TWI681679B - 用於具有電壓轉偏移的轉換的揚聲器調適的方法及裝置 - Google Patents

Abstract

一種揚聲器模型可在自適應濾波器中實施直接電壓轉偏移的模型，該自適應濾波器用於在不發展第一唯電模型的情況下將該揚聲器建模及接著將該模型轉換成力學模型。該電壓轉偏移模型可允許將不同種類的揚聲器(例如密封的、有端口的或通氣的揚聲器)建模。可針對電壓轉偏移模型在自適應濾波器中發展轉移函數，且基於音訊訊號將該轉移函數重複用於預測偏移值。可執行揚聲器保護以採取步驟來在受預測的偏移值在超過安全限值時防止揚聲器損傷。電壓轉偏移模型可操作在位移或位移相關的域(例如速度及反emf)中。

Description

用於具有電壓轉偏移的轉換的揚聲器調適的方法及裝置

此案主張Hu等人於2016年12月1日所提出且標題為「Speaker Adaptation with Voltage-to-Excursion Conversion」的第62/428,624號的美國臨時專利申請案的優先權權益，其整體內容特此以引用方式併入。

本揭示案關於使用揚聲器的音訊輸出。更具體而言，此揭示案的一部分關於揚聲器保護。

電子設備(例如智慧型手機及其他可攜式媒體設備)通常包括用於再生聲音(例如來自一通電話的談話或來自音訊/視訊檔案的音樂)的揚聲器。某些此類電子設備為了可攜性而被調整尺寸，且因此包括了用於再生聲音的微型揚聲器。使用微型揚聲器所呈現的挑戰是，微型揚聲器在品質上可能是高度可變的。關於微型揚聲器的一個考量是過偏移(over-excursion)。揚聲器藉由向前及向後驅動錐體以產生聲波來再生聲音。過偏移發生在驅動微型揚聲器的錐體的訊號使得錐體延伸到安全操作區之外的時候。過偏移可能造成錐體與揚聲器外殼接觸及損傷錐體，而永久性地減少來自揚聲器的輸出的品質。並 且，小的電子設備試圖藉由過驅動微型揚聲器以最大化音量來彌補微型揚聲器的尺寸。常規上，保護演算法分析過驅動行為且試圖防止可能損傷微型揚聲器的過驅動行為。

用於處置或防止過偏移的常規技術包括使用揚聲器監測電路內的揚聲器模型。揚聲器模型可包括基於關於揚聲器的操作的因素來估算錐體位移的位移模型。估算結果可用來判定及防止揚聲器過偏移。現存的位移模型藉由判定揚聲器的電氣模型及將電氣模型轉換為力學模型來操作。如圖1A中所示，可使用針對揚聲器所監測到的電壓及電流來發展自適應濾波器Ha(s)。自適應濾波器Ha(s)是揚聲器的電氣模型。可轉換Ha(s)模型以獲得力學模型Hx(s)。力學模型Hx(s)可用來基於輸入音訊訊號S(t)預測錐體位移。替代的常規方法示於圖1B中。可使用針對揚聲器所監測到電壓及電流來發展自適應濾波器Ha(s)。從自適應濾波器Ha(s)抽取參數且轉換該等參數以形成力學模型Hx(s)的濾波器係數。該Hx(s)模型是用來基於輸入音訊訊號S(t)預測錐體位移的。

這些常規技術中的各者涉及形成由自適應濾波器所表示的揚聲器的電氣模型及將該電氣模型轉換成能夠估算錐體位移的力學模型。然而，轉換程序可能是麻煩的。並且，從電氣到力學參數的轉換可能需要關於揚聲器的力學參數的輸入。因此，該轉換並不很適用於操作在範圍廣泛的類型的揚聲器上。例如，可取得密封箱及通風箱變體的微型揚聲器，各變體具有不同的力學參數。

本文中所述的缺點僅為代表性的，且僅是包括來強調存在著改良電元件的需要，特別是對於用於消費者層級設備(例如行動電話)中所採用的揚聲器監測及揚聲器保護的音訊電路系統。本文中所述的實施例解決某些缺點，但該等缺點不一定各個且每一個都描述於本文或習知於先前技術中。並且，本文中所述的實施例可相較於具有上述缺點的彼等實施例呈現其他益處且可用於具有上述缺點的彼等實施例以外的其他應用中。

一種揚聲器模型可實施能夠支援不同揚聲器類型的一電壓轉偏移模型。該電壓轉偏移模型可發展在一自適應濾波器中，該自適應濾波器用於在不發展第一唯電模型的情況下將該揚聲器建模及接著將該模型轉換成力學模型。反而，該電壓轉偏移模型可從電訊號(例如針對揚聲器所監測的電壓及電流)直接轉換成經估算的偏移。該電壓轉偏移模型可允許將不同種類的揚聲器(例如密封的、有端口的或通氣的揚聲器)建模。電壓轉偏移模型可藉由以下步驟產生：從若干不同參數中的一或更多者創造誤差訊號及將該誤差訊號饋送回該自適應濾波器以更新該模型。例如，誤差訊號可對基於經估算的速度、反emf(電動勢)及/或偏移。在某些實施例中，藉由大致僅與幾個力學參數一同使用揚聲器的電氣參數(例如僅使用揚聲器的Bl)或在沒有關於與移動質量(Mms)、剛性(Kms)及力阻(Rms)相關的力學參數的資訊的情況 下，電壓轉偏移模型可為部分參數的(partially parametric)。

併入本文中所述的揚聲器建模的電子設備可受益於電子設備中的積體電路元件中的改良的聲音品質及壽命。電壓轉偏移模型可用來預測力學參數，例如偏移。在受預測的偏移超過某個臨界值時，揚聲器保護電路可採取步驟來防止由於超過臨界值而損傷揚聲器。例如，揚聲器保護電路可針對輸出的一部分將音訊靜音或針對輸出的一部分減少放大增益。

