CN102149035A - 改变扬声器信号的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

改变扬声器信号的系统和方法。提出了一种用于在扬声器(130)上产生声音的音响系统(100)，其中可以连续地监测扬声器的语音线圈的温度。音响系统包括：信号发生器(150)，用于产生估计信号，估计信号叠加到输入声音信号(120)上以获得扬声器信号；以及监测器(140)，用于监测语音线圈对于扬声器信号的电响应。扬声器信号可以适用于(180)依赖于所监测的响应来控制语音线圈的温度。甚至在输入声音信号包含很小声音能量的情况下，系统也可以确定语音线圈(170)的温度。

Description

改变扬声器信号的系统和方法
技术领域
本发明涉及一种用于产生声音的音响系统，音响系统包括：处理单元，用于处理输入声音信号以产生扬声器信号；扬声器，用于产生依赖于扬声器信号的声音，扬声器包括用于驱动扬声器的语音线圈，语音线圈的温度依赖于扬声器信号；以及监测器，用于监测语音线圈对于扬声器信号的电响应，处理单元配置用于改变扬声器信号，以依赖于所监测的响应来控制语音线圈的温度。
本发明还涉及一种用于产生声音的方法、用于获得语音线圈温度的方法和相应的计算机程序。
背景技术
扬声器是一种将电能变换为声学能的装置。然而，施加到扬声器的大多数电功率导致热耗散，热耗散引起许多常见的扬声器缺陷。为了防止热损坏(永久的或者暂时的)，需要测量扬声器的语音线圈温度，并且需要按照使温度不超过某些限制的方式设置输入的条件。
用于估计语音线圈温度的一种方式是使用多个预估计参数的扬声器数学模型，根据发送至扬声器的电信号来预测语音线圈的温度值，例如参见Klippel，W.，2004.“Nonlinear Modeling of the Heat Transfer in loudspeakers”.J.Audio Eng.Soc.52，3-25。
一种不同的方法是直接测量语音线圈中的电流和电压，并且基于这些测量来估计语音线圈中的温度。在Behler，Gottfried；U.；Arimont，T.，February 1995，“Measuring the loudspeaker’s Impedance During Operation for the Evaluation of the Voice Coil Temperature”，in：Proceedings of the 98th AES Convent ion，Paris，第4001页采取了这种方法。将这一文献称作Behler 1995。
根据所测量的电压和电流来确定扬声器的DC电阻，也称作Re。将DC电阻估计为是在超过扬声器的谐振频率的最小阻抗附近频率的阻抗的实部部分的平均。因为DC电阻依赖于语音线圈的温度，可以根据DC点阻来确定温度。
题为“Apparatus and method of limiting power applied to a loudspeaker”的美国专利6940981也采取这种方法。该发明公开了一种限制施加到扬声器的功率的方法。在方法中，测量施加到扬声器的电压和电流两者，直接计算瞬时功率并且将瞬时功率用于控制驱动向扬声器提供功率的放大器的输入信号的电平。当施加到扬声器的功率超过规定阈值时，在所测量的功率下降到小于阈值之前，减小功率放大器的输入电平。还公开了一种根据扬声器的电压和电流间接确定语音线圈温度的方法，并且当温度超过预定阈值时减小扬声器的功率。将这一文献称作Neunaber，2005。
上述用于估计语音线圈温度的方法全部都有缺点。
诸如Klipper所提出的预测方法要求在线估计模型参数。这要求从用户观点来看并不吸引人的校准阶段，或者需要将其增加为生产工艺的一部分。另外，在扬声器的使用寿命期间，模型参数不再保持固定，并且可能在某些点上要求重新校准。模型化的另外不利之处在于难以考虑环境因素，例如由于周围环境温度导致的热耗散。语音线圈的温度不但依赖于扬声器信号，而且还依赖于环境的温度。
基于测量语音线圈中的电流和电压的方法要求在扬声器输入信号中存在足够的信号能量。如果输入信号在用于与进行估计的计算频率周围缺乏足够的能量，方法失败，并且不能够估计语音线圈的温度。如果输入信号总体较低将发生这种问题，例如静音或者很小声音通道，但是对于其他信号也可以发生这种问题。例如，为了估计DC电阻，超过扬声器谐振频率的最小阻抗附近的频率必须足够可用在输入信号中。对于类似纯正弦波的输入信号，可能不会满足后一种条件。
