用于電動(dòng)揚(yáng)聲器的過(guò)熱保護(hù)器及保護(hù)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種避免電動(dòng)揚(yáng)聲器的音圈過(guò)熱的方法和對(duì)應(yīng)的音圈溫度保護(hù)器。
【背景技術(shù)】
[0002]用于避免電動(dòng)揚(yáng)聲器音圈過(guò)熱的方法和設(shè)備可特別有用于多種聲音再現(xiàn)目的和應(yīng)用。當(dāng)由強(qiáng)大的輸出放大器驅(qū)動(dòng)時(shí)，合適的音圈過(guò)熱保護(hù)是非常有用的，以防止電動(dòng)揚(yáng)聲器的不可逆損害或完全失效。后者可以使得功率的過(guò)量電平進(jìn)入揚(yáng)聲器音圈并驅(qū)動(dòng)音圈的溫度高于最大溫度極限。這種過(guò)熱保護(hù)的挑戰(zhàn)在揚(yáng)聲器技術(shù)的諸多領(lǐng)域中是持續(xù)重要的，諸如公共廣播系統(tǒng)的高功率揚(yáng)聲器、汽車(chē)?yán)群蛧?guó)內(nèi)H1-Fi，以及用于便攜式通信設(shè)備(諸如智能手機(jī)、筆記本電腦等)的微型揚(yáng)聲器。
[0003]因此，提供用于避免音圈過(guò)熱而不過(guò)度依靠使用像除法和乘法操作的復(fù)雜數(shù)學(xué)運(yùn)算的相對(duì)簡(jiǎn)單并有效的方法和裝置是具有顯著吸引力和價(jià)值的，所述復(fù)雜數(shù)學(xué)運(yùn)算需要執(zhí)行保護(hù)方法的信號(hào)處理器的相當(dāng)大的計(jì)算資源。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的第一方面涉及一種避免電動(dòng)揚(yáng)聲器的音圈過(guò)熱的方法，包括以下步驟:
[0005]a)產(chǎn)生音頻信號(hào)，
[0006]b)將低頻探測(cè)信號(hào)添加到音頻信號(hào)，以產(chǎn)生包括音頻信號(hào)分量和探測(cè)信號(hào)分量的復(fù)合揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)信號(hào)，
[0007]c)將所述復(fù)合驅(qū)動(dòng)信號(hào)施加給電動(dòng)揚(yáng)聲器的音圈，
[0008]d)檢測(cè)流經(jīng)音圈的探測(cè)電流分量的電平，
[0009]e)將探測(cè)電流分量的檢測(cè)電平和預(yù)定的探測(cè)電流的閾值進(jìn)行比較，其中，預(yù)定的探測(cè)電流閾值對(duì)應(yīng)于經(jīng)由音圈電阻的已知溫度依賴(lài)性的預(yù)定的音圈溫度，
[0010]f)響應(yīng)于探測(cè)電流分量低于預(yù)定的探測(cè)電流閾值，衰減的音頻信號(hào)的電平。
[0011]本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，本電動(dòng)揚(yáng)聲器的過(guò)熱保護(hù)的方法可應(yīng)用于各種類(lèi)型的電動(dòng)揚(yáng)聲器，諸如Hi_F1、PA、汽車(chē)和環(huán)繞聲應(yīng)用的揚(yáng)聲器。電動(dòng)揚(yáng)聲器存在于多種形狀、維度和功率處理能力，以及本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解:本發(fā)明適用于幾乎所有類(lèi)型的電動(dòng)揚(yáng)聲器，尤其是微型電動(dòng)揚(yáng)聲器用于便攜式終端(諸如，移動(dòng)電話(huà)、智能手機(jī))和其他便攜式音樂(lè)播放設(shè)備的聲音再現(xiàn)。
