[发明专利]扬声器保护

说明书

本申请描述了扬声器保护的方法和装置。描述了一种扬声器保护系统(1100)，具有将输入音频信号(Vin)分离成不同的相应频带(ω1，ω2...，ωη)中的多个音频信号(v1，v2...，vn)的第一频带分离器(102)。第一增益块(103)被配置为向位于不同的相应频带中的每个音频信号施加相应的频带增益(gt1，gt2，...，gt3)，且设置用于控制相应的频带增益的增益控制器(109；1101)。针对多个不同的相应频带中的每个，热控制器(1101)确定扬声器在此频带中的功率耗散，且基于所确定的此频带的功率耗散来确定相应的热增益设置。增益控制器被配置为基于热增益设置来控制相应的频带增益。

此公开内容的代表性实施方案的领域涉及与保护扬声器相关或有关的方法、装置和/或实施方式，尤其涉及与控制供应至扬声器的驱动信号以便避免过多的隔膜偏移和/或避免音圈(voice coil)过热相关或有关的方法、装置和/或实施方式。

许多不同的产品包括音频电路系统(诸如，音频放大器)连同一个或多个扬声器和/或用于驱动集成装置的一个或多个扬声器的连接件，所述集成装置诸如是移动电话(即，手机)和/或外围装置(诸如，头戴式受话器(headset)(例如，耳塞(earbud)、耳机(headphone)、头戴式受话器、助听器和蓝牙^TM设备)。在一些情况下，所选择的扬声器将是足够鲁棒的，且将被定尺寸以足以处理放大器将信号连续地驱动到扬声器内时的最大功率电平，即使在最坏情况的环境条件下，例如，最大电源电压、最大周围温度等。然而，具有足够鲁棒的扬声器并不总是经济的，且对于便携式设备(诸如，移动电话或平板计算机和头戴式受话器等)，通常期望使扬声器尽可能小且轻。这会潜在地导致使扬声器过载的音频驱动电路系统。一个具体问题是由于由过多的和/或持续很久的驱动信号所导致的扬声器机构的过多的位移(即，偏移)造成的机械损坏。

已知的是，提供电路系统以使用工厂模型(即，扬声器如何反应的模型)、从施加到扬声器的电压来估计扬声器机构随时间的位移，该工厂模型的参数可以在使用中被适配，且提供电路系统，以在预测到过偏移时，减小所施加的驱动信号。此信号减小可以使驱动扬声器的输入信号横跨其整个带宽衰减，或它可以更改高通滤波器的截止频率，以减小通常具有较大量级的较低频率或低音分量。然而，这些全频带衰减技术或可变截止滤波技术可能不必要地使输入信号在对偏移调制没有显著贡献的频带中的一些分量衰减，从而导致来自扬声器的音频信号的不必要的退化。

此外，过偏移预测和信号减小必需足够迅速，以在任何过偏移发生之前使信号可靠地减小，而不产生由于信号调制中的频率改变所造成的音频信号中的显著的伪像。优选地，在从信号输入到扬声器驱动信号(即，信号输出)的信号路径中不应当存在不必要的信号处理，以便保留主观音频质量，并且以在所需的硬件资源方面是经济的以及在功率消耗方面是经济的。此外，在一些应用(诸如，电话学)中，信号处理不应在输入信号和输出信号之间引入过多的延时。

另一个问题是，扬声器可能由于过高的温度而被损坏。即使信号幅度被限制以使扬声器不会机械地过载，但是扬声器的线圈中的欧姆功率耗散可能足以在扬声器内部产生过高的温度，尤其是如果此信号功率持续相对长的时间周期，或者如果外部环境温度或装置温度已经被提高。因此，在一些情况下，使驱动信号衰减以减小线圈功率耗散可能是必须的。此衰减可以通过分立的信号衰减或增益块(即，专用于热限制的模块)来提供。这样的用于热限制的信号衰减块可以在信号路径中、在偏移限制块之前或之后操作，但是存在的风险是，这些块以不希望的方式相互作用，例如提供偏移或温度的错误估计，和/或使用冲突增益调整启动时间或释放时间操作，导致过于活跃的调整或音频伪像。

在一些应用中，也可以通过动态范围压缩(DRC)块在信号链(即，信号路径)中的某个点处调整音频信号，以提升低电平信号和/或使高幅度信号衰减，从而适配在信号链中的电路元件(例如，信号链的信号处理块)的动态范围内。此动态范围调整也可以是信号相关的，且纳入一些启动(attack)时间常数和延时时间常数。也可以存在某个调整以使频谱均衡，从而根据心理声学参数来扩大低音信号和/或以增加主观响度。