KR20170122761A

KR20170122761A - 스피커 보호

Info

Publication number: KR20170122761A
Application number: KR1020177024725A
Authority: KR
Inventors: 제이슨 윌리엄 로렌스; 로베르또 나폴리; 로저 써위; 제 쑤; 스테판 윌리엄스; 롱 후; 피러스 아즈레이
Original assignee: 시러스 로직 인터내셔널 세미컨덕터 리미티드
Priority date: 2015-02-02
Filing date: 2016-02-01
Publication date: 2017-11-06
Also published as: KR102410440B1; GB2534949A; KR102398400B1; US10356521B2; EP3254472A1; KR20170122760A; US10356522B2; GB2534950B; US20180014121A1; CN107439018A; GB201510030D0; CN107431858B; GB2534950A; WO2016124897A1; WO2016124896A1; EP3254473A1; GB201510031D0; CN107439018B; US20180014120A1; GB2534949B

Abstract

본 출원은 스피커 보호 방법 및 장치를 기술한다. 입력 오디오 신호(Vin)를 상이한 각자의 주파수 대역들(ω1, ω2 ..., ωn)에서의 복수의 오디오 신호들(v1, v2, ..., vn)로 분할하는 제1 주파수 대역 분할기(102)를 갖는 스피커 보호 시스템(100)이 기술된다. 제1 이득 블록(103)은 상이한 각자의 주파수 대역들에서의 오디오 신호들 각각에 각자의 주파수 대역 이득(g1, g2, ..., g3)을 적용하도록 구성되고, 이득 제어기(107, 108, 109)가 각자의 대역 이득들을 제어하기 위해 제공된다. 변위 모델러(104, 105)는 입력 오디오 신호(Vin) 및 변위 모델(104a)에 기초하여 복수의 변위 신호들(x1, x2..., xn)을 결정하고, 여기서 각각의 변위 신호는 상기 상이한 각자의 주파수 대역들 중 하나에 대한 스피커의 모델링된 콘 변위에 대응한다. 이득 제어기(107, 108, 109)는 복수의 변위 신호들에 기초하여 각자의 주파수 대역 이득들을 제어하도록 구성된다.

Description

스피커 보호

본 개시내용의 대표적인 실시예들의 분야는 스피커들을 보호하는 것에 관한 것이거나 그에 관련된 방법들, 장치들 및/또는 구현들에 관한 것이고, 특히 과도한 다이어프램 편위(diaphragm excursion) 및/또는 보이스 코일의 과열을 피하기 위해 스피커에 공급되는 구동 신호를 제어하는 것에 관한 것이다.

다수의 상이한 제품들은, 하나 이상의 스피커들 및/또는 휴대폰과 같은 일체형 장치의 하나 이상의 스피커들, 즉 핸드셋, 및/또는 헤드셋, 예컨대, 이어폰, 헤드폰, 헤드셋, 보청기 및 블루투스™ 디바이스와 같은 주변 장치를 구동하기 위한 연결들과 함께, 오디오 증폭기와 같은 오디오 회로부를 포함한다. 어떤 경우에, 선택된 스피커(들)는, 최악의 환경 조건들, 예를 들어, 최대 공급 전압, 최대 주변 온도 등에서도, 증폭기가 계속하여 스피커로의 신호들을 구동할 수 있는 최대 전력 레벨을 핸들링하도록 충분히 강인하고 충분한 크기로 되어 있을 것이다. 그렇지만, 충분히 강인한 스피커들을 갖는 것이 항상 경제적인 것은 아니며, 휴대폰, 태블릿 및 헤드셋 등과 같은 휴대용 디바이스들에 대해, 요망 사항은 전형적으로 스피커들을 가능한 작고 가볍게 만드는 것이다. 이것으로 인해 어쩌면 오디오 구동 회로부가 스피커에 과부하가 걸리게 할 수 있다. 하나의 특별한 문제점은 과도한 및/또는 오래 계속되는 구동 신호들에 의해 야기되는 스피커 메커니즘의 과도한 변위(displacement), 즉 편위(excursion)로 인한 기계적 손상이다.

공장 모델(plant model), 즉 스피커가 어떻게 반응하는지의 모델 - 그의 파라미터들은 사용 중에 조정될 수 있음 - 을 사용하여 스피커에 인가되는 전압으로부터 시간에 따른 스피커 메커니즘의 변위를 추정하고 과다 편위(over-excursion)가 예측되는 경우 인가된 구동 신호를 감소시키는 회로부를 제공하는 것이 공지되어 있다. 이 신호 감소는 스피커를 그의 전체 대역폭(full bandwidth)에 걸쳐 구동하는 입력 신호를 감쇠시킬 수 있거나, 일반적으로 보다 큰 크기를 갖는 저주파 또는 저음(bass) 성분들을 감소시키기 위해 고역 통과 필터의 차단 주파수(cut-off frequency)를 변경할 수 있다. 그렇지만, 이 전체 대역 감쇠(full-band attenuation) 또는 가변 차단 필터링(variable-cut-off filtering) 기법들은 편위 변조(excursion modulation)에 그다지 기여하지 않는 주파수 대역들 내의 입력 신호의 일부 성분들을 불필요하게 감쇠시켜, 스피커로부터의 음향 신호의 불필요한 열화를 야기할 수 있다.

또한, 과다 편위 예측 및 신호 감소는, 임의의 과다 편위가 발생하기 전에 신호를 신뢰성있게 감소시키지만 신호의 변조의 빈번한 변화들로 인해 오디오 신호에 눈에 띄는 아티팩트들을 생성하지 않기 위해, 충분히 빨라야만 한다. 바람직하게는, 주관적인 오디오 품질을 유지하기 위해 그리고 요구되는 하드웨어 자원들에서 경제적이고 전력 소비에서 경제적이기 위해, 신호 입력으로부터 스피커 구동 신호, 즉 신호 출력까지의 신호 경로에서 불필요한 신호 처리가 없어야만 한다. 또한, 전화와 같은 일부 적용분야들에서, 신호 처리가 입력 신호와 출력 신호 사이에 과도한 지연을 유입시켜서는 안된다.

추가의 문제는 스피커가 또한 과도한 온도에 의해 손상될 수 있다는 것이다. 스피커에 기계적으로 과부하가 걸리게 하지 않기 위해 신호 진폭이 제한되더라도, 스피커의 코일에서의 옴 전력 소산(ohmic power dissipation)은 스피커 내부에 과도한 온도를 생성하기에 충분할 수 있으며, 이 신호 전력이 비교적 오랜 기간 동안 유지되는 경우 또는 외부 환경 온도 또는 장치 온도가 이미 높은 경우에 특히 그렇다. 따라서, 어떤 경우에, 코일 전력 소산을 감소시키기 위해 구동 신호를 감쇠시키는 것이 필요할 수 있다. 이 감쇠는 별도의 신호 감쇠 또는 이득 블록, 즉 열 제한에 특정된 모듈(module specific for thermal limiting)에 의해 제공될 수 있다. 열 제한을 위한 이러한 신호 감쇠 블록은 신호 경로에서 편위 제한 블록(excursion limiting block) 이전에 또는 그 이후에 동작할 수 있지만, 이 블록들이 원하지 않는 방식으로 상호작용하여, 예를 들어, 편위 또는 온도의 잘못된 추정치들을 제공하고 그리고/또는 충돌하는 이득 조절 어택(attack) 또는 릴리스(release) 시간들로 동작하여 과다 활성 조절(over-active adjustment) 또는 가청 아티팩트(audible artefact)들을 초래할 위험이 있다.

오디오 신호는 또한, 일부 적용분야들에서, 신호 체인에 있는 회로 요소들, 예컨대, 신호 체인의 신호 처리 블록들의 다이내믹 레인지 내에 들어가도록 저레벨 신호들을 부스트(boost)시키고 그리고/또는 고진폭 신호들을 감쇠시키기 위해 다이내믹 레인지 컴프레서(dynamic range compressor)(DRC) 블록에 의해 신호 체인(signal chain), 즉 신호 경로 내의 어떤 지점에서 조절될 수 있다. 이 다이내믹 레인지 조절은 또한 신호 의존적이고 어떤 어택 및 디케이(decay) 시상수(time constant)들을 포함할 수 있다. 저음 신호들을 과장하기 위해 그리고/또는 음향심리학 파라미터들에 따라 주관적인 라우드니스(loudness)를 증가시키기 위해 주파수 스펙트럼을 균형을 이루게 하기 위한 어떤 조정이 또한 있을 수 있다.

신호 경로 내의 이 케스케이딩된 블록들 각각은 신호에 필터 그룹 지연 및 처리 지연을 유입시킬 수 있으며, 이득 및/또는 주파수 응답의 적응적 조절들의 체인은 그들의 개별 조절 시상수들을 통해 상호작용할 수 있다.

본 발명의 실시예들은 앞서 언급된 단점들 중 적어도 일부를 적어도 완화시키는 스피커 보호 방법 및 장치를 제공한다.

이하의 설명은 본 개시내용에 따른 예시적인 실시예들을 기술한다. 추가의 예시적인 실시예들 및 구현들은 본 기술분야의 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 게다가, 본 기술분야의 통상의 기술자는 다양한 동등한 기법들이 이하에서 논의되는 실시예들을 대신하여 또는 그들과 함께 적용될 수 있다는 것과, 이러한 모든 등가물들이 본 개시내용에 포함되는 것으로 간주되어야 한다는 것을 인식할 것이다.

따라서, 본 개시내용의 일 양태에 따르면, 스피커 보호 시스템이 제공되고, 스피커 보호 시스템은:

입력 오디오 신호를 수신하고 상기 입력 오디오 신호를 상이한 각자의 주파수 대역들에서의 복수의 오디오 신호들로 분할하도록 구성된 제1 주파수 대역 분할기(frequency band-splitter);

상이한 주파수 대역들에서의 상기 복수의 오디오 신호들 각각에 각자의 주파수 대역 이득을 적용하도록 구성된 제1 이득 블록(gain block);

상기 각자의 주파수 대역 이득들을 제어하는 이득 제어기(gain controller); 및

상기 입력 오디오 신호 및 변위 모델(displacement model)에 기초하여 복수의 변위 신호들 - 각각의 변위 신호는 상기 상이한 각자의 주파수 대역들 중 하나에 대한 스피커의 모델링된 콘 변위(modelled cone displacement)에 대응함 - 을 결정하도록 구성된 변위 모델러(displacement modeller)를 포함하고,

여기서 상기 이득 제어기는 상기 복수의 변위 신호들에 기초하여 상기 각자의 주파수 대역 이득들을 제어하도록 구성된다.

이득 제어기는 스피커를 정의된 편위 한계들 내에 유지하기 위해 상기 대역 이득들을 제어하도록 구성될 수 있다. 환언하면, 스피커 보호 시스템은 편위 제한을 제공한다.

변위 모델러는 오디오 파형 신호를 수신하고 오디오 파형 신호 및 변위 모델에 기초하여 스피커의 예측된 변위를 결정하도록 구성된 변위 모델링 블록(displacement modelling block)을 포함할 수 있다.

일부 실시예들에서, 오디오 파형은 입력 오디오 신호의 한 버전이다. 따라서, 변위 모델링 블록은 상기 입력 오디오 신호의 한 버전을 수신하도록 구성될 수 있다. 본 시스템은 변위 모델링 블록의 출력을 수신하고 출력을 상이한 주파수 대역들에서의 복수의 변위 신호들로 분할하도록 구성된 제2 주파수 대역 분할기를 포함할 수 있고, 여기서 제2 주파수 대역 분할기의 상기 주파수 대역들은 제1 주파수 대역 분할기의 주파수 대역들에 대응한다. 제2 주파수 대역 분할기는 대역 통과 필터들의 필터 뱅크를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제2 대역 분할기는 상기 복수의 변위 신호들을 제공하기 위해 각각의 주파수 대역에서 정류(rectification)를 적용하는, 즉 각각의 대역에서 신호를 정류하는 정류기(rectifier)를 포함할 수 있다. 제2 주파수 대역 분할기는, 그에 부가하여 또는 대안적으로, 어택 시상수; 디케이 시상수; 또는 프레임 주기(frame period)에서의 최대 변위의 표시 중 적어도 하나를 제공하기 위해, 각각의 주파수 대역에서의 변위 신호를 처리하도록 구성될 수 있다.

일부 실시예들에서, 변위 모델링 블록은, 상이한 주파수 대역들에서의 복수의 변위 신호들을 제공하기 위해, 제1 주파수 대역 분할기로부터 출력되는 복수의 오디오 신호들을 수신하고 상기 제1 주파수 대역 분할기로부터 출력되는 상기 오디오 신호들 각각에 대한 모델링된 콘 변위를 결정하도록 구성된다.

스피커 보호 시스템은 상이한 주파수 대역들에서의 상기 복수의 변위 신호들 각각에 각자의 이득을 적용하도록 구성된 제2 이득 블록을 포함할 수 있다.

일부 실시예들에서, (제2 이득 블록에 의해) 복수의 변위 신호들 각각에 적용되는 각자의 이득은 이득 제어기에 의해 결정된 바와 같은 그 주파수 대역에 대응하는 그 당시의 현재 대역 이득(then present band gain)에 기초할 수 있다.

그렇지만, 일부 실시예들에서, 본 시스템은 다중 대역 다이내믹 레인지 제어 블록(multi-band dynamic range control block)을 추가로 포함할 수 있고, 상기 복수의 변위 신호들 각각에 적용되는 각자의 이득은 상기 다중 대역 다이내믹 레인지 제어 블록에 의해 결정되는 관련 주파수 대역에 대한 다이내믹 레인지 제어 이득에 기초한다.

다중 대역 다이내믹 레인지 제어 블록은 다이내믹 레인지 제어 이득들을 결정하기 위해 제1 주파수 대역 분할기로부터 복수의 오디오 신호들의 한 버전을 수신할 수 있다. 이 경우에, 복수의 오디오 신호들에 대한 신호 경로에 지연 블록이 위치될 수 있고, 여기서 지연 블록은 제1 주파수 대역 분할기의 다운스트림에 있고 제1 이득 블록의 업스트림에 있으며, 여기서 다중 대역 다이내믹 레인지 제어 블록은 지연 블록의 업스트림으로부터 도출되는 복수의 오디오 신호들의 한 버전을 수신한다. 제1 주파수 대역 분할기로부터의 복수의 오디오 신호들 중 적어도 일부에 대해, 다중 대역 다이내믹 레인지 제어 블록은, 각자의 주파수 대역들에 대한 다이내믹 레인지 제어 이득을 결정하기 위해, 하나의 주파수 대역에서의 오디오 신호를 인접한 주파수 대역의 적어도 하나의 오디오 신호와 결합시키고 결합된 오디오 신호를 처리하도록 구성될 수 있다.

다중 대역 다이내믹 레인지 제어 블록은 그 대신에 상기 복수의 변위 신호들의 한 버전을 수신하고 상기 변위 신호들로부터 다이내믹 레인지 제어 이득들을 결정할 수 있다. 일부 실시예들에서, 복수의 변위 신호들 중 적어도 일부에 대해, 다중 대역 다이내믹 레인지 제어 블록은, 각자의 주파수 대역들에 대한 다이내믹 레인지 제어 이득을 결정하기 위해, 하나의 주파수 대역에서의 변위 신호를 인접한 주파수 대역의 적어도 하나의 변위 신호와 결합시키고 결합된 변위 신호를 처리하도록 구성된다.

다중 대역 다이내믹 레인지 제어 블록이 변위 신호들을 수신하거나 다중 대역 다이내믹 레인지 제어 블록이 없는 경우, 스피커 보호 시스템은 주 오디오 신호 경로(main audio signal path)에서 입력 오디오 신호를 위한 입력과 출력 오디오 신호를 위한 출력 사이에 있는 지연 블록을 포함할 수 있으며, 여기서 지연 블록은 제1 이득 블록의 업스트림에 있다. 지연 블록은 제1 주파수 대역 분할기의 업스트림에 있을 수 있다.

일부 실시예들에서, 과다 편위 검출기(over-excursion detector)는 각자의 이득이 상기 제2 이득 블록에 의해 적용된 후의 상기 복수의 변위 신호들에 기초한 상기 스피커의 예측된 총 콘 편위(overall predicted cone excursion)가 적어도 하나의 문턱값을 초과하거나 초과할 것인지를 결정하도록 구성될 수 있다. 과다 편위 검출기는 상기 스피커의 예측된 총 콘 편위를 결정하기 위해 각자의 이득이 적용된 후의 상기 복수의 변위 신호들을 수신하여 결합시키도록 구성될 수 있다.

일부 실시예들에서, 이득 제어기는, 예컨대, 과다 편위를 방지하기 위해, 각각의 주파수 대역에 대한 대역 이득 설정을 그 주파수 대역에 대한 변위 신호에 기초하여 제어하도록 구성된다. 이득 제어기는 허용가능 편위 한계 내에 있으면서 대역 이득들의 합을 최대화하기 위해 상기 대역 이득들을 제어하도록 구성되고 그리고/또는 상기 대역 이득들을 제어하기 위해 반복적 오차 최소화(iterative error minimisation) 기법들을 적용하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 이득 제어기는 복수의 변위 신호들에 기초하여 콘 변위의 문턱값을 식별하고, 변위 신호가 문턱값 초과의 예측된 콘 변위에 대응하는 임의의 주파수 대역에 대해, 예측된 콘 변위를 문턱값과 실질적으로 동일하게 되게 감소시키도록 상기 주파수 대역에 대한 이득이 제어되도록, 대역 이득들을 제어하도록 구성될 수 있다. 이득 제어기는 하나 이상의 주파수 대역들로부터의 기여도(contribution)에 가중치를 적용하도록 구성될 수 있다.