特别小的扬声器对于语音线圈的过热引起的缺陷敏感，因为这些扬声器可能在最大音量或者接近最大音量时使用。例如，小扬声器用于便携音频和/或视频设备、移动电话、计算机的扬声器(嵌入到例如膝上型计算机中或者可与例如台式计算机相连)、用于与音频设备相连的便携扬声器、用于汽车、电视、无线电等的扬声器。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种改变扬声器信号以控制扬声器语音线圈温度的方法和系统，允许对语音线圈温度进行连续监测而无需对扬声器进行全面模型化。
提出了一种用于产生声音的音响系统。音响系统包括：处理单元，用于处理输入声音信号以产生扬声器信号；扬声器，用于依赖于扬声器信号产生声音，扬声器包括用于驱动扬声器的语音线圈，语音线圈的温度依赖于扬声器信号；以及监测器，用于监测语音线圈对于扬声器信号的电响应，处理单元配置用于依赖于所监测的响应来改变扬声器信号以控制语音线圈的温度。处理单元包括用于产生估计信号的信号发生器，并处理输入声音信号以产生扬声器信号，扬声器信号包括估计信号与输入声音信号的组合。
产生估计信号并且将估计信号与输入声音信号进行组合确保了扬声器信号包括适用于估计的信号，即在监测并且用于改变扬声器信号的频率中具有足够能量的信号。监测语音线圈对于扬声器信号的电响应包括检测语音线圈对于估计信号的响应。改变扬声器信号以控制语音线圈的温度具体地是依赖于所监测的对于估计信号的响应。这样，语音线圈温度的连续监测成为可能，允许更好和更及时地响应。例如，在一个时间周期，输入声音信号包括用于现有技术的方法的不足够的能量，以确定语音线圈温度，那么，语音线圈可以变凉。变凉的语音线圈允许略微增加声压，或者减小可能采取减小语音线圈温度的其他措施，从而增加声音输出的音量和/或质量。
在实施例中，监测器配置用于监测语音线圈中的电流，可选地用于监测语音线圈上的电压。
流过语音线圈的电流依赖于语音线圈的温度。测量电流允许测量温度。尽管依赖程度较小，但语音线圈两端的电压也依赖于语音线圈的温度。为了增加精确度，也监测电压。如果没有监测电压，电压可以近似为所改变的输入声音信号的已处理值。例如，电压可以近似为放大之前的线性比例的扬声器信号。
在实施例中，将所监测的电流和/或电压变换到频域，据此可以获得DC电阻或者可以获得特定频率的阻抗。这些量均依赖于语音线圈的温度，因此，如果温度增加，DC电阻值和特定频率的阻抗的量值也增加。
在实施例中，根据所监测的响应确定扬声器的阻抗和/或语音线圈的温度。改变扬声器信号以控制语音线圈的温度依赖于所确定的扬声器的阻抗和/或语音线圈的温度。
实施例可以如下减小语音线圈中的温度感应假象。监测电流和/或电压。根据这些测量的参数，确定特定频率的阻抗。根据阻抗来确定语音线圈的温度，例如，使用列举了频率的阻抗和温度之间关系的表来确定。代替使用表，人们可以解方程，方程给出了语音线圈的温度和依赖于所监测响应的量之间的关系，量可以是特定频率的阻抗或者DC电阻。
依赖于所确定的温度，改变扬声器信号。例如，如果温度大于预定温度，可能会衰减扬声器信号。为了保持已知能量的估计信号，例如，预定的恒定能量或幅度，输入声音信号在将其与估计信号组合之前也可能会衰减。对所改变的扬声器信号做出反应时，语音线圈的温度减小，从而减小了温度感应假象。另一方面，如果所确定的温度小于另外的预定温度，可以改变扬声器信号以增加音量或质量。
在反馈回路中不必包括改变扬声器信号、在扬声器上播放扬声器信号并且监测响应，以明确地确定阻抗、DC电阻或温度。相反地，改变可以直接依赖于所测量的响应，例如电流和/或电压。例如，可以确定特定频率的电流分量，并且可以使用表将特定频率的电流分量直接用于控制输入声音信号的衰减。
在实施例中，估计信号包括具有特定估计频率的信号。
可以使用具有任何频率的信号来确定语音线圈的温度。具体地，信号不必包括足够能量的比扬声器的谐振频率更高的频率分量。
估计信号可以包括具有两个或多个不同频率的两个或多个信号。估计信号可以包括特定估计频率的单独信号。例如，估计信号可以是特定频率的正弦波，或者是两个或多个正弦波的组合。优选地，估计信号具有预定的固定幅度和/或能量。
在实施例中，处理单元包括：光谱分析仪，用于获得在估计频率处的监测的响应的频率分量。改变扬声器信号以控制语音线圈的温度依赖于在估计频率处的监测的响应的频率分量。
如果对于特定频率只需要考虑扬声器系统的输入响应行为，简化了扬声器系统的校准和/或模型化。此外，预先已经知道将扬声器信号中的哪个频率用于估计语音线圈的条件(例如其温度)以及用于改变扬声器信号。如果没有估计信号，人们将依赖于对于输入声音信号可用的频率和能量电平。这使得语音线圈温度的确定变得更加不可预测、不耐用和不精确。具有已知的估计信号允许确定给出所检测的特定频率的响应和温度之间关系的精确的表，例如在音响系统的设计时的扬声器校准阶段期间。
可以使用多种光谱变换，例如小波变换等。已经观察到傅里叶变换对使用光谱分析仪特别有效。
