CN113259812A

CN113259812A - 扬声器偏移预测和保护

Info

Publication number: CN113259812A
Application number: CN202110181246.3A
Authority: CN
Inventors: J·A·米查姆
Original assignee: Semiconductor Components Industries LLC
Current assignee: Semiconductor Components Industries LLC
Priority date: 2020-02-10
Filing date: 2021-02-08
Publication date: 2021-08-13
Also published as: TW202133631A; US10893359B1; US20210258688A1; US11234075B2

Abstract

本发明题为“扬声器偏移预测和保护”。本发明公开了由算法配置为防止或限制扬声器过偏移的系统和设备。所公开的算法是计算有效的，因为其利用了音频信号与扬声器的偏移之间的关系，该偏移以低于扬声器的自谐振的低频存在。本发明所公开的算法将低频偏移保护与高频瞬态偏移保护组合。该组合方法允许瞬态偏移保护使用比其他可能的延迟更短的延迟。更短的延迟允许压缩器在由瞬态音频信号引起的扬声器的动量增长太大而不能被控制之前向瞬态音频信号施加衰减。

Description

扬声器偏移预测和保护

相关申请的交叉引用

本申请要求于2020年2月10日提交的美国专利申请第16/785,968号的优先权。

技术领域

本公开涉及音频系统，并且更具体地涉及用于保护扬声器免于过度移动(即，过偏移)的系统和方法。

背景技术

音频扬声器(即，扬声器)被设计成在最大偏移以下操作。(例如，通过放大或信号处理)驱动扬声器移动超过其最大偏移是可能的。这种过度移动可导致扬声器的损坏或破坏。例如，扬声器的线圈可被驱动到不能控制的位置，此时该线圈可被永久地卡住。另外，支撑扬声器纸盆的悬架可被永久拉伸，使得来自扬声器的声音失真。过度移动还可导致音质劣化或使扬声器发出不需要的声音。因此，可能期望保护扬声器免于过偏移。本公开的实施方式就是在这种背景下出现的。

发明内容

在至少一个方面，本公开总体上描述了一种计算设备。该计算设备包括扬声器，该扬声器被配置为根据音频信号移动。该计算设备还包括处理器，该处理器由软件指令配置为执行将扬声器的移动限制在最大偏移以下的方法。该方法包括接收音频信号。该方法还包括将低频偏移保护应用于音频信号。低频偏移保护包括确定扬声器的移动的次谐振偏移预测，将次谐振偏移预测与最大偏移进行比较，以及当次谐振偏移预测超过最大偏移时调节音频信号。在应用低频偏移保护之后，将瞬态偏移保护应用于音频信号。瞬态偏移保护包括确定扬声器的移动的瞬时偏移预测，将瞬时偏移预测与最大偏移进行比较，以及当瞬时偏移预测超过最大偏移时调节音频信号。

在至少一个其他方面，本公开总体上描述了一种将扬声器的移动限制在最大偏移以下的方法。该方法包括接收音频信号。该方法还包括将低频保护应用于音频信号，这包括确定扬声器的移动的次谐振偏移预测，将次谐振偏移预测与最大偏移进行比较，以及当次谐振偏移预测超过最大偏移时调节音频信号。在应用音频信号的低频偏移保护之后，该方法包括将瞬态偏移保护应用于音频信号。瞬态偏移保护包括确定扬声器的移动的瞬时偏移预测，将瞬时偏移预测与最大偏移进行比较，以及当瞬时偏移预测超过最大偏移时调节音频信号。