일부 실시예들에서, 이득 제어기는, 이득을 감소시키기 위한 시상수; 이득을 증가시키기 위한 시상수; 이득을 증가시키기 전에 이득을 유지하기 위한 홀드 시간(hold time); 및 이득을 감소시키기 전에 이득을 유지하기 위한 홀드 시간 중 적어도 하나에 따라 이득의 임의의 변화를 적용하도록 구성될 수 있다.

제1 주파수 대역 분할기는 복수의 대역 통과 필터들을 포함하는 필터 뱅크를 포함할 수 있다.

일부 실시예들에서, 제1 주파수 대역 분할기로부터 출력되는 복수의 오디오 신호들의 적어도 하나의 주파수 대역은 각자의 대역 이득이 상기 복수의 변위 신호들에 기초하지 않는 비-편위 제한된 주파수 대역(non-excursion limited frequency band)에 대응한다. 환언하면, 주파수 대역들 중 적어도 하나에 적용되는 대역 이득은 편위 제한을 목적으로 제어되지 않을 수 있다.

적어도 하나의 비-편위 제한된 주파수 대역은 제1 주파수 대역 분할기로부터 출력되는 최고 주파수 대역 또는 대역들에 대응할 수 있다. 적어도 하나의 비-편위 제한된 주파수 대역에 대한 대역 이득은, 예를 들어, 다중 대역 다이내믹 레인지 제어기에 의해 생성되는 다이내믹 레인지 이득 설정에 기초하여, 사용 중에 여전히 제어될 수 있다.

일부 실시예들에서, 스피커 보호 시스템은 또한, 예컨대, 열적 과부하로부터의 보호를 제공하기 위해 그리고/또는 스피커를 허용가능 온도 한계 내에 유지하기 위해 스피커의 열 보호를 제공할 수 있다.

따라서 일부 실시예들에서, 스피커 보호 시스템은 복수의 열 주파수 대역들 각각에서의 상기 스피커의 전력 소산을 결정하고, 각각의 열 주파수 대역에 대해, 그 주파수 대역에 대한 결정된 전력 소산에 기초하여 각자의 열 이득 설정을 결정하도록 구성된 열 제어기(thermal controller)를 포함할 수 있다.

열 주파수 대역들 중 적어도 일부는 제1 대역 분할기로부터 출력되는 복수의 오디오 신호들의 주파수 대역들에 대응할 수 있다. 환언하면, 열 보호를 위한 열 이득 설정이 결정되는 주파수 대역들 중 적어도 일부는 편위 보호를 위한 대역 이득 설정이 결정되는 주파수 대역들에 대응할 수 있다. 이득 제어기는 따라서 변위 설정들에 기초하여 그리고 또한 주파수 대역들에 대한 스피커의 결정된 전력 소산에 기초하여 대역 이득들을 제어하도록 구성될 수 있다.

이러한 실시예들에서, 이득 제어기는: 각각의 주파수 대역에 대한 편위 이득 설정을 결정하는 편위 이득 계산 블록; 및 각각의 주파수 대역에 대해, 이득 설정 입력들로서 편위 이득 설정 및 열 이득 설정을 수신하고 그 주파수 대역에 대한 최소 이득 설정 입력에 기초하여 관련 대역 이득을 결정하도록 구성된 최소 함수 블록(minimum function block)을 포함할 수 있다. 최소 함수 블록은, 각각의 주파수 대역에 대해, 이득 설정 입력으로서 적어도 하나의 부가의 제어 이득 설정을 수신하도록 추가로 구성될 수 있다.

본 시스템은 상기 주파수 대역들 각각에 대한 전력 소산의 표시를 제공하기 위해 상기 복수의 오디오 신호들을 각자의 주파수 대역에 대한 각자의 임피던스 값과 곱하도록 구성된 곱셈기 블록을 포함할 수 있다. 임피던스 값은 그 주파수 대역에 대한 미리 결정된 평균 코일 임피던스에 기초할 수 있다.

일부 실시예들에서, 열 주파수 대역들 중 적어도 하나는 제1 대역 분할기로부터 출력되는 복수의 오디오 신호들의 어떤 주파수 대역에도 대응하지 않을 수 있고, 환언하면, 제1 주파수 대역 분할기로부터 출력되는 복수의 오디오 신호들 중 임의의 것의 주파수 대역에 대응하지 않는 적어도 하나의 주파수 대역에 열 보호가 적용될 수 있다.

열 제어기는 스피커의 보이스 코일 전류를 나타내는 신호를 수신하고 각각의 열 주파수 대역에 대한 전류 성분 및 보이스 코일 저항의 추정치에 기초하여 각각의 열 주파수 대역에서의 전력 소산의 추정치를 결정하도록 구성될 수 있다. 열 제어기는 스피커의 보이스 코일 전류를 나타내는 신호를 열 주파수 대역들 각각에서의 전류 성분들로 분할하는 제3 대역 분할기를 포함할 수 있다.

열 제어기는 스피커의 보이스 코일 전류를 나타내는 신호에 기초하여 보이스 코일 저항의 추정치를 결정하도록 구성될 수 있다.

일부 실시예들에서, 열 제어기는 보이스 코일 온도의 추정치를 결정하고 추정된 온도에 기초하여 적어도 하나의 허용 전력 한계를 설정하도록 구성될 수 있다. 열 주파수 대역에 대한 열 이득 설정은 그 대역에 대한 결정된 전력 소산 및 적어도 하나의 허용 전력 한계에 기초하여 제어될 수 있다.

열 이득 제어기는 상기 열 주파수 대역들 각각에 대한 상기 스피커의 상기 전력 소산에 기초하여 하나 이상의 온도 문턱값들이 초과되거나 초과될 것인지를 결정하고, 적용되는 대역 이득들을 제어하도록 구성될 수 있다. 하나 이상의 온도 문턱값들이 초과되거나 초과될 경우, 열 주파수 대역들에 대한 전력 소산을 감소시키기 위해 열 이득 설정들이 제어될 수 있다.

스피커 보호 시스템은 따라서 편위 제한 및 열 보호 둘 다를 제공할 수 있고, 이러한 경우에, 이득 제어기는 상기 주파수 대역들 각각에 대한 상기 스피커의 모델링된 콘 변위 및 각각의 주파수 대역에서의 결정된 전력 소산에 기초하여 주파수 대역들에 대한 각자의 대역 이득들을 생성하도록 구성될 수 있다.

입력 오디오 신호는 아날로그 오디오 신호 또는 디지털 오디오 신호일 수 있다.

실시예들은 집적 회로로서 구현되는 앞서 기술된 바와 같은 스피커 보호 시스템에 관한 것이다.

실시예들은 또한 앞서 기술된 바와 같은 스피커 보호 시스템을 포함하고 입력 노드와 출력 노드 사이의 적어도 제1 및 제2 신호 경로들을, 입력 노드에 수신되는 신호를 각각의 상기 신호 경로에서의 각자의 신호 성분으로 분할하는 경로 분할기(path splitter)와 함께, 갖는 오디오 회로에 관한 것이며, 여기서 스피커 보호 시스템은 제1 대역 분할기에 수신되는 입력 오디오 신호가 제1 신호 성분에 대응하도록 제1 신호 경로에 위치된다. 경로 분할기는 제1 신호 성분이 차단 주파수 미만이고 제2 신호 경로에서의 신호 성분이 차단 주파수 초과이도록 구성된 대역 분할기를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 본 회로는 제2 신호 경로에서의 신호 성분에 적용되는 이득을 제어하는 다이내믹 레인지 제어기를 추가로 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 신호 경로는 스피커 보호 시스템의 업스트림에 위치된 다운 샘플러(down-sampler) 및 스피커 보호 시스템의 다운스트림에 위치된 업 샘플러(up-sampler)를 포함할 수 있다.

본 발명의 양태들은 또한 이상의 변형들 중 임의의 것에 기술된 바와 같은 스피커 보호 시스템을 포함하는 전자 장치 또는 스피커 보호 시스템을 포함하는 오디오 회로에 관한 것이다. 전자 장치는 스피커 보호 시스템으로부터 출력되는 오디오 신호를 수신하도록 구성된 스피커의 구동 증폭기 및/또는 스피커 보호 시스템으로부터 출력되는 오디오 신호에 의해 구동되도록 구성된 스피커를 추가로 포함할 수 있다.

장치는 휴대용 디바이스; 배터리 전원 디바이스; 컴퓨팅 디바이스; 통신 디바이스; 게임 디바이스; 휴대 전화; 개인용 미디어 플레이어; 랩톱, 태블릿 또는 노트북 컴퓨팅 디바이스 중 적어도 하나일 수 있다.

추가의 양태에서, 스피커 보호 방법이 제공되고, 본 방법은:

입력 오디오 신호를 수신하는 단계;

상기 입력 오디오 신호를 상이한 주파수 대역들에서의 복수의 오디오 신호들로 분할하는 단계; 및

상이한 주파수 대역들에서의 상기 복수의 오디오 신호들 각각에 각자의 대역 이득을 적용하는 단계를 포함하고;

여기서 본 방법은 복수의 상기 주파수 대역들 각각에 대한 스피커의 모델링된 콘 변위를 결정하는 단계; 및

상기 주파수 대역들에 대한 상기 모델링된 콘 변위에 기초하여 상기 대역 이득들을 제어하는 단계를 포함한다.

양태들은 또한, 적당한 프로세서 상에서 실행될 때, 앞서 기술된 방법을 수행하거나 앞서 기술된 변형들 중 임의의 것에 따른 스피커 보호 시스템을 제공하는 비일시적 저장 매체 상에 저장된 소프트웨어 코드에 관한 것이다.

추가의 양태에서, 스피커 보호 모듈이 제공되고, 스피커 보호 모듈은:

입력 오디오 신호를 수신하는 입력과 출력 오디오 신호를 출력하는 출력 사이의 주 오디오 신호 경로(main audio signal path) - 주 오디오 신호 경로는 제1 이득 블록의 업스트림에 있는 제1 대역 분할기를 포함하고,

제1 대역 분할기는 상기 입력 오디오 신호를 복수의 상이한 주파수 대역들로 분할하도록 구성되고, 제1 이득 블록은 각각의 상기 주파수 대역에 각자의 대역 이득을 적용하도록 구성됨 -;

입력 신호 및 스피커의 모델에 기초하여 각각의 주파수 대역에 대한 예측된 변위 신호를 생성하도록 구성된 변위 모델러(displacement modeller); 및

스피커의 예측된 변위를 미리 정의된 한계들 내에 유지하기 위해 상기 대역 이득들을 제어하는 이득 제어기를 포함한다.

추가의 양태에서, 스피커 보호 모듈이 있고, 스피커 보호 모듈은:

입력 오디오 신호를 수신하는 입력과 출력 오디오 신호를 출력하는 출력 사이의 주 오디오 신호 경로 - 주 오디오 신호 경로는 제1 이득 블록의 업스트림에 있는 제1 대역 분할기를 포함하고,

입력 신호 및 스피커의 모델에 기초하여 예측된 변위 신호를 생성하도록 구성된 변위 모델러;

상기 변위 신호를 상기 복수의 오디오 신호들의 주파수 대역들에 대응하는 상이한 주파수 대역들에 대한 복수의 변위 신호들로 분할하도록 구성된 제2 대역 분할기; 및

스피커의 예측된 변위를 미리 정의된 한계들 내에 유지하기 위해 상기 복수의 변위 신호들에 기초하여 상기 대역 이득들을 제어하는 이득 제어기를 포함한다.

추가의 양태는 스피커 보호 시스템을 제공하고, 스피커 보호 시스템은:

입력 오디오 신호를 수신하는 입력;

복수의 상이한 주파수 대역들 각각에서의 예측된 편위를 결정하기 위해 입력 신호를 모니터링하고;

상기 주파수 대역들 각각에 대한 대역 이득을 도출하며;

상기 주파수 대역에서의 성분 입력 신호에 각자의 대역 이득을 적용하도록 구성된 편위 리미터(excursion limiter); 및

상기 대역 이득의 적용 후에 상기 출력 신호를 출력하는 출력을 포함한다.

추가의 양태에서, 스피커 보호 시스템이 제공되고, 스피커 보호 시스템은:

입력 오디오 신호를 수신하고 상기 입력 오디오 신호를 상이한 주파수 대역들에서의 복수의 오디오 신호들로 분할하도록 구성된 제1 대역 분할기;

상이한 주파수 대역들에서의 상기 복수의 오디오 신호들 각각에 각자의 대역 이득을 적용하도록 구성된 제1 이득 블록; 및

상기 각자의 이득들을 제어하는 이득 제어기 -

상기 이득 제어기는 상기 주파수 대역들에 대한 스피커의 모델링된 콘 변위 또는 모델링된 전력 소산 중 적어도 하나에 기초하여 상기 대역 이득들을 제어하도록 구성됨 - 를 포함한다.

스피커 보호 방법이 또한 제공되고, 본 방법은:

입력 오디오 신호를 수신하는 단계;

여기서 본 방법은 상기 주파수 대역들에 대한 스피커의 모델링된 콘 변위 또는 모델링된 전력 소산 중 적어도 하나에 기초하여 상기 대역 이득들을 제어하는 단계를 포함한다.

본 발명의 실시예들이 이제부터 첨부 도면들을 참조하여, 단지 예로서, 기술될 것이다.
도 1은 일 실시예에 따른 편위 제한을 제공하는 스피커 보호 블록을 나타낸 도면;
도 2는 다이내믹 레인지 압축(dynamic range compression)을 위해 적용될 수 있는 전달 함수를 나타낸 도면;
도 3은 다중 대역 압축(multi-band compression)과 결합된 스피커 보호를 갖는 일 실시예를 나타낸 도면;
도 4는 다중 대역 압축과 결합된 스피커 보호를 갖는 대안의 실시예를 나타낸 도면;
도 5는 도 4에 예시된 것과 같은 실시예들에서 다이내믹 레인지 압축을 위해 적용될 수 있는 전달 함수를 나타낸 도면;
도 6은 스피커 보호 블록의 추가의 실시예를 나타낸 도면;
도 7은 편위 제한 및 다중 대역 압축을 위한 주파수 대역들의 일 예를 나타낸 도면;
도 8은 주파수 대역들을 결합시키는 다중 대역 압축 블록을 나타낸 도면;
도 9는 일 실시예에서 주파수 대역들의 감쇠가 어떻게 적용될 수 있는지의 예들을 나타낸 도면;
도 10은 스피커 보호 블록이 일부 주파수 성분들에만 편위 제한을 적용하도록 구성되는 일 실시예를 나타낸 도면;
도 11은 일 실시예에 따른 열 보호를 제공하는 스피커 보호 블록을 나타낸 도면;
도 12는 일 실시예에 따른 결합된 편위 제한 및 열 보호를 제공하는 스피커 보호 블록을 나타낸 도면;
도 13은 결합된 열 스피커 보호를 갖는 도 10에 예시된 것과 유사한 일 실시예를 나타낸 도면;
도 14는 스피커 코일 전류로부터 허용가능 이득 설정들을 결정하는 회로부를 나타낸 도면;
도 15a 및 도 15b는 열 보호 블록들의 예들을 나타낸 도면;
도 16은 일 실시예에 따른 오디오 시스템을 나타낸 도면;
도 17은 스피커 보호 시스템을 갖는 장치의 일 예를 나타낸 도면.

언급된 바와 같이, 과다 편위, 즉 과도한 콘 변위로부터 그리고/또는 열적 과부하, 즉 과도한 온도로부터 스피커를 보호하는 시스템들을 제공하는 것이 바람직하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스피커 보호 시스템 또는 스피커 보호 블록의 일 실시예를 나타낸 것이다. 도 1은 스피커에 대한 편위 제한 보호를 제공하는 스피커 보호 블록(100)을 나타내고 있다. 유의할 점은, 본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 '블록'이 커스텀 정의된 회로부(custom defined circuitry)와 같은 전용 하드웨어 컴포넌트들에 의해 적어도 부분적으로 구현될 수 있는 그리고/또는 하나 이상의 소프트웨어 프로세서들 또는 적당한 범용 프로세서 등에서 실행되는 적절한 코드에 의해 적어도 부분적으로 구현될 수 있는 기능 유닛 또는 모듈을 지칭하기 위해 사용될 것이라는 것이다. 블록은 그 자체가 다른 블록들 또는 기능 유닛들을 포함할 수 있다. 게다가, 유의할 점은, 본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 '편위 (excursion)'가 또한 "변위(displacement)"; "움직임(movement)"; "이동(travel)"; "이탈(departure)"; "편차(deviation)"; "편향(deflection)"등과 같은 용어들을 포함하고 그들과 동의어라는 것이다.

이 스피커 보호 블록은 입력 단자 또는 입력 노드에서 입력 오디오 신호(Vin)를 수신하고, 예컨대, 드라이버 증폭기(driver amplifier)를 통해 스피커로 전달하기 위해, 출력 단자 또는 출력 노드에서 출력 신호(Vout)를 제공한다.

주 신호 경로(main signal path)에서, 입력 오디오 신호(Vin)는 지연 블록(101)을 통과하고 그 후에, 신호를 복수의 상이한 주파수 대역들(fb₁ 내지 fb_n)에서의 각자의 파형들로 분할하는, 예를 들어, 대역 통과 필터들(102₁ 내지 102_n)의 뱅크(또는 어떤 다른 기능적 등가 블록)일 수 있는, 주파수 대역 분할기(102)를 통과한다. 환언하면, 대역 분할기(102), 예컨대, 필터 뱅크는 입력 오디오 신호를 한 세트의 병렬 신호(parallel signal)들 - 각각이 각자의 주파수 대역 내에 속하는 입력 신호의 주파수 성분들을 나타냄 - 로 분할한다. n개의 필터들의 뱅크의 각각의 필터(102₁ 내지 102_n)의 출력은, 복수의 이득 요소들(103₁ 내지 103_n)을 갖는, 제1 이득 블록(103)으로 전달되고, 여기서 각각의 주파수 대역에 대해 각자의 대역 이득(g1, g2... gn), 즉 그 특정의 주파수 대역에 대해 적용되는 각자의 이득이 적용된다. 이득 적용된 신호(gained signal)들(vg1, vg2 ... vgn), 즉 각자의 이득이 적용된 후의 신호들은 이어서 신호(Vout)를 제공하기 위해 결합된다.

