CN105745943A - 用于防止扬声器过度偏移的系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种系统可包括控制器，所述控制器被构成为耦接至扬声器。所述控制器可被构成为接收音频输入信号。所述控制器还可被构成为基于与所述扬声器相关联的线性位移传递函数，处理所述音频输入信号以生成所述音频扬声器的模型化线性位移，其中所述线性位移传递函数具有响应，所述响应将所述扬声器的线性位移建模为所述音频输入信号的线性函数。所述控制器还可被构成为基于与所述音频扬声器相关联的偏移线性函数，处理所述模型化线性位移以生成所述音频扬声器的预测实际位移，其中所述偏移线性函数是所述模型化线性位移的函数且具有响应，所述响应将所述扬声器的位移的非线性建模为所述音频输入信号的函数。

Description

用于防止扬声器过度偏移的系统及方法

技术领域

本发明大体上涉及音频扬声器，更特定地，涉及对扬声器系统的位移进行建模以保护音频扬声器不受损害。

背景技术

音频扬声器或扬声器在个人使用的许多设备上普遍存在，包括电视机、立体声系统、计算机、智能手机及许多其他消费类设备。一般而言，音频扬声器为电声换能器，响应于电音频信号输入，所述电声换能器产生声音。

鉴于其作为机械设备的性质，音频扬声器可能受到由扬声器的操作引起的损害，包括过热和/或过度偏移，其中扬声器的物理组件偏离静止位置太远距离。为了防止发生这样的损害，扬声器系统通常包括控制系统，所述控制系统能够控制待传递给音频扬声器的音频信号的音频增益、音频带宽和/或其他分量。

然而，现有扬声器系统控制方法存在缺点。例如，虽然许多这样的方法基于测定操作特性对扬声器操作进行建模，但是采用线性模型。虽然这样的线性模型可充分地对小信号行为进行建模，但是可能无法充分地对由较大信号引起的扬声器非线性效应进行建模。又如，虽然一些现有方法对非线性行为进行建模，但是这样的模型从数学上说往往复杂，通常需要额外设计复杂性、成本和处理资源。

发明内容

根据本发明的教示，与保护扬声器不受损害相关联的某些缺点和问题已经减少或消除。

根据本发明的实施例，一种系统可包括控制器，所述控制器被构成为耦接至音频扬声器。所述控制器可被构成为接收音频输入信号。所述控制器还可被构成为基于与音频扬声器相关联的线性位移传递函数，处理音频输入信号以生成音频扬声器的模型化线性位移，其中所述线性位移传递函数具有响应，所述响应将音频扬声器的线性位移建模为音频输入信号的线性函数。所述控制器还可被构成为基于与音频扬声器相关联的偏移线性函数，处理模型化线性位移以生成音频扬声器的预测实际位移，其中所述偏移线性函数是模型化线性位移的函数且具有响应，所述响应将音频扬声器的位移的非线性建模为音频输入信号的函数。

根据本发明的这些和其他实施例，一种方法可包括接收音频输入信号。所述方法还可包括基于与音频扬声器相关联的线性位移传递函数，处理音频输入信号以生成音频扬声器的模型化线性位移，其中所述线性位移传递函数具有响应，所述响应将音频扬声器的线性位移建模为音频输入信号的线性函数。所述方法还可包括基于与音频扬声器相关联的偏移线性函数，处理模型化线性位移以生成音频扬声器的预测实际位移，其中所述偏移线性函数是模型化线性位移的函数且具有响应，所述响应将音频扬声器的位移的非线性建模为音频输入信号的函数。

本发明的技术优势对于本领域普通技术人员而言从本文中所包括的图式、说明书和权利要求可以显而易见。实施例的目的和优点将至少通过在权利要求中特别指出的元件、功能及组合来实现和完成。

