扬声器位移保护装置、方法及电子设备与流程

1.本技术涉及信号处理技术领域，具体涉及一种扬声器位移保护装置、方法及电子设备。


背景技术：

2.扬声器广泛应用于各类音频设备中，通过驱动电路提供驱动电压。扬声器的振膜在运动时产生的位移与驱动电压相关，为了保证扬声器的振膜不会超过最大位移，避免扬声器损坏，需要进行位移保护。
3.现有技术中使用的多频段位移保护技术各个频段信号之间的是有相位差的，如两个相位相差90度，峰值为0.1v(伏特)的100hz(赫兹)信号叠加，得到的求和信号并非为峰值为0.2v的100hz信号。现有技术在各个频段的预测位移生成各自频段的增益时，并未考虑各个频段信号之间相位差的影响，因此会导致生成的增益对分频段信号存在过分压制或者压制不够的情况出现，导致扬声器位移保护准确性低，影响扬声器最终的响度。


技术实现要素：

4.鉴于此，本技术提供一种扬声器位移保护装置、方法及电子设备，以解决现有的扬声器位移保护准确度偏低、影响扬声器声响度的问题。
5.本技术提供的一种扬声器位移保护装置，包括：分频模块，包括至少一第一分频单元，用于将输入的音频信号进行分频，输出若干相位一致的频段信号；位移模块，连接于所述分频模块的输出端，用于根据所述频段信号输出对应的位移数据；输出模块，连接于所述分频模块和所述位移模块的输出端，用于根据所述位移数据对对应的所述频段信号进行增益控制，并将增益控制后的频段信号进行叠加后输出至扬声器的驱动端。
6.本方案通过分频模块将输入的音频信号进行分频，输出若干相位一致的频段信号，由于每个频段信号之间没有相位差，在各频段信号进行叠加时消除了由于相位差异带来的影响，提高了扬声器位移保护的准确性，避免了扬声器振膜位移超过最大位移阈值时带来的损坏。
7.较佳地，所述输出模块包括：位移增益控制单元，连接于所述位移模块的输出端，用于根据每一数据点的所述位移数据的和与预设阈值的比较结果输出各所述频段信号对应的位移增益；输出单元，连接于所述位移增益控制单元和所述分频模块的输出端，用于将所述频段信号按照对应的所述位移增益进行增益控制，并将增益控制后的频段信号进行叠加后输出至扬声器的驱动端。
8.位移模块会根据各频段信号实时输出位移数据，由于频段数据是一段时间内的多个数据点信号，所以对应的位移数据也是多个数据点，又由于位移模块输出的各频段信号对应的位移数据之间也是有相位差的，所以直接取各个位移数据的峰值叠加计算各频段信号的位移增益会带来误差。为了避免由于各位移数据有相位差，导致位移增益计算结果出现误差的情况，本方案通过位移增益控制单元，根据每一数据点的所述位移数据的和与预
设阈值的比较结果输出各所述频段信号对应的位移增益，对多频段信号中每个位移数据进行对应的位移增益调整，以保证所有频段信号叠加后的驱动信号位移增益在预设范围内，消除了由于各位移数据有相位差，导致位移增益计算结果出现误差的情况，实现了精细化的位移控制，避免了对扬声器的性能的压制，不影响扬声器最终声音信号的响度。
9.较佳地，所述分频模块还包括：第二分频单元，用于对输入的所述音频信号按预分频阈值进行预分频，输出相位一致的第一预分频信号和第二预分频信号；所述第一分频单元，连接于所述第二分频单元的第一输出端，用于将所述第一预分频信号进行二次分频，输出若干相位一致的频段信号；所述输出模块，还用于将增益控制后的频段信号和所述第二预分频信号进行叠加后输出至扬声器的驱动端。
10.本方案通过第二分频单元对输入的所述音频信号按预分频阈值进行预分频，分离出对位移影响较大第一预分频信号，并对第一分频信号进行再分频，消除各频道信号之间的相位差，提高了位移保护准确性的同时，提高了信号处理的效率。
11.较佳地，扬声器位移保护装置还包括：电压增益控制模块，连接于所述分频模块的输出端，用于根据所述频段信号输出对应的电压增益；所述输出模块，还包括比较单元，所述比较单元连接于所述电压增益控制模块和所述位移增益控制单元的输出端，用于将所述位移增益和所述电压增益进行比较，输出比较增益，所述输出单元还用于对对应的频段信号按所述比较增益进行增益控制。
12.本方案通过电压增益控制模块对各频段信号按对应的电压增益进行增益控制，并将所述位移增益和所述电压增益进行比较以对对应的频段信号进行增益控制，在实现位移保护的同时，可以实现扬声器的电压保护。
13.较佳地，所述的扬声器位移保护装置，还包括：相位调整模块，连接于所述第二分频单元的第二输出端，用于根据所述第二预分频信号输出相位调整信号，所述相位调整信号的相位与所述频段信号的相位相匹配；
14.所述输出模块，连接于所述相位调整模块的输出端，还用于将增益控制后的频段信号和所述相位调整信号进行叠加后输出驱动电压。
15.本方案通过相位调整模块将第二预分频信号的相位与所述第一分频单元输出的频段信号的相位进行匹配，消除了第二预分频信号与第一分频单元输出的所述频段信号之间的相位差异，提高了位移保护准确性。
