DE102014101881B4

DE102014101881B4 - Audioausgabeeinrichtung und Verfahren zum Bestimmen eines Lautsprecherkegelhubs

Info

Publication number: DE102014101881B4
Application number: DE102014101881.8A
Authority: DE
Inventors: Christian Kranz; Markus Hammes; Richard RONIG
Original assignee: Intel Corp
Current assignee: Intel Corp
Priority date: 2014-02-14
Filing date: 2014-02-14
Publication date: 2023-07-27
Anticipated expiration: 2034-02-15
Also published as: US20150237443A1; US9681227B2; DE102014101881A1

Abstract

Audioausgabeeinrichtung (300), die Folgendes umfasst:einen Lautsprecher (101, 303);eine Audioausgabeschaltung (102), die konfiguriert ist zum Empfangen eines ersten Audiosignals und konfiguriert ist zum Liefern des ersten Audiosignals und eines zweiten Audiosignals an den Lautsprecher (101, 303), wobei das zweite Audiosignal eine höhere Frequenz als das erste Audiosignal umfasst, wobei die Audioausgabeschaltung (102) konfiguriert ist zum Liefern des ersten Audiosignals unddes zweiten Audiosignals an den Lautsprecher (101, 303) durch Addieren des ersten Audiosignals und des zweiten Audiosignals und Liefern des aus der Addition resultierenden Signals an den Lautsprecher (101, 303);ein Mikrofon (103, 307), das konfiguriert ist zum Empfangen eines Schallsignals von dem Lautsprecher (101, 303) als Reaktion auf das erste Audiosignal und das zweite Audiosignal und zum Umwandeln des Schallsignals in ein empfangenes Audiosignal;einen Bestimmer (104), der konfiguriert ist zum Bestimmen einer Phase einer Frequenzkomponente des empfangenen Audiosignals entsprechend dem zweiten Audiosignal und zum Bestimmen eines Hubs des Lautsprechers (101, 303) durch das erste Audiosignal auf der Basis der Phase; undeinen Controller, der konfiguriert ist zum Steuern einer Eingangsleistung des Lautsprechers (101, 303) auf der Basis des Hubs.

Description

Erfindungsgebiet
Hierin beschriebene Ausführungsformen betreffen allgemein Audioausgabeeinrichtungen und Verfahren zum Bestimmen eines Lautsprecherkegelhubs.
Allgemeiner Stand der Technik
Elektrodynamische Lautsprecher sind dafür anfällig, durch einen übergroßen Hub der Schwingspule und des Kegels beschädigt zu werden. Typische Schäden werden dadurch verursacht, dass die Schwingspule auf die Rückplatte trifft oder die Aufhängung aufgrund einer übermäßigen Vorwärtskraft zerrissen wird. Dies kann behandelt werden, indem der Hub des Lautsprechers begrenzt wird. Dazu sind Ansätze zum Messen des Hubs eines Lautsprechers wünschenswert.
US 2009/ 0 190 789 A1 beschreibt eine Audioerzeugungseinheit mit einem Lautsprecherkegel und einer Messeinheit, wobei die Messeinheit einen Ultraschall-Sender, der ein Ultraschall-Audiosignal in Richtung des Lautsprecherkegels sendet, und einen Ultraschall-Empfänger, der das von dem Ultraschall-Sender gesendete Ultraschall-Audiosignal nach Reflektion an dem Lautsprecherkegel empfängt, aufweist, wobei die Messeinheit eingerichtet ist, einen Phasendifferenz zwischen dem gesendete Ultraschall-Audiosignal und dem empfangenen Ultraschall-Audiosignal zu ermitteln und anhand davon eine Position des Lautsprecherkegels zu ermitteln. US 2012/ 0 249 125 A1 beschreibt die Messung einer Verschiebung einer sich bewegenden Membran in einem elektroakustischen Wandler durch Modulieren eines elektrischen Signals. WO 2012/ 009 670 A2 beschreibt ein Audiotreibersystem, das ein Hubmodell implementiert. Beers, L; Belar, H.: „Frequency-Modulation Distortion in Loudspeaker“; In: Proceedings of the IRE, Vol.31, Issue 4, pp. 132-138, April 1943 beschreibt verschiedene Aspekte eines Audioerzeugungssystems. Klippel, W: „Assessment of Voice Coil Peak Discplacement Xmax“; In: 112th Convention of the Audio Engineering Society AES, pp. 1-15, Mai 2002 beschreibt den Schwingspulenhub. EP 0 508 392 A2 beschreibt eine Schaltungsanordnung zur Korrektur des linearen und nichtlinearen Übertragungsverhaltens elektroakustischer Wandler. US 6 931 135 B1 beschreibt eine Schaltung und ein Verfahren zur Hub-Begrenzung. WO 2013/ 182 901 A1 beschreibt ein System, bei dem ein Controller ein Audiosystem anhand eines Modells steuert. US 2007/ 0 140 058 A1 beschreibt ein System, welches Nicht-Linearitäten eines Wandlers modelliert.
Figurenliste
In den Zeichnungen bezeichnen in den verschiedenen Ansichten gleiche Bezugszeichen allgemein die gleichen Teile. Die Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu, wobei stattdessen betont wird, die Prinzipien der Erfindung zu veranschaulichen. In der folgenden Beschreibung werden verschiedene Aspekte unter Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

1 eine Audioausgabeeinrichtung,
2 ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Bestimmen eines Lautsprecherkegelhubs darstellt,
3 zeigt eine Audioverarbeitungsanordnung,
4 eine Anordnung aus einem Lautsprecher und einem Mikrofon.

