用於音頻系統的控制器的製作方法

2023-12-04 13:33:11

本發明涉及用於音頻系統的控制器，且具體地說，涉及利用音頻系統的負載的阻抗函數來控制音頻系統的控制器。

背景技術：

現有技術中音頻系統的控制器存在電力消耗大等問題。

技術實現要素：

根據本發明的第一方面，提供一種用於音頻系統的控制器，所述音頻系統包括音頻處理器和放大器，所述控制器被配置成：

接收表示放大器的操作條件的放大器操作條件信號；

接收最大閾值；以及

基於放大器操作條件信號和最大閾值產生控制信令，其中控制信令被配置成設定音頻處理器的操作參數。

此控制器可減少音頻系統的電力消耗。

在一個或多個實施例中，音頻系統另外包括負載。控制器可另外被配置成：

確定或接收負載的頻率依賴阻抗函數；以及

基於負載的頻率依賴阻抗函數產生控制信令。

在一個或多個實施例中，負載的頻率依賴阻抗函數定義一個或多個低阻抗頻帶和一個或多個高阻抗頻帶。控制信令可被配置成配置音頻處理器以將低阻抗頻帶中的音頻信號修改到比高阻抗頻帶中的音頻信號大得多的程度。

在一個或多個實施例中，低阻抗頻帶被定義為所有阻抗值皆小於低阻抗頻率閾值的所有阻抗值的頻帶。高阻抗頻帶可被定義為所有阻抗值皆大於高阻抗頻率閾值的所有阻抗值的頻帶。

在一個或多個實施例中，音頻處理器包括高通濾波器。控制信令可被配置成設定高通濾波器的截止頻率。

在一個或多個實施例中，控制信令被配置成增加高通濾波器的截止頻率，以便減少音頻系統的電力消耗。

在一個或多個實施例中，音頻處理器包括一個或多個擱置濾波器。控制信令可被配置成設定一個或多個擱置濾波器的角頻率和/或增益。

在一個或多個實施例中，音頻處理器包括分析和合成濾波器組。分析和合成濾波器組可被配置成：

將所接收的數字音頻輸入信號分成多個子帶信號；

將多個增益值應用於所述多個子帶信號，以便產生多個經過處理的子帶信號，其中所述多個增益值是基於控制信令來設定的；

組合所述經過處理的子帶信號以便提供分析和合成濾波器組的數字音頻輸出信號。

在一個或多個實施例中，音頻處理器包括動態範圍控制器。控制信令可被配置成設定動態範圍控制器的以下操作參數中的一個或多個操作參數：

閾值；

壓縮比；

補償增益；以及

截止頻率。

在一個或多個實施例中，放大器操作條件信號為放大器的電力消耗、放大器的電流消耗或放大器的溫度中的一者。

在一個或多個實施例中，控制器被配置成從數字音頻輸入信號導出放大器操作條件信號。

在一個或多個實施例中，負載包括揚聲器。

在一個或多個實施例中，控制器被配置成基於放大器的溫度導出最大閾值。

在一個或多個實施例中，控制器被配置成基於向音頻系統供電的電池的電量導出最大閾值。

可提供操作音頻系統的方法，所述音頻系統包括音頻處理器和放大器，所述方法包括：

接收表示放大器的操作條件的放大器操作條件信號；

接收最大閾值；以及

基於所述放大器操作條件信號和所述最大閾值產生控制信令，其中所述控制信令被配置成設定所述音頻處理器的操作參數。

可提供一種集成電路，其包括本文中所公開的任何控制器。

可提供一種電子裝置，其包括本文中所公開的任何控制器。

可提供電腦程式，所述電腦程式在計算機上運行時使得計算機配置包括本文所公開的電路、控制器、系統或裝置的任何設備或執行本文所公開的任何方法。

雖然本發明容許各種修改和替代形式，但已藉助於例子在圖式中示出並將詳細描述其細節。然而，應理解，超出所描述的特定實施例的其它實施例也是可能的。也涵蓋落在所附權利要求書的精神和範圍內的所有修改、等效物和替代實施例。