16.较佳地，所述输出单元包括:若干乘法子单元，用于将每个所述频段信号和对应的增益进行相乘，输出增益放大后的频段信号；加法子单元，用于将所有所述增益放大后的频段信号进行相加，输出所述驱动电压。
17.本方案电路结构简单，容易实现。
18.较佳地，所述位移增益控制单元，还用于根据所有每一数据点的所述位移数据的和与预设阈值的比较结果输出对应的位移增益。
19.本方案通过将所有所述位移数据的和与预设阈值的比较而输出位移增益，相比于现有技术中使用位移数据的峰值进行比较的方法，避免了峰值比较带来的不精准，对绝对值大的位移频段优先处理，释放出各个频段的能量信号，提高了喇叭的性能。
20.较佳地，所述的扬声器位移保护装置，还包括：降采样模块，连接于所述分频模块和所述位移模块之间，用于降低电路的采样频率。
21.本方案通过降采样模块降低了电路的采样频率，降低了计算量。
22.较佳地，所述的扬声器位移保护装置，还包括：若干缓冲模块，连接于所述分频模块的输出端，所述缓冲模块具有预设的信号延迟时间，用于将所述频段信号进行时间延迟，所述信号延迟时间为所述位移增益变化到预定增益值的时间；所述输出模块还用于对对应的延时后的频段信号按所述位移增益进行增益控制。
23.本方案通过缓冲模块可使得位移增益变化到预定增益值后再对频段信号进行增益调整，防止扬声器出现爆破音。
24.一种扬声器位移保护方法，包括以下步骤：将输入的音频信号进行分频，输出若干相位一致的频段信号；根据所述频段信号输出对应的位移数据；根据所述位移数据对对应的所述频段信号进行增益控制，并将增益控制后的频段信号进行叠加后输出至扬声器的驱动端。
25.较佳地，所述根据所述位移数据对对应的所述频段信号进行增益控制，并将增益控制后的频段信号进行叠加后输出至扬声器的驱动端的步骤具体包括：根据每个每一数据点的所述位移数据的和与预设阈值的比较结果输出各所述频段信号对应的位移增益；将所述频段信号按照对应的所述位移增益进行增益控制，并将增益控制后的频段信号进行叠加后输出至扬声器的驱动端。
26.较佳地，在所述将输入的音频信号进行分频，输出若干相位一致的频段信号的步骤之前，所述扬声器位移保护方法还包括以下步骤：对输入的所述音频信号按预分频阈值进行预分频，输出相位一致的第一预分频信号和第二预分频信号；所述将输入的音频信号进行分频，输出若干相位一致的频段信号的步骤具体包括：将所述第一预分频信号进行二次分频，输出若干相位一致的频段信号；所述将增益控制后的频段信号进行叠加后输出至扬声器的驱动端的步骤具体包括：将增益控制后的频段信号和所述第二预分频信号进行叠加后输出至扬声器的驱动端。
27.较佳地，在将增益控制后的频段信号进行叠加后输出至扬声器的驱动端的步骤之前，所述扬声器位移保护方法还包括以下步骤：根据所述频段信号输出对应的电压增益；所述将所述频段信号按照对应的所述位移增益进行增益控制的步骤具体包括：将所述位移增益和所述电压增益进行比较，输出比较增益；对对应的频段信号按所述比较增益进行增益控制。
28.较佳地，还包括以下步骤：将所述第二预分频信号的相位与所述第一分频单元输出的频段信号的相位进行匹配；所述将增益控制后的频段信号和所述第二预分频信号进行叠加后输出至扬声器的驱动端的步骤具体包括：将增益控制后的频段信号和相位匹配后的第二预分频信号进行叠加后输出驱动电压。
29.较佳地，所述根据每个每一数据点的所述位移数据的和与预设阈值的比较结果输出各所述频段信号对应的位移增益的步骤具体包括：根据所有每一数据点的所述位移数据的和与预设阈值的比较结果输出对应的位移增益。
30.较佳地，所述根据所有每一数据点的所述位移数据的和与预设阈值的比较结果输出对应的位移增益的步骤具体包括：在所有所述位移数据的和在第一预设阈值和第二预设阈值之间时，输出所有的位移增益为固定数值；在所有所述位移数据的和大于所述第一预设阈值时，调整数值为正值的所有所述位移数据的数值，以使得调整后的所有所述位移数
据的和小于所述第一预设阈值；
31.或，在所有所述位移数据的和小于所述第二预设阈值时，调整数值为负值的所有所述位移数据的数值，以使得调整后的所有所述位移数据的和大于所述第二预设阈值；输出与所述位移数据对应的位移增益。
32.较佳地，在所述根据所述位移数据对对应的所述频段信号进行增益控制的步骤之前，所述扬声器位移保护方法还包括以下步骤：将所述频段信号进行时间延迟，延迟的时间为所述位移增益变化到预定增益值的时间；所述对对应的频段信号按所述位移增益进行增益控制的步骤具体包括：对对应的延时后的频段信号按所述位移增益进行增益控制。
33.一种电子设备，包括上述中任意一项所述的扬声器位移保护装置。
34.本发明的扬声器位移保护装置，通过分频模块将输入的音频信号进行分频，输出若干相位一致的频段信号，由于每个频段信号之间没有相位差，在各频段信号进行叠加时消除了由于相位差异带来的影响，提高了扬声器位移保护的准确性，避免了扬声器振膜位移超过最大位移阈值时带来的损坏。
