CN113271522B - 一种扬声器输出功率控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种扬声器输出功率控制方法及系统，该方法包括：将原始音频信号和小幅度激励信号进行合成，得到音频合成信号，并将音频合成信号进行复制，得到第一音频信号和第二音频信号；对第一音频信号进行延迟处理，得到延迟处理后的第一音频信号；对第二音频信号进行均方根处理，得到第二音频信号的均方根，并根据第二音频信号的均方根和扬声器输出功率阈值，获取目标音频输入信号增益系数；根据目标音频输入信号增益系数，对延迟处理后的第一音频信号进行增益处理，以用于控制扬声器的输出功率。本发明实施例确保了扬声器得到有效保护，同时可最大限度的提高扬声器的输出功率和响度。

Description

一种扬声器输出功率控制方法及系统

技术领域

本发明涉及信号处理技术领域，尤其涉及一种扬声器输出功率控制方法及系统。

背景技术

作为新一代的功率放大器，智能功率放大器(Smart Power Amplifier,简称SPA)利用实时的音圈反馈信号进行扬声器的输出功率控制，在保护微型扬声器不产生热损害和机械损害的前提下，允许其长时间以较大功率进行输出，以满足消费者对手机外放等移动音频应用场景下的大音量、大响度的需求。

扬声器生产商提供的规格书中一般给定了扬声器的额定噪声功率值(ratedpower)和极限温度阈值(Tmax)，而根据这两个指标也形成了两种不同类型的扬声器输出功率控制方法，因此，现有扬声器输出功率控制方法主要可分为以下两类：1、基于额定功率的输出功率控制方法，通过监控扬声器输入信号的均方值，实时调整一个可变增益模块的增益，对输入信号幅度进行时域整体控制，将扬声器实际工作功率限定至其额定功率以下；2、基于极限温度阈值的输出功率控制方法，通过在喇叭播放的音源信号上叠加了人耳不敏感的低频分量，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，最后再根据线圈温度实时调整一个可变增益模块的增益，将喇叭线圈温度控制在某个阈值以下。

然而，基于功率的控制方法，由于扬声器的额定功率由各个厂家提供，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，并不保证在任意输入信号的情况下，扬声器都以额定功率持续工作；基于温度的控制方法，极限温度阈值(Tmax)是厂家根据音圈组成材料的耐温值而给定的较为保守的估计值，而非经过严格试验获取的音圈最大允许温度，故将喇叭线圈温度控制在极限温度阈值以下必定会引起过保护，损失部分扬声器性能。因此，现在亟需一种扬声器输出功率控制方法及系统来解决上述问题。

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输出功率控制方法及系统。

第一方面，本发明实施例提供了一种扬声器输出功率控制方法，包括：

将原始音频信号和小幅度激励信号进行合成，得到音频合成信号，并将所述音频合成信号进行复制，得到第一音频信号和第二音频信号；

对所述第一音频信号进行延迟处理，得到延迟处理后的第一音频信号；

对所述第二音频信号进行均方根处理，得到所述第二音频信号的均方根，并根据所述第二音频信号的均方根和扬声器输出功率阈值，获取目标音频输入信号增益系数；

根据所述目标音频输入信号增益系数，对所述延迟处理后的第一音频信号进行增益处理，以用于控制扬声器的输出功率。

进一步地，所述将原始音频信号和小幅度激励信号进行合成，得到音频合成信号，包括：

获取多组频率不同的小幅度单频信号，其中，每组小幅度单频信号的频率小于100Hz；通过伪随机序列对每组小幅度单频信号进行幅度调制，并将幅度调制后的小幅度单频信号进行组合，得到小幅度激励信号，以根据原始音频信号和所述小幅度激励信号得到音频合成信号；

或，通过低通滤波器对线性扫频信号或对数扫频信号进行处理，得到小幅度激励信号，以根据原始音频信号和所述小幅度激励信号得到音频合成信号。

进一步地，所述对所述第二音频信号进行均方根处理，得到所述第二音频信号的均方根，并根据所述第二音频信号的均方根和扬声器输出功率阈值，获取目标音频输入信号增益系数，包括：

根据扬声器的实时线圈温度和预设温度阈值，获取对应的比例控制参数Kp，以及所述实时线圈温度和所述预设温度阈值之间的差值ΔThr；

获取所述实时线圈温度和上一采样时刻线圈温度之间的变化量ΔT；

根据所述比例控制参数Kp、所述实时线圈温度和所述预设温度阈值之间的差值ΔThr和所述实时线圈温度和上一采样时刻线圈温度之间的变化量ΔT，获取当前采样时刻的增益控制系数M：