Beschreibung von Ausführungsformen
Die folgende ausführliche Beschreibung bezieht sich auf die beiliegenden Zeichnungen, die als Veranschaulichung spezifische Details und Aspekte dieser Offenbarung zeigen, wie die Erfindung praktiziert werden kann. Andere Aspekte können verwendet und strukturelle, logische und elektrische Änderungen vorgenommen werden, ohne von dem Schutzbereich der Erfindung abzuweichen. Die verschiedenen Aspekte dieser Offenbarung schließen einander nicht notwendigerweise gegenseitig aus, da einige Aspekte dieser Offenbarung mit einem oder mehreren anderen Aspekten dieser Offenbarung kombiniert werden können, um neue Aspekte zu bilden.
In den heutigen Mobileinrichtungen mit der Fähigkeit zum Ausgeben von Audio, z.B. Kommunikationseinrichtungen wie etwa Mobiltelefone, werden in der Regel sehr kleine Lautsprecher verwendet. Diese werden als Mikrolautsprecher bezeichnet. Diese Lautsprecher werden aufgrund ihrer begrenzten Leistung oftmals nahe an der Grenze ihres sicheren Arbeitsgebiets betrieben, weswegen sie für eine Beschädigung durch einen großen Schwingspulenhub besonders gefährdet sind. Der Hub bezieht sich hierin darauf, wie weit sich der Kegel eines Lautsprechers linear von ihrer Ruheposition aus bewegt.
Zur Milderung dieses Problems können Lautsprecherschutzverfahren verwendet werden.
Beispielsweise verwendet ein Lautsprecherschutzverfahren die von dem aktuellen Hubmaximum abhängige Lautsprechereingangsleistung.
Dazu kann der Schwingspulenhub beispielsweise gemessen werden, indem die Kegelposition mit einem Laser direkt gemessen wird. Wenngleich dies in der Regel sehr präzise ist, ist es aufgrund seiner teuren Komponenten unerwünscht, es für Produkte wie etwa Mobilkommunikationseinrichtungen, z.B. Mobiltelefone, zu verwenden. Zudem behindern Größenbeschränkungen bei Mobileinrichtungen den Einsatz von zusätzlicher voluminöser Hardware.
Weiterhin kann die Kegelbeschleunigung mit Hilfe eines Beschleunigungsmessers gemessen werden. Abgesehen von der Schwierigkeit, die Kegelposition aus ihrer Beschleunigung zu rekonstruieren (wofür beispielsweise zwei kaskadierte Integratoren verwendet werden) verschlechtert der Einsatz eines Beschleunigungsmessers die Lautsprecherleistung (Empfindlichkeit, Impulsantwort) aufgrund der vergrößerten Masse des sich bewegenden mechanischen Systems. Außerdem ist aufgrund der Befestigung des Beschleunigungsmessers an dem Kegel (z.B. mit Hilfe von Kleber) die Robustheit in der Regel ein Problem. Zudem ist ein Beschleunigungsmesser auch eine relativ teure Komponente.
Die Kegelgeschwindigkeit kann auch unter Einsatz eines sekundären Magnetsystems mit einer zusätzlichen Wicklung, in den Lautsprecher integriert, gemessen werden. Ein von der Kegelgeschwindigkeit abhängiger Strom wird dann in der zweiten Wicklung induziert. Aufgrund der Notwendigkeit einer zweiten Wicklung erhöht dieser Ansatz jedoch auch die Komplexität und die Kosten des Lautsprechers.
Nachfolgend werden Ansätze zum Messen des Hubs eines Lautsprechers beschrieben (z.B. des Hubs der Schwingspule und des Kegels des Lautsprechers), das beispielsweise für Mobilkommunikationseinrichtungen wie etwa Mobiltelefone besonders geeignet sein kann, da sie die Hardwarekomponenten verwenden, die in der Regel innerhalb von Mobilkommunikationseinrichtungen vorliegen (wie etwa Mikrofon, Mikrofonschnittstelle und Digitalsignalverarbeitungsblock) und somit keine zusätzlichen Kosten für die Hardware verursachen.
1 zeigt eine Audioausgabeeinrichtung 100.
Die Audioausgabeeinrichtung 100 enthält einen Lautsprecher 101 und eine Audioausgabeschaltung 102, die konfiguriert ist zum Empfangen eines ersten Audiosignals (z.B. zur Ausgabe) und konfiguriert ist zum Liefern des ersten Audiosignals und eines zweiten Audiosignals an den Lautsprecher 101, wobei das zweite Audiosignal eine höhere Frequenz als das erste Audiosignal aufweist.
Die Audioausgabeeinrichtung 100 umfasst weiterhin ein Mikrofon 103, das konfiguriert ist zum Empfangen eines Schallsignals von dem Lautsprecher 101 als Reaktion auf das erste Audiosignal und das zweite Audiosignal und zum Umwandeln des Schallsignals in ein empfangenes Audiosignal.
Weiterhin umfasst die Audioausgabeeinrichtung 100 einen Bestimmer 104, der konfiguriert ist zum Bestimmen einer Phase einer Frequenzkomponente des empfangenen Audiosignals entsprechend dem zweiten Audiosignal und zum Bestimmen eines Hubs des Lautsprechers 101 durch das erste Audiosignal auf der Basis der Phase.
Mit anderen Worten wird ein zweites Audiosignal einem ersten Audiosignal überlagert, das beispielsweise das Nutzaudiosignal ist, das durch den Lautsprecher ausgegeben werden soll, z.B. der Audioausgabe einer etwaigen, auf der Audioausgabeeinrichtung laufenden Anwendung entspricht. Die Audioausgabeeinrichtung empfängt das von dem Lautsprecher ausgegebene Schallsignal bei Belieferung mit dem mit dem zweiten Audiosignal überlagerten ersten Audiosignal und bestimmt die Phase der Frequenzkomponente des empfangenen Schallsignals entsprechend dem zweiten Audiosignal (d.h. die Frequenzkomponente mit der gleichen Frequenz wie das zweite Audiosignal). Auf der Basis dieser Phase bestimmt die Audioausgabeeinrichtung den Hub des Lautsprechers, der durch das erste Audiosignal bewirkt wird. Der Hub des Lautsprechers kann als der Hub des Kegels des Lautsprechers verstanden werden.