使用傅里叶变换，人们可以为一组频率估计信号分量，典型地在0Hz和尼奎斯特频率之间线性间隔的一组频率，随后人们将例如特定的所需频率限制为估计频率。
在实施例中，光谱分析仪配置用于估计频率时的离散快速傅里叶变换。有利地，当使用离散快速傅里叶变换时，人们可以只确定在所监测的响应中对于估计频率的信号分量。在这种特定的情况下，使用离散傅里叶变换计算更加有效。
在实施例中，在限定的时间段期间，即2秒的时间段期间，将估计信号与输入声音信号进行组合。在限定的时间段期间对监测的电响应进行光谱变换。在优选实施例中，只在估计频率处得出根据傅里叶变换的光谱响应。响应可以在限定的时间段进行平均。限定的时间段可以立即或者在预定的等待间隔之后重复或者反复，预定的等待间隔例如是5秒。平均化和等待间隔两者均避免了太频繁地改变输入声音信号，这种频繁的改变对于系统的收听者而言是可觉察的。另外，平均化增加了温度估计的精确度。
优选地，与由其他装置引入的失真相比(例如由于扬声器的有限逼真度引入的或者由于热失真引入的)至少对于实际目的而言在输入声音信号中引入的可听失真是可忽略的。
在实施例中，为扬声器设置估计信号，以便在响应估计信号时不产生声音或者产生听不见的声音。
本发明人认为，由于使用估计信号确定语音线圈的温度，则估计信号不需要产生任意可听得见的声音。如果语音线圈对于估计信号的电响应依赖于语音线圈的温度，那就是足够的。在实施例中，估计频率小于扬声器的谐振频率。已经建立的就是这种情况，不但对于大于扬声器谐振频率的频率，而且对于具有频率小于扬声器谐振频率的估计信号。
例如，扬声器不能够有效地产生特定频率的声音，例如100Hz或低于100Hz的声音，尽管扬声器的语音线圈确实电响应扬声器信号中的特定频率的信号分量电响应。对于这种扬声器，可以选择特定频率的估计频率，例如100Hz。
在实施例中，扬声器配置有低频率范围，在低频率范围以下，配置扬声器在响应扬声器信号中的信号分量时不产生声音或者产生听不见的声音，所述扬声器的信号频率小于低频率范围，并且其中估计频率小于低频率范围。
扬声器不能够产生所有可能的频率。具体地，在扬声器上不能可听的见地产生非常低的频率。
通过选择小于该范围的估计频率，估计信号将不会引起听得见的响应；然而估计信号将产生电响应。电响应可以用于可靠的连续温度测量，而音响系统的用户不会听到估计信号的存在。
如果声压电平小于预定范围，声音是听不见的。可以将预定范围取为特定频率的绝对听力阈值。如果对声音产生质量的小的让步是可接受的，可以将范围取为略微高一点。可以使用30dB作为对于可听度的实际限制。
将估计信号叠加到输入声音信号来估计语音线圈温度可应用于倾向于面临受热问题的所有类型扬声器。然而，本发明的方法对于具有高谐振频率(400Hz以上)的扬声器更加有吸引力，因为这些扬声器在产生低频声音时效率较低。结果，通过本发明所使用的估计信号将产生非常低的声学输出。
估计信号也可以包括低幅度和低频率的组合，这种组合使其不会在扬声器中产生听得见的响应。
在实施例中，处理单元包括心理声学模型，用于确定遮蔽频率，输入声音对遮蔽频率进行遮蔽，并且其中估计频率配置为是遮蔽频率。
因为扬声器不能产生听不见的频率，因此不使用听不见的频率，但因为频率被输入声音信号所遮蔽，所以可以选择对于人类听众听不见的频率。
在实施例中，处理单元包括频率检测器，用于确定估计频率的输入声音信号中的信号分量的幅度，处理单元配置用于如果所确定的幅度小于预定阈值，则只对频率和输入声音信号进行组合。例如，处理单元可以包括用于检测在估计频率处是否存在足够的输入信号能量的装置。
例如，可以在光谱分析仪中包括用于检测在估计频率处是否存在足够的输入信号能量的装置。通过确定估计信号的信号分量的大小，可以确定信号分量是否具有足够的能量。注意，光谱分析仪可以用软件实现，光谱分析仪也可以与模数转换器相结合或者用硬件电路实现。
总是将估计信号叠加到输入信号。然而，如果输入信号已经包含估计频率的足够能量的信号，则叠加并不是必要的。这样避免了估计信号增加放大器的能耗。此外，可听度是阈值相关的概念。因此，如果估计信号听不见部分地是因为其较低音量(即，幅度)，将估计信号叠加到也包括这种频率分量的输入声音信号可以引起信号与输入信号相组合之后是听得见的。
在实施例中，处理单元包括频率滤波器，用于在将滤波的输入声音信号与估计信号进行组合之前从输入信号中去除估计频率的信号分量。
对估计频率的输入信号进行滤波确保了精确地知晓扬声器信号中频率的信号分量。这增加了温度估计时的精确度。此外，可以精确地控制使得估计信号是听不见的。
在实施例中，配置处理单元改变扬声器信号，以便根据监测的响应减小语音线圈的温度，检测的响应表示语音线圈的温度大于预定温度阈值。
减小语音线圈的温度减小了扬声器中温度感应的假象。
在实施例中，改变扬声器信号以控制语音线圈的温度包括对扬声器信号中的至少一个信号分量进行衰减。
