CN111543006B

CN111543006B - 电子设备

Info

Publication number: CN111543006B
Application number: CN201880083275.2A
Authority: CN
Inventors: 托马斯·克里斯托弗森·布尔斯塔德
Original assignee: Elliptic Laboratories ASA
Current assignee: Elliptic Laboratories ASA
Priority date: 2017-12-21
Filing date: 2018-12-19
Publication date: 2024-05-24
Anticipated expiration: 2038-12-19
Also published as: EP3729643C0; CN111543006A; EP3729643A1; GB2569795A; US11283418B2; GB201721651D0; WO2019122864A1; EP3729643B1; US20200382079A1

Abstract

一种电子设备，包括扬声器保护模块(36)，该扬声器保护模块被布置为接收音频信号(22)并使用与扬声器有关的一个或多个参数来产生受控的音频信号(34)。放大器(40)被布置为对受控的音频信号进行放大以产生经放大的音频信号(24、26)，该经放大的音频信号被传送到扬声器。受控的音频信号(34)的幅度使得经放大的音频信号(24、26)的幅度小于或等于根据上述一个或多个参数确定的对于扬声器而言安全的幅度。超声发生器(16)被布置为生成超声信号(30)，该超声信号在受控的音频信号(34)被传送到放大器(40)之前与该受控的音频信号(34)进行混合(32)。超声发生器(16)能够以多个频率产生所述超声信号。

Description

电子设备

技术领域

本发明涉及音频放大器，特别地涉及便携式电子设备中设置的音频放大器。

背景技术

现代电子设备诸如智能手机和平板电脑通常配备有硬件，以产生可听的声音，例如以用于播放多媒体内容如音乐和电影，以及用于通信如打电话。通常，此硬件包括放大器——诸如功率放大器(PA)——该放大器用于接收输入信号(例如，来自微处理器、存储器、存储介质等)并对其进行放大，以使其适合于驱动扬声器。

一些这样的设备采用“扬声器保护模块”(SPM)，以防止扬声器被过度驱动(即，防止被幅度过大的信号驱动)，以便在实现使输出最大化的同时避免扬声器受到损坏。这在大小和重量至关重要的移动设备中尤其重要。一个示例是生产的“Smart PA”系列，该系列在单个芯片上提供音频放大和扬声器保护功能。扬声器保护模块如Smart PA系列监测扬声器的输出(例如，通过监测指示馈送至扬声器的驱动电功率的信号)以及其他局部环境因素诸如温度，并将其馈入一算法，该算法可动态调整扬声器保护算法，意在优化扬声器保护，以使得扬声器在不令输出受到不必要的限制(例如，将音频输出信号的幅度限制为实际所需的幅度以上)的情况下不会被过度驱动，从而可能允许扬声器在任何时候都能尽可能地充分地被驱动。通常，此类SPM根据瞬时输入信号动态地改变音频放大器的增益，以实现上述保护。与经受保守的静态限制的扬声器相比，这可能导致可用平均功率输出的显著增加。

通常，待由设备经扬声器输出的音频数据从源起通过扬声器保护模块，然后经放大器放大，上述源可能是微处理器或片上系统(SoC)。扬声器保护模块获取输入的音频信号并产生受控的音频，该受控的音频的幅度可以与在放大后扬声器当前可以安全接收的音频一样高。然后，通常将经放大的受控音频信号用于直接驱动扬声器。如果扬声器保护模块经适当地校准，则可以防止扬声器被过度驱动。

然而，申请人已经认识到，如果将放大器也用于超声应用，例如那些促进接近检测或非接触式接口(例如，基于手势的输入)的超声应用，则上述装置可能是有问题的。这些功能通常依赖于已知发射的超声信号的幅度，以便从由设备(例如，麦克风)接收到的这些超声信号的反射中得出有意义的结论。例如，可以基于所接收的超声反射信号相比于所发射的超声信号的相对信号强度来确定用户是否将其智能手机握持于头部处。申请人已经意识到，如果超声信号通过采用扬声器保护的放大器，其采用如上所述的动态可变增益，则对所接收的超声信号的处理可能不会提供准确的结果，因为施于发射信号的实际增益是未知的。

发明内容

从第一方面看，本发明提供一种电子设备，包括：

第一部分，布置为生成音频信号；

扬声器；

扬声器保护模块，布置成接收所述音频信号并使用与扬声器有关的一个或多个参数来产生受控的音频信号；

放大器，布置为对至少所述受控的音频信号进行放大以产生经放大的音频信号，该经放大的音频信号被传送至扬声器，受控的音频信号的幅度使得该经放大的音频信号的幅度小于或等于根据一个或多个参数确定的对扬声器而言安全的幅度；以及

