CN101820563A - 扬声器保护*** - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种扬声器保护***。该扬声器保护***包括数字信号处理模块、数字/模拟转换模块和功率放大模块。数字信号经过数字信号处理模块处理，进行功率检测，并根据检测的功率计算出衰减值或放大值，然后数字/模拟转换模块和功率放大模块根据计算出的衰减值或放大值对数字信号进行对应衰减或放大处理，使数字信号的输入功率在所定义的扬声器输入信号的动态范围内，再将处理后的数字信号输入扬声器。本发明的扬声器保护***具有保护扬声器不受音频损伤、增强音质的优点。

Description

扬声器保护***
技术领域
本发明涉及一种***，尤其涉及一种扬声器保护***。
背景技术
随着科学技术的不断发展，音频放大器自身设计的技术含量和用户的要求越来越高，尤其是对扬声器的声音性能要求越来越高。
对于扬声器而言，有一项指标是最大输入功率Pmax，当输入的信号功率大于这个值时，扬声器可能会损坏。而且，由于此时扬声器的音圈可能会打底，功率放大模块产生削波，从而破坏音质。
所以，在输入信号超出扬声器的最大输入功率时，如何保护扬声器已经成为一个研究项目。
发明内容
针对现有扬声器可能被音频输入损坏和音质降低的问题，本发明提供一种保护扬声器不受音频损伤、增强音质的扬声器保护***。
一种扬声器保护***，包括数字信号处理模块、数字/模拟转换模块和功率放大模块。数字信号经过数字信号处理模块处理，进行功率检测，并根据检测的功率计算出衰减值或放大值，然后数字/模拟转换模块和功率放大模块根据计算出的衰减值或放大值对数字信号进行对应衰减或放大处理，使数字信号的输入功率在所定义的扬声器输入信号的动态范围内，再将处理后的数字信号输入扬声器。
优选地，所定义的动态范围为P1min至P1max，其中，P1min为输入信号为白噪声，人耳听得较舒适的声压级所对应的输入信号功率，P1min大于扬声器的下限输入功率P0min；P1max为输入信号的频率为扬声器共振频率的单频信号时，测得的扬声器总谐波失真时，此时输入信号所对应的功率，P1max小于扬声器的上限输入功率P0max。
优选地，当输入信号的功率小于P1min时，将输入信号放大至所定义的动态范围内，当输入信号的功率大于P1max时，将输入信号衰减至所定义的动态范围内。
优选地，数字信号处理模块处理对输入的数字信号进行功率检测时，其计算的是输入信号的平均功率。
优选地，当已经采集到n点的信号后，求n个点的信号功率之和Pn，在下一时刻t采集一点输入信号的数据，求该点的功率Pt，然后减去n个点的起始点的输入信号的数据功率P1，再加上t时刻的功率值Pt，然后除以n求得平均功率Pa。
本发明扬声器保护***根据扬声器的特性重新定义了输入信号的动态范围，为扬声器设置最佳动态范围，保护扬声器不受大功率输入信号的冲击。而且，由于扬声器在失真较小的情况下进行工作，保证了音质处于较佳状态，因此本发明扬声器保护***还具有改善音质的效果。因此本发明扬声器保护***具有保护扬声器不受音频损伤、增强音质等优点。
附图说明
图1是本发明扬声器保护***的***框架图。
图2是图1所示扬声器保护***的原理示意图。
图3是图1所示扬声器保护***的信号处理步骤。
图4是图3所示信号处理步骤中的平均功率计算方法。
图5是图1所示扬声器保护***的计算实例图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的扬声器保护***结构进行说明。
请参阅图1至图3，其中图1是本发明扬声器保护***的***框架图，图2是图1所示扬声器保护***的原理示意图，图3是图1所示扬声器保护***的信号处理步骤。
本***基于数字信号处理平台，其包括数字信号处理模块、数字/模拟转换模块(Digital to Analog Converter，DAC)和功率放大模块。在本发明扬声器保护***中，数字信号输入后，先经数字信号处理模块进行处理，然后经过DAC和功率放大模块，将信号放大，再输入到扬声器。
图2中，P0min是扬声器的下限输入功率，一般而言，P0min＝0w；P0max是扬声器所能承受的上限输入功率，也就是扬声器的音圈振动出现极限值Xmax时所对应的输入功率。通常，为了保护扬声器不受损伤，将其输入信号控制在P0max以下即可。
本发明对扬声器输入信号的动态范围进行了新的定义：
(a)、动态范围的下限是指输入信号为白噪声，当人耳听得较舒适的声压级时，此时的输入信号的功率P1min；
(b)、动态范围的上限是指输入信号的频率为扬声器共振频率的单频信号时，测得的扬声器总谐波失真在一定范围值时，此时的输入信号的功率P1max；其中，扬声器总谐波失真的范围值需要根据扬声器的大小和纯音测试预先测得。