存在多种方式对扬声器信号进行改变以减小语音线圈的温度。例如，通常可以对扬声器信号进行衰减。然而，这并不是必要的，可以只对特定的频率的信号进行衰减。
在实施例中，改变扬声器信号以控制语音线圈的温度包括利用低通滤波器对输入声音信号进行滤波。高频对于语音线圈的温度贡献最多。通过从信号中去除高频，温度将减小。
本发明的另一个方面涉及一种产生声音的方法。方法包括对输入声音信号进行处理以产生扬声器信号，扬声器信号配置用于通过扬声器产生声音，扬声器包括用于驱动扬声器的语音线圈，语音线圈的温度依赖于扬声器信号；以及依赖于语音线圈对于扬声器信号的电响应来改变扬声器信号以控制语音线圈的温度。方法还包括产生估计信号。对输入声音信号进行处理以产生扬声器信号包括将估计信号与输入声音信号进行组合。
本发明的另一个方面涉及一种用于获得语音线圈温度的方法。方法包括对输入声音信号进行处理以产生扬声器信号，扬声器信号配置用于通过扬声器产生声音，扬声器包括用于驱动扬声器的语音线圈，语音线圈的温度依赖于扬声器信号。方法还包括产生估计信号。对输入声音信号进行处理以产生扬声器信号包括将估计信号与输入声音信号进行组合；以及依赖于所监测的响应来确定语音线圈的温度。
根据本发明的方法可以在计算机上实现为计算机实现的方法，或者按照专用硬件来实现，或者按照其组合来实现。可以将根据本发明方法的可执行代码存储在计算机程序产品中。计算机程序产品的示例包括存储装置、光存储装置、集成电路、服务器、在线软件等等。
在优选实施例中，计算机程序包括计算机程序代码装置，当在计算机上运行计算机程序时，计算机程序代码装置适用于执行根据本发明方法的所有步骤。优选地，将计算机程序嵌入到计算机可读介质中。
提出了一种用于在扬声器上产生声音的音响系统，其中可以连续地监测扬声器的语音线圈的温度。音响系统包括：信号发生器，用于产生估计信号，估计信号叠加到输入声音信号上以获得扬声器信号；以及监测器，用于监测语音线圈对于扬声器信号的电响应。扬声器信号可以适用于依赖于所监测的响应来控制语音线圈的温度。甚至在输入声音信号只包含很小的声音能量的情况下，系统也可以确定语音线圈的温度。
附图说明
作为示例并且参考附图进一步详细描述本发明，其中：
图1是示出了用于产生声音的系统100的实施例的方框图；
图2是示出了用于获得语音线圈温度的系统200的实施例的方框图；
图3是示出了改变扬声器信号以控制语音线圈温度的方法的流程图；
图4a是示出了作为典型的扬声器的频率的函数的阻抗的曲线；
图4b是示出了作为固定幅度的频率的函数的声压电平(SPL)的曲线；
图5a示出了作为语音线圈的不同温度的频率的函数的阻抗的曲线；以及
图5b是示出了对于特定输入信号的语音线圈温度的曲线。
贯穿附图，类似或者相应的特征用相同的参考数字来表示。
参考数字列表：
100 音响系统
110 处理单元
120 输入声音信号
130 扬声器
140 监测器
150 信号发生器
160 组合器
170 控制器
180 信号改变单元
190 放大器
200 音响系统
270 温度估计器
300 产生声音的方法
310 产生估计信号
320 将估计信号与输入声音信号进行组合以产生扬声器信号
330 依赖于扬声器信号通过扬声器产生声音
340 获得扬声器的语音线圈对于扬声器信号的电响应
350 依赖于所监测的响应确定语音线圈的温度
360 依赖于语音线圈对于扬声器信号的电响应来改变扬声器信号
以控制语音线圈的温度
具体实施方式
尽管本发明允许按照许多不同方式实现的实施例，在附图中示出了并且这里详细描述了一个或多个特定的实施例，应该理解的是本发明公开应该看作是本发明的典型原理，而并非意欲将本发明局限于这里所示和描述的特定实施例。
图1示出了用于产生声音的音响系统100的示意性形式。用箭头示出了一些数据依赖性。
系统从源获得输入声音信号120。可以在系统100的输入处接收信号。例如，可以根据系统外部的源获得输入声音信号120。也可以从存储系统找到输入信号120。输入信号可以是模拟的或者数字的。在实施例中，系统包括存储装置和相应的检索装置，例如存储装置是硬盘或者诸如闪速存储器之类的存储器，用于存储输入信号的数字表示。
音响系统100还包括扬声器130。扬声器130配置用于接收扬声器信号，并且依赖于扬声器信号产生声音。扬声器130包括用于驱动扬声器(未示出)的语音线圈。语音线圈的温度依赖于扬声器130接收来播放的扬声器信号。
音响系统100包括与扬声器130相连的监测器140或者扬声器130中所包括的监测器140，用于监测语音线圈对于扬声器信号的电响应。具体地，监测器140可以配置用于测量通过语音线圈的电流和/或测量语音线圈两端的电压。在不监测电流的情况下，监测器140可以配置用于监测估计频率的信号能量，即估计频率的电流频率分量的平方。
