CN208850060U - 一种扬声器驱动保护系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种扬声器驱动保护系统，包括能实时采集扬声器电流值与电压值的电流电压传感器模块；能根据电流电压传感器模块实时反馈的扬声器电流值与电压值动态更新扬声器模型，并将所更新的扬声器模型反馈给扬声器最大位移保护模块的扬声器建模模块；能根据接收的最新扬声器模型对音频信号进行信号限制保护后发送给音频放大器的扬声器最大位移保护模块；以及能接收经扬声器最大位移保护模块发送的音频信号并产生数字脉冲驱动扬声器的音频放大器。本实用新型的优点是：能通过动态更新扬声器模型来精确地对扬声器位移进行限制，能防止扬声器因超出最大极限位移而损坏情况的发生。
Description
技术领域
本实用新型涉及扬声器信号处理与保护技术领域，具体涉及一种扬声器驱动保护系统。
技术背景
随着手机电脑等消费类产品的高度集成，要求扬声器在发出高响度声音的前提下，体积要尽量小。微型扬声器的出现解决了这方面的矛盾，它将电信号转换为声音信号，并随着空气震动传播到周围环境中。
微型扬声器虽然能够发出比较响亮的声音，但是在电信号低频部分容易发生共振，如果不加以保护，瞬时或者持久的超出扬声器位移极限，将永久性损坏扬声器振膜和结构。由于扬声器参数随着环境温度、使用时间、老化程度的变化而改变，所以使用固定的扬声器模型难以对扬声器位移进行精确的限制保护。因此亟需发明一种能通过动态更新扬声器模型来精确地对扬声器位移进行限制保护，防止扬声器在使用过程中因超出最大极限位移而损坏，能有效保护扬声器的系统。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种能通过动态更新扬声器模型来精确地对扬声器位移进行限制保护的扬声器驱动保护系统。
为实现上述技术目的，本实用新型采用了如下技术方案：所述的一种扬声器驱动保护系统，包括扬声器最大位移保护模块、音频放大器、电流电压传感器模块及扬声器建模模块；
所述电流电压传感器模块：能实时采集扬声器的电流值与电压值，并将所采集的扬声器电流值与电压值实时反馈给扬声器建模模块；
所述扬声器建模模块：能根据电流电压传感器模块实时反馈的扬声器电流值与电压值动态更新扬声器模型，并将所更新的扬声器模型反馈给扬声器最大位移保护模块；
所述扬声器最大位移保护模块：能实时接收音频信号及扬声器建模模块反馈的最新扬声器模型，并能根据所接收的最新的扬声器模型对输入的音频信号进行信号限制保护后发送给音频放大器；
所述音频放大器：能接收经扬声器最大位移保护模块限制保护后发送的音频信号，并根据音频信号产生数字脉冲驱动扬声器；
所述扬声器最大位移保护模块的输出端连接音频放大器的输入端，音频放大器的输出端连接扬声器的输入端，所述电流电压传感器模块的信号采集端连接扬声器的输入端，电流电压传感器模块的信号输出端连接扬声器建模模块的输入端，扬声器建模模块的输出端连接扬声器最大位移保护模块的输入端。
进一步地，前述的一种扬声器驱动保护系统，其中：扬声器最大位移保护模块包括：能实时接收音频信号的扬声器位移阻抗函数模块及增益控制模块；
所述扬声器位移阻抗函数模块：能根据扬声器建模模块实时反馈的最新的扬声器阻抗模型计算出扬声器预测位移，并将扬声器预测位移与内部预先设定的扬声器最大位移进行对比，当对比得到扬声器预测位移大于扬声器最大位移时，会发送衰减信号给增益控制模块；当对比得到扬声器预测位移小于扬声器最大位移时，会发送放大信号给增益控制模块；
所述增益控制模块：能实时接收扬声器位移阻抗函数模块发送的衰减信号或放大信号，并根据所接收的衰减信号或放大信号对所接收的音频信号进行衰减或放大后发送给音频放大器；
所述扬声器位移阻抗函数模块的输入端连接扬声器建模模块的输出端，扬声器位移阻抗函数模块的输出端连接增益控制模块的输入端，增益控制模块的输出端连接音频放大器的输入端。
