扬声器偏移预测和保护制造技术

本发明专利技术题为“扬声器偏移预测和保护”。本发明专利技术公开了由算法配置为防止或限制扬声器过偏移的系统和设备。所公开的算法是计算有效的，因为其利用了音频信号与扬声器的偏移之间的关系，该偏移以低于扬声器的自谐振的低频存在。本发明专利技术所公开的算法将低频偏移保护与高频瞬态偏移保护组合。该组合方法允许瞬态偏移保护使用比其他可能的延迟更短的延迟。更短的延迟允许压缩器在由瞬态音频信号引起的扬声器的动量增长太大而不能被控制之前向瞬态音频信号施加衰减。

【技术实现步骤摘要】
扬声器偏移预测和保护相关申请的交叉引用本申请要求于2020年2月10日提交的美国专利申请第16/785,968号的优先权。
本公开涉及音频系统，并且更具体地涉及用于保护扬声器免于过度移动(即，过偏移)的系统和方法。
技术介绍
音频扬声器(即，扬声器)被设计成在最大偏移以下操作。(例如，通过放大或信号处理)驱动扬声器移动超过其最大偏移是可能的。这种过度移动可导致扬声器的损坏或破坏。例如，扬声器的线圈可被驱动到不能控制的位置，此时该线圈可被永久地卡住。另外，支撑扬声器纸盆的悬架可被永久拉伸，使得来自扬声器的声音失真。过度移动还可导致音质劣化或使扬声器发出不需要的声音。因此，可能期望保护扬声器免于过偏移。本公开的实施方式就是在这种背景下出现的。
技术实现思路
在至少一个方面，本公开总体上描述了一种计算设备。该计算设备包括扬声器，该扬声器被配置为根据音频信号移动。该计算设备还包括处理器，该处理器由软件指令配置为执行将扬声器的移动限制在最大偏移以下的方法。该方法包括接收音频信号。该方法还包括将低频偏移保护应用于音频信号。低频偏移保护包括确定扬声器的移动的次谐振偏移预测，将次谐振偏移预测与最大偏移进行比较，以及当次谐振偏移预测超过最大偏移时调节音频信号。在应用低频偏移保护之后，将瞬态偏移保护应用于音频信号。瞬态偏移保护包括确定扬声器的移动的瞬时偏移预测，将瞬时偏移预测与最大偏移进行比较，以及当瞬时偏移预测超过最大偏移时调节音频信号。在至少一个其他方面，本公开总体上描述了一种将扬声器的移动限制在最大偏移以下的方法。该方法包括接收音频信号。该方法还包括将低频保护应用于音频信号，这包括确定扬声器的移动的次谐振偏移预测，将次谐振偏移预测与最大偏移进行比较，以及当次谐振偏移预测超过最大偏移时调节音频信号。在应用音频信号的低频偏移保护之后，该方法包括将瞬态偏移保护应用于音频信号。瞬态偏移保护包括确定扬声器的移动的瞬时偏移预测，将瞬时偏移预测与最大偏移进行比较，以及当瞬时偏移预测超过最大偏移时调节音频信号。在至少一个方面，本公开总体上描述了一种智能放大器。该智能放大器包括由软件指令配置为执行方法的处理器。该方法包括接收音频信号以及接收感测信号。该感测信号对应于耦接到智能放大器的扬声器的响应(即，音频信号响应)。该方法还包括从感测信号导出扬声器参数，以及基于所导出的扬声器参数来更新至少一个扬声器模型。该方法还包括将低频偏移保护应用于音频信号。该低频偏移保护包括确定基于所更新的至少一个扬声器模型的扬声器的移动的次谐振偏移预测，将次谐振偏移预测与最大偏移进行比较，并且当次谐振偏移预测超过最大偏移时调节音频信号，以将扬声器的移动限制在最大偏移以下。在应用低频偏移保护之后，该方法包括将瞬态偏移保护应用于音频信号。瞬态偏移保护包括确定基于所更新的至少一个扬声器模型的扬声器的移动的瞬时预测，将瞬时预测与最大偏移进行比较，并且当瞬时预测超过最大偏移时调节音频信号，以将扬声器的移动限制在最大偏移以下。在以下具体实施方式及其附图内进一步解释了前述说明性
技术实现思路
