CN107408929A - 调节音量增益以适应放大器功率限制的方法和放大器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种根据用户在增加最大期望音量增益的范围内选择的期望音量增益来对放大器的应用音量增益进行调节的方法，所述放大器用于控制外壳的至少一个扬声器，所述方法包括以下步骤：确定(204)应用于至少一个扬声器的有效强度；通过以下参数计算(206和208)最大音量增益：期望音量增益，应用于扬声器的有效强度，扬声器的热特性，以及最大期望音量增益；计算(210)单调递增函数，该单调递增函数根据期望音量增益来提供可变应用音量增益，使得通过单调函数获得的最大期望音量增益的图形和最大音量增益等同；以及针对期望音量增益而将最大音量增益和可变应用音量增益中的最小值作为应用音量增益应用(212)于放大器。

Description

调节音量增益以适应放大器功率限制的方法和放大器
技术领域
本发明涉及一种根据用户在增加最大期望音量增益的范围内所选择的期望音量增益来对音频放大器中所应用的音量增益进行调整的方法，该音频放大器用于控制外壳的至少一个扬声器。
技术背景
电动扬声器是一种机电设备，用于将施加在其端子上的电压转换为声压。由于扬声器线圈的电阻和其中循环的电流，出现了温度过热。扬声器有一定的能力将它造成的热能消散到它的环境中。然而，当扬声器接收的电能产生超过其能耗散的热能时，扬声器线圈的温度可能会升高而超出可接受值，导致线圈的损坏，因此导致扬声器的损坏。
已知实现如下方法和设备：该方法和设备通过限制线圈中循环的电流来限制扬声器产生的热功率。
这些方法通常使用应用到扬声器的电压以将其发送到一个模型，将该模型的输出与阈值相比较，以对应用于扬声器上的电压起作用。更复杂的模型测量线圈中穿过的电流。为了避免扬声器过热，用户期望的音量增益自动减小，以限制扬声器中的热功率。期望音量增益是用户施加的设定点以调整外壳产生的声音水平，用户感知这种变化。为了减弱用户感知的变化，对期望音量增益的变化速度进行限制的时间常数被添加到功率限制设备中。限制变化速度的设备难以调整，并且大部分时间导致抽运现象(phénomène de pompage)。
发明内容
本发明的目的是在避免抽运现象和用户感知到提供给扬声器的能量的变化的同时，能够限制扬声器消散的热功率。
为此目的，本发明涉及上述类型的方法，其特征在于，它包括以下步骤：
确定应用于至少一个扬声器的有效强度，
根据以下参数计算最大音量增益：
期望音量增益，
应用于扬声器的有效强度，
扬声器的热特性，
最大期望音量增益，
计算单调递增函数，所述函数根据期望音量增益提供可变应用音量增益，使得通过单调函数获得的最大期望音量增益的图形和最大音量增益等同。
针对期望音量增益而将最大音量增益和可变应用音量增益中的最小值应用于放大器作为应用音量增益。
根据特定实施例，该方法包括以下特征中的一个或多个：
所述单调函数是一个仿射函数；
单调函数如下：
其中α是一个介于0和1之间的值；
(G音量)最大可变是可变应用音量增益；
(G音量)最大是最大音量增益；
(G期望音量)是期望音量增益
(G期望音量)最大是最大期望音量增益。
对于每个扬声器，可以根据如下参数来执行计算独立最大音量增益的步骤：
期望音量增益，
应用于扬声器的有效强度，
扬声器的热特性，
以及，最大音量增益是根据独立最大音量增益确定的。
最大音量增益是独立最大音量增益和最大期望音量增益中的最小值。
本发明还涉及一种放大器，包括：
用于确定应用于至少一个扬声器的有效强度的装置；
用于根据以下参数来计算最大音量增益的装置：
期望音量增益，
应用于扬声器的有效强度，
扬声器的热特性，
最大期望音量增益，
用于计算单调递增函数的装置，所述单调递增函数根据期望音量增益提供可变应用音量增益，使得通过单调函数获得的最大期望音量增益的图形和最大音量增益等同；
用于针对期望音量增益而将最大音量增益和可变应用音量增益中的最小值作为应用音量增益应用于放大器的装置。
附图说明
本发明将通过阅读以下描述而得到更好的理解，该描述仅作为示例提供，并参照附图进行，其中：
图1是声音再现装置的示意图；
图2是连续调节放大音量的方法的流程图；以及
图3是示出了通过实现图2的方法而根据期望放大音量来应用的应用音量的曲线图。
具体实施方式
图1所示的声音再现装置10包括用于产生音频信号的模块12，例如，通过放大器16连接到扬声器14的数字光盘读取器。
放大器16包括电压放大级18，扬声器14连接到放大级的输出。在源12和放大级18的输入之间，放大器包括级20，级20用于根据记为(G音量)应用的应用音量增益来调节声音水平，级20的输出连接到控制级22，控制级22能够提供扬声器的激励信号，所述激励信号被提供给放大单元18。
