CN103369447B - 声音产生的控制方法、声音产生装置以及可携式装置 - Google Patents

声音产生的控制方法、声音产生装置以及可携式装置 Download PDF

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Abstract

本发明提出声音产生的控制方法、声音产生装置以及可携式装置。声音产生的控制方法可用于可携式装置。此控制方法包括以下步骤。(a)产生一第一检测参数，第一检测参数代表可携式装置的一扬声器的一检测偏移。(b)产生以一第一声音信号为基础的一第二声音信号，其中第二声音信号是依据至少第一检测参数进行补偿而选择性地产生。(c)依据至少第一检测参数决定一增益值并且依据增益值产生以第二声音信号为基础的一第三声音信号。

Description

声音产生的控制方法、声音产生装置以及可携式装置
技术领域
本发明有关声音产生的控制方法、声音产生装置以及可携式装置。
背景技术
用以产生可听声的扬声器通常受到它的最大偏移、温度上升、换能器的非线性以及与它对应的放大器所引起的非线性的因素所限制。故此，制造厂商决定了驱动扬声器的运作方式，一般来说，使扬声器在较长时期中在额定功率下驱动，并使扬声器在较短时期中在最高功率下驱动。此用以驱动的功率限制条件使扬声器的最大偏移和温度上升限制在安全范围内。为了重现具有大动态范围的信号而不失真，扬声器的响度变小，此种情况尤其是发生在功率限制条件下运作的手持装置上。故此，数十年来动态范围压缩(dynamic rangecompression)技术为扬声器系统所利用，从而于功率限制条件下在失真与响度之间做出权衡。
发明内容
本发明有关声音产生的控制方法、声音产生装置以及可携式装置。
本发明的一实施例提出一种声音产生装置，用于可携式装置。声音产生装置包括扬声器、反馈单元、补偿单元和增益单元。扬声器用以产生可听声。反馈单元，耦接至扬声器，用以产生一第一检测参数，第一检测参数代表扬声器的一检测偏移。补偿单元用以产生以一第一声音信号为基础的一第二声音信号，其中第二声音信号是依据第一检测参数进行补偿而选择性地产生。增益单元，耦接至补偿单元和反馈单元，用以依据第一检测参数决定一增益值并且依据增益值产生以第二声音信号为基础的一第三声音信号。
另一实施例提出一种声音产生的控制方法，用于可携式装置。此控制方法包括以下步骤。(a)产生一第一检测参数，第一检测参数代表可携式装置的一扬声器的一检测偏移。(b)产生以一第一声音信号为基础的一第二声音信号，其中第二声音信号是依据至少第一检测参数进行补偿而选择性地产生。(c)依据至少第一检测参数决定一增益值并且依据增益值产生以第二声音信号为基础的一第三声音信号。
另一实施例提出一种可携式装置。可携式装置包括处理单元、扬声器、耦接至扬声器的放大器、控制装置。处理单元输出声音输入信号。控制装置，耦接于处理单元和放大器之间，用以依据第三声音信号利用放大器以驱动扬声器。控制装置包括反馈单元、补偿单元、增益单元。反馈单元，耦接至扬声器，用以产生一第一检测参数，第一检测参数代表扬声器的一检测偏移。补偿单元用以产生以声音输入信号为基础的一第二声音信号，其中第二声音信号是依据第一检测参数进行补偿而选择性地产生。增益单元，耦接至补偿单元和反馈单元，用以依据第一检测参数决定一增益值并且依据增益值产生以第二声音信号为基础的第三声音信号。
为了对本发明的上述及其它方面有更佳的了解，下文举实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
附图说明
图1绘示依照一实施例的扬声器系统的控制方法的流程图。
图2绘示依照一实施例的扬声器的控制装置。
图3绘示依照另一实施例的扬声器的控制装置。
第4及5图示意扬声器特性曲线。
图6绘示动态提升偏压电平以响应声音信号的信号电平的例子。
图7绘示依照另一实施例的扬声器的控制装置，其使用以信号调节为基础的共振频率追踪。
图8A绘示从一扬声器检测到的阻抗和频道的对应关系图。
图8B绘示依据图8A所示的关系的一信号调节装置的一转换函数的示意图。
图8C绘示控制装置的一实施例所输出以作重现的声音信号对应的偏移对频率的特性曲线与在额定功率下运作的扬声器的偏移对频率的特性曲线相比较的示意图。
图9绘示依据一实施例的补偿单元，其包括针对不同非线性物理模型的两个非线性补偿装置。
图10为非线性补偿装置的实施例的方块图。
图11为可携式装置的实施例的方块图，其具有用于扬声器系统的控制单元。
[标号说明]
1、2、3：控制装置 4、11、21：补偿单元