Das zweite Audiosignal kann beispielsweise durch einen Signalgenerator geliefert werden, der beispielsweise Teil der Audioausgabeeinrichtung sein kann.
Dies kann als Ausnutzung des akustischen Doppler-Effekts angesehen werden. Beispielsweise wird angenommen, dass ein Lautsprecher durch ein (elektrisches) Audiosignal angeregt wird, das sowohl aus einer niederfrequenten als auch einer hochfrequenten Komponente besteht. Wegen der niederfrequenten Komponente des resultierenden Kegelhubs variiert der Ort, an dem der Lautsprecher (als Reaktion auf die hochfrequente Komponente des elektrischen Signals) ein Schallsignal generiert, mit der Zeit. Für einen Beobachter jedoch, der sich auf der Achse der Kegel- und Schwingspulenbewegung des Lautsprechers befindet, ist das generierte Schallsignal phasenmoduliert (dieses Phänomen wird auch als Doppler-Effekt bezeichnet).
Es sei angemerkt, dass das erste (niederfrequente) Audiosignal auch durch das zweite (höher frequente) Audiosignal phasenmoduliert wird. Diese Phasenmodulation ist jedoch in der Regel sehr klein.
Durch Überlagerung eines hochfrequenten Pilottons auf ein erwünschtes Audiosignal generiert der Lautsprecher dementsprechend eine Schalldarstellung des Pilottons, die durch das erwünschte Signal phasenmoduliert ist. Beispielsweise wird ein Lautsprecherschutzsystem bereitgestellt, dass das Schallsignal unter Verwendung eines Mikrofons und einer Mikrofonschnittstellenschaltungsanordnung aufnimmt, um ein empfangenes (elektrisches) Audiosignal zu generieren. Das System kann den empfangenen Pilotton von dem empfangenen Audiosignal trennen und ihn demodulieren, um den Lautsprecherkegelhub zu erhalten.
Unter „Audioausgabeeinrichtung“ kann jede (z.B. elektronische) Einrichtung mit der Fähigkeit zum Ausgeben von Audio verstanden werden, z.B. Mobiltelefone, Tabletcomputer, Laptopcomputer usw. Der Ausdruck „Audiosignal“ bezieht sich, sofern nicht etwas anderes angegeben ist, auf ein elektrisches Audiosignal, d.h. eine elektrische Darstellung eines Audiosignals, während sich der Ausdruck „Schallsignal“ auf die tatsächliche, über einen Schallkanal (in der Regel über Luft) übertragene Schallwelle bezieht.
Der Bestimmer kann beispielsweise konfiguriert sein zum Bestimmen des Hubs auf der Basis der Phase durch Vergleichen der Phase mit einer Referenzphase, wenn das erste Audiosignal gleich einem vorbestimmten Signal ist, z.B. einem konstanten Ton mit einer oder mehreren konstanten vorbestimmten Frequenzkomponenten oder z.B. Null.
Die Audioausgabeeinrichtung kann weiterhin einen Controller umfassen, der konfiguriert ist zum Steuern einer Eingangsleistung des Lautsprechers (z.B. für einen oder mehrere bestimmte Frequenzbänder, auf der Basis des Hubs).
Die Audioausgabeeinrichtung 100 führt beispielsweise ein Verfahren aus, wie in 2 dargestellt.
2 zeigt ein Flussdiagramm 200 eines Verfahrens zum Bestimmen eines Lautsprecherkegelhubs.
Das Flussdiagramm 200 zeigt ein Verfahren zum Bestimmen eines Lautsprecherkegelhubs, beispielsweise durch eine Audioausgabeeinrichtung ausgeführt.
In 201 empfängt eine Komponente der Audioausgabeeinrichtung ein erstes Audiosignal (z.B. zur Ausgabe), z.B. von einer anderen Komponente der Audioausgabeeinrichtung.
In 202 liefert die Komponente das erste Audiosignal und ein zweites Audiosignal an einen Lautsprecher, wobei das zweite Audiosignal eine höhere Frequenz als das erste Audiosignal aufweist.
In 203 empfängt die Audioausgabeeinrichtung ein Schallsignal von dem Lautsprecher als Reaktion auf das erste Audiosignal und das zweite Audiosignal.
In 204 wandelt die Audioausgabeeinrichtung das Schallsignal in ein empfangenes Audiosignal um.
In 205 bestimmt die Audioausgabeeinrichtung eine Phase einer Frequenzkomponente des empfangenen Audiosignals entsprechend dem zweiten Audiosignal.
In 206 bestimmt die Audioausgabeeinrichtung einen Hub des Lautsprechers durch das erste Audiosignal auf der Basis der Phase.
Die folgenden Beispiele betreffen weitere Ausführungsformen.
Beispiel 1 ist eine Audioausgabeeinrichtung, wie unter Bezugnahme auf 1 beschrieben.
In Beispiel 2 kann der Gegenstand von Beispiel 1 weiterhin den Bestimmer enthalten, der einen Phasenmodulationsdemodulator umfasst, der konfiguriert ist zum Bestimmen der Phase der Frequenzkomponente des empfangenen Audiosignals entsprechend dem zweiten Audiosignal.
In Beispiel 3 kann der Gegenstand eines der Beispiele 1-2 weiterhin den Bestimmer enthalten, der den Hub auf der Basis der Phase bestimmt durch Vergleichen der Phase mit einer Referenzphase, wenn das erste Audiosignal gleich einem vorbestimmten Signal ist.