第二部分，布置为生成超声信号，所述超声信号在受控的音频信号被传送到放大器之前与受控的音频信号混合，其中所述第二部分能够以多个频率产生所述超声信号。

本领域技术人员将理解，本发明的实施方式提供一种特别适合于需要与常规音频信号一起使用超声信号(例如，用于接近感测或非接触式用户交互)的应用的设备。通过将超声信号与受控的音频信号混合，即在扬声器保护模块的下游进行所述混合，而不是像常规那样将其与音频信号本身直接混合，扬声器保护模块不会改变超声信号分量的幅度。因此，超声信号在任何点都不会经受潜在的未知增益，这意味着知晓超声信号的幅度(在放大器之前和之后，假设放大器的增益是已知的)在分量公差以内。有利地，这允许通过使用初始发送的超声信号的已知幅度来更精确地应用算法以用于超声接近和/或非接触式用户接口应用。

在一些实施方式中，在扬声器保护模块之后将超声信号混入。通过在扬声器保护模块之后将超声信号与受控的音频信号混合，可以将本发明更容易地应用于现有设备设计，而无需重新设计这种设备以实现超声信号混合功能。在一些实施方式中，该设备包括布置在扬声器保护模块和放大器之间的混合器。

如上所述，典型的SPM可以通过监测指示馈送到扬声器的驱动电功率的信号来监测扬声器的输出。在这种情况下，扬声器保护不会受到SPM下游的超声信号混合的影响，因为SPM监测馈送到扬声器的总驱动信号(即所得的混合信号)。但是，在其他情况下，可能无法监测这种总驱动信号。这样，在一些实施方式中，设备被布置为以各自的比例混合超声信号和受控的音频信号，使得所得的混合信号的幅度等于或小于在混合之前的受控的音频信号的幅度。因此，在这样的实施方式中，在扬声器保护模块的下游添加超声信号确保了这种混合不会导致扬声器的过度驱动。

在一组这样的实施方式中，受控的音频信号的幅度由第一缩放因数缩放，并且超声信号的幅度由第二缩放因数缩放，其中该缩放发生在所述受控的音频和超声信号的混合之前。在这样的一组优选实施方式中，第一和第二缩放因数之和为1。可以选择这些比例因数以防止扬声器由于超声信号的混入而饱和。通常，第二缩放因数可以与在使用超声的给定使用情况下所需的信号电平有关。该设备可以以缩放因数的给定值将超声的信号电平保持恒定。由于通常由用户选择扬声器产生的实际音频电平(例如，使用音量按钮)，因此音频信号的最大电平是(1-第二缩放因数)乘以最大音量设置下的音频电平。通常通过保护算法来计算和调整最大音量设置下的音频电平。

在一组实施方式中，可以选择性地启用和停用第二部分中的至少一些。这允许在特定应用或系统状态需要时选择性地打开超声生成系统。例如，如果设备是智能手机，则仅当智能手机参与电话通话时才可以启用超声生成和混合，否则停用超声生成和混合。这可以节省功耗和处理需求，这两者都是有利的，特别是在便携式电子设备方面。

尽管在理想情况下可以通过扬声器保护模块减轻噪声，但有时由于系统的瞬态响应而在启动超声信号时可能会出现不希望的“爆裂”噪声。在一些实施方式中，第二部分被布置为在启用所述第二部分时对超声信号的幅度施加斜升功能。例如，超声信号的幅度可以在0.1到100ms的时段内斜升到期望的幅度。优选地，在1ms至40ms之间的时段内执行斜升。该斜升到期望的幅度可以从足够低的幅度值开始，以不引起这种不希望的爆裂现象，并且优选地从零或基本上为零的幅度斜升。类似地，当超声的生成和混合突然停止时，可能会发生这种爆裂，因此，在一组可能重叠的实施方式中，第二部分被布置为在停用所述第二部分时对超声信号的幅度施加斜降功能。例如，超声信号的幅度可以在0.1至100ms之间的时段内斜降到期望的幅度，并且优选地在1至40ms之间的时段内斜降。

如前所述，第二部分能够以多个频率产生超声信号。尽管第二部分可以以从可用的多个频率中选择的单个频率来产生超声信号，上述多个可用的多个频率可以是一组离散频率或频率的连续范围，但是在一组实施方式中，第二部分产生下述超声信号，其中该超声信号包括具有从多个频率中选择的不同频率的多个分量。因此，根据这样的实施方式，第二部分可能能够产生比单频信号更复杂的超声信号。更复杂的信号可能有利地使对超声信号的反射的处理更容易——例如，它们可能不易受噪声影响，并且可能更容易与其他信号区分开。

