CN103780997A - 音频电源管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于管理音频系统中的音频装置的操作的电源管理系统。该音频电源管理系统包括参数计算器、阈值比较器和限制器。使用音频系统产生的音频信号被提供到音频电源管理系统。基于诸如实时实际电压和/或实时实际电流的音频信号的测量实际参数，参数计算器可以推算诸如包括在音频系统中的扬声器的音频装置的估计操作特性。阈值比较器可以使用估计操作特性来产生阈值且通过监控测量实际参数且选择性地引导限制器调整音频信号来管理音频系统中的一个或更多装置或者音频系统中的另一装置的操作以保护或优化性能。

Description

音频电源管理系统

本申请是于2011年3月17日提交的题为“音频电源管理系统”的中国专利申请号为201110064635.4的申请的分案。

技术领域

本发明涉及音频系统，且尤其涉及在音频系统中使用的音频电源管理系统。

背景技术

音频系统典型地包括提供音频信号形式的音频内容的音频源、放大音频信号的放大器以及将放大的音频信号转换成声波的一个或更多扬声器。扬声器典型地由扬声器制造商标示为具有诸如4欧姆或8欧姆的额定阻抗值。实际上，扬声器的阻抗随频率变化。可以使用扬声器阻抗曲线示出扬声器阻抗相对于频率的变化，该扬声器阻抗曲线典型地由制造商使用扬声器的制作模型提供。

然而，扬声器是对电压和电流变化以及诸如温度和湿度这样的环境条件敏感的机电装置。另外，在操作中，扬声器音圈可以承受与音频内容的放大水平相关的加热和冷却。此外，特定扬声器设计中的制造和材料变化也可能导致扬声器预定参数中的显著变化。

因而，在扬声器的相同制造模型中，诸如DC电阻、移动质量、共振频率和电感的扬声器参数可以显著变化，且还可以在操作和环境条件改变时显著变化。这样，使用大量相对不可控变量创建阻抗曲线，这些不可控变量表现为就好像所有这些不可控变量是固定且不变的。因此，用于扬声器的特定模型的制造商阻抗曲线可能明显不同于扬声器的实际操作阻抗。另外，驱动扬声器的音频信号中的可接受变化范围也可能基于特定扬声器的扬声器参数和操作条件变化。

发明内容

音频电源管理系统可以实施在音频系统中以管理诸如扬声器、放大器和音频源的装置的操作。根据实时实际测量参数以及实时估计参数，音频系统中的装置的管理基于一个或更多装置的操作参数的实时定制。

音频系统中一个或更多装置的操作的管理可以执行为完成硬件的保护以及系统性能的优化。基于系统中特定硬件的实时估计和实际的操作能力，尤其针对系统硬件实时产生的保护性和操作阈值参数可以在系统操作时经历调节。由于操作和保护性参数的连续调节，装置可以在制造商指定额度或指定额度之上或之下操作，同时由于实时地产生阈值从而最小化或消除硬件的完整性或者音频系统的操作性能的可能折中。

当检查下面的附图和详细描述时，本领域技术人员将显见本发明的其他系统、方法、特征和优点。旨在表明，所有这些附加系统、方法、特征和优点被包括在本说明书内，处于本发明的范围内，且受到下面的权利要求的保护。

附图说明

参考下面的附图和描述可以更好地理解本发明。附图中的组件并没有必要按比例绘制，而是强调说明本发明的原理。此外，在附图中，贯穿不同视图，相似的参考标号指示相应的部件。

图1是包括在音频系统中的电源管理系统的示例性框图。

图2是扬声器建模的示例。

图3是包括在图1的电源管理系统中的参数计算器的示例性框图。

图4是包括在图1的电源管理系统中的参数计算器的另一示例性框图。

图5是包括在图1的电源管理系统中的参数计算器的另一示例性框图。

图6是包括在图1的电源管理系统中的电压阈值比较器的示例性框图。

图7是包括在图1的电源管理系统中的电流阈值比较器的示例性框图。

图8是包括在图1的电源管理系统中的负载功率比较器的示例性框图。

图9是包括在图1的电源管理系统中的负载功率比较器的另一示例性框图。

图10是包括在图1的电源管理系统中的负载功率比较器的又一示例性框图。

图11是包括在图1的电源管理系统中的扬声器线性位移比较器（linearexcursion comparator）的示例性框图。

图12是图1的电源管理系统的操作流程图。

图13是图12的操作流程图的第二部分。

图14是图12的操作流程图的第三部分。

具体实施方式

图1是音频电源管理系统100的示例性框图。音频电源管理系统100可以包括在具有音频源102、音频放大器104以及至少一个扬声器106的音频系统中。包括电源管理系统100的音频系统可以在任意试听空间中操作，该任意试听空间诸如是房间、汽车或音频系统可以被操作的任意其他空间。音频系统可以是能够提供音频内容的任意形式的多媒体系统。

音频源102可以是诸如歌手或评论员的实况声源、诸如光盘的媒体播放器、VCD播放器、视频系统、无线电、磁带播放器、音频存储装置、无线或有线通信装置、导航系统、个人电脑或可以以多媒体系统的任意形式存在的任意其他功能块或装置。放大器104可以是电压放大器、电流放大器或能够接收音频输入信号、增加音频输入信号的幅度且提供放大的音频输出信号以驱动扬声器106的任意其他机制或装置。放大器104还可以执行音频信号的其他处理，诸如均衡、相位延迟和/或滤波。扬声器106可以是任意数目的操作为将音频信号转换成声波的机电装置。扬声器可以是任意大小，包含任意数目的不同声音发射表面或装置的，且在任意频率范围或多个范围内操作。在其他示例中，音频系统的配置可以包括附加的组件，诸如预均衡能力或后均衡能力、头单元（head unit）、导航单元、车载计算机、无线通信单元和/或任意其他音频系统相关功能块（functionality）。另外，在其他示例中，电源管理系统可以分布到和/或位于音频系统的不同部分，诸如在放大器之后或者在放大器内，在扬声器处或者在扬声器内，或者在音频源处或者在音频源内。

示例性电源管理系统100包括校准模块110、参数计算器112、一个或更多阈值比较器114和限制器116。电源管理系统100还可以包括补偿方框118和数字-模拟转换器（DAC）120。电源管理系统100可以是电子电路和相关组件形式的硬件、在有形计算机可读介质中存储为可被处理器（诸如数字信号处理器）执行的指令的软件、或者硬件和软件的组合。有形计算机可读介质可以是任意形式的数据存储装置或机制，诸如是非易失性或易失性存储器、ROM、RAM、硬盘、光盘、磁存储介质等。有形计算机可读介质不是能够电子传输的通信信号。

在一个示例中，可以使用数字信号处理器和相关存储器以及诸如数字-模拟信号转换器的数字转换器实施电源管理系统100。在其他示例中，可以示意更多或更少数目的方框来提供所述功能性。

在操作中，可以在音频信号线124上将数字信号提供到电源管理系统100。数字信号可以代表单信号、立体声信号或多声道信号（诸如5、6或7个声道的环绕音频信号）。备选地，音频信号可以作为模拟信号被提供到电源管理系统100。当音频内容在包括0Hz至20kHz的宽频率范围或者0Hz至20Khz内的某一范围上变化时，音频信号可以在电流和/或电压中变化。

电源管理系统100可以在时域操作，使得音频信号的基于时间的采样或快照（snapshot）被提供到校准模块110。校准模块110可以包括电压校准模块128和电流校准模块130。电压校准模块128可以接收指示音频信号的实时实际电压V(t)的电压信号,该电压信号代表扬声器106处接收到的音频信号的实时电压。电压信号可以正比于音频信号的电压。由于操作条件和硬件（诸如传送音频信号的电线的长度和直径）中的变化，实时实际电压V(t)是扬声器106处的电压的估计。就这方面而言，尽管示出在限制器116和放大器104之间电源管理系统100接收音频信号的实时实际电压V(t)，但是可以在扬声器106、在放大器104或可以获得音频信号（该音频信号能够被校准为代表扬声器106处的电压的估计）的实时实际电压V(t)的可复验的任意其他地点测量扬声器106的估计电压。

