CN103873985B - 用以确定并限制扩音器的音圈的温度的对扩音器的输入信号的直接测量 - Google Patents

Abstract

本申请涉及用以确定并限制扩音器的音圈的温度的对扩音器的输入信号的直接测量。具体而言，本公开内容的方案涉及一种系统和方法，用于为扬声器的音圈提供温度限制。所述系统和方法基于监控（例如测量）提供给扬声器的放大器输出信号来提供前述的温度限制。提供前述的温度限制增进了对扬声器改进的保护。

Description

用以确定并限制扩音器的音圈的温度的对扩音器的输入信号 的直接测量

技术领域

本申请涉及用以确定并限制扩音器的音圈的温度的对扩音器的输入信号的直接测量。

背景技术

当施加到扬声器的输入信号的功率超过扬声器的功率操作能力时扬声器会受损和/或遭受性能问题。

发明内容

提供这个发明内容部分，以简化的形式介绍概念的选择，将在以下的具体实施方式部分中对其进一步说明。这个发明内容部分并非旨在确定所要求保护的主题的关键和/或基本特征。此外，这个发明内容部分并非旨在以任何方式限制所要求保护的主题的范围。

本发明的方案涉及一种系统和方法，用于为扬声器的音圈提供温度限制。所述系统和方法基于监控（例如测量）提供给扬声器的放大器输出信号来提供前述的温度限制。提供前述的温度限制增进了对扬声器改进的保护。

附图说明

本领域技术人员通过参考附图会更好地理解本发明的多个优点，在附图中：

图1是扬声器系统的示例性概念方框示意图；

图2A和2B描绘了示出用于对扬声器系统的扬声器的音圈提供温度限制的方法的流程图；以及

图3是扬声器系统的音圈的阻抗－频率关系的示例图。

具体实施方式

下文参考附图更充分地说明本公开内容的方案，附图构成了其一部分，作为举例说明显示了示例性特征。但这些特征可以以许多不同的形式体现，不应解释为限制于本文阐述的组合；相反，提供这些组合，以使得本公开内容更为详尽和完整，并充分地表达范围。此外，本公开内容的特征借助方法、设备更便于实现，和/或体现在商业物品中。因此，以下的具体实施方式不应认为是限制性意义的。

在许多设备中实现了扬声器（例如扩音器），用于响应于接收的电音频信号输入产生声音。例如，扬声器可以配置有支撑音圈的锥体。音圈可以被配置为附接到扩音器锥体的顶点的线圈。此外，可以配置音圈以便为扩音器锥体提供动力。

当过多的功率施加到扬声器（例如小型扬声器）的音圈，导致音圈变得过热时，扬声器容易毁坏或受损。例如，当音圈变得过热时，音圈（例如导线）可能从扬声器的振动膜分离和/或可能开始熔化。对于在移动设备中实现的扬声器，这种损害出现的概率由于这种设备中常用的升压放大器的增多而升高。

当前，实现了多个解决方案，以努力限制扬声器的音圈的温度（例如避免过热）。一个解决方案包括限制扬声器的放大器的电压摆动。然而，与限制放大器电压摆动相关的一些缺点是它没有考虑实际短期功率操作，并且它导致放大器削波，这对于扬声器的音质有不利的影响。另一个解决方案包括基于扬声器的输入电压建立扬声器的模型，其追踪扬声器的条件。然而，建立扬声器模型耗时且常常仅覆盖该系列的扬声器，从而忽略了个体容限。进一步的问题是未知的本地环境温度。

如以下更充分阐述的，本公开内容的方案包括系统和方法，用于通过直接测量扬声器（例如扩音器）的输入信号以确定并控制扩音器的音圈的温度，来促进改善的扬声器性能和保护。

如图1所示，示出了系统100。在实施例中，系统100是扬声器系统。扬声器系统100包括扬声器102。例如，扬声器102被配置用于响应于接收的电音频信号输入而产生声音。例如，扬声器102可以配置有支撑音圈的 锥体。音圈可以被配置为附接到锥体的顶点的线圈。此外，音圈可以被配置用于向扬声器锥体提供动力。

