CN1185908C - 带有频带选择音频功率控制的扬声器保护系统 - Google Patents

Abstract

一种扬声器保护系统，包括用于限定一个音频信号的一个或多个频带的滤波器装置，可控的放大器/衰减器装置耦合到滤波器装置，和耦合到放大器/衰减器装置并对其进行控制的处理装置，以便在表示用于在所述至少一个频带中选择音频功率控制的有关扬声器保护信息的至少一个所述频带中确定音频功率。此系统的特点可用于这种系统中所有扬声器的快和/或慢热保护，也可用于锥形喇叭筒漂移保护。

Description

带有频带选择音频功率控制的扬声器保护系统

技术领域

本发明涉及一种扬声器保护系统，包括用于限定一个或多个音频信号频带的滤波器装置。

本发明还涉及一种装有扬声器保护系统的音频装置。

背景技术

DE-AS2415816公开了这样一种扬声器保护系统，并且适用于紧凑型，小型的，所谓的微型，迷你或迷笛型音响设备。这种已知的扬声器保护系统包括各自带宽的可控制滤波器装置，通过耦合于该系统的扬声器的一个控制装置可控制滤波器特别是低频带和高频带中其各自的频带。为了对扬声器短或长时间持续地过载进行热保护，能通过减少扬声器音频信号的输出电平影响滤波器装置。在例如一个低频带范围内降低扬声器的输出电平仅可提供某些保护，但同时已知的扬声器保护系统的一个缺点是它不必要地牺牲了扬声器的输出功率，不利于扬声器输出功率的有效使用。此外，对于那些特别为年轻人设计的音响设备，输出功率的牺牲有很大的商业缺陷。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种扬声器保护系统，它仅仅用于有效地保护扬声器，而不影响可用于扬声器的整个功率范围。

依照本发明的扬声器保护系统，其特征在于扬声器保护系统进一步包括耦合到滤波器装置的可控制的放大器/衰减器装置，和耦合用来控制放大器/衰减器装置的处理装置，以便，在表示相关扬声器保护信息的所述频带中至少一个频带中的音频功率，用于所述至少一个频带中的有选择的音频功率控制。

通过确定相应频带中扬声器的相应音频输出功率，可使用有关连接到扬声器的各种危险源的准确信息，例如短或长期地过载，以及过多的扬声器锥形喇叭筒或线圈的移动或位移，即重放的扬声器声音中所有失真的熟知音源，因此，一种多目的的扬声器保护系统可以实现，它能专用于其特定的保护作用，而不会不必要的影响扬声器的整个功率范围。已经证明相应频带中的音频功率提供可靠的扬声器保护信息源，从而不用牺牲该音频的输出功率，并且可以传送最大的音频输出功率性能而不对扬声器产生危险。

依照本发明的扬声器保护系统的一个实施例，其特征在于装配有按比例确定频带j中的音频功率Sj的处理装置：

               Vjtop²*R{Yj}，

其中Vjtop是频带j中频率成分幅度的峰值，R{Yj}是在频带j上扬声器电导纳的实数部分。

Vjtop能方便地从放大器/衰减器各自的输出中得到，并且R{Yj}也能被估计和预测，或者通过另一实施例中与扬声器串联的测量元件实际更精确地测量。

依照本发明的扬声器保护系统的另一个实施例，其特征在于，在扬声器保护系统中j＝1，2，3...n，其中n等于音频信号在频谱中被划分的频带数。

以j＝1开始，这是包含音频信号的最低频率成分的频带，扬声器的音圈的电阻是一个良好估算值的相关信息。此电阻取决于音圈的实际温度并且通常随音圈的实际温度而增加。因此，S1包括的信息可以用于触发放大器/衰减器装置以起到缓慢热保护的作用。同样，例如包含所谓的亥姆霍兹频率(例如在25HZ和85HZ之间的一个低频反射扬声器系统)的频率成分的S2，提供了扬声器锥形喇叭筒的实际漂移的准确信息。因此，S2包含的信息可以用于触发放大器/衰减器装置以起到快速锥形喇叭筒漂移保护。

依照本发明的扬声器保护系统的另一实施例，其特征在于处理装置能够在指定的j个子范围的可能值上对Sj求和，其中j的范围从1，2，...n。

对从1至n的所有可能值Sj求和提示了代表有关扬声器中的瞬间电损耗信息的S的值。因此，S包含的信息可以用于触发放大器/衰减器装置以起到快速热保护的作用。

实际上，能使用某些敏感的和足够快的求和值或Sj的组合，以便如果各自的值接近各自的归一化值Snorm时，由处理装置控制放大器/衰减器装置采取适当的作用以保护扬声器。

通过本发明的另一实施例，每0.001-2sec就可确定Sj值或其任何求和值，特别是得到每隔0.1-1sec更新的数据，这样在所有的时间上都可以得到准确的和可靠的保护。本发明不仅能方便地适用于低频扬声器，也适用于中音和高音扬声器。