이 실시예에서, 대역 이득들, 즉 각각의 주파수 대역에 대한 이득들(g1, g2... gn)은 입력 신호(Vin)의 주 신호 경로와 독립적인 처리로부터 도출된다. 입력 신호(Vin)는 구동될 스피커의 전기 기계 수학적 모델(electro-mechanical mathematical model)(104a), 즉 공장 모델에 따라 스피커 콘(speaker cone)의 추정된 또는 예측된 물리적 변위를 나타내는 파형(x)을 출력하는 변위 모델링 블록(104)에 인가된다. 파형(x)은 입력 신호(Vin) 및 모델에 기초하여 시간에 따라 변할 것이다. 변위 모델링 블록은 따라서 예측된 변위를 사용해 전압-변위, 즉, V-x 변환을 제공한다.

변위 신호(x)는 이어서, Vin으로부터 Vout까지의 주 신호 경로에 있는 것과 유사한 2차 대역 분할기(105), 예컨대, n개의 필터들(105₁ 내지 105_n)의 유사한 뱅크를 통과하고, 따라서 한 세트의 n개의 주파수 대역들의 각각의 주파수 대역 내에 속하는 변위 신호의 성분들을 나타내는 한 세트의 각자의 파형들(x1 ,... xn)을 제공한다. 변위 모델링 블록(104)과 2차 대역 분할기(105)는 따라서 함께, 입력 오디오 신호 및 변위 모델에 기초하여 복수의 상기 주파수 대역들 각각에 대한 스피커의 모델링된 콘 변위를 결정하는, 주파수 대역들에 대한 변위 모델러를 제공하는 것으로 보여질 수 있다.

이 실시예에서, 필터링된 변위 신호들(x1 ,... xn) 각각은 이어서, 각자의 필터링된 이득 적용된 변위 신호(filtered gained displacement signal)(xg1 ,... xgn)를 제공하기 위해 각자의 이득(gc1, gc2 ... gcn)이 적용되는, 2차 이득 블록(106)의 각자의 이득 요소(106₁ 내지 106_n)로 전달된다. 이하에서 기술될 것인 바와 같이, 각각의 대역에서 편위 신호들에 적용되는 이득들(gc1 내지 gcn)은, 이 실시예에서, 주 신호 경로에서 대응하는 대역들에 적용되는 각자의 이득들(g1 내지 gn), 즉 대역 이득들과 동일하다.

과다 편위 검출기 블록(107)은 이어서, 개개의 이득 적용된 편위 신호들(xg1 ,... xgn)에 기초하여, 스피커의 예측된 총 편위가 문턱값을 초과하거나 초과할 가능성이 있는지를 검출할 수 있다. 예측된 총 편위(xt)는 개개의 이득 적용된 편위 신호들(xg1 ,... xgn)을 결합시키는 것에 의해 결정될 수 있다. 일부 실시예들에서, 신호들이 과다 편위 검출기 블록(107)에 전달되기 전에 총 편위를 결정하기 위해 결합될 수 있거나, 과다 편위 검출기 블록(107) 자체가 신호들을 결합시켜 총 편위를 결정할 수 있다. 어쨋든, 편위가 문턱값을 초과하거나 초과할 수 있다고 결정되면 과다 편위 검출기 블록(107)은 예측된 총 편위(xt)를 안전한 값으로 감소시킬 수정된 한 세트의 이득 값들(gc1, gc2 ... gcn)을 계산하기 위해 이득 계산 블록(108)을 활성화시킬 수 있다. 그렇지만 예측된 총 편위(xt)가 허용가능 한계 내에 있다면, 기존의 이득 설정들이 유지될 수 있다.

이득 계산 블록에 의해 계산된 이득들(gc1, gc2 ... gcn)은 필터 뱅크의 필터들의 각자의 출력들에 직접 적용될 수 있으며, 이 경우에 개개의 이득의 임의의 변화가 실질적으로 순간적으로 적용될 수 있다. 그렇지만, 일부 실시예들에서, 계산된 이득들은 바람직하게는 이득 갱신 블록(109)에서 어택 및 릴리스 컨디셔닝(conditioning)을 거칠 수 있다. 예를 들어, 신호 레벨의 임의의 급격한 증가의 신속한 감쇠를 보장하기 위해 임의의 이득 감소에 대한 빠른 어택 시상수(fast attack time constant)가 적용될 수 있지만, 너무 빈번한 이득 변화를 피하기 위해 적용된 이득의 보다 느린 증가를 제공하기 위해 긴 릴리스 시상수(long release time constant), 즉 긴 디케이 시상수(long decay time constant)가 적용될 수 있다. 이득 갱신 블록(109)에 의해 적용되는 컨디셔닝은 릴리스 시간 대신에 그리고/또는 그와 함께 임의의 이득 증가 이전에 시간 지연을 포함시킬 수 있다. 이득 감소 이전의 시간 지연이 일부 실시예에서는 사용될 수는 없지만 일부 실시예들에는 이득 감소 이전의 시간 지연이 동기화를 위해 사용될 수 있다.

주 신호 경로의 필터 뱅크(102)의 필터들(102₁ 내지 102_n)의 출력들에 적용되는 이득들(g1, g2 ... gn)이 2차 필터 뱅크 또는 대역 분할기(105)의 대응하는 필터들(105₁ 내지 105_n)의 출력들에 적용되는 이득들과 동일하기 때문에, 오디오 신호 성분들의 상대 가중치들이 예측된 변위의 각자의 성분들에 적용되는 것들과 동일할 것이다. 따라서, 이 오디오 신호 성분들이 스피커에 인가될 때, 그들은 예측된 변위의 각자의 성분들에 대응하는 콘 편위의 각자의 성분을 제공할 것이고, 따라서 예측된 변위와 일치하는 총 변위를 또한 제공할 것이다.

신호들이 2개의 필터 뱅크들에 인가될 때 사이의 시간 지연(time lag)으로 인해 약간의 부정확성이 있을 수 있지만, 임의의 이러한 부정확성이 스피커와 연관된 기계적 시상수들에 비해 비교적 작을 것이라는 것이 이해될 것이다.

따라서 스피커의 실제 편위, 즉 콘 편위가 예측된 편위에 따라 제한될 것이다. 복수의 주파수 대역들 각각에 대한 편위의 성분을 결정하고 그에 따라 임의의 필요한 이득 감소를 적용하는 것에 의해, 적용되는 이득 감소들은 주로 최대 변위 성분들을 제공하는 그 주파수 대역들에서 있을 수 있고, 따라서 다른 주파수 대역들에서 신호들의 비교적 적은 감쇠를 요구하면서, 이와 동시에 유리하게도 어떤 고역 통과 필터에 의한 모든 저주파 성분들의 일률적 이득 감소(blanket gain reduction) 또는 임의적 감소(arbitrary reduction)를 수반하는 종래의 방식들에 비해 보다 많은 오디오 정보를 보존한다.

도 1과 관련하여 지칭된 신호들이 이상의 파형들로서 지칭되지만, 이 신호들은 어떤 적당한 샘플 레이트(sample rate), 이를테면 48ks/s의 디지털 샘플들의 스트림들일 수 있다. 디지털 샘플들은 최대 레인지(maximum range) 및 양자화 잡음(quantisation noise)의 면에서 적당한 다이내믹 레인지를 제공하기 위해 요구되는 바와 같은 어떤 적당한 분해능을 가질 수 있다. 신호 샘플들은 프레임 단위로, 예를 들어, 프레임당 16 샘플씩 처리될 수 있다.

각각의 필터링된 신호 파형이 각자의 주파수 대역에서만 에너지를 포함하지만, 이 파형들은 여전히 시간 영역 파형들이고 주파수 영역 스펙트럼 측도(frequency-domain spectral measure)들이 아니다.

대역 분할기들(102 및 105), 예컨대, 필터 뱅크들에 대한 몇 가지 가능한 구현 기법들이 있다. 예를 들어, Linkwitz-Riley 필터들이 이용될 수 있다. 대안적으로, 본 기술분야의 통상의 기술자에게 널리 공지된 바와 같이, 중첩-가산(overlap-and-add) 기반 방법들, 역 FFT와 결합된 다상 FIR 필터들, FFT/IFFT 등을 포함할 수 있는 필터링에 대한 주파수 영역 접근법이 구현될 수 있다.

일부 실시예들에서, 2차 필터 뱅크, 예컨대, 대역 분할기(105)는 콘의 예측된 변위의 대역 분할 성분들을 나타내는 신호들을 제공하기 위해 종래의 선형 필터링(linear filtering) 이외의 처리를 포함할 수 있다. 예를 들어, 대역 통과 필터링 후에, 신호가 정류될 수 있다. 이러한 실시예에서, 이 정류된 값들의 합은, 상이한 극성의 성분들의 임의의 상쇄(cancellation)를 무시하여, 총 편위의 외견상 보수적인 추정치(apparently conservative estimate)를 제공할 것이다. 그렇지만, 대부분 유형의 소스 오디오 자료의 경우 상이한 주파수 대역들에서의 성분들이 상관되어 있지 않을 가능성이 있고, 따라서 성분들이 하나의 시점에서는 상쇄(cancel)되더라도, 성분들이 곧이어 어떤 시점에서는 보강(reinforce)될 가능성이 있으며, 따라서 이 보수적 추정치는 이득 변조를 감소시킬 수 있고 심지어 성분들이 서로 "맥놀이(beat)"를 일으키더라도 주관적으로 보다 나을 수 있다.

이와 유사하게, 보고된 편위 추정치(x1 내지 xn)의 지점별 또는 프레임별 변동을 감소시키기 위해 어떤 어택 및 릴리스 특성들에 의한 피크 검출이 다양한 주파수 대역들에서의 예측된 편위 신호들에 적용될 수 있다. 신호가 프레임 단위로 처리되는 경우, 각각의 프레임에 대한 최댓값이 지시 신호(indicative signal)(x1-xn)로서 사용될 수 있다. 유리하게도, 그러면 각각의 주파수 대역에 대해, 프레임당 하나의 샘플만이 이득 요소들과 곱해지면 된다.

그렇지만, 어떤 실시예들에, 지시 편위 신호(indicative excursion signal)는, 이득 계산 블록(108) 내에서의 추가 처리에 의해, 각각의 주파수 대역에서의 예측된 편위 성분들을 각자의 시간 영역 파형들로서 간단히 나타내는 샘플들의 스트림을 포함한다.

앞서 언급된 바와 같이, 총 편위(xt)의 추정치를 제공하기 위해 대역-특정 편위 추정치(band-specific excursion estimate)들(xg1, ... xgn)이 과다 편위 검출기(107)에 공급되어 결합될 수 있다. 결합은 간단한 합산을 포함할 수 있거나, 앞서 개시된 것과 유사한 피크 검출 정류(peak detection rectification) 및 최댓값 검출과 같은 다른 동작들을 포함할 수 있다. 추정된 총 편위(xt)가 어떤 문턱을 초과하면, 갱신된 이득들을 제공하기 위해 이득 계산 블록(108)이 활성화된다. 이 실시예에서, 총 편위 추정치(xt)가 따라서 오디오 신호에 적용될 이득들을 이미 고려하고 있는 편위 추정치들에 기초한다는 것이 이해될 것이다. 따라서, 일반적으로 오디오 신호 레벨을 감소시킨 결과로서, 이득들이 증가하게 하기 위해 이득 계산이 또한 필요할 수 있다. 환언하면, 과다 편위를 방지하기 위해 주어진 주파수 대역에 대해 특정의 이득이 이전에 감소되었지만 그 대역에서의 오디오 신호가 차후에 감소한 경우 이전에 적용된 이득 보정이 더 이상 필요하지 않을 수 있다. 따라서 계산은 이전에 적용된 이득 감소가 유지될 필요가 있는지를 결정할 필요가 있다.

이하에 개시되는 다른 실시예들에서 편위 신호들에 적용되는 이득들이 주 신호 경로에서 오디오 신호에 적용되는 실제 이득을 설명하지 못할 수 있다. 이러한 실시예들에서, 과다 편위 검출기(107)는 어떤 오디오 신호 감쇠가 적용되지 않은 경우에도 예측된 편위가 여전히 미리 결정된 문턱값 아래에 있을 것임을 검출할 수 있고, 따라서 적용된 이득들이 상세한 계산 없이 공칭 값들로 천천히 다시 완화될 수 있게 한다.

앞서 언급된 바와 같이, 일부 실시예들에, 예를 들어, 과다 편위 검출기(107)에 의해 또는 유사한 방식으로 편위 데이터의 각각의 프레임에서 계산되는 최고의 결합된 편위(highest combined excursion)가 추론되고, 그 동일한 시점에 대응하는 한 세트의 샘플들(xg1, ..., xgn)이 이득 제어 계산들을 위해 사용된다. 이것은 모든 시점에 대해 개별적으로 계산하는 것보다 더 경제적이다.

편위를 문턱값 미만으로 감소시키도록 각각의 대역의 이득들을 설정하기 위해 몇 가지 상이한 방법들이 사용될 수 있다.

일부 실시예들에서, 가중 합 Σgi.xgi이 편위 문턱값 xmax으로 수렴하도록, 한 세트의 이득 값들 {gi}을 반복적으로 조절하기 위해 반복적 오차 최소화 기법들이 사용될 수 있다. 예를 들어, 각각의 반복에 대해, gi가 다음과 같이 계산되도록, 간단한 NLMS(Normalised Least Mean Squares) 최적화가 어떤 고정된 수렴 인자(fixed convergence factor) μ와 함께 사용될 수 있다:

gi + μ (xmax - Σgi.xgi) xgi = gi + μ e xgi.

대안적으로, 수렴 인자는 가장 강한 기여자(contributor)들의 수렴을 가속화하기 위해, 이 rms 값들의 합계에 대한 프레임에서의, 이를테면, xgi의 rms 값에 기초하여, 각각의 주파수 대역에 대해 상이할 수 있다. 그렇지만, 이 반복적 방법들은, 최대 편위 제한을 충족시키는 이득들을 위한 해결책은 제공하지만, 복합 신호(composite signal)의 라우드니스를 최대화하는 한 세트의 이득 값들을 꼭 제공하는 것은 아니다.

일부 실시예들에서, 선형 계획법(linear programming technique), 예컨대, SIMPLEX 알고리즘이 사용될 수 있다. 예를 들어, 주된 제약조건은 Σgi.xgi가 xmax 미만으로 있으면서 이득들의 합 Σgi를 최대화하는 것일 수 있다. 일부 실시예들에서, 목적은 Σgi.xgi가 xmax 미만으로 있으면서 이득들의 가중 합을 최대화하는 것, 즉 Σwi.gi를 최대화하는 것일 수 있고, 여기서 {wi}는, 예를 들어, 저음이 강조될 수 있게 하거나 심리음향학적으로 인지되는 라우드니스에 보다 많이 기여하는 주파수 대역들을 강조하는, 주파수 대역마다의 한 세트의 가중치들이다.

오디오 신호에 적용되는 이득의 지나치게 빈번한 변조를 피하기 위해, 이상의 방법에 의해 또는 블록(108)에서 다른 방식으로 계산되는 이득은 어택 및 디케이 시상수들 또는 타임아웃들과 같은 어떤 종류의 시간 영역 제어를 받을 수 있거나, 개별 블록(109)에 의해 예시된, 프레임당 최대 이득 스텝(maximum gain step)을 부과하는 것에 의할 수 있지만, 일부 실시예들에서, 계산들의 일부 양태들이 계산 노력의 효율성을 위해 결합될 수 있다.

그 결과 얻어진 이득 값들(g1, ..., gn)은 이어서 이득 블록(103)에 의해 오디오 신호의 각자의 오디오 신호 대역 분할된 성분들에 인가되며, 이득 적용된 성분들은 어떤 드라이버 증폭기를 통해 스피커에 인가될 신호(Vout)를 제공하기 위해 합산된다. 그 결과 얻어진 실제 스피커 콘의 편위는 따라서 이득 제어 블록에 설정된 문턱값(xmax)에 대응하는 값으로 제한된다.

지연 블록(101)은, 오디오 입력 신호의 관련 부분이 주 신호 경로의 이득 블록(103)에 도달하기 전에, 각각의 대역에 대한 현재 이득 설정들에 기초한 예측된 편위의 처리 및 임의의 요구된 이득 변화들의 계산을 위한 시간을 가능하게 한다. 따라서, 지연 블록(101)은 오디오 신호의 관련 부분이 이득을 적용받기 전에 임의의 필요한 이득 변경들이 구현되기 위한 시간을 제공한다.

그렇지만 일부 실시예들에서, 지연 블록(101)이 생략될 수 있다. 이러한 경우에, 샘플 또는 입력 신호 프레임에 적용되는 이득들이 편위 추정치를 제공하기 위해 적용되는 이득들에 더 이상 시간-정렬(time-align)되지 않을 것이지만, 일부 적용분야들에서, 그 결과 얻어진 가능한 과다 편위가, 그다지 빈번하지 않다면, 허용가능할 정도로 충분히 작을 수 있다.

일부 적용분야들에서, 스피커 보호는 어떤 다이내믹 레인지 제어가 적용될 수 있는 오디오 신호에 적용될 수 있다.

