CN107295442B - 扬声器控制方法及装置 - Google Patents

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Abstract

扬声器控制方法及装置，所述方法包括：获取输入的音频信号对应的输入数字信号；将所述输入数字信号进行分块处理，得到对应的多个数字信号块；对所述数字信号块进行缓冲处理，得到对应的缓冲信号；基于预设的扬声器参数，对所述缓冲信号进行增益调节，以将所述扬声器的结构性能参数控制在预设范围内，所述预设的扬声器参数为所述扬声器工作在预设条件时的工作状态参数。上述的方案，可以提高扬声器输出的音频信号的质量。

Description

扬声器控制方法及装置
技术领域
本发明涉及通信技术领域，特别是涉及一种扬声器控制方法及装置。
背景技术
扬声器，是一种把电信号转变为声信号的换能器件，扬声器的性能优劣对音质的影响很大。一般情况下，在输入信号的功率较大时，扬声器会产生非线性失真或者振膜的损坏。现有技术一般通过降低输入信号功率的方式，来避免上述情况的发生。
但是，这种扬声器控制方法，扬声器输出信号的功率一直工作在额定功率以下，由于额定功率较小，且大部分的共振频率以下的音频信号被滤除，使得扬声器输出的音频信号的质量较差。
发明内容
本发明实施例解决的技术问题是提高扬声器输出的音频信号的质量。
为解决上述问题，本发明实施例提供了一种扬声器控制方法，所述方法包括：获取输入的音频信号对应的输入数字信号，作为缓冲信号；将所述输入数字信号进行分块处理，得到对应的多个数字信号块；基于预设的扬声器参数，对所述缓冲信号进行增益调节，以将所述扬声器的结构性能参数控制在预设范围内，所述预设的扬声器参数为所述扬声器工作在预设条件时的工作状态参数。
可选地，所述预设条件为扬声器工作在额定功率时。
可选地，在将所述输入数字信号进行分块处理之前，所述方法还包括：对所述输入数字信号进行滤波。
可选地，所述预设的扬声器参数通过以下的方式得到：获取所述扬声器 工作在预设条件时反馈的电压信号和电流信号；基于所述电压信号和电流信号，计算得到对应的阻抗传递函数；基于所述阻抗传递函数，确定所述扬声器工作在额定功率时的共振频率；基于所述阻抗传递函数和所述共振频率，计算得到对应的电压位移传递函数，作为所述扬声器参数。
可选地，所述基于所述阻抗传递函数，确定所述扬声器工作在预设条件时的共振频率，包括：
Figure BDA0000962599800000021
其中，f0(n)表示扬声器工作在预设条件时的共振频率，Z(n,f)为频域的阻抗传递函数，
Figure BDA0000962599800000022
表示最大值，abs(.)表示复数的幅度。
可选地，在所述计算得到对应的阻抗传递函数之前，所述方法还包括：对所述电压信号和电流信号进行降采样。
可选地，所述降采样后的电压信号和电流信号的采样率满足：4·f0≤fs_ctrl≤10·f0，其中，fs_ctrl表示降采样后的电压信号和电流信号的采样率，f0表示所述扬声器工作在预设条件时的共振频率。
可选地，所述基于预设的扬声器参数，对所述缓冲信号进行增益调节，包括：基于所述缓冲信号的电压和所述扬声器的功率放大器的最大允许电压，计算得到对所述缓冲信号的信号幅度进行控制的信号增益系数；基于所述缓冲信号的产生的振膜位移和所述扬声器的最大允许振膜位移，计算得到对所述缓冲信号产生的振膜位移进行控制的振膜位移增益系数；其中，基于所述缓冲信号和所述电压位移传递函数计算得到所述缓冲信号产生的振膜位移；基于所述信号增益系数和所述振膜位移增益系数，计算得到所述缓冲信号的最终增益系数；采用所述最终增益系数对所述缓冲信号进行增益调节。
可选地，所述基于所述缓冲信号和所述电压位移传递函数计算得到所述缓冲信号产生的振膜位移，包括：
Figure BDA0000962599800000023
其中，xla(n)表示所述缓冲信号产生的振膜位移，sd(n)表示所述缓冲信号，hvx(n)表示所述电压位移函数，
Figure BDA0000962599800000024
为卷积符号。
可选地，所述基于所述信号增益系数和所述振膜位移增益系数，计算得 到所述缓冲信号的最终增益系数，包括：gtot(n)＝min(gs(n),gx(n))，其中，gtot(n)表示当前时刻所述缓冲信号的最终增益系数，gs(n)表示所述信号增益系数，gx(n)表示所述位移增益系数。
本发明实施例还提供了一种扬声器控制装置，所述装置包括：获取单元，适于获取输入的音频信号对应的输入数字信号；分块单元，适于将所述输入数字信号进行分块处理，得到对应的多个数字信号块；缓冲单元，对所述数字信号块进行缓冲处理，得到对应的缓冲信号；增益调节单元，适于基于预设的扬声器参数，对所述缓冲信号进行增益调节，以将所述扬声器的结构性能参数控制在预设范围内，所述预设的扬声器参数为所述扬声器工作在预设条件时的工作状态参数。
可选地，所述预设条件为所述扬声器工作在额定功率时。
可选地，所述装置还包括：滤波器组，适于对所述输入数字信号进行滤波处理。
可选地，所述装置还包括参数获取单元；所述参数获取单元包括：第一获取子单元，适于获取所述扬声器工作在预设条件时反馈的电压信号和电流信号；第一计算子单元，适于基于所述电压信号和电流信号，计算得到对应的阻抗传递函数；第一确定子单元，适于基于所述阻抗传递函数，确定所述扬声器对应的共振频率；第二计算子单元，适于基于所述阻抗传递函数和所述共振频率，计算得到对应的电压位移传递函数，作为所述扬声器参数。
