なアルゴリズムを利用する。加えて、トランスデューサ装置１００は、可動コイル１２０（または音声コイル）に一般的に関連する電子回路の保護、または自動車用途に必要な故障診断に関連する問題に対処できない。さらに、励磁コイルの電圧源インピーダンス特性（または固定コイル１１８）は、歪みに理想的ではない場合がある。

【0023】

概して、電圧源及び電流源の両方の利点を組み込む固定コイル１１８及び可動コイル１２０に電流を提供し、過渡応答を改善し、待ち時間及び、精度、ならびに適切な保護及び診断の改善を提供するための制御方法が必要である。図１に示される装置１００に戻って参照すると、制御ブロック１０３は、可動コイル信号（例えば、Ｉ_ｍ）（または音声コイル信号）を提供するための第１の電流源１５８を利用することによって、簡略化された周波数補償を提供する。第１の電流源１５８は可動コイル１２０の抵抗の減衰効果をなくし、電流（すなわち、可動コイル信号）は可動コイル１２０のインピーダンスに依存しない。したがって、トランスデューサ１０６の周波数応答は可動コイル信号（すなわち、電流）に依存しない、代わりに、固定されている。本態様は、単一の固定の時間的に変化しない２次フィルタ１５２を、周波数応答を補償するために使用することを可能にする。

【0024】

固定コイル１１８及び可動コイル１２０の両方の電力を含むトランスデューサ１０６の最適な効率は、固定コイル１１８及び可動コイル１２０の電力のバランスがとれているとき（すなわち、固定コイル１０６の電流のさらなる増加が利点をもたらさない、トランスデューサ１０６のモータアセンブリの鋼鉄が飽和し始める点に至るとき達成する。トランスデューサ装置１００に関して、これは、抵抗の電力が電流の２乗に比例するため、固定コイル１１８の電流を設定するために、ピーク検出器１６４によって検出された音声信号レベルのピークの平方根回路１６２を用いて近似される。直接、平方根回路１６２から出力１０４を使用するために、比例している電流源（すなわち、第２の電流源１６０は、固定コイル１１８を駆動するために使用される。

【0025】

最後に、固定コイル信号（または固定コイル１２０の電流）に正比例する出力１０４の変化している感度を補償するために、変換回路１５４は、関数Ｂ（ｉ）によって、可動コイル１２０の空隙１３６内の磁束を計算するために使用されることができる。トランスデューサ１０６の感度が可動コイル１２０の空隙１３６内の磁束に正比例するので、フィルタ１５２によって提供される周波数補償型音声信号は、一定の総合感度を達成するために、Ｂ（ｉ）により、分周回路１５６によって分周されることができる。

【0026】

しかしながら、上記に留意したように、このアプローチは２つの欠点をもたらし得る。まず、第１の電流源１５８及び第２の電流源１６０は実装するのが困難であり得、第１の電流源１５８は、自動車用途に使用される電圧源ＩＣアンプと互換性がない場合がある。加えて、第２の電流源１６０は、可動コイル１２０と固定コイル１１８との巻数比を乗じた固定コイル１１８への可動コイル１２０のトランス結合された電圧から生じる高電圧を扱う必要があり得る。本実施態様は、第２の電流源１６０を実装するのに高価にさせ得る。

【0027】

図２は、概して、第２の音響トランスデューサ装置２００を示す。トランスデューサ装置２００は、概して、変換器１０６及び制御ブロック２０２を含む。制御ブロック２０２は、概して、動的等化ブロック２０４、分周回路２０６、第１の電圧源２０８、可動コイル電力推定ブロック２１０、固定コイル電力推定ブロック２１２、減算回路２１４、第２の電圧源２１６、固定コイルモデリングブロック２１８、及び変換回路２２０を含む。概して、第１の電圧源２０８及び第２の電圧源２１６は、概して図１に関連して示される第１の電流源１５８及び第２の電流源１６０と置き換わる。この場合、可動コイル１２０のインピーダンスが第１の電流源１５８によってネゲートされない場合があるので、図１の制御ブロック１０３のフィルタ１５２を固定することができない。装置２００に関して、動的等化ブロック２０４は、変換回路２２０によって提供される関数Ｂ（ｉ）を用いて、可動コイル１２０の空隙１３６内の磁束を表す伝達関数を提供する。