应当理解，前述大致说明和以下详细说明都为举例说明，且不限制本发明中所提出的权利要求。

附图说明

通过结合附图参考以下说明，可更完整地理解本发明实施例及其优点，其中相同附图标记表示相同功能，以及其中：

图1示出了根据本发明的实施例的示例性系统的方块图，所述示例性系统使用扬声器建模和跟踪来控制音频扬声器的操作；

图2示出了根据本发明的实施例的模型，用于对音频扬声器的位移进行建模和跟踪；和

图3为曲线图，示出了根据本发明的实施例的两个不同音频扬声器模型的偏移线性因素的示例性响应。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的实施例的示例性系统100的方块图，所述系统100采用控制器108来控制音频扬声器102的操作。音频扬声器102可包括响应于电音频信号输入(例如，电压或电流信号)产生声音的任何合适的电声换能器。如图1所示，控制器108可生成这样的电音频信号输入，所述电音频信号输入可通过放大器110被进一步放大。在一些实施例中，系统100的一个或一个以上组件可集成至单个集成电路(IC)。

控制器108可包括构成为解译和/或执行程序指令和/或处理数据的任何系统、设备或装置，且可包括但不限于微处理器、微控制器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)或构成为解译和/或执行程序指令和/或处理数据的任何其他数字或模拟电路。在一些实施例中，控制器108可解译和/或执行存储于存储器(未明确示出)中的程序指令和/或处理数据，所述存储器以通信方式耦接至控制器108。如图1所示，控制器108可被构成为执行扬声器建模和跟踪112、扬声器保护114和/或音频处理116，下文更详细说明。

放大器110可为构成为对从控制器108接收的信号进行放大并传递放大信号(例如，给扬声器102)的任何系统、设备或装置。在一些实施例中，放大器110可包括数字放大器，所述数字放大器被构成为还将从控制器108输出的数字信号转换为待传递给扬声器102的模拟信号。

传递给扬声器102的音频信号可通过模拟-数字转换器104和模拟-数字转换器106各者进行采样，所述模拟-数字转换器104和模拟-数字转换器106被构成为分别检测与音频信号相关联的模拟电流和模拟电压，并将这样的模拟电流和模拟电压测定转换为待由控制器108处理的数字信号126和128。基于数字电流信号126、数字电压信号128和音频输入信号x(t)，控制器108可执行扬声器建模和跟踪112以生成模型化响应118，包括扬声器102的预测位移y(t)，下文更详细说明。在一些实施例中，扬声器建模和跟踪112可提供递归自适应系统以生成这样的模型化响应118。下文参考图2更详细讨论扬声器建模和跟踪112的示例性实施例。

控制器108可基于音频扬声器的一个或一个以上操作特性来执行扬声器保护114，包括但不限于模型化响应118。例如，扬声器保护114可比较模型化响应118(例如，预测位移y(t))与一个或一个以上对应扬声器保护阈值(例如，扬声器保护阈值位移)，并基于这样的比较，生成一个或一个以上控制信号，用于传递给音频处理116。因此，通过比较预测位移y(t)(包括在模型化响应118内)与关联扬声器保护阈值位移，扬声器保护114可生成控制信号，用于修改音频输入信号x(t)的一个或一个以上特性(例如，振幅、频率、带宽、相位等)，同时提供在心理声学上悦耳的声音输出(例如，虚拟低音参数的控制)。

基于一个或一个以上控制信号120，控制器108可执行音频处理116，藉此，它施加各种控制信号120以处理音频输入信号x(t)，并根据音频输入信号x(t)和各种扬声器保护控制信号生成电音频信号输入，控制器108将所述电音频信号输入传递给放大器110。