많은 적용분야들에서, 불쾌한 오디오 아티팩트들을 유입시키지 않으면서, 프로그램 자료의 조용한 부분들의 라우드니스는 증가시키지만 소리가 큰 부분(loud part)들에 과부하가 걸리지 않게 하는 것이 요망될 수 있다. 이와 같이, 예를 들어, 도 2에 예시된 바와 같이, 어떤 최대 신호 레벨 기준보다 이를테면 12dB 초과만큼 아래에 있는 피크 또는 rms 소리 레벨(sound level)을 갖는 오디오 신호들은 이를테면 6dB만큼 부스트될 수 있는 반면, 0dB 신호 레벨에서 0dB 부스트를 제공하기 위해 이 이득 부스트(gain boost)가 이 레벨 초과의 신호들에 대해서는 매끄럽게 감소된다. 도 2는 입력 대 출력 레벨의 가능한 전달 함수의 일 예를 나타내고 있다. 이 목적을 위해 오디오 신호에 적용되는 이득은 입력 신호에 기초하여 조절될 수 있으며, 입력 신호 레벨은 어택 및 디케이 시상수들 또는 시간 지연을 사용해 어떤 피크 검출기에 의해 추정되고, 이득 조절이 또한 어택 및 릴리스 시상수들 또는 시간 지연들의 영향을 받는다.

이 기능은 한 세트의 주파수 대역들 각각에 대해 개별적으로 수행되어, MBC(Multi-Band Compression)라고 알려진 기능을 제공할 수 있다. 이것은 이용가능한 총 신호 스윙(total signal swing)을 다 사용하고 있는 그 주파수 대역들에서의 적절한 감쇠를 가능하게 하면서 그 때 많은 에너지를 포함하지 않는 그 주파수 대역들에서의 신호들의 불필요한 감쇠를 방지한다.

일부 실시예들에서, 스피커 보호 블록 이전에, MBC가 신호에 적용될 수 있다. 환언하면, 앞서 논의된 신호(Vin)는, MBC와 같은, 어떤 종류의 다이내믹 레인지 압축이 적용된 신호일 수 있다. 그렇지만, MBC와 스피커 보호를 2개의 독립적인 블록들로서 유지하는 것은 잠재적인 문제들을 야기할 수 있다. 예를 들어, MBC에 대한 이득 조절 시상수들은 스피커 보호 블록에서의 이득 조절과 상호작용하는 신호 레벨 변조를 제공할 수 있다. 또한 이를테면 저주파 이득이 MBC에서는 부스트될 수 있지만 이어서 스피커 보호 블록에서는 이 이득 부스트를 반전시키기 위해 감쇠될 필요가 있다. 또한 요구된 필터링 및 이득 적용이 상당한 처리 지연 및 물리적 전력 소비를 수반할 수 있다.

따라서 일부 실시예들에서, MBC와 스피커 보호의 기능들이 결합될 수 있다. 이러한 결합은 신호 처리 및 계산 비용을 절감할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 편위 제한을 위한 스피커 보호 블록의 다른 예를 나타낸 것이다.

이 스피커 보호 블록은 도 1에서의 각자의 블록들과 동일하거나 유사하고 동일한 참조 번호들을 사용하여 식별되는 많은 블록들을 포함한다.

도 3의 실시예에서, 다시 말하지만, 입력 오디오 신호가 수신되고, 주 신호 경로에서, 대역 분할기(102), 즉 필터 뱅크에 의해 다양한 주파수 대역들로 분할되고, 각각의 대역에 이득 블록(103)에 의해 각자의 이득이 적용되고 나서, 개개의 신호들이 출력 신호(Vout)를 제공하기 위해 재결합된다.

그렇지만 도 3의 실시예에서, 주 신호 경로, 즉 1차 신호 경로(primary signal path)에서, 입력 신호는, 신호를 지연시키는 것에 앞서, 필터 뱅크(102)에 결합된다. 주 경로 신호는 여전히 이득 블록(103)에 도달하기 전에 지연되지만, 이 실시예에서, 신호가 복수의 상이한 주파수 대역 신호들로 분할된 후에 신호가 지연된다. 다수의 필터링된 신호들(v1 ... vn)이 있기 때문에, 각각은 각자의 이득의 적용 이전에 개별적인 지연 블록(301₁ 내지 301_n)에 의해 지연되어야 한다.

이 예에서, 다중 대역 압축 블록(Multiband Compression Block)과 같은 다중 대역 다이내믹 레인지 제어 블록인, 다이내믹 레인지 제어 블록(302)은 필터 뱅크(102)에 의해 생성되는 개개의 주파수 대역 신호들(v1 내지 vn)을, 그들이 지연되기 전에, 태핑(tap)하고, 원하는 압축 기능을 제공하기 위해 동작한다.

예를 들어, 다중 대역 압축 블록(MBC)(302)은, 앞서 논의된 것과 유사한 방식으로, 대역 제한된 입력 신호 성분들(v1 ... vn) 각각에 대해, 각각의 대역에서 낮은 신호 레벨들에 대해서는 이득 부스트(gain boost)를 제공하고 보다 높은 신호 레벨들에 대해서는 이득 부스트를 제공하지 않기 위해, 동작할 수 있다.

입력 신호(Vin)는 또한 변위 모델(104)에 입력되고, 이어서 앞서 논의된 바와 같이 필터 뱅크(105)에 의해 주파수 대역에 대한 대응하는 변위 신호들로 분할된다. 그렇지만, 이 실시예에서, 이 대역 제한된 변위 신호들에 작용하는 이득 블록들(106₁ 내지 106_n)은, 다중 대역 압축 블록(302)에 의해 정의된, 이득들(gc1 내지 gcn)을 갖는다.

이 이득들은 따라서 2차 경로(secondary path)에서의 대응하는 변위 신호들(x1 ... xn)에 적용되고, 입력 신호가 gc1 ... gcn에 따라 가중되어 스피커에 인가되는 경우 제공될 변위의 성분들을 나타내는 각자의 추정치들을 제공한다. 앞서 기술된 바와 같이, 그 결과 얻어진 이득 적용된 신호들(xg1 ... xgn)은 예측된 총 변위(total predicted displacement)의 표시를 제공하기 위해 결합될 수 있고, 과다 편위 검출기(107)는 이 총 편위가 명시된 최대 변위를 초과하거나 초과할 가능성이 있는지를 결정할 수 있다.

예측된 총 변위가 명시된 최대 변위 미만인 경우, MBC 블록(302)에서 정의되는 이득들은 변경되지 않은 채로 이득 계산 블록(108)을 통해 전파하도록 허용될 수 있고, 주 신호 경로에 있는 각자의 이득 블록들(103₁ 내지 103_n)에 적용될 수 있다. 주 신호 경로에서의 신호들은 따라서 다중 대역 압축이 신호에 직접 적용되는 경우와 유사한 방식(신호 경로 및 이득 도출 경로에서의 지연들을 무시함)으로 변조될 것이다.

예측된 총 변위가 명시된 최대 변위 초과인 경우, 이득들(gc1 ... gcn)은, 총 편위가 스피커 보호 이득 변조를 거치지 않은 신호들(xg1...xgn)에 기초하여 예측되는 것, 즉 피드백 이득 조절 알고리즘보다는 피드포워드 이득 조절 알고리즘이 고려되어야만 한다는 것을 제외하고는, 앞서 기술된 것과 유사한 방식으로 이득 계산 블록(108)(그리고 어쩌면 또한 이득 갱신 블록(109)에 의해 실시되는 어택 및 디케이 다이내믹스(dynamics))에 의해 수정될 수 있다.

도 4는 편위 제한을 위한 스피커 보호 블록의 추가의 실시예를 나타낸 것이다. 다시 말하지만, 이것은 도 1과 유사하고, 유사한 요소들에는 동일한 숫자 라벨들이 부여되고 동일한 신호들에는 동일한 이름들이 부여되어 있다.

도 3에서와 같이, 변위 영역(displacement domain)에서, 즉 다양한 주파수 대역들에서의 예측된 변위의 신호들에 적용되는 이득들은 주 신호 경로에서 적용되는 이득들과 상이하지만, 도 4에 예시된 실시예에서, 오디오 신호 필터링된 신호들(v1 ... vn)보다는 변위 영역 필터링된 신호들(x1 ... xn)에 대해 다중 대역 압축이 수행된다. 따라서 도 4의 실시예에서, 앞서 논의된 바와 유사한 방식으로, 입력 신호(Vin)가 변위 모델(104)에 입력되고, 그 결과 얻어진 변위 신호(x(t))가 필터 뱅크(105)에 입력된다. 그렇지만, 이 실시예에서는, 대역 제한된 변위 신호들(x1 ... xn)에 대해 동작하기 위해 다중 대역 압축 블록(401)이 제공된다.

도 4에 예시된 실시예는 주 신호 경로에 다수의 병렬 지연 라인들을 필요로 하지 않는다. 그렇지만 다이내믹 다중 대역 압축이 물리적 편위(physical excursion)에 기초하기 때문에, 압축 파라미터들의 정의는 공칭 물리적 스피커 모델(nominal physical speaker model)을 고려해야 하고, 스피커 보호에 선행하는 압축을 갖는 레거시 구현들과 상이할 수 있으며, 실제로 어떤 모델의 스피커가 부착되어 있는지에 따라 상이할 수 있다.

그렇지만 도 4에 예시된 시스템은 편위 이용의 측면에서 보다 효율적일 수 있다. 이 방식에서, 압축 곡선들은 n개의 주파수 대역들 각각에 대해 "excursion_in"및 "excursion_out"으로 표현될 수 있다. (편위에 보다 많이 기여할 수 있는) 저주파 대역들은 과다 편위를 감소시키기 위해 보다 높은 압축 인자(compression factor)에 의해 보다 작은 메이크업 이득(makeup gain) 및 보다 이른 니(knee)를 가질 수 있다. 보다 높은 주파수 대역들은, 총 편위에 그다지 기여하지 않기 때문에, 라우드니스를 최대화하기 위해 보다 느슨한 압축 곡선들을 가질 수 있다.

이 실시예에서는 압축이 편위 신호에 적용되고 있기 때문에, 압축 응답 곡선, 즉 MBC 블록(401)에 의해 적용되는 전달 함수는 입력 편위 대 출력 편위로 정의된다. 도 5는 도 2에 예시된 것과 동일한 일반적인 응답을 갖지만 편위 값들로 표현되는 압축 응답 곡선을 나타낸 것이다. 도 5는 따라서 최대 물리적 편위(이 예에서는 0.6mm임)의 1/2까지의 신호들이 2배(즉, 6dB)만큼 부스트되는 특성을 갖는 가능한 적당한 응답 곡선의 일 예를 나타내고 있으며, 이 이득 부스트는 최대(예컨대, 0.6mm) 물리적 편위에서 실질적으로 단위 이득으로 떨어진다. 이것은, 설계자가 "전압 영역(voltage domain)"에서 정의된 것과 동일한 압축 곡선을 사용하는 경우, 편위에 대한 영향을 고려하지 않고 낮은 주파수들에서의 부스트를 명시할 수 있기 때문에 편위 문제들이 있을 수 있다는 것을 보여준다. 압축 곡선들이 "변위 영역"에서 직접 정의되는 경우, 편위에 대한 압축의 효과가 즉각 명백해지고 유리하게도 시스템에 대한 압축 튜닝(compression tuning)의 최적화를 용이하게 한다.

앞서 논의된 예들에서, 입력 신호는 변위 모델에 입력되고 이어서, 복수의 상이한 주파수 대역들 각각에서의 편위가 결정될 수 있도록, 대역 분할된다. 앞서 논의된 바와 같이, 이것은 편위 제한을 위한 임의의 필요한 이득 조절이 필요한 주파수 대역들에만 적용될 수 있게 한다. 주 신호 경로에서의 오디오 신호는 따라서, 대역 특정 이득들이 적용될 수 있게 하기 위해, 그에 따라 또한 대역 분할된다. 그렇지만 일부 실시예들에서는, 도 6에 예시된 바와 같이, 편위 및 오디오 신호 처리를 위한 개별적인 필터 뱅크들보다는, 단일의 필터 뱅크(102)가 입력 신호를 다양한 주파수 대역들에서의 오디오 신호들, 예컨대, 전압 신호들로 필터링하기 위해 입력에 제공될 수 있다. 이 실시예에서, 변위 계산 또는 모델링 블록(104)은 따라서 n개의 주파수 대역들 각각에 대한 개별적인 신호들을 수신하고 이어서 각각의 주파수 범위에 대해 개별적으로 편위 성분들을 계산한다. 이것은, 변위 모델(104a)에 임의의 상당한 비선형성들이 존재할 때 부정확할지라도, 계산의 절감을 가져오고 적절한 성능을 제공할 수 있다. 주 신호 경로에서의 지연은 따라서 도 3에 예시된 예와 유사한 방식으로 대역 분할 후에 적용된다.

일부 실시예들에서, 스피커 보호 블록의 파라미터들 중 적어도 일부는 사용자의 사용 사례에 따라 상이하게 구성가능할 수 있다. 예를 들어, 어쩌면 고품질 소스 자료를 사용한 음악 재생 사용에서 보다 긴 신호 지연이 허용가능할 수 있으며, 이득 변조를 위한 덜 공격적인 어택 시간들 및 그에 따른 원본 신호의 보다 적은 조작을 가능하게 한다. 다른 한편으로, 예를 들어, 전화 음성 통화의 경우, 지연이 바람직하게는 보다 낮은 지연시간 버짓(latency budget)을 충족시키기 위해 감소될 수 있다. 따라서, 파라미터들이 구성가능할 수 있다. 일부 실시예들에서, 파라미터들이 사용 중에 구성가능할 수 있으며, 예를 들어, 사용자는 자신의 선호에 따라 특정 파라미터들을 선택할 수 있고 그리고/또는 정의된 파라미터 세트들이 사용에 기초하여 선택될 수 있으며, 예를 들어, 애플리케이션 프로세서 등은 미디어 파일이 재생되고 있는지 또는 음성 통화 데이터가 중계되고 있는지를 결정할 수 있다.

변위 모델, 예를 들어, Thiele-Small 모델의 계수들이, 아마도 파일럿 빌드(pilot build)들로부터의 어떤 초기 특성평가에 기초한 초기 설계에 의하거나 제조 동안의 일회성 교정(one-time calibration)에 의해, 고정될 수 있다. 계수들이 부하에서의 전압 및 전류 파형들로부터의 파라미터 추정치들에 기초하여 사용 중에 조정될 수 있고, 아마도 스피커 또는 호스트 디바이스의 보이스 코일 또는 어떤 다른 부분의 온도 또는 주변 온도의 검출에 기초하여 사용 중에 수정될 수 있다.

각각의 필터 뱅크 내의 n개의 필터들 중 적어도 일부 필터들의 중심 주파수들 또는 통과대역 폭들 또는 코너 주파수들이 서로에 대해 선형으로 이격될 수 있다. 이것은, 진폭이 높은 경향이 있고 편위 문제들이 발생할 가능성이 보다 많은, 하위 주파수 옥타브(octave of frequency)들에서 보다 미세한 제어를 제공할 수 있다. 그에 부가하여 또는 대안적으로, 주파수 스펙트럼 전체의 커버리지를 경제적으로 제공하기 위해, 대역들 중 적어도 일부가 대수적으로, 즉 비선형적으로 - 즉, 옥타브 또는 1/3 옥타브 등의 단위로 - 서로에 대해 이격될 수 있다. n개의 필터들의 각각의 필터의 대역폭은 대체로 인접한 중심 주파수들 사이의 간격에 의해 정의될 수 있는데, 그 이유는, 합성 신호가 신호들의 단순한 가산에 의해 복구될 수 있도록, 주파수 대역 전체가 바람직하게는 갭 또는 실질적인 중첩 없이 커버되어야만 하기 때문이다.

중심 주파수들 또는 통과대역 폭들 또는 코너 주파수들은 초기 설계에 의해 고정될 수 있거나 사용 중에 조절가능할 수 있다. 그들은, 예를 들어, 변위 모델의 파라미터들의 조정에 의해 검출된 변화들에 기초하여, 사용 중에 조정될 수 있다.

도 7은 일 실시예에서의 주파수 대역들의 분포의 일 예를 나타내고 있다. 하부 트레이스(lower trace)는, 예를 들어, 도 6의 필터 뱅크(102)에 의해 구현되는 바와 같은, 편위 제한을 위해 사용되는 주파수 대역들을 나타내고 있다. 이 예에서, 주파수 대역들이 저주파들에 대해서는 똑같이 이격되어 있지만, 차단 주파수들이 1.5kHz 위쪽에서는 여러 옥타브로 된다.

도 7의 상부 트레이스(upper trace)는 다중 대역 압축 블록(302)이 편위 제한보다 더 적은 주파수 대역들에서 신호들을 처리할 수 있다는 것을 나타내고 있으며, 그 결과 신호 처리 노력 또는 하드웨어에 대한 요구사항이 감소된다.

편위 및 MBC 처리를 위한 개별적인 필터 세트들을 구현하기보다는, MBC 처리를 위한 주파수 대역들은 사실상 공통 필터 뱅크(102) 내의 2개의 최저 주파수 필터들의 출력들을 단지 결합하는 것에 의해 실현될 수 있다.