在至少一个方面，本公开总体上描述了一种智能放大器。该智能放大器包括由软件指令配置为执行方法的处理器。该方法包括接收音频信号以及接收感测信号。该感测信号对应于耦接到智能放大器的扬声器的响应(即，音频信号响应)。该方法还包括从感测信号导出扬声器参数，以及基于所导出的扬声器参数来更新至少一个扬声器模型。该方法还包括将低频偏移保护应用于音频信号。该低频偏移保护包括确定基于所更新的至少一个扬声器模型的扬声器的移动的次谐振偏移预测，将次谐振偏移预测与最大偏移进行比较，并且当次谐振偏移预测超过最大偏移时调节音频信号，以将扬声器的移动限制在最大偏移以下。在应用低频偏移保护之后，该方法包括将瞬态偏移保护应用于音频信号。瞬态偏移保护包括确定基于所更新的至少一个扬声器模型的扬声器的移动的瞬时预测，将瞬时预测与最大偏移进行比较，并且当瞬时预测超过最大偏移时调节音频信号，以将扬声器的移动限制在最大偏移以下。

在以下具体实施方式及其附图内进一步解释了前述说明性发明内容，以及本公开的其他示例性目标和/或优点、以及实现方式。

附图说明

图1示出了根据本公开的可能实施方式的被配置用于具有偏移保护的音频回放的计算设备的框图。

图2示出了根据本公开的可能实施方式的具有偏移保护的音频系统的框图。

图3示出了根据本公开的可能实施方式的智能放大器的框图，该智能放大器被配置为放大具有偏移保护的音频信号。

图4示出了根据本公开的可能实施方式的偏移保护模块的框图。

图5示出了图4所示的偏移保护实施方式的低频偏移保护部件的框图。

图6示出了图4所示的偏移保护实施方式的瞬态偏移保护部件的框图。

图7是根据本公开的可能实施方式的用于将扬声器的移动限制在最大偏移以下的方法的流程图。

附图中的部件未必相对于彼此按比例绘制。相似附图标记在若干附图中表示相应的零件。

具体实施方式

本公开描述了用于自适应地调节音频信号以防止来自扬声器的声音由于过度(即，过)偏移而损坏或失真的系统和方法。所公开的方法将低频偏移保护与瞬态偏移保护(例如，高频偏移保护)组合。对于低频偏移保护，该方法利用基于对音频信号的次谐振频率的分析来确定偏移的简化。所公开的系统和方法可提供偏移保护的有利结果，而没有显著的音频失真并且具有低计算复杂性(即，高计算效率)。低计算复杂性可使得本发明所公开的方法在移动计算设备(例如，移动电话、平板电脑)中特别有用，该移动计算设备通常是电池驱动的并且倾向于具有可容易地被过驱动成过度偏移的小扬声器。另外，低频偏移保护和瞬态偏移保护以可限制由偏移保护引起的延迟的方式组合。因此，所公开的系统和方法可能不会显著影响不需要偏移保护的音频信号。

所公开的电路和方法可用于各种系统中，包括但不限于智能扬声器(例如，声控虚拟助理)、移动设备(例如，移动电话、平板电脑)、音频处理器(例如，数字混合板)和智能放大器(例如，集成放大器电路)。本发明所公开的电路和方法可在将音频转换成模拟音频信号并传输到扬声器之前在音频处理流的数字部分中实现。

图1示出了根据本公开的可能实施方式的被配置用于具有偏移保护的音频回放的计算设备的框图。计算设备100包括扬声器110。扬声器可以是被配置为将电模拟音频信号转换成对应声波115的各种类型和材料。扬声器110可包括定位在由磁体产生的磁场内的音圈(即，线圈)，使得线圈中的电流和磁场可产生物理力，该物理力可将扬声器的隔膜(例如，纸盆)移动(移位)由音频信号确定的偏移量。扬声器包括支撑隔膜并提供返回力以抵消扬声器110的偏移120(即，位移)的悬架。

计算设备100还可包括放大器125(例如，功率放大器)和数模(D/A)转换器130，它们一起将数字音频信号转换成适当水平的模拟音频信号以驱动扬声器。然而，当用具有高于适当水平的振幅的音频信号驱动扬声器时(即，当扬声器被过驱动时)，扬声器110的偏移120可超过为扬声器110指定的最大偏移，并且可导致对扬声器110的损坏或改变。

