本专利申请和本文所公开的主题(统称为“公开”)整体涉及音频设备的冷却。更具体地但非唯一地，本公开涉及用于冷却音频设备中的一个或多个温度敏感区域的系统、方法和部件。仅作为一个例示性示例，音频设备可以控制低音扬声器隔膜的振荡，以增强音频设备的一个或多个温度敏感部件的冷却。
背景技术：
用户要求来自音频设备的高质量音频回放，以及用于电话和语音识别任务和/或其他功能的近场和远场语音的无损渲染。除了扬声器和/或麦克风换能器之外，已知和所提议的音频设备还包括各种形式的放大、电力传送、处理、存储器以及在操作期间耗散废热的其他电路和部件。
如果设备耗散的热量不被周围环境以等于或高于耗散速率的速率吸收，则设备的温度会升高。然而，许多电子部件(尤其是集成电子部件)的可靠操作通常对温度敏感。
技术实现要素：
在一些方面，本文所公开的概念通常涉及音频设备的冷却。一些公开的概念涉及用于冷却音频设备中的一个或多个温度敏感区域的系统、方法和部件。仅作为一个示例，一些公开的音频设备控制低音扬声器或其他隔膜的振荡以增强音频设备的一个或多个温度敏感部件的冷却，同时呈现音频或观测的近端音频(例如，近场或远场语音)的高质量回放。
一些音频设备具有可振荡隔膜、第一散热单元和第二散热单元。第一散热单元以第一速率散热，并且第二散热单元以第二速率散热。控制单元接收对第一散热单元的温度的指示和对第二散热单元的温度的指示。控制单元提供对可振荡隔膜的振荡控制，以将第一散热单元的温度保持在第一阈值以下和/或将第二散热单元的温度保持在第二阈值以下。控制单元响应于对第一散热单元的温度的指示和对第二散热单元的温度的指示中的每一者超过相应阈值而提供振荡控制。
在一些方面，第一散热单元包括提供功率以驱动可振荡隔膜的电力单元。第二散热单元可以是逻辑部件。
对第一散热单元的温度的指示可以是对电力单元的温度的指示。对第二散热单元的温度的指示可以是对逻辑部件的温度的指示。
由控制单元提供的振荡控制可导致对可振荡隔膜的振荡频率和振荡振幅中的一者或两者的调节。在一些情况下，与调节之前的电力单元和相邻流体之间的热阻相比，该调节减小了电力单元和相邻流体之间的热阻。在一些情况下，与调节之前的逻辑部件和相邻流体之间的热阻相比，该调节减小了逻辑部件和相邻流体之间的热阻。在一些情况下，与调节之前的电力单元的功率耗散相比，该调节降低了电力单元的功率耗散，从而将电力单元的温度保持在第一阈值以下。
一些音频设备包括振荡器，用于接收来自控制单元的振幅输出和频率输出中的一者或两者。振荡器可输出驱动信号以控制邻近第一散热单元、第二散热单元或这两者的流体的流动。
振荡器可以是低频振荡器。由控制单元提供的振荡控制可由低频振荡器接收，并且低频振荡器可输出信号以在子声频带内的频率振荡隔膜。此类振荡可促使邻近第一散热单元、第二散热单元或这两者的对流流体移动。因此，振荡可响应于由控制单元提供的振荡控制。
音频设备可将来自低频振荡器的输出信号与音频信号组合，以便以可听频带内的频率振荡隔膜。因此，音频设备可回放所需的音频并促使邻近第一散热单元、第二散热单元或这两者的对流流体移动。
在一些音频设备中，对电力单元的温度的指示可对应于来自温度传感器的输出中的一个或多个、对应于由控制单元接收的音频信号的电力单元预期或观测到的功率耗散的量度、以及对应于由控制单元提供的振荡控制的电力单元预期或观测到的功率耗散的量度。对温度的指示可对应于对应于传入音频信号的预期或观测到的隔膜移动的量度、对应于由控制单元提供的振荡控制的预期或观测到的隔膜移动的量度、逻辑部件预期或观测到的功率耗散的量度、逻辑部件上预期或观测到的计算负载的量度以及至、来自或通过逻辑部件的数据传输速率的量度中的任何一个。
对逻辑部件的温度的指示可对应于来自温度传感器的输出、电力单元预期或观测到的功率耗散的量度、逻辑部件预期或观测到的功率耗散的量度、对应于由控制单元接收的音频信号的预期或观测到的隔膜移动的量度、对应于由控制单元提供的振荡控制的预期或观测到的隔膜移动的量度、逻辑部件上的计算负载的量度以及至、来自或通过逻辑部件的数据传输速率的量度中的一者或多者。
还公开了冷却音频设备的方法。例如，可提供振荡控制输出以控制可振荡隔膜的振荡。振荡控制输出可响应于对第一散热单元的温度的指示和对第二散热单元的温度的指示。可驱动可振荡隔膜以对应于振荡控制输出振荡，以促使流体邻近第一散热单元、第二散热单元或这两者移动。可振荡隔膜可在子声频带内振荡。
振荡控制输出可以与音频信号组合。可振荡隔膜可根据组合的振荡控制输出和音频信号振荡。
在一些情况下，振荡控制输出包括具有在子声频带中的频率的振荡控制信号，并且可与音频信号组合。使可振荡隔膜振荡的动作可包括在可听频率范围内回放音频信号。
一些音频设备包括具有隔膜的扬声器、用于为扬声器供电的供电单元，以及处理器和存储器。存储器可存储指令，所述指令在由处理器执行时，使得音频设备通过响应于音频信号以及对处理器的温度和对供电单元的温度中的一者或两者的指示的振荡移动来驱动隔膜。被驱动隔膜可以促使流体流过处理器和供电单元中的相应一者或两者。