【0028】

分周回路２０６は、変換回路２２０によって算出された変化する磁束密度によって音声信号を分周する。しかしながら、ここで、第２の電圧源２１６が第２の電流源１６０と置き換わっているため、目標出力電流２０５は、固定コイル１１８のインピーダンスにより、固定コイル１１８の実電流に正比例しない。本態様を補償するために、固定コイルモデリングブロック２１８（例えば、インダクタンスモデル）は、固定コイル１１８の抵抗が既知であると仮定する。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。これらのエラーは、固定コイル１１８の電流が変化しているとき、定常状態及び過渡状況の両方において、周波数補償及び感度補償の両方のエラーにつながる。

【0029】

固定コイル１１８及び可動コイル１２０の電力のバランスがとれているとき、トランスデューサ１０６の最適な効率を達成し得ることが認識される。したがって、装置２００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２１０は可動コイル１２０の平均電力を判定し、固定コイル電力推定ブロック２１２は固定コイル１１８の平均電力を判定する。減算回路２１４は、可動コイル１２０の電力と、固定コイル１１８の電力とを比較する。可動コイル１２０の平均電力が固定コイル１１８の平均電力よりも大きい場合、減算回路（または差分ブロック）２１４は固定コイル１１８の目標電流（または固定コイル信号）として使用される出力２０５を増加させる。この条件は、可動コイル１２０への電力の減少を生じさせ、固定コイル１１８と可動コイル１２０との間の電力のバランスをとる。

【0030】

しかしながら、平均電力は、歪みを避けるために、かなり長期間にわたって推定されるべきであり、０．１秒～１秒で推定され得る。これは、過渡状況において、音声信号があるレベルに急激に増加するとき、固定コイル信号（または固定コイル１１８の電流）が迅速に追跡しないことを伴う。結果として、トランスデューサ１０６の感度が、過渡時に長期間、低いままであり、ひいては、かなり高い過渡的可動コイル１２０が必要であり、トランスデューサ１０６の増幅器のピーク電力または出力音圧レベル（ＳＰＬ：Ｓｏｕｎｄ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｌｅｖｅｌ）は、過渡時に制限され得る。加えて、入力音声信号のレベルに対して遅い固定コイル信号のトラッキングは効率を損なう可能性があり、この理由として、入力音声信号のレベルが高い動的コンテンツを有するとき、電力のバランスが維持されない場合があるためである。

【0031】

図３は、概して、一実施形態による、音響トランスデューサ装置３００の一実施態様を示す。音響トランスデューサ装置３００は、トランスデューサ１０６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）３０２を含む。音響トランスデューサコントローラ３０２は、概して、少なくとも１つのデジタルプロセッサ３０１及びメモリ３０３を含む。デジタルプロセッサ３０１は、概して、コントローラ３０２によって行われる機能を実行する。コントローラ３０２は、入力１０２において入力音声信号を受信したことに応答して、各々、可動コイル信号及び固定コイル信号を生成し、それらの信号を可動コイル１２０及び固定コイル１１８に伝送する。

【0032】

装置３００は、概して、高速過渡応答を達成しながら、固定コイル１１８と可動コイル１２０との間の電力のバランスをとり、固定コイル１１８の変化している電流（すなわち、変化している固定コイル信号）の存在下において、周波数及び感度補償の精度を改善し、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ために電流源に依存しないで、トランスデューサ１０６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３００は、概して、固定コイル１１８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。

