TW202133631A - 揚聲器偏移預測及保護 - Google Patents

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詹姆斯 Ａ 梅漢姆
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美商半導體組件工業公司
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Abstract

揭示由一演算法組態以防止或限制一揚聲器過度偏移之系統及裝置。所揭示之演算法係具高運算效率的，因為該演算法係利用一音訊信號與一揚聲器之偏移之間的一關係，該偏移存在於低於一揚聲器之一自諧振的低頻。所揭示之演算法組合該低頻偏移保護與一高頻、暫態偏移保護。經組合方法允許該暫態偏移保護以使用比以其他方式可能更短的延遲。該較短延遲允許一壓縮器在由該暫態音訊信號所造成的該揚聲器之一動量成長太大而無法控制之前，施加衰減至一暫態音訊信號。

Description

揚聲器偏移預測及保護
本揭露係關於音訊系統，且更具體而言係關於用於保護揚聲器免於過量移動（即，過度偏移）之系統及方法。
音訊揚聲器（即，揚聲器）經設計以在低於最大偏移進行操作。有可能（例如，透過放大或信號處理）驅動揚聲器以超過其最大偏移進行移動。此過量移動可導致揚聲器之損壞或破壞。例如，一揚聲器之一線圈可被驅動至一非引導位置，而其可變成永久停留在此點。額外地，支撐一揚聲器錐體之懸吊器可變得永久拉伸，使得來自揚聲器的聲音失真。過量移動亦可導致聲音品質劣化或來自揚聲器的非所要聲音。據此，希望保護揚聲器免於過度偏移。此係本揭露之實施方案出現的背景。
在至少一態樣中，本揭露大致描述一種計算裝置。該計算裝置包括一揚聲器，該揚聲器經組態以根據一音訊信號移動。該計算裝置亦包括一處理器，該處理器係藉由軟體指令組態以執行用以限制該揚聲器之移動以低於一最大偏移之一方法。該方法包括接收該音訊信號。該方法進一步包括將一低頻偏移保護施加於該音訊信號。該低頻偏移保護包括：判定該揚聲器之一移動的一次諧振偏移預測；比較該次諧振偏移預測與該最大偏移；及當該次諧振偏移預測超過該最大偏移時調整該音訊信號。在施加該低頻偏移保護後，將一暫態偏移保護施加於該音訊信號。該暫態偏移保護包括：判定該揚聲器之該移動的一瞬間偏移預測；比較該瞬間偏移預測與該最大偏移；及當該瞬間偏移預測超過該最大偏移時調整該音訊信號。
在至少一其他態樣中，本揭露大致上描述一種用以限制一揚聲器之一移動以低於一最大偏移之方法。該方法包括接收一音訊信號。該方法進一步包括將一低頻保護施加於該音訊信號，該低頻保護包括：判定該揚聲器之該移動的一次諧振偏移預測；比較該次諧振偏移預測與該最大偏移；及當該次諧振偏移預測超過該最大偏移時調整該音訊信號。在施加該音訊信號之該低頻偏移保護之後，該方法包括將一暫態偏移保護施加於該音訊信號。該暫態偏移保護包括：判定該揚聲器之該移動的一瞬間偏移預測；比較該瞬間偏移預測與該最大偏移；及當該瞬間偏移預測超過該最大偏移時調整該音訊信號。
在至少一其他態樣中，本揭露大致描述一種智慧型放大器。該智慧型放大器包括一處理器，該處理器係藉由軟體指令組態以執行一方法。該方法包括接收一音訊信號及接收一經感測信號。該經感測信號對應於耦接至該智慧型放大器的一揚聲器之一回應（即，一音訊信號回應）。該方法進一步包括：從該經感測信號導出揚聲器參數；及基於該等所導出揚聲器參數更新至少一個揚聲器模型。該方法進一步包括將一低頻偏移保護施加於該音訊信號。該低頻偏移保護包括：判定基於該經更新至少一個揚聲器模型的該揚聲器之一移動的一次諧振偏移預測；比較該次諧振偏移預測與一最大偏移；及當該次諧振偏移預測超過該最大偏移時調整該音訊信號，以限制該揚聲器之移動以低於一最大偏移。在施加該低頻偏移保護之後，該方法包括將一暫態偏移保護施加於該音訊信號。該暫態偏移保護包括：判定基於該經更新至少一個揚聲器模型的該揚聲器之該移動的一瞬間預測；比較該瞬間預測與該最大偏移；及當該瞬間預測超過該最大偏移時調整該音訊信號，以限制該揚聲器之移動以低於該最大偏移。