在图1中，音频信号被DAC120接收，实时地从数字信号转换成模拟信号，且在实时实际电压线134上被提供。DAC120可以是能够将数字数据转换成模拟数据的任意算法和/或电路。在其他示例中，音频信号可以是模拟信号，且DAC120可以省略。可以以诸如44.1KHz、48KHz或96KHz的预定速率采样音频信号。当在此使用时，术语“实时”表示当电源管理系统100接收音频信号的一个或更多采样或快照时基本立即发生的处理或其他操作，使得电源管理系统100反应为处理在音频信号中接收的音频内容的连续流且响应于该连续流产生相应输出。

电流校准模块130可以类似地接收指示在扬声器106处接收的音频信号的实时实际电流I(t)的电流信号。电流传感器（诸如扬声器106的输入端子两端的电阻器、安装在扬声器106中、上或附近区域的霍耳效应传感器，或者能够提供代表被供应到扬声器106的音频信号的电流的信号的任意其他形式的传感器）可被用于获得正比于实时电流的可变电压，该实时电流代表扬声器106接收电流的估计。实时实际电流I(t)可以在实时电流供应线136上被供应到校准模块110。

校准模块110可以执行（多个）测量实际参数的调节。调节可以包括对接收到的测量实际参数进行频带限制、向测量实际参数添加延迟和/或相移、执行噪声补偿、调整频率响应、补偿失真和/或缩放（多个）测量实际参数。代表电流的调节信号和代表电压的调节信号可以通过调节的实时实际电压线138以及实时实际电流线140上分别作为实时信号提供到参数计算器112和一个或更多阈值比较器114。

参数计算器112可以产生用于包含在音频系统中的硬件的估计操作特性。估计操作特性可以由参数计算器112使用测量实际参数、模型、模拟、数据库或任意其他信息或方法产生，以再造（recreate）音频系统中的装置的操作功能性和参数。

例如，参数计算器112可以基于音频系统的操作条件（诸如一个或更多调节的测量实际参数或者一个或更多测量的实际参数）产生用于扬声器106的实时估计的扬声器模型。在一个示例中，参数计算器112可以以预定间隔（诸如每次接收一个或更多测量的实际参数的预定数目的采样时）实时产生用于扬声器106的阻抗曲线。产生的阻抗曲线可以是扬声器106的操作特性的估计。在另一示例中，参数计算器112可以产生估计的操作特性，诸如DC电阻、移动质量、共振频率、电感或与扬声器相关的任意其他扬声器参数。在另外的其他示例中，其他形式的操作特性可以使用参数计算器112被实施，诸如与封闭扬声器模型、转型适应模型或者代表扬声器行为的任意其他形式的模型拟合。

图2是代表扬声器106的扬声器参数的示例性等价电路模型。可以提供输入电压（Vin）202作为扬声器106的驱动电压，它相当于实时实际电压V(t)。可以使用音圈电阻（Re）204和音圈电感（Le）206表示扬声器106的电学输入阻抗。音圈电阻Re204还可以代表音圈温度中的变化。图2包括说明音圈温度和音圈电阻Re204之间的关系的示例性曲线。马达通量密度（motor flux density）（B1）208可以代表扬声器106的运转电动势。如图所示，可以相当于实时实际电流I(t)的输入电流Iin210可以流过代表扬声器106的马达的变压器。

包括扬声器106中含有的扬声器悬置系统的质量、电阻和硬度的扬声器106的机械阻抗可以使用机械电感Mm214、机械电阻Rm216和机械顺从性Cm218表示。机械顺从性Cm218可以代表扬声器106的硬度或顺从性。因而，机械顺从性Cm218还可以代表扬声器106周围的环境温度和/或扬声器悬置系统的温度中的变化。图2包括说明环境温度和机械顺从性Cm218之间的关系的示例性曲线。在其他示例中，其他模型可用于建模扬声器的扬声器参数。另外，其他模型可用于建模音频系统内的其他装置。

参数计算器112不仅可以判断诸如扬声器参数的估计实时参数，而且可以在诸如扬声器106的装置操作且更多测量实际参数之一变化时随时间改变判断的估计实时参数。如前面所讨论，参数计算器112可以在时域接收一个或更多测量实际参数，然而，可以在频域产生代表估计扬声器参数的求解。例如，参数计算器112可以使用快速傅立叶变换（FFT）来获得频域中的扬声器106的估计阻抗且使用分割成预定大小的音频信号块来求解各种扬声器参数。在另一示例中，在时域中，可以在每预定数目的采样、甚至在一个采样接着一个采样的基础上计算扬声器的估计阻抗。因此，当一个或更多测量实际参数改变时，估计扬声器参数可以相应地变化。

图3是包括实时参数估计器302和求和器304的参数计算器112的示例性框图。在音频源线124上从音频源提供用于驱动扬声器106的音频信号。在该示例中，参数计算器112在实时实际电压线306上接收音频信号的（调节或未调节的）实时实际电压V(t)的采样。如果经由数字-模拟转换器（DAC）接收电压，则电压可以不是实际的电压。而是，“实际”电压可以是基于DAC电压的估计电压。另外，参数计算器112接收代表在实时电流线308上在扬声器106接收的电流的（调节或未调节的）实时实际电流I(t)的采样。

实时参数估计器302可以用在通过使用求和器304比较实时实际电流I(t)与估计实时电流从而建立诸如扬声器106的装置的数字模型中。比较可以在每次接收很多采样时发生、一个采样接着一个采样的基础上发生或者以将提供实时值作为输出的任意其他时间周期发生。可以通过实时参数估计器302基于实时实际电压V(t)来计算估计实时电流。在图3中，可以从实时实际电流I(t)中减去通过实时参数估计器302计算的估计实时电流，以在误差信号线312上产生误差信号。备选地，可以通过实时参数估计器302基于实时实际电流I(t)计算估计实时电压，且与实际实时电压比较以在误差信号线312上产生误差信号。实时参数估计器302可以使用建模装置参数（诸如扬声器参数）的滤波器执行计算以达到估计实时电压或电流。

在一个示例中，使用实时参数估计器302执行的建模可以是使用自适应滤波器算法的基于负载阻抗的建模，当需要最小化实时误差时，该自适应滤波器算法分析误差信号且迭代地调整估计扬声器参数。在该示例中，实时参数估计器302可以包括内容检测模块314、自适应滤波器模块316、第一参量滤波器318、第二参量滤波器320以及衰减模块322。音频信号的实时实际电压V(t)可以在一个采样接着一个采样的基础上被第一参量滤波器318接收。类似地，实时实际电流I(t)可以在一个采样接着一个采样的基础上被求和器304接收。

因此，自适应滤波器模块316可以使用自适应滤波器算法来分析误差信号且迭代地和选择性地调整第一和第二参量滤波器318和320其中每一个的滤波器参数以最小化误差。自适应滤波器模块316执行的算法可以是任意形式的自适应滤波器技术，诸如是最小均方（LMS）算法或者LMS算法的变型。

内容检测模块314可以启动自适应滤波器模块316的操作，使得在包括在音频信号中的内容不处于预定边界内时，自适应滤波器模块316不操作。例如，当在音频信号中仅检测出噪声时，可以通过内容检测模块314使自适应滤波器模块316不进行操作，使得自适应滤波器模块316的稳定性不打折扣。

内容检测模块314可以检测包括在预定频率范围或带宽内音频信号中的内容的能量水平。预定频率范围可以基于扬声器106的估计和/或实际操作特性。在一个示例中，预定频率范围可以从约零赫兹到预定最大频率，诸如扬声器106的最大可能估计实时共振频率。在其他示例，频率范围可以从零赫兹到扬声器106的制造商建议的共振频率。在另外的其他示例中，任意其他频率范围可以用作预定频率范围。能量水平的检测可以基于预定能量水平限制，诸如能够被自适应滤波器模块316处理的最小能量水平。在一个示例中，最小能量水平可以是存在于音频信号中的RMS电压的最小水平。