在一些实施方案中，振荡移动包括频率介于约5hz和约20hz之间的振荡分量。在一些实施方案中，指令在由处理器执行时进一步响应于对供电单元的温度的指示超过阈值温度而使音频设备调节隔膜的振荡移动。
还公开了相关联的方法，以及包括计算机可执行指令的有形非暂态计算机可读介质，所述计算机可执行指令在被执行时使计算环境实施本文所公开的一种或多种方法。还公开了体现在软件、固件或硬件中并且适合于实施这种指令的数字信号处理器。
通过以下参照附图进行的详细描述，前述和其他特征和优点将变得更加明显。
附图说明
参见附图，其中在所有视图和本说明书中，类似的数字指代类似部件，通过示例的方式而不是限制的方式说明了本发明所公开的原理的各方面。
图1示出了音频设备的一个实施方案。
图2示意性地示出了扬声器换能器。
图3示意性地示出了借助扬声器-隔膜振荡的图1中所示的整个音频设备的气流。
图4示出了热阻随表示流体流动的流体速度变化的表示。
图5示意性地示出了驱动可振荡隔膜的电力单元的温度随隔膜振荡的频率和振幅变化的示例。
图6示意性地示出了逻辑部件的温度随隔膜振荡的频率和振幅变化的示例。
图7示出了用于增强音频设备中的冷却的控制逻辑部件的示意性框图。
图8示出了来自图7中所示类型的控制逻辑部件的代表性驱动信号，以及该信号的组成音频和冷却部件。
图9示出了适合于实施所公开的方法的计算环境的框图。
具体实施方式
以下描述了与音频设备的冷却及其一个或多个温度敏感区域相关的各种原理。例如，所公开的原理的某些方面涉及控制低音扬声器隔膜的振荡以增强音频设备中的一个或多个温度敏感部件的冷却。也就是说，本文对具体装置配置和方法动作的组合的描述仅是被选择作为所公开原理的方便例示性示例的预期系统的特定示例。所公开的一个或多个原理可以结合在各种其他音频系统中，以实现各种相应系统特性中的任何一种。
因此，具有不同于本文所述那些具体示例的属性的系统可以体现一个或多个本发明公开的原理，并且可以用于本文未详细描述的应用中。因此，此类替代实施方案也落入本公开的范围内。
i.概述
常规地，用于增加可用于来自电子部件的热传递的区域的散热片和其他结构已单独使用或者与管道系统和/或一个或多个风扇组合使用以去除由这些电子部件散发的热量。然而，常规的冷却方法可能不适用于某些音频设备，因为这些常规方法会在回放期间降低感知的音频质量，并且会损害由麦克风换能器观测到的近场和远场语音。
因此，需要一种对音频回放或语音观测几乎没有或没有损害的冷却音频设备的方法。同样，需要用于冷却音频设备中的一个或多个温度敏感区域的系统、方法和部件。此外，需要增强对音频设备的一个或多个温度敏感区域的冷却。本文公开的原理克服了现有技术中的许多问题，并且解决了一个或多个前述或其他需求。
所公开的音频设备在宽范围的声压级(spl)上提供高保真回放(例如，高动态范围)，并且可执行用户发出的各种命令。如图1所示，音频设备10可包括用于回放音频的一个或多个扬声器换能器12(例如，图2)和用于将环境声音转换成对应的电信号的一个或多个麦克风换能器14。音频设备10还包括一个或多个逻辑部件16和一个或多个电力单元18，用于向音频设备及其组成设备(每个在本文中通常称为“散热单元”)提供功率。如本文所用，术语“散热单元”是指设备、部件、部件组件、换能器、互连多个部件的逻辑板、集成电路或在正常操作期间耗散废热的任何其他制品。
如图2所示，扬声器20可具有在音频回放期间振荡的隔膜22。例如，扬声器20可以接收驱动信号(例如，图7中的驱动信号59)，并且隔膜22可以响应于驱动信号而振荡。通常，隔膜22在可听频带中的频率下在选择的振幅范围内振荡(有时也称为“偏移”)。在本领域中，可听频带通常介于约20hz和约20khz之间。除此之外或另选地，隔膜22可在子声频带(例如，等于或小于约20hz，诸如小于约15hz)中振荡，其中介于约5hz和约10hz之间是一个特定的子声频带。
当隔膜22振荡时，它可促使附近的工作流体31(图3)(通常是空气)在音频设备10内、周围和/或通过该音频设备移动。这种流体移动30a、30b可采用振荡流体流动、连续流动或脉动流动的形式，每种形式均根据给定音频设备中包括的管道、通道和阀门的选择布置。
在音频设备10的操作期间，一个或多个散热单元16、18可耗散废热。如果以比从部件中去除热量更快的速率散热，则每个部件的温度通常会升高。同样，部件的温度通常会由于从部件去除热量的速率快于部件散热的速率而降低。(以说明方式，术语“热”或“散热”是指能量的量度，而术语“功率”和“散热速率”是指每单位时间的能量的量度。)
此外，如果散热单元的温度超过阈值温度，则一些散热单元的可靠性会降低。因此，为了保持可靠的设备操作，在一些音频设备中可能需要增强的冷却。这种增强的冷却可以足够的速率从散热单元去除废热，以使单元的温度保持等于或低于上限阈值温度，以进行长期可靠的操作。
