CN113395639B - 扬声器振膜振动位移的计算方法、扬声器保护装置及介质 - Google Patents

扬声器振膜振动位移的计算方法、扬声器保护装置及介质 Download PDF

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Abstract

本申请涉及扬声器振膜振动位移的计算方法、扬声器保护装置及介质。扬声器振膜振动位移的计算方法，包含：根据扬声器的反馈信号计算直流电阻值；根据反馈信号及直流电阻值来计算阻抗值；根据直流电阻值、阻抗值及驱动因子以计算信号与扬声器振膜速度的转换函数；以及根据输入信号及转换函数来计算扬声器振膜振动位移。

Description

扬声器振膜振动位移的计算方法、扬声器保护装置及介质
技术领域
本案涉及一种电子装置及计算方法，且特别涉及一种扬声器保护装置、扬声器振膜振动位移的计算方法及计算机可读取记录介质。
背景技术
随着科技的进展并因应消费者的需求，电子产品逐渐轻薄短小化，电子产品中的扬声器也须随之缩小体积与重量。然而，在播放较大的声音时，微型化的扬声器容易逼近其物理极限，使得扬声器损坏。
发明内容
发明内容旨在提供本揭示内容的简化摘要，以使阅读者对本揭示内容具备基本的理解。此发明内容并非本揭示内容的完整概述，且其用意并非在指出本案实施例的重要/关键组件或界定本案的范围。
一种扬声器振膜振动位移的计算方法，其包含：根据扬声器的反馈信号计算直流电阻值；根据反馈信号及直流电阻值来计算阻抗值；根据直流电阻值、阻抗值及驱动因子来计算信号与扬声器振膜速度的转换函数；以及根据输入信号及转换函数来计算扬声器振膜振动位移。
一种扬声器保护装置，其包括侦测器及处理器。侦测器用以侦测扬声器的反馈信号。处理器用以：根据反馈信号计算直流电阻值；根据反馈信号及直流电阻值来计算阻抗值；根据直流电阻值、阻抗值及驱动因子来计算信号与扬声器振膜速度的转换函数；以及根据输入信号及转换函数来计算扬声器振膜振动位移。
一种计算机可读取记录介质，储存计算机程序，用以执行一种扬声器振膜振动位移的计算方法，其中计算方法包括：根据扬声器的反馈信号计算直流电阻值；根据反馈信号及直流电阻值来计算阻抗值；根据直流电阻值、阻抗值及驱动因子来计算信号与扬声器振膜速度的转换函数；以及根据输入信号及转换函数来计算扬声器振膜振动位移。
在参阅下文实施方式后，本案所属技术领域中具有通常知识者当可轻易了解本案的基本精神及其他发明目的，以及本案所采用的技术手段与实施方式。
附图说明
为让本发明的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附图式的说明如下：
图1是绘示依照本案一实施例的一种扬声器及其保护装置的电路方块示意图。
图2是绘示依照本案一实施例的一种扬声器振膜振动位移的计算方法的流程图。
具体实施方式
为了使本揭示内容的叙述更加详尽与完备，可参照所附的附图及以下所述各种实施例，附图中相同的编号代表相同或相似的组件。但所提供的实施例并非用以限制本发明所涵盖的范围，而结构动作的描述并非用以限制其执行的顺序，任何由组件重新组合的结构，所产生具有均等功效的装置，皆为本发明所涵盖的范围。
为保护电子产品中的扬声器，使其不易损坏，本案提出一种扬声器保护装置及扬声器振膜振动位移的计算方法，通过预先计算出的信号与扬声器振膜速度的转换函数，来准确估测扬声器振膜振动位移，从而控制输入至扬声器的信号，使其不致使扬声器损坏，详细实施方式将于后文中说明。
图1是绘示依照本案一实施例的一种扬声器及其保护装置的电路方块示意图。如图所示，扬声器保护装置100包含侦测器110及处理器120。
需先说明的是，在扬声器500中，其驱动器(图中未示出)可模块化为三个组件的串联装置，上述组件分别为电阻、电感及扬声器500的振膜位移时产生的反电动势，依据克希何夫电流定理(Kirchhoff’s circuit law)可将上述组件之间的关系转化为以下式子：
Figure BDA0002411236620000031
在上述式1中，v(t)代表电压，RE代表直流电阻值(DC resistance)，i(t)代表电流，LE代表电感值(inductance)，Bl·u(t)代表反电动势(back emf)，Bl代表驱动因子，u(t)是扬声器振膜振动速度。