扬声器可被多种源过驱动超过其设计的最大偏移(即，偏移极限)。一些源是有意的。例如，可处理音频信号以增强低音响应，从而产生超出扬声器(例如，小型多用途扬声器)的能力的低频分量。一些源是无意的。例如，瞬态信号可产生高振幅、短持续时间(即，脉冲)信号，该信号可使扬声器移动超过例如由音乐或语音产生的半稳态音调。由过驱动扬声器引起的移动可超过最大偏移过度偏移量(即，过偏移)。扬声器的偏移保护可能需要与过偏移成比例的对音频信号的调节。

在一些实施方式中，计算设备还可包括靠近扬声器或与扬声器集成的传感器135。在一个可能的实施方式中，传感器135可被配置为生成对应于扬声器的位置和/或移动(例如，速度、加速度)的感测信号。在另一个可能的实施方式中，传感器135可被配置为生成对应于扬声器的电压(例如，驱动电压)或电流(例如，驱动电流)的感测信号。电压/电流测量值可被数字化并反馈到处理器。该感测信号可用于确定(即，导出)描述(即，建模)扬声器的操作的扬声器参数。因此，在一些实施方式中，可以更新(例如，周期性地更新)扬声器模型以考虑环境和/或扬声器的物理变化。表1中示出了可用于对扬声器进行建模的可能的扬声器参数。

表1：示例性扬声器参数

扬声器参数	符号	单位
			隔膜质量	M<sub>ms</sub>	g
悬架刚度	K<sub>ms</sub>	N/m
			悬架的机械阻力	R<sub>ms</sub>	N·s/m
线圈的直流(DC)电阻	R<sub>e</sub>	Ω
			线圈上磁场的力因子	Bl	T·m
谐振频率	F<sub>s</sub>	Hz

计算设备100还可包括存储器140。例如，计算设备可包括存储计算机可读指令的非暂态计算机可读存储器，该计算机可读指令在由处理器145执行时可使得处理器(以及更一般地，计算设备)执行方法，诸如用于偏移保护150的方法或用于与音频源(即，音频接口155)进行交互的方法。

在一些实施方式中，音频接口155可以被配置为从音频源(例如，文件、比特流、设备等)接收或检索音频数据。例如，音频接口155可从存储器140或从网络160检索音频数据，该网络可以有线或无线方式将音频源耦接到计算设备100。音频接口155还可将所接收的音频转换成数字音频信号(即，音频信号)。

存储器还可包括描述扬声器的操作的扬声器模型。例如，扬声器模型可使用例如表1中列出的扬声器参数中的一个或多个基于输入音频信号来限定扬声器的位移(X)。存储器还可包括可以多种数字音频格式存储的音频文件。在可能的实施方式中，音频接口155可以从存储器检索音频文件并将音频文件转换为音频信号。

存储器还可包括软件指令、模块、程序等。例如，存储器可包括计算机可读指令，该计算机可读指令在由处理器执行时执行用于将扬声器的移动限制在最大偏移以下的方法。当配置时，处理器可分析音频信号的各方面以预测扬声器的偏移，并且当确定预测的偏移超过(预先确定的)最大偏移时调节音频信号。所公开的方法可在不显著影响(例如，延迟)音频数据流的情况下提供该分析/调节，因此其可与另一种形式的偏移保护和/或音频处理组合。

图1所示的被配置用于具有偏移保护的音频回放的计算设备被完全集成，包括音频回放的数字部分和模拟部分两者。本发明所公开的方法可在多种其他硬件配置中实现，诸如图2和图3所示。这些附图中所示的各种实施方式表示一系列可能的实施方式，其可包括不同实施方式的功能、部件和/或特征的各种组合和/或子组合。例如，图2示出了根据本公开的可能实施方式的具有偏移保护的音频系统的框图。系统200包括物理上不同但通信地耦接的计算设备210、放大器220和扬声器110。在可能的实施方式中，系统200可包括多个扬声器。