前述的說明性發明內容、及本揭露的其他範例目的及/或優點、以及達成其之方式係進一步解釋於下述實施方式及其隨附圖式。
[ 相關申請案之交互參照 ]
本申請案主張於2020年2月10申請之美國專利申請案第16/785,968號的優先權。
本揭露描述用於適應性調整一音訊信號以防止由於過量（即，過度）偏移而導致對揚聲器損壞或來自該揚聲器之聲音失真的系統及方法。所揭露之方法組合低頻偏移保護與暫態偏移保護（例如，高頻偏移保護）。對於該低頻偏移保護，該方法利用用於基於音訊信號之次諧振頻率的分析來判定偏移的簡化。所揭示之系統及方法可在無顯著音訊失真且具有低運算複雜度（即，高運算效率）的情況中提供偏移保護之有利結果。低計算複雜度可使所揭露之方法特別實用於行動計算裝置（例如，行動電話、平板電腦）中，該等行動計算裝置一般係電池操作型，且傾向於具有易於過驅動成過量偏移的小揚聲器。額外地，依可限制由偏移保護所造成之延遲的方式來組合低頻偏移保護及暫態偏移保護。據此，所揭示之系統及方法可不顯著影響不需要偏移保護的音訊信號。
所揭示之電路及方法可用於各種系統，包括但不限於智慧型揚聲器（例如，語音啟動之虛擬助理）、行動裝置（例如，行動電話、平板電腦）、音訊處理器（例如，數位混合板(digital mixing board)）、及智慧型放大器（例如，整合式放大器電路）。在將音訊轉換成類比音訊信號並傳輸至揚聲器之前，所揭示之電路及方法可實施在音訊處理串流之數位部分中。
圖1繪示根據本揭露之可行實施方案之經組態用於具有偏移保護之音訊回放的計算裝置的方塊圖。計算裝置100包括揚聲器110。該揚聲器可係經組態以將一電氣類比音訊信號轉換成一對應聲波115的各種類型及材料。揚聲器110可包括經定位在由一磁鐵所產生之一磁場內的一音圈（即，線圈），使得該線圈中的電流及該磁場可產生可使該揚聲器之膜片（例如，錐體）移動（位移）達由該音訊信號所判定之偏移量的物理力。該揚聲器包括支撐該膜片且提供一返回力以對抗揚聲器110之一偏移120（即，位移）的一懸吊器。
計算裝置100亦可包括一放大器125（例如，功率放大器）及一數位轉類比(digital-to-analog, D/A)轉換器130，其等一起將一數位音訊信號變轉成在一適當位準之一類比音訊信號以驅動該揚聲器。然而，當以具有高於一適當位準之振幅之音訊信號驅動該揚聲器時（即，當揚聲器被過驅動時），揚聲器110之一偏移120可超過針對揚聲器110所指定之最大偏移且可導致揚聲器110之損壞或變化。
該揚聲器可受各種來源過驅動而超過其經設計之最大偏移（即，偏移限制）。一些來源係刻意的。例如，一音訊信號可經處理以增強一低音回應，藉此產生超出一揚聲器（例如，小型多用途揚聲器）之能力的低頻分量。一些來源係非刻意的。例如，暫態信號可產生高振幅、短持續時間（即，脈衝）信號，其可使揚聲器移動多於例如由音樂或語音產生之半穩定音調。由過驅動揚聲器所導致之移動可超過最大偏移達過度偏移量（即，過度偏移）。該揚聲器之偏移保護可需要與該過度偏移成比例地調整該音訊信號。
在一些實施方案中，計算裝置可進一步包括鄰近於該揚聲器或與該揚聲器整合之一感測器135。在一可行實施方案中，感測器135可經組態以產生對應於揚聲器之位置及/或移動（例如，速度、加速度）的經感測信號。在另一可行實施方案中，感測器135可經組態以產生對應於揚聲器之電壓（例如，驅動電壓）或電流（例如，驅動電流）的經感測信號。電壓/電流測量可經數位化並回授至處理器。經感測信號可用以判定（即，導出）描述（即，模型化）揚聲器之操作的揚聲器參數。據此，在一些實施方案中，更新（例如週期性更新）揚聲器模型以考量環境及/或揚聲器之實體變化係可行的。表1顯示可用以模型化揚聲器之可行揚聲器參數。 表1：實例揚聲器參數
揚聲器參數 符號 單位
膜片質量 Mms g
懸吊器剛性 Kms N/m