35.进一步的，通过第二分频单元对输入的所述音频信号按预分频阈值进行预分频，分离出对位移影响较大第一预分频信号，并对第一分频信号进行再分频，消除各频道信号之间的相位差，提高了位移保护准确性的同时，提高了信号处理的效率。
36.进一步的，通过电压增益控制模块对各频段信号按对应的电压增益进行增益控制，并将所述位移增益和所述电压增益进行比较以对对应的频段信号进行增益控制，在实现位移保护的同时，可以实现扬声器的电压保护。
37.进一步的，通过降采样模块降低了电路的采样频率，降低了电路的功耗。
附图说明
38.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
39.图1是本技术一实施例的扬声器位移保护装置的结构示意图；
40.图2是本技术一实施例的扬声器位移保护装置的电路结构示意图；
41.图3是本技术一实施例的低通滤波器/高通滤波器的结构示意图；
42.图4是图3中2阶巴特沃斯滤波器的幅频响应图；
43.图5是图3中2阶巴特沃斯滤波器的波德图；
44.图6是本技术一实施例的输入所有位移数据的求和结果大于预设阈值正值时位移增益控制单元处理逻辑图；
45.图7是本技术一实施例的输入所有位移数据的求和结果小于预设阈值负值时位移增益控制单元处理逻辑图；
46.图8是本技术一实施例的扬声器位移保护装置的电路图；
47.图9是本技术一实施例的扬声器位移保护方法的流程示意图。
具体实施方式
48.下面结合附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本技术一部分实施例，而非全部实施例。基于本技术中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。在不冲突的情况下，下述各个实施例及其技术特征可以相互组合。
49.参见图1，本实施例的扬声器位移保护装置包括分频模块1、位移模块2以及输出模块3。
50.所述分频模块1包括至少一第一分频单元，用于将输入的音频信号进行分频，输出若干相位一致的频段信号。优选的，分频模块1包括一个第一分频单元，第一分频单元优选为高通或低通滤波器，比如有源滤波器、无源滤波器等。分频出来的各频段信号之间频率范围不同，比如分出来两个频段信号，频段信号band1和频段信号band2。输入的音频信号范围是0-4khz，频段信号band1的频率范围为0-2khz，频段信号band2的频率范围为2khz-4khz。各频段信号相位一致，指的是各频段信号之间没有相位差。由于所有的频段信号的相位都是以360度为周期的，如果两个频段信号的相位差固定是360度，则这两个频段信号的相位差就是0度，即没有相位差。比如，频段信号band1和频段信号band2的相位差固定是360度，则频段信号band1和频段信号band2之间没有相位差。此时频段信号band1和频段信号band2信号叠加时，叠加后的信号不会出现抵消等情况。所以，通过分频模块1输出若干相位一致的频段信号，所有频段信号之间由于没有相位差，所有频段信号叠加时，叠加后的信号不会出现抵消等情况，提高了数据的准确性。
51.位移模块2，连接于分频模块1的输出端，用于根据频段信号输出对应的位移数据。具体的，位移模块2是一种位移模型，该位移模型优选为扬声器的位移模型，由于扬声器的振膜会根据输入的频段信号发生位移，所以可以根据频段信号与扬声器的振膜的位移数据之间的关系建立对应的函数关系，生成位移模型。该位移模块可以根据输入的各频段信号输出对应的扬声器的位移数据。
52.输出模块3，连接于分频模块1和位移模块2的输出端，用于根据位移数据对对应的频段信号进行增益控制，并将增益控制后的频段信号进行叠加后输出至扬声器的驱动端。具体的，输出模块3将每一频段数据对应的位移数据与位移阈值进行比较，并根据比较结果对频段信号进行增益控制，比如，在位移数据大于位移阈值时，将频段信号的增益降低。对每一路的频段信号进行增益调整后，再将所有的频段信号进行叠加，输出扬声器的驱动电压。输出模块3优选为在每个频段信号通路上设置有增益控制单元，该增益控制单元优选为放大器，该增益控制单元将位移模块2输出的位移数据与位移阈值进行比较，若位移数据大于位移阈值，放大器输出位移增益值小于1，该位移增益值与对应的频段信号相乘，以降低频段信号的电压幅值。若位移数据小于位移阈值，则放大器输出位移增益值为1，即不对频段信号进行增益调整。
53.本实施例的扬声器位移保护装置通过分频模块将输入的音频信号进行分频，输出若干相位一致的频段信号，由于每个频段信号之间没有相位差，在各频段信号进行叠加时消除了由于相位差异带来的影响，提高了扬声器位移保护的准确性，避免了扬声器振膜位移超过最大位移阈值时带来的损坏。
54.由于上述实施例的扬声器保护装置是对输入的所有音频进行分频，并将所有分频