5：非线性补偿装置 6：可携式装置
13、23：增益单元 15、25：反馈单元
27、37：偏压调整单元 31：信号整节单元
51：补偿判断装置 52：延迟单元
53：补偿计算模块 61：处理单元
63：控制单元 65：通讯单元
67：存储单元 69：扬声器系统
211：偏移预测装置 213：(第一)非线性补偿装置
215：缓冲存储器 231：增益控制装置
233：数字模拟转换器(DAC) 251、351：偏移检测装置
253：温度检测装置 255：模拟数字转换器(ADC)
271、371：电平检测装置 273：升压控制装置
413：第二非线性补偿装置 AMP：放大器
SK：扬声器 Gc：增益值
Sa0：声音输入信号 Sa1：第一声音信号
Sa2：第二声音信号 Sa3：第三声音信号
Sa21：处理后的声音信号 PF1：第一检测参数
PF2：第二检测参数 PF3：第三检测参数
Sfb：反馈信号 Sfb1：电流反馈信号
Sfb2：电压反馈信号
具体实施方式
以下提供控制方式、控制装置，声音产生装置以及装设有控制装置的可携式装置的实施例。
如图1所示，其为依照一实施例的扬声器系统的控制方法的流程图。图2绘示依照一实施例的扬声器SK的控制装置的架构，其可用以执行如图1所示的方法。如图2所示的控制装置1的架构包括补偿单元11、增益单元13、反馈单元15。在图2中，一输入声音信号(或称为一第一声音信号)Sa1是由放大器AMP所放大从而通过扬声器SK所重现。
此控制方法针对一或多个因子来增强声音质量、补偿通过扬声器系统重现为可听声所产生的失真、以及保护此扬声器系统。例如，重现的可听声受到诸如扬声器系统的最大偏移、转能器和放大器的非线性、温度上升等因素的限制。又高温及振膜振动超过最大偏移可能会损害扬声器。此外，声音质量由于以下情况可能会变劣：当振膜振动接近它的最大偏移时扬声器单元的非线性运作而导致失真；当采用切换功率放大器诸如D类放大器时放大器本身具有非线性。由此，针对声音质量和硬件保护的不同应用和需求，可针对一或多个因子来实现不同的控制方法。
如图1所示，此方法通过使用一扬声器系统的一第一模型来对第一声音信号加以补偿，其中第一模型代表扬声器系统的一个物理模型。在步骤S10中，使用扬声器例如扬声器SK的一第一模型来决定与一第一声音信号(例如Sa1)对应的一第一预测参数，例如扬声器SK对应的偏移。如步骤S20所示，判断是否需要对第一声音信号进行预先补偿。在步骤S20中，此判断是依据第一预测参数(例如预测偏移)而进行。在另一例子中，此判断是依据第一预测参数和一第一检测参数(例如扬声器SK的检测偏移)而进行。若需要对第一声音信号(记作Sa1)进行补偿，则执行步骤S30以依据第一模型、第一检测参数(记作PF1)和第一声音信号Sa1进行补偿从而产生一第二声音信号(记作Sa2)。若不需要进行补偿，则如步骤S25所示，把第一声音信号Sa1视作第二声音信号Sa2并加以输出(或可经过缩放而输出)。
如图1所示，此方法还依据从扬声器系统取得的一个或多个检测参数以保护扬声器系统。在步骤S40中，依据第二声音信号Sa2和增益值进行增益控制以产生一第三声音信号(记作Sa3)，其中增益值依据至少第一检测参数(例如扬声器SK的检测偏移)或多个检测参数(例如扬声器SK的检测偏移和检测温度)而决定。在一些例子中，可利用来自扬声器的反馈信号(记作Sfb)(例如，输入电压、反馈电流等)以产生一个或多个检测参数。
在步骤S20中，可利用例如扬声器的一个或多个物理参数，例如扬声器力因子(force factor)Bl或扬声器刚性(stiffness)K或其它物理参数，来进行判断。例如，依据第一模型，若第一预测参数进入扬声器的一物理参数(例如，扬声器力因子Bl或扬声器刚性K)的一非线性区域中时，则预期扬声器所重现的第一声音信号将会失真故而需要进行对应的补偿。反之，若第一预测参数处于扬声器的物理参数的一线性区域时，则预期扬声器所重现的第一声音信号不会失真故此不需进行补偿。
在步骤S30中的补偿可以利用非线性补偿来进行。例如，依据第一模型和第一预测参数，若第一声音信号Sa1进入扬声器的一第一物理参数的一非线性区域时，则预期由扬声器所重现出来的是第一声音信号Sa1的一个失真版本，记作Sa1d。在一例子中，此失真版本可以第一声音信号Sa1和失真分量(记作disn)来表示：Sa1d(t)=m1*Sa1(t)+disn(t)，或可以用数字形式表示，其中m1代表一缩放系数。依此方式，步骤S30依据第一模型进行补偿以产生一第二声音信号Sa2，使得第二声音信号Sa2包括此预期的失真分量对应的一逆分量(记取disn-1(t))。第二声音信号Sa2可表示为：Sa2(t)=m2*Sa1(t)+disn-1(t)，其中m2代表一系数。如此，此逆分量可以补偿失真使扬声器以较小的失真或无失真的方式重现此声音信号。然而，步骤S30的实现方式并不以上述例子为限，其它的例子将讨论在后。