进一步地，前述的一种扬声器驱动保护系统，其中：在增益控制模块的输入端还连接有延时模块，延时模块用于将所输入的音频信号延时预设延时时间后再发送给增益控制模块。
进一步地，前述的一种扬声器驱动保护系统，其中：延时模块对信号进行延时的预设延时时间为10ms。
进一步地，前述的一种扬声器驱动保护系统，其中：扬声器建模模块包括：扬声器阻抗模型模块、反生电动势预测模块、实际反生电动势计算模块及扬声器阻抗模型更新控制模块；
所述扬声器阻抗模型模块：能记录扬声器的初始阻抗模型；
所述反生电动势预测模块：能根据电流电压传感器模块反馈的扬声器电流值及扬声器阻抗模型模块反馈的初始阻抗模型预估出反生电动势，并将所预估出的反生电动势发送给扬声器阻抗模型更新控制模块；
所述实际反生电动势计算模块：能根据电流电压传感器模块反馈的扬声器电压值、扬声器电流值、以及扬声器直流电阻计算出实际反电动势，并将所计算出的实际反生电动势发送给扬声器阻抗模型更新控制模块；
所述扬声器阻抗模型更新控制模块：能计算所接收的预估的反生电动势与实际反生电动势之间的误差，并判断误差是否达到预设值，当判断出误差达到预设值时，会对扬声器阻抗模型进行更新，并将所更新后的扬声器阻抗模型发送给扬声器最大位移保护模块中的扬声器位移阻抗函数模块。
通过上述技术方案的实施，本实用新型的有益效果是：能通过动态更新扬声器模型来精确地对扬声器位移进行限制保护，避免扬声器在使用过程中超出最大极限位移，有效防止扬声器在使用过程中因超出最大极限位移而损坏情况的发生，保护了扬声器，延长了扬声器的使用寿命。
附图说明：
图1为本实用新型所述的一种扬声器驱动保护系统的结构原理示意图。
图2为扬声器阻抗模型更新原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明。
如图1、图2所示，所述的一种扬声器驱动保护系统，包括扬声器最大位移保护模块1、音频放大器2、电流电压传感器模块3及扬声器建模模块4；
所述电流电压传感器模块3：能实时采集扬声器的电流值与电压值，并将所采集的扬声器电流值与电压值实时反馈给扬声器建模模块4；
所述扬声器建模模块4：能根据电流电压传感器模块3实时反馈的扬声器电流值与电压值动态更新扬声器模型，并将所更新的扬声器模型反馈给扬声器最大位移保护模块1；
所述扬声器最大位移保护模块1：能实时接收音频信号及扬声器建模模反馈的最新的扬声器模型，并能根据所接收的最新的扬声器模型对输入的音频信号进行信号限制保护后发送给音频放大器2；
所述音频放大器2：能接收经扬声器最大位移保护模块1限制保护后发送的音频信号，并根据音频信号产生数字脉冲驱动扬声器5；
所述扬声器最大位移保护模块1的输出端连接音频放大器2的输入端，音频放大器2的输出端连接扬声器5的输入端，所述电流电压传感器模块3的信号采集端连接扬声器5的输入端，电流电压传感器模块3的信号输出端连接扬声器建模模块4的输入端，扬声器建模模块4的输出端连接扬声器最大位移保护模块1的输入端；
在本实施例中，扬声器最大位移保护模块1包括：能实时接收音频信号的扬声器位移阻抗函数模块11及增益控制模块12；
所述扬声器位移阻抗函数模块11：能根据扬声器建模模块4实时反馈的最新的扬声器阻抗模型计算出扬声器预测位移，并将扬声器预测位移与内部预先设定的扬声器最大位移进行对比，当对比得到扬声器预测位移大于扬声器最大位移时，会发送衰减信号给增益控制模块12；当对比得到扬声器预测位移小于扬声器最大位移时，会发送放大信号给增益控制模块12；
所述增益控制模块12：能实时接收扬声器位移阻抗函数模块11发送的衰减信号或放大信号，并根据所接收的衰减信号或放大信号对所接收的音频信号进行衰减或放大后发送给音频放大器2；
所述扬声器位移阻抗函数模块11的输入端连接扬声器建模模块4的输出端，扬声器位移阻抗函数模块11的输出端连接增益控制模块12的输入端，增益控制模块12的输出端连接音频放大器2的输入端；
在本实施例中，在增益控制模块12的输入端还连接有延时模块13，延时模块13用于将所输入的音频信号延时预设延时时间后再发送给增益控制模块12，这样可以确保增益控制模块调整完成，提高了扬声器的使用稳定性；在本实施例中，延时模块13对信号进行延时的预设延时时间为10ms；