在一些实施方式中，超声信号包括至少一个啁啾。本领域技术人员将理解，啁啾是具有随时间增加的频率(“向上啁啾”)或减小的频率(“向下啁啾”)的信号。

在一些实施方式中，该设备被布置为选择超声信号的频率，从而改善所接收的反射超声的信噪比(SNR)。仅通过举例的方式，可以通过下述方式来对高SNR超声信号的频率进行这种选择：这样的方式为，在不同的超声频率之间跳跃，观察系统在所述不同频率的响应以确定与所述不同频率中的每个频率相关联的SNR，然后选择提供最高SNR的超声频率。提供最高SNR的超声频率通常可能基本上远离一个或多个噪声信号的频率。

在一些实施方式中，第二部分包括布置成生成超声信号的信号源。至少在一些实施方式中，信号源可以包括基于硬件的信号发生器。然而，另外地或替代地，信号发生器可以包括软件模块。信号源例如可以是被布置为生成至少一个音调的音调发生器。由信号源生成的一个或多个信号可以是也可以不是纯正弦波。例如，由信号源生成的信号可以是以相对权重因数0.7添加到周期性啁啾信号的30kHz正弦信号，该周期性啁啾信号的频率跨越一频率范围，例如从35到45kHz。然而，应当理解，这些值仅是示例，并不旨在限制本发明的范围，并且加权因数和/或频率范围也可以适当地具有其他值。信号的频率(正弦波或其他形式)可以是超声范围内的任何频率。类似地，频率跨度可以是超声范围内的频率的任何子范围。

如本领域技术人员将理解的，在本发明的范围内的用于生成超声信号的其他方法，其详细讨论对于本公开不是必不可少的。因此，为了易于理解，仅将本文所解释的与信号生成方面有关的实施方式作为非限制性示例来提供。

在一些实施方式中，第二部分包括：缓冲器，其存储用于生成所述超声信号的数据；以及一机构，其被布置为重复读取所述缓冲器，以便生成重复的超声信号。例如，可以将若干超声信号片段(即，持续时间相对较短的信号)存储在缓冲器中，然后可以对其进行循环读取，从而从缓冲器中取回每个信号片段，并依次与受控的音频信号混合。

从第二方面来看，本发明提供一种电子设备，包括：缓冲器，其存储用于生成具有多个频率的超声信号的数据；以及处理装置，其被配置为重复读取所述缓冲器，从而重复产生所述超声信号，该设备还被布置为将所述超声信号与音频信号混合以产生混合信号，并将所述混合信号传送至具有预定增益的放大器。

在前述方面中的任一方面的一些实施方式中，数据完全表示所述超声信号。也就是说，超声信号可以直接存储在缓冲器中，例如超声信号可以用数字表示，并且该数字表示可以被“分割”并存储在缓冲器中。然后可以重复读取缓冲器，以便可以检索超声信号的表示，并在必要时在混合之前将其转换为模拟形式。当然将理解的是，受控的音频信号和超声信号既可以是数字的又可以在数字域中混合，或者这些信号可以是模拟的并且可以在模拟域中混合。

尽管存储在缓冲器内的数据如上所述可以完全表示超声信号，但是在前述方面中任一方面的另一组实施方式中，数据仅部分表示所述超声信号，并且处理装置被布置为使用查找表，以应用数据的缩放、对称或平移中的一种或多种以生成所述信号。在这样的实施方式中，查找表可以被视为信号函数的“库”，其可以被用来构建超声信号。该查找表可以具有若干不同的基本波形，例如不同频率的若干正弦波形，其中处理装置可以从查找表中选择这些基本波形中的一个或多个，并可选地应用不同的变换以生成更复杂的超声信号。

通过非限制性示例，处理装置可以选择从下述构建信号：将30kHz正弦信号以相对权重0.7与45kHz正弦信号以相对权重0.3相加。处理装置还可以在不同的超声信号构建之间周期性地或非周期性地切换。例如，超声信号可以包括前述的针对半个周期的30kHz和45kHz信号的加权和，但是在该周期的另一半个周期可以将45kHz的信号交换为50kHz的信号。当然将理解，这些仅是示例，并且可以通过适当地使用缩放、对称、平移、相加、相减等来构造任意数量的超声信号。

从第三方面看，本发明提供一种电子设备，包括：

第一部分，布置为生成音频信号；

扬声器，

扬声器保护模块，布置为接收所述音频信号并使用与扬声器有关的一个或多个参数来产生受控的音频信号；

放大器，布置为对至少所述受控的音频信号进行放大以产生经放大的音频信号，该经放大的音频信号被传送至扬声器，受控的音频信号的幅度使得经放大的音频信号的幅度小于或等于根据一个或多个参数确定的对扬声器而言安全的幅度；以及

第二部分，布置为生成超声信号，所述超声信号在受控的音频信号被传送到放大器之前与该受控的音频信号混合。

本领域技术人员将理解，在适当的情况下，上文关于本发明的第一方面或第二方面的实施方式描述的可选特征等同地适用于本发明的第三方面。

尽管可以在SPM之后(即，在SPM的下游)混合超声信号，但是申请人已经意识到，混合可以替代地在SPM的上游进行。因此，从第四方面看，本发明提供一种电子设备，包括：