又如，图3示出了根据本公开的可能实施方式的智能放大器的框图，该智能放大器被配置为放大具有偏移保护的音频信号。智能放大器300被配置为将音频源320耦接到扬声器110。在一些实施方式中，智能放大器可被配置为(例如，经由模数转换器)从扬声器接收感测信号。该感测信号可对应于扬声器对音频信号(例如，位置或移动)和/或与扬声器相关联的信号(例如，电压或电流)的响应。智能放大器300的处理器325(例如，数字信号处理器(DSP))可被配置为从感测信号导出扬声器参数(例如，如表1所示)。在可能的实施方式中，所导出的扬声器参数可用于更新扬声器模型。

扬声器模型可被实现为扬声器(X)的位置/位移与输入音频信号(例如，V_IN)之间的数学关系(例如，公式)。换句话讲，扬声器模型可用于预测扬声器针对给定输入音频信号(即，音频信号)的位置(即，偏移)。

扬声器基于音频信号的频率内容(即，频谱)来不同地响应音频信号。类似于质量块和弹簧，扬声器可表现出其最容易响应于输入的谐振频率(即，谐振、自谐振)。因此，扬声器可以与频率高于扬声器谐振频率的输入信号不同的方式对频率低于扬声器谐振频率(F_s)的输入信号进行响应。

对于低于谐振频率的输入音频信号，扬声器与输入音频信号(即，V_IN)同相且成比例地移动，从而简化次谐振(sub-resonance)(即，次谐振(sub-resonant))频率的扬声器模型，如下所示。

X(n)＝C·V_in(n) (1)

对于上述公式(1)，X为扬声器位移，V_in为音频信号，n为样本，并且C为比例常数。在一些实施方式中，C可通过扬声器参数来描述，如下所示。

因此，对于低频音频信号，预测偏移可通过用于次谐振频率音频信号的扬声器模型来变得简单。因此，所公开的方法利用次谐振偏移预测中的简化来以计算有效的方式应用低频偏移保护。该方法可能是有利的，因为过偏移可容易地由次谐振(例如，低音)频率引起。

过偏移也可容易地由瞬态信号(例如，爆裂、静电等)引起，并且低频偏移保护可能无法预测和调节这些瞬态信号。因此，本发明所公开的方法将低频偏移保护与瞬态偏移保护相结合。

图4示出了根据本公开的可能实施方式的偏移保护模块(即，偏移保护)的框图。偏移保护150包括低频偏移保护500部件和瞬态偏移保护600部件。偏移保护150被配置为在低频偏移保护500的输入处接收输入音频信号410(即，音频信号410)。低频偏移保护500被配置为调节音频信号410并在其输出处返回音频信号(即，HPF音频信号420)的高通滤波(HPF)版本。然后将HPF音频信号420输入到瞬态偏移保护600。瞬态偏移保护600被配置为调节HPF音频信号，并且在其输出处返回保护扬声器免于过偏移的音频信号(即，受保护的音频信号430)。在一些实施方式中，偏移保护可被配置为接收感测信号440(例如，从扬声器传感器)，该感测信号可用于例如更新低频偏移保护500和/或瞬态偏移保护600以改变扬声器。

图5示出了图4所示的偏移保护实施方式的低频偏移保护部件的框图。低频偏移保护500包括固定高通滤波器510。固定高通滤波器(HPF)被配置为使音频信号410的频率通过，该频率高于固定截止频率(F_{c_fix})。在可能的实施方式中，固定截止频率低于扬声器的谐振频率(Fs)。例如，固定截止频率可为扬声器的谐振频率的1/4，诸如下文所示。