電壓轉偏移模型或偏移估算可用來判定揚聲器是否操作為有端口的揚聲器、密封的揚聲器或通氣的揚聲器。將用於偏移估算的自適應揚聲器模型的目前狀態與用於這些揚聲器行為或其他揚聲器條件的預定模型進行比較的行為可用來判定揚聲器的條件。可依據已知的揚聲器條件(例如有端口的、密封的、通氣的)來操控揚聲器的行為，以針對再生的聲音改良音訊品質及/或藉由防止來自揚聲器過偏移的損傷的可能性來保護揚聲器。

電子設備可包括執行所述操作的積體電路(IC)。積體電路可包括用於執行揚聲器建模的電路系統(例如數位訊號處理器(DSP))。DSP可用在具有音訊輸出的電子設備中，例如音樂播放器、CD播放器、DVD播放器、藍光播放器、耳機、可攜式揚聲器、頭戴裝置、行動電話、平板電腦、個人電腦、機上盒、數位視訊記錄器(DVR)盒、家庭電影院接收器、娛樂資訊系 統、汽車音訊系統等等。在某些實施例中，DSP可與其他元件整合在一起，例如智慧型手機中的應用處理器(AP)或媒體設備中的圖形處理單元(GPU)。

依據一個實施例，方法可包括以下步驟：接收用於一傳感器的一電流及一電壓；將該電壓施用於一電壓轉位移的自適應濾波器；基於該電流及電壓以及該電壓轉位移自適應濾波器的一輸出來估算一誤差訊號eX(t)；施用該經估算的誤差訊號以更新該電壓轉位移的自適應濾波器；及/或基於該誤差訊號來判定一揚聲器類型(例如有端口的、密封的或通氣的)。該方法亦可包括以下步驟：基於透過該傳感器的該電流及該電壓來計算一反EMF電壓；基於透過該傳感器的該電流及該電壓來計算一反EMF電壓；及/或基於透過該傳感器的該電流及該電壓來計算一速度訊號。可將電壓轉位移的自適應濾波器的轉移函數重複用於計算另一參數，例如振動膜偏移(Xpred(t))的計算。經計算的振動膜偏移可用於揚聲器保護。依據另一實施例，一種裝置可包括被配置為執行關於該方法的上述步驟的某些部分或全部的音訊控制器。

用語「判定」用來包括產生結果(例如產生數值結果或產生訊號波形)的任何程序。因此，「判定」可包括運算、計算、處理、推導、調查、搜尋(例如在表格、資料庫或另一資料結構中搜尋)、確定等等。並且，「判定」可包括接收(例如接收資訊)、存取(例如存取記憶 體中的資料)等等。並且，「判定」可包括解析、選取、選擇、建立、識別等等。

上述內容已相當廣泛地概述了本發明的實施例的某些特徵及技術優點，以使得以下的詳細說明可被更佳地瞭解。將在下文中描述形成本發明的請求項標的的額外特徵及優點。應由本領域中的技術人員所理解的是，可將所揭露的概念及特定實施例輕易用作用於更改或設計用於實現相同或類似用途的其他結構的基礎。亦應由本領域中的技術人員所理解的是，此類等效構造並不脫離如隨附請求項中所闡述的發明精神及範圍。在與隨附圖式結合考慮時將從以下說明更佳地瞭解額外的特徵。然而，要清楚瞭解的是，圖式中的各者被提供為僅用於說明及描述的用途，且不是要用來限制本發明。