系统100进一步包括放大器104。放大器104连接到扬声器102。放大器104（例如电子放大器）被配置用于通过使用外部能源增大（例如放大）输入信号的功率。例如，输入信号可以是电压和/或电流。放大器104进一步被配置用于向扬声器102传送作为放大器输出信号的放大的输入信号，其包括电压和电流。在实施例中，放大器104是电流和电压（IV）感测放大器104，其被配置用于借助放大器输出信号输出（例如提供）电流和电压信息。例如，放大器104被配置用于感测横跨扬声器102的电压，并进一步被配置用于感测进入扬声器102的电流。在示例性实施例中，放大器104可以是具有电流和电压感测的8.5伏（8.5V）升压放大器。

在实施例中，放大器104连接到感测电路105。在实施例中，感测电路105被配置在放大器104的输出，并被配置用于测量放大器输出信号的电流和电压（例如，测量进入扬声器102的电流和电压）。在实施例中，感测电路105被配置用于向滤波器块106传送测量的电压和电流。

在实施例中，包括一个或多个滤波器的滤波器块106连接到感测电路105，且被配置用于从感测电路105接收测量的电流和电压。

在可替换的实施例中，不是测量从放大器104提供给扬声器102的输出电压，而是可以由提供给放大器104的输入信号来计算输出电压。

在实施例中，系统100进一步包括滤波器块106的一个或多个滤波器。例如，滤波器106可以是低通滤波器和/或带通滤波器，其可以被配置用于允许低频信号的通过，并衰减频率高于预定（例如截止）频率的信号（例如减小振幅）。对每一个频率的衰减量对于各个滤波器可以有变化。因为它们的上述衰减功能，低通滤波器106被配置用于从接收的电压和电流（例如接收的电压和电流信息）提取出特定频带。在实施例中，滤波器106连接到感测电路105。滤波器106被配置用于从感测电路105接收测量的电流和电压。滤波器块106被配置用于产生从接收的电流和电压得到的输出。滤波器106被配置用于感测相同的频率。

系统100进一步包括电阻估计器模块108。例如，电阻估计器可以是直流（DC）电阻估计器模块108。电阻估计器模块108连接到滤波器块106。 在实施例中，电阻估计器模块108可以包括处理器（例如，数字信号处理器（DSP））或编码解码器。电阻估计器模块108被配置用于从滤波器块106接收滤波器块输出，产生（例如计算）得自于滤波器块输出的电阻估计值，并传送（例如输出）电阻估计值。例如，由电阻估计器模块108提供的电阻估计值输出可以基于传送到扬声器102的放大器输出信号的电流和电压，来指示扬声器102的音圈的估计的电阻（例如估计的DC电阻）。在实施例中，电阻估计器模块108通过除以进入扬声器102的电流和电压（例如测量的电流和电压）的均方根（RMS）值来确定估计的电阻。在实施例中，当计算电阻估计值（例如电阻值）时，可以实现电路和/或算法。例如，当计算测量电压除以测量电流的幅度的比时，可以实现电路和/或算法。

系统100进一步包括温度估计器模块109（例如温度计算模块、温度换算模块）。温度估计器模块109连接到电阻估计器模块108，且被配置用于从电阻估计器模块108接收电阻估计值输出（例如，计算的电阻值）。在实施例中，温度估计器模块108可以包括处理器（例如数字信号处理器（DSP））或编码解码器。温度估计器模块109被配置用于基于电阻估计值输出（例如计算的电阻值）计算（例如估计）扬声器102的音圈的温度，并传送（例如输出）温度估计值。扬声器102的阻抗随频率改变，但在极低的频率或者在直流（DC）下，在电阻与温度之间存在直接的关系。铜电阻的温度系数是0.00393，这表示随温度每上升一摄氏度，电阻上升0.393%。用于音圈的其它金属具有不同但也是公知的系数。通过配置滤波器106以传送在DC或者接近DC的频率，并通过使得在其放大器输入可以获得这些频率，从而可以估计音圈温度。温度可以表示为模拟或数字值。

在实施例中，系统100进一步包括比较器110。例如，比较器110可以是比较两个电压或电流，并转换其输出以指示哪一个较大的设备。在数字或软件实施方式中，比较器110比较二进制数。比较器110连接到温度估计器模块109。比较器110被配置用于接收从温度估计器模块109传送的计算的温度估计值。比较器110进一步被配置用于将接收的温度估计值与参考温度值112相比较。在实施例中，参考温度值可以是扬声器102的音圈的预定的阈值温度（例如最大温度或极限温度）。