由固定高通滤波器510阻挡的频率可对受保护的音频信号420具有最小影响，因为扬声器可对(即，响应于)被阻挡的频率分量具有非常小的(如果有的话)灵敏度。

低频偏移防护500还包括可调节的高通滤波器550。可调节的高通滤波器550被配置为使经滤波的音频信号412的频率通过，该频率高于可调节的截止频率(F_{c_adj})。在正常(即，默认)状态下(即，当不需要排除保护时)，可调节的截止频率可等于固定截止频率，使得当在扬声器110上播放时，HPF音频信号420被感知为大致等于音频信号410。例如，当F_{c_fix}＝F_{c_adj}＝1/4F_s时，扬声器可对HPF音频信号420和音频信号410具有类似(例如，相同)的响应。

低频偏移保护可通过调节(例如，提高)可调节的截止频率来实现，使得音频信号的附加低频分量(高于1/4F_s)被阻挡。在可能的实施方式中，可调节的截止频率在下文所示的范围内是可调节的。

调节量可取决于对由音频信号410的次谐振频率引起的偏移的预测，该次谐振频率在扬声器中引起显著响应。

低频偏移保护500包括低通滤波器520(LPF)。低通滤波器被配置为使音频信号410的频率通过，该频率低于低通截止频率(F_{c_lp})。换句话讲，低通滤波器使音频信号的低通滤波版本通过。在可能的实施方式中，低通截止频率是扬声器的谐振频率(F_s)，诸如下文所示。

F_{c_lp}＝F_s (5)

在通过固定高通滤波器510和低通滤波器520之后，音频信号可仅包含处于扬声器的谐振频率和低于扬声器的谐振频率的频率分量。如上所述，对于该频率体系中的音频信号，扬声器偏移可通过扬声器模型545预测，其中偏移与音频信号成比例(例如，参见公式(1))，并且其中模型的扬声器参数是预先测量的(例如，工厂设置)或在线测量的(例如，来自传感器)。因此，低频偏移保护500包括峰值检测530，该峰值检测应用于扬声器模型545以预测由于次谐振频率(即，次谐振偏移预测540)引起的扬声器偏移(即，移动)。次谐振偏移预测可被进一步配置为将预测偏移与阈值(例如，最大偏移)进行比较。当扬声器的移动的次谐振偏移预测超过最大偏移时，可以提高可调节的高通滤波器550的可调节截止频率。当提高时，可调节的高通滤波器550可以阻止预测会引起过偏移的音频信号的频率。在一个可能的实施方式中，次谐振偏移预测540将次谐振偏移预测和最大偏移之间的差值计算为低频过偏移。然后，次谐振偏移预测540可被配置为生成提高可调节高通滤波器550的可调节截止频率的信号。可使用各种算法来确定低频过偏移与可调节截止频率提高的量之间的关系。在一个可能的实施方式中，可调节的截止频率与低频过偏移成比例地提高。

因为音频信号中的瞬变可导致扬声器移动超过稳态音调，所以低频偏移保护500可能不足以消除或减少来自音频信号的所有过偏移信号。因此，低频偏移保护的输出处的音频信号的HPF版本被保护以防止由于瞬变引起的过偏移。

图6示出了图4所示的偏移保护实施方式的瞬态偏移保护部件的框图。瞬态偏移保护600包括具有可调增益的放大器640。当在所接收的HPF音频信号420中预测到瞬态音频信号时，可减小放大器640的可调节增益以减小和/或限制由瞬态音频信号引起的偏移。换句话讲，放大器640可作为可变衰减器操作，该可变衰减器可衰减具有瞬变的音频信号。

为了防止瞬态音频信号在扬声器中引起惯性运动，该惯性运动无法通过可调节增益的变化而减慢或停止，瞬态偏移保护包括延迟缓冲器(即，延迟610)。延迟提供瞬态偏移保护600时间以在扬声器的移动达到无法通过简单的增益调节来克服的惯性之前调节放大器640的增益。本发明所公开的方法的有利方面在于，延迟不大，因为瞬态偏移保护600接收音频信号420的高通滤波版本。换句话讲，延迟的大小可对应于在瞬态偏移保护的输入处接收的音频信号的最低频率。由于该信号音频信号被先前的保护模块高通滤波，因此可减小延迟。因此，在本发明所公开的方法中，低频偏移保护500有利于具有小延迟的瞬态偏移保护。当延迟610的大小变小时，偏移保护150对其监视和调节的数字音频流的冲击(即，影响)减小，这可为有利的，原因在于包括(但不限于)用户的不可见性、与其他音频处理/设备的兼容性等的多种原因。虽然可使延迟较小，但其可足够大以便不产生听觉伪影。