도 8은, 적어도 어떤 입력 신호 쌍들, 예를 들어, v1과 v2가 이 목적을 위해, 즉 보다 큰 주파수 범위의 결합된 주파수 대역을 제공하기 위해 결합되는, 다중 대역 컴프레서(Multi-Band Compressor)(302)를 나타내고 있다. v1과 v2로부터 도출된 결합된 신호(v12)는 이어서 요구된 신호 의존적 이득 부스트 또는 감쇠를 제공하기 위해 신호를 증가 또는 감소시키는 데 필요한 이득(gc12raw)을 출력하는 다이내믹 레인지 제어기(80112)에 입력된다. 이 이득(g12raw)은, 이득(gc1)이 도 6의 곱셈기 뱅크(106)에서 사용되기 위해 출력되기 전에, 이득 신호들 {gci}의 다이내믹스, 예를 들어, 어택 시간(t_att), 디케이 시간(t_dec), 또는 홀드 시간(t_hold)을 제어하기 위해 추가적인 동적 처리를 받을 수 있다. 이득 성분(gc2)을 공급하기 위해 동일한 이득이 출력될 수 있다. MBC 처리를 위한 결합된 주파수 대역을 생성하기 위해 편위 제한을 위해 사용되는 2개 초과의 주파수 대역들이 결합될 수 있다는 것이 물론 이해될 것이다. 또한, MBC 처리가 다수의 편위 주파수 대역들에 대응하는 일부 결합된 주파수 대역들과 단일의 편위 주파수 대역에 대응하는 일부 주파수 대역들의 혼합체에 대해 수행될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 또한, 도 4에 예시된 것과 같은, 변위 신호들에 작용하는 다중 대역 컴프레서에 대해 유사한 접근법이 채택될 수 있다는 것, 즉, 입력들(v1 내지 vn)이 변위 신호들(x1 내지 xn)일 수 있다는 것이 이해될 것이다.

일부 실시예들에서, 도 6의 이득 갱신 블록(109)으로부터의 이득 값들 {g_i} 또는 블록(109)에서의 처리로부터 도출되는 제어 정보가 또한 다중 대역 컴프레서(302)에 의해 수신되고, 다중 대역 컴프레서 내에서 그렇지 않았으면 부과될 다이내믹스와 이득 갱신 블록(109)의 동적 처리에 의해 이득에 부과되는 다이내믹스 간의 임의의 바람직하지 않은 상호작용을 방지하기 위해, 이득 신호들 {gci}의 동적 제어를 무시(override)하거나 변경하는 데 사용될 수 있다.

일부 실시예들에서, 다중 대역 컴프레서(302)에서의 또는 편위 제어 이득 계산 블록(108)에서의 이득 계산은, 각각의 대역에 대해 완전히 독립적이기보다는, 보다 균형된 이득 감소보다는 하나의 대역에서의 모든 에너지를 억압하는 것으로 인한 임의의 인위적 효과(artificial effect)들을 피하기 위해 다양한 주파수 대역들에서의 변조 간에 어떤 교차연계성(cross-linkage) 또는 정의된 관계를 포함할 수 있다. 이득 변조는 음향심리학적 효과들을 고려할 수 있고 그리고/또는 편위로 가능한 경우 그리고 요망되는 경우 저음의 어떤 부스팅을 포함하려고 시도할 수 있다. 이러한 상호연계성(interlinkage)은 이득 값들 {gc12raw ... gcnraw}을 수정된 이득 값들 {gc12tgt ... gcntgt}에 매핑하는 교차연계 블록(802)에 의해 도 8에 예시되어 있다.

도 9는, 예를 들어, 도 6의 편위 제어 이득 계산 블록(108)의 경우에 주파수 대역들에 걸쳐 적용되는 최대 감쇠를 감소시키기 위해 주파수 대역들에서의 이득 조절들을 상호연계시키는 간단한 방법을 나타내고 있다. 도 9(a)는 이득 조절 이전의 주파수 대역별 콘 변위 성분들을 나타내고 있다. 예측된 총 편위는 변위 성분들의 합이고, 도시된 직사각형들 내의 총 면적으로 표현될 수 있다. (이 경우에, 주파수 대역들은 똑같게 도시되어 있지만, 똑같지 않은 주파수 대역들의 경우에 대해 본 방법이 조정될 수 있다). 간단한 알고리즘은 최대 변위 성분을 갖는 주파수 대역을 식별하고 이 주파수 대역 - 도 9(b)에 예시된 바와 같이, 이 예시에서의 대역 번호 3 - 에서의 신호들만을 감쇠시키는 것에 의해 총 편위를 감소시키려고 시도할 것이다. 그렇지만, 이것은, 다른 것들을 감쇠된 채로 놔두면서, 이 하나의 대역에서의 출력 오디오 신호 성분들을 크게 감쇠시키고, 따라서 시스템의 재생 주파수 응답에 "홀(hole)"이 생기게 할 것이다.

따라서, 대안은 주파수 대역들 전부에 걸쳐 감쇠를 효과적으로 내지 점진적으로 결정하는 것이다. 예를 들어, 대역 3의 편위 성분이 그 다음으로 가장 큰 대역 - 이 예에서의 대역 4 - 의 편위 성분 이하이도록 감소되면, 대역 4에서의 신호도 감쇠되고, 이 2개의 대역들에서의 똑같은 편위들이 그 다음으로 가장 높은 편위 - 이 예에서의 대역 5 - 이하로 감쇠되면, 3개의 대역들 전부가 도 9(c)에 예시된 바와 같이 감쇠된다. 이러한 방식으로, 다른 대역들에서의 어떤 감쇠의 대가로, 대역 3에서의 총 감쇠가 감소된다.

실제로, 가장 중요한 대역들만을 감쇠시키는 이 기법은 정의된 수 또는 비율의 주파수 대역들 - 이를테면 4개의 대역들 - 이 관여될 때까지 사용될 수 있다. 도 9(d)에 예시된 바와 같이, 추가의 편위 감소가 이어서 모든 대역들에 적용될 수 있다. 다중 대역 컴프레서 블록(302) 내에서 이득을 결정하는 데 유사한 기법들이 사용될 수 있다.

따라서 일반적으로 대역 이득들을 제어하는 것의 이 예는 개개의 주파수 대역의 예측된 콘 편위 성분에 대한 문턱 값을 효과적으로 식별하고, 그렇지 않았으면 문턱값을 초과하게 될 그 주파수 대역들에 대한 콘 편위 성분들을, 문턱 값까지, 감소시키기 위해 대역 이득들을 제어한다.

일부 실시예들에서, 입력 신호의 일부 주파수 대역들에 대해 편위 제한이 수행되지 않을 수 있다. 예를 들어, 도 6의 최고 주파수 필터(102n)의 출력은 Vout을 제공하는 출력 가산기로 직접 라우팅될 수 있다. 예상된 스피커 부하(speaker load)의 기계적 관성으로 인해, 콘 변위에 대한 기여도가 다른 성분들에 비해 무시할 정도일 가능성이 있다고 판단될 수 있다.

그렇지만 이 최고 주파수 대역에서의 신호들에 다이내믹 레인지 압축을 적용하는 것이 여전히 요망될 수 있다. 도 10은 입력 신호(Vin)가, Vin이 ωm의 코너 주파수에서 저역 통과 및 고역 통과 필터링되는, 대역 분할기(1001)를 포함하는 경로 분할기를 통과하는 일 실시예를 나타낸 것이다. 주파수 ωm 미만의 신호 성분들은 스피커 보호 블록(100)에 의해 이전의 실시예들과 실질적으로 유사하게 처리된다. 주파수 ωm 초과의 신호 성분들은 DRC 블록(1002)에 의해 이전에 기술된 처리와 유사한 다이내믹 레인지 제어를 거치고, 계산된 원하는 이득이 이어서 이 고주파 신호 성분들에 적용되고 나서, 그 결과 얻어진 이득 적용된 신호 성분들이 저주파 성분들과 재결합된다.

일부 실시예들에서, ωm 초과의 주파수의 신호들은 단일 주파수 대역에서 처리된다. 다른 실시예들에서, 이 고주파 신호들은 필터 뱅크(1003)에 의해 서브대역(sub-band)들로 분할되고, 저주파 신호들과 재결합되기 전에 적어도 어느 정도 개별적으로 다이내믹 레인지 압축을 위해 처리될 수 있다.

일부 실시예들에서, ωm 미만의 신호 성분들은 편위 제한 처리 이전에 다운 샘플러(downsampler)(1004)에 의해 다운 샘플링(down-sample)될 수 있다. 예를 들어, ωm은 6kHz이고 Vin 샘플 레이트(sample rate)는 48ks/s일 수 있다. 신호 성분들은 이어서 이를테면 12ks/s 또는 16ks/s의 샘플 레이트까지 다운 샘플링될 수 있다. 이 저주파 신호들에 대해서는 더 높은 샘플 레이트가 불필요하며, 이것은 계산 노력 및 전력 또는 하드웨어를 절감한다. 편위 제한된 신호들은 그 후에 고주파 성분들과 결합되기 전에 업 샘플러(upsampler)(1005)에 의해 업 샘플링(upsample)될 수 있다.

언급된 바와 같이, 스피커를 과열(over-temperature)로부터 보호하는 것이 또한 바람직하지만, 실제 오디오 신호에 적용되는 처리 단계들의 수 또는 정도를 감소시키는 것이 바람직하다.

도 11은 열 보호 블록(1100)의 일 예를 나타낸 것이다. 열 보호 블록은 입력 오디오 신호(Vin)를 수신하고 출력 신호(Vout)를 제공한다. 이 예는, 앞서 논의된 편위 제한과 유사한 방식으로, 보정이 요구되는 그 주파수 대역들에만 이득 보정들이 적용될 수 있게 하기 위해, 입력 신호를 주파수 대역들로 분할하는 데 대역 분할기들을 사용한다. 열 보호 블록은 따라서, 이전에 기술된 실시예들의 것들과 유사하고 유사한 참조 번호로 식별될, 적어도 일부 컴포넌트들을 포함한다.

주 신호 경로에서, 열 보호 블록에의 신호 입력(Vin)은 제1 주파수 대역 분할기(102), 예컨대, 이전에 기술된 것과 같은 필터 뱅크일 수 있는 필터 뱅크에 의해 n개의 주파수 대역들로 분할된다. 주 신호 경로에서의 다양한 대역 제한된 신호들(v1 내지 vn)은, 신호들이 출력(Vout)을 제공하기 위해 재결합되기 전에, 다양한 대역 제한된 신호들에 각자의 이득들(gt1 내지 gtn)을 적용하는 이득 블록(103)에 입력된다.

열 제한을 제공하기 위해, n개의 신호 주파수 대역들 각각에서의 신호들로부터 발생하는 전력 소산에 대한 각자의 기여도가 각각의 신호 주파수 대역에 대해 개별적으로 계산된다. 신호 주파수 대역들 각각에 대한 개별적으로 계산된 전력 소산은 이어서 오디오 신호의 대응하는 n개의 주파수 대역들에 적용될 n개의 신호 이득들(gt1 내지 gtn)의 세트를 제공할 수 있는 열 이득 제어 블록(1101)에 대한 입력들로서 사용된다.

열 시상수(thermal time constant)들이 계산들의 프레임 레이트(frame rate)보다 상당히 더 크기 때문에, 열 보호들과 연관된 타이밍 제약조건들이 편위 제한과 관련하여 앞서 논의된 것들만큼 크지 않다는 점에 유의해야 한다. 따라서, 주 신호 경로에서 필터 뱅크(102)에 의해 생성되는 필터링된 신호들은 수정된 이득의 지속적인 계산을 가능하게 하기 위해 오디오 신호를 지연시킬 필요 없이 열 제한을 위해 적용될 이득 설정들을 결정하는 데 사용될 수 있다. 이것은 열 보호 계산을 위한 별도의 필터 뱅크를 필요없게 하며, 또한 열 보호 블록이 어떤 상당한 신호 지연들도 부가하지 않는다는 것을 의미한다.

각자의 전력 소산의 계산은 각각의 주파수 대역에서의 평균 코일 임피던스의 값을 사용할 수 있다. 따라서, 도 11에 예시된 바와 같이, 각각의 대역에서의 전력 소산을 나타내는 신호를 도출하기 위해, 각각의 대역에 대한 전압 신호가 각각의 주파수 대역에서의 임피던스에 기초한 값(r1 내지 rn)과 곱해질 수 있다. 예를 들어, r1은

로 설정될 수 있고, 여기서 Re1은 주파수 대역 1에 대해 적절한 등가 저항이다. 이것은, 제곱될 때, 주파수 대역 1에서의 신호에 직접적으로 기인하는 열 전력 소산(thermal power dissipation)에 대한 추정치인, v1²/Re를 제공하는,

과 동일한 값을 제공할 것이다. 열 전력 소산이 다른 대역들에 대해서도 유사하게 계산될 수 있다.

일부 실시예들에서, n개의 주파수 대역들 중 적어도 일부에 대한 계산은 각각의 주파수 대역에서의 평균 코일 임피던스에 대한 미리 정의된(pre-defined) 또는 미리 특성분석된(pre-characterised) 또는 미리 교정된(pre-calibrated) 값, 예컨대, 미리 결정되어 저장된 값을 사용할 수 있다. 다른 실시예들에서, 사용될 임피던스 값은 부하 전압, 전류, 코일 온도 또는 주변 온도 중 적어도 하나에 기초하여 시간의 경과에 따라 사용 중에 조정될 수 있는 파라미터들을 갖는 전기 기계 모델(electro-mechanical model)로부터 생성될 수 있다.

유의할 점은, 일부 실시예들에서, 스피커에서 소산되는 전력을 다양한 주파수 대역들에서의 입력 신호로부터 도출하지 않고, 그 대신에 스피커에 대해 측정된 전류 및/또는 전압의 rms 레벨 또는 측정된 전류 및/또는 전압에 기초하여 관련 주파수 대역들에 대한 전력의 추정치가 결정될 수 있다는 것이다.

열 이득 제어 블록(1101)은, 주변 온도에 대한 실제 온도 상승을 예측하기 위한 열 임피던스들에 대한 모델, 또는 어떤 다른 열 "접지"(thermal "ground"), 예를 들어, 호스트 디바이스의 로컬 섀시 또는 본체와 함께, 각각의 대역에서의 전력을 사용한다. 이 열 모델(thermal model)은 파일럿 빌드들 또는 초기 사전 제작 샘플(initial pre-production sample)들의 특성분석에 기초하여 미리 정의될 수 있거나, 제조 중에 교정될 수 있거나, 전기 기계 모델의 지속적인 조정으로부터 추출되는 파라미터들로서 사용 중에 부분적으로 또는 전체적으로 수정될 수 있다.

열 시상수들이 비교적 길기 때문에, 모든 대역들에 대해 공통 열 임피던스 모델이 사용될 수 있고, 공통 코일 온도 추정치가, 열 임피던스들의 기준이 되는 열 "접지"의 온도, 예를 들어, 주변 환경의 온도 또는 호스트 디바이스의 섀시 또는 본체 상의 특정 위치의 온도의 추정치와 함께, 총 전력 소산 및 열 기준점 또는 열 "접지"에 대한 열 임피던스들로부터 추출될 수 있다.

모델 및 예측된 온도 상승에 기초하여, 열 이득 제어 블록(1101)은 온도가 하나 이상의 문턱값들을 초과하거나 초과할 것인지를 결정할 수 있다. 그렇지 않은 경우, 기존의 이득 레벨들이 유지될 수 있고 그리고/또는 임의의 이전에 적용된 이득 감소들이 어쩌면 완화될 수 있다. 그렇지만 예측된 온도 상승이 허용가능하지 않은 경우, 이득들(gt1 내지 gtn)이 조절될 수 있다. 앞서 논의된 편위 제한에서와 같이, 임의의 이득 변화가 따라서 대부분 관련되어 있는 주파수 대역들에만 적용될 수 있다.

이 이득들이 각각의 주파수 대역에 대해 독립적으로 계산될 수 있거나, 이득 변화들이 오디오 스펙트럼의 너무 심각한 왜곡을 회피하도록 연계되어 있을 수 있다.

열 이득 제어 블록(1101)은 따라서 열 이득 설정을 결정하는 열 제어기 및 결정된 열 이득 설정들에 기초하여 대역 이득들을 제어하는 이득 제어기로서 기능할 수 있다.

(앞서 논의된 예들 중 임의의 것에서) 이전에 기술된 편위 제한의 원리들이 열 보호와 결합될 수 있다.

도 12는 편위 제한 및 열 제한에 대한 다중 대역 접근법들을 결합시키는 일 실시예를 나타내고 있다.

도 12의 예에서, 주 신호 경로에 있는 대역 분할기(102), 즉 필터 뱅크는 대역 특정 이득 제어를 가능하게 하는 것과 열 모델에 대한 입력들을 제공하는 것 둘 다를 위해 오디오 신호를 대역들로 분할하기 위해 사용되며, 따라서 편위 제한 및 열 보호를 위한 개별적인 주 신호 필터들을 방지한다. 그렇지만 유의할 점은, 열 보호를 위해 요구되는 주파수 대역들의 개수가 편위 보호를 위해 요구되는 개수보다 적을 수 있고, 따라서 열 이득 제어 블록(1101)에 의해 사용되기 전에 필터 출력들 중 일부가 결합되거나 추가될 수 있다는 것이다.

이 실시예에서, 오디오 신호의 각각의 주파수 대역에 단일 이득만이 적용되도록, 열 리미터(thermal limiter)로 인한 임의의 이득 변조가 편위 제한으로 인한 이득 한계(gain limit)와 결합될 수 있다. 이 결합은 유리하게도 주 오디오 신호 경로에서의 신호의 조작을 최소화하고, 따라서 오디오 신호의 품질을 보존한다.