在一个方面，可通过扬声器隔膜13(图1)的振荡引起的流体移动来增强一个或多个散热单元16、18的冷却(即，从其中去除热量)。并且，所提供的冷却增加量可根据振荡频率和振幅而变化。然而，在许多情况下，使隔膜振荡可改善一个或多个散热部件的热传递速率，并且可为一个或多个散热部件提供附加的操作余量。
图4示出了随着气流30a、30b的增加而导致的热阻的衰减，并且图5和图6示出了在音频设备的给定实施方案中由于在各种振荡频率和振幅下产生的功率耗散和热去除变化对设备温度的组合效应。废热通常由放大器或用于驱动隔膜的其他电力单元耗散。并且，用于驱动扬声器隔膜13的电力单元18的散热速率可在频带和偏移范围内改变，部分是由于扬声器效率变化随频率和/或偏移以及音频设备外壳11的谐振频率的变化。
在一些情况下，驱动隔膜13以引发或增强一个散热单元的冷却可提高音频设备10内的散热速率，例如，与不驱动隔膜振荡时相比。并且，驱动隔膜13以增强对流热传递机制可使电力单元18比例如仅在音频信号的回放期间耗散更多的功率。此外，在一些情况下，充分驱动隔膜以增强对流热传递机制可使散热单元以比增强的流体流动可去除热量的速率更高的速率耗散废热。
因此，在一些操作条件下，通过驱动隔膜13振荡，给定散热单元的温度可能不会降低，尽管另一个散热单元的温度可能降低。实际上，一个散热部件的温度可通过试图增强该散热部件或另一个散热单元的冷却来驱动隔膜而升高(例如，如图5和图6所示)。因此，响应于驱动扬声器隔膜13振荡，给定散热单元(例如，电力单元、逻辑部件)的温度可响应于散热单元的功率耗散、另一个散热单元的功率耗散以及由于增强的流体流动而引起的散热单元的热去除速率的组合效应而升高或降低。在一些情况下，即使另一个散热单元的温度降低，特定的散热单元的温度也会升高，反之亦然。在一些情况下，功率耗散和热去除的组合效应会导致所有散热单元的温度净降低。
一般来讲，给定散热单元的散热速率通常对应于施加到散热单元的负载和散热单元的物理特性，以及安装散热单元的环境。因此，来自电力单元18的可实现的热去除速率通常对应于电力单元的物理特性、电力单元所在的音频设备10的物理特性、可增强(或由流体移动器例如隔膜13强制)流体流动的程度，以及施加到音频设备的负载。
一些公开的音频设备10包括控制逻辑部件50(图7)以控制多个散热单元中的每一个的温度。例如，控制单元52可以控制隔膜13的振荡，以平衡增强的热传递机制的益处与一个或多个散热单元的潜在的温度的净升高。这种温度的净升高可由给定的散热单元的功率耗散的边际增加大于散热单元的热去除速率的边际增加引起。
控制单元52可以降低超过选择的阈值温度的可能性。例如，控制单元52可选择隔膜振荡的振幅和/或频率，以实现每个散热单元的所需冷却速率和温度，包括在音频回放期间。所选择的频率可在子声频带内(例如，介于约5hz和约20hz之间)。
例如，如图7所示，控制单元52可接收对一个或多个散热单元16、18的温度的指示(例如，估计或测量)。响应于温度信息，控制单元52可输出频率和/或振幅控制信号，以使隔膜13以预期的方式振荡，以增强一个或多个散热单元的冷却。控制单元52可导致由驱动隔膜13的每个关注的散热单元引起的功率耗散的边际变化，以及至或来自所述每个关注的散热单元的热传递速率。
公开原理的进一步细节如下文所述。第ii部分通过参考图1描述了与音频设备有关的原理。第iii部分描述了与对流热传递有关的原理，并且第iv部分描述了与音频设备中的散热单元相关的原理。第v部分公开了与用于控制扬声器隔膜的振荡的控制逻辑部件相关的原理。并且，第vi部分公开了与适合于实施所公开的热管理和/或控制技术的计算环境相关的原理。
还公开了其他相关原理。例如，以下描述了包含指令的机器可读介质，所述指令在被执行时使得例如计算环境的处理器执行一个或多个所公开的方法。这些指令可嵌入软件、固件或硬件中。另外，所公开的方法和技术可以各种形式的处理器或控制器(如在软件、固件或硬件中)来执行。
ii.音频设备
图1示出了音频设备10和对应的扬声器箱体11。箱体11容纳一个或多个扬声器换能器12、逻辑部件16和用于为至少一个扬声器换能器供电的电力单元18。在图1中，箱体11的形状为大致圆柱形，该形状限定了垂直于圆柱形箱体的相对端部15布置的中心纵向轴线z。
每个扬声器换能器12可以是可被专门设计用于特定频带的声音输出的电动的或其他类型的驱动器，例如诸如超低音扬声器、高音扬声器或中音驱动器。在任何情况下，本文的每个扬声器换能器都可被认为是电声换能器。