200‧‧‧電路

202‧‧‧揚聲器

204‧‧‧揚聲器監測區塊

204A‧‧‧電流值

204B‧‧‧電壓值

206‧‧‧自適應濾波器

208‧‧‧誤差訊號估算區塊

210‧‧‧揚聲器建模區塊

250‧‧‧方法

252‧‧‧方塊

254‧‧‧方塊

256‧‧‧方塊

258‧‧‧方塊

300‧‧‧電路

310‧‧‧自適應濾波器控制區塊

350‧‧‧方法

352‧‧‧方塊

354‧‧‧方塊

356‧‧‧方塊

358‧‧‧方塊

360‧‧‧方塊

400‧‧‧電路

402‧‧‧輸入節點

404‧‧‧輸入節點

406‧‧‧輸出節點

412‧‧‧電阻計算區塊

414‧‧‧電感計算區塊

416‧‧‧加法器區塊

418‧‧‧加法器區塊

420‧‧‧加法器區塊

422‧‧‧電氣轉位移的轉換區塊

422A‧‧‧處理區塊

432‧‧‧輸入節點

434‧‧‧輸出節點

500‧‧‧電路

502‧‧‧輸入節點

504‧‧‧輸入節點

506‧‧‧輸出節點

512‧‧‧電阻計算區塊

514‧‧‧電感計算區塊

516‧‧‧加法器區塊

518‧‧‧加法器區塊

520‧‧‧加法器區塊

522‧‧‧電氣轉位移的轉換區塊

522A‧‧‧處理區塊

532‧‧‧輸入節點

534‧‧‧輸出節點

600‧‧‧電路

602‧‧‧輸入節點

604‧‧‧輸入節點

612‧‧‧電阻計算區塊

614‧‧‧電感計算區塊

616‧‧‧加法器區塊

618‧‧‧加法器區塊

620‧‧‧加法器區塊

622‧‧‧電氣轉位移的轉換區塊

622A‧‧‧處理區塊

632‧‧‧輸入節點

634‧‧‧輸出節點

700A‧‧‧輸入節點

702‧‧‧揚聲器

704‧‧‧ADC

706‧‧‧ADC

708‧‧‧音訊控制器

710‧‧‧放大器

712‧‧‧揚聲器監測區塊

714‧‧‧揚聲器保護區塊

716‧‧‧音訊處理電路系統

726‧‧‧數位訊號

728‧‧‧數位訊號

730‧‧‧揚聲器可靠度保證區塊

800‧‧‧個人媒體設備

802‧‧‧顯示器

804‧‧‧記憶體

806‧‧‧音訊控制器

806A‧‧‧音訊處理電路系統

806B‧‧‧揚聲器保護電路系統

806C‧‧‧處理區塊

808‧‧‧放大器

810‧‧‧音訊輸出

812‧‧‧耳機

820‧‧‧內部揚聲器

為了更完全瞭解所揭露的系統及方法，現參照結合隨附繪圖所作的以下描述。

圖1A是依據先前技術的用於獲得被預測的錐體偏移的揚聲器建模。

圖1B是依據先前技術的用於獲得被預測的錐體偏移的揚聲器建模。

圖2A是一方塊圖，繪示依據本揭示案的某些實施例的用於進行直接電壓轉偏移的揚聲器建模的示例揚聲器模型。

圖2B是一流程圖，繪示依據本揭示案的某些實施例的用於進行直接電壓轉偏移的揚聲器建模的示例方法。

圖3A是一方塊圖，繪示依據本揭示案的某些實施例的用於具有自適應濾波器控制的直接電壓轉偏移的揚聲器建模的示例揚聲器模型。

圖3B是一流程圖，繪示依據本揭示案的某些實施例的用於具有自適應濾波器控制的直接電壓轉偏移的揚聲器建模的示例方法。

圖4是一示例電路，繪示依據本揭示案的某些實施例的使用在偏移域中所計算的誤差訊號的直接電壓轉偏移揚聲器建模。

圖5是一示例電路，繪示依據本揭示案的某些實施例的使用在反電動勢(back-EMF(electromotive force))域中所計算的誤差訊號的直接電壓轉偏移揚聲器建模。

圖6是一示例電路，繪示依據本揭示案的某些實施例的使用在速度域中所計算的誤差訊號的直接電壓轉偏移揚聲器建模。

圖7是一方塊圖，繪示依據本揭示案的實施例的示例系統，該示例系統採用音訊控制器以使用直接電氣轉力學揚聲器模型來控制音訊揚聲器的操作。

圖8是一圖解，示出依據本揭示案的一個實施例的用於音訊播放的示例個人媒體設備，該設備包括音訊 控制器，該音訊控制器被配置為使用直接電氣轉力學揚聲器模型來執行揚聲器保護。

圖2A是一方塊圖，繪示依據本揭示案的某些實施例的用於進行直接電壓轉偏移的揚聲器建模的示例揚聲器模型。電路200可包括耦接到揚聲器監測區塊204的傳感器(例如智慧型手機的微型揚聲器)。揚聲器監測區塊204可例如為串聯耦接於揚聲器202及驅動揚聲器202的放大電路(未圖示)之間的電阻器。揚聲器監測區塊204可透過揚聲器202輸出電流值I_揚聲器204A及跨揚聲器202輸出電壓值V_揚聲器204B。電流值I_揚聲器204A及電壓值V_揚聲器204B可由揚聲器建模區塊210所使用。揚聲器建模區塊210可將揚聲器202的一或更多個特性(例如錐體偏移)建模。

揚聲器模型可被實施為自適應濾波器，例如有限脈衝回應(FIR)或無限脈衝回應(IIR)濾波器。例如，揚聲器建模區塊210可包括自適應濾波器206。自適應濾波器206可被配置為直接從電壓域轉換成位移域，或直接從電氣輸入值到力學輸出值的某種轉換。在一個實施例中，自適應濾波器206接收電壓值V_揚聲器204B且針對揚聲器202產生位移值X。揚聲器建模區塊210亦可包括誤差訊號估算區塊208，該誤差訊號估算區塊被配置為產生指示經估算的偏移值X_估算(基於I_揚聲器及V_揚聲器值)及偏移值X之間的差異的誤差訊號。可向自適應濾波器206 提供誤差訊號作為反饋訊號以調適濾波器及更改預測程序。誤差訊號亦可或替代性地用來判定揚聲器類型(例如有端口的(ported)、通氣的(vented)或密封的(sealed))或判定其他的揚聲器條件。自適應濾波器206僅接收電氣參數(例如電流值I_揚聲器及電壓值V_揚聲器)，且產生力學參數(例如偏移X)。在其他實施例中，自適應濾波器206可接收其他電氣參數(例如電流、電壓、電阻、電感等等中的任何者)，且將彼等電氣參數中的一或更多者直接轉換成力學值。因為自適應濾波器206被訓練成直接從電氣轉換成力學參數，可在不進一步調適或轉換自適應濾波器206的轉移函數的情況下重複使用該轉移函數以供針對揚聲器預測未來的偏移值X_預測。

由揚聲器監測區塊210所執行的處理可透過數位電路系統、類比電路系統及/或類比及數位電路系統的組合來實施。例如，用於揚聲器監測區塊210的處理可被編程為韌體或軟體以供由數位訊號處理器(DSP)或其他處理器執行。DSP可與用於音訊處理的一或更多個其他機能整合在音訊控制器積體電路(IC)中。圖2B是一流程圖，繪示依據本揭示案的某些實施例的用於進行直接電壓轉偏移的揚聲器建模的示例方法。可針對DSP、其他處理器或其他的處理電路系統編程圖2B的方法。

