CN110868671B - 一种扬声器保护装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种扬声器保护装置及方法。所述装置包括一个或多个依次连接的振幅保护模块；所述振幅保护模块的输入端接收待处理的第一音频信号或者连接在前连接的振幅保护模块，输出端连接在后连接的振幅保护模块或者输出处理后的音频信号；所述振幅保护模块包括第一增益器、振幅模型和第一增益计算器；所述振幅模型的输入端用于接收待处理的第一音频信号，输出端连接所述第一增益计算器的输入端；所述第一增益计算器的输出端连接所述第一增益器的输入端；所述第一增益器的输入端还用于接收所述待处理的第一音频信号，输出端连接在后连接的振幅保护模块或者输出处理后的第一音频信号，实现了对目标喇叭的振幅保护。

Description

一种扬声器保护装置及方法

技术领域

本发明实施例涉及扬声器控制领域，尤其涉及一种扬声器保护装置及方法。

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主要有两种：其一是喇叭振幅频繁超过一定限度后造成的机械损坏，其二是喇叭长时间过温工作导致的热损坏。针对喇叭振幅和温度的既有保护方法主要可分为以下两类，即基于喇叭输入信号的幅值的保护机制和基于对喇叭线圈上的电压与电流值的实时测量的保护机制。

基于喇叭输入信号的幅值的保护机制，现有技术将喇叭的输入信号与N个(N≥2)不同等级的阈值做比较，输入信号超过的阈值越高，该装置就将以越快的速度降低输入链路上的增益。此装置的典型应用方法是将“第一阈值用于监测截顶失真”，将“第二预设阈值”设为“扬声器的额定功率值对应的电平值”，从而在大部分时间将扬声器限制在其额定功率或额定功率以下，并允许扬声器短时间超额定功率工作。

基于对喇叭线圈上的电压与电流值的实时测量的保护机制，现有技术在喇叭播放的音源信号上叠加了一个人耳对之不敏感的低频分量，进而通过测量喇叭线圈上的电压与电流实时估算喇叭的直流阻抗，然后根据线圈温度与其直流阻抗之间的线性对应关系估算线圈温度，从而进行温度保护。

然而，上述方法各有缺陷。由于喇叭的输入信号需要经过一个模型的变换才能转换为振幅，单纯基于输入信号的幅值本身完全不能构成有效的振幅保护；对于温度保护，除环境温度外，喇叭温度主要取决于输入信号的均方值，且温度要在信号超过阈值一段时间后才会上升至需要保护的程度，这使得基于信号幅值的保护机制倾向于过度保护；而基于对喇叭线圈上的电压与电流值的实时测量的做法虽然可以起到良好的保护效果，却需要在喇叭正常发声之外引入较多额外的软硬件开销。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明实施例提供一种扬声器保护装置及方法。

第一方面，本发明实施例提供一种扬声器保护装置，包括：

一个或多个依次连接的振幅保护模块；所述振幅保护模块的输入端用于接收待处理的第一音频信号或者连接在前连接的振幅保护模块，输出端连接在后连接的振幅保护模块或者输出处理后的音频信号；

所述振幅保护模块包括第一增益器、振幅模型和第一增益计算器；

所述振幅模型的输入端用于接收待处理的第一音频信号，输出端连接所述第一增益计算器的输入端；

所述第一增益计算器的输出端连接所述第一增益器的输入端；

所述第一增益器的输入端还用于接收所述待处理的第一音频信号，输出端连接在后连接的振幅保护模块或者输出处理后的第一音频信号。

第二方面，本发明实施例提供一种基于第一方面的扬声器保护装置的扬声器保护方法，包括：

获取待处理的第一音频信号的预期喇叭振幅；

根据所述预期喇叭振幅及目标喇叭的额定最大振幅，获取第一目标增益值；

根据所述第一目标增益值对所述待处理的第一音频信号进行增益后输出。

本发明实施例提供的一种扬声器保护装置及基于所述扬声器保护装置的扬声器保护方法，通过振幅模型、增益计算器和增益器构建振幅保护模块，通过预先建立的振幅模型获得的输入音频信号的预期喇叭振幅，根据预期喇叭振幅以及目标喇叭的额定最大振幅进行增益计算，获得振幅保护所需要的增益值，通过增益器进行增益，从而实现对目标喇叭的振幅保护。

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的介绍，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为本发明实施例一种扬声器保护装置第一结构示意图；

图2为本发明实施例一种扬声器保护装置第二结构示意图；

图3为本发明实施例一种扬声器保护装置第三结构示意图；

图4为本发明实施例一种扬声器保护装置第四结构示意图；

图5为本发明实施例一种扬声器保护装置第五结构示意图；

图6为本发明实施例一种扬声器保护装置第六结构示意图；

图7为本发明实施例一种扬声器保护装置第七结构示意图；

图8为本发明实施例一种扬声器保护装置第八结构示意图；

图9为本发明实施例一种扬声器保护装置第九结构示意图；

图10为本发明实施例一种扬声器保护装置的温度保护模块第一结构示意图；

图11为本发明实施例一种扬声器保护装置的温度保护模块第二结构示意图；

图12为本发明实施例一种扬声器保护方法第一流程示意图；

图13为本发明实施例一种扬声器保护方法第二流程示意图。

附图标记说明

1、上游设备， 2、温度保护模块， 3、振幅保护模块，

4、目标喇叭， 21、第二延迟器， 22、第二增益器，

23、第二检波器， 24、第二增益计算器， 31、第一延迟器，

32、第一增益器， 33、振幅模型， 34、第一峰值探测器，

35、第一增益计算器， 36、第二峰值探测器。

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。

目前，振幅保护方面，基于线性模型通过喇叭的输入信号预测其振幅在电声行业属于常识的范畴，用特定的激励信号确定该线性模型的参数也已经有既定的经典方法。为应对同型号喇叭的个体差异及其使用过程中其振幅模型可能发生的改变，现有技术有多种方案不需要使用特定激励信号的，通过监测喇叭线圈上的电压与电流对喇叭模型进行在线更新的方法。