参考图2，图1所示类型12的扬声器换能器20可包括隔膜22和电路，以促使隔膜在所选择的频带内振荡并通过一系列偏移以响应传入声学信号产生声音输出。电路可包括各种机电致动器，以促使隔膜振荡。例如，一些驱动器包括具有与音圈28相邻的永磁体26的线性马达24，所述音圈与隔膜22物理耦接。当电流在交替的方向上通过音圈28时，对应的磁场与永磁体26的磁场相互作用以促使音圈28和隔膜22(由于物理耦接)来回振荡。促使隔膜振荡的其他形式的致动器包括例如带状驱动器、压电致动器和静电驱动器。同样，可通过与用于驱动隔膜22的功率相对应的隔膜马达(例如，音圈)来耗散废热。
再次参考图1，位于箱体11内的用于回放低音和/或超低音频带的音频的一个扬声器换能器12具有与壳体11的纵向轴线z平行对齐的纵向轴线。音频设备10中的其他扬声器换能器17可并列布置并且围绕箱体11的中心纵向轴线周向分布。虽然音频设备10被示出为具有一个中央扬声器12，但是音频设备不限于此并且可包含多个这样的换能器。
还如图1所示，音频设备10还可包括各个麦克风换能器14的阵列。麦克风换能器14可通过将入射声能转换为将与之一起使用的一个或多个电信号来观测环境声音(例如，近场和远场语音)，以用于例如电话和/或自动语音识别应用程序。
在图1中，外壳(有时也称为“箱体”)11容纳扬声器换能器12。扬声器壳体19可限定用于扬声器换能器12的封闭后室，如图1所示。在一个方面，壳体19可以是限定在箱体11内的较小体积，或者其可在扬声器箱体11的可用内部体积的整个范围内“打开”。
壳体19可在声学上“密封”，并且可围绕换能器12的隔膜13的后侧23(图2)限定后腔(后室)25(图2)。如本文所用，术语“密封”是指后腔不会明显地将由隔膜22的后侧23产生的声波传递(在可听频带中)到壳体19的外部或扬声器箱体11的外部。此类壳体19可在可听频带中降低前声波干扰后声波的可能性。尽管如此，壳体19和外壳11可通风或移动以允许气流，包括子声频带中的压力波。
在一些音频设备中，前腔室27(图2)可围绕换能器12的隔膜13的前侧21(图2)定位。前声波可离开外壳19或箱体11。在一个实施方案中，壳体19的尺寸可小于换能器产生的波长。
尽管后室和/或前室或其他壳体可在可听频带内声学地“密封”，但是两个室均不需要气密密封。例如，壳体19可包括具有足够开放的横截面积的一个或多个通气孔或孔，以在隔膜在子声频带中振荡时允许流体流通过，并且还具有足够的声音阻抗，以阻止或完全防止可听频带中的压力波通过。
因此，如图3示意性所示，换能器12的隔膜13的振荡可引起空气或其他环境流体的流动30a、30b，以增强音频设备10中的一个或多个散热单元16、18的冷却。例如，隔膜13的振荡可促使邻近逻辑部件16的空气移动30a和/或促使邻近电力单元18的空气移动30b。本领域技术人员应当理解，一些公开的音频设备包括其他散热单元，并且隔膜振荡可促使邻近那些其他散热单元的空气移动。
本领域技术人员还应当理解，外壳11的布置和/或音频设备10的组成部件可以与所示的不同。例如，扬声器箱体12的其他实施方案具有除圆柱形之外的形状。例如，一些扬声器箱体可被布置为例如三角形、矩形、五边形或其他一般棱柱结构、四面体结构、球形结构、椭圆形结构、环形结构或任何其他所需的三维形状。同样，如上所述，一个或多个扬声器换能器可以除围绕壳体11分布之外的布置定位。例如，一些音频设备以一个或多个行布置多个扬声器换能器，如音条的样式。
iii.对流热传递
(1)从散热单元到附近流体的热传递速率与(2)相应单元和流体之间的温度梯度之间的对应关系可使用本领域中称为“热阻”的测量来量化。热阻的概念类似于电阻，其中温度梯度类似于电阻元件两端的电压电势，并且热传递速率类似于通过电阻元件的电流。
从散热单元到附近流体的热阻对应于散热单元工作的环境。表观热阻也可受到附近的散热单元的影响(例如，加热附近的流体或者可以通过印刷逻辑板彼此具有一定程度的热耦接)。一般来讲，散热单元的热阻随着附近流体流速的提高而衰减，如图4所示。
与从单元到流体31的纯传导热传递相比，散热单元16、18与附近流体(例如空气)31之间的温度差异可引起所谓的“自然对流”并且增强从散热单元的热去除。因此，与仅具有传导性的热阻相比，散热单元16、18与附近流体31之间的热阻随自然对流而降低。
对流热传递可被认为是两种热传递机制的组合：(1)从散热单元16、18到附近流体31的传导热传递；以及(2)所谓的“平流”。术语“平流”是指由来自与流体边界间隔开的区域的较冷流体置换与流体边界(例如，散热单元16、18)相邻的受热流体。平流是由流体密度的差异引起的，流体密度的差异是由于例如整个流体的温度差异而产生的。密度变化导致整个流体中的力(例如重力)的差异，这继而导致流体内的移动。
在平流的情况下，流体移动30a、30b将受热流体(以及从散热单元16、18吸收的热量)带离每个相应的散热单元，并用较冷的未受热流体替换受热流体。流体边界(例如，散热单元16、18)与流体边界处的较冷的流体31之间的温度梯度促进了从单元16、18到流体31的进一步传导热传递。在从散热单元移位之后，受热流体可排出热量(如排出到周围环境)以在流体再次在散热单元附近流动以吸收和带走额外的热量之前冷却流体。