各种数值和数值的控制方法主要用于放大器/衰减器，但在扬声器保护系统的另一优选实施例中，它们受控于处理装置，放大器/衰减器装置的衰减系数与下式成比例：

$1+\sqrt{\mathrm{\α}}+\mathrm{\βj}(1-1/\sqrt{\mathrm{\α}})$

其中α＝S/Snorm，βj表示其值凭经验取决于特定频带j的系数。

根据本发明的扬声器保护系统的另一实施例的特征在于，扬声器保护系统包括串联排列的一个扬声器和测量元件，例如一个电阻，它们的公共连接点耦合到处理装置，用于计算扬声器的实际阻抗数据。

测量扬声器的实际阻抗数据有利于提高保护系统的可靠性和准确性。

最好把处理装置安排为启动控制的时间少于取消控制的时间。

其优点在于这样开始和结束控制不易被听到和干扰人的耳朵。

附图说明

参考附图，将进一步阐述依照本发明的扬声器保护系统和其附加优点。附图中：

图1表示根据本发明扬声器保护系统的可能实施例的示意图；和

图2表示两种扬声器的阻抗对频率的曲线图。

具体实施方式

图1显示一个有可能的扬声器保护系统1。系统1包括一个与分频放大器A0相连的音频信号输入端2，分频放大器A0连接到系统1中并联的滤波器装置，滤波器是带通滤波器BPF1-BPF(n-1)，或许到BPF(n)，由此往后是高通滤波器。每个滤波器装置分别连接到各自的可控放大器/衰减器装置，图中显示了分开的放大器A11-A1(n)和衰减器A21-A2(n)。对每个放大器/衰减器装置提供一个控制输入Vc1-Vc(n)，以便依据其上相应的控制信控制放大器/衰减器装置的放大或衰减。指定的输出信号v1-v(n)输出到一个加法器3，加法器3又连接到一个放大器A3然后到一个扬声器LS，扬声器连接到地。系统1包括输出信号v1-vn经过峰值检测器P1-Pn输送到的处理装置4。峰值检测器P1-Pn最后输入代表输出信号v1-vn的峰值的信号V1-Vn。处理装置4提供控制信号Vc1-Vc(n)到放大器/衰减器装置的相应指定控制输入端。另外，在扬声器保护系统1的另一实施例中进一步的控制信息来自一个测量元件，例如一个电阻Rm，Rm经过另一带通滤波器BPMm，一个放大器Am和另一峰值检测器Pm，把控制信息输送到处理装置4。凭借适当的A/D和D/A转换器的进行转换，能够以模拟，或数字，或混合方式实现扬声器保护系统的所有主要组成元素，如可能，用多路复用器来减少所需转换器的数量。处理装置4可通过一个适当的编程处理器实现，例如像一个微处理器或计算机。

扬声器保护系统的运行如下所述。输入端2的音频信号被滤波器BPF1-BPF(n-1)划分为各自的频带。在所示的实施例中由处理装置4反复计算每个频带j中的音频功率Sj为：

           Sj＝Vjtop²*R{Yj}*(A3)²，

其中Vjtop是频带j中频率成分的幅度峰值，R{Yj}是在频带j中扬声器电导纳的实数部分和A3是放大器A3的增益。后者的数据可以来自具有与扬声器LS的电导纳相关的预测数据的表或通过测量元件Rm进行实际测量，这将在后面阐述。频带的数量n例如可以在2和8之间。最低频带包含以音频功率S1的形式出现的信息，它是扬声器的音圈阻抗的合理地估算。此阻抗随音圈的实际温度而增加。如果在某一时刻一个音频信号的S1超过扬声器的归一化值Snorm，处理装置4控制启动放大器/衰减器装置运行并用影响控制信号Vc1以减少功率S1，即减少到扬声器的临界音频功率，这样就得到一个长期(慢)热保护。输出功率S1被控制降到扬声器LS保护所需为止，扬声器的整个功率范围被安全地利用。

同样，例如包含所谓的亥姆霍兹频率和之上(例如对于一个低频反射扬声器系统在25Hz和85Hz之间)的频率成分的S₂，提供了有关扬声器锥形喇叭筒的实际漂移的准确信息。图2示出在f1和f2之间的一个亥姆霍兹频带和亥姆霍兹频率f_H的例子。图中显示的是正常扬声器系统的峰值曲线。因此围绕亥姆霍兹频率呈音频输出功率S1形式的S₂中包含的信息可以用于启动放大器/衰减器装置，以起到快速锥形喇叭筒漂移保护作用。如果S2中的音频功率超过预定电平，这表明音圈移出磁场和出现了不希望的大漂移。通过处理装置4控制S2中的输出功率使其降低到对于特定扬声器不超过所述预定电平的程度来实现锥形喇叭筒保护。当然，可使用和/或相加频带Sj任何适应的组合以提供想要的有关过度的锥形喇叭筒漂移信息。