懸吊器之機械阻力 Rms N·s/m
線圈之直流(DC)電阻 Re Ω
線圈上之磁場的力因子 Bl T·m
諧振頻率 Fs Hz
計算裝置100亦可包括記憶體140。例如，該計算裝置可包括儲存電腦可讀取指令的一非暫時性電腦可讀記憶體，當由一處理器145執行該等電腦可讀取指令時，可使該處理器（及更一般而言，該計算裝置）執行一方法，諸如用於偏移保護150之方法，或用於與音訊源（即，音訊介面155）介接之方法。
在一些實施方案中，音訊介面155可經組態以自一音訊源（例如，一檔案、一位元流、一裝置等）接收或擷取音訊資料。例如，音訊介面155可自記憶體140或從一網路160擷取音訊資料，該網路可有線或無線地耦接音訊源至計算裝置100。音訊介面155可進一步將所接收音訊轉譯成一數位音訊信號（即，音訊信號）。
該記憶體亦可包括描述揚聲器之操作的一揚聲器模型。例如，該揚聲器模型可使用例如表1中所列出之揚聲器參數之一或多者，基於一輸入音訊信號來定義揚聲器之位移(X)。該記憶體亦可包括可依各種數位音訊格式儲存的音訊檔案。在一可行實施方案中，音訊介面155可自該記憶體擷取音訊檔案並將音訊檔案轉換成音訊信號。
該記憶體亦可包括軟體指令、模組、程式及類似者。例如，該記憶體可包括電腦可讀取指令，其等由該處理器執行該等電腦可讀取指令時執行一種用於限制一揚聲器之一移動以低於一最大偏移之方法。當經組態時，該處理器可分析音訊信號之態樣以預測該揚聲器之一偏移，及當該所預測偏移經判定為超過（預定）最大偏移時調整該音訊信號。所揭示之方法可提供此分析/調整而不顯著影響（例如，延遲）音訊資料串流，且因此其可與另一形式的偏移保護及/或音訊處理組合。
經組態用於採用圖1中所展示之偏移保護的音訊播放之計算裝置經完全整合，包括音訊回放之數位及類比部分兩者。所揭露之方法可依各種其他硬體組態實施，諸如圖2及圖3所示。在這些圖式中所顯示之各種實施方案表示可行的實施方案範圍，其等可包括不同實施方案之功能、組件、及/或特徵的各種組合及/或子組合。例如，圖2繪示根據本揭露之可行實施方案之具有偏移保護之音訊系統的方塊圖。系統200包括實體上相異地但通訊地耦接的一計算裝置210、一放大器220及一揚聲器110。在一可行實施方案中，系統200可包括複數個揚聲器。
在另一實例中，圖3繪示根據本揭露之可行實施方案之經組態以用偏移保護來放大音訊信號之智慧型放大器的方塊圖。智慧型放大器300經組態以將一音訊源320耦接至一揚聲器110。在一些實施方案中，該智慧型放大器可經組態以（例如，經由一類比轉數位轉換器）接收來自該揚聲器之一經感測信號。該經感測信號可對應於該揚聲器對該音訊信號的一回應（例如，一位置或一移動）及/或與該揚聲器相關聯之一信號（例如，一電壓或一電流）。智慧型放大器300之一處理器325（例如，一數位信號處理器(digital signal processor, DSP)）可經組態以自經感測信號導出揚聲器參數（例如，如表1中所示）。在一可行實施方案中，可使用所導出之揚聲器參數以更新一揚聲器模型。
一揚聲器模型可實施為揚聲器之一位置/位移(X)與一輸入音訊信號（例如，VIN ）之間之一數學關係（例如，方程式）。換言之，一揚聲器模型可用以針對一給定輸入音訊信號（即，音訊信號）預測該揚聲器之一位置（即，偏移）。
一揚聲器基於音訊信號之頻率成分（即，頻譜）對該音訊信號作出不同回應。如同質量及彈簧，該揚聲器可展現諧振頻率（即，諧振、自諧振），該揚聲器在該諧振頻率處最容易回應於一輸入。據此，該揚聲器可對低於該揚聲器之諧振頻率(Fs )的頻率之輸入信號作出不同於對高於該揚聲器之諧振頻率的頻率之輸入信號的回應。
對於低於該諧振頻率之一輸入音訊信號，該揚聲器與該輸入音訊信號（即，VIN ）同相且成比例地移動，藉此簡化針對次諧振（即，次諧振）頻率之揚聲器模型，如下文所示。
Figure 02_image001
(1)