In Beispiel 4 kann der Gegenstand eines der Beispiele 1-3 weiterhin den Bestimmer enthalten, der ein Filter umfasst, das konfiguriert ist zum Filtern des empfangenen Audiosignals zum Extrahieren der Frequenzkomponente des empfangenen Audiosignals entsprechend dem zweiten Audiosignal aus dem empfangenen Audiosignal.
In Beispiel 5 kann der Gegenstand von Beispiel 4 weiterhin beinhalten, dass das Filter ein Bandpassfilter ist.
In Beispiel 6 kann der Gegenstand eines der Beispiele 1-5 weiterhin das zweite Audiosignal mit Frequenzkomponenten mit Frequenzen über den Frequenzkomponenten des ersten Audiosignals enthalten.
In Beispiel 7 kann der Gegenstand eines der Beispiele 1-6 weiterhin das zweite Audiosignal nur mit Frequenzkomponenten mit Frequenzen über den Frequenzkomponenten des ersten Audiosignals enthalten.
In Beispiel 8 kann der Gegenstand eines der Beispiele 1-8 weiterhin ein zweites Audiosignal entsprechend einem Schallsignal enthalten, das außerhalb des menschlichen Hörbereichs liegt.
In Beispiel 9 kann der Gegenstand eines der Beispiele 1-8 weiterhin das erste Audiosignal entsprechend einem Schallsignal enthalten, das innerhalb des menschlichen Hörbereichs liegt.
In Beispiel 10 kann der Gegenstand eines der Beispiele 1-9 weiterhin einen Controller enthalten, der konfiguriert ist zum Steuern einer Eingangsleistung des Lautsprechers auf der Basis des Hubs.
In Beispiel 11 kann der Gegenstand von Beispiel 10 weiterhin beinhalten, dass der Controller konfiguriert ist zu bestimmen, ob der Hub über einem vorbestimmten Schwellwert liegt, und eine Eingangsleistung des Lautsprechers zu reduzieren, falls der Hub über dem vorbestimmten Schwellwert liegt.
In Beispiel 12 kann der Gegenstand eines der Beispiele 1-11 weiterhin beinhalten, dass die Frequenzkomponente des empfangenen Audiosignals entsprechend dem zweiten Audiosignal eine Frequenzkomponente des empfangenen Audiosignals mit der gleichen Frequenz wie eine Frequenzkomponente des zweiten Signals ist.
In Beispiel 13 kann der Gegenstand eines der Beispiele 1-12 weiterhin beinhalten, dass die Audioausgabeeinrichtung eine Mobilkommunikationseinrichtung ist.
In Beispiel 14 kann der Gegenstand eines der Beispiele 1-13 weiterhin beinhalten, dass die Audioausgabeschaltung konfiguriert ist zum Liefern des ersten Audiosignals und des zweiten Audiosignals an den Lautsprecher durch Addieren des ersten Audiosignals und des zweiten Audiosignals und Liefern des aus der Addition resultierenden Signals an den Lautsprecher.
Beispiel 15 ist ein Verfahren zum Bestimmen eines Lautsprecherkegelhubs, wie in 2 dargestellt.
In Beispiel 16 kann der Gegenstand von Beispiel 15 weiterhin das Bestimmen der Phase der Frequenzkomponente des empfangenen Audiosignals entsprechend dem zweiten Audiosignal mit Hilfe eines Phasenmodulationsdemodulators beinhalten.
In Beispiel 17 kann der Gegenstand eines der Beispiele 15-16 weiterhin das Bestimmen des Hubs auf der Basis der Phase durch Vergleichen der Phase mit einer Referenzphase, wenn das erste Audiosignal gleich einem vorbestimmten Signal ist, beinhalten.
In Beispiel 18 kann der Gegenstand eines der Beispiele 15-17 weiterhin das Filtern des empfangenen Audiosignals zum Extrahieren der Frequenzkomponente des empfangenen Audiosignals entsprechend dem zweiten Audiosignal aus dem empfangenen Audiosignal beinhalten.
In Beispiel 19 kann der Gegenstand von Beispiel 18 weiterhin das Filtern des empfangenen Audiosignals mit Hilfe eines Bandpassfilters beinhalten.
In Beispiel 20 kann der Gegenstand eines der Beispiele 15-19 weiterhin das zweite Audiosignal mit Frequenzkomponenten mit Frequenzen über den Frequenzkomponenten des ersten Audiosignals enthalten.
In Beispiel 21 kann der Gegenstand eines der Beispiele 15-20 weiterhin das zweite Audiosignal nur mit Frequenzkomponenten mit Frequenzen über den Frequenzkomponenten des ersten Audiosignals enthalten.
In Beispiel 22 kann der Gegenstand eines der Beispiele 15-21 weiterhin ein zweites Audiosignal entsprechend einem Schallsignal enthalten, das außerhalb des menschlichen Hörbereichs liegt.
In Beispiel 23 kann der Gegenstand eines der Beispiele 15-22 weiterhin das erste Audiosignal entsprechend einem Schallsignal enthalten, das innerhalb des menschlichen Hörbereichs liegt.
In Beispiel 24 kann der Gegenstand eines der Beispiele 15-23 weiterhin das Steuern einer Eingangsleistung des Lautsprechers auf der Basis des Hubs beinhalten.
In Beispiel 25 kann der Gegenstand von Beispiel 24 weiterhin das Bestimmen beinhalten, ob der Hub über einem vorbestimmten Schwellwert liegt, und Reduzieren einer Eingangsleistung des Lautsprechers, falls der Hub über dem vorbestimmten Schwellwert liegt.
In Beispiel 26 kann der Gegenstand eines der Beispiele 15-25 weiterhin beinhalten, dass die Frequenzkomponente des empfangenen Audiosignals entsprechend dem zweiten Audiosignal eine Frequenzkomponente des empfangenen Audiosignals mit der gleichen Frequenz wie eine Frequenzkomponente des zweiten Signals ist.