图2示出了图1所示根据本发明的实施例的一种用于执行建模和跟踪112的系统的更详细方块图。扬声器建模和跟踪112可被用来基于扬声器102的测定特性(例如，分别由数字电流信号126和数字电压信号128表示)和/或音频输入信号x(t)生成模型化响应118(例如，预测位移y(t))。在一些实施例中，扬声器建模和跟踪112可提供递归自适应系统以生成这样的模型化响应118。如图2所示，扬声器建模和跟踪112可包括具有响应h(t)的自适应滤波器202和具有响应ELF(yl(t))的非线性滤波器204。滤波器202的响应h(t)为与音频扬声器102相关联的线性位移传递函数，所述线性位移传递函数将音频扬声器的线性位移yl(t)建模为音频输入信号x(t)的线性函数。在一些实施例中，响应于音频输入信号x(t)的振幅和频率，线性位移传递函数h(t)将音频输入信号h(t)的振幅和频率与音频扬声器102的预期位移相互关联。

响应ELF(yl(t))为偏移线性函数，所述偏移线性函数是模型化线性位移yl(t)的函数且将音频扬声器102的位移的非线性建模为音频输入信号的函数。响应ELF(yl(t))可将音频扬声器102的非线性(例如，耦合系数、刚性)合并为单个换算系数，所述换算系数是模型化线性位移yl(t)的函数。因此，响应于线性位移yl(t)，滤波器204生成预测实际位移y(t)。两个不同音频扬声器模型的响应ELF(yl(t))的实例如图3所示。

在一些实施例中，偏移线性函数ELF(yl(t))可使用与所述音频扬声器相似的一个或一个以上音频扬声器的离线测试来表征。例如，在这样的实施例中，通过比较响应于特定音频输入信号(例如，粉红噪声信号)的模型化线性位移yl(t)与响应于所述特定音频输入信号的音频扬声器102(或设计和/或功能与音频扬声器102相似或相同的一个或一个以上音频扬声器)的测定位移，并在统计学上使模型化线性位移yl(t)与测定位移之间的误差最小化，可判定偏移线性函数ELF(yl(t))。这种比较和区域统计最小化可在音频信号的各个振幅处重复，使得可在音频扬声器102的全位移范围内判定响应ELF(yl(t))。此外，这样的测试可施加于设计与音频扬声器102相似或相同的许多音频扬声器(例如，与音频扬声器102相同的模型)，使得响应ELF(yl(t))是基于相似或相同的音频扬声器的平均值。在一些实施例中，偏移线性函数ELF(yl(t))可能与音频输入信号的频率无关。

在这些和其他实施例中，控制器108可将线性位移传递函数h(t)的响应整形成与扬声器102的测定特性(例如，由电流信号126和/或电压信号128表示)一致。因此，扬声器建模和跟踪112可提供递归自适应系统，所述系统基于可表示音频扬声器102的物理状态(例如，扬声器温度和环境)的实际测定值(例如，电流信号126、电压信号128)与音频扬声器102的预测特性(例如，预期温度和环境)的比较对滤波器202的响应进行修改。

本领域普通技术人员应当明白，本发明包括对本文中示例性实施例的所有更改、替换、变动、变形和修改。同样地，本领域普通技术人员应当明白，在适当的情况下，所附权利要求包括对本文中示例性实施例的所有更改、替换、变动、变形和修改。此外，在所附权利要求中对装置或系统或装置或系统的组件的引用包括所述装置、系统或组件，所述装置、系统或组件适应执行特定功能，被安排为执行特定功能，可执行特定功能，被构成为执行特定功能，能够执行特定功能，可操作为执行特定功能或操作为执行特定功能，无论它或所述特定功能是否启动、打开或开启，只要所述装置、系统或组件适应执行特定功能，被安排为执行特定功能，可执行特定功能，被构成为执行特定功能，能够执行特定功能，可操作为执行特定功能或操作为执行特定功能。

本文中陈述的所有实例和条件性语言旨在教学目的，以帮助读者理解本发明及发明者深化技术所提供的概念，且被解释为并不限于此类具体陈述的实例和条件。虽然已经详细说明本发明的实施例，但是应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可对本发明的实施例进行各种更改、替换和变形。

Claims (18)