在另一例子中，可利用有关扬声器的实际参数例如利用第一检测参数(例如，扬声器的检测偏移)于步骤S20或(及)步骤S30中。故此，当延迟第一声音信号以进行预见处理(looking ahead)时，亦可使用时间适应性非线性补偿(time-adaptive non-linearcompensation)。
请参考图2，控制装置1可用以执行如图1所示的方法。补偿单元11可用以执行步骤S10、S20、S25、S30。增益单元13可用以执行S40。补偿单元11输出一第二声音信号Sa2以响应第一声音信号Sa1和一第一检测参数PF1。增益单元13输出一第三声音信号Sa3以响应第二声音信号Sa2和至少一检测参数(诸如第一检测参数PF1或(及)第二检测参数PF2等等)。反馈单元15依据来自扬声器SK的反馈信号Sfb(诸如输入电压、反馈电流等等)以产生至少一检测参数。此外，为了让补偿单元11能依据目前的增益值来调整补偿方式，增益单元13将一参数输出至补偿单元11，此参数例如为一数值Gc，其可代表增益单元13目前所使用的增益值。
于一实施例中，控制装置1包括补偿单元11、增益单元13以及反馈单元15。反馈单元15用以产生至少一检测参数，例如PF1和PF2，以响应来自扬声器SK的至少一反馈信号(例如由Sfb所代表)。补偿单元11用以产生一第二声音信号Sa2以响应一第一声音信号Sa1，其中第二声音信号Sa2是依据扬声器SK的一第一模型、此至少一检测参数中的一第一检测参数PF1、第一声音信号Sa1和一增益值例如数值Gc。增益单元13耦接至补偿单元11以接收第二声音信号Sa2，并耦接至反馈单元15以接收此至少一检测参数中的一或多者；增益单元13用以输出增益值和用以依据增益产生一第三声音信号Sa3。
如以上实施例所述的控制装置的单元可以通过如以下和其它实施例所举例的对应的单元或模块或元件所实现或替代。
图3绘示依照另一实施例的扬声器的控制装置。图3绘示依据一实施例的扬声器SK的控制装置的架构，其可用以执行如第1图所示的方法。如图3所示的控制装置2的架构包括补偿单元21、增益单元23及反馈单元25。在图3中，输入声音信号(或称为一第一声音信号)Sa1是由放大器AMP所放大并且由扬声器SK所重现。
在图3中，补偿单元21包括用以计算偏移的偏移预测装置211、非线性补偿装置213以及缓冲存储器215。例如，补偿单元21执行以补偿为基础的预见处理。例如使用缓冲存储器215来对譬如以数字信号形式表示的第一声音信号Sa1进行预见处理。在实际应用中，第一声音信号Sa1可能需要经过调节(conditioned)或可预设为已调节的信号；或控制装置2可选择性的包括一信号调节电路级以产生已调节的信号来供后级电路处理。而为了解说方便，在本实施例中，第一声音信号Sa1可视为已调节的信号。偏移预测装置211通过扬声器SK的第一模型来预测或评估与第一声音信号Sa1对应的偏移。非线性补偿装置213判断是否需要依据来自缓冲存储器215的延迟的第一声音信号和由偏移预测装置211所输出的预测偏移以进行补偿。此外，例如步骤S30所示，非线性补偿装置213依据第一模型、第一检测参数(记作PF1)、来自增益单元23的数值Gc和延迟的第一声音信号Sa1以进行补偿从而产生一第二声音信号Sa2。若不需要对第一声音信号Sa1进行补偿，则比如步骤S25所示，非线性补偿装置213把第一声音信号Sa1视作第二声音信号Sa2并加以输出(或可经过缩放而输出)。
为了判断是否需要补偿，非线性补偿装置213可利用扬声器SK的一个或多个物理参数来判断第一预测参数是否进入物理参数的一非线性区域中，例如第4及5图所示。请参考图4，曲线CV1示意扬声器刚性K与偏移X的关系，其中一预测偏移x1是对应到曲线CV1上一个大于门坎值TH1的数值，故此进入了非线性区域。请参考图5，曲线CV2示意扬声器力因子Bl与偏移X的关系，其中一预测偏移x1是对应到曲线CV2上一个大于门坎值TH2的数值，故此进入了非线性区域。而上述的判断方式亦只是举例说明而已，其更可用其它方式实现。有关补偿，非线性补偿装置213可利用如前述针对步骤S30的例子。此外，譬如可利用描述由控制装置2所控制的扬声器SK的物理特性的方程式来作为第一模型。