M＝(1+Kp·ΔThr-Kd*ΔT)*(1-Ki)+Ki*M₀；

其中，Kd表示微分控制参数，Ki表示积分控制参数，M₀表示上一采样时刻的增益控制系数；

根据所述增益控制系数M和扬声器额定功率，对扬声器输出功率阈值进行更新，以根据更新后的扬声器输出功率阈值和所述第二音频信号的均方根，获取得到目标音频输入信号增益系数。

进一步地，在根据所述比例控制参数Kp、所述实时线圈温度和所述预设温度阈值之间的差值ΔThr和所述实时线圈温度和上一采样时刻线圈温度之间的变化量ΔT，获取当前采样时刻的增益控制系数M之后，所述方法还包括：

根据所述增益控制系数M、扬声器输出功率阈值和所述第二音频信号的均方根，获取得到目标音频输入信号增益系数。

进一步地，在根据所述比例控制参数Kp、所述实时线圈温度和所述预设温度阈值之间的差值ΔThr和所述实时线圈温度和上一采样时刻线圈温度之间的变化量ΔT，获取当前采样时刻的增益控制系数M之后，所述方法还包括：

根据所述增益控制系数M，对所述第二音频信号进行增益处理，得到第三音频信号，并对所述第三音频信号进行均方根处理，得到所述第三音频信号的均方根；

根据所述第三音频信号的均方根和扬声器额定功率，获取得到目标音频输入信号增益系数。

进一步地，所述根据所述比例控制参数Kp、所述实时线圈温度和所述预设温度阈值之间的差值ΔThr和所述实时线圈温度和上一采样时刻线圈温度之间的变化量ΔT，获取当前采样时刻的增益控制系数M，包括：

根据预设增益控制规则，构建增益控制系数M；

所述预设增益控制规则具体包括：通过所述比例控制参数Kp和微分控制参数Kd，构建增益控制系数M：

M＝(1+Kp·ΔThr-Kd*ΔT)；

或，通过所述比例控制参数Kp和积分控制参数Ki，构建增益控制系数M：

M＝(1+Kp·ΔThr)*(1-Ki)+Ki*M₀；

或，通过所述比例控制参数Kp、所述微分控制参数Kd和所述积分控制参数Ki，基于PID控制离散表达式，构建增益控制系数M：

M＝1+Kp·ΔThr+Ki·∑ΔThr+Kd·(ΔThr-ΔThr₀)；

其中，ΔThr₀表示上一采样时刻的线圈温度和预设温度阈值之间的差值。

进一步地，在所述根据所述目标音频输入信号增益系数，对所述延迟处理后的第一音频信号进行增益处理，以用于控制扬声器的输出功率之后，所述方法还包括：

对所述比例控制参数Kp、所述微分控制参数Kd和所述积分控制参数Ki进行调整优化，以根据调整优化后的比例控制参数Kp、微分控制参数Kd和积分控制参数Ki对扬声器输出功率进行控制。

第二方面，本发明实施例提供了一种扬声器输出功率控制系统，包括：

音频信号合成模块，用于将原始音频信号和小幅度激励信号进行合成，得到音频合成信号，并将所述音频合成信号进行复制，得到第一音频信号和第二音频信号；

延迟处理模块，用于对所述第一音频信号进行延迟处理，得到延迟处理后的第一音频信号；

增益控制模块，用于对所述第二音频信号进行均方根处理，得到所述第二音频信号的均方根，并根据所述第二音频信号的均方根和扬声器输出功率阈值，获取目标音频输入信号增益系数；

输出功率控制模块，用于根据所述目标音频输入信号增益系数，对所述延迟处理后的第一音频信号进行增益处理，以用于控制扬声器的输出功率。

第三方面，本发明实施例提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如第一方面所提供的方法的步骤。

第四方面，本发明实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如第一方面所提供的方法的步骤。

本发明实施例提供的一种扬声器输出功率控制方法及系统，相比现有技术，本发明实施例中的功率限制阈值非定值，允许线圈在不超温时，扬声器实际功率超过额定功率，以使得在有效保护扬声器前提下，提高了扬声器输出功率，从而可规避纯功率保护在极限环境温度下，对线圈温度保护失效的风险；并且，允许音圈温度在安全范围内适量的超过Tmax，避免了过保护现象的出现，可最大限度的提高扬声器的输出功率和响度。

