音頻電源管理系統的製作方法

2023-08-10 03:57:31 6

專利名稱：音頻電源管理系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及音頻系統，且尤其涉及在音頻系統中使用的音頻電源管理系統。
背景技術：
音頻系統典型地包括提供音頻信號形式的音頻內容的音頻源、放大音頻信號的放大器以及將放大的音頻信號轉換成聲波的一個或更多揚聲器。揚聲器典型地由揚聲器製造商標示為具有諸如4歐姆或8歐姆的額定阻抗值。實際上，揚聲器的阻抗隨頻率變化。可以使用揚聲器阻抗曲線示出揚聲器阻抗相對於頻率的變化，該揚聲器阻抗曲線典型地由製造商使用揚聲器的製作模型提供。然而，揚聲器是對電壓和電流變化以及諸如溫度和溼度這樣的環境條件敏感的機電裝置。另外，在操作中，揚聲器音圈可以承受與音頻內容的放大水平相關的加熱和冷卻。 此外，特定揚聲器設計中的製造和材料變化也可能導致揚聲器預定參數中的顯著變化。因而，在揚聲器的相同製造模型中，諸如DC電阻、移動質量、共振頻率和電感的揚聲器參數可以顯著變化，且還可以在操作和環境條件改變時顯著變化。這樣，使用大量相對不可控變量創建阻抗曲線，這些不可控變量表現為就好像所有這些不可控變量是固定且不變的。因此，用於揚聲器的特定模型的製造商阻抗曲線可能明顯不同於揚聲器的實際操作阻抗。另外，驅動揚聲器的音頻信號中的可接受變化範圍也可能基於特定揚聲器的揚聲器參數和操作條件變化。

發明內容
音頻電源管理系統可以實施在音頻系統中以管理諸如揚聲器、放大器和音頻源的裝置的操作。根據實時實際測量參數以及實時估計參數，音頻系統中的裝置的管理基於一個或更多裝置的操作參數的實時定製。音頻系統中一個或更多裝置的操作的管理可以執行為完成硬體的保護以及系統性能的優化。基於系統中特定硬體的實時估計和實際的操作能力，尤其針對系統硬體實時產生的保護性和操作閾值參數可以在系統操作時經歷調節。由於操作和保護性參數的連續調節，裝置可以在製造商指定額度或指定額度之上或之下操作，同時由於實時地產生閾值從而最小化或消除硬體的完整性或者音頻系統的操作性能的可能折中。當檢查下面的附圖和詳細描述時，本領域技術人員將顯見本發明的其他系統、方法、特徵和優點。旨在表明，所有這些附加系統、方法、特徵和優點被包括在本說明書內，處於本發明的範圍內，且受到下面的權利要求的保護。


參考下面的附圖和描述可以更好地理解本發明。附圖中的組件並沒有必要按比例繪製，而是強調說明本發明的原理。此外，在附圖中，貫穿不同視圖，相似的參考標號指示相應的部件。
圖1是包括在音頻系統中的電源管理系統的示例性框圖。圖2是揚聲器建模的示例。圖3是包括在圖1的電源管理系統中的參數計算器的示例性框圖。圖4是包括在圖1的電源管理系統中的參數計算器的另一示例性框圖。圖5是包括在圖1的電源管理系統中的參數計算器的另一示例性框圖。圖6是包括在圖1的電源管理系統中的電壓閾值比較器的示例性框圖。圖7是包括在圖1的電源管理系統中的電流閾值比較器的示例性框圖。圖8是包括在圖1的電源管理系統中的負載功率比較器的示例性框圖。圖9是包括在圖1的電源管理系統中的負載功率比較器的另一示例性框圖。圖10是包括在圖1的電源管理系統中的負載功率比較器的又一示例性框圖。圖11是包括在圖1的電源管理系統中的揚聲器線性位移比較器 (linearexcursion comparator)白勺Tj^i歹||'|"生_圖。圖12是圖1的電源管理系統的操作流程圖。圖13是圖12的操作流程圖的第二部分。圖14是圖12的操作流程圖的第三部分。
具體實施例方式圖1是音頻電源管理系統100的示例性框圖。音頻電源管理系統100可以包括在具有音頻源102、音頻放大器104以及至少一個揚聲器106的音頻系統中。包括電源管理系統100的音頻系統可以在任意試聽空間中操作，該任意試聽空間諸如是房間、汽車或音頻系統可以被操作的任意其他空間。音頻系統可以是能夠提供音頻內容的任意形式的多媒體系統。音頻源102可以是諸如歌手或評論員的實況聲源、諸如光碟的媒體播放器、VCD播放器、視頻系統、無線電、磁帶播放器、音頻存儲裝置、無線或有線通信裝置、導航系統、個人電腦或可以以多媒體系統的任意形式存在的任意其他功能塊或裝置。放大器104可以是電壓放大器、電流放大器或能夠接收音頻輸入信號、增加音頻輸入信號的幅度且提供放大的音頻輸出信號以驅動揚聲器106的任意其他機制或裝置。放大器104還可以執行音頻信號的其他處理，諸如均衡、相位延遲和/或濾波。揚聲器106可以是任意數目的操作為將音頻信號轉換成聲波的機電裝置。揚聲器可以是任意大小，包含任意數目的不同聲音發射表面或裝置的，且在任意頻率範圍或多個範圍內操作。在其他示例中，音頻系統的配置可以包括附加的組件，諸如預均衡能力或後均衡能力、頭單元(head unit)、導航單元、車載計算機、 無線通信單元和/或任意其他音頻系統相關功能塊(functionality)。另外，在其他示例中，電源管理系統可以分布到和/或位於音頻系統的不同部分，諸如在放大器之後或者在放大器內，在揚聲器處或者在揚聲器內，或者在音頻源處或者在音頻源內。示例性電源管理系統100包括校準模塊110、參數計算器112、一個或更多閾值比較器114和限制器116。電源管理系統100還可以包括補償方框118和數字-模擬轉換器 (DAC) 120。電源管理系統100可以是電子電路和相關組件形式的硬體、在有形計算機可讀介質中存儲為可被處理器(諸如數位訊號處理器)執行的指令的軟體、或者硬體和軟體的組合。有形計算機可讀介質可以是任意形式的數據存儲裝置或機制，諸如是非易失性或易失性存儲器、ROM、RAM、硬碟、光碟、磁存儲介質等。有形計算機可讀介質不是能夠電子傳輸的通信信號。在一個示例中，可以使用數位訊號處理器和相關存儲器以及諸如數字-模擬信號轉換器的數字轉換器實施電源管理系統100。在其他示例中，可以示意更多或更少數目的方框來提供所述功能性。在操作中，可以在音頻信號線IM上將數位訊號提供到電源管理系統100。數位訊號可以代表單信號、立體聲信號或多聲道信號(諸如5、6或7個聲道的環繞音頻信號)。 備選地，音頻信號可以作為模擬信號被提供到電源管理系統100。當音頻內容在包括OHz至 20kHz的寬頻率範圍或者OHz至20Khz內的某一範圍上變化時，音頻信號可以在電流和/或電壓中變化。電源管理系統100可以在時域操作，使得音頻信號的基於時間的採樣或快照 (snapshot)被提供到校準模塊110。校準模塊110可以包括電壓校準模塊1 和電流校準模塊130。電壓校準模塊1 可以接收指示音頻信號的實時實際電壓V(t)的電壓信號，該電壓信號代表揚聲器106處接收到的音頻信號的實時電壓。電壓信號可以正比於音頻信號的電壓。由於操作條件和硬體(諸如傳送音頻信號的電線的長度和直徑)中的變化，實時實際電壓V(t)是揚聲器106處的電壓的估計。就這方面而言，儘管示出在限制器116和放大器104之間電源管理系統100接收音頻信號的實時實際電壓V(t)，但是可以在揚聲器106、 在放大器104或可以獲得音頻信號(該音頻信號能夠被校準為代表揚聲器106處的電壓的估計)的實時實際電壓V(t)的可復驗的任意其他地點測量揚聲器106的估計電壓。在圖1中，音頻信號被DAC 120接收，實時地從數位訊號轉換成模擬信號，且在實時實際電壓線134上被提供。DAC 120可以是能夠將數字數據轉換成模擬數據的任意算法和/或電路。在其他示例中，音頻信號可以是模擬信號，且DAC120可以省略。可以以諸如 44. 1ΚΗζ、48ΚΗζ或96KHz的預定速率採樣音頻信號。當在此使用時，術語「實時」表示當電源管理系統100接收音頻信號的一個或更多採樣或快照時基本立即發生的處理或其他操作，使得電源管理系統100反應為處理在音頻信號中接收的音頻內容的連續流且響應於該連續流產生相應輸出。電流校準模塊130可以類似地接收指示在揚聲器106處接收的音頻信號的實時實際電流I(t)的電流信號。