CN109511059A - 扬声器温度保护方法、装置及具有温度保护功能的扬声器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种扬声器温度保护方法、装置及具有温度保护功能的扬声器，方法包括：对原始音频信号进行复制得到多个复制音频信号；对多个复制音频信号中的一个音频信号进行均方值检测得到第一检测结果，对多个复制音频信号中的其余音频信号分别进行滤波后再进行均方值检测得到多个第二检测结果；根据第一检测结果、第二检测结果和对应的预设阈值获取目标增益，并利用目标增益对原始音频信号进行增益处理，以实现对扬声器的温度保护。通过为原始音频信号在全频段上的功率以及其在特定频段上的功率设置不同的阈值，综合比较后得出目标增益，使得经增益处理的原始音频信号在输入扬声器后，避免了扬声器在特定频段上温度过高被烧毁的风险。

Description

扬声器温度保护方法、装置及具有温度保护功能的扬声器
技术领域
本发明实施例涉及信号处理技术领域，更具体地，涉及一种扬声器温度保护方法、装置及具有温度保护功能的扬声器。
背景技术
随着便携式智能设备的普及与流行，人们对便携式设备的音频回放效果有了更高的要求。这使得厂家需要在物理空间受限的条件下充分发挥扬声器的性能，同时保证扬声器本身不会由于过度的驱动而受到损坏。造成扬声器损坏的因素之一是喇叭线圈长时间过温工作导致的热损坏。
现有技术中对扬声器进行温度保护的方法主要分为基于功率的保护方法和基于温度的保护方。其中，基于功率的保护方案为：如图1所示，监控扬声器输入信号的均方值，通过实时调整一个可变增益模块的增益，将扬声器实际工作功率限定至其额定功率以下。
扬声器的额定功率是扬声器厂家提供的。扬声器厂家通常只保证扬声器在播放粉红噪声(大多数音乐信号频谱能量分布与粉红噪声类似)时可持续以额定功率工作，因而扬声器的额定功率有时也被叫做额定噪声功率(rated noise power)。可见，扬声器厂家并不保证对任意输入信号而言，扬声器都可以以额定功率持续工作。
实际上，如图2所示，扬声器的阻抗是随输入信号频率的不同而不同的，典型地，在共振频率以下及以上，各有一个阻抗较小的频段。当给与扬声器有效值相同的输入电压时，处于这两个频段的信号可以产生更高的热功率。与此同时，如图3所示，扬声器振膜振幅对输入信号的响应也随输入信号频率的不同而不同。比较上述两个阻抗较小的频段，位于共振频率以下的频段的振幅响应远高于位于共振频率以上的频段，而较大的振膜振幅能起到明显的散热作用。
综上所述，在扬声器共振频率以上，存在一个对喇叭温度威胁明显的频段(以下称“特定频段”)，当扬声器输入信号处于该频段时，会带来相对更高的热功率，且产生的热量无法被通过振膜振动产生的气流有效地排放出去。这导致当扬声器输入信号的能量相对集中在该频段时，即便将扬声器实际工作功率限定至其额定功率，仍然存在扬声器因过温工作而受到损坏的风险。
发明内容
本发明实施例提供了一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的扬声器温度保护方法、装置及具有温度保护功能的扬声器。
第一方面本发明实施例提供了一种扬声器温度保护方法，包括：
对原始音频信号进行复制得到多个复制音频信号；
对所述多个复制音频信号中的一个音频信号进行均方值检测得到第一检测结果，对所述多个复制音频信号中的其余音频信号分别进行滤波后再进行均方值检测得到多个第二检测结果；
根据所述第一检测结果、所述第二检测结果和对应的预设阈值获取目标增益，并利用所述目标增益对所述原始音频信号进行增益处理，以实现对扬声器的温度保护。
进一步地，所述对所述多个复制音频信号中的其余音频信号分别进行滤波，具体包括：
分别利用高通滤波器或者带通滤波器对所述多个复制音频信号中的其余音频信号进行滤波。
进一步地，若对原始音频信号进行复制得到两个复制音频信号分别为第一音频信号和第二音频信号，且当所述第一检测结果为第一均方值，所述第二检测结果为第二均方值时；对应地，
