用于检查声换能器的方法与系统的制作方法

用于检查声换能器的方法与系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于检查声换能器和音频系统的方法与系统，其中，不可听测试信号被添加到电子设备的正常音频信号之上。包括所述测试信号和所述正常音频信号的信号混合被推导并被转换为数字信号，所述数字信号由一种类型的傅立叶变换，例如戈泽尔算法处理，以推导所述数字信号在测试信号频率处的幅值。所推导的幅值被用于获得有关所述声换能器的功能性以及其与所述电子设备的电连接，以及公共音频路径的知识。
【专利说明】用于检查声换能器的方法与系统

【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于检查音频输出系统，尤其是声换能器，例如电子设备的扬声 器的可操作性的方法与系统。

【背景技术】
[0002] 对诸如扬声器的声换能器在正常运行期间的长期测试面临若干问题。尤其在具有 报警功能的医学设备（例如，便携式或固定式患者监视器）中，在测试所包含的扬声器的功 能性的同时，这种医学设备的音频输出必须不受影响或甚至停止。合乎期望的是，音频信号 (例如警报音调）不因测试而延迟或被破坏。必须防止因正常音频输出造成的扬声器检查 的错误测试结果。而且，由于医学设备的运行区，患者可听的任意干扰噪声都是不可接受并 应被防止的。
[0003] 已提出了集成电路（LM48100Q，http://www. ti. com/product/lm48100q)，其提供 功率放大器与对应的测试电路的组合。该集成电路适于感测负载状态，以及检测开路状态。 然而，测试仅当扬声器处不存在（例如来自医学设备的）其他音频信号时是可能的。其甚 至在测试的同时停止当前音频输出并产生可听噪声。


【发明内容】

[0004] 本发明的目的是提供一种用于检查扬声器或其他类型的声换能器及其对应的音 频输出系统的可操作性的方法与系统，借助于所述方法与系统，能够保证音频信号不因测 试而延迟或被破坏，并且不生成干扰噪声。
[0005] 该目的通过权利要求1中要求保护的系统、通过权利要求12中要求保护的方法以 及通过权利要求15中要求保护的计算机程序产品而得以实现。
[0006] 因此，所提出的检查系统与方法适于将不可听测试信号添加在正常音频信号之 上，使得包括所述测试信号和所述正常音频信号的信号混合能够被推导并被滤波，并被用 于频率分析处理，以获得所述信号在测试信号频率处的幅值。该幅值能够被用于获得有关 所述声换能器的功能性以及其与主机设备的电连接以及音频输出系统的知识，所述音频输 出系统例如包括I2S接口、数字音频路径、数模转换器（DAC)、放大器等。由此，所述正常音 频信号不被影响，并且环境也不被不可听测试信号干扰。
[0007] 根据第一方面，所述测量电路可以适于测量所述声换能器的信号路径中的交流 电。这允许例如通过分流电阻器，容易地测量所述声换能器的电路中的所述测试信号。或 者，声输出可以由其他器件例如利用麦克风或光学传感器来测量，或通过测量音频放大器 的供应电流而间接地测量。
[0008] 根据能够与以上第一方面组合的第二方面，所述频率分析器可以适于通过应用一 种类型的傅立叶分析来推导所述数字信号在所述测试信号频率处的幅值。所述傅立叶分析 允许提取所测量的信号混合中包括的频率的幅值，使得可以容易地推导在测试信号频率处 的幅值，只要所述测试信号频率不落在所述正常音频信号的频率范围内。在更具体的范例 中，所述频率分析器可以适于通过应用戈泽尔算法来推导在所述测试信号频率处的幅值。 尽管一般的傅立叶变换算法在待分析信号的带宽上均匀地计算，但戈泽尔算法适于着眼于 特定的预定频率，而忽略所有其他频率。由此，能够解放相当大量的软件或处理资源。
[0009] 根据能够与以上第一或第二方面组合的第三方面，所述测试信号生成器可以适于 在所述声换能器的运行期间连续地添加所述测试信号。所述测试信号的连续或持续添加提 供以下优点：同时检测所述声换能器或所述音频路径的其他部分的故障，以及预防所述测 试信号的可能可听的切换。
[0010] 根据能够与以上第一至第三方面组合的第四方面，所述测量电路可以包括用于对 所述信号混合进行滤波的模拟滤波器。这样的过滤提供以下优点：能够在被转换并在数字 域中处理之前，放大具有小信号幅度的测试信号，并且抑制混叠频率和音频信号。
[0011] 根据能够与以上第一至第四方面组合的第五方面，所述频率分析器可以适于对所 述数字信号应用高通和窗口函数。这改进了所述频率分析的性能。
[0012] 根据能够与以上第一至第五方面组合的第六方面，所述评价器可以适于根据所述 幅值来推导所述声换能器的阻抗。在具体范例中，所述评价器可以适于将所推导的阻抗与 最小值和最大值进行比较，以决定所述声换能器是断路、短路还是正常运行，或者所述音频 系统（例如DAC、放大器）是否有故障。由此，能够简单地根据所述声换能器的阻抗，推导关 于所述声换能器和所述音频电路的功能性的决策，例如，以决定所述换能器是断路、短路还 是正常运行。
[0013] 所提出的检查方案可以至少部分地被实施为计算机程序产品，所述计算机程序产 品储存在计算机可读介质上或从网络下载，其包括代码模块，所述代码模块用于当在计算 设备上运行时，至少产生权利要求12所述的推导和决定步骤。
[0014] 下文限定另外的有利实施例。