[0012]本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解:每個(gè)音頻信號(hào)、低頻探測(cè)信號(hào)和探測(cè)電流分量可由模擬信號(hào)表示例如作為電壓、電流、電荷等，或替代地由數(shù)字信號(hào)表示，例如以合適的采樣率和分辨率編碼為二進(jìn)制格式。因此，過(guò)熱保護(hù)音圈的方法可以包括一個(gè)步驟:由A/D轉(zhuǎn)換器采樣探測(cè)電流分量和/或音頻信號(hào)以至少提供數(shù)字編碼的探測(cè)電流分量。
[0013]根據(jù)所討論的電動(dòng)揚(yáng)聲器的電聲特性，低頻探測(cè)信號(hào)可以包括正弦波，頻率在
0.5Hz和400Hz之間?？商娲兀皖l探測(cè)信號(hào)可以包括窄帶噪聲，諸如三分之一倍頻帶的噪音，具有中心頻率置于上述頻率范圍內(nèi)。低頻探測(cè)信號(hào)優(yōu)選被置于大大低于該電動(dòng)揚(yáng)聲器的基本共振頻率的頻率，以保持在基本平坦的范圍的擴(kuò)音阻抗曲線(xiàn)，使得探測(cè)電流分量的電平準(zhǔn)確反映音圈的電流或瞬時(shí)直流電阻。在標(biāo)稱(chēng)操作條件下，諸如安裝在便攜式終端的密封或通風(fēng)揚(yáng)聲器外殼中或安裝在自由空氣，低頻探測(cè)信號(hào)的頻率或中心頻率優(yōu)選地比電動(dòng)揚(yáng)聲器的基礎(chǔ)共振頻率小至少5倍小，并且優(yōu)選至少小10或20倍。對(duì)于安裝在便攜式終端的常規(guī)微型揚(yáng)聲器，低頻探測(cè)信號(hào)的頻率可例如位于5Hz和400Hz之間，諸如1Hz和200Hz之間。低頻探測(cè)信號(hào)的頻率可例如位于0.25Hz和20Hz之間，諸如對(duì)于相對(duì)較大的低音揚(yáng)聲器在0.5Hz和20Hz之間，針對(duì)音響、家庭影院或汽車(chē)應(yīng)用，例如直徑為6到12英寸之間。
[0014]優(yōu)選地，低頻探測(cè)信號(hào)的頻率或中心頻率在另一方面足夠高，以表現(xiàn)出小于電動(dòng)揚(yáng)聲器的音圈的熱時(shí)間常數(shù)的一半的周期時(shí)間。因此，低頻探測(cè)信號(hào)的周期時(shí)間可以是電動(dòng)揚(yáng)聲器的音圈的熱時(shí)間常數(shù)的一半或更少。該要求確保探測(cè)電流分量可以適當(dāng)?shù)夭蓸?，以避免丟失或沒(méi)注意到例如由向揚(yáng)聲器的音圈突然施加過(guò)度功率引起的快速音圈加熱事件，如下面進(jìn)一步詳細(xì)。相對(duì)于低頻探測(cè)信號(hào)的頻率或中心頻率的選擇的進(jìn)一步的考慮在下面結(jié)合附圖來(lái)討論。
[0015]該復(fù)合揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)信號(hào)可由合適的輸出或功率放大器(例如，D類(lèi)或AB類(lèi)放大器)被施加到語(yǔ)音線(xiàn)圈。功率放大器可被脈沖調(diào)制，以利用脈沖調(diào)制功率放大器的高功率轉(zhuǎn)換效率。該脈沖調(diào)制可以通過(guò)利用輸出放大器拓?fù)?例如，PDM或PffM輸出放大器)的開(kāi)關(guān)類(lèi)型或D類(lèi)型來(lái)實(shí)現(xiàn)。在替代方案中，輸出放大器可以包括傳統(tǒng)的非開(kāi)關(guān)功率放大器拓?fù)?，像A類(lèi)或AB類(lèi)。功率放大器的輸出阻抗優(yōu)選地在低頻探查信號(hào)比目標(biāo)揚(yáng)聲器的直流電阻小得多。因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)了解，取決于電動(dòng)揚(yáng)聲器的阻抗特性，輸出放大器的輸出阻抗可以顯著變化。在本發(fā)明的一些有用實(shí)施例中，輸出放大器的輸出阻抗小于1.0Ω，諸如在有關(guān)頻率小于0.5 Ω或0.1Ω。在揚(yáng)聲器的操作期間，輸出阻抗范圍允許橫跨音圈的探測(cè)信號(hào)電壓的電平對(duì)于典型的揚(yáng)聲器阻抗保持相對(duì)恒定，盡管音圈的DC電阻的溫度誘導(dǎo)變化。