所述根据所述第一检测结果、所述第二检测结果和对应的预设阈值获取目标增益，具体包括：
将所述第一均方值、所述第二均方值、第一预设阈值以及第二预设阈值代入第一公式，获取所述目标增益；
其中，所述第一公式的表达式如下：
其中，gain为目标增益，THR1为第一预设阈值，THR2为第二预设阈值，MS1为第一均方值，MS2为第二均方值。
进一步地，若对原始音频信号进行复制得到两个复制音频信号分别为第一音频信号和第二音频信号，且当所述第一检测结果为第一均方根，所述第二检测结果为第二均方根时；对应地，
所述根据所述第一检测结果、所述第二检测结果和对应的预设阈值获取目标增益，具体包括：
将所述第一均方根、所述第二均方根、第三预设阈值以及第四预设阈值代入第二公式，获取所述目标增益；
其中，所述第二公式的表达式如下：
其中，gain为目标增益，THR3为第三预设阈值，THR4为第四预设阈值，RMS1为第一均方根，RMS2为第二均方根。
进一步地，在利用所述目标增益对所述原始音频信号进行增益处理之前，还包括：
对所述目标增益进行平滑处理。
另一方面本发明实施例提供了一种扬声器温度保护系统，包括：
复制模块，用于对原始音频信号进行复制得到多个复制音频信号；
均方检测模块，用于对所述多个复制音频信号中的一个音频信号进行均方值检测得到第一检测结果，对所述多个复制音频信号中的其余音频信号分别进行滤波后再进行均方值检测得到多个第二检测结果；
目标增益获取模块，用于根据所述第一检测结果、所述第二检测结果和对应的预设阈值获取目标增益，并利用所述目标增益对所述原始音频信号进行增益处理，以实现对扬声器的温度保护。
第三方面本发明实施例提供了一种扬声器温度保护装置，包括：主链路、多个支链路以及增益计算模块；其中，
所述多个支链路分别与所述主链路并联，且所述多个支链路的输出端与增益计算模块的输入端连接；
所述主链路中设置有增益模块，所述增益模块的输入端接收原始音频信号，所述增益模块的输出端与扬声器连接，且所述增益模块的输入端还与所述增益计算模块的输出端连接；
所述多个支链路中的一个支链路中设置有第一均方值检测模块，所述多个支链路中的其余支链路中分别串联设置有滤波模块和第二均方值检测模块。
进一步地，所述滤波模块为高通滤波器或者带通滤波器。
进一步地，所述装置还包括增益平滑模块，所述增益平滑模块设置在所述增益计算模块和所述增益模块之间。
第四方面本发明实施例提供了一种具有温度保护功能的扬声器，所述扬声器的音频信号输入端串联设置有一个或多个上述扬声器温度保护装置。
本发明实施例提供的一种扬声器温度保护方法、装置及具有温度保护功能的扬声器，通过为原始音频信号在全频段上的功率以及其在特定频段上的功率设置不同的阈值，综合比较后得出目标增益，使得经增益处理的原始音频信号在输入扬声器后，避免了扬声器在特定频段上温度过高被烧毁的风险。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中一种扬声器温度保护装置的结构示意图；
图2为一种扬声器阻抗相应曲线；
图3为一种扬声器振幅相应曲线；
图4为本发明实施例提供的一种扬声器温度保护方法的流程图；
图5为本发明实施例提供的一种扬声器温度保护系统的结构框图；
图6为本发明实施例提供的一种扬声器温度保护装置的结构示意图；
图7为本发明实施例提供的一种具有温度保护功能的扬声器的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图4为本发明实施例提供的一种扬声器温度保护方法的流程图，如图4所示，包括：
S401，对原始音频信号进行复制得到多个复制音频信号；
S402，对所述多个复制音频信号中的一个音频信号进行均方值检测得到第一检测结果，对所述多个复制音频信号中的其余音频信号分别进行滤波后再进行均方值检测得到多个第二检测结果；
S403，根据所述第一检测结果、所述第二检测结果和对应的预设阈值获取目标增益，并利用所述目标增益对所述原始音频信号进行增益处理，以实现对扬声器的温度保护。
