一种音频信号处理方法、装置与设备制造方法及图纸

本发明专利技术提出了一种音频信号处理方法，根据当前输入信号的功率与当前计算出的瞬态功率阈值实施功率约束，根据当前的音圈温度以及扬声器的工作温度上限实施温度约束；两种约束的联合控制增益的策略以及动态控制增益计算方法的提出，解决了扬声器过保护和输出增益突变问题，在保护扬声器音圈温度不过载的同时，可以最大化提升终端设备的外放音量等主观体验。

An audio signal processing method, device and equipment

【技术实现步骤摘要】
一种音频信号处理方法、装置与设备
本专利技术涉及终端
，尤其涉及一种音频信号处理方法、装置与设备。
技术介绍
随着便携式终端设备需求的快速增长，微型扬声器在手机、平板电脑等小型终端中的应用范围越来越广。目前小型终端设备中最常用的一类微型扬声器是动圈式扬声器(也称电动式扬声器，工作原理是输入电流通过线圈产生变化的磁场，从而让扬声器的膜片振动产生声音)，其特点是电声转换效率极低(通常小于1％)并且会产生热量。在实际工作场景中为提升手机等终端设备的外放音量等主观体验，通常需要对其中的扬声器施加较大的驱动电压使其工作在大信号状态，甚至有时候达到其物理极限状态。然而在大信号状态下工作的扬声器通常温度较高，如不施加温度保护措施可能导致扬声器的音圈散圈产生杂音甚至烧毁整个扬声器。对于扬声器温度保护这一问题，目前功率放大器(PA,PowerAmplifier)的芯片厂商通用的温度保护方法如下：基于功率放大器的反馈信号，如电流和电压信号，计算出扬声器音圈直流阻，进而检测扬声器音圈的温度或输入功率，若检测结果超过对应阈值时，对输入信号衰减一定的增益。一种现有技术，如专利US8774419B2，具体通过功率放大器的反馈信号和扬声器的热模型(热模型用于描述扬声器热耗散功率与音圈温度之间的关系，通常使用一个等效的阻容电路来模拟扬声器中的散热过程)计算得到一个稳态功率阈值，并用该稳态功率阈值去约束扬声器的输入信号的瞬态功率，当输入信号的瞬态功率大于稳态功率阈值时通过对输入信号衰减固定增益来进行温度保护。这一类方法在任何的扬声器工作状态下都可以采用同样的控制手段。然而，该技术至少存在下述缺陷：(1)通常基于扬声器热模型计算得到的稳态功率阈值远小于扬声器音圈的瞬态输入功率，因此采用稳态功率阈值控制瞬态输入功率会导致温度过保护问题(特指控制过程中由于目标阈值设置不当而导致的过分保护现象)，即功率限幅器输出的控制增益长时处于偏低水平，将导致扬声器外放主观响度损失较大，不能最大化扬声器外放音量，未能充分地发挥扬声器的性能，也不能对扬声器进行更加灵活的保护。(2)衰减固定增益会带来声音的突变，主观听觉体验下降。
技术实现思路
本专利技术提出了一种音频信号处理方法，根据当前输入信号的功率与当前计算出的瞬态功率阈值实施功率约束，根据当前的音圈温度以及扬声器的工作温度上限实施温度约束；两种约束的联合控制增益的策略以及动态控制增益计算方法的提出，解决了扬声器过保护和输出增益突变问题，在保护扬声器音圈温度不过载的同时，可以最大化提升终端设备的外放音量等主观体验。本专利技术实施例提供的具体技术方案如下：第一方面，本专利技术实施例提供一种音频信号处理方法，该方法具体包括：获取扬声器的音圈直流阻；获取待输入扬声器的音频输入信号；根据音圈直流阻与音频输入信号确定音频输入功率；获取扬声器的热模型，并根据音频输入功率与热模型确定瞬态功率阈值；根据音频输入功率与瞬态功率阈值确定功率约束增益；其中，若音频输入功率大于瞬态功率阈值，则功率约束增益小于1；获取扬声器的音圈温度；根据音圈温度与扬声器的工作温度上限确定温度约束增益；其中，若音圈温度大于扬声器的工作温度上限，则温度约束增益小于1；根据功率约束增益与温度约束增益对音频输入信号进行调整，得到目标信号。