对于振幅保护，实验表明，同型号喇叭的个体差异向振幅预测引入的误差甚至小于线性振幅模型本身的误差，因而上述对该模型的在线更新的必要性存疑。

鉴于上述原因，本发明实施例提供一种扬声器保护装置及基于所述扬声器保护装置的扬声器保护方法，以解决现有技术问题。

图1为本发明实施例一种扬声器保护装置第一结构示意图。本发明实施例提供一种扬声器保护装置，所述装置包括：一个或多个依次连接的振幅保护模块3；所述振幅保护模块3的输入端用于接收待处理的第一音频信号或者连接在前连接的振幅保护模块3，输出端连接在后连接的振幅保护模块3或者输出处理后的音频信号；

所述振幅保护模块3包括第一增益器32、振幅模型33和第一增益计算器35；

所述振幅模型33的输入端用于接收待处理的第一音频信号，输出端连接所述第一增益计算器35的输入端；

所述第一增益计算器35的输出端连接所述第一增益器32的输入端；

所述第一增益器32的输入端还用于接收所述待处理的第一音频信号，输出端连接在后连接的振幅保护模块3或者输出处理后的第一音频信号。

具体的，所述振幅模型33，用于获取待处理的第一音频信号的预期喇叭振幅，并将所述预期喇叭振幅输出至所述第一增益计算器35；

所述第一增益计算器35，用于根据所述预期喇叭振幅的瞬时值及所述目标喇叭的额定最大振幅，获取第一目标增益值；需要说明的是，目标喇叭是指接收本发明实施例扬声器保护装置输出的音频信号的喇叭，此后不再赘述。

所述第一增益器32，用于根据所述第一目标增益值对待处理的第一音频信号进行增益并输出。

请参考图1，图1示意的扬声器保护装置包括一个振幅保护模块3，振幅保护模块3接收任意上游设备1提供的待处理的第一音频信号，所述待处理的第一音频信号可以在上游经过任意其他处理。本发明实施例中，所述待处理的第一音频信号被复制为两路相同的音频信号，其中一路信号直接输入第一增益器32，另一路信号输入振幅模型33，经过第一增益计算器35，再输入第一增益器32；第一增益器32的一个输入端接收待处理的第一音频信号，另一个输入端接收第一增益计算器35的输出信号，其中第一增益计算器35的输出信号为进行振幅保护所需要的第一目标增益值。这样第一增益器32接收两个输入信号，一个为待处理的第一音频信号，另一个为第一增益计算器35输出的第一目标增益值，第一增益器35根据该目标增益值对待处理的第一音频信号进行增益，同时将增益后的第一音频信号进行输出；若第一增益器32的输出端连接目标喇叭4，则将增益后的第一音频信号输出至目标喇叭4。

需要说明的是，本发明所有实施例中，上游设备1和目标喇叭4是外部器件，不属于本发明实施例扬声器保护装置，此后不再赘述。

图2为本发明实施例一种扬声器保护装置第二结构示意图，图2示意的扬声器保护装置包括两个振幅保护模块3，第一个振幅保护模块接收任意上游设备1提供的待处理的第一音频信号，对待处理的第一音频信号进行振幅保护处理后，输出至其后连接的振幅保护模块3(称为第二个振幅保护模块)，此时第一个振幅保护模块输出的处理后的第一音频信号作为第二个振幅保护模块待处理的第一音频信号。若第二个振幅保护模块后面还连接有振幅保护模块3，则依此类推，前一个振幅保护模块的输出作为后一个振幅保护模块的输入，最后一个振幅保护模块的输出作为最终的输出信号。若最后一个振幅保护模块的输出端连接目标喇叭4，则将增益后的第一音频信号即最后一个振幅保护模块输出的音频信号输出至目标喇叭4。

本实施例通过图1示出了包括一个振幅保护模块3的扬声器保护装置，通过图2示出了包括两个振幅保护模块3的扬声器保护装置，还可包括通过更多的振幅保护模块依次连接实现振幅保护，各个振幅模块的内部参数可以不相同，此处不再赘述。

上述将多个振幅保护模块串联的做法可用于设置多个振幅阈值以及针对不同的振幅阈值设置不同的时间常数。

需要说明的是，本发明所有实施例中，可以将增益计算器计算得到的增益值作为目标增益值，也可以对增益计算器计算得到的增益值进行平滑处理后的值，作为目标增益值，此后不再赘述。具体的，可以将第一增益计算器35计算得到的增益值作为第一目标增益值，也可以将对第一增益计算器35计算得到的增益值进行平滑处理后的值，作为第一目标增益值。具体的，对第一增益计算器35计算得到的增益值的平滑处理可以是通过一个启动时间(attack time)、恢复时间(release time)与保持时间(hold time)分别可调的包络检波模块(envelope detector)来实现。