音响系统100包括：处理单元110，用于电响应产生和/或改变扬声器信号，以便根据语音线圈对监测器140所获得的扬声器信号的电响应来控制语音线圈的温度。
处理单元110配置用于接收或者检索输入声音信号120。处理单元110与扬声器130相连，用于播放扬声器信号并且产生声音。典型地，处理单元110经由放大器190与扬声器130相连。处理单元110与监测器140相连，用于接收所监测的电响应。
处理单元110包括信号改变单元180，用于改变输入声音信号120以控制语音线圈的温度。如果语音线圈的温度太高、或者可能变得太高，信号改变单元180可以改变信号以减小温度，例如信号改变单元180可以减小输入声音信号的功率电平。例如，信号改变单元180可以配置用于衰减输入信号，用于输入信号的滤波操作等等。信号改变单元180可以配置用于向输入声音信号120施加音频压缩，也称作动态范围压缩。
处理单元110包括信号发生器150，用于产生估计信号。信号发生器150可以是正弦波发生器，用于产生估计频率的正弦波。处理单元110包括组合单元160，用于将估计信号与输入声音信号120进行组合。例如，可以将估计信号叠加到输入声音信号。在该实施例中，组合单元160将从信号改变单元180接收的改变的输入声音信号与估计信号进行组合。组合器160经由放大器190将组合的信号转发至扬声器130作为扬声器信号。可能地，可以在放大之后将估计信号与输入声音信号进行组合。
总是或者只有在估计频率存在不足够的输入信号能量时，将估计正弦波与改变的输入声音信号进行组合。对于模拟硬件实现，将正弦波发生器和信号能量检测器(在估计频率处)实现为电子电路。
处理单元110包括控制器170，用于从监测器140接收所监测的电响应。控制器170根据响应确定语音线圈的当前温度。
可以从电压和/或电流信号得出用于控制信号改变单元180的控制信号，并且控制信号用于按照以下方式控制输入声音信号的改变，即使得语音线圈温度不会超过确定的温度阈值。
将控制信号从控制器170发送至信号改变单元180，指令信号改变单元改变用于温度减小与否的信号。例如，监测扬声器语音线圈两端的电压v或者流过扬声器语音线圈的电流i，并且将其发送至控制器170的部件，部件对语音线圈温度进行估计或者对于语音线圈温度的某种表示进行估计。从控制器170发送的控制信号可以是二进制信号，指令信号改变单元180开始降温程序。从控制器170发送的控制信号可以包括表示所需减小的量的值。
可以共享控制器170和信号改变单元180的功能，例如控制器170可以确定估计频率处的阻抗值，并且将阻抗值转发至信号改变单元180。信号改变单元180改变输入声音信号，使得依赖于该值减小语音线圈中的温度，即与阻抗成反比的减小。
数字实现可以使用附加的模数转换器(ADC)和数模转换器(DAC)，用于将电压和电流信号转换到数字域。处理单元110可以使用DSP或微控制器按照软件形式实现。将模数转换器啊(ADC)放置在监测器140和控制器170之间。将数模转换器(DAC)放置在组合器160和放大器190之间。
将输入声音信号施加至DSP或控制器，或者可以将输入声音信号存储在DSP或微控制器的存储器中。总是或者只有当在估计频率处存在不足的输入信号能量时，通过DSP或者微控制器将估计信号与输入声音信号进行组合。通过数模转换器(DAC)将所组合的信号转换到模拟域，随后对其进行放大并且在扬声器上播放。
可以在DSP或微控制器上产生估计信号，并且也可以在DSP或者微控制器上执行组合、诸如信号能量检测之类的监测和估计步骤。可以将所估计的语音线圈温度存储在DSP或者微控制器的存储器中。
将估计信号与所改变的输入声音信号进行组合，并且将其转换至模拟域并且发送至放大器和扬声器。监测语音线圈两端的电压和/或流过语音线圈的电流，并且将其转换值数字域(ADC)。将它们用于计算控制信号。优选地，例如通过使用移动平均数对控制信号进行可选地平滑。
对于模拟硬件实现，信号发生器150(例如，正弦波发生器)监测器140、控制器170、信号改变单元180和组合器可以实现为电子电路。
图2示出了用于获得语音线圈温度的系统200的示意图。音响系统200共享音响系统100的大多数部件，具体地，音响系统200包括信号发生器150、组合器160、放大器190、扬声器130和监测器140。音响系统200不必包括信号改变单元180和控制器170。音响系统200包括温度估计器270，用于依赖于所监测的电响应来确定语音线圈的温度。
图3示意性地示出了用于产生声音的方法300。箭头表示可能的数据依赖性。
步骤310产生估计信号。
步骤320将估计信号与输入声音信号进行组合以产生扬声器信号。
步骤330依赖于扬声器产生通过扬声器的声音。