信号输入到位移模块进行处理，因为数据通路多，整个系统单位时间内处理的数据较多，导致计算量较大。为了解决计算量较大的问题，申请人基于上述实施例，进一步提出了新的方案，具体如下所述：
55.请参见图2，本发明另一实施例的扬声器位移保护装置的电路结构示意图。
56.如图2所示，本实施例的扬声器位移保护装置中分频模块1包括：第一分频单元11和第二分频单元12。
57.第一分频单元11，连接于第二分频单元12的第一输出端，用于将第一预分频信号y1进行二次分频，输出若干相位一致的频段信号。第二分频单元12对输入的音频信号din按预分频阈值进行预分频，输出相位一致的第一预分频信号y1和第二预分频信号y2。具体的，预分频阈值取4khz，第一预分频信号y1为小于等于4khz的信号，第二预分频信号y2为大于4khz的信号。本实施例中预分频阈值取4khz的原因是：对于一般的手机端应用的扬声器，其位移的产生信号主要是2khz以内的信号，大于2khz的信号几乎不产生位移，所以取4khz以下的频段数据可以包括产生位移的主要数据，即可以实现扬声器的位移控制。对于4khz以上的频段数据不做位移控制处理，可以降低了待处理的数据量，提高信号处理的效率。在其他的应用场景中，可根据实际情况将预分频阈值修改为其他值，比如3khz、5khz。
58.其中，第二分频单元12优选为一组高通滤波器/低通滤波器构成的分频器，其核心要求是分出来的两个频段信号间没有相位差，并且叠加回来的幅度和原信号幅度相等，不会被分频器所调整，以进一步保护了扬声器的声音质量。第二分频单元12优选为巴特沃斯滤波器。
59.如图3所示，第二分频单元12中lpf/hpf(低通滤波器/高通滤波器)分别用两个2阶巴特沃斯滤波器实现，lpf/hpf对应两个2阶低通巴特沃斯滤波器/2阶高通巴特沃斯滤波器。该2阶巴特沃斯滤波器的幅频响应图如图4所示，图4中横坐标为频率，纵坐标为增益，点状线为相同fc(截至频率)的两个2阶高通/低通巴特沃斯滤波器级联的幅频响应，从图中可以看出，在fc处信号衰减了6db(分贝)。图中实线是叠加后的曲线，可见实线在任意频率下的幅度都为0db。因此，用两个2阶高通/低通butterworth(巴特沃斯)滤波器级联作为分频器不会对最终的叠加的输出信号产生幅度调整。图5是图3的2阶巴特沃斯滤波器的波德图。图中实线是2阶低通butterworth滤波器的曲线；虚线是2阶高通butterworth滤波器的曲线。图4中的上面的图为滤波器的幅度随频率变化曲线；图4中的下面的图是滤波器相位随频率变化曲线。可以看出2阶低通butterworth滤波器和2阶高通butterworth滤波器的各个频点的相位差为固定的180度。因此，用两个2阶的高通/低通butterworth滤波器级联得到的hpf/lpf之间的相位差为360度。而相位是以360度为周期的，所以2阶的高通/低通butterworth滤波器级联得到的hpf和lpf之间的相位差为0度，即没有相位差。
60.上述实施例可以实现分出来的频段信号间没有相位差，并且叠加回来的幅度和原信号幅度相等，不会被分频器所调整的一种实现方案，任何能满足分频出的频段信号间没有相位差，并且叠加回来的幅度和原信号幅度相等的方案都在本技术的保护范围中。
61.第一分频单元11优选采用第二分频单元12中的2阶巴特沃斯滤波器实现，可以将小于等于预分频阈值(例如：4khz)的第一预分频信号y1分成更多的频段信号band(1)、band(3)到band(n)，具体分出来的频段数可以根据实际的需求而定。第一分频单元11分频出的各个频段信号之间是没有相位差的，并且不会额外调整各频段信号的原始幅度。输出模块3
还用于将增益控制后的频段信号和第二预分频信号y2进行叠加后输出至扬声器的驱动端。通过第二分频单元12对输入的音频信号din按预分频阈值进行预分频，分离出对位移影响较大第一预分频信号y1，并对第一预分频信号y1进行再分频，消除各频道信号之间的相位差，提高了位移保护准确性的同时，提高了信号处理的效率。
62.输入的实时频段信号经过位移模型2会得到各个频段信号的实时位移数据。因为位移数据也是有相位的，所以不能直接取各个频段信号(band(1)到band(n))位移数据的峰值叠加，计算各个频段信号对应的位移增益。而应该根据各个频段信号(band(1)到band(n))每一个位移的数据点计算每个位移数据点的增益，确保了不会因为各频段信号(band(1)到band(n))有相位差，导致计算结果出现误差的情况。即由于频段数据是一段时间内的多个数据点信号，所以对应的位移数据也是多个数据点，又由于位移模块输2出的各频段信号对应的位移数据之间也是有相位差的，所以直接取各个位移数据的峰值叠加计算各频段信号的位移增益会带来误差。为了避免由于各位移数据有相位差导致位移增益计算结果出现误差的情况，本实施例中，输出模块3还包括位移增益控制单元31，连接于位移模块2的输出端，用于根据位移数据与预设阈值的比较结果输出对应的位移增益。通过位移增益控制单元31对多频段信号中每个位移数据进行对应的位移增益调整，避免了由于各位移数据有相位差导致位移增益计算结果出现误差的情况，提高了位移增益计算结果的准确性，实现了精细化的位移控制，避免了对扬声器的性能的压制，不影响扬声器最终声音信号的响度。