電流傳感器(諸如揚聲器106的輸入端子兩端的電阻器、安裝在揚聲器106中、上或附近區域的霍耳效應傳感器，或者能夠提供代表被供應到揚聲器106的音頻信號的電流的信號的任意其他形式的傳感器)可被用於獲得正比於實時電流的可變電壓，該實時電流代表揚聲器106接收電流的估計。實時實際電流I (t)可以在實時電流供應線136上被供應到校準模塊110。校準模塊110可以執行(多個)測量實際參數的調節。調節可以包括對接收到的測量實際參數進行頻帶限制、向測量實際參數添加延遲和/或相移、執行噪聲補償、調整頻率響應、補償失真和/或縮放(多個)測量實際參數。代表電流的調節信號和代表電壓的調節信號可以通過調節的實時實際電壓線138以及實時實際電流線140上分別作為實時信號提供到參數計算器112和一個或更多閾值比較器114。參數計算器112可以產生用於包含在音頻系統中的硬體的估計操作特性。估計操作特性可以由參數計算器112使用測量實際參數、模型、模擬、資料庫或任意其他信息或方法產生，以再造(recreate)音頻系統中的裝置的操作功能性和參數。例如，參數計算器112可以基於音頻系統的操作條件(諸如一個或更多調節的測量實際參數或者一個或更多測量的實際參數)產生用於揚聲器106的實時估計的揚聲器模型。在一個示例中，參數計算器112可以以預定間隔(諸如每次接收一個或更多測量的實際參數的預定數目的採樣時)實時產生用於揚聲器106的阻抗曲線。產生的阻抗曲線可以是揚聲器106的操作特性的估計。在另一示例中，參數計算器112可以產生估計的操作特性，諸如DC電阻、移動質量、共振頻率、電感或與揚聲器相關的任意其他揚聲器參數。在另外的其他示例中，其他形式的操作特性可以使用參數計算器112被實施，諸如與封閉揚聲器模型、轉型適應模型或者代表揚聲器行為的任意其他形式的模型擬合。圖2是代表揚聲器106的揚聲器參數的示例性等價電路模型。可以提供輸入電壓 (Vin) 202作為揚聲器106的驅動電壓，它相當於實時實際電壓V(t)。可以使用音圈電阻 (Re)204和音圈電感(Le) 206表示揚聲器106的電學輸入阻抗。音圈電阻Re 204還可以代表音圈溫度中的變化。圖2包括說明音圈溫度和音圈電阻Re 204之間的關係的示例性曲線。馬達通量密度(motor flux density) (Bi) 208可以代表揚聲器106的運轉電動勢。如圖所示，可以相當於實時實際電流I⑴的輸入電流Iin 210可以流過代表揚聲器106的馬達的變壓器。包括揚聲器106中含有的揚聲器懸置系統的質量、電阻和硬度的揚聲器106的機械阻抗可以使用機械電感Mm 214、機械電阻Rm 216和機械順從性Cm 218表示。機械順從性Cm 218可以代表揚聲器106的硬度或順從性。因而，機械順從性Cm 218還可以代表揚聲器106周圍的環境溫度和/或揚聲器懸置系統的溫度中的變化。圖2包括說明環境溫度和機械順從性Cm 218之間的關係的示例性曲線。在其他示例中，其他模型可用於建模揚聲器的揚聲器參數。另外，其他模型可用於建模音頻系統內的其他裝置。參數計算器112不僅可以判斷諸如揚聲器參數的估計實時參數，而且可以在諸如揚聲器106的裝置操作且更多測量實際參數之一變化時隨時間改變判斷的估計實時參數。 如前面所討論，參數計算器112可以在時域接收一個或更多測量實際參數，然而，可以在頻域產生代表估計揚聲器參數的求解。例如，參數計算器112可以使用快速傅立葉變換(FFT) 來獲得頻域中的揚聲器106的估計阻抗且使用分割成預定大小的音頻信號塊來求解各種揚聲器參數。在另一示例中，在時域中，可以在每預定數目的採樣、甚至在一個採樣接著一個採樣的基礎上計算揚聲器的估計阻抗。因此，當一個或更多測量實際參數改變時，估計揚聲器參數可以相應地變化。圖3是包括實時參數估計器302和求和器304的參數計算器112的示例性框圖。 在音頻源線1 上從音頻源提供用於驅動揚聲器106的音頻信號。在該示例中，參數計算器112在實時實際電壓線306上接收音頻信號的(調節或未調節的)實時實際電壓V(t) 的採樣。如果經由數字-模擬轉換器(DAC)接收電壓，則電壓可以不是實際的電壓。而是， 「實際」電壓可以是基於DAC電壓的估計電壓。另外，參數計算器112接收代表在實時電流線308上在揚聲器106接收的電流的(調節或未調節的)實時實際電流I (t)的採樣。實時參數估計器302可以用在通過使用求和器304比較實時實際電流I (t)與估計實時電流從而建立諸如揚聲器106的裝置的數字模型中。比較可以在每次接收很多採樣時發生、一個採樣接著一個採樣的基礎上發生或者以將提供實時值作為輸出的任意其他時間周期發生。可以通過實時參數估計器302基於實時實際電壓V(t)來計算估計實時電流。 在圖3中，可以從實時實際電流I (t)中減去通過實時參數估計器302計算的估計實時電流，以在誤差信號線312上產生誤差信號。備選地，可以通過實時參數估計器302基於實時實際電流I (t)計算估計實時電壓，且與實際實時電壓比較以在誤差信號線312上產生誤差信號。實時參數估計器302可以使用建模裝置參數(諸如揚聲器參數)的濾波器執行計算以達到估計實時電壓或電流。在一個示例中，使用實時參數估計器302執行的建模可以是使用自適應濾波器算法的基於負載阻抗的建模，當需要最小化實時誤差時，該自適應濾波器算法分析誤差信號且迭代地調整估計揚聲器參數。在該示例中，實時參數估計器302可以包括內容檢測模塊 314、自適應濾波器模塊316、第一參量濾波器318、第二參量濾波器320以及衰減模塊322。 音頻信號的實時實際電壓V(t)可以在一個採樣接著一個採樣的基礎上被第一參量濾波器 318接收。類似地，實時實際電流I (t)可以在一個採樣接著一個採樣的基礎上被求和器304 接收。因此，自適應濾波器模塊316可以使用自適應濾波器算法來分析誤差信號且迭代地和選擇性地調整第一和第二參量濾波器318和320其中每一個的濾波器參數以最小化誤差。自適應濾波器模塊316執行的算法可以是任意形式的自適應濾波器技術，諸如是最小均方(LMQ算法或者LMS算法的變型。內容檢測模塊314可以啟動自適應濾波器模塊316的操作，使得在包括在音頻信號中的內容不處於預定邊界內時，自適應濾波器模塊316不操作。例如，當在音頻信號中僅檢測出噪聲時，可以通過內容檢測模塊314使自適應濾波器模塊316不進行操作，使得自適應濾波器模塊316的穩定性不打折扣。內容檢測模塊314可以檢測包括在預定頻率範圍或帶寬內音頻信號中的內容的能量水平。預定頻率範圍可以基於揚聲器106的估計和/或實際操作特性。在一個示例中， 預定頻率範圍可以從約零赫茲到預定最大頻率，諸如揚聲器106的最大可能估計實時共振頻率。在其他示例，頻率範圍可以從零赫茲到揚聲器106的製造商建議的共振頻率。在另外的其他示例中，任意其他頻率範圍可以用作預定頻率範圍。能量水平的檢測可以基於預定能量水平限制，諸如能夠被自適應濾波器模塊316處理的最小能量水平。在一個示例中， 最小能量水平可以是存在於音頻信號中的RMS電壓的最小水平。一旦基於音頻信號處於預定邊界內而被內容檢測模塊314激活，自適應濾波器模塊316的操作可以連續地求解以防止局部最小，以在將估計實時參數和測量實際參數之間的任意誤差收斂為預定誤差水平時相對快速和魯棒。在音頻系統的操作中，自適應濾波器可以連續求解以最小化誤差或者它可以是其中算法根據某一佔空比調整的復用系統的一部分。自適應濾波器模塊316的操作可以以初始值開始，該初始值諸如是揚聲器的設計參數、來自算法的最後已知值、或者基於從一個或更多外部源提供的信息(諸如來自環境溫度傳感器的讀數)的參數的計算估計。包括在第一參量濾波器318、第二參量濾波器320和衰減模塊304中的初始濾波器值，可以是之前選擇的用於創建接近揚聲器106的實際實時操作特性的揚聲器106的模型的預定值。預定值可以存儲在單獨的濾波器和模塊、自適應濾波器模塊316、參數計算器 112或與參數計算器112相關的任意其他數據存儲位置中。