步骤340获得语音线圈对于扬声器信号的电响应。
步骤350依赖于所监测的响应确定语音线圈的温度。
步骤360依赖于语音线圈对于扬声器信号的电响应，改变扬声器信号以控制语音线圈的温度。
如本领域普通技术人员应该明白的，可以存在执行方法的许多种不同方式。例如，可以改变步骤的顺序，或者可以并行执行某些步骤。此外在这些步骤之间也可以插入其他方法步骤。所插入的步骤可以表示如方法的改进，或者也可以与方法无关。例如，可以并行地执行、至少部分地执行大多数步骤。例如，监测340和产生300可以是并行的。在下一个步骤开始或者继续之前，给出的步骤可能并没有完全结束。
对于产生声音的方法，可以省略步骤350，代替地是可以无需明确地计算温度就直接修改输入声音信号。对于获得语音线圈温度的方法，可以省略步骤360。
可以使用软件执行根据本发明的方法，软件包括用于引起处理器系统执行方法300的指令。软件可以只包括系统的特定子实体所采取的步骤。软件可以存储在合适的存储介质中，例如硬盘、软盘、存储器等等。软件可以作为信号沿有线、或者无线或者使用例如因特网之类的数据网络等等发送。软件可用于下载和/或服务器上的远程使用。
应该理解的是本发明也可以扩展到计算机程序，特别是载体上或载体中的计算机程序，计算机程序适用于将本发明付诸实践。程序可以是源代码、目标代码、中间码源和诸如部分汇编形式的目标码形式，或者是适用于实现根据本发明方法的任意其他形式。还应该理解的是这种程序可以具有许多种不同的体系设计。例如，可以将实现根据本发明的方法和系统功能的程序代码细分为一个或多个子程序。用于将功能在这些子程序中分布的许多不同方式对于本领域普通技术人员是清楚明白的。可以将子程序一起存储在一个可执行文件中以形成自备程序。这种可执行文件可以包括计算机可执行指令，例如处理器指令和/或翻译程序指令(例如Java翻译程序指令)。可选地，可以将一个或多个或者所有的子程序存储在至少一个外部库文件中，并且例如在运行时静态地或者动态地与主程序链接。主程序包含对于至少一个子程序的至少一个调用。同样，子程序可以包括彼此的函数调用。涉及计算机程序的实施例包括与这里阐述方法的至少一个的每一个处理步骤相对应的计算机可执行指令。可以将这些指令细分为子程序和/或存储在可以动态或者静态链接的一个或多个文件中。涉及计算机程序产品的另一个实施例包括与这里的系统和/或产品的至少一个的每一种措施相对应的计算机可执行指令。可以将这些指令细分为子程序和/或存储在可以动态或者静态链接的一个或多个文件中。
计算机程序的载体可以是能够承载程序的任意实体或者装置。例如，素数载体可以包括诸如ROM之类的存储介质(例如CD ROM或半导体ROM)或者磁记录介质(例如软盘或硬盘)。另外，载体可以是诸如电信号或光信号之类的可传输载体，可以经由电缆或光缆或无线电或者其他措施来传播电信号或光信号。当在这种信号中实现程序时，载体可以由这种缆线、其他装置或者措施来构成。可选地，载体可以是其中嵌入了程序的集成电路，集成电路适用于执行相关方法中和用于相关方法的性能。
下面给出了根据语音线圈的监测电响应如何估计语音线圈温度的详细描述。估计是通过控制器170和/或信号改变单元180和温度估计器270进行的，但是也不是绝对的。将进一步详细描述本发明的各种其他方面。
扬声器的阻抗
扬声器的阻抗是频率ω的复数值函数，并且可以将其计算为语音线圈两端的电压v(ω)和流过语音线圈的电流i(ω)之间的比，电压和电流都是频率的函数：
Figure BSA00000432218700151
人们可以使用从中得出的阻抗或值的多种表示。因为如上的阻抗取复数值，通常便于将这些值转换为实数值，尽管这并不是非常必要的。例如，代替使用复数值，人们可以取其实部、实部在某区域的平均或者其量值等等。在下文中将假设使用阻抗的量值，但是其他选择也是可能的。
如果需要，语音线圈两端的电压可以近似为所改变的输入声音信号的处理值(例如，线性比例的输入声音信号)。因此，尽管这种精确度对于某些应用可能是足够的，但是替代v(ω)可以略微减小温度估计的精确性。由不监测电压引起的可能的不精确性主要是由于DAC和放大器。例如，期待放大器具有特定因袭现行比例放大输入信号，但是由于公差，这个因子不能够准确知道。
估计语音线圈温度可以是基于所监测的语音线圈的电响应以及由此得出的特定的量，例如DC电阻和具体频率的阻抗。
图4a示出了典型的扬声器阻抗函数的曲线，在接近450Hz时示出了谐振峰。
扬声器的DC电阻Re是重要的属性。DC电阻Re依赖于语音线圈的温度。可以将DC电阻估计为是对于超过谐振频率(图4a中约2200Hz)的最小阻抗附近的频率的阻抗实部的平均值。在图4A所示的示例中，DC电阻是约7.5Ω。