具体的，振幅模型在数字域和模拟域各有多种既有的非专有的实现方式可供选择，例如：

其一、可以用模拟方式实现为一个截止频率与q值可调的二阶低通模拟滤波器或数个模拟滤波器级联的振幅模型。

其二、也可以用数字方式实现为一个截止频率与q值可调的二阶低通数字滤波器或数个数字滤波器级联的振幅模型。

需要说明的是，本发明实施例的振幅模型是事先根据有限的同款喇叭的参数调试好的振幅模型，通过事先建立的振幅模型预测同款喇叭的振幅，在预测到超振幅时提前降低信号链上的增益；振幅模型本身不需要在线更新，因而无需实时测量喇叭线圈上的电压与电流，避免了实时测量及频繁的在线更新所带来的压力，节省了资源。

本发明实施例通过振幅模型、增益计算器和增益器构建振幅保护模块，通过预先建立的振幅模型获得的输入音频信号的预期喇叭振幅，根据预期喇叭振幅以及目标喇叭的额定最大振幅进行增益计算，获得振幅保护所需要的增益值，通过增益器进行增益，从而实现对目标喇叭的振幅保护。本发明实施例通过1个或多个振幅保护模块实现对扬声器的振幅保护，电路结构简单，振幅模型不需要在线更新，节省了资源。

图3为本发明实施例一种扬声器保护装置第三结构示意图，基于上述实施例，所述振幅保护模块还包括第一延迟器；

所述第一延迟器的输入端用于接收待处理的第一音频信号，输出端连接所述第一增益器的输入端。

具体的，所述第一延迟器31，用于将待处理的第一音频信号延迟第二预设时间后，输出至所述第一增益器32。

请参考图3，所述待处理的第二音频信号包括两路音频信号，其中一路信号输入第一延迟器31，经过延迟后再输入第一增益器32，另一路信号输入振幅模型33，经过第一增益计算器35，再输入第一增益器32。

同样的，本实施例适用于图2的多个振幅保护模块串联的情况，各个振幅保护模块可以全部加上延迟器，也可以部分加上延迟器，按需求进行灵活组合即可。后续实施例中所有对振幅模块的调整，全部适用于多个振幅保护模块串联的情况，所有调整可以在全部串联的振幅保护模块中实现，也可以在部分串联的振幅保护模块中实现，此后不再赘述。

图4为本发明实施例一种扬声器保护装置第四结构示意图，图5为本发明实施例一种扬声器保护装置第五结构示意图，基于上述实施例，所述振幅保护模块还包括第一峰值探测器34；

所述第一峰值探测器34的输入端连接所述振幅模型，输出端连接所述第一增益计算器35的输入端。

具体的，所述第一峰值探测器34，用于检测所述预期喇叭振幅的峰值，并将所述预期喇叭振幅的峰值输出至所述第一增益计算器35；

前述实施例振幅模块中不加峰值探测器时，第一增益计算器根据振幅模块输出的预期喇叭振幅的瞬时值进行增益计算。本实施例中在振幅模块输出的预期喇叭振幅，通过第一峰值探测器进行检测，获得峰值，第一增益计算器根据振幅模块输出的预期喇叭振幅的峰值进行增益计算。

具体的，图5的结构相对于图4增加了第一延迟器31，本实施例增加第一峰值探测器34，可以在图1的结构上增加，也可以在图3的结构上增加。

具体的，峰值探测器在数字域和模拟域各有多种既有的非专有的实现方式可供选择，例如：可以用模拟方式实现为一个模拟检峰电路，也可以用数字方式实现为与上述模拟检峰电路基本等效的数字峰值探测器。

图6为本发明实施例一种扬声器保护装置第六结构示意图，基于上述实施例，所述第一增益计算器35的输入端还用于接收待处理的第一音频信号。

请参考图6，本实施例中第一增益计算器35有两路输入信号，一路是待处理的第一音频信号，另一路是振幅模型33输出的预期喇叭振幅。

本实施例中第一增益计算器35进行两个比较，第一，比较振幅模型33输出的预期喇叭振幅的瞬时值与目标喇叭额定最大振幅，获得增益值a；第二，比较待处理的第一音频信号的瞬时值与当前信号链路的额定最大电压，获取增益值b；进一步，将所述增益值a与增益值b中的较小值作为第一目标增益值。

具体的，可以将上述增益值a与上述增益值b中的较小值作为第二目标增益值，也可以将对上述增益值a与上述增益值b中的较小值进行平滑处理后的值，作为第二目标增益值。具体的，对所述较小值的平滑处理可以是通过一个启动时间(attack time)、恢复时间(release time)与保持时间(hold time)分别可调的包络检波模块(envelope detector)来实现。

本实施例中振幅保护模块通过两路输入信号实现对扬声器的振幅保护和信号保护。

图7为本发明实施例一种扬声器保护装置第七结构示意图，基于上述实施例，所述振幅保护模块还包括第二峰值探测器36；

所述第二峰值探测器36的输入端用于接收待处理的第一音频信号，输出端连接所述第一增益计算器35的输入端。

具体的，本实施例中第二峰值探测器，用于检测待处理的第一音频信号的峰值，并将待处理的第一音频信号的峰值输出至所述第一增益计算器35。

请参考图7，本实施例中第一增益计算器35有两路输入信号，分别是待处理的第一音频信号的峰值和振幅模型33输出的预期喇叭振幅的峰值，仍然进行两个比较，前述实施例的两个比较都是比较瞬时值，本实施例中的两个比较是比较峰值。具体的，第一，比较振幅模型33输出的预期喇叭振幅的峰值与目标喇叭额定最大振幅，获得增益值c；第二，比较待处理的第一音频信号的峰值与当前信号链路的额定最大电压，获取增益值d；进一步，将上述增益值c与增益值d中的较小值作为第一目标增益值。