方法250可開始於方塊252處，其從傳感器(例如智慧型手機的微型揚聲器)接收電流值及電壓值。方法250可繼續到方塊254，其使用電壓轉位移的自適應濾波 器將電壓值直接轉換成位移值。方塊254可包括從一或更多個電訊號(例如電壓)直接轉換成力學訊號(例如位移)。接著，在方塊256處，基於方塊252的接收到的電流值及接收到的電壓值以及方塊254的經判定的位移來估算誤差訊號。在方塊258處，可將誤差訊號施用於自適應濾波器以更新電壓轉位移的自適應濾波器。方塊258可包括基於誤差訊號來更新轉移函數(例如更新轉移函數的係數)。可將在方法250的任何部分所描述的電壓轉位移的自適應濾波器重複使用於計算受預測的力學值，例如受預測的偏移值X_預測。在某些實施例中，可將用於透過方塊252、254、256及258的程序來更新的自適應濾波器的轉移函數重複施用於計算另一力學訊號，例如受預測的偏移值X_預測。受預測的偏移值X_預測可用來控制揚聲器的操作，例如藉由在預測結果指示過偏移事件可能發生時改變輸入音訊訊號的音訊處理以減少訊號幅度來進行。在某些實施例中，音訊處理可使用受預測的偏移值X_預測來在預測結果指示在操作揚聲器時有可用的額外的安全裕度時增加訊號幅度。

可將自適應濾波器控制添加到上述的揚聲器建模，如圖3A及圖3B中所示。圖3A是一方塊圖，繪示依據本揭示案的某些實施例的用於具有自適應濾波器控制的直接電壓轉偏移的揚聲器建模的示例揚聲器模型。電路300與電路200類似，但包括耦接在自適應濾波器206及誤差訊號估算區塊208的輸出之間的自適應濾波器控 制區塊310。在一個實例中，自適應濾波器控制區塊310可耦接在濾波器206及估算區塊208之間，使得自適應濾波器控制區塊310可如圖3A中所示地直接更改送到自適應濾波器206的輸入。在另一實例中，自適應濾波器控制區塊310可耦接在濾波器206及估算區塊208之間且與從方塊208送到濾波器206的直接反饋並聯。在此配置下，自適應濾波器控制區塊310可向自適應濾波器206提供控制訊號以命令濾波器206如何回應由估算區塊208所輸出的誤差訊號。

自適應濾波器控制區塊310可部分地或完全地控制自適應濾波器206如何回應來自誤差訊號估算區塊208的誤差訊號。例如，控制區塊310可將自適應濾波器206中的自適應元件打開或關掉。關掉自適應元件可防止自適應濾波器206在電路300內的輸入訊號或計算結果中的任何者是不可靠的時候漂移開所需的值。例如，若I_揚聲器及V_揚聲器訊號204A-B太低或不可靠(例如卡在某個數位值)，則控制區塊310可停止濾波器206中的調適行為。作為另一實例，若生成的偏移估算值及/或透過後EMF來計算的偏移是低的，則可將計算結果視為是嘈雜的且可停止濾波器206的調適行為。控制區塊310可針對偏移估算值(兩者來自自適應濾波器206及來自誤差訊號估算208)判定可靠度，使得僅在該等偏移估算值相當精確時更新(及重複使用)自適應濾波器206的轉移函數Hx(s)。

用於由自適應濾波器控制區塊310控制自適應濾波器206的演算法繪示在圖3B中。圖3B是一流程圖，繪示依據本揭示案的某些實施例的用於具有自適應濾波器控制的直接電壓轉偏移的揚聲器建模的示例方法。方法350可開始於方塊352處，其接收一或更多個訊號，包括監測到的揚聲器及/或電壓的值及誤差訊號。在方塊354處，判定在方塊處352所接收的訊號的可靠度。接著，將在方塊356處，電壓、電流及/或誤差訊號的可靠度與準則(例如臨界值)進行比較，以判定對於更改自適應濾波器來改良轉移函數Hx(s)而言可靠度是否充足。若如此，則在方塊358處基於方塊352的接收到的訊號中的一或更多者來調適濾波器。若否，則在方塊360處停止濾波器調適。方法350可接著重複進行以重新考慮在方塊352處所接收到的訊號的新的值。

上述的自適應濾波器可操作在若干可能的域中的一者中。一個此類的域是位移域，其被描述在上文在將自適應濾波器稱為電壓轉位移自適應濾波器時的實施例中。在自適應濾波器操作在其他域中時，其可同樣地用來直接從電氣值轉換成機械值。並且，無論用以操作的域，可重複使用自適應濾波器的轉移函數以計算受預測的偏移值X_預測或另一力學值。在不同實施例中，自適應濾波器可操作在位移域或位移相關的域中。位移相關的域的示例為速度域及反電動勢(反EMF或bemf)域，其中的各者是可用來描述揚聲器的操作的力學值。

自適應濾波器及誤差訊號估算區塊可被配置為操作在位移域中，如圖4中所示。圖4是一示例電路，繪示依據本揭示案的某些實施例的使用在偏移域中所計算的誤差訊號的直接電壓轉偏移揚聲器建模。電路400可透過用於揚聲器電流I_揚聲器值的輸入節點402、用於揚聲器電壓V_揚聲器值的輸入節點404及/或用於音訊訊號輸入S(t)的輸入節點432接收輸入。自適應濾波器206可包括用於產生位移X(t)值的電氣轉位移的轉換區塊422。自適應濾波器206的輸出被提供到誤差訊號估算區塊208以在輸出節點406處產生誤差訊號eX(t)，該誤差訊號被用作用於更新自適應濾波器206的反饋訊號。誤差訊號估算區塊208可包括依據揚聲器電流值I_揚聲器執行計算的電阻計算區塊412及電感計算區塊414。儘管電阻值及電感值被示為量測到的值，這些值可由任何技術產生。在某些實例中，電阻及電感可為固定的。在其他實例中，可基於V_揚聲器及I_揚聲器訊號來在電路的操作期間更新電阻及電感。方塊412及414的輸出可在加法器區塊416處結合，該加法器區塊具有後續在加法器區塊418處與揚聲器電壓值V_揚聲器結合的輸出。執行額外的處理以將加法器區塊418的輸出轉換成經估算的速度值U_估算(t)且接著轉換成經估算的位移值X_估算(t)。可由加法器區塊420計算誤差訊號eX(t)，該加法器區塊將經估算的位移X_估算(t)與由自適應濾波器206所產生的位移值結合。可將自適應濾波器206中所產生的轉移函數Hx(s)重複用於處理區塊 422A中。處理區塊422A可被配置為基於轉移函數Hx(s)來預測值。例如，處理區塊422可從輸入節點432接收輸入音訊訊號S(t)及產生受預測的偏移X_預測(t)以供輸出到輸出節點434。