63.本实施例中位移增益控制单元31的处理逻辑如下：
64.当输入所有位移数据的求和结果在[-threshold(预设阈值)，threshold]区间里是，各个频段信号的对应增益都为1，不做任何调整。当输入所有位移数据的求和结果大于threshold时，将各个band(频段)的信号从大到小排序，只调整信号为正值的各个band，具体的处理逻辑如图6所示：从图start1开始中可看出位移数据从大到小排序的结果是band1、band5、band2、band3、band4。步骤step11:将band1的数值调整成与band5一致，然后对所有band的数据求和，判断是否小于threshold。若小于等于threshold，则将band1的值更新为threshold-band5-band2-band3-band4(确保求和出来刚好等于threshold)；若大于threshold，则进入步骤step12。步骤step12:将band1和band5的数值调整成与band2一致，然后对所有band的数据求和，判断是否小于threshold。若小于等于threshold，则将band1和band5的数值都调整成(threshold-band2-band3-band4)/2(确保求和出来刚好等于threshold)；若大于threshold，则继续进入下一步，进入步骤step13。不断重复，直到将所有band的数据之和调整到threshold，便结束，将各个band调整的位移数据值和原始的位移数据值做比，就可以得到对应调整的band的位移增益。
[0065]
当输入数据的求和小于-threshold时，只调整输入信号为负的各个band，具体的处理逻辑如图7所示：start2开始将各band位移数据从大到小排序的结果是band1、band5、band3、band2、band4。步骤step21:将band4的数值调整成与band2一致，然后对所有band的数据求和，判断和值是否大于-threshold。若大于等于-threshold，则将band4的值更新为-threshold-band5-band2-band3-band1(确保求和出来刚好等于-threshold)；若小于-threshold，则进入步骤step22:将band4和band2的数值调整成与band3一致，然后对所有band的数据求和，判断是否大于-threshold。若大于等于-threshold，则将band4和band2的数值调整成(-threshold-band3-band5-band1)/2(确保求和出来刚好等于-threshold)；若
小于-threshold，则继续进入下一步骤step23。不断重复。直到将输入信号之和调整到-threshold，将各个频段调整到的位移数据值和原始的位移数据值做比，就可以得到对应的频段信号的位移增益。
[0066]
本实施例的位移增益生成方式具有以下优点：
[0067]
1.避免了各个band(频段)的位移信号因为存在相位差，导致各个band的峰值求和会大于实际位移求和的峰值，从而导致生成的增益过小，导致信号过度压缩使得扬声器声音变小的情况。
[0068]
2.对位移绝对值超过最大位移情况下，对绝对值大的位移频段优先处理，从大到小的顺序，确保了其他频段的小信号不会因为大信号触发位移保护压制也同时变小。发挥了扬声器，即喇叭的潜能，使得喇叭的位移不超过喇叭规定的额定最大位移的前提下，尽量地释放出各个频段的能量信号，提高了喇叭的性能。
[0069]
本实施例中输出模块3中还包括输出单元，输出单元用于将增益控制后的频段信号进行叠加后输出至扬声器的驱动端。输出单元具体包括:若干乘法子单元m1、m3、mn至m(n+1)和加法子单元add，若干乘法子单元m1、m3、mn至m(n+1)用于将每个频段信号和对应的位移增益进行相乘，输出增益放大后的频段信号。加法子单元add用于将所有增益放大后的频段信号进行相加，输出扬声器的驱动电压dout。
[0070]
上述实施例的扬声器位移保护装置，由于第二分频单元12输出的第二预分频信号y2与第一分频单元11输出的各频段信号之间存在相位差，影响叠加后的输出结果，申请人基于上述实施例，进一步提出了新的方案，进一步消除第二预分频信号y2与第一分频单元11输出的各频段信号之间存在相位差，提高了位移保护的准确性，
[0071]
请参考图8，为本发明一实施例的扬声器位移保护装置的电路图。
[0072]
如图8所示，本实施例的扬声器位移保护装置还包括：相位调整模块4、增益补偿模块5、降采样模块6、电压增益控制模块7和缓冲模块8。