具体的，可以将上述增益值c与上述增益值d中的较小值作为第二目标增益值，也可以将对上述增益值c与上述增益值d中的较小值进行平滑处理后的值，作为第二目标增益值。具体的，对所述较小值的平滑处理可以是通过一个启动时间(attack time)、恢复时间(release time)与保持时间(hold time)分别可调的包络检波模块(envelope detector)来实现。

本实施例中振幅保护模块通过两路输入信号实现对扬声器的振幅保护和信号保护。

需要说明的是，图7所示的扬声器保护装置的结构中，延迟器也可以省略。

图8为本发明实施例一种扬声器保护装置第八结构示意图，图9为本发明实施例一种扬声器保护装置第九结构示意图，基于上述实施例，本发明实施例所述扬声器保护装置还包括：温度保护模块2；

所述温度保护模块2的输入端连接任一振幅保护模块3，输出端连接在后的振幅保护模块3(如图9)或者用于输出处理后的音频信号(如图8)；

图10为本发明实施例温度保护模块第一结构示意图，所述温度保护模块2，包括第二检波器23、第二增益计算器24和第二增益器22；

所述第二检波器23为均方根检波器或均方值检波器，其输入端用于接收待处理的第二音频信号，输出端连接所述第二增益计算器24的输入端；所述待处理的第二音频信号为在前连接的振幅保护模块3的输出的音频信号；

所述第二增益计算器24的输出端连接所述第二增益器22的输入端；

所述第二增益器22的输入端还用于接收所述待处理的第二音频信号，输出端用于输出处理后的第二音频信号。

具体的，所述第二检波器23可以是均方根检波器(RMS detector)，也可以是均方值检波器(MS detector)；若第二检波器23为均方根检波器，则用于获取待处理的第二音频信号在第一预设时间窗口内的均方根；若第二检波器23为均方值检波器，则用于获取待处理的第二音频信号在第一预设时间窗口内的均方值。本发明实施例可以通过第二检波器23获取第二音频信号在第一预设时间窗口内的均方根或均方值，并将所述均方根或均方值输出至所述第二增益计算器24。

所述第二增益计算器24，用于根据所述均方根或均方值，以及目标喇叭的额定功率所决定的阈值，获取所述目标喇叭所需要的第二目标增益值；

所述第二增益器22，用于根据所述第二目标增益值对待处理的第二音频信号进行增益并输出。

需要说明的是，第一预设时间窗口的时间长度可根据实际需要选定，本发明实施例对此不作具体限定。

请参考图8和图9，本发明实施例的扬声器保护装置，通过振幅保护模块3和温度保护模块2实现对扬声器的振幅保护和温度保护，其中温度保护模块2的结构请参考图10。具体应用环境中，温度保护模块2接收在前连接的振幅保护模块处理后的第一音频信号即待处理的第二音频信号。本发明实施例中，振幅保护模块3输出两路相同的音频信号(不带第一延迟器31)，或者振幅保护模块3输出两路有时间差的音频信号(带第一延迟器31)，则温度保护模块2接收的待处理的第二音频信号即为振幅保护模块3输出的两路有时差或无时差的音频信号，其中一路信号直接输入第二增益器22，另一路信号输入第二检波器23，经过第二增益计算器24，再输入第二增益器22；第二增益器22的一个输入端接收待处理的第二音频信号，另一个输入端接收第二增益计算器24的输出信号，其中第二增益计算器24的输出信号为进行温度保护所需要的第二目标增益值。这样第二增益器22接收两个输入信号，一个为待处理的第二音频信号，另一个为第二增益计算器24输出的第二目标增益值，第二增益器22根据该目标增益值对待处理的第二音频信号进行增益，同时将增益后的第二音频信号进行输出；若第二增益器22的输出端连接目标喇叭4，则将增益后的第二音频信号输出至目标喇叭4。若第二增益器22的输出端连接在后连接的振幅保护模块3，则将增益后的第二音频信号输出至在后连接的振幅保护模块3，作为在后连接的振幅保护模块3的待处理的第一音频信号。

具体的，可以将第二增益计算器24计算得到的增益值作为第二目标增益值，也可以将对第二增益计算器24计算得到的增益值进行平滑处理后的值，作为第二目标增益值。具体的，对第二增益计算器24计算得到的增益值的平滑处理可以是通过一个启动时间(attack time)、恢复时间(release time)与保持时间(hold time)分别可调的包络检波模块(envelope detector)来实现。

具体的，第二检波器23在数字域和模拟域各有多种既有的非专有的实现方式可供选择，例如：

其一、可以用模拟方式实现为一个由整流电路加滤波电路构成的假均方根检波器(fake rms detector)。

其二、也可以用数字方式实现为一个平方运算加上一段窗口大小可调的平滑处理的均方根检波器或均方值检波器。

具体的，增益计算器在数字域和模拟域各有多种既有的非专有的实现方式可供选择。

需要说明的是，本发明实施例的扬声器保护装置，温度保护模块2中各个部件，如第二检波器23、第二增益计算器24和第二增益器22可以全部在数字域实现、全部在模拟域实现或者部分在数字域实现，部分在模拟域实现。

本发明实施例通过第二检波器、增益计算器和增益器构建温度保护模块，根据输入音频信号的均方值以及目标喇叭的额定功率所决定的阈值进行增益计算，获得温度保护所需要的增益值，通过增益器进行增益，从而实现对目标喇叭的温度保护。