一旦基于音频信号处于预定边界内而被内容检测模块314激活，自适应滤波器模块316的操作可以连续地求解以防止局部最小，以在将估计实时参数和测量实际参数之间的任意误差收敛为预定误差水平时相对快速和鲁棒。在音频系统的操作中，自适应滤波器可以连续求解以最小化误差或者它可以是其中算法根据某一占空比调整的复用系统的一部分。自适应滤波器模块316的操作可以以初始值开始，该初始值诸如是扬声器的设计参数、来自算法的最后已知值、或者基于从一个或更多外部源提供的信息（诸如来自环境温度传感器的读数）的参数的计算估计。

包括在第一参量滤波器318、第二参量滤波器320和衰减模块304中的初始滤波器值，可以是之前选择的用于创建接近扬声器106的实际实时操作特性的扬声器106的模型的预定值。预定值可以存储在单独的滤波器和模块、自适应滤波器模块316、参数计算器112或与参数计算器112相关的任意其他数据存储位置中。预定值可以基于代表性扬声器106的测试、实验条件下实际扬声器106的测试、来自实时参数估计器320的之前操作的第一参量滤波器318、第二参量滤波器320和衰减模块322的最后获知操作值、基于环境温度读数的计算值或者用于获得将允许扬声器106的实际操作特性和扬声器106的估计操作特性之间的误差（或差异）快速收敛为零或预定可接受水平的值的任意其他机制或过程。然而，实时参数估计器302可以包括参数来控制当实时实际值变化时如何迅速地调节且演变估计操作特性。在一个示例中，估计扬声器参数可以比音频信号改变明显更慢地演变，例如，一百微秒到两秒，比基于以预定速率采样音频信号的音频信号中的变化更慢。

第一和第二参量滤波器318和320可以是能够用于代表或建模扬声器的所有或一部分操作参数的任意形式的滤波器。在其他示例中，单个滤波器可用于代表或建模扬声器的所有或一部分操作参数。在一个实施例中，第一参量滤波器318可以是参量陷波滤波器，且第二参量滤波器320可以是参量低通滤波器。参量陷波滤波器可以具有诸如Q、频率和增益的可变滤波器参数值以实时建模扬声器的共振频率附近的扬声器导纳。参量低通滤波器可以使用诸如Q、频率和增益的可变滤波器值以建模扬声器的高频范围中的扬声器导纳。在备选实施例中，第二参量滤波器320可以省略。第二参量滤波器320的省略可能是由于被建模的扬声器的频率范围不需要这种建模的特性、由于使用恒定预定滤波器值来建模扬声器的高频范围中的扬声器导纳、使用常量来建模扬声器的高频范围中的扬声器导纳或者是消除第二参量滤波器318的需要的任意其他原因。

衰减模块322可以使用增益值来建模扬声器106的DC导纳。增益值可以改变以考虑扬声器的电感值中的DC偏移。例如，在额定4欧姆扬声器中，增益值可以约为0.25。因而，当扬声器106的实时实际阻抗在操作中改变时，衰减模块322的增益值可以相应地实时变化以维持扬声器106的操作特性的实际估计。在一个示例中，衰减模块322可以提供第二参量滤波器建模的导纳中的DC偏移的建模。例如，当误差信号由于迭代实时调整而平整（收敛）为第一参量滤波器318和第二参量滤波器320的可变值时，衰减模块322的增益值可以通过自适应滤波器模块316调整以将误差收敛向零。

诸如估计的实时扬声器参数的估计实时参数可以在估计操作特性线144上被提供。因为实时参数估计器302使用参量滤波器直接产生扬声器参数，曲线拟合滤波器参数以获得扬声器参数并不是必须的。另外，由于连续求解以将误差信号基本收敛为零，例如，如果扬声器的实际特性在到共振频率改变的点的操作过程中变化，则可以发生第一参量陷波滤波器318中的可变值的迭代调整以将包括在估计操作特性中的估计中央频率移动到基本匹配扬声器106的实际共振频率。

图4是包含实时参数估计器302和求和器304的参数计算器112的另一示例性框图。可以在音频源124上从音频源提供音频信号，其用于驱动扬声器106。类似于图3，参数计算器112可以在实时实际电压线406上接收音频信号（调节或未调节）的实时实际电压V(t)的采样。另外，参数计算器112可以在实时电流线408上接收代表扬声器106处接收的电流（调节或未调节）的实时实际电流I(t)的采样。而且，求和器304可以在误差信号线412上输出代表实时实际电流I(t)和实时估计电流之间的差异的实时误差信号。在其他示例中，实时误差信号可以代表实时实际电压V(t)和实时估计电压之间的差异。由于与图3的示例性参数计算器112的很多相似性，为简单起见，且为避免重复，下面的讨论将主要集中于这两个示例之间的差异。

在图4中，实时参数估计器302可以包括频率控制器410、滤波器组414以及曲线拟合模块416。频率控制器410可以从参数计算器112接收估计扬声器参数，诸如扬声器106的实时估计共振频率。基于估计的扬声器参数，频率控制器410可以向滤波器组414提供更新的滤波器参数。滤波器组414可以包括多个滤波器，使得两个滤波器在一个频率上协同地操作。两个滤波器包括在该频率用于电压的第一滤波器以及在该频率用于电流的第二滤波器。为了获得各自滤波器对所处频率的阻抗值，来自两个滤波器的结果被分离。因此，滤波器对其中每一个可以提供用于一个频率的一个阻抗值，且它是来自多个滤波器的多个阻抗值，多个滤波器可以具有实时更新滤波器参数以反应用于扬声器106的估计阻抗模型。在一个示例中，滤波器其中每一个可以是离散傅立叶变换。在另一示例中，滤波器其中每一个可以是操作在预定频率上的Goertzel滤波器。

因为滤波器组414中的每个滤波器收敛到范围约20Hz到20kHz的不同频率，通过最小化单个频率上的误差线412上的误差可以推算用于单个频率的阻抗值形式的扬声器操作特性。通过最小化滤波器组414中的多个滤波器其中每一个中的误差，可以实时产生估计扬声器阻抗曲线。尤其是，可以通过迭代自适应滤波器的滤波器参数收敛误差信号以获得具有基本类似于扬声器导纳的形状的频率响应曲线。收敛之后，可以执行曲线拟合模块416以将代表每个均处于不同频率的一组导纳或阻抗数据点的滤波器参数转换成估计扬声器参数形式的扬声器106的估计操作特性。估计扬声器参数可以在估计操作特性线144上提供到一个或更多阈值比较器114。另外，任意其他估计操作特性可以通过扬声器参数计算器112在估计操作特性线144上被提供到阈值比较器114。

因为滤波器其中每一个在单一频率操作，不需要参考图3讨论的自适应滤波。另外，收敛误差信号所需的计算功率水平明显小于使用快速傅立叶变化（FFT）方案需要的计算功率。例如，歌曲形式的音频内容可以在音频信号线406上提供，且滤波器之一可以确定在诸如80Hz的所选频率处音频信号中的能量的幅度。

在一个示例中，包括在滤波器组414中的滤波器组可以以三分之一倍频分布在从约20Hz到约20kHz的范围内以精确提供频率数据的采样。在另一示例中，滤波器组中的滤波器可以分布在预定位置，诸如其中大多数滤波器可以策略地位于所需位置，诸如扬声器106的估计共振频率附近，而少数滤波器可以跨越频率范围分布以采集频率范围。因为滤波器组中的滤波器操作的频率可以通过改变滤波器组414中的各个滤波器的频率参数而被改变，滤波器可以被布置在频率范围内，使得其被放置在有益于构建扬声器106的操作特性的精确估计中的策略位置。