在实施例中，可以基于形成扬声器102的音圈的材料（例如金属）的 电阻随温度增大的基础假设来确定在阈值温度的预测电阻。例如，通过获知：a)形成扬声器102的音圈的材料（例如铜导线）；b)在室温下的音圈材料的电阻；及c)音圈材料的每摄氏度的温度系数（例如一阶近似）；可以确定在阈值温度下的预测电阻。在实施例中，极限温度是扬声器102的音圈的温度，如果超过极限温度，就会导致扬声器102的音圈受损。例如，扬声器102的音圈的极限温度可以等于或约等于120摄氏度。

在实施例中，比较器110进一步被配置用于基于在接收的温度估计值与参考温度值之间的比较而产生并传送输出。例如，比较可以确定（例如指示）接收的电阻估计值等于、超过或接近音圈的参考电阻值，从而指示音圈的温度等于、超过或接近音圈的阈值温度，这又指示传送到扬声器102的放大器输出信号导致或者会导致扬声器102受损。可替换地，比较可以确定扬声器102的音圈的接收的电阻估计值（及由此的温度）比音圈的参考电阻值和阈值温度低得多，从而指示传送到扬声器102的放大器输出信号不会或者将不会损坏扬声器102。在实施例中，当将计算的电阻估计值与参考电阻值（例如极限值）比较时，以及当基于所述比较产生比较器输出时，可以实现电路和/或算法。

系统100进一步包括音频增益电路114。音频增益电路114连接到比较器110。此外，音频增益电路114被配置用于接收从比较器110传送的输出。音频增益电路114进一步被配置用于接收音频输入（例如音频输入信号（Audio In））。此外，音频增益电路114被配置用于衰减音频输入信号。例如，音频增益电路114被配置用于基于接收的比较器输出调整（例如减小、增大）施加到音频输入信号的增益量。例如，当比较器110的比较确定温度估计值等于、超过或接近音圈的参考值时（及由此的电阻估计值等于、超过或接近音圈的参考电阻值），比较器输出可以提供这个情况的指示，并可以导致（例如，可以包括指令以导致）音频增益电路114减小施加到音频输入信号的增益量。音频总体电路114进一步被配置用于传送从接收的比较器输出得到的音频增益电路输出和音频输入信号。当减小施加到音频输入信号的增益时，这导致施加到扬声器102的减小的功率放大器输出信号，用于使得和/或保持扬声器的音圈的电阻和温度在上述预期的阈值内，以便保护扬声器102。系统100从而操作为控制回路，其监控并调整施加到 音频输入信号的增益量，以便控制扬声器102的音圈的电阻和温度。

在实施例中，系统100进一步包括加法器116。例如，求和器（例如加法器）可以是数字电路，被配置用于相加（例如求和信号）。求和器116连接到音频增益电路114。求和器116被配置用于接收由音频增益电路114传送的输出。此外，求和器连接到低频（LF）激励源118。求和器116被配置用于接收由低频（LF）激励源118传送的低频（LF）激励信号。LF激励信号包括电流分量和电压分量。在实施例中，LF激励信号可以是直流（DC）（例如0赫兹（Hz））或交流（AC）（例如，16赫兹（Hz））。在实施例中，将带通滤波器106调谐到LF激励信号的频率范围（例如LF激励信号的频率与滤波器的通频带匹配）。在LF激励信号是0Hz的实施例中，调谐到0Hz的带通滤波器106是低通滤波器106。此外，求和器116被配置用于将接收的LF激励信号加到接收的音频增益电路输出，并向放大器104传送输出。由LF激励信号和音频增益电路输出得到从求和器116传送的输出。此外，放大器114被配置用于接收从求和器116传送的输出。放大器104被配置用于向扬声器102提供放大器输出（例如减小的功率放大器输出），从求和器116传送的接收的输出得到放大器输出。

在实施例中，系统100包括借助处理器（例如数字信号处理器（DSP））或编码解码器提供的处理功能。处理功能可以在系统100的一个或多个部件内实现，例如在如上所述的电阻估计器模块108和温度估计器模块109内。处理功能被配置用于实时处理放大器输入信号，以及放大器输出的电流和电压信息。

上述的系统100使用馈送到扬声器102的音圈的放大器输出信号的直接测量来以如下方式确定并控制扬声器102的音圈的电阻和温度：a)不依赖于模型（例如模型参数）或信号的历史；及b)可以安全地将扬声器102驱动至其最大响度。