第一部分，布置为生成音频信号；

扬声器，

扬声器保护模块，用于接收所述音频信号并使用与扬声器有关的一个或多个参数来产生受控的音频信号；

第二部分，布置为生成超声信号，所述超声信号在扬声器保护模块产生受控的音频信号之前与音频信号进行混合，其中，所述第二部分能够以多个频率产生所述超声信号；

其中，所述设备被布置为产生包括与施加到所述超声信号的增益有关的信息的补偿信号，并且其中，所述设备使用所述补偿信号来补偿施加到超声信号的增益。

本领域技术人员将理解，根据本发明的第四方面，超声信号可以在SPM中或在SPM的上游与音频信号混合。例如，设备可以使用扬声器保护模块采用的算法来执行混合。补偿信号然后可以被下游组件用来补偿施加到超声信号的增益的变化。

本领域技术人员将理解，在适当情况下，上文中关于本发明的第一方面或第二方面的实施方式描述的可选特征等同地适用于本发明的第四方面。

附图说明

现在将参考附图描述本发明的某些实施方式，其中：

图1是根据本发明实施方式的放大器架构的框图；

图2是示出在图1的功率放大器内发生的混合过程的框图；

图3示出了图1的超声信号和受控的音频信号之间的幅度可变性的差异；

图4是根据本发明实施方式的回放缓冲器的框图；

图5是示出在图2的混合过程中使用的图4的回放缓冲器的框图；

图6示出了当使用查找表产生更复杂的超声信号时的缓冲器；

图7是根据本发明的另一实施方式的使用前馈控制的放大器架构的框图；

图8是根据本发明的另一实施方式的其中处理单元与音频编解码器并置的放大器架构的框图；

图9是根据本发明的另一实施方式的使用前馈控制并且其中处理单元与音频编解码器并置的放大器架构的框图；以及

图10是根据本发明的实施方式的利用放大器架构的智能电话的框图。

具体实施方式

图1和图2是根据本发明的实施方式的放大器架构的框图。实际上，该放大器将在电子设备诸如移动电话、平板电脑、膝上型计算机等内实现。该放大器架构包括：处理单元4，诸如数字信号处理器(DSP)，其例如可以是生产的Hexagon^TMDSP；功率放大器6，其例如可以是由/>生产的Smart PA；接收器8；扬声器10；音频编解码器12，其可以是/>指定的WCD编解码器；以及麦克风14。功率放大器6包括超声发生器16，该超声发生器可通过应用程序编程接口(API)18来控制。下面将详细描述这些组件中的每一个组件的功能。

为简单起见，在本公开内容中，术语处理单元4和DSP可互换使用。应当理解，处理单元也可以使用具有至少一个处理核的微处理器、微控制器等来实现。任何模拟信号处理块都可以与至少一个处理核位于同一芯片上，或者该处理系统可以实现为片上系统(SoC)、多芯片模块(MCM)或者甚至专用集成电路(ASIC)。典型地，SPM可以包括嵌入式内部DSP，其可以是软件可编程的。可以将这样的DSP配置为不同的规格，以适用于特定的最终用途。SPM内的DSP通常用于配置SPM以使其与所连接的接收器8或扬声器10相匹配，并在将来需要时提供更新SPM算法的能力。然而，可能的情形是，使用单独的处理器或DSP处理来自麦克风14的信号，下面将对此进行详细讨论。

类似地，音频编解码器12(为简单起见，显示为单个块)也可以使用任何类型的音频处理器来实现，这样的音频处理器使用具有至少一个处理核的微处理器、微控制器等。因此，音频编解码器12也可以是音频处理器。

处理单元4和音频编解码器12可以被并置在相同的块或芯片上，如稍后将参照图8和图9所描述的。术语“音频处理器”不限于音频处理器块12的范围或频率范围，即，使用该术语并不意味着音频处理器12的操作限于仅对音频频率范围内的信号的处理。

为了清楚起见，应该理解，在电话技术领域，手机中的听筒扬声器(即用户在使用中进行收听的部分)通常称为“接收器”，而手机中的麦克风称为“发射器”。因此，在典型的移动电话中，接收器8将对应于听筒扬声器，而扬声器10将对应于免提扬声器。但是，这不影响本发明的一般性。接收器8和扬声器10因此可以指涉使用在此概述的本发明的实施方式中的放大器架构的电子设备中的多个扬声器。

此外，将认识到，本发明既不需要接收器8也不需要扬声器10来执行超声操作。单个扬声器可能足以实现本发明的实施方式。一些低成本的电子设备或移动电话可能仅有单个听筒扬声器，而没有免提扬声器。在至少一些这样的设备中，例如，取决于用户如何操作电子设备，同一接收器8既可以用作听筒扬声器又可以用作扬声器10。