[0073]
相位调整模块4，连接于第二分频单元12的第二输出端，用于根据第二预分频信号y2输出相位调整信号，所述相位调整信号的相位与第一分频单元11频段信号的相位相匹配。具体的，第二预分频信号y2为输入音频信号中大于4khz的频段信号。相位调整模块4用于调整大于4khz的频段信号的相位，因为小于等于4khz的信号即第一预分频信号y1会经过第一分频单元11，因此小于4khz的信号会被分成多个频段信号。由于第一分频单元11本身会引起信号相位改变，导致频段信号的相位相对于原始的小于等于4khz的输入信号的相位会发生变化。相位调整模块4就是为了匹配第一分频单元11本身引入的相位，确保了大于4khz的频段信号经过相位调整模块4后，输出的相位调整信号的相位能和经过第一分频单元11后输出的各个频段信号的相位保持一致，保证了后续位移增益生成和信号求和的相位一致性。本实施例示意性的给出了一种实现相位对齐的方式，任何能实现相位对齐，确保各个分频段信号相位一致的方式，都在本发明的保护范围中。本实施例通过相位调整模块4将第二预分频信号y2的相位与第一分频单元11输出的频段信号的相位进行匹配，消除了第二预分频信号y2与第一分频单元11输出的频段信号的相位差异，提高了位移保护准确性。
[0074]
增益补偿模块5，用于抬升各个频段信号的信号增益。具体的，各个分频段中的增益补偿模块5用于抬升各个频段的小信号增益，以提高位移保护的准确性。由于声音信号的频带范围是20hz到20khz，因此，扬声器位移保护装置的采样率一般要大于40khz。以48khz
为例，若以48khz的时钟运行的话，扬声器位移保护装置的计算量将大大增加。
[0075]
降采样模块6，连接于分频模块1和位移模块2之间，用于降低电路的采样频率，以降低扬声器位移保护装置的计算量。由于2khz以下的信号才产生扬声器位移，所以可以做降采样，具体的降采样的倍数可以根据实际情况设定，从而以较低的时钟做多频段位移保护，从而节约了计算量。
[0076]
电压增益控制模块7，连接于增益补偿模块5的输出端，用于根据频段信号输出对应的电压增益。又由于，扬声器位移保护装置中还存在电压超阈值导致扬声器损坏的问题，为解决电压保护问题，本实施例的扬声器位移保护装置还包括：电压增益控制模块7，根据频段信号输出对应的电压增益gainv(1)、gainv(3)、gainv(n)到gainv(n+1)。此时输出模块3，还包括比较单元min，比较单元min连接于电压增益控制模块7和位移增益控制单元31的输出端，用于将位移增益gainx(1)、gainx(3)到gainx(n)和电压增益gainv(1)、gainv(3)、gainv(n)对应进行比较，输出比较增益，输出单元中乘法子单元m1、m3、mn还用于对对应的频段信号按比较增益进行增益控制。具体的，因为对于小于4khz的频段信号band(1)到band(n)既有位移保护生成的位移增益gainx，又有电压保护生成的电压gainv。因此，需要将同一频段信号对应的gainx和gainv通过比较单元min取小，作为比较增益，再将比较增益乘到信号通路上，确保最终所有频段信号叠加后的和既能满足不超过最大电压的要求，也能保证不超过最大位移的要求。需要说明的是，电压增益控制模块7的控制逻辑与位移增益控制单元31的控制逻辑原理上一致，只是控制对象不一样，是电压而非位移。因为输入音频信号本身就是和电压一一对应，因此不需要额外的位移模型，直接用电压增益控制模块7就能生成对应的多频段的电压增益gainv(1)到gainv(n+1)。
[0077]
多频段电压保护中的电压增益控制模块7的生成电压增益方式的优点有两个：
[0078]
1.避免了各频段信号band(1)到band(n)的电压信号因为存在相位差，导致各个频段信号的峰值求和会大于实际电压求和的峰值，从而导致生成的增益过小，导致过度压缩，声音变小的情况。
[0079]
2.每次电压保护，增益处理，只会对电压绝对值超过最大电压情况下的绝对值大的电压频段优先处理，从大到小的顺序，确保了其他频段的小信号不会因为大信号触发电压保护压制也同时变小。发挥了喇叭的潜能，使得喇叭的位移不超过最大电压的前提下，尽量地释放出各个频段的能量信号。
[0080]
缓冲模块8，连接于分频模块1的输出端，用于将频段信号进行时间延迟。因为各个频段的位移增益gainx和/或电压增益gainv不能瞬间突变，否则会在扬声器端引入信号突变带来的pop(爆破)音，因此位移增益gainx和电压增益gainv必须要在一定的时间内变化到对应增益。为了解决移增益gainx和/或电压增益gainv瞬间突变，导致的扬声器端信号突变带来的pop(爆破)音问题，本实施例中扬声器位移保护装置还包括：若干缓冲模块8。缓冲模块8具有预设的信号延迟时间，用于将频段信号进行时间延迟，信号延迟时间为位移增益变化到预定增益值的时间；此时，输出模块3还用于对对应的延时后的频段信号按位移增益进行增益控制。通过在各个频段信号通路中加入缓冲模块8，缓冲模块8优选为buffer(缓冲器)，buffer的长度和位移增益gainx和/或电压增益gainv变化的时间相匹配，确保信号经过buffer延迟后和已经变化到预定增益值的增益相乘，确保最终求和的信号的位移和/或电压都不会超过最大位移和/或最大电压，解决了移增益gainx和/或电压增益gainv瞬间突