以上論述並不意圖表示當前或將來權利要求集的範圍內的每一示例實施例或每一實施方案。附圖和具體實施方式還舉例說明了各種示例實施例。考慮以下結合附圖的詳細描述可以更全面地理解各種示例實施例。

附圖說明

現將僅藉助於例子參考附圖描述一個或多個實施例，附圖中：

圖1示出音頻系統的示例實施例；

圖2示出音頻系統的另一示例實施例；

圖3示出揚聲器的頻率依賴阻抗函數的例子；

圖4示出音頻系統的另一示例實施例；以及

圖5示意性地示出操作音頻系統的方法的示例實施例。

具體實施方式

本文中所公開的例子中的一個或多個例子涉及用於音頻系統的控制器，所述控制器可使用放大器操作條件信號和最大閾值來設定音頻處理器的操作參數。在一些例子中，控制器也可使用放大器負載的頻率依賴阻抗函數來設定音頻處理器的操作參數，所述放大器負載可為揚聲器。控制器可通過以此方式控制音頻處理器有利地減少音頻系統的電力消耗。使用揚聲器的頻率依賴阻抗函數的例子可使處於對應於揚聲器的低阻抗的頻率的音頻信號衰減。以此方式，控制器可實施方法以改變音頻處理，以便減少音頻放大器的電力消耗。

移動裝置的重要屬性為其可操作多長時間而不對電池再充電。在具備音頻能力的電池供電的移動裝置中，音頻放大器可對電池壽命影響很大。系統可在電池電力或預期的剩餘電池壽命低於某一閾值時切換到低電力消耗模式。在此類系統中，在音頻域中，可通過應用音頻信號的全頻帶衰減來減少電力。舉例來說，通過基於音頻信號電平和當前電池電力導出目標衰減係數。

圖1示出音頻系統100的示例實施例。音頻系統100包括控制器(ctrl1)102、音頻處理器(proc)104和揚聲器108。在此例子中，音頻系統100還包括放大器106。音頻處理器104也可被稱作音頻處理模塊，且控制器102也可被稱作控制塊。

將數字音頻輸入信號(s1)116提供到音頻處理模塊104。音頻處理模塊104的輸出為數字音頻輸出信號(s2)118。將數字音頻輸出信號118提供到放大器106的輸入端子。任選地，在音頻處理器104與放大器106的輸入端子之間提供數字到模擬轉換器(DAC)(未圖示)。放大器106的輸出端子將放大的數字音頻輸出信號提供到揚聲器108。

音頻處理模塊104具有操作參數，所述操作參數定義音頻處理模塊104將如何處理數字音頻輸入信號116以便提供數字音頻輸出信號118。控制塊102將控制信令114提供到音頻處理模塊104以設定操作參數中的一個或多個操作參數。

控制塊102接收Pmax 112，其表示放大器106或整個音頻系統100的最大允許電力或電流消耗。Pmax 112值為可由控制塊102處理的最大閾值的例子。最大閾值可表示應由放大器106或音頻系統100作為整體消耗的最大電力或最大電流。

控制塊102可基於Pmax 112產生控制信令114，以使得可基於Pmax 112修改/設定音頻處理模塊104的操作參數。此控制的目標可為放大器106的電力或電流消耗將不超過閾值Pmax 112。

在此例子中，控制塊102也接收放大器操作條件信號134，其在圖1中標記為『P』。放大器操作條件信號134表示放大器106的操作條件。作為非限制性例子，操作條件可為由放大器106消耗的電力、由放大器106消耗的電流或使得能夠計算電力或電流消耗的放大器106的任何其它操作條件。

在此例子中，控制塊102可基於放大器操作條件信號134結合Pmax 112值產生控制信令114。以此方式，可基於放大器操作條件信號134修改音頻處理模塊104的操作參數。此控制的目標可為放大器操作條件信號134或自其導出的信號或值將不超過如由Pmax 112定義的閾值