例如，如图10所示的智能电话1000可以利用扬声器10和麦克风14向手势(gesture，姿态)识别单元7(其可以形成DSP 4的一部分)提供输入。具体地，扬声器10提供其输出信号26，其包含如下所述的超声分量，而麦克风14提供信号35，其包含超声分量的反射。手势识别单元7可以比较这些信号26、35以确定用户向智能电话1000做出的输入手势。当然将理解，扬声器10提供的信号不一定是扬声器10输出的实际信号26，而是可以是由在扬声器10上游的电路产生的未经放大的版本，其指示扬声器10发射的超声信号的输出幅度。

这样的设备可以使用接收器8和扬声器10两者，以用于从经反射的超声信号中提取空间信息。由于接收器8和扬声器10通常位于设备上的不同位置处，因此反射对象相对于接收器8和扬声器10的位置的空间信息或相对位置可以潜在地根据接收器8和扬声器10中任一者发射的信号的来自对象的反射而确定。此外，具有两个以上扬声器的设备可能能够提取另外的空间信息和/或能够改善使用接收器8和扬声器10执行的空间信息提取。

类似地，麦克风14实际上可以是包括多个麦克风换能器的封装体。如果将多个麦克风置于电子设备中的不同位置处，则可以使用在各个麦克风处接收的回声信号来提取/改善空间信息。这可以是上述利用多个扬声器的方法的补充或替代。

处理单元或DSP 4被布置为接收输入信号20，该输入信号例如可以是脉冲编码调制(PCM)信号。DSP 4处理该输入信号20并产生适合于输入到功率放大器6的输出信号22。该信号22也可以是PCM信号，并且可以通过内部集成电路或“IC间”声音(I²S)总线从DSP 4传递到功率放大器6，如本领域技术人员将理解的那样，上述“IC间”声音总线是用于将数字音频设备连接在一起的电子串行总线接口标准。功率放大器6被布置为处理该信号22，以便生成适合于分别驱动接收器扬声器8和扬声器10的信号24、26，如将在下面进一步详细描述的。

麦克风14被布置成拾取由扬声器8、10产生的音频信号，并将它们转换成待被输入到编解码器12的电信号37。编解码器产生待被输入到DSP 4的数字信号28。

图1所示的数字信号28是反馈信号，然而，如将在下面描述的，它可以是前馈控制信号，这取决于放大器架构如何实现。使用前馈控制的实施方式的示例将在后面参照图7和图9进行描述。

数字信号28甚至可以是或包括双向信号或通信链路。作为一些非限制性示例，在接收部分(例如，麦克风14)确定附近有人在说话时，在有人已进入房间时，或在噪声水平发生变化时，数字信号28可以进一步被使用，使得接收系统启用或停用发射系统部分(例如，接收器8和/或扬声器10)。附加地或替代地，取决于所测量的到房间中人的距离，接收系统可以改变发射系统的波形。另外，作为补充或替代，接收系统可以改变可听部分的幅度，使得用户可以例如通过使用手势来改变所播放的声音的音量。

在该示例中，音频处理由音频处理器或编解码器12执行。在对由麦克风14接收的信号的信号处理在音频处理器12中完成的情况下，数字信号28可以是反馈信号。处理单元4和音频处理器12可以是硬件分离的处理器，或者是在同一处理器上运行的软件分离的模块。在替代的布置中，数字信号可以替代地是在处理单元4和音频处理器12之间的双向信号或通信链路或总线。

该数字反馈信号28可以被DSP 4用来表征扬声器8、10的性能，并调节其响应而产生的输出信号22的一个或多个参数。例如，如果处理单元或DSP 4确定在任何特定情况下扬声器8、10都饱和或接近饱和，则它可以调节用于生成信号22的增益，以减小施加于扬声器8、10上的信号24、26的幅度。相反，如果DSP 4确定在当前情况下扬声器8、10产生的音频信号低于容许的最大值，则可以安全地增加增益以最大化扬声器的输出。反馈信号28也可以是PCM信号，并且可以经由串行低功率芯片间媒体总线(SLIMbus)被传送到DSP 4。

在一些布置中，对由麦克风14接收的信号的处理可以部分但不完全由音频处理器12执行。在这种布置中，来自麦克风的信号28可以包括音频数据，并且音频处理器可以将在麦克风14处接收的信号转换为数字数据流，并且在数字信号28中或作为数字信号发送该流。