图11为本发明实施例温度保护模块第二结构示意图。基于上述实施例，所述温度保护模块2还包括第二延迟器21；

所述第二延迟器21的输入端用于接收所述待处理的第二音频信号，输出端连接所述第二增益器22的输入端。

具体的，所述第二延迟器21，用于将待处理的第二音频信号延迟第一预设时间后，输出至所述第二增益器22。

请参考图11，所述待处理的第二音频信号包括两路音频信号，其中一路信号输入第二延迟器21，经过延迟后再输入第二增益器22，另一路信号输入第二检波器23，经过第二增益计算器24，再输入第二增益器22。

具体的预设时间可以根据实际应用的需要而定，本发明实施例对此不作具体限定。

本发明实施例对待处理的音频信号进行延迟，好处是在需要对功率做严格控制的应用场景下，可通过提前降低增益保证最终输出功率在所需范围内。

综上所述，本发明实施例所述扬声器保护装置，其结构简单，可以实现灵活多样的软硬件结构，每个扬声器保护装置实施例的各部件，可以全部在数字域实现、全部在模拟域实现或者部分在数字域实现，部分在模拟域实现，可以提供低软硬件开销的，切实有效的喇叭温度、振幅及信号保护。

需要说明的是，本发明实施例提供的扬声器保护装置，若经处理后的音频信号离开所述扬声器保护装置后，进入喇叭之前还经过其他的线性处理，例如通过一个高通滤波器进行滤波等，则可以做出以下两点改动，以使得各保护模块中的增益计算器给出的控制与最终实际需求相符：

1.在第一个振幅保护模块的增益计算器所在的链路上增加与上述线性处理完全相同的线性处理，例如增加高通滤波器。

2.将第一个振幅保护模块的增益计算器所在的链路上经过上述线性处理之前与之后的信号分别引入后续模块，根据经过上述线性处理之后的信号进行温度与振幅保护，根据经过上述线性处理之前和/或之后的信号进行信号保护。

图12为本发明实施例一种扬声器保护方法第一流程示意图，基于上述实施例所述扬声器保护装置，本发明实施例还提供一种扬声器保护方法，包括：

120，获取待处理的第一音频信号的预期喇叭振幅；

121，根据所述预期喇叭振幅及目标喇叭的额定最大振幅，获取第一目标增益值；

122，根据所述第一目标增益值对所述待处理的第一音频信号进行增益后输出。

需要说明的是，本实施例所述方法可以通过图1所示的扬声器保护装置第一结构实施或图2所示的扬声器保护装置第二结构实施，若通过多个振幅保护模块共同实施，则具体步骤120、121和122分别由每个振幅保护模块执行。

若通过图1的结构实施本方法，待处理的第一音频信号为上游设备1提供的音频信号。若通过图2的结构实施本方法，即多个串联的振幅保护模块实施，则第一个振幅保护模块的待处理的第一音频信号为上游设备1提供的音频信号，后续的振幅保护模块的待处理的第一音频信号为前续振幅保护模块的输出信号。

请参考图1，从上游设备1输出的待处理的第一音频信号分两路输入图1所示的扬声器保护装置，其中一路信号直接输入增益器，是用来进行增益输出的信号，该链路为主链路，另一路信号经过振幅模型和增益计算器处理后输入增益器，该链路称为旁路，或控制链路。本发明所有实施例中，用于对信号进行增益输出的链路称为主链路，用于对信号进行处理实现增益控制的链路称为控制链路，以后将不再赘述。

本发明实施例所述增益为：对信号放大或对信号进行衰减，通过目标增益值控制对信号的放大或衰减，通过目标增益值进行控制的目的是对信号的平均输出功率、振幅、信号强度进行控制，实现对喇叭的温度保护、振幅保护及信号保护等等，此后不再赘述。

步骤120通过振幅模型获取待处理的第一音频信号的预期喇叭振幅，并将预期喇叭振幅输出至增益计算器进行处理。如前所述，本发明实施例的振幅模型是事先根据有限的同款喇叭的参数调试好的振幅模型，通过事先建立的振幅模型预测同款喇叭的振幅，在预测到超振幅时提前降低信号链上的增益；振幅模型本身不需要在线更新，因而无需实时测量喇叭线圈上的电压与电流，避免了实时测量及频繁的在线更新所带来的压力，节省了资源。

步骤121，增益计算器根据比较预期喇叭振幅及所述目标喇叭的额定最大振幅即最大可承受振幅，获取喇叭振幅不会超过其最大可承受振幅的第二目标增益值。需要说明的是，此处，由于没有峰值探测器，增益计算器获得的是预期喇叭振幅的瞬时值，因此通过预期喇叭振幅的瞬时值与目标喇叭的额定最大振幅进行比较。

步骤122，增益器根据所述第一目标增益值对所述待处理的第一音频信号进行增益后输出，具体的，将主链路输入的音频信号乘以第一目标增益值后输出。

本实施例通过振幅模型进行待处理的第一音频信号的喇叭振幅预测，根据目标喇叭的额定最大振幅计算所需要的增益值，从而实现了振幅保护。

基于上述实施例，步骤122，所述根据所述第一目标增益值对所述待处理的第一音频信号进行增益后输出，之前还包括：

对所述第一目标增益值进行平滑处理，将平滑处理后的结果作为第一目标增益值。

对于本发明所有实施例中所有增益计算器计算的增益值，可直接将计算的增益值作为目标增益值，亦可将平滑后得到的增益值作为目标增益值。具体的，所有的平滑处理可以通过一个启动时间(attack time)、恢复时间(release time)与保持时间(hold time)分别可调的包络检波模块(envelope detector)来实现，此后不再赘述。