In Beispiel 27 kann der Gegenstand eines der Beispiele 15-26 durch eine Mobilkommunikationseinrichtung ausgeführt werden.
In Beispiel 28 kann der Gegenstand eines der Beispiele 15-27 weiterhin das Liefern des ersten Audiosignals und des zweiten Audiosignals an den Lautsprecher durch Addieren des ersten Audiosignals und des zweiten Audiosignals und Liefern des aus der Addition resultierenden Signals an den Lautsprecher beinhalten.
Beispiel 29 ist ein computerlesbares Medium mit darauf aufgezeichneten Anweisungen, die bei Ausführung durch einen Prozessor veranlassen, dass der Prozessor ein Verfahren zum Bestimmen eines Lautsprecherkegelhubs nach einem der Beispiele 15 bis 28 durchführt.
Beispiel 30 ist eine Audioausgabeeinrichtung, die Folgendes umfasst: einen Lautsprecher; ein Audioausgabemittel zum Empfangen eines auszugebenden ersten Audiosignals und zum Liefern des ersten Audiosignals und eines zweiten Audiosignals an den Lautsprecher, wobei das zweite Audiosignal eine höhere Frequenz als das erste Audiosignal aufweist; ein Mikrofon zum Empfangen eines Schallsignals von dem Lautsprecher als Reaktion auf das erste Audiosignal und das zweite Audiosignal und zum Umwandeln des Schallsignals in ein empfangenes Audiosignal; und ein Bestimmungsmittel zum Bestimmen einer Phase einer Frequenzkomponente des empfangenen Audiosignals entsprechend dem zweiten Audiosignal und zum Bestimmen eines Hubs des Lautsprechers durch das erste Audiosignal auf der Basis der Phase.
In Beispiel 31 kann der Gegenstand von Beispiel 30 weiterhin das Bestimmungsmittel enthalten, das einen Phasenmodulationsdemodulator zum Bestimmen der Phase der Frequenzkomponente des empfangenen Audiosignals entsprechend dem zweiten Audiosignal umfasst.
In Beispiel 32 kann der Gegenstand von Beispiel 30 weiterhin das Bestimmungsmittel enthalten, das gedacht ist zum Bestimmen des Hubs auf der Basis der Phase durch Vergleichen der Phase mit einer Referenzphase, wenn das erste Audiosignal gleich einem vorbestimmten Signal ist.
In Beispiel 33 kann der Gegenstand eines der Beispiel 30-32 weiterhin das Bestimmungsmittel enthalten, das einen Filter zum Filtern des empfangenen Audiosignals zum Extrahieren der Frequenzkomponente des empfangenen Audiosignals entsprechend dem zweiten Audiosignal aus dem empfangenen Audiosignal umfasst.
In Beispiel 34 kann der Gegenstand von Beispiel 33 weiterhin beinhalten, dass das Filter ein Bandpassfilter ist.
In Beispiel 35 kann der Gegenstand eines der Beispiele 30-34 weiterhin das zweite Audiosignal mit Frequenzkomponenten mit Frequenzen über den Frequenzkomponenten des ersten Audiosignals enthalten.
In Beispiel 36 kann der Gegenstand eines der Beispiele 30-35 weiterhin das zweite Audiosignal nur mit Frequenzkomponenten mit Frequenzen über den Frequenzkomponenten des ersten Audiosignals enthalten.
In Beispiel 37 kann der Gegenstand eines der Beispiele 30-36 weiterhin das zweite Audiosignal entsprechend einem Schallsignal enthalten, das außerhalb des menschlichen Hörbereichs liegt.
In Beispiel 38 kann der Gegenstand eines der Beispiele 30-37 weiterhin das erste Audiosignal entsprechend einem Schallsignal enthalten, das innerhalb des menschlichen Hörbereichs liegt.
In Beispiel 39 kann der Gegenstand eines der Beispiele 30-38 weiterhin ein Steuermittel enthalten zum Steuern einer Eingangsleistung des Lautsprechers auf der Basis des Hubs.
In Beispiel 40 kann der Gegenstand von Beispiel 39 weiterhin das Steuermittel enthalten, das gedacht ist zum Bestimmen, ob der Hub über einem vorbestimmten Schwellwert liegt, und Reduzieren einer Eingangsleistung des Lautsprechers, falls der Hub über dem vorbestimmten Schwellwert liegt.
In Beispiel 41 kann der Gegenstand eines der Beispiele 30-40 weiterhin beinhalten, dass die Frequenzkomponente des empfangenen Audiosignals entsprechend dem zweiten Audiosignal eine Frequenzkomponente des empfangenen Audiosignals mit der gleichen Frequenz wie eine Frequenzkomponente des zweiten Signals ist.
In Beispiel 42 kann der Gegenstand eines der Beispiele 30-41 eine Mobilkommunikationseinrichtung sein.
In Beispiel 43 kann der Gegenstand eines der Beispiele 30-42 weiterhin das Audioausgabemittel enthalten, das gedacht ist zum Liefern des ersten Audiosignals und des zweiten Audiosignals an den Lautsprecher durch Addieren des ersten Audiosignals und des zweiten Audiosignals und Liefern des aus der Addition resultierenden Signals an den Lautsprecher.
Es sei angemerkt, dass eines oder mehrere der Merkmale eines beliebigen der obigen Beispiele mit einem beliebigen anderen der anderen Beispiele kombiniert werden können.
Nachfolgend werden Beispiele ausführlicher beschrieben.
3 zeigt eine Audioverarbeitungsanordnung 300.
Die Audioverarbeitungsanordnung 300 enthält einen Addierer 301, eine Lautsprecherschnittstelle 302, einen Lautsprecher 303 mit einem Rahmen 304 und einen Kegel 305, einem Schallkanal 306, ein Mikrofon 307, ein Bandpassfilter 308 und einen Phasenmodulationsdemodulator (PM-Demodulator) 310.