瞬态偏移保护600包括基于扬声器模型625的瞬时偏移预测620，其中模型的扬声器参数是预先测量的(例如，出厂设置)或在线测量的(例如，来自传感器)。可以实现各种扬声器模型，并且所公开的方法不限于任何特定的扬声器模型。在一种可能的实施方式中，用于瞬时偏移预测的扬声器模型可以如下所示。

X(n)＝d·(a·V(n)+b·X(n-1)+c·X(n-2)) (6)

对于上述公式(6)，X是扬声器位移，V是HPF音频信号，n是当前(瞬时)样本，n-1是先前样本，并且n-2是先前样本。换句话讲，扬声器的移动的瞬时偏移预测可基于音频信号和扬声器的先前位置。二阶方程包括由扬声器参数描述的常数a、b、c和d，如下所示，其中T_s是采样周期。

b＝R_ms·T_s+2M_ms (8)

c＝-M_ms (9)

在可能的实施方式中，常数a、b、c和d可基于来自扬声器的感测信号440进行更新(例如，根据需要周期性地更新)。

压缩器630被配置为从瞬时偏移预测620接收预测偏移。压缩器可将预测偏移与阈值(即，限值)进行比较。例如，如果预测偏移高于(预定的)最大偏移，则压缩器630可生成信号以控制可调节增益放大器640的增益，从而使信号衰减出延迟610(即，延迟的高通滤波版本)。衰减量(即，压缩比)可与预测过偏移成比例地增加。例如，当预测过偏移高于最大偏移3分贝(dB)时，所施加的衰减可为3dB。由于衰减发生在延迟610之后，音频信号的在瞬变之前的一部分衰减。音频信号在瞬变之前的这种衰减降低了扬声器在瞬变之前的动量。动量的这种减小有助于防止瞬变添加足够的动量以产生不可控制的移动。

用于触发偏移保护的最大偏移(即，偏移极限)可具有不同地确定的值。例如，用于滤波器调节和/或压缩调节的最大偏移可针对一类扬声器导出/测量，或者可逐个扬声器地导出/测量。最大偏移的推导和/或测量可在实施方式(例如，出厂设置)之前的时间执行。在可能的实施方式中，最大偏移可以是可调节的(例如，客户可控制的)。可调节性可为不同类别的预期音频信号提供更多的保护灵活性(例如，评级)。

图7是根据本公开的可能实施方式的用于将扬声器的移动限制在最大偏移以下的方法的流程图。该方法700包括接收710音频信号。为了将扬声器的移动限制在最大偏移以下，方法700产生受保护的音频信号750，该受保护的音频信号被分析其将扬声器驱动至过偏移的可能性，并且根据需要进行调节以防止过偏移。该方法首先应用720低频偏移保护。低频偏移保护包括确定721次谐振偏移预测，该次谐振偏移预测可对应于基于扬声器的谐振以下的音频信号的频率分量的扬声器的偏移量。然后将次谐振偏移预测与最大偏移进行比较722。当预测超过723(是)最大偏移(或以其他方式满足偏移条件)时，调节音频信号(例如，滤波以移除频率分量)。否则(否)，不(显著地)调节音频信号。

在低频偏移保护之后，方法700应用730瞬态偏移保护。瞬态偏移保护包括确定瞬时偏移预测，该瞬时偏移预测可对应于基于音频信号的当前样本和先前样本的扬声器的偏移量。然后将瞬时偏移预测与最大偏移进行比较732。当预测超过733(是)最大偏移(或以其他方式满足偏移条件)时，调节(例如，衰减、压缩)音频信号。否则(否)，不(显著地)调节音频信号。