其中，在步骤S401中，对原始音频信号进行复制得到多个与原始音频信号相同的复制音频信号。
在步骤S402中，分别对多个复制音频信号进行均方值检测，但区别在于，在对多个复制音频信号中的其余音频信号进行检测之前，先对其进行滤波处理。那么，可以理解地，第一检测结果对应于原始音频信号全频段的均方值检测结果，而第二检测结果对应于原始音频信号某一特定频段的均方值检测结果。
在步骤S403中，首先，设置针对全频段的预设阈值；并根据特定频段(某一高频段或者某一特定频段)设置对应的值阈值。然后，通过比较第一检测结果与对应的预设阈值，比较第二检测结果与对应的预设阈值，综合得出目标增益。该目标增益即用于对原始音频信息进行增益处理，以使原始音频经增益处理后输入扬声器中，避免了扬声器在特定频段上温度过高被烧毁的风险。
本发明实施例提供的一种扬声器温度保护方法，通过为原始音频信号在全频段上的功率以及其在特定频段上的功率设置不同的阈值，综合比较后得出目标增益，使得经增益处理的原始音频信号在输入扬声器后，避免了扬声器在特定频段上温度过高被烧毁的风险。
在上述实施例中，所述对所述多个复制音频信号中的其余音频信号分别进行滤波，具体包括：
分别利用高通滤波器或者带通滤波器对所述多个复制音频信号中的其余音频信号进行滤波。
在上述实施例中，若对原始音频信号进行复制得到两个复制音频信号分别为第一音频信号和第二音频信号，且当所述第一检测结果为第一均方值，所述第二检测结果为第二均方值时；对应地，
所述根据所述第一检测结果、所述第二检测结果和对应的预设阈值获取目标增益，具体包括：
将所述第一均方值、所述第二均方值、第一预设阈值以及第二预设阈值代入第一公式，获取所述目标增益；
其中，所述第一公式的表达式如下：
其中，gain为目标增益，THR1为第一预设阈值，THR2为第二预设阈值，MS1为第一均方值，MS2为第二均方值。
具体地，根据第一公式求解一共有以下四种情形：
(1)若第一均方值没有超过第一预设阈值，第二均方值没有超过第二预设阈值，则目标增益为1，即保持现有输出增益不变；
(2)若第一均方值超过第一预设阈值，第二均方值没有超过第二预设阈值，则目标增益为
(3)若第一均方值没有超过第一预设阈值，第二均方值超过第二预设阈值，则目标增益为
(4)若第一均方值超过第一预设阈值，第二均方值超过第二预设阈值，则将和较小的作为目标增益。
在上述实施例中，若对原始音频信号进行复制得到两个复制音频信号分别为第一音频信号和第二音频信号，且当所述第一检测结果为第一均方根，所述第二检测结果为第二均方根时；对应地，
所述根据所述第一检测结果、所述第二检测结果和对应的预设阈值获取目标增益，具体包括：
将所述第一均方根、所述第二均方根、第三预设阈值以及第四预设阈值代入第二公式，获取所述目标增益；
其中，所述第二公式的表达式如下：
其中，gain为目标增益，THR3为第三预设阈值，THR4为第四预设阈值，RMS1为第一均方根，RMS2为第二均方根。
具体地，根据第二公式求解一共有以下四种情形：
(1)若第一均方根没有超过第三预设阈值，第二均方根没有超过第四预设阈值，则目标增益为1，即保持现有输出增益不变；
(2)若第一均方根超过第三预设阈值，第二均方根没有超过第四预设阈值，则目标增益为
(3)若第一均方根没有超过第三预设阈值，第二均方根超过第四预设阈值，则目标增益为
(4)若第一均方根超过第三预设阈值，第二均方根超过第四预设阈值，则将和较小的作为目标增益。
在上述实施例中，在利用所述目标增益对所述原始音频信号进行增益处理之前，还包括：
对所述目标增益进行平滑处理。
具体地，为了防止输出增益的变化过于突然，可以对目标增益进行平滑处理。
图5为本发明实施例提供的一种扬声器温度保护系统的结构框图，如图5所示，包括：复制模块501、均方检测模块502以及目标增益获取模块503。其中：