在本实施例中，扬声器建模模块4包括：扬声器阻抗模型模块41、反生电动势预测模块42、实际反生电动势计算模块43及扬声器阻抗模型更新控制模块44；
所述扬声器阻抗模型模块41：能记录扬声器的阻抗模型；
所述反生电动势预测模块42：能根据电流电压传感器模块3反馈的扬声器电流值及扬声器阻抗模型模块41反馈的阻抗模型预估出反生电动势，并将所预估出的反生电动势发送给扬声器阻抗模型更新控制模块44；
所述实际反生电动势计算模块43：能根据电流电压传感器模块3反馈的扬声器电压值、扬声器电流值、以及扬声器直流电阻计算出实际反电动势，并将所计算出的实际反生电动势发送给扬声器阻抗模型更新控制模块44；
所述扬声器阻抗模型更新控制模块44：能计算所接收的预估的反生电动势与实际反生电动势之间的误差，并判断误差是否达到预设值，当判断出误差达到预设值时，会对扬声器阻抗模型进行更新，并将所更新后的扬声器阻抗模型发送给扬声器最大位移保护模块1中的扬声器位移阻抗函数模块11；
本实用新型的工作原理如下：
在扬声器出产时，扬声器建模模块4中的扬声器阻抗模型模块41先记录扬声器的初始阻抗模型，扬声器初始阻抗模型的建立具体包括以下步骤：
步骤(1)：先使用音频发生仪对扬声器产生固定幅值的扫频信号，扫频的范围取(0～3)khz；
步骤(2)：然后通过电流电压传感器读出扬声器各个频率点的最大电压电流值，计算出初始阻抗模型，其中，扬声器初始阻抗模型的具体计算公式为：
其中，Bl为力因子，Mms为质量，Rms为机器阻尼因子，Cms为力顺；
当音频信号输入扬声器最大位移保护模块1后，音频信号一路传给延时模块13，经延时模块13延时后传给增益控制模块12，在延时模块12对音频信号进行延时的过程中，电流电压传感器模块3会实时采集扬声器的电流值与电压值，并将所采集的扬声器电流值与电压值实时反馈给扬声器建模模块4；
扬声器建模模块4接收到电流电压传感器3反馈的扬声器电流值与扬声器电压值后，扬声器建模模块4中的反生电动势预测模块42会根据电流电压传感器模块3反馈的扬声器电流值及扬声器阻抗模型模块41反馈的阻抗模型预估出反生电动势，并将所预估出的反生电动势发送给扬声器阻抗模型更新控制模块44，其中，预估反生电动势的具体计算公式为：
Vbemfest(t)＝I(t)*L-1ZBEMF(s)
其中，Vbemfest(t)为预估出的反生电动势，I(t)为电流传感器读出的扬声器电流值，L-1Zbemf_(t)为ZBEMF(s)做拉普拉斯逆变化得出，ZBEMF(s)为扬声器阻抗模型；
同时，扬声器建模模块4中的实际反生电动势计算模块43会根据电流电压传感器模块3反馈的扬声器电压值、扬声器电流值、以及扬声器直流电阻计算出实际反电动势，并将所计算出的实际反生电动势发送给扬声器阻抗模型更新控制模块44，其中，实际反生电动势的具体计算公式为：
Vbemf(t)＝V(t)-Re*I(t)
其中，Vbemf(t)为实际反生电动势，V(t)为电压传感器读出的扬声器电压值，I(t)为电流传感器读出的扬声器电流值，Re为扬声器电阻；
当扬声器建模模块4中的扬声器阻抗模型更新控制模块44接收到预估的反生电动势与实际反生电动势时，会计算预估的反生电动势与实际反生电动势之间的误差，并判断误差是否达到预设值，当判断出误差达到预设值时，会对扬声器阻抗模型进行更新，并将所更新后的扬声器阻抗模型发送给扬声器最大位移保护模块1中的扬声器位移阻抗函数模块11，
扬声器位移阻抗函数模块11根据扬声器建模模块4实时反馈的最新的扬声器阻抗模型计算出扬声器预测位移，并将扬声器预测位移与内部预先设定的扬声器最大位移进行对比，当对比得到扬声器预测位移大于扬声器最大位移时，会发送衰减信号给增益控制模块12；当对比得到扬声器预测位移小于扬声器最大位移时，会发送放大信号给增益控制模块12；