針對以上方程式(1)，X 係揚聲器位移，Vin 係音訊信號，n 係樣本，且C 係比例常數。在一些實施方案中，C可藉由揚聲器參數來描述，如下文所示。
Figure 02_image003
(2)
因此，對於低頻音訊信號，藉由用於次諧振頻率音訊信號之揚聲器模型可使預測偏移變得簡單。據此，所揭露之方法利用在次諧振偏移預測簡化，以具有運算效率之方式施加低頻偏移保護。此方法可係有利的，因為可能容易由次諧振（例如，低音）頻率而造成過度偏移。
亦可能容易由暫態信號（例如，不連貫的聲音(pop)、靜止(static)等）而造成過度偏移，並且低頻偏移保護可能無法針對這些暫態信號預測及調整。據此，所揭示之方法組合低頻偏移保護與暫態偏移保護。
圖4繪示根據本揭露之可行實施方案之偏移保護模組（即，偏移保護）的方塊圖。偏移保護150包括低頻偏移保護500組件及暫態偏移保護600組件。偏移保護150經組態以在至低頻偏移保護500的一輸入處接收一輸入音訊信號410（即，音訊信號410）。低頻偏移保護500經組態以調整音訊信號410並在其輸出處傳回該音訊信號之一高通濾波(high-pass filtered, HPF)版本（即，HPF音訊信號420）。然後，HPF音訊信號420輸入至暫態偏移保護600。暫態偏移保護600經組態以調整該HPF音訊信號並在其輸出處傳回保護該揚聲器免於過度偏移的一音訊信號（即，一受保護音訊信號430）。在一些實施方案中，該偏移保護可經組態以接收可例如用以更新低頻偏移保護500及/或暫態偏移保護600以改變該揚聲器的經感測信號440（例如，來自揚聲器感測器）。
圖5繪示在圖4中所示之偏移保護實施方案之低頻偏移保護組件的方塊圖。低頻偏移保護500包括一固定高通濾波器510。該固定高通濾波器(high-pass filter, HPF)經組態以傳遞高於一固定截止頻率(Fc_fix )的音訊信號410之頻率。在一可行實施方案中，該固定截止頻率低於揚聲器之諧振頻率(Fs)。例如，該固定截止頻率可係揚聲器之諧振頻率的1/4，諸如下所示。
Figure 02_image005
(3)
由固定高通濾波器510阻擋的頻率對受保護音訊信號420具有最小影響，因為揚聲器對於受阻擋頻率分量可具有極小（若有的話）靈敏度（亦即，對於受阻擋頻率分量的回應）。
低頻偏移保護500進一步包括一可調整高通濾波器550。可調整高通濾波器550經組態以傳遞高於一可調整截止頻率(Fc_adj )的經濾波音訊信號412之頻率。在一正常（即，預設）狀態（即，當不需要排除保護時），該可調整截止頻率可等於該固定截止頻率，使得當在揚聲器110上播放時，HPF音訊信號420被感知為約等效於音訊信號410。例如，當Fc_fix = Fc_adj = 1/4Fs 時，揚聲器可對HPF音訊信號420與音訊信號410具有類似（例如，相同）回應。
可藉由調整（例如，升高）可調整截止整頻率來達成低頻偏移保護，使得阻擋音訊信號之額外低頻分量（高於1/4Fs ）。在一可行實施方案中，在以下所示之範圍內，該可調整截止頻率係可調整的。
Figure 02_image007
(4)
調整量可取決於由造成揚聲器之顯著回應的音訊信號410之次諧振頻率引起的偏移預測。
低頻偏移保護500包括一低通濾波器520 (low-pass filter, LPF)。該低通濾波器經組態以傳遞低於一低通截止頻率(Fc_lp )的音訊信號410之頻率。換言之，低通濾波器傳遞該音訊信號之一經低通濾波版本。在一可行實施方案中，低通截止頻率係揚聲器之諧振頻率(Fs )，諸如以下所示。
Figure 02_image009
(5)
