CN104683927B - 确定扬声器音圈温度的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种确定扬声器音圈的温度的方法，包括步骤：在大于16kHz的预定评估频率下，确定扬声器音圈的阻抗值；和基于所述阻抗值确定扬声器音圈的温度的度量。

Description

确定扬声器音圈温度的方法和装置
技术领域
本发明涉及扬声器，尤其但不排他地涉及如何确定扬声器音圈的温度。
背景技术
扬声器通常包括隔膜(或锥体)，通过柔性悬架连接到刚性框架，该柔性悬架制约音圈沿轴向通过圆柱形磁隙移动。当电信号施加到音圈，音圈中的电流产生磁场，使它成为可变电磁铁。线圈和驱动器的磁系统交互，从而产生机械力引起该线圈(并因此，所附的膜片)来回移动，从而在来自放大器的施加的电信号的控制下再现声音。
扬声器是将电能转换为(期望的)声学和(不希望的)的热能的设备。许多施加到扬声器的电能导致了热损耗，这会导致许多常见的扬声器的缺陷。因此，能够监测扬声器音圈的温度是有益的。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供一种确定扬声器音圈的温度的方法，包括步骤：在大于16kHz的预定评估频率下，确定扬声器音圈的阻抗值；和基于所述阻抗值确定扬声器音圈的温度的度量。
根据本发明的第二方面，提供一种确定扬声器音圈的温度的方法，包括步骤：在预定超声波评估频率下，确定扬声器音圈的阻抗值；和基于所述阻抗值确定扬声器音圈的温度的度量。
应当理解评估频率是大于16kHz，并是超声波的。也就是说，预定评估频率大于16kHz就可能是在超声波范围内了。
评估频率可能等于或大于20kHz。应当认识到超声波范围可以包括大于20kHz的频率。
该方法可能包括提供输入信号到扬声器，所述输入信号包括：在评估频率下的评估信号和音频信号。
所述阻抗可能是通过测量在评估频率下的电压和电流信号的频率分量并计算电压和电流的比值来确定的。电压和电流信号的频率分量可能是复值的。它们的比例也可能是复值的。
复值频率分量可能用傅里叶变换方法确定。
所述方法可能包括：调节输入信号以补偿音圈温度的变化。
所述方法可能包括：调节输入信号来禁止音圈温度的上升。该方法包括调节输入信号来阻止音圈温度上升到预定阈值以上。例如调节输入信号可能包括调节增益，滤波和动态范围控制。
所述方法包括：在评估频率下，基于阻抗的确定来确定扬声器音圈的电阻部分；和基于所述阻抗的电阻部分来确定温度的度量。
所述温度是使用在评估频率下的扬声器音圈的温度和阻抗的电阻部分之间的一阶或二阶多项式关系来确定的。
根据本发明的第三方面，提供一种装置，包括：阻抗确定模块，被配置为在大于16kHz的预定的评估频率下确定扬声器音圈的阻抗值；和温度确定模块，被配置为基于所述阻抗值确定扬声器音圈的温度的度量。
根据本发明的第四方面，提供一种装置，包括：阻抗确定模块，被配置为在预定的超声波频率下确定扬声器音圈的阻抗值；和温度确定模块，被配置为基于所述阻抗值确定扬声器音圈的温度的度量。
所述温度确定模块可能包括处理器。
所述阻抗确定模块可能包括：电流检测装置，来测量流过扬声器音圈的电流；电压感测装置，来测量扬声器音圈两端的电压；和处理器，被配置为计算在评估频率下的电压和电流的频率分量，并确定该电压和电流分量的比值。
阻抗确定模块可能包括电压检测装置(如电压检测放大器)、电流检测装置(如电流检测放大器，其输出电压和电流可能是成比例的，电流检测装置或与负载串联的分流电阻可能被用于转换负载电流到小的电压，该负载电流被电流检测放大器放大)，以及计算电压复值分量V(ω)，和电流复值分量I(ω)，并根据计算阻抗(如用于转换电压和电流信号到数字域的处理器和模-数转换器)。
附图说明
图1示出了扬声器的阻抗函数；和
图2a-2b示出了根据本发明实施例的确定扬声器音圈的温度度量的设备和方法。
具体实施方式
