本发明专利技术涉及一种通过使用机电换能器(1)将输入信号v转换为输出信号p(ra)并且减小所述输出信号p(ra)中的非线性总失真pd的装置和方法，其中所述非线性总失真pd包含由于机械换能器部件的非线性部分振动产生的多模态失真ud。识别系统(22)基于通过传感器(3)测量的换能器(1)的电学、机械或声学状态变量来产生非线性波模型(Nd)的分布参数Pd和网络模型(Nl)的集总参数Pl。所述非线性波模型区分激活模式与传递模式，其中激活模式影响传递模式，所述传递模式将输入信号u传递为输出信号p。控制系统(41)基于物理建模和识别的参数Pd和Pl来合成非线性失真信号vd和vl，所述非线性失真信号与输入信号一起提供给换能器(1)，并且补偿由换能器非线性产生的失真信号ul和ud。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术总体涉及通过使用机电换能器将输入信号转换为输出信号并且减小所述 输出信号中的非线性总失真的装置和方法。
技术介绍
本专利技术总体涉及识别非线性模型的参数的装置和方法，所述非线性模型描述了例 如在机电换能器和电声换能器中使用的机械结构的非线性振动。这种信息是用于识别非线 性的结构性原因、对那些换能器的传递行为进行线性化并且对电学、机械或声学输出信号 的非线性信号失真进行主动补偿的基础。 扬声器和其他电声换能器使用振动膜、面板、壳（shell)和其他机械结构来产生 振动和声音。在低频率下，因为声音辐射表面的主要部分作为刚体而振动并且只有悬架 (例如，扬声器中支架和边沿）变形，可以通过包括集总元件在内的网络对换能器进行建 模。这种模型也可以考虑换能器的机械悬架和发动机固有的非线性，并且是如在Yeh，D.T.， Bank，B.Karjalainen，M. 2008年9月在Proceedingsof11thInt.ConferenceonDigital AudioEffects，pp.DAFxl-DAFx-8 的题为"NonlinearModelingofaGuitarLoudspeaker Cabinet"的出版物中和专利申请US2005/0031139所述的测量和控制应用的基础。专利申 请US2003/0142832使用非线性集总参数模型来研宄递归结构。 在高频率下，机械结构产生高阶振动模式，所述高阶振动模式需要使用分布式参 数的更复杂建模。Yeh，D.T.的出版物和专利申请US2005/0175193使用线性系统（例如均 衡器）用于高阶模式的仿真和扬声器在小幅度下的传递行为的主动校正。然而，力和位移 之间的关系在较大幅度下成为非线性的，并且产生了附加的谱分量（谐波和互调制失真）。 这些失真削弱了音频设备再现的声音质量以及主动降噪和回声抵消的性能。 高阶模式的非线性振动和声音辐射可以通过解析模型或数值模型（BEM、FET)来 描述，其要求与机械部件中使用的几何形状和材料有关的详细信息。 N.Queagebeur和A.Chaigne在出版物"MechanicalResonancesandGeometrical NonlinearitiesinEleetrodynamicLoudspeakers''，JournalofAudioEng.Soc., Vol.56，No. 6(2008)，462-471中提出了卡曼（Karman)模型，以描述与较高提取级别有关的 机械系统。这种模型要求高阶模式的固有函数（振型）、固有频率和模型损耗因子，可以通 过对机械结构的表面移动进行扫描来确定上述内容。 普通黑盒子模型已经用于描述非线性传递函数，而无须考虑信号失真的物理原 因。例如，文献US6687235使用Volterra膨胀用于回音补偿。文献US5148427、US8509125、 US2013/0216056、US6813311和US5329586代替地使用静态非线性元件而不使用存储器， 所述存储器可以实现为表、幂级数或非线性硬件部件。
技术实现思路
本专利技术公开了一种装置和方法，通过改进结构设计或者通过对输入信号或输出信 号的逆非线性处理来补偿不期望的信号失真，来对机电换能器或电声换能器的传递信号进 行校正。本专利技术是基于使用分布参数的物理模型，所述分布参数考虑了高阶模式的非线性 激励、时变振型（timevariantmodeshape)对进入周围流体（例如空气）中的声音福射 的影响。 本专利技术使用与主要非线性有关的物理信息来得出面向块的波模型，所述面向块的 博模型描述了非线性失真的产生以及向输出信号的传递。 面向块的波模型在激活模式之间进行区分，所述激活模式激活非线性行为并且影 响传递模式，所述传递模式将输入信号U传递为输出信号P。由于在振动膜上分布的移动 质量的惯性，输入信号u与每一个m阶模式（0<m<M)之间的幅度响应|Qm(f)|具有低 通特征，并且以固有频率以上每倍频程12dB的斜率下降。