在行進通過固定高通濾波器510及低通濾波器520之後，音訊信號可僅含有在及低於揚聲器之諧振頻率的頻率分量。如上文所描述，對於此頻率頻型(frequency regime)中的音訊信號，可藉由揚聲器模型545預測揚聲器偏移，其中偏移與音訊信號成比例（例如，請參見方程式(1)），且其中模型之揚聲器參數經預先測量（例如，工廠設定）或線上測量（例如，來自感測器）。據此，低頻偏移保護500包括施加於揚聲器模型545之峰值偵測530，以預測由於次諧振頻率的揚聲器之一偏移（即，移動）（即，次諧振偏移預測540）。該次諧振偏移預測可進一步經組態比較所預測偏移與一臨限（例如，一最大偏移）。當該揚聲器之該移動的該次諧振偏移預測超過一最大偏移時，可升高可調整高通濾波器550之可調整截止頻率。當升高時，可調整高通濾波器550可阻擋經預測會造成過度偏移的音訊信號之頻率。在一可行實施方案中，次諧振偏移預測540計算次諧振偏移預測與最大偏移之間的差作為低頻過度偏移。然後，次諧振偏移預測540可經組態以產生一信號，該信號升高可調整高通濾波器550之可調整截止頻率。可使用各種演算法以判定低頻過度偏移與升高可調整截止頻率之量之間的關係。在一可行實施方案中，與低頻過度偏移成比例地升高該可調整截止頻率。
因為音訊信號中的暫態可造成揚聲器移動多於穩態音調，所以低頻偏移保護500可能不足以消除或減少來自音訊信號的所有過度偏移信號。據此，在低頻偏移保護之輸出處的音訊信號之HPF版本受到保護以避免由於暫態的過度偏移。
圖6繪示在圖4中所示之偏移保護實施方案之暫態偏移保護組件的方塊圖。暫態偏移保護600包括具有可調整增益的一放大器640。當一暫態音訊信號經預測在所接收HPF音訊信號420中時，放大器640之可調整增益可減少，以減小及/或限制由該暫態音訊信號造成的偏移。換言之，放大器640可操作為可衰減具有一暫態之音訊信號的一可變衰減器。
為了在防止暫態音訊信號造成揚聲器中的一移動具有無法由變更該可調整增益而減慢或停止的慣性，該暫態偏移保護包括一延遲緩衝器（即，延遲610）。該延遲提供暫態偏移保護600在揚聲器之移動達到無法以簡單的增益調整克服的慣性之前調整放大器640增益的時間。所揭示之方法之一有利態樣係該延遲不大，因為暫態偏移保護600接收音訊信號420之經高通濾波版本。換言之，該延遲的大小可對應於在該暫態偏移保護之該輸入處所接收的該音訊信號之最低頻率。因為此信號音訊信號係由先前保護模組高通濾波，因此可減少該延遲。因此，在所揭露之方法中，低頻偏移保護500促進具有小延遲的暫態偏移保護。當使延遲610之大小變小時，偏移保護150對其監測及調整的數位音訊串流之衝擊（即，影響）降低，這對於各種原因（包括但不限於對使用者的不可見性、與其他音訊處理/裝置的相容性、及類似者）係有利的。雖然可使該延遲變小，但延遲可足夠大以不產生可聽到的人為聲訊(audible artifact)。
暫態偏移保護600包括基於揚聲器模型625之一瞬間偏移預測620，其中模型之揚聲器參數經預先測量（例如，工廠設定）或線上測量（例如，來自一感測器）。可實施各種揚聲器模型，且所揭示之方法不限於任何特定揚聲器模型。在一可行實施方案中，用於瞬間偏移預測的揚聲器模型可如下所示。
Figure 02_image011
(6)
針對以上方程式(6)，X 係揚聲器位移，V 係HPF音訊信號，n 係目前（瞬間）樣本，n-1係先前樣本，且n-2係先前樣本。換言之，揚聲器之移動的瞬間偏移預測可基於音訊信號及揚聲器之先前位置。二階方程式包括由揚聲器參數所描述之常數a、b、c、及d（如下所示），其中Ts 係取樣週期。
Figure 02_image013
(7)
Figure 02_image015
(8)
Figure 02_image017
(9)
Figure 02_image019
(10)
在一可行實施方案中，可基於來自揚聲器之一經感測信號440來更新常數a、b、c、及d（例如，週期性地，依需要）。
一壓縮器630經組態以接收來自瞬間偏移預測620的經預測偏移。該壓縮器可比較所預測偏移與一臨限（即，一限制）。例如，若所預測偏移高於一（預定）最大偏移，則壓縮器630可產生一信號以控制可調整增益放大器640之增益，以衰減離開延遲610的信號（即，經延遲高通濾波版本）。衰減量（即，一壓縮比）可與一所預測過度偏移成比例地增加。例如，當所預測過度偏移高於最大偏移3分貝(dB)時，所施加之衰減可係3dB。因為衰減發生在延遲610之後，所以在暫態前的音訊信號之一部分被衰減。在暫態前音訊信號之此衰減減少在暫態之前揚聲器之動量。此動量的減少有助於防止暫態添加足以產生不可控制移動之動量。