本实施例中，将计算得到的增益值进行平滑处理的值作为目标增益值。

基于上述实施例，步骤122，所述根据所述第一目标增益值对所述待处理的第一音频信号进行增益后输出，具体包括：

将所述待处理的第一音频信号延迟第一预设时间；

根据所述第一目标增益值对延迟后的待处理的第一音频信号进行增益后输出。

需要说明的是，本实施例所述方法可以通过图3所示的扬声器保护装置第三结构实施或图2所示的扬声器保护装置第二结构实施。

前述实施例中振幅保护模块对输入的音频信号直接进行增益，没有经过延迟；本实施例对需要增益的音频信号进行一定延迟后再进行增益。经过延迟和不经过延迟的增益，区别在于在经过延迟的情形下，增益会在预计振幅超过保护阈值之前就开始下降。优选的，第一预设时间的范围为1ms至15ms之间。

同样的，本实施例可以通过图2的多个振幅保护模块进行串联后执行，各个振幅保护模块可以全部加上延迟器，也可以部分加上延迟器，按需求进行灵活组合即可。

基于上述实施例，步骤121，所述根据所述预期喇叭振幅及目标喇叭的额定最大振幅，获取第一目标增益值，具体包括：

121.11，根据所述预期喇叭振幅的峰值及所述目标喇叭的额定最大振幅，获取第一目标增益值。

需要说明的是，本实施例所述方法可以通过图4所示的扬声器保护装置第四结构实施或图2所示的扬声器保护装置第二结构实施。

请参考图4，由于在振幅模型后连接了峰值探测器，因此增益计算器的输入信号是预期喇叭振幅的峰值，增益计算器比较预期喇叭振幅的峰值及所述目标喇叭的额定最大振幅，获取第一目标增益值。

同样的，本实施例可以通过图2的多个振幅保护模块进行串联后执行，各个振幅保护模块可以全部加上峰值探测器，也可以部分加上峰值探测器，按需求进行灵活组合即可。

基于上述实施例，步骤121，所述根据所述预期喇叭振幅及目标喇叭的额定最大振幅，获取第一目标增益值，具体包括：

121.21，根据所述预期喇叭振幅的瞬时值及所述目标喇叭的额定最大振幅，获取增益值a；根据所述待处理的第一音频信号的瞬时值及当前信号链路的额定最大电压，获取增益值b；

121.22，将所述增益值a与所述增益值b中的较小值作为第一目标增益值。

需要说明的是，本实施例所述方法可以通过图6所示的扬声器保护装置第六结构实施或图4所示的扬声器保护装置第二结构实施。

请参考图6，图6的扬声器保护装置的振幅保护模块中，增益计算器有两路输入信号，一路是待处理的第一音频信号的瞬时值，另一路是预期喇叭振幅的瞬时值。增益计算器通过比较预期喇叭振幅的瞬时值及所述目标喇叭的额定最大振幅，获取增益值a，进行振幅保护；通过比较待处理的第一音频信号的瞬时值及当前信号链路的额定最大电压，获取增益值b，进行信号保护；进一步，将所述增益值a与所述增益值b中的较小值作为第一目标增益值。

同样的，本实施例可以通过图2的多个振幅保护模块进行串联后执行，各个振幅保护模块可以全部实现信号保护，也可以部分实现信号保护，按需求进行灵活组合即可。

本实施例通过在振幅保护模块实现信号保护，从而整体上实现振幅保护和信号保护。

基于上述实施例，步骤121，所述根据所述预期喇叭振幅及目标喇叭的额定最大振幅，获取第一目标增益值，具体包括：

121.31，检测所述预期喇叭振幅的峰值及所述待处理的第一音频信号的峰值；

121.32，根据所述预期喇叭振幅的峰值及所述目标喇叭的额定最大振幅，获取增益值c；根据所述待处理的第一音频信号的峰值及当前信号链路的额定最大电压，获取增益值d；

121.33，将所述增益值c与所述增益值d中的较小值作为第一目标增益值。

需要说明的是，本实施例所述方法可以通过图7所示的扬声器保护装置第七结构实施或图2所示的扬声器保护装置第二结构实施。

请参考图7，由于在待处理的第一音频信号进入增益计算器之前加了峰值探测器，振幅模型得到的预期喇叭振幅也经过峰值探测器，因此增益计算器获取的两路信号分别是待处理的第一音频信号的峰值和预期喇叭振幅的峰值。

本实施例首先通过两个峰值探测器分别检测出待处理的第一音频信号的峰值和预期喇叭振幅的峰值，两个峰值进入增益计算器。增益计算器比较所述预期喇叭振幅的峰值及所述目标喇叭的额定最大振幅，获取增益值c；比较所述待处理的第一音频信号的峰值及当前信号链路的额定最大电压，获取增益值d。具体的，进行比较和计算获得增益值c和增益值d，与前述实施例计算增益值a和增益值b相同，此处不再赘述，只是此处是通过峰值计算，前述实施例是通过瞬时值计算；增益计算器通过增益值c和增益值d计算第一目标增益值的方法，与前述实施例相同，此处不再赘述。

