用于扬声器振膜偏移的方法和检测器技术

本发明专利技术在一个方面涉及检测电动扬声器的振膜偏移的方法。该方法包括产生应用于电动扬声器的音圈的音频信号并且将高频试探信号增加至所述音频信号以产生复合驱动信号的步骤。该方法还包括通过输出放大器将所述复合驱动信号施加至所述音圈并且检测流过所述音圈的试探信号电流的调制电平的步骤。

【技术实现步骤摘要】
用于扬声器振膜偏移的方法和检测器本专利技术在一个方面涉及检测电动扬声器的振膜偏移的方法。该方法包括产生应用于电动扬声器的音圈的音频信号并且将高频试探信号增加至所述音频信号以产生复合驱动信号的步骤。该方法还包括通过输出放大器将所述复合驱动信号施加至所述音圈并且检测流过所述音圈的试探信号电流的调制电平的步骤。专利技术背景本专利技术涉及检测电动扬声器的振膜偏移或位移的方法以及对应的扬声器偏移检测器。用于检测电动扬声器的振膜偏移的方法和装置对于例如与振膜偏移控制或限制相关的许多目的是非常有用的。振膜偏移控制可用于防止振膜和音圈组件被驱动超出其最大容许峰值偏移。除非采取适当预防措施，强大的放大器可迫使此类高电平驱动电流到音圈，这使振膜和音圈组件被驱动超出其最大容许峰值偏移，从而引起各种机械损坏。因此，需要监控/检测扬声器振膜的瞬时位移以防止由偏移超过正讨论的电动扬声器的类型的偏移限制导致的机械损坏。该问题在诸如用于公共广播系统的高功率扬声器、汽车扬声器和家庭H1-Fi应用以及用于诸如智能电话、膝上型计算机等的便携式通信装置的迷你扬声器的许多领域的扬声器技术中至关重要。在现有技术中已经进行了许多尝试来检测或估算用于上述目的的扬声器振膜的瞬时位移。这些尝试常常基于正讨论的特定扬声器的复杂的非线性模型。基于模型的方式要求仔细分析感兴趣的特定扬声器类型的电子机械和磁性特性。同样地，基于模型的方式要求非线性扬声器模型上的复杂的实时计算以估算真正操作的扬声器的实际偏移。复杂的计算引起数字信号处理器(其执行基于模型的估算和/或控制算法)的高功耗，这对于如智能电话等的电池供电的通信装置特别是不期望的。此外，模型参数难以精确确定并且可随着温度、时间以及在相同类型的单独扬声器样本之间变化。其它尝试已经基于由附接至振膜或音圈的各种类型的加速度和速度传感器供应的换能器信号。因此，提供用于估算或检测扬声器振膜的位移或偏移而无需依赖于特定扬声器类型的复杂的非线性的模型的相对简单的方法是非常重要和有价值的。如果振膜位移超过扬声器的最大容许峰值偏移，那么位移检测可由用于限制振膜位移的合适的机制而伴随。振膜偏移检测机制和对应的检测器应优选用最小的或无需扬声器的线性和非线性属性的先验的知识而操作以简化或完全消除校准过程。EP2453670A1公开了在扬声器控制系统中产生可以用于机械扬声器保护或用于其它信号预处理功能而无需扬声器的机械参数知识的控制信号的方法。控制信号可为扬声器被驱动至其机械位移限制以及基于所谓的任意缩放的频率相关的输入电压至偏移传递函数的接近程度的测量。后者传递函数在校准过程期间从在不同音频频率的扬声器上的多个驱动电压和电流测量而导出。美国2009/268918A1公开了使用在扬声器换能器中的音圈的瞬时位移的数字处理和预测估算的扬声器的机械保护。本专利技术通过施加基于预见性的线性或非线性预测器以及直接在位移信号上操作以便最终转换回输入的信号域的控制器解决了限制换能器的音圈位移的问题。参考图7，美国5，931，221B1公开了动态扬声器驱动装置，该装置包括耦合至电动扬声器的功率放大器以及用于提供改进的运动反馈的反馈电路。反馈电路负反馈所检测的运动电压至功率放大器。桥电路用于提取由扬声器生成的运动电压。电桥的支路包括阻抗，该阻抗对应于动态扬声器的阻抗，这包括其运动阻抗以提供更精确的运动反馈电压。
技术实现思路