功率放大器6内的超声发生器16被布置为产生超声信号30(见图2)，该超声信号被添加到所产生的受控的音频信号34上，该受控的音频信号34从由DSP 4产生的输出信号22产生，如下面详细描述的那样。由超声发生器16产生的超声信号可以采取许多不同的形式，例如，用户可以根据需要设置成频率、信号包络、幅度、周期性等。超声控制API 18被布置为提供到超声发生器16的接口，使得可以根据需要设置这些参数中的一个或多个。例如，在超声发生器16被布置为提供具有单一用户可变频率的超声信号的简单情况下，API 18为用户提供了选择频率的机制。类似地，在超声发生器16被布置为提供多频率超声信号的情况下，用户可以使用API18来设置不同频率分量的频率和/或相对幅度。但是，通常存在更多的可以通过API 18设置的关于超声信号的参数。稍后将更详细地讨论这些参数。

图2是示出在功率放大器6内发生的混合过程的框图。使用混合器32将由超声发生器16产生的超声信号30与由扬声器保护模块36产生的受控的音频信号34混合。扬声器保护模块36布置成接收由DSP 4产生的输出信号22并对其进行控制，以使其不会使扬声器8、10饱和。

混合器32产生混合音频信号38，该混合音频信号包含具有受控幅度的正常可听分量(例如，可听音乐信号)和具有恒定幅度的超声分量。如前所述，对于给定的用例或操作模式，超声分量通常具有恒定的幅度。然而，尽管这里为了简单起见假设超声分量具有恒定的幅度，但是实际上，当操作模式改变时，超声分量可以被配置为具有不同的幅度。混合的音频信号38被输入到放大器40，该放大器产生输出信号24、26，该输出信号用于根据需要驱动扬声器8、10。超声信号30和受控的音频信号34之间的幅度可变性的差异在图3中示出。从图3中可以看出，超声信号30具有固定的幅度，而受控的音频信号34可以以一定量42变化。

如上所述，可以使用API 18设置与超声信号30有关的许多参数。下面列出了这些参数的非穷举列表：

1)频率：超声信号30的一个或多个频率。

2)幅度：超声信号30的幅度；或者在超声信号30是多频信号的情况下，超声信号30的不同频率分量的幅度分量。

3)Alpha值：超声信号30和受控的音频信号34的相对权重。Alpha值通常为0到1之间的值，以使超声信号30的幅度与α值相乘并且受控的音频信号34的幅度与1减去α值相乘。这可以用来确保混合音频信号38不会导致扬声器8、10的饱和。

4)启用超声混合：这是二进制值(0或1)，用于确定是否启用超声混合硬件。例如，如果在给定情况下不需要超声功能，则可以停用超声功能以节省电量。

5)启用斜坡：为了防止扬声器8、10处出现不期望的“爆裂”噪声，最好在开启或关闭超声功能时防止突变。通过使用API 18启用斜坡功能，功率放大器6可以对超声信号30的幅度施加斜坡，以使得当分别启用和/或停用超声功能时，超声信号30淡入和/或淡出。例如，在启用超声硬件之后，超声信号30可以在0.1到100ms的过程中从初始幅度0(或接近0)倾斜升到期望幅度。相反，在停用超声硬件之后，超声信号30的幅度可以在0.1到100ms的过程中从其正常幅度斜降到0(或接近0)。

6)启用超声输出信号：此参数是接通/关断开关，可根据需要启用或停用超声输出信号。

如前所述，超声发生器16被布置为产生被添加到输出信号22的超声信号30。该超声发生器16可以是纯粹基于硬件的信号发生器(例如，音调发生器)，然而，另外地，可替代地，信号发生器16可以全部或部分基于软件。在一些实施方式中，超声发生器16可以被布置成产生单个频率的信号，例如可以是纯正弦信号，或者将也可以布置为产生不同频率分量的更复杂组合的信号。

在一些实施方式中，该设备被布置为选择超声信号的频率，以便改善所接收的反射超声的信噪比(SNR)。仅通过举例的方式，可以通过下述方式来对高SNR超声信号的频率进行这种选择：这样的方式为，在不同的超声频率之间跳跃，观察系统在所述不同频率的响应以确定与所述不同频率中的每个频率相关联的SNR，然后选择提供最高SNR的超声频率。提供最高SNR的超声频率通常可能基本上远离一个或多个噪声信号的频率。

信号源例如可以是被布置为产生至少一个音调的音调发生器。由信号源产生的一个或多个信号可以是也可以不是纯正弦波。例如，由信号源生成的信号可以是以相对权重因数0.7被添加到周期性啁啾信号的30kHz正弦信号，上述周期性啁啾信号的频率跨越一频率范围，例如从35到45kHz。然而，应当理解，这些值仅是示例性的，并不意在限制本发明的范围，并且加权因数和/或频率范围也可以适当地具有其他值。信号——正弦波或其他形式——的频率可以是超声范围内的任何频率。类似地，频率跨度可以是超声范围内的频率的任何子范围。