圖4的電路400的操作追蹤偏移特性上因為揚聲器特性的改變而發生的改變，該等揚聲器特性可能由於溫度、老化、漏電、端口阻斷(port blocking)或其他條件而改變。揚聲器的變化呈現為V_電動勢訊號上的改變，且電路400的自適應操作將藉由更改自適應濾波器206的轉移函數Hx(s)直到濾波器206收歛為止來回應此類改變，如由小的殘餘誤差所指示的。

可每當自適應濾波器206較佳地表示揚聲器的電壓轉位移的轉移函數時就將轉移函數Hx(s)從處理區塊422複製到處理區塊422A。因為轉移函數Hx(s)持續隨著揚聲器特性變化而在運行時間調適，可將規則編程在音訊控制器中，該等規則針對更佳的偏移預測而界定何時將經更新的轉移函數Hx(s)從處理區塊422複製到處理區塊422A。例如，可週期性地(例如在某個時段之後)複製轉移函數Hx(s)。作為另一實例，可在誤差訊號406減少到某個臨界位準以下且保持在該臨界值以下某個時間段時複製轉移函數Hx(s)。作為進一步的實例，可在來自區塊412的電阻估算值改變了一臨界量時複製轉移函數Hx(s)。優選的規則可取決於精確度準則(例如X_預測(t)上的最大容許誤差)、或取決於控制器的計算能力(例如 頻繁地複製濾波器係數可能是昂貴的)、或取決於穩定度準則(例如改變濾波器係數可能造成可聽到的偽聲及潛在的不穩定度)、或取決於上述的或其他的準則的組合。這些操作可執行在電路的其他實施例(例如下文用於反EMF(電動勢)域及速度域的示例實施例)中。

自適應濾波器及誤差訊號估算區塊可被配置為操作在反EMF(電動勢)域中，如圖5中所示。圖5是一示例電路，繪示依據本揭示案的某些實施例的使用在反電動勢(back-EMF(electromotive force))域中所計算的誤差訊號的直接電壓轉偏移揚聲器建模。電路500可透過用於揚聲器電流I_揚聲器值的輸入節點502、用於揚聲器電壓V_揚聲器值的輸入節點504及/或用於音訊訊號輸入S(t)的輸入節點532接收輸入。自適應濾波器206可包括用於產生反EMF V_電動勢(t)值的電氣轉位移的轉換區塊522。自適應濾波器206的輸出被提供到誤差訊號估算區塊208以在輸出節點506處產生誤差訊號eV_電動勢(t)，該誤差訊號被用作用於更新自適應濾波器206的反饋訊號。誤差訊號估算區塊208可包括依據揚聲器電流值I_揚聲器執行計算的電阻計算區塊512及電感計算區塊514。方塊512及514的輸出可在加法器區塊516處結合，該加法器區塊具有後續在加法器區塊518處與揚聲器電壓值V_揚聲器結合的輸出。加法器區塊518的輸出是經估算的反EMF值V_電動勢(t)。誤差訊號eV_電動勢(t)可由加法器區塊520計算，該加法器區塊將經估算的反EMF V_估算 (t)與由自適應濾波器206所產生的反EMF值V_電動勢(t)結合。可將自適應濾波器206中所產生的轉移函數Hx(s)重複用於處理區塊522A中。處理區塊522A可被配置為基於轉移函數Hx(s)來預測值。例如，處理區塊522可從輸入節點532接收輸入音訊訊號S(t)及產生受預測的偏移X_預測(t)以供輸出到輸出節點534。

自適應濾波器及誤差訊號估算區塊可被配置為操作在速度域中，如圖6中所示。圖6是一示例電路，繪示依據本揭示案的某些實施例的使用在速度域中所計算的誤差訊號的直接電壓轉偏移揚聲器建模。電路600可透過用於揚聲器電流值I_揚聲器的輸入節點602、用於揚聲器電壓值V_揚聲器的輸入節點604及/或用於音訊訊號輸入S(t)的輸入節點632接收輸入。自適應濾波器206可包括用於產生速度U(r)值的電氣轉位移的轉換區塊622。自適應濾波器206的輸出被提供到誤差訊號估算區塊208以產生誤差訊號eU(t)，該誤差訊號被用作用於更新自適應濾波器206的反饋訊號。誤差訊號估算區塊208可包括依據揚聲器電流值I_揚聲器執行計算的電阻計算區塊612及電感計算區塊614。方塊612及614的輸出可在加法器區塊616處結合，該加法器區塊具有後續在加法器區塊618處與揚聲器電壓值V_揚聲器結合的輸出。執行額外的處理以將加法器區塊618的輸出轉換成經估算的速度值U_估算(t)。可由加法器區塊620計算誤差訊號eU(t)，該加法器區塊將經估算的位移U_估算(t)與由自適應濾波器206所 產生的位移值U(t)結合。可將自適應濾波器206中所產生的轉移函數Hx(s)重複用於處理區塊622A中。處理區塊622A可被配置為基於轉移函數Hx(s)來預測值。例如，處理區塊622可從輸入節點632接收輸入音訊訊號S(t)及產生受預測的偏移X_預測(t)以供輸出到輸出節點634。