預定值可以基於代表性揚聲器106的測試、實驗條件下實際揚聲器106的測試、來自實時參數估計器320的之前操作的第一參量濾波器318、第二參量濾波器320和衰減模塊322的最後獲知操作值、基於環境溫度讀數的計算值或者用於獲得將允許揚聲器106的實際操作特性和揚聲器106的估計操作特性之間的誤差(或差異)快速收斂為零或預定可接受水平的值的任意其他機制或過程。然而，實時參數估計器302可以包括參數來控制當實時實際值變化時如何迅速地調節且演變估計操作特性。在一個示例中，估計揚聲器參數可以比音頻信號改變明顯更慢地演變，例如，一百微秒到兩秒，比基於以預定速率採樣音頻信號的音頻信號中的變化更慢。第一和第二參量濾波器318和320可以是能夠用於代表或建模揚聲器的所有或一部分操作參數的任意形式的濾波器。在其他示例中，單個濾波器可用於代表或建模揚聲器的所有或一部分操作參數。在一個實施例中，第一參量濾波器318可以是參量陷波濾波器， 且第二參量濾波器320可以是參量低通濾波器。參量陷波濾波器可以具有諸如Q、頻率和增益的可變濾波器參數值以實時建模揚聲器的共振頻率附近的揚聲器導納。參量低通濾波器可以使用諸如Q、頻率和增益的可變濾波器值以建模揚聲器的高頻範圍中的揚聲器導納。 在備選實施例中，第二參量濾波器320可以省略。第二參量濾波器320的省略可能是由於被建模的揚聲器的頻率範圍不需要這種建模的特性、由於使用恆定預定濾波器值來建模揚聲器的高頻範圍中的揚聲器導納、使用常量來建模揚聲器的高頻範圍中的揚聲器導納或者是消除第二參量濾波器318的需要的任意其他原因。衰減模塊322可以使用增益值來建模揚聲器106的DC導納。增益值可以改變以考慮揚聲器的電感值中的DC偏移。例如，在額定4歐姆揚聲器中，增益值可以約為0. 25。 因而，當揚聲器106的實時實際阻抗在操作中改變時，衰減模塊322的增益值可以相應地實時變化以維持揚聲器106的操作特性的實際估計。在一個示例中，衰減模塊322可以提供第二參量濾波器建模的導納中的DC偏移的建模。例如，當誤差信號由於迭代實時調整而平整(收斂)為第一參量濾波器318和第二參量濾波器320的可變值時，衰減模塊322的增益值可以通過自適應濾波器模塊316調整以將誤差收斂向零。諸如估計的實時揚聲器參數的估計實時參數可以在估計操作特性線144上被提供。因為實時參數估計器302使用參量濾波器直接產生揚聲器參數，曲線擬合濾波器參數以獲得揚聲器參數並不是必須的。另外，由於連續求解以將誤差信號基本收斂為零，例如， 如果揚聲器的實際特性在到共振頻率改變的點的操作過程中變化，則可以發生第一參量陷波濾波器318中的可變值的迭代調整以將包括在估計操作特性中的估計中央頻率移動到基本匹配揚聲器106的實際共振頻率。圖4是包含實時參數估計器302和求和器304的參數計算器112的另一示例性框圖。可以在音頻源1 上從音頻源提供音頻信號，其用於驅動揚聲器106。類似於圖3，參數計算器112可以在實時實際電壓線406上接收音頻信號(調節或未調節)的實時實際電壓V(t)的採樣。另外，參數計算器112可以在實時電流線408上接收代表揚聲器106處接收的電流(調節或未調節)的實時實際電流I(t)的採樣。而且，求和器304可以在誤差信號線412上輸出代表實時實際電流I (t)和實時估計電流之間的差異的實時誤差信號。在其他示例中，實時誤差信號可以代表實時實際電壓V(t)和實時估計電壓之間的差異。由於與圖3的示例性參數計算器112的很多相似性，為簡單起見，且為避免重複，下面的討論將主要集中於這兩個示例之間的差異。
在圖4中，實時參數估計器302可以包括頻率控制器410、濾波器組414以及曲線擬合模塊416。頻率控制器410可以從參數計算器112接收估計揚聲器參數，諸如揚聲器 106的實時估計共振頻率。基於估計的揚聲器參數，頻率控制器410可以向濾波器組414提供更新的濾波器參數。濾波器組414可以包括多個濾波器，使得兩個濾波器在一個頻率上協同地操作。兩個濾波器包括在該頻率用於電壓的第一濾波器以及在該頻率用於電流的第二濾波器。為了獲得各自濾波器對所處頻率的阻抗值，來自兩個濾波器的結果被分離。因此，濾波器對其中每一個可以提供用於一個頻率的一個阻抗值，且它是來自多個濾波器的多個阻抗值，多個濾波器可以具有實時更新濾波器參數以反應用於揚聲器106的估計阻抗模型。在一個示例中，濾波器其中每一個可以是離散傅立葉變換。在另一示例中，濾波器其中每一個可以是操作在預定頻率上的Goertzel濾波器。因為濾波器組414中的每個濾波器收斂到範圍約20Hz到20kHz的不同頻率，通過最小化單個頻率上的誤差線412上的誤差可以推算用於單個頻率的阻抗值形式的揚聲器操作特性。通過最小化濾波器組414中的多個濾波器其中每一個中的誤差，可以實時產生估計揚聲器阻抗曲線。尤其是，可以通過迭代自適應濾波器的濾波器參數收斂誤差信號以獲得具有基本類似於揚聲器導納的形狀的頻率響應曲線。收斂之後，可以執行曲線擬合模塊416以將代表每個均處於不同頻率的一組導納或阻抗數據點的濾波器參數轉換成估計揚聲器參數形式的揚聲器106的估計操作特性。估計揚聲器參數可以在估計操作特性線 144上提供到一個或更多閾值比較器114。另外，任意其他估計操作特性可以通過揚聲器參數計算器112在估計操作特性線144上被提供到閾值比較器114。因為濾波器其中每一個在單一頻率操作，不需要參考圖3討論的自適應濾波。另外，收斂誤差信號所需的計算功率水平明顯小於使用快速傅立葉變化(FFT)方案需要的計算功率。例如，歌曲形式的音頻內容可以在音頻信號線406上提供，且濾波器之一可以確定在諸如80Hz的所選頻率處音頻信號中的能量的幅度。在一個示例中，包括在濾波器組414中的濾波器組可以以三分之一倍頻分布在從約20Hz到約20kHz的範圍內以精確提供頻率數據的採樣。在另一示例中，濾波器組中的濾波器可以分布在預定位置，諸如其中大多數濾波器可以策略地位於所需位置，諸如揚聲器 106的估計共振頻率附近，而少數濾波器可以跨越頻率範圍分布以採集頻率範圍。因為濾波器組中的濾波器操作的頻率可以通過改變濾波器組414中的各個濾波器的頻率參數而被改變，濾波器可以被布置在頻率範圍內，使得其被放置在有益於構建揚聲器106的操作特性的精確估計中的策略位置。各個濾波器的頻率參數可以通過用戶手動地、通過系統自動地或者以手動和自動的某種組合而被改變以沿頻譜獲得濾波器的所需位置。例如，用戶可以對濾波器分組且對於組中的所有濾波器的頻率做出手動改變。備選地，如稍後討論，參數計算器112可以檢測揚聲器的估計共振，且相應地調節濾波器頻率以優化估計共振附近的頻率解析度。在一個示例中，濾波器的頻率可以是存儲的預定值。在另一示例中，當揚聲器106的諸如共振頻率的估計和實際操作特性在操作中變化時，頻率可以通過參數計算器112被實時動態地更新。在又一備選中，參數計算器112可以根據預定時間調度和/或響應於揚聲器106的估計實時操作特性的預定百分比變化來提供頻率。圖5是包括實時參數估計器302和求和器304的參數計算器112的另一示例性框圖。類似於前面的示例，在音頻源線1 上從音頻源提供音頻信號，該音頻信號可以驅動揚聲器106。另外，在實時實際電壓線506上提供的來自音頻信號的實時實際電壓V(t)(調節或未調節)提供到實時參數估計器302。另外，求和器304可以類似地接收在實時電流線508上提供的實時實際電流I (t)(調節和未調節)。求和器304可以輸出代表測量實際參數和估計實時參數之間的差異的誤差信號以調節指示揚聲器106的估計實時操作特性的估計揚聲器模型。誤差信號可以在誤差信號線512上由求和器304輸出到實時參數估計器302。因為該示例在很多方面類似於圖3和4的電源管理系統100和音頻系統的之前討論的示例，為簡單起見，不重複這些信息，討論將聚焦於與之前討論的示例的不同。在圖5中，實時參數估計器302包括自適應濾波器模塊514、非參量濾波器516和曲線擬合模塊518。在該示例中，自適應濾波器模塊514可以分析誤差信號且實時地調整非參量濾波器516中的濾波器參數。