然而，尽管在上述实施方式中，超声发生器16直接生成超声信号30，但是在一些替代实施方式中，超声发生器16可替代地包括缓冲器43，在缓冲器中存储了预生成的信号或信号部分并用于构建超声信号30。为了促进这一点，可以为API提供附加参数“设置超声输出缓冲器”。可以由API 18设置的该参数可以用于启用由超声发生器16使用的缓冲器以产生超声信号30。该缓冲器将参考图4至图6进一步详细描述。

图4是如上所述的回放缓冲器42的框图。该回放缓冲器42形成用于生成超声信号30的超声发生器16的一部分。该超声缓冲器42用于使用若干可能的机制之一来构建超声信号30。在最简单的情况下，回放缓冲器42用于存储所需超声信号的数字表示，并且回放缓冲器42被循环读取，使得依次读取在缓冲器42内的每个位置存储的数据(例如，从左到右)，然后循环回到起点，以产生周期性输出信号，即超声信号30。然而，缓冲器42可以被布置为提供更复杂的超声信号，如将在下面进一步详细描述的。在图5中，在功率放大器6的其余部分的情境中示出了超声发生器16内的缓冲器42，其中功率放大器6的其余结构如先前参考图2所述。

图6示出了当使用查找表46来产生更复杂的超声信号时的缓冲器42。查找表46存储若干个“信号片段”50a-d，其可用作构造块以构建更复杂的信号。为了便于说明，图6所示的查找表46被示出为存储四个不同的信号片段。在查找表46的第一行48a上，存储特定频率的基本正弦波形50a，而在查找表46的第二行48b上，存储具有第二不同频率的不同正弦波形50b。查找表46的第三行48c存储具有恒定频率但幅度随时间周期性变化的幅度调制波形50c。查找表46的第四行48d存储方波50d。在缓冲器42内的每个位置44处，存储了与这些行48a-d中之一相对应的索引值。在读取缓冲器42时，超声发生器16产生输出信号30，作为对在相应位置44索引的适当信号片段50a-d的重建。

这些信号片段50a-d可以被修改以便产生超声信号30。例如，缓冲器42内的特定位置44可以指示超声发生器16产生第一信号片段50a，但是幅度是其七倍。可替代地，信号片段50a-d可以被组合，例如，某个位置44可以指示超声发生器16产生第二信号片段50b与第三信号片段50c之和作为超声信号30。本领域技术人员将意识到，任何这样的组合都是可能的，并且可以对信号片段50a-d进行其他修改，例如平移、相移、幅度变化、卷积、相加、相减等。

图7是根据本发明的另一实施方式的使用前馈控制的放大器架构的框图。

在该实施方式中，通过上游混合单元105将超声信号130与音频输入信号120在SPM内或SPM上游(即DSP 104内或DSP上游)进行混合。混合单元105本身可以是独立的混合器或可能是SPM使用的算法的一部分。

该上游混合单元105将由超声发生器116产生的超声信号130与音频输入信号120混合，以产生混合音频信号131，该混合音频信号被DSP 104用来产生受控的音频信号122。然而，不像在前面参考图1所描述的布置，受控的音频信号122包含可听分量和超声分量。

当在施加增益之前混入超声信号130时，SPM将增益调整施加到超声分量以及可听分量。它产生“前馈”补偿信号133，该前馈补偿信号向下游分量提供关于受控的音频信号122的超声分量的幅度的信息。该信息例如可以由手势识别单元107(其可以形成DSP104的一部分)在比较所发射的超声信号的幅度与所接收的超声反射135的幅度时使用。该补偿信息可以被存储以供以后使用，或者可以被编码为所发射的信号本身，例如使用一系列特定的啁啾。

类似于图1的布置，麦克风114提供音频信号137，音频处理器112使用该音频信号将数字反馈信号128提供给DSP 104，DSP使用该数字反馈信号来表征扬声器108、110并控制被施加用以产生受控的音频信号122的增益。

图8是根据本发明的另一实施方式的放大器架构的框图，在其中处理单元和音频编解码器并置，其中以“2”开头的附图标记用于表示与附图7中具有以“1”开头的附图标记的元件相同的元件。在此实施方式中，音频编解码器存在于处理单元或DSP 204中，使得不存在单独的离散组件来处理来自麦克风214的信号237，其用于表征扬声器208、210。与麦克风214接收到的所发送超声信号的反射相对应的另外的音频信号235被输入到手势识别单元207(可能构成DSP 104的一部分)，该手势识别单元将所发射超声信号的幅度与所接收的超声反射235进行比较。

图9是根据本发明的另一实施方式的使用前馈控制并且其中处理单元和音频编解码器并置的放大器架构的框图，其中以“3”开头的附图标记表示在图7中具有以“1”开头的附图标记的元件。