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为本发明实施例提供的扬声器输出功率控制方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的参数整定后的扬声器温度曲线和线圈电压RMS曲线的示意图；

图3为本发明实施例提供的扬声器输出功率控制系统的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的电子设备结构示意图。

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、完整地描述，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作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。

现有扬声器输出功率控制方法中，基于功率的控制方法，由于扬声器的额定功率由各个厂家提供，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，并不保证在任意输入信号的情况下，扬声器都以额定功率持续工作，并且，针对移动手持设备在某些环境温度异常高的使用场景中(如长时间放置于被暴晒的车辆中，或手机内部元件异常发热)，由于线圈散热不利，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；基于温度的控制方法，极限温度阈值(Tmax)是厂家根据音圈组成材料的耐温值而给定的较为保守的估计值，而非经过严格试验获取的音圈最大允许温度，故将喇叭线圈温度控制在极限温度阈值以下必定会引起过保护，损失部分扬声器性能，并且，音圈温度具有大滞后的特性，而馈给音圈的音乐信号幅度和频率又具有随机性，现有的基于温度的控制方案根据当前时刻的温度进行输出控制，缺乏信号功率或温度的预测，很容易造成温度过冲或振荡、过保护和输出响度忽大忽小的现象。

因此，本发明实施例提供了一种扬声器输出功率控制方法及系统，优先遵循扬声器规格书指定的额定功率阈值对扬声器的输出功率进行控制，同时将音圈实时温度作为功率阈值的自适应调节因子，并引入信号功率的预测，使得对任意形式的输入信号，在常温或极高环境温度的使用场景中，扬声器均可在不受损害的前提下尽可能以最大功率进行输出，显著的提升扬声器响度听感。

图1为本发明实施例提供的扬声器输出功率控制方法的流程示意图，如图1所示，本发明实施例提供了一种扬声器输出功率控制方法，包括：

步骤101，将原始音频信号和小幅度激励信号进行合成，得到音频合成信号，并将所述音频合成信号进行复制，得到第一音频信号和第二音频信号；

在本发明实施例中，将低频段的小幅度激励信号与待播放的音频信号(即原始音频信号)进行合并，作为输入信号经放大后流入扬声器音圈。其中，将该音频合成信号复制为两份相同的音频信号，记为第一音频信号和第二音频信号。

步骤102，对所述第一音频信号进行延迟处理，得到延迟处理后的第一音频信号；

步骤103，对所述第二音频信号进行均方根处理，得到所述第二音频信号的均方根，并根据所述第二音频信号的均方根和扬声器输出功率阈值，获取目标音频输入信号增益系数；

在本发明实施例中，首先创建主链路(main chain)和分支链路(side chain)，其中，分支链路用于对主链路上的输入信号进行功率预测和功率控制。进一步地，将第一音频信号整体延迟N个采样间隔后，作为主链路的输入，并将当前采样时刻的第二音频信号作为分支链路的输入；然后对第二音频信号进行均方根处理，获取在预设时间窗口内的均方根RMS，并根据该均方根RMS和扬声器输出功率阈值THR，获取目标音频输入信号增益系数Gain：

该目标音频输入信号增益系数Gain使得扬声器输入信号在全频段上的均方根值不超过扬声器输出功率阈值THR。优选地，在本发明实施例中，为防止上述目标音频输入信号增益的变化过于突然，可对上述目标音频输入信号增益系数Gain进行平滑处理(时间常数可调)，以根据平滑处理后的目标音频输入信号增益系数Gain对第一音频信号进行增益处理。

步骤104，根据所述目标音频输入信号增益系数，对所述延迟处理后的第一音频信号进行增益处理，以用于控制扬声器的输出功率。

在本发明实施例中，将延迟处理后的第一音频信号乘以上述实施例提供的目标音频输入信号增益系数Gain，得到增益后的第一音频信号，然后再输出到扬声器，从而对扬声器的输出功率进行了控制。

本发明实施例提供的一种扬声器输出功率控制方法，相比现有技术，本发明实施例中的功率限制阈值非定值，允许线圈在不超温时，扬声器实际功率超过额定功率，以使得在有效保护扬声器前提下，提高了扬声器输出功率，从而可规避纯功率保护在极限环境温度下，对线圈温度保护失效的风险；并且，允许音圈温度在安全范围内适量的超过Tmax，避免了过保护现象的出现，可最大限度的提高扬声器的输出功率和响度。