但是，对于给定的散热单元16、18，通过自然对流的热去除速率是有限的。例如，每个单元具有基于材料和/或操作可靠性考虑的上限阈值温度，并且流体具有有限的温度。设备的上限阈值温度与附近流体的代表性下限阈值温度之间的差值在本领域中有时称为“上限阈值温度梯度”。利用有限的上限阈值温度梯度、密度变化以及由此施加的差动力，给定流体受到限制。因此，平流热传递机制也受到限制，进而限制了在给定的上限阈值温度梯度下热量可从散热单元排出到流体的速率。因此，阈值热阻可对应于给定的上限阈值温度梯度。
也就是说，由自然对流机制引起的流体移动可例如通过扬声器隔膜的振荡来增强，以将热阻降低到低于对应于给定的上限阈值温度梯度的阈值热阻。因此，增强的流体移动可提高在给定的上限阈值温度梯度下可从散热单元移除热量的速率，因为增强的流体移动增加了平流机制。换句话说，强制对流热传递机制可以比自然发生的对流热传递机制以更高的速率去除热量。因此，对于增强的流体流30a、30b(例如，强制对流)，热阻的测量值通常低于单独的自然对流。尽管如此，如图4所示，随着流体速度的提高，热阻(或每单位面积增加的热传递)可达到的边际改善衰减。
iv.散热单元
如上所述，所公开的音频设备可包括一个或多个散热单元。包括在所公开的音频设备中的散热单元的代表性示例包括扬声器换能器、麦克风换能器、逻辑部件、输出设备、装饰设备和电力单元。如本文所用，术语“电力单元”是指为所公开的音频设备中的一个或多个换能器、部件或其他单元提供功率的设备、部件、电路或其组合。电力单元是一种类型的散热单元。作为示例，散热单元的其他示例包括如下结合计算环境、芯片组、图形处理器、音频处理器、存储器设备、发光二极管(led)和其他耗散废热的温度敏感部件所描述的物理处理器。
许多散热单元包括一个或多个对温度敏感的区域。例如，对晶体管的操作在升高的温度下可能变得不可靠，并且如果其温度超过给定的阈值温度，则可能导致逻辑部件丢失数据。类似地，如果电力单元的温度超过对应的上限阈值温度，则电力单元可能暂时或灾难性地失效。因此，散热单元通常具有与其类型、所需可靠性等相对应的上限阈值温度。
散热单元的温度可从温度传感器的输出、数学模型或两者推断出。一般来讲，给定散热单元的温度可对应于单元的散热速率所对应的特性，以及热阻所依赖的原位环境和环境温度或其他参考温度。例如，如果在给定环境中给定散热单元的温度敏感区域和周围环境之间的功率耗散和所谓的热阻是已知的，则可确定或估计单元的超过所谓的环境温度(或其他参考温度)的温度。或者，可直接或间接地观测散热单元的温度，如利用半导体管芯中的温度传感器或安装成与其热耦接的传感器。
测量散热单元的功率耗散可能是困难的。但是，从其他更容易测量的参数估计功率耗散可能相对简单。例如，用于驱动已知扬声器的电力单元耗散废热的速率可对应于驱动信号、驱动信号的放大水平和扬声器的阻抗特性。如下面结合所公开的控制单元更全面地讨论的，驱动信号可包括音频信号、由控制单元输出的振荡信号或它们的组合。在一些情况下，电力单元产生废热的速率还对应于由电力单元供电的逻辑部件上的计算或其他负载(例如，数据传输速率)。在这种情况下，电力单元的温度还可对应于逻辑部件上的计算或其他负载。因此，由电力单元耗散的功率可根据数据吞吐量、计算负载和逻辑部件上的负载的其他量度的观测值来估计，和/或根据观测例如用于驱动扬声器换能器的信号来估计。并且，此类负载可在音频设备的操作期间观测或确定，从而允许在操作期间间接地推断或确定由电力单元耗散的功率。
如上所述并且如图4所示，给定散热单元和局部周围环境之间所谓的热阻可随着通过隔膜振荡而增强的流体移动而减小。并且，电力单元和环境之间的热阻可对应于各种参数，包括驱动信号、驱动信号的放大水平和扬声器的阻抗特性，只要与电力单元相邻的流体流动对应于那些参数。这种对应关系可通过实验观测或确定，并且可被存储在存储器中，例如，存储在查找表中或与曲线拟合数据一起存储。
因此，包含在给定音频设备中的电力单元的温度可从热阻数据、音频设备中的参考温度以及一个或多个驱动信号的观测值、放大水平和扬声器的阻抗特性来推断。并且，热阻可对应于驱动信号和放大水平。这种对应关系可存储在存储器中，如存储在查找表中或以实验数据的曲线拟合的存储系数的形式存储。
因此，电力单元的温度可根据热阻的估计值(考虑例如增强气流的效应)、刚刚描述的功率的估计值以及观测或估计的环境温度来估计。因此，电力单元的温度可由来自温度传感器的输出指示，该输出是由与控制单元接收的音频信号相对应的电力单元预期或观测到的功率耗散的量度。电力单元预期或观测到的功率耗散的量度可对应于由控制单元提供的振荡控制、对应于传入音频信号的预期或观测到的隔膜移动的量度和/或对应于由控制单元提供的振荡控制的预期或观测到的隔膜移动的量度。同样，由电力单元耗散的功率可对应于逻辑部件预期或观测到的功率耗散的量度、逻辑部件上预期或观测到的计算负载的量度和/或至、来自或通过逻辑部件的数据传输速率的量度。