扬声器的阻抗也可以用于估计语音线圈温度，其中，在特定频率处的扬声器的阻抗作为正在增加的语音线圈的温度的函数，具体地，小于谐振频率的频率。例如，可以使用小于400Hz或者大于800Hz频率的阻抗。例如，可以将50、100、200Hz频率的阻抗用于估计语音线圈的温度。
语音线圈的温度
因为将输入功率耗散为热，语音线圈温度的增加也增加了其在大多数频率的阻抗和语音线圈的DC电阻Re。
估计语音线圈温度可以是基于单独的估计频率ωz的扬声器阻抗。
可以将估计频率选择为是小于扬声器的期待谐振频率，即在该频率处产生很小的声学输出。图4b示出了典型的扬声器的声压电平(SPL)输出。几乎不会再现小于100Hz的频率，因此可以作为估计频率的良好候选。该频率阻抗的大小与扬声器DC点阻近似。
图5a示出了对于不同温度的典型扬声器阻抗函数。
温度按照粗实线、粗虚线、细虚线的顺序增加。附图示出了阻抗随温度增加。可以观察到除了在接近谐振频率的频率处，阻抗函数的大小按照与DC电阻近似相同的方式增加。然而，重要的区别在于：在大于谐振频率的频率处确定DC电阻，而在任意频率处可以确定阻抗，包括小于谐振频率的频率处。
为了确保在估计频率存在足够的输入信号能量，将由信号发生器150产生的估计频率处的估计信号通过组合器叠加至输入信号。估计信号可以是估计正弦波。优选地是将幅度选择地足够低，以便不产生听得见的声学输出。只当估计频率处的扬声器输入的信号能量或者处理的扬声器输入信号的信号能量降到小于特定的信号能量阈值时，也可以使用检测机制来叠加估计正弦波。也可以对输入信号进行滤波，使其在估计频率处包含很小的信号能量，并且总是叠加估计正弦波。另一种可能性是使用产生听得见的正弦波的频率处的估计正弦波，但是选择频率，使得可以通过输入信号中存在的其他频率遮蔽选择的频率。可以使用心理声学模型来确定由输入信号遮蔽的频率。
优选地，测量电压和电流，并且将其转换值数字域，例如使用模数转换器。
可以通过取
Figure BSA00000432218700171
的量值来计算估计频率处阻抗的量值。通过将所测量的电压和电流转换值频率来获得量v(ω)和i(ω)。在使用离散傅里叶变换(DFT)的数字实现的情况下，可以在估计频率处有效地计算v(ω)和i(ω)。
括估计正弦波，在这种情况下可以将其量值看作是恒定值。在这种情况下，估计频率处的阻抗的量值只是估计频率处的电流量值的函数。代替使用估计电流处的电流量值，人们可以代替地使用其平方|i(ω)|2，在某些实现中这可能更加便利。
可以通过求解关于T的以下方程来估计语音线圈温度T：
| Z ( ω z ) | | Z o ( ω z ) | = 1 + α ( T - T o ) + β ( T - T o ) 2 ,
其中，α和β是依赖于语音线圈材料的属性的温度系数，Zo(ωz)是参考温度To的估计频率处的阻抗。注意，该公式是泰勒级数近似。对于简单的实现，以较低精确度为代价，可以省略二次幂项。对于更加精确的实现，可以考虑三次幂或更高次幂。可以通过对于各种温度的语音线圈估计公式、以及获得阻抗来获得温度系数。如果扬声器的足够精确的模型是可用的，可以虚拟的进行实验。可选地，实施例可以使用列出了对于估计频率的各种阻抗值的语音线圈温度的表。人们可以使用插值，例如线性插值来获得对于不在列表中的阻抗值的温度估计。
类似地，如果人们根据所监测的电流和/或电压得出DC电阻，可以通过求解以下等式获得温度：
其中
Figure BSA00000432218700174
表示DC电阻，是参考温度的参考DC电阻。典型地，依赖于语音线圈材料属性的温度系数将是不同的。
图5b示出了所提出的本发明的示例结果。在400秒的持续时间，将白噪声信号发送至扬声器(图5b的垂直虚线左侧)，接着是400秒的静默期(图5B的垂直虚线右侧)。在总共800秒的时间段期间，使用根据本发明的方法估计语音线圈温度，即只有两秒的非重叠时间段，并且绘制在图5b中。
附图示出了在第一段400秒期间，语音线圈温度增加，随后语音线圈冷却。通过所建立的措施并且使用根据本发明的方法获得了语音线圈温度的比较示出了获得了具有足够精确度的语音线圈温度。
为了保护扬声器免于受到热损伤，可以在反馈控制系统中使用所估计的温度(或者依赖于温度的一些值、或者根据温度得出的一些值)。
依赖于从控制器170获得的控制信号通过信号改变单元180处理输入声音信号，并且可选地通过用户定义的参数。
对于可以通过信号改变单元180实现的扬声器的热保护方案可以使用以下(反馈)控制信号的一个或多个，例如在控制器170或信号改变单元180中计算的控制信号：
-估计的语音线圈温度或者平滑的语音线圈温度；
-估计频率处阻抗的大小或者平滑的阻抗大小；
-估计频率处电流的信号能量
Figure BSA00000432218700181
或者平滑的信号能量。
尤其是如果在估计频率处是电压分量，可以假设v(ωz)恒定。