复制模块501用于对对原始音频信号进行复制得到多个复制音频信号。均方检测模块502用于对所述多个复制音频信号中的一个音频信号进行均方值检测得到第一检测结果，对所述多个复制音频信号中的其余音频信号分别进行滤波后再进行均方值检测得到多个第二检测结果。目标增益获取模块503用于根据所述第一检测结果、所述第二检测结果和对应的预设阈值获取目标增益，并利用所述目标增益对所述原始音频信号进行增益处理，以实现对扬声器的温度保护。
具体地，所述均方检测模块502具体用于：
分别利用高通滤波器或者带通滤波器对所述多个复制音频信号中的其余音频信号进行滤波。
进一步地，所述目标增益获取模块503具体用于：
若对原始音频信号进行复制得到两个复制音频信号分别为第一音频信号和第二音频信号，且当所述第一检测结果为第一均方值，所述第二检测结果为第二均方值时；对应地，
所述根据所述第一检测结果、所述第二检测结果和对应的预设阈值获取目标增益，具体包括：
将所述第一均方值、所述第二均方值、第一预设阈值以及第二预设阈值代入第一公式，获取所述目标增益；
其中，所述第一公式的表达式如下：
其中，gain为目标增益，THR1为第一预设阈值，THR2为第二预设阈值，MS1为第一均方值，MS2为第二均方值。
或者，若对原始音频信号进行复制得到两个复制音频信号分别为第一音频信号和第二音频信号，且当所述第一检测结果为第一均方根，所述第二检测结果为第二均方根时；对应地，
所述根据所述第一检测结果、所述第二检测结果和对应的预设阈值获取目标增益，具体包括：
将所述第一均方根、所述第二均方根、第三预设阈值以及第四预设阈值代入第二公式，获取所述目标增益；
其中，所述第二公式的表达式如下：
其中，gain为目标增益，THR3为第三预设阈值，THR4为第四预设阈值，RMS1为第一均方根，RMS2为第二均方根。
进一步地，所述系统还包括平滑处理模块，用于在利用所述目标增益对所述原始音频信号进行增益处理之前，对所述目标增益进行平滑处理。
本发明实施例提供的一种扬声器温度保护系统，通过为原始音频信号在全频段上的功率以及其在特定频段上的功率设置不同的阈值，综合比较后得出目标增益，使得经增益处理的原始音频信号在输入扬声器后，避免了扬声器在特定频段上温度过高被烧毁的风险。
图6为本发明实施例提供的一种扬声器温度保护装置的结构示意图，如图6所示，包括：主链路、多个支链路以及增益计算模块；其中，
所述多个支链路分别与所述主链路并联，且所述多个支链路的输出端与增益计算模块的输入端连接；
所述主链路中设置有增益模块，所述增益模块的输入端接收原始音频信号，所述增益模块的输出端与扬声器连接，且所述增益模块的输入端还与所述增益计算模块的输出端连接；
所述多个支链路中的一个支链路中设置有第一均方值检测模块，所述多个支链路中的其余支链路中分别串联设置有滤波模块和第二均方值检测模块。
具体地，多个支链路中的一个支链路通过第一均方值检测模块对一个音频信号进行均方值检测，获取第一检测结果。多个支链路中的其余支链路通过滤波模块对其余音频信号进行滤波后，再通过第二均方值检测模块对滤波后的其余音频信号进行均方值检测，获取第二检测结果。
增益计算模块用于根据第一检测结果、所述第二检测结果和对应的预设阈值获取目标增益。
主链路用于通过增益模块利用目标增益对所述原始音频信号进行增益处理，以实现对扬声器的温度保护。
本发明实施例提供的一种扬声器温度保护装置，通过为原始音频信号在全频段上的功率以及其在特定频段上的功率设置不同的阈值，综合比较后得出目标增益，使得经增益处理的原始音频信号在输入扬声器后，避免了扬声器在特定频段上温度过高被烧毁的风险。
在上述实施例中，所述滤波模块为高通滤波器或者带通滤波器。
在上述实施例中所述装置还包括增益平滑模块，所述增益平滑模块设置在所述增益计算模块和所述增益模块之间，用于在增益模块利用目标增益对原始音频信号进行增益处理之前对目标增益进行平滑处理。
图7为本发明实施例提供的一种具有温度保护功能的扬声器的结构示意图，如图7所示，所述扬声器的音频信号输入端串联设置有一个或多个如图6所示的扬声器温度保护装置。
