CN107925389A - 信号处理装置和扬声器装置 - Google Patents

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Abstract

一种信号处理装置，其特征在于包括：电平限制单元，其执行输入信号的电平限制；充放电元件，其被供应有预定电荷并且保持所述电荷；以及设置单元，其根据积分值和消耗电荷来设置所述电平限制单元的衰减因数，其中所述积分值是供应给所述充放电元件的所述电荷的积分值，所述消耗电荷通过在所述电平限制单元执行电平限制后的输入信号的电平计算得出。

Description

信号处理装置和扬声器装置
技术领域
本发明涉及对输入信号的电平进行限制的信号处理装置和扬声器装置。
背景技术
USB标准能够通过一个物理接口发送和接收数据并供应电力。然而，在USB标准中，仅能够提供预定的电流(例如，约500mA)。因此，在用于诸如功率放大器的瞬时需要大电流的设备时，有时电力供给量不足。
因此，例如，专利文献1公开了一种电子设备，通过连接电容器，其在USB总线供电的电源中也能够瞬时供应大电流。专利文献1的电子设备通过检测电容器的电压并且根据检测到的电压值来限制输入到功率放大器的信号的电平以防止功率放大器停止。
另外，传统上限制输入信号的电平以防止电流过大的装置已经为人所熟知。例如，专利文献2的放大器电路对电流检测电路中的负载电路的输出电流进行检测，并在幅度控制电路中根据负载电路的输出电流来执行电平限制。
此外，专利文献3的放大装置对负载电路(放大器电路)的输出电流和电源电压进行检测，并且确定限幅检测参考电平。然后，在输入信号的电平大于限幅检测参考电平时，对输入信号执行电平限制。
引文列表
专利文献
专利文献1：日本未审查专利申请公开No.2009-94684
专利文献2：日本未审查专利申请公开No.S59-040713
专利文献3：日本未审查专利申请公开No.2009-159433
发明内容
技术问题
然而，传统设备需要检测负载电路的输出电流和电源电压或电容器的电压的新硬件。
因此，本发明的一个目的是提供一种信号处理装置和一种扬声器装置，其能够在不提供有新硬件的情况下执行电平限制。
问题的解决方案
一种信号处理装置，包括：电平限制部，其用于限制输入信号的电平；充放电元件，预定电荷被供应到所述充放电元件并且所述电荷被保持在所述充放电元件中；以及设置部，其根据积分值和消耗电荷来设置所述电平限制部的衰减率，其中所述积分值通过对供应给所述充放电元件的电荷进行积分而获得，所述消耗电荷通过已经被所述电平限制部执行电平限制的所述输入信号的电平来计算得出。
换言之，所述设置部根据将被输入到设置在后级中的负载电路(例如，放大器电路)的输入信号的电平来计算消耗电荷，并且估计所述充放电元件(例如，电容器)中的当前电荷量。然后，所述设置部根据所估计的当前电荷量来设置所述输入信号的衰减率。所述设置部不需要直接检测电容器的电压，这是因为仅根据已被执行电平限制的输入信号的电平来执行计算。另外，所述设置部不需要直接检测所述负载电路的输出电流或者不需要直接测量电源电压。因此，所述信号处理装置不需要设有对负载电路的输出电流和电源电压以及电容器的电源进行检测的新的硬件。
发明的有益效果
根据本发明，能够在不提供新硬件的情况下执行电平调节。
附图说明
图1是示出音频会议系统的构造的框图。
图2是示出扬声器设备的构造的框图。
图3是示出信号处理电路的构造的框图。
图4示出转换表的示例。
图5示出增益表的示例。
图6示出增益表的示例。
图7示出增益表的示例。
图8示出增益表的示例。
图9(A)示出转换表的示例，以及
图9(B)示出增益表的示例。
具体实施方式
图1是示出音频会议系统的构造的框图。音频会议系统在通过互联网5连接的个人计算机(PC)2和PC 3之间双向地发送和接收声音信息(数据包)并进行音频会议。
PC 2连接到音频设备1。音频设备1和PC 2例如通过USB接口连接。PC 2解码从PC 3接收到的数据包，并将数据包转换成数字声音信号。PC 2将数字声音信号输入到音频设备1。另外，PC 2通过USB总线电源向音频设备1供电。