各个滤波器的频率参数可以通过用户手动地、通过系统自动地或者以手动和自动的某种组合而被改变以沿频谱获得滤波器的所需位置。例如，用户可以对滤波器分组且对于组中的所有滤波器的频率做出手动改变。备选地，如稍后讨论，参数计算器112可以检测扬声器的估计共振，且相应地调节滤波器频率以优化估计共振附近的频率分辨率。在一个示例中，滤波器的频率可以是存储的预定值。在另一示例中，当扬声器106的诸如共振频率的估计和实际操作特性在操作中变化时，频率可以通过参数计算器112被实时动态地更新。在又一备选中，参数计算器112可以根据预定时间调度和/或响应于扬声器106的估计实时操作特性的预定百分比变化来提供频率。

图5是包括实时参数估计器302和求和器304的参数计算器112的另一示例性框图。类似于前面的示例，在音频源线124上从音频源提供音频信号，该音频信号可以驱动扬声器106。另外，在实时实际电压线506上提供的来自音频信号的实时实际电压V(t)（调节或未调节）提供到实时参数估计器302。另外，求和器304可以类似地接收在实时电流线508上提供的实时实际电流I(t)（调节和未调节）。求和器304可以输出代表测量实际参数和估计实时参数之间的差异的误差信号以调节指示扬声器106的估计实时操作特性的估计扬声器模型。误差信号可以在误差信号线512上由求和器304输出到实时参数估计器302。因为该示例在很多方面类似于图3和4的电源管理系统100和音频系统的之前讨论的示例，为简单起见，不重复这些信息，讨论将聚焦于与之前讨论的示例的不同。

在图5中，实时参数估计器302包括自适应滤波器模块514、非参量滤波器516和曲线拟合模块518。在该示例中，自适应滤波器模块514可以分析误差信号且实时地调整非参量滤波器516中的滤波器参数。非参量滤波器516可以是有限冲击响应（FIR）滤波器，或者是具有能够建模音频系统中的扬声器或其他装置的估计操作特性的有限数目的系数的任意其他形式的滤波器。通过非参量滤波器516中的系数的自适应迭代，可以实时地最小化误差信号。非参量滤波器516的自适应速率可以通过自适应滤波器模块514来控制，使得相对于接收的采样数目，滤波器系数的演变相对缓慢地发生。例如，当与音频信号的变化速率相比较时，滤波器系数的自迭代适应可以在100毫秒至2秒的范围内发生。

滤波器系数可以代表诸如从20Hz至20kHz的频率范围上的扬声器106的导纳的实时估计。可以从估计的导纳实时推算诸如扬声器的DC电阻、运动质量（moving mass）、共振频率和电感的估计扬声器参数。因为为估计扬声器106的操作特性而产生的用于非参量滤波器516的系数并不是人类可读形式，可以应用曲线拟合模块518来系数拟合成曲线以获得估计扬声器参数。滤波器系数向估计扬声器参数的转换允许在音频电源管理系统100中使用扬声器参数。扬声器参数可以在估计操作特性线144上被提供到一个或更多阈值比较器114。另外，任意其他估计操作特性可以通过扬声器参数计算器112在估计操作特性线144上被提供到阈值比较器114。

在图1中，阈值比较器114可以选择性地包括在电源管理系统100中以提供扬声器106、放大器104、音频源102或音频系统中的任意其他组件的操作的某种形式的管理。操作的管理可能需要对扬声器106、放大器104和/或音频源102的某种形式的保护，以防止对相应装置或者音频系统内的其他装置的物理稳定性有害的损害或其他操作。备选地或另外地，操作的管理可能需要某种形式的操作控制来最小化扬声器106、放大器104和/或音频源102的不希望的操作，从而最小化失真或多余限幅（clip）。另外，音频系统或音频系统内的各个组件/装置的整体功率消耗可以通过遵循功率消耗目标或限制进而被最小化。

阈值比较器114可以使用诸如参数计算器112产生的扬声器参数这样的估计参数以及实时实际电压V(t)（调节的或未调节）和/或实时实际电流I(t)（调节或未调节）以提供对扬声器106和/或音频系统中的其他装置的操作的管理。装置的管理可以基于一个或更多阈值的产生和应用。阈值比较器114产生和应用的阈值可以基于实时实际测量值、估计参数、限制值和/或边界的任意组合。换句话说，作为改变实时操作特性和改变包括在音频系统中的一个或更多装置的限制或边界的实时计算的结果，可以产生阈值。

参数计算器112可以在估计操作特性线144上实时提供估计扬声器参数。另外，实时实际电压V(t)和/或实时实际电流I(t)可以在实时实际电压线140和实时实际电流线138上被提供到阈值比较器114。根据预定调度，诸如在一个采样接着一个采样的基础上、在预定数目的采样之后迭代地、或者实现限制值的实时计算和/或应用的任意其他时间周期，估计扬声器参数以及测量实际参数可以被提供到阈值比较器114以产生和实施一个或更多阈值。阈值的产生可以包括音频系统操作参数限制和/或音频系统保护参数限制的考虑。因此，音频电源管理系统100可以提供设备保护功能、功率节约功能和音频声音输出控制功能。

就该方面而言，在阈值音频系统操作参数的实时判断之后，阈值比较器114可以实时地监控测量的参数以跨越或者到达相应的确定阈值。当实时检测出跨越相应阈值时，相应阈值比较器114可以在相应限制器信号线154上独立地向限制器116提供相应限制信号。

限制器116可以是能够调整在音频信号线124上提供的音频信号的任意形式的控制装置。响应于一个或更多限制信号的接收，限制器116可以被触发以调整音频信号。如稍候所描述，对音频信号的调整可以基于提供限制信号的特定阈值检测器和/或提供的限制信号的属性。限制器116可以操作为诸如数字信号处理器中的数字装置。备选地或另外地，限制器116可以是模拟装置和/或由电子电路组成。而且，备选地或另外地，限制器116可以响应于一个或更多限制信号的接收来控制功率放大器104、音频源102或音频系统中的任意其他组件的增益或一些其他可调节参数。

限制器116还可以包括与一个或更多限制信号一同使用以调节音频信号的存储参数。每个参数包括上升时间（attack time）、释放时间、阈值、比例、输出信号水平、增益或与调节音频信号相关的任意其他参数。在一个示例中，取决于限制信号和/或提供限制信号的阈值比较器114，不同的存储参数可以被限制器116用在限制音频信号中。因此，阈值比较器114其中每一个可以提供限制信号，该限制信号包括识别限制信号类型的信息和/或识别产生限制信号的阈值比较器114之一。例如，限制器116可以包括对应于阈值比较器114的输入映射，使得基于输入映射，限制器166获知在特定输入上接收的限制信号来自阈值比较器114其中特定一个。在另一示例中，限制信号可以包括发射相应限制信号的相应阈值比较器114的标识符。另外或备选地，每个不同限制信号可以包括指示限制器在接收特定类型限制信号时应采取什么行为的行为标识符。行为标识符还可以包括参数，诸如增益值或在限制或调整音频信号或音频系统中的装置中使用的其他参数。

限制器116用于调整音频信号的操作可以基于从阈值比较器114提供的限制信号实时地被执行。限制器116还可以操作为响应于来自两个或更多不同阈值比较器114的限制信号实时调整音频信号。在一个示例中，响应于来自不同阈值比较器114的不同限制信号的这种调整可以基本同时被执行以调整音频信号。

补偿方框118也可以可选地包括在音频电源管理系统100中。补偿方框118可以是提供相位延迟、时间延迟和/或时间位移的任意电路或算法以允许限制器实时操作而没有音频信号的失真。如稍后描述，补偿方框118还可以与各个阈值比较器114协同操作以根据特定阈值比较器114提供的限制信号的属性执行不同类型的音频信号的补偿。另外或备选地，补偿方框118可以基于相应阈值比较器114提供的限制信号选择性地激励和失效。还可以基于参数计算器112提供的扬声器106的估计操作特性选择性地调整补偿方框118。

在图1中，阈值比较器114可以包括电压阈值比较器146、电流阈值比较器148、负载功率比较器150和扬声器线性位移比较器152其中任意一个或更多个。在其他实施例中，上述阈值比较器114其中一个或任意子组合可以被包括在音频电源管理系统100中。在另外的其他示例中，附加或备选阈值比较器，诸如声压级比较器或者能够产生阈值来管理音频系统的一个或更多组件的操作的任意其他形式的比较器，可以被包括在音频电源管理系统100中。