待增益控制模块12接收到衰减信号或放大信号后，延时模块13正好将输入的音频信号发送至增益控制模块12，此时增益控制模块12会根据接收到的衰减信号或放大信号对输入的音频信号进行衰减或放大后发送给音频放大器2；音频放大器2再根据音频信号产生数字脉冲驱动扬声器5。
本实用新型的优点是：能通过动态更新扬声器模型来精确地对扬声器位移进行限制保护，避免扬声器在使用过程中超出最大极限位移，有效防止扬声器在使用过程中因超出最大极限位移而损坏情况的发生，保护了扬声器，延长了扬声器的使用寿命。
Claims (5)
1.一种扬声器驱动保护系统，其特征在于：包括扬声器最大位移保护模块、音频放大器、电流电压传感器模块及扬声器建模模块；
所述电流电压传感器模块：能实时采集扬声器的电流值与电压值，并将所采集的扬声器电流值与电压值实时反馈给扬声器建模模块；
所述扬声器建模模块：能根据电流电压传感器模块实时反馈的扬声器电流值与电压值动态更新扬声器模型，并将所更新的扬声器模型反馈给扬声器最大位移保护模块；
所述扬声器最大位移保护模块：能实时接收音频信号及扬声器建模模块反馈的最新扬声器模型，并能根据所接收的最新扬声器模型对输入的音频信号进行信号限制保护后发送给音频放大器；
所述音频放大器：能接收经扬声器最大位移保护模块限制保护后发送的音频信号，并根据音频信号产生数字脉冲驱动扬声器；
所述扬声器最大位移保护模块的输出端连接音频放大器的输入端，音频放大器的输出端连接扬声器的输入端，所述电流电压传感器模块的信号采集端连接扬声器的输入端，电流电压传感器模块的信号输出端连接扬声器建模模块的输入端，扬声器建模模块的输出端连接扬声器最大位移保护模块的输入端。
2.根据权利要求1所述的一种扬声器驱动保护系统，其特征在于：扬声器最大位移保护模块包括：能实时接收音频信号的扬声器位移阻抗函数模块及增益控制模块；
所述扬声器位移阻抗函数模块：能根据扬声器建模模块实时反馈的最新扬声器阻抗模型计算出扬声器预测位移，并将扬声器预测位移与内部预先设定的扬声器最大位移进行对比，当对比得到扬声器预测位移大于扬声器最大位移时，会发送衰减信号给增益控制模块；当对比得到扬声器预测位移小于扬声器最大位移时，会发送放大信号给增益控制模块；
所述增益控制模块：能实时接收扬声器位移阻抗函数模块发送的衰减信号或放大信号，并根据所接收的衰减信号或放大信号对所接收的音频信号进行衰减或放大后发送给音频放大器；
所述扬声器位移阻抗函数模块的输入端连接扬声器建模模块的输出端，扬声器位移阻抗函数模块的输出端连接增益控制模块的输入端，增益控制模块的输出端连接音频放大器的输入端。
3.根据权利要求2所述的一种扬声器驱动保护系统，其特征在于：在增益控制模块的输入端还连接有延时模块，延时模块用于将所输入的音频信号延时预设延时时间后再发送给增益控制模块。
4.根据权利要求3所述的一种扬声器驱动保护系统，其特征在于：延时模块对信号进行延时的预设延时时间为10ms。
5.根据权利要求2所述的一种扬声器驱动保护系统，其特征在于：扬声器建模模块包括：扬声器阻抗模型模块、反生电动势预测模块、实际反生电动势计算模块及扬声器阻抗模型更新控制模块；
所述扬声器阻抗模型模块：能记录扬声器的阻抗模型；
所述反生电动势预测模块：能根据电流电压传感器模块反馈的扬声器电流值及扬声器阻抗模型模块反馈的阻抗模型预估出反生电动势，并将所预估出的反生电动势发送给扬声器阻抗模型更新控制模块；
所述实际反生电动势计算模块：能根据电流电压传感器模块反馈的扬声器电压值、扬声器电流值、以及扬声器直流电阻计算出实际反生电动势，并将所计算出的实际反生电动势发送给扬声器阻抗模型更新控制模块；
所述扬声器阻抗模型更新控制模块：能计算所接收的预估的反生电动势与实际反生电动势之间的误差，并判断误差是否达到预设值，当判断出误差达到预设值时，会对扬声器阻抗模型进行更新，并将所更新后的扬声器阻抗模型发送给扬声器最大位移保护模块中的扬声器位移阻抗函数模块。
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