【0033】

コントローラ３０２は、動的等化ブロック３０４、分周回路３０６、電圧源３０８、複合源ブロック３１０、変換回路３１２、及びピークの集合ブロック３１４を含む。複合源ブロック３１０は、図１に関連して留意される第２の電流源１６０と置き換わり、図２に関連して留意される第２の電圧源２１６と置き換わるように提供される。概して、複合源ブロック３１０は、固定コイル１１８への伝送のために、固定コイル信号（Ｉｓ）を生成するためにそのインピーダンスを制御または調整するように構成される。

【0034】

ピークの集合ブロック３１４による平均値は、入力音声信号のピーク値をとり、（図１のピーク検出器１６４に同様の）単純なピーク検出器に関連したリップルを除去する低域通過フィルタを使用する。過渡時、遅く変化する低域通過フィルタは、入力音声信号の瞬時最大絶対値に直接低域通過フィルタの値を設定することによって、強制的に過渡に即座に応答する。このように、音声信号のレベルの過渡的増加に応答し、複合源ブロック３１０に基準信号３０５として提供されることができる入力音声信号の、最小のリップルを伴う入力音声信号のきれいな包絡線を生成することができる。

【0035】

この装置３００に関して、入力音声信号のレベルは、平方根回路１６２（または平方根関数）を用いないで使用されることができ、この理由として、固定コイル１１８の源の出力電圧は、電力が電圧の２乗に比例する既知電圧であるためである。これは、可動コイル１２０の電力が固定コイル１１８の電力に比例することを意味し、その理由として、固定コイル信号（または、固定コイル１１８に提供される電流）が基準信号３０５を用いて入力音声信号に比例し、可動コイル１２０の電力が固定コイル１２０の電流の２乗に比例するためである。このアプローチは、可動コイル推定ブロック２１０及び固定コイル推定ブロック２１１によって行われる電力均衡化と同様の精度ではない場合があり、この理由として、留意されるアプローチは、可動コイル１２０の周波数依存インピーダンスの効果を無視しているためである。しかしながら、音楽及びノイズ信号に関して、音楽及びノイズによる可動コイル１１８のインピーダンスの効果を十分に近似するために、平均スケーリング値を選ぶことができる。

【0036】

複合源ブロック３１０は、電流測定回路３０７により、固定コイル１１８（または固定コイル信号）に提供される電流を測定する。電流測定回路３０７は、抵抗器、変流器、ホール効果センサ等であり得る。測定電流（すなわち、測定固定コイル信号）は、エラー信号を加算回路３２２に提供するために、補償ブロック３２０へのフィードバックとして提供される。加算回路３２２は、参照信号３０５を誤差信号と比較し（または基準信号３０５からエラー信号を減算し）、電圧源３２４を調整する。電圧源３２４は、フィルタ３２５と一緒に、パルス幅変調（「ＰＷＭ」）（または他の変調方式）における降圧（または他のトポロジ）のレギュレータとして実装され得ることが認識される。フィルタ３２５は、概して、電圧源３２４から出力される電圧をフィルタリングするために、インダクタ３２６及びコンデンサ３２８を含む。補償ブロック３２０及びフィルタ３２５は、概して、インピーダンスを出力しており、それにより、複合源ブロック３１０は、電流源、電圧源、または、所望の場合の混合の周波数依存ソース等のものである。具体的には、複合源ブロック３１０が、低周波数において電流源として、トランスデューサ１０６の機械的共振を上回る周波数（例えば、６インチの中低音ドライバの５０～１００Ｈｚ）において電圧源として働くことが望ましい場合がある。本態様は、固定コイルの平均電流（または固定コイル信号の平均値）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１０６の通過帯域内の歪みを改善し得る。複合源ブロック３１０によってインピーダンスの挙動を達成するために、補償ブロック３２０は、例えば、比例－積分－微分（ＰＩＤ）コントローラとして実装され得る。例えば、補償ブロック３２０は、固定コイル信号の電流が電流測定回路３０７によって測定される電流フィードバック経路のゲイン「Ｋｐ」を伴う比率経路を含み得る。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。比例する電流フィードバックＫ（すなわち、Ｋｉ及びＫｄ＝０）を使用することで、フィルタ３２５に十分になる。インダクタ３２６及びキャパシタ２２８によって生じる２次システムは電流測定回路３０７による電流測定及び比例する電流フィードバックＫｐにより１次システムに減るため、積分項Ｋｉ及び微分項Ｋｄは安定している。フィードバック経路の比例した電流フィードバックＫｐを使用することによって、この条件は、実効電流源を生じさせる。