图6是电压阈值比较器146、限制器116和补偿方框118的框图示例。电压阈值比较器146可以包括均衡模块602和电压阈值检测器604。音频信号可以在音频信号线124上被提供到补偿方框118。另外，音频信号的实时实际电压V(t)（调节或未调节）通过实时实际电压线606被提供到均衡模块602。在该示例中，补偿方框118可以操作为相位均衡器以在电压阈值比较器146的操作中将第二电压信号和音频信号之间的相位保持一致以防止由于经过146的信号中的相位滞后导致的音频信号中的过冲。

在图6中，均衡模块602不仅可以基于实时实际电压V(t)操作，还可以基于通过扬声器参数线144从参数计算器112提供的估计实时操作特性而进行操作。在一个示例中，估计实时操作特性可以是存储的预定值。在另一示例中，当扬声器106的估计和实际操作特性在操作中变化时，估计的实时操作特性可以通过参数计算器112被实时地动态更新。在又一备选中，参数计算器112可以根据预定时间调度和/或响应于估计实时操作特性中的预定百分比变化来提供估计实时操作特性。

均衡模块602可以包括滤波器，诸如窄带全通滤波器、峰值陷波滤波器或能够建模扬声器的共振的任意其他滤波器。滤波器可以包括诸如Q、增益和频率的可调节滤波器参数。当诸如扬声器106的实时估计共振频率的估计实时操作特性改变时，滤波器的滤波器参数可以通过均衡模块602改变。滤波器中的变化可以调节某些频率中的信号能量的幅度，使得在某些频率，音频信号的实时实际电压V(t)被抑制，而在其他频率，实时实际电压V(t)被突出。滤波器中的变化可以在一个采样接着一个采样的基础上、每预定数目的采样或者以任意其他时间周期发生。

均衡模块602的所得输出是频域中基于扬声器106的实时估计共振频率补偿的滤波和均衡的实时电压信号。滤波的实时实际电压V(t)可以通过补偿电压线606作为补偿实时电压信号被提供到电压阈值检测器604。

电压阈值检测器604可以基于补偿实时电压信号判断在预定数目的频率其中任意频率上是否超过阈值。扬声器能够在扬声器的共振频率附近处理音频信号中较大幅度的电压，且在远离共振频率时具有较小电压幅度处理能力。均衡模块602的补偿反应了当扬声器106的估计共振频率在操作中变化时频率内扬声器106的变化电压处理能力。

扬声器参数计算器112可以提供基于连续频率的边界曲线，该边界曲线作为在产生阈值中使用的用于电压阈值检测器604的限制而被提供。边界曲线可以最初是存储曲线，该存储曲线可以基于实时实际测量值和/或估计实时操作特性通过参数计算器112实时调整。参数计算器112可以根据预定时间调度和/或响应于边界曲线中的预定百分比变化向电压阈值检测器604提供调整的边界曲线。备选地，存储的边界曲线可以被提供到电压阈值检测器604以供电压阈值检测器使用。另外或备选地，电压阈值检测器604可以基于接收的实时实际电压V(t)以及估计的实时操作特性实时地调整接收的边界曲线。当电压阈值检测器604识别出超过边界曲线的滤波的实时实际电压V(t)的信号水平时，则超过了电压阈值检测器604判断的阈值。相应地，相应限制信号可以通过电压阈值检测器604产生且被提供到限制器116。基于提供的特定限制信号，限制器可以采取预定行为。例如，依赖于特定限制信号，限制器116可以执行音频信号的增益减小或限幅。这样，使用扬声器106的实时估计共振频率，可以最小化扬声器的失真和/或物理损害。此外，可以优化有效操作，由于基于扬声器106的估计实时共振频率的实时实际电压V(t)的基于频率的考虑，这优化了能量效率。使用该方法，均衡模块602可以产生且向电压阈值检测器604提供变化的频率敏感的滤波电压信号。

图7是电流阈值比较器148和限制器116的示例性框图。实时实际电流I(t)（调节或未调节）可以通过实时实际电流线708被提供到电流阈值比较器148。电流阈值比较器148可以通过比较实时实际电流I(t)与诸如音频系统保护参数的音频系统边界参数而产生阈值。音频系统边界参数可以是存储的电流值，其不会在音频电源管理系统100的操作中动态变化。备选地，音频系统边界参数可以是可变边界值。在一个示例中，音频系统边界参数可以是推算的估计实时参数，诸如基于诸如实时实际电压V(t)的测量实际参数和扬声器106的估计实时阻抗通过参数计算器112推算的估计实时电流。估计实时电流可以被电流阈值比较器148用在产生和应用阈值中。在其他示例中，估计边界值可以通过电流阈值比较器148从所有估计值、表格和/或任意其他方式推算以产生阈值。

推算的估计实时参数可以通过估计操作特性线144被提供到电流阈值比较器148。在其他示例中，阈值音频系统参数可以是从参数计算器112提供的任意其他估计的实时参数，其可以被电流阈值计算器148使用以推算阈值。例如，估计实时电压和估计实时阻抗可以通过参数计算器112被提供到电流阈值比较器148以允许电流阈值比较器148推演估计实时电流。在一个示例中，（多个）估计实时参数可以是存储的预定值。在其他实施例中，当扬声器106的估计和实际操作特性在操作中变化时，（多个）估计实时参数可以通过参数计算器112被实时动态地更新。在另一备选中，参数计算器112可以根据预定时间调度和/或响应于（多个）估计实时参数中的预定百分比变化或程度变化提供（多个）估计实时参数。

在操作中，当基于音频信号的实时实际电流I(t)（调节和未调节）超过阈值时，电流阈值比较器148可以向限制器116输出限制信号。基于提供的特定限制信号，限制器116可以行动以调整音频信号。例如限制器可以用作电压限制器以维持音频信号的电流低于阈值。因为实时实际电流I(t)代表在扬声器106中流动的电流，电流阈值比较器148和限制器116代表的反馈循环操作可以足够快，以在导致扬声器106的不希望的操作之前“获取”音频信号中的较快上升电流。就这方面而言，电流阈值比较器148还可以使用之前接收的实时实际电流I(t)采样以用于插入未来的采样。以这种方式，电流阈值比较器148可以执行预测功能且向限制器116提供限制信号以在超过阈值时“拦截”不希望的电流水平。以这种方式，电流阈值比较器148可以操作为保护扬声器操作，诸如将在诸如约200Hz的预定频率是低通滤波的低音扬声器。另外，可以通过压制音频信号中的电流实现过电流条件的放大器104的保护。

图8是包括校准模块110的示例和限制器116的示例的负载功率比较器150的示例性框图。负载功率比较器150可以包括乘法器802以及包含短平均模块806和长平均模块808的时间平均模块804。校准模块110可以包括电压校准模块128和电流校准模块130。在音频信号线124上提供的音频信号可以被提供到限制器116。在图8中，限制器116包括瞬时功率限制器810、长期功率限制器812和短期功率限制器814。

音频信号的实时实际电压V(t)可以通过实时实际电压线818被提供到电压校准模块128。电压校准模块128可以包括电压增益模块（Gv）824、电压时间延迟模块（T）826和电压信号调节器Hv(x)828。电压增益模块824、电压时间延迟模块826和电压信号调节器828其中每一个可以包括预存储的预定设置以校准实时实际电压V(t)信号。通过使用电压增益模块824应用预定增益来缩放电压、通过应用时间延迟或时间位移使用电压时间延迟模块826来延迟、且使用电压信号调节器828校正相应的变化，可以使用电压校准模块128来校准实时实际电压信V(t)。在其他示例中，电压增益模块824、电压时间延迟模块826和电压信号调节器828中的参数可以通过参数计算器112实时地被产生和调整。