同样的，本实施例可以通过图2的多个振幅保护模块进行串联后执行，各个振幅保护模块可以全部加上峰值探测器，也可以部分加上峰值探测器，按需求进行灵活组合即可同样的。

图13为本发明实施例一种扬声器保护方法第二流程示意图，基于上述实施例，所述扬声器保护方法还包括：

130，获取待处理的第二音频信号在第一预设时间窗口内的均方根或均方值；所述第二音频信号为所述待处理的第一音频信号进行增益后的音频信号；

131，根据所述均方根或均方值，以及目标喇叭的额定功率所决定的阈值，获取第二目标增益值；

132，根据所述第二目标增益值对所述待处理的第二音频信号进行增益后输出。

需要说明的是，本实施例所述方法可以通过图8所示的扬声器保护装置第八结构实施或图9所示的扬声器保护装置第九结构实施，即通过温度保护模块实施，具体步骤130、131和132由温度保护模块执行。

在前的振幅保护模块输出的音频信号即待处理的第二音频信号，分两路输入图10所示的温度保护模块中，其中一路信号直接输入增益器，是用来进行增益输出的信号，另一路信号经第二检波器和增益计算器处理后输入增益器。

步骤130中，通过第二检波器获取待处理的第二音频信号在第一预设时间窗口内的均方根或均方值；第一预设时间窗口的长度可以根据实际应用的需要而调整，本发明实施例对此不作限定。例如，在一些应用中，第一预设时间窗口的长度范围可以在10ms至1s之间。

步骤131中，增益计算器比较第二检波器获取的均方根或均方值，以及目标喇叭的额定功率所决定的阈值，得到音频信号在所述第一预设时间窗口内的平均输出功率不会超过目标喇叭额定功率的第二目标增益值，并将第二目标增益值输出给增益器进行增益。

步骤132中，增益器根据增益计算器得到的第二目标增益值，对主链路输入的音频信号进行增益。具体的，将主链路输入的音频信号乘以第二目标增益值后输出。

本发明实施例根据输入音频信号的均方值以及目标喇叭的额定功率所决定的阈值进行增益计算，获得温度保护所需要的增益值，通过增益器进行增益，从而实现对目标喇叭的温度保护。本发明实施例通过第二检波器实时监控待处理的音频信号在一定时间窗口内的均方根或均方值，在该均方根或均方值超过与目标喇叭的额定功率所决定的阈值之前、之时或之后降低信号链上的增益，不需要实际估算喇叭线圈温度，因而也无需实时测量喇叭线圈上的电压与电流，即可实现对喇叭的温度保护。

基于上述实施例，步骤132，所述根据所述第二目标增益值对所述待处理的第二音频信号进行增益后输出，具体包括：

将所述待处理的第二音频信号延迟第二预设时间；

根据所述第二目标增益值对延迟后的待处理的第二音频信号进行增益后输出。

需要说明的是，本实施例步骤132所述方法可以通过图11所示的温度保护模块第二结构实施。

前述实施例中对输入的音频信号直接进行增益，没有经过延迟；本实施例对需要增益的音频信号进行一定延迟后再进行增益。经过延迟和不经过延迟的增益，区别在于在经过延迟的情形下，增益会在预计功率超过阈值之前就开始下降。优选的，第二预设时间的范围为1ms至15ms之间。

基于上述实施例，步骤132，所述根据所述第二目标增益值对所述待处理的第二音频信号进行增益后输出，之前还包括：

对所述第二目标增益值进行平滑处理，将平滑处理后的结果作为第二目标增益值。

本实施例中，将计算得到的增益值进行平滑处理的值作为目标增益值。

需要说明的是，本发明所有实施例提供的扬声器保护方法，若经处理后的最终输出的音频信号在进入喇叭之前还经过其他的线性处理，例如通过一个高通滤波器进行滤波等，则可以在第一个振幅保护模块的增益计算器所在的链路上增加与上述线性处理完全相同的线性处理，例如增加高通滤波器，将第一个振幅保护模块的增益计算器所在的链路上经过上述线性处理之前与之后的信号分别引入后续模块，以使增益控制与最终实际需求相符，满足实际需求。

综上所述，本发明实施例提供一种扬声器保护装置，及基于所述扬声器保护装置的扬声器保护方法，在振幅保护方面，本发明实施例通过事先建立的振幅模型预测同款喇叭的振幅，在预测到超振幅时提前降低信号链上的增益，振幅模型本身不需要在线更新，因而无需实时测量喇叭线圈上的电压与电流，节省了资源；在温度保护方面，本发明实施例实时监控喇叭输入信号在一定时间窗口内的均方根或均方值，在该均方根或均方值超过与喇叭额定功率所对应的阈值之前、之时或之后降低信号链上的增益，不需要实际估算喇叭线圈温度，因而也无需实时测量喇叭线圈上的电压与电流。与基于对喇叭线圈上的电压与电流的实时测量的现有技术相比，本发明实施例可通过明显更小的软硬件开销达到同等的保护和回放效果；与基于喇叭输入信号幅值的现有技术相比，本发明实施例可在保证明显更为可靠的保护效果的同时达成更优的回放效果。

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 (18)

1.一种扬声器保护装置，其特征在于，包括：一个或多个依次连接的振幅保护模块；所述振幅保护模块的输入端用于接收待处理的第一音频信号或者连接在前连接的振幅保护模块，输出端连接在后连接的振幅保护模块或者输出处理后的音频信号；