【0037】

本装置では、電流フィードバックを使用することによって生じる電流源によって、インダクタ３２６のインダクタンスを（安定した感覚で）効果的になくす。適切なゲインＫｐを選択することによって、補償ブロック３２０のフィードバック経路において、キャパシタ３２８の固有インピーダンスが出力インピーダンスに影響をもたらす周波数を調整することができる。Ｋｐに対するゲインが高くなるにつれて、周波数は高くなる。高周波数において、複合源ブロック３１０によって提供されるインピーダンスは、キャパシタ３２８のインピーダンスによって占められ、ひいては、電圧源等のものである。これが真であるためには、コンデンサ３２８の静電容量の大きさは、トランスデューサ１０６の共振を上回る所望の周波数において、コンデンサ３２８のインピーダンスがトランスデューサ１０６のインピーダンスと同様またはそれよりも小さくなるように十分でなければならない。低周波数おいて、キャパシタ３２８のインピーダンスは高く、出力電流は、電流フィードバックを使用することによって生じる実効電流源によって占められる。したがって、制御ブロック３０１は、低周波数における電流源の特性インピーダンスと、高周波数における電圧源の特性インピーダンスとを提供し得る。より高周波数はトランスデューサ１０６の機械的共振の略３～５倍であり、低周波数は、概して、高周波数を下回るいずれかの周波数である。最後に、この同じ効果は、例えば、電圧感知を利用し、安定させるために、積分項Ｋｉ、ならびに比例項Ｋｐ及び可能性として、微分項Ｋｄを加える等の他の制御アプローチによって達成され得ることが認識される。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。

【0038】

加えて、２つ以上の固定コイル１１８が電流供給されるシステムでは、相互に並列である固定コイル１１８の負荷に接続し、１つの制御ループ及び電圧源を使用することが可能である。しかしながら、コントローラ３０２と固定コイル１１８との間の入力において、本装置をフェイルセーフにするために、上記に言及したフィードバック経路の電流測定回路３０７における測定電流は、いずれかの瞬間において、固定コイル１１８の複数の電流のうちのより高いものであり得る。このように、固定コイル１１８の電流は、最高電流を提供する固定コイル１１８の負荷に合わせて調整される。

【0039】

概して、装置３００の効率を最適化するための固定コイル１１８の電流のレベルは、概して、ピークの集合ブロック３１４によって判定される。例えば、ピークの集合ブロック３１４は、入力音声信号または動的等化ブロック３０４からの出力のいずれかを受信する。ピークの集合ブロック３１４は入力音声信号を受信することが好ましい。本装置は、トランスデューサ１０６の共振に近い固定コイル１１８の所望の電流の大きい変動を避けることを補助する。近共振において、より少ない電力が同一の音響出力レベルを生じさせるために必要とされる。この理由のために、装置１００及び２００は、概して、電力のバランスをとるために共振において、固定コイル１１８の電流が減ることをもたらし得る。しかしながら、固定コイル１１８の電流が減少するにつれて、減衰は減り、固定コイル１１８の電流のさらなる減少につながる可動コイル１２０にさらに少ない電力が必要となる。この結果は、感度及び周波数応答の両方において近共振のエラーにつながる可能性があり、この理由として、トランスデューサ１０６は、その機械的損失によってほぼ全体的に減衰し得るためである。したがって、入力音声信号を、動的等化ブロック３０４の前にあるピークの集合ブロック３１４に提供することによって、この条件は、上記に留意したエラーを回避する。これは、固定コイル１１８と可動コイル１２０とのパワーバランスが近共振において維持されない場合があることを伴い得るが、固定コイル１１８及び可動コイル１２０の電力レベルが低い近共振であるため、本態様は問題にならない場合がある。