도 12는 따라서, 신호가 출력 신호(Vout)를 제공하기 위해 재결합되기 전에, 주 신호 경로가 대역 분할기(102), 각각의 대역(301)에 대한 개개의 지연 요소들 및 이득 블록(103)을 포함할 수 있다는 것을 나타내고 있다. 주 신호 경로 컴포넌트들은 따라서 도 3을 참조하여 앞서 논의된 것들과 유사하다. 도 12는 또한, 앞서 기술된 바와 같이, 입력 신호(Vin)가 또한 변위 모델 블록(104)에 입력될 수 있고 대역 신호가 2차 대역 분할기 또는 필터 뱅크(105)에 입력될 수 있다는 것을 나타내고 있다. 도 12는 또한 MBC 블록(302)이 이득 블록(106)에 의해 편위 신호들(x1 내지 xn)에 적용될 한 세트의 이득들(gc1 내지 gcn)을 제공하기 위해 대역 제한된 오디오 신호들에 작용할 수 있다는 것을 나타내고 있다. 이전에 논의된 바와 같이, 과다 편위 검출기(107)는 총 편위가 허용가능한지를 검출하고 이득 갱신 블록(109)을 통해 적용될 이득들(g1 내지 gn)을 계산하는 편위 이득 계산 블록(108)에 신호할 수 있다.

이득들(g1 내지 gn)은 이득 블록(103)에 의해 신호 경로에서 적용된다. 이 실시예에서, 이득들(g1 내지 gn)이 적용된 후의 오디오 대역 제한된 신호들이 태핑되고 열 이득 제어 블록(1101)에 입력될 각각의 대역에서의 오디오 전력 소산의 추정치를 도출하는 데 사용된다.

이 실시예에서, 열 한계는, 스피커 편위가 초과되지 않도록 여전히 보장하기 위해, 이득 계산 블록(108)에 의해 계산되는 이득, 즉 MBC 또는 편위 제한을 위해 계산되는 이득들을 단지 감소시킬 수 있도록 구성된다. 언급된 바와 같이, 열 한계 회로부(thermal limit circuitry)에 대한 입력들은 스피커 드라이버를 위해 결합되어 사용되는 실제 신호 성분들이고, 따라서 이것은 피드 포워드가 아니라 피드백 이득 제어 루프이다. 열 시상수들은, 이득 갱신 블록에서의 임의의 릴리스 시상수 또는 지연에도 불구하고, 이 루프를 안정화시키기 위해 주극점(dominant pole)을 제공하기에 충분히 길 수 있다. 열 이득 제어 블록(1101)은 따라서 필요한 경우 이득 계산 블록(108)에 의해 계산되는 이득들을 제한하거나 감소시키기 위해 리미터들(1201₁ - 1201_n)의 뱅크를 제어할 수 있다.

도 10과 관련하여 앞서 논의된 바와 같이, 실제로, 예를 들어, 입력 신호를 어떤 차단 각주파수(cut-off angular frequency)(ωm) 초과 및 그 미만의 성분들로 분할하는 것에 의해, 입력 오디오 신호의 저주파 성분들만을 사용하여, 편위 제한을 수행하는 것이 적절할 수 있다. 이것은 계산 노력 또는 하드웨어의 절감을 제공할 수 있고, 저주파 신호들의 처리가 보다 낮은 샘플 레이트로 수행되는 경우에 특히 그렇다.

도 13은, 편위 제한이 일부 성분 주파수들에만 적용되는, 도 10에 예시된 것과 유사한 일 실시예를 나타내고 있다. 도 13에서, 도 10을 참조하여 기술된 것들과 유사한 컴포넌트들은 동일한 참조 번호들로 식별된다. 앞서 논의된 바와 같이, 대역 분할기(1001)는 입력 신호를 차단 주파수(ωm)와 관련하여 고주파 경로와 저주파 경로로 분할할 수 있고, 편위 제한을 위한 스피커 보호 블록(100)은 저주파 경로에서 적용될 수 있다. 도 13의 실시예에서, 열 제어 블록(1301)은, 도 11을 참조하여 기술된 것과 유사한 방식으로, 열 보호를 위해 임의의 이득 제어가 적용될 필요가 있는지를 결정한다. 그렇지만 도 13의 실시예에서, 열 제어 블록(1301)은 전류의 표시에 기초하여 다양한 대역들에 대한 열 전력 소산을 결정한다. 열 제어 블록(1301)은 따라서 전기 기계 모델(1302)에 의해 디지털 출력 전압 신호(Vout)로부터 도출되는 스피커 전류의 추정치를 받고, 전력 및 차단 각주파수(ωm) 초과 또는 그 미만의 추정된 스피커 전류의 성분들로 인한 온도 상승에의 기여도를 추정하며, 그 후에 편위 리미터 및 다중 대역 컴프레서 회로부의 고주파 신호 경로와 저주파 신호 경로에 삽입된 이득 요소들(1303 및 1304)에 적용되는 각자의 이득 제어 인자들(gtH 및 gtL), 즉 열 이득 설정들을 생성한다.

이 부가의 이득 요소들(1303 및 1304)에 의해 신호 경로 이득들을 조절하는 것은 신호 경로들에 부가의 신호 처리를 삽입하지만, 정상 동작 조건들 하에서는, 이 이득 요소들이 단순히 단위 이득을 적용할 수 있고 따라서 오디오 신호 품질을 왜곡하거나 다른 방식으로 열화시키지 않을 수 있다. 과도한 온도의 고장에 가까운 조건(near-fault condition)들 하에서만 임의의 신호 수정이 필요할 것이고, 전형적으로 수초 정도의 긴 시상수들을 갖는 열 효과들을 보상하기 위해, 임의의 이득 조절들의 변화율이 느릴 것이며, 따라서 임의의 아티팩트들이 사소할 수 있다. 열 보호 이득 조절을 편위 제한 및 다중 대역 압축 조절로부터 분리시키는 것은, 이득 갱신 다이내믹스가 이제는 개별적인 블록들에서 개별적으로 처리된다는 점에서, 시스템의 설계를 단순화시킨다. 관여된 시상수들의 차이는 조절들 간의 상호작용의 가능성이 거의 없다는 것을 의미할 수 있다.

도 14는, 도 14에서 1301a로 예시된, 열 한계 블록(thermal limit block)(1301)의 일 실시예를 나타내고 있다.

입력 전류 신호(i_sig)는, 예를 들어, 공통 차단 주파수(ωm)를 갖는 고역 통과 필터와 저역 통과 필터를 포함할 수 있고 아주 낮거나 또는 아주 높은 주파수 성분들을 제거하는 다른 필터링 동작들을 포함할 수 있는, 대역 분할기(1401)에 의해, 각각, 고주파 및 저주파 성분들(iH 및 iL)로 분할된다.

스피커 코일에 의해 소산되는 총 순간 전력(total instantaneous power)은 다음과 같고:

(iL + iH)².R_e;

여기서 Re는 보이스 코일의 등가 직렬 저항이다. 이것은 저주파 대역과 고주파 대역 둘 다의 보이스 전류 성분에 기초하여 3개의 성분들, 저주파 대역에 대한 전력 소산(P_Linst), 고주파 대역에 대한 전력 소산(P_Hinst) 및 교차 대역 전력 소산(P_HLinst)으로 분해될 수 있다:

P_Linst = iL².R_e이고;

P_Hinst = iH².R_e이며;

P_HLinst　= 2.iL.iH.R_e이다.

도 14에 예시된 바와 같이, 이 3개의 전력 성분들 각각이 계산될 수 있다. 각각의 결정된 전력 성분은 이어서 각자의 평활화 필터(smoothing filter)(1402)를 통과할 수 있다. 유의할 점은, 열 시상수들이 비교적 길기 때문에, 전력의 장기 평균이 열 보호를 위한 것이라는 것이다. 평활화 필터들(1402)은 또한 다운스트림 신호 처리의 경제성을 위해 신호를 보다 낮은 데이터 레이트로 다운 샘플링하는 것을 포함할 수 있다.

평활화된 전력 성분들은 이어서, 총 전력을 최대 허용 전력 소산(P_all)과 비교하고 도 13에 예시된 바와 같이 각자의 업스트림 신호 경로들에서의 적용을 위해 적절한 이득 제어 인자들(gtH 및 gtL)을 도출하는, 이득 제어 블록(1403)에 입력된다.

제곱 연산들로 인해, 저주파 이득 인자(gtL)는 P_Lsm 성분에 가장 많은 영향을 미칠 것이고, 고주파 이득 인자(gtL)는 P_Hsm 성분에 가장 많은 영향을 미칠 것인 반면, 제3 성분(P_HLsm)은 양쪽 이득 인자들에 똑같이 민감할 수 있다. 이득 제어 블록(1403)은 편위 제어 블록들과 관련하여 논의된 것과 유사한 이득 계산 방법들을 이용할 수 있다.

일부 적용분야들에서, 예를 들어, 저주파 신호들과 고주파 신호들이 대체로 상관되어 있지 않을 것으로 예상되는 경우에, iL.iH의 장기 평균은 0에 가까울 수 있고, 계산 노력 또는 하드웨어를 절감하기 위해 이 도출된 신호의 계산 및 그에 따른 전력 소산 계산이 생략될 수 있다.

일부 실시예들에서, 2개 초과의 주요 주파수 대역들 및 그 결과 얻어진 평활화된 전력 소산 추정치 신호들이 있을 수 있다.

최대 허용 전력 소산 신호(P_all)는 시스템 설계 또는 특성분석 또는 제조 교정에 기초하여 어떤 미리 결정된 값으로서 정의될 수 있다. 그렇지만, 일부 실시예들에서, 이는, 도 15a 및 도 15b에 예시된 바와 같이, 검출된 온도, 예를 들어, 추정된 보이스 코일 온도에 따라 사용 중에 변화될 수 있다. 도 15a 및 도 15b는 도 14를 참조하여 기술된 바와 같은 회로부(1301a)를 포함하지만 코일 저항(R_e) 및 허용 전력 소산 한계(P_all)의 적당한 값들을 도출하기 위해 동작하기도 하는 열 제어 블록(1301)을 나타내고 있다.

도 15a의 예에서, 보이스 코일 전류 신호(i_sig)는 대역 분할 필터링 이전에 취해지고, 총 순간 코일 전력 소산(P_inst)의 추정치를 제공하기 위해 제곱되어 코일 저항(R_e)과 곱해진다. 이것은 추정된 코일 온도(T_est)를 제공하기 위해, 공급되는 열 임피던스 파라미터들 {Zth}과 함께, 어쩌면 평활화 및 다운 샘플링 이후에, 사용된다. T_est가 어떤 명시된 최대 온도(Tmax) 이상이면, 허용 전력 소산(P_all)은 0으로 설정된다. 추정된 온도(T_est)가 이 최댓값(T_max) 미만인 정상적인 무고장 동작(normal non-faulted operation)의 경우, 허용 전력(P_all)이 0 초과이도록 허용되며, T_est가 T_max로부터 멀리 떨어질수록, P_all이 높다. 따라서, (주변 조건들과 결합된) 과거의 신호 활동이 스피커의 코일의 실질적인 가열을 초래하지 않는다면, 높은 출력 전력이 허용된다. 장기의 고진폭 오디오 신호들로 인해 코일이 가열됨에 따라, 허용된 최대 전력이 점진적으로 감소된다. 이것은, 온도가 T_max를 넘는 경우 신호의 갑작스러운 감소를 피하면서, 모든 동작 조건들을 위해 설계된 고정된 허용 전력 한계를 사용하여 그렇지 않았을 경우보다 더 높은 피크 전력을 가능하게 한다.

열 모델로부터 추정되는 코일 온도(T_est)는 또한 계산들에서 사용되는 R_e의 값을 조절하는 데 사용될 수 있는데, 그 이유는 이것이 상당한 온도 계수, 예를 들어, 5000ppm/℃를 가질 수 있기 때문이다. 도 13에 예시된 바와 같이, 이 추정된 코일 온도(T_est)는 또한 전기 기계 스피커 모델(1302)의 파라미터들을 조절하기 위해 피드백될 수 있다.

다른 실시예들에서, 예를 들어, 도 15b에 예시된 바와 같이, P_all을 계산하는 데 사용되는 추정된 온도(T_est)는, 아마도 스피커의 다른 전기 기계 모델 파라미터들을 계산 또는 조정하는 것과 관련하여, 보이스 코일 전류 및 전압을 모니터링하는 것에 의해 도출되는 R_e에 대한 추정치를 모니터링함으로써 도출될 수 있다.

일부 실시예들에서, 열 제어 스피커 전류(i_sig)는, 스피커 전압 신호(Vout)로부터 도출되는 추정치보다는, 스피커 코일 전류의 실제 측정들에 기초하여 도출될 수 있다.

도 12를 다시 참조하면, 유의할 점은, 그 실시예에서, 다중 대역 다이내믹 레인지 압축 및/또는 스피커 콘 편위 제한을 위해 결정된 이득들이 스피커 열 과부하에 대한 보호를 제공하기 위해 감소될 수 있다는 것이다. 이득 계산 블록(108)에 의해 계산된 이득들은 최소 함수 블록들(1201₁ 내지 1201_n)의 뱅크를 통과하고, 그의 수신 입력들은 또한 열 제어 블록(1101)으로부터의 열 제어 이득 값들을 포함한다. 최소 함수 블록들(1201₁ 내지 1201_n)의 출력들은 출력 신호(Vout)를 제공하기 위해 주 신호 경로에서 실제로 적용되는 이득 값들(g1 내지 gn)의 다이내믹스의 제어를 제공하도록 이득 갱신 블록(109)에 의해 처리되는 한 세트의 목표 이득들을 제공한다.

따라서 주 신호 경로에서 적용되는 이득들이 콘 과다 편위 및/또는 보이스 코일 과열에 대한 보호를 제공하기 위해 사용 중에 조절된다. 그렇지만 이득을 제한하는 다른 이유들이 있을 수 있다. 예를 들어, 핸드헬드 디바이스 - 예를 들어, 셀폰 또는 휴대 전화 등 - 에서, 사용자가 음성 입력 제어를 제공하거나 다른 유사한 "끼어들기(barge-in)" 사용 시나리오들을 수용하려고 시도할 때, 제어된 방식으로 오디오 신호 레벨을 감소시키는 것이 요망될 수 있다. 사용자는 또한 다른 이유들로 소리 레벨을 제어가능하게 일시적으로 감소시키고자 할 수 있다. 게다가, 디바이스 상에서 실행 중인 일부 애플리케이션들이 소리 레벨을 감소시키고자 할 수 있다.

이러한 볼륨 감소들은 스피커 보호 시스템의 업스트림에서 적용될 수 있다. 그렇지만, 이러한 경우에, 다른 이유들로 적용되는 임의의 업스트림 이득 감쇠가 스피커 보호를 위해 적용되는 임의의 이득 감소가 완화되는 일을 초래하는 일이 있을 수 있으며, 스피커 보호 시스템이 출력 신호를 이미 상당히 감쇠하고 있는 경우에 특히 그렇다. 따라서, 순 효과는 업스트림 감쇠에도 불구하고 출력 신호를 유사한 레벨로 유지하는 것 또는 원하는 만큼의 출력 신호의 감소를 적어도 제공하지 않는 것일 수 있다. 또한 유사한 방식으로, 입력 신호의 의도적인 업스트림 감소는 차후에 적용되는 다중 대역 압축과 상호작용할 수 있고, 마찬가지로, 예를 들어, 컴프레서가 압축하는 것을 중단할 수 있고 그의 입력 신호가 감소함에 따라 이득을 실제로 부스트시킬 수 있는 경우, 출력 신호에서 예상 감소량을 제공하지 않을 수 있다.

도 16은 주 신호 경로에서 적용되는 이득들이 따라서 스피커 보호 및/또는 다중 대역 압축을 제공하기 위해 제어될 수 있지만 또한 부가의 제어 신호들에 응답하여 제어가능하게 제한될 수 있는 일 실시예를 나타내고 있다. 도 16은, 앞서 기술된 동일한 번호들이 부기된 블록들과 유사한 구조 및 동작을 갖는, 이득 계산 블록(108), 열 제어 블록(1301) 및 이득 요소들의 뱅크(103)를 포함하는 스피커 보호 블록(1600)을 포함하는 오디오 회로를 나타내고 있다. 그렇지만 도 16에 예시된 실시예에서, 이득 갱신 블록(109)은 또한 이하에서 기술될 것인 바와 같이 제어기(1601)로부터의 제어 신호들에 응답한다. 유의할 점은, 도 16이 명확함을 위해 이득 갱신 블록(109) 및 제어기(1601)를 스피커 보호 블록(1600)과 분리된 것으로 도시하지만, 이 기능들 중 하나 또는 둘 다가 실제로는 스피커 보호 블록에 포함될 수 있다. 도 16은 또한 좌우 오디오 채널들에 대한 2개의 스피커 보호 블록들(1600-L 및 1600-R)을, 각각, 도시하고 있다.

좌 오디오 채널에 대한 스피커 보호 블록(1600-1)을 참조하면, 이 블록은 입력 신호(VinL)를 수신하고, 한 세트의 이득들({gi} = g1 ... gn)을 적용하며, 신호(VoutL)를 출력한다. 편위 제한을 위한 한 세트의 이득들(geL = {geL1 ... geLn})은 이득 계산 블록(108)에 의해 계산되고, 열 제한을 위한 한 세트의 이득들(gtL = {gtL1 ... gtLn})은 열 제어 블록(1301)에 의해 계산된다. 편위 이득들(geL1 ... geLn)과 열 이득들(gtL1 ... gtLn)의 각자의 쌍 각각은, 주 신호 경로에서 적용하기 위한 한 세트의 이득들{gi}을 제공하는 이득 갱신 블록(109)에 의한 처리를 위한 한 세트의 각자의 목표 이득들(gtgt1 ... gtgtn)을 출력하기 위해, 도 12와 관련하여 기술된 것과 유사한 방식으로 동작하는 각자의 최소 블록들(1201₁ ... 1201_n)의 입력들에 적용된다.