Der Addierer 301, die Lautsprecherschnittstelle 302, der Lautsprecher 303, das Mikrofon 307, das Bandpassfilter 308 und der PM-Demodulator 310 sind Teil einer Audioausgabeeinrichtung, beispielsweise einer Mobilkommunikationseinrichtung wie etwa eines Mobiltelefons. Der Lautsprecher ist beispielsweise ein Lautsprecher einer Mobilkommunikationseinrichtung wie etwa eines Mobiletelefons, beispielsweise ein Lautsprecher zum Freisprechen, z.B. an der Rückseite des Mobiltelefons angeordnet. Das Mikrofon ist beispielsweise das oder eines der Mikrofone der Mobilkommunikationseinrichtung (z.B. Telefon), das von dem Benutzer zum Eingeben von Sprache verwendet wird. Beispielsweise kann der Addierer 301 Teil einer Audioausgabeschaltung der Audioausgabeeinrichtung sein.
Es wird angenommen, dass die Audioausgabeschaltung ein erwünschtes Audiosignal s_sw ausgeben soll. Beispielsweise ist die Audioausgabeeinrichtung ein Telefon und das erwünschte Audiosignal ein empfangenes Sprachsignal von einem anderen Benutzer. Das erwünschte Audiosignal kann auch irgendein Audiosignal von einer Anwendung sein, z.B. ein Audiosignal eines Videos, das der Benutzer ansieht.
Der Addierer 301 ist konfiguriert zum Überlagern eines hochfrequenten Pilottons s_sp auf das erwünschte Audiosignal s_sw. Der hochfrequente Pilotton weist eine höhere Frequenz als das erwünschte Audiosignal auf. Dies kann so verstanden werden, dass alle Frequenzkomponenten des hochfrequenten Pilottons Frequenzen aufweisen, die höher sind als der Bereich von Frequenzen, der in dem erwünschten Audiosignal enthalten ist. Da angenommen wird, dass das erwünschte Audiosignal vom menschlichen Benutzer gehört werden kann, weist es beispielsweise ein Frequenzspektrum auf, das innerhalb des Bereichs von 20 Hz bis 20 kHz liegt (dieser Bereich kann aufgrund von Beschränkungen des Lautsprechers 303 tatsächlich kleiner sein), und dass der Pilotton beispielsweise eine oder mehrere Frequenzen über 20 kHz enthält, z.B. zwischen 30 kHz und 100 kHz, d.h. Frequenzen, die nicht hörbar sind. Die eine oder mehreren Frequenzen des Pilottons können beispielsweise derart gewählt werden, dass sie vom menschlichen Ohr nicht gehört werden können, aber immer noch ausreichend niedrig sind, dass ihre Richtcharakteristik nicht verhindert, dass die Komponente oder Komponenten des Audiosignals, wie durch den Lautsprecher 303 ausgegeben, das Mikrofon 307 erreichen.
Der Addierer 301 liefert das Ergebnis der Überlagerung s_s mit Hilfe einer Lautsprecherschnittstelle 302 an den Lautsprecher 303. Das Signal s_s bewirkt, dass sich die Schwingspule und der Kegel 305 des Lautsprechers 303 zu einer Position x_s bewegen und zur gleichen Zeit eine Schallwelle (d.h. Schallsignal) s_sa emittieren.
Dies ist in 4 ausführlicher dargestellt.
4 zeigt eine Anordnung 400 eines Lautsprechers 401 und eines Mikrofons 402.
Der Lautsprecher 401 entspricht beispielsweise dem Lautsprecher 303 und das Mikrofon 402 entspricht beispielsweise dem Mikrofon 307.
Der Lautsprecher 401 umfasst einen Lautsprecherrahmen 403 und einen Kegel 404. Eine nicht gezeigte Schwingspule ist an dem Kegel 404 angebracht.
Es wird angenommen, dass die Ruheposition des Lautsprecherkegels 404 (d.h. die Position des Lautsprecherkegels 404, wenn in den Lautsprecher 401 kein Audiosignal eingegeben wird) sich an der Position x_s,0 = 0 befindet und sich das Mikrofon 402 (insbesondere der Mikrofonkegel 405) an der Position x_r befindet, wie auf der x-Achse 406 angezeigt.
Das Signal ist s_s(t_s) (d.h. das Signal s_s zum Zeitpunkt t_s) bewirkt, dass sich der Lautsprecherkegel 404 zu der Position x_s(t_s) bewegt, wo zum Zeitpunkt t_s ein Schallwellenwert s_sa(t_s) emittiert wird.
Zum Zeitpunkt t_r > t_s wird der Schallwellenwert s_ra(t_r) von dem Mikrofonkegel 405 an der Position x_r empfangen. Die Zeitdifferenz zwischen der Emission und dem Empfang der Schallwelle wird durch die Wellenausbreitungsgeschwindigkeit c und dem Abstand zwischen dem Lautsprecher 403 und dem Mikrofon 402 zum Zeitpunkt der Emission bestimmt: $t_{r} = t_{s} + \frac{| x_{r} - x_{s} (t_{s}) |}{c}$
Unter Vernachlässigung aller Eigenschaften des Schallkanals mit Ausnahme der Ausbreitung ergibt sich $s_{ra} (t_{r}) = s_{sa} (t_{s})$
Diese beiden Gleichungen können so angesehen werden, dass sie den durch einen sich bewegenden Sender im Zeitbereich verursachten Doppler-Effekt beschreiben.
Somit empfängt das Mikrofon 307 über den Schallkanal 306 das Schallsignal s_ra und wandelt es in ein empfangenes Signal s_r um, das von der Mikrofonschnittstelle 308 ausgegeben wird.