【0040】

変換回路３１２は、固定コイル１１８（すなわち、固定コイル信号）の測定電流を受信し、空隙１３６内の磁束を判定し得る。空隙１３６内で判定された磁束密度は、固定コイル１１８の電流の関数として、トランスデューサ１０６の変化する音響周波数応答及び音響感度を判定するために使用される。固定コイル１１８の測定電流が空隙１３６内の磁束を判定するために使用される場合、分周回路３０６は固定コイル１１８の感度を補正し得る。可動コイル１２０の測定電流が空隙１３６内の磁束、ひいては、感度及び周波数応答を判定するために直接使用される場合、歪みはいくつかの周波数及びレベルで発生し得る。

【0041】

概して、固定コイル１１８は、トランスデューサ１０６が音声を出力することを可能にするために、空隙１３６内の磁束を生成するために一般的に使用される従来の磁石と置き換わる。しかしながら、固定コイル１１８は、トランスデューサ１０６が高ピークの音声（すなわち、ドラムロール等）を出力することが必要であるとき、多くの電流を利用する。したがって、コントローラ３０２は、入力音声信号の包絡線に基づいて、電流Ｉｓを調整する。ハイレベルの音声を出力する必要がないとき、コントローラ３０２は電流Ｉｓを下げ、ハイレベルの音声を出力する必要があるとき、電流Ｉｓを増加させる（すなわち、電流の動的調整を提供する）。

【0042】

制御ブロック３１０は、出力電流Ｉｓを、空隙１３６内の磁束に対応する値を提供する変換ブロック３１２に提供する。動的等化ブロック３０４は磁束値を使用して、同じ周波数応答を入力音声信号に提供する。制御ブロック３１０は、電圧源または電流源のインピーダンス特性を有する。制御ブロック３１０は、音声入力信号が大きなレベルのとき、電流Ｉｓを強制的に迅速かつ穏やかに上昇させる。

【0043】

固定コイル１１８及び可動コイル１２０は、磁性材料１１２を介してトランス結合される。その結果、可動コイル１２０内の電流は、固定コイル１１８内にトランス結合された電流または反射電流を作る。可動コイル１２０の反射電流が固定コイル１１８の電流の平均値に比べて大きい周波数及び信号レベルにおいて、この歪みはより一般的または重要である。図３を参照すると、定常電流は電流測定回路３０７によって測定され、測定は可動コイル１２０の電流から反射された電流を含み得る。しかしながら、コントローラ３０２は、測定電流を使用して、トランスデューサ１０６の音響感度を判定し得る。可動コイル１２０の電流位相関係が正しい場合、固定コイル１１８への可動コイル１２０の反射電流は固定コイル１１８の平均電流から減算したものであり得、それによって、変換回路３０２にギャップ１３６内のより低い流束密度、ひいては、より低い感度を計算させる。これは、より小さい信号を分周器３０６の分母に提供し得、可動コイル１２０内の電流の増加をもたらす。本態様は、固定コイル１１８内の平均電流からさらに減算する固定コイル１１８内のより多くの電流を反射し得、変換回路３０２に、ギャップ１３６内のさらに低い流束密度、最終的に、可動コイル１２０の電流の増加を計算させる。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。

【0044】

逆位相では、可動コイル１２０の電流は、固定コイル１１８の電流の平均値に追加することができ、変換ブロック３０２にギャップ１３６内の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、感度補償及び周波数補償も判定するために使用される固定コイル１１８に反射される可動コイル１２０の電流の効果を分別する利点をもたらし得る。

