一种扬声器输出功率控制方法及系统技术方案

本发明专利技术实施例提供一种扬声器输出功率控制方法及系统，该方法包括：将原始音频信号和小幅度激励信号进行合成，得到音频合成信号，并将音频合成信号进行复制，得到第一音频信号和第二音频信号；对第一音频信号进行延迟处理，得到延迟处理后的第一音频信号；对第二音频信号进行均方根处理，得到第二音频信号的均方根，并根据第二音频信号的均方根和扬声器输出功率阈值，获取目标音频输入信号增益系数；根据目标音频输入信号增益系数，对延迟处理后的第一音频信号进行增益处理，以用于控制扬声器的输出功率。本发明专利技术实施例确保了扬声器得到有效保护，同时可最大限度的提高扬声器的输出功率和响度。

【技术实现步骤摘要】
一种扬声器输出功率控制方法及系统
本专利技术涉及信号处理
，尤其涉及一种扬声器输出功率控制方法及系统。
技术介绍
作为新一代的功率放大器，智能功率放大器(SmartPowerAmplifier,简称SPA)利用实时的音圈反馈信号进行扬声器的输出功率控制，在保护微型扬声器不产生热损害和机械损害的前提下，允许其长时间以较大功率进行输出，以满足消费者对手机外放等移动音频应用场景下的大音量、大响度的需求。扬声器生产商提供的规格书中一般给定了扬声器的额定噪声功率值(ratedpower)和极限温度阈值(Tmax)，而根据这两个指标也形成了两种不同类型的扬声器输出功率控制方法，因此，现有扬声器输出功率控制方法主要可分为以下两类：1、基于额定功率的输出功率控制方法，通过监控扬声器输入信号的均方值，实时调整一个可变增益模块的增益，对输入信号幅度进行时域整体控制，将扬声器实际工作功率限定至其额定功率以下；2、基于极限温度阈值的输出功率控制方法，通过在喇叭播放的音源信号上叠加了人耳不敏感的低频分量，进而通过测量喇叭线圈上的电压与电流实时估算喇叭的直流阻抗，然后根据线圈温度与其直流阻抗之间的线性对应关系，估算线圈温度，最后再根据线圈温度实时调整一个可变增益模块的增益，将喇叭线圈温度控制在某个阈值以下。然而，基于功率的控制方法，由于扬声器的额定功率由各个厂家提供，通常只保证扬声器在播放粉红噪声(大多数音乐信号频谱能量分布与粉红噪声类似)时可持续以额定功率工作，并不保证在任意输入信号的情况下，扬声器都以额定功率持续工作；基于温度的控制方法，极限温度阈值(Tmax)是厂家根据音圈组成材料的耐温值而给定的较为保守的估计值，而非经过严格试验获取的音圈最大允许温度，故将喇叭线圈温度控制在极限温度阈值以下必定会引起过保护，损失部分扬声器性能。因此，现在亟需一种扬声器输出功率控制方法及系统来解决上述问题。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术实施例提供一种扬声器输出功率控制方法及系统。第一方面，本专利技术实施例提供了一种扬声器输出功率控制方法，包括：将原始音频信号和小幅度激励信号进行合成，得到音频合成信号，并将所述音频合成信号进行复制，得到第一音频信号和第二音频信号；对所述第一音频信号进行延迟处理，得到延迟处理后的第一音频信号；对所述第二音频信号进行均方根处理，得到所述第二音频信号的均方根，并根据所述第二音频信号的均方根和扬声器输出功率阈值，获取目标音频输入信号增益系数；根据所述目标音频输入信号增益系数，对所述延迟处理后的第一音频信号进行增益处理，以用于控制扬声器的输出功率。进一步地，所述将原始音频信号和小幅度激励信号进行合成，得到音频合成信号，包括：获取多组频率不同的小幅度单频信号，其中，每组小幅度单频信号的频率小于100Hz；通过伪随机序列对每组小幅度单频信号进行幅度调制，并将幅度调制后的小幅度单频信号进行组合，得到小幅度激励信号，以根据原始音频信号和所述小幅度激励信号得到音频合成信号；或，通过低通滤波器对线性扫频信号或对数扫频信号进行处理，得到小幅度激励信号，以根据原始音频信号和所述小幅度激励信号得到音频合成信号。