实时实际电流I(t)可以在实时实际电流线820上被提供到电流校准模块130。在图8中，电流校准模块130包括电流增益模块832和电流信号调节器（Hi(z)）834。通过使用电流增益模块832应用预定增益以缩放电流且使用电流信号调节器834校准相应变化，可以使用电流校准模块130校准实时实际电流I(t)信号。在其他示例中，电流增益模块832和电流信号调节器834中的参数可以由参数计算器112产生和实时调节。在另外的其他示例中，电压校准模块128和电流校准模块139之一或二者可以省略。另外，图8的电压校准模块128和电流校准模块130可以应用于调节用于参数计算器112或任意其他阈值比较器114的实时实际电压V(t)和实时实际电流I(t)。

在图8中，在操作中，调节的实时实际电压V(t)和调节的实时实际电流I(t)可以被实时地提供到乘法器802。乘法器802的输出可以是代表实时输出到扬声器106的功率输出（P(t)）的瞬时功率值（P(t)=V(t)*I(t)）。在其他示例中，调节的实时实际电压V(t)和调节的实时实际电流I(t)其中一个可以与一个或更多估计操作特性一起提供到乘法器802，或调节的实时实际电压V(t)和调节的实时实际电流I(t)都不会与一个或更多估计操作特性一起提供到乘法器802。

图9是包括限制器116的负载功率比较器150的另一示例的框图。限制器116通过音频线124接收音频信号。另外，负载功率比较器150可以接收实时电流线908上的实时实际电流I(t)（调节或未调节）和参数计算器线144上的估计操作特性。在该示例中，估计的操作特性可以包括估计电阻部分R(t)或扬声器阻抗Z(t)的实部real(Z)形式的估计扬声器参数。在一个示例中，估计电阻部分R(t)可以是存储的预定值。在其他实施例中，当扬声器106的估计和实际操作特性在操作中变化时，估计电阻部分R(t)可以通过参数计算器112被实时动态地更新。在其他备选中，参数计算器112可以根据预定时间调度和/或响应于估计电阻部分R(t)中的预定百分比变化提供估计电阻部分R(t)。

扬声器的电阻部分R(t)中的变化指示扬声器106中的音圈的加热和冷却。实时估计电阻R(t)中的增加指示增加音圈的温度，且实时估计电阻R(t)的减小指示减小音圈的温度。

在图9中，负载功率比较器150包括平方函数902、乘法器802和时间平均模块804。平方函数902可以接收实时实际电流I(t)且将其平方，且将结果提供到乘法器802以与扬声器106的估计时间阻抗R(t)相乘。该操作的结果（P(t)=I(t)²*R(t)）可以被提供到时间平均模块802以推算估计瞬时功率值，估计短期功率值和长期功率值。应当注意，当与实际或估计实时电压V(t)和实时实际电流I(t)的使用来推算估计功率相比时，估计实时阻抗R(t)和实时实际电流I(t)的使用可以提供增加的精确性，因为当估计实时阻抗R(t)用于判断功率时，电压降考虑是不必要的。如果采样实时实际电压V(t)的位置和扬声器的位置之间的距离由于线损耗产生电压降，则精确度中的差异可能明显。

在图8和9中，负载功率比较器150可以使用来自乘法器802的瞬时输出功率（估计或实际）来产生长期平均功率值和短期平均功率值作为与输出功率相关的阈值的产生和应用的一部分。长期和短期平均功率值的产生可以基于在时间上平均的瞬时输出功率的预定数目的采样。采样的数目或者采样被平均的时间周期对于短期平均功率值可以是1毫秒至约2秒，且对于长期平均功率值，可以是约2秒至180秒。

瞬时功率可以通过负载功率比较器150与确定的瞬时功率限制值相比较以判断推算的瞬时阈值是否被超越。另外，短期平均功率值和长期平均功率值可以与确定的短期限制值和确定的长期限制值相比较以判断推算的短期阈值和推算的长期阈值是否被超越。当基于相应功率值超过相应产生的阈值时，相应的限制信号可以由负载功率比较器150产生且提供到限制器116。限制信号可以包括指示瞬时功率限制器810、短期功率限制器814或长期功率限制器812的标识符。备选地，当设计为用于瞬时功率限制器810、短期功率限制器814或长期功率限制器812时，限制信号可以作为限制器116的不同输入被提供以识别信号。在其他示例中，如前面所讨论，任意其他方法可用于识别不同限制信号。

用于比较瞬时、短期和长期功率的限制值可以是存储的预定值。备选地，可以基于通过估计操作特性线144从参数计算器112提供到负载功率比较器150的估计操作特性，实时动态地更新限制值。例如，扬声器106的实时扬声器参数可以被负载功率比较器150使用以推算作为实时变化值的限制值。备选地，限制值可以是存储值，或者通过参数计算器112实时推算且提供到负载功率计算器150。在另一备选中，参数计算器112可以根据预定时间调度和/或响应于限制值中的预定百分比的改变来提供限制值。

扬声器固有地具有作为视频信号的功率的函数的与加热和冷却水平相关的热时间常量。因为可以估计扬声器的实时功率输入，可以避免来自不希望加热的扬声器的阈值保护。此外，可以实现从这种不希望加热的阈值保护，同时由于影响用于特定扬声器的实际可接受瞬时、短期和长期功率输入范围的实时或静态限制值，仍允许最大操作灵活性。使用实时实际和估计参数来计算功率和限制值且判断是否超过阈值可以考虑环境温度中的波动、制造中的变化以及影响用于特定扬声器的希望最大功率阈值的任意其他因素。

图10是包括限制器116的负载功率比较器150的另一示例性框图。限制器116接收音频信号线124上的音频信号。另外，负载功率比较器150可以通过参数计算器线144接收估计操作特性。在该示例中，估计操作特性包括估计电阻部分R(t)或扬声器阻抗Z(t)的实部(Z)形式的估计扬声器参数。在一个示例中，估计电阻部分R(t)可以是存储的预定值。在另一实施例中，当扬声器106的估计和实际操作特性在操作中变化时，估计的电阻部分R(t)可以通过参数计算器112实时动态地更新。在又一备选中，参数计算器112可以根据预定时间周期和/或响应于估计电阻部分R(t)中的预定百分比变化提供估计电阻部分R(t)。因为由于移动平均的计算，负载功率比较器150可以操作为以较慢速率产生和应用阈值，估计电阻部分R(t)可以以较慢速率采样。

负载功率比较器150包括移动平均模块1002。当在参数计算器线144上提供估计电阻部分R(t)作为动态更新参数的情况中，移动平均模块1002可以接收估计电阻部分R(t)且在预定时间周期上对估计电阻部分R(t)求平均。因为估计电阻部分R(t)指示音圈温度中的变化，使用移动平均模块1002推算估计电阻部分R(t)的移动平均可用于监控扬声器106的音圈的长期加热。

可以通过负载功率比较器150将估计电阻部分R(t)的移动平均与指示扬声器106的期望电阻部分R(t)的一个或更多边界值相比较以判断是否超过了阈值。当估计电阻部分R(t)的移动平均超过了指示超越了阈值的边界之一时，可以由负载功率比较器150产生限制信号且将其提供到限制器116，指示阈值被超过。当接收限制信号时，限制器116可以采取行为以最小化音圈的不希望的高温和/或不希望的低温。用于与估计电阻部分R(t)比较的边界值可以是存储的预定值。备选地，边界值可以基于通过估计操作特性线144从参数计算器112提供到负载功率比较器150的估计操作特性被实时动态地更新。例如，扬声器106的实时扬声器参数可以被负载功率比较器150使用以推算作为实时变化值的边界。备选地，边界可以是存储值，或者通过参数计算器112实时推算且被提供到负载功率计算机50以用于监控阈值。在另一备选中，参数计算器112可以根据预定时间调度和/或响应于边界值中的预定百分比变化提供边界。

限制器116可以向音频信号应用衰减以减小音频信号的幅度且避免扬声器106的音圈的过热。备选地或另外地，限制器116可以向音频信号应用增益以补偿音频信号中音频内容的压缩。在另一备选中，通过选择性地向音频信号应用增益且选择性地应用衰减可以使用用于压缩的补偿的组合。例如，当基于相应第一限制信号的接收超过第一阈值时，限制器116可以向音频信号应用增益以补偿压缩。当第二阈值被超过且提供指示音圈温度继续增加的相应第二限制信号时，限制器116可以向音频信号应用衰减以避免扬声器106的音圈中的不希望的温度水平。