【0045】

図４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４００の別の実施態様を示す。音響トランスデューサ装置４００は、トランスデューサ１０６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）４０２を含む。音響トランスデューサコントローラ４０２は、概して、少なくとも１つの、デジタルプロセッサ４０１及びメモリ４０３を含む。デジタルプロセッサ４０１は、概して、コントローラ４０２によって行わ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４０２は、入力１０２において入力音声信号を受信したことに応答して、各々、可動コイル信号及び固定コイル信号を生成し、それらの信号を可動コイル１２０及び固定コイル１１８に伝送する。

【0046】

コントローラ４０２は、概して、動的等化ブロック３０４、分周回路３０６、電圧源３０８、複合源ブロック３１０、変換回路３１２、ピークの集合ブロック４０４、及び前処理ブロック４０４を含む。装置４００に関して、固定コイル１１８の測定電流は、可動コイル１２０の空隙１３６の磁束を判定するために直接使用されていない。むしろ、前処理ブロック４０４は、固定コイル１１８の測定電流を前処理する。例えば、前処理ブロック４０４は、電流測定回路３０７において測定される固定コイル１１８の長期間の平均電圧振幅を取得し、固定コイル１１８の平均抵抗を判定する。固定コイル１１８の平均抵抗は、固定コイル１１８の実効平均電流を予測するために、固定コイル１１８のＬ／Ｒモデルで使用され、次に、固定コイル１１８では、可動コイル１２０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２１８のものと同様であるが、固定コイルの抵抗Ｒを測定して、それによって、より高精度になっている。この場合、可動コイル１２０の抵抗及び内部温度は、固定コイル１１８の実効平均電流を予測することを補助する精度に基づいて既知であり得る。可動コイル１２０の抵抗は、固定コイル１１８の電流が低いときに計算することは困難であり得、インダクタンスは、概して、残留磁気、飽和、及び鋼鉄の他の効果等のインダクタの非理想的態様の全てを含み得る固定コイル１１８の実際のインダクタンスの理想的近似値であることが認識される。

【0047】

前処理ブロック４０４は、測定電流のピークの集合関数による高速平均値を取得するように構成される。前処理ブロック４０４は、最初に、固定コイル１１８の測定電流のピーク検出値を取得し、次に、その中の低域通過フィルタを利用して、ピーク検出値を平均化する。フィルタリングにより、固定コイル１１８の測定電流から、可動コイル１２０からの反射電流のほとんどを除去する。固定コイル１１８の過渡で高速の上昇電流に応答するために、通過フィルタの値は、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。

【0048】

図５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５００の別の実施態様を示す。音響トランスデューサ装置５００は、トランスデューサ１０６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）５０２を含む。音響トランスデューサコントローラ５０２は、概して、少なくとも１つの、デジタルプロセッサ５０１及びメモリ５０３を含む。デジタルプロセッサ５０１は、概して、コントローラ５０２によって行われる機能を実行する。コントローラ５０２は、入力１０２において入力音声信号を受信したことに応答して、各々、可動コイル信号及び固定コイル信号を生成し、それらの信号を可動コイル１０２及び固定コイル１１８に伝送する。

【0049】

コントローラ５０２は、概して、動的等化ブロック３０４、分周回路３０６、電圧源３０８、複合源ブロック３１０、変換回路３１２、ピークの集合ブロック３１４、前処理ブロック４０４、遅延ブロック５０４、信号種類識別器ブロック５０６、及び信号スケーリングブロック５０８を含む。フィードバック経路５２３及びフィードフォワード経路５２４は、入力を前処理ブロック４０４に提供するものとして示される。例えば、前処理ブロック４０４は、ピークの集合ブロック３１４、スイッチ５１２、及び高速平均ピークの集合ブロック５１６を含む。信号種類識別器ブロック５０６はスイッチ５１２を選択するために提供され、それにより、フィードバック経路５２３またはフィードフォワード経路５２４は、低速平均ピークの集合ブロック５１４または高速平均ピークの集合ブロック５１６のいずれかから来る入力を変換回路３１２に提供するために選択される。