所述振幅保护模块包括第一增益器、振幅模型和第一增益计算器；

所述振幅模型为用模拟方式或者数字方式实现的截止频率与q值可调的二阶低通滤波器或数个滤波器级联的振幅模型，所述振幅模型的输入端用于接收待处理的第一音频信号，以获取所述待处理的第一音频信号的预期喇叭振幅，所述振幅模型的输出端连接所述第一增益计算器的输入端；

所述第一增益计算器用于，比较所述预期喇叭振幅的瞬时值与目标喇叭的额定最大振幅，获得第一目标增益值，所述第一增益计算器的输出端连接所述第一增益器的输入端；

所述第一增益器的输入端还用于接收所述待处理的第一音频信号，以根据所述第一目标增益值对所述待处理的第一音频信号进行增益，所述第一增益器的输出端连接在后连接的振幅保护模块或者用于输出处理后的第一音频信号。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述振幅保护模块还包括第一延迟器；

所述第一延迟器的输入端用于接收待处理的第一音频信号，输出端连接所述第一增益器的输入端。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述振幅保护模块还包括第一峰值探测器；

所述第一峰值探测器的输入端连接所述振幅模型，输出端连接所述第一增益计算器。

4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述振幅保护模块还包括第一峰值探测器；

所述第一峰值探测器的输入端连接所述振幅模型，输出端连接所述第一增益计算器。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一增益计算器的输入端还用于接收待处理的第一音频信号。

6.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述振幅保护模块还包括第二峰值探测器；

所述第二峰值探测器的输入端用于接收待处理的第一音频信号，输出端连接所述第一增益计算器的输入端。

7.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述振幅保护模块还包括第二峰值探测器；

所述第二峰值探测器的输入端用于接收待处理的第一音频信号，输出端连接所述第一增益计算器的输入端。

8.根据权利要求1-7任一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括温度保护模块；所述温度保护模块的输入端连接任一振幅保护模块，输出端连接在后的振幅保护模块或者用于输出处理后的音频信号；

所述温度保护模块包括第二检波器、第二增益计算器和第二增益器；

所述第二检波器为均方根检波器或均方值检波器，其输入端用于接收待处理的第二音频信号，输出端连接所述第二增益计算器的输入端；所述待处理的第二音频信号为在前的振幅保护模块输出的音频信号；

所述第二增益计算器的输出端连接所述第二增益器的输入端；

所述第二增益器的输入端还用于接收所述待处理的第二音频信号，输出端用于输出处理后的第二音频信号。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述温度保护模块还包括第二延迟器；

所述第二延迟器的输入端用于接收所述待处理的第二音频信号，输出端连接所述第二增益器的输入端。

10.一种基于权利要求1-9任一项所述扬声器保护装置的扬声器保护方法，其特征在于，包括：

获取待处理的第一音频信号的预期喇叭振幅；

根据所述预期喇叭振幅及目标喇叭的额定最大振幅，获取第一目标增益值；

根据所述第一目标增益值对所述待处理的第一音频信号进行增益后输出。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一目标增益值对所述待处理的第一音频信号进行增益后输出，之前还包括：

对所述第一目标增益值进行平滑处理，将平滑处理后的结果作为第一目标增益值。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一目标增益值对所述待处理的第一音频信号进行增益后输出，具体包括：

将所述待处理的第一音频信号延迟第一预设时间；

根据所述第一目标增益值对延迟后的待处理的第一音频信号进行增益后输出。

13.根据权利要求10或11或12所述的方法，其特征在于，所述根据所述预期喇叭振幅及目标喇叭的额定最大振幅，获取第一目标增益值，具体包括：

根据所述预期喇叭振幅的峰值及所述目标喇叭的额定最大振幅，获取第一目标增益值。

14.根据权利要求10或11或12所述的方法，其特征在于，所述根据所述预期喇叭振幅及目标喇叭的额定最大振幅，获取第一目标增益值，具体包括：

根据所述预期喇叭振幅的瞬时值及所述目标喇叭的额定最大振幅获取增益值a；根据所述待处理的第一音频信号的瞬时值及当前信号链路的额定最大电压，获取增益值b；

将所述增益值a与所述增益值b中的较小值作为第一目标增益值。

15.根据权利要求10或11或12所述的方法，其特征在于，所述根据所述预期喇叭振幅及目标喇叭的额定最大振幅，获取第一目标增益值，具体包括：

检测所述预期喇叭振幅的峰值及所述待处理的第一音频信号的峰值；

根据所述预期喇叭振幅的峰值及所述目标喇叭的额定最大振幅，获取增益值c；根据所述待处理的第一音频信号的峰值及当前信号链路的额定最大电压，获取增益值d；

将所述增益值c与所述增益值d中的较小值作为第一目标增益值。

16.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

获取待处理的第二音频信号在第一预设时间窗口内的均方根或均方值；所述待处理的第二音频信号为所述待处理的第一音频信号进行增益后的音频信号；

根据所述均方根或均方值，以及目标喇叭的额定功率所决定的相应阈值，获取第二目标增益值；

根据所述第二目标增益值对所述待处理的第二音频信号进行增益后输出。

17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述根据所述第二目标增益值对所述待处理的第二音频信号进行增益后输出，之前还包括：

对所述第二目标增益值进行平滑处理，将平滑处理后的结果作为第二目标增益值。

18.根据权利要求16或17所述的方法，其特征在于，所述根据所述第二目标增益值对所述待处理的第二音频信号进行增益后输出，具体包括：

将所述待处理的第二音频信号延迟第二预设时间；

根据所述第二目标增益值对延迟后的待处理的第二音频信号进行增益后输出。

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