Für dieses Beispiel wird angenommen, dass der Pilotton s_sp ein reiner Ton mit der Amplitude A_p und der Frequenz f_p ist, d.h. $s_{s p} (t) = A_{p} \cdot sin (ω_{p} \cdot t) wobei ω_{p} = 2 π \cdot ƒ_{p}$
Unter Verwendung von Gleichung (2) erhält man das empfangene Signal s_r als $s_{r} (t_{r}) = s_{s w} (t_{s}) + A_{p} \cdot sin (ω_{p} \cdot t_{s})$
Um die Doppler-Verschiebung an dem Pilotton für eine Bestimmung des Lautsprecherkegelhubs zu verwenden, entfernt das Bandpassfilter 309 mit dem Filterkoeffizientenvektor h_BP die unnötigen Spektralkomponenten des empfangenen Signals. Im Fall eines Pilottons von 100 kHz beispielsweise filtert das Bandpassfilter 309 Frequenzen aus, die nicht innerhalb eines Bereichs von 70 kHz bis 130 kHz liegen. Die Ausgabe des Bandpassfilters 309 wird bezeichnet als s_rp: $s_{r p} (t_{r}) = h_{B P} * s_{r} (t_{r}) = A_{p} \cdot sin (ω_{p} \cdot t_{s})$
Um Gleichung (2) t_s zu eliminieren, wird Gleichung (1) nach t_s gelöst. Da dies ohne Vereinfachung nicht möglich ist, wird Folgendes angenommen:

1. Der Lautsprecherkegel 404 befindet sich links vom Mikrofon 402: $x_{s} (t_{s}) < x_{r}$
2. Die Laufzeit ist ausreichend kurz und die größte Schwingspulengeschwindigkeit $\frac{\partial x_{s}}{\partial t}$
ist ausreichend niedrig, so dass der Lautsprecherkegelhub zum Zeitpunkt der Emission x_s(t_s) durch den Hub zum Zeitpunkt des Empfangs x_s(t_r) approximiert werden kann: $x_{s} (t_{s}) \approx x_{s} (t_{r})$

Somit ist $\begin{array}{l} t_{r} \approx t_{s} + \frac{x_{r} - x_{s} (t_{r})}{c} \\ \Rightarrow t_{s} \approx t_{r} - \frac{x_{r}}{c} + \frac{x_{s} (t_{r})}{c} \end{array}$
und das empfangene Signal lautet: $s_{r p} (t_{r}) = A_{p} \cdot s i n (ω_{p} \cdot t_{r} - \frac{ω_{p} \cdot x_{r}}{c} + \frac{ω_{p}}{c} \cdot x_{s} (t_{r}))$
Auf der Basis des Terms $\frac{ω_{p}}{c} \cdot x_{s} (t_{r})$
im Argument des Sinus in Gleichung (9) wird der empfangene Pilotton so ausgelegt, dass er mit einem Phasenmodulationskoeffizienten $k_{P M} = \frac{ω_{p}}{c}$
durch den Schwingspulenhub x_s phasenmoduliert ist.
Der PM-Demodulator 310 extrahiert die Phasenmodulation $\frac{ω_{p}}{c} \cdot x_{s} (t_{r})$
zum Zeitpunkt t_r und bestimmt einen Schätzwert für den Lautsprecherkegelhub durch Dividieren durch k_PM.
Zum Bestimmen der Phasenmodulation bestimmt der PM-Demodulator beispielsweise zuerst eine Referenzphase des Pilotsignals durch Ausgeben nur des Pilottons (d.h. mit dem auf null eingestellten gewünschten Signal). Somit kann der PM-Demodulator die Phasenmodulation $\frac{ω_{p}}{c} \cdot x_{s} (t_{r})$
durch Vergleich mit der Referenzphase bestimmen.
Es sei weiter angemerkt, dass bei einem Beispiel, bei dem sich das Mikrofon nicht auf der Mittelachse des Lautsprechers befindet, sondern sich beispielsweise an einem Winkel δ zur Mittelachse des Lautsprechers befindet, kann dies berücksichtigt werden, indem im k_PM ein Faktor von cos δ aufgenommen wird.
Wenngleich spezifische Aspekte beschrieben worden sind, versteht der Fachmann, dass daran zahlreiche Änderungen hinsichtlich Form und Detail vorgenommen werden können, ohne von dem Gedanken und Schutzbereich der Aspekte dieser Offenbarung, wie durch die beigefügten Ansprüche definiert, abzuweichen. Der Schutzbereich wird somit durch die beigefügten Ansprüche angegeben, und alle Änderungen, die innerhalb der Bedeutung und des Bereichs der Äquivalenz der Ansprüche liegen, sollen somit eingeschlossen sein.

Claims

Audioausgabeeinrichtung (300), die Folgendes umfasst: einen Lautsprecher (101, 303); eine Audioausgabeschaltung (102), die konfiguriert ist zum Empfangen eines ersten Audiosignals und konfiguriert ist zum Liefern des ersten Audiosignals und eines zweiten Audiosignals an den Lautsprecher (101, 303), wobei das zweite Audiosignal eine höhere Frequenz als das erste Audiosignal umfasst, wobei die Audioausgabeschaltung (102) konfiguriert ist zum Liefern des ersten Audiosignals und des zweiten Audiosignals an den Lautsprecher (101, 303) durch Addieren des ersten Audiosignals und des zweiten Audiosignals und Liefern des aus der Addition resultierenden Signals an den Lautsprecher (101, 303); ein Mikrofon (103, 307), das konfiguriert ist zum Empfangen eines Schallsignals von dem Lautsprecher (101, 303) als Reaktion auf das erste Audiosignal und das zweite Audiosignal und zum Umwandeln des Schallsignals in ein empfangenes Audiosignal; einen Bestimmer (104), der konfiguriert ist zum Bestimmen einer Phase einer Frequenzkomponente des empfangenen Audiosignals entsprechend dem zweiten Audiosignal und zum Bestimmen eines Hubs des Lautsprechers (101, 303) durch das erste Audiosignal auf der Basis der Phase; und einen Controller, der konfiguriert ist zum Steuern einer Eingangsleistung des Lautsprechers (101, 303) auf der Basis des Hubs.