【0050】

信号種類識別器ブロック５０６は、入力音声信号が前処理ブロック４０４の低域通過フィルタのカットオフ周波数を下回る時間、または主として、本質的に正弦波（例えば、単一周波数を伴う単音または試験信号）である時間を判定する。この状態が真である（すなわち、入力音声信号が正弦波である）場合、低速平均ピークの集合ブロック５１４は、変換回路３１２への入力として、スイッチ５１２を用いてフィードフォワード経路５２４で使用されることができる。上記に留意したように、ピークの集合ブロック３１４による平均値は、固定コイル１１８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中ではないとき、フィードバック経路５２３をなくすことによって、可動コイル１２０の反射電流の効果をなくす。加えて、低速平均ピークの集合ブロック５１４は、平均ピークの集合ブロック３１４が有する同じ方法の高速ピークの集合関数を含み、高速過渡がブロック５１４の出力を設定し、平均フィルタに関連付けられる遅延をなくすことを可能にする。

【0051】

信号スケーリングブロック５０８は、信号種類識別器ブロック５０６によって検出される入力音声信号の特質に基づいて、固定コイル１１８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１１８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。加えて、遅延ブロック５０４は、特に、高速過渡時、固定コイル信号の電流が、固定コイル１１８の目標電流まで上昇するための追加時間を提供する。概して、遅延ブロック５０４は、適切な動作を保証するために、分周回路３９８の前で動的等化ブロック３０４からの出力を受信する。

【0052】

遅延ブロック５０４によって使用される遅延の大きさは、電圧源３２４の電力供給、固定コイル１１８のインダクタンス及び抵抗、装置５００の帯域幅、ひいては、再生される過渡のスルーレート及び増幅器ヘッドルーム等の二次的要因等の使用されるパワーエレクトロニクスによって判定される固定コイル１１８の電流を動かすのに利用可能である電圧によって決まり得る。いくつかの場合、遅延は必要ではない場合がある。

【0053】

図６は、概して、図３の音響トランスデューサ装置３００の実施態様の少なくとも一部を実行するための方法６００を示す。

【0054】

動作６０２では、音響トランスデューサコントローラ３０２は、トランスデューサ１０６によって再生される目標音声信号に対応する入力音声信号を受信する。

【0055】

動作６０４では、ピークの集合ブロック３１４による平均値は、入力音声信号の包絡線に対応する基準信号３０５を生成する。包絡線は、概して、入力音声信号の上極限及び入力音声信号の下極限によって定義される滑らかな曲線に対応する。具体的には、入力音声信号の包絡線は、概して、入力音声信号の上極限と下極限との間の入力音声信号のエネルギーの絶対値に対応する。ピークの集合ブロック３１４による平均値は、ピーク検出器を使用して、次に、単一のピーク検出器に関連付けられるリップルを除去するために平均低域通過フィルタを使用して、入力音声信号の包絡線を取得する。ピーク検出器の減衰率は、最適な効率を達成するために固定コイルのＬ／Ｒ時定数と同様にするべきである。低域通過フィルタのカットオフ周波数は、トランスデューサ１０６の通過帯域を下回るはずである。過渡時、その大きさは低域通過フィルタの電流レベルを上回り、遅く変化する低域通過フィルタは、入力音声信号の瞬時最大絶対値に直接低域通過フィルタの値を設定することによって、強制的により高いレベルの過渡に即座に応答する。このように、さらに、音声信号のレベルの過渡的増加に応答し、複合源ブロック３１０に基準信号３０５として提供され得る入力音声信号の、最小のリップルを伴う入力音声信号のきれいな包絡線を生成することができる。