在上述实施例的基础上，所述将原始音频信号和小幅度激励信号进行合成，得到音频合成信号，包括：

获取多组频率不同的小幅度单频信号，其中，每组小幅度单频信号的频率小于100Hz；通过伪随机序列对每组小幅度单频信号进行幅度调制，并将幅度调制后的小幅度单频信号进行组合，得到小幅度激励信号，以根据原始音频信号和所述小幅度激励信号得到音频合成信号；

或，通过低通滤波器对线性扫频信号或对数扫频信号进行处理，得到小幅度激励信号，以根据原始音频信号和所述小幅度激励信号得到音频合成信号。

在本发明实施例中，小幅度激励信号可通过两种方法获取得到，在一实施例中，首先，生成若干组不同频率的小幅度单频信号，并将每个小幅度单频信号的频率限制为100Hz以下；再通过生成的伪随机序列，对上述小幅度单频信号进行幅度调制，并组合成一个多频率成分的激励信号，即小幅度激励信号。在另一实施例中，可将线性扫频信号或对数扫频信号，通过低通滤波器而获得小幅度激励信号。

在上述实施例的基础上，所述对所述第二音频信号进行均方根处理，得到所述第二音频信号的均方根，并根据所述第二音频信号的均方根和扬声器输出功率阈值，获取目标音频输入信号增益系数，包括：

根据扬声器的实时线圈温度和预设温度阈值，获取对应的比例控制参数Kp，以及所述实时线圈温度和所述预设温度阈值之间的差值ΔThr；

获取所述实时线圈温度和上一采样时刻线圈温度之间的变化量ΔT；

根据所述比例控制参数Kp、所述实时线圈温度和所述预设温度阈值之间的差值ΔThr和所述实时线圈温度和上一采样时刻线圈温度之间的变化量ΔT，获取当前采样时刻的增益控制系数M：

M＝(1+Kp·ΔThr-Kd*ΔT)*(1-Ki)+Ki*M₀；

其中，Kd表示微分控制参数，Ki表示积分控制参数，M₀表示上一采样时刻的增益控制系数；需要说明的是，在本发明实施例中，上述增益控制系数M的表达式为完整形式，该增益控制系数M其他类型的表达式也可用于本发明实施例中(在后续会进行说明)，本发明实施例对增益控制系数M的表达式不作具体限定。

根据所述增益控制系数M和扬声器额定功率，对扬声器输出功率阈值进行更新，以根据更新后的扬声器输出功率阈值和所述第二音频信号的均方根，获取得到目标音频输入信号增益系数。

在本发明实施例中，在获取得到目标音频输入信号增益系数之前，需要实时采集扬声器线圈的电压V和电流I信号，并对这两种信号分别进行低通滤波，根据预设的伪随机序列调制规则或扫频频率分布特性，将两种信号中各预设频率的成分分离，再分别将各频率的电压V和电流I成分的幅值或RMS值相除，从而计算得到扬声器线圈的阻抗和直流电阻值。优选地，在本发明实施例中，为提高扬声器线圈电阻的计算精度和稳定性，将当前计算的各频率的阻抗幅值进行比较，剔除异常大或异常小的样本，再对剩余样本进行求均值，将得到的均值结果作为扬声器线圈的直流电阻值。需要说明的是，在本发明实施例中，根据扬声器线圈直流电阻的变化量与扬声器线圈温度变化的线性关系，从而计算扬声器线圈的实时温度T，其中，利用扬声器线圈电压电流计算扬声器线圈电阻和温度为公知内容，本发明实施例对此不作具体限定，任意能实现计算扬声器线圈电阻和温度的方法均可适用于本发明实施例。

进一步地，根据扬声器的实时线圈温度T和预设温度阈值，获取对应的比例控制参数Kp，其中，比例控制参数Kp的公式为：

其中，T_ex表示第一预设温度阈值，T_cp表示第二预设温度阈值，T_ex＜T_cp，Kp_ex表示第一预设温度阈值对应的比例控制系数，Kp_cp表示第二预设温度阈值对应的比例控制系数，具体地，在本发明实施例中，可设置T_ex＝65°，T_cp＝90°。

进一步地，获取实时线圈温度和所述预设温度阈值之间的差值ΔThr，公式为：

然后，获取实时线圈温度T和上一采样时刻线圈温度T₀之间的变化量ΔT＝T-T₀；

进一步地，根据上述实施例提供的比例控制参数Kp、实时线圈温度和所述预设温度阈值之间的差值ΔThr和实时线圈温度和上一采样时刻线圈温度之间的变化量ΔT，获取当前采样时刻的增益控制系数M：