，以及本公开的其他示例性目标和/或优点、以及实现方式。附图说明图1示出了根据本公开的可能实施方式的被配置用于具有偏移保护的音频回放的计算设备的框图。图2示出了根据本公开的可能实施方式的具有偏移保护的音频系统的框图。图3示出了根据本公开的可能实施方式的智能放大器的框图，该智能放大器被配置为放大具有偏移保护的音频信号。图4示出了根据本公开的可能实施方式的偏移保护模块的框图。图5示出了图4所示的偏移保护实施方式的低频偏移保护部件的框图。图6示出了图4所示的偏移保护实施方式的瞬态偏移保护部件的框图。图7是根据本公开的可能实施方式的用于将扬声器的移动限制在最大偏移以下的方法的流程图。附图中的部件未必相对于彼此按比例绘制。相似附图标记在若干附图中表示相应的零件。具体实施方式本公开描述了用于自适应地调节音频信号以防止来自扬声器的声音由于过度(即，过)偏移而损坏或失真的系统和方法。所公开的方法将低频偏移保护与瞬态偏移保护(例如，高频偏移保护)组合。对于低频偏移保护，该方法利用基于对音频信号的次谐振频率的分析来确定偏移的简化。所公开的系统和方法可提供偏移保护的有利结果，而没有显著的音频失真并且具有低计算复杂性(即，高计算效率)。低计算复杂性可使得本专利技术所公开的方法在移动计算设备(例如，移动电话、平板电脑)中特别有用，该移动计算设备通常是电池驱动的并且倾向于具有可容易地被过驱动成过度偏移的小扬声器。另外，低频偏移保护和瞬态偏移保护以可限制由偏移保护引起的延迟的方式组合。因此，所公开的系统和方法可能不会显著影响不需要偏移保护的音频信号。所公开的电路和方法可用于各种系统中，包括但不限于智能扬声器(例如，声控虚拟助理)、移动设备(例如，移动电话、平板电脑)、音频处理器(例如，数字混合板)和智能放大器(例如，集成放大器电路)。本专利技术所公开的电路和方法可在将音频转换成模拟音频信号并传输到扬声器之前在音频处理流的数字部分中实现。图1示出了根据本公开的可能实施方式的被配置用于具有偏移保护的音频回放的计算设备的框图。计算设备100包括扬声器110。扬声器可以是被配置为将电模拟音频信号转换成对应声波115的各种类型和材料。扬声器110可包括定位在由磁体产生的磁场内的音圈(即，线圈)，使得线圈中的电流和磁场可产生物理力，该物理力可将扬声器的隔膜(例如，纸盆)移动(移位)由音频信号确定的偏移量。扬声器包括支撑隔膜并提供返回力以抵消扬声器110的偏移120(即，位移)的悬架。计算设备100还可包括放大器125(例如，功率放大器)和数模(D/A)转换器130，它们一起将数字音频信号转换成适当水平的模拟音频信号以驱动扬声器。然而，当用具有高于适当水平的振幅的音频信号驱动扬声器时(即，当扬声器被过驱动时)，扬声器110的偏移120可超过为扬声器110指定的最大偏移，并且可导致对扬声器110的损坏或改变。扬声器可被多种源过驱动超过其设计的最大偏移(即，偏移极限)。一些源是有意的。例如，可处理音频信号以增强低音响应，从而产生超出扬声器(例如，小型多用途扬声器)的能力的低频分量。一些源是无意的。例如，瞬态信号可产生高振幅、短持续时间(即，脉冲)信号，该信号可使扬声器移动超过例如由音乐或语音产生的半稳态音调。由过驱动扬声器引起的移动可超过最大偏移过度偏移量(即，过偏移)。扬声器的偏移保护可能需要与过偏移成比例的对音频信号的调节。在一些实施方式中，计算设备还可包括靠近扬声器或与扬声器集成的传感器135。在一个可能的实施方式中，传感器135可被配置为生成对应于扬声器的位置和/或移动(例如，速度、加速度)的感测信号。在另一个可能的实施方式中，传感器135可被配置为生成对应于扬声器的电压(例如，驱动电压)或电流(例如，驱动电流)的感测信号。电压/电流测量值可被数字化并反馈到处理器。该感测信号可用于确定(本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种计算设备，包括：/n扬声器，所述扬声器被配置为根据音频信号移动；和/n处理器，所述处理器由软件指令配置为执行将所述扬声器的移动限制在最大偏移以下的方法，所述方法包括：/n接收所述音频信号；/n将低频偏移保护应用于所述音频信号，所述低频偏移保护包括：/n确定所述扬声器的移动的次谐振偏移预测；/n将所述次谐振偏移预测与所述最大偏移进行比较；以及/n当所述次谐振偏移预测满足偏移条件时，调节所述音频信号；以及/n在将所述低频偏移保护应用于所述音频信号之后，将瞬态偏移保护应用于所述音频信号，所述瞬态偏移保护包括：/n确定所述扬声器的所述移动的瞬时偏移预测；/n将所述瞬时偏移预测与所述最大偏移进行比较；以及/n当所述瞬时偏移预测满足偏移条件时，调节所述音频信号。/n