在图3中，增益单元23包括增益控制装置231和数字模拟转换器(DAC)233。增益控制装置231输出一输出声音信号以响应第二声音信号Sa2和至少一检测参数(诸如第一检测参数PF1或(及)第二检测参数PF2等等)。例如，此输出声音信号可通过数字模拟转换器233转换以输出一第三声音信号Sa3给放大器AMP。此外，增益控制装置231输出一参数，例如代表增益单元13正在使用的增益值的数值Gc，至非线性补偿装置213从而使非线性补偿装置213依据目前的增益值来调整非线性补偿。
反馈单元15用以依据反馈信号Sfb产生至少一检测参数，反馈信号Sfb代表来自扬声器SK的诸如一电流反馈信号Sfb1和一电压反馈信号Sfb2。反馈单元25包括偏移检测装置251、温度检测装置253和模拟数字转换器(ADC)255。电流反馈信号Sfb1和电压反馈信号Sfb2是分别通过偏移检测装置251和温度检测装置253而得以估算，从而分别产生第一检测参数PF1(例如扬声器的检测偏移)及第二检测参数PF2(例如扬声器的温度)。增益控制装置231依据一个或多个检测参数诸如PF1和PF2以及第二声音信号Sa2以调整其增益值。而由偏移检测装置251所产生的第一检测参数PF1(如检测偏移)可适应性地反馈至非线性补偿装置213。
例如，偏移检测装置251输出第一检测参数PF1，其代表依据一阻抗模型而得的扬声器的检测偏移。此阻抗模型例如可表示为：(方程式1)，其中是偏移对时间的导数；i是电流，其可由电流反馈信号Sfb1所代表；v代表电压，其可由电压反馈信号Sfb2所代表；Bl(x)是有关偏移x的扬声器力因子；Ze是扬声器SK的阻抗。又例如，方程式1可以离散微分方程式表示并据以解出偏移x[n]。在用以保护扬声器的一实施例中，当第一检测参数PF1表示扬声器的偏移在增加时，增益控制装置231可减少增益值以控制扬声器的偏移在最大偏移以下并且避免扬声器受到损害。
例如，温度检测装置253，耦接至模拟数字转换器255，依据扬声器的温度与电阻之间的关系以输出代表扬声器的温度的第二检测参数PF2。扬声器的温度与电阻之间的关系，例如可表示为：R=R0[1+α(T-T∞)](方程式2)，其中参数T∞是环境温度，R0，参数α是常数。故此，扬声器温度的变化是与电阻变化成正比，并且可依据检测到的电阻而得以决定。在用以保护扬声器的一实施例中，当第二检测参数PF2表示扬声器的温度在增加时，增益控制装置231可减少增益值以控制扬声器的温度并且避免扬声器受到损害。
如图3所示，控制装置2还可包括偏压调整单元27。偏压调整单元27包括电平检测装置271和升压控制装置273。电平检测装置271检测第一声音信号Sa1的电平以决定是否需要提升放大器AMP的偏压。升压控制装置273依据来自电平检测装置271的检测结果以调整供应给放大器AMP的偏压电平。
请参考图6，其绘示动态提升偏压电平以响应第一声音信号的信号电平的例子。在图6中，波形Sa代表一放大的声音信号；当此声音信号是一较小的信号时，供应给放大器AMP的偏压电平M1亦较小；当放大的声音信号变大之前，供应给放大器AMP的偏压电平M2亦变大。
依据图3的控制装置的一实施例，应用针对扬声器偏移的非线性补偿的上述例子以改善声音质量，以及应用针对至少此检测偏移进行增益控制的上述例子以保护扬声器。
依据图3的控制装置的另一实施例，应用针对扬声器偏移的非线性补偿的上述例子以改善声音质量，以及应用针对至少此检测偏移及此检测温度进行增益控制的上述例子以保护扬声器。
依据图3的控制装置的又一实施例，应用针对扬声器偏移的非线性补偿的上述例子以改善声音质量，以及应用针对至少此检测偏移及此检测温度进行增益控制的上述例子以保护扬声器，并且更利用偏压调整单元27。
针对声音质量和硬件保护的不同应用和需求，可使用一个或多个参数于非线性补偿和增益控制之中，以实现不用的控制方法和控制装置。
在实际应用中，可携式装置例如移动装置诸如智能型手机、大屏幕智能型手机、平板计算机等等，都重视声音质量以及扬声器的保护。但由扬声器所重现的可听声通常受到它的最大偏移、温度上升、换能器的非线性的因素所限制。若按照扬声器厂商所提供的额定功率规格来驱动扬声器，则整体的效能将会为了保护扬声器而受到局限。扬声器的响度(或音量)因此较小。而依据图2及3的控制装置的实施例可应用到上述的实际应用中，以助其获得比起受到额定功率限制下的实作的响度更大的优化响度(或音量)，又能对不同水平或需求的扬声器作出保护。例如可针对于不同的应用、产品需求、不同种类的扬声器，选择和改变非线性补偿和增益控制的参数。故此，实施方式并不受限于上述实施例。此外，使用前馈(feed forward)、反馈的控制方法及装置，其包括非线性补偿、扬声器的反馈控制，亦可作为实施例。而将前馈、反馈结合以对由扬声器系统重现的输入声音信号的失真进行补偿、以及用于增益控制和信号调节(signal conditioning)的扬声器的反馈控制，亦可作为实施例。