【专利附图】

【附图说明】
[0015] 本发明的这些以及其他方面将从后文描述的实施例变得显而易见，并将参考后文 描述的实施例得以阐明。
[0016] 现在将基于参考附图的实施例，以举例的方式，描述本发明。
[0017] 附图中：
[0018] 图1示出根据第一实施例的检查流程的流程图；
[0019] 图2示出根据第二实施例的检查设备或系统的示意性框图；以及
[0020] 图3示出根据第三实施例的检查系统的示范性实施方式的总览。

【具体实施方式】
[0021] 现在将基于音频输出系统的检查或测试系统，尤其是医学设备的扬声器，描述本 发明的各个实施例。在实施例中，以这样的方式实施扬声器检查，即使得在医学设备的正常 运行期间，持续观察扬声器与医学设备的连接，以及扬声器功能性和音频系统的其他部分 (例如DAC、I2S接口）。所述医学设备的音频输出受可忽略的影响。
[0022] 图1示出根据第一实施例的扬声器测试或音频系统检查流程的流程图。在步骤 S110中，将可听持续测试信号添加到所述医学设备的正常音频信号之上。然后在步骤S120 中，通过推导和滤波包括所述测试信号和所述正常音频信号的信号混合来测量扬声器路径 中的交流电（AC)。然后，在步骤S130中，将所测量的模拟信号转换为数字信号。在随后的 步骤S140中，通过使用戈泽尔算法，推导所述数字信号在测试信号频率处的幅值。通过该 算法忽略所有其他信号部分。所获得的幅值然后被用于步骤S150中，以决定扬声器功能性 以及其与所述医学设备的电连接以及所述音频输出系统的其他部分的功能性。为了实现这 一点，基于所获得的幅值计算阻抗，并将所述阻抗与最小电阻值和最大电阻值（例如10Ω 和150 Ω)进行比较，以决定所述扬声器和所述音频系统的功能性。如果在步骤S150中确 定所述阻抗小于上述最小值，则流程分支到步骤S162,并且指示所述扬声器可能短路的错 误消息或警告。否则，如果在步骤S150中确定所述阻抗的值在上述最小值与上述最大值之 间的范围内，则流程分支到步骤S164,在这里发出所述扬声器及所述音频输出系统的其他 部分正常运行的信号。最后，如果在步骤S150中确定所述阻抗的值大于上述最大值，则流 程分支到步骤S166,在这里发出所述扬声器可能与所述系统断开，或者例如所述放大器有 故障的警告或指示。
[0023] 因此，所述测试信号的所述幅值（即，所提取的数字信号在测试信号频率处的幅 值）被用于获得有关所述扬声器的功能性及其与所述医学设备的电连接以及所述音频输 出系统的其他部分的功能性的知识。戈泽尔算法为离散傅立叶变换（DFT)的变型。通过使 用戈泽尔算法代替DFT或甚至快速傅立叶变换（FFT)，能够节省或出于其他目的而解放相 当大量的处理资源。当然，在步骤S140中，可以通过DFT、FFT或其他频率分析算法或机制， 执行对在测试信号频率处的幅值的确定。
[0024] 所述扬声器检查或测试系统能够在正常运行期间，测量所述扬声器或扩音器的阻 抗，以证实所述扬声器被连接且正在运行，以及证实音频输出系统的功能性。这允许检测以 下情况：没有附接扩音器（例如阻抗> 125 Ω)，或者扩音器输入端被短路在一起（例如阻 抗< 10 Ω)。当然，能够使用其他最小和最大阻抗值用于所述决策，或者能够基于所确定的 幅值发出其他情形的信号。
[0025] 图2示出根据第二实施例的扬声器测试或音频检查系统或设备的示意性框图。
[0026] 在正常运行期间，可以由中央处理单元（CPU)实施的测试信号生成器（TS) 10总是 输出测试信号（例如在50mVP的4Hz或25kHz正弦信号）。由于所述测试信号的频率在不可 听范围中，因此其对人类是不可听的。此外，所述测试信号的生成是利用所述检查系统或监 视器开启的，并且将在关闭所述检查系统或监视器时被关闭。由此，能够防止由所述测试信 号的切换造成的任意干扰，并且持续测试是可能的。所述正常音频信号是从音频源（AS) 20 生成的，音频源20可以是使用公共音频路径（AP)25和扬声器（SP)40作为音频输出端的所 述医学设备的部分。如果音频信号是由音频源20生成的，则所述测试信号将被添加到该音 频信号。所述测试信号具有小的幅度，从而能够保持对常规音频操作的影响小。