[0016]如何利用音圈電阻的已知溫度依賴(lài)性和預(yù)定探測(cè)電流閾值以提供過(guò)熱保護(hù)的細(xì)節(jié)在下面結(jié)合附圖的圖3A)及3B)進(jìn)行詳細(xì)討論。由于典型音圈材料(例如，銅和鋁)的正溫度系數(shù)，音圈的DC電阻通常隨著溫度的升高單調(diào)遞增。這意味著，施加的復(fù)合揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)信號(hào)的探測(cè)電流分量以可預(yù)測(cè)的方式對(duì)于橫跨音圈的恒定或固定的探測(cè)電壓分量隨著增加的音圈溫度單調(diào)降低，如結(jié)合附圖所示。結(jié)果，預(yù)定的探測(cè)電流閾值可被計(jì)算、估計(jì)或確定，使得它對(duì)應(yīng)于預(yù)定的音圈溫度。預(yù)定的音圈溫度可以例如對(duì)應(yīng)于正被討論的揚(yáng)聲器的最大運(yùn)行音圈溫度或低于最大操作音圈溫度的溫度或任何其他所需的溫度。在現(xiàn)實(shí)熱環(huán)境中安裝的一個(gè)或多個(gè)代表?yè)P(yáng)聲器上，最大運(yùn)行音圈溫度可已經(jīng)從揚(yáng)聲器制造商的說(shuō)明書(shū)和/或?qū)嶒?yàn)室測(cè)量確定。
[0017]所述音頻信號(hào)可以包括從合適的音頻源(諸如收音機(jī)、CD播放器、網(wǎng)絡(luò)播放器、MP3播放器)以模擬或數(shù)字格式提供的語(yǔ)音和/或音樂(lè)。音頻源也可包括響應(yīng)于進(jìn)入的聲音產(chǎn)生實(shí)時(shí)麥克風(fēng)信號(hào)的麥克風(fēng)。
[0018]本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，檢測(cè)流經(jīng)音圈的探測(cè)電流分量的電平可以各種方式在模擬或數(shù)字域中來(lái)實(shí)現(xiàn)。在一個(gè)實(shí)施例中，檢測(cè)探測(cè)電流分量的電平可以包括以下步驟:
[0019]響應(yīng)于該復(fù)合揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)信號(hào)，檢測(cè)流過(guò)音圈的復(fù)合驅(qū)動(dòng)信號(hào)電流，帶通濾波復(fù)合揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)信號(hào)電流以衰減在其中的音頻信號(hào)分量。檢測(cè)從帶通濾波復(fù)合揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)信號(hào)電流的探測(cè)信號(hào)電流分量的電平。帶通濾波可以通過(guò)帶通濾波成正比于探測(cè)電流分量的合適電壓、電流、電荷等信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)。此后，使用合適的平均技術(shù)和時(shí)間常數(shù)，探測(cè)電流分量的電平可被確定為正比于探測(cè)電流分量的信號(hào)運(yùn)行平均值。
[0020]預(yù)定的探測(cè)電流閾值可以數(shù)字格式被存儲(chǔ)在實(shí)現(xiàn)本過(guò)熱保護(hù)方法的音圈溫度保護(hù)器的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元中。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元可以例如形成執(zhí)行本過(guò)熱保護(hù)方法的各種功能的信號(hào)處理器的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)寄存器的一部分，諸如微處理器或數(shù)字信號(hào)處理器。所述信號(hào)處理器可被配置以通過(guò)執(zhí)行可執(zhí)偏移序指令或程序代碼的相應(yīng)集合執(zhí)行和本過(guò)熱保護(hù)方法的步驟a)_f)相關(guān)聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)相應(yīng)信號(hào)處理功能。