同样，逻辑部件耗散废热的速率可对应于逻辑部件上的计算负载或其他负载。并且，此类负载可在音频设备的操作期间观测或确定，从而允许在操作期间间接地推断或确定逻辑部件的温度(如从热阻信息、已知或假定的参考温度，以及在操作期间观测到的负载)。
类似于电力单元，逻辑部件和环境之间的热阻可对应于各种参数，包括驱动信号、驱动信号的放大水平和/或扬声器的阻抗特性。这种对应关系可通过实验观测或确定，并且可存储在存储器中，例如存储在查找表中或作为曲线拟合数据存储。
因此，包含在给定音频设备中的逻辑部件的温度可从热阻数据、音频设备中的参考温度以及驱动信号的一个或多个观测值、放大水平和/或扬声器的阻抗特性来推断。并且，逻辑部件的温度可从例如来自温度传感器的输出、电力单元预期或观测到的功率耗散的量度(如在电力单元和逻辑部件之间存在热耦接时)、逻辑部件预期或观测到的功率耗散的量度、对应于控制单元接收的音频信号的预期或观测到的隔膜移动的量度、对应于控制单元提供的振荡控制的预期或观测到的隔膜移动的量度、逻辑部件上的计算负载的量度和/或至、来自或通过逻辑部件的数据传输速率的量度来指示。
v.振荡控制
现在参考图7，描述了控制逻辑部件的示例。所示控制逻辑部件50可接收对逻辑部件的温度的指示、对电力单元的温度的指示或两者。例如，控制单元52可接收对一个或多个散热单元中的每一个的温度的指示。响应于对温度的一个或多个指示，控制单元52可提供输出54以控制可振荡隔膜，以增强散热单元的冷却或以其他方式将散热单元的温度保持在阈值温度以下。
来自控制单元52的输出54可由低频振荡器56接收。低频振荡器(lfo)56可输出信号58以与控制单元的输出相对应地驱动隔膜，从而向一个或多个散热单元提供冷却气流。来自lfo56的驱动信号58可与音频信号59组合以驱动隔膜13，从而提供声音输出。
例如，如果在音频回放期间放大器的温度或逻辑部件16的温度接近阈值温度，则控制单元输出54可使lfo56输出低频冷却信号58，其可与所期望的音频信号59组合。由lfo输出的驱动信号58可被添加到声音信号59或用该声音信号调制，并且组合信号60(例如，冷却驱动信号58和声音信号59)可驱动换能器隔膜13以所选择的方式振荡。图8示出了这种组合信号的示例。组合信号60可引起适合于增强与散热单元16、18相邻的气流30a、30b的所需隔膜振荡，而不必中断或损害所需音频信号59的回放。例如，隔膜13的振荡频率可与振幅的选择性增大或减小无关地选择性地增大或减小。
隔膜13的振荡可以与音频回放同时或独立地增强邻近一个或多个散热单元的流体移动。作为一个示例，如果逻辑部件处于活动状态并且音频设备没有播放任何音频，则控制输出58可使隔膜13通过所选择的振幅的偏移在子声频带中振荡以增强逻辑部件16和/或电力单元的冷却。在不同的情况下，控制单元52可在音频回放期间向隔膜13的移动引入附加的频率和/或振幅分量。
因此，隔膜13的子声振荡可以叠加在音频信号59上或者用该音频信号调制，以向一个或多个散热单元16、18提供组合的音频回放和相对增加的冷却。这可能特别有用，例如当预期的音频回放通过小于最大隔膜偏移的偏移驱动隔膜13时。子声振荡可基于各种波形，例如正弦波、方波等。也就是说，使用非正弦波可以产生可听谐波，因此可能比正弦冷却信号更不理想。
控制单元52可使用指示逻辑部件和/或电力单元的温度的其他测量来控制隔膜的振荡。例如，计算负载和/或来往于逻辑部件的数据传输速率可用于推断逻辑部件的温度或冷却需求。类似地，音频信号59的一个或多个测量(例如，频率、振幅和增益)可用于推断电力单元18的温度，以及推断施加到逻辑部件16的冷却速率。
例如，充分驱动隔膜13以提高潜在的对流热传递速率可增加音频设备10的热负载。因此，一些公开的控制单元52可组合在音频设备的操作期间变化的观测到的物理参数与功率耗散和/或热响应的边际变化的先前特征，以确定是否或在何种程度上改变隔膜振荡以将单元16、18的温度保持在上限阈值温度以下。
在其他情况下，将lfo输出58与声音信号59组合也可能损害所需音频信号59的回放。例如，当与最大偏移相比，所需音频信号59驱动隔膜13通过大偏移时，用音频信号59调制冷却信号58可能扭曲所需信号的回放和/或降低音频信号59的回放电平。尽管如此，在某些情况下保持逻辑部件的高性能可能比在回放期间保持高水平的声音输出更为理想，并且用冷却信号调制音频信号可提供合适的性能折衷。在一些音频设备的配置期间，用户可选择一定程度的可接受的音频损伤和一定程度的可接受的性能退化。
在一些情况下，可使用隔膜位移的量度来推断回放损伤的程度、扬声器被驱动的功率(或电力单元散热的量度)和/或增强流体流动或热阻的量度。用于检测或推断扬声器隔膜13的移动的传感器可向控制单元提供输入51。在一些实施方案中，传感器可以是次级音圈、电容式位移传感器、激光位移传感器和/或麦克风中的任何一种。在其他情况下，输入51可以是例如扬声器换能器12的低音扬声器电平的量度，如从扬声器电平输出53a和/或53b确定的。