1.一种系统，包括控制器，所述控制器被构成为耦接至音频扬声器，其中所述控制器：

接收音频输入信号；

基于与所述音频扬声器相关联的线性位移传递函数，处理所述音频输入信号以生成所述音频扬声器的模型化线性位移，其中所述线性位移传递函数具有响应，所述响应将所述音频扬声器的线性位移建模为所述音频输入信号的线性函数；以及

基于与所述音频扬声器相关联的偏移线性函数，处理所述模型化线性位移以生成所述音频扬声器的预测实际位移，其中所述偏移线性函数：

是所述模型化线性位移的函数；且

具有响应，所述响应将所述音频扬声器的位移的非线性建模为所述音频输入信号的函数。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述偏移线性函数是基于与所述音频扬声器相似的一个或一个以上音频扬声器的离线测试。

3.根据权利要求2所述的系统，其中通过在统计学上使响应于特定音频输入信号的模型化线性位移与响应于所述特定音频输入信号的所述音频扬声器的测定位移之间的误差最小化，判定所述偏移线性函数。

4.根据权利要求1所述的系统，其中响应于所述音频输入信号的振幅和频率，所述线性位移传递函数将所述音频输入信号的振幅和频率与所述音频扬声器的预期位移相互关联。

5.根据权利要求1所述的系统，其中所述偏移线性函数与所述音频输入信号的频率无关。

6.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器将所述线性位移传递函数的响应整形成与表示与所述音频扬声器相关联的电流的电流信号和表示与所述音频扬声器相关联的电压的电压信号中至少一者一致。

7.根据权利要求1所述的系统，其中基于所述预测实际位移，所述控制器处理所述音频输入信号以生成自所述控制器传递至所述音频扬声器的音频输出信号。

8.根据权利要求7所述的系统，其中所述控制器比较所述预测实际位移与扬声器保护阈值位移，并基于所述比较，生成所述音频输出信号。

9.根据权利要求7所述的系统，其中通过将增益、带宽和虚拟低音中至少一者施加于所述音频输入信号，所述控制器生成所述音频输出信号。

10.一种方法，包括：

接收音频输入信号；

基于与所述音频扬声器相关联的线性位移传递函数，处理所述音频输入信号以生成所述音频扬声器的模型化线性位移，其中所述线性位移传递函数具有响应，所述响应将所述音频扬声器的线性位移建模为所述音频输入信号的线性函数；以及

基于与所述音频扬声器相关联的偏移线性函数，处理所述模型化线性位移以生成所述音频扬声器的预测实际位移，其中所述偏移线性函数：

是所述模型化线性位移的函数；且

具有响应，所述响应将所述音频扬声器的位移的非线性建模为所述音频输入信号的函数。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述偏移线性函数是基于与所述音频扬声器相似的一个或一个以上音频扬声器的离线测试。

12.根据权利要求11所述的方法，其中通过在统计学上使响应于特定音频输入信号的模型化线性位移与响应于所述特定音频输入信号的所述音频扬声器的测定位移之间的误差最小化，判定所述偏移线性函数。

13.根据权利要求10所述的方法，其中响应于所述音频输入信号的振幅和频率，所述线性位移传递函数将所述音频输入信号的振幅和频率与所述音频扬声器的预期位移相互关联。

14.根据权利要求10所述的方法，其中所述偏移线性函数与所述音频输入信号的频率无关。

15.根据权利要求10所述的方法，还包括将所述线性位移传递函数的响应整形成与表示与所述音频扬声器相关联的电流的电流信号和表示与所述音频扬声器相关联的电压的电压信号中至少一者一致。

16.根据权利要求10所述的方法，还包括基于所述预测实际位移，处理所述音频输入信号以生成自所述控制器传递至所述音频扬声器的音频输出信号。

17.根据权利要求16所述的方法，还包括比较所述预测实际位移与扬声器保护阈值位移，并基于所述比较，生成所述音频输出信号。

18.根据权利要求16所述的方法，还包括通过将增益、带宽和虚拟低音中至少一者施加于所述音频输入信号，生成所述音频输出信号。