이 실시예에서, 최소 함수 블록들(1201₁ 내지 1201_n)의 뱅크는 또한 제어기(1601)로부터 이득 설정들을 수신하기 위한 추가적인 각자의 입력들을 가지며, 제어기(1601)는 차례로 키보드, 터치 스크린 또는 다른 사용자 인터페이스로부터의 사용자 입력들; 음성 트리거 문구(voice trigger phrase)의 의심스러운 수신을 나타내는 제어 입력들; 음성 입력 제어 기능의 활성화를 나타내는 다른 자극; 및 사용자 디바이스 상에서 실행 중인 일부 소프트웨어 애플리케이션으로부터의 제어 신호들 중 하나 이상을 수신할 수 있다.

최소 함수 블록들(1201₁ 내지 1201_n)의 뱅크의 각각의 최소 함수 블록은 따라서 그가 수신하는 한 세트의 이득 값들 중 가장 낮은 것을 출력할 것이다. 따라서 입력들 중 임의의 것은 하나 이상의 신호 주파수 대역들에서 이득을 강제로 떨어뜨려, 다른 입력들에서 제안된 이득들을 무시할 수 있다.

어떤 경우에, 제어기(1601)로부터의 입력 이득 신호들이 각자의 주파수 대역들에 대한 상이한 이득 값들을 요청할 수 있고, 다른 경우에, 요청된 이득이 모든 주파수 대역들에 대해 동일할 수 있다. 또한, 앞서 논의된 바와 같이, 이를테면 열 제어 블록에 의해 제공되는 상이한 이득 값들의 개수가 주 신호 경로에서 독립적인 이득들이 적용되는 독립적인 주파수 대역들의 개수보다 적을 수 있으며, 이 경우에 동일한 열 제어 이득 신호가 하나 초과의 최소 블록에 적용될 수 있다.

앞서 살펴본 바와 같이, 일부 실시예들에서, 도 15에서 병렬 스피커 보호 블록(1600-R)에 의해 예시된 바와 같이, 예컨대, 스테레오 적용분야들을 위해, 하나 초과의 오디오 신호 채널이 있을 수 있다. 이 병렬 스피커 보호 블록(1600-R)에 의해 생성되는 이득 제어 신호들은 다른 채널로부터의 동등한 이득 신호들과 유사한 방식으로 최소 함수 블록들(1201₁ ... 1201_n)에 인가된다(도 16이 단지 편위 이득들이 우 오디오 채널을 위한 이 스피커 보호 블록(1600-R)에 의해 생성되는 것을 예시하지만 실제로는 열 보호를 위한 열 이득들이 또한 있을 수 있다는 것에 유의한다). 일부 실시예들에서, 공통 이득 신호 [gi]가 양 채널에 적용될 수 있고, 이 이득은 개개의 채널 각각에서 요구되는 각자의 이득들 중 작은 쪽이다. 이러한 방식으로, 2개의 채널들 간의 균형을 변화시키지 않고 보호가 제공된다.

따라서, 본 발명의 실시예들은 편위 제한 및/또는 열 보호를 제공할 수 있는 스피커 보호 방법 및 장치를 제공한다. 실시예들은 복수의 주파수 대역들 각각으로부터의 기여도를 결정하기 위해, 예컨대, 대역들 각각에 대한 편위 및/또는 전력 소산을 결정하기 위해 다중 대역 접근법을 사용한다. 총 편위 또는 온도가 결정되고 하나 이상의 허용가능 한계들 또는 문턱값들과 비교될 수 있다. 관련 문턱값이 초과되거나 초과될 경우 이득 감소가 가장 관련성이 있는 대역들에 적용될 수 있다. 이것은 문제를 일으킬 수 있는 그 주파수 대역들만이 감쇠될 필요가 있고, 따라서 원본 신호를 최대한 보존하고, 예를 들어, 라우드니스를 보존한다는 것을 의미한다. 어떤 경우에, 이득 감소가, 예컨대, 심리음향학적 특성들에 대한, 어떤 신호 관계를 보존하기 위해 조정된 방식으로 대역들에 적용될 수 있다. 스피커 보호는 또한, 전력 낭비와 연관된 계산 자원들의 지나친 또는 비효율적인 사용을 초래하는 스피커 보호와 압축 간의 경쟁 없이 그리고 오디오 아티팩트들을 유입시키는 일 없이, 편위 제한 및/또는 열 보호를 다중 대역 압축과 같은 다이내믹 레인지 압축과 결합시킬 수 있다.

유의할 점은, 앞서 기술된 실시예들이 다양한 주파수 대역들에 걸친 다이내믹 레인지 제어를 위해 각각의 주파수 대역에서의 신호 성분들에 기초하여 상이한 주파수 대역들에 상이한 이득들이 적용될 수 있는 다중 대역 압축의 적용을 기술하였다는 것이다. 그렇지만 어떤 경우에, 편위 및/또는 열 보호가 다수의 주파수 대역들에 대해 수행될 수 있지만, 다이내믹 레인지 처리가 사실상 단일 대역, 즉 종래의 다이내믹 레인지 제어일 수 있다. 또한 용어 '다중 대역 압축'이 다중 대역 압축의 일부로서 임의의 대역에서의 신호가 또한 감쇠되고 적어도 일부 대역들에서의 신호가 증폭될 수 있다는 것을 의미하지 않는다는 것이 이해될 것이다.

일부 실시예들에서, 이득 계산 회로부가 일시적으로 디스에이블될 수 있으며, 예를 들어, 코일에서 소산되는 전력 또는 예측된 편위가 어떤 문턱값보다 충분히 낮은 것으로 검출되는 경우, 관련 회로부의 일부 또는 전부로부터 클록들이 제거될 수 있다. 이러한 디스에이블은 요구되지 않을 때 계산 오버헤드를 감소시키고 전력 소비를 감소시킬 수 있다.

스피커 콘의 편위의 면에서 기술되었지만, 본 발명은 많은 유형의 오디오 출력 트랜스듀서에 적용가능하다. 적용가능한 트랜스듀서들은, 시간의 경과에 따른 손상 또는 열화를 방지하기 위해 그의 운동이 제약될 필요가 있는, 다양한 형태들의 다양한 유형의 기계적 부재를 포함할 수 있고, 전자기 코일들 이외의 모터 요소들, 예를 들어, 압전 드라이버들을 포함할 수 있다.

앞서 기술된 보호 회로부는 휴대폰, 태블릿 또는 랩톱 컴퓨터 등과 같은 휴대용 배터리 구동 디바이스(portable battery-powered device)들 내의 오디오 증폭기 회로부에 포함될 수 있다. 이는 또한 스피커폰, 간선 전기로 작동되는(mains-powered) 음악 또는 PA 증폭기, 자동차 내의 오디오 증폭기 및 다른 전송 장치에서 사용될 수 있다.

도 17은 본 발명에 따른 스피커 보호 시스템을 포함하는 장치(1700)의 일 실시예를 나타낸 것이다.

장치, 예를 들어, 휴대폰 또는 태블릿은, 이상의 실시예들 중 임의의 실시예에 기술된 것과 같은 시스템일 수 있는, 스피커 보호 시스템(1701)을 포함한다. 스피커 보호 시스템(1701)은 내부 신호 소스(1702) 또는 외부 소스 중 어느 하나로부터 오디오 신호를 수신하도록 구성된다.

내부 신호 소스(1702)는 스피커 보호 시스템(1701) 및 구동 증폭기(1703) 그리고 마지막으로, 디바이스의 내부 스피커일 수 있거나 사용 중인 장치에 연결되어 있는 주변 장치의 일부일 수 있는, 적어도 하나의 스피커(1704)를 통해 재생하기 위한, 음악 또는 비디오와 같은, 오디오 성분을 갖는 미디어를 저장하도록 구성된 메모리, 예컨대, 솔리드 스테이트 메모리(solid state memory)를 포함할 수 있다.

외부 소스는 이동 통신 및 무선 통신을 위해 사용되는 것들과 같은 통신 네트워크를 포함할 수 있으며, 여기서 장치는 스피커 보호 시스템(1701) 및 구동 증폭기(1703) 그리고 마지막으로 적어도 하나의 스피커(1704)를 통해 재생하기 위한 음성 통화 또는 미디어 파일을 수신하는 수신기(1705)를 갖는다.

본 기술분야의 통상의 기술자라면 음성 통화 동안 장치의 제어를 벗어나는 타이밍 및 지연시간 요구사항들이 있다는 것을 잘 알 것이다. 따라서 이전에 언급된 바와 같이, 수신기(1705)와 스피커(1704) 사이의 신호 경로에서의 어떤 신호 처리도 임의의 상당한 지연을 유입시켜서는 안된다. 이전에 언급된 바와 같이, 앞서 기술된 실시예들은 전형적으로 임의의 허용 대기시간 한계들 내에 있을 비교적 낮은 지연들만을 유입시키는 스피커 보호를 제공한다.

스피커 보호 시스템(1701)은 스피커 자체의 변위를 직접 결정하기 위해 스피커로부터, 스피커 보호 시스템 내에서 변위 모델의 파라미터들을 설정하는 데 사용되는, 하나 이상의 피드백 신호들을 수신할 수 있다. 이러한 피드백 신호들은, 예를 들어, 전류 및/또는 전압 신호들을 포함할 수 있다.

일부 실시예들에서, 스피커 보호 시스템은 스피커 보호 시스템의 동작에 관련된 하나 이상의 미리 프로그래밍된 신호들을 수신할 수 있다. 이러한 신호들은 내부에, 예를 들어, 메모리(1706)에 저장되어 있는 데이터, 설정들 또는 코드에 기초할 수 있다. 이러한 설정들 또는 데이터는 제조 중에 또는, 예컨대, 주기적으로 또는 전원 켜기 또는 리셋 시에 수행되는 바와 같은, 교정 작업(calibration routine)에서 사용 중에 저장될 수 있다. 이러한 신호들은, 이득 변화들 등에 적용될 어택 또는 디케이 상수와 같은, 스피커 보호의 적어도 일부 파라미터들, 또는 스피커 보호 시스템 내의 변위 모델에 관한 데이터를 설정하는 데 사용될 수 있다.

물론, 개시된 바와 같은 스피커 보호 블록의 다양한 실시예들 또는 다양한 블록들 또는 그의 일부들이 다른 블록들 또는 그의 일부들과 또는 스마트 코덱(Smart Codec)과 같은 집적 회로 상의 호스트 디바이스의 다른 기능들과 함께 통합(co-integrate)될 수 있다는 것이 이해될 것이다.

통상의 기술자는 따라서 앞서 기술된 장치 및 방법의 일부 양태들, 예를 들어, 프로세서에 의해 수행되는 계산들이, 예를 들어, 디스크, CD-ROM 또는 DVD-ROM과 같은 비휘발성 캐리어 매체, 판독 전용 메모리(펌웨어)와 같은 프로그래밍된 메모리 상의, 또는 광학 또는 전기 신호 캐리어와 같은 데이터 캐리어(data carrier) 상의 프로세서 제어 코드로서 구현될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 많은 적용분야들에 대해, 본 발명의 실시예들은 DSP(Digital Signal Processor), ASIC(Application Specific Integrated Circuit) 또는 FPGA(Field Programmable Gate Array) 상에 구현될 것이다. 이와 같이, 코드는 종래의 프로그램 코드 또는 마이크로코드 또는, 예를 들어, ASIC 또는 FPGA를 설정하거나 제어하기 위한 코드를 포함할 수 있다. 코드는 또한 재프로그래밍가능 논리 게이트 어레이들과 같은 재구성가능 장치를 동적으로 구성하기 위한 코드를 포함할 수 있다. 이와 유사하게, 코드는 Verilog™ 또는 VHDL(Very high speed integrated circuit Hardware Description Language)과 같은 하드웨어 기술 언어(hardware description language)에 대한 코드를 포함할 수 있다. 통상의 기술자는 알 것인 바와 같이, 코드는 서로 통신하는 복수의 결합된 컴포넌트들 간에 분산되어 있을 수 있다. 적절한 경우, 실시예들이 또한 아날로그 하드웨어를 구성하기 위해 현장-(재)프로그래밍가능 아날로그 어레이(field-(re)programmable analogue array) 또는 유사한 디바이스 상에서 실행 중인 코드를 사용하여 구현될 수 있다.

본 발명의 실시예들은 오디오 처리 회로, 예를 들어, 호스트 디바이스에 제공될 수 있는 오디오 회로의 일부로서 구성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 회로는 집적 회로로서 구현될 수 있다. 하나 이상의 스피커들이 사용 중에 집적 회로에 연결될 수 있다.

실시예들은 호스트 디바이스, 특히, 예를 들어, 휴대 전화, 오디오 플레이어, 비디오 플레이어, PDA, 랩톱 컴퓨터 또는 태블릿과 같은 모바일 컴퓨팅 플랫폼 및/또는 게임 디바이스와 같은 휴대용 및/또는 배터리 구동 호스트 디바이스에 구현될 수 있다. 본 발명의 실시예들은 또한, 전체적으로 또는 부분적으로, 호스트 디바이스에 접속가능한 액세서리들에, 예를 들어, 액티브 스피커(active speaker) 또는 헤드셋에 구현될 수 있다.

앞서 언급된 실시예들이 본 발명을 제한하기보다는 예시한다는 것과, 본 기술분야의 통상의 기술자가 첨부된 청구항들의 범주를 벗어남이 없이 많은 대안의 실시예들을 고안할 수 있을 것이라는 것에 유의해야 한다. 단어 "포함하는(comprising)"은 청구항에 열거된 것들 이외의 요소들 또는 단계들의 존재를 배제하지 않고, "한(a)" 또는 "어떤(an)"은 복수를 배제하지 않으며, 단일의 특징 또는 다른 유닛이 청구항들에 인용된 몇개의 유닛들의 기능들을 수행할 수 있다. 청구항들에서의 임의의 참조 번호들 또는 라벨들은 청구항들의 범주를 제한하도록 해석되어서는 안된다. 증폭 또는 이득과 같은 용어들은 아마도 신호에 1 미만의 스케일링 계수(scaling factor)를 적용하는 것을 포함한다.