音訊控制器中針對揚聲器保護由自適應濾波器進行的直接電氣轉力學轉換的一個示例實施方式示於圖7中。圖7是一方塊圖，繪示依據本揭示案的實施例的示例系統，該示例系統採用音訊控制器以使用直接電氣轉力學揚聲器模型來控制音訊揚聲器的操作。圖7繪示示例系統700的方塊圖，該示例系統採用音訊控制器708來控制音訊揚聲器702的操作。音訊揚聲器702可為任何合適的電聲轉換器，該電聲轉換器回應於電氣音訊訊號輸入(例如電壓或電流訊號)而產生聲音。音訊揚聲器702可與行動設備(例如智慧型手機中的微型揚聲器)整合在一起，或音訊揚聲器702可被整合在連接到行動設備的耳機中。音訊控制器708可產生用於揚聲器702的電氣音訊訊號輸入，該輸入可被放大器710放大以驅動揚聲器702。在某些實施例中，系統700的一或更多個元件可被整合在單一的積體電路(IC)中。例如，控制器708、放大器710、及ADC 704及706可被整合到單一IC中。在某些實施例中，單一IC亦可包括被配置為解碼類比或數位訊 號以產生用於輸入節點700A的訊號S(t)的音訊編碼器/解碼器(CODEC)。

音訊控制器708可包括被配置為解譯及/或執行程式指令及/或程序資料的任何系統、設備或裝置，且可包括(但不限於)微處理器、微控制器、數位訊號處理器(DSP)、特定應用積體電路(ASIC)或被配置為解譯及/或執行程式指令及/或程序資料的任何其他數位或類比電路系統。在某些實施例中，控制器708可解譯及/或執行儲存在耦接到音訊控制器708或與該音訊控制器整合在一起的記憶體(未圖示)中的程式指令及/或程序資料。控制器708可為由軟體配置的或被配置為具有硬佈線機能的邏輯電路系統，該邏輯電路系統執行圖7的繪示的模組的操作以及其他未圖示的機能。例如，如圖7中所示，控制器708可被配置為執行模組712中的揚聲器建模及追蹤、模組714中的揚聲器保護、模組716中的音訊處理及/或模組730中的揚聲器可靠度保證。

放大器710儘管被示為單一元件但可包括多個元件，例如被配置為放大從音訊控制器708所接收的訊號及向另一元件(例如揚聲器702)傳遞經放大的訊號的系統、設備或裝置。在某些實施例中，放大器710可包括數位轉類比轉換器(DAC)機能。例如，放大器710可為數位放大器，該數位放大器被配置為將來自音訊控制器708的數位訊號輸出轉換成要傳遞到揚聲器702的類比訊號。

傳遞到揚聲器702的音訊訊號可由類比轉數位轉換器(ADC)704及類比轉數位轉換器(ADC)706中的各者所取樣且用作音訊控制器708內的反饋。例如，ADC 704可被配置為偵測類比電流值I_揚聲器，而ADC 706可被配置為偵測類比電壓值V_揚聲器。可分別藉由ADC 704及706將這些類比值轉換成數位訊號且傳遞到音訊控制器708作為數位訊號726及728。基於數位電流訊號726及數位電壓訊號728，音訊控制器708可執行揚聲器監測712以針對揚聲器702產生經建模的參數(例如指示與音訊揚聲器702相關聯的位移及/或與音訊揚聲器702相關聯的溫度的參數，及/或指示與音訊揚聲器702相關聯的力因數、剛性、阻尼因數及/或共振頻率的參數)。可將某些或所有經建模的參數傳遞到揚聲器可靠度保證區塊730及/或揚聲器保護區塊714。基於經建模的參數、來自傳感器的製造商的規格及/或與音訊揚聲器702類似(例如具有相同的品牌及模型)的音訊揚聲器的離線可靠度測試，音訊控制器708可執行揚聲器可靠度保證730以產生揚聲器保護臨界值。此類揚聲器保護臨界值可包括(但不限於)用於音訊揚聲器702的輸出功率位準臨界值、與音訊揚聲器702相關聯的位移臨界值及/或與音訊揚聲器702相關聯的溫度臨界值。

音訊控制器708可基於音訊揚聲器的一或更多個操作特性(包括經建模的參數及/或音訊輸入訊號)來執行揚聲器保護714。例如，揚聲器保護714可將經建 模的參數(例如音訊揚聲器702的受預測的位移及/或經建模的電阻)與相對應的揚聲器保護臨界值(例如位移臨界值及/或溫度臨界值)進行比較，且基於此類比較來針對增益、頻寬及虛擬低音產生向音訊處理電路系統716傳遞作為訊號的控制訊號。例如，在受預測的位移超過揚聲器保護臨界值時，可減少驅動音訊揚聲器702的放大器的增益以防止損傷揚聲器。作為另一實例，在受預測的位移相對於揚聲器保護臨界值是在安全裕度以下時，可增加驅動音訊揚聲器702的放大器的增益以進一步過驅動音訊揚聲器702。

如上所述，自適應濾波器206可被實施為發展能夠執行電氣轉力學的轉換的轉移函數Hx(s)以供將揚聲器建模。自適應濾波器206可實施在揚聲器監測區塊712中，該揚聲器監測區塊如參照圖2及圖3所描述地使用電流訊號726及電壓訊號728來更新自適應濾波器的轉移函數Hx(s)。轉移函數Hx(s)可被重製為揚聲器保護區塊714中的處理區塊206A。揚聲器保護區塊可使用轉移函數Hx(s)基於在輸入節點700A處所接收到的輸入訊號S(t)來預測偏移或另一力學值。可將受預測的偏移與由揚聲器可靠度保證區塊730所建立的臨界值進行比較。基於此類比較，揚聲器保護區塊714可例如針對增益、頻寬及虛擬低音產生控制訊號以供控制音訊處理電路系統716以減少對於揚聲器702的損傷。因此，藉由將經建模的位移或受預測的位移與相關聯的位移臨界值進行 比較，揚聲器保護714可減少增益減少傳遞到揚聲器702的音訊訊號的強度及/或控制頻寬，以過濾出音訊訊號的可減少音訊揚聲器702的位移的較低頻分量，同時使得虛擬低音虛擬地將此類經過濾的較低頻分量添加到音訊訊號。