M＝(1+Kp·ΔThr-Kd*ΔT)*(1-Ki)+Ki*M₀；

具体地，在本发明实施例中，增益控制系数M的初始值可设置为1，并增加判定条件，将增益控制系数M的值限定于合理范围内，在本发明实施例中将增益控制系数M的取值区间设置为[0.2,10]。

进一步地，通过增益控制系数M对扬声器输出功率阈值THR进行实时更新，公式为：

THR＝M*P₀；

其中，P₀表示与扬声器额定功率相关的常数，即扬声器额定功率。

然后，在获取得到第二音频信号的均方根RMS之后，根据该均方根RMS和更新后的扬声器输出功率阈值THR，获取目标音频输入信号增益系数Gain：

在上述实施例的基础上，在根据所述比例控制参数Kp、所述实时线圈温度和所述预设温度阈值之间的差值ΔThr和所述实时线圈温度和上一采样时刻线圈温度之间的变化量ΔT，获取当前采样时刻的增益控制系数M之后，所述方法还包括：

根据所述增益控制系数M、扬声器输出功率阈值和所述第二音频信号的均方根，获取得到目标音频输入信号增益系数。

在本发明实施例中，增益控制系数M不限于对扬声器输出功率阈值THR进行控制，可将扬声器输出功率阈值THR设置为THR＝P₀，从而将增益控制系数M用于目标音频输入信号增益系数Gain：

在上述实施例的基础上，在根据所述比例控制参数Kp、所述实时线圈温度和所述预设温度阈值之间的差值ΔThr和所述实时线圈温度和上一采样时刻线圈温度之间的变化量ΔT，获取当前采样时刻的增益控制系数M之后，所述方法还包括：

根据所述增益控制系数M，对所述第二音频信号进行增益处理，得到第三音频信号，并对所述第三音频信号进行均方根处理，得到所述第三音频信号的均方根；

根据所述第三音频信号的均方根和扬声器额定功率，获取得到目标音频输入信号增益系数。

在本发明实施例中，通过增益控制系数M对将当前采样时刻的第二音频信号进行增益处理(将第二音频信号乘以增益控制系数M)，从而得到第三音频信号，然后，再对第三音频信号进行均方根处理，并将扬声器输出功率阈值THR设置为THR＝P₀，最终通过公式：

获取目标音频输入信号增益系数Gain，需要说明的是，在本发明实施例中，均方根RMS可理解为通过增益控制系数M对将当前采样时刻的第二音频信号进行增益处理后得到的均方根值，即第三音频信号的均方根。

在上述实施例的基础上，所述根据所述比例控制参数Kp、所述实时线圈温度和所述预设温度阈值之间的差值ΔThr和所述实时线圈温度和上一采样时刻线圈温度之间的变化量ΔT，获取当前采样时刻的增益控制系数M，包括：

根据预设增益控制规则，构建增益控制系数M；

所述预设增益控制规则具体包括：通过所述比例控制参数Kp和微分控制参数Kd，构建增益控制系数M：

M＝(1+Kp·ΔThr-Kd*ΔT)；

在本发明实施例中，仅采用比例控制参数Kp和微分控制参数Kd来进行增益控制，可在允许存在少量余差而扬声器温度滞后严重的应用场景中运用。或，通过所述比例控制参数Kp和积分控制参数Ki，构建增益控制系数M：

M＝(1+Kp·ΔThr)*(1-Ki)+Ki*M₀；

在本发明实施例中，仅采用比例控制参数Kp和积分控制参数Ki，可在系统温度滞后小、温度不允许有余差的控制场景中运用。

或，通过所述比例控制参数Kp、所述微分控制参数Kd和所述积分控制参数Ki，基于PID控制离散表达式，构建增益控制系数M：

M＝1+Kp·ΔThr+Ki·∑ΔThr+Kd·(ΔThr-ΔThr₀)；

其中，ΔThr₀表示上一采样时刻的线圈温度和预设温度阈值之间的差值。在本发明实施例中，可采用基本位置型PID控制离散表达式或其部分形式(PI或PD)进行增益控制系数M的计算，而不需要引入前后两个采样时刻的温度变化量ΔT。