最大閾值(其例子為Pmax 112)可被用作閾值，放大器106的電流或電力消耗限於所述閾值。最大閾值可由另一應用供應或其可從數種準則中導出。最大閾值可從電池供電的裝置中的剩餘電池電量導出。以此方式，可延長電池壽命。

在其它例子中，最大閾值可從放大器106的溫度導出。放大器106的電力消耗可與放大器106的散熱相關。因此，在放大器溫度變得過高時，最大閾值可降低以防止放大器106的熱損傷。以此方式，所提出的系統可實施放大器106的熱保護。如果放大器操作條件信號(其例子為控制信號P 134)為放大器電流，那麼最大閾值可為可由放大器106遞送的最大電流。以此方式，所提出的系統可保護放大器免受過電流的影響。

在一些例子中，音頻處理模塊104的控制塊102可對放大器操作條件信號134執行求平均值操作，其可表示放大器106的電力或電流消耗。求平均值操作可為時間平滑操作，以使得可控制音頻處理模塊104以使得放大器106的電力或電流消耗平均值將不超過閾值Pmax 112。因此，如果Pmax 112的值例如因為電池電量低於某一電量而降低，那麼可自動修改音頻處理模塊104的操作參數，以使得預期的放大器電力消耗降低，由此延長電池壽命。

如上文所指示，放大器操作條件信號134可表示放大器電流的測得值。可替換的是，控制塊102可基於不同放大器操作條件信號導出放大器電流。舉例來說，放大器電流可從流入揚聲器108中的電流(負載電流)和放大器106的效率的已知值導出。可測量負載電流，或可從被發送到放大器106的數字音頻輸出信號(s2)118或從數字音頻輸入信號(s1)(使用揚聲器108/放大器負載的模型)估計負載電流。如果從數字音頻輸入信號(s1)116導出放大器操作條件信號134，那麼預測在不存在音頻處理模塊104的情況下的操作條件(例如，電力或電流消耗)。這使得控制模塊102能夠估計音頻處理模塊104應得到多少電力減少。而且，將了解到，放大器106的電力消耗可從負載電流和負載(揚聲器108)上的電壓或從負載電流和負載的模型或從負載上的電壓和負載的模型導出。

圖1的實施例可提供音頻處理模塊，所述音頻處理模塊處理所接收的數字音頻輸入信號(s1)116，使得再現音頻信號的音頻放大器106的預期的電力消耗不會超過如由目標最大電力Pmax 112定義的某一閾值。

在包括圖1和2的例子的一些例子中，音頻處理模塊可包括(可能多頻帶)動態範圍控制器(DRC)、濾波操作或頻域處理模塊。可任選地在不需要電力減少時(例如在剩餘電池電力超出某一安全電量時)旁通音頻處理模塊。

在音頻處理模塊為(可能多頻帶)DRC的例子中，DRC的操作參數可由控制塊依據目標最大電力Pmax來改變。在一個例子中，控制塊可產生控制信令，以使得控制塊根據目標最大電力Pmax設定DRC的閾值。在DRC的閾值降低時，高振幅音頻信號的預期信號功率減少，而低振幅信號可能不會受到顯著影響。此情形在與將直接衰減係數(基於剩餘電池電力)應用於整個音頻信號的系統(所述衰減係數將使所有信號電平同樣地衰減)相比較時可為優點。此外，可考慮放大器操作條件信號，以使得操作參數修改考慮預期的電力消耗(預期的電力消耗可從數字音頻輸入導出或取決於數字音頻輸入)，這與對於電力減少應用固定處理相反。

在音頻處理模塊包括DRC的其它例子中，控制信令可設定DRC的以下操作參數中的一個或多個操作參數：壓縮比；補償增益；以及截止頻率。這可外加於或替代設定DRC的閾值，如上文所論述。

在音頻處理模塊104為(多頻帶)DRC且控制塊102接收控制信號P 134的圖1的例子中，此實施方案可被認為是類似於側鏈動態範圍控制器(SCDRC)。側鏈信號可為預期的放大器電流。側鏈信號也可為放大器電力消耗。電力信號的閾值(Pmax 112)可與目標最大電力相關。如果側鏈信號由電流信號組成，那麼可實施電流限制。如果側鏈信號由預測的電力信號組成，那麼可實施電力限制。