进一步地，所述对所述第二音频信号进行均方根处理，得到所述第二音频信号的均方根，并根据所述第二音频信号的均方根和扬声器输出功率阈值，获取目标音频输入信号增益系数，包括：根据扬声器的实时线圈温度和预设温度阈值，获取对应的比例控制参数Kp，以及所述实时线圈温度和所述预设温度阈值之间的差值ΔThr；获取所述实时线圈温度和上一采样时刻线圈温度之间的变化量ΔT；根据所述比例控制参数Kp、所述实时线圈温度和所述预设温度阈值之间的差值ΔThr和所述实时线圈温度和上一采样时刻线圈温度之间的变化量ΔT，获取当前采样时刻的增益控制系数M：M＝(1+Kp·ΔThr-Kd*ΔT)*(1-Ki)+Ki*M0；其中，Kd表示微分控制参数，Ki表示积分控制参数，M0表示上一采样时刻的增益控制系数；根据所述增益控制系数M和扬声器额定功率，对扬声器输出功率阈值进行更新，以根据更新后的扬声器输出功率阈值和所述第二音频信号的均方根，获取得到目标音频输入信号增益系数。进一步地，在根据所述比例控制参数Kp、所述实时线圈温度和所述预设温度阈值之间的差值ΔThr和所述实时线圈温度和上一采样时刻线圈温度之间的变化量ΔT，获取当前采样时刻的增益控制系数M之后，所述方法还包括：根据所述增益控制系数M、扬声器输出功率阈值和所述第二音频信号的均方根，获取得到目标音频输入信号增益系数。进一步地，在根据所述比例控制参数Kp、所述实时线圈温度和所述预设温度阈值之间的差值ΔThr和所述实时线圈温度和上一采样时刻线圈温度之间的变化量ΔT，获取当前采样时刻的增益控制系数M之后，所述方法还包括：根据所述增益控制系数M，对所述第二音频信号进行增益处理，得到第三音频信号，并对所述第三音频信号进行均方根处理，得到所述第三音频信号的均方根；根据所述第三音频信号的均方根和扬声器额定功率，获取得到目标音频输入信号增益系数。进一步地，所述根据所述比例控制参数Kp、所述实时线圈温度和所述预设温度阈值之间的差值ΔThr和所述实时线圈温度和上一采样时刻线圈温度之间的变化量ΔT，获取当前采样时刻的增益控制系数M，包括：根据预设增益控制规则，构建增益控制系数M；所述预设增益控制规则具体包括：通过所述比例控制参数Kp和微分控制参数Kd，构建增益控制系数M：M＝(1+Kp·ΔThr-Kd*ΔT)；或，通过所述比例控制参数Kp和积分控制参数Ki，构建增益控制系数M：M＝(1+Kp·ΔThr)*(1-Ki)+Ki*M0；或，通过所述比例控制参数Kp、所述微分控制参数Kd和所述积分控制参数Ki，基于PID控制离散表达式，构建增益控制系数M：M＝1+Kp·ΔThr+Ki·∑ΔThr+Kd·(ΔThr-ΔThr0)；其中，ΔThr0表示上一采样时刻的线圈温度和预设温度阈值之间的差值。进一步地，在所述根据所述目标音频输入信号增益系数，对所述延迟处理后的第一音频信号进行增益处理，以用于控制扬声器的输出功率之后，所述方法还包括：对所述比例控制参数Kp、所述微分控制参数Kd和所述积分控制参数Ki进行调整优化，以根据调整优化后的比例控制参数Kp、微分控制参数Kd和积分控制参数Ki对扬声器输出功率进行控制。第二方面，本专利技术实施例提供了一种扬声器输出功率控制系统，包括：音频信号合成模块，用于将原始音频信号和小幅度激励信号进行合成，得到音频合成信号，并将所述音频合成信号进行复制，得到第一音频信号和第二音频信号；延迟处理模块，用于对所述第一音频信号进行延迟处理，得到延迟处理后的第一音频信号；增益控制模块，用于对所述第二音频信号进行均方根处理，得到所述第二音频信号的均方根，并根据所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种扬声器输出功率控制方法，其特征在于，包括：/n将原始音频信号和小幅度激励信号进行合成，得到音频合成信号，并将所述音频合成信号进行复制，得到第一音频信号和第二音频信号；/n对所述第一音频信号进行延迟处理，得到延迟处理后的第一音频信号；/n对所述第二音频信号进行均方根处理，得到所述第二音频信号的均方根，并根据所述第二音频信号的均方根和扬声器输出功率阈值，获取目标音频输入信号增益系数；/n根据所述目标音频输入信号增益系数，对所述延迟处理后的第一音频信号进行增益处理，以用于控制扬声器的输出功率。/n