[0027] 此外，提供测量电路（MC)30用于测量扬声器路径电路中的测试信号。由此，能够 测试音频源20与扬声器40之间的公共音频路径25,例如数模转换器、功率放大器等。
[0028] 使包括所述测试信号以及可能的（如由测量电路30测量的）音频信号的信号混 合通过模拟滤波器（F) 50。由此，混叠频率和实际音频信号能够尽可能多地被抑制，并且能 够在测试信号在模数转换器（A/D)60处被数字化并由频率分析器（FA)70处理以获得在测 试信号频率处的信号幅值之前，放大所述测试信号，所述测试信号被供应到适于决定扬声 器40和公共音频路径25的功能性的决策电路或函数（D) 80。至少频率分析器70和决策函 数880可以由微处理器实施为，例如软件例程。频率分析器70以高通和窗口函数对来自模 数转换器60的数字数据进行滤波，并执行戈泽尔算法。戈泽尔算法适于确定在所述测试信 号频率处而忽略所有其他频率的幅值。基于所获得的幅值，能够推导扬声器40的信号功率 以及因此推导阻抗。如果决策函数80决定阻抗在可允许范围以外，则能够（例如由所述微 处理器）启动另外的动作，以指示所述音频系统的故障。
[0029] 可以通过使用差分放大器实施测量电路30,所述差分放大器适于测量跨其输入 端子连接的分流电阻器（例如1Ω电阻）上的电压。低通滤波器50可以被实施为所谓的 Sullen-Key机构。由此，能够抑制混叠频率和实际音频信号，并且能够放大所述测试信号。
[0030] 测试电路30的分流电阻器能够被置于扬声器40的路径中。
[0031] 图3示出基于固件（FW)、硬件（HW)和软件（SW)的组合所提出的扬声器和音频输 出测试系统的实施方式的范例，其中，固件指代硬件设备中的固定或半固定数据。这可以包 括在处理器实施方式中针对微代码及其他数据的只读存储器（ROM)和/或可编程逻辑阵 列（PLA)结构，以及储存在ROM中或闪速存储器中的在所述处理器上运行的低级机器代码。 其也可以包括在专用集成电路（ASIC)或者可编程逻辑设备中的微代码及其他数据，所述 可编程逻辑设备可以具有或被储存为内部熔断器、或被储存在ROM中，或被储存在闪速存 储器中的配置数据。如能够从图3获悉，图1中涉及测试信号的生成以及测试信号到音频 信号的添加的步骤S110,可以被执行为软件例程。对步骤S150、S162、S164和S166同样， 所述步骤涉及对从戈泽尔算法获得的幅值的解读以及另外的动作的启动或不启动动作，其 中，能够在连续的解读与启动之间设定测量间隔（例如5s)。涉及对音频信号和测试信号 的测量的步骤S120,以及涉及对测试信号的滤波和放大的额外步骤S122,可以被实施为硬 件电路（例如差分放大器）。最终，涉及数字域及戈泽尔算法的处理的整个过程可以被实 施为固件。更具体地，这涉及步骤S130(模数转换）和部分步骤S140-l(高通滤波）、步骤 S140-2(利用数字滤波器的窗口滤波）及步骤S140-3(戈泽尔算法的应用）。
[0032] 总结，已描述了用于检查音频系统，尤其是声换能器的方法与系统，其中，不可听 测试信号被添加在电子设备的正常音频信号之上。推导包括所述测试信号和所述正常音频 信号的信号混合，并将其转换为数字信号，通过一种类型的傅立叶变换（例如戈泽尔算法） 处理数字信号，以推导所述数字信号在测试信号频率处的幅值。所推导的幅值被用于获得 有关声换能器的功能性及其与电子设备的电连接的知识，以及有关常用音频输出路径的功 能性的知识。
[0033] 尽管已在附图和前文的描述中说明并详细描述了本发明，但这样的说明和描述应 被认为是说明性或示范性的而非限制性的。本发明不限于音频输出系统检查，尤其是针对 医学设备的扬声器检查实施例。所提出的测试或检查方案能够被用于任意声换能器。代替 测量分流电阻器处的AC电流，能够通过其他器件（例如麦克风）测量声输出，或者光传感 器能够被用于得到扬声器及声系统功能性的相同知识。而且，以上实施例集中在戈泽尔算 法。然而，能够利用可以基于DFT、FFT或其他频率分析方案的任意数字频率分析器来构建 类似的系统。