请参阅图1，侦测器110耦接于扬声器500，并可用以侦测扬声器500的反馈信号。举例而言，侦测器110侦测扬声器500的反馈电压(feedback voltage)和反馈电流(feedbackcurrent)。在取得扬声器500的反馈信号后，处理器120根据反馈信号计算直流电阻值。举例来说，在取得扬声器500的反馈电压和反馈电流后，即可根据反馈电压和反馈电流的关系计算出直流电阻值RE。
在一实施例中，处理器120可对反馈信号进行低通滤波，例如对反馈电压和反馈电流进行低通滤波，以将反馈电压和反馈电流的高频部分滤除，进而取得低频参数，例如17Hz的参数，以供后续计算。随后，依据经过低通滤波的反馈电压和反馈电流计算直流电阻值RE。
在本案的应用状况下，式1中电感值会远小于电阻值，因此，可将上述式1转化为以下式子：
v(t)＝RE·i(t)+Bl·u(t)…式2
将式2整理后，可得扬声器振膜振动速度u(t)的关系式如下：
Figure BDA0002411236620000032
再者，为将式3转到频域，左右同除v(s)以得到电压到扬声器振膜振动速度的转换式如下：
Figure BDA0002411236620000041
在上述式4中，z(s)＝v(s)/i(s)。此外，若假定ZM(s)＝Z(s)-RE，则可将式4转化为：
Figure BDA0002411236620000042
此外，可得阻抗ZM的关系式：
Figure BDA0002411236620000043
在一实施例中，处理器120可根据反馈信号及直流电阻值来计算阻抗值。举例而言，请参阅上述式6，处理器120可根据反馈电压v(s)、反馈电流i(s)及直流电阻值RE来计算阻抗值ZM。
在另一实施例中，处理器120可根据直流电阻值、阻抗值及驱动因子来计算信号与扬声器振膜速度的一转换函数。举例而言，请参阅上述式5，处理器120可根据直流电阻值RE、阻抗值ZM及驱动因子Bl来计算信号与扬声器振膜速度的一转换函数Hu(s)。
接着，依据电压到扬声器振膜振动速度的转换式可预估扬声器振动位移(excursion)，预估的方式如下：
upre(s)＝Hu(s)vpre(s)…式7
upre(s)＝L-1(upre(s))…式8
xpre(t)＝∫upre(t)dt…式9
在上述式子中，vpre(s)代表输入电压值，xpre(t)代表预估的扬声器振膜振动位移，假定转换式Hu(s)短时间不变，将输入电压值vpre(s)带入式7中，再经由式8进行反拉普拉斯转换(inverse Laplace transform)，然后带入式9即可得到预测的扬声器振膜振动位移xpre(t)。
在一实施例中，处理器120可根据输入信号及转换函数来计算扬声器振膜振动位移。举例而言，请参阅上述式7至式9，处理器120将输入电压值vpre(s)带入式7中，再经由式8进行反拉式转换，最后带入式9即可得到预测的扬声器振膜振动位移xpre(t)。
在另一实施例中，处理器120可比较扬声器振膜振动位移与预设扬声器振动位移范围。一旦扬声器振膜振动位移超过预设扬声器振动位移范围，则调整输入信号。举例而言，扬声器振膜的振动位移有其极限，一旦超过扬声器500的膜所能承受的最大振动位移，将会导致扬声器500的振膜损坏，因此，可预设扬声器500的振膜所能承受的极限振动位移的范围为一预设扬声器振动位移范围。每当输入电压欲提供至扬声器500时，透过本案的处理器120预先计算出扬声器500的预估振膜振动位移，倘若超过预设扬声器振动位移范围，则可能导致扬声器500的振膜损坏，此时，可通过本案处理器120调整上述输入电压，如此，当可保护扬声器500的振膜免于损坏。
在一实施例中，处理器120实时根据反馈信号计算直流电阻值RE。在另一实施例中，本案的处理器120非实时根据反馈信号及直流电阻值来计算阻抗值ZM。举例而言，请参阅上述式5，在计算转换函数Hu(s)时，需要直流电阻值RE及阻抗值ZM两个参数，对于上述阻抗值ZM，由于其与扬声器中的组件相关，而扬声器中的组件的物理特性不容易快速地变化，是以可假定为缓慢变化的参数，因此，在式4中不须经常性地计算更新阻抗值ZM，如此，可有效地降低运算复杂度。