请参考图7，其绘示依照另一实施例的扬声器系统的控制装置，其采用以信号调节为基础的共振频率追踪。图7的控制装置3，与图3的控制装置相比，还包括采用以信号调节为基础的共振频率追踪的信号整节单元31。信号整节单元31采用共振频率追踪以及逆补偿的信号调节。也就是说，可在信号整节单元31中实现一信号处理操作从而对一声音输入信号Sa0(例如以数字信号方式表示)进行信号调节，其中信号处理操作例如是一信号滤波器以依据一逆补偿特性诸如无限脉冲响应(Infinite impulse response，IIR)数字滤波器对声音输入信号进行滤波。此滤波器具有针对扬声器偏移的共振尖峰的逆补偿及动态补偿的特性，并通过电流反馈信号Sfb1和电压反馈信号Sfb2以及对应的阻抗分析而进行。
在如图7的实施例中，为了进行共振频率追踪，信号整节单元31接收参数PF3，参数PF3代表扬声器的共振频率的目前变化的信息。参数PF3例如由接收来自扬声器的反馈信号的偏移检测装置351所产生。例如，信号整节单元31得知共振频率的初始值，并且依据如图8B所示的逆补偿特性曲线，或称为转换函数HF，以执行信号调节。如图8B所示的转换函数HF是通过将阻抗分析的结果(如图8A所示的结果)进行逆运算而得。转换函数HF称为逆补偿的特性曲线，其具有与扬声器的共振频率对应的最小值。在图8A中，显示了从扬声器所检测到的阻抗和频率之间的关系，其中具有共振频率f0。如此，当声音输入信号Sa0具有与扬声器的共振频率接近的频率分量时，声音输入信号Sa0可被调整和特别地降低。对于数字信号数值来说，已调节的信号Sa1比声音输入信号Sa0在位数上实质地具有较大的动态余量(headroom)。通过控制装置的增益控制以及后续阶段的其它处理的帮助，得以利用超越其特性曲线的增益电平来提升由扬声器所重现的声音信号。请参考图8C，其中控制装置的一实施例所输出以作重现的声音信号对应的偏移对频率的特性曲线(记作XC)，与在额定功率下扬声器的偏移对频率的特性曲线(记作XR)相比较的示意图。在图8C中，实线XC对应的偏移在此频率范围下相对地比虚线XR对应的偏移来得大。故此，扬声器受到保护，而扬声器的响度亦得以增强。
再者，若因为环境因素影响或扬声器老化而导致扬声器的共振频率改变，信号调节单元31可通过反馈控制来调整其具有受到追踪的共振频率的转换函数，亦即例如利用来自反馈单元35的参数PF3。
此外，所有功能方块(包括使用软件模块、硬件元件、装置、或单元的实作)具有各自的初始控制参数，例如在增益单元中诸如最大增益、起始时间(attack time)、释放时间(release time)等参数。在一些实施例中，当检测到声学条件起了激烈的变化时(例如通过反馈单元检测)，应该把初始参数切换到另一组参数以确保能稳健地进行控制。例如，增益控制装置231检测到第一检测参数PF1和第二检测参数PF2分别代表偏移和温度。当温度初始时接近一温度门坎值时，增益控制装置231将目标增益值切换为一较小的数值。当偏移远离一偏移门坎值时，增益控制装置231将目标增益值切换为一适合的数值。若声学条件改变导致共振频率亦改变，则应将温度门坎值和偏移门坎值切换到另一组门坎值以确保能稳健地进行增益控制。此外，其它参数例如扬声器的弹性亦可纳入作为判断条件从而用以切换参数组。
图7的控制装置3与图3的控制装置2的差异在于前者具有的偏压调整单元37响应来自增益单元23的信号。例如，电平检测装置371检测已调节的输入声音信号Sa1和由增益控制装置231所输出的处理后的声音信号Sa21的信号电平。若信号Sa1和Sa21的信号电平中的一者超过一门坎值时，电平检测装置371触发升压控制装置273。此外，起始和释放以至其它处理方式可实现于偏压调整单元37之中从而确保能做出适当的偏压调整。例如，可依据从增益控制装置231输出的处理后的声音信号Sa21的最新数值以调整偏压提升的电平。
请参考图9的一实施例，补偿单元4包括针对不同非线性物理模型的两个非线性补偿装置。补偿单元4可应用于图7或其它实施例。补偿单元4与图3的补偿单元21相比之下，还包括耦接至一第一非线性补偿装置213的一第二非线性补偿装置413。