可以在多个设备中实现上述的系统100，例如移动电话（例如智能电话）、平板电脑、笔记本电脑（例如膝上型电脑）、电子书和辅助设备（例如扩展坞）。

系统100的上述功能与系统100的正常音频回放并行且互不影响（transparentto）地工作，并传递真实的结果（例如，与音频内容和环境温 度无关的结果）。用于提供此类功能的由系统100实现的算法（例如功率限制算法）增进了扬声器保护中基本的技术改进。

图2A和2B描绘了示出用于对扬声器系统的扬声器的音圈提供温度限制的方法的流程图。方法200包括步骤202：在系统的音频增益电路处接收音频输入信号。方法200进一步包括步骤204：基于音频输入信号来传送音频增益电路输出。方法200进一步包括步骤206：将音频增益电路输出与激励信号组合，以产生放大器输入信号。在实施例中，激励信号是低频（LF）信号。例如，激励信号可以是LF交流（AC）信号，例如16赫兹（Hz）正弦波或带限噪声，其施加到扬声器102。例如，基于扬声器102的音圈的阻抗在谐振频率周围上升，但与其在低频的DC值极为接近的基础假设，将低频AC信号施加到扬声器102，以避免偏移误差。这由图3示出，它是示出扬声器102的音圈的示例性阻抗（Z）－频率（F）曲线的曲线图。在图3中，阻抗（Z）以欧姆测量值显示，而频率（F）以赫兹测量值显示。此外，在图3中示出了谐振频率（F_s），还显示了最大阻抗（Z_max）、最小阻抗（Z_min）和额定阻抗（Z_nom）。在实施例中，方法200进一步包括步骤208：经由系统的放大器接收放大器输入信号。

方法200进一步包括步骤210：从放大器向系统的扬声器传送输出信号，放大器输出信号得自于放大器输入信号，放大器输出信号包括电压和电流。方法200进一步包括步骤212：借助感测电路测量放大器输出信号的电压和电流，并向系统的滤波器块传送测量的电压和电流。方法200进一步包括步骤214：接收测量的电压和电流，并基于接收的电压和电流而从滤波器块向系统的电阻估计器模块传送输出。方法200进一步包括步骤216：基于滤波器块输出而借助电阻估计器模块计算音圈的电阻。

在实施例中，方法200进一步包括步骤218：从电阻估计器模块向系统的温度估计器模块传送计算的电阻。在实施例中，方法200进一步包括步骤220：基于计算的电阻，借助温度估计器模块计算音圈的温度，并向系统的比较器输出计算的温度。在实施例中，方法200进一步包括步骤222：借助比较器将计算的温度与音圈的预定阈值温度相比较，并基于所述比较向系统的音频增益电路提供输出。方法200进一步包括步骤224：基于比较器输出，借助音频增益电路衰减音频输入信号。

在实施例中，上述系统100的部件和/或方法200的步骤可以在硬件（例如芯片）和/或软件中实现。

在进一步的实施例中，在没有音频信号的情况下，上述系统功能和方法可以扩展到不仅推导出扬声器102的温度，而且还推导出扬声器102的完整特性，包括谐振频率和Q（品质因数）。可以实现算法以提供这种推导。

应注意，如对计算机领域技术人员而言显而易见的，可以根据本说明书的教导而使用常规的通用数字计算机来方便地实现前述实施例。如对软件领域技术人员而言显而易见的，可以由熟练的程序员基于本公开内容的教导而容易地准备适当的软件。

应理解，本文所述的实施例可以以软件包的形式方便地实现。这个软件包可以是计算机程序产品，其使用包括存储的计算机代码的非瞬时性计算机可读存储介质，计算机代码用于编程计算机，以执行公开的功能和本文公开的过程。计算机可读介质可以包括但不限于任何类型的常规软盘、光盘、CD-ROM、磁盘、硬盘驱动器、磁光盘、ROM、RAM、EPROM、EEPROM、磁卡或光卡，或者用于存储电子指令的任何其它适合的介质。

尽管以具体用于结构特征和/或方法操作的语言说明了主题，但会理解，在所附权利要求书中定义的主题不一定局限于上述的具体特征和操作。相反，作为实现权利要求的示例性形式公开了上述的具体特征和操作。

Claims (12)