Audioausgabeeinrichtung (300) nach Anspruch 1, wobei der Bestimmer (104) einen Phasenmodulationsdemodulator umfasst, der konfiguriert ist zum Bestimmen der Phase der Frequenzkomponente des empfangenen Audiosignals entsprechend dem zweiten Audiosignal.
Audioausgabeeinrichtung (300) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Bestimmer (104) den Hub auf der Basis der Phase durch Vergleichen der Phase mit einer Referenzphase bestimmt, wenn das erste Audiosignal gleich einem vorbestimmten Signal ist.
Audioausgabeeinrichtung (300) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Bestimmer (104) ein Filter umfasst, das konfiguriert ist zum Filtern des empfangenen Audiosignals zum Extrahieren der Frequenzkomponente des empfangenen Audiosignals entsprechend dem zweiten Audiosignal aus dem empfangenen Audiosignal.
Audioausgabeeinrichtung (300) nach Anspruch 4, wobei das Filter ein Bandpassfilter (309) ist.
Audioausgabeeinrichtung (300) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das zweite Audiosignal Frequenzkomponenten mit Frequenzen über den Frequenzkomponenten des ersten Audiosignals umfasst.
Audioausgabeeinrichtung (300) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das zweite Audiosignal nur Frequenzkomponenten mit Frequenzen über den Frequenzkomponenten des ersten Audiosignals umfasst.
Audioausgabeeinrichtung (300) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das zweite Audiosignal einem Schallsignal entspricht, das außerhalb des menschlichen Hörbereichs liegt.
Audioausgabeeinrichtung (300) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das erste Audiosignal einem Schallsignal entspricht, das innerhalb des menschlichen Hörbereichs liegt.
Audioausgabeeinrichtung (300) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Controller konfiguriert ist zum Bestimmen, ob der Hub über einem vorbestimmten Schwellwert liegt, und zum Reduzieren einer Eingangsleistung des Lautsprechers (101, 303), falls der Hub über dem vorbestimmten Schwellwert liegt.
Audioausgabeeinrichtung (300) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Frequenzkomponente des empfangenen Audiosignals entsprechend dem zweiten Audiosignal eine Frequenzkomponente des empfangenen Audiosignals ist, die die gleiche Frequenz wie eine Frequenzkomponente des zweiten Audiosignals umfasst.
Audioausgabeeinrichtung (300) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, die eine Mobilkommunikationseinrichtung ist.
Verfahren (200) zum Bestimmen eines Lautsprecherkegelhubs, umfassend: Empfangen (201) eines ersten Audiosignals; Liefern (202) des ersten Audiosignals und eines zweiten Audiosignals an einen Lautsprecher durch Addieren des ersten Audiosignals und des zweiten Audiosignals und Liefern des aus der Addition resultierenden Signals an den Lautsprecher, wobei das zweite Audiosignal eine höhere Frequenz als das erste Audiosignal umfasst; Empfangen (203) eines Schallsignals von dem Lautsprecher als Reaktion auf das erste Audiosignal und das zweite Audiosignal; Umwandeln (204) des Schallsignals in ein empfangenes Audiosignal; Bestimmen (205) einer Phase einer Frequenzkomponente des empfangenen Audiosignals entsprechend dem zweiten Audiosignal; Bestimmen (206) eines Hubs des Lautsprechers durch das erste Audiosignal auf der Basis der Phase; und Steuern einer Eingangsleistung des Lautsprechers auf der Basis des Hubs.
Verfahren (200) nach Anspruch 13, umfassend das Bestimmen der Phase der Frequenzkomponente des empfangenen Audiosignals entsprechend dem zweiten Audiosignal mit Hilfe eines Phasenmodulationsdemodulators.
Verfahren (200) nach Anspruch 13 oder 14, umfassend das Bestimmen des Hubs auf der Basis der Phase durch Vergleichen der Phase mit einer Referenzphase, wenn das erste Audiosignal gleich einem vorbestimmten Signal ist.
Verfahren (200) nach einem der Ansprüche 13 bis 15, umfassend das Filtern des empfangenen Audiosignals zum Extrahieren der Frequenzkomponente des empfangenen Audiosignals entsprechend dem zweiten Audiosignal aus dem empfangenen Audiosignal.
Verfahren (200) nach Anspruch 16, umfassend das Filtern des empfangenen Audiosignals mit Hilfe eines Bandpassfilters.
Verfahren (200) nach einem der Ansprüche 13 bis 17, wobei das zweite Audiosignal Frequenzkomponenten mit Frequenzen über den Frequenzkomponenten des ersten Audiosignals umfasst.
Verfahren (200) nach einem der Ansprüche 13 bis 18, wobei das zweite Audiosignal nur Frequenzkomponenten mit Frequenzen über den Frequenzkomponenten des ersten Audiosignals umfasst.
Verfahren (200) nach einem der Ansprüche 13 bis 19, wobei das zweite Audiosignal einem Schallsignal entspricht, das außerhalb des menschlichen Hörbereichs liegt.
Verfahren (200) nach einem der Ansprüche 13 bis 20, wobei das erste Audiosignal einem Schallsignal entspricht, das innerhalb des menschlichen Hörbereichs liegt.
Computerlesbares Medium mit darauf aufgezeichneten Anweisungen, die bei Ausführung durch einen Prozessor veranlassen, dass der Prozessor ein Verfahren (200) zum Bestimmen eines Lautsprecherkegelhubs gemäß einem der Ansprüche 13 bis 21 ausführt.