非參量濾波器516可以是有限衝擊響應(FIR)濾波器， 或者是具有能夠建模音頻系統中的揚聲器或其他裝置的估計操作特性的有限數目的係數的任意其他形式的濾波器。通過非參量濾波器516中的係數的自適應迭代，可以實時地最小化誤差信號。非參量濾波器516的自適應速率可以通過自適應濾波器模塊514來控制， 使得相對於接收的採樣數目，濾波器係數的演變相對緩慢地發生。例如，當與音頻信號的變化速率相比較時，濾波器係數的自迭代適應可以在100毫秒至2秒的範圍內發生。濾波器係數可以代表諸如從20Hz至20kHz的頻率範圍上的揚聲器106的導納的實時估計。可以從估計的導納實時推算諸如揚聲器的DC電阻、運動質量(moving mass)、共振頻率和電感的估計揚聲器參數。因為為估計揚聲器106的操作特性而產生的用於非參量濾波器516的係數並不是人類可讀形式，可以應用曲線擬合模塊518來係數擬合成曲線以獲得估計揚聲器參數。濾波器係數向估計揚聲器參數的轉換允許在音頻電源管理系統100 中使用揚聲器參數。揚聲器參數可以在估計操作特性線144上被提供到一個或更多閾值比較器114。另外，任意其他估計操作特性可以通過揚聲器參數計算器112在估計操作特性線 144上被提供到閾值比較器114。在圖1中，閾值比較器114可以選擇性地包括在電源管理系統100中以提供揚聲器106、放大器104、音頻源102或音頻系統中的任意其他組件的操作的某種形式的管理。操作的管理可能需要對揚聲器106、放大器104和/或音頻源102的某種形式的保護，以防止對相應裝置或者音頻系統內的其他裝置的物理穩定性有害的損害或其他操作。備選地或另外地，操作的管理可能需要某種形式的操作控制來最小化揚聲器106、放大器104和/或音頻源102的不希望的操作，從而最小化失真或多餘限幅(clip)。另外，音頻系統或音頻系統內的各個組件/裝置的整體功率消耗可以通過遵循功率消耗目標或限制進而被最小化。閾值比較器114可以使用諸如參數計算器112產生的揚聲器參數這樣的估計參數以及實時實際電壓V(t)(調節的或未調節)和/或實時實際電流I (t)(調節或未調節)以提供對揚聲器106和/或音頻系統中的其他裝置的操作的管理。裝置的管理可以基於一個或更多閾值的產生和應用。閾值比較器114產生和應用的閾值可以基於實時實際測量值、 估計參數、限制值和/或邊界的任意組合。換句話說，作為改變實時操作特性和改變包括在音頻系統中的一個或更多裝置的限制或邊界的實時計算的結果，可以產生閾值。參數計算器112可以在估計操作特性線144上實時提供估計揚聲器參數。另外，實時實際電壓V (t)和/或實時實際電流I (t)可以在實時實際電壓線140和實時實際電流線138上被提供到閾值比較器114。根據預定調度，諸如在一個採樣接著一個採樣的基礎上、 在預定數目的採樣之後迭代地、或者實現限制值的實時計算和/或應用的任意其他時間周期，估計揚聲器參數以及測量實際參數可以被提供到閾值比較器114以產生和實施一個或更多閾值。閾值的產生可以包括音頻系統操作參數限制和/或音頻系統保護參數限制的考慮。因此，音頻電源管理系統100可以提供設備保護功能、功率節約功能和音頻聲音輸出控制功能。就該方面而言，在閾值音頻系統操作參數的實時判斷之後，閾值比較器114可以實時地監控測量的參數以跨越或者到達相應的確定閾值。當實時檢測出跨越相應閾值時， 相應閾值比較器114可以在相應限制器信號線巧4上獨立地向限制器116提供相應限制信號。限制器116可以是能夠調整在音頻信號線IM上提供的音頻信號的任意形式的控制裝置。響應於一個或更多限制信號的接收，限制器116可以被觸發以調整音頻信號。如稍候所描述，對音頻信號的調整可以基於提供限制信號的特定閾值檢測器和/或提供的限制信號的屬性。限制器116可以操作為諸如數位訊號處理器中的數字裝置。備選地或另外地，限制器116可以是模擬裝置和/或由電子電路組成。而且，備選地或另外地，限制器116 可以響應於一個或更多限制信號的接收來控制功率放大器104、音頻源102或音頻系統中的任意其他組件的增益或一些其他可調節參數。限制器116還可以包括與一個或更多限制信號一同使用以調節音頻信號的存儲參數。每個參數包括上升時間(attack time)、釋放時間、閾值、比例、輸出信號水平、增益或與調節音頻信號相關的任意其他參數。在一個示例中，取決於限制信號和/或提供限制信號的閾值比較器114，不同的存儲參數可以被限制器116用在限制音頻信號中。因此，閾值比較器114其中每一個可以提供限制信號，該限制信號包括識別限制信號類型的信息和/ 或識別產生限制信號的閾值比較器114之一。例如，限制器116可以包括對應於閾值比較器114的輸入映射，使得基於輸入映射，限制器166獲知在特定輸入上接收的限制信號來自閾值比較器114其中特定一個。在另一示例中，限制信號可以包括發射相應限制信號的相應閾值比較器114的標識符。另外或備選地，每個不同限制信號可以包括指示限制器在接收特定類型限制信號時應採取什麼行為的行為標識符。行為標識符還可以包括參數，諸如增益值或在限制或調整音頻信號或音頻系統中的裝置中使用的其他參數。限制器116用於調整音頻信號的操作可以基於從閾值比較器114提供的限制信號實時地被執行。限制器116還可以操作為響應於來自兩個或更多不同閾值比較器114的限制信號實時調整音頻信號。在一個示例中，響應於來自不同閾值比較器114的不同限制信號的這種調整可以基本同時被執行以調整音頻信號。補償方框118也可以可選地包括在音頻電源管理系統100中。補償方框118可以是提供相位延遲、時間延遲和/或時間位移的任意電路或算法以允許限制器實時操作而沒有音頻信號的失真。如稍後描述，補償方框118還可以與各個閾值比較器114協同操作以根據特定閾值比較器114提供的限制信號的屬性執行不同類型的音頻信號的補償。另外或備選地，補償方框118可以基於相應閾值比較器114提供的限制信號選擇性地激勵和失效。 還可以基於參數計算器112提供的揚聲器106的估計操作特性選擇性地調整補償方框118。在圖1中，閾值比較器114可以包括電壓閾值比較器146、電流閾值比較器148、負載功率比較器150和揚聲器線性位移比較器152其中任意一個或更多個。在其他實施例中， 上述閾值比較器114其中一個或任意子組合可以被包括在音頻電源管理系統100中。在另外的其他示例中，附加或備選閾值比較器，諸如聲壓級比較器或者能夠產生閾值來管理音頻系統的一個或更多組件的操作的任意其他形式的比較器，可以被包括在音頻電源管理系統100中。圖6是電壓閾值比較器146、限制器116和補償方框118的框圖示例。電壓閾值比較器146可以包括均衡模塊602和電壓閾值檢測器604。音頻信號可以在音頻信號線IM 上被提供到補償方框118。另外，音頻信號的實時實際電壓V(t)(調節或未調節)通過實時實際電壓線606被提供到均衡模塊602。在該示例中，補償方框118可以操作為相位均衡器以在電壓閾值比較器146的操作中將第二電壓信號和音頻信號之間的相位保持一致以防止由於經過146的信號中的相位滯後導致的音頻信號中的過衝。在圖6中，均衡模塊602不僅可以基於實時實際電壓V(t)操作，還可以基於通過揚聲器參數線144從參數計算器112提供的估計實時操作特性而進行操作。在一個示例中， 估計實時操作特性可以是存儲的預定值。在另一示例中，當揚聲器106的估計和實際操作特性在操作中變化時，估計的實時操作特性可以通過參數計算器112被實時地動態更新。 在又一備選中，參數計算器112可以根據預定時間調度和/或響應於估計實時操作特性中的預定百分比變化來提供估計實時操作特性。均衡模塊602可以包括濾波器，諸如窄帶全通濾波器、峰值陷波濾波器或能夠建模揚聲器的共振的任意其他濾波器。濾波器可以包括諸如Q、增益和頻率的可調節濾波器參數。當諸如揚聲器106的實時估計共振頻率的估計實時操作特性改變時，濾波器的濾波器參數可以通過均衡模塊602改變。濾波器中的變化可以調節某些頻率中的信號能量的幅度，使得在某些頻率，音頻信號的實時實際電壓V(t)被抑制，而在其他頻率，實時實際電壓 V(t)被突出。