控制级22尤其能够计算电压U和强度I，所述电压U和强度I必须应用于扬声器，为了使扬声器的膜在每一时刻处于确定的位置，具有能够对控制单元22所接收的信号进行再生的速度、加速度和加速度相对于时间的漂移。特别地，控制级22能够确定强度I，所述强度I在根据针对扬声器的膜而期望的动态参数被放大级18应用后，将于每一时刻在扬声器14中循环。
放大器16还包括音频音量管理单元24。该音频音量管理单元24能够限定和发送应用音量增益(G音量)应用到音量调节级20，音频音量管理单元24的输出和音量调节级20相连。
单元24与期望音量增益的输入装置26相连，期望音量增益记为G期望音量，对应于用户期望的声音水平的表达。例如，装置26由电位器组成，用于调节使用者可手动访问的音量。期望音量增益G期望音量可以在最小值到(G期望音量)最大指定的最大值之间的范围内手动调节。
音量管理单元24连接到控制级22以接收瞬时电流I。
音量管理单元24包括计算装置28和比较装置30，计算装置28用于计算可变应用音量增益(G音量)最大可变，输入装置26和计算装置28与比较装置30连接。比较装置30在比较期望音量增益G期望音量的值和可变应用音量增益(G音量)最大可变的值之后，能够向声音水平调节级20提供应用音量增益(G音量)应用。
这里描述的元件部分地被实现以用于装置外壳中的每个扬声器，这些扬声器具有不同的机械和/或电气特性，和/或必须再生不同的源信号。
因此，控制单元22能够计算每个扬声器i的瞬时电流Ii，音量管理单元24接收每一瞬时电流Ii。
在图2中示出放大器的操作，特别是音量管理单元24的操作。
在步骤202中，单元24接收电流Ii，所述电流Ii必须在扬声器14中循环以获得扬声器14的动态特性。每个电流Ii由控制级22提供，电流Ii来自要再生的音乐信号和存在于控制级22的输入端的应用音量增益(G音量)应用。控制级22确定要循环的电流Ii和要应用于扬声器i的端子上的电压Ui，以获得期望的动态特性。
替代地，在扬声器14的端子上测量瞬时电流Ii。
由计算装置28在步骤204中根据瞬时电流Ii来确定应用于每个扬声器的瞬时电流的有效的RMS(均方根)值，记为(Irms)i，例如，根据扬声器的热时间常数，在选定的时间内实现低通滤波器。
在步骤206中，对于每个扬声器i，计算装置28使用如下公式来确定单位音量增益下电流的归一化有效值(Irms归一化)i：
其中，G期望音量是用户从输入装置26引入的期望音量增益的值，以及
(Irms)i是必须应用于扬声器的瞬时电流的有效值。
在步骤208中，计算装置28使用如下公式来确定最大音量增益((G音量)最大)i：
其中，
其中，(Pi)最大为扬声器i的最大可接受热功率，以及
(Re)i是扬声器i的电阻。
因此，最大有效电流(Irms最大)i是由扬声器的电阻(Re)i和扬声器可允许的最大热功率(Pi)最大确定的。
因此，在每一时刻，最大音量增益(G最大音量)i取决于如步骤204所确定的应用于扬声器14的有效电流强度(Irms)i。
所有扬声器1至n的最大音量增益(G音量)最大由计算装置28采用如下关系计算出：
(G音量)最大＝min(0,999×(G期望音量)最大,(G最大音量)1,...,(G最大音量)n)
该最大音量增益值(G音量)最大是每个扬声器的独立最大音量增益(G最大音量)i和期望最大音量增(G期望音量)最大的最小值，这个值因计算实现原因而减少0.1％。
在步骤210中，集成到音量管理单元24中的计算装置28根据下面的公式来确定可变应用音量增益(G音量)最大可变：
其中：
α是一个介于0和1之间的值，对应于最大允许功率比例，从最大允许功率比例开始，功率限制开始发挥作用。α值根据放大器的设计来设置。
(G音量)最大可变是可变应用音量增益。
(G音量)最大是最大音量增益。
(G期望音量)是期望音量增益。
(G期望音量)最大是最大期望音量增益。
更一般地，应用音量增益变量(G音量)最大可变是单调递增函数，例如是一个仿射函数，根据期望音量增益G期望音量来提供应用音量增益变量(G音量)最大可变，使得通过单调函数得到的最大期望音量增益(G期望音量)最大的图形和最大放大增益(G音量)最大等同。
在步骤212中，比较装置30将声音水平调节级20所应用的音量增益(G音量)应用确定为期望音量增益(G音量)期望和可变应用音量增益(G音量)最大可变中的最小值，即：
(G音量)应用＝min(G期望音量,(G音量)最大可变)
图3示出了根据期望音量增益(G音量)期望的应用音量增益(G音量)应用。
连续线的曲线示出了当最大音量增益(G音量)最大等于10、系数α等于0.8并且最大期望音量增益(G期望音量)最大等于30时这两个属性之间的关系。
可以理解，在这种情况下，应用音量增益(G音量)应用等于期望音量增益G期望音量，直到取决于参考标号302标明的单调函数和与参考标号304标识的标识对应的线段的交点。
对应于单调递增函数的线段302经过点，其中，x轴30是最大期望音量增益，y轴10对应最大音量增益。
它的斜率由给出，与选定值1-α成比例。
混合线示出了如下函数，该函数提供了当最大音量增益(G音量)最大等于14且系数α保持等于0.8时作为期望音量增益(G音量)期望的函数的应用音量增益(G音量)应用。