本发明所公开的方法及其实施方式可有利地为扬声器的放大器的选择提供灵活性，反之亦然。例如，本发明所公开的方法能够允许功率放大器(例如，D类放大器)连接到扬声器，而不用担心扬声器不能处理其全输出功率。这种增加的灵活性可消除对创建多个放大器设计以驱动多种不同扬声器的需要。

在说明书和/或附图中，已经公开了典型的实施方案。本公开不限于此类示例性实施方案。术语“和/或”的使用包括一个或多个相关联列出条目的任意组合和所有组合。附图是示意性表示并且因此未必按比例绘制。除非另有说明，否则特定术语已用于通用和描述性意义，而非用于限制的目的。

除非另外定义，否则本文所用的所有技术和科学术语具有与本领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。可以在本公开的实践或测试中使用与本文所述的那些类似或等同的方法和材料。如本说明书中以及所附权利要求书中所用，单数形式“一个”、“一种”、“该”包括多个指代物，除非上下文另有明确规定。如本文所用的术语“包含”及其变型形式与术语“包括”及其变型形式同义地使用，并且是开放式的非限制性术语。本文所用术语“任选的”或“任选地”是指随后描述的特征、事件或情况可能发生或可能不发生，并且该描述包括所述特征、事件或情况发生的实例和不发生的实例。范围在本文中可以表达为从“约”一个特定值，和/或到“约”另一个特定值。当表达这样的范围时，一个方面包括从一个特定值和/或到另一个特定值。类似地，当值通过使用先行词“约”表达为近似值时，应当理解，该特定值形成另一个方面。还应当理解，每个范围的端点相对于另一个端点是重要的，并且独立于另一个端点。

一些实施方式可使用各种半导体处理和/或封装技术来实现。一些实施方式可使用与半导体衬底相关联的各种类型的半导体处理技术来实现，该半导体衬底包含但不限于，例如硅(Si)、砷化镓(GaAs)、氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)等。

虽然所描述的实施方式的某些特征已经如本文所述进行了说明，但是本领域技术人员现在将想到许多修改形式、替代形式、变化形式和等同形式。因此，应当理解，所附权利要求书旨在涵盖落入实施方式的范围内的所有此类修改形式和变化形式。应当理解，这些修改形式和变化形式仅仅以举例而非限制的方式呈现，并且可以进行形式和细节上的各种变化。除了相互排斥的组合以外，本文所述的装置和/或方法的任何部分可以任意组合进行组合。本文所述的实施方式可包括所描述的不同实施方式的功能、部件和/或特征的各种组合和/或子组合。