图2是示出音频设备1的主要构造的框图。音频设备1设有输入接口(I/F)11、DSP12、放大器电路13、扬声器14、电容器15和限流电路16。需要说明的是，在本优选实施例中，音频设备1是未设置麦克风的扬声器装置，但实际上音频设备1设有麦克风(未示出)，并且设有根据麦克风拾取的声音向PC 2输出数字声音信号的功能。
输入I/F 11例如是USB接口。输入I/F 11从PC 2输入数字声音信号(输入信号)。另外，输入I/F 11通过限流电路16将从PC 2供应的电流(电力)供应给放大器电路13。另外，输入I/F 11连接到放大器电路13的接地线(GND)，并通过PC 2执行接地。
需要说明的是，虽然USB接口通过一个物理接口执行信号的输入和输出以及电力供应，也可以通过各个不同的物理接口来执行信号的输入和输出以及电力供应。然而，通过使用USB接口，音频设备1能够仅通过一个物理接口连接到PC 2。因此，对于用户而言，能够更容易地进行音频会议。
DSP 12是本发明的信号处理装置的示例。DSP 12对输入的数字声音信号执行各种处理(在该示例中是电平限制处理)。DSP 12将已被限制电平的数字声音信号输出到放大器电路13。
放大器电路13利用从电容器15或限流电路16供应的电力来放大从DSP 12输出的数字声音信号。然后，放大器电路13将已放大的数字声音信号转换为模拟声音信号并驱动扬声器14。其结果是，音频设备1使得PC 2和音频设备1的用户能够听到从远程PC 3发送的声音。
限流电路16将从PC 2供应的电流限制为预定的电流值。例如，当应用USB标准时，限流电路16将从PC 2供应的电流限制为500mA的电流值。
限流电路16连接到电容器15和放大器电路13。电容器15是本发明的充放电元件的示例，并且保持从限流电路16供应的电荷。应该注意的是，充放电元件可以不限于电容器，并且可以是例如可再充电电池。
随后，图3是DSP 12的功能框图。DSP 12在功能上设有电平限制部120和设置部150。
电平限制部120是对输入信号执行电平限制的压缩器。电平限制部120设有绝对值处理部(ABS)121、峰值保持处理部122、增益表123、平滑处理部124和增益调节器125。
输入到DSP 12的数字声音信号被输入到增益调节器125。增益调节器125以设置的衰减率来限制数字声音信号的电平。增益调节器125的衰减率由增益表123确定。电平已被限制的数字声音信号被输出到设在后级中的放大器电路13和设置部150。
另外，输入到DSP 12的数字声音信号也被输入到ABS 121。ABS 121将输入的数字声音信号的幅值改变为绝对值，并将该值输出到峰值保持处理部122。
峰值保持处理部122对从ABS 121输入的数字声音信号的电平值进行平滑，并将瞬时幅度转换为有效幅度。峰值保持处理部122对应于压缩器的下降或释放时间。由峰值保持处理部122平滑的数字声音信号的电平值被输入到增益表123。
增益表123是针对输入信号的电平值确定输出信号的电平值并设置增益调节器125的衰减率的表格。下面将描述细节。由增益表123确定的衰减率被输入到平滑处理部124。
平滑处理部124是主IIR低通滤波器。平滑处理部124对应于压缩器中的启动时间常数。启动时间常数指示多久以后电平限制处理开始生效。如果立即开始电平限制处理，则声音将失真并且声音的质量将恶化。因此，电平限制部120可以优选地在平滑处理部124中执行平滑。
随后，设置部150是对电平限制部120中的增益表123进行设置的功能部。设置部150根据积分值和消耗电荷对增益表123进行设置，其中积分值通过对供应给电容器15的电荷进行积分而获得，消耗电荷通过电平已被电平限制部120限制的数字声音信号的电平计算得出。设置部150设有加法器151、乘法器152、乘法器153、转换表154、下限设置部(Max)155和上限设置部(Min)156。
首先，电平已被增益调节器125限制的数字声音信号被输入到乘法器152。然而，虽然省略了说明，但是被延迟仅一个采样(或者两个或多个采样)的数字声音信号(一个采样之前的数字声音信号)被输入到乘法器152。