在某些情况下，应该考虑使用两个或更多个不同的非线性物理模型于非线性补偿之中。例如，对于使用切换式功率放大器系统(诸如D类放大器)的扬声器系统可实现涵盖扬声器非线性和放大器非线性的适应性非线性补偿。由于D类放大器的高频调变特性会导致频迭(aliasing)而造成频带外噪声(即失真)，此类特殊的放大器需要搭配非线性补偿。在此情况下，譬如第一非线性补偿装置213用作扬声器的非线性补偿，而第二非线性补偿装置413用作放大器的非线性补偿。例如，放大器非线性特性是一既定转换函数；即一旦决定了要使用的放大器，对应的非线性转换函数亦随之而能决定。若采用了切换式功率放大器，例如可于ADC255之后采用滤波器以将调变反馈信号的高频分量过滤。
请参考图10，其为非线性补偿装置的一实施例的方块图。图10的非线性补偿装置5例如用以针对扬声器来进行补偿。已补偿的声音信号，记作Scomp，可以表示如：(方程式3)，又(方程式4)。其中plin(t)代表输入声音信号S(t)与增益函数G(t)与扬声器的线性转换函数hspk,lin(t)的卷积；代表扬声器的非线性转换函数的逆函数；增益函数G(t)表示在后续电路级中增益单元的特性；G(t)-1代表逆增益函数。如图10所示，可依据方程式1和2以实现扬声器的非线性补偿。
在图10中，补偿判断装置(或模块)51(或以软件控制模块实现)以判断是否要致能或禁能依据计算得来的偏移x(t)和检测偏移(PF1)来进行的补偿。若不需要补偿，声音信号S(t)(例如以数字形式表示)可走旁路如通过延迟单元52并输出到后续的电路级。若需要补偿，声音信号S(t)将由补偿计算模块53来作处理，例如其中的数个模块(以软件处理或硬件电路来加以实现)，从而实现如前述的方程式3和4的例子。
在另一实施例中，亦可依据方程式3和4来推导出针对扬声器的非线性补偿装置，其中方程式3和4中针对扬声器的线性和逆非线性转换函数是为针对放大器(例如切换式功率放大器)的线性和逆非线性转换函数所取代。
再者，图11为具有可用于扬声器系统的控制单元的可携式装置6的实施例的方块图。例如智能型手机、平板计算机、笔记本型计算机、游戏机、多媒体播放器等等的可携式装置6，包括处理单元61、控制单元63、放大器AMP和扬声器系统69。当可携式装置6运作时，处理单元61可输出一声音输入信号(例如以数字形式表示)。而可携式装置6运作的例子：譬如以可携式装置6打电话或接电话、播放声音文件诸如音乐、演讲或储存于存储单元67的声音、或者是播放由通讯单元65所接收的声音或视频数据串流。当中通讯单元65可支持一个或多个移动或(及)无线通讯模式诸如2G,3G、Wimax、LTE、4G、Wi-Fi等等、或(及)数字电视或收音机广播。控制单元63，耦接于处理单元61和放大器AMP之间，用以依据一第三声音信号Sa3并使用放大器AMP以驱动扬声器系统69，其中扬声器系统69可包括一个或多个单声道或立体声道的扬声器，而放大器AMP可包括一个或多个通道对应的一个或多个放大器。
控制单元63例如包括反馈单元、补偿单元和增益单元，如上述实施例所示。反馈单元，耦接至扬声器，用以产生一第一检测参数，第一检测参数代表扬声器的一检测偏移。补偿单元产生以声音输入信号(即声音输入信号Sa0或输入声音信号Sa1，如前所述)为基础的一第二声音信号，其中第二声音信号是依据第一检测参数进行补偿而选择性地产生。增益单元，耦接至补偿单元和反馈单元，用以依据第一检测参数决定一增益值并且依据增益值产生以第二声音信号为基础的第三声音信号Sa3。
在其它实施例中，可利用依据如第1、2、3、7、9或10所示的一实施例的控制装置为基础来实现控制单元63。此外，控制单元63例如可通过诸如处理器、数字信号处理器、或专用集成电路来实现，或是利用可编程集成电路如微控制器、元件可编程逻辑门阵列(FPGA，Field Programmable Gate Array)之类的电路来实现，其中例如使用硬件描述语言(HDL，Hardware description language)来进行设计。
在其它实施例中，提出一种声音产生装置，用于可携式装置。声音产生装置包括用以产生可听声的扬声器(例如扬声器SK)、耦接至扬声器的反馈单元(例如反馈单元15)、补偿单元(例如补偿单元11)、耦接至补偿单元和反馈单元的增益单元(例如增益单元13)。反馈单元用以产生一第一检测参数，第一检测参数代表扬声器的一检测偏移。补偿单元用以产生以一第一声音信号为基础的一第二声音信号，其中第二声音信号是依据第一检测参数进行补偿而选择性地产生。增益单元用以依据第一检测参数决定一增益值并且依据增益值产生以第二声音信号为基础的一第三声音信号。声音产生装置亦可：通过用以实现与反馈单元、补偿单元、增益单元对应的操作或动作的回路，或(及)包括如图2、3、7、9、10或11所示的前述实施例的其它单元或模块或元件，从而得到实现。