[0034] 通过阅读本公开，其他修改对本领域技术人员将是显而易见的。这样的修改可以 涉及现有技术中已知的并且可以代替或额外地被用于本文中已描述特征的其他特征。
[0035] 本领域技术人员通过研究附图、说明书以及权利要求书，能够理解并实现对所公 开实施例的变型。在权利要求书中，词语"包括"不排除其他元件或步骤，并且量词"一"或 "一个"不排除多个元件或步骤。互不相同的从属权利要求中记载了特定措施并不指示不能 有利地使用这些措施的组合。
[0036] 权利要求书中的任何附图标记不得被解释为对其范围的限制。
【权利要求】
1. 一种用于检查声换能器（40)的可操作性的系统，所述系统包括： a) 测试信号生成器（10)，其用于生成不可听测试信号并用于将所述测试信号添加到 所述声换能器（40)以及其公共音频路径（25)的音频信号（20); b) 测量电路（30、50)，其用于根据所述声换能器（40)的信号来推导并滤波包括所述测 试信号和所述音频信号的信号混合； c) 转换器￠0)，其用于将所述信号混合转换成数字信号； d) 频率分析器（70)，其用于推导所述数字信号在所述测试信号的频率处的幅值；以及 e) 评价器（80)，其用于基于所推导的幅值来决定所述声换能器（40)的功能性。
2. 根据权利要求1所述的系统，其中，所述测量电路（30)适于测量在所述声换能器 (40)的信号路径中的交流电。
3. 根据权利要求1所述的系统，其中，所述频率分析器（70)适于通过应用一种类型的 傅立叶分析来推导所述幅值。
4. 根据权利要求3所述的系统，其中，所述频率分析器（70)适于通过应用戈泽尔算法 来推导所述幅值。
5. 根据权利要求1所述的系统，其中，所述测试信号生成器（10)适于在所述声换能器 (40)的运行期间，连续地将所述测试信号添加到所述音频信号。
6. 根据权利要求1所述的系统，其中，所述测量电路（30、50)包括用于对所述信号混合 进行滤波的模拟滤波器（50)。
7. 根据权利要求1所述的系统，其中，所述频率分析器（70)适于对所述数字信号应用 高通和窗口函数。
8. 根据权利要求1所述的系统，其中，所述评价器（80)适于根据所述幅值来推导所述 声换能器的阻抗。
9. 根据权利要求8所述的系统，其中，所述评价器（80)适于将所推导的直流电阻与最 小值和最大值进行比较，以决定所述声换能器是断路、短路还是正常运行。
10. 根据权利要求1所述的系统，其中，所述声换能器（40)为医学设备的扬声器。
11. 根据权利要求1所述的系统，其中，所述测量电路（30、50)包括被置于所述声换能 器（40)的电路路径中的分流电阻器。
12. -种检查声换能器（40)的可操作性以及属于公共音频输出系统的部件的功能性 的方法，所述方法包括： a) 将测试信号添加（S110)到所述声换能器（40)的音频信号； b) 测量（S120)在包括所述声换能器（40)的路径中的交流电信号； c) 将所测量的信号转换（S130)成数字信号； d) 推导（S140)所述数字信号在所述测试信号的频率处的幅值；以及 e) 基于所推导的量来决定所述声换能器（40)的功能性。
13. 根据权利要求12所述的方法，其中，所述交流电信号为所述声换能器（40)的输入 电流。
14. 根据权利要求12所述的方法，还包括根据所述幅值来计算所述声换能器的阻抗， 以及通过将所述直流电阻与预定范围进行比较来决定所述功能性。
15. -种包括代码模块的计算机程序产品，所述代码模块用于当在计算设备上运行时， 至少执行如权利要求12所述的推导和决定的步骤。
【文档编号】H04R29/00GK104221400SQ201380019295
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2013年4月2日 优先权日:2012年4月10日
【发明者】Y·盖泽, K·鲍尔 申请人:皇家飞利浦有限公司