进一步地，在本发明实施例中，增益控制系数M的计算公式是基于改进的比例积分微分算法(Proportion Integral Differential，简称PID)控制策略而获取得到的，用来自动对扬声器的功率进行快速且平滑的调节，从而让扬声器在不过热损坏的前提下尽可能以其最大功率输出，且保证任意随机的音乐信号作为输入时，输出功率的自动调节不会引起声音忽大忽小的现象。针对不同特性的扬声器，可针对增益控制系数M的公式，灵活采用比例控制参数(Kp)、积分控制参数(Ki)和微分控制参数(Kd)三者其一或两者自由组合的形式(即选用上述表达式的一部分进行增益控制)，而不限定于使用上述实施例中表达式的完整形式来获取增益控制系数M，以达到最佳的功率控制效果和音乐听感。

本发明实施例通过改进的PID温控策略和功率预测机制的引入，将音圈温度快速稳定的控制在设定范围内，使得温度控制收敛速度快，不会引起输出功率和听感的忽大忽小现象。

在本发明一实施例中，在扬声器的实时线圈温度未超过第一预设温度阈值(即T＜T_ex)的条件下，还可以允许上述实施例的扬声器以超过扬声器输出功率阈值THR进行输出，以提高常温下扬声器的输出功率。在本发明另一实施例中，将上述条件下(即扬声器的实时线圈温度未超过第一预设温度阈值)的增益控制系数M设置为1，即限制扬声器的最大输出功率为其额定功率值。另外，在无法提供准确的实时线圈温度的应用场景中，也可配置增益控制系数为定值1(M＝1)，即仅用恒定阈值进行扬声器输出功率控制。

在上述实施例的基础上，在所述根据所述目标音频输入信号增益系数，对所述延迟处理后的第一音频信号进行增益处理，以用于控制扬声器的输出功率之后，所述方法还包括：

对所述比例控制参数Kp、所述微分控制参数Kd和所述积分控制参数Ki进行调整优化，以根据调整优化后的比例控制参数Kp、微分控制参数Kd和积分控制参数Ki对扬声器输出功率进行控制。

在本发明实施例中，需要调整和确定最优的增益控制参数(Kp，Kd，Ki)。在上述参数的整定过程中，扬声器播放的音源可为粉噪信号以及其他可使扬声器快速升温的低频或高频的单频信号，如200Hz、300Hz、2kHz、3kHz或4kHz等单频信号。具体地，最优参数的判断准则为：1、实时线圈温度震荡和过冲的幅度较小；2、温度可快速收敛至指定温度阈值；3、扬声器线圈输入电压rms值平滑无剧烈振荡；4、扬声器听感无明显忽大忽小现象。图2为本发明实施例提供的参数整定后的扬声器温度曲线和线圈电压RMS曲线的示意图，可参考图2所示，在试验室测试环境温度为70℃时，经参数整定后的扬声器温度曲线和线圈电压RMS曲线，可见，在极端高温环境下，经参数整定后，可有效地将扬声器线圈温度控制在指定阈值以下，具有温度收敛速度快的效果，并且扬声器线圈温度和输入电压rms值均无振荡和忽大忽小的现象出现。

图3为本发明实施例提供的扬声器输出功率控制系统的结构示意图，如图3所示，本发明实施例提供了一种扬声器输出功率控制系统，包括音频信号合成模块301、延迟处理模块302、增益控制模块303和输出功率控制模块304，其中，音频信号合成模块301用于将原始音频信号和小幅度激励信号进行合成，得到音频合成信号，并将所述音频合成信号进行复制，得到第一音频信号和第二音频信号；延迟处理模块302用于对所述第一音频信号进行延迟处理，得到延迟处理后的第一音频信号；增益控制模块303用于对所述第二音频信号进行均方根处理，得到所述第二音频信号的均方根，并根据所述第二音频信号的均方根和扬声器输出功率阈值，获取目标音频输入信号增益系数；输出功率控制模块304用于根据所述目标音频输入信号增益系数，对所述延迟处理后的第一音频信号进行增益处理，以用于控制扬声器的输出功率。

本发明实施例提供的一种扬声器输出功率控制系统，相比现有技术，本发明实施例中的功率限制阈值非定值，允许线圈在不超温时，扬声器实际功率超过额定功率，以使得在有效保护扬声器前提下，提高了扬声器输出功率，从而可规避纯功率保护在极限环境温度下，对线圈温度保护失效的风险；并且，允许音圈温度在安全范围内适量的超过Tmax，避免了过保护现象的出现，可最大限度的提高扬声器的输出功率和响度。