控制单元52可从此类输入得出温度的估计值，并且可输出对应的控制信号54。在确定输出54时，控制单元52可以考虑散热单元的温度与单元散热速率的对应特性的对应关系，以及与原位热阻和对环境温度或其他参考温度的指示的对应关系。因此，对于每个关注的散热部件，冷却速率的变化和边际功率耗散的变化可表征为与子声振荡的频率和/或振幅的变化有关，单独地或与不同电平的各种音频信号的回放同时地。同样，散热单元之间的任何热耦接(无论是线性的还是非线性的)的效果可表征为与隔膜13振荡的频率和/或振幅的变化有关。
这些表征数据可以各种形式存储(例如，在查找表中、作为曲线拟合的系数)。所公开的控制单元52可将表征数据与例如推断的温度和低音扬声器电平51组合，以评估每个散热单元16、18是否或在何种程度上保留额外的热余量。基于这样的评估，控制单元可发出输出54。
一些公开的控制单元52可以发出命令信号54以指示冷却速率的进一步改进不可用。利用此类信息，音频设备10可通过一个或多个散热部件来限制功率耗散。例如，应用于每个关注的散热单元16、18的计算负载或其他负载可以保持在上限阈值负载以下，以将每个相应的散热速率保持在对应的上限阈值功率以下。在一些情况下，控制单元52可以发出信号54以使扬声器隔膜13停止振荡，例如作为故障安全机构以防止对电力单元18或其他散热单元的灾难性损坏。
所公开的控制单元52可体现在软件、固件或硬件(例如，asic)中。在每种情况下，由隔膜13振荡冷却的逻辑部件16可形成控制单元52的一部分或全部。控制单元处理器可以是专用处理器诸如专用集成电路(asic)、通用微处理器、现场可编程门阵列(fpga)、数字信号控制器或一组硬件逻辑结构(例如，滤波器、算术逻辑单元和专用状态机)，并且可在如本文所述的通用计算环境中实施。
vi.计算环境
图9示出了合适的计算环境100的一般化示例，其中可实施涉及例如将逻辑部件和/或电力单元的温度保持在阈值温度以下的所述方法、实施方案、技巧和技术。计算环境100不旨在对本文所公开的技术的使用范围或功能提出任何限制，因为每种技术可在不同的通用或专用计算环境中实施。例如，每种公开的技术可用其他计算机系统配置来实施，所述其他计算机系统配置包括可穿戴设备和/或手持设备(例如，移动通信设备，并且更具体地但非唯一地，可得自appleinc.(cupertino，ca.)的
计算环境100包括存储器120和至少一个中央处理单元110。在图9中，该最基本配置130包括在虚线内。中央处理单元110执行计算机可执行指令，并且可以是真实或虚拟处理器。在多处理系统中或在多核中央处理单元中，多个处理单元执行计算机可执行指令(例如，线程)以提高处理速度，并且因此，多个处理器可以同时运行，尽管处理单元110由单个功能块表示。处理单元可包括专用集成电路(asic)、通用微处理器、现场可编程门阵列(fpga)、数字信号控制器或布置成处理指令的一组硬件逻辑结构。
存储器120可以是易失性存储器(例如，寄存器、高速缓存、ram)、非易失性存储器(例如，rom、eeprom、闪存存储器等)或两者的一些组合。存储器120存储软件180a，当由处理器执行时，该软件可以例如实施本文描述的一种或多种技术。
计算环境可具有附加特征结构。例如，计算环境100包括存储装置140、一个或多个输入设备150、一个或多个输出设备160，以及一个或多个通信连接部170。互连机构(未示出)诸如总线、控制器或网络互连计算环境100的部件。通常，操作系统软件(未示出)为在计算环境100中执行的其他软件提供操作环境，并协调计算环境100的部件的活动。
存储装置140可以是可移动的或不可移动的，并且可包括选择形式的机器可读介质。一般来讲，机器可读介质包括磁盘、磁带或盒式磁带、非易失性固态存储器、cd-rom、cd-rw、dvd、磁带、光学数据存储设备和载波，或可用于存储信息并且可在计算环境100内访问的任何其他机器可读介质。存储装置140可存储软件180b的指令，其可实施本文所描述的技术。
存储装置140还可通过网络进行分布，以便以分布式方式存储和执行软件指令。在其他实施方案中，可通过包含硬连线逻辑部件的特定硬件部件来执行这些操作中的一些操作。另选地，可通过所编程的数据处理部件和固定硬连线电路部件的任何组合来执行那些操作。
一个或多个输入设备150可以是以下各项中的任何一者或多者：触摸输入设备，诸如键盘、小键盘、鼠标、笔、触摸屏、触摸板或轨迹球；语音输入设备，诸如麦克风换能器、语音识别软件和处理器；扫描设备；或向计算环境100提供输入的另一种设备。对于音频，一个或多个输入设备150可包括麦克风或其他换能器(例如，接受模拟或数字形式的音频输入的声卡或类似设备)，或向计算环境100提供音频样本的计算机可读介质读取器。