濾波器中的變化可以在一個採樣接著一個採樣的基礎上、每預定數目的採樣或者以任意其他時間周期發生。均衡模塊602的所得輸出是頻域中基於揚聲器106的實時估計共振頻率補償的濾波和均衡的實時電壓信號。濾波的實時實際電壓V(t)可以通過補償電壓線606作為補償實時電壓信號被提供到電壓閾值檢測器604。電壓閾值檢測器604可以基於補償實時電壓信號判斷在預定數目的頻率其中任意頻率上是否超過閾值。揚聲器能夠在揚聲器的共振頻率附近處理音頻信號中較大幅度的電壓，且在遠離共振頻率時具有較小電壓幅度處理能力。均衡模塊602的補償反應了當揚聲器106的估計共振頻率在操作中變化時頻率內揚聲器106的變化電壓處理能力。揚聲器參數計算器112可以提供基於連續頻率的邊界曲線，該邊界曲線作為在產生閾值中使用的用於電壓閾值檢測器604的限制而被提供。邊界曲線可以最初是存儲曲線，該存儲曲線可以基於實時實際測量值和/或估計實時操作特性通過參數計算器112實時調整。參數計算器112可以根據預定時間調度和/或響應於邊界曲線中的預定百分比變化向電壓閾值檢測器604提供調整的邊界曲線。備選地，存儲的邊界曲線可以被提供到電壓閾值檢測器604以供電壓閾值檢測器使用。另外或備選地，電壓閾值檢測器604可以基於接收的實時實際電壓V(t)以及估計的實時操作特性實時地調整接收的邊界曲線。當電壓閾值檢測器604識別出超過邊界曲線的濾波的實時實際電壓V(t)的信號水平時，則超過了電壓閾值檢測器604判斷的閾值。相應地，相應限制信號可以通過電壓閾值檢測器604 產生且被提供到限制器116。基於提供的特定限制信號，限制器可以採取預定行為。例如， 依賴於特定限制信號，限制器116可以執行音頻信號的增益減小或限幅。這樣，使用揚聲器 106的實時估計共振頻率，可以最小化揚聲器的失真和/或物理損害。此外，可以優化有效操作，由於基於揚聲器106的估計實時共振頻率的實時實際電壓V(t)的基於頻率的考慮， 這優化了能量效率。使用該方法，均衡模塊602可以產生且向電壓閾值檢測器604提供變化的頻率敏感的濾波電壓信號。圖7是電流閾值比較器148和限制器116的示例性框圖。實時實際電流I (t)(調節或未調節)可以通過實時實際電流線708被提供到電流閾值比較器148。電流閾值比較器148可以通過比較實時實際電流I (t)與諸如音頻系統保護參數的音頻系統邊界參數而產生閾值。音頻系統邊界參數可以是存儲的電流值，其不會在音頻電源管理系統100的操作中動態變化。備選地，音頻系統邊界參數可以是可變邊界值。在一個示例中，音頻系統邊界參數可以是推算的估計實時參數，諸如基於諸如實時實際電壓V(t)的測量實際參數和揚聲器106的估計實時阻抗通過參數計算器112推算的估計實時電流。估計實時電流可以被電流閾值比較器148用在產生和應用閾值中。在其他示例中，估計邊界值可以通過電流閾值比較器148從所有估計值、表格和/或任意其他方式推算以產生閾值。推算的估計實時參數可以通過估計操作特性線144被提供到電流閾值比較器 148。在其他示例中，閾值音頻系統參數可以是從參數計算器112提供的任意其他估計的實時參數，其可以被電流閾值計算器148使用以推算閾值。例如，估計實時電壓和估計實時阻抗可以通過參數計算器112被提供到電流閾值比較器148以允許電流閾值比較器148推演估計實時電流。在一個示例中，(多個)估計實時參數可以是存儲的預定值。在其他實施例中，當揚聲器106的估計和實際操作特性在操作中變化時，(多個)估計實時參數可以通過參數計算器112被實時動態地更新。在另一備選中，參數計算器112可以根據預定時間調度和/或響應於(多個)估計實時參數中的預定百分比變化或程度變化提供(多個)估計實時參數。在操作中，當基於音頻信號的實時實際電流I (t)(調節和未調節)超過閾值時，電流閾值比較器148可以向限制器116輸出限制信號。基於提供的特定限制信號，限制器116 可以行動以調整音頻信號。例如限制器可以用作電壓限制器以維持音頻信號的電流低於閾值。因為實時實際電流I (t)代表在揚聲器106中流動的電流，電流閾值比較器148和限制器116代表的反饋循環操作可以足夠快，以在導致揚聲器106的不希望的操作之前「獲取」 音頻信號中的較快上升電流。就這方面而言，電流閾值比較器148還可以使用之前接收的實時實際電流I (t)採樣以用於插入未來的採樣。以這種方式，電流閾值比較器148可以執行預測功能且向限制器116提供限制信號以在超過閾值時「攔截」不希望的電流水平。以這種方式，電流閾值比較器148可以操作為保護揚聲器操作，諸如將在諸如約200Hz的預定頻率是低通濾波的低音揚聲器。另外，可以通過壓制音頻信號中的電流實現過電流條件的放大器104的保護。圖8是包括校準模塊110的示例和限制器116的示例的負載功率比較器150的示例性框圖。負載功率比較器150可以包括乘法器802以及包含短平均模塊806和長平均模塊808的時間平均模塊804。校準模塊110可以包括電壓校準模塊1 和電流校準模塊130。在音頻信號線IM上提供的音頻信號可以被提供到限制器116。在圖8中，限制器116 包括瞬時功率限制器810、長期功率限制器812和短期功率限制器814。音頻信號的實時實際電壓V(t)可以通過實時實際電壓線818被提供到電壓校準模塊128。電壓校準模塊1 可以包括電壓增益模塊(Gv) 824、電壓時間延遲模塊(T)^6和電壓信號調節器Hv(X)擬8。電壓增益模塊824、電壓時間延遲模塊擬6和電壓信號調節器 8 其中每一個可以包括預存儲的預定設置以校準實時實際電壓V(t)信號。通過使用電壓增益模塊擬4應用預定增益來縮放電壓、通過應用時間延遲或時間位移使用電壓時間延遲模塊擬6來延遲、且使用電壓信號調節器擬8校正相應的變化，可以使用電壓校準模塊1 來校準實時實際電壓信V(t)。在其他示例中，電壓增益模塊824、電壓時間延遲模塊擬6和電壓信號調節器828中的參數可以通過參數計算器112實時地被產生和調整。實時實際電流I⑴可以在實時實際電流線820上被提供到電流校準模塊130。在圖8中，電流校準模塊130包括電流增益模塊832和電流信號調節器(Hi (z))834。通過使用電流增益模塊832應用預定增益以縮放電流且使用電流信號調節器834校準相應變化， 可以使用電流校準模塊130校準實時實際電流I(t)信號。在其他示例中，電流增益模塊 832和電流信號調節器834中的參數可以由參數計算器112產生和實時調節。在另外的其他示例中，電壓校準模塊1 和電流校準模塊139之一或二者可以省略。另外，圖8的電壓校準模塊128和電流校準模塊130可以應用於調節用於參數計算器112或任意其他閾值比較器114的實時實際電壓V(t)和實時實際電流I (t)。在圖8中，在操作中，調節的實時實際電壓V(t)和調節的實時實際電流I (t)可以被實時地提供到乘法器802。乘法器802的輸出可以是代表實時輸出到揚聲器106的功率輸出(P(t))的瞬時功率值(P(t) =V(t)*I(t))。在其他示例中，調節的實時實際電壓V(t) 和調節的實時實際電流I (t)其中一個可以與一個或更多估計操作特性一起提供到乘法器 802，或調節的實時實際電壓V(t)和調節的實時實際電流I (t)都不會與一個或更多估計操作特性一起提供到乘法器802。圖9是包括限制器116的負載功率比較器150的另一示例的框圖。限制器116通過音頻線IM接收音頻信號。另外，負載功率比較器150可以接收實時電流線908上的實時實際電流I (t)(調節或未調節)和參數計算器線144上的估計操作特性。在該示例中， 估計的操作特性可以包括估計電阻部分R(t)或揚聲器阻抗Z(t)的實部real (Z)形式的估計揚聲器參數。在一個示例中，估計電阻部分R(t)可以是存儲的預定值。在其他實施例中，當揚聲器106的估計和實際操作特性在操作中變化時，估計電阻部分R(t)可以通過參數計算器112被實時動態地更新。在其他備選中，參數計算器112可以根據預定時間調度和/或響應於估計電阻部分R(t)中的預定百分比變化提供估計電阻部分R(t)。