本专利技术的第一方面涉及检测电动扬声器的振膜偏移的一种方法，其包括下列步骤:生成应用于电动扬声器的音圈的音频信号。将高频试探信号增加至所述音频信号以产生复合驱动信号，通过输出放大器施加所述复合驱动信号至所述音圈，检测流过所述音圈的试探信号电流的调制电平。技术人员将了解音频信号、高频试探信号、复合驱动信号和试探信号电流中的每个可由模拟信号(例如电压、电流、电荷等)而表示或替代地由数字信号(例如在合适的采样速率和分辨率呈二进制编码的)而表示。在一个方面，本专利技术提供检测电动扬声器的振膜的偏移或位移的方法，该方法利用电动扬声器的音圈电感的偏移相关的改变。音圈的该偏移相关的电感反映在电动扬声器的音圈的高频阻抗的对应的偏移相关的改变。高频阻抗的该改变可以在电动扬声器的实时操作期间通过将优选不可听的高频试探或导频信号增加至音频信号并且检测流过音圈的试探信号电流的调制的电平作为施加至音圈的复合驱动信号的高频试探信号分量的结果而检测。通过合适的输出或功率放大器将复合驱动信号优选施加至音圈。通过检测试探信号电流的调制电平可检测电动扬声器的偏移。下面结合图2和图3详细论述电动扬声器的音圈的偏移相关的电感和高频阻抗背后的机制。音频信号可包括从诸如收音机、⑶播放器、网络播放器、MP3播放器的合适的音频源供应的语音和/或音乐。音频源也可包括响应于输入的声音生成实时麦克风信号的麦克风。技术人员将理解高频试探信号的所选择的频率可以取决于具体的电动扬声器的阻抗特性和各种其它应用限制而显著变化。在一个示例性实施方案中，高频试探信号包括频率在IOkHz以上，更优选在20kHz以上的正弦波。高频探测信号的频率优选为足够高以对于听众或用户为不可听的。高频试探信号的不可听的特性可由试探频率在人类听觉的可听限制之上(例如在大约20kHz之上)而导致或因为扬声器不能够再现试探信号频率的明显的声压。高频试探信号的频率可因此显著变化；大直径低音扬声器可不能够生成在例如IkHz之上的明显的声音响应，使得该类型的扬声器的高频试探信号可置于IkHz或稍微在IkHz之上。另一方面，用于便携式通信装置或音乐播放器的小直径全音域迷你电动扬声器可生成高达15kHz或甚至20kHz的有用的声压，使得该类型的扬声器的高频试探信号被优选置于20kHz或稍微在20kHz之上以在所有情形中保持不可听。此外，高频试探信号也优选位于其中扬声器的音圈阻抗展现明显的感应行为的频率范围。这对于电平检测精确度是有利的，由于在非线性音圈电感对于总音圈阻抗提供显著的贡献的频率的试探信号电流的较高的调制。技术人员将了解试探信号电流的调制电平的实际的检测可在模拟或数字域中以各种方式而完成。在优选的实施方案中，试探信号电流的调制电平的检测包括下列步骤:检测响应于复合驱动信号流过音圈的复合驱动信号电流，带通滤波复合驱动信号电流以衰减其中的音频信号分量，[0021 ] 从带通滤波的复合驱动信号电流检测试探信号电流的调制电平。复合驱动信号电流的带通滤波可通过带通滤波与音圈电流成比例的合适的电压、电流、电荷等信号以取决于所选择的音圈电流检测机制生成试探信号电流而实现。带通滤波从复合驱动信号电流去除音频信号分量并且基本上仅通过试探信号分量。此后，试探信号电流的调制电平可通过使用诸如峰值或平均值检测的常规的方法提取复合驱动信号电流的包络并且最终检测试探信号电流的包络信号的调制而检测。选择的滤波复合音圈电流的频率优选适于抑制所有其它频率分量除了邻近高频试探信号的那些。音频信号的大振幅低频率分量，其趋向于确定扬声器振膜的偏移，表现为接近试探信号频率的AM边带并且因此通过频率选择的滤波保持主要无衰减的。因此，带通滤波的复合驱动信号电流的包络波形反映振膜的偏移。因此，本方法的一个实施方案依赖于检测带通滤波的试探信号电流的包络以检测调制电平。该包络可由诸本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种检测电动扬声器的振膜偏移的方法，其包括下列步骤：产生应用于所述电动扬声器的音圈的音频信号，将高频试探信号增加至所述音频信号以产生复合驱动信号，通过输出放大器将所述复合驱动信号施加至所述音圈，检测流过所述音圈的试探信号电流的调制电平。