用於觸發偏移保護的一最大偏移（即，一偏移限制）可具有各種不同地判定的值。例如，用於濾波調整及/或壓縮調整的最大偏移可針對一類揚聲器導出/測量，及/或以逐揚聲器(speaker-by-speaker)的基礎來導出/測量。可在實施之前的時間（例如，工廠設定）執行最大偏移之推導及/或測量。在一可行實施方案中，最大偏移可係可調整的（例如，客戶可控制）。對於不同類的預期音訊信號，可調整性可在保護方面提供更多的多樣性（例如，降低額定）。
圖7係根據本揭露之可行實施方案之用以限制一揚聲器之一移動以低於一最大偏移之方法的流程圖。方法700包括接收710一音訊信號。為了限制一揚聲器之移動以低於一最大偏移，方法700產生一受保護音訊信號750，該受保護音訊信號係針對其驅動揚聲器至過度偏移的可能性分析，並依需要調整以防止該過度偏移。該方法首先施加720一低頻偏移保護。該低頻偏移保護包括基於音訊信號低於揚聲器之諧振之頻率分量，判定721可對應於揚聲器之偏移量的一次諧振偏移預測。然後，比較722該次諧振偏移預測與該最大偏移。當該預測超過723（是）該最大偏移（或以其他方式滿足一偏移條件）時，該音訊信號經調整（例如，經濾波以移除頻率分量）。否則（否），該音訊信號未經（顯著地）調整。
在該低頻偏移保護之後，方法700施加730一暫態偏移保護。該暫態偏移保護包括基於該音訊信號之一目前樣本及（多個）先前樣本而判定瞬間偏移預測，該瞬間偏移預測可對應於該揚聲器之偏移量。然後，比較732該瞬間偏移預測與該最大偏移。當該預測超過733（是）該最大偏移（或以其他方式滿足一偏移條件）時，該音訊信號經調整（例如，經衰減、經壓縮）。否則（否），該音訊信號未經（顯著地）調整。
所揭示之方法及其實施方案可有利地提供用於揚聲器之放大器選擇的多樣性，或反之亦然。例如，所揭示之方法可允許功率放大器（例如，D類放大器）連接至一揚聲器，而無需擔心揚聲器無法處置其全輸出功率。此添加的多樣性可消除對產生多個放大器設計以驅動各種不同揚聲器的需要。
在說明書及/或圖式中，已揭示典型的實施例。本揭露不限於此類例示性實施例。用語「及/或(and/or)」之使用包括相關聯之所列項目之一或多者的任何或全部組合。圖式係示意代表圖，且因此非必然按比例繪製。除非另有說明，否則特定用語已採一般性及描述性意義來使用，而非出於限制之目的來使用。
除非另有定義，本文中使用之所有技術及科學用語具有所屬技術領域中具有通常知識者所通常瞭解的相同意義。類似或等效於本文中所述的方法及材料可用於本揭露之實施或測試中。如本說明書中及隨附申請專利範圍中所使用者，除非內文另有明確指示，否則單數形式「一(a/an)」、「該(the)」包括複數的指稱物。本文中所用之用語「包含(comprising)」及其變化詞係與用語「包括(including)」及其變化詞同義地使用，且為非限制性的開放用語。本文中所用之用語「可選的(optional)」或「可選地(optionally)」意指可發生或可不發生隨後描述的特徵、情形、或情況，及意指該描述包括發生和未發生該特徵、情形、或情況的案例。範圍在本文中可表示成從「約」一個特定值及/或至「約」另一特定值。當表示此範圍時，一態樣包括從該一特定值及/或至該另一特定值。類似地，使用前述之「約」來將值表示為近似值時，應理解該特定值會形成另一態樣。應進一步理解的是，該等範圍之各者的端點係顯著相對於另一端點，且又顯著獨立於另一端點。
一些實施方案可使用各種半導體處理及/或封裝技術來實作。一些實施方案可使用與半導體基材相關聯的各種類型半導體處理技術來實作，包括但不限於例如矽(Si)、砷化鎵(GaAs)、氮化鎵(GaN)、碳化矽(SiC)、及/或等等。