揚聲器的電阻部分R(t)中的變化指示揚聲器106中的音圈的加熱和冷卻。實時估計電阻R(t)中的增加指示增加音圈的溫度，且實時估計電阻R(t)的減小指示減小音圈的溫度。在圖9中，負載功率比較器150包括平方函數902、乘法器802和時間平均模塊 804。平方函數902可以接收實時實際電流I (t)且將其平方，且將結果提供到乘法器802 以與揚聲器106的估計時間阻抗R(t)相乘。該操作的結果(P(t) = I(t)2*R(t))可以被提供到時間平均模塊802以推算估計瞬時功率值，估計短期功率值和長期功率值。應當注意，當與實際或估計實時電壓V(t)和實時實際電流I (t)的使用來推算估計功率相比時，估計實時阻抗R(t)和實時實際電流I (t)的使用可以提供增加的精確性，因為當估計實時阻抗R(t)用於判斷功率時，電壓降考慮是不必要的。如果採樣實時實際電壓V(t)的位置和揚聲器的位置之間的距離由於線損耗產生電壓降，則精確度中的差異可能明顯。在圖8和9中，負載功率比較器150可以使用來自乘法器802的瞬時輸出功率(估計或實際)來產生長期平均功率值和短期平均功率值作為與輸出功率相關的閾值的產生和應用的一部分。長期和短期平均功率值的產生可以基於在時間上平均的瞬時輸出功率的預定數目的採樣。採樣的數目或者採樣被平均的時間周期對於短期平均功率值可以是1毫秒至約2秒，且對於長期平均功率值，可以是約2秒至180秒。瞬時功率可以通過負載功率比較器150與確定的瞬時功率限制值相比較以判斷推算的瞬時閾值是否被超越。另外，短期平均功率值和長期平均功率值可以與確定的短期限制值和確定的長期限制值相比較以判斷推算的短期閾值和推算的長期閾值是否被超越。 當基於相應功率值超過相應產生的閾值時，相應的限制信號可以由負載功率比較器150產生且提供到限制器116。限制信號可以包括指示瞬時功率限制器810、短期功率限制器814 或長期功率限制器812的標識符。備選地，當設計為用於瞬時功率限制器810、短期功率限制器814或長期功率限制器812時，限制信號可以作為限制器116的不同輸入被提供以識別信號。在其他示例中，如前面所討論，任意其他方法可用於識別不同限制信號。用於比較瞬時、短期和長期功率的限制值可以是存儲的預定值。備選地，可以基於通過估計操作特性線144從參數計算器112提供到負載功率比較器150的估計操作特性， 實時動態地更新限制值。例如，揚聲器106的實時揚聲器參數可以被負載功率比較器150 使用以推算作為實時變化值的限制值。備選地，限制值可以是存儲值，或者通過參數計算器 112實時推算且提供到負載功率計算器150。在另一備選中，參數計算器112可以根據預定時間調度和/或響應於限制值中的預定百分比的改變來提供限制值。揚聲器固有地具有作為視頻信號的功率的函數的與加熱和冷卻水平相關的熱時間常量。因為可以估計揚聲器的實時功率輸入，可以避免來自不希望加熱的揚聲器的閾值保護。此外，可以實現從這種不希望加熱的閾值保護，同時由於影響用於特定揚聲器的實際可接受瞬時、短期和長期功率輸入範圍的實時或靜態限制值，仍允許最大操作靈活性。使用實時實際和估計參數來計算功率和限制值且判斷是否超過閾值可以考慮環境溫度中的波動、製造中的變化以及影響用於特定揚聲器的希望最大功率閾值的任意其他因素。圖10是包括限制器116的負載功率比較器150的另一示例性框圖。限制器116 接收音頻信號線1 上的音頻信號。另外，負載功率比較器150可以通過參數計算器線144 接收估計操作特性。在該示例中，估計操作特性包括估計電阻部分R(t)或揚聲器阻抗Z(t) 的實部(Z)形式的估計揚聲器參數。在一個示例中，估計電阻部分R(t)可以是存儲的預定值。在另一實施例中，當揚聲器106的估計和實際操作特性在操作中變化時，估計的電阻部分R(t)可以通過參數計算器112實時動態地更新。在又一備選中，參數計算器112可以根據預定時間周期和/或響應於估計電阻部分R(t)中的預定百分比變化提供估計電阻部分 R(t)。因為由於移動平均的計算，負載功率比較器150可以操作為以較慢速率產生和應用閾值，估計電阻部分R(t)可以以較慢速率採樣。負載功率比較器150包括移動平均模塊1002。當在參數計算器線144上提供估計電阻部分R(t)作為動態更新參數的情況中，移動平均模塊1002可以接收估計電阻部分 R(t)且在預定時間周期上對估計電阻部分R(t)求平均。因為估計電阻部分R(t)指示音圈溫度中的變化，使用移動平均模塊1002推算估計電阻部分R(t)的移動平均可用於監控揚聲器106的音圈的長期加熱。可以通過負載功率比較器150將估計電阻部分R (t)的移動平均與指示揚聲器106 的期望電阻部分R(t)的一個或更多邊界值相比較以判斷是否超過了閾值。當估計電阻部分R(t)的移動平均超過了指示超越了閾值的邊界之一時，可以由負載功率比較器150產生限制信號且將其提供到限制器116，指示閾值被超過。當接收限制信號時，限制器116可以採取行為以最小化音圈的不希望的高溫和/或不希望的低溫。用於與估計電阻部分R(t) 比較的邊界值可以是存儲的預定值。備選地，邊界值可以基於通過估計操作特性線144從參數計算器112提供到負載功率比較器150的估計操作特性被實時動態地更新。例如，揚聲器106的實時揚聲器參數可以被負載功率比較器150使用以推算作為實時變化值的邊界。備選地，邊界可以是存儲值，或者通過參數計算器112實時推算且被提供到負載功率計算機50以用於監控閾值。在另一備選中，參數計算器112可以根據預定時間調度和/或響應於邊界值中的預定百分比變化提供邊界。限制器116可以向音頻信號應用衰減以減小音頻信號的幅度且避免揚聲器106的音圈的過熱。備選地或另外地，限制器116可以向音頻信號應用增益以補償音頻信號中音頻內容的壓縮。在另一備選中，通過選擇性地向音頻信號應用增益且選擇性地應用衰減可以使用用於壓縮的補償的組合。例如，當基於相應第一限制信號的接收超過第一閾值時，限制器116可以向音頻信號應用增益以補償壓縮。當第二閾值被超過且提供指示音圈溫度繼續增加的相應第二限制信號時，限制器116可以向音頻信號應用衰減以避免揚聲器106的音圈中的不希望的溫度水平。圖11是包括限制器116和補償塊118以產生在揚聲器音圈位移的(voice coilexcursion)管理中使用的閾值的揚聲器線性位移比較器152的示例性框圖。補償方框 118包括時間延遲1102和相位均衡器1104。時間延遲1102可以提供音頻信號的延遲或時間位移從而為音頻電源管理系統100提供附加時間來管理揚聲器的音圈的不希望的偏移。 相位均衡器1104可以按需提供相位補償以維持音頻電源管理系統10中的音頻信號和實時實際電壓V(t)之間的相位關係。音頻信號的實時實際電壓V(t)(調節或未調節)可以通過實時實際電壓線1106上被應用於揚聲器線性位移比較器152。揚聲器線性位移比較器 152包括揚聲器位移模塊1110和位移閾值檢測器1112。揚聲器位移模塊1110在操作特性線114上從參數計算器112接收實時實際電壓 V(t)和估計操作特性。在圖11中，揚聲器位移模塊1110接收的操作特性包括估計機械順從性Cm(t)和估計音圈電阻Re(t)。估計機械順從性Cm(t)和估計音圈電阻Re(t)可以被揚聲器位移模塊1110使用以推算代表揚聲器106的實時機電揚聲器模型。在其他示例中， 附加操作特性(諸如包括在圖2中的估計揚聲器參數其中一個或更多個)可以通過參數計算器112被提供到揚聲器位移模塊1110。基於向實時機電揚聲器模型應用實時實際電壓 V(t)，揚聲器位移模塊1110可以響應於音頻信號推算揚聲器106的音圈的預測位移。響應於實時實際電壓V(t)，可以基於音圈的估計機械速度隨時間的積分預測音圈的位移。另外或備選地，揚聲器位移模塊1110可以使用諸如濾波器的頻率相關的傳輸函數來執行每伏特實時實際地電壓V(t)的預測音圈位移的實時計算。