相较于第一m阶模式而言固有频 率更低（fk<fj的第二k阶模式（m>k)通常产生更高的幅度|Qk(f) | >iQjf) |，并且 更大程度地激活固有非线性。为此原因，将对于位移有显著贡献的基模和其他低阶模式（0 <m<MD)看作是激活模式。 可以将振动膜上的所有模式（〇 <m<M)看作是传递模式。不能激活非线性元件 的具有较低位移的高阶模式（m多MD)可以对于声压输出p(ra)的产生有贡献，因为位移的 二次导数（加速度）确定了声学辐射。 通过相对于表示传递模式的多模态信号wm,n对表示激活模式的模态激活信号qm进 行非线性处理，对激活模式和传递模式之间的非线性相互作用进行建模。 通过对至少一种激活模式加以表示的线性激活滤波器He,m来产生模态激活信号 qm。线性激活滤波器11_包括具有低通特征的传递函数Qm(f)，其中在两个极点产生无限脉 冲响应。 可以通过使用网络模型队的集总参数P1来产生对具有最低固有频率的m= 0阶 的基模加以表示的模态激活信号q〇。网络模型队后面跟着面向块的波模型Nd的串联连接 是本专利技术的重要特征。 通过使用线性多模态滤波器来产生多模态信号wm,n，所述线性多模态滤波器具有 对传递行为的非线性变化加以表示的传递函数Hs,m,n(s)。所述多模态滤波器具有宽带传递 特性，并且考虑了激励的时间变化、固有频率和m阶传递模式的振型（0<m<M)以及它们 对声音福射的影响。 可以通过使用包括二次、三次和高阶子系统在内的多项式滤波器来实现多模态信 号《_和模态激活信号qm的非线性处理。每一个n次幂系统包含产生信号Bm,n=qm(Iri)的 静态非线性子系统，所述信号Bm,n=qm(Iri)是模态激活信号qm的（n_l)次幂。通过将信号 Bm,n= 与多模态信号相乘来产生源信号zm,n。源信号zm,n描述了在位置（例如周 围）以及在产生源信号的状态变量（例如机械张力）中的失真信号。 经由后面的具有传递函数Hp,m,n(s)的后处理滤波器将源信号2_传递为虚失真贡 献Um,n，所述虚失真贡献um, n在换能器的输入处被添加至激励信号并且经由具有传递函数Htot(s)的附加线性滤波器被传递为输出信号p(ra) 〇 激活滤波器、多模态传递滤波器和后处理器滤波器的自由参数赋予面向系统的波 模型Nd建模能力，以描述振动膜几何形状和材料性质、辐射条件、声学环境和其他未知过程 的影响。因此，可以将面向系统的波模型看作是灰度模型（greymodel)，所述灰度模型提供 足够的自由度来作为其他简要通用的方法（例如，volterra-系统），同时使用来自物理建 模的结构信息（例如，FEM，BEM)。本专利技术的特征在于面向系统的波模型Nd包括最小个数的 自由参数Pd，所述自由参数Pd可用于在机械和声学场景中进行解释，并且具有用于换能器 的研发、优化和质量控制的较高诊断值。 可以在普通音频信号（例如，音乐）激励的同时通过自适应系统识别来确定波模 型Nd的所有自由参数Pd。在换能器端子处测量的电信号可以用于基于具有集总参数&的 网络模型队来识别本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于通过使用机电换能器(1)将输入信号v转换为输出信号p(ra)并且减小所述输出信号p(ra)中的非线性总失真pd的装置，其中所述非线性总失真pd包含由于机械换能器部件的非线性部分振动产生的多模态失真ud，所述装置包括：传感器(3)，配置为测量所述换能器(1)的机械或声学状态变量(p(rs))并且基于所述测量的状态变量(p(rs))产生测量信号p；第一参数检测器(D1；D’1)，配置为基于所述测量信号p产生分布参数Pd，其中所述分布参数Pd包含至少一个激活模式的模态信息He，m(s)，所述激活模式激活所述机械部件的非线性部分振动；所述分布参数Pd包含多模态信息Hs，m，n(s)，所述多模态信息Hs，m，n(s)描述了激活模式对于传递模式的非线性影响，其中传递模式产生输出信号p(ra)；非线性波模型(56)，配置为基于所述输入信号v和所述分布参数Pd来产生多模态失真ud，其中非线性波模型(56)包括：激活滤波器(He，m)，配置为基于模态信息He，m(s)产生模态激活信号qm，所述模态激活信号qm描述了所述激活模式的振动状态；传递滤波器(Hs，m，n)，配置为基于所述多模态信息Hs，m，n(s)产生多模态信号wm，n，所述多模态信号描述了模态激活信号qm和多模态失真ud之间的非线性关系；以及非线性连接元件(41，11，Hp，m，n)，配置为组合模态激活信号qm和多模态信号wm，n并且产生针对所述多模态失真ud的失真贡献Um，n。...
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：沃尔夫冈·克利佩尔，
申请(专利权)人：沃尔夫冈·克利佩尔，
类型：发明
国别省市：德国;DE
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