在另一实施例中，针对处理器120非实时计算阻抗值ZM的可行方法，举例来说，是指每隔一段时间(例如说1秒)，更新部分频带的阻抗值，其余频带维持不变，以达到降低运算量的需求。此外，部分频带是指反馈信号大的相对应频带，例如针对输入信号是语音，反馈信号大于一默认值(譬如说-30dB)的相对应频带，频带的范围会落在0到3000赫兹，因此，此默认值可依据实际需求设定。
在另一实施例中，处理器120对扬声器振动位移进行平滑化处理，以产生平滑化扬声器振膜振动位移，如此，取得的平滑化扬声器振膜振动位移可进一步被利用来保护扬声器500，例如可执行峰值计算(peak measurement)、方均根计算(Root Mean Square,RMS)…等，在取得上述参数后进一步加以利用来保护扬声器500。
图2是绘示依照本案一实施例的一种扬声器振膜振动位移的计算方法200的流程图。为使扬声器振膜振动位移的计算方法200易于理解，请一并参阅图1及图2。扬声器振膜振动位移的计算方法200包含以下步骤：
步骤210：根据扬声器的反馈信号计算直流电阻值；
步骤220：根据反馈信号及直流电阻值来计算阻抗值；
步骤230：根据直流电阻值、阻抗值及驱动因子来计算信号与扬声器振膜速度的转换函数；以及
步骤240：根据输入信号及转换函数来计算扬声器振膜振动位移。
在步骤210中，可通过处理器120根据扬声器的反馈信号计算直流电阻值。举例来说，在取得扬声器500的反馈电压和反馈电流后，即可通过处理器120根据反馈电压和反馈电流的关系计算出直流电阻值RE。
在步骤220中，可通过处理器120根据反馈信号及直流电阻值来计算阻抗值。举例而言，请参阅上述式6，可通过处理器120根据反馈电压v(s)、反馈电流i(s)及直流电阻值RE来计算阻抗值ZM。
在步骤230中，可通过本案处理器120根据直流电阻值、阻抗值及驱动因子来计算信号与扬声器振膜振膜速度的一转换函数。举例而言，请参阅上述式5，可通过处理器120根据直流电阻值RE、阻抗值ZM及驱动因子Bl来计算信号与扬声器振膜振膜速度的一转换函数Hu(s)。
在步骤240中，可通过处理器120根据输入信号及转换函数Hu(s)来计算扬声器振膜振动位移。举例而言，请参阅上述式7至式9，可通过处理器120将输入电压值vpre(s)带入式7中，再经由式8进行反拉式转换，最后带入式9即可得到预测的扬声器振膜振动位移xpre(t)。
在一实施例中，扬声器振膜振动位移的计算方法200更可通过处理器120比较扬声器振膜振动位移与预设扬声器振动位移范围。一旦扬声器振膜振动位移超过预设扬声器振动位移范围，则通过处理器120调整输入信号。
在另一实施例中，步骤210更可通过处理器120实时根据反馈信号计算直流电阻值RE。在一实施例中，步骤220更可通过处理器120非实时根据反馈信号及直流电阻值来计算阻抗值ZM。举例而言，请参阅上述式5，在计算转换函数Hu(s)时，需要直流电阻值RE及阻抗值ZM两个参数，对于上述阻抗值ZM，可假定为缓慢变化的参数，因此，在式4中不须经常性地计算更新阻抗值ZM，如此，可有效地降低运算复杂度。
在另一实施例中，针对步骤220通过处理器120非实时计算阻抗值ZM的方法，举例来说，是指每隔一段时间(例如说1秒)，更新部分频带的阻抗值，其余频带维持不变，以达到降低运算量的需求。此外，部分频带是指反馈信号大的相对应频带，例如针对输入信号是语音，反馈信号大于一默认值(譬如说-30dB)的相对应频带，频带的范围会落在0到3000赫兹，因此，此默认值可依据实际需求设定。
在一实施例中，扬声器振膜振动位移的计算方法200更可通过处理器120对扬声器振动位移进行平滑化处理，以产生平滑化扬声器振膜振动位移，如此，取得的平滑化扬声器振膜振动位移可进一步被利用来保护扬声器500。
【符号说明】
100:扬声器保护装置
110:侦测器
120:处理器
200:方法
210～240:步骤
500:扬声器
【生物材料寄存】
国内寄存信息(请依寄存机构、日期、号码顺序注记)
无
国外寄存信息(请依寄存国家、机构、日期、号码顺序注记)
无