可选地，所述第一确定子单元适于采用如下的公式确定所述扬声器工作在预设条件时的共振频率：
Figure BDA0000962599800000031
其中，f0(n)表示扬声器工作在预设条件时的共振频率，Z(n,f)为频域的阻抗传递函数，表示最大值，abs(.)表示复数的幅度。
可选地，所述参数获取单元还包括降采样子单元；所述降采样子单元，适于在所述计算得到对应的阻抗传递函数之前，对所述电压信号和电流信号进行降采样。
可选地，所述降采样子单元对所述降采样后的电压信号和电流信号的采样率满足：4·f0≤fs_ctrl≤10·f0，其中，fs_ctrl表示降采样后的电压信号和电流信号的采样率，f0表示所述扬声器工作预设条件时的共振频率。
可选地，所述增益调节单元包括：位移控制子单元，适于基于所述缓冲信号的电压和所述扬声器的功率放大器的最大允许电压，计算得到对所述缓冲信号的信号幅度进行控制的信号增益系数；信号控制子单元，适于基于所述缓冲信号的产生的振膜位移和所述扬声器的最大允许振膜位移，计算得到对所述缓冲信号产生的振膜位移进行控制的振膜位移增益系数；其中，基于所述缓冲信号和所述电压位移传递函数计算得到所述缓冲信号产生的振膜位移；增益系数计算子单元，适于基于所述信号增益系数和所述振膜位移增益系数，计算得到所述缓冲信号的最终增益系数；增益调节子单元，适于采用所述最终增益系数对所述缓冲信号进行增益调节。
可选地，所述信号控制子单元适于采用如下的公式计算得到所述缓冲信号产生的振膜位移，包括：
Figure BDA0000962599800000041
其中，xla(n)表示所述缓冲信号产生的振膜位移，sd(n)表示所述缓冲信号，hvx(n)表示所述电压位移函数，
Figure BDA0000962599800000042
为卷积符号。
可选地，所述增益调节子单元适于采用如下的公式计算得到所述缓冲信号的最终增益系数，包括：gtot(n)＝min(gs(n),gx(n))，其中，gtot(n)表示当前时刻所述缓冲信号的最终增益系数，gs(n)表示所述信号增益系数，gx(n)表示所述位移增益系数。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下的优点：
上述的方案，通过预设的扬声器参数对缓冲信号的增益进行控制，由于所述扬声器参数为扬声器正常工作时测量得到的工作状态参数，可以确保扬声器即使工作在较大功率，如额定功率，控制输出的音频信号对应的扬声器结构性能参数在预设的范围内，因而可以确保扬声器地安全工作。而且，由于未将扬声器的功率限制在额定功率下，因而可以提升音频信号的输出质量， 提升用户的使用体验。
进一步地，通过扬声器工作在额定功率下对应的阻抗传递函数、电压位移传递函数和共振频率来对缓冲信号进行增益调节，可以将缓冲信号输出时对应的信号振幅和振膜位移控制在预设的范围内，可以避免扬声器在大信号情况下的损坏和输出的信号质量失真，因此，可以进一步提高扬声器工作的安全性和输出的音频的质量。
进一步地，在对当前时刻的音频信号进行滤波处理，将当前时刻的音频信号进行滤波处理时的中心频率设置扬声器工作额定功率时的共振频率，可以调整共振频率对位移的影响和共振频率附近的频率响应，进而可以提高输出的音频信号质量。
进一步地，在计算电压位移参数时，对扬声器工作在额定功率时反馈的电压信号和电流信号进行降采样处理，可以有效降低计算量，节省计算资源，并提高扬声器的增益调节的速度。
进一步地，对降采样处理后的电压信号和电流信号进行采样时，将采样频率控制在所述扬声器的共振频率的4倍和10倍之间，可以覆盖位移量的主要区域，并可以降低计算量，节约计算资源。
附图说明
图1是本发明实施例中的一种扬声器控制方法的流程图；
图2是本发明实施例中的预设的扬声器参数的获取方法的流程图；
图3是本发明实施例中的另一种扬声器控制方法的流程图；
图4是本发明实施例中一种计算扬声器在缓冲信号的振膜位移增益系数的方法流程图；
图5是本发明实施例中一种计算扬声器在缓冲信号的信号增益系数的方法流程图；
图6是本发明实施例中的扬声器控制装置的结构示意图；
图7是图6所述的扬声器控制装置对应的工作原理示意图。
具体实施方式
为解决现有技术中存在的上述问题，本发明实施例采用的技术方案通过预设的扬声器参数对缓冲信号的增益进行控制，由于所述扬声器参数为扬声器正常工作时测量得到的工作状态参数，可以确保扬声器地安全工作，并可以提升音频信号的输出质量，提升用户的使用体验。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
图1示出了本发明实施例中的一种扬声器控制方法的流程图。如图1所示的扬声器控制方法，可以包括：
步骤S101：获取输入的音频信号对应的输入数字信号。
在具体实施中，所述N个时刻输入的数字信号包括当前时刻的数字信号和前N-1个时刻的数字信号。
步骤S102：将所述输入数字信号进行分块处理，得到对应的多个数字信号块。
步骤S103：基于预设的扬声器参数，对所述缓冲信号进行增益调节，以将所述扬声器的结构性能参数控制在预设范围内。
在具体实施中，所述预设的扬声器参数为所述扬声器工作在额定功率时的工作状态参数。
上述的方案，通过预设的扬声器参数对缓冲信号的增益进行控制，由于所述扬声器参数为扬声器正常工作时测量得到的工作状态参数，可以确保扬声器即使工作在较大功率，如额定功率，控制输出的音频信号对应的扬声器结构性能参数在预设的范围内，因而可以确保扬声器地安全工作。而且，由于未将扬声器的功率限制在额定功率下，因而可以提升音频信号的输出质量，提升用户的使用体验。