可以理解，在任何时刻，作为期望音量增益G期望音量的函数而提供应用音量增益(G音量)应用的曲线形状根据音乐和电流Ii的变化而变化。
根据有效电流(Irms)i是由低通滤波得到的这一事实，根据音乐信号的变化，所述曲线形状的变化是缓慢的。因此，应用音量增益(G音量)应用的电位下降是缓慢的，并且不产生杂散噪声。
该设备是预测型的，因此，不包括造成不稳定或不想要的抽运效应的循环。
为了控制每个扬声器而被应用的音量增益对于每个扬声器来说是先验相同的。替代地，为了控制每个扬声器而被应用的音量增益对于每个扬声器来说是不同的。
根据单调函数的存在，限制热功率的方法使得当每个扬声器限制功率时，即使限制的比例不相同，用户对期望音量增益增G期望音量的修改仍引起应用音量增益(G音量)应用的改变具有相同变化方向。
因此，即使放大器工作在接近其放大极限值的值时，用户也不会因为察觉到没考虑输入装置26的期望音量变化指令而感到不安。

Claims (6)

1.一种用于根据用户在增加最大期望音量增益((G期望音量)最大)的范围内所选择的期望音量增益(G期望音量)对音频放大器(16)中的应用音量增益((G音量)应用)进行调节的方法，所述音频放大器用于控制外壳的至少一个扬声器(14)，所述方法包括以下步骤：
确定(204)应用于至少一个扬声器的有效强度(Irms)，
根据以下参数计算(206，208)最大音量增益((G音量)最大)：
所述期望音量增益(G期望音量)，
应用于所述扬声器的所述有效强度(Irms)，
所述扬声器的热特性((Pi)最大，(Re)i)，
所述最大期望音量增益((G期望音量)最大)，
计算(210)单调递增函数，所述单调递增函数根据所述期望音量增益(G期望音量)来提供可变应用音量增益((G音量)最大可变)，使得通过所述单调函数获得的所述最大期望音量增益((G期望音量)最大)的图形和所述最大音量增益((G音量)最大)等同，
针对所述期望音量增益(G期望音量)而将所述最大音量增益(G音量最大)和所述可变应用音量增益((G音量)最大可变)中的最小值作为应用音量增益((G音量)应用)而应用(212)于所述放大器。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述单调函数是一个仿射函数。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，提供所述单调函数如下：
其中，α是一个介于0和1之间的值；
(G音量)最大可变是所述可变应用音量增益；
(G音量)最大是所述最大音量增益；
(G期望音量)是所述期望音量增益；以及
(G期望音量)最大是所述最大期望音量增益。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，根据以下参数来对每个扬声器(i)执行计算独立最大音量增益((G音量)最大i)的步骤：
所述期望音量增益(G期望音量)，
应用于所述扬声器的所述有效强度(Irms)，
所述扬声器的热特性((Pi)最大，(Re)i)，
以及根据独立最大音量增益((G音量最大)i)来确定所述最大音量增益(G音量最大)。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述最大音量增益(G音量最大)是所述独立最大音量增益((G音量最大)i)和所述最大期望音量增益((G期望音量)最大)中的最小值。
6.一种放大器(16)，包括：
输入装置(26)，所述输入装置(26)用于用户在增加最大期望音量增益((G期望音量)最大)的范围内输入所述用户的期望音量增益(G期望音量)，
调节装置，所述调节装置用于根据所选择的期望音量增益(G期望音量)调节外壳的至少一个扬声器(14)的由所述放大器应用的应用音量增益((G音量)应用)，
所述放大器包括：
用于确定应用于至少一个扬声器的有效强度(Irms)的装置，
用于根据如下参数计算最大音量增益((G音量)最大)的装置：
所述期望音量增益(G期望音量)，
应用于所述扬声器的所述有效强度(Irms)，
所述扬声器的热特性((Pi)最大，(Re)i)，
所述最大期望音量增益((G期望音量)最大)，
计算装置，所述计算装置用于计算单调递增函数，所述单调递增函数根据所述期望音量增益(G期望音量)提供可变应用音量增益((G音量)最大可变)，使得通过所述单调函数得到的所述最大期望音量增益((G期望音量)最大)的图形和所述最大音量增益((G音量)最大))等同，
应用装置，所述应用装置用于针对所述期望音量增益(G期望音量)将所述最大音量增益(G音量最大)和的所述可变应用音量增益(G音量)最大可变)中的最小值应用(212)于所述放大器作为应用音量增益((G音量)应用)。
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