除了基於揚聲器702的一或更多個操作特性的比較來執行揚聲器保護714以外，揚聲器監測712可確保揚聲器702操作在用於音訊揚聲器702的輸出功率位準臨界值下。在某些實施例中，此類輸出功率位準臨界值可被包括在由揚聲器可靠度保證區塊730傳遞到揚聲器保護區塊714的揚聲器保護臨界值內。

用於本文中所述的音訊處理器的一個有利實施例是用於播放音樂、高逼真性音樂及/或來自電話通話的談話的個人媒體設備。圖8是一圖解，示出依據本揭示案的一個實施例的用於音訊播放的示例個人媒體設備，該設備包括音訊控制器，該音訊控制器被配置為使用直接電氣轉力學揚聲器模型來執行揚聲器保護。個人媒體設備800可包括用於允許使用者為了播放從音樂檔案進行選取的顯示器802，該等音樂檔可包括高逼真性音樂檔及一般音樂檔兩者。在由使用者選取音樂檔時，可由應用處理器(未圖示)從記憶體804擷取音訊檔且將該等音訊檔提供到音訊控制器806。音訊控制器806可包括音訊處理電路系統806及揚聲器保護電路系統806B。揚聲器保護電路系統806B可實施處理區塊806C，該處理區塊具有例 如依據圖2及圖3的實施例由揚聲器監測區塊(未圖示)所發展的轉移函數Hx(s)。可由音訊控制器806將數位音訊(例如音樂或談話)轉換成類比訊號，且彼等類比訊號由放大器808放大。放大器808可耦接到音訊輸出810(例如耳機插孔)以供驅動傳感器(例如耳機812)。放大器808亦可耦接到設備800的內部揚聲器820。儘管在音訊控制器806處所接收的資料被描述為是從記憶體804接收的，音訊資料亦可能是從其他來源接收的，例如USB連接、透過Wi-Fi連接到個人媒體設備800的設備、胞式無線電、基於網際網路的伺服器、另一無線電及/或另一有線連接。

圖2B及3B的示意流程圖圖解大致被闡述為邏輯流程圖圖解。如此，所描繪的順序及標示的步驟表示所揭露的方法的態樣。可構想在功能、邏輯或效果上與所繪示方法的一或更多個步驟(或其部分)等效的其他步驟及方法。此外，所採用的格式及符號被提供來解釋方法的邏輯步驟，且被瞭解為不限制方法的範圍。儘管可在流程圖圖表中採用各種箭頭類型及線類型，它們被瞭解為不限制相對應方法的範圍。確實，某些箭頭或其他連接符號可用以僅指示方法的邏輯流程。例如，箭頭可指示所描繪方法的經列舉步驟間的未指定期間的等待或監測時期。此外，特定方法發生的順序可或可不嚴格地依循所示的相對應步驟的順序。

上文描述為由控制器所執行的操作可由被配置為執行所述操作的任何電路來執行。此類電路可為被建構在半導體基板上的積體電路(IC)且包括邏輯電路系統(例如被配置為邏輯閘的電晶體)及記憶電路系統(例如被配置為動態隨機存取記憶體(DRAM)、可電編程唯讀記憶體(EPROM)或其他記憶設備的電晶體及電容器)。可透過硬線連接或透過由包含在韌體中的指令進行的編程來配置邏輯電路系統。進一步地，邏輯電路系統可被配置為能夠執行包含在軟體中的指令的一般用途處理器。在某些實施例中，是控制器的積體電路(IC)可包括其他機能。例如，控制器IC可包括音訊編碼器/解碼器(CODEC)以及用於執行本文中所述的操作的電路系統。此類IC是音訊控制器的一個實例。其他音訊機能可附加性或替代性地與本文中所述的IC電路系統整合在一起以形成音訊控制器。

若以韌體及/或軟體實施，則上述操作可被儲存為電腦可讀取媒體上的一或更多個指令或代碼。實例包括編碼為具有資料結構的非暫時性電腦可讀取媒體及編碼為具有電腦程式的電腦可讀取媒體。電腦可讀取媒體包括實體電腦儲存媒體。儲存媒體可為可由電腦存取的任何可用媒體。藉由示例而非限制的方式，此不電腦可讀取媒體可包括隨機存取記憶體(RAM)、唯讀記憶體(ROM)、可電抹除可編程唯讀記憶體(EEPROM)、光碟唯讀記憶體(CD-ROM)或其他光碟儲存器、磁碟儲存器或其 他磁式儲存設備、或可用來以指令或資料結構的形式儲存所需程式代碼且可由電腦存取的任何其他媒體。磁碟(disk)及光碟(disc)包括壓縮光碟(CD)、雷射碟、光學碟、數位多功能光碟(DVD)、軟碟及藍光光碟。一般而言，磁碟磁式地複製資料，而光碟光學地複製資料。上述的組合亦應被包括於電腦可讀取媒體的範圍內。

除了電腦可讀取媒體上的儲存器以外，指示及/或資料可被提供為包括在通訊裝置中的傳輸媒體上的訊號。例如，通訊裝置可包括具有表示指令及資料的訊號的收發器。指令及資料被配置為使得一或更多個處理器實施請求項中所概述的操作。

儘管已詳細描述本揭示案及某些代表性優點，應瞭解的是，可在不脫離如由隨附請求項所界定的本揭示案的精神及範圍的情況下在本文中作出各種改變、替代及變更。並且，本案的範圍不欲限於本說明書中所述的程序、機器、製造、物質組成、手段、方法及步驟的特定實施例。例如，儘管是在詳細說明的任何部分描述數位訊號處理器(DSP)，但本發明的態樣可實施在其他處理器上，例如圖形處理單元(GPU)及中央處理單元(CPU)。作為另一實例，儘管描述了音訊資料的處理，但可透過上述的濾波器及其他電路系統來處理其他資料。如本領域中的技術人員將藉由本揭示案輕易理解的，可利用現存或之後要發展的實質上執行與本文中所述的相對應實施例的功能相同或實質上達成與本文中所述的 相對應實施例的結果相同的程序、機器、製造、物質組成、手段、方法或步驟。據此，隨附請求項欲將此類程序、機器、製造、物質組成、手段、方法或步驟包括在它們的範圍內。