【技术特征摘要】
2013.02.27 US 13/779,3141.一种检测电动扬声器的振膜偏移的方法，其包括下列步骤: 产生应用于所述电动扬声器的音圈的音频信号， 将高频试探信号增加至所述音频信号以产生复合驱动信号， 通过输出放大器将所述复合驱动信号施加至所述音圈，检测流过所述音圈的试探信号电流的调制电平。2.根据权利要求1所述的检测电动扬声器的振膜偏移的方法，其中所述试探信号电流的所述调制电平的所述检测包括下列步骤: 检测响应于所述复合驱动信号流过所述音圈的复合驱动信号电流， 带通滤波所述复合驱动信号电流以衰减其中的音频信号分量， 从所述带通滤波的复合驱动信号电流检测所述试探信号电流的所述调制电平。3.根据权利要求1所述的检测电动扬声器的振膜偏移的方法，其中所述试探信号电流的所述调制电平的检测包括: 检测所述试探信号电流的包络。4.根据权利要求2所述的检测电动扬声器的振膜偏移的方法，其中检测所述试探信号电流的所述调制电平包括: 整流和低通滤波所述带通滤波的复合驱动信号电流。5.根据权利要求1所述的检测电动扬声器的振膜偏移的方法，其包括下列步骤: 在所述输出放大器中脉冲密度调制或脉冲宽度调制所述音频信号以将PDM或PWM调制的复合驱动信号分别供应至所述电动扬声器的所述音圈。6.根据权利要求1-权利要求5中的任一项所述的检测电动扬声器的振膜偏移的方法，其包括下列步骤: 产生所述音频信号作为第一采样速率的第一数字音频信号，上采样所述第一数字音频信号以产生高于所述第一采样速率的最终采样速率的最终数字音频信号， 在所述输出放大器中脉冲密度调制或脉冲宽度调制所述最终数字音频信号。7.根据权利要求6所述的检测电动扬声器的振膜偏移的方法，其包括下列步骤: 将所述第一数字音频信号上采样一个或多个中间上采样级以在所述第一与所述最终采样速率中间的各自的中间采样速率生成数字音频信号。8.根据权利要求7所述的检测电动扬声器的振膜偏移的方法，其包括下列步骤: 产生所述高频试探信号作为数字高频试探信号， 将所述数字高频试探信号增加至所述中间采样速率的所述数字音频信号或至所述最终数字音频信号中的一个以产生呈数字格式的复合驱动信号。9.根据权利要求8所述的检测电动扬声器的振膜偏移的方法,其中将所述高频数字试探信号增加至高于所述数字高频试探信号的频率至少两倍的中间采样速率的数字音频信号。10.根据权利要求1所述的检测电动扬声器的振膜偏移的方法，其包括下列步骤: 比较所述试探信号电流的所述检测的调制电平与预设的调制电平标准。11.根据权利要求10所述的检测电动扬声器的振膜偏移的方法，其包括下列步骤: 如果所述试探信号电流的所述检测的调制电平与所述预设的调制电平标准匹配(诸如超过所述调制电平阈值)，那么衰减所述音频信号的电平。12.根据权利要求1所述的检测电动扬声器的振膜偏移的方法，其中所述高频试探信号包括频率在IOkHz以上的正弦波。13.根据权利要求1所述的检测电动扬声器的振膜偏移的方法，其包括下列步骤: 通过在脉冲调制的输出放大器中调制所述音频信号与预定的载波频率将所述高频试探信号增加至所述音频信号，使得所述高频试探信号包括载波频率分量。14.根据权利要求1所述的检测电动扬声器的振膜偏移的方法，其包括下列步骤: 检测所述音频信号的电平， 比较所述音频信号的所述电平与预定的阈值电平，仅当所述音频信号的所述电平超过所述预定的阈值电平时，将所述高频试探信号增加至所述音频信号。15.根据权利要求1所述的检测电动扬声器的振膜偏移的方法，其包括下列步骤: 在所述电动扬声器或所述相同类型的电动扬声器上的校准测量期间确定所述电动扬声器的偏移限制， 确定并且记录对应于所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·阿达姆斯，K·S·贝尔塞森，
申请(专利权)人：亚德诺半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：丹麦;DK