下面将结合图2和图3对本发明实施例中的一种扬声器控制方法作进一步详细的介绍。
为了便于理解，下面将首先对本发明实施例中的预设的扬声器参数的获取方法做详细的介绍。
在具体实施中，本发明实施例中的预设的扬声器参数可以通过预先测量得到由于输入信号大小不同，导致测量得到的扬声器参数会有变化，因此，扬声器工作在大信号情况下时对应的扬声器参数尤为重要，因为在大信号情况下扬声器失真和损坏风险变大。因此，在本发明一实施例中，在测量得到所述扬声器参数时，通过扬声器工作在额定功率时对应的各种参数，以保证在大信号情况下扬声器参数和真实扬声器工作状态的吻合，具体请参见图2所示。
请参见图2所示，在具体实施中，本发明实施例中的预设的扬声器参数的获取方法可以包括如下的步骤：
步骤S201：获取扬声器工作在预设条件时两端反馈的电压信号和电流信号。
在具体实施中，所述预设条件可以根据实际的需要进行设置，如扬声器工作在额定功率时，工作在小于额定功率时或者工作在大于额定功率时，在此不做限制。
步骤S202：对反馈的电压信号和电流信号进行降采样处理，得到降采样后的电流信号和电压信号。
在具体实施中，为了降低计算量，且由于振膜位移贡献最大的频段为扬声器的共振频率的4倍以下，因此，在本发明一实施例中，首先对扬声器工作预设条件时两端的电压信号和电流信号进行降采样处理。
在具体实施中，可以对降采样后的电压信号和电流信号进行采样。其中，为了覆盖振膜位移所在的主要区域，在对所述降采样后的电压信号ud(n)和电 流信号id(n)进行采样时的采样频率fs_ctrl可以满足：
4·f0≤fs_ctrl≤10·f0 (1)
其中，f0表示扬声器在当前时刻的共振频率。
这里需要指出的是，本领域的技术人员可以根据实际的需要，选取步骤S202对扬声器两端反馈的电压信号和电流信号进行降采样处理，或者省去此步骤，在此不做限制。
步骤S203：根据降采样后的电流信号和电压信号，计算得到所述扬声器的阻抗传递函数。
在具体实施中，在可以采用如下的公式计算得到扬声器的阻抗传递函数：
Figure BDA0000962599800000081
其中，Z(n)表示所述扬声器的阻抗传递函数，id(n)表示降采样后的电流信号，ud(n)表示降采样后的电压信号。
接着，将上述的公式(2)转换成频域可以表示为：
Id(n,f)·Z(n,f)＝Ud(n,f) (3)
其中，Id(n,f)表示频域的降采样后的电流信号，Ud(n,f)表示频域的降采样后的电压信号，Z(n,f)表示频域的阻抗传递函数。
步骤S204：基于所述阻抗传递函数，确定所述扬声器工作在预设条件时的共振频率。
在具体实施中，在得到对应的频域的阻抗传递函数Z(n,f)之后，所述扬声器工作在额定功率时共振频率采用如下的公式计算得到：
Figure BDA0000962599800000082
其中，f0(n)表示扬声器第n时刻的共振频率，Z(n,f)为频域的阻抗传递函数，
Figure BDA0000962599800000083
表示取最大值，abs(.)表示复数的幅度。
步骤S205：基于所述阻抗传递函数和所述共振频率，计算得到对应的电 压位移传递函数，作为所述扬声器参数。
在具体实施中，当得到扬声器工作在预设条件时的阻抗传递函数Z(n)之后，可以采用如下的公式得到在对应的扬声器的电压位移传递函数：
Figure BDA0000962599800000091
其中，Hvx(n,f)表示频域电压位移传递函数hvx(n)，Ze(n,f)为频域的所述阻抗传递函数Z(n)，Bl为扬声器的电力转换因子。
这里需要指出的是，当对某一特定的扬声器进行控制，可以直接通过图2所示的方法测量得到该扬声器对应的扬声器参数；当对同一类型的扬声器进行控制时，可以分别将通过图2得到的多个扬声器参数求取平均值，并将得到的平均值作为所述预设的扬声器参数。
同时，因扬声器的输入信号的大小各不相同，导致测量得到的扬声器参数会发生变化。在大信号情况下扬声器失真和损坏风险变大，因此采用大信号情况下测量得到的扬声器参数对扬声器进行控制，可以有效避免上述情况的发生。因此，图2在进行扬声器参数的测量时，可以通过扬声器工作在额定功率或大于额定功率的大信号情况下的各种参数进行，以保证在大信号情况下扬声器参数和真实扬声器工作状态的吻合。当然，本领域的技术人员也可以根据实际的需要对测量何种工作状态下的扬声器参数进行控制，在此不做限制。
此外，由于扬声器参数会随着时间、环境温度等变化，导致对应的扬声器参数发生变化，因此扬声器参数信息需要比测量值更加保守一些。举例，对于振膜位移进行控制时，扬声器在出厂时设置的振膜位移最大值为Xmax，为了适应扬声器的长期工作的需求，可以将振膜位移的最大值设置为：
Xmax_ctrl＝Xmax·α (6)
其中，Xctrl_max表示振膜位移的最大值，所述α为预设的第一系数，且满足0≤α≤1，α值的选择可由实验测试得到。
在具体实施中，当测量得到扬声器工作在预设条件时的扬声器(具体为扬声器中的音圈)的电压位移传递函数、阻抗传递函数和共振频率等参数之后，可以基于测量得到的扬声器参数对缓冲信号进行增益调节，具体请参见图3。
图3示出了本发明实施例中的一种扬声器的控制方法。如图3所示，在具体实施中，本发明实施例中的扬声器控制方法可以包括如下的步骤：
图3示出了本发明实施例中的一种扬声器的控制方法。如图3所示，在具体实施中，本发明实施例中的扬声器控制方法可以包括如下的步骤：
步骤S301：对所获取输入数字信号进行分块处理，得到对应的多个数字信号块。