【技术特征摘要】
20200210 US 16/785,9681.一种计算设备，包括：
扬声器，所述扬声器被配置为根据音频信号移动；和
处理器，所述处理器由软件指令配置为执行将所述扬声器的移动限制在最大偏移以下的方法，所述方法包括：
接收所述音频信号；
将低频偏移保护应用于所述音频信号，所述低频偏移保护包括：
确定所述扬声器的移动的次谐振偏移预测；
将所述次谐振偏移预测与所述最大偏移进行比较；以及
当所述次谐振偏移预测满足偏移条件时，调节所述音频信号；以及
在将所述低频偏移保护应用于所述音频信号之后，将瞬态偏移保护应用于所述音频信号，所述瞬态偏移保护包括：
确定所述扬声器的所述移动的瞬时偏移预测；
将所述瞬时偏移预测与所述最大偏移进行比较；以及
当所述瞬时偏移预测满足偏移条件时，调节所述音频信号。


2.根据权利要求1所述的计算设备，其中：
所述计算设备还包括传感器，所述传感器被配置为生成对应于所述扬声器的感测信号；并且
将所述扬声器的移动限制在最大偏移以下的所述方法还包括：
基于所述感测信号来导出扬声器参数；以及
基于所导出的扬声器参数来更新至少一个扬声器模型，基于所更新的至少一个扬声器模型来更新所述次谐振偏移预测和所述瞬时偏移预测。


3.根据权利要求1所述的计算设备，其中当所述次谐振偏移预测满足所述偏移条件时，所述调节所述音频信号包括：
将所述次谐振偏移预测和所述最大偏移之间的差值计算为低频过偏移，其中所述扬声器的所述移动的所述次谐振偏移预测基于所述音频信号的低通滤波版本，所述音频信号的所述低通滤波版本包括所述扬声器的谐振频率处和其以下的频率；以及
与所述低频过偏移成比例地提高可调节的高通滤波器的截止频率，其中所述可调节的高通滤波器输出所述音频信号的高通滤波版本，所述高通滤波版本包括高于所述可调节的高通滤波器的所述截止频率的频率。


4.根据权利要求3所述的计算设备，其中所述扬声器的所述移动的所述瞬时偏移预测基于所述音频信号的所述高通滤波版本和所述扬声器的先前位置。


5.根据权利要求4所述的计算设备，其中当所述瞬时偏移预测满足所述偏移条件时，所述调节所述音频信号包括：
延迟所述音频信号的所述高通滤波版本；
将所述瞬时偏移预测和所述最大偏移之间的差值计算为高频过偏移；以及
控制压缩器以按压缩比使所述音频信号的所延迟的高通滤波版本衰减，所述压缩比与所述高频过偏移成比例。


6.一种将扬声器的移动限制在最大偏移以下的方法，包括：
接收音频信号；
将低频偏移保护应用于所述音频信号，所述低频偏移保护包括：
确定所述扬声器的所述移动的次谐振偏移预测；
将所述次谐振偏移预测与所述最大偏移进行比较；以及
当所述次谐振偏移预测超过所述最大偏移时，调节所述音频信号；以及
在将所述低频偏移保护应用于所述音频信号之后，将瞬态偏移保护应用于所述音频信...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·A·米查姆，
申请(专利权)人：半导体组件工业公司，
类型：发明
国别省市：美国;US