雖然所描述之實施方案的某些特徵已如本文所描述而說明，但所屬技術領域中具有通常知識者現將想到許多修改、替換、改變及均等物。因此，應當理解，隨附申請專利範圍旨在涵蓋落於實施方案範圍內的所有此類修改及改變。應當理解，其等僅以實例（非限制）方式呈現，並且可進行各種形式及細節改變。本文所描述之設備及/或方法之任何部分可以任何組合進行組合，除了互斥組合之外。本文所描述之實施方案可包括所描述之不同實施方案之功能、組件及/或特徵的各種組合及/或子組合。
100:計算裝置 110:揚聲器 115:聲波 120:偏移 125:放大器 130:數位轉類比(D/A)轉換器 135:感測器 140:記憶體 145:處理器 150:偏移保護 155:音訊介面 160:網路 200:系統 210:計算裝置 220:放大器 300:智慧型放大器 320:音訊源 325:處理器 410:音訊信號 412:經濾波音訊信號 420:高通濾波(HPF)音訊信號/音訊信號 430:受保護音訊信號 440:經感測信號 500:低頻偏移保護 510:固定高通濾波器(HPF) 520:低通濾波器(LPF) 530:峰值偵測 540:次諧振偏移預測 545:揚聲器模型 550:可調整高通濾波器(HPF) 600:暫態偏移保護 610:延遲 620:瞬間偏移預測 625:揚聲器模型 630:壓縮器 640:放大器 700:方法 710:方塊 720:方塊 721:方塊 722:方塊 723:方塊 730:方塊 732:方塊 733:方塊 750:方塊 X:位移
［圖1］繪示根據本揭露之可行實施方案之經組態用於具有偏移保護之音訊回放的計算裝置的方塊圖。 ［圖2］繪示根據本揭露之可行實施方案之具有偏移保護之音訊系統的方塊圖。 ［圖3］繪示根據本揭露之可行實施方案之經組態以用偏移保護來放大音訊信號之智慧型放大器的方塊圖。 ［圖4］繪示根據本揭露之可行實施方案之偏移保護模組的方塊圖。 ［圖5］繪示在圖4中所示之偏移保護實施方案之低頻偏移保護組件的方塊圖。 ［圖6］繪示在圖4中所示之偏移保護實施方案之暫態偏移保護組件的方塊圖。 ［圖7］係根據本揭露之可行實施方案之用以限制一揚聲器之一移動以低於一最大偏移之方法的流程圖。
圖式中之組件非必然相對於彼此按比例繪製。相似的元件符號在若干視圖中標示對應的部件。
100:計算裝置
110:揚聲器
115:聲波
120:偏移
125:放大器
130:數位轉類比(D/A)轉換器
135:感測器
140:記憶體
145:處理器
150:偏移保護
155:音訊介面
160:網路

Claims (11)

  1. 一種計算裝置，其包含： 一揚聲器，其經組態以根據一音訊信號而移動；及 一處理器，其係藉由軟體指令組態以執行用以限制該揚聲器之移動以低於一最大偏移之一方法，該方法包括： 接收該音訊信號； 將一低頻偏移保護施加於該音訊信號，該低頻偏移保護包括： 判定該揚聲器之一移動的一次諧振偏移預測； 比較該次諧振偏移預測與該最大偏移；及 當該次諧振偏移預測滿足一偏移條件時，調整該音訊信號；及 在將該低頻偏移保護施加於該音訊信號之後，將一暫態偏移保護施加於該音訊信號，該暫態偏移保護包括： 判定該揚聲器之該移動的一瞬間偏移預測； 比較該瞬間偏移預測與該最大偏移；及 當該瞬間偏移預測滿足一偏移條件時，調整該音訊信號。
  2. 如請求項1之計算裝置，其中： 該計算裝置進一步包括一感測器，該感測器經組態以產生對應於該揚聲器的一經感測信號；及 用以限制該揚聲器之移動以低於一最大偏移之該方法進一步包括： 基於該經感測信號來導出揚聲器參數；及 基於該等所導出揚聲器參數更新至少一個揚聲器模型，該次諧振偏移預測及該瞬間偏移預測基於該經更新至少一個揚聲器模型。
  3. 如請求項1之計算裝置，其中當該次諧振偏移預測滿足該偏移條件時調整該音訊信號包括： 計算該次諧振偏移預測與該最大偏移之間的一差作為一低頻過度偏移，其中該揚聲器之該移動的該次諧振偏移預測係基於該音訊信號之一低通濾波版本，該音訊信號之該低通濾波版本包括在及低於該揚聲器之一諧振頻率的頻率；及 與該低頻過度偏移成比例地升高一可調整高通濾波器之一截止頻率，其中該可調整高通濾波器輸出該音訊信號之一經高通濾波版本，該經高通濾波版本包括高於該可調整高通濾波器之該截止頻率的頻率。