使用估計機械順從性 Cm(t)和估計音圈電阻Re(t)，預測位移可以考慮由於製造中的變化、老化、溫度和影響揚聲器106的實時操作中的音圈位移的其他參數導致的揚聲器特定操作特性。預測位移可以被提供到位移閾值檢測器1112。位移閾值檢測器1112可以比較預測位移與代表音圈的最大希望位移的邊界以判斷是否超過了產生的閾值。邊界可以是存儲在位移閾值檢測器1112中的預定值。備選地， 邊界可以存儲在參數計算器112中且通過操作特性線114被提供到位移閾值檢測器1112， 或者被存儲在音頻系統中的任意其他地方。另外或備選地，當揚聲器106的實際操作特性在操作中變化時，邊界可以通過參數計算器112被實時動態地更新。在又一備選中，參數計算器112可以基於預定時間調度和/或響應於邊界中的預定百分比變化來提供邊界。基於產生的閾值，當預測位移超過邊界時，限制信號被提供到限制器116。限制器 116可以響應於限制信號的接收在時域向音頻信號應用限幅。另外或備選地，限制器可以響應於限制信號的接收在時域向音頻信號應用軟限幅。軟限幅可用於平滑限幅信號的尖銳拐角，且減小高階諧波內容以最小化與限幅音頻信號相關的不希望的聽覺影響。另外或備選地，限制器可以響應於限制信號的接收減小諸如音頻放大器中的音頻信號的增益。為了使揚聲器線性位移比較器152和限制器116 「提前止住」揚聲器106中音圈的不希望的實際位移，可以最小化揚聲器位移模塊的建模的延遲。另外，時間延遲方框1102 可用於提供展望能力，該展望能力可以涉及音頻信號的未來實時實際電壓V(t)的預測性插值。圖12是參考圖1-11用於音頻電源管理系統100的示例性操作流程圖。在方框 1202，音頻電源管理系統100開機，且閾值比較器114其中一個或更多個被輸入存儲設置。 存儲設置可以是來自之前操作的最後獲知值或者是預定存儲值。在方框1204，音頻信號可以通過音頻信號線144被提供到電源管理系統100。在方框1206，音頻信號被採樣以獲得實時電壓信號V(t)和實時電流信號I (t)。在方框1208，實時電壓信號V(t)和實時電流信號I (t)可以使用校準模塊110校準且操作前進到方框1210。備選地，實時電壓信號V(t)和實時電流信號I (t)的校準可以被省略且操作直接前進到方框1210。在方框1210，參數計算器112接收和使用實時電壓信號V(t)以推算實時估計電流。基於估計操作特性(諸如揚聲器106的估計操作特性)計算實時估計電流。 在方框1212，實時估計電流與實時電流信號I (t)相比較。在方框1214，判斷是否大於在估計實時電流和實時實際電流I (t)之間存在的預定差異(誤差)。如果是，則該操作調整估計操作特性且返回到方框1210以基於調整的操作特性重新計算估計實時電流。參考圖13，在方框1214，如果實時估計電流和實時實際電流I (t)中的差異處於可接收範圍(收斂)內，則在方框1216，諸如估計揚聲器參數的估計操作特性可以被閾值比較器114在執行閾值產生和監控中可用作估計實時參數。在其他示例中，諸如當使用電流放大器時，實時實際電流I (t)可用於推算實時估計電壓，該電壓與實時實際電壓V(t)進行比較。在方框1218，判斷閾值比較器114其中哪一個可在音頻電源管理系統100中操作。 如果電壓閾值比較器146可在音頻電源管理系統100中操作，則在方框1222，估計實際參數被選擇性地提供到電壓閾值比較器146。在方框1224，基於估計實時參數調整電壓閾值比較器146的濾波器參數。在方框12 ，實時實際電壓V(t)被電壓閾值比較器濾波以在具有揚聲器106的估計共振頻率的頻率範圍上校準實時實際電壓V(t)。因此，濾波的實時實際電壓V(t)可以根據揚聲器的估計實時共振頻率被調整以基於估計的共振頻率表示揚聲器的可用操作能力。在方框12 ，代表頻率相關所需電壓水平的可變或靜態限制值可以從參數計算器 112被接收、通過電壓閾值比較器146被推算和/或被從某一其他位置恢復。在方框1230， 過濾的實時實際電壓V(t)諸如可以通過曲線擬合與限制值進行比較。在方框1232，判斷過濾實時實際電壓V(t)是否超過閾值。如果判斷為否，則操作返回方框1222。如果在方框 1232，濾波的實時實際電壓V(t)超過閾值，則在方框1234，限制信號被提供到限制器116。 在方框1236，限制器調整音頻信號，且操作返回到方框1222。返回方框1220，如果電流閾值比較器148可在音頻電源管理系統100中操作，則在方框1M0，電流閾值比較器148接收實時實際電流I (t)。另外，電流閾值比較器148可以以預定間隔選擇性地接收代表來自參數計算器122的最大所需電流的可變或靜態邊界值、 選擇性地推算最大所需電流和/或從某一其他存儲位置恢復最大所需電流。在方框1M2， 電流閾值比較器148可以比較實時實際電流I(t)與邊界值。在方框1244，判斷實時實際電流I(t)是否超過邊界值。如果判斷為否，則操作返回方框1240。如果在方框1244，實時實際電流I (t)超過閾值，則在方框1246，產生限制信號且該限制信號被提供到限制器116。 在方框1M8，限制器調整音頻信號，且操作返回到方框1240。再次返回1220，如果負載功率比較器150可在音頻電源管理系統100中操作，則在方框1252，負載功率比較器150接收實時實際電流I(t)和實時實際電壓V(t)(調節或未調節)中的至少一個。另外或備選地，負載功率比較器150可以選擇性地從參數計算器112 接收諸如估計實時揚聲器參數的估計實時參數。而且，負載功率比較器150可以以預定間隔從參數計算器112或某一其他存儲位置接收代表所需功率水平的可變或靜態限制或推算可變或靜態限制。在方框1254，負載功率比較器150可以基於實時估計和/或實際電流或電壓計算瞬時功率。在方框1256，計算的瞬時功率可用於更新短平均功率和長平均功率值。在方框 1258，瞬時、短期和長期計算功率可以與相應限制進行比較。在方框1沈2，判斷瞬時功率、 短期功率或長期功率是否超過相應閾值。如果判斷為否，則操作返回方框1252。如果在方框1沈2，瞬時功率、短期功率或長期功率中任意一個或全部超過相應閾值，則在方框1沈4， 負載功率比較器150產生(多個)相應限制信號且向限制器116提供(多個)相應限制信號。在方框1沈6，限制器116基於(多個)接收的限制信號相應地調整音頻信號。再次返回方框1220，如果揚聲器線性位移比較器152可在音頻電源管理系統100 中操作，則在方框1270，揚聲器線性位移比較器152接收實時實際電壓V (t)(調節或未調節)且從參數計算器112估計諸如實時揚聲器參數這樣的估計實時參數。而且，負載功率比較器150可以從參數計算器112或某一其他存儲位置接收代表揚聲器106的音圈的所需位移水平的一個或更多可變或靜態邊界，或者推算可變或靜態邊界。在方框1272，通過向實時機電揚聲器模型應用實時實際電壓V(t)和估計實時參數推算估計位移。在方框1274，估計位移與邊界進行比較。在方框1276，判斷是否超過閾值中的任意一個。如果判斷為否，則操作返回到方框1270。如果在方框1276，超過了任意一個閾值，則在方框1278，產生相應限制信號且該相應限制信號被提供到限制器116。在方框1觀0，限制器116根據接收的相應限制信號調整音頻信號。如上所述，電源管理系統100提供揚聲器、放大器、音頻源和音頻系統中的任意其他組件的管理。通過使用實時測量實際參數，音頻電源管理系統100可以定製音頻系統中的各個組件的管理。在保護性管理的情況中，音頻電源管理系統100可以實時產生和調整用於各個裝置的各種保護性參數以允許相應裝置的最大操作能力，同時仍維持諸如音頻信號的操作參數處於限制內，否則將對於音頻系統的硬體具有不希望的有害影響。在操作管理的情況中，通過實時調整用於各個裝置的操作閾值以最小化失真、限幅和可能發生的其他不希望異常，音頻電源管理系統可以優化功耗、性能和功能性。儘管已經描述了本發明的各個實施例，對於本領域技術人員而言，很明顯，更多實施例和實施方式可以處於本發明的範圍內。因此，除非考慮所附權利要求及其等價，本發明將不受限制。