Claims (8)

1.一种扬声器振膜振动位移的计算方法，包括：
根据一扬声器的一反馈信号计算一直流电阻值；
根据该反馈信号及该直流电阻值来计算一阻抗值，并每隔一段时间根据该反馈信号及该直流电阻值来更新部分频带的该阻抗值，其中该部分频带包含该反馈信号大于一默认值的一相对应频带；
根据该直流电阻值、该阻抗值及一驱动因子来计算一信号与扬声器振膜速度的一转换函数；以及
根据一输入信号及该转换函数来计算一扬声器振膜振动位移。
2.根据权利要求1所述的计算方法，进一步包括：
比较该扬声器振膜振动位移与一预设扬声器振膜振动位移范围；以及
当该扬声器振膜振动位移超过该预设扬声器振膜振动位移范围，调整该输入信号。
3.根据权利要求1所述的计算方法，进一步包括：
对该反馈信号进行低通滤波；
其中根据该反馈信号计算该直流电阻值包括：
根据经低通滤波的该反馈信号计算该直流电阻值。
4.根据权利要求1所述的计算方法，其中根据该反馈信号计算该直流电阻值包括：
实时根据该反馈信号计算该直流电阻值。
5.一种扬声器保护装置，包括：
一侦测器，用以侦测一扬声器的一反馈信号；以及
一处理器，用以：
根据该反馈信号计算一直流电阻值；
根据该反馈信号及该直流电阻值来计算一阻抗值，并每隔一段时间根据该反馈信号及该直流电阻值来更新部分频带的该阻抗值，其中该部分频带包含该反馈信号大于一默认值的一相对应频带；
根据该直流电阻值、该阻抗值及一驱动因子来计算一信号与扬声器振膜速度的一转换函数；以及
根据一输入信号及该转换函数以计算一扬声器振膜振动位移。
6.根据权利要求5所述的扬声器保护装置，其中该处理器进一步用以：
比较该扬声器振膜振动位移与一预设扬声器振膜振动位移范围；以及
当该扬声器振膜振动位移超过该预设扬声器振膜振动位移范围，调整该输入信号。
7.根据权利要求5所述的扬声器保护装置，其中该处理器进一步用以：
实时根据该反馈信号计算该直流电阻值。
8.一种计算机可读取记录介质，储存一计算机程序，用以执行一种扬声器振膜振动位移的计算方法，其中该计算方法包括：
根据一扬声器的一反馈信号计算一直流电阻值；
根据该反馈信号及该直流电阻值来计算一阻抗值，并每隔一段时间根据该反馈信号及该直流电阻值来更新部分频带的该阻抗值，其中该部分频带包含该反馈信号大于一默认值的一相对应频带；
根据该直流电阻值、该阻抗值及一驱动因子来计算一信号与扬声器振膜速度的一转换函数；以及
根据一输入信号及该转换函数以计算一扬声器振膜振动位移。
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