变，导致的扬声器端信号突变带来的pop(爆破)音问题。
[0081]
现有的扬声器保护方案未将电压保护和位移保护整合在一起。对于扬声器的实际应用中，因为扬声器的驱动芯片等硬件的最大驱动电压是有限的，所以需要配合电压保护，防止驱动扬声器的信号出现削波或者严重失真，影响主观听感或者损伤扬声器。本实施例通过电压增益控制模块对各频段信号按对应的电压增益进行增益控制，并将位移增益和电压增益进行比较以对对应的频段信号进行增益控制，在实现位移保护的同时，可以实现扬声器的电压保护，通过模块共用，可以节约资源，也可以相对于单段的电压保护，释放更多的响度空间。
[0082]
本发明的实施例还提供一种扬声器位移保护方法。
[0083]
请参考图9，为本发明一实施例的扬声器位移保护方法的流程示意图。
[0084]
该实施例中，扬声器位移保护方法包括以下步骤：
[0085]
步骤s10、将输入的音频信号进行分频，输出若干相位一致的频段信号。
[0086]
比如，通过分频器将输入的音频信号进行分频，可以分出来两个频段信号，频段信号band1和频段信号band2，也可以分出更多的频段信号。各频段信号相位一致，指的是各频段信号之间没有相位差。由于所有的频段信号的相位都是以360度为周期的，如果两个频段信号的相位差固定是360度，则这两个频段信号的相位差就是0度，即没有相位差。比如，频段信号band1和频段信号band2的相位差固定是360度，则频段信号band1和频段信号band2之间没有相位差。此时频段信号band1和频段信号band2信号叠加时，叠加后的信号不会出现抵消等情况。所以，通过分频模块1输出若干相位一致的频段信号，所有频段信号之间由于没有相位差，所有频段信号叠加时，叠加后的信号不会出现抵消等情况，提高了数据的准确性。
[0087]
步骤s20、根据频段信号输出对应的位移数据。比如，通过扬声器的位移模型将频段信号输出对应的位移数据。
[0088]
步骤s30、根据每个位移数据对对应的频段信号进行增益控制，并将增益控制后的频段信号进行叠加后输出至扬声器的驱动端。
[0089]
具体的，将每一频段数据对应的位移数据与位移阈值进行比较，并根据比较结果对频段信号进行增益控制，比如，在位移数据大于位移阈值时，将频段信号的增益降低。对每一路的频段信号进行增益调整后，再将所有的频段信号进行叠加，输出扬声器的驱动电压。比如，使用放大器进行位移增益控制，若位移数据大于位移阈值，放大器输出位移增益值小于1，该位移增益值与对应的频段信号相乘，以降低频段信号的电压幅值。若位移数据小于位移阈值，则放大器输出位移增益值为1，即不对频段信号进行增益调整。
[0090]
本实施方例的扬声器位移保证方法通过将输入的音频信号进行分频，输出若干相位一致的频段信号，由于每个频段信号之间没有相位差，在各频段信号进行叠加时消除了由于相位差异带来的影响，提高了扬声器位移保护的准确性，避免了扬声器振膜位移超过最大位移阈值时带来的损坏。
[0091]
在步骤s10之前，扬声器位移保护方法还包括以下步骤：对输入的音频信号按预分频阈值进行预分频，输出相位一致的第一预分频信号和第二预分频信号。步骤s10具体包括：将第一预分频信号进行二次分频，输出若干相位一致的频段信号。具体的，第一预分频信号为小于等于4khz的信号，第二预分频信号为大于4khz的信号。本实施例中预分频阈值
取4khz的原因与上述类似，此处不再赘述。将增益控制后的频段信号进行叠加后输出至扬声器的驱动端的步骤具体包括：将增益控制后的频段信号和第二预分频信号进行叠加后输出至扬声器的驱动端。通过对输入的音频信号din按预分频阈值进行预分频，分离出对位移影响较大第一预分频信号，并对第一分频信号进行再分频，消除各频道信号之间的相位差，提高了位移保护准确性的同时，提高了信号处理的效率。
[0092]
步骤s30具体包括：根据位移数据与预设阈值的比较结果输出对应的位移增益；将频段信号按照对应的位移增益进行增益控制，并将增益控制后的频段信号进行叠加后输出至扬声器的驱动端。通过对多频段信号中每个位移数据进行对应的位移增益调整，实现了精细化的位移控制，避免了对扬声器的性能的压制，不影响扬声器最终声音信号的响度。
[0093]