具体地，可根据实际需要将数个图6所示扬声器温度保护装置串联起来，为每个扬声器温度保护装置设定不同的阈值与时间常数。例如，通过为阈值较高的扬声器温度保护装置设定较短的时间常数，可实现“当信号功率超过较高的阈值档位时，以较快的速度降低增益”的功能。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种扬声器温度保护方法，其特征在于，包括：
对原始音频信号进行复制得到多个复制音频信号；
对所述多个复制音频信号中的一个音频信号进行均方值检测得到第一检测结果，对所述多个复制音频信号中的其余音频信号分别进行滤波后再进行均方值检测得到多个第二检测结果；
根据所述第一检测结果、所述第二检测结果和对应的预设阈值获取目标增益，并利用所述目标增益对所述原始音频信号进行增益处理，以实现对扬声器的温度保护。
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述对所述多个复制音频信号中的其余音频信号分别进行滤波，具体包括：
分别利用高通滤波器或者带通滤波器对所述多个复制音频信号中的其余音频信号进行滤波。
3.根据权利要求2所述方法，其特征在于，若对原始音频信号进行复制得到两个复制音频信号分别为第一音频信号和第二音频信号，且当所述第一检测结果为第一均方值，所述第二检测结果为第二均方值时；对应地，
所述根据所述第一检测结果、所述第二检测结果和对应的预设阈值获取目标增益，具体包括：
将所述第一均方值、所述第二均方值、第一预设阈值以及第二预设阈值代入第一公式，获取所述目标增益；
其中，所述第一公式的表达式如下：
其中，gain为目标增益，THR1为第一预设阈值，THR2为第二预设阈值，MS1为第一均方值，MS2为第二均方值。
4.根据权利要求2所述方法，其特征在于，若对原始音频信号进行复制得到两个复制音频信号分别为第一音频信号和第二音频信号，且当所述第一检测结果为第一均方根，所述第二检测结果为第二均方根时；对应地，
所述根据所述第一检测结果、所述第二检测结果和对应的预设阈值获取目标增益，具体包括：
将所述第一均方根、所述第二均方根、第三预设阈值以及第四预设阈值代入第二公式，获取所述目标增益；
其中，所述第二公式的表达式如下：
其中，gain为目标增益，THR3为第三预设阈值，THR4为第四预设阈值，RMS1为第一均方根，RMS2为第二均方根。
5.根据权利要求2所述方法，其特征在于，在利用所述目标增益对所述原始音频信号进行增益处理之前，还包括：
对所述目标增益进行平滑处理。
6.一种扬声器温度保护系统，其特征在于，包括：
复制模块，用于对原始音频信号进行复制得到多个复制音频信号；
均方检测模块，用于对所述多个复制音频信号中的一个音频信号进行均方值检测得到第一检测结果，对所述多个复制音频信号中的其余音频信号分别进行滤波后再进行均方值检测得到多个第二检测结果；
目标增益获取模块，用于根据所述第一检测结果、所述第二检测结果和对应的预设阈值获取目标增益，并利用所述目标增益对所述原始音频信号进行增益处理，以实现对扬声器的温度保护。
7.一种扬声器温度保护装置，其特征在于，包括：主链路、多个支链路以及增益计算模块；其中，
所述多个支链路分别与所述主链路并联，且所述多个支链路的输出端与增益计算模块的输入端连接；
所述主链路中设置有增益模块，所述增益模块的输入端接收原始音频信号，所述增益模块的输出端与扬声器连接，且所述增益模块的输入端还与所述增益计算模块的输出端连接；
所述多个支链路中的一个支链路中设置有第一均方值检测模块，所述多个支链路中的其余支链路中分别串联设置有滤波模块和第二均方值检测模块。
8.根据权利要求7所述装置，其特征在于，所述滤波模块为高通滤波器或者带通滤波器。
9.根据权利要求7所述装置，其特征在于，所述装置还包括增益平滑模块，所述增益平滑模块设置在所述增益计算模块和所述增益模块之间。
10.一种具有温度保护功能的扬声器，其特征在于，所述扬声器的音频信号输入端串联设置有一个或多个如权利要求7-9任一项所述的扬声器温度保护装置。
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