本发明实施例提供的系统是用于执行上述各方法实施例的，具体流程和详细内容请参照上述实施例，此处不再赘述。

图4为本发明实施例提供的电子设备结构示意图，参照图4，该电子设备可以包括：处理器(processor)401、通信接口(Communications Interface)402、存储器(memory)403和通信总线404，其中，处理器401，通信接口402，存储器403通过通信总线404完成相互间的通信。处理器401可以调用存储器403中的逻辑指令，以执行如下方法：将原始音频信号和小幅度激励信号进行合成，得到音频合成信号，并将所述音频合成信号进行复制，得到第一音频信号和第二音频信号；对所述第一音频信号进行延迟处理，得到延迟处理后的第一音频信号；对所述第二音频信号进行均方根处理，得到所述第二音频信号的均方根，并根据所述第二音频信号的均方根和扬声器输出功率阈值，获取目标音频输入信号增益系数；根据所述目标音频输入信号增益系数，对所述延迟处理后的第一音频信号进行增益处理，以用于控制扬声器的输出功率。

此外，上述的存储器403中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

另一方面，本发明实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各实施例提供的扬声器输出功率控制方法，例如包括：将原始音频信号和小幅度激励信号进行合成，得到音频合成信号，并将所述音频合成信号进行复制，得到第一音频信号和第二音频信号；对所述第一音频信号进行延迟处理，得到延迟处理后的第一音频信号；对所述第二音频信号进行均方根处理，得到所述第二音频信号的均方根，并根据所述第二音频信号的均方根和扬声器输出功率阈值，获取目标音频输入信号增益系数；根据所述目标音频输入信号增益系数，对所述延迟处理后的第一音频信号进行增益处理，以用于控制扬声器的输出功率。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

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)

1.一种扬声器输出功率控制方法，其特征在于，包括：

将原始音频信号和小幅度激励信号进行合成，得到音频合成信号，并将所述音频合成信号进行复制，得到第一音频信号和第二音频信号；

对所述第一音频信号进行延迟处理，得到延迟处理后的第一音频信号；

对所述第二音频信号进行均方根处理，得到所述第二音频信号的均方根，并根据所述第二音频信号的均方根和扬声器输出功率阈值，获取目标音频输入信号增益系数；

根据所述目标音频输入信号增益系数，对所述延迟处理后的第一音频信号进行增益处理，以用于控制扬声器的输出功率；

所述目标音频输入信号增益系数通过以下步骤获取得到：

根据当前时刻的增益控制系数和扬声器额定功率，对扬声器输出功率阈值进行更新，以根据更新后的扬声器输出功率阈值和所述第二音频信号的均方根，获取得到目标音频输入信号增益系数；

其中，所述增益控制系数是根据比例控制参数，实时线圈温度和预设温度阈值之间的差值，以及实时线圈温度和上一采样时刻线圈温度之间的变化量获取得到的，所述比例控制参数是通过扬声器的实时线圈温度和预设温度阈值获取得到的。

2.根据权利要求1所述的扬声器输出功率控制方法，其特征在于，所述将原始音频信号和小幅度激励信号进行合成，得到音频合成信号，包括：

获取多组频率不同的小幅度单频信号，其中，每组小幅度单频信号的频率小于100Hz；通过伪随机序列对每组小幅度单频信号进行幅度调制，并将幅度调制后的小幅度单频信号进行组合，得到小幅度激励信号，以根据原始音频信号和所述小幅度激励信号得到音频合成信号；

或，通过低通滤波器对线性扫频信号或对数扫频信号进行处理，得到小幅度激励信号，以根据原始音频信号和所述小幅度激励信号得到音频合成信号。

3.根据权利要求1所述的扬声器输出功率控制方法，其特征在于，所述对所述第二音频信号进行均方根处理，得到所述第二音频信号的均方根，并根据所述第二音频信号的均方根和扬声器输出功率阈值，获取目标音频输入信号增益系数，包括：

根据扬声器的实时线圈温度和预设温度阈值，获取对应的比例控制参数Kp，以及所述实时线圈温度和所述预设温度阈值之间的差值ΔThr；

获取所述实时线圈温度和上一采样时刻线圈温度之间的变化量ΔT；

根据所述比例控制参数Kp、所述实时线圈温度和所述预设温度阈值之间的差值ΔThr和所述实时线圈温度和上一采样时刻线圈温度之间的变化量ΔT，获取当前采样时刻的增益控制系数M：