在具体实施中，假定输入数字信号分割成每块长度为k的数字信号，输入的第n个数字信号分块可以表示为s(n)。
步骤S302：对多个数字信号块分别进行滤波处理。
在具体实施中，通过对多个数字信号块分别进行滤波处理，可以消除特定频率造成的干扰。其中，进行滤波处理时所采用的滤波器组可以包括多个级联滤波器的滤波器组，所采用的滤波器可以为有限冲击响应滤波器(FIR)，也可以为无限冲击响应滤波器(IIR)。其中，多个级联滤波器可以包括低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、陷波器等各种类型滤波器，其中的陷波器的中心频率可以设置为扬声器的共振频率f0，f0可以由扬声器阻抗曲线测量得到，其他滤波器的设置可以参考扬声器的频率响应进行设置。
在具体实施中，将所述滤波器组的传递函数表示为hfb(n)，那么，经过滤波处理后得到的信号sfb(n)可以表示为：
Figure BDA0000962599800000101
其中，
Figure BDA0000962599800000102
为卷积符号。
例如，在本发明一实施例中，为了调整共振频率对位移的影响和共振频率附近的频率响应，可以将陷波器的中心频率设置为扬声器在预设条件时的共振频率f0(n)。其中，扬声器工作在额定功率时的共振频率f0(n)可以通过上述的公式(4)计算得到。
步骤S303：对滤波处理后的数字信号块进行缓冲处理，得到对应的缓冲信号。
在具体实施中，对数字信号块进行缓冲，当缓冲时间为t块信号，经过缓冲的缓冲信号可以表示为：
sla(n)＝{sfb(n-t),sfb(n-t+1),…,sfb(n)} (8)
其中，sla(n)表示所述缓冲信号，t表示缓冲时间为t块数字信号对应的时间长度，且t≥0。
步骤S304：基于预设的电压位移传递函数，计算得到缓冲信号产生的振膜位移，并控制缓冲信号产生的振膜位移小于或等于预设的最大允许振膜位移，得到对应的振膜位移增益系数。
在具体实施中，如何基于预设的电压位移传递函数，计算得到缓冲信号产生的振膜位移，并控制缓冲信号产生的振膜位移小于或等于预设的最大允许振膜位移，得到对应的振膜位移增益系数的过程，请具体参见图4。
步骤S305：控制缓冲信号的电压小于或等于扬声器的功率放大器的最大允许电压，得到对应的信号增益系数。
在具体实施中，如何控制缓冲信号的电压小于或等于扬声器的功率放大器的最大允许电压，得到对应的信号增益系数的方法，请具体参见图5。
步骤S306：基于缓冲信号对应的振膜位移增益系数和信号增益系数，计算所述缓冲信号的最终增益系数。
在具体实施中，基于计算得到对缓冲信号的信号电压进行控制的信号增益系数，及对缓冲信号对应的振膜位移进行控制的振膜位移增益系数之后， 可以采用如下的公式计算得到缓冲信号的最终增益系数：
gtot(n)＝min(gs(n),gx(n)) (9)
其中，gtot(n)表示缓冲信号的最终增益系数，且gs(n)≥0，gs(n)表示所述信号增益系数且gs(n)≥0，gx(n)表示所述位移增益系数且gx(n)≥0。
当然，也采用可以现有技术中其他的方式得到位移增益系数和信号增益系数，计算当前时刻所述缓冲信号的最终增益系数，本发明在此不做限制。
步骤S307：采用计算得到的最终增益系数，对所述缓冲信号进行自适应增益处理，得到增益处理后的信号。
在具体实施中，当计算得到所述缓冲信号sla(n)的增益系数gtot(n)之后，可以采用计算得到所述缓冲信号sla(n)的增益系数gtot(n)对缓冲信号sla(n)进行自适应增益处理，最终得到的增益处理后的信号可以表示为：
sag(n)＝sfb(n-t)*gtot(n) (10)
其中，sag(n)表示增益处理后的信号，sfb(n-t)表示第n-t块的信号缓冲信号。
步骤S308：将增益处理后的信号进行数模转换，得到模拟信号。
在具体实施中，在sag(n)表示增益处理后的信号之后，可以对信号sag(n)进行数模转换，将数字信号转换为对应的模拟信号输出。
步骤S309：将转化得到的模拟信号输入进行放大处理后输入至所述扬声器。
在具体实施中，数模转换后得到的模拟信号送入功率放大器进行放大处理后输入至扬声器，并输出给用户。
下面将结合图4和图5分别对本发明实施例中的振膜位移增益系数和信号增益系数的获取方法做进一步详细的介绍。
请参见图4，在具体实施中，本发明实施例中一种振膜位移增益系数的获 取方法，可以包括如下的步骤：
步骤S401：基于所述缓冲信号和所述电压位移传递函数计算得到所述缓冲信号对应的振膜位移。
在具体实施中，基于所述缓冲信号和预设的电压位移传递函数，可以采用如下的公式计算得到所述缓冲信号对应的振膜位移：
Figure BDA0000962599800000131
其中，xla(n)表示所述缓冲信号产生的振膜位移，sd(n)表示所述缓冲信号，hvx(n)表示所述电压位移传递函数。
接着，将上述公式(11)转换为频域可以表示为：
Xla(n,f)＝Sd(n,f)·Hvx(n,f) (12)
其中，Xla(n,f)表示频域的缓冲信号对应的振膜位移，Sd(n,f)表示频域的降采样后的缓冲信号，Hvx(n,f)表示频域的电压位移传递函数。
步骤S402：计算平滑处理后的振膜位移的幅度的最大值。
在具体实施中，可以首先对缓冲信号产生的振膜位移进行平滑处理，并采用如下的公式计算得到平滑处理后的振膜位移的幅度的最大值：
Xa(n)＝(1-α)*Xa(n-1)+α*max(abs(xla(n))) (13)