反馈控制系统确保语音线圈温度不会超过具体的阈值。人们可以通过确保控制信号应该或不应该超过特定的阈值来实现这种措施。可以通过按照由控制信号控制的方式控制改变输入声音信号的信号改变单元180来获得这种效果。
处理可以是但是不局限于：
-输入声音信号的衰减；
-输入声音信号的滤波操作；
-施加至输入声音信号的音频压缩算法。
可以在在DSP或微控制器上实现用于估计语音线圈温度的这种处理模块，或者可以在模拟硬件中实现这种处理模块。
当将本发明应用于接近热限制的扬声器时，本发明尤为有利。具体地，其与用于最大化扬声器的声压电平(SPL)输出的方法相结合对于移动装置具有吸引力。确实，将扬声器驱动到最大SPL的极限会引起扬声器的严重过热，因此，使得本发明的热保护方案更加有利。
应该注意的是上述实施例是为了说明而不是限制本发明，本领域普通技术人员在不脱离所附权利要求所限定范围的情况下可以设计许多替代的实施例。在权利要求中，放置在括号中的参考符号不应该解释为限制权利要求。动词“包括”及其同义词的使用不排除存在除了在权利要求中所描述的元件或步骤。本发明可以通过包括几个分立元件的硬件来实现，也可以通过合适地编程的计算机来实现。在枚举了几种装置的设备权利要求中，可以通过一个相同条目的硬件来具体实现这些装置的几个。唯一的事实在于，在相互不同的从属权利要求中引用的具体措施不应该表示不能有利地使用这些措施的组合。

Claims (13)

1.一种用于产生声音的音响系统，音响系统包括：
处理单元，用于处理输入声音信号以产生扬声器信号；
扬声器，用于依赖于扬声器信号产生声音，扬声器包括用于驱动扬声器的语音线圈，语音线圈的温度依赖于扬声器信号；以及
监测器，用于监测语音线圈对于扬声器信号的电响应，处理单元配置用于改变扬声器信号，以依赖于所监测的响应来控制语音线圈的温度，改变扬声器信号以控制语音线圈的温度包括对扬声器信号中的至少一个信号分量进行衰减；其中，处理单元包括：
用于产生估计信号的信号发生器，处理输入声音信号以产生扬声器信号的处理单元配置用于将估计信号与输入声音信号进行组合，估计信号包括具有特定估计频率的信号，以及
频率滤波器，用于在将滤波的输入声音信号与估计信号进行组合之前从输入声音信号中去除估计频率的信号分量。
2.根据权利要求1的音响系统，其中，监测器配置用于监测语音线圈中的电流。
3.根据权利要求2的音响系统，其中监测器也配置用于监测语音线圈两端的电压。
4.根据权利要求1、2或3的音响系统，其中，处理单元包括光谱分析仪，用于获得估计频率处的监测的响应的频率分量，改变扬声器信号，以依赖于估计频率处的监测的响应的频率分量来控制语音线圈的温度。
5.根据权利要求4的音响系统，其中光谱分析仪配置用于对估计频率进行离散傅里叶变换。
6.根据任一前述权利要求的音响系统，其中，根据监测的响应确定扬声器的阻抗和/或语音线圈的温度，改变扬声器信号，分别依赖于所确定的扬声器的阻抗和/或语音线圈的温度来控制语音线圈的温度。
7.根据权利要求1的音响系统，其中扬声器配置有低频率范围，在低频率以下，扬声器配置用于响应于扬声器信号中的具有小于低频率范围的频率的信号分量不产生声音或者产生听不见的声音，其中，估计频率小于低频率范围。
8.根据权利要求1的音响系统，其中处理单元包括心理声学模型，用于确定遮蔽频率，输入声音对遮蔽频率进行遮蔽，其中，估计频率配置为是遮蔽频率。
9.根据任一前述权利要求的音响系统，其中处理单元配置用于改变扬声器信号，以依赖于表示语音线圈的温度大于预定温度阈值的监测的响应来降低语音线圈的温度。
10.根据权利要求1的音响系统，其中改变扬声器信号以控制语音线圈的温度包括利用低通滤波器对输入声音信号进行滤波。
11.一种用于获得语音线圈温度的方法，方法包括：
对输入声音信号进行处理以产生扬声器信号，扬声器信号配置用于通过扬声器产生声音，扬声器包括用于驱动扬声器的语音线圈，语音线圈的温度依赖于扬声器信号；
监测语音线圈对于扬声器信号的电响应；
方法还包括：
在将滤波的输入声音信号与估计信号进行组合之前，从输入声音信号中去除估计频率的信号分量；
产生估计信号，估计信号包括具有特定估计频率的信号，对输入声音信号进行处理以产生扬声器信号包括将估计信号与输入声音信号进行组合；以及
依赖于所监测的响应来确定语音线圈的温度。
12.一种用于产生声音的方法，包括根据权利要求11的用于获得语音线圈温度的方法，用于产生声音的方法还包括：
改变扬声器信号，以依赖于确定的语音线圈的温度控制语音线圈的温度。
13.一种计算机程序，包括计算机程序代码装置，当在计算机上运行计算机程序时，计算机程序代码装置适用于执行根据权利要求11或12的所有步骤。
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