下面可实现的保护是保护防止扬声器音频信号中高电平峰值的长范围或快速热保护。这能通过处理装置4对几个频带中的输出功率Sj的求和S而产生：

         S＝∑Vjtop²*R{Yj}*(A3)²，

如果S超过一个正常预定值，处理装置采取控制操作以便最终使S降低和使扬声器LS中相加的，可能是总的音频功率降低，保护扬声器免受瞬间的高电平音频峰值。处理装置能在每隔0.001-2sec确定Sj值或任意总和S值，特别是每0.1-1sec。这通常取决于音频信号的预期变化及对处理器装置4适当编程所需的硬件和软件的速度。当然，对于低音，中音，或高音扬声器可以以任何显而易见的方式组合和执行上面描述的保护。

为了不使音频信号衰减太多，衰减系数Vc1-Vcn的控制逐渐产生，这样可以一直利用扬声器LS的整个功率范围。一个可能的方式是，处理装置控制放大器/衰减器装置，放大器/衰减器装置的衰减系数与下式成比例：

$1/\sqrt{\mathrm{\α}}+\mathrm{\βj}(1-1/\sqrt{\mathrm{\α}})$

其中α＝S/Snorm，Snorm表示一个S的归一化预定值，和βj表示介于0和1之间的数，其中j为任意值。例如βj可以选为0，1/4，2/4，3/4，1。这里的S可以是在一个或多个频带上的总和。例如放大器/衰减器装置的衰减能与下式按比例地逐渐调节：

$\{{\mathrm{\τ}}^x+\mathrm{\βj}(1-{\mathrm{\τ}}^x)\}\{1/\sqrt{\mathrm{\α}}+\mathrm{\βj}(1-1/\sqrt{\mathrm{\α}})\}$

其中快速热保护τ大于1且X是一个凭经验确定的常数。通常，出于人的感觉，最好安排处理装置4启动控制的时间短于取消控制的时间。

上面提到的扬声器保护系统1的一个实施例中包括测量元件Rm。处理装置4可以利用Rm的瞬间阻抗和元件Rm在公共连接点P的两端的电压的数据，替代处理装置4的存储表中的相应数据，以便对上述提到的保护方法的每种可能组合的具有实际的并因此是更准确和可靠的数值。

Claims (10)

1.音频系统，它包括：用于限定一个音频信号的一个或多个频带的滤波器装置；连接到所述滤波器装置的可控放大器/衰减器装置；以及连接到所述放大器/衰减器装置并对其进行控制，以便确定至少一个所述频带中的音频功率的处理装置，其特征在于所述音频系统是包括有关扬声器保护信息的扬声器保护系统，所述处理装置能够得到所述有关扬声器保护信息和在所述至少一个频带中的至少一个所述频带音频功率控制信息中的所述确定的音频功率，以便控制放大器/衰减器装置。

2.根据权利要求1的音频系统，其特征在于装配处理装置以便按下面的比例确定频带j中的音频功率Sj：

               Vjtop²*R{Yj}，

其中，Vjtop是频带j中频率成分的幅度峰值，R{Yj}是在频带j中扬声器电导纳的实数部分。

3.根据权利要求2的音频系统，其特征在于，在扬声器保护系统中j＝1，2，3...n，其中n等于音频信号的频谱被划分的频带数。

4.根据权利要求2或3的音频系统，其特征在于处理装置能够在可能的j值的指定子范围上对Sj求和，其中j的范围为1，2，...n，n等于音频信号的频谱被划分的频带数。

5.根据权利要求4的扬声器保护系统，其特征在于如果所述音频功率Sj或音频功率Sj的组合值达到阈值Snorm，其中j＝1，2，3...n，n等于音频信号的频谱被划分的频带数，则放大器/衰减器装置受到处理装置的控制。

6.根据权利要求4的音频系统，其特征在于装配处理装置以便每隔0.001-2秒，特别是每隔0.1-1秒确定Sj值或在可能的j值范围上对Sj的任意总和值。

7.根据权利要求1-3中任何一个权利要求的音频系统，其特征在于处理装置控制放大器/衰减器装置，放大器/衰减器装置的衰减系数与下式成比例：

$1/\sqrt{\mathrm{\α}}+\mathrm{\βj}(1-1/\sqrt{\mathrm{\α}})$

其中α＝S/Snorm，S表示对Sj的总和，其中j为任意值，和βj表示介于0和1之间的数，其中j为任意值。

8.根据权利要求1-3中任何一个权利要求的音频系统，其特征在于所述音频系统包括串联排列的扬声器和一个电阻，所述扬声器和测量元件的公共连接点与所述处理装置相连，用于计算扬声器的实际阻抗数据。

9.根据权利要求1-3中任何一个权利要求的音频系统，其特征在于装配处理装置使启动控制的时间短于取消控制的时间。

10.音频设备，它带有根据权利要求1-9之一的音频系统。

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