【技术特征摘要】
1.一种扬声器输出功率控制方法，其特征在于，包括：
将原始音频信号和小幅度激励信号进行合成，得到音频合成信号，并将所述音频合成信号进行复制，得到第一音频信号和第二音频信号；
对所述第一音频信号进行延迟处理，得到延迟处理后的第一音频信号；
对所述第二音频信号进行均方根处理，得到所述第二音频信号的均方根，并根据所述第二音频信号的均方根和扬声器输出功率阈值，获取目标音频输入信号增益系数；
根据所述目标音频输入信号增益系数，对所述延迟处理后的第一音频信号进行增益处理，以用于控制扬声器的输出功率。


2.根据权利要求1所述的扬声器输出功率控制方法，其特征在于，所述将原始音频信号和小幅度激励信号进行合成，得到音频合成信号，包括：
获取多组频率不同的小幅度单频信号，其中，每组小幅度单频信号的频率小于100Hz；通过伪随机序列对每组小幅度单频信号进行幅度调制，并将幅度调制后的小幅度单频信号进行组合，得到小幅度激励信号，以根据原始音频信号和所述小幅度激励信号得到音频合成信号；
或，通过低通滤波器对线性扫频信号或对数扫频信号进行处理，得到小幅度激励信号，以根据原始音频信号和所述小幅度激励信号得到音频合成信号。


3.根据权利要求1所述的扬声器输出功率控制方法，其特征在于，所述对所述第二音频信号进行均方根处理，得到所述第二音频信号的均方根，并根据所述第二音频信号的均方根和扬声器输出功率阈值，获取目标音频输入信号增益系数，包括：
根据扬声器的实时线圈温度和预设温度阈值，获取对应的比例控制参数Kp，以及所述实时线圈温度和所述预设温度阈值之间的差值ΔThr；
获取所述实时线圈温度和上一采样时刻线圈温度之间的变化量ΔT；
根据所述比例控制参数Kp、所述实时线圈温度和所述预设温度阈值之间的差值ΔThr和所述实时线圈温度和上一采样时刻线圈温度之间的变化量ΔT，获取当前采样时刻的增益控制系数M：
M＝(1+Kp·ΔThr-Kd*ΔT)*(1-Ki)+Ki*M0；
其中，Kd表示微分控制参数，Ki表示积分控制参数，M0表示上一采样时刻的增益控制系数；
根据所述增益控制系数M和扬声器额定功率，对扬声器输出功率阈值进行更新，以根据更新后的扬声器输出功率阈值和所述第二音频信号的均方根，获取得到目标音频输入信号增益系数。


4.根据权利要求3所述的扬声器输出功率控制方法，其特征在于，在根据所述比例控制参数Kp、所述实时线圈温度和所述预设温度阈值之间的差值ΔThr和所述实时线圈温度和上一采样时刻线圈温度之间的变化量ΔT，获取当前采样时刻的增益控制系数M之后，所述方法还包括：
根据所述增益控制系数M、扬声器输出功率阈值和所述第二音频信号的均方根，获取得到目标音频输入信号增益系数。


5.根据权利要求3所述的扬声器输出功率控制方法，其特征在于，在根据所述比例控制参数Kp、所述实时线圈温度和所述预设温度阈值之间的差值ΔThr和所述实时线圈温度和上一采样时刻线...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈志鹏，施韵，彭聪聪，
申请(专利权)人：武汉市聚芯微电子有限责任公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42