【0056】

動作６０６では、複合源ブロック３１０は、基準信号３０５に基づいて、固定コイル信号を固定コイル１１８に提供する。

【0057】

動作６０８では、電流測定回路３０７は、固定コイル信号を固定コイル１１８に提供した後、固定コイル１１８を通る電流を測定する。

【0058】

動作６１０では、複合源ブロック３１０は、固定コイル１１８を通る測定電流を示す出力を生成する。

【0059】

動作６１２では、変換回路３１２における磁束の量は出力に基づいて空隙１３６内に存在する。

【0060】

動作６１４では、音響トランスデューサコントローラ３０２は、磁束に反比例する可動コイル１２０の電圧出力を生成する。例えば、分周回路３０６は、変換回路３１２から受信した磁束の逆数を取得し、電圧源３０８が変換回路３１２からの磁束値に反比例する電圧を提供するように出力を電圧源３０８に提供する。電圧出力は磁束βと電流Ｉとの積（すなわち、β×Ｉ）に比例するため、これにより、電流は電圧に比例する。したがって、磁束が減る場合、電圧出力は、歪みを避けるために比例して増加する。

【0061】

図７は、概して、図５の音響トランスデューサ装置５００の実施態様の少なくとも一部を実行するための方法７００を示す。

【0062】

動作７０２では、音響トランスデューサコントローラ５０２は、入力音声信号を受信する。

【0063】

動作７０４では、信号種別識別部５０６は、入力音声信号が純音信号（または試験信号）、または複数の周波数を含む音声信号であるかどうかを判定する。例えば、上記に留意したように、信号種別識別部５０６は、入力音声信号が正弦波を含む（または単一周波数を含む）かどうかを判定する。この条件が真である場合、方法７００は動作７０６に移動する。この条件が偽である場合、信号種別識別部５０６は、入力音声信号が複数の周波数を含み、入力音声信号は娯楽消費のためにユーザの再生のために所望される音声入力に対応することを判定する。例えば、信号種類識別器ブロック５０６は入力音声信号のピーク値／平均値（またはｐ／ａ）を監視する。純正弦波は１／０．６３または１．４５のｐ／ａを有する一方、音楽またはノイズが２～１０のｐ／ａである。したがって、信号種類識別器ブロック５０６が、ｐ／ａが約１．５であると判定する場合、信号種類識別器ブロック５０６は、入力音声信号が純音（または試験信号）であることを判定する。信号種類識別器ブロック５０６が入力音声信号のｐ／ａが２～１０の範囲内であると判定する場合、信号種類識別器ブロック５０６は、入力音声信号が音声信号であることを判定する。

【0064】

動作７０６では、信号種類識別器ブロック５０６は、フィードフォワード経路５２４の低速平均ピーク集合のブロック５１４が、ピークの集合３１４による平均からの出力を、変換回路３１２への入力に提供することを可能にするように、スイッチ５１２を制御する。概して、低速平均ピークの集合ブロック５１４は、動作時のピークの集合ブロック３１４による平均であるが、３１４で使用されるものと比較して低速の平均低域通過フィルタによる平均と同様である。例えば、０．１～１ヘルツである。この動作は、入力正弦波のリップルフリー包絡線を提供する。変換回路３１２は、固定コイル１１８の電流を磁束密度に変換する。動的等化ブロック３０４及び分周器３０６は、変換回路３１２から入力音声信号に出力される磁束密度を使用して、磁束の変化に対して固定コイル信号を補償する。

【0065】

動作７０８では、信号種類識別器ブロック５０６は、電流測定回路３０７の出力が、固定コイル１１８を通る測定電流に対応する出力をピークの集合ブロック５１６による高速平均に、次に、変換回路３１２に提供することを可能にするように、スイッチ５１２をアクティブにする。ピークの集合ブロック５１６による高速平均は、ピークの集合ブロック３１４による平均と同様に機能し、しかしながら、ピークの集合ブロック５１６により高速平均の平均低域通過フィルタのカットオフ周波数はトランスデューサ１０６の共振に同等である。これは、入力音声信号によって、前処理ブロック４０４の動作を繰り返す。ピークの集合ブロック５１６による高速平均は、包絡線が測定電流の急速な変化に対応するとき、固定コイル１２０を通る電流の包絡線を提供する。

【0066】

動作７１０では、音響トランスデューサコントローラ５０２は、動作６１０及び６１２に関連して上記に留意した同様の動作を行う。

【0067】

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全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単語であり、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。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】