乘法器152将输入的数字声音信号乘以消耗电荷转换系数。电容器15要消耗的电荷量与数字声音信号的电平(单位电压)之比被预先设置为消耗电荷转换系数。其结果是，乘法器152计算电容器15的消耗电荷。
加法器151输入由乘法器152计算的电容器15的消耗电荷、供应给电容器15的电荷Q'[C]和作为一个采样(或者两个或多个采样)之前的计算结果的电容器15的电荷估计值Q[C]。电容器15的电荷估计值Q[C]的初始值是0[C]。供应给电容器15的电荷Q'[C]由常数表示。在该示例中，当供应500mA的电流时，电荷Q'[C]对应于在一个采样的时间内供应的电荷量。消耗电荷随供应给放大器电路13的数字声音信号的电平而变化，如上所述。
加法器151通过以下操作计算当前电荷估计值Q[C]：将供应给电容器15的电荷Q'[C]与作为一次采样之前计算结果的电容器15的当前电荷估计值Q[C]相加并减去由乘法器152计算的电容器15的消耗电荷。计算的电荷估计值Q[C]被输入到乘法器153和下限设置部155。
在计算出的电荷估计值Q[C]小于零时，下限设置部155将电荷估计值Q[C]设置为0[Q]，以使电荷估计值Q[C]的最小值变为0。另外，在计算出的电荷估计值Q[C]大于与电容器15的最大电容相对应的电荷时，上限设置部156将电荷估计值Q[C]设置为与电容器的最大电容对应的电荷值[Q]，使得电荷估计值Q[C]的最大值变为与电容器15的最大电容相对应的电荷。
由于本优选实施例中的DSP 12被构造为内置在作为用于进行音频会议的扬声器装置的音频设备1中，所以被输入与人声相关的声音信号。在音频会议中，人的声音经常由于呼吸等等发生中断，并且具有很长的静默时间。因此，即使输入了瞬间大电平的声音信号，音频设备1也具有使电容器15的电荷变为最大值的高频率。与此种情况相对应，设置部150通过上限设置部156限制最大值，使得电荷估计值Q[C]的最大值可以变为与电容器15的最大电容对应的电荷，计算出的电荷估计值Q[C]和实际电容器的电荷量没有大的偏差。
随后，乘法器153通过将电荷估计值Q[C]乘以转换系数[V/C]，将电荷估计值Q[C]转换成电容器15的当前电压估计值[V]。电压估计值[V]被输入到转换表154。
图4示出转换表的示例。图4所示的曲线图的横轴是电压[V]，纵轴是阈值[dB]。横轴上的电压对应于电压估计值[V]。在该示例中，在电压估计值[V]是5V或更大(这确定了放大器电路13处于能够稳定驱动的状态)的情况下，转换表154将阈值设置为最大值(Max)。另外，转换表154将放大器电路13能够稳定地驱动的最小电压(在该示例中为3V)与最小阈值(Min)相关联。当电压值从3V到5V时，阈值被设置为与电压变化成比例地变化。
通过这种方式，输入到转换表154的电压估计值[V]通过图4所示的转换表被转换成与数字声音信号的电平值相对应的阈值[dB]。
由转换表154转换的阈值[dB]被输入到增益表123。图5(A)和图5(B)分别是增益表的示例。图5(A)和图5(B)所示的横轴表示增益表123的输入电平的值[dB]，纵轴表示增益表123的输出电平的值[dB]。
首先，图5(A)的示例示出由转换表154转换的阈值[dB]是最大值(Max)的情况下的增益转换表。如图5(A)所示，在增益表123中输入电平的值不小于阈值[dB]的情况下，输出电平的值被限制为阈值[dB]。这样，由增益表123确定的衰减率通过平滑处理部124被设置到增益调节器125。
然后，如图5(B)所示，在电容器15的电压估计值[V]减小的情况下，如转换表154所示，阈值[dB]也减小，输出电平的值被限制为较低的值。另外，如图6所示，在电压估计值[V]被设置为3V的情况下，输出电平的值被限制为阈值的最小值(Min)。换言之，增益调节器125的衰减率被设置为最大值。
在本优选实施方式中，图6所示的阈值的最小值(Min)被设置为即使在放大器电路13驱动时电容器的电压也不降低至此的电平。换句话说，增益调节器125的衰减率是与由乘法器152计算出的消耗电荷和供应给电容器15的电荷Q'[C]在该衰减率下得到平衡的值。结果，放大器电路13能够稳定地驱动的状态得到维持。