因此，扬声器输入信号的动态范围从P0min至P0max，被压缩到P1min至P1max，本发明扬声器保护***的原理即为：如果输入信号的功率在P1min以下，则将该信号放大至新的动态范围内，如果输入信号的功率在P1max以上，则将该信号衰减至新的动态范围内。
在信号处理步骤中，先计算输入信号n点的平均功率，再得到衰减值或放大值，然后再根据衰减值或放大值对信号进行对应的衰减或放大后输出。其中，如图4所示，对于功率的计算采用了平均功率，也就是说，将所在时刻采样点的值与之前n个点的值求平均功率。假设此时已经采集到n点的信号，求得n个点的信号功率之和Pn，当在下一时刻t采集一点输入信号的数据，求该点的功率Pt。此时，先减去n个点的起始点的输入信号的数据功率P1，再加上t时刻的功率值Pt，然后除以n求平均功率Pa。根据此时求得的平均功率Pa，对信号进行衰减或放大。在下一个采样点时，继续按照以上的方法求平均功率。
举例说明，请参阅图5，设整个***的噪声门限为-40dB，设DAC和功率放大模块的最大增益Gmax为3.3Vrms，保持该增益值不变，将该值设置为0dB。此时，扬声器的输入信号的范围为-40dB至0dB。
预先测得某款扬声器总谐波失真的范围值，根据本发明对扬声器输入信号范围的新定义，该扬声器的输入信号幅值范围为Vmin＝0.115Vrms，Vmax＝1.414Vrms，分别对应功率值为-29.2dB，-7.3dB，则此时该扬声器的输入信号的范围被压缩至-29.2dB至-7.3dB。
曲线A和曲线B分别代表处理输入信号时所遵循的信号功率变化。其中，比-40dB小的信号，认为是噪声信号，不作处理；大于-40dB小于0dB的信号，遵循曲线A或曲线B，将其衰减或放大，至-29.2dB和-7.3dB之间，其中，图3中在L点左侧为放大，在L点右侧为衰减。
在上例中，数字信号幅度在0到1之间。由于***硬件的增益值已经设为0dB，所以，此时只需要对数字信号的功率进行计算，得到功率值Pin，对应功率计算曲线A或曲线B，然后进行信号处理，得到功率值Pout。
在本发明扬声器保护***具有以下特点：
首先，根据每个扬声器的特性重新定义了输入信号的动态范围，为每个扬声器设置最佳动态范围，保护扬声器不受大功率输入信号的冲击；
其次，由于扬声器在失真较小的情况下进行工作，保证了音质处于较佳状态，因此本发明扬声器保护***还具有改善音质的效果。
接着，在同一音量设置下，不用用户调节，可以自动使小功率信号听起来更清晰，使大功率信号听起来不刺耳。例如：当有一段人声，前半段很微弱(功率在L点左侧)，后半段很刺耳(功率在L点右侧)，本发明扬声器保护***可以自动计算信号的功率，做出相应的信号处理，使微弱的声音放大，又可以使刺耳的声音衰减。
还有，由于采用平均功率的方法，使得在信号突变时，计算得到的增益值或衰减值变化相对平缓，信号改变更为平滑，减少了对信号衰减或增大时带来的失真。
综上所述，本发明扬声器保护***具有保护扬声器不受音频损伤、增强音质等优点。
以上仅为本发明的优选实施案例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种扬声器保护***，包括数字信号处理模块、数字/模拟转换模块和功率放大模块，特征在于：数字信号经过数字信号处理模块处理，进行功率检测，并根据检测的功率计算出衰减值或放大值，然后数字/模拟转换模块和功率放大模块根据计算出的衰减值或放大值对数字信号进行对应衰减或放大处理，使数字信号的输入功率在所定义的扬声器输入信号的动态范围内，再将处理后的数字信号输入扬声器。
2.根据权利要求1所述的扬声器保护***，其特征在于：所定义的动态范围为P1min至P1max，其中，P1min为输入信号为白噪声，人耳听得较舒适的声压级所对应的输入信号功率，P1min大于扬声器的下限输入功率P0min；P1max为输入信号的频率为扬声器共振频率的单频信号时，测得的扬声器总谐波失真时，此时输入信号所对应的功率，P1max小于扬声器的上限输入功率P0max。
3.根据权利要求2所述的扬声器保护***，其特征在于：当输入信号的功率小于P1min时，将输入信号放大至所定义的动态范围内，当输入信号的功率大于P1max时，将输入信号衰减至所定义的动态范围内。
4.根据权利要求2所述的扬声器保护***，其特征在于：数字信号处理模块处理是对输入的数字信号进行功率检测时，其计算的是输入信号的平均功率。
5.根据权利要求4所述的扬声器保护***，其特征在于：当已经采集到n点的信号后，求n个点的信号功率之和Pn，在下一时刻t采集一点输入信号的数据，求该点的功率Pt，然后减去n个点的起始点的输入信号的数据功率P1，再加上t时刻的功率值Pt，然后除以n求得平均功率Pa。
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