音頻放大器106的電力消耗與放大器108的負載上的電壓和流入所述負載中的電流相關。在此例子中，放大器106的負載為揚聲器108。因此，基於揚聲器108的頻率依賴阻抗函數110控制音頻處理模塊104可進一步減少音頻系統100的電力消耗，如下文將另外詳細論述。

圖1的例子說明單個放大器和揚聲器，但將了解到，其它例子可涉及多通道系統。將另外了解到，揚聲器108為音頻系統的負載的一個例子，且本文中所公開的例子可同樣適用於不同負載。

圖2示出另一音頻系統200的示例實施例。此處將不一定再次描述已參考圖1描述的圖2的特徵。

在此例子中，控制塊202也接收揚聲器208的頻率依賴阻抗函數210。控制塊202基於揚聲器208的頻率依賴阻抗函數210產生控制信令214，以使得控制信令214可用以設定音頻處理模塊204的操作參數。

在此例子中，控制塊202可確定自身的頻率依賴阻抗函數。可替換的是，頻率依賴阻抗函數可由另一應用提供或從存儲器檢索出。舉例來說，頻率依賴阻抗函數可從存儲於存儲器中的資料庫使用揚聲器208的識別符檢索出。在又一例子中，控制塊202可使用(i)揚聲器208上的電壓；以及(ii)流入揚聲器208中的電流確定負載阻抗。又一替代例將使用揚聲器208的聲學輸出的麥克風記錄。在這些狀況下，揚聲器模型可隨時間推移進行調整。而且，控制塊202可確定校準操作模式中的揚聲器模型，且接著假設模型隨後不會改變。

總之，圖2的實施例可使用音頻處理來限制音頻放大器206的電力消耗，因此延長可與音頻系統200相關聯的任何移動裝置的電池壽命。相比於通過使音頻信號衰減來減少電力消耗而不考慮負載的功耗在音頻頻譜上可能不均勻的系統，圖2的方法可被視為有優勢的。此外，可考慮數字音頻輸入信號的預期的電力消耗以確定應由音頻處理模塊實現多少電力減少。

圖3示出揚聲器的頻率依賴(電)阻抗函數310的例子。可以看出，阻抗函數具有諧振頻率320，在此點處電阻抗函數很高。

阻抗量值包括純粹電阻分量Re和電感分量Le(Re和Le的貢獻由虛短劃曲線322表示)。這表示對於典型揚聲器來說，在其諧振頻率320周圍的頻率區中的電流以及處於較高頻率的電流(其中電感分量Le的阻抗高)與其它頻率處的電流(其中電阻抗函數較小)相比較很小。音頻放大器的電力消耗在具有較高阻抗的頻率依賴阻抗函數310的頻率區中較低。

以此方式，揚聲器的頻率依賴阻抗函數310定義一個或多個低阻抗頻帶324、326和一個或多個高阻抗頻帶328、330。低阻抗頻帶可被定義為具有小於低阻抗頻率閾值的阻抗的頻帶。類似地，高阻抗頻帶可被定義為具有大於高阻抗頻率閾值的阻抗的頻帶。圖3中示出對應於低阻抗頻率閾值和高阻抗頻率閾值兩者的示例阻抗閾值332。可替換的是，低阻抗頻帶可被定義為所有阻抗值皆小於高阻抗頻帶的所有阻抗值的頻帶，且反之亦然。

在圖3中，頻率依賴阻抗函數310包括：

●示出為包含諧振頻率320的頻帶/範圍的第一高阻抗頻帶328。在一些例子中，第一高阻抗頻帶328的界限可由(i)諧振頻率320加上預定頻率值；以及(ii)諧振頻率320減去預定頻率值定義；