扬声器是将电能转换成声能的装置。然而，施加到扬声器的部分电功率可能会导致热量的产生。该热量可导致扬声器的缺陷。为了防止热损伤(无论是永久的还是非永久的)，期望调节输入信号以使扬声器音圈的温度不超过一定限度。可替代地，可期望补偿由扬声器音圈的温度改变产生的声效果。
本发明提供了一种基于音圈的阻抗来来确定音圈温度的度量的方法。具体地，该方法包括：提供包括具有在超声波范围内和/或大16KHz的频率的信号的评估信号。
扬声器阻抗Z(ω)是频率ω的复值函数，并可被计算为音圈两端的电压和流过音圈的电流之间的比率，在特定频率下：
图1显示了典型的扬声器阻抗函数的幅度图，其示出了谐振峰。总阻抗191包括动态阻抗193(虚线)，和屏蔽电阻抗192(短划线)的总和。屏蔽电阻抗192，Ze(ω)是由音圈的直流电阻Re和表示有损电感的效果的残留阻抗ZL，e(ω)组成。
在音圈温度推定的情况下，扬声器的直流电阻Re是重要的，因为Re的值关系到温度T0。这种关系可以由一阶或二阶多项式表示：
Re(T)＝Re(T0){1+α0(T-T0)+β0(T-T0)2}
其中，Re(T0)是基准温度T0下的直流电阻的值，α0和β0是多项式的一阶和二阶系数(对于一阶多项式，β0为零)，系数可取决于音圈材料。
如果评估频率分别被选为在低频区域，例如，远低于扬声器的谐振频率(例如，对于微型扬声器大约50Hz)，添加的音调在某些条件下仍然可听见(例如如果扬声器箱存在声学通气，具有接近评估频率的频率)。此外，对于低于扬声器的共振频率的所有评估的频率，膜片位移是不可忽略的，因此需要被考虑在内。这导致需要为评估音调保留位移净空。
本发明的实施例使用的评估频率远高于扬声器的共振频率，优选的，在音频频带的边界或超过声频带(20kHz或更高)。应该理解的是，其它实施例可以使用在可听频率范围边界的频率(例如，大于16千赫)。在这些频率区域时，隔膜位移几乎为零，因此不需要保留位移净空用于评估音调。此外，对于低频率，预计放大器的噪声会增加。越高的评估频率也可能意味着音调的周期可以短得多，以允许更快速的温度的估计，并允许更精细的时间分辨率。
本发明的实施例提供一种使用在超声波评估频率的评估信号(例如正弦波)来估计扬声器音圈的温度的装置、计算机程序和方法。该评估信号的频率被配置为远高于扬声器的共振频率，优选的，在声频带的边界或者在声频带以外(在超声波频率区域)。在这个频率被估计的复值电阻抗可以用作关于扬声器音圈的温度的度量。
根据本发明的实施例的音圈温度推定的装置200示于图2a。在这种情况下，装置200包括：装置202，用于产生超声波评估频率，此例中是信号发生器；用于确定扬声器音圈阻抗的装置包括：装置205，用于监控音圈两端的电压和流入音圈的电流；和装置206，用于计算在评估频率下的电压和电流的复值频率分量并估计音圈温度，或与之相关的度量，来自该复值的频率分量。在这种情况下，该装置还包括放大器203和音频输入201。该装置被连接到扬声器204。
在这种情况下，信号发生器202被配置为生成预定超声评估频率(例如22KHz)的正弦波，该正弦波然后被加入到音频输入201(如正被播放的音乐录音)。通过这种方式，温度可以在扬声器204正常使用时被确定，而不是例如需要一个专门的温度测量阶段。
所得到的信号经由放大器203送到扬声器204。扬声器音圈两端的电压与流入扬声器音圈的电流通过电流和电压感测装置205检测，并形成输入至估计模块206。电压感测装置，在这种情况下，包括电压感测放大器；电流检测装置包括电流读出放大器。
温度确定模块206，它在此情况下包括处理器，提取在评估频率的复值频率分量(例如使用DFT)，并计算复值比率，
由此得到的阻抗，其中，V(ω1)和I(ω1)是扬声器音圈两端的电压和流入扬声器音圈的电流的复值频率分量，在评估频率ω1下。在这种情况下，评估频率在超声波范围内。对于其他实施方案，评估频率可大于16千赫。这些频率频率可使用文献中已知的方法，例如通过使用离散傅立叶变换(DFT)进行估计。