图11是包括限制器116和补偿块118以产生在扬声器音圈位移的（voice coilexcursion）管理中使用的阈值的扬声器线性位移比较器152的示例性框图。补偿方框118包括时间延迟1102和相位均衡器1104。时间延迟1102可以提供音频信号的延迟或时间位移从而为音频电源管理系统100提供附加时间来管理扬声器的音圈的不希望的偏移。相位均衡器1104可以按需提供相位补偿以维持音频电源管理系统10中的音频信号和实时实际电压V(t)之间的相位关系。音频信号的实时实际电压V(t)（调节或未调节）可以通过实时实际电压线1106上被应用于扬声器线性位移比较器152。扬声器线性位移比较器152包括扬声器位移模块1110和位移阈值检测器1112。

扬声器位移模块1110在操作特性线114上从参数计算器112接收实时实际电压V(t)和估计操作特性。在图11中，扬声器位移模块1110接收的操作特性包括估计机械顺从性Cm(t)和估计音圈电阻Re(t)。估计机械顺从性Cm(t)和估计音圈电阻Re(t)可以被扬声器位移模块1110使用以推算代表扬声器106的实时机电扬声器模型。在其他示例中，附加操作特性（诸如包括在图2中的估计扬声器参数其中一个或更多个）可以通过参数计算器112被提供到扬声器位移模块1110。基于向实时机电扬声器模型应用实时实际电压V(t)，扬声器位移模块1110可以响应于音频信号推算扬声器106的音圈的预测位移。

响应于实时实际电压V(t)，可以基于音圈的估计机械速度随时间的积分预测音圈的位移。另外或备选地，扬声器位移模块1110可以使用诸如滤波器的频率相关的传输函数来执行每伏特实时实际地电压V(t)的预测音圈位移的实时计算。使用估计机械顺从性Cm(t)和估计音圈电阻Re(t)，预测位移可以考虑由于制造中的变化、老化、温度和影响扬声器106的实时操作中的音圈位移的其他参数导致的扬声器特定操作特性。预测位移可以被提供到位移阈值检测器1112。

位移阈值检测器1112可以比较预测位移与代表音圈的最大希望位移的边界以判断是否超过了产生的阈值。边界可以是存储在位移阈值检测器1112中的预定值。备选地，边界可以存储在参数计算器112中且通过操作特性线114被提供到位移阈值检测器1112，或者被存储在音频系统中的任意其他地方。另外或备选地，当扬声器106的实际操作特性在操作中变化时，边界可以通过参数计算器112被实时动态地更新。在又一备选中，参数计算器112可以基于预定时间调度和/或响应于边界中的预定百分比变化来提供边界。

基于产生的阈值，当预测位移超过边界时，限制信号被提供到限制器116。限制器116可以响应于限制信号的接收在时域向音频信号应用限幅。另外或备选地，限制器可以响应于限制信号的接收在时域向音频信号应用软限幅。软限幅可用于平滑限幅信号的尖锐拐角，且减小高阶谐波内容以最小化与限幅音频信号相关的不希望的听觉影响。另外或备选地，限制器可以响应于限制信号的接收减小诸如音频放大器中的音频信号的增益。

为了使扬声器线性位移比较器152和限制器116“提前止住”扬声器106中音圈的不希望的实际位移，可以最小化扬声器位移模块的建模的延迟。另外，时间延迟方框1102可用于提供展望能力，该展望能力可以涉及音频信号的未来实时实际电压V(t)的预测性插值。

图12是参考图1-11用于音频电源管理系统100的示例性操作流程图。在方框1202，音频电源管理系统100开机，且阈值比较器114其中一个或更多个被输入存储设置。存储设置可以是来自之前操作的最后获知值或者是预定存储值。在方框1204，音频信号可以通过音频信号线144被提供到电源管理系统100。在方框1206，音频信号被采样以获得实时电压信号V(t)和实时电流信号I(t)。在方框1208，实时电压信号V(t)和实时电流信号I(t)可以使用校准模块110校准且操作前进到方框1210。

备选地，实时电压信号V(t)和实时电流信号I(t)的校准可以被省略且操作直接前进到方框1210。在方框1210，参数计算器112接收和使用实时电压信号V(t)以推算实时估计电流。基于估计操作特性（诸如扬声器106的估计操作特性）计算实时估计电流。在方框1212，实时估计电流与实时电流信号I(t)相比较。在方框1214，判断是否大于在估计实时电流和实时实际电流I(t)之间存在的预定差异（误差）。如果是，则该操作调整估计操作特性且返回到方框1210以基于调整的操作特性重新计算估计实时电流。

参考图13，在方框1214，如果实时估计电流和实时实际电流I(t)中的差异处于可接收范围（收敛）内，则在方框1216，诸如估计扬声器参数的估计操作特性可以被阈值比较器114在执行阈值产生和监控中可用作估计实时参数。在其他示例中，诸如当使用电流放大器时，实时实际电流I(t)可用于推算实时估计电压，该电压与实时实际电压V(t)进行比较。

在方框1218，判断阈值比较器114其中哪一个可在音频电源管理系统100中操作。如果电压阈值比较器146可在音频电源管理系统100中操作，则在方框1222，估计实际参数被选择性地提供到电压阈值比较器146。在方框1224，基于估计实时参数调整电压阈值比较器146的滤波器参数。在方框1226，实时实际电压V(t)被电压阈值比较器滤波以在具有扬声器106的估计共振频率的频率范围上校准实时实际电压V(t)。因此，滤波的实时实际电压V(t)可以根据扬声器的估计实时共振频率被调整以基于估计的共振频率表示扬声器的可用操作能力。

在方框1228，代表频率相关所需电压水平的可变或静态限制值可以从参数计算器112被接收、通过电压阈值比较器146被推算和/或被从某一其他位置恢复。在方框1230，过滤的实时实际电压V(t)诸如可以通过曲线拟合与限制值进行比较。在方框1232，判断过滤实时实际电压V(t)是否超过阈值。如果判断为否，则操作返回方框1222。如果在方框1232，滤波的实时实际电压V(t)超过阈值，则在方框1234，限制信号被提供到限制器116。在方框1236，限制器调整音频信号，且操作返回到方框1222。

返回方框1220，如果电流阈值比较器148可在音频电源管理系统100中操作，则在方框1240，电流阈值比较器148接收实时实际电流I(t)。另外，电流阈值比较器148可以以预定间隔选择性地接收代表来自参数计算器122的最大所需电流的可变或静态边界值、选择性地推算最大所需电流和/或从某一其他存储位置恢复最大所需电流。在方框1242，电流阈值比较器148可以比较实时实际电流I(t)与边界值。在方框1244，判断实时实际电流I(t)是否超过边界值。如果判断为否，则操作返回方框1240。如果在方框1244，实时实际电流I(t)超过阈值，则在方框1246，产生限制信号且该限制信号被提供到限制器116。在方框1248，限制器调整音频信号，且操作返回到方框1240。

再次返回1220，如果负载功率比较器150可在音频电源管理系统100中操作，则在方框1252，负载功率比较器150接收实时实际电流I(t)和实时实际电压V(t)（调节或未调节）中的至少一个。另外或备选地，负载功率比较器150可以选择性地从参数计算器112接收诸如估计实时扬声器参数的估计实时参数。而且，负载功率比较器150可以以预定间隔从参数计算器112或某一其他存储位置接收代表所需功率水平的可变或静态限制或推算可变或静态限制。在方框1254，负载功率比较器150可以基于实时估计和/或实际电流或电压计算瞬时功率。

在方框1256，计算的瞬时功率可用于更新短平均功率和长平均功率值。在方框1258，瞬时、短期和长期计算功率可以与相应限制进行比较。在方框1262，判断瞬时功率、短期功率或长期功率是否超过相应阈值。如果判断为否，则操作返回方框1252。如果在方框1262，瞬时功率、短期功率或长期功率中任意一个或全部超过相应阈值，则在方框1264，负载功率比较器150产生（多个）相应限制信号且向限制器116提供（多个）相应限制信号。在方框1266，限制器116基于（多个）接收的限制信号相应地调整音频信号。