●示出為小於諧振頻率320(在此例子中小於第一高阻抗頻帶328)的頻帶的第一低阻抗頻帶324；

●示出為大於諧振頻率320(在此例子中大於第一高阻抗頻帶328)的頻帶的第二低阻抗頻帶326；以及

●示出為大於諧振頻率320的頻帶的第二高阻抗頻帶330。第二高阻抗頻帶328的下限可由頻率依賴阻抗函數310超出阻抗閾值332的頻率值定義。

如下文將更詳細地論述，由圖1的控制塊提供的控制信令可使得音頻處理模塊使低阻抗頻帶324、326中的音頻信號衰減到比高阻抗頻帶328、330中的音頻信號大得多的程度。作為非限制性例子，此功能性可使用一個或多個濾波器實施。以此方式，可以對音頻音量和/或音頻質量的負面影響更小(與簡單地使音頻信號在整個頻譜上均勻地衰減的系統的狀況相比)的方式降低電力消耗。

圖4示出音頻系統400的另一示例實施例。此處將不一定再次描述已參考圖1或圖2描述的圖4的特徵。圖4的控制塊402不必在產生控制信令414時處理揚聲器408的頻率依賴阻抗函數。

在此例子中，音頻處理模塊為濾波器404。以此方式，可使數字音頻輸入信號(s1)416的頻率選擇性部分衰減以限制放大器406的預期電力消耗。在此例子中，濾波器404為高通濾波器，其截止頻率可基於由控制塊402提供的控制信令414設定。截止頻率可增加以便降低電力消耗。如從圖3的頻率依賴阻抗函數將了解到，且假定截止頻率位於第一低阻抗頻帶中，增加截止頻率將會減少將由放大器406處理的低阻抗頻率的量，且因此將減少由放大器406消耗的電力的量。以此方式，高通濾波器404可用以傳遞頻率依賴阻抗函數的第一和第二高阻抗頻帶，其已被認為消耗比低阻抗頻帶還要低的電力。

另外或可替換的是，音頻處理模塊可包括一個或多個擱置濾波器。如從圖32的論述將了解到，一個或多個擱置濾波器可用以傳遞包括諧振頻率的第一高阻抗頻帶中的一些或全部。控制信令414接著可基於揚聲器的頻率依賴阻抗函數設定擱置濾波器的增益和/或角頻率。以此方式，控制塊402可控制由頻率依賴阻抗函數的低阻抗頻帶組成的數字音頻輸出信號(s2)418的比例，且因此控制由放大器406消耗的電力。這可以是以對音頻音量和/或音頻質量的負面影響不成比例地下降的方式降低電力消耗的有利方式。

另外或可替換的是，音頻處理模塊404可包括分析和合成濾波器組。分析濾波器組將數字音頻輸入信號416分成多個子帶信號。子帶信號可在音頻處理模塊內部。音頻處理模塊接著可將多個增益值應用於多個子帶信號，以便產生多個經過處理的子帶信號，其中基於控制信令414設定多個增益值。經過處理的子帶信號的電平因此可基於揚聲器的頻率依賴阻抗函數。合成濾波器組接著可組合經過處理的子帶信號，以便獲得數字音頻輸出信號(s2)418。以此方式，控制塊402可控制由頻率依賴阻抗函數的低阻抗頻帶組成的數字音頻輸出信號(s2)418的比例，且因此控制由放大器406消耗的電力。

由濾波器404進行的濾波操作可考慮阻抗函數，以使得阻抗函數很高的頻率的衰減低於其它頻率區。控制信號P 434可以與圖2的實施例中的方式相同的方式計算，且可被饋送到控制塊402中，以使得控制信令414調整濾波器404的截止頻率和/或增益。因此，平均來說，由放大器406消耗的預期電力可保持低於目標最大電力Pmax 412。這可例如通過在預測的電力(如由控制信號P 434表示)超出目標最大電力Pmax 412的情況下增加高通濾波器的截止頻率來達成。在一些例子中，如果預測的電力小於目標最大電力Pmax 412，那麼控制塊402可降低截止頻率，以使得放大器406消耗更多電力。