Claims

스피커 보호 시스템으로서,
입력 오디오 신호를 수신하고 상기 입력 오디오 신호를 상이한 각자의 주파수 대역들에서의 복수의 오디오 신호들로 분할하도록 구성된 제1 주파수 대역 분할기(frequency band-splitter);
상기 상이한 각자의 주파수 대역들에서의 상기 복수의 오디오 신호들 각각에 각자의 주파수 대역 이득을 적용하도록 구성된 제1 이득 블록(gain block);
상기 각자의 주파수 대역 이득들을 제어하는 이득 제어기(gain controller); 및
상기 입력 오디오 신호 및 변위 모델(displacement model)에 기초하여 복수의 변위 신호들 - 각각의 변위 신호는 상기 상이한 각자의 주파수 대역들 중 하나에 대한 스피커의 모델링된 콘 변위(modelled cone displacement)에 대응함 - 을 결정하도록 구성된 변위 모델러(displacement modeller)를 포함하고,
상기 이득 제어기는 상기 복수의 변위 신호들에 기초하여 상기 각자의 주파수 대역 이득들을 제어하도록 구성되는, 스피커 보호 시스템.
제1항에 있어서, 상기 변위 모델러는 오디오 파형 신호를 수신하고 상기 오디오 파형 신호 및 상기 변위 모델에 기초하여 상기 스피커의 예측된 변위를 결정하도록 구성된 변위 모델링 블록(displacement modelling block)을 포함하는, 스피커 보호 시스템.
제2항에 있어서, 상기 오디오 파형 신호는 상기 입력 오디오 신호의 한 버전인, 스피커 보호 시스템.
제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 변위 모델러는 상기 변위 모델링 블록의 출력을 수신하고 상기 출력을 상이한 주파수 대역들에서의 상기 복수의 변위 신호들로 분할하도록 구성된 제2 주파수 대역 분할기를 포함하고, 상기 제2 주파수 대역 분할기의 상기 주파수 대역들은 상기 제1 주파수 대역 분할기의 상기 주파수 대역들에 대응하는, 스피커 보호 시스템.
제4항에 있어서, 상기 제2 주파수 대역 분할기는 대역 통과 필터들의 필터 뱅크를 포함하는, 스피커 보호 시스템.
제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 제2 주파수 대역 분할기는 상기 복수의 변위 신호들을 제공하기 위해 각각의 주파수 대역에서 정류(rectification)를 적용하는 정류기(rectifier)를 포함하는, 스피커 보호 시스템.
제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 주파수 대역 분할기는, 어택(attack) 시상수; 디케이(decay) 시상수; 또는 프레임 주기(frame period)에서의 최대 변위의 표시 중 적어도 하나를 제공하기 위해, 각각의 주파수 대역에서의 상기 변위 신호를 처리하도록 구성되는, 스피커 보호 시스템.
제2항에 있어서, 상기 변위 모델링 블록은, 상이한 주파수 대역들에서의 상기 복수의 변위 신호들을 제공하기 위해, 상기 제1 주파수 대역 분할기로부터 출력되는 상기 복수의 오디오 신호들을 수신하고 상기 제1 주파수 대역 분할기로부터 출력되는 상기 오디오 신호들 각각에 대한 모델링된 콘 변위를 결정하도록 구성되는, 스피커 보호 시스템.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상이한 주파수 대역들에서의 상기 복수의 변위 신호들 각각에 각자의 이득을 적용하도록 구성된 제2 이득 블록을 포함하는, 스피커 보호 시스템.
제10항에 있어서, 상기 제2 이득 블록에 의해 상기 복수의 변위 신호들 각각에 적용되는 상기 각자의 이득은 상기 이득 제어기에 의해 결정된 바와 같은 그 주파수 대역에 대응하는 그 당시의 현재 대역 이득(then present band gain)에 기초하는, 스피커 보호 시스템.
제9항 또는 제10항에 있어서, 다중 대역 다이내믹 레인지 제어 블록(multi-band dynamic range control block)을 추가로 포함하고, 상기 제2 이득 블록에 의해 상기 복수의 변위 신호들 각각에 적용되는 상기 각자의 이득은 상기 다중 대역 다이내믹 레인지 제어 블록에 의해 결정되는 관련 주파수 대역에 대한 다이내믹 레인지 제어 이득에 기초하는, 스피커 보호 시스템.
제11항에 있어서, 상기 다중 대역 다이내믹 레인지 제어 블록은 상기 다이내믹 레인지 제어 이득들을 결정하기 위해 상기 제1 주파수 대역 분할기로부터 상기 복수의 오디오 신호들의 한 버전을 수신하는, 스피커 보호 시스템.
제12항에 있어서, 상기 제1 주파수 대역 분할기로부터의 상기 복수의 오디오 신호들 중 적어도 일부에 대해, 상기 다중 대역 다이내믹 레인지 제어 블록은, 상기 각자의 주파수 대역들에 대한 다이내믹 레인지 제어 이득을 결정하기 위해, 하나의 주파수 대역에서의 상기 오디오 신호를 인접한 주파수 대역의 적어도 하나의 오디오 신호와 결합시키고 상기 결합된 오디오 신호를 처리하도록 구성되는, 스피커 보호 시스템.
제12항 또는 제13항에 있어서, 상기 복수의 오디오 신호들에 대한 신호 경로 내의 지연 블록을 포함하고, 상기 지연 블록은 상기 제1 주파수 대역 분할기의 다운스트림에 있고 상기 제1 이득 블록의 업스트림에 있으며, 상기 다중 대역 다이내믹 레인지 제어 블록은 상기 지연 블록의 업스트림으로부터 도출되는 상기 복수의 오디오 신호들의 한 버전을 수신하는, 스피커 보호 시스템.
제11항에 있어서, 상기 다중 대역 다이내믹 레인지 제어 블록은 상기 복수의 변위 신호들의 한 버전을 수신하고 상기 변위 신호들로부터 상기 다이내믹 레인지 제어 이득들을 결정하는, 스피커 보호 시스템.
제15항에 있어서, 상기 복수의 변위 신호들 중 적어도 일부에 대해, 상기 다중 대역 다이내믹 레인지 제어 블록은, 상기 각자의 주파수 대역들에 대한 다이내믹 레인지 제어 이득을 결정하기 위해, 하나의 주파수 대역에서의 상기 변위 신호를 인접한 주파수 대역의 적어도 하나의 변위 신호와 결합시키고 상기 결합된 변위 신호를 처리하도록 구성되는, 스피커 보호 시스템.
제1항 내지 제11항, 제15항 또는 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 주 오디오 신호 경로(main audio signal path)에서 상기 입력 오디오 신호를 위한 입력과 출력 오디오 신호를 위한 출력 사이에 있는 지연 블록을 포함하고, 상기 지연 블록은 상기 제1 이득 블록의 업스트림에 있는, 스피커 보호 시스템.
제17항에 있어서, 상기 지연 블록은 상기 제1 주파수 대역 분할기의 업스트림에 있는, 스피커 보호 시스템.
제9항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 각자의 이득이 상기 제2 이득 블록에 의해 적용된 후의 상기 복수의 변위 신호들에 기초한 상기 스피커의 예측된 총 콘 편위(overall predicted cone excursion)가 적어도 하나의 문턱값을 초과하거나 초과할 것인지를 결정하도록 구성된 과다 편위 검출기(over-excursion detector)를 포함하는, 스피커 보호 시스템.
제19항에 있어서, 상기 과다 편위 검출기는 상기 스피커의 상기 예측된 총 콘 편위를 결정하기 위해 상기 각자의 이득이 상기 제2 이득 블록에 의해 적용된 후의 상기 복수의 변위 신호들을 수신하여 결합시키도록 구성되는, 스피커 보호 시스템.
제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이득 제어기는 각각의 주파수 대역에 대한 상기 대역 이득을 그 주파수 대역에 대한 상기 변위 신호에 기초하여 제어하도록 구성되는, 스피커 보호 시스템.
제21항에 있어서, 상기 이득 제어기는 허용가능 편위 한계 내에 있으면서 상기 대역 이득들의 합을 최대화하기 위해 상기 대역 이득들을 제어하도록 구성되는, 스피커 보호 시스템.
제22항에 있어서, 상기 이득 제어기는 상기 대역 이득들을 제어하기 위해 반복적 오차 최소화 기법(iterative error minimisation technique)들을 적용하도록 구성되는, 스피커 보호 시스템.
제21항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이득 제어기는 상기 복수의 변위 신호들에 기초하여 콘 변위의 문턱값을 식별하고, 상기 변위 신호가 상기 문턱값 초과의 예측된 콘 변위에 대응하는 임의의 주파수 대역에 대해, 상기 예측된 콘 변위를 상기 문턱값과 실질적으로 동일하게 되게 감소시키도록 상기 주파수 대역에 대한 상기 이득이 제어되도록, 상기 대역 이득들을 제어하도록 구성되는, 스피커 보호 시스템.
제19항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이득 제어기는 하나 이상의 주파수 대역들로부터의 기여도(contribution)에 가중치를 적용하도록 구성되는, 스피커 보호 시스템.
제1항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이득 제어기는, 이득을 감소시키기 위한 시상수; 이득을 증가시키기 위한 시상수; 이득을 증가시키기 전에 이득을 유지하기 위한 홀드 시간(hold time); 및 이득을 감소시키기 전에 이득을 유지하기 위한 홀드 시간 중 적어도 하나에 따라 대역 이득의 임의의 변화를 적용하도록 구성되는, 스피커 보호 시스템.
제1항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 대역 분할기는 복수의 대역 통과 필터들을 포함하는 필터 뱅크를 포함하는, 스피커 보호 시스템.
제1항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 주파수 대역 분할기로부터 출력되는 상기 복수의 오디오 신호들의 적어도 하나의 주파수 대역은 상기 각자의 대역 이득이 상기 복수의 변위 신호들에 기초하지 않는 비-편위 제한된 주파수 대역(non-excursion limited frequency band)에 대응하는, 스피커 보호 시스템.
제28항에 있어서, 상기 적어도 하나의 비-편위 제한된 주파수 대역은 상기 제1 주파수 대역 분할기로부터 출력되는 최고 주파수 대역 또는 대역들에 대응하는, 스피커 보호 시스템.
제28항 또는 제29항에 있어서, 상기 적어도 하나의 비-편위 제한된 주파수 대역에 대한 상기 대역 이득은 다중 대역 다이내믹 레인지 제어기에 의해 생성되는 다이내믹 레인지 이득 설정에 기초하여 제어되는, 스피커 보호 시스템.
제1항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서, 복수의 열 주파수 대역들 각각에서의 상기 스피커의 전력 소산을 결정하고, 각각의 열 주파수 대역에 대해, 그 주파수 대역에 대한 상기 결정된 전력 소산에 기초하여 각자의 열 이득 설정을 결정하도록 구성된 열 제어기(thermal controller)를 추가로 포함하는, 스피커 보호 시스템.
제31항에 있어서, 상기 열 주파수 대역들 중 적어도 일부는 상기 제1 대역 분할기로부터 출력되는 상기 복수의 오디오 신호들의 상기 주파수 대역들에 대응하는, 스피커 보호 시스템.
제32항에 있어서, 상기 이득 제어기는 상기 주파수 대역들에 대한 상기 스피커의 상기 결정된 전력 소산에 기초하여 상기 대역 이득들을 추가로 제어하도록 구성되는, 스피커 보호 시스템.
제33항에 있어서, 상기 이득 제어기는:
각각의 주파수 대역에 대한 편위 이득 설정을 결정하는 편위 이득 계산 블록; 및
각각의 주파수 대역에 대해, 이득 설정 입력들로서 상기 편위 이득 설정 및 열 이득 설정을 수신하고 그 주파수 대역에 대한 최소 이득 설정 입력에 기초하여 관련 대역 이득을 결정하도록 구성된 최소 함수 블록(minimum function block)을 포함하는, 스피커 보호 시스템.
제34항에 있어서, 상기 최소 함수 블록은, 각각의 주파수 대역에 대해, 이득 설정 입력으로서 적어도 하나의 부가의 제어 이득 설정을 수신하도록 추가로 구성되는, 스피커 보호 시스템.
제31항 내지 제35항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 주파수 대역들 각각에 대한 전력 소산의 상기 표시를 제공하기 위해 상기 제1 대역 분할기로부터 출력되는 상기 복수의 오디오 신호들 각각을 상기 각자의 주파수 대역에 대한 각자의 임피던스 값과 곱하도록 구성된 곱셈기 블록을 포함하는, 스피커 보호 시스템.
제36항에 있어서, 상기 임피던스 값은 그 주파수 대역에 대한 미리 결정된 평균 코일 임피던스에 기초하는, 스피커 보호 시스템.
제31항에 있어서, 상기 열 주파수 대역들 중 적어도 하나는 상기 제1 주파수 대역 분할기로부터 출력되는 상기 복수의 오디오 신호들의 어떤 주파수 대역에도 대응하지 않는, 스피커 보호 시스템.
제31항 내지 제38항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열 제어기는 상기 스피커의 보이스 코일 전류를 나타내는 신호를 수신하고 각각의 열 주파수 대역에 대한 전류 성분 및 보이스 코일 저항의 추정치에 기초하여 각각의 열 주파수 대역에서의 전력 소산의 추정치를 결정하도록 구성되는, 스피커 보호 시스템.
제39항에 있어서, 상기 열 제어기는 상기 스피커의 보이스 코일 전류를 나타내는 상기 신호를 상기 열 주파수 대역들 각각에서의 전류 성분들로 분할하는 제3 대역 분할기를 포함하는, 스피커 보호 시스템.
제39항 또는 제40항에 있어서, 상기 열 제어기는 상기 스피커의 보이스 코일 전류를 나타내는 상기 신호에 기초하여 보이스 코일 저항의 상기 추정치를 결정하도록 구성되는, 스피커 보호 시스템.
제39항 내지 제41항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열 제어기는 보이스 코일 온도의 추정치를 결정하고 상기 추정된 온도에 기초하여 적어도 하나의 허용 전력 한계를 설정하도록 구성되고, 열 주파수 대역에 대한 상기 열 이득 설정은 그 대역에 대한 상기 결정된 전력 소산 및 상기 적어도 하나의 허용 전력 한계에 기초하여 제어되는, 스피커 보호 시스템.
제31항 내지 제41항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열 제어기는 상기 열 주파수 대역들 각각에 대한 상기 스피커의 상기 결정된 전력 소산에 기초하여 하나 이상의 온도 문턱값들이 초과되거나 초과될 것인지를 결정하고, 그러한 경우, 상기 열 주파수 대역들에 대한 상기 전력 소산을 감소시키기 위해 상기 열 이득 설정들을 제어하도록 구성되는, 스피커 보호 시스템.
제1항 내지 제43항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 입력 오디오 신호는 디지털 오디오 신호인, 스피커 보호 시스템.
집적 회로로서 구현되는 제1항 내지 제44항 중 어느 한 항에 청구된 스피커 보호 시스템.
제1항 내지 제45항 중 어느 한 항에 청구된 스피커 보호 시스템을 포함하는 오디오 회로로서,
입력 노드와 출력 노드 사이의 적어도 제1 및 제2 신호 경로들; 및
상기 입력 노드에 수신되는 신호를 각각의 상기 신호 경로에서의 각자의 신호 성분으로 분할하는 경로 분할기(path splitter)를 포함하고;
상기 스피커 보호 시스템은 제1 대역 분할기에 수신되는 입력 오디오 신호가 제1 신호 성분에 대응하도록 상기 제1 신호 경로에 위치되는, 오디오 회로.
제46항에 있어서, 상기 경로 분할기는 상기 제1 신호 성분이 차단 주파수 미만이고 상기 제2 신호 경로에서의 신호 성분이 상기 차단 주파수 초과이도록 구성된 대역 분할기를 포함하는, 오디오 회로.
제46항 또는 제47항에 있어서, 상기 제2 신호 경로에서의 상기 신호 성분에 적용되는 이득을 제어하는 다이내믹 레인지 제어기를 추가로 포함하는, 오디오 회로.
제46항 내지 제48항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 신호 경로는 상기 스피커 보호 시스템의 업스트림에 있는 다운 샘플러(down-sampler) 및 상기 스피커 보호 시스템의 다운스트림에 있는 업 샘플러(up-sampler)를 포함하는, 오디오 회로.
제1항 내지 제45항 중 어느 한 항에 청구된 스피커 보호 시스템 또는 제46항 내지 제49항 중 어느 한 항에 청구된 오디오 회로를 포함하는, 전자 장치.
제50항에 있어서, 상기 스피커 보호 시스템으로부터 출력되는 오디오 신호를 수신하도록 구성된 스피커의 구동 증폭기를 추가로 포함하는, 전자 장치.
제50항 또는 제51항에 있어서, 상기 스피커 보호 시스템으로부터 출력되는 오디오 신호에 의해 구동되도록 구성된 스피커를 포함하는, 전자 장치.
제50항 내지 제52항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는 휴대용 디바이스; 배터리 전원 디바이스; 컴퓨팅 디바이스; 통신 디바이스; 게임 디바이스; 휴대 전화; 개인용 미디어 플레이어; 랩톱, 태블릿 또는 노트북 컴퓨팅 디바이스 중 적어도 하나인, 전자 장치.
스피커 보호 방법으로서,
입력 오디오 신호를 수신하는 단계;
상기 입력 오디오 신호를 상이한 주파수 대역들에서의 복수의 오디오 신호들로 분할하는 단계; 및
상이한 주파수 대역들에서의 상기 복수의 오디오 신호들 각각에 각자의 대역 이득을 적용하는 단계를 포함하고;
상기 방법은 복수의 상기 주파수 대역들 각각에 대한 상기 스피커의 모델링된 콘 변위를 결정하는 단계; 및
상기 주파수 대역들에 대한 상기 모델링된 콘 변위에 기초하여 상기 대역 이득들을 제어하는 단계를 포함하는, 스피커 보호 방법.
적당한 프로세서 상에서 실행될 때, 제54항의 방법을 수행하거나 제1항 내지 제44항 중 어느 한 항의 스피커 보호 시스템을 제공하는 비일시적 저장 매체 상에 저장된 소프트웨어 코드.
스피커 보호 모듈로서,
입력 오디오 신호를 수신하는 입력과 출력 오디오 신호를 출력하는 출력 사이의 주 오디오 신호 경로(main audio signal path) - 상기 주 오디오 신호 경로는 제1 이득 블록의 업스트림에 있는 제1 대역 분할기를 포함하고,
상기 제1 대역 분할기는 상기 입력 오디오 신호를 복수의 상이한 주파수 대역들로 분할하도록 구성되고, 상기 제1 이득 블록은 각각의 상기 주파수 대역에 각자의 대역 이득을 적용하도록 구성됨 -;
상기 입력 신호 및 상기 스피커의 모델에 기초하여 각각의 주파수 대역에 대한 예측된 변위 신호를 생성하도록 구성된 변위 모델러(displacement modeller); 및
상기 스피커의 예측된 총 변위(total predicted displacement)를 미리 정의된 한계들 내에 유지하기 위해 상기 대역 이득들을 제어하는 이득 제어기를 포함하는, 스피커 보호 모듈.
스피커 보호 모듈로서,
입력 오디오 신호를 수신하는 입력과 출력 오디오 신호를 출력하는 출력 사이의 주 오디오 신호 경로 - 상기 주 오디오 신호 경로는 제1 이득 블록의 업스트림에 있는 제1 대역 분할기를 포함하고,
상기 제1 대역 분할기는 상기 입력 오디오 신호를 복수의 상이한 주파수 대역들로 분할하도록 구성되고, 상기 제1 이득 블록은 각각의 상기 주파수 대역에 각자의 대역 이득을 적용하도록 구성됨 -;
상기 입력 신호 및 상기 스피커의 모델에 기초하여 예측된 변위 신호를 생성하도록 구성된 변위 모델러;
상기 변위 신호를 상기 복수의 오디오 신호들의 상기 주파수 대역들에 대응하는 상이한 주파수 대역들에 대한 복수의 변위 신호들로 분할하도록 구성된 제2 대역 분할기; 및
상기 스피커의 예측된 총 변위를 미리 정의된 한계들 내에 유지하기 위해 상기 복수의 변위 신호들에 기초하여 상기 대역 이득들을 제어하는 이득 제어기를 포함하는, 스피커 보호 모듈.
스피커 보호 시스템으로서,
입력 오디오 신호를 수신하는 입력;
복수의 상이한 주파수 대역들 각각에서의 예측된 편위를 결정하기 위해 입력 신호를 모니터링하고;
상기 주파수 대역들 각각에 대한 대역 이득을 도출하며;
상기 주파수 대역에서의 성분 입력 신호에 상기 각자의 대역 이득을 적용하도록
구성된 편위 리미터(excursion limiter); 및
상기 대역 이득의 적용 후에 출력 신호를 출력하는 출력을 포함하는, 스피커 보호 시스템.
스피커 보호 시스템으로서,
입력 오디오 신호를 수신하고 상기 입력 오디오 신호를 상이한 주파수 대역들에서의 복수의 오디오 신호들로 분할하도록 구성된 제1 대역 분할기;
상이한 주파수 대역들에서의 상기 복수의 오디오 신호들 각각에 각자의 대역 이득을 적용하도록 구성된 제1 이득 블록; 및
상기 각자의 이득들을 제어하는 이득 제어기 -
상기 이득 제어기는 상기 주파수 대역들에 대한 상기 스피커의 모델링된 콘 변위 또는 모델링된 전력 소산 중 적어도 하나에 기초하여 상기 대역 이득들을 제어하도록 구성됨 - 를 포함하는, 스피커 보호 시스템.