Claims

1.一种计算设备，包括：

扬声器，所述扬声器被配置为根据音频信号移动；和

处理器，所述处理器由软件指令配置为执行将所述扬声器的移动限制在最大偏移以下的方法，所述方法包括：

接收所述音频信号；

将低频偏移保护应用于所述音频信号，所述低频偏移保护包括：

确定所述扬声器的移动的次谐振偏移预测；

将所述次谐振偏移预测与所述最大偏移进行比较；以及

当所述次谐振偏移预测满足偏移条件时，调节所述音频信号；以及

在将所述低频偏移保护应用于所述音频信号之后，将瞬态偏移保护应用于所述音频信号，所述瞬态偏移保护包括：

确定所述扬声器的所述移动的瞬时偏移预测；

将所述瞬时偏移预测与所述最大偏移进行比较；以及

当所述瞬时偏移预测满足偏移条件时，调节所述音频信号。

2.根据权利要求1所述的计算设备，其中：

所述计算设备还包括传感器，所述传感器被配置为生成对应于所述扬声器的感测信号；并且

将所述扬声器的移动限制在最大偏移以下的所述方法还包括：

基于所述感测信号来导出扬声器参数；以及

基于所导出的扬声器参数来更新至少一个扬声器模型，基于所更新的至少一个扬声器模型来更新所述次谐振偏移预测和所述瞬时偏移预测。

3.根据权利要求1所述的计算设备，其中当所述次谐振偏移预测满足所述偏移条件时，所述调节所述音频信号包括：

将所述次谐振偏移预测和所述最大偏移之间的差值计算为低频过偏移，其中所述扬声器的所述移动的所述次谐振偏移预测基于所述音频信号的低通滤波版本，所述音频信号的所述低通滤波版本包括所述扬声器的谐振频率处和其以下的频率；以及

与所述低频过偏移成比例地提高可调节的高通滤波器的截止频率，其中所述可调节的高通滤波器输出所述音频信号的高通滤波版本，所述高通滤波版本包括高于所述可调节的高通滤波器的所述截止频率的频率。

4.根据权利要求3所述的计算设备，其中所述扬声器的所述移动的所述瞬时偏移预测基于所述音频信号的所述高通滤波版本和所述扬声器的先前位置。

5.根据权利要求4所述的计算设备，其中当所述瞬时偏移预测满足所述偏移条件时，所述调节所述音频信号包括：

延迟所述音频信号的所述高通滤波版本；

将所述瞬时偏移预测和所述最大偏移之间的差值计算为高频过偏移；以及

控制压缩器以按压缩比使所述音频信号的所延迟的高通滤波版本衰减，所述压缩比与所述高频过偏移成比例。

6.一种将扬声器的移动限制在最大偏移以下的方法，包括：

接收音频信号；

确定所述扬声器的所述移动的次谐振偏移预测；

将所述次谐振偏移预测与所述最大偏移进行比较；以及

当所述次谐振偏移预测超过所述最大偏移时，调节所述音频信号；以及

确定所述扬声器的所述移动的瞬时偏移预测；

将所述瞬时偏移预测与所述最大偏移进行比较；以及

当所述瞬时偏移预测超过所述最大偏移时，调节所述音频信号。

7.根据权利要求6所述的将扬声器的移动限制在最大偏移以下的方法，还包括：

接收对应于所述扬声器对所述音频信号的响应的感测信号；

基于所述感测信号来导出扬声器参数；以及

8.根据权利要求6所述的将扬声器的移动限制在最大偏移以下的方法，其中当所述次谐振偏移预测超过所述最大偏移时，所述调节所述音频信号包括：

9.根据权利要求8所述的将扬声器的移动限制在最大偏移以下的方法，其中所述扬声器的所述移动的所述瞬时偏移预测基于所述音频信号的所述高通滤波版本和所述扬声器的先前位置。

10.根据权利要求9所述的将扬声器的移动限制在最大偏移以下的方法，其中当所述瞬时偏移预测超过所述最大偏移时，所述调节所述音频信号包括：

延迟所述音频信号的所述高通滤波版本；

11.一种智能放大器，包括：

处理器，所述处理器由软件指令配置为执行方法，所述方法包括：

接收音频信号；

接收对应于扬声器对所述音频信号的响应的感测信号，所述扬声器耦接到所述智能放大器；

根据所述感测信号导出扬声器参数；

基于所导出的扬声器参数来更新至少一个扬声器模型；

确定所述扬声器的移动的次谐振偏移预测，所述次谐振偏移预测基于所更新的至少一个扬声器模型；

将所述次谐振偏移预测与最大偏移进行比较；以及

当所述次谐振偏移预测超过所述最大偏移时调节所述音频信号，以将所述扬声器的移动限制在所述最大偏移以下；以及

确定所述扬声器的所述移动的瞬时预测，所述瞬时预测基于所更新的至少一个扬声器模型；

将所述瞬时预测与所述最大偏移进行比较；以及

当所述瞬时预测超过所述最大偏移时调节所述音频信号，以将所述扬声器的移动限制在所述最大偏移以下。