第二方面，本专利技术实施例提供一种音频信号处理装置，该装置具体包括：直流阻计算模块，用于获取扬声器的音圈直流阻；获取模块，用于获取待输入扬声器的音频输入信号；功率计算模块，用于根据音圈直流阻与音频输入信号确定音频输入功率；瞬态功率阈值计算模块，用于获取扬声器的热模型，并根据音频输入功率与扬声器的热模型确定瞬态功率阈值；功率约束模块，用于根据音频输入功率与瞬态功率阈值确定功率约束增益；其中，若音频输入功率大于瞬态功率阈值，则功率约束增益小于1；温度计算模块，用于获取扬声器的音圈温度；温度约束模块，用于根据音圈温度与扬声器的工作温度上限确定温度约束增益；其中，若音圈温度大于扬声器的工作温度上限，则温度约束增益小于1；增益应用模块，用于根据功率约束增益与温度约束增益对所述音频输入信号进行调整，得到目标信号。根据本专利技术实施例提供的上述方法和装置的技术方案，根据当前输入信号的功率与当前计算出的瞬态功率阈值实施功率约束，根据当前的音圈温度以及扬声器的工作温度上限实施温度约束；两种约束的联合控制增益的策略以及动态控制增益计算方法的提出，解决了扬声器过保护和输出增益突变问题，在保护扬声器音圈温度不过载的同时，可以最大化提升终端设备的外放音量等主观体验。根据第一方面或者第二方面，在一种可能的设计中，功率约束增益的大小与瞬态功率阈值与音频输入功率的比值成正相关。根据第一方面或者第二方面，在一种可能的设计中，温度约束增益的大小跟工作温度上限与音圈温度的比值成正相关。根据第一方面或者第二方面，在一种可能的设计中，方法还包括：若音频输入功率小于等于瞬态功率阈值，则功率约束增益等于1。根据第一方面或者第二方面，在一种可能的设计中，方法还包括：若音圈温度小于等于扬声器的工作温度上限，则温度约束增益等于1。根据第一方面或者第二方面，在一种可能的设计中，获取扬声器的音圈直流阻包括：利用反馈电路获取扬声器两端的反馈电压信号和反馈电流信号；根据反馈电压信号和反馈电流信号得到音圈直流阻。该方法由直流阻计算模块具体执行。这种设计适用于在扬声器输入的两端带有反馈结构的应用场景中。根据第一方面或者第二方面，在一种可能的设计中，获取扬声器的音圈直流阻包括：获取所述扬声器的音圈等效热阻抗传递函数；根据所述音圈等效热阻抗传递函数计算音圈温度的变化量；根据所述音圈温度的变化量计算所述扬声器的音圈直流阻。该方法由直流阻计算模块具体执行。这种设计适用于在扬声器输入的两端不带有反馈结构的应用场景中，当然也可以适用于带有反馈结构的应用场景中，在带有反馈结构的应用场景中，Re的计算方式更加多样灵活。其中，根据所述音圈等效热阻抗传递函数计算音圈温度的变化量具体可以包括：获取待输入所述扬声器的音频输入信号；根据所述扬声器的音频输入信号和所述音圈等效热阻抗传递函数计算音圈温度的变化量。根据第一方面或者第二方面，在一种可能的设计中，获取扬声器的音圈温度包括：根据音圈直流阻计算扬声器的音圈温度。该方法由温度计算模块具体执行。根据第一方面或者第二方面，在一种可能的设计中，获取扬声器的音圈温度包括：获取扬声器的音圈等效热阻抗传递函数；根据音圈等效热阻抗传递函数计算音圈温度。该方法由温度计算模块具体执行。这种设计可以不依赖于直流阻的计算。所述根据音圈等效热阻抗传递函数计算音圈温度具体可以包括：获取待输入所述扬声器的音频输入信号；根据所述扬声器的音频输入信号和所述音圈等效热阻抗传递函数计算音圈温度。根据第一方面或者第二方面，在一种可能的设计中，上述方法还包括：将目标信号进行数模转换和放大，并将放大后的模拟信号传输给扬声器进行播放。更具体地，上述可能的技术实现可以由处理器调用存储器中的程序与本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种音频信号处理方法，其特征在于，所述方法包括：/n获取扬声器的音圈直流阻；/n获取待输入所述扬声器的音频输入信号；/n根据所述音圈直流阻与所述音频输入信号确定音频输入功率；/n获取所述扬声器的热模型，并根据所述音频输入功率与所述热模型确定瞬态功率阈值；/n根据所述音频输入功率与所述瞬态功率阈值确定功率约束增益；其中，若所述音频输入功率大于所述瞬态功率阈值，则所述功率约束增益小于1；/n获取所述扬声器的音圈温度；/n根据所述音圈温度与所述扬声器的工作温度上限确定温度约束增益；其中，若所述音圈温度大于所述扬声器的工作温度上限，则所述温度约束增益小于1；/n根据所述功率约束增益与所述温度约束增益对所述音频输入信号进行调整，得到目标信号。/n