圖5示意性地示出操作音頻系統的方法，所述音頻系統包括音頻處理器和放大器。

在步驟502，方法包括接收表示放大器的操作條件的放大器操作條件信號。放大器操作條件信號可表示操作條件的測量或估計的值。在步驟504，方法涉及接收最大閾值。如上文所論述，在一些例子中，最大閾值表示向音頻系統供電的電池的電量。

在步驟506，方法包括基於放大器操作條件信號和最大閾值產生控制信令。控制信令可設定音頻處理器的操作參數。

在一些例子中，方法還包括在步驟506之前，確定或接收負載的頻率依賴阻抗函數。接著，在步驟506產生控制信令的步驟也可基於負載的頻率依賴阻抗函數。

本文中所公開的例子可包括以下組件中的一個或多個組件：

●放大器；

●音頻處理模塊；

●用以基於值(目標最大電力或目標最大電流或其它)設定音頻處理模塊的操作參數的控制塊；以及

●揚聲器，其可包括任選地具有交迭濾波器的多個揚聲器。

還提供用於移動裝置的音頻系統，其包括：

音頻處理器；

控制器，所述控制器耦合到音頻處理器，且被配置成導出或接收與放大器的電力消耗相關的控制信號；

其中控制器可操作以取決於控制信號與閾值之間的比較，修改音頻處理器的操作參數。

本文中所公開的實施例中的一個或多個實施例可用於具有音頻能力的電池供電的裝置(例如智慧型電話、膝上型計算機)中，以在電池電量低時修改音頻輸出。其也可用以在『節電』音頻模式中設定裝置。另外其也可用於放大器的熱管理和/或過流防護。

除非明確陳述特定次序，否則可以任何次序執行以上圖式中的指令和/或流程圖步驟。另外，本領域的技術人員將認識到，儘管已經論述一個示例指令集/方法，但是本說明書中的材料可通過多種方式組合，從而還產生其它例子，並且應在此詳細描述提供的上下文內來理解。

在一些示例實施例中，上文描述的指令集/方法步驟被實施為體現為可執行指令集的功能和軟體指令，這些可執行指令在計算機或以所述可執行指令編程和控制的機器上實現。這些指令經過加載以在處理器(例如，一個或多個CPU)上執行。術語處理器包括微處理器、微控制器、處理器模塊或子系統(包括一個或多個微處理器或微控制器)，或其它控制或計算裝置。處理器可以指代單個組件或指代多個組件。

在其它例子中，本文說明的指令集/方法以及與其相關聯的數據和指令存儲在相應存儲裝置中，所述存儲裝置實施為一個或多個非暫時性機器或計算機可讀或計算機可用存儲媒體。此類計算機可讀或計算機可用存儲媒體被認為是物品(或製品)的一部分。物品或製品可指代任何所製造的單個組件或多個組件。如本文所定義的非暫時性機器或計算機可用媒體或媒介不包括信號，但此類媒體或媒介可能夠接收和處理來自信號和/或其它暫時性媒介媒體的信息。

本說明書中論述的材料的示例實施例可整體或部分經由網絡、計算機或基於數據的裝置和/或服務實施。這些可以包括雲、網際網路、內聯網、移動裝置、臺式計算機、處理器、查找表、微控制器、消費者設備、基礎架構，或其它致能裝置和服務。如本文中可使用且在權利要求書中，提供以下非排他性定義。

在一個例子中，使本文論述的一個或多個指令或步驟自動化。術語自動化或自動(及其類似變化)意味著使用計算機和/或機械/電氣裝置控制設備、系統和/或過程的操作，而不需要人類幹預、觀測、努力和/或決策。

應了解，稱為耦合的任何組件可以直接或間接耦合或連接。在間接耦合的情況下，另外的組件可以位於據稱將耦合的兩個組件之間。

在本說明書中，已經依據選定細節集合呈現示例實施例。然而，本領域的普通技術人員將理解，可以實踐包括這些細節的不同選定集合的許多其它示例實施例。希望所附權利要求書涵蓋所有可能的示例實施例。