其中，Xa(n)表示平滑处理后的第n个数字信号块对应的振膜位移的幅度的最大值，Xa(n-1)表示平滑处理后的第n-1个数字信号块对应的振膜位移的幅度的最大值，α表示预设第一系数且满足0≤α≤1，max(abs(xla(n)))表示振膜位移信号xla(n)的幅度的绝对值的最大值。
步骤S403：计算平滑处理后的振膜位移的振膜位移增益系数。
在具体实施中，可以采用如下的公式计算得到平滑处理后的振膜位移的振膜位移增益系数：
Figure BDA0000962599800000141
其中，gxa(n)表示第n个数字信号块在平滑处理后的振膜位移增益系数，thrdx1是预设的平滑处理后的振膜位移增益系数阈值，且满足：
thrdx1＝γ1·Xmax_ctrl (15)
其中，γ1表示预设的系数且γ1≥0，gmax是预设的振膜位移增益系数的最大值。
步骤S404：对平滑处理后的振膜位移进行限幅处理，得到限幅处理后的振膜位移的幅度的最大值。
在具体实施中，对平滑处理后的振膜位移进行限幅处理，得到限幅处理后的振膜位移的幅度的最大值为：
Xl(n)＝(1-β)*Xl(n-1)+β*max(abs(xla(n)))·gxa(n) (16)
其中，Xl(n)是平滑处理后的第n个数字信号块的振膜位移的幅度最大值，系数0≤β≤1。
步骤S405：计算得到限幅处理后的振膜位移对应的振膜位移增益系数。
在具体实施中，可以采用如下的公式计算得到限幅处理后的振膜位移对应的振膜位移增益：
Figure BDA0000962599800000142
其中，gxl(n)表示第n个数字信号块经过限幅处理后对应的振膜位移增益系数，thrdx2是预设的限幅处理后的振膜位移的振膜位移系数阈值，且：
thrdx2＝γ2·Xmax_ctrl (18)
其中，γ2表示预设的第二系数，且γ2≥0。
步骤S406：根据平滑处理后的振膜位移增益和限幅处理后的缓冲信号的 振膜位移增益，计算得到所述缓冲信号的振膜位移增益系数。
在具体实施中，可以通过如下的公式计算得到缓冲信号的振膜位移增益系数：
gx(n)＝gxa(n)*gxl(n) (19)
下面将结合图5对本发明实施例中的信号增益系数的获取方法做详细的介绍。
请参见图5，在具体实施中，本发明实施例中的信号增益系数的获取方法可以包括如下的步骤：
步骤S501：对所述缓冲信号进行平滑处理，并计算平滑处理后的缓冲信号的幅度的最大值。
在具体实施中，可以首先对缓冲信号sla(n)进行平滑处理，并采用如下的公式计算得到平滑处理后的缓冲信号sla(n)的幅度的最大值：
Sa(n)＝(1-α)*Sa(n-1)+α*max(abs(sla(n))) (20)
其中，Sa(n)是第n个数字信号块的幅度的最大值，Sa(n-1)是第n-1个数字信号块的幅度的最大值，α表示预设的第一系数，且0≤α≤1，abs(.)表示绝对值运算，max(.)表示取最大值运算。
步骤S502：计算平滑处理后的缓冲信号的信号增益系数。
在具体实施中，可以采用如下的公式计算平滑处理后的缓冲信号sla(n)的增益：
Figure BDA0000962599800000151
其中，gsa(n)是第n个数字信号块的增益，thrd1是预设的增益阈值，gmax是预设的增益最大值。
步骤S503：对平滑处理后的缓冲信号进行限幅处理，得到限幅处理后的 缓冲信号的振幅的最大值。
在具体实施中，可以采用如下的公式计算得到限幅处理后的缓冲信号的振幅的最大值：
Sl(n)＝(1-β)*Sl(n-1)+β*max(abs(sla(n)))·gsa(n) (22)
其中，Sl(n)表示限幅处理后的第n个数字信号块的幅度的最大值，β表示预设的系数且0≤β≤1。
步骤S504：计算限幅处理后的缓冲信号对应的信号增益系数。
在具体实施中，可以采用如下的公式计算限幅处理后的缓冲信号的增益系数：
Figure BDA0000962599800000161
其中，gsl(n)是第n个数字信号块经过限幅后的增益系数，thrd2是预设的第二限幅阈值。
步骤S505：根据平滑处理后的缓冲信号的信号增益系数和限幅处理后的缓冲信号的信号增益系数，计算得到所述缓冲信号的信号增益系数。
在具体实施中，可以采用如下的公式计算得到所述信号增益系数：
gs(n)＝gsa(n)*gsl(n) (24)
下面将结合图6至图7对本发明实施例的扬声器控制方法对应的装置及其工作原理做进一步详细的介绍。
图6示出了本发明实施例中的一种扬声器控制装置的结构示意图。如图6所示的扬声器控制装置600，可以包括获取单元601、分块单元602、缓冲单元603和增益调节单元604，其中：
获取单元601，适于获取输入的音频信号对应的输入数字信号。
分块单元602，适于将所述输入数字信号进行分块处理，得到对应的多个 数字信号块。
缓冲单元603，对所述数字信号块进行缓冲处理，得到对应的缓冲信号。
增益调节单元604，适于基于预设的扬声器参数，对所述缓冲信号进行增益调节，以将所述扬声器的结构性能参数控制在预设范围内，所述预设的扬声器参数为所述扬声器工作在预设条件时的工作状态参数。
在本发明一实施例中，所述预设条件为扬声器工作在额定功率时。
在本发明一实施例中，如图6所示的扬声器控制装置600还可以包括滤波器组605，其中：
滤波器组605，适于对所述输入数字信号进行滤波处理。
在具体实施中，所述装置还包括参数获取单元606，其中，所述参数获取单元606可以包括：
第一获取子单元6061，适于获取所述扬声器工作在预设条件时反馈的电压信号和电流信号；第一计算子单元6062，适于基于所述电压信号和电流信号，计算得到对应的阻抗传递函数；第一确定子单元6063，适于基于所述阻抗传递函数，确定所述扬声器对应的共振频率；第二计算子单元6064，适于基于所述阻抗传递函数和所述共振频率，计算得到对应的电压位移传递函数，作为所述扬声器参数。