權利要求
1.一種用於音頻系統的電源管理系統，包括參數計算器，配置成基於驅動揚聲器的音頻信號的測量實際參數實時地執行所述揚聲器的估計操作特性的計算；與所述參數計算器通信的閾值比較器，所述閾值比較器配置成基於所述測量實際參數和所述估計操作特性實時地產生和監控閾值；以及與所述閾值比較器通信的限制器，所述限制器位於提供所述音頻信號的音頻源和接收所述音頻信號的揚聲器之間，所述限制器配置成基於所述閾值實時地選擇性地調整所述音頻信號。
2.根據權利要求1所述的電源管理系統，其中所述閾值比較器包括電壓閾值檢測器， 所述電壓閾值檢測器配置成基於所述測量實際參數和計算的估計操作特性實時地產生基於頻率的高電壓閾值。
3.根據權利要求1所述的電源管理系統，其中所述參數計算器配置成收斂自適應濾波器以計算所述揚聲器的所述估計操作特性。
4.根據權利要求1所述的電源管理系統，其中所述音頻信號的所述測量實際參數包括實時實際電壓和實時實際電流。
5.根據權利要求4所述的電源管理系統，其中所述參數計算器配置成產生揚聲器模型以基於所述實時實際電壓計算所述揚聲器接收的音頻信號的實時估計電流，所述參數計算器還配置成比較所述實時估計電流與所述實時實際電流且優化所述揚聲器模型以代所述表揚聲器的實時實際操作特性。
6.根據權利要求1所述的電源管理系統，還包括校準模塊，該校準模塊配置成接收、調節所述測量實際參數且向所述參數計算器提供調節的測量實際參數。
7.一種用於音頻系統的電源管理的方法，包括使用參數計算器實時地監控測量實際參數，所述測量實際參數基於驅動揚聲器的音頻信號；基於所述測量實際參數產生代表所述揚聲器的操作特性的估計揚聲器參數；產生驅動揚聲器的所述音頻信號的估計實際參數；實時地將所述估計實時參數與所述測量實際參數進行比較；實時地調整所述估計揚聲器參數以最小化所述估計實時參數和所述測量實際參數之間的差；基於調整的估計揚聲器參數和所述測量實際參數實時地產生閾值；以及基於產生的閾值實時地選擇性地調整驅動所述揚聲器的所述音頻信號。
8.根據權利要求7所述的方法，其中所述測量實際參數包括實時實際電壓和實時實際電流，且所述估計實際參數包括估計實時電流，所述實時實際電壓與估計揚聲器模型一起使用以產生所述估計實時電流，且所述實時實際電流與所述估計實時電流進行比較以調整所述估計揚聲器模型。
9.根據權利要求7所述的方法，其中所述測量實際參數包括實時實際電壓和實時實際電流，且所述估計實時參數包括估計實時電壓，所述實時實際電流與估計揚聲器模型一起使用以產生所述估計實時電壓，且所述實時實際電壓與所述估計實時電壓進行比較以調整所述估計揚聲器模型。
10.根據權利要求7所述的方法，其中實時地調節揚聲器模型包括收斂濾波器以估計所述揚聲器的導納或阻抗值。
11.根據權利要求10所述的方法，其中實時地調整揚聲器模型包括識別頻率且產生一個濾波器以實時地代表該頻率上所述揚聲器的阻抗值。
12.根據權利要求7所述的方法，其中所述閾值代表最大音圈位移。
13.根據權利要求7所述的方法，其中所述閾值是揚聲器保護參數。
14.一種用於音頻系統的電源管理系統，包括第一閾值比較器，配置成根據第一閾值監控音頻信號的測量實際參數；第二閾值比較器，配置成根據第二閾值監控所述測量實際參數；與所述第一閾值比較器和所述第二閾值比較器通信的參數計算器，所述參數計算器配置成實時地選擇性地向所述第一閾值比較器和所述第二閾值比較器提供揚聲器的估計操作特性，所述估計操作特性是基於驅動所述揚聲器的音頻信號產生；所述第一閾值比較器配置成基於所述估計操作特性和所述測量實際參數中的至少一個建立所述第一閾值的超過程度；以及所述第二閾值比較器配置成基於所述估計操作特性和所述測量實際參數中的至少一個建立所述第二閾值的超過程度。
15.根據權利要求14所述的電源管理系統，還包括與所述第一閾值比較器和所述第二閾值比較器通信的限制器，所述限制器配置成響應於來自所述第一閾值比較器的第一限制信號和來自於所述第二閾值比較器的第二限制信號，獨立地調整驅動所述揚聲器的所述音頻信號。
16.根據權利要求14所述的電源管理系統，還包括與所述第一閾值比較器通信的第一限制器以及與所述第二閾值比較器通信的第二限制器，所述第一限制器和第二限制器配置成響應於來自所述第一閾值比較器的相應第一限制信號和來自於所述第二閾值比較器的相應第二限制信號，獨立地調節驅動所述揚聲器的所述音頻信號。
17.根據權利要求14所述的電源管理系統，其中所述第一閾值比較器是電壓閾值比較器，且所述估計操作特性包括所述揚聲器的估計共振頻率，所述電壓閾值比較器配置成響應於所述估計共振頻率中的變化改變操作特性。
18.根據權利要求17所述的電源管理系統，其中所述第二閾值比較器是電流閾值比較器且所述估計操作特性包括所述揚聲器的估計電阻，所述電流閾值比較器配置成響應於所述揚聲器的所述估計電阻中的變化改變所述第二閾值。
19.根據權利要求14所述的電源管理系統，其中所述第一閾值比較器是揚聲器線性位移比較器，且所述估計操作特性包括所述揚聲器的估計音圈電阻以及所述揚聲器的估計機械順從性，所述揚聲器線性位移比較器配置成至少基於所述揚聲器的所述估計音圈電阻和所述估計機械順從性推算代表所述揚聲器的實時機電揚聲器模型。
20.根據權利要求19所述的電源管理系統，其中所述第二閾值比較器是負載功率比較器，所述估計操作特性包括所述揚聲器的估計電阻，且所述測量參數包括所述音頻信號的實時實際電流，所述負載功率比較器配置成基於所述揚聲器的所述估計電阻和所述實時實際電流實時計算揚聲器處的功率的估計幅度。
21.根據權利要求14所述的電源管理系統，其中所述參數計算器配置成基於使濾波器自適應以代表揚聲器參數，從所述揚聲器的所述操作特性迭代地推算揚聲器參數。
22.一種用於音頻系統的電源管理系統，包括計算機可讀存儲介質，配置成存儲處理器可執行的計算機可讀指令，該計算機可讀存儲介質包括實時地接收驅動揚聲器的音頻信號的第一測量實際參數和第二測量實際參數的指令；基於所述第一測量實際參數迭代地產生用於揚聲器的估計實際參數的指令； 將所述估計實際參數與所述第二測量實際參數進行比較的指令； 迭代地調整濾波器以最小化所述估計實時參數和所述第二測量實際參數之間的誤差的指令；響應於誤差的最小化從所述濾波器實時地推算估計揚聲器參數的指令；以及基於所述估計揚聲器參數管理所述揚聲器的操作的指令。
23.根據權利要求22所述的計算機可讀存儲介質，其中所述濾波器是多個濾波器，且迭代地調整濾波器以最小化誤差的指令還包括在多個頻率中每一個頻率中調整濾波器的指令，且迭代地產生估計實時參數的指令包括從調整的濾波器產生用於所述揚聲器的阻抗模型的指令。
24.根據權利要求22所述的計算機可讀存儲介質，其中所述第一測量實際參數是實時實際電壓，且所述第二測量實際參數是實時實際電流。
25.根據權利要求22所述的計算機可讀存儲介質，其中所述濾波器包括第一參量濾波器和第二參量濾波器，且其中迭代地調整濾波器以最小化誤差的指令包括自適應所述第一參量濾波器以實時地建模揚聲器的共振頻率附近的揚聲器導納的指令以及自適應所述第二參量濾波器以實時地建模揚聲器的高頻範圍中的揚聲器導納或阻抗的指令。
全文摘要
本發明提供一種用於管理音頻系統中的音頻裝置的操作的電源管理系統。該音頻電源管理系統包括參數計算器、閾值比較器和限制器。使用音頻系統產生的音頻信號被提供到音頻電源管理系統。基於諸如實時實際電壓和/或實時實際電流的音頻信號的測量實際參數，參數計算器可以推算諸如包括在音頻系統中的揚聲器的音頻裝置的估計操作特性。閾值比較器可以使用估計操作特性來產生閾值且通過監控測量實際參數且選擇性地引導限制器調整音頻信號來管理音頻系統中的一個或更多裝置或者音頻系統中的另一裝置的操作以保護或優化性能。
文檔編號H04R3/00GK102196336SQ20111006463
公開日2011年9月21日 申請日期2011年3月17日 優先權日2010年3月17日
發明者傑弗裡.塔克特, 瑞安.J.米西利克, 道格拉斯.K.霍格 申請人:哈曼國際工業有限公司