在其它实施例中，提出一种声音产生的控制方法，用于可携式装置。此控制方法包括以下。在步骤(a)中，(例如利用反馈单元15)产生一第一检测参数，第一检测参数代表可携式装置的一扬声器的一检测偏移。在步骤(b)中，(例如利用补偿单元11)产生以一第一声音信号为基础的一第二声音信号，其中第二声音信号是依据至少第一检测参数进行补偿而选择性地产生。在步骤(c)中，(例如利用增益单元13)依据至少第一检测参数决定一增益值并且依据增益值产生以第二声音信号为基础的一第三声音信号。在其它实施例中，此控制方法亦可利用以下步骤实现或取代：如用以实现与反馈单元、补偿单元、增益单元对应的操作或动作的步骤，或(及)包括由例如以上举例的其它单元或模块或元件所执行的步骤。
综上所述，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视所附的权利要求范围所界定者为准。

Claims (20)

1.一种声音产生装置，用于一可携式装置，该声音产生装置包括：
一扬声器，用以产生可听声；
一反馈单元，耦接至该扬声器，用以产生一第一检测参数，该第一检测参数代表该扬声器的一检测偏移；
一补偿单元，用以产生以一第一声音信号为基础的一第二声音信号，其中该第二声音信号是依据该第一检测参数进行补偿而选择性地产生；以及
一增益单元，耦接至该补偿单元和该反馈单元，用以依据该第一检测参数决定一增益值并且依据该增益值产生以该第二声音信号为基础的一第三声音信号。
2.根据权利要求1所述的声音产生装置，其中该补偿单元用以决定一第一预测参数，该第一预测参数表示与该第一声音信号对应的该扬声器的一预测偏移；并且当该第一预测参数进入该扬声器力因子或该扬声器刚性的一非线性区域中，该补偿单元还用以通过补偿以产生该第二声音信号。
3.根据权利要求2所述的声音产生装置，其中该补偿单元包括：
一缓冲存储器，用以延迟该第一声音信号以进行预见处理；
一偏移预测装置，用以预测与该第一声音信号对应的扬声器偏移，以作为该第一预测参数；以及
一非线性补偿装置，用以决定该第一预测参数是否进入该扬声器力因子或该扬声器刚性的该非线性区域中，以响应来自该缓冲存储器的该延迟的第一声音信号和来自该偏移预测装置的该第一预测参数，并且当该第一预测参数进入该扬声器力因子或该扬声器刚性的该非线性区域中，该非线性补偿装置还用以基于该延迟的第一声音信号、该第一预测参数和该第一检测参数产生该第二声音信号，以响应该延迟的第一声音信号和该增益值。
4.根据权利要求1所述的声音产生装置，其中该反馈单元还用以产生一第二检测参数，该第二检测参数代表该扬声器的一检测温度，其中当该第二检测参数表示该扬声器的温度增加，该增益单元减少该增益值以控制该扬声器的温度。
5.根据权利要求1所述的声音产生装置，其中该反馈单元包括：
一模拟数字转换器，耦接至该扬声器以接收至少一反馈信号；
一偏移检测装置，耦接至该模拟数字转换器，用以依据该扬声器的一阻抗模型输出该第一检测参数，以响应由该模拟数字转换器以数字形式所输出的该至少一反馈信号；以及
一温度检测装置，耦接至该模拟数字转换器，用以依据该扬声器的温度与电阻之间的关系输出一第二检测参数，以响应该至少一反馈信号；
其中该增益单元用以依据该第一检测参数和该第二检测参数决定该增益值。
6.根据权利要求1所述的声音产生装置，其中若该第一检测参数代表该扬声器的偏移增加，该增益单元减少该增益值以控制该扬声器的偏移于该扬声器的一最大偏移之下。
7.根据权利要求1所述的声音产生装置，还包括：
一偏压调整单元，用以：
检测该第一声音信号的信号电平和来自该增益单元的一处理后的声音信号的信号电平；以及
当该些信号电平之一超过一门坎值时，调整一偏压信号的电平，其中该偏压信号用以供应给一放大器使用，该放大器耦接至用来重现声音以响应该第三声音信号的该扬声器。
8.根据权利要求1所述的声音产生装置，还包括：
一信号整节单元，耦接至该反馈单元，用以：
接收来自该反馈单元的一参数，该参数代表与该扬声器的一共振频率对应的信息；
依据一逆补偿特征对一声音输入信号进行滤波，其中该逆补偿特征代表以该扬声器的一偏移转换函数的逆转换为基础的一转换函数，该转换函数具有该扬声器的该共振频率；
输出以该滤过的声音输入信号为基础的该第一声音信号，其中该逆补偿特征具有与该扬声器的该共振频率对应的一最小值，又该第一声音信号比起该声音输入信号在位数上实质地具有较大的动态余量；以及
使用代表与该扬声器的该共振频率对应的信息的该参数以修改代表该逆补偿特征的该转换函数。
9.根据权利要求8所述的声音产生装置，其中若该声音输入信号具有与该扬声器的该共振频率接近的频率分量时，该信号整节单元还用以降低该声音输入信号以输出该第一声音信号。