在本发明一实施例中，所述第一确定子单元6063适于采用如下的公式确定所述扬声器工作在预设条件时的共振频率：
Figure BDA0000962599800000171
其中，f0(n)表示扬声器工作在预设条件时的共振频率，Z(n,f)为频域的阻抗传递函数，
Figure BDA0000962599800000172
表示最大值，abs(.)表示复数的幅度。
在本发明一实施例中，所述参数获取单元606还包括降采样子单元6065，其中：
所述降采样子单元6065，适于在所述计算得到对应的阻抗传递函数之前，对所述电压信号和电流信号进行降采样。
在本发明一实施例中，所述降采样子单元6065对所述降采样后的电压信号和电流信号的采样率满足：4·f0≤fs_ctrl≤10·f0，其中，fs_ctrl表示降采样后的电压信号和电流信号的采样率，f0表示所述扬声器工作预设条件时的共振频率。
在本发明一实施例中，所述增益调节单元604可以包括：
位移控制子单元6041，适于基于所述缓冲信号的电压和所述扬声器的功率放大器的最大允许电压，计算得到对所述缓冲信号的信号幅度进行控制的信号增益系数。
信号控制子单元6042，适于基于所述缓冲信号的产生的振膜位移和所述扬声器的最大允许振膜位移，计算得到对所述缓冲信号产生的振膜位移进行控制的振膜位移增益系数；其中，基于所述缓冲信号和所述电压位移传递函数计算得到所述缓冲信号产生的振膜位移。
增益系数计算子单元6043，适于基于所述信号增益系数和所述振膜位移增益系数，计算得到所述缓冲信号的最终增益系数。
增益调节子单元6044，适于采用所述最终增益系数对所述缓冲信号进行增益调节。
在本发明一实施例中，所述信号控制子单元6042适于采用如下的公式计算得到所述缓冲信号产生的振膜位移，包括：
Figure BDA0000962599800000181
其中，Xla(n)表示所述缓冲信号产生的振膜位移，sd(n)表示所述缓冲信号，hvx(n)表示所述电压位移函数，
Figure BDA0000962599800000182
为卷积符号。
在本发明一实施例中，所述增益调节子单元6044适于采用如下的公式计算得到所述缓冲信号的最终增益系数，包括：gtot(n)＝min(gs(n),gx(n))，其中，gtot(n)表示当前时刻所述缓冲信号的最终增益系数，gs(n)表示所述信号增益系数，gx(n)表示所述位移增益系数。
下面将再次结合图7对本发明实施例中的扬声器控制装置的工作原理做 详细的介绍。
请参见图7所示，假定将输入信号分割成每块长度为k的数字信号，第n块的数字信号可以表示为s(n)，其中，k≥1。接着，将数字信号s(n)输入滤波器组605进行滤波处理。其中，在对数字信号s(n)进行滤波处理时所使用的滤波器组可以包括多个级联滤波器，如低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、陷波器等各种类型滤波器。滤波器组中陷波器的中心频率为扬声器的共振频率f0，f0可以由扬声器阻抗曲线测量得到，其他滤波器的设置可以参考扬声器的频率响应进行设置。
在具体实施中，滤波器类型可以为有限冲击响应滤波器(FIR)或者无限冲击响应滤波器(IIR)，把整个滤波器组的传递函数表示为hfb(n)，滤波后的信号sfb(n)可以采用公式(1)表示。
接着，可以对滤波处理后的信号sfb(n)输入缓冲单元603进行缓冲处理，假定缓冲时间为t(t≥0)块数字信号，那么，经过缓冲处理后的信号sfb(n)，可以得到缓冲信号sla(n)可以用公式(5)进行表示。
接着，将缓冲信号sla(n)发送至增益调节单元604进行自适应增益处理。其中，增益调节单元604可以位移控制子单元6041和信号控制子单元6042中的全部或者部分决定，最终生成当前时刻，即第n时刻的增益gtot(n)，并采用当前时刻的增益gtot(n)对缓冲信号sla(n)进行增益处理，得到增益处理后的信号sag(n)。
在本发明一实施例中，增益调节单元604还可以包括活动检测子单元6045，以检测输入信号中是否包括音频信号。当确定输入信号为静音信号时，活动检测子单元6045输出相应的信号至增益调节单元604，以使得增益调节单元604不对输入信号进行自适应增益处理；反之，则控制增益调节单元604对输入信号进行自适应增益处理；而当输入信号中不仅包括音频信号，还包括噪音信号时，则活动检测子单元6045还可以控制增益调节单元604对输入信号中的噪声信号进行抑制，本领域的技术人员可以根据实际的需要进行设置， 本发明对此不做限制。
在具体实施中，当输入信号中包括音频信号时，增益调节单元604可以通过以下的方式对输入的缓冲信号进行增益处理：
信号控制子单元6042，可以对缓冲信号sla(n)的电压进行控制，以使其最终输出电压不超过扬声器701的功率放大器702的最大电压，以得到信号增益系数gs(n)。
具体而言，信号控制子单元6042可以首先可以采用公式(19)计算对缓冲信号sla(n)进行平滑处理后的信号的幅度的最大值。接着，采用如下的公式(20)计算缓冲信号sla(n)的增益，可以采用公式(21)计算得到限幅之后的缓冲信号的幅度的最大值，最后采用公式(22)根据平滑处理后的缓冲信号的增益和限幅处理后的缓冲信号的增益，计算得到所述缓冲信号的信号增益系数。