  4. 如請求項3之計算裝置，其中該揚聲器之該移動的該瞬間偏移預測係基於該音訊信號之該經高通濾波版本及該揚聲器之先前位置。
  5. 如請求項4之計算裝置，其中當該瞬間偏移預測滿足該偏移條件時調整該音訊信號包括： 延遲該音訊信號之該經高通濾波版本； 計算該瞬間偏移預測與該最大偏移之間的一差作為一高頻過度偏移；及 控制一壓縮器以依與該高頻過度偏移成比例的一壓縮比來衰減該音訊信號之該經延遲高通濾波版本。
  6. 一種用以限制一揚聲器之一移動以低於一最大偏移之方法，其包含： 接收一音訊信號； 將一低頻偏移保護施加於該音訊信號，該低頻偏移保護包括： 判定該揚聲器之該移動的一次諧振偏移預測； 比較該次諧振偏移預測與該最大偏移；及 當該次諧振偏移預測超過該最大偏移時，調整該音訊信號；及 在將該低頻偏移保護施加於該音訊信號之後，將一暫態偏移保護施加於該音訊信號，該暫態偏移保護包括： 判定該揚聲器之該移動的一瞬間偏移預測； 比較該瞬間偏移預測與該最大偏移；及 當該瞬間偏移預測超過該最大偏移時，調整該音訊信號。
  7. 如請求項6之用以限制一揚聲器之一移動以低於一最大偏移之方法，其進一步包括： 接收對應於該揚聲器對該音訊信號之一回應的一經感測信號； 基於該經感測信號來導出揚聲器參數；及 基於該等所導出揚聲器參數更新至少一個揚聲器模型，該次諧振偏移預測及該瞬間偏移預測基於該經更新至少一個揚聲器模型。
  8. 如請求項6之用以限制一揚聲器之一移動以低於一最大偏移之方法，其中當該次諧振偏移預測超過該最大偏移時調整該音訊信號包括： 計算該次諧振偏移預測與該最大偏移之間的一差作為一低頻過度偏移，其中該揚聲器之該移動的該次諧振偏移預測係基於該音訊信號之一低通濾波版本，該音訊信號之該低通濾波版本包括在及低於該揚聲器之一諧振頻率的頻率；及 與該低頻過度偏移成比例地升高一可調整高通濾波器之一截止頻率，其中該可調整高通濾波器輸出該音訊信號之一經高通濾波版本，該經高通濾波版本包括高於該可調整高通濾波器之該截止頻率的頻率。
  9. 如請求項8之用以限制一揚聲器之一移動以低於一最大偏移之方法，其中該揚聲器之該移動的該瞬間偏移預測係基於該音訊信號之該經高通濾波版本及該揚聲器之先前位置。
  10. 如請求項9之用以限制一揚聲器之一移動以低於一最大偏移之方法，其中當該瞬間偏移預測超過該最大偏移時調整該音訊信號包括： 延遲該音訊信號之該經高通濾波版本； 計算該瞬間偏移預測與該最大偏移之間的一差作為一高頻過度偏移；及 控制一壓縮器以依與該高頻過度偏移成比例的一壓縮比來衰減該音訊信號之該經延遲高通濾波版本。
  11. 一種智慧型放大器，其包含： 一處理器，其係藉由軟體指令組態以執行一方法，該方法包括： 接收一音訊信號； 接收對應於一揚聲器對該音訊信號之一回應的一經感測信號，該揚聲器耦接至該智慧型放大器； 從該經感測信號導出揚聲器參數； 基於該等所導出揚聲器參數更新至少一個揚聲器模型； 將一低頻偏移保護施加於該音訊信號，該低頻偏移保護包括： 判定該揚聲器之一移動的一次諧振偏移預測，該次諧振偏移預測基於該經更新至少一個揚聲器模型； 比較該次諧振偏移預測與一最大偏移；及 當該次諧振偏移預測超過該最大偏移時，調整該音訊信號以限制該揚聲器之移動以低於一最大偏移；及 在將該低頻偏移保護施加於該音訊信號之後，將一暫態偏移保護施加於該音訊信號，該暫態偏移保護包括： 判定該揚聲器之該移動的一瞬間預測，該瞬間預測基於該經更新至少一個揚聲器模型； 比較該瞬間預測與該最大偏移；及 當該瞬間預測超過該最大偏移時，調整該音訊信號以限制該揚聲器之移動以低於該最大偏移。
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