如上所述，设置部150根据要输入到放大器电路13的声音信号的电平来计算消耗电荷，并估计电容器15中的当前电荷量。然后，设置部150根据估计的电容器15的当前电荷量来设置增益调节器125的衰减率。设置部150不需要直接检测电容器15的电压，因为仅根据已在增益调节器125中被执行电平限制的输入信号的电平来执行计算。另外，设置部150不需要直接检测放大器电路13的输出电流，或者不需要直接测量电源电压。因此，音频设备1不需要设有对放大器电路13的输出电流和电源电压以及电容器15的电源进行检测的新硬件，并且能够根据电容器的状态执行适当的电平限制。
随后，图7(A)示出增益表的修改示例。虽然在图5(A)、图5(B)和图6中示出了输出电平的值被限制为阈值的示例(其中DSP12用作限制电路的示例)，但是在图7(A)的示例中，在输入电平的值不小于阈值[dB]的情况下，对输出电平的值进行限制，使得输出电平的分贝值的变化相对于输入电平的分贝值的变化可以变为大于零的预定比率(例如，约1/10)。其结果是，音频设备1能够减小大音量范围内的失真，并且进一步减少收听者的不舒服的感觉。
另外，在图7(B)的示例中，相对于输入信号的电平，通过增加输出信号的电平来增加低音量的电平。在这种情况下，音频设备1能够防止在低音量范围内难以听到声音的情况。
另外，如图8所示，在低音量范围内，输出电平的值相对于输入电平的值而增加，并且在输入电平的值不小于阈值[dB]的情况下，对输出电平的值进行限制，使得输出电平的分贝值的变化相对于输入电平的分贝值的变化可以变为大于零的预定比率(例如，约1/10)。
图9(A)示出转换表的变型示例。在图9(A)的示例中，在电压估计值[V]的值不小于5V的情况下，转换表154将阈值设置为0[dB]。在这种情况下，如图9(B)所示，输入信号的电平和输出信号的电平成正比。换言之，增益调节器125中设置的衰减率变为最小值，并停止对电平限制的处理。因此，在电容器15的电压高到一定程度的情况下，根本不会改变声音质量。
附图标记列表
1 音频设备
2、3 PC
5 互联网
11 输入I/F
12 DSP
13 放大器电路
14 扬声器
15 电容器
16 限流电路
120 电平限制部
121 ABS
122 峰值保持处理部
123 增益表
124 平滑处理部
125 增益调节器
150 设置部
151 加法器
152、153 乘法器
154 转换表
155 下限设置部
156 上限设置部

Claims (5)

1.一种信号处理装置，包括：
电平限制部，其用于限制输入信号的电平；
充放电元件，预定电荷被供应到所述充放电元件并且所述电荷被保持在所述充放电元件中；以及
设置部，其根据积分值和消耗电荷来设置所述电平限制部的衰减率，其中所述积分值通过对供应给所述充放电元件的电荷进行积分而获得，所述消耗电荷通过已经被所述电平限制部执行电平限制的所述输入信号的电平来计算得出。
2.根据权利要求1所述的信号处理装置，其中，所述设置部根据所述充放电元件的最大容量来确定所述积分值的最大值。
3.根据权利要求1或2所述的信号处理装置，其中，在所述积分值不小于预定值的情况下，所述设置部将所述衰减率保持为最小值并停止所述电平限制。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的信号处理装置，其中：
在所述积分值小于或等于预定值的情况下，所述设置部将所述衰减率保持为最大值；并且
所述最大值是这样的值：通过已经被所述电平限制部执行电平限制的所述输入信号的电平计算得出的所述消耗电荷和供应给所述充放电元件的电荷在该最大值下得到平衡。
5.一种扬声器装置，包括：
根据权利要求1至4中任一项所述的信号处理装置；
输入部，其将声音信号作为输入信号输入到所述电平限制部；
放大器电路，其输入已经被所述电平限制部执行电平限制的所述声音信号；以及
扬声器，其输入已经被所述放大器电路放大的所述声音信号。
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