700A‧‧‧輸入節點

702‧‧‧揚聲器

704‧‧‧ADC

706‧‧‧ADC

708‧‧‧音訊控制器

710‧‧‧放大器

712‧‧‧揚聲器監測區塊

714‧‧‧揚聲器保護區塊

716‧‧‧音訊處理電路系統

726‧‧‧數位訊號

728‧‧‧數位訊號

730‧‧‧揚聲器可靠度保證區塊

Claims (22)

1. 一種揚聲器保護方法，包括以下步驟：接收用於一傳感器的一電流及一電壓；使用一電壓轉位移的自適應濾波器來將該電壓轉換成一經轉換的位移值；基於該電流、該電壓及該經轉換的位移值來判定一誤差訊號；及使用該誤差訊號來更新該電壓轉位移的自適應濾波器。
2. 如請求項1所述之方法，更包括以下步驟：基於用於該傳感器的該電流及該電壓來判定一反電動勢(反EMF)電壓，其中判定該誤差訊號的該步驟包括以下步驟：基於該反EMF電壓來針對該傳感器判定一經估算的位移訊號；及藉由將該經估算的位移訊號與該經轉換的位移值結合來判定該誤差訊號。
3. 如請求項1所述的方法，包括以下步驟：基於透過該傳感器的該電流及該電壓來判定一反電動勢(反EMF)電壓，其中判定該誤差訊號的該步驟包括以下步驟： 基於該反EMF電壓來針對該傳感器判定一經估算的位移相關的訊號；及藉由將該經估算的位移相關的訊號與該經轉換的位移值結合來判定該誤差訊號。
4. 如請求項1所述的方法，更包括以下步驟：將該電壓轉位移的自適應濾波器的一轉移函數重複用於另一值的一計算。
5. 如請求項4所述的方法，更包括以下步驟：將該電壓轉位移的自適應濾波器的該轉移函數重複用於該傳感器的一振動膜偏移的一計算。
6. 如請求項5所述的方法，更包括以下步驟：基於經界定的規則來更新用於判定該振動膜偏移的該轉移函數。
7. 如請求項5所述的方法，更包括以下步驟：將該振動膜偏移的預測結果用於揚聲器保護。
8. 如請求項1所述的方法，更包括以下步驟：至少部分地基於該誤差訊號來判定該傳感器的一揚聲器類型。
9. 如請求項8所述的方法，其中判定該揚聲器類型的步驟包括：判定該傳感器是否是有端口的或是密封的。
10. 如請求項1所述之方法，更包括以下步驟： 至少部分地基於該電流、該電壓及該誤差訊號的一可靠度來判定自適應濾波器更新的一可靠度；及在該可靠度是在一臨界位準以下時停止更新該電壓轉位移的自適應濾波器。
11. 如請求項1所述的方法，其中是在沒有關於與該傳感器的移動質量、剛性及力阻相關的力學參數的資訊的情況下判定該誤差訊號。
12. 一種揚聲器保護裝置，包括：一音訊控制器，被配置為執行包括以下步驟的步驟：接收用於一傳感器的一電流及一電壓；使用一電壓轉位移的自適應濾波器來將該電壓轉換成一經轉換的位移值；基於該電流、該電壓及該經轉換的位移值來判定一誤差訊號；及使用該誤差訊號來更新該電壓轉位移的自適應濾波器。
13. 如請求項12所述的裝置，其中該音訊控制器更被配置為執行以下步驟：基於透過該傳感器的該電流及該電壓來判定一反電動勢(反EMF)電壓，其中判定該誤差訊號的該步驟包括以下步驟：基於該反EMF電壓來針對該傳感器判定一經估算的位移訊號；及 藉由將該經估算的位移訊號與該經轉換的位移值結合來判定該誤差訊號。
14. 如請求項12所述的裝置，其中該音訊控制器更被配置為執行以下步驟：基於透過該傳感器的該電流及該電壓來判定一反電動勢(反EMF)電壓，其中判定該誤差訊號的該步驟包括以下步驟：基於該反EMF電壓來針對該傳感器判定一經估算的位移相關的訊號；及藉由將該經估算的位移相關的訊號與該經轉換的位移值結合來判定該誤差訊號。
15. 如請求項12所述的裝置，其中該音訊控制器更被配置為將該電壓轉位移的自適應濾波器的一轉移函數施用於另一值的一判定。
16. 如請求項15所述的裝置，其中該音訊控制器被配置為將該轉移函數施用於振動膜偏移的一判定。
17. 如請求項16所述的裝置，其中該音訊控制器被配置為基於經界定的規則來更新用於判定振動膜偏移的該轉移函數。
18. 如請求項16所述的裝置，其中振動膜偏移的預測結果被用於揚聲器保護。
19. 如請求項12所述的裝置，其中該音訊控制器更被配置為至少部分地基於該誤差訊號來判定該傳感器的一揚聲器類型。
20. 如請求項19所述的裝置，其中該音訊控制器被配置為判定該傳感器是否是有端口的或是密封的。
21. 如請求項12所述的裝置，其中該音訊控制器更被配置為執行包括以下步驟的步驟：至少部分地基於該電流、該電壓及該誤差訊號的一可靠度來判定自適應濾波器更新的一可靠度；及在該可靠度是在一臨界位準以下時停止更新該電壓轉位移的自適應濾波器。
22. 如請求項12所述的裝置，其中是在沒有關於與該傳感器的移動質量、剛性及力阻相關的力學參數的資訊的情況下判定該誤差訊號。

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