M＝(1+Kp·ΔThr-Kd*ΔT)*(1-Ki)+Ki*M₀；

其中，Kd表示微分控制参数，Ki表示积分控制参数，M₀表示上一采样时刻的增益控制系数；

根据所述增益控制系数M和扬声器额定功率，对扬声器输出功率阈值进行更新，以根据更新后的扬声器输出功率阈值和所述第二音频信号的均方根，获取得到目标音频输入信号增益系数。

4.根据权利要求3所述的扬声器输出功率控制方法，其特征在于，在根据所述比例控制参数Kp、所述实时线圈温度和所述预设温度阈值之间的差值ΔThr和所述实时线圈温度和上一采样时刻线圈温度之间的变化量ΔT，获取当前采样时刻的增益控制系数M之后，所述方法还包括：

根据所述增益控制系数M、扬声器输出功率阈值和所述第二音频信号的均方根，获取得到目标音频输入信号增益系数。

5.根据权利要求3所述的扬声器输出功率控制方法，其特征在于，在根据所述比例控制参数Kp、所述实时线圈温度和所述预设温度阈值之间的差值ΔThr和所述实时线圈温度和上一采样时刻线圈温度之间的变化量ΔT，获取当前采样时刻的增益控制系数M之后，所述方法还包括：

根据所述增益控制系数M，对所述第二音频信号进行增益处理，得到第三音频信号，并对所述第三音频信号进行均方根处理，得到所述第三音频信号的均方根；

根据所述第三音频信号的均方根和扬声器额定功率，获取得到目标音频输入信号增益系数。

6.根据权利要求3所述的扬声器输出功率控制方法，其特征在于，所述根据所述比例控制参数Kp、所述实时线圈温度和所述预设温度阈值之间的差值ΔThr和所述实时线圈温度和上一采样时刻线圈温度之间的变化量ΔT，获取当前采样时刻的增益控制系数M，包括：

根据预设增益控制规则，构建增益控制系数M；

所述预设增益控制规则具体包括：通过所述比例控制参数Kp和微分控制参数Kd，构建增益控制系数M：

M＝(1+Kp·ΔThr-Kd*ΔT)；

或，通过所述比例控制参数Kp和积分控制参数Ki，构建增益控制系数M：

M＝(1+Kp·ΔThr)*(1-Ki)+Ki*M₀；

或，通过所述比例控制参数Kp、所述微分控制参数Kd和所述积分控制参数Ki，基于PID控制离散表达式，构建增益控制系数M：

M＝1+Kp·ΔThr+Ki·∑ΔThr+Kd·(ΔThr-ΔThr₀)；

其中，ΔThr₀表示上一采样时刻的线圈温度和预设温度阈值之间的差值。

7.根据权利要求3所述的扬声器输出功率控制方法，其特征在于，在所述根据所述目标音频输入信号增益系数，对所述延迟处理后的第一音频信号进行增益处理，以用于控制扬声器的输出功率之后，所述方法还包括：

对所述比例控制参数Kp、所述微分控制参数Kd和所述积分控制参数Ki进行调整优化，以根据调整优化后的比例控制参数Kp、微分控制参数Kd和积分控制参数Ki对扬声器输出功率进行控制。

8.一种扬声器输出功率控制系统，其特征在于，包括：

音频信号合成模块，用于将原始音频信号和小幅度激励信号进行合成，得到音频合成信号，并将所述音频合成信号进行复制，得到第一音频信号和第二音频信号；

延迟处理模块，用于对所述第一音频信号进行延迟处理，得到延迟处理后的第一音频信号；

增益控制模块，用于对所述第二音频信号进行均方根处理，得到所述第二音频信号的均方根，并根据所述第二音频信号的均方根和扬声器输出功率阈值，获取目标音频输入信号增益系数；

输出功率控制模块，用于根据所述目标音频输入信号增益系数，对所述延迟处理后的第一音频信号进行增益处理，以用于控制扬声器的输出功率；

所述目标音频输入信号增益系数通过以下步骤获取得到：

根据当前时刻的增益控制系数和扬声器额定功率，对扬声器输出功率阈值进行更新，以根据更新后的扬声器输出功率阈值和所述第二音频信号的均方根，获取得到目标音频输入信号增益系数；

其中，所述增益控制系数是根据比例控制参数，实时线圈温度和预设温度阈值之间的差值，以及实时线圈温度和上一采样时刻线圈温度之间的变化量获取得到的，所述比例控制参数是通过扬声器的实时线圈温度和预设温度阈值获取得到的。

9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至7任一项所述扬声器输出功率控制方法的步骤。

10.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述扬声器输出功率控制方法的步骤。

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