[0021]在本方法的許多有用的實(shí)施例中，音頻信號(hào)和低頻探測(cè)信號(hào)可以產(chǎn)生、添加并否則在第一采樣率以數(shù)字格式處理。第一采樣速率優(yōu)選地是比較低的，諸如在8千赫和32千赫之間，以減少相關(guān)聯(lián)的數(shù)字處理設(shè)備和電路的功耗。
[0022]低頻探測(cè)信號(hào)和音頻信號(hào)的相加或疊加可以在音圈過(guò)熱保護(hù)器的操作期間基本上連續(xù)地進(jìn)行或在音圈過(guò)熱保護(hù)器的操作期間不連續(xù)/間隔執(zhí)行，例如僅在某些時(shí)間間隔，其中音頻信號(hào)的一個(gè)或多個(gè)預(yù)定特性或特征被滿(mǎn)足。實(shí)質(zhì)向音頻信號(hào)連續(xù)加入低頻探測(cè)信號(hào)可在揚(yáng)聲器的聲音再現(xiàn)的主觀性能和/或客觀性能中引起一定聽(tīng)得見(jiàn)的異常。在一定的音頻信號(hào)條件下，該復(fù)合擴(kuò)音驅(qū)動(dòng)信號(hào)的低頻探測(cè)信號(hào)分量可變得可聽(tīng)。低頻探測(cè)信號(hào)分量可例如可以位于可聽(tīng)范圍的頻率或頻率范圍內(nèi)，其中揚(yáng)聲器能夠產(chǎn)生顯著的聲音壓力。根據(jù)復(fù)合揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)信號(hào)的音頻信號(hào)分量的復(fù)譜和時(shí)間特性，探測(cè)信號(hào)可對(duì)于聽(tīng)眾或用戶(hù)變得可聽(tīng)及令人不愉快的。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例以有效方式解決了由連續(xù)添加低頻頻率探測(cè)信號(hào)引起的該主觀問(wèn)題，以及下文參考附圖描述的其它問(wèn)題，而通過(guò)依賴(lài)音頻信號(hào)的電平調(diào)整低頻探測(cè)信號(hào)的電平不損害揚(yáng)聲器的過(guò)熱保護(hù)。根據(jù)一個(gè)該實(shí)施例，該方法包括以下步驟:
[0023]g)估計(jì)音頻信號(hào)的電平，
[0024]h)低頻探測(cè)信號(hào)的估計(jì)電平，調(diào)整音頻信號(hào)的低頻探測(cè)信號(hào)的電平。
[0025]如果或者當(dāng)音頻信號(hào)的電平超過(guò)預(yù)定電平閾值時(shí)，低頻探測(cè)信號(hào)例如可以在音圈溫度保護(hù)器的有效操作期間只被添加到音頻信號(hào)。以這種方式，低頻探測(cè)信號(hào)的電平可例如當(dāng)音頻信號(hào)的電平超過(guò)預(yù)定電平的閾值時(shí)被設(shè)置為第一固定電平，并當(dāng)音頻信號(hào)的電平低于或等于預(yù)定的電平閾值時(shí)被設(shè)置為零。此外，通過(guò)選擇預(yù)定電平閾值的適當(dāng)值，例如對(duì)應(yīng)于復(fù)合揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)信號(hào)的電平，不足功率驅(qū)動(dòng)音圈接近或超過(guò)它的最大工作溫度，低頻探測(cè)信號(hào)可能存在于僅存在音圈過(guò)熱的實(shí)際危險(xiǎn)的復(fù)合揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)信號(hào)中。因此，當(dāng)音頻信號(hào)的電平下降低于預(yù)定的電平閾值時(shí)，增加或低頻探測(cè)信號(hào)可中斷，或低頻探測(cè)信號(hào)的電平可至少以預(yù)定量和優(yōu)選以聽(tīng)不到的電平進(jìn)行衰減。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，音頻信號(hào)的電