在这种情况下，超声评估频率被配置为足够高，以使阻抗值Z(ω1)以屏蔽电阻抗为主，动态阻抗应足够小。即，屏蔽电阻抗应显著大于动态阻抗分量。因此，
Z(ω1)≈Ze(ω1)＝Re(ω1)+jZL，e(ω1)
Z(ω1)的实数分量(在评估频率阻抗的电阻部分)与温度相关，如上所述。
通过该复数值之比，温度确定模块被配置为使用该比率的实数部分确定温度的量度。温度确定模块206的输出是温度207的量度。温度的量度可以是，例如是以℃为单位的值。对于其他实施方案中，在评估频率的比例的实部本身可被认为是温度的量度。
在本实施例中，该装置被配置成使用上述多项式方程确定温度，以℃为单位。在此情况下，多项式系数α0和β0是关联在评估频率的阻抗的电阻部分与温度所需要的(例如，它们与音圈的材料有关，电阻部分将仅由直流电阻构成)。将理解的是，在其他实施方案中，温度和在评估频率的阻抗的电阻部分之间的关系(如多项式系数α0和β0)可以在单独的校准过程确定，例如通过在基准温度T0以及一个或多个其它已知的温度下测量Re。
使用的图2a的装置以确定音圈的温度的度量的方法示于图2b。
本发明的实施例可以用作驱动扬声器的智能的放大器的一部分。所估计的温度可以用来确保扬声器不超出用户预定的阈值温度，从而防止扬声器热损坏。这在移动电话(如智能电话)中可以使必要的，在用于汽车或家庭用的更大放大器中也是必要的。
本发明其他实施例可使用温度的度量，该温度的度量被确定从而补偿由于音圈温度的变化引起的音频效果。
如本文所描述的或示出的组件被“耦合”或“连接到”可被直接或间接地耦和或连接。即所述的耦合或连接的两个组件之间可以设置一个或多个元件，同时可以实现所需要的功能。

Claims (10)

1.一种确定扬声器音圈的温度的方法，其特征在于，包括步骤：
生成预定评估频率下的评估信号，所述预定评估频率大于16kHz；
将所述评估信号加入到音频输入，将评估信号和音频信号作为输入信号提供到扬声器；
在预定评估频率下，确定扬声器音圈的阻抗值；和
基于所述阻抗值确定扬声器音圈的温度的度量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预定评估频率在超声波范围内。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述评估频率等于或大于20kHz。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，所述阻抗是通过测量在评估频率下的电压和电流信号的频率分量并计算电压和电流的比值来确定的。
5.根据权利要求1-3中任一项的所述方法，其特征在于，所述方法包括：
调节输入信号以抑制音圈的温度的上升。
6.根据权利要求1-3中任一项的所述方法，其特征在于，所述方法包括：
在评估频率下，基于阻抗的确定来确定扬声器音圈的电阻部分；和
基于所述阻抗的电阻部分来确定温度的度量。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述温度的量度是使用在评估频率下的扬声器音圈的温度和阻抗的电阻部分之间的一阶或二阶多项式关系来确定的。
8.一种装置，其特征在于，包括：
阻抗确定模块，被配置为在大于16kHz的预定的评估频率下确定扬声器音圈的阻抗值；和
温度确定模块，被配置为基于所述阻抗值确定扬声器音圈的温度的度量。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述温度确定模块包括处理器。
10.根据权利要求8或9所述的装置，其特征在于，所述阻抗确定模块包括：
电流检测装置，来测量流过扬声器音圈的电流；
电压感测装置，来测量扬声器音圈两端的电压；和
处理器，被配置为计算在评估频率下的电压和电流的频率分量，并确定该电压和电流分量的比值。
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