1.一种用于为扬声器的音圈提供温度限制的系统，包括：

放大器，其连接到所述扬声器，所述放大器被配置用于接收放大器输入信号，基于所述放大器输入信号来产生放大器输出信号，并向所述扬声器传送所述放大器输出信号，其中所述放大器输入信号包括外部激励信号，所述外部激励信号是DC信号或者是具有的频率低于预定频率的AC信号；

感测电路，其连接到所述放大器，所述感测电路被配置用于测量所述放大器输出信号的电压和电流并提供包括所测量的电压和所测量的电流的输出信号；

滤波器块，其连接到所述感测电路，所述滤波器块被配置用于接收感测电路输出信号，并基于所述感测电路输出信号来提供输出信号，所述输出信号是DC信号或者是具有的频率低于预定频率的AC信号；以及

电阻估计器模块，其包括处理器，所述电阻估计器模块连接到所述滤波器块，所述电阻估计器模块被配置用于从所述滤波器块接收所述输出信号，基于所述输出信号来计算所述音圈的估计电阻，并提供包括所述估计电阻的输出；以及

温度估计器模块，其连接到所述电阻估计器模块，所述温度估计器模块被配置用于接收所述电阻估计器模块的输出，并基于所述估计电阻来计算所述音圈的温度，

其中，基于所述音圈的所计算的温度与所述音圈的预定阈值温度的比较，来衰减所述放大器输入信号。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述感测电路被配置用于感测横跨所述扬声器的电压和进入所述扬声器的电流。

3.根据权利要求1所述的系统，进一步包括：

比较器，所述比较器连接到所述温度估计器模块，所述比较器被配置用于将所计算的温度与所述预定阈值温度相比较，所述比较器被配置用于基于所述比较来提供输出。

4.根据权利要求3所述的系统，进一步包括：

音频增益电路，所述音频增益电路连接到所述比较器，所述音频增益电路被配置用于接收所述比较器的输出，所述音频增益电路被配置用于接收音频输入信号，所述音频增益电路被配置用于基于所述比较器的输出来衰减所述音频输入信号，以提供音频增益电路输出。

5.根据权利要求4所述的系统，进一步包括：

信号求和器，所述信号求和器连接到所述音频增益电路，所述信号求和器被配置用于接收所述音频增益电路输出，所述信号求和器被配置用于从激励源接收所述外部激励信号，所述信号求和器被配置用于将所述音频增益电路输出与所述外部激励信号组合，以产生所述放大器输入信号。

6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述外部激励信号是亚音速信号。

7.一种用于为扬声器系统的扬声器的音圈提供温度限制的方法，包括：

在所述系统的音频增益电路处接收音频输入信号；

基于所接收的音频输入信号，经由所述音频增益电路来产生音频增益电路输出；

将所述音频增益电路输出与外部激励信号组合，以产生放大器输入信号，所述外部激励信号是DC信号或者是具有的频率低于预定频率的AC信号；

经由所述系统的放大器接收所述放大器输入信号；

从所述放大器向所述系统的扬声器传送放大器输出信号，所述放大器输出信号从所述放大器输入信号得出，所述放大器输出信号包括电压和电流；

经由感测电路来测量所述放大器输出信号的电压和电流，并且向所述系统的滤波器块传送所测量的电压和电流；

从所述滤波器块接收输出，并从所述滤波器块向所述系统的电阻估计器模块传送所述输出，所述输出是DC信号或者是具有的频率低于预定频率的AC信号；以及

基于所述滤波器块的输出，经由所述电阻估计器模块来计算所述音圈的估计电阻。

8.根据权利要求7所述的方法，进一步包括：

从所述电阻估计器模块向所述系统的温度估计器模块传送所述估计电阻。

9.根据权利要求8所述的方法，进一步包括：

基于所述估计电阻，经由所述温度估计器模块来计算所述音圈的温度，以及向所述系统的比较器输出所计算的温度。

10.根据权利要求9所述的方法，进一步包括：

经由所述比较器将所计算的温度与所述音圈的预定阈值温度相比较，并基于所述比较向所述系统的音频增益电路提供输出。

11.根据权利要求10所述的方法，进一步包括：

基于所述比较器的输出，经由所述音频增益电路来衰减所述音频输入信号。

12.一种非瞬时性计算机可读介质，其具有计算机可执行指令，该指令用于执行根据权利要求7-11中的任一项所述的方法。