【技术特征摘要】
1.一种音频信号处理方法，其特征在于，所述方法包括：
获取扬声器的音圈直流阻；
获取待输入所述扬声器的音频输入信号；
根据所述音圈直流阻与所述音频输入信号确定音频输入功率；
获取所述扬声器的热模型，并根据所述音频输入功率与所述热模型确定瞬态功率阈值；
根据所述音频输入功率与所述瞬态功率阈值确定功率约束增益；其中，若所述音频输入功率大于所述瞬态功率阈值，则所述功率约束增益小于1；
获取所述扬声器的音圈温度；
根据所述音圈温度与所述扬声器的工作温度上限确定温度约束增益；其中，若所述音圈温度大于所述扬声器的工作温度上限，则所述温度约束增益小于1；
根据所述功率约束增益与所述温度约束增益对所述音频输入信号进行调整，得到目标信号。


2.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述功率约束增益的大小与所述瞬态功率阈值与所述音频输入功率的比值成正相关。


3.如权利要求1或2所述方法，其特征在于，所述温度约束增益的大小跟所述工作温度上限与所述音圈温度的比值成正相关。


4.如权利要求1-3任一项所述方法，其特征在于，所述方法还包括：
若所述音频输入功率小于等于所述瞬态功率阈值，则所述功率约束增益等于1；
若所述音圈温度小于等于所述扬声器的工作温度上限，则所述温度约束增益等于1。


5.如权利要求1-4任一项所述方法，其特征在于，所述获取扬声器的音圈直流阻包括：
利用反馈电路获取所述扬声器两端的反馈电压信号和反馈电流信号；
根据所述反馈电压信号和所述反馈电流信号得到所述音圈直流阻。


6.如权利要求1-4任一项所述方法，其特征在于，所述获取扬声器的音圈直流阻包括：
获取所述扬声器的音圈等效热阻抗传递函数；
根据所述音圈等效热阻抗传递函数计算音圈温度的变化量；
根据所述音圈温度的变化量计算所述扬声器的音圈直流阻。


7.如权利要求1-6任一项所述方法，其特征在于，所述获取所述扬声器的音圈温度包括：
根据所述音圈直流阻计算所述扬声器的音圈温度。


8.如权利要求1-6任一项所述方法，其特征在于，所述获取所述扬声器的音圈温度包括：
获取所述扬声器的音圈等效热阻抗传递函数；
根据所述音圈等效热阻抗传递函数计算音圈温度。


9.如权利要求1-8任一项所述方法，其特征在于，所述方法还包括：将所述目标信号进行数模转换和放大，并将放大后的模拟信号传输给所述扬声器进行播放。


10.一种音频信号处理方法，其特征在于，所述方法包括：
获取扬声器的音圈直流阻；
获取待输入所述扬声器的音频输入信号；
根据所述音圈直流阻与所述音频输入信号确定音频输入功率；
获取所述扬声器的热模型，并根据所述音频输入功率与所述热模型确定瞬态功率阈值；
根据所述音频输入功率与所述瞬态功率阈值确定功率约束增益；其中，若所述音频输入功率大于所述瞬态功率阈值，则所述功率约束增益小于1；
根据所述功率约束增益对所述音频输入信号进行调整，得到目标信号。


11.一种音频信号处理方法，其特征在于，所述方法包括：
获取扬声器的音圈直流阻；
获取待输入所述扬声器的音频输入信号；
获取所述扬声器的音圈温度；
根据所述音圈温度与所述扬声器的工作温度上限...

【专利技术属性】
技术研发人员：寇毅伟，李贤胜，赵翔宇，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44