请参见图6及图7所示，在对预设的扬声器参数进行测量时，参数获取单元606中的第一获取子单元6061首先获取扬声器工作在额定功率时两端的电压信号和电流信号，并将扬声器在工作在额定功率时反馈的电压信号和电流信号进行数模转换，得到相应的数字电压信号和数字电流信号，并基于数字电压信号和数字电流信号对扬声器参数进行估计。
具体而言，在对预设的扬声器参数进行测量时，为了降低计算量，且对振膜位移贡献最大的频段通常在扬声器的4倍共振频率f0以下。因此，参数获取单元606中的中降采样子单元6065可以对数字电压信号和数字电流信号进行降采样处理。其中，为了覆盖振膜位移所在的主要区域，在对降采样后的数字电压信号id(n)和数字电流信号ud(n)进行采样时，所采用的采样率为fs_ctrl可以满足公式(1)。
在具体实施中，在得到降采样后的数字电压信号id(n)和数字电流信号ud(n)之后，第一计算子单元6062可以采用公式(2)计算得到扬声器工作在额定功率时的阻抗传递函数，并采用公式(3)得到频域的阻抗传递函数。在 得到扬声器工作在额定功率的阻抗传递函数Z(n)或者频域的阻抗传递函数Z(n,f)之后，第二计算子单元6064可以采用公式(4)计算得到扬声器工作在额定功率时的电压位移传递函数。
同时，在得到扬声器工作在额定功率时的Z(n)或者频域的阻抗传递函数Z(n,f)之后，第一确定子单元6063可以采用公式(4)计算得到扬声器在扬声器工作在额定功率时的共振频率。
这里计算得到的扬声器工作在额定功率时的共振频率f0(n)可以给滤波器组605，以将其中的陷波器的中心频率设置为扬声器工作在额定功率时的共振频率f0(n)。同时，扬声器工作在额定功率时的共振频率f0(n)可以传输给增益调节子单元6044，以采用公式(1)对降采样后的数字电流信号和数字电压信号的采样率进行控制。
在具体实施中，位移控制子单元6041可以通过公式(10)根据扬声器的阻抗传递函数计算得到电压位移传递函数hvx(n)，并可以采用公式(11)根据降采样后的缓冲信号sd(n)和电压位移传递函数hvx(n)得到缓冲信号对应的振膜位移xla(n)，即通过位移估计操作6041’得到所述缓冲信号对应的振膜位移xla(n)。
最后，位移控制子单元6041可以通过控制所述缓冲信号对应的振膜位移xla(n)不超过扬声器的最大允许位移Xmax，便可以得到位移增益系数gx(n)，具体的过程可以参照如何得到信号增益系数的过程执行得到，本发明在此不再赘述。
在具体实施中，当位移控制子单元6041和信号控制子单元6042分别输出的缓冲信号的振膜位移增益系数和信号增益系数之后，增益系数计算子单元6043可以采用公式(8)计算得到缓冲信号sla(n)的增益gtot(n)，并传输至增益调节子单元6044，以采用对缓冲信号进行增益处理，得到增益处理后的信号sag(n)。
增益处理后的信号sag(n)在分别经过DAC703和功率放大器702后传输给 扬声器701输出。
通过上述的介绍可知，本发明实施例中的扬声器控制装置通过预设的扬声器参数，对缓冲信号的增益进行控制，由于所述扬声器参数为扬声器工作在额定功率时的工作状态参数，可以确保扬声器即使工作在较大功率，如额定功率，控制输出的音频信号对应的扬声器结构性能参数在预设的范围内，因而可以确保扬声器地安全工作。而且，由于未将扬声器的功率限制在额定功率下，因而可以提升音频信号的输出质量，提升用户的使用体验。
同时，在对当前时刻的音频信号进行滤波处理，将当前时刻的音频信号进行滤波处理时的中心频率设置扬声器工作额定功率时的共振频率，可以调整共振频率对位移的影响和共振频率附近的频率响应，进而可以提高输出的音频信号质量。
此外，在计算电压位移参数时，对扬声器工作在额定功率时反馈的电压信号和电流信号进行降采样处理，可以有效降低计算量，节省计算资源，并提高扬声器的增益调节的速度。同时，对降采样处理后的电压信号和电流信号进行采样时，将采样频率控制在所述扬声器当前时刻的共振频率的4倍和10倍之间，可以降低计算量，节约计算资源。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：ROM、RAM、磁盘或光盘等。
以上对本发明实施例的方法及系统做了详细的介绍，本发明并不限于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (16)

1.一种扬声器控制方法，其特征在于，包括：
获取输入的音频信号对应的输入数字信号；
将所述输入数字信号进行分块处理，得到对应的多个数字信号块；
对所述数字信号块进行缓冲处理，得到对应的缓冲信号；
基于预设的扬声器参数，对所述缓冲信号进行增益调节，以将所述扬声器的结构性能参数控制在预设范围内，所述预设的扬声器参数为所述扬声器工作在预设条件时的工作状态参数；
所述基于预设的扬声器参数，对所述缓冲信号进行增益调节，包括：
基于所述缓冲信号的电压和所述扬声器的功率放大器的最大允许电压，计算得到对所述缓冲信号的信号幅度进行控制的信号增益系数；
基于所述缓冲信号的产生的振膜位移和所述扬声器的最大允许振膜位移，计算得到对所述缓冲信号产生的振膜位移进行控制的振膜位移增益系数；
其中，基于所述缓冲信号和所述电压位移传递函数计算得到所述缓冲信号产生的振膜位移；
基于所述信号增益系数和所述振膜位移增益系数，计算得到所述缓冲信号的最终增益系数；
采用所述最终增益系数对所述缓冲信号进行增益调节；
所述基于所述信号增益系数和所述振膜位移增益系数，计算得到所述缓冲信号的最终增益系数，包括：
gtot(n)＝min(gs(n),gx(n))，其中，gtot(n)表示当前时刻所述缓冲信号的最终增益系数，gs(n)表示所述信号增益系数，gx(n)表示所述位移增益系数。