因此，图9中所示的架构可以被视为参照图7和8描述的实施方式的组合，其中音频编解码器存在于处理单元或DSP 304内，使得不存在处理来自麦克风314的信号的单独的离散组件，并且其中DSP 304提供了前馈控制信号333，其前馈控制信号向下游电路指示什么可变增益已经被施加到混合音频信号322的超声分量。

因此，本领域技术人员将认识到，本发明的实施方式提供了一种改进的音频放大器布置，其中可以在采用扬声器保护机制的放大器内将超声信号与正常可听信号混合。本领域技术人员将理解，上述实施方式仅是示例性的，并且不限制本发明的范围。

Claims

1.一种电子设备，包括：

第一部分，所述第一部分被布置为生成音频信号(22)；

扬声器；

扬声器保护模块(36)，所述扬声器保护模块(36)被布置为接收所述音频信号(22)并使用与所述音频信号有关的一个或多个参数来产生受控的音频信号(34)；

第二部分(16)，所述第二部分(16)被布置为生成超声信号(30)，其中，所述第二部分能够以多个频率产生所述超声信号(30)，所述超声信号(30)与所述受控的音频信号(34)相混合；以及

放大器(40)，所述放大器(40)被布置为对至少经混合的所述受控的音频信号和超声信号进行放大以产生经放大的音频信号(24、26)，所述经放大的音频信号(24、26)被传送至所述扬声器(8、10)，所述受控的音频信号的幅度使得所述经放大的音频信号的幅度小于或等于根据所述一个或多个参数确定的对所述扬声器而言安全的幅度；

其中，所述电子设备被配置成使得：在所述受控的音频信号与超声信号被混合之前将所述受控的音频信号(34)的幅度以第一缩放因数进行缩放并且将所述超声信号(30)的幅度以第二缩放因数进行缩放，然后将经缩放的所述受控的音频信号(34)与经缩放的所述超声信号(30)进行混合，从而使得所得的混合信号(38)的幅度等于或小于所述受控的音频信号(34)在混合之前的幅度，其中所述电子设备被配置成以所述第二缩放因数的给定值将所述超声信号的信号电平保持恒定。

2.根据权利要求1所述的电子设备，其中，所述超声信号(30)在所述扬声器保护模块(36)之后被混入。

3.根据权利要求2所述的电子设备，其中，所述电子设备包括布置在所述扬声器保护模块(36)与所述放大器(40)之间的混合器(32)，所述混合器被布置为将所述超声信号(30)与所述受控的音频信号(34)进行混合。

4.根据权利要求1所述的电子设备，其中，所述第一缩放因数和第二缩放因数之和为1。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的电子设备，其中，所述第二部分(16)中的至少一些布置为被选择性地启用和停用。

6.根据权利要求1至4中的任一项所述的电子设备，其中，所述第二部分(16)被布置为：在启用所述第二部分时，对所述超声信号的幅度施加斜升功能。

7.根据权利要求1至4中的任一项所述的电子设备，其中，所述第二部分(16)被布置为：在停用所述第二部分时，对所述超声信号(30)的幅度施加斜降功能。

8.根据权利要求1至4中的任一项所述的电子设备，其中，所述第二部分(16)产生所述超声信号，其中，所述超声信号包括具有从所述多个频率中选择的不同频率的多个分量。

9.根据权利要求1至4中的任一项所述的电子设备，其中，所述超声信号(30)包括至少一个啁啾。

10.根据权利要求1至4中的任一项所述的电子设备，其中，所述第二部分包括被布置为生成所述超声信号的信号源(16)。

11.根据权利要求10所述的电子设备，其中，所述信号源(16)包括基于硬件的信号发生器。

12.根据权利要求10所述的电子设备，其中，所述信号源(16)包括软件模块。

13.根据权利要求1至4中的任一项所述的电子设备，其中，所述第二部分包括：缓冲器，所述缓冲器存储用于生成所述超声信号的数据；以及一机构，所述机构被布置为重复地读取所述缓冲器，以生成重复的超声信号。

14.根据权利要求13所述的电子设备，其中，所述数据完全地表示所述超声信号。

15.根据权利要求13所述的电子设备，其中，所述数据仅部分地表示所述超声信号，并且处理装置被布置为使用查找表来应用所述数据的缩放、对称或平移中的一种或多种以生成所述超声信号。

16.根据权利要求1所述的电子设备，

其中，所述电子设备被布置为产生包括与施加到所述超声信号的增益有关的信息的补偿信号，并且其中，所述电子设备使用所述补偿信号来补偿施加到所述超声信号的增益。

17.根据权利要求1所述的电子设备，其中，所述电子设备被布置为：

在多个不同的超声频率之间跳跃；

观察系统在不同频率中的每个频率处的响应，以确定与所述不同频率中的每个频率相关联的信噪比；以及

选择提供最高信噪比的超声频率。