在将增益控制后的频段信号进行叠加后输出至扬声器的驱动端的步骤之前，扬声器位移保护方法还包括以下步骤：根据频段信号输出对应的电压增益；将所述频段信号按照对应的所述位移增益进行增益控制步骤具体包括：将位移增益和电压增益进行比较，输出比较增益；对对应的频段信号按比较增益进行增益控制。具体的，因为对于小于等于4khz的band(1)到band(n)频段信号，既有位移保护生成的位移增益gainx，又有电压保护生成的电压gainv。因此，需要将同一band对应的gainx和gainv通过比较单元min取小，作为比较增益，再将比较增益乘到信号通路上，确保最终所有频段信号叠加后的和既能满足不超过最大电压的要求，也能保证不超过最大位移的要求。通过对各频段信号按对应的电压增益进行增益控制，并将位移增益和电压增益进行比较以对对应的频段信号进行增益控制，在实现位移保护的同时，可以实现扬声器的电压保护。
[0094]
由于第二预分频信号与第一分频单元输出的各频段信号之间存在相位差，影响叠加后的输出结果，本实施例的扬声器位移保护方法还包括以下步骤：根据第二预分频信号输出相位调整信号，所述相位调整信号的相位与第一分频单元输出的频段信号的相位相匹配。将增益控制后的频段信号和相位调整信号进行叠加后输出驱动电压。具体的，第二预分频信号为输入音频信号中大于4khz的频段信号。因为小于等于4khz的信号即第一预分频信号，会经过第一分频单元，因此小于4khz的信号会被分成多个频段信号，频段信号的相位相对于原始的小于等于4khz的输入信号的相位会发生变化。调整4khz的信号频段的相位能和经过第一分频单元11后各个频段信号的相位保持一致，保证了后续位移增益生成和信号求和的相位一致性。本技术示意性的给出了一种实现相位对齐的方式，任何能实现相位对齐，确保各个分频段信号相位一致的方式，都在本技术的保护范围中。通过将第二预分频信号的相位与频段信号的相位进行匹配，消除了第二预分频信号与频段信号的相位差异，提高了位移保护准确性。
[0095]
根据位移数据与预设阈值的比较结果输出对应的位移增益的步骤具体包括：在所有位移数据的和在第一预设阈值和第二预设阈值之间时，输出所有的位移增益为固定数值；在所有位移数据的和大于所述第一预设阈值时，调整数值为正值的所有位移数据的数值，以使得调整后的所有位移数据的和小于所述第一预设阈值；或者，在所有位移数据的和小于所述第二预设阈值时，调整数值为负值的所有位移数据的数值，以使得调整后的所有位移数据的和大于所述第二预设阈值；输出与位移数据对应的位移增益。此处，第一预设阈值为正的预设阈值，比如+3，第二预设阈值为负的预设阈值，比如-3。比如，当输入所有位移数据的求和结果在[-threshold(预设阈值)，threshold]区间内时，此时，各个频段信号的
对应增益都为固定值1，即位移增益不做任何调整。当输入所有位移数据的求和结果大于threshold时，将各个频段信号从大到小排序，只调整信号值为正值的各个频段信号，具体的处理逻辑如图6所示，处理过程与上述相同，此处不再赘述。当输入数据的求和小于-threshold时，只调整信号值为负的各个频段信号，具体的处理逻辑如图7所示，处理过程和优点与上述相同，此处不再赘述。
[0096]
通过将所有位移数据的和与预设阈值的比较而输出位移增益，相比于现有技术中使用位移数据的峰值进行比较的方法，避免了峰值比较带来的不精准，对绝对值大的位移频段优先处理，释放出各个频段的能量信号，提高了喇叭的性能。
[0097]
在根据每个位移数据对对应的频段信号进行增益控制的步骤之前，扬声器位移保护方法还包括以下步骤：将频段信号进行时间延迟，延迟的时间为位移增益变化到预定增益值的时间；对对应的频段信号按位移增益进行增益控制的步骤具体包括：对对应的延时后的频段信号按位移增益进行增益控制。因为各个频段的位移增益gainx和/或电压增益gainv不能瞬间突变，否则会在扬声器端引入信号突变带来的pop(爆破)音，因此将将频段信号进行时间延迟，利用buffer的长度和位移增益gainx和/或电压增益gainv变化的时间相匹配，确保信号经过buffer延迟后和已经变化到预定增益值的增益相乘，确保最终求和的信号的位移和/或电压都不会超过最大位移和/或最大电压。最后，将各个频段的信号求和，输出电压。通过将位移增益变化到预定增益值后再对频段信号进行增益调整，防止扬声器出现爆破音。
[0098]
本发明的实施例还提供一种包括上述扬声器位移保护装置的电子设备，例如手机、平板电脑等。该电子设备采用上述的扬声器位移保护方法进行位移保护。通过上述扬声器位移保护装置，该电子设备提高了对扬声器的位移保护的准确性，避免了扬声器振膜位移超过最大位移阈值时带来的损坏。
[0099]
以上所述仅为本技术的实施例，并非因此限制本技术的专利范围，凡是利用本技术说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，例如各实施例之间技术特征的相互结合，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本技术的专利保护范围内。