2.根据权利要求1所述的扬声器控制方法，其特征在于，所述预设条件为所述扬声器工作在额定功率时。
3.根据权利要求1所述的扬声器控制方法，其特征在于，在将所述输入数字信号进行分块处理之前，还包括：
对所述输入数字信号进行滤波处理。
4.根据权利要求1所述的扬声器控制方法，其特征在于，所述预设的扬声器参数通过以下的方式得到：
获取所述扬声器工作在预设条件时反馈的电压信号和电流信号；
基于所述电压信号和电流信号，计算得到对应的阻抗传递函数；
基于所述阻抗传递函数，确定所述扬声器对应的共振频率；
基于所述阻抗传递函数和所述共振频率，计算得到对应的电压位移传递函数，作为所述扬声器参数。
5.根据权利要求4所述的扬声器控制方法，其特征在于，所述基于所述阻抗传递函数，确定所述扬声器工作所述预设条件时的共振频率，包括：
Figure FDA0002197489060000021
其中，f0(n)表示扬声器工作在预设条件时的共振频率，Z(n,f)为频域的阻抗传递函数，
Figure FDA0002197489060000022
表示最大值，abs(.)表示复数的幅度。
6.根据权利要求4所述的扬声器控制方法，其特征在于，在所述计算得到对应的阻抗传递函数之前，还包括：
对所述电压信号和电流信号进行降采样。
7.根据权利要求6所述的扬声器控制方法，其特征在于，所述降采样后的电压信号和电流信号的采样率满足：
4·f0≤fs_ctrl≤10·f0，其中，fs_ctrl表示降采样后的电压信号和电流信号的采样率，f0表示所述扬声器工作在所述预设条件时的共振频率。
8.根据权利要求1所述的扬声器控制方法，其特征在于，所述基于所述缓冲信号和所述电压位移传递函数计算得到所述缓冲信号产生的振膜位移，包括：
其中，xla(n)表示所述缓冲信号产生的振膜位移，sd(n)表示所述缓冲信号，hvx(n)表示所述电压位移函数，
Figure FDA0002197489060000032
为卷积符号。
9.一种扬声器控制装置，其特征在于，包括：
获取单元，适于获取输入的音频信号对应的输入数字信号；
分块单元，适于将所述输入数字信号进行分块处理，得到对应的多个数字信号块；
缓冲单元，对所述数字信号块进行缓冲处理，得到对应的缓冲信号；
增益调节单元，适于基于预设的扬声器参数，对所述缓冲信号进行增益调节，以将所述扬声器的结构性能参数控制在预设范围内，所述预设的扬声器参数为所述扬声器工作在预设条件时的工作状态参数；
所述增益调节单元包括：
位移控制子单元，适于基于所述缓冲信号的电压和所述扬声器的功率放大器的最大允许电压，计算得到对所述缓冲信号的信号幅度进行控制的信号增益系数；
信号控制子单元，适于基于所述缓冲信号的产生的振膜位移和所述扬声器的最大允许振膜位移，计算得到对所述缓冲信号产生的振膜位移进行控制的振膜位移增益系数；其中，基于所述缓冲信号和所述电压位移传递函数计算得到所述缓冲信号产生的振膜位移；
增益系数计算子单元，适于基于所述信号增益系数和所述振膜位移增益系数，计算得到所述缓冲信号的最终增益系数；
增益调节子单元，适于采用所述最终增益系数对所述缓冲信号进行增益调节；
所述增益调节子单元适于采用如下的公式计算得到所述缓冲信号的最终增益系数，包括：
gtot(n)＝min(gs(n),gx(n))，其中，gtot(n)表示当前时刻所述缓冲信号的最终增益系数，gs(n)表示所述信号增益系数，gx(n)表示所述位移增益系数。
10.根据权利要求9所述的扬声器控制装置，其特征在于，所述预设条件为所述扬声器工作在额定功率时。
11.根据权利要求9所述的扬声器控制装置，其特征在于，还包括：
滤波器组，适于对所述输入数字信号进行滤波处理。
12.根据权利要求9所述的扬声器控制装置，其特征在于，还包括参数获取单元，所述参数获取单元包括：
第一获取子单元，适于获取所述扬声器工作在预设条件时反馈的电压信号和电流信号；
第一计算子单元，适于基于所述电压信号和电流信号，计算得到对应的阻抗传递函数；
第一确定子单元，适于基于所述阻抗传递函数，确定所述扬声器对应的共振频率；
第二计算子单元，适于基于所述阻抗传递函数和所述共振频率，计算得到对应的电压位移传递函数，作为所述扬声器参数。
13.根据权利要求12所述的扬声器控制装置，其特征在于，所述第一确定子单元适于采用如下的公式确定所述扬声器工作在预设条件时的共振频率：其中，f0(n)表示扬声器工作在预设条件时的共振频率，Z(n,f)为频域的阻抗传递函数，表示最大值，abs(.)表示复数的幅度。
14.根据权利要求12所述的扬声器控制装置，其特征在于，所述参数获取单元还包括降采样子单元；
所述降采样子单元，适于在所述计算得到对应的阻抗传递函数之前，对所述电压信号和电流信号进行降采样。
15.根据权利要求14所述的扬声器控制装置，其特征在于，所述降采样子单元对所述降采样后的电压信号和电流信号的采样率满足：
4·f0≤fs_ctrl≤10·f0，其中，fs_ctrl表示降采样后的电压信号和电流信号的采样率，f0表示所述扬声器工作在所述预设条件时的共振频率。
16.根据权利要求9所述的扬声器控制装置，其特征在于，所述信号控制子单元适于采用如下的公式计算得到所述缓冲信号产生的振膜位移，包括：其中，xla(n)表示所述缓冲信号产生的振膜位移，sd(n)表示所述缓冲信号，hvx(n)表示所述电压位移函数，为卷积符号。
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