再次返回方框1220，如果扬声器线性位移比较器152可在音频电源管理系统100中操作，则在方框1270，扬声器线性位移比较器152接收实时实际电压V(t)（调节或未调节）且从参数计算器112估计诸如实时扬声器参数这样的估计实时参数。而且，负载功率比较器150可以从参数计算器112或某一其他存储位置接收代表扬声器106的音圈的所需位移水平的一个或更多可变或静态边界，或者推算可变或静态边界。在方框1272，通过向实时机电扬声器模型应用实时实际电压V(t)和估计实时参数推算估计位移。在方框1274，估计位移与边界进行比较。在方框1276，判断是否超过阈值中的任意一个。如果判断为否，则操作返回到方框1270。如果在方框1276，超过了任意一个阈值，则在方框1278，产生相应限制信号且该相应限制信号被提供到限制器116。在方框1280，限制器116根据接收的相应限制信号调整音频信号。

如上所述，电源管理系统100提供扬声器、放大器、音频源和音频系统中的任意其他组件的管理。通过使用实时测量实际参数，音频电源管理系统100可以定制音频系统中的各个组件的管理。在保护性管理的情况中，音频电源管理系统100可以实时产生和调整用于各个装置的各种保护性参数以允许相应装置的最大操作能力，同时仍维持诸如音频信号的操作参数处于限制内，否则将对于音频系统的硬件具有不希望的有害影响。在操作管理的情况中，通过实时调整用于各个装置的操作阈值以最小化失真、限幅和可能发生的其他不希望异常，音频电源管理系统可以优化功耗、性能和功能性。

尽管已经描述了本发明的各个实施例，对于本领域技术人员而言，很明显，更多实施例和实施方式可以处于本发明的范围内。因此，除非考虑所附权利要求及其等价，本发明将不受限制。

Claims (20)

1.一种用于音频系统的电源管理系统，包括：

处理器；

阈值比较器，其可由所述处理器执行以基于驱动扬声器的音频信号的测量实际参数和所述扬声器的估计操作特性实时地产生和监控阈值；以及

与所述阈值比较器通信的限制器，所述限制器位于提供所述音频信号的音频源和接收所述音频信号的扬声器之间，所述限制器可由所述处理器执行以基于所述阈值实时地选择性地调整所述音频信号。

2.根据权利要求1所述的电源管理系统，其中所述阈值比较器包括电流阈值比较器，所述电流阈值比较器可由所述处理器执行以基于所述测量实际参数和所述扬声器的估计操作特性实时地产生高电流阈值。

3.根据权利要求2所述的电源管理系统，其中所述扬声器的所述估计操作特性包括基于扬声器模型确定的电流边界参数，并且所述测量实际参数为音频信号电流，并且所述限制器是电压限制器，其可由所述处理器执行以将所述音频信号中的电流保持在所述阈值以下。

4.根据权利要求1所述的电源管理系统，其中所述阈值比较器包括电压阈值检测器，所述电压阈值检测器可由所述处理器执行以基于所述测量实际参数和所述估计操作特性实时地生成基于频率的高电压阈值。

5.根据权利要求4所述的电源管理系统，其中所述基于频率的高电压阈值是基于所述扬声器的实时估计共振频率确定的，所述扬声器的实时估计共振频率是由所述阈值比较器基于所述扬声器的所述估计操作特性、以及驱动所述扬声器的所述音频信号的所述测量实际参数确定的。

6.根据权利要求1所述的电源管理系统，其中所述音频信号的所述测量实际参数包括实时实际电压和实时实际电流。

7.根据权利要求1所述的电源管理系统，其中所述扬声器的所述估计操作特性包括所述扬声器的估计机械顺从性和估计音圈电阻，所述阈值比较器可由所述处理器执行以推算代表所述扬声器的实时机电扬声器模型并使用所述实时机电扬声器模型确定所述扬声器的音圈的预测位移作为阈值。

8.根据权利要求1所述的电源管理系统，还包括校准模块，该校准模块可由所述处理器执行以接收、调节所述测量实际参数且向所述阈值比较器提供调节的测量实际参数。

9.一种用于音频系统的电源管理的方法，包括：

使用处理器接收驱动扬声器的音频信号的测量实际参数；

使用所述处理器，基于驱动所述扬声器的所述音频信号的所述测量实际参数恢复代表所述扬声器操作特性的估计扬声器参数；

使用所述处理器基于所述估计扬声器参数和所述测量实际参数实时地生成阈值；以及

使用所述处理器基于产生的阈值实时地选择性地调整驱动所述扬声器的所述音频信号。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述测量实际参数包括实时实际电压和实时实际电流，且所述估计扬声器参数包括估计电压，所述实时实际电流与估计扬声器模型一起使用以产生所述估计电压。

11.根据权利要求10所述的方法，其中产生所述阈值包括产生基于频率的高电压阈值。

12.根据权利要求9所述的方法，其中所述阈值代表最大音圈位移。

13.根据权利要求9所述的方法，其中所述阈值是扬声器保护参数。

14.一种用于音频系统的电源管理系统，包括：

处理器；

第一阈值比较器，其可由所述处理器执行以根据第一阈值监控音频信号的测量实际参数；

第二阈值比较器，其可由所述处理器执行以根据第二阈值监控所述测量实际参数；

所述第一阈值比较器进一步可由所述处理器执行，以基于所述扬声器的估计操作特性或所述测量实际参数中的至少一个建立所述第一阈值的超过程度；以及

所述第二阈值比较器进一步可由所述处理器执行，以基于所述扬声器的估计操作特性或所述测量实际参数中的至少一个建立所述第二阈值的超过程度。

15.根据权利要求14所述的电源管理系统，还包括与所述第一阈值比较器和所述第二阈值比较器通信的限制器，所述限制器可由所述处理器执行以响应于来自所述第一阈值比较器的第一限制信号和来自于所述第二阈值比较器的第二限制信号，独立地调整驱动所述扬声器的所述音频信号。

16.根据权利要求14所述的电源管理系统，还包括与所述第一阈值比较器通信的第一限制器以及与所述第二阈值比较器通信的第二限制器，所述第一限制器和第二限制器可由所述处理器执行以响应于来自所述第一阈值比较器的相应第一限制信号和来自于所述第二阈值比较器的相应第二限制信号，独立地调整驱动所述扬声器的所述音频信号。

17.根据权利要求14所述的电源管理系统，其中所述第一阈值比较器是电压阈值比较器，且所述估计操作特性包括所述扬声器的估计共振频率，所述电压阈值比较器可由所述处理器执行以响应于所述音频信号的电压中的变化改变操作特性，所述音频信号的电压为所述扬声器的所述估计共振频率的函数。

18.根据权利要求17所述的电源管理系统，其中所述第二阈值比较器是电流阈值比较器且所述估计操作特性包括所述扬声器的估计电阻，所述电流阈值比较器可由所述处理器执行以响应于所述音频信号的实时实际电压中的变化以及所述扬声器的所述估计电阻改变所述第二阈值。

19.根据权利要求14所述的电源管理系统，其中所述第一阈值比较器是扬声器线性位移比较器，且所述估计操作特性包括所述扬声器的估计音圈电阻以及所述扬声器的估计机械顺从性，所述扬声器线性位移比较器可由所述处理器执行以至少基于所述扬声器的所述估计音圈电阻和所述估计机械顺从性推算代表所述扬声器的实时机电扬声器模型。

20.根据权利要求19所述的电源管理系统，其中所述第二阈值比较器是负载功率比较器，所述估计操作特性包括所述扬声器的估计电阻，且所述测量参数包括所述音频信号的实时实际电流，所述负载功率比较器可由所述处理器执行以基于所述扬声器的所述估计电阻和所述实时实际电流实时地计算扬声器处的功率的估计幅度。

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