10.根据权利要求1所述的声音产生装置，其中该增益单元包括：
一增益控制装置，用以输出该增益值和用以依据该增益产生一处理后的声音信号；以及
一模拟数字转换器，用以输出该第三声音信号以响应该处理后的声音信号。
11.一种声音产生的控制方法，用于一可携式装置，该方法包括：
(a)利用一反馈单元产生一第一检测参数，该第一检测参数代表该可携式装置的一扬声器的一检测偏移；
(b)产生以一第一声音信号为基础的一第二声音信号，其中该第二声音信号是依据至少该第一检测参数进行补偿而选择性地产生；以及
(c)依据至少该第一检测参数决定一增益值并且依据该增益值产生以该第二声音信号为基础的一第三声音信号。
12.根据权利要求11所述的声音产生的控制方法，其中该步骤(b)包括：
决定一第一预测参数，其中该第一预测参数表示与该第一声音信号对应的该扬声器的一预测偏移；并且
当该第一预测参数进入该扬声器力因子或该扬声器刚性的一非线性区域中，通过补偿以产生该第二声音信号。
13.根据权利要求11所述的声音产生的控制方法，其中该步骤(b)包括：
延迟该第一声音信号以进行预见处理；
预测与该第一声音信号对应的扬声器偏移，以作为一第一预测参数，该第一预测参数表示与该第一声音信号对应的该扬声器的一预测偏移；
决定该第一预测参数是否进入该扬声器力因子或该扬声器刚性的一非线性区域中，以响应该延迟的第一声音信号和该第一预测参数；以及
当该第一预测参数进入该扬声器力因子或该扬声器刚性的该非线性区域中，产生以该延迟的第一声音信号、该第一预测参数和该第一检测参数为基础的该第二声音信号，以响应该延迟的第一声音信号和该增益值。
14.根据权利要求11所述的声音产生的控制方法，还包括：
产生一第二检测参数，其中该第二检测参数代表该扬声器的一检测温度；以及
当该第二检测参数表示该扬声器的温度增加，减少该增益值以控制该扬声器的温度。
15.根据权利要求11所述的声音产生的控制方法，其中该步骤(a)包括：
接收来自该扬声器的至少一反馈信号并以数字形式输出该至少一反馈信号；
依据该扬声器的一阻抗模型输出该第一检测参数，以响应以数字形式所输出的该至少一反馈信号；以及
依据该扬声器的温度与电阻之间的关系输出一第二检测参数，以响应该至少一反馈信号；
其中在该步骤(c)中，依据该第一检测参数和该第二检测参数决定该增益值。
16.根据权利要求11所述的声音产生的控制方法，其中若该第一检测参数代表该扬声器的偏移增加，减少该增益值以控制该扬声器的偏移于该扬声器的一最大偏移之下。
17.根据权利要求11所述的声音产生的控制方法，还包括：
检测该第一声音信号的信号电平和来自一增益单元的一处理后的声音信号的信号电平；以及
若该些信号电平之一超过一门坎值时，调整一偏压信号的电平，其中该偏压信号用以供应给一放大器使用，该放大器耦接至用来重现声音以响应该第三声音信号的该扬声器。
18.根据权利要求11所述的声音产生的控制方法，还包括：
接收一参数，其中该参数代表与该扬声器的一共振频率对应的信息；
依据一逆补偿特征对一声音输入信号进行滤波，其中该逆补偿特征代表以该扬声器的一偏移转换函数的逆转换为基础的一转换函数，该转换函数具有该扬声器的该共振频率；
输出以该滤过的声音输入信号为基础的该第一声音信号，其中该逆补偿特征具有与该扬声器的该共振频率对应的一最小值，又该第一声音信号就位数来说比起该声音输入信号实质上具有较大的动态余量；以及
当该声音输入信号具有与该扬声器的该共振频率接近的频率分量时，降低该声音输入信号以输出该第一声音信号。
19.根据权利要求18所述的声音产生的控制方法，还包括：
使用代表与该扬声器的该共振频率对应的信息的该参数以修改代表该逆补偿特征的该转换函数。
20.一种可携式装置，包括：
一处理单元，其中该处理单元输出一声音输入信号；
一扬声器；
一放大器，耦接至该扬声器；
一控制装置，耦接于该处理单元和该放大器之间，用以依据一第三声音信号利用该放大器以驱动该扬声器，该控制装置包括：
一反馈单元，耦接至该扬声器，用以产生一第一检测参数，该第一检测参数代表该扬声器的一检测偏移；
一补偿单元，用以产生以该声音输入信号为基础的一第二声音信号，其中该第二声音信号是依据该第一检测参数进行补偿而选择性地产生；以及
一增益单元，耦接至该补偿单元和该反馈单元，用以依据该第一检测参数决定一增益值并且依据该增益值产生以该第二声音信号为基础的该第三声音信号。
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