一个或多个输出设备160可以是显示器、打印机、扬声器换能器、dvd写入器或提供来自计算环境100的输出的另一设备中的任何一者或多者。
一个或多个通信连接部170使得能够通过通信介质(例如，连接网络)与另一台计算实体进行通信。通信连接部可包括适合于通过局域网(lan)、广域网(wan)连接或两者进行通信的发射器和接收器。可通过有线连接或无线连接来促进lan和wan连接。如果lan或wan连接是无线的，则通信连接部可包括一个或多个天线或天线阵列。通信介质以调制数据信号传送信息，诸如计算机可执行指令、压缩图形信息、处理信号信息(包括经处理的音频信号)或其他数据。用于所谓的有线连接的通信介质的示例包括光纤电缆和铜线。用于无线通信的通信介质可包括一个或多个选择频带内的电磁辐射。
机器可读介质是可在计算环境100内访问的任何可用介质。以举例而非限制的方式，在计算环境100内，机器可读介质包括存储器120、存储装置140、通信介质(未示出)，以及上述各项的任何组合。有形机器可读(或计算机可读)介质不包括暂态信号。
如上所述，一些公开的原理可以体现在其上存储有指令的有形非暂态机器可读介质(诸如微电子存储器)中。指令可以编程一个或多个数据处理部件(此处统称为“处理器”)执行上述处理操作，包括(诸如由控制单元52)估计、计算(computing/calculating)、测量、调节、感测、测量、过滤、添加、减少、反演、比较和决策。在其他实施方案中，可通过包含硬连线逻辑部件(例如，专用数字滤波器块)的特定电子硬件部件来执行(机器过程的)这些操作中的一些。另选地，可通过所编程的数据处理部件和固定硬连线电路部件的任何组合来执行那些操作。
为了简明起见，在整个本公开中，计算环境部件、处理器、互连部、特征结构、设备和介质在本文中通常被单独地称为“逻辑部件”。
所公开的计算环境可体现在所公开的音频设备中，并且适合于执行所公开的技术和方法以便于冷却音频设备及其取代零件、部件和特征结构。
vii.其他实施方案
上述示例通常涉及在音频设备的操作期间将温度保持在可接受的阈值以下的装置、方法和相关系统。更具体地但非唯一地，所公开的原理涉及用于冷却音频设备中的一个或多个温度敏感区域的系统、方法和部件。尽管如此，除了上文详细描述的实施方案之外的实施方案是基于本文所公开的原理以及本文描述的相应装置的配置中任何伴随的变化来设想的。
方向和其他相关参考(例如，向上、向下、顶部、底部、左、右、向后、向前等)可用于帮助讨论本文的附图和原理，但并非旨在进行限制。例如，可使用诸如“向上”、“向下”、“上部”、“下部”、“水平”、“垂直”、“左”、“右”等某些术语。这些术语在适用的情况下被用于在处理相对关系时提供一些明确描述，特别是相对于所示实施方案。然而，这样的术语并非旨在暗示绝对的关系、位置和/或取向。例如，相对于物体，“上”表面可以简单地通过翻转物体而变成“下”表面。尽管如此，但它仍是相同表面，而且物体保持不变。如本文所用，“和/或”意指“和”或“或”，以及“和”和“或”。此外，出于所有目的，本文引用的所有专利和非专利文献都据此全文以引用方式并入。
此外，本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离所公开的原理的情况下，本文所公开的示例性实施方案可适于各种配置和/或用途。应用本文所公开的原理，可以提供用于管理音频设备的温度的各种各样的系统。例如，上文结合任何特定示例描述的原理可以与结合本文所述的另一示例描述的原理相结合。相应地，该详细描述不应被理解为限制性意义，并且在审查本公开之后，本领域的普通技术人员将认识到可使用本文所述的各种概念设计的各种各样的热管理技术。
对所公开实施方案的先前描述被提供以使得本领域的技术人员能够制备或使用所公开的原理。对于本领域的技术人员而言，对这些实施方案的各种修改将是显而易见的，并且可以将本文所定义的一般原理应用于其他实施方案，而不脱离本公开的实质或范围。因此，要求保护的本发明并非旨在受限于本文所示的实施方案，而是旨在使得全部范围与语言权利要求书一致，其中对单数形式的元素的引用(例如，通过使用冠词“a”或“an”)并非旨在意味着“一个和仅一个”，而是指“一个或多个”，除非被具体指出。本领域的普通技术人员已知或稍后悉知的贯穿本公开描述的各种实施方案的特征和方法措施的所有结构和功能等同物旨在被本文所述并要求权利保护的特征所涵盖。此外，本文所公开的任何内容并非旨在提供给公众，而与该公开是否明确地被陈述在权利要求中无关。除非使用短语“用于...的装置”或“用于...的步骤”明确叙述特征，否则权利要求特征不应根据35usc112(f)进行理解。
因此，鉴于可应用所公开的原理的许多可能的实施方案，我们保留权利要求如本领域普通技术人员所理解的本